用于稀土磁体的晶界扩散技术的制作方法

本公开涉及晶界扩散技术，并且更具体地涉及用于制造稀土磁体的晶界扩散方法。

背景技术：

这个部分中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。

常规的稀土(re)烧结磁体将大量重稀土(hre)材料用于烧结磁体中以满足所希望的高温环境要求。为了减少烧结磁体中的hre含量，在烧结过程之后实施晶界扩散过程。一般工序包括从微米型磁性粉末产生具有微米级晶粒的烧结磁体。用含hre的材料的层涂覆烧结磁体。含hre的材料包括含hre的氟化物、氢化物和氧化物的材料。对涂覆hre的烧结磁体进行加热以将hre从涂覆层扩散到烧结磁体的晶界。这种沿着晶界的hre扩散通常将磁体厚度限制于约6mm。经过hre扩散的磁体往往具有不均匀的性质，诸如磁体的中心处的矫顽力小于扩散的晶界中的矫顽力。另外，在晶界扩散期间，基础烧结磁体的hre可以显著减少。

降低烧结磁体中的hre含量的另一种方式是形成各向异性磁体，其中晶粒的c轴全部在一个方向上对齐。这些各向异性磁体通常通过磁性薄片或带状物的热变形来制得。磁性薄片或带状物如其名称所暗示具有大的纵横比(长度比直径(l/d)或长度比厚度(l/t))，并且它们的直径或厚度以微米进行测量。通常，磁性薄片或带状物具有大小范围从纳米级到微米级的晶粒。一般热变形工序包括：将磁性薄片或带状物放置到热压机中；对热压机进行加热；以及对磁性薄片或带状物进行压制以将其压实为各向异性磁体。在热变形过程中，可以产生各向异性磁体，其中所有晶粒都在一个方向上对齐。hre烧结磁体的晶界扩散过程结合各向异性磁体的热变形并不那么有效，因为各向异性磁体的晶界非常薄。

本公开解决了与形成稀土磁性制品相关的这些和其他问题。

技术实现要素：

在本公开的一种形式中，提供了一种用于稀土(re)磁体的晶界扩散方法。所述方法包括：用涂覆材料涂覆re磁体的颗粒，其中每个颗粒包括多个晶粒；以及同时对涂覆颗粒进行热处理并将其压实。

在一种形式中，同时热处理和压实的步骤包括涂覆颗粒的热变形。颗粒可以是粉末、带状物和薄片，或颗粒可以是纳米颗粒、亚微米颗粒或小微米颗粒。用于颗粒的涂覆材料可以是含有重稀土(hre)元素的氟化物、氢化物或氧化物。

用于颗粒的涂覆材料是以下中的至少一者：重稀土(hre)合金、hre化合物、轻稀土(lre)合金、lre化合物、非磁性材料、非re材料以及其组合。hre合金可以包括例如dy、tb、dy-fe和tb-fe，并且lre合金可以包括例如nd-fe、nd-cu和pr-cu。

在涂覆步骤中，可以采用各种方法，包括但不限于：化学合成、气体-粉末喷涂、溶胶-凝胶法以及其组合。涂覆步骤还可以包括将粉末与颗粒混合。另外，涂覆材料可以分散在液体中以供涂覆。

在本公开的另一种形式中，提供了一种用于稀土(re)磁体的晶界扩散方法。所述方法包括用涂覆材料涂覆re磁体的颗粒，其中每个颗粒包括多个晶粒。所述方法还包括同时对涂覆颗粒进行热处理并将其压实，其中热处理和压实的步骤包括涂覆颗粒的热变形。在这种形式中，颗粒可以是粉末、带状物和薄片，或颗粒可以是纳米颗粒、亚微米颗粒和小微米颗粒。涂覆步骤包括例如化学合成、气体-粉末喷涂和溶胶-凝胶法。涂覆还可以包括将粉末与颗粒混合。用于颗粒的涂覆材料可以是重稀土(hre)合金、hre化合物、轻稀土(lre)合金、lre化合物、非磁性材料、非re材料以及其组合。

在本公开的另一种形式中，提供了一种用于稀土(re)磁体的晶界扩散方法。所述方法包括用涂覆材料涂覆re磁体的颗粒，其中每个颗粒包括多个晶粒。所述方法包括同时对涂覆颗粒进行热处理并将其压实，其中在不首先烧结re磁体的情况下实现晶界扩散。在这种方法中，热处理和压实的步骤包括涂覆颗粒的热变形。

本公开还包括一种通过本公开的各种方法形成的磁体。

另外的应用领域将根据本文提供的描述中变得显而易见。应当理解，所述描述和特定示例意图仅用于说明目的并且不意图对本公开的范围进行限制。

附图说明

为了可以很好地理解本公开，现将描述通过参考附图以举例方式给出的本公开的各种形式，在附图中：

图1a、图1b和图1c是根据本公开的教导的晶界和晶界的扩散的一系列示例性图示；

图2是根据本公开的教导的用于涂覆颗粒的示例性气体-粉末喷涂方法的示意图；

图3a和图3b是根据本公开的教导的伴有同时热压实布置的示例性晶界扩散热处理的示意图；

图4a和图4b是根据本公开的教导的伴有同时热变形布置的示例性晶界扩散热处理的示意图；并且

图5是根据本公开的教导的用于稀土磁体晶界扩散的示例性方法的流程图。

本文描述的附图仅用于说明目的，而不意图以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的并且不意图限制本公开、申请或用途。应当理解，贯穿附图，对应的附图标号指示相似或对应的部分和特征。

本公开提供了一种用于提高晶界扩散效率的新的晶界扩散方法。本公开减少了重稀土(hre)材料的量，同时提供了相当的磁性质，而不需用于常规烧结磁体的晶界扩散的传统的热处理过程。本公开提供了用于具有例如纳米级(10^-10m)至微米级(10^-3m)晶粒的磁体的晶界扩散。

本公开通过新颖的工序显著提高了hre扩散效率。包括纳米级到微米级晶粒的典型前体微颗粒是薄片、粉末和带状物。

参考图1a，这些微颗粒20(例如，原始薄片、粉末和带状物)具有呈微米(10^-7m)级或更大的至少一个尺寸，但是每个微颗粒包括多个晶粒22。如图1b所示，将涂覆材料24(hre或其他材料)施加到微颗粒20，从而形成涂覆的微颗粒26。这不同于常规方法，因为每个颗粒都被涂覆而不是烧结磁体。另外，本公开的晶界扩散出乎意料地适用于非烧结稀土磁体。参考图1c，如下文更详细所描述的适合于涂覆材料的热处理将涂覆材料24扩散到颗粒20的纳米级或微米级晶粒之间的晶界中，从而产生涂覆晶粒27和扩散的微颗粒28。

根据本公开的涂覆材料包括含hre的材料(即合金、化合物、元素、金属和氧化物)，含轻稀土(lre)的材料，稀土材料，非稀土(re)材料，非磁性材料以及其他材料。含hre的化合物包括含有hre元素的氟化物、氢化物、氧化物或其他化合物。含hre的合金包括dy、dyfe、tb、tbfe以及其他hre元素合金。含lre的合金包括nd-fe、nd-cu、pr-cu以及其他lre元素合金。涂覆材料可以是呈粉末形式，与磁性粉末、带状物和薄片混合，或分散在液体中。

根据本公开的涂覆方法包括化学合成涂覆、溶胶-凝胶法、气体-粉末喷涂法以及其组合。

参考图2，在气体-粉末喷涂法中，气体-粉末喷涂设备30包括气体-粉末喷涂控制器(未示出)、涂覆材料设备31和粉末分散设备33。粉末分散设备33包括颗粒容器32中包含的颗粒(粉末)或微颗粒20，所述颗粒容器32具有颗粒气体控制装置34、颗粒入口(未示出)和颗粒喷射口(喷嘴)36。涂覆材料设备31包括涂覆材料容器38中包含的涂覆材料，所述涂覆材料容器38具有涂覆材料气体控制装置(未示出)、涂覆材料入口(未示出)和涂覆材料喷射口40。气体-粉末喷涂控制器(未示出)可操作来打开和关闭以下中的至少一者：气体控制器(涂覆材料和颗粒)、喷射口(涂覆材料和颗粒)和入口(涂覆材料和颗粒)。颗粒经由颗粒入口进入颗粒容器，颗粒气体控制装置将气体释放到粉末容器中，压力使颗粒通过颗粒喷射口从颗粒容器中喷出。涂覆材料类似地移动穿过涂覆材料设备。在颗粒从其相应的口喷出之后，所述颗粒涂覆有涂覆颗粒。

根据本公开的晶界扩散热处理包括常规热处理，同时伴有热压实，并且同时伴有热变形。

常规的晶界扩散热处理包括加热到至少一个特定温度并且在所述温度下保持一定时间。常规的热处理还包括淬火和冷却工序。例如，热处理可以包括加热至500℃至800℃(932℉至1472℉)，持续30至60分钟，之后是空气或炉内冷却。

在同时热处理和压实期间，将涂覆颗粒放置在能够被加热和压制的模具内。将模具放置在热炉或热压机内并且加热到400℃-900℃(752℉至1,652℉)。当使用热炉时，将热模具转移到压力机。然后将经过加热和涂覆的材料压制几分钟到几小时，这取决于所希望的磁性质。

参考图3a，在一种形式中，将涂覆的微颗粒26放置在热压机50内。热压机包括具有冲头54和模具56的加热室52，所述加热室52形成所希望的形状58。使热压机达到温度，使冲头和模具接合，从而将压力(箭头)和热施加到涂覆的微颗粒26，并且对热的微颗粒进行压制并压实(图3b)成形状58。在加热和压制期间，涂层24(图3a)沿着颗粒的表面扩散并且扩散到微颗粒的晶界(图3b)中，从而产生涂覆的晶粒27。因此，所得的re磁体整个具有所希望的磁性质。热压还将微颗粒形成为稀土磁体的所希望的形状58。

现参考图4a和图4b，示出了同时伴有热变形的晶界扩散热处理。在图4a中，将压力施加到颗粒(箭头)，并且在热变形步骤(图4b)中存在连续的压力的情况下，将涂层扩散到晶粒中并且使晶粒变形60。在一个示例中，这种方法在500℃至900℃(932℉至1652℉)的温度范围内执行，这取决于被处理的材料。另外，热变形步骤(图4b)可能会引起涂层或微颗粒的恢复、重结晶和晶粒生长。热变形步骤包括各种热加工方法，包括稀土磁体的拉伸、挤压、锻造、压制、辊压以及其组合。

参考图5，以流程图示出了用于稀土(re)磁体(图5)的晶界扩散的方法。方法100包括用涂覆材料涂覆re磁体的颗粒(102)，其中每个颗粒包括多个晶粒。在此涂覆之后是同时对涂覆颗粒进行热处理并且将其压实(104)。基于对稀土磁体的要求而作出是否使涂覆颗粒热变形(106)的决定。如果涂覆颗粒即将经受热变形，则在对涂覆颗粒进行热处理并将其压实之后、之前以及与此同时中的至少一种条件下执行热变形108。因此，形成稀土磁体110。

颗粒可以包括粉末、带状物和薄片，同时颗粒可以为纳米颗粒(10^-10至10^-7m)、亚微米(10^-7至10^-6m)颗粒、小微米(10^-6至10^-4m)颗粒以及其组合。

在本公开的方法中，用于颗粒的涂覆材料是含有重稀土(hre)元素的氟化物、氢化物或氧化物。涂层还可以是以下中的至少一者：重稀土(hre)合金、hre化合物、轻稀土(lre)合金、lre化合物、非磁性材料、非re材料以及其组合。hre合金选自由dy、tb、dy-fe和tb-fe组成的组，并且lre合金选自由nd-fe、nd-cu和pr-cu组成的组。

涂覆步骤可以包括化学合成、气体-粉末喷涂、溶胶-凝胶步骤以及其组合。涂覆步骤还可以包括将粉末与颗粒混合。

在一种形式中，涂覆材料分散在液体中以供涂覆。

本公开的一种形式包括通过本公开的各种方法形成的稀土磁体。

在本公开的另一种方法中，在不首先烧结稀土磁体的情况下实现晶界扩散。

在本公开的一种形式中，微颗粒不均匀地布置在热压机内以满足一般或所希望的re磁体规格。执行热压来改进和增强re磁体的所希望的规格。例如，不同的微颗粒可以按不同性质进行组合以减少昂贵的涂覆hre的微颗粒的使用。然后可以对子组件进行热压，从而在re磁体中需要时提供改进的hre性质。

本公开的描述本质上仅是示例性的，并且因此未脱离本公开的实质的变化都意图落入本公开的范围内。这类变化不应被视为脱离本公开的精神和范围。

根据本发明，提供了一种用于稀土(re)磁体的晶界扩散方法，所述方法具有：用涂覆材料涂覆re磁体的颗粒，其中每个颗粒包括多个晶粒；以及同时对涂覆颗粒进行热处理并将其压实。

根据一个实施例，热处理和压实的步骤包括涂覆颗粒的热变形。

根据一个实施例，颗粒选自由粉末、带状物和薄片组成的组。

根据一个实施例，颗粒选自由纳米颗粒、亚微米颗粒和小微米颗粒组成的组。

根据一个实施例，用于颗粒的涂覆材料是以下中的至少一者：含有重稀土(hre)元素的氟化物、氢化物和氧化物。

根据一个实施例，用于颗粒的涂覆材料是以下中的至少一者：重稀土(hre)合金、hre化合物、轻稀土(lre)合金、lre化合物、非磁性材料、非re材料以及其组合。

根据一个实施例，hre合金选自由dy、tb、dy-fe和tb-fe组成的组，并且lre合金选自由nd-fe、nd-cu和pr-cu组成的组。

根据一个实施例，涂覆步骤包括选自由化学合成、气体-粉末喷涂、溶胶-凝胶法以及其组合组成的组的方法。

根据一个实施例，涂覆步骤包括将粉末与颗粒混合。

根据一个实施例，涂覆材料分散在液体中以供涂覆。

根据本发明，根据如上定义的方法来形成磁体。

根据本发明，提供了一种用于稀土(re)磁体的晶界扩散方法，所述方法具有：用涂覆材料涂覆re磁体的颗粒，其中每个颗粒包括多个晶粒；以及同时对涂覆颗粒进行热处理并将其压实，其中热处理和压实的步骤包括涂覆颗粒的热变形。

根据一个实施例，颗粒选自由粉末、带状物和薄片组成的组。

根据一个实施例，颗粒选自由纳米颗粒、亚微米颗粒和小微米颗粒组成的组。

根据一个实施例，涂覆步骤包括选自由化学合成、气体-粉末喷涂、溶胶-凝胶法以及其组合组成的组的方法。

根据一个实施例，用于颗粒的涂覆材料是重稀土(hre)合金、hre化合物、轻稀土(lre)合金、lre化合物、非磁性材料、非re材料以及其组合。

根据一个实施例，涂覆步骤包括将粉末与颗粒混合。

根据本发明，根据如上所述的方法来形成磁体。

根据本发明，提供了一种用于稀土(re)磁体的晶界扩散方法，所述方法具有：用涂覆材料涂覆re磁体的颗粒，其中每个颗粒包括多个晶粒；以及同时对涂覆颗粒进行热处理并将其压实，其中在不首先烧结re磁体的情况下实现晶界扩散。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于：热处理和压实的步骤包括涂覆颗粒的热变形。