專利名稱：磁性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性材料、包含所述磁性材料的粘結(jié)磁體以及制造所述磁性材料的方法。背景使用各向同性的Nd2Fe14B型熔紡材料用于制造粘結(jié)磁體已有多年。盡管在許多前沿應(yīng)用中找到Nd2Fe14B型粘結(jié)磁體，但是它們的市場規(guī)模仍遠(yuǎn)小于由各向異性的燒結(jié)鐵氧體(或陶瓷鐵氧體)制成的磁體。一種多樣化且增強(qiáng)Nd2Fe14B型粘結(jié)磁體的應(yīng)用以及增加其市場的方法是通過使用各向同性的粘結(jié)Nd2Fe14B型磁體代替各向異性的燒結(jié)鐵氧體磁體而擴(kuò)展成為常用的鐵氧體磁瓦。 使用各向同性的粘結(jié)Nd2Fe14B型粘結(jié)磁體直接代替各向異性的燒結(jié)鐵氧體磁體將具有至少三方面的優(yōu)點(diǎn)(1)節(jié)約制造成本，⑵各向同性的粘結(jié)Nd2Fe14B磁體的較高性能，以及⑶粘結(jié)磁體更通用的磁化模式，其允許先進(jìn)的應(yīng)用。各向同性的粘結(jié)Nd2Fe14B型磁體不需要燒結(jié)鐵氧體所需的顆粒取向或高溫?zé)Y(jié)，因此能顯著降低加工和制造成本。當(dāng)與各向異性的燒結(jié)鐵氧體所需要的切片、研磨和機(jī)械加工相比時，各向同性的粘結(jié)Nd2Fe14B粘結(jié)磁體的近終形制備(near net shape production)也表現(xiàn)出節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)與各向異性的燒結(jié)鐵氧體相比時，各向同性Nd2Fe14B型粘結(jié)磁體的值越高(與各向異性的燒結(jié)鐵氧體的3. 5kG至4. 5kG相比，粘結(jié)的NdFeB磁體通常為5kG至6kG)以及(BH)最大值越高(與各向異性鐵氧體的3MG0e至4. 5MG0e相比，各向同性的粘結(jié)NdFeB磁體通常為5MG0e至8MG0e)還允許在給定設(shè)備中磁體的更好的節(jié)能利用率。最后，Nd2Fe14B型粘結(jié)磁體的各向同性性質(zhì)能實(shí)現(xiàn)以更靈活的磁化模式探索潛在的新應(yīng)用。然而，各向同性的粘結(jié)磁體應(yīng)顯示某些具體的特征以能實(shí)現(xiàn)直接代替各向異性的燒結(jié)鐵氧體。例如，應(yīng)能大量生產(chǎn)Nd2Fe14B材料以滿足用于降低成本的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模。因此，使用現(xiàn)有的熔紡或噴鑄技術(shù)的材料必須可高度淬火而不需另外的資本投資來實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)能力的制造。而且，Nd2Fe14B材料的諸如BpHcd和(BH)最大值的磁特性應(yīng)容易調(diào)整以滿足多元化應(yīng)用的需要。因此，合金組合物應(yīng)允許可調(diào)節(jié)的元素以控制BpHcd和/或淬火能力。此外，基于相似的操作溫度范圍，各向同性的Nd2Fe14B型粘結(jié)磁體與各向異性的燒結(jié)鐵氧體相比應(yīng)具有類似的熱穩(wěn)定性。例如，在80°C至100°C下與各向異性的燒結(jié)鐵氧體相比，各向同性的粘結(jié)磁體應(yīng)具有類似的和Hcd特性以及低通量老化損失。常規(guī)的Nd2Fe14B型熔紡各向同性的粉末分別具有為約8. 5kG至8. 9kG和9k0e至IlkOe的典型的和Hcd值，其使這些類型的粉末不適合于直接代替各向同性燒結(jié)的鐵氧體。較高的4值能使磁路飽和并能阻塞設(shè)備，因此阻止實(shí)現(xiàn)該高值的益處。為解決該問題，粘結(jié)磁體制造商通常使用諸如Cu或Al的非磁性粉末以稀釋磁性粉末的濃度并促使值達(dá)到期望水平。然而，這表示磁體制造過程中的額外步驟并因此增加最終磁體的成本。常規(guī)Nd2Fe14B型粘結(jié)磁體的高Hei值，特別是高于IOkOe的那些Hei值還存在磁化的共同問題。由于大多數(shù)各向異性的燒結(jié)鐵氧體具有小于4. 5k0e的Hcd值，因此具有峰值振幅為SkOe的磁化場足以使設(shè)備中的磁體完全磁化。然而，該磁化場不足以將某些常規(guī)的Nd2Fe14B型各向同性的粘結(jié)磁體完全磁化至適當(dāng)水平。不被完全磁化則不能完全實(shí)現(xiàn)常規(guī)的各向同性的Nd2Fe14B粘結(jié)磁體的較高或Hcd值的優(yōu)點(diǎn)。為克服磁化問題，粘結(jié)磁體制造商已經(jīng)使用具有低Hcd值的粉末以實(shí)現(xiàn)目前在他們的設(shè)備中可使用的磁化回路的完全磁化。然而該方法未充分利用高Hei值的潛能。已記載熔紡技術(shù)的許多改進(jìn)以控制Nd2Fe14B型材料的微觀結(jié)構(gòu)試圖獲得較高磁特性的材料。然而，多種嘗試的努力僅涉及一般加工改進(jìn)而致力于特殊的材料和/或應(yīng)用。已知高度可淬火的Fe基稀土各向同性(Pr-Nd-La或Pr-Nd-Ce) -Fe-B型磁性材料合金具有7至8. 5的B,值和6. 5至9. 9k0e的Hei值。然而 ，這些材料的主要缺點(diǎn)是構(gòu)成磁性合金的鐠(Pr)、釹(Nd)和鑭(La)或鈰(Ce)處于高度純化的形式。由于從其的礦藏天然產(chǎn)狀中精煉Pr、Nd、La和Ce的高成本，因此高純度的Pr、Nd和La或Ce原料組分使制造磁性合金的成本昂貴。因此，仍亟需具有相對高的Br和Hcd值且表現(xiàn)出良好耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性的各向同性的Nd-Fe-B型磁性材料。還亟需這類材料在快速凝固過程中具有良好的淬火能力，使其適于在多種應(yīng)用中代替各向異性的燒結(jié)鐵氧體。還亟需并非由高純度精煉的Pr、Nd和La或Ce制造的各向同性的Nd-Fe-B型磁性材料,并且其與由精煉的Pr和Nd制造的其它已知磁性合金相比制備更簡單且可能更便宜。概述在第一方面中，提供了具有下述原子百分比的組成的磁性材料合金(MM1-A) uFe100_u_v_w_x_yYvMwTxBy，其中MM為稀土金屬混合物或其合成的等同物；R為Nd、Pr或其組合；Y為除Fe之外的過渡金屬；M為選自元素周期表第4至6族的一種或多種金屬；以及T為選自元素周期表第11至14族的除B之外的一種或多種金屬，其中O彡a<l、7彡u彡13、0彡V彡20、0彡w彡5;0彡x彡5且4彡y彡12。有利地，在一個實(shí)施方案中，麗為稀土金屬混合物，其為由Nd、Pr、Ce和La組成的天然存在的礦物。因此，在這樣的實(shí)施方案中，不需從稀土金屬混合物礦物中精煉Nd、Pr、Ce或La,因此與包含純化形式的Nd、Pr、Ce和La的合金相比能降低制備該磁體的制造成本，并且對于在合金上給予磁性而言不需要存在釔。因此，在一個實(shí)施方案中，磁性合金不含釔。在另一實(shí)施方案中，磁性合金可不含選自Co、Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W、Hf、Al、Mn、Cu和Si的金屬。有利地，可在快速凝固過程中制備在第一方面中披露的MM-TM-B型(稀土金屬混合物-過渡金屬-硼)磁性材料。此外,可由公開的MM-TM-B型磁性材料中制備粘結(jié)磁體。公開的磁性材料具有相對高的和Hcd值以及良好的耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性。在快速凝固過程中，材料還具有良好的淬火能力。材料的這些特性使其適于在許多應(yīng)用中代替各向異性的燒結(jié)鐵氧體。在具體的實(shí)施方案中，稀土金屬混合物為鈰基稀土金屬混合物。在另一實(shí)施方案中，稀土金屬混合物或其合成的等同物具有的組成為20 %至30 %的La、2 %至8 %的Pr、10%至20%的Nd且剩余物為Ce以及任何附帶雜質(zhì)。更具體地，稀土金屬混合物或其合成的等同物所具有的組成為25%至27%的La、4%至6%的Pr、14%至16%的Nd和47%至51%的 Ce。在具體的實(shí)施方案中，過渡金屬Y選自元素周期表第9族或第10族。更具體地，過渡金屬Y為Co。在另一具體的實(shí)施方案中，金屬M(fèi)為Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W和Hf中的 一種或多種。在另一具體的實(shí)施方案中，T為Al、Mn、Cu和Si中的一種或多種。在本發(fā)明具體的實(shí)施方案中，M選自Zr、Nb，或其組合且T選自Al、Mn或其組合。更具體地，M為Zr且T為Al。在一個實(shí)施方案中，a、U、V、W、X和y的值彼此獨(dú)立且屬于下列范圍0. 2≤a≤0. 8、8≤u≤13、0 ^ v ^ 15,0. I≤w≤4、1≤x≤5和4≤y≤11。其它具體的范圍包括0. 4≤a≤0. 8、10≤u≤13、0 ^ v ^ 10,0. I≤w≤3、2≤x≤5和 4 ≤ y ≤ 10 ;0. 5 ≤ a ≤ 0. 75,11 ^ u ^ 12、0 ^ v ^ 5,0. 2 ≤ w ≤ 2,2. 5 ≤ x ≤ 4. 5和5≤y≤6. 5 ;以及0. 55≤a≤0. 7、11. 3≤u≤11. 7、0≤V≤2. 5,0. 3≤w≤I、3≤X≤4和5.7≤y≤6. I。在另一具體的實(shí)施方案中，a和x的值如下0. 9≤a≤0. 99和0. I≤X≤I。在一個實(shí)施方案中，a、U、V、W、X和y的值彼此獨(dú)立且屬于下列范圍8≤u≤13、0 ^ V ^ 15,0. I≤w≤4、1≤X≤5、4≤y≤11和a = O。其它具體的范圍包括10≤u≤13、0≤V≤10,0. I≤w≤3、2≤X≤5、4≤y≤10和a = 0 ;11≤u≤12、0≤V≤5,0. 2≤w≤2,2. 5≤X≤4. 5、5≤y≤6. 5和a = 0 ;以及11. 3≤u≤11. 7、0 ^ V ^ 2. 5,0. 3≤w≤1、3≤X≤4,5. 7≤y≤6. I和a = O。在另一具體的實(shí)施方案中，a和X的值如下0. I < X < I和a = O。在另一實(shí)施方案中，磁性材料具有約7. OkG至約9. OkG的B,值和約4. OkOe至約
10.6k0e的Hei值。具體地，磁性材料具有約7. OkG至約7. 8kG的值和約4. OkOe至約
6.8k0e 的 Hci 值。其它具體的實(shí)施方案包括材料具有由X射線衍射所測定的約Inm至約80nm的晶粒尺寸。在第二方面中，提供了包含磁性材料和粘結(jié)劑的粘結(jié)磁體，通過快速凝固過程以及隨后的熱退火過程來制備所述磁性材料，所述磁性材料具有下述原子百分比的組成 (MM1-A) uFe100-u-v-w-x-yYvMwTxBy其中MM為稀土金屬混合物或其合成的等同物；R為Nd、Pr或其組合；Y為除Fe之外的過渡金屬；M為選自兀素周期表第4至6族的一種或多種金屬；以及T為選自元素周期表第11至14族的除B之外的一種或多種金屬，其中0 < a < I、7≤u≤13、0≤V≤20、0≤w≤5 ;0≤X≤5且4≤y≤12?？赏ㄟ^快速凝固過程和隨后的熱退火過程來制備粘結(jié)磁體的磁性材料。在一個具體的實(shí)施方案中，粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂、聚酰胺(尼龍)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)或其組合。在另一具體的實(shí)施方案中，粘結(jié)劑還包含選自高分子量多官能脂肪酸酯、硬脂酸、羥基硬脂酸、高分子量復(fù)合酯、季戊四醇的長鏈酯、軟脂酸、聚乙烯基潤滑劑濃縮物、褐煤酸酯、褐煤酸部分皂化的酯、聚烯烴蠟、脂肪雙酰胺、脂肪酸仲酰胺、具有高反式含量的辛烯聚合物(polyoctanomer)、順丁烯二酸酐、縮水甘油基官能的丙烯酸硬化劑、硬脂酸鋅和聚合塑化劑的一種或多種添加劑。本發(fā)明其它具體的實(shí)施方案包括包含約1%重量比至約5%重量比的環(huán)氧樹脂和約O. 01%重量比至約O. 05%重量比的硬脂酸鋅的粘結(jié)磁體；具有約O. 2至約10的磁導(dǎo)系數(shù)或負(fù)載線的粘結(jié)磁體；當(dāng)在80°C下老化1000小時時具有小于約5.0%的通量老化損失的磁體?？赏ㄟ^模壓成型、注射成型、壓延、擠出、絲網(wǎng)印刷或其組合制造粘結(jié)磁體。在一個實(shí)施方案中，通過在40°C至200°C的溫度下的模壓成型制造磁體。在第三方面中，制造磁性材料的方法包括形成包含下述原子百分比的組成的熔化物
(Ua) uFe100-u-v-w-x-yYvMwTxBy ；迅速凝固所述熔化物以獲得磁性粉末；以及熱退火所述磁性粉末；其中MM為稀土金屬混合物或其合成的等同物；R為Nd、Pr或其組合；Y為除Fe之外的過渡金屬；M為選自元素周期表第4至6族的一種或多種金屬；以及T為選自元素周期表第11至14族的除B之外的一種或多種金屬，其中O < a < I、7彡u彡13、0彡V彡20、0彡w彡5 ;0彡X彡5且4彡y彡12。在具體的實(shí)施方案中，迅速凝固的步驟包括在約10米/秒至約60米/秒的額定輪速率下的熔紡或噴鑄過程。在另一具體的實(shí)施方案中，額定輪速率為約15米/秒至約50米/秒。更具體地，額定輪速率為約35米/秒至約45米/秒。優(yōu)選地，實(shí)際輪速率在正或負(fù)O. 5 %、I. O %、5. O %、10 %、15 %、20 %、25 %或30 %的所述額定輪速率范圍內(nèi)，并且額定輪速率為通過所述快速凝固過程及隨后的所述熱退火過程來制備所述磁性材料的最佳輪速率。在具體的實(shí)施方案中，用于制備磁性材料的熱退火過程的溫度為約350°C至約8000C，時間為約O. 5分鐘至約120分鐘。更具體地，使用的熱退火過程的溫度為約600°C至約700°C，時間為約2分鐘至約10分鐘。定義本文使用的下列詞語和術(shù)語具有所指出的含義在諸如Nd和Pr的金屬的上下文中的術(shù)語“精煉的”指基本上純或具有最少雜質(zhì)的金屬。在精煉的金屬中存在的雜質(zhì)的最大量可為少于10%的雜質(zhì)，更優(yōu)選為少于5%的雜質(zhì)，更優(yōu)選為少于1%的雜質(zhì)。例如，“精煉的Nd”可為包含Nd以及最多10%非Nd雜質(zhì)的金屬，所述雜質(zhì)諸如其它非Nd金屬以及非金屬。術(shù)語“稀土金屬混合物”是指本領(lǐng)域已知的稀土金屬混合物礦石且在其范圍內(nèi)還包含稀土金屬混合物礦石的氧化形式。稀土金屬混合物礦石中稀土金屬的具體組合依賴于提取礦石的礦藏和礦脈而變化?；?00%的重量，稀土金屬混合物通常具有的組成為約30%重量比至約70%重量比的Ce、約19%重量比至約56%重量比的La、約2%重量比至約6%重量比的Pr和約0. 01%重量比至約20%重量比的Nd以及附帶的雜質(zhì)。“天然形式”的稀土金屬混合物指未按上述進(jìn)行精煉的稀土金屬混合物礦石。除非另外規(guī)定，術(shù)語“包含(comprising) ”和“包含(comprise) ”及其語法變體旨在表示“開放的(open)”或“包含的(inclusive)”的表達(dá)方式使其包含列舉的成分而且還允許包含另外未列舉的成分。如本文所用，在制劑成分的濃度的上下文中術(shù)語“約”通常指規(guī)定值的+/-5 %，更通常指規(guī)定值的+/-4 %，更通常指規(guī)定值的+/-3 %，更通常指規(guī)定值的+/-2 %，甚至更通常指規(guī)定值的+/-I%以及甚至更通常指規(guī)定值的+/-0. 5%。在本公開的各方面，能以范圍的形式公開某些實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)理解，范圍形式的描述僅為方便和簡潔，而不應(yīng)詮釋為對公開范圍的范圍的嚴(yán)格限制。因此，應(yīng)認(rèn)為范圍的描述 已經(jīng)具體公開所有可能的子范圍以及所述范圍內(nèi)的單獨(dú)數(shù)值。例如，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為諸如I至6的范圍的描述已經(jīng)具體公開諸如I至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等子范圍以及所述范圍內(nèi)的諸如1、2、3、4、5和6的單獨(dú)數(shù)字。這適用于不考慮廣度的范圍。附圖
簡述圖I示出公開的磁性材料合金的磁性能圖IA為顯示隨著改變[(MMh(Nda75Pra25)J1U5Fe8UA6中NdPr代替物的Br變化的圖表;圖IB為顯示隨著改變[(MMh (Nda75Pra25) J n.65Fe82.75B5.6中NdPr代替物的Hcd變化的圖表；以及圖IC為顯示隨著改變[(MM1-X (Nda75Pra25)丄.65Fe82.75B5.6中NdPr代替物的(BH)最大變化的圖表。圖2例示了隨著從0 %至100 %代替NdPr的變化比例的[(MM1^x (Nd0.75Pr0.25)x]n.65Fe82.75B5.6粉末的去磁曲線，其在輪速率為22m/s至27m/s下熔紡以及隨后在640°C下退火2分鐘。圖3例示了當(dāng)組合物中NdPr的比例從0%至100%變化時，在[(MMh(Nda75Pra25)J n. B5Fe82.75B5.6中磁性材料的最佳淬火輪速率。詳細(xì)描述本文公開的磁性合金具有接近化學(xué)計量Nd2Fe14B并表現(xiàn)出幾乎單相的微觀結(jié)構(gòu)的組成。此外，材料包含Al、Si、Mn或Cu中的一種或多種以幫助控制4值；La或Ce固有地存在于稀土金屬混合物中以幫助控制Hei值；以及諸如Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W和Hf的多種難熔金屬中的一種以提高淬火能力或降低熔紡所需的最佳輪速率。Al、La和Zr的組合還可提高液態(tài)金屬對輪表面的潤濕性能并擴(kuò)大最佳淬火的輪速率窗口(wheel speed window)。必要時，還能混合稀釋的Co添加物以提高匕的可逆溫度系數(shù)(通常稱為a)。因此，與常規(guī)嘗試相比，公開的MM-TM-B型磁性材料提供了更高期望的多因素方法并使用了新型合金組合物，其允許關(guān)鍵磁性能的控制和寬泛的熔紡輪速率窗口而不需修改現(xiàn)有的輪式配置。此夕卜，稀土金屬混合物(MM)能為未精煉的，由于使用的是MM的礦物形式而非純化的Nd、Pr、La或Ce,這顯著降低了磁性材料合金的生產(chǎn)成本。在許多應(yīng)用中，由公開的MM-TM-B型磁性材料制備的粘結(jié)磁體可用于代替各向異性的燒結(jié)鐵氧體。本發(fā)明公開的MM-TM-B型磁性材料合金組合物為“高度可淬火的”，其在本公開的上下文范圍內(nèi)是指與用于制備常規(guī)材料的最佳輪速率和窗口相比，所述材料能在具有相對寬泛的最佳輪速率窗口的相對低的最佳輪速率下通過快速凝固方法而制備。例如，當(dāng)使用實(shí)驗(yàn)室噴鑄機(jī)時，制備本發(fā)明的高度可淬火的磁性材料所需的最佳輪速率小于25米/秒(m/s)，同時最佳淬火速率窗口為最佳輪速率的至少±15%，優(yōu)選為±25%。在實(shí)際的生產(chǎn)條件下，制備本發(fā)明的高度可淬火的磁性材料所需的最佳輪速率小于60米/秒，同時最佳淬火速率窗口為最佳輪速率的至少±15%，優(yōu)選為±30%。在本公開的含義范圍內(nèi)，“最佳輪速率(Vot) ”指在熱退火之后產(chǎn)生最佳B,和Hcd值的輪速率。此外，由于現(xiàn)實(shí)方法中的實(shí)際輪速率不可避免地在某些范圍內(nèi)變化，因此常在速率窗口范圍內(nèi)而非單一速率下制備磁性材料。因此，在本發(fā)明的含義范圍內(nèi)，將“最佳淬火速率窗口 ”定義為接近最佳輪速率且在最佳輪速率附近的輪速率，且所述輪速率制備具有與使用最佳輪速率而產(chǎn)生的和Hcd值相同或幾乎相同的磁性材料。具體地，能在額定最佳輪速率的正或負(fù)O. 5%、1.0%、5.0%、10%、15%、20%、25%或30%范圍內(nèi)的實(shí)際輪速率下制備本公開的磁性材料。如由本公開所發(fā)現(xiàn)，最佳輪速率(Vot)可根據(jù)諸如噴鑄噴嘴的孔尺寸、對輪表面的液體(熔化的合金)澆鑄速率、噴鑄輪的直徑和輪材料的因素而變化。因此，當(dāng)使實(shí)驗(yàn)室噴鑄機(jī)時，用于制備本公開的高度可淬火的磁性材料的最佳輪速率可從約15米/秒變化至約25米/秒，并且在實(shí)際生產(chǎn)條件下從約25米/秒變化至約60米/秒。本發(fā)明材料的獨(dú)特特性能使用在輪速率窗口范圍內(nèi)的這些不同的最佳輪速率制備所述材料，所述輪速率窗口為最佳輪速率的正或負(fù)O. 5%、1.0%、5.0%、10%、15%、20%、25%或30%?？勺兺ǖ淖罴演喫俾屎蛯挿旱乃俾蚀翱诘倪@種組合能制備本發(fā)明的高度可淬火的磁性材料。此外，材料的這種高度可淬火特性能使人通過可能將多個噴嘴用于噴鑄以增加生產(chǎn)率。另外，如果高生產(chǎn)率需要較高的輪速率，人們還可通過諸如通過擴(kuò)大噴鑄噴嘴的孔尺寸的方式來增加對 輪表面的液體澆鑄速率。本發(fā)明材料典型的室溫磁性能包括約7. OkG至約9. OkG的B,值和約4. OkOe至約
10.6k0e的Hei值。盡管本發(fā)明的物質(zhì)常具有單相微觀結(jié)構(gòu)，但材料還可包含R2Fe14B/ α -Fe或R2Fe14B/Fe3B型納米復(fù)合材料并仍保留其大多數(shù)獨(dú)特性質(zhì)。本公開的磁性粉末和粘結(jié)磁體包含非常細(xì)的粒度，例如約Inm至約80nm和甚至更細(xì)的約IOnm至約40nm的尺寸。當(dāng)在80°C下老化1000小時時，由粉末制成的粘結(jié)磁體的典型通量老化損失小于5%,所述粉末例如具有PC(磁導(dǎo)系數(shù)或負(fù)載線)為2的環(huán)氧樹脂粘結(jié)磁體。磁性材料的具體組成能定義為(MM1-JUuFei(l(l_u_v_w_x_yYvMwTxBy的原子百分比，其中MM為稀土金屬混合物或其合成的等同物，R為NcUPr或其組合，Y為除Fe之外的過渡金屬，M為選自元素周期表第4至6族的一種或多種金屬，以及T為選自元素周期表第11至14族的除B之外的一種或多種金屬。此外，a、U、V、W、X和Y的值如下0<a< 1、7 ^ u ^ 13、O彡V彡20、0彡w彡5、0彡X彡5且4彡y彡12。在具體的實(shí)施方案中，稀土金屬混合物為鈰基稀土金屬混合物。稀土金屬混合物或其合成的等同物具有的組成為20 %至30 %的La、2 %至8 %的Pr、10 %至20 %的Nd且剩余物為Ce和任何附帶雜質(zhì)。更具體地，稀土金屬混合物或其合成的等同物具有的組成為25%至 27% 的 La、4%至 6% 的 Pr、14%至 16% 的 Nd 和 47%至 51% 的 Ce。在本發(fā)明另一具體的實(shí)施方案中，過渡金屬Y選自元素周期表第9族或第10族。更具體地，過渡金屬Y為Co。在另一具體的實(shí)施方案中，金屬M(fèi)為Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W和Hf中的一種或多種。在另一具體的實(shí)施方案中，T為Al、Mn、Cu和Si中的一種或多種。在本發(fā)明具體的實(shí)施方案中，M選自Zr、Nb或其組合且T選自Al、Mn或其組合。更具體地，M為Zr且T為Al。本公開還包括特殊的磁性材料,其中a、U、V、W、X和y的值彼此獨(dú)立并屬于下列范圍0· 2彡a彡O. 8、8彡u彡13、0 ^ v ^ 15,0. I彡w彡4、1彡x彡5和4彡y彡11。其它具體的范圍包括0· 4彡a彡O. 8、10彡u彡13、0 ^ v ^ 10,0. I彡w彡3、2彡x彡5和 4 彡 y 彡 10 ;0· 5 彡 a 彡 O. 75,11 ^ u ^ 12、0 ^ v ^ 5、0· 2 彡 w 彡 2、2· 5 彡 χ 彡 4· 5和5彡y彡6· 5 ;以及O. 55彡a彡O. 7、11· 3彡u彡11. 7、0彡V彡2· 5、0· 3彡w彡I、3彡X彡4和5.7彡y彡6. I。在另一具體的實(shí)施方案中，a和x的值如下0. 9彡a彡O. 99且O. I彡X彡I。在本發(fā)明另一具體的實(shí)施方案中，a、u、v、w、x和y的值彼此獨(dú)立并屬于下列范圍8 彡 u 彡 13,0 ^ V ^ 15,0. l<w<4、Kx<5、4<y<lUPa = 0。其它具體的范圍包括10彡u彡13、0 10,0. I彡w彡3、2彡X彡5、4彡y彡10和a = O ;11彡u彡12、O彡V彡5,0. 2彡w彡2,2. 5彡X彡4. 5、5彡y彡6. 5和a = O ;以及11. 3彡u彡11. 7、
O^ V ^ 2. 5,0. 3彡w彡1、3彡X彡4,5. 7彡y彡6. I和a = O。在另一具體的實(shí)施方案中，a和X的值如下0.I且a = 0。能由期望組成的熔化合金制備公開的MM-TM-B型磁性材料的磁性材料，所述熔化合金通過熔紡或噴鑄方法快速凝固為粉末/薄片。在熔紡或噴鑄過程中，使熔化的合金混合物流動至快速旋轉(zhuǎn)的輪表面上。通過接觸輪表面，熔化的合金混合物形成帶狀物，其凝固成薄片或片狀顆粒。通過熔紡獲得的薄片相對易碎并具有非常細(xì)的結(jié)晶微觀結(jié)構(gòu)。在用于制備磁體之前，還能將薄片進(jìn)一步壓碎或粉碎。當(dāng)使用實(shí)驗(yàn)室噴鑄機(jī)時，適用于本發(fā)明的快速凝固包括在額定輪速率為約10米/秒至約25米/秒或更具體為約15米/秒至約22米/秒下的熔紡或噴鑄方法。在實(shí)際的生產(chǎn)條件下，能在額定輪速率為約10米/秒至約60米/秒或更具體為約15米/秒至約50米/秒以及為約35米/秒至約45米/秒下制備本發(fā)明的高度可淬火的磁性材料。由于較低的最佳輪速率通常意味能更好地控制所述過程，因此降低制備本發(fā)明的磁性粉末的Vot表示有利于熔紡或噴鑄，因?yàn)槠浔硎灸苁褂幂^低的輪速率制備相同質(zhì)量的粉末。能在寬泛的最佳輪速率窗口下制備公開的MM-TM-B型磁性材料。具體地，在快速凝固過程中使用的實(shí)際輪速率在額定輪速率的正或負(fù)O. 5%、1.0%、5. 0%、10%、15%、20^^25%或30%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，額定輪速率是通過快速凝固過程及隨后的熱退火過程來制備磁性材料的最佳輪速率。因此，公開的MM-TM-B型磁性材料的高度可淬火特性還能通過允許增加對輪表面的合金澆鑄速率來實(shí)現(xiàn)較高的生產(chǎn)率，例如通過擴(kuò)大噴鑄噴嘴的孔尺寸 、使用多個噴嘴和/或使用較高的輪速率。公開的MM-TM-B型磁性材料可為通過熔紡或噴鑄方法獲得的粉末形式并被熱處理以提高其磁性能。盡管熱處理步驟優(yōu)選包括在350°C至800°C的溫度下將粉末熱退火O. 5分鐘至120分鐘，或優(yōu)選在60(TC至70(TC下將粉末熱退火約2分鐘至約10分鐘，但能使用任何通常采用的熱處理方法以獲得期望的磁性能。在另一具體的實(shí)施方案中，磁性材料具有約7. OkG至約9. OkG的B,值和約4. OkOe至約10. 6kOe的Hei值。更具體地，磁性材料具有約7. OkG至約7. 8kG的值和約4. OkOe至約6. 2k0e的Hci值。圖I例示了隨著在[(MMh(Nda75Pra2H65Fe82JA6中將NdPr代替物從0%變化至100%時Bp Hci和(BH)最大變化的實(shí)例。新的MM基MM-Fe-B粉末具有= 706mT、Hci=332kA/m和(BH) 58kJ/m3的磁特性。能通過使用從0%增加至100%的NdPr代替MM來實(shí)現(xiàn)較高的磁特性。在不含MM的(Nd0.75Pr0.25)1L65Fe82.75B5.6中實(shí)現(xiàn)Br = 893mT、Hci =848kA/m和(BH)最大=132kJ/m3的磁特性。這表明在寬泛的范圍內(nèi)通過使用NdPr代替麗能調(diào)整新的MM-Fe-B的磁特性，使新的材料能夠適用于多種應(yīng)用。圖2例示了在輪速率為22m/s至27m/s下熔紡且隨后在640°C下熱退火2分鐘，隨著從0%至100%代替NdPr的變化比例的[(MM^ (Nda75Pra25) J11.65Fe82.75B5.6粉末的去磁曲線?？梢钥闯觯胁牧暇哂芯哂蟹浅：玫钠倍?squareness)的標(biāo)準(zhǔn)去磁曲線。其還表明所有材料均具有單相和納米尺寸的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。 圖3 例示了當(dāng)組合物中 NdPr 比例變化時，在[(MM1^x(Nd0.75Pr0.25) J 1L65Fe82.75B5.6中磁性材料的最佳淬火輪速率。能觀察到MM-Fe-B比NdPr-Fe-B相對部分(約26. 5m/s)具有更低的最佳淬火輪速率(約22m/s)。這意味著MM-Fe-B比NdPr-Fe-B具有更好的淬火能力。能從公開的MM-TM-B型磁性材料制備粘結(jié)磁體。能通過各種壓制/成型方法從磁性材料制備粘結(jié)磁體，所述方法包括但不限于，模壓成型、擠出、注射成型、壓延、絲網(wǎng)印刷、旋轉(zhuǎn)鑄造和漿料涂覆。在將磁性粉末熱處理以及與粘結(jié)劑混合之后，能通過模壓成型制造粘結(jié)磁體。還能通過注射成型、壓延、擠出、絲網(wǎng)印刷或其組合來制造粘結(jié)磁體；以及由模壓成型制備粘結(jié)磁體能在40°C至200°C的溫度下進(jìn)行。粘結(jié)磁體可包含約I %重量比至約5%重量比的環(huán)氧樹脂和約0. 01%重量比至約
0.05%重量比的硬脂酸鋅；粘結(jié)磁體具有約0. 2至約10的磁導(dǎo)系數(shù)或負(fù)載線；當(dāng)在80°C下老化1000小時時粘結(jié)磁體具有小于約5. 0%的通量老化損失。在具體的實(shí)施方案中，用于制備本發(fā)明的磁性材料的熱退火方法處于約350°C至約800°C的溫度，時間為約0. 5分鐘至約120分鐘。更具體地，使用的熱退火方法處于約600°C至約700°C的溫度，時間為約2分鐘至約10分鐘。此外，本方法包括本文公開和/或討論的各種實(shí)施方案，例如磁性材料的組成、快速凝固方法、熱退火方法、模壓方法以及磁性材料和粘結(jié)磁體的磁性能。
實(shí)施例通過參考具體的實(shí)施例將更詳細(xì)地進(jìn)一步描述包括最佳方式的本發(fā)明非限制性實(shí)例以及比較實(shí)施例，所述實(shí)施例不應(yīng)理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例I本實(shí)施例的目的是比較使用作為RE(稀土)原料來源的麗制成的樣品與使用作為RE原料來源的純的Nd、Pr、La和Ce制成的樣品之間的磁特性。為此，通過電弧熔化來制備具有相同(Ndai6Pratl5Laa28Cea51):U5Fe82J5B5I原子百分比的組成的兩種合金錠。一種鋼錠使用作為RE原料來源的麗(Nd、Pr、La和Ce的天然混合物；MM = 16%原子百分比的Nd+5 %原子百分比的Pr+28 %原子百分比的La+51 %原子百分比的Ce)而制成；而另一種使用作為RE原料的純的Nd、Pr、La和Ce而制成。將具有良好熱導(dǎo)性金屬輪的實(shí)驗(yàn)室噴鑄機(jī)用于熔紡。使用20至22米/秒(m/s)的輪速率制備樣品。將熔紡帶狀物壓碎至小于40目并在600°C至700°C的溫度下熱退火約四分鐘以發(fā)展期望的和Hcd值。表I列舉了制備的兩種樣品中存在的組分的重量百分比的組成。表II列舉了制備的粉末的相應(yīng)磁特性BpHjP (BH)最大的值。表I
權(quán)利要求
1.具有(MMwRa)uFeiQ(l_u_v_w_x_yYvMwTxBy原子百分比組成的磁性材料， 其中 MM為稀土金屬混合物或其合成的等同物； R為Nd、Pr或其組合； Y為除Fe之外的過渡金屬； M為選自元素周期表第4至6族中的一種或多種金屬；以及 T為選自元素周期表第11至14族中的除B之外的一種或多種金屬， 其中O彡a<l、7彡u彡13、0彡V彡20、0彡w彡5;0彡x彡5且4彡y彡12。
2.如權(quán)利要求I所述的磁性材料，其中所述稀土金屬混合物為鈰基稀土金屬混合物。
3.如權(quán)利要求I所述的磁性材料，其中所述稀土金屬混合物或其合成的等同物具有下列重量百分比的組成 .20%至 30%的 La ； .2%至 8%的 Pr ； .10%至20%的Nd ;以及 剩余物為Ce和任何附帶的雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的磁性材料，其中所述稀土金屬混合物或其合成的等同物具有下列重量百分比的組成 .25%至 27%的 La ； . 4% 至 6 % 的 Pr ； .14%至16%的Nd ;以及 .47%至 51%的 Ce。
5.如權(quán)利要求I所述的磁性材料，其中所述過渡金屬Y選自元素周期表第9族或第10族。
6.如權(quán)利要求5所述的磁性材料，其中所述過渡金屬Y為Co。
7.如權(quán)利要求I所述的磁性材料，其中所述金屬M(fèi)為Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W和Hf 中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求I所述的磁性材料,其中所述T為Al、Mn、Cu和Si中的一種或多種。
9.如權(quán)利要求I所述的磁性材料，其中M為Zr、Nb或其組合且T為Al、Mn或其組合。
10.如權(quán)利要求9所述的磁性材料，其中M為Zr且T為Al。
11.如權(quán)利要求I所述的磁性材料，其中0.2彡a彡0. 8、8彡u彡13,0彡v彡15、.0.1<w<4、l<x<5 且 11。
12.如權(quán)利要求11所述的磁性材料，其中0.4彡a彡0. 8、10彡u彡13,0彡v彡10、.0.1彡￥彡3、2彡叉彡5且4彡7彡10。
13.如權(quán)利要求12所述的磁性材料，其中0.5彡a彡0. 75、11彡u彡12,0彡v彡5、.0. 2 ^ w ^ 2,2. 5 彡 X 彡 4. 5 且 5 彡 y 彡 6. 5。
14.如權(quán)利要求13所述的磁性材料，其中0.55彡a彡0. 7、11. 3彡u彡11. 7、.0^ V ^ 2. 5,0. 3<￥<1、3<叉<4且5.7<丫<6.1。
15.如權(quán)利要求I所述的磁性材料，其中0.9彡a彡0. 99且0. I彡X彡I。
16.如權(quán)利要求15所述的磁性材料，其中8彡u彡13,0彡V彡15,0.I彡w彡4、1^ X ^ 5>4 ^ y ^ 11 且 a = 0。
17.如權(quán)利要求16所述的磁性材料，其中10彡u彡13,0彡V彡10,0.I彡w彡3、2^ X ^ 5>4 ^ y ^ 10 且 a = 0。
18.如權(quán)利要求17所述的磁性材料，其中11彡u彡12,0彡V彡5,0.2彡w彡2、2.5 彡 X 彡 4. 5、5 彡 y 彡 6. 5 且 a = O。
19.如權(quán)利要求18所述的磁性材料，其中11.3彡u彡11. 7、0彡V彡2. 5、0. 3彡w彡I、3^ X ^ 4、5. 7<7<6.1且& = 0。
20.如權(quán)利要求I所述的磁性材料,其中0.I < X < I且a = O。
21.如權(quán)利要求I所述的磁性材料,其中所述磁性材料獨(dú)立地具有約7.OkG至約9. OkG的Br值和約4. OkOe至約10. 6k0e的Hci值。
22.如權(quán)利要求21所述的磁性材料，其中所述磁性材料獨(dú)立地具有約7.OkG至約7.8kG的Br值和約4. OkOe至約6. 8k0e的Hci值。
23.如權(quán)利要求I所述的磁性材料，其中所述磁性材料具有由X射線衍射所測定的近似化學(xué)計量的Nd2Fe14B型單相微觀結(jié)構(gòu)和約Inm至約80nm的晶粒尺寸。
24.包含磁性材料和粘結(jié)劑的粘結(jié)磁體，通過快速凝固過程及隨后的熱退火過程制備所述磁性材料，所述磁性材料具有(MM1-JUuFe1(l(l_u_v_w_x_yYvMwTxBy原子百分比的組成， 其中 MM為稀土金屬混合物或其合成的等同物； R為Nd、Pr或其組合； Y為除Fe之外的過渡金屬； M為選自元素周期表第4至6族中的一種或多種金屬；以及 T為選自元素周期表第11至14族中的除B之外的一種或多種金屬，其中0 < a < I、7彡u彡13、0彡V彡20、0彡w彡5 ;0彡X彡5且4彡y彡12。
25.如權(quán)利要求24所述的粘結(jié)磁體，其中所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂、聚酰胺(尼龍)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)或其組合。
26.如權(quán)利要求25所述的粘結(jié)磁體，其中所述粘結(jié)劑還包含選自高分子量多官能脂肪酸酯、硬脂酸、羥基硬脂酸、高分子量復(fù)合酯、季戊四醇的長鏈酯、軟脂酸、聚乙烯基潤滑劑濃縮物、褐煤酸酯、褐煤酸部分皂化的酯、聚烯烴蠟、脂肪雙酰胺、脂肪酸仲酰胺、具有高反式含量的辛烯聚合物、順丁烯二酸酐、縮水甘油基官能的丙烯酸硬化劑、硬脂酸鋅和聚合塑化劑的一種或多種添加劑。
27.如權(quán)利要求26所述的粘結(jié)磁體，其中所述磁體包含約1%重量比至約5%重量比的環(huán)氧樹脂和約0. 01%重量比至約0. 05%重量比的硬脂酸鋅。
28.如權(quán)利要求27所述的粘結(jié)磁體，其中所述磁體具有約0.2至約10的磁導(dǎo)系數(shù)或負(fù)載線。
29.如權(quán)利要求28所述的粘結(jié)磁體，其中所述磁體在80°C下老化1000小時具有小于5.0%的通量老化損失。
30.制造磁性材料的方法，其包括 形成包含(MM1-JU uFei(l(l_u_v_w_x_yYvMwTxBy原子百分比組成的熔化物； 迅速凝固所述熔化物以獲得磁性粉末；以及熱退火所述磁性粉末； 其中 MM為稀土金屬混合物或其合成的等同物； R為Nd、Pr或其組合； Y為除Fe之外的過渡金屬； M為選自元素周期表第4至6族中的一種或多種金屬；以及 T為選自元素周期表第11至14族中的除B之外的一種或多種金屬，其中O < a < I、7≤u≤13、0≤V≤20、0≤w≤5 ;0≤X≤5且4≤y≤12。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述迅速凝固包括在約10米/秒至約60米/秒的額定輪速率下的熔紡或噴鑄過程。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述額定輪速率為約15米/秒至約50米/秒。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述額定輪速率為約35米/秒至約45米/秒。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中實(shí)際輪速率在正或負(fù)O.5 %、I. O %、5. O %、10 %、15 %、20 %、25 %或30 %的所述額定輪速率范圍內(nèi)。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述額定輪速率是通過所述快速凝固過程及隨后的所述熱退火過程制備所述磁性材料中使用的最佳輪速率。
36.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述熱退火過程在約350°C至約800°C的溫度下持續(xù)約O. 5分鐘至約120分鐘。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述熱退火過程在約600°C至約700°C的溫度下持續(xù)約2分鐘至約10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有(MM1-aRa)uFe100-u-v-w-x-yYvMwTxBy原子百分比的組成的磁性材料，其中MM為稀土金屬混合物或其合成的等同物；R為Nd、Pr或其組合；Y為除Fe之外的過渡金屬；M為選自元素周期表第4至6族中的一種或多種金屬；以及T為選自元素周期表第11至14族中的除B之外的一種或多種金屬，其中0≤a≤1、7≤u≤13、0≤v≤20、0≤w≤5；0≤x≤5且4≤y≤12。
文檔編號H01F1/057GK102725806SQ200980156410
公開日2012年10月10日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者詹姆士·W·赫申羅德爾, 陳鐘敏 申請人:馬格內(nèi)昆茨國際公司