一種中空halbach取向釹鐵硼磁環的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燒結永磁體，特別是一種中空halbach取向釹鐵硼磁環。
【背景技術】
[0002]釹鐵硼磁體，主要由稀土元素R與鐵、硼組成的金屬間化合物。R主要是釹或釹與其他稀土元素的組合，有時也用鈷、鋁、釩等元素取代部分鐵。主要分為燒結釹鐵硼和粘結釹鐵硼兩種，粘結釹鐵硼各個方向都有磁性，耐腐蝕；而燒結釹鐵硼因易腐蝕，表面需鍍層，一般有鍍鋅、鎳、環保鋅、環保鎳、鎳銅鎳、環保鎳銅鎳等。而燒結釹鐵硼一般分軸向充磁與徑向充磁，根據所需要的工作面來定。
[0003]釹鐵硼永磁材料是以金屬間化合物RE2FE14B為基礎的永磁材料。主要成分為稀土(RE)、鐵(Fe)、硼(B)。其中稀土 ND為了獲得不同性能可用部分鏑(Dy)、鐠(Pr)等其他稀土金屬替代，鐵也可被鈷(Co)、鋁(A1)等其他金屬部分替代，硼的含量較小，但卻對形成四方晶體結構金屬間化合物起著重要作用，使的化合物具有高飽和磁化強度，高的單軸各向異性和高的居里溫度。
[0004]釹鐵硼磁體是由日本當代科學家左川真人發明的一種新型永磁體，并于1983年11月29屆金屬學術討論會上，由日本住友特殊金屬公司最先提出釹、鐵、硼永久磁性材料的制造。它是主要由釹、鐵、硼三種元素組成的合金磁體，是現在磁性最強的永磁體，因為釹原子是扁形的，電子云的受限，使鐵原子不會偏移，從而形成不變的磁力。
[0005]釹鐵硼磁體有很強的磁晶各向異性和很高的飽和磁化強度。在永磁材料中，燒結Nd-Fe-B磁體性能最高，商業產品的最大磁能積(BH)max = 360kJ/m3，但該磁體的居里溫度較低(314°C )，溫度穩定性和耐蝕性較差，限制了在較高溫度下使用，而且在多數情況下需采用保護涂層。釹鐵硼磁體的制造工藝有粉末冶金法和熔體快淬法。因磁性能優異，Nd-Fe-B型磁體獲得了廣泛的應用，主要用于電動機、發電機、聲波換能器、各種傳感器、醫療器械和磁力機械等。
[0006]現有釹鐵硼磁體中，均為均質結構，從而以保證磁體具有較好的磁性能，提高磁體的能量密度。但是這同時又使得磁體具有較大的質量密度，在應用中不利于控制電機等應用設備的重心和質量分布，在設備的整體質量中具有較大的占比。

【發明內容】

[0007]為解決上述問題，本發明公開了一種中空halbach取向釹鐵硼磁環，通過在磁體本體中設置的空缺結構(包括孔洞、微孔等)從而形成非均質結構的磁體，同時配合磁化區的halbach陣列取向，以避免磁體磁性能大幅下降，從而在降低磁體質量密度的同時保證磁體的磁性能，降低在應用設備中的質量占比，同時便于在設備的結構設置中調整重心分布而進行整體質量調控。
[0008]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環，包括本體，本體為環形，本體內部中心處設置有至少2個孔洞，所述孔洞成蛇形孔道并且相互纏繞，相鄰孔洞間壁厚大于等于0.01_，孔洞結構區域占本體總體積的10-25%，本體具有磁化區，磁化區至少部分的磁場方向按照halbach陣列取向，磁化區的halbach陣列取向所形成的增強磁場在本體的外部。本發明通過在磁體中設置的空缺結構，改變了磁體為實心整體結構的現在，實現磁體的輕量化，同時通過調整磁體中空缺位置所占的比例以及結構形態，從而調控磁體在整裝設備的中的質量分布狀態，進而調整整裝設備的重心，可以降低重心高度，而使得設備的運行更為穩定高效，設置的孔道結構，使得磁體中空缺部分的質量分布和結構分布均趨于一致和穩定，同時在空缺區域形成有一定的支撐連接，避免磁體中直接出現大尺寸空洞而可能影響磁體的強度和使用性能，還能避免因深度取向導致的磁場空洞而影響場強分布的均一性。同時配合磁化區albach陣列取向，在磁體選定目標范圍內定向地取向增強磁場強度，從而改善因磁體中空缺而造成的場強降低的影響，從而實現在降低磁體質量密度、調控質量分布的同時，還可以保證磁體能量密度的穩定。
[0009]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，磁化區的最外層在本體的表層，并且磁化區在本體上成鱗片狀分布，且磁化區在本體中厚度不同。本方案中通過采用在表層以緊密設置的鱗片狀分布(鱗片延展方向與磁體表面方向不一致)，從而形成較為穩定的磁場分布，并且場強一致性好，避免整體取向磁體易出現的磁場分布不均，同時也便于磁體在使用中靈活地切割修整，提高使用的靈活性。密布鱗片狀結構，在調整磁場分布的同時，還可以通過形成的不同結晶形態的內部結構在一定程度上改善磁體的機械性能，從而可以提高磁體的應用性能和擴大應用范圍，并且能夠改善穩定性和延長使用壽命。相鄰鱗片之間的間距不大于0.15mm，間距太大會造成磁場中場強分布出現明顯的起伏波動，而影響磁體的精度，并且間距過大時還會影響磁體上磁化區的有效體積和質量，進而影響到磁體的磁性能。
[0010]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，磁化區在本體中的厚度不小于0.3mm。
[0011]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，磁化區總體積占本體總體積的60%以上。
[0012]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，磁化區中按halbach陣列取向的部分占磁化區總體積的50%以上。本方案中通過靈活選擇halbach陣列取向的部分占磁化區的比例，可以根據磁體實際工作環境以及場強分布的需要，來調整取向分布，進而調整磁體場強分布，從而滿足不同設備以及不同技術要求的精密性。
[0013]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，本體的合金材料組成為(wt% ):鐠釹 30.3-3L 2 %、鏑鐵 0-10 %、鋱 0-6 %、硼鐵 4.5-6.5 %、銅 0.1-0.2%、鋁
0.1-1 %、鈮鐵 0.3-1 %、鎵 0.1-0.25%、鈷 0.6-2.5%，余量為鐵。
[0014]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，硼鐵的元素組成為(wt% ):硼20-25% ;余量為鐵。
[0015]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，鈮鐵的元素組成為(wt% ):鈮50-75% ;余量為鐵。
[0016]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，鏑鐵的元素組成為(wt% ):鏑50-85% ;余量為鐵。
[0017]通過采用特定質量分數的硼鐵、鈮鐵以及鏑鐵，使得磁體的冶煉配置更為方便高效，降低組分誤差，降低調配以及冶煉的難度。
[0018]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環的一種改進，本體為合金材料經熔煉甩帶、氫破制粉、成型干燥、燒結、后處理得到，其中成型時包括芯部成型和二次成型，芯部成型為具有孔洞部分成型，二次成型為在芯部成型基礎上再次壓制而完成本體的成型。本方案通過將本體成型分為芯部成型和二次成型，使得非均質磁體的成型更為方便，同時將芯部成型和本體包覆芯部后的二次成型區分開，有利于保證磁體成型后內部結構的穩定性，避免取向塌陷或者分布不均等缺陷，從而有利于保證磁體的質量穩定性和提高成品率。
[0019]本發明公開的中空halbach取向釹鐵硼磁環，實現了一種具有非均質結構同時又具有良好磁性能和磁場分布的永磁體，其在設備整裝重心控制、磁體能量密度調控等方面均具有突出的優勢，對不同設備以及零部件在質量、尺寸以及磁性能方面的精密要求均能夠得到很好的滿足。
【具體實施方式】
[0020]下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
[0021]實施例1
[0022]本實施例中，中空halbach取向釹鐵硼磁環包括本體，本體為環形，本體內部中心處設置有至少2個孔洞，所述孔洞成蛇形孔道并且相互纏繞，相鄰孔洞間壁厚0.01mm(相鄰孔洞間壁厚還可以為 0.20、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、
0.09,0.08,0.07,0.06,0.05,0.04,0.03,0.02 以及其它大于 0.01mm 的任意值)，孔洞結構區域占本體總體積的10% (孔洞結構區域占本體總體積的比例還可以為11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%、21%、22%、23%、24%、25% 以及 10-25%范圍內的其它任意值)，本體具有磁化區，磁化區磁場方向按照halbach陣列取向(磁化區的磁場還可以部分按照halbach陣列取向，按照halbach陣列取向區域在磁化區中的分布可以成陣列分布、無規散布或者成其它任意形態等)，磁化區的halbach陣列取向所形成的增強磁場在本體的外部。
[0023]實施例2
[0024]本實施例與實施例1的區別僅在于:磁化區的最外層在本體的表層，并且磁化區在本體上成鱗片狀分布(鱗片片之間的間距為0.15mm ;鱗片間的間距還可以為0.14、0.13、
0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01、0.005 以及其它小于
0.15mm的任意值)，且磁化區在本體中厚度不同。
[0025]實施例3
[0026]本實施例與實施例2的區別僅在于:磁化區在本體中的厚度為0.3mm(磁化區在本體中的厚度還可以為 0.33、0.37、0.4、0.41、0.44、0.46、0.5、0.52,0.58,0.6,0.66、
0.7,0.74,0.8,0.88,0.9,0.93、1.0、1.02、1.1、1.17、1.2、1.22、1.3、1.33、1.37、1.4、1.41、
1.44、1.46、1.5、1.52、1.58、1.6、1.66、1.7、1.74、1.8、1.88、1.9、1.93、2.0,2.02,2.U
2.17、2.2、2.22、2.3、2.33、2.37、2.4、2.41、2.44、2.46、2.5、2.52、2.58、2.6、2.66、2.7、
2.74、2.8、2.88、2.9、2.93、3、3.02、3.1、3.17、3.2