一种钐钴永磁径向圆环的制备方法

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种钐钴永磁径向圆环的制备方法。

背景技术

随着新能源汽车，风力发电，人工智能等新兴领域的迅速兴起与发展，稀土永磁电机也得到了快速发展，相应的对电机核心部件的要求也越来越高。钐钴磁铁是第二代稀土永磁铁，主要分为1:5型(SmCo

传统的大尺寸钐钴径向磁环可以采用压制方块毛坯，然后进行线切割，无心磨外圆磨，套孔等工序制备，该方法制备的径向圆环合格率高，但是材料利用率不高，边角浪费较多。也可以先做出径向圆柱，然后在此基础上进行套孔加工得到径向圆环，但是该方法制备的径向圆柱在取向成型后烧结结束后，内部会产生比较大的内应力，且该应力很难通过后续的热处理进行消除，在套孔加工过程中由于应力的存在非常容易导致材料开裂的问题，对于直径越大的径向圆环，产生的内应力越大，加工套孔开裂的风险越高，成品合格率越低，很多时候合格率不足90％，甚至低于50％的合格率。直接压制径向圆环生坯，然后进行烧结，压制钐钴径向圆环时，在磁极的分界线位置会产生很大的内应力，在生坯烧结后毛坯会沿这个位置开裂，合格率基本上都是低于20％。

发明内容

本发明的目的是针对以上技术问题，提供一种钐钴永磁材料的制备方法，可以减少永磁材料取向时压制圆环产生的应力，获得具有良好磁性能、高成品率的的钐钴永磁径向圆环。

本发明的技术方案中一种钐钴永磁径向圆环的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照元素配比制备第一合金铸锭以及第二合金铸锭；

(2)对第一合金铸锭依次进行机械破碎和气流磨破碎得到合金粉A，对第二合金铸锭依次进行氢破和气流磨破碎得到合金粉B；

(3)将合金粉A成型压制得到半圆环形状的生坯A，并在半圆环形状生坯A的接触面上涂覆或喷涂合金粉B，然后两两配对拼成圆环形状，同时圆环形状的中间内孔放置金属芯棒，整体装入塑封袋中进行真空塑封定位得到生坯B；

(4)将生坯B等静压处理、烧结固溶、时效处理得到钐钴永磁径向圆环。

本发明钐钴永磁材料的制备过程中，在半圆环形状生坯A的两两配对接触面上涂覆或喷涂上低熔点合金粉B，烧结固溶时合金粉B先熔化，以类似粘结剂的作用促使形成圆环形状，避免圆环形状的钐钴永磁材料在成型过程中因为应力过大产生裂纹。

进一步地，第一合金铸锭的化学原子计量式为Sm

进一步地，第二合金铸锭的化学原子计量式为SmCu

进一步地，步骤(2)中第一合金铸锭机械破碎后的粒径为100～300μm，气流磨破碎后得到合金粉A的粒径为3.0～5.0μm。

进一步地，步骤(2)中第二合金铸锭氢破时吸氢温度为20～180℃，氢压为0.1～0.2MPa下，吸氢1～5h，然后于280～300℃保温1～2h进行脱氢。

进一步地，步骤(2)中第二合金铸锭氢破后的粒径为50～200μm，气流磨破碎后得到合金粉B的粒径为3.0～5.0μm。

进一步地，步骤(3)中将合金粉A成型压制得到半圆环形状的生坯A后，部分退磁，使得生坯A的外弧顶面表磁为20～100Gs。半圆环形状的生坯A保留一定磁性，产生的磁吸力有助于半圆环形状的生坯A形成圆环状。

进一步地，步骤(3)中生坯A为径向半圆环，外圆的直径≥40mm，生坯A的密度为4.2～4.5g/cm

进一步地，步骤(3)中成型压制的压力为15～30MPa。

进一步地，步骤(3)中涂覆或喷涂合金粉B的厚度为0.05～0.5mm。

进一步地，步骤(3)中金属芯棒为铁棒、铝棒、铜棒中的一种。

进一步地，步骤(4)中等静压处理的压力为100～200MPa，保压时间为2～8min，分二级泄压，第一级泄压从最高值泄至40～60MPa，保压1～10min，然后再卸压至大气压。

进一步地，步骤(4)中烧结固溶为在1180～1220℃烧结30～180min，随后在1150～1195℃固溶3～10h，再降温至1140～1185℃热处理3～8h，最后风冷至室温。

进一步地，步骤(4)中时效处理为800～850℃等温时效10～40h，以0.5～1.5℃/min的冷却速度缓慢冷却至380～450℃，保温2～10h，最后风冷到室温。

本发明的另一个目的还在于提供一种钐钴永磁径向圆环，由上述钐钴永磁径向圆环的制备方法制备而得。

相比现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明通过在半圆环形状生坯A的接触面上涂覆或喷涂上低熔点合金粉B，可以减少永磁材料取向时压制圆环产生的应力，获得具有良好磁性能、高成品率的的钐钴永磁径向圆环；

(2)低熔点的合金粉B，在烧结固溶时先熔化，以类似粘结剂的作用促使形成圆环形状，避免圆环形状的钐钴永磁材料在成型过程中因为应力过大产生裂纹；

(3)本发明采用径向圆环直接压制技术，通过应力消除，制备出高合格率的钐钴径向圆环毛坯，极大的节省了钐钴粉料的使用，大大降低了材料成本；

(4)钐钴径向圆环省去了套孔环节，后续只需直接进行内圆磨和外圆磨即可，工艺简单，成本低廉，加工合格率高。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例1

本实施例钐钴永磁径向圆环的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照Sm

(2)将第一合金铸锭机械破碎至粒径200μm后气流磨破碎得到粒径为5.0μm的合金粉A，将第二合金铸锭于温度为100℃，氢压为0.1MPa下，吸氢2h，然后300℃保温1h进行脱氢至粒径200μm，然后用气流磨进一步破碎得到粒径为5.0μm的合金粉B；

(3)将合金粉A在20MPa压力下成型压制得到半圆环形状的生坯A，通过控制退磁电流使生坯A外弧顶面表磁为50Gs，半圆环形状生坯A外圆直径为60mm，内圆直径为40mm,密度为4.4g/cm

(4)将生坯B等静压处理在200Mpa压力下保压5min进行等静压处理，分二级泄压，第一级泄压从200Mpa泄至50MPa，保压5min，然后再卸压至大气压，并在1220℃烧结120min，1180℃固溶5h，再降温至1140℃热处理6h，最后在850℃等温时效20h，以0.5℃/min的冷却速度缓慢冷却至400℃，保温6h后风冷到室温得到钐钴永磁径向圆环。

实施例2

本实施例钐钴永磁径向圆环的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照Sm(Co

(2)将第一合金铸锭机械破碎至粒径200μm后气流磨破碎得到粒径为5.0μm的合金粉A，将第二合金铸锭于温度为100℃，氢压为0.1MPa下，吸氢2h，然后300℃保温1h进行脱氢至粒径200μm，然后用气流磨进一步破碎得到粒径为5.0μm的合金粉B；

(3)将合金粉A在25MPa压力下成型压制得到半圆环形状的生坯A，通过控制退磁电流使生坯A外弧顶面表磁为80Gs，生坯A外圆直径为50mm，内圆直径为40mm，密度为4.5g/cm

(4)将生坯B等静压处理在150Mpa压力下保压8min进行等静压处理，分二级泄压，第一级泄压从150Mpa泄至50MPa，保压5min，然后再卸压至大气压，并在1200℃烧结120min，1170℃固溶5h，再降温至1140℃热处理6h，最后在820℃等温时效20h，以0.5℃/min的冷却速度缓慢冷却至400℃，保温6h后风冷到室温得到钐钴永磁径向圆环。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤(3)中将合金粉A在20MPa压力下成型压制得到半圆环形状的生坯A，通过控制退磁电流使生坯A外弧顶面表磁为10Gs。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤(3)中将合金粉A在20MPa压力下成型压制得到半圆环形状的生坯A，通过控制退磁电流使生坯A外弧顶面表磁为150Gs。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤(3)中在半圆环形状生坯A的接触面上涂覆0.01mm厚的合金粉B。

实施例6

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤(3)中在半圆环形状生坯A的接触面上涂覆0.6mm厚的合金粉B。

对比例1

本对比例钐钴永磁径向圆环的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照Sm

(2)将第一合金铸锭机械破碎至粒径200μm后气流磨破碎得到粒径为4.5μm的合金粉A；

(3)将合金粉A在20MPa压力下成型压制得到半圆环形状的生坯A，半圆环形状生坯A外圆直径为60mm，内圆直径为40mm，外弧顶面表磁为50Gs，将其两两配对拼成圆环形状，同时圆环形状的中间内孔放置铝棒，整体装入塑封袋中进行真空塑封定位得到生坯B；

(4)将生坯B等静压处理在200Mpa压力下保压时间5min进行等静压处理，分二级泄压，第一级泄压从200Mpa泄至50MPa，保压5min，然后再卸压至大气压，并在1220℃烧结120min，1180℃固溶5h，再降温至1140℃热处理6h，最后在850℃等温时效20h，以0.5℃/min的冷却速度缓慢冷却至400℃，保温6h后风冷到室温得到钐钴永磁径向圆环。

对比例2

本实施例钐钴永磁径向圆环的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照Sm

(2)将第一合金铸锭机械破碎至粒径200μm后气流磨破碎得到粒径为5.0μm的合金粉A，将第二合金铸锭于温度为100℃，氢压为0.1MPa下，吸氢2h，然后300℃保温1h进行脱氢至粒径200μm，然后用气流磨进一步破碎得到粒径为5.0μm的合金粉B；

(3)将合金粉A与实施例1等量的合金粉B混合后，在20MPa压力下成型压制得到圆环形状的生坯A，通过控制退磁电流使生坯A外弧顶面表磁为50Gs，圆环形状生坯A外圆直径为60mm，内圆直径为40mm,密度为4.4g/cm

(4)将生坯B等静压处理在200Mpa压力下保压时间5min进行等静压处理，分二级泄压，第一级泄压从200Mpa泄至50MPa，保压5min，然后再卸压至大气压，并在1220℃烧结120min，1180℃固溶5h，再降温至1140℃热处理6h，最后在850℃等温时效20h，以0.5℃/min的冷却速度缓慢冷却至400℃，保温6h后风冷到室温得到钐钴永磁径向圆环。

对以上实施例及对比例所得钐钴圆环进行性能测试，测试结果如下表1所示。

表1钐钴圆环性能数据表

实施例1～2所得钐钴永磁径向圆环具有较好的磁性能和成品合格率，实施例3通过控制退磁电流使生坯A外弧顶面表磁过小，磁吸力较弱，半圆环生坯A两两配对时易发生错位，且彼此之间结合力较弱，成品合格率低，实施例4通过控制退磁电流使生坯A外弧顶面表磁过大，半圆环生坯A接触面易粘粉，导致表面不平整而粘合不牢固，同时容易吸附其他铁质器件使边角易磕碰，导致成品合格率低，实施例5在半圆环形状生坯A的接触面上涂覆过少合金粉B，粘合性能较差，成品合格率低，实施例6在半圆环形状生坯A的接触面上涂覆过多合金粉B，使钐钴永磁径向圆环内禀矫顽力降低，磁性能较差，对比例1在半圆环形状生坯A的接触面上不涂覆合金粉B，粘合性能较差，成品合格率低，对比例2直接成型压制成圆环，内部会产生比较大的内应力，且该应力很难通过后续的热处理进行消除，在套孔加工过程中由于应力的存在非常容易导致材料开裂的问题，成品合格率较低。

最后应说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，而并非对本发明的实施方式的限定。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具有实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，这里无需也无法对所有的实施方式予以全例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。