專利名稱：永磁體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁體的制作方法，更加具體地說，涉及一種以低取向磁場強(qiáng)度制造具有高取向度的高性能燒結(jié)永磁體的方法，這樣的燒結(jié)永磁體廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)和民用電機(jī)、計算機(jī)、電聲器件、傳感器、汽車、醫(yī)療儀器和工業(yè)自動化設(shè)備等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
廣泛應(yīng)用于各類電機(jī)、計算機(jī)、電聲、醫(yī)療儀器、汽車傳感器以及各種工業(yè)和民用儀器、設(shè)備等領(lǐng)域的現(xiàn)代永磁體，主要包括用粉末冶金方法制造的燒結(jié)Nd-Fe-B、Sm-CoJP Sr(Ba)系鐵氧體。這些永磁體的一個最為突出的特征是磁體內(nèi)部的晶粒具有強(qiáng)的單軸磁晶各向異性。所謂單軸磁晶各向異性，是指晶體沿某一晶軸方向最容易被磁化，而沿其它晶軸方向則相對難以被磁化。最容易被磁化的晶軸方向稱為易磁化軸，簡稱易軸；最難被磁化的晶軸方向稱為難磁化軸，簡稱難軸。鐵磁學(xué)的理論與實(shí)踐證明，無論是哪一個晶軸，沿該晶軸的正方向和反方向的磁化特征是完全相同的。也就是說，對于具有單軸磁晶各向異性的晶體，沿其易磁化軸具有相差180°角的兩個易磁化方向，沿著易軸的一個方向磁化與沿著其反方向磁化是完全等效的。在外磁場的作用下，具有單軸磁晶各向異性的晶體會朝著磁場方向轉(zhuǎn)動，使得其易軸方向與磁場方向一致，此時系統(tǒng)的能量處于最低狀態(tài)。如本領(lǐng)域所熟知的，為獲得優(yōu)異的永磁性能，需要將合金粉碎至微米級的尺度，然后將粉末放置在有外施磁場的模腔內(nèi)壓制成一定形狀的生坯塊。在這一工序中，所有的粉末顆粒在外磁場的作用下其易軸沿磁場方向排列，隨即施加足夠大的壓制力使得粉末顆粒的這種定向排列固定下來，以獲得最優(yōu)的永磁性能。使得粉末顆粒在外磁場的作用下其易軸沿磁場方向排列的過程，稱為磁粉的取向。隨后，將壓制好的生坯塊在一定溫度下燒結(jié)， 使之致密化，成為磁體毛坯；必要時還需將毛坯磁體在一定溫度下進(jìn)行回火處理，以進(jìn)一步優(yōu)化磁性能；接著的工序是進(jìn)行機(jī)械加工，將毛坯磁體切割、修整成所需的形狀、尺寸，必要時還需進(jìn)行表面防護(hù)處理；最后，沿易磁化方向進(jìn)行充磁即得到可以使用的永磁體產(chǎn)品。在上述工藝中，將合金粉碎至微米級的尺度后，所有的粉末顆粒都成為單晶體。鐵磁學(xué)的理論與實(shí)踐證明，在沒有外磁場的情況下，為降低自退磁能，每一個呈單晶的粉末顆粒內(nèi)部都存在若干個磁疇。如附圖1(a)所示，具有單軸磁晶各向異性的晶體，其磁疇呈板條狀，自發(fā)磁極化強(qiáng)度沿晶體的易軸方向，相鄰磁疇之間由疇壁分開，且相鄰磁疇的自發(fā)磁極化強(qiáng)度相互反向。在外施靜磁場的作用下，粉末顆粒內(nèi)的磁疇會受到一個力矩Γ的作用，其大小為Γ = VJsHsin θ .(1)式中，V為磁疇的體積，Js為合金的自發(fā)磁極化強(qiáng)度，H為外磁場的強(qiáng)度，θ為Js 與H之間的夾角。從這一公式可以看出，除非合金粉末顆粒內(nèi)所有磁疇的自發(fā)磁極化強(qiáng)度 Js與外磁場強(qiáng)度H的方向一致(θ = 0)，否則顆?？倳艿揭粋€使其易軸朝外磁場方向旋轉(zhuǎn)的力矩Γ。因此，在外磁場的作用下，為降低系統(tǒng)的靜磁能量，單晶粉末顆粒內(nèi)部的多個小磁疇會先合并成一個整體，成為單磁疇體。此時，若粉末顆粒沒有約束而可以自由轉(zhuǎn)動的話，便會以單磁疇體的形式旋轉(zhuǎn)，使其易軸與外磁場方向一致。這樣一來，最終得到的壓坯內(nèi)的粉末顆粒的磁織構(gòu)排列方式如附圖1(b)所示。本專業(yè)將壓坯內(nèi)的粉末顆粒的磁織構(gòu)排列的整齊程度稱為壓坯磁體的取向度。然而，粉末顆粒之間總是會存在各種復(fù)雜的機(jī)械約束而阻礙其自由轉(zhuǎn)動。為克服這些阻力而使粉末顆粒獲得盡可能高的取向度，目前普遍采用的方法是盡可能地增大外施靜磁場強(qiáng)度(如公式(1)所示，磁場強(qiáng)度H越大，粉末顆粒所受到的旋轉(zhuǎn)力矩就越大)， 通常使得作用于粉末的取向外磁場大于1. 2T，以期獲得良好的永磁性能。在本發(fā)明的敘述中，取向外磁場屬工程強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度采用工程上習(xí)慣已久的單位T(特斯拉)，而不是國際單位A/m(安培/米)，在自由空間中二者的換算方式是1T = 1 X IO7/(4 π )A/m,目的是為了更加簡潔、清楚地闡述本發(fā)明的內(nèi)容。傳統(tǒng)的關(guān)于制造永磁體的磁場取向壓型工序的工作原理示于附圖2中。由一對串聯(lián)的載流線圈4產(chǎn)生磁場，通過一對極頭3和軛鐵2形成磁回路，在對稱設(shè)置的一對極頭3 之間形成工作氣隙磁場；在附圖2中，用虛線和箭頭分別表示所述的磁回路的路徑和方向。 通過所述的氣隙磁場，使得置于陰模8內(nèi)的合金粉末6沿磁場方向取向，將該磁場稱為取向磁場；接著，通過上沖頭5和下沖頭9將上壓桿7和下壓桿1所施加的壓力P傳遞給合金粉末6，將合金粉末6壓制成型。在此過程中，所施加給合金粉末6的取向磁場的強(qiáng)度通常高達(dá)1. 2 2. 1T，壓制力P通常高達(dá)1 5噸/cm2，使得合金粉末6在所述取向磁場中的定向排列的磁織構(gòu)固定下來，形成取向壓坯。隨后，在線圈4中充入一較小的反向電流以產(chǎn)生一較小的反向磁場，對所述的取向壓坯實(shí)施退磁，這樣，壓坯便能被方便地取出和安全地實(shí)施下一步的燒結(jié)操作。這里特別強(qiáng)調(diào)指出，在上述過程中，通常所施加的取向磁場都是使用單一方向的磁場，這樣的具有單一方向的磁場如附圖3所示，無論該磁場是如附圖3(a)所示的靜態(tài)形式的磁場還是如附圖3(b)所示的交變形式的磁場，在對取向壓坯實(shí)施退磁之前， 都只能得到如附圖1(b)所示的具有合金粉末顆粒的自發(fā)磁極化強(qiáng)度呈單一方向排列的磁織構(gòu)。在上述取向壓型過程中，施加給合金粉末6的壓力P的方向，與施加給合金粉末6 的磁場強(qiáng)度的方向相互垂直，本專業(yè)稱為垂直取向壓型法，簡稱垂直壓法。若以如附圖4所示的方式，施加給合金粉末6的壓力P的方向，與施加給合金粉末6的磁場強(qiáng)度的方向相互平行，本專業(yè)稱為平行取向壓型法，簡稱平行壓法。在附圖4中，由一對串聯(lián)的載流線圈4產(chǎn)生磁場，線圈4置于上壓桿7和下壓桿1的外圍，與環(huán)形的軛鐵2形成兩個并聯(lián)的磁回路； 因此，上壓桿7和下壓桿1同時起著極頭和施加壓力的雙重作用；此時，通過上沖頭5和下沖頭9傳遞給合金粉末6的壓力P，與合金粉末6所處空間的磁場強(qiáng)度的方向相互平行。平行壓法的其它原理與垂直壓法完全相同。在平行壓過程中，由于壓力P驅(qū)使合金粉末運(yùn)動的方向與取向磁場的方向平行，這就使得已經(jīng)沿磁場方向排列整齊的部分粉末顆粒偏離磁場方向；因此，在其它條件相同的情況下，平行壓法所制作的永磁體的取向度會比垂直壓法的低，從而剩磁、磁能積低。但平行壓法有著許多優(yōu)點(diǎn)，更容易將粉末直接壓制成特殊形狀、 實(shí)現(xiàn)高效率、自動化作業(yè)，在本領(lǐng)域與垂直壓法被同時廣泛應(yīng)用。正如前文所述，粉末顆粒之間總是會存在各種復(fù)雜的機(jī)械約束而阻礙其在磁場中的自由轉(zhuǎn)動取向，為獲得優(yōu)異的永磁性能，作用于粉末的取向外磁場強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)大于1.2T，且磁場強(qiáng)度越高，粉末顆粒在壓坯中的取向度越好，所制作的永磁體的磁性能就越高。然而，正如本領(lǐng)域所熟知的，線圈所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度與線圈的安匝數(shù)成正比，要獲得1. 2T以上的強(qiáng)磁場，需要在體積龐大的線圈中輸入數(shù)千安培的電流。為避免線圈所產(chǎn)生的巨大焦耳熱燒毀設(shè)備，線圈中還不得不內(nèi)置水冷系統(tǒng)，這就使得通常所用的線圈系統(tǒng)體積龐大、笨重、 能耗高、設(shè)備制造成本高昂。而且，在1. 2T以上的強(qiáng)磁場狀態(tài)下工作的線圈，其匝與匝之間需承受巨大的電磁力沖擊，很容易造成線圈內(nèi)銅線之間的絕緣層被破壞燒毀設(shè)備，造成維護(hù)費(fèi)用高昂、工作效率低劣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出的。本發(fā)明的主要目的是提供一種用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體的方法，具有取向度均勻、設(shè)備體積小、能耗低、使用壽命長、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體的方法，是基于這樣的科學(xué)原理對于具有單軸磁晶各向異性的晶體，沿其易磁化軸具有相差180°角的兩個易磁化方向，沿著易軸的一個方向磁化與沿著其反方向磁化是完全等效的。也就是說，在取向壓型的過程中，將合金粉末顆粒制作成如附圖5所示的既有正向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒， 又有反向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒的磁織構(gòu)，與制作成如附圖1(b)所示的傳統(tǒng)的只有單一方向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒的磁織構(gòu)，兩者在壓型、燒結(jié)后所制作的永磁體的磁性是完全等效的。為了明確起見，在附圖5中將本發(fā)明所述的取向壓型的過程中的磁織構(gòu)中與如附圖1(b)所示的通常的磁織構(gòu)中不同的粉末顆粒用虛線表示，這些粉末顆粒的自發(fā)磁極化強(qiáng)度方向與通常的磁織構(gòu)中粉末顆粒的自發(fā)磁極化強(qiáng)度方向相反。也就是說，本發(fā)明的制造高取向度的永磁體的方法，是在取向壓型的過程中，將合金粉末顆粒制作成既有正向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒，又有反向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒的磁織構(gòu)。本領(lǐng)域的工作者應(yīng)當(dāng)清楚，在已有的取向壓型技術(shù)的過程中，都是使用如附圖3 所示的單一方向的外施取向磁場，無論該磁場是靜態(tài)的還是交變的，都只能得到如附圖 1 (b)所示的具有合金粉末顆粒的自發(fā)磁極化強(qiáng)度呈單一方向排列的磁織構(gòu)。一旦取向壓型過程完成，對壓坯再施加外部反向退磁場，由于合金粉末顆粒的矯頑力較低，部分合金粉末顆粒的自發(fā)磁極化強(qiáng)度便會反向，形成類似附圖5所示的磁織構(gòu)的壓坯，從而實(shí)現(xiàn)對壓坯的退磁，便于壓坯能被方便地取出和安全地實(shí)施下一步的燒結(jié)操作。而本發(fā)明的將壓坯制作成既有正向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒，又有反向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒的磁織構(gòu)，是在取向壓型的過程中形成的，在取向壓型完成后，不需要象常規(guī)方法那樣再施加外部反向退磁場的工序，壓坯本身已經(jīng)處于退磁狀態(tài)或弱磁狀態(tài)，可以方便地取出壓坯和安全地實(shí)施下一步的燒結(jié)操作。由鐵磁學(xué)理論與實(shí)踐可知，用常規(guī)方法取向的如附圖1(b)所示的具有自發(fā)磁極化強(qiáng)度呈單一方向排列的磁織構(gòu)的合金粉末顆粒，具有很強(qiáng)的自退磁場，為了使所有的粉末顆粒的易軸轉(zhuǎn)動到外磁場方向，并保持這種自發(fā)磁極化強(qiáng)度呈單一方向排列的磁織構(gòu)， 外施磁場除了要克服粉末顆粒之間的機(jī)械約束外，還必須克服合金粉末顆粒的自退磁場。 這就是用常規(guī)方法取向時，為獲得良好取向度的合金粉末壓坯，必須使用大于1.2T取向外磁場強(qiáng)度的主要原因之一。而本發(fā)明的在取向壓型的過程中，將合金粉末顆粒制作成如附圖5所示的磁織構(gòu)，由于存在大量自發(fā)磁極化強(qiáng)度相互反向平行的顆粒，這些顆粒與顆粒之間形成遍布于整個粉末區(qū)域的一個局部又一個局部的小的磁回路，其總的自退磁場幾乎為零。這樣，用本發(fā)明的在取向壓型的過程中，將合金粉末顆粒制作成具有自發(fā)磁極化強(qiáng)度方向相互反向平行的如附圖5所示的磁織構(gòu)，獲得高取向度的合金粉末壓坯所需的外施磁場強(qiáng)度便可以大幅度減小。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，所述的外施磁場是既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場，并且，磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小，頻率為0. 1 IOOHz ；進(jìn)一步優(yōu)選磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小至其初始振幅的5%以下，頻率為0. 1 50Hz。根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選方面，所述的既有正向磁場，又有反向磁場的交變外施磁場由多個串聯(lián)的線圈或單一線圈產(chǎn)生，通過置于線圈內(nèi)的導(dǎo)磁性的極頭、和連接所述極頭的導(dǎo)磁性的軛鐵形成磁回路，在所述磁回路的氣隙中形成工作氣隙磁場，通過壓機(jī)施加壓力給置于所述工作氣隙磁場空間內(nèi)的模具，對填裝于所述模具內(nèi)的合金粉末施壓成型。優(yōu)選地，所述的既有正向磁場，又有反向磁場的交變外施磁場在壓制過程中是施加一次或者重復(fù)施加多次。優(yōu)選地，所述的壓機(jī)施加并傳遞給合金粉末的壓力的方向與所述工作氣隙磁場空間內(nèi)的既有正向磁場，又有反向磁場的交變外施磁場的方向垂直或者平行。優(yōu)選地，所述的模具由陰模、上沖頭和下沖頭三部分組成，通過所述壓機(jī)的上壓桿和下壓桿的相對運(yùn)動，將壓力傳遞給上沖頭和下沖頭來對處在所述模具內(nèi)的合金粉末施壓成型。根據(jù)本發(fā)明的再一個優(yōu)選方面，所述模具的陰模是一個由弱磁性材料制作的整體，或者是由弱磁性的極板和弱磁性的側(cè)板組合而成。優(yōu)選地，所述模具的陰模、上沖頭和下沖頭，系用弱磁性的耐磨材料制作而成。根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選方面，制作所述極頭、和連接所述極頭的導(dǎo)磁性的軛鐵， 都是用軟磁材料制作而成，所述軟磁材料包括碳鋼、純鐵、硅鋼、坡莫合金、非晶合金；制作所述陰模、上沖頭和下沖頭，都是用弱磁性的耐磨材料制作而成，所述弱磁性的耐磨材料包括硬質(zhì)合金、無磁模具鋼、陶瓷等。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明所制作的永磁體壓坯，用真空爐在900 1200°C燒結(jié)使所述壓坯致密化、再經(jīng)450 900°C回火以優(yōu)化磁性能、隨后經(jīng)切割、磨削等機(jī)械加工修整至所需的幾何形狀與尺寸、必要時還進(jìn)行表面防護(hù)處理、最后充磁成所需極性的永磁體產(chǎn)品；所述的真空爐，包括電阻加熱方式的氣淬爐，和以微波加熱方式的氣淬爐。本發(fā)明還提供一種包括前述的制作燒結(jié)Nd-Fe-B、Sm-Co, Sr (Ba)系鐵氧體的永磁體產(chǎn)品。本發(fā)明具有取向度高、磁性能均勻、制造成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。


下面將結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
以進(jìn)一步闡述本發(fā)明的原理。圖1(a)表示在沒有外磁場的情況下，為降低自退磁能，每一個呈單晶的粉末顆粒內(nèi)部都存在若干個磁疇的示意圖；圖1(b)表示用通常的單一方向的外施取向磁場，得到的具有合金粉末顆粒的自發(fā)磁極化強(qiáng)度呈單一方向排列的磁織構(gòu)的示意圖；圖2表示通常的垂直壓法裝置工作原理的側(cè)視剖面圖；圖3(a)表示通常的單一方向的靜態(tài)的外施取向磁場的變化規(guī)律；圖3(b)表示通常的單一方向的交變的外施取向磁場的變化規(guī)律；圖4表示通常的平行壓法裝置工作原理的側(cè)視剖面圖；圖5表示根據(jù)本發(fā)明原理制作的既有正向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒，又有反向的自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒的壓坯的磁織構(gòu)；圖6表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的裝置的俯視剖面圖；圖7表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的施加既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場的變化規(guī)律；圖8表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的裝置的俯視剖面圖；圖9表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的施加既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場的變化規(guī)律。圖10表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的裝置的俯視剖面圖；圖11表示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的裝置的側(cè)視剖面圖；在附圖3、附圖7以及附圖9中，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示磁場強(qiáng)度的大??；并以+H表示正向磁場，以-H表示反向磁場。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖具體說明根據(jù)本發(fā)明的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的優(yōu)選實(shí)施例。在附圖中，1表示下壓桿，2表示導(dǎo)磁性的軛鐵，3表示導(dǎo)磁性的一對極頭，4表示串聯(lián)的一對線圈，5表示上沖頭，6表示合金粉末區(qū)，7表示上壓桿，8表示陰模， 9表示下沖頭，10表示用硅鋼片疊裝的軛鐵，11表示用硅鋼片疊裝的一對極頭，12表示產(chǎn)生本發(fā)明的交變磁場的一對串聯(lián)的線圈，13表示陰模的側(cè)板，14表示本發(fā)明的合金粉末區(qū)， 15表示陰模的極板，16表示用于產(chǎn)生本發(fā)明的交變磁場的外接交變電源，17表示本發(fā)明的陰模，18表示本發(fā)明的下壓桿，19表示本發(fā)明的上壓桿，20表示本發(fā)明的上沖頭，21表示本發(fā)明的下沖頭。實(shí)施例一附圖6表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的裝置的俯視剖面圖。這里，壓機(jī)通過上壓桿、下壓桿、上沖頭和下沖頭所施加至合金粉末區(qū)14的壓力P的方向垂直于紙面；由于壓機(jī)的施壓系統(tǒng)及上壓桿、下壓桿、上沖頭和下沖頭屬于常規(guī)技術(shù)，為了簡明扼要地闡述本發(fā)明，這里及以后的實(shí)施例的俯視剖面圖中都省略了其圖示說明。由線圈12所產(chǎn)生的磁場通過導(dǎo)磁性的軛鐵10和一對極頭11形成磁回路，如圖中疊加了箭頭的虛線所示，由此在一對極頭11的中間形成工作磁場氣隙，由極板 15和側(cè)板13所組成的陰模置于所述的磁場氣隙之中。當(dāng)下壓桿和下沖頭向上運(yùn)動至由極板15和側(cè)板13所組成的陰模內(nèi)并封閉陰模的下端口后，往陰模中均勻填裝重量百分比為 22% Nd,6% Pr,4% Dy, 1% B, 1% Co，0. 1% Cu，0. 3% Al，0· 15% Ga，其余為 Fe 的 Nd-Fe-B 合金磁粉，其平均顆粒度為3.6μπι。然后，上壓桿和上沖頭向下運(yùn)動，并在封閉陰模的上端口后停止動作，此時合金磁粉被封閉在區(qū)域14內(nèi)。接著，在線圈12中通過交變電源設(shè)備16 輸入電流，在合金粉末區(qū)14中形成如圖7所示的既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場。 磁場強(qiáng)度的初始振幅為0. 3Τ，并且，磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小，頻率為:3Hz，3秒種后磁場強(qiáng)度的振幅減小至0 ；在此過程中，區(qū)域14內(nèi)的合金磁粉在所述交變磁場的作用下，形成如圖5所示的既有正向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒，又有反向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒的磁織構(gòu)。順便說明，本發(fā)明所述的在合金粉末區(qū)14中形成如圖7所示的既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場，在頻率為0. 1 IOOHz范圍內(nèi)均能對合金粉末形成有效取向；若頻率大于100Hz，在合金粉末區(qū)14中所形成的交變磁場強(qiáng)度的初始振幅就會很難提高，磁路系統(tǒng)的發(fā)熱量也很大，對合金粉末的取向效果就會較差；若頻率小于0. 1Hz，則對合金粉末形成有效取向所需的時間就會很長，生產(chǎn)效率就會較低；本發(fā)明優(yōu)選的頻率范圍為0. 1 50Hz。在對線圈12中輸入電流產(chǎn)生所述的交變磁場的同時，上壓桿和上沖頭向下運(yùn)動， 下壓桿和下沖頭向上運(yùn)動，對區(qū)域14內(nèi)的合金磁粉施加2000kg/cm2的垂直壓強(qiáng)使之成型， 并將所述的既有正向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒，又有反向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒的磁織構(gòu)保持在壓坯中。接著，上壓桿、上沖頭、下壓桿、下沖頭連同壓坯一起同步向上運(yùn)動， 將壓坯向上推出到陰模的上端，此時下壓桿和下沖頭停止動作，而上壓桿和上沖頭繼續(xù)向上運(yùn)動到可以將磁粉壓坯取出為止。這里強(qiáng)調(diào)指出，本發(fā)明的實(shí)施例所施加的交變磁場強(qiáng)度的初始振幅為0. 3T，磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小，頻率為3Hz，3秒鐘后磁場強(qiáng)度的振幅減小至0，此時壓坯中已形成如圖5所示的既有正向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒，又有反向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒的磁織構(gòu)，壓坯的凈磁極化強(qiáng)度為零，對外已不顯示磁性， 可以安全地從陰模端口取出并實(shí)施下一步的燒結(jié)操作。本發(fā)明優(yōu)選磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小至其初始振幅的5%以下，此時壓坯的凈磁極化強(qiáng)度已經(jīng)很低，對外所顯示的磁性已經(jīng)很弱，足以安全地從陰模的上端口取出并實(shí)施下一步的燒結(jié)操作。若所述磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小至其初始振幅的5%以上便停止交變磁場的施加，則因?yàn)楹辖鸱勰╊w粒的矯頑力較低，壓坯便會產(chǎn)生較強(qiáng)的剩磁，從陰模端口取出壓坯并對其實(shí)施下一步的燒結(jié)操作就容易生產(chǎn)壓坯碎裂。在上述取向壓型過程中，施加給合金粉末14的壓力P的方向，與施加給合金粉末 14的交變磁場強(qiáng)度的方向相互垂直，形成垂直壓法。這里再次強(qiáng)調(diào)指出，本領(lǐng)域的專業(yè)工作者應(yīng)當(dāng)清楚，已有技術(shù)的取向壓型的過程中，使用單一方向的外施取向靜態(tài)磁場如圖3(a)所示，而單一方向的交變磁場則如圖3(b) 所示，它們與本發(fā)明所述的施加如圖7所示的既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場，是完全不同的。將上述Nd-Fe-B磁粉壓坯放置于真空氣淬爐中，在1040°C燒結(jié)成尺寸為長度 50mm,寬度50mm，取向高度^mm的致密磁體，再經(jīng)480°C回火后得到剩磁為1. 30T,內(nèi)稟矯頑力為22. 3k0e，最大磁能積為40. 6MG0e的永磁體。若使用如圖3(a)所示的常規(guī)的單一方向的外施取向靜態(tài)磁場，磁場強(qiáng)度峰值需達(dá)到1.6T以上，方能制作出相等的磁性能的 Nd-Fe-B永磁體。由此可見，應(yīng)用本發(fā)明的原理，可以用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的磁性能優(yōu)異的永磁體產(chǎn)品。這樣，由于線圈所需的安匝數(shù)大大減少，線圈系統(tǒng)的體積、重量、能耗、以及設(shè)備制造成本均得以大幅度降低。在本實(shí)施例中，優(yōu)選用硅鋼片疊裝的導(dǎo)磁性的軛鐵10和極頭11，以減小磁路系統(tǒng)的渦流。本領(lǐng)域的專業(yè)工作者應(yīng)當(dāng)清楚，在硅鋼片疊裝的導(dǎo)磁性的軛鐵10和極頭11的外圍、以及線圈12的外圍必須安裝保護(hù)套以提高其機(jī)械強(qiáng)度是眾所周知的知識；另外，由極板15和側(cè)板13所組成的陰模必須安裝在相關(guān)的模具架上也是本領(lǐng)域所熟知的，在本發(fā)明的實(shí)施例中省略了對所述保護(hù)套及相關(guān)的模具架構(gòu)件的圖示和詳細(xì)的文字說明是為了更加簡潔地闡述本發(fā)明的原理的核心內(nèi)容，這并不限制本發(fā)明的任何權(quán)利要求范圍。另外，所述的上沖頭、下沖頭、以及由極板15和側(cè)板13所組成的陰模優(yōu)選用弱磁性的硬質(zhì)合金或陶瓷材料制作。實(shí)施例二圖8表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的裝置的俯視剖面圖。與第一實(shí)施例相比，本實(shí)施例的軛鐵10是一個封閉的環(huán)形軛鐵， 極頭11和線圈12處于環(huán)形軛鐵10內(nèi)的對稱位置，由線圈12所產(chǎn)生的磁場通過一對導(dǎo)磁性的極頭11和軛鐵10形成對稱的兩個并聯(lián)磁回路，如圖中疊加了箭頭的虛線所示；由此在一對極頭11的中間形成工作磁場氣隙，由極板15和側(cè)板13所組成的陰模置于所述的磁場氣隙之中，這樣的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例相比更有利于合金粉末區(qū)14中的磁場的均勻度的提高；另外，在線圈12中通過交變電源設(shè)備16輸入電流，在合金粉末區(qū)14中形成如圖9所示的既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場，磁場強(qiáng)度的初始振幅為0. 2T，并且，磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小，頻率為6Hz，每隔1. 5秒鐘后磁場強(qiáng)度的振幅減小至0，然后再重復(fù)施加一次所述的交變磁場，也就是在3秒鐘內(nèi)連續(xù)施加了兩次與實(shí)施例一類似的取向磁場；在此過程中，合金粉末區(qū)14中的磁粉在所述交變磁場的作用下，形成如圖5所示的既有正向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒，又有反向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒的磁織構(gòu)。所用的 Nd-Fe-B合金磁粉、以及壓制尺寸和方法都與第一實(shí)施例相同。在附圖8中，壓機(jī)通過上壓桿、下壓桿、上沖頭和下沖頭所施加至合金粉末區(qū)14的壓力P的方向垂直于紙面，與施加給合金粉末14的交變磁場強(qiáng)度的方向相互垂直，形成垂直壓法。將以上述方法制作的Nd-Fe-B磁粉壓坯放置于真空氣淬爐中，在1040°C燒結(jié)成尺寸為長度50mm，寬度50mm，取向高度^mm的致密磁體，再經(jīng)480°C回火后得到剩磁為 1. 31T，內(nèi)稟矯頑力為21. WcOe，最大磁能積為41. 3MG0e的永磁體。同理，若使用如圖3(a) 所示的常規(guī)的單一方向的外施取向靜態(tài)磁場，磁場強(qiáng)度峰值需達(dá)到1.6T以上，方能制作出相等的磁性能的Nd-Fe-B永磁體。由此可見，應(yīng)用本發(fā)明的原理，可以用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的磁性能優(yōu)異的永磁體產(chǎn)品。這樣，由于線圈所需的安匝數(shù)大大減少，線圈系統(tǒng)的體積、重量、能耗、以及設(shè)備制造成本均得以大幅度降低。在本實(shí)施例中，優(yōu)選用硅鋼片疊裝的導(dǎo)磁性的軛鐵10和極頭11，以減小磁路系統(tǒng)的渦流。本領(lǐng)域的專業(yè)工作者應(yīng)當(dāng)清楚，在硅鋼片疊裝的導(dǎo)磁性的軛鐵10和極頭11的外圍、以及線圈12的外圍必須安裝保護(hù)套以提高其機(jī)械強(qiáng)度是眾所周知的知識；另外，由極板15和側(cè)板13所組成的陰模必須安裝在相關(guān)的模具架上也是本領(lǐng)域所熟知的，在本發(fā)明的實(shí)施例中省略了對所述保護(hù)套及相關(guān)的模具架構(gòu)件的圖示和詳細(xì)的文字說明是為了更加簡潔地闡述本發(fā)明的原理的核心內(nèi)容，這并不限制本發(fā)明的任何權(quán)利要求范圍。另外，所述的上沖頭、下沖頭、以及由極板15和側(cè)板13所組成的陰模優(yōu)選用弱磁性的硬質(zhì)合金或陶瓷材料制作。由于本實(shí)施例與實(shí)施例一的原理完全相同，構(gòu)成也基本相似，所以省略了對其壓制過程的詳細(xì)說明。實(shí)施例三圖10表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的裝置的俯視剖面圖。與第一實(shí)施例相比，本實(shí)施例的線圈12是單一線圈，并且，線圈12 置于軛鐵10的幾何對稱位置，而一對極頭11則處于線圈12外部，分別與軛鐵10的兩端相連接；由線圈12所產(chǎn)生的磁場通過導(dǎo)磁性的軛鐵10和一對極頭11形成磁回路，如圖中疊加了箭頭的虛線所示；由此在一對極頭11的中間形成工作磁場氣隙，由極板15和側(cè)板13 所組成的陰模置于所述的磁場氣隙之中；另外，在線圈12中通過交變電源設(shè)備16輸入電流，在合金粉末區(qū)14中形成如圖9所示的既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場，磁場強(qiáng)度的初始振幅為0. 2T，并且，磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小，頻率為6Hz，1. 5秒鐘后磁場強(qiáng)度的振幅減小至0，然后再重復(fù)施加一次所述的交變磁場，也就是在3秒鐘內(nèi)連續(xù)施加了兩次與實(shí)施例一類似的取向磁場；在此過程中，合金粉末區(qū)14中的磁粉在所述交變磁場的作用下，形成如圖5所示的既有正向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒，又有反向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒的磁織構(gòu)。所用的Nd-Fe-B合金磁粉、以及壓制尺寸和方法都與第一實(shí)施例相同。在附圖10中，壓機(jī)通過上壓桿、下壓桿、上沖頭和下沖頭所施加至合金粉末區(qū)14的壓力P的方向垂直于紙面，與施加給合金粉末14的交變磁場強(qiáng)度的方向相互垂直，形成垂直壓法。將以上述方法制作的Nd-Fe-B磁粉壓坯放置于真空氣淬爐中，在1040°C燒結(jié)成尺寸為長度50mm，寬度50mm，取向高度^mm的致密磁體，再經(jīng)480°C回火后得到剩磁為 1. 29T,內(nèi)稟矯頑力為22. 7k0e,最大磁能積為40. IMGOe的永磁體。同理，若使用如圖3 (a) 所示的常規(guī)的單一方向的外施取向靜態(tài)磁場，磁場強(qiáng)度峰值需達(dá)到1.6T以上，方能制作出相等的磁性能的Nd-Fe-B永磁體。由此可見，應(yīng)用本發(fā)明的原理，可以用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的磁性能優(yōu)異的永磁體產(chǎn)品。這樣，由于線圈所需的安匝數(shù)大大減少，線圈系統(tǒng)的體積、重量、能耗、以及設(shè)備制造成本均得以大幅度降低。在本實(shí)施例中，優(yōu)選用硅鋼片疊裝的導(dǎo)磁性的軛鐵10和極頭11，以減小磁路系統(tǒng)的渦流。本領(lǐng)域的專業(yè)工作者應(yīng)當(dāng)清楚，在硅鋼片疊裝的導(dǎo)磁性的軛鐵10和極頭11的外圍、以及線圈12的外圍必須安裝保護(hù)套以提高其機(jī)械強(qiáng)度是眾所周知的知識；另外，由極板15和側(cè)板13所組成的陰模必須安裝在相關(guān)的模具架上也是本領(lǐng)域所熟知的，在本發(fā)明的實(shí)施例中省略了對所述保護(hù)套及相關(guān)的模具架構(gòu)件的圖示和詳細(xì)的文字說明是為了更加簡潔地闡述本發(fā)明的原理的核心內(nèi)容，這并不限制本發(fā)明的任何權(quán)利要求范圍。另外，所述的上沖頭、下沖頭、以及由極板15和側(cè)板13所組成的陰模優(yōu)選用弱磁性的硬質(zhì)合金或陶瓷材料制作。由于本實(shí)施例與實(shí)施例一的原理完全相同，構(gòu)成也基本相似，所以省略了對其壓制過程的詳細(xì)說明。實(shí)施例四圖11表示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的裝置的側(cè)視剖面圖。與第一實(shí)施例相比，本實(shí)施例的一對串聯(lián)的線圈12分別固定于上壓桿19和下壓桿18上，上壓桿19和下壓桿18穿過環(huán)形的軛鐵10，線圈12在壓制過程中隨著上壓桿19和下壓桿18 —起運(yùn)動；并且，上壓桿19和下壓桿18同時起著上極頭和下極頭的作用，與環(huán)形的軛鐵10形成對稱的兩個并聯(lián)磁回路，如圖中疊加了箭頭的虛線所示；由此在上壓桿19和下壓桿18的中間形成工作磁場氣隙，陰模17置于所述的磁場氣隙之中； 在線圈12中通過交變電源設(shè)備16輸入電流，在合金粉末區(qū)14中形成如圖9所示的既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場，磁場強(qiáng)度的初始振幅為0. 18T，并且，磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小，頻率為6Hz，每隔1. 5秒鐘后磁場強(qiáng)度的振幅減小至0，然后再重復(fù)施加一次所述的交變磁場，也就是在3秒鐘內(nèi)連續(xù)施加了兩次與實(shí)施例一類似的取向磁場；在此過程中，合金粉末區(qū)14中的磁粉在所述交變磁場的作用下，形成如圖5所示的既有正向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒，又有反向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的磁粉顆粒的磁織構(gòu)。所用的Nd-Fe-B 合金磁粉、以及壓制尺寸和方法都與第一實(shí)施例相同。在上述過程中，線圈12所產(chǎn)生的磁場在上壓桿19和下壓桿18之間是平行于壓力 P的方向的，形成平行壓法。將以上述方法制作的Nd-Fe-B磁粉壓坯放置于真空氣淬爐中，在1040°C燒結(jié)成尺寸為長度50mm，寬度50mm，取向高度^mm的致密磁體，再經(jīng)480°C回火后得到剩磁為 1. 26T,內(nèi)稟矯頑力為23. IkOe，最大磁能積為38. 3MG0e的永磁體。同理，若使用如圖3(a) 所示的常規(guī)的單一方向的外施取向靜態(tài)磁場，磁場強(qiáng)度峰值需達(dá)到1.6T以上，方能制作出相等的磁性能的Nd-Fe-B永磁體。由此可見，應(yīng)用本發(fā)明的原理，可以用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的磁性能優(yōu)異的永磁體產(chǎn)品。這樣，由于線圈所需的安匝數(shù)大大減少，線圈系統(tǒng)的體積、重量、能耗、以及設(shè)備制造成本均得以大幅度降低。在本實(shí)施例中，優(yōu)選用硅鋼片疊裝的導(dǎo)磁性的軛鐵10、上壓桿19和下壓桿18，以減小磁路系統(tǒng)的渦流。本領(lǐng)域的專業(yè)工作者應(yīng)當(dāng)清楚，在硅鋼片疊裝的導(dǎo)磁性的軛鐵10和極頭11的外圍、以及線圈12的外圍必須安裝保護(hù)套以提高其機(jī)械強(qiáng)度是眾所周知的知識； 另外，由陰模17必須安裝在相關(guān)的模具架上也是本領(lǐng)域所熟知的，在本發(fā)明的實(shí)施例中省略了對所述保護(hù)套及相關(guān)的模具架構(gòu)件的圖示和詳細(xì)的文字說明是為了更加簡潔地闡述本發(fā)明的原理的核心內(nèi)容，這并不限制本發(fā)明的任何權(quán)利要求范圍。另外，所述的上沖頭、 下沖頭、以及由極板15和側(cè)板13所組成的陰模優(yōu)選用弱磁性的硬質(zhì)合金或陶瓷材料制作。本領(lǐng)域的工作者應(yīng)當(dāng)清楚，在以上所闡述的各實(shí)施例中，用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的原理是相同的。另外，按在以上所闡述的各實(shí)施例中的方法，不僅可以制作所述的燒結(jié)Nd-Fe-B永磁體，也可以制作SmCo5、Sm2Co17以及Sr(Ba)系鐵氧體的燒結(jié)永磁體。上面已經(jīng)參照附圖詳細(xì)說明了根據(jù)本發(fā)明所公開的用低取向磁場強(qiáng)度制造高取向度的永磁體產(chǎn)品的原理和方法，由此本領(lǐng)域技術(shù)人員可將根據(jù)本發(fā)明所公開的原理和方法制造燒結(jié)Nd-Fe-B永磁體、SmCo5、Sm2Co17以及Sr(Ba)系鐵氧體的燒結(jié)永磁體廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如應(yīng)用于各種計算機(jī)驅(qū)動器、工業(yè)和民用電機(jī)中，應(yīng)用于各種揚(yáng)聲器、傳感器、汽車電機(jī)以及各種醫(yī)療儀器和工業(yè)自動化設(shè)備、儀器的驅(qū)動部件等。
上面已經(jīng)參照附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的多個實(shí)施例，但上面的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的示意性說明而非限制本發(fā)明。另外，雖然上面是以單獨(dú)、分開的形式對各實(shí)施例進(jìn)行說明的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識到上述多個實(shí)施例也可以組合地應(yīng)用。并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了上述說明后可以結(jié)合現(xiàn)有常規(guī)的制造永磁體的技術(shù)對本發(fā)明做出各種修改和變化，這種修改和變化也落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種永磁體的制作方法，包括將永磁合金粉末在外施磁場中取向成既有正向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒，又有反向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒的磁織構(gòu)；所述的外施磁場， 是既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場，并且，交變磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小， 頻率為0. 1 IOOHz ；進(jìn)一步優(yōu)選交變磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小至其初始振幅的5% 以下，頻率為0. 1 60Hz。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁體的制作方法，其中所述的既有正向磁場，又有反向磁場的交變外施磁場由多個串聯(lián)的線圈或單一線圈產(chǎn)生，通過置于線圈內(nèi)的導(dǎo)磁性的極頭、 和連接所述極頭的導(dǎo)磁性的軛鐵形成磁回路，在所述磁回路的氣隙中形成工作氣隙磁場， 通過壓機(jī)施加壓力給置于所述工作氣隙磁場空間內(nèi)的模具，對填裝于所述模具內(nèi)的合金粉末施壓成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁體的制作方法，其中所述的既有正向磁場，又有反向磁場的交變外施磁場在壓制過程中是施加一次或者重復(fù)施加多次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁體的制作方法，其中所述的壓機(jī)施加并傳遞給合金粉末的壓力的方向與所述工作氣隙磁場空間內(nèi)交變外施磁場的方向垂直或者平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁體的制作方法，其中所述的模具由陰模、上沖頭和下沖頭三部分組成，通過所述壓機(jī)的上壓桿和下壓桿的相對運(yùn)動，將壓力傳遞給上沖頭和下沖頭來對處在所述模具內(nèi)的合金粉末施壓成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁體的制作方法，其中所述模具的陰模是一個由弱磁性材料制作的整體，或者是由弱磁性的極板和弱磁性的側(cè)板組合而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁體的制作方法，其中所述模具的陰模、上沖頭和下沖頭，系用弱磁性的耐磨材料制作而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的永磁體的制作方法，其中制作所述導(dǎo)磁性的極頭、和連接所述極頭的導(dǎo)磁性的軛鐵，是用軟磁材料制作而成，所述軟磁材料包括碳鋼、純鐵、硅鋼、 坡莫合金、非晶合金；所述陰模、上沖頭和下沖頭，是用弱磁性的耐磨材料制作而成，所述弱磁性的耐磨材料包括硬質(zhì)合金、無磁模具鋼、陶瓷等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁體的制作方法，其中所制作的永磁體粉末壓坯，用真空爐在900 1200°C燒結(jié)使所述壓坯致密化、再經(jīng)450 900°C回火以優(yōu)化磁性能，隨后經(jīng)切割、磨削機(jī)械加工修整至所需的幾何形狀與尺寸，再進(jìn)行表面防護(hù)處理，最后充磁成所需極性的永磁體產(chǎn)品；所述的真空爐，包括電阻加熱方式的氣淬爐，和以微波加熱方式的氣淬爐。
10.一種包括權(quán)利要求1-9所述方法制作的永磁體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種永磁體的制作方法，包括將永磁合金粉末在外施磁場中取向成既有正向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒，又有反向自發(fā)磁極化強(qiáng)度的粉末顆粒的磁織構(gòu)；所述的外施磁場，是既有正向磁場，又有反向磁場的交變磁場，并且，磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小，頻率為0.1～100Hz；進(jìn)一步優(yōu)選磁場強(qiáng)度的振幅隨時間逐漸減小至其初始振幅的5％以下，頻率為0.1～60Hz。本發(fā)明具有取向度高、制造成本低、能耗低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B22F3/12GK102339670SQ20101023163
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者何若沖 申請人:何若沖