TWI615859B - 異向性磁石製造方法及磁石製造設備 - Google Patents

Description

異向性磁石製造方法及磁石製造設備

本發明有關於一種異向性磁石製造方法，特別是關於一種異向性磁石製造方法，其熱壓及熱變形二步驟只利用單一模具對磁性粉末進行壓實及變形。

一般而言，現有的釹鐵硼磁石(Nd-Fe-B Magnet)製造方法包含燒結磁石製程、塑橡膠磁石製程、熱固化磁石製程、膠結成形製程以及熱壓成形製程等。其中，運用熱壓成形製程所製作之釹鐵硼磁石主要包含等向性釹鐵硼熱壓磁石(MQII)及異向性釹鐵硼熱壓磁石(MQIII)等產品，所述釹鐵硼熱壓磁石具有高磁特性(最大磁能積可達30~50MGOe)、且透過熱壓製程能夠使磁石的易磁化軸沿徑向方向輻射排列，因此可供製造便於組裝的細長環形磁石。再者，所述環形磁石在充磁過程中，透過變更充磁線圈的位置與數量，即可改變充磁極數及磁偏角。據此，運用熱壓成形製程所製作之釹鐵硼磁石能夠廣泛應用於各式馬達、發電機、壓縮機、音箱或磁力軸承等構件當中，例如電動車中所採用之電動輔助轉向馬達(Electric Power Steering,EPS)對於異向性釹鐵硼熱壓磁石即存在高度需求，使得熱壓成形製程成為近年來釹鐵硼磁石的主流製造方法之一。

習知釹鐵硼磁石製造方法主要是將釹、鐵、硼及其它金屬原料(例如：鈷)熔解(dissolving)形成金屬溶液，所述金屬溶液可藉由(rapid-quenching)快淬產生金屬薄片，再將該金屬薄片粉碎(pulverizing)以製備磁性粉末。接著，該製造方法依序採用冷壓(cold pressing)及熱壓(hot pressing) 製程將磁性粉末壓實，以提升磁性粉末密度使其形成磁性粉體。上述冷壓製程通常係進行初步加壓，使磁性粉末密度達到50-60%。上述熱壓製程通常需升溫至約660℃再進行加壓，才可使磁性粉末形成壓實密度達到80-99%的磁性粉體，以製作等向性釹鐵硼磁石半成品。接著，所述等向性釹鐵硼磁石半成品進行熱變形(hot plastic deforming)製程處理以形成異向性釹鐵硼磁石，此時熱變形製程通常需升溫至約800℃。該釹鐵硼磁石製造方法可再進一步對所述異向性釹鐵硼磁石進行機械加工以達到最後之所需外形。

然而，一方面，熱壓及熱變形二步驟分別利用熱壓模具及熱變形模具對磁性粉末進行壓實及變形，將增加該製造方法的步驟複雜度，而造成現有釹鐵硼熱壓磁石的整體製程時間過長。另一方面，該釹鐵硼磁石製造方法將上述等向性釹鐵硼磁石半成品熱變形為異向性釹鐵硼磁石的過程中，還存在將熱壓模具更換成熱變形模具時，釹鐵硼磁石半成品會發生先降溫再升溫的問題，如此將釹鐵硼磁石半成品再次升溫，將會使晶粒成長而導致晶粒粗大，進而釹鐵硼磁石的磁特性下降。一般評估釹鐵硼磁石磁石的特性主要由殘留磁束密度(Br)及矯頑磁力(iHc)。Br值越高表示晶粒易磁化軸配向度越高，iHc值越高表示晶粒尺寸越小。

有鑑於此，便有需要提供一種異向性磁石製造方法及磁石製造設備，來解決前述的問題。

本發明的主要目的在於提供一種異向性磁石製造方法，其熱壓及熱變形二步驟只利用單一模具對磁性粉末進行壓實及變形。

為達成上述目的，本發明提供一種異向性磁石製造方法，包括下列步驟：提供一磁石製造設備，其包括：一內模、一複動化外模及一沖頭，該複動化外模環繞設置於 該內模外；進行一熱壓步驟，當該複動化外模相對於該內模位於一第一位置時，該複動化外模與該內模之間定義出一第一容置空間，該第一容置空間具有一第一內徑，將一磁性錠塊放置於該第一容置空間內，該沖頭用以將該磁性錠塊熱壓成等向性磁石半成品，此時該第一容置空間之模溫保持在一第一溫度範圍；以及進行一熱變形步驟，當該複動化外模相對於該內模移動至一第二位置時，該複動化外模與該內模之間定義出一第二容置空間，第二該容置空間具有一第二內徑，該第二內徑大於該第一內徑，且該沖頭用以將位於該第二容置空間內之該等向性磁石半成品熱變形為一中空狀異向性磁石，此時該第二容置空間之模溫直接升溫至一第二溫度範圍。

根據本發明之磁石製造設備，一方面，熱壓及熱變形二步驟只利用單一模具對磁性粉末進行壓實及變形，簡化該異向性磁石製造方法的步驟複雜度，可降低現有釹鐵硼熱壓磁石的整體製程時間。另一方面，該異向性磁石製造方法將上述等向性釹鐵硼磁石半成品熱變形為異向性釹鐵硼磁石的過程中，不須將熱壓模具更換成熱變形模具，可避免發生先降溫再升溫至攝氏800度的問題，如此將不會使晶粒成長而導致晶粒粗大。因此，本發明之異向性磁石製造方法所製造之異向性釹鐵硼磁石可具有較小晶粒尺寸，進而釹鐵硼磁石的磁特性更為提升。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。

1‧‧‧磁石製造設備

11‧‧‧內模

111‧‧‧端面

12‧‧‧複動化外模

121‧‧‧貫穿模穴

13‧‧‧沖頭

14‧‧‧機台固定座

15‧‧‧驅動單元

16‧‧‧驅動單元

9‧‧‧磁性錠塊

91‧‧‧等向性磁石半成品

92‧‧‧中空狀異向性磁石

L1‧‧‧第一內徑

L2‧‧‧第二內徑

S1‧‧‧第一容置空間

S2‧‧‧第二容置空間

S50‧‧‧步驟

S100‧‧‧步驟

S150‧‧‧步驟

S200‧‧‧步驟

S300‧‧‧步驟

S350‧‧‧步驟

圖1至圖5為本發明之第一實施例之異向性磁石製造方法之剖面示意圖； 圖6為本發明之第一實施例之異向性磁石製造方法之流程圖；以及圖7為本發明之第二實施例之異向性磁石製造方法之流程圖。

參閱圖1至圖5，其顯示本發明之第一實施例之異向性磁石製造方法之剖面示意圖。該異向性磁石製造方法主要是包括熱壓及熱變形等步驟。在本實施例中，該異向性磁石是以異向性釹鐵硼磁石(Nd-Fe-B Magnet)為例說明如後。

參閱圖6，其顯示本發明之第一實施例之異向性磁石製造方法之流程圖。該異向性磁石製造方法，包括：在步驟S100中，提供一磁石製造設備；在步驟S200中，進行一熱壓步驟；以及，在步驟S300中，進行一熱變形步驟。

參閱圖1，在步驟S100中，提供一磁石製造設備1，其包括一內模11、一複動化外模12及一沖頭13，該複動化外模12環繞設置於該內模11外。詳言之，該複動化外模12具有一貫穿模穴121，該內模11之形狀恰可嵌套於該貫穿模穴121，使該複動化外模12環繞設置於該內模11外。該磁石製造設備1更包括一機台固定座14，該內模11固定設置於該機台固定座14上。該內模11、複動化外模12及沖頭13可為熔點大於1600℃以上的耐高溫材料所製，例如鎢鋼。

參閱圖2及圖3，在步驟S200中，進行一熱壓步驟，當該複動化外模12位於一第一位置時(於本實施例中，該內模11之端面111位於該貫穿模穴121之一端)，該複動化外模12與該內模11之間定義出一第一容置空間S1，該第一容置空間S1具有一第一內徑L1(圖1所示)，將一磁性 錠塊9放置於該第一容置空間S1內，該沖頭13藉由一驅動單元15(例如油壓動力)驅動，而將該磁性錠塊9熱壓成等向性磁石半成品91，此時該第一容置空間S1之模溫保持在一第一溫度範圍(例如580-640℃)。在熱壓步驟中，可使磁性粉末形成壓實密度達到80-99%的磁性粉體，以製作等向性釹鐵硼磁石半成品。

參閱圖4及圖5，在步驟S300中，進行一熱變形步驟，當該複動化外模12藉由另一驅動單元16(例如油壓動力)驅動而相對於該內模11移動而位於一第二位置時(於本實施例中，該內模11之端面111位於該貫穿模穴121之另一端)，該複動化外模12與該內模11之間定義出一第二容置空間S2，該第二容置空間S2具有一第二內徑L2(圖1所示)，且該第二內徑L2大於該第一內徑L1，該沖頭13藉由該驅動單元15(例如油壓動力)驅動，而將位於該第二容置空間S2內之該等向性磁石半成品91熱變形為一中空狀異向性磁石92，此時該第二容置空間S2之模溫直接升溫至一第二溫度範圍(例如780-830℃)。

參閱圖7，其顯示本發明之第二實施例之異向性磁石製造方法之流程圖。該異向性磁石製造方法包括：在步驟S50中，進行一製粉步驟；在步驟S100中，提供一磁石製造設備；在步驟S150中，進行一冷壓步驟；在步驟S200中，進行一熱壓步驟；在步驟S300中，進行一熱變形步驟；以及在步驟S350中，進行一機械加工步驟。第二實施例之熱壓步驟及熱變形步驟大體上類似於第一實施例之熱壓步驟及熱變形步驟。

在第二實施例中，該異向性磁石製造方法更包括一製粉步驟(步驟S50)，用以將金屬薄片粉碎成磁性粉末；一冷壓步驟(步驟S150)，將該磁性粉末放置於該容置空間內，用以將該磁性粉末壓實成該磁性錠塊；以及，一機械加 工步驟中，用以將該異向性釹鐵硼磁石進行機械加工。

詳言之，在製粉步驟中，將釹、鐵、硼及其它金屬原料(例如：鈷)熔解(dissolving)形成金屬溶液，所述金屬溶液可藉由(rapid-quenching)快淬產生金屬薄片，再將該金屬薄片粉碎(pulverizing)以製備磁性粉末。在冷壓步驟中，進行初步加壓將磁性粉末壓實，以提升磁性粉末密度，使磁性粉末密度達到50-60%。在機械加工步驟中，該異向性磁石製造方法可再進一步對所述異向性釹鐵硼磁石進行機械加工以達到中空狀異向性釹鐵硼磁石最後之所需外形。

根據本發明之磁石製造設備，一方面，熱壓及熱變形二步驟只利用單一模具對磁性粉末進行壓實及變形，簡化該異向性磁石製造方法的步驟複雜度，可降低現有釹鐵硼熱壓磁石的整體製程時間。另一方面，該異向性磁石製造方法將上述等向性釹鐵硼磁石半成品熱變形為異向性釹鐵硼磁石的過程中，不須將熱壓模具更換成熱變形模具，可避免發生先降溫再升溫至攝氏800度的問題，如此將不會使晶粒成長而導致晶粒粗大。因此，本發明之異向性磁石製造方法所製造之異向性釹鐵硼磁石可具有較小晶粒尺寸，晶粒尺寸<100nm，進而釹鐵硼磁石的磁特性更為提升。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧磁石製造設備

11‧‧‧內模

12‧‧‧複動化外模

13‧‧‧沖頭

15‧‧‧驅動單元

92‧‧‧中空狀異向性磁石

S2‧‧‧第二容置空間

Claims (10)

1. 一種異向性磁石製造方法，包括下列步驟：提供一磁石製造設備，其包括：一內模、一複動化外模及一沖頭，該複動化外模環繞設置於該內模外；進行一熱壓步驟，當該複動化外模相對於該內模位於一第一位置時，該複動化外模與該內模之間定義出一第一容置空間，該第一容置空間具有一第一內徑，將一磁性錠塊放置於該第一容置空間內，該沖頭用以將該磁性錠塊熱壓成等向性磁石半成品，此時該第一容置空間之模溫保持在一第一溫度範圍；以及進行一熱變形步驟，當該複動化外模相對於該內模移動至一第二位置時，該複動化外模與該內模之間定義出一第二容置空間，該第二容置空間具有一第二內徑，該第二內徑大於該第一內徑，且該沖頭用以將位於該第二容置空間內之該等向性磁石半成品熱變形為一中空狀異向性磁石，此時該第二容置空間之模溫直接升溫至一第二溫度範圍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之異向性磁石製造方法，其中該中空狀異向性磁石為異向性釹鐵硼磁石(Nd-Fe-B Magnet)，該第一溫度範圍為580-640℃，且該第二溫度範圍為780-830℃。
3. 如申請專利範圍第1項所述之異向性磁石製造方法，更包括：進行一製粉步驟，用以將金屬薄片粉碎成磁性粉末。
4. 如申請專利範圍第3項所述之異向性磁石製造方法，更包括：進行一冷壓步驟，用以將該磁性粉末壓實成該磁性錠塊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之異向性磁石製造方法，更包括：進行一機械加工步驟，以達到該中空狀異向性磁石最後之所需外形。
6. 一種磁石製造設備，包括：一機台固定座；一內模，固定設置於該機台固定座上；一複動化外模，環繞設置於該內模外，其中當該複動化外模相對於該內模移動至第一及第二位置時，該複動化外模與該內模之間分別定義出第一及第二容置空間，該第一及第二容置空間分別具有第一及第二內徑，該第二內徑大於該第一內徑，該第一容置空間之模溫保持在一第一溫度範圍，該第二容置空間之模溫直接升溫至一第二溫度範圍；以及一沖頭，其中當該複動化外模移動至該第一位置時，該沖頭用以將位於該第一容置空間內之一磁性錠塊壓實成等向性磁石半成品；當該複動化外模移動至該第二位置時，該沖頭用以將位於該第二容置空間內之該等向性磁石半成品擠壓成一中空狀異向性磁石。
7. 如申請專利範圍第6項所述之磁石製造設備，其中該中空狀異向性磁石為異向性釹鐵硼磁石(Nd-Fe-B Magnet)，該第一溫度範圍為580-640℃，且該第二溫度範圍為780-830℃。
8. 如申請專利範圍第6項所述之磁石製造設備，其中該內模、該複動化外模及該沖頭為熔點大於1600℃之耐高溫材料所製。
9. 如申請專利範圍第8項所述之磁石製造設備，其中該耐高溫材料為鎢鋼。
10. 如申請專利範圍第6項所述之磁石製造設備，更包括： 一驅動單元，用以驅動該沖頭；以及另一驅動單元，用以驅動該複動化外模。