具有低磁偏角磁体及生产方法和用途

技术领域

本发明涉及一种具有低磁偏角磁体及生产方法和用途。

背景技术

磁偏角的存在使磁体非磁化方向产生磁场，形成杂散磁场。随着永磁体应用的不断深入，磁偏角成为精密磁性器件性能的重要影响因素。较大的磁偏角还会给永磁传感器带来质量问题，进而产生一系列安全隐患。例如，在精密磁悬浮器件中，如果磁体存在一个较大的磁偏角，则磁悬浮轴承的转子和定子悬浮时也会有一个相同量级的偏差角度，此偏差角度的存在将极大影响磁悬浮的性能，甚至导致磁悬浮轴承不能正常稳定悬浮。磁偏角大的磁体装配在稀土永磁电机上，会带来电机振动、噪声和电机精度降低等情况，不仅使永磁体的磁性能得不到充分的利用，而且会使电机的性能恶化。

CN104493158B公开了一种降低烧结钕铁硼磁偏角的制备方法，包括配料-熔炼-制粉-成型-烧结，在制粉过程中添加提高粉料流动性添加剂，在成型过程中提高磁场强度H，减少模具取向长度L，增大垂直磁力线方向的截面积A，将混合物的粉料放入压机成型模具内，调节模具支架上的成型模具出在线圈磁极的中心位，使压制粉料在成型取向压制过程中处于线圈磁场的中心位置，制备的烧结钕铁硼磁性材料的磁偏角由10度下降到3度。CN114388251A公开了一种稀土钕铁硼磁性材料及其压制成型方法，包括以下步骤：将钕铁硼粉末置于成型压机模腔中进行预压制；将预压制后的钕铁硼粉末在取向磁场中进行终压制成型，且取向磁场的方向与终压制成型的方向相互垂直。以上专利文献所得磁体的磁偏角仍较高。

CN111957957A公开了一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，包括：采用压制方向与磁场取向方向平行的成型压机压制。CN114300247A公开了一种一次成型烧结钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：熔炼得到合金片；将得到的合金片采用氢破工艺制成粗粉，经气流磨制备成细粉，将细粉倒入主动式搅拌装置中进行搅拌，并在搅拌过程中利用加剂装置进行加剂，搅拌完成后将粉料分装到粉料桶中；将粉料桶内的粉料下落到喂料装置中，并采用匀化装置将喂料装置内的粉料取向前密度均匀化；将得到的生坯在真空烧结炉中烧结、回火处理。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有低磁偏角磁体的生产方法。该生产方法可以获得磁偏角小于2°的磁体。此外，该生产方法可以采用结构较简单的模具。本发明也提供了一种具有低磁偏角磁体。本发明还提供了一种导磁合金层在降低钕铁硼磁体的磁偏角中的用途。

一方面，本发明提供一种具有低磁偏角磁体的生产方法，所述磁体的磁偏角小于2°，该生产方法包括如下步骤：

1)提供模具，所述模具具有容纳空间，所述容纳空间的内壁紧贴其四周设置有导磁合金层，所述导磁合金层围合成容纳腔；

2)将钕铁硼粉料加入至模具的容纳腔内；

3)上压头往下压，下压头往上压，使得钕铁硼粉料在模具中达到设定的取向前密度；然后在磁场的存在下进行取向，得到取向后的毛坯；

其中，上压头的行程与下压头的行程不同；

其中，所述设定的取向前密度为2～2.8g/cm

根据本发明所述的生产方法，优选地，所述取向前密度为2.2～2.7g/cm

根据本发明所述的生产方法，优选地，所述磁体的磁偏角小于等于1.8°。

根据本发明所述的生产方法，优选地，所述导磁合金层的厚度为8～15mm。

根据本发明所述的生产方法，优选地，所述导磁合金层为碳化钨-钴硬质合金层。

根据本发明所述的生产方法，优选地，所述模具包括第一挡板、第二挡板、第一导磁板和第二导磁板；第一挡板和第二挡板相对平行设置；第一导磁板和第二导磁板相对平行设置，它们围合成所述容纳空间。

根据本发明所述的生产方法，优选地，还包括如下步骤：

4)将取向后的毛坯进行压制，得到生坯；

5)将生坯进行烧结和时效处理，得到具有低磁偏角磁体。

根据本发明所述的生产方法，优选地，所述生坯的密度为3.5～6.5g/cm

另一方面，本发明还提供一种具有低磁偏角磁体，其采用如上所述的生产方法生产而得。

再一方面，本发明还提供一种导磁合金层在降低钕铁硼磁体的磁偏角中的用途。

本发明在模具内壁紧贴设置导磁合金层，将上压头、下压头设置不同行程，控制取向前密度在特定范围，这样可以获得磁偏角小于2°的磁体。此外，本发明可以采用结构较简单的模具进行生产，有利于推广应用。

附图说明

图1为本发明的一种模具的结构示意图。

附图标记说明如下：

11-第一挡板，12-第二挡板，13-第一导磁板，14-第二导磁板，20-导磁合金层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

磁体的磁偏角指的是磁体的最终磁化矢量方向的偏角，即实际磁化方向M与设计的理想磁化方向Mz之间的夹角，理想磁化方向Mz的参考基准可以是几何轴或几何面。

永磁体在磁场取向成型过程中，产品取向方向和取向磁场方向不平行而产生磁偏角；或者在产品加工过程中，装夹产品时未找正而使产品几何对称轴与产品磁轴间产生磁偏角。

<具有低磁偏角磁体的生产方法>

本发明的具有低磁偏角磁体的生产方法包括如下步骤1)提供模具步骤；2)加料步骤；3)预压制和取向步骤；4)压制成型步骤；5)烧结和时效步骤。下面进行详细描述。

提供模具步骤

本发明的模具具有容纳空间。所述容纳空间具有内壁，紧贴内壁的四周设置有导磁合金层。导磁合金层围合成容纳腔。本发明发现，通过在模具内壁的四周设置导磁合金层，有利于降低所得磁体的磁偏角。

在本发明中，模具包括第一挡板、第二挡板、第一导磁板和第二导磁板。第一挡板和第二挡板相对平行设置；第一导磁板和第二导磁板相对平行设置。它们围合成所述容纳空间。

在某些实施方案中，第一挡板和第二挡板的结构相同。第一挡板的两侧分别设置有第一凸起。第二挡板的两侧分别设置有第二凸起。第一导磁板和第二导磁板的结构相同。第一导磁板靠近第二导磁板的一侧的两端附近分别设置有第一凹槽，两个第一凹槽分别与第一挡板一侧的第一凸起和第二挡板一侧的第二凸起相匹配。即其中的一个第一凸起和一个第二凸起分别嵌入两个第一凹槽中。第二导磁板靠近第一导磁板的一侧的两端附近分别设置有第二凹槽，两个第二凹槽分别与第一挡板另一侧的第一凸起和第二挡板另一侧的第二凸起相匹配。即另外的第一凸起和第二凸起分别嵌入两个第二凹槽中。第一挡板、第二挡板、第一导磁板和第二导磁板围合成容纳空间。这样的模具结构简单，有利于推广应用。

在本发明中，导磁合金层紧贴模具内壁的四周。导磁合金层的厚度可以为8～15mm，优选为9～15mm，更优选为10～15mm，进一步优选为10～14mm。这样有利于节约材料，且获得较低的磁偏角。不同方向上的导磁合金层的厚度可以不同，这样可以有利于获得所需尺寸的毛坯。

在本发明中，导磁合金层为碳化钨-钴硬质合金层。碳化钨-钴硬质合金层中，钴含量可以为15～25wt％，优选为18～22wt％，更优选为19～20wt％。

加料步骤

将钕铁硼粉料加入至模具的容纳腔内。在本发明中，钕铁硼粉料的平均粒度可以为2～4.5μm，优选为2.2～4.5μm，更优选为2.4～4μm，进一步优选为2.4～3.2μm。这样有利于获得磁性能较好的磁体。

钕铁硼粉料的具体组成没有特别限定，例如，钕铁硼粉料的组成可以为镨钕含量为30～33％，硼含量为0.8～0.95％，铜含量为0.05～0.25％，钴含量为0.7～1.0％，铝含量为0.1～0.3％，锆含量为0.07～0.22％，余量为铁(均为重量百分含量)。

预压制和取向步骤

本发明采用压机系统进行压制，压机系统包括上压头和下压头。上压头设置于模具的上方，下压头的至少一部分位于模具的容纳腔内。即本发明采用双向压制。

将上压头和下压头开启，优选为同时开启。上压头往下压，下压头往上压，即上、下压头对压，使得钕铁硼粉料在模具中达到设定的取向前密度。在磁场的存在下进行取向，得到取向后的毛坯。通过实验发现，通过将上压头和下压头设置不同的行程以及控制取向前密度为特定范围，有利于降低所得磁体的磁偏角。

根据本发明优选的技术方案，上压头的行程与下压头的行程不同。在本发明中，上压头的行程可以大于或可以小于下压头的行程。

在本发明中，取向前密度可以为2～2.8g/cm

在本发明中，取向时磁场强度可以为大于1.5T(特斯拉)，优选为大于等于1.7T，更优选为大于等于2.0T小于等于2.5T。为了防止磁粉被氧化，本发明的预成型和取向工序均在惰性气氛中进行。

压制成型步骤

将取向后的毛坯进行压制，得到生坯。这样有利于得到磁性能较好的磁体。

在本发明中，压制成型步骤优选采用模压压制工艺和/或等静压压制工艺。本发明的等静压压制工艺可以在等静压机(例如冷等静压机)中进行。压力可以为120～250MPa，优选为150～220MPa，更优选为180～200MPa；保压时间为5～60s，优选为5～30s，更优选为6～10s。根据本发明一个优选的实施方式，采用等静压压制工艺对毛坯进行压制。在本发明的成型工序中，取向磁场方向与磁粉压制方向相互平行或相互垂直。作为优选，将所得的毛坯取出并真空封装，再将其放入等静压机中加压180～200MPa，保压后取出生坯。在本发明中，生坯的密度可以为3.5～6.5g/cm

烧结和时效步骤

在本发明中，将生坯进行烧结和时效处理，得到具有低磁偏角磁体。为了防止生坯在烧结过程中被氧化，本发明的烧结工序在真空或惰性气氛中进行。

在本发明的烧结工序中，真空度可以为低于1.0Pa，优选为低于5.0×10

将所得到的烧结磁体在真空条件和程序控温条件下进行时效处理(即两级回火处理)，得到所述具有低磁偏角磁体。在本发明的时效工序中，真空度可以为低于1.0Pa，优选为低于5.0×10

采用本发明的生产方法，所得的磁体具有低磁偏角，其磁偏角小于2°，优选为小于1.8°，更优选为小于1.6°。在本发明中，所得磁体的磁偏角可达到0.1704°。此外，本发明的磁体的磁性能仍较好，可以达到使用要求。

<具有低磁偏角磁体>

本发明还提供一种根据如上所述的生产方法制得的具有低磁偏角磁体。所得的磁体的磁偏角小于2°，优选为小于1.8°，更优选为小于1.6°。

<用途>

本发明还提供一种导磁合金层在降低钕铁硼磁体的磁偏角中的用途。

所述的导磁合金层为碳化钨-钴硬质合金层。碳化钨-钴硬质合金层中，钴含量可以为15～25wt％，优选为18～22wt％，更优选为19～20wt％。

在本发明中，导磁合金层在模具的内壁的四周紧贴设置，导磁合金层的厚度可以为8～15mm，优选为9～15mm，更优选为10～15mm，进一步优选为10～14mm。这样有利于降低所得磁体的磁偏角。

下面描述实施例和比较例的原料来源和分析方法：

导磁合金层的原料来源于：东莞旺盛钢材有限公司的导磁硬质合金(钴含量为19wt％)。

钕铁硼粉料组成：镨钕:32.553％，硼:0.927％，铜:0.191％，钴:0.887％，铝:0.284％，锆:0.206％，余量为铁(均为重量百分含量)。粉料的粒度为2.4～2.8μm。

磁偏角：采用湖南省永逸科技有限公司的FE-2100AM永磁体磁偏角测量仪进行测量。

取向前密度：通过粉料在模具中的重量和料粉高度进行计算。

实施例1

提供如图1所示的模具。该模具包括第一挡板11、第二挡板12、第一导磁板13和第二导磁板14。第一挡板11和第二挡板12相对平行设置。第一导磁板13和第二导磁板14相对平行设置。第一挡板11和第二挡板12的结构相同。第一挡板11的两侧分别设置有第一凸起。第二挡板12的两侧分别设置有第二凸起。第一导磁板13和第二导磁板14的结构相同。第一导磁板13靠近第二导磁板14的一侧的两端附近分别设置有第一凹槽，两个第一凹槽分别与第一挡板11一侧的第一凸起和第二挡板12一侧的第二凸起相匹配。第二导磁板14靠近第一导磁板13的一侧的两端附近分别设置有第二凹槽，两个第二凹槽分别与第一挡板11另一侧的第一凸起和第二挡板12另一侧的第二凸起相匹配。第一挡板11、第二挡板12、第一导磁板13和第二导磁板14之间形成容纳空间。容纳空间的内壁紧贴其四周设置有导磁合金层20。导磁合金层20围合成用于容纳钕铁硼粉料的容纳腔。导磁合金层20为碳化钨-钴硬质合金层。导磁合金层20的厚度为9～15mm。本实施例中，沿第一挡板11长度方向的导磁合金层20的厚度小于沿第一导磁板13长度方向的导磁合金层20的厚度。

将钕铁硼粉料加入至模具中的容纳腔内。

将压机的上压头和下压头同时开启，上、下压头对压，且上压头的行程与下压头的行程不同，使得钕铁硼粉料在模具中达到2.4g/cm

将取向后的毛坯进行压制，得到生坯，生坯的密度为4.1g/cm

表1

重复实施例1，共重复11次。11次的结果中，最大磁偏角为1.5°，最小磁偏角为0.4963°。

实施例2

与实施例1的区别在于，取向前密度为2.5g/cm

表2

重复实施例2，共重复11次。11次的结果中，最大磁偏角为1.563°，最小磁偏角为0.2786°。

实施例3

与实施例1的区别在于，取向前密度为2.7g/cm

表3

重复实施例3，共重复11次。11次的结果中，最大磁偏角为1.565°，最小磁偏角为0.1704°。

比较例1

与实施例1的区别仅在于，所用模具的容纳空间的内壁未设置导磁合金层。所得磁体的磁偏角为2.803°。

比较例2

与实施例1的区别仅在于，取向前密度为2.9g/cm

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。