[发明专利]利用DY或TB制造ND-FE-B烧结的磁体的方法

说明书

背景技术

发现了永磁体在各种设备中的应用，包括混合动力车辆和电动车辆的电动机。烧结的Nd-Fe-B永磁体在低温条件下有很好的磁性。在磁化后，永磁体处于热力学非平衡态。任何外部条件的变化，尤其是温度变化，导致了转变到另一更稳定的状态。这些转变通常伴随着磁性变化。由于Nd₂Fe₁₄B相的低居里温度，剩磁和固有矫顽磁性随着升高的温度而快速地下降。

重要的是要提高这种材料的热稳定性并增加磁性，以进一步获得紧凑，重量轻，功能强的混合动力车辆和电动车辆的马达。改善热稳定性和磁性有两种常见的方法。一种是通过加入Co来提高居里温度，Co在Nd₂Fe₁₄B相中完全可溶。然而，减小Co的Nd-Fe-B磁体的矫顽磁性可能是由于逆磁畴的成核点。第二种方法是添加重稀土（RE）元素。已知的是，Nd-Fe-B磁体中钕或铁的镝置换导致各向异性场和固有矫顽磁性的增加，以及饱和磁化强度的减小（C.S. Herget, Metal, Poed. Rep. V. 42, P.438 (1987); W. Rodewald, J. Less-Common Met., V111, P77 (1985); D. Plusa, J. J. Wystocki, Less-Common Met. V. 133, P.231 (1987)）。实践中常见的是在熔融和合金化之前添加重RE金属（如镝（Dy）或铽（Tb））到混合的金属中。

然而，Dy和Tb是非常稀有且昂贵的RE元素。重RE仅包含约2-7％Dy。Dy的价格最近已经大幅上升（从2005年的DyO的约$50/kg到2010年的约$140/kg）。如果要求能够提供比Dy更高的磁性，需要Tb，其比Dy贵得多（TbO为约$400/kg）。

用于混合动力车辆的马达的典型磁体包含约6-10wt％Dy，以满足所需的磁性。利用Dy或Tb制造磁体的常规方法使Dy或Tb在磁体内均匀分布。

假设永磁件块的重量为每个电动机约1-1.5kg，将要求的是每个马达的典型地约55-60％，2-3kg的PM的加工的永磁体（PM）块的产生，或每个车辆4-6kg（一些混合动力车辆可使用一个感应电动机和一个PM马达）。而且，Dy（镝）也广泛应用于其他行业。在美国仅有的RE矿不具有任何大量Dy。因此，在永磁体中减小Dy或Tb（铽）的使用将具有非常显著的成本影响。

Nd-Fe-B永磁体能够使用粉末冶金工艺生产，其涉及熔融和带连铸，氢爆碎（氢和去氢化物），磨碎（用氮），筛选，和混合所需化学成分的合金粉末。典型的粉末冶金工艺如下：称重和压制（真空装袋），等静压，烧结和老化（例如，在真空中，约30小时，约1100°C）和加工成磁体块。最后，磁体通过磷化处理，无电镀Ni镀，环氧涂布等进行表面处理。

烧结的Nd-Fe-B基磁体的理想微观结构是Fe₁₄Nd₂B晶粒，其完美地由非铁磁性的富Nd相（主要的Nd加上一些Fe₄Nd_1.1B₄和由杂质稳定的Fe-Nd相的共晶基体）隔离。Dy或Tb的添加导致基于Fe，Nd和Dy或Tb的十分不同的三元晶间相的形成。这些相位于晶粒边界区域和Fe₁₄Nd₂B晶粒的表面。为了改善磁性的元素添加应希望地满足以下条件：1）金属间相应为非铁磁性的以分开铁磁晶粒；2）金属间相应具有比Fe₁₄Nd₂B相更低的熔点以通过液相烧结产生致密材料；3）元素应具有在Nd₂Fe₁₄B中的低溶解度以保持良好的磁性。