专利汇可以提供稀土-铁-硼永磁体的合金粉末材料的制造方法及调整其组成的合金粉末专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于制造以R2Fe14B化合物作为主相的,高性能R-Fe-B 永磁体 的粉末原料的制造方法,其特征是,在包括一种R2Fe14B化合物主相的一种特定的主相R-Fe-B 合金 粉末中添加一种特定的用于调整组成的合金粉末,所添加的合金粉末占重量的70%或较少,并且包括一种R2Fe17化合物。由于原料粉末的掺杂,使得主相合金粉末中的富B和富R化合物与掺入用于调整组成的合金粉末中的R2Fe17化合物发生反应,本 发明 的方法可以使合金粉末原料制品中有害的富B及富R相含量明显地减少,这些有害相会损坏成品的磁特性。,下面是稀土-铁-硼永磁体的合金粉末材料的制造方法及调整其组成的合金粉末专利的具体信息内容。
1.一种用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末原料的制造 方法,其特征是,一种合金粉末包括一种用于调整组成的R2Fe17相,并且包含占原子数等于或小于50%的R,其中R表示从包括 钇的稀土元素中选出的至少一种元件,以及余额为铁和不可避免 的杂质,其中钴和镍中的至少一种可以被用作铁的部分替代物, 把上述合金粉末添加到一种主相合金粉末中,主相合金粉末以一 种R2Fe14B相作为主相,并且包含占原子数10%至30%的R,R 表示从包括钇的稀土元素中的至少一种元素,占原子数6%至40 %的硼,以及余额为铁和不可避免的杂质,其中钴和镍中的至少 一种可以被用作铁的部分替代物,相对于上述合金粉末原料的总 重量而言,混入主相合金粉末中的用于调整组成的合金粉末的添 加量为等于或小于70重量%。
2.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,相对于上述合金粉末原料的总重量 而言,混入主相合金粉末中的用于调整组成的合金粉末的添加量 占重量的0.1%至40%。
3.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是主相合金粉末中元素R的含量范围是 占原子数的12%至20%。
4.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是主相合金粉末中硼的含量是占原子数 的6%至20%。
5.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是主相合金粉末中铁的含量范围是占原 子数的30%至84%。
6.如权利要求6的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是主相合金粉末中铁的含量范围是占原 子数的60%至82%。
7.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,把钴作为铁的一种部分替代物掺入 主相合金粉末中,其数量按原子数计等于或小于10%。
8.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,把镍作为铁的一种部分替代物掺入 主相合金粉末中,其数量按原子数计等于或小于3%。
9.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,在主相合金粉末中包括的,含有从 钴和镍中选出的至少一种部分替代物的铁的数量,占原子数的17 %至84%。
10.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,在用于调整组成的合金粉末中,元 素R的含量范围是占原子数的5%至35%。
11.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,在用于调整组成的合金粉末中,铁 的含量范围是占原子数的65%至95%。
12.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,在用于调整组成的合金粉末中的铁 被占原子数6%的硼部分地替代。
13.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,主相合金粉末和用于调整组成的合 金粉末是用铸造-压碎方法或直接还原扩散方法分别制备的。
14.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,在用于调整组成的合金粉末中,含 有作为其部分替代物硼的铁的数量,占其原子数的59%至89%。
15.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,在由主相合金粉末和用于调整组成 的合金粉末构成的一个组中选出的至少一种合金粉末中,包含从 下列组中选出的至少一种元素,该元素组包括占原子数等于或小 于3.5%的铜(Cu),占原子数等于或小于2.5%的硫(S),占原子 数等于或小于4.5%的钛(Ti),占原子数等于或小于15%的硅(Si), 占原子数等于或小于9.5%的钒(V),占原子数等于或小于12.5 %的铌(Nb),占原子数等于或小于10.5%的钽(Ta),占原子数 等于或小于8.5%的铬(Cr),占原子数等于或小于9.5%的钼 (Mo),占原子数等于或小于7.5%的钨(W),占原子数等于或 小于3.5%的锰(Mn),占原子数等于或小于19.5%的铝(Al), 占原子数等于或小于2.5%的锑(Sb),占原子数等于或小于7% 的锗(Ge),占原子数等于或小于3.5%的锡(Sn),占原子数等于 或小于5.5%的锆(Zr),占原子数等于或小于5.5%的铪(Hf), 占原子数等于或小于8.5%的钙(Ca),占原子数等于或小于8.5 %的镁(Mg),占原子数等于或小于7%的锶(Sr),占原子数等 于或小于7.0%的钡(Ba),以及占原子数等于或小于7.0%的铍 (Be)。
16.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,上述合金粉末原料包含占原子数12 %至25%的R元素,占原子数4%至10%的硼(B),占原子数 0.1%至10%的钴(Co),以及占原子数68%至80%的铁(Fe)。
17.如权利要求1的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末 原料的制造方法,其特征是,上述合金粉末原料的平均颗粒度为1 至80μm。
18.如权利要求17的用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉 末原料的制造方法,其特征是,上述合金粉末原料的平均颗粒度 为2至10μm。
19.在生产一种用于制造R-Fe-B烧结磁体的合金粉末原料 时使用的一种用于调整组成的合金粉末,该合金粉末包括一种 R2Fe17相,并且包括占原子数等于或小于50%的一种元素R,R表 示从包括钇在内的稀土元素中选出的至少一种,以及余额为铁和不 可避免的杂质,其中钴和镍中的至少一种可以作为铁的部分替代物。
20.如权利要求19的用于调整组成的合金粉末,其特征是元 素R的掺入量占原子数的5%至35%。
21.如权利要求19的用于调整组成的合金粉末,其特征是铁 的掺入量占原子数的50%至95%。
22.如权利要求19的用于调整组成的合金粉末,其特征是, 作为铁的部分替代物的钴的掺入量按原子数计等于或小于10%。
23.如权利要求19的用于调整组成的合金粉末,其特征是, 作为铁的部分替代物的镍的掺入量按原子数计等于或小于3%。
24.如权利要求19的用于调整组成的合金粉末,其特征是, 作为铁的部分替代物的硼的掺入量按原子数计等于或小于6%。
R-Fe-B永磁体是目前所知的高性能永磁体中的一种代表。在 JP-A-59-46008(此处所用的术语“JP-A-”表示“未经审 查的日本专利申请公开”)中公开的一种R-Fe-B永磁体的优良的磁 特性是由于其结构包含一种作为主相的四边形三元化合物和一种富 R(rich)相。上述R-Fe-B永磁体具有非常高的性能,即与普通的高 性能稀土钴基磁体相比,这种永磁体的矫顽力iHc为25KOe或更高,
并且最大能量积(BH)的最大值可达45MGOe或更高。此外, 可以通过改变其组成而改变R-Fe-B基永磁体,以满足各种特殊要求。
为了制造上述各种类型的R-Fe-B基永磁体,首先需要制备一种 具有预定组成的合金粉末。这种合金粉末可以按照JP-A-60-63304 和JP-A-119701中公开的铸锭和压碎方法来制备,这种方法包 括把已经过电解还原的稀土金属原料熔化,在一个铸模中把熔液铸成 一块所需磁体组成的合金锭,然后把合金锭压碎形成所需粒度的合金 粉末。除此之外还可以按JP-A-59-21940和JP-A-60- 77943中公开的直接还原扩散方法制备合金粉末,这种方法包括把例 如稀土金属氧化物,铁粉末以及Fe-B合金粉末直接制备成具有所需 磁体结构的合金粉末。
铸锭和压碎的方法包含许多步骤,不仅如此,在铸造合金锭的步 骤中还会造成富R(R-rich)相与铁(Fe)初晶的结晶体分离。不过, 按照这种方法可以获得含氧量相对较低的合金粉末,因为在粗磨(最 初的压碎)步骤中容易阻止合金锭的氧化。
另一方面,直接还原扩散方法与上述铸造和压碎的方法相比,其 优点是在制备磁体的原料粉末的过程中可以省略掉熔化和粗磨等步骤。 不过,与前一种方法中的富R相相比,用这种方法所形成的富R相较 小并且相当地分散,并且基本上分布在R2Fe14B主相周围。在这种 方法中形成的富R相对氧化是敏感的,其结果是吸收大量的氧。对某 些种类的磁体组成来说,稀土金属元素可能被过量的氧气氧化和消耗, 从而导致其磁性的不稳定。
由此可见,渗入合金粉末的氧会损坏R-Fe-B永磁体的磁特性。 因此,为了减少合金粉末中有害氧气的含量,本发明人已经在日本专 利申请号为No.02-229685的在先申请中公开了一种方法,该方 法包括首先用直接还原扩散法制备一种其结组成近于R2Fe14B相 的合金粉末,同时采用在富R合金粉末中添加金属性钴的方法单独制 备一种金属互化物粉末,例如一种包含R3Co相的R2(Fe,Co)17相(其中的铁(Fe)可以作为一部分或大部分Co的替代物),然后 把两种粉末混合成用于R-Fe-B永磁体的合金材料粉末。
上述方案对减少磁体的含氧量以及在制备用于R-Fe-B永磁体的 合金原料粉末过程中的原料粉末的含氧量是极为有效的,然而,目前 已经知道不仅是R2Fe14B主相,而且仍然保留在磁体中的富R相和 富B相也会损害磁体的本征特性。目前要精确地控制这些相的含量是 非常困难的,因此,这些剩余相是造成磁特性不稳定的原因。
本发明的目的是提供一种方法,用于按照所需的磁特性制造各种 类型的R-Fe-B永磁体原料合金粉末,用本方法提供的磁体包括增加 磁性相中的R2Fe14B主相,并且使不利于获得高性能磁体的富B相 和富R相明显减少,本发明还提供了一种用于减少含氧量的合金粉末。
上述目的可以通过本发明来实现,本发明提供了一种方法,用于 生产制造R-Fe-B永磁体的一种合金粉末原料,其特征是一种合金粉 末包括一种用于调整组成的R2Fe17相,并且包含原子数占50% 或较少的R(R表示从包括钇在内的稀土元素中选出的至少一种), 以及剩余部分是铁(其中钴和镍中的至少一种可以作为铁的部分替代 物)和不可避免的杂质,把这种合金粉末加入主相合金粉末,主相合 金粉末包括作为主相的R2Fe14B相,并且包含原子数占10%至30 %的R(R表示包括钇的至少一种稀土元素),原子数占6%至40 %的硼,以及剩余部分为带有不可避免的杂质的铁(钴和镍中的至少 一种可以作为铁的部分替代物)。本发明的目的还可以通过提供一种 新的合金粉末来实现,它被用于调整R-Fe-B永磁体的合金粉末原料 的组成。
在本发明中所添加的用于调整合金粉末原料组成的合金粉末的数 量相对于上述合金粉末原料的总重量而言应占重量的70%或较少, 并且最好是占重量的0.1%至40%。
主相合金粉末中元素R和硼的最佳数量分别是占有12%至20 %的原子数和6%至20%的原子数。
相对于主相合金粉末而言,铁(Fe)应该占有原子数的30%至 84%,并且最好是占原子数的60%至82%。
用钴(Co)替代主相合金粉末中的铁(Fe)的允许范围是原子数 的10%或较少,如果用镍(Ni)做替代物则应占原子数的3%或较 少。
进一步而言,如果用钴(Co)或镍(Ni)部分地替代主相合金属 中的铁,其中铁(Fe)的最佳数量范围是占原子数的17%至84%。
在用于调整组成的合金粉末中,最好含有其数量占原子数5%至 35%的R,并且最好包含其数量占原子数65%至95%的铁(Fe)。
在用于调整组成的合金粉末中,作为铁(Fe)的部分 替代物的钴(Co)的数量最好占原子数的10%或较少。在用于调整 组成的合金粉末中作为铁(Fe)的部分替代物的镍(Ni)和硼(B) 的最佳数量分别占原子数的3%或较少和6%或较少。
如果用硼(B)替换了用于调整组成的合金粉末中的一部分铁 (Fe),其中铁(Fe)的最佳含量是占原子数的59%至89%。
在本发明中使用的主相合金粉末和用于调整组成的合金粉末都可 以用公知的铸锭和压碎方法或是直接还原扩散方法来制备。
以下详细地描述本发明。
R-Fe-B永磁体通常都具有特殊的组成,它包括作为主相的 R2Fe14B相以及少量由R1.1Fe4B4表示的富B相,并且在其颗粒 的边界上伴随有富R相。并且永磁体的磁性质受这种组成的影响很大。
如果包含在R-Fe-B永磁体结构中的硼(B)少于原子数的6%, 就会在磁体中构成R2Fe17相。由于这种R2Fe17金属互化物在其 晶体结构的C-平面中具有容易磁化的方向并且在室温附近具有一个 居里点(Curie point),这种构造会使矫顽力(iHc)下降。另一方 面,如果加入R-Fe-B永磁体中的硼(B)超过其原子数的6%,富 B相的数量就会增加,从而使剩磁通密度(Br)下降。
本发明人对熔结型R-Fe-B永磁体的制造技术进行了广泛的研究。 从中发现的结果是,取一种包括R2Fe14B化合物作为主相的R-Fe-B合金粉末,并且在其中添加一种特定数量的,包含R2Fe17化合物的 R-Fe合金粉末作为用于调整组成的合金粉末,经过烧结后,由于颗 粒间的富R相中的R成分与R-Fe合金粉末中的R2Fe17相之间在其 共晶点附近发生共晶反应,形成具有低熔点的液相,这种低熔点的液 相加快了R-Fe-B合金粉末的烧结过程。进一步还发现了在用于调整 组成的合金粉末中的R2Fe17化合物与主相合金粉末中的富B相和富 R相在烧结期间结受的反应能有效地增加R2Fe14B主相。本发明就 是以这些发现为基础来完成的。
本发明人做了很多实验,发现在使用Nd作为R的情况下形 成一种液相,例如使一种富Nd相与一种Nd2Fe17化合物在其共晶 点附近,即690℃经受一种可逆反应。从而发现了这种低熔点液相能 加快主相Nd-Fe-B合金粉末的烧结过程。
更进一步还发现,包括Nd2Fe17化合物的Nd-Fe-B合金粉末在 粉末的烧结期间进行下列化学反应时,能有效地增加熔结型磁体中的 Nd2Fe14B主相的数量。
上述反应表明,一种Nd2Fe14B化合物是从用于调整组成的 Nd2Fe17化合物合金粉末与富B的Nd1.1Fe4B4化合物的 主要Nd-Fe-B合金粉末之间的反应中产生的。因此,如果采用本发 明的方法,可以使富B相和富Nd相的含量相对于主相明显地减少, 这两种相在按照普通方法用仅有Nd2Fe14B主相的合金粉末材料制造 烧结型永磁体时都是有害的。更进一步,现已证实上述反应不仅可以 在采用Nd的条件下得到,而且还适用于采用任何一种R的条件,即 包括Y在内的任何一种稀土元素。
如上所述,本发明提供了一种用于制造R-Fe-B永磁体的合金粉 末原料的生产方法,其特征是,一种用于调整组成的合金粉末,包括 一种R2Fe17相,并且包括占其原子数50%或较少的R(R表示从 包括钇(Y)的稀土元素中选出的至少一种元素),以及剩余部分为 铁(Fe)(钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种可以用做铁(Fe)的部 分替代物)和不可避免的杂质,把这种合金粉末按总重量的70%添 加到一种主相合金粉末中去,主相合金粉末包括一种作为主相的 R2Fe14B相,并且包含占原子数10%至30%的R(R表示包括 钇(Y)在内的至少一种稀土元素),占原子数的6%至40%的硼 (B),以及剩余部分为铁(Fe)(钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种可 以作为铁(Fe)的部分替代物)和不可避免的杂质。
在本发明中,含有作为主相的R2Fe14B化合物的主要合金粉末 和含有用于调整组成的R2Fe17的合金粉末两者都可以用公知的铸锭及 压碎法或者直接还原扩散法来制备。
向特定数量的R,铁(Fe)和硼(B)的一种包括R2Fe14B相的主相合金粉末中添加的那种用于调整组成的合金粉末,应该占重 量的70%或较少。如果添加量超过了重量的70%,在制造各向 异性的磁体的过程中就会使单轴各向异性的R2Fe14B化合物的形成 受到抑制,这种制造过程包括在磁场环境中烧结原料粉末。由此形成 的磁体具有取向不充分的缺点,从而使剩余磁通量密度(Br)下降。 较好的情况是,添加到主相合金粉末中的用于调整组成的合金粉末的 数量占重量的0.1%至40%。
在本发明中,R表示稀土元素,它包括轻稀土元素和包括钇(Y) 在内的重稀土元素。更具体地说,R表示从包含Nd,Pr,La,Ce, Tb,Dy,Ho,Er,Eu,Sm,Gd,Pm,Tm,Yb,Lu以及Y的一个组中 选出的至少一种元素。在最好的情况下,R表示一种例如Nd和Pr的轻稀土元素或者是两者的混合物。R并不一定是纯净的稀土元素, 但应是一种工业用的稀土元素,并且包含在其生产过程中掺入的不可 避免的杂质。
在原料粉末中,包括主要R2Fe14B化合物的主相合金粉末必须 包含占原子数10%至30%的R。如果R的数量小于原子数的10 %,合金粉末中铁(Fe)的剩余部分就会增加,R和硼(B)不能扩 散到该部分中。如果R的数量超过了原子数的30%,富R相反而会 增加,从而增加含氧量。在这两种情况下都不可能获得理想的烧结型 永磁体。R的含量范围最好是占原子数的12%至20%。
主相粉末合金中硼(B)的含量必须限制在重量的6%至40% 范围之内。如果粉末中包含的硼(B)少于原子数的6%,富B相 (R1.1Fe4B4化合物)的数量就太少了,此时即使添加了用于调整组 成的合金粉末,也不能获 得本发明的上述效果。因此,所得的永磁体具有矫顽力(iHc)低的 缺点。如果硼(B)的添加数量超过了原子数的40%,就会形成过 量的富B相,反而会减少R2Fe14B主相的形成。在这种情况下不能 获得具有高剩磁通密度(Br)的理想性能的永磁体。掺入主相合金粉 末中的硼(B)的数量范围最好是占原子数的6%至20%。
主相合金粉末中的最后一种成分,即铁(Fe)的数量最好占原子 数的20%至86%。如果其数量少于原子数的20%,富R和富B相的数量相对于主要合成物变得过高,从而会损害永磁体的磁特性。 另一方面,如果其数量超过了原子数的86%,稀土元素和硼(B) 的相对含量就会减少,从而增加剩余Fe的部分。其结果会由于包括 了过高比例的剩余Fe而不能获得均匀的合金粉末,Fe的最佳含量 应占原子数的60%至82%。
使用至少一种从钴(Co)和镍(Ni)中选出的元素掺入主要合金 粉末中作为铁(Fe)的部分替代物,可以改善成品磁体的耐蚀性。不 过,过量地添加这些金属元素会由于R2Fe14B化合物中的要素铁 (Fe)发生置换反应而相反地降低矫顽力(iHc)。因此,钴(Co)和 镍(Ni)的最佳计算数量分别是占原子数的10%或较少和原子数的 3%或较少。此外,在主相合金中,包含钴(Co)和/或镍(Ni)作 为其部分替代物的铁(Fe)的最佳数量是占原子数的17%至84%。
包含R2Fe17化合物的用于调整组成的合金粉末在制备时必须使 R的含量不超过原子数的50%。如果包含的R大于50%原子数, 就会在合金粉末的制备过程中出现有害的氧化。掺入用于调整组成的 合金粉末中的R的最佳数量是占原子数的5%至35%。粉末的剩余 成分是铁(Fe),其最佳计算数量为原子数的65%至95%。与主 相合金粉末中的情况类似,掺入用于调整组成的合金粉末中的铁 (Fe)的一部分可以用钴(Co)和/或镍(Ni)替代,其数量与上述 主相合金粉末的限量相同。
可以采用硼(B)置换掺入粉末中的铁(Fe)的一部分,用这种 方法制备用于调整组成的合金粉末。在用于调整组成的合金粉末中添 加占原子数6%或较少数量的硼(B)是可行的,因此形成除了R2Fe17化合物之外的R2Fe14B化合物。然而,如果硼(B)的添加量超过 了原子数的6%,在把用于调整组成的合金粉末与主相合金粉末混合 的过程中,就会使在用于调整组成的合金粉末中形成的富B相过量地 掺入合金粉末原料中。由这种合金粉末原料制成的永磁体呈现劣质的 磁特性。在用于调整组成的合金粉末中,包含以硼(B)作为其部分 替代物的铁(Fe)的数量最好是在原子数的59%至89%范围之内。
把主相合金粉末与用于调整组成的合金粉末混合后获得的合金粉 末原料的尺寸必须受到控制,以便形成适当的粒度,否则将制成劣质 的永磁体。特别是只能得到低矫顽力(iHc)的永磁体。尤其是当粉 末原料由平均直径小于1μm的颗粒组成时,不可能制成具有良好磁 特性的永磁体,这是因为粉末在制造永磁体的过程中的每个步骤中, 例如压模,烧结以及冷却等步骤中会出现有害的氧化。如果合金粒末 原料颗粒的直径超过80μm,所得的磁体会出现矫顽力低的缺点。 由此可见,原料粉末的最佳颗粒尺寸应是直径在1至80μm之间, 尤其以2至10μm的直径为好。
此外,只有严格控制混合粉末原料的成分,才能制成具有高剩余 磁通量密度(Br)和高矫顽力(iHc)的优质R-Fe-B永磁体。最佳 的原料粉末应该包含例如占原子数12%至25%的R,占原子数4 %至10%的硼(B),占原子数0.1%至10%的钴(Co),占原子数 55%至83.9%的铁(Fe),以及余额为不可避免的杂质。
更进一步,为了获得不仅具有进一步改善的温度特性,而且具有 高矫顽力和耐蚀性的永磁体,可以在包含R2Fe14B化合物作为其主 相的主相合金粉末和/或包含R2Fe17化合物的用于调整组成的合金 粉末中添加至少一种元素,该元素是从一个组中选出的,这个组包括 占原子数3.5%或较少的铜(Cu),占原子数2.5%或较少的硫(S), 占原子数4.5%或较少的钛(Ti),占原子数15%或较少的硅(Si), 占原子数9.5%或较少的钒(V),占原子数12.5%或较少的铌(Nb), 占原子数10.5%或较少的钽(Ta),占原子数8.5%或较少的铬(Cr), 占原子数9.5%或较少的钼(Mo),占原子数9.5%或较少的钨(W), 占原子数3.5%或较少的锰(Mn),占原子数19.5%或较少的铝(Al), 占原子数2.5%或较少的锑(Sb),占原子数7%或较少的锗(Ge), 占原子数3.5%或较少的锡(Sn),占原子数5.5%或较少的锆(Zr), 占原子数5.5%或较少的铪(Hf),占原子数8.5%或较少的钙(Ca), 占原子数8.5%或较少的镁(Mg),占原子数7.0%或较少的锶(Sr), 占原子数7.0%或较少的钡(Ba),占原子数7.0%或较少的铍(Be)。
按照本发明通过实验用粉末原料制成了一种具有磁性异向的永磁 体,这种永磁体包含下列成分,例如,占原子数12%至25%的R, 占原子数4%至10%的硼(B),占原子数30%或较少的钴(Co), 以及占原子数35%至84%的铁(Fe)。制成的永磁体具有良好的 磁特性,例如矫顽力(iHc)大于5KOe,(BH)最大值大于20MGOe, 并且剩余磁通量密度的温度系数为0.1%/℃或更低。
此外还有一种具备优良磁特性的永磁体,其中所包含的R是以占 其重量50%或更多的轻稀土元素作为主要成分。例如,包含轻稀土 元素,并且包含占原子数12%至20%的R,占原子数4%至10 %的硼(B),占原子数20%或较少的钴(Co),以及占原子数50 %至84%的铁(Fe)的永磁体具有非常优良的磁特性;特别是那些 以Nd,Pr和Dy中的至少一种作为R的永磁体被证实具有最大值高 达40MGOe的(BH)max值。
如上所述,本发明涉及一种用于制造烧结型R-Fe-B永磁体的粉 末原料的制造方法,该方法是,在包括一种R2Fe14B化合物的主相 和一种富B相(一种R1.1Fe4B4化合物)的主相R-Fe-B合金粉末 中,添加一种占重量的70%或较少的用于调整组成的合金粉末,它 包括一种R2Fe17化合物。用这种方法生产出的合金粉末原料,其中 所含的能损坏成品磁体磁特性的有害相,即富B和富R相的含量被明 显地减少,这是因为,粉末原料的混合使主相合金粉末中的富B和富 R化合物与掺在用于调整组成的合金粉末中的R2Fe17化合物发生反 应。因此,使用本发明的粉末原料不仅能制造出高性能的烧结型永磁 体,还由于减少了掺入粉末中的氧气的数量而简化了永磁体的制造过 程。此外,适当地控制混合粉末原料的成分,可以按照不同的需要生 产出用于各种不同成分的永磁体的R-Fe-B合金粉末。
以下参照非限定性的实施例对本发明做进一步的详细说明。然而 应该指出,本发明并不受这些实施例的限制。
例1
按下述步骤用直接还原扩散法制备一种主相合金粉末。
在一个不锈钢容器内装入一种粉末混合物,该粉末混合物是这样 获得的,即在407g纯度为98%的Nd2O3,15g纯度为99%的 Dy2O3,包含占重量19.1%的硼的一种Fe-B粉末共62g,以及 604g纯度为99%的Fe合金粉末中添加264g纯度为99%的 金属Ca和49.3g无水CaCl20,。然后使粉末混合物在气流中以 1030℃持续进行3小时钙的还原和扩散。
把所得的混合产物冷却并且用水清洗以便除去残留的钙。用酒精 或类似物置换所得粉末泥浆中的水,然后用真空加热方法烘干,从而 获得大约1000g主相合金粉末。
所得的合金粉末由平均直径约为20μm的颗粒组成,并且包含 占原子数14.0%的钕(Nd),占原子数0.8%的镨(Pr),占原子数 0.5%的镝(Dy),占原子数7.2%的硼(B),以及余额为铁(Fe)。 其中的含氧量为2000ppm。
采用铸锭和压碎方法按以下步骤制备一种用于调整组成的合金粉 末,其中包含一种R2Fe17化合物。
把原料,即124g纯度为98%的钕(Nd)和379g纯度为99% 的电解铁放入一个熔化炉中使其在氩气环境中熔化,用颚式轧碎机和 车轮轧机把所得的合金锭压碎,得到450g合金粉末。
由此获得的合金粉末由平均直径为10μm的颗粒组成,并且包 含占原子数11%的钕(Nd),占原子数0.2%的镨(Pr),余额为铁 (Fe)。其中的含氧量为600ppm。通过EPMA(电子探测显微分析), 和XRD(X射线衍射)证实,这种合金粉末包括大量Nd2Fe17化合 物。
用于制造烧结型永磁体的合金粉末原料由按上述方法得到的两种 合金粉末构成,即按表1中所示把预定数量的用于调整组成的合金粉 末与主要合金粉末原料混合。除了按照本发明的两种类型(编号1B 和1C)的合金粉末原料之外,还有一种按普通方法制备的合金粉末 在此被用做比较抽样(编号1A),其中没有添加用于调整组成的合 金粉末。
把由此获得的合金粉末原料用射流轧机轧制,并且在大约10KOe 的磁场中压制,采用在沿着垂直于磁场的方向上施加大约为 2ton/cm2压力的方式获得一种尺寸为15mm×20mm×8mm的压坯。
把由此获得的压坯放在氩气环境中以1070℃烧结3小时,然后 以500℃退火2小时,最终得到一种永磁体。
合金粉末的混合比例,所得粉末原料的结构,以及由此获得的永 磁体的磁特性如表1中所示。
表1
粉末的混合比例 磁特性 抽样号 主要 调整 组成 Br iHc (BH)max
(%) (%) (at.%) (KOe) (KOe) (MGOe) 1A 100 0 14.0Nd-0.8Pr- 12.3 14.5 36.5
0.5Dy-7.2B-余额Fe 1B 90 10 13.7Nd-0.7Pr- 13.0 14.0 40.5
0.45Dy-6.5B-余额Fe 1C 80 20 13.4Nd-0.7Pr- 13.3 13.5 42.5
0.4Dy-5.8B-余额Fe
根据表1中所总结的磁体组成,压坯中相的比例,即R2Fe14B∶ 富B相∶富R相(包括氧),可以计算如下。
抽样号1A(普通) 88∶3∶9
抽样号1B(本发明) 91∶1.3∶7.7以及
抽样号1C(本发明) 93∶0.1∶6.9。
由此可见,如果按照本发明在主相合金粉末中添加一种用于调整 组成的合金粉末,采用所得的合金粉末原料就可以随意地控制烧结型 磁体成品中相的构成比例。因此,通过对粉末原料的组成进行调整, 所得的烧结型磁体的磁特性与单独使用主相合金粉末直接制备的方法 所得的磁体相比,具有明显的改善。
例2
按照与例1中用于调整组成的合金粉末的制备方法相同的方法, 采用铸造和压碎的方法制备一种主相合金粉末,使用147g金属钕 (Nd),23g金属钴(Co),27.5g Fe-B合金,以及307g电解铁。由 此获得的合金粉末包含占原子数12.5%的钕(Nd),占原子数0.2% 的镨(Pr),占原子数5.0%的钴(Co),占原子数6.5%的硼(B), 以及占原子数75.8%铁(Fe)。
按照与例1中主相合金粉末的制备方法相同的方法,用直接还原 扩散法制备用于调整组成的合金粉末,使用260g的Nd2O3,80.5g 的Dy2O3,43g的钴粉末,以及665g的铁粉末,在其中添加了 190g金属钙和23g的CaCl2。由此获得的合金粉末包含占原子数 10.4%的钕(Nd),占原子数0.1%的镨(Pr),占原子数3.0%的镝 (Dy),占原子数5.0%的钴(Co),以及余额为铁(Fe)。
然后,按照与例1中相同的程序制造R-Fe-B永磁体,其不同之 处仅是使用的合金粉末原料不同,它是通过在用上述方法获得的占重 量95%的主相合金粉末中,添加用上述方法制备的占重量5%的用 于调整组成的合金粉末而获得的。由此形成的永磁体包含占原子数 12.4%的钕(Nd),占原子数0.2%的镨(Pr),占原子数0.15%的 镝(Dy),占原子数5%的钴(Co),占原子数6.2%的硼(B),以及 余额为铁(Fe),由此得到的磁特性是,Br为13.6KOe,iHc为11KOe, 以及(BH)max等于45.5MGOe。此外,还试验了仅用主相合金粉末 来制造磁体,但结果发现单用这种粉末时不能形成烧结体。
例3
按照与例2中相同的方法用铸锭和压碎法制备一种主相合金粉末。 由此获得的合金粉末包含占原子数18%的钕(Nd),占原子数0.8% 的镨(Pr),占原子数2.0%的镝(Dy),占原子数2%的Mo(B),以及 余额为铁(Fe)。
类似地,用铸锭和压碎法制备一种包括R2Fe17化合物的,用于 调整组成的合金粉末。由此获得到包括R2Fe17化合物的用于调整组 成的合金粉末包含占原子数9%的钕(Nd),占原子数0.2%的镨 (Pr),占原子数1.0%的镝(Dy),以及余额为铁(Fe)。
按照与例1中使用的相同程序,通过在主要合金粉末原料中掺杂 和混合预定量的用于调整组成的合金粉末,制成的烧结型永磁体如表 2中所示。除了按照本发明的两种类型(抽样号3B和3C)。的合 金粉末原料之外,还有一种按普通方法制备的合金粉末在此被用作比 较抽样(抽样号3A),在其中没有添加用于调整组成的合金粉末。 表2中总结了由此获得的烧结型永磁体的磁特性
表2
粉末的混合比例 磁特性 抽样号 主要 调整 组成 Br iHc (BH)max
(%) (%) (at.%) (KOe) (KOe) (MGOe) 3A 100 0 18.0Nd-0.8Pr-2.0Dy 9.2 >25 20
-2.0Mo-10B-余额Fe 3B 80 20 16.2Nd-0.7Pr-1.8Dy 9.9 >25 23.5
-1.6Mo-8B-余额Fe 3C 60 40 14.4Nd-0.5Pr-1.6Dy 11.0 >25 28
-1.2Mo-6B-余额Fe
表2中清楚地表明了用本发明的粉末原料制成的磁体与用普通方 法获得的磁体相比,在磁特性Br和(BH)max方面优于现有技术。
例4
采用与例1中相同的方法,用直接还原扩散法制备大约1000g 主相合金粉末,其不同点只是所用的混合物由下列成分构成,即在 400g的Nd2O3 14.3g的Dy2O3,68g的一种含硼量占重量19.1% 的Fe-B合金粉末,以及590g Fe粉末中添加236g金属钙和 43.7g的CaCl2。所得的合金粉末由平均直径20μm的颗粒组 成,并且包含占原子数15.0%的钕(Nd),占原子数0.5%的镨(Pr), 占原子数0.5%的镝(Dy),占原子数8.0%的硼(B),以及余额为 铁(Fe)。其中的含氧量为2000ppm。
此外,按照与例1中相同的程序用铸造和压碎法制备450g用于 调整组成的合金粉末,它由平均直径为10μm的颗粒组成,其成分 包括133g金属钕(Nd),6.5g金属镝(Dy),18.3g硼铁合金,以 及349g电解铁。
由此获得的合金粉末包含占原子数11%的钕(Nd),占原子数 0.3%的镨(Pr),占原子数0.5%的镝(Dy),占原子数4.0%的硼 (B),以及余额为铁(Fe)。通过EPMA和XDR证实,这种合金粉末 主要由Nd2Fe17以及Nd2Fe14B化合物构成。测出的含氧量为 600ppm。
通过在主要合金粉末原料中掺杂和混合预定数量的用于调整组成 的合金粉末,按照与例1中相同的程序制成如表3中所示的烧结型永 磁体。除了用按照本发明的合金粉末原料获得的三种类型(抽样号4 B,4C,及4D)之外,还有一种按照普通方法制备的合金粉末被 用做一个比较抽样(抽样号4A),在其中没有添加用于调整组成的 合金粉末。在表3中总结了由此获得的烧结型永磁体的磁特性。
表3
粉末的混合比例 磁特性 抽样号 主要 调整 组成 Br iHc (BH)max
(%) (%) (at.%) (KOe) (KOe) (MGOe) 4A 100 0 15.0Nd-0.5Pr- 12.0 13.6 35.0
0.5Dy-8.0B-余额Fe 4B 85 15 14.4Nd-0.5Pr- 12.6 13.2 38.5
0.5Dy-7.4B-余额Fe 4C 70 30 13.8Nd-0.4Pr- 13.0 13.2 41.0
0.5Dy-6.8B-余额Fe 4D 50 50 13.0Nd-0.4Pr- 13.5 13.0 44.0
0.5Dy-6.0B-余额Fe
从表3中总结的磁体组成来看,相的成分比例,即R2Fe14B∶ 富B相∶富R相可以计算如下。
抽样号4A(普通) 85.1∶4.4∶10.5,
抽样号4B(本发明) 87.3∶3.3∶8.9,
抽样号4C(本发明) 90.5∶2.1∶7.4,以及
抽样号4D(本发明) 94.1∶0.6∶5.3。
从表3中可见,用按照本发明的粉末原料获得的磁体与用普通方 法获得的磁体相比,显示出优越的Br和(BH)max值。此外还可以 看出,使用按照本发明的粉末原料容易获得具有所需磁特性的磁体, 这是因为可以随意地控制烧结型磁体成品中各种金相的含量比例。
例5
按照与例1中采用的相同方法用铸锭和压碎法制备一种主相合金 粉末,使用128g金属钕(Nd),28.6g金属镝(Dy),22.8g金属钴 (Co),30.4g Fe-B合金,以及294.6g电解铁。由此获得到合金粉 末包含占原子数11%的钕(Nd),占原子数0.3%的镨(Pr),占原 子数2.2%的镝(Dy),占原子数5.0的钴(Co),占原子数7.0% 的硼(B),以及占原子数74.5%铁(Fe)。
按照与例1中相同的方法,用直接还原扩散法制备一种由平均直 径20μm的颗粒组成的,用于调整组成的合金粉末,使用320g的 Nd2O3,63.6g的Dy2O3,45.7g的钴粉末,16.2g的一种Fe-B合金粉末,620g铁粉末以及在其中添加了适当数量金属钙或CaCl2。
由此获得的合金粉末包含占原子数12.5%的钕(Nd),占原子 数0.3%的镨(Pr),占原子数2.2%的镝(Dy),占原子数2.0%的 硼(B),以及占原子数78%的铁(Fe)。粉末的含氧量为2000ppm。
按照与例1中所用的相同程序获得表4中所示的烧结型永磁体的, 该程序是在主要合金粉末原料中掺杂和混合预定量的用于调整组成的 合金粉末。除了用本发明的合金粉末原料获得的三种类型(抽样号5 B,5C及5D)之外,这有一种用普通方法制备的合金粉末在表中 被用做比较例(抽样号5A),其中没有添加用于调整组成的合金粉 末。在表4中总结了由此获得的烧结型永磁体的磁特性。
表4
粉末的混合比例 磁特性 抽样号 主要 调整 组成 Br iHc (BH)max
(%) (%) (at.%) (KOe) (1KOe) (MGOe) 5A 100 0 11.0Nd-0.3Pr-2.2Dy 12.2 21.5 34.0
-5.0Co-7.0B-余额Fe 5B 95 5 11.1Nd-0.3Pr-2.2Dy 12.2 22.0 35.2
-5.0Co-6.7B-余额Fe 5C 90 10 11.2Nd-0.3Pr-2.2Dy 12.3 22.5 36.3
-5.0Co-6.5B-余额Fe 5D 80 20 11.3Nd-0.3Pr-2.2Dy 12.5 22.8 37.5
-5.0Co-6.0B-余额Fe
根据表4中总结的磁体组成,可以如下计算出相的成分比例,即 R2Fe14B∶富B相∶富R相。
抽样号5A(普通) 92.9∶2.3∶4.8,
抽样号5B(本发明) 93.1∶1.9∶5.0,
抽样号5C(本发明) 93.4∶1.4∶5.2,以及
抽样号5D(本发明) 94.0∶0.5∶5.5。
从表4的结果中可见,用本发明的粉末原料制成的磁体与用普通 方法获得的磁体相比,呈现出优越的Br,iHc以及(BH)max值。此 外,还可以看出,使用按照本发明的粉末原料容易获得具有所需磁特 性的磁体,这是因为可以随意地控制烧结型磁体成品中金相的成分比 例。
尽管已对本发明作出了详细的描述并且提供了若干个特殊实施例, 熟悉本技术领域的人显然仍能在不脱离本发明的精神和范围的条件下 做出各种修收和变更。
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