CN102360918A

CN102360918A - 一种粘结复合磁体及其制备方法

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Publication number: CN102360918A
Application number: CN 201110236408
Authority: CN
Inventors: 钟喜春; 刘云鹤; 黄有林; 曾德长; 刘仲武; 余红雅; 邱万奇
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2012-02-22

Abstract

本发明提供了一种粘结复合磁体及其制备方法，具体步骤如下：(1)用分散剂将磁粉、粘结剂和偶联剂分散均匀，干燥后得到混合物料；所述粘结剂为环氧树脂或酚醛类树脂；所述磁粉、粘结剂、固化剂和偶联剂分别占物料总重量的93.0～98.0％、1.0～6.0％、0.1～0.4％和0.1～0.6％；(2)将混合物料进行压制成型，得到生坯件；(3)将上述压制成型后的生坯件，随炉冷却至室温，充磁后得到粘结复合磁体。本发明具有以下优点：成型时混合物料的流动性好，磁粉的填充量高，易于制备高致密度的粘结磁体，而且设备制作成本低、可加工性好、成品率高和易于实现大规模自动化生产等优点。

Description

一种粘结复合磁体及其制备方法

技术领域

本发明属于粘结永磁材料领域，涉及流动温压成型粘结磁体的制备方法，以及使用该方法制备的粘结复合磁体，尤其适用于铁氧体和钕铁硼磁粉的复合，同样也适用于钐钴、钕铁氮、锰铋等磁粉的复合。

背景技术

粘结磁体与烧结磁体相比，具有工艺成本低、尺寸精度高、易于成型复杂形状器件、易于实现大规模自动化生产等优势，近年来发展迅速，因此粘结磁体的制备工艺和性能研究引起了人们的重视。粘结永磁体目前主要是粘结铁氧体和粘结钕铁硼，占据粘结永磁体市场的主要是粘结钕铁硼。粘结钕铁硼存在温度稳定性差(矫顽力温度系数在-(0.45～0.6)％/K左右)、易腐蚀，加工成型易劣化等缺点有待解决。而粘结铁氧体价格低廉，矫顽力温度系数在(0.2～0.6)％/K左右，温度稳定性较好，在电子、家电、整机产品中应用广泛。因此，在实践中探索一条既能保证一定的性能又降低生产成本的最佳途径已成为引人注目的研究热点。利用铁氧体磁粉与钕铁硼快淬磁粉复合，或低价位的磁粉与钕铁硼快淬磁粉的复合不仅可以获得低成本的粘结复合磁体，而且能填补粘结钕铁硼与粘结铁氧体性能上的空白。若在满足用户对磁体性能要求的前提下，为了节省成本并提供高性价比的产品，采用粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体是最合适的，但复合磁体较低的磁性能，在很大程度上限制了它的发展空间。目前有两个途径可以最大限度地提高复合磁体的磁性能，途径一就是在磁粉原料相同的前提下提高磁体的致密度和取向度，目前主要通过增大压力和增加取向磁场来实现，压力的增加必然促进磁体的密实化过程，当压力达到一定程度时，磁体磁性能的提高取决于两种因素：一是粉末颗粒的位移和填充空隙，二是粉末受力发生塑性变形甚至破碎，填充度提高能改善磁性能，而粉末的破碎则导致磁体性能的下降，增大压力也会增加模具和设备的损耗，增加取向磁场可以提高磁体的取向度，但也增加了磁体的生产成本和操作工艺的复杂性。途径二就是在保证磁体力学性能要求的前提下尽量减少粘结剂等非磁性相的体积百分比，作为粘结磁体基体的粘结剂体积百分比不能太低，一方面粘结剂作为维持整个粘结磁体的支持骨架提供磁体力学性能，另一方面粘结剂可以起到润滑的作用。

“流动温压成型技术”是在粉末压制、温压成型工艺的基础上，结合了金属粉末注射成型工艺的优点而提出来的一种新型粉末冶金零部件近净成型技术，通过加入适量的粗粉和微细粉末、表面活化剂或增塑剂以及加大热塑性润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充性和成型性。由于在压制时混合粉末变成具有良好流动性的粘流体，既具有液体的优点，又有很高的粘度，并减少了成型过程中粉末之间以及粉末与模腔之间的摩擦力，使压制过程中施加的压力可以在粉末中均匀地、有效地传递。这样，粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹。因而可以成型具有复杂几何形状的零件。“流动温压成型技术”既克服了传统粉末冶金在成型复杂几何形状方面的不足，又避免了金属注射成型技术的高成本，是一项极具潜力的新技术，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种成本较粘结钕铁硼低廉、热稳定性更好且磁性能较高的粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种粘结复合磁体的制备方法，具体步骤如下：

(1)用分散剂将磁粉、粘结剂和偶联剂分散均匀，干燥后得到混合物料；所述粘结剂为环氧树脂或酚醛类树脂；所述磁粉、粘结剂、固化剂和偶联剂分别占物料总重量的93.0～98.0％、1.0～6.0％、0.1～0.4wt.％和0.1～0.6％；

(2)将混合物料进行压制成型，得到生坯件；

(3)将上述压制成型后的生坯件进行固化处理，随炉冷却至室温，充磁后得到粘结复合磁体。

优选地，步骤(1)所述磁粉选自MnBi永磁粉末、铁氧体永磁粉末和稀土永磁粉末中的任意两种或两种以上磁粉的混合；所述环氧树脂为E-20或E-12热固性环氧树脂；所述酚醛类树脂为苯酚甲醛树脂、炔基或烯丙基改性酚醛树脂和橡胶改性酚醛树脂中的一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述分散剂为丙酮。

优选地，所述固化剂为顺丁烯二酸酐、偏苯四酸二酐或二苯酮四羧基二酸酐。

优选地，所述铁氧体永磁粉末为SrFe₁₂O₁₉(锶铁氧体)或BaFe₁₂O₁₉(钡铁氧体)磁粉；所述稀土永磁粉末为SmCo₅、Sm₂Co₁₇、Sm₂Fe₁₇N_x或R₂Fe₁₄B磁粉，其中，x＝0～6，R为钕(Nd)、镝(Dy)或镨(Pr)稀土元素。

优选地，所述磁粉为稀土永磁粉末与铁氧体永磁粉末按3∶2的质量比混合，磁粉粒度为45～100μm。

优选地，步骤(1)中混合物料的步骤是：先将磁粉加入到溶有偶联剂的分散剂中进行偶联处理，置于超声波中分散处理，待分散剂挥发后，偶联剂将磁粉均匀包覆；再将粘结剂和固化剂溶解于分散剂中，制成分子高度分散的固体胶溶液；将上述固体胶溶液与上述偶联剂包覆的磁粉充分混合，干燥后将混合物料置于高性能混料机中混料12h，得到混合均匀的物料。其中所述的偶联处理的目的是改善亲水性的磁粉与疏水性的粘结剂之间的界面结合力，增强它们之间的亲合性，使磁粉可以均匀分散到粘结剂中而且可以改善磁粉的抗氧化性。其中固化处理是在一定温度下固化剂和粘结剂发生化学反应，使粘结剂的线型结构变为体型结构，从而达到粘结的效果。

优选地，所述压制成型采用的是流动温压成型，即将混合后的物料在流动温压成型压机上进行流动温压成型，优选地，所述流动温压成型的步骤是将均匀混合物料放入模具中加热至，施加500～1100MPa的压强压制成型，保压10～15min。该流动温压成型压机的加热***和控温***可以将模具控制在某恒定温度。在加热***的作用下，混合料中的粘结剂达到熔融态温度变为熔融状，混合粉末变成具有良好流动性的粘流体，既具有液体的优点，又有很高的粘度，这可以减少成型过程中粉末之间以及粉末与模腔之间的摩擦力，使压制过程中施加的压力可以在粉末中均匀地、有效地传递，只需施加较低的压力就可以得到高致密度的粘结磁体。

优选地，所述固化处理是在真空管式炉中150～200℃下热处理1～4小时。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)采用流动温压成型技术制备粘结复合磁体，与现有的技术相比，可根据粘结剂的不同选择适当的流动温压成型温度，有利于达到更佳的压制效果，成型时混合物料的流动性好，磁粉的填充量高，在较低压力的作用下就可以得到较高致密度的粘结磁体，易于制备磁性能高的粘结复合磁体。而且设备制作成本低、可加工性好、成品率高和易于实现大规模自动化生产等优点。

(2)本发明的最大的优势在于不提高生产成本的同时提高了粘结磁体的磁性能，即相同成分的磁粉经过本发明的流动温压成型技术后，磁性能得到明显的提高。

(3)本发明通过流动温压成型技术将按一定比例混合的钕铁硼和铁氧体的混合料制备成粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体，将价格低廉、温度稳定性较高的铁氧体磁粉(矫顽力温度系数在(0.2～0.6)％/K左右)与价格昂贵、温度稳定性差(矫顽力温度系数在-(0.45～0.6)％/K左右)的钕铁硼磁粉复合，不仅可以获得低成本的粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体，填补粘结钕铁硼与粘结铁氧体性能上的空白，而且提高了粘结钕铁硼磁体的矫顽力温度系数，可应用于较高温度下工作的电机。

(4)制备方法采用“流动温压成型”新技术制备粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体，既克服了传统粉末冶金在成型复杂几何形状方面的不足，又避免了金属注射成型技术的高成本。工艺简单，成本低廉，适于工业化生产。

附图说明

图1流动温压成型粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体制造工艺流程图。

图2实施例1在90℃温压成型粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体的磁滞回线。

图3比较例1在常温压制粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体的磁滞回线。

图4比较例2在90℃温压成型粘结钕铁硼磁体的磁滞回线。

图5实施例2在90℃温压成型粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体的磁滞回线。

图6比较例3在常温压制粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体的磁滞回线。

图7比较例4在90℃温压成型粘结钕铁硼磁体的磁滞回线。

图8实施例3在70℃温压成型粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体的磁滞回线。

图9比较例5在70℃温压成型粘结钕铁硼磁体的磁滞回线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

(1)将六角晶磁铅石型铁氧体粉料SrFe₁₂O₁₉在900℃保温两小时退火处理，退火处理后铁氧体颗粒发生团聚，经过研磨和筛选后，使其粒度范围在45～100μm之间。

(2)将名义成分为Nd_11.5Fe_81.1Co_1.9B_5.5的钕铁硼快淬磁粉经过破碎、研磨、筛选后，使其粒度范围在45～100μm之间。

(3)称取上述预处理后的钕铁硼快淬磁粉3g和铁氧体磁粉2g，加入到溶有0.026g偶联剂KH550的100mL丙酮中进行偶联处理，置于超声波中分散处理30min，待丙酮挥发后，偶联剂将磁粉均匀包覆。

(4)将环氧树脂E-20 0.143g和固化剂顺丁烯二酸酐0.012g溶解于50mL丙酮分散剂中，制成分子高度分散的固体胶溶液。

(5)将上述固体胶溶液与上述偶联剂包覆的磁粉充分混合，干燥后将混合物料置于高性能混料机中混料12h，得到混合均匀的物料。

(6)将上述混合均匀的物料置于温压成型压机进行流动温压成型，流动温压温度为90℃，成型压强为1100MPa，保压10min停止加热并去除施压压力得到生坯件。

(7)将上述压制成型后的生坯件，在真空气氛炉中180℃固化处理2h后，随炉冷却至室温，充磁后得到高性能粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体。制造工艺流程见图1，成型后得到的粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体在300K温度下的磁滞回线如图2所示，其磁性能为：B_r＝0.39T，H_cj＝451kA/m，(BH)_max＝21.4kJ/m³，结果列于表1。

为验证流动温压成型技术的应用效果，对反应物料经过常温压制成型与流动温压成型制备的粘结复合磁体进行性能比较，见比较例1。

比较例1：

磁体配方同实施例1。经常温压制(操作步骤同实施例1，不同的是常温下压制成型)成型后得到的粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体在300K温度下的磁滞回线如图3所示，其磁性能为：B_r＝0.36T，H_cj＝443kA/m，(BH)_max＝19.2kJ/m³，结果列于表1。

为验证实施例1中的粘结复合磁体矫顽力温度系数的变化，对反应物料为钕铁硼的磁粉经流动温压成型技术制备的粘结钕铁硼磁体和实施例1通过流动温压成型技术制备的粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体进行性能检测比较，见比较例2。

比较例2：

磁粉仅为实施例1中的钕铁硼快淬粉，质量为5g，其他各成分配比及操作步骤同实施例1。成型后得到的粘结钕铁硼磁体在300K温度下的磁滞回线如图4所示，其磁性能为：B_r＝0.6T，H_cj＝612kA/m，(BH)_max＝54.3kJ/m³，结果列于表1。

表1实施例1、比较例1和比较例2的磁性能

备注：矫顽力温度系数β的计算公式如下：

从表1的结果可知，流动温压成型技术可以很好地应用在模压成型工艺中，使用本发明的制造方法可以获得具有良好磁性能和矫顽力温度系数的粘结磁体，相比常温压制的粘结复合磁体，磁性能提高了11％。而相比粘结钕铁硼磁体，矫顽力温度系数则提高了31％。

实施例2：

步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)同实施例1。

步骤(4)，将粘结剂环氧树脂E-12 0.148g和固化剂顺丁烯二酸酐0.008g溶解于50mL丙酮分散剂中，制成分子高度分散的固体胶溶液。

步骤(5)、步骤(6)和步骤(7)同实施例1。

成型后得到的粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体在300K温度下的磁滞回线如图5所示，其磁性能为：B_r＝0.4T，H_cj＝556kA/m，(BH)_max＝23.6kJ/m³，结果列于表2。

比较例3：

磁体配方同实施例2，经常温压制(操作步骤同实施例2，不同的是采用常温成型)成型后得到的粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体在300K温度下的磁滞回线如图6所示，其磁性能为：B_r＝0.37T，H_cj＝553kA/m，(BH)_max＝20.4kJ/m³，结果列于表2。

比较例4：

磁粉仅为实施例1中的钕铁硼快淬粉，质量为5g，其他各成分配比及操作步骤同实施例2。成型后的粘结钕铁硼磁体在300K温度下的磁滞回线如图7所示，具体的磁性能为：B_r＝0.62T，H_cj＝623kA/m，(BH)_max＝59.4kJ/m³，结果列于表2。

表2实施例2、比较例3和比较例4的磁性能

备注：矫顽力温度系数β的计算公式同实施例1。

从表2的结果可知，使用本发明的制造方法可以获得具有良好磁性能和矫顽力温度系数的粘结磁体，相比常温压制制备的粘结复合磁体，磁性能提高了16％，而相比粘结钕铁硼磁体，矫顽力温度系数则提高了11％。

实施例3

磁体配方同实施例1，步骤(6)中，流动温压成型温度为70℃；其他步骤同实施例1。成型后得到的粘结钕铁硼/铁氧体复合磁体在300K温度下的磁滞回线如图8所示，其磁性能为：B_r＝0.39T，H_cj＝449kA/m，(BH)_max＝22.5kJ/m³，结果列于表3。

比较例5

磁粉仅为实施例1中的钕铁硼快淬粉，质量为5g，其他各成分配比及操作步骤同实施例3。成型后得到到的粘结钕铁硼磁体在300K温度下的磁滞回线如图9所示，其磁体性能为：B_r＝0.6T，H_cj＝611kA/m，(BH)_max＝54.1kJ/m³，结果列于表3。

表3实施例3、比较例5和比较例1的磁性能

备注：矫顽力温度系数β的计算公式同实施例1。

从表3的结果可知，使用本发明的制造方法可以获得具有良好磁性能和矫顽力温度系数的粘结磁体，相比常温压制制备的粘结复合磁体，磁性能提高了17％，而相比粘结钕铁硼磁体，矫顽力温度系数则提高了27％。

Claims

1.一种粘结复合磁体的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(2)将混合物料进行压制成型，得到生坯件；

2.根据权利要求1所述粘结复合磁体的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述磁粉选自MnBi永磁粉末、铁氧体永磁粉末和稀土永磁粉末中的任意两种或两种以上磁粉的混合；所述环氧树脂为E-20或E-12热固性环氧树脂；所述酚醛类树脂为苯酚甲醛树脂、炔基或烯丙基改性酚醛树脂和橡胶改性酚醛树脂中的一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述分散剂为丙酮。

3.根据权利要求2所述的复合磁体的制备方法，其特征在于，所述固化剂为顺丁烯二酸酐、偏苯四酸二酐或二苯酮四羧基二酸酐。

4.根据权利要求1或2或3所述粘结复合磁体的制备方法，其特征在于，所述铁氧体永磁粉末为SrFe₁₂O₁₉或BaFe₁₂O₁₉磁粉；所述稀土永磁粉末为SmCo₅、Sm₂Co₁₇、Sm₂Fe₁₇N_x或R₂Fe₁₄B磁粉，其中，x＝0～6，R为钕、镝或镨稀土元素。

5.根据权利要求4所述粘结复合磁体的制备方法，其特征在于，所述磁粉为稀土永磁粉末与铁氧体永磁粉末按3∶2的质量比混合，磁粉粒度为45～100μm。

6.根据权利要求5所述粘结复合磁体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合物料的步骤是：先将磁粉加入到溶有偶联剂的分散剂中进行偶联处理，置于超声波中分散处理，待分散剂挥发后，偶联剂将磁粉均匀包覆；再将粘结剂和固化剂溶解于分散剂中，制成分子高度分散的固体胶溶液；将上述固体胶溶液与上述偶联剂包覆的磁粉充分混合，干燥后将混合物料置于高性能混料机中混料12h，得到混合均匀的物料。

7.根据权利要求6所述粘结复合磁体的制备方法，其特征在于，所述压制成型采用的是流动温压成型。

8.根据权利要求7所述粘结复合磁体的制备方法，其特征在于，所述流动温压成型的步骤是将均匀混合物料放入模具中加热至70～110℃，施加500～1100MPa的压强压制成型，保压10～15min。

9.根据权利要求8所述粘结复合磁体的制备方法，其特征在于，所述固化处理是在真空管式炉中150～200℃下热处理1～4小时。

10.一种粘结复合磁体，其特征在于，该粘结复合磁体是由权利要求1～9任意一项方法制备的。