專利名稱：一種稀土粘結(jié)磁體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于注射成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種稀土粘結(jié)磁體的制備方法，適合注射成形。
背景技術(shù)：
稀土永磁材料因其高磁性能及高性價(jià)比，越來越引起世人的關(guān)注，其需求量以每年15％速率增加。其制備方法主要有兩種，即燒結(jié)法和粘結(jié)法，其中粘結(jié)方法又包括模壓法、壓延法、擠壓法及注射法四種。而注射成形方法由于具有以下特點(diǎn)1)能根據(jù)使用需要，方便地制成各種復(fù)雜形狀的磁體，如長條形、片形、管形，尤其是瓦形及薄壁環(huán)形；2)可方便地實(shí)現(xiàn)徑向各向異性化，并與其他部件一體化組合成形；3)工藝簡單、生產(chǎn)效率高、材料利用率幾乎高達(dá)100％、成本低；通過，可制得磁性能強(qiáng)的內(nèi)外圓多極磁體和徑向磁體；4)磁體尺寸精度高，無需二次加工，從而更能符合當(dāng)今儀器儀表、電子信息、家用電器、汽車工業(yè)等工業(yè)及所需的電子元器件朝輕量化、小型化、精密化、高性能化、低成本化及低電耗化等方向發(fā)展的趨勢，有專家們認(rèn)為這將引起電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的革命。
為了保證磁體在使用中有足夠的力學(xué)強(qiáng)度，注射磁體一般均采用熱塑性樹脂作為粘結(jié)劑基體，如尼龍PA系列(如PA12、PA6、PA66等)、聚丙烯PP、聚碳酸酯PC、聚苯硫醚PPS及聚酰亞胺PI等。這就要求加工溫度必須在220℃以上，而眾所周知，稀土永磁材料一般易于氧化，特別是在150℃溫度以上時(shí)，氧化就更為嚴(yán)重，從而大大降低磁體磁性能，無法發(fā)揮稀土永磁的優(yōu)勢。而另一方面，為了追求高磁性能，就必須要求磁粉高裝載量，而這無疑將降低體系流動性，給注射帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于對稀土磁粉進(jìn)行表面處理以提高其抗氧化性的同時(shí)，通過對磁粉粒度分布及粘結(jié)劑中添加劑組元的優(yōu)化，達(dá)到降低體系粘度，提高流動性及磁粉裝載量的目的，從而獲得高性能的注射成形粘結(jié)磁體。
本發(fā)明的具體工藝(見附圖)包括1磁粉粒度分布的優(yōu)化對于各向異性磁粉來說，其粒度不僅影響取向度，而且也與其臨界裝載量有關(guān)。單一粒度不僅難以獲得高裝載量，而且在注射轉(zhuǎn)動時(shí)也會相互阻礙或者產(chǎn)生架橋現(xiàn)象，從而降低磁性能。磁粉粗細(xì)比例按6∶4～8∶2進(jìn)行搭配，不僅可以降低喂料體系的粘度，而且還能提高磁粉的最大裝載量及取向度，從而為獲得高磁性能粘結(jié)磁體創(chuàng)造條件。
2磁粉的無水磷化表面抗氧化處理首先將稀土磁粉，如各向異性Nd-Fe-B粉、Nd-Fe-N粉、釤鈷磁粉及Sm-Fe-N磁粉，以2～3.5g/mL的比例置入濃度為0.1mol/L的磷酸丙酮溶液中于攪動球磨機(jī)中以15～30轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌處理30min～60min，過濾后于真空中80℃～110℃下烘干。這種通過在攪動球磨機(jī)中進(jìn)行無水磷化處理方式，不僅可以提高稀土磁粉的抗氧化性，而且還能通過球磨機(jī)的攪動而使磁粉近球化，從而提高磁粉的裝載量。
3將稀土磁粉以55～74VOL％裝載量與粘結(jié)劑在混煉機(jī)上混煉均勻制得注射喂料，混煉條件為轉(zhuǎn)速25～40rpm、混煉時(shí)間30min～60min、混煉溫度Tm+30℃～Tm+60℃。其中的粘結(jié)劑由粘結(jié)劑基體和添加劑組成，基體組元一般選用尼龍PA系列(如PA12、PA6、PA66等)、聚丙烯PP、高密度聚乙烯HDPE及聚碳酸酯PC等，用量占粘結(jié)劑總量的72wt％～94wt％；而添加劑包括潤滑劑、增塑劑、成核劑、偶聯(lián)劑及抗氧劑。
偶聯(lián)劑可以選硅烷、鈦酸酯及鋁酸酯等，用量一般占粘結(jié)劑總量的1wt％～4wt％，主要用于改善親水性磁粉與疏水性粘結(jié)劑基本之間的相容性及其界面特性，從而達(dá)到降低粘度、提高磁體強(qiáng)度的目的。
潤滑劑由內(nèi)、外潤滑劑組成，其用量占3wt％～13wt％。內(nèi)潤滑劑可以為硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酰胺類、油酸或石蠟等，主要與增塑劑協(xié)同作用以減少粘結(jié)劑基體組元分子間的摩擦；而外潤滑劑則一般選用甲基硅油或乙基硅油等硅油類，主要用于減少喂料熔體與螺桿、料筒的摩擦，其中內(nèi)外潤滑劑比例為5∶5～7∶3。
增塑劑可以選苯二甲酸酯類、磷酸酯類、醇酯類、苯磺酰胺類及氯化石蠟類等，用量為1.3wt％～8wt％。
抗氧劑由普通塑料的抗氧劑及金屬鈍化劑復(fù)配組成，前者可以選受阻酚類、仲芳胺類、有機(jī)亞磷酸酯、硫代二丙酸酯等，主要用于捕獲加工中的自由氧，防止粘結(jié)劑基體組元在加工中的高溫?zé)嵫趸?，提高喂料多次利用率及?qiáng)度。后者則一般選用酰肼類，它可在一定程度上防止磁粉在加工中出現(xiàn)的氧化。兩者之間的比例為1∶1，總用量為0.5wt％～2.3wt％；成核劑；它可以通過改變粘結(jié)劑基體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)而顯著提高其強(qiáng)度而幾乎不影響其流動性，從而使喂料能保證較低的粘度而又不致因加入大量潤滑劑及增塑劑而使強(qiáng)度下降大多，其用量為0.2wt％～0.7wt％，一般為二硅化鉬MoS2、納米碳酸鈣高熔點(diǎn)細(xì)粒徑無機(jī)物等。至于主要成分潤滑劑及增塑劑的選擇一般視所用基體組元的種類而定，對增塑劑及內(nèi)潤滑劑盡量選用與基體溶解度參數(shù)相近的種類，以提高其在基體中的相容性從而發(fā)揮最大的增塑效果；而對外潤滑劑量則剛好相反，應(yīng)選溶解度參數(shù)與基體相差最大的，以使它們不相容，從而容易從基體粘結(jié)劑中滲出至表面，以發(fā)揮外潤滑效果。
4喂料在注射機(jī)上注射成形所需形狀的磁體。具體注射條件應(yīng)視所選粘結(jié)劑基體組元的熔點(diǎn)Tm及玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tb而定。注射溫度一般為Tm+60℃～Tm+120℃、注射壓力為100MPa～135MPa、模具溫度Tb～Tb+20℃及取向磁場強(qiáng)度1T～1.2T條件。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過無水磷化處理提高了磁粉抗氧化性，對磁粉粒度分布及粘結(jié)劑中添加劑組元的優(yōu)化，在不降低磁體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，達(dá)到降低體系粘度，提高流動性及磁粉裝載量的目的，從而獲得高性能的注射成形粘結(jié)磁體。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施實(shí)例1對用氫爆法生產(chǎn)的各向異性釹鐵硼磁原始磁粉篩分，結(jié)果為+75μm∶-75μm＝1∶1。重新按照+75μm∶-75μm＝7∶3比例進(jìn)行優(yōu)化合批，然后再以2.5g/mL置入濃度為0.1mol/L的磷酸丙酮溶液中于攪動球磨機(jī)中以20轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌處理30min，過濾后于真空中110℃下烘干。隨后以裝載量為67VOL％與粘結(jié)劑于混煉機(jī)中以溫度235℃、轉(zhuǎn)速30rpm混合40min，以獲得均勻喂料，并用毛細(xì)管流變儀測定其在300℃溫度及105s-1剪切速率下的粘度值η。其中粘結(jié)劑的組成為基體組元為尼龍12(熔點(diǎn)為178℃，溶解度參數(shù)為19.6)，用量占總粘結(jié)劑的78.6wt％；偶聯(lián)劑采用牌號為KH550硅烷，用量為3wt％；潤滑劑為“50wt％硬脂酰胺(溶解度參數(shù)為19.69)+50wt％甲基硅油(溶解度參數(shù)為13.6)”復(fù)配物，用量為10wt％；增塑劑采用對苯磺酰胺(溶解度參數(shù)為20.4)，用量為6wt％；抗氧劑為“60wt％1010酚類+40％MD1024酰肼類”復(fù)配物，用量為2wt％；成核劑為MoS2，用量為0.4wt％。
喂料在磁場注射機(jī)上注射成形，注射條件為注射溫度一般為280℃、注射壓力為125MPa、模具溫度90℃及取向磁場強(qiáng)度1.2T條件。隨后對樣品進(jìn)行測試，結(jié)果如下表。
實(shí)施實(shí)例2對用氫爆法生產(chǎn)的各向異性釹鐵硼磁原始磁粉篩分，結(jié)果為+75μm∶-75μm＝1∶1。重新按照+75μm∶-75μm＝8∶2比例進(jìn)行優(yōu)化合批，然后再以3.5g/mL置入濃度為0.1mol/L的磷酸丙酮溶液中于攪動球磨機(jī)中以25轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌處理60min，過濾后于真空中90℃下烘干。隨后以裝載量為72VOL％與粘結(jié)劑于混煉機(jī)中以溫度235℃、轉(zhuǎn)速40rpm混合60min，以獲得均勻喂料，并用毛細(xì)管流變儀測定其在300℃溫度及105s-1剪切速率下的粘度值η。其中粘結(jié)劑的組成為基體組元為尼龍12，用量占總粘結(jié)劑的73.9wt％；偶聯(lián)劑采用牌號為NDZ-201鈦酸酯，用量為4wt％；潤滑劑為“70wt％硬脂酰胺+30wt％甲基硅油”復(fù)配物，用量為12wt％；增塑劑采用鄰苯磺酰胺，用量為8wt％；抗氧劑為“50wt％1010酚類+50％MD1024酰肼類，”復(fù)配物，用量為1.5wt％；成核劑為納米碳酸鈣，用量為0.6wt％。
喂料在磁場注射機(jī)上注射成形，注射條件為注射溫度一般為295℃、注射壓力為135MPa、模具溫度90℃及取向磁場強(qiáng)度1.2T條件。隨后對樣品進(jìn)行測試，結(jié)果如下表。
實(shí)施實(shí)例3
對用氫爆法生產(chǎn)的各向異性釹鐵硼磁原始磁粉篩分，結(jié)果為+75μm∶-75μm＝1∶1。重新按照+75μm∶-75μm＝7∶2比例進(jìn)行優(yōu)化合批，然后再以2.5g/mL置入濃度為0.1mol/L的磷酸丙酮溶液中于攪動球磨機(jī)中以25轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌處理50min，過濾后于真空中80℃下烘干。隨后以裝載量為65VOL％與粘結(jié)劑于混煉機(jī)中以溫度215℃、轉(zhuǎn)速30rpm混合40min，以獲得均勻喂料，并用毛細(xì)管流變儀測定其在300℃溫度及105s-1剪切速率下的粘度值η。其中粘結(jié)劑的組成為基體組元為尼龍12，用量占總粘結(jié)劑的81.5wt％；偶聯(lián)劑采用牌號為鈦酸酯，用量為3wt％；潤滑劑為“60wt％硬脂酸鋅+40wt％甲基硅油”復(fù)配物，用量為8wt％；增塑劑采用鄰苯二甲酸二辛酯DOP，用量為5wt％；抗氧劑為“50wt％有機(jī)亞磷酸酯類ODP+50％MD1020酰肼類”復(fù)配物，用量為2wt％；成核劑為MoS2，用量為0.5wt％。
喂料在磁場注射機(jī)上注射成形，注射條件為注射溫度一般為290℃、注射壓力為110MPa、模具溫度80℃及取向磁場強(qiáng)度1.2T條件。隨后對樣品進(jìn)行測試，結(jié)果如下表。
實(shí)施實(shí)例4對用氫爆法生產(chǎn)的各向異性釹鐵硼磁原始磁粉篩分，結(jié)果為+75μm∶-75μm＝1∶1。重新按照+75μm∶-75μm＝6∶4比例進(jìn)行優(yōu)化合批，然后再以2g/mL置入濃度為0.1mol/L的磷酸丙酮溶液中于攪動球磨機(jī)中以30轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌處理30min，過濾后于真空中100℃下烘干。隨后以裝載量為60VOL％與粘結(jié)劑于混煉機(jī)中以溫度205℃、轉(zhuǎn)速25rpm混合30min，以獲得均勻喂料，并用毛細(xì)管流變儀測定其在260℃溫度及105s-1剪切速率下的粘度值η。其中粘結(jié)劑的組成為基體組元為聚丙烯PP，用量占總粘結(jié)劑的88.8wt％；偶聯(lián)劑采用牌號為KH560硅烷，用量為2wt％；潤滑劑為“60wt％油酸+40wt％乙基硅油”復(fù)配物，用量為5wt％；增塑劑采用氯化石蠟，用量為3wt％；抗氧劑為“50wt％DLTP硫代二丙酸酯類+50％MD1024酰肼類”復(fù)配物，用量為0.8wt％；成核劑為MoS2，用量為0.4wt％。
喂料在磁場注射機(jī)上注射成形，注射條件為注射溫度一般為260℃、注射壓力為105MPa、模具溫度70℃及取向磁場強(qiáng)度1.2T條件。隨后對樣品進(jìn)行測試，結(jié)果如下表。
對比實(shí)驗(yàn)1用氫爆法生產(chǎn)的各向異性釹鐵硼磁原始磁粉，以裝載量為67VOL％與粘結(jié)劑于混煉機(jī)中以溫度235℃、轉(zhuǎn)速30rpm混合40min，以獲得均勻喂料，并用毛細(xì)管流變儀測定其在300℃溫度及105s-1剪切速率下的粘度值η。其中粘結(jié)劑的組成為基體組元為尼龍12(熔點(diǎn)為178℃，溶解度參數(shù)為19.6)，用量占總粘結(jié)劑的87wt％；偶聯(lián)劑采用牌號為KH550硅烷，用量為3wt％；潤滑劑10wt％硬脂酸。
喂料在磁場注射機(jī)上注射成形，注射條件為注射溫度一般為280℃、注射壓力為125MPa、模具溫度90℃及取向磁場強(qiáng)度1.2T條件。隨后對樣品進(jìn)行測試。
對比實(shí)驗(yàn)2對用氫爆法生產(chǎn)的各向異性釹鐵硼磁原始磁粉篩分，結(jié)果為+75μm∶-75μm＝1∶1。重新按照+75μm∶-75μm＝7∶3比例進(jìn)行優(yōu)化合批，然后再以2.5g/mL置入濃度為0.1mol/L的磷酸丙酮溶液中于攪動球磨機(jī)中以20轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌處理30min，過濾后于真空中110℃下烘干。隨后以裝載量為67VOL％與粘結(jié)劑于混煉機(jī)中以溫度235℃、轉(zhuǎn)速30rpm混合40min，以獲得均勻喂料，并用毛細(xì)管流變儀測定其在300℃溫度及105s-1剪切速率下的粘度值η。其中粘結(jié)劑的組成為基體組元為尼龍12(熔點(diǎn)為178℃，溶解度參數(shù)為19.6)，用量占總粘結(jié)劑的80wt％；偶聯(lián)劑采用牌號為KH550硅烷，用量為3wt％；潤滑劑為“50wt％硬脂酰胺(溶解度參數(shù)為19.69)+50wt％甲基硅油(溶解度參數(shù)為13.6)”復(fù)配物，用量為10wt％；增塑劑采用對苯磺酰胺(溶解度參數(shù)為20.4)，用量為6wt％；抗氧劑為“60wt％1010酚類+40％MD1024酰肼類”復(fù)配物，用量為2wt％；喂料在磁場注射機(jī)上注射成形，注射條件為注射溫度一般為280℃、注射壓力為125MPa、模具溫度90℃及取向磁場強(qiáng)度1.2T條件。隨后對樣品進(jìn)行測試。
附表實(shí)驗(yàn)結(jié)果對照

附喂料循環(huán)次數(shù)指最大磁能積損失50％的喂料注射次數(shù)。
權(quán)利要求
1一種稀土粘結(jié)磁體的制備方法，其特征在于工藝步驟為a、磁粉粒度分布的優(yōu)化磁粉粗細(xì)比例按6∶4～8∶2進(jìn)行搭配；b、采用無水磷化處理對磁粉表面進(jìn)行抗氧化處理首先將稀土磁粉，以2～3.5g/mL的比例置入濃度為0.1mol/L的磷酸丙酮溶液中于攪動球磨機(jī)中以15～30轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌處理30min～60min，過濾后于真空中80℃～110℃下烘干；所述的稀土磁粉包括各向異性Nd-Fe-B粉、Nd-Fe-N粉、釤鈷磁粉及Sm-Fe-N磁粉；c、將稀土磁粉以55～74VOL％裝載量與粘結(jié)劑在混煉機(jī)上混煉均勻制得注射喂料，混煉條件為轉(zhuǎn)速25～40rpm、混煉時(shí)間30min～60min、混煉溫度Tm+30℃～Tm+60℃；所述粘結(jié)劑包括72wt％～94wt％的粘結(jié)劑基體組元，1wt％～4wt％的偶聯(lián)劑；3wt％～13wt％的潤滑劑；1.3wt％～8wt％的增塑劑；0.5wt％～2.3wt％的抗氧化劑；0.2wt％～0.7wt％成核劑；d、注射成形得到所需磁體產(chǎn)品；注射條件應(yīng)視所選粘結(jié)劑基體組元的熔點(diǎn)Tm及玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tb而定；注射溫度為Tm+60℃～Tm+120℃、注射壓力為100MPa～135MPa、模具溫度Tb～Tb+20℃及取向磁場強(qiáng)度1T～1.2T條件。
2.根據(jù)權(quán)利1所所述的方法，其特征在于所述的粘結(jié)劑基體組元為尼龍系、聚丙烯、聚乙烯；所述的偶聯(lián)劑為硅烷、鈦酸酯及鋁酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利1所所述的方法，其特征在于潤滑劑由與基體樹脂溶解度參數(shù)相近的內(nèi)潤滑劑和不相容的外潤滑劑組成；內(nèi)潤滑劑為硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酰胺類、油酸或石蠟；外潤滑劑選用甲基硅油或乙基硅油等硅油類，其中內(nèi)外潤滑劑比例為5∶5～7∶3。
4.根據(jù)權(quán)利1所所述的方法，其特征在于增塑劑選苯二甲酸酯類、磷酸酯類、醇酯類或苯磺酰胺類、氯化石蠟類。
5.根據(jù)權(quán)利1所所述的方法，其特征在于抗氧化劑由普通塑料的抗氧劑及金屬鈍化劑以1∶1比例復(fù)配組成，普通塑料的抗氧劑選受阻酚類、仲芳胺類、有機(jī)亞磷酸酯或硫代二丙酸酯，金屬鈍化劑選用酰肼類。
6.根據(jù)權(quán)利1所所述的方法，其特征在于成核劑包括二硅化鉬MoS2、納米碳酸鈣高熔點(diǎn)細(xì)粒徑無機(jī)物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種稀土粘結(jié)磁體的制備方法，屬于注射成形技術(shù)領(lǐng)域，工藝步驟為磁粉粒度分布的優(yōu)化磁粉粗細(xì)比例按6∶4～8∶2進(jìn)行搭配；采用無水磷化處理對磁粉表面進(jìn)行抗氧化處理將稀土磁粉以55～74VOL％裝載量與粘結(jié)劑在混煉機(jī)上混煉均勻制得注射喂料；注射成形得到所需磁體產(chǎn)品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡便、可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)的磁體性能優(yōu)異、機(jī)械強(qiáng)度高，可廣泛應(yīng)用于微電機(jī)、電子儀器等領(lǐng)域。
文檔編號C09J123/06GK1808648SQ200610011240
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者曲選輝, 段柏華, 許小靜 申請人:北京科技大學(xué)