專利名稱：制備NdFeBCu 磁體的方法和NdFeBCu 磁體材料的制作方法
制備NdFeBCu磁體的方法和NdFeBCu磁體材料發明背景 1.發明領域本發明涉及一種制備NdFeBCu磁體的方法和NdFeBCu磁體材料，更具體地涉及一種制備在未加入大量稀有金屬的情況下與含有稀有金屬例如Dy、Tb、Co或Cr的磁性材料相比具有相當或較好矯頑力的NdFeBCu磁體和用于該NdFeBCu磁體的NdFeB型磁體材料的方法。2.相關技術說明磁性材料大致分為兩類硬磁材料和軟磁材料。硬磁材料要求具有高的矯頑力，而軟磁材料即使其矯頑力較低也要求具有高的最大磁化強度。典型的硬磁材料的矯頑力是涉及磁體穩定性的特性，并且當矯頑力較高時，磁體可在較高溫度下使用，并且具有較長的壽命。NdFeB型磁體稱作硬磁材料磁體。已知NdFeB型磁體可包含微細組織。還已知含有微細組織的液體急冷帶材的矯頑力可得到改善。然而，含有微細組織的NdFeB型液體急冷帶材作為磁性材料不具有足夠的溫度特性，因此已提出各種方案來改善其矯頑力-溫度特性。例如，日本專利申請公開No. 2000-252107 (JP-A-2000-252107)描述了一種由組成式(其中!^e表示鐵，B表示硼，R表示選自La、Ce、Pr、Nd和Sm的至少一種稀土元素，以及 M 表示選自 Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、 Au和1 的至少一種元素)表示的半硬磁材料，其形成合金熔體，其中所述組成式中的χ、y 和ζ分別滿足關系7原子χ < 15原子％，0. 5原子y彡4原子％，和0. 1原子％ 彡ζ彡7原子％，并且含有平均晶粒尺寸為IOOnm以下的a_Fe微晶作為組成相。作為具體實例，公開了作為硬磁材料的矯頑力低于NdFeB型磁體的10%的半硬材料。此外，PCT 國際申請2002-030595的國內再公開(JP-A1-2002-030595)描述了一種制備磁性材料合金的方法，該方法包括步驟制備合金熔體，該合金熔體具有由通式 Fe100-x-y-zRxQyMz表示的組成(其中R表示ft·、Nd、Dy和1 中的至少一種，Q表示B和C中的至少一種，以及 M 表示 Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au 禾口 Pb 中的至少一種，其中x、y和ζ分別滿足關系1原子％彡χ < 6原子％，15原子％彡y彡30原子％，和0原子ζ ( 7原子％ )，由使用冷卻輥的帶坯連鑄方法通過將所述合金熔體急冷形成薄帶狀合金。作為四元型合金的具體實例，公開了組成中Nd含量為5. 5原子％以下并且含有Co和/或Cr的急冷薄帶狀合金。然而，這些已知的磁性材料需要加入大量稀有金屬例如Dy、Tb、Co或Cr來改善矯頑力-溫度特性。
發明概要本發明提供了一種NdFeB型磁性材料，該磁性材料在未加入大量稀有金屬的情況下與加入稀有金屬例如Dy、Tb、Co或Cr時獲得的磁體相比具有相當或較好的矯頑力。本發明的第一方面涉及一種NdFeBCu磁性材料，其包含由Nd-Fe-B-Cu合金構成的急冷帶材。在根據該方面的NdFeBCu磁性材料中，所述Nd-Fe-B-Cu合金可以具有由通式 NdFeBCuA表示的組成，以及A可以是表示原子百分數的數值且可以為1_3。在根據該方面的NdFeBCu磁性材料中，所述Nd-Fe-B-Cu合金可以具有由通式 NdyFe1(1(1_x_y_zBzCux表示的組成，其中χ、y和ζ可以是表示原子百分數的數值，χ可以為1_3， y可以為大于12的數值，以及ζ為可大于6的數值。在根據該方面的NdFeBCu磁性材料中，y可以大于12且最大為24，ζ可以大于6 且最大為12。或者，y可以為14以上和ζ可以為7以上。在根據該方面的NdFeBCu磁性材料中，所述Nd-Fe-B-Cu合金可以具有由通式 Nd15Fe77B7Cu1表示的組成。在根據該方面的NdFeBCu磁性材料中，所述Nd-Fe-B-Cu合金具有由Nd、Fe、B和 Cu構成的四元合金的組成。本發明的第二方面涉及一種制備NdFeBCu磁體的方法，其包括將具有由通式 NdyFel(l(l_x_y_zBzCux表示的組成的合金熔體供給到冷卻的輥上以獲得作為帶狀磁性材料的急冷帶材，其中χ為1-3，y大于12且最大為24，ζ大于6且最大為12。根據該方面的方法還可以包括從急冷帶材除去柱狀晶組織；粉碎已除去柱狀晶組織的急冷帶材；和使已粉碎的急冷帶材經受加壓燒結以獲得塊體。在根據該方面的制備方法中，使急冷帶材經受加壓燒結可以包括在燒結過程中的接觸壓力為10至lOOOMPa、溫度為550°C以上且600°C以下、且真空度為KT2MPa以下的條件下使急冷帶材經受電流加熱5至100分鐘。在根據該方面的方法中，y可以為14以上，和ζ可以為7以上。在根據該方面的方法中，所述合金熔體可以由已在1400-1700°C的溫度下熔融的 NdyFe100Ty_zBzCux構成，以及將所述合金熔體供給到輥上可以包括在減壓下或者在惰性氣體氣氛中、于間隙為0. 6-1. 2mm和噴射壓力為0. 2-2kg/cm3的條件下將該合金熔體噴射到所述輥上，所述輥具有1. 0-3. 2m/sec的圓周速度。附圖簡要描述本發明的前述和其它目的、特征和優點由參考附圖的下面示例性實施方案的描述將變得明顯，其中相同的數字表示相同的要素，且其中
圖1是顯示根據本發明一個實施方案的急冷帶材和根據比較例的急冷帶材的矯頑力-溫度特性的曲線圖；圖2是顯示根據本發明一個實施方案的急冷帶材和根據比較例的急冷帶材的歸一化矯頑力-溫度特性的曲線圖；以及圖3是在本發明的實施例中用于制備急冷帶材的單輥(single-roll)爐的示意圖。實施方案的詳細描述本發明人進行了悉心研究以實現上述目的，并且得出的結論是，由多疇顆粒構成的NdFeB型磁體在不具有防止疇壁位移和產生的磁場相的情況下不顯現矯頑力，并且其矯頑力-溫度特性不能夠僅用3種元素加以改善。于是，作為附加研究的結果，本發明人完成了本發明。下文參考附圖描述了本發明的實施方案。現參照圖1和圖2，根據本發明實施方案的急冷NdFeBCu1與急冷NdFeBCoici帶材相比通常具有相當或較好的矯頑力-溫度特性。 認為急冷NdFeBCu1帶材的高溫矯頑力表示可獲得具有優異矯頑力-溫度特性的磁性材料， 這是因為在由具有上述組成的合金熔體制備急冷帶材時形成微細組織。此處，急冷帶材是可通過將合金熔體急冷而獲得的薄帶或帶材。該實施方案的磁性材料需要是由Nd-Fe-B-Cu構成的急冷帶材(帶狀磁體材料)。認為在急冷帶材中形成了比單疇顆粒直徑小的孤立微細組織或者形成各向同性 (isotopic)微細組織，并且可獲得基于一致轉動磁化模式(coherent rotation model)的高矯頑力。該實施方案中的Nd-Fe-B-CuA是由Nd (釹)、Fe (鐵)、B (硼)和Cu (銅)構成的四元合金，并且通過用Cu替代由Ndle和B構成的三元合金的元素之一例如B的一部分來獲得。該實施方案中的Nd-Fe-B-Cu合金可以具有由通式NdFeBCuA表示的組成，A可以是表示原子％的數值且可以為1-3。存在一些在加入到上述合金時有效改善室溫矯頑力的元素， 但是除Cu外沒有發現對改善溫度特性有效的元素。特別是在該實施方案中，可通過產生具有的組成比化學計量范圍(Nd12Fe582B6)組成較富含Nd或B的NdFeB型急冷帶材獲得具有良好矯頑力-溫度特性的急冷帶材。因此， Nd-Fe-B-Cu優選具有由如下通式表示的組成NdyFeiQQ_x_y_zBzCux (其中x、y和ζ是表示原子百分數的數值并且分別為1彡χ彡3、12 < y和6 < ζ)，更優選NdyFei(1(1_x_y_zBzCUx (1彡χ彡3， 12 < y ^ 24，特別地 14 彡 y 彡 24，和 6 < ζ 彡 12)，最優選 Nd15Fe77B7Cu10獲得急冷帶材的一種方法是通過例如熔體旋淬法(melt spinning process)進行急冷。用于對此加以實現的一種具體手段是使用輥制備急冷帶材。一個具體實例是包括以下步驟的方法在減壓下或者在惰性氣體氣氛中、于輥圓周速度為1.0-3. 2m/sec、間隙為 0. 6-1. 2mm、噴射壓力為0. 2-2kg/cm3和熔體溫度為1400-1700°C的條件下將如上所述具有由通式Ndy 1(1(1_x_y_zBzCux表示的組成的合金熔體供給到冷卻的輥上，在所述輥的表面上將所述合金熔體進行急冷以使該合金轉變成微細組織，以及將帶狀磁性材料從所述冷卻的輥剝去。該實施方案的急冷Nd-Fe-B-Cu合金帶材可通過以下方法獲得在熔爐例如電弧熔爐中由產生上述原子百分數的規定量的Nd、Fe、FeB和Cu制備合金錠，以及用鑄造裝置例如輥式爐將所得合金錠進行鑄造，所述輥式爐例如包括貯存合金熔體的熔體貯存器、供給熔體的噴嘴、冷卻輥、卷繞器、冷卻輥用的馬達、卷繞器的馬達和冷卻輥用的冷卻裝置。可通過例如包括以下的方法由該實施方案的急冷Nd-Fe-B-CuA帶材獲得塊體對該急冷帶材或從急冷帶材除去柱狀晶組織后保留的剩余物進行粉碎，和用電流燒結設備使已粉碎的材料經受電流燒結，所述電流燒結設備包括模具(die)、溫度傳感器、控制單元、供電單元、加熱元件、電極、絕熱材料、金屬支承體和真空室。可通過在例如燒結過程中的接觸壓力為10至lOOOMPa、溫度為550°C _600°C、且真空度為KT2MPa以下的條件下電流燒結5至100分鐘進行加壓燒結。下面描述本發明的實施例。在以下每個實施例中，用Lake Shore Cryotronics， Inc制造的VSM測量系統(振動樣品型磁力計系統)測量急冷帶材的磁特性。在以下每個實施例中，使用圖3中示意性表示的單輥爐形成急冷帶材。下面描述實施例1。稱重提供15 77 7 1的Nd、Fe、B和Cu原子比的規定量的Nd、Fe、FeB和Cu，并在電弧熔爐中制備合金錠。然后，通過在單輥爐中施加高頻波將該合金錠熔化。而后在下面單輥爐使用條件下將該合金熔體噴射到銅輥上，從而獲得急冷帶材。單輥爐使用條件為噴嘴直徑0. 6mm,間隙1. 0mm，噴射壓力0. 4kg/cm3，輥圓周速度 2. 5m/sec，和熔體溫度14500C。所得急冷Nd15Fe77B7Cu1帶材的磁特性使用高溫VSM進行評價。結果匯總于圖1和圖2中。在圖2中，歸一化的矯頑力表示相對于室溫矯頑力(其選取為1)進行了歸一化的急冷帶材的磁力。下面描述比較例1。稱重提供15 67 10 8的Nd、Fe、Co和B原子比的規定量的Nd Je、FeB和Co，并在電弧熔爐中制備合金錠。然后按與實施例1相同的方式形成急冷帶材。所得急冷Nd15Fe67C0J8S材的磁特性使用高溫VSM進行評價。結果匯總于圖1和圖2中。下面描述比較例2。稱重提供15 77 8的Nd、！^和B原子比的規定量的Nd、 !^e和狗隊并在電弧熔爐中制備合金錠。然后按與實施例1相同的方式形成急冷帶材。所得急冷Nd15Fe7^8帶材的磁特性使用高溫VSM進行評價。結果匯總于圖1和圖2中。下面匯總了作為使用VSM進行評價的結果而獲得的急冷帶材的室溫矯頑力急冷 Nd15I^e77B7Cu1帶材矯頑力(kOe) = 19. 8 ；急冷Nd15Fe7A帶材矯頑力(kOe) = 18. 6 ；和急冷 Nd15Fii67CoiciB7 帶材矯頑力(kOe) =19.8。上述結果還顯示，三元型急冷Nd15Fe77B8帶材具有低的室溫矯頑力，而在用Cu替代部分B形成四元型急冷Nd15Fe77B7Cu1帶材時可獲得具有高的室溫矯頑力的磁性材料。此外， 當用Cu替代部分B形成四元型急冷Nd15Fe77B7Cu1帶材時，可在未加入大量稀有金屬例如Dy、 Tb、Co或Cr的情況下獲得具有優異矯頑力-溫度特性的磁性材料。根據本發明，能夠以降低的成本和資源風險獲得具有高的高溫矯頑力的磁性材料，并且能夠提供具有高矯頑力的廉價NdFeBCu磁體。雖然在上文描述了本發明的一些實施方案，但是應當理解本發明不限于所描述的實施方案的細節，而是可以包括在不背離本發明的范圍的情況下對于本領域技術人員而言可以進行的各種改變、修改或改進。
權利要求
1.一種NdFeBCu磁性材料，其特征在于包含由Nd-Fe-B-Cu合金構成的急冷帶材。
2.根據權利要求1的NdFeBCu磁性材料，其中所述Nd-Fe-B-Cu合金具有由通式NdFeBCuA表示的組成，以及 A是表示原子百分數的數值且為1-3。
3.根據權利要求1的NdFeBCu磁性材料，其中所述Nd-Fe-B-Cu合金具有由通式NdyFeiQQ_x_y_zBzCux表示的組成， X、y和ζ是表示原子百分數的數值， χ 為 1-3,y為大于12的數值，和 ζ為大于6的數值。
4.根據權利要求3的NdFeBCu磁性材料， 其中7為M以下，和ζ為12以下。
5.根據權利要求3或4的NdFeBCu磁性材料， 其中y為14以上，和ζ為7以上。
6.根據權利要求3-5中任一項的NdFeBCu磁性材料，其中所述Nd-Fe-B-Cu合金具有由通式Nd15Fe77B7Cu1表示的組成。
7.根據權利要求1-6中任一項的NdFeBCu磁性材料，其中所述Nd-Fe-B-Cu合金具有由Nd、Fe、B和Cu構成的四元合金的組成。
8.一種制備NdFeBCu磁體的方法，其特征在于包括將具有由通式Nd/ei(l(l_x_y_zBzCux表示的組成的合金熔體供給到冷卻的輥上，其中χ為 1-3，y大于12且最大為24，ζ大于6且最大為12 ；在所述輥的表面上將所述合金熔體進行急冷以使該合金熔體轉變成微細組織；以及將已急冷的合金熔體從所述輥剝去以獲得作為帶狀磁性材料的急冷帶材。
9.根據權利要求8的方法，該方法還包括從急冷帶材除去柱狀晶組織； 粉碎已除去柱狀晶組織的急冷帶材；和使已粉碎的急冷帶材經受加壓燒結以獲得塊體。
10.根據權利要求9的方法，其中，使急冷帶材經受加壓燒結包括在燒結過程中的接觸壓力為10至lOOOMPa、溫度為550°C以上且600°C以下、且真空度為KT2MPa以下的條件下使急冷帶材經受電流加熱5 至100分鐘。
11.根據權利要求8-10中任一項的方法， 其中y為14以上，和ζ為7以上。
12.根據權利要求8-11中任一項的方法，其中所述合金熔體由已在1400-1700°C的溫度下熔融的Nd/eiQQ_x_y_zBzCux構成，以及將所述合金熔體供給到輥上包括在減壓或者在惰性氣氛中、于間隙為0. 6-1. 2mm和噴射壓力為0. 2-2kg/cm3的條件下將該合金熔體噴射到所述輥上，所述輥具有1. 0-3. 2m/sec 的圓周速度。
全文摘要
一種制備NdFeBCu磁體的方法，該方法包括將具有由通式NdyFe100-x-y-zBzCuX表示的組成的合金熔體供給到冷卻的輥上以獲得作為帶狀磁性材料的急冷帶材，其中x為1-3，y大于12且最大為24，z大于6且最大為12。
文檔編號H01F1/057GK102356436SQ201080012108
公開日2012年2月15日 申請日期2010年2月24日 優先權日2009年3月17日
發明者佐久間紀次, 岸本秀史, 莊司哲也 申請人:豐田自動車株式會社