减少镝或铽用量的制造ND-FE-B烧结磁体的方法技术

本发明专利技术涉及减少镝或铽用量的制造ND-FE-B烧结磁体的方法。制造永磁体的方法和永磁体。该方法包括提供结合芯材料和表面材料，使得该表面材料中的镝、铽或两者的表面浓度高而同时保持镝、铽或两者的整体浓度低。由此，该磁体具有不均匀分布的镝、铽或两者。可以使用变化的方法来准备结合的芯材料和表面材料，以确保以实现高表面浓度和低整体浓度的方式该表面粉末有效地包覆芯粉末。在一种形式中，芯材料可由钕铁硼永磁体前体材料制成。

【技术实现步骤摘要】
减少镝或铽用量的制造ND-FE-B烧结磁体的方法本申请要求获得申请日为2011年9月30日的美国临时专利申请61/5412900和申请日为2012年3月30日的美国临时专利申请61/617956的权益。
本专利技术一般涉及电动机和它们的制造，更具体地涉及用于形成永磁体的方法，其使用稀土（RE）添加剂来改进电动机的功率密度。
技术介绍
永磁体被用于各种设备，包括用于混合动力车辆和电动车辆的牵引电动机，以及风力涡轮机、空调机组及其他设备，其中小体积和大功率密度的结合是有益的。烧结的钕铁硼（Nb-Fe-B）永磁体在低温下具有很好的磁性。然而，由于这种磁体中Nd2Fe14B相的低居里温度，剩磁（magneticremanence）和本征矫顽性随着温度的上升而迅速地减小。存在两种普遍的改进高温下的热稳定性和磁性的方法。一种是通过添加钴（Co）来提升居里温度，钴可完全溶在Nd2Fe14B相中。然而，具有Co的Nd-Fe-B磁体的矫顽磁性可能由于逆磁畴的成核位点而下降。第二方法是添加重RE元素，例如镝（Dy）或铽（Tb）。已知的是，在Nd-Fe-B磁体中用于Nd或Fe的置换导致各向异性场和本征矫顽性的增加以及饱和磁化强度的减小。例如参见“C.S.Herget,Metal,Poed.Rep.V.42,P.438(1987);W.Rodewald,J.LessCommonMet.,VIII,P77(1985);D.Plusa,J.J,Wystocki,Less-CommonMet.V.133,P.231(1987)”。惯例是在熔化和成合金之前添加重RE金属例如为Dy或Tb到混合金属中。然而，Dy和Tb是非常稀有和昂贵的原料。重RE仅包含大约2-7％的Dy，并且世界上的RE矿中仅有一小部分包含重RE。近来，Dy的价格已经急剧的上升。如果需要的磁性高于Dy可提供的磁性，Tb是必需的，其比Dy更加昂贵。此外，这些金属会很难以它们相对纯净的形式进行工作，例如纯Dy过于柔软而难以形成粉末，并且同时容易被氧化。虽然Dy的氢化物可用于使原料(因此使形成粉末成为可能)脆化，但是这样的原料会不利地影响扩散特性和该原料在较低温度时的工作性能，这进而会不利于随后的烧结或相关原料的固结尝试。例如，氢化Dy的快速扩散意味着与烧结关联的常规高温(例如，大约1000℃或更高)不能被用于原料固结，因为在这个温度上，Dy的扩散程度-和伴随的对更多原料的需要以提供足够的覆盖度-将会变得很大。用于混合动力轿车和卡车中的牵引电动机的典型磁体包含大约6到10wt％之间的Dy以符合磁性的需要，同时其他的应用(例如上述的风力涡轮机和空调，以及其他的车辆结构(例如摩托车，其工作温度环境可不像它们的轿车和卡车对应项那样高)会具有较低的Dy需求。假定永磁体件的重量为大约1-1.5kg/每个电动机，并且该机加工件的成品率典型地为大约55-65％，那么每个电动机将需要2-3公斤的永磁体。此外，因为其他的工业与永磁体之间在有限的Dy资源方面存在竞争(从而使与这种原料关联的已经过高的成本更加增剧)，降低Dy在永磁体中的用量会具有非常显著的成本影响，对于Tb来说同样如此。可以利用粉末冶金工艺生产Nd-Fe-B永磁体，其包括制备具有期望化学组成的粉末。典型的粉末冶金工艺包括称重、在磁场下压制、烧结、老化(例如，在真空中，在大约500℃到1100℃持续大约5到30小时)及机械加工，以生产磁体片。还可使用附加的表面处理，其包括磷酸盐处理(phosphating)、化学镀镍(electrolessnicklelplating)、环氧树脂涂层等。对于烧结的Nd-Fe-B磁体，理想的微观结构为Fe14Nd2B晶粒，其完全地由非铁磁性的富Nd相和Fe-Nd相隔离，富Nd相由主要的Nd加上一些Fe4Nd1.1B4的共晶基体构成，Fe-Nd相由杂质稳定。Dy或Tb的加入导致基于Fe、Nd和Dy或Tb的相当不同的三重晶粒间相形成，这些相位于晶粒边界区域中和Fe14Nd2B晶粒的表面处。Nd-Fe-B烧结磁体的微观结构已经被广泛研究来改进主要由硬磁性Nd2Fe14B相和非磁性富Nd相组成的这种磁体的磁性。已知矫顽磁性很大地受到Nd2Fe14B晶粒之间的边界相的形态的影响。当磁体尺寸减小时，Nd-Fe-B烧结磁体的磁性下降，这是因为已机械加工表面导致逆磁畴的成核。同样地，在Machida等人的发表于Coll.Abstr.Magn.Soc.Jpn.142(2005)，25-30)的标题为“ImprovedMagneticPropertiesofSmall-SizedMagnetsandTheirApplicationforDCBrush-lessMicro-Motors”的论文中发现，小尺寸的Nd-Fe-B烧结磁体的降低的矫顽磁性可以通过对形成的磁体用Dy和Tb金属蒸气吸附进行表面处理而得到改善，这种表面处理使得在形成的磁体的外侧上具有均匀分布的Dy或Tb涂层。虽然这种方法有助于改进已经使用Dy或Tb处理的磁体的特性，但是由于使用了过多的这些珍贵原料，这意味着很高的成本费用。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是制造永磁体的方法。在一个实施例中，该方法包括将包含Nd、Fe和B的第一原料(其可以为芯粉末的形式)，以及包括含Dy或Tb中的一种或两种的第二原料(其可以为粉末或薄片的形式)以金属合金的形式结合，使得形成包覆的复合材料状原料(coated，composite-likematerial)，其中构成所述第二原料的Dy或Tb不均一(或不均匀)分布；这确保了Dy、Tb或两者的表面浓度超过它们的整体浓度，而同时保持低的总用量。在本申请背景中，不均匀或不均一分布意味着第二原料分布或集结在第一原料的不连续位置，比如在界面或晶粒边界或表面上的其他位置-很少或没有(例如由扩散、化学结合等)在构成该第一原料的颗粒内部。在一种形式中，含Dy或Tb的合金可为小粉末形式，同时在另一种形式中，该原料可为较大的薄片基形式；与这些尺寸差异相关的细节将在下面以更长篇幅论述。不论形式怎样，它们都可以被用来掺合、混合和机械涂布以生产复合材料状原料。可以通过利用粉化(熔融金属接触高压惰性气体(比如氩气)来形成颗粒)或通过粉浆浇铸(slipcasting)接着氢爆碎和脱氢的来制备粉末或薄片状粉末。引人注意的是，根据本专利技术生产的磁性材料可通过这种方法烧结来保持低扩散并由此在晶粒边界区(这里也被称作晶粒边界表面)周围维持期望的Dy和Tb中一种或两种的不均一含量。在一种形式中，该永磁体的Dy、Tb或两者的晶粒边界表面浓度在大约3wt％到大约40wt％之间。本专利技术通过改变温度、时间、空间形态和化学过程来改变Dy和Tb以及各种其他的元素的扩散或有关的传输特性，所述其他的元素比如为Nd、Pr、镓(Ga)、B、Fe、Co、铜(Cu)等。在一种特殊的形式中，被涂布材料周围的涂覆用材料的机械包绕(wrap)可通过调整这些参数而发生，这里更完整的包绕可以通过较高的能级达到，虽然包绕并不需要完整以证明改进的性能。在这种情况下，由于在烧结期间一种或多种上述的元素的扩散，所以在某种情况下部分的包绕也是可以接受的。通过控制研磨和混合动力学，会形成新的和不同的原料相。本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造永磁体的方法，所述永磁体在其上具有非均匀分布的镝或铽中的至少一种，所述方法包括：提供包含钕、铁和硼的第一材料；提供包含镝和铽的至少一种的第二材料，所述镝和铽的至少一种为金属合金的形式；以机械研磨方式结合所述第一和第二材料，使得所述第一材料基本上涂布以所述第二材料层；将所述第一和第二材料成形为预定形状；和烧结所述预定形状，使得形成具有所述第二材料在所述第一材料表面上的非均匀分布的永磁体。

【技术特征摘要】
2011.09.30 US 61/541290;2012.03.30 US 61/617956;21.制造永磁体的方法，所述永磁体在其上具有非均匀分布的镝或铽中的至少一种，所述方法包括：提供包含钕、铁和硼的第一材料；提供包含镝和铽的至少一种的第二材料，所述镝和铽的至少一种为金属合金的形式；以机械研磨方式结合所述第一和第二材料，使得所述第一材料基本上涂布于所述第二材料层；将所述第一和第二材料成形为预定形状；和烧结所述预定形状，使得形成具有所述第二材料在所述第一材料表面上的非均匀分布的永磁体；其中所述第一材料为粉末基的并且所述第二材料为薄片基的。2.权利要求1的方法，其中所述第一材料的颗粒尺寸在1微米和30微米之间。3.权利要求1的方法，其中所述第二材料主要沿着所述第一材料内的晶粒边界形成。4.权利要求1的方法，进一步包括筛除没有形成所述层的所述薄片基材料的过量部分。5.权利要求1的方法，其中在所述结合之前，所述第一材料的硬度值比所述第二材料高。6.权利要求1的方法，其中所述机械研磨包括利...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·王，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：