一種低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燒結(jié)永磁體，特別是一種低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]釹鐵硼磁體，主要由稀土元素R與鐵、硼組成的金屬間化合物。R主要是釹或釹與其他稀土元素的組合，有時(shí)也用鈷、鋁、釩等元素取代部分鐵。主要分為燒結(jié)釹鐵硼和粘結(jié)釹鐵硼兩種，粘結(jié)釹鐵硼各個(gè)方向都有磁性，耐腐蝕；而燒結(jié)釹鐵硼因易腐蝕，表面需鍍層，一般有鍍鋅、鎳、環(huán)保鋅、環(huán)保鎳、鎳銅鎳、環(huán)保鎳銅鎳等。而燒結(jié)釹鐵硼一般分軸向充磁與徑向充磁，根據(jù)所需要的工作面來定。
[0003]釹鐵硼永磁材料是以金屬間化合物RE2FE14B為基礎(chǔ)的永磁材料。主要成分為稀土(RE)、鐵(Fe)、硼(B)。其中稀土 ND為了獲得不同性能可用部分鏑(Dy)、鐠(Pr)等其他稀土金屬替代，鐵也可被鈷(Co)、鋁(A1)等其他金屬部分替代，硼的含量較小，但卻對(duì)形成四方晶體結(jié)構(gòu)金屬間化合物起著重要作用，使的化合物具有高飽和磁化強(qiáng)度，高的單軸各向異性和高的居里溫度。
[0004]釹鐵硼磁體是由日本當(dāng)代科學(xué)家左川真人發(fā)明的一種新型永磁體，并于1983年11月29屆金屬學(xué)術(shù)討論會(huì)上，由日本住友特殊金屬公司最先提出釹、鐵、硼永久磁性材料的制造。它是主要由釹、鐵、硼三種元素組成的合金磁體，是現(xiàn)在磁性最強(qiáng)的永磁體，因?yàn)殁S原子是扁形的，電子云的受限，使鐵原子不會(huì)偏移，從而形成不變的磁力。
[0005]釹鐵硼磁體有很強(qiáng)的磁晶各向異性和很高的飽和磁化強(qiáng)度。在永磁材料中，燒結(jié)Nd-Fe-B磁體性能最高，商業(yè)產(chǎn)品的最大磁能積(BH)max = 360kJ/m3，但該磁體的居里溫度較低(314°C )，溫度穩(wěn)定性和耐蝕性較差，限制了在較高溫度下使用，而且在多數(shù)情況下需采用保護(hù)涂層。釹鐵硼磁體的制造工藝有粉末冶金法和熔體快淬法。因磁性能優(yōu)異，Nd-Fe-B型磁體獲得了廣泛的應(yīng)用，主要用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、聲波換能器、各種傳感器、醫(yī)療器械和磁力機(jī)械等。
[0006]現(xiàn)有釹鐵硼磁體中，均為均質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而以保證磁體具有較好的磁性能，提高磁體的能量密度。但是這同時(shí)又使得磁體具有較大的質(zhì)量密度，在應(yīng)用中不利于控制電機(jī)等應(yīng)用設(shè)備的重心和質(zhì)量分布，在設(shè)備的整體質(zhì)量中具有較大的占比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)，通過在磁體本體中設(shè)置的空缺結(jié)構(gòu)(包括孔洞、微孔等)從而形成非均質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁體，同時(shí)配合磁化區(qū)的halbach陣列取向，以避免磁體磁性能大幅下降，從而在降低磁體質(zhì)量密度的同時(shí)保證磁體的磁性能，降低在應(yīng)用設(shè)備中的質(zhì)量占比，同時(shí)便于在設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)置中調(diào)整重心分布而進(jìn)行整體質(zhì)量調(diào)控。
[0008]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)，包括本體，本體為環(huán)形，本體內(nèi)部中心處設(shè)置有至少2個(gè)孔洞，本體具有磁化區(qū)，磁化區(qū)至少部分的磁場(chǎng)方向按照halbach陣列取向，磁化區(qū)的halbach陣列取向所形成的增強(qiáng)磁場(chǎng)在本體的外部。本發(fā)明通過在磁體中設(shè)置的空缺結(jié)構(gòu)，改變了磁體為實(shí)心整體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)磁體的輕量化，同時(shí)通過調(diào)整磁體中空缺位置所占的比例以及結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而調(diào)控磁體在整裝設(shè)備的中的質(zhì)量分布狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整整裝設(shè)備的重心，可以降低重心高度，而使得設(shè)備的運(yùn)行更為穩(wěn)定高效。同時(shí)配合磁化區(qū)albach陣列取向，在磁體選定目標(biāo)范圍內(nèi)定向地取向增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改善因磁體中空缺而造成的場(chǎng)強(qiáng)降低的影響，從而實(shí)現(xiàn)在降低磁體質(zhì)量密度、調(diào)控質(zhì)量分布的同時(shí)，還可以保證磁體能量密度的穩(wěn)定。
[0009]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，磁化區(qū)的最外層在本體的表層，并且磁化區(qū)在本體上成鱗片狀分布。磁化區(qū)在本體中厚度可以相同或不同。本方案中通過采用在表層以緊密設(shè)置的鱗片狀分布(鱗片延展方向與磁體表面方向不一致)，從而形成較為穩(wěn)定的磁場(chǎng)分布，并且場(chǎng)強(qiáng)一致性好，避免整體取向磁體易出現(xiàn)的磁場(chǎng)分布不均，同時(shí)也便于磁體在使用中靈活地切割修整，提高使用的靈活性。另外密布鱗片狀結(jié)構(gòu)，在調(diào)整磁場(chǎng)分布的同時(shí)，還可以通過形成的不同結(jié)晶形態(tài)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在一定程度上改善磁體的機(jī)械性能，從而可以提高磁體的應(yīng)用性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，并且能夠改善穩(wěn)定性和延長(zhǎng)使用壽命。
[0010]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，磁化區(qū)在本體中的厚度不小于0.3mm。
[0011]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，磁化區(qū)總體積占本體總體積的60%以上。
[0012]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，磁化區(qū)中按halbach陣列取向的部分占磁化區(qū)總體積的50%以上。本方案中通過靈活選擇halbach陣列取向的部分占磁化區(qū)的比例，可以根據(jù)磁體實(shí)際工作環(huán)境以及場(chǎng)強(qiáng)分布的需要，來調(diào)整取向分布，進(jìn)而調(diào)整磁體場(chǎng)強(qiáng)分布，從而滿足不同設(shè)備以及不同技術(shù)要求的精密性。
[0013]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，本體的合金材料組成為(wt% ):鐠釹 30.3-31.2%、鏑鐵 0-10%、鋱 0-6%、硼鐵 4.5-6.5%、銅 0.1-0.2%、鋁 0.1-1 %、鈮鐵 0.3-1 %、鎵 0.1-0.25%、鈷 0.6-2.5%，余量為鐵。
[0014]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，硼鐵的元素組成為(wt% ):硼20-25% ;余量為鐵。
[0015]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，鈮鐵的元素組成為(wt% ):鈮50-75% ;余量為鐵。
[0016]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，鏑鐵的元素組成為(wt% ):鏑50-85% ;余量為鐵。
[0017]通過采用特定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硼鐵、鈮鐵以及鏑鐵，使得磁體的冶煉配置更為方便高效，降低組分誤差，降低調(diào)配以及冶煉的難度。
[0018]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)的一種改進(jìn)，本體為合金材料經(jīng)熔煉甩帶、氫破制粉、成型干燥、燒結(jié)、后處理得到，其中成型時(shí)包括芯部成型和二次成型，芯部成型為具有孔洞部分成型，二次成型為在芯部成型基礎(chǔ)上再次壓制而完成本體的成型。本方案通過將本體成型分為芯部成型和二次成型，使得非均質(zhì)磁體的成型更為方便，同時(shí)將芯部成型和本體包覆芯部后的二次成型區(qū)分開，有利于保證磁體成型后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免取向塌陷或者分布不均等缺陷，從而有利于保證磁體的質(zhì)量穩(wěn)定性和提高成品率。
[0019]本發(fā)明公開的低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)，實(shí)現(xiàn)了一種具有非均質(zhì)結(jié)構(gòu)同時(shí)又具有良好磁性能和磁場(chǎng)分布的永磁體，其在設(shè)備整裝重心控制、磁體能量密度調(diào)控等方面均具有突出的優(yōu)勢(shì)，對(duì)不同設(shè)備以及零部件在質(zhì)量、尺寸以及磁性能方面的精密要求均能夠得到很好的滿足。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0021]實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例中，低質(zhì)量密度halbach取向釹鐵硼磁環(huán)包括本體，本體為環(huán)形，本體內(nèi)部中心處設(shè)置有至少2個(gè)孔洞，本體具有磁化區(qū)，磁化區(qū)磁場(chǎng)方向按照halbach陣列取向(磁化區(qū)的磁場(chǎng)還可以部分按照halbach陣列取向，按照halbach陣列取向區(qū)域在磁化區(qū)中的分布可以成陣列分布、無規(guī)散布或者成其它任意形態(tài)等)，磁化區(qū)的halbach陣列取向所形成的增強(qiáng)磁場(chǎng)在本體的外部。
[0023]實(shí)施例2
[0024]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于:磁化區(qū)的最外層在本體的表層，并且磁化區(qū)在本體上成鱗片狀分布，且磁化區(qū)在本體中厚度相同(也可以不同)。
[0025]實(shí)施例3
[0026]本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別僅在于:磁化區(qū)在本體中的厚度為0.3mm(磁化區(qū)在本體中的厚度還可以為 0.33、0.37、0.4、0.41、0.44、0.46、0.5、0.52,0.58,0.6,0.66、
0.7,0.74,0.8,0.88,0.9,0.93、1.0、1.02、1.1、1.17、1.2、1.22、1.3、1.33、1.37、1.4、1.41、
1.44、1.46、1.5、1.52、1.58、1.6、1.66、1.7、1.74、1.8、1.88、1.9、1.93、2.0,2.02,2.U
2.17、2.2、2.22、2.3、2.33、2.37、2.4、2.41、2.44、2.46、2.5、2.52、2.58、2.6、2.66、2.7、
2.74、2.8、2.88、2.9、2.93、3、3.02、3.1、3.17、3.2、3.22、3.3、3.33、3.37、3.4、3.41、3.44、
3.46、3.5、3.52、3.58、3.6、3.66、3.7、3.74、3.8、3.88、3.9、3.93 以及其它大于 0.3mm 的任意值，當(dāng)然磁化區(qū)的厚度必然小于本體厚度)。
[0027]實(shí)施例4-6
[0028]本實(shí)施例4-6分別與實(shí)施例1-3的區(qū)別(即實(shí)施例4相對(duì)于實(shí)施例1的區(qū)別；實(shí)施例5相對(duì)于實(shí)施例2的區(qū)別；實(shí)施例6相對(duì)于實(shí)施例6的區(qū)別，以下類似陳述指出與本處解釋形式相同)僅在于:磁化區(qū)總體積占本體總體積的60% (磁化區(qū)總體積占本