当前位置: 首页 > 专利查询>代顿大学专利>正文

纳米复合永磁体制造技术

技术编号:3107292 阅读:354 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
包括至少两种稀土-或钇-过渡金属化合物的纳米复合稀土永磁体。这种纳米复合稀土永磁体可以在大约130℃至大约300℃工作温度下使用并且与Nd↓[2]Fe↓[14]B基磁体相比表现出提高了的热稳定性。还公开了制造这种纳米复合稀土永磁体的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般的涉及永磁体,特别涉及性能提高的纳米复合永磁体。这些磁体可以用于工作温度在大约130℃至大约300℃的各种用途。永磁体材料广泛应用于各种用途,例如用在汽车、飞机和宇宙飞船系统等的电机、发电机、传感器及其它类似部件中。目前,使用两种主要类型的高性能永磁体。一种类型的磁体是基于Nd2Fe14B化合物,另一种是基于Sm2Co17化合物。Nd2Fe14B磁体具有优良的室温磁性能,其(BH)max最大高于50MGOe。然而,Nd2Fe14B化合物的居里温度仅为312℃,这将Nd2Fe14B磁体的最高工作温度限制在大约80℃至大约120℃。相反,因为Sm2Co17化合物具有非常高的居里温度920℃,几乎是Nd2Fe14B化合物的三倍,所以Sm2Co17磁体具有极好的热稳定性。商用的Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17磁体可以在300℃下稳定工作。近年来,研究人员已经证明烧结的Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17磁体的最高工作温度可以增加至高达550℃。在Nd2Fe14B-基磁体和Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17-基磁体之间存在最高工作温度的大的间隙(大约120至大约300℃)。该温度范围对于在汽车应用、传感器和粒子聚焦装置的应用中是重要的。然而,在该温度范围内使用Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17-基磁体不是经济可行的。增加Nd2Fe14B-基磁体工作温度的努力已经证明是困难的。用Co替代Nd2Fe14B中的Fe可以增加居里温度并且因此将其工作温度延伸至大约120℃。然而,Co替代减少了Nd-Fe-B磁体的矫顽力,并显著增加了不可逆损耗。另一种方法是用重稀土元素,例如Dy和/或者Tb部分替代Nd。Dy和Tb都能显著提高Nd-Fe-B磁体的矫顽力,但是它们也降低了磁化强度。另外,Dy和Tb是非常昂贵的。已经提出的另一方案是合成具有微米尺寸颗粒的同时包括Nd2Fe14B和Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17化合物的复合磁体。然而,制造Nd2Fe14B磁体的工艺与制造Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17磁体的工艺是显著不同的。制造烧结Nd2Fe14B的工艺相对简单并且包括熔融、破碎、研磨、粉末排列的和压制(compaction),在大约1080℃烧结,然后在大约560℃退火。相反,制造Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17磁体的工艺相当复杂。压制之后,为了达到完全致密在至少大约1200℃的温度下烧结生坯。该烧结温度比Nd2Fe14B的熔点还高。在烧结之后,进行在大约1180℃进行大约3至5小时的固溶体热处理,然后需要快淬以获得均匀的单相合金。下一步骤是在大约800℃下进行长时间的等温时效。为了获得高的内禀矫顽力,时效时间可以是50小时或者更长。然而,即使在该长时间的时效之后,获得的矫顽力也可能相当低的(<2kOe)。在从大约800℃至大约400℃的非常缓慢的冷却(即,大约1至2℃每分钟)过程中形成高的内禀矫顽力。在400℃下时效可以进一步提高矫顽力。两种工艺之间的差别使得寻找一种适合Nd2Fe14B和Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17二者的工艺是困难的。即使可以开发单一的烧结或者热处理工序,由于在高温时Sm和Nd材料之间的相互扩散,生产高性能复合磁体仍旧是困难的。相互扩散最严重的产品例如Nd2(Co,Fe)17、Sm2Fe14B和Sm2Fe17具有基面各向异性,导致复合磁体的矫顽力显著降低。因此,需要容易生产且表现出热稳定性以及可以在大约130℃至大约300℃工作温度中使用的磁体。本专利技术通过提供一类新型纳米复合永磁体满足上述需要,该磁体可以在大约130℃至大约300℃之间的工作温度中使用并且具有好的磁体性能。本专利技术的纳米复合磁体通常包括至少两种不同的组分,其每一种都是基于稀土-或者钇-过渡金属化合物。每一种稀土-或者钇-过渡金属化合物都是以原子百分比限定为RxT100-x-yMy,其中R选自一种或多种稀土元素、钇或者它们的组合,其中T选自一种多种过渡金属,其中M选自一种或多种IIIA、IVA、VA族中的元素,以及其中x在3和18之间,其中y在0和20之间。该至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物是不同类型的,或者包含不同的R,或者同时具有这两种不同性。纳米复合稀土永磁体具有选自各向同性或者各向异性的结构。纳米复合稀土永磁体具有在大约1nm至大约1000nm范围内的平均颗粒尺寸。纳米复合稀土永磁体具有从大约130℃至大约300℃范围内的最高工作温度。X是有效稀土(或者钇)含量。我们用“有效稀土含量”表示全部稀土含量的金属性部分。本专利技术的另一方面是制造纳米复合稀土永磁体的方法。一种方法包括混合至少两种粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金;并热压该至少两种粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金以形成纳米复合各向同性稀土永磁体。纳米复合各向同性稀土永磁体可以被热变形以形成纳米复合各向异性稀土永磁体。另一种可选择的方法包括混合至少两种粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金;在小于相应的非晶合金晶化温度的温度下预压制该混合的粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金以形成压坯(compact);和热变形该压坯以形成纳米复合各向异性稀土永磁体。另一可选择的方法包括混合至少两种粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金;和在容器中热变形该混合的粉末化的合金以形成纳米复合各向异性稀土永磁体。附图说明图1是根据本专利技术形成纳米复合稀土永磁体的方法示意图;图2是本专利技术的纳米复合Nd-Fe-B/R-Co磁体与现有磁体相比的最高工作温度与室温磁性能之间的关系图;图3是本专利技术的纳米复合Nd-Fe-B/R-Co磁体与现有磁体相比的(BH)max温度系数与温度之间的关系图;图4是Nd-Fe-B/R-Co磁体与现有磁体相比的最大能积与温度之间的关系图;图5是各向同性和各向异性纳米复合Nd2Fe14B/Sm2(Co,Fe)17磁体的退磁曲线图;图6是热变形的纳米复合Nd14Fe74.5Co5Ga0.5B6/Sm7.7Co63.7Fe28.6[80wt%/20wt%]磁体和热变形的微米颗粒结构的传统复合Nd15Fe79B6/Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7.4[80wt%/20wt%]磁体的退磁曲线图;图7是传统烧结各向异性Nd15Fe79B6/Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7.4[80wt%/20wt%]和传统烧结各向异性Nd2Fe14B/Sm2(Co,Fe)17[80wt%/20wt%]磁体的退磁曲线图;图8是在575℃热压后和在850℃热变形后高度减少50%的纳米复合Nd14Fe74.5Co5Ga0.5B6/Sm7.7Co63.7Fe28.6[80wt%/20wt%]磁体的退磁曲线图;图9在600℃热压后和在850℃热变形后高度减少40%的纳米复合Nd14Fe74.5Co5Ga0.5B6/Sm7.7Co63.7Fe28.6[80wt%/20wt%]磁体的退磁曲线图;图10在880℃热变形后高度减少60%的各向异性纳米复合Nd14Fe74.5Co5Ga0.5B6/Sm7.7Co63.7Fe28.6[80wt%/20wt%]磁体的退磁曲线图;图11在920℃热变形后高度减少60%的各向异性纳米复合Nd14Fe74.5Co5Ga0.5B6/Sm7本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米复合稀土永磁体,其包括至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物,其每一种化合物都是以原子百分比限定为R↓[x]T↓[100-x-y]M↓[y],且其中R选自一种或多种稀土元素、钇或者它们的组合,其中T选自一种或多种过渡金属,其中M选自一种或多种ⅢA、ⅣA、ⅤA族元素,以及其中x在3和18之间,其中y在0和20之间,并且其中这至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物是不同类型的,或者包含不同的R,或者同时具有这两种不同性,且其中纳米复合稀土永磁体具有选自各向同性或者各向异性的结构,且其中纳米复合稀土永磁体具有的平均颗粒尺寸在大约1nm至大约1000nm范围内,且其中纳米复合稀土永磁体的最高工作温度在从大约130℃至大约300℃范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-12-31 60/533,674;US 2004-12-29 11/024,5901.纳米复合稀土永磁体,其包括至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物,其每一种化合物都是以原子百分比限定为RxT100-x-yMy,且其中R选自一种或多种稀土元素、钇或者它们的组合,其中T选自一种或多种过渡金属,其中M选自一种或多种IIIA、IVA、VA族元素,以及其中x在3和18之间,其中y在0和20之间,并且其中这至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物是不同类型的,或者包含不同的R,或者同时具有这两种不同性,且其中纳米复合稀土永磁体具有选自各向同性或者各向异性的结构,且其中纳米复合稀土永磁体具有的平均颗粒尺寸在大约1nm至大约1000nm范围内,且其中纳米复合稀土永磁体的最高工作温度在从大约130℃至大约300℃范围内。2.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中这至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物具有选自1∶5、1∶7、2∶17、2∶14∶1或者1∶12的原子比R∶T或者R∶T∶M。3.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中稀土-或者钇-过渡金属化合物中至少一种具有1∶5的原子比,其中x在大约3和大约18之间,并且其中y在0和大约20之间。4.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中稀土-或者钇-过渡金属化合物中至少一种具有1∶7的原子比,其中x在大约3和大约14之间,并且其中y在0和大约20之间。5.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中稀土-或者钇-过渡金属化合物中至少一种具有2∶17的原子比,其中x在大约3和大约12之间,并且其中y在0和大约20之间。6.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中稀土-或者钇-过渡金属化合物中至少一种具有2∶14∶1的原子比,其中x在大约3和大约15之间,并且其中y在大约1和大约20之间。7.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中稀土-或者钇-过渡金属化合物中至少一种具有1∶12的原子比,其中x在大约3和大约9之间,并且其中y在大约0和大约20之间。8.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中稀土元素选自Nd、Sm、Pr、Dy、La、Ce、Gd、Tb、Ho、Er、Eu、Tm、Yb、Lu、混合稀土或者它们的组合。9.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中T选自Fe、Co、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Cd或者它们的组合。10.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中M选自B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Sb、Bi或者它们的组合。11.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中内禀矫顽力大于大约8kOe(SI单位制)。12.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中内禀矫顽力大于大约10kOe(SI单位制)。13.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中室温(BH)max大于大约10MGOe(SI单位制)。14.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中室温(BH)max大于大约15MGOe(SI单位制)。15.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中纳米复合稀土永磁体是块状、完全致密的稀土永磁体。16.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中纳米复合稀土永磁体是粘结稀土永磁体。17.权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中该纳米复合稀土永磁体被破碎以形成粉末。18权利要求1的纳米复合稀土永磁体,其中这至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物的比率在大约90∶10至大约90∶10的范围内。19.制造纳米复合稀土永磁体的方法,该纳米复合稀土永磁体包括至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物,其每一种化合物都是以原子百分比限定为RxT100-x-yMy,且其中R选自一种或多种稀土元素、钇或者它们的组合,其中T选自一种或多种过渡金属,其中M选自一种或多种IIIA、IVA、VA族元素,以及其中x在3和18之间,其中y在0和20之间,以及其中这至少两种稀土-或者钇-过渡金属化合物是不同类型的,或者包含不同的R,或者同时具有这两种不同性,且其中纳米复合稀土永磁体具有选自各向同性或者各向异性的结构,其中纳米复合稀土永磁体具有的平均颗粒尺寸在大约1nm至大约1000nm范围内,且其中纳米复合稀土永磁体的最高工作温度在大约130℃至大约300℃范围内,该方法包括提供至少两种粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金,其中该稀土-或者钇-过渡金属合金包括稀土-或者钇-过渡金属化合物;混合该至少两种粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金;并热压该至少两种粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金以形成纳米复合各向同性稀土永磁体。20.权利要求19的方法,其中混合的粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金在500℃至800℃范围的温度下热压。21.权利要求19的方法,其中混合的粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金在10kpsi(69MPa)至40kpsi(276MPa)范围的压力下热压。22.权利要求19的方法,其中混合的粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金热压0.5至10分钟。23.权利要求19的方法,其中使用感应加热对混合的粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金进行热压。24.权利要求19的方法,其中使用选自DC电流、脉冲DC电流、AC电流或者涡流的热源来热压混合的粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金,并且其中电流直接通过混合的粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金。25.权利要求19的方法,其中提供该至少两种粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金包括形成该稀土-或者钇-过渡金属合金;和形成该粉末化的稀土-或者钇-过渡金属合金。26.权利要求25的方法,其中该稀土-或者钇-过渡金属合金是通过选自熔体旋淬、机械合金化、高...

【专利技术属性】
技术研发人员:S刘D李
申请(专利权)人:代顿大学
类型:发明
国别省市:US[美国]

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1
相关领域技术
  • 暂无相关专利