[发明专利]永磁体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及Nd-Fe-B永磁体的制造方法，特别涉及采用电阻加热与微波加热相结合的技术对Nd-Fe-B永磁体的烧结、回火方法。

背景技术

烧结Nd-Fe-B永磁体广泛应用于计算机的硬件驱动设备、各种家用电器、电声设备、多媒体设备、电子仪器、仪表、医疗设备、工业电动机、风力发电机、以及汽车传感器、电动汽车和混合动力汽车的驱动电机等，已经成为现代工业和社会经济发展不可或缺的重要功能材料。

烧结Nd-Fe-B永磁体是用粉末冶金方法制造的：通过合金冶炼、制粉、取向压型、烧结、回火、以及表面防护处理、充磁工序来完成。

由于Nd-Fe-B合金中含有30～35％wt.的稀土元素，容易被氧化而劣化永磁性能。在已有的烧结Nd-Fe-B永磁体的制造工序中，制粉是先将冶炼好的母合金装入真空炉中，抽真空后充入氢气；Nd-Fe-B合金具有强烈的吸收氢气的特性，并在吸氢反应的过程中释放出大量的热，同时，Nd-Fe-B合金发生剧烈的晶格膨胀，合金内部发生爆裂，合金被大幅度脆化，这一过程称为氢爆；这样处理的目的是为了使Nd-Fe-B合金很容易在下一步的气流磨过程中被粉碎至3～5μm这一最佳粒径。然而，氢爆处理完成后的合金粗粉还不能直接进行气流磨加工，还需要将合金粗粉中的大量氢气排走。因为若不将氢爆处理完成后的合金粗粉中的大量氢气及时排走，则会产生气流磨后微粉粒度分布不良、取向压型过程中取向度低劣、烧结过程中排气困难并产生密度不良等微观缺陷，导致磁体的最终磁性能恶化。将氢爆处理完成后的合金粗粉中的大量氢气排除的过程，称为除氢。现有的工艺是将合金粗粉升温到400～600℃，进行真空抽气排氢。

如所周知，即便是将合金粗粉升温到400～600℃，进行真空抽气排氢后，Nd-Fe-B合金粉末中仍然含有约1000～2000ppm的氢。

随后，将所述Nd-Fe-B合金粗粉用气流磨加工成平均粒度为3～5μm的微粉，经过取向压型后，在真空中进行烧结、回火。通常的真空烧结、回火是在传统的电阻式真空炉中进行的。用传统的电阻式真空炉进行Nd-Fe-B合金的烧结、回火存在以下缺点：一方面，根据热量的传递机理可知，在真空环境下电阻热向工件的传递主要靠电阻元件的热辐射，热的对流和传导比例很低。因此，烧结、回火过程中，升温效率很低，导致大量热能耗散，烧结、回火周期很长，生产效率低劣；例如，一台500kg容量的烧结炉，填装满Nd-Fe-B合金后，升温至1050℃进行烧结时，单单升温过程就需要长达10小时以上的时间。另外，由于电阻式真空炉中热的对流和传导比例很低，工件的加热首先发生在靠近电阻元件的表面区域，再通过工件自身从表面向心部传递，这样一来，在加热过程中工件的表面与心部之间就不可避免地存在巨大的温度差，即真空工程中所谓的“热滞后”。为消除工件表面与心部之间的热滞后，就不得不大幅度延长保温时间，造成热能利用率和生产效率进一步降低。例如，500kg容量的烧结炉中填装满Nd-Fe-B合金后，在温度仪表指示到达1050℃进行烧结时，实践证明，为使填装在炉膛心部和边沿的Nd-Fe-B合金的温度一致，至少还需要3小时以上的保温时间。Nd-Fe-B合金在高温下的加热时间越长，其内部晶粒就会越粗大化，磁性能就越差。另一方面，Nd-Fe-B磁体的最终磁性能，特别是内禀矫顽力和退磁曲线方形度对烧结、回火温度非常敏感，由于工业上都是在炉腔内填装大量磁体进行回火处理，在真空环境下电阻式加热过程中炉料表面与心部之间巨大的温度差会直接造成同一炉中的磁体与磁体之间、以及每块磁体的内部与外表之间磁性能的显著差异。

另外，由于存在上述热滞后现象，在加热过程中Nd-Fe-B工件的表面与心部之间巨大的温度差会产生巨大的热应力，造成Nd-Fe-B工件在加热过程中开裂。为避免工件在加热过程中开裂，就不得不降低升温速度，这又进一步造成热能利用率和生产效率的降低。

近年来，微波加热技术迅速发展，已经广泛应用于各种物料的干燥、加热以及粉末烧结。微波是一种频率在300MHz～3000MHz的电磁波，微波加热是通过在材料内部产生微观电流，造成材料内部的介质耗散而发热。因此，微波加热不需要象传统的电阻式加热那样的传热过程，由微波发生器所产生的能量可直接由物料吸收而实现整体均匀升温。