离心铸造方法、离心铸造设备以及利用该方法所生产的铸造合金技术

本发明专利技术涉及采用金属、稀土金属或类似材料的快速凝固的铸造方法以及铸造设备和铸造合金。一种离心铸造方法包括下列步骤：将熔融材料浇注到旋转体上；利用旋转体的转动来喷淋熔融材料；以及使被喷淋的熔融材料沉积并凝固在转动的圆筒形铸型的内表面上。使旋转体的转动轴线Ｒ和圆筒形铸型的转动轴线Ｌ不相互平行。这种离心铸造方法会降低平均沉积速率。因此，可抑制树枝状αＦｅ相的产生或Ｍｎ或类似元素的析出相的产生，从而获得一种高性能的Ｒ－Ｔ－Ｂ类型的稀土磁体合金。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用金属、稀土金属、高熔点金属、非金属以及类似材料的快速凝固的铸造方法以及铸造设备和铸造合金。
技术介绍
近年来，由于个人计算机的外围设备-诸如HDDs(硬盘驱动器)-AV设备，家用电子设备和类似设备具有重量更轻、结构更紧凑以及性能要求更高的趋势，因此以Nd基(钕基)磁体为代表的烧结稀土磁体的需要日益增长。对于这样的磁体的典型合金是Nd-Fe-B类型合金，这种合金含有铁和硼并且用成份Nd2Fe14B表示。在这些稀土磁体中的许多稀土磁体中，为了提高磁性、通过有效地使用资源有限的稀土元素来提高经济效益以及提高与使用相关的性能(诸如耐热和耐腐蚀性能)，加入Dy(镝)、Pr(镨)或类似的稀土元素以代替Nd的部分，并且加入Co、Al、Cu或类似的元素以代替Fe的部分。当没有因特别的原因将包含在稀土磁体中的上述稀土元素限制为Nd的情况下，稀土磁体被统称为R-T-B类型磁体(R稀土元素；T过渡金属元素)。一般说来，所有工业生产的R-T-B类型磁体中所含的R的量略超过成份R2T14B的化学计算量。这样，在磁体合金铸坯中，形成包含高浓度的稀土元素(用R表示)的相(下文中称之为富R相)。人们已经知道，富R相在R-T-B类型磁体中具有下列重要的作用。(1)由于富R相的熔点低，因此在磁体生产步骤中的烧结过程中，该相变成液相，因此能够促使所得到的磁体具有高密度，从而可使所得到的磁体在剩磁方面得到提高。(2)富R相用于使晶界光滑，从而减少在逆磁畴中的成核点的数量。另外，由于是非磁性的，因此富R相能够与主相磁绝缘，从而提高矫顽性。(3)由于通过吸附氢能够使富R相扩展，因此该特征用于使铸坯裂成多决。特别是，可使富R相吸附氢来扩展。因此，在合金铸坯内产生裂纹，从而使铸坯裂成多块。富R相用作所谓的氢裂(hydrogen decrepitation)的开始点。近年来，人们已经开发了磁性得到改善的R-T-B类型磁体，特别是，提高最大磁能积(BHmax)的R-T-B类型磁体。为了获得这样的高性能磁体，必须增加能够产生磁性的R2T14B相(下文称之为T1相)的百分比，并且必须降低富R相。为了满足这些要求，总的稀土元素的含量(下文称之为TRE含量)必须降低以获得一种接近化学计算的成份。在这样一种情况下，在合金生产步骤和磁体生产步骤中存在下列能够影响所产生磁体的磁性的问题。第一，在一种合金(例如，一种Nd-Fe-B的三元合金)的熔炼和铸造中，通过初始的γFe相和液相之间的包晶反应形成T1相。这样，当TRE含量(总的R含量)降低时，易于形成αFe相，αFe相是γFe相的一种变型。αFe相以枝晶的形式出现并在合金内在三维扩展，从而大大地降低了合金在磁体生产步骤中的破碎性。第二，当TRE含量(总的R含量)降低时，所存在的富R相的百分比也降低。这样，不能期望得到由富R相产生的效果，即，使所产生的磁体具有高密度以及提高磁体的矫顽性。为了解决上述问题，在日本未审定(kokai)的专利公报5-222488和5-295490中提出了一种浇铸带材的方法(SC方法)。根据这种SC方法，通过中间包将熔融合金浇注到铜制水冷转动辊上并且通过与辊的接触而被凝固，从而可连续地生产带状铸坯。接着，带状铸坯被粗糙地压碎，最后制成薄片。当利用SC方法铸造R-T-B类型稀土磁体合金时，可获得非常薄的薄片，每一个薄片的厚度大约为0.2至0.4毫米，因此，用于凝固的冷却效率较高。这样，熔融金属可被冷却到液相和γFe相的共存区域以下。即，没有形成γFe相而直接形成T1相。例如，当Nd的含量降至12.7at.％(质量百分比为28.5％)时，可在没有形成枝晶的αFe相的情况下铸造一种Nd-Fe-B三元合金，当Nd的含量为12.7at.％(质量百分比为28.5％)时，可产生400kJ/m3或更高的高性能磁体。(Y.Hirose，H.Hasegawa，S.Sasaki and M.Sagawa，Proceedings of the 15th International Workshop on Rare-Earth Magnetsand Their Appilcations，Volume 1，pages 77-86，30 August-3 September1998，Dresden，Germany)。由于凝固速度较快，因此利用SC方法铸造的合金具有较小的晶粒，沿着短轴所测得的晶粒尺寸为20微米至30微米。图7示意性地示出了利用SC方法铸造的并且R含量为11.8at.％(质量百分比为26.5％)或更高的R-T-B稀土合金的横截面结构。在图7中，底面(被称为铸型接触表面)是铸坯中与铸型接触的表面，并且顶面(被称为自由表面)与铸型接触表面相对。成分R2T14B中超过化学计算量的过多的R在凝固过程中从凝固界面散出，从而产生了以3微米至10微米的间隔排列的薄片状富R相30。富R相30形成在晶粒29的晶界28上和晶粒29内。与利用叠箱铸型(book-mold)铸造的常规合金相比，富R相30的分布比较细密且均匀。这样，可大大地提高在氢裂过程中的破碎性，以使粉碎的颗粒尺寸达到晶粒尺寸的几分之一。即，能够获得仅由单晶颗粒构成的粉末。附图标记32所示区域为T1相。由单晶颗粒构成的粉末在后面的在磁场中压实的步骤中有助于形成沿着C轴线方向取向的压块，所述C轴线用作易磁化轴线。但是，仅进行不包括氢裂的机械粉碎会以没有利用产生在晶界上和晶粒内的富R相的解理断裂形式产生通过晶粒扩散(即，贯穿晶粒)的裂纹。因此，在粉碎的颗粒中，大量的颗粒具有晶界28，或换言之，不是单晶颗粒。因此，当在磁场中压实时，对准的程度下降，对产生磁化产生不良影响，并且在烧结后会降低磁能积。本专利技术人提出了另一种快速凝固方法和用于该方法的设备(日本未审定(kokai)的专利公报08-13078和08-332557)。特别是，通过箱式中间包将熔融材料引入到转动的铸型中，箱式中间包以可往复运动的方式设置在铸型中并且具有多个注口，熔融材料通过这些注口被沉积在转动铸型的内表面上并且在该表面上凝固(CC(离心铸造)方法)。在CC方法中，熔融材料被连续地浇注到已经被沉积和凝固的铸坯上。当铸型转动一圈时，附加的熔融材料凝固；这样，可提高凝固速度。新注入的熔融材料和现有的凝固铸坯的表面熔合在一起，从而使晶体外延生长。这样，CC方法可生产晶粒尺寸比利用SC方法所生产的合金的晶粒长几倍的合金。但是，在生产R含量低的合金时，与SC方法相比，CC方法必然会产生树枝状的αFe，这是由于在高温区域中的冷却速度较低。例如，在生产一种Nd-Fe-B三元合金中，在Nd含量为14.84at.％(质量百分比为31.5％)或更低时可以观察到树枝状的αFe的形成，这在SC方法中是看不到的。在CC方法中，当降低熔融材料的沉积速率以提高凝固冷却速率时，凝固的铸坯温度降低，从而增大了附加熔融材料沉积层的温降率，导致凝固冷却速率的增大。但是，在CC方法中，降低沉积速率会带来下列问题。(1)由于沉积速率是通过用每单位时间的熔融材料供给量(供给的体积)除以铸型的有效内表面积而得到的数值，因此可使铸型的有效面积增大。特别是，可使用相对于被铸造的材料量内径较大或者长度较长的铸型。但是，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用铸造方法获得的稀土磁体合金，其特征在于，所述稀土磁体合金包含总量为１１．０ａｔ．％至１５．２ａｔ．％的从Ｎｄ、Ｐｒ和Ｄｙ中选择的一种或多种元素，并且当在所述合金的铸态下测定时，沿着铸件厚度方向在横截面上所测得的，包含树枝状αＦｅ相的微观结构占据的面积百分比不大于１０％，铸件的厚度为３毫米至３０毫米。

【技术特征摘要】
JP 2000-8-31 262605/2000;US 2000-9-22 60/234,350;U1.一种利用铸造方法获得的稀土磁体合金，其特征在于，所述稀土磁体合金包含总量为11.0at.％至15.2at.％的从Nd、Pr和Dy中选择的一种或多种元素，并且当在所述合金的铸态下测定时，沿着铸件厚度方向在横截面上所测得的，包含树枝状αFe相的微观结构占据的面积百分比不大于10％，铸件的厚度为3毫米至30毫米。2.如权利要求1所述的稀土磁体合金，其特征在于，使其中所含的从Nd、Pr和Dy中选择的一种或多种元素的含量为11.8at.％至14.4at.％。3.如权利要求1所述的稀土磁体合金，其特征在于，使其中所含的从Nd、Pr和Dy中选择的一种或多种元素的含量为11.8at.％至13.5at.％。4.如权利要求1所述的稀土磁体合金，其特征在于，铸件的厚度为5毫米至20毫米。5.一种由如权利要求1所述的稀土磁体合金生产的烧结磁体。6.一种通过包括如权利要求1中所述的稀土磁体合金粉末和包含从Nd、Pr和Dy中选择的一种或多种元素的合金粉末的混合所生产的烧结磁体；并且合金粉末中所含的Nd、Pr和Dy的总量大于包含在稀土磁体合金中的Nd、Pr和Dy的总量。7.一种利用铸造方法获得的稀土磁体合金，其特征在于，所述稀土磁体合金包含总量为11.0at.％至15.2at.％的从Nd、Pr和Dy中选择的一种或多种元素，并且当在所述合金的铸态下测定时，沿着铸件厚度方向在横截面上测得的，包含树枝状αFe相的微观结构占据的面积百分比不大于10％，且在该横截面上沿着长轴所测得的直径不小于1,000微米的晶粒占据的面积百分比为10％至98％。8.一种利用铸造方法获得的R-...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川宽，宇都宫正英，细野宇礼武，広濑洋一，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]