各向异性的混合稀土金属-Fe-B永磁体制造技术

本公开提供“各向异性的混合稀土金属‑Fe‑B永磁体”。一种形成永磁体的方法包括将平均MM

Anisotropic mixed rare earth metal-fe-b permanent magnet

【技术实现步骤摘要】
各向异性的混合稀土金属-Fe-B永磁体
本公开涉及一种稀土永磁体，以及一种生产稀土永磁体的方法。
技术介绍
稀土永磁体(例如，Nd-Fe-B磁体)对于包括消费电子、家用电器、交通运输和医疗设施在内的广泛多种应用是至关重要的。具体地讲，诸如风力涡轮机和电动车辆之类的绿色能源应用的快速发展使得对含有昂贵稀土元素(例如镝(Dy)、铽(Tb)、钕(Nd)和镨(Pr)等)的永磁体的需求增加。稀土(RE)元素是共同开采的，并且Dy、Tb、Nd和Pr这四种元素仅占总体RE元素的一小部分。其它RE元素，诸如但不限于铈(Ce)和镧(La)在自然界中更为丰富。在诸如加利福尼亚州的派斯山矿(MountainPassmine)这样的矿中，Ce浓度为总体开采稀土的约一半。Ce和La的合并浓度达到所有稀土元素的约82重量％。在自然界中，所有RE元素一起存在于RE矿床中，因此不可根据需求进行开采来提取一种单一的RE元素。由于高丰度和低需求，Ce和La的成本显著低于诸如Nd、Pr和Dy之类的高需求元素。常规地，需要将Ce和La从稀土混合物中分离，因为与常规的Nd-Fe-B磁体相比，基于Ce和/或La的磁体表现出较差的特性。具体地讲，常规的包含Ce和/或La的烧结RE-Fe-B磁体具有低于烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力。
技术实现思路
根据一个或多个实施例，一种形成永磁体的方法包括将平均MM2Fe14B晶粒尺寸低于500nm的混合稀土金属(MM)-Fe-B颗粒和低熔点(LMP)合金颗粒的混合物加工成限定介于MM2Fe14B晶粒之间的晶界的坯块；热压坯块；以及使坯块热变形以使LMP合金颗粒扩散到晶界中，从而使晶界变厚并改变MM2Fe14B晶粒的表面区域组成。根据至少一个实施例，可以在垂直于定向排列(alignment)方向的方向上进行热压。在一个或多个实施例中，可以在600℃至950℃下进行热压。在至少一个实施例中，该方法还可包括通过吸氢歧化脱氢和再复合形成混合稀土金属-Fe-B颗粒，其中混合稀土金属-Fe-B颗粒可以是各向异性的。在一些实施例中，加工可包括使混合稀土金属-Fe-B颗粒定向排列并压制混合稀土金属-Fe-B颗粒和LMP颗粒以形成坯块。在某些实施例中，混合稀土金属-Fe-B颗粒可包括Tb、Dy、Nd、Pr、Ce、La或它们的混合物。在一个或多个实施例中，混合稀土金属-Fe-B颗粒可包括Co、Cu、Al、Ga、Zn、Si、Nb、Zr或它们的混合物。根据至少一个实施例，LMP合金颗粒可包括至少一种稀土元素，以及Cu、Al、Ga、Zn、Fe、Co或它们的混合物，并且可具有低于750℃的熔点。在某些实施例中，混合物可包括最多至30重量％的LMP合金颗粒。在一些实施例中，热变形可包括使混合稀土金属-Fe-B晶粒进一步定向排列。根据一个或多个实施例，一种形成永磁体的方法包括通过吸氢歧化脱氢和再复合形成平均MM2Fe14B晶粒尺寸低于500nm的各向异性的混合稀土金属(MM)-Fe-B颗粒；将MM-Fe-B颗粒与低熔点(LMP)合金颗粒混合以形成混合物；使混合物定向排列并压制成限定介于MM2Fe14B晶粒之间的晶界的坯块；以及将坯块热压和热变形以使LMP合金颗粒扩散，从而使晶界变厚。根据至少一个实施例，可以在600℃至950℃下进行热压。在一个或多个实施例中，混合稀土金属-Fe-B颗粒可包括Tb、Dy、Nd、Pr、Ce、La或它们的混合物，以及Co、Cu、Al、Ga、Zn、Si、Nb、Zr或它们的混合物。在某些实施例中，坯块的热压和热变形可改变MM2Fe14B晶粒的表面区域组成。在一些实施例中，LMP合金颗粒可包括至少一种稀土元素，以及Cu、Al、Ga、Zn、Fe、Co或它们的混合物。在至少一个实施例中，LMP合金颗粒可具有低于750℃的熔点。根据至少一个实施例，稀土永磁体包括平均MM2Fe14B晶粒尺寸低于500nm的各向异性的混合稀土金属-Fe-B颗粒；以及限定在MM2Fe14B晶粒之间的改性晶界。改性晶界包括低熔点(LMP)合金，并且改性晶界的厚度大于缺乏LMP合金的晶界厚度。根据一个或多个实施例，混合稀土金属-Fe-B颗粒可包括Dy、Tb、Nd、Pr、Ce、La或它们的混合物。在某些实施例中，混合稀土金属-Fe-B颗粒可包括Co、Cu、Al、Ga、Zn、Si、Nb、Zr或它们的混合物。在至少一个实施例中，LMP合金可构成稀土永磁体的至多30重量％。附图说明图1示出通过吸氢歧化脱氢和再复合(HDDR)形成的稀土-Fe-B颗粒的透射电子显微镜图像；图2示出通过HDDR形成的稀土-Fe-B颗粒的硬磁性晶粒取向分布的X射线极图；图3是通过HDDR形成的稀土-Fe-B粉末的扫描电子显微镜图像；图4是根据一个实施例的热变形(a)之前和(b)之后的晶粒定向排列的示意图；图5是根据一个实施例的热处理(a)之前和(b)之后的晶界的示意图；并且图6是示出块状磁体的退磁曲线的图。具体实施方式根据需要，本文公开了本专利技术的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是可以体现为各种和替代形式的本专利技术的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本专利技术的代表性基础。此外，除非另外明确指示，否则在描述本公开的更广范围时，本公开中的所有数值量应理解为由词语“约”修饰。在所陈述的数值限制内的实践通常是优选的。另外，除非明确地相反说明，否则一组或一类材料对于与本公开有关的给定目的适合或优选的描述暗示该组或该类的任何两个或更多个成员的混合物可以是同样适合或优选的。稀土(RE)元素具有相似的特性。尽管RE元素的特性可以是相似的，并且对于永磁体应用，所有RE元素均可形成RE2Fe14B相，但是当与Nd-Fe-B磁体或包括较昂贵的RE元素(诸如但不限于Pr、Dy和Tb)的其它RE永磁体相比时，基于较为便宜的RE元素的RE永磁体(下文可互换地称为RE-Fe-B磁体)倾向于表现出较差的性能。各向异性场是用于测量矫顽力的理论值。大多数单个RE元素的RE2Fe14B相呈现出高磁各向异性场。例如，Nd-Fe-B磁体中的主相化合物是Nd2Fe14B，其具有73kOe的高各向异性场。此外，Ce2Fe14B具有26kOe的各向异性场，如果各向异性场可以完全转换为矫顽力，那么这对于高端应用(诸如牵引马达和电动车辆的发电机)是足够强的。不幸的是，尽管RE元素之间特性相似，但当与烧结Nd-Fe-B磁体相比时，包括Ce和/或La的RE永磁体表现出显著较低的矫顽力。通常，可以通过减小晶粒尺寸来改善Nd-Fe-B和其它RE-Fe-B磁体的矫顽力。然而，烧结Nd-Fe-B磁体的晶粒细化需要较小的颗粒。通过减小颗粒尺寸，制备具有期望尺寸和均质性的颗粒更具挑战性。此外，Nd-Fe-B磁体中的较小颗粒尺寸通常导致较低的磁矩，这使得磁场中的颗粒定向排列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成永磁体的方法，其包括：/n将平均MM

【技术特征摘要】
20181120 US 16/196,8361.一种形成永磁体的方法，其包括：
将平均MM2Fe14B晶粒尺寸低于500nm的混合稀土金属-Fe-B颗粒和低熔点(LMP)合金颗粒的混合物加工成限定介于MM2Fe14B晶粒之间的晶界的坯块；
热压所述坯块；以及
使所述坯块热变形，以使所述LMP合金颗粒扩散到所述晶界中，从而使所述晶界变厚并改变所述MM2Fe14B晶粒的表面区域组成。


2.如权利要求1所述的方法，其中在垂直于定向排列方向的方向上进行所述热压。


3.如权利要求1所述的方法，其中在600℃至950℃下进行所述热压。


4.如权利要求1所述的方法，其还包括通过吸氢歧化脱氢和再复合形成所述混合稀土金属-Fe-B颗粒，其中所述混合稀土金属-Fe-B颗粒是各向异性的。


5.如权利要求1所述的方法，其中所述加工包括使所述混合稀土金属-Fe-B颗粒定向排列并压制所述混合稀土金属-Fe-B颗粒和LMP颗粒以形成所述坯块。


6.如权利要求1所述的方法，其中所述混合稀土金属-Fe-B颗粒包括Tb、Dy、Nd、Pr、Ce、La或它们的混合物。


7.如权利要求1所述的方法，其中所述混合稀土金属-Fe-B颗粒包括Co、Cu、Al、Ga、Zn、Si、Nb、Zr...

【专利技术属性】
技术研发人员：李万锋，梁峰，迈克尔·W·德格纳，荣传兵，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US