磁體及其形成方法
【技術領域】
[0001]一個或更多個實施例涉及一種用減少的重稀土元素制造稀土磁體的工藝。
【背景技術】
[0002]永磁體電動機可以具有高效率，使其潛在地適用于混合動力車輛和電動車輛的牽引電動機。永磁體的設計和選擇在此類電動機中是重要的。與諸如鋁鎳鈷合金(包括鋁、鎳和鈷的鐵合金)和鐵氧體的傳統(tǒng)的非稀土磁體相比，諸如釹(Nd)磁體的稀土永磁體因其高磁通密度和高抗退磁能力而經(jīng)常被用在電動車輛中的牽引電動機中。然而，稀土永磁體會包含大量稀土元素(例如，在一些商用磁體中至少占30wt%)，這使得磁體昂貴。另外，為確保永磁體在車輛的傳動環(huán)境中的高溫運行，會需要將大約10wt%的諸如鏑(Dy)和鋱(Tb)的重稀土(HRE)元素添加到釹磁合金中。這使得磁體更昂貴，因為Dy和Tb的價格可能是釹的價格的大約十倍高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]在至少一個實施例中，提供一種磁體，所述磁體包括在連續(xù)燒結的稀土(RE)磁體主體內(nèi)具有重稀土(HRE)元素的濃度分布的單個燒結磁體。該濃度分布可以包括在所述主體內(nèi)的位于HRE元素濃度的局部最小值之間的HRE元素濃度的至少一個局部最大值，使得磁體的對應的矯頑力分布在所述主體內(nèi)具有位于局部最小值之間的至少一個局部最大值。
[0004]在另一個實施例中，HRE元素的濃度分布包括在所述主體內(nèi)的HRE元素濃度的多個局部最大值。HRE元素的濃度分布可以是周期性的，具有交替的相對最大值和最小值，或者HRE元素的濃度分布可以基本上呈正弦曲線的形狀。在另一實施例中，所述單個燒結磁體具有大于6mm的厚度。RE磁體主體可以包括RE-Fe-B和Sm-Co合金中的至少一種。所述磁體還可以包括在所述主體內(nèi)的電阻材料，電阻材料可以被形成為在所述主體內(nèi)的至少一個層。在一個實施例中，在所述主體內(nèi)可存在電阻材料的周期性的濃度分布，具有交替的相對最大值和最小值。電阻材料可以包括磁性材料。
[0005]在至少一個實施例中，提供一種形成稀土磁體的方法。所述方法可以包括:將包括重稀土(HRE)元素或合金的材料與包括稀土(RE)元素或合金的磁性粉末的交替層引入到模型中；將所述層致密化成生坯；以及將生坯燒結，以形成具有擴散到稀土元素主體中的HRE元素的稀土磁體。
[0006]在一個實施例中，將包括HRE元素或合金的材料的至少三個層引入到模具中。包括HRE元素或合金的材料的層可以具有25 μ m至250 μ m的厚度。包括HRE元素或合金的材料的層可以均具有相同的厚度。在一個實施例中，包括HRE元素或合金的材料是粉末。所述粉末可以選自于DyF3、TbF3、Dy203、Tb203和DyFe中的一種。在另一實施例中，包括HRE元素或合金的材料是液體。包括HRE元素或合金的材料在被引入到模型中之前可以與電阻材料混合。在一個實施例中，電阻材料包括磁性材料。
[0007]在至少一個實施例中，提供一種稀土磁體。所述磁體可以包括生坯，所述生坯包括:包括稀土元素或合金的磁性粉末的壓緊層和至少兩層包括重稀土(HRE)元素或合金的材料。
【附圖說明】
[0008]圖1A是具有含重稀土(HRE)的材料和磁性粉末的交替層的層狀磁體組件的示意圖；
[0009]圖1B是被壓成生坯的圖1A的層狀組件的示意圖；
[0010]圖1C是被燒結成磁體的圖1B的生坯的示意圖，該磁體具有存在于磁體的主體各處的含HRE的材料；
[0011]圖2是示出與傳統(tǒng)晶界擴散工藝磁體的矯頑力曲線相比，層狀磁體矯頑力的矯頑力曲線圖；
[0012]圖3A是具有含HRE的材料、電絕緣材料和磁性粉末的混合物的交替層的層狀磁體組件的示意圖；
[0013]圖3B是被壓成生坯的圖3A的層狀組件的示意圖；
[0014]圖3C是被燒結成磁體的圖3B的生坯的示意圖，該磁體具有存在于磁體的主體各處的含的HRE材料和分開的電絕緣材料層；
[0015]圖4A是利用在豎直方向上定向的磁場并具有電絕緣材料和磁性粉末的交替層的層狀磁體組件的示意圖；
[0016]圖4B是具有與硬磁相的c軸平行的電絕緣層的燒結磁體的示意圖；
[0017]圖4C是具有相對于硬磁相的c軸傾斜的電絕緣層的燒結磁體的示意圖；
[0018]圖4D是具有電絕緣層的燒結磁體的示意圖，該電絕緣層相對于硬磁相的c軸呈網(wǎng)狀構造。
【具體實施方式】
[0019]按需要在此公開本發(fā)明的詳細實施例；然而，將理解的是，所公開的實施例僅是可以以各種可替換形式實施的本發(fā)明的舉例說明。附圖未必是按比例繪制的；一些特征可能被夸大或最小化，以示出具體組件的細節(jié)。因此，在此公開的特定結構和功能的細節(jié)不應該被解釋為限制，而僅被解釋為用于教導本領域技術人員以各種方式使用本發(fā)明的代表性基礎。
[0020]由于包括重稀土(HRE)元素的稀土(RE)磁體的相對高成本，因此減少使用的HRE元素的量，同時仍然保持由HRE元素提供的增強的性質將是有益的。減少在永磁體中使用的HRE元素的量的一種方法是將HRE介質的層或覆層施用到燒結磁體的表面，繼而通過熱處理來增強擴散。該燒結磁體可以是任何合適的稀土磁體，例如釹-鐵-硼磁體，其中，燒結磁體具有Nd2Fe14B的晶粒和包括富Nd相的晶界。
[0021]該方法可以是晶界擴散工藝(在下文中稱作GBDP)，它包括:利用含HRE的元素的層通過例如濕法涂覆或金屬蒸鍍來包覆燒結磁體的表面。然后，可將磁體加熱到使富Nd晶界熔化的溫度，從而顯著加快HRE元素向晶界中的擴散。在該工藝過程中，一些HRE元素進一步擴散到晶粒(例如，Nd2Fe14B晶粒)的外殼中。外殼中的HRE元素提供加強的各向異性場并增強磁體的抗退磁性質，使得磁體的矯頑力增強。
[0022]雖然與將HRE元素與原始的磁體合金混合相比，上面討論的晶界擴散工藝可以增強矯頑力并減少所需HRE元素的量，但HRE元素的進一步減少將有益于降低成本。另外，上面描述的GBDP具有大約3_的最大擴散深度。這意味著如果用包括HRE元素的層來包覆磁體的兩個相對表面，則磁體的最大厚度是大約6mm。在一些應用中，使磁體比6mm厚可能是有益的或者是必要的。雖然可以將利用上述GBDP處理過的多個磁體堆疊在一起以形成厚度大于6_的磁體,但這樣堆疊的磁體具有差的機械性質。例如，比6_薄的磁體可以粘在一起以形成比6mm厚的磁體，但與單一的磁體相比，粘膠的機械強度差。薄磁體的機械綁束(mechanical bundling)也是可能的，以形成比6mm厚的磁體,但這需要額外的成本并且在一些應用中可能是不實際的。
[0023]參照圖1A至圖1C，示出了與上面描述的GBDP相比，用于形成具有靈活的厚度范圍和更均一的性質的磁體10的工藝。形成磁體的主體(bulk)的磁性粉末12可以是任何合適的磁性材料。在一個實施例中，磁性粉末12是稀土磁性粉末。合適的稀土磁性組合物的示例包括但不限于RE-Fe-B和Sm-Co，其中，RE是諸如Nd、Pr、Sm、Gd或其他的稀土元素。可以通過合金化和磨粉來制備磁性粉末12，然而可以使用其他合適的方法。
[0024]如圖1A所示，可以將磁性粉末12與含HRE元素的材料14層疊在模型或模具(未示出)中。含HRE的材料14可以是諸如DyF3、TbF3> Dy203、Tb203、DyFe合金或其他的粉末。含HRE的材料14還可以是包括一種或更多種HRE元素(諸如Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y)的液體溶液/懸浮液?？梢詫⒋判苑勰?2和含HRE的材料14交替地層疊以形成磁性粉末層16和HRE層18。HRE層18可以具有始終均勻的厚度，或者HRE層18可以具有變化的厚度。另外，在一些實施例中，HRE層18可以彼此平行或彼此不平行，并且可以交叉。在至少一個實施例中，HRE層18在磁體的整個尺寸(例如，寬度)上形成連續(xù)的層。然而，在一些實施例中，HRE層18可以不形成連續(xù)的層(例如，磁性粉末層可以彼此接觸)。
[0025]在一個實施例中，磁體10的第一層和最后一層是含HRE的材料14。一旦已將磁性粉末12和含HRE的材料14插入到模型或模具中，就可以將該層狀組件壓制成生坯20。在一個實施例中，用來形成生坯20的壓力可以是