专利名称：：永磁体的制造方法及永磁体的制作方法
技术领域：
：本发明涉及通过挤出成型制造具有优良磁性的永磁体的方法。
背景技术：
：国内工业已经使用了这样的永磁体，其由稀土元素、铁族金属和板状(例如平面的、拱形的、半圆形的或者新月形的)硼制成并且具有由热(或者温)塑性加工赋予的磁各向异性。这些永磁体按照下文所述的方法制造。将通过混合稀土元素、铁族金属和硼制备的原材料熔融，将这样得到的熔融的磁体合金喷射到旋转辊(例如由铜制成)上，从而在旋转辊上形成包括纳米级晶粒的快速淬火片状带。将如上所述的由快速淬火得到的磁体合金粉末压碎成合适的微粒直径，并且通过冷压形成压制品。对该压制品进行热压或者温压而成为具有更高密度的体，然后对其实施热塑性加工或者温塑性加工，以形成具有所需尺寸和磁各向异性的板。采用塑性加工使板具有磁各向异性的方法的实例包括(l)镦锻法；(2)挤出法；以及(3)轧制法。在随后的步骤中，将经过塑性加工的磁体材料磁化，由此提供具有磁各向异性的实用的永磁体。例如，JP-A-9-129463概括描述了采用挤出法制造环形永磁体等。
发明内容镦锻法可以实现高磁性，但是在生产率、材料产出率、产品合格率和制造成本方面劣于挤出法和轧制法。另一方面，尽管挤出法和轧制法在生产率、材料产出率、产品合格率和制造成本方面较好，但是它们具有不能实现高磁性的缺点。此外，与轧制法相比，挤出法在材料产出率和产品合格率方面是优良的。由于每种方法具有上述各自的特点，所以存在采用挤出法制造板状永磁体的工业需求，这是因为挤出法在材料产出率、产品合格率和生产率方面具有良好的平衡。JP-A-9-129463所公开的内容涉及环形永磁体的制造，但是没有考虑任何板状(例如平面的、拱形的、半圆形的或者新月形的)永磁体的制造。因此，存在对于这样的方法的需求可以通过挤出法制造磁性得到增强的板状永磁体。考虑到以上指出的在传统技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种方法，其能够通过挤出法(在材料产出率和产品合格率方面较好)制造具有高磁性的永磁体；以及一种通过挤出法制造的永磁体。本发明涉及下述第(1)项。(1)一种制造永磁体的方法，其包括挤出预成形件以形成板状永磁体，其中该预成形件以这样的方式挤出，即该预成形件的横截面尺寸在X方向上减小而在与X方向垂直的Y方向上增大。根据上述第(1)项所述的方法，通过以这样的方式挤出预成形件，即该预成形件的横截面尺寸在X方向上减小而在与X方向垂直的Y方向上增大，可以制造出这样的永磁体，目口该永磁体的磁性等于或者强于通过镦锻法制造的永磁体的磁性。此外，本发明涉及下述第(2)项。(2)—种通过挤出预成形件形成的板状永磁体，其中该预成形件以这样的方式挤出，即该预成形件的横截面尺寸在X方向上减小而在与X方向垂直的Y方向上增大；因此该永磁体相对于预成形件的应变比￡2/￡1在0.2到3.5的范围内，其中q是在预成形件的挤出方向上的应变，而S2是Y方向上的应变。对根据上述第(2)项所述的永磁体实施塑性加工，以使其相对于预成形件具有在0.2到3.5的范围内的应变比，从而使得该永磁体的磁性等于或者强于通过镦锻法制造的永磁体的磁性。根据本发明的制造方法，可以以低成本制造出具有高磁性的永磁体。此外，本发明的永磁体具有优良的磁性。图1是根据实施例1的挤出模的纵向截面正视图。图2是根据实施例1的挤出模的纵向截面侧视图。图3是根据实施例1的成形模的放大的纵向截面正视图。图4是根据实施例1的成形模的放大的纵向截面侧视图。图5是根据实施例1的成形模的俯视图。图6是根据实施例1的成形模的仰视图。图7是示出对根据实施例1的挤出模挤出的预成形件进行塑性加工以形成永磁体的示意图。图8A是根据实施例1的预成形件的示意图。图8B是由图8A所示的预成形件形成的永磁体的示意图。图9A是根据实施例2的预成形件的示意图。图9B是由图9A所示的预成形件形成的永磁体的示意图。图10是用于将根据实施例2的预成形件制造成永磁体的成形模的俯视图。图IIA是根据实施例3的预成形件的示意图。图11B是由图IIA所示的预成形件形成的永磁体的示意图。图12A是根据变型实施例的预成形件的示意图。图12B是由图12A所示的预成形件形成的永磁体的示意图。图12C是由图12A所示的预成形件形成的另一个永磁体的示意图。具体实施方式现在将通过本发明的优选实施例并结合附图描述根据本发明的制造永磁体的方法和永磁体。实施例1图1和图2分别示出用于制造永磁体的方法的挤出模的优选形式。设置在模座9内的挤出模IO在内部具有彼此串联形成的通孔12、锥形孔14和等径(通)孔16。放置在通孔12内的预成形件18由冲压机(在附图中未示出)挤压并通过锥形孔14和等径孔16挤出，以形成板状永磁体(磁体坯)20。预成形件18通过如下步骤形成将通过混合稀土、铁族金属和硼制备的原材料熔融；将熔融材料喷射到旋转辊上，以便在旋转辊上形成快速淬火片状带；将由此得到的磁体合金粉末压碎，使其具有合适的微粒直径；将磁体合金粉末冷压成压制品，并对该压制品进行热压或者温压而形成具有更高密度的体。如图8A所示，预成形件18可以具有厚度T、宽度W和长度L并且其横截面(即，垂直于其长度的截面)可以是长方形。虽然稀土可以从钇和镧系元素中选择，但是优选的是使用钕、镨、镝、铽、或者前述元素中两种或更多种的混合物。虽然铁族金属可以从铁、钴和镍中选择，但是优选的是使用铁、钴、或者其混合物。可选的是，可以加入镓以获得增强的塑性加工性(或者抗裂性)。挤出模10设计为用于将预成形件18形成为板状永磁体20，如图8A所示，预成形件18在与挤出方向垂直的方向上具有长方形横截面(挤出横截面)，如图8B所示，板状永磁体20具有宽度Wi(在Y方向上测量)大于厚度L(在X方向上测量)的矩形横截面。也就是说，挤出模10包括进入侧模具22，其中形成在挤出方向上具有一定长度的通孔12;以及成形模24，其设置在进入侧模具22的出口处，并且具有与通孔12连通的锥形孔14。此外，在成形模24的出口处形成有与锥形孔14连通的等径通孔16。在进入侧模具22内形成的通孔12具有这样的长方形横截面在与挤出方向垂直的横截面内，X方向上的尺寸和与X方向垂直的Y方向上的尺寸可以分别与预成形件18的厚度T和宽度W基本相同。在厚度和宽度方向分别位于X和Y方向上的情况下，预成形件18沿长度方向(即与X方向和Y方向垂直的Z方向)设置在通孔12内。在成形模24出口处形成的等径通孔16具有这样的矩形横截面在与挤出方向垂直的横截面内，X方向上的尺寸和与X方向垂直的Y方向上的尺寸可以分别与待制造的永磁体20在垂直于挤出方向的横截面(挤出横截面)中的厚度L和宽度Wi基本相同(如图8B所示)。如图3到图6所示，在成形模24内形成的锥形孔14在入口24a处具有这样的矩形横截面在X和Y方向上的尺寸T和W可以分别与通孔12的相应尺寸相同。锥形孔14在出口24b处具有如下的矩形横截面在X和Y方向上的尺寸L和Wi可以分别与等径通孔16的相应尺寸相同。锥形孔14的渐变方式是这样的，从其入口24a到其出口24b其尺寸在X方向上减小(如图4所示)，并且在Y方向上增大(如图3所示)。即，采用挤出模10以如下方式挤出具有长方形横截面的预成形件18:如图7所示，使预成形件18的横截面尺寸在X方向上减小而在Y方向上增大，从而形成具有矩形横截面的板状永磁体20。换句话说，X方向是通过挤出使预成形件18的尺寸减小的方向，而Y方向是通过挤出使预成形件18的尺寸增大的方向。在这种情况下，在具有最大压縮的X方向上，永磁体20具有磁各向异性。锥形孔14形成为具有平滑弯曲的表面轮廓，以实现预成形件18的平滑塑性加工。此外，在该实施例中，成形模24的入口24a形成为具有与相应通孔12相同的尺寸，而且该入口在轴向上的预定长度范围内连续地设置，入口24a和锥形表面的连接部形成为具有曲率半径合适的曲面，以便实现预成形件18的平滑塑性加工。锥形孔14的出口24b也与等径通孔16平滑地连续，以便实现预成形件18的平滑塑性加工。控制预成形件18以及挤出模10的通孔12、锥形孔14和等径通孔16在X、Y和Z方向上的各个尺寸，使得通过挤出预成形件18制成的永磁体20的应变比S2&在从0.2到3.5的范围内，优选的是在从0.4到1.6的范围内，其中q是永磁体20在预成形件18的挤出方向上的应变，而￡2是在Y方向上的应变。即，当由具有长方形横截面并具有如实施例1中的厚度T、宽度W和长度L的预成形件18形成具有厚度L、宽度Wi和长度"的板状永磁体20时，控制预成形件18以及通孔12、锥形孔14和等径通孔16在X、Y和Z方向上的各个尺寸，使得满足下面的表达式(1)所表示的关系。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>在实际应用中使用者需要快速高效的绘制出自己所需要的倾斜的椭圆。那么，如果操作者为了绘制一个倾斜的椭圆不断的调整长半轴fl、短半轴6和逆时针旋转的角度^的值，进而绘制出自己需要的椭圆，未免会费神费力。因此为了方侵使用者，该实例的输入是依次用鼠标确定三个不在同一条直线上的三个点。不妨将这三个点的分别设为S(x,A)、P2(;c2，_y2)、尸303，少3)。本实例中参数间隔像素个数SC设定为20。三个坐标点到绘制虛椭圆需要的参数间的转换如图4所示，第一个输入的点^(Xp力)作为椭圆的第一个顶点，第二个输入的点P2(x2,h)作为椭圆的第二个顶点。这两个顶点构成了椭圆的一条对称轴(长轴或短轴)，记线段i^的长度为Z^。第三个输入的点户303,>^)到直线段^>2之间的距离2)3作为另外一个半轴的长度。也即是说，如果Z),一2A，那么A2就是长轴的长度，而A就是短半轴的长度。换言之，如果马2<2/)3，则A为长轴的长度，马2为短半轴的长度。本实例中所选的椭圆按照第一种情况，即/)12>21)3来进行操作。由图4可知，绘制倾斜虚椭圆所需的四个参数分别为2&=l"^++—OlA+>^3+(6墨2)2a(6陽3)2a'2(6-4)广—Zi±A广2为1.0，根据本发明实例5的应变比￡2/￡1为1.6，根据本发明实例6的应变比￡2/￡1为2.0，根据本发明实例7的应变比S2^为3.5，或者根据比较例2的应变比s2/ei为4.0。在相同条件下分别将永磁体磁化，并且检测每个永磁体在X方向上的残余磁通量密度(Br)、内禀矫顽力(iHc)和最大磁能积((BH)max)。结果如表1所示。表2示出根据本发明实例1到实例7以及比较例1和比较例2的预成形件18和永磁体20的尺寸。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在挤出每个预成形件18时，预成形件和挤出模10具有80(TC的温度，并且采用80吨液压机挤出预成形件。更具体地，对于根据本发明实例1到实例7以及比较例1和比较例2的每个永磁体20的磁性检测，从每个磁体的宽度方向和长度方向的中央部分选取宽度为8mm、长度为8mm和厚度为8mm的磁性检测样品，在3.2MA/m的磁场中进行磁化。采用BH描绘器检测到达磁饱和的每个检测样品的磁性。根据对本发明实例4的检测样品的测量结果，晶粒具有扁平的形状，其在X方向上的平均尺寸为0.1pm而在Y方向上的平均尺寸为0.5|im。在表1中，还示出这样的永磁体20的磁性，目卩该永磁体20作为参考实例通过镦锻法、轧制法和前向挤出法制造而成，并且具有与根据本发明实例1到实例7的磁体相同的最大压縮应变(即在厚度上的应变)。下文描述制造根据参考实例的磁体并检测其磁性的条件。对于镦锻法，将直径D为25mm和厚度T为36mm的实心圆柱预成形件18在两个竖直隔开的平模之间进行压制，从而形成厚度L为8mm的永磁体20。当对预成形件18进行镦锻时，预成形件和两个平模具有800'C的温度并且采用200吨液压机。永磁体20的直径Dj为53mm。然而，由于在不与模具接触的自由面上的裂缝较大，因此整个永磁体中只有大约50%是完好的。相应地，从完好的中央部分选取宽度为8mm、长度为8mm和厚度为8mm的磁性检测样品，在3.2MA/m的磁场中进行磁化，并且采用BH描绘器检测其磁性。在表1中示出通过镦锻法制造的制品的磁性，该磁性是在产生最大压縮应变的厚度方向(即，最大磁各向异性的方向)上测定的。对于轧制法，通过如下方式制备用于轧制的坯段将全部100件预成形件18设置成宽度方向上的IO列和长度方向上的10排，采用厚度为10mm的软铁板覆盖它们的全部表面并将它们焊接在一起，从而完全地包围预成形件。采用所述的坯段以防止在轧制时产生温度降低以及在制品的自由表面上产生任何裂缝，同时还实现了同时制造多个制品。每个预成形件18的厚度T为36mm、宽度W为19mm以及长度L为25mm。使用2000吨可逆四辊轧机重复IO轮轧制以得到厚度L为8mm(除去软铁部分)的永磁体。坯段的初始温度为800°C，而轧辊处在室温下。根据宽度方向或者长度方向上的位置，所得到的IOO件永磁体20表现出不同的磁性，磁性最佳的永磁体20位于宽度方向上的中央附近以及长度方向上的第一轮的前端。检测位于该位置的永磁体20的磁性。更确切的说，从永磁体20的宽度方向和长度方向上的中央部分选取宽度为8mm、长度为8mm和厚度为8mm的磁检测样品，在3.2MA/m的磁场中进行磁化，并且采用BH描绘器检测其磁性。在表1中示出的轧制制品的磁性也是在厚度方向(即，最大磁各向异性的方向)上测定的。前向挤出法是挤出领域中经常采用的方法，通常其特征是在X和Y方向上都具有相同程度的尺寸减小。由厚度T为36mm、宽度W为36mm和长度L为25mm的预成形件18形成厚度T,为8mm、宽度Wi为8mm和长度Li为506mm的永磁体20。模具的细节(除了其尺寸)和挤出条件与实验1所采用的相同。从永磁体20的长度方向上的中央部分选取宽度为8mm、长度为8mm和厚度为8mm的磁性检测样品，在3.2MA/m的磁场中进行磁化，并且采用BH描绘器检测其磁性。在表1中所示的前向挤出制品的磁性同样是在产生相同最大压縮应变的厚度方向和宽度方向(即，最大磁各向异性的方向)上测定的。(实验2)在与实验1相同的条件下采用如下磁体合金制造具有与实验1相同尺寸的预成形件18，S卩该磁体合金包含26.8%质量分数的Nd、0.1X质量分数的Pr、3.6X质量分数的Dy、6X质量分数的Co、0.89%质量分数的B和0.57%质量分数的Ga以及其余基本为Fe。在表1中，本发明的实例8示出通过如下方法制造的永磁体20的磁性，艮卩通过挤出如此获得的预成形件18，以使得永磁体20的挤出厚度^为8mm并且具有与实例4相同的应变比s2/Sl(即，1.0)。表2示出根据实例8的预成形件18和永磁体20的尺寸。挤出成型的条件和用于测定磁性的具体方法与实验1中所采用的相同。实施例2虽然将实施例1描述成由具有长方形横截面的预成形件18制成板状永磁体20的情况，但是也可以由图9A和图9B所示的实心圆柱预成形件18制造板状永磁体20。当由直径为D(X和Y方向上)和长度为L(Z方向上)的实心圆柱预成形件18制造厚度为L、宽度为Wi和长度为I^的板状永磁体20时，可以通过如下方式得到与实施例1相似的结果控制例如通孔12、锥形孔28和等径通孔30的尺寸，以实现应变比^/s^ln(^/D)/ln(V丄)在从0.2到3.5的范围内，优选的是在从0.4到1.6的范围内。在用于制造根据实施例2的永磁体20的成形模26中，锥形孔28形成为具有直径与预成形件18的直径相同的圆形入口28a，而出口28b和等径通孔30为矩形，且具有与永磁体20相同的X方向的厚度L和Y方向的宽度W！(如图10所示)。(实验3)在与实验1相同的条件下，采用与实验1相同成分的磁体合金制造直径D为14.5mm和长度L为22.5mm的实心圆柱预成形件18。在表1中，本发明的实例9示出通过如下方式制造的永磁体20的磁性，S卩通过挤出如此得到的实心圆柱预成形件18，以使得永磁体20的挤出厚度T,为3mm以及应变比为1.0。表3示出根据实例9的预成形件18和永磁体20的尺寸。从根据本发明实例9的永磁体20的宽度方向和长度方向上的中央部分选取宽度为8mm、长度为8mm和厚度为3mm的磁性检测样品，在3.2MA/m的磁场中进行磁化，并且采用BH描绘器检测其磁性。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>实施例3根据实施例3，如图IIA和图IIB所示，通过挤出具有长方形横截面的预成形件18形成具有拱形横截面的永磁体20，预成形件18在X方向上的厚度为T、在Y方向上的宽度为W和在Z方向上的长度为L，永磁体20在X方向上的厚度为L、在Y方向上的外弧长为Wj以及在Y方向上的内弧长为W2。当挤出磁体时，可以通过如下方式得到与实施例1相似的结果控制例如通孔12、锥形孔14和等径通孔16的尺寸，以实现应变比^/f,ln(((^+^)/2)/『)/ln(Z!/丄)在从0.2到3.5的范围内，优选的是在从0.4到1.6的范围内。根据实施例3的磁体具有磁各向异性，其取向在与拱形表面垂直的径向上。(实验4)在与实验1相同的条件下，采用与实验1相同成分的磁体合金制造具有矩形横截面的预成形件18，预成形件18的厚度T为24mm、宽度W为23mm以及长度L为25mm。在表1中，本发明的实例10示出通过如下方法制造的永磁体20的磁性，即通过挤出由此得到的预成形件，以使得该永磁体具有拱形横截面，厚度Ti为8mm、弧长((W!+W。/2)为40mm、弧半径&为40mm以及应变比s2/Sl为1.0。表4示出根据实例IO的预成形件18和永磁体20的尺寸。通过从每个相对弧面除去大约0.5mm的厚度，从根据本发明实例10的永磁体20的宽度方向和长度方向上的中央部分选取宽度为8mm、长度为8mm和厚度为7mm的磁性检测样品，在3.2MA/m的磁场中进行磁化，并且采用BH描绘器检测其磁性。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>根据如表1所示的实验结果，证实通过将应变比S2^控制在0.2《S2&《3.5的范围内可以提高磁性，并且通过将应变比S2^控制在0.4《S2&《1.6的范围内可以进一步提高磁性。另外还证实，通过控制应变比S2^接近1可以获得最大程度的磁性提高。根据本发明实例1到实例10的永磁体20都具有良好的外观，并且除了从长度方向进行观察的前端和后端处的大约2mm的厚度以外，永磁体的任何部分都没有被切除。此外，根据针对本发明的每个永磁体的渗透探伤和涡流探伤测试，没有发现表面或者内部裂缝。由此证实，根据本发明，可以通过挤出法得到具有高磁性的永磁体，该挤出法在生产率、材料产出率、产品合格率和制造成本方面是优良的。变型形式本发明并不局限于上述实施例，而是可以采用如下举例所述的任意其它方法。1.可以采用具有椭圆形横截面的预成形件18制造具有半圆柱或者圆筒形横截面的永磁体20，如图12A所示，预成形件18的短轴直径为Dp长轴直径为D2和在Z方向上的长度为L，如图12B所示，永磁体20在X方向上的最大厚度为L、在Y方向上的弧面宽度为W"在Y方向上的直面宽度为W2和在Z方向上的长度为Ln或者制造具有新月形横截面的永磁体20，如图12C所示，永磁体20在X方向上的最大厚度为L、在Y方向上的外弧面宽度为Wp在Y方向上的内弧面宽度为W2和在Z方向上的长度为Lp可以通过如下方式得到与上述实施例相似的结果控制例如通孔12、锥形孔14和等径通孔16的尺寸，以实现应变比f2^-ln((W+『2)/2)/Z)2)/ln(VQ在从0.2到3.5的范围内，优选的是在从0.4到1.6的范围内。当采用具有椭圆形横截面的预成形件18形成具有半圆形或者新月形横截面的永磁体20时，X方向和Y方向取决于永磁体20的厚度L和宽度(弧长)Wt和W2。更确切地说，存在短轴直径D1位于X方向并且长轴直径02位于Y方向的情况，还存在短轴直径D!位于Y方向并且长轴直径D2位于X方向的另一种情况。这种关系也与下面的情况相对应具有椭圆横截面的预成形件形成为具有矩形横截面的磁体。在表5中示出一些具体实例。2.预成形件和永磁体的横截面可以采用除了上述形状以外的其它任意形状，或者采用除了上述形状以外的其它任意横截面的组合。3.尽管将根据实施例1的成形模的锥形孔描述成在其进口处具有这样的部分，即该部分在一定长度内具有与通孔相等的横截面，但是也可以形成锥面与通孔的相邻端直接相连的锥形孔。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>尽管上面已经结合几个具体实施例详细描述了本发明，但是本领域的技术人员将可以认识到，可以在不脱离本发明的精神和范围的条件下对这些实施例进行各种变化和修改。本申请基于2006年9月6日提交的日本专利申请No.2006-242146和2007年7月4日提交的日本专利申请No.2007-176579，这两个专利申请的内容通过引用并入本文。此外，本文引用的所有文献通过引用其全部内容并入本文。权利要求1.一种制造永磁体的方法，包括挤出预成形件以形成板状永磁体，其中，所述预成形件以这样的方式挤出所述预成形件的横截面尺寸在X方向上减小而在与X方向垂直的Y方向上增大。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述永磁体相对于所述预成形件的应变比￡2/￡1在0.2到3.5的范围内，Si是在所述预成形件的挤出方向上的应变，而S2是Y方向上的应变。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述永磁体的应变比在0.4到1.6的范围内。4.一种板状永磁体，其通过挤出预成形件而形成，其中，所述预成形件以这样的方式挤出所述预成形件的横截面尺寸在X方向上减小而在与X方向垂直的Y方向上增大，由此所述永磁体相对于所述预成形件的应变比s2/Sl在0.2到3.5的范围内，Sl是在所述预成形件的挤出方向上的应变，而S2是Y方向上的应变。5.根据权利要求4所述的板状永磁体，其应变比在0.4到1.6的范围内。全文摘要本发明公开一种制造永磁体的方法，其包括挤出预成形件以形成板状永磁体，其中，所述预成形件以这样的方式挤出所述预成形件的横截面尺寸在X方向上减小而在与X方向垂直的Y方向上增大。本发明也公开一种板状永磁体，其通过挤出预成形件而形成，其中，所述预成形件以这样的方式挤出所述预成形件的横截面尺寸在X方向上减小而在与X方向垂直的Y方向上增大，由此所述永磁体相对于所述预成形件的应变比ε<sub>2</sub>/ε<sub>1</sub>在0.2到3.5的范围内，其中ε<sub>1</sub>是在所述预成形件的挤出方向上的应变而ε<sub>2</sub>是Y方向上的应变。文档编号H01F41/02GK101145442SQ20071014954公开日2008年3月19日申请日期2007年9月6日优先权日2006年9月6日发明者五十川幸宏,吉田广明,江崎润一申请人:大同特殊钢株式会社