永磁體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含有微量重稀土元素或者不含重稀土元素的永磁體及其制造方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 含有稀土元素的永磁體被運(yùn)用于制造計(jì)算機(jī)、馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、汽車、風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng) 車、實(shí)驗(yàn)器材、醫(yī)藥設(shè)備以及其他設(shè)備或者裝置。永磁體的一個(gè)典型范例是含釹鐵硼合金的 磁體。為獲得矯頑磁性高的釹鐵硼磁體，會(huì)在其中加入磁晶各向異性場(chǎng)較高的重稀土元素， 如鋱和鏑。鋱和鏑等重稀土元素是貴重的元素，在磁體中使用少量的這些元素便會(huì)大幅提 升磁體的成本。因此，需要研發(fā)一種重稀土元素含量盡可能低卻又具有可兼容的磁體性能 的永磁體及其生產(chǎn)工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的一方面涉及一種永磁體。該永磁體包括重量百分比約為23%至34%的 輕稀土元素、重量百分比低于5%的重稀土元素、以及包括銅、鈷、錯(cuò)、鎵、錯(cuò)或這些元素的組 合的金屬合金成分，余量包括鐵、硼，或者二者的組合，可含或者不含雜質(zhì)。其中，所述輕稀 土元素包括釹和鐠。在該永磁體中釹的重量百分比大于鐠的重量百分比，但小于三倍的鐠 的重量百分比。
[0004] 本發(fā)明的另一方面涉及一種制造永磁體的方法。在該方法中，將含有重量百分比 小于約32%的稀土元素的主合金粉末與含有重量百分比大于約32%的稀土元素的輔合金 粉末混合。將所述粉末混合物成型為粉末坯塊，再對(duì)該粉末坯塊進(jìn)行燒結(jié)和退火處理。
【附圖說明】
[0005] 通過結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖 中：
[0006] 圖1為永磁體樣本Sl的退磁曲線圖。
[0007] 圖2為永磁體樣本S2的退磁曲線圖。
[0008] 圖3為永磁體樣本S3的退磁曲線圖。
[0009] 圖4為永磁體樣本S4的退磁曲線圖。
[0010] 圖5為永磁體樣本S5的退磁曲線圖。
[0011] 圖6為永磁體樣本S6的退磁曲線圖。
[0012] 圖7為永磁體樣本S7的退磁曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明實(shí)施例涉及一種重稀土元素含量盡可能低，但性能良好的永磁體，以及制 造該種永磁體的方法。
[0014] 除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā) 明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請(qǐng)說明書以及權(quán) 利要求書中使用的"一個(gè)"或者"一"等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一 個(gè)。本文中所使用的近似性的語言可用于定量表述，表明在不改變基本功能的情況下可允 許數(shù)量有一定的變動(dòng)。因此，用"約"、"大約"、"左右"等語言所修正的數(shù)值不限于該準(zhǔn)確數(shù) 值本身。此外，在"約第一數(shù)值到第二數(shù)值"的表述中，"約"同時(shí)修正第一數(shù)值和第二數(shù)值 兩個(gè)數(shù)值。至少在某些情況下，近似性語言可能與測(cè)量?jī)x器的精度有關(guān)。本文中所給出的 數(shù)值范圍可以合并或相互交換，除非文中有其它語言限定，這些范圍應(yīng)包括范圍內(nèi)所含的 子范圍。
[0015] 本發(fā)明中所提及的數(shù)值包括從低到高一個(gè)單元一個(gè)單元增加的所有數(shù)值，此處假 設(shè)任何較低值與較高值之間間隔至少兩個(gè)單元。舉例來說，如果說了一個(gè)組分的數(shù)量或一 個(gè)工藝參數(shù)的值，比如，溫度，壓力，時(shí)間等等，是從1到90, 20到80較佳，30到70最佳，是 想表達(dá)15到85, 22到68,43到51，30到32等數(shù)值都已經(jīng)明白的列舉在此說明書中。對(duì)于 小于1的數(shù)值，〇. 0001，〇. 001，〇. 01或者〇. 1被認(rèn)為是比較適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)單元。前述只是想要 表達(dá)的特別示例，所有在列舉的最低到最高值之間的數(shù)值組合均被視為以類似方式清楚地 列在本說明書中。
[0016] 本發(fā)明中使用的"稀土元素"指的是元素周期表中17種化學(xué)元素的匯集，包括鈧、 宇乙、15種鑭系元素或者這些元素的組合。15種鑭系元素包括鑭、鋪、鐠、釹、钷、彩、銪、禮、 鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、镥。本發(fā)明中使用的"輕稀土元素"包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、 銪或者這些元素的組合。本發(fā)明中使用的"重稀土元素"包含釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、镥或 者這些元素的組合。
[0017] -方面，本發(fā)明實(shí)施例涉及一種永磁體，其包括重量百分比約為23%至34%的輕 稀土元素，該輕稀土元素包括釹和鐠，其中該永磁體中釹的重量百分比大于鐠的重量百分 t匕，但小于三倍的鐠的重量百分比，（Pr〈Nd〈3Pr)。鐠可以提高磁體的內(nèi)稟矯頑力（Hcj)，這 對(duì)于磁體在高溫環(huán)境的應(yīng)用來說非常重要，但該元素會(huì)使得磁體的溫度穩(wěn)定性相對(duì)較差， 而釹元素可以提高溫度穩(wěn)定性。本文所描述的組分能夠在提高磁體的內(nèi)稟矯頑力（Hcj) 的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)期望的溫度穩(wěn)定性。在一些實(shí)施例中，釹相對(duì)于整個(gè)永磁體的重量百分比約 在13%到20%的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，鐠相對(duì)于整個(gè)永磁體的重量百分比約在7%到 14%的范圍內(nèi)。
[0018] 該永磁體還包括重量百分比低于5 %的重稀土元素。在一些實(shí)施例中，所述重稀土 元素包括鏑、欽或二者的組合。例如，在一個(gè)具體實(shí)施例中，永磁體包括重量百分比小于約 4. 5%的鏑，重量百分比小于約0. 8%的欽，以及重量百分比小于約0. 02%的鋱。在一個(gè)具 體實(shí)施例中，永磁體包括重量百分比小于約0. 02%的鏑，重量百分比小于約0. 02%的欽， 以及重量百分比小于約〇. 02%的鋱。考慮到在制造永磁體過程中，原材料中可能存在雜質(zhì)， 對(duì)于在永磁體中重量百分比小于約0. 02%的元素（如鏑、欽或鋱），可認(rèn)為永磁體中基本上 沒有該元素。
[0019] 在一些實(shí)施例中，稀土元素（包括輕稀土元素和重稀土元素）相對(duì)于整個(gè)永磁體 的重量百分比約在28 %到34%的范圍內(nèi)。在一些具體實(shí)施例中，該范圍約為28 %到32 %。
[0020] 所述永磁體還包括金屬合金成分,該金屬合金成分包括銅、鈷、錯(cuò)、鎵、錯(cuò)或這些元 素的組合的。所述永磁體的余量為鐵、硼，或者二者的組合，可含或者不含雜質(zhì)。
[0021] 在一些實(shí)施例中，所述永磁體包括鈮。鈮相對(duì)于永磁體整體的重量百分比可在約 為0. 1 %到0. 8 %的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施例中，在約為0. 1 %到0. 5 %的范圍內(nèi)，在一些特定 的實(shí)施例中，在約為0.15%到0.4%的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，永磁體包括銅。銅相對(duì)于 永磁體整體的重量百分比可大于約0. 2%，在一些實(shí)施例中，在約為0. 4%到1. 2%的范圍 內(nèi)。在一些實(shí)施例中,永磁體包括鈷。鈷相對(duì)于永磁體整體的重量百分比可在約為0. 5%到 4. 4%的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施例中，在約為0. 8%到1. 8%范圍內(nèi)。
[0022] 在一些實(shí)施例中，永磁體包括重量百分比大于約1 %的鋁。例如，在一些實(shí)施例中， 鏑相對(duì)于整個(gè)永磁體的重量百分比小于約〇. 02%，鋁相對(duì)于整個(gè)永磁體的重量百分比大于 約1. 5%。在另外一些實(shí)施例中，鏑相對(duì)于整個(gè)永磁體的重量百分比大于約0. 02%，鋁相對(duì) 于整個(gè)永磁體的重量百分比約在1 %到1. 5%的范圍內(nèi)。
[0023] 在一些實(shí)施例中,永磁體包括鎵、錯(cuò)或二者的組合。鎵相對(duì)整個(gè)永磁體的重量百分 比可小于約〇. 5,鋯相對(duì)于整個(gè)永磁體的重量百分比可小于約0. 3。
[0024] 所述永磁體有小而均勻的晶粒尺寸，這有助于改善其性能。在一些實(shí)施例中，所述 永磁體的平均晶粒尺寸約在1. 5微米到4微米的范圍內(nèi)，在一些特定的實(shí)施例中，約在2微 米到3微米的范圍內(nèi)。
[0025] 此處所描述的永磁體在成本效率和性能之間取得很好的平衡，這些性能包括內(nèi)稟 矯頑力、剩磁和最大磁能積。
[0026] 本文所用的"矯頑力"或"矯頑磁性"（He)是一種永磁體的性能，其代表在磁體的 磁飽和之后，用于將永磁體感應(yīng)降低至零所需的消磁力的量。通常，矯頑力或矯頑磁性越 大，在高溫環(huán)境下磁體的穩(wěn)定性越好，磁體受外部磁場(chǎng)的干擾越小。磁體的"內(nèi)稟矯頑力" 或"內(nèi)稟矯頑磁性"（Hcj)是該磁性材料固有的抵抗消磁的能力，其對(duì)應(yīng)于固有感應(yīng)或磁極 化強(qiáng)度（J)的零值。本文所用的"最大能量乘積（(BH)max)"是永磁體的另一種性能，其表 示在永磁體中磁通密度（B)和磁場(chǎng)強(qiáng)度（H)的乘積。最大能量乘積越高，表示永磁體具有 的磁能密度越高。本文中所用的"剩余磁化強(qiáng)度"或"剩磁"（Br)是指在介質(zhì)中除去外部磁 場(chǎng)后剩余的磁化強(qiáng)度。剩磁越高表示該永磁體物質(zhì)抵抗消磁的能力越高。
[0027] 在一些實(shí)施例中，所述永磁體按單位千奧斯特（kOe)計(jì)的內(nèi)稟矯頑力和按單位兆 高斯奧斯特（MGOe)計(jì)的最大能量乘積之和至少為55左右，在一些特定的實(shí)施例中，至少為 58左右。內(nèi)稟矯頑力和最大能量乘積之和是全面評(píng)估永磁體性能的重要參數(shù)。
[0028] -方面，本發(fā)明實(shí)施例涉及一種制造永磁體的方法。在一些實(shí)施例中，可提供一種 組分與前述永磁體大致相同的合金粉末，將該合金粉末成型為粉末還塊，再將該粉末還塊 進(jìn)行燒結(jié)和退火處理。在另一些實(shí)施例中，永磁體是通過多合金法制造得到。在多合金法 中，將主合金粉末與輔合金粉末混合以形成粉末混合物，該種粉末混合物具有與前述永磁 體大致相同的組分。將該粉末混合物成型為粉末坯塊，再將該粉末坯塊進(jìn)行燒結(jié)和退火處 理。所述主合金粉末和輔合金粉末均包括稀土元素。主合金粉末中稀土元素的重量百分比 低于輔金屬粉末中稀土元素的重量百分比。在一具體實(shí)施例中，所述主合金粉末包括重量 百分比小于約32%的稀土元素，所述輔金屬粉末包括重量百分比大于約32%的稀土元素。
[0029] 上述提及的三種粉末均可通過下述工藝得到，該工藝包括以下步驟：形成一種熔 融合金（例如：主合金或者輔合金）；固化該熔融合金形成片狀物；使該片狀物破碎形成顆 粒；將所述顆粒進(jìn)行脫氫處理；磨碎該顆粒形成一種平均顆粒尺寸在一定范圍內(nèi)的粉末， 如，平均顆粒尺寸約在1. 5微米到3. 5微米范圍內(nèi)的粉末。所述熔融合金可以通過將包括 稀土元素、金屬合金成分、鐵和硼的原材料熔融在一起而形成。在一些實(shí)施例中，所速熔融 合金可以通過電磁感應(yīng)融化法獲得。所述熔融合金可以通過條帶鑄造法進(jìn)行固化。所述片 狀物可通過氫爆破碎形成顆粒。所述顆粒可通過噴射研磨形成粉末。
[0030] 在一些實(shí)施例中，條帶鑄造是在壓力不超過0.0 lPa左右的真空狀態(tài)下進(jìn)行的。在 一些實(shí)施例中，條帶鑄造形成的片狀物的厚度約在200微米到300微米的范圍內(nèi)。在一些 特定的實(shí)施例中，該厚度約在200微米到250微米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，所述氫爆是 在不小于0.1 Mpa的氫壓力下進(jìn)行的。在一些實(shí)施例中