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日本最新研制成功稀土烧结磁体新配方
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作者:pro10845f02
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发布时间: 2014-06-24
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自从1982年发现（JP-AS59-46008)以来，包含四方NdJe14B化合物作为主相的NbFeB磁体（简称为Nd磁体）已经用于许多应用中。现在，它们在电子/电气、运输和工业设备的制造中是有用的材料。尽管具有包括相对低的居里温度（〜310°C)和不良的耐腐蚀性在内的一些缺点，然而Nd磁体具有包括如下的优势：室温下高的饱和磁化强度、相对廉价的成分、相对高的机械强度。Nd磁体优于现有技术的2-17SmCo磁体并且具有日益增加的应用领域。其中，认为最有希望的是它们作为车载部件的应用，包括电动汽车（EV)和混合电动汽车（HEV)的电动机以及发电机（JP-A2000-245085)。
车载部件典型用于超过100°C的环境中。对于EV和HEV电动机，需要具有超过150°C且有时约200°C的温度下的耐热性。然而，由于相对低的居里温度（〜310°C)，Nd2Fe14B化合物在高温下发生显著的矫顽力下降（典型的Hc温度系数为约-0.6%/°C)。在超过100°C的温度范围内难以使用低Hc的磁体。
针对该问题最期望的解决方案是改善矫顽力的温度系数。然而，实质性的改进是困难的，因为这种方案基于磁晶各向异性常数和居里点，它们是磁性Ndfe14B化合物的固有物理性质。其次最佳的改进是用重稀土元素Dy或Tb替代部分Nd以便改善各向异性场（有时称为Ha)从而提高室温下的矫顽力He。室温下的高矫顽力确保即使当暴露于高温而发生Hc的下降时，在该温度下仍维持适于预期应用的Hc水平。不仅用Dy/Tb替代Nd位点，而且用Al、Cu、GaJr等替代!^e位点对于Hc改善也是有效的。然而这种取代导致的Hc增强效果是有限的。实现与取代量成比例的Hc增强效果的元素限于重稀土元素Dy和Tb。
重稀土元素Dy和Tb的取代对于Hc增强是非常有效的。然而，由于Nd和Dy/Tb在相反方向产生磁矩，因此饱和磁化强度（有时称为Ms)的降低与取代量成比例。由于Ms降低的发生是以Hc增强为交换，因此最大能量乘积（有时称为（BH)max)的降低与Ms平方（即Ms2)成比例。也就是说，在牺牲Ms时获得耐热性。另外，Dy和Tb具有低的卡拉克（Clarke)值，这表明它们的资源量仅仅是Nd的一部分，并且比Nd更稀少。当然，Dy和Tb矿物的价格是Nd价格的几倍至十倍。这些矿物的存在极端偏向于一个国家。从价格和资源两方面来看，Dy和Tb的使用从今往后会成为Nd磁体制造的瓶颈。
据恒志信网消息：日本最新研制成功一种各向异性的稀土烧结磁体新配方，新配方稀土烧结磁体产生超过1.6MA/m的矫顽力而无需重稀土元素Dy和Tb并且也无需限制形状等。
Nd磁体的矫顽力机制分类为前文所述的成核/生长模式，图1显示了永磁体的矫顽力机制如何按初始磁化曲线进行分类。具有如图IA所示初始磁化曲线的Nd磁体分类为成核/生长模式，正如前面所指出的，并不清楚其定量讨论。具有如图IB所示初始磁化曲线的2-17SmCo磁体分类为畴壁钉扎模式。图2是Nd烧结磁体在主相晶界附近的TEM显微图。定性而言，认为希望与晶界相IA和IB紧密接触的2-14-1主相2A、2B和2C的最外层部分的形貌是尽可能平滑且具有最少缺陷的结构。这是因为，如前所述，Nd磁体的矫顽力由主相最外层部分的结构形貌决定。然而，在通过粉末冶金法的Nd磁体实际制造中，不可能有意地控制主相最外层的结构形貌。因此，仅可得到小于各向异性场Ha或者理论矫顽力的一部分的矫顽力He。应注意图2中以3描绘出ZrB析出相。
[0019]试图在不添加Dy和Tb的情况下，通过有意地建立与现有技术相比更平滑、更少缺陷状态的主相最外层，将NdFeB磁体（Nd磁体）的矫顽力Hc增强到约1.6Ma/m的水平。当然，本文中可以使用Dy和/或Tb。当添加Dy和/或Tb时，能以少于现有技术中的量获得必需的He。在该意义之下，并不排除Dy和Tb的添加。
[0020]人已发现，通过控制Nd磁体的两个轴（即作为易磁化轴的c轴和作为难磁化轴的a轴）的定向，主相的最外层可具有更平滑、缺陷更少的状态。这改善了烧结晶粒之间的匹配并且建立了比现有技术更平滑、缺陷更少的晶界邻近结构。因此可以在不添加Dy和Tb的情况下制备具有至少1.6MA/m的Hc的Nd磁体。
[0021]在一方面，提供了一种各向异性稀土烧结磁体，该磁体包含四方Iy^e14B化合物作为主磁性相，其中R是至少一种主要包括Nd的稀土元素，具有两个定向的晶轴即c轴和a轴的化合物相晶粒。
[0022]在优选实施方案中，该磁体具有基本由R-R’-T-M-B和偶存杂质构成的组成，其中R是稀土元素，所述稀土元素为Nd或Nd与选自下组中至少一种的组合：Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；R，是Dy和/或Tb；T是!^e或者Fe与Co；M是选自下组中的至少一种元素：Ti、Nb、Al、V、Mn、Sn、Ca、Mg、Pb、Sb、Zn、Si、Zr、Cr、Ni、Cu、Ga、Mo、W禾ΠTa；这些元素的含量是10原子R彡20原子％，0原子％<R’彡5原子％，0原子彡15原子％，3原子15原子％，余量的Τ。
[0023]更优选地，所述组成包含的稀土元素R为Nd或Nd与选自下组中至少一种的组合：Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，且该组成不含Dy和Tb，并且该磁体具有至少1.6MA/m的矫顽力Hcj。
[0024]另一方面，提供了一种用于制备各向异性稀土烧结磁体的方法，该各向异性稀土烧结磁体包含四方Rfe14B化合物作为主磁性相，其中R是至少一种主要包括Nd的稀土元素，该方法包括步骤：提供磁体粉末，该磁体粉末包含四方Iy^e14B化合物作为主磁性相，具有两个晶轴的化合物相晶粒，所述两个晶轴即作为易磁化轴的c轴和作为难磁化轴的a轴；紧压该粉末同时跨该粉末施加第一磁场以便使c轴定向在该磁场方向上，并且施加与第一磁场基本上正交的第二磁场以便使a轴定向；和烧结所得压坯以便形成其中c轴和a轴被定向的烧结磁体。
[0025]优选地，第一磁场是静磁场而第二磁场是脉冲磁场。
[0026]所述磁体组成的优选实施方案也适用于该方法。
[0027]发明的有益效果
[0028]通过在磁场内压制步骤中施加磁场时控制Nd磁体粉末的主相晶粒的两个轴（即作为易磁化轴的c轴和作为难磁化轴的a轴）的定向，能够制备具有两个定向的轴的烧结体。认为由于使烧结晶粒的两个轴即c轴和a轴定向，这些晶粒通过非磁性晶界相平滑结合，由此使得晶界邻近形貌平滑。作为结果，能够建立至少1.6MA/m的Hc而无需添加Dy和/或Tb。
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