一種釹鐵硼永磁材料及製備方法與磁場輔助直接鑄造裝置製造方法
2023-06-19 06:03:21 3
一種釹鐵硼永磁材料及製備方法與磁場輔助直接鑄造裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種釹鐵硼永磁材料及製備方法與磁場輔助直接鑄造裝置，該裝置的主磁體為輻射狀充磁的圓環形磁體；主磁體中心下方設有一塊磁場方向為軸向向上的圓盤形的第一排斥磁體，第一排斥磁體外周設有輻射狀充磁的圓環形的第二排斥磁體；主磁體上端設有調控磁體，在調控磁體上方設有第二軟鐵，在調控磁體的外側設有第一軟鐵，主磁體外側設有一個沿軸向向下充磁的圓環形的磁體引導磁體。該釹鐵硼永磁材料的化學通式為：[Nd(85-x-y)CoxFeyAlzB(15-z)](100-a)Ma，式中30≤x+y≤70，0≤z≤10，a≤4。該材料相對不加磁場製備的材料磁性能提升較大，並且製備工藝簡單、成本較低、產品密實，適合於工業化生產。
【專利說明】一種釹鐵硼永磁材料及製備方法與磁場輔助直接鑄造裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種釹鐵硼磁場輔助直接鑄造裝置，特別涉及一種在該輔助磁場系統下直接鑄造釹鐵硼的製備方法。
【背景技術】
[0002]釹鐵硼(NdFeB)基合金(包括不同成分的稀土 -鐵/鈷_硼合金)作為室溫綜合磁性能最好的稀土永磁材料，廣泛應用於各類機電產品中，其市場值已接近永磁材料的二分之一併逐年上升。NdFeB磁體的製備目前主要採用粉末冶金路線，首先通過不同的方法得到磁性粉末，然後通過燒結、粘結或熱變形(模鍛)得到燒結磁體、粘結磁體和熱變形磁體。磁體製備工藝複雜、工序繁多，粉末冶金缺陷的存在也使材料的整體磁性能降低。此外，燒結磁體存在晶粒粗大、無法製備納米複合磁體的缺點；粘結磁體中，粘結劑導致磁體緻密度降低和剩磁下降、難以獲得各向異性。因此，發展低成本、工藝簡單的高緻密NdFeB磁體製備技術顯得非常重要。
[0003]近年來銅模鑄造法直接鑄造釹鐵硼磁體，在鑄造過程中，以一定壓力差將熔煉的合金注入一定尺寸和形狀的銅模中，當金屬溶液觸碰到銅模後，迅速冷卻得到銅模內腔尺寸的樣品，這種製備方法具有以下優勢:首先簡化了工序，降低了成本；其次解決了材料中的粉末冶金缺陷問題；第三提高了磁體的緻密度。
[0004]但由於在鑄造過程中鑄件芯部和表面冷卻速度的差異，往往先接觸銅模的外表面冷卻速度較快，較大的過冷度使其跳過了結晶過程得到了非晶相或晶粒較小的納米晶，而在鑄件芯部，由於溫度梯度的存在，冷卻速度遠低於表面的冷卻速度，晶粒很容易形核長大。這樣就導致鑄件整體結構不均勻，對磁體的綜合磁性能的提高和後續熱處理的設計產生了較大的影響，並限制銅模鑄造方法在實際生產中的應用。由於以上存在的限制，其磁性能已很難通過調節成分得到較大的提高，而製備各向異性的磁體是大幅度提高磁性能的有效途徑。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術中存在的缺點，提供一種完全緻密，冶金缺陷較少，且組織均勻，晶粒細小的各向異性的釹鐵硼永磁體材料。
[0006]本發明的另一個目的在於提供所述釹鐵硼永磁體材料的製備方法。
[0007]本發明還有一個目的是提供所述釹鐵硼永磁體材料的磁場輔助直接鑄造裝置。
[0008]本發明磁場輔助直接鑄造裝置在鑄造過程中加入一個平行於鑄造方向的輔助鑄造強磁場，在目標區域提供0.7 - 1.2T的靜磁場，通過磁場的作用使晶粒取向，一步形成各向異性的磁體，並細化其晶粒，使組織均勻化。並且只要改變鑄造模具的型腔，就可以製備不同尺寸和大小的釹鐵硼磁體，以滿足不同產品要求。
[0009]本發明的目的通過下述技術方案實現:
[0010]釹鐵硼永磁材料的磁場輔助直接鑄造裝置，包括第一排斥磁體、第二排斥磁體、磁體引導磁體、主磁體、調控磁體、第一軟鐵和第二軟鐵；所述主磁體為輻射狀充磁的圓環形磁體；主磁體中心下方設有一塊磁場方向為軸向向上的圓盤形的第一排斥磁體，第一排斥磁體外周設有輻射狀充磁的圓環形的第二排斥磁體；主磁體上端設有調控磁體，調控磁體的磁場方向為沿軸向向下；在調控磁體上方設有第二軟鐵，在調控磁體的外側設有第一軟鐵，主磁體外側設有一個沿軸向向下充磁的圓環形的磁體引導磁體；第二軟鐵、調控磁體、主磁體中心的圓柱形空腔結構直徑相同；空腔結構中從第二軟鐵、調控磁體到主磁體長度40mm-100mm長的區域為目標區域；目標區域獲得一個軸向磁場，平均值大小為0.7T-1.2T。
[0011]優選地，在第二排斥磁體中心設有通氣孔。第一排斥磁體、磁體引導磁體、主磁體和調控磁體均為輻射狀充磁圓環磁體，由八塊單向充磁的弧形塊拼接成圓環形結構。第一排斥磁體和第二排斥磁體等厚度。主磁體與調控磁體徑向尺寸相同。
[0012]一種釹鐵硼永磁材料的製備方法，包括如下步驟:
[0013]I)將稀土金屬Nd,金屬Co、Fe、Al和非金屬B按如下原子稱重混合如下:
[0014]
【權利要求】
1.釹鐵硼永磁材料的磁場輔助直接鑄造裝置，其特徵在於，包括第一排斥磁體、第二排斥磁體、磁體引導磁體、主磁體、調控磁體、第一軟鐵和第二軟鐵；所述主磁體為輻射狀充磁的圓環形磁體；主磁體中心下方設有一塊磁場方向為軸向向上的圓盤形的第一排斥磁體，第一排斥磁體外周設有輻射狀充磁的圓環形的第二排斥磁體；主磁體上端設有調控磁體，調控磁體的磁場方向為沿軸向向下；在調控磁體上方設有第二軟鐵，在調控磁體的外側設有第一軟鐵，主磁體外側設有一個沿軸向向下充磁的圓環形的磁體引導磁體；第二軟鐵、調控磁體、主磁體中心的圓柱形空腔結構直徑相同；空腔結構中從第二軟鐵、調控磁體到主磁體長度40mm-100mm長的區域為目標區域；目標區域獲得一個軸向磁場，平均值大小為0.7T-1.2T。
2.根據權利要求1所述的釹鐵硼永磁材料的磁場輔助直接鑄造裝置，其特徵在於，在第二排斥磁體中心設有通氣孔。
3.根據權利要求1所述的釹鐵硼永磁材料的磁場輔助直接鑄造裝置，其特徵在於，第一排斥磁體、磁體引導磁體、主磁體和調控磁體均為輻射狀充磁圓環磁體，由八塊單向充磁的弧形塊拼接成圓環形結構。
4.根據權利要求1所述的釹鐵硼永磁材料的磁場輔助直接鑄造裝置，其特徵在於，第一排斥磁體和第二排斥磁體等厚度。
5.根據權利要求1所述的釹鐵硼永磁材料的磁場輔助直接鑄造裝置，其特徵在於，主磁體與調控磁體徑向尺寸相同。
6.應用權利要求1-5任一項所述裝置的釹鐵硼永磁材料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟: 1)將稀土金屬Nd,金屬Co、Fe、Al和非金屬B按如下原子稱重混合如下:稀上金屬Nd 32.79~81.36份金屈Co0~21.93份金屬FeO~63.98份金屬AlO~4.22份Φ金屬B0,54~2.60份； 添加Pr、Dy、Tb、Mo、T1、V、Zr、Nd和C微量添加元素添加量小於1_5份,各元素添加量相等，得到混合原料； 2)將混合原料於真空電弧爐或感應加熱爐中，抽真空至10_3Pa以下，用氬氣清洗爐膛後，再充入氬氣，氬氣充入低於I個大氣壓並在其保護下進行。在氬氣保護下進行反覆熔煉5到8次，每次熔煉1-3分鐘，熔煉溫度1200-1500°C，得到成分均勻的合金鑄錠； 3)將所述合金鑄錠在氬氣保護下進行吹鑄，吹鑄條件為高頻感應加熱，抽真空至10-4Pa以下，用氬氣清洗爐膛後，充入壓差0.08±0.01MPa的氬氣並在其保護下進行；所述吹鑄模具放置於釹鐵硼永磁的磁場輔助直接鑄造裝置，將符合該裝置尺寸的銅模置於目標磁場內，其銅模的澆道口對準石英管的開口，當感應熔煉將合金加熱至完全融化狀態時，加熱30秒-1分鐘，按吹氣開關，利用 氣壓差將合金溶液注入銅模中，等待合金冷卻凝固即可得到與銅模尺寸相應的磁體。
7.一種釹鐵硼永磁材料，其特徵在於其由權利要求6所述製備方法製得，該材料為釹鐵硼硬磁晶粒的合金，其化學通式為:[Nd(85_x_y)C0xFeyAlzB(15_z)] __a)Ma，式中30≤x+y≤70，O≤z≤10，a≤4，M=Pr, Dy、Tb、Mo、T1、V、Zr、Nd和C的微量添加元素，添加量小於原子百分比4%。
8.根據權利要求7所述的釹鐵硼永磁材料，其特徵在於，所述釹鐵硼永磁材料的尺寸和形狀可調。
【文檔編號】B22D27/02GK103894587SQ201410105368
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月20日 優先權日:2014年3月20日
【發明者】劉仲武, 趙利忠, 鄭志剛, 李偉, 王剛, 鍾喜春, 餘紅雅, 曾德長 申請人:華南理工大學