包含MnBi的各向异性复合烧结磁体、其制备方法和含其的产品的制作方法

文档序号:9922774阅读:715来源:国知局
包含MnBi的各向异性复合烧结磁体、其制备方法和含其的产品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种具有改良的磁性能的含MnBi的各向异性复合烧结磁体W及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 钦磁体是一种具有优异磁性能的成型烧结制品,包含钦(Nd)、铁氧化物(Fe)和棚 度)作为主要成分。目前对于运些高性能钦(Nd)基大块磁体的需求越来越大,但稀±元素 资源供应的短缺已经成为为下一代产业提供所需高性能电动机的大障碍。
[0003] 铁氧体磁体价格低廉且磁性能稳定。铁氧体磁体用于不需要强磁力的场合,且通 常为黑色。铁氧体磁体可用于多种产品,例如直流电动机,压缩机,电话机,转速表,扬声器, 速度计,电视机,黃片开关,W及时钟机忍。铁氧体磁体的优势在于轻质和廉价。铁氧体磁 体的问题在于其不具有优异的磁性能,不能替代昂贵的钦(Nd)基大块磁体。因此,开发一 种可替代稀±基磁体的、具有高磁性能的新型磁性材料是目前的新需求。
[0004] MnBi是一种由不含稀±的材料制成的永磁体。MnBi在150°C或更高的溫度下具有 比Nd2Fel4B永磁体更大的矫顽力,因为MnBi的矫顽力在-123°C至277°C的溫度下具有正 溫度系数。因此,MnBi为适合用于在高溫下(lOOr~200°C)驱动的电机的材料。当使用 度H)max值进行比较时,LTP MnBi具有出比常规铁氧体永磁体更好的性能。LTP MnBi具有 与稀±Nd2Fel4B粘结磁体相当或更好的性能。因此,LTP MnBi为可W替代运些磁体的材 料。 阳0化]与稀±永磁体相比,常规MnBi永磁体具有较低的饱和磁化强度值(理论上为 80emu/g W下)的问题。如果MnBi和稀±硬磁性相复合形成复合烧结磁体,则能够改善其 低饱和磁化强度值,其中稀±硬磁性相例如为SmFeN或NdFeB。此外,通过将关于矫顽力具 有正溫度系数的MnBi和具有负溫度系数的硬磁性相进行复合,可W确保溫度稳定性。同 时,稀±硬磁性相,例如SmFeN,不能用做烧结磁体,因为该相在高溫下分解(大约600°C W 上)。

【发明内容】

[0006] 本发明人发现,如果将通过快速凝固工艺巧S巧形成MnBi的微晶相而制备的MnBi 带和稀±硬磁性相一起进行烧结,则通过将MnBi粉末和稀±硬磁性相粉末进行复合可W 获得各向异性烧结磁体。另外,本发明人发现获得的各向异性复合烧结磁体具有优异的磁 性能。
[0007] 因此,本发明的一个目的为提供一种制备包含MnBi的各向异性复合烧结磁体的 方法,该方法包括:通过快速凝固工艺巧S巧制备MnBi带。
[0008] 本发明的另一个目的为提供一种各向异性复合烧结磁体,其通过包括快速凝固工 艺巧SP)的各向异性复合烧结磁体的制备方法而制备。
[0009] 本发明的另一个目的还为提供一种包含制备的各向异性复合烧结磁体的最终产 品D
[0010] 为了实现上述目的和其他优点且根据本发明的目的,如在此呈现和广泛描述地, 本发明提供一种制备包含MnBi的各向异性复合烧结磁体的方法,该方法包括:(a)通过快 速凝固工艺巧S巧制备非磁性相MnBi带;化)对所述非磁性相MnBi基带进行热处理,W将 非磁性相MnBi基带转变为磁性相MnBi基带;(C)研磨所述磁性相MnBi基带W形成MnBi硬 磁性相粉末;(d)将MnBi硬磁性相粉末与稀±硬磁性相粉末进行混合;(e)通过施加外加 磁场使在步骤(d)中获得的混合物磁场成型;和(f)烧结所述成型制品。
[0011] 本申请的其他适用范围通过下面提供的详细说明将会更加清楚。然而,应当理解, 所述详细说明和具体实施例尽管表明了本发明的优选实施方式,但仅W说明的方式给出, 因为根据所述详细说明,在本发明的主旨和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员 来说将会变得很明显。
【附图说明】
[0012] 包含附图W提供对本发明进一步的理解,且附图被并入并构成说明书的一部分, 说明例示性实施方式并且与说明书一起用于W解释本发明的原理。
[0013] 图1说明制备各向异性复合烧结磁体的工艺的示意图。
[0014] 图2说明通过扫描电镜(SEM)进行的MnBi/SmFeN(20重量% )复合烧结磁体中的 MnBi和SmFeN的分布分析。 阳〇1引 图3说明MnBi和MnBi/SmFeN(15, 20和35重量% )烧结磁体的磁性能(25°C )。
[0016] 图4说明MnBi和MnBi/SmFeN(15, 20和35重量% )烧结磁体的磁性能(150°C )。
【具体实施方式】
[0017] (a)通过快速凝固工艺巧S巧制备MnBi带的工艺
[0018] 快速凝固工艺巧S巧为从1984年开始广泛使用的工艺。(RS巧是一种在从高溫 下的液态到常溫或室溫下的固态的过渡阶段期间通过包含过热和潜热的热能的快速抽取 形成凝固微结构的过程。目前,已经发展和使用了各种快速凝固工艺,包括真空感应烙炼 方法,挤压铸造法,冷板泽火(splat quenching)法,烙融纺丝法,平板流铸(planer flow casting)法,激光或电子束凝固法。所述方法全部通过快速抽取热量获得凝固微结构。
[0019] 在凝固发生前,热量的快速抽取导致在IOCTC W上的高溫下的过冷,并且与伴随着 每秒rc W下的溫度变化的常规铸造方法进行比较。冷却速度可W为5~lOK/s W上,10~ 102K/s W上,IO3~10 Vs W上或IO4~10 5K/s W上,且W所述快速凝固工艺形成凝固微结 构。
[0020] 将具有MnBi合金成分的材料加热并烙化,通过喷嘴喷射所述烙体并使其与冷却 轮接触,所述冷却轮相对于喷嘴旋转队陕速冷却并凝固烙液,由此连续制备MnBi带。
[002U 在本发明的方法中,当合成烧结磁体W形成MnBi硬磁性相和稀±硬磁性相的混 合结构时,为了与稀±硬磁性相一起烧结,通过快速凝固工艺巧S巧制备MnBi带W确保 MnBi带具有微晶相是非常重要的,所述稀±硬磁性相在30(TC W下很难烧结。在一个示例 性实施方式中,当通过本发明的快速凝固工艺巧S巧制备的MnBi带的晶粒具有50~IOOnm 的晶粒尺寸时,在磁性相的形成过程中获得了高磁性能。
[0022] 当在快速凝固工艺巧S巧过程中,通过使用冷却轮进行快速冷却过程时,轮转速 可能会影响快速冷却的合金的性能。在使用冷却轮的快速凝固工艺巧SP)中,轮的圆周速 度越快,对于与轮接触的材料而言,获得的冷却效果可能越大。根据示例性实施方式,在本 发明的快速凝固工艺中,轮的圆周速度可W为10~300m/s或30~lOOm/s,优选60~70m/ So
[0023] 作为通过本发明的快速凝固工艺巧S巧制备的非磁性相的MnBi带可能具有由 MnxBii。。X表示的成分,其中X为45~55。优选地,MnBi的成分可W为Mn日。Bi日。、Mn日iBi49、 MiiszBiAS、MussBi*?、Mii54Bi46或 Mn 5sBi化。
[0024] (b)将非磁性相MnBi基带转变为磁性相MnBi基带的步骤
[00巧]下一步骤赋予制备的非磁性相MnBi基带磁性能。根据示例性实施方式,为了赋予 磁性能,可W实施低溫热处理,且通过实施例如在真空和惰性气氛中的280~340°C下的低 溫热处理形成磁性相MnBi基带材。可W将热处理进行3~24小时W引起包含在非磁性相 MnBi基带中的Mn扩散,通过运样,可W制备MnBi基磁体。通过热处理步骤,当磁性相的量 为90% W上,更优选95% W上时,可W形成MnBi低溫相化TP)。当包含约90%或更多量的 MnBi低溫相时,MnBi基磁体可W具有优异的磁性能。
[0026] (C)制备硬磁性相粉末的步骤
[0027] 在下一步骤中,通过研磨MnBi低溫相MnBi合金制备MnBi硬磁性相粉末。
[0028] 在研磨MnBi硬磁性相粉末的工艺中,优选通过使用分散剂的工艺,可W提高研磨 效率,且可W改善可分散性。分散剂可W选自:油酸佑1扣34〇2)、油胺佑1班37脚、聚乙締化咯烧 酬和聚山梨酸醋。然而,本发明并不限制于此,基于粉末的重量,分散剂可W包含1~10重 量%的量的油酸。
[0029] 在研磨MnBi硬磁性相粉末的工艺中,可W使用球磨。在该实施方式中,磁性相粉 末、球、溶剂和分散剂的比例大约为1 : 20 : 6 : 0.12( W质量计),且可W通过将所述球 设定为03~05实施所述球磨。
[0030] 根据本发明的示例性实施方式,可W将使用MnBi硬磁性相粉末的分散剂的研磨 工艺进行3~8小时,完整地经受了 LTP热处理和研磨工艺的MnBi硬磁性相粉末的尺寸可 W具有0. 5~5 Jim的直径。当直径超过5 Jim时,矫顽力可能会劣化。
[00川同时,除了制备MnBi硬磁性相粉末的过程外,还单独地制备稀±硬磁性相粉末。
[0032] 在示例性实施方式中,稀±硬磁性相可W由R-Co或R-Fe-B表示,并且优选为 SmFeN、NdFeB 或 SmCo,其中 R 为选自如下的稀上元素:Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、F*m、Sm、Eu、Gd、 化、Dy、Ho、Er、Tm、孔和 Lu。
[0033] 经受了研磨工艺的稀±硬磁性相粉末的尺寸可W为I~5 y m。当直径超过5 y m, 矫顽力可能会显著劣化。
[0034] (d)将MnBi硬磁性相粉末和稀±硬磁性相粉末混合的步骤
[0035] 在将MnBi硬磁性相和稀±硬磁性相混合的过程中,通过使用润滑剂还可W制备 磁场成型制品。润滑剂可W选自下酸乙醋、辛酸甲醋、月桂酸乙醋或硬脂酸,并且优选为下 酸乙醋、辛酸甲醋、月桂酸甲醋或硬脂酸锋,且可W使用类似物。特别的,在一种更优选的 实施方式中,基于粉末的重量,包含的辛酸甲醋的量为1~10重量%、3~7重量%或5重 量%
[0036] 根据示例性实施方式,优选在I分钟至I小时内快速进行MnBi硬磁性相粉末和稀 ±硬磁性相粉末的混合过程,使得粉末不被研磨。在尽量没有任何研磨的情况下混合硬磁 性相是非常重要的。
[0037] (e)通过施加外加磁场进行磁场成型的步骤
[0038] 在本步骤中,通过经磁场成型工艺将合金粉末的磁场方向调整为平行于粉末的C 轴方向而确保各向异性。与各向同性磁体相比,如上所述的各向异性磁体具有优异的磁性 能,所述各向异性磁体通过磁场成型确保在单轴方向上的各向异性。
[0039] 可W通过使用磁场注射成型机、磁场成型压机等进行磁场成型,且可W通过轴向 模压方法(axial die pressing) (ADP)、横向模压方法(transverse die pressing) (TDP) 等进行,但本发明不限于此。
[0040] 可W在0. 1~5. 0T、0. 5~3. OT或1. 0~2. OT的磁场强度下进行磁场成型步骤。
[0041] 讯成型制品的烧结步骤
[0042] 当制备压实磁体时,可W使用作为用于抑制颗粒生长和氧化的低溫下的选择性热 处理的任何烧结方法,包括热压烧结、热等静压烧结、放电等离子体烧结、炉烧结(化rnace sintering)、微波烧结等,但
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