[发明专利]利用浆料通过增材制造进行的磁体制造

说明书

本发明公开了利用浆料通过增材制造进行的磁体制造，其中提供一种磁体和形成所述磁体的方法。所述方法包括形成包括磁性粉末材料和粘合剂材料的浆料并由所述浆料形成原始层。向所述原始层施加磁场以使所述磁性粉末材料沿期望方向定向，并使每层固化以在最近的固化层上形成另一层。所述层附连在一起。

技术领域

本发明总体涉及永磁体和形成各向异性永磁体的方法，永磁体可以用于电动马达、风车、电动自行车和器具中。

引言

永磁体已广泛用于各种装置，包括用于混合动力车辆和电动车辆以及风车、空调和其他机械化设备的牵引电动马达。这种永磁体可以是铁氧体、Nd-Fe-B、CmCo、CmFeN、Alnico等。

对于Nd-Fe-B磁体，制造工艺通常从初始制备开始，包括检查和称量期望材料组合物的起始材料。然后将材料进行真空感应熔炼和带连铸以形成若干厘米大小的薄片(小于1mm)。然后进行氢爆碎，其中薄片在约25℃至约300℃下吸收氢气约5至约20小时，在约200℃至约400℃下脱氢约3至约25小时，然后进行锤磨和研磨和/或机械粉碎或氮气研磨(如果需要)以形成适合于进一步粉末冶金加工的细粉末。通常筛分该粉末进行尺寸分类，然后与其它合金粉末混合，以得到最终期望的磁性材料组合物。

在一种工艺中，通过在模具中合适的压制操作将磁性粉末与粘合剂混合以制备生坯部件(通常为立方体的形式)。可以在粉末形成立方体块或其他形状之前对粉末进行称重。然后将成形部件真空袋装并进行等静压，之后将其烧结(例如，在约800℃至约1100℃下在真空中持续约1至约30小时)并且如果需要，进行时效处理(例如，在约300℃至约700℃下在真空中持续约5至约20小时)。通常，总共约100kg至约800kg的许多块同时进行批量烧结。

然后，基于期望的磁体最终形状，将磁体片从较大的块切割并机加工成最终形状。具有许多薄刀片的切割机用于从磁体块切割出期望的形状。在切割操作中失去大部分材料，并且薄刀片需要维护。产生具有期望形状的磁体的切割和机加工过程通常导致相对大量的材料损失，其中产量通常为约55％至75％(即，材料损失约25％至45％)。

在制造和机加工操作期间的高材料损失极大地增加成品稀土元素磁体的成本。在过去几年中，原始稀土金属的价格上涨加剧了这一成本。因此，存在与生产含有稀土材料的具有成本效益的磁体相关的重要问题。

发明内容

本发明提供了一种生产磁体的新方法，所述方法包括通过将浆料中的一系列磁性粉末材料薄层打印成三维形状而将磁性粉末材料打印成期望的最终形状的磁体，而不要求将所述磁体机加工成另一种最终形状。这使得节省了通过所述磁体的切割和机加工过程通常损失的材料。此外，通过打印浆料中的所述磁性材料，可以在固化之前和期间向所述浆料施加磁场以使所述磁性材料沿期望的方向定向，并且所述浆料湿润的粘度有助于在固化之前和期间将所述材料保持为各向异性取向。

因此，为了将所述磁性粉末材料沿期望的方向定向，可以施加磁场。在磁场下产生干燥松散的磁性粉末材料的层可能使得磁性材料由于所述磁场而基本上移动。然而，本发明提供了包括磁性粉末材料和粘合剂材料的湿浆料，其中浆料形式的所述材料保持所述磁性粉末完整。然后可以通过任何合适的方法(比如激光)固化所述浆料，以逐层硬化所述磁体的层。

在可以与本文公开的其他形式组合或分开的一种形式中，提供了一种形成磁体的方法。所述方法包括形成包括磁性粉末材料和粘合剂材料的浆料。所述方法包括由所述浆料产生原始第一层。所述方法进一步包括向所述原始第一层施加磁场，以使所述原始第一层中包含的磁性粉末材料基本上沿期望方向定向，并固化所述原始第一层以形成固化的第一层。在固化所述原始第一层之后，所述方法包括由所述固化的第一层的顶部上并与所述固化的第一层接触的所述浆料产生原始第二层。所述方法包括向所述原始第二层施加磁场，以使所述原始第二层中包含的磁性粉末材料基本上沿期望方向定向，固化所述原始第二层以形成固化的第二层，所述固化的第二层附连到所述固化的第一层。