[发明专利]用于制备稀土永磁体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有最少量昂贵的稀土元素例如使用的Tb和Dy的高性 能稀土永磁体。

背景技术

由于优良的磁性能，Nd-Fe-B永磁体获得了不断增加的应用范围。 近来对于环境问题的挑战已经将这些磁体的应用范围由家用电器扩展到工业设 备、电动汽车和风力发电机。这需要进一步提高Nd-Fe-B永磁体的性能。

用于磁体性能的参数包括剩磁(或剩余磁通量密度)以及矫顽力。 Nd-Fe-B永磁体剩磁的增加可以通过增加Nd₂Fe₁₄B化合物的体积系数和改进晶体 取向来实现。为此，已经对工艺进行了大量改进。为了增加矫顽力，已知的不 同方法包括晶粒细化、使用具有更大Nd含量的合金组合物以及添加有效的元素。 目前最常见的方法是使用以Dy或Tb取代一部分Nd的合金组合物。在Nd₂Fe₁₄B 化合物中用这些元素取代Nd增加了化合物的各向异性磁场和矫顽力。另一方面， 使用Dy或Tb的取代减少了化合物的饱和磁极化。因此，只要采取上述方法以 增加矫顽力，剩磁的损耗是不可避免的。因为Tb和Dy是昂贵的金属，故希望 最小化它们的添加量。

在Nd-Fe-B永磁体中，矫顽力由外磁场的大小给定，该外磁场在晶 界产生反向磁域的核。反向磁域的核的形成以一定的方式主要通过晶界的结构 指示使得接近边界的晶粒结构的任何紊乱引起磁结构的破坏，从而有助于形成 反向磁域。通常认为从晶界延伸至大约5nm深度的磁结构有助于增加矫顽力(参 见K.D.Durst和H.Kronmuller，“THE COERCIVE FIELD OF SINTERED AND MELT-SPUN NdFeB MAGNETS”，Journal of Magnetism and Magnetic Materials， 68(1987)，63-75)。为了同时提供高矫顽力和高剩磁，理想的是Dy和Tb的浓 度在接近晶界的区域比在晶粒中的浓度高。

达到这种形态的有效方法，如在本申请人的WO 06/43348中公开， 是通过在烧结磁体本体的表面上布置包含稀土元素的氧化物、氟化物和氟氧化 物的一种或多种的粉末并且在真空中或在惰性气体中在低于烧结温度的温度下 热处理磁体本体。在下文中这种方法称作“晶界扩散工艺”。使用这种工艺，将 Dy或Tb从烧结磁体本体表面上存在的稀土化合物引入烧结磁体本体并且沿着 晶界扩散入磁体本体。认为Dy或Tb仅仅靠近晶界的扩散有助于增加矫顽力。 因为Dy或Tb的取代量相对于整个晶粒非常少，这使得引起剩磁的较少损耗或 没有剩磁损耗。

通常，Nd-Fe-B永磁体的晶界相包括Nd富集相、Nd氧化物相和B 富集相。其中，Nd富集相在热处理期间变成液相，及Dy或Tb溶解在该液相中 并且扩散进入内部，其能够使扩散进入具有毫米级深度的磁体本体的较深部分， 尽管热处理的相对低的温度比烧结温度低。

发明内容

由于Nd-Fe-B合金的高活性，在它们的制备过程中它们容易吸收偶 然的杂质例如氧、碳和氮。这些轻元素主要与Nd反应以形成化合物。得到的氧 化物、碳化物和氮化物具有远高于烧结温度的熔点并且在晶界扩散处理过程中 以固相存在。因此，杂质引起Nd富集液相量的减少。然后在能够确定Nd富集 相的量之前，不仅仅必须考虑母合金中Nd的量而且必须考虑在磁体制备过程中 引入的杂质的量。在晶界扩散工艺中，Nd富集相变成如上所述的Dy和Tb的扩 散介质。然后，即使Nd富集相的量足够使普通永磁体获得矫顽力，这个量作为 在晶界扩散工艺中的扩散介质是不够的。

在母合金中Nd的总量是指示Nd富集相量的近似量度。应该理解， Nd超过Nd₂Fe₁₄B的化学计量量(11.76原子％Nd)越多，Nd富集相的量越多。尽管 Nd富集对于在此讨论的类型的磁体本体获得高矫顽力是必须的，其使得对磁性 做出贡献的Nd₂Fe₁₄B的分数减少。在增加磁性能的开发工作中通常采取的原则是 最小化Nd富集相的量，只要它还能保证矫顽力。然而，从在晶界扩散工艺中扩 散介质的角度同时考虑到在磁体本体制备工艺过程中偶然的杂质例如氧、碳和 氮的量，还没有实践以优化Nd富集相的量。