CN114499080B - 一种复合型永磁磁钢及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁性材料技术领域，具体公开了一种复合型永磁磁钢及制造方法。其中复合型永磁磁钢包括：非稀土磁钢内芯和包覆非稀土磁钢内芯的稀土磁钢外壳；稀土磁钢外壳的内部设置有容纳腔，非稀土磁钢内芯设置在容纳腔内，使得稀土磁钢外壳形成非稀土磁钢内芯的表层，则配合电机使用时，稀土磁钢外壳的退磁速度比非稀土磁钢内芯的退磁速度更快，退磁后的复合型永磁磁钢的内外退磁程度基本一致，不会出现退磁后的复合型永磁磁钢的内芯还具有较大磁性的情况，充分利用稀土资源、磁钢资源；而且通过非稀土磁钢内芯替换传统的单组分的稀土永磁磁钢的内部，可大幅降低稀土资源的使用量，降低磁钢成本，提高经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，特别是涉及一种复合型永磁磁钢及制造方法。
背景技术
稀土永磁材料，尤其是钕铁硼稀土永磁材料自问世以来，因其优良的磁性能特性，广泛应用于新能源汽车、白色家电、风力发电、电梯曳引机等领域。传统型稀土永磁磁钢由单组分组成，在电机高速运转的情况下，会在磁钢内部形成涡流效应，使磁钢的温度上升，造成磁钢退磁而失效，此时便需更换电机的稀土永磁磁钢，失效的稀土永磁磁钢将会被回收或淘汰。但稀土磁钢的涡流效应是由电机工作中的趋肤效应引起的，趋肤效应使稀土磁钢的表层比内部具有更大的反向退磁场，从而使稀土磁钢表层先升温且退磁，而稀土磁钢内部因退磁场较小，退磁效果并没有表层严重，则稀土永磁磁钢内部并无完全退磁后便回收或淘汰，稀土资源并无得到充分利用，造成稀土资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是：提供一种复合型永磁磁钢，以解决现有技术中稀土资源得不到充分利用，造成稀土资源的浪费的技术问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种复合型永磁磁钢，其包括：非稀土磁钢内芯和包覆所述非稀土磁钢内芯的稀土磁钢外壳；所述稀土磁钢外壳的内部设置有容纳腔，所述非稀土磁钢内芯设置在所述容纳腔内，所述非稀土磁钢内芯的材料的磁性小于所述稀土磁钢外壳的材料的磁性。
优选地，所述稀土磁钢外壳包括第一壳体和第二壳体；所述第一壳体具有第一贴合面，所述第一贴合面设置有第一内芯槽；所述第二壳体具有第二贴合面，所述第二贴合面设置有第二内芯槽；所述第一贴合面与所述第二贴合面贴合，使所述第一内芯槽与所述第二内芯槽连通以形成所述容纳腔。
优选地，所述非稀土磁钢内芯为铁氧体磁钢制件。
优选地，所述稀土磁钢外壳为钕铁硼磁钢制件。
本发明第二方面提供一种复合型永磁磁钢制造方法，其包括：
将非稀土磁钢粉料填充到内芯压制模具中进行压制，得到磁钢内芯生胚；
将稀土磁钢粉料填充到外壳压制模具中进行压制，得到具有第一内芯槽的第一壳体生胚和具有第二内芯槽的第二壳体生胚；
将所述磁钢内芯生胚置于所述第一壳体生胚的第一内芯槽中，将所述第二壳体生胚的第二内芯槽对应所述磁钢内芯生胚罩在所述第一壳体生胚上，使所述第一壳体生胚和所述第二壳体生胚包覆所述磁钢内芯生胚，得到复合生胚；
将所述复合生胚静压压制成型；
将所述复合生胚经真空烧结热处理，制成复合型永磁磁钢。
优选地，其中，将所述复合生胚静压压制成型时，采用冷等静压机进行压制，压制压力大于220MPa，保压时间大于30秒。
优选地，其中，真空烧结热处理前应使烧结炉内真空度低于0.06Pa。
优选地，真空烧结热处理时炉内温度为1000摄氏度至1100摄氏度，保温时间1小时至10小时。
优选地，所述非稀土磁钢粉料为铁氧体磁钢粉料。
优选地，所述稀土磁钢粉料为钕铁硼磁钢粉料。
本发明提供的复合型永磁磁钢及制造方法，其有益效果为：复合型永磁磁钢采用非稀土磁钢内芯和稀土磁钢外壳组合而成，稀土磁钢外壳利用容纳腔包覆非稀土磁钢内芯，使得稀土磁钢外壳形成非稀土磁钢内芯的表层，则配合电机使用时，稀土磁钢外壳的退磁速度比非稀土磁钢内芯的退磁速度更快，退磁后的复合型永磁磁钢的内外退磁程度基本一致，不会出现退磁后的复合型永磁磁钢的内芯还具有较大磁性的情况，充分利用稀土资源、磁钢资源；而且通过非稀土磁钢内芯替换传统的单组分的稀土永磁磁钢的内部，可大幅降低稀土资源的使用量，降低磁钢成本，提高经济价值。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例的复合型永磁磁钢的分解结构示意图；
图2是本发明实施例的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例的分解后的剖面结构示意图。
图中，100、非稀土磁钢内芯；200、稀土磁钢外壳；210、容纳腔；220、第一壳体；221、第一贴合面；222、第一内芯槽；230、第二壳体；231、第二贴合面；232、第二内芯槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
请一并参阅图1至图3，现对本发明实施例提供的复合型永磁磁钢进行说明。
参照图1至图3，本发明实施例的复合型永磁磁钢，其包括：非稀土磁钢内芯100和包覆非稀土磁钢内芯100的稀土磁钢外壳200；稀土磁钢外壳200的内部设置有容纳腔210，非稀土磁钢内芯100设置在容纳腔210内且填满容纳腔210，非稀土磁钢内芯100的材料的磁性小于稀土磁钢外壳200的材料的磁性。稀土磁钢外壳200可将非稀土磁钢内芯100全包覆，防止非稀土磁钢内芯100外露。非稀土磁钢内芯100的材料根据电机的磁性需求进行选材，以满足电机的磁力需求，其可采用常见的低成本铁氧体磁钢制成，即非稀土磁钢内芯100可为铁氧体磁钢制件。稀土磁钢外壳200的材料为相比铁氧体磁钢磁性更优良的稀土磁钢材料，其可采用常见的钕铁硼磁钢材料制成，即稀土磁钢外壳200可为钕铁硼磁钢制件。
本复合型永磁磁钢在退磁时，由于磁钢表层的退磁速度大于磁钢内部，则稀土磁钢外壳200的退磁速度快于非稀土磁钢内芯100。由于非稀土磁钢内芯100的材料的磁性小于稀土磁钢外壳200的材料的磁性，因此退磁后的复合型永磁磁钢的内外退磁程度基本一致，不会出现退磁后的复合型永磁磁钢的内芯还具有较大磁性的情况，充分利用磁钢。
本实施例的复合型永磁磁钢采用非稀土磁钢内芯100和稀土磁钢外壳200组合而成，稀土磁钢外壳200利用容纳腔210包覆非稀土磁钢内芯100，使得稀土磁钢外壳200形成非稀土磁钢内芯100的表层，则配合电机使用时，稀土磁钢外壳200的退磁速度比非稀土磁钢内芯100的退磁速度更快，退磁后的复合型永磁磁钢的内外退磁程度基本一致，不会出现退磁后的复合型永磁磁钢的内芯还具有较大磁性的情况，充分利用稀土资源、磁钢资源；而且通过非稀土磁钢内芯100替换传统的单组分的稀土永磁磁钢的内部，可大幅降低稀土资源的使用量，降低磁钢成本，提高经济价值。
需要说明的是，非稀土磁钢内芯100可为铁氧体磁钢，也可为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金等磁钢。稀土磁钢外壳200可为钕铁硼永磁磁钢，也可为稀土钴永磁磁钢等稀土磁钢。
在本发明的优选实施例中，参照图1和图3，稀土磁钢外壳200包括第一壳体220和第二壳体230；第一壳体220具有第一贴合面221，第一贴合面221设置有第一内芯槽222；第二壳体230具有第二贴合面231，第二贴合面231设置有第二内芯槽232；第一贴合面221与第二贴合面231贴合，使第一内芯槽222与第二内芯槽232连通以形成容纳腔210。第一贴合面221和第二贴合面231可通过粘合剂黏贴，也可通过静压压制成型后、然后通过真空烧结热处理粘合形成。制作时，非稀土磁钢内芯100置于第一内芯槽222内，第二壳体230盖上第一壳体220上，使得第一内芯槽222配合第二内芯槽232包覆非稀土磁钢内芯100，达到稀土磁钢外壳200包覆非稀土磁钢内芯100的目的。需要说明的是，容纳腔210的形状大小与非稀土磁钢内芯100的形状大小相匹配，使得非稀土磁钢内芯100可填满容纳腔210。可以理解的是，容纳腔210位于稀土磁钢外壳200的几何中心处，使得非稀土磁钢内芯100到达稀土磁钢外壳200各个表面的距离相近。除此之外，容纳腔210的位置可根据电机需求进行调节。
本发明还提供复合型永磁磁钢制造方法，其包括：
将非稀土磁钢粉料填充到内芯压制模具中进行压制，得到磁钢内芯生胚；
将稀土磁钢粉料填充到外壳压制模具中进行压制，得到具有第一内芯槽222的第一壳体220生胚和具有第二内芯槽232的第二壳体230生胚；
将磁钢内芯生胚置于第一壳体220生胚的第一内芯槽222中，将第二壳体230生胚的第二内芯槽232对应磁钢内芯生胚罩在第一壳体220生胚上，使第一壳体220生胚和第二壳体230生胚包覆磁钢内芯生胚，得到复合生胚；
将复合生胚静压压制成型；其中，将复合生胚静压压制成型时，采用冷等静压机进行压制，压制压力大于220MPa，保压时间大于30秒。
将复合生胚经真空烧结热处理，制成复合型永磁磁钢。其中，真空烧结热处理前应使烧结炉内真空度低于0.06Pa，真空烧结热处理时，升温应分步骤升温，直至炉内温度为1000摄氏度至1100摄氏度，保温时间1小时至10小时，而且，为防止冷却过快导致磁体开裂，冷却速度应控制10-50℃/min。
本实施例的复合型永磁磁钢制造方法中的非稀土磁钢粉料可为铁氧体磁钢粉料、铝镍钴系永磁合金粉料、铁铬钴系永磁合金粉料。当非稀土磁钢粉料为铁氧体磁钢粉料时，其可采用传统的粉末冶金工艺制造铁氧体生坯，即造粒-预烧结-粉碎-压型。其中压制成型需要使用模具配合压制，将铁氧体生胚压制成可放入第一内芯槽222和第二内芯槽232的形状。其中，铁氧体磁钢粉料中三氧化二铁为主要成分，占比为80％至90％，添加剂包含氧化钡、氧化锶、氧化钙、氧化铝等，添加剂成分在10％至20％。造粒时，颗粒尺寸控制在100微米至300微米。预烧结温度控制在850摄氏度至1100摄氏度，预烧结后进行破碎，破碎粒径控制在50-100微米，之后进行压制成型，压制压力大于或等于3MPa，压制取向磁场的磁场强度大于或等于2T。
本实施例的复合型永磁磁钢制造方法中的稀土磁钢粉料可为钕铁硼磁钢粉料、稀土钴永磁磁钢。当稀土磁钢粉料为钕铁硼磁钢粉料时，其可采用传统的钕铁硼制造工艺生产第一壳体220生胚和第二壳体230生胚，熔炼-氢碎-气流磨-筛粉-压制成型。其中压制成型需要使用模具，以制造出具有第一内芯槽222的第一壳体220生胚和具有第二内芯槽232的第二壳体230生胚。钕铁硼磁钢粉料成分包含稀土和其他元素，其中稀土元素总量为28％至33％，其他元素包含Ti、Al、Cu、Co、B、Ga、Zr、Nb、Ho、Gd、Fe、V、Mn等，其他元素中Fe含量为50-70％，剩余的元素含量为0.1％-3％。混合物在甩带炉内于1400摄氏度至1500摄氏度熔化，经铜辊轮甩带后成厚度0.25-0.5mm的薄片，薄片经氢碎后成100微米粗粉，粗粉添加抗氧化剂0.08％，在气流磨设备内粉碎至4微米细粉。细粉在成型设备内压制成生坯，成型设备氧含量大于或等于40ppm，成型压力大于或等于3MPa，成型取向磁场的磁场强度大于或等于16000Gs。
复合型永磁磁钢可根据不同的粉料进行不同的搭配。
实施例1：制备45SH-Y40复合永磁磁钢
Y40铁氧体磁钢配方，三氧化二铁占比85％，添加剂包含氧化钡、氧化锶；氧化钡、氧化锶分为13.5％和1.5％。将三氧化二铁、添加剂混合造粒，粒径控制在200微米，经1000摄氏度预烧结后再次破碎成60微米细粉，之后压制成型，成型压力4MPa以上，成型磁场的磁场强度2.3T。压制成型的铁氧体磁钢内芯生坯尺寸为10*10*5mm。
牌号为45SH钕铁硼磁钢配方，其中稀土总量为32％，稀土成分包含镝以及钕和镨的合金，镝元素含量0.5％，其他元素包含Ti、Al、Cu、Co、B、Ga、Zr、Nb、Ho、Gd、Fe、V、Mn等，其中Fe含量为65％，其余元素含量为0.1-3％。混合物在甩带炉内于1450摄氏度熔化，经铜辊轮甩带后成厚度0.25-0.5mm的薄片，薄片经氢碎后成100微米粗粉，粗粉添加抗氧化剂0.08％，在气流磨设备内粉碎至4微米细粉。细粉在成型设备内压制成生坯，成型设备氧含量小于或等于40ppm，成型压力5MPa，成型取向磁场的磁场强度18000Gs。成型后的钕铁硼生坯有两个，为第一壳体220生胚和第二壳体230生胚，其中心均有个缺口，该缺口和铁氧体磁钢内芯生坯匹配，为第一内芯槽222和第二内芯槽232，因此该缺口的尺寸为10*10*2.5mm。第一壳体220生胚、第二壳体230生胚、铁氧体磁钢内芯生胚装配后形成复合生胚，复合生胚的尺寸为40*50*20mm。复合生坯经冷等静压，等静压压力220MPa，保压时间30S，完成后，将生坯放入氮气保护的真空烧结炉内，抽真空至低于0.06Pa，分步骤升温至1060摄氏度，保温10h后降温出炉。出炉后分别取表层磁体样柱D10*10mm，和芯部磁体样柱D10*5mm测试磁性能，磁性能见下表表1。
实施例2：制备50SH-Y40复合磁钢
Y40铁氧体磁钢配方，三氧化二铁占比85％，添加剂包含氧化钡、氧化锶；氧化钡、氧化锶分别为13.5％和1.5％。将三氧化二铁、添加剂混合造粒，粒径控制在200微米，经1000摄氏度预烧结后再次破碎成60微米细粉，之后压制成型，成型压力4MPa以上，成型磁场的磁场强度2.3T。压制成型的铁氧体磁钢内芯生坯尺寸为10*10*5mm。
牌号为50SH钕铁硼磁钢配方，其中稀土总量为30.1％，稀土成分包含铽以及钕和镨的合金，铽元素含量1.5％，其他元素包含Ti、Al、Cu、Co、B、Ga、Zr、Nb、Ho、Gd、Fe、V、Mn等，中Fe含量为65％，其余元素含量为0.1-3％。混合物在甩带炉内于1450摄氏度熔化，经铜辊轮甩带后成厚度0.25-0.5mm的薄片，薄片经氢碎后成100微米粗粉，粗粉添加抗氧化剂0.08％，在气流磨设备内粉碎至4微米细粉。细粉在成型设备内压制成生坯，成型设备氧含量小于或等于40ppm，成型压力5MPa，成型取向磁场的磁场强度18000Gs。成型后的钕铁硼生坯有两个，为第一壳体220生胚和第二壳体230生胚，其中心均有个缺口，该缺口和铁氧体磁钢内芯生坯匹配，为第一内芯槽222和第二内芯槽232，因此该缺口的尺寸为10*10*2.5mm。第一壳体220生胚、第二壳体230生胚、铁氧体磁钢内芯生胚装配后形成复合生胚，复合生胚的尺寸为40*50*20mm。复合生坯经冷等静压，等静压压力220MPa，保压时间30S，完成后，将生坯放入氮气保护的真空烧结炉内，抽真空至低于0.06Pa，分步骤升温至1070摄氏度，保温10h后降温出炉。出炉后分别取表层磁体样柱D10*10mm，和芯部磁体样柱D10*5mm测试磁性能，磁性能见下表表1。
表1 实施例结果汇总
本实施例的复合型永磁磁钢采用非稀土磁钢内芯100和稀土磁钢外壳200组合而成，稀土磁钢包覆非稀土磁钢内芯100，使得稀土磁钢外壳200形成非稀土磁钢内芯100的表层，则配合电机使用时，稀土磁钢外壳200的退磁速度比非稀土磁钢内芯100的退磁速度更快，退磁后的复合型永磁磁钢的内外退磁程度基本一致，不会出现退磁后的复合型永磁磁钢的内芯还具有较大磁性的情况，充分利用稀土资源、磁钢资源；而且通过非稀土磁钢内芯100替换传统的单组分的稀土永磁磁钢的内部，可大幅降低稀土资源的使用量，降低磁钢成本，提高经济价值。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种复合型永磁磁钢，其特征在于，包括：非稀土磁钢内芯和包覆所述非稀土磁钢内芯的稀土磁钢外壳；所述稀土磁钢外壳的内部设置有容纳腔，所述非稀土磁钢内芯设置在所述容纳腔内，所述非稀土磁钢内芯的材料的磁性小于所述稀土磁钢外壳的材料的磁性；所述稀土磁钢外壳包括第一壳体和第二壳体；所述第一壳体具有第一贴合面，所述第一贴合面设置有第一内芯槽；所述第二壳体具有第二贴合面，所述第二贴合面设置有第二内芯槽；所述第一贴合面与所述第二贴合面贴合，使所述第一内芯槽与所述第二内芯槽连通以形成所述容纳腔。
2.根据权利要求1所述的复合型永磁磁钢，其特征在于，所述非稀土磁钢内芯为铁氧体磁钢制件。
3.根据权利要求1所述的复合型永磁磁钢，其特征在于，所述稀土磁钢外壳为钕铁硼磁钢制件。
4.一种复合型永磁磁钢制造方法，其特征在于，包括：
将非稀土磁钢粉料填充到内芯压制模具中进行压制，得到磁钢内芯生胚；
将稀土磁钢粉料填充到外壳压制模具中进行压制，得到具有第一内芯槽的第一壳体生胚和具有第二内芯槽的第二壳体生胚；
将所述磁钢内芯生胚置于所述第一壳体生胚的第一内芯槽中，将所述第二壳体生胚的第二内芯槽对应所述磁钢内芯生胚罩在所述第一壳体生胚上，使所述第一壳体生胚和所述第二壳体生胚包覆所述磁钢内芯生胚，得到复合生胚；
将所述复合生胚静压压制成型；其中，将所述复合生胚静压压制成型时，采用冷等静压机进行压制，压制压力大于220MPa，保压时间大于30秒；
将所述复合生胚经真空烧结热处理，制成复合型永磁磁钢；其中，真空烧结热处理前应使烧结炉内真空度低于0.06Pa；真空烧结热处理时炉内温度为1000摄氏度至1100摄氏度，保温时间1小时至10小时。
5.根据权利要求4所述的复合型永磁磁钢制造方法，其特征在于，所述非稀土磁钢粉料为铁氧体磁钢粉料。
6.根据权利要求4所述的复合型永磁磁钢制造方法，其特征在于，所述稀土磁钢粉料为钕铁硼磁钢粉料。
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