[發明專利]稀土永磁體及其制備方法

有效

• 申請號: 201210228090.0
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102768898A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 永田浩昭;野村忠雄;美濃輪武久
• 申請（專利權）人: 信越化學工業株式會社
• 主分類號: H01F41/02
• 分類號: H01F41/02;H01F7/02;H01F1/053;B22F7/02;B22F3/24
• 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: 李躍龍

技術領域

本發明涉及一種具有增強的矯頑力和最小化的剩磁下降的R-Fe-B永磁體，以及一種通過如下方式制備該永磁體的方法：用金屬間化合物、合金或金屬粉末和稀土氧化物的混合物涂覆燒結磁體本體，并熱處理該涂覆的本體以進行擴散。

背景技術

憑借優異的磁性能，Nd-Fe-B永磁體的應用范圍不斷增加。最近環境問題的挑戰已經使這些磁體的應用范圍從家用電器擴展到工業設備、電動汽車和風力發電機。要求進一步改善Nd-Fe-B磁體的性能。

磁體性能的指標包括剩磁(或剩余磁通密度)和矯頑力。Nd-Fe-B燒結磁體的剩磁的增加可通過增加Nd₂Fe₁₄B化合物的體積分數和改善晶體取向而實現。為此，已經進行了大量的改進。為了增加矯頑力，已知有不同的方法，包括晶粒細化、使用具有更高Nd含量的合金組合物和添加增強矯頑力的元素例如Al和Ga。目前最常用的方法是使用以Dy或Tb取代部分Nd的合金組合物。

據認為Nd-Fe-B磁體矯頑力的產生機制是成核類型，其中晶界處的反向磁疇的成核決定了矯頑力。通常，在晶界或界面處產生晶體結構的無序。如果晶體結構的無序在Nd₂Fe₁₄B化合物(其是磁體主相)晶粒的界面附近在深度方向延伸若干納米，那么這就會引起磁晶各向異性的降低和促進反向磁疇的生成，從而降低矯頑力(見非專利文件1)。Nd₂Fe₁₄B化合物中Dy或Tb對部分Nd的取代提高了該化合物相的各向異性磁場，因此提高了矯頑力。然而，當按照常規方式添加Dy或Tb時，剩磁的損失是不可避免的，因為Dy或Tb取代不僅發生在主相的界面附近，而且甚至發生在主相的內部。必須使用一定量昂貴的Tb和Dy也產生了另外的問題。

此外，為了提高Nd-Fe-B磁體的矯頑力已經進行了大量嘗試。一種示范性的嘗試是雙合金法：通過混合兩種不同組成的合金粉末并燒結該混合物來制備Nd-Fe-B磁體。具體地，合金A的粉末由R₂Fe₁₄B主相組成，其中R主要為Nd和Pr。合金B的粉末包含各種附加元素，包括Dy、Tb、Ho、Er、Al、Ti、V和Mo，典型是Dy和Tb，將合金A和B混合在一起。在此之后精細粉碎、在磁場中成形、燒結和時效處理，由此制備出Nd-Fe-B磁體。這樣獲得的燒結磁體產生高矯頑力同時使剩磁下降減到最小，這是因為在R₂Fe₁₄B化合物主相晶粒中心不存在Dy和Tb，相反諸如Dy和Tb的附加元素位于晶界附近(見專利文件1和2)。然而，在這種方法中，Dy或Tb在燒結期間擴散進入主相晶粒的內部，使得位于晶界附近含有Dy和Tb的層的厚度等于或大于約1微米，這顯著大于反向磁疇成核發生的深度。這樣的結果仍然不能令人十分滿意。

近來，已經開發了若干種方法使特定元素從R-Fe-B燒結體的表面向內部擴散以便改善磁體性能。在一種示范性的方法中，使用蒸發或濺射技術在Nd-Fe-B磁體的表面上沉積稀土金屬(如Yb、Dy、Pr或Tb)或Al或Ta，隨后熱處理，如專利文件3-5和非專利文件2和3所述。另一種示范性方法涉及向燒結體的表面上施用稀土無機化合物如氟化物或氧化物的粉末并熱處理，如專利文件6所述。使用這些方法，布置在燒結體表面上的元素(例如Dy和Tb)在熱處理期間穿過燒結體結構的晶界且擴散進入燒結體內部。因此，Dy和Tb可在燒結體主相晶粒內的晶界處或晶界附近以極高的濃度富集。與上文描述的雙合金法相較，這些方法產生理想的形態。由于磁體性質反應了該形態，因此實現了剩磁下降的最小化以及矯頑力的提高。然而，利用蒸發或濺射的這些方法當大規模實施時具有與單元和步驟相關的許多問題，并且具有不良的生產率。

除了上述方法之外，專利文件6公開了一種方法，其包括用粉化的稀土無機化合物例如氟化物涂覆燒結體表面或氧化物并熱處理，且專利文件8公開了一種方法，其包括將Al、Cu或Zn粉末與氟化物混合，用混合物涂覆磁體并熱處理。這些方法的特征在于非常簡單的涂覆步驟和高的生產率。具體而言，由于通過使非金屬無機化合物粉末分散至水中，并將磁體浸入該分散液中并干燥而進行涂覆步驟，因此該步驟與濺射和蒸發相比是簡單的。即使當熱處理爐中裝入大量磁體工件時，在熱處理過程中磁體工件也不會熔合在一起。這就導致了高生產率。但是，由于Dy或Tb通過粉末和磁體部件之間的取代反應進行擴散，因此難以向磁體中引入大量的Dy或Tb。