[發(fā)明專利]利用DY或TB制造ND-FE-B燒結(jié)的磁體的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210009472.4
• 申請(qǐng)日: 2012-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN102592818A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: Y.王
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01F41/02
• 分類號(hào): H01F41/02;B22D11/06;B22F9/04
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰;楊楷

背景技術(shù)

發(fā)現(xiàn)了永磁體在各種設(shè)備中的應(yīng)用，包括混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)。燒結(jié)的Nd-Fe-B永磁體在低溫條件下有很好的磁性。在磁化后，永磁體處于熱力學(xué)非平衡態(tài)。任何外部條件的變化，尤其是溫度變化，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)變到另一更穩(wěn)定的狀態(tài)。這些轉(zhuǎn)變通常伴隨著磁性變化。由于Nd₂Fe₁₄B相的低居里溫度，剩磁和固有矯頑磁性隨著升高的溫度而快速地下降。

重要的是要提高這種材料的熱穩(wěn)定性并增加磁性，以進(jìn)一步獲得緊湊，重量輕，功能強(qiáng)的混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛的馬達(dá)。改善熱穩(wěn)定性和磁性有兩種常見的方法。一種是通過加入Co來提高居里溫度，Co在Nd₂Fe₁₄B相中完全可溶。然而，減小Co的Nd-Fe-B磁體的矯頑磁性可能是由于逆磁疇的成核點(diǎn)。第二種方法是添加重稀土（RE）元素。已知的是，Nd-Fe-B磁體中釹或鐵的鏑置換導(dǎo)致各向異性場(chǎng)和固有矯頑磁性的增加，以及飽和磁化強(qiáng)度的減小（C.S.?Herget,?Metal,?Poed.?Rep.?V.?42,?P.438?(1987);?W.?Rodewald,?J.?Less-Common?Met.,?V111,?P77?(1985);?D.?Plusa,?J.?J.?Wystocki,?Less-Common?Met.?V.?133,?P.231?(1987)）。實(shí)踐中常見的是在熔融和合金化之前添加重RE金屬（如鏑（Dy）或鋱（Tb））到混合的金屬中。

然而，Dy和Tb是非常稀有且昂貴的RE元素。重RE僅包含約2-7％Dy。Dy的價(jià)格最近已經(jīng)大幅上升（從2005年的DyO的約$50/kg到2010年的約$140/kg）。如果要求能夠提供比Dy更高的磁性，需要Tb，其比Dy貴得多（TbO為約$400/kg）。

用于混合動(dòng)力車輛的馬達(dá)的典型磁體包含約6-10wt％Dy，以滿足所需的磁性。利用Dy或Tb制造磁體的常規(guī)方法使Dy或Tb在磁體內(nèi)均勻分布。

假設(shè)永磁件塊的重量為每個(gè)電動(dòng)機(jī)約1-1.5kg，將要求的是每個(gè)馬達(dá)的典型地約55-60％，2-3kg的PM的加工的永磁體（PM）塊的產(chǎn)生，或每個(gè)車輛4-6kg（一些混合動(dòng)力車輛可使用一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和一個(gè)PM馬達(dá)）。而且，Dy（鏑）也廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)。在美國(guó)僅有的RE礦不具有任何大量Dy。因此，在永磁體中減小Dy或Tb（鋱）的使用將具有非常顯著的成本影響。

Nd-Fe-B永磁體能夠使用粉末冶金工藝生產(chǎn)，其涉及熔融和帶連鑄，氫爆碎（氫和去氫化物），磨碎（用氮），篩選，和混合所需化學(xué)成分的合金粉末。典型的粉末冶金工藝如下：稱重和壓制（真空裝袋），等靜壓，燒結(jié)和老化（例如，在真空中，約30小時(shí)，約1100°C）和加工成磁體塊。最后，磁體通過磷化處理，無電鍍Ni鍍，環(huán)氧涂布等進(jìn)行表面處理。

燒結(jié)的Nd-Fe-B基磁體的理想微觀結(jié)構(gòu)是Fe₁₄Nd₂B晶粒，其完美地由非鐵磁性的富Nd相（主要的Nd加上一些Fe₄Nd_1.1B₄和由雜質(zhì)穩(wěn)定的Fe-Nd相的共晶基體）隔離。Dy或Tb的添加導(dǎo)致基于Fe，Nd和Dy或Tb的十分不同的三元晶間相的形成。這些相位于晶粒邊界區(qū)域和Fe₁₄Nd₂B晶粒的表面。為了改善磁性的元素添加應(yīng)希望地滿足以下條件：1）金屬間相應(yīng)為非鐵磁性的以分開鐵磁晶粒；2）金屬間相應(yīng)具有比Fe₁₄Nd₂B相更低的熔點(diǎn)以通過液相燒結(jié)產(chǎn)生致密材料；3）元素應(yīng)具有在Nd₂Fe₁₄B中的低溶解度以保持良好的磁性。