专利名称：制造纳米复合磁体的方法
技术领域：
本发明涉及制造其中纳米尺寸的硬磁相和纳米尺寸的软磁相相互复合的纳米复合磁体的方法。
背景技术：
纳米复合磁体包括由硬磁相和软磁相构成的两相复合结构。因为硬磁相和软磁相是纳米尺寸的，所以在硬磁相和软磁相之间发生交换耦合，其显著增加剰余磁化強度和饱和磁化強度。在本发明中，术语“纳米尺寸的”是指约200nm或更小的微尺寸。具有这样的纳米尺寸的结构的本体可以通过使具有纳米复合组成的熔融材料淬火以获得粉末或箔并且烧结所述粉末或箔来制造。
日本专利申请公开号09-139306描述了ー种将淬火的箔粉碎成粉末并且烧结该粉末的方法。淬火的箔通过单辊法制造。在淬火期间可产生非晶相，并由此进行热处理以結晶。为了还进行结晶热处理，并且为了获得充分高的烧结密度，通过在高达800°C的温度下热压制来烧结粉末。然而，在上述方法中，可以因为结晶热处理或高温烧结而发生晶粒生长，这可降低矫顽カ。日本专利号2693601描述了ー种通过双辊法制造淬火箔的方法。然而，没有考虑防止非晶相的产生，因此不能避免上述问题。
发明内容
本发明提供一种在不需要结晶热处理或高温烧结的情况下制造由具有高磁化强度和高矫顽カ的细晶粒构成的纳米复合磁体的方法。本发明的ー个方面涉及用于纳米复合磁体的制造方法。用于纳米复合磁体的制造方法包括淬火和凝固具有纳米复合磁体组成的熔融合金以制造具有由平均晶粒直径为10-200nm的硬磁相和平均晶粒直径为I-IOOnm的软磁相构成的多晶相的箔；和烧结包括低熔点相的所述箔以获得所述纳米复合磁体，所述低熔点相形成在所述箔的表面上并且具有比所述多晶相的熔点低的熔点。因此，在比所述多晶相的熔点低的温度下进行烧结过程，这防止多晶相的晶粒生长，使得可以维持在所述凝固期间形成的纳米尺寸的晶粒。
參考附图，从以下示例性实施方案的说明，本发明的前述和其他特征和优点将变得明显，附图中使用类似的附图标记代表类似的要素/元件，其中图I是显示根据本发明的一个实施方案利用单辊法制造淬火箔的方法的示意图；图2是显示利用弱磁体将淬火箔分离为非晶淬火箔和结晶淬火箔的原理的示意图3是显示根据本发明制造的由结晶材料制成的纳米复合磁体与淬火箔(在烧结之前)和根据对比例的由非晶材料制成的纳米复合磁体相比较的磁特性的图；图4A是显示根据本发明的纳米复合磁体的结构的反射电子图，图4B是显示根据对比例的纳米复合磁体的结构的反射电子图；和图5是定量显示淬火速率和低熔点相的产生之间的关系的示意图。
具体实施例方式在根据本发明的方法中使用的纳米复合磁体组成通常用下式代表。然而，所述式不必是限制性的。
组成式RxQyMzT1H表示，其中:R是稀土元素中的至少之一；Q是B和C中的至少之ー；M 是选自 Ti、Al、Si、V、Mn、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au 或 Pb 中的
至少ー种元素；T是Fe或包含Co和Ni中至少之ー的Fe合金；2 ^ X ^ 11. 8 ；I 彡 y 彡 24 ;和O < z < 10。用作主相的硬磁相是R2T14M,而软磁相是α Fe或Fe与B或C的复合体。根据本发明的多晶箔由其中硬磁相和软磁相相复合的多晶相构成。硬磁相(作为主相)具有10nm-200nm的晶粒直径,软磁相具有Inm-IOOnm的晶粒直径。在本发明中，在多晶箔的ー个表面上提供低熔点相。低熔点相的熔点比形成箔的多晶相的熔点低。根据本发明的纳米复合磁体通过烧结淬火的多晶相箔来形成。低熔点相设置在箔的ー个表面上。低熔点相的熔点比箔的主体的多晶相的熔点低。这允许低温烧结，从而使得可以保存通过凝固获得的纳米尺寸晶粒并且获得高磁性，同时避免可能在烧结期间发生的晶体晶粒的生长。低熔点相优选具有500nm或更小的厚度，并且具有多晶箔的主体的3%或更少的体积分数。如果低熔点相的比例太高则可能不利地影响磁特性。为了形成低熔点相，通常通过单辊法进行淬火。也就是说，只在ー个方向上进行淬火(凝固)以制造凝固的结构结晶，使得在箔的ー个表面上形成剰余液相部分(最后凝固的部分，即低熔点相)。如果凝固的结构是非晶的，则低熔点相不易于作为剰余液相部分出现在箔的表面上。除了经过单辊法的凝固之外，低熔点相也可以通过其它过程形成，例如通过利用电解沉淀、溅射或化学还原向凝固箔的ー个表面施加低熔点相。例如，低熔点相需要具有比主相(硬磁相)例如Nd2Fe14B(其具有1155°C的熔点)的熔点低的熔点。软磁相通常为Fe，其具有1535°C的熔点，所述熔点比主相的熔点高。低熔点相可以由单一金属、合金、金属间化合物、特别是低共熔化合物等形成。特别地，低熔点相可以是例如 Al、Ag、Bi、Ce、Ga、Ge、In、La、Li、Mg、Rb、Sb、Se、Sn、Sr、Te、Tl、Nd、Cu、Zn、Nd3Ga (其具有786°C的熔点)、DyCu (其具有790°C的熔点)、NdCu (其具有650°C的熔点)、Nd3Al (其具有675°C的熔点)、Nd3Ni (其具有690°C的熔点)、A1 Nd3 (其具有675°C的熔点)或Fe75Nd25 (其具有640°C的熔点)。在本发明中，低熔点相设置在淬火箔的ー个表面上，以有助于低温烧结。烧结温度优选通常为500至650°C，并且更优选为500至600°C，这是可以避免晶粒生长的温度。结晶淬火箔可以在200MPa或更高的压カ下烧结。为了避免晶体晶粒的生长，在烧结过程期间的温度升高速率优选尽可能地高。在烧结期间的温度升高速率可以设定为例如20°C /分钟或更高。通过烧结包括低熔点相的结晶淬火箔，可以获得具有与结晶淬火箔在烧结之前的磁特性相当的优异磁特性的纳米复合磁体烧结体。烧结体具有为理论密度的至少90%的密度，并且还具有优异的机械特性和耐久性。根据本发明制造具有以下组成的纳米复合磁体。主相(硬磁相)=Nd2Fe14B软磁相αFe主相软磁相=9: I称量在上述组成中需要的Nd、Fe和FeB的各自的量，并且在电弧熔炉中熔化以形成合金锭。
然后经过高频感应熔化来熔化合金锭。在50kPa或更小的减压Ar气氛下的炉中，利用如图I所示的单棍旋喷熔炼法(single roll melt spinning method)制造淬火箔,其中将熔融合金注到铜辊上。加工条件在表I中示出。表I淬火设备的使用条件
喷嘴直径O. 6mm
间隙O. 7mm
喷射压力0.4kgf/cm3
棍给进速率 2350rpm 熔融温度1600 °C将參考图I描述根据本发明的制造包括低熔点相的淬火箔的方法。在附图中的气球形圈中，显示了淬火箔的放大局部横截面视图。在图I中显示的单辊法中，当熔融合金从进料喷嘴N排出到单辊R的外周表面上时，熔融金属通过单辊R从ー侧淬火和凝固，使得淬火箔QR沿辊的旋转方向RD从单辊R的外周表面出来。如在放大的气球形圈中显示的，辊R的冷却方向(冷却方向SD)从接触辊R的辊接触表面RS朝向不接触辊R的自由表面FS延伸，使得凝固在方向SD上前进。因此，熔融金属最終在自由表面FS上凝固，在该自由表面FS上形成了在横截面上具有最低熔点的组成。也就是说，在这样的淬火过程期间沿淬火箔QR的厚度方向发生偏祈，以在多晶相CP的ー个表面上形成低熔点相LM。以该方式，通过进行单辊快速凝固，在用作待烧结的原料的淬火箔的ー个表面上形成低熔点相，其允许进行低温烧结。如在图2中所显示的，淬火箔利用弱磁体分离为结晶淬火箔和非晶淬火箔。也就是说，在淬火箔(I)中，非晶淬火箔被弱磁体磁化，因此不落下(2)，而结晶淬火箔不被弱磁体磁化，因此落下(3)。在分离之后，仅获得的结晶淬火箔被粗糙地破碎，并且在以下条件下经受火花等离子体烧结(SPS)以制备烧结体。表权利要求
1.一种制造纳米复合磁体的方法，包括 淬火和凝固具有纳米复合磁体组成的熔融合金以制造具有由平均晶粒直径为.10-200nm的硬磁相和平均晶粒直径为I-IOOnm的软磁相构成的多晶相的箔；和 烧结包括低熔点相的所述箔以获得所述纳米复合磁体，所述低熔点相形成在所述箔的表面上并且具有比所述多晶相的熔点低的熔点。
2.根据权利要求I所述的方法，其中 所述淬火和凝固通过单辊法来进行，和 所述低熔点相形成在所述箔的远离所述单辊法使用的辊的表面上。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括 利用弱磁体将所述箔分离为结晶淬火箔和非晶淬火箔，其中仅烧结所述结晶淬火箔。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的方法，其中所述烧结通过火花等离子体烧结进行。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，其中所述烧结在500至650°C的温度下进行。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的方法，其中所述烧结在至少200MPa的压力下进行。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的方法，其中在所述箔的所述烧结期间，温度以至少20°C /分钟的速率升高。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的方法，其中所述纳米复合磁体组成由式RxQyMzTmz表示，其中 R是稀土元素中的至少之一； Q是B和C中的至少之一； M 是选自 Ti、Al、Si、V、Mn、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au 和 Pb 中的至少一种元素； T是Fe或包括Co和Ni中至少之一的Fe合金；.2 彡 X 彡 11. 8 ; I彡y彡24 ;和 OS z < 10。
全文摘要
一种具有纳米复合磁体组成的熔融合金，其被淬火和凝固以制造具有由平均晶粒直径为10-200nm的硬磁相和平均晶粒直径为1-100nm的软磁相构成的多晶相的箔。烧结包括形成在所述箔的表面上并且具有比多晶相的熔点低的熔点的低熔点相的所述箔。
文档编号H01F41/02GK102714082SQ201180005262
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年1月29日
发明者佐久间纪次, 庄司哲也, 矢野正雄 申请人:丰田自动车株式会社