包含非磁性合金的热压变形的磁体及其制造方法与流程

本发明涉及包含分布在晶粒界面处的非磁性合金的热压变形的磁体，并且更具体地，涉及用于提高永磁体的矫顽力并且提高剩余磁通密度的方法，与通过现有处理的永磁体不同，该方法不需要通过有效地实现磁屏蔽来施加磁场。

背景技术：

近来，诸如新的可再生能量这样的环境友好的能量行业备受关注，但是就能量产生系统和能量消耗的转换而言，提高消耗能量的装置的效率也可能是重要的。与能量消耗关联的最重要的装置是电机，并且电机的必要材料是稀土永磁体。为了使稀土永磁体在各种应用领域中被用作优异材料，需要高的剩余磁通密度(br)和稳定的矫顽力(ihc)。

用于确保磁性粉末的高的矫顽力的方法中的一种是通过添加诸如dy这样的重稀土来使用磁性粉末以增加室温下的矫顽力的方法。然而，似乎由于重稀土金属的稀缺和由此导致的价格急剧增加，导致最近使用诸如dy这样的重稀土金属作为未来的材料存在限制。另外，添加dy提高了矫顽力，但是不足之处在于使剩磁减小，结果，磁体的强度变弱。

此外，在用于制造各向异性的基于钕的永磁体的方法中，通常通过以下方式来制造磁体：通过金属熔化、快速冷却和研磨来制备磁性粉末，在施加磁场的同时将磁性粉末成形，然后在高温(1,000℃或更高的温度)下烧结磁性粉末，并且使磁性粉末经受后热处理。在处理期间，在确保磁性粉末的高矫顽力的方法当中，存在将晶粒的尺寸微粉化(micronize)为单个磁畴尺寸的方法。

也就是说，该方法是通过利用物理方法精细地粉碎磁性粉末的晶粒来将晶粒微粉化，并且在这种情况下，在制造方法的步骤中，还必须在烧结之前将磁性粉末本身的粒径微粉化，以便将磁性粉末的晶粒微粉化，但是还需要保持微晶粒的磁性粉末，直到制作出最终产品。

然而，在将经精细微粉化的具有微小尺寸粒径的磁性粉末制造成磁体的过程中，矫顽力大幅减小，因为由于超过1,000℃的高温热处理而导致出现晶粒生长，所以晶粒因晶粒粗化而按照单个磁畴的方式产生，并且在颗粒中容易形成反向磁畴。

此外，通过使用用于确保高矫顽力的方法当中的又一种方法来致使晶粒隔离，以实现磁屏蔽，结果，可以通过阻止反向磁畴的转变来增大矫顽力。出于此目的，在相关技术中，使用通过将非磁性相施用或涂覆在磁体的表面上以使非磁性相能够在磁体内部扩散的方法(us08038807b1,wo2011/0145674，t.akiyaetal(2014))。

然而，这种方法无法均匀地隔离晶粒，因为非磁性相只在磁体的表面上是充足的，所以没有平稳地出现扩散，结果，非磁性相变得在磁体内部不充足。因此，由于难以向大尺寸的磁体应用该方法并且在这种情况下磁体内部和外部的磁特性互不相同，因此担心制造出不均匀的磁体。

技术实现要素：

技术课题

因此，本发明的目的是提供一种热压变形的磁体和制造该热压变形的磁体的方法，在该热压变形的磁体中，作为由于非磁性合金均匀地分布于晶粒的界面处而导致的磁屏蔽的效果，提高了矫顽力，由于热压变形处理，导致磁化方向在一个方向上对齐(align)，结果，剩余磁通密度提高，在该方法中，通过在制造磁体的过程期间将非磁性合金混合，使非磁性合金均匀地分布于晶粒的界面处。

技术方案

下文中，将更详细地描述本发明。

根据本发明的一种用于制造r-tm-b热压变形的磁体的方法包括以下步骤：(a)用r-tm-b合金来制备磁性粉末(r意指选自由nd、dy、pr、tb、ho、sm、sc、y、la、ce、pm、eu、gd、er、tm、yb、lu组成的组中的任一种稀土金属及其组合，并且tm意指过渡金)；(b)通过对所述磁性粉末进行压制烧结来制造烧结体；以及(c)通过施加热和压力对烧结体进行热压制变形(热变形)，其中，所述方法包括以下步骤：在制造步骤(a)中的所述r-tm-b合金时或者在进行步骤(b)中的所述压制烧结之前，添加非磁性合金。

可以通过将具有基于r-tm-b组分的合金锭微粉化来制造步骤(a)中的磁性粉末，并且可以通过例如hddr处理、熔体纺丝(meltspinning)处理或快速凝固处理等来制造基于r-tm-b的锭。具体地，可以通过利用高速轧制(rolling)熔化合金锭并且快速冷却熔化的合金的系统来制造具有带形的锭。

可以通过执行研磨的装置来将具有带形的锭进行粉碎，并且因此被粉碎的粉末可以是步骤(a)中的磁性粉末。hddr处理是通过氢化处理、歧化处理、脱氢处理和再化合(recombination)处理来制造磁性粉末的处理。

磁性粉末可以是其中包括多个晶粒的多晶颗粒，磁性粉末可以具有100至500μm的平均粒径，并且多晶颗粒通常可以是包括多个畴的多畴颗粒。

当制造现有的烧结磁体时，磁体粉末应该被粉碎以具有约3μm的粉末粒径，使得磁性粉末的粒径变成单晶，结果，在执行烧结处理之前，磁场容易对齐。因此，当制备磁性粉末时，应该以低速执行带坯连铸机冷却轮的轧制，并且研磨应该还经受粗粉碎处理和精细粉碎处理。相比之下，本发明的磁性粉末可以带来减少粉碎处理的成本和能量的效果，因为磁性粉末是充足的，只要磁性粉末是其中存在多个晶粒的多晶颗粒或者非晶颗粒，并且具有100μm至500μm的平均粒径。

步骤(b)可以是对步骤(a)中制备的磁性粉末进行压制烧结的步骤。

只要烧结是能够执行的方法，就可以应用压制烧结步骤，所述方法不受特别限制，但是例如，可以应用热压制烧结、热等静压烧结、火花等离子体烧结、熔炉烧结、微波烧结或其组合方法等。

可以在300℃至800℃的温度和30mpa至1,000mpa的压力的条件下执行压制烧结步骤。当在该温度下执行压制烧结时，非磁性合金可以主要分布于磁性粉末中的晶粒界面处，并且磁性粉末中的每一个密集塞入(pack)，结果，可以得到具有密实结构的烧结体。然而，即使在该情况下，烧结体中的粉末颗粒的形式可以仍然是球形或其它不规则形式，并且可以恰好是粉末颗粒被密集压缩而成的结构，因此，粉末颗粒通常可以处于没有表现出磁性特性的状态，因为每个粉末中的畴的磁化方向彼此一致。在这种情况下，磁性粉末颗粒中的晶粒可以具有约30nm至约100nm的尺寸。

步骤(c)可以是在预定温度和预定压力的条件下对步骤(b)中形成的烧结体进行热压和变形的步骤。

由于步骤(c)是可以在比压制烧结中的温度和压力高的温度和压力下执行的步骤，并且可以是对密集成形的磁体进行压缩的步骤，因此步骤(c)是以下步骤：在烧结体中密集存在的状态下的颗粒中的易磁化轴在与压力方向相同的方向上旋转，并且颗粒中的大部分在与压力方向相同的方向上生长，结果，宽度增加，并且步骤(c)可以在所有方向都是敞开或关闭的装置中执行。该步骤可以在所有方向上都敞开并且与施加压力的方向垂直的装置中执行，使得烧结体的厚度可减小并且其宽度可增大。

在压制烧结处理中，形成密集塞入有磁性粉末的烧结体，并且由于热压和变形处理中的高压而导致烧结体被强力地压缩，结果，其中存在的尺寸为约30nm至100nm的磁性粉末颗粒和晶粒变形成板状，并且由于结晶特性，导致变形成该形状的晶粒具有在一个方向上对齐的磁化方向，并因此具有各向异性，结果，可以表现出磁性特性。

可以在500℃至1,000℃的温度和50mpa至1,000mpa的压力的条件下执行热压和变形步骤。可以执行热压和变形，使得变形比率被调节成约50％至约80％，并且可以在上述温度和压力范围内实现该变形比率。也就是说，当温度低于500℃或者压力小于50mpa并因此变形比率小于30％时，颗粒和晶粒可以不变形成板状达到磁化方向可以由于结晶特性而对齐的程度，并且当温度高于1,000℃时，出现快速颗粒生长。

如上所述，所述方法可以不包括形成施加外部磁场的磁场的步骤。当如本发明中一样通过由于热变形而导致的连续压缩使晶粒变形成板状时，即使没有通过施加外部磁场来向磁体赋予磁场，磁化方向也在结晶板状晶粒中的一个方向上对齐，由此具有优异的剩余磁通密度。因此，导致可以减少处理成本和装置成本的效果，因为不需要赋予磁场的装置或者诸如形成磁场这样的步骤。

另外，在本发明的制造方法中，可以在制造步骤(a)中的r-tm-b合金时或者在进行步骤(b)中的压制烧结之前，添加熔点超过0℃且低于850℃的非磁性合金。

非磁性合金可以被包括在晶粒的界面处，并且添加的时间没有特别限制，而是可以只要在执行热压和变形之前添加非磁性合金就足够了，并且只要在执行压制烧结之前添加非磁性合金，添加的时间就可以是优选的。

只要非磁性合金相对于作为主要相的基于r-tm-b的磁性粉末具有低固态溶解度，就可以在不受限制的情况下施用非磁性合金，并且毫无困难地使非磁性合金均匀分布于晶粒的界面处。

非磁性合金是低熔点合金，可以具有超过0℃且低于850℃的熔点，并且可以具有优选的400℃至700℃的熔点。

当非磁性合金的熔点存在于所述温度范围内时，在大多数情况下，非磁性合金的熔点可以在步骤(b)中的压制烧结处理期间或者步骤(c)中的热压和变形处理期间低于所述温度范围，因此，非磁性合金可以容易地扩散，结果，涂覆在磁性粉末颗粒表面上的非磁性合金可以通过上述扩散而均匀分布在晶粒界面内部。

可用以下的化学式2来表示非磁性合金：

[化学式2]

tam1-a

(这里，t是选自由nd、dy、pr、tb、ho、sm、sc、y、la、ce、pm、eu、gd、er、tm、yb和lu组成的组中的任一种元素，m是选自由cu、al、sb、bi、ga、zn、ni、mg、ba、b、co、fe、in、pt、ta及其组合组成的组中的任一种金属元素，并且a是实数，其中，0<a<1)。

非磁性合金的适用性不受限制，但是在考虑到使用频率或其它情形等的情况下，可优选地应用例如基于nd的合金或基于pt的合金等，这些合金中的每一种的共熔点通常处于400℃和700℃之间。

具体地，所述非磁性合金可以包括选自由nd0.84cu0.16、nd0.7cu0.3、nd0.85al0.15、nd0.08al0.92、nd0.03sb0.97、nd0.8ga0.2、nd0.769zn0.231、nd0.07mg0.93、pr0.84cu0.16、pr0.7cu0.3、pr0.85al0.15、pr0.08al0.92、pr0.03sb0.97、pr0.8ga0.2、pr0.769zn0.231、pr0.07mg0.93、bi、ga、ni、co及其组合组成的组中的任一种，并且可以应用例如熔点为520℃的nd0.7cu0.3、熔点为635℃的nd0.85al0.15、熔点为640℃的nd0.08al0.92、熔点为626℃的nd0.03sb0.97、熔点为651℃的nd0.8ga0.2、熔点为632℃的nd0.769zn0.231和熔点为545℃的nd0.07mg0.93，并且优选地，可以应用熔点低于作为富nd相的熔点的655℃的合金。

如上所述，当通过添加非磁性合金来制造热压变形的磁体时，nd-tm-b晶体穿过因压制烧结处理以及热压和变形处理中的高温和高压而变成液相的富nd相扩散，结果，晶体通过nd-tm-b晶体的a轴生长，并且当在富nd相中添加以共熔点存在的nd和上述非磁性合金时，可以在比现有的压制烧结和热压的温度低约100℃至约200℃的相对低的温度下执行压制烧结和热压变形处理，如上所述。

也就是说，当在富nd相中添加以共熔点存在的nd和上述非磁性合金时，熔点可以进一步比作为现有单个富nd相的熔点的655℃低，并且随着熔点降低，作为主要相的nd-tm-b晶体相分解并扩散，并且可以在更低的温度下执行生长处理，因此，低熔点金属化合物消除了作为主要相的nd-tm-b晶体的表面缺陷，同时，不太可能在这样的低温下发生晶粒的粗化，使得最终可以促进矫顽力的进一步提高。

当在步骤(b)中的压制烧结之前添加非磁性合金时，可以通过诸如干法或湿法这样的任何方法来将非磁性合金的粉末和磁性粉末混合，并且可以不受特别限制地选择混合方法，只要非磁性合金可以均匀地施用到磁性粉末的表面上。

另外，在湿法的情况下，能够应用在溶剂中添加两种粉末的方法，最终使粉末散布，然后对溶剂进行干燥。此时，溶剂不包含水分或碳，能够选择能够使磁性粉末的氧化和磁性特性的劣化最小化的溶剂，并且可以不受特别限制地施用溶剂，只要溶剂满足如上所述的条件即可。

如在现有方法中一样，当为了导致非磁性合金的扩散而将非磁性合金表面涂覆在制造的磁体上时，非磁性合金从磁体的表面扩散，使得非磁性合金无法充分地分布于晶粒界面内部(即，磁体的中心部分)，结果，不能得到显著的磁屏蔽效果。

此外，由于在本发明中可以通过将非磁性合金与磁性粉末混合来使非磁性合金分布于每个磁性粉末的表面上，因此分布于每个磁性粉末表面上的非磁性合金主要在压制烧结时渗透并扩散到磁性粉末内部，因此可以分布于晶粒的界面处。也就是说，由于非磁性合金开始从磁性粉末的表面扩散，因此可以在磁体的内部和外部均匀地实现完美的磁屏蔽，并因此可以促进矫顽力的提高。

基于所述磁性粉末重量，可以按0.01重量％至10重量％的量包括非磁性合金。当按小于0.01重量％的量包括非磁性合金并且因此该量太小时，对于非磁性合金，该量可能小得无法充分地分布在磁性粉末中包括的晶粒的界面处，因此，不能正常地实现晶粒的磁屏蔽，并且当按大于10重量％的量包括非磁性合金时，只有非磁性合金由于过量添加而聚集，结果，在磁体中出现不必要的非磁性相，使得担心磁性特性受到不利影响。

当在用于制造本发明的热压变形的磁体的方法中的步骤(b)中添加非磁性合金时，能够进一步包括使烧结体经受步骤(b)和步骤(c)之间的附加的热处理的步骤。该步骤中的热处理可以在400℃至800℃的温度下执行，并且可以执行24小时或更短。可以根据待添加的非磁性合金的熔点来调节该热处理的温度和处理时间，并且当温度高于800℃时，由于存在分布于晶粒界面处的非磁性合金，导致出现晶粒的生长，结果，担心晶粒变粗，使得优选的是在该温度范围内执行热处理。

所述附加的热处理可以是使得非磁性合金能够均匀地分布于磁体内部和外部的晶粒界面并且通过均匀地分布非磁性合金来产生更完美的磁屏蔽效果的步骤，并且可以通过如上所述的热处理来进一步提高最终制造的磁体的矫顽力。

如上所述，非磁性合金可以在压制烧结时主要地渗透并扩散到非磁性合金的晶粒界面中，并且分布于磁性粉末的表面上的非磁性合金可以在热压和变形期间辅助地渗透并扩散到非磁性合金内部的晶粒界面中，结果，非磁性合金可以更均匀地分布在晶粒的界面处。

此外，为了提高磁体的矫顽力，可能存在通过以下步骤来产生磁屏蔽效果的方法：将磁体内部存在的颗粒的尺寸减小为单个磁畴的尺寸，然后防止晶粒在制造处理期间因晶粒的生长而变粗，或者使非磁性相不仅分布在粉末颗粒的界面处，而且分布在粉末颗粒内部包括的晶粒的界面处，以隔离粉末颗粒或晶粒。

在本发明中，由于烧结体内部的非磁性合金不仅分布在粉末颗粒的界面处，而且通过预先将非磁性合金与磁性粉末混合而分布在非磁性合金内部的晶粒界面处，并且导致非磁性合金多次渗透并扩散到粉末颗粒内部，因此通过非磁性合金来实现颗粒或晶粒的隔离，并因此可以显著提高矫顽力。

另外，作为对磁体性能以及矫顽力的评价的衡量，可以影响能够被定义为每个晶粒或畴的磁化方向的对齐程度的剩余磁通密度和每个畴，并且可以通过如上所述的热压和变形利用结晶特性来使每个畴的磁化方向在一个方向上对齐，使得可以得到优异的剩余磁通密度。

另外，还可以通过降低富nd相的熔点以降低压制烧结处理和热压加压处理的温度来使晶粒变粗或者使非磁性合金容易扩散，从而提高矫顽力，并且当通过将非磁性合金与磁性粉末混合来制造磁体时，非磁性合金设置在磁性粉末的表面上而非磁体的表面上，以使得非磁性合金能够容易地扩散到粉末颗粒内部的晶粒中，结果，晶粒可以被完全包围以实现完美的磁屏蔽，因此提高矫顽力。

基于r-tm-b(r意指选自由nd、dy、pr、tb、ho、sm、sc、y、la、ce、pm、eu、gd、er、tm、yb、lu及其组合组成的组中的任一种稀土金属，并且tm意指过渡金属)的热压变形的磁体包括：各向异性的板状晶粒；以及分布在晶粒的界面处的非磁性合金。

可以用以下的化学式1来表示基于r-tm-b的热压变形的磁体：

[化学式1]

(r'1-xr"x)2tm14b

这里，r'和r"是选自由nd、dy、pr、tb、ho、sm、sc、y、la、ce、pm、eu、gd、er、tm、yb、lu及其组合组成的组中的任一种稀土金属，并且x是实数，其中，0≤x≤1.0。

颗粒内存在的各向异性的板状晶粒可以具有100nm至1,000nm的主轴。

由于关于非磁性合金的描述、关于各向异性的板状晶粒的描述和关于包含它们的板状颗粒的描述与用于制造热压变形的磁体的上述方法中阐明的描述重复，因此将省略对其的详细描述。

有益效果

本发明的用于制造热压变形的磁体的方法可以通过在执行压制烧结之前添加非磁性合金并且引入热压和变形步骤来使非磁性合金分布在磁性粉末颗粒内部的晶粒的界面中，结果通过非磁性合金来实现颗粒或晶粒的隔离，使得可以通过更经济的处理来制造具有提高的矫顽力和剩余磁性密度的热压变形的磁体。

附图说明

图1例示了在(a)比较例1、(b)实例2和(c)实例3中制造的永磁体的晶粒界面的tem观察照片。

图2例示了在(a)实例2和(b)实例3中制造的永磁体的eds映射分析照片。

图3例示了(a)在热处理之前和(b)在热处理之后的sem观察照片。

具体实施方式

下文中，将详细地描述本发明的示例性实施方式，使得本发明所属领域的技术人员能够容易地执行本发明。然而，本发明可以按照各种不同的方式来实现，并且不限于本文中描述的示例性实施方式。

实例

实例1：磁性粉末的制备

通过熔化作为原材料的基于ndfeb的粉末(nd30b0.9co4.1ga0.5febal.)并且将熔体注入到高速旋转的冷却辊中(熔体纺丝处理)来制备带形式的合金。通过以下步骤来制备磁性粉末：研磨通过轧制处理而制造的带形式的锭，以将锭粉碎成约200μm的尺寸。

实例2：包括非磁性合金的热压变形的磁体的制造

基于磁性粉末重量按0.5重量％(实例2-1)、1.0重量％(实例2-2)和1.5重量％(实例2-3)中的每一个的量来添加作为非磁性合金的nd0.84cu0.16，并且通过干法将粉末与每个磁性粉末(实例1中制备的磁性粉末)混合。

此后，将混合的粉末注入到挤压模具中以便成形(压制烧结)，并且在约150mpa的压力下和约700℃的温度下对混合的粉末进行加压，结果，通过使用热压来执行压制烧结，使得相对密度变成99％。

随后，使用所有方向都敞开的压制装置来对在约750℃下从模具挤出和成形的烧结体施加压力，结果，以约70％的变形比率执行热压和变形，使得磁体粉末中的晶粒变成板状。由于加压，每个粉末颗粒中包括的晶粒的磁化方向在一个方向上对齐，因此制造出分别按照0.5重量％、1.0重量％和1.5重量％的量包括非磁性合金的各向异性热压变形的磁体(分别地，实例2-1至实例2-3)。

实例3：包含非磁性合金的热压变形的磁体的制造

按照与图2中相同的方式来制造各向异性的热压变形的磁体，不同之处在于，使用pr0.84cu0.16来替代nd0.84cu0.16(重量％)作为非磁性合金。

实例4：经受附加的热处理的热压变形的磁体的制造

按照与实例2中相同的方式来制造热压变形的磁体(分别地，实例4-1至实例4-3)，不同之处在于，实例2(实例2-1、实例2-2和实例2-3)中经受压制烧结的烧结体在约575℃的温度下经受附加的热处理达约2小时。

比较例1：没有添加非磁性合金的热压变形的磁体的制造

按照与实例2中相同的方式来制造热压变形的磁体，不同之处在于，在实例1中制备的磁性粉末中没有添加非磁性合金。

评价实例

1)使用电子显微镜来观察内部结构

对于实例2和实例3中的热压变形的磁体和比较例1中的磁体，在图1中例示了使用透射电子显微镜(tem)来拍摄其内部结构的照片。通过这些照片，可以确认，无法观察到比较例1中的磁体中的晶粒周围的形状，但是在实例2和实例3中的磁体中的晶粒界面处存在富nd相。

2)组分分析

对于实例2和实例3中的热压变形的磁体，执行eds映射分析，并且在图2中例示了其结果。通过图2，可以确认，在实例2和实例3中的热压变形的磁体内部包含作为低熔点金属化合物的基于nd的化合物或基于pr的化合物。

3)评价磁性特性

对于实例2至实例4中的热压变形的磁体以及比较例1和比较例2中的烧结磁体，使用振动样品磁强计(vsm，lakeshore#7410usa)来评价作为磁体的性能量度的矫顽力和剩余磁通密度，并且在下表1中示出了其结果值。

表1

[表1]

参照表1，可以确认，当如实例4中一样执行附加的热处理时，非磁性合金更均匀地分布在晶粒的界面处，因此，与实例2和实例3中的磁体中的矫顽力相比，矫顽力提高了约10％至约15％。

另外，通过图3，可以确认，与热处理之前相比，热处理之后添加剂更大量地扩散到粉末内部的晶粒界面中。

通过这样，可以确认，由于比较例1中的其中晶粒的界面没有被非磁性合金包围的磁体无法完美地实现磁屏蔽，因此富nd相被排出到晶粒之外，结果，表现出低水平的矫顽力，而可以确认，在通过添加非磁性合金以包围晶粒的界面来完美地实现磁屏蔽的实例2至实例4中，矫顽力提高。

虽然上文已经详细地描述了本发明的优选示例，但是本发明的权利范围不限于此，并且应该清楚地理解，本领域中的技术人员使用本发明的在所附的权利要求中定义的基本构思进行许多改变和修改也将落入本发明的权利范围内。