專利名稱：α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金及其制造方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含RE的RE-Fe-B合金，更確切地是涉及α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金及其制方法和用途，其中少量RE2Fe14B或RE2(Fe，Co)14B硬磁相被析出到α-Fe或α-(Fe，Co)軟磁母相。
在本發(fā)明說明書中，RE表示稀土元素，即Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ao、Er、Tm、Yb、Lu和Y中的一種元素或其中兩種或多種元素的結(jié)合。
高效稀土磁性材料具有高含量稀土元素，從而使經(jīng)濟性惡化，以及降低化學(xué)穩(wěn)定性。因而，較熱門的是進行開發(fā)RE含量被限于小于5％(原子)的RE-Fe-B磁性材料。如韓國專利申請公開94-700735中所公開的，迄今已開發(fā)的含低稀土元素的RE-Fe-B磁性材料是納米晶合金，其中少量RE2Fe14B被析出到具有亞穩(wěn)軟磁相的Fe3B基體。這些合金顯示出高剩磁(Br＝1.2T)，并且能用于各向同性永磁體，磁性載聲體和寬帶無線電波吸附器。
含低RE的RE-Fe-B合金顯示高剩磁的原因在于在軟磁相和硬磁相之間存在磁性相互作用。
如果要從合金得到較高的剩磁，則軟磁相的磁化必須被增強。
從而，本發(fā)明人旨在發(fā)明一種具有顯示比Fe3B更高磁化強度的α-Fe作為主相的一種RE-Fe-B納米晶合金。
因而，本發(fā)明的一個目的是提供一種α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金及其制造方法，其中改變了現(xiàn)有含低RE的RE-Fe-B磁性母相，由此改進了磁性和經(jīng)濟性。
本發(fā)明的α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金具有體心立方(b.c.c)的軟磁相作為主相，并含有少量具有四方結(jié)構(gòu)的硬磁相。該合金的化學(xué)式為RExFeyCOzBuMvCuw。在該式中，M是一種或多種選自Nb、Mo、V、W和Ta的元素，并且定義X≤5％(原子)，Y≤90％(原子)，Z≤25％(原子)，u≤15％(原子)，V≤5％(原子)，而W≤5％(原子)。
在上述中，軟磁相為α-Fe或其中一部分α-Fe被Co所取代的α-(Fe，Co)，而硬磁相合適的應(yīng)是RE2Fe14B或RE2(Fe，Co)14B。
制造本發(fā)明α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金的方法包括步驟為熔化由RE、Fe、Co、B、M、Cu組成的合金；在非氧化氣氛下通過使用快速凝固工藝或機械合金化方法使其凝固成非晶相；在500-800℃溫度下進行熱處理，由此提供一種α-Fe或一部分α-Fe被Co取代的α-(Fe，Co)軟磁母相，以及少量RE2Fe14B或RE2(Fe，Co)14B硬磁相。
在實現(xiàn)本發(fā)明前，設(shè)計一種B含量降低到低于現(xiàn)有含低RE的RE-Fe-B合金的20％(原子)的RE-Fe-B合金，以使RE2Fe14B能被析出到α-Fe母相。然后通過使用快速凝固工藝或機械合金化方法將該合金處理成非晶相。而后將其熱處理，最后分析相改變和磁性能。
在X-射線衍射分析中，當(dāng)B含量高時，主相為Fe3B。另一方面，當(dāng)B含量低時，主相為α-Fe，并顯示出具有少量RE2Fe14B的微結(jié)構(gòu)。然而，在該合金中，晶粒粗大，從而磁性能低，由此需要改進。
為改進這樣的結(jié)果，添加少量Cu，這樣預(yù)期可提高在結(jié)晶起始階段的α-Fe核生長速率，因為Cu對Fe的固溶度非常低。此外，所設(shè)計的含低RE的RE-Fe-B-M-Cu(M表示一種或多種選自Mo、Nb、V、W和Ta的元素)，其中加入具有預(yù)期抑制晶粒生長的高熔點的元素Mo、Nb、V、W或Ta。通過施用快速凝固工藝或機械合金化方法將該合金處理成非晶相。
所得到的RE-Fe-B-M-Cu合金顯示改進的矯頑力(iHc)，但磁滯曲線的正方度低，結(jié)果不能改進剩磁化強度Br。
從而，按照本發(fā)明，為了改進立方度和剩磁化強度，通過用高達Co/Fe＝1/4比率的Co取代Fe設(shè)計含低RE的RE-(Fe，Co)-B-M-Cu(M＝Mo、Nb、V、W或Ta)，以使得到的晶粒更細，并且該軟磁相的磁化強度得到改進。將上述合金熔化，并在非氧化氣氛下通過使用快速凝固工藝或機械合金化方法將其處理成非晶相。
然后在500-800℃溫度下進行熱處理，最后形成試驗塊。然后以系統(tǒng)方法分析磁性能和相分布。
從而分析含低RE的RE-(Fe，Co)-B-M-Cu合金的相，證實了Re2(Fe，Co)14B被析出到α-(Fe，Co)母相，提高了剩磁化強度而不降低歸因于添加Co的矯頑力。
本發(fā)明的納米晶合金具有高于1.2T的高剩磁，和高于0.65的高正方度比(Br/Bs)。
同時，當(dāng)硼含量進一步降低時，最大能積[(BH)max]大大提高，從而剩磁提高。接近硼含量6％(原子)時，現(xiàn)有的Fe3B與現(xiàn)有技術(shù)REFeB合金相比顯示出優(yōu)越的磁性能。
本發(fā)明的納米晶合金由具有體心立方的軟磁相主相，以及少量具有四方結(jié)構(gòu)的硬磁相組成。
由研究結(jié)果，本發(fā)明的納米晶合金可具有RExFeyCOzBuMvCuw組成。在該式中，M是一種選自Nb、Mo、V、W和Ta中的元素或兩種或多種元素的結(jié)合。此外，合適的是X≤5％(原子)，Y≤90％(原子)，Z≤25％(原子)，u≤15％(原子)，V≤5％(原子)，和W≤5％(原子)。
在本發(fā)明中，通過使用汽相沉積工藝或濺射工藝可將該合金處理成磁性載聲體。
在本發(fā)明中，軟磁相為α-Fe或α(Fe，Co)，而硬磁相為RE2Fe14B或RE2(Fe，Co)14B。
現(xiàn)在將根據(jù)具體例子，即發(fā)明實施例和比較例的本發(fā)明，并分析材料性能。比較例1設(shè)計一種Nd4Fe77B19的Nd-Fe-B合金，其中B含量被降低至現(xiàn)有含低Nd的Nd-Fe-B合金的19％(原子)，以使Nd2Fe14B析出到α-Fe基母相。然后在惰性氣氛下通過使用快速凝固工藝的單輥法將該合金制成非晶相。然后在600℃溫度下進行熱處理，由此完成納米晶合金的制備。比較例2由比較例1的組成將B含量降低至10.5％(原子)，由此設(shè)計一種Nd4Fe85.5B10.5合金。以與比較例1相同的方式使用其他條件。
比較例1和2的結(jié)果示于下表1中。如該表所示，在比較例1的場合，其中在X-射線衍射試驗中發(fā)現(xiàn)B含量高，主相為Fe3B，從而磁性能未得到改進。
在比較例2的場合，其中B含量低，主相為α-Fe，形成少量Nd2F14B。然而，晶粒尺寸粗大，結(jié)果磁性能低(B2＝1.21T，iHc＝1.2KOe)。比較例3-5在設(shè)計合金時，添加為10％(原子)的少量B，然后分別添加3％(原子)高熔點元素Mo(比較例3)，Nb(比較例4)和V(比較例5)，由此設(shè)計含低Nd的Nd4Fe88B10M3Cu1。以與比較例1的相同方式使用其他條件。在上述中，M表示Mo、Nb或V。
對于這些比較例，如下表1所示，矯頑力被改進至2.1-2.7，磁滯曲線正方度低，結(jié)果剩磁Br未得到改進。實施例1-4如比較例3的場合，采用高熔點元素Mo，并以Co/Fe比率分別為1/19.5(實施例1)，1/9.25(實施例2)，1/5.83(實施例3)和1/4.25(實施例4)的方式用Co代替Fe，由此設(shè)計一種Nd4(Fe，Co)82B10Mo3Cu1合金。
以與比較例1相同的方式使用其他條件。從而制得磁性合金，評價結(jié)果示于下表1中。如表1所示，制得的磁性合金，其中Nd2(Fe，Co)14B被析出在α-(Fe，Co)母相。此外，通過添加Co，剩磁提高，而不降低矯頑力。實施例5和6以與實施例2相同的方式制備Nd4Fe74Co8B10M3Cu1納米晶合金，所不同的是用Nb(實施例6)和V(實施例7)代替高熔點元素Mo。如表1所示，對磁性合金的試驗結(jié)果，剩磁超過1.2，而正方度比(Br/Bs)超過0.65。實施例7和8以與實施例2相同的方式制備納米晶合金，但略為改變Nd，F(xiàn)e和Co的含量。如表1所示，試驗結(jié)果表明，剩磁超過1.2，而正方度比超過0.65。實施例9-11如表1所示通過采用高熔點元素Nb和降低B含量至6％(原子)設(shè)計合金。從而以與實施例2相同的方法制備納米晶合金。結(jié)果，剩磁提高，最大能積[(BH)max]大大增加，由此得到具有優(yōu)越磁性能的納米晶合金。
表1示出了比較例和實施例的磁性能和相結(jié)構(gòu)。


圖1-4圖解說明了基于表1納米晶合金的磁性能。圖5說明了在其他含量固定時，磁性能對基于表1的Fe和Co的變化的改變。圖6說明了在其他含量固定時，磁性能對基于表1的Nd和(Fe0.9，Co0.1)的變化的改變。
表1
<p>實施例12-15合金成分(原子％)包括Nd＝4％，F(xiàn)e＝74％，Co＝8％，B＝10％，Mo＝3％和Cu＝1％。以與實施例2的相同方式制備納米晶合金，所不同的是熱處理溫度由620至700℃變化。從而制得納米晶合金，在圖7中說明了磁性能的試驗結(jié)果。
按照上述本發(fā)明，α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金與現(xiàn)有技術(shù)的Fe3B基RE-Fe-B合金相比，在磁、熱和化學(xué)性能上得到了改進。此外，由于減少了B含量，改進了經(jīng)濟性。
本發(fā)明的納米晶合金不僅可有效地用于各向同性結(jié)合磁體，而且也效地用于高密度磁性載聲體，如硬磁盤、軟磁盤和磁帶。此外，可用于發(fā)電機、電動機和寬帶高頻吸附器。
此外，可通過與橡膠或塑料混合將本發(fā)明的納米晶合金成形成永磁體。
在上述說明中，根據(jù)特定的實施方案說明了本發(fā)明，但對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的是，可以增加各種變化和改進而不超出僅受限于所附權(quán)利要求的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金，該合金包括以具有四方體心立方(b.c.c)的軟磁相作為主相，含有少量四方硬磁相，化學(xué)式為RExFeyCozBuMvCuw，其中M為一種或多種選自Nb、Mo、V、W和Ta中的元素，其中X≤5％(原子)，Y≤90％(原子)，Z≤25％(原子)，u≤15％(原子)，V≤5％(原子)和W≤5％(原子)。
2.權(quán)利要求1所要求的α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金，其中所述軟磁相是α-Fe或一部分α-Fe被Co取代的α-(Fe，Co)，而所述硬磁相為RE2Fe14B或RE2(Fe，Co)14B。
3.權(quán)利要求1所要求的α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金，其中Co對Fe的取代比(Co/Fe)為1/4或更小。
4.一種制造α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金的方法，包括步驟為設(shè)計一種由RE、Fe、Co、B、M、Cu組成的合金成分；將所述成分熔化；在惰性氣氛下通過使用快速凝固方法或機械合金化方法將其凝固成非晶相；和在500-800℃溫度下進行熱處理，由此提供α-Fe或一部分α-Fe被Co取代的α-(Fe，Co)軟磁母相，和少量RE2Fe14B或RE2(Fe，Co)14B硬磁相。
5.權(quán)利要求4所要求的方法，其中所述軟磁相為α-Fe或一部分α-Fe被Co取代的α-(Fe，Co)，而所述硬磁相為RE2Fe14B或RE2(Fe，Co)14B。
6.權(quán)利要求5所要求的方法，其中Co對Fe的取代比(Co/Fe)為1/4或更小。
7.通過將權(quán)利要求1的磁性合金與橡膠或塑料混合制得的永磁體。
8.由權(quán)利要求1磁性合金制得的磁性載聲體。
9.使用權(quán)利要求1磁性合金的寬帶波吸附器。
全文摘要
公開了一種高性能含RE的RE-Fe-B納米晶合金。該α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金具有體心立方(b.c.c)的軟磁相作為主相，含有少量具有四方結(jié)構(gòu)的硬磁性。該合金的化學(xué)式為RExFeyCozBuMvCuw。在該式中，M是一種或多種選自Nb、Mo、V、W和Ta的元素，并且定義X≤5％(原子)，Y≤90％(原子)，Z≤25％(原子)，U≤15％(原子)，V≤5％(原子)，和W≤5％(原子)。該納米晶合金不僅能有效地用于各向同性結(jié)合磁體，而且能有效地用于高密度磁性載聲體，如硬磁盤、軟磁盤和磁帶，以及寬帶超高頻波吸附器，該α-Fe基RE-Fe-B納米晶合金與現(xiàn)有Fe
文檔編號H01F1/12GK1130288SQ9511888
公開日1996年9月4日 申請日期1995年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月12日
發(fā)明者趙勇洙, 金潤培, 金昌錫, 金澤基 申請人:韓國標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院