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)可通过置换诸如镝或铽这样的稀土磁性元素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，本发明提供了一种磁体，包括磁性体部和一个或多个镝金属珠；其中磁性体部包含稀土磁体合金的晶粒，且每个珠被沉积到磁性体部的表面的仅部分上。
在使用期间，磁体可以由于温度升高和/或反向场效应被永久退磁(丧失其一些或全部磁性强度)。这些效应在磁体中并不均匀地发生，退磁的位点往往取决于磁体的应用，即在电动机或发电机中。结果，理想地，磁体的矫顽力被分级，以便于抵抗这些效应。通过沉积镝金属珠到磁性体部的仅特定部分上，矫顽力跨磁性基体的级别可以被更仔细地控制。术语珠意欲限定金属的量，其可以形成为各种形状和尺寸且可以沉积到稀土磁体的表面上的特定位点上。
镝金属珠的沉积可以使用各种沉积技术来实现。通过仅沉积镝珠到磁性体部上，较少的金属被需要，且相同的矫顽力等的改善被实现在磁体的目标位点上或周围。磁体的目标位点可以是磁体的在使用期间经受较高水平的温度波动或反向磁场效应的部分。磁性特性的改善可不需要对整个磁性体部实现，且从而昂贵的镝的浪费被避免。
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。
每个珠可以被沉积到磁性体部的相应极上。磁体可包括至少两个极，且从而镝珠可以被沉积到每个极上，以增强每个极的磁性性能。
磁体的极被布置为使得它们可以通过线条来几何划分，所述线条在极的改变的磁场极性之间穿过。每个极的磁场强度在最远离它的相应交叉极边界的区域中最大。磁性体部的表面由此由极交叉线几何地划分，且每个珠于是可以沉积在远离极交叉线的相应区域中，即每个珠并不覆盖极交叉线。镝珠在这个区域的沉积导致磁体具有改善的矫顽力和磁性特性。此外，小量的镝沉积在该区域提供了有效和低成本的改善磁体的磁性特性的方法，而不需要跨磁性体部的全部表面沉积镝。附加地，珠可以被沉积在磁性体部表面的边缘处。通过沉积珠在远离极交叉线的相应区域中，且沿着磁体的边缘，镝被沉积在具有最高磁场强度的区域中。
磁体可为圆柱形形状。圆柱形磁体形状包括环形或圆环形磁体，以及实心圆柱形盘状磁体。圆柱形形状允许磁体被用在电动机和发电机应用中。更一般地，一些非圆柱形磁体可以被放到一起，以形成磁性组件，其可以是圆柱形形状。
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。应理解一定程度的烧结在晶粒边界扩散热处理期间发生。然而，如果磁性体部在镝珠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完全扩散入合金晶粒之中是主要的。
每个金属珠可以通过冷喷涂沉积。冷喷涂沉积镝珠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方法仔细地控制，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需要高矫顽力的区域内的昂贵的镝金属的较高损耗，且因此镝没那么关键。
由于用于冷喷涂镝的喷嘴，与对于诸如溅射涂覆或化学蒸汽沉积这样的其它镝涂覆方法所需的表面掩模技术相比，定向沉积到磁性体部上执行起来更容易且更快。利用诸如溅射涂覆和cvd这样的技术的定向涂覆，其中磁体的表面被掩模以实现定向涂覆，且因此受控的矫顽力分布并不导致在方法中使用的镝的量的减少。
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磁性强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。
当沉积镝到钕磁性表面上时，扩散的镝与钕反平行地磁性耦合时，其进而降低磁体的总磁场强度。然而，通过控制和限制沉积到表面上的镝的量，对于磁体的剩余磁场的总影响将小于完全均匀的镝涂层。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。在沉积镝珠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受控，且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。
镝珠的沉积厚度可为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。镝珠应该具有1至5μm的平均厚度，因为具有均匀沉积厚度的珠不是必须的。
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；沉积镝金属珠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，本发明提供了一种磁体，包括磁性体部和一个或多个铽金属珠；其中磁性体部包含稀土磁体合金的晶粒，且每个珠被沉积到磁性体部的表面的仅部分上。
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；沉积铽金属珠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顶视图；
图2示出了本发明的磁体的透视图和磁性体部的被覆盖区域的横截面视图；以及
图3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和2中的磁体1包括圆柱形磁性体部2和被沉积在磁性体部2的表面上的镝金属珠(bead)3。磁体1被示出为具有四个极，其显示为由极交叉线4几何地分开。磁体1的每个极具有高磁场强度区域，其定位在极交叉线4之间。
该磁性体部2包括稀土合金的烧结晶粒6。晶粒5被示出为具有边界的离散颗粒。特别地，晶粒5内的主要物质包括nd2fe14b合金。邻近被沉积的珠的晶粒5每个具有围绕它们的边界的壳层(shelllayer)7。该壳层6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5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6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5形成的含镝合金的壳层6具有约0.5μm的厚度。
镝金属每个珠3使用冷喷涂技术被直接地施加到磁性体部2上。珠3被示出为在拓扑学(topology)上是均匀的，且定位在磁体的边缘，等分每个相应的极交叉的区域中。然而，磁体体部2的任何表面部分可具有镝珠被沉积在其上，且珠3可以均匀或不均匀的方式施加。该珠的沉积厚度示意性地被示出在图中。最小厚度被期望以促进晶粒5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5的磁性体部2被提供。磁性体部2的表面的一部分被选择由镝涂覆。镝金属颗粒7被定向，排出且被沉积到被选择的表面的部分上。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。
在镝珠的沉积之后，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覆的珠3中的镝沿磁性体部2内的晶粒5的边界扩散以形成包含含镝合金的壳层6。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在镝珠沉积的区域周围呈现改善的磁特性。例如，在磁体具有高磁场强度的区域增加的矫顽力被观察到。
在所示实施例中，磁体1为四极磁体，然而，具有任何数量的极的磁体被设想为可从镝的沉积获益。
镝珠3被显示为使用冷喷涂沉积，尽管其他靶向沉积技术可以同等地用于实现镝珠沉积。冷喷涂已经被选择作为示例性实例，由于其精确的靶向和快速的沉积时间。
晶粒5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。镝珠3沿合金晶粒6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6中晶粒5可完全地被涂覆，如图中所示。替代地，凝聚的晶粒(多个)5可被涂覆有壳层6，以致壳层6仅仅覆盖晶粒5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。