稀土/铁/硼基永磁体及其制备方法技术

公开了一种从合金的快淬薄带制备具有纳米复合结构的磁各向异性稀土／铁／硼基块状永磁体的方法。该方法包括对快淬薄带的粉末加热到可局部形成液相的温度，液相是低熔点的镧／铁或稀土／铜合金，通过使处于电阻加热下的粉末经过一对压力轧辊之间的缝隙，对快淬薄带的粉末进行单轴热形变处理。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型。更具体地，本专利技术涉及具有磁各向异性的，并且适合用于计算机硬磁盘驱动器的磁头驱动致动器。自从Sagawa等以及Croat等提出的钕/铁/硼基永磁体初次出现，其主相是Nd2Fe14B化合物，由于对基础组成和添加元素最佳化以及制备方法改进的深入开发工作，对各种磁体合金组成可以得到永磁体的高磁性能，这种类型的稀土基永磁体在磁性能上已获得了极为显著的改进。迄今为止在粉末冶金工艺方面提出了各种建议和尝试，这对于钕/铁/硼基烧结永磁体、以下称为Nd/Fe/B基磁体的制备是最为广泛采用的，目的在于不断降低钕含量，不断提高铁含量，接近Nd2Fe14B的理论组成，这是由11.8mol％的钕、82.3mol％的铁和5.9mol％的硼组成的，目的在于不断降低磁体合金的氧化程度，目的在于通过在提高的磁场中进行压制成型，不断提高磁体合金晶粒的磁取向，目的在于不断细化金相结构等等。作为这些改进的组合结果，这种类型的永磁体的最大磁能积(BH)max目前已高达到可能的理论最高值的约88％。但是，通常公认的观念是，通过改进粉末冶金工艺或者其制备所用的磁体合金的组成，来提高这种永磁体的磁性能，迟早将遇到不可逾越的限制。例如，粉末冶金工艺不适合制备铁含量超过Nd2Fe14B化合物的理论值的82.3mol％的高性能Nd/Fe/B基磁体。这是因为磁体合金中的高铁含量必然导致形成Fe软磁相，引起对磁体矫顽力有不利影响的磁化反转。可以推测合金组成中钕含量高于理论含量因而铁含量不足的低熔点金相，形成熔融液相，通过使Nd2Fe14B晶粒表面平滑，适于晶核发源及生长的类型的矫顽力的产生。对于具有磁各向异性的Nd/Fe/B基永磁体的制备，公知另一种粉末冶金方法，是所谓的单轴热形变法。在此方法中，通过热处理从非晶薄带获得或者按控制的冷却速率急冷获得Nd/Fe/B基急冷微晶薄带，这是市售产品(MQ1，MQI Co.的产品)，被热压成磁各向同性块状磁体(MQ2，MQI Co.的产品)，通过压制进行单轴热形变处理，以使磁晶粒的易磁化轴取向在压制方向，提供作为市售产品的磁各向异性Nd/Fe/B基永磁体(MQ3，MQI Co.的产品)。无须说，以上获得的磁各向异性永磁体的磁取向程度必然取决于单轴热形变的程度。在这方面，至今开发的单轴热形变方法成功地实现了高的磁体最大磁能积(BH)max，其大到约为理论可能最大值的75％。但是，上述单轴热形变方法存在的问题是采用该方法的磁体合金的组成受到限制，因为仅在磁体合金进行单轴热压的形变，可在热压温度存在液相。亦即，该方法不适用于其化学组成不能形成低熔点或高铁含量的相的磁体合金。这些情况已构成公认，要求Nd/Fe/B基永磁体具有比粉末冶金法制备的磁体优异的磁性能时，单轴热形变法是不适合的。另一方面，所谓的纳米复合永磁体近年来引人注目，因为永磁体的磁性能有极大提高的可能性。亦即，纳米复合永磁体是具有复合结构的集合体，由软磁相和硬磁相集合混合而成，细度是10nm数量级，通过磁交换耦合来耦合。正如模拟计算和实验所证实的，无论是否存在软磁相，纳米复合永磁体都呈现优异的磁性能。因此，通过使用具有高饱和磁化强度的基本材料作为软磁相，将可以获得由软磁相和硬磁相构成的、并且具有高饱和磁化强度和高矫顽力的纳米永磁体，其磁性能可以超过硬磁相本身的性能。众所周知，稀土基纳米复合永磁体可以由软磁相和硬磁相的组合形成，软磁相包括Fe、FeCo、FeB/FeN-基化合物等的相，硬磁相包括Nd2Fe14B、SmCo5、Sm2Co17、Sm2Fe17Nx、NdTiFe11Nx和其他氮化物的相。这里注意软磁相和硬磁相的组合并不限于一种或几种特定组合，而可以是对于每种相自由选自上述给定物质的软磁和硬磁化合物的任意组合。硬磁相的组成并不总是对组合的限制因素。虽然只有当各种相的磁性晶粒具有10nm数量级细度时，纳米复合磁体中的软磁相和硬磁相之间的磁性交换耦合才能有效，但是仍旧未能成功地赋予这种极细微结构的纳米磁体以磁各向异性。即使是磁体具有磁各向同性结构，纳米永磁体的特征仍旧因存在软磁相而实现了相当高的剩余磁通密度Br，但磁体具有磁各向同性结构则纳米永磁体的矫顽力和最大磁能积不能足够高。纳米永磁体的严重问题在于块状纳米复合磁体极难制备。亦即，通常采用熔体快淬或机械合金化的方法制备纳米复合磁体，获得粉末状或薄带状磁体，仍旧未能开发出把这种粉末或薄带转变成块状磁体而不发生纳米复合结构粗化的实用方法。只有采用脉冲超高压力把纳米磁体粉末转变成块状的方法，但极为特殊和昂贵，离实用的可能性很远。如上所述，尚不能开发纳米复合永磁体，除非建立一种制备块状磁体同时赋予磁各向异性的方法。因此，本专利技术的目的在于提供一种制备具有磁各向异性纳米复合结构的块状R/Fe/B基永磁体的新方法，其硬磁相是R2Fe14B相，R是稀土元素或者稀土元素的组合。于是，本专利技术提供一种具有纳米复合结构的R/Fe/B基永磁体的制备方法，其铁的摩尔含量至少是82％，硬磁相是R2Fe14B相，软磁相是Fe相或FeB3相，R是稀土元素或者稀土元素的组合，包括对R/Fe/B基磁性合金的快淬薄带进行单轴热形变处理的步骤，其温度应能存在熔融液相合金，以便获得磁各向异性永磁体。而且，以上限定的本专利技术方法可用于制备具有纳米复合结构的R/Fe/Co/B基永磁体，其铁和钴的总摩尔含量至少82％，钴含量的摩尔比不超过铁和钴总量的20％。硬磁相是R2Fe14B相，软磁相是Fe相或Fe3B相，R是稀土元素或者稀土元素的组合。附图说明图1是展示用于制备本专利技术块状永磁体的电流承载粉末滚压轧制法原理的剖面图。从上述说明可知，由本专利技术方法获得的永磁体的基本成分元素包括稀土元素或者稀土元素的组合，可由钴和硼部分置换的铁。由R表示的稀土元素选自钇和原子序数为57-71的元素之中，优选钕和镨。铽或镝部分置换钕或镨具有提高由本专利技术方法制备的磁体矫顽力的效果。磁体的第二基本成分是铁，可以用钴部分置换。铁或铁加钴的摩尔含量至少是82％，超过R2Fe14B硬磁相中的铁摩尔含量，可以在磁体的纳米复合结构中形成Fe软磁相或Fe/Co软磁相。当部分铁被钴置换时，应限制钴含量以使钴与铁和钴的总含量的摩尔比不超过20％，因为当钴含量过高时导致硬磁相的磁性能降低。而且，优选用少量一种或多种添加元素部分置换铁或铁/钴，一般由M表示，选自铝、钒、钼、锆、钛、锡、铜和镓之中。添加M元素具有获得细化纳米复合结构的织构的效果，有利于提高磁体的矫顽力。但是，这些添加元素M的总含量应不超过4mol％，因为其含量如果过大，则引起磁体的磁性能降低。考虑由此对磁体矫顽力带来的好处，磁体中这些添加元素M的含量最好在0.1-4mol％的范围内。除了包括稀土、铁、钴、硼和添加元素M的上述磁体成分元素之外，磁体合金几乎总是含有各种杂质元素，包括碳、氧和制备磁体合金的起始原材料含有的杂质或者在处理过程中进入合金的其他杂质。这些不可避免的杂质元素的含量应控制得尽可能地小，但是将其含量降低到不超过1wt％是极为困难的课题。根据本专利技术方法处理的磁体材料是快淬合金薄带，可以通过本身公知的液态快淬法或机械合金化法，从上述组成的磁体合金制备成薄带形式，或者有时是粉末形式，而且这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁各向异性稀土基永磁体的制备方法，磁体组成包括稀土元素、铁和硼，其中铁含量至少是８２ｍｏｌ％，并且具有硬磁相是Ｎｄ↓［２］Ｆｅ↓［１４］Ｂ相的纳米复合结构，Ｒ是稀土元素，软磁相是Ｆｅ相或Ｆｅ↓［３］Ｂ相，包括如下步骤； （ａ）对稀土基合金的快淬薄带加热，所述合金的组成包括稀土元素或稀土元素的组合、铁或铁和钴的组合以及硼，铁或铁和钴的含量至少是８２ｍｏｌ％，加热温度应能局部形成液相； （ｂ）对处于加热下的稀土基合金的快淬薄带在压力下进行单轴热形变处理。

【技术特征摘要】
JP 1998-12-17 358573/19981.一种磁各向异性稀土基永磁体的制备方法，磁体组成包括稀土元素、铁和硼，其中铁含量至少是82mol％，并且具有硬磁相是Nd2Fe14B相的纳米复合结构，R是稀土元素，软磁相是Fe相或Fe3B相，包括如下步骤；(a)对稀土基合金的快淬薄带加热，所述合金的组成包括稀土元素或稀土元素的组合、铁或铁和钴的组合以及硼，铁或铁和钴的含量至少是82mol％，加热温度应能局部形成液相；(b)对处于加热下的稀土基合金的快淬薄带在压力下进行单轴热形变处理。2.根据权利要求1的磁各向异性稀土基永磁体的制备方法，其中，至少部分稀土元素或稀土元素的组合是镧。3.根据权利要求1的磁各向异性稀土基永磁体的制备方法，其中，铁和钴的组合中的钴含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：大桥健，野村忠雄，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]