一种多孔取向钕铁硼磁环的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烧结永磁体，特别是一种多孔取向钕铁硼磁环。
【背景技术】
[0002]钕铁硼磁体，主要由稀土元素R与铁、硼组成的金属间化合物。R主要是钕或钕与其他稀土元素的组合，有时也用钴、铝、钒等元素取代部分铁。主要分为烧结钕铁硼和粘结钕铁硼两种，粘结钕铁硼各个方向都有磁性，耐腐蚀；而烧结钕铁硼因易腐蚀，表面需镀层，一般有镀锌、镍、环保锌、环保镍、镍铜镍、环保镍铜镍等。而烧结钕铁硼一般分轴向充磁与径向充磁，根据所需要的工作面来定。
[0003]钕铁硼永磁材料是以金属间化合物RE2FE14B为基础的永磁材料。主要成分为稀土(RE)、铁(Fe)、硼(B)。其中稀土 ND为了获得不同性能可用部分镝(Dy)、镨(Pr)等其他稀土金属替代，铁也可被钴(Co)、铝(A1)等其他金属部分替代，硼的含量较小，但却对形成四方晶体结构金属间化合物起着重要作用，使的化合物具有高饱和磁化强度，高的单轴各向异性和高的居里温度。
[0004]钕铁硼磁体是由日本当代科学家左川真人发明的一种新型永磁体，并于1983年11月29届金属学术讨论会上，由日本住友特殊金属公司最先提出钕、铁、硼永久磁性材料的制造。它是主要由钕、铁、硼三种元素组成的合金磁体，是现在磁性最强的永磁体，因为钕原子是扁形的，电子云的受限，使铁原子不会偏移，从而形成不变的磁力。
[0005]钕铁硼磁体有很强的磁晶各向异性和很高的饱和磁化强度。在永磁材料中，烧结Nd-Fe-B磁体性能最高，商业产品的最大磁能积(BH)max = 360kJ/m3，但该磁体的居里温度较低(314°C )，温度稳定性和耐蚀性较差，限制了在较高温度下使用，而且在多数情况下需采用保护涂层。钕铁硼磁体的制造工艺有粉末冶金法和熔体快淬法。因磁性能优异，Nd-Fe-B型磁体获得了广泛的应用，主要用于电动机、发电机、声波换能器、各种传感器、医疗器械和磁力机械等。
[0006]现有钕铁硼磁体中，均为均质结构，从而以保证磁体具有较好的磁性能，提高磁体的能量密度。但是这同时又使得磁体具有较大的质量密度，在应用中不利于控制电机等应用设备的重心和质量分布，在设备的整体质量中具有较大的占比。
【发明内容】
[0007]为解决上述问题，本发明公开了一种多孔取向钕铁硼磁环，通过在磁体本体中设置的空缺结构(包括孔洞、微孔等)从而形成非均质结构的磁体，同时配合磁化区的halbach阵列取向，以避免磁体磁性能大幅下降，从而在降低磁体质量密度的同时保证磁体的磁性能，降低在应用设备中的质量占比，同时便于在设备的结构设置中调整重心分布而进行整体质量调控。
[0008]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环，包括本体，本体为环形，本体内部部分区域具有微孔结构，微孔孔径1.0-2.3mm，微孔结构区域占本体总体积的10-25 %，本体具有磁化区，磁化区至少部分的磁场方向按照halbach阵列取向，磁化区的halbach阵列取向所形成的增强磁场在本体的外部。本发明通过在磁体中设置的空缺结构，改变了磁体为实心整体结构的现在，实现磁体的轻量化，同时通过调整磁体中空缺位置所占的比例以及结构形态，从而调控磁体在整装设备的中的质量分布状态，进而调整整装设备的重心，可以降低重心高度，而使得设备的运行更为稳定高效，本体部分区域设置的微孔结构，使得磁体中空缺部分的质量分布和结构分布均趋于一致和稳定，同时在空缺区域形成有一定的支撑连接，避免磁体中直接出现大尺寸空洞而可能影响磁体的强度和使用性能，还能避免因深度取向导致的磁场空洞而影响场强分布的均一1性。同时配合磁化区albach阵列取向，在磁体选定目标范围内定向地取向增强磁场强度，从而改善因磁体中空缺而造成的场强降低的影响，从而实现在降低磁体质量密度、调控质量分布的同时，还可以保证磁体能量密度的稳定。
[0009]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，磁化区的最外层在本体的表层，并且磁化区在本体上成鳞片状分布，且磁化区在本体中厚度不同。本方案中通过采用在表层以紧密设置的鳞片状分布，从而形成较为稳定的磁场分布，并且场强一致性好，避免整体取向磁体易出现的磁场分布不均，同时也便于磁体在使用中灵活地切割修整，提高使用的灵活性。密布鳞片状结构，在调整磁场分布的同时，还可以通过形成的不同结晶形态的内部结构在一定程度上改善磁体的机械性能，从而可以提高磁体的应用性能和扩大应用范围，并且能够改善稳定性和延长使用寿命。相邻层片之间的间距不大于0.15mm，间距太大会造成磁场中场强分布出现明显的起伏波动，而影响磁体的精度，并且间距过大时还会影响磁体上磁化区的有效体积和质量，进而影响到磁体的磁性能。
[0010]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，磁化区在本体中的厚度不小于
0.3mmο
[0011]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，磁化区总体积占本体总体积的60%以上。
[0012]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，磁化区中按halbach阵列取向的部分占磁化区总体积的50%以上。本方案中通过灵活选择halbach阵列取向的部分占磁化区的比例，可以根据磁体实际工作环境以及场强分布的需要，来调整取向分布，进而调整磁体场强分布，从而满足不同设备以及不同技术要求的精密性。
[0013]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，本体的合金材料组成为):镨钕 30.3-31.2%、镝铁 0-10%、铽 0-6%、硼铁 4.5-6.5%、铜0.1-0.2%、铝0.1-1 %、铌铁
0.3-1 %、镓 0.1-0.25%、钴 0.6-2.5%，余量为铁。
[0014]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，硼铁的元素组成为(wt% ):硼20-25% ;余量为铁。
[0015]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，铌铁的元素组成为(wt% ):铌50-75% ;余量为铁。
[0016]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，镝铁的元素组成为(wt% ):镝50-85% ;余量为铁。
[0017]通过采用特定质量分数的硼铁、铌铁以及镝铁，使得磁体的冶炼配置更为方便高效，降低组分误差，降低调配以及冶炼的难度。
[0018]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，本体为合金材料经熔炼甩带、氢破制粉、成型干燥、烧结、后处理得到，其中成型时包括芯部成型和二次成型，芯部成型为具有微孔结构部分成型，二次成型为在芯部成型基础上再次压制而完成本体的成型。本方案通过将本体成型分为芯部成型和二次成型，使得非均质磁体的成型更为方便，同时将芯部成型和本体包覆芯部后的二次成型区分开，有利于保证磁体成型后内部结构的稳定性，避免取向塌陷或者分布不均等缺陷，从而有利于保证磁体的质量稳定性和提高成品率。
[0019]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，芯部成型为以氢破制粉得到的粉体与溶剂I混均冷冻固化成均匀紧密固态物为芯部后，再将氢破制粉得到的粉体在溶剂II混均制坯压制完成二次成型，其中溶剂I的凝固点为T1，溶剂II的凝固点为T2，并且T1大于T2。本方案中，通过将芯部成型以及本体的二次成型在不同温度下进行，有利于保证在二次成型时芯部形态的稳定，不会因二次成型而发生变形，从而使得磁体能够完整且稳定地实现符合技术要求的非均质结构。
[0020]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环的一种改进，二次成型的压制温度大于T2且小于T1。
[0021]本发明公开的多孔取向钕铁硼磁环，实现了一种具有非均质结构同时又具有良好磁性能和磁场分布的永磁体，其在设备整装重心控制、磁体能量密度调控等方面均具有突出的优势，对不同设备以及零部件在质量、尺寸以及磁性能方面的精密要求均能够得到很好的满足。
【具体实施方式】
[0022]下面结合【具体实施方式】，进一步阐明本发明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0023]实施例1
[0024]本实施例中，多孔取向钕铁硼磁环包括本体，本体为环形，本体内部部分区域具有微孔结构，微孔孔径1.0mm(微孔孔径还可以为1.05、1.10、1.12、1.16、1.20、1.24、1.3、
1.33、1.4、1.47、1.5、1.58、1.6、1.66、1.7、1.77、1.8、1.82、1.9、1.96、2、2.09、2.1、2.14、
2.2,2.25,2.3以及1.0-2.3mm范围内的其它任意值)，微孔结构区域占本体总体积的10%(微孔结构区域占本体总体积的比例还可以为11 %、12 %、13 %、14 %、15 %、16 %、17 %、18%、19%、20%、21%、22%、23%、24%、25%以及10-25 %范围内的其它任意值)，本体具有磁化区，磁化区磁场方向按照halbach阵列取向(磁化区的磁场还可以部分按照halbach阵列取向，按照halbach阵列取向区域在磁化区中的分布可以成阵列分布、无规散布或者成其它任意形态等)，磁化区的halbach阵列取向所形成的增强磁场在本体的外部。
[0025]实施例2
[0026]本实施例与实施例1的区别仅在于:磁化区的最外层在本体的表层，并且磁化区在本体上成鳞片状分布(鳞片层片之间的间距为0.15mm,层片间的间距还可以为0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01、0.005 以及其它小于0.15mm的任意值)，且磁化区在本体中厚度相同不同。
[0027]实施例3
[0028]本实施例与实施例2的区别仅在于:磁化区在本体中的厚度为0.3mm(磁化区在本体中的厚度还可以为 0.33、0.37、0.4、0.41、0.44、0.46、0.5、0.52,0.58,0.6,0.66、0.7、0.74、0.8、0.88、0.9、0.93、1.0、1.02、1.1、1.17、1.2、1.22、1.3、1.33、1.37、1.4、1.41、
1.44、1.46、1.5、1.52、1.58、1.6、1.66、1.7、1.74、1.8、1.88、1.9、1.93、2.0、2.02、2.1、
2.17、2.2、2.22、2.3、2.33、2.37、2.4、2.41、2.44、2.46、2.5、2.52、2.58、2.6、2.66、2.7、
2.74、2.8、2.88、2.9、2.93、3、3.02、3.1、3.17、3.2、3.22、3.3、3.33、3.37