專利名稱：基于硼化釹鐵的生產(chǎn)永久磁鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于NdFeB的產(chǎn)生永久磁鐵的方法，其中NdFeB粉末和金屬Ga粉末混合在一起構(gòu)成一種混合物，接下來它被定向并擠壓成某種形狀的產(chǎn)品，然后再燒結(jié)。基于NdFeB的磁鐵具有極好的硬磁特性，例如能量積大和飽合磁化點相對較高。所說的磁鐵特別適用于需要小型化的硬磁部件的場合，例如驅(qū)動計算機(jī)硬盤的小型電動機(jī)。
基于NdFeB的永久磁鐵此處應(yīng)理解為是指其磁相由一種金屬間化合物組成的磁鐵，該化合物具有四方晶體結(jié)構(gòu)，并且成分對應(yīng)于結(jié)構(gòu)式Nd2Fe14B。在這樣一種磁鐵中，金屬間化合物的基本部分Nd可由諸如Pr和Dy的一種或多種其它的稀土金屬代替。重要部分Fe也可由諸如Co的一種或多種其它的過渡金屬代替。這種磁鐵的磁相包括30～38%重量百分比的稀土金屬、0.8～1.3%重量百分比的B和60～80%重量百分比的過渡金屬。
開頭段落提到的方法在例如歐洲專利申請EP-A 249.973中有過說明。在已知的方法中，成分為Nd13Fe81B6的金屬間合金粉末在球磨機(jī)中與金屬Ga粉末混合。這樣得到的混合物包括96%重量百分比的NdFeB粉末，平均顆粒大小為3微米，以及4%重量百分比的金屬Ga粉末，平均顆粒大小為幾十微米。接下來混合物在磁場中定向，在壓力增加、600℃的溫度下擠壓并燒結(jié)。該方法使Ga熔化并接著形成所謂的粘結(jié)相，它存在于NdFeB的磁顆粒之間。NdFeB顆粒的周圍存在所說的含Ga相改善了磁鐵的抗腐蝕性并提高了矯頑磁力。
已知的方法具有缺點。例如，天然的金屬Ga有很強(qiáng)的韌性，因此要把它變成均勻的粉末是很困難的。特別對平均顆粒大小在100微米以下的Ga粉末來說更是如此。平均顆粒大小在10微米以下的Ga粉末實際上是不能生產(chǎn)出來的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將這樣的Ga粉末和NaFeB粉末混合在一起構(gòu)成均勻的混合物是一件非常困難的事。如果將所說的粉末不均勻混合，那么這會對永久磁鐵的磁特性帶來不利的影響。
本發(fā)明的一個目的尤其是為了提供一種能夠解決上述問題的方法。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是為了提供一種生產(chǎn)永久磁鐵的方法，這種永久磁鐵具有較滿意的抗腐蝕性和較大的矯頑磁力。根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的磁鐵還必須具有足夠高的居里溫度。
本發(fā)明的這些目的和其它目的可以通過開頭段落所述的方法來實現(xiàn)，本發(fā)明的方法的特征在于用Ga合金粉末代替金屬Ga粉末，Ga合金粉末主要包括Ga和一種或多種稀土金屬(RE)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Ga和一種或多種稀土金屬的合金很脆。根據(jù)這一點，它們能夠被較容易地研磨成具有平均尺寸較小的顆粒的粉末。平均顆粒大小為10微米或不足10微米的均勻粉末可以用相對簡單的方式從RE-Ga合金中生產(chǎn)出來。從這一方面講，發(fā)現(xiàn)NdGa和NdPrGa的合金是很合適的。
假定在燒結(jié)過程中合金中的Ga能夠和較大量地存在于液相中的游離Nd結(jié)合，形成不易氧化的合金。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)過程中，可以把Ga換成Fe，它被結(jié)合在顆粒的硬磁相中。發(fā)生在顆粒的最外部分的所說的交換提供了硬磁材料，該材料的居里溫度升高了。
在這方面應(yīng)注意的是，當(dāng)Al元素隨NdFeB粉末一起以粉末形式燒結(jié)時，它也有抗氧化作用。然而，在這種情況下居里溫度降低了。假定這是由將硬磁相的金屬間結(jié)合的Fe換成顆粒邊界之間的液相的Al引起的。眾所周知，基于NdFeB的磁鐵的居里溫度已經(jīng)是比較低的，因此進(jìn)一步降低居里溫度被認(rèn)為是非常不利的。
除了Ga和RE，用于本發(fā)明的方法中的合金也可以再包含有限量的其它元素。其它元素的量不超過20%重量百分比。其它元素的量多些的話會使合金的脆性不夠。在這方面應(yīng)注意的是，除了含Ga的RE合金之外，基本上所有的Ga合金都不夠脆，很難研磨成具有小顆粒的均勻粉末。因此，合金最好僅由Ga和RE組成。
根據(jù)本發(fā)明的方法的最佳實施例的特征在于合金的成分對應(yīng)于結(jié)構(gòu)式REGax，其中x＝1或x＝2。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)REGa2型合金和REGa型合金比具有不同的RE和Ga比例的合金脆。這可能是由于在上述合金中，RE和Ga形成了具有固定的化學(xué)計量的混合物。REGa2優(yōu)于REGa，這是因為它具有相對高的Ga含量。其優(yōu)點是該成分能使來自液相的相對較多的金屬Nd被結(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一最佳實施例的特征在于所用的稀土金屬是Tb和/或Dy。這些元素和Ga構(gòu)成的合金不僅為磁鐵提供了升高的居里溫度和改善了的抗腐蝕性，而且還提供了增強(qiáng)的各向異性。這可能是由于在磁顆粒的最外部分把Nd換成Tb和/或Dy的緣故。于是在液相中分離的Nd被存在的Ga結(jié)合，形成不易氧化的一種合金。
根據(jù)本發(fā)明的方法的再一最佳實施例的特征在于Ga合金粉末的平均顆粒尺寸小于NdFeB粉末的平均顆粒尺寸。實驗表明這種措施能改善并加快兩種粉末的攪拌過程，使之成為一種均勻的混合物。Ga合金粉末的平均顆粒大小最好在2～10微米的范圍內(nèi)，而NdFeB粉末的平均顆粒大小最好在10～100微米的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的方法的一個最佳實施例中，混合物包括1～5%重量百分比的Ga合金粉末。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)混合物中加入的Ga粉末不足1%重量百分比時，將導(dǎo)致抗腐蝕性提高幅度不夠。當(dāng)混合物中加入的Ga粉末大于5%重量百分比時，將導(dǎo)致磁稀化程度太高。當(dāng)添加的Ga合金粉末的量在2～4%重量百分比的范圍內(nèi)時，可以獲得這些特性的最佳組合。
下面借助于實施例并參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)出來的磁鐵的磁化曲線;
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)出來的磁鐵的另一不同的磁化曲線。
實施例1在惰性氣體中用電弧熔化法從所說的元素制備成分為Nd15.5Fe72B7的合金。合金在保護(hù)性氣體中在球磨機(jī)和射流磨機(jī)內(nèi)連續(xù)研磨，直到獲得平均顆粒大小為20微米的粉末。用電弧熔化法還從所說的元素制備成分為Dy33Ga67的合金。這種合金的熔化溫度為1330℃。連續(xù)研磨合金，以便獲得平均顆粒大小為5微米的粉末。用這些粉末制備包括3%重量百分比的DyGa2粉末和97%重量百分比的NdFeB粉末的混合物?；旌衔镌诖艌鲋卸ㄏ虿D壓。這樣構(gòu)成的成形產(chǎn)品被在沒有氧氣的情況下以1085℃的溫?zé)Y(jié)1小時。
圖1表示經(jīng)燒結(jié)的磁鐵冷卻之后測得的磁化曲線。所說磁鐵呈現(xiàn)的磁化強(qiáng)度為118Am2/kg，矯頑磁力為300KA/m。磁鐵的居里溫度為322℃。這比沒有添加DyGa粉末的磁鐵的居里溫度高出7度。加速壽命試驗表明這種磁鐵比常規(guī)的NdFeB磁鐵的抗氧化性能要好。
實施例2從上述NdFeB合金形成的平均顆粒大小為10微米的粉末以同樣方式與平均顆粒大小為5微米的DyGa粉末混合。GaDy粉末的重量占全部混合物的3%。接下來這種混合物被定向、擠壓和燒結(jié)(1小時，1048℃)。燒結(jié)之后磁鐵被放在保護(hù)氣體中，在580℃的溫度下處理達(dá)90分鐘。
圖2表示前一段所描述的磁鐵的磁化曲線。磁化強(qiáng)度為117KA2/kg，矯頑磁力為1300KA/m。居里溫度為322℃。同樣發(fā)現(xiàn)這種磁鐵比在晶粒間相中不含Ga的常規(guī)的NaFeB磁鐵不易氧化。
這樣生產(chǎn)的許多磁鐵的微觀結(jié)構(gòu)可以通過提供電子探針顯微分析器(EPMA)的透射式電子顯微鏡(TEM)來檢查。這些檢查表明沒有含Nd豐富的共晶體留在主相的顆粒之間。而顆粒被主要由Nd(大約占體積的60%)和Ga(大約占體積的40%)組成的相分開。大多數(shù)Dy在主相(顆粒)中結(jié)束。這可能是由于在燒結(jié)過程中主相的顆粒生長的緣故。還發(fā)現(xiàn)主相已經(jīng)接納很少量的Ga，Ga主要存在于顆粒的最外層之中。
權(quán)利要求
1.一種基于NdFeB的生產(chǎn)永久磁鐵的方法，其中NdFeB粉末和金屬Ga粉末混合在一起構(gòu)成一種混合物，接下來它被定向、擠壓和燒結(jié)，其特征在于用Ga合金粉末代替金屬Ga粉末，該合金粉末主要由Ga和一種或多種稀土金屬(RE)組成。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于合金成分對應(yīng)于結(jié)構(gòu)式REGax，其中x＝1或x＝2。
3.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于所用的稀土金屬是Dy和/或Tb。
4.如權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于Ga合金粉末的平均顆粒尺寸小于Nd FeB粉末的平均顆粒尺寸。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其特征在于混合物包括1～5%重量百分比，最好是2～4%重量百分比的Ga合金粉末。
全文摘要
本發(fā)明所描述的是一種基于NdFeB的生產(chǎn)永久磁鐵的方法，其中NdFeB粉末和主要由Ga和一種或多種稀土金屬(RE)組成的Ga合金粉末混合在一起構(gòu)成一種混合物，接下來它被定向、擠壓和燒結(jié)。這樣的合金可用簡單方式研磨成均勻的細(xì)顆粒粉末，合金的成分最好對應(yīng)于結(jié)構(gòu)式REGax，其中x＝1或x＝2。非常適合的合金包括稀土金屬Dy和/或Tb。
文檔編號B22F1/00GK1086923SQ9310927
公開日1994年5月18日 申請日期1993年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月13日
發(fā)明者K·H·J·布肖, F·H·費津, D·B·迪穆伊, A·努爾德米爾 申請人:菲利浦電子有限公司