磁性材料和用于其制造的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁性材料以及两种用于制造该磁性材料的方法。
【背景技术】
[0002]由于近来增多的电动机的使用，尤其在机动车辆构造中以及同样在仅仅具有非常受限制的构造空间的其它应用中，对高效的磁性材料的需求在过去几年中强烈增长。在此，合适的磁性材料是这样的:其通过大的剩磁、作为用于磁性材料的消磁强度的度量的大的矫顽磁场以及通过作为用于永磁体强度的度量的大的能量积而显得突出。此外，现今的特别高效的磁性材料具有非同寻常的固有的磁属性和优化过的组织结构。除了过渡金属外还具有稀土金属的磁性材料是特别高效能的，例如通过大的自发的极化、非常大的晶体各向异性以及大约310°C的居里温度而显得突出的Nd2Fe14B。然而，这种过渡金属-稀土金属磁体与传统的铁氧体相比在更低的化学的、机械的以及热学的长久稳定性方面具有缺点。此夕卜，这些磁性材料与硬铁氧体相比由于稀土金属Nd的原材料成本和通常含有的重稀土元素Dy和/或Tb而明显更贵并且其在市场上的采购是困难的。基于该严峻的原材料形势，在材料研宄的重点中存在另外的、但更有益的稀土金属一一例如铈、镧或钇一一作为磁性材料的组成成分。但是基于这些稀土金属的硬磁体大多具有更低的矫顽磁场，这带来了结果得到的磁性材料的更低的能量积。
【发明内容】
[0003]具有权利要求1的特征的根据本发明的磁性材料通过优异的磁属性以及因此高的剩余磁化、高的矫顽磁场强度以及通过大的能量积而显得突出，这使根据本发明的磁性材料尤其是注定用于具有非常高的功率密度的构造空间被缩减的应用。根据本发明，磁性材料包括硬磁相和晶界相，其中硬磁相由如下初始材料构成，该初始材料包含至少一种过渡金属(TM)、至少一种稀土金属(RE)以及至少一种从由以下元素构成的群组中选出的添加元素(X):硼(B)、碳(C)、氮(N)、磷(P)、钨(W)、钒(V)、铬(Cr)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、铝(Al)、铜(Cu)、镓(Ga)、硅(Si)、锆(Zr)、铪(Hf)、锌(Zn)和锡(Sn)，以及其中稀土金属(RE)的主要组成成分由从由下面元素组成的群组中选出的至少一种元素构成:铈(Ce)、镧(La)、钇(Y)、钪(Sc)和镨(Pr)。根据本发明的磁性材料的晶界相包含至少一种重稀土金属(Z)和/或钕(Nd)。根据本发明的磁性材料的硬磁相为形成该相的晶粒、晶体或微晶的总和。该硬磁相可以通过元素的一种或多种定义的化合物或由元素形成的混合物的晶粒或晶体或微晶来形成。此外，相应化合物或元素在晶粒、晶体或微晶中的量份额可以改变。晶粒、晶体或微晶也还可以包括不同的化合物或元素。根据本发明，由其形成硬磁相的初始材料，也即尤其一种通过熔炼以及随后的研磨所制造的合金材料，包含从由Ce、La、Y、Sc和Pr组成的群组中选出的至少一种元素作为稀土金属(RE)的主要组成成分。在此，在硬磁相的初始材料中关于所有稀土金属以重量百分比构成最大重量份额的稀土金属视为硬磁相的稀土金属(RE)的主要组成成分。通过由此引起的(在稀土金属份额方面)元素Ce、La,Y,Sc和Pr至少之一的高份额，原材料成本在尽管根据本发明的磁性材料的极佳的矫顽磁场强度和非常高的各向异性常数的情况下与传统的含有稀土金属的磁性材料相比显著地更低。此外，根据本发明用作硬磁相的稀土金属(RE)的主要组成成分的元素Ce、La、Y、Sc和Pr在市场上可更容易地得到，这显著地使采购形式变得简单。此外，由其形成根据本发明的磁性材料的硬磁相以及因此还有磁性材料的硬磁相的初始材料包含从由B、C、N、P、W、V、Cr、Mo、T1、Ta、Nb、Al、Cu、Ga、S1、Zr、Hf、Zn和Sn组成的群组中选出的至少一种添加元素(X)。添加元素(X)充当间隙的或置换的添加剂，通过该添加剂使硬磁相的晶格得到稳定和/或通过该添加剂产生各向异性的磁属性。根据本发明的添加元素(X)可以积极地影响根据本发明的磁性材料的磁属性(和在其中尤其是矫顽磁场强度)以及物理和化学属性以及因此所述磁性材料的稳定性，也即尤其是其化学的和/或机械的稳定性。在本发明意义上的晶界相被理解为这样的相，其通过元素和/或化合物和/或元素与硬磁相的晶粒、晶体或微晶的晶界处的化合物组成的混合物的富集来形成。根据本发明，该晶界相包含至少一种重稀土金属(Z)和/或Nd，由此磁性材料的各向异性常数以及矫顽磁场强度被提高。
[0004]通过在晶界相中使用重稀土金属，对于磁性材料的矫顽磁场强度和各向异性的有利效应被最大化，然而重稀土金属的原材料成本明显高于Nd的原材料成本。而晶界相中的Nd尽管与相同份额的重稀土金属相比导致减少的各向异性效应和/或对矫顽磁场强度的效应，但是其更便宜，使得可以根据当前原材料成本的状况来选择合适的材料并且根据本发明的磁性材料的成本因此在显著改善磁性材料的磁属性的情况下保持在一个可接受的范围内。因为晶界相中的重稀土金属(Z)和/或Nd富集并且因此尤其是Nd不是像在商业上通用的Nd2Fe14B类型的永磁体中一样是硬磁相的主要组成成分，所以在根据本发明的磁性材料中的重稀土金属(Z)和/或Nd的份额更小并且因此原材料成本显著更低。此外，通过包含至少一种重稀土金属(Z)和/或Nd的晶界相，磁性材料的腐蚀和/或氧化稳定性被明显改善。
[0005]因此，根据本发明的磁性材料的特征在于高的能量积以及因此特征在于在根据本发明所使用的元素的减少的原材料成本和非常好的原材料可用性的情况下的优异的剩余磁化以及非常大的矫顽磁场，由此开辟了多种多样的应用可能性。此外，在根据本发明的磁性材料中，除了高的矫顽磁场以外还通过晶界相中的重稀土金属(Z)和/或Nd的存在也实现了高饱和度。此外，根据本发明的磁性材料在没有高的技术以及物流成本的情况下是成本低的并且可以以非常好的质量来制造。
[0006]从属权利要求示出了本发明的优选的改进方案。
[0007]根据本发明的有利的实施方式，晶界相的重稀土金属(Z)从由Y (纪)、Gd (礼)、Tb(铽)、Dy (镝)、Ho (钬)、Er (铒)、Tm (铥)、Yb (镱)、Lu (镥)和它们的混合物组成的群组中选出。所述重稀土金属可以有助于更高的矫顽磁场强度并且因此也有助于提高根据本发明的磁性材料的能量积。
[0008]根据本发明的另一有利的实施方式，硬磁相的过渡金属从由铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、镍(Ni)和它们的混合物组成的群组中选出并且优选地为Fe。这里提及的过渡金属用稀土金属(RE)和硬磁相的根据本发明的添加元素(X)来形成特别稳定的晶格结构并且明显有助于铸造期望的有利的磁属性，也即尤其有助于根据本发明的材料的磁各向异性和磁饱和度。另外，所述过渡金属在市场上的可用性在相对低的原材料成本的情况下是高的，这明显降低了根据本发明的磁性材料的制造成本。在所说明的金属中优选地在硬磁相中使用Fe是因为其健康的以及经济的无害性并且此外还因为其与Co和Mn相比再次明显降低的原材料成本。
[0009]硬磁相还优选地由晶粒构成，其中晶粒具有晶粒体积和边缘区域R，其中边缘区域R包围晶粒体积并且被布置在晶粒体积和晶界相之间，其中晶界相的重稀土金属(Z)和/或晶界相的Nd存在于硬磁相的晶粒的边缘区域R中，其中晶粒的边缘区域R的厚度构成相应晶粒的直径的最大1/5。应当注意的是，硬磁相的晶粒在本发明的意义上也包括晶体和微晶。因此，在本发明意义上的边缘区域R被理解为对形成硬磁相的相应晶粒、晶体或微晶切边(Aumen)的区域。虽然