稀土永磁体及其制备方法.pdf

一种稀土永磁体，其是采用以下方法制备：在R-Fe-B体系的烧结体上布置包含至少70体积％金属间化合物相的粉末状的金属合金，然后在真空或惰性气体中在低于烧结体的烧结温度下加热表面上布置有所述粉末的烧结体以进行扩散处理。优点包括高效的生产率、优异的磁性、极少或零的Tb或Dy使用量、提高的矫顽力和最小化的剩磁下降。

1.  一种制备稀土永磁体的方法，包括以下步骤：
在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为R¹_i-M¹_j且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中R¹是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，“i”和“j”表示原子百分数且范围是：15<j≤99，余量的i，和
在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，以便使粉末中的R¹和M¹中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中所述布置步骤包括：研磨组成为R¹_i-M¹_j且包含至少70体积％金属间化合物相的合金，其中R¹、M¹、i和j的定义如上，研磨成平均颗粒尺寸至多500μm的粉末，将所述粉末分散在有机溶剂或水中，将得到的浆料施用在烧结体的表面，和干燥。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中所述热处理步骤包括在200℃至(Ts-10)℃之间进行1分钟到30小时的热处理，其中Ts表示烧结体的烧结温度。

4.  根据权利要求1所述的方法，其中所述烧结体的形状包括具有尺寸等于或小于20mm的最小部分。

5.  一种制备稀土永磁体的方法，包括以下步骤：
在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为R¹_xT²_yM¹_z且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中R¹是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T²是选自Fe和Co中的至少一种元素，M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，x、y和z表示原子百分数且范围是：5≤x≤85，15<z≤95，余量为y且大于0，和
在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，以便使粉末中的R¹和M¹中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近。

6.  根据权利要求5所述的方法，其中所述布置步骤包括：研磨组成为R¹_xT²_yM¹_z且包含至少70体积％金属间化合物相的合金，其中R¹、T²、M¹、x、y和z的定义如上，研磨成平均颗粒尺寸至多500μm的粉末，将所述粉末分散在有机溶剂或水中，将得到的浆料施用在烧结体的表面，和干燥。

7.  根据权利要求5所述的方法，其中所述热处理步骤包括在200℃至(Ts-10)℃的温度下进行热处理持续1分钟到30小时，其中Ts表示烧结体的烧结温度。

8.  根据权利要求5所述的方法，其中所述烧结体的形状包括具有尺寸等于或小于20mm的最小部分。

9.  一种稀土永磁体，其是采用以下方法制备：在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为R¹_i-M¹_j且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中R¹是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，“i”和“j”表示原子百分数且范围是：15<j≤99，余量的i，然后在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，其中
粉末中的R¹和M¹中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近，从而将所述磁体的矫顽力提高到高于原烧结体的磁性。

10.  一种稀土永磁体，其是采用以下方法制备：在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为R¹_xT²_yM¹_z且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中R¹是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T²是选自Fe和Co中的至少一种元素，M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，x、y和z表示原子百分数且范围是：5≤x≤85，15<z≤95，余量为y且大于0，然后在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，其中
粉末中的R¹和M¹中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近，从而将所述磁体的矫顽力提高到高于原烧结体的磁性。

11.  一种制备稀土永磁体的方法，包括以下步骤：
在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为M¹_d-M²_e且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中M¹和M²各自是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，M¹与M²不同，“d”和“e”表示原子百分数且范围是：0.1≤e≤99.9，余量的d，和
在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，以便使粉末中的M¹和M²中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近。

12.  根据权利要求11所述的方法，其中所述布置步骤包括：研磨组成为M¹_d-M²_e且包含至少70体积％金属间化合物相的合金，其中M¹、M²、d和e的定义如上，研磨成平均颗粒尺寸至多500μm的粉末，在有机溶剂或水中分散所述粉末，将得到的浆料施用在烧结体的表面，和干燥。

13.  根据权利要求11所述的方法，其中所述热处理步骤包括在200℃至(Ts-10)℃的温度下进行热处理持续1分钟到30小时，其中Ts表示烧结体的烧结温度。

14.  根据权利要求11所述的方法，其中所述烧结体的形状包括具有尺寸等于或小于20mm的最小部分。

15.  一种稀土永磁体，其是采用以下方法制备：在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为M¹_d-M²_e且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中M¹和M²各自是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，M¹与M²不同，＂d＂和＂e＂表示原子百分数且范围是：0.1≤e≤99.9，余量的d，然后在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，其中
粉末中的M¹和M²中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近，从而将所述磁体的矫顽力提高到高于原烧结体的磁性。

稀土永磁体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种R-Fe-B永磁体，其中金属间化合物与烧结磁体本体结合以提高它的矫顽力同时将其剩磁下降减到最小，并且涉及其制备方法。
背景技术
由于优异的磁性，Nd-Fe-B永磁体的应用范围日益扩大。最近环境问题带来的挑战将这些磁体的应用范围从家电用品扩展到工业设备、电动汽车以及风力发电机。这就要求进一步改善Nd-Fe-B磁体的性能。
磁体的性能指标包括剩磁(或剩余磁通密度)和矫顽力。可以通过提高Nd₂Fe₁₄B化合物的体积因数和改善晶体取向来实现Nd-Fe-B烧结磁体的剩磁增加。为此，已经做出了大量的改进工作。为了提高矫顽力，已知有不同的方法，包括晶粒细化、采用具有更大Nd含量的合金组成以及添加提高矫顽力的元素如Al和Ga。当前最普遍的方法是用含有Dy或Tb代替部分Nd的合金组成。
据认为Nd-Fe-B磁体矫顽力的产生机制是成核类型，其中晶界处的反向磁畴的成核决定了矫顽力。通常，在晶界或界面处产生晶体结构的无序。如果晶体结构的无序在Nd₂Fe₁₄B化合物(其是磁体初生相)晶粒的界面附近向深度方向延伸若干纳米，那么这就会引起磁晶各向异性的降低和促进反向磁畴的生成，从而降低矫顽力(见K.D.Durst和H.Kronmuller，“THE COERCIVE FIELD OFSINTERED AND MELT-SPUN NdFeB MAGNETS”，Journal of Magnetism and MagneticMaterials，68(1987)，63-75)。Nd₂Fe₁₄B化合物中Dy或Tb对部分Nd的取代提高了该化合物相的各向异性磁场，因此提高了矫顽力。然而，当按照常规方式添加Dy或Tb时，剩磁的损失是不可避免的，因为Dy或Tb取代不仅发生在初生相的界面附近，而且甚至发生在初生相的内部。必须使用一定量昂贵的Tb和Dy也产生了另外的问题。
此外，为了提高Nd-Fe-B磁体的矫顽力已经进行了大量尝试。一种示范性的尝试是双合金法：通过混合两种不同组成的合金粉末并烧结该混合物来制备Nd-Fe-B磁体。合金A的粉末由R₂Fe₁₄B初生相组成，其中R主要为Nd和Pr。合金B的粉末包含各种附加元素，包括Dy、Tb、Ho、Er、Al、Ti、V和Mo，典型是Dy和Tb。然后将合金A和B混合在一起。在此之后精细粉碎、在磁场中压制、烧结和时效处理，由此制备出Nd-Fe-B磁体。这样获得的烧结磁体产生高矫顽力同时使剩磁下降减到最小，这是因为R₂Fe₁₄B化合物初生相晶粒中心不存在Dy或Tb，相反诸如Dy和Tb的附加元素位于晶界附近(见JP-B 5-31807和JP-A5-21218)。然而在这种方法中，Dy或Tb在烧结期间扩散进入初生相晶粒的内部，使得位于晶界附近含有Dy或Tb的层的厚度等于或大于约1微米，这显著大于反向磁畴成核发生的深度。这样的结果仍然不能令人十分满意。
近来，已经开发了若干种方法使特定元素从R-Fe-B烧结体的表面向内部扩散以便改善磁体性能。在一种示范性的方法中，使用蒸发或溅射技术在Nd-Fe-B磁体的表面上沉积稀土金属(如Yb、Dy、Pr或Tb)或Al或Ta，随后热处理。参见JP-A 2004-296973，JP-A 2004-304038，JP-A 2005-11973；K.T.Park，K.Hiraga和M.Sagawa，＂Effect of Metal-Coating and Consecutive HeatTreatment on Coercivity of Thin Nd-Fe-B Sintered Magnets，＂Proceedingsof the 16th International Workshop on Rare-Earth Magnets and TheirApplications.Sendai，p.257(2000)；和K.Machida，et al.，＂GrainBoundary Modification of Nd-Fe-B Sintered Magnet and MagneticProperties，＂Abstracts of Spring Meeting of Japan Society of Powder andPowder Metallurgy，2004，p.202。另一种示范性方法涉及向烧结体的表面上施用稀土无机化合物如氟化物或氧化物的粉末并热处理，如WO 2006/043348 A1所述。使用这些方法，布置在烧结体表面上的元素(例如Dy或Tb)在热处理期间穿过烧结体结构的晶界然后扩散进入烧结体内部。因此，Dy或Tb可在晶界处或在烧结体初生相晶粒内的晶界附近以极高的浓度富集。与上文描述的双合金法相较，这些方法产生理想的形态。由于磁体性质反应了该形态，因此实现了剩磁下降的最小化以及矫顽力的提高。然而，利用蒸发或溅射的这些方法当大规模实施时具有与单元和步骤相关的许多问题，并且具有不良的生产率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种R-Fe-B烧结磁体，该磁体通过如下方法制备：向烧结体上施用金属间化合物基合金粉末和实施扩散处理，所述磁体的特征是有效的生产率、优异的磁性、极少或零的Tb或Dy使用量、提高的矫顽力和最小化的剩磁下降。另一个目的在于提供制备该磁体的方法。
发明人发现，当通过向R-Fe-B烧结体表面施用基于易粉化的金属间化合物相的合金粉末并实施扩散处理来调整R-Fe-B烧结体时，该方法的生产率相比现有技术方法得以改善提高，并且该扩散合金的组成元素在烧结体内初生相晶粒的界面附近富集，使得矫顽力提高同时使剩磁下降最小化。本发明基于该发现。
本发明提供了稀土永磁体及其制备方法，定义如下。
[1]一种制备稀土永磁体的方法，包括以下步骤：
在组成为Ra-T1b-Bc的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B是硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，以及余量的b，所述合金粉末的组成为R¹_i-M¹_j且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中R¹是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，“i”和“j”表示原子百分数且范围是：15<j≤99，余量的i，以及
在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，以便使粉末中的R¹和M¹中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近。
[2][1]中的方法，其中所述布置步骤包括：研磨组成为R¹_i-M¹_j且包含至少70体积％金属间化合物相的合金，其中R¹、M¹、i和j的定义如上，研磨成平均颗粒尺寸至多500μm的粉末，将该粉末分散在有机溶剂或水中，将得到的浆料施用在烧结体表面，和干燥。
[3][1]或[2]中的方法，其中热处理步骤包括在200℃至(Ts-10)℃之间的温度下进行热处理持续1分钟到30小时，其中Ts表示烧结体的烧结温度。
[4][1]、[2]或[3]中的方法，其中烧结体的形状包括具有尺寸等于或小于20mm的最小部分。
[5]一种制备稀土永磁体的方法，包括以下步骤：
在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B是硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为R¹_xT²_yM¹_z且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中R¹是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T²是选自Fe和Co中的至少一种元素，M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，x、y和z表示原子百分数且范围是：5≤x≤85，15<z≤95，余量为y且y大于0，以及
在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，以便使粉末中的R¹和M¹中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近。
[6][5]中的方法，其中所述布置步骤包括：研磨组成为R¹_xT²_yM¹_z且包含至少70体积％的金属间化合物相的合金，其中R¹、T²、M¹、x、y和z的定义如上，研磨成平均颗粒尺寸至多500μm的粉末，将该粉末分散在有机溶剂或水中，将得到的浆料施用在烧结体表面上，和干燥。
[7][5]或[6]中的方法，其中热处理步骤包括在200℃至(Ts-10)℃之间的温度下进行热处理持续1分钟到30小时，其中Ts表示烧结体的烧结温度。
[8][5]、[6]或[7]中的方法，其中烧结体的形状包括具有尺寸等于或小于20mm的最小部分。
[9]一种稀土永磁体，其如下制备：在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数表且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为R¹_i-M¹_j且包含至少70体积％的金属间化合物相，，其中R¹是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，“i”和“j”表示原子百分数且范围是：15<j≤99，余量的i，然后在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，其中
粉末中的R¹和M¹中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近，从而将所述磁体的矫顽力提高到高于原烧结体的磁性。
[10]一种稀土永磁体，其如下制备：在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为R¹_xT²_yM¹_z且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中R¹是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T²是选自Fe和Co中的至少一种元素，M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，x、y和z表示原子百分数且范围是：5≤x≤85，15<z≤95，余量为y且大于0，然后在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，其中
粉末中的R¹和M¹中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近，从而将所述磁体的矫顽力提高到高于原烧结体的磁性。
[11]一种制备稀土永磁体的方法，包括以下步骤：
在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉末，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为M¹_d-M²_e且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中M¹和M²各自是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，M¹与M²不同，“d”和“e”表示原子百分数且范围是：0.1≤e≤99.9，余量的d，然后
在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，以便使粉末中的M和M²中至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近。
[12][11]中的方法，其中所述布置步骤包括：研磨组成为M¹_d-M²_e且包含至少70体积％的金属间化合物相的合金，其中M¹、M²、d和e的定义如上，研磨成平均颗粒尺寸至多500μm的粉末，将该粉末分散在有机溶剂或水中，将所得浆料施用到该烧结体的表面，和干燥。
[13][11]或[12]中的方法，其中热处理步骤包括在200℃至(Ts-10)℃之间的温度下进行热处理1分钟到30小时，其中Ts表示烧结体的烧结温度。
[14][11]、[12]或[13]中的方法，其中烧结体的形状包括具有尺寸等于或小于20mm的最小部分。
[15]一种稀土永磁体，其制备如下：在组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体表面上布置合金粉未，其中R是选自包括Y和Sc的稀土元素中的至少一种元素，T¹是选自Fe和Co中的至少一种元素，B为硼，“a”、“b”和“c”表示原子百分数且范围是：12≤a≤20，4.0≤c≤7.0，余量的b，所述合金粉末的组成为M¹_d-M²_e且包含至少70体积％的金属间化合物相，其中M¹和M²各自是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素，M¹与M²不同，“d”和“e”表示原子百分数且范围是：0.1≤e≤99.9，余量的d，然后在真空或惰性气体中在等于或低于烧结体烧结温度的温度下对表面上布置有所述粉末的烧结体进行热处理，其中
粉末中的M¹和M²中的至少一种元素扩散到烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近，从而将该磁体的矫顽力提高到高于原烧结体的磁性。
本发明的益处
根据本发明，R-Fe-B烧结磁体是通过向烧结体上施用基于易粉碎金属间化合物的合金粉末并且实施扩散处理制备的。所得磁体的优点包括高效的生产率、优异的磁性、极少或零的Tb或Dy使用量、提高的矫顽力和最小化的剩磁下降。
具体实施方式
简而言之，根据本发明通过如下方式制备R-Fe-B烧结磁体：向烧结体上施用金属间化合物基合金粉末并且实施扩散处理。得到的磁体的优点包括优异的磁性和极少的Tb或Dy使用量或者无Tb或Dy。
本发明使用的母材料是组成为R_a-T¹_b-B_c的烧结体，其通常被称为“母烧结体”。这里R是选自包括钪(Sc)和钇(Y)在内的稀土元素中的至少一种元素，尤其选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb和Lu。优选地，大多数R是Nd和/或Pr。优选地，包括Sc和Y在内的稀土元素占整个烧结体的12-20原子％(at％)，且更优选占整个烧结体的14-18at％。T¹是选自铁(Fe)和钴(Co)中的至少一种元素。B是硼，并且优选占整个烧结体的4-7at％。特别地，当B为5-6at％时，通过扩散处理实现了矫顽力的显著改善。余量由T¹组成。
通过如下方法制备用于母烧结体的合金：在真空或惰性气体气氛(优选氩气氛)中熔化金属或合金原料，然后将熔体浇注到平底模、叠箱铸型或进行带坯连铸。一种可能的替代方案是所谓的双-合金法，这种方法包括：分别制备与构成相关合金初生相的R₂Fe₁₄B化合物组成接近的合金以及在烧结温度下充当液相助剂的富稀土合金，将它们破碎、然后称重并混合。特别地，与初生相组成接近的合金在必要时经受均匀化处理，以便提高该R₂Fe₁₄B化合物相的量，因为初晶α-Fe很可能有残留，这取决于浇注期间的冷却速率和合金组成。均匀化处理是在真空或Ar气氛中于700-1200℃下持续至少一小时的热处理。作为替代，可以通过带坯连铸技术来制备该接近初生相组成的合金。对于充当液相助剂的富稀土合金，可以使用熔体淬火和带坯连铸技术以及上述的铸造技术。
通常将合金破碎或粗磨至0.05至3mm的尺寸，特别是0.05至1.5mm。破碎步骤采用Brown磨或氢化粉碎，对于带坯连铸的那些合金优选采用氢化粉碎。然后，例如，在使用高压氮气的喷射磨上，将粗粉末细粉碎至平均颗粒尺寸为0.2至30μm，特别是0.5至20μm。
细粉末在磁场下用压型机压形。然后，将生坯放入烧结炉中，在该烧结炉中通常在900-1250℃温度下，优选在1000-1100℃下，在真空或惰性气体气氛中进行烧结。这样获得的烧结块包含60-99体积％，优选80-98体积％的四方晶系的R₂Fe₁₄B化合物作为初生相，余量是0.5-20体积％的富稀土相和0.1-10体积％的选自稀土氧化物中的至少一种化合物，及偶存杂质的碳化物、氮化物和氢氧化物，以及其混合物或复合物。
可将所得烧结块机加工或加工成预定形状。在本发明中，待扩散到烧结体内部的R¹和/或M¹和T²、或M¹和/或M²从该烧结体表面提供。因此，如果该烧结体最小的部分具有过大的尺寸，那么本发明的目的就不能实现。因此，所述形状包括尺寸等于或小于20mm，优选等于或小于10mm，且下限等于或大于0.1mm的最小部分。所述烧结体包括尺寸特别受限制的最大部分，且最大部分尺寸希望等于或小于200mm。
根据本发明，合金粉末布置在所述烧结体上并且经受扩散处理。它是组成为R¹_i-M¹_j或R¹_xT²_yM¹_z或M¹_d-M²_e的粉末合金。这种合金通常被称为“扩散合金”。此处R¹是选自包括Y和Sc在内的稀土元素中的至少一种元素，且优选大部分R¹是Nd和Pr。M¹是选自Al、Si、C、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb和Bi中的至少一种元素。在合金M¹_d-M²_e中，M¹和M²互相不同，并且选自上述元素构成的组。T²是Fe和/或Co。在合金R¹_i-M¹_j中，M¹占15-99at％(即，j＝15-99)，余量是R¹。在合金R¹_xT²_yM¹_z中，M¹占15-95at％(即，z＝15-95)，且R¹占5-85at％(即，x＝5-85)，余量是T²。换句话说，y>0，且T²优选为0.5-75at％。在合金M¹_d-M²_e中，M²占0.1-99.9at％，换句话说，e的范围为：0.1≤e≤99.9。M¹是除去M²之后的其余部分，即d是余量。
所述扩散合金可以包含偶存杂质如氮(N)和氧(O)，这些杂质可接受的总量等于或小于4at％。
本发明的特征在于所述扩散合金材料在其结构中包含至少70体积％的金属间化合物相。如果所述扩散材料由单一金属或共晶合金构成，则不易粉碎，并且需要特殊技术，例如进行粉化以获得细粉末。相反，所述金属间化合物相通常本质上是坚硬且易碎的。当基于这些金属间化合物相的合金被用作扩散材料时，可以简单地通过利用在制造R-Fe-B烧结磁体中使用的合金制备或粉碎装置容易地获得细粉末。这在生产率方面是十分有利的。由于所述扩散合金材料有利地是容易粉碎的，因此优选包含至少70体积％、且更优选至少90体积％的金属间化合物相。应理解，术语“体积％”可与金属间化合物相在合金结构截面中的面积百分比互换。
可以通过如下制备包含至少70体积％的以R¹_i-M¹_j、R¹_xT²_yM¹_z或M¹_d-M²_e表示的金属间化合物相的扩散合金，如用于所述母烧结体的合金：在真空或惰性气体气氛(优选氩气氛)中熔融金属或合金原料，然后将熔体浇注到平底模或叠箱铸型中。电弧熔炼或带坯连铸方法也是可接受的。然后，利用Brown磨或氢化粉碎将合金破碎或粗磨至约0.05-3mm的尺寸，特别是约0.05-1.5mm。然后，将所述粗粉末精细粉碎，例如通过球磨机、振动磨或利用高压氮气的喷射磨。粉末颗粒尺寸越小，扩散效率越高。所述扩散合金包含以R¹_i-M¹_j、R¹_xT²_yM¹_z或M¹_d-M²_e表示的金属间化合物相，当粉末化后，优选平均颗粒尺寸等于或小于500μm，更优选等于或小于300μm，且甚至更优选等于或小于100μm。然而，如果所述颗粒尺寸太小，那么表面氧化的影响就变得显著，并且操作危险。因此平均颗粒尺寸的下限优选地等于或大于1μm。可以使用例如依靠激光衍射法等等的颗粒尺寸分布测量仪器，按重均直径D₅₀(累积50重量％时的颗粒直径或中值直径)来测定本文使用的“平均颗粒尺寸”。
扩散合金粉末布置在母烧结体表面上之后，所述母烧结体和扩散合金粉末在真空或惰性气体如氩(Ar)或氦(He)的气氛中在等于或低于烧结体烧结温度(表示为Ts单位是℃)的温度下进行热处理。这种热处理被称为“扩散处理”。通过该扩散处理，扩散合金中的R¹、M¹或M²扩散到所述烧结体内部的晶界和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近。
通过如下方式将扩散合金粉末布置在母烧结体表面上：例如将所述粉末分散在水中或有机溶剂中以形成浆料，将烧结体浸入浆料，然后通过风干、热风干燥或在真空中干燥浸渍的烧结体。喷涂也是可以的。所述浆料可以包含1-90重量％的粉末，且优选5-70重量％的粉末。
当来自所施加的扩散合金的元素的填充系数是最少1体积％、优选至少10体积％时得到更好的结果，所述填充系数是以在从烧结体表面向外延伸等于或小于1mm距离的烧结体周围空间内的平均值计算。填充系数的上限通常等于或小于95体积％，且优选地等于或小于90体积％，尽管这不是重要的。
扩散处理的条件随扩散合金的类型和组成变化，且优选进行选择使得在烧结体内部的晶界处和/或在烧结体初生相晶粒内的晶界附近富集R¹和/或M¹和/或M²。扩散处理的温度等于或低于烧结体的烧结温度(表示为Ts单位℃)。如果扩散处理的温度高于Ts，则会发生如下问题：(1)烧结体的结构可能改变从而使磁性劣化，和(2)由于热变形从而不能保持机加工的尺寸。因此，扩散处理的温度等于或低于烧结体的Ts℃，且优选等于或低于(Ts-10)℃。可以适当选择温度的下限，然而典型为至少200℃，且优选至少350℃。扩散处理的时间典型为1分钟到30小时。少于1分钟时，扩散处理不完全。如果处理时间大于30小时，则烧结体的结构可能改变，不可避免地发生的组分氧化或蒸发从而使磁性劣化，或者M¹或M²不仅在烧结体内部的晶界处和/或在烧结体初生相晶粒内的晶界附近富集，而且扩散进入初生相晶粒的内部。扩散处理的优选时间是1分钟至10小时，更优选10分钟到6小时。
通过适当的扩散处理，布置在烧结体表面上的扩散合金的组成元素R¹、M¹或M²扩散进入烧结体，同时主要沿烧结体结构内部的晶界迁移。这导致如下结构：其中R¹、M¹或M²富集在烧结体内部的晶界处和/或烧结体初生相晶粒内的晶界附近。
如此获得的永磁体的矫顽力得以改善，因为R¹、M¹或M²的扩散改善了该结构内初生相晶界附近的形态从而抑制了初生相晶界处的磁晶各向异性的下降或在晶界处产生新相。由于所述扩散合金元素未扩散进入初生相晶粒的内部，因此抑制了剩磁的下降。该磁体是高性能的永磁体。
扩散处理之后，所述磁体可以进一步在200至900℃的温度下接受时效处理以提高矫顽力的增强。
实施例
下面给出实施例进一步阐述本发明，但是本发明不局限于这些实施例。
实施例1和对比例1
如下制备磁体合金：使用纯度至少99重量％的Nd、Fe和Co金属，以及铁硼合金，在氩气氛中高频加热熔化，然后将合金熔体浇注到铜铸型中。在Brown磨上将所述合金研磨成颗粒尺寸至多1mm的粗粉末。
随后，在利用高压氮气的喷射磨上将所述粗粉末精细粉碎成具有质量中值颗粒直径为5.2μm的细粉末。在约300kg/cm²的压力下对所述细粉末进行压形同时在1592kAm^-1的磁场中取向。然后，将生坯放入真空烧结炉中，在该真空烧结炉中于1060℃下将其烧结1.5小时，获得烧结块。使用金刚石磨削工具，在所有表面上将所述烧结块机加工成尺寸4×4×2mm的形状。依次用碱性溶液、去离子水、硝酸和去离子水对其清洗，并干燥，获得组成为Nd_16.0Fe_ba1Co_1.0B_5.3的母烧结体。
使用纯度至少99重量％的Nd和Al金属并在氩气氛中电弧熔炼，制备得到组成为Nd₃₃Al₆₇且主要由金属间化合物相NdAl₂构成的扩散合金。在球磨机上利用有机溶剂将所述合金精细粉碎成质量中值颗粒直径为7.8μm的细粉末。通过电子探针显微分析(EPMA)，所述合金包含94体积％的金属间化合物相NdAl₂。
将15g所述扩散合金粉末与45g乙醇混合形成浆料，在超声搅拌下将母烧结体浸入所述浆料中30秒。然后取出烧结体并立即用热风干燥。
覆盖有扩散合金粉末的烧结体在真空中于800℃下进行一个小时的扩散处理，产生实施例1的磁体。在没有扩散合金粉末的情况下，将所述烧结体单独在真空中在800℃下进行一个小时的热处理，产生对比例1的磁体。
表1汇总了实施例1和对比例1中的母烧结体和扩散合金的组成、扩散合金中主要的金属间化合物、扩散处理的温度和时间。表2示出了实施例1和对比例1的磁体的磁性能。可以看出，实施例1的磁体的矫顽力(Hcj)比对比例1的大1300kAm^-1，而剩磁(Br)下降仅仅为15mT。
表1

表2