[发明专利]永磁体的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁体的制作方法，更加具体地说，涉及一种用振幅恒定、频率为0.1～100Hz的交变磁场对永磁合金粉末实施取向，以低取向磁场强度制造高取向度的永磁体的方法。这样的烧结永磁体广泛应用于各种工业和民用电机、计算机、电声器件、传感器、汽车、医疗仪器和工业自动化设备等领域。

背景技术

广泛应用于各类电机、计算机、电声、医疗仪器、汽车、传感器以及各种工业和民用仪器、设备等领域的现代永磁体，主要包括用粉末冶金方法制造的烧结Nd-Fe-B、Sm-Co、和Sr(Ba)系铁氧体。如本领域所熟知的，为获得优异的永磁性能，需要将制备好的母合金粉碎至微米级的尺度，使得所有的粉末颗粒都成为单晶体。然后，将粉末放置在有外施磁场的模腔内压制成一定形状的生坯块。在这一工序中，所有的粉末颗粒在外磁场的作用下其易轴沿磁场方向排列，随即施加足够大的压制力使得粉末颗粒的这种定向排列固定下来，以获得最优的永磁性能。使得粉末颗粒在外磁场的作用下其易轴沿磁场方向排列的过程，称为磁粉的取向。随后，将压制好的生坯块在一定温度下烧结，使之致密化，成为磁体毛坯；必要时还需将毛坯磁体在一定温度下进行回火处理，以进一步优化磁性能；接着的工序是进行机械加工，将毛坯磁体切割、修整成所需的形状、尺寸，必要时还需进行表面防护处理；最后，沿易磁化方向进行充磁即得到可以使用的永磁体产品。

由于粉末颗粒之间总是会存在各种复杂的机械约束而阻碍其在磁场中自由转动取向，为克服这些阻力而使粉末颗粒获得尽可能高的取向度，目前普遍采用的方法是：尽可能地增大外施静磁场强度，通常使得作用于粉末的取向外磁场大于1.2T，以期获得良好的永磁性能。在本发明的叙述中，取向外磁场属工程强磁场，磁场强度采用工程上习惯已久的单位T(特斯拉)，而不是国际单位A/m(安培/米)，在自由空间中二者的换算方式是：1T＝1×10⁷/(4π)A/m，目的是为了更加简洁、清楚地阐述本发明的内容。

传统的关于制造永磁体的磁场取向压型工序的工作原理示于附图1中。由一对串联的载流线圈4产生磁场，通过一对导磁性的极头3和轭铁2形成磁回路，在对称设置的一对极头3之间形成工作气隙磁场；在附图1中，用虚线和箭头分别表示所述的磁回路的路径和方向。通过所述的气隙磁场，使得置于阴模8内的合金粉末6沿磁场方向取向；接着，通过上冲头5和下冲头9将上压杆7和下压杆1所施加的压力P传递给合金粉末6，将合金粉末6压制成型。在此过程中，所施加给合金粉末6的取向磁场的强度通常高达1.2～2.1T，压制力P通常为0.1～5吨/cm²，使得合金粉末6在所述取向磁场中的定向排列的磁织构固定下来，形成取向压坯。随后，在线圈4中充入一较小的反向电流以产生一较小的反向磁场，对所述的取向压坯实施退磁，这样，压坯便能被方便地取出和安全地实施下一步的烧结操作。这里特别强调指出，在上述过程中，通常所施加的取向磁场都是使用单一方向的磁场，这样的具有单一方向的磁场随时间的变化规律如附图2所示，包括如附图2(a)所示的静态形式的磁场和如附图2(b)所示的单向波动形式的磁场。

正如前文所述，粉末颗粒之间总是会存在各种复杂的机械约束而阻碍其在磁场中的自由转动取向。为获得优异的永磁性能，作用于粉末的取向外磁场强度应当大于1.2T，且磁场强度越高，粉末颗粒在压坯中的取向度越好，所制作的永磁体的磁性能就越高。然而，正如本领域所熟知的，线圈所产生的磁场强度与线圈的安匝数成正比，要获得1.2T以上的强磁场，需要在体积庞大的线圈中输入数千安培的直流电。为避免线圈所产生的巨大焦耳热烧毁设备，线圈中还不得不内置巨大的水冷系统，这就使得通常所用的线圈系统体积庞大、笨重、能耗高、设备制造成本高昂。而且，在1.2T以上的强磁场状态下工作的线圈，其匝与匝之间需承受巨大的电磁力冲击，很容易造成线圈内铜线之间的绝缘层被破坏而烧毁设备，造成维护费用高昂、工作效率低劣。