稀土永磁体的近净形制造制造技术

本发明专利技术涉及稀土永磁体的近净形制造。一种近净成形稀土永磁体的方法和永磁体。所述方法包括：将多种磁性材料粉末引入到模具中，关闭模具和冲击压实所述模具中的所述粉末，以及烧结所压实的磁体粉末以形成稀土永磁体零件。在一种形式中，经历压实的磁性材料为由两种或多种不同磁性材料粉末前导体制成的混合物。在所述混合物中可以添加附加的材料。一种这样的附加材料可以是用于减小开裂可能性的润滑剂，而另一种可以是用于提供混合物的氧化保护的涂层。在过程的烧结或相关高温部分之前或与其一起还可以使用真空或惰性环境。

【技术实现步骤摘要】
稀土永磁体的近净形制造本申请要求2011年9月29日提交的美国临时申请61/540,737的优先权。
技术介绍
本专利技术总的涉及用于电机中的永磁体的成型，尤其涉及包括稀土(RE)材料以改进所成型磁体的磁性能，并使用快速压缩技术作为将磁体成型为要求很少或没有二次成形加工的形状的一种方法。永磁体已广泛使用于各种设备中，包括用于混合和电动车辆、风车、空调和其他机械化设备中的牵引电机。一种永磁体-钕铁硼(Nd-Fe-B)烧结型永磁体-包含稀土金属，例如镝(Dy)或铽(Tb)，用以改善磁体在高温下的磁性能(例如本征矫顽磁性)。已知的稀土磁体制造方法以初始准备开始，包括用于期望材料成分的原材料(铁、铁钕合金、硼以及铁镝合金等)的检查和称重。此后材料被真空感应熔炼和薄带连铸，从而形成尺寸为几厘米的薄片(小于1mm)。在此之后进行氢爆碎，其中薄片在大约25℃至大约300℃下吸收氢大约5至大约20小时，在大约200℃至大约400℃下脱氢大约3至大约25小时，此后受到锤式粉碎和磨碎和/或机械粉碎或氮研磨(如需要)，从而形成适于进一步粉末冶金加工的细粉。该粉末典型地按大小分级进行筛选，然后与用于最终所需要的磁性材料成分的其他合金粉末混合，通过在模具中的适合压制操作(通常在室温下)连同粘合剂一起制成生坯件(greenpart)(典型地以立方体形式)。在一种形式中，在将粉末成型为立方体块或其他形状之前对粉末进行称重。然后所成型件被真空包袋，并受到等静压制，在此之后将其烧结(例如，在真空中以大约900℃至大约1100℃烧结大约1至大约30小时)并如果需要，老化(例如在真空中以大约300℃至大约700℃大约5至大约20小时)。典型地，总重大约300kg至大约500kg的许多块料作为一炉同时经历烧结。然后根据用于磁体的所需要最终的形状从较大块切割出磁体片并将其机械加工为最终的形状。此后如果需要，对磁体片进行表面处理。通常在粉末金属工艺中，生坯件的密度为理论密度的大约50％至55％，这导致在烧结过程中出现严重收缩。如果生坯件为立方体块形式，则收缩是一致的。但是，如果生坯件是非对称形状，则其将会以典型地难于控制的方式发生变形和弯曲。为了避免上述问题，通常从块状材料机械加工所需的磁体；这种工艺引起了相对较大量的材料损耗，其产量典型地为55％至65％(即大约35％至45％的材料损耗)。还产生了与常规基于冶金的粉末技术相关的其他困难。例如，原始大块坯料的表面还受到一些氧化，这可能会引起材料的额外损耗。制造过程中的大量材料损耗大大增加了最后加工出的RE磁体的成本。在过去几年中，由于RE金属原料的价格大幅上升，这一成本大大增加。同样地，存在与精确地生产划算的含RE材料的磁体相关的重大问题。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是一种RE永磁体的近净形制造方法。在一个实施例中，该方法包括将磁性材料粉末引入到模具中，在模具中冲击压实粉末，以及将所压实的磁体粉末烧结以形成RE永磁体零件。在一个方式中，粉末(其可为混合物或者两种或更多种不同的粉末前驱体)包含有镝(Dy)或铽(Tb)中的至少一种，作为增加磁体的升高温度性能的方法。本专利技术的另一方面包括一种冲击压实RE永磁体的方法。该方法包括，将钕铁硼(Nd-Fe-B)粉末和含有镝(Dy)和铽(Tb)中的至少一种的粉末引入到模具中，用模具冲击压实粉末以及然后烧结被压实的粉末。本专利技术的另一方面还包括形成RE永磁体的方法，通过将钕铁硼粉末和含有镝(Dy)和铽(Tb)中的至少一种的粉末引入到模具中，通过带有粉末的模具的高速冲击而压实粉末，从而在粉末中存在的颗粒至少局部表面发生熔化，并然后烧结所压实的粉末。高速冲击能够在非常短的时间内产生与前述冲击加载相似方式的高压力波；这反过来趋于产生局部熔化。本专利技术提供下述技术方案：方案1.一种近净形成形稀土永磁体的方法，所述方法包括：将多种磁性材料粉末引入到模具中；将所述多种粉末混合以制成混合粉末；在所述模具中将所述混合粉末冲击压实，以制成压实粉末；以及烧结所述压实粉末。方案2.方案1的方法，还包括通过在所述烧结之前加上保护层而减少所述压实粉末的氧化。方案3.方案2的方法，其中所述保护粉末为陶瓷基浆料。方案4.方案3的方法，其中以慢速加热所述浆料和所述压实粉末。方案5.方案2的方法，还包括使所述压实粉末经历真空气氛或氧化的惰性气氛中的一种。方案6.方案1的方法，其中所述冲击压实通过电液压过程、电磁过程、弹簧释放过程、压电过程、爆炸过程、电子枪过程或上述过程的组合而产生。方案7.方案6的方法，其中在由所述爆炸过程引起的所述冲击压实之前，将金属层放置在所述磁性材料粉末和爆炸物之间。方案8.方案1的方法，其中所述压实粉末的密度为理论密度的至少大约90％。方案9.方案1的方法，其中所述稀土永磁体具有非化学计量成分。方案10.方案1的方法，还包括所述稀土永磁体的表面处理。方案11.方案1的方法，还包括在磁场存在下调整所述混合粉末的粉末对齐。方案12.方案1的方法，还包括冷却所述模具中所烧结的粉末。方案13.方案1的方法，其中烧结所述压实磁性材料粉末包括以大约1℃/min至大约5℃/min的速度加热至大约900℃至大约1200℃的范围内的温度持续大约1至大约10小时之间。方案14.方案1的方法，其中在大约20℃至大约25℃的温度下进行所述冲击压实。方案15.方案1的方法，其中在与所述模具不同的第二模具中烧结所压实的磁性材料粉末。方案16.方案1的方法，其中所述多种粉末中的至少一种包括镝和铽中的至少一种，从而在所述冲击压实之前，所述镝和铽中的所述至少一种以大约1重量百分数至大约9重量百分数的量存在于所述稀土磁性材料粉末中。方案17.一种冲击压实稀土永磁体的方法，所述方法包括：将钕铁硼粉末和含有镝和铽中至少一种的粉末的混合物引入到模具中；使用磁场以优先地对齐所述钕铁硼粉末和所述含有镝和铽中至少一种的粉末的至少一种；冲击压实所述粉末；烧结所述压实的粉末。方案18.方案17的方法，其中所述混合物还包括达到约2重量百分数的量的润滑剂。方案19.方案18的方法，其中所述润滑剂为基于无机的，包括氮化硼、二硫化钼和二硫化钨中至少一种。方案20.方案18的方法，其中所述润滑剂为基于有机的，包括硬脂酸锌和石蜡的至少一种。方案21.方案18的方法，还包括从由机械加工、重压、压印、筛分、去毛刺、表面压缩锤击、接合以及滚磨构成的组中所选择的二次加工。附图说明当结合下列附图阅读时，可以最好地理解本专利技术的优选实施例的下述详细说明，其中使用相似的附图标号表示相似的结构，其中：图1A是根据本专利技术的一个方面形成RE永磁体的主要步骤的流程图；图1B是在图1A过程的冲击加载或相关的高速冲击部分中使用的压制模具的示意图；图2示出了简化的基于永磁体的电机结构和简化的基于感应的电机结构之间的比较，以及使用图1B的模具压实的磁体的在前者中的表示性放置；以及图3示出了包含混合推进系统的车辆，该混合推进系统包括使用根据本专利技术制造的磁体的基于永磁体的电机。具体实施方式本专利技术关于一种以减小残余应力、变形和表面氧化的方式制造RE永磁体的工艺。该工艺大大减小或消除了后续的机械加工操作的需要，还降低了制造过程中的材料损耗，同时仍能够提供粉末中镝或铽的高度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近净形成形稀土永磁体的方法，所述方法包括：将多种磁性材料粉末引入到模具中；将所述多种粉末混合以制成混合粉末；在所述模具中将所混合的粉末冲击压实，以制成压实粉末；以及烧结所述压实粉末。

【技术特征摘要】
2011.09.29 US 61/540737;2012.09.27 US 13/6284901.一种近净形成形稀土永磁体的方法，所述方法包括：将多种磁性材料粉末引入到模具中；将所述多种粉末混合以制成混合粉末；在所述模具中将所述混合粉末冲击压实，以制成压实粉末；以及烧结所述压实粉末；其中所述冲击压实通过电液压过程、电磁过程、弹簧释放过程、压电过程、爆炸过程、电子枪过程或上述过程的组合而产生。2.根据权利要求1的近净形成形稀土永磁体的方法，还包括通过在所述烧结之前加上保护层而减少所述压实粉末的氧化。3.根据权利要求2的近净形成形稀土永磁体的方法，其中所述保护层为陶瓷基浆料。4.根据权利要求3的近净形成形稀土永磁体的方法，其中以慢速加热所述浆料和所述压实粉末。5.根据权利要求2的近净形成形稀土永磁体的方法，还包括使所述压实粉末经历真空气氛或在氧化上惰性的气氛中的一种。6.根据权利要求1的近净形成形稀土永磁体的方法，其中当所述冲击压实通过所述爆炸过程产生的情况下，在由所述爆炸过程引起的所述冲击压实之前，将金属层放置在所述磁性材料粉末和爆炸物之间。7.根据权利要求1的近净形成形稀土永磁体的方法，其中所述压实粉末的密度为理论密度的至少90%。8.根据权利要求1的近净形成形稀土永磁体的方法，其中所述稀土永磁体具有非化学计量成分。9.根据权利要求1的近净形成形稀土永磁体的方法，还包括所述稀土永磁体的表面处理。10.根据权利要求1的近净形成形稀土永磁体的方法，还包括在磁场存在下调整所述混合粉末的粉末对齐。11.根据权利要求1的近净形成形稀土永磁体的方法，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·P·贝克，Y·王，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：