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01EV)或電動車（EV)中的發動機中時，需要所述永磁體具有耐熱性。在用 于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，Fe)基磁體的矯頑磁力傾向于下降。因此，需要一種技術以實現具有高的Fe 濃度的組成的Sm-(Co，Fe)基磁體中發揮大的矯頑磁力，以及良好的再現性。
[0004] 附圖簡要說明
[0005]圖1
[0006] 圖1是顯示一個實施例的永磁體的金屬結構的放大TEM圖。
[0007]圖2
[0008] 圖2是顯示一個比較例的永磁體的金屬結構的放大TEM圖。
[0009]圖 3
[0010] 圖3所示是一個實施方式的永磁體發動機。
[0011] 圖 4
[0012] 圖4所示是一個實施方式的可變磁通量發動機。
[0013]圖5
[0014] 圖5所示是實施方式的發電機。
[0015]圖6
[0016] 圖6顯示Sm-(Co,Fe)永磁體的薄層相的平均厚度與矯頑磁力之間的關系。
[0017]圖7
[0018] 圖7顯示Sm-(Co,Fe)永磁體的薄層相的平均厚度與殘留磁化之間的關系。
[0019]圖 8
[0020] 圖8顯示Sm-(Co,Fe)永磁體的薄層相的平均厚度與最大磁能產品之間的關系。
[0021] 發明詳述
[0022] 根據一個實施方式，提供了一種永磁體，所述永磁體包含由如下組成化學式表示 的組合物以及金屬結構：
[0023]RpFeqMrCusCo100_p_q_r_ s.? ?(1)
[0024] 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8. 0原子％且小于或等于13. 5原子％，q是大于或等于25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7. 2原子％，以及s是大于 或等于3. 5原子％且小于或等于13. 5原子％ ;以及
[0025] 所述金屬結構包括胞相（cellphase)、胞壁相（cellwallphase)和薄層相 (plateletphase)。在所述實施方式的永磁體中，胞相具有Th2Zn17晶相，胞壁相以繞著 胞相的形式存在，以及薄層相沿著Th2Zn17晶相的c平面存在。薄層相的平均厚度范圍為 2. 5_20nm〇
[0026] 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，所述稀土元素包括鈧（Sc)和釔（Y)。元素R使得永磁 體具有大的磁各向異性，并具有高的矯頑磁力。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，特別優選使用Sm。當大于或等于50原子％的元素R 是Sm時，可以提高永磁體的性能，特別是矯頑磁力，具有良好的再現性。此外，優選大于或 等于70原子％的元素R是Sm。
[0027] 元素R的含量p的范圍為8. 0-13. 5原子％。當元素R的含量p小于8原子％時， 大量的a-Fe相沉淀，無法獲得足夠的矯頑磁力。當元素R的含量超過13. 5原子％時，飽 和磁化顯著下降。元素R的含量P優選在10. 2-13. 0原子％的范圍內，更優選在10. 5-12. 5 原子％的范圍內。
[0028] 鐵（Fe)是主要負責永磁體磁化的元素。當含有大量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。Fe的含量q的范圍為25-40原子％。 Fe的含量q優選在28-38原子％的范圍內，更優選在30-36原子％的范圍內。
[0029] 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r的范圍為0. 88-7. 2 原子％。當元素M的含量r大于或等于0. 88原子％時，具有高的Fe濃度的組成的永磁體 能夠發揮大的矯頑磁力。當元素M的含量r大于7. 2原子％時，磁化顯著下降。元素M的 含量r優選在1.3-4. 3原子％的范圍內，更優選在1.5-2. 6原子％的范圍內。
[0030] 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?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％。
[0031] 銅（Cu)是使得永磁體發揮高的矯頑磁力的元素。Cu的摻混量的范圍為3. 5-13. 5 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13. 5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. 2-7. 2原子％的范圍內。
[0032] 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。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含量的情況下確定Co含量，以使得Fe的含量滿足上述范圍。
[0033] -部分的Co可以被選自鎳（Ni)、釩（V)、鉻（Cr)、錳（Mn)、鋁（Al)、鎵（Ga)、鈮 (Nb)、鉭（Ta)和鎢（W)的至少一種元素A取代。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。
[0034] 所述實施方式的永磁體（Sm-(Co,Fe)基磁體）具有通過對前體進行老化處理形成 的金屬結構，所述前體是通過溶體處理（solutiontreatment)形成的!13(：117晶相（1-7相/ 高溫相）。通過老化處理形成的金屬結構具有相分離結構，所述相分離結構具有由Th2Zn17 晶相（2-17)相構成的胞相、主要由CaCu5晶相（1-5相）構成的胞壁相以及薄層相。優選 地，所述實施方式的Sm-(Co,Fe)基磁體是燒結磁體。
[0035] 在Sm-(Co,Fe)基磁體的相分離結構中，胞壁相以繞著胞相的形式存在，以及薄層 相沿2-7相的c平面存在。胞壁相的Cu濃度優選大于或等于胞相的Cu濃度的1. 2倍。胞 壁相的一個代表性例子是1-5相，但這不是限制性的。薄層相是具有Th2Ni17晶相的組成區 域，其中元素M的濃度大于或等于胞相的元素M的濃度的1. 2倍。例如，薄層相具有大于或 等于2原子％的元素M濃度。
[0036] 在所述實施方式的永磁體中，薄層相的平均厚度范圍為