CN105405636A - 一种利用3d打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，将金属钕、铈、硼铁、铁、锌、镍熔炼成合金；经过甩带和气流磨后制成不规则形状的磁性粉体；将不规则形状磁性粉体通过等离子体气雾化制粉设备得到球形磁性粉体；将球形磁性粉体与粘结剂和加工助剂混合均匀；将混合好的粉末送入3D打印设备中，根据产品的尺寸和形状利用计算机软件进行三维建模，并对产品模型进行分层切片处理；将三维模型导入3D打印设备中，混合粉末喷洒到加热模型工作台上，混合粉末中的粘结剂和加工助剂溶解并将铈钕铁硼粉末粘结在一起，并在打印的过程中进行充磁，直到产品打印完成。产品具有良好的性价比和加工性能，降低粘结磁体的生产周期和成本。

Description

一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法
技术领域
本发明涉及稀土永磁合金，特别是用于3D打印的粘结磁体，具体地说是一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法。
背景技术
3D打印的关键技术之一在于所用材料的形态和性能。打印材料一般为球形粉末（粘结磁体），粉末的球化率一般要求大于98%。只有高的球化率，才能保证打印粉末均匀、顺利地输送到打印溶池，从而得到组织致密、低缺陷率的打印产品。目前，国内难以制备高端细颗粒球形金属粉末，这种粉末依赖进口。
可通过等离子球化技术制备球形粉末。利用这种技术可将形状不规则的颗粒由载气通过加料枪喷入等离子体弧中，在辐射、对流、传导传热机制作用下，使粉末迅速加热而熔化。熔融的颗粒在表面张力作用下形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成球形粉末。
现有的技术制备粘结磁体需要相应的模具，制作模具需要一定时间，产品脱模后还需后续加工，有一定的加工成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，以具有良好的性价比和加工性能，降低粘结磁体的生产周期和成本。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，包括以下步骤：
步骤（1），将金属钕、铈、硼铁、铁、锌、镍熔炼成合金，其中金属钕、铈、硼铁、锌、镍的质量百分数分别为15.8-27.6%、3-12%、4.7%、0.8%、0.5%，余量为铁，各原料总和为100%；
经过甩带和气流磨后制成不规则形状的磁性粉体，甩带速度10-20m/s，采用对喷式气流磨，喷嘴的空气压力为0.3-1MPa，分级轮转速为3000rpm；
步骤（2），将不规则形状磁性粉体通过等离子体气雾化制粉设备得到球形磁性粉体，所得到的球形磁性粉体粒度为20-60μm，球形磁性粉体流动性好，可以用于3D打印；
步骤（3），将球形磁性粉体与粘结剂和加工助剂混合均匀，粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂，加工助剂包含润滑剂和增塑剂；其中球形磁性粉末为69-87%，粘结剂为12-28%，加工助剂为1-3%，上述百分比为体积百分比；
步骤（4），将混合好的粉末送入3D打印设备中，根据产品的尺寸和形状利用计算机软件进行三维建模，并对产品模型进行分层切片处理；
步骤（5），将三维模型导入3D打印设备中，混合粉末喷洒到加热模型工作台上，加热模型工作台的加热温度为30-700℃，受加热模型工作台的加热温度的作用，喷洒到工作台上的混合粉末中的粘结剂和加工助剂会溶解并将添加铈的钕铁硼粉末粘结在一起，逐层累积并相互粘结，并在打印的过程中进行充磁，直到产品打印完成。
采用上述方案后，与现有技术相比，本发明的有益效果是更低价格的添加铈的钕铁硼粉末通过等离子体气雾化制粉设备得到球形磁性粉体，将球形磁性粉体与粘结剂、加工助剂混合进行3D打印制备磁体，制备磁体过程中不需要模具，缩短了生产周期，提高了生产效率，3D打印磁体一次成型，不需要后续加工，并由于价格低的铈元素的添加，使得成本降低。
总之，本发明通过制备球形磁性粉体作为原材料，利用3D打印技术制备钕铁硼磁体，添加了低价的铈，用铈元素代替部分钕元素，降低成本，性能随铈的添加有所下降，适用于中低端产品的制造。
具体实施方式
实施例1
步骤（1），将金属钕、铈、硼铁、铁、锌、镍熔炼成合金，各原料质量分数分别为21.2%、10%、4.7%、62.8%、0.8%、0.5%。
经过甩带和气流磨后制成不规则形状的磁性粉体。甩带速度15m/s。采用对喷式气流磨，喷嘴的空气压力为1MPa，分级轮转速为3000rpm。
步骤（2），将不规则形状磁性粉体通过等离子体气雾化制粉设备得到球形磁性粉体，所得到的球形磁性粉体平均粒度为20μm，球形磁性粉体流动性好，可以用于3D打印。
步骤（3），将球形磁性粉体与粘结剂和加工助剂混合均匀，粘结剂为环氧树脂，加工助剂包含润滑剂和增塑剂。其中球形磁性粉末为87%，粘结剂为12%，加工助剂为1%，上述百分比为体积百分比。
步骤（4），将混合好的粉末送入3D打印设备中，根据产品的尺寸和形状利用计算机软件进行三维建模，并对产品模型进行分层切片处理，这对本领域技术人员是公知技术。
步骤（5），将三维模型导入3D打印设备中，混合粉末喷洒到加热模型工作台上，加热模型工作台的加热温度为260℃，受加热模型工作台的加热温度的作用，喷洒到工作台上的混合粉末中的粘结剂和加工助剂会溶解并将添加铈的钕铁硼粉末粘结在一起，逐层累积并相互粘结，并在打印的过程中进行充磁，直到产品打印完成。所获得磁体的最大磁能积为9.6MGOe。所得磁体密度为7.4g/cm3。
实施例2
步骤（1），将金属钕、铈、硼铁、铁、锌、镍熔炼成合金，各原料质量分数分别为24.7%、5%、4.7%、64.3%、0.8%、0.5%。
经过甩带和气流磨后制成不规则形状的磁性粉体。甩带速度15m/s。采用对喷式气流磨，喷嘴的空气压力为0.7MPa，分级轮转速为3000rpm。
步骤（2），将不规则形状磁性粉体通过等离子体气雾化制粉设备得到球形磁性粉体，所得到的球形磁性粉体平均粒度为35μm，球形磁性粉体流动性好，可以用于3D打印。
步骤（3），将球形磁性粉体与粘结剂和加工助剂混合均匀，粘结剂为环氧树脂，加工助剂包含润滑剂和增塑剂。其中球形磁性粉末为80%，粘结剂为17%，加工助剂为3%，上述百分比为体积百分比。
步骤（4），将混合好的粉末送入3D打印设备中，根据产品的尺寸和形状利用计算机软件进行三维建模，并对产品模型进行分层切片处理这对本领域技术人员是公知技术。
步骤（5），将三维模型导入3D打印设备中，混合粉末喷洒到加热模型工作台上，加热模型工作台的加热温度为260℃，受加热模型工作台的加热温度的作用，喷洒到工作台上的混合粉末中的粘结剂和加工助剂会溶解并将添加铈的钕铁硼粉末粘结在一起，逐层累积并相互粘结，并在打印的过程中进行充磁，直到产品打印完成。所获得磁体的最大磁能积为7.9MGOe。所得磁体密度为7.2g/cm3。
实施例3
步骤（1），将金属钕、铈、硼铁、铁、锌、镍熔炼成合金，各原料质量分数分别为24.7%、5%、4.7%、64.3%、0.8%、0.5%。
经过甩带和气流磨后制成不规则形状的磁性粉体。甩带速度15m/s。采用对喷式气流磨，喷嘴的空气压力为0.3MPa，分级轮转速为3000rpm。
步骤（2），将不规则形状磁性粉体通过等离子体气雾化制粉设备得到球形磁性粉体，所得到的球形磁性粉体平均粒度为60μm，球形磁性粉体流动性好，可以用于3D打印。
步骤（3），将球形磁性粉体与粘结剂和加工助剂混合均匀，粘结剂为酚醛树脂，加工助剂包含润滑剂和增塑剂。其中球形磁性粉末为85%，粘结剂为12%，加工助剂为3%，上述百分比为体积百分比。
步骤（4），将混合好的粉末送入3D打印设备中，根据产品的尺寸和形状利用计算机软件进行三维建模，并对产品模型进行分层切片处理这对本领域技术人员是公知技术。
步骤（5），将三维模型导入3D打印设备中，混合粉末喷洒到加热模型工作台上，加热模型工作台的加热温度为200℃，受加热模型工作台的加热温度的作用，喷洒到工作台上的混合粉末中的粘结剂和加工助剂会溶解并将添加铈的钕铁硼粉末粘结在一起，逐层累积并相互粘结，并在打印的过程中进行充磁，直到产品打印完成。所获得磁体的最大磁能积为8.4MGOe。所得磁体密度为7.1g/cm3。

Claims (7)

1.一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1），将金属钕、铈、硼铁、铁、锌、镍熔炼成合金，其中金属钕、铈、硼铁、锌、镍的质量百分数分别为15.8-27.6%、3-12%、4.7%、0.8%、0.5%，余量为铁，各原料总和为100%；
经过甩带和气流磨后制成不规则形状的磁性粉体；
步骤（2），将不规则形状磁性粉体通过等离子体气雾化制粉设备得到球形磁性粉体；
步骤（3），将球形磁性粉体与粘结剂和加工助剂混合均匀；
步骤（4），将混合好的粉末送入3D打印设备中，根据产品的尺寸和形状利用计算机软件进行三维建模，并对产品模型进行分层切片处理；
步骤（5），将三维模型导入3D打印设备中，混合粉末喷洒到加热模型工作台上，受加热模型工作台的加热温度的作用，喷洒到工作台上的混合粉末中的粘结剂和加工助剂溶解并将添加铈的钕铁硼粉末粘结在一起，逐层累积并相互粘结，并在打印的过程中进行充磁，直到产品打印完成。
2.如权利要求1所述的一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，其特征在于：步骤（1），甩带速度10-20m/s，采用对喷式气流磨，喷嘴的空气压力为0.3-1MPa，分级轮转速为3000rpm。
3.如权利要求1所述的一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，其特征在于：步骤（2），所得到的球形磁性粉体粒度为20-60μm。
4.如权利要求1所述的一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，其特征在于：步骤（3），粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂。
5.如权利要求1所述的一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，其特征在于：步骤（3），加工助剂包含润滑剂和增塑剂。
6.如权利要求1所述的一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，其特征在于：步骤（3），球形磁性粉末为69-87%，粘结剂为12-28%，加工助剂为1-3%，上述百分比为体积百分比。
7.如权利要求1所述的一种利用3D打印技术制备添加铈的钕铁硼磁体的方法，其特征在于：步骤（5），加热模型工作台的加热温度为30-700℃。
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