阅读说明：本技术 一种温压成型粘结磁体及其制备方法 (Warm-pressing formed bonded magnet and preparation method thereof ) 是由 罗阳 廖一帆 胡州 于敦波 杨远飞 王子龙 王仲凯 谢佳君 于 2019-11-06 设计创作，主要内容包括：一种温压成型粘结磁体及其制备方法,该温压成型粘结磁体包括异方性钕铁硼磁粉、粘接剂和复合导热剂。其制备方法包括母合金熔炼-热处理-HDDR处理-混胶-混粉-预压成型-取向成型-固化等步骤,通过添加复合导热剂,增强预压坯的导热能力,使其能够在极短的时间内达到所添加的环氧树脂的Tf转化温度,使粉体处在均匀的粘流态环氧树脂中,方便取向时粉体颗粒有序排列,使取向更加完全,效果更加显著,同时压制时提高了磁环的致密度及整体均一性,避免了取向压制时出现分层,胶结不完全等情况,使取向磁环均一化程度更高；其次复合导热剂可以替代硬脂酸锌、硬脂酸镁等传统润滑剂,提高磁粉的流动性。(A warm-pressing bonded magnet and a preparation method thereof are provided, the warm-pressing bonded magnet comprises anisotropic neodymium iron boron magnetic powder, adhesive and composite heat conducting agent. The preparation method comprises the steps of master alloy smelting, heat treatment, HDDR treatment, glue mixing, powder mixing, pre-pressing forming, orientation forming, curing and the like, wherein the heat conduction capability of a pre-pressed blank is enhanced by adding the composite heat conducting agent, so that the pre-pressed blank can reach the Tf conversion temperature of the added epoxy resin in a very short time, powder is in a uniform viscous state epoxy resin, powder particles are orderly arranged when in orientation, the orientation is more complete, the effect is more obvious, meanwhile, the density and the integral uniformity of a magnetic ring are improved during pressing, the situations of layering, incomplete gluing and the like during orientation pressing are avoided, and the uniformity degree of the orientation magnetic ring is higher; and the composite heat conducting agent can replace traditional lubricants such as zinc stearate, magnesium stearate and the like, so that the fluidity of the magnetic powder is improved.)

一种温压成型粘结磁体及其制备方法

技术领域

本发明涉及粘结磁体材料技术领域，具体而言，涉及一种温压成型粘结磁体及其制备方法。

背景技术

粘结钕铁硼永磁材料具有磁性强、形状自由度高、一致性好等诸多优点，被广泛应用于硬盘和光盘驱动器、办公自动化、消费电子、家用电器和汽车等领域。目前用于粘结钕铁硼永磁材料的磁粉主要分为各向同性和异方性两大类，各向同性钕铁硼磁粉采用熔体快淬法制备，最大磁能积为12-18MGOe，由此制备的同性钕铁硼粘结磁体最大磁能积不超过12MGOe，难以满足高端需要。而异方性钕铁硼磁粉，通常采用HDDR法制备，由于其微观组织的特殊性，即细小晶粒(200-500nm)在易磁化轴方向的平行排列，使得其最大磁能积可达到各向同性磁粉的2-3倍，经模压或者注塑成型工艺，可以制备高性能异方性粘结磁体，符合转动电机等器件小型化、轻量化和精密化的发展趋势，因此，市场对高性能异方性粘结磁体的需求越来越迫切。

目前，通过HDDR法制备的异方性磁粉经过一系列的表面处理后，经过冷压预成型，热压取向成型后才能得到满足高性能要求的异方性磁体。然而HDDR法制备的异方性磁粉形貌结构不易控制，通常达不到理想状态(圆形度为1)；磁粉表面存在微裂纹，压制过程中可能进一步破裂，影响磁性能；热压过程时间短导热慢，磁体取向度不高，充磁后表磁不大且不均匀；润滑剂不易排出，甚至发生反应，影响磁性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种温压成型粘结磁体制备方法，通过改善磁粉形貌结构来提高磁粉的流动性和磁体的致密度，混粉过程中添加复合导热剂，其对粉末的包覆能力好，能够较好的解决热压过程中因传热慢而导致的取向度差等问题，对粉末的流动性也具有一定的改善作用。

为了实现以上目的，本发明采用以下方案：

本发明的第一方面提供了一种温压成型粘结磁体，包括：异方性钕铁硼磁粉、粘接剂和复合导热剂；

其中，所述异方性钕铁硼磁粉的组分占所述磁体的质量百分比为：PrNd20％～30％、Fe 60％～70％、B 0.5％～3.5％、Al 0.1％～3.5％、Ga 0.1％～3％以及Nb 0.1％～3％)；

所述粘接剂包括环氧树脂和偶联剂，分别占所述磁体的质量百分比为：环氧树脂2.5％～3％，偶联剂0.1％～1％；

所述复合导热剂占所述磁体的质量百分比为0.5％～1％。

进一步的，所述复合导热剂包括正己烷、癸酸甲酯和纳米导热复合粉,三者质量比为30～55:1:25～30。

进一步的，所述异方性钕铁硼磁粉特定颗粒直径和配比为：

颗粒直径≤120mesh，质量占比为1％～10％；

颗粒直径120～140mesh，质量占比为3％～10％；

颗粒直径140～325mesh，质量占比为50％～90％；

颗粒直径＞325mesh，质量占比为5％～35％。

进一步的，所述纳米导热复合粉包括纳米氮化硅镁、纳米碳化硅、纳米氮化铝、纳米氮化硼、高球形度氧化铝和纳米氮化硅中的至少一种。

本发明的第二方面提供了一种温压成型粘结磁体的制备方法，用于制备如前所述的温压成型粘结磁体，包括如下步骤：

步骤一、母合金熔炼：将所有原料按所述异方性钕铁硼磁粉的质量百分比配比，通过真空熔炼方法将配好的原材料中频感应加热成熔化金属，然后浇注到双面水冷定模中，获得铸锭；

步骤二、对所述铸锭进行热处理：将所述铸锭放入真空热处理炉中，抽真空并加热至1100℃～1200℃，充氩气至一定压强下，保持炉内恒温一段时间，然后分次降温并保持一段时间，最后进行风冷至室温即可出炉；

步骤三、对所述铸锭进行HDDR处理，得到异方性钕铁硼磁粉；

步骤四、混胶：筛选不同粒度的异方性钕铁硼磁粉，分别添加质量百分比为0.1％～1％的偶联剂和2.5％～3％的环氧树脂溶于有机溶剂中，使用真空搅拌机均匀混合，得到表面均匀涂覆环氧树脂的中间粉体；

步骤五、混粉：添加复合导热剂，添加质量百分比为0.5％～1％，使用混料机均匀混合，得到表面均匀涂覆复合导热剂的中间粉体；

步骤六、预压成型：将上述中间粉体装入自动进料器中，预压机所用模具为循环水冷模具且压制过程中无加热步骤，压制的预压坯密度为4.4～4.6g/cm³；

步骤七、取向成型：将上述预压坯放入取向压机模具型腔中，压制过程中模具温度保持在150℃～200℃，对预压坯充磁取向压制，压成密度为6.0～6.5g/cm³的压坯；

步骤八、固化：将取向压坯放入真空固化炉，抽真空至真空度到0.3Pa以下，升温至150℃～180℃固化，保温60～90min，停止加热，自然冷却至室温出炉，得到所述温压成型粘结磁体。

进一步的，其中，步骤一中的铸锭为块状的具有柱状晶结构的快淬钕铁硼合金，厚度为15～30mm。

进一步的，所述步骤二中，将所述铸锭放入真空热处理炉中，抽真空并加热至1100℃～1200℃，充氩气至-0.08MPa，保持炉内恒温20h，然后再充入氩气至-0.04MPa，进行降温操作，15min内使炉内温度降至900℃并恒温2小时，45min内使炉内温度降至600℃并恒温2小时，进行风冷降至室温后出炉。

进一步的，所述步骤三中，将所述铸锭放入HDDR炉中，检查设备气密性，抽真空至0.2Pa以下并加热至170℃～200℃，然后在该温度下充入氢气至95～100kPa维持45min～60min；

再次抽真空至1Pa以下并加热至820℃～850℃，在该温度下充入氢气至30～35kPa维持75～90min；

提高温度至880℃～900℃，充入氢气至70～80kPa，维持该状态25min～35min；

5min内将氢气压由70～80kPa降至5～6kPa，再5min～8min降至4kPa～4.5kPa，并保持氢压在3～4.5kPa持续15min～20min；

降温至860℃～870℃，同时强制排氢至0.15Pa以下；

关闭加热，降温至30℃以下，得到所述异方性钕铁硼磁粉。

进一步的，还包括步骤九、表面处理：将固化好的温压成型粘结磁体做电泳涂层或浸油处理，防止表面氧化。

进一步的，还包括步骤十、充磁：根据需求使用合适的充磁夹具对所述温压成型粘结磁体进行多极充磁。

综上所述，本发明提供了一种温压成型粘结磁体及其制备方法，该温压成型粘结磁体包括异方性钕铁硼磁粉、粘接剂和复合导热剂；所述异方性钕铁硼磁粉的组分占所述磁体的质量百分比为：PrNd 20％～30％、Fe 60％～70％、B 0.5％～3.5％、Al 0.1％～3.5％、Ga 0.1％～3％以及Nb 0.1％～3％；所述粘接剂包括环氧树脂和偶联剂，分别占所述磁体的质量百分比为：环氧树脂2.5％～3％，偶联剂0.1％～1％；所述复合导热剂占所述磁体的质量百分比为0.5％～1％。其制备方法包括母合金熔炼-热处理-HDDR处理-混胶-混粉-预压成型-取向成型-固化等步骤，通过添加复合导热剂，增强预压坯的导热能力，使其能够在极短的时间内达到所添加的环氧树脂的Tf转化温度，使粉体处在均匀的粘流态环氧树脂中，方便取向时粉体颗粒有序排列，使取向更加完全，效果更加显著，同时压制时提高了磁环的致密度及整体均一性，避免了取向压制时出现分层，胶结不完全等情况，使取向磁环均一化程度更高；其次复合导热剂可以替代硬脂酸锌、硬脂酸镁等传统润滑剂，提高磁粉的流动性。

附图说明

图1为本发明实施例的温压成型粘结磁体制备方法的流程示意图；

图2(a)为异方性磁粉的微观结构示意图；图2(b)(c)为异方性磁粉(混胶后)的微观结构示意图；图2(d)为各向同性磁粉的微观结构示意图；

图3为涂覆偶联剂、环氧树脂的粉体表面示意图；

图4为涂覆环氧树脂的磁粉表面示意图；

图5(a)为添加硬脂酸锌、硬脂酸镁的粉体结构示意图；图5(b)为添加复合导热剂的粉体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明的第一方面提供了一种温压成型粘结磁体，包括异方性钕铁硼磁粉、粘接剂和复合导热剂；其中，所述异方性钕铁硼磁粉的组分占所述磁体的质量百分比为：PrNd20％～30％、Fe 60％～70％、B 0.5％～3.5％、Al 0.1％～3.5％、Ga 0.1％～3％、Nb0.1％～3％；所述粘接剂包括环氧树脂和偶联剂，分别占所述磁体的质量百分比为：环氧树脂2.5％～3％，偶联剂0.1％～1％；所述复合导热剂占所述磁体的质量百分比为0.5％～1％。

进一步的，复合导热剂包括正己烷、癸酸甲酯和纳米导热复合粉,三者质量比为30～55:1:25～30。该复合导热剂充当润滑剂，提高磁粉的流动性。

进一步的，所述纳米导热复合粉包括纳米氮化硅镁、纳米碳化硅、纳米氮化铝、纳米氮化硼、高球形度氧化铝和纳米氮化硅中的至少一种。

进一步的，所述异方性钕铁硼磁粉特定颗粒直径和配比为：颗粒直径≤120mesh，质量占比为1％～10％；颗粒直径120～140mesh，质量占比为3％～10％；颗粒直径140～325mesh，质量占比为50％～90％；颗粒直径＞325mesh，质量占比为5％～35％。上述颗粒直径和质量占比的选取能够提高取向磁环的致密度及整体均一性。

由上述组分、配比制成的温压成型粘结磁体具有高取向度，高致密度，高均一性等特性。

本发明的第二方面提供了一种温压成型粘结磁体的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、母合金熔炼：将所有原料按照上述异方性钕铁硼磁粉的质量百分比进行配比，通过真空熔炼方法将配好的原材料中频感应加热成熔化金属，然后浇注到双面水冷定模中，获得铸锭。具体的，铸锭为板状的具有柱状晶结构的快淬钕铁硼合金，厚度为15～30mm。

步骤二、热处理：将所述铸锭放入真空热处理炉中，抽真空并加热至1100℃～1200℃，充氩气至一定压强下，保持炉内恒温一段时间，然后分次降温并保持一段时间，最后进行风冷至室温即可出炉。具体的，在温度1100℃～1200℃范围内，充氩至-0.08MPa，保持炉内恒温20h，然后开始充入氩气至-0.04MPa，进行降温操作，15min内使炉内温度降至900℃并恒温2小时，45min内使炉内温度降至600℃并恒温2小时，后进行风冷降至室温即可出炉。

步骤三、HDDR处理：将所述铸锭放入HDDR炉中进行处理，得到异方性磁粉。

具体的，包括如下步骤：

检查设备气密性，抽真空至0.2Pa以下并加热至170℃～200℃，然后在该温度下充入氢气至95～100kPa维持45min～60min；

再次抽真空至1Pa以下并加热至820℃～850℃，在该温度下充入氢气至30～35kPa维持75～90min；

提高温度至880℃～900℃，充入氢气至70～80kPa，维持该状态25min～35min；

5min内将氢气压由70～80kPa降至5～6kPa，再5min～8min降至4kPa～4.5kPa，并保持氢压在3～4.5kPa持续15min～20min；

降温至860℃～870℃，同时强制排氢至0.15Pa以下；

关闭加热，降温至30℃以下，得到所述异方性钕铁硼磁粉。

如图2(a)所示为异方性磁粉的微观结构示意图，此时的异方性钕铁硼磁粉形貌呈不规则块状，圆形度较低，但与各向同性快淬磁粉的片状结构有明显区别，图2(b)(c)为异方性磁粉(混胶后)的微观结构示意图；图2(d)为各向同性磁粉的微观结构示意图。

步骤四、混胶：按照不同粒度的比例筛选异方性磁粉，粒度分布如下表：

≤120mesh	120～140mesh	140～325mesh	＞325mesh
				1％～10％	3％～10％	50％～90％	5％～35％

粗细粒度比例合理可以最大限度的提高磁粉本身的流动性，小颗粒填补大颗粒之间的间隙，有效提高磁粉的松装密度，从而提高磁体的致密度。

然后分别添加质量百分比为0.1％～1％的偶联剂和2.5％～3％的环氧树脂溶于有机溶剂中，使用真空搅拌机均匀混合，得到表面均匀涂覆环氧树脂的中间粉体，其混合过程如图3所示。具体的，偶联剂可以选用硅烷或钛酸酯；有机溶剂为丙酮或无水乙醇。

如图4所示，1为磁粉颗粒，环氧树脂4对于磁粉颗粒1表面的微裂纹2，棱角3等可以起到填充及包覆作用，并提高粉体颗粒的圆形度，增大流动性，在磁体压制过程中起到一定的缓冲作用，防止粉体颗粒在压制过程中因表面裂纹，棱角相互挤压而断裂，影响性能。

步骤五、混粉：添加复合导热剂，所述复合导热剂包括正己烷、癸酸甲酯和纳米导热复合粉(纳米导热复合粉包括纳米氮化硅镁、纳米碳化硅、纳米氮化铝、纳米氮化硼、高球形度氧化铝、纳米氮化硅等中的至少一种)，其中，三者的质量比为:30～55:1:25～30，所述复合导热剂在磁粉中的质量比为0.5～1％。在一个具体的实施例中，添加比例为0.5％，使用混料机均匀混合，得到表面均匀涂覆复合导热剂的中间粉体。如图5(a)所示为添加硬脂酸锌、硬脂酸镁(图中小颗粒)的粉体结构示意图，图5(b)为添加复合导热剂(粉体间填充的部分)的粉体结构示意图：相较于硬脂酸锌、硬脂酸镁等润滑剂，复合导热剂对粉体的包覆效果更好，对于流动性有更大的提升。

步骤六、预压成型：将上述磁粉装入自动进料器中，良好的流动性使磁粉的松装密度可达3.1g/cm³左右，预压机所用模具为循环水冷模具且压制过程中无加热步骤，压制成的预压坯密度约为4.4～4.6g/cm³。

步骤七、取向成型：将上述预压坯放入取向压机模具型腔中，取向压机具备加热功能，压制过程中模具温度保持在150℃～200℃，保温时间为10～30s，在四极(辐射)取向压机中进行充磁取向压制，压成密度约为6.0～6.5g/cm³的压坯。

步骤八、固化：将取向压坯放入真空固化炉，抽真空至真空度到0.3Pa以下，升温至150℃～180℃固化，保温60～90min，停止加热，自然冷却至室温出炉，得到温压粘结磁体。

步骤九、表面处理：将固化好的磁体做电泳涂层或浸油处理等，防止表面氧化。

步骤十、充磁：根据需求使用合适的充磁夹具进行多极充磁。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

(1)配料：配方配出50kg原材料，并对铁棒表面进行除锈清理，稀土材料要求无潮、无油污、无锈。

(2)铸锭：通过真空熔炼方法将配好的原材料中频感应加热成熔化金属，然后浇注到双面水冷定模中，最终获得板状的具有柱状晶结构的快淬钕铁硼合金，铸锭柱状晶比例在70％～90％之间，厚度为15～30mm。

(3)热处理：将铸锭放入真空热处理炉中，抽真空并加热至1150℃，充氩气至-0.08MPa，保持炉内恒温20h，然后开始充入氩气至-0.04MPa，进行降温操作，经过13min使炉内温度降至900℃并恒温2小时，经过40min使炉内温度降至600℃并恒温2小时，后进行风冷降至室温出炉。

(4)HDDR处理：将经过热处理的铸锭放入HDDR炉中，检查设备气密性，抽真空至0.18Pa并加热至195℃，然后在该温度下充入氢气至97kPa维持60min；

再次抽真空至0.5Pa并加热至845℃，在该温度下充入氢气至33kPa维持85min；

提高温度至895℃，充入氢气至80kPa，维持该状态32min；

经过3min将氢气压由80kPa降至5.5kPa，再经过6min降至4.5kPa，并保持氢压在4.5kPa持续17min；

降温至863℃，同时强制排氢至0.1Pa；

关闭加热，降温至25℃，得到所述异方性磁粉。

(5)混胶：按照不同粒度的比例筛选异方性磁粉，粒度分布如下表：

≤120mesh	120～140mesh	140～325mesh	＞325mesh
				2％	8％	70％	20％

分别添加质量百分比为0.15％的偶联剂和2.55％的环氧树脂溶于丙酮中，使用真空搅拌机均匀混合，得到表面均匀涂覆环氧树脂的中间粉体。

(6)混粉：添加复合导热剂(正己烷、癸酸甲酯和纳米导热复合粉的质量比为50:1:25)，添加质量百分比为0.5％，使用混料机均匀混合，得到表面均匀涂覆复合导热剂的中间粉体。

(7)预压成型：将混合磁粉装入预成型压机的自动进料器中，经测试，磁粉的松装密度达到3.15g/cm³，调试压机装料位置、合模行程、压制高度等参数，调试完成后进行压制，压制成的预压坯密度为4.5～4.58g/cm³。

(8)取向成型：将两个预压坯(根据产品需要可以放入一个或多个预压坯)叠加放入取向压机模具型腔中，压制过程中模具温度保持在170℃，保温时间为30s，在四极(辐射)取向压机中进行充磁取向压制，压制的磁体密度为6.0～6.15g/cm³。

(9)固化：将取向磁体压坯放入真空固化炉，抽真空至真空度到0.3Pa，升温至165℃固化，保温90min，停止加热，自然冷却至室温出炉，得到温压粘结磁体。

(10)表面处理：将固化的磁体表面清理干净后进行电泳镀膜。

(11)充磁测试：通过充磁夹具施加相同的磁场对磁体进行充磁，测试磁性能。

本实施例所制备得到的磁体与现有技术(即正常工艺)所制备得到的磁体的各项性能对比见表1。

表1实施例一所制备得到的磁体与现有技术(即正常工艺)所制备得到的磁体的各项性能对比。

表1

由上表1可以得出，通过本发明的制备方法制得的温压成型粘结磁体的各项性能都高于正常工艺所制得的磁体。

综上所述，本发明提供了一种温压成型粘结磁体及其制备方法，该温压成型粘结磁体包括异方性钕铁硼磁粉、粘接剂和复合导热剂；其制备方法包括母合金熔炼-热处理-HDDR处理-混胶-混粉-预压成型-取向成型-固化等步骤，通过添加复合导热剂，增强预压坯的导热能力，使其能够在极短的时间内达到所添加的环氧树脂的Tf转化温度，使粉体处在均匀的粘流态环氧树脂中，方便取向时粉体颗粒有序排列，使取向更加完全，效果更加显著，同时压制时提高了磁环的致密度及整体均一性，避免了取向压制时出现分层，胶结不完全等情况，使取向磁环均一化程度更高；其次采用复合导热剂，该复合导热剂对粉末的包覆能力强，在取向压制过程中可以快速传热，使粉周围的环氧树脂由固态加速转变为粘流态，给异方性磁粉创造更好的取向环境，粉体活动自由度大，从而使取向更加完全；当两个或几个预压坯同时进行取向压制时，预压坯相互之间结合更为紧密，在同样的质量、同样的压力下添加复合导热剂的磁体可以达到更高的密度，且不易出现表面分层情况，磁性能更加均匀一致。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。