稀土永磁材料及其制造方法技术

一种具有如Ｒ＃－［ｘ］Ｆ＃－［１００－（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｍ＋ｎ）］Ｂ＃－［ｙ］Ｔ＃－［ｚ］Ｍ＃－［ｍ］Ｄ＃－［ｎ］式表示组成的稀土永磁合金，式中Ｒ为１种或１种以上的稀土元素，如钕、镧、铈，镝和／或镨Ｆ为铁或被２０原子％的Ｃｏ所取代的铁；Ｂ为硼；Ｔ为从Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ和Ｔａ中选出的１种或１种以上的元素；Ｍ为从Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｇａ，Ｃｕ，Ａｇ和Ａｕ中选出的１种或１种以上的元素；Ｄ为从Ｃ，Ｎ，Ｐ和Ｏ中选出的１种或１种以上的元素。式中的ｘ，ｙ，ｚ，ｍ，ｎ是原子％，范围是３＜ｘ＜１５，４＜ｙ＜２２，０．５＜ｚ＜５，０．１＜ｍ＜２，０．１＜ｎ＜４。这种细的无定形的合金粒子是用雾化和／或淬火法制得的。这方法可同时得到球形的、无规则的和类似片状的颗粒。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种永磁材料，具体讲，本专利技术涉及一种由稀土、铁、硼及其它添加元素和/或化合物组成的永磁材料。
技术介绍
像钕(Nd)-铁(Fe)-硼(B)这样的永磁合金(即Nd2Fe14B)的磁性可以通过变换合金的组成而得到改变。如将元素加入到合金中以取代同一位置上的原合金元素。具体地讲，在Nd-Fe-B合金体系中，它的磁性可以用其他元素直接取代Fe、Nd和B位置上的Fe、Nd和B来改变。磁性材料磁性的改变也可用改变制造合金的工艺条件使其微观结构发生变化的办法来实现。如，像熔体-纺丝法或雾化法使熔体快速固化而直接产生极细的合金晶粒或通过短时间退火时过淬火然后重结晶，此时，合金的磁性有可能发生变化。用目前工业上采用的熔体-纺丝法生产的Nd-Fe-B薄片状磁性材料与熔体-纺丝轮接触和未接触的自由表面间的微观结构及磁性均发生变化，因为在薄片状磁性材料的厚度方向上的冷却速度存在差异。一般从下述两个方面来改进熔体-纺丝工艺或产品(1)消除不均匀性以使磁性更好；(2)在不影响磁性均匀性或性能的情况下增加产率。目前采用的大规模生产Nd-Fe-B磁性材料的熔体-纺丝法的产率局限在每分钟0.5kg左右。美国专利No.4,919,732披露了采用熔体-纺丝法生产含有锆、钽和/或钛和硼的片状Nd-Fe-B固熔材料。然后将这种熔体-纺丝法生产的片材粉碎至60目以下。为了稳定细晶粒结构，防止尔后升温磁体加工期间晶粒生长变大，将其进行重结晶热处理析出二硼化物。利用析出铪(Hf)，锆(Zr)，钽(Ta)和/或钛(Ti)的二硼化物来减慢晶粒生长所伴随的缺点是合金在用硼形成硼化物和用硼形成三元Nd-Fe-B，2-14-1相之间竞争。这意味着合金制备期间，要加入过量的硼来调整三元Nd-Fe-B相图位置的改变的并使固化连续进行。美国专利No.5,486,240介绍了一种快速固化熔体(稀土永磁体合金熔体)形成具有无定形(玻璃)结构或过淬火微晶结构颗粒来制备永磁体的方法。这种熔体含1种或1种以上稀土元素、铁和/或钴及硼的基本合金组分。这种合金组份分中还含有至少一种下述过渡金属元素(TM)Ti，Zr，Hf，V，Nd，Ta，Cr，Mo，W和Al.一具体实施方案的组分中也包括碳(C)和氮(N)中的至少一种元素与过渡金属(TM)按化学计量化合的热力学上稳定的化合物(如过渡金属的碳化物、氮化物和/或碳氮化物的元素。这表明过渡金属碳化物、氮化物和/或碳氮化合物在热力学上比能在添加剂(即TM，C，和/或N)和基本合金组分(即RE，Fe和/或Co，B)间可形成的其它化合物更稳定，这样就使得由于在熔体中添加剂的存在，所以基本合金组分不改变。在一实施方案中，这种基本合金组分含Nd2Fe14B，和元素Ti，以及基本上按化学计量形成TiC和TiN沉淀的Ti和C和/或N。美国专利′240中描述了在熔体中过渡金属添加剂(S)的存在(如Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo，W，和Al)对形成玻璃态是有利的。也就是说，采用非常低的熔体冷却速度也能够获得无定形结构。这样，可通过改变合金组分来改变玻璃形成能力，来确保快速固化粒子中获得所要求的无定形结构玻璃。但是在Nd-Fe-B合金中加入化学计量的碳化物、氮化物和/或碳氮化物也会随之带来一些缺点。例如业已发现，加入大量的添加剂(如钛和碳)来作为一种提高淬火能力的方法就会导致合金磁性的降低。此种情况的出现有两个原因首先加入添加剂(如钛和碳)会在Nd-Fe-B主相中形成独立的非磁性相，从而使合金中的磁性相的体积减小了。这也被称之为体积稀释。第二，加入的元素(如钛和碳)毒化基础合金Nd-Fe-B合金，从而导致磁性下降。这种效果的出现是这样一个事实，即并不是所加入的所有元素(如钛和碳)都用来生成化合物(如碳化钛)。相反，过渡金属元素(如Ti)在2-14-1(Nd-Fe-B)相(就过渡金属Ti而言，溶解度约为0.06wt％)中总有一定的熔解性，它对磁性有影响，尤其是对剩磁Br和最大磁能积BHmax有影响。例如，众所周知，对Ti来讲，它的取代对2-14-1相的负面影响是明显的。因此，当加入化学计量的过渡金属碳化物或氮化物(如TiC)以获得合金所要求的淬火水平时，可归结于“体积稀释”和对2-14-1相的毒化作用造成磁性的综合降低，使产品的磁性是商业上所不能接受的。例如，本专利技术人业已证明，标准的、商业上可获得的Nd-Fe-B合金组合物而言，当加入3原子％左右的TiC时，可将熔体-纺丝法(淬冷法的直接衡量)生成粉末的纺丝轮的最佳转速由20m/s降至8m/s。但是，出现了合金的磁性下降约为20-30％的情形，导致性能不可接受，即使非磁性TiC第二相只占体积的6％也是如此。此外，美国专利′240将铝(Al)错误地当作所谓的过渡金属元素中的一员，因为碳化铝、氮化铝或碳氮化铝在热力学稳定性上并不比能在添加剂(即TM，C和/或N)和基本合金组分(即RE，Fe和/或Co，B)间成型的其它化合物强。因此按照美国专利′240说法，将Al加到基本合金组分中去不能获得所要求的结果。因此，本专利技术的一个目的是提供将一种或一种以上的元素和/或化合物加到基本组分Nd-Fe-B化合物中去，以提高它的淬火性。本专利技术的另一个目的是将把由添加元素和/或化合物而引起的合金磁性的下降减至最小程度。本专利技术的第三个目的是提供一种比过去生产率更高的生产磁性合金材料的方法和装置。专利技术概述以上提到的目的和其它目的可以通过本专利技术提供的能提高淬火性的合金组成及制备具有能这种组成的磁性合金粉的方法来实现。按照本专利技术，一种如式RxF100-(x+y+z+m+n)ByTzMmDn.)表示的组成的稀土永磁合金。其中，R为如钕、镧、铈、镝和/或镨中的一种或一种以上的稀土元素，但不限于这些稀土元素；F为Fe或Fe和20原子％的取代Fe的Co；B为硼，T为从Ti，Gr，Cr，Mn，Hf，Nb，V，Mo，W和Ta中选取的一种或一种以上的元素；M是从Si，Al，Ge，Ga，Cu，Ag和Au中选取的一种或一种以上的元素；D为从C，N，P和O中选取的一种或一种以上的元素。在这个表达式中x，y，z，m，n为原子百分数，其范围在3＜x＜15，4＜y＜22，0.5＜z＜5，0.1＜m＜2和0.1＜n＜4。制造这种合金粒子可首先将个组分熔融，然后将熔体快速固化，以基本形成无定形的固体粒子。将熔体快速冷却而得到的粒子优选的冷却速度是105℃/s。更优选的方法是采用离心雾化方法，以0.5kg/分到100kg/分的速度大规模生产。按照本专利技术方法制备的合金粒子可以是球形，无规则形或类似片形。按照本专利技术也可制成不同形状混合存在的粒子。粒子粒径范围较好的是1-200μm，类似片状的粒子长度为50-500μm，厚度为20-100μm。按照本专利技术快速冷却制成的粒子要在真空或惰性的氛围，500-850℃之间进行热处理，同时离心时间在1-300分钟，形成尺寸大小为0.02-0.2μm的四方的2-14-1磁相的微晶体积为30-95％的粒子。这种退火方法使矫顽力Hci至少增加到2kOe，剩磁Br至少增加到5kG，而最大磁能积BHmax至少增加到7MGOe。经过热处理的粒子可采用任何高聚物粘结剂或热压法将它们制成磁体本专利技术详述本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土永磁合金，其特征在于所述合金具有式Ｒ↓［ｘ］Ｆ↓［１００－（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｍ＋ｎ）］Ｂ↓［ｙ］Ｔ↓［ｚ］Ｍ↓［ｍ］Ｄ↓［ｎ］表示的组成，式中： Ｒ为一种或一种以上的稀土元素； Ｆ为Ｆｅ或Ｆｅ和最多取代２０原子％的Ｆｅ的Ｃｏ； Ｂ为硼； Ｔ为从Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ和Ｔａ中选取的一种或一种以上元素， Ｍ为从Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｇａ，Ｃｕ，Ａｇ和Ａｕ中选取的一种或一种以上的元素； Ｄ为从Ｃ，Ｎ，Ｐ和Ｏ中选取的一种或一种或一种以上的元素；和 ｘ，ｙ，ｚ，ｍ，ｎ是原子％，其范围是３＜ｘ＜１５，４＜ｙ＜２２，０．５＜ｚ＜５，０．１＜ｍ＜２和０．１＜ｎ＜４。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BH拉宾，CH塞勒尔斯，
申请(专利权)人：马格内昆茨国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]