一种高性能辐向取向稀土永磁管及其热变形成型方法技术

一种高性能辐向取向稀土永磁管及其热变形成型方法，属于稀土永磁无缝管制造技术领域。该永磁管的原料成分为RE‑(Fe,Co)‑B，RE为以Nd为代表的镧系元素或钇元素中的一种或多种，同时可添加一种或多种其它过渡族金属元素；采用衔接角0°≦α≦90°的水平加载卧式旋转双动挤压装置，先将快淬磁粉热压成全密度各向同性磁体，再水平正向分流挤压成辐向取向纳米永磁管，管长大于50mm，管径在0～150mm范围内可调。该卧式挤压技术克服了立式设备空间高度限制，长程流变提高了永磁管的磁性和组织均匀性，可制备长度、直径和壁厚在大范围尺寸内自由可调的稀土永磁管，有利于辐向取向稀土永磁管的批量化生产。对永磁管锯切，还可获得纳米稀土永磁环、磁瓦或瓷片。

High performance radial direction rare earth permanent magnetic tube and thermal deformation forming method thereof

The invention relates to a high-performance radial direction rare earth permanent magnet tube and a thermal deformation forming method thereof, belonging to the technical field of rare earth permanent magnet seamless pipe manufacturing. The permanent magnetic tube material composition of RE (Fe, Co) B, RE is one or more to Nd as the representative of the lanthanide or yttrium element, at the same time you can add one or more other transition metal elements; the convergence angle of 0 DEG alpha level loading is smaller than 90 DEG horizontal rotary double action extrusion device, the quenched magnetic powder into hot density isotropic magnets, and positively extrusion into radial orientation of permanent magnetic nano tube, the length is more than 50mm, the diameter can be adjusted in the range of 0 to 150mm. The horizontal extrusion technology overcomes the vertical equipment space height limit, Cheng Liubian improved magnetic properties and organization of permanent magnet tube uniformity can be prepared by the length, diameter and wall thickness in large size free adjustable rare earth permanent magnet tube, is conducive to the radial mass production orientation of rare earth permanent magnet tube. The permanent magnet tube sawing, can obtain nano rare earth permanent magnetic ring, magnetic tile or tiles.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能辐向取向稀土永磁管及其热变形成型方法
本专利技术属于稀土永磁无缝管制造
，特别是涉及一种高性能辐向取向稀土永磁管及其热变形成型方法。
技术介绍
辐向取向稀土永磁环在航空航天、电子电工、信息技术等高矫顽力、高剩磁和高温度系数应用领域中有重要应用。目前永磁环的制备方法主要有瓦型磁体拼接法、各向同性磁粉粘结法、辐向取向粉末冶金烧结法和背向热挤压法。但拼接永磁环，磁极波动较大，功率因数低，效率不高；粘结磁环磁性能偏低，并且受粘结剂制约其使用温度也较低；烧结辐向取向永磁环，尺寸受到取向磁场的限制，难以制备高壁、薄壁磁环，同时由于粉末冶金烧结过程中大量收缩，烧结磁环无法实现近终成型，后续加工成本增加；热压/热流变为制备辐向取向永磁环提供了可能，使用该方法制备的磁环具有薄壁、近终成型、磁性能优异等优点。传统制备热压辐向取向永磁环的方法是首先制备各向同性热压磁体，然后利用压头的热挤出过程将磁体制备成环，中国专利200710177080.8中通过改进美国专利技术专利US4844754工艺过程，严格控制含氧量，采用背挤压法制备出了磁能积大于30MGOe的永磁环。201410776421.3公开了一种正向挤压各向同性磁环制备长径比为1～5的薄壁、高壁磁环的方法。但由于采用立式挤压机，受生产空间高度限制，液压机行程有限，采用上述方法制得的永磁环长度均不超过35mm，而且由于流变流程短，磁环不同部位组织性能很不均匀，特别是磁环两端性能很差，需要切除，使得磁环生产效率极低，造成生产成本的不必要提高，难以实现规模化生产。日本专利JPH01248504A采用两步热等静压方法获得了各向异性永磁管，但热等静压过程需要将合金粉末装入抽真空的薄壁成形包套中，在高温下向制品施加各向相等的压力，利用高温高压作用使粉末烧结致密化，工艺十分复杂，磁体制备流程很长；且两步热压需要在不同的热等静压设备中完成，造成成本的不必要增加；另外，热流变过程中仅仅依靠10μm厚的防氧化镀层包覆磁体避免氧化，这对镀层提出了极高的要求，其制备工艺要求相当严苛，在实际操作中，镀层随磁体流变发生塑性变形，往往发生与磁体的剥离，抗氧化作用有限，限制了磁体的磁性能；最后，涂层原子高温扩散进入磁体合金又会影响2:14:1合金相的形成，需要对内外表面进行后续加工。因此，严格控制含氧量，增加均匀热流变行程，提高塑性变形的均匀性并抑制开裂，减少端部缺陷产生，简化生产流程，制备组织性能均匀优异、近终成形辐向取向稀土永磁管依然是一个急需解决的问题，对制备高性能和高均匀性的永磁环及其产业化生产至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高性能辐向取向稀土永磁管及其热变形成型方法，所要解决的问题是提供一种高性能辐向取向稀土永磁管，该永磁管是由非晶纳米晶钕铁硼快淬薄带破碎制成亚微米磁粉，在衔接角0°≦α≦90°的水平加载卧式旋转双动挤压装置上热压制成全密度各向同性磁体，再正向挤压分流热流变发生辐向取向挤出获得。该永磁管的原料成分为RE-Fe-B，RE为以Nd为代表的镧系稀土元素或钇元素中的一种或多种；所述原料成分中还必须包含Co元素，同时可以添加Ni、Mn、Cr、Al、Sn、Ga、Ti、Zn、Zr、Mo、Ag、W、Nb和Cu中的一种或多种元素；该永磁管微观上为纳米片状晶结构，具有2:14:1型合金相，晶粒长度为0.2～2微米，厚度约50nm。该永磁管长度大于50mm，管径和壁厚在1～150mm范围，为近净成形无缝管，辐向取向结构，其最大磁能积达50MGOe以上，前端切除10～20mm后，各部位磁能积不均匀性小于5％。本专利技术的的高性能辐向取向稀土永磁管的热变形成型方法是采用衔接角0°≦α≦90°的水平加载卧式旋转双动挤压装置，先将钕铁硼快淬带破碎制粉后在500～600℃热压制成全密度各向同性磁体，再在850～950℃水平正向分流挤压成辐向取向的稀土永磁管。两步挤压工艺均在高真空或抽气至高真空后充入惰性气体保护环境下依序顺次一体完成。包括以下步骤：1)将RE-Fe-B快淬带破碎制成各向同性合金粉末，筛选备用。2)在模具内壁、垫片、压杆断面及侧面等可能与磁粉接触的部位喷涂高温水溶性润滑剂，或直接加垫平滑的石墨材料做润滑处理。3)将步骤1)得到的的各向同性RE-Fe-B合金粉末装模，冷压压实，在500～600℃真空热压成全密度各向同性RE-Fe-B磁体坯料。4)将该全密度各向同性磁体坯料在氩气保护环境下升温至850～950℃，保温10s～5min后正向挤压热流变完成辐向取向。5)热流变完成后脱模，迅速降至室温，得到近净成形辐向取向无缝稀土永磁管。优选的，步骤1)中磁粉粒径为200～450μm。步骤3)中仅开启坯料感应加热线圈(4)对磁粉和模具系统加热，该线圈可根据坯料长度及模具直径进行调整或更换。热压过程中，热挤压顶杆(1)在压力作用下向右移动，热挤压底杆(7)向左移动，将磁粉热压成全密度各向同性RE-Fe-B磁体坯料。步骤3)中，获得全密度各向同性磁体坯料(11)后，立即退出热挤压底杆(7)，换上热变形芯杆(13)，根据需要加设长度为20～120mm的热流变感应线圈(8)，通入氩气等惰性气体，升温至850～950℃，做好热流变准备。步骤3)和步骤4)均在外模套5中进行，模具采用热挤压腔(12)与热流变型腔(6)无缝衔接设计，衔接角0°≦α≦90°，热压全密度各向同性磁体和热流变取向挤压成管连续一体完成。且热压在真空度高于10-3Pa条件下进行，热流变在抽真空后充入氩气环境下完成。步骤4)所述热流变过程采用正向分流挤压形式完成，固定外模套(5)和热变形芯杆(13)，热压顶杆(1)向右移动，热压各向同性磁体毛坯(11)在热变形芯杆(13)顶端发生分流，在热变形芯杆(13)和外模套(5)之间构成的热流变型腔(6)中向右流动发生流变取向，形成永磁管(14)。步骤4)中，热变形芯杆(13)顶端为锥形，根据实际情况，锥度一般应大于2，即半顶角45°≦β≦90°，且热变形芯杆(13)直径不小于挤压腔(12)直径；在热流变腔(6)内，距离热挤压腔(12)和热流变腔(6)衔接处右侧20～80mm处增加可浮动内模环(9)，当永磁管流变至该环时推动其向右移动，该环与内壁摩擦力约0.1～1MPa。步骤4)中，所述热挤压过程在卧式旋转双动挤压机上分流正向挤压完成，采用液压机水平加载加压，水平行程为2～12m，装载盘直径为50～600mm，压力为400～1200MPa，热挤压杆(1)移动速度为3～20mm/s。当挤压厚壁长管时，挤压热流变成形过程中热挤压杆(1)、外模套(5)、装载盘(10)和热流变芯杆(13)同步低频旋转，根据情况频率可选择0.2～5Hz。在步骤5)中，利用拉拔机抽出热变形芯杆(13)，稀土永磁管(14)由辊道送出，完成脱模。按照不同尺寸要求，通过锯切该稀土永磁管可以获得磁环、磁瓦或磁片。通过调整模具形状、原料成分及工艺参数还可以在卧式挤压机上通过双动正向或双动反向挤压制备单硬磁主相或双(多)硬磁主相的管状、棒状或板条状各向异性磁体。图4～图9为模具的典型变体。其中，图4～图6为图1～图3中热挤压型腔与热流变型腔衔接角α＝90°时示意图，依该组图可以实现在卧式挤压机上双动正向或双动背向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能辐向取向稀土永磁管，其特征在于，原料成分为RE‑Fe‑B，RE为以Nd为代表的镧系稀土元素或钇元素中的一种或多种；所述原料成分中还必须包含Co元素，同时可以添加Ni、Mn、Cr、Al、Sn、Ga、Ti、Zn、Zr、Mo、Ag、W、Nb和Cu中的一种或多种元素；利用非晶纳米晶钕铁硼快淬薄带破碎制成亚微米磁粉，采用衔接角0°≦α≦90°的水平加载卧式旋转双动挤压装置，先热压制成全密度各向同性磁体，再正向挤压分流热流变成辐向取向永磁管；该永磁管微观上为纳米片状晶结构，具有2:14:1型合金相，晶粒长度为0.2～2微米，厚度约50nm。

【技术特征摘要】
1.一种高性能辐向取向稀土永磁管，其特征在于，原料成分为RE-Fe-B，RE为以Nd为代表的镧系稀土元素或钇元素中的一种或多种；所述原料成分中还必须包含Co元素，同时可以添加Ni、Mn、Cr、Al、Sn、Ga、Ti、Zn、Zr、Mo、Ag、W、Nb和Cu中的一种或多种元素；利用非晶纳米晶钕铁硼快淬薄带破碎制成亚微米磁粉，采用衔接角0°≦α≦90°的水平加载卧式旋转双动挤压装置，先热压制成全密度各向同性磁体，再正向挤压分流热流变成辐向取向永磁管；该永磁管微观上为纳米片状晶结构，具有2:14:1型合金相，晶粒长度为0.2～2微米，厚度约50nm。2.如权利要求1所述的高性能辐向取向稀土永磁管，其特征在于，该永磁管长度大于50mm，管径和壁厚在1～150mm范围，为近净成形无缝管，辐向取向结构，其最大磁能积达50MGOe以上，永磁管前端切除10～20mm后，各部位磁能积不均匀性小于5％。3.如权利要求1所述的高性能辐向取向稀土永磁管的热变形成型方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将RE-Fe-B快淬带破碎制成各向同性合金粉末，筛选备用；2)在模具内壁、垫片、压杆断面及侧面等可能与磁粉接触的部位喷涂高温水溶性润滑剂，或直接加垫平滑的石墨材料做润滑处理；3)将步骤1)得到的各向同性RE-Fe-B合金粉末装模，冷压压实，在500～600℃真空热压成全密度各向同性RE-Fe-B磁体坯料；4)将该全密度各向同性磁体坯料在氩气保护环境下升温至850～950℃，保温10s～5min后正向挤压热流变完成辐向取向；5)热流变完成后脱模，迅速降至室温，得到近净成形辐向取向无缝稀土永磁管。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤3)中仅开启坯料感应加热线圈(4)对磁粉和模具系统加热，该线圈可以根据坯料长度及模具直径进行调整或更换；热压过程中，热挤压顶杆(1)在压力作用下向右移动，热挤压底杆(7)向左移动，将磁粉热压成全密度各向同性RE-Fe-B磁体坯料。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤3)中，获得全密度各向同性磁体坯料(11)后，立即退出热挤压底杆(7)，换上热变形芯杆(13)，根据需要加设长度为20～12...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明刚，姜瑞姣，李卫，郑立允，艾磊，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11