[發明專利]各向異性稀土燒結磁體及制備方法

無效

• 申請號: 201110331851.0
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102468027A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 大橋健
• 申請（專利權）人: 信越化學工業株式會社
• 主分類號: H01F1/057
• 分類號: H01F1/057;H01F7/02;B22F3/16;H02K15/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

技術領域

本發明涉及用于電動機等中的各向異性稀土燒結磁體，以及制備其的方法。

背景技術

自從1982年發現(JP-A?S59-46008)以來，包含四方Nd₂Fe₁₄B化合物作為主相的NbFeB磁體(簡稱為Nd磁體)已經用于許多應用中。現在，它們在電子/電氣、運輸和工業設備的制造中是有用的材料。盡管具有包括相對低的居里溫度(～310℃)和不良的耐腐蝕性在內的一些缺點，然而Nd磁體具有包括如下的優勢：室溫下高的飽和磁化強度、相對廉價的成分、相對高的機械強度。Nd磁體優于現有技術的2-17SmCo磁體并且具有日益增加的應用領域。其中，認為最有希望的是它們作為車載部件的應用，包括電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)的電動機以及發電機(JP-A?2000-245085)。

車載部件典型用于超過100℃的環境中。對于EV和HEV電動機，需要具有超過150℃且有時約200℃的溫度下的耐熱性。然而，由于相對低的居里溫度(～310℃)，Nd₂Fe₁₄B化合物在高溫下發生顯著的矯頑力下降(典型的Hc溫度系數為約-0.6％/℃)。在超過100℃的溫度范圍內難以使用低Hc的磁體。本文中使用的術語“矯頑力”是指M-H曲線的矯頑力Hcj，通常簡稱為Hc。

針對該問題最期望的解決方案是改善矯頑力的溫度系數。然而，實質性的改進是困難的，因為這種方案基于磁晶各向異性常數和居里點，它們是磁性Nd₂Fe₁₄B化合物的固有物理性質。其次最佳的改進是用重稀土元素Dy或Tb替代部分Nd以便改善各向異性場(有時稱為Ha)從而提高室溫下的矯頑力Hc。室溫下的高矯頑力確保即使當暴露于高溫而發生Hc的下降時，在該溫度下仍維持適于預期應用的Hc水平。不僅用Dy/Tb替代Nd位點，而且用Al、Cu、Ga、Zr等替代Fe位點對于Hc改善也是有效的。然而這種取代導致的Hc增強效果是有限的。實現與取代量成比例的Hc增強效果的元素限于重稀土元素Dy和Tb。

如上所述，重稀土元素Dy和Tb的取代對于Hc增強是非常有效的。然而，由于Nd和Dy/Tb在相反方向產生磁矩，因此飽和磁化強度(有時稱為Ms)的降低與取代量成比例。由于Ms降低的發生是以Hc增強為交換，因此最大能量乘積(有時稱為(BH)_max)的降低與Ms平方(即Ms²)成比例。也就是說，在犧牲Ms時獲得耐熱性。另外，Dy和Tb具有低的卡拉克(Clarke)值，這表明它們的資源量僅僅是Nd的一部分，并且比Nd更稀少。當然，Dy和Tb礦物的價格是Nd價格的幾倍至十倍。這些礦物的存在極端偏向于一個國家。從價格和資源兩方面來看，Dy和Tb的使用從今往后會成為Nd磁體制造的瓶頸。

希望增強Nd磁體的Hc而不取代或添加以Dy和Tb，使得Nd磁體可用于超過100℃的高溫環境。能實現該目標的開發工作是重要的。從組成和工藝兩方面進行了深入研究，包括：取代不同于上面所列出的Al、Cu和Ga的元素，燒結結構的晶粒細化等等，并且目前仍在繼續進行研究。迄今，在磁體組成中去除Dy/Tb仍不可行，但是已通過若干提議來嘗試節省Dy/Tb，其中一些正在接近實用水平(WO?2006/64848)。

對于Dy/Tb節省，已知若干不同的提議，但是它們的共同之處是在燒結磁體的制備和機加工之后，使Dy/Tb從表面沿晶界擴散和滲透到本體中。所得燒結磁體具有Dy或Tb僅以高濃度位于主相晶界處或附近的結構，并且Dy或Tb的濃度從表面朝向磁體內部逐漸降低。這樣的非平衡結構對于Hc增強是有效的，因為Nd磁體的矯頑力機制是成核生長方式從而Hc由近晶界結構形貌以及主相R₂Fe₁₄B組成控制(R是至少一種稀土元素主要包括Nd，下文簡稱為2-14-1)。盡管對于成核生長機制的任何定量討論仍然是不可能的，但事實上可通過用Dy或Tb僅對近晶界結構進行磁強化來增強Hc。另外，由于這些元素僅位于晶界附近，與整個合金的取代相比，飽和磁化強度Ms的降低非常小。晶界局域化過程減少了用于獲得相同Hc的Dy或Tb量，達到或低于現有技術中用于在熔融期間取代整個合金所用Dy或Tb量的一半。