具有微晶结构的薄片磁体的制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种薄片磁体的制造方法，作为铸造状态，呈现２．５ｋＯｅ或以上的内禀矫顽力ｉＨｃ和９ｋＧ或以上的剩余磁通密度Ｂｒ，其呈现的性能－价格比可与硬磁铁氧体比拟，呈现具有７０－５００μｍ厚度的微晶结构，所以可使磁路更小和更薄。通过采用其中添加了特定元素的合金熔体，在３０ｋＰａ或以下的减压惰性气体或不活泼气体气氛中，在旋转的冷却辊或多个冷却辊上对特定组成的合金熔体进行连铸，制成具有１０－５０ｎｍ微晶结构的微晶永磁体，可以获得厚度为７０－５００μｍ的微晶水磁体，ｉＨｃ提高到２．５ｋＯｅ或以上，与Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ三元磁体的制造条件相比，获得硬磁性能的理想辊圆周速度范围可以扩展。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄片磁体的制造方法，该磁体适合用于各种小型电机、致动器和磁性传感器等所用磁路。本专利技术采用如下方法获得磁体，在预定的减压惰性气体气氛中，在旋转的冷却辊或多个冷却辊上，连铸具有含6at％(原子百分比)以下的稀土元素和15-30at％的硼的特定组成的熔体，以使磁体具有结晶结构，其中在铸造状态，90％以上实际是由Fe3B化合物和α-Fe与具有Nd2Fe14B晶构的化合物相共存所构成的，并且呈现每种构成相具有10-50nm的平均晶粒直径的微晶结构。本专利技术涉及从合金熔体立即制造具有微晶结构的薄片磁体的方法，厚度是70-500μm，呈现iHc≥2.5kOe和Br≥9kG的磁性能。目前，期望家用电器、办公自动化设备和电气装置的性能更高、尺寸更小、重量更轻。在这方面，设计工作趋于使采用永磁体的整个磁路中的性能-重量比最大化。特别是，在构成目前大多数电机制造的电刷式DC电机的结构中，具有5-7kG左右的剩余磁通密度Br的永磁体被认为是理想的，但这通过传统的硬磁铁氧体磁体是不能获得的。Nd-Fe-B烧结磁体和Nd-Fe-B粘结磁体可以实现这种磁性能，其中主相例如是Nd2Fe14B。但是，由于它们含有10-15at％的Nd，需要大量的处理工序和大规模设备进行金属分离精炼和还原反应，所以其成本大大高于硬磁铁氧体磁体的成本，从性能-价格比来看，它们仅能在某些方面替代硬磁铁氧体磁体。目前，仍没有发现呈现5kG以上的Br的廉价永磁体材料。此外，为了实现更小和更薄的磁路，一直在寻找永磁体本身厚度在100-500μm数量级的薄片永磁体。但是，对于Nd-Fe-B烧结磁体由于极难获得厚度小于500μm的块状材料，这仅能通过对厚度为几mm的片状烧结体进行研磨来制造、或者通过采用线切割对块状材料进行切片的方法来制造，结果导致高成本和低生产率的问题。Nd-Fe-B粘结磁体的获得是通过使用树脂把直径为几十到500μm、厚度约为30μm的粉末粘结在一起，所以极难形成薄片厚度为100-300μm的粘结磁体。近年来，在Nd-Fe-B磁体领域，已经提出磁体材料，其中Fe3B化合物被制成具有Nd4Fe77B19(at％)邻接组成的主相(R.Coehoorn等人，J.de Phys，C8，1988，第669，670页)。该技术的细节公开于美国专利4935074。更早在US专利4402770中，Koon提出制造微晶永磁体的方法，其中对含有La作为必要元素的La-R-B-Fe非晶合金进行结晶热处理。更近些年来，Richter等已经报导通过把含3.8-3.9at％的Nd的Nd-Fe-B-V-Si合金熔体喷射在旋转铜辊上，制造非晶鳞片，在700℃温度对这些鳞片进行热处理，如此获得具有硬磁性能的薄片，正如欧洲专利申请558691B1公开的。通过对厚度为20-60μm的非晶鳞片进行结晶热处理，而获得的这些永磁体材料具有含结晶聚集结构的亚稳结构，Fe3B软磁相和R2Fe14B硬磁相混合其中。上述永磁体材料呈现10kG左右的Br和2-3kOe的iHc，其中昂贵的Nd含量为4at％左右的低浓度，所以混合其中的原材料比主相是R2Fe14B的Nd-Fe-B磁体较为廉价。但是，上述永磁体材料限于快速凝固条件，因为使原材料如此混合成为非晶合金成为必要条件，同时，对获得硬磁材料所需热处理的限制极为严格。因此从工业生产来看这是不实用的，于是不能提供对硬磁铁氧体的廉价产品替换。此外，通过对厚度为20-60μm的非晶鳞片进行结晶热处理，获得这种永磁体材料，所以不可能获得薄片磁体所需的厚70-500μm的永磁体。同时，在美国专利508266中公开了由呈现硬磁性的结晶物质形成的结构所组成的快速凝固Nd-Fe-B磁体材料，这是通过在圆周速度约为20m/s的旋转辊上快速凝固合金熔体来直接获得的。但是，在这些条件下获得的快速凝固合金鳞片具有约30μm的厚度，所以虽然它们可以被研磨成颗粒直径在10-500μm之间的粉末，从而用于上述的粘结磁体，但是它们不能用于薄片磁体。本专利技术的目的在于解决含6at％或以下的稀土元素并且呈现微晶的Nd-Fe-B磁体中的上述问题。本专利技术的另一个目的在于通过铸造获得如下磁体，其呈现的性能-价格比可与硬磁铁氧体比拟，并且呈现2.5kOe或以上的内禀矫顽力iHc和9kG或以上的剩余磁通密度Br。本专利技术的又一个目的在于提供一种，磁体厚度为70-500μm，所以可使磁路更小和更薄。本专利技术人在先公开了(在日本专利申请平8-355015/1996中)如何采用如下制造方法直接从合金熔体获得呈现硬磁性能(iHc≥2kOe和Br≥10kG)的微晶永磁体，在该制造方法中，含有6at％或以下的Nd和15at％-30at％的硼的低稀土含量Nd-Fe-B三元结构的合金熔体，在特定的减压惰性气体或不活泼气体气氛中，在辊圆周速度为2-10m/s的冷却旋转辊上进行连铸。但是，在这种Nd-Fe-B三元磁体的制造方法中存在如下问题，为了获得硬磁性，必须严格限制辊圆周速度范围。此外，在这些Nd-Fe-B三元磁体中，可获得的最大矫顽力在2-3kOe的数量级。结果，不仅热退磁很严重，而且还必须尽可能地提高磁体的工作点，由此产生限制磁体形状和使用环境的问题。据此，本专利技术人对制造低稀土含量的Nd-Fe-B微晶永磁体涉及的问题进行了多方面研究，该永磁体中软磁相和硬磁相以纳米尺寸的程度共存。此项研究的结果，本专利技术人发现通过采用已经添加了特定元素的合金熔体可以解决上述问题，这是在由本专利技术人早先提出的制造呈现10-50nm微晶结构的微晶永磁体的工艺中，通过在特定的减压惰性气体或不活泼气体气氛中，在冷却旋转辊上进行连铸，直接从合金熔体获得的。通过这种使用已经添加特定元素的合金熔体的方法，磁体的iHc可以提高到2.5kOe以上，获得硬磁性能的最佳辊圆周速度范围，与传统Nd-Fe-B三元磁体的制造条件相比得以扩展，同时，可以获得厚度为70-500μm的微晶永磁体。所以本专利技术是理想的。更具体地，在根据本专利技术的中，使用的合金熔体表示为Fe100-x-y-zRxAyMz或者(Fe1-mCom)100-x-y-zRxAyMz的组成通式(其中R是Pr、Nd、Tb和Dy中的一种或多种元素，A是C或B、或C和B，M是Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au和Pb中的一种或多种元素)，并且符号x、y、z和m分别满足以下条件，1≤x＜6at％，15＜y≤30at％，0.01≤z≤7at％，和0.001≤m≤0.5，以此限定组成范围。在本专利技术中，在30kPa或以下的减压惰性气体或不活泼气体气氛中，在以1-10m/s的辊圆周速度(在3×103～1×105℃/秒的平均冷却速度下)旋转的冷却辊或多个冷却辊上，对该合金熔体进行连铸。这样可以在铸造状态直接获得永磁体，其呈现iHc≥2.5kOe和Br≥9kG的磁性能，厚度为70-500μm，由具有50nm或以下的平均晶粒直径的微晶构成，其90％以上是Fe3B化合物和α-Fe与Nd2Fe14B晶构的化合物相共存的结晶结构。而且，本专利技术是这样一种制造方法，由其可以获得呈现iHc≥2.5kOe和Br≥9kG磁性能的薄片永磁体，其中在旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有微晶结构的薄片磁体的方法，其中，合金熔体表示为Ｆｅ↓［１００－ｘ－ｙ－ｚ］Ｒ↓［ｘ］Ａ↓［ｙ］Ｍ↓［ｚ］或者（Ｆｅ↓［１－ｍ］Ｃｏ↓［ｍ］）↓［１００－ｘ－ｙ－ｚ］Ｒ↓［ｘ］Ａ↓［ｙ］Ｍ↓［ｚ］的组成通式（其中Ｒ是Ｐｒ、Ｎｄ、Ｔｂ和Ｄｙ中的一种或多种元素，Ａ是Ｃ或Ｂ、或Ｃ和Ｂ，Ｍ是Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ和Ｐｂ中的一种或多种元素），并且符号ｘ、ｙ、ｚ和ｍ分别满足以下条件，１≤ｘ＜６ａｔ％，１５＜ｙ≤３０ａｔ％，０．０１≤ｚ≤７ａｔ％，和０．００１≤ｍ≤０．５，以此限定组成范围，在３０ｋＰａ或以下的减压惰性气体或不活泼气体气氛中，在以１－１０ｍ／ｓ的辊圆周速度旋转的冷却辊上进行连铸，从而在铸造状态直接获得永磁体，其呈现ｉＨｃ≥２．５ｋＯｅ和Ｂｒ≥９ｋＧ的磁性能，厚度为７０－５００μｍ，由具有５０ｎｍ或以下的平均晶粒直径的微晶构成，其９０％或以上是Ｆｅ↓［３］Ｂ化合物和α－Ｆｅ与Ｎｄ↓［２］Ｆｅ↓［１４］Ｂ晶构的化合物相共存的结晶结构。

【技术特征摘要】
JP 1997-2-6 039880/97;JP 1997-3-10 074443/971.一种制造具有微晶结构的薄片磁体的方法，其中，合金熔体表示为Fe100-x-y-zRxAyMz或者(Fe1-mCom)100-x-y-zRxAyMz的组成通式(其中R是Pr、Nd、Tb和Dy中的一种或多种元素，A是C或B、或C和B，M是Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au和Pb中的一种或多种元素)，并且符号x、y、z和m分别满足以下条件，1≤x＜6at％，15＜y≤30at％，0.01≤z≤7at％，和0.001≤m≤0.5，以此限定组成范围，在30kPa或以下的减压惰性气体或不活泼气体气氛中，在以1-10m/s的辊圆周速度旋转的冷却辊上进行连铸，从而在铸造状态直接获得永磁体，其呈现iHc≥2.5kOe和Br≥9kG的磁性能，厚度为70-500μm，由具有50nm或以下的平均晶粒直径的微晶构成，其90％或以上是Fe3B化合物和α-Fe与Nd2Fe14B晶构的化合物相共存的结晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：金清裕和，广泽哲，
申请(专利权)人：住友特殊金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]