[发明专利]具有高矫顽力和能量密度的细粒度钕铁硼磁体

说明书

本发明公开了一种具有高矫顽力和能量密度的细粒度钕铁硼磁体。磁体可具有高的矫顽力并且可适于高温应用。磁体可包括具有100nm至500nm的平均晶粒尺寸的多个钕铁硼合金晶粒。磁体还可包括非磁性低熔点(LMP)合金，该LMP合金可包括稀土元素与铜、镓和铝中的一种或多种。磁体可由使用HDDR和喷射研磨或其它研磨过程制备的钕铁硼合金粉末形成。该粉末可具有精细的晶粒尺寸以及小粒度和粒度分布。LMP合金可与钕铁硼合金粉末混合或可被扩散到固结的钕铁硼块状磁体内。LMP合金还可集中在块状磁体的晶界处。

技术领域

本申请涉及一种例如用于电动车辆应用的、具有高矫顽力和能量密度的细粒度钕铁硼磁体。

背景技术

钕铁硼(Nd-Fe-B)合金磁体通常为具有最高的可用性能的永磁体。因此，Nd-Fe-B磁体用于多种应用，比如核磁共振成像(MRI)和与计算机相关的应用。对Nd-Fe-B磁体的期望连续升高，特别是来自绿色能源应用，比如电动车辆和无齿轮风力涡轮机。关于这些应用，磁体可能需要在高温下工作，其目前是Nd-Fe-B磁体的弱点。Nd-Fe-B磁体与其它永磁体(比如钕镍钴(Alnico)磁体和钐钴(Sm-Co)磁体)相比具有低的居里温度(～312℃)。Nd-Fe-B磁体的磁性能可能随着升高的温度快速衰退。因此，对于高温应用，剩磁和矫顽力可为重要的特点。

对于为用于很多高性能应用的磁体的各向异性的Nd-Fe-B磁体，剩磁可通过改善硬磁Nd₂Fe₁₄B晶粒的取向来提高。存在不同的途径来提高Nd-Fe-B磁体的矫顽力。一种方法是用镝(Dy)或铽(Tb)取代磁体中的Nd，这是由于(Dy,Tb)₂Fe₁₄B具有比Nd₂Fe₁₄B的各向异性场高得多的各向异性场。然而，该矫顽力的提高可能以降低的饱和磁化强度为代价。为了使磁体在200℃下稳定工作，可将10wt.％的Dy加入磁体，其导致剩磁和最大磁能积((BH)_max)的显著降低。此外，Dy和Tb与轻稀土元素(比如Nd和镨(Pr))相比，在地球上的含量少得多。重稀土(HRE)元素(例如Dy和Tb)为稀土(RE)元素中含量最少的。

目前，已经开发了可替代的途径以减少用于高温应用的烧结Nd-Fe-B磁体中的Dy/Tb的使用，该途径包括双合金法和晶界扩散法。两种方法的目的都是在硬磁晶粒的表面上形成富含重稀土的R₂Fe₁₄B相的外壳。当磁体暴露于外部退磁场时，外壳中提高的各向异性场防止反向域的成核。虽然事实是Dy/Tb含量可被降低几乎50％，但是这些磁体中仍然需要Dy或Tb。

发明内容

在至少一个实施例中，提供了一种磁体，该磁体包括多个Nd-Fe-B合金晶粒和非磁性低熔点(LMP)合金，多个Nd-Fe-B合金晶粒具有100nm至500nm的平均晶粒尺寸，LMP合金包括稀土元素与铜(Cu)、镓(Ga)和铝(Al)中的一种或多种。

LMP合金大体上可为稀土元素与Cu、Ga和Al中的一种或多种的二元合金、三元合金或四元合金。在一个实施例中，磁体包括0.1wt.％至10wt.％的LMP合金。LMP合金中的稀土元素可为Nd或Pr。在一个实施例中，磁体的晶粒间成分(intergranular composition)比磁体的晶粒内成分(intragranular composition)具有更高的LMP合金浓度。多个Nd-Fe-B合金的晶粒可具有200nm至400nm的平均晶粒尺寸。

在至少一个实施例中，提供了一种形成磁体的方法。该方法可包括：制备具有100nm至500nm的平均晶粒尺寸的Nd-Fe-B合金的磁性粉末；将磁性粉末研磨至100nm至10μm的平均粒度；将磁性粉末与非磁性低熔点(LMP)合金粉末混合以形成粉末混合物；使粉末混合物固结以形成块状磁体(bulk magnet)。