CN116344191A - 一种提高磁性粉体材料有效变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，步骤包括先将合金块通过熔体快淬制成合金条带，再研磨成具有形状各向异性的磁粉，将该磁粉置于平行磁场内进行层状排列后压块，最后进行束缚变形即可得到变形量可调的磁块。本发明利用形状各向异性磁粉在平行磁场中的磁力作用对磁粉排队，将层片状的磁粉排列成水平的层状结构，减小了磁粉间的空隙，提升其后续压制中的致密度，再通过在强束缚变形中施加大的应力，结合变形过程中层状结构特点，可以给磁粉施加大的有效塑性变形。方法简单，易于实现，变形量可调，适合商业化应用。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料领域，具体涉及一种提高磁性粉体材料有效变形的方法。
背景技术
磁性粉体材料由于本身的磁性或者作为块体磁性材料的前驱物具有非常广泛的应用和科学价值，粉体材料的结构可能是非晶态、纳米晶态或者粗晶态，磁性粉体具有丰富的磁学特性，比如软磁性、永磁性、反铁磁性等，当磁性粉体被施加一个强烈的有效塑性变形时，它的结构会发生明显的变化从而可以改变它的磁特性，尤其是这个有效变形若施加在高温区，粉体的结构在施加大的塑性变形以后可能会呈现丰富的结构可能性，从而给人们提供了一个很大的空间来调控磁性粉体材料的结构和磁性，或者调控由磁性粉体制备的块体材料的结构和磁性。但是，在粉体上施加一个大的塑性变形则较为困难，尤其是对于永磁粉体，由于永磁粉体主要的化合物都是脆性的，施加一个大的塑性变形则更加困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的方法来实现磁性粉体或者由磁性粉体获得的块体材料的有效塑性变形，本方法不同于其他的方法，它是第一步通过熔体快淬技术制备磁性金属薄带，然后将薄带破碎成粉，该金属粉是具有不同长宽高的形状各向异性的粉，然后将该金属粉体在磁力线水平的平行磁场中放在磨具里排列，待所有磁粉的长轴平行磁场排列后，从磁场中取出，到压机上在室温压成圆柱状块体，将该块体放到钢套中在强束缚下进行常温或者高温变形至很大的变形量，这样便可在粉体上施加大的强塑性变形。
本发明所采用的技术方案是：一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，包括：先将合金块通过熔体快淬制成合金条带，再研磨成具有形状各向异性的磁粉，将磁粉置于磁力线水平的平行磁场内进行层状排列后压块，最后进行束缚变形得到磁块。
优选的，合金块为构成磁性材料的多种合金元素组合，包括永磁材料。
优选的，永磁材料选自钕铁硼系永磁材料、钐钴系永磁材料中的一种。比如组成钕铁硼系永磁材料的Nd、Fe、B元素，其中还可以添加Nb、Zr、Cu等合金元素；又比如组成SmCo系永磁材料的Sm、Co元素，其中还可以添加Fe、Cu、Zr等合金元素。
优选的，合金条带的厚度为10～40μm，磁粉的粒径＜200目。
优选的，合金条带选自非晶结构、纳米晶结构中的至少一种。
优选的，研磨方法可以是手动研磨亦或球磨，若想不破坏合金条带结构尽量手动研磨，研磨条带粒径到200目以下。
优选的，压块形成的块体的致密度为70-80％，厚度一般不超过3mm，压制可以选择常温或一定温度，可以选自空气亦可以氩气气氛。
优选的，束缚变形的温度为500～900℃。
优选的，层状排列的过程包括：
在设有通孔的磨具(由非磁材料制成，内孔直径可选3～10mm)底部放置垫片和垫板，在通孔底部嵌入贯穿垫片的压柱实现磨具底端封闭，将磁粉置于通孔中，再将磨具放入由磁铁产生的磁力线水平的平行磁场中进行磁场排队，磁粉在磁力作用下达成水平层状排列。
优选的，束缚变形的过程包括：
将压块形成的块体放入内径与块体外径相匹配的束缚钢套(厚度0.5-10mm可调，高度3-20mm可调)内，再将钢套和块体组合形成的变形单元放入变形设备的压头之间，在>100KN的力作用下发生变形。
优选的，磁块的变形量为70-80％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用形状各向异性磁粉在平行磁场中的磁力作用对磁粉进行排队，将层片状的磁粉排列成水平的层状结构，可以减小磁粉之间的空隙，提升粉体在后续压制过程中的致密度，通过给排队后压块的磁粉进行强束缚的变形，在变形过程中可以施加大的应力，结合变形过程中层状结构特点，可以给磁粉施加大的有效塑性变形。大的有效塑性变形可以调控磁粉或者磁粉所制备块体的磁特性；变形温度和应力共同影响变形量，温度越高、应力越大，变形量越大。该方法对于纳米晶永磁材料而言可以获得晶体织构，从而获得高性能的各向异性块体永磁材料，该方法简单，易于实现，适合商业化应用。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理，其中：
图1为合金条带前驱物的制备过程示意图；
图2为各向异性磁粉的研磨制备过程示意图；
图3为磁场排队及冷压成块的过程示意图；
图4为强束缚变形的过程示意图；
图5为本发明实施例1所制备的PrFeB/a-Fe磁体的X射线衍射(XRD)图谱；
图6为对比例1所制备的PrFeB/a-Fe磁体的XRD图谱；
图7为本发明实施例1制备的PrFeB/a-Fe磁体的易磁化和难磁化方向的磁滞回线；
图8为本发明提供的提高磁性粉体材料有效变形的方法流程图。
附图标记：
1、合金块；2、高频铜线圈；3、铜辊；4、氩气；5、石英管；6、合金液；7、合金条带；8、通孔；9、研钵；10、磁粉；11、层状排列磁粉；12、磨具；13、压柱；14、垫片；15、垫板；16、磁铁；17、下压头；18、上压头；19、压杆；20、块体；21、钢套；22、左压头；23、右压头；24、变形单元。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
实施例1
采用真空熔炼获得母合金，合金成分为(NdPr)9Fe84CuB5(当然，合金成分可以是构成磁性材料的不同合金元素的组合，比如本实施例中组成钕铁硼系永磁材料的Nd、Fe、B元素，还可以添加Nb、Zr、Cu等合金元素；又比如组成SmCo系永磁材料的Sm、Co元素还可以添加Fe、Cu、Zr等合金元素)，然后将母合金破碎成块，如图1所示，第一步采用熔体快淬方法将合金制成条带：将破碎后的合金块1置入下端带有小孔的石英管5中，在高频铜线圈2的加热下合金块融化成合金液6，在有压力差的氩气4的作用下将合金液吹到快速转动的铜辊3上，甩出合金条带7，铜辊3的转速32m/s，石英管5下端小孔的口径0.6mm，石英管5下端小孔到铜辊3的距离为2mm，所制备的合金条带7的厚度约为15μm，宽度约为1.5mm，结构为非晶结构(当然，也可以是纳米晶结构，亦或非晶纳米晶的混合结构)。
如图2所示，第二步将所制备合金条带7研磨成各向异性粉体：将合金条带7置入玛瑙研钵9进行手动研磨(也可以球磨，但若想不破坏合金条带的结构尽量手动研磨)，研磨出形状具有各向异性的磁粉10，磁粉10的粒度为200目以下。
如图3所示，第三步对磁粉10进行磁场排队和冷压成块：将磁粉10置入由非磁材料制成的冷压磨具12中，冷压磨具12内设有直径5mm的通孔8，在磨具12底部按顺序放置垫片14和垫板15，在磨具12的通孔8底部嵌入一个贯穿垫片14的压柱13，将装有磁粉10的磨具12放入由强磁铁16产生的水平磁场中进行磁场排队，各向异性磁粉10在磁力的作用下成层状水平排列，形成层状排列磁粉11，然后将装有层状排列磁粉11的磨具12放到硬质合金下压头17上，向磨具12的内孔中装入压杆19，并放入硬质合金上压头18进行室温压块，压出的圆柱形块体20厚度1-2mm，致密度80％。
如图4所示，第四步强束缚变形：将压出来的块体20放入内径和块体20外径相匹配的强束缚钢套21内，钢套21的厚度2mm，高度8mm，而后将钢套21束缚的磁粉材料块体20在变形设备上进行变形，将装好的钢套21和合金块体20的变形单元24放入到变形设备的左压头22和右压头23之间，在强力(＞100KN)的作用下进行变形，变形温度750℃，得到变形量80％的磁块。这样便可以实现在磁性粉体上施加大的有效变形。
对比例1
第一、二步和实施例1一致，第三步不采用磁场排队直接压块，第四步不进行强束缚变形，只进行750℃加热处理。
性能测试：
是否施加上大的有效变形可以用变形后样品的微结构和磁特性进行检验，样品施加大的有效变形以后，在高温下非晶会发生纳米晶化，纳米晶在有效变形的时候会产生晶体沿着(004)方向择优取向，如实施例1在XRD图谱上会表现为(004)衍射峰和(410)衍射峰的强度比值大幅度增加(见图5)，如果磁粉上没有施加大的有效变形，非晶纳米晶化以后就不会产生择优取向，如对比例1在XRD图谱上(004)衍射峰和(410)衍射峰的强度比值很小(见图6)，其中，XRD图谱上衍射峰的高度为强度。并且，磁粉上施加大的有效变形以后由于晶粒择优取向的存在会在平行和垂直磁场的两个方向的磁滞回线上产生各向异性，采用本发明实施例1的技术所获得的磁体平行和垂直磁场方向具有明显的磁各向异性(图7)，这也进一步验证了本技术给磁粉施加上了非常大的有效变形。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，包括：先将合金块通过熔体快淬制成合金条带，再研磨成具有形状各向异性的磁粉，将所述磁粉置于磁力线水平的平行磁场内进行层状排列后压块，最后进行束缚变形得到磁块。
2.根据权利要求1所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，所述合金块为构成磁性材料的多种合金元素组合，包括永磁材料。
3.根据权利要求2所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，所述永磁材料选自钕铁硼系永磁材料、钐钴系永磁材料中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，所述合金条带的厚度为10～40μm，所述磁粉的粒径＜200目。
5.根据权利要求1所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，所述合金条带选自非晶结构、纳米晶结构中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，压块形成的块体的致密度为70-80％。
7.根据权利要求1所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，所述束缚变形的温度为500～900℃。
8.根据权利要求1所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，所述层状排列的过程包括：
在设有通孔的磨具底部放置垫片和垫板，在所述通孔底部嵌入贯穿所述垫片的压柱实现所述磨具底端封闭，将所述磁粉置于所述通孔中，再将所述磨具放入由磁铁产生的磁力线水平的平行磁场中进行磁场排队，所述磁粉在磁力作用下达成水平层状排列。
9.根据权利要求1所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，所述束缚变形的过程包括：
将压块形成的块体放入内径与所述块体外径相匹配的束缚钢套内，再将所述钢套和所述块体组合形成的变形单元放入变形设备的压头之间，在>100KN的力作用下发生变形。
10.根据权利要求1所述的一种提高磁性粉体材料有效变形的方法，其特征在于，所述磁块的变形量为70-80％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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