稀土合金磁性粉末成形體的制造方法和稀土磁鐵的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土合金磁性粉末成形體的制造方法和稀土磁鐵的制造方法，它是在惰性氣體氣氛的密閉空間內(nèi)，并在25℃～50℃氣氛溫度和相對(duì)濕度10％～40％的氣氛下用一段成形法對(duì)添加有機(jī)添加劑的稀土合金磁性粉末進(jìn)行壓制，制造上述稀土合金磁性粉末的成形體的方法。該制造方法通過對(duì)完全密閉環(huán)境中惰性氣體氣氛的溫度和濕度進(jìn)行特殊設(shè)定，能夠抑制燒結(jié)后低氧含量磁體成形不良(破裂、缺角、裂紋)現(xiàn)象，并升高取向度、Br和(BH)max。
【專利說明】稀土合金磁性粉末成形體的制造方法和稀土磁鐵的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁鐵制造方法，特別是涉及稀土合金磁性粉末成形體的制造方法和稀土磁鐵的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土磁鐵是以金屬間化合物R2T14B為基礎(chǔ)的磁鐵，這其中，R是稀土元素，T是鐵，或者是取代鐵和鐵的一部分的過渡金屬元素，B是硼，其擁有極高的磁性能，被人們稱為磁王，其最大磁能積(BH)max高過鐵氧體磁鐵(Ferrite)最大磁能積10倍以上,另外,稀土磁鐵的機(jī)械加工性能極佳，工作溫度最高可達(dá)200攝氏度，而且其質(zhì)地堅(jiān)硬，性能穩(wěn)定，有很好的性價(jià)比，應(yīng)用極其廣泛。
[0003]稀土磁鐵的制作工藝有以下二種:一種是燒結(jié)稀土磁鐵，另一種是粘結(jié)稀土磁鐵。這其中，又以燒結(jié)稀土磁鐵的應(yīng)用更為廣泛?，F(xiàn)有技術(shù)中，燒結(jié)稀土磁鐵的制作工藝主要包括如下流程:原料配制一溶煉一鑄造一氫破粉碎一微粉碎一磁場(chǎng)成形一燒結(jié)一熱處理一磁性能評(píng)價(jià)一燒結(jié)體中的氧含量評(píng)價(jià)等。
[0004]燒結(jié)稀土磁鐵的磁場(chǎng)成形工序早期普遍使用被稱為二段法的成形方法，該方法使用簡(jiǎn)單的組合模具在低壓(約0.2ton/cm2)磁場(chǎng)中成形(第一段成形)后，手動(dòng)取出、包裝后，在油壓高壓(1.4ton/Cm2)中進(jìn)行等靜壓成形(第二段成形)，由于等靜壓成形使用的是手動(dòng)方法，因此工序較長(zhǎng)，成形后的油污染及輸送過程中的氧化等造成產(chǎn)品在品質(zhì)管理上不斷出現(xiàn)問題。
[0005]為解決上述問題，現(xiàn)在開始使用被稱為一段法的成形方法，也就是采用橫向(直角)磁場(chǎng)取向型-1段自動(dòng)成形設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)成形。與二段成形法相比，一段成形法(最高成形壓力0.8ton/cm2左右)的成形壓力不足，燒結(jié)后頻繁發(fā)生破裂、缺角、裂紋等不良問題。另外，在進(jìn)行一段成形時(shí)，初始成形壓力升高至0.6?0.8ton/cm2，與二段成形法(第一段為0.2ton/cm2)相比，隨著成形時(shí)間的增加，粉末取向度也不斷變差，這樣的話，就會(huì)產(chǎn)生取向度降低，最終產(chǎn)品的Br、(BH) max低下等問題。
[0006]US6461565中公開了一種橫向(直角)磁場(chǎng)取向型_1段自動(dòng)成形設(shè)備,但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平的限制，這種橫向(直角)磁場(chǎng)取向型-1段自動(dòng)成形設(shè)備的完全封閉技術(shù)還不是很成熟，成形過程中的氧含量?jī)H能控制在IOOOOppm以下，容易在成形過程中產(chǎn)生火花，所以，該項(xiàng)專利技術(shù)改進(jìn)的要點(diǎn)在于預(yù)防成形體燃燒、發(fā)熱等導(dǎo)致的產(chǎn)品不良，研究人員發(fā)現(xiàn)，在將成形溫度控制在5?30°C以下，濕度控制在40?65%以后，可以防止因著火或發(fā)熱所導(dǎo)致的急速氧化現(xiàn)象。US6461565的說明書中還提及，自動(dòng)化的機(jī)械操作使得設(shè)備需要頻繁維修保養(yǎng)，無法保障密閉性，這樣就更容易發(fā)生氧化。由于成形過程的氧含量和相對(duì)濕度過高，因此，該方法只能制得含氧量在2900ppm以上的燒結(jié)磁體，而無法獲得含氧量更低，磁性能更佳的燒結(jié)產(chǎn)品。
[0007]隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)已可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)完全密閉式的氮?dú)饣蚨栊詺怏w氣氛置換技術(shù)，以獲取更低氧含量的燒結(jié)磁體。因此，業(yè)者已經(jīng)開始以完全密閉化技術(shù)為前提，進(jìn)行橫向(直角)磁場(chǎng)取向型-1段自動(dòng)成形設(shè)備的周邊技術(shù)開發(fā)，然而，在完全密閉的成形機(jī)內(nèi)氣氛中通入氮?dú)饣蚨栊詺怏w進(jìn)行粉末成形的話，會(huì)使燒結(jié)后頻繁發(fā)生裂開、缺角、裂紋等不良問題。上述不良問題的產(chǎn)生是由于氮?dú)饣蚨栊詺怏w具有極低氧含量和極低相對(duì)濕度，舉例來說，純氮?dú)庠?60°c以下的低露點(diǎn)時(shí)，幾乎不含有水分，成形機(jī)內(nèi)的氣氛處于相對(duì)濕度3%以下的超干燥狀態(tài)。這種超干燥狀態(tài)容易產(chǎn)生靜電，靜電會(huì)使粉末間產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電斥力造成成形性變差，同時(shí)也會(huì)使取向度降低，Br、(BH)max降低。這是因?yàn)榉勰╅g如果表面沒有氧和水分的話，就會(huì)產(chǎn)生像金屬接合一樣的堅(jiān)固結(jié)合，粉末間的摩擦阻力增加，取向度就會(huì)降低。
[0008]另外，在完全密閉的成形機(jī)內(nèi)氣氛中通入惰性氣體，在低氧含量、低濕度進(jìn)行成形的話，還容易發(fā)生晶粒異常長(zhǎng)大(AGG)、矯頑力降低的問題。更甚，因?yàn)闊Y(jié)體中的氧含量極低，也會(huì)引起HAST試驗(yàn)不良的問題。這是因?yàn)?，在超低氧含量、超低濕度中幾乎沒有氧化成分，未發(fā)生氧化的金屬Nd成分就會(huì)急劇增加，這就容易引起晶粒異常長(zhǎng)大(AGG)，這就容易使矯頑力降低，耐腐蝕性(HAST)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種中低氧含量的稀土合金磁性粉末成形體的制造方法，通過對(duì)完全密閉環(huán)境中惰性氣體氣氛的溫度和濕度進(jìn)行特殊設(shè)定，能夠抑制燒結(jié)后中低氧含量磁體成形不良(破裂、缺角、裂紋)現(xiàn)象，并升高取向度、Br和(BH) max。
[0010]本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0011]稀土合金磁性粉末成形體的制造方法，它是惰性氣體氣氛的密閉空間內(nèi)用一段成形法對(duì)添加有機(jī)添加劑的稀土合金磁性粉末進(jìn)行壓制，制造上述稀土合金磁性粉末的成形體的方法，其特征在于，上述稀土合金磁性粉末在25°C?50°C氣氛溫度和相對(duì)濕度10%?40%的氣氛下進(jìn)行磁場(chǎng)成形，所述的稀土合金磁性粉末采用如下的方式獲得:將稀土合金熔液用100°C /秒以上、10000°C /秒以下的速度進(jìn)行冷卻，獲得急冷凝固合金，將所述急冷凝固合金進(jìn)行氫破碎、而后再使用粉碎室內(nèi)的氧化氣體濃度受到控制的粉碎機(jī)粉碎后獲得的粉末，所述氧化氣體為氧和/或水，濃度為IOOppm以下。
[0012]本發(fā)明所述的相對(duì)濕度為在上述壓制溫度、常壓下測(cè)得的相對(duì)濕度。
[0013]本發(fā)明中提及的有機(jī)添加劑為防氧化劑、成形助劑和模具潤(rùn)滑劑的總稱，均可以從市場(chǎng)上直接購(gòu)得。
[0014]隨著時(shí)代變?yōu)榧崩浜辖?氫破碎獲得稀土合金磁性粉末的時(shí)代，粉碎機(jī)的功能也發(fā)生了變化，通過急冷合金+氫破碎，在原料中已經(jīng)有非常小的裂痕、松動(dòng)，粉碎機(jī)內(nèi)的粉碎機(jī)構(gòu)也會(huì)發(fā)生改變。以往的發(fā)明普遍認(rèn)為，氣流粉碎需要高濃度的水和氧。而發(fā)明人通過各種探討后，將精力集中于:開發(fā)適合目前一次成型的粉末。為此，將含有IOOppm以下的氧和/或水的粉末作為粉碎粉。與以往相比，可制成低氧含量、低含水量的粉末，該粉末可在10?40%的相對(duì)濕度和25°C?50°C氣氛溫度下一次成型。由此，發(fā)現(xiàn)了提高磁體特性、降低成形不良的事實(shí)，完成了本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明通過將溫度設(shè)置在25°C?50°C，改變有機(jī)添加劑性狀，消除靜電，使其軟化或液態(tài)化，抑制燒結(jié)后成形不良(破裂、缺角、裂紋)現(xiàn)象，同時(shí)升高取向度、Br和(BH)max;另外，提高溫度可增加有機(jī)添加劑流動(dòng)性，更好地發(fā)揮潤(rùn)滑性能，進(jìn)一步提高取向度、Br和(BH)max。另外，本發(fā)明通過將惰性氣體氣氛的相對(duì)濕度控制在10%?40%，可使密閉空間內(nèi)的粉末靜電消除，粉末間的靜電斥力變?nèi)酢?br> [0016]需要說明的是，溫度超過50°C的話，會(huì)導(dǎo)致成形不良率增加，磁性能降低，燒結(jié)磁鐵中的氧含量增加等問題。這是因?yàn)橛袡C(jī)添加劑與粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的緣故，有機(jī)添加劑中的氧成分、碳成分、氫成分發(fā)生分解，與稀土金屬發(fā)生反應(yīng)。通過這些反應(yīng)，磁體中的氧含量急劇增加，就會(huì)引起燒結(jié)不良，造成磁性能低下。
[0017]另外，在小于25°C的低溫下成形的成形體，其燒結(jié)后，矯頑力及方形度不好，這是因?yàn)?，在成型后的成形體內(nèi)，有機(jī)添加材料的分散性不好，會(huì)形成塊狀。如果有機(jī)添加材料變成塊狀，在燒結(jié)時(shí)，將會(huì)和塊狀物附近的富R相發(fā)生激烈反應(yīng)，使富R相變質(zhì)為碳化物，降低了矯頑力的改善效果。上述情形也同樣用以說明HAST(失重)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差值，和塊狀的有機(jī)添加物激烈反應(yīng)的碳化物，在HAST實(shí)驗(yàn)中和水激烈反應(yīng)，使其從晶界崩裂、脫落，增加失重值。
[0018]需要補(bǔ)充說明的是，本發(fā)明中，通過成形機(jī)中的惰性氣體的氣氛溫度來定義成形溫度，惰性氣體的氣氛溫度和模具溫度、粉末溫度大致相同，因?yàn)闅夥諟囟入S時(shí)間會(huì)傳到到模具和粉末。因此，氣氛溫度可以指代模具溫度、粉末溫度。
[0019]在推薦的實(shí)施例中，所述的稀土合金磁性粉末為NdFeB系稀土合金磁性粉末。
[0020]在推薦的實(shí)施例中，優(yōu)選在相對(duì)濕度為20 %?35 %、31°C?45°C氣氛溫度和氧含量在IOOOppm以下的惰性氣體氣氛進(jìn)行磁場(chǎng)成形。在惰性氣體氣氛的相對(duì)濕度控制在20%?35%之時(shí)，可在最大程度消除靜電，而31°C?45°C氣氛溫度可充分促進(jìn)有機(jī)添加劑發(fā)揮潤(rùn)滑性能，獲得取向良好的成形體，從而可以在氧含量在IOOOppm以下的惰性氣體氣氛下獲得取向度、Br和(BH)max升高的中低氧含量高性能磁鐵。
[0021]本發(fā)明所述的惰性氣體氣氛可以是氬氣、氦氣、氪氣、氮?dú)饣駽O2等對(duì)稀土合金粉末惰性的氣體。
[0022]在推薦的實(shí)施例中，所述有機(jī)添加劑選自礦物油、合成油、動(dòng)植物油、有機(jī)酯類、石蠟、聚乙烯蠟或改性石蠟中的至少一種，所述有機(jī)添加劑與所述稀土合金磁性粉末的重量比為0.01?1.5: 100。這些有機(jī)添加劑具有如下的共同特點(diǎn):
[0023]1、包覆能力強(qiáng)，常溫穩(wěn)定，中溫不分解但易揮發(fā)；
[0024]2、常溫下呈液態(tài)或呈固態(tài)的有機(jī)添加劑在加入粉料中以后，均可以在形狀不規(guī)則粉體表面形成固體薄膜，使粉體形成趨近于球形的形狀，延緩粉體吸氧速度，取向時(shí)粉粒容易沿充磁方向旋轉(zhuǎn)，提高取向度，可提高粉體的分散性，消除磨腔和粉體之間的靜電力，粉體不易集結(jié)成塊，粉料粒徑均勻；
[0025]3、小粒徑的粉粒很容易被氧化，添加這些有機(jī)添加劑之后，可以防止其氧化。
[0026]在推薦的實(shí)施例中，所述有機(jī)酯類為辛酸甲酯。在本發(fā)明的溫度和濕度條件下，辛酸甲酯的潤(rùn)滑效果極佳，由于辛酸甲酯在高溫下?lián)]發(fā)的特點(diǎn)，即使在將其添加量增加到稀土合金磁性粉末重量的1.5%之時(shí)，也僅在燒結(jié)體中殘留微量的C、0，與普通的添加劑相t匕，既可更佳地發(fā)揮潤(rùn)滑性能、提高取向度和成形性，又能保證磁鐵的Br、Hcj、(BH)max不受影響。[0027]本發(fā)明的另一目的在于提供一種稀土磁鐵的制造方法。
[0028]稀土磁鐵的制造方法，其特征在于，該方法包括:它是在惰性氣體氣氛的密閉空間內(nèi)，在25 V~50 °C氣氛溫度和相對(duì)濕度10 %~40 %的氣氛下用一段成形法對(duì)添加有機(jī)添加劑的稀土合金磁性粉末進(jìn)行壓制，制造上述稀土合金磁性粉末的成形體，以及燒結(jié)上述成形體的過程，且所述的稀土合金磁性粉末采用如下的方式獲得:將稀土合金熔液用100°C /秒以上、10000°C /秒以下的速度進(jìn)行冷卻，獲得急冷凝固合金，將所述急冷凝固合金進(jìn)行氫破碎、而后再使用粉碎室內(nèi)的氧化氣體濃度受到控制的粉碎機(jī)粉碎后獲得的粉末，所述氧化氣體為氧和/或水，濃度為IOOppm以下。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的特點(diǎn):
[0030]I)本發(fā)明在低氧含量、中低相對(duì)濕度的惰性氣體氣氛完成壓制過程，獲得中低氧含量的稀土合金磁性粉末成形體，并最終獲得氧含量在2500ppm以下的高性能燒結(jié)磁體。
[0031]2)在用惰性氣體密閉的空間內(nèi)進(jìn)行磁場(chǎng)成形的工序中，將惰性氣體氣氛的溫度控制在25°C~50°C、相對(duì)濕度控制在10%~40%對(duì)低氧含量、低含水量的粉末進(jìn)行磁場(chǎng)成形，該方法通過對(duì)完全密閉環(huán)境中惰性氣體氣氛的溫度進(jìn)行特殊設(shè)定，改變有機(jī)添加劑性狀，使其軟化或液態(tài)化，并消除靜電，抑制燒結(jié)后低氧含量磁體成形不良(破裂、缺角、裂紋)現(xiàn)象，升高取向度、Br和(BH)max;另外，提高溫度可增加有機(jī)添加劑流動(dòng)性，更好地發(fā)揮潤(rùn)滑性能，進(jìn)一步提高取向度、Br和(BH)max ;而將惰性氣體氣氛的相對(duì)濕度控制在10%~40%進(jìn)行磁場(chǎng)成形，可消除靜電，能夠有效消除稀土磁鐵燒結(jié)后破裂、缺角、裂紋頻發(fā)等不良問題。
[0032]3)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，適量的水分如同潤(rùn)滑劑，可使取向度增加，提高Br、(BH)max，通過在成形機(jī)內(nèi)補(bǔ)充適量的水分，就可提高磁鐵性能(Br、(BH)max>Hcj),另外，也可提高耐腐蝕性。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0034]實(shí)施例1
[0035]本發(fā)明以NdFeB系稀土合金磁性粉末為例,來說明稀土合金磁性粉末的磁場(chǎng)成形過程。
[0036]其制作工藝主要包括如下流程:原料配制一熔煉一鑄造一氫破粉碎一微粉碎一磁場(chǎng)中成形一燒結(jié)一熱處理一磁性能評(píng)價(jià)一燒結(jié)體中的氧含量評(píng)價(jià)。
[0037]在原料配制工序:準(zhǔn)備純度99.5%的Nd、工業(yè)用Fe_B、工業(yè)用純Fe、純度99.9%的Co，各成分的重量比符合表1中所示:
[0038]表1各成分的重量配比
【權(quán)利要求】
1.稀土合金磁性粉末成形體的制造方法，它是惰性氣體氣氛的密閉空間內(nèi)用一段成形法對(duì)添加有機(jī)添加劑的稀土合金磁性粉末進(jìn)行壓制，制造上述稀土合金磁性粉末的成形體的方法，其特征在于，上述稀土合金磁性粉末在25°C?50°C氣氛溫度和相對(duì)濕度10%?40%的氣氛下進(jìn)行磁場(chǎng)成形，且所述的稀土合金磁性粉末采用如下的方式獲得:將稀土合金熔液用100°C /秒以上、10000°C /秒以下的速度進(jìn)行冷卻，獲得急冷凝固合金，將所述急冷凝固合金進(jìn)行氫破碎、而后再使用粉碎室內(nèi)的氧化氣體濃度受到控制的粉碎機(jī)粉碎后獲得的粉末，所述氧化氣體為氧和/或水，濃度為IOOppm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的稀土合金磁性粉末成形體的制造方法，其特征在于:所述的稀土合金磁性粉末為NdFeB系稀土合金磁性粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的稀土合金磁性粉末成形體的制造方法，其特征在于:在相對(duì)濕度為20 %?35 %、31 °C?45°C氣氛溫度和氧含量在IOOOppm以下的惰性氣體氣氛進(jìn)行磁場(chǎng)成形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的稀土合金磁性粉末成形體的制造方法，其特征在于:所述有機(jī)添加劑選自礦物油、合成油、動(dòng)植物油、有機(jī)酯類、石蠟、聚乙烯蠟或改性石蠟中的至少一種，所述有機(jī)添加劑與所述稀土合金磁性粉末的重量比為0.01?1.5: 100。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的稀土合金磁性粉末成形體的制造方法，其特征在于:所述有機(jī)酯類為辛酸甲酯。
6.稀土磁鐵的制造方法，其特征在于，該方法包括:它是在惰性氣體氣氛的密閉空間內(nèi)，在25°C?50°C氣氛溫度和相對(duì)濕度10%?40%的氣氛下用一段成形法對(duì)添加有機(jī)添加劑的稀土合金磁性粉末進(jìn)行壓制，制造上述稀土合金磁性粉末的成形體，以及燒結(jié)上述成形體的過程，且所述的稀土合金磁性粉末采用如下的方式獲得:將稀土合金熔液用100°C /秒以上、10000°C /秒以下的速度進(jìn)行冷卻，獲得急冷凝固合金，將所述急冷凝固合金進(jìn)行氫破碎、而后再使用粉碎室內(nèi)的氧化氣體濃度受到控制的粉碎機(jī)粉碎后獲得的粉末，所述氧化氣體為氧和/或水，濃度為IOOppm以下。
【文檔編號(hào)】H01F1/057GK103600070SQ201310519909
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】永田浩, 吳沖滸 申請(qǐng)人:廈門鎢業(yè)股份有限公司