[發明專利]不含稀土的能夠轉變的氮化物磁體及其制造方法

在審

• 申請號: 201280069689.2
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN104271496A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 戴維·馬太哈斯恩
• 申請（專利權）人: 卡斯西部儲備大學
• 主分類號: C01B21/06
• 分類號: C01B21/06;C22C29/16;B22F1/00
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 武晨燕;胡春光

本申請要求于2011年12月15日遞交的美國臨時申請61/570955的權益，為了所有目的，通過引用將其全部并入在此，如同在本文中完全闡述一樣。

技術領域

本發明總體上涉及一種適用于永磁體應用諸如風力渦輪發電機、電動汽車馬達等的鐵氮化物磁粉末的組合物以及生產該粉末的方法。

背景技術

稀土磁體是由稀土元素的合金制成的強永磁體。稀土磁體具有優于鐵氧體磁體或鋁鎳鈷磁體的顯著性能。有兩種類型的稀土磁體：釹磁體和釤鈷磁體。到2020年，稀土永磁體的世界市場總量預計為$172億，中國有望控制這個市場的74％(以噸計)。這個市場的稀土磁體份額有望繼續增長并且預計將約占這一總量的30％。因此，強永磁體的市場和需求是巨大的，而其供應是有限的。

Fe₁₆N₂已被認為是稀土金屬磁體的潛在替代品。圖1a示出α”-Fe16N2及其它類永磁體材料的性能(由剩磁表示，Br)隨密度的變化。具有高性能和低密度的材料是所期望的，因為這些是實現可擴展性(scalability)和成本的系統級目標的關鍵因素。α”-Fe16N2優于其它永磁體材料的所預計的成本優勢示于圖1b中。

本領域當前狀態的限制是，僅通過在氮過飽和的環境中濺射或蒸發來實現100％轉變成表現出突出的磁特性的單相α”-Fe₁₆N₂。然而，當使用傳統擴散技術來處理大量粉末或薄膜時，平衡熱力學將可利用的氮限制為<10.3at％N。因而，在已報道的文獻中，即使使用納米尺度的起始粉末，也從未實現這些粉末的完全轉變。

發明內容

根據本發明的一些方面，提供一種用于生產適合用作永磁材料的有序馬氏體鐵氮化物粉末的方法。該方法包括：制造具有所期望的組合物和均勻度的鐵合金粉末，通過在流化床反應器中使所述鐵合金粉末與氮源接觸來對所述鐵合金粉末進行氮化處理以生產鐵氮化物粉末，將所述鐵氮化物粉末轉變成無序馬氏體相，將所述無序馬氏體相退火成有序馬氏體相，以及從所述鐵氮化物粉末中分離出所述有序馬氏體相以產生有序馬氏體鐵氮化物粉末。

在本發明的另一個方面中，提供一種含有由奧氏體相轉變而成有序馬氏體鐵氮化物的永磁體組合物，其中，所述永磁體組合物不包括任何顯著量的稀土元素。

在本發明的又一個方面中，提供一種含有有序馬氏體鐵氮化物粉末的磁體。

附圖說明

圖1a是挑選的硬永磁材料的剩磁感應對密度的圖，所述挑選的硬永磁材料包括根據本發明各方面的α”Fe16N2。

圖1b是根據本發明各方面的硬永磁材料的剩磁感應對估計的材料成本的圖。

因而，為了可以更好地理解本文中本發明的詳細描述，并且為了可以更好地理解本發明對現有技術的貢獻，已經相當廣泛地概述了本發明的某些實施方式。當然，還有將在下面進行描述的本發明另外的實施方式，并且這些將形成所附權利要求書的主題。

在這方面，在詳細解釋本發明的至少一個實施方式之前，應當理解，本發明沒有將其應用限制于在下面描述中闡述的或在附圖中示出的構造的細節和組件的設置。除了所描述的那些方面，本發明能夠以多種方式實踐和實施。另外，將理解的是，本文中采用的措辭和術語以及摘要是用于描述的目的而不應視為限制。

同樣地，本領域技術人員將理解，本發明所基于的概念可以容易地被用作設計用于實施本發明若干目的的其它結構、方法和系統的基礎。因此，重要的是，權利要求書應視為包括這些等同構造，只要它們不背離本發明的精神和范圍。

具體實施方式

本發明涉及一種取消了永磁體材料中稀土元素的方法和組合物。具體地，大量粉末被轉變成α”-Fe16N₂，一種有序馬氏體。這通過一種新穎的方法而實現，該方法使能夠：與在元素Fe中可能溶解的氮相比，在奧氏體鐵基合金中溶解更多的氮，通過高能球磨機將富氮的奧氏體轉變成馬氏體(α’)，以及最終通過回火將馬氏體轉變成有序α”-Fe16N2。在奧氏體鐵基合金中，溶解可以具有16:2的金屬:氮的比例。

微合金化被用來擴大Fe-N相圖中的單相奧氏體(γ-Fe)區域。這使得氮濃度必然能夠產生具有最佳化學計量組合物的中間體馬氏體。隨后的低溫老化熱處理將完成向α”-Fe16N2的轉變。