作为用于合成永磁体用的新磁相的基础材料的稀土高熵合金和过渡金属高熵合金制造技术

本发明专利技术涉及稀土元素的高熵合金(RE

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为用于合成永磁体用的新磁相的基础材料的稀土高熵合金和过渡金属高熵合金
[0001]描述
[0002]本专利技术涉及的
是高熵磁性合金(简单和复杂)，基于化学元素周期表，具有卓越的磁性和机械性能，以及它们作为替代磁相中的稀土元素和钴的新基础材料(building block)的用途，以及用它们制成的永磁体的

[0003]如本文所用，术语“稀土元素”包括具有从57到70的原子序数的镧系元素，除了原子序数为61的Pm，以及原子序数为39的钇和原子序数为40的锆，它们通常被发现在稀土矿石中，具有相似的化学性质。此处使用的术语“稀土元素重元素”(HRE)是指这些镧系元素，其原子序数为63至71，术语“稀土元素轻元素”(LHR)具有原子序数57至62，但原子序数为61的Pm除外。
[0004]作为此处使用的术语“过渡元素”，应理解为包括属于周期系的第3至12族元素，原子序数为21至30、41至48和72至79。最具代表性的是具有如下原子序数的元素，如锰(25)、铁(26)、钴(27)和镍(28)以及含有一种或多种这些金属的各种合金。还认为用于制造磁性合金的添加元素是硼(5)、铝(13)、镓(31)和铟(49)。
[0005]铁磁性金属和永磁体具有磁滞的性能状态。磁滞是磁性体的性能，其中它们的磁感应不仅取决于磁场的强度，还取决于先前的磁状态(磁滞回线)。本专利技术特别感兴趣的磁滞回线中的点位于第二象限或“退磁曲线”内，因为大多数使用永磁体的设备都在退磁场的影响下运行，并且在图1中给出。
[0006]制造永磁体的基础是存在具有令人感兴趣性能的磁性合金，例如(a)对称性低于立方的晶体结构，例如四方，(b)高磁晶各向异性(>1*107J/m3)，和(c)高居里点(磁性合金中磁化为零的温度)，其必须大于或等于永磁体的预测最高工作温度值的>50％。由于磁性合金具有高磁晶各向异性，另一个非常令人感兴趣的性能是矫顽场Ηc，其定义为磁化反转的磁场值，如图1所示。
[0007]基于上述磁性化合物的永磁体(永铁磁性材料)在能源产生和转换、微大型电气设备、健康和环境方面有巨大的应用，到2020年市场将超过$20B。有很多应用用于磁铁，例如扬声器中的耳机、电动机、发电机、计数器和多种科学设备。该领域的研究通常致力于开发具有不断更好性能的材料的永磁体，特别是近年来，基于永磁体的设备的尺寸减小已成为扩大其应用的主要先决条件，例如对于电脑设备、手机、耳机等很多设备。今天，如上所述，通过稀土金属和过渡元素的合金，通过烧结和粉末冶金生产了三大类永磁体。
[0008]第一类是具有化学计量比(1:5和2:17)的钐
‑
钴类型(钐
‑
钴)：
[0009]最受欢迎的是在1960年代末和1970年代初开发的含有钐和钴的合金，其化学式为SmCo5(1:5)图2，或Sm(Co(余量)Fe
x
Cu
0.1
Zr
0.03
)
7.5
‑
8.5
(x＝0.09
‑
0.21)。这些磁体通常包含少量其他元素，以帮助改变其上述磁性能。然而，钐
‑
钴磁铁非常昂贵，因为相对稀缺(主要是钐)以及钴的高价。这一因素降低了磁体在电动机等大量应用中的实用性，并且鼓励研究开发具有的材料比稀土金属和钴的金属更丰富，成本更低的永磁体。钐
‑
钴磁铁是唯一可以在高达500℃的高温下使用的磁铁，居里点大于750℃，这使它们成为优选，尽管能量积不是那
么大，范围从16
‑
33MGO(128
‑
264KJ/m3接近理论上限34MGOe或270KJ/m3(1MGOe～7.95KJ/m3)。
[0010]第二类永磁体是Nd2Fe
14
B类型：
[0011]M.Sagawa在1984年的研究工作导致发现了以各种比例含有钕、铁和硼的新磁性合金，钕在含稀土元素的矿石中比钐更丰富，铁比钴便宜得多(参见J.Appl.Phys.Vol 55，2083
‑
2087页(1984))。新磁性材料的化学式为R2Fe
14
B(其中R是轻稀土，例如钕(Nd)、镨(Pr)或铈(Ce)(参见AL Robinson，Science，Vol 223，920
‑
922页(1984).M.Sagawa，S.Fujimura和Y.Matsuura在分别于1983年7月5日和1983年7月26日提交的欧洲专利申请号83106573.5和83107351.5中公开了关于稀土
‑
铁
‑
硼磁体生产的进一步指导。钕
‑
铁
‑
硼磁体的能量积约为52MGOe或大约420KJ/m3，这使得这些磁体是迄今为止最强的。由于磁相Nd2Fe
14
B的居里点低，大约为310℃，这些磁体的使用仅限于至多130
‑
150℃的温度。添加重稀土(HRE)如镝(Dy)或铽(Tb)改善能量积和工作温度(至多180
‑
200℃)。
[0012]第三类磁铁是RFe
12
‑
x
T
x
类型：
[0013]该类别是在1980年代末由Buschow(IEEE，Trans.Magn.MAG
‑
24(1988)，1611)和Ohashi((IEEE).Trans.Magn.MAG
‑
23(1987)3101)发现的，主要特征是轻稀土(LRE)元素(LRE，例如Nd、Pr、Sm)的最低百分比约为7.8％，居里温度约为300℃，高磁化和相对高的磁各向异性。尽管该相自1980年代末以来已为人所知，但直到最近才有可能制造具有令人感兴趣性能的永磁体，从2017年6月22日的专利申请US2017/0178772A1(该专利的受益人是丰田)中可以看出。对于很多应用，上述相变得更具吸引力，因为所有磁性都通过晶格中的氮吸收而得到改善，如最近由Hirayama所证明的(Scr.Mater.3595(2015)70)。由于氮在高于约500℃的温度下从合金中逸出，因此需要新技术以低于500℃烧结磁粉，或者需要新的永磁体直接铸造技术。这一类的磁铁，虽然从理论上讲，它们比以前的磁体具有更高的能量积，但由于较低的磁晶各向异性，预计覆盖能量积为100
‑
250KJ/m3的中间类别。
[0014]报告了所有这三个类别，除了它们各自的成本、能量积和可以使用的最高温度之外，还具有差的机械性能，而且由于它们是由适当的磁性合金的金属粉末通过烧结制成的，所以它们脆并且在使用时需要非常小心和注意。
[0015]此外，还有：
[0016]高熵合金(HEA)：
[0017]近年来，人们对使用高熵合金设计(HEA)的概念来探索新合金表现出了极大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.稀土元素的高熵合金(RE
‑
HEA)，其包括选自稀土元素R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R
10
、R
11
、R
12
中的至少四种和最多十二种元素，其中稀土元素R1至R
12
各自代表周期系的57至60、62至70、39和40号元素之一。2.根据权利要求1所述的RE
‑
HEA，其中至少四种至最多十二种、优选十种稀土元素以大致相等的比例存在。3.根据权利要求1或2所述的RE
‑
HEA，其中所述合金包括至少LaCePrNd、YLaCePrNd、YCePrNdDy、YLaCePrNdGd或LaCePrNdGdHo。4.过渡元素的高熵合金(TM
‑
HEA)，包括选自过渡元素TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM6、TM7、TM8、TM9、TM
10
、TM
11
、TM
12
的至少3种和最多12种元素，过渡元素TM1到TM
12
各自代表周期系的21到30、41到48和72到79号元素中的至少一种。5.根据权利要求4所述的TM
‑
HEA，其中TM1包括三种元素Fe、Co和Ni。6.根据权利要求4或5所述的TM
‑
HEA，其中它还包括B、Al、Ga和In中的一种或多种。7.根据权利要求4至6中任一项所述的TM
‑
HEA，其中它包括至少FeCoNi、FeCoNiMn、FeCoNiCu、FeCoNiMnAl或FeCoNiMnCuAl。8.根据权利要求1至3的RE
‑
HEA和/或根据权利要求4至6的TM
‑
HEA作为用于制造磁性装置和永磁体的磁性高熵复合合...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪米特里奥斯，
申请(专利权)人：迪米特里奥斯，
类型：发明
国别省市：