[发明专利]一种湿压成形制备高取向度结钕铁硼永磁材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土永磁体技术领域，特别涉及一种湿压成形制备高取向度结钕铁硼永磁材料的方法。

背景技术

被誉为“磁王”的烧结钕铁硼永磁材料已成为电力、电讯、汽车、计算机、生物医学及家用电器等领域的核心功能材料，正在应用于制造几百千瓦的电动(或混合电动)汽车的发电机、电动机，以及制造兆瓦量级的风力发电永磁电机。

根据铁磁学的理论，多晶取向复相永磁材料的剩磁由下式决定：

式中A为正相畴体积分数；β为非磁性相的体积分数；(1–β)为Nd2Fe14B主相的体积分数；d为磁体的实际密度；do为磁体的理论密度；为Nd2Fe14B晶粒c轴沿取向轴方向的取向度；JS为Nd2Fe14B化合物单晶体饱和磁极化强度。从式中不难看出，烧结钕铁硼永磁材料的剩磁与取向度成正比。

制造烧结Nd-Fe-B永磁材料过程中，未施加取向场的情况下，尺寸为3～5μm的粉末颗粒接近单晶体但是多畴体，并且各个粉末颗粒的c轴是混乱取向的；施加取向磁场的情况下，粉末颗粒转动使c轴逐步沿取向磁场方向排列。由于粉末颗粒在转动过程中将遇到阻力，这种阻力主要来自粉末颗粒之间的静磁相互作用即团聚力、粉末颗粒相互接触时产生的摩擦力以及粉末形状不规则造成的机械阻力等。前一种阻力即团聚力总是存在的，它的大小与Nd2Fe14B粉末颗粒的表面场有关。而单畴颗粒表面场可达1.5T以上，为打破粉末颗粒的团聚，使其沿磁场方向取向，在无其他阻力作用的情况下，取向场应大于1.5T。后两项阻力的大小与粉末松装密度、颗粒形状和粉末的流动性有关。当颗粒之间润滑效果好时，机械阻力就会很小。粉末装入模具，进行磁场取向时，粉末之间的摩擦阻力将对磁场取向有重要影响。所以，Nd-Fe-B磁性粉末在磁场取向的过程中，外磁场与粉末颗粒相互作用的静磁力矩是推动粉末颗粒的c轴转向外磁场方向的推动力，而粉末颗粒之间的静磁团聚力、外形不规则粉末之间的机械阻力和粉末颗粒相互接触的摩擦力是阻碍粉末颗粒的c轴转向外磁场的阻力。

目前的烧结钕铁硼制造工艺中取向与压形是同期进行的，同时获得两方面效果：其一，获得高的磁场取向度；其二，将粉末压制成一定的密度、形状与尺寸的压坯。目前采用的模压，由于取向与压形同期完成，这就存在一个问题，在取向磁场作用下，晶粒的易磁化轴转动到取向场方向的过程中，由于颗粒之间存在机械阻力和接触的摩擦力且粉末颗粒与模具壁之间也存在摩擦力，从而影响晶粒的充分自由取向，或者说粉末较差的流动性降低了取向度，同时造成坯体密度整体的不均匀性，进一步影响烧结过程中的密度不均匀性从而产生裂纹和掉边掉角等现象。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种湿压成形制备高取向度结钕铁硼永磁材料的方法，解决了现有技术当中存在的影响晶粒的充分自由取向，而且会存在压坯密度整体不均匀性，进一步影响烧结过程中的密度不均匀性从而产生裂纹和掉边掉角等现象的问题。

本发明一种湿压成形制备高取向度结钕铁硼永磁材料的方法，将钕铁硼粉末颗粒与有机溶剂混合制成浆料并浇注到具有双层结构的模具中；在磁场中进行取向压型，边取向边挤压，排出大量液分(残余液分质量比不超过5％)后，获得高取向度以及一定致密度的坯体；最后进行等静压、烧结致密化并回火热处理，即得所述高取向度结钕铁硼永磁材料。

进一步的，具体包括如下步骤：

步骤一、配制溶剂：所述溶剂与钕铁硼粉末颗粒易分离且粘度小；

步骤二、配制浆料：将粒径为3-5微米的钕铁硼粉末颗粒与配制好的所述溶剂充分搅拌并混合均匀，得到的浆料具有较高的流动性，配制过程在控氧环境下进行；

步骤三、注型：将步骤二中得到的所述浆料倒入具有双层结构的模具中，注满模具型腔；

步骤四、取向与湿压：将装有浆料的模具在磁场中充分取向并压型，取向与压型同时进行，通过模具压头的挤压，溶剂与颗粒分离并且溶剂逐渐排出模具，获得较高致密度的初坯；

步骤五、等静压：将所述初坯真空封装，放入液压装置中进行等静压，得到压坯；

步骤六、烧结：在低氧环境下将所述压坯高真空烧结，得到磁体；

步骤七、回火：烧结后的所述磁体高真空回火，得到最终磁体。

进一步的，所述模具内层为具有均匀分布的亚微米级孔隙的模具壁，允许液分通过的同时防止钕铁硼粉末颗粒流失；外层为具有较大孔洞的模具壁，起支撑作用且允许液分通过，同时内外模具壁紧密粘接。