纳米复合磁体制造技术

一种纳米复合磁体，它具有通式（Ｆｅ＃－［１－ｍ］Ｔ＃－［ｍ］）＃－［１００－ｘ－ｙ－ｚ－ｎ］Ｑ＃－［ｘ］Ｒ＃－［ｙ］Ｔｉ＃－［ｚ］Ｍ＃－［ｎ］所表示的组成，其中，Ｔ为至少一种选自Ｃｏ和Ｎｉ的元素，Ｑ为至少一种选自Ｂ和Ｃ的元素，Ｒ为通常包括至少Ｎｄ和Ｐｒ中的一种并且选择性地包括Ｄｙ和／或Ｔｂ的至少一种稀土元素，Ｍ为至少一种选自Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ和Ｐｂ的元素。摩尔分数ｘ、ｙ、ｚ、ｍ和ｎ优选分别满足不等式：１０ａｔ％＜ｘ≤２０ａｔ％、６ａｔ％≤ｙ＜１０ａｔ％、０．５ａｔ％≤ｚ≤１２ａｔ％、０≤ｍ≤０．５和０ａｔ％＜ｎ≤１０ａｔ％。纳米复合磁体的氧含量以质量计至多约１，５００ｐｐｍ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的来说涉及一种适用于比如各种类型电动机和驱动器的永磁体，本专利技术尤其涉及一种纳米复合磁体。
技术介绍
近来，越来越需要进一步提高家用电器、办公自动化用具以及各种其它类型电子设备的性能并进一步降低其尺寸和重量。鉴于这些目的，当用于这些应用的永磁体作为磁路来工作时，要求其性能重量比最大化。例如，目前迫切需要剩磁Br至少约0.5T的永磁体。硬铁氧体磁体的广泛应用是由于这种类型的磁体相对廉价。但是，硬铁氧体磁体不能获得至少约0.5T的高剩磁Br。通过粉末冶金工艺制备的Sm-Co基磁体是目前认为能获得至少约0.5T高剩磁Br的典型永磁体。但是，因为Sm和Co均是昂贵的原料，从而造成Sm-Co基磁体也很昂贵。另一方面，关于Nd-Fe-B基磁体，其主要由相对廉价的Fe(通常其含量占总重量的约60wt％至约70wt％)所组成，比Sm-Co基磁体要便宜的多。其它高剩磁磁体的例子包括由粉末冶金工艺制备的Nd-Fe-B基烧结磁体和由熔体快冷工艺制备的Nd-Fe-B基快速凝固磁体。例如，日本公开特许公报No.59-46008公开了一种Nd-Fe-B基烧结磁体，日本公开特许公报No.60-9852公开了一种Nd-Fe-B基快速凝固磁体。但是，制备Nd-Fe-B基烧结磁体仍然很贵。其部分原因是需要大型设备和大量的制造及处理步骤来分离和提纯或通过还原反应来获得Nd，Nd通常占磁体的约10at％至约15at％。通常粉末冶金工艺本身也需要相对多的制造及处理步骤。与通过粉末冶金工艺形成的Nd-Fe-B基烧结磁体相比，利用熔体快冷工艺制备的Nd-Fe-B基快速凝固磁体成本更低。这是因为可以通过相对简单的熔化、熔体快冷和热处理工艺步骤来制备Nd-Fe-B基快速凝固磁体。但是，为了利用熔体快冷工艺获得大块永磁体，应该通过利用树脂粘结剂混合由快速凝固合金获得的磁体粉末来形成粘结磁体。因此，磁体粉末一般最多约占模制粘结磁体的80％的体积。另外，通过熔体快冷工艺形成的快速凝固合金为各向同性磁。因此，熔体快冷工艺所制备的Nd-Fe-B基快速凝固磁体的剩磁Br低于粉末冶金工艺所制备的各向异性磁Nd-Fe-B基烧结磁体。日本公开特许公报No.1-7502公开了一种有效提高Nd-Fe-B基快速凝固磁体磁性能的技术，即向原料合金中混合添加至少一种选自Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W的元素以及至少一种选自Ti、V和Cr的元素。当这些元素添加到原料合金时，提高了磁体的矫顽力HCJ和抗腐蚀性。但是，唯一已知的提高剩磁Br的有效方法是提高粘结磁体的密度。另外，当Nd-Fe-B基快速凝固磁体包括约6at％或更多的一种稀土元素时，现有技术经常使用熔态旋分(melt spinning)工艺，即通过喷嘴向冷却辊喷射原料合金熔体，以增加的速度快速冷却和凝固原料合金。R.Coehoorn等在J.de Phys，C8，1998，pp.669-670中提出了一种用于Nd-Fe-B基快速凝固磁体的另外一种磁体原料。Coehoorn原料的成分包括较低摩尔分数的稀土元素(即，约为Nd3.8Fe77.2B19，其中下标所示为原子百分比)和作为主相的Fe3B通过对由熔体快冷工艺制备的非晶合金进行加热和结晶来获得这种永磁体原料。结晶原料也具有亚稳定结构，其中软磁相Fe3B和硬磁相Nd2Fe14B共存，并且非常小尺寸(即，几个纳米数量级)的晶粒细小均匀地分布成为两种结晶相的复合体。因此，由这种原料制成的磁体称为“纳米复合磁体”。据报道该纳米复合磁体具有约1T或更高的剩磁Br。但是其矫顽力HCJ较较低，也就在约160kA/m至约240kA/m范围内。因此，仅当磁体的工作点(operating point)为约1或更高时，该永磁体原料才可适用。建议将各种金属元素添加到纳米复合磁体的原料合金中来提高其磁性能。例如，参见日本公开特许公报No.3-261104、美国专利No.4,836,868、日本公开特许公报No.7-122412、PCT国际申请No.WO 003/03403以及W.C.Chan等的“难熔金属对α-Fe/Nd2Fe14B型纳米复合材料的磁性能的影响”(IEEE Trans.Magn.No.5，INTERMAG.99，Kyongiu，Korea，PP.3265-3267，1999)。但是，所建议的这些技术均不能可靠到总能获得足够高的“性能成本比”。特别是通过这些技术制备的纳米复合磁体均不能实现可实际用于各种就用的高矫顽力。因而，这些磁体均不具有工业上可行的磁性能。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术优选实施方式提供了一种纳米复合磁体，其达到了能实际用于多种应用的高矫顽力HCJ(即，HCJ≥480kA/m)，同时维持了至少约0.7T的剩磁Br，还提供了一种通过比常规方法更加经济的方法制备的纳米复合磁体。本专利技术优选实施方式的纳米复合磁体优选具有通式(Fe1-mTm)100-x-y-z-nQxRyTizMn所表示的组成，其中，T为至少一种选自Co和Ni的元素，Q为至少一种选自B和C的元素，R为通常包括至少Nd和Pr中的一种并且选择性地包括Dy和/或Tb的至少一种稀土元素，M为至少一种选自Al、Si、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au和Pb的元素。摩尔分数x、y、z、m和n优选分别满足不等式10at％＜x≤20at％、6at％≤y＜10at％、0.5at％≤z≤12at％、0≤m≤0.5和0at％＜n≤10at％。优选纳米复合磁体氧含量以质量计至多约1,500ppm。在本专利技术一优选实施方式中，纳米复合磁体优选包括至少两个含有硬磁相和软磁相的铁磁结晶相。优选硬磁相的平均晶粒尺寸约5nm至约200nm，而优选软磁相的平均晶粒尺寸约1nm至约50nm。在此特别优选的实施方式中，硬磁相优选包括R2Fe14B相。在本专利技术另一优选实施方式中，纳米复合磁体可显示出包括剩磁Br至少约0.7T和矫顽力HCJ至少约480kA/m的硬磁性能。更优选纳米复合磁体氧含量以质量计至多约700ppm。甚至更优选纳米复合磁体氮含量以质量计至多约400ppm。在此情形下，纳米复合磁体可显示出包括剩磁Br至少约0.8T和矫顽力HCJ至少约550kA/m的硬磁性能。本专利技术其它优选实施方式的纳米复合磁体优选具有通式(Fe1-mTm)100-x-y-z-nQxRyTizMn所表示的组成，其中，T为至少一种选自Co和Ni的元素，Q为至少一种选自B和C的元素，R为通常包括至少Nd和Pr的一种并且选择性地包括Dy和/或Tb的至少一种稀土元素，M为至少一种选自Al、Si、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au和Pb的元素。摩尔分数x、y、z、m和n优选分别满足不等式10at％＜x≤20at％、6at％≤y＜10at％、0.5at％≤z≤12at％、0≤m≤0.5和0at％＜n≤10at％。优选纳米复合磁体的氮含量以质量计至多约400ppm。在本专利技术一优选实施方式中，纳米复合磁体优选包括至少两个含有硬磁相和软磁相的铁磁结晶相。优选硬磁相的平均晶粒尺寸约5nm至约200nm。优选软磁相的平均晶粒尺寸约1nm至约50nm。在此特别优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合磁体，它具有通式（Ｆｅ↓［１－ｍ］Ｔ↓［ｍ］）↓［１００－ｘ－ｙ－ｚ－ｎ］Ｑ↓［ｘ］Ｒ↓［ｙ］Ｔｉ↓［ｚ］Ｍ↓［ｎ］所表示的组成，其中，Ｔ为至少一种选自Ｃｏ和Ｎｉ的元素；Ｑ为至少一种选自Ｂ和Ｃ的元素；Ｒ为通常包括至少Ｎｄ和Ｐｒ中的一种并且选择性地包括Ｄｙ和／或Ｔｂ的至少一种稀土元素；Ｍ为至少一种选自Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ和Ｐｂ的元素；摩尔分数ｘ、ｙ、ｚ、ｍ和ｎ分别满足不等式： １０ａｔ％＜ｘ≤２０ａｔ％； ６ａｔ％≤ｙ＜１０ａｔ％； ０．５ａｔ％≤ｚ≤１２ａｔ％； ０≤ｍ≤０．５；和 ０ａｔ％＜ｎ≤１０ａｔ％， 其中，纳米复合磁体的氧含量以质量计至多约１，５００ｐｐｍ。

【技术特征摘要】
JP 2001-11-22 358377/01;JP 2001-11-22 358378/011.一种纳米复合磁体，它具有通式(Fe1-mTm)100-x-y-z-nQxRyTizMn所表示的组成，其中，T为至少一种选自Co和Ni的元素；Q为至少一种选自B和C的元素；R为通常包括至少Nd和Pr中的一种并且选择性地包括Dy和/或Tb的至少一种稀土元素；M为至少一种选自Al、Si、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au和Pb的元素；摩尔分数x、y、z、m和n分别满足不等式10at％＜x≤20at％；6at％≤y＜10at％；0.5at％≤z≤12at％；0≤m≤0.5；和0at％＜n≤10at％，其中，纳米复合磁体的氧含量以质量计至多约1,500ppm。2.权利要求1的纳米复合磁体，其中，所述纳米复合磁体包括至少两个含有硬磁相和软磁相的铁磁结晶相；硬磁相的平均晶粒尺寸为约5nm至约200nm；并且软磁相的平均晶粒尺寸为约1nm至约50nm。3.权利要求2的纳米复合磁体，其中，所述硬磁相包括R2Fe14B相。4.权利要求1至3之任一纳米复合磁体，其中，所述纳米复合磁体显示出包括剩磁Br至少约0.7T和矫顽力HCJ至少约480kA/m的硬磁性...

【专利技术属性】
技术研发人员：金清裕和，三次敏夫，广泽哲，
申请(专利权)人：株式会社新王磁材，
类型：发明
国别省市：JP[日本]