含有稀土元素、铁、氮和氢的磁性材料制造技术

由式ＲαＦｅ（１００－α－β－γ）ＮβＨγ或式ＲαＦｅ（１００－α－β－γ－δ）ＮβＨγＭδ表示的磁性材料，其中Ｒ是包括钇在内的至少一种稀土元素，Ｍ是从Ｓｎ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｓｉ，ＭｇＯ，Ａｌ－［２］Ｏ－［３］，Ｓｍ－［２］Ｏ－［３］，ＡｌＦ－［３］，ＺｎＦ－［２］，ＳｉＣ、ＴｉＣ，ＡｌＮ和Ｓｉ－［３］Ｎ－［２］中选出的至少一种添加物，α是５至２０原子百分数，β是５至３０原子百分数，γ是０．０１至１０原子百分数，δ是０．１至４０原子百分数，从这些磁性材料得到烧结磁体和粘结磁体。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由至少一种稀土元素、铁、氮和氢组成的磁性材料和用它得到的粘接或烧结磁体及其制造工艺。磁性材料和永磁体是一种重要的电气和电子材料，用于从各种马达和传动机构中的小磁铁到磁共振成象设备中的大磁铁这样广泛的领域中。由于近来对小型化和高效率的要求，而用钐-钴(Sm-Co)和钕-铁-硼(Nd-Fe-B)系统制成的稀土元素永磁体具有高效率，所以对它们的需求增加了。现在实际使用的是钐-钴永磁体，其一种组成有很高的效率，最大能量积(这里记作“(BH)max”)高达29.6百万高斯-奥斯特(MGOe)，居里温度(这里记作“Tc”)为917℃。为了发展一种含有较少或不含资源比较缺乏的钐、钴的磁性材料，出现了钕-铁-硼系统的永磁体，其一种组成在单晶状态下的饱和磁化(这里记作“4πIs”或“σs)达到16千高斯(KG)，而(BH)max约为40MGOe，但它的Tc只有312℃，抗氧化性也较差。因此尝试把钴加入钕-铁-硼系统中以增加Tc，但是减小了固有矫顽力(这里记作“iHc”)。还尝试了把钴和铝(Al)或镓(Ga)加入钕-铁-硼系统中以得到Tc为500℃、(BH)max为35到40MGOe的永磁体，但是其抗氧化性仍不够好，因此为了实用的目的，还要进行镀铁这样的处理工艺。此外，还以用于磁记录介质或磁头材料的薄膜形式对有高4πIs的氮化铁进行了许多研究。但是氮化铁的iHc较低，难以用作大块永磁材料。因此，为了增加iHc，尝试了在稀土-铁(R-Fe)合金中引入第三种元素氮，但是没有得到足够好的磁学特性。还研究了在R-Fe合金中加氢，并观察到了4πIs的增加，但是没有得到可以用作永磁材料的这种含氢R-Fe合金。在本文中磁性材料、粘结磁体和烧结磁体的磁学特性包括饱和磁化(这里记作“4πIs”或“σs”)、剩余磁化(这里记作“Br”)、固有矫顽力(这里记作iHc)、磁各向异性、磁各向异性能(这里记作“Ea”)、矩形磁滞回线(这里记作“Br/4πIs”)、最大能量积(这里记作“(BH)max”)居里温度(这里记作“Tc”)和热去磁率。因此本专利技术的一个目的是提供具有高各向异性和iHc以及高4πIs，且能作大块永磁材料的磁性材料。本专利技术的另一个目的是提供有好的抗氧化性和防磁性退化性能的磁性材料。本专利技术的再一个目的是提供有高磁学特性的烧结磁体，而不需要对烧结磁体进行退火。上述和其它的目的从下面给出的说明中能看得很清楚。更具体地说，根据本专利技术给出了一种由式RαFe(100-α-β-γ)NβHγ(Ⅰ)表示的磁性材料，其中R是包括钇在内的至少一种稀土元素，α是5到20原子百分数，β是5到30原子百分数，γ是0.01到10原子百分数;一种由式RαFe(100-α-β+γ-δ)NβHγMδ(Ⅱ)表示的磁性材料，其中R，α，β和γ与上面定义的相同，M是从锡(Sn)，镓(Ga)，铟(In)，铋(Bi)，铅(Pb)，锌(Zn)，铝(Al)，锆(Zr)，铜(Cu)，钛(Ti)，钼(Mo)，硅(Si)，氧化镁(MgO)，三氧化二铝(Al2O3)，三氧化二钐(Sm2O3)，三氟化铝(AlF3)，二氟化锌(ZnF2)，碳化硅(SiC)，碳化钛(TiC)，氮化铝(AlN)和氮化硅(Si3N2)中选取的至少一种添加物，δ为0.1到40原子百分数;一种主相(majorphase)是至少一种由式(Ⅰ)表示的磁性材料形成的烧结磁体;一种基本上是至少一种由式(Ⅱ)表示的磁性材料组成的烧结磁体，它具有一种两相微观结构，其中主相由式(Ⅰ)表示的磁性材料构成，或主相主要是由式(Ⅰ)表示的磁性材料在晶粒中央区而辅相(minorphase)主要由式(Ⅱ)中的M构成并扩散在主相晶粒的边缘部分;以及一种由式(Ⅰ)或(Ⅱ)表示的磁性材料颗粒构成的粘接磁体，它靠散布于颗粒之间的粘结剂形成所需的磁体形状。附图说明图1是形成永磁体的一种典型方法的实施例的流程图。图2-(a)至2-(c)，图3-(a)至3-(c)，图4-(a)至4-(c)，图5-(a)至5-(c)，图6-(a)至6-(c)是在每一准备步骤中磁性材料的X-射线粉末衍射图案，即(a)原料合金，(b)退火后的原料合金，(c)根据本专利技术吸收了氮和氢后的合金。图7是菱形体原料合金R2Fe17的晶体结构，其中R是从铈(Ce)、镨(Pr)，钕(Nd)，钐(Sm)，钆(Gd)中选取的至少一种稀土元素。图8-(a)至8-(e)分别表示当菱形Sm2Fe17合金粉末的平均颗粒直径是40微米，在465℃与氨和氢的混合气体相接触(氨的分压从0变到0.5大气压，氢的分压从1变到0.5大气压，总压强是1个大气压)，以在合金粉末中进行氮和氢的吸收时，随着每单位Sm2Fe17吸收的氮原子数增加，吸收的氢原子数、a-轴及c-轴的晶格常数、c-轴与a-轴晶格常数之比、(204)和(300)反射的半极大线宽和磁学性质的变化情况。图9-(a)至9-(c)表示用电子探针微量分析得到的在与上面一样的菱形Sm2Fe17合金粉末中所吸收的氮的浓度分布。在图9-(a)中，划线部分表示所吸收的氮的分布。从图9-(a)和9-(c)可以看到在氨分压为0.35，氢分压为0.65的条件下，合金粉末吸收氮和氢时所吸收的氮的浓度是均匀的，σs高达140emu/g。从图8-(a)至8-(e)和9-(a)至9-(c)可以看到，当c-轴晶格常数在12.70埃到12.80埃之间时有高的σs，c-轴与a-轴晶格常数之比在1.45到1.46之间时显示出高的磁学性质。而且，只与a-b轴平面有关的(300)反射的半极大线宽与氮的吸收量不相关，但(204)反射的半极大线宽随着氮吸收量的增大而增加。这个事实表明了随着氮吸收量增加，晶格在c-轴方向的无序和膨胀也增加，它与σs和iHc的改进是明显相关的。图10示出了R2Fe17N4.0H0 5在空气中的居里温度和分解温度，其中R为铈，钕，钐，钆，镝(Dy)，钇(Y)和不包括铈的稀土金属混合物Di(didymium)。这些磁性材料的居里温度都超过470℃，特别是包括钕和钐的材料其Tc超过了500℃。包括铈，钕，钐的材料在空气中的分解温度超过了600℃。对于居里温度和分解温度，对每一个R准备并测量了五个样品，并使用其平均值。分解温度的测量误差不小，按误差值给出了误差线。图11说明了颗粒平均大小为40微米的Sm2Fe17N4.0H0.5合金粉末在150℃空气中的抗氧化性，画出的是其重量作为试验时间周期的函数而增加的曲线，并与Nd15Fe77B8合金粉末〔Sumitomo特种金属有限公司(Sumitomo special Metals Co.Ltd)的产品“NEOMAX-35”〕和Sm1Co5合金粉末〔研究化学公司(Research Chemicals)的产品〕作了比较。图12是颗粒平均大小为40微米的Sm2Fe17N4.0H0.5合金粉末的磁学性质在150℃空气中的性质退化曲线，画的是Br与初始Br的比值及iHc与初始iHc°的比值随试验时间周期的变化。从图11和12可以清楚地看到，经过120天后，Nd15Fe77B8合金粉末的重量增加了大约4.5%，而Sm1Co5合金粉末的重量增加了大约1%。另一方面，Sm2Fe17N4.0H0.5合金粉末的重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用式ＲαＦｅ（１００－α－β－γ）ＮβＨγ代表的磁性材料，其中Ｒ是包括钇在内的至少一种稀土元素，α是５至２０原子百分数，β是５至３０原子百分数，γ是０.０１至１０原子百分数。

【技术特征摘要】
JP 1988-11-14 285741/881.一种用式RαFe(100-α-β-γ)NβHγ代表的磁性材料，其中R是包括钇在内的至少一种稀土元素，α是5至20原子百分数，β是5至30原子百分数，γ是0·01至10原子百分数。2.根据权利要求1的磁性材料，其中磁性材料具有本质上是菱形晶系的晶体结构。3.根据权利要求1的磁性材料，其中磁性材料具有本质上是六方晶系的晶体结构。4.一种用式RαFe(100-α-β-γ-δ)NβHγMδ代表的磁性材料，其中R，α，β和γ与权利要求1定义的相同，M是从锡、镓、铟，铋、铅、锌、铝、锆、铜、钼，钛，硅，氧化镁、三氧化二铝、三氧化二钐，三氟化铝，二氟化锌，碳化硅，氮化铝和二氮化三硅中选出的至少一种添加物，以及δ是0.1至40原子百分数。5.根据权利要求1至4中任一项的磁性材料，其中R是从钕，镨，镧，铈，铽，镝，钬，铒，钐，铕，钆，钷，铥，镱，镥和钇中选出的至少一种稀土元素。6.根据权利要求1至5中任一项的磁性材料，其中铁被钴以不超过铁的50原子百分数的量替代。7.根据权利要求1至6中任一项的磁性材料，其中α是8至9.5原子百分数。8.根据权利要求1至6中任一项的磁性材料，其中β是13至18原子百分数。9.根据权利要求1至6中任一项的磁性材料，其中γ是2至5原子百分数。10.根据权利要求1至6中任一项的磁性材料，其中铁的量是50至86原子百分数。11.根据权利要求10的磁性材料，其中铁的量是69至72原子百分数。12.根据权利要求4至6中任一项的磁性材料，其中δ是5至15原子百分数。13.根据权利要求1至6中任一项的磁性材料，其中R是铈。14.根据权利要求1至6中任一项的磁性材料，其中R是钐。15.根据权利要求1至6中任一项的磁性材料，其中R是不含铈的稀土金属混合物Di。16.根据权利要求1至6中任一项的磁性材料，其中R是从Sm-Nd，Sm-Ce，Sm-Dy，Sm-Gd和Sm-Y中选出的一种钐合金。17.根据权利要求4至6中任一项的磁性材料，其中M是锌。18.根据权利要求4至6中任一项的磁性材料，其中M是镓。19.根据权利要求4至6中任一项的磁性材料，其中M是铝。20.根据权利要求4至6中任一项的磁性材料，其中M是铟。21.根据权利要求4至6中任一项的磁性材料，其中M是锡。22.根据权利要求4至6中任一项的磁性材料，其中M是从Zn，Ga，Al，In和Sn中选出的至少一种添加物和从Si，SiC，Si3N2，MgO，Sm2O3和TiC中选出的至少一种添加物。23.一种制备由式RαFe(100-α-β-γ)NβHγ代表的磁性材料的方法，其中R是包括钇在内的至少一种稀土元素，α是5至20原子百分数β是5至30原子百分数γ是0.01至10原子百分数，包括使组分原子百分数5至25的R和95至75的Fe的合金在100℃至650℃温度下与氮气和氢气或和含氨的气体接触，以在合金中吸收氮和氢的步骤。24.一种制备由式RαFe(100-α-β-γ-δ)NβHγMδ代表的磁性材料的方法，其中R是包括钇在内的至少一种稀土元素，M是从Sn，Ga，In，Bi，Pb，Zn，Al，Zr，Cu，Mo，Ti，Si，MgO，Al2O3，Sm2O3，AlF3，ZnF2，SiC，TiC，AlN及Si3N2中选出的至少一种添加物，α是5至20原子百分数，β是5至30原子百分数，γ是0.01至10原子百分数，δ是0.1至40原子百分数，包括使组分原子百分数5至25的R和95至75的Fe的合金在100℃至650℃温度下与氮气和氢气或和含氨的气体接触，以在合金中吸收氮和氢，并在吸收氮和氢后把合金与至少一种如上定义的M代表的添加物混和的步骤。25.一种制备由式RαFe100-α-β-γ-δ)NβHγMδ代表的磁性材料的方法，其中R是包括钇在内的至少一种稀土元素，M是从Sn，Ga，In，Bi，Pb，Zn，Al，Zr，Cu，Mo，Ti，Si，MgO，Al2O3，Sm2O3，AlF3，ZnF2，SiC，TiC，AlN及Si3N2中选出的至少一种添热物，α是5至20原子百分数，β是5至30原子百分数，γ是0.01至10原子百分数，δ是0.1至40原子百分数，包括使组分原子百分数5至25的R、95至75的Fe、0.1至50的M的合金在100℃至650℃温度下与氮气和氢气或与含氨的气体接触以在该合金中吸收氮和氢的步骤。26.根据权利要求23至25中任一项的方法，其中温度是350℃至500℃。27.根据权利要求26的方法，其中温度是450℃至470℃。28.根据权利要求23至25中任一项的方法，其中含氨的气体是氨气。29.根据权利要求23至25中任一项的方法，其中含氨的气体是氨气和氢气的混合气体。30.根据权利要求29的方法，其中混合气体有分压为0.02至0.75大气压的氨气和分压为0.98至0.25大气压的氢气，其总压强为1大气压。31.根据权利要求23至25中任一项的方法，其中含氨气体是氨和氦、氖、氩或氮气的混合气体。32.根据权利要求23至25中任一项的方法，其中含氨气体是氨气、氢气和氦、氖、氩或氮气的混合气体。33.根据权利要求23至25中任一项的方法，其中合...

【专利技术属性】
技术研发人员：入山恭彦，小林久理真，今井秀秋，
申请(专利权)人：旭化成工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]