[发明专利]晶粒边界工程

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月15日提交的美国临时申请62/037,754和2015年6月17日提交的美国非临时申请14/742,080的优先权，其内容在此参考并入。

背景技术

本公开涉及使用晶粒边界工程(GBE)实施制造铷-铁-硼(Nd-Fe-B)烧结磁体。

稀土永磁体(REPM)的全球市场与REPM应用的范围共同增长。REPM显示出高磁性性能特性，并用于开发包括电子、能源、交通、航空航天、国防、医疗装置以及信息和通讯技术在内的很多工业的高科技、高效率应用。

例如，使用Nd-Fe-B永磁体的应用包括：启动电机、防抱死制动系统(ABS)、燃料泵、风扇、扬声器、麦克风、电话电铃、开关、继电器、硬盘驱动器(HDD)、步进电机、伺服电机、磁共振成像(MRI)、风车发电机、机器人、传感器、磁分离器、制导系统、卫星、巡航导弹等。

Nd-Fe-B型烧结磁体具有非常精细调节的元素组成，除了Nd之外，其包括诸如Dy、Tb、Ga、Co、Cu、Al的元素以及其他微量过渡金属元素添加物。

使用重稀土镝(Dy)可能有助于提高Nd-Fe-B磁体的耐温性。尽管Dy具有提升性能的特性，但是其资源有限。Dy供应的风险和稀缺导致可用于节能电机应用中的高温性能Nd-Fe-B磁体的短缺。

本公开的晶粒边界工程降低了Nd-Fe-B产品中的Dy含量，并同时保持高性能、增加耐温性并降低生产成本。

发明内容

本申请涉及一种方法，所述方法可以包括产生具有特定性能特性(如粒度、排列、密度、能量乘积(BHmax)、剩磁(Br)和矫顽磁性(iHc)的所需组合)的Nd₂Fe₁₄B永磁体。例如，晶粒边界工程(GBE)法可以包括生产具有经晶粒边界改性的富相的Nd-Fe-B永磁体。GBE法可以由新的磁性材料(例如此前未用于消费品中的磁性材料)、再循环的磁性材料(例如此前用于消费品中的磁性材料)或上述两者产生新磁体。

GBE法保持起始磁性材料的原始晶粒相，并同时改性起始磁性材料的晶粒边界相。例如，当产生新的Nd₂Fe₁₄B磁体时，GBE系统在最终磁性产品中保持了起始材料的至少90体积％的Nd-Fe-B 2:14:1相晶粒。GBE系统可以用由添加材料制成的新的晶粒边界相替代全部的或基本上全部的富Nd晶粒边界相。在一些实例中，GBE系统在最终磁性产品中保持了约90体积％至约97体积％之间的起始晶粒。在一些实例中，GBE系统用新的晶粒边界相替代约3体积％至约12体积％之间的富Nd晶粒边界相。

通常，可以在如下方法中体现本说明书中所述主题的一个创新方面，所述方法包括下述操作：熔融磁性元素以产生熔融合金；由熔融合金形成铸造合金薄片，所述铸造合金薄片包含多个2:14:1相晶粒；粉碎铸造合金薄片以产生第一粉末，并同时保持来自铸造合金薄片的2:14:1相晶粒中的至少一些；压制和对准第一粉末中的颗粒以产生第一压坯；烧结第一压坯以产生烧结压坯；使烧结压坯碎裂以形成第二粉末，并同时保持来自烧结压坯的2:14:1相晶粒中的至少一些；将第二粉末与a)稀土材料R和b)元素添加物A混合以产生均质粉末，并同时保持来自第二粉末的2:14:1相晶粒中的至少一些，其中稀土材料R包含下述中的至少一种、至少两种或全部三种：i)Nd、ii)Pr或iii)Dy，且元素添加物A包含下述中的至少一种、至少两种或全部三种：i)Co、ii)Cu或iii)Fe；以及烧结和磁化均质粉末以形成Nd-Fe-B磁性产品。该方面的其他实施方式包括相应计算机系统、设备和在一个或多个计算机存储装置上记录的计算机程序，上述分别配置为执行该方法的操作。一个或多个计算机的系统可以配置为通过在系统中安装软件、固件、硬件或其组合以执行特定运行或操作，其中所述软件、固件、硬件或其组合在运行中引发系统执行操作。一个或多个计算机程序可以配置为通过包括指令来执行特定运行或操作，当由数据处理设备执行所述指令时，所述指令引发装置执行操作。