多织构整体烧结成型稀土永磁环及其制造方法 【技术领域】
本发明属于稀土永磁体的制造领域。特别适用于采用粉末冶金方法所制备的多极取向织构整体烧结成型的稀土永磁环。
背景技术
在现有技术中，采用粉末冶金方法制备的整体烧结成型稀土永磁环的生产技术已有多种，例如有粉末冶金烧结成型永磁环、粉末粘结成型等，但是由于永磁材料本身所具有的特性，使材料的使用者和设计者所设计的永磁环均为N-S单极取向织构的磁环。众所周知，在磁性材料中，想要使永磁环得到高辐向取向的磁性能，则必须使磁性材料内部组织沿着易磁化轴方向进行有序的排列，所以高的磁性材料都有很强的磁各向异性。在多极取向织构稀土永磁体中，磁极位置的易磁化轴是通过沿该处磁体表面法线方向取向而实现的，因此在已形成取向织构的磁极处，才可能会具有很强的磁各向异性，从而使磁极处的磁场大大增强。而采用烧结稀土永磁合金制取地多织构取向永磁体到目前为止还未见到过有关的报导。在现有技术的生产中，有采用模压粘结磁粉的方法生产钕铁硼永磁多极环，在该永磁环的制备中，所采用的磁粉材料为各向同性的永磁粉，然后将磁粉与环氧树脂混粉后经模压、烘烤后完成。该类粘结模压多极永磁体的磁性能很低以及受磁体固有特性的限制，所以在使用的领域范围也很窄。另外还有在前申请的专利号为(ZL、88103837)专利文献中，介绍的《辐向取向钕铁硼永磁环及其制造方法》是一种采用各向异性磁粉制备的永磁体，经过对永磁体经辐向充磁后，在永磁环取向的方向上磁场虽然有所增强，但该种永磁体仍然为N-S单极取向织构的磁体，其缺点是取向度低，磁性能差，容易断裂，加工困难等缺点。到目前为止还未见到有关采用各向异性的稀土永磁粉，制备成多极取向的，在材料内形成多织构的，整体烧结成型的稀土永磁环。
发明目的及内容
本发明的目的是提出具有各项磁性能指标高、机械性能好，使用范围广，产品合格率高的多织构整体烧结成型稀土永磁环及其制造方法。
由本发明所提出的多织构整体烧结成型稀土永磁环，该永磁环的组成是采用磁各向异性粉末，经设定取向压制成型后，再经整体烧结工艺制备而成。这种稀土永磁环具有多极性的各向异性内部织构组织，组成该多织构整体烧结成型稀土永磁材料的晶粒磁性易磁化轴，是按设计者的设计要求进行有序的多极取向排列、压制成型，经过烧结处理后的稀土永磁环再经多极相对应的多织构组织进行充磁后，其该永磁环形成的内在多极取向织构的分布，可体现在各磁极处能获得增强的磁场效应，同时在有些位置也能尽量降低磁场的作用，和克服了永磁环易断裂的缺陷。因此本发明所提出的产品是一种多织构整体烧结成型的稀土永磁环，其特征是在该多织构整体烧结成型的稀土永磁环内存在有两种以上的内部织构组织，该稀土永磁环的表面具有两个以上的磁极。该多极稀土永磁环的制备是采用(SmRe)28～38(CoTM)62～72；(SmRe)22～29(CoTM)71～78；(NdRe)25～35(CoTM)63.8～74.2B0.8-1.2这三种稀土永磁粉末中的任意一种。制备上述的稀土永磁环用永磁粉末应采用具有磁各向异性的稀土永磁粉末，制备多织构稀土永磁环用永磁粉末的平均粒度应为3-8μm。该多极取向织构整体烧结成型稀土永磁环的制备方法，是采用粉末冶金工艺中的稀土永磁粉，经多极取向、压制成型后再进行烧结热处理，其特征在于将稀土永磁粉装入成型模具中，经设定磁极的取向后再进行压制成型，然后在氩气保护下进行烧结及热处理，再对已有设定织构的稀土永磁环，按取向相对应的磁极进行饱合充磁。在上述多织构整体烧结成型稀土永磁环的制备方法中，烧结制度为1020℃-1300℃保温0.5-3小时后淬火至室温或按设定温度进行梯度、控速降温至室温，热处理温度为500℃-1000℃保温0.5-5小时进行梯度降温保温后气淬冷却至室温。在上述稀土永磁环的成份中：Re是指包括Y在内的和其他的稀土元素；TM为过渡元素中的任意一种，或多种元素之和；括号下角标的数字均指(重量％)。
本发明提出的是具有多织构整体烧结成型的稀土永磁环。这种磁体具有多极性的内在织构组织，这种织构组织的形成是按设计者的要求，将稀土永磁材料粉末晶粒的磁性易轴按设计需要进行取向排列，经多极取向充磁后，则在成型模具内按取向的磁力线分布，可根据需要灵活安置并可在磁极处获得增强的磁场，如附图1所示(示意图)。在附图1中给出的是具有4对取向(闭合磁路)磁极的稀土永磁环，从附图1中可以看出，该永磁环是经设定取向、压制成型、烧结后的稀土永磁环内部有四组易磁化织构存在，经充磁后在永磁环内所显示磁化场的示意图。在该稀土永磁环的内部显示有很弱的磁性能(在晶粒的磁性易轴的磁畴取向排列时，由于漏磁散射所造成)，而在该稀土永磁环的外部确有很强磁场的4对N-S磁极。本发明的多织构整体烧结成型稀土永磁环的制备方法，是采用(SmRe)28～38(CoTM)62～72；(SmRe)22～29(CoTM)71～78；(NdRe)25～35(CoTM)63.8～74.2B0.8-1.2这三种稀土永磁粉末中的任意一种，做为多织构稀土永磁环的制备原料，首先取平均粒度在3-8μm的，具有磁各向异性的稀土永磁粉放入压制成型模具中，并按设计者的要求进行多极取向和压型，再将压制成型后的多极取向永磁环坯放进炉中，先抽真空至10-2pa后升温至1020℃-1300℃进行充氩气保护，保温0.5-3小时后控速气淬至室温或按设定温度进行梯度、控速降温至室温，梯度回火热处理制度为500℃-1000℃进行充氩气保护，保温0.5-5小时后按设定温度进行梯度、控速降温至室温，完成合金化烧结和梯度回火热处理的工序。然后再对该多织构稀土永磁环进行打磨修整成交货产品，根据用户要求可以对已有设定织构的稀土永磁环，按取向相对应的磁极进行饱合充磁。
采用本发明方法所制备的多织构整体烧结成型稀土永磁环与现有技术相比较，具有产品的各项磁性能指标高、机械力学性能好，使用领域范围宽，和产品合格率高等特点，尤其是采用本发明产品被使用在特定的环境中(只对单个方向显示多个磁极场的用途)更显优势，因此该多织构整体烧结成型稀土永磁环的产品组合磁场的磁性能均匀性，是其他永磁体组合后所不易达到的。
【附图说明】
在本发明多织构整体烧结成型稀土永磁环说明书中的附图为，附图1是具有4对(N-S)磁极的4组织构稀土永磁环，经充磁后磁体内部磁场显示的示意图。在附图1中磁环的外表面显示很强的磁性能，每对(N-S)为一组半闭合式的磁极，在附图1中磁环的内表面磁场会显示很弱的磁性能，因此该类永磁环会满足一些特殊的使用要求。附图2是具有3对磁极的稀土永磁环，该永磁环的内环表面显示有三对N-S极，在磁环的外表面仍会显示很弱的磁性能，其他则与附图1类似。附图3为附图1的多织构整体烧结成型稀土永磁环的取向或充磁时工作示意图。附图4为附图2的多织构整体烧结成型稀土永磁环的取向或充磁时工作示意图。在附图中、1为多织构稀土永磁环的外表面；2为多织构稀土永磁环的内表面；3为多织构稀土永磁环的取向、充磁磁极；在附图中永磁环内部的箭头所指流向，为永磁环内部的取向和织构的排列示意，在附图3、4中的取向、充磁磁极上箭头所指流向为充磁电流的流向。
【具体实施方式】
根据本发明所提出的具有多织构整体烧结成型稀土永磁环，我们一共做了6组试验，试验所用材料的对比见表1，试验所用工艺的对比见表2，试验产品的各项性能的对比见表3。为了对比方便我们同时也列出了两组现有技术的产品。在上述对比表中，序号1-6为本发明的多织构整体烧结成型稀土永磁环，其中序号1.3.5为外4对(N-S)磁极织构的稀土永磁环，序号2.4.6为内3对(N-S)磁极织构的稀土永磁环，序号7.8为现有技术中的产品(辐向均匀取向成型烧结磁体)。
表1为本发明实施例试验所用材料的对比(wt％) 序号 成分及样品尺寸(外) 实施例1 Sm25.5Co38.5Cu8Fe25Zr2Nb1φ(30-20)×10 实施例2 Nd32.4Dy0.4Fe66.06Nb0.1B1.04φ(45-38)×50 实施例3 Sm34.8Co65.2φ(10-5)×30 实施例4 Sm25.4Co48.6Cu13Fe12Zr1φ(100-80)×20 实施例5 Nd31.2Dy0.5Fe67.07Ga0.1Nb0.1B1.03φ(80-20)×60 实施例6 Nd31.6Dy1.5Fe65.82B1.08φ(45-32)×30 对比例7 (相对实施例1) Sm24.5Co50.7Cu14Fe10Zr0.8φ(30-20)×10(均匀辐向取向成型) 对比例8 (相对实施例6) Nd30.2Dy2.5Fe66.24B1.06φ(45-32)×30(均匀辐向取向成型)
表2为本发明实施例试验所用工艺的对比 序号 真空度(Pa) 保温 烧结 回火气氛 实施例1 10-2 850℃×30′1180℃×60′后以160℃/min的速度冷至室温700℃×30′+600℃×60′+500℃×120′+400℃×600′+气淬Ar气 实施例2 10-2 850℃×30′1050℃×30′+1095℃×180′+气淬890℃×120′+气淬+580℃×120′+气淬Ar气 实施例3 10-2 900℃×30′1120℃×60′后以0.8℃/min的速度冷至900℃，再以150℃/min的速度冷至室温(无)Ar气 实施例4 10-2 850℃×30′1175℃×120′后以160℃/min的速度冷至室温700℃×60′+600℃×30′+500℃×120′+400℃×600′+气淬Ar气 实施例5 10-2 850℃×30′1185℃×50′后以160℃/min的速度冷至室温830℃×30′+700℃×30′+600℃×60′+500℃×120′+400℃×600′+气淬Ar气 实施例6 10-2 820℃×30′1070℃×30′+1105℃×180′+气淬910℃×150′+605℃×180′+气淬Ar气 对比例7 10-2 850℃×30′1180℃×60′后以160℃/min的速度冷至室温700℃×30′+600℃×60′+500℃×120′+400℃×600′+气淬Ar气 对比例8 10-2 820℃×30′1070℃×30′+1105℃×180′+气淬910℃×150′+605℃×180′+气淬Ar气
表3为本发明实施例试验产品的磁性能的对比 序号 Br (KGs) bHc (KOe) iHc (KOe) (BH)max (MGOe)产品合格率 (％)实施例1 11.2 6.8 7.0 27.0 94实施例2 13.4 12.9 15.0 43.1 96实施例3 10 9 30 23.5 92实施例4 11.0 9.9 23.0 28 97实施例5 13.8 13.4 17.8 45.0 93实施例6 13.6 13.1 25.0 43.9 95对比例7(相对实施例1) 9.0 6.6 7.3 19.2 76对比例8(相对实施例6) 12.4 10.9 16.4 35.2 60
表4本发明实施例及比较例饱和充磁后测得的磁极处表面场(KGs)