磁体的制作方法

本发明涉及一种稀土磁体，且涉及一种制造稀土磁体的方法。更具体地说，本发明涉及一种具有被改进的矫顽力的稀土磁体，且涉及一种制造该稀土磁体的方法。

背景技术：

稀土磁体可包括晶格结构，其包含稀土合金晶粒。已经表明这样的磁体的磁性性能(特别是矫顽力)可通过置换镝或铽进入晶格结构而被改进。镝或铽可被置换入晶格块(例如通过二元添加)或通过热处理步骤沿晶格的晶粒边界置换，比如晶粒边界扩散。镝或铽沿晶粒边界的扩散是优选的，因为较少的镝或铽被需要以实现磁体性能(比如矫顽力)的相同改进。

为了晶粒边界扩散，镝或铽必须被沉积在稀土磁体上用于使有效置换发生。镝和铽的高价格和低自然丰度意味着当前研究工作集中在使用较小量的镝或铽来提供改进的磁体。这些沉积技术的问题在于相当大量的时间可能被需要用于沉积镝或铽，且昂贵的镝或铽的损耗可能仍然发生。还考虑被使用在当前沉积技术中的一些含镝材料(例如，dyf3)可不利于基体的磁性性能。快速和/或材料有效地沉积镝或铽到稀土磁性结构，且对于基体的磁性性能没有有害影响的方法是期望的。

技术实现要素：

在第一方面中，本发明提供了一种磁体，包括磁性体部和镝层，其中该磁性体部包含稀土磁体合金晶粒，且该镝层通过冷喷涂过程被沉积到磁性体部的表面上。

该稀土合金晶粒可包括磁性合金，其包含钐，镨，铈或钕。特别有利的是烧结的合金包含钕或钐合金，特别是nd2fe14b,smco5和sm(co,fe,cu,zr)7。

冷喷涂沉积镝层到磁性体部上的使用相比于传统技术具有数个优势。例如在该过程中镝金属可被直接地使用而不是富含镝的粉末，比如dyf3或dy2o3。如上所述，氟化浆料可能不利于磁性基体的磁性性能。在富含dy2o3的粉末被使用的情况下，氧化镝可在热处理或磁体的进一步烧结之后保持，导致镝进入晶格结构的低效率置换。这些不期望的副作用可通过直接地冷喷涂镝金属而不是氧化镝到磁性体部上而克服。

传统沉积技术(比如镝蒸汽吸附，浸涂)需要大量时间和受控条件以产生具有充分水平的镝置换的稀土磁体。与此相反，在冷喷涂过程的情况下，较少受控环境是可能的，且该沉积过程是相对迅速地，其中镝沉积需要约几秒钟。附加地，由于标准条件可被使用于冷喷涂中，较少的镝金属在过程期间被氧化，从而提供了更好质量的镝用于在磁性体部内的扩散。

被沉积在磁性体部上的镝的量还可使用冷喷涂仔细地控制，且特别地定向。传统沉积可导致不可预期量的沉积且还导致沉积在错误区域内的昂贵的镝金属的较高损耗。

磁性体部可被烧结。被烧结的磁性体部允许用于更好的晶粒边界扩散发生。一定程度的烧结在晶粒边界扩散热处理期间发生。然而，如果磁性体部在镝层的冷喷涂沉积之前预烧结，这是更有利的。预烧结磁性体部意味着单独的热处理步骤被需要用于扩散镝进入本体。这个单独的热处理步骤可被仔细调整以使晶粒边界扩散在镝完全扩散入合金晶粒之中是主要的。

在热处理期间，一定量镝可被扩散在晶粒内。较小量的扩散镝相比较于增加晶粒中的镝的初始量可提高磁性体部的矫顽力。而且，扩散的量可通过变化热处理的条件(也就是温度增加量，保持时间和温度，冷却速率和气氛)被控制和调节。晶粒可包含0.5％至15％质量之间的扩散的镝的量的重量，且镝可沿晶粒的边界扩散以形成壳层。

该晶粒可包括钕合金。钕合金具有有利的磁性强度且被广泛使用在需要强有力的永磁体的应用中。这样的应用的实例包括电动机和发电机。对于这些应用，操作温度可超过150℃。然而，传统的钕磁体的矫顽力可在升高温度下遭受损害。实践证明置换晶格中一定量(通常为高达12％)的钕为镝可显著地增加矫顽力，且提高磁体在升高温度处的性能。该钕合金可为nd2fe14b，其展示了特别改善的磁体。相信这个改进是由于dy2fe14b和(dy,nd)2fe14b，其具有比nd2fe14b更高的各向异性场。

nd2fe14b合金磁体可包括nd2fe14b晶粒，其具有壳层，该壳层包括dy2fe14b或(dy,nd)2fe14b，该壳层具有约0.5μm的厚度。在沉积镝层的冷喷涂到磁性体部上之后，沉积的镝在热处理期间扩散穿过磁性体部。在热处理期间，沉积的镝品沿晶格的晶粒边界替换钕原子，而不是渗透穿过晶格块体。通过冷喷涂和热处理产生的晶粒的壳层可相比较于由其他方法产生的磁体薄得多。该壳层可具有0.5μm的厚度。由此，更高浓度的镝出现在晶粒边界处，意味着较少的镝被需要以实现与传统镝置换稀土磁体展现的相同的矫顽力增加。

镝层的沉积厚度可为1至5μm之间。这个厚度导致在热处理期间有效的晶粒边界扩散，且还减少昂贵的镝的损耗。镝的连续层应该具有1至5μm的平均厚度，因为具有均匀厚度的层部不是必须的。

在第二方面，本发明提供了一种制造磁体的方法，该方法包括：提供包含稀土合金晶粒的磁性体部；冷喷涂沉积镝层到该磁性体部的表面上以形成磁体；以及热处理该磁体。

热处理该磁体可包括晶粒边界扩散过程。更具体地说，热处理该磁体可包括：加热该磁体至第一升高温度；冷却该磁体至第二升高温度；以及骤冷(quench)磁体到室内温度。这个过程可被执行以致第一升高温度可为至少900℃。独立于第一温度，该第二升高温度可为至少500℃。除了该温度之外，磁体可被保持在第一升高温度至少6小时。独立于磁体保持在第一温度的时间，磁体可保持在第二升高温度至少0.5小时。在晶粒没有经受烧结或进一步烧结的情况下这些温度和时间是特别有利的，因为它们提供了良好的扩散条件。

在第三方面中，本发明提供了一种磁体，包括磁性体部和铽层，其中该磁性体部包含稀土磁体合金晶粒，且铽层通过冷喷涂过程被沉积到磁性体部的表面上。

在第四方面，本发明提供了一种制造磁体的方法，该方法包括：提供包含稀土合金晶粒的磁性体部；冷喷涂沉积铽层到该磁性体部的表面上以形成磁体；以及热处理该磁体。

附图说明

为了本发明可被更容易地理解,本发明的实施例现在将要参考附图通过实例而被描述，其中：

图1示出了本发明的磁体的横截面示意性图示；以及

图2是示出了本发明的磁体的制造过程的流程图。

具体实施方式

图1中的磁体1包括磁性体部2和被沉积在磁性体部2的表面上的镝金属层3。

该磁性体部2包括稀土合金的烧结晶粒4。晶粒4被示出为具有边界的离散颗粒。特别地，晶粒4内的主要物质包括nd2fe14b合金。邻近被沉积的表面的晶粒4每个具有围绕它们的边界的壳层(shelllayer)5。该壳层5包括扩散的镝，其已经被置换入稀土合金的晶格结构。尽管镝可扩散入晶粒4内的晶体结构块体(bulkofcrystalstructure)中，热处理条件的仔细控制允许扩散更容易地发生在晶粒边界处。特别地，壳层5包括dy2fe14b或(dy,nd)2fe14b合金，其中镝已经被置换入钕合金。围绕每个晶粒4形成的含镝合金的壳层5具有约0.5μm的厚度。

镝金属层3使用冷喷涂技术被直接地施加到磁性体部2上。层3被示出为均匀且完全地覆盖磁性体部2的顶表面。然而，磁体体部2的任何表面可具有镝层被沉积在其上，且层3可以均匀或不均匀的方式施加。该层的厚度示意性地被示出在图中。最小厚度被期望以促进晶粒4内或周围的镝扩散。然而，观察到超过5μm的层厚度之后改进的矫顽力和磁体性能的收益递减。

现在将参考图2描述制造磁体1的方法。包含nd2fe14b合金晶粒4的磁性体部2被提供。磁性体部2的表面被选择由镝涂覆。镝金属颗粒6被定向，排出且被沉积到被选择的表面上。用于其他金属粉末(比如铜或铁)的冷喷涂的条件可被用于镝金属颗粒的冷喷涂。沉积的镝金属在磁性体部2的目标表面上迅速地形成层3。

在镝的沉积之后，磁体1被热处理。在热处理期间，壳层围绕磁性体部2的晶粒形成。该热处理包括晶粒边界扩散过程，以致该热处理使得涂层3中的镝沿磁性体部2内的晶粒4的边界扩散以形成包含含镝合金5的壳层5。该热处理遵循以恒定速度加热带涂层磁体1到升高的第一温度，且保持磁体1在该升高的温度处至少6小时的时间段的通常方法。该第一升高温度应该接近于1000℃，理想地900℃。这个温度足够热以启动和发展镝的扩散，同时避免磁性晶粒4的烧结或熔化。

该磁体1然后以受控速率冷却到第二升高温度(其低于第一升高温度)。磁体1被保持在第二升高温度较少时间(约30分钟)，然后使用受控冷却速率淬火(quenched)到室内温度。淬火磁体1展示出改进的磁性性能，例如增大的矫顽力。

晶粒4包括nd2fe14b合金。该晶粒还可包括其他磁性稀土合金，比如那些包含钐，镨或铈，特别是smco5或sm(co,fe,cu,zr)7。镝层3沿合金晶粒4的边界的扩散至少对于这些稀土合金是容易发生的。

在壳层5中晶粒4可完全地被涂覆，如图中所示。替代地，凝聚的晶粒(多个)4可被涂覆有壳层5，以致壳层5仅仅覆盖晶粒4的被暴露的边界。

进一步地研究已显示稀土磁性金属铽也可被用在冷喷涂沉积过程中，以产生具有改进的矫顽力的稀土磁体。