申请/专利权人：达姆施塔特工业大学

申请日：2016-05-12

公开（公告）日：2020-06-19

公开（公告）号：CN107851497B

主分类号：H01F1/057(20060101)

分类号：H01F1/057(20060101)

优先权：["20150512 DE 102015107486.9"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.06.19#授权;2018.04.24#实质审查的生效;2018.03.27#公开

摘要：在制造人造永磁体的方法中，在粉末制备步骤中，制备包含具有永久磁性且具有第一平均粒度的稀土过渡金属化合物的主相粉末，和制备具有比主相粉末更高的各向异性磁场强度并且具有第二平均粒度的各向异性粉末，其中所述第二平均粒度比所述第一平均粒度小。在随后的粉末混合步骤中，主相粉末和各向异性粉末混合在一起以形成粉末混合物和，在随后的热处理步骤中，将具有第一平均粒度的主相粉末和具有第二平均粒度的各向异性粉末的该粉末混合物烧结以形成人造永磁体（5）。主相粉末优选含有SE2Fe,X14B化合物，其中SE表示稀土元素，Fe表示铁，B表示硼，且X表示包括铁的任何所需的化学元素，或许多任何所需的化学元素。主相粉末的第一平均粒度有利地比各向异性粉末的第二平均粒度大50％以上，优选比所述第二平均粒度大100％以上。

主权项：1.一种制造人造永磁体的方法，其中，在粉末制备步骤1中，制备包含具有永久磁性且具有第一平均粒度的稀土过渡金属化合物的主相粉末，和制备具有比主相粉末更高的各向异性磁场强度并且具有比第一平均粒度小的第二平均粒度的各向异性粉末，其中，在粉末混合步骤2中，主相粉末和各向异性粉末混合在一起以形成粉末混合物，其中随后使用常规粉末冶金方法产生致密的模制体，并且其中在随后的热处理步骤4中，将具有第一平均粒度的主相粉末和具有第二平均粒度的各向异性粉末的粉末混合物烧结以形成人造永磁体5。

全文数据：人造永磁体和制造所述人造永磁体的方法[0001]本发明涉及一种制造人造永磁体的方法。[0002]可以从例如铁、钴或银等硬磁材料或者也可以从稀土合金制造人造永磁体，其在永磁体的周围产生永久的基本上静态的磁场。永磁体在许多应用领域中使用，和因此对不同的永磁体有高的需求。已经开发了许多方法，通过该方法可以由合适的永磁材料制造人造永磁体并进行磁化。根据所使用的各自的制造方法和各自的永磁材料，可以制造具有不同性能和适应各自使用目的的永磁体。[0003]实践证明的制造方法使用由合适的永磁材料制成的结晶粉末或由若干种永磁材料的组合制成的结晶粉末。而且，添加剂或粘合剂可以混合。将结晶粉末压制成丸粒，和然后将该丸粒烧结，其中在烧结过程中，压缩的粉末晶粒可以相互连接并通过加热通常至iooo°c以上的温度而固化。[0004]如此制造的人造永磁体的永久磁性很大程度上被诸如饱和磁化强度、各向异性磁场强度或居里温度等各种特性，且特别是矫顽磁场强度和剩磁影响和指定。对于许多应用场合，如果永磁体既具有闻矫顽磁场强度又具有闻剩磁在此是有利的，从而在制造方法期间或之后，通过外部磁场磁化的人造永磁体保持其在外部磁场之外的磁化尽可能长，并且在暴露于去磁磁场之后也尽可能长。[0005]已经表明，从含有铁金属和还有稀土金属两者的合金中，可以制造具有有利性能，特别是高剩磁和高矫顽磁场强度的人造永磁体。例如，可以由其制造稀土磁体的经常使用的且具有成本效益的合金是钕-铁-硼或钐-钴。[0006]除了合适地选择硬磁材料和合金之外，磁性可以被增强或改善，因为由此制造的粉末在压制成丸粒的过程中暴露于强的外部磁场，以便粉末的各颗粒以优选的磁化轴线在外部磁场的方向上对齐。[0007]为了进一步改善这种稀土磁体的磁性，已经开发了各种方法，借助于这些方法，通过向烧结的永磁体中引入合适的化学元素、组分或物质，可以以有针对性的方式改善或者增强各磁性。例如，已经表明，在稀土磁体中，通过用添加的元素例如重稀土元素取代诸如轻质稀土元素等各化学元素，或者用其它化学元素例如铝、镓、铜、锡等取代铁，可以增加烧结的永磁体的矫顽磁场强度。因此，从实践中已知，在待用于制造粉末以及随后的烧结过程的合金熔化时就已经混合了适当比例的添加的元素，所述添加的元素在丸粒的烧结过程期间或在加热期间很大程度上均匀地分布在由其制造的永磁体中。添加的元素通过扩散渗入在烧结过程期间不熔化的永久磁性颗粒中，并且影响各永久磁性颗粒的磁性以及由此整个烧结的永磁体的磁性。[0008]研宄表明，通过增加永久磁性颗粒的各向异性磁场强度可以改善永久磁性。通过引入合适的添加的元素，可以增加各向异性磁场强度，且同时可以减小各相邻颗粒之间的磁相互作用。然而，迄今为止所研究的作为用于增加各向异性磁场强度的添加的元素已被混入粉末中的以及在烧结过程中基本上均匀地分布在各颗粒中的所有化学元素导致剩磁的降低。各向异性磁场强度在很大程度上受引入到永久磁性颗粒边缘区域中的添加的元素的影响，而在颗粒的核心区域中，相同的添加的元素对各向异性磁场强度几乎没有可测量的影响或没有可测量的影响。相反，通过在颗粒的边缘区域和核心区域中均引入添加的元素，颗粒的剩磁减小。[0009]通过将添加的元素混入粉末中，由其压制丸粒并随后烧结永磁体，在大多数情况下，仅可能的是，产生添加的元素在永磁体内，且特别是在各永久磁性颗粒内的基本上均匀的分布。用增强添加添加的元素通过在颗粒的边缘区域中的增强的各向异性磁场强度而获得的永磁体的永久磁性的期望优点可以被在整个颗粒中引起的剩磁的减小抵消，以便总体上添加的元素的增强添加甚至可能变成不利的。[0010]己经表明，晶界扩散可以有利地用于制造人造永磁体。如果已经烧结的永磁体随后再次被加热并与合适的添加的元素接触，则添加的元素沿着各永久磁性颗粒之间的晶界更加强烈地扩散到烧结的永磁体中，并且因此其浓度在各颗粒的边缘区域中增加。以这种方式，可以增加各向异性磁场强度，而不会引起永磁体的相关剩磁的明显降低。然而，已经表明，适合于改善磁性的添加的元素只能通过晶界扩散被引入到永磁体的大约2至3_的小边缘区域中。因此，利用晶界扩散的方法，可以明显地改善尺寸在几毫米范围内的小的人造永磁体，而直径大于5至l〇mm的较大的人造永磁体的磁性，例如只能受到最小程度的影响，而实际上晶粒尺寸扩散方法往往不能经济地使用。[0011]因此，本发明的目的在于提供一种制造人造永磁体的方法，使得可以影响或改善烧结永磁体的磁性。[0012]该目的根据本发明通过如下方法实现，其中在粉末制备步骤中制备包含具有永久磁性并具有第一平均粒度的稀土过渡金属化合物的主相粉末，并且制备各向异性粉末，其具有比主相粉末更高的各向异性磁场强度，并具有小于第一平均粒度的第二平均粒度，其中在粉末混合步骤中，主相粉末和各向异性粉末混合在一起以形成粉末混合物，其中随后使用常规的粉末冶金方法产生致密的模制体，并且其中在随后的热处理步骤中，将具有第一平均粒度的主相粉末和具有第二平均粒度的各向异性粉末的粉末混合物烧结以形成人造永磁体。根据本发明的方法利用了以下事实:在烧结过程中，在加热期间，小颗粒比大颗粒更快地熔化或完全熔化。通过根据本发明的不同平均粒度的指定，实现了在烧结过程中加入到粉末混合物中的较小粒度的各向异性粉末更快速地开始熔化或熔化，并且具有较大平均粒度的主相粉末的颗粒在很大程度上保持其固定的形状。包含在各向异性粉末中的添加的元素由于较小颗粒的较早开始熔化而变得快速移动，并且它们渗入主相粉末的显著更大颗粒的边缘区域中。通过烧结温度和烧结过程的持续时间的合适的指定，可以实现，来源于各向异性粉末的添加的元素的浓度的有利增加可在主相粉末的颗粒的边缘区域中实现，而主相粉末的较大颗粒的核心区域很大程度上保持不含添加的元素。[0013]有利地规定，在烧结过程中，各向异性粉末的小颗粒基本上完全熔化，并且在烧结过程中从各向异性粉末产生的液相的化学组成被建立并且在很大程度上用各向异性粉末的化学组成指定。在随后的冷却过程中，液相在主相粉末的颗粒的边缘区域上结晶。由于晶界扩散，液相快速分布，并且包围主相粉末的颗粒，使得化学元素能够快速从液相渗入主相粉末的颗粒的边缘区域中。[0014]主相粉末和各向异性粉末通常都包含具有在尺寸范围上延伸的粒度分布的颗粒。作为平均粒度，可以使用在个别情况下存在的粒度频率分布的平均值的合适统计参数，例如粒度分布的中值或算术平均值。[0015]己经知道具有有利的磁性并且适于制造人造永磁体的不同的磁性合金和材料。取决于各自的组成，这些合金中的一些可商购且具有成本效益。为了制造根据本发明的永磁体，例如可以使用SE2Fe，X14B化合物作为主相粉末或者作为主相粉末的组分，其中SE表示稀土元素，Fe表示铁，B表示硼，且X表示包括铁的任何所需的化学元素，或许多任何所需的化学元素。[0016]通过混合具有较小平均粒度的各向异性粉末，并且由于在主相粉末的颗粒的边缘区域中各向异性粉末的组分或化学元素浓度的作为结果的增加，永磁体的各向异性磁场强度是要增加的。为此目的，各向异性粉末含有增加主相粉末的各向异性磁场强度的稀土元素是有利的。各向异性粉末还可以含有其它或额外的组分和添加的元素，其还增加了主相粉末的各向异性磁场强度，或借助于其，人造永磁体的磁性可以被影响并适应于各自的使用目的。[0017]取决于各自的成分和组分，根据本发明的方法的优点发生，当在加热过程中，各向异性粉末平均稍快于主相粉末或至少在各向异性粉末中的相关添加的元素足够早地释放，以便渗入主相粉末的颗粒的边缘区域中，在所述主相粉末的颗粒的边缘区域熔耗并与所述颗粒分离之前。已经表明，如果主粉末的第一平均粒度比各向异性粉末的第二平均粒度大50%以上是合适的。优选规定，第一平均粒度比第二平均粒度大100%以上。平均粒度的指定差异越大，在烧结过程中可以更快速地实现各向异性粉末基本上完全转变成液相并通过晶界扩散促进，来自各向异性粉末的各组分或添加的元素包住主相粉末的颗粒并且可以渗入主相粉末的永久磁性颗粒的边缘区域中。[0018]已经表明，对于各粉末的制造成本以及对于人造永磁体的磁性来说，有利的是主相粉末的第一平均粒度在3wn和10um之间。各向异性粉末的第二平均粒度因此有利地小于3Wn。但是，也可以指定与其不同的平均粒度。[0019]在制造主相粉末和各向异性粉末的过程中，可以通过合适的方式例如受控研磨过程或随后的筛分或分级确保主相粉末的平均粒度和各向异性粉末的平均粒度差异足够显著。各自的晶粒尺寸分布可以表现出主相粉末和各向异性粉末之间的差异，只要各自的粒度分布不以这样的方式不同，以便由此阻止各向异性粉末的较早开始熔化和各向异性粉末的组分或添加的元素的期望释放，其待渗入主相粉末的颗粒的边缘区域中。[0020]有利地规定，粉末混合物中各向异性粉末的比例低于50重量％，且优选低于20重量％。特别地，当在各向异性粉末中使用就粉末的采购或加工或进一步加工而言昂贵的添加的元素时，可以通过降低各向异性粉末的比例来实现人造永磁体的制造中的经济优势。由于平均粒度不同，促进了各向异性粉末中相关组分或添加的元素的快速释放，所以相对于主相粉末，各向异性粉末的显著更低的比例，通常已经足以引起主相粉末的颗粒的边缘区域中的相关组分或添加的元素的浓度的显著增加，并且因此伴随的各向异性磁场强度的明显增加以及永磁体的永久磁性的改善。[0021]本发明还涉及一种已由粉末混合物烧结的人造永磁体。根据本发明规定，人造永磁体包含在烧结过程期间至少部分液化的液相和嵌入其中的主相的颗粒，其包含具有永久磁性的稀土过渡金属化合物，其中包含在永磁体中的主相的颗粒在边缘区域中包含比在主相的颗粒的核心区域中更高的浓度的增加各向异性磁场强度的物质，并且其中在主相的颗粒的边缘区域中和在核心区域中的这种不均匀浓度与其在永磁体内的排列无关。特别地，邻接永磁体的外表面的主相的颗粒以及在离永磁体的外表面大的距离处的内部区域中布置的颗粒在每种情况中均具有类似的不均匀的物质浓度，这增加了各向异性磁场强度，其中在颗粒的边缘区域中的浓度在每种情况中明显高于在颗粒的核心区域中的浓度。[0022]与将增加各向异性磁场强度的物质混入主相粉末中相比，在大多数情况下，仅导致在主相的颗粒的边缘区域和核心区域两者中，增加各向异性磁场强度的物质浓度的基本上均匀的增加，本发明的人造永磁体具有不均匀浓度的物质，这些物质增加各向异性磁场强度，或在主相的颗粒的边缘区域中具有增加浓度的所述物质。因此，根据本发明的人造永磁体的剩磁不显著地或仅轻微地受到影响和降低，而由各向异性磁场强度增加引起的磁性的有利改善明显占主导。[0023]根据本发明的人造永磁体也不同于以下永磁体:其中首先通过烧结过程制造人造永磁体，和然后在附加的加热过程中，在外部提供增加各向异性磁场强度的物质并渗透通过人造永磁体的外表面，通过这种方式，在位于那里的主相粉末的颗粒的边缘区域中增加各向异性磁场强度的物质的浓度的增加由于晶界扩散仅在永磁体的外表面区域中引起，而永磁体的内部区域不为从外部渗透的物质所及，并且在那里不发生明显的各向异性磁场强度的增加。在大多数情况下，通过对已制成的人造永磁体进行这样的后处理，可以在人造永磁体的外部表面区域中仅实现增加各向异性磁场强度的物质浓度的指数减少的增加。[0024]相比之下，根据本发明的人造永磁体，在人造永磁体的基本上所有外表面的边缘区域中，且特别地还在人造永磁体的离其外表面有一定距离处的内部区域中，具有有利的增加各向异性磁场强度的物质的浓度上的增加。特别是在其相对外表面间隔数毫米甚至更多的大体积的人造永磁体的情况下，可以由此实现永久磁性的更强的影响和改善，并且材料成本相对较低。另外，不再需要重新加热永磁体，在已知的方法中，其首先在不增加各向异性磁场强度的情况下制造，和然后必须经受后处理。[0025]根据本发明的人造永磁体可以通过根据本发明的上述制造方法来制造。[0026]以下，将更详细地解释在附图中表示的本发明构思的实施例。在附图中：图1示出了用于制造根据本发明的人造永磁体的一系列方法步骤的示意图，和图2示出了通过根据本发明的人造永磁体的内部区域的示意性横截面图。[0027]在图1中示意性表示的方法顺序中，在粉末制备步骤1中，制备主相粉末和各向异性粉末。主相粉末包含具有永久磁性的稀土过渡金属化合物，例如SE2Fe，X14B化合物。各向异性粉末包含具有组分或添加的元素的颗粒，其导致与主相粉末相比各向异性粉末的更高的各向异性磁场强度。[0028]主相粉末的颗粒具有比各向异性粉末的颗粒的第二平均粒度大的第一平均粒度。例如，不同的平均粒度可以通过适当的破碎或研磨工艺预先设定。它也可以通过筛分或分级具有合适粒度的选择的颗粒来获得。特别是，如果使用商业粉末混合物，也可以设想，已经提供了所需的粒度并且因此可以相应地进行选择。[0029]在随后的粉末混合步骤2中，将主相粉末和各向异性粉末混合在一起以形成粉末混合物。[0030]在压制步骤3中，由粉末混合物制造出适合于随后的加热和烧结并且已具有期望的人造永磁体的形状的丸粒。在该方法中，可以任选地向粉末混合物中添加附加物质或例如合适的粘合剂，以促进丸粒的制造和随后的烧结过程。此外，可以添加组分，这例如影响和改善人造永磁体的强度或耐热性。[0031]在随后的热处理步骤4中，将具有第一平均粒度的主粉末和具有第二平均粒度的各向异性粉末以及任选地具有其它组分和添加的元素的粉末混合物烧结以形成人造永磁体。在所述过程中，可以进行传统的用于烧结过程的热处理。[0032]在图2中作为实施例示出了通过根据本发明的上述方法制造的人造永磁体5的横截面视图。主相粉末或主相的颗粒6被嵌入首先液化和然后再结晶的液相7中。在烧结过程中，液相7由较早具有熔融物且围绕这些颗粒6地分布在主相粉末的颗粒6周围的其液相中的各向异性粉末产生。在热处理步骤4期间，添加的元素渗入主相粉末的颗粒的边缘区域8中，并且其浓度在那里增加。由于边缘区域8中浓度的增加，主相粉末的永久磁性颗粒6的各向异性磁场强度增加，并且特别是主相粉末的相邻颗粒之间的磁交换相互作用的磁相互作用降低。由于所述化学元素仅渗入颗粒6的边缘区域8中而不渗入颗粒的核心区域9中，因此仅有小比例的组分或添加的元素的浓度增加，从而增加颗粒6中的各向异性磁场强度以及颗粒6剩磁的伴随影响保持低。[0033]在以下所述的实施例中，可以证明根据本发明制造的人造永磁体中磁性的明显改善。首先，从三元Nd-Fe-B合金制造主相粉末，其中Nd代表钕，Fe代表铁和B代表硼。将主相粉末细磨至约6um的平均晶粒尺寸。由基本上由SE-TM-B组成的第二合金制造各向异性粉末，其中SE表示稀土元素，且B表示硼，和TM表示的组分除铁之外还含有其它化学元素如镓、铜和铝，例如。将各向异性粉末细磨至约3wn的平均晶粒尺寸。在这两种情况下，在研磨过程之前，根据常规方法将起始材料均化、水合和脱水。[0034]从具有约6um的第一平均粒度的主相粉末和具有约3wn的第二平均粒度的各向异性粉末制备粉末混合物，其由约90重量％的主相粉末和约10重量％的各向异性粉末组成。随后，形成丸粒，并且将人造永磁体烧结。[0035]作为参考对象，制造另一种人造永磁体，其中主相粉末和各向异性粉末的相同材料在每种情况下以相似的量比例制备，但具有始终较低的6wn的粒度，和参考永磁体由其烧结。[0036]通过测量各自的去磁曲线，可以确定根据本发明制造的人造永磁体和参考永磁体在测量精度的限度内在室温和还在约100°c下都显示相同的剩磁。相反，在室温下，根据本发明的永磁体的固有矫顽磁场强度比参考永磁体的固有矫顽磁场强度高约10%。即使在加热到约100°C的情况下，根据本发明的永磁体的固有矫顽磁场强度仍然明显高于参考永磁体的固有矫顽磁场强度。

权利要求：i•一种制造人造永磁体的方法，其中，在粉末制备步骤a中，制备包含具有永久磁性且具有第一平均粒度的稀土过渡金属化合物的主相粉末，和制备具有比主相粉末更高的各向异性磁场强度并且具有比第一平均粒度小的第二平均粒度的各向异性粉末，其中，在粉末混合步骤2中，主相粉末和各向异性粉末混合在一起以形成粉末混合物，其中随后使用常规粉末冶金方法产生致密的模制体，并且其中在随后的热处理步骤4中，将具有第一平均粒度的主相粉末和具有第二平均粒度的各向异性粉末的粉末混合物烧结以形成人造永磁体⑸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主相粉末和各向异性粉末在每种情况下都是至少另外两种不同粉末的混合物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述主相粉末含有至少一种稀土元素。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主相粉末含有SE2Fe，X化合物，其中SE表示稀土元素，Fe表示铁，B表示硼和X表示包括铁的任何所需的化学元素，或许多任何所需的化学元素。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述各向异性粉末含有至少一种稀土元素。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述各向异性粉末含有至少一种SE2Fe，X化合物，其中SE表示稀土元素，Fe表示铁，B表示硼，且X表示包括铁的任何所需的化学元素，或许多任何所需的化学元素。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主相粉末的所述第一平均粒度比所述各向异性粉末的所述第二平均粒度大50%以上，优选比所述第二平均粒度大100%以上。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一平均粒度在311〇1和10Wn之间。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二平均粒度小于3M1。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述各向异性粉末在所述粉末混合物中的比例小于50重量％，并且优选小于20重量％。11.一种人造永磁体5，其特征在于，所述人造永磁体5包含在烧结过程期间至少部分液化的液相7和嵌入其中的主相的颗粒6，其包含具有永久磁性的稀土过渡金属化合物，其中永磁体5中所含的主相的颗粒6在边缘区域8中包含比在主相的颗粒6的核心区域9中更高浓度的至少一种增加各向异性磁场强度的物质，并且其中在主相的颗粒⑹的边缘区域⑻和核心区域⑼中的这种不均匀浓度与在永磁体⑸内的颗粒⑹的排列无关。

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