高温混合永磁体及其形成方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及高温混合永磁体，例如，用于电机的高温混合永磁体。
【背景技术】
[0002]烧结的钕-铁-硼(Nd-Fe-B)磁体在当前的永磁体中具有最高的磁能积。然而，烧结的Nd-Fe-B磁体具有大约312°C相对低的居里温度，这可能会妨碍烧结的Nd-Fe-B磁体被用于诸如电动车辆和风力涡轮机的一些高温应用。已经采取一些方法来改善烧结的Nd-Fe-B磁体的热稳定性。合金化是一种已经被研究的方法。钴代替铁可以增大居里温度；然而，这种方法也可能减小各向异性场从而降低磁体的矫顽力。另一种已经尝试的方法是镝(Dy)或铽(Tb)代替Nd。添加这些重稀土元素可以显著地增大硬磁R2Fe14B(R=稀土)相的各向异性场。尽管通过这种代替可以有效地增大烧结的Nd-Fe-B磁体的矫顽力，但是Dy-Fe和Tb-Fe中这些重稀土元素的自旋矩与Fe的自旋矩之间的反平行耦合导致饱和磁化强度显著减小。另外，Dy和Tb比Nd昂贵得多并且相对于Nd很不丰富。
[0003]除合金化之外，另一提高Nd-Fe-B磁体的热稳定性的方法是形成混合磁体，所述混合磁体是磁性质彼此补偿的不同永磁体的混合物。例如，一种具有高磁化强度的磁体和另一种有尚的热稳定性的磁体。由于偶极相互作用，尚磁化强度材料的耐热性可以由尚热稳定性材料改善。在以前的研究中，已经使用钐-钴(Sm-Co)合金作为高热稳定性材料，尤其是SmCojP Sm 2Co17，因为与Nd2Fe14B相比它们具有高得多的居里温度。
【发明内容】
[0004]在至少一个实施例中，提供了一种混合磁体，所述混合磁体包括:Nd-Fe_B合金的多个各向异性区域和MnBi合金的多个各向异性区域。Nd-Fe-B合金的区域和MnBi合金的区域可以在混合磁体内基本均勾地混合。在一个实施例中，Nd-Fe-B合金的区域和MnBi合金的区域可以是基本上相同的尺寸，诸如在10nm至50 μπι之间。
[0005]在磁体中MnBi合金与Nd-Fe-B合金的比可以是按重量计从40/60至60/40。MnBi合金的区域可以是低温相(LTP)MnBi并且Nd-Fe-B合金的区域可以包括Nd2Fe14B。在一个实施例中，Nd-Fe-B合金的区域和MnBi合金的区域均是单一晶粒。Nd-Fe-B合金的区域和MnBi合金的区域中的每个可以在相同的方向上磁取向。在一个实施例中，磁体的表面区域相对于磁体的主体区域具有增大的MnBi合金含量。
[0006]在至少一个实施例中，提供了形成混合永磁体的方法。所述方法可以包括混合Nd-Fe-B合金的多个各向异性颗粒和MnBi合金的多个各向异性颗粒以形成基本上均匀的磁性粉末，在磁场中使均匀的磁性粉末取向，并固结均匀的磁性粉末以形成各向异性永磁体。
[0007]在一个实施例中，Nd-Fe-B合金的颗粒和MnBi合金的颗粒可以是基本相同的尺寸，诸如在10nm至50 μ m之间。混合步骤可以包括以MnBi与Nd-Fe-B的比按重量计为40/60至60/40来混合Nd-Fe-B合金的颗粒和MnBi合金的颗粒。固结步骤可以在300°C或更低的温度下执行，或可以包括放电等离子体烧结或微波烧结。
[0008]在至少一个实施例中，提供了一种混合磁体，所述混合磁体包括Nd-Fe-B合金的多个各向异性区域和MnBi合金的多个各向异性区域。Nd-Fe-B合金的区域和MnBi合金的区域可具有1:2至2:1的尺寸比。
[0009]在一个实施例中，Nd-Fe-B合金的区域和MnBi合金的区域均可具有10nm至50 μ m的尺寸。Nd-Fe-B合金的区域和MnBi合金的区域可以在混合磁体内基本上均勾地混合。在磁体中MnBi合金与Nd-Fe-B合金的比可以是按重量计从40/60至60/40。在一个实施例中，磁体的表面区域相对于磁体的主体区域具有增大的MnBi合金含量。
【附图说明】
[0010]图1是根据实施例的形成混合永磁体的工艺的示意图；以及
[0011 ] 图2A、图2B和图2C是Nd2Fe14B磁体、MnBi磁体和公开的混合磁体的示意性磁滞回线。
【具体实施方式】
[0012]按照要求，在这里公开了本发明的详细实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅是可以以各种可替换形式实施的本发明的举例说明。附图不一定按比例绘出；一些特征可以被夸大或最小化以示出具体组件的细节。因此，在这里所公开的特定结构性和功能性细节不被理解为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员各种各样地应用本发明的代表性基础。
[0013]如在【背景技术】中所讨论的，已经研究Nd-Fe-B和Sm-Co混合磁体作为提高Nd-Fe-B磁体的热稳定性的可能的方法。然而，Nd-Fe-B和Sm-Co混合磁体具有一些缺点。已知的是，密度会影响磁体的能量密度和机械性能。由于Nd-Fe-B和Sm-Co合金都是机械上非常硬的，所以为了得到相对高密度的混合磁体，这些合金需要在高温下(例如，>700°C)被烧结或热压。然而，由于在混合磁体的烧结或热压后，Nd-Fe-B和Sm-Co合金每个都需要它们自己独特的热处理工艺，因此很难找到适合两种合金需求的单一的热处理过程。另外，在烧结或热压期间可能发生Nd-Fe-B与Sm-Co合金之间的相互扩散，这会产生问题。此外，尽管事实是Nd和Sm都可以形成具有相同晶体结构的R2Fe14B或R2Co1Jg，但是这些合金具有不利的易基面各向异性，这会导致低得多的矫顽力。
[0014]因此，为了提高Nd-Fe-B磁体的热稳定性，需要具有不同组成和不同处理方法的混合磁体。在至少一个实施例中，提供了在高温下具有增大的矫顽力的包括Nd-Fe-B和猛-祕(MnBi)合金的混合磁体。也提供了形成包括Nd-Fe-B和MnBi合金的混合磁体的方法。
[0015]在至少一个实施例中，MnBi合金可以处于低温相(LTP)。在“Structure andmagnetic properties of the MnBi low temperature phase (MnBi 低温相的结构和磁性质)”(Journal of Applied Physics (应用物理杂志)，2002 年 91 卷 7866 页)中描述了MnBi的LTP相，所述文章内容通过引用全部包含于此。当处于LTP时，MnBi合金具有正的矫顽力温度系数(即，矫顽力随温度增大而增大)。例如，在200°C，MnBi的矫顽力与在室温下大约1kOe相比可以达到27k0e (依据处理条件)。此正温度系数与诸如Sm-Co或Nd-Fe-B的其他磁性合金形成对比，并可以允许混合磁体在相对高的温度下维持磁化强度。除了它的正的热系数之外，MnBi合金也具有与易变形钢相似的机械硬度。因此，当用于混合磁体时，MnBi合金可以很好地用作一种“粘合(glue)材料”。另一方面，Sm-Co合金是机械上坚硬的，因此当用于混合磁体时使致密化和烧结工艺变得复杂。为了解决硬磁粉的问题，在过去已经使用树脂作为粘合剂。然而，树脂的使用降低了混合磁体的工作温度并减小磁体的磁化强度。
[0016]参照图1，公开了形成混合磁体的方法以及由此形成的混合磁体。可以使用任何合适的方法制备LTP MnBi的颗粒或粉末10。在至少一个实施例中，MnBi合金被制备并随后被加工成粉末。可以用任何合适的方法制备该合金。在一个实施例中，使用电弧熔炼工艺形成合金，随后进行退火步骤。可以通过电弧熔炼Mn和Bi的原材料来制备合金，以得到用于退火的合金块(bulk alloy)。在另一实施例中，可以通过恪融纺丝制备该合金。在这种方法中，纯Mn和纯Bi的混合物或MnBi合金(例如，通过电弧熔炼制备的)可在熔融纺丝机中熔化并快速凝固以得到MnBi磁体。这种方法可以得到具有小晶粒尺寸的磁体。例如，晶粒尺寸可以是1nm或更小，或甚至是非晶的。可以通过随后的诸如退火步骤的热处理改变晶粒尺寸。如果合金是非晶的，则在随后的热处理中它可以结晶。
[0017]MnBi合金可以具有任何合适的组成，例如，Mn含量可以从40at.%至6(^1:.%，余量为Bi。退火步骤可以包括在150°C至360°C或其中的任何子范围，诸如250°C至355°C或275°C至325°C的温度下的热处理。在一个实施例中，退火步骤在