永磁体以及使用所述永磁体的发动机和发电机的制作方法
【专利说明】永磁体以及使用所述永磁体的发动机和发电机 发明领域
[0001] 本文所述的实施方式一般地涉及一种永磁体，以及使用所述永磁体的发动机和发 电机。
【背景技术】
[0002] 已知稀土磁体，例如Sm-Co磁体和Nd-Fe-B磁体，作为高性能的永磁体。当永磁体 用于混合电动车（HEV)或电动车（EV)中的发动机时，需要所述永磁体具有耐热性。在HEV 或EV的发动机中，在使用的永磁体中，通过用镝（Dy)代替Nd-Fe-B磁体中的一部分钕（Nd) 来增加其耐热性。Dy是一种稀有元素，因此需要不使用Dy的永磁体。
[0003] Sm-Co磁体具有高居里温度，因而已知作为不采用Dy的磁体展现出优异的耐热 性，并且预期在高温下实现令人满意的操作特性。Sm-Co磁体相比于Nd-Fe-B磁体是低磁化 的，无法实现足够的最大磁化能量产品的值)。为了增加 Sm-Co磁体的磁化，有效 的是用铁（Fe)替换一部分的钴（Co)，并增加 Fe浓度。但是，在具有高的Fe浓度的组成区 域中，Sm-Co磁体的矫顽磁力倾向于下降。此外，关于Sm-Co磁体的磁化，仅用Fe取代一部 分的Co并不总是导致获得足够的值，因此需要进一步的改进。
[0004] 附图简要说明
[0005] 图 1
[0006] 图1所示是Sm-Co烧结磁体的结构的SEM反射电子图。
[0007] 图 2
[0008] 图2是与图1所示的SEM反射电子图相同部分的SEM-EBSP测量的取向成像图的 示意图。
[0009] 图 3
[0010] 图3是显示了来自Sm-Co烧结磁体中的晶粒的[0001]方向的易磁化轴的晶体取 向角的取代的频率分布图。
[0011] 图 4
[0012] 图4所示是基于图3所示的晶体取向角的取代的频率分布的频率分布成像图的示 意图。
[0013] 图 5
[0014] 图5所不是一个实施方式的永磁体发动机。
[0015] 图 6
[0016] 图6所示是一个实施方式的可变磁通量发动机。
[0017] 图 7
[0018] 图5所示是实施方式的永磁体发电机。
[0019] 发明详述
[0020] 根据一个实施方式，提供了一种包含烧结压实体的永磁体，所述烧结压实体具有 由如下组成化学式表示的组成：
[0021] RpFeqMrCusCo100_ p_q_r_s. . . (I)
[0022] 其中，R是至少一种选自稀土元素的元素，M是至少一种选自下组的元素：Zr、Ti和 Hf，p是大于或等于10. 5原子％且小于或等于12. 5原子％，q是大于或等于24原子％且小 于或等于40原子％，r是大于或等于0. 88原子％且小于或等于4. 5原子％，以及s是大于 或等于3. 5原子％且小于或等于10. 7原子％。
[0023] 构成所述实施方式的永磁体的烧结压实体具有如下结构：所述结构具有由包含 Th2Zn1^sH相的主相构成的晶粒，以及存在于晶粒之间的晶粒边界。构成烧结压实体的晶粒 的平均颗粒直径大于或等于25微米，并且晶粒边界的体积分数小于或等于14%。
[0024] 下面将更详细地描述所述实施方式的永磁体。在组成化学式（1)中，使用选自稀 土元素的至少一种元素作为元素 R，所述稀土元素包括钇（Y)。元素 R使得永磁体具有大的 磁各向异性，并具有高的磁抗力。优选使用选自钐（Sm)、铈（Ce)、钕（Nd)和镨（Pr)的至少 一种元素作为元素 R，有利地使用Sm。当大于或等于50原子％的元素 R是Sm时，可以增加 永磁体的特性，例如具有良好再现性的矫顽磁力。优选大于或等于70原子％的元素 R是 Sm0
[0025] 为了增加永磁体的矫顽磁力，元素 R的含量p的范围为10. 5-12. 5原子％。当元 素 R的含量P小于10.5原子％时，大量的α-Fe相沉淀，无法获得足够的矫顽磁力。当元 素 R的含量P超过12. 5原子％时，饱和磁化显著下降。元素 R的含量p优选在10. 7-12. 3 原子％的范围内，更优选在10. 9-12. 1原子％的范围内。
[0026] 铁（Fe)是主要负责永磁体磁化的元素。当含有较大量的Fe时，可以增加永磁体 的饱和磁化。但是，当含有Fe过多时，矫顽磁力可能下降，因为a-Fe相的沉淀，并且因为 其变得难以获得所需的两相分离结构，这会在下文描述。因此，Fe的含量q的范围为24-40 原子％。Fe的含量q优选在27-36原子％的范围内，更优选在29-34原子％的范围内。
[0027] 使用选自钛（Ti)、锆（Zr)和铪（Hf)的至少一种元素作为元素 M。掺混元素 M使 得磁体在高的Fe浓度的组成范围内，发挥大的矫顽磁力。元素 M的含量的范围为0. 88-4. 5 原子％。当元素 M的含量r大于或等于0.88原子％时，可以增加 Fe的浓度。当元素 M的 含量r大于4. 5原子％时，产生富集元素 M的杂相，并且磁化和矫顽磁力都会下降。元素 M 的含量r优选在1. 14-3. 58原子％的范围内，更优选在1. 49-2. 24原子％的范围内。
[0028] 元素 M可以是Ti、Zr和Hf中的任一种，但是优选至少含有Zr。当大于或等于50 原子％的元素 M是Zr时，可以进一步改进增加永磁体的矫顽磁力的效果。元素 M中Hf是 特别昂贵的，因此当使用Hf时，Hf的用量优选是小的。优选地，Hf的含量小于元素 M的20 原子％。
[0029] 铜（Cu)是使得永磁体发挥高的矫顽磁力的元素。Cu的掺混量s的范围为 3. 5-10. 7原子％。当Cu的掺混量s小于3. 5原子％时，难以得到高的矫顽磁力。当Cu的 掺混量s超过10. 7原子％时，磁化显著下降。Cu的掺混量优选在3. 9-9原子％的范围内， 更优选在4. 3-5. 8原子％的范围内。
[0030] 钴（Co)是负责永磁体磁化的元素，并且对于实现发挥高的矫顽磁力是所需的。此 夕卜，当含有大量Co时，居里温度变高，提高了永磁体的热稳定性。当Co含量过小时，无法获 得足够的这些作用。但是，当Co的含量过大时，Fe的含量比相对下降，使得磁化下降。因 此，在考虑元素 R、元素 M和Cu含量的情况下设定Co含量，以使得Fe的含量q满足上述范 围。
[0031] -部分的Co可以被选自镍（Ni)、钒（V)、铬（Cr)、锰（Mn)、铝（Al)、硅（Si)、镓 (Ga)、铌（Nb)、钽（Ta)和钨（W)的至少一种元素 A取代。这些取代元素 A有利于改进磁特 性，例如矫顽磁力。但是，Co被元素 A过度取代可能导致磁化的下降，从而被元素 A的取代 量优选为小于或等于20原子％的Co。
[0032] 所述实施方式的永磁体是由具有组成化学式（1)表示的组合物的烧结压实体构 成的烧结磁体。在烧结磁体（烧结压实体）中，含有Th 2Zn17晶相的区域是主相。当用扫描 电子显微镜（SEM)观察烧结压实体的截面时，烧结磁体的主相是在观察图像（SEM图像）中 具有最大面积比的相。烧结磁体的主相优选具有相分离结构，其是通过对前体进行老化处 理形成的，所述前体是通过溶体处理（solution treatment)形成的113(：117晶相（1-7相/高 温相）。相分离结构优选具有由Th 2Zn17晶相（2-17相）构成的胞相以及由CaCu5晶相（1-5 相）构成的胞壁相等。相比于胞相，胞壁相的磁壁能是大的，该磁壁能的差异成为磁壁移动 的屏障。也就是说，设想具有大的磁壁能的磁壁相作为钉扎位点运作，从而发挥磁壁钉扎型 的矫顽磁力。
[0033] 所述实施方式的烧结磁体具有由包含Th2Zn1^ sB相的主相构成的晶粒，并且是由此 类晶粒构成多晶体（烧结压实体）。在构成烧结压实体的晶粒之间，存在晶粒边界。构成烧 结压实体的晶粒的尺寸（晶粒直径）通常是微米级的，存在于此类晶粒之间的晶粒边界的 厚度也是微米级的。主相中的胞相的尺寸是纳米级的（例如，约为50-400nm)，围绕着该胞 相的胞壁相的厚度也是纳米级的（例如，约为2-30nm)。由胞相和胞壁相构成的相分离结构 存在于由包含2-17相的主相构成的晶粒中。
[0034] 构成所述实施方式的永磁体的烧结压实体具有由包含2-17相的主相构成的晶粒 以及在这些晶粒之间作为边界的晶粒边界。在所述实施方式的永磁体中，由主相构成的晶 粒的平均颗粒直径大于或等于25微米，晶粒边界的体积分数小于或等于14%。通过应用 具有此类晶粒和晶粒边界结构的烧结压实体，可以进一步增加永磁体（烧结磁体）的磁化。 下面将详细描述根据所述实施方式的永磁体的结构与磁化之间的关系。
[0035] 通过如下方式获得构成永磁体的Sm-Co基烧结压实体：对研磨至数微米水平的合 金粉末进行压制成形，同时使得在磁场中进行晶体取向，以及通过使得压模体保持在预定 的温度进行烧结。此外，通常在Sm-Co基烧结压实体的制造步骤中，在烧结之后，通过保持 在略低于烧结温度的温度来进行溶体处理。