一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置及其方法与流程

本发明涉及细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置技术领域，尤其涉及一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置及其方法。

背景技术：

由于晶粒越小，磁畴的旋转和排列就越容易，这样就会使更多的磁畴沿着磁化方向排列，从而提高钕铁硼磁材的磁能积和矫顽力。所以在钕铁硼磁铁的生产制造过程中其晶粒的大小将直接影响烧结钕铁硼永磁体的磁性能。

这使得细化钕铁硼晶粒大小有很好的工程应用前景。高能脉冲电子束技术是一种利用脉冲高能量束对材料改性的方法。当高能密束作用于材料时，瞬时高能使材料温度迅速升高,以至导致熔化、汽化等现象的出现。当输入能量结束时,工件表面会急速冷却，从而形成非晶或微纳晶粒结构。

利用高能脉冲电子束来实现钕铁硼磁铁晶粒的细化是一种在磁铁制造过程中的新思路。此方法将利用脉冲电子束的高能量将钕铁硼磁铁材料熔化后快速冷却使其生成非晶或微纳晶粒，从而改进磁铁的性能。

目前国内外磁铁的制造方法流程的步骤主要如下：

首先在真空环境下将配比好的必要材料熔化精炼，熔化后将其铸造成合金块。之后将合金甩带片在氢气环境下碎成粉末得到粗制的氢碎合金粉末，然后进一步将粉末研磨得更细化(3-5微米)。让金属粉末取向，将其磁化方向进行统一为固定方向，并均匀的将粉末填充到模具中，加压成型。在真空环境下，将备用金属块烧结并退火。进一步将金属块进行机械加工并且进行表面处理。最后将金属块放置入磁场使其磁化，制成成品。

传统磁铁制造工艺虽然已经在工业体系中很成熟，但仍然存在许多不足，如：

(1)冷却的速度仍然不够迅速，导致非晶或微纳晶粒无法形成；

(2)环境的不纯导致样品杂质较多，从而影响晶粒的大小；

(3)一些细化晶粒的试验方法无法实际运用到工业生产线中。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置，包括用于固定样品的夹持装置、为获得脉冲电子束的电子束装置和密闭装置，所述夹持装置包括滑轨、夹钳、支撑台，所述滑轨通过螺丝固定在支撑台的上端，所述夹钳与滑轨嵌套在一起，所述滑轨上安装有用于固定夹钳的销，所述脉冲电子束装置包括电子枪、偏转线圈、氩气瓶、连通管、氩气阀，所述氩气瓶通过管道与电子枪连接，所述氩气阀安装在氩气瓶与电子枪的连通管之间，所述密封装置包括实验腔、气压计、氮气阀、旋转泵、涡轮分子泵、排气口、氮气瓶以及闸门阀，所述实验腔设置于整个装置的外侧且与外界环境密闭，所述旋转泵与实验腔连通，所述氮气瓶与氮气阀均连接于涡轮分子泵之后，所述涡轮分子泵安装于氮气阀与实验腔之间，所述闸门阀安装在涡轮分子泵与实验腔之间连通管上，所述夹持装置包括滑轨、夹钳、螺丝、销、支撑台均由高温合金制成。

本发明还提出了一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的加工方法，包括以下步骤；

s1、首先调整夹钳之间的间距，将样品固定于夹钳之间，利用销固定夹钳位置防止滑动；将样品置于支撑台上的夹钳中间，通过两个销将夹钳固定于滑轨的某一适合的位置以固定样品，两个螺丝将滑轨固定于支撑台上；

s2、将固定好样品后排出实验腔内空气，启动旋转泵，空气通过旋转泵后经由排气口排除，并且通过气压计实时监测实验腔内气压是否达到电子枪工作状态，达到1.33×10^-2～1.33×10^-4pa后，开启氩气阀门并将氩气瓶同时开启后，打开电子枪进行工作；

s3、样品处理完毕后，关闭电子枪和氩气瓶以及其阀门。然后打开氮气瓶以及氮气阀，打开涡轮分子泵以及闸门阀，将实验腔内充入氮气，将舱内气压达到正常水平，最后取出样品。

本发明具有以下有益效果：

1、可以对不同尺寸的样品进行加工，通过对这个技术的运用，烧结钕铁硼磁铁晶粒的尺寸在脉冲电子束的加工下能够大大缩小；

2、此方法相对于传统纳米晶钕铁硼磁铁制造工艺来说细化晶粒的效率更高；

3、此方法在生产流程中能够达到高度自动化；

4、高能脉冲电子束的加工过程是在真空环境下进行，对样品的污染更少，加工表面也不易被氧化；

5、高能脉冲电子束的加工参数是可控的，所以材料的微观结构更容易调控。

附图说明

图1为本发明提出的一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置的结构示意图；

图2为本发明提出的一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置的夹持装置组件组装示意图；

图3为本发明提出的一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置的电子束装置示意图；

图4为本发明提出的一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置的真空装置示意图；

图5为本发明提出的一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置的氮气填充装置示意图；

图6为样品处理前和处理后的钕铁硼材料x射线衍射结果。

图中：1螺丝、2滑轨、3夹钳、4销、5支撑台、6电子枪、7偏转线圈、8氩气阀、9氩气瓶、10实验腔、11旋转泵、12排气口、13气压计、14涡轮分子泵、15闸门阀、16氮气阀、17氮气瓶、18样品。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-6，一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的装置，包括用于固定样品18的夹持装置、为获得电子束的电子束装置和密闭装置，夹持装置包括滑轨2、夹钳3、支撑台5，滑轨2通过螺丝1固定在支撑台5的上端，支撑台5用于支撑整个夹持装置以及样品18的重量，夹钳3与滑轨2嵌套在一起，滑轨2被固定在支撑台5上，为夹钳3提供定向移动的轨道以方便根据样品大小调整夹钳3间隔，滑轨2上安装有用于固定夹钳3的销4，销4的作用是固定夹钳3位置防止夹钳3进行滑动以避免样品18的破坏，样品18为钕铁硼磁铁晶粒,夹钳3与滑轨2嵌套在一起，用于固定样品，且可调节，电子束装置包括电子枪6、偏转线圈7、氩气瓶9、连通管、氩气阀8，氩气瓶9通过管道与电子枪6连接，氩气阀8安装在氩气瓶9与电子枪6的连通管之间，电子枪6为获得电子束的装置，以日本电子jebg系列大功率电子枪为例，其内部主要包括：电子发射阴极(用于在加热状态下发射电子)、控制栅极(其作用既能控制电子束的强弱又能进行初步的聚焦)、加速阳极(趋势电子加速)，偏转线圈固定于电子束发射出来后的装置的两侧，密封装置包括实验腔10、气压计13、氮气阀16、旋转泵11、涡轮分子泵14、排气口12、氮气瓶17以及闸门阀15，实验腔10设置于整个装置的外侧且与外界环境密闭，旋转泵11与实验腔10连通，实验腔10位于整个装置的外侧，用于实现密闭的纯粹环境，旋转泵11联通于实验腔10，开启后向外抽出空气，气体经由排气口12排出，氮气瓶17与氮气阀16均连接于涡轮分子泵14之后，氩气瓶9通过管道与电子枪6连接，在电子枪6开启前需先打开，氩气对电子抢6进行保护作用防止枪头老化破损，涡轮分子泵14安装于氮气阀16与实验腔10之间，氮气瓶17与氮气阀16连接于涡轮分子泵14之后，为整个装置提供氮气来源，闸门阀15安装在涡轮分子泵14与实验腔10之间连通管上，闸门阀15用于涡轮分子泵14与实验腔10之间连通管的开启与闭合，涡轮分子泵14接于氮气阀16与实验腔10之间，它可以加速氮气的充入，提高工作效率，连通管用于氩气的输送，气阀位于氩气瓶9与电子枪6的连接管道之间，气压计13用于检测装置内气压，在旋转泵11排出空气并且使其达到1.33×10^-2～1.33×10^-4pa的真空状态时再充入氮气。

本发明还提出了一种细化钕铁硼磁铁晶粒尺寸的加工方法，包括以下步骤；

s1、首先调整夹钳3之间的间距，将样品18固定于夹钳3之间，利用销4固定夹钳3位置防止滑动；将样品18置于支撑台5上的夹钳3中间，通过两个销4将夹钳3固定于滑轨2的某一适合的位置以固定样品18，两个螺丝1将滑轨2固定于支撑台上；

s2、将固定好样品18后排出实验腔10内空气，启动旋转泵11，空气通过旋转泵11后经由排气口12排除，并且通过气压计13实时监测实验腔10内气压是否达到电子枪6工作状态，达到1.33×10^-2～1.33×10^-4pa后，开启氩气阀8并将氩气瓶同时9开启后，打开电子枪6进行工作；

s3、样品18处理完毕后，关闭电子枪6和氩气瓶9以及其氩气阀8。然后打开氮气瓶17以及氮气阀16，打开涡轮分子泵14以及闸门阀15，将实验腔10内充入氮气，将舱内气压达到正常水平，最后取出样品18。

本发明中，实际运行时，将样品18置于支撑台5上的夹钳3中间，通过两个销4将夹钳3固定于滑轨2的某一适合的位置以固定样品18，两个螺丝1将滑轨2固定于支撑台上。装置启动前，启动旋转泵11，空气通过旋转泵11后经由排气口12排除，并且通过气压计13实时监测实验腔10内气压是否达到电子枪工作状态。达到1.33×10^-2～1.33×10^-4pa后，开启氩气阀8并将氩气瓶9同时开启后，打开电子枪6进行工作。样品18处理完毕后，关闭电子枪6和氩气瓶9以及其氩气阀8。然后打开氮气瓶17以及氮气阀16，打开涡轮分子泵14以及闸门阀15，将实验腔10内充入氮气，将舱内气压达到正常水平，最后取出样品18。

图2对夹持装置做了详细的结构展示。两个螺丝1将滑轨2固定于支撑台5上，夹钳3与滑轨2相互嵌合，夹钳3用于固定样品18，且为了适配不同样品大小，可用两个销4将其固定牢靠。

图3显示了电子枪装置的结构。在使用前，开启氩气阀8并将氩气瓶9内的氩气通过管道充入电子枪6口，打开电子枪6及其线圈进行工作。在电子枪6工作完成后关闭氩气阀8、氩气瓶9以及电子枪6。

图4详细阐述了真空系统的各组成部分结构。为了使装置达到真空电子枪工作环境，首先启动旋转泵11将空气通过排气口12排出，通过气压计13来确定实验腔10内气压是否达到电子枪6工作状态，也就是1.33×10^-2～1.33×10^-4pa，并且在电子枪6工作过程中对气压进行实时监控。

图5详细阐述了氮气填充装置的组成部分，此装置的作用为填充氮气让实验腔内达到正常气压以取出样品18。在样品18处理完毕后，打开氮气瓶17以及其氮气阀16，之后运行涡轮分子泵14，并且开启其开关，氮气通过管道流入舱内，将舱内气压达到正常水平。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。