各向异性柔性稀土粘结磁体成型工艺对比与分析

    1 引言

    各向异性柔性稀土粘结磁体是随着各向异性稀土磁粉的开发而发展起来的一种新型复合永磁材料，这种磁体不仅具有常规柔性粘结磁体良好的弹性，可以弯曲变形、进行各种尺寸的裁切和制作大长径比的磁性功能器件，而且具有高的磁性能，促进磁性器件和设备向小型化、轻量、便携、高可靠性等方向发展。

    日本的爱知制钢株式会社对各向异性稀土磁粉的生产和注射、模压成型磁体进行了深入研究。国内北矿磁材科技股份有限公司生产的各向异性粘结钕铁硼磁粉的性能达到了国际先进水平。将这种新型粘结永磁体应用于目前烧结永磁体应用的主流产品——30W 级 2 级 DC 电动机上，重量可减轻一半，转矩可提高到后者的 2 倍[1-7]。

    但是上述的各向异性稀土磁体均是刚性不可弯曲变形的，无法发挥柔性粘结磁体的优势；而国内关于各向异性柔性粘结稀土磁体的研究仍处于起步阶段。正是在这种情况下，本文通过三种不同的成型工艺，得到了具有较高磁性能并且可以弯曲变形的柔性稀土粘结磁体，并对每种成型工艺的利弊进行了分析。

    2 磁粉处理与成型工艺

    2.1 磁粉表面处理

    为了提高磁粉和粘结剂的相容性和保证不同实验条件下的原料均匀性，对各向异性柔性粘结NdFeB 磁粉进行了表面处理。具体处理工艺如下：用稀释液和 A 酸，配制成一定浓度的溶液，将稀土磁粉倒入溶液中充分搅拌后干燥，其 SEM 照片和磁粉表面能谱分析如图 1 所示。然后将上述处理后的稀土磁粉与偶联剂、环氧树脂和固化剂组成的处理液在搅拌机中搅拌均匀，烘干固化处理后待用。从图 1 中看到，处理后的磁粉表面和处理前相比已经发生了明显的变化，被包覆了一层有机保护层[8,9].这从磁粉表面包覆层的能谱分析中也可以得到验证。

    2.2 磁场压延取向成型

    磁场压延取向成型是将各向异性稀土磁粉和粘结剂溶液充分混合，然后对混合溶液进行脉冲磁化，脉冲磁场强度为 3T，之后进行干燥固化处理。通过上述步骤可以得到具有一定尺寸和磁粉取向度的磁性颗粒，再将其在自制磁场轧辊压延机上轧成一定厚度的磁片。磁性轧辊的间隙为 1～2mm，轧辊的温度为 40～50℃。轧辊的转速为连续可调，控制在0.5～1m/min，磁场轧辊间的气隙磁场为3～3.5T。其工艺示意图如图 2 所示。

    2.3 模压取向成型

    模压取向成型是将表面处理过的磁粉与热塑性弹性体及加工助剂在 X(S)K-360A 双辊电加热开炼机上混炼均匀，辊筒的温度设置在 110～140℃。在混炼过程中并用交叉切割法对包辊物料实行切割和翻滚，使物料经受交叉叠合辊压，以提高混炼效果，混炼的时间为 20～25 min 。将混炼均匀后的物料在 XY-630 双辊等速压延机上压制成一定厚度的板材，压延机的辊温为 80～100℃。将得到的板材在模具中进行加压硫化，模具上施加的压力为 20～25MPa，模具的外围增加取向磁场 1.5～3.0T，使磁粉的易磁化方向垂直于板面，硫化的条件为 153℃×10 min，硫化完毕后，磁片在磁场中冷却至室温。其具体的工艺路线见图 4。