CN1274467A - 稀土粘结磁体用组合物,稀土粘结磁体及稀土粘结磁体的制造方法 - Google Patents

稀土粘结磁体用组合物,稀土粘结磁体及稀土粘结磁体的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供稀土粘结磁体用组合物、稀土粘结磁体及其制造方法,不会因添加润滑剂而降低机械强度,成型性优异。本发明的稀土粘结磁体,采用含稀土磁粉、热塑性树脂组成的粘合树脂、和氟系树脂粉末的磁体用组合物,通过压制成型、挤出成型、注射成型机械制造。所述氟系树脂主要具有提高成型体和金属模具之间的滑动性的功能。稀土粘结磁体用组合物中的氟系树脂粉末的含量最好是热塑性树脂的20vol%以下,氟系树脂粉末的粒径最好是2—30μm。

Description

稀土粘结磁体用组合物,稀土粘结磁体 及稀土粘结磁体的制造方法
技术领域
本发明涉及稀土粘结磁体用组合物、稀土粘结磁体及稀土粘结磁体的制造方法。
背景技术
稀土粘结磁体的制造是采用稀土磁粉和粘合树脂(有机粘合剂)的混合物(化合物),将其加压成型为所期望的磁体形状,其成型方法采用压制成型法、注射成型法和挤出成型法。
压制成型法是在金属压模中填充所述化合物,对其施加压力进行压制获得成型体,之后通过加热使作为粘合树脂的热固性树脂固化,从而制造磁体。由于这种方法的粘合树脂用量即使比其它方法的少也能成型,所以可减少获得的磁体中的树脂量,有利于提高磁性能。
挤出成型法是从挤出成型机的金属模具挤出加热熔融的所述化合物,同时冷却固化,切成要求的长度,制成磁体的方法。这种方法的优点是磁体形状的自由度大,可以容易地制造细长的磁体,但是为了确保成型时的熔融物的流动性,粘合树脂的添加量必须多于压制成型法的,因此存在获得的磁体中的树脂量多、磁性能低这样的缺点。
注射成型法是对所述化合物加热熔融,在具有足够流动性的状态下将该熔融物注入金属模具内,成型为要求的磁体形状。这种方法的优点是磁体的自由度比挤出成型法的更大,特别是,优点是可以容易地制造不同形状的磁体。但是,由于要求成型熔融物的流动性高于所述挤出成型法的,所以粘合树脂的添加量必须比挤出成型法的更多,因此存在获得的磁体中的树脂量多、磁性能低这样的缺点。
上述各种成型法中,成型稀土粘结磁体时,为了提高成型性,通常添加作为润滑剂的硅油或各种石蜡,脂肪酸和硬脂酸锌、硬脂酸钙等金属皂。
但是,由于其组成和添加量,添加这种润滑剂产生以下这样的不适应。
例如,添加金属皂的情况,存在成型体强度低于未添加产品的这样的缺点。而且,添加大量的硅油等液态润滑剂的情况,由于所谓的“渗出”,在研磨和修整等二次加工时研磨物等附着在磁体成型体表面,难以去除。而且,这些附着物成为磁体耐蚀性劣化的原因。还有,由于出现“渗出”,产生了难以对磁体表面涂敷处理这样的问题。
为了克服上述问题,润滑剂添加量必须减少到最小限度,这种情况下,作为润滑剂的添加目的,不能充分地获得提高成型性的效果。
本发明目的在于提供一种稀土粘结磁体、稀土粘结磁体用组合物及稀土粘结磁体的制造方法,通过添加氟系树脂,解决例如机械强度降低这样的已有缺点,而且通过润滑作用而使成型性优良。
发明的公开
(1)本发明的第一方案是一种稀土粘结磁体用组合物,该组合物是包括稀土磁粉和热塑性树脂组成的粘合树脂的稀土粘结磁体用组合物,
其特征在于,所述组合物中包含氟系树脂粉末。
(2)本发明的第二方案是一种稀土粘结磁体用组合物,通过对稀土磁粉、热塑性树脂组成的粘合树脂和润滑剂的混合物进行混炼而制成,
其特征在于,含有氟系树脂粉末作为润滑剂。
(3)相对于所述热塑性树脂,所述氟系树脂的含量最好在20vol%以下。
(4)所述氟系树脂粉末的平均粒径最好是2-30μm。
(5)所述稀土粘结磁体用组合物最好含有抗氧化剂。
(6)所述稀土粘结磁体用组合物中的所述抗氧化剂的含量最好是2-12vol%。
(7)本发明的第三方案是一种粘结磁体,用热塑性树脂组成的粘合树脂粘合稀土磁粉而制成,
其特征在于,该磁体中含有氟系树脂粉末。
(8)相对于所述热塑性树脂,所述氟系树脂的含量最好在20vol%以下。
(9)所述氟系树脂粉末最好是选自下列之中的至少一种树脂:四氟乙烯树脂(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚树脂(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚树脂(FEP)、四氟乙烯-六氟丙烯·全氟烷氧基乙烯共聚树脂(EPE)、四氟乙烯-乙烯共聚树脂(ETFE)、三氟氯乙烯共聚树脂(PCTFE)、三氟氯乙烯·乙烯共聚树脂(ECTFE)、偏氟乙烯树脂(PVDF)、氟乙烯树脂(PVE)。
(10)采用注射成型法成型所述稀土粘结磁体,而且所述稀土磁粉含量最好是68-76vol%。
(11)采用挤出成型法成型所述稀土粘结磁体,而且所述稀土磁粉含量最好是78.1-83vol%。
(12)采用压制成型法成型所述稀土粘结磁体,而且所述稀土磁粉含量最好是78-86vol%。
(13)所述压制成型法最好是在所述热塑性树脂的热形变温度以上的温度进行加压成型的温热成型法。
(14)所述稀土磁粉的基本成分最好包括以Sm为主的稀土元素和以Co为主的过渡金属。
(15)所述稀土磁粉的基本成分最好包括R(R是包含Y的稀土元素之中的至少一种)、以Fe为主的过渡金属和B。
(16)所述稀土磁粉的基本成分最好包括以Sm为主的稀土元素、以Fe为主的过渡金属、以N为主的晶格间隙元素。
(17)所述稀土磁粉最好是上述(14)-(16)中任一项的稀土磁粉之中的至少任意的两种的混合物。
(18)所述稀土粘结磁体中,各向同性的磁能积(BH)max最好在4.5MG0e以上。
(19)所述稀土粘结磁体中,各向异性的磁能积(BH)max最好在10MG0e以上。
(20)所述稀土粘结磁体中,空位率最好在2vol%以下。
(21)本发明的第四方案包括以下工序:
制备包含稀土磁粉、热塑性树脂组成的粘合树脂和氟系树脂的稀土粘结磁体用组合物;
把所述稀土粘结磁体用组合物成型为期望的形状。
(22)制备所述稀土粘结磁体用组合物的工序,最好包括在所述粘合树脂软化温度以上的温度进行混炼的工序。
(23)所述稀土粘结磁体用组合物中,相对于所述热塑性树脂,所述氟系树脂粉末的含量最好在20vol%以下。
(24)所述氟系树脂粉末的平均粒径最好在2-30μm。
(25)所述稀土粘结磁体用组合物最好包含抗氧化剂。
(26)所述稀土粘结磁体用组合物最好包含2-12vol%的所述抗氧化剂。
(27)所述成型工序最好采用注射成型法。
(28)所述成型工序最好采用挤出成型法。
(29)所述成型工序最好采用压制成型法。
(30)所述压制成型法最好是在所述热塑性树脂热形变温度以上的温度进行加压成型的温热成型法。
发明的最佳实施方式
以下将说明本发明的稀土粘结磁体用组合物、稀土粘结磁体和稀土粘结磁体的制造方法。
[稀土粘结磁体]
首先,说明本发明的稀土粘结磁体。
本发明的稀土粘结磁体含有以下的稀土磁粉、热塑性树脂、具有润滑剂功能的氟系树脂粉末,如有必要还可含有抗氧化剂、其它添加剂。
1.稀土磁粉
作为稀土磁粉,最好是含稀土元素和过渡金属的合金,以下列举的[1]-[5]更好。
[1]基本成分是以Sm为主的稀土元素和以Co为主的过渡金属的合金(以下称为Sm-Co系合金)。
[2]基本成分是R(R包括Y的稀土元素之中的至少一种)、以Fe为主的过渡金属和B的合金(以下称为R-Fe-B系合金)。
[3]基本成分是以Sm为主的稀土元素、以Fe为主的过渡金属和以N为主的晶格间隙元素的合金(以下称为Sm-Fe-N系合金)。
[4]基本成分是R(R包括Y的稀土元素之中的至少一种)和Fe等过渡金属,具有纳米级磁性相的合金(以下称为纳米晶磁体)。
[5]所述[1]-[4]的组成之中,混合至少任意的两种。此时,可以兼有混合的各种磁粉的优点,易于获得更优异的磁性能。
作为Sm-Co系合金的代表,可以列举SmCo5、Sm2TM17(TM是过渡金属)。
作为R-Fe-B系合金的代表,可以列举Nd-Fe-B系合金、Pr-Fe-B系合金、Nd-Pr-Fe-B系合金、Ce-Nd-Fe-B系合金、Ce-Pr-Nd-Fe-B系合金,其中的Fe的一部分可以用Co、Ni等其它过渡金属置换。
作为Sm-Fe-N系合金的代表,可以列举对Sm2Fe17合金进行氮化制备的Sm2Fe17N3
作为所述磁粉中的稀土元素,可以列举Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、混合稀土,可以含有这些元素中的一种或两种以上。
而且,作为所述过渡金属,可以列举Fe、Co、Ni等,可以含有这些元素中的一种或两种以上。为了提高磁性能,根据需要磁粉中可以含有B、Al、Mo、Cu、Ga、Si、Ti、Ta、Zr、Hf、Ag、Zn等。
对于磁粉的制造方法没有特别限制,例如可以是通过熔化-铸造制备合金铸锭,把这种合金铸锭粉碎成适当的粒度(进一步分级),获得磁粉,或者是采用制造非晶合金所用的快淬薄带制造设备,制造带状快淬薄片(细微的多晶聚集),把这种薄片(薄带)粉碎成适当的粒度(进一步分级),获得磁粉。
对磁粉的平均粒径没有特别限制,但是应在0.5-50μm的范围,在1-30μm更好,在2-28μm最好。
所述磁粉粒径的分布可以是均匀的,或者有某种程度的离散也可以,但是在用以下所述的少量粘合树脂成型的场合,为了获得良好的成型性,磁粉粒径分布最好有某种程度的离散(不均匀)。由此,获得的粘结磁体的空位率得以降低。
所述[5]的情况,每种混合磁粉的组成的平均粒径可以不同。于是在平均粒径不同的两种以上磁粉混合使用的情况,通过充分地混合、混炼,形成粒径小的磁粉进入粒径大的磁粉之间的状态的概率很高。所以,化合物内的磁粉填充率可以很高,实现粘结磁体磁性能的提高。
这样的磁粉在磁体中的适当含量应根据磁体的成型方法决定适当的范围。
亦即,在通过压制成型制造的稀土粘结磁体的情况,稀土磁粉的含量约是78-86vol%,是80-86vol%更好。
而且,在通过挤出成型制造的稀土粘结磁体的情况,稀土磁粉的含量约是78.1-83vol%,是80-83vol%更好。
在通过注射成型制造的稀土粘结磁体的情况,稀土磁粉的含量约是68-76vol%,是70-76vol%更好。
如果在各种成型方法中的磁粉含量过少,则不能提高磁性能(特别是磁能积),另一方面,如果磁粉含量过多,则粘合树脂含量相对较少,成型时化合物的流动性降低,成型困难甚至不能成型。
2.粘合树脂(粘合剂)
作为粘合树脂(粘合剂),使用热塑性树脂(粘合树脂粉末)。
作为本发明使用的热塑性树脂,例如可以列举聚酰胺(例如尼龙6、尼龙46、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙11、尼龙12、尼龙6-12、尼龙6-66),热塑性聚酰亚胺,液晶聚合物例如芳香族聚酯,聚苯氧、聚苯硫,聚乙烯和聚丙烯等的聚烯烃,变性聚烯烃,聚碳酸酯,聚甲基丙烯酸甲酯,聚醚,聚醚醚酮,聚醚酰亚胺,聚缩醛等,或者以这些为主的共聚物,掺和树脂,聚合物合金等,可以混合使用这些之中的一种或两种以上。
这些之中特别优选聚酰胺,因为成型性的提高显著,机械强度高。而且,就提高耐热性而言,优选以液晶聚合物、聚苯硫为主的产物。这些热塑性树脂与磁粉的混炼性也优异。
热塑性树脂的熔点最好在400℃以下,在300℃以下更好。如果熔点超过400℃,则成型温度提高,磁粉等容易产生氧化。
为了提高流动性、成型性,所采用的热塑性树脂的平均分子量(聚合度)最好在10000-60000左右,在12000-30000左右更好。
上述稀土粘结磁体中的粘合树脂粉末的比例没有特别限制,但是与以下所述的抗氧化剂等添加剂的总量,应约是14-32vol%,约是14-30vol%更好,约是14-28vol%最好。如果粘合树脂粉末含量过高,则不能提高磁性能(特别是磁能积),如果粘合树脂粉末含量过少,则成型性降低,在极端的情况难以成型或者不能成型。
3.氟系树脂粉末
本发明的稀土粘结磁体的特征在于含有氟系树脂粉末。
由于氟系树脂的熔点高(320℃~),所以稀土粘结磁体用组合物在混炼时或磁体成型时不会熔融,起例如润滑剂的作用,降低金属模具和成型体之间的摩擦系数,由此提高金属模具和成型体的滑动特性。
例如,压制成型过程中从金属模具取出成型体时,由于降低了成型体与金属模具内面之间滑动面的摩擦,所以脱模(除材)变得容易了。而且,在挤出成型时,挤出机模具和化合物之间的摩擦降低,可以提高挤出速度,从而提高生产率。同样,在注射成型的情况,由于成型体和模具之间的滑动特性提高,所以例如注射针压力可以保持较小,易于脱模(除材)。
作为这种氟系树脂,例如是选自下列之中的至少一种:四氟乙烯树脂(PTFE)、四氟乙烯·全氟烷氧基乙烯共聚树脂(PFA)、四氟乙烯·六氟丙烯共聚树脂(FEP)、四氟乙烯·六氟丙烯·全氟烷氧基乙烯共聚树脂(EPE)、四氟乙烯·乙烯共聚树脂(ETFE)、三氟氯乙烯共聚树脂(PCTFE)、三氟氯乙烯·乙烯共聚树脂(ECTFE)、偏氟乙烯树脂(PVDF)、氟乙烯树脂(PVE)。但是,从容易获得性来看,优选四氟乙烯树脂(PTFE),可以混合使用这些当中的一种或两种以上。
稀土粘结磁体中的氟系树脂的含量,相对于所述热塑性数值,最好是20vol%以下,在1-15vol%左右更好。
氟系树脂粉末含量如果过多,则磁体的磁性能和机械性能降低,另一方面,如果含量过少,则例如作为上述润滑剂的效果不能得到充分发挥。
对氟系树脂粉末的粒径没有特别限制,但是最好在2-30μm左右。粒径如果过小,则难以分散在化合物中,例如不能充分发挥上述润滑作用,不能获得提高成型性的效果。另一方面,粒径如果过大,则将成为与磁体粉末相同程度以上的大小,为了获得充分的润滑效果必须增加添加量,如果增加添加量而使磁体机械特性显著降低则是不期望的。
而且,氟系树脂粉末粒径的分布可以是均匀的,也可以有某种程度的离散,但是为了获得成型时的良好成型性,氟系树脂粉末粒径的分布最好有某种程度的离散(不均匀)。结果,获得的粘结磁体的空位率可以进一步降低。
再有,本发明的稀土粘结磁体可以辅助含有其它润滑剂或增塑剂等。这些可以列举例如硅油,各种石蜡,脂肪酸(例如油酸),氧化铝,二氧化硅,二氧化钛等各种无机润滑剂等。添加这些之中至少一种,可以获得更好的润滑效果,进一步提高成型时材料的流动性。特别是,辅助添加硅油和脂肪酸等液态润滑剂,可以增加氟系树脂粉末的湿润性,能够提高化合物中的分散性。
4.抗氧化剂
本发明的稀土粘结磁体最好含有抗氧化剂。
在下述稀土粘结磁体用组合物的混炼时,抗氧化剂可以防止稀土磁粉的氧化(劣化、变质)和粘合树脂的氧化(推测是由于稀土磁粉的金属成分作为催化剂而导致的)。
这种抗氧化剂在稀土粘结磁体用组合物的混炼时或成型时等的中间工序中有时会挥发、变质,所以是以一部分残留于稀土粘结磁体中的状态存在。于是,相对于下述的稀土粘结磁体用组合物中的添加量,稀土粘结磁体中的抗氧化剂含量(残留量)最好在10-95%的左右,在20-91%的左右更好.
本发明的磁体中,空位率最好在2vol%以下,在1.8vol%以下更好。如果空位率过高,则根据磁粉的组成、粘合树脂的组成、含量等其它条件,磁体的机械强度和磁性能将降低。
本发明的稀土粘结磁体是各向同性的情况,磁能积(BH)max最好在4.5MGOe以上,在6MGOe以上更好。而且,在各向异性的情况,磁能积(BH)max最好在10MGOe以上,在12MGOe以上更好。
对本发明的稀土粘结磁体的形状、尺寸没有特别限制,例如形状可以是圆柱状、棱柱状、圆筒状、圆弧形、平板状、弯曲板状等,其大小可以是从大型到超小型的各种大小。
[稀土粘结磁体用组合物]
以下说明本发明的稀土粘结磁体用组合物。
本发明的稀土粘结磁体用组合物,是混合所述稀土磁粉、所述热塑性树脂、所述氟系树脂粉、根据需要还可以有所述抗氧化剂等添加剂的混合物,或者是混炼该混合物制成的产物。
1.稀土磁粉
根据获得的稀土粘结磁体的磁性能、成型时该组合物的熔融物的流动性,来确定稀土粘结磁体用组合物中的稀土磁粉添加量。
即,在用于压制成型的稀土粘结磁体用组合物的情况,该组合物中的稀土磁粉含量(添加量)没有特别的限制,最好在78-86vol%,在80-86vol%更好。
而且,在用于挤出成型的稀土粘结磁体用组合物的情况,该组合物中的稀土磁粉含量(添加量)没有特别的限制,最好在78.1-83vol%,在80.5-83vol%更好。
再有,在用于注射成型的稀土粘结磁体用组合物的情况,该组合物中的稀土磁粉含量(添加量)没有特别的限制,最好在68-76vol%,在70-76vol%更好。
在这些成型方法中,磁粉如果过少则不能提高磁性能(特别是磁能积),另一方面,磁粉含量如果过多,则粘合树脂含量相对较少,所以难以成型甚至不能成型。
2.粘合树脂
对稀土粘结磁体用组合物中的粘合树脂含量没有特别限制,与所述抗氧化剂等添加剂的总量应在14-32vol%的程度,在14-30vol%的程度更好,在14-29vol%的程度最好。粘合树脂的含量如果过多,则不能提高磁性能(特别是磁能积),而且,粘合树脂含量过少,则组合物的流动性降低,在极端的情况难以成型,甚至不能成型。
3.氟系树脂
稀土粘结磁体用组合物中,所述氟系树脂含量(添加量)没有特别限制,但是相对于所述热塑性树脂,最好在20vol%以下,在1-15vol%的程度更好。氟系树脂粉末的添加量如果过多磁体的磁性能和机械性能降低,如果添加量过少,例如不能获得充分的润滑效果。
4.抗氧化剂
本发明的稀土粘结磁体用组合物最好含有抗氧化剂。
如上所述,在下述稀土粘结磁体用组合物的混炼时,抗氧化剂可以防止稀土磁粉的氧化(劣化、变质)和粘合树脂的氧化(推测是由于稀土磁粉的金属成分作为催化剂而导致的)。
通过添加抗氧化剂获得了如下效果。
第一,防止稀土磁粉和粘合树脂的氧化,维持对稀土磁粉表面的粘合树脂的良好湿润性,所以改善了磁粉和粘合树脂的混炼性。
第二,防止稀土磁粉氧化,改善磁体的磁性能,同时可以提高稀土粘结磁体用组合物的混炼时、成型时的热稳定性,即使少量的粘合树脂也能确保良好的成型性。
作为抗氧化剂,只要能够防止或抑制稀土磁粉等的氧化即可,例如,优选采用胺类化合物、氨基酸类化合物、硝基羧酸类、肼化物、氰化合物、硫化物等对磁粉表面呈现惰性的螯合剂。而且,对于抗氧化剂的种类、组成等不能说没有限制。
稀土粘结磁体用组合物中的抗氧化剂添加量没有特别限制,最好在1-12vol%的程度,在2-10vol%的程度更好。
如果抗氧化剂等添加量过少,则不能获得充分的抗氧化效果。另一方面,如果添加量过多树脂量相对减少,则成型体的机械强度呈现降低的趋势。
根据本发明,抗氧化剂的添加量可以低于上述范围的下限值,或者不含。
5.其它添加剂
本发明的稀土粘结磁体用组合物,根据需要可以含有各种添加剂。例如,由于添加所述润滑剂可以提高成型时的流动性,所以采用更少量的粘合树脂也可以获得同样的特性。对润滑剂的添加量没有特别限制,但是最好在1-5vol%的程度,在1-3vol%的程度更好。添加量在此范围内,可以有效地发挥润滑剂功能而磁体性能不会劣化。
稀土粘结磁体用组合物的混合、制备例如可以在V型混合机等混合机或搅拌机中进行。而且,例如可以采用二轴挤出混炼机、辊式混炼机、捏合机等混炼机进行混合物的混炼。
混合物的混炼最好在粘合树脂软化温度(软化点或者玻璃转变点)以上的温度进行。由此可以提高混炼效率,与常温下的混炼相比,能在更短的时间内均匀混炼。此外,由于是在粘合树脂粘度低的状态下混炼,所以成为稀土磁粉周围覆盖了粘合树脂的状态,于是降低了稀土粘结磁体用组合物及由其制造的磁体中的空位率。
而且,由于伴随着混炼产生的材料本身发热,混炼温度容易变化,所以最好采用配备有加热·冷却装置、可以控制温度的混炼机进行混炼。
而且,稀土粘结磁体用组合物(混炼物的情况)的密度最好是理论密度(组合物中空位为0时的密度)的80%以上,是85%以上更好。稀土粘结磁体用组合物(混炼物的情况)的密度最好是稀土磁粉密度的60%以上,是70%以上更好。稀土粘结磁体用组合物的密度如果在这样的范围内,则成型压力可进一步降低。
作为本发明的稀土粘结磁体用组合物的形态,可以进一步粒化(例如粒径为1-12mm的程度)。如果采用这样的混炼物或者其粒状物,则可进一步提高压制成型、挤出成型、注射成型的成型性。并且,采用粒状物可以方便操作。
[稀土粘结磁体的制造方法]
本发明的稀土粘结磁体的制造方法的特征在于,将含有稀土磁粉和热塑性树脂组成的粘合树脂以及氟系树脂粉末的稀土粘结磁体用组合物,成型为要求的形状。
如上所述制备稀土粘结磁体用组合物,采用例如压制成型法、挤出成型法或者注射成型法,把这种组合物成型为磁体形状。
以下说明各种成型法。
[1]压制成型法
制造所述稀土粘结磁体用组合物(化合物),在压制成型机的金属模具内填充这种组合物,在磁场中(取向磁场例如是5-20kOe,取向方向在纵、横、径向均可)或者无磁场下进行压制成型。
这种压制成型最好是温热成型法。即最好在热塑性树脂热变形温度以上的温度进行加压成型。
采用这种温热成型,可以提高金属模具内的成型材料的流动性,在低的成型压力下也可以进行尺寸精度良好的成型。亦即,应在50kgf/mm2以下的成型压力进行成型(赋形),在30kgf/mm2以下更好,在10kgf/mm2以下最好。成型负载降低,容易成型,同时即使磁体是环状、平板状、弯曲片状等薄壁形状,或者是长尺寸的,也可以批量生产形状、尺寸良好并且稳定的磁体。
而且,如果采用温热成型法,即使在所述的低成型压力下,也可以获得空位率降低的磁体。
并且,如果采用温热成型法,可以提高金属模具内的成型材料的流动性,提高磁取向性,同时由于成型时稀土磁粉的矫顽力降低,在磁场中成型时可施加明显高的磁场,所以可以不依赖取向方向而提高磁性能。
如此压制成型之后,从成型模具取出材料,得到稀土粘结磁体。
[2]挤出成型法
对含有稀土磁粉、热塑性树脂、作为润滑剂的氟系树脂粉末、根据需要还可有抗氧化剂的稀土粘结磁体用组合物(混合物),采用上述混炼机进行充分混炼,获得混炼物。此时,考虑上述条件(例如粘合树脂的软化温度等),确定混炼温度例如为150-350℃左右。而且,可以使用颗粒化的混炼物。
在挤出成型机的机筒内,把如上所述获得的稀土粘结磁体用组合物的混炼物(化合物)加热到热塑性树脂熔融温度以上的温度使其熔融,在磁场或无磁场中(取向磁场例如是10-20kOe),把此熔融物从挤出成型机的模头挤出。
成型体例如在从模头挤出之时冷却固化。之后,适当地切断挤出的长形成型体,得到要求形状、尺寸的稀土粘结磁体。
通过选取挤出成型机模头(内模头和外模头)的形状,确定稀土粘结磁体的横断面形状,可以容易地制造薄壁或不同断面的磁体。而且,通过调整成型体的切断长度,可以制造长形的磁体。
采用以上所述方法,磁体形状的自由度扩展,即使树脂量少也可使流动性和成型性优异,尺寸精度高,而且可以连续生产,制造产量适当的稀土粘结磁体。
[3]注射成型法
与上述挤出成型法的情况同样地混炼稀土磁体组合物。
然后,在注射成型机的注射缸内,在热塑性树脂熔融温度以上的温度加热混炼物(化合物),使其熔融。在磁场或无磁场中(取向磁场例如是10-20kOe)把熔融物注入模具。此时,注射料筒内的温度最好在220-350℃,注射压力最好在30-120kgf/cm2的程度,金属模具温度最好在70-110℃左右。
之后,冷却固化成型体,得到要求形状、尺寸的稀土粘结磁体。此时的冷却时间最好是5-30秒的程度。
稀土粘结磁体的形状取决于注射成型机的金属模具形状,通过选取该金属模具的内腔的形状可以容易制造薄壁或不同形状的磁体。
采用上述方法,磁体形状的自由度比挤出成型情况更为扩展,即使树脂量少,也可以使流动性和成型性优异,尺寸精度高。而且成型周期短,可以批量适当地生产稀土粘结磁体。
本发明的稀土粘结磁体的制造方法中,混炼条件、成型条件等并不限于上述范围,这是不言自明的。
【实施例】
以下说明本发明的具体实施例。
(实施例117,对比例1-4)
制备下述组成①、②、③、④、⑤、⑥、⑦的七种稀土磁粉和,下述A、B、C三种热塑性树脂组成的粘合树脂粉和,下述氟系树脂粉a、b和,下述润滑剂a、b和,肼系抗氧化剂,以及作为辅助润滑剂的油酸,按表1所示的确定组合及其量将它们加以混合。而且,各实施例的氟系树脂粉末的平均粒径如表2所示。
此外,采用F.S.S.S.(费歇尔亚筛粒度(Fischer Sub-Siere Sizer)分析仪)法测定磁粉、氟系树脂粉末和粉末状润滑剂的平均粒径。
稀土磁粉:
①快淬Nd12Fe78Co4B6粉末(平均粒径=18μm)
②快淬Nd8Pr4Fe82B6粉末(平均粒径=17μm)
③快淬Nd12Fe82B6粉末(平均粒径=19μm)
④Sm(Co0.604Cu0.06Fe0.82Zr0.016)8.0粉末(平均粒径=21μm)
⑤快淬Sm2Fe17N3粉末(平均粒径=2μm)
⑥HDDR法制造的各向异性Nd13Fe69Co11B6Ga1粉末(平均粒径=28μm)
⑦纳米晶Nd5.5Fe66B18.5Co5Cr5粉末(平均粒径=15μm)
热塑性树脂:
A.聚酰胺(尼龙12)(热形变温度:145℃,熔点175℃)
B.液晶聚合物(热形变温度:180℃,熔点280℃)
C.聚亚苯基硫醚(PPS)(热形变温度:260℃,熔点280℃)
氟系树脂粉末:
a.四氟乙烯树脂(PTFE)
b.四氟乙烯·乙烯共聚物(ETFE)
润滑剂:
a.金属皂(硬脂酸锌)
b.硅油
                            表1
组成[vol%] 组成[vol%]
实施例1 磁粉①    :80.5树脂A     :12.3氟系树脂a :1.2抗氧化剂  :6.0 实施例12 磁粉④     :75.0树脂C      :22.9氟系树脂b  :2.1
实施例13 磁粉②     :70.0树脂B      :21.6氟系树脂b  :1.9抗氧化剂   :6.5
实施例2 磁粉②    :81.0树脂A     :13.7氟系树脂a :1.3抗氧化剂  :4.0
实施例14 磁粉④     :70.0树脂A      :21.7氟系树脂a  :1.0氟系树脂b  :0.8辅助润滑剂 :1.0抗氧化剂   :5.5
实施例3 磁粉④    :83.5树脂A     :14.5氟系树脂b :2.0
实施例4 磁粉⑥    :82.0树脂A     :12.0氟系树脂a :1.0辅助润滑  :0.3剂抗氧化剂  :4.7
实施例15 磁粉④     :40.0磁粉⑤     :36.0树脂A      :17.0氟系树脂b  :2.2辅助润滑剂 :0.8抗氧化剂   :4.0
实施例5 磁粉④    :82.0树脂C     :12.7氟系树脂a :1.3抗氧化剂  :4.0
实施例16 磁粉①     :78.1树脂B      :21.5氟系树脂b  :0.4
实施例6 磁粉④    :81.5树脂B     :16.8氟系树脂b :1.7
实施例17 磁粉①     :79.0树脂B      :17.5氟系树脂b  :3.5
实施例7 磁粉①    :40.0磁粉⑦    :42.0树脂A     :11.9氟系树脂a :1.1
对比例1 磁粉⑦     :84.0树脂C      :14.0
辅助润滑 :0.5剂抗氧化剂 :4.5 抗氧化剂  :2.0
对比例2 磁粉①    :81.0树脂A     :11.7润滑剂a   :1.4辅助润滑剂:0.4抗氧化剂  :5.5
实施例8 磁粉④   :82.0树脂A    :12.1氟系树脂b:1.2抗氧化剂 :4.7
实施例9 磁粉①   :82.5树脂B    :10.1氟系树脂b:0.9抗氧化剂 :6.5 对比例3 磁粉④    :71.5树脂A     :21.2润滑剂b   :1.8抗氧化剂  :5.5
实施例10 磁粉③   :80.0树脂B    :14.0氟系树脂b:1.3抗氧化剂 :4.7 对比例4 磁粉①    :44.0树脂A     :55.0
对比例5 磁粉①    :88.0环氧树脂  :12.0
实施例11 磁粉④   :25.0磁粉⑤   :23.0磁粉⑥   :24.0树脂C    :20.7氟系树脂a:1.8抗氧化剂 :5.5
相对于稀土粘结磁体用组合物中的热塑性树脂(粘合树脂),氟系树脂粉末的含量比例[vol%]如下表2所示。
                          表2
相对于粘合树脂的氟系树脂粉末的比例[vol%] 氟系树脂粉末的平均粒径[μm]
  实施例1     9.8     2.0
  实施例2     9.5     5.3
  实施例3     13.8     3.6
  实施例4     8.3     30.0
  实施例5     10.2     6.8
  实施例6     10.1     3.7
  实施例7     9.2     4.8
  实施例8     9.9     2.6
  实施例9     8.9     5.5
  实施例10     9.3     17.4
  实施例11     8.7     10.1
  实施例12     9.2     8.6
  实施例13     8.8     25.3
  实施例14     8.3     20.9
  实施例15     12.9     12.5
  实施例16     19     8.5
  实施例17     20.0     4.6
  对比例1      -      -
  对比例2      -      -
  对比例3      -      -
  对比例4      -      -
  对比例5      -      -
然后,采用螺杆式混炼机(设备a)或者捏合机(设备b),充分混炼表1所示组成的各混合物,获得稀土粘结磁体用组合物(化合物)。此时的混炼条件如表3、4所示。而且,化合物的密度达到理论密度的85%以上和磁粉的70%以上。
然后,采用所述化合物在磁场中或者无磁场条件下成型,取出材料,得到要求形状的稀土粘结磁体。此时的成型方法和成型条件如表3、4所示。
   表3
              混炼条件                      成型条件
装置   混炼温度[℃] 混炼时间[min] 成型方法   模具温度    [℃]   成型压力[kgf/mm2]  取向磁场[kOe]
  高温部   低温部
实施例1   a  150~250  10~20 温热成型     230     100     15     0
实施例2   a  150~250  10~20 温热成型     230     100     15     0
实施例3   a  150~250  10~20 温热成型     230     100     20     0
实施例4   b     230     40 温热成型     230     100     20     20
实施例5   b     350     30 温热成型     320     200     20     15
实施例6   a  280~360  15~30 挤出成型     320     230     5     0
实施例7 a 150~250 10~20 挤出成型 250 150 4 0
实施例8   a  150~250  10~20 挤出成型     250     150     4     15
实施例9   b     320     30 温热成型     320     200     5     0
实施例10 b 320 40 挤出成型 320 200 5 0
                                                                                            延续至表4
       表4
               混炼条件                              成型条件
装置     混炼温度[℃]   混炼时间[min] 成型方法     模具温度  [℃] 成型压力[kgf/mm2] 取向磁场[kOe]
  高温部   低温部
实施例11   a  260~360  15~30 注射成型     350     200     20     15
实施例12   a  260~360  15~30 注射成型     350     200     20     15
实施例13   a  280~360  15~30 注射成型     350     200     20     0
实施例14   b     230     20 注射成型     230     120     20     15
实施例15   b     230     50 注射成型     230     120     20     15
实施例16   a  230~320  15~30 挤出成型     320     230     7     0
实施例17   a  230~320  15~30 挤出成型     320     230     4     0
对比例1   b     320     40 温热成型     320     200     55     15
对比例2   a  150~250  10~20 挤出成型     250     150     10     0
对比例3   a  150~250  10~20 注射成型     280     120     40     15
对比例4   b  150~250  10~20 注射成型     280     120     10     0
对比例5   b    室温     60 压制成型     室温     室温     80     0
                                                                           注:挤出成型的材料温度是加热温度
                                                                               表示注射成型的材料温度是注射时的温度
得到的磁体形状、尺寸、组成、外观(目示观察)、机械强度、脱模性、磁性能等如表5-8所示。
在表3、表4所示条件下,不施加磁场特别成型外径为15mm、高3mm的实验片,采用这种实验片通过剪切冲裁法评价磁体的机械强度。
针对各种成型法采用以下各种方法评价脱模性。
在压制成型法的情况,通过抽出成型产品时的抽出压力进行评价。
抽出压力超过成型压力的50%时为“不好”,在50%以下时为“好”。
在挤出成型法的情况,成型时的挤出速度不足4mm/秒时为“不好”,在4mm/秒以上时为“好”。
在注射成型法的情况,当金属模具的磁体抽出方向的锥度为5/100mm进行脱模时,不能脱模时为“不好”,能够脱模时为“好”。
(对比例5)
按表1所示比例混合磁粉和环氧树脂组成的粘合树脂,在室温混炼这种混合物,采用所得的化合物,在表4所示条件下压制成型,成型体在150℃进行1小时热处理,使树脂固化,得到稀土粘结磁体。
所得成型产品的形状、尺寸、组成、外观(目示观察)、机械强度、脱模性、磁性能等如表8所示。
而且按上述同样的方法评价机械强度。
表5
磁体形状     磁体尺寸[mm]         磁体组成[vol%]   磁能积(BH)max[MGOe]   密度ρ[g/cm2]   空位率[%]     外观   机械强度[kgf/mm2]  脱模性
实施例1 圆筒状 外径: 18.0壁厚:  1.0高度:  5.5 磁粉①        :  81.1树脂A         : 12.4氟系树脂粉末a :  1.2抗氧化剂      :  4.7 10.8 6.33 0.6 良好 8.01
实施例2 圆筒状 外径: 20.5壁厚:  1.2高度:  3.0 磁粉②        : 81.3树脂A         :  13.8氟系树脂粉末a :  1.3抗氧化剂      :  3.0 9.0 6.34 0.6 良好 8.13
实施例3 圆筒状 外径: 24.0壁厚:  2.0高度:  5.2 磁粉④        : 82.1树脂A         : 14.3氟系树脂粉末b :  2.0 12.0 7.17 1.6 良好 7.89
实施例4 圆筒状 外径: 32.0壁厚:  1.8高度:  7.0 磁粉⑥        : 82.0树脂A         : 12.0氟系树脂粉末a :  1.0辅助润滑剂    :  0.1抗氧化剂      :  4.0 20.1 6.38 0.9 良好 7.80
实施例5 圆筒状 外径: 12.8壁厚:  1.2高度:  3.0 磁粉④        : 81.5树脂C         : 12.6氟系树脂粉末a :  1.3抗氧化剂      :  2.8     17.5     7.16     1.8     良好     8.33     良
                                                                                                                         延续至表6
表6
磁体形状   磁体尺寸[mm]         磁体组成[vol%]     磁能积(BH)max[MGOe]   密度ρ[g/cm2]    空位率[%] 外观    机械强度[kgf/mm2] 脱模性
实施例6 长方体 宽  :20.0高度: 1.4 磁粉②         :80.7树脂A          :16.6氟系树脂粉末b  : 1.7 8.4 7.13 1.0 良好 8.15
实施例 圆筒状 外径:55.0壁厚: 2.5 磁粉①         :40.4磁粉⑦         :42.4树脂A          :12.0氟系树脂粉末a  : 1.1辅助润滑剂     : 0.1抗氧化剂       : 3.1 10.7 6.43 0.9 良好 7.77
实施例8 圆筒状 外径:12.5壁厚: 1.5 磁粉④         :81.9树脂A          :12.1氟系树脂粉末b  : 1.2抗氧化剂       : 3.7 15.2 7.15 1.1 良好 7.88
实施例9 圆筒状 外径:40.0壁厚: 1.2高度: 5.5 磁粉①         :83.8树脂B          :10.3氟系树脂粉末b:0.9抗氧化剂:3.4 10.7 6.53 1.6 良好 8.21
实施例0 曲板状 外径: 5.5内径: 4.4角度: 120 磁粉③         :80.9树脂B          :14.2氟系树脂粉末b:1.3抗氧化剂:3.0 8.4 6.37 0.6 良好 8.43
                                                                                                                            延续至表7
表7
磁体形状    磁体尺寸[mm]          磁体组成[vol%]     磁能积(BH)max [MGOe] 密度ρ[g/cm2]   空位率[%]   外观  机械强度[kgf/mm2] 脱模性
实施例11 圆柱状 外径: 10.0高度:  8.0 磁粉④         :25.0磁粉⑤         :23.0磁粉⑥         :24.0树脂C          :20.7氟系树脂粉末a  : 1.8抗氧化剂       : 4.5 13.5 6.06 1.0 良好 8.54
实施例12 立方体 一边: 12.0 磁粉④         :74.8树脂C          :22.8氟系树脂粉末b  : 2.0 13.1 6.71 0.4 良好 7.75
实施例13 圆筒状 外径: 32.8壁厚:  1.2高度:  2.0 磁粉②         :70.7树脂B          :21.8氟系树脂粉末b  : 1.9抗氧化剂       : 5.2     4.5     5.76     0.4   良好     7.46     良
实施例14 圆筒状 外径: 22.0壁厚:  1.1高度:  5.0 磁粉④         :70.9树脂A          :22.0氟系树脂粉末a  : 1.0氟系树脂粉末b  : 0.8辅助润滑剂     : 0.1抗氧化剂       : 5.0 10.0 6.35 0.2 良好 7.34
实施例15 圆筒状 外径:22.0内径   1.8高度: 3.0 磁粉④         :40.2磁粉⑤         :36.2树脂A          :17.1氟系树脂粉末b:2.2辅助润滑剂:0.2抗氧化剂:3.3 14.0 6.43 0.8 良好 7.47
                                                                                                                                  延续至表8
表8
磁体形状     磁体尺寸[mm]         磁体组成[vol%]   磁能积(BH)max[MGOe]   密度ρ[g/cm2]    空位率[%]     外观 机械强度[kgf/mm2] 脱模性
实施例16 圆筒状 外径: 18.0壁厚:  2.0 磁粉①           :78.1树脂B            :21.5氟系树脂粉末b    : 0.4 10.1 6.21 0 良好 8.12
实施例17 圆筒状 外径: 18.0壁厚:  1.5 磁粉①           :78.8树脂B            :17.5氟系树脂粉末b    : 3.5 10.5 6.28 0.2 良好 8.01
比较例1 圆柱状 外径: 30.0高度:  1.5 磁粉⑦           :82.6树脂C            :13.7抗氧化剂         : 0.9 11.3 6.43 2.8     不良(表面粗) 6.88 不良
比较例2 圆筒状 外径: 25.0壁厚:  1.2 磁粉①           :81.6树脂A            :11.8润滑剂           : 0.4辅助润滑剂       : 0.1抗氧化剂         : 3.3 10.3 6.32 2.8     不良(表面粗) 5.77 不良
比较例3 圆筒状 外径: 13.0壁厚:  1.2高度:  5.5 磁粉④           :70.6树脂A            :20.9润滑剂           : 1.8抗氧化剂         : 4.1 11.5 6.28 2.6     不良(出现污点 6.35 不良
比较例4 圆柱状 外径: 12.0高度: 10.0 磁粉①           :44.0树脂A            :56.0      4.0     3.89     0.1     良好   7.11   良
比较例5 圆筒状 外径:壁厚:不能测定高度: 磁粉            不能测定环氧树脂        不能测定 不能成型无法测定
如上各表所示,证实实施例1-17的稀土粘结磁体,脱模性良好,成型性、磁性能(磁性能最大磁能积)优异,而且空位率低,机械强度高。而且这些稀土粘结磁体均是形状稳定,尺寸精度高。
与此相反,对比例1的稀土粘结磁体,由于未添加氟系树脂,脱模性差,成型性不好,机械强度低,而且磁性能差。
另外,在添加金属皂作为润滑剂的对比例2,得到的磁体机械强度比不添加润滑剂的对比例1的更低,空位率更高,磁性能变劣。
在对比例3,由于采用硅油作为润滑剂,成型产品出现释放硅油的现象。
而且,对比例4由于采用不合氟系树脂、而且热塑性树脂添加量过多的稀土粘结磁体用组合物,所以成型产品(磁体)的磁性能和机械强度变劣。
而且在对比例5中,采用环氧树脂作为粘合树脂,由于添加量过少所以不能成型。
如上所述,根据本发明,可以提供空位率低、成型性、机械特性优异、磁性能优良的稀土粘结磁体。特别是,通过氟系树脂的润滑作用,特别提高了取出材料时的脱模性。由此可以防止所谓的咬模,尺寸精度高。
采用压制成型制造的情况,在低的成型压力下可以获得这些优异特性的磁体,有利于制造。并且可以提高挤出成型的材料流动性、成型性。再有,可以提高注射成型时的材料的流动性、成型性。
工业实用性
本发明的稀土粘结磁体,适用于信息设备中的步进电机、主轴电机等。

Claims (30)

1.一种稀土粘结磁体用组合物,包括稀土磁粉和热塑性树脂组成的粘合树脂,
其特征在于,所述组合物中包含氟系树脂粉末。
2.一种稀土粘结磁体用组合物,通过对稀土磁粉、热塑性树脂组成的粘合树脂和润滑剂的混合物进行混炼而制成,
其特征在于,含有氟系树脂粉末作为润滑剂。
3.根据权利要求1或2的稀土粘结磁体用组合物,其中,相对于所述热塑性树脂,所述氟系树脂的含量在20vol%以下。
4.根据权利要求1或2的稀土粘结磁体用组合物,其中,所述氟系树脂粉末的平均粒径是2-30μm。
5.根据权利要求1或2的稀土粘结磁体用组合物,其中,所述稀土粘结磁体用组合物含有抗氧化剂。
6.根据权利要求5的稀土粘结磁体用组合物,其中,所述稀土粘结磁体用组合物中的所述抗氧化剂的含量是2-12vol%。
7.一种稀土粘结磁体,用热塑性树脂组成的粘合树脂粘合稀土磁粉而制成,
其特征在于,该磁体中含有氟系树脂粉末。
8.根据权利要求7的稀土粘结磁体,其中,相对于所述热塑性树脂,所述氟系树脂的含量在20vol%以下。
9.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,氟系树脂粉末是选自下列之中的至少一种树脂:四氟乙烯树脂(PTFE)、四氟乙烯·全氟烷氧基乙烯共聚物树脂(PFA)、四氟乙烯·六氟丙烯共聚物树脂(FEP)、四氟乙烯·六氟丙烯·全氟烷氧基乙烯共聚物树脂(EPE)、四氟乙烯·乙烯共聚物树脂(ETFE)、三氟氯乙烯共聚物树脂(PCTFE)、三氟氯乙烯·乙烯共聚物树脂(ECTFE)、偏氟乙烯树脂(PVDF)、氟乙烯(PVE)。
10.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,采用注射成型法成型所述稀土粘结磁体,而且所述稀土磁粉含量是68-76vol%。
11.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其特征在于,采用挤出成型法成型所述稀土粘结磁体,而且所述稀土磁粉含量是78.1-83vol%。
12.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其特征在于,采用压制成型法成型所述稀土粘结磁体,而且所述稀土磁粉含量是78-86vol%。
13.根据权利要求12的稀土粘结磁体,其中,所述压制成型法是在所述热塑性树脂的热形变温度以上的温度进行加压成型的温热成型法。
14.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,所述稀土磁粉的基本成分包括以Sm为主的稀土元素和以Co为主的过渡金属元素。
15.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,所述稀土磁粉的基本成分包括R(R是包含Y的稀土元素之中的至少一种)、以Fe为主的过渡金属元素和B。
16.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,所述稀土磁粉的基本成分包括以Sm为主的稀土元素、以Fe为主的过渡金属、以N为主的晶格间元素。
17.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,所述稀土磁粉是权利要求14-16中任一项的稀土磁粉之中的至少两种的混合物。
18.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,各向同性的磁能积(BH)max在4.5MGOe以上。
19.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,各向异性的磁能积(BH)max在10MGOe以上。
20.根据权利要求7或8的稀土粘结磁体,其中,空位率在2vol%以下。
21.一种稀土粘结磁体的制造方法,其特征在于,包括以下工序:
制备包括稀土磁粉、热塑性树脂组成的粘合树脂和氟系树脂粉末的稀土粘结磁体用组合物;
把所述稀土粘结磁体用组合物成型为预定的形状。
22.根据权利要求21的稀土粘结磁体的制造方法,其中,制备所述稀土粘结磁体用组合物的工序包括,在所述粘合树脂的软化温度以上的温度进行混炼的工序。
23.根据权利要求21或22的稀土粘结磁体的制造方法,其中,所述稀土粘结磁体用组合物中,相对于所述热塑性树脂,所述氟系树脂粉末的含量在20vol%以下。
24.根据权利要求21或22的稀土粘结磁体的制造方法,其中,所述氟系树脂粉末的平均粒径在2-30μm。
25.根据权利要求21或22的稀土粘结磁体的制造方法,其中,所述稀土粘结磁体用组合物包含抗氧化剂。
26.根据权利要求25的稀土粘结磁体的制造方法,其中,所述稀土粘结磁体用组合物包含2-12vol%的所述抗氧化剂。
27.根据权利要求21或22的稀土粘结磁体的制造方法,其中,所述成型工序采用注射成型法。
28.根据权利要求21或22的稀土粘结磁体的制造方法,其中,所述成型工序采用挤出成型法。
29.根据权利要求21或22的稀土粘结磁体的制造方法,其中,所述成型工序采用压制成型法。
30.根据权利要求29的稀土粘结磁体的制造方法,其中所述压制成型法是在所述热塑性树脂的热形变温度以上的温度进行加压成型的温热成型法。
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