專利名稱：稀土永磁體的近凈形制造技術(shù)
稀土永磁體的近凈形制造
本申請(qǐng)要求2011年9月29日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/540，737的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總的涉及用于電機(jī)中的永磁體的成型，尤其涉及包括稀土(RE)材料以改進(jìn)所成型磁體的磁性能，并使用快速壓縮技術(shù)作為將磁體成型為要求很少或沒(méi)有二次成形加工的形狀的ー種方法。永磁體已廣泛使用于各種設(shè)備中，包括用于混合和電動(dòng)車輛、風(fēng)車、空調(diào)和其他機(jī)械化設(shè)備中的牽引電機(jī)。一種永磁體-釹鐵硼(Nd-Fe-B)燒結(jié)型永磁體-包含稀土金屬，例如鏑(Dy)或鋱(Tb)，用以改善磁體在高溫下的磁性能(例如本征矯頑磁性)。已知的稀土磁體制造方法以初始準(zhǔn)備開(kāi)始，包括用于期望材料成分的原材料(鐵、鐵釹合金、硼以及鐵鏑合金等)的檢查和稱重。此后材料被真空感應(yīng)熔煉和薄帶連鋳，從而形成尺寸為幾厘米的薄片(小于1mm)。在此之后進(jìn)行氫爆碎，其中薄片在大約25°C至大約300°C下吸收氫大約5至大約20小時(shí)，在大約200°C至大約400°C下脫氫大約3至大約25小時(shí)，此后受到錘式粉碎和磨碎和/或機(jī)械粉碎或氮研磨(如需要)，從而形成適于進(jìn)一步粉末冶金加工的細(xì)粉。該粉末典型地按大小分級(jí)進(jìn)行篩選，然后與用于最終所需要的磁性材料成分的其他合金粉末混合，通過(guò)在模具中的適合壓制操作(通常在室溫下)連同粘合劑一起制成生還件(green part)(典型地以立方體形式)。在ー種形式中，在將粉末成型為立方體塊或其他形狀之前對(duì)粉末進(jìn)行稱重。然后所成型件被真空包袋，并受到等靜壓制,在此之后將其燒結(jié)(例如,在真空中以大約900°C至大約1100°C燒結(jié)大約I至大約30小時(shí))并如果需要，老化(例如在真空中以大約300°C至大約700°C大約5至大約20小時(shí))。典型地，總重大約300kg至大約500kg的許多塊料作為ー爐同時(shí)經(jīng)歷燒結(jié)。然后根據(jù)用于磁體的所需要最終的形狀從較大塊切割出磁體片并將其機(jī)械加工為最終的形狀。此后如果需要，對(duì)磁體片進(jìn)行表面處理。

通常在粉末金屬エ藝中，生坯件的密度為理論密度的大約50%至55%，這導(dǎo)致在燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重收縮。如果生坯件為立方體塊形式，則收縮是一致的。但是，如果生坯件是非對(duì)稱形狀，則其將會(huì)以典型地難于控制的方式發(fā)生變形和彎曲。為了避免上述問(wèn)題，通常從塊狀材料機(jī)械加工所需的磁體；這種エ藝引起了相對(duì)較大量的材料損耗，其產(chǎn)量典型地為55%至65% (即大約35%至45%的材料損耗)。還產(chǎn)生了與常規(guī)基于冶金的粉末技術(shù)相關(guān)的其他困難。例如，原始大塊坯料的表面還受到ー些氧化，這可能會(huì)引起材料的額外損耗。制造過(guò)程中的大量材料損耗大大增加了最后加工出的RE磁體的成本。在過(guò)去幾年中，由于RE金屬原料的價(jià)格大幅上升，這一成本大大增加。同樣地，存在與精確地生產(chǎn)劃算的含RE材料的磁體相關(guān)的重大問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個(gè)方面是ー種RE永磁體的近凈形制造方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括將磁性材料粉末引入到模具中，在模具中沖擊壓實(shí)粉末，以及將所壓實(shí)的磁體粉末燒結(jié)以形成RE永磁體零件。在ー個(gè)方式中，粉末(其可為混合物或者兩種或更多種不同的粉末前驅(qū)體)包含有鏑(Dy)或鋱(Tb)中的至少ー種，作為增加磁體的升高溫度性能的方法。本發(fā)明的另一方面包括ー種沖擊壓實(shí)RE永磁體的方法。該方法包括，將釹鐵硼(Nd-Fe-B)粉末和含有鏑(Dy)和鋱(Tb)中的至少ー種的粉末引入到模具中，用模具沖擊壓實(shí)粉末以及然后燒結(jié)被壓實(shí)的粉末。本發(fā)明的另一方面還包括形成RE永磁體的方法，通過(guò)將釹鐵硼粉末和含有鏑(Dy)和鋱(Tb)中的至少ー種的粉末引入到模具中，通過(guò)帶有粉末的模具的高速?zèng)_擊而壓實(shí)粉末，從而在粉末中存在的顆粒至少局部表面發(fā)生熔化，并然后燒結(jié)所壓實(shí)的粉末。高速?zèng)_擊能夠在非常短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生與前述沖擊加載相似方式的高壓カ波；這反過(guò)來(lái)趨于產(chǎn)生局部熔化。本發(fā)明提供下述技術(shù)方案
方案1. 一種近凈形成形稀土永磁體的方法，所述方法包括
將多種磁性材料粉末引入到模具中；
將所述多種粉末混合以制成混合粉末；
在所述模具中將所述混合粉末沖擊壓實(shí)，以制成壓實(shí)粉末；以及 燒結(jié)所述壓實(shí)粉末。
方案2.方案I的方法，還包括通過(guò)在所述燒結(jié)之前加上保護(hù)層而減少所述壓實(shí)粉末的氧化。
方案3.方案2的方法，其中所述保護(hù)粉末為陶瓷基漿料。
方案4.方案3的方法，其中以慢速加熱所述漿料和所述壓實(shí)粉末。
方案5.方案2的方法，還包括使所述壓實(shí)粉末經(jīng)歷真空氣氛或氧化的惰性氣氛中的一種。
方案6.方案I的方法，其中所述沖擊壓實(shí)通過(guò)電液壓過(guò)程、電磁過(guò)程、彈簧釋放過(guò)程、壓電過(guò)程、爆炸過(guò)程、電子槍過(guò)程或上述過(guò)程的組合而產(chǎn)生。
方案7.方案6的方法，其中在由所述爆炸過(guò)程引起的所述沖擊壓實(shí)之前，將金屬層放置在所述磁性材料粉末和爆炸物之間。
方案8.方案I的方法，其中所述壓實(shí)粉末的密度為理論密度的至少大約90%。
方案9.方案I的方法，其中所述稀土永磁體具有非化學(xué)計(jì)量成分。
方案10.方案I的方法，還包括所述稀土永磁體的表面處理。
方案11.方案I的方法，還包括在磁場(chǎng)存在下調(diào)整所述混合粉末的粉末對(duì)齊。
方案12.方案I的方法，還包括冷卻所述模具中所燒結(jié)的粉末。
方案13.方案I的方法，其中燒結(jié)所述壓實(shí)磁性材料粉末包括以大約1°C /min至大約50C /min的速度加熱至大約900°C至大約1200°C的范圍內(nèi)的溫度持續(xù)大約I至大約10小時(shí)之間。
方案14.方案I的方法，其中在大約20°C至大約25°C的溫度下進(jìn)行所述沖擊壓實(shí)。
方案15.方案I的方法，其中在與所述模具不同的第二模具中燒結(jié)所壓實(shí)的磁性材料粉末。
方案16.方案I的方法，其中所述多種粉末中的至少ー種包括鏑和鋱中的至少ー種，從而在所述沖擊壓實(shí)之前，所述鏑和鋱中的所述至少ー種以大約I重量百分?jǐn)?shù)至大約9重量百分?jǐn)?shù)的量存在于所述稀土磁性材料粉末中。
方案17. —種沖擊壓實(shí)稀土永磁體的方法，所述方法包括
將釹鐵硼粉末和含有鏑和鋱中至少ー種的粉末的混合物引入到模具中；
使用磁場(chǎng)以優(yōu)先地對(duì)齊所述釹鐵硼粉末和所述含有鏑和鋱中至少ー種的粉末的至少ー種；
沖擊壓實(shí)所述粉末；
燒結(jié)所述壓實(shí)的粉末。
方案18.方案17的方法，其中所述混合物還包括達(dá)到約2重量百分?jǐn)?shù)的量的潤(rùn)滑剤。方案19.方案18的方法，其中所述潤(rùn)滑劑為基于無(wú)機(jī)的，包括氮化硼、ニ硫化鑰和ニ硫化鎢中至少ー種。
方案20.方案18的方法，其中所述潤(rùn)滑劑為基于有機(jī)的，包括硬脂酸鋅和石蠟的至少ー種。
方案21.方案18的方法，還包括從由機(jī)械加工、重壓、壓印、篩分、去毛刺、表面壓縮錘擊、接合以及滾磨構(gòu)成的組中所選擇的二次加工。


當(dāng)結(jié)合下列附圖閱讀時(shí)，可以最好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的下述詳細(xì)說(shuō)明，其中使用相似的附圖標(biāo)號(hào)表示相似的結(jié)構(gòu)，其中 圖1A是根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面形成RE永磁體的主要步驟的流程 圖1B是在圖1A過(guò)程的沖擊加載或相關(guān)的高速?zèng)_擊部分中使用的壓制模具的示意圖；圖2示出了簡(jiǎn)化的基于永磁體的電機(jī)結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)化的基于感應(yīng)的電機(jī)結(jié)構(gòu)之間的比較，以及使用圖1B的模具壓實(shí)的磁體的在前者中的表示性放置；以及
圖3示出了包含混合推進(jìn)系統(tǒng)的車輛，該混合推進(jìn)系統(tǒng)包括使用根據(jù)本發(fā)明制造的磁體的基于永磁體的電機(jī)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明關(guān)于ー種以減小殘余應(yīng)力、變形和表面氧化的方式制造RE永磁體的エ藝。該エ藝大大減小或消除了后續(xù)的機(jī)械加工操作的需要，還降低了制造過(guò)程中的材料損耗，同時(shí)仍能夠提供粉末中鏑或鋱的高度表面濃度，但保持總體濃度(即體內(nèi)濃度)低。通過(guò)舉例，當(dāng)這種磁體配置為在用于將至少一部分推進(jìn)カ提供給汽車或卡車的牽引電動(dòng)機(jī)中使用時(shí)，表面濃度可以為大約5至50重量百分?jǐn)?shù)，而體內(nèi)濃度在約I重量百分?jǐn)?shù)和約8重量百分?jǐn)?shù)之間。通過(guò)這種方式，體內(nèi)濃度表明比通常采用鏑或鋱?jiān)诩s6至10重量百分?jǐn)?shù)之間的傳統(tǒng)的加載鏑或鋱的釹鐵硼(Nd-Fe-B)永磁體大大減小。該エ藝包括使用最少的機(jī)械加工的近凈形制造RE磁體，通過(guò)這種方式減小或消除變形或翹曲。制造磁體生坯件可能需要少量的潤(rùn)滑剤，以便防止這些生坯件在壓制期間開(kāi)裂。在這種情況中，根據(jù)剩余的過(guò)程參數(shù)，優(yōu)選地與無(wú)機(jī)的(例如氮化硼、ニ硫化鑰或ニ硫化鎢)或有機(jī)的(例如硬脂酸鋅或石蠟)載體一起使用潤(rùn)滑剤。在兩者中任一的結(jié)構(gòu)中，潤(rùn)滑劑有助于便于混合物致密化而不會(huì)開(kāi)裂。
如上所述，使用高速致密化有助于大大提高生坯件的密度。例如，與為理論密度的大約50%至55% (或者等靜壓制后略高于60%)的前述生坯件密度值相比，本發(fā)明可以使生坯件達(dá)到理論密度的65%或更高很多。這反過(guò)來(lái)使得燒結(jié)之后的最終密度達(dá)到約95%至99%，或更高。因此，由于這更高的密度，通過(guò)該エ藝制造的磁體可能具有更好的磁性能和機(jī)械性能，尤其是疲勞強(qiáng)度。與傳統(tǒng)過(guò)程相比，可縮短該過(guò)程時(shí)間，同時(shí)成本更低。而且，該エ藝不限于小規(guī)模的應(yīng)用，能夠在壓實(shí)中保持粉末的原始特性?？梢允褂锚?dú)特的組成，例如非化學(xué)計(jì)量組成和非均衡結(jié)構(gòu)，來(lái)制造合金。如上所述，在ー種形式中，使用少量潤(rùn)滑劑進(jìn)行粉末的研磨和混合，以有助于促進(jìn)粉末的密實(shí)而不會(huì)裂縫。將粉末供給入具有最終磁體形狀的模具中。使用通過(guò)沖擊加載或其他高沖擊速度エ藝的閉模壓實(shí)代替等靜壓制步驟。雖然由于模腔中的絕熱效應(yīng)壓實(shí)物會(huì)達(dá)到高溫，但是可以在大約室溫下(例如大約20°C至25°C)實(shí)施閉模和沖擊壓實(shí)。該高溫會(huì)軟化粉末材料并使其易于塑性變形，甚至對(duì)于易碎的材料例如陶瓷，也使壓實(shí)成為可能。在真空爐中以大約900°C至大約1200°C燒結(jié)所壓實(shí)的生坯件大約I至10小時(shí)，此后所完成的零件經(jīng)過(guò)后續(xù)單個(gè)或兩個(gè)步驟的較低溫老化熱處理。如果需要，在燒結(jié)之后可以加入壓印加工過(guò)程(溫或熱的)，以降低/消除由殘余應(yīng)カ引起的變形。雖然通常壓印加工是在室溫下進(jìn)行，但是本發(fā)明人確定了磁性材料例如此處所述的這些材料對(duì)于壓印加工來(lái)說(shuō)在室溫下十分易碎；因此，他們確定了提高溫度的壓印加工(例如在大約600°C至大約750°C之間)可能是優(yōu)選的。這應(yīng)該在真空或惰性氣氛(例如N2或Ar)中進(jìn)行以防止氧化。在不希望進(jìn)行燒結(jié)后的切割和機(jī)械加工的情況下，如果需要，可以進(jìn)行替代的小拋光(例如用硅砂)。通過(guò)穿過(guò)密封粉末的沖擊前沿而壓實(shí)粉末。沖擊波在高壓和非常短時(shí)內(nèi)產(chǎn)生高速撞擊(大約10至大約1000米/秒)。根據(jù)所使用的壓實(shí)設(shè)備，壓カ可以為大約150至大約500兆帕(MPa)。響應(yīng)于壓縮彈簧設(shè)備、電液壓設(shè)備、電磁設(shè)備、壓電設(shè)備、瀑炸設(shè)備和電子槍設(shè)備通過(guò)移動(dòng)壓實(shí)部件(例如下文更詳細(xì)說(shuō)明中的活塞)實(shí)現(xiàn)沖擊加載。優(yōu)選地，壓實(shí)發(fā)生在一秒鐘的若干分之幾，尤其，少于10微秒。在這些高應(yīng)變情況下，由于大量局部產(chǎn)生的熱量，材料易于塑性變形。因?yàn)闆](méi)有足夠時(shí)間來(lái)通過(guò)熱傳遞散熱，由于絕熱效應(yīng)，熱量甚至?xí)植康厝刍勰┎牧?。如上所述，甚至陶瓷材料粉末前?qū)體可以由于沖擊加載產(chǎn)生的高應(yīng)變速率變形而發(fā)生塑性變形。首先參照?qǐng)D1A，示出了根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)方面的制造RE永磁體的エ藝路線。エ藝過(guò)程I包括將不同組成粉末10AU0B至ION混合10，所述不同組成粉末10AU0B至ION對(duì)應(yīng)于形成磁體所需的材料的數(shù)量。例如，如果所制造的磁體是基于釹鐵硼(Nd-Fe-B)構(gòu)造，其中至少一部分釹要由鏑(Dy)或鋱(Tb)替代，組成粉末IOA至ION可以包括前述的包含鏑(Dy)或鋱(Tb)的鐵基粉末，以及釹鐵硼(Nd-Fe-B)基粉末。在ー種形式中(例如用于包括前述牽引電機(jī)的汽車或卡車應(yīng)用)，完成的RE永磁體將具有約8或9重量百分?jǐn)?shù)的鏑(Dy)，雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解其他應(yīng)用(例如風(fēng)機(jī)，其中鏑(Dy)或鋱(Tb)的體內(nèi)濃度可以需要為大約3到4重量百分?jǐn)?shù))可以實(shí)現(xiàn)類似的體內(nèi)濃度降低，如其中這些和其他RE濃度需要更高的應(yīng)用。無(wú)論如何，在任何這種電機(jī)中使用永磁體能夠受益于改進(jìn)的磁性能(例如矯頑磁性)都認(rèn)為在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，另外的成分-例如上述提及的粘合劑和潤(rùn)滑劑-也可以包含在通過(guò)混合10產(chǎn)生的混合物中，雖然應(yīng)該將這些粘合劑和潤(rùn)滑劑保持為最小量，從而避免磁性能的污染或降低。同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解在上述混合10之前、之后或與混合10 —起可以采用其他步驟；這些步驟可以包括上述的熔化、薄帶連鑄、氫爆碎、磨碎、研磨和篩選。在ー種形式中，混合10可以包括使用鏑(Dy)或鋱(Tb)(例如在大約15重量百分?jǐn)?shù)和大約50重量百分?jǐn)?shù)之間的Dy或Tb)的鐵基合金粉末與釹鐵硼(Nd-Fe-B)基粉末混合?；旌?0隨后可以是磨碎和激活步驟20，之后進(jìn)行通過(guò)沖擊加載30的閉模壓實(shí)以產(chǎn)生密實(shí)的生坯件。由此，使用燒結(jié)40以通過(guò)加熱和固態(tài)擴(kuò)散促進(jìn)冶金結(jié)合。因而，燒結(jié)40-其中溫度稍微低于熔化材料所需的溫度-被理解為與包括熔化的其他較高溫度操作不同。在燒結(jié)過(guò)程中，有利的是保持真空(例如，在2至8小時(shí)時(shí)間期間尤其在3至6小時(shí)的更具體范圍的時(shí)間期間為大約10_3帕)，以便實(shí)現(xiàn)99% (或更高)的理論密度。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，較長(zhǎng)的燒結(jié)40時(shí)間可以進(jìn)ー步改進(jìn)燒結(jié)密度。燒結(jié)40之后還可以采用另外的二次加工，包括機(jī)械加工50以及其他步驟(未示出)，包括重壓、壓印、篩分、去毛刺、表面壓縮錘擊、 接合、滾磨等。此外，可以采用防止氧化的步驟，例如在某些情況中，例如將熱鍛用作燒結(jié)40之后的機(jī)械加工50之一的情況，通過(guò)添加氧化物或相關(guān)涂層。優(yōu)選地，使用磁場(chǎng)25幫助形成經(jīng)歷磨碎和激活步驟20的材料。這發(fā)生在沖擊加載30之前(或同吋)，從而有助于促進(jìn)粉末在磁場(chǎng)(優(yōu)選在大約1. 5至2特斯拉之間)下對(duì)齊。磁場(chǎng)會(huì)引起混合物中的各獨(dú)立磁粉對(duì)齊，從而所完成的磁體將具有優(yōu)選的磁化方向。在ー種形式中，使用潤(rùn)滑劑(未示出)可有助于避免由于沖擊加載30中固有的高壓所引起的開(kāi)裂問(wèn)題。例如，合金粉末IOA至ION中的一個(gè)可以包含潤(rùn)滑劑，優(yōu)選的以達(dá)到大約2重量百分?jǐn)?shù)的量，潤(rùn)滑劑可以在粉末IOA至ION引入模具之前與其混合。根據(jù)剩余的加工參數(shù)，優(yōu)選地與無(wú)機(jī)的(例如氮化硼、ニ硫化鑰、ニ硫化鎢)或有機(jī)的(例如硬脂酸鋅或石蠟)載體一起使用潤(rùn)滑剤。如上所述，優(yōu)選的是制造小的磁體零件，而不是此后從中取出較小片的大塊材料。在ー種形式中，小磁體零件為大約2厘米長(zhǎng)和大約5毫米厚，并以近凈形(在ー種形式中其可以大體為直線的，而另ー種形式為稍微弓形的)制造。由于氧化關(guān)系到這些零件，有利的是在真空環(huán)境中進(jìn)行至少ー些步驟，例如所示的真空70，但是伴隨著抽空過(guò)程的加熱和伴隨的擴(kuò)散趨于引起RE材料從表面的損耗。由此，可以使用保護(hù)層或涂層60用于防止在燒結(jié)40過(guò)程中的該鏑(Dy)或鋱(Tb)的損耗。在ー種形式中，保護(hù)涂層60為配置為具有高的熱絕緣和抗氧化特性的陶瓷涂層。例如，可以使用由懸浮在硅酸鈉的有機(jī)基(例如こ醇或丙酮)溶液中的陶瓷顆粒和礦物顆粒的混合物制成的漿料。在ー種形式中，該混合物可以包括(按重量)大約55至65 %的氧化硅，大約25至35 %的氧化鎂，大約2至8 %的高嶺土以及大約2至8%的蒙脫石。按重量大約20至40%的溶液包括溶解的硅酸鈉，其具有的硅石對(duì)氧化鈉摩爾比率為大約2. 5至3. 8。通過(guò)這種方式，漿料按重量含有溶液的大約40至48份。該漿料可以用于涂覆磁體，在這之后，在燒結(jié)40之前兩者以慢速率(例如在大約每分鐘1°C和每分鐘5°C之間)被加熱；通過(guò)這種方式，促進(jìn)了硅酸鈉的徹底脫水，如陶瓷顆粒和硅酸鈉之間的反應(yīng)。該慢加熱能夠以節(jié)省能源的方式與燒結(jié)40 —起在真空下進(jìn)行。必須注意保證任何施加的涂層60在經(jīng)歷與真空70 —起使用以提供熱處理的熔爐之前基本上沒(méi)有任何殘余液體或漿料存在，以避免后續(xù)燒結(jié)40過(guò)程中的揮發(fā)性問(wèn)題。同樣地，用于在燒結(jié)40之前將保護(hù)涂層60放置在磁體上以防止表面元素例如鏑(Dy)或其他RE損失的方法(例如前面段落所述的)將采用有機(jī)的(而不是無(wú)機(jī)的)溶劑作為粘合剤。在優(yōu)選方式中，通過(guò)噴射施加涂層60，優(yōu)選地厚度在大約10至500微米之間，以便降低或消除燒結(jié)40過(guò)程中RE元素的反應(yīng)，以及降低或消除RE元素釋放到真空70中。在優(yōu)選方式中，保護(hù)涂層60為臨時(shí)除層，其可以在與真空70共同(或作為真空的一部分)使用的燒結(jié)40和熱處理之后移除(例如通過(guò)噴丸處理等)。雖然所提及的構(gòu)成保護(hù)層的混合物包含硅酸鈉，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解也可以使用在燒結(jié)溫度下表現(xiàn)出惰性行為的其他仿瓷物質(zhì)；幾個(gè)這樣的實(shí)例是氧化鋁或硫化鏑。而且，一些涂層成分能永久地留在磁體上作為抗氧化保護(hù)涂層。接下來(lái)參照?qǐng)D1B，用于過(guò)程I的沖擊加載30部分的裝備是用于產(chǎn)生沖擊波壓實(shí)的壓制模具130的形式。壓制模具130包括形成腔132的外殼131。具有靜態(tài)的下模133和可移動(dòng)的上模134。可移動(dòng)的上模134置于壓實(shí)活塞135上，該壓實(shí)活塞135進(jìn)而響應(yīng)于用于將高速移動(dòng)傳遞到壓實(shí)活塞135上的爆炸、彈簧或其他介質(zhì)(未示出)。由混合10制造的粉末材料置于下模133中，使得從壓實(shí)活塞135傳遞給粉末材料的沖擊波形成近凈形的致密的生坯件。隨著沖擊加載壓實(shí)，優(yōu)選平面沖擊波因?yàn)樗鼈兲峁┛刂撇?、以及由此提供通過(guò)被壓實(shí)的零件的最大和一致壓實(shí)的能力。在爆炸、蒸發(fā)的鋁箔(在高電壓和大電流下)、或釋放的彈簧驅(qū)動(dòng)的沖擊加載的情況下，在壓制模具130的頂部開(kāi)始加負(fù)荷，并且允許沖擊波使正被壓縮的粉末10的長(zhǎng)度變短。沖擊前沿將密封在上模134和下模133之間的粉末壓實(shí)為固體形式。由沖擊前沿施加的壓カ通常比被壓實(shí)的粉末10的剪應(yīng)カ大非常多。這引起粉末10的塑性變形，以及由于材料的塑性流和孔隙的坍塌引起的壓實(shí)的致密化。由沖擊前沿所引起的顆粒與顆粒之間的摩擦、變形熱和各獨(dú)立顆粒的高速撞擊導(dǎo)致顆粒與相鄰顆粒之間的結(jié)合，從而能夠制造接近于理論密度的壓實(shí)。由此，所制造的磁體最終密度可以至少大約為理論密度的95%、或至少大約為96%、或至少大約為97%、或至少大約為98%、或至少大約為99%，所有這些接近大約7. 5克/厘米3的理論密度。與常規(guī)的壓制方法 相比，沖擊壓實(shí)具有大量?jī)?yōu)點(diǎn)。例如，它不限于小規(guī)模的應(yīng)用，在壓實(shí)中可以保持原有的粉末特性。可以使用特有的成分(包括非化學(xué)計(jì)量成分)和非平衡結(jié)構(gòu)制造零件。同樣地(如上所述)，伴隨的絕熱發(fā)生可以有助于提供粉末的局部熔化，由此能夠使用可能不可兼容的前導(dǎo)材料(例如陶瓷)。隨著爆炸沖擊壓實(shí)，可以將ー層犧牲金屬放置在粉末10和爆炸物之間。在ー種形式中，該層可以由鋼或其他金屬制成的板制成。在另ー種形式中，根據(jù)零件的幾何學(xué)，其可以為模具130的一部分。對(duì)于彈簧釋放機(jī)構(gòu)，在粉末10和彈簧(未示出)之間可需要模具130的一部分。典型地，沖擊加載過(guò)程僅使用一個(gè)沖程和ー個(gè)模具，并產(chǎn)生ー個(gè)或多個(gè)零件。但是，如果需要，可以使用多個(gè)沖程。尤其對(duì)于使用彈簧釋放沖擊加載機(jī)械更是如此。如上結(jié)合圖1A所述，一旦零件經(jīng)受沖擊加載30，它就可以經(jīng)歷燒結(jié)40以改進(jìn)其密度和強(qiáng)度。如上所述，零件典型地以大約rc /分鐘至5°c /分鐘的慢速率被加熱到大約900°C至大約1200°C的范圍內(nèi)的溫度大約I至10小時(shí)之間。尤其，加熱速度可以在大約2°C/分鐘至5°C/分鐘之間?？梢耘c燒結(jié)一起進(jìn)行老化。因而，平均燒結(jié)溫度為大約1050°C，典型的燒結(jié)和老化時(shí)間為大約5至30小吋。典型的燒結(jié)真空在大約10_3至大約1O-5帕斯卡的范圍內(nèi)。這些較長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間可以顯著提高燒結(jié)密度，同時(shí)慢加熱速率促進(jìn)漿料材料的徹底脫水。與其他形式的粉末冶金處理一祥，可以使用冷卻時(shí)間表，其中在很多小時(shí)過(guò)程內(nèi)冷卻所燒結(jié)和壓實(shí)的元件。可以由熱作工具鋼(例如D2鋼)、不銹鋼、鎢合金、鎳基超耐熱合金或其他材料在高溫下以高強(qiáng)度制成壓制模具130。接下來(lái)參照?qǐng)D2和3，示出了永磁體電機(jī)200的一部分和使用這種電機(jī)200的車輛300，同時(shí)為了比較目的另外示出了感應(yīng)電機(jī)400。在當(dāng)前形式中，車輛300配置為混合動(dòng)カ(也稱為混合電動(dòng)車輛01EV)或增程型電動(dòng)車(EREV)，其是稱為電動(dòng)車輛(EVs)的較大類的車輛的一部分)，其中電機(jī)200與燃料電池(未示出)或電池組210協(xié)同使用，以向車輛300的車輪傳遞推進(jìn)功率。還可以使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)(ICE) 220 ;這樣的內(nèi)燃機(jī)可以直接耦接到動(dòng)カ傳動(dòng)系以將功率傳遞給車輪，或者可以耦接到電機(jī)200以便將軸馬カ轉(zhuǎn)換為電功率。尤其參照?qǐng)D2，沿電機(jī)200的軸向尺寸的剖面圖示出了由磁兼容材料(例如鉄)制成的定子201和轉(zhuǎn)子202。定子201確定了多個(gè)徑向延伸的齒203，其為多個(gè)電樞繞組204提供支撐。在想象的實(shí)施例中，根據(jù)電樞繞組204的數(shù)量，齒203的數(shù)量有助于確定產(chǎn)生多相配置的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，構(gòu)成繞組204的載流電線確定了可繞齒203纏繞的傳統(tǒng)的U相、V相和W相配置。多個(gè)RE永磁體206設(shè)置在轉(zhuǎn)子202的外圍，從而它們與由定子201上的繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行磁通信。出于簡(jiǎn)潔，示出了永磁體結(jié)構(gòu)200和感應(yīng)結(jié)構(gòu)400之間的比較。
進(jìn)而，永磁體電機(jī)200和感應(yīng)電機(jī)400的比較突顯，可以采用根據(jù)本發(fā)明制造的前述永磁體206。感應(yīng)電機(jī)400使用帶有轉(zhuǎn)子繞組407的轉(zhuǎn)子402，該轉(zhuǎn)子繞組與定子401中類似的繞組404配合使用，從而使繞組404中的電流變化引起轉(zhuǎn)子402和軸405的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，圖3示出的電機(jī)可以合適地配置為用作永磁體電機(jī)。在圖2所示出的設(shè)備的替代配置(未示出)中，代替在轉(zhuǎn)子202中形成永磁體206，可以在定子201中形成永磁體206 ;本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，兩者中任一變型均適于供根據(jù)本發(fā)明制造的磁體206使用。注意到此處所采用的術(shù)語(yǔ)如“優(yōu)選地”、“通常地”、以及“典型地”不用于限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍或暗示某些特征對(duì)于本發(fā)明所要求保護(hù)的結(jié)構(gòu)或功能是關(guān)鍵的、必要的、或者甚至是重要的。相反，這些術(shù)語(yǔ)僅用于強(qiáng)調(diào)在本發(fā)明的具體實(shí)施例中可以或可以不采用的替換的或另外的特征。為了描述和限定本發(fā)明的目的，應(yīng)該注意的是，此處所采用的術(shù)語(yǔ)“基本上”表示可以歸因于任何定量比較、數(shù)值、測(cè)量或其他表示的不確定性的固有程度。此處還采用的術(shù)語(yǔ)“基本上”表示定量表示可以從聲明的基準(zhǔn)改變的程度，而不會(huì)導(dǎo)致所討論主題的基本功能產(chǎn)生變化。已經(jīng)參照特有實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，明顯的是，在不偏離所附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的保護(hù)范圍情況下，改變和變形是可能的。尤其，雖然本發(fā)明的某些方面此處被認(rèn)為是優(yōu)選的或尤其有利的，但是應(yīng)該想到本發(fā)明并不必限于本發(fā)明的這些優(yōu)選方面。
權(quán)利要求
1.一種近凈形成形稀土永磁體的方法，所述方法包括將多種磁性材料粉末引入到模具中；將所述多種粉末混合以制成混合粉末；在所述模具中將所混合的粉末沖擊壓實(shí)，以制成壓實(shí)粉末；以及燒結(jié)所述壓實(shí)粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括通過(guò)在所述燒結(jié)之前加上保護(hù)層而減少所述壓實(shí)粉末的氧化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包括使所述壓實(shí)粉末經(jīng)歷真空氣氛或氧化的惰性氣氛中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述壓實(shí)粉末的密度為理論密度的至少大約90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中燒結(jié)所述壓實(shí)磁性材料粉末包括以大約1°C/min至大約5°C /min的速度加熱到大約900°C至大約1200°C范圍內(nèi)的溫度大約I至10小時(shí)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述多種粉末中的至少一種包括鏑和鋱中的至少一種，從而在所述沖擊壓實(shí)之前，所述鏑和鋱中的所述至少一種以大約I重量百分?jǐn)?shù)至大約9 重量百分?jǐn)?shù)的數(shù)量存在于所述稀土磁性材料粉末中。
7.—種沖擊壓實(shí)稀土永磁體的方法,所述方法包括將釹鐵硼粉末和含有鏑和鋱中至少一種的粉末的混合物引入到模具中；使用磁場(chǎng)優(yōu)先地對(duì)齊所述釹鐵硼粉末和所述含有鏑和鋱中至少一種的粉末的至少一種；沖擊壓實(shí)所述粉末；以及燒結(jié)所述壓實(shí)粉末。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述混合物還包括達(dá)到約2重量百分?jǐn)?shù)的量的潤(rùn)滑劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述潤(rùn)滑劑為基于無(wú)機(jī)的，包括氮化硼、二硫化鑰和二硫化鎢中至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述潤(rùn)滑劑為基于有機(jī)的，包括硬脂酸鋅和石蠟的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及稀土永磁體的近凈形制造。一種近凈成形稀土永磁體的方法和永磁體。所述方法包括將多種磁性材料粉末引入到模具中，關(guān)閉模具和沖擊壓實(shí)所述模具中的所述粉末，以及燒結(jié)所壓實(shí)的磁體粉末以形成稀土永磁體零件。在一種形式中，經(jīng)歷壓實(shí)的磁性材料為由兩種或多種不同磁性材料粉末前導(dǎo)體制成的混合物。在所述混合物中可以添加附加的材料。一種這樣的附加材料可以是用于減小開(kāi)裂可能性的潤(rùn)滑劑，而另一種可以是用于提供混合物的氧化保護(hù)的涂層。在過(guò)程的燒結(jié)或相關(guān)高溫部分之前或與其一起還可以使用真空或惰性環(huán)境。
文檔編號(hào)H01F1/053GK103035400SQ201210460508
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者E·P·貝克, Y·王 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司