CN116426841A - 磁体、磁性件及磁体的制备方法 - Google Patents

磁体、磁性件及磁体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种磁体、磁性件及磁体的制备方法。磁体的制备方法，其特征在于，包括：装粉：将磁体粉末倒入模具的模腔中；合模：上冲进入模具的模腔，上冲下行至第一预设位置；浮动压制：上冲下行至第二预设位置，上冲与模具均下行，上冲下行至第三预设位置，模具下行至第四预设位置，模腔中的磁体粉末的密度达到预设密度，施加取向磁场进行取向；保压压制：上冲下行至第五预设位置，模具下行至第六预设位置，保压第一预设时间；退磁：施加反向磁场；脱模：模具下行至压坯脱出；烧结和热处理：对压坯进行烧结和热处理，获得磁体。本申请的磁体各个位置的磁偏角均小于5.5°，适于磁性件的批量生产。

Description

磁体、磁性件及磁体的制备方法
技术领域
本申请涉及磁体制备领域，尤其涉及一种磁体、磁性件及磁体的制备方法。
背景技术
磁体物理形状上的“理论”磁极轴线与磁体充磁后的磁极方向存在夹角，此夹角为磁偏角。由于磁偏角的存在使永磁体非磁化方向产生磁场，形成杂散磁场，降低了永磁体的磁性能，因而会影响电机的精度。电机精度要求越高，所用的永磁体的磁偏角就需要越小。在电机应用中的磁体通常是对压制烧结后的大尺寸毛坯磁体进行机加工获得。在取向压制过程中可能造成压坯中各个部位磁偏角大小不一样，压坯经过烧结后变成磁体，磁体进一步被加工成可以安装在电机的尺寸较小的磁片，压坯磁偏角大的部分对应的磁体产品必定带来磁偏角大的问题。
专利CN104493158A公开了一种降低磁偏角的方法，通过改进压制成型工艺：提高磁场强度H，减小模具取向长度L，增大垂直磁力线方向的截面积A，调节松装粉料沿磁场取向方向的中心线所在水平面S1与压机磁场两极头圆心连接线所在水平面S2之间距离D。提高磁场强度H和参数L、A、D配合使用，使模具中松散的粉末处于磁场中心区且对称分布。
然而，通过上述方案制备的磁体，加工为大尺寸的磁片尚可，加工为小尺寸的磁片时，存在部分小尺寸的磁片的磁偏角较大问题。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种磁体、磁性件及磁体的制备方法，通过对工艺的控制，使得磁体被切割为小尺寸的磁片时，磁片的磁偏角较小。
本申请的一个实施例提供一种磁体，将所述磁体切割为规格相同的多个磁片，所述磁片的磁偏角≤5.5°；其中，所述磁片沿取向方向的尺寸为1.2～1.5mm，所述磁片沿压制方向的尺寸为4.5～5.0mm，所述磁片沿模具方向的尺寸为7.0～10.0mm。
本申请的一个实施例提供一种磁性件，由如上所述的磁体加工形成。
本申请的一个实施例提供一种磁体的制备方法，包括：装粉：将磁体粉末倒入模具的模腔中；合模：上冲进入所述模具的模腔，所述上冲下行至第一预设位置；浮动压制：所述上冲下行至第二预设位置，所述上冲与所述模具均下行，所述上冲下行至第三预设位置，所述模具下行至第四预设位置，所述模腔中的磁体粉末的密度达到预设密度，施加取向磁场进行取向；保压压制：所述上冲下行至第五预设位置，所述模具下行至第六预设位置，保压第一预设时间；退磁：施加反向磁场；脱模：所述模具下行至压坯脱出；烧结和热处理：对所述压坯进行烧结和热处理，获得所述磁体。
根据本申请的一些实施例，所述方法包括：所述装粉之前，对极头的位置进行调整，以使磁体粉末达到预设密度后保持极头中心线与模腔中磁体粉末的高度中心线的间距≤3mm。
根据本申请的一些实施例，所述方法包括：在所述合模之后，施加预取向磁场，对所述磁体粉末进行预取向。
根据本申请的一些实施例，所述预取向磁场的强度为0.5～2.1T。
根据本申请的一些实施例，所述浮动压制中，所述上冲的下行速度与所述模具的下行速度比为3.5:1～1:1。
根据本申请的一些实施例，所述磁体粉末的预设密度为1.8～4.2g/cm3。
根据本申请的一些实施例，所述退磁中，反向磁场的强度≤0.5T。
根据本申请的一些实施例，所述脱模中，脱模速度≤15mm/s。
根据本申请的一些实施例，所述取向磁场的强度为1.5～2.5T。
本申请制备的磁体各个位置的磁偏角均小于5.5°，将磁体切割为小尺寸的磁片后，磁片间的磁偏角差异很小，能够避免对批量磁片的全检，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
图1是本申请实施例切割磁体的示意图；
图2是本申请实施例磁体一表面切割后的示意图；
图3是本申请实施例极头中心线与压坯高度中心线的间距的示意图；
图4是本申请实施例磁体的垂直于模具方向的两表面的示意图；
图5是实施例1的磁体的部分不同部位的磁片的磁偏角分布图；
图6是对比例的磁体的部分不同部位的磁片的磁偏角分布图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1和图2所示，现有技术通过上冲、下冲和模具的配合实现对粉末的压制，并通过两个极头施加磁场，获得压坯，对压坯进行烧结获得磁体100。通过对大块的磁体100进行切割，获得小尺寸的磁片1。其中，压制方向为制备磁体的过程中上冲和下冲的连线方向，取向方向为两个极头的连线方向，模具方向同时垂直于压制方向和取向方向。现有技术制备的磁体100中不同部位的磁偏角分布差异较大，造成不同部位对应的磁片的磁偏角差异较大，部分磁片不能满足要求。当批量加工磁片时，若不能使磁体的各个部位磁偏角差异减小，则需要经过全检才能筛除磁偏角大的磁片。
发明人发现，上述磁偏角大的部位受压制过程中压力因素影响，压制的合模阶段和脱模阶段模具与粉末摩擦也会影响磁偏角。其中，磁偏角大的部位主要分布在磁体垂直于取向方向的两个表面附近或与上冲、下冲接触的上下表面附近，远离磁场极头和上下冲的磁体中心部位的磁偏角较小。
本实施例提供一种磁体，将大块的磁体全部切割为特定规格的磁片，每个磁片均满足磁偏角≤5.5°。其中，磁片沿取向方向的尺寸为1.2～1.5mm，磁片沿压制方向的尺寸为4.5～5.0mm，磁片沿模具方向的尺寸为7.0～10.0mm。磁片的具体尺寸可根据需求设置。可选地，在切割时对磁体进行去皮，去皮量一般为0.5mm。
通过将磁体切割为特定规格的磁片，并记录磁片在磁体中的位置，测量不同位置的磁片的磁偏角，可以得到磁体各个部位磁偏角的差异。
可选地，如果磁体的尺寸较大，为了减少切割的磁片数量，选择在磁体垂直于取向方向两表面之一，由外向内分别切割出至少5层样品层，将所述样品层切割为规格相同的多个磁片。
本实施例提供磁性件，由上述的磁体加工形成。磁性件可以为电机的磁片等。
本申请提供一种上述磁体的制备方法，通过已有的磁场取向成型压机制备所述磁体。磁体的制备方法包括步骤：
S1、装粉：将预设重量的磁体粉末由粉末容器倒入模具的模腔中。
S2、合模：控制上冲逐渐下行进入模具的模腔，上冲下行至第一预设位置，完成合模。可选地，第一预设位置为上冲刚刚接触模腔中磁体粉末的位置。
S3、浮动压制：上冲继续下行至第二预设位置后，模具与上冲同时下行；可选地，模具与上冲下行的速度可以不同。
上冲下行至第三预设位置，模具下行至第四预设位置时，模腔中的磁体粉末的密度达到预设密度，施加取向磁场进行取向。在磁体粉末达到的预设密度后启动取向磁场，有利于减小磁体不同位置磁偏角的差异。其中，第三预设位置和第四预设位置可根据模腔中磁体粉末的重量及磁体粉末的预设密度计算得出。
第二预设位置为模具启动下行的位置。可选地，第二预设位置与第一预设位置重合，即上冲下行至第一预设位置完成合模后，模具与上冲开始同时下行。第二种方案中，第二预设位置与第一预设位置不重合，浮动压制中，上冲先下行至第二预设位置，然后模具与上冲开始同时下行。第二种方案中，第二预设位置可以为第一预设位置和第三预设位置之间的任意点，第二预设位置的具体位置根据需求设置。
S4、保压压制：上冲继续下行至第五预设位置，模具继续下行至第六预设位置，压坯的密度达到所需的压坯密度，保压第一预设时间。可选地，第一预设时间为50s～120s，可以在浮动压制完成后将取向电流降至零，也可以在保压压制完成后将取向电流降至零。取向电流降至零后取向磁场消失。其中，第五预设位置和第六预设位置可根据模腔中磁体粉末的重量及所需的压坯密度计算得出。
S5、退磁：上冲、模具和下冲均不移动，施加反向磁场，使得压坯退磁。
S6、脱模：模具下行至压坯脱出。模具下行的过程中，上冲对压坯施加适当的压力，避免压坯出现不必要的移动。
S7、烧结和热处理：对压坯进行烧结和热处理，获得磁体。
可选地，将压坯放入真空烧结炉中进行真空烧结，烧结温度为950～1100℃保温2～4h，时效热处理温度为850～1000℃保温1～3h，之后在450～650℃保温3～5h，获得磁体。
上述的压制过程如下表：
Figure BDA0003451362990000051
如图3所示，根据本申请一种可选的技术方案，装粉之前，对极头的位置进行调整，以磁体粉末达到预设密度后保持极头中心线与模腔中磁体粉末的高度中心线的间距D≤3mm。。可选地，极头中心线与模腔中磁体粉末的中心线可以共线。
如图4所示，通过在磁体粉末达到预设密度后保持极头中心线与模腔中磁体粉末的中心线的间距D≤3mm，能够使得磁体的垂直于模具方向的两表面M1和M2附近部位的磁偏角显著减小。
根据本申请一种可选的技术方案，上述方法还包括：在合模之后，浮动压制之前，对磁体粉末施加预取向磁场，对磁体粉末进行预取向。预取向场使得磁体粉末在松装情况下进行取向方向的排列，有利于后续的取向压型，减小磁体不同部位的磁偏角。
可选地，预取向磁场的强度为0.5～2.1T。预取向磁场的强度过小，对磁体不同部位的磁偏角降低影响有限。预取向磁场的强度过大，会影响后续的取向，增大磁偏角。预取向磁场的强度是指在两极头中心间距为50mm时的气隙场中心部位的磁场强度。
根据本申请一种可选的技术方案，浮动压制中，上冲的下行速度与模具的下行速度比为3.5:1～1:1。
浮动压制中，上冲的下行速度与模具的下行速度比如果不在上述的范围内，可能造成在压制方向上磁体不同部位的磁偏角分布不对称。
根据本申请一种可选的技术方案，模腔中磁体粉末的预设密度为1.8～4.2g/cm3时启动取向磁场。磁体粉末在取向过程中受到压力和磁场的双重作用，在合适的密度取向有利于压坯得到较高的取向度，减小磁偏角。可选的，磁体粉末的预设密度为2.0g/cm3、2.5g/cm3、3.0g/cm3、3.5g/cm3、4.0g/cm3。
根据本申请一种可选的技术方案，退磁中反向磁场的强度≤0.5T。在退磁过程中，反向磁场不合适会导致压坯剩磁过高，增大脱模过程中的压坯与模具间的摩擦力，从而导致较大的磁偏角。
根据本申请一种可选的技术方案，脱模中脱模速度≤15mm/s。脱模速度是指压坯与模具的相对速度。压坯相对于模具的脱模速度过快会造成压坯侧面与模具壁出现拖曳，破坏磁体边缘取向，增大磁偏角。脱模速度过慢影响生产效率。
根据本申请一种可选的技术方案，取向磁场的强度为1.5～2.5T。取向磁场的强度大小根据需求设置。
实施例1
制备磁体：
1、合金熔炼：
合金成分为(PrNd)30.5Dy0.5Co0.5Cu0.05Al0.05B0.98Febal。
按照合金成分配置原材料，将配制好的原料装入真空感应炉中，熔炼温度1350℃进行熔炼，冷却形成合金片。
2、制粉：对合金片进行氢爆粗破碎以及气流磨磨制细粉，将合金片放置在氢爆炉中进行氢爆，对氢爆后的粗粉进行气流磨磨制细粉，细粉的中位粒径D50＝4.2μm。
3、混粉：细粉中加入0.05wt％硬质酸锌润滑剂后进行混粉2h，获得磁体粉末。
4、压制成型：采用具有浮动保压功能的磁场取向成型压机压制，磁体粉末压制成型制备压坯，单坯粉末重量为350g，获得的压坯密度为4.0g/cm3，压坯尺寸为50.0mm(取向方向)×60.0mm(模具方向)×29.2mm(压制方向)。压制过程为：
41、极头中心线与模腔中磁体粉末的高度中心线的间距D＝0mm。
42、装粉：将预设重量的磁体粉末由粉末容器倒入模具的模腔中。
43、合模：控制上冲逐渐下行进入模具的模腔，上冲下行至刚刚接触磁体粉末的第一预设位置，完成合模。施加预取向磁场2.0T，预取向时间30s。
44、浮动压制：上冲继续下行至第二预设位置后，模具与上冲同时下行，上冲的下行速度与模具的下行速度比为3.5:1。
上冲下行至第三预设位置，模具下行至第四预设位置时，模腔中的磁粉的密度达到3.0g/cm3时，施加取向磁场进行取向2.2T。
45、保压压制：上冲继续下行至第五预设位置，模具继续下行至第六预设位置，压坯的密度达到所需的密度，保压15s后关闭取向磁场。
46、退磁：上冲、模具和下冲均不移动，施加反向磁场0.5T，使得压坯退磁。
47、脱模：模具下行至压坯脱出，脱模速度＝3mm/s。
5、压坯放入真空烧结炉中进行真空烧结，烧结温度为1050℃保温3h，时效热处理温度为900℃保温2h，之后在500℃保温4h，获得磁体。磁体尺寸为：37.4mm(取向方向)×49.6mm(模具方向)×24.8mm(压制方向)
测量磁偏角：对磁体进行整体的切割获得磁片，记录磁片在磁体中的位置，磁片尺寸为9.94(模具方向)×4.50(压制方向)×1.30(取向方向)mm，利用M-axis系统进行测量系统准确性校验后，分别测量饱和充磁(5T磁场)后各磁片的磁偏角，其中磁片的磁偏角最大值为4.9°，最小值为1.4°。磁体的不同部位的磁片的磁偏角如图5所示。
实施例2
制备磁体：
1、合金熔炼：
合金成分为(PrNd)31Co1.0Cu0.15Ga0.25B0.98Febal。
按照合金成分配置原材料，将配制好的原料装入真空感应炉中，熔炼温度1350℃进行熔炼，冷却形成合金片。
2、制粉：对合金片进行氢爆粗破碎以及气流磨磨制细粉，将合金片放置在氢爆炉中进行氢爆，对氢爆后的粗粉进行气流磨磨制细粉，细粉的中位粒径D50＝4.2μm。
3、混粉：细粉中加入0.05wt％硬质酸锌润滑剂后进行混粉2h，获得磁体粉末。
4、压制成型：采用具有浮动保压功能的磁场取向成型压机压制，磁体粉末压制成型制备压坯，单坯粉末重量为400g，获得的压坯密度为4.1g/cm3，压坯尺寸为50.0mm(取向方向)×50.0mm(模具方向)×38.1mm(压制方向)。压制过程为：
41、极头中心线与模腔中磁体粉末的高度中心线的间距D＝1mm。
42、装粉：将预设重量的磁体粉末由粉末容器倒入模具的模腔中。
43、合模：控制上冲逐渐下行进入模具的模腔，上冲下行至刚刚接触磁体粉末的第一预设位置，完成合模。施加预取向磁场1.8T，预取向时间60s。
44、浮动压制：上冲继续下行至第二预设位置后，模具与上冲同时下行，上冲的下行速度与模具的下行速度比为2:1。
上冲下行至第三预设位置，模具下行至第四预设位置时，模腔中的磁体粉末的预设密度达到2.25g/cm3时，施加取向磁场进行取向2.3T。
45、保压压制：上冲继续下行至第五预设位置，模具继续下行至第六预设位置，压坯的密度达到所需的密度，保压10s后关闭取向磁场。
46、退磁：上冲、模具和下冲均不移动，施加反向磁场0.4T，使得压坯退磁。
47、脱模：模具下行至压坯脱出，脱模速度＝3mm/s。
5、压坯放入真空烧结炉中进行真空烧结，烧结温度为950℃保温4h，时效热处理温度为800℃保温3h，之后在450℃保温5h，获得磁体。磁体尺寸为：37.9mm(取向方向)×42.0mm(模具方向)×33.1mm(压制方向)。
测量磁偏角：对磁体进行整体的切割获得磁片，记录磁片在磁体中的位置，磁片尺寸为7.84(模具方向)×4.99(压制方向)×1.20(取向方向)mm，利用M-axis系统进行测量系统准确性校验后，分别测量饱和充磁(5T磁场)后各磁片的磁偏角，其中磁片的磁偏角最大值为5°，最小值为1.5°。
实施例3
制备磁体：
1、合金熔炼：
合金成分为Nd30.5Co1.2Cu0.1Zr0.1B0.98Febal。
按照合金成分配置原材料，将配制好的原料装入真空感应炉中，熔炼温度1350℃进行熔炼，冷却形成合金片。
2、制粉：对合金片进行氢爆粗破碎以及气流磨磨制细粉，将合金片放置在氢爆炉中进行氢爆，对氢爆后的粗粉进行气流磨磨制细粉，细粉的中位粒径D50＝4.2μm。
3、混粉：细粉中加入0.05wt％硬质酸锌润滑剂后进行混粉2h，获得磁体粉末。
4、压制成型：采用具有浮动保压功能的磁场取向成型压机压制，磁体粉末压制成型制备压坯，单坯粉末重量为500g，获得的压坯密度为4.1g/cm3，压坯尺寸为40.0mm(取向方向)×60.0mm(模具方向)×50.8mm(压制方向)。压制过程为：
41、极头中心线与模腔中磁体粉末的高度中心线的间距D＝3mm。
42、装粉：将预设重量的磁体粉末由粉末容器倒入模具的模腔中。
43、合模：控制上冲逐渐下行进入模具的模腔，上冲下行至刚刚接触磁体粉末的第一预设位置，完成合模。施加预取向磁场2.1T，预取向时间50s。
44、浮动压制：上冲继续下行至第二预设位置后，模具与上冲同时下行，上冲的下行速度与模具的下行速度比为1:1。
上冲下行至第三预设位置，模具下行至第四预设位置时，模腔中的磁体粉末的密度达到3.8g/cm3时，施加取向磁场进行取向2.5T。
45、保压压制：上冲继续下行至第五预设位置，模具继续下行至第六预设位置，压坯的密度达到所需的密度，保压20s后关闭取向磁场。
46、退磁：上冲、模具和下冲均不移动，施加反向磁场0.5T，使得压坯退磁。
47、脱模：模具下行至压坯脱出，脱模速度＝10mm/s。
5、压坯放入真空烧结炉中进行真空烧结，烧结温度为1150℃保温2h，时效热处理温度为850℃保温1h，之后在550℃保温3h，获得磁体。磁体尺寸为：30.5mm(取向方向)×50.4mm(模具方向)×43.0mm(压制方向)。
测量磁偏角：对磁体进行整体的切割获得磁片，记录磁片在磁体中的位置，磁片尺寸为7.89(模具方向)×4.91(压制方向)×1.50(取向方向)mm，利用M-axis系统进行测量系统准确性校验后，分别测量饱和充磁(5T磁场)后各磁片的磁偏角，其中磁片的磁偏角最大值为4.9°，最小值为1.6°。
对比例
以实施例1磁体成分制备磁粉，按照专利CN104493158A的实施例5压制方式制备磁体，磁体规格为32.4模具方向)×26.5(压制方向)×25.7(取向方向)。
测量磁偏角：对磁体进行整体的切割获得磁片，记录磁片在磁体中的位置，磁片尺寸为7.48(模具方向)×4.74(压制方向)×1.30(取向方向)mm，利用M-axis系统进行测量系统准确性校验后，分别测量饱和充磁(5T磁场)后各磁片的磁偏角，其中磁片的磁偏角最大值为10.4°，最小值为0.5°。磁偏角大的部位集中在模具方向的表面附近部位。磁体的不同部位的磁片的磁偏角如图6所示。
以上对本申请实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想。因此，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种磁体，其特征在于，将所述磁体切割为规格相同的多个磁片，所述磁片的磁偏角≤5.5°；
其中，所述磁片沿取向方向的尺寸为1.2～1.5mm，所述磁片沿压制方向的尺寸为4.5～5.0mm，所述磁片沿模具方向的尺寸为7.0～10.0mm。
2.一种磁性件，其特征在于，由权利要求1所述的磁体加工形成。
3.一种磁体的制备方法，其特征在于，包括：
装粉：将磁体粉末倒入模具的模腔中；
合模：上冲进入所述模具的模腔，所述上冲下行至第一预设位置；
浮动压制：所述上冲下行至第二预设位置，所述上冲与所述模具均下行，所述上冲下行至第三预设位置，所述模具下行至第四预设位置，所述模腔中的磁体粉末的密度达到预设密度，施加取向磁场进行取向；优选地，所述取向磁场的强度为1.5～2.5T。
保压压制：所述上冲下行至第五预设位置，所述模具下行至第六预设位置，保压第一预设时间；
退磁：施加反向磁场；
脱模：所述模具下行至压坯脱出；
烧结和热处理：对所述压坯进行烧结和热处理，获得所述磁体。
4.根据权利要求3所述的磁体的制备方法，其特征在于，包括：所述装粉之前，对极头的位置进行调整，以使磁体粉末达到预设密度后保持极头中心线与模腔中磁体粉末的高度中心线的间距≤3mm。
5.根据权利要求3所述的磁体的制备方法，其特征在于，包括：在所述合模之后，施加预取向磁场，对所述磁体粉末进行预取向。
6.根据权利要求3所述的磁体的制备方法，其特征在于，所述预取向磁场的强度为0.5～2.1T。
7.根据权利要求3所述的磁体的制备方法，其特征在于，所述浮动压制中，所述上冲的下行速度与所述模具的下行速度比为3.5:1～1:1。
8.根据权利要求3所述的磁体的制备方法，其特征在于，所述磁体粉末的预设密度为1.8～4.2g/cm3。
9.根据权利要求3所述的磁体的制备方法，其特征在于，所述退磁中，反向磁场的强度≤0.5T。
10.根据权利要求3所述的磁体的制备方法，其特征在于，所述脱模中，脱模速度≤15mm/s。
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