專利名稱：NdFeBGa磁體和NdFeBGa磁體材料的制備方法
NdFeBGa磁體和NdFeBGa磁體材料的制備方法發(fā)明背景 1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種制備NdFeBfei磁體和NdFeBfei磁體材料的方法，更特別地，涉及一種制備在不添加大量如Dy、Tb或Co的稀有金屬的情況下，具有高矯頑力的NdFeB磁體及用于NdFeB磁體的NdFeBfei磁體材料的方法。2.相關(guān)技術(shù)說明磁性材料被大致分為兩類硬磁材料和軟磁材料。硬磁材料要求具有高矯頑力，而軟磁材料即使其矯頑力較低，但要求具有高的最大磁化強(qiáng)度。典型的硬磁材料的矯頑力是涉及磁體穩(wěn)定性的特征，當(dāng)矯頑力較高時(shí)，磁體可在更高溫度下使用，且具有較長壽命。已知，NdFeB磁體是一種硬磁材料的磁體。已知NdFeB磁體可包含微細(xì)組織。還已知具有高矯頑力的含微細(xì)組織的急冷帶材可以在溫度特征和高溫矯頑力方面進(jìn)行改進(jìn)。 然而，當(dāng)NdFeB磁體燒結(jié)以形成塊體時(shí)，其矯頑力降低。因此，提出了各種改善NdFeB磁體的性能，諸如矯頑力的建議。例如，日本專利申請(qǐng)公開No. 2000-252107 (JP-A-2000-252107)記載了一種半硬磁材料，其用組成式Fe1(1(1_x_yBxRyMz表示(其中！^表示鐵，B表示硼，R表示選自La、Ce、Pr、 Nd和Sm構(gòu)成的組中的至少一種稀土元素，M表示選自Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、 Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au和Pb構(gòu)成的組中的至少一種元素)，組成式中的x、y和ζ 分別滿足7原子％彡χ < 15原子％，0. 5原子％彡y彡4原子％，和0. 1原子％彡ζ彡7原子％的關(guān)系，且其包含具有IOOnm或更小的平均晶粒尺寸的作為組成相的a-狗微晶。作為一個(gè)具體的例子，公開了一種半硬材料，該材料的矯頑力低于作為硬磁材料的NdFeB磁體矯頑力的10%。除此之外，PCT國際申請(qǐng)2002-030595 (JP-A1-2002-030595)的國內(nèi)再公開記載了一種制備納米復(fù)合永磁體的方法，其包括以下步驟制備具有由通式!^ltltlHzRxQyMz表示的組成的合金熔體(其中R表示Pr、Nd、Dy和1 中的至少一種，Q表示B和C的至少一種，M 表示 Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au 和 Pb 中的至少一種，其中 χ、 y和ζ分別滿足1原子χ < 6原子％、15原子y ^ 30原子％和0原子ζ彡7 原子％的關(guān)系)；利用冷卻的輥通過帶坯連鑄法將合金熔體急冷形成薄帶狀合金；將薄帶狀合金進(jìn)行熱處理。然而，現(xiàn)有技術(shù)要求添加大量稀有金屬，如Dy、Tb或Co，否則不能生產(chǎn)通過燒結(jié)形成為塊體之后具有高溫矯頑力的NdFeB磁體。
發(fā)明概要本發(fā)明提供一種在不添加大量如Dy、Tb或Co的稀有金屬的情況下，制備即使在通過燒結(jié)形成為塊體后仍具有高溫矯頑力的NdFeB磁體的新方法。本發(fā)明的第一方面涉及一種制備NdFeBfei磁體的方法，其包括形成由Nd-Fe-B-Ga合金構(gòu)成的急冷帶材；和使急冷帶材經(jīng)受加壓燒結(jié)以便獲得燒結(jié)體。在根據(jù)該方面的方法中，Nd-Fe-B-Ga合金可具有由通式NdFeBG^表示的組成，A 可為表示原子百分?jǐn)?shù)的數(shù)值，且可以是1 3。在根據(jù)該方面的方法中，Nd-Fe-B-Ga合金可具有由通式Nd/ei(1(1_x_y_zBzG￡ix表示的組成，其中χ、y和ζ可以是表示原子百分?jǐn)?shù)的數(shù)值，χ可以是1 3，y可以是大于12的數(shù)值，和ζ為大于6的數(shù)值。在根據(jù)該方面的方法中，y可以是M或更小，ζ可以是12或更小，以及y可以是 14或更大，且ζ可以是7或更大。在根據(jù)該方面的方法中，Nd-Fe-B-Ga合金可以具有由通式Nd15Fe77B7Gii1表示的組成。在根據(jù)該方面的方法中，使急冷帶材經(jīng)受加壓燒結(jié)可以通過使急冷帶材經(jīng)受電流加熱來進(jìn)行，可包括在燒結(jié)過程中的接觸壓力為10至lOOOMPa、溫度為550°C或更高和 600°C或更低、真空度為KT2MPa或更小的條件下使急冷帶材經(jīng)受電流加熱5至100分鐘。在根據(jù)該方面的方法中，形成急冷帶材可包括將具有由通式示的組成的合金熔體供給到冷卻的輥上。根據(jù)該方面的方法可進(jìn)一步包括從急冷帶材除去柱狀晶組織；將已經(jīng)除去柱狀晶組織的急冷帶材粉碎，經(jīng)受加壓燒結(jié)的急冷帶材可以是已經(jīng)粉碎的急冷帶材。在根據(jù)該方面的方法中，急冷帶材可以是帶狀磁體材料。本發(fā)明的第二個(gè)方面涉及一種具有由通式NdyFei(1(1_x_y_zBzG%表示的組成的 NdFeBGa磁體材料，其中χ是1 3，y是14 對(duì)，ζ是7 12。附圖簡述從以下參考附圖的實(shí)施方式的描述中，本發(fā)明的上述及其他目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清楚。其中，相同數(shù)字用來代表相同要素，其中

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的急冷帶材和燒結(jié)體以及根據(jù)比較例的急冷帶材的矯頑力-溫度特性的曲線圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的急冷帶材和燒結(jié)體以及根據(jù)比較例的急冷帶材和燒結(jié)體的磁特性的曲線圖；和圖3是在本發(fā)明的實(shí)施例中制備急冷帶材中使用的單輥爐的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明人進(jìn)行了認(rèn)真的研究以實(shí)現(xiàn)上述目的，并且已得出結(jié)論由多疇顆粒構(gòu)成的NdFeB磁體在沒有防止疇壁位移和產(chǎn)生的磁場(chǎng)相的情況下則不能顯現(xiàn)矯頑力，且不能僅用三元素改善其矯頑力-溫度特性，這是因?yàn)橛捎跓Y(jié)過程中主相Ndfe14B和晶界相 (NduFe4VNdO等)之間的元素?cái)U(kuò)散或一些其他原因，主相的隔離程度降低(晶粒成長或晶界相變薄)。于是，作為附加研究的結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)完成了本發(fā)明。參考附圖，本發(fā)明的實(shí)施方式在下文描述?，F(xiàn)參考圖1和圖2，可以理解的是，NdFeB燒結(jié)體具有比急冷NdFeB帶材差得多的矯頑力-溫度特性和高溫矯頑力，但是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式獲得的NdFeBfe 燒結(jié)體保持了急冷NdFeBfe帶材的矯頑力-溫度特性和高溫矯頑力。圖1還顯示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的急冷NdFeBfe1帶材與急冷NdFeBCoici帶材在矯頑力-溫度特性方面是可比的或者更好的。認(rèn)為NdFeBfe燒結(jié)體的高溫矯頑力的保持是由于具有優(yōu)異矯頑力-溫度特性的燒結(jié)體可以通過燒結(jié)具有孤立微細(xì)組織或微細(xì)組織的急冷帶材而制成塊體來獲得。在本實(shí)施方式中，需要制備由Nd-Fe-B-fei合金構(gòu)成的急冷帶材(帶狀磁體材料)。 在急冷帶材的制備中，基于一致轉(zhuǎn)動(dòng)磁化模式(coherent rotation model)的高矯頑力可通過產(chǎn)生小于單疇顆粒直徑的孤立微細(xì)組織或各向同性的微細(xì)組織來實(shí)現(xiàn)。用于完成這一目的的方法的例子包括通過熔體急冷法例如熔體旋淬法(melt spinning process)形成單疇顆粒從而產(chǎn)生微觀組織。用于完成該目的的一個(gè)具體手段是用輥制備急冷帶材。該實(shí)施方式中的Nd-Fe-B-Ga合金是由Nd (釹)、Fe (鐵)、B (硼)和fei (鎵)構(gòu)成的四元合金，通過用( 取代由Ndle和B構(gòu)成的三元合金的元素的一種例如B的一部分獲得。該實(shí)施方式中的Nd-Fe-B-Ga合金可具有由通式NdFeBG^表示的組成，A可為表示原子百分?jǐn)?shù)的數(shù)值，且可以是1 3。特別地，在該實(shí)施方式中，具有良好的矯頑力-溫度特性的急冷帶材可以通過產(chǎn)生具有比化學(xué)計(jì)量范圍(Nd1Je82B6)富含Nd或B的組成的急冷Nd-Fe-B-fei合金帶材獲得。因此，Nd-Fe-B-Ga合金優(yōu)選具有由通式Nd/ei(1(1_x_y_zBzG%表示的組成(其中χ、 y和ζ是表示原子百分?jǐn)?shù)的數(shù)值，各自的范圍為1彡χ彡3、12 < y和6 < ζ)，更優(yōu)選 NdyFe100_x_y_zBzGax(l 彡 χ彡 3，12<y<24 和6<z< 12)，最優(yōu)選 Nd15Fe77B7^iltj該實(shí)施方式的急冷Nd-Fe-B-Ga合金帶材可以通過由給出以上原子百分?jǐn)?shù)的規(guī)定量的Nd、Fe、FeB和( 在熔爐例如電弧熔爐中制備合金錠、用澆鑄裝置澆鑄得到的合金錠來獲得，該澆鑄裝置例如為輥爐，其包括，例如，貯存合金熔體的熔體貯存器、供給熔體的噴嘴、冷卻的輥、卷繞器、冷卻的輥用的馬達(dá)，卷繞器馬達(dá)和冷卻的輥用的冷卻裝置。在該實(shí)施方式中，需要使急冷Nd-Fe-B-fei合金帶材經(jīng)受加壓燒結(jié)。急冷帶材的加壓燒結(jié)可通過例如如下方法實(shí)施，該方法包括將從急冷帶材除去柱狀晶組織后保留的殘余急冷帶材進(jìn)行粉碎，用電流燒結(jié)設(shè)備使粉碎的材料經(jīng)受電流燒結(jié)，電流燒結(jié)設(shè)備包括模具、 溫度傳感器、控制單元、供電單元、加熱元件、電極、絕熱材料、金屬支撐體和真空室。加壓燒結(jié)可以通過在燒結(jié)過程中的接觸壓力為10至lOOOMPa、溫度為550°C 600°C、真空度為KT2MI^a或更小的條件下電流燒結(jié)5至100分鐘來進(jìn)行。保持急冷NdFeBGiix 帶材的矯頑力-溫度特性和高溫矯頑力的塊體可以通過上述加壓燒結(jié)過程獲得。本發(fā)明的實(shí)施例如下所述。在以下每個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)體的磁特性采用Lake Shore Cryotronics公司制造的VSM測(cè)量系統(tǒng)(振動(dòng)樣品型磁力計(jì)系統(tǒng))測(cè)量。在以下每個(gè)實(shí)施例中，急冷帶材采用圖3所示意的單輥爐制備。實(shí)施例1記述如下。急冷帶材的制備稱量給出Nd、Fe、B和fei的原子比例為 15 77 7 1的Nd、Fe、FeB和( 的規(guī)定量，并且在電弧熔爐中制備合金錠。然后，通過在單輥爐中施加高頻波熔化合金錠。在下列使用單輥爐的條件下，將合金熔體噴射到銅輥上，由此獲得急冷帶材。使用單輥爐的條件是噴嘴直徑為0. 6mm,間隙0. 7mm或1. 0mm,噴射壓力0. 4kg/Gm3，輥的速度2000rpm或者2350rpm，并且熔融溫度為1450°C。使用高溫VSM 評(píng)價(jià)制得的急冷Nd15Fe77B7Giil帶材的磁特性。圖1概括了這一結(jié)果。燒結(jié)體的制備通過肉眼觀察和磁選將得到的急冷帶材的已轉(zhuǎn)變成柱狀晶組織的部分除去。將剩余部分在塑料袋中手工研磨成粉，并將研磨成粉的試樣填入電流燒結(jié)設(shè)備的碳模具中。然后，在如下條件下制得燒結(jié)體燒結(jié)條件氣氛真空(IQ-3MPa)，熱處理溫度570°C，升溫速率20°C /min，保持時(shí)間15分鐘，成型接觸壓力40MPa，燒結(jié)過程中的接觸壓力lOOMPa。得到的Nd15Fe77B7^i1燒結(jié)體被切成規(guī)定的尺寸(大約2X 2X 2mm)，并且使用 VSM評(píng)價(jià)了磁特性。圖2概括了這一結(jié)果。比較例1記述如下。急冷帶材的制備稱量給出Nd、狗和B的原子比例為 15 69 16的Nd、！^e和!^B的規(guī)定量，并且在電弧熔爐中制備合金錠。然后，通過在單輥爐中施加高頻波熔化合金錠。在先前所述相同條件下，將合金熔體噴射到銅輥上以制備急冷帶材。使用高溫VSM評(píng)價(jià)了制得的急冷Nd15Fe569B16S材的磁特性。圖1概括了這一結(jié)^ ο燒結(jié)體的制備除了將熱處理溫度變?yōu)?00°C以外，以與實(shí)施例1相同的方法從得到的急冷帶材制得燒結(jié)體。所得Nd15Fi569B16燒結(jié)體被切成規(guī)定的尺寸(大約2X2X2mm)， 并且使用VSM評(píng)價(jià)了磁特性。圖2概括了這一結(jié)果。比較例2記述如下。急冷帶材的制備稱量給出Nd、Fe、Co和B的原子比例為 15 67 10 8的Nd Je、FeB和Co的規(guī)定量，并且在電弧熔爐中制備合金錠。然后，以與實(shí)施例1中相同的方法制備急冷帶材。使用高溫VSM評(píng)價(jià)了所得急冷Nd15Fe67ColtlB7帶材的磁特性。圖1概括了這一結(jié)果。燒結(jié)體的制備通過肉眼觀察和磁選將得到的急冷帶材的已轉(zhuǎn)變成柱狀結(jié)晶組織的部分除去。將剩余部分在塑料袋中手工研磨成粉并且將研磨成粉的試樣填入電流燒結(jié)設(shè)備的碳模具中。然后，以與實(shí)施例1中相同的方法制備燒結(jié)體。得到的Nd15Fe67ColtlB7燒結(jié)體被切成規(guī)定的尺寸(大約2X2X2mm)，并且使用VSM評(píng)價(jià)了磁特性。比較例3記述如下。急冷帶材的制備稱量給出Nd、狗和B的原子比例為 15 77 8的NdJe和FeB的規(guī)定量，并且在電弧熔爐中制備合金錠。然后，以與實(shí)施例 1中相同的方法制備急冷帶材。使用高溫VSM評(píng)價(jià)了所得急冷Nd15Fe7^8帶材的磁特性。圖 1概括了這一結(jié)果。燒結(jié)體的制備除了將熱處理溫度變?yōu)?00°C以外，以與實(shí)施例1相同的方法從得到的急冷帶材制得燒結(jié)體。所得Nd15FeJ8燒結(jié)體被切成規(guī)定的尺寸(大約2X2X2mm)，并且使用VSM評(píng)價(jià)了磁特性。圖2概括了這一結(jié)果。為了比較實(shí)施例和比較例，將作為使用VSM的評(píng)價(jià)結(jié)果而獲得的急冷帶材和燒結(jié)體的矯頑力歸納如下急冷Nd15Fe77B7GEi1帶材的矯頑力(kOe) = 21. O ；Nd15Fe77B7Ga1燒結(jié)體的矯頑力(kOe) = 21.6 ；急冷Nd15Fe7A帶材的矯頑力(kOe) = 18. 6 ;Nd15Fe7A燒結(jié)體的矯頑力(kOe) = 15. 2 ；急冷 NdJe67ColtlB7 帶材的矯頑力(kOe) = 18. 5 且 Nd15Fe67ColtlB7 燒結(jié)體的矯頑力(kOe) = 17. 6。上述結(jié)果還說明當(dāng)三元系Nd15Fe77B8由急冷帶材轉(zhuǎn)變成燒結(jié)體時(shí)，室溫矯頑力降低，但是當(dāng)一部分B被( 取代形成四元系Nd15Fe77B7Gii1時(shí)，可以得到室溫矯頑力與急冷帶材相當(dāng)或者更好的燒結(jié)體。此外，當(dāng)部分B被( 取代形成四元系Nd15Fe77B7Giil時(shí)，可以得到矯頑力-溫度特性與急冷帶材相當(dāng)?shù)臒Y(jié)體。這意味著，在不添加大量的如Dy、Tb或Co的稀有金屬的情況下就可以制備具有優(yōu)異矯頑力-溫度特性的燒結(jié)體。根據(jù)該實(shí)施方式，可以制備具有優(yōu)異矯頑力-溫度特性的燒結(jié)體，并且可以提供具有高矯頑力的NdFeBfei磁體。雖然如上所述舉例說明了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，但應(yīng)理解的是本發(fā)明并不局限于舉例說明的實(shí)施方式的具體內(nèi)容，還可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所作的各種變化、修改和改進(jìn)，其都未脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于制備NdFeBfei磁體的方法，其特征在于包括 形成由Nd-Fe-B-Ga合金構(gòu)成的急冷帶材；和使急冷帶材經(jīng)受加壓燒結(jié)以便獲得燒結(jié)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中Nd-Fe-B-Ga合金具有由通式NdFeBG^表示的組成， A是表示原子百分?jǐn)?shù)的數(shù)值，且為1 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中Nd-Fe-B-Ga合金具有由通式NdyFei(1(1_x_y_zBzG￡ix表示的組成，x、y和ζ是表示原子百分?jǐn)?shù)的數(shù)值， χ為1 3,y為大于12的數(shù)值，和 ζ為大于6的數(shù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法， 其中7為M以下，和ζ為12以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法， 其中y為14以上，和ζ為7以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中Nd-Fe-B-Ga合金具有由通式Nd15I^e77B7Gii1表示的組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)的方法，其中使急冷帶材經(jīng)受加壓燒結(jié)是通過使急冷帶材經(jīng)受電流加熱進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，使急冷帶材經(jīng)受加壓燒結(jié)包括在燒結(jié)過程中的接觸壓力為10至lOOOMPa、溫度為550°C以上且600°C以下、且真空度為KT2MPa以下的條件下使急冷帶材經(jīng)受電流加熱5 至100分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)的方法，其中形成急冷帶材包括將具有由通式Nc^eiciciHzBzGiix表示的組成的合金熔體供給到冷卻的輥上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)的方法， 還包括從急冷帶材除去柱狀晶組織；和將已經(jīng)除去柱狀晶組織的急冷帶材粉碎，其中，經(jīng)受加壓燒結(jié)的急冷帶材是已經(jīng)粉碎的急冷帶材。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)的方法， 其中，急冷帶材是帶狀磁體材料。
12.—種NdFeBfei磁體材料，其特征在于，包括由式I表示的組成， NdyFe 100_x_y_zBzGax (式 I),其中χ為1 3，y為14 24，且ζ為7 12。
全文摘要
本發(fā)明涉及NdFeBGa磁性材料，其具有由通式NdyFe100-x-y-zBzGaX表示的組成，其中x為1～3，y為14～24，z為7～12。
文檔編號(hào)H01F1/057GK102308343SQ201080006506
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月4日
發(fā)明者佐久間紀(jì)次, 岸本秀史, 莊司哲也 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社