高性能注射成形各向異性Nd-Fe-B粘結(jié)磁體的研究.pdf

1、注射成形技術(shù)在制備薄壁、形狀復(fù)雜、徑向取向、高精度磁體、實(shí)現(xiàn)一體化組合成形等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)它還具有材料利用率高、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，符合電子元器件小型化、輕量化、復(fù)合化、高效化、節(jié)能化的發(fā)展趨勢(shì)，因而受到了廣泛的關(guān)注，其發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化速度非常迅速。但國(guó)內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)開(kāi)展得較晚，技術(shù)水平與國(guó)外還有較大的差距。為充分發(fā)揮我國(guó)稀土資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展我國(guó)Nd-Fe-B稀土永磁產(chǎn)業(yè)，本文圍繞高性能注射磁體的制備，采用DSC、SEM、IR及XRD等技

2、術(shù)系統(tǒng)地研究了磁粉防氧化表面改性、新型粘結(jié)劑、混煉和注射工藝、磁場(chǎng)取向規(guī)律。 采用了無(wú)水磷化-復(fù)合硅烷改性工藝包覆處理HDDRNd-Fe-B磁粉，由于在磁粉表面形成了磷化膜/硅烷雙層保護(hù)膜，因而大幅度地提高了磁粉的抗氧化性，使得其氧化過(guò)程活化能及氧化溫度點(diǎn)分別從45.7kJ/mol、179.7℃提高到88.9kJ/mol、326℃；同時(shí)改性劑中硅烷的雙極性基團(tuán)，可分別通過(guò)化學(xué)鍵合、物理吸附改變磁粉界面特性，增強(qiáng)它與粘結(jié)劑的作用力

3、，使得磁粉在粘結(jié)劑中的相容性及分散性得以提高，從而提高體系的流動(dòng)性及其注射成形粘結(jié)Nd-Fe-B磁體的磁性能、抗壓強(qiáng)度、耐蝕性及耐熱性，并在硅烷呈單分子層模型作用時(shí)，效果最好。 通過(guò)研究Nd-Fe-B磁粉粒度對(duì)注射粘結(jié)磁體取向度、剩磁、內(nèi)稟矯頑力、最大磁能積、抗壓強(qiáng)度、致密度及耐熱性等性能的影響，確定了綜合性能最佳的磁粉粒度為80μm～100μm；采用合適的粒度分布可以提高磁粉的振實(shí)密度及喂料裝載量，降低粉末/粘結(jié)劑的表觀粘度，

4、改善體系的流動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)得到最佳的粒度分布粉末組成為：8mass％的106～150μm粉、58mass％的75～106μm粉、25mass％的45～75μm粉及9mass％的＜45μm粉。 針對(duì)注射Nd-Fe-B磁體的工藝特點(diǎn)，對(duì)磁場(chǎng)取向裝置進(jìn)行了較大的改進(jìn)。用空心銅線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的偏平銅帶制成多單元組合式，解決了線圈溫升高、磁場(chǎng)強(qiáng)度不穩(wěn)定及取向磁場(chǎng)低等缺點(diǎn)；同時(shí)在線圈中設(shè)置兩組磁軛，并通過(guò)與模具中心磁軛的配合可實(shí)現(xiàn)軸向取向與徑向取向

5、的轉(zhuǎn)換，達(dá)到一機(jī)兩用的目的。 研究了混煉、注射及磁場(chǎng)取向工藝參數(shù)對(duì)粘結(jié)Nd-Fe-B磁體性能影響，確定了最佳的實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：T注=280℃左右、P注=70～120MPa、T模=90℃、V注=60～80％、取向電流75A、取向時(shí)間4s。 在相容性理論及其添加劑作用機(jī)理分析基礎(chǔ)上，選定了對(duì)苯磺酰胺、“50mass％硬脂酰胺+50mass％甲基硅油”復(fù)配物、MoS2、“30％1010+30％DLTP+40％MD1024”復(fù)配物分

6、別作為PA12基體樹(shù)脂的增塑劑、潤(rùn)滑劑、成核劑及抗氧劑，在它們用量分別為8mass％、10mass％、0.4mass％、4mass％時(shí)，制得了流動(dòng)性較好、力學(xué)性能較高的尼龍基粘結(jié)劑體系。這種粘結(jié)劑體系對(duì)加工溫度更為敏感，喂料在280℃溫度及1619s-1剪切速率時(shí)的粘性流動(dòng)指數(shù)及活化能分別為0.64、69kJ/mol；在65vol％裝載量時(shí)，制備出了具有國(guó)際先進(jìn)水平的高性能注射Nd-Fe-B粘結(jié)磁體，其性能為：Br=878mT、Hcj=

7、1212.3kA/m、(BH)max=128kJ/m3，σ壓=73MPa。 研究了時(shí)效處理溫度T、磁體高徑比H/D、磁粉內(nèi)稟矯頑力Hcj及裝載量Φ等各種因素對(duì)注射粘結(jié)磁體不可逆磁通損失率hirr的影響，回歸統(tǒng)計(jì)分析得到了它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式：hirr=-12.54+0.072Φ-0.035H/D+0.4T-0.017Hcj-0.0088D。 高矯頑力、高剩磁的Nd-Fe-B粗磁粉與低矯頑力、低剩磁的細(xì)鐵氧體、Nd-Fe-N磁

8、粉復(fù)合時(shí)，能綜合兩種磁粉的優(yōu)點(diǎn)，而且由于各向異性磁粉磁化形成的磁偶極靜磁場(chǎng)作用產(chǎn)生了復(fù)合效應(yīng)。對(duì)于Nd-Fe-B/Fe3O4復(fù)合磁體，當(dāng)Fe3O4含量少于70mass％時(shí)，復(fù)合磁體磁性能呈增強(qiáng)效果，且在體積比為1：1時(shí)，增強(qiáng)效果達(dá)到最強(qiáng)；含量大于70mass％后，磁性能呈負(fù)作用效應(yīng)。而Nd-Fe-B/Nd-Fe-N復(fù)合磁體則不依賴于Nd-Fe-N磁粉含量，其剩磁始終呈增強(qiáng)效應(yīng)，而內(nèi)稟矯頑力則呈負(fù)作用效應(yīng)。 發(fā)明了一種能在較低溫度

9、進(jìn)行注射成形的熱塑-熱固粘結(jié)劑，避免了磁粉的氧化，其配方為：74mass％EP、6mass％DICY、20mass％PA12-6。該粘結(jié)劑在注射時(shí)完全表現(xiàn)為熱塑性，坯體抗壓強(qiáng)度為23MPa，可順利脫模實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，而固化后則呈現(xiàn)熱固性樹(shù)脂高強(qiáng)度這一特性。該粘結(jié)劑體系60vol％喂料，在135℃溫度及剪切速率1619s-1時(shí)的粘流活化能及n值分別為34.3kJ/mol，0.44。用它制得的Nd-Fe-B粘結(jié)磁體的最佳固化工藝為：真空充氮

10、保護(hù)、固化溫度190℃、時(shí)間120min。制備出最佳磁體的性能為： (BH)max=84.5kJ/m3，Br=730mT、Hcj=949kA/m、σ壓=106MPa。與同等條件PA12基磁體相比，其磁性能相當(dāng)，但力學(xué)性能更優(yōu)越，即使在180℃溫度下其抗壓強(qiáng)度也可達(dá)65MPa，可作為高溫粘結(jié)劑使用。 用PA66對(duì)PPS改性制成的80PPS/20PA66共混物，顯著降低了體系的粘度、提高了流動(dòng)性及沖擊強(qiáng)度，而對(duì)力學(xué)性能并無(wú)不