磁性材料、其使用、其制造方法和包含磁性材料的電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及具有改善的磁特性的磁性材料、其使用、用于制造磁性材料的方法和 包含磁性材料的電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于在最近時(shí)期增多的電動(dòng)機(jī)使用，尤其是在機(jī)動(dòng)車制造中，對(duì)高性能磁性材料， 和特別是永磁體的需求，在近年中強(qiáng)烈地增長(zhǎng)。在此，合適的磁性材料包括具有硬磁相的 運(yùn)些，其特征在于高的剩余磁化、大的矯頑場(chǎng)和大的磁能積。已證實(shí)運(yùn)樣的磁性材料，其包 含至少一種稀上金屬如欽（Nd)、錯(cuò)（Pr)和衫（Sm), W及至少一種過(guò)渡金屬，如鐵（Fe)或 鉆（Co),是特別有效率的，即具有大的磁能積的。常常給運(yùn)樣的材料滲W組織間隙的添加 劑、例如棚度)、碳似、氮㈱或氨做W優(yōu)化晶格結(jié)構(gòu)和因此也優(yōu)化固有磁特性。已證明 NdsFe^B為特別高性能的磁性材料。然而，由于其有限的化學(xué)、機(jī)械和熱的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，還未 實(shí)現(xiàn)常規(guī)鐵氧體被Ndz化的完全替代。進(jìn)一步對(duì)NdsFe^B不利的是，由于高份額的稀±金 屬，其高的原料成本和制造成本和自由市場(chǎng)上受限的稀±金屬可用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的特征在于非常好的磁特性，和因此高的剩余磁化、高的 矯頑場(chǎng)強(qiáng)W及大的磁能積。其機(jī)械的、磁的W及熱的穩(wěn)定性是高的，運(yùn)使其注定適合于在強(qiáng) 烈需求的，即例如活動(dòng)的設(shè)備，如機(jī)動(dòng)車和移動(dòng)電子儀器中的使用。通過(guò)W規(guī)定的量使用至 少一種過(guò)渡金屬（TM)、至少一種稀±金屬（RE)、鋼和侶，獲得了高效的磁性材料，該磁性材 料的特征還在于特別好的物理、化學(xué)W及機(jī)械穩(wěn)定性。特別地，侶和鋼的組合使用在此決定 性地有助于穩(wěn)定磁性材料的晶格組織，其中也促進(jìn)磁性相的各向異性的明顯形成。由于相 對(duì)于常規(guī)的含稀±金屬的磁性材料而言減少的稀±金屬含量或在待與侶和鋼相組合的稀 ±金屬和過(guò)渡金屬的選擇中的靈活性，保證了在適當(dāng)?shù)某杀窘Y(jié)構(gòu)的情況下良好的原料可用 性并且可W避免供應(yīng)不足。通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的磁性材料，因此也在低價(jià)格產(chǎn)品中開(kāi)啟 了多種多樣的應(yīng)用可能性，而沒(méi)有不利地影響其質(zhì)量特性。
[0004] 從屬權(quán)利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案。 陽(yáng)0化]本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方式規(guī)定，過(guò)渡金屬的份額為70至85原子百分比，優(yōu)選 地70至80原子百分比，和/或稀±金屬的份額為5至11原子百分比，優(yōu)選地7至9原子 百分比，和/或鋼的份額為6至18原子百分比，優(yōu)選地8至16原子百分比，和/或侶的份 額為1至10原子百分比，優(yōu)選地2至6原子百分比，分別關(guān)于磁性材料的總重量而言。如 果過(guò)渡金屬的份額處于至少70原子百分比，和/或侶的份額為至少1原子百分比和優(yōu)選地 至少2原子百分比，那么運(yùn)有利地有助于降低根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的材料成本。通過(guò)最 大11原子百分比和特別是最大9原子百分比的稀±金屬份額和/或6至18原子百分比， 和優(yōu)選地8至16原子百分比的鋼份額，W與至少一種過(guò)渡金屬和侶相組合的方式，獲得了 高性能的和在機(jī)械、化學(xué)W及熱的意義上穩(wěn)定的磁性材料，其具有非常低的稀±金屬含量 和盡管如此仍然卓越的磁特性和特別是大的磁能積。然而，從大于80原子百分比和特別是 大于85原子百分比的過(guò)渡金屬含量起，磁性材料晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性或磁性材料的組織份 額下降。運(yùn)也適用于大于6原子百分比和特別是大于10原子百分比的侶份額和大于16原 子百分比和特別是大于18原子百分比的鋼份額。
[0006] 同樣，根據(jù)本發(fā)明，還描述了另一種磁性材料，其包含至少一種過(guò)渡金屬（TM)、至 少一種稀上金屬（RE)、鋼、侶和至少一種選自由W、Ti、Zr、V、Cr、Nb、Ta、Hf、Al、Si和P組成 的組的其他元素X，其中過(guò)渡金屬的份額為65至95原子百分比，稀±金屬的份額為3至13 原子百分比，侶的份額為1至20原子百分比，并且鋼和元素X的總份額為4至20原子百分 比，分別關(guān)于磁性材料的總重量而言，并且其中元素X的份額，關(guān)于鋼和元素X的總份額而 言，為大于0原子百分比和最大50原子百分比。如對(duì)于在上面描述的磁性材料已經(jīng)解釋的 那樣，在該另外的磁性材料中也通過(guò)侶和鋼的組合改善磁性材料晶格組織的穩(wěn)定性，其中 也促進(jìn)磁性相的各向異性的明顯形成。通過(guò)用至少一種其他元素X W 50原子百分比的最大 替代份額部分地替代鋼的份額，磁性材料的成本此外可W在高的穩(wěn)定性、非常好的磁特性， 和因此高的剩余磁化、高的矯頑場(chǎng)強(qiáng)W及大的磁能積的情況下再一次被降低。通過(guò)本發(fā)明 根本的元素組合，磁性材料的特征在元素的高的可用性的情況下還在于非常好的機(jī)械W及 熱穩(wěn)定性。
[0007] 一個(gè)有利的實(shí)施方式的特征在于：過(guò)渡金屬的份額為70至85原子百分比，優(yōu)選地 70至80原子百分比，和/或稀±金屬的份額為5至11原子百分比，優(yōu)選地7至9原子百 分比，和/或侶的份額為1至10原子百分比，優(yōu)選地2至6原子百分比，和/或鋼和元素X 的總份額為6至18原子百分比，優(yōu)選地8至16原子百分比，分別關(guān)于磁性材料的總重量而 言。如已經(jīng)對(duì)于第一種根據(jù)本發(fā)明的磁性材料所描述的，在此也適用：如果過(guò)渡金屬的份額 為至少70原子百分比和/或侶的份額為至少1原子百分比，和優(yōu)選地至少2原子百分比， 運(yùn)有利地有助于降低根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的材料成本。通過(guò)最大11原子百分比和特別 是最大9原子百分比的稀±金屬份額和/或6至18原子百分比和優(yōu)選地8至16原子百分 比的鋼和元素X的總份額，W與至少一種過(guò)渡金屬和侶相組合的方式，獲得了高性能的和 在機(jī)械、化學(xué)W及熱的意義上穩(wěn)定的磁性材料，其具有非常低的稀±金屬含量，此外減少的 鋼含量和盡管如此仍然卓越的磁特性和特別是大的磁能積。然而，從大于80原子百分比和 特別是大于85原子百分比的過(guò)渡金屬含量起，磁性材料晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。運(yùn)也適用 于大于6原子百分比和特別是大于10原子百分比的侶份額和大于16原子百分比和特別是 大于18原子百分比的鋼和元素X的總份額。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方式，所述過(guò)渡金屬選自由下列組成的組：鐵 (化）、鉆（Co)、儀（Ni)和儘（Mn),并且優(yōu)選地為化。在此所提到的過(guò)渡金屬，與稀±金屬、 鋼和侶形成特別穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)并且加強(qiáng)地有助于所希望的有利的磁特性的明顯形成，即 特別是根據(jù)本發(fā)明的材料的飽和和磁各向異性。
[0009] 此外，過(guò)渡金屬在相對(duì)低的成本下的市場(chǎng)上的可用性是高的，運(yùn)顯著地降低了根 據(jù)本發(fā)明的磁性材料的制造成本。在運(yùn)些金屬之中化的優(yōu)選使用，歸因于其健康上W及生 態(tài)上的無(wú)害，和此外也歸因于其與Co、Ni和Mn相比再一次顯著降低的原料成本。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施方式，所述稀上金屬（服）選自由下列組成的組： 欽（Nd)、銅化a)、姉（Ce)、鋪值y)、鋪燈b)、錯(cuò)（Pr)、衫（Sm)、銀（Pm)、館巧U)、錠（Y)、筑 (Sc)、禮（Gd)、鐵（Ho)、巧巧r)、鎊燈m)、鏡州）和錯(cuò)（Lu)，和優(yōu)選地為Ce和/或Sm。所 提到的稀±金屬 Nd、La、Ce、Dy、化、Pr、Sm、化、Eu、Y、Sc、Gd、Ho、Er、Tm、孔和 Lu,已被證明 與其他的本發(fā)明根本的成分，即至少一種過(guò)渡金屬、鋼和侶是特別好地相容的，并且在稀± 金屬方面促進(jìn)具有高的各向異性的持久穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)的形成，由此根據(jù)本發(fā)明的磁性材 料的磁特性可W得到改善。盡管部分較高的原料成本，但根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的制造成 本由于其在根據(jù)本發(fā)明的磁性組分中相對(duì)于常規(guī)磁性材料而言減少的含量是低的。由于特 別高的可用性和相對(duì)低的原料成本，特別是元素Sm和Ce的使用對(duì)于本發(fā)明是特別有利的。
[0011] 進(jìn)一步有利地，所述過(guò)渡金屬和稀±金屬至少部分地作為混合金屬存在，運(yùn)保證 了在元素的仍然較好的可用性下穩(wěn)定的晶格組織。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的結(jié)構(gòu)選自RE (TM, Mo)。結(jié)構(gòu)、RE 2燈M，Mo)。結(jié)構(gòu)和RE 3燈M，Mo) 2為構(gòu)。在此提到的結(jié)構(gòu)已被證明對(duì)于根據(jù)本 發(fā)明的磁性材料的各向異性相的形成是特別好的。運(yùn)歸因于在所述結(jié)構(gòu)中存在的有利的電 子結(jié)構(gòu)和電子組態(tài)，W及原子的自旋磁矩和軌道磁矩。
[0013] 此外，根據(jù)本發(fā)明，也描述了包含如上面描述的磁性材料的永磁體。根據(jù)本發(fā)明的 材料在根據(jù)本發(fā)明的永磁體中優(yōu)選地作為硬磁相存在。根據(jù)本發(fā)明的永磁體除了根據(jù)本發(fā) 明的磁性材料外，還可W具有其他磁性或非磁性相，但也可W僅由根據(jù)本發(fā)明的磁性材料 組成。優(yōu)選地，永磁體包含硬磁相，如上面所描述地由至少一種過(guò)渡金屬（TM)、至少一種稀 ±金屬（RE)、侶和鋼組成，其中過(guò)渡金屬的份額為65至95原子百分比，稀±金屬的份額為 3至13原子百分比，鋼的份額為4至20原子百分比，和侶的份額為1至20原子百分比，分 別關(guān)于磁性材料的總重量而言。替代于該組分，大于0原子百分比和最大50原子百分比的 鋼份額也可W被至少一種選自由W、Ti、Zr、V、化、佩、Ta、Hf、Al、Si和P組成的組的元素X 替代，使得鋼和元素X的總份額，關(guān)于磁性材料的總重量而言，為4至20原子百分比。永磁 體可W例如在常規(guī)意義下被燒結(jié)或塑料粘結(jié)。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的磁性材料所描述的有利的 效應(yīng)、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方式，也適用于根據(jù)本發(fā)明的永磁體。
[0014] 同樣根據(jù)本發(fā)明，也描述了用于制造磁性材料的第一種方法，其中該方法的特征 在于混合至少一種過(guò)渡金屬（TM)、至少一種稀±金屬（RE)、鋼和侶并且使所獲得的混合物 烙化的步驟，其中過(guò)渡金屬（TM)的份額為65至95原子百分比，稀±金屬（RE)的份額為3 至13原子百分比，鋼的份額為4至20原子百分比和侶的份額為1至20原子百分比，分別 關(guān)于磁性材料的總重量而言。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法，W簡(jiǎn)單和成本適宜的方式提供了具 有出眾的剩余磁化和矯頑場(chǎng)強(qiáng)W及大的磁能積的高性能磁性材料，該磁性材料還具有非常 好的機(jī)械、化學(xué)W及熱穩(wěn)定性。
[0015] 此外，本發(fā)明也描述了用于制造磁性材料的第二種方法，其中該方法的特征在于 混合至少一種過(guò)渡金屬燈M)、至少一種稀±金屬（RE)、鋼、侶和至少一種選自由W、Ti、Zr、 V、化、佩、Ta、Hf、Al、Si和P組成的組的其他元素X并且使所獲得的混合物烙化的步驟，其 中過(guò)渡金屬的份額為65至95原子百分比，稀±金屬的份額為3至13原子百分比，侶的份 額為1至20原子百分比并且鋼和元素X的總份額為4至20原子百分比，分別關(guān)于磁性材 料的總重量而言，并且其中元素X的份額，關(guān)于鋼和元素X的總份額而言，為大于0原子百 分比和最大50原子百分比。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的第二種方法，同樣W簡(jiǎn)單和成本適宜的方式 提供了具有出眾的剩余磁化和矯頑場(chǎng)強(qiáng)W及大的磁能積的高性能磁性材料，該磁性材料此 外具有非常好的機(jī)械、化學(xué)W及熱穩(wěn)定性。
[0016] 對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的磁性材料所描述的有利的特性