晶粒边界工程制造技术

本申请涉及用于产生磁性材料的方法、系统和设备，包括在计算机存储介质上编码的计算机程序。所述方法中的一种方法包括熔融磁性元素以产生熔融合金，形成包含2:14:1相晶粒的铸造合金薄片，粉碎所述铸造合金薄片以产生第一粉末，并同时保持所述2:14:1相晶粒中的至少一些，压制和对准所述第一粉末中的颗粒以产生第一压坯，烧结所述第一压坯以产生烧结压坯，使所述烧结压坯碎裂以形成第二粉末，并同时保持来自所述烧结压坯的2:14:1相晶粒中的至少一些，将所述第二粉末与稀土材料和元素添加物混合以产生均质粉末，并同时保持来自所述第二粉末的2:14:1相晶粒中的至少一些，以及烧结和磁化所述均质粉末以形成Nd‑Fe‑B磁性产品。

Grain boundary engineering

The present application relates to a method, a system, and an apparatus for generating magnetic material, including a computer program encoded on a computer storage medium. A method of the method includes melting magnetic elements to produce molten alloy, casting alloy sheet forming contains 2:14:1 grains, crushing the cast alloy sheet to produce the first powder, while maintaining the at least some 2:14:1 grains in the pressing and aligning the first powder particles to produce the first the first compact sintered compacts to produce sintered compacts, the sintered compacts broken to form second powder, and at the same time keep at least some of the 2:14:1 from the sintered compacts of grains of the second powder and rare earth material and element additives are combined to produce a homogeneous powder, and at the same time keep at least some of the 2:14:1 from the second phase of the powder grain, and sintering and magnetizing the homogeneous powder to form Nd Fe B magnetic products.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】晶粒边界工程相关申请的交叉引用本申请要求2014年8月15日提交的美国临时申请62/037,754和2015年6月17日提交的美国非临时申请14/742,080的优先权，其内容在此参考并入。
技术介绍
本公开涉及使用晶粒边界工程(GBE)实施制造铷-铁-硼(Nd-Fe-B)烧结磁体。稀土永磁体(REPM)的全球市场与REPM应用的范围共同增长。REPM显示出高磁性性能特性，并用于开发包括电子、能源、交通、航空航天、国防、医疗装置以及信息和通讯技术在内的很多工业的高科技、高效率应用。例如，使用Nd-Fe-B永磁体的应用包括：启动电机、防抱死制动系统(ABS)、燃料泵、风扇、扬声器、麦克风、电话电铃、开关、继电器、硬盘驱动器(HDD)、步进电机、伺服电机、磁共振成像(MRI)、风车发电机、机器人、传感器、磁分离器、制导系统、卫星、巡航导弹等。Nd-Fe-B型烧结磁体具有非常精细调节的元素组成，除了Nd之外，其包括诸如Dy、Tb、Ga、Co、Cu、Al的元素以及其他微量过渡金属元素添加物。使用重稀土镝(Dy)可能有助于提高Nd-Fe-B磁体的耐温性。尽管Dy具有提升性能的特性，但是其资源有限。Dy供应的风险和稀缺导致可用于节能电机应用中的高温性能Nd-Fe-B磁体的短缺。本公开的晶粒边界工程降低了Nd-Fe-B产品中的Dy含量，并同时保持高性能、增加耐温性并降低生产成本。
技术实现思路
本申请涉及一种方法，所述方法可以包括产生具有特定性能特性(如粒度、排列、密度、能量乘积(BHmax)、剩磁(Br)和矫顽磁性(iHc)的所需组合)的Nd2Fe14B永磁体。例如，晶粒边界工程(GBE)法可以包括生产具有经晶粒边界改性的富相的Nd-Fe-B永磁体。GBE法可以由新的磁性材料(例如此前未用于消费品中的磁性材料)、再循环的磁性材料(例如此前用于消费品中的磁性材料)或上述两者产生新磁体。GBE法保持起始磁性材料的原始晶粒相，并同时改性起始磁性材料的晶粒边界相。例如，当产生新的Nd2Fe14B磁体时，GBE系统在最终磁性产品中保持了起始材料的至少90体积％的Nd-Fe-B2:14:1相晶粒。GBE系统可以用由添加材料制成的新的晶粒边界相替代全部的或基本上全部的富Nd晶粒边界相。在一些实例中，GBE系统在最终磁性产品中保持了约90体积％至约97体积％之间的起始晶粒。在一些实例中，GBE系统用新的晶粒边界相替代约3体积％至约12体积％之间的富Nd晶粒边界相。通常，可以在如下方法中体现本说明书中所述主题的一个创新方面，所述方法包括下述操作：熔融磁性元素以产生熔融合金；由熔融合金形成铸造合金薄片，所述铸造合金薄片包含多个2:14:1相晶粒；粉碎铸造合金薄片以产生第一粉末，并同时保持来自铸造合金薄片的2:14:1相晶粒中的至少一些；压制和对准第一粉末中的颗粒以产生第一压坯；烧结第一压坯以产生烧结压坯；使烧结压坯碎裂以形成第二粉末，并同时保持来自烧结压坯的2:14:1相晶粒中的至少一些；将第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末，并同时保持来自第二粉末的2:14:1相晶粒中的至少一些，其中稀土材料R包含下述中的至少一种、至少两种或全部三种：i)Nd、ii)Pr或iii)Dy，且元素添加物A包含下述中的至少一种、至少两种或全部三种：i)Co、ii)Cu或iii)Fe；以及烧结和磁化均质粉末以形成Nd-Fe-B磁性产品。该方面的其他实施方式包括相应计算机系统、设备和在一个或多个计算机存储装置上记录的计算机程序，上述分别配置为执行该方法的操作。一个或多个计算机的系统可以配置为通过在系统中安装软件、固件、硬件或其组合以执行特定运行或操作，其中所述软件、固件、硬件或其组合在运行中引发系统执行操作。一个或多个计算机程序可以配置为通过包括指令来执行特定运行或操作，当由数据处理设备执行所述指令时，所述指令引发装置执行操作。前述和其他实施方式可以分别任选地单独或组合地包括一个或多个下述特征。由熔融合金形成包含多个2:14:1相晶粒的铸造合金薄片可以包括由熔融合金形成铸造合金薄片，每个铸造合金薄片包含多个2:14:1相晶粒。稀土材料R和元素添加物A一起可以是Nd11.92Dy42.32Co38.39Cu5.34Fe2.03原子％。在一些实施方式中，使烧结压坯碎裂包括使烧结压坯碎裂成1微米至4微米之间的平均粒度。使烧结压坯碎裂以形成第二粉末包括从第二粉末中除去粒级尺寸大于第二粉末中颗粒的平均尺寸的颗粒，以在Nd-Fe-B磁性产品中获得小于1.98原子％的氧浓度。使烧结压坯碎裂以形成第二粉末可以包括使烧结压坯碎裂以形成具有约1微米至约2毫米之间的平均粒度的第二粉末，该方法包括使第二粉末进一步碎裂成约1微米至约4微米之间的平均粒度；以及均质化第二粉末。均质化第二粉末可以包括均质化包括约1微米至约2毫米之间的平均粒度的第二粉末，以及将第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末，可以包括将具有约1微米至约4微米之间的平均粒度的第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末。将第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末可以包括将具有约1微米至约2毫米之间的平均粒度的第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末，均质化第二粉末可以包括均质化包括约1微米至约4微米之间的平均粒度的第二粉末。在一些实施方式中，与使烧结压坯碎裂以形成第二粉末分开，使稀土材料R和元素添加物A碎裂，其中将第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末包括将第二粉末与a)经碎裂的稀土材料R和b)经碎裂的元素添加物A混合以产生均质粉末。在Nd-Fe-B磁性产品中的Co的原子百分比可以小于或等于3.098原子％。在Nd-Fe-B磁性产品中的Cu的原子百分比可以小于或等于0.1849原子％。在Nd-Fe-B磁性产品中的Fe和Co的组合原子百分比可以介于约76.3928原子％与约83.1267原子％之间。在Nd-Fe-B磁性产品中的Fe和Co的组合原子百分比可以小于或等于77原子％。在Nd-Fe-B磁性产品中的Nd、Pr和Dy的组合原子百分比可以大于或等于在烧结压坯中的Nd、Pr和Dy的组合原子百分比。在Nd-Fe-B磁性产品中的Nd、Dy和Pr的组合原子百分比可以小于或等于18原子％。在一些实施方式中，将第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末包括使稀土材料R和元素添加物A在第二粉末内均匀分布，烧结和磁化均质粉末以形成Nd-Fe-B磁性产品包括形成具有一定浓度的稀土材料R和一定浓度的元素添加物A的Nd-Fe-B磁性产品，所述浓度围绕Nd-Fe-B磁性产品内的2:14:1相晶粒平均地增加。该方法可以包括用包括稀土材料R和元素添加物A的新的晶粒边界相替换来自烧结压坯且包括在第二粉末中的旧的富Nd晶粒边界相。在一些实施方式中，Nd-Fe-B磁性产品包含处于[7.3635,11.1038](原子％)范围内的Nd量，该范围包括端值在内，处于[76.3928,80.0287](原子％)范围内的Fe量，该范围包括端值在内，以及处于[5.7493,6.4244](原子％)范围内的B量，该范围包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造Nd‑Fe‑B永磁体的方法，所述方法包括：熔融磁性元素以产生熔融合金；由所述熔融合金形成铸造合金薄片，所述铸造合金薄片包含多个2:14:1相晶粒；粉碎所述铸造合金薄片以产生第一粉末，并同时保持来自所述铸造合金薄片的2:14:1相晶粒中的至少一些；压制和对准所述第一粉末中的颗粒以产生第一压坯；烧结所述第一压坯以产生烧结压坯；使所述烧结压坯碎裂以形成第二粉末，并同时保持来自所述烧结压坯的2:14:1相晶粒中的至少一些；将所述第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末，并同时保持来自所述第二粉末的2:14:1相晶粒中的至少一些，其中所述稀土材料R包含下述中的至少一种：i)Nd、ii)Pr或iii)Dy，且所述元素添加物A包含下述中的至少一种：i)Co、ii)Cu或iii)Fe；以及烧结和磁化所述均质粉末以形成Nd‑Fe‑B磁性产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.15 US 62/037,754;2015.06.17 US 14/742,0801.一种用于制造Nd-Fe-B永磁体的方法，所述方法包括：熔融磁性元素以产生熔融合金；由所述熔融合金形成铸造合金薄片，所述铸造合金薄片包含多个2:14:1相晶粒；粉碎所述铸造合金薄片以产生第一粉末，并同时保持来自所述铸造合金薄片的2:14:1相晶粒中的至少一些；压制和对准所述第一粉末中的颗粒以产生第一压坯；烧结所述第一压坯以产生烧结压坯；使所述烧结压坯碎裂以形成第二粉末，并同时保持来自所述烧结压坯的2:14:1相晶粒中的至少一些；将所述第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末，并同时保持来自所述第二粉末的2:14:1相晶粒中的至少一些，其中所述稀土材料R包含下述中的至少一种：i)Nd、ii)Pr或iii)Dy，且所述元素添加物A包含下述中的至少一种：i)Co、ii)Cu或iii)Fe；以及烧结和磁化所述均质粉末以形成Nd-Fe-B磁性产品。2.根据权利要求1所述的方法，其中由所述熔融合金形成包含所述多个2:14:1相晶粒的所述铸造合金薄片包括由所述熔融合金形成铸造合金薄片，每个铸造合金薄片包含多个2:14:1相晶粒。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述稀土材料R和所述元素添加物A一起包含Nd11.92Dy42.32Co38.39Cu5.34Fe2.03原子％。4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述烧结压坯碎裂包括使所述烧结压坯碎裂成1微米至4微米之间的平均粒度。5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述烧结压坯碎裂以形成所述第二粉末包括从所述第二粉末中除去粒级尺寸大于所述第二粉末中颗粒的平均尺寸的颗粒，以在所述Nd-Fe-B磁性产品中获得小于1.98原子％的氧浓度。6.根据权利要求1所述的方法，其中使所述烧结压坯碎裂以形成所述第二粉末包括使所述烧结压坯碎裂以形成具有约1微米至约2毫米之间的平均粒度的所述第二粉末，所述方法包括：使所述第二粉末进一步碎裂成约1微米至约4微米之间的平均粒度；以及均质化所述第二粉末。7.根据权利要求6所述的方法，其中：均质化所述第二粉末包括均质化包括约1微米至约2毫米之间的平均粒度的所述第二粉末；以及将所述第二粉末与a)所述稀土材料R和b)所述元素添加物A混合以产生所述均质粉末包括将具有约1微米至约4微米之间的平均粒度的所述第二粉末与a)所述稀土材料R和b)所述元素添加物A混合以产生所述均质粉末。8.根据权利要求6所述的方法，其中：将所述第二粉末与a)所述稀土材料R和b)所述元素添加物A混合以产生所述均质粉末包括将具有约1微米至约2毫米之间的平均粒度的所述第二粉末与a)所述稀土材料R和b)所述元素添加物A混合以产生所述均质粉末；以及均质化所述第二粉末包括均质化包括约1微米至约4微米之间的平均粒度的所述第二粉末。9.根据权利要求1所述的方法，包括：与使所述烧结压坯碎裂以形成第二粉末分开，使所述稀土材料R和所述元素添加物A碎裂，其中将所述第二粉末与a)所述稀土材料R和b)所述元素添加物A混合以产生所述均质粉末包括将所述第二粉末与a)经碎裂的稀土材料R和b)经碎裂的元素添加物A混合以产生所述均质粉末。10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述Nd-Fe-B磁性产品中的Co的原子百分比小于或等于3.098原子％。11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述Nd-Fe-B磁性产品中的Cu的原子百分比小于或等于0.1849原子％。12.根据权利要求1所述的方法，其中在所述Nd-Fe-B磁性产品中的Fe和Co的组合原子百分比介于约76.3928原子％与约83.1267原子％之间。13.根据权利要求1所述的方法，其中在所述Nd-Fe-B磁性产品中的Fe和Co的组合原子百分比小于或等于77原子％。14.根据权利要求1所述的方法，其中在所述Nd-Fe-B磁性产品中的Nd、Pr和Dy的组合原子百分比大于或等于在所述烧结压坯中的Nd、Pr和Dy的组合原子百分比。15.根据权利要求1所述的方法，其中在所述Nd-Fe-B磁性产品中的Nd、Dy和Pr的组合原子百分比小于或等于18原子％。16.根据权利要求1所述的方法，其中：将所述第二粉末与a)所述稀土材料R和b)所述元素添加物A混合以产生所述均质粉末包括使所述稀土材料R和所述元素添加物A在所述第二粉末内均匀分布；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：米哈·扎科尼克，卡塔利娜·瓦娜·图多尔，皮特·阿菲尼，沃尔特·德尔波佐，斯蒂芬·肯尼思·丹尼尔·达夫，
申请(专利权)人：城市矿业公司，
类型：发明
国别省市：美国,US