生产热变形磁体的方法和设备与流程

本发明涉及生产热变形磁体的方法和设备。

背景技术：

稀土/铁/硼基永磁体广泛地应用于家用电器、电动工具、风力发电、纯电动汽车/混合动力汽车等领域。与烧结磁体和粘结磁体相比，热变形稀土/铁/硼基磁体由于磁各向异性、不含或较低含量的重稀土元素如dy和tb、可以近净成形工艺生产等优点而越来越受到关注。

现有的热变形工艺包括模压、挤出成型和辊压等，但是仍然存在如下问题：所制磁体的磁性能均匀性差，生产效率低，需要开发连续热压的工艺和设备；现有产品的形状主要为磁环，而诸如平板状和圆弧状的其他形状的磁体的生产工艺尚不成熟。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题。

该目的是通过生产热变形磁体的方法实现的，该方法包括：在热压步骤中，对快淬粉实施热压以获得预成型坯；在热变形步骤中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中利用挤压头将所述预成型坯经由出料口以挤压头的行进方向与出料方向相反的方式挤出成型。

另一方面，该目的是通过生产热变形磁体的设备实现的，该设备包括：对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压装置；对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体的热变形装置，该热变形装置具有挤压头，从而将所述预成型坯经由出料口以挤压头的行进方向与出料方向相反的方式挤出成型。

下面依照附图更详细地阐述本发明的各个方面。

附图说明

图1所示为根据本发明的一个实施方案的热变形工艺的示意图；

图2所示为图1所示的实施方案的热变形挤压头的实物照片；

图3所示为图1所示的实施方案的磁体两面上的x射线衍射(xrd)谱；

图4所示为根据本发明的另一个实施方案的热变形工艺的示意图；

图5所示为根据本发明的另一个实施方案的热变形工艺的示意图；

图6所示为图5所示的实施方案的模具、挤压头和热变形磁体的实物照片；

图7所示为根据本发明的另一个实施方案的热压和热变形工艺的示意图。

具体实施方式

除非另外说明，本申请提到的所有的出版物、专利申请、专利和其它参考文献都以引用的方式全文结合入本文中，相当于全文呈现于本文。

除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域普通技术人员通常所理解的同样含义。在抵触的情况下，以本说明书包括定义为准。

当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围旨在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。

本发明涉及生产热变形磁体的方法，该方法包括：在热压步骤中，对快淬粉实施热压以获得预成型坯；在热变形步骤中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中利用挤压头将所述预成型坯经由出料口以挤压头的行进方向与出料方向相反的方式挤出成型。

快淬粉

对于在根据本发明的方法中使用的快淬粉没有特别的限制，例如可以通过熔体快淬法获得快淬带，然后将快淬带碾碎获得快淬粉。也可以使用商购获得的快淬粉，例如购自麦格昆磁(天津)有限公司的mqu等系列的磁粉。在根据本发明的方法中使用的快淬粉可以具有纳米级的晶粒尺寸，也可以是非晶态，并在热变形过程中晶化。

对于在根据本发明的方法中使用的快淬粉的合金组成没有特别的限制，例如可以使用re2fe14b单相合金，其中re代表nd或其他稀土元素或它们的组合，也可以使用双相合金，其例如由re2fe14b相和富re相组成，或者由re2fe14b相和软磁相组成。

热压步骤

在根据本发明的方法的一个实施方案中，在热压步骤中，在600至750℃的热压温度下以50至200mpa的压力对所述快淬粉实施热压。

对于在所述热压步骤中使用的保护气氛没有特别的限制，例如可以在加热之前抽真空，例如低于1×10^-1pa，优选低于6×10^-2pa。对于在所述热压步骤中采用的升温速率没有特别的限制，例如可以为50至200℃/min，优选为约100℃/min。在达到预定的热压温度之后，可以适当地进行保温。对于在所述热压步骤中采用的保温时间没有特别的限制，例如可以为0至120秒，优选为约1分钟。预成型坯可以是长方体，也可以是圆柱体，或者是具有其他形状的截面的柱体。

在热压步骤和热变形步骤彼此相接地实施的情况下，在所述热压步骤中达到预定的温度并完成热压后，将预成型坯直接送入热变形步骤中。

在热压步骤和热变形步骤彼此分离地实施的情况下，在所述热压步骤中达到预定的温度并完成热压后，停止加热并卸载压力，使预成型坯自然冷却，优选使用惰性的气体进行冷却，例如ar或n2。在温度低于200℃之后，取出预成型坯，然后送入热变形步骤中。

热变形步骤

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，在热变形步骤中，在750至950℃的热变形温度下以50至200mpa的压力对所述预成型坯实施热变形。

对于在所述热变形步骤中使用的保护气氛没有特别的限制，例如可以在加热之前抽真空，例如低于1×10^-1pa，优选低于6×10^-2pa，然后充入惰性气体，例如ar。对于在所述热变形步骤中采用的升温速率没有特别的限制，例如可以为50至200℃/min，优选为约100℃/min。在达到预定的热变形温度之后，可以适当地进行保温或者不保温。对于在所述热变形步骤中采用的保温时间没有特别的限制，例如可以为2至4分钟，优选为约3分钟。在达到预定的保温时间之后，开始实施热变形。

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，在热变形步骤中，将挤压头之间的空隙用作出料口。

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，在热变形步骤中，将挤压头在模具内腔中形成的空隙用作出料口。

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，在热变形步骤中使用具有u形内腔的模具，其中u形内腔的一端用作所述预成型坯的进料口并且挤压头由此压入，而u形内腔的另一端用作热变形磁体的出料口。

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，热压步骤和热变形步骤彼此相接地在一个具有u形内腔的模具中实施，其中u形内腔的一端用作所述快淬粉的进料口，快淬粉在从u形内腔的一端挤压到另一端的过程中完成致密化和热变形的过程，而u形内腔的另一端用作所述出料口。

在热压步骤和热变形步骤彼此相接地实施的情况下，热压步骤和热变形步骤分别在热压温度和热变形温度下实施。具体而言，虽然热压步骤中使用的热压模具与热变形步骤中使用的热变形模具彼此相接，但是热压模具在热压温度下实施热压，而热变形模具在热变形温度下实施热变形。

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，所述出料口具有可自由设计形状的截面，例如矩形或弧形的截面。

另一方面，本发明还涉及生产热变形磁体的设备，该设备包括：对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压装置；对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体的热变形装置，该热变形装置具有挤压头，从而将所述预成型坯经由出料口以挤压头的行进方向与出料方向相反的方式挤出成型。

快淬粉

对于在根据本发明的设备中使用的快淬粉没有特别的限制，例如可以通过熔体快淬法获得快淬带，然后将快淬带碾碎获得快淬粉。也可以使用商购获得的快淬粉，例如购自麦格昆磁(天津)有限公司的mqu等系列的磁粉。在根据本发明的设备中使用的快淬粉可以具有纳米级的晶粒尺寸，也可以是非晶态，并在热变形装置中晶化。

对于在根据本发明的设备中使用的快淬粉的合金组成没有特别的限制，例如可以使用re2fe14b单相合金，其中re代表nd或其他稀土元素或它们的组合，也可以使用双相合金，其例如由re2fe14b相和富re相组成，或者由re2fe14b相和软磁相组成。

热压装置

在根据本发明的设备的一个实施方案中，所述热压装置在600至750℃的热压温度下以50至200mpa的压力对所述快淬粉实施热压。

对于在所述热压装置中使用的保护气氛没有特别的限制，例如可以在加热之前抽真空，例如低于1×10^-1pa，优选低于6×10^-2pa。对于在所述热压装置中采用的升温速率没有特别的限制，例如可以为50至200℃/min，优选为约100℃/min。在达到预定的热压温度之后，可以适当地进行保温。对于在所述热压装置中采用的保温时间没有特别的限制，例如可以为0至120秒，优选为约1分钟。预成型坯可以是长方体，也可以是圆柱体，或者是具有其他形状的截面的柱体。

在热压装置和热变形装置彼此相接的情况下，在所述热压装置中达到预定的保温时间之后，将预成型坯直接送入热变形装置中。

在热压装置和热变形装置彼此分离的情况下，在所述热压装置中达到预定的保温时间之后，停止加热及卸载压力，使预成型坯自然冷却，优选使用惰性的气体进行冷却，例如ar或n2。在温度低于200℃之后，取出预成型坯，然后送入热变形装置中。

热变形装置

在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热变形装置在750至950℃的热变形温度下以50至200mpa的压力对所述预成型坯实施热变形。

对于在所述热变形装置中使用的保护气氛没有特别的限制，例如可以在加热之前抽真空，例如低于1×10^-1pa，优选低于6×10^-2pa，然后充入惰性气体，例如ar。对于在所述热变形装置中采用的升温速率没有特别的限制，例如可以为50至200℃/min，优选为约100℃/min。在达到预定的热变形温度之后，可以适当地进行保温。对于在所述热变形装置中采用的保温时间没有特别的限制，例如可以为2至4分钟，优选为约3分钟。在达到预定的保温时间之后，开始实施热变形。

在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热变形装置的挤压头之间具有用作出料口的空隙。

在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热变形装置的挤压头在模具内腔中形成用作出料口的空隙。

在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热变形装置包括具有u形内腔的模具，其中u形内腔的一端用作所述预成型坯的进料口并且挤压头由此压入，而u形内腔的另一端用作热变形磁体的出料口。

在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热压装置和所述热变形装置彼此相接地形成一个具有u形内腔的模具，其中u形内腔的一端用作所述快淬粉的进料口，快淬粉在从u形内腔的一端挤压到另一端的过程中完成致密化和热变形的过程，而u形内腔的另一端用作所述热变形装置的出料口。

在热压装置和热变形装置彼此相接的情况下，热压装置和热变形装置分别在热压温度和热变形温度下实施。具体而言，虽然热压装置中使用的热压模具与热变形装置中使用的热变形模具彼此相接，但是热压模具在热压温度下实施热压，而热变形模具在热变形温度下实施热变形。热压温度和热变形温度分别是材料在过程中所达到的实际温度，由于热传导，材料先达到热压温度，然后再上升到热变形温度，热压和热变形工艺在这个过程中分别完成。

在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述出料口具有可自由设计形状的截面，例如矩形或弧形的截面。

实施例1

图1所示为本实施例的热变形工艺的示意图，包括本实施例中使用的挤压头(1)、模具(2)和热变形磁体(3)的剖面图和立体图。图2所示为本实施例中使用的热变形挤压头的实物照片，其中挤压头(1)之间的空隙用作出料口(5)。

热压

将市售的mqu-f磁粉装入热压模具中，将热压模具连同磁粉一起放入热压机中。抽真空至低于6×10^-2pa时开始加热。在以约100℃/min的升温速率进行加热期间，对热压模具施加不小于50mpa的压力。在温度达到670℃后，在该温度下保温保压1分钟，然后关闭加热系统和液压系统。利用ar气体冷却预成型坯样品，在温度低于200℃之后取出预成型坯样品。

热变形

将预成型坯装入热变形模具中，将热变形模具连同预成型坯一起放入炉中。抽真空至低于6×10^-2pa后，充入ar气体作为保护气体。然后开始以约100℃/min的升温速率加热，在温度达到800至860℃后，在该温度下保温3分钟。然后启动热变形过程的液压系统，开始利用如图2所示的热变形挤压头实施挤出成型，其中挤压头(1)之间的空隙用作出料口(5)。在挤出成型过程完成之后，关闭加热系统和液压系统。在自然冷却至室温后，打开热变形模具，获得热变形磁体。

图3所示为本实施例获得的磁体两面上的x射线衍射(xrd)谱。利用如图3所示的i(006)/i(105)的比例数值作为晶粒取向的度量进行评估。所得磁体两面上的该比例数值几乎相等。这表明所得的磁体的两面具有一致的晶粒取向均匀性。

实施例2

图4所示为本实施例的热变形工艺的示意图，包括本实施例中使用的挤压头(1)、热变形模具、预成型坯(4)、热变形磁体(3)和出料口(5)的剖面图以及具有弧形截面的热变形磁体的立体图(a)。

采用与实施例1相似的热压过程，获得预成型坯。

在本实施例中，热变形模具具有u形内腔，其中u形内腔的一端用作预成型坯(4)的进料口并且挤压头(1)由此压入，而u形内腔的另一端用作出料口(5)。

在本实施例中，热变形模具的出料口(5)的截面被设计成弧形。通过对预成型坯实施背挤出，获得具有弧形截面的热变形磁体。对于热变形磁体而言，由于晶粒取向总是平行于压力方向，所得的具有弧形截面的热变形磁体的取向为径向，这有利于在电机中的应用。

实施例3

图5所示为本实施例的热变形工艺的示意图，包括本实施例中使用的挤压头(1)、模具和热变形磁体(3)的剖面图和立体图。图6所示为本实施例中使用的模具和挤压头的实物照片(a)和热变形磁体的实物照片(b)。

采用与实施例1相似的热压过程，获得预成型坯。

在本实施例中，将挤压头在热变形模具的内腔中形成的空隙用作出料口。如图5和6所示，可以一次获得两个热变形磁体。

实施例4

图7所示为本实施例的热压和热变形工艺的示意图，包括本实施例中使用的挤压头(1)、模具、快淬粉(6)、预成型坯(4)和热变形磁体(3)的剖面图，其中右半部分(a)用作热压装置在热压温度下实施热压步骤，左半部分(b)用作热变形装置在热变形温度下实施热变形步骤。

在本实施例中，热压装置和热变形装置彼此相接地形成一个具有u形内腔的模具，其中u形内腔的一端用作快淬粉(6)的进料口，快淬粉在从u形内腔的一端挤压到另一端的过程中完成致密化和热变形的过程，而u形内腔的另一端用作热变形装置的出料口。

在图7的右半部分(a)，在热压温度下，通过挤压头(1)施加压力，将快淬粉(6)压实。由于快淬粉(6)的进料口的截面逐渐缩小且快淬 粉(6)在温度和压力下流动，使通过压实快淬粉形成的预成型坯(4)的密度逐渐增大。在预成型坯(4)流入图7的左半部分(b)时，在热变形温度和挤出压力下，获得具有晶粒取向的热变形磁体。

以上描述的具体实施方案只是用于阐释本申请的构思，不应理解为以任何方式限制本发明的范围。相反，应清楚地理解在阅读本文的说明书之后，本领域普通技术人员可以在不背离本发明精神之下实施其他的技术方案、修改等。