專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁體和制造永磁體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁體和制造永磁體的方法。
背景技術(shù)：
在包括無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)中，具有永磁體嵌入式轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)(其在下面稱(chēng)為“IPM電動(dòng)機(jī)”)是公知的，該轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子芯以及嵌入轉(zhuǎn)子芯的多個(gè)永磁體。例如，IPM 電動(dòng)機(jī)被用作用于混合動(dòng)力車(chē)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
進(jìn)一步參考用于電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器或類(lèi)似物的永磁體，釹磁體(也稱(chēng)為Nd-Fe-B燒結(jié)永磁體(例如Nd2Fe14B))因?yàn)槠鋬?yōu)秀的磁特性正在得到廣泛應(yīng)用，并被用在包括混合動(dòng)力車(chē)的車(chē)輛、工業(yè)機(jī)器和作為清潔能源受到注意的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，可以說(shuō)，混合動(dòng)力車(chē)引導(dǎo)了當(dāng)前汽車(chē)工業(yè)。
剩余磁化(剩余磁通密度)和矯頑力常常用作磁體性能指標(biāo)。對(duì)于Nd-Fe-B燒結(jié)永磁體來(lái)說(shuō)，剩余磁化可通過(guò)增大體積率或改進(jìn)晶體定向度來(lái)增大，矯頑力能通過(guò)對(duì)晶粒尺寸進(jìn)行微細(xì)化、使用具有高Nd濃度的合金或增加具有高矯頑力的金屬粒來(lái)增大。
最普通用于改進(jìn)矯頑力的方法為，通過(guò)用具有高矯頑力的金屬——例如鏑(Dy)或鋱(Tb)——置換Nd-Fe-B合金中的Nd的一部分，增大金屬化合物的各向異性磁場(chǎng)，以便增強(qiáng)矯頑力。
然而，上面介紹的鏑或鋱的使用量顯著超過(guò)稀土元素的自然存在比。另外，由于在商業(yè)開(kāi)發(fā)的礦床中的推定儲(chǔ)量非常小，并且由于礦床在世界上分布非常不均勻，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到元素策略的必要性。已經(jīng)知道，鋱的存在比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鏑的存在比。
如上面所介紹的，永磁體的矯頑力可以通過(guò)用鏑或鋱置換某些Nd來(lái)改進(jìn)，而已經(jīng)知道，置換物的存在導(dǎo)致永磁體飽和磁分極的減少。因此，當(dāng)永磁體的矯頑力通過(guò)使用地來(lái)增大時(shí)，應(yīng)當(dāng)允許其剩余磁通密度的可觀降低。另外，由于鏑和鋱為稀土金屬，不言自明，從資源風(fēng)險(xiǎn)和材料成本的觀點(diǎn)看來(lái)，有必要盡可能減少鏑或鋱的用量。
擴(kuò)散到粒界相的粒界之中的鏑或類(lèi)似物不能充分?jǐn)U散到粒界相的深部的原因參照?qǐng)D9A到9C的流程圖來(lái)介紹，其使用金屬結(jié)構(gòu)圖來(lái)示出制造永磁體的慣用方法。
如圖9A所示，在由主相S和粒界相R構(gòu)成的Nd-Fe-B燒結(jié)永磁體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中， Nd氧化物0X1——例如Nd2O3或NdOx——在粒界相R的三個(gè)區(qū)域相交的三重點(diǎn)上存在。當(dāng)例如鏑或鋱的金屬顆粒層在永磁體表面上形成且隨后進(jìn)行熱處理時(shí)，金屬沿著粒界相R的粒界擴(kuò)散，如圖9B所示(X方向)。
如果沿著粒界擴(kuò)散的鏑或類(lèi)似物到達(dá)在粒界相R的區(qū)域相交的三重點(diǎn)上存在的 Nd氧化物0X1，鏑置換氧化物中的Nd，因?yàn)殓C具有與Nd相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量且因此與Nd相比更為容易地和氧化合。結(jié)果，如圖9C所示，Nd被從氧化物排斥開(kāi)并圍繞氧化物，而鏑與氧結(jié)合以形成鏑氧化物0X2，不能容易地?cái)U(kuò)散到永磁體的深部。為了將鏑擴(kuò)散到深部，有必要使用大量的鏑，導(dǎo)致材料成本的上升。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2002-190404 (JP-A-2002-190404)介紹了改進(jìn)磁化的方法，該方法通過(guò)預(yù)先向磁體的主相引入與N相比更為容易地和氧結(jié)合的釔(Y)、鈧(Sc)或鑭 (La)，使得這些金屬能被排入粒界相之中，從而在燒結(jié)期間與氧化合，以便減少將與氧化合并被氧固定的Nd的量。因此，需要2000ppm以上的氧，以便將大量的釔排入粒界相之中。
當(dāng)釔或類(lèi)似物如JP-A-2002-190404所介紹的那樣預(yù)先在永磁體的主相中存在時(shí)，如果釔或類(lèi)似物沒(méi)有從主相完全被排斥開(kāi)的話(huà)，磁體的磁化可能大受損害。另外，由于永磁體的矯頑力可通過(guò)盡量減少氧的濃度來(lái)改進(jìn)，并且由于某些目前商業(yè)上可獲得的永磁體在具有大約IOOOppm或更低的氧濃度的氣氛下制造，以2000ppm的氧濃度制造永磁體并不是優(yōu)選的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種永磁體，其中，改進(jìn)永磁體矯頑力的金屬粒被有效地在其深部擴(kuò)散在粒界中，本發(fā)明還提供了制造永磁體的方法。
本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)提供了一種永磁體，其具有包含主相和粒界相的粒結(jié)構(gòu)， 粒界相主要由第一金屬構(gòu)成。增進(jìn)永磁體矯頑力的第二金屬和與第一金屬及第二金屬相比具有較低氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量的第三金屬擴(kuò)散在永磁體中，第三金屬以氧化物的形式在粒界相中存在。
在本發(fā)明第一實(shí)施形態(tài)中，由于具有與主要構(gòu)成粒界相的第一金屬以及增強(qiáng)永磁體矯頑力的第二金屬相比具有較低氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量的第三金屬在永磁體中擴(kuò)散， 第三金屬在粒界相中生成氧化物，并允許第二金屬在不生成氧化物的情況下擴(kuò)散到粒界相的深部。因此，永磁體具有優(yōu)秀的矯頑力。
與上面的JP-A-2002-190404介紹的永磁體形成對(duì)比的是，根據(jù)本發(fā)明的永磁體不用這樣的燒結(jié)磁體制造其具有由對(duì)應(yīng)于第三金屬的金屬構(gòu)成的主相。因此，第三金屬不在根據(jù)本發(fā)明的永磁體的主相中存在。因此，根據(jù)本發(fā)明的永磁體也具有優(yōu)于 JP-A-2002-190404介紹的永磁體的磁化特性。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量”意味著將氧化物分解為金屬和氧需要的能量，并且為指示 氧化物能在生成為氧化物后多穩(wěn)定地存在的指標(biāo)。該值越負(fù)(即越小)，氧化物越穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明的永磁體能應(yīng)用于稀土磁體，例如釹、鐵、硼構(gòu)成的三成釹磁體 (Nd-Fe-B燒結(jié)永磁體)。稀土磁體適合用于要求產(chǎn)生高的輸出功率的混合動(dòng)力車(chē)用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橄⊥链朋w具有比鐵氧體磁體和鋁鎳鈷磁體更高的最大能量積(BH) _。
在第一金屬為釹的永磁體(釹磁體)的實(shí)施例中，第二金屬可以為鏑或鋪，第三金屬可以為釔或鈧。
釔和鈧具有與釹、鏑、鋱相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量。因此，當(dāng)例如釔被擴(kuò)散到粒界相中時(shí)，其對(duì)作為粒界相的主要成分的釹氧化物進(jìn)行置換(構(gòu)成完全固體溶液， 并與釹氧化物混合)并固定氧。另外，釔廣范圍地形成與鐵的共晶，并擴(kuò)散到粒界中。另一方面，釔從粒界相進(jìn)入主相的可能性較低，因此不會(huì)使得磁化特性劣化。
由于釔或類(lèi)似物固定氧，當(dāng)鏑或類(lèi)似物擴(kuò)散到粒界中時(shí)，其不被氧固定，并沿著粒界擴(kuò)散到粒界相的深部。于是，隨著時(shí)間的過(guò)去，在從表面層到永磁體深部的各個(gè)深度上鄰近粒界相的主相區(qū)域中的釹用鏑或類(lèi)似物置換，形成具有強(qiáng)各向異性磁場(chǎng)的相，由此，磁晶各向異性得到增強(qiáng)，永磁體的矯頑力得到增強(qiáng)。
上面介紹的根據(jù)本發(fā)明的永磁體為具有高矯頑力和好磁化特性的永磁體，相比于傳統(tǒng)的永磁體，其能用極少量的低或類(lèi)似物來(lái)制造，換句話(huà)說(shuō)，相比于傳統(tǒng)的永磁體具有極低的材料成本。
在第一金屬為釹的永磁體的實(shí)施例中，欽可用作第二金屬和第三金屬。
本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)提供了一種永磁體，其具有包含主相和主要由第一金屬構(gòu)成的粒界相的粒結(jié)構(gòu)。永磁體包含第二金屬，其增強(qiáng)了永磁體的矯頑力；第三金屬，其具有與第一金屬及第二金屬相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量。第二金屬和第三金屬的濃度都在粒界相中比在主相中更高，第三金屬以氧化物的形式在粒界相中存在。
本發(fā)明的第三實(shí)施形態(tài)涉及制造永磁體的方法。該方法包含制備燒結(jié)磁體，其具有包含主相與主要由第一金屬構(gòu)成的粒界相的金屬結(jié)構(gòu)，將與第一金屬相比具有較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量的第三金屬以及與第三金屬相比具有較高的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量并增強(qiáng)永磁體矯頑力的第二金屬擴(kuò)散到粒界中。
制造永磁體的方法可包含第一步驟，制備燒結(jié)磁體，其具有包含主相與主要由第一金屬構(gòu)成的粒界相的金屬結(jié)構(gòu)，將與第一金屬相比具有較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量的第三金屬擴(kuò)散到粒界相的粒界中以獲得中間體；以及，第二步驟，將與第三金屬相比具有較高的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量并增強(qiáng)永磁體矯頑力的第二金屬擴(kuò)散到粒界中，以制造永磁體。
在上面的制造方法中，將第三金屬擴(kuò)散到燒結(jié)磁體的粒界相中的方法的實(shí)例包括這樣的方法，其包含通過(guò)濺射或類(lèi)似方法在用例如釹構(gòu)成的燒結(jié)磁體的表面上形成作為第三金屬的釔或類(lèi)似物的層，并在隨后進(jìn)行熱處理。通過(guò)此第一步驟，制造釔或類(lèi)似物已被擴(kuò)散到粒 界之中以形成粒界相中的氧化物的中間體。
通過(guò)以與第一步驟相同的方式借助濺射或類(lèi)似方法在中間體的表面上形成作為第二金屬的鏑或類(lèi)似物的層并隨后進(jìn)行熱處理，能夠制造鏑或類(lèi)似物已被擴(kuò)散到粒界相深部的永磁體(第二步驟)。
本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)證明，代替通過(guò)濺射或類(lèi)似方法形成鏑或類(lèi)似物的層并隨后進(jìn)行熱處理，當(dāng)鏑或類(lèi)似物通過(guò)在第二步驟中將氣化鏑或類(lèi)似物施加到中間體的表面而擴(kuò)散時(shí)，能夠獲得具有較高矯頑力和較好磁化特性的永磁體。
制造永磁體的方法可包含通過(guò)濺射或類(lèi)似方法，在由釹構(gòu)成的燒結(jié)磁體的表面上，形成作為第三金屬的釔或類(lèi)似物的層；在釔的層上形成作為第二金屬的鏑或類(lèi)似物的層；加熱燒結(jié)磁體，以便將釔或類(lèi)似物以及鏑或類(lèi)似物同時(shí)擴(kuò)散到粒界相之中。
制造永磁體的方法可包含通過(guò)濺射或類(lèi)似方法，在燒結(jié)磁體的表面上沉積作為第三金屬的釔或類(lèi)似物以及作為第二金屬的鏑或類(lèi)似物的合金層；進(jìn)行熱處理，以便將合金擴(kuò)散到粒界相中。
永磁體中的氧的濃度可以為O. 2質(zhì)量％或更小。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施形態(tài)的制造方法，第三金屬——其具有與構(gòu)成粒界相的主金屬(第一金屬)以及增強(qiáng)永磁體矯頑力的金屬(第二金屬)相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量——被擴(kuò)散到燒結(jié)磁體的粒界相中并固定氧，由此，防止擴(kuò)散到粒界中的第二金屬被氧固定。因此，第二金屬擴(kuò)散到粒界相的深部，并在與粒界相區(qū)域鄰近的區(qū)域中置換構(gòu)成主相的金屬(例如釹)，從而改進(jìn)磁晶各向異性。因此，相比于具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的永磁體的制造方法，能夠用低的制造成本制造具有高矯頑力和好的磁化特性的永磁體。
由上面的介紹將會(huì)明了，根據(jù)按照本發(fā)明的永磁體和永磁體制造方法，由于釔或類(lèi)似物——其具有與增強(qiáng)永磁體矯頑力的鏑或類(lèi)似物以及作為構(gòu)成粒界相的主金屬的釹相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量——被擴(kuò)散到粒界相中并在粒界相中生成氧化物，即使鏑或類(lèi)似物的量盡可能少，鏑或類(lèi)似物能擴(kuò)散到粒界內(nèi)。因此，在從表面層到永磁體深部的各個(gè)深度上在鄰近于粒界相區(qū)域的主相區(qū)域中的釹或類(lèi)似物用鏑或類(lèi)似物替換，形成具有強(qiáng)各向異性磁場(chǎng)的相，由此，增強(qiáng)磁晶各向異性。結(jié)果，制造具有高矯頑力和好的磁化特性的永磁體的材料成本可得到減小。
本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)涉及混合動(dòng)力車(chē)，其裝有包含使用根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施形態(tài)的方法制造的永磁體的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)，混合動(dòng)力車(chē)的輸出功率增大，混合動(dòng)力車(chē)的制造成本減小。


下面將參照附圖介紹本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)與 工業(yè)顯著性，在附圖中，相似的標(biāo)號(hào)表示相似的元件，且其中
圖1A到IC為粒結(jié)構(gòu)圖，其循序示出了根據(jù)本發(fā)明的制造永磁體的方法；
圖2為根據(jù)本發(fā)明制造永磁體的方法的一實(shí)施例的流程圖3為根據(jù)本發(fā)明制造永磁體的方法的另一實(shí)施例的流程圖4為根據(jù)本發(fā)明制造永磁體的方法的又一實(shí)施例的流程圖5為根據(jù)本發(fā)明制造永磁體的方法的再一實(shí)施例的流程圖6為一圖表,不出了關(guān)于用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)在實(shí)例和比較性實(shí)例的永磁體上進(jìn)行的測(cè)量結(jié)果的剩余磁化的結(jié)果；
圖7為一圖表，示出了用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量的實(shí)例和比較性實(shí)例的永磁體的矯頑力；
圖8為一圖表，示出了永磁體中的氧量和矯頑力之間的相互關(guān)系；以及
圖9A-9C為粒結(jié)構(gòu)圖，其循序示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造永磁體的方法。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖介紹根據(jù)本發(fā)明的永磁體和制造永磁體的方法。應(yīng)當(dāng)注意，所示出的永磁體為釹磁體,但本發(fā)明的永磁體也指向任何類(lèi)型的這樣的永磁體作為結(jié)構(gòu)組成部分，其至少具有主相和粒界相，例如釤-鈷磁體、釤-鐵-氮磁體以及鐠磁體。
圖1A-1C為粒結(jié)構(gòu)圖，其循序示出了根據(jù)本發(fā)明的制造永磁體的方法的一實(shí)施例。圖2-5各自為流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明制造永磁體的方法的實(shí)施例。
圖1A-1C所示的磁體為Nd-Fe-B燒結(jié)永磁體，其由粒界相R和主相S構(gòu)成，粒界相 R包含作為其主金屬的釹，主相S主要由釹、鐵和硼構(gòu)成。
如圖1A所示，釹氧化物0X1——例如Nd2O3或NdOx——在主要由釹構(gòu)成的粒界相R 的任何三個(gè)區(qū)域相交的三重點(diǎn)上存在。
在燒結(jié)磁體的表面上形成釔或鈧的層，然后，進(jìn)行熱處理，以便將釔或類(lèi)似物擴(kuò)散到粒界相R的粒界之中(Zl方向)，如圖1A所示。
例如，當(dāng)釔被擴(kuò)散到粒界之中并接觸三重點(diǎn)上的釹氧化物0X1時(shí)，釔對(duì)Nd氧化物 0X1進(jìn)行置換并固定氧，從而生成例如Y2O3或YOx的釔氧化物0X3，如圖1B所示，這是因?yàn)獒惥哂信c釹相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量，且被排斥的釹圍繞釔氧化物0X3(釹層Rl )。
釔還廣泛地形成與鐵的共晶成分，并擴(kuò)散在粒界之中，但不太可能從粒界相R進(jìn)入主相S，因此不會(huì)使得燒結(jié)磁體的磁化特性劣化。
當(dāng)在粒界相R中生成釔氧化物0X3之后，增強(qiáng)磁體矯頑力的鏑或鋱從燒結(jié)磁體的表面擴(kuò)散到粒界之中，如圖1C所示(Z2方向)。
與釔相比具有較高氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量的鏑或鋱不會(huì)在其通過(guò)粒界擴(kuò)散到達(dá)釔氧化物0X3時(shí)對(duì)釔氧化物0X3進(jìn)行置換，而是可能沿著粒界更深地向內(nèi)部擴(kuò)散。
于是，在從表面到鏑已經(jīng)擴(kuò)散到的燒結(jié)磁體深部的各個(gè)深度上在與粒界相區(qū)域鄰近的主相區(qū)域中存在的釹被鏑或類(lèi)似物置換，由此，產(chǎn)生本發(fā)明的永磁體。結(jié)果得到的永磁體的主相置換相S’具有強(qiáng)的各向異性磁場(chǎng)。
這里，參照?qǐng)D2-5的流程圖概述根據(jù)本發(fā)明的制造永磁體的方法。
首先，在制造方法MTl中，如圖2所示，與 作為釹燒結(jié)磁體粒界相的主金屬的釹(第一金屬)相比具有較低氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量的釔(第三金屬)的層被沉積在釹燒結(jié)磁體的表面上(步驟SI)。
接著，在燒結(jié)磁體上進(jìn)行熱處理，以便將釔擴(kuò)散到粒界相的粒界之中，從而獲得中間體(步驟S2)。
在中間體中，釔對(duì)在粒界相中存在的釹氧化物進(jìn)行替換，從而形成釔氧化物，釹已被排斥到釔氧化物周?chē)膮^(qū)域。
接著，將中間體放置在熔爐中，且熔爐用與釔相比具有較高氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量并增強(qiáng)永磁體矯頑力的氣化鏑(第二金屬)填充，由此，鏑擴(kuò)散到中間體的粒界相的粒界之中(步驟S3)。
擴(kuò)散到粒界之中的鏑不對(duì)釔氧化物進(jìn)行替換。相反，鏑擴(kuò)散到永磁體的深部，對(duì)接近粒界相區(qū)域的區(qū)域中的釹進(jìn)行替換，從而形成具有強(qiáng)的各向異性磁場(chǎng)的主相置換相。
由于通過(guò)如步驟S3中所介紹的那樣從中間體表面向粒界擴(kuò)散氣化鏑，鏑進(jìn)入主相的穿透可被減小，進(jìn)入粒界相的鏑的百分比可增大，因此，相比于通過(guò)濺射或類(lèi)似方法在中間體表面上沉積鏑層并接著進(jìn)行加熱以便沿著粒界擴(kuò)散鏑的方法，可以使用最小量的鏑有效增強(qiáng)矯頑力。
圖3所示的制造方法MT2包含在釹燒結(jié)磁體的表面上沉積一層釔(第三金屬)(步驟SI)，進(jìn)行熱處理，以便將釔擴(kuò)散到粒界相的粒界之中，以獲得中間體(步驟S2)，在中間體的表面上沉積一層鏑(第二金屬)(步驟S3)，進(jìn)行熱處理，以便將鏑擴(kuò)散到粒界之中(步驟 S4)。
圖4所示的制造方法MT3包含在釹燒結(jié)磁體的表面上沉積一層釔(第三金屬)(步驟SI)，在釔層上沉積一層鏑(第二金屬)(步驟S2)，進(jìn)行熱處理，以便同時(shí)將釔和鏑擴(kuò)散到粒界之中。
另外，圖5所示的制造方法MT4包含在釹燒結(jié)磁體的表面上沉積一層釔(第三金屬)和鏑(第二金屬)的合金(步驟SI)，進(jìn)行熱處理，以便將合金擴(kuò)散到粒界相的粒界之中 (步驟S2)。
在所有上面的制造方法中，釔對(duì)在粒界相中存在的釹氧化物進(jìn)行置換以生成釔氧化物，這使得鏑能沿著粒界擴(kuò)散到永磁體的深部，而不對(duì)釔氧化物進(jìn)行置換。
因此，可以獲得這樣的永磁體其中，鄰近粒界相區(qū)域的主相區(qū)域中的釹已經(jīng)被鏑置換，以形成具有從其表層到深部(中心部分)的強(qiáng)各向異性磁場(chǎng)的主相置換相。
用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量通過(guò)本發(fā)明的方法制造的樣品永磁體(實(shí)例I到實(shí)例4)以及通過(guò)傳統(tǒng)方法制造的樣品永磁體(比較性實(shí)例I到比較性實(shí)例4)的剩余磁化和矯頑力。
實(shí)例I到實(shí)例4以及比較性實(shí)例I和2的燒結(jié)磁體為矩形Nd2Fe14B磁體，其具有 5mmX5mmX5. 5mm的尺寸(詳細(xì)的金屬成分在下面的表I中示出)，并在派射之前受到油研磨。
比較性實(shí)例3和4的燒結(jié)磁體根據(jù)如上面介紹的JP-A-2002-190404來(lái)制造，并為矩形Nd2Fe14B磁體，其具有5mmX5mmX5. 5mm的尺寸(詳細(xì)的金屬成分在下面的表2中示出)，并在濺射之前受到油研磨。
表I
NdDyPrBCoAlCuOFe25.10.263.1I 011.060.10.10.12殘(質(zhì)量％)
表 2
NdDyPrYBCoAlCuFe比較性實(shí)例322. 93O. 263.12.11. 021. 07O.1O.1殘(質(zhì)量％)比較性實(shí)例421. 04O. 253.141. 021. 07O.1O.1殘(質(zhì)量％)
實(shí)例I的永磁體通過(guò)圖2所示的制造方法MTl制造。首先，通過(guò)磁控管濺射在磁體表面上形成3μπι厚度的釔的層，在下面的熱處理?xiàng)l件下將釔擴(kuò)散到粒界之中，以便獲得中間體在KT5Pa的真空氛圍下引入Ar, —直到壓力達(dá)到1. 33kPa( IOTorr),在一個(gè)小時(shí)內(nèi)將氛圍的溫度增大到850攝氏度，保持此狀態(tài)持續(xù)達(dá)5小時(shí)；在30分鐘內(nèi)將溫度降低到環(huán)境溫度。
接著，通過(guò)下面的過(guò)程將鏑擴(kuò)散到中間體中的粒界之中將20g的鏑放置在真空爐的底部；將永磁體——其中，釔已經(jīng)擴(kuò)散到粒界之中——放置在設(shè)置在鏑的上方的用鑰制造的金屬絲網(wǎng)上。鏑于是在下面的用于使熱處理最優(yōu)化的熔爐條件下被擴(kuò)散到粒界之中在10_4Pa的真空氛圍下在一個(gè)小時(shí)內(nèi)將氛圍的溫度增大到850攝氏度，保持該壓力和溫度持續(xù)達(dá)24小時(shí)；在30分鐘內(nèi)將溫度降低到環(huán)境溫度；將溫度保持在500攝氏度持續(xù)達(dá)I 小時(shí)。在這些條件下，對(duì)鏑進(jìn)行升華，熔爐變得被鏑蒸汽填充。
實(shí)例2的永磁體使用圖3所示的方法MT2來(lái)制造。首先，以與實(shí)例I相同的方式獲得中間體。接著，用酸清洗中間體，浸入10%的硝酸溶液持續(xù)達(dá)3分鐘，并立即進(jìn)行干燥。
接著，通過(guò)磁控管濺射，在磁體表面上沉積5 μ m的鏑的層，在下面的用于對(duì)熱處理進(jìn)行最優(yōu)化的熱處理?xiàng)l件下將鏑擴(kuò)散到粒界之中在10_5Pa的真空氛圍下引入Ar，一直到壓力達(dá)到1. 33kPa(10Torr)，在一個(gè)小時(shí)內(nèi)將氛圍的溫度增大到850攝氏度，保持此壓力和溫度持續(xù)達(dá)10小時(shí)；在30分鐘內(nèi)將溫度降低到環(huán)境溫度；將溫度保持在500攝氏度持續(xù)達(dá)I小時(shí)。
實(shí)例3的永磁體使用圖4所示的方法MT3來(lái)制造。首先，通過(guò)磁控管濺射在磁體的表面上沉積3 μ m的釔的層，在釔的層上沉積5 μ m的鏑的層，在下面的用于對(duì)熱處理進(jìn)行最優(yōu)化的熱處理?xiàng)l件下將釔和鏑擴(kuò)散到粒界之中在10_5Pa的真空氛圍下引入Ar，一直到壓力達(dá)到L 33kPa(10Torr)，在一個(gè)小時(shí)內(nèi)將氛圍的溫度增大到850攝氏度，保持該壓力和溫度持續(xù)達(dá)10小時(shí)；在30分鐘內(nèi)將溫度降低到環(huán)境溫度；將溫度保持在500攝氏度持續(xù)達(dá) I小時(shí)。
實(shí)例4的永磁體使用圖5所示的方法MT4來(lái)制造。首先，將鏑-40%釔合金 (dysprosium-40at. %yttrium alloy)用作目標(biāo),通過(guò)磁控管派射，在磁體的表面上形成8μ m厚度的鏑-40%釔合金的層，在下面的用于對(duì)熱處理進(jìn)行最優(yōu)化的熱處理?xiàng)l件下將合金擴(kuò)散到粒界之中在KT5Pa的真空氛圍下引入Ar，一直到壓力達(dá)到1. 33kPa( IOTorr)，在一個(gè)小時(shí)內(nèi)將氛圍的溫度增大到850攝氏度，保持該壓力和溫度持續(xù)達(dá)10小時(shí)；在30分鐘內(nèi)將溫度降低到環(huán)境溫度；將溫度保持在500攝氏度持續(xù)達(dá)I小時(shí)。
比較性實(shí)例I的永磁體使用與實(shí)例I的制造方法相同的方法制造，除了省略用于獲得中間體的步驟以外。具體而言，在與實(shí)例I相同的條件下，將鏑擴(kuò)散到尚未擴(kuò)散釔的永磁體的粒界之中。
使用與實(shí)例3相同的方法制造比較性實(shí)例2的永磁體，除了省略通過(guò)磁控管濺射在磁體表面上形成具有3 μ m厚度的Y的層的步驟以外。
通過(guò)與實(shí)例3相同的方法，使用具有表2所示成分構(gòu)成的燒結(jié)磁體，制造比較性實(shí)例3和4的永磁體，除了省略通過(guò)磁控管濺射在磁體表面上形成3 μ m厚度的釔的層的步驟以外。
使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)做出的測(cè)量結(jié)果總結(jié)在表3以及下面的圖6、7之中。
表 權(quán)利要求
1.一種永磁體制造方法，其特征在于包括 第一步驟，制備燒結(jié)磁體，所述燒結(jié)磁體具有包括主相與粒界相的粒結(jié)構(gòu)，所述粒界相主要由第一金屬構(gòu)成；以及 第二步驟，將第三金屬和第二金屬擴(kuò)散到所述粒界相中，其中，所述第三金屬具有與所述第一金屬相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量，所述第二金屬具有與所述第三金屬相比較高的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量并增強(qiáng)所述永磁體的矯頑力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的永磁體制造方法，其中， 所述第二步驟包括 第三步驟，將所述第三金屬擴(kuò)散到所述粒界相中，以形成中間體；以及 第四步驟，將所述第二金屬擴(kuò)散到所述中間體的所述粒界相中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的永磁體制造方法， 其中，所述第四步驟為這樣的步驟，其包括通過(guò)濺射在所述中間體的表面上形成所述第二金屬的層，以及，進(jìn)行熱處理，以便將所述第二金屬擴(kuò)散到所述粒界相中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的永磁體制造方法， 其中，所述第四步驟為這樣的步驟，其包括將所述第二金屬的蒸汽施加到所述中間體的所述表面，以便將所述第二金屬擴(kuò)散到所述粒界相中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的永磁體制造方法，其中， 所述第二步驟包括 在所述燒結(jié)磁體的表面上形成所述第三金屬的層； 在所述第三金屬的所述層上沉積所述第二金屬的層；以及 進(jìn)行由所述第二金屬以及所述第三金屬的所述層覆蓋的所述燒結(jié)磁體的熱處理，以便將所述第二金屬以及所述第三金屬擴(kuò)散到所述粒界相中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的永磁體制造方法， 其中，所述第三金屬的所述層和所述第二金屬的所述層通過(guò)濺射來(lái)沉積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的永磁體制造方法，其中， 所述第二步驟包括 在所述燒結(jié)磁體的所述表面上沉積所述第二金屬和所述第三金屬的合金的層；以及 進(jìn)行熱處理，以便將所述合金擴(kuò)散到所述粒界相中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的永磁體制造方法，其中，所述第三金屬和所述第二金屬的所述合金的所述層通過(guò)濺射來(lái)沉積。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)的永磁體制造方法，其中，所述第一金屬為釹或鐯。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的永磁體制造方法，其中，所述第二金屬為鏑、鋱或欽中的任意一者，所述第三金屬為釔或鈧。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)的永磁體制造方法， 其中，所述永磁體中的氧的濃度為O. 2質(zhì)量％或更小。
12.一種混合動(dòng)力車(chē)，其裝配有驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，該驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)包括通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1-11中任意一項(xiàng)的制造方法制造的永磁體。
13.—種永磁體，其具有包括主相與粒界相的粒結(jié)構(gòu)，所述粒界相主要由第一金屬構(gòu)成，所述永磁體的特征在于， 第二金屬和第三金屬被擴(kuò)散在所述永磁體中，所述第二金屬增強(qiáng)所述永磁體的矯頑力，所述第三金屬具有與所述第一金屬以及所述第二金屬相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量,并且 所述第三金屬以氧化物的形式在所述粒界相中存在。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的永磁體，其中，所述第一金屬為釹或鐯。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的永磁體， 其中，所述第二金屬為鏑、鋱或欽中的任意一者，并且 所述第三金屬為釔或鈧。
16.一種永磁體，其具有包括主相和粒界相的粒結(jié)構(gòu)，所述粒界相主要由第一金屬構(gòu)成， 所述永磁體的特征在于包括 第二金屬，其增強(qiáng)所述永磁體的矯頑力；以及 第三金屬，其具有與所述第一金屬以及所述第二金屬相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量，其中 所述第二金屬和所述第三金屬的濃度都在所述粒界相中比在所述主相中更高；并且 所述第三金屬以氧化物的形式在所述粒界相中存在。
17.—種永磁體，其具有由主相和粒界相構(gòu)成的粒結(jié)構(gòu)，包括 第一金屬，其作為構(gòu)成所述主相的主要金屬； 第二金屬，其擴(kuò)散在所述永磁體中，并增強(qiáng)所述永磁體的矯頑力；以及第三金屬，其擴(kuò)散在所述永磁體中，并具有與所述第一金屬以及所述第二金屬相比較低的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量， 其中，所述第三金屬以氧化物的形式在所述粒界相中存在。
全文摘要
永磁體具有包含主相(S)和粒界相(R)的粒結(jié)構(gòu)，粒界相(R)主要由第一金屬(釹)構(gòu)成。增強(qiáng)永磁體矯頑力的第二金屬(鏑)和與第一金屬(釹)、第二金屬(鏑)相比具有較低氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能量的第三金屬(釔)被擴(kuò)散到永磁體中，第三金屬(釔)以氧化物的形式在粒界相中存在。
文檔編號(hào)H01F41/02GK103003900SQ201180034713
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
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