基于硼化钕铁的生产永久磁铁的方法

摘要

本发明所描述的是一种基于NdFeB的生产永久磁铁的方法，其中NdFeB粉末和主要由Ga和一种或多种稀土金属(RE)组成的Ga合金粉末混合在一起构成一种混合物，接下来它被定向、挤压和烧结。这样的合金可用简单方式研磨成均匀的细颗粒粉末，合金的成分最好对应于结构式REGax，其中x＝1或x＝2。非常适合的合金包括稀土金属Dy和/或Tb。

说明书

本发明涉及一种基于NdFeB的产生永久磁铁的方法，其中NdFeB粉末和金属Ga粉末混合在一起构成一种混合物，接下来它被定向并挤压成某种形状的产品，然后再烧结。基于NdFeB的磁铁具有极好的硬磁特性，例如能量积大和饱合磁化点相对较高。所说的磁铁特别适用于需要小型化的硬磁部件的场合，例如驱动计算机硬盘的小型电动机。

基于NdFeB的永久磁铁此处应理解为是指其磁相由一种金属间化合物组成的磁铁，该化合物具有四方晶体结构，并且成分对应于结构式Nd₂Fe₁₄B。在这样一种磁铁中，金属间化合物的基本部分Nd可由诸如Pr和Dy的一种或多种其它的稀土金属代替。重要部分Fe也可由诸如Co的一种或多种其它的过渡金属代替。这种磁铁的磁相包括30～38%重量百分比的稀土金属、0.8～1.3%重量百分比的B和60～80%重量百分比的过渡金属。

开头段落提到的方法在例如欧洲专利申请EP-A 249.973中有过说明。在已知的方法中，成分为Nd₁₃Fe₈₁B₆的金属间合金粉末在球磨机中与金属Ga粉末混合。这样得到的混合物包括96%重量百分比的NdFeB粉末，平均颗粒大小为3微米，以及4%重量百分比的金属Ga粉末，平均颗粒大小为几十微米。接下来混合物在磁场中定向，在压力增加、600℃的温度下挤压并烧结。该方法使Ga熔化并接着形成所谓的粘结相，它存在于NdFeB的磁颗粒之间。NdFeB颗粒的周围存在所说的含Ga相改善了磁铁的抗腐蚀性并提高了矫顽磁力。

已知的方法具有缺点。例如，天然的金属Ga有很强的韧性，因此要把它变成均匀的粉末是很困难的。特别对平均颗粒大小在100微米以下的Ga粉末来说更是如此。平均颗粒大小在10微米以下的Ga粉末实际上是不能生产出来的。已经发现将这样的Ga粉末和NaFeB粉末混合在一起构成均匀的混合物是一件非常困难的事。如果将所说的粉末不均匀混合，那么这会对永久磁铁的磁特性带来不利的影响。

本发明的一个目的尤其是为了提供一种能够解决上述问题的方法。本发明的进一步目的是为了提供一种生产永久磁铁的方法，这种永久磁铁具有较满意的抗腐蚀性和较大的矫顽磁力。根据本发明的方法生产的磁铁还必须具有足够高的居里温度。

本发明的这些目的和其它目的可以通过开头段落所述的方法来实现，本发明的方法的特征在于用Ga合金粉末代替金属Ga粉末，Ga合金粉末主要包括Ga和一种或多种稀土金属（RE）。已经发现Ga和一种或多种稀土金属的合金很脆。根据这一点，它们能够被较容易地研磨成具有平均尺寸较小的颗粒的粉末。平均颗粒大小为10微米或不足10微米的均匀粉末可以用相对简单的方式从RE-Ga合金中生产出来。从这一方面讲，发现NdGa和NdPrGa的合金是很合适的。

假定在烧结过程中合金中的Ga能够和较大量地存在于液相中的游离Nd结合，形成不易氧化的合金。进一步发现在烧结过程中，可以把Ga换成Fe，它被结合在颗粒的硬磁相中。发生在颗粒的最外部分的所说的交换提供了硬磁材料，该材料的居里温度升高了。

在这方面应注意的是，当Al元素随NdFeB粉末一起以粉末形式烧结时，它也有抗氧化作用。然而，在这种情况下居里温度降低了。假定这是由将硬磁相的金属间结合的Fe换成颗粒边界之间的液相的Al引起的。众所周知，基于NdFeB的磁铁的居里温度已经是比较低的，因此进一步降低居里温度被认为是非常不利的。

除了Ga和RE，用于本发明的方法中的合金也可以再包含有限量的其它元素。其它元素的量不超过20%重量百分比。其它元素的量多些的话会使合金的脆性不够。在这方面应注意的是，除了含Ga的RE合金之外，基本上所有的Ga合金都不够脆，很难研磨成具有小颗粒的均匀粉末。因此，合金最好仅由Ga和RE组成。

根据本发明的方法的最佳实施例的特征在于合金的成分对应于结构式REGa_x，其中x＝1或x＝2。已经发现REGa₂型合金和REGa型合金比具有不同的RE和Ga比例的合金脆。这可能是由于在上述合金中，RE和Ga形成了具有固定的化学计量的混合物。REGa₂优于REGa，这是因为它具有相对高的Ga含量。其优点是该成分能使来自液相的相对较多的金属Nd被结合。

根据本发明的方法的另一最佳实施例的特征在于所用的稀土金属是Tb和/或Dy。这些元素和Ga构成的合金不仅为磁铁提供了升高的居里温度和改善了的抗腐蚀性，而且还提供了增强的各向异性。这可能是由于在磁颗粒的最外部分把Nd换成Tb和/或Dy的缘故。于是在液相中分离的Nd被存在的Ga结合，形成不易氧化的一种合金。

根据本发明的方法的再一最佳实施例的特征在于Ga合金粉末的平均颗粒尺寸小于NdFeB粉末的平均颗粒尺寸。实验表明这种措施能改善并加快两种粉末的搅拌过程，使之成为一种均匀的混合物。Ga合金粉末的平均颗粒大小最好在2～10微米的范围内，而NdFeB粉末的平均颗粒大小最好在10～100微米的范围内。

在本发明的方法的一个最佳实施例中，混合物包括1～5%重量百分比的Ga合金粉末。已经发现当混合物中加入的Ga粉末不足1%重量百分比时，将导致抗腐蚀性提高幅度不够。当混合物中加入的Ga粉末大于5%重量百分比时，将导致磁稀化程度太高。当添加的Ga合金粉末的量在2～4%重量百分比的范围内时，可以获得这些特性的最佳组合。

下面借助于实施例并参照附图更详细地描述本发明，附图中：

图1表示根据本发明的方法生产出来的磁铁的磁化曲线;

图2表示根据本发明的方法生产出来的磁铁的另一不同的磁化曲线。

实施例1：

在惰性气体中用电弧熔化法从所说的元素制备成分为Nd_15.5Fe₇₂B₇的合金。合金在保护性气体中在球磨机和射流磨机内连续研磨，直到获得平均颗粒大小为20微米的粉末。用电弧熔化法还从所说的元素制备成分为Dy₃₃Ga₆₇的合金。这种合金的熔化温度为1330℃。连续研磨合金，以便获得平均颗粒大小为5微米的粉末。用这些粉末制备包括3%重量百分比的DyGa₂粉末和97%重量百分比的NdFeB粉末的混合物。混合物在磁场中定向并挤压。这样构成的成形产品被在没有氧气的情况下以1085℃的温烧结1小时。

图1表示经烧结的磁铁冷却之后测得的磁化曲线。所说磁铁呈现的磁化强度为118Am²/kg，矫顽磁力为300KA/m。磁铁的居里温度为322℃。这比没有添加DyGa粉末的磁铁的居里温度高出7度。加速寿命试验表明这种磁铁比常规的NdFeB磁铁的抗氧化性能要好。

实施例2：

从上述NdFeB合金形成的平均颗粒大小为10微米的粉末以同样方式与平均颗粒大小为5微米的DyGa粉末混合。GaDy粉末的重量占全部混合物的3%。接下来这种混合物被定向、挤压和烧结（1小时，1048℃）。烧结之后磁铁被放在保护气体中，在580℃的温度下处理达90分钟。

图2表示前一段所描述的磁铁的磁化曲线。磁化强度为117KA²/kg，矫顽磁力为1300KA/m。居里温度为322℃。同样发现这种磁铁比在晶粒间相中不含Ga的常规的NaFeB磁铁不易氧化。

这样生产的许多磁铁的微观结构可以通过提供电子探针显微分析器（EPMA）的透射式电子显微镜（TEM）来检查。这些检查表明没有含Nd丰富的共晶体留在主相的颗粒之间。而颗粒被主要由Nd（大约占体积的60%）和Ga（大约占体积的40%）组成的相分开。大多数Dy在主相（颗粒）中结束。这可能是由于在烧结过程中主相的颗粒生长的缘故。还发现主相已经接纳很少量的Ga，Ga主要存在于颗粒的最外层之中。