永磁体以及使用所述永磁体的发动机和发电机的制作方法
【专利说明】永磁体以及使用所述永磁体的发动机和发电机 发明领域
[0001] 本文所述的实施方式一般地涉及一种永磁体，以及使用所述永磁体的发动机和发 电机。
【背景技术】
[0002] 已知稀土磁体，例如Sm-Co磁体和Nd-Fe-B磁体，作为高性能的永磁体。当永磁体 用于混合电动车01EV)或电动车（EV)中的发动机中时，需要所述永磁体具有耐热性。在用 于HEV或EV的发动机中，在使用的永磁体中，通过用镝（Dy)代替Nd-Fe-B磁体中的一部分 钕（Nd)来增加其耐热性。Dy是一种稀有元素，因此需要不使用Dy的永磁体。
[0003]Sm-Co磁体具有高居里温度，因而已知作为不采用Dy的磁体展现出优异的耐热 性，并且预期在高温下实现令人满意的操作特性。Sm-Co磁体相比于Nd-Fe-B磁体是低磁化 的，无法实现足够的最大磁化能量产品的值为了增加Sm-Co磁体的磁化，有效 的是用铁（Fe)替换一部分的钴（Co)，并增加Fe浓度。但是，在具有高的Fe浓度的组成区 域中，Sm-(Co，Fe)基磁体的矫顽磁力倾向于下降。因此，需要一种技术以实现具有高的Fe 浓度的组成的Sm-(Co，Fe)基磁体中发挥大的矫顽磁力，以及良好的再现性。
[0004] 附图简要说明
[0005]图1
[0006] 图1是显示一个实施例的永磁体的金属结构的放大TEM图。
[0007]图2
[0008] 图2是显示一个比较例的永磁体的金属结构的放大TEM图。
[0009]图 3
[0010] 图3所示是一个实施方式的永磁体发动机。
[0011] 图 4
[0012] 图4所示是一个实施方式的可变磁通量发动机。
[0013]图5
[0014] 图5所示是实施方式的发电机。
[0015]图6
[0016] 图6显示Sm-(Co,Fe)永磁体的薄层相的平均厚度与矫顽磁力之间的关系。
[0017]图7
[0018] 图7显示Sm-(Co,Fe)永磁体的薄层相的平均厚度与残留磁化之间的关系。
[0019]图 8
[0020] 图8显示Sm-(Co,Fe)永磁体的薄层相的平均厚度与最大磁能产品之间的关系。
[0021] 发明详述
[0022] 根据一个实施方式，提供了一种永磁体，所述永磁体包含由如下组成化学式表示 的组合物以及金属结构：
[0023]RpFeqMrCusCo100_p_q_r_ s.? ?(1)
[0024] 其中，R是至少一种选自稀土元素的元素，M是至少一种选自下组的元素：Zr、Ti和 Hf，p是大于或等于8. 0原子％且小于或等于13. 5原子％，q是大于或等于25原子％且小 于或等于40原子％，r是大于或等于0. 88原子％且小于或等于7. 2原子％，以及s是大于 或等于3. 5原子％且小于或等于13. 5原子％ ;以及
[0025] 所述金属结构包括胞相（cellphase)、胞壁相（cellwallphase)和薄层相 (plateletphase)。在所述实施方式的永磁体中，胞相具有Th2Zn17晶相，胞壁相以绕着 胞相的形式存在，以及薄层相沿着Th2Zn17晶相的c平面存在。薄层相的平均厚度范围为 2. 5_20nm〇
[0026] 下面将更详细地描述所述实施方式的永磁体。在组成化学式（1)中，使用选自稀 土元素的至少一种元素作为元素R，所述稀土元素包括钪（Sc)和钇（Y)。元素R使得永磁 体具有大的磁各向异性，并具有高的矫顽磁力。优选使用选自钐（Sm)、铈（Ce)、钕（Nd)和 镨（Pr)的至少一种元素作为元素R，特别优选使用Sm。当大于或等于50原子％的元素R 是Sm时，可以提高永磁体的性能，特别是矫顽磁力，具有良好的再现性。此外，优选大于或 等于70原子％的元素R是Sm。
[0027] 元素R的含量p的范围为8. 0-13. 5原子％。当元素R的含量p小于8原子％时， 大量的a-Fe相沉淀，无法获得足够的矫顽磁力。当元素R的含量超过13. 5原子％时，饱 和磁化显著下降。元素R的含量P优选在10. 2-13. 0原子％的范围内，更优选在10. 5-12. 5 原子％的范围内。
[0028] 铁（Fe)是主要负责永磁体磁化的元素。当含有大量Fe时，可以增加永磁体的饱 和磁化。但是，当含有Fe过多时，矫顽磁力可能下降，因为a-Fe相的沉淀，并且因为其变 得难以获得所需的两相分离结构，这会在下文描述。Fe的含量q的范围为25-40原子％。 Fe的含量q优选在28-38原子％的范围内，更优选在30-36原子％的范围内。
[0029] 使用选自钛（Ti)、锆（Zr)和铪（Hf)的至少一种元素作为元素M。掺混元素M使得 磁体在高的Fe浓度的组成范围内，发挥大的矫顽磁力。元素M的含量r的范围为0. 88-7. 2 原子％。当元素M的含量r大于或等于0. 88原子％时，具有高的Fe浓度的组成的永磁体 能够发挥大的矫顽磁力。当元素M的含量r大于7. 2原子％时，磁化显著下降。元素M的 含量r优选在1.3-4. 3原子％的范围内，更优选在1.5-2. 6原子％的范围内。
[0030] 元素M可以是Ti、Zr和Hf中的任一种，但是优选至少含有Zr。当大于或等于50 原子％的元素M是Zr时，可以进一步改进增加永磁体的矫顽磁力的效果。元素M中Hf?是 特别昂贵的，因此当使用?时，Hf的用量优选是小的。优选地，Hf的含量小于元素M的20 原子％。
[0031] 铜（Cu)是使得永磁体发挥高的矫顽磁力的元素。Cu的掺混量的范围为3. 5-13. 5 原子％。当Cu的掺混量s小于3. 5原子％时，难以得到高的矫顽磁力。当Cu的掺混量s 超过13. 5原子％时，磁化显著下降。Cu的掺混量优选在3. 9-9原子％的范围内，更优选在 4. 2-7. 2原子％的范围内。
[0032] 钴（Co)是负责永磁体磁化的元素，并且对于实现发挥高的矫顽磁力是所需的。当 含有大量Co时，居里温度变高，提高了永磁体的热稳定性。当Co含量过小时，无法获得足 够的这些作用。但是，当Co的含量过大时，Fe的含量比相对下降，使得磁化下降。因此，在 考虑元素R、元素M和Cu含量的情况下确定Co含量，以使得Fe的含量满足上述范围。
[0033] -部分的Co可以被选自镍（Ni)、钒（V)、铬（Cr)、锰（Mn)、铝（Al)、镓（Ga)、铌 (Nb)、钽（Ta)和钨（W)的至少一种元素A取代。取代元素A有利于改进磁特性，例如矫顽 磁力。但是，Co被元素A过度取代可能导致磁化下降，从而被元素A的取代量优选为小于 或等于20原子％的Co。
[0034] 所述实施方式的永磁体（Sm-(Co,Fe)基磁体）具有通过对前体进行老化处理形成 的金属结构，所述前体是通过溶体处理（solutiontreatment)形成的!13(：117晶相（1-7相/ 高温相）。通过老化处理形成的金属结构具有相分离结构，所述相分离结构具有由Th2Zn17 晶相（2-17)相构成的胞相、主要由CaCu5晶相（1-5相）构成的胞壁相以及薄层相。优选 地，所述实施方式的Sm-(Co,Fe)基磁体是烧结磁体。
[0035] 在Sm-(Co,Fe)基磁体的相分离结构中，胞壁相以绕着胞相的形式存在，以及薄层 相沿2-7相的c平面存在。胞壁相的Cu浓度优选大于或等于胞相的Cu浓度的1. 2倍。胞 壁相的一个代表性例子是1-5相，但这不是限制性的。薄层相是具有Th2Ni17晶相的组成区 域，其中元素M的浓度大于或等于胞相的元素M的浓度的1. 2倍。例如，薄层相具有大于或 等于2原子％的元素M浓度。
[0036] 在所述实施方式的永磁体中，薄层相的平均厚度范围为