專利名稱：在開式壓機中熱壓磁體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與熱壓和熱加工含稀土元素的粉末合金方法有關(guān)，即與將含稀土元素，其原始組份為RE2TM14B的粉末合金壓實成致密的永磁體的方法有關(guān)。
如美國專利US-A-4，802，931和US-A-4，851，058號所公布的那樣，用仔細控制的生產(chǎn)永磁材料的工藝，已經(jīng)熔融旋制出由要形成RE2TM14B正方晶相的組份構(gòu)成的含稀土元素的各種合金。在淬火或過冷淬火再退火的條件下，這種熔融旋制的材料基本上由正方晶體組成，典型的如Nd2Fe14B相。含正方晶體的晶粒都很小，典型的平均晶粒尺寸小于幾百毫微米，在它們周圍是一個或多個二級晶粒邊界相，該邊界相形成該組份的永磁特性。這種微粒材料的磁性各向同性，熔融旋制的帶段可粉碎成合適的粉末，再配上合適的粘合材料并模制成有用的粘合永磁體，如美國專利US-A-4，902，361所公布的那樣。
在需要高能永磁體產(chǎn)品的地方，已知可將熔融旋制的粉末材料熱壓成完全致密的永久磁體，如果需要，這種完全致密的磁體還可進一步熱加工成形。這些方法已在美國專利US-A-4，792，367和US-A-4，844，754中公開。
這種微粒狀、熔融旋制的、含稀土元素的材料起初呈帶狀顆粒或由帶段粉碎而成的粉末狀。為了對材料熱壓或進行其它熱加工，必須將材料加熱到適合熱加工的溫度，一般為700℃到800℃。正如上述美國專利公開的內(nèi)容一樣，要小心地在真空或合適的惰性氣體中加熱粉末，以便提供干燥無氧的環(huán)境防止粉末燃燒。想加工這種容易燃燒的含稀土元素的材料時，總是需要提供適宜的保護氣體，使稀土元素和其他組份不會被氧化，材料的永久磁性不會衰退。
在粉末冶金中，已知在環(huán)境條件下可對合適的可延展的粉末顆粒加壓形成壓坯體。在室溫大氣中也可以這樣加工生產(chǎn)部分致密的多孔體(在燒結(jié)工藝中用大顆粒的稀土元素-過渡金屬-硼，RE-TM-B，各種材料進行加工)。但是，如果這樣的Nd2Fe14B壓坯體在熱加工前進行預(yù)熱，為了避免其永磁性能的退化，必須進行保護不至于被氧化。很顯然，有可能將壓機的操作部門包裹在無氧的大氣中，如果精確的粉末進料，粉末加熱，加壓和熱加工全都在這種特殊的大氣室中進行，對高速生產(chǎn)來說這種設(shè)備就太昂貴，不能實行了。這種壓機的建造的操作肯定是非常昂貴，操作和維修肯定也是非常繁瑣麻煩。
因此，這就需要開發(fā)一種對這種含稀土元素的粉末合金材料的熱壓方法，以及任選的附加的熱加工變形法。從而高效、迅速地生產(chǎn)可以應(yīng)用的永久磁體。本發(fā)明總的目標(biāo)是提供一種方法，用相對比較便宜的開式壓機對RE-TM-B型粉末材料進行熱壓如附加的熱加工，并提供合適的保護以避免粉末合金材料的氧化和燃燒。
根據(jù)本發(fā)明壓實原始組份為RE2TM14B，含稀土元素的粉末合金的方法，其特征是至少用一個開式壓機進行兩步加壓，該壓機包括確定接納物料模腔的壓模部分，其模壁組成預(yù)先確定形狀的橫截面，和相對的加壓部件，至少有一個加壓部件適合在模腔內(nèi)作往復(fù)運動，以對放在那里的物料加壓;該方法包括對常溫下的模腔壁涂上固體潤滑劑膜;在潤滑過的模腔內(nèi)加上預(yù)先確定數(shù)量、無潤滑劑無粘合劑的含稀土元素的合金粉末;通過加壓部件在常溫下將模腔內(nèi)的粉末壓實成有一定強度能自己保持的生壓坯;用干燥的惰性氣體充滿加熱的模壓機模腔，以取代模腔中的空氣，使壓模保持在較高的溫度以對壓坯體進行熱壓，模腔的形狀可接納生壓坯，將生壓坯放入加熱的充滿惰性氣體的模腔，并不斷用惰性氣體充滿模腔當(dāng)生壓坯被加熱到熱加工溫度時用加壓部件將生壓坯壓實成致密體，并將熱的壓實的致密體從模腔中取出放到常溫的大氣中。
按照本發(fā)明的最優(yōu)實施方案，上述和其他的目標(biāo)如下述可以實現(xiàn)。
實踐本發(fā)明的初始材料是由相應(yīng)組份構(gòu)成的熔融旋制的帶狀顆?；蚍勰?，組份最終形成磁性體，該磁性體基本由正方晶相RE2TM14B構(gòu)成和少部分是稀土元素含量較高的顆粒邊界相。一般用RE代表稀土元素，最好這種材料的稀土元素組份至少60%是釹和/或氧化鐠。過渡金屬元素(TM)最好是鐵或者是鐵與鈷和少量其他金屬的混合物。這種容易壓實的初始材料最好是很細的微粒(即小于50毫微米)或幾乎是非晶形的。熱壓工藝和附加的任何熱加工將壓實材料，同時使晶體增長，從而使平均晶粒尺寸增大，但最大的晶粒尺寸還小于約500毫微米。該產(chǎn)品有永磁特性。
本發(fā)明的方法很適合在開式壓機中實現(xiàn)，這類壓機有壓模，其模壁組成模截面合適的模腔。在這樣的壓機中，工件材料或型坯插入到模腔中，由加壓部件，典型的是上下沖頭對其加壓。通常相對的加壓部件是上下沖頭，壓模在其整個長度內(nèi)有均勻的橫截面。有時壓模有幾個臺階，那么沖頭也有相應(yīng)的形狀。有時沖頭呈筒形。有時沖頭由平的砧面代替。本發(fā)明可用所有的這種壓機的組合來實現(xiàn)。
參考常規(guī)的雙沖頭有均勻壓模腔的壓機操作，上沖頭起初是提到壓模腔之外。下沖頭起初在下部位置，以便打開模腔接納要加工的物料。然后降低上沖頭把模腔閉合，接著機械或液壓驅(qū)動兩個沖頭對它們之間的工件加壓。沖頭與模壁緊密配合，從而封閉要加工的物料，但最好與模壁稍有空間以減少摩擦力和互相的磨損。物料加壓后將上沖頭抬起到模腔之外，并提起下沖頭將加壓過工件提高到壓模的頂部邊緣，從而可將工件取出。這種過程不斷循環(huán)。
按照本發(fā)明，用兩步加壓法生產(chǎn)熱壓成形完全致密的永磁體。
上述組份的粉末材料，其加入量根據(jù)所需工件的尺寸確定，在常溫和大氣中首先加壓成生壓坯。這種加壓可以稱為冷壓。冷壓的壓坯體有高于5克/厘米3左右的密度比較合適，最好是5.3到5.5克/厘米3。形成這樣的壓坯體，部分是要減小氧化的顆粒表面，改善整個質(zhì)量的熱傳遞。
在這種冷壓操作中，在壓機的壓模壁上形成一層固體壓模潤滑劑，例如特氟隆(商標(biāo))粉末的膜。沒有潤滑劑和粘合劑與含稀土元素的粉末混合，因為這材料很容易反應(yīng)，粉末的化學(xué)變化將使永磁特性退化。
特氟隆或類似的潤滑劑最好以懸浮液的形式進行應(yīng)用，將粉末撒布在不燃、高揮發(fā)性、能幫助分散粉末的液體載體中。關(guān)于這方面最好應(yīng)用含有合適的碳氟化合物的液體。最好對模腔壁應(yīng)用含有流態(tài)特氟隆的混合物，通過在下沖頭上合適的小孔，在上次形成的壓坯體被排出壓模之后，下沖頭移動到最低位置以接納下次熔融旋制的粉末時進行。然后驅(qū)動上沖頭，與下沖頭相對冷壓粉末使之成多孔的生壓坯。干燥的壓模壁膜有利于加壓和使壓坯體成一整體從模中取出。這個過程一般可在一秒到六秒鐘內(nèi)重復(fù)一次，取決于壓坯體尺寸的大小和其形狀的復(fù)雜程度。
生壓坯形成后就準(zhǔn)備在另一臺開式壓機中熱加工。一般使用不同的壓機因為要對機具和工件進行加熱以加速熱壓操作，同時還需要熱阻較大的機具材料。在熱壓操作中沖頭的運動與干燥的惰性氣體引入相協(xié)調(diào)，如將干燥的氬氣引入到模腔。將上沖頭提升到模腔之上，下沖頭在它的最高位置以把上次熱壓工件排出之時開始，用干燥的氬氣充滿模腔。下面將詳細描述這種優(yōu)化的機械機構(gòu)。當(dāng)下沖頭下降到接受冷壓工件位置時，不斷用氬氣流滿逐漸擴大的模腔，以把空氣吹掃出去。
壓模本身最好維持在適合熱加工和進行熱操作的溫度，即870℃。工件放入到熱的，相對大一點的模腔內(nèi)，躺在熱的下沖頭之上，然后下降上沖頭，接著對工件加壓。壓實的工件幾乎立刻被加熱到這個溫度(700℃到800℃)，這溫度允許工件迅速被壓成致密的磁體。加壓后，上沖頭提起離開模腔，下沖頭抬起熱壓磁體將其從模腔中排出。在正常大氣中使完全致密體冷卻。這個過程可在25秒到90秒之內(nèi)重復(fù)一次，取決于工件的尺寸。
冷卻后熱加工體用作各向同性的永磁體。熱加工產(chǎn)生永磁特性的合適晶粒尺寸。當(dāng)需要各向異性永磁體時，可對熱壓體進一步熱加工使其變形成另一種體，在該體內(nèi)小的2-14-1晶粒變平，并互相對齊。這種操作，例如可在較大的壓模內(nèi)進行，即為使用開式壓機和方法的模鍛已知工藝。冷卻后模鍛所得的產(chǎn)品具有優(yōu)化的磁化方向，該方向與加壓方向平行，該產(chǎn)品具有極強的永磁。上述的兩種熱壓操作和這種模鍛操作所獲得的永磁體幾乎不需要最終加工。
本發(fā)明的其他目標(biāo)和優(yōu)點從下面參考附圖的詳細描述中將會變得很清楚，附圖有

圖1a到1d是示意圖，部分呈剖面，顯示冷成形的開式壓機，圖示冷壓成形的各個步驟，包括通過下沖頭噴撒潤滑模腔;和圖2a到2d是開式熱壓機的示意圖，部分呈剖面，圖示冷壓坯熱壓的各個步驟，包括用干燥的惰性氣體充滿熱模腔的優(yōu)化方法。
總結(jié)上述，本發(fā)明的工藝包括兩步加壓以制造致密的磁性體，需要的第三步加工是致密體附加的熱加工或熱變形以生產(chǎn)永磁性更強的各向異性的磁體。工藝中的前二步是加壓，可在常規(guī)的壓機中進行。的確，本發(fā)明的一個優(yōu)點就是兩個加壓工序可在開式壓機中進行。
在描述過程中將要參考附圖，在附圖中只顯示了壓機很上的一部分，即顯示壓模和上下沖頭，因為壓機的這一部分包含了本發(fā)明工藝的特點。本發(fā)明的優(yōu)化實施方案圖示制造直圓柱形的傳感器磁體。但是應(yīng)理解通過改變壓模的橫截面和沖頭形狀也可生產(chǎn)其他的磁體。同時也應(yīng)理解其他壓機結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用，如一個沖頭的砧壓，需要模芯的圓環(huán)壓、和組合壓機，即生產(chǎn)轉(zhuǎn)子或分路器的磁體，壓模的形狀也有格模和階模等。
所以圖1a至1d只描述了開式、在環(huán)境條件下操作的冷壓機10的一小部分。冷壓機10有壓模塊12，模塊有圓筒形的模腔14。下沖頭機構(gòu)16可在模腔14內(nèi)作往復(fù)運動。上沖頭18也可在模腔內(nèi)上下移動。上沖頭托架20可滑動地保持和引導(dǎo)上沖頭18。上沖頭18有圓的平的沖頭面22。如圖1a和1b所示，上沖頭18已被提升到它的最高位置，以便于從冷壓機的模腔中取出壓坯，和加上新的微粒起始材料。
下沖頭16包括頭部24，帶有平的表面26，頭部的橫截面是圓形的，適合與模腔14的壁緊密配合。下沖頭16包括直徑較小的柱體部分28。下沖頭16還包括在模塊12下面擴大的基座30。如圖1a所示，下沖頭被抬高到它的最高位置，其面26剛好高出模塊12的上表面32。在這個位置，下沖頭16把剛壓成的RE-TM-B微粒組成的冷壓坯體34抬起。在壓機加壓沖程的末端由機架或其他機構(gòu)(未顯示)把冷壓坯體34推到一邊。
這種冷壓坯體是上述類型的RE-TM-B微粒組成的多孔生壓坯。它的密度高于5克/厘米3，按照本發(fā)明熱壓工藝有很高使用價值，如果需要，這壓坯體可進一步熱加工成完全致密的磁體，有優(yōu)良的永磁特性。
隨著冷壓坯體34的取出，將下沖頭16下降到在壓機操作中它的最低位置(如圖16所示)。在下降的過程中下沖頭進行本發(fā)明方法的一項重要工作。在下沖頭的中心有一根中心軸向?qū)Ч?6，從下沖頭的基座30沿著柱體28的長度伸展到頭部24。軸向?qū)Ч?6可鉆孔形成，從基座30向上鉆孔通過柱體28到頭部24，然后用塞子38塞住基座上的出口。塞子38最好與基座30的底面平齊，以便機械驅(qū)動的壓機可以按基座的底面操作，抬起或下降下沖頭16。
在基座30內(nèi)裝設(shè)橫向?qū)Ч?0，它與軸向?qū)Ч?6相交。導(dǎo)管40帶有螺紋以接納管接頭42和供料管44，下面將描述供粒管的使用目的。在沖頭的頭部24鉆出比軸向?qū)Ч?6直徑小的第二橫向?qū)Ч?6。小導(dǎo)管46沿直徑橫穿過沖頭的頭部24，出口在機械加工成的圓環(huán)48中，圓環(huán)與沖頭的面26平等，位于軸向?qū)Ч?6的頂端稍下一步。這樣下沖頭16就有連續(xù)的內(nèi)部通道，從管44經(jīng)過交叉導(dǎo)管40到軸向管36，再到在沖頭的頭部24中的小的出口管46。這個通道的目的是輸送合適的潤滑劑給模腔14的壁表面。
在本發(fā)明的方法中潤滑劑系列的選擇是很重要的。潤滑劑不與容易固化的顆?；旌?，這些顆粒在本發(fā)明這步中要壓實成生壓坯體。組份中的稀土元素很活潑，對殘留的潤滑劑很敏感容易引起品質(zhì)退化，特別是在壓坯體儲存和熱壓過程中。通過上述在下沖頭中的導(dǎo)管將潤滑劑涂到模壁上。最好是用固體潤滑劑。固體潤滑劑最好含有特氟隆顆粒。通過液相載體涂敷特氟隆顆粒。比較合適的混合物是體積百分比90%是液相載體，10%是特氟隆顆粒。液體應(yīng)是能懸浮特氟隆顆粒的材料，那么將混合物攪拌就可帶著顆粒通過下沖頭的管子和導(dǎo)管網(wǎng)。載體必須是不燃的物料，并很容易從模壁揮發(fā)。
本發(fā)明所用的合適的載體是分子中最好有2到8個碳原子的鏈烴的全氟衍生物。全氟化的己烷或辛烷比較合適。這些分子可以是鏈形也可是環(huán)形。最好是用全氟化的己烷。這種材料能使?jié)櫥瑒┓勰腋?，同時又不會與壓坯中所含的稀土元素反應(yīng)。
這樣，體積百分比90%為液相碳氟化合物，10%為特氟隆粉末的混合物已制備好，放在另一個容器內(nèi)(在圖中沒有顯示)。將混合物攪拌并把它從容器輸送到管44，通過導(dǎo)管40，36和46到壓模12的模腔壁14。容器和輸送系統(tǒng)(未顯示)應(yīng)適合在壓力下輸送流體混合物。
現(xiàn)在參考圖1a和1b，如圖1a所示當(dāng)下沖頭在它最高點時對潤滑劑混合物加壓。當(dāng)下沖頭在模腔內(nèi)下降，直到它到達圖1b所示的位置，在這個過程中，對流體混合物加壓，使流體混合物在模腔壁14涂上一層膜50。潤滑劑混合物中的液相載體蒸發(fā)很快，雖然有一點殘留。本發(fā)明使用全氟化組份的另一個重要特點是，這種物質(zhì)如果殘留在冷壓坯體的表面，也不會在儲存和熱加工坯體時對它的永磁特性產(chǎn)生有害的影響。
這樣，當(dāng)下沖頭16在它的下部位置，上沖頭18在它的上部位置，模腔(圖1b)壁上已涂上潤滑劑膜時，腔14已準(zhǔn)備好接受粉末狀的容易固化的鐵-釹-硼材料。這種材料以松散的形式加料到壓模的下部。料是從漏斗(未顯示)加入到壓模中，它可用任何合適的方法測量加入到模腔14中的量，例如用體積計量。如圖1c所示，粉狀材料52現(xiàn)已在壓模中，充滿了下沖頭上面的模腔。
當(dāng)顆粒材料52一裝入壓模中，上沖頭18就下降封閉模腔14。上下沖頭加壓以使粉末壓實成生壓塊34。在這個例子中所加的壓力約為386，11MPa(兆巴)(25噸/平方英吋)。圖1d顯示的上下沖頭位置，表示顆粒已被壓實成生壓坯34，這是本發(fā)明方法的一個重要方面。
一旦加壓完成，上沖頭18就提起到它的上部位置如圖1a所示，下沖頭抬起以把生壓坯34排出壓模，取出壓坯34，過程重復(fù)。這種冷壓過程典型的每個周期需要一至六秒鐘，在環(huán)境條件下進行。冷壓坯在它的外表面上可能有微量的特氟隆粉末，也可能有微量的液相載體，但液相載體的組份不會對鐵-釹型材料的永磁特性產(chǎn)生有害的影響。
這就完成了本發(fā)明工藝的第一步。重要的是要注意只在模壁上涂抹潤滑劑，對所用的固體潤滑劑，最好是特氟隆，挑選液相載體在生壓坯的形成過程中是極其重要的，使生壓坯在生產(chǎn)的時間周期內(nèi)按所用的材料組成合適的密度，并使該材料隨時間的增長它的特性不會衰退。
鐵-釹型顆粒材料制成的生壓坯是接著要熱壓的預(yù)制件。這些預(yù)制件在熱壓操作之前都涂上卸模潤滑劑。本方法比較合適的卸模潤滑劑是氮化硼粉末在異丙基乙醇載體中的懸浮液。用任何合適的方法將該懸浮液噴撒到壓坯體上，然后干燥壓坯體使異丙基乙醇揮發(fā)，留下很細氮化硼的顆粒在預(yù)制件的外表面上形成一涂層。
可用任何合適的設(shè)備，例如常規(guī)的噴漆設(shè)備來涂抹潤滑劑，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將預(yù)制件放在有很多圓柱形腔的盤中很有用，該腔的尺寸可接納一半預(yù)制件。這樣一盤幾個預(yù)制件就可用潤滑劑同時噴涂它們本身的一半，將盤倒過來，再用一個類似的盤接受已噴涂好的一半，每個預(yù)制件的另一半再用潤滑劑噴涂。
冷壓坯預(yù)制件的密度約為用作永磁材料完全壓實的鐵-釹-硼體密度的70%。盡管通過冷壓過程已將松散粉末的多孔性去除不少，預(yù)制件仍有很多孔，對氧化很敏感，在空氣中加熱提高溫度，如果沒有燃燒的話也極容易氧化。但是使用本發(fā)明預(yù)制件的一個優(yōu)點是，材料已經(jīng)足夠致密，可很快地加熱到熱壓的溫度。本發(fā)明熱壓這步的方法將說明怎樣在很短的加壓周期內(nèi)完成熱壓，并且當(dāng)預(yù)制件在熱加工的溫度下時保護它免于氧化。
本發(fā)明熱壓這步使用開式熱壓機。盡管有可能使用一個壓機順序執(zhí)行本發(fā)明的冷壓和熱壓兩步工藝，但最好還是用兩個壓機，因為一個壓機需要在壓模和沖頭之間把工件加熱。但兩個壓機可以都是開式壓機。
現(xiàn)在參考圖2a到2d，下面將描述本發(fā)明中的熱壓操作。圖中并沒有顯示整個熱壓機100，僅表示出壓模區(qū)102，下沖頭104，上沖頭106和上沖頭托架108。上沖頭106通過引導(dǎo)部件110由適當(dāng)?shù)募訜釞C構(gòu)，如電阻加熱器112加熱。壓模114由電阻加熱器116或其他合適的加熱器加熱，而下沖頭104通過壓模114加熱。這樣壓模和上下沖頭都能被加熱，從而使壓機這個區(qū)域的溫度提高到合適的熱壓溫度。
圖2a顯示熱壓機100各元件的位置，它們在剛好完成一個熱壓周期的位置上。完全壓實的永久磁體剛被下沖頭104排出壓模114，躺在模體蓋120上，已由機器人臂或推架(未顯示)推離下沖頭114的平面122。在熱壓機100這部分的下半部，模體蓋120是放在集流部件124的上面，該集流部件將氬氣或其他合適的干燥惰性氣體輸送到壓模腔。在集流部件124的下面是加熱的壓模114。壓模114有直圓柱形的模腔126(圖2c)，其大小能接納生壓坯34。
由于這些壓機部件是在熱壓溫度下操作，約870℃左右，將含活潑的稀土元素的壓坯加熱和熱壓，所以這些部件必須由可耐這樣溫度并能阻止反應(yīng)的材料制成。壓模114最好由鎳鋁氧石制成。上沖頭106和下沖頭104最好由718鎳鉻鐵耐熱合金或其他合適的耐高溫材料制成。
在圖2a中，下沖頭104是在它的最高位置。集流部件124包括導(dǎo)管128用來輸送干燥的氬氣(在圖2b和2c中用氣體云130表示)到模腔126，集流部件124的內(nèi)腔134中有環(huán)形圈132，其尺寸可接受下沖頭104。模體蓋120也有圓柱形的開口136以交替接受上沖頭106和下沖頭104。并其尺寸比沖頭略大一些，以允許氬氣圍繞下沖頭104流動，并將整個模腔內(nèi)的氧氣吹掃出模體蓋120(見圖2b和2c)。
再看圖2a，上沖頭106也在它的最高位置。上沖頭106由合適的壓機支持部件138和導(dǎo)引部件110支撐和引導(dǎo)。
最好氬氣能連續(xù)輸送到集流體124。這樣，即使下沖頭在它的上部位置，如圖2a所示，小股氬氣流也能不斷圍繞下沖頭104流動。接著下沖頭104下降到剛好低于氬氣輸送導(dǎo)管128的位置。氬氣大量連續(xù)流入，吹掃因下沖頭104的下降沖程可能引入到模腔內(nèi)的氧氣。由適當(dāng)?shù)淖詣颖?未顯示)將冷壓預(yù)制件34放入到集流部件內(nèi)腔134，如圖2b所示。在圖2b和2c中用氣體云130示意地表示氬氣的連續(xù)流動。然后下沖頭104進一步下降，放在下沖頭104上的壓坯34向下進入到鎳鋁氧石制成的壓模114的模腔126。氬氣不斷地流入集流部件內(nèi)腔134和模腔126，把氧氣和潮氣都吹掃出去。如圖2d所示，熱的上沖頭106向下進入加壓位置，與下沖頭104一起對壓坯34加壓。就在這個位置，熱沖頭之間的加壓和熱的壓模，把大量熱量，傳給壓坯34，將壓坯的溫度提高到700℃左右。機器對沖頭的負荷增加，它們對壓坯加上大約92.67MPa(6噸/平方英吋)的壓力，壓坯在熱模腔內(nèi)壓實成為完全致密體118，取決于合金的組份，其密度約在7.4～7.6克/厘米3。如圖2d所示一旦加壓過程完成，上沖頭就提起，接著下沖頭提起，把壓坯體提高到模體蓋120的上表面，如圖2a所示，接著將完全致密體118從壓模區(qū)102推開。
這工藝還有幾個特點，從而產(chǎn)生迅速熱壓成形的操作。用氬氣吹掃壓模的整個過程，把冷壓成形的生坯裝入模腔，通過從熱的壓模和沖頭的熱傳遞對生坯加熱，把生坯壓成完全致密體，從模中把熱壓成品排出，整個過程需要25到90秒，取決于部件的尺寸(重量)。
從圍繞沖頭的集流部件連續(xù)吹掃壓模，將氧氣不斷從壓模內(nèi)吹掃出去;使用冷壓預(yù)制件，雖然預(yù)制件不十分致密和對氧化敏感，但已足夠致密可在壓模內(nèi)迅速加熱。這兩者都有利于加快操作。注意最好在預(yù)制件加入到壓模中之前不要對其加熱，因為在此之前加熱需要特殊的保護措施以避免它氧化。
用上述方法生產(chǎn)的熱壓永磁體在使用前幾乎不需要附加的機械加工。可能需要去掉一些毛刺，但極少需要研磨或其他機械加工。按照磁化強度永磁體顯示最大的能量，約為119318AT/m(15兆高斯奧斯忒)，這也取決于組份。他們是完全壓實，其磁性呈各向異性，雖然他們的磁特性基本上是各向同性的。在很多應(yīng)用永磁體的場合中他們是很有用的。如圖2a和2d中所示熱壓操作中生產(chǎn)的小型圓柱永磁體可用于磁阻速度傳感器中反時針剎車系統(tǒng)或其他類似的地方。
在許多應(yīng)用中希望對完全壓實的磁體進一步熱加工使其變形產(chǎn)生金屬物料內(nèi)的流動，將2-14-1型顆粒對齊從而提供各向異性的磁體。這種磁體可呈現(xiàn)的最大能量為238635到357952.5AT/m(30到45兆高斯奧斯忒)，取決于其組份和熱加工程度。
對圖2a到2d顯示的工藝制作的熱壓體再進行附加熱加工的一條合適途徑是模鍛操作。在模鍛中，將完全壓實體放入比它大的熱壓模中，從而當(dāng)沖頭加壓時壓實體向側(cè)面流動，其高度壓縮，變成由壓模和上下沖頭確定的模腔形狀。采用形狀合適的沖頭，形狀合適的熱壓制成品，結(jié)構(gòu)合適的壓模腔，可以使完全致密體產(chǎn)生顯著的變形，使其體內(nèi)2-14-1晶粒幾乎完全對齊。上述所得的產(chǎn)品是極強的永磁體。
按照本發(fā)明，工藝第二步生產(chǎn)的完全致密體可以經(jīng)受任何合適的熱加工如模鍛，鍛造，熱軋以及其他相似的熱加工。
一般來說，由于現(xiàn)在磁體本身要產(chǎn)生變形，所以用鍛造或熱加工型的潤滑劑如石墨粉去潤滑磁體可能是有用的。
由于模鍛或其他熱加工的原始工件是完全致密體本身，所以在它進入到熱加工設(shè)備之前在空氣中預(yù)熱到一定程度可能是有益的?；蛘咧旅荏w可以在不加熱的狀態(tài)下加入到開式熱壓模中，如熱壓操作所說明的那樣。
作為終結(jié)和結(jié)論，本發(fā)明至少包括兩步和任選的第三步。方法的第一步是冷壓工藝，將容易固化的顆粒材料在涂有固體潤滑劑的模腔內(nèi)壓實成為冷壓坯體。如果有模芯，固體潤滑劑也可用在模芯上。選擇固體潤滑劑，以使它不會污染冷壓坯體，而有利于冷壓坯體的壓縮和取出。
工藝的第二步將冷壓坯體放入干燥惰性氣體吹掃的熱壓模腔內(nèi)，在合適的熱加工溫度下迅速加壓使坯體變成完全致密體。這樣獲得的產(chǎn)品可用作永磁體，在許多應(yīng)用中，兩步法生產(chǎn)出非常實用的產(chǎn)品。如希望永磁體內(nèi)2-14-1型晶粒達到整齊排列，可對完全致密體進行進一步熱加工以形成各向異性的永磁體。
本發(fā)明已按照幾個特殊的實施方案進行了描述，可以理解，熟悉本工藝的人員可很容易地采用本發(fā)明的其它形式。因此認為本發(fā)明的范圍僅受下列權(quán)利要求范圍的限制。
權(quán)利要求
1.將含稀土元素的粉末合金，其原始組份為RE2TM14B，壓實成致密的永久磁體的方法，其特征是至少用一個開式壓機(10；100)進行兩步加壓，該壓機包括確定接納物料模腔的壓模部件(12，114)，其模壁組成預(yù)先確定形狀的橫截面，和相對的加壓部件(16，18；104，106)至少有一個加壓部件適合在模腔(14；126)內(nèi)作往復(fù)運動，以對放在那里的物料加壓；該方法包括對常溫下的模腔壁(12)涂上固體潤滑劑膜(50)；在潤滑過的模腔(14)內(nèi)加上預(yù)先確定數(shù)量、無潤滑劑無粘合劑的含稀土元素的合金粉末(52)；通過加壓部件(16，18)在常溫下將模腔(14)內(nèi)的粉末52壓實成有一定強度能自己保持的生壓坯(34)；用干燥的惰性氣體(130)充滿加熱的模壓機(100)模腔(126)，以取代模腔(126)中的空氣，使壓模(114)保持在較高的溫度以對壓坯體(34)進行熱壓，模腔(126)的形狀可接納生壓坯(34)，將生壓坯(34)放入加熱的充滿惰性氣體的模腔(126)，并不斷用惰性氣體充滿模腔(126)；當(dāng)生壓坯被加熱到熱加工溫度時用加壓部件(104，106)將生壓坯(34)壓實成致密體(118)，將熱的壓實的致密體(118)從模腔(126)中取出放到常溫的空氣中。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在常溫下加壓形成的有一定強度能自己保持的生壓坯(34)大約有5克/厘米3的密度或更高。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是固體潤滑是通過在可移動加壓部件(16)中的導(dǎo)管(36，40)，將散布在揮發(fā)性的不可燃的載體中的固體潤滑劑顆粒噴撒到常溫壓機(10)的壓模壁上。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是相對的加壓部件是上、下相對的沖頭(16，18;104，106)，適合在模腔(14;126)內(nèi)作往復(fù)運動，對模腔中的物料加壓;將預(yù)先確定數(shù)量無潤滑劑無粘合劑的含有稀土元素的合金粉末(52)加到潤滑過的模腔(14)內(nèi)下沖頭(16)之上。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是熱壓操作是這樣進行，將下沖頭(104)提升到排出熱壓產(chǎn)品(118)的位置，把干燥的惰性氣體(130)通入到模腔(126)，同時將下沖頭(104)逐漸降低到接受工件的位置并不斷用該干燥的惰性氣體(130)充滿擴大的模腔(126)。
6.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是接著把致密體(118)放到加熱的模腔內(nèi)，該模腔的橫截面積要比熱壓體(118)的大，將該熱壓體加熱到模鍛溫度，然后模鍛成致密的各向異性的磁體。
全文摘要
本發(fā)明描述用開式壓機熱壓或/和熱加工含稀土元素的合金粉末。僅在壓模壁上使用固體潤滑劑，并在常溫下將含稀土元素的合金粉末壓成壓坯體。然后使用加熱的壓模在氬氣的保護下在開式壓機中將這種壓坯體熱壓成型。
文檔編號B22F3/02GK1066744SQ92103558
公開日1992年12月2日 申請日期1992年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月15日
發(fā)明者K·A·楊格, J·J沃登, D·S·柯克, L·J·埃謝爾曼 申請人:通用汽車公司