[发明专利]铈基永磁材料

说明书

本申请要求基于2011年5月12日提交并经此引用并入本文的名为“铈基永磁材料（Cerium Based Permanent Magnet Material）”的临时申请61/485156的优先权。

技术领域

本发明涉及稀土元素-铁-硼永磁体。本发明更具体涉及铈-铁-硼永磁体。

发明背景

General Motors 研究人员在20世纪80年代初期发明熔纺的钕-铁-硼磁体并将其商业化。硬磁性来自在与少量富Nd晶界相（Nd-rich grain boundary phase）一起熔化淬火（melt quenched）成纳米晶微结构时Nd₂Fe₁₄B化合物的各向异性晶体结构。当时简要研究了熔纺Ce-Fe-B的磁性，尤其是在产生最佳Nd-Fe-B材料的相同组成下。但是，由于Nd-Fe-B的优异磁性，研究后来涉及含钕的组合物。基于三元相Nd₂Fe₁₄B的稀土元素-铁-硼磁体如今仍然是能积超过50 MGOe的最佳永磁体。

稀土元素供给和价格的最近发展已刺激对Ce-Fe-B磁体材料的持续兴趣。Nd昂贵，此外，Nd-Fe-B磁体常用增强磁性的其它稀土元素添加剂，如Pr、Dy、Tb或其混合物改性。但是，Pr、Dy和Tb也昂贵，而且Dy和Tb仅构成典型的含稀土元素的矿石的极小部分（~2%）。最近已开始担心稀土元素，特别是Nd、Pr、Dy和Tb的未来成本和可得性。

钐-钴永磁体具有高能积，但钐非常昂贵，钴比铁昂贵。

铁氧体磁铁便宜，但磁性有限。

在电动机，尤其是牵引电动机和发电机中使用永磁体。因此需要基于更便宜更可得的稀土元素Ce，同时仍保持可接受的永磁体品质的替代性R-Fe-B磁体材料。

发明概述

熔纺Ce-Fe-B带（ribbon）材的早期研究产生具有仅3.4 kG的剩磁值（remanence values）B_r和H_ci = 2.5 kOe的矫顽力值的退火永磁体组合物。根据本发明的实践，已改进Ce-Fe-B体系的组合物的磁性以实现大约5.3 kG的B_r和最多7.1 kOe的H_ci（但在特定Ce-Fe-B组合物中不一定同时存在这两个值）。已经以所选摩尔比例制造许多熔纺和退火的Ce-Fe-B组合物，产生具有矫顽力值（H_ci，单位kOe）和剩磁值（B_r，单位kG）的永磁体，其中H_ci和B_r的数值总和等于8或更大。在许多快速固化和退火的组合物中，H_ci和B_r值的总和超过9。

在许多情况下，相对于上述临时申请中陈述的数据，改进本说明书中陈述的数据。该磁性材料的组成在本说明书中也被描述为Ce_aFe_bB_c，其中a、b和c是合计为100的摩尔值。由于容易识别，这种格式是优选的。组成式在所述临时申请中以略微不同的格式呈现，但所述临时申请说明书中的式容易转化成本说明书中使用的组成格式。

在我们的临时申请中公开了制备具有比之前用Ce-Fe-B组合物获得的高的永磁体性质的Ce_aFe_bB_c组合物，其中a、b和c是总计为1的摩尔分数并具有0.10 < a < 0.33、0.44 < b < 0.82和0 < c < 0.44的值。由于数据已精制，已经确定13.0 ≤ a ≤ 26.8、70.0 ≤ b ≤ 81.5、3.2 ≤ c ≤ 12.0且a、b和c的值合计为100的Ce_aFe_bB_c组合物是优选的。此外，选择这种组合物以便可将它们加工成产生如本说明书上文规定的矫顽力和剩磁值。代表性的优选Ce-Fe-B永磁体组合物的磁性数据可见于本说明书的表I和II。

这些材料最初以熔体形式制备，保护在非氧化气氛下。在本发明的一个实践中，将该熔体淬火或以其它方式快速固化（例如通过熔纺）以形成软磁前体材料的颗粒。然后将软磁材料的颗粒退火形成永磁体粉末，其可粘结或烧结成永磁体形状并磁化以用于许多用途。各铈-铁-硼组合物的退火温度通常不同，可以为各三组分组合物找出获得最佳永磁体性质的优选退火温度。