CN111739725A - 一种制备各向异性粘结磁体的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及各向异性粘结磁体，具体为一种制备各向异性粘结磁体的方法及设备。解决现有技术不适于工业化大生产的弊端，以及设备昂贵、操作工序烦琐的问题。一种制备各向异性粘结磁体的方法，是由如下步骤实现的：1）制备包覆磁粉；2）对包覆磁粉二次破碎；3）经二次破碎的包覆磁粉加入模腔，在取向磁场下温压或室温压成型得到磁坯，然后磁坯退磁，再将退磁后的磁坯压入内腔形状与磁坯形状相吻合的刚性容器内，将其内有磁坯的刚性容器置于固化炉内完成热固化，将磁坯从刚性容器内取出，得到各向异性粘结磁体。受刚性容器的保形，磁坯在刚性容器内温压出模冷却及热固化的过程中不会变形，不致影响取向度，降低磁性能。
Description
技术领域
本发明涉及各向异性粘结磁体，具体为一种制备各向异性粘结磁体的方法及设备。
背景技术
粘结磁体具有可成型复杂形状、成型尺寸精度高、无需二次加工、材料利用率高、生产效率高、成本低、磁性能优良等特点，在硬盘驱动器、光盘驱动器、办公自动化等领域得到广泛应用。粘结磁环是应用最广泛的粘结磁体，广泛用于永磁电机和磁力传动。粘结磁体特别是粘结磁环的取向成型工艺研究，成为各向异性粘结磁体制造工艺的研究重点。
目前，使用最广泛的稀土类粘结磁体是各向同性钕铁硼磁体，其理论剩磁B只有各向异性钕铁硼磁体的1／2，最大磁能积(BH)仅为各向异性钕铁硼磁体的1／4，但实际上各向异性粘结磁体的磁能积远远达不到同类各向同性磁体磁能积的4倍。以粘结钕铁硼为例，各向同性粘结钕铁硼磁体的磁能积通常可以达到8-12MGOe，各向同性粘结钕铁硼磁粉的磁能积通常可以做到12-20MGOe，磁体与磁粉磁能积之比大约为70%，略低于粘结磁体中磁性材料所占体积的比例。各向异性粘结钕铁硼磁体磁能积通常可以达到16-20MGOe，各向异性粘结钕铁硼磁粉的磁能积通常可以做到40MGOe左右，磁体与磁粉磁能积之比大约为50%，而且常常达不到50%。这是为什么：各向异性磁粉磁性能充分发挥的前提是磁粉每一个颗粒的最易磁化轴排列一致，即具有100%的取向度，事实上我们永远无法做到100%的取向度。在各向异性磁体制作过程中，许多工艺环节都会不可避免的影响到磁粉的排列取向，即取向度。取向度提不高，磁粉的磁性能就无法充分发挥，而各向同性磁粉却不存在什么取向问题，这就是磁体与磁粉磁能积之比，各向同性磁体要大于各向异性磁体20-30%的主要原因。应该说提高取向度对提高各向异性粘结磁体的磁性能潜力是很大的，在各向异性磁体成型的每一个工艺环节，只要能提高取向度就提高磁体的磁性能，多个工艺环节的改进累积起来就是一个大的技术进步。
（1）磁粉破碎的粒度、起始取向磁粉密度、取向磁场强度、成型模具的摩擦力等，这些因素的影响对各向异性烧结磁体取向成型存在，对各向异性粘结磁体也存在，这些因素对取向度的影响估计会达到5-20%。
（2）添加粘结剂：粘结磁体必须要添加粘结剂，除了粘结剂的比例、粘结剂的种类需要优化之外，添加粘结剂方法也很重要，一种最常用的添加方式是混炼，所谓混炼就是把粘结剂溶解包覆在磁粉的表面上，它的好处是混合均匀，这对改善磁体的强度，提高磁体性能的一致性是很重要的。但是磁粉在与粘结剂混炼的过程中不可避免的要把多个磁粉粘在一起，形成一个新的粉体颗粒。这个新的粉体颗粒里的每个磁粉颗粒的最易磁化轴的方向不可能是一致的（见图1），而且由于粘结剂的阻滞在取向的时候磁场力也是难以改变这些磁粉颗粒相对位置的。它们只能以新的粉体颗粒合成的磁化轴作为一个整体参与取向，结果是降低了磁体的取向度，从而降低了磁体的磁性能。
另一种添加粘结剂的办法是把磁粉与粉末状的粘结剂简单搅拌混合。实验证实：一个是“混合”一个是“混炼”，同样的条件下“混炼”磁粉取向成型磁体的磁能积要比“混合”磁粉取向成型磁体的磁能积低0.5-2MGOe。但把粘结剂与磁粉简单搅拌混合的办法添加粘结剂，可能是因为“混合”的粘结剂不均匀，会造成磁体的强度和一致性下降。看来添加粘结剂的“混合”与 “混炼”各有利弊。
（3）取向成型及固化：把添加了粘结剂的磁粉加入模腔，在一定温度下或室温下，磁场取向压制成型，退磁后得到磁坯。温压的好处是密度高，强度好，但它在出模时压胚是热的，出模冷却和之后加热固化过程中，在退磁后剩磁的作用下磁坯会产生变形，变形不仅会影响未来磁体的几何尺寸精度也会损失一些取向度，磁坯变形和损失取向度是同一个过程。除非磁坯在模腔里保压固化后再出模（专利号CN201210545875.0的中国专利公开了保压固化）。实验证实：一个温压磁环在模腔内保压固化再出模，一个温压磁环出模后再加热固化，两者对比，保压固化磁环比脱模固化磁环充磁后表面磁场要高出200-300Gs。显然，保压固化磁环的取向度要比脱模固化磁环的取向度要高许多。如果只做少量样品在模腔里保压固化是可行的，但在模腔里保压固化因生产效率太低无法适于工业化大生产。专利号CN201210545875.0的中国专利还公开了采用热等静压实现热固化的方法，该方法克服了保压固化不适于工业化大生产的问题，也能避免固化时出现变形，但热等静压机设备昂贵，而且热等静压机的操作工序比较烦琐，给生产还来诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备各向异性粘结磁体的方法，该方法在模腔外完成固化，克服了保压固化不适于工业化大生产的弊端；同时，该方法能避免温压脱模和固化时出现变形而降低取向度，并克服了热等静压设备昂贵、操作工序烦琐的问题。
本发明的另一个目的是提供一种制备各向异性粘结磁体的设备即磁场取向成型设备，该设备用于实现本发明所述的制备各向异性粘结磁体的方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种制备各向异性粘结磁体的方法，是由如下步骤实现的：
1）各向异性磁粉按比例加入热固性粘结剂，把热固性粘结剂溶解与各向异性磁粉混合至溶液包覆磁粉，接着通过溶剂挥发造粒形成包覆磁粉。
2） 对包覆磁粉二次破碎，因为磁粉在步骤1）的过程中不可避免地要把多个磁粉粘在一起（图1）形成一个新的粉体颗粒，二次破碎把新的粉体颗粒破碎，成为单独的磁粉，而磁粉颗粒不被再破碎（见图2）。
3） 经二次破碎的包覆磁粉加入模腔，在取向磁场下温压或室温压成型得到磁坯，然后磁坯退磁，再将退磁后的磁坯压入内腔形状与磁坯形状相吻合的刚性容器内（这种作为模具附件的刚性容器亦可称之为固化套），将内置磁坯的刚性容器集中置于固化炉内完成热固化，将磁坯从刚性容器内取出，得到各向异性粘结磁体。受刚性容器的预应力保形，磁坯在刚性容器内出模冷却及热固化的过程中不会变形，不致影响取向度，降低磁性能。
另一种制备各向异性粘结磁体的方法，是由如下步骤实现的：
1）各向异性磁粉按比例与粉末状热固性粘结剂搅拌混合均匀，得到混合磁粉；
2）将混合磁粉加入模腔，在取向磁场下温压或室温压成型得到磁坯，然后磁坯退磁，再将退磁后的磁坯压入内腔形状与磁坯形状相吻合的刚性容器内，将其内置磁坯的刚性容器集中置于固化炉内完成热固化，将磁坯从刚性容器内取出，得到各向异性粘结磁体。受刚性容器的预应力保形，磁坯在刚性容器内热固化的过程中不会变形，不致影响取向度，降低磁性能。
本发明所述方法在模腔外完成固化，克服了保压固化不适于工业化大生产的弊端；同时，该方法创造性地将取向成型后的磁坯压入刚性容器内进行热固定，既能避免温压脱模和固化时出现变形而降低取向度，又能满足工业化大生产的需求，并克服了热等静压设备昂贵、操作工序烦琐的问题。本发明所述方法尤其适用于各向异性粘结磁环。
附图说明
图1为包覆磁粉中形成的新的粉体颗粒的结构示意图；
图2为二次粉碎后新的粉体颗粒的结构示意图；
图3为本发明所述的制备各向异性粘结磁体的设备在脱模准备工位时的结构示意图；
图4为本发明所述的制备各向异性粘结磁体的设备在脱模完成工位时的结构示意图。
图中： 1－固化套， 2－定位套， 3－固化芯， 4－磁坯，5－上模，6－阴模，7－下模，8－模芯，9－包覆的粘结剂，10－磁粉，11－最易磁化轴。
具体实施方式
实施例1
一种制备各向异性粘结磁体的方法，是由如下步骤实现的：
1）各向异性磁粉按比例加入热固性粘结剂，把热固性粘结剂溶解与各向异性磁粉混合至溶液包覆磁粉，接着通过溶剂挥发造粒形成包覆磁粉；热固性粘结剂的添加比例可在各向异性磁粉重量的1-5%的范围内优化。
2） 对包覆磁粉二次破碎，因为磁粉在步骤1）的过程中不可避免地要把多个磁粉粘在一起（图1）形成一个新的粉体颗粒，二次破碎把新的粉体颗粒破碎，成为单独的磁粉，而磁粉颗粒不被再破碎（见图2）；所以要选择硬度大大低于磁粉的磨具，二次破碎后的包覆磁粉的平均粒度与包覆前的磁粉大体相当。
3） 经二次破碎的包覆磁粉加入模腔，在取向磁场下温压或室温压成型得到磁坯，然后磁坯退磁，再将退磁后的磁坯压入内腔形状与磁坯形状相吻合的刚性容器内，将其内置磁坯的刚性容器集中置于固化炉内完成热固化，将磁坯从刚性容器内取出，得到各向异性粘结磁体。温压成型的温度为60-200℃（如，选用60℃、80℃、100℃、130℃、150℃、180℃、200℃）；热固化温度120-250℃（如，选用120℃、150℃、180℃、200℃、230℃、250℃），热固化保温时间30-100分钟（如，选用30分钟、50分钟、60分钟、80分钟、100分钟）。
一种制备各向异性粘结磁体的设备，即各向异性粘结磁环的磁场取向成型设备，包括阴模6、下模7、插配于下模7内孔的模芯8、上模5、配置于阴模四周的取向磁场及阴模加热体；下模7、模芯8和上模5伸入阴模6，各向异性磁粉在取向磁场作用下，被压成型于阴模6的内壁、下模7的上端面、模芯8的柱面和上模5的下端面围成的空间，形成环状磁坯4；阴模加热体工作时，阴模6被加热，各向异性磁粉受热实现磁场取向下的温压成型，阴模加热体不工作时，各向异性磁粉实现磁场取向下的室温压成型；
磁坯4脱模前在阴模6上方中心位置放置固化套总成，如图3，固化套总成由固化套1、定位套2和固化芯3构成，固化套1的内腔直径与阴模6的模腔直径相同，定位套2的高度小于固化套1的高度，定位套2的下端伸入固化套1、上端通过法兰卡于固化套1的顶面，定位套2的外壁直径与固化套1的内腔直径相同，固化芯3的下端伸入定位套2、上端通过轴肩卡于定位套2的顶面，固化芯3的外径与定位套2的内圈直径相同；
放置完成后由上模5压住固化芯3，以平衡下模7、模芯8向上顶出磁坯4的顶出力，如图4，下模7把磁坯4压入固化套1的内壁、固化芯3的柱面和定位套2的下端面围成的空间，磁坯4压入完成后上模5下模7形成对压，磁坯4对固化套1内壁、固化芯3柱面产生压应力；由于固化套1是冷的，尚处在软化状态的磁坯4在固化套1内迅速变冷***，并在固化套1内形成预应力。接着上模5上行复位，把内置有磁坯4的固化套总成集中放进固化炉固化，固化温度120-250℃，保温时间30-100分钟。磁坯4在固化套内固化由于固化套（径向）预应力的限制不会使磁环在径向产生变形，由于磁环柱面面积远大于端面面积，预应力事实上也把磁环的轴向变形限制到可以略而不计，这样既保证了磁环的尺寸精度，又保住了取向度（磁环的取向一般在径向，因此磁环即使在轴向稍有变形，也不会影响磁环的磁性能）。固化冷却后把已固化的磁环从固化套总成内脱出，即得到成品磁环。固化套总成可重复使用。
实施例2
一种制备各向异性粘结磁体的方法，是由如下步骤实现的：
1）各向异性磁粉按比例与粉末状热固性粘结剂搅拌混合均匀，得到混合磁粉；热固性粘结剂的添加比例可在各向异性磁粉重量的1-5%的范围内优化。
2）将混合磁粉加入模腔，在取向磁场下温压或室温压成型得到磁坯，然后磁坯退磁，再将退磁后的磁坯压入内腔形状与磁坯形状相吻合的刚性容器内，将其内置磁坯的刚性容器集中置于固化炉内完成热固化，将磁坯从刚性容器内取出，得到各向异性粘结磁体。温压成型的温度为60-200℃（如，选用60℃、80℃、100℃、130℃、150℃、180℃、200℃）；热固化温度120-250℃（如，选用120℃、150℃、180℃、200℃、230℃、250℃），热固化保温时间30-100分钟（如，选用30分钟、50分钟、60分钟、80分钟、100分钟）。
本实施例也可采用实施例1所述的设备进行各向异性磁粉的取向成型并送入刚性容器——固化套总成，为制备方法提供设备支持。
Claims (9)
1.一种制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于，是由如下步骤实现的：
1）各向异性磁粉按比例加入热固性粘结剂，把热固性粘结剂溶解与各向异性磁粉混合至溶液包覆磁粉，接着通过溶剂挥发造粒形成包覆磁粉；
2） 对包覆磁粉二次破碎，因为磁粉在步骤1）的过程中把多个磁粉粘在一起形成一个新的粉体颗粒，二次破碎把新的粉体颗粒破碎，成为单独的磁粉，而磁粉颗粒不被再破碎；
3） 经二次破碎的包覆磁粉加入模腔，在取向磁场下温压或室温压成型得到磁坯，然后磁坯退磁，再将退磁后的磁坯压入内腔形状与磁坯形状相吻合的刚性容器内，将其内置磁坯的刚性容器集中置于固化炉内完成热固化，将磁坯从刚性容器内取出，得到各向异性粘结磁体。
2.根据权利要求1所述的一种制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于，步骤1），热固性粘结剂的添加比例为各向异性磁粉重量的1-5%。
3.根据权利要求2所述的一种制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于，步骤3）中，温压成型的温度为60-200℃；热固化温度120-250℃，热固化保温时间30-100分钟。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于，所述的各向异性粘结磁体为各向异性粘结磁环。
5.一种制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于，是由如下步骤实现的：
1）各向异性磁粉按比例与粉末状热固性粘结剂搅拌混合均匀，得到混合磁粉；
2）将混合磁粉加入模腔，在取向磁场下温压或室温压成型得到磁坯，然后磁坯退磁，再将退磁后的磁坯压入内腔形状与磁坯形状相吻合的刚性容器内，将其内置磁坯的刚性容器集中置于固化炉内完成热固化，将磁坯从刚性容器内取出，得到各向异性粘结磁体。
6.根据权利要求5所述的一种制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于，步骤1），热固性粘结剂的添加比例为各向异性磁粉重量的1-5%。
7.根据权利要求6所述的一种制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于，步骤2）中，温压成型的温度为60-200℃；热固化温度120-250℃，热固化保温时间30-100分钟。
8.根据权利要求5或6或7所述的一种制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于，所述的各向异性粘结磁体为各向异性粘结磁环。
9.实现权利要求4或8所述方法的一种各向异性粘结磁环的磁场取向成型设备，包括阴模(6)、下模(7)、插配于下模(7)内孔的模芯(8)、上模(5)、阴模（6）四周的取向磁场及阴模加热体；下模(7)、模芯(8)和上模(5)伸入阴模(6)，各向异性磁粉在取向磁场作用下被压成型于阴模(6)的内壁、下模(7)的上端面、模芯(8)的柱面和上模(5)的下端面围成的空间，形成环状磁坯(4)；阴模加热体工作时，阴模(6)被加热，各向异性磁粉受热实现磁场取向下的温压成型，阴模加热体不工作时，各向异性磁粉实现磁场取向下的室温压成型；其特征在于，
磁坯(4)脱模前在阴模(6)上方中心位置放置固化套总成，固化套总成由固化套(1)、定位套(2)和固化芯(3)构成，固化套(1)的内腔直径与阴模(6)的模腔直径相同，定位套(2)的高度小于固化套(1)的高度，定位套(2)的下端伸入固化套(1)、上端通过法兰卡于固化套(1)的顶面，定位套(2)的外壁直径与固化套(1)的内腔直径相同，固化芯(3)的下端伸入定位套(2)、上端通过轴肩卡于定位套(2)的顶面，固化芯(3)的外径与定位套(2)的内圈直径相同；
放置完成后由上模(5)压住固化芯(3)，以平衡下模(7)、模芯(8)向上顶出磁坯(4)的顶出力，下模(7)把磁坯(4)压入固化套(1)的内壁、固化芯(3)的柱面和定位套(2)的下端面围成的空间，下模(7)把磁坯(4)压入完成时上模(5)下模(7)形成对压，磁坯(4)对固化套(1)内壁、固化芯(3)柱面产生压应力。
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