專(zhuān)利名稱(chēng)：輻射取向整體永磁環(huán)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于永磁材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種輻射取向整體永磁環(huán)的制備方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)用于電機(jī)和陀螺儀等的永磁環(huán)需求越來(lái)越大。目前，永磁環(huán)一般采用若干各瓦形永磁體拼裝成永磁環(huán)。該工藝制備的輻射取向永磁環(huán)存在著磁場(chǎng)中心和幾何中心不重合、表磁分布不均勻的缺點(diǎn)，導(dǎo)致電機(jī)或陀螺儀轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)并產(chǎn)生一個(gè)諧波，嚴(yán)重影響電機(jī)和陀螺儀的性能。為獲得磁場(chǎng)中心和幾何中心重合、表磁分布均勻的輻射取向整體永磁環(huán)，必須采用輻射取向磁場(chǎng)成型技術(shù)制備。1994年11月11日申請(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利94113830.5公開(kāi)了一種輻射取向的2-17型稀土永磁環(huán)的制造方法。該專(zhuān)利存在模具結(jié)構(gòu)缺陷，難以將壓坯脫模，成品率低；同時(shí)，輻射取向磁場(chǎng)不均勻，永磁環(huán)表磁分布一致性不好。2002年1月30日申請(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利01209054.9和2002年10月16日申請(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利01111509.2公開(kāi)了多極聚合輻射取向裝置和多極磁環(huán)的制備方法，可以制備多極整體永磁環(huán)，并未實(shí)現(xiàn)制造輻射取向整體環(huán)。1985年8月6日申請(qǐng)的US4533407和1986年12月16日申請(qǐng)US4628809公開(kāi)了熱等靜壓工藝制備輻射取向稀土鈷永磁環(huán)。該兩專(zhuān)利的特點(diǎn)是將輻射取向和真空熱等靜壓技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以制備輻射取向稀土鈷永磁環(huán)。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝實(shí)現(xiàn)難度大，不能滿(mǎn)足實(shí)際制造要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輻射取向整體永磁環(huán)的制備方法，實(shí)現(xiàn)了操作簡(jiǎn)單、成品率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明采用磁極同性相斥原理產(chǎn)生輻射取向磁場(chǎng)，通過(guò)輻射取向成型模具壓制具有輻射取向整體永磁毛坯環(huán)，然后經(jīng)過(guò)燒結(jié)和熱處理得到輻射取向整體永磁環(huán)?？芍苽涓咻椛淙∠蚨?、表磁分布均勻的2∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)、1∶5型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)、輻射取向釹鐵硼整體永磁環(huán)和輻射取向鐵氧體整體永磁環(huán)。
具體工藝為輻射磁場(chǎng)取向成型→高純氬氣保護(hù)或空氣中燒結(jié)→熱處理→輻射取向整體永磁環(huán)。
本發(fā)明所用的原料有2∶17型釤鈷永磁粉末、1∶5型釤鈷永磁粉末、釹鐵硼永磁粉末和鐵氧體永磁粉末。
a、輻射磁場(chǎng)取向成型輻射磁場(chǎng)是由一對(duì)同極電磁鐵產(chǎn)生，每個(gè)電磁鐵(1)的直流或脈電流產(chǎn)生N極和S極(4)，由于兩個(gè)電磁鐵的極性相同，產(chǎn)生相斥的磁力線(2)；輻射取向成型模具的上、下導(dǎo)磁板(5)、導(dǎo)磁模芯(9)、永磁粉末(3)和導(dǎo)磁模套(7)組成磁力線(2)回路；上、下非導(dǎo)磁板(6)，上、下非導(dǎo)磁壓管(8)組成非導(dǎo)磁回路；磁回路將磁力線(2)全部通過(guò)永磁粉末(3)從而獲得高的輻射取向度；最后通過(guò)上、下非導(dǎo)磁壓管(8)雙向壓制永磁粉末(3)得到輻射取向整體永磁毛坯環(huán)。
b、輻射取向整體永磁毛坯環(huán)經(jīng)過(guò)燒結(jié)和熱處理后得到輻射取向整體永磁環(huán)。
c、當(dāng)原料為2∶17型釤鈷永磁粉末或1∶5型釤鈷永磁粉末或釹鐵硼永磁粉末時(shí)，采用高純氬氣保護(hù)燒結(jié)后熱處理；當(dāng)原料為鐵氧體永磁粉末時(shí)，采用空氣中燒結(jié)后熱處理。
本發(fā)明所用的2∶17型釤鈷永磁粉末的成分為Sm24.0％～28.5％ Fe13.5％～16.5％Cu2.5％～4.5％ Zr1.5％～3.5％ Co 余量(重量百分比)；1∶5型釤鈷永磁粉末的成分為Sm31.0％～40％Co 余量(重量百分比)；釹鐵硼永磁粉末的成分為Nd26.0％～33.0％Pr0.0％～4.0％ Dy0.0％～3.5％ Co0.0％～4.5％ Cu0.0％～0.5％ Al0.0％～0.3％ B0.95％～1.15％Fe余量(重量百分比)；鐵氧體永磁粉末的成分為永磁鐵氧體預(yù)燒料添加CaCO3、SiO2、La2O3進(jìn)行濕磨得到0.4μm～1.0μm的粉末。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了操作簡(jiǎn)單、成品率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的由一對(duì)電磁鐵獲得輻射磁場(chǎng)示意圖。其中，電磁鐵1、磁力線2、永磁粉3、N極和S極4。
圖2是本發(fā)明的輻射磁場(chǎng)取向成型示意圖。其中，成型模具的上、下導(dǎo)磁板5、導(dǎo)磁模套7、上、下非導(dǎo)磁壓管8、導(dǎo)磁模芯9、圖3是本發(fā)明的輻射取向整體永磁環(huán)及其內(nèi)部磁力線分布示意圖。經(jīng)過(guò)燒結(jié)、熱處理和輻射充磁的整體永磁環(huán)及其內(nèi)部磁力線分布，其表磁分布是如圖4的一條水平分布曲線，顯示出本發(fā)明制備的輻射取向整體永磁環(huán)具有磁場(chǎng)中心和幾何中心重合、表磁分布均勻的特點(diǎn)。
圖4是本發(fā)明的2∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)表磁分布曲線圖。
圖5是本發(fā)明的2∶17型釤鈷磁體退磁曲線圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例12∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)本實(shí)施例工藝流程圖為合金配比→真空或氬氣保護(hù)熔煉→航空汽油保護(hù)攪拌球磨→輻射磁場(chǎng)取向成型→高純氬氣保護(hù)燒結(jié)→多級(jí)熱處理→2∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)→磁環(huán)加工→性能檢測(cè)將合金成分為Sm25.5％Fe14.5％Cu3.8％Zr2.5％Co余量(重量百分比)進(jìn)行真空感應(yīng)或高純氬氣保護(hù)熔煉得到2∶17型釤鈷合金，然后進(jìn)行航空汽油保護(hù)攪拌球磨得到平均粒度為3.8μm的2∶17型釤鈷合金粉末。2∶17型釤鈷合金粉末裝入圖2所示的輻射取向成型模具中進(jìn)行輻射磁場(chǎng)壓制。輻射磁場(chǎng)由如圖1中一對(duì)通直流或脈電流電磁鐵(1)產(chǎn)生N極和S極(4)，由于兩個(gè)電磁鐵的極性相同，產(chǎn)生相斥的磁力線(2)。圖2所示的模具結(jié)構(gòu)將輻射磁場(chǎng)磁力線(2)全部通過(guò)永磁粉(3)從而獲得高輻射取向度，壓機(jī)的上下油缸同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)通過(guò)上、下非導(dǎo)磁壓管(8)對(duì)2∶17型釤鈷合金粉末進(jìn)行雙向壓制得到2∶17型釤鈷輻射取向整體永磁環(huán)壓坯，成型壓力為2.0t/cm2。壓坯裝入燒結(jié)爐抽真空至10-3Pa，充入高純氬氣保護(hù)，升溫速度15℃/min至1200℃燒結(jié)2h后快冷?？炖浜筮M(jìn)行多級(jí)熱處理，900℃熱處理5h、800℃熱處理3h、700℃熱處理4h、600℃熱處理3h、500℃熱處理2h。2∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)進(jìn)行加工、輻向充磁和性能檢測(cè)。圖4是2∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)一條水平分布的表磁曲線，圖5是磁體的退磁曲線。由圖4和圖5可以看出本發(fā)明制備的輻射取向整體永磁環(huán)具有高性能，且磁場(chǎng)中心和幾何中心重合、表磁分布均勻的特點(diǎn)。表1是2∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)的表磁參數(shù)，表2是磁體的性能。
表1 2∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)的表磁參數(shù)

表2 2∶17型釤鈷磁體的性能

實(shí)施例1∶5型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)本實(shí)施例工藝流程圖為合金配比→真空或氬氣保護(hù)熔煉→航空汽油保護(hù)攪拌球磨→輻射磁場(chǎng)取向成型→高純氬氣保護(hù)燒結(jié)→熱處理→1∶5型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)→磁環(huán)加工→性能檢測(cè)將合金成分為Sm33.0％～Co bal(重量百分比)進(jìn)行真空感應(yīng)或高純氬氣保護(hù)熔煉得到1∶5型釤鈷合金，然后進(jìn)行航空汽油保護(hù)攪拌球磨得到平均粒度為8.0μm的1∶5型釤鈷合金粉末。1∶5型釤鈷合金粉末裝入圖2所示的輻射取向成型模具中進(jìn)行輻射磁場(chǎng)壓制。輻射磁場(chǎng)由如圖1中一對(duì)通直流或脈電流電磁鐵(1)產(chǎn)生N極和S極(4)，由于兩個(gè)電磁鐵的極性相同，產(chǎn)生相斥的磁力線(2)。圖2所示的模具結(jié)構(gòu)將輻射磁場(chǎng)磁力線(2)全部通過(guò)永磁粉(3)從而獲得高輻射取向度，壓機(jī)的上下油缸同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)通過(guò)上、下非導(dǎo)磁壓管(8)對(duì)1∶5型釤鈷合金粉末進(jìn)行雙向壓制得到1∶5型釤鈷輻射取向整體永磁環(huán)壓坯，成型壓力為3.0t/cm2。壓坯裝入燒結(jié)爐抽真空至10-3Pa，充入高純氬氣保護(hù)，升溫速度25℃/min至1120℃燒結(jié)1.5h，以0.5℃/min冷卻至900℃。900℃熱處理10h，以180℃/min快冷至室溫。1∶5型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)進(jìn)行加工、輻向充磁和性能檢測(cè)。表3是1∶5型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)的表磁參數(shù)，表4是磁體的性能。本發(fā)明制備的輻射取向整體永磁環(huán)具有高性能，且磁場(chǎng)中心和幾何中心重合、表磁分布均勻的特點(diǎn)。
表3 1∶5型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)的表磁參數(shù)

表4 1∶5型釤鈷磁體的性能

實(shí)施例3輻射取向釹鐵硼整體永磁環(huán)本實(shí)施例工藝流程圖為合金配比→真空或氬氣保護(hù)熔煉→粗中破碎→氣流磨→輻射磁場(chǎng)取向成型→高純氬氣保護(hù)燒結(jié)→多級(jí)熱處理→輻射取向釹鐵硼整體永磁環(huán)→磁環(huán)加工→性能檢測(cè)將合金成分為Nd28.5％Pr3.0％Dy1.0％Co1.5％Cu0.3％Al0.15％B1.08％Fe余量(重量百分比)進(jìn)行真空感應(yīng)或高純氬氣保護(hù)熔煉得到釹鐵硼合金，經(jīng)粗中破碎后氣流磨得到平均粒度為3.8μm的釹鐵硼合金粉末。釹鐵硼合金粉末裝入圖2所示的輻射取向成型模具中進(jìn)行輻射磁場(chǎng)壓制。輻射磁場(chǎng)由如圖1中一對(duì)通直流或脈電流電磁鐵(1)產(chǎn)生N極和S極(4)，由于兩個(gè)電磁鐵的極性相同，產(chǎn)生相斥的磁力線(2)。圖2所示的模具結(jié)構(gòu)將輻射磁場(chǎng)磁力線(2)全部通過(guò)永磁粉(3)從而獲得高輻射取向度，壓機(jī)的上下油缸同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)通過(guò)上、下非導(dǎo)磁壓管(8)對(duì)釹鐵硼合金粉末進(jìn)行雙向壓制得到釹鐵硼輻射取向整體永磁環(huán)壓坯，成型壓力為2.5t/cm2。壓坯裝入燒結(jié)爐抽真空至10-3Pa，充入高純氬氣保護(hù)，升溫速度12℃/min至1050℃燒結(jié)1.5h后快冷?？炖浜筮M(jìn)行多級(jí)熱處理，900℃熱處理2h、600℃熱處理2h。輻射取向釹鐵硼整體永磁環(huán)進(jìn)行加工、輻向充磁和性能檢測(cè)。表5是輻射取向釹鐵硼整體永磁環(huán)的表磁參數(shù)，表6是磁體的性能。本發(fā)明制備的輻射取向整體永磁環(huán)具有高性能，且磁場(chǎng)中心和幾何中心重合、表磁分布均勻的特點(diǎn)。
表5 輻射取向釹鐵硼整體永磁環(huán)的表磁參數(shù)

表6 釹鐵硼磁體的性能

實(shí)施例4輻射取向鐵氧體整體永磁環(huán)本實(shí)施例工藝流程圖為摩爾配比→氧化預(yù)燒→細(xì)磨制粉→輻射磁場(chǎng)取向成型→二次燒結(jié)→輻射取向鐵氧體整體永磁環(huán)→磁環(huán)加工→性能檢測(cè)將鐵氧體預(yù)燒料按一定的摩爾配比添加CaCO3、SiO2、La2O3等進(jìn)行濕磨得到0.5μm永磁鐵氧體粉末。粉末裝入圖2所示的輻射取向成型模具中進(jìn)行輻射磁場(chǎng)壓制。輻射磁場(chǎng)由如圖1中一對(duì)通直流或脈電流電磁鐵(1)產(chǎn)生N極和S極(4)，由于兩個(gè)電磁鐵的極性相同，產(chǎn)生相斥的磁力線(2)。圖2所示的模具結(jié)構(gòu)將輻射磁場(chǎng)磁力線(2)全部通過(guò)永磁粉(3)從而獲得高輻射取向度，壓機(jī)的上下油缸同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)通過(guò)上下非導(dǎo)磁壓管(4)對(duì)永磁鐵氧體粉末進(jìn)行雙向壓制得到輻射取向整體鐵氧體永磁環(huán)壓坯，成型壓力為3.0t/cm2。壓坯裝入雙推板電窯中進(jìn)行1250℃燒結(jié)2h后，950℃熱處理4h。輻射取向鐵氧體整體永磁環(huán)進(jìn)行加工、輻向充磁和性能檢測(cè)。表7是輻射取向鐵氧體整體永磁環(huán)的表磁參數(shù)，表8是磁體的性能。本發(fā)明制備的輻射取向整體永磁環(huán)具有高性能，且磁場(chǎng)中心和幾何中心重合、表磁分布均勻的特點(diǎn)。
表7 輻射取向鐵氧體整體永磁環(huán)的表磁參數(shù)

表2 永磁鐵氧體的性能

權(quán)利要求
1.一種輻射取向整體永磁環(huán)的制備方法，采用磁極同性相斥原理產(chǎn)生輻射取向磁場(chǎng)，通過(guò)輻射取向成型模具壓制具有輻射取向整體永磁毛坯環(huán)，然后經(jīng)過(guò)燒結(jié)和熱處理得到輻射取向整體永磁環(huán)；其特征在于具體工藝為輻射磁場(chǎng)取向成型→高純氬氣保護(hù)或空氣中燒結(jié)→熱處理→輻射取向整體永磁環(huán)；a、輻射磁場(chǎng)取向成型輻射磁場(chǎng)是由一對(duì)同極電磁鐵產(chǎn)生，每個(gè)電磁鐵(1)的直流或脈電流產(chǎn)生N極和S極(4)，由于兩個(gè)電磁鐵的極性相同，產(chǎn)生相斥的磁力線(2)；輻射取向成型模具的上、下導(dǎo)磁板(5)、導(dǎo)磁模芯(9)、永磁粉末(3)和導(dǎo)磁模套(7)組成磁力線(2)回路；上、下非導(dǎo)磁板(6)，上、下非導(dǎo)磁壓管(8)組成非導(dǎo)磁回路；磁回路將磁力線(2)全部通過(guò)永磁粉末(3)從而獲得高的輻射取向度；最后通過(guò)上、下非導(dǎo)磁壓管(8)雙向壓制永磁粉末(3)得到輻射取向整體永磁毛坯環(huán)；b、輻射取向整體永磁毛坯環(huán)經(jīng)過(guò)燒結(jié)和熱處理后得到輻射取向整體永磁環(huán)；當(dāng)原料為2∶17型釤鈷永磁粉末或1∶5型釤鈷永磁粉末或釹鐵硼永磁粉末時(shí)，采用高純氬氣保護(hù)燒結(jié)后熱處理；當(dāng)原料為鐵氧體永磁粉末時(shí)，采用空氣中燒結(jié)后熱處理。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用的2∶17型釤鈷永磁粉末的成分為Sm24.0％～28.5％ Fe13.5％～16.5％ Cu2.5％～4.5％Zr1.5％～3.5％Co余量；1∶5型釤鈷永磁粉末的成分為Sm31.0％～40％Co余量；釹鐵硼永磁粉末的成分為釹鐵硼永磁粉末的成分為Nd26.0％～33.0％Pr0.0％～4.0％ Dy0.0％～3.5％ Co0.0％～4.5％ Cu0.0％～0.5％ Al0.0％～0.3％ B0.95％～1.15％ Fe余量；以上均為重量百分比；鐵氧體永磁粉末的成分為永磁鐵氧體預(yù)燒料添加CaCO3、SiO2、La2O3進(jìn)行濕磨得到0.4μm～1.0μm的粉末。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種輻射取向整體永磁環(huán)的制備方法，屬于永磁材料制備技術(shù)領(lǐng)域。采用磁極同性相斥原理產(chǎn)生輻射取向磁場(chǎng)，通過(guò)輻射取向成型模具壓制具有輻射取向整體永磁毛坯環(huán)，然后經(jīng)過(guò)燒結(jié)和熱處理得到輻射取向整體永磁環(huán)。具體工藝為輻射磁場(chǎng)取向成型→高純氬氣保護(hù)或空氣中燒結(jié)→熱處理→輻射取向整體永磁環(huán)。本發(fā)明可以制備高輻射取向度、表磁分布均勻的2∶17型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)、1∶5型輻射取向釤鈷整體永磁環(huán)、輻射取向釹鐵硼整體永磁環(huán)和輻射取向鐵氧體整體永磁環(huán)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單、成品率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01F1/032GK1794385SQ20051008688
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者曲選輝, 張深根, 秦明禮, 段柏華, 田建軍, 何新波 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)