专利名称：一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金领域，具体是指一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法
及装置。
背景技术：
高速压制技术是瑞典的H0ganas公司在2001年推出的一种高效率成形高密度零 件的新技术。原理是利用重锤高速冲击产生强大的冲击波能量在0. 02s内将通过压模传递 给模具中的金属粉末进行致密化，间隔0. 3s的多重附加冲击波可将密度不断提高。高速 压制技术具有成本低、压坯密度高且分布均勻、低弹性后效和高精度、模具使用寿命长等特 点，其多次重复压制的特性为中小型设备生产大尺寸零件提供了可能性。温压技术自1994年提出以来，很快被用于实际生产中，关于温压的关键技术我国 已取得突破，其工艺简单、成本低廉，制品密度高、性能和质量稳定。中国发明专利201010019542. 5中公开了一种温粉末高速压制成形方法及其装 置，将高速压制成形技术与温压成形技术有机结合，提高了压坯的密度。其方法是先用加热 圈把模具加热到设定温度，同时把粉末也加热到设定温度，再把加热后的粉末导入到模具 的型腔中。通过电动机把冲锤提升到设定高度，冲锤释放下落，测速仪测出重锤经过测速 仪发射器时的速度，重锤继续下落，撞击上模冲，产生的冲击应力波通过上模冲传到粉末， 使温粉末在极短时间内致密成形，完成一次温高速压制过程。上述成形方法包含有温度场 和冲击应力场，但是没有磁场。有关磁场成形，是在普通模压的基础上加上一个取向磁场， 用于具有磁各向异性粉末冶金材料取向压制成形。有关磁场成形的文献很多，中国专利 200710062677. 8公开了一种磁场温压成形工艺，将磁场成形与温压成形有机结合，提高了 压坯的密度和取向度，但是此工艺需要混入大量的粘结剂、偶联剂、润滑剂，这些试剂均为 非磁性物质，试剂的加入势必会降低磁体的密度，而密度的降低又将降低磁体的磁性能。密 度大的磁体单位体积中磁粉的含量高，磁性能也高。磁体在实际的应用中，磁性能是最为重 要的参数。对于具有各向异性的磁性材料，获得更高压坯密度和磁性能是改善磁性材料性 能的关键。集成各种成形技术，突破单一成形技术存在的缺陷，是进一步提高粉末冶金制品 性能的研究方向。然而，结合了磁场压制、温压和高速压制特点的多外场耦合作用下的成形 压制的研究，在国内外均未见任何文献报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，通过将温度场、磁场和冲击应力场 同时引入到永磁材料的成形过程中，提供一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法，从 而提高各向异性磁体的密度和磁性能，并有效降低成本。本发明的另一个目的在于为实现一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法，提 供一种结构简单、可靠实用、价格相对低廉、环境友好的多外场耦合作用下的永磁材料成形
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本发明的目的通过下述技术方案实现一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法，其特征在于永磁粉末在温度场、磁 场、冲击应力场协同作用下成形，其步骤及工艺条件如下(1)选择熔点在180°C以上的润滑剂对模具型腔内壁进行模壁润滑；(2)先将永磁粉末填充于模具型腔，然后将粉末和模具一起加热至温度场所需温 度，温度范围为150 180°C ；(3)温度场、磁场、冲击应力场协同作用下成形，所述温度场通过粉末和模具一起 加热至所需温度获得；所述磁场通过外加强度为1. 0 1. 5T，频率为0. 02 0. 1赫兹的脉 冲磁场获得；所述冲击应力场通过电动机调整冲锤下落高度，以不同冲击速度撞击上模冲 获得，所述冲击速度为10 17m/s。所述永磁粉末采用粒度在100 μ m到200 μ m之间的各向异性钕铁硼磁粉；所述温度场，采用电阻式加热圈加热获得。所述模壁润滑剂选用硬脂酸锂酒精悬浮液。一种多外场耦合作用下的永磁材料成形装置，包括落锤冲击系统、加热系统、测量 系统，其特征在于它还包括取向磁场系统，所述取向磁场系统是由取向台、接线柱和磁场 取向机组成；它们的安装、联接关系为落锤冲击系统的模具位于取向台的中间圆孔内；固 定在取向台上的接线柱与取向台内部线圈相联接；取向台通过接线柱与磁场取向机导线相 联，取向台和模具一起通过均勻分布的压板固定在底座上。所述取向台设置有水冷装置。所述均勻分布的压板为3个。本发明相对现有技术具有以下突出优点1、本发明将温度场、磁场和冲击应力场同时引入永磁性材料的成形过程中，结合 了磁场压制、温压和高速压制的优势，克服了单一成形技术的缺陷，在成形过程中对粉末同 时施加温度场、磁场和冲击应力场，温度场和冲击应力场协同作用不仅可以获得高的压坯 密度而且密度均勻；磁场和温度场协同作用可以减小粉末转动阻力，从而提高压坯的取向 度，获得高的磁性能。制得的磁体生坯密度达6. 35 6. 88g/cm3,剩磁Br达0. 88 1. 26T， 最大磁能积(BH)max 达 112 158kJ/m3，矫顽力 Hcb 达 530 798kA/m，Hci 达 903 1143kA/ m02、本发明中利用低的磁场强度(1. 0 1. 5T)得到了高的磁性能，降低了磁场取向 设备的成本。3、本发明中没有添加粘结剂，从而避免了因粘结剂的添加而对磁性材料密度造成 的影响。4、本发明装置结构简单、可靠实用、价格相对低廉、环境友好。特别是本装置采用 独特的冲击结构，直接利用重力势能获得压制能量，通过调节重锤下落高度获得不同的冲 击速度。重力势能替代要求苛刻的液压或其它驱动方式，结构更简单、更可靠实用。
图1为本发明的一种多外场耦合作用下的永磁材料成形装置结构示意图。图中滑轮1、电动机2、机架3、导向筒4、冲锤5、上模板6、侧模板7、测速仪8、上下模冲9，11、压板10、压力传感器12、模具13、数据采集卡14、计算机15、底座16、加热圈17、 热电偶测温仪18、取向台19、接线柱20和磁场取向机21。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。实施例1—种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法为各向异性永磁粉末在温度场、磁 场、冲击应力场协同作用下成形，本技术采用粉末和模具一起加热至所需温度获得温度场， 通过外加脉冲磁场获得磁场，通过电动机调整冲锤下落高度，获得不同冲击速度，撞击上模 冲产生冲击应力场，使永磁粉末迅速致密成形。实现上述方法的一种多外场耦合作用下的 永磁材料成形装置如图1所示，该装置由落锤冲击系统、取向磁场系统、加热系统、测量系 统组成。所述的落锤冲击系统是由滑轮1、电动机2、机架3、导向筒4、冲锤5、上模板6、侧 模板7、上下模冲9，11、压板10、模具13和底座16组成；所述的取向磁场系统是由取向台 19、接线柱20和磁场取向机21组成；所述的加热系统是由加热圈17和测温仪18组成；所 述的测量系统是由测速仪8、压力传感器12、数据采集卡14和计算机15组成；它们的安装、 联接关系为导向筒4上端固定在安装有电动机2的机架3上，下端和上模板6焊合；冲锤 5通过安装在导向筒4正上方的滑轮1与电动机2相联接，并保持其在导向筒4中自由垂直 活动；安装有加热圈17的模具13位于取向台19的中间圆孔内；固定在取向台19上的接线 柱20与取向台内19部线圈相联接；取向台19通过接线柱20与磁场取向机21导线相联， 取向台19和模具13 —起通过均勻分布的压板10固定在底座16上；侧模板7也对称固定 在底座16上；测速仪8对称安装在侧模板7两侧上；模具13外侧安装有加热圈17 ；测温仪 18固定安装在模具13上；压力传感器12安装在下模冲11下方，并与下模冲11相接触；压 力传感器12与数据采集卡14相连，数据采集卡14通过USB接口和计算机15相连。本发明冲锤5的不同冲击速度是通过调节电动机2控制冲锤5的下落高度来获得 的，原理是重力势能转化为动能。冲击速度可以通过测速仪8的BR20M-TDTL对射式光电传 感器测出，并在脉冲表上直接显示冲锤5冲击上模冲9时的速度大小。为此本实施例冲锤 5的下落高度为10m，测得冲击速度为13. 8m/s。本发明取向台19可设置，也可不设置水冷装置，本实施例中取向台19设置有水冷 装置，通过外接水源在取向台19内部流动，再流出来，达到降低取向台19线圈温度的目的。本实施例中采用粒度为140 μ m的各向异性钕铁硼粉末，粉末重2g，模具13型腔直 径为10mm。当装置实现本发明多外场耦合作用下的永磁材料成形方法时，首先对模具13型 腔内壁进行模壁润滑，模壁润滑剂用硬脂酸锂酒精悬浮液；然后将各向异性钕铁硼粉末填 充于模具13型腔，将上模冲9插入模具13型腔，接着开启功率为1000W的电阻式电热圈17， 开始加热模具13到设定温度150°C，置于模具13型腔内的粉末也同时被加热，获得温度场。 在模具13中装有热电偶测温仪18，通过热电偶测温仪18可以读出模具13及粉末的温度， 即为温度场所需温度，并可以精确控制(加热误差士 1°C )。将模具置于取向磁场系统的取 向台19中，开启型号为NS3000的磁场取向机21进行磁场取向，磁场强度为1.0T，频率为0. 1赫兹，磁通导入上模冲9和下模冲11内部，模具13型腔内的取向磁场方向平行于压制 方向(上模冲的动作方向)。各向异性钕铁硼粉末粒子利用该取向磁场沿磁场方向进行取 向。上模冲9下端直接与粉末接触，冲锤5落下撞击上模冲9，产生的冲击应力波通过上模 冲9传到已取向好的各向异性钕铁硼粉末，使各向异性钕铁硼粉末在磁场、温度场、冲击应 力场协同作用下致密成形，完成多外场耦合下的成形过程。冲击应力再经过下模冲11传到 压力传感器12，经压力传感器12转换成的信号传到数据采集卡14，最后在计算机15上通 过软件直接生成冲击波压制曲线图。本实施例制得的磁体生坯密度为6. 35g/cm3,剩磁B^达0. 88T，最大磁能积(BH) max 达 112kJ/m3，矫顽力 Hcb 为 530kA/m，Hci 为 903kA/m。实施例2本实施例实现多外场耦合作用下的永磁材料成形方法的装置同实施例1，成形实 施方式也均与实施例1相同。各向异性钕铁硼磁粉采用粒度为200 μ m;温度场所需温度 为180°C ；外加脉冲磁场强度为1. 5T，频率为0. 02赫兹；冲击应力场所需冲击速度为17m/ s。本实施例制得的磁体生坯密度为6. 88g/cm3,剩磁Br达1. 26T，最大磁能积(BH)max达 158kJ/m3，矫顽力 Hcb 为 798kA/m, Hci 为 1143kA/m。
权利要求
一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法，其特征在于永磁粉末在温度场、磁场、冲击应力场协同作用下成形，其步骤及工艺条件如下(1)选择熔点在180℃以上的润滑剂对模具型腔内壁进行模壁润滑；(2)先将永磁粉末填充于模具型腔，然后将粉末和模具一起加热至温度场所需温度，温度范围为150～180℃；(3)温度场、磁场、冲击应力场协同作用下成形，所述温度场通过粉末和模具一起加热至所需温度获得；所述磁场通过外加强度为1.0～1.5T，频率为0.02～0.1赫兹的脉冲磁场获得；所述冲击应力场通过电动机调整冲锤下落高度，以不同冲击速度撞击上模冲获得，所述冲击速度为10～17m/s。
2.根据权利要求1所述的一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法，其特征在于 所述永磁粉末采用粒度在100 μ m到200 μ m之间的各向异性钕铁硼磁粉。
3.根据权利要求1所述的一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法，其特征在于 所述温度场，采用电阻式加热圈加热获得。
4.根据权利要求1所述的一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法，其特征在于 所述模壁润滑剂选用硬脂酸锂酒精悬浮液。
5.一种多外场耦合作用下的永磁材料成形装置，包括落锤冲击系统、加热系统、测量系 统，其特征在于它还包括取向磁场系统，所述取向磁场系统是由取向台(19)、接线柱(20) 和磁场取向机(21)组成；它们的安装、联接关系为落锤冲击系统的模具(13)位于取向台 (19)的中间圆孔内；固定在取向台(19)上的接线柱(20)与取向台(19)内部线圈相联接； 取向台(19)通过接线柱(20)与磁场取向机(21)导线相联，取向台(19)和模具(13) —起 通过均勻分布的压板(10)固定在底座(16)上。
6.根据权利要求5所述的一种多外场耦合作用下的永磁材料成形装置，其特征在于 所述取向台(19)设置有水冷装置。
7.根据权利要求5所述的一种多外场耦合作用下的永磁材料成形装置，其特征在于 所述均勻分布的压板(10)为3个。
全文摘要
本发明公开了一种多外场耦合作用下的永磁材料成形方法及其装置。该成形方法是永磁材料在温度场、磁场、冲击应力场协同作用下成形，所述温度场通过粉末和模具一起加热至所需温度获得；所述磁场通过外加强度为1.0～1.5T，频率为0.02～0.1赫兹的脉冲磁场获得；所述冲击应力场通过电动机调整冲锤下落高度，以不同冲击速度撞击上模冲获得。实现该方法的装置包括落锤冲击系统、取向磁场系统、加热系统、测量系统。本发明结合了磁场压制、温压和高速压制的优势，克服了单一成形技术的缺陷，提高了各向异性磁体的密度和磁性能，并有效降低了成本；本发明装置结构简单、可靠实用、价格相对低廉、环境友好。
文档编号H01F1/08GK101934371SQ20101028061
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者倪东惠, 李元元, 林小为, 肖志瑜, 邱诚, 陈进 申请人:华南理工大学