专利名称：铁-钕-硼烧结磁铁组织结构的优化的制作方法
技术领域：
本发明涉及性能得到改善的铁-钕-硼(Fe-Nd-B)烧结磁铁及其制法。
自从M.Sagawa在J.Appl.Phys.55，2083(1984)中首次报道Nd-Fe-B新型永磁材料以来，为进一步提高这些材料的性能，又进行了许多研究。这些试验的基础是，Fe-Nd-B磁铁，特别是这种组成的磁铁，室温下的特征是磁特性值特别高。但在具有这一优点的同时，也还表现出缺点，其温度稳定性，主要是矫顽磁场强度HCJ的温度稳定性不能令人满意，并且这种磁铁在加温机器中的应用受到限制。因此，为了在该领域里工业上得以应用，就必须对该磁铁进行改进，以使其在高达200℃也可用于强反向场(Gegenfeldern)。
性能不能令人满意，特别是与理论值比较起来其矫顽磁场强度低的主要原因之一是，存在非铁磁组织成分。这会引起强磁性杂散场，从而容易在非磁性影响近区形成非磁性籽晶。这种自动去磁效应在升温条件下总是很强，因为本征矫顽磁场强度象杂散场效应一样随温度变化很大。
在制成组成为例如Fe77Nd15B8的烧结磁铁中，主要有3相，即1.Fe14Nd2B，以下称为φ相，是磁性的载体，2.富含Nd相(基本上由Nd，Nd2O3组成)，以下称为L相，在655℃以上为液态，不仅可在液相烧结过程中达到良好的浓缩，而且可使相邻φ体达到磁性退耦，3.Fe4NdB4，以下称为η相，13K以上具有顺磁性，因此可认为是出现上述缺点的主要原因。
在所述已知典型磁铁中，组成为例如η相体积占5～8%，L相约占10%，而其余由铁磁φ相组成。
按照本专业领域的观点，在Fe-Nd-B磁铁制造过程中，不希望存在的η相的形成不可阻止，因此必须认为是不可避免的(R.K.Mishra，J.Appl.Phys.59，2244(1986))。
本发明的目的是改善Fe-Nd-B烧结磁铁的磁性，特别是改善矫顽磁场强度和其与温度的关系，并且增强剩磁。
根据本发明，这一目的是通过Fe-Nd-B烧结磁铁达到的，其特征是其组织中无0.5μm以上的Fe4NdB4体(η相)，烧结温度下其组成处于Fe14Nd2B(φ相)和富含Nd并且655℃以上为液态的相(L相)两相区域。
由于本发明烧结磁铁中缺乏更大的η体，因此可大大改善上述磁性。
按照已知的Fe-Nd-B三相图(K.H.J.Buschowetal.，PhilipsJ.Res.40，230(1985))，烧结温度下不存在L+φ两相区域。但是，现出人意料地发现并构成本发明基础的是，烧结温度下主要为两相区域，并且可这样来选择磁铁合金的组成，即在约1000-1080℃烧结温度下处于此两相区域。
图1以等温面形式示出1060℃下的这种新相图，其中用影线画出上述两相。在1060℃的烧结温度下，两相合金就一定处于此三角形内，该三角形由以下各点限定Fe82.3Nd11.8B5.9，Fe58.5N38B3.5和Fe60.5Nd27B12.5。
因此，根据本发明，该组成范围内的磁铁为优选。
按照本发明，两相区域中于烧结温度下出现的磁铁在烧结温度冷却过程中仅在组织中形成极为细小的η体。由于缺乏过去不可避免的大η体，因此可使性能得到改善。图2a和2b示出已知磁铁(2a)和本发明磁铁(2b)之间的组织结构差别。图2a磁铁的组成对应于式Fe77Nd15B8。φ相光亮，η相呈灰色，L相为黑色。图2b的磁铁对应于组成Fe75Nd18.5B5.6。这里不再能见到出现灰色的η相。这种组成为Fe75Nd18.5B的烧结磁铁在室温下呈现出以下的典型性能剩磁Br＝1.1T矫顽磁场强度HCJ＝1040kA/m。
这些值对本发明烧结磁铁来说是典型的并且就上述特定组成来说其偏差一般不会超过5%。
本发明烧结磁铁的特殊优点是大大改善了磁化矫顽磁场强度HCJ的温度系数。已知磁铁的该系数在-0.7～-0.9%/K以上，而本发明磁铁的该系数为-0.5%/K，其中上下偏差根据组成的不同而可为0.1%/K。
本发明烧结磁铁中除了基本成分Fe-Nd-B而外还可加入其它合金元素，特别是Co，Al，Dy，Tb和C中的一种和多种，其用量可从文献中得知，从而影响晶体各向异性，居里温度和磁矩等性能。优选的本发明磁铁中含0～20At.-%Co，0～15At.-%Al，0～20At.-%Dy，0～20At.-%Tb和0～12.5At.-%C。
本发明两相磁铁中加入一种或多种上述其它合金元素时的主要优点可从图3中看出，其中对现有技术中3种Fe-Nd-B磁铁的矫顽磁场强度的温度关系加或不加Al或Dy的对应组成本发明磁铁进行了比较。现有技术中3相磁铁组成为Nd15Fe77B8，Nd15(Fe75A12)B8和Nd13.5Dy1.5Fe77B8。对应本发明2相磁铁组成为Nd18.5Fe75B6.5，Nd18.5(Fe73A12)B6.5和Nd16.65Dy1.85Fe75B6.5。
本发明烧结磁铁的制造方法是从按已知的粉末冶金方式将各纯组分(纯度99%或更高)预合金化开始。优选的制造方法中，在垂直于压制方向的方向上向粉末混合物加一磁场，将粉末轴向压制成生球团，并在惰性气氛中，优选是在稀有气体中于1040-1080℃下烧结该生球团矿，然后于500-700℃下回火。
为制得各组分的粉末混合物，可采用例如稀有气体中的WC-Co-振动球磨机。通过在垂直于压制方向的方向上加0.4～0.6T的磁场，可使粉末呈直线排列，然后再轴向压缩。压力优选为500-800MPa，特别是450-550MPa。
烧结优选在1050-1070℃范围内进行，并可根据所用条件的不同而持续约0.5～3小时。然后一般在500-700℃下进行退火，持续时间一般为0.2～4小时。
权利要求
1.Fe-Nd-B烧结磁铁，其特征是其组织中无0.5μm以上的Fe4NdB4体(η)，烧结温度下其组成处于Fe14Nd2B(ψ相)和富含Nd并且655℃以上为液态的相(L相)两相区域。
2.权利要求1的烧结磁铁，其特征是处于三角形内的组成由Fe82.3 Nd11.8 B5.9，Fe58.5 Nd38 B3.5和Fe60.5 Nd27 B12.5三点限定。
3.权利要求1和2的烧结磁铁，其特征是组成为Fe75 Nd18.5 B6.5。
4.权利要求1～3之一的烧结磁铁，其特征是磁化矫顽磁场强度的温度系数Hc在10～110℃范围内为-0.5%/K。
5.权利要求3的烧结磁铁，其特征是室温下剩磁BR为1.1±5%T，矫顽磁场强度为1040±5%kA/m。
6.权利要求1～5之一的烧结磁铁，其特征是其中含至少一种选自Co，Al，Dy，Tb和C的元素。
7.权利要求6的烧结磁铁，其特征是其中含0～20At-%Co，0-15At-%Al，0～20At-%Dy，0～20At-%Tb和0～12.5At-%C。
全文摘要
新型Fe—Nd—B烧结磁铁的特点是其组织中无0.5μm以上的Fe
文档编号H01F1/057GK1032262SQ88106179
公开日1989年4月5日 申请日期1988年8月22日 优先权日1987年9月2日
发明者威尔德玛·德来克斯勒, 阿道夫·米勒, 弗里德里奇·J·伊斯帕尔, 克劳斯·迪特·都尔斯特, 恩斯特·瑟·海尼希, 海尔姆特·克郎米勒, 根特·皮特佐, 吉尔哈德·舒耐德 申请人:马克思-普兰克采矿股份公司, 罗伯特·布什股份公司