CN105845308B - 稀土磁体和包括该稀土磁体的电动机 - Google Patents

稀土磁体和包括该稀土磁体的电动机 Download PDF

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Abstract

提供了一种稀土磁体和包括所述稀土磁体的电动机。所述稀土磁体基于R‑Fe‑B合金(R代表包含Y的至少一种稀土元素)，其中通过电镀方法在稀土磁体的表面上形成钴元素镀层。

Description

稀土磁体和包括该稀土磁体的电动机
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2015年2月3日提交的韩国专利申请No.2015-0016909的优先权和权益，该申请的公开内容通过引用的方式全部并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种稀土磁体以及包括该稀土磁体的电动机，并且更具体地讲，涉及用于例如汽车、计算机、移动电话等各种电气和电子系统以及例如扬声器、耳机等声音系统的电动机中使用的稀土磁体以及包括该稀土磁体的电动机。
背景技术
一般而言，对作为具有高磁能积(energy product)和高矫顽力(coercive force)的稀土磁体的钕(Nd)-铁(Fe)-硼(B)基烧结永磁体有巨大需求。然而，烧结的永磁体存在的问题是，它由于包含容易氧化的稀土元素Nd和Fe作为主要成分，所以具有较差的耐蚀性。
为了解决上述问题，已经提出了用于在烧结的永磁体的表面上形成各种保护层的方法。在这种情况下，保护层上只涂覆有金属或树脂层或涂覆有金属和树脂层。在这种情况下，多种方法，例如，湿镀(例如，电镀等)、干镀(例如，溅射、离子电镀、真空沉积等)、浸涂、热浸涂、电沉积涂覆等，已经用作形成薄膜的方法。
在电镀的情况下，电流聚集在产品的边缘区，并且较小量的电流在产品的中心区流动，并且因此产品可以形成为使得涂覆的边缘区的厚度是涂覆的中心区的厚度的1.5至5倍。这样，由于基于涂覆的边缘区的厚度来生产产品以调节产品的大小，所以涂覆的中心区的厚度变得较薄，从而导致在商业化时产品的故障率升高。特别地，这种问题对于具有窄内径的管式产品变得更加严重。
另外，镀层的晶体在与永磁体的表面垂直的方向上生长，并且可能由于大量晶粒而在镀层中形成针孔(pin hole)，从而导致降低的耐蚀性。
发明内容
本发明提供一种具有改善的磁特性的稀土磁体。另外，本发明提供一种能够提高磁特性在高温下降低的高温退磁性能的稀土磁体以及包括该稀土磁体的电动机。
本发明的一方面提供了一种基于R-铁(Fe)-硼(B)合金(R代表包含Y的至少一种稀土元素)的稀土磁体。在这种情况下，钴元素镀层可以通过电镀方法形成在所述稀土磁体的表面上。
在这种情况下，所述镀层可以包含的钴元素的含量为98重量％或以上。
所述钴元素镀层可以具有10μm至45μm的厚度。
所述钴元素镀层可以通过在钴电镀溶液中应用直流电源并且使所述稀土磁体经过表面处理来形成。
磁场与所述稀土磁体的矫顽力的比可以大于或等于0.85。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本领域普通技术人员将更加明白本发明的上述和其他目的、特征和优点，其中：
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的镀层的扫描电镜(SEM)照片；
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的镀层的聚焦离子束(FIB)系统的照片；
图3是描述根据本发明的一个示例性实施例的形成镀层的方法的示意图；
图4至图8是比较根据本发明的一个示例性实施例的稀土磁体的磁特性的图表；
图9是描述根据本发明的一个示例性实施例的稀土磁体的退磁曲线的示意图；
图10是示出了根据本发明的一个示例性实施例的电动机的示意图。
具体实施方式
以下，将更加详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明并不局限于以下公开的实施例，而是可以以多种形式实施。描述以下实施例以便本领域技术人员能够实施并实践本发明。
虽然术语“第一”、“第二”等可以用于描述多种元件，但是这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅仅用于使一个元件与另一个元件区分开。在不脱离示例性实施例的范围的情况下，例如，第一元件可以称为第二元件，并且类似地，第二元件可以称为第一元件。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意和所有组合。
应当理解，当元件被称为与另一个元件“连接上”或“耦接上”时，它可以与另一个元件直接连接上或耦接上，或者可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为与另一个元件上“直接连接上”、“直接耦接上”时，不存在中间元件。
本文中使用的术语仅仅用于描述特定实施例的目的，并且并非旨在限制示例性实施例。单数形式“一个”、“一种”和“所述”旨在还包括复数形式，除非上下文另有清晰的表示。还应当进一步理解，当在本文中使用时，术语“包含”和/或“包括”指的是存在所述的特征、整数、步骤、操作、要素、元件和/或它们的组合，但是不排除存在或增加一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、要素、元件和/或它们的组合。
以下将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。为了帮助理解本发明，在整个附图中，类似的数字表示类似的元件，并且将不重复相同元件的描述。
根据本发明的示例性实施例的稀土磁体基于R-铁(Fe)-硼(B)合金(R代表包含Y的至少一种稀土元素)，其中通过电镀方法在稀土磁体的表面上形成钴元素镀层。
稀土磁体可以被配置成包含元素R、铁(Fe)和硼(B)，并且可以主要由R-Fe-B基合金构成。元素R包括稀土元素Y。在这种情况下，Y可以包含选自由以下各项组成的组的至少一种元素：钪(Sc)，钇(Y)，镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)，钐(Sm)，铕(Eu)，钆(Gd)，铽(Tb)，镝(DY)，钬(Ho)，铒(Er)，铥(Tm)，镱(Yb)，和镥(Lu)。
根据本发明的一个示例性实施例的稀土磁体可以具有这样一种结构，该结构包括：主相，具有四方晶体结构；富R相，其中，稀土元素R以高混合比例存在于主相的晶界区；和富硼相，其中，硼原子以高混合比例存在。富R相和富硼相是无磁性的非磁性相。以磁体重量的10％计，这种非磁性相的含量可以，例如，为0.5至50重量％。另外，主相可以，例如，被配置成具有大约1至100μm的粒径。
以稀土磁体的总含量计，R的含量可以在8至40原子百分比的范围内。当R的含量小于8原子百分比时，主相的晶体结构可以转变成与α铁基本上相同的晶体结构，从而导致固有矫顽力(ihc)减小。当R的含量大于40原子百分比时，形成的富R相过多，从而导致剩余磁通密度(Br)减小。
另外，以稀土磁体的总含量计，Fe的含量可以在42至90原子百分比的范围内。当Fe的含量小于42原子百分比时，剩余磁通密度会减小，而当Fe的含量大于90原子百分比时，固有矫顽力会减小。
B的含量可以在2至28原子百分比的范围内。当B的含量小于2原子百分比时，倾向于形成菱形结构，并且固有矫顽力会减小。当B的含量大于28原子百分比时，形成的富硼相可能过多，从而导致剩余磁通密度减小。
在该磁体中，一些B可以被例如碳(C)、磷(P)、硫(S)或铜(Cu)的元素取代。当一些B按照如上所述的方式被取代时，容易制备稀土磁体，并且还可以利于降低制造成本。在这种情况下，这些取代的元素的量对磁体特性没有实质影响，并且因此，以构成原子的总量计，可以保持在4原子百分比或更低的含量。
此外，考虑到提高固有矫顽力并且利于降低制造成本，除如上所述的每种元素之外，稀土磁体可以被配置成包含以下元素，例如，铝(Al)，钛(Ti)，钒(V)，铬(Cr)，锰(Mn)，铋(Bi)，铌(Nb)，钽(Ta)，钼(Mo)，钨(W)，锑(Sb)，锗(Ge)，锡(Sn)，锆(Zr)，镍(Ni)，硅(Si)，镓(Ga)，铜(Cu)，或铪(Hf)。另外，这些添加的元素的量对磁体特性没有实质影响，并且因此，以构成原子的总量计，可以维持在10原子百分比或更低的含量。此外，氧(O)，氮(N)，碳(C)，钙(Ca)等是可以被假定为不可避免地混入并且可以，以构成原子的总量计，含量维持在大约3原子百分比或更低的含量。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的镀层的扫描电镜(SEM)照片，并且图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的镀层的聚焦离子束(FIB)系统的照片。
镀层由钴元素形成，并且包围稀土磁体的一些或所有表面。构成镀层的钴元素的元素含量可以大于或等于98重量％。在这种情况下，镀层可以包含不可避免地混入的其他杂质。镀层的厚度可以在10μm至45μm的范围内。
镀层可以通过在钴电镀溶液中应用直流电源以使稀土磁体经过表面处理来形成。
图3是用于描述根据本发明的一个示例性实施例的形成镀层的方法的示意图。
参见图3，首先，制备钴电镀溶液作为用于形成镀层的材料。
接下来，R-Fe-B基稀土磁体的表面可以经过超声波清洗以去除不可溶物质和残余酸性成分。超声波清洗可以例如通过使用NaCN溶液执行。
此后，通过使用电解设备对R-Fe-B基稀土磁体执行电解脱脂。
随后，执行酸洗处理以平整R-Fe-B基稀土磁体的粗糙表面或去除附着在R-Fe-B基稀土磁体的表面上的杂质。可以例如通过使用硫酸执行酸洗处理。
然后，R-Fe-B基稀土磁体浸入包含钴电镀溶液的离子的电解质溶液中，然后固定。在这种情况下，当钴电镀溶液用作阳极并且R-Fe-B基稀土磁体用作阴极以供应直流电时，钴电镀溶液的离子附着在R-Fe-B基稀土磁体的表面上以形成镀层。
表1
如表1所示，在20℃、80℃、120℃、150℃和200℃的温度下测量通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性，并且在实例1至5的情况下转换成数值。
在20℃、80℃、120℃、150℃和200℃的温度下测量没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性，并且在比较例1、3、5、7和9的情况下转换成数值。
在20℃、80℃、120℃、150℃和200℃的温度下测量涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁特性，并且在比较例2、4、6、8和10的情况下转换成数值。
以下将参照图4至8描述表1中列举的磁特性。
参见实例1、比较例1和图4，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大磁能积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性，并且具有86.1％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
参见实例1、比较例2和图4，对于例如磁通密度(Br)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体优于涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体，并且具有86.1％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
也就是说，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体在20℃至低于80℃的温度范围内具有0.86或更高的磁场-矫顽力比，并且因此具有比没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁场-矫顽力比高0.05或更多的磁场-矫顽力比，并且具有比涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁场-矫顽力比高0.07或更多的磁场-矫顽力比。
参见实例2、比较例3和图5，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性，并且具有94.7％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
参见实例2、比较例4和图5，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁特性，并且具有94.7％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
也就是说，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体在80℃至低于120℃的温度范围内具有0.94或更高的磁场-矫顽力比，并且因此具有比没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁场-矫顽力比高0.11或更多的磁场-矫顽力比，并且具有比涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁场-矫顽力比高0.135或更多的磁场-矫顽力比。
参见实例3、比较例5和图6，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性，并且具有94.6％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
参见实例3、比较例6和图6，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁特性，并且具有94.6％的磁场-矫顽力比，其测量值接近理想值1。
也就是说，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体在120℃至低于150℃的温度范围内具有0.93或更高的磁场-矫顽力比，并且因此具有比没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁场-矫顽力比高0.121或更多的磁场-矫顽力比，并且具有比涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁场-矫顽力比高0.126或更多的磁场-矫顽力比。
参见实例4、比较例7和图7，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性，并且具有93.5％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
参见实例4、比较例8和图7，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁特性，并且具有93.5％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
也就是说，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体在150℃至低于220℃的温度范围内具有0.90或更高的磁场-矫顽力比，并且因此具有比没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁场-矫顽力比高0.108或更多的磁场-矫顽力比，并且具有比涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁场-矫顽力比高0.133或更多的磁场-矫顽力比。
参见实例5、比较例9和图8，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于没有在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性，并且具有91.1％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
参见实例5、比较例10和图8，对于例如磁通密度(Br)、固有矫顽力(Hcj)、最大能量积((BH)最大值)和磁场(Hk)的特性而言，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁特性，并且具有91.1％的磁场-矫顽力比，其测量值更接近理想值1。
从表1所列举的并且图4至图8所示的数值可以看出，可以看到，在测量前的整个温度范围内，通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性优于没有在上面形成镀层的稀土磁体和涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体的磁特性。另外，可以看到通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的高温退磁特性得到提高。
图9是描述根据本发明的一个示例性实施例的稀土磁体的退磁曲线的示意图。参见图9，可以看到，与没有在上面形成镀层的稀土磁体(顶部图面)和涂覆有Ni-Cu-Ni合金的稀土磁体(中间图面)相比，通过使用钴元素在上面形成镀层的稀土磁体的磁特性(底部图面)具有接近直角的垂直度(squareness)，并且形成接近1的矩形比。
图10是示出了根据本发明的一个示例性实施例的电动机的示意图。
参见图10，根据本发明的一个示例性实施例的电动机10包括形成为圆柱形的定子1以及可旋转地容纳在定子1中的转子3。
通过堆叠具有相同形状的多个磁钢片以形成转子芯来制造转子3，并且枢转孔轴向地形成在转子芯的中心区中。因此，轴5被压装到枢转孔中以便与转子3一起旋转。被配置成集中磁通量的非磁性物质4形成在轴5与转子3之间。
孔形成在转子芯的中心区外以在圆周方向上插入并附连多个稀土磁体6。
转子1包括：环形芯；多个齿，在环形芯的内圆周面上通过夹在其间的预定狭槽在圆周方向上彼此间隔开；以及线圈2，卷绕在齿上以连接到外部电源。
同时，永磁稀土磁体6可以形成为使得在相邻的稀土磁体6之间形成斥力，并且钴元素的镀层可以通过电镀方法形成在每个稀土磁体6的表面上，从而维持出色的磁特性。
另外，当转子3高速旋转时，由于高输出密度，在定子1和转子3会产生热量。因此，电动机10的输出特性可以由于磁特性不降低而得以维持。
根据本发明的一个示例性实施例的稀土磁体以及包括该稀土磁体的电动机可以有利于改善磁特性，特别是改善在高温下磁特性降低的高温退磁性能。
尽管根据本发明的某些示例性实施例示出并且描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解的是，在不脱离由所附权利要求书所限定的精神和范围的情况下可以在形式和细节上进行各种修改。

Claims (8)

1.一种基于R-铁(Fe)-硼(B)合金的稀土磁体，R代表包含Y的至少一种稀土元素，
其中，通过电镀方法在所述稀土磁体的表面上直接形成钴元素镀层，
其中，所述镀层包围所述稀土磁体的整个表面，
其中，所述镀层包含至少98重量％的钴元素和其他不可避免的杂质，
其中，所述稀土元素R包括从钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)构成的组中选出的至少一种元素，
其中，所述稀土磁体包括一种结构，该结构包含具有四方晶体结构的主相，
其中，富R相和富硼相存在于所述主相的晶界区，
其中，所述富R相和所述富硼相是非磁性相，并具有0.5重量％至50重量％的含量，
其中，所述主相的粒径为1μm至100μm，
其中，在80℃至小于200℃的温度下，所述稀土磁体的磁通密度Br在10.17kG至12.26kG之间，所述稀土磁体的固有矫顽力Hcj在3.10kOe至12.36kOe之间，所述稀土磁体的最大磁能积(BH)max在18.09至33.81之间，所述稀土磁体的磁场Hk在2.83Oe至11.71Oe之间，所述稀土磁体的磁场-矫顽力比Hk/Hcj在91.1％至94.7％之间。
2.根据权利要求1所述的稀土磁体，其中，所述钴元素镀层具有10μm至45μm的厚度。
3.根据权利要求1所述的稀土磁体，其中，通过在钴电镀溶液中施加直流电源并且使所述稀土磁体经过表面处理来形成所述钴元素镀层。
4.根据权利要求3所述的稀土磁体，其中，通过使用所述钴电镀溶液作为阳极来施加所述直流电源。
5.根据权利要求1所述的稀土磁体，其中，所述磁场与所述稀土磁体的矫顽力的比在20℃至小于80℃的温度下大于或等于0.85。
6.根据权利要求1所述的稀土磁体，其中，所述磁场与所述稀土磁体的矫顽力的比在120℃至小于150℃的温度下大于或等于0.93。
7.根据权利要求1所述的稀土磁体，其中，所述磁场与所述稀土磁体的矫顽力的比在150℃至小于200℃的温度下大于或等于0.90。
8.一种电动机，包括权利要求1至7中任一项所述的稀土磁体。
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