一种径向多极取向钕铁硼磁环及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种径向多极取向钕铁硼磁环及其制备方法，包括如下步骤：S1、采用合金A制备各向异性磁粉，合金B制备晶界扩散源粉末；S2、将各向异性磁粉与合金B粉末按一定比例混合，将混合后的粉末在磁场下进行取向压制烧结成型得到多极磁环初胚；S3、将多极磁环初胚于热处理炉内经过高温烧结和晶界扩散得到多极烧结磁环；S4、将多极烧结磁环进行表面处理、充磁得到径向多极取向钕铁硼磁环。本发明专利技术基于HDDR制粉技术、结合磁场取向与SPS烧结技术、粉末冶金烧结与晶界扩散技术，制备径向多极取向钕铁硼磁环，其中，钕铁硼磁环具有良好的磁性能与整体力学性能，适合安装于永磁电机上，使电机具有效率高、体积小、高转数、平稳动行等特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种径向多极取向钕铁硼磁环及其制备方法


[0001]本专利技术涉及稀土磁性材料领域，具体而言，涉及一种径向多极取向钕铁硼磁环及其制备方法。

技术介绍

[0002]永磁无刷直流电机是利用永磁材料产生气隙磁场，电子换相技术进行无机械接触换相，省掉了励磁绕组和电刷、能简化结构、减小体积、延长寿命，具有效率与可靠性高、重量轻等诸多优点，在电机领域的比重越来越大。不同永磁电机的磁场设计需要不同规格和性能的永磁体,永磁体按材料可分为金属永磁、铁氧体永磁、稀土永磁，其中稀土永磁体主要包括钐钴磁体和钕铁硼磁体，钕铁硼磁体是目前磁性能最高的永磁材料，最大磁能积(BH)max达59.6MGOe。稀土永磁体按其制备工艺可分为粘结磁体、烧结磁体和热压(热变形)磁体。通常按照磁环取向方式的不同，又将稀土永磁环分为各向同性磁环、轴向永磁环、径向多极永磁环等。径向多极磁环是磁环在压制成型时，沿磁环圆周施加N极、S极交错的磁场，对其进行多极取向，磁场方向与压制方向垂直，这样制得的多极磁体也称为各向异性磁环。
[0003]现有永磁电机里的磁环通常采用充磁后的烧结钕铁硼瓦拼接而成。由于磁瓦加工、安装精度的限制，拼接磁环的动平衡差，磁极间过渡区大，使电机产生噪音和震动，直接影响电机的性能。一般永磁电机的内转子磁体采用表贴式和内嵌式两种安装方式。表贴式磁体固定通常采用粘接剂粘接、燕尾槽固定、螺钉等方法，将磁体固定于转子铁心表面，安装固定较为繁琐，成本高，磁极波动大，均匀性不好，且存在由离心力引起的脱落风险；内嵌式结构具有凸极效应，漏磁系数较大，材料利用率不如表贴式结构等缺点。
[0004]钕铁硼多极磁环克服了磁瓦拼装结构缺点，在内外表面可直接充磁成多极且安装容易。由于磁极间过渡区小、动平衡好，降低了电机的噪音和振动，可有效地提高电机效率，具有精度高、运行平稳和噪音低等特点。多极磁环的机械一体性结构提高了电机转子抗离心力能力，高速旋转脱落风险大大降低，且具有良好尺寸精度、同心度，是高转速、高精度控制电机的首选，在工业自动化设备、智能化装备等领域得到广泛应用。
[0005]烧结钕铁硼多极各向异性磁环的性能比其他任何多极磁环的性能都高，Nd2Fe
14
B基体相具有四方结构，是单轴晶体，C轴为易磁化轴，在取向成型过程中会使每一个粉末颗粒的易磁化C轴尽量沿相同方向取向排列。但Nd2Fe
14
B晶粒在烧结过程中C
⊥
轴和C∥轴的线膨胀系数差别过大，C∥轴的线膨胀系数α∥＝7.8
×
10
‑6/℃，而C∥轴的线膨胀系数α
⊥
＝﹣0.1
×
10
‑6/℃，也就是说α∥是正数，要膨胀，而α
⊥
是负数，要收缩，因此在烧结制备过程中(烧结温度约1080℃)容易产生裂纹甚至破裂、成品率低。
[0006]现有技术中通常采用热压/热变形法制备高性能钕铁硼永磁环，热压/热变形法多极磁环是磁粉在600～800℃温度下，200～700MPa压力作用下沿平行于压力方向择优取向，制备成全密度辐射取向环，不仅具有良好的均匀性，同时其变形过程中开裂倾向小于烧结钕铁硼永磁环，但其制备工艺复杂，效率低，高真空、高温度、高压力的成型条件对设备要求
高。
[0007]中国专利CN101325108B涉及一种粘结钕铁硼磁体及其制备方法，该方法得到的磁体中含有非磁性物质粘结剂，所以磁性能一般；中国专利CN102364617A涉及一种高均匀辐向取向钕铁硼永磁环及制备方法，该制备方法中的磁环因取向原因，在烧结过程中各个方向材料的膨胀系数存在差异，导致磁环容易出现裂纹或开裂问题，影响成品率；中国专利CN101202143B涉及高性能辐向热压磁环的制备方法，该方法中的磁环制备工艺复杂，效率低，而且高真空、高温度、高压力的成型条件对设备要求高、使得成本高昂。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种径向多极取向钕铁硼磁环及其制备方法。以解决现有技术中的粘结钕铁硼磁环磁性能一般；烧结钕铁硼磁环容易出现裂纹或开裂问题、影响成品率；热压/热变形钕铁硼磁环制备工艺复杂、效率低，而且高真空、高温度、高压力的成型条件对设备要求高、使得成本高昂的问题。
[0009]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0010]一种径向多极取向钕铁硼磁环的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1、采用合金A制备各向异性磁粉，合金B制备晶界扩散源粉末；
[0012]所述合金A的分子式为R
x
Fe
100
‑
x
‑
y
‑
z
B
y
M
z
，其中R为钕Nd、镨Pr、镝Dy、铽Tb、铈Ce、镧La、钇Y、钬Ho中的至少一种，Fe为铁元素，B为硼元素，M为钴Co元素，镓Ga元素、锆Zr元素、铌Nb元素、铜Cu元素、铝Al元素、硅Si元素、锰Mn元素中的至少一种；分子式中的x、y、z分别表示R、B、M的原子百分比，它们分别满足如下条件：8≤x≤16、4≤y≤8、0≤z≤2；
[0013]所述合金B为低熔点合金，所述低熔点合金为熔点低于600℃的轻稀土合金；
[0014]S2、将各向异性磁粉与合金B粉末按一定比例混合，将混合后的粉末在磁场下进行取向压制烧结成型得到多极磁环初胚；
[0015]S3、将多极磁环初胚于热处理炉内经过高温烧结和晶界扩散得到多极烧结磁环；
[0016]S4、将多极烧结磁环进行表面处理、充磁得到径向多极取向钕铁硼磁环。
[0017]该设置基于HDDR制粉技术、结合磁场取向与SPS烧结技术、粉末冶金烧结与晶界扩散技术，得到径向多极取向钕铁硼磁环，该制备工艺简单、在磁环成型时所需设备要求低、使用成本低。
[0018]进一步地，步骤S2具体执行如下步骤：
[0019]S21：磁环在低压力施加取向磁场，其中施加压力为20～100Mpa，真空度为1～5Pa，施加磁场强度为1.0～2.5T；
[0020]S22：磁环在压制、磁场取向时进行烧结，其中，烧结温度为450～650℃，烧结时间0.5～2min。
[0021]该设置在磁环受到低压力时施加磁场强度，使磁环中磁粉易磁化C轴沿径向高度取向，同时在压制、磁场取向的同时升温，使粉末表面局部熔化，尤其是低熔点合金粉末的快速熔化与冷却凝固，使HDDR各向异性磁粉间牢牢结合，多极磁环初胚脱模后保持一定力学强度同时维持磁环的取向度。
[0022]进一步地，步骤S3中，所述烧结时的真空度为(1～5)
×
10
‑2Pa时，加热温度为500～800℃，保温时间为40～90min。
[0023]该设置使磁环组织更加致密、均匀，消除空隙，同时低熔点合金粉末作为扩散元，沿HDDR各向异性磁粉晶界扩散。
[0024]进一步地，步骤S1具体执行如下步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种径向多极取向钕铁硼磁环的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用合金A制备各向异性磁粉，合金B制备晶界扩散源粉末；所述合金A的分子式为R
x
Fe
100
‑
x
‑
y
‑
z
B
y
M
z
，其中R为钕Nd、镨Pr、镝Dy、铽Tb、铈Ce、镧La、钇Y、钬Ho中的至少一种，Fe为铁元素，B为硼元素，M为钴Co元素，镓Ga元素、锆Zr元素、铌Nb元素、铜Cu元素、铝Al元素、硅Si元素、锰Mn元素中的至少一种；分子式中的x、y、z分别表示R、B、M的原子百分比，它们分别满足如下条件：8≤x≤16、4≤y≤8、0≤z≤2；所述合金B为低熔点合金，所述低熔点合金为熔点低于600℃的轻稀土合金；S2、将各向异性磁粉与合金B粉末按一定比例混合，将混合后的粉末在磁场下进行取向压制烧结成型得到多极磁环初胚；S3、将多极磁环初胚于热处理炉内经过高温烧结和晶界扩散得到多极烧结磁环；S4、将多极烧结磁环进行表面处理、充磁得到径向多极取向钕铁硼磁环。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2具体执行如下步骤：S21：磁环在低压力施加取向磁场，其中施加压力为20～100Mpa，真空度为1～5Pa，施加磁场强度为1.0～2.5T；S22：磁环在压制、磁场取向时进行烧结，其中，烧结温度为450～650℃，烧结时间0.5～2min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述烧结时的真空度为(2～5)
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，黄东亚，王岳，彭晖，林百春，谢述锋，李重理，
申请(专利权)人：洛阳船舶材料研究所中国船舶集团有限公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：