[发明专利]一种剪切力热变形模具和钕铁硼磁体的制备方法

说明书

一种剪切力热变形模具和钕铁硼磁体的制备方法，属于稀土永磁领域。本发明设计一套特殊模具，所述的剪切力的获得在于样品与模具接触面有一定的角度，通过调节角度的大小来控制剪切力大小。本发明使用快淬粉装入模具使用放电等离子烧结系统(SPS)，通过控制烧结条件，制备出致密的高变形量的热变形磁体。本发明极大通过添加剪切力极大促进钕铁硼磁体进行变形，提高变形效率，提高磁性能。

技术领域

本专利发明了一种添加剪切力热变形模具和钕铁硼磁体的制备方法，属于稀土永磁领域。

背景技术

1984年，日本和美国科研人员分别使用粉末冶金法和快淬法制备了具有四方结构的钕铁硼(2:14:1)永磁体，从而宣告了第三代稀土永磁材料的诞生。时至今日，钕铁硼永磁体仍是性能最好的永磁体，被誉为“磁王”。

作为第三代稀土永磁体的钕铁硼磁体具有很高的性能、高的磁能积及性价比等优点，被广泛应用在机械、信息、能源、交通等众多领域，已成为现代工业和科学技术的支撑材料之一。2015年全球高性能钕铁硼需求约5.3万吨，预计到2020年行业需求将达到9.5为万吨，复合增速为13％，超过400亿元市场规模。

最大磁能积是衡量磁性材料磁性能优劣重要指标之一。Nd₂Fe₁₄B化合物具有很强的单轴各向异性，在以Nd₂Fe₁₄B为基体的化合物永磁材料中，当Nd₂Fe₁₄B晶粒混乱取向时为各向同性，它的剩磁只有饱和磁化强度的一半即：Br＝0.5Js，最大磁能积的理论值为：(BH)max ＝0.125(Js)²；当Nd₂Fe₁₄B晶粒有c轴规则取向时为各向异性，在理想情况下，它的剩磁接近饱和磁化强度即Jr≈Js，其最大磁能积理论值为：(BH)max＝0.25(Js)²。因此，各向异性钕铁硼磁体具有更高的磁能积。

制造各向异性永磁体的方法有传统的粉末冶金法和热变形法两种方法。热变形法又包括：铸造-热变形和粉末-致密化-热变形法两种，其中粉末可以是快淬粉末、氢爆(HDDR)粉末、机械合金化粉末等。其中使用的最多的为快淬磁粉，目前快淬粉末热变形各向异性永磁体的磁性能已达到剩磁：Br＝1.492T，矫顽力：Hcj＝1004kA/m，最大磁能积：(BH)max＝400kJ/m³。热变形法已成为制造Nd-Fe-B系各向异性材料的重要工艺手段之一。

钕铁硼热变形源于塑性变形、晶界滑移以及晶界迁移组合。在热变形过程中晶体重新构成其形态，也带动改变其晶粒取向与磁畴分布。目前所有的热变形钕铁硼磁体的专利有很多如专利CN102744406A、CN104103414A、CN105869876A等，这些方法都是在正压力的情况下完成的，想获得大变形量磁体往往需要提高温度，提高温度晶粒会长大，降低磁性能。在不提高温度的情况下，想获得大变形变形量的磁体较为困难。

在镁铝合金板材轧制过程中发现，由于剪切力的存在，变形过程会更容易，极大的提高生产效率。因此，本发明设计了一种引入剪切力的新型热变形模具，并基于该模具发明了一种热变形钕铁硼磁体的制备方法，具体是使用具有一定倾斜角度的模具，在变形过程中引入一定的剪切力，从而更易于获得大变形量、优异织构和优良性能的钕铁硼磁体。

发明内容

本发明根据实验需要设计一种特殊模具，具有斜压力的石墨模具：包括具有空腔的外壳、与工件两端面接触的上下压力模，工件两端面接触的上下压力模的端面为斜平面，斜面上有凹槽，使用时把样品放置于上下压头的凹槽内。

在钕铁硼变形过程中通过添加剪切力，更加容易获得大变形量的钕铁硼磁体，从而获得更具有优良的磁性能。本发明首先将钕铁硼粉末装入模具中，通过放电等离子烧结获得各向同性的热压磁体，把热压磁体打磨干净之后放入直径更大的模具中做变形，通过控制模具压头的倾斜角度，获得不同大小的剪切力，从而获得具有较高性能的各向异性钕铁硼磁体。