專利名稱：用各向異性粉成型的熱壓磁體的制作方法
廣義地講，本發(fā)明涉及主要以鐵，釹和/或鐠和硼的高磁能積永磁體制造方法。更具體地講，本發(fā)明涉及用稀土-鐵-硼合金形成熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中用合金進行熱壓和熱加工步驟，從而制成具有細片晶顯微組織的熱加工體。
以含有鐵，釹和/或鐠和硼的組合物為基礎(chǔ)的永磁體已知并已工業(yè)應(yīng)用。這些永磁體中作為基本磁性相含有四方晶粒，其中鐵，釹和硼等的比例可用例如經(jīng)驗式Nd2Fe14B表示。這些磁體組合物及其制造方法已見于Croat的US 4802931(1989年2月7日頒布)。磁性相晶粒四周包圍著第二相，與基本磁性相比較，該相通常富含稀土如富含釹。已知以這些組合物為基礎(chǔ)而形成的磁體可通過迅速固化如熔紡該組合物熔體制成細粒磁性各向同性的帶狀片?？捎眠@些各向同性顆粒按眾所周知的方法形成磁體，如將顆粒與合適的樹脂粘合到一起。
雖然用這些各向同性的帶片成型的磁體對于某些應(yīng)用是令人滿意的，但其磁能積(BHmax)通常約為63643.5AT/m至約79554.4AT/m(約8-約10兆高斯奧斯特(MGOe))，而這對于許多其它用途而言是不夠的。為了提高磁能積，已知可將各向同性顆粒熱壓成磁能積約103420.7AT/m至約171376.2AT/m(約13-約14MGOe)的磁體。US4782367(1988年12月20日頒布)指出，熔紡各向異性粉可適當(dāng)熱壓并熱加工使其塑性變形，從而得到磁各向異性高強度永磁體。由于磁各向異性，這些磁體顯示出極其優(yōu)異的磁性，其磁能積通常為約222752.3AT/m(約28MGOe)或更高。但是，這樣成型的各向異性磁體的缺點是，由于最終成型步驟為塑性變形步驟，所以成型各向異性磁體的形狀明顯受到限制，與粘結(jié)熱壓各向同性磁體所能達到的各種形狀比較起來尤其是如此。
稀土-鐵-硼各向異性磁體生產(chǎn)工藝中的另一缺點是，所需的幾個加工步驟費時，并且增加的熱加工步驟也加大了這些磁體的生產(chǎn)成本。此外，磁體熱加工所需模具和切割機一般很復(fù)雜，使其難于制造和使用。因此，稀土-鐵-硼各向異性永磁體生產(chǎn)成本通常很高，而且其形狀受到成型設(shè)備的限制。
已知由粘結(jié)各向異性顆粒構(gòu)成的磁體，其磁能積約119331.6AT/m至約143197.9AT/m(約15-約18MGOe)。采用已知方法，如機械研磨法，粉碎和氫爆裂法可用熱加工的各向異性磁體，如上述磁體制成各向異性顆粒。然后將各向異性顆粒用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┱辰Y(jié)在一起，從而制成永磁體，其中粘合劑可用例如熱固性樹脂或熱塑性樹脂。但是，為了達到這些高磁能積值，必須在加工過程中將顆粒放在調(diào)直場中。因此，可能獲得的永磁體形狀仍然很有限。除此之外，后續(xù)加工也更困難，并且工藝復(fù)雜，因為這些顆粒已經(jīng)磁化，這在計算機工業(yè)中特別有害的，在計算機工業(yè)中雜散磁性顆粒會嚴(yán)重損害記憶操作。
所以說，雖然上述現(xiàn)有永磁體適宜于許多用途，但仍需要提出磁能積至少為119331.6AT/m(15MGOe)和更高，優(yōu)選約159108.8AT/m(約20MGOe)或更高的永磁體成型方法，其中該方法的優(yōu)點是能夠制成具有各種各樣形狀的永磁體并且該方法既不要求熱加工步驟，也不要求在熱壓過程中進行磁性調(diào)直。
本發(fā)明熱壓稀土-鐵-硼磁體制造方法的特征在于該方法的步驟還包括將所說熱加工體破碎以用其制成一定量具有片狀結(jié)構(gòu)的磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒;然后將該定量磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒熱壓在一起而制成磁性積至少119331.6AT/m(15MGOe)的磁各向異性熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體，該熱壓步驟無須在磁性調(diào)直場中進行，同時這基本上不會影響磁各向異性熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體的磁各向異性和磁能積;該熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體具有用片狀顆粒形成的組織并且顯示出磁各向異性，其磁能積高于具有類似組成的熱壓磁各向同性磁體的磁能積，低于所說熱加工體的磁能積。
因此，本發(fā)明目的之一是提供一種各向異性熱壓永磁體，其磁能積至少119331.6AT/m(15MGOe)，優(yōu)選至少159108.8AT/m(20MGOe)，在熱壓各向異性顆粒制成磁體的過程中不要求磁性調(diào)直。
本發(fā)明另一目的是該方法能夠形成各式各樣形狀的基本上各向異性的永磁體，其形狀式樣多于用常見熱加工方法制成的各向異性永磁體可能達到的形狀式樣。
本發(fā)明另一目的是該各向異性熱壓永磁體組成中磁性成分應(yīng)為主要以釹和/或鐠，鐵和硼為基礎(chǔ)的四方晶體相RE2TM14B。
本發(fā)明另一目的是該永磁體應(yīng)含有磁各向異性顆粒，并有可能加入磁各向同性顆粒，其中每一種顆粒的相對量可確定永磁體的磁性。
本發(fā)明另一目的是該永磁體成型方法應(yīng)是將一定量磁各向異性顆粒熱壓在一起而制成基本上各向異性的永磁體或另一方面將一定量各向異性和各向同性顆粒熱壓在一起而制成至少部分各向異性的永磁體。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，上述及其它目的和優(yōu)點概括如下。
根據(jù)本發(fā)明，提出各向異性熱壓稀土-鐵-硼永磁體，其中永磁體磁能積至少119331.6AT/m(15MGOe)，優(yōu)選至少159108.8AT/m(20MGOe)。而且，本發(fā)明磁能積可在各向異性顆粒熱壓過程中不用磁性調(diào)直場并且可不對各向異性顆粒進行熱加工而得到。
本發(fā)明方法包括提供一定量各向異性稀土-鐵-硼顆粒，并可加入各向同性稀土-鐵-硼顆粒，將這些顆粒熱壓成基本上各向異性的高磁能積永磁體。作為各向異性的熱壓永磁體，其形狀數(shù)量遠遠多于熱加工的各向異性永磁體獲得的形狀數(shù)量。此外，由于在熱壓過程中不用常規(guī)要求的磁性調(diào)直程序即可獲得高磁能積磁體，所以該方法易于獲得各種各樣復(fù)雜的磁體形狀。本發(fā)明永磁體的磁性和形狀可后續(xù)調(diào)整以滿足給定用途的具體要求。
一般來說，本發(fā)明磁體組合物中以原子百分比計包括約40-90%鐵或鈷與鐵(TM)的混合物，約10-40%稀土金屬(RE)，該稀土中必定包括釹和/或鐠，以及至少一半百分比的硼。優(yōu)選的是，鐵占總組合物量的至少40原子%，而釹和/或鎂占總組合物量的至少6原子%。而且，優(yōu)選的是，硼含量為總組合物量約0.5-10原子%，但總硼含量根據(jù)用途要求可適當(dāng)高于此范圍。進一步優(yōu)選的是鐵應(yīng)占非稀土金屬含量的至少60原子%，并且釹和/或鐠應(yīng)占稀土金屬含量的至少60%原子%。雖然后面所述本發(fā)明具體實施例中是以落入上述原子%范圍的重量百分比給出的，但應(yīng)當(dāng)注意到鐵，稀土，硼和鈷各組分的組合物可在上述優(yōu)選原子比范圍內(nèi)發(fā)生很大變化。
還可存在少量其它金屬，既可是單獨的金屬，也可是組合的金屬，其量最多約1重量%(Wt%)。這些金屬包括鎢，鉻，鎳，鋁，銅，鎂，錳，鎵，鈮，釩，鉬，鈦，鉭，鋯，碳，錫和鈣。正如常存在少量氧和氮一樣，通常還存在少量硅。
采用已知方法如在過度急冷的優(yōu)化條件下熔紡適當(dāng)?shù)南⊥?鐵-硼組合物即可制成各向同性顆粒。優(yōu)選組合物中以重量百分比計含約26-32%稀土，約2-16%鈷，約0.7-1.1%硼，其余基本上為鐵。該法制成的顆粒一般為帶狀并且易于縮小到要求顆粒尺寸。
各向異性顆粒優(yōu)選按現(xiàn)有技術(shù)中的已知方法制成，其中將具有上述優(yōu)選組成的各向異性顆粒熱壓并熱加工以使各個各向同性的顆粒發(fā)生塑性變形，從而制成片狀各向異性顆粒。這樣得到的各向異性熱加工體，然后按已知方法如機械研磨法，粉碎法或氫爆裂法破碎而制成一定量各向異性顆粒。可應(yīng)用的熱加工體形狀可為易通過熱加工工藝成型的簡單幾何形狀如矩形塊，柱體等。該熱加工體的尺寸精度和表面光澤對本發(fā)明并不關(guān)鍵，因為該熱加工體后續(xù)要破碎成顆粒。唯一需要的是高磁能積熱加工磁體，無須任何特定的形狀或尺寸精度。
按本發(fā)明已確定，通過熱壓一定量的塑性變形磁各向異性顆?？芍瞥捎来朋w，其磁能積至少119331.6AT/m(15MGOe)，優(yōu)選至少為159108.8AT/m(20MGOe)，而且在熱壓過程中無須應(yīng)用磁場。另一方面，熱壓各向同性和各向異性的顆?；旌衔镆嗫芍瞥捎来朋w，其磁能積為約119331.6AT/m至167064.2AT/m(15-21MGOe)，同樣無須在在熱壓過程中采用任何磁場。
按本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案，熱壓一定量各向異性顆粒本身可制成基本上各向異性的永磁體，其磁性優(yōu)于現(xiàn)有的粘結(jié)和熱壓各向同性磁體以及現(xiàn)有的粘結(jié)各向異性磁體，而與常見的各向異性熱加工磁體磁性的對比就更為強烈。此外，本發(fā)明各向異性永磁體可以制成的形狀數(shù)量遠遠多于用常規(guī)熱加工各向異性磁體可能獲得的形狀數(shù)量，在后一種情況下作為最后加工步驟的熱加工嚴(yán)重限制了可用永磁體獲得的形狀數(shù)量。
因此，本發(fā)明的有利特征是在上述方法制成的磁體中易達到至少119331.6AT/m(15MGOe)，優(yōu)選至少為159108.8AT/m(20MGOe)的磁能積，而且不象以前那樣需要在熱壓或其另外的熱加工過程中進行磁體顆粒的磁性調(diào)直。
除此之外，如前所述，本發(fā)明的另一明顯優(yōu)點在于本發(fā)明的各向異性熱壓永磁體的最終幾何形狀由熱壓操作決定。因此，本發(fā)明永磁體可能獲得的形狀數(shù)量多于現(xiàn)有熱加工各向異性磁體可能獲得的形狀數(shù)量，同時又能達到可與之相比的磁能積。
從以下詳細說明和附圖中可以清楚地看出本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。


圖1示出了按本發(fā)明優(yōu)選實施方案用優(yōu)選鐵-釹-硼組成的磁各向異性顆粒成形的熱壓磁體的去磁曲線。
圖2示出了沿圖1所示用優(yōu)選鐵-釹-硼組成的磁各向異性顆粒成形的熱壓磁體每一軸的去磁曲線。
本發(fā)明優(yōu)選方法生產(chǎn)稀土-鐵-硼高磁能積各向異性壓制永磁體，其中無須在其顆粒壓制過程中或在另外的熱加工過程中進行磁性調(diào)直就能達到高磁能積。優(yōu)選方法包括將可能添加各向同性稀土-鐵-硼顆粒的一定量各向異性稀土-鐵-硼顆粒熱壓而制成高磁能積各向異性永磁體。
本發(fā)明適宜的鐵-稀土金屬永磁體組合物中包括適當(dāng)?shù)倪^渡金屬(TM)組分，適當(dāng)?shù)南⊥?RE)組分和硼(B)以及少量鈷，并且可用經(jīng)驗式RE2TM14B表示。如前所述，優(yōu)選組合物中以原子百分比計包括約40-90%鐵或鐵與鈷的混合物，其中鐵優(yōu)選占非稀土金屬含量的至少60%;約10-40%稀土金屬，其中必定包含釹和/或鐠，并且釹和/或鐠優(yōu)選占稀土含量的至少60%;以及至少一半%的硼。優(yōu)選的是，鐵占總組合物的至少40原子%并且釹和/或鐠占總組合物的至少6原子%。硼含量范圍優(yōu)選為總組合物的約0.5-10原子%，但根據(jù)磁性組合物的要求用途，總硼含量可適當(dāng)高于此范圍。也可存在少量其它金屬，其量最多約1Wt%，可用單一的或組合的其它金屬，這些金屬例子可舉出鎢，鉻，鎳，鋁，銅，鎂，錳，鎵，鈮，釩，鉬，鈦，鉭，鋯，碳，錫和鈣。通常還可存在少量硅，氧和氮。宜用于本發(fā)明的有效永磁體組合物已在US 4802931中作了說明。
已用于制造這種熱加工各向異性永磁體并且含有由Fe14Nd2B(或等同物)四方晶體組成的磁性相的特定組合物以相應(yīng)的重量百分比表示如下約26-32%稀土(其中該成分的至少約95%為釹，而其余基本上為鎂);約0.7-1.1%硼;其余為鐵，其中在某些情況下用鈷代替鐵，其比例為約2-16%。
但是，應(yīng)當(dāng)注意到本發(fā)明的程序同樣適用于如上所述原子百分比的更大范圍組合物，這更大范圍的組合物在以下說明中統(tǒng)稱為鐵-釹-硼組合物。
一般來說，用合金錠在無水且基本上無氧的氬氣、惰性或真空氣氛中感應(yīng)加熱熔融而形成均勻熔融組合物即可制成這種組成的永磁體。優(yōu)選的是，熔融組合物然后迅速固化而制成無定形材料或細晶材料，其中顆粒尺寸以其最大尺寸計小于400nm。最優(yōu)選的是迅速固化的材料為無定形的或為極細結(jié)晶情況下，顆粒尺寸小于約20nm。例如常見熔紡操作可制成這種材料。按照常規(guī)，基本上無定形或微晶形熔紡鐵-釹-硼帶材然后研磨成粉，當(dāng)然也可按本發(fā)明直接使用帶材。
此刻，磁各向同性的鐵-釹-硼顆粒然后在足夠壓力和時間內(nèi)熱壓成完全致密材料。按照慣例，在模具中將該組合物加熱到適當(dāng)?shù)臏囟炔⒃谏舷虑懈钇骶咧g將組合物壓實而制成基本上完全密實的平頂柱塞體材料。一般來說將顆粒尺寸小于約20nm的熔紡材料在這樣的高溫下加熱1分鐘左右并熱壓而達到完全致密，得到的熱壓體即為永磁體。而且，該磁體略為磁各向異性(意指該磁體具有優(yōu)選的磁化方向)。若將粒狀材料在熱壓溫度下保持適當(dāng)?shù)臅r間，顆粒尺寸將達到約20-500nm，優(yōu)選20-100nm。
若熱壓體再熱加工，即在高溫下塑性變形，如讓顆粒變形，則所得產(chǎn)品顯示出相當(dāng)可觀的磁各向異性。熱加工步驟通常在更大的模具中并同樣在高溫下進行，其中將熱壓體進行模翻轉(zhuǎn)(die-upset)即制成柱塞體材料。所得柱塞體材料質(zhì)地硬并且強度高，其特征在于其密度通常約7.5g/cm3，這是磁性合金的基本上完全致密密度。
若適當(dāng)實施，高溫加工可形成細片狀顯微組織，一般來說不會使顆粒尺寸增大到約500nm以上。在顆粒過度長大并喪失矯頑磁力之前要小心將物料冷卻。熱加工產(chǎn)品的優(yōu)選磁化方向通常與壓制方向平行并與塑性流方向橫向相交。熱加工產(chǎn)品根據(jù)翻轉(zhuǎn)比率而達到約222752.3AT/m(28兆高斯奧斯特)的磁能積也并不是不常見。
熱加工的模翻轉(zhuǎn)體未磁化且磁各向異性，其矯頑磁力相當(dāng)可觀。通過模翻轉(zhuǎn)，使坯體中的顆粒調(diào)直并使其大尺寸方向與壓制方向橫向相交。顆粒的最大尺寸通常小于500nm，優(yōu)選為約100-300nm。這些顆粒中含有四方晶體，其中鐵，釹和硼比例符合式Nd2Fe14B。
用于熱壓和熱加工這些坯體的實際溫度可以改變并將在后續(xù)實施例中更詳細地討論。一般來說，熱壓和熱加工程序在相同的高溫下完成，當(dāng)然這并不總是必要做到的。
盡管上述加工步驟一般為常規(guī)操作，但要求至少需要兩個附加的步驟才能按本發(fā)明制成熱壓的基本上各向異性的永磁體。首先，用常規(guī)破碎方法如機械研磨法，粉碎法或氫爆裂法將熱加工的各向異性體縮小成粒狀，從而制成一定量磁各向異性顆粒。該工藝并不改變顆粒尺寸或顆粒形狀，如前所述，顆粒形狀為片狀并且長度小于約500nm，優(yōu)選為約100-300nm。這些顆粒然后熱壓成各向異性的永磁體，其特征在于磁能積至少119331.5AT/m(15MGOe)，而在壓制過程中并不要求任何磁性調(diào)直操作，并且不要求另外對顆粒進行熱加工。
各向異性顆粒可按前面針對各向同性顆粒所述的相同熱壓步驟進行熱壓。必要時，還可將定量的熔紡各向同性顆粒與各向異性顆?；旌?，以便優(yōu)選改進所得磁體的磁性，因為在組合物中存在各向同性顆粒會略為降低熱壓體的磁性。各向同性顆?？芍苯油ㄟ^熔紡工藝或在各向同性顆粒退火和/或粉碎成粉后得到。
結(jié)果是得到了基本上各向異性的高磁能積的永磁體，其磁能積低于熱加工的各向異性磁體的磁能積，但遠遠高于粘結(jié)或熱壓各向同性磁體的磁能積，而其中又不要求在壓制或另外的熱加工過程中用磁場進行任何磁性調(diào)直操作。更具體地講，粘結(jié)的各向同性磁體磁能積通常為約63643.5-79554.4AT/m(約8-10MGOe)，而熱壓各向同性磁體的磁能積通常為約79554.4-111376.2AT/m(約10-14MGOe)。此外，粘結(jié)的各向異性磁體磁能積通常為約111376.2-143197.9AT/m(約14-18MGOe)。完全用各向異性顆粒成型的本發(fā)明永磁體的特征在于磁能積至少為159108.8AT/m(20MGOe)及以上。
按本發(fā)明成型的熱壓各向異性永磁體的磁性用常見的磁滯曲線磁強儀(HGM)試驗測定。試樣放置位置應(yīng)使平行于調(diào)直方向的軸平行于HGM所加磁場的方向，然后將每一件樣品磁化達到飽和后去磁。
本發(fā)明優(yōu)選各向異性的熱壓永磁體的第二象限去磁圖線示于圖1和2(4πM千高斯對矯頑磁力(H)千奧斯特]。圖1示出了按本發(fā)明優(yōu)選實施方案僅用各向異性顆粒成形的各向異性永磁體的磁性。圖2示出了沿圖1所示磁體每一軸的磁性。
以下更詳細說明具體試驗樣品。
比較例1為進行比較，制成常見的熱壓各向同性永磁體并進行試驗。用于該永磁體成型以及其它受試樣品的公稱組成以重量百分比計為約30.5%稀土(該成分的至少約95%為釹，而其余基本上為鐠)，約1.0%硼，約2.5%鈷，其余為鐵。在過度急冷條件下，用上述熔紡工藝制成該組合物的磁各向同性熔紡帶。
然后制成熱壓各向同性磁體。首先，用上述帶材制成預(yù)成型體，然后在約750-800℃溫度和約77.22-92.67MPa(約5-6噸/平方英寸)壓力下將該預(yù)成型體熱壓成直徑約14mm，高約15.5mm和重約18g的磁體。
用這些磁體得到的磁性平均值為磁能積(BHmax)約111376.2AT/m(14.0MGOe)，頑磁或剩磁(Br)約0.8T(8.0千高斯(kG))及特征矯頑磁力(Hci)約14.88×105A/m(18.7千奧斯特(kOe))。
實施例2用組成同于比較例1的磁性合金形成第二磁體。但是，按照本發(fā)明的程序，該磁性組合物呈各向異性粉狀。這些各向異性顆粒是將比較例1制成的一定量帶材熱壓后熱加工而得到的。熱壓和熱加工步驟在約750-800℃下進行。熱加工各向異性磁體的磁能積為約278440.4AT/m(35MGOe)。
然后采用常規(guī)氫爆裂/解吸法得到各向異性粉。氫爆裂步驟在約450℃下用氫氣于約1/3大氣壓(約33.33Pa(250毫乇))進行，而解吸步驟在約650℃下進行。之后在約730℃溫度和約77.22MPa(5噸/平方英寸)壓力下將一定量各向異性粉熱壓成尺寸大致同于比較例1熱壓磁體的熱壓各向異性永磁體。在熱壓步驟中無須磁性調(diào)直即可達到下述的高磁能積。
該熱壓各向異性磁體的去磁曲線示于圖1。用該磁體所得磁性平均值為磁能積約167064·4AT/m(21.0MGOe)，頑磁約0.98T(9.8kG)及特征矯頑磁力約827320A/m(10.4kOe)。
與比較例1的熱壓各向同性磁體比較，頑磁和磁能積均得到明顯改進，而矯頑磁力卻降低了。盡管最大矯頑磁力在某些應(yīng)用方面很重要，但對于許多其它用途方面，唯一要求是只要矯頑磁力足夠，就需要高頑磁和磁能積。本技術(shù)領(lǐng)域里的普通技術(shù)人員可以看出，該實施例的熱壓各向異性磁體的矯頑磁力對這些用途而言是足夠的，尤其在一并考慮到本發(fā)明的高磁能積和頑磁時是如此。
圖2示出了從按實施例2所述制得并且性能如圖1所示的熱壓各向異性磁體上切下的矩形樣品的磁性。樣品尺寸為9.4×9.4×7.6mm。用該樣品評價實施例2壓制方向上以及與壓制方向橫向相交的兩個正交軸方向上的磁性。
正如所預(yù)料的那樣，在壓制方向上得到的磁性基本上同于前述標(biāo)為“HP”的曲線所示的實施例2的熱壓各向異性磁體的磁性。在橫向相交方向上的磁性平均值為磁能積約55688.1AT/m(7.0MGOe)，頑磁約0.61T(6.1kG)及特征矯頑磁力約922780A/m(11.6kOe)，分別示為曲線“X”和“Y”。
從這些數(shù)據(jù)可以看出，上述樣品的各向異性程度可按以下各向異性比值式確定Br/((Br)2+(Brx)2+(Bry)2)0.5其中Br為壓制方向上的頑磁，Brx為與壓制方向橫向相交的第一方向上的頑磁，而Bry為與壓制方向橫向相交并垂直于第一橫向相交方向的第二方向上的頑磁。根據(jù)該式，已發(fā)現(xiàn)該樣品的各向異性比為0.77，表明熱壓各向異性磁體具有大致77%各向異性程度。
實施例3為了確定熱壓溫度對本發(fā)明成型的永磁體磁性是否有影響，將前述舉例的磁性合金用于制成另外的磁體。這些磁體是用各向異性粉按實施例2所述方法成型的，只是最后的熱壓步驟在約680℃，750℃或790℃溫度下進行。這一試驗結(jié)果列在下表中。
熱壓溫度BrHciBHmax(℃)T(kG)A/m(kOe)AT/m(MGOe)6801.02(10.2)819,365(10.3)182,975.1(23.0)7501.02(10.2)827,320(10.4)182,975.1(23.0)7901.02(10.2)803,455(10.1)182,975.1(23.0)從以上數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明熱壓各向異性磁體的磁性在約680-790℃之間的熱壓溫度下是基本相同的。對所有溫度，這些性能均基本相同。因此，很清楚本發(fā)明的高磁能積是因顆粒的磁各向異性所致，而不是主要由于用來形成磁體的熱壓參數(shù)，這正好與現(xiàn)有技術(shù)中針對用各向同性顆粒成型的熱壓磁體的說明相反。所以說，可使本發(fā)明熱壓各向異性磁體達到要求磁性的熱壓溫度范圍很寬，這進而使得本發(fā)明磁體進行大規(guī)模制造成為可能。
實施例4為了確定本發(fā)明成型的永磁體磁性是否受熱壓前設(shè)置預(yù)調(diào)直磁場的影響，用前述相同組合物制成另外的磁體。如實施例3所述，這些磁體按實施例2所述方法制成，只是用9克各向異性粉制成直徑約13.7mm且長約8mm的柱狀預(yù)成型體。先在磁場強度為約11.93×105A/m(15kOe)的磁場中將各向異性粉調(diào)直而制成預(yù)成型體。該調(diào)直預(yù)成型體潤滑后在約730℃溫度和約77.22MPa壓力(5噸/平方英寸)下熱壓。
該磁體的頑磁據(jù)測定為約1.04T(10.4kG)，這與實施例3的熱壓各向異性磁體的頑磁1.02T(10.2kG)可相比，表明磁性調(diào)直并不會明顯提高本發(fā)明熱壓各向異性磁體的磁性。因此，本發(fā)明的優(yōu)點在各向異性顆粒加工過程中無須加磁場即可基本實現(xiàn)，這與現(xiàn)有技術(shù)的說明也正好相反，在現(xiàn)有技術(shù)中采用磁場調(diào)直可大大提高用各向異性顆粒制成的粘結(jié)磁體的磁能積。
實施例5同樣，用組成用于比較例1的磁性合金制成另外的磁體。這些磁體中含有另加入各向異性粉中的各向同性粉，根據(jù)本發(fā)明制成的磁體由大致75，50和25Wt%各向異性顆粒組成。如前所述，將比較例1制成的一定量帶材熱壓后熱加工，之后將所得顆粒經(jīng)氫爆裂法破碎成各向異性的粉體即可得到上述應(yīng)用的各向異性顆粒。
然后按上述重量百分比將各向異性粉與熔紡各向同性帶材混合。之后在約730℃溫度和約77.22MPa(5噸/平方英寸)壓力下將所得混合物熱壓成尺寸類似于比較例磁體尺寸的熱壓永磁體。
用這些熱壓磁體得到的磁性平均值總結(jié)如下。
各向異性粉體BrHciBHmax(%)T(kG)A/m(kOe)AT/m(MGOe)750.95(9.5)875,050(11.0)147,175.8(18.5)500.88(8.8)1,089,835(13.7)133,651.4(16.8)250.85(8.5)1,233,025(15.5)120,922.7(15.2)如同實施例2的樣品，這里所示的矯頑磁力值使這些樣品的高頑磁和磁能積很適宜于要求用永磁體的許多應(yīng)用。
從上述可以看出，用加或不加各向同性顆粒的釹-鐵-硼組合物各向同性顆粒制成的熱壓永磁體磁能積高于按現(xiàn)有技術(shù)制成的熱壓各向同性永磁體磁能積。實施例2和3的磁體僅用各向異性顆粒制成，而在這些實施例中的各向異性顆粒用磁能積約278440.4AT/m(35MGOe)的熱加工各向異性磁體制成，當(dāng)然熱加工各向異性磁體具有使磁能積接近約397772AT/m(50MGOe)的潛力。因此，可以預(yù)料按本發(fā)明方法制成的熱壓各向異性顆?？蛇_到約198886AT/m(25MGOe)-238663.2AT/m(30MGOe)的磁能積。而且，可以預(yù)料這些結(jié)果與所用熱壓溫度沒有多大關(guān)系。
盡管優(yōu)選組合物必定含有鐵，釹和/或鐠以及硼，但鈷的存在是任選的。該組合物還可含其它少量成分如鎢，鉻，鎳，鋁，銅，鎂，錳，鎵，鈮，釩，鉬，鈦，鉭，鋯，碳，錫，鈣，硅，氧和氮，條件是在更富含稀土的顆粒邊緣至少另一相使各向同性和各向異性顆粒含有磁性相RE2TM14B。在基本磁性相中，TM是優(yōu)選至少60原子%鐵并且RE是優(yōu)選至少60原子%釹和/或鐠。
本發(fā)明更為有利的特征是在熱壓過程中無須任何磁性調(diào)直操作，并且無須進行以前要獲得高磁能積所需的常規(guī)熱加工步驟，即可制成高磁能積各向異性熱壓永磁體，事實上本發(fā)明不需要的這兩種工藝會不合適地使這些類型的磁體加工復(fù)雜化并且限制了所得磁體的形狀。這些都是本發(fā)明特別有利的特征。按本發(fā)明優(yōu)選實施方案制成的實施例2和3的樣品表明，熱壓一定量的各向異性顆粒本身即可得到磁性優(yōu)于現(xiàn)有粘結(jié)和熱壓的各向同性磁體或粘結(jié)各向異性磁體磁性的基本上各向異性磁性組合物。
實施例3和4的樣品試驗結(jié)果表明，本發(fā)明的熱壓各向異性磁體可在相當(dāng)寬的熱壓溫度范圍內(nèi)制成，并且在熱壓之前無須對各向異性顆粒進行任何預(yù)調(diào)直操作。這似乎表明，各向異性顆粒的片狀塑性變形形狀可使所得磁體達到高磁性積并且在熱壓操作中不會劣化。因此，采用很適合于大規(guī)模制造的相當(dāng)簡單的方法即可達到幾乎最佳的磁性。
實施例5的樣品表明，各向同性和各向異性顆粒的混合物熱壓可制成磁性也優(yōu)于粘結(jié)并熱壓的現(xiàn)有各向同性磁體的磁性組合物。
而且，本發(fā)明更為有利的特征在于永磁體的最終幾何形狀由熱壓操作決定。因此，本發(fā)明基本上各向異性的永磁體可獲得的形狀數(shù)量多于現(xiàn)有熱加工各向異性磁體可獲得的形狀數(shù)量。而且，熱壓永磁體可制成的形狀種類遠遠多于用熱加工各向異性磁體可制成的形狀種類，其中熱加工工藝限制了可獲得的形狀種類。
因此，盡管本發(fā)明已對其優(yōu)選實施方案作了說明，但很顯然本專業(yè)人員可采取其它實施方式。例如，磁性顆粒組成可在優(yōu)選重量和原子比例范圍內(nèi)變化，其中可加或不加上述其它成分，或采用不同的或另外的加工步驟生產(chǎn)各向同性和各向異性顆粒。所以說，本發(fā)明范圍應(yīng)由權(quán)利要求書所述范圍限定。
本發(fā)明專利申請要求優(yōu)先權(quán)的美國專利申請No.979，030及其中所附說明書摘要中所述的公開內(nèi)容引用于此供本文參考。
權(quán)利要求
1.用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中將合金進行熱壓和熱加工步驟而制成具有細片晶顯微組織的熱加工體，其特征在于該方法的步驟還包括將所說熱加工體粉碎以用其制成一定量具有片狀結(jié)構(gòu)的磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒；然后將該定量磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒熱壓在一起而制成磁性積至少119331.6AT/m(15MGOe)的磁各向異性熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體，該熱壓步驟無須在磁性調(diào)直場中進行，同時這基本上不會影響磁各向異性熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體的磁各向異性和磁能積；該熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體具有用片狀顆粒形成的組織并且顯示出磁各向異性，其磁能積高于具有類似組成的熱壓磁各向同性磁體的磁能積，低于所說熱加工體的磁能積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體方法，其中磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒用以重量百分比計包括約26～32%稀土，必要時的約2-16%鈷以及約0.7-1.1%硼，其余基本上為鐵的組合物制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒尺寸不大于500nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中熱壓前將磁各向同性稀土-鐵-硼合金顆粒與磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆?；旌铣删鶆蚧旌衔?。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中磁各向同性稀土-鐵-硼合金顆粒用以重量百分比計包括約26-32%稀土，必要時的約2-16%鈷以及約0.7-1.1%硼，其余基本上為鐵的組合物制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒按以下方法制成，該方法的步驟包括制成一定量磁各向同性的稀土-鐵-硼合金顆粒;將該定量磁各向同性稀土-鐵-硼合金顆粒熱壓成磁各向同性磁體;將磁各向同性磁體熱加工而使其顆粒塑性變形;然后將該熱加工體破碎而用其制成磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體的方法，其中磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒用氫爆裂和解吸方法制成。
8.用以重量百分比計包括約26-32%稀土(其中至少90%為釹)，必要時的約2-16%鈷，約0.7-1.1%硼，而其余基本上為鐵的稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中該方法的步驟包括將該稀土-鐵-硼合金熔紡成急冷帶狀材料;用該帶狀材料制成磁各向同性稀土-鐵-硼合金顆粒;將該磁各向同性稀土-鐵-硼合金顆粒熱壓成各向同性磁體;以及將該各向同性磁體熱加工而使其顯微組織發(fā)生塑性變形，從而制成各向異性磁體，其特征在于該方法的步驟還包括將各向異性磁體破碎而用其制成磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒;以及在無磁性調(diào)直場存在下將該磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒熱壓在一起而制成磁能積至少119331.6AT/m(15兆高斯奧斯特)的熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒用氫爆裂法制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用稀土-鐵-硼合金制造制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒尺寸不大于500nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用稀土-鐵-硼合金制造熱壓稀土-鐵-硼永磁體的方法，其中熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體材料中還包括一種或多種少量選自鎢，鉻，鎳，鋁，銅，鎂，錳，鎵，鈮，釩，鉬，鈦，鉭，鋯，碳，錫，鈣，硅，氧和氮的添加劑。
12.熱壓磁各向異性稀土-鐵-硼合金永磁體，其中以重量百分比計包括約26-32%稀土(其中至少90%為釹)，必要時的約2-16%鈷，約0.7-1.1%硼，而其余基本上為鐵;該永磁體中顆粒發(fā)生塑性變形并且其特征在于該磁體具有基本上片狀的組織，而其磁能積為至少119331.6AT/m(15兆高斯奧斯特)。
全文摘要
本發(fā)明提出在壓制或輔助的熱加工步驟中不需磁性調(diào)直而制造高磁能積磁各向異性熱壓稀土-鐵-硼合金永磁體的方法，其中包括提供一定量磁各向異性稀土-鐵-硼合金顆粒，并將該顆粒熱壓成基本上磁各向異性永磁體，該熱壓永磁體形狀種類與常見熱加工磁各向異性永磁體相比要多得多。因此，本發(fā)明永磁體磁性和形狀可加以調(diào)節(jié)以滿足給定用途的具體要求。
文檔編號H01F1/08GK1089386SQ9312069
公開日1994年7月13日 申請日期1993年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月20日
發(fā)明者V·彭查納芬, J·J·克羅特 申請人:通用汽車公司