一种磁性轴承永磁体及其加工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁性轴承用永磁体，所述的永磁体中各组分的重量比为：10%-14.5%的钕，2%-5%的硼，7%-11.5%的钴，3%-4.5%的钛，0.4%-0.5%的碳酸钙，0.5%-0.85%的三氧化二铝，余量为铁，所述的永磁体中添加其他微量元素，所述微量元素的总质量与永磁体中铁的质量比为1:90，所述的微量元素中含有为12%-14%碳，36%-48%铬,6.8%-14.8%二氧化硅，6%-10%钼，10%-20%锰，8%-16%氧化钠，所述的原料经过氢碎→气流磨→成型→等静压→剥油→烧结→后加工后得到产品；本发明以铁为永磁体基床，以钕，硼，钴，钛，碳酸钙，三氧化二铝为永磁体辅助材料，永磁体的最大磁能积高，磁感矫顽力大，且居里温度较高，适用于温度较高的工作环境，保证了轴承内永磁体在温度较高的工作环境下的使用寿命，降低了磁性轴承的跟换和维修成本，同时工艺操作简单，适合大规模扩大化生产。
【专利说明】一种磁性轴承永磁体及其加工工艺【技术领域】
[0001]本发明涉及永磁材料领域，尤其涉及应用在磁性轴承上的永磁体及其加工工艺。【背景技术】
[0002]磁性轴承是一种新型的利用磁铁相同两极相互排斥的原理，非接触高性能轴承。与传统滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境。可广泛用于机械加工、涡轮机械、航空航天、真空技术、转子动力学特性辨识与测试等领域，被公认为极有前途的新型轴承。
[0003]对于磁性轴承中的永磁体，由于轴承需要传动和高度的振动，在使用的过程中容易轴承的壳体与永磁体之间容易造成磨损，进而导致永磁体的整体使用性能下滑，轴承的使用寿命缩短，同时轴承在转动时的摩擦容易产生热量，因此普通的永磁体无法满足其工作温度的需求；对于永磁体本身的性能，永磁体的最大磁能积决定了轴承的承重范围，永磁体的磁感矫顽力决定了轴承的长时间使用后，其使用性能的稳定性。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的问题，本发明提供一种耐磨损，磁感矫顽力大，在温度较高的环境下能正常工作的磁性轴承用的永磁体及其加工工艺。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:一种磁性轴承用永磁体，所述的永磁体中各组分的重量 比为:10%-14.5%的钕，2%-5%的硼，7%-11.5%的钴，3%_4.5%的钛，
0.4%-0.5%的碳酸钙，0.5%-0.85%的三氧化二铝，余量为铁，所述的永磁体中添加其他微量元素，所述微量元素的总质量与永磁体中铁的质量比为1:90,所述的微量元素中含有为12%-14% 碳，36%-48% 铬，6.8%-14.8% 二氧化硅，6%_10% 钥，10%-20% 锰，8%-16% 氧化钠。
[0006]铁质永磁体中的晶粒之间含有较多的间隙，仅仅通过等静压的物理操作方法无法进一步减少其晶粒之间的间隙，因此在永磁体中添加其他微量元素，通过微量元素来填充晶粒之间的空隙，进而提高了晶粒之间连接的稳定性，提高了永磁体的耐磨性能，同时微量元素与铁在该比例下的微量元素的填充效果最好，在长时间工作后轴承永磁体的磨损程度最小。
[0007]本发明所述的一种磁性轴承用永磁体的加工工艺，所述的原料经过氢碎一气流磨—成型一等静压一剥油一烧结一后加工后得到产品，所述的微量元素在原料进行气流磨阶段加入到产品中。
[0008]本发明所述微量元素经过初步筛选后经混合后加入到反应体系中，所述微量元素颗粒的平均直径为10um_15um。
[0009]本发明所述氢碎的过程中，将各组分原料置入氢碎炉中，在5.5Mpa的氢压下，吸氢操作40-60min，然后在抽真空的条件下，脱氢2_4h。
[0010]本发明所述的气流磨过程中，通过将脱氢后的产品经过气流磨通过高压气流粉碎处理，接着加入微量元素颗粒，继续粉碎处理6-8h，气流磨中通过氮气的环境下进行处理，气流磨的通过直径为0.3um-0.6um。
[0011]本发明所述的成型过程中，通过成型压机进行处理，将细粉压制成所需要的形状，所述的的压机操作过程在磁场的环境中进行。
[0012]本发明所述的等静压的过程中，通过冷等静压机对产品进行处理，使产品的密度增加，所述静压后的体积为静压前的50%-65%。
[0013]本发明所述的剥油过程中，将静压后产品的包装拆掉，该操作在氮气保护的剥油盒中进行操作。
[0014]本发明所述烧结的过程中，通过线将剥油后的产品加入到烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200°C _1350°C，烧结时间为5-6h，然后分别在900°C -1000°C的条件下进行一级回火，一级回火3-4.5h，在500°C _600°C的条件下进行二级回火，二级回火1.5_2h。
[0015]本发明以铁为永磁体基床，以钕，硼，钴，钛，碳酸钙，三氧化二铝为永磁体辅助材料，在此条件下的永磁体的最大磁能积高，磁感矫顽力大，且居里温度较高，适用于温度较高的工作环境，保证了轴承内永磁体在温度较高的工作环境下的使用寿命，降低了磁性轴承的跟换和维修成本，同时工艺操作简单，适合大规模扩大化生产。
【具体实施方式】
[0016]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细的描述。
[0017]实施例1:一种磁性轴承用永磁体，所述的永磁体中各组分的重量比为:10%的钕，2%的硼，7%的钴，3%的钛，0.4%的碳酸钙，0.5%的三氧化二铝，余量为铁，所述的永磁体中添加其他微量元素，所述微量元素的总质量与永磁体中铁的质量比为1:90,所述的微量元素中含有为12%碳，40%铬，6.8% 二氧化硅，6%钥，20%锰，15.2%氧化钠。所述的原料经过氢碎一气流磨一成型一等静压一剥油一烧结一后加工后得到产品。
[0018]I)氢碎的过程中，将各组分原料置入氢碎炉中，在5.5Mpa的氢压下，吸氢操作40min,然后在抽真空的条件下，脱氢2h。
[0019]2)气流磨过程中，通过将脱氢后的产品经过气流磨通过高压气流粉碎处理，接着加入微量元素颗粒，所述的微量元素经过初步筛选后经混合后加入到反应体系中，所述微量元素颗粒的平均直径为15um。继续粉碎处理6h，气流磨中通过氮气的环境下进行处理，气流磨的通过直径为0.6um。
[0020]3)成型过程中，通过成型压机进行处理，将细粉压制成所需要的形状，所述的的压机操作过程在磁场的环境中进行。
[0021 ] 4 )等静压的过程中，通过冷等静压机对产品进行处理，使产品的密度增加，所述静压后的体积为静压前的65%。
[0022]5)剥油过程中，将静压后产品的包装拆掉，该操作在氮气保护的剥油盒中进行操作。
[0023]6)烧结的过程中，通过线将剥油后的产品加入到烧结炉中进行烧结，烧结温度为12000C _1350°C，烧结时间为5h，然后分别在900°C-1000°C的条件下进行一级回火，一级回火3h，在500°C _600°C的条件下进行二级回火，二级回火2h。
[0024]以上所得的永磁体的最大磁能积高为460 KJ/m3，感矫顽力2450 KA/m，居里温度为 548 °C ο
[0025]实施例2:—种磁性轴承用永磁体，所述的永磁体中各组分的重量比为:14.5%的钕，5%的硼，11.5%的钴，4.5%的钛，0.5%的碳酸钙，0.85%的三氧化二铝，余量为铁，所述的永磁体中添加其他微量元素，所述微量元素的总质量与永磁体中铁的质量比为1:90,所述的微量元素中含有为14%碳，48%铬，10% 二氧化硅，10%钥，10%猛，8%氧化钠。所述的原料经过氢碎一气流磨一成型一等静压一剥油一烧结一后加工后得到产品。
[0026]I)氢碎的过程中，将各组分原料置入氢碎炉中，在5.5Mpa的氢压下，吸氢操作60min,然后在抽真空的条件下，脱氢4h。
[0027]2)气流磨过程中，通过将脱氢后的产品经过气流磨通过高压气流粉碎处理，接着加入微量元素颗粒，所述的微量元素经过初步筛选后经混合后加入到反应体系中，所述微量元素颗粒的平均直径为lOum。继续粉碎处理8h，气流磨中通过氮气的环境下进行处理，气流磨的通过直径为0.3um。
[0028]3)成型过程中，通过成型压机进行处理，将细粉压制成所需要的形状，所述的的压机操作过程在磁场的环境中进行。
[0029]4)等静压的过程中，通过冷等静压机对产品进行处理，使产品的密度增加，所述静压后的体积为静压前的50%。
[0030]5)剥油过程中，将静压后产品的包装拆掉，该操作在氮气保护的剥油盒中进行操作。
[0031 ] 6 )烧结的过程中，通过线将剥油后的产品加入到烧结炉中进行烧结，烧结温度为12000C _1350°C，烧结时间为6h，然后分别在900°C -1000°C的条件下进行一级回火，一级回火4.5h，在500°C _600°C的条件下进行二级回火，二级回火2h。
[0032]以上所得的永磁体的最大磁能积高为475 KJ/m3，感矫顽力2475 KA/m，居里温度为 560。。。
[0033]实施例3:—种磁性轴承用永磁体，所述的永磁体中各组分的重量比为:12%的钕，3%的硼，10%的钴，4%的钛，，0.45 %的碳酸钙，0.65%的三氧化二铝，余量为铁，所述的永磁体中添加其他微量元素，所述微量元素的总质量与永磁体中铁的质量比为1:90，所述的微量元素中含有为13%碳，39.2%铬，14.8% 二氧化硅，7%钥，16%猛，10%氧化钠。所述的原料经过氢碎一气流磨一成型一等静压一剥油一烧结一后加工后得到产品。
[0034]I)氢碎的过程中，将各组分原料置入氢碎炉中，在5.5Mpa的氢压下，吸氢操作50min,然后在抽真空的条件下，脱氢3h。
[0035]2)气流磨过程中，通过将脱氢后的产品经过气流磨通过高压气流粉碎处理，接着加入微量元素颗粒，所述的微量元素经过初步筛选后经混合后加入到反应体系中，所述微量元素颗粒的平均直径为13um。继续粉碎处理7h，气流磨中通过氮气的环境下进行处理，气流磨的通过直径为0.5um。
[0036]3)成型过程中，通过成型压机进行处理，将细粉压制成所需要的形状，所述的的压机操作过程在磁场的环境中进行。
[0037]4)等静压的过程中，通过冷等静压机对产品进行处理，使产品的密度增加，所述静压后的体积为静压前的55%。
[0038]5)剥油过程中，将静压后产品的包装拆掉，该操作在氮气保护的剥油盒中进行操作。
[0039]6)烧结的过程中，通过线将剥油后的产品加入到烧结炉中进行烧结，烧结温度为12000C _1350°C，烧结时间为6h，然后分别在900°C -1000°C的条件下进行一级回火，一级回火3h，在500°C _600°C的条件下进行二级回火，二级回火1.5h。
[0040]以上所得的永磁体的最大磁能积高为468 KJ/m3，感矫顽力2400 KA/m，居里温度为 568 0C ο
[0041]实施例4:以不同的微量元素的总质量与永磁体中铁的质量比与本发明形成对比试验，结果如下表所示:
【权利要求】
1.一种磁性轴承用永磁体，其特征在于，所述的永磁体中各组分的重量比为:10%-14.5% 的钕，2%-5% 的硼，7%-11.5% 的钴，3%_4.5% 的钛，0.4%_0.5% 的碳酸钙，0.5%-0.85%的三氧化二招,余量为铁,所述的永磁体中添加其他微量元素,所述微量元素的总质量与永磁体中铁的质量比为1:90，所述的微量元素中含有为12%-14%碳，36%-48%铬，6.8%-14.8% 二氧化硅，6%-10% 钥，10%-20% 锰，8%-16% 氧化钠。
2.一种磁性轴承用永磁体的加工工艺，其特征在于，所述的原料经过氢碎一气流磨一成型一等静压一剥油一烧结一后加工后得到产品，所述的微量元素在原料进行气流磨阶段加入到产品中。
3.根据权利要求1中所述的磁性轴承永磁体，其特征在于，所述微量元素经过初步混合和加入到反应体系中，所述微量元素颗粒的平均直径为10um-15um。
4.根据权利要求2所述的磁性轴承永磁体的加工工艺，其特征在于，所述氢碎的过程中，将各组分原料置入氢碎炉中，在5.5Mpa的氢压下，吸氢操作40-60min，然后在抽真空的条件下，脱氢2-4h。
5.根据权利要求2所述的磁性轴承永磁体的加工工艺，其特征在于，所述的气流磨过程中，通过将脱氢后的产品经过气流磨通过高压气流粉碎处理，接着加入微量元素颗粒，继续粉碎处理6-8h，气流磨中通过氮气的环境下进行处理，气流磨的通过直径为0.3um-0.6um。
6.根据权利要求2所述的磁性轴承永磁体的加工工艺，其特征在于，所述的成型过程中，通过成型压机进行处理，将细粉压制成所需要的形状，所述的的压机操作过程在磁场的环境中进行。
7.根据权利要求2所述的磁性轴承永磁体的加工工艺，其特征在于，所述的等静压的过程中，通过冷等静压机对产品进行处理，使产品的密度增加，所述静压后的体积为静压前的 50%-65%。
8.根据权利要求2所述的磁性轴承永磁体的加工工艺，其特征在于，所述的剥油过程中，将静压后产品的包装拆掉，该操作在氮气保护的剥油盒中进行操作。
9.根据权利要求2所述的磁性轴承永磁体的加工工艺，其特征在于，所述烧结的过程中，通过线将剥油后的产品加入到烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200°C -1350°C，烧结时间为5-6h，然后分别在900°C -1000°C的条件下进行一级回火，一级回火3-4.5h，在5000C _600°C的条件下进行二级回火，二级回火1.5-2h。
【文档编号】F16C32/04GK103632802SQ201310624320
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月30日 优先权日:2013年11月30日
【发明者】苏广春, 关井和, 陈益明 申请人:宁波科星材料科技有限公司