纳米复合磁体和制备该纳米复合磁体的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有高矫顽力的纳米复合磁体和制备该纳米复合磁体的方法。
【背景技术】
[0002] 永久磁体的应用已经在包括电子、信息和通信、医疗、机械工具、工业和汽车的广 泛领域展开，并且对于减少二氧化碳排放量的需求在增加。在这种情形下，随着混合动力汽 车、工业领域的节能、发电效率的改善等，对高性能永久磁体的开发的期待一直在增加。
[0003] 作为高性能磁体而在市场上目前流行的Nd-Fe-B磁体（钕磁体）被用作HV/EHV 的驱动马达的磁体。近来，该马达在尺寸方面进一步得到减小，且在输出功率方面进一步得 到提高（在磁体的剩余磁化方面得到提高），与此相对应，愈加要求Nd-Fe-B磁体在性能，尤 其是矫顽力方面得到改善。
[0004] 例如，由于用作混合动力汽车或电动汽车的驱动马达的钕磁体需要在高温下运 行，需要在高温下维持其磁力。为了在高温下实现高输出功率，要求显示磁体耐热性的指标 的矫顽力高。至今为止，为了提高矫顽力，一直使用重稀土元素镝（Dy)。然而，由于Dy的资 源风险和由Dy造成的磁化降低这两点，需要Dy的使用量少的磁体。进而，近来由于在混合 动力车辆需求方面的最近指数性地增加，对于稀土元素，例如必需的元素钕（Nd)，资源风险 的问题已经出现，迫切需要开发稀土元素使用量少的磁体。
[0005] 关于纳米复合磁体的研宄已在进行，以便开发能够获得比Nd-Fe-B磁体更高性 能、并且降低稀土元素使用量的材料。纳米复合磁体由Nd2Fe14B磁性相（主相）和包括Fe 作为主要成分的磁性相组成。在该纳米复合磁体中，通过使具有高饱和磁化的软磁性相 (a-Fe相）与Nd2Fe14B磁性相在整个结构中一起存在，然后通过交换耦合作用同时发挥这 两个相的特性，能够实现高能积。该纳米复合磁体被认为是能够同时实现高矫顽力和高饱 和磁化的有前途的构思。
[0006] 已经提出了各种使用Nd-Fe-B材料的纳米复合磁体。例如，特开2012-234985A公 开了一种制备纳米复合磁体的方法，该纳米复合磁体是包括Nd2Fe14B相、a-Fe相和Nd-Cu 相的三相混合物，其中，Nd2Fe14B相是硬磁性相，a-Fe相是软磁性相。
[0007] 如上所述，纳米复合磁体具有其中纳米尺寸的微细硬磁性相和软磁性相共同存在 的结构。然而，在制备纳米复合磁体的一般方法中，使非磁性相（Nd-Cu)与包括Nd2Fe14B相 的磁性结构相接触，并将这两种相加热到熔点或更高。其结果，非磁性相扩散到磁性相的晶 界中。然而，在使用该方法制备的纳米复合磁体中，非磁性相存在于作为软磁性相的Fe相 与作为硬磁性相的Nd2Fe14B相之间。因此，作为纳米复合磁体起源的软磁性相与硬磁性相 之间的交换耦合由于非磁性相而被减弱，其可降低矫顽力。
【发明内容】
[0008] 本发明提供一种具有高矫顽力的纳米复合磁体和制备该纳米复合磁体的方法。
[0009] 根据本发明的第一方面，提供一种纳米复合磁体。该纳米复合磁体包含晶粒，该晶 粒包括Re-TM-B相的壳和TM或TM-B相的核。Re为稀土元素，且TM为过渡金属。
[0010] 在该第一方面中，该晶粒可存在于富Re相中。
[0011] 在该第一方面中，TM可为Fe、Co、Ni或其组合。
[0012] 在该第一方面中，TM-B晶粒可为Fe-B晶粒。
[0013] 在该第一方面中，Re可为Nd、Y、La、Ce、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy或其组合。
[0014] 在该第一方面中，M可为Ga、Zn、Si、A1、Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Mg、Hg、Ag或Au。
[0015] 在该第一方面中，Re-M合金可为Nd-Cu合金。
[0016] 根据本发明的第二方面，提供一种制备稀土磁体的方法。该制备稀土磁体的方法 包括：使包括平均晶粒尺寸为1μπι或更小的纳米尺寸的TM-B晶粒的相与Re-M合金接触； 将所述Re-M合金加热至其熔点或更高以使其熔融；使熔融的Re-M合金扩散渗入到TM-B晶 粒中。TM为过渡金属。Re为稀土元素，且Μ为当与该稀土元素合金化时降低该稀土元素熔 点的元素。
[0017] 在该第二方面中，ΤΜ可为Fe、Co、Ni或其组合。
[0018] 在该第二方面中，TM-B晶粒可为Fe-B晶粒。
[0019] 在该第二方面中，1^可为恥、￥、1^、〇6、？1'、3111、6(1、113、〇7或其组合。
[0020] 在该第二方面中，Μ可为Ga、Zn、Si、Al、Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Mg、Hg、Ag或Au。
[0021] 在该第二方面中，Re-M合金可为Nd-Cu合金。
[0022] 在该第二方面中，TM-B晶粒的平均晶粒尺寸可为10nm至1μπι。
[0023] 根据所述第一和第二方面，使稀土元素渗入到TM-B相中，由此获得了其中硬磁性 相（Re-TM-B)为壳、软磁性相（TM化合物）为核、且非磁性相（Nd-Cu)将硬磁性相晶粒隔开 (decouple)的结构。其结果，能够获得具有高矫顽力的纳米复合磁体。
【附图说明】
[0024] 本发明的示例性实施方式的特征、优点、技术和工业重要性将在下面参考附图进 行描述，其中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中：
[0025] 图1是表示Re-M的扩散渗入的图像；
[0026] 图2是表示本发明的实施例的XRD图谱的图；
[0027] 图3是表示本发明的实施例的XRD图谱的图；和
[0028] 图4是表示本发明的实施例中获得的磁体的矫顽力的图。
【具体实施方式】
[0029] 根据本发明的实施方式的纳米复合磁体包含晶粒，该晶粒包括Re-TM-B相（硬磁 性相）的壳和TM或TM-B相（软磁性相）的核。此外，通过该晶粒存在于富Re相中，根据本 发明的实施方式的纳米复合磁体由三相组成，该三相包括：Re-TM_B相（硬磁性相）的壳、 TM或TM-B相（软磁性相）的核、以及隔开硬磁性相晶粒的富Re相。
[0030] 根据本发明的实施方式的纳米复合磁体的制备方法包括如下步骤：（1)使包含平 均晶粒尺寸为1μm或更小的纳米尺寸的TM-B晶粒（其中TM为过渡金属）的相与Re-M合金 (其中Re为稀土元素，且Μ为当与该稀土元素合金化时降低该稀土元素的熔点的元素）接 触的步骤；（2)将Re-M合金加热至其熔点或更高以使其熔融的步骤；和⑶使熔融的Re-M 合金扩散渗入到TM-B晶粒中的步骤。
[0031] 步骤（1)中使用的TM-B晶粒作为使用根据本发明的方法获得的纳米复合磁体的 核起作用。
[0032] 在TM-B晶粒中，TM为过渡金属，优选为Fe、Co、Ni或其组合，更优选为含铁的化合 物，且最优选为Fe。
[0033] 该TM-B晶粒具有1μm或更小的纳米晶粒尺寸，且优选具有10nm至300nm的平均 晶粒尺寸。当扩散渗入后的核-壳晶粒的平均晶粒尺寸在该范围内时，单磁畴晶粒的比率 提高。"单磁畴"指在没有磁畴壁的情况下只有一个磁畴存在于其晶粒内的状态。在单磁畴 晶粒聚集的结构中，通过磁化旋转机制各磁畴的磁化被改变。与单磁畴相反，"多磁畴"指在 存在磁畴壁的情况下多个磁畴存在于其晶粒内的状态。在多磁畴晶粒聚集的结构中，通过 磁畴壁的移动，各磁畴的磁化被改变。因此，与多磁畴结构相比，在单磁畴结构中，晶粒中的 磁畴壁不移动。因此，磁化难以改变，也就是说，矫顽力得到改善。当TM-B晶粒的平均晶粒 尺寸大于300nm时，在扩散渗入后，TM-B晶粒不能维持单磁畴结构，这会引起固有的矫顽力 降低的问题。另一方面，当平均晶粒尺寸降低至约5nm时，所获得的磁体的核展现出各向同 性的磁特性。因此，优选将TM-B晶粒的晶粒尺寸限制为10nm至300nm。
[0034] 可使用通常的方法制备TM-B晶粒。也就是说，例如，可使用熔体急冷法、雾化法、 或化学合成法。具体地，将调整为具有目标组成的母合金（通过铸造获得的合金锭）熔融 以获得熔融合金。只要能够将母合金加热