专利名称：具有磁四方晶相的无硼硬磁材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于钕，铁和碳的无硼硬磁材料，它具有硬磁四方晶相。本发明还涉及这种材料的制备方法。
这类已知材料包括Nd2Fe14B，它具有作为硬磁晶相四方晶相结构。已经知道在这种化合物中将部分硼用碳来代替，则导致增强磁的各向异性性质(例如，Journal de Physique Colloque C6，supplement au no.9，T.46，Sept 1985，page C6-305/308“掺入碳的Nd2Fe14B的磁各向异性”by Bolzoni，Leccabue，Pareti and Sanchez)。在这篇论文的第306页指出当硼完全被碳所置换时，则不可能获得四方晶相，而后者是为获得所希望的硬磁特性所要求的。
本发明的目的是提供具有强的各向异性的硬磁材料;该材料包含铁，钕，以及唯一代替硼的碳。
已经发现，用以下成份组成的材料，即，Nd11.2到15.2at·%Fe74.8到84.8at·%C4到10at·%可以达到这个目的;这种材料具有细结晶的四方晶相，其粒径为0.2μm或更小些，并且，具有Nd2Fe14C结构。上述成分范围包括具有0.6T或更大些的矫顽力μoHc的材料成份。应当指出，如果选用以下的材料成份Nd12-15at·%Fe75-84at·%C4.8-10at·%可获得最大磁矫顽力。但是，如果选用以下材料成份Nd12.0-14.2at·%Fe76.6-83.2at·%C4.8-9.2at·%则材料的磁性可得到改善，这些材料的居里温度一般为260℃或更高些。虽然如此，有时该材料还包含第二软磁晶相。大体单相的材料一般具有如下成份Nd12-14at·%Fe78-81at·%C6-8at·%本发明材料的成份具有已知的Nd2Fe14B材料的性质，在这些材料中，以钴来置换铁则提高了居里温度。
不言而喻，本发明所指的细结晶体是指至少90%的硬磁相结晶体具有0.2μm或更小些的尺寸。获得本发明的硬磁材料的方法是将原料熔融在一起，接着，将熔料喷在相对于喷孔高速运动的淬冷表面上，例如，相对于喷孔快速旋转的铜盘表面上。
欧洲专利申请EP-A108474给出带状硬磁材料的制备方法。在这个已知方法中，运动的淬冷表面是由高导热材料(如镀铬的铜)圆盘的圆周表面所构成的。
只要做适当的修改，该方法同样可以用来制备基于钕和铁的无硼细晶硬磁材料，但该项欧洲专利申请未曾指出这一点。在本发明的研究中已经发现。快速冷却含碳无硼钕铁合金并不形成所希望的四方晶结构晶相。如果通过适当地选择喷涂压力，小缝尺寸，圆盘上小缝的间隔及圆盘转速，在喷涂过程中能够获得厚度为30μm或更薄一些的片或带状物的话，那么，所希望的结果可以在一种足够快速的冷却过程中获得。所形成的片或带状物具有微晶相，其结构很象Nd2Fe17;但这植牧喜皇怯泊拧１匦杓偕璐嬖诘囊徊糠痔既苡谡飧鱿嘀小Ｔ谡夥矫妫荼痉⒚魉票傅牟牧厦飨缘夭煌诤鸩牧稀Ｔ谥票窷d2Fe17相的温度下，硼基本上不溶解。
根据本发明的另一方面，如果在熔料喷涂之后，立刻使该材料经过很短暂的较低温再结晶退火处理，则可以获得所希望的硬磁材料。
意想不到地发现，在这种退火处理中，产生具有四方结构及基本上的Nd2Fe14C成份的微晶相，一些多余的碳还能溶解于这种相中。
这种退火处理是在675到750℃之间的温度下进行的，如在温度685℃到730℃之间进行则更好。当加热到720℃时，所希望的细晶四方相Nd2Fe14C在达到所述温度一分钟之后形成。结晶过程所需退火时间可在指定的温度范围内的任何退火温度下通过实验很容易找出。合适的退火处理是将材料在720℃的炉温中保持1到5分钟。事实上，闭模时间在2到3分钟是合适的。这样获得的材料有适当的永磁性质。测得饱和磁化强度μoHsat＞1.2T，顽磁μoHr＞0.50T及矫顽磁力μoHc＞1.0T。新的磁性材料的特殊例子是在680℃经过6天退火后还有μoHc＝0.75T的很高的矫顽磁力。当在800℃长时间(360小时)加热后在本发明的材料中出现明显的晶粒增长，这时，形成具有0.2到0.6μm之间尺寸的晶粒。在这个过程中，矫顽磁力降到0.2T。当在850℃到900℃下加热15天后，观察到晶粒进一步增长。此时，最主要的晶相还是Nd2Fe14C晶相。
本发明的研究证实当材料中钕的成份少于11.2at·%、经过退火温度720℃的处理后，形成多于10%的α-Fe结构的晶相;一定量的碳能够溶解于这种晶相中，这时，用X射线照相方法没观察到钕的痕迹。如果材料中钕的含量多于15.2at·%，则不形成四方晶相Nd2Fe14C，或者只有微量的这种晶相，而该材料处在占优势的具有菱面型结构的Nd2Fe17晶相中，碳溶解于该晶相中。当然，其它快速冷却熔融合金的技术也可使用，也能得到同样的结果。
制造磁铁时，将片状材料在加热条件下(例如650℃)挤压成磁铁，如果需要，还可将片状物颗粒化或研磨。片状物可以用合成树脂粘接，如果需要，将其颗粒化或研磨，制成磁铁。
新的磁性材料的优点是在制备过程中当与水和/或氩接触时不形成有毒的含硼化合物。
实施例1将成份为钕13.5at%，铁79.6at%及碳6.9at%的20克合金加热到1300℃，使之融化。液态合金通过0.4mm×10mm的孔隙喷到铜盘上。从窗孔到盘子的距离是0.2mm，喷涂压力为2×104Pa，并且，盘子相对于窗孔的运动速度为28m/S。流率为5cm3/S，在氩气中喷涂。这么作就获得宽约10mm，平均长度为10mm而厚度为20μm的带状物。接着，把获得的片状物放入炉子里加热到720℃，并且，保温3分钟，这么得到的材料以细晶四方体结构(Nd2Fe14C)成份为主。晶粒尺寸(多于90%)0.2μm。
测到如下的磁性矫顽磁力μoHc1.02T饱和磁化强度μoHsat1.34T顽磁μoHr0.72T居里温度269℃实施例2下表所列成份的材料完全按同样的方式处理，其中列出从该结晶材料测到的性质材料成份矫顽磁力饱和磁化强度顽磁μoHc(T)μoHsat(T)μoHr(T)Nd13.3Fe80.9C5.80.65 1.31 0.55Nd13.5Fe77.7C8.80.60 1.33 0.64Nd14.8Fe76.4C8.81.16 1.32 0.70
权利要求
1.一种基于钕，铁及碳的无硼硬磁材料，该材料具有硬磁四方相，其特征在于含以下总成份Nd 11.2-15.2at·%Fe 74.8-84.8at·%C 4-10at·%该材料呈细晶四方相，其粒径为0.2μm或更小些，并有Nd2Fe14C结构。
2.如权利要求1所要求的无硼硬磁材料，其特征在于这种材料由以下成份组成Nd 12-15at·%Fe 75-84at·%C 4.8-10at·%
3.如权利要求2所要求的无硼硬磁材料，其特征在于这种材料由以下成份组成Nd 12.0-14.2at·%Fe 76.6-83.2at·%C 4.8-9.2at·%
4.如权利要求3所要求的无硼硬磁材料，其特征在于这种材料由以下成份组成Nd 12-14at·%Fe 78-81at·%C 6-8at·%
5.如权利要求4所要求的无硼硬磁材料，其特征在于这种材料由以下成份组成Nd 13.5at·%Fe 79.6at·%C 6.9at·%
6.如以上权利要求中任一项所要求的无硼硬磁材料，其特征在于在总成份中，一部分铁被足以提高居里温度的一定数量的钴所置换。
7.一种基于钕，铁和碳的硬磁材料的制备方法是把熔化的合金喷涂于快速运动的淬冷表面，再进一步处理这样获得的带或片，其特征在于这种方法具有以下步骤由具有以下总成份的合金Nd 11.2-15.2at·%Fe 74.8-84.8at·%C 4-10at·%制成厚度为30μm或更薄的带或片，再把这样获得的材料在温度范围为675到750℃的环境中退火。
8.如权利要求7所要求的方法，其特征在于这种材料的退火温度范围为685-730℃。
9.如权利要求8所要求的方法，其特征在于这种材料的退火温度为720℃。
10.如权利要求7所要求的方法，其特征在于使用了具有如下总成份的合金Nd 12-15.2at·%Fe 76.6-83.2at·%C 4.8-9.2at·%
11.如权利要求7所要求的方法，其特征在于使用具有如下总成份的合金Nd 12.0-14.2at·%Fe 76.6-83.2at·%C 4.8-9.2at·%
12.如权利要求11所要求的方法，其特征在于使用具有如下总成份的合金Nd 12-14at·%Fe 78-81at·%C 6-8at·%
13.如权利要求12所要求的方法，其特征在于使用具有如下总成份的合金Nd 13.5at·%Fe 79.6at·%C 6.9at·%
14.用如权利要求1至6中材料成份制成的磁铁。
15.用如权利要求7至13那样制造的材料所获得的磁铁。
全文摘要
一种基于钕，铁和碳的、粒径等于或小于0.2μm且有硬磁细晶四方相的无硼硬磁材料，该材料有Nd
文档编号C01B31/30GK1033495SQ8810856
公开日1989年6月21日 申请日期1988年12月8日 优先权日1987年12月11日
发明者赖恩德·科胡恩, 约翰·菲利普·威廉·杜萨托 申请人:菲利浦光灯制造公司