CN113410039A - 一种基于halbach结构的多极磁环的制备方法 - Google Patents

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程玲莉
朱晓宇
何博
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Abstract

本发明公开了一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，属于粉末冶金工艺制备技术领域，其工序包括制备粉体、成型和等静压烧结，其中，所述成型工序采用径向取向或对角线取向的成型方法；本发明采用常规的两极取向成型压机，利用径向取向或对角线取向的成型方法，大大提高了材料取向度，从而提高了材料的磁性能；通过等静压将多块生坯拼接，烧结成整环，提高了磁环机械性能，大大缩减了后加工工序，节约了人力物力，提高了使用性能。

Description

一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金工艺制备技术领域，尤其涉及一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法。
背景技术
永磁体在微电机、微波器件、电真空器件、磁力传动、传感器、仪器仪表、5G通讯等领域被广泛应用。其中永磁电机因体积重量、效率、控制性等方面的优势，在军用器件中占据着不可替代的作用。多极磁环广泛应用于无刷直流电动机、交流无刷同步电动机，以及延伸产品中，如导弹和炮弹舵机平衡电机，用以调整炮弹运行姿态，其次在民用方面也有很大应用市场，如无人机、航模等。
多极磁环可以分为粘结多极磁环和烧结多极磁环，粘结多极磁环磁性能较低，磁能积约只有烧结制备材料的四分之一。烧结多极磁环从制备工艺来讲，分为瓦形拼接、各向同性和各向异性辐向取向、HALBACH结构的极取向磁环等。其中，以HALBACH结构的极取向多极磁环综合性能最优。表现在HALBACH结构具有聚磁效应，表面磁通密度近似正弦波态，磁极磁性很强，提高了磁环的整体磁性能，相同体积尺寸的多极磁环可以减轻磁环重量，从而提高了电机的性能，实现电机高性能化、轻量化。
关于多极磁环制备，已经有很多文献报道，如中国专利申请201910491353.9，200910241438.8，201920851182.1，200320120101.X等等，从这些文献可知，现有的多极磁环制备方法中，瓦形拼接较为普遍，永磁铁氧体多极磁环多采用辐向取向多极磁环一次成型的制备方法。中国专利200320120101.X以各向异性烧结钕铁硼磁体为每个极，采用导磁材料为磁环骨架，以耐热树脂层为粘结层，形成整环，以此来提高取向度，但该方法增加了磁环骨架，磁环体积重量大大增加，与轻量化的发展趋势不符。中国专利200910241438.8、201910491353.9、201920851182.1采用多极取向成型压机一次成型，多仅针对更易成型的永磁铁氧体，且该方法成型生坯轴向密度梯度大，烧结毛坯极可能变形，且薄壁环极易开裂，成品率不高；
具体而言，比如申请号为201910491353.9的中国专利申请，采用多极成型夹具整体成型取向，其成型取向取向度不高，大多针对取向磁场要求较低的永磁铁氧体，该方法成型生坯轴向密度梯度大，且成型夹具较为复杂，制造费用昂贵，多极间不能通用；又比如申请号为201210361026.X的中国专利申请，通过初压得到径向取向的初坯磁瓦，进行二次初压得到拼接磁环初坯，成型夹具复杂，对成型压机要求高，薄壁环后续等静压、烧结过程极易开裂，成品率不高，很难实现。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其工序包括制粉、成型和等静压烧结，其中，所述成型工序采用径向取向或对角线取向的成型方法。
具体方法为：
首先将粉体于无氧工艺下成型为径向取向或对角线取向的成型生坯，然后将四个或多个生坯进行拼接并封装；
将封装好的生坯进行等静压工序，促使初坯小块间紧密结合，初步形成整体成型生坯；
烧结工序装料时成型生坯拼接面垂直于底面竖直摆放，以达到各个拼接面受力均匀，通过高温烧结，各拼接的成型毛坯之间完全固溶在一起，形成一个整体毛坯。
本专利通过常规的成型压机初压形成径向取向初坯，通过二次等静压形成整体初坯，再通过后续工序得到整体磁环，成型过程简单，易于实现。
作为优选的技术方案：还包括后加工工序，所述后加工工序为：于毛坯正中心位置掏取磁环，即得到HALBACH结构取向的多极磁环。
作为优选的技术方案，所述材料为永磁材料，如铁氧体、钕铁硼、钐钴永磁体等。
作为优选的技术方案，所述成型生坯密度ρ≦3.8g/cm3，以便等静压时多个毛坯之间能更好的结合，提高成品率。
作为优选的技术方案，所述成型生坯为长方体、瓦形、三棱柱等等。
作为优选的技术方案，所述成型生坯沿高度方向压制。
作为优选的技术方案，所述成型生坯沿对角线方向压制。
生坯形状不同优选的研制方向也不同，瓦形更适合轴向压制，生坯高度不高时，都可采用高度方向压制，若生坯高度较高，高度方向压制密度梯度大，采用对角线方向压制更好。
作为优选的技术方案，所述成型生坯可以预留中心定位孔，中心定位孔为圆形、方形或其他形状。因为烧结各个方向的收缩比不一样，预留中心定位孔，便于中心定位，保证磁环不会偏心，从而提高材料的表磁均匀分布率。
作为优选的技术方案，所述成型生坯表面无氧化、无杂物。
作为优选的技术方案，所述成型生坯垂直于底面竖直摆放于烧结炉。成型生坯垂直底面竖直摆放，底面接触面较小，摩擦力较小，使每个生坯在烧结过程中各个方向受到的力基本是一致的，从而更好的控制毛坯的尺寸。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用常规的两极取向成型压机，利用径向取向或对角线取向的成型方法，大大提高了材料取向度，从而提高了材料的磁性能；通过等静压将多块生坯拼接，烧结成整环，提高了磁环机械性能，大大缩减了后加工工序，节约了人力物力，提高了使用性能。
附图说明
图1-4为实施例1生坯为长方体的多极磁环的制备过程示意图，以4极为例；
图5-7为实施例2生坯为瓦形的多极磁环的制备过程示意图，以4极为例；
图8-11为实施例3生坯为三棱柱的多极磁环制备过程示意图，以4极为例；
图12为实施例1的表磁分布图；
图13为对比例3的表磁分布图。
图中：1、成型生坯；2、整体成型生坯；3、烧结毛坯；4、磁环。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例以生坯为长方体的四极磁环的制备过程为例，如图1-4所示，为其制备过程示意图：
首先将钕铁硼粉体于无氧工艺下用2YC自动磁场压机（1P5LB）压机在3Mpa初压力下压制成型四个径向取向或对角线取向的成型生坯1，所述成型生坯1的密度ρ=3.6g/cm3，然后将四个成型生坯1进行拼接，用塑料袋密封封装，将封装好的成型生坯1在195MPa下进行等静压，使毛坯小块间紧密结合，形成整体成型生坯2，将整体成型生坯按图2所示拼接面垂直于底面竖直摆放，以达到各个拼接面受力均匀，通过1062℃高温烧结，各拼接的成型毛坯之间完全固溶在一起，形成一个整体毛坯3，如图3所示；后加工工序于毛坯正中心位置线切割掏取磁环4，即得到HALBACH结构取向的多极磁环4，如图4所示。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于生坯为瓦形，如图5-7所示为其制备过程示意图：
首先将粉体于无氧工艺下用2YC自动磁场压机（1P5LB）压机在3Mpa初压力下压制成型四个径向取向或对角线取向的成型生坯1，然后将四个成型生坯1进行拼接，用塑料袋密封封装，将封装好的成型生坯1在195MPa下进行等静压，使毛坯小块间紧密结合，形成整体成型生坯2，将整体成型生坯按图6所示拼接面垂直于底面竖直摆放，以达到各个拼接面受力均匀，通过1062℃高温烧结，各拼接的成型毛坯之间完全固溶在一起，形成一个整体烧结毛坯3，如图7所示；后加工工序通过简单的磨加工，即粗磨和细磨两道工序得到HALBACH结构取向的多极磁环。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于生坯为三棱柱形，如图8-11所示为其制备过程示意图：
首先将粉体于无氧工艺下用2YC自动磁场压机（1P5LB）压机在3Mpa初压力下压制成型四个径向取向或对角线取向的成型生坯1，然后将四个成型生坯1进行拼接，用塑料袋密封封装，将封装好的成型生坯1在195MPa下进行等静压，使毛坯小块间紧密结合，形成整体成型生坯2，将整体成型生坯按图9所示拼接面垂直于底面竖直摆放，以达到各个拼接面受力均匀，通过1062℃高温烧结，各拼接的成型毛坯之间完全固溶在一起，形成一个整体毛坯3，如图10所示，后加工工序于毛坯正中心位置线切割掏取磁环4，即得到HALBACH结构取向的多极磁环4，如图11所示。
对比例1
本对比例与实施例1相比，成型生坯的密度为5.0 g/cm3，其余条件和步骤与实施例1相同。
对比例2
CN200320120101.X实施例的多极磁环。
对比例3
CN201910491353.9实施例1的磁环。
对比例4
CN201210361026.X的实施例1的磁环。
对于上述的实施例1和对比例1-4进行成品率、机械性能和磁化强度的考察，结果：
在成品率方面，实施例1相对于对比例1-4，分别提高了15%、35%、25%和29%；
在机械性能方面，实施例1相对于对比例1-4，分别提高了6%、17%、21%和23%；
在表面磁感应强度方面，实施例1表磁分布如图12所示为正弦分布，相对于对比例1、对比例2和对比例4表面磁感应强度分别提高了9%、21%，13%，对比例3表磁分布如图13所示为马鞍形分布。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：其工序包括制备粉体、成型和等静压烧结，其中，所述成型工序采用径向取向或对角线取向的成型方法。
2.根据权利要求1所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：所述等静压烧结工序后，还进行后加工工序。
3.根据权利要求1所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：所述制备粉体、成型和等静压烧结工序的具体方法为：
首先将粉体于无氧工艺下成型为径向取向或对角线取向的成型生坯，然后将至少四个生坯进行拼接并封装；
将封装好的生坯进行等静压工序，促使初坯小块间紧密结合，初步形成整体成型生坯；
烧结工序装料时成型生坯拼接面垂直于底面竖直摆放，以达到各个拼接面受力均匀，通过高温烧结，各拼接的成型毛坯之间完全固溶在一起，形成一个整体毛坯。
4.根据权利要求1所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：所述粉体为铁氧体、钕铁硼、钐钴永磁体。
5.根据权利要求3所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：所述成型生坯密度ρ≦3.8g/cm3。
6.根据权利要求3所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：成型生坯为长方体、瓦形或三棱柱。
7.根据权利要求3所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：所述成型生坯沿高度方向压制。
8.根据权利要求3所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：所述成型生坯沿对角线方向压制。
9.根据权利要求3所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：所述成型生坯预留中心定位孔。
10.根据权利要求9所述的一种基于HALBACH结构的多极磁环的制备方法，其特征在于：所述中心定位孔为圆形或方形。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101599333A (zh) * 2009-04-28 2009-12-09 横店集团东磁股份有限公司 干压成型各向异性多极磁环的制造方法
CN102364617A (zh) * 2011-11-25 2012-02-29 中国电子科技集团公司第九研究所 一种高均匀辐向取向钕铁硼永磁环及制备方法
CN106782977A (zh) * 2017-01-24 2017-05-31 湖南航天磁电有限责任公司 一种大尺寸烧结钐钴永磁体的制备方法
CN108568526A (zh) * 2018-04-27 2018-09-25 西南应用磁学研究所 一种大尺寸材料的制备方法
CN208787533U (zh) * 2018-07-25 2019-04-26 山西金山磁材有限公司 一种径向磁场取向的烧结钕铁硼扇环块毛坯的压型模具
CN109950039A (zh) * 2019-04-22 2019-06-28 宁德市星宇科技有限公司 一种烧结钕铁硼辐射环的成型装置及辐射环制备方法
CN110265215A (zh) * 2019-06-06 2019-09-20 杭州史宾纳科技有限公司 一种低成本各向异性烧结永磁铁氧体径向取向多极磁环近净成型模具及方法
CN212810048U (zh) * 2020-09-28 2021-03-26 中钢天源股份有限公司 一种烧结钕铁硼多极磁环的取向装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101599333A (zh) * 2009-04-28 2009-12-09 横店集团东磁股份有限公司 干压成型各向异性多极磁环的制造方法
CN102364617A (zh) * 2011-11-25 2012-02-29 中国电子科技集团公司第九研究所 一种高均匀辐向取向钕铁硼永磁环及制备方法
CN106782977A (zh) * 2017-01-24 2017-05-31 湖南航天磁电有限责任公司 一种大尺寸烧结钐钴永磁体的制备方法
CN108568526A (zh) * 2018-04-27 2018-09-25 西南应用磁学研究所 一种大尺寸材料的制备方法
CN208787533U (zh) * 2018-07-25 2019-04-26 山西金山磁材有限公司 一种径向磁场取向的烧结钕铁硼扇环块毛坯的压型模具
CN109950039A (zh) * 2019-04-22 2019-06-28 宁德市星宇科技有限公司 一种烧结钕铁硼辐射环的成型装置及辐射环制备方法
CN110265215A (zh) * 2019-06-06 2019-09-20 杭州史宾纳科技有限公司 一种低成本各向异性烧结永磁铁氧体径向取向多极磁环近净成型模具及方法
CN212810048U (zh) * 2020-09-28 2021-03-26 中钢天源股份有限公司 一种烧结钕铁硼多极磁环的取向装置

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