3D列印納米晶各向異性磁體的製作方法

2023-09-12 17:18:00 2

本發明涉及永磁合金，特別是用於3D列印的磁體，具體地說是一種利用3D列印技術製備納米晶各向異性磁體的方法。

背景技術：

3D列印的關鍵技術之一在於所用材料的形態和性能。列印材料一般為球形粉末，粉末的球化率一般要求大於98％。只有高的球化率，才能保證列印粉末均勻、順利地輸送到列印熔池，從而得到組織緻密、低缺陷率的列印產品。目前，國內難以製備高端細顆粒球形金屬粉末，這種粉末依賴進口。

利用低溫、表面活性劑輔助外加磁場高能球磨技術製備具有幾個納米尺度的單疇納米磁粉，通過磁場取向後具有高的取向度，為製備高性能各向異性磁粉提供關鍵技術。採用納米磁粉做3D列印的原料尚屬首創。

可通過噴霧乾燥等技術製備球形粉末。將納米磁粉與溶劑、粘結劑混合，然後進行噴霧、乾燥和燒結。利用這種技術可形成球形粉末。

現有的技術製備磁體需要相應的模具，製作模具需要一定時間和成本，產品脫模後還需後續加工，有一定的加工成本。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種利用3D列印技術製備納米晶各向異性磁體的方法，以具有良好的性價比和加工性能，降低磁體的生產周期和成本。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種利用3D列印技術製備納米晶各向異性磁體的方法，包括以下步驟：

步驟(1)，將釹鐵硼、釤鈷、鋁鎳鈷、錳鉍、釤鐵分別熔煉成合金；

步驟(2)，經過甩帶和氣流磨後製成不同規則形狀的磁性粉體，甩帶速度5-40m/s，採用對噴式氣流磨，噴嘴的空氣壓力為0.3-1MPa，分級輪轉速為3000-4000rpm；

步驟(3)，將上述粉體利用低溫、表面活性劑輔助外加磁場高能球磨技術製備2nm-1μm的納米磁粉；

步驟(4)，將不規則形狀磁性粉體通過噴霧乾燥法得到球形磁性粉體，所得到的球形磁性粉體粒度為1-100μm，球形磁性粉體流動性好，可以用於3D列印；

步驟(5)，將納米磁性粉體或球形納米糰聚磁性粉體與粘結劑和加工助劑混合均勻，粘結劑為環氧樹脂、聚醯胺或酚醛樹脂，加工助劑包含潤滑劑和增塑劑；其中球形磁性粉末為50-100％，粘結劑為0-48％，加工助劑為0-3％，上述百分比為體積百分比；

步驟(6)，將混合好的粉末送入熱擠出機中，擠出機溫度為100-400℃，擠出絲直徑為0.5-10mm；

步驟(7)，根據產品的尺寸和形狀利用計算機軟體進行三維建模，並對產品模型進行分層切片處理；分層厚度為0.01-10mm；

步驟(8)，將三維模型導入3D列印設備中；

步驟(9)，將絲送到3D印表機並加熱到軟化點，加熱溫度為30-900℃，通過擠出機及可移動的具有加熱功能的噴嘴，被擠出的材料沉積在可以加熱的工作檯上凝固，加熱工作檯的加熱溫度為30-900℃，擠出的材料逐層累積並相互粘結，印表機掃描速度為1mm/s-50mm/s,並在列印的過程中進行充磁，直到產品列印完成。

採用上述方案後，與現有技術相比，本發明的有益效果是3D列印製備磁體，製備磁體過程中不需要模具，縮短了生產周期，提高了生產效率，3D列印磁體一次成型，不需要後續加工。由於採用各向異性納米磁粉，磁體磁性能更高。

具體實施方式

實施例1

步驟(1)，將釹鐵硼熔煉成合金；

步驟(2)，經過甩帶和氣流磨後製成不規則形狀的磁性粉體，甩帶速度15m/s，採用對噴式氣流磨，噴嘴的空氣壓力為0.3MPa，分級輪轉速為3000rpm；

步驟(3)，將上述粉體利用低溫、表面活性劑輔助外加磁場高能球磨技術10nm的納米磁粉；

步驟(4)，將不規則形狀磁性粉體通過噴霧乾燥法得到球形磁性粉體，所得到的球形磁性粉體粒度為40μm，球形磁性粉體流動性好，可以用於3D列印；

步驟(5)，將球形磁性粉體與粘結劑和加工助劑混合均勻，粘結劑為環氧樹脂或酚醛樹脂，加工助劑包含潤滑劑和增塑劑；其中球形磁性粉末為90％，粘結劑為9％，加工助劑為1％，上述百分比為體積百分比；

步驟(6)，將混合好的粉末送入擠出機中，擠出機溫度為270℃，擠出絲直徑為1mm；

步驟(7)，根據產品的尺寸和形狀利用計算機軟體進行三維建模，並對產品模型進行分層切片處理；分層厚度為0.1mm

步驟(8)，將三維模型導入3D列印設備中；

步驟(9)，將絲送到3D印表機並加熱到軟化點，加熱溫度為250℃，通過擠出機及可移動的具有加熱功能的噴嘴，被擠出的材料沉積在可以加熱的工作檯上凝固，加熱工作檯的加熱溫度為40℃，擠出的材料逐層累積並相互粘結，印表機掃描速度為20mm/s,並在列印的過程中進行充磁，直到產品列印完成。

實施例2

步驟(1)，將錳鉍熔煉成合金；

步驟(2)，經過甩帶和氣流磨後製成不規則形狀的磁性粉體，甩帶速度20m/s，採用對噴式氣流磨，噴嘴的空氣壓力為1MPa，分級輪轉速為3000rpm；

步驟(3)，將上述粉體利用低溫、表面活性劑輔助外加磁場高能球磨技術50nm的納米磁粉；

步驟(4)，將錳鉍納米磁性粉體與粘結劑和加工助劑混合均勻，粘結劑為尼龍，加工助劑包含潤滑劑和增塑劑；其中球形磁性粉末為90％，粘結劑為9％，加工助劑為1％，上述百分比為體積百分比；

步驟(5)，將混合好的粉末送入擠出機中，擠出機溫度為250℃擠出絲直徑為1.8mm；

步驟(6)，根據產品的尺寸和形狀利用計算機軟體進行三維建模，並對產品模型進行分層切片處理；分層厚度為0.1mm

步驟(7)，將三維模型導入3D列印設備中；

步驟(8)，將絲送到3D印表機並加熱到軟化點，加熱溫度為250℃，通過擠出機及可移動的具有加熱功能的噴嘴，被擠出的材料沉積在可以加熱的工作檯上凝固，加熱工作檯的加熱溫度為40℃，擠出的材料逐層累積並相互粘結，印表機掃描速度為15mm/s,並在列印的過程中進行充磁，直到產品列印完成。

實施例3

步驟(1)，將釤鈷熔煉成合金；

步驟(2)，經過甩帶和氣流磨後製成不規則形狀的磁性粉體，甩帶速度25m/s，採用對噴式氣流磨，噴嘴的空氣壓力為0.6MPa，分級輪轉速為3000rpm；

步驟(3)，將上述粉體利用低溫、表面活性劑輔助外加磁場高能球磨技術20nm的納米磁粉；

步驟(4)，將不規則形狀磁性粉體通過原子霧化法得到球形磁性粉體，所得到的球形磁性粉體粒度為45μm，球形磁性粉體流動性好，可以用於3D列印；

步驟(5)，將球形磁性粉體與粘結劑和加工助劑混合均勻，粘結劑為尼龍，加工助劑包含潤滑劑和增塑劑；其中球形磁性粉末為90％，粘結劑為9％，加工助劑為1％，上述百分比為體積百分比；

步驟(6)，將混合好的粉末送入擠出機中，擠出機溫度為270℃，擠出絲直徑為1.7mm；

步驟(7)，根據產品的尺寸和形狀利用計算機軟體進行三維建模，並對產品模型進行分層切片處理；分層厚度為0.1mm

步驟(8)，將三維模型導入3D列印設備中；

步驟(9)，將絲送到3D印表機並加熱到軟化點，加熱溫度為270℃，通過擠出機及可移動的具有加熱功能的噴嘴，被擠出的材料沉積在可以加熱的工作檯上凝固，加熱工作檯的加熱溫度為60℃，擠出的材料逐層累積並相互粘結，印表機掃描速度為25mm/s,並在列印的過程中進行充磁，直到產品列印完成。

實施例4

步驟(1)，將釹鐵硼熔煉成合金；

步驟(2)，經過甩帶和氣流磨後製成不規則形狀的磁性粉體，甩帶速度15m/s，採用對噴式氣流磨，噴嘴的空氣壓力為0.9MPa，分級輪轉速為3000rpm；

步驟(3)，將上述粉體利用低溫、表面活性劑輔助外加磁場高能球磨技術100nm的納米磁粉；

步驟(4)，將上述粉體經PVD鍍2nm厚的NdCu晶界擴散相合金；

步驟(5)，將上述不規則形狀磁性粉體通過等離子體氣霧化制粉得到球形磁性粉體，所得到的球形磁性粉體粒度為45μm，球形磁性粉體流動性好，可以用於3D列印；

步驟(6)，將混合好的粉末送入擠出機中，擠出機溫度為830℃，擠出絲直徑為1.7mm；

步驟(7)，根據產品的尺寸和形狀利用計算機軟體進行三維建模，並對產品模型進行分層切片處理；分層厚度為0.1mm

步驟(8)，將三維模型導入3D列印設備中；

步驟(9)，將絲送到3D印表機並加熱到軟化點，加熱溫度為830℃，通過擠出機及可移動的具有加熱功能的噴嘴，被擠出的材料沉積在可以加熱的工作檯上凝固，加熱工作檯的加熱溫度為800℃，擠出的材料逐層累積並相互粘結，印表機掃描速度為20mm/s,並在列印的過程中進行充磁，直到產品列印完成。