[发明专利]用矫顽力很低的晶态稀土-过渡金属-硼合金制造永磁铁

说明书

本发明介绍用含有一种或多种轻稀土元素、一种或多种过渡金属（TM）和硼（B）的完全晶体合金制造高矫顽力、高磁能积的磁铁的方法，这些合金的铸态不是永磁性的。本发明详细地介绍用热加工大颗粒或非永久磁性的坯料、晶体、铸造合金来制造强的永久磁铁，这些铸造合金主要含有RE₂TM₁₄B相，其中TM包括铁。

本发明的高矫顽力、高磁能积的轻稀土-铁（RE-Fe）基永久磁铁乃是美国专利A-4，496，395、欧洲专利申请0108474（通用汽车公司）和欧洲专利申请0144112（通用汽车公司）的主题。最佳磁铁成分基于稀土元素钕（Nd）或镨（Pr）或钕和镨、过渡金属铁（Fe）或铁和钴的混合物、和硼（B）。该最佳成分含有大部分的RE₂TM₁₄B相，其中TM是包括铁在内的一种或多种过渡金属元素。

上述专利和专利申请所公开的处理这些合金的最佳方法包括快速凝固熔融合金，得到一种基本上为非晶态、具有各向同性的永久磁性的很细小结晶的显微组织。人们认为，在最高磁能积合金中的结晶有序距离与最佳单磁畴大小相当。在合适的温度下可以退火过淬火的合金，使晶粒长大，并且由此诱发出磁矫顽力。至今淬火状态Nd-Fe-B-基合金的最高磁能积约为15兆高斯奥斯特。

欧洲专利申请号0133758（通用汽车公司）介绍了一种用热加工引起快速凝固的Re-Fe-B-基合金的各向异性的磁性的方法。在高温下加工那些过淬火的基本上是非晶态显微组织的合金，在高温下加工，使晶粒 成长，并使微晶定向而产生比最好的快速凝固的合金更高的磁能积。虽然64兆高斯奥斯特的磁能积在理论上是可能达到的，但是至今由热加工得到的旋转熔体的Nd-Fe-B合金的最高磁能积约为45兆高斯奥斯特。

众所周知，通过常规的定向压制烧结（OPS）法可以使轻RE-Fe-B基体合金具有高矫顽力和高磁能积。该定向压制烧结法用来制造钐钴合金和其他稀土钴永久磁铁已有20多年的历史。该方法受到严格的工业条件的限制，因为它要求有许多必须在受控制的无氧化气氛中进行的处理工序。采用把晶态合金磨成很细（小于5微米）的粉末、在强磁场中用磁力定向和压实粉末以及烧结压块的方法，可以得到高的矫顽力和磁能积（大于10兆高斯奥斯特）。由定向压制烧结法制造的磁铁是脆的，并且一般需要完成数量相当大的最后磨碎的粉末，除非有最简单的细粉末合金。

用铜代替RECo₅和RE₂Co₁₇成分中的钴，以及通过在400和500℃间的适当热处理可以诱发铸态合金的矫顽力，这也是众所周知的。一般认为，矫顽力是畴壁牵制现象引起的。至今还没有获得类似沉淀硬化的铸造RE-Fe-B-基合金的组成，而发现了大于痕迹量的铜的存在将剧烈地减少RE-Fe-B-基合金的磁能积。众所周知，可以使某些不含稀土元素的铸态Cr-Co-Fe合金成分沿着单轴向进行冷加工，使磁能积达到大约5兆高斯奥斯特。

虽然对RE-Fe-B-基合金成分进行快速凝固和热加工的方法，可以认为是比定向压制烧结更经济和实用的方法，但是仍然希望有一种不必经最初快速凝固就能够制造出高矫顽力、高磁能积的RE-Fe-B-基永久磁铁的方法。文中所谓的快速凝固是指一开始就在合金的熔点温度以上以每分钟约10⁵℃或更高的冷却速度使合金凝固。也就是用普通铸造的完全晶态的合金制造RE-Fe-B永磁铁是方便的，而不需要定向压制烧结的磨碎和均压工序。普通铸造引起的冷却速度基本上小于每分钟10⁵℃。 然而，在本发明之前，都不知道可采取这种方法或不曾提出过这类方法。

按照本发明的最佳实施方法是用坩埚把适量的一种或多种稀土元素、包括铁在内的一种或一多种过渡金属和硼熔化在一起。成分的比例应该选择含主要由RE₂TM₁₄B晶粒组成的铸造材料，在晶界处有一层含稀土的次要相。RE₂TM₁₄B晶粒最好是细而扁平的薄片。

最佳的稀土元素是钕和镨，最佳的过渡金属（TM）是铁或铁和钴的混合物。而Nd_16.5Fe_76.3B_7.2是该最佳材料的额定总成分。本合金次要的第二相为相对地富钕和硼。