CN1248811C - 粉末成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可提高所得到的成型体(39)的取向性的粉末成型方法。将磁体用的粉末填充至在模具(16)的通孔(24)中形成的模腔(28)中。粉末用急冷法制造。利用振动装置(30)，使下冲头(26)在通孔(24)内，沿着压制方向振动；并且利用磁场发生装置(40)，将作为静磁场的取向磁场加在模腔(28)内的粉末上，利用上冲头(34)和下冲头(26)，使模腔(28)内的粉末压制成型，得出成型体(39)。这时，压制方向与磁场取向方向垂直。另外，压制方向也可与磁场取向方向平行。
Description
技术领域
本发明涉及粉末成型方法，更具体地说，涉及将稀士类磁体粉末压制成型的粉末成型方法。
背景技术
在日本特开昭61-2508号中公布了这种现有技术的一个例子。这里，提出了一种在可自由升降地支承着压板的同时，可以自由振动地支承成型工作台的振动压制成型机。在这种振动压制成型机中，在成型工作台侧面和压板侧面上分别配置支持着振动器，同时，在压板侧面和成型工作台侧面上，还分别配置支持着可自由升降的加压液压缸。
但是，在上述的现有技术中，没有考虑将充填在成型模型内的粉体原料加以取向的技术，因此，不能提高粉体原料以及所得出的成型体的取向性。
因此本发明的主要目的是要提供一种可以提高所得出的成型体的取向性的粉末成型方法。
发明内容
根据本发明的精神，提供了一种粉末成型方法，它具有：
将磁体粉末填充到形成于模具的通孔中的模腔内的填充工序；以及
在磁场取向时，在上述通孔内，使上冲头和下冲头中的至少一个冲头，在压制方向振动，利用上述上冲头和上述下冲头，使上述模腔内的上述磁体粉末压制成型，得到成型体的压制工序。
在本发明中，由于通过压制成型时，使上冲头和下冲头中的至少一个冲头，在模具的通孔内，沿着压制方向振动，可使模腔内的磁体粉末互相作用的摩擦，从静摩擦变为动摩擦，可以降低磁体粉末之间的摩擦力，因此可提高磁体粉末的流动性。这样，如果使冲头振动，同时加上取向磁场，则磁体粉末按照沿着磁场的取向方向聚齐的方式移动，提高磁体粉末的取向性。因此，如果压制这种状态的磁体粉末，可得到取向性高的成型体。
优选，压制工序中的取向磁场为静磁场。当在压制成型时，加上静磁场，由于可以确保粉末流动所必要的时间，并进行压制，因此可提高磁体粉末及成型体取向性。
另外，优选，压制方向与磁场取向方向垂直。在这种情况下，由于容易使磁场发生机构与压制机构分离，因此，可用简单的结构提高磁体粉末及成型体取向性。
本发明可适用于压制方向与磁场取向方向平行的情况。由于与压制方向和磁场取向方向垂直的情况比较，压制方向与磁场取向方向平行时加上磁场时一方面会使取向散开，一方面又压制，因此磁体粉末的取向的偏移大。然而，利用本发明，通过使上冲头和下冲头中的至少一个冲头在通孔内振动，可以抑制这种弊病。
另外，本发明适用于磁体粉末是用急冷法制造的情况。在使用用急冷法制造的磁体粉末的情况下，由于目前粉末为有棱角形状，与其他形状的粉末比较，作用在粉末间的移动摩擦力大。由于这样，磁场取向时粉末的流动性差，妨碍取向性的提高。然而，利用本发明，即使是这种磁体用的粉末，由于磁场取向时，冲头在通孔内，沿着压制方向振动，进行压制，可以降低作用在模腔内的磁体粉末之间的摩擦力，改善磁体粉末的流动性，因此可提高磁体粉末及成型体的取向性。
在稀士类烧结磁体中，由于烧结后的R2Fe14B相的结晶粒径减小，因此具有减小微粉碎后的粉碎粉的倾向。当粉末粒径在5微米(FSSS粒径)以下时，即使加上强的取向磁场，由于在各个粉末上产生的回转力小，取向程度降低。采用本发明，即使这种粒径小的粉末，也可提高其取向程度。
另外，本发明适用于成型体为异形状的情况。在得出的成型体为弓形等异形状的情况下，由于压制时的压缩率随成型部位不同。因此，目前，在成型体中产生由于压缩率高的端部与其他部位的压缩率不同而造成裂纹，而且，取向性随成型部位出现差异。然而，在本发明中，即使在得出异形状的成型体情况下，利用振动可提高磁体粉末的流动性，使模腔内的磁体粉末的密度偏差减小。因此，可以形成各个成型部位的成型后密度大致均匀的异形状的成型体，可以抑制裂纹的产生，并提高取向性。
根据本发明的精神，还提供了包括上述粉末成型方法的稀士类磁体的制造方法。由于采用上述粉末成型方法，可得到取向性提高的成型体，因此，利用本发明，可得到磁特性良好的稀士类磁体。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的示意图；
图2为表示所得出的成型体的一个例子的立体图；
图3为表示第一图的实施方式的动作的一个例子的时间图；
图4为表示实验结果的一个例子的表；
图5为由图4所示的实验结果得出的图形；
图6为表示实验中磁体的磁特性测定位置的一个例子的示意图；
图7为表示本发明的另一个实施方式的示意图；
图8为表示图7的实施方式的动作的一个例子的时间图；
图9为表示本发明的再一个实施方式的示意图；
图10为表示本发明的又一个实施方式的示意图；
图11为分别表示静磁场和脉冲磁场的一个例子的波形图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
参见图1，可看出，本发明的一个实施方式的粉末成型装置10为压制方向与磁场取向方向垂直，而且是排出方式(withdrawal system)的磁体粉末成型装置。
粉末成型装置10包含底座12。底座12由多个支脚14支承。在底座12的上方配置着模具16。模具16的下面，经贯通底座12的一对导向支柱18，与连接板20连接。连接板20，通过液压缸活塞杆22，与图中没有示出的下部液压缸连接。因此，利用下部液压缸可使模具16在上下方向移动。
在模具16的大致中心处，形成在垂直方向贯通的通孔24。下冲头26从下端插入通孔24中，在通孔24内形成一个模腔28。利用图中没有示出的、相对模腔28可进退的供粉装置，将例如稀士类的合金粉末等磁体用的粉末，供给至模腔28中。
作为供粉装置，可以使用例如日本特开2000-248301号所述的供粉装置。充填在模腔28中的粉末充填密度例如在2.2g/cm3以上，2.5g/cm3以下。
下冲头26配置在振动装置30上，振动装置30则配置在底座12上。从而，下冲头26虽固定在底座12上，但可以利用振动装置30，在上下方向即压制方向振动。
在模具16的上方配置着上冲头板32。在上冲头板32的下面，在可插入模腔28中的位置上设有上冲头34。在上冲头板32的上面上，设有液压缸活塞杆36。图中没有示出的上部液压缸与液压缸活塞杆36连接。在上冲头板32的两端附近，插入一对在垂直方向设置的导向支柱38。导向支柱38的下端与模具16的上面连接。
因此，上冲头板32由导向支柱38引导，利用上部液压缸可在上下方向移动；相应于此，上冲头34可在上下方向移动，插入模腔28内。在压制成型时，利用下冲头26和上冲头34，可在模腔28内压缩粉末，形成成型体39。在该实施方式中，如图2所示，形成制造音圈电机用磁体的弓形成型体39。在这种情况下，成型体39的上面39a是与上冲头34的接触面，而成型体39的下面39b是与下冲头26的接触面。
在模具16附近设有使模腔28内的粉末取向用的磁场发生装置40。磁场发生装置40具有按照从两侧夹住模具16的方式而对称配置的一对轭铁42a、42b。轭铁42a、42b用碳素钢等透磁率高的材料制成。在轭铁42a、42b上分别卷绕着线圈44a、44b。当给线圈44a、44b通电时，在箭头X所示的方向上，产生静磁场，使模腔28内的粉末取向。
这样，在上述粉末成型装置10中，压制方向与磁场取向方向垂直。所加的磁场强度例如大约为0.8MA/m以上，1.3MA/m以下。
这里，作为粉末，使用例如Nd-Fe-B系粉末等的稀士类合金粉末。
稀士类合金粉末可以如下这样制造。首先，作为通过急冷法(冷却速度在102℃/sec以上，104℃/sec以下)制造合金的方法利用美国专利第5383978号所示的轧铸法，制造铸片。
具体作法是：利用高频熔解，将用众所周知的方法制造的、由30wt％的Nd，1.0wt％的B，1.2wt％的Dy，0.2wt％的Al，0.9wt％的Co、其余为Fe和不可避免的杂质组成的合金，制成熔融液。将该熔融液保持在1350℃以后，在滚子圆周速度约为1m/秒、冷却速度为500℃/sec，过冷度为200℃的条件下，在单滚子上进行急冷，得到厚度大约为0.3mm的片状合金铸块。
接着，利用储氢法将合金铸块粗粉碎后，再利用喷射粉碎机，在氮气的气氛中进行微粉碎，得到平均粒径为3.5微米的合金粉末。
将润滑剂添加至这种稀士类合金粉末中。在这种情况下，作为润滑剂可采用脂肪酸酯，作为溶剂可采用石油类溶剂。另外，将用石油类溶剂稀释脂肪酸酯后的物质取0.3wt％(润滑剂基料)，添加混合至稀士类合金粉末中，使润滑剂覆盖在稀士类合金粉末表面上。
现参照图3来说明粉末成型装置10的动作。
最初，如时段A所示，模具16位于下降端；同时，上冲头34位于上升端，模具16和下冲头26的各自的上面成为一个面。接着，如时段B所示，使模具16上升，在通孔24内形成模腔28。然后，如时段C所示，将供粉装置(图中没有示出)移动至模腔28上面，前后稍微摇动供粉装置，使供粉装置内的粉末充填于模腔28内，在充填后，将供粉装置退出。另外，如时段D所示，在使模具16上升的同时使上冲头34下降。又如时段E所示，开始由磁场发生装置40施加取向磁场，由振动装置30使下冲头26开始振动。再如时段F所示，一边加入取向磁场和振动，一边利用下冲头26和从上方插入通孔24内的上冲头34，在模腔28内开始粉末压制成型，在时段G中，在去磁和振动停止的状态下，继续以最大的压制压力，使粉末压制成型。然后，如时段H所示，通过慢慢地使上冲头34上升，慢慢减压，压制成型完成，形成成型体39。另外如时段I所示，通过使模具16下降至下降端，可将在模腔28内的成型体39，从模具16的上面排出。又如时段J所示，在使上冲头34上升至上升端后，在时间K内，取走成型体39，准备下一次的压制成型处理。反复进行上述的处理，可使粉末压制成型。
采用粉末成型装置10，在压制成型时，通过使下冲头26在通孔24内，在压制方向上振动，可以减小模腔28内的粉末间的摩擦力，提高粉末的流动性。这样，如果使下冲头26振动，并给粉末加取向磁场，则粉末按照沿磁场的取向方向聚齐的方式移动，提高粉末的取向性。另外，由于粉末按照埋住间隙的方式移动，可使粉末在模腔内分布更均匀，可以抑制压缩成型时的取向紊乱。再将这种状态的粉末压制，可以得到取向性好的成型体39。
即使在将粉末充填至例如2.5g/cm3以上的高密度并压制成型的情况下，也可通过振动，使粉末移动，填埋间隙。因此，由于使用低的压制压力即可达到用于得到所希望的磁特性的成型密度，这样，可以抑制由于压制压力引起的磁场取向紊乱，维持磁场取向状态，制造压制成型体。另外，还可以抑制在高度方向的取向性偏差，特别是在要得到高度在20mm以上的成型体39的情况下，更有效。
又由于通过在压制成型时施加静磁场，可以确保粉末流动必需的时间，并进行压制，因此可提高粉末以及成型体39的取向性。
在粉末成型装置10中，由于可将磁场发生装置40与模具16和上冲头34等压制机构分离，因此，粉末成型装置10结构简单。
一般，用急冷法制造的Nd-Fe-B系粉末作用在粉末间的摩擦力，比Nd-Fe-B系造粒粉大，因此难以提高取向性。这是由于用急冷法制造的Nd-Fe-B系粉末是粒径特别小，而且粒度分布狭窄，锋利的粉末间的间隙小，粉末的表面积大，粒的形状有棱角。另外，最近，以提高磁特性为目的，将粉末的平均粒径作成5微米(FSSS粒径)。然而，利用粉末成型装置10，即使是用急冷法制造的细的粉末，由于在磁场取向时，可使下冲头26在通孔24内，沿着压制方向振动并压制，使作用在模腔28内的粉末相互之间的摩擦力减小，改善粉末的流动性，因此可以提高粉末及成型体39的取向性。
另外，当在Nd-Fe-B系粉末中添加润滑剂时，由于粉末间的摩擦缓和，粉末的流动性提高，因此取向性进一步提高。
即使是在得到成型体39那样的弓形等异形状的成型体的情况下，振动可使模腔28内的粉末的流动性提高，因此，粉末在模腔28内的分配更均匀。这样，可以制造各个成型部位的成型后密度(未烧结的密度)大致均匀的异形状的成型体。
上述这样得出的成型体，是在可减少在模腔28内的粉末的密度差异、且在磁的各向异性更一致的状态下进行压制得到的。在烧结这种成型体的情况下，收缩量的差异减小，与现有比较，所得出的烧结体的轮廓形状更好。因此，在成型体上为了修正所必要的加工只需很少一点就够了。再通过对这种浇结体进一步进行时效处理，可得到磁特性良好的稀士类磁体等磁体。
下面来说明实施例。
比较使用粉末成型装置10得出的磁体，和使用从粉末成型装置10上去除振动装置30的粉末成型装置(以下称为“比较装置”)得出的磁体的各自的磁特性。即是说，比较有无振动得出的磁体的磁特性。磁体是对用粉末成型装置制造的成型体进行进一步烧结、时效处理得到的。
实验条件如下所示。
作为粉末，使用由轧铸法制造的、平均粒径在2微米以上，3微米以下的Nd-Fe-B系合金粉末(例如，住友特殊金属株式会社制的NEOMAX-48BH)，粉末中添加例如硬脂酸锌等润滑剂。作为模具16，使用一个循环可形成一个53.1mm×53.3mm×25mm的成型体的模具(采用1个)。成型密度为4.0g/cm3以上，4.5g/cm3以下；供粉方法为加料器填充(压入式填充)；取向磁场为磁芯中心磁场1.66T；振动频率约为50Hz；振幅约为0.02mm；振动装置26为株式会社第一(株式会社ダイイチ)制造的。将这样得出的成型体，在Ar气氛下，在1050℃下，烧结5.5小时，再在500℃下，在Ar气氛中，时效处理3小时，得出烧结磁体(Nd-Fe-B系磁体)。
图4和图5表示在上述条件下，对使用粉末成型装置10得出的Nd-Fe-B系磁体，和使用比较装置得出的Nd-Fe-B系磁体，测定其磁特性的结果。
磁特性具体地是如下这样测定的。
首先，利用粉末成型装置，制成所希望成型密度的成型体。通过两回压制成型，共得出两个成型体。对所得出的两个成型体进行烧结、时效处理后，切断，得到9块磁体，如图6所示，对9块磁体中的每一个磁体，测定中心部分S的残留磁通密度Br和最大磁能积(BH)max，将9个值平均。对粉末成型装置10和比较装置进行这种处理，成型密度如图4所示，可得出图4和图5所示的结果。
由图5(a)可看出，当以同一个成型密度作比较时，使用粉末成型装置10的情况(有振动的情况)，比使用比较装置(没有振动的情况)的残留磁通密度Br大。又由图5(b)可看出，当以同一个成型密度作比较时，使用粉末成型装置10的情况(有振动的情况)，比使用比较装置(没有振动的情况)的最大磁能积(BH)max大。
因此，可以明白，在成型密度相同的情况下，使用粉末成型装置10的情况，比使用比较装置的情况所得到的磁体的磁特性改善。这样，为了得到相同磁特性的磁体，使用粉末成型装置10的情况，比使用比较装置的情况，用较小的成型压力就够了。
另外，根据本发明，通过加入振动，并进行磁场成型，可以抑制成型体的成型密度偏差和烧结引起的变形。因此，在粉末充填时也可以采用如日本特开2001-9595号所述的、秤出与每个模腔对应的粉末，将该粉末落下至模腔中的充填方法。
以下，对照图7来说明本发明的另一个实施方式的粉末成型装置10a。
粉末成型装置10a为压制方向与磁场取向方向垂直，而且为两向压制方式的磁体粉末成型装置。
在粉末成型装置10a中，模具16通过多个支脚46固定在底座12上；振动装置30配置在工作台48上；工作台48则通过导向支柱50，与连接板20连接。其他结构与图1所示的粉末成型装置10相同，因此省略重复说明。这样，在粉末成型装置10a中，下冲头26和上冲头34可以在模具16的通孔24内，沿上下方向移动，压制模腔28内的粉末。
现参照图8来说明成型装置10a的动作。
在粉末成型装置10a中，模具16固定，下冲头26可在上下方向移动。比较图8和图3可看出，粉末成型装置10a的下冲头26与粉末成型装置10的模具16的动作大致正好相反，因此，模腔28内的粉末，被下冲头26和上冲头34进行两向压制。另外，上冲头34从模腔28中的拔出是从时段I开始的。除了这二点以外，粉末成型装置10a的动作，与粉末成型装置10的动作相同，因此省略重复说明。
粉末成型装置10a也可得到与粉末成型装置10同样的效果。
再参照图9来说明本发明的又一个实施方式的粉末成型装置10b。
粉末成型装置10b是压制方向与磁场取向平行，而且是排出方式的磁体粉末成型装置。
粉末成型装置10b与粉末成型装置10相同，模具16在上下方向移动，下冲头26在上下方向振动。关于这点，省略重复说明。另外，粉末成型装置10b具有磁场发生装置52。磁场发生装置52具有配置在模具16的上方的、与模具16大致平行的轭铁54。在轭铁54的下面上，在可插入通孔24中的位置上，设有上冲头34。模具16可起与轭铁54成为一对的轭铁的作用。在轭铁54和模具16上分别卷绕着线圈56a和56b。因此，当给线圈56a和56b通电时，产生如箭头Y所示方向的静磁场，使模腔28内的粉末取向。这样，在粉末成型装置10b中，压制方向与磁场取向方向平行。
在利用粉末成型装置10b形成图2所示的成型体39的情况下，成型体39的侧面39c成为与上冲头34的接触面，而成型体39的侧面39d成为与下冲头26的接触面。因此，粉末成型装置10b的上冲头34和下冲头26的形状以及通孔24的截面形状，与粉末成型装置10的情况不同。
由于粉末成型装置10b与粉末成型装置10同样，如图3所示那样动作，因此省略其重复说明。
粉末成型装置10b可得到与粉末成型装置10同样的效果。
一般，在压制方向与磁场取向方向平行的情况下，由于压制方向与磁场取向方向为同一个方向，成型压力容易使成型体内的磁场取向散开。但是，采用粉末成型装置10b时，通过使下冲头26在通孔24内，沿着压制方向振动，可以抑制这个弊病，效果更显著。
特别是，粉末成型装置10b的通孔24的开口尺寸(长度方向和宽度方向中的任何一方)狭窄，模腔深度大，因此在形成薄的成型体的情况下，更有效。
在压制方向与磁场取向方向平行，形成上述的薄的成型体的情况下，目前，为了确保磁特性，必需以低的成型密度压制。这是，因为当成型密度高时，磁特性降低。但是，当成型密度低时，成型体的强度降低，当从模腔拔出时，成型体容易被压坏，使成型体拔出困难，生产性能降低。另一方面，当为了确保成型体强度，将成型密度设定得较高时，也可将比通常高的成型压力加至在模腔内有粉末上，使取向散开地成型。
采用粉末成型装置10b，即使成型密度较高，也可得到具有良好的磁特性的磁体。例如，使用粉末成型装置10b得出的成型密度为4.4g/cm3的磁体的磁特性，与没有振动得出的成型密度为4.1g/cm3的磁体的磁特性相同。
因此，利用粉末成型装置10b，即使是在形成薄的成型体(磁体)的情况下，在从模腔中拔出成型体时，不会压坏成型体，可以提高成型密度，同时，可以得到具有良好磁特性的磁体。
现参照图10来说明本发明的再一个实施方式的粉末成型装置10c。
粉末成型装置10c为压制方向与磁场取向方向平行，而且是两向压制方式的磁体用的粉末成型装置。
在粉末成型装置10c中，模具16通过多个支脚46，固定在底座12上；振动装置30配置在工作台48上；工作台48通过导向支柱50，与连接板20连接。其他结构与图9所示的粉末成型装置10b相同，因此省略其重复说明。这样，下冲头26和上冲头34在模具16的通孔24内，沿上下方向移动，压制模腔28内的粉末，压制方向与磁场取向方向平行。
粉末成型装置10c与粉末成型装置10a相同，其动作如图8所示，因此省略其重复说明。
粉末成型装置10c也可得到与粉末成型装置10同样的效果。
另外，与粉末成型装置10b同样，由于在粉末成型装置10c中，压制方向与磁场取向方向平行，因此，效果更显著，特别是，在形成薄的成型体的情况下，效果更显著。
另外，在上述各个粉末成型装置10、10a、10b、和10c中，下冲头26的振幅优选在0.001mm以上，0.2mm以下。如果振幅小于0.001mm，则不能减少成型时粉末之间产生的摩擦；另一方面，当振幅超过0.2mm时，例如粉末容易卡入模具16和下冲头26之间，成为损伤模具16和下冲头26的原因。
另外，在上述各个粉末成型装置10、10a、10b、和10c中，下冲头26的振动频率优选为5Hz以上，1000Hz以下。如果振动频率小于5Hz，则不能降低成型时粉末之间的摩擦；另一方面，当振动频率超过1000Hz时，振动装置30的成本过高，不实用。
本发明不是仅限于使下冲头26在通孔24内振动的情况；使上冲头34和下冲头26一起在通孔24内振动也可以；只使上冲头34振动也可以。
另外，本发明不是仅限于形成异形状的成型体39的情况，对形成圆环形和台阶形等任意形状的成型体的情况也可以适用。
作为取向磁场，不只是静磁场，使用脉冲磁场也可以。这里，所谓静磁场是指，如图11(a)所示那样，磁场强度不随时间变化的磁场。所谓脉冲磁场是磁场强度随时间变化的动磁场的一种，如图11(b)所示，也称为暂时产生的磁场。
Claims (8)
1、一种粉末成型方法，具有：
将有棱角形状的磁体粉末填充到形成于模具通孔中的模腔内的填充工序；以及
在磁场取向时，在所述通孔内，边使上冲头和下冲头之中的至少一个冲头在压制方向振动边使所述模具下降，利用所述上冲头和所述下冲头，使所述模腔内的所述磁体粉末压制成型，得到成型体的压制工序。
2.如权利要求1所述的粉末成型方法，其特征为，所述压制工序中的取向磁场为静磁场。
3.如权利要求1或2所述的粉末成型方法，其特征为，所述压制方向与磁场取向方向垂直。
4.如权利要求1或2所述的粉末成型方法，其特征为，所述压制方向与磁场取向方向平行。
5.如权利要求1或2所述的粉末成型方法，其特征为，所述磁体粉末利用急冷法制造。
6.如权利要求1或2所述的粉末成型方法，其特征为，所述成型体为异形状。
7.一种稀士类磁体的制造方法，包括如权利要求1或2所述的粉末成型方法。
8.一种粉末成型方法，其特征为，具有：
准备可成形弓形成型体地具有弯曲的上冲头面的上冲头和具有弯曲的下冲头面的下冲头、以及具有所述上冲头和所述下冲头可插入的通孔的模具的准备工序；
利用所述模具和所述下冲头在所述通孔内形成模腔的形成工序；
将有棱角形状的磁体粉末填充到所述模腔内的填充工序；以及
在磁场取向时，在所述通孔内，边使所述上冲头和所述下冲头之中的至少一个冲头在压制方向振动边使所述模具下降，利用所述上冲头和所述下冲头，使所述模腔内的所述磁体粉末压制成型，得到所述成型体的压制工序。
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