一种适合3D打印的磁粉、粘结磁体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种适合3D打印的磁粉、粘结磁体及其制备方法，该磁粉选自钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴，所述磁粉与粘结剂混匀干燥后压型得到样品，测量室温下饱和磁场表磁，对未充磁样品在100～310℃下施加0.3T～1.0T的充磁场，冷却至室温测量样品的表磁为饱和充磁场表磁的60％以上；随后在60～120℃下对所述样品块再施加与充磁场同等强度的反向磁场后，其表磁保持饱和充磁场表磁的50％以上。该磁粉能在充磁场要求不高的情况下被用于3D打印，能缩小极宽来提高粘结磁体表面磁通密度，从而构建出特殊磁路结构的粘结磁体。

A kind of magnetic powder and bonded magnet suitable for 3D printing and its preparation method

The invention relates to a magnetic powder and bonded magnet suitable for 3D printing and a preparation method thereof. The magnetic powder is selected from NdFeB, SmCo, NdFeN, SmFeN and Al-Ni-Co. The magnetic powder is mixed with the binder and dried evenly to obtain a sample. The saturated magnetic field surface magnetism is measured at room temperature, and the magnetic field of the unfilled sample is applied at 100-310 degrees C, and the table of the measured sample is cooled to room temperature. The magnetic field is more than 60% of the saturated magnetized surface, and the reverse magnetic field with the same intensity as the magnetized surface is applied to the sample block at 60-120 C. The saturated magnetized surface maintains more than 50% of the magnetized surface. The magnetic powder can be used for 3D printing under the condition of low magnetic field filling requirement. It can reduce the extremely wide to improve the magnetic flux density on the surface of bonded magnets, and thus construct bonded magnets with special magnetic circuit structure.

【技术实现步骤摘要】
一种适合3D打印的磁粉、粘结磁体及其制备方法
本专利技术涉及磁体制备领域，尤其涉及一种适合3D打印的磁粉、粘结磁体及其制备方法。
技术介绍
粘结永磁体由于具有磁性能优异以及制备工艺流程短、形状自由度大、近终成型等许多优点，符合现代器件短小轻薄的市场需求，使得其在IT、家电、汽车等领域得到了广泛应用。随着科技及低碳经济的发展，粘结稀土磁体将向高性能、大型化、小型化、薄壁化方向发展。粘结磁体分为各向同性和各向异性磁体两种，各向异性磁体性能比各向同性磁体高，但是必须采用取向成型工艺，技术难度大，成本高。目前商业化规模应用的主要是各向同性NdFeB粘结磁体。虽然高性能各向异性粘结稀土永磁材料成型简单，可做小而薄的产品，且能够一体化成型，其磁性能优异，涡流损耗低，但该各向异性粘结磁体在成形过程中的取向充分性和一致性一直使得该技术的发展并不成熟，且大大增加了其开发成本。采用永磁体构建的磁场强度偏低，很难获得较高的取向度，而采用脉冲电磁场来进行取向成型则对模具和取向线圈都提出了极高的要求。此外，粘结永磁体中由于添加了较多体积比的粘结剂等非磁性物质，使得其与烧结磁体相比磁性能大大降低，这在一定程度上限制了它的应用范围。由于同一性能原料制备的单极磁体若制备成多极磁体则可以提高其表面磁通密度，极宽越小其表面磁通密度越高。因此，各向同性粘结磁体和辐射取向的各向异性粘结磁体通过多极充磁夹具能够被制备成多极磁体，从而能对其较低的磁性能有所弥补。但是多极充磁夹具的设计方式和高充磁场的需求决定了多极充磁夹具的极宽不能太小(通常极宽不小于1mm)，否则多极充磁夹具易于损坏，不仅如此，依赖多极取向装置制备的多极取向各向异性粘结磁体的极宽也不能太小，通过进一步缩小极宽来提高粘结磁体表面磁通密度受到了不可逾越的限制。自20世纪90年代中期出现3D打印技术以来，在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域，3D打印技术飞速发展，也为3D打印制造粘结永磁体提供了技术支撑，不仅可获得形状奇特的磁体，并且能得到常规制备手段所不可获得的特殊性能。因此，现有技术中还不存在充磁场要求不高的情况下，通过缩小极宽来提高粘结磁体表面磁通密度以制备特殊磁路结构磁体的具体方法。
技术实现思路
面临上述技术问题，本专利技术旨在运用3D打印技术制备复杂形状并且具有多极磁特征的粘结磁体，特别是复杂多极磁特征粘结磁体。主要利用永磁粉末在高温下充磁场强度需求降低的特性，在进行3D打印操作的同时进行磁粉取向及充磁，可制得最小磁极宽度为3um的多极永磁体，以获得超强的吸附力。为此，本专利技术寻找到了一种在充磁场要求不高的情况下也能适合进行3D打印的磁粉以及该磁粉测试方法，从而根据该磁粉制备具备复杂形状并且具有多极特殊磁路结构的粘结磁体。为实现上述目的，本专利技术提出了一种适合进行3D打印的磁粉，所述磁粉选自钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴；其中，所述磁粉与粘结剂在溶剂中混匀，得到的混合物干燥后压型得到样品，测量室温下饱和充磁场的表磁，对未充磁样品在100～310℃下施加0.3T～1.0T的充磁场，冷却室温测量样品的表磁为饱和充磁场表磁的60％以上；随后在60～120℃下对所述样品块再施加与充磁场同等强度的反向磁场后，其表磁保持饱和充磁场表磁的50％以上。具体地，粘结剂可以是环氧树脂；环氧树脂含量优选为除溶剂外物料总质量的2.5％；溶剂可以是丙酮；干燥温度为50℃以下。进一步地，当所述磁粉为各向异性磁粉时，压型所用的压机为带磁场的压机，采用取向压制的方法得到所需样品块；样品块大小优选为10×10mm的圆柱。本专利技术还提出了一种利用上述磁粉制备粘结磁体的方法，该方法包括以下步骤：A.将磁粉、粘结剂和助剂按照一定配比混炼；B.将混炼所得的物料制成丝材或颗粒料；C.通过三维建模软件设计出三维模型以及进行切片(最小磁性单元)设置，并对最小磁性单元进行划分，设定各磁性单元的磁化方向以及排列顺序；D.将所述丝材或所述颗粒料送入3D打印机中进行打印；其中，打印第一磁性单元时，在100～310℃下对所述丝材或所述颗粒料施加0.3T～1.0T的充磁场，所述第一磁性单元打印结束后，充磁场按照设定磁化方向进行转向或者仍保持原方向，按相同条件打印第二磁性单元格，以此类推，从而构建出由磁性单元组合而成的特殊磁路结构的粘结磁体。进一步地，步骤A中，所述磁粉占比为80％～95％，所述粘结剂为4％～18％，所述助剂为1％～2％。优选地，所述混炼的温度为80～310℃，时间为5～60min。具体地，所述磁粉选自钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴等。所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、蜡基粘结剂、尼龙、PPS、PP、环氧树脂等。所述助剂选自抗氧化剂、增塑剂等，抗氧剂如受阻酚类抗氧剂，增塑剂如邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯和环氧大豆油。进一步地，步骤B中，将所述丝材直径控制在1～5mm，所述颗粒料粒径控制在小于300μm。优选地，步骤D中，挤出头温度控制在140～330℃，打印速度20～600mm/s。进一步地，打印过程可以采用熔融沉积或者激光3D打印机熔覆粘结剂进行打印。具体地，步骤D中，所述充磁场选自多脉冲的电磁场或永磁体构建的磁场。进一步地，所述磁场转向的方式包括所述磁性单元不动所述充磁场自由旋转，或者所述充磁场不动所述磁性单元自由旋转。本专利技术还提出了一种利用上述制备方法制得的磁体，所述磁体由多个相同或不同取向的磁性单元排列而成，每层磁性单元最小宽度为3um。进一步地，所述磁体由包括多个相同或不同取向n×n×n的所述磁性单元排列而成，n的取值范围为3～400μm，优选为Hallbach阵列的磁体。本专利技术还提出了一种适合进行3D打印的磁粉的测试方法，其特征在于：(1)将待测磁粉、粘结剂在溶剂中混合均匀后，干燥除去溶剂；(2)对上述干燥混合物用压机压制成多个样品圆柱磁体，选择其中一个在饱和磁场下(6T)进行充磁，室温下用特斯拉计测量表面磁场强度(表磁)，其值为A；(3)选择另外一个磁体进行升温加热，升温至在100～310℃时(此温度由所用粘结剂的熔点决定)，施加0.3T～1.0T的充磁场，随后冷却至室温下时得到的利用特斯拉计测量其表磁，其值为A1；(4)将步骤(3)中测量表磁后磁体二次加温，升温至在60～120℃下，再施加与步骤(3)充磁场同等强度方向相反的反向磁场，随后冷却至室温，再次测量得到的表磁，其值为A2；当A1/A≥为其室温饱和充磁场下(6.0T)表磁的60％以上，且A2/A＞保持为其室温饱和充磁场下表磁(6.0T)的50％以上时，待测磁粉适合3D打印。具体地，粘结剂可以是环氧树脂；环氧树脂含量优选为占固体混合物总质量的2.5wt％；溶剂可以是丙酮；干燥温度为50℃以下。进一步地，当所述磁粉为各向异性磁粉时，压型所用的压机为带磁场的压机，采用取向压制的方法得到所需样品块；样品块大小优选为10×10mm的圆柱。采用本专利技术的技术方案有如下优点：(1)本专利技术找到了能通过3D打印技术制备各种特殊磁路结构的高性能粘结磁体的磁粉，以及该磁粉测试方法。利用该磁粉制备粘结磁体的方法对于各向同性粘结磁粉可直接充磁；而对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适合进行3D打印的磁粉，所述磁粉选自钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴，其特征在于，所述磁粉与粘结剂在溶剂中混匀，得到的混合物干燥后压型得到样品，该样品在100～310℃下施加0.3T～1.0T的充磁场后，其表磁为饱和充磁场表磁的60％以上；随后在60～120℃下对所述样品再施加与充磁场同等强度的反向磁场后，其表磁保持饱和充磁场表磁的50％以上。

【技术特征摘要】
1.一种适合进行3D打印的磁粉，所述磁粉选自钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴，其特征在于，所述磁粉与粘结剂在溶剂中混匀，得到的混合物干燥后压型得到样品，该样品在100～310℃下施加0.3T～1.0T的充磁场后，其表磁为饱和充磁场表磁的60％以上；随后在60～120℃下对所述样品再施加与充磁场同等强度的反向磁场后，其表磁保持饱和充磁场表磁的50％以上。2.一种利用权利要求1所述磁粉制备粘结磁体的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：A.将磁粉、粘结剂和助剂按照一定配比混炼；B.将混炼所得的物料制成丝材或颗粒料；C.通过三维建模软件设计出三维模型以及进行切片设置，并对最小磁性单元进行划分，设定各磁性单元的磁化方向以及排列顺序；D.将所述丝材或所述颗粒料送入3D打印机中进行打印，其中，打印第一磁性单元时，在100～310℃下对所述丝材或所述颗粒料施加0.3T～1.0T的充磁场，所述第一磁性单元打印结束后，充磁场按照设定磁化方向进行转向或者仍保持原方向，按相同条件打印第二磁性单元格，以此类推，从而构建出由磁性单元组合而成的特殊磁路结构的粘结磁体。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A中，所述磁粉占比为80％～95％，所述粘结剂为4％～18％，所述助剂为1％～2％。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混炼的温度为80～310℃，时间为5～60min；所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、蜡基粘结剂、尼龙、PP...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡道炎，秦国超，王聪聪，敖学如，饶晓雷，刘贵川，
申请(专利权)人：北京中科三环高技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11