磁性材料的制作方法

专利名称：磁性材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁性材料、包含所述磁性材料的粘结磁体以及制造所述磁性材料的方法。背景使用各向同性的Nd2Fe14B型熔纺材料用于制造粘结磁体已有多年。尽管在许多前沿应用中找到Nd2Fe14B型粘结磁体，但是它们的市场规模仍远小于由各向异性的烧结铁氧体(或陶瓷铁氧体)制成的磁体。一种多样化且增强Nd2Fe14B型粘结磁体的应用以及增加其市场的方法是通过使用各向同性的粘结Nd2Fe14B型磁体代替各向异性的烧结铁氧体磁体而扩展成为常用的铁氧体磁瓦。 使用各向同性的粘结Nd2Fe14B型粘结磁体直接代替各向异性的烧结铁氧体磁体将具有至少三方面的优点(1)节约制造成本，⑵各向同性的粘结Nd2Fe14B磁体的较高性能，以及⑶粘结磁体更通用的磁化模式，其允许先进的应用。各向同性的粘结Nd2Fe14B型磁体不需要烧结铁氧体所需的颗粒取向或高温烧结，因此能显著降低加工和制造成本。当与各向异性的烧结铁氧体所需要的切片、研磨和机械加工相比时，各向同性的粘结Nd2Fe14B粘结磁体的近终形制备(near net shape production)也表现出节约成本的优点。当与各向异性的烧结铁氧体相比时，各向同性Nd2Fe14B型粘结磁体的值越高(与各向异性的烧结铁氧体的3. 5kG至4. 5kG相比，粘结的NdFeB磁体通常为5kG至6kG)以及(BH)最大值越高(与各向异性铁氧体的3MG0e至4. 5MG0e相比，各向同性的粘结NdFeB磁体通常为5MG0e至8MG0e)还允许在给定设备中磁体的更好的节能利用率。最后，Nd2Fe14B型粘结磁体的各向同性性质能实现以更灵活的磁化模式探索潜在的新应用。然而，各向同性的粘结磁体应显示某些具体的特征以能实现直接代替各向异性的烧结铁氧体。例如，应能大量生产Nd2Fe14B材料以满足用于降低成本的生产经济规模。因此，使用现有的熔纺或喷铸技术的材料必须可高度淬火而不需另外的资本投资来实现高生产能力的制造。而且，Nd2Fe14B材料的诸如BpHcd和(BH)最大值的磁特性应容易调整以满足多元化应用的需要。因此，合金组合物应允许可调节的元素以控制BpHcd和/或淬火能力。此外，基于相似的操作温度范围，各向同性的Nd2Fe14B型粘结磁体与各向异性的烧结铁氧体相比应具有类似的热稳定性。例如，在80°C至100°C下与各向异性的烧结铁氧体相比，各向同性的粘结磁体应具有类似的和Hcd特性以及低通量老化损失。常规的Nd2Fe14B型熔纺各向同性的粉末分别具有为约8. 5kG至8. 9kG和9k0e至IlkOe的典型的和Hcd值，其使这些类型的粉末不适合于直接代替各向同性烧结的铁氧体。较高的4值能使磁路饱和并能阻塞设备，因此阻止实现该高值的益处。为解决该问题，粘结磁体制造商通常使用诸如Cu或Al的非磁性粉末以稀释磁性粉末的浓度并促使值达到期望水平。然而，这表示磁体制造过程中的额外步骤并因此增加最终磁体的成本。常规Nd2Fe14B型粘结磁体的高Hei值，特别是高于IOkOe的那些Hei值还存在磁化的共同问题。由于大多数各向异性的烧结铁氧体具有小于4. 5k0e的Hcd值，因此具有峰值振幅为SkOe的磁化场足以使设备中的磁体完全磁化。然而，该磁化场不足以将某些常规的Nd2Fe14B型各向同性的粘结磁体完全磁化至适当水平。不被完全磁化则不能完全实现常规的各向同性的Nd2Fe14B粘结磁体的较高或Hcd值的优点。为克服磁化问题，粘结磁体制造商已经使用具有低Hcd值的粉末以实现目前在他们的设备中可使用的磁化回路的完全磁化。然而该方法未充分利用高Hei值的潜能。已记载熔纺技术的许多改进以控制Nd2Fe14B型材料的微观结构试图获得较高磁特性的材料。然而，多种尝试的努力仅涉及一般加工改进而致力于特殊的材料和/或应用。已知高度可淬火的Fe基稀土各向同性(Pr-Nd-La或Pr-Nd-Ce) -Fe-B型磁性材料合金具有7至8. 5的B,值和6. 5至9. 9k0e的Hei值。然而 ，这些材料的主要缺点是构成磁性合金的镨(Pr)、钕(Nd)和镧(La)或铈(Ce)处于高度纯化的形式。由于从其的矿藏天然产状中精炼Pr、Nd、La和Ce的高成本，因此高纯度的Pr、Nd和La或Ce原料组分使制造磁性合金的成本昂贵。因此，仍亟需具有相对高的Br和Hcd值且表现出良好耐腐蚀性和热稳定性的各向同性的Nd-Fe-B型磁性材料。还亟需这类材料在快速凝固过程中具有良好的淬火能力，使其适于在多种应用中代替各向异性的烧结铁氧体。还亟需并非由高纯度精炼的Pr、Nd和La或Ce制造的各向同性的Nd-Fe-B型磁性材料,并且其与由精炼的Pr和Nd制造的其它已知磁性合金相比制备更简单且可能更便宜。概述在第一方面中，提供了具有下述原子百分比的组成的磁性材料合金(MM1-A) uFe100_u_v_w_x_yYvMwTxBy，其中MM为稀土金属混合物或其合成的等同物；R为Nd、Pr或其组合；Y为除Fe之外的过渡金属；M为选自元素周期表第4至6族的一种或多种金属；以及T为选自元素周期表第11至14族的除B之外的一种或多种金属，其中O彡a<l、7彡u彡13、0彡V彡20、0彡w彡5;0彡x彡5且4彡y彡12。有利地，在一个实施方案中，丽为稀土金属混合物，其为由Nd、Pr、Ce和La组成的天然存在的矿物。因此，在这样的实施方案中，不需从稀土金属混合物矿物中精炼Nd、Pr、Ce或La,因此与包含纯化形式的Nd、Pr、Ce和La的合金相比能降低制备该磁体的制造成本，并且对于在合金上给予磁性而言不需要存在钇。因此，在一个实施方案中，磁性合金不含钇。在另一实施方案中，磁性合金可不含选自Co、Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W、Hf、Al、Mn、Cu和Si的金属。有利地，可在快速凝固过程中制备在第一方面中披露的MM-TM-B型(稀土金属混合物-过渡金属-硼)磁性材料。此外,可由公开的MM-TM-B型磁性材料中制备粘结磁体。公开的磁性材料具有相对高的和Hcd值以及良好的耐腐蚀性和热稳定性。在快速凝固过程中，材料还具有良好的淬火能力。材料的这些特性使其适于在许多应用中代替各向异性的烧结铁氧体。在具体的实施方案中，稀土金属混合物为铈基稀土金属混合物。在另一实施方案中，稀土金属混合物或其合成的等同物具有的组成为20 %至30 %的La、2 %至8 %的Pr、10%至20%的Nd且剩余物为Ce以及任何附带杂质。更具体地，稀土金属混合物或其合成的等同物所具有的组成为25%至27%的La、4%至6%的Pr、14%至16%的Nd和47%至51%的 Ce。在具体的实施方案中，过渡金属Y选自元素周期表第9族或第10族。更具体地，过渡金属Y为Co。在另一具体的实施方案中，金属M为Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W和Hf中的 一种或多种。在另一具体的实施方案中，T为Al、Mn、Cu和Si中的一种或多种。在本发明具体的实施方案中，M选自Zr、Nb，或其组合且T选自Al、Mn或其组合。更具体地，M为Zr且T为Al。在一个实施方案中，a、U、V、W、X和y的值彼此独立且属于下列范围0. 2≤a≤0. 8、8≤u≤13、0 ^ v ^ 15,0. I≤w≤4、1≤x≤5和4≤y≤11。其它具体的范围包括0. 4≤a≤0. 8、10≤u≤13、0 ^ v ^ 10,0. I≤w≤3、2≤x≤5和 4 ≤ y ≤ 10 ;0. 5 ≤ a ≤ 0. 75,11 ^ u ^ 12、0 ^ v ^ 5,0. 2 ≤ w ≤ 2,2. 5 ≤ x ≤ 4. 5和5≤y≤6. 5 ;以及0. 55≤a≤0. 7、11. 3≤u≤11. 7、0≤V≤2. 5,0. 3≤w≤I、3≤X≤4和5.7≤y≤6. I。在另一具体的实施方案中，a和x的值如下0. 9≤a≤0. 99和0. I≤X≤I。在一个实施方案中，a、U、V、W、X和y的值彼此独立且属于下列范围8≤u≤13、0 ^ V ^ 15,0. I≤w≤4、1≤X≤5、4≤y≤11和a = O。其它具体的范围包括10≤u≤13、0≤V≤10,0. I≤w≤3、2≤X≤5、4≤y≤10和a = 0 ;11≤u≤12、0≤V≤5,0. 2≤w≤2,2. 5≤X≤4. 5、5≤y≤6. 5和a = 0 ;以及11. 3≤u≤11. 7、0 ^ V ^ 2. 5,0. 3≤w≤1、3≤X≤4,5. 7≤y≤6. I和a = O。在另一具体的实施方案中，a和X的值如下0. I < X < I和a = O。在另一实施方案中，磁性材料具有约7. OkG至约9. OkG的B,值和约4. OkOe至约
10.6k0e的Hei值。具体地，磁性材料具有约7. OkG至约7. 8kG的值和约4. OkOe至约
6.8k0e 的 Hci 值。其它具体的实施方案包括材料具有由X射线衍射所测定的约Inm至约80nm的晶粒尺寸。在第二方面中，提供了包含磁性材料和粘结剂的粘结磁体，通过快速凝固过程以及随后的热退火过程来制备所述磁性材料，所述磁性材料具有下述原子百分比的组成 (MM1-A) uFe100-u-v-w-x-yYvMwTxBy其中MM为稀土金属混合物或其合成的等同物；R为Nd、Pr或其组合；Y为除Fe之外的过渡金属；M为选自兀素周期表第4至6族的一种或多种金属；以及T为选自元素周期表第11至14族的除B之外的一种或多种金属，其中0 < a < I、7≤u≤13、0≤V≤20、0≤w≤5 ;0≤X≤5且4≤y≤12。可通过快速凝固过程和随后的热退火过程来制备粘结磁体的磁性材料。在一个具体的实施方案中，粘结剂为环氧树脂、聚酰胺(尼龙)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)或其组合。在另一具体的实施方案中，粘结剂还包含选自高分子量多官能脂肪酸酯、硬脂酸、羟基硬脂酸、高分子量复合酯、季戊四醇的长链酯、软脂酸、聚乙烯基润滑剂浓缩物、褐煤酸酯、褐煤酸部分皂化的酯、聚烯烃蜡、脂肪双酰胺、脂肪酸仲酰胺、具有高反式含量的辛烯聚合物(polyoctanomer)、顺丁烯二酸酐、缩水甘油基官能的丙烯酸硬化剂、硬脂酸锌和聚合塑化剂的一种或多种添加剂。本发明其它具体的实施方案包括包含约1%重量比至约5%重量比的环氧树脂和约O. 01%重量比至约O. 05%重量比的硬脂酸锌的粘结磁体；具有约O. 2至约10的磁导系数或负载线的粘结磁体；当在80°C下老化1000小时时具有小于约5.0%的通量老化损失的磁体。可通过模压成型、注射成型、压延、挤出、丝网印刷或其组合制造粘结磁体。在一个实施方案中，通过在40°C至200°C的温度下的模压成型制造磁体。在第三方面中，制造磁性材料的方法包括形成包含下述原子百分比的组成的熔化物
(Ua) uFe100-u-v-w-x-yYvMwTxBy ；迅速凝固所述熔化物以获得磁性粉末；以及热退火所述磁性粉末；其中MM为稀土金属混合物或其合成的等同物；R为Nd、Pr或其组合；Y为除Fe之外的过渡金属；M为选自元素周期表第4至6族的一种或多种金属；以及T为选自元素周期表第11至14族的除B之外的一种或多种金属，其中O < a < I、7彡u彡13、0彡V彡20、0彡w彡5 ;0彡X彡5且4彡y彡12。在具体的实施方案中，迅速凝固的步骤包括在约10米/秒至约60米/秒的额定轮速率下的熔纺或喷铸过程。在另一具体的实施方案中，额定轮速率为约15米/秒至约50米/秒。更具体地，额定轮速率为约35米/秒至约45米/秒。优选地，实际轮速率在正或负O. 5 %、I. O %、5. O %、10 %、15 %、20 %、25 %或30 %的所述额定轮速率范围内，并且额定轮速率为通过所述快速凝固过程及随后的所述热退火过程来制备所述磁性材料的最佳轮速率。在具体的实施方案中，用于制备磁性材料的热退火过程的温度为约350°C至约8000C，时间为约O. 5分钟至约120分钟。更具体地，使用的热退火过程的温度为约600°C至约700°C，时间为约2分钟至约10分钟。定义本文使用的下列词语和术语具有所指出的含义在诸如Nd和Pr的金属的上下文中的术语“精炼的”指基本上纯或具有最少杂质的金属。在精炼的金属中存在的杂质的最大量可为少于10%的杂质，更优选为少于5%的杂质，更优选为少于1%的杂质。例如，“精炼的Nd”可为包含Nd以及最多10%非Nd杂质的金属，所述杂质诸如其它非Nd金属以及非金属。术语“稀土金属混合物”是指本领域已知的稀土金属混合物矿石且在其范围内还包含稀土金属混合物矿石的氧化形式。稀土金属混合物矿石中稀土金属的具体组合依赖于提取矿石的矿藏和矿脉而变化。基于100%的重量，稀土金属混合物通常具有的组成为约30%重量比至约70%重量比的Ce、约19%重量比至约56%重量比的La、约2%重量比至约6%重量比的Pr和约0. 01%重量比至约20%重量比的Nd以及附带的杂质。“天然形式”的稀土金属混合物指未按上述进行精炼的稀土金属混合物矿石。除非另外规定，术语“包含(comprising) ”和“包含(comprise) ”及其语法变体旨在表示“开放的(open)”或“包含的(inclusive)”的表达方式使其包含列举的成分而且还允许包含另外未列举的成分。如本文所用，在制剂成分的浓度的上下文中术语“约”通常指规定值的+/-5 %，更通常指规定值的+/-4 %，更通常指规定值的+/-3 %，更通常指规定值的+/-2 %，甚至更通常指规定值的+/-I%以及甚至更通常指规定值的+/-0. 5%。在本公开的各方面，能以范围的形式公开某些实施方案。应当理解，范围形式的描述仅为方便和简洁，而不应诠释为对公开范围的范围的严格限制。因此，应认为范围的描述 已经具体公开所有可能的子范围以及所述范围内的单独数值。例如，应当认为诸如I至6的范围的描述已经具体公开诸如I至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等子范围以及所述范围内的诸如1、2、3、4、5和6的单独数字。这适用于不考虑广度的范围。附图
简述图I示出公开的磁性材料合金的磁性能图IA为显示随着改变[(MMh(Nda75Pra25)J1U5Fe8UA6中NdPr代替物的Br变化的图表;图IB为显示随着改变[(MMh (Nda75Pra25) J n.65Fe82.75B5.6中NdPr代替物的Hcd变化的图表；以及图IC为显示随着改变[(MM1-X (Nda75Pra25)丄.65Fe82.75B5.6中NdPr代替物的(BH)最大变化的图表。图2例示了随着从0 %至100 %代替NdPr的变化比例的[(MM1^x (Nd0.75Pr0.25)x]n.65Fe82.75B5.6粉末的去磁曲线，其在轮速率为22m/s至27m/s下熔纺以及随后在640°C下退火2分钟。图3例示了当组合物中NdPr的比例从0%至100%变化时，在[(MMh(Nda75Pra25)J n. B5Fe82.75B5.6中磁性材料的最佳淬火轮速率。详细描述本文公开的磁性合金具有接近化学计量Nd2Fe14B并表现出几乎单相的微观结构的组成。此外，材料包含Al、Si、Mn或Cu中的一种或多种以帮助控制4值；La或Ce固有地存在于稀土金属混合物中以帮助控制Hei值；以及诸如Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W和Hf的多种难熔金属中的一种以提高淬火能力或降低熔纺所需的最佳轮速率。Al、La和Zr的组合还可提高液态金属对轮表面的润湿性能并扩大最佳淬火的轮速率窗口(wheel speed window)。必要时，还能混合稀释的Co添加物以提高匕的可逆温度系数(通常称为a)。因此，与常规尝试相比，公开的MM-TM-B型磁性材料提供了更高期望的多因素方法并使用了新型合金组合物，其允许关键磁性能的控制和宽泛的熔纺轮速率窗口而不需修改现有的轮式配置。此夕卜，稀土金属混合物(MM)能为未精炼的，由于使用的是MM的矿物形式而非纯化的Nd、Pr、La或Ce,这显著降低了磁性材料合金的生产成本。在许多应用中，由公开的MM-TM-B型磁性材料制备的粘结磁体可用于代替各向异性的烧结铁氧体。本发明公开的MM-TM-B型磁性材料合金组合物为“高度可淬火的”，其在本公开的上下文范围内是指与用于制备常规材料的最佳轮速率和窗口相比，所述材料能在具有相对宽泛的最佳轮速率窗口的相对低的最佳轮速率下通过快速凝固方法而制备。例如，当使用实验室喷铸机时，制备本发明的高度可淬火的磁性材料所需的最佳轮速率小于25米/秒(m/s)，同时最佳淬火速率窗口为最佳轮速率的至少±15%，优选为±25%。在实际的生产条件下，制备本发明的高度可淬火的磁性材料所需的最佳轮速率小于60米/秒，同时最佳淬火速率窗口为最佳轮速率的至少±15%，优选为±30%。在本公开的含义范围内，“最佳轮速率(Vot) ”指在热退火之后产生最佳B,和Hcd值的轮速率。此外，由于现实方法中的实际轮速率不可避免地在某些范围内变化，因此常在速率窗口范围内而非单一速率下制备磁性材料。因此，在本发明的含义范围内，将“最佳淬火速率窗口 ”定义为接近最佳轮速率且在最佳轮速率附近的轮速率，且所述轮速率制备具有与使用最佳轮速率而产生的和Hcd值相同或几乎相同的磁性材料。具体地，能在额定最佳轮速率的正或负O. 5%、1.0%、5.0%、10%、15%、20%、25%或30%范围内的实际轮速率下制备本公开的磁性材料。如由本公开所发现，最佳轮速率(Vot)可根据诸如喷铸喷嘴的孔尺寸、对轮表面的液体(熔化的合金)浇铸速率、喷铸轮的直径和轮材料的因素而变化。因此，当使实验室喷铸机时，用于制备本公开的高度可淬火的磁性材料的最佳轮速率可从约15米/秒变化至约25米/秒，并且在实际生产条件下从约25米/秒变化至约60米/秒。本发明材料的独特特性能使用在轮速率窗口范围内的这些不同的最佳轮速率制备所述材料，所述轮速率窗口为最佳轮速率的正或负O. 5%、1.0%、5.0%、10%、15%、20%、25%或30%。可变通的最佳轮速率和宽泛的速率窗口的这种组合能制备本发明的高度可淬火的磁性材料。此外，材料的这种高度可淬火特性能使人通过可能将多个喷嘴用于喷铸以增加生产率。另外，如果高生产率需要较高的轮速率，人们还可通过诸如通过扩大喷铸喷嘴的孔尺寸的方式来增加对 轮表面的液体浇铸速率。本发明材料典型的室温磁性能包括约7. OkG至约9. OkG的B,值和约4. OkOe至约
10.6k0e的Hei值。尽管本发明的物质常具有单相微观结构，但材料还可包含R2Fe14B/ α -Fe或R2Fe14B/Fe3B型纳米复合材料并仍保留其大多数独特性质。本公开的磁性粉末和粘结磁体包含非常细的粒度，例如约Inm至约80nm和甚至更细的约IOnm至约40nm的尺寸。当在80°C下老化1000小时时，由粉末制成的粘结磁体的典型通量老化损失小于5%,所述粉末例如具有PC(磁导系数或负载线)为2的环氧树脂粘结磁体。磁性材料的具体组成能定义为(MM1-JUuFei(l(l_u_v_w_x_yYvMwTxBy的原子百分比，其中MM为稀土金属混合物或其合成的等同物，R为NcUPr或其组合，Y为除Fe之外的过渡金属，M为选自元素周期表第4至6族的一种或多种金属，以及T为选自元素周期表第11至14族的除B之外的一种或多种金属。此外，a、U、V、W、X和Y的值如下0<a< 1、7 ^ u ^ 13、O彡V彡20、0彡w彡5、0彡X彡5且4彡y彡12。在具体的实施方案中，稀土金属混合物为铈基稀土金属混合物。稀土金属混合物或其合成的等同物具有的组成为20 %至30 %的La、2 %至8 %的Pr、10 %至20 %的Nd且剩余物为Ce和任何附带杂质。更具体地，稀土金属混合物或其合成的等同物具有的组成为25%至 27% 的 La、4%至 6% 的 Pr、14%至 16% 的 Nd 和 47%至 51% 的 Ce。在本发明另一具体的实施方案中，过渡金属Y选自元素周期表第9族或第10族。更具体地，过渡金属Y为Co。在另一具体的实施方案中，金属M为Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W和Hf中的一种或多种。在另一具体的实施方案中，T为Al、Mn、Cu和Si中的一种或多种。在本发明具体的实施方案中，M选自Zr、Nb或其组合且T选自Al、Mn或其组合。更具体地，M为Zr且T为Al。本公开还包括特殊的磁性材料,其中a、U、V、W、X和y的值彼此独立并属于下列范围0· 2彡a彡O. 8、8彡u彡13、0 ^ v ^ 15,0. I彡w彡4、1彡x彡5和4彡y彡11。其它具体的范围包括0· 4彡a彡O. 8、10彡u彡13、0 ^ v ^ 10,0. I彡w彡3、2彡x彡5和 4 彡 y 彡 10 ;0· 5 彡 a 彡 O. 75,11 ^ u ^ 12、0 ^ v ^ 5、0· 2 彡 w 彡 2、2· 5 彡 χ 彡 4· 5和5彡y彡6· 5 ;以及O. 55彡a彡O. 7、11· 3彡u彡11. 7、0彡V彡2· 5、0· 3彡w彡I、3彡X彡4和5.7彡y彡6. I。在另一具体的实施方案中，a和x的值如下0. 9彡a彡O. 99且O. I彡X彡I。在本发明另一具体的实施方案中，a、u、v、w、x和y的值彼此独立并属于下列范围8 彡 u 彡 13,0 ^ V ^ 15,0. l<w<4、Kx<5、4<y<lUPa = 0。其它具体的范围包括10彡u彡13、0 10,0. I彡w彡3、2彡X彡5、4彡y彡10和a = O ;11彡u彡12、O彡V彡5,0. 2彡w彡2,2. 5彡X彡4. 5、5彡y彡6. 5和a = O ;以及11. 3彡u彡11. 7、
O^ V ^ 2. 5,0. 3彡w彡1、3彡X彡4,5. 7彡y彡6. I和a = O。在另一具体的实施方案中，a和X的值如下0.I且a = 0。能由期望组成的熔化合金制备公开的MM-TM-B型磁性材料的磁性材料，所述熔化合金通过熔纺或喷铸方法快速凝固为粉末/薄片。在熔纺或喷铸过程中，使熔化的合金混合物流动至快速旋转的轮表面上。通过接触轮表面，熔化的合金混合物形成带状物，其凝固成薄片或片状颗粒。通过熔纺获得的薄片相对易碎并具有非常细的结晶微观结构。在用于制备磁体之前，还能将薄片进一步压碎或粉碎。当使用实验室喷铸机时，适用于本发明的快速凝固包括在额定轮速率为约10米/秒至约25米/秒或更具体为约15米/秒至约22米/秒下的熔纺或喷铸方法。在实际的生产条件下，能在额定轮速率为约10米/秒至约60米/秒或更具体为约15米/秒至约50米/秒以及为约35米/秒至约45米/秒下制备本发明的高度可淬火的磁性材料。由于较低的最佳轮速率通常意味能更好地控制所述过程，因此降低制备本发明的磁性粉末的Vot表示有利于熔纺或喷铸，因为其表示能使用较低的轮速率制备相同质量的粉末。能在宽泛的最佳轮速率窗口下制备公开的MM-TM-B型磁性材料。具体地，在快速凝固过程中使用的实际轮速率在额定轮速率的正或负O. 5%、1.0%、5. 0%、10%、15%、20^^25%或30%的范围内，优选地，额定轮速率是通过快速凝固过程及随后的热退火过程来制备磁性材料的最佳轮速率。因此，公开的MM-TM-B型磁性材料的高度可淬火特性还能通过允许增加对轮表面的合金浇铸速率来实现较高的生产率，例如通过扩大喷铸喷嘴的孔尺寸 、使用多个喷嘴和/或使用较高的轮速率。公开的MM-TM-B型磁性材料可为通过熔纺或喷铸方法获得的粉末形式并被热处理以提高其磁性能。尽管热处理步骤优选包括在350°C至800°C的温度下将粉末热退火O. 5分钟至120分钟，或优选在60(TC至70(TC下将粉末热退火约2分钟至约10分钟，但能使用任何通常采用的热处理方法以获得期望的磁性能。在另一具体的实施方案中，磁性材料具有约7. OkG至约9. OkG的B,值和约4. OkOe至约10. 6kOe的Hei值。更具体地，磁性材料具有约7. OkG至约7. 8kG的值和约4. OkOe至约6. 2k0e的Hci值。图I例示了随着在[(MMh(Nda75Pra2H65Fe82JA6中将NdPr代替物从0%变化至100%时Bp Hci和(BH)最大变化的实例。新的MM基MM-Fe-B粉末具有= 706mT、Hci=332kA/m和(BH) 58kJ/m3的磁特性。能通过使用从0%增加至100%的NdPr代替MM来实现较高的磁特性。在不含MM的(Nd0.75Pr0.25)1L65Fe82.75B5.6中实现Br = 893mT、Hci =848kA/m和(BH)最大=132kJ/m3的磁特性。这表明在宽泛的范围内通过使用NdPr代替丽能调整新的MM-Fe-B的磁特性，使新的材料能够适用于多种应用。图2例示了在轮速率为22m/s至27m/s下熔纺且随后在640°C下热退火2分钟，随着从0%至100%代替NdPr的变化比例的[(MM^ (Nda75Pra25) J11.65Fe82.75B5.6粉末的去磁曲线。可以看出，所有材料具有具有非常好的偏斜度(squareness)的标准去磁曲线。其还表明所有材料均具有单相和纳米尺寸的结晶结构。 图3 例示了当组合物中 NdPr 比例变化时，在[(MM1^x(Nd0.75Pr0.25) J 1L65Fe82.75B5.6中磁性材料的最佳淬火轮速率。能观察到MM-Fe-B比NdPr-Fe-B相对部分(约26. 5m/s)具有更低的最佳淬火轮速率(约22m/s)。这意味着MM-Fe-B比NdPr-Fe-B具有更好的淬火能力。能从公开的MM-TM-B型磁性材料制备粘结磁体。能通过各种压制/成型方法从磁性材料制备粘结磁体，所述方法包括但不限于，模压成型、挤出、注射成型、压延、丝网印刷、旋转铸造和浆料涂覆。在将磁性粉末热处理以及与粘结剂混合之后，能通过模压成型制造粘结磁体。还能通过注射成型、压延、挤出、丝网印刷或其组合来制造粘结磁体；以及由模压成型制备粘结磁体能在40°C至200°C的温度下进行。粘结磁体可包含约I %重量比至约5%重量比的环氧树脂和约0. 01%重量比至约
0.05%重量比的硬脂酸锌；粘结磁体具有约0. 2至约10的磁导系数或负载线；当在80°C下老化1000小时时粘结磁体具有小于约5. 0%的通量老化损失。在具体的实施方案中，用于制备本发明的磁性材料的热退火方法处于约350°C至约800°C的温度，时间为约0. 5分钟至约120分钟。更具体地，使用的热退火方法处于约600°C至约700°C的温度，时间为约2分钟至约10分钟。此外，本方法包括本文公开和/或讨论的各种实施方案，例如磁性材料的组成、快速凝固方法、热退火方法、模压方法以及磁性材料和粘结磁体的磁性能。
实施例通过参考具体的实施例将更详细地进一步描述包括最佳方式的本发明非限制性实例以及比较实施例，所述实施例不应理解为以任何方式限制本发明的范围。实施例I本实施例的目的是比较使用作为RE(稀土)原料来源的丽制成的样品与使用作为RE原料来源的纯的Nd、Pr、La和Ce制成的样品之间的磁特性。为此，通过电弧熔化来制备具有相同(Ndai6Pratl5Laa28Cea51):U5Fe82J5B5I原子百分比的组成的两种合金锭。一种钢锭使用作为RE原料来源的丽(Nd、Pr、La和Ce的天然混合物；MM = 16%原子百分比的Nd+5 %原子百分比的Pr+28 %原子百分比的La+51 %原子百分比的Ce)而制成；而另一种使用作为RE原料的纯的Nd、Pr、La和Ce而制成。将具有良好热导性金属轮的实验室喷铸机用于熔纺。使用20至22米/秒(m/s)的轮速率制备样品。将熔纺带状物压碎至小于40目并在600°C至700°C的温度下热退火约四分钟以发展期望的和Hcd值。表I列举了制备的两种样品中存在的组分的重量百分比的组成。表II列举了制备的粉末的相应磁特性BpHjP (BH)最大的值。表I
权利要求
1.具有(MMwRa)uFeiQ(l_u_v_w_x_yYvMwTxBy原子百分比组成的磁性材料， 其中 MM为稀土金属混合物或其合成的等同物； R为Nd、Pr或其组合； Y为除Fe之外的过渡金属； M为选自元素周期表第4至6族中的一种或多种金属；以及 T为选自元素周期表第11至14族中的除B之外的一种或多种金属， 其中O彡a<l、7彡u彡13、0彡V彡20、0彡w彡5;0彡x彡5且4彡y彡12。
2.如权利要求I所述的磁性材料，其中所述稀土金属混合物为铈基稀土金属混合物。
3.如权利要求I所述的磁性材料，其中所述稀土金属混合物或其合成的等同物具有下列重量百分比的组成 .20%至 30%的 La ； .2%至 8%的 Pr ； .10%至20%的Nd ;以及 剩余物为Ce和任何附带的杂质。
4.如权利要求3所述的磁性材料，其中所述稀土金属混合物或其合成的等同物具有下列重量百分比的组成 .25%至 27%的 La ； . 4% 至 6 % 的 Pr ； .14%至16%的Nd ;以及 .47%至 51%的 Ce。
5.如权利要求I所述的磁性材料，其中所述过渡金属Y选自元素周期表第9族或第10族。
6.如权利要求5所述的磁性材料，其中所述过渡金属Y为Co。
7.如权利要求I所述的磁性材料，其中所述金属M为Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、W和Hf 中的一种或多种。
8.如权利要求I所述的磁性材料,其中所述T为Al、Mn、Cu和Si中的一种或多种。
9.如权利要求I所述的磁性材料，其中M为Zr、Nb或其组合且T为Al、Mn或其组合。
10.如权利要求9所述的磁性材料，其中M为Zr且T为Al。
11.如权利要求I所述的磁性材料，其中0.2彡a彡0. 8、8彡u彡13,0彡v彡15、.0.1<w<4、l<x<5 且 11。
12.如权利要求11所述的磁性材料，其中0.4彡a彡0. 8、10彡u彡13,0彡v彡10、.0.1彡￥彡3、2彡叉彡5且4彡7彡10。
13.如权利要求12所述的磁性材料，其中0.5彡a彡0. 75、11彡u彡12,0彡v彡5、.0. 2 ^ w ^ 2,2. 5 彡 X 彡 4. 5 且 5 彡 y 彡 6. 5。
14.如权利要求13所述的磁性材料，其中0.55彡a彡0. 7、11. 3彡u彡11. 7、.0^ V ^ 2. 5,0. 3<￥<1、3<叉<4且5.7<丫<6.1。
15.如权利要求I所述的磁性材料，其中0.9彡a彡0. 99且0. I彡X彡I。
16.如权利要求15所述的磁性材料，其中8彡u彡13,0彡V彡15,0.I彡w彡4、1^ X ^ 5>4 ^ y ^ 11 且 a = 0。
17.如权利要求16所述的磁性材料，其中10彡u彡13,0彡V彡10,0.I彡w彡3、2^ X ^ 5>4 ^ y ^ 10 且 a = 0。
18.如权利要求17所述的磁性材料，其中11彡u彡12,0彡V彡5,0.2彡w彡2、2.5 彡 X 彡 4. 5、5 彡 y 彡 6. 5 且 a = O。
19.如权利要求18所述的磁性材料，其中11.3彡u彡11. 7、0彡V彡2. 5、0. 3彡w彡I、3^ X ^ 4、5. 7<7<6.1且& = 0。
20.如权利要求I所述的磁性材料,其中0.I < X < I且a = O。
21.如权利要求I所述的磁性材料,其中所述磁性材料独立地具有约7.OkG至约9. OkG的Br值和约4. OkOe至约10. 6k0e的Hci值。
22.如权利要求21所述的磁性材料，其中所述磁性材料独立地具有约7.OkG至约7.8kG的Br值和约4. OkOe至约6. 8k0e的Hci值。
23.如权利要求I所述的磁性材料，其中所述磁性材料具有由X射线衍射所测定的近似化学计量的Nd2Fe14B型单相微观结构和约Inm至约80nm的晶粒尺寸。
24.包含磁性材料和粘结剂的粘结磁体，通过快速凝固过程及随后的热退火过程制备所述磁性材料，所述磁性材料具有(MM1-JUuFe1(l(l_u_v_w_x_yYvMwTxBy原子百分比的组成， 其中 MM为稀土金属混合物或其合成的等同物； R为Nd、Pr或其组合； Y为除Fe之外的过渡金属； M为选自元素周期表第4至6族中的一种或多种金属；以及 T为选自元素周期表第11至14族中的除B之外的一种或多种金属，其中0 < a < I、7彡u彡13、0彡V彡20、0彡w彡5 ;0彡X彡5且4彡y彡12。
25.如权利要求24所述的粘结磁体，其中所述粘结剂为环氧树脂、聚酰胺(尼龙)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)或其组合。
26.如权利要求25所述的粘结磁体，其中所述粘结剂还包含选自高分子量多官能脂肪酸酯、硬脂酸、羟基硬脂酸、高分子量复合酯、季戊四醇的长链酯、软脂酸、聚乙烯基润滑剂浓缩物、褐煤酸酯、褐煤酸部分皂化的酯、聚烯烃蜡、脂肪双酰胺、脂肪酸仲酰胺、具有高反式含量的辛烯聚合物、顺丁烯二酸酐、缩水甘油基官能的丙烯酸硬化剂、硬脂酸锌和聚合塑化剂的一种或多种添加剂。
27.如权利要求26所述的粘结磁体，其中所述磁体包含约1%重量比至约5%重量比的环氧树脂和约0. 01%重量比至约0. 05%重量比的硬脂酸锌。
28.如权利要求27所述的粘结磁体，其中所述磁体具有约0.2至约10的磁导系数或负载线。
29.如权利要求28所述的粘结磁体，其中所述磁体在80°C下老化1000小时具有小于5.0%的通量老化损失。
30.制造磁性材料的方法，其包括 形成包含(MM1-JU uFei(l(l_u_v_w_x_yYvMwTxBy原子百分比组成的熔化物； 迅速凝固所述熔化物以获得磁性粉末；以及热退火所述磁性粉末； 其中 MM为稀土金属混合物或其合成的等同物； R为Nd、Pr或其组合； Y为除Fe之外的过渡金属； M为选自元素周期表第4至6族中的一种或多种金属；以及 T为选自元素周期表第11至14族中的除B之外的一种或多种金属，其中O < a < I、7≤u≤13、0≤V≤20、0≤w≤5 ;0≤X≤5且4≤y≤12。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述迅速凝固包括在约10米/秒至约60米/秒的额定轮速率下的熔纺或喷铸过程。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述额定轮速率为约15米/秒至约50米/秒。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述额定轮速率为约35米/秒至约45米/秒。
34.如权利要求33所述的方法，其中实际轮速率在正或负O.5 %、I. O %、5. O %、10 %、15 %、20 %、25 %或30 %的所述额定轮速率范围内。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述额定轮速率是通过所述快速凝固过程及随后的所述热退火过程制备所述磁性材料中使用的最佳轮速率。
36.如权利要求30所述的方法，其中所述热退火过程在约350°C至约800°C的温度下持续约O. 5分钟至约120分钟。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述热退火过程在约600°C至约700°C的温度下持续约2分钟至约10分钟。
全文摘要
本发明公开了具有(MM1-aRa)uFe100-u-v-w-x-yYvMwTxBy原子百分比的组成的磁性材料，其中MM为稀土金属混合物或其合成的等同物；R为Nd、Pr或其组合；Y为除Fe之外的过渡金属；M为选自元素周期表第4至6族中的一种或多种金属；以及T为选自元素周期表第11至14族中的除B之外的一种或多种金属，其中0≤a≤1、7≤u≤13、0≤v≤20、0≤w≤5；0≤x≤5且4≤y≤12。
文档编号H01F1/057GK102725806SQ200980156410
公开日2012年10月10日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者詹姆士·W·赫申罗德尔, 陈钟敏 申请人:马格内昆茨国际公司