一种一步加热制备各向异性钕铁硼磁体的方法技术

一种一步加热制备各向异性钕铁硼磁体的方法，属于稀土磁性材料制备技术领域。包括：将磁粉冷压成型；然后，对冷压成型的压坯体直接进行热挤压以获得各向异性纳米晶磁体。热挤压过程中，首先升温到变形温度，保温一定时间，然后加压进行变形，将压坯体挤入预先设计的模具压头间隙内成型。与传统热压‑热变形方法相比，本发明专利技术具有以下优势：首先，本发明专利技术只需要一步加热，即可获得各向异性磁体，大大减低能源消耗，降低成本；其次，本发明专利技术可以节省加热、冷却以及脱模等工序，从而大大缩短工序流程，提高生产效率，适合连续生产；最后，本发明专利技术可以通过模具设计直接生产具有各类形状截面的柱状磁体，具有净成型特征。

【技术实现步骤摘要】
一种一步加热制备各向异性钕铁硼磁体的方法
：本专利技术涉及制备各向异性钕铁硼磁体的方法，属于稀土磁性材料制备
技术背景：稀土永磁材料不仅应用计算机、汽车、仪器、仪表、家用电器、石油化工、医疗保健、航空航天等行业中的各种微特电机，以及核磁共振设备、电器件、磁分离设备、磁力机械、磁疗器械等需产生强间隙磁场的元器件中，而且风力发电、新能源汽车、变频家电、节能电梯、节能石油抽油机等新兴领域对高端稀土永磁材料的需求日益增长，应用市场空间巨大。相应应用领域的快速发展也对永磁材料的磁性能提出了更高的要求。热变形Nd-Fe-B磁体因其纳米晶结构特征比相同成分的微米晶磁体更容易获得高矫顽力，因而更适合制备高温领域应用的永磁体。另外，与传统粉末冶金烧结的微米晶磁体相比，热变形纳米晶磁体无需磁场取向即可获得各向异性，具有近净成型特点，而且其力学性能和抗腐蚀性能更优。近些年，热变形方法被广泛的用来制备各向异性纳米晶Nd-Fe-B磁体。其中，热压过程是为了获得高致密的纳米晶磁体，而热变形过程则是为了获得高的变形织构，实现磁各向异性。这种常规的热变形工艺一般包括冷压-热压-热变形三个步骤。常规热变形方法一般采用镦粗变形，该方式由于变形不均匀，所制备的热变形磁体磁性能也不均匀，需要后期加工中切除上下面形变量小的区域，无法达到近净成形，造成大量的浪费；另外，常规镦粗变形方法也需要两步加热过程，能耗大，工艺复杂。另外，背向挤压变形方式也可以用来制备热变形磁体、磁环或磁瓦，但是该方法同样需要经历两个高温过程，且在热压和热变形过程中都需要加热、冷却和脱模三个过程，工序繁杂且耗时很长，因此，难以连续生产，生产效率低。另外，热压和热变形两个过程都需要在高温下完成，消耗大量能源，制备成本高。本专利技术具有以下特征：首先，本专利技术只需要一步加热，即可获得热变形磁体，大大减低能源消耗，降低成本；其次，本专利技术以简单方便的冷压代替热压过程，可以节省加热和冷却时间以及脱模等工序，这样可以大大缩短工序流程，提高生产效率，适合连续生产；最后，本专利技术可以通过磨具设计直接生产各类形状的磁体，具有净成型特征。
技术实现思路
：本专利技术的目的是要简化热压-热变形钕铁硼磁体的制备工艺，提高磁体的生产效率，实现磁体的连续生产。本专利技术制备各向异性磁体的工艺包括冷压成型和热变形两个过程，包括：冷压过程中，对快淬磁粉进行常温预压制备压坯体；然后对压坯体进行热挤压制备各向异性钕铁硼磁体。制备过程中，通过在热挤压模具的压头设计空隙，热挤压过程中，升温后施加压力，将压坯体挤过另一侧压头的空隙中成型。一种一步加热制备各向异性钕铁硼磁体的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)冷压过程，将原料磁粉冷压成型获得压坯体；2)热变形过程，对上述压坯体进行热变形以获得热变形磁体；其中，将压坯体挤过预先设计的模具压头间隙成型。冷压过程，是在室温下以20-50MPa的压力对磁粉进行冷压成块，再通过等静压或者其他压实方法以100-300MPa的压力进一步提升冷压块密度制备压坯体，压坯体密度要保证在理论密度的75％以上。热变形过程，以650-950℃的温度下，先保温一段时间(1-5min)，然后以50-200MPa对压坯体进行热变形。本专利技术中所用的磁粉需保证磁粉的晶粒尺寸是纳米级别或者非晶。可以是快淬带，然后将快淬带研碎成粉，如Nd-Fe-B快淬磁粉；也可以是机械合金化法即高能球磨制备的磁粉。本专利技术使用的原料磁粉的成分组成是RE-Fe-B(RE为稀土元素中的一种或者几种的组合)系列磁粉(包括富RE相与RE2Fe14B组成的磁粉、RE2Fe14B和软磁相组成的磁粉)。步骤(2)热挤压变形采用的设备，包括外模3，外模3的中间的为上下相通的挤压腔，挤压腔的上方开口匹配可沿挤压腔向下压的实心的上压头2，挤压腔的下方开口匹配下压头4，下压头4中心为挤压出成型产品的出口上下通孔缝隙，此缝隙对应的为成型产品的形状；挤压最终结果时上压头2的下端面与下压头4上端面紧贴合在一起。在热变形过程中，在温度和压力的作用下，将压坯体挤过下压头的通孔缝隙中成型，如图1、2所示。通过设计压头空隙形状，可以连续生产不同截面形状的热变形磁体，比如薄片状、瓦状、薄环状等各类截面形状的柱体。空隙形状需保证长宽比超过4，大的长宽比是挤压获得各向异性的关键因素。传统热压-热变形工艺有两步加热过程，即热压致密成型和热变形。本专利技术具有以下特征：首先，本专利技术只需要一步加热，即可获得各向异性磁体，大大减低能源消耗，降低成本；其次，本专利技术以简单方便的冷压代替热压过程，可以节省加热、冷却以及脱模等工序，从而大大缩短工序流程，提高生产效率，适合连续生产；最后，本专利技术可以通过模具设计直接生产各类形状的磁体，具有净成型特征。附图说明(图不能由灰度)：图1为根据本专利技术的实施方案的热挤压前的示意图，其中1为压坯体，2为上压头，3为外模，4为下压头，右图为下压头的截面图，5为压力方向。图2为根据本专利技术的实施方案的热挤压后的示意图，其中1为压坯体，2为上压头，3为外模，4为下压头，5为压力方向，6为变形样品示意图。具体实施方式：本专利技术制备各向异性钕铁硼磁体的工艺包括冷压成型和热挤压两个过程，包括：冷压过程中，对快淬磁粉进行常温预压制备压坯体；然后对压坯体进行热挤压制备各向异性钕铁硼磁体。制备过程中，通过在热挤压模具的压头设计间隙，热挤压过程中，升温后施加压力，将压坯体挤过该间隙以成型。原料磁粉本专利技术中所用的磁粉需保证磁粉的晶粒尺寸是纳米级别或者非晶。一般使用快淬带，然后将快淬带研碎成粉；或者使用机械合金化法即高能球磨制备的磁粉。本专利技术使用的原料磁粉的成分组成可以是RE-Fe-B(RE为稀土元素中的一种或者几种的组合)系列磁粉(包括富RE相与RE2Fe14B组成的磁粉、RE2Fe14B和软磁相组成的磁粉)。冷压步骤冷压过程没有特殊的限制，可以直接使用模压或者等静压。冷压过程后样品的形状也没有特殊要求，只需与后续热挤压模具配套使用即可。根据热挤压模具界面尺寸制备相应的冷压压坯体即可，可以是正方体、长方体、圆柱体或者其他截面的柱体。需要说明的是冷压过程，是在室温下以20-50MPa的压力对磁粉进行冷压成块，再通过等静压或者其他压实方法以100-300MPa的压力进一步提升冷压块密度制备压坯体，压坯体密度要保证在理论密度的75％以上。热挤压步骤热挤压过程中，在650-950℃的温度下50-200MPa压力对压坯体进行挤压。热挤压过程需在真空或者Ar气气氛下进行。升温速率没有特定要求，如50-200℃/min；升温后可以适当进行保温，如保温1-5min；保温后加压进行变形，将压坯体挤入压头空隙中。实施例1将磁粉装入模具中进行预压(压力20MPa)，然后采用等静油压进一步压实(压力为100MPa)制备压坯体。将压坯体装入相应尺寸的模具中，如图1所示。在真空状态(小于10Pa)下，分别升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一步加热制备各向异性钕铁硼磁体的方法，其特征在于：/n1)冷压过程，将原料磁粉冷压成型获得压坯体；/n2)热变形过程，对上述压坯体进行热变形以获得热变形磁体；其中，将压坯体挤过预先设计的模具压头间隙成型；/n步骤(2)热变形采用的设备，包括外模3，外模3的中间的为上下相通的挤压腔，挤压腔的上方开口匹配可沿挤压腔向下压的实心的上压头2，挤压腔的下方开口匹配下压头4，下压头4中心为挤压出成型产品的出口上下通孔缝隙，此缝隙对应的为成型产品的形状；挤压最终结果时上压头2的下端面与下压头4上端面紧贴合在一起。/n

【技术特征摘要】
1.一种一步加热制备各向异性钕铁硼磁体的方法，其特征在于：
1)冷压过程，将原料磁粉冷压成型获得压坯体；
2)热变形过程，对上述压坯体进行热变形以获得热变形磁体；其中，将压坯体挤过预先设计的模具压头间隙成型；
步骤(2)热变形采用的设备，包括外模3，外模3的中间的为上下相通的挤压腔，挤压腔的上方开口匹配可沿挤压腔向下压的实心的上压头2，挤压腔的下方开口匹配下压头4，下压头4中心为挤压出成型产品的出口上下通孔缝隙，此缝隙对应的为成型产品的形状；挤压最终结果时上压头2的下端面与下压头4上端面紧贴合在一起。


2.根据权利要求1所述的一种一步加热制备各向异性钕铁硼磁体的方法及其装备，其特征在于：冷压过程，是在室温下以20-50MPa的压力对磁粉进行冷压成块，再通过等静压或者其他压实方法以100-300MPa的压力进一步提升冷压块密度制备压坯体，压坯体密度要保证在理论密度的75％以上。


3.根据权利要求1所述的一种一步加热制备各向异性钕铁硼磁体的方法，其特征在于：热变形过程，以650-950℃的温度下，先保温一段时间1...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳明，唐渝洋，李玉卿，刘卫强，路清梅，张东涛，张红国，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11