CN1171247C - 制造叠层永磁体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种容易地生产永磁体的方法,该永磁体的磁学性能优于结合磁体的磁学性能,能够具有任意的厚度和形状且适于用在加速度传感器等的磁回路上。该方法包括在特定的熔体淬火条件下对含有不少于6at%的稀土元素和15-30at%的硼的特定组成的合金熔体淬火,制造淬冷的薄的非晶态合金带,平均厚度为10-200μm,切割或冲压淬冷的薄合金带,并对所述的带进行热处理使该结构结晶化获得10-50nm的平均晶粒直径,由此获得具有上述平均厚度,硬磁性能为iHc≥2kOe,Br≥8kG的永磁体。把两个或多个这样的薄磁体层叠并用无机粘合剂结合在一起,可得到具有任意厚度和形状的叠层永磁体,表现出高的性能且不需要切割。

Description

制造叠层永磁体的方法
本发明涉及一种制造适用于各种类型的小型马达、励磁器、磁传感器等的叠层永磁体的方法,更具体地,它涉及一种制造具有如片状、圆弧状、环状等预定形状,厚度为20μm或更厚,硬磁性能为iHc≥2kOe,Br≥8kG的叠层永磁体的方法,即用特定的熔融合金快速冷却条件,从含有6at%或更少的稀土元素和15-30at%的硼的特定组成的熔融合金,制造具有高韧性的、平均厚度为10μm-200μm的容易加工的非晶态薄带,例如,在该薄带的表面上提供焊料等的金属层,然后直接或在切割或冲压加工成要求的形状之后,层叠这种非晶态的薄带,层叠的方法使其形成要求的厚度,进行结晶热处理使得平均晶粒尺寸变为10-50nm并使金属层熔化,从而把薄带结合成单一的块体。
目前,在家用电器、OA设备、和其它电设备领域中的用途中,通过把具有优异磁学性能的稀土型烧结磁体切割或加工成要求的形状,或者把稀土型结合磁体成形成要求的形状代替使用传统的硬磁铁氧体磁体来满足对不断提高性能和紧凑性的需求。
虽然通过切割和加工烧结磁体制备的高精度永磁体具有高性能,但是与传统的硬磁铁氧体磁体相比,不管使用何种材料,它们都有成本非常昂贵的缺点。此外,最小加工厚度限制在约0.2mm,不可能制造比该厚度更小的磁体。
另一方面,例如,把结合磁体制造成直径为3mm,厚度为0.3mm的扁平磁体,并用作钟表中的微型步进马达,但是由于这涉及树脂和晶粒尺寸为50-300μm的磁性颗粒的共同加压成型,所以难以获得厚度极薄例如小于0.1mm的注模制品。尤其是在环形磁体中,在使用通过在垂直其厚度方向上的冲压成型压制磁体的方法时,存在约0.8mm的最小厚度极限。
此外,在加压方向上来成形长度较大的磁体时,由于在磁性粉末与模具表面之间的摩擦力,压力难以均匀传递,难以形成具有小厚度的长制品。近来,已经报道通过结合磁体的挤制成形可以制造厚度为0.5mm的长环状磁体,但是,磁性能与树脂的比例成比例降低,最大的残余磁通量密度Br为7kG,最大能量积(BH)max在9.9MGOe数量级上。
传统上,使用2-17型Sm-Co合金粉末作为结合磁体的磁性粉末,但是,近来已经使用通过HDDR法制造的Nd-Fe-B型合金粉末作为结合磁体的磁性粉末。上述粉末都是开发用于结合磁体的磁性粉末,不可能通过加工粉末本身把这些粉末形成永磁体。
此外,目前在许多情况下,使用通过熔融合金快速冷却法制造的Nd-Fe-B型粉末等各向同性的磁性粉末作为结合磁体的粉末,但是,由于该材料以由通过熔融合金的快速冷却产生的晶体材料组成的薄片形式获得,所以它非常脆,不能通过柔性弯曲或冲压法成形成要求的形状,因此,它局限于用作结合磁体的磁性粉末。
此外,虽然通过制造结合磁体可以降低成本,因为可以获得要求的形状而不需要进行烧结磁体所需的切割加工,但是由于用树脂结合平均颗粒直径约150μm的Nd-Fe-B磁性粉末,在该磁性粉末容易分散的情况下,例如,在HDD马达中使用该磁体时,存在记录介质被分散的粉末损坏的危险,所以,为了防止粉末的分散,必须采取表面涂层等措施。
此外,由于Nd-Fe-B磁性粉末是通过破碎快速冷却的合金薄带获得的破碎的粉末,与快速冷却的薄带的表面相比,破碎的粉末的切割表面是高活性的并且容易氧化,如果不提供防止氧化的表面涂层并把该粉末在80℃,90%的相对湿度的环境条件下放置1000小时,那么,在磁体的稳定性系数Pc为1的情况下,不仅磁通量密度由于氧化作用将降低约2%,而且表面上将会生锈,使粉末剥离。
另一方面,近来,在Nd-Fe-B型磁体中,R.Coehoorn,et.al.,(J.De Phys.C8,1988,pp.669-670)已经提出了在约为Nd4Fe77B19(at%)组成中含有Fe3B型化合物作为主晶相的磁性材料,并在美国专利No.4,935,074中公开了其技术细节。在此之前,在美国专利No.4,402,770中,Koon已经提出一种通过对含有La作为基本元素的一种La-R-B-Fe非晶态合金进行结晶化热处理制造由非常细的晶体组成的永磁体的方法。
近年来,已经报道了把含有3.8at%-3.9at%的Nd的熔融Nd-Fe-B-V-Si合金喷涂到旋转的Cu辊上获得的非晶态薄片,在700℃热处理可以获得具有硬磁性能的薄片,如Richter等在欧洲专利558691 B1中所公开的。这些永磁材料具有半稳定的结构,含有Fe3B相与R2Fe14B相结合的混合的晶体组成,Fe3B相是软磁材料,R2Fe14B相是硬磁材料。通过对厚度为20-60μm的非晶态薄片进行结晶化热处理而获得。
这些永磁材料的Br值约为10kG,iHc为2kOe-3kOe,由于作为昂贵材料的Nd含量为4at%的数量级,所以混合原料的成本比主晶相为Nd2Fe14B的Nd-Fe-B磁体便宜,因此,在成本性能比方面它们优于传统的稀土磁体,并且被提议用作硬磁铁氧体磁体的替换材料,虽然它们与主晶相为Nd2Fe14B的传统Nd-Fe-B结合磁体一样只局限于用作结合磁体。
然而,即使在结合磁体中使用具有高磁学性能的磁性粉末,由于难以提高磁性粉末的含量到80%以上,所以不能期望结合磁体具有高的磁学性能,特别是在小型结合磁体的情况下,只能获得约10MGOe的最大均质数。
本发明的一个目的是提供一种制造永磁体的方法,从而可以制造小尺寸的薄弧状或环状磁体等要求曲线形状的永磁体,这种永磁体在加速度传感器中所用的磁回路中是最佳的,并且可以具有任何要求的厚度,使得可以有效地利用由于结合磁体的磁学性能,即通过对用特定快速冷却条件从特定组成的融通合金获得的非晶态薄带进行结晶化热处理,使得平均晶粒尺寸为10-50nm,来制造硬磁性能为iHc≥2kOe,Br≥8kG的细晶型永磁体。
作为目的在于发现具有优于可以加工成具有任意厚度的要求形状的结合磁体的磁学性能的永磁体的各种研究的结果,本发明人注意力集中于通过特定熔融合金快速冷却条件从含有6at%或更少的稀土元素和15at%-30at%的特定组成的熔融合金获得的非晶态组织的,平均厚度为10-200μm的快速冷却合金薄带具有优异的韧性和弹性变型特性,他们发现不用涉及破碎和结合磁体形成过程的方法,通过在上述的薄带表面上形成焊料等的金属层,把两个或多个快速冷却的合金薄带层叠在一起形成要求的厚度,直接或在切割成要求的长度或加工成要求的形状之后,通过结晶化热处理进行磁学硬化处理,形成具有iHc≥2kOe,Br≥8kG的硬磁性能的永磁体,同时通过熔化的焊料把永磁体薄带结合在一起形成一个整体,可以获得具有预定形状和要求厚度的叠层永磁体。
本发明人还发现,通过对上述快速冷却合金薄带的结晶化热处理所进行的磁学硬化处理,直接或在切割成预定的长度或加工成预定的形状后,把两个或更多的这样的薄带层叠在一起形成要求的厚度,通过环氧树脂把叠层的永磁体薄带结合在一起并形成一个整体,可以获得具有预定形状和要求厚度的高性能叠层永磁体。
本发明人还发现,通过对用上述方法制备的上述的快速冷却合金薄带表面涂敷有机粘合剂,把这样的薄带层叠在一起形成要求的厚度,对其进行结晶化热处理,使得形成永磁体,同时在薄带之间的有机粘合剂硬化并结合,形成一个整体,可以获得具有预定形状和要求厚度的高性能叠层永磁体。
本发明人还发现,通过把两个或多个用上述方法制备的快速冷却合金薄带层叠在一起形成要求的厚度,直接或在切割成要求的长度或加工成要求的形状后,通过结晶化热处理对其进行磁硬化处理,同时用夹具把上述的薄带固定在曲面的位置上,经过结晶化的薄带在从夹具中取出后保持曲面形状,并且把叠层的薄带结合在一起,可以获得20μm或以上的任意厚度的弧形永磁体。
本发明人还发现,通过对用上述方法制备的速冷合金薄带的结晶化热处理进行的磁硬化处理,同时把该薄带保持为包括两圈或多圈螺旋形的卷曲的形状,即使不用夹具夹持,经过结晶化并卷曲成两圈或多圈螺旋形形状的薄带也会保持环形的形状,并把层叠的薄带结合在一起,可以获得20μm或以上的任意厚度的环形永磁体。
本发明人还发现,通过层叠用上述方法制备的速冷合金薄带,对其进行结晶化热处理,同时成形成要求的形状并通过热等静压装置(HIP)或热压(HP)装置结合,可以获得具有预定形状和要求厚度的叠层永磁体,因此他们完成了本发明。
图1表示如表1和表4中的No.2所述的速冷合金薄带的结晶化热处理之前和之后的X射线衍射图谱;
图2是用于本发明的弯曲非晶态薄带的用SUS制造的夹具的斜视示意图;
图3是根据本发明的弧形永磁体的斜视示意图;
图4表示如表7中的No.3所述的速冷合金薄带的结晶化热处理之前和之后的X射线衍射图谱;
图5使用SUS制造的用于把根据本发明的非晶态薄带卷曲成螺旋形的环形夹具的斜视图;
图6是根据本发明的环型永磁体的斜视图。
在本发明中,通过在30kPa或更低的惰性气压中对熔融合金使用转辊的快速冷却法,制造具有优异的韧性和弹性变形特性,平均厚度为10-200μm,由90%或以上的非晶态组织组成的速冷合金薄带,该熔融合金可以用下列组成式之一表示:
Fe100-x-yRxAy
(Fe1-mCom)100-x-yRxAy
Fe100-x-y-zRxAyMz
(Fe1-mCom)100-x-y-zRxAyMz
(其中,R是选自Pr、Nd、Dy和Tb的一种或两种以上元素;A是选自C和B的一种或两种元素;M是选自Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au、Pb的一种或两种以上元素),其中,限制组成范围的符号x、y、z、m满足下面的数值:
1≤x<6at%
15≤y≤30at%
0.01≤z≤7at%
0.01≤m≤0.5
在本发明中,所述的限制速冷合金薄带的组成的原因如下。
关于稀土元素R,只有在选自Pr、Nd、Dy和Tb的一种或两种以上元素的特定含量时,才能获得高的磁学性能,例如,在使用Ce或La时,不能获得2kOe的iHc以上的性能。此外,除了Tb和Dy以外,从Sm以后的中稀土元素和重稀土元素导致磁学性能降低,因此是不合要求的。如果R含量小于1at%,那么,不能获得2kOe或以上的iHc,而如果R含量大于6at%,不能获得8kG或以上的Br值,因此,确定R含量在1at%-6at%的范围内。更理想的范围是2at%-5.5at%。
关于A,如果C和/或B的总含量小于15at%,那么,在熔融合金的快速冷却后,在金属组成中将存在明显的α-Fe的析出,从而阻止含有Nd2Fe14B型晶体结构的化合物的析出,而该化合物是获得矫顽力所必需的,因此,只能获得小于1kOe的iHc值,而如果A含量超过30at%,那么,严重降低退磁曲线的方形性能。因此,A的含量范围确定为15at%-30at%,理想的是15at%-20at%。
关于Fe,在含有上述元素后的组成的余量中,用Co取代部分Fe,可以使金属组织更细,改善退磁曲线的方形性能,并获得最大能量积(BH)max的增大和耐热性能的增大,但是如果Co的含量小于Fe的0.1%,这些作用不明显,而如果该含量大于50%,不能获得大于8kG的Br值。因此,Co对Fe的取代比确定在0.1-50%,理想的是0.5-10%。
其它添加元素M,即Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au或Pb,用于在细晶型永磁体中获得更细的组织,也有增大矫顽力、改善退磁曲线的方形性能和增大Br和(BH)max的作用,但是,如果M的浓度小于0.01at%这些作用不明显,而如果该浓度为7at%或更多,那么,不能获得Br≥8kG的磁学性能。因此,M的浓度确定为0.01at%-7at%的范围内,理想的是0.05at%-5at%。
在本发明中,对于与速冷合金薄带有关的制造条件,存在下列限制。
在本发明中,最重要的因素是,在30kPa或更小的惰性气氛压力中,对上述特定组成的熔融合金采用使用转辊的快速冷却法制备具有优异的韧性和弹性变形性能的平均厚度为10-200μm的非晶态薄带,然后在把其切割并保持在包括两圈或多圈螺旋形形状的环形状态下,对这种非晶态薄带进行结晶化热处理,使其平均晶粒尺寸为10-50nm,可以获得具有iHc≥2Oe,Br≥8kG的硬磁性能,并且包括平均厚度为10-200μm的叠层细晶薄带磁体的各种形状的永磁体。
换言之,如果熔融合金的快速冷却气压超过30kPa是不合要求的,因为这会产生气体渗入在转辊和熔融合金之间的明显作用,因此,不能获得有效地含有90%或更多非晶态材料的均匀组织,使得不可能获得优异的韧性和弹性变形性能,或者不可能把该速冷合金薄带加工成要求的形状。因为气体用于防止熔融金属的氧化,所以使用惰性气体。希望的是使用Ar气体。
对于在熔融合金的快速冷却所用的转辊的材料,从热导率的观点来看,可能使用铝合金、纯铜、铜合金、铁、黄铜、钨或青铜,从机械强度和经济方面考虑,Cu或Fe(包括含Cu和Fe的合金)是理想的。除了上面给出的材料之外的材料是不合要求的,因为它们热导率差,不能使熔融合金充分冷却,因此,不能获得有效含有90%或更多的非晶态材料的均匀组织。
使用转辊的快速冷却法的实例包括单辊冷却法和双辊冷却法,但是可以采用任何快速冷却法,只要其能够制造具有优异的韧性和弹性变形性能的平均厚度为10-200μm的非晶态薄带就可以。
例如,如果采用单辊快速冷却法,其中使用中心线的表面粗糙度Ra≤0.8μm,最大高度Rmax≤3.2μm,10点平均粗糙度Rz≤3.2μm的Cu辊作为转棍,那么,如果辊周速度小于10m/s,则不可能获得具有优异韧性和弹性变形性能、可以弯曲而不损坏的临界半径为10mm或更小的平均厚度为10-200μm的非晶态薄带,因此,希望的是辊周速度为10m/s或以上。优选的辊周速度在15m/s-50m/s的范围内。
用于在本发明中获得20μm或以上的任意厚度的各种形状的叠层永磁体的制造方法描述如下。
情况1
采用通过上述熔融合金快速冷却条件获得的非晶态组织的、平均厚度为10-200μm、具有优异的韧性和弹性变形性能的速冷合金薄带,在550℃或更低的温度向其上电镀或气相沉积熔融金属,把两个或多个这种速冷合金薄带层叠在一起,形成要求的厚度,在550-750℃的结晶化热处理温度进行结晶化热处理,使得平均晶粒尺寸为10nm-50nm,在该过程中,同时使在所述薄带表面上电镀的或气相沉积的金属层熔化,从而使所述薄带紧密结合在一起,形成一个整体。
用于在速冷合金薄带上电镀或气相沉积的金属应该是熔点为550℃或更低的金属,该温度是非晶态薄带的结晶化温度,考虑到对人和环境的影响以及加工操作的容易性,Zn和焊料是理想的金属。此外,如果所镀的或气相沉积的金属的量为永磁体的10wt%或更多,那么,将不可能获得8kG或以上的Br值,这是不合要求的,而如果该量为0.01wt%或更少,那么,层叠的永磁体薄带不会结合在一起。因此,金属量限制为0.01-10wt%,理想的是在0.5-5wt%范围内。
通过把两个或多个其上已经电镀或气相沉积了金属的上述速冷合金薄带层叠在一起,在切割或机械加工该带之后,使其形成要求的厚度,然后对其进行结晶化热处理使得平均晶粒尺寸为10-50nm,在该过程中,同时使电镀的或气相沉积的金属层熔化,从而使加工的速冷合金薄带结合在一起形成一个整体,获得了具有要求形状的叠层永磁体。
情况2
通过成形细晶型永磁体薄带可以制造一种20μm或以上的任意厚度的叠层永磁体,即通过对上述熔融合金快速冷却条件获得的非晶态组织的、平均厚度为10-200μm、具有优异的韧性和弹性变形性能的速冷合金薄带进行结晶化热处理,使其平均晶粒尺寸为10-50nm,然后层叠两个或多个永磁体薄带形成要求的厚度,把该薄带浸渍在环氧树脂中,通过热处理使环氧树脂固化,或者向在上述方法中所获得的速冷合金薄带表面涂敷无机粘合剂,把两个或多个这样的薄带层叠在一起形成要求的厚度,对其进行上述的热处理,使无机粘合剂固化,从而把所述的带结合成一个整体。
此外,通过切割或冲压上述的非晶态薄带成任意的形状,把该带成形为薄的永磁体,获得了具有20μm或以上的任意厚度的具有要求形状的叠层永磁体,即通过进行结晶化热处理使得平均晶粒尺寸为10-50nm,然后把两个或多个永磁体薄带层叠形成要求的厚度,把该带浸渍在环氧树脂中,通过热处理使环氧树脂固化,或者在合金薄带成形为要求的形状之后,在其表面上涂敷无机粘合剂,把两层或多层这样的带层叠在一起形成要求的厚度,进行上述的结晶化热处理,使无机粘合剂固化,从而把这些带结合成一个整体。
在情况1和情况2中通过切割或机械加工把非晶态薄带成形成要求的形状过程中,由于经过结晶化热处理的薄带失去了韧性和弹性变形性能,并且由于使用冲压等会引起这种薄带破坏,所以不能把它加工成要求的形状,理想的是使用一种方法,使得结晶化热处理在具有优异韧性和弹性变形性能的非晶态薄带已经加工成要求的形状之后进行。此外,如果使用机械加工之外的方法,如超声波加工等,那么,加工甚至可以在对所述的带进行结晶化热处理之后进行,而没有破坏等问题。
为了获得具有10-50nm的平均晶粒尺寸并表现出iHc≥2kOe、Br≥8kG的硬磁性能的细晶金属组织,上述的含有90%以上的非晶态材料的速冷合金薄带必须经过结晶化热处理,但是,如果热处理温度小于550℃,将不会析出产生矫顽力所必需的Nd2Fe14B,因此得小于1kOe的iHc值,而如果该温度超过750℃,那么,将有明显的颗粒长大,平均晶粒尺寸将超过50nm,因此,iHc、B和退磁曲线的方形性能将会降低,不能获得上述的磁学性能。因此,在550-750℃范围内的处理温度是优选的。这里,理想的是,在550-750℃之间的热处理获得的细晶组织中的平均晶粒尺寸应该尽可能小,但是,如果小于10nm,将会引起iHc值降低,所以确定了10nm的下限。
理想的是,在Ar气、N2气等惰性气氛中或压力为1.33Pa或更小的真空中进行热处理,以防止氧化。磁学性能不依赖于热处理时间,但是如果热处理时间超过6小时,那么,存在Br含量随时间延长略有降低的趋势,因此希望热处理时间小于6小时。
情况3
通过把上面获得的非晶态薄带切割成要求的长度,把两个或多个这样的带层叠在一起,通过夹具以预定的形状固定所述的带进行热处理,使其平均晶粒尺寸为10-50nm,获得了即使从夹具中取出,也可以保持曲面形状的厚度为20-500μm的弧形永磁体。
作为把上述的叠层细晶薄带结合在一起的方法,可以使用在结晶化热处理之后的叠层薄带之间引入树脂的方法,作为这里所用的树脂,可以使用任何尼龙、酚或环氧树脂等。例如,如果使用环氧树脂,那么,在叠层薄带之间引入溶解在醇等中的环氧树脂,然后在环氧树脂固化的温度下进行热处理(约150℃),从而把叠层的薄带结合在一起。
也可以使用另一种方法,其中,在结晶化热处理之前,把含有溶解在溶剂中的氧化锆、氧化硅或氧化铝的无机树脂涂敷在非晶态薄带上,然后,把两个或多个这样的带层叠在一起并弯曲成预定的形状,进行结晶化热处理,在该过程中,无机粘合剂同时硬化,从而把细晶磁性薄带结合在一起。
此外,也可能使用另一种方法,其中,  在非晶态薄带上电镀或气相沉积熔点为550℃或更低的金属,然后把两个或多个这样的薄带层叠在一起,通过夹具固定成曲面形状,在550-750℃的结晶温度经过热处理使其平均晶粒尺寸为10-50nm,在该过程中,在薄带表面上电镀或气相沉积的金属同时熔化,通过熔化的金属把薄带结合在一起。
情况4
把上述获得的非晶态带卷曲成两圈或多圈的螺旋形并保持这种形状,然后进行结晶化热处理使其平均晶粒直径为10-50nm,获得了即使不用夹具固定也能保持结晶化后的螺旋形的卷曲的环形的,平均厚度为20-500μm中的任意厚度的环形永磁体。
作为把卷曲成两圈或多圈的细晶薄带结合在一起的方法,可以使用在结晶化热处理之后的叠层薄带之间引入树脂的方法,作为这里所用的树脂,可以使用任何尼龙树脂、酚醛树脂或环氧树脂等。例如,如果使用环氧树脂,那么,在叠层薄带之间引入溶解在醇等中的环氧树脂,然后在环氧树脂固化的温度下进行热处理(约150℃),从而把叠层的薄带结合在一起。
也可以使用另一种方法,其中,在结晶化热处理之前,把含有溶解在溶剂中的氧化锆、氧化硅或氧化铝的无机树脂涂敷在非晶态薄带上,然后,把所述的带卷曲成两圈或多圈螺旋形的环使其形成要求的厚度,然后进行结晶化热处理,在该过程中,无机粘合剂同时硬化,从而把细晶磁性薄带结合在一起。
此外,还可能使用另一种方法,其中,在非晶态薄带的表面上电镀或气相沉积熔点为550℃或更低的金属,然后把所述的带卷曲成两圈或多圈螺旋形的环使得两层或多层非晶态薄带层叠在一起,所述的带在550-750℃的结晶温度经过热处理使其平均晶粒尺寸为10-50nm,在该过程中,在薄带表面上电镀或气相沉积的金属同时熔化,通过熔化的金属把薄带结合在一起。
在非晶态薄带上电镀的或气相沉积的非晶态薄带应该是熔点为550℃或更低的金属,该温度是非晶态薄带的结晶化温度,考虑到对任何环境的影响以及加工操作的容易性,Zn和焊料是理想的。
在情况3和情况4中,如果用于结合的树脂、无机粘合剂、电镀的金属或气相沉积的金属的量大于永磁体的10wt%,那么,将不能获得超过8kG的Br值,这是不合要求的,而如果该量小于0.01wt%,则不可能把层叠的永磁体薄带牢固地结合在一起。所以,用于结合的树脂、无机粘合剂、电镀的金属或气相沉积的金属的量限制为0.01-10wt%,更优选的是0.5-5wt%。
为了形成平均晶粒尺寸为10-50nm的细晶金属组织,从而获得iHc≥2kOe,Br≥8kG的硬磁性能,上述的含有90%或更多非晶态材料的薄带需要结晶化热处理,但是,如果热处理温度小于550℃,由于缺少获得矫顽力所必需的Nd2Fe14B的析出,只能获得小于1kOe的iHc值。另一方面,如果该温度超过750℃,将有明显的颗粒长大,平均晶粒尺寸将超过50nm,因此,iHc、Br和退磁曲线的方形性能将会降低,不能获得上述的磁学性能。因此,在550-750℃范围内的热处理温度是理想的。优选的是,在550-750℃热处理获得的细晶组织中的平均晶粒尺寸应该尽可能小,但是,如果小于10nm,将会导致iHc值的降低,因此,确定下限为10nm。
理想的是,在Ar气、N2气等惰性气氛中或压力为1.33Pa或更小的真空中进行热处理,以防止氧化。磁学性能不依赖于热处理时间,但是如果热处理时间超过6小时,那么,存在Br含量随时间延长略有降低的趋势,因此希望热处理时间小于6小时。
情况5
通过把如上获得的速冷合金薄带层叠在一起到要求的厚度,把所述的带插入预先制备铜箔制成的袋中,通过热等静压(HIP)装置,在500-700℃的温度范围内,以5℃/分钟或更高的升温速度加热,施加30-200MPa的压力,保温3分钟或更长但小于6小时的时间,然后冷却,可以获得要求形状的层叠磁体。
此外,也可能通过层叠如上获得的速冷合金薄带,把该带插入热压(HP)装置的模腔中,通过冲头施加30-200MPa的压力,并以5℃/分钟或更高的升温速度加热到500-750℃的温度,保温3分钟或更长但小于6小时的时间,然后冷却,获得所要求形状的叠层磁体。
此外,也可以用以如上所述的HIP或HP装置为基础的制造方法获得要求形状的叠层磁体,其中,速冷合金薄带有效地处于已经从非晶态结构经过某种结构松弛的金属玻璃态,通过在玻璃转变温度(Tg)和结晶化温度(Tx)之间的塑性变形致密化后,在结晶化温度进行结晶处理获得要求形状的叠层磁体。
在上述的制造方法中,如果速冷合金薄带是非晶态的或金属玻璃态的,它不容易断裂并且容易加工。此外,取决于合金的组成,玻璃转变温度Tg可以低于结晶化温度,这是特别理想的,因为在高于Tg的温度下,该合金将开始表现出超塑性,因此,有可能在较低的压力下获得充分的致密化。在高于Tx的温度下,由于结晶化开始进行,将不产生超塑性,需要较高的压力进行致密化。
在上述的使用HIP或HP装置的制造方法中,如果所用的温度低于500℃,将不会进行结晶,将不会产生用作永磁体的所需的矫顽力,此外,由于速冷合金的玻璃转变温度不可能低于500℃,所以在500℃以下的温度不可能进行致密化。如果该温度高于750℃,那么有明显的晶粒长大,平均晶粒尺寸变为50nm或更大,因此,iHc、Br和退磁曲线的方形性能降低,不能获得要求的磁学性能。因此,确定了500-750℃的温度范围。
在把合金加热到该温度时,如果温度变化的速度小于5℃/分钟,那么将会有明显的颗粒长大,并且磁学性能降低,这是不合要求的。
为了获得均匀的晶体组成,把合金在加热温度下保温3分钟或更长的时间是必要的,如果在该温度下合金的保温时间超过6小时,即使在最低的可能温度下处理该合金,那么由于晶粒长大,也会导致磁学性能降低。
关于通过HIP或HP装置施加的压力,如果该压力小于30MPa,那么,不会产生足够的致密化,而如果该压力超过200MPa,那么,将产生过大的塑性变形,并难以获得初始形状,此外,要求设备的尺寸大。所以,确定所用的压力在30-200MPa范围内。
此外,在高速旋转等装置中,使用稀土烧结磁体,在磁体内部产生的涡流导致马达效率降低,它们还产生磁体温度的明显升高,这由于热退磁导致性能降低。所以,重要的是稀土烧结磁体的电阻率大于1μΩ·m,以减小涡流,从而降低损耗,改善旋转装置的稳定性。
因此,在本发明中,通过在速冷合金薄带之间插入常见的无机玻璃、陶瓷纤维材料、含有无机粘合剂或有机玻璃的陶瓷纤维材料,或陶瓷粉末和无机玻璃的混合物,作为电绝缘层,然后通过上述的情况1-5中的任一个的方法叠层并结合所述的带,有可能制造在带的叠层方向上电阻率为50μΩ·m的叠层永磁体。
这里,希望用于绝缘层的材料是无机玻璃,如硼硅酸盐玻璃,或陶瓷纤维,陶瓷粉末,或这些物质与无机玻璃的混合物,所述材料具有高的电阻率以及与金属的良好结合强度。
实施方案1
根据表1中No.1-20的组成使用纯度为99.5%或以上的下列金属,Fe、Co、C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au、Pb、B、Nd、Pr、Dy、Tb,称量其总重量为30g,把这些金属放在其底部为0.3mm×8mm的狭长形状的石英坩埚内,保持在表1中所示的速冷气压下,在Ar气氛中通过高频加热熔化。
在确定所得的合金的熔化温度为1300℃以后,把熔融合金的表面降低到室温,并通过Ar气施加压力,把熔融合金以连续的方式从0.7mm的高度注到旋转的Cu辊的外表面上,辊周速度和快速冷却气氛条件如表1所示,从而获得连续速冷的合金薄带,宽度为8mm,平均厚度为10-100μm。通过粉末XRD衍射证实这样获得的所有速冷合金薄带是非晶态的。所得的速冷合金薄带的平均厚度表示于表2。
把这种连续的速冷合金薄带切成8mm宽,50mm长的薄带,然后在该速冷薄带上以0.15μm/min薄膜生长速度气相沉积纯度为99.9%厚度为4μm的Zn。然后,通过用5mm×5mm的冲头冲压加工把已经沉积了Zn的速冷薄带成形成表面为5mm×5mm的速冷合金薄板,然后把这样的板层叠在一起直至平均厚度达到0.2mm,把该板在表1所示的热处理温度下,在Ar气流中保温10分钟,然后冷却到室温,从而获得其中的薄板已经通过熔融的Zn结合在一起的5mm×5mm×0.2mm的永磁体。
在该永磁体的高度方向(垂直于5mm×5mm表面的方向上)通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能表示于表3。在No.3-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。图1表示No.2在结晶化热处理之前和之后的粉末X射线衍射图谱。
实施方案2
根据表4中No.1-20的组成使用纯度为99.5%或以上的下列金属,Fe、Co、C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au、Pb、B、Nd、Pr、Dy、Tb,称量其总重量为30g,把这些金属放在其底部为0.3mm×8mm的狭长形状的石英坩埚内,保持在表4中所示的速冷气压下,在Ar气氛中通过高频加热熔化。
在确定所得的合金的熔化温度为1300℃以后,把熔融合金的表面降低到室温,并通过Ar气施加压力,把熔融合金以连续的方式从0.7mm的高度注到旋转的Cu辊的外表面上,辊周速度和快速冷却气氛条件如表4所示,从而获得连续速冷的合金薄带,宽度为8mm,平均厚度为10-100μm。通过粉末XRD衍射证实这样获得的所有速冷合金薄带是非晶态的。所得的速冷合金薄带的平均厚度表示于表5。
把这种连续的速冷合金薄带用5mm×5mm的冲头冲压加工成表面为5mm×5mm的速冷合金薄板,把该板在表1所示的热处理温度下,在Ar气流中保温10分钟,然后冷却到室温,从而获得表面为5mm×5mm的薄永磁体。
把这些表面为5mm×5mm的薄永磁体层叠在一起,形成0.2mm的平均厚度,然后向该薄永磁体的相邻表面之间注入环氧树脂使得环氧树脂的含量为1wt%,然后使该磁体经过在空气气氛下,在干燥的容器内,在150℃下的1小时的硬化处理,从而获得5mm×5mm×0.2mm的永磁体。
在该永磁体的高度方向(垂直于5mm×5mm表面的方向上)通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能表示于表6。在No.3-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。图1表示表4中的No.2在结晶化热处理前或后的粉末X射线衍射图谱。
实施方案3
在表4所示的速冷条件下获得的组成No.1-20的速冷合金薄带的表面上涂敷一种通过把氧化铝溶解在一种溶剂中获得的无机粘合剂Aron Ceramic D(产品名,东亚合成化学工业社制),类似于实施方案2,把这些带层叠形成5mm×5mm×0.2mm的尺寸,并在150℃保温1小时,从而导致无机粘合剂固化,然后把该带在表1所示的热处理温度下,在Ar气流中保温30分钟,然后冷却到室温,从而获得了5mm×5mm×0.2mm的叠层永磁体。
在该永磁体的高度方向(垂直于5mm×5mm表面的方向上)通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能示于表6。在No.4-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。
实施方案4
根据表7中No.1-20的组成使用纯度为99.5%或以上的下列金属,Fe、Co、C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au、Pb、B、Nd、Pr、Dy、Tb,称量其总重量为30g,把这些金属方在其底部为0.3mm×8mm的狭长形状的石英坩埚内,保持在表4中所示的速冷气压下,在Ar气氛中通过高频加热熔化。
在确定所得的合金的熔化温度为1300℃以后,把熔融合金的表面降低到室温,并通过Ar气施加压力,把熔融合金以连续的方式从0.7mm的高度注到旋转的Cu辊的外表面上,辊周速度和快速冷却气氛条件如表7所示,从而获得连续速冷的合金薄带,宽度为8mm,平均厚度为10-100μm。通过粉末XRD衍射证实这样获得的所有速冷合金薄带是非晶态的。所得的速冷合金薄带的平均厚度表示于表8。
把这种连续的速冷合金薄带切成8mm宽,30mm长的薄带,然后在该速冷薄带上以0.15μm/min薄膜生长速度气相沉积纯度为99.9%的Zn,厚度为2μm。
然后,把已经沉积了Zn的速冷薄带层叠在一起形成0.5mm的厚度,然后把层叠的薄带插入并固定在两个弯曲的SUS夹具中,如图2所示,在表1所示的热处理温度下,在Ar气流中保持该状态30分钟,然后冷却到室温,从而获得了图3所示的弧形永磁体,厚度为d=0.5mm,宽度h=8mm,弧长l=30mm,张开角θ=90°,其中该薄板已经通过熔融的Zn结合在一起。
在平行于该弧形永磁体的宽度方向通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能示于表9。在No.4-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。图4表示表7中的No.3在结晶化热处理前或后的粉末X射线衍射图谱。
实施方案5
类似于实施方案4,把通过表7所示的速冷条件获得的速冷合金薄带切成8mm宽,30mm长的薄板,然后在该速冷薄板的表面上涂敷通过把氧化铝溶解在一种溶剂中获得的一种无机粘合剂AronCeramic D(产品名,东亚合成化学工业株式会社制)。
然后,把这些速冷薄带层叠在一起形成0.5mm的厚度,然后如图2所示,把层叠的薄带插入并固定在两个弯曲的SUS夹具中,在150℃保持这种状态1小时,从而导致无机粘合剂固化,在表1所示的热处理温度下,在Ar气流中在保持该状态30分钟,然后冷却到室温,从而获得了图3所示的弧形永磁体,厚度为d=0.5mm,宽度h=8mm,弧长l=30mm,张开角θ=90°。
在平行于该弧形永磁体的宽度方向通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能示于表4。在No.4-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。图4表示表7中的No.3在结晶化热处理前或后的粉末X射线衍射图谱。
实施方案6
类似于实施方案4,把通过表7所示的速冷条件获得的速冷合金薄带切成8mm宽,30mm长的薄板,然后,把这些速冷薄带层叠在一起形成0.5mm的厚度,然后把层叠的薄带插入并固定在两个弯曲的SUS夹具中,如图2所示,在表7所示的热处理温度下,在Ar气流中在保持该状态30分钟,然后冷却到室温,从而获得了含有已经经过结晶化的叠层薄带的弧形永磁体。
然后把这种磁体浸渍在含有用甲乙酮稀释到浓度为10wt%的环氧树脂中,然后干燥,并在150℃在空气中保温1小时,使环氧树脂硬化,从而把层叠的薄带结合在一起,获得一种如图3所示的弧形永磁体。
在平行于该弧形永磁体的宽度方向通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能表示于表9。在No.4-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。
实施方案7
根据表10中No.1-20的组成使用纯度为99.5%以上的下列金属,Fe、Co、C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au、Pb、B、Nd、Pr、Dy、Tb,称量其总重量为30g,把这些金属放在其底部为0.3mm×8mm的狭长形状的石英坩埚内,保持在表10中所示的速冷气压下,在Ar气氛中通过高频加热熔化。
在确定所得的合金的熔化温度为1300℃以后,把熔融合金的表面降低到室温,并通过Ar气施加压力,把熔融合金以连续的方式从0.7mm的高度注到旋转的Cu辊的外表面上,辊周速度和快速冷却气氛条件如表10所示,从而获得连续速冷的合金薄带,宽度为8mm,平均厚度为10-100μm。通过粉末XRD衍射证实这样获得的所有速冷合金薄带是非晶态的。所得的速冷合金薄带的平均厚度示于表8。
把这种连续的速冷合金薄带绕图5所示的SUS环形夹具弯曲成螺旋形,使其形成0.5mm的厚度,固定其外圆周,在表10所示的热处理温度下,在Ar气流中保持该状态30分钟,然后冷却到室温,从而获得了如图6所示绕SUS环弯曲的环型永磁体,外径A为21mm,内径B为20mm,宽度C为8mm,平均厚度为0.5mm。图5中的夹具具有下列尺寸:a=22mm;b=20mm;c=12mm;d=8mm;e,f=5mm。
在平行于该弧形永磁体的宽度方向通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能表示于表12。在No.4-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。图3表示表10中的No.3在结晶化热处理前或后的粉末X射线衍射图谱。
实施方案8
在通过表10给出的速冷条件获得的速冷合金薄带表面上,以0.15μm/min的薄膜生长速度气相沉积纯度为99.9%厚度为2μm的Zn薄膜。然后,类似于实施方案7,把这种连续的速冷合金薄带绕如图5所示的SUS环形夹具弯曲成螺旋形,使其形成0.5mm的厚度,固定其外圆周,在表10所示的热处理温度下,在Ar气流中保持该状态30分钟,然后冷却到室温,从而获得了如图6所示的环形永磁体,外径A为21mm,内径B为20mm,宽度C为8mm,平均厚度为0.5mm,其中,该合金薄带已经通过熔融的Zn结合在一起。
在平行于该弧形永磁体的宽度方向通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能示于表13。在表10中的No.4-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。
实施方案9
在通过表10所示的速冷条件获得的速冷合金薄带的表面上涂敷通过把氧化铝溶解在一种溶剂中获得的一种无机粘合剂AronCeramic D(产品名,东亚合成化学工业株式会社制),然后,类似于实施方案7,把这种连续的速冷合金薄带绕如图5所示的SUS环形夹具弯曲成螺旋形,使其形成0.5mm的厚度,在150℃在该状态下将所述带保持1小时,从而导致无机粘合剂固化,在表10所示的热处理温度下,在Ar气流中再保持该状态30分钟,然后冷却到室温,从而获得了如图6所示的环形永磁体,外径为21mm,内径为20mm,宽度为8mm,平均厚度为0.5mm。
在平行于该弧形永磁体的宽度方向通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能表示于表5。在表10中的No.4-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。
实施方案10
类似于实施方案7,把通过表10中的快速冷却条件下获得的快速冷却合金薄带制备成环形永磁体,内径为20mm,外径为21mm,宽度为8mm,平均厚度为0.5mm,绕SUS环弯曲。然后,把这种磁体浸渍在含有用甲乙酮稀释到浓度为10wt%的环氧树脂中,然后干燥,并在150℃在空气中保温1小时,使环氧树脂硬化,从而把层叠的薄带结合在一起,获得一种如图6所示的弧形永磁体。
在平行于该弧形永磁体的宽度方向通过60kOe的脉冲磁场磁化后,用BH记录仪在闭磁路中评价该磁体的磁学性能。该磁体的磁学性能示于表6。在表10中的No.4-No.20中,已经证实,Co、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Pt、Au或Pb在每个组成相中取代了部分Fe。
实施方案11
在Nd45Dy15Fe73Co3Si1B18.5的组成中使用纯度为99.5%以上的金属Fe、Co、Si、B、Nd和Dy,称量其总重量为30g,把这些金属放在其底部为0.3mm×8mm的狭长形状的石英坩埚内,保持在1.3kPa的速冷气压下,在Ar气氛中通过高频加热熔化。
在确定所得的合金的熔化温度为1300℃以后,把熔融合金的表面降低到室温,并通过Ar气施加压力,把熔融合金以连续的方式从0.7mm的高度注到以9m/s的辊周速度旋转的Cu辊的外表面上,从而获得连续速冷的合金薄带,宽度为5mm,平均厚度为100μm。通过粉末XRD衍射证实这样获得的所有速冷合金薄带是非晶态的。
把50-100片如图14所示的材料层叠在一起,在粉末的情况下,通过在乙醇中的浆料中涂敷,然后干燥,在纤维和板材的情况下,通过直接把它们交错排放进行,在气相沉积薄膜的情况下,用溅射设备在速冷合金表面上通过直接溅射沉积进行。然后把该层在表14所示的条件下加压,得到层叠的磁体。这种磁体的磁学性能示于表15。此外,在叠层方向和与其垂直的方向上测定电阻率,相应的测量结果示于表15。
本发明以一种简单的方式提供了一种具有预定形状和20μm以上的任意厚度的高性能叠层永磁体,其硬磁性能为iHc≥2kOe,Br≥8kG,不使用涉及破碎和结合的磁体成形过程的方法,不需要制备厚的切割过程,即从含有6at%或更少的稀土元素和15-30at%的硼的特定组成的熔融合金,通过特定的熔融合金速冷条件,制备具有高韧性和容易加工性能的、平均厚度为10-200μm的非晶态组织的合金,然后使所述的带通过在实施方案中描述的各种过程,把所述的带层叠并结合成一个整体。
由于可以使用根据本发明获得的叠层永磁体而不需要破碎速冷合金薄带,这不仅改善了氧化的问题和传统的Nd-Fe-B型结合磁体伴随的粉末损失问题,而且由于与在结合磁体中相比,可以获得更高的密度,所述的磁体具有优异的磁学性能,这可以使家用电器、OA设备和其它电器设备进一步小型化并提高性能。
                                    表1
组成(%)   辊周速度    速冷气压   热处理速度
    Fe     A     R   M   m/秒     kPa     ℃
实施方案1   1   79.5   B18.5   Nd2   -     30     1.3     590
  2   78.5   B18.5   Nd3   -     30     1.3     620
  3   75+Co3   B17.5   Nd3.5+Pr1   -     40     1.3     640
  4   70+Co2   B20   Nd5   V3     20     1.3     660
  5   77+Co3   B15.5   Nd4   Zr0.5     20     1.3     640
  6   66+Co5   B18.5   Nd5.5   Cr5     10     10     700
  7   78   B17   Nd3   Al2     20     10     600
  8   76.5   B18.5   Nd4   Si1     20     10     680
  9   69   B18.5   Nd3.5+Dy1   Mn1     40     10     640
  10   76   B15+C3   Nd4.5   Ni1.5     40     20     660
  11   75   B15+C5   Nd2.5+Pr1   Cu1.5     30     20     610
  12   77   B18.5   Nd2+Dy2   Nb0.5     15     20     620
13 75.5   B18.5   Nd2+Pr3   Ga1     40     20     660
  14   76.5   B18.5   Nd4   Ag1     30     20     660
  15   78   B18   Nd3.5   Pt0.5     20     25     600
  16   76.5   B18.5   Nd4.5   Au0.5     20     25     640
  17   75.5   B18.5   Nd4.5+Tb0.5   Pb1     50     30     680
  18   75   B7+C10   Nd5   Pb3     40     1.3     640
  19   75.5   B18.5   Nd5   Ti1     40     1.3     650
  20   77.5   B15+C2   Nd4.5   Ti1     40     1.3     640
             表2
速冷薄片的平均厚度μm
实施方案1   1     30
  2     35
  3     30
  4     60
  5     70
  6     100
  7     55
  8     60
  9     27
  10     25
  11     30
  12     80
13 20
  14     33
  15     65
  16     54
  17     10
  18     20
  19     25
  20     20
                    表3
             磁学性能
    Br(kG)     iHc(kOe) (BH)max(MGOe)
实施方案1   1     13.9     2.0     10.6
  2     12.2     2.7     11.9
  3     10.0     4.3     11.6
  4     9.9     6.2     10.0
  5     12.6     4.5     12.9
  6     10.5     7.1     12.6
  7     12.9     3.1     15.4
  8     12.1     3.5     15.4
  9     10.6     4.0     13.4
  10     11.0     4.5     13.1
  11     12.2     3.5     13.9
  12     11.4     5.4     11.4
  13     9.8     4.5     13.2
  14     12.1     3.5     13.5
  15     12.5     3.2     15.5
  16     11.4     4.2     14.5
  17     9.1     5.6     8.9
  18     9.8     4.7     12.3
  19     10.2     4.2     12.3
  20     9.7     4.6     12.4
                                  表4
组成(%)   辊周速度    速冷气压   热处理速度
    Fe     A     R   M   m/秒     kPa     ℃
实施方案2  1   79.5   B18.5   Nd2   -     30     1.3     590
  2   78.5   B18.5   Nd3   -     30     1.3     620
  3   75+Co3   B17.5   Nd3.5+Pr1   -     40     1.3     640
    4   70+Co2   B20   Nd5   V3     20     1.3     660
  5   77+Co3   B15.5   Nd4   Zr0.5     20     1.3     640
  6   66+Co5   B18.5   Nd5.5   Cr5     10     10     700
  7   78   B17   Nd3   Al2     20     10     600
  8   76.5   B18.5   Nd4   Si1     20     10     680
  9   69   B18.5   Nd3.5+Dy1   Mn1     40     10     640
  10   76   B15+C3   Nd4.5   Ni1.5     40     20     660
  11   75   B15+C5   Nd2.5+Pr1   Cu1.5     30     20     610
  12   77   B18.5   Nd2+Dy2   Nb0.5     15     20     620
13 75.5   B18.5   Nd2+Pr3   Ga1     40     20     660
  14   76.5   B18.5   Nd4   Agl     30     20     660
  15   78   B18   Nd3.5   Pt0.5     20     25     600
  16   76.5   B18.5   Nd4.5   Au0.5     20     25     640
  17   75.5   B18.5   Nd4.5+Tb0.5   Pb1     50     30     680
  18   75   B7+C10   Nd5   Pb3     40     1.3     640
  19   75.5   B18.5   Nd5   Ti1     40     1.3     650
  20   77.5   B15+C2   Nd4.5   Ti1     40     1.3     640
            表5
速冷薄片的平均厚度μm
实施方案2   1     30
  2     35
  3     30
  4     60
  5     70
  6     100
  7     55
  8     60
  9     27
  10     25
  11     30
  12     80
  13     20
  14     33
  15     65
  16     54
  17     10
  18     20
  19     25
  20     20
                   表6
             磁学性能
    Br(kG)     iHc(kOe) (BH)max(MGOe)
实施方案2   1     13.6     2.0     10.1
  2     11.9     2.7     11.3
  3     9.7     4.2     11.0
  4     9.5     6.0     9.4
  5     12.0     4.5     12.1
  6     9.8     6.9     11.7
  7     12.4     3.0     14.4
  8     11.4     3.5     14.5
  9     10.3     4.0     12.8
  10     10.7     4.4     12.5
  11     11.8     3.3     13.2
  12     10.4     5.4     10.8
  13     9.6     4.5     12.7
  14     11.8     3.5     12.9
  15     12.0     3.2     14.6
  16     11.0     4.1     13.8
  17     9.1     5.6     8.9
  18     9.6     4.6     12.1
  19     10.1     4.2     12.2
  20     9.5     4.5     12.3
                                表7
组成(%)   辊周速度    速冷气压  热处理速度
    Fe     A     R   M    m/秒     kPa    ℃
实施方案4   1   79.5   B18.5   Nd2   -     30     1.3     590
  2   78.5   B18.5   Nd3   -     30     1.3     620
  3   75+Co3   B17.5   Nd3.5+Pr1   -     40     1.3     640
  4   70+Co2   B20   Nd5   V3     20     1.3     660
  5   77+Co3   B15.5   Nd4   Zr0.5     20     1.3     640
  6   66+Co5   B18.5   Nd5.5   Cr5     10     10     700
  7   78   B17   Nd3   Al2     20     10     600
  8   76.5   B18.5   Nd4   Si1     20     10     680
  9   69   B18.5   Nd3.5+Dy1   Mn1     40     10     640
  10   76   B15+C3   Nd4.5   Ni1.5     40     20     660
  11   75   B15+C5   Nd2.5+Pr1   Cu1.5     30     20     610
  12   77   B18.5   Nd2+Dy2   Nb0.5     15     20     620
13 75.5 B18.5   Nd2+Pr3   Ga1     40     20     660
  14   76.5   B18.5   Nd4   Ag1     30     20     660
  15   78   B18   Nd3.5   Pt0.5     20     25     600
  16   76.5   B18.5   Nd4.5   Au0.5     20     25     640
  17   75.5   B18.5   Nd4.5+Tb0.5   Pb1     50     30     680
  18   75   B7+C10   Nd5   Pb3     40     1.3     640
  19   75.5   B18.5   Nd5   Ti1     40     1.3     650
  20   77.5   B15+C2   Nd4.5   Ti1     40     1.3     640
             表8
速冷薄片的平均厚度μm
实施方案4   1     30
  2     35
  3     30
  4     60
  5     70
  6     100
  7     55
  8     60
  9     27
  10     25
  11     30
  12     80
13 20
  14     33
  15     65
  16     54
  17     10
  18     20
  19     25
  20     20
                    表9
             磁学性能
    Br(kG)     iHc(kOe)   (BH)max(MGOe)
  实施方案4   1     13.9     2.0     10.6
  2     12.2     2.7     11.9
  3     10.0     4.3     11.6
  4     9.9     6.2     10.0
  5     12.6     4.5     12.9
  6     10.5     7.1     12.6
  7     12.9     3.1     15.4
  8     12.1     3.5     15.4
  9     10.6     4.0     13.4
  10     11.0     4.5     13.1
  11     12.2     3.5     13.9
  12     11.4     5.4     11.4
  13     9.8     4.5     13.2
  14     12.1     3.5     13.5
  15     12.5     3.2     15.5
  16     11.4     4.2     14.5
  17     9.1     5.6     8.9
  18     9.8     4.7     12.3
  19     10.2     4.2     12.3
  20     9.7     4.6     12.4
                                    表10
组成(%)   辊周速度    速冷气压  热处理速度
    Fe     A     R   M   m/秒     kPa     ℃
实施方案7   1   79.5   B18.5   Nd2   -     30     1.3     590
  2   78.5   B18.5   Nd3   -     30     1.3     620
  3   75+Co3   B17.5   Nd3.5+Pr1   -     40     1.3     640
  4   70+Co2   B20   Nd5   V3     20     1.3     660
  5   77+Co3   B15.5   Nd4   Zr0.5     20     1.3     640
  6   66+Co5   B18.5   Nd5.5   Cr5     10     10     700
  7   78   B17   Nd3   Al2     20     10     600
  8   76.5   B18.5   Nd4   Si1     20     10     680
  9   69   B18.5   Nd3.5+Dy1   Mn1     40     10     640
  10   76   B15+C3   Nd4.5   Ni1.5     40     20     660
  11   75   B15+C5   Nd2.5+Pr1   Cu1.5     30     20     610
  12   77   B18.5   Nd2+Dy2   Nb0.5     15     20     620
13 75.5 B18.5   Nd2+Pr3   Ga1     40     20     660
  14   76.5   B18.5   Nd4   Ag1     30     20     660
  15   78   B18   Nd3.5   Pt0.5     20     25     600
  16   76.5   B18.5   Nd4.5   Au0.5     20     25     640
  17   75.5   B18.5   Nd4.5+Tb0.5   Pb1     50     30     680
  18   75   B7+C10   Nd5   Pb3     40     1.3     640
  19   75.5   B18.5   Nd5   Ti1     40     1.3     650
  20   77.5   B15+C2   Nd4.5   Ti1     40     1.3     640
             表11
速冷薄片的平均厚度μm
实施方案7   1     30
  2     35
  3     30
  4     60
  5     70
  6     100
  7     55
  8     60
  9     27
  10     25
  11     30
  12     80
13 20
  14     33
  15     65
  16     54
  17     10
  18     20
  19     25
  20     20
                     表12
             磁学性能
    Br(kG)     iHc(kOe)   (BH)max(MGOe)
实施方案7   1     13.6     2.0     10.2
  2     11.4     2.7     11.0
  3     10.0     4.3     11.3
  4     9.2     6.2     9.6
  5     12.0     4.5     12.2
  6     10.1     7.1     12.0
  7     12.3     3.1     15.0
  8     11.6     3.5     15.1
  9     10.1     4.0     12.6
  10     10.0     4.5     12.5
  11     12.0     3.5     12.7
  12     11.2     5.4     11.1
  13     9.2     4.5     12.5
  14     11.7     3.5     13.1
  15     12.2     3.2     15.2
  16     11.0     4.2     13.9
  17     8.8     5.6     8.2
  18     9.2     4.7     11.8
  19     9.7     4.2     11.7
  20     9.4     4.6     12.2
                    表13
             磁学性能
    Br(kG)     iHc(kOe)   (BH)max(MGOe)
  实施方案7   1     13.9     2.0     10.6
  2     12.2     2.7     11.9
  3     10.0     4.3     11.6
  4     9.9     6.2     10.0
  5     12.6     4.5     12.9
  6     10.5     7.1     12.6
  7     12.9     3.1     15.4
  8     12.1     3.5     15.4
  9     10.6     4.0     13.4
  10     11.0     4.5     13.1
  11     12.2     3.5     13.9
  12     11.4     5.4     11.4
  13     9.8     4.5     13.2
  14     12.1     3.5     13.5
  15     12.5     3.2     15.5
  16     11.4     4.2     14.5
  17     9.1     5.6     8.9
  18     9.8     4.7     12.3
  19     10.2     4.2     12.3
  20     9.7     4.6     12.4
                             表14
序号         中间材料                  加压条件
类型 升温速度(℃/分) 保持温度(℃) 保持时间(分)
21 硼硅酸钠玻璃50μm粉末 HIP     10     680     15
22 氧化硅氧化铝纤维布100μm厚 HIP     10     680     20
23 硼硅酸钠玻璃1μm溅射薄膜 HIP     10     680     20
24 硼硅酸钠玻璃5μm氧化铝粉末混合物 HP     7     650     20
25 用于电视接收管的钡玻璃50μm粉末 HP     7     650     20
                             表15
序号               磁学性能 电阻率(μΩm)
    BrT     HCJ(kA/m)   (BH)max(kJ/m3)
  21     0.54     280     40     70
  22     0.48     280     31     120
  23     0.63     280     47     60
  24     0.58     270     42     90
  25     0.52     270     37     70

Claims (12)

1、一种制备叠层永磁体的方法,其中:对于其组成分子式可以表示为Fe100-x-yRxAy、(Fe1-mCom)100-x-yRxAy、Fe100-x-y-zRxAyMz、或(Fe1-mCom)100-x-y-zRxAyMz且限制组成范围的符号x、y、z、m满足下面给出的值的熔融合金
1≤x<6at%
15≤y≤30at%
0.01≤z≤7at%
0.01≤m≤0.5
其中,R是选自Pr、Nd、Dy和Tb的一种或两种以上元素;A是选自C和B的一种或两种元素;M是选自Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Pt、Au、Pb的一种或两种以上元素,
x、y、z代表原子百分比,m代表Fe和Co的原子比,通过在30kPa或更低的惰性气氛中使用转辊的快速冷却法获得具有90%以上的非晶态组织的速冷合金薄带,把所获得的平均厚度为10-200μm的速冷合金薄带直接或在加工成预定形状之后层叠成预定厚度,然后在550-750℃的温度进行结晶化热处理,以获得具有平均晶粒直径为10-50nm的细晶组织的成整体的永久磁体。
2、如权利要求1所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于把所制备的速冷合金薄带弯曲或卷曲成预定的形状,并把这样的带层叠在一起,然后进行结晶化热处理,制备成整体的永磁体。
3、如权利要求1所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于对所制备的速冷合金薄带直接或在加工成预定形状之后进行结晶化热处理,然后把这样的带层叠成预定的厚度,制备成整体的永磁体。
4、如权利要求1所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于把所制备的速冷合金薄带直接层叠在一起,然后加工成预定的形状并进行结晶化热处理,制备成整体的永磁体。
5、如权利要求1所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于把所制备的速冷合金薄带直接层叠在一起,通过热等静压或热压压制成预定的形状,并在将所述带结合的同时进行结晶化热处理,制备成整体的永磁体。
6、如权利要求5所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于把所述的速冷合金薄带层叠在一起,放在用金属箔制备的袋中,然后通过热等静压装置,以5℃/min或更高的升温速度加热到500-700℃的温度,施加30-200MPa的压力,并保持长于3分钟但少于6小时的时间,然后冷却。
7、如权利要求5所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于在热压装置的模腔内把所述的速冷合金薄带层叠在一起,然后通过冲头施加30MPa-200MPa的压力,同时以5℃/min的升温速度加热到500-750℃范围内的温度,保持长于3分钟但少于6小时的时间,然后冷却。
8、如权利要求6或7所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于所述的速冷合金薄带实质上处于非晶态状态或金属玻璃状态,并通过在其玻璃转变温度与其结晶化温度之间的温度下塑性变形进行压实,然后在结晶化温度进行结晶化处理。
9、如权利要求1-5的任一项所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于通过在所述合金薄带之间渗入树脂把它们层叠并结合起来。
10、如权利要求1、2、4或5所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于,在把所述的速冷合金薄带层叠之前,在所述薄带表面上涂敷树脂或无机粘合剂、或者电镀或气相沉积熔点为200-550℃的金属,作为粘接材料,然后通过结晶化热处理把所述薄带层叠并结合成一个整体。
11、如权利要求1-5的任一项所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于使用无机玻璃、陶瓷纤维布、含有无机玻璃的陶瓷纤维布、或陶瓷粉末和无机玻璃的混合物作为电绝缘层,制造在其叠层方向上的电阻率≥50μΩ·m的永磁体。
12、如权利要求1-11所述的制造叠层永磁体的方法,其特征在于所述磁体要被加工成的所述预定形状是环形或螺旋形。
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