一种烧结钕铁硼辐射环及其制备方法与流程

1.本发明属于烧结钕铁硼技术领域，涉及一种烧结钕铁硼辐射环及其制备方法。


背景技术：

2.烧结辐射环是烧结钕铁硼永磁材料的一个重要分支，传统辐射取向的环状烧结钕铁硼主要是由平行取向的弧形磁钢拼接而成，但这种拼接方式存在同心度差、表磁分布曲线过渡不均匀、拼接处存在漏磁情况等问题，严重影响了使用设备的平稳运行和功率的有效输出，因而直接压制烧结钕铁硼辐射环对于解决上述问题，进一步提高设备运行稳定性有重要作用。
3.但目前烧结辐射环为提高合格率，多数仍采用铸锭工艺，磁粉的平均粒度普遍较粗(5微米及以上)，无法满足终端客户对高性能磁环的性能需求，同时为提高磁环耐温性，通常在熔炼时会添加较高含量的重稀土dy、tb，产品成本大幅上升，也影响了钕铁硼辐射环的市场占有率。
4.中国专利申请文件(cn104741613a)公开了一种钕铁硼辐射取向环及其制备方法，其利用钕铁硼浆料在注射成型机中注射成粘接钕铁硼辐射环生坯，但由于其钕铁硼粉末比例较少，整体磁性能较差。
5.中国专利申请文件(cn107768062a)公开了一种辐射取向烧结钕铁硼磁环的制备方法，其通过两次气流磨结合两次加润滑剂的方法提高磁粉流动性，从而提升磁环产品合格率，但前驱物为普通铸片，无法保证后续高性能磁环产品的制备。
6.中国专利申请文件(cn111768965a)公开了一种环形辐射取向磁体的制备方法，其采用涂敷含重稀土氢化物混合液的形式提升辐射环磁体的剩磁和矫顽力，但这种涂敷的方式对于壁厚的环状产品提升幅度较为有限。


技术实现要素：

7.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种具有优良物理性能的烧结钕铁硼辐射环。
8.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种烧结钕铁硼辐射环，烧结钕铁硼辐射环原料包括：合金一、合金二、合金三和合金粉末四中的至少一种，
9.其中合金一组成的化学分子式为[(prnd)
1-x1
(r
l
)
x1
]
a1
(tm)
b1
(hm)
c1bd1
fe
100-a1-b1-c1-d1
，0＜x1≤0.5，29.5≤a1≤30.5，0≤b1≤2.5，0≤c1≤0.3，0.88≤d1≤1.1；
[0010]
合金二组成的化学分子式为[(prnd)
1-x2
(rh)
x2
]
a2
(tm)
b2
(hm)
c2bd2
fe
100-a2-b2-c2-d2
，0＜x2≤0.5，29.5≤a2≤30.5，0≤b2≤2.5，0≤c2≤0.3，0.88≤d2≤1.1；
[0011]
合金三组成的化学分子式为(prnd)
a1
fe
100-a1
，70≤a1≤90，10≤b1≤20；
[0012]
金属粉末四为金属氧化物、金属碳化物和金属氮化物中的至少一种。
[0013]
作为优选，金属粉末四为al、zn氧化物中的至少一种。
[0014]
作为优选，金属粉末四平均粒径为0.5-2μm。本发明通过添加微量平均粒径为0.5-2μm的高熔点的金属氧化物、金属氧化物碳化物、金属氧化物氮化物进行弥散强化，进一步提高磁环的强度和硬度，将平均粒径控制为0.5-2μm可以使得弥散强化分布最均匀，强化作用最明显。
[0015]
本发明利用合金一具有低成本高剩磁的特征，合金二具有高矫顽力高剩磁的特征，合金三作为富稀土相，在烧结过程中起到润湿晶界，进一步提升磁性能，并减少辐射环产品开裂的作用，金属粉末四均为低熔点纯金属，在烧结过程中同样可以起到修饰晶界，并作为弥散点提升辐射环产品的强度和硬度，提升产品的可加工性。本发明通过四种合金相互共同作用保证了最后制备的烧结钕铁硼辐射环具有高质量高性能的特点。
[0016]
在上述的一种烧结钕铁硼辐射环中，所述烧结钕铁硼辐射环由合金一、合金三和金属粉末四制备而成；
[0017]
或由合金二、合金三和金属粉末四制备而成。
[0018]
在上述的一种烧结钕铁硼辐射环中，由合金一、合金三和金属粉末四制备而成的烧结钕铁硼辐射环，其中m1:m3:m4＝(95-99):(0-5):(0-1)，m1+m
3+
m4＝100；
[0019]
由合金二、合金三和金属粉末四制备而成的烧结钕铁硼辐射环，其中m2:m3:m4＝(95-99):(0-5):(0-1)，m2+m
3+
m4＝100。
[0020]
作为优选，合金一采用速凝熔炼的方法制备而成，其中熔炼温度1465-1485℃，浇铸温度1405-1445℃，甩片平均厚度0.285-0.305mm。
[0021]
作为优选，合金二采用速凝熔炼的方法制备而成，其中熔炼温度1485-1505℃，浇铸温度1445-1485℃，甩片平均厚度0.285-0.305mm。
[0022]
作为优选，合金三采用浇铸成铸锭的方法制备而成，其中熔炼温度1485-1505℃，浇铸温度1445-1505℃。
[0023]
在上述的一种烧结钕铁硼辐射环中，合金一组成的化学分子式中r
l
为la、ce、y及lace中的至少一种。
[0024]
在上述的一种烧结钕铁硼辐射环中，合金二组成的化学分子式中rh为dy、tb、gd、ho中的至少一种。
[0025]
在上述的一种烧结钕铁硼辐射环中，tm为ga、co、mn、cu、mg中的至少一种。
[0026]
在上述的一种烧结钕铁硼辐射环中，hm为nb、zr、hf、ti、v中的至少一种。
[0027]
本发明还提供了一种上述烧结钕铁硼辐射环的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0028]
s1、配置上述原料；
[0029]
s2、将合金分别置于氢碎炉中脱氢处理，然后将合金均匀混合并添加抗氧化剂，再进行二次气流磨处理得细粉；
[0030]
s3、将细粉在辐射环专用成型压机中取向成型，然后真空封装后等静压处理；
[0031]
s4、将等静压后的环状磁体在真空烧结炉中进行多段烧结，最后采用二级时效工艺。
[0032]
作为优选，步骤s2脱氢处理温度为500-580℃，氢碎粉氢含量≤1200ppm。
[0033]
作为优选，步骤s2二次气流磨处理中第一次气流磨后细粉平均粒径为4.5-5.2μm，第二次气流磨后细粉平均粒径为3.8～4.5μm。
[0034]
作为优选，抗氧化剂为丙二酸二乙酯、石油醚、聚环氧乙烷单脂肪酸、二缩三乙二醇中的一种或一种以上。
[0035]
作为优选，步骤s3取向成型磁场强度为500mt-800mt。
[0036]
在上述的一种烧结钕铁硼辐射环的制备方法中，步骤s4多段烧结为：在真空度达到2
×
10-1
后升温至900-1040℃进行一段烧结，保温2-4h；而后再升温至1040-1080℃进行二段烧结，保温6-8h，其中升温速度不高于4℃/min。
[0037]
在上述的一种烧结钕铁硼辐射环的制备方法中，二级时效工艺为：采用温控工艺随炉自冷至600-800℃，再升温至第一阶时效，时效温度800-910℃，时长2-4h，再风冷至室温，升温至第二阶段时效，时效温度460-550℃，时长3-6h。本发明通过控制第一段时效温度为800-910℃，第二段时效温度为460-550℃，可以起到优化材料微观结构，提升材料磁性能的作用。
[0038]
与现有技术相比，本发明烧结钕铁硼辐射环具有如下优点：本发明利用4种特制合金的合理配比，再通过对制备方法的合理优化，使得制备的烧结钕铁硼辐射环具有良好物理性能同时，能够保持较高的矫顽力，相比于传统辐射取向的环状烧结钕铁硼进一步提高了烧结钕铁硼辐射环的同心度和表磁分布曲线过渡的均匀。
具体实施方式
[0039]
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0040]
实施例1：
[0041]
s1、合金一的化学分子式为：
[0042]
(prnd)
23.7
ce
6.5
al
0.1
nb
0.2
zr
0.1
cu
0.2
ga
0.2b0.94
fe
68.26
，
[0043]
合金一采用速凝熔炼的方法制备而成，其中熔炼温度1473℃，浇铸温度1408℃，甩片平均厚度0.293mm；
[0044]
合金三的化学分子式为：(prnd)
90
fe
10
，
[0045]
合金三采用浇铸成铸锭的方法制备而成，其中熔炼温度1494℃，浇铸温度1481℃；
[0046]
金属粉末四为平均粒径在0.5μm的金属氧化铝粉。
[0047]
s2、将合金一、合金三、金属粉末四分别置于氢碎炉中脱氢处理，脱氢温度为565℃，其中氢碎粉的氢含量≤1200ppm；然后将粗破碎的合金一粉末、合金三粉末和金属粉末四按m1:m3:m
4＝
96.8：3：0.2的比例混合均匀，并添加聚环氧乙烷单脂肪酸作为抗氧化剂保护，而后在氮气保护下采用二次气流磨工艺，其中第一次气流磨4.92μm的细粉，第二次磨制平均粒度在4.23μm的细粉；
[0048]
s3、将细粉在辐射环专用成型压机中取向成型，取向磁场650mt得到毛坯磁体，真空封装后等静压处理；
[0049]
s4、将等静压后环状磁体在真空烧结炉中进行多段烧结，要求真空度达到2*10-1
才能升高温到一段烧结温度1020℃，保温2h，而后再升至二段烧结温度1055℃，保温8h，其中升温速度不高于4℃/min；
[0050]
s5、采用二级时效工艺制备得规格为d30*d24.5*18(单位mm)的辐射磁环。
[0051]
其中二级时效工艺具体为：高温结束后采用温控工艺随炉自冷到800℃，再升温至
第一阶时效，时效温度880℃，时长2h，在风冷至室温，升温至第二阶段时效，时效温度450℃，时长4h。
[0052]
实施例2：
[0053]
s1、合金二的化学分子式为：
[0054]
(prnd)
26.3
dy
4.5
al
0.2
nb
0.2
zr
0.1
cu
0.15
ga
0.2b0.94
fe
68.26
，
[0055]
合金二采用速凝熔炼的方法制备而成，其中熔炼温度1500℃，浇铸温度1480℃，甩片平均厚度0.293mm；
[0056]
合金三的化学分子式为：(prnd)
90
fe
10
，
[0057]
合金三采用浇铸成铸锭的方法制备而成，其中熔炼温度1494℃，浇铸温度1481℃；
[0058]
金属粉末四为平均粒径在0.5μm的氧化锌金属粉。
[0059]
s2、将合金二、合金三、金属粉末四分别置于氢碎炉中脱氢处理，脱氢温度为565℃，其中氢碎粉的氢含量≤1200ppm；然后将粗破碎的合金二粉末、合金三粉末和金属粉末四按m2:m3:m
4＝
96.8：3：0.2的比例混合均匀，并添加抗氧化剂保护，而后在氮气保护下采用二次气流磨工艺，第一次气流磨4.93μm的细粉，第二次磨制平均粒度在4.25μm的细粉；
[0060]
s3、将细粉在辐射环专用成型压机中取向成型，取向磁场680mt得到毛坯磁体，真空封装后等静压处理；
[0061]
s4、将等静压后环状磁体在真空烧结炉中进行多段烧结，要求真空度达到2*10-1
才能升高温到一段烧结温度1040℃，保温2h，而后再升至二段烧结温度1085℃，保温8h，其中升温速度不高于4℃/min；
[0062]
s5、采用二级时效工艺制备得规格为d27*d22*20(单位mm)的辐射磁环。
[0063]
其中二级时效工艺具体为：高温结束后采用温控工艺随炉自冷到800℃，再升温至第一阶时效，时效温度900℃，时长2h，在风冷至室温，升温至第二阶段时效，时效温度500℃，时长4h。
[0064]
实施例3：
[0065]
与实施例1的区别，仅在于，辐射磁环仅由合金一制备而成。
[0066]
实施例4：
[0067]
与实施例1的区别，仅在于，辐射磁环仅由合金三制备而成。
[0068]
实施例5：
[0069]
与实施例2的区别，仅在于，辐射磁环仅由合金二制备而成。
[0070]
实施例6：
[0071]
与实施例1的区别，仅在于，辐射磁环由合金一、合金三制备而成。
[0072]
实施例7：
[0073]
与实施例1的区别，仅在于，辐射磁环由合金一、合金四制备而成。
[0074]
实施例8：
[0075]
与实施例1的区别，仅在于，辐射磁环由合金三、合金四制备而成。
[0076]
实施例9：
[0077]
与实施例2的区别，仅在于，辐射磁环由合金二、合金四制备而成。
[0078]
实施例10：
[0079]
与实施例2的区别，仅在于，辐射磁环由合金二、合金三制备而成。
[0080]
实施例11：
[0081]
与实施例1的区别，仅在于，步骤s2将粗破碎的合金一粉末、合金三粉末和金属粉末四按m1:m3:m
4＝
90：9：1的比例混合均匀
[0082]
实施例12：
[0083]
与实施例1的区别，仅在于，步骤s2将粗破碎的合金一粉末、合金三粉末和金属粉末四按m1:m3:m
4＝
93：5：2。
[0084]
实施例13：
[0085]
与实施例1的区别，仅在于，步骤s4烧结处理仅为一段烧结。
[0086]
实施例14：
[0087]
与实施例1的区别，仅在于，步骤s5时效处理仅为第一阶时效。
[0088]
表1：实施例1-11、对比例1-3制备的辐射磁环性能检测结果
[0089][0090]
本发明分别对实施例1-11、对比例1-3制备的辐射磁环性能检测结果，其中实施例3和5制备的辐射磁环有较高开裂比例；实施例4和8因为合金三为辅相本身无磁性能，导致制备的磁环不具有磁性能或者磁性能极低；实施例6和7制备的辐射磁环性能与实施例1相比性能接近，但是出炉产品合格率偏低，导致成本增加；而实施例13则因为一段烧结密度不够，导致辐射磁环极易开裂。
[0091]
综上所述，本发明利用4种特制合金的合理配比，再通过对制备方法的合理优化，使得制备的烧结钕铁硼辐射环具有良好物理性能同时，能够保持较高的矫顽力，相比于传统辐射取向的环状烧结钕铁硼进一步提高了烧结钕铁硼辐射环的同心度和表磁分布曲线过渡的均匀。
[0092]
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个
参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
[0093]
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
[0094]
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。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：
1.一种烧结钕铁硼辐射环，其特征在于，烧结钕铁硼辐射环原料包括：合金一、合金二、合金三和合金粉末四中的至少一种，其中合金一组成的化学分子式为[(prnd)
1-x1
(r
l
)
x1
]
a1
(tm)
b1
(hm)
c1
b
d1
fe
100-a1-b1-c1-d1
，0＜x1≤0.5，29.5≤a1≤30.5，0≤b1≤2.5，0≤c1≤0.3，0.88≤d1≤1.1；合金二组成的化学分子式为[(prnd)
1-x2
(r
h
)
x2
]
a2
(tm)
b2
(hm)
c2
b
d2
fe
100-a2-b2-c2-d2
，0＜x2≤0.5，29.5≤a2≤30.5，0≤b2≤2.5，0≤c2≤0.3，0.88≤d2≤1.1；合金三组成的化学分子式为(prnd)
a1
fe
100-a1
，70≤a1≤90，10≤b1≤20；金属粉末四为金属粉末四为金属氧化物、金属碳化物和金属氮化物中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼辐射环，其特征在于，所述烧结钕铁硼辐射环由合金一、合金三和金属粉末四制备而成；或由合金二、合金三和金属粉末四制备而成。3.根据权利要求2所述的一种烧结钕铁硼辐射环，其特征在于，由合金一、合金三和金属粉末四制备而成的烧结钕铁硼辐射环，其中m1:m3:m4＝(95-99):(0-5):(0-1)，m1+m
3+
m4＝100；由合金二、合金三和金属粉末四制备而成的烧结钕铁硼辐射环，其中m2:m3:m4＝(95-99):(0-5):(0-1)，m2+m
3+
m4＝100。4.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼辐射环，其特征在于，合金一组成的化学分子式中r
l
为la、ce、y及lace中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼辐射环，其特征在于，合金二组成的化学分子式中r
h
为dy、tb、gd、ho中的至少一种。6.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼辐射环，其特征在于，tm为ga、co、mn、cu、mg中的至少一种。7.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼辐射环，其特征在于，hm为nb、zr、hf、ti、v中的至少一种。8.一种如权利要求1所述烧结钕铁硼辐射环的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s1、配置权利要求1所述原料；s2、将合金分别置于氢碎炉中脱氢处理，然后将合金均匀混合并添加抗氧化剂，再进行二次气流磨处理得细粉；s3、将细粉在辐射环专用成型压机中取向成型，然后真空封装后等静压处理；s4、将等静压后的环状磁体在真空烧结炉中进行多段烧结，最后采用二级时效工艺。9.根据权利要求8所述的一种烧结钕铁硼辐射环的制备方法，其特征在于，步骤s4多段烧结为：在真空度达到2
×
10-1
后升温至900-1040℃进行一段烧结，保温2-4h；而后再升温至1040-1080℃进行二段烧结，保温6-8h，其中升温速度不高于4℃/min。10.根据权利要求8所述的一种烧结钕铁硼辐射环的制备方法，其特征在于，二级时效工艺为：采用温控工艺随炉自冷至600-800℃，再升温至第一阶时效，时效温度800-910℃，时长2-4h，再风冷至室温，升温至第二阶段时效，时效温度460-550℃，时长3-6h。

技术总结
本发明属于烧结钕铁硼技术领域，涉及一种烧结钕铁硼辐射环及其制备方法。本发明利用4种特制合金的合理配比，再通过对制备方法的合理优化，使得制备的烧结钕铁硼辐射环具有良好物理性能同时，能够保持较高的矫顽力，相比于传统辐射取向的环状烧结钕铁硼进一步提高了烧结钕铁硼辐射环的同心度和表磁分布曲线过渡的均匀。渡的均匀。


技术研发人员：陈侃 赵红良 范逢春 郑锡文 沈存峰 石龙焰
受保护的技术使用者：宁波同创强磁材料有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/7/12