永磁體以及使用所述永磁體的發動機和發電機的制作方法
【專利說明】永磁體以及使用所述永磁體的發動機和發電機 發明領域
[0001] 本文所述的實施方式一般地涉及一種永磁體，以及使用所述永磁體的發動機和發 電機。
【背景技術】
[0002] 已知稀土磁體，例如Sm-Co磁體和Nd-Fe-B磁體，作為高性能的永磁體。當永磁體 用于混合電動車（HEV)或電動車（EV)中的發動機時，需要所述永磁體具有耐熱性。在HEV 或EV的發動機中，在使用的永磁體中，通過用鏑（Dy)代替Nd-Fe-B磁體中的一部分釹（Nd) 來增加其耐熱性。Dy是一種稀有元素，因此需要不使用Dy的永磁體。
[0003] Sm-Co磁體具有高居里溫度，因而已知作為不采用Dy的磁體展現出優異的耐熱 性，并且預期在高溫下實現令人滿意的操作特性。Sm-Co磁體相比于Nd-Fe-B磁體是低磁化 的，無法實現足夠的最大磁化能量產品的值)。為了增加 Sm-Co磁體的磁化，有效 的是用鐵（Fe)替換一部分的鈷（Co)，并增加 Fe濃度。但是，在具有高的Fe濃度的組成區 域中，Sm-Co磁體的矯頑磁力傾向于下降。此外，關于Sm-Co磁體的磁化，僅用Fe取代一部 分的Co并不總是導致獲得足夠的值，因此需要進一步的改進。
[0004] 附圖簡要說明
[0005] 圖 1
[0006] 圖1所示是Sm-Co燒結磁體的結構的SEM反射電子圖。
[0007] 圖 2
[0008] 圖2是與圖1所示的SEM反射電子圖相同部分的SEM-EBSP測量的取向成像圖的 示意圖。
[0009] 圖 3
[0010] 圖3是顯示了來自Sm-Co燒結磁體中的晶粒的[0001]方向的易磁化軸的晶體取 向角的取代的頻率分布圖。
[0011] 圖 4
[0012] 圖4所示是基于圖3所示的晶體取向角的取代的頻率分布的頻率分布成像圖的示 意圖。
[0013] 圖 5
[0014] 圖5所不是一個實施方式的永磁體發動機。
[0015] 圖 6
[0016] 圖6所示是一個實施方式的可變磁通量發動機。
[0017] 圖 7
[0018] 圖5所示是實施方式的永磁體發電機。
[0019] 發明詳述
[0020] 根據一個實施方式，提供了一種包含燒結壓實體的永磁體，所述燒結壓實體具有 由如下組成化學式表示的組成：
[0021] RpFeqMrCusCo100_ p_q_r_s. . . (I)
[0022] 其中，R是至少一種選自稀土元素的元素，M是至少一種選自下組的元素：Zr、Ti和 Hf，p是大于或等于10. 5原子％且小于或等于12. 5原子％，q是大于或等于24原子％且小 于或等于40原子％，r是大于或等于0. 88原子％且小于或等于4. 5原子％，以及s是大于 或等于3. 5原子％且小于或等于10. 7原子％。
[0023] 構成所述實施方式的永磁體的燒結壓實體具有如下結構：所述結構具有由包含 Th2Zn1^sH相的主相構成的晶粒，以及存在于晶粒之間的晶粒邊界。構成燒結壓實體的晶粒 的平均顆粒直徑大于或等于25微米，并且晶粒邊界的體積分數小于或等于14%。
[0024] 下面將更詳細地描述所述實施方式的永磁體。在組成化學式（1)中，使用選自稀 土元素的至少一種元素作為元素 R，所述稀土元素包括釔（Y)。元素 R使得永磁體具有大的 磁各向異性，并具有高的磁抗力。優選使用選自釤（Sm)、鈰（Ce)、釹（Nd)和鐠（Pr)的至少 一種元素作為元素 R，有利地使用Sm。當大于或等于50原子％的元素 R是Sm時，可以增加 永磁體的特性，例如具有良好再現性的矯頑磁力。優選大于或等于70原子％的元素 R是 Sm0
[0025] 為了增加永磁體的矯頑磁力，元素 R的含量p的范圍為10. 5-12. 5原子％。當元 素 R的含量P小于10.5原子％時，大量的α-Fe相沉淀，無法獲得足夠的矯頑磁力。當元 素 R的含量P超過12. 5原子％時，飽和磁化顯著下降。元素 R的含量p優選在10. 7-12. 3 原子％的范圍內，更優選在10. 9-12. 1原子％的范圍內。
[0026] 鐵（Fe)是主要負責永磁體磁化的元素。當含有較大量的Fe時，可以增加永磁體 的飽和磁化。但是，當含有Fe過多時，矯頑磁力可能下降，因為a-Fe相的沉淀，并且因為 其變得難以獲得所需的兩相分離結構，這會在下文描述。因此，Fe的含量q的范圍為24-40 原子％。Fe的含量q優選在27-36原子％的范圍內，更優選在29-34原子％的范圍內。
[0027] 使用選自鈦（Ti)、鋯（Zr)和鉿（Hf)的至少一種元素作為元素 M。摻混元素 M使 得磁體在高的Fe濃度的組成范圍內，發揮大的矯頑磁力。元素 M的含量的范圍為0. 88-4. 5 原子％。當元素 M的含量r大于或等于0.88原子％時，可以增加 Fe的濃度。當元素 M的 含量r大于4. 5原子％時，產生富集元素 M的雜相，并且磁化和矯頑磁力都會下降。元素 M 的含量r優選在1. 14-3. 58原子％的范圍內，更優選在1. 49-2. 24原子％的范圍內。
[0028] 元素 M可以是Ti、Zr和Hf中的任一種，但是優選至少含有Zr。當大于或等于50 原子％的元素 M是Zr時，可以進一步改進增加永磁體的矯頑磁力的效果。元素 M中Hf是 特別昂貴的，因此當使用Hf時，Hf的用量優選是小的。優選地，Hf的含量小于元素 M的20 原子％。
[0029] 銅（Cu)是使得永磁體發揮高的矯頑磁力的元素。Cu的摻混量s的范圍為 3. 5-10. 7原子％。當Cu的摻混量s小于3. 5原子％時，難以得到高的矯頑磁力。當Cu的 摻混量s超過10. 7原子％時，磁化顯著下降。Cu的摻混量優選在3. 9-9原子％的范圍內， 更優選在4. 3-5. 8原子％的范圍內。
[0030] 鈷（Co)是負責永磁體磁化的元素，并且對于實現發揮高的矯頑磁力是所需的。此 夕卜，當含有大量Co時，居里溫度變高，提高了永磁體的熱穩定性。當Co含量過小時，無法獲 得足夠的這些作用。但是，當Co的含量過大時，Fe的含量比相對下降，使得磁化下降。因 此，在考慮元素 R、元素 M和Cu含量的情況下設定Co含量，以使得Fe的含量q滿足上述范 圍。
[0031] -部分的Co可以被選自鎳（Ni)、釩（V)、鉻（Cr)、錳（Mn)、鋁（Al)、硅（Si)、鎵 (Ga)、鈮（Nb)、鉭（Ta)和鎢（W)的至少一種元素 A取代。這些取代元素 A有利于改進磁特 性，例如矯頑磁力。但是，Co被元素 A過度取代可能導致磁化的下降，從而被元素 A的取代 量優選為小于或等于20原子％的Co。
[0032] 所述實施方式的永磁體是由具有組成化學式（1)表示的組合物的燒結壓實體構 成的燒結磁體。在燒結磁體（燒結壓實體）中，含有Th 2Zn17晶相的區域是主相。當用掃描 電子顯微鏡（SEM)觀察燒結壓實體的截面時，燒結磁體的主相是在觀察圖像（SEM圖像）中 具有最大面積比的相。燒結磁體的主相優選具有相分離結構，其是通過對前體進行老化處 理形成的，所述前體是通過溶體處理（solution treatment)形成的113(：117晶相（1-7相/高 溫相）。相分離結構優選具有由Th 2Zn17晶相（2-17相）構成的胞相以及由CaCu5晶相（1-5 相）構成的胞壁相等。相比于胞相，胞壁相的磁壁能是大的，該磁壁能的差異成為磁壁移動 的屏障。也就是說，設想具有大的磁壁能的磁壁相作為釘扎位點運作，從而發揮磁壁釘扎型 的矯頑磁力。
[0033] 所述實施方式的燒結磁體具有由包含Th2Zn1^ sB相的主相構成的晶粒，并且是由此 類晶粒構成多晶體（燒結壓實體）。在構成燒結壓實體的晶粒之間，存在晶粒邊界。構成燒 結壓實體的晶粒的尺寸（晶粒直徑）通常是微米級的，存在于此類晶粒之間的晶粒邊界的 厚度也是微米級的。主相中的胞相的尺寸是納米級的（例如，約為50-400nm)，圍繞著該胞 相的胞壁相的厚度也是納米級的（例如，約為2-30nm)。由胞相和胞壁相構成的相分離結構 存在于由包含2-17相的主相構成的晶粒中。
[0034] 構成所述實施方式的永磁體的燒結壓實體具有由包含2-17相的主相構成的晶粒 以及在這些晶粒之間作為邊界的晶粒邊界。在所述實施方式的永磁體中，由主相構成的晶 粒的平均顆粒直徑大于或等于25微米，晶粒邊界的體積分數小于或等于14%。通過應用 具有此類晶粒和晶粒邊界結構的燒結壓實體，可以進一步增加永磁體（燒結磁體）的磁化。 下面將詳細描述根據所述實施方式的永磁體的結構與磁化之間的關系。
[0035] 通過如下方式獲得構成永磁體的Sm-Co基燒結壓實體：對研磨至數微米水平的合 金粉末進行壓制成形，同時使得在磁場中進行晶體取向，以及通過使得壓模體保持在預定 的溫度進行燒結。此外，通常在Sm-Co基燒結壓實體的制造步驟中，在燒結之后，通過保持 在略低于燒結溫度的溫度來進行溶體處理。