一種粘結稀土永磁合金的成形工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種Nd-Fe-B系粘結稀土永磁合金的成形工藝，其主要包括磁性粉末的制備、預處理、與粘結劑的混煉和注射成形等步驟。所述Nd-Fe-B系稀土永磁合金具有如下的組成：以原子百分含量計，Nd15.0-18.0、B5.0-6.0、Al0.2-0.3、Co7.0-10.0、Nb0.5-0.8、Zr0.1-0.3、Cu0.2-0.4、Dy3.0-5.0，余量為Fe和不可避免的雜質，本發明的成形工藝制備得到的粘結合金體系具有優異的磁性能和耐腐蝕性能。
【專利說明】一種粘結稀土永磁合金的成形工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及稀土永磁材料的【技術領域】，特別是提供一種Nd-Fe-B系粘結稀土永磁材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]永磁材料作為現代工業與科學技術中應用最為廣泛的一種功能材料，主要包括鋁鎳鈷永磁材料、鐵氧體永磁材料、稀土永磁材料和其他的永磁材料等。其中稀土類永磁材料是稀土金屬和過渡金屬形成的合金經過一定的工藝制成，是目前綜合性能最好的一類永磁材料。
[0003]而依據制備方法，釹鐵硼永磁材料又可以分為燒結釹鐵硼和粘結釹鐵硼兩大類。其中，燒結粘結釹鐵硼永磁材料的磁性能雖然很高，但矯頑力等偏低，抗腐蝕性能差，特別是加工性能嚴重不足，燒結過程中還會產生大幅收縮，導致其尺寸精度無法保證，通常需要研磨等后處理工藝，使其在應用中受到很大的限制。粘結釹鐵硼永磁材料則是將釹鐵硼磁粉與樹脂、塑料等高分子化合物或低熔點金屬等粘結劑均勻混合，然后通過壓縮、擠出或注射等成形方法制成的復合型永磁材料，與燒結釹鐵硼永磁材料相比，粘結釹鐵硼永磁材料雖然磁性能有所下降，但其穩定性更好，同時其磁體形狀自由度好，能夠制成薄壁、小型、異形及尺寸精度高的產品，加之其密度小，成本低、材料回收循環使用性好的特點，近年來發展很快，被廣泛用于音響設備、計算機、移動通訊工具等各個領域。
[0004]然而粘結釹鐵硼材料的制備也存在著很多問題，首先就是磁性能與成形性能之間存在的矛盾，即為了盡可能提高材料的磁性能，希望盡量提高復合永磁材料中的釹鐵硼磁粉添加量，但過高的裝載量必然會降低磁粉與粘結劑混合物的流動性，進而惡化后續的混煉、成形等性能。雖然目前采用了諸如對于磁粉末進行耦合劑表面處理等改善方法，但所達到的效果仍然難以令人滿意。另外由于磁性粉末表面活性很高，加之破碎、氫爆導致粉體表面存在大量微裂紋，使得粉末極易被氧化，從而提高了混合物的粘度而影響成形性等。
[0005]如何能夠獲得一種既有優異的成形性能，又同時兼具了優異磁性能的新型粘結釹鐵硼永磁材料，一直是人們不斷追求和研究的主要方向。

【發明內容】

[0006]本發明的目的即在于提供一種新型的Nd-Fe-B系粘結稀土永磁材料的成形工藝。
[0007]本發明中的成形工藝包括如下的制備步驟:
[0008]1)制粉，通過熔煉、甩帶澆注、機械破碎、氫爆、磨碎的順序加工得到Nd-Fe-B系磁性粉末。
[0009]2)預處理，將磁性粉末與以二甲基乙酰胺為溶劑的聚酰胺-酰亞胺樹脂溶液混合攪拌均勻后，加熱至150-180°C，使得溶劑得以揮發并在磁粉表面得到硬化膜。
[0010]3)混煉，將覆膜后的磁粉與聚酰胺樹脂粘結劑以及添加助劑混合，在雙軸混煉機中進行混煉，混煉溫度為200-220°C，混煉時間30-40min。[0011]4)注射成形，將模具溫度預熱到100-120 °C，注射溫度240-260 V，在1800-2000kA/m的磁場強度、20_25MPa的注射壓力下注射成形并保壓，得到本發明的Nd-Fe-B系粘結稀土永磁合金。
[0012]進一步的，所述聚酰胺-酰亞胺樹脂的添加量為1-1.2份。
[0013]進一步的，所述聚酰胺樹脂為數均分子量為15000-18000的尼龍6，且其添加量為3-5。
[0014]進一步的，所述添加助劑為2，6- 二叔丁基苯酚和活性炭，其添加量相對于100重量份的磁性粉末分別為0.8-1.0份和1-1.4份。
[0015]進一步的，本發明中所使用的Nd-Fe-B系粘結稀土永磁合金粉末具有如下的組成:以原子百分含量計，Ndl5.0-18.0、B5.0-6.0、A10.2-0.3、Co7.0-10.0、Nb0.5-0.8、Zr0.1-0.3、Cu0.2-0.4、Dy3.0-5.0，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0016]進一步的，所述熔煉，是將配備好的合金原料放入真空感應熔煉爐中，將熔煉爐抽真空至15-20Pa并加溫熔煉直至溫度升溫至1150°C時開始充入氬氣至壓強為0.3-0.4MPa，隨后升溫至1350-1400°C精煉5-10分鐘，保溫靜置1-1.5分鐘。
[0017]進一步的,所述甩帶燒注,是采用直徑為500mm的冷卻棍，控制冷卻速度在2.7m/s-3m/s，得到厚度為0.2-0.4mm的鑄。
[0018]進一步的，所述機械破碎，是將鑄片通過機械破碎得到粒徑為100-200 μ m的粗粉；
[0019]進一步的，所述氫爆，在氫氣流量為l_2L/min的條件下將機械破碎得到的粗粉加熱到800-820°C，保溫5-10min后，增大氫氣流量至3_4L/min并保持，吸氫2_3h，隨后排氫并充入氬氣，在氬氣壓力達到0.8-lMPa時開始抽真空脫氫，至真空度2-4Pa時，脫氫結束；
[0020]進一步的，所述磨碎,是采用氣流磨磨碎，具體是添加0.10-0.13wt%的硬脂酸鋅，在氮氣氣氛中破碎至平均粒徑為30-50 μ m,得到細粉。
[0021]本發明的優點在于:(1)合理設計了合金的成分，通過輕、重稀土的合理配比，以及其他合金元素的適度添加，獲得了最優性能的稀土永磁合金；(2)采用了適當的預處理、熱塑性樹脂粘結劑和添加助劑，以及相應的混煉工藝，獲得了高裝載率且具有優異成形性能的熔融流體；(3)采用了先進的注射成形工藝，制備得到了性能優異的Nd-Fe-B系粘結稀土永磁合金。
【具體實施方式】
[0022]實施例1-4，以及對比例1-3:
[0023]1)熔煉，將按表1中成分配備好的合金原料放入真空感應熔煉爐中，將熔煉爐抽真空至18Pa并加溫熔煉直至溫度升溫至1150°C時開始充入氬氣至壓強為0.4MPa，隨后升溫至1380°C精煉8分鐘，保溫靜置1.5分鐘；
[0024]2)澆注，采用甩帶澆注的方法，冷卻輥直徑為500mm，控制冷卻速度在2.8m/s，得到厚度為0.3mm的鑄片；
[0025]3)機械破碎，將鑄片通過機械破碎得到粒徑為150 μ m的粗粉；
[0026]4)氫爆，在氫氣流量為1.5L/min的條件下將機械破碎得到的粗粉加熱到820°C，保溫8min后，增大氫氣流量至4L/min并保持，吸氫3h，隨后排氫并充入氬氣，在氬氣壓力達到0.9MPa時開始抽真空脫氫，至真空度3Pa時，脫氫結束；
[0027]5)磨碎，采用氣流磨磨碎，具體是添加0.12wt%的硬脂酸鋅,在氮氣氣氛中破碎至平均粒徑為40 μ m,得到細粉。
[0028]6)預處理，將細粉與以二甲基乙酰胺為溶劑的聚酰胺-酰亞胺樹脂溶液混合攪拌均勻后，加熱至150°C，使得溶劑得以揮發并在磁粉表面得到硬化膜；其中聚酰胺-酰亞胺樹脂的混合添加量相對于磁粉末100重量份為1份。
[0029]7)混煉，將覆膜后的磁粉與聚酰胺樹脂粘結劑以及添加助劑混合，在雙軸混煉機中進行混煉，混煉溫度為200°C，混煉時間為30min，其中，所述的聚酰胺樹脂為分子量為15000的尼龍6，其添加量相對于100重量份的磁性粉末為3份，所述的添加助劑為2，6- 二叔丁基苯酚和活性炭，其添加量相對于100重量份的磁性粉末分別為0.8份和1份。
[0030]8)注射成形，將模具溫度預熱到100°C，注射溫度240°C，在1800kA/m的磁場強度、20MPa的注射壓力下注射成形并保壓，得到本發明實施例1-4以及對比例1_3的Nd-Fe-B系粘結稀土永磁合金。
[0031]所述的合金元素中Nd、Fe和B是形成釹鐵硼主相的基本元素，必須保證Nd的含量超過15.0，否則將難以有效形成稀土永磁合金，然而其含量也不能過高，否則將限制其他元素的添加數量而影響合金整體的性能。B也是主相的基本組成元素，其含量應當超過5.0，但過多的添加會導致磁性能的惡化。
[0032]鋁元素能夠顯著的起到提高矯頑力的作用，同時對于改善合金的加工性能起到有益的作用，但過量的添加對于矯頑力的提高并無益處，反而會導致剩磁的顯著下降，本發明合金體系中的A1應在0.2-0.3的范圍內。
[0033]鈷元素能明顯改善合金體系的居里溫度，但鈷的添加會明顯導致剩磁、矯頑力等性能的下降，因此必須嚴格控制鈷元素的添加量，為了使其起到對于居里溫度足夠的提高作用，其添加量至少應為7.0，同時為了限制其添加的副作用，應當控制其含量在10.0以下。
[0034]鈮和鋯都是典型的抑制晶粒長大的元素，在合金體系中能夠起到抑制晶粒長大，提高方形度等作用，其添加含量的不足將會影響磁粉在脫氫重組過程中形成各向異性，從而導致成形后合金體系磁性能的顯著不足。
[0035]銅元素能夠避免主相對于富釹相過度固溶，從而顯著提高矯頑力，但過多的銅的添加則會影響主相晶粒的平滑，從而顯著降低合金的磁性能。此外，銅還能在一定程度上起到抑制鈷惡化磁性能的效果。
[0036]重稀土元素鏑的添加能夠顯著的改善合金體系的矯頑力，但是其過多的添加會惡化合金的剩磁等性能，因此限制其添加量為3.0-5.0。
[0037]表1
【權利要求】
1.一種Nd-Fe-B系粘結稀土永磁合金的成形工藝，其特征在于所述方法包括如下步驟:1)制粉，通過熔煉、甩帶澆注、機械破碎、氫爆、磨碎的順序加工得到Nd-Fe-B系磁性粉末。2)預處理，將磁性粉末與以二甲基乙酰胺為溶劑的聚酰胺-酰亞胺樹脂溶液混合攪拌均勻后，加熱至150-180°C，使得溶劑得以揮發并在磁粉表面得到硬化膜。3)混煉，將覆膜后的磁粉與聚酰胺樹脂粘結劑以及添加助劑混合，在雙軸混煉機中進行混煉，混煉溫度為200-220°C，混煉時間30-40min。4)注射成形，將模具溫度預熱到100-120°C，注射溫度240-260°C，在1800_2000kA/m的磁場強度、20-25MPa的注射壓力下注射成形并保壓，得到本發明的Nd-Fe-B系粘結稀土永磁合金。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述聚酰胺-酰亞胺樹脂的添加量為1-1.2份。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述聚酰胺樹脂為數均分子量為15000-18000的尼龍6，且其添加量為3_5。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述添加助劑為2，6-二叔丁基苯酚和活性炭，其添加量相對于100重量份的磁性粉末分別為0.8-1.0份和1-1.4份。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述Nd-Fe-B系粘結稀土永磁合金具有如下的組成:以原子百分含量計，Ndl5.0-18.0、B5.0-6.0、A10.2-0.3、Co7.0-10.0、Nb0.5-0.8、Zr0.1-0.3、Cu0.2-0.4、Dy3.0-5.0，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
【文檔編號】C22C33/02GK103658635SQ201310631653
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】易鵬鵬, 汪維杰, 卓開平, 汪志通, 包捷, 王燕玲, 卓金飛, 卓桂麗, 陳喜芬, 卓開岳, 李永敢 申請人:寧波松科磁材有限公司