本发明专利技术的目的在于，在R-T-B-M-A系稀土类永磁体中，通过将氮(N)、碳(C)、氧(O)、氢(H)控制为适当值来实现低成本的同时不降低剩磁密度性能Br并提高矫顽力性能Hcj。具体为，本发明专利技术的稀土类永磁材料以R2T14B型化合物为主要构成，R为24质量％～34质量％，T为63质量％～74质量％，B为0.5质量％～1.5质量％，其余由M及A构成，微量元素A是C为1100ppm～2000ppm，H为10ppm以下，O为1300ppm～2000ppm，N为150ppm以下。另外，本发明专利技术的稀土类永磁材料在惰性气体环境下粉碎，平均粒子直径在2～5μm范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁材料领域。具体而讲，其为稀土类永磁材料以及其制造方法，涉及不降低磁体的剩磁密度Br而大大提高烧结体的矫顽力的高性能稀土类永磁材料以及其制造方法。
技术介绍
伴随新能源产业的发展与技术的进步，高性能的R-T-B系稀土类永磁体(R为稀土类元素中的至少一种，T为过渡性金属元素中的至少一种，B为硼)的应用领域在世界性地扩大。从现有的电子通信设备领域的硬盘驱动器的音圈马达(VCM)、⑶/DVD的拾音器、移动电话、如核磁共振成像装置(MRI)这样的医疗设备向更高效、节能的机电领域的风力发电机、空调和冰箱的压缩机电机、混合动力车(HybridCar)电动机和发电机等新能源领域发展。因此，对于高性能R-T-B系永磁材料的需求量不断扩大，尤其对即使在使用温度高的情况下剩磁密度也高且矫顽力也高的稀土类永磁材料的要求正在提高。R-T-B系永磁材料的磁特性的主要技术指标是剩磁密度与矫顽力。剩磁密度主要由以下因素决定，1.正向畴体积分数，2.主相(R2T14B)或磁性相的体积分数，3.磁晶粒的取向度，4.烧结磁体的实际密度与理论密度的比值等。由下式表示剩磁密度Br。Br = Α(1-β ) (d/d0)cos θ . Js其中，A 正向畴体积分数，l-β 主相的体积分数，d 烧结磁体的实际密度，d0 烧结磁体的理论密度，COS θ 晶粒的取向度，Js =R2T14B单晶体饱和磁极化强度。另外，矫顽力主要受磁晶各向异性场(Ha)、烧结磁体的微观组织结构(例如晶粒度的尺寸、形状等)、富钕相的数量与分布以及在反向退磁场的作用下的退磁因子的影响。由下式表示矫顽力Hcj。Hcj = CHa-NeffMs其中，Ha 磁晶各向异性参数，Ms 饱和磁化强度，c 微观组织结构参数，Neff 退磁因子。现在，不含作为重稀土类元素的Dy与Tb的R-T-B系烧结永磁材料虽然剩磁密度 Br较高(通常为1.4T)，但是矫顽力较低，只有960kA/m左右。因此，仅仅能够在使用温度低和稳定的环境中使用，极大地限制了永磁材料的应用领域。而且，为了提高R-T-B系烧结磁体的矫顽力扩大使用温度的范围，进行了成分调整及细化晶粒等各种改进工作。作为现有技术的主要的改进方法，采用各向异性场更高的重稀土类元素Dy或Tb 来部分取代Nd，提高矫顽力与使用温度。例如，采用5质量％的Dy来部分取代Nd的方法。 这样，虽然矫顽力可以提高到1680 (kA/m)，但是剩磁密度Br却降低到1J8(T)。而且，作为重稀土类的Dy及Tb因为是稀有资源所以价格高，该方法不适合于大量生产。尤其在作为新能源领域之一的IMW永磁直驱的风力发电机中，1台使用的永磁体的平均质量为IOOOkg以上，在成本方面形成了很大的制约因素。另外，还有通过添加多量fe、Nb、Mo等稀有金属元素来降低晶粒度和优化晶界，从而提高矫顽力的方法，但是这种方法也致使成本提高。在上述现有的稀土类磁体成分分配比中，没能提高到使用温度条件苛刻的(使用环境的温度高)用途，例如电动汽车电动机及混合动力汽车电动机、发电机所必需的矫顽力性能。在电动汽车或混合动力汽车的磁体温度方面，如果是电动汽车，则需要耐住150°C， 如果是混合动力汽车，则需要耐住200°C，如果从磁体矫顽力方面说，则需要1680 (KA/m)以上的材料，另外需要剩磁密度在US(T)以上。如果将重稀土类元素Dy或Tb作为添加物而加入，则虽然可以提高矫顽力性能 Hcj，但是却降低剩磁密度Br，这将造成降低电动机及发电机效率的后果。另外，为了不降低剩磁密度，有必要添加Ga、Nb、Mo等稀有金属元素，但是由于将高价的金属元素作为添加物来多量使用，因此成本增加，要想应用于需求量大的电动汽车电动机及混合动力汽车电动机、发电机，从经济面考虑实现起来比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决这些缺点，在大幅削减成为高成本的主要原因的高价的稀有金属材料的同时，通过提高影响电动机、发电机效率的剩磁密度Br与矫顽力性能HcjjlJ 用低成本的丰富的材料而提供高性能的稀土类磁体。另外，根据本专利技术，也何以降低高价的重稀土类元素Dy或Tb的使用量，可以降低成本。本专利技术的产品可以使用于伺服马达、直线电动机、电梯马达等多方面。下面说明应用于电动汽车电动机及混合动力汽车电动机、发电机时的具体效果。电动汽车电动机或混合动力汽车电动机的电动机输出特性如图1所示，从基本旋转速度以上开始，需要伴随速度上升而转矩降低的稳定输出特性。这些电动机主要采用将所述稀土类磁体在周向上等间隔埋入电动机的转子芯的内磁型永磁同步电动机anterior Permanent Magnet type Synchronous Motor,以下简称 IPMSM)(参照图 2)。如图3所示，在横轴为以磁体磁通轴(d轴)为基准时的电流相位角θ，纵轴为转矩T时，该IPMSM的转矩特性为磁体转矩Tm与磁阻转矩Tr的合成转矩。下面表示各转矩式。T = Tm+TrTm = τ m · cos θ ( τ m 磁体转矩Tm的最大值)Tr = τ r · sin (2 θ ) ( τ r 磁体转矩Q 最大值)该电动机的特征为，通过用电枢磁通来降低所述磁体具有的磁能即发生磁通来实现了电动机的稳定输出范围。从图2的IPMSM构造可知，所述稀土类磁体被配置在磁体磁通轴(d轴)上，以 R-T-B为主成分的稀土类磁体的磁导率1.05，是大致与空气相同的磁导率。因此，从电枢观察时的d轴电感与垂直于该d轴的轴(q轴)的q轴电感相比成以下关系。Ld < Lq在电动机的输出控制中，为了降低磁通，将伴随速度上升而增加的电动机端子之间的电压控制为一定值，优选该d轴电感大。也就是说以配设在转子芯内部的磁体的厚度 Lm小为好。在电动机的设计上，该磁体厚度Lm由使用的磁体的使用温度tm(使用环境温度) 时的矫顽力性能Hcj、电枢的磁场削弱能Ata决定。由于磁场削弱能Ata由电动机的输出规格决定，因此取决于如何在磁体使用温度tm(使用环境温度)下使用矫顽力性能Hcj高的磁体。也就是说，如果矫顽力性能Hcj低，为了耐住电枢的磁场削弱能Ata(为了不发生减磁)则有必要使磁体厚度Lm变厚。但是，如上所述，如果磁体厚度Lm变厚，则上述的d轴电感变小，为了得到规定输出特性，有必要使很多无功电流流通于电枢，这将显著地损坏在电动机的稳定输出域的效率特性。也就是说，通过使用矫顽力性能Hcj高的本专利技术的磁体，可以使磁体厚度Lm比现有的磁体厚度薄，因此可以降低所述无功电流在电枢中的流通，而且提高稳定输出范围的效率，得到可以实现节能的很大效果。本专利技术与现有技术相比大约可以提高25%的矫顽力性能Hcj，可以使磁体的厚度薄25%。其结果，由于大约可以降低所述无功电流的25%，因此大约可以降低在电枢绕组中发生的焦耳热损失的35%。本专利技术的特征是在R-T-B-M-A系稀土类永磁材料中最合适地设定微量元素A的成分范围。本专利技术未添加所述稀有金属，通过在粉碎工序中细化粉末的粒度的基础上将微量元素A的成分设定在最合适的范围来提高磁体的矫顽力。首先，对氧“0”的影响与规定范围的必然性进行说明。由于磁粉被控制成粉末的粒度非常细，因此在烧结过程中磁体晶粒容易发生异常长大。因此，在粉碎工序本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种以Ｒ２Ｔ１４Ｂ型化合物为主要构成的Ｒ－Ｔ－Ｂ－Ｍ－Ａ系稀土类永磁体，Ｒ为稀土类元素中的至少一种，Ｔ为过渡性金属元素中的至少一种，Ｂ为硼，Ｍ为由Ｔｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ组成的群当中选择的至少一种，Ａ为微量元数，其特征为，Ｒ为２４质量％～３４质量％，Ｔ为６３质量％～７４质量％，Ｂ为０．５质量％～１．５质量％，其余由Ｍ及Ａ构成，所述Ａ的组成如下，Ｃ的含量为１１００ｐｐｍ～２０００ｐｐｍ，Ｈ的含量为１０ｐｐｍ以下，Ｏ的含量为１３００ｐｐｍ～２０００ｐｐｍ，Ｎ的含量为１５０ｐｐｍ以下，所述稀土类永磁材料粉末的平均粒子直径在２～５μｍ范围。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林喜峰，丁开鸿，吕思晶，王国海，于京春，李忠华，王永杰，宫本恭祐，
申请(专利权)人：烟台首钢磁性材料股份有限公司，株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：37
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