制作钕铁硼型磁取向的片状材料的方法和设备技术

一种制取含有铁、钕／镨和硼的磁各向异性混合物的方法和设备。该方法包括将粉粒（３８）加热到热加工温度；加热后的粉粒被逐一驱送到一热加工装置（７０，７２）的协同加工表面（６６，６８）上；在上述加工表面（６６，６８）间挤压各粉粒，以使粉粒产生塑性变形，从而平展各晶粒，由此制备出扁平状的磁各向异性粉粒。移走并冷却各扁平状粉粒，这种扁平状粉粒（７６ｂ）的平均晶粒尺寸不大于５００ｎｍ左右。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将磁各向同性的超细晶化合金坯料的颗粒加工成各向异性永磁材料的方法和设备，这种超细晶化合金颗粒含有一种或多种轻稀土(RE)元素，一种或多种过渡金属(TM)及硼，且具有Nd-Fe-B型金属间相。尤其突出的是本专利技术还涉及到将这类各向同性超细颗粒进行热加工以使其绝大部分晶粒或微晶呈磁排列的方法和设备，在那方面正如在权利要求1的序言中叙述的一样，例如同在EP-A-O133758中公开的一样。我们已经知道了以稀土(RE)元素钕或镨或者二者兼而有之，过渡金属铁或铁与钴的混合物以及硼为基础的永磁体合成物。比较好的合成物中含有绝大部分的RE2TM14B相，其中TM是包括铁在内的一种或多种过渡金属元素。制作这种合金的较好的方法包括快速固结熔融状合金以获得一种实质上为非晶到微晶的微结构，这种微结构具有各向同性的永磁性质。在另一种较好的方法中，不具有可观矫顽力的过冷淬火合金能在一适当温度下退火，使晶粒生长从而在一种各向同性的永磁材料中感生出矫顽磁力。我们还知道快速固结的RE-Fe-B基各向同性合金粉粒能被加工成一种相当致密的体材，这种体材料又能尽一步热加工并进行塑性变形，做成一种极好的各向异性永磁体。这样，经过冷淬火且具有可观的非晶微结构的合金经过高温下加工及塑性变形，使其晶粒长大，择优取向，结果导致其磁能积比最好的快速固结合金的磁能积高得多。尽管理论上说磁能积可高达64MGOe，但到目前为止由热加工、熔融法旋压成型的Nd-Fe-B永磁体，其最大磁能积约为50MGOe。如上所述，优化的稀土(RE)-过渡金属(TM)-硼(B)永磁体合成物主要是由RE2TM14B的晶粒加上在晶界上以层状出现的含RE的次相组成的。特别值得提出的是，永磁产品中的RE2TM14B晶粒在最大尺度上平均来说不大于500nm。然而，这种采用热模镦锻程序进行热压的过程只适合于它特定的目的。在某些加工过程中可能要求将各向同性的粉粒直接转变成各向异性的永磁粉粒。然后这种各向异性的粉粒能与一合适的基体混合并被成型加工成具有磁各向异性性质的粘合永磁体。按照本专利技术来制作含有铁、钕/镨及硼成分的磁各向异性合成物的方法，其特点在于它具有一系列优点，这些优点在权利要求1的说明部分作了详细的叙述。本专利技术考虑设计了下述方法和仪器，即用含有RE2TM14B晶粒的非晶或微晶材料的粉粒，如熔融旋压的带状微粒，制成片状磁各向异性材料，这里RE是一种或多种稀土元素，其中至少有百分之六十是诸如钕和/或镨一类的稀土材料，TM是铁或铁与钴的混合物而B是元素硼。如果需要的话，可将带材粉碎成一个个这样的各向同性粉粒。这些粉粒随后被加热到粘滞状态，并被逐一加工以使每一粉粒变形，同时使微晶或晶粒沿一从尤磁化轴排列并形成片状材料，且这些粉片不会互相熔合。具有这种排列的微晶的粉片随后被逐一冷却并收集起来用以加工具有磁各向异性性质的永磁体。本专利技术的一个特点是提供了一种方法，在这种方法中单个磁各向同性的粉粒通过一个热源并被加热到粘滞状态;然后这些粉粒在粘滞状态下被驱送到一热加工仪器的两表面上，该两表面间隔有一定的间隙;随后在这些单个的粉粒仍为粘滞状态时将其在间隙表面间变形从而加工出单个的粉片。该方法考虑了在产生一种晶粒沿择优晶化的磁轴方向排列的微晶晶粒结构的同时，保持各粉粒间在这种加工形变过程中有一可控的间隔，以防止最终出来的各粉片熔合在一起。本专利技术的一个特点是提供了一种在前面的事例和细节中提出的方法，在那里各向同性的粉粒被引至一等离子焊枪处，在那里粉粒被加热至粘滞状态然后被等离子喷加带到成型模具表面。本专利技术还有另一个特点，即通过一个连续的过程，将各向同性的粉粒在粘滞状态时进行加工，该连续过程包括使粘滞粉粒通过一对热加工轮之间的间隙从而进行加工成型。本专利技术第三个特点，即提供一种上面所提到的方法，该方法包括在1到350μm的范围内筛分各粉粒以获得最终的各向异性片状材料，它能与基体材料相混合，接着可被加工成不同形状的各向异性永磁体。最后一个特征在于提供了实施上述方法的设备，其中设备包括一个等离子喷加系统及一对反向旋转的滚轮，用来将从等离子喷加系统喷射出来的粉粒加工成单个磁各向异性的粉片材料。本专利技术的方法可应用于由适量的过渡金属成分，适量的稀土成分和硼组成的合成物。过渡金属成分是铁或者铁与钴，镍，铬或镁中的一种或多种的混合物。钴可替换40%原子比的铁，铬，镁及镍的替换量较低，最好是少于10%原子比左右。锆和钛可以极少的量(约为铁的2%原子比)替代铁。可以允许有极少量的碳和硅存在，因为低碳钢是合成物中铁的来源。该组分中最好含有约50%原子比到90%原子比的过渡金属成分-其中大部分是铁。该合成物中还含有约10%原子比到50%原子比的稀土成分。钕和/或镨是基本的稀土成分。如指出的那样，它们可以互相替换使用。相对少量的其它稀土元素，如钐、镧、铈，铽和能与钕和镨混合而不显著地损失所要求的磁性能。这些稀土元素的含量最好不要超过稀土成分的40%原子比。预计在稀土成分中将有少量的杂质。该合成物中含有至少1%原子比的硼，最好是1%原子比到10%原子比的硼。整个成分也可用一个总的表达式RE1-X(TM1-yBy)X来表示。稀土(RE)元素构成组分的10%原子比到50%原子比(X＝0.5到0.9)，至少60%原子比的稀土成分是钕和/或镨。这里所用的过渡金属(TM)构成整个成分的约50%原子比到90%原子比，其中铁占过渡金属成分的至少60%原子比到80%原子比。其它成分，如钴、镍、铬或镁，在上述试验公式所考虑的范围内称作“过渡金属”。硼占整个组分的1%原子比到10%原子比左右(y＝0.01到0.11)。本专利技术的操作可应用于含铁-钕和/或镨-硼的合成物系列，这些合成物又可进一步由作为材料主要成分的四方晶相的出现或形成来表征，该四方相已在上面作过叙述，其原子表达式为RE2TM14B换言之，热加工的永磁体产品包含有至少50%重量比的这种四方相。这里RE主要表示Nd或Pr而易磁化方向平行于四方相晶体的“C”轴。合适的组分也包含至少一个附加相，典型的相出现在RE2TM14B相的晶粒边界上。次相含有稀土成分，而且该成分在次相中比在主相中的含量丰富。为方便起见，该组分已用原子比例表达出来。显然这些技术要求可以很容易地转化为重量比来配制这些成分的混合物。为了说明起见，本专利技术将用近似为下列配比的成分来描述Nd0.13(Fe0.95B0.05)0.87然而，要理解的是本专利技术的方法适用于一系列上述所描述的组分。这种一种组分的混合物通过电弧熔化形成合金锭料。锭料再次熔化并迅速固化，例如熔融旋压成型法，即熔料从一小直径的喷管射出，流到一个旋转冷模的表面。这样熔融状金属合金几乎是立即被固化并以小的带状粉粒的形式从旋转表面脱落下来。最终的产物可能是非晶态材料也可能是超细晶化材料。如果材料是晶化的，则它包含Nd2Fe14B型金属间相，该相具有高的磁对称性。淬火材料形成时是磁各向同性的。根据冷却速率，熔融的过渡金属-稀土-硼混合物固化后能具有各种各样的微结构。然而，到目前为止，晶粒尺寸大于几个微米的熔融旋压材料还没有获得满意的永磁体性能。细晶粒微结构，其中晶粒具有的最大尺寸约为20到500毫微米，具有矫顽力及其它有用的永磁体性质。非晶材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制取含有铁、钕／镨及Ｂ的磁各向异性混合物的方法，所述混合物或者在加工时就具有可观的矫顽力或者通过热处理而获得这种矫顽力，所说的方法包括：制备一种含有一种过渡金属（ＴＭ），一种或多种稀土金属（ＲＥ）及硼的熔融状混合物，其中过渡金属取自一组铁及铁与钴的混合物系列，稀土元素则包括钕和镨。这样一种成分的配比足以形成一种产品，其基本构成为可以用经验公式ＲＥ↓［２］ＴＭ↓［１４］Ｂ来表示的四方晶相化合物。快速固化上述混合物会形成磁各向同性的非晶或超细晶化颗粒材料（３８），这些材料含有所说的化合物及通常为球形的小晶粒，其平均尺寸不大于２００ｎｍ左右。然后对上述磁各向同性的材料进行热加工，从而将其转变成所说的磁各向异性的混合物。该方法的特征在于它包括将粉粒（３８）加热到热加工温度；将加热粉粒（７６）逐一驱送到一热加工仪（７０，７２）的协同加工表面（６６，６８）上；在上述加工表面（６６，６８）间挤压各粉粒，使粉粒（７６ａ）塑性变形，从而使晶粒平伸并由此制备出磁各向异性的扁平形粉粒，移走并冷却各扁平的粉粒（７６ｂ），扁平粉粒（７６ｂ）的晶粒尺寸不大于５００ｎｍ左右。

【技术特征摘要】
US 1988-4-28 187,1331.一种制取含有铁、钕/镨及B的磁各向异性混合物的方法，所述混合物或者在加工时就具有可观的矫顽力或者通过热处理而获得这种矫顽力，所说的方法包括制备一种含有一种过渡金属(TM)，一种或多种稀土金属(RE)及硼的熔融状混合物，其中过渡金属取自一组铁及铁与钴的混合物系列，稀土元素则包括钕和镨。这样一种成分的配比足以形成一种产品，其基本构成为可以用经验公式RE2TM14B来表示的四方晶相化合物。快速固化上述混合物会形成磁各向同性的非晶或超细晶化颗粒材料(38)，这些材料含有所说的化合物及通常为球形的小晶粒，其平均尺寸不大于200nm左右。然后对上述磁各向同性的材料进行热加工，从而将其转变成所说的磁各向异性的混合物。该方法的特征在于它包括将粉粒(38)加热到热加工温度；将加热粉粒(76)逐一驱送到一热加工仪(70，72)的协同加工表面(66，68)上；在上述加工表面(66，68)间挤压各粉粒，使粉粒(76a)塑性变形，从而使晶粒平伸并由此制备出磁各向异性的扁平形粉粒，移走并冷却各扁平的粉粒(76b)，扁平粉粒(76b)的晶粒尺寸不大于500nm左右。2.按照权利要求1来制备磁各向异性混合物的方法，其特征在于等离子喷射枪(40)形成喷射栅(64)，磁各向同性的材料的粉粒通过射入喷加栅而被加热，并由等离子喷射将上述加热粉粒推至形变面(66，68)。3.按照权利要求1来制备磁各向异性混合物的方法，其特征在于热加工仪(70，72)的协同加工表面(66，68)形成一间隙(74)，被加热的粉粒(76)被引至此间隙中进行加压形变以使各粉粒(76a)变化一个个的粉片(76b)。4.按照权利要求3来制备磁各向异性的混合物的方法，其特征在于间隙(74)是在一对旋转的滚轮(70，72)间形成的。5.按照权利要求4来制作磁各向异性混合物的方法，其特征在于滚轮(70，72)是反向旋转的。6.按照前面的权利要求中的任何一项来制备磁各向异性混合物的方法，其特征在于该方法包括可筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里爱德华哈弗斯迪，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]