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稀土钴永磁体

阅读:233发布:2020-05-12

专利汇可以提供稀土钴永磁体专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种稀土钴 永磁体 ,含有23~27wt%的R、3.5~5wt%的Cu、19~25wt%的Fe、1.5~3wt%的Zr、其余为Co及不可避免的杂质,其中,元素R是至少含有Sm的稀土元素。所述稀土钴永磁体 密度 为8.15~8.39g/cm3,所述稀土钴永磁体金属组织包括含有Sm2Co17相的胞相(11),以及围绕所述胞相、并含有SmCo5相的胞壁(12)。所述稀土钴永磁体平均晶粒直径为40~100μm,所述胞壁中,Cu的含量的半值宽度为10nm以下。,下面是稀土钴永磁体专利的具体信息内容。

1.一种稀土钴永磁体,含有23~27wt%的R、3.5~5wt%的Cu、19~25wt%的Fe、
1.5~3wt%的Zr、其余为Co及不可避免的杂质,其中,元素R是至少含有Sm的稀土元素,其特征在于,
3
所述稀土钴永磁体密度为8.15~8.39g/cm,
所述稀土钴永磁体金属组织包括含有Sm2Co17相的胞相,以及围绕所述胞相、并含有SmCo5相的胞壁,
所述稀土钴永磁体平均晶粒直径为40~100μm,
所述胞壁中,Cu的含量的半值宽度为10nm以下。
2.根据权利要求1所述的稀土钴永磁体,其特征在于,
所述胞壁中,Cu的含量的最大值为15at%以上。
3.根据权利要求1所述的稀土钴永磁体,其特征在于,
所述不可避免的杂质中,C被限制为200~1000ppm。
4.根据权利要求1所述的稀土钴永磁体,其特征在于,
所述不可避免的杂质中,O被限制为1000~5000ppm。

说明书全文

稀土钴永磁体

技术领域

[0001] 本发明涉及稀土钴永磁体。

背景技术

[0002] 作为稀土钴永磁体,可举出含有14.5wt%的Fe的钐钴磁体。而且,为了提高能量乘积而制备含Fe量高的钐钴磁体。
[0003] 例如,在日本特开2002-083727号公报中公开了,所获得的钐钴磁体使用了由20~30wt%的RE(RE指Sm或含有50wt%以上的Sm的两种以上稀土元素)、10~45wt%的Fe、1~10wt%的Cu、0.5~5wt%的Zr、其余为Co及不可避免的杂质组成的合金。具体地,使用薄带连铸铸造该合金并得到薄片。所述薄带连铸是一种将熔化的合金垂直浇在辊上并获得厚度为1mm左右的薄片的方法。之后,将获得的薄片放在非化性气氛中进行热处理,接着对其粉碎成粉体。然后,将该粉体在磁场中压缩成型,并依次进行烧结、固溶处理、时效处理。

发明内容

[0004] 所述薄带连铸需要一套复杂的装置,如水冷铜辊。因此,需要一种使用金属型铸造制备所述稀土钴永磁体的方法,使得与薄带连铸相比,使用更为简易的装置进行铸造。但是,在某些情况下,使用这种金属型铸造来制备永磁体无法获得良好的磁特性。
[0005] 鉴于上述问题完成了本发明,本发明目的是提供一种能够使用简易的装置制备具有良好磁特性的稀土钴永磁体。
[0006] 解决技术问题的手段
[0007] 本发明所涉及的稀土钴永磁体,含有23~27wt%的R、3.5~5wt%的Cu、19~25wt%的Fe、1.5~3wt%的Zr、其余为Co及不可避免的杂质,其中,元素R是至少含有Sm
3
的稀土元素,其中,所述稀土钴永磁体密度为8.15~8.39g/cm,所述稀土钴永磁体金属组织包括含有Sm2Co17相的胞相,以及围绕所述胞相、并含有SmCo5相的胞壁,所述稀土钴永磁体平均晶粒直径为40~100μm,所述胞壁中,Cu的含量的半值宽度为10nm以下。
[0008] 发明效果
[0009] 根据本发明,提供一种能够通过使用简易设备来制备、同时具有良好磁特性的稀土钴永磁体。
[0010] 通过以下给出的详细描述对本发明的上述及其他目的、特征、优点进行说明,附图仅为举例而给出,并不能限制本发明。

附图说明

[0011] 图1是第1实施方式中稀土钴永磁体的制备方法流程图
[0012] 图2是实施例1的微观组织的剖面照片;
[0013] 图3表示实施例1中的相对于距离的各成分;
[0014] 图4是比较例1的微观组织的剖面照片;
[0015] 图5表示比较例1中的相对于距离的各成分。

具体实施方式

[0016] 本发明人发现固溶处理中微观组织的成分均匀是非常重要的,因此将注意集中在原料制备上。特别地,稀土钴永磁体所含的元素中,纯Zr的熔点高达1852℃,远高于与该永磁体同一成分的合金的熔点1400℃,因此存在元素Zr在微观组织中分布不均匀的担忧。本发明人对于原理、制备方法等深入研究,最终完成了本发明。
[0017] 第1实施方式
[0018] 以下对第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体进行说明。
[0019] 第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体,含有23~27wt%的R、3.5~5wt%的Cu、19~25wt%的Fe、1.5~3wt%的Zr、其余为Co及不可避免的杂质。第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体的熔点为1400℃左右。其中,元素R是稀土元素,在稀土元素中至少含有Sm。作为稀土元素可举出:Pr、Nd、Ce及La。此外,第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体含有以稀土钴为主体的金属间化合物。该金属间化合物可以是如SmCo5、Sm2Co17等。
[0020] 此外,第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体具有含有晶粒的金属组织。该晶粒包括:含有Sm2Co17的胞相;围绕所述胞相、并含有SmCo5的胞壁;以及含有Zr的板状相。而且,在第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体中,亚微米级的组织形成于晶粒中,并且,在胞相和胞壁之间产生合金成分的浓度差,尤其是Cu集中在胞壁上。第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体与以往的钐钴磁体相比,含有更多的Fe。因此,第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体,作为其磁特性,具有高矫顽力和高矩形比。此外,由于Cu集中在胞壁,稀土钴永磁体的矩形比将增大。
[0021] 第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体可被广泛地应用于时钟、电动机、测量仪器、通讯设备、计算机终端、扬声器、光盘、传感器或其他设备的部件。此外,由于第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体的磁力在高环境温度下难以退化,适合应用于车辆发动机室中的度传感器、点火线圈、HEV(混合动力电动汽车)的驱动电机等。
[0022] 制备方法
[0023] 参照图1,以下对第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体的制备方法进行说明。
[0024] 首先,准备稀土元素、纯Fe、纯Cu、纯Co、及含Zr的母合金作为原料,并将这些原料按上述特定的成分比例混合(原料混合步骤S1)。母合金通常是指两种不同金属元素组成的二元合金,用作溶解材料。而且,含有Zr的母合金具有熔点比纯Zr的熔点1852℃低的成分。含Zr的母合金的熔点为使第1实施方式所涉及的稀土钴永磁体熔化的温度以下,即,优选1600℃以下,进一步优选1000℃以下。
[0025] 作为含Zr的母合金,可举出FeZr合金和CuZr合金。优选FeZr合金和CuZr合金是因为其具有低熔点、且Zr均匀地分散在后述铸锭组织中。因此,优选具有共晶成分或与其相近成分的FeZr合金和CuZr合金,因为熔点被限制为1000℃以下。具体地,例如FeZr合金是20%Fe-80%Zr合金。该20%Fe-80%Zr合金含有75-85wt%的Zr、其余为Fe及不可避免的杂质。例如,CuZr合金是50%Cu-50%Zr合金。该50%Cu-50%Zr合金含有45%-55%的Zr、其余为Cu及不可避免的杂质。
[0026] 然后,将混合的原料装入氧化坩埚内,在1×10-2Torr以下的真空气氛或惰性气体气氛下,利用高频炉熔化,通过金属型铸造得到铸锭(铸锭铸造步骤S2)。这种铸造方法,例如被称为叠箱铸模。此外,可以将得到的铸锭在固溶温度下进行1~20小时左右的热处理。通过该热处理,可使铸锭组织更加均匀。
[0027] 然后,将得到的铸锭粉碎,获得具有特定平均粒径的粉末(粉末生成步骤S3)。通常,将获得的铸锭粗粉碎,进一步将粗粉碎的铸锭在惰性气体气氛下利用喷磨机等进行细粉碎使粉末化。粉末的平均粒径(d50)为1~10μm。此外,平均粒径(d50)是通过激光衍射·散射法求出的以粒度分布中累计值为50%的粒径。
[0028] 然后,将得到的粉末放在特定的磁场中,并以垂直于磁场方向向粉末加压压制成型,得到成型体(压制成型步骤S4)。该压制成型条件是:磁场为15kOe以上、压制成型的2
压力为0.5~2.0ton/cm。
[0029] 然后,在1×10-2Torr以下的真空气氛或惰性气体气氛下,将成型体以烧结温度加热并烧结(烧结步骤S5)。该烧结温度例如为1150~1250℃。
[0030] 然后,继续在相同的气氛条件下,以比烧结成型体的温度低20℃~70℃的固溶温度进行固溶处理(固溶处理步骤S6)。固溶时间为2~10小时。另外,需要注意的是固溶时间可根据得到的成型体的组织、及目标磁特性适当变化。如果固溶时间过短,成分不能充分地均匀化。如果固溶时间过长,成型体中含有的Sm就会挥发,因此,成型体的内部和表面的成分组成产生差异,就会引起作为永磁体的磁特性的退化。
[0031] 需要注意的是,优选烧结步骤S5和固溶处理步骤S6连续进行,可提高量产性。当烧结步骤S5和固溶处理步骤S6连续进行时,以较低的降温速度如0.2~5℃/min从烧结温度降到固溶温度。优选低降温速度是因为Zr能够在成型体的金属组织内更加完全分散、均匀分布。
[0032] 然后,将固溶处理后的烧结体以300℃/min以上的冷却速度急冷(急冷步骤S7)。并且,将烧结体继续在相同的气氛条件下,以700~870℃的温度保持加热1小时以上,接着,继续以0.2~1℃/min的冷却速度冷却到优选至少600℃、进一步优选400℃以下(时效处理S8)。
[0033] 经过以上步骤,可得到第1实施方式所涉及的永磁体。
[0034] 实验1
[0035] 以下,通过表1及附图2~5对第1实施方式所涉及的永磁体的实施例1~3、与比较例1和2所进行的实验进行说明。
[0036] 实施例1~3以与上述制备方法相同的方法制备的。具体地,在原料混合步骤S1中,目标成分为25.0wt%的Sm、4.4wt%的Cu、20.0wt%的Fe、2.4wt%Zr、以及其余的为Co。作为含有Zr的母合金,使用20%Fe-80%Zr合金。而且,在粉末生成步骤S3中,利用喷磨机在惰性气氛中将铸锭细粉碎,生成平均粒径(d50)为6μm的粉末。在压制成型步骤2
S4中,在磁场为15kOe、压制成型的压力为1.0ton/cm的条件下压制成型。在烧结步骤S5中,以烧结温度1200℃进行烧结。在固溶处理步骤S6中,以降温速度1℃/min降温至固溶温度1170℃,并进行4小时的固溶处理。在急冷步骤S7中,以300℃/min的冷却速度急冷。
在时效处理步骤S8中,将烧结体在惰性气氛中以850℃的温度连续加热10小时进行等温时效处理,随后,以0.5℃/min的冷却速度连续时效处理至350℃,从而得到永磁体材料。通过该方法得到的磁体的特性作为实施例1示于表1。
[0037] 对于实施例2,在铸锭铸造步骤S2之后,进行铸锭在1170℃下连续加热15小时的热处理,除此之外,用与实施例1相同的制备方法制备永磁体。
[0038] 对于实施例3,除了原料混合步骤S1外,用与上述第1实施例所涉及的永磁体的制备方法相同的制备方法进行制备。实施例3的制备方法中,原料混合步骤S1中,使用50%Cu-50%Zr合金代替20%Fe-80%Zr合金。
[0039] 另外,对于比较例1,除了原料混合步骤S1外,用与上述第1实施例所涉及的永磁体的制备方法相同的制备方法进行制备。比较例1的制备方法中,在相当于原料混合步骤S1的步骤中,使用一种被叫做海绵锆的Zr金属代替20%Fe-80%Zr合金。
[0040] 另外,对于比较例2,除了铸锭铸造步骤S2外,用与上述第1实施例所涉及的永磁体的制备方法相同的制备方法进行制备。比较例2的制备方法中,在相当于铸锭铸造步骤S2中,使用薄带连铸方法。
[0041] 对实施例1~3、比较例1和比较例2的磁特性进行了测定。测定的磁特性有:剩3
磁Br[T]、矫顽力Hcj[kA/m]、最大能量乘积(BH)max[kJ/m]、矩形比Hk/Hcj[%]。其中,矩形比Hk/Hcj表示退磁曲线的矩形比,较大的值代表较好的磁特性。Hk是当B为剩磁Br的
90%时与退磁曲线相交时的Hc的值。此外,对密度和平均粒径进行了测定。测定结果示于表1。此外,利用TEM(透射电子显微镜)观察了实施例1和比较例1的截面组织的结晶的a面。此外,利用TEM-EDX(透射电子显微镜能量色散X射线光谱仪)测定了该截面组织中的各元素的成分。
[0042] [表1]
[0043]
[0044] 如表1所示,实施例1中,与比较例1相比:剩磁Br是相同的水平;矫顽力Hcj为3
1200kA/m以上;最大能量乘积(BH)max为200kJ/m以上;矩形比Hk/Hcj为50%以上。这些都是较好的数值。这被认为是由于在实施例1中使用FeZr合金作为原料,并在铸锭铸造步骤S2中完全溶解,因此Zr在金属组织中均匀分散。另一方面,认为在比较例1中使用一种被叫做海绵锆的Zr金属,在铸锭铸造步骤S2中,与实施例1相比不能完全溶解,因此锆不均匀地分布在该金属组织中。此外,可以确定利用与实施例1~3相同的制备方法得到
3
的永磁体的密度至少为8.15~8.39g/m。
[0045] 实施例2中,与实施例1相比,最大能量乘积(BH)max更高。这被认为是由于实施例2中的铸锭在铸锭铸造步骤S2后进行了热处理,因此金属组织更加均匀。
[0046] 实施例3中,使用CuZr合金代替FeZr合金作为原料,测定出了与实施例1相同的良好的磁特性。这被认为是即便使用CuZr合金作为原料,在铸锭铸造步骤S2中充分溶解,Zr均匀地分散在金属组织中。
[0047] 另一方面,比较例2中,与实施例1相比:密度和矫顽力Hcj高;但剩磁Br、最大能量乘积(BH)max、矩形比Hk/Hcj低。此外,尽管密度高,但由于剩磁Br低,晶轴的取向度低。一部分原因是,与实施例1~3和比较例1相比,平均粒径较小。优选平均粒径在40~100μm范围内,因为永磁体能得到良好的剩磁Br、最大能量乘积(BH)max、矩形比Hk/Hcj。
[0048] 如图2所示,实施例1的截面组织中,发现在晶粒内含有胞相11、胞壁12及含有Zr的板状相13。胞相11含有Sm2Co17相,胞壁12含有SmCo5相、并围绕着胞相11。含有Zr的板状相13是含有Zr的板状的相,在晶粒内以特定的方向配置。如图4所示,即使在比较例1的截面组织中也发明了与实施例1的截面组织相同的,具有胞相21、胞壁22及含有Zr的板状相23。
[0049] 如图2及图4所示,在实施例1及比较例1中,从A向B切断胞壁12,以2nm间隔分析各元素成分。如图3所示,实施例1中,Cu成分在胞壁12处达到峰值。最大值为18.0at%,峰的半宽值为8nm。而且,如图5所示,在比较例1中,Cu成分在胞壁22处达到峰值。最大值为14.5at%,低于实施例1中的值;峰的半宽值为11nm,高于实施例1中的值。实施例1中,与比较例1相比,Cu成分的峰值更高更陡,因此最大能量乘积(BH)max、矩形比Hk/Hcj高。因此,实施例1中的具有良好的磁特性,优选作为永磁体。此外,胞壁处Cu成分的最大值优选15at%以上,以得到良好磁特性。此外,Cu成分的峰的半宽值优选10nm以下,以使永磁体得到良好的磁特性。
[0050] 实验2
[0051] 接着,用以下的表2对第1实施例所涉及的永磁体的实施例4~15、及比较例3~10所进行的实验进行说明。
[0052] [表2]
[0053]
[0054] 实施例4~15中,以表2所示的成分作为目标组分准备原料,用与实施例1相同的制备方法进行制备。并测定了实施例4~15、比较例3~10的磁特性。此外,与实施例1和比较例1相同地测定了实施例4~实施例15的胞壁的各元素成分。
[0055] 如表2所示,实施例4和5中,矫顽力Hcj为1200kA/m以上、能量乘积(BH)max为200kJ/m3以上、矩形比Hk/Hcj为50%以上,这些都是较好的数值。另一方面,比较例3中,与实施例4及5相比,Sm的含量较小为22.5wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj也较小。比较例4中,与实施例4和5相比,Sm的含量较大为27.5wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj较小。因此,认为如果Sm的含量为23~27wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj则为较好的数值。
[0056] 此外,实施例6~9中,与实施例4和5相同,矫顽力Hcj为1200kA/m以上、能量乘积(BH)max为200kJ/m3以上、矩形比Hk/Hcj为50%以上,这些都是较好的数值。另一方面,比较例5中,与实施例6~9相比,Fe的含量较小为18.5wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj也较小。比较例6中,与实施例6~9相比,Fe的含量较大为25.5wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj较小。因此,认为如果Fe的含量为19~25wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj则为较好的数值。
[0057] 此外,实施例10~12中,与实施例4~9相同,矫顽力Hcj为1200kA/m以上、能量乘积(BH)max为200kJ/m3以上、矩形比Hk/Hcj为50%以上,这些都是较好的数值。另一方面,比较例7中,与实施例10~12相比,Cu的含量较小为3.3wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj也较小。比较例8中,与实施例10~12相比,Cu的含量较大为5.2wt%,能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj较小。因此,认为如果Cu的含量为3.5~5.0wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj则为较好的数值。
[0058] 此外,实施例13~15中,与实施例4~12相同,矫顽力Hcj为1200kA/m以上、能3
量乘积(BH)max为200kJ/m以上、矩形比Hk/Hcj为50%以上,这些都是较好的数值。另一方面,比较例9中,与实施例13~15相比,Zr的含量较小为1.3wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj也较小。比较例10中,与实施例13~15相比,Zr的含量较大为3.2wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj较小。因此,认为如果Cu的含量为1.5~3.0wt%,矫顽力Hcj、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj则为较好的数值。
[0059] 此外,与实施例1和比较例1相同,测定了实施例4~15的胞壁处各元素成分。其结果是,在胞壁处,Cu成分的最大值为15at%以上。
[0060] 实验3
[0061] 接着,用以下的表3对第1实施例所涉及的永磁体的实施例16~19、及比较例11及12所进行的实验进行说明。
[0062] [表3]
[0063]
[0064] 实施例16~19中,将24.5~25.5wt%的Sm、4.3wt%的Cu、20.0wt%的Fe、2.4wt%的Zr、其余为Co组成的合金作为目标成分,如表3所示,使不可避免的杂质如C(元素)、O(氧元素)、Al的含量变化,除此之外,用与实施例1相同的制备方法制备。在压制成型步骤S4中,C(碳元素)的含量通过硬脂酸润滑剂的量或添加方法的变化进行调节。在粉末生成步骤S3中,O(氧元素)的含量通过细粉碎时的粉碎粒径的变化进行调节。
在原料混合步骤S1中,Al的含量通过纯Al的添加进行调节。另外,与实施例1和比较例1相同,测定了实施例16~19的胞壁处各元素成分。
[0065] 如表3所示,实施例16和17中,与实施例1~15相同,矫顽力Hcj为1200kA/m以上、能量乘积(BH)max为200kJ/m3以上、矩形比Hk/Hcj为50%以上,这些都是较好的数值。另一方面,比较例11中,与实施例16和17相比,C的含量较大为1100ppm、能量乘积(BH)max较小。因此,如果限制作为不可避免的杂质的C的含量在200~1000ppm内,则可获得良好的磁特性。
[0066] 实施例18和19中,与实施例1~15相同,矫顽力Hcj为1200kA/m以上、能量乘积(BH)max为200kJ/m3以上、矩形比Hk/Hcj为50%以上,这些都是较好的数值。另一方面,比较例12中,与实施例18和19相比,O的含量较大为5250ppm、能量乘积(BH)max及矩形比Hk/Hcj较小。因此,如果限制作为不可避免的杂质的O的含量在1000~5000ppm、优选1000~3500ppm内,则可获得良好的磁特性。
[0067] 此外,与实施例1和比较例1相同,测定了实施例16~19的胞壁的各元素成分。其结果是,在胞壁处Cu成分的最大值为15at%以上。
[0068] 以上,利用上述第1实施例及实施例对本发明进行说明,不受上述第1实施例及实施例的限制,在本申请权利要求的权项的发明范围内的任何变形修改、组合对本领域技术人员都是显而易见的,不脱离本发明的保护范围。
[0069] 通过所描述的发明,很明显本发明的实施例可以在多个方面改变。这样的实施例不被认为脱离了本发明的精神和范围,并且这些实施例将对本领域技术人员是显而易见的,旨在包含于下面的权利要求的范围之内。
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