DE102012111902B4

DE102012111902B4 - Verfahren zum Herstellen eines seltenerd-basierten Magneten

Info

Publication number: DE102012111902B4
Application number: DE102012111902.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg DREIKORN; Kaan ÜSTÜNER; Heinz-Dieter ZILG
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: GB2497573B; GB201121579D0; DE102012111902A1; GB2497573A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines seltenerd-basierten Magneten, aufweisend:- Bereitstellen einer Mehrzahl an gesinterten RFeB-artigen Ausgangsmagneten,- Aufbringen von ein Seltenerd-Element R' aufweisenden Partikeln auf eine erste Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete, wobei das Seltenerd-Element R' Dy und/oder Tb ist,- Aufbringen von Partikeln eines weiteren Materials auf die erste Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete und/oder eine weitere Oberfläche der gesinterter Ausgangsmagneten, wobei das weitere Material NdOist,- Anordnen der Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten derart, dass die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials zwischen benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten angeordnet sind,- Wärmebehandeln des gesinterten Ausgangsmagneten bei einer Temperatur T und für eine Zeit t, die derart gewählt sind, dass das Seltenerd-Element R' in die gesinterten Ausgangsmagneten diffundiert und derart, dass nach der Wärmebehandlung benachbarte Magnete miteinander unverklebt bleiben, und Herstellen eines Magneten, wobei das weitere Material nach der Wärmebehandlung fest und partikelförmig bleibt.

Description

Seltenerd-basierte Magneten, wie beispielsweise gesinterte Nd₂Fe₁₄B-artige Magnete, werden in vielen Anwendungen verwendet, beispielsweise als eine Komponente eines Motors eines Hybrid-Kraftfahrzeugs.
Es ist wünschenswert, die Koerzitivfeldstärke dieser seltenerd-basierten Magnete zu erhöhen, ohne die Remanenz zu verringern. Dies kann durchgeführt werden durch Aufbringen einer Schicht von Dysprosium und/oder Terbium auf die Oberfläche eines gesinterten Nd₂Fe₁₄B-artigen Magneten und Erwärmen desselben, um das Dysprosium und/oder Terbium entlang der Korngrenzen des gesinterten Magneten diffundieren zu lassen.
Dieser Korngrenzen-Diffusionsprozess besitzt den Vorteil, dass die Koerzitivfeldstärke des Nd₂Fe₁₄B-artigen Magneten erhöht wird und zugleich die remanente Flussdichte beibehalten wird, so dass diese kompatibel mit derjenigen eines gesinterten Nd₂Fe₁₄B-artigen Magneten ist, der nicht der Korngrenzen-Diffusionsbehandlung unterzogen wurde.
US 2009/0252865 offenbart ein Korngrenzen-Diffusionsverfahren für Nd₂Fe₁₄B-artige Magneten, in welchen das Dysprosium und/oder Terbium in der Form eines Metallpulvers auf einen Paraffin-beschichteten gesinterten Nd₂Fe₁₄B-artigen Magneten aufgebracht wird. Eine Wärmebehandlung wird unter Bedingungen ausgeführt, die geeignet sind, das Dysprosium und/oder Terbium entlang der Korngrenzen diffundieren zu lassen, wodurch eine erhöhte Koerzitivfeldstärke des Magneten erreicht wird.
Dieses Verfahren des Aufbringens von Dysprosium- und/oder Terbium-Pulvern auf die Außenseite eines gesinterten Nd₂Fe₁₄B-artigen Magneten besitzt im Vergleich zu der Verwendung von Vakuum-Abscheidetechniken, wie beispielsweise Sputtern, zum Aufbringen des Dysprosium und/oder Terbium den Vorteil, dass es kostengünstiger auszuführen ist und der Materialverlust geringer ist. Da Dysprosium und insbesondere Terbium teuer sind, ist eine effektive Verwendung dieser Elemente gewünscht.
Jedoch sind weitere Verbesserungen von Verfahren zur Herstellung von seltenerd-basierten Magneten mit einem hohen Maximal-Energieprodukt, welche zudem kosteneffizienter ausgeführt werden können, wünschenswert.
Ein Verfahren zum Herstellen eines seltenerd-basierten Magneten wird bereitgestellt, welches ein Bereitstellen einer Mehrzahl an gesinterten R₂Fe₁₄B-artigen Ausgangsmagneten, ein Aufbringen von ein Seltenerd-Element R' aufweisenden Partikeln auf eine erste Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete, wobei das Seltenerd-Element R' Dy und/oder Tb ist, ein Aufbringen von Partikeln eines weiteren Materials auf die erste Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete und/oder eine weitere Oberfläche der gesinterter Ausgangsmagneten, wobei das weitere Material Nd₂O₃ ist, ein Anordnen der Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten derart, dass die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials zwischen benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten angeordnet sind, und ein Wärmebehandeln des gesinterten Ausgangsmagneten bei einer Temperatur T und für eine Zeit t, die derart gewählt sind, dass das Seltenerd-Element R' in die gesinterten Ausgangsmagneten diffundiert und derart, dass nach der Wärmebehandlung benachbarte Magnete miteinander unverklebt bleiben, , und Herstellen eines Magneten, wobei das weitere Material nach der Wärmebehandlung fest und partikelförmig bleibt.
Da das weitere Material nach der Wärmebehandlung fest und partikelförmig auf der Oberfläche des Magneten, auf welche es aufgebracht wurde, bleibt, fungiert es als ein Trennmaterial. Daher können gesinterte Ausgangsmagneten, welche Partikel des Seltenerd-Elements R' aufweisen, wärmebehandelt werden, wenn sie in physikalischem Kontakt mit weiteren gesinterten Ausgangsmagneten sind.
In einer Ausführungsform werden das weitere Material und das Seltenerd-Element R' auf die gleiche Oberfläche aufgebracht. Die das Seltenerd-Element R' und das weitere Material aufweisende Oberfläche kann während der Wärmebehandlung in direktem Kontakt mit einer weiteren, das Seltenerd-Element R' aufweisenden Oberfläche oder mit einer die Nd₂Fe₁₄B-Zusammensetzung aufweisende Oberfläche sein. Anschließend können die zwei oder mehr sich berührenden Magnete aufgrund des Vorhandenseins des weiteren Materials, welches fest und partikelförmig auf der Oberfläche des Magneten, auf welcher das Seltenerd-Element R' und das weitere Material vor der Wärmebehandlung aufgebracht wurden, bleibt, in einfacher Weise voneinander getrennt werden. Daher wird ein Verkleben von sich berührenden Magneten miteinander aufgrund eines Schmelzens oder einer Bildung einer das Seltenerd-Element R' aufweisenden Schmelze vermieden. Eine Packungsdichte der gesinterten Ausgangsmagnete in einem Ofen, in welchem die Wärmebehandlung ausgeführt wird, kann erhöht werden und die Herstellungskosten können verringert werden.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials auf unterschiedliche Oberflächen aufgebracht. Während der Wärmebehandlung kann eine Mehrzahl derartiger gesinterten Ausgangsmagnete derart angeordnet werden, dass die Partikel des weiteren Materials eines ersten gesinterten Ausgangsmagneten in Kontakt mit den Partikeln des Seltenerd-Elements R' eines zweiten gesinterten Ausgangsmagneten sind. Da das weitere Material nach der Wärmebehandlung fest und partikelförmig bleibt, wird ein Verkleben der sich berührenden Magneten verhindert.
Ein Seltenerd-Element ist definiert als eines der Lanthanoid-Elemente des Periodensystems und Scandium und Yttrium.
Eine Nd₂Fe₁₄B-Art wird verwendet, um die Struktur der Phase zu beschreiben, eher als um die Zusammensetzung zu beschreiben. Beispielsweise kann R zwei oder mehr Seltenerd-Elemente darstellen, welche als eine Mischung in der Nd₂Fe₁₄B-Struktur enthalten sind. Ein Nd₂Fe₁₄B-artiger Magnet kann zudem weitere Elemente wie metallische Elemente, beispielsweise Al, Co, Cu und Ga und zusätzliche Phasen wie seltenerd-reiche Phasen beinhalten.
Das Seltenerd-Element R' ist definiert als eines oder mehrere dieser Elemente, welches die Fähigkeit besitzt, entlang von Korngrenzen eines gesinterten Nd₂Fe₁₄B-artigen Magneten zu diffundieren. Das Seltenerd-Element R' wird hierin weiterhin definiert als das Seltenerd-Element, welches auf die Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht wird. In einigen Ausführungsformen weist der gesinterte Ausgangsmagnet zudem das gleiche Seltenerd-Element, welches auf die Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht wird, auf.
Das weitere Material ist ein Material, welches fest und partikelförmig auf der Oberfläche eines Nd₂Fe₁₄B-artigen Magneten nach einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur T für eine Zeit t bleibt.
In einigen Ausführungsformen können die Partikel des Seltenerd-Elements R' in der Form einer kontinuierlichen Schicht, die die gesamte Oberfläche, auf welche sie aufgebracht wird, vollständig bedeckt, aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen können die Partikel des Seltenerd-Elements R' diskontinuierlich auf die Oberfläche aufgebracht werden, beispielsweise und ohne Einschränkung in der Form eines oder mehrerer Streifen, eines oder mehrerer diskreter Punkte, eines oder mehrerer Mäanderlinien.
Die Partikel des weiteren Materials können zudem in der Form einer kontinuierlichen Schicht oder diskontinuierlich auf die Oberfläche aufgebracht werden. Die Form des Aufbringens kann der Form des Aufbringens des Seltenerd-Elements R', welches auf die gleiche Oberfläche oder eine benachbarte Oberfläche aufgebracht wird, entsprechen oder kann verschieden von dieser sein.
Die Partikel des Seltenerd-Elements R', die auf einen gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht werden, sind zudem in Kontakt mit einer weiteren Oberfläche eines zweiten, separaten gesinterten Ausgangsmagneten. Daher ist das Seltenerd-Element R' in der Lage, entlang der Korngrenzen sowohl des ersten gesinterten Ausgangsmagneten, auf welchen sie zunächst aufgebracht wurden, als auch entlang der Korngrenzen des benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten zu diffundieren, obwohl die nicht auf diese Oberfläche aufgebracht wurden, jedoch während der Wärmebehandlung in Kontakt mit dieser Oberfläche sind.
Die Verwendung des weiteren Materials, welches auf die gleiche Oberfläche wie das Seltenerd-Element R' aufgebracht wird, hindert die Magneten aufgrund der Herstellung einer das Seltenerd-Element R' aufweisenden Schmelze daran, aneinander und/oder mit anderen Oberflächen, mit welchen das Seltenerd-Element R' in Kontakt ist, zu verkleben. Daher kann die Packungsdichte der gesinterten Ausgangsmagnete während einer Wärmebehandlung hoch sein, da die gesinterten Ausgangsmagnete in Kontakt miteinander sein können.
In einer Ausführungsform werden die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials für jeden einer Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten auf unterschiedliche Oberflächen aufgebracht. Beispielsweise können die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials auf einander gegenüberliegenden Oberflächen aufgebracht werden. Die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten kann derart angeordnet sein, dass die Oberfläche eines ersten gesinterten Ausgangsmagneten, die Partikel des Seltenerd-Elements R' aufweist, in Kontakt ist mit der Oberfläche eines zweiten der Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten, welche die Partikel des weiteren Materials aufweist. Eine derartige Anordnung kann verwendet werden, um die Packungsdichte der gesinterten Ausgangsmagnete während der Wärmebehandlung zu erhöhen, wobei zugleich die sich berührenden Magnete daran gehindert werden, miteinander zu verkleben. Falls die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten in einer Reihe angeordnet ist, kann die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten derart angeordnet werden, dass die Oberflächen jedes der gesinterten Ausgangsmagnete, welche das Seltenerd-Element R' aufweisen, in die gleiche Richtung weisen und derart, dass die Oberflächen jedes der gesinterten Ausgangsmagnete, welche das weitere Material aufweisen, in die entgegengesetzte Richtung weisen.
Die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten kann in einer Vielzahl von Arten derart angeordnet sein, dass die Partikel des Seltenerd-Elements R' zwischen benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten angeordnet sind, so dass eine Oberfläche des ersten gesinterten Ausgangsmagneten in Kontakt ist mit den Partikeln des Seltenerd-Elements R', welche auf einen benachbarten zweiten gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht werden.
Beispielsweise können die gesinterten Ausgangsmagnete, welche eine das Seltenerd-Element R' und das weitere Material aufweisende Oberflächen beinhalten, regelmäßig, beispielsweise in Stapeln oder Reihen, oder unregelmäßig, beispielsweise in einem oder mehreren Haufen, angeordnet werden. Stapel und Reihen können für die Wärmebehandlung von größeren Magneten, welche gegenüberliegende parallele Oberflächen besitzen, geeigneter sein. Haufen können für kleine Magneten oder Magneten mit einer unregelmäßigen Form, welche nicht in einfacher Weise gestapelt werden können, geeigneter sein.
In einer weiteren Ausführungsform werden das Seltenerd-Element R' aufweisende Partikel auf eine zweite Oberfläche zumindest eines der gesinterten Ausgangsmagnete aufgebracht. Die zweite Oberfläche liegt der ersten Oberfläche gegenüber. Partikel des weiteren Materials werden zudem auf die zweite Oberfläche des zumindest einen gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht. Diese Ausführungsform kann verwendet werden, um die Diffusionszeit zu verringern, da das Seltenerd-Element R' lediglich durch die Hälfte der Dicke des gesinterten Ausgangsmagneten zwischen den ersten und zweiten Oberflächen diffundieren muss.
In einer weiteren Ausführungsform, in welcher die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten in einer Reihe angeordnet ist, weisen die äußersten Seitenflächen der am letzten gelegenen gesinterten Ausgangsmagnete der Reihen Partikel des Seltenerd-Elements R' und Partikel des weiteren Materials auf.
Beispielsweise kann einer der zwei äußersten gesinterten Ausgangsmagnete einer Reihe eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche besitzen, welche das Seltenerd-Element R' und das weitere Material aufweisen, wohingegen die verbleibenden gesinterten Ausgangsmagnete, welche in der Reihe angeordnet sind, lediglich eine einzelne Oberfläche aufweisen können, welche das Seltenerd-Element R' und das weitere Material aufweist. Die gesinterten Ausgangsmagnete sind derart angeordnet, dass die äußersten Seitenflächen der letzten gesinterten Ausgangsmagnete der Reihe Partikel des Seltenerd-Elements R' und Partikel des weiteren Materials aufweisen und die weiteren gesinterten Ausgangsmagnete, welche zwischen diesen letzten gesinterten Ausgangsmagneten angeordnet sind, derart angeordnet sind, dass Schichten, welche Partikel des Seltenerd-Elements R' und Partikel des weiteren Materials aufweisen, sich mit gesinterten Ausgangsmagneten abwechseln.
Diese Anordnung stellt eine homogenere Verteilung des Seltenerd-Elements R' über die Reihe hinweg bereit und ermöglicht daher eine homogene Diffusion des Seltenerd-Elements R' über die Magneten der Reihe hinweg, so dass die magnetischen Eigenschaften der Magnete der Reihe, insbesondere die koerzitive Feldstärke, gleichförmig sind.
In einer weiteren Ausführungsform weisen drei oder mehr Oberflächen des gesinterten Ausgangsmagneten oder der gesinterten Ausgangsmagnete das Seltenerd-Element R' und das weitere Material auf. Sämtliche der Oberflächen des gesinterten Ausgangsmagneten oder der gesinterten Ausgangsmagnete können das Seltenerd-Element R' und das weitere Material aufweisen, so dass die äußeren Oberflächen des gesinterten Ausgangsmagneten oder der gesinterten Ausgangsmagnete als vollständig mit dem Seltenerd-Element R' und dem weiteren Material bedeckt angesehen werden können. Diese Ausführungsform kann hilfreich sein, falls die gesinterten Ausgangsmagnete in einem unregelmäßigen Haufen wärmebehandelt werden, da im Vorhinein nicht vorhergesagt werden kann, welche Oberflächen von benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten in dem Haufen miteinander in Kontakt sein werden.
In einigen Ausführungsformen sind während der Wärmebehandlung ein oder mehrere gesinterte Ausgangsmagnete in direktem physikalischem Kontakt miteinander. Abhängig von dem Aufbringen der Partikel des Seltenerd-Elements R' und des weiteren Materials, können die Partikel des Seltenerd-Elements R' und/oder die Partikel des weiteren Materials und/oder eine „as-sinterered“ Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten in direktem physikalischem Kontakt mit Partikeln des Seltenerd-Elements R' und/oder den Partikeln des weiteren Materials und/oder einer „as-sintered“ Oberfläche eines weiteren gesinterten Ausgangsmagneten sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Seltenerd-Element R' in den gesinterten Ausgangsmagneten oder die gesinterten Ausgangsmagnete nicht nur mittels einer flüssigen Phase diffundieren, sondern zudem mittels eines gasförmigen Weges. Falls das Seltenerd-Element R' in den gesinterten Ausgangsmagneten oder die gesinterten Ausgangsmagnete durch einen gasförmigen Weg diffundiert, muss das Seltenerd-Element R' nicht in direktem Kontakt mit dem Magneten, in welchen es diffundiert, sein. Es kann zudem in einen gesinterten Ausgangsmagneten oder gesinterte Ausgangsmagnete diffundieren, welche in einer kurzen Entfernung von dem Seltenerd-Element R' beabstandet angeordnet sind. Das Seltenerd-Element R' kann sich in einer gasförmigen Phase entlang des Raumes zwischen den Partikeln des Seltenerd-Elements R' und dem gesinterten Ausgangsmagneten in der gasförmigen Phase bewegen und anschließend in den gesinterten Ausgangsmagneten diffundieren, möglicherweise entlang der Korngrenzen des gesinterten Ausgangsmagneten.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Substrat bereitgestellt, auf welches die gesinterten Ausgangsmagnete vor der Wärmebehandlung positioniert werden. In dieser Ausführungsform werden Partikel des weiteren Materials, welche auf dem Substrat und den gesinterten Ausgangsmagneten angeordnet werden, auf die Partikel des weiteren Materials angeordnet. Das weitere Material fungiert daher als ein Trennmittel, so dass die Magneten nicht mit dem Substrat verkleben und einfach entfernt werden können. Das Substrat kann ein Boden eines Ofens oder ein weiteres Behältnis sein, welches den einen oder die mehreren gesinterten Ausgangsmagnete umschließt. Falls der gesinterte Ausgangsmagnet oder die gesinterten Ausgangsmagnete während der Wärmebehandlung in eine Folie gewickelt werden, kann die Folienoberfläche, welche den gesinterten Ausgangsmagneten gegenüberliegt, mit dem weiteren Material beschichtet sein.
In einer weiteren Ausführungsform werden das Seltenerd-Element R' und das weitere Material auf dem Substrat angeordnet. Das Seltenerd-Element R', welches auf dem Substrat angeordnet ist, ist in der Lage, entlang von Korngrenzen eines gesinterten Ausgangsmagneten, welcher in Kontakt mit dem Substrat ist, zu diffundieren. Diese Ausführungsform kann hilfreich sein, falls der gesinterte Ausgangsmagnet oder die gesinterten Ausgangsmagnete während der Wärmebehandlung beispielsweise in eine Folie gewickelt sind. Diese Anordnung kann hilfreich sein, um es dem Seltenerd-Element R' zu ermöglichen, in Korngrenzen zu diffundieren, welche sich zu einer weiteren Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten erstrecken und die Homogenität der Verteilung des Seltenerd-Elements R' verbessern.
Das Seltenerd-Element oder die Seltenerd-Elemente R des gesinterten Ausgangsmagneten können verschieden sein von dem Seltenerd-Element R'. In einer Ausführungsform ist R' Dysprosium oder Terbium. Alternativ kann das Seltenerd-Element R' eine Mischung von zwei oder mehr unterschiedlichen Seltenerd-Elementen sein. Das Seltenerd-Element R des gesinterten Ausgangsmagneten kann eine Mischung von Neodym und Dysprosium sein. In einer bestimmten Ausführungsform ist das Seltenerd-Element R eine Mischung von Neodym und Dysprosium und das Seltenerd-Element R' ist Dysprosium.
Das Seltenerd-Element R' kann auf die erste und optional weitere Oberflächen der gesinterten Ausgangsmagnete in der Form eines Hydrids oder einer hydrierten Legierung oder einer Legierung des Seltenerd-Elements R' aufgebracht werden.
Im Folgenden wird die Menge des Seltenerd-Elements R' als ein Gewichtsprozent des Gewichts des gesinterten Ausgangsmagneten angegeben.
0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 0,6 Gew.-%, des Seltenerd-Elements R' können auf die erste Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht werden. Im Fall eines gesinterten Ausgangsmagneten, bei welchem zwei oder mehr Oberflächen Partikel des Seltenerd-Elements R' aufweisen, können 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 0,6 Gew.-%, des Seltenerd-Elements R' auf jede Oberfläche aufgebracht werden oder eine Menge in dieser Größenordnung kann auf zwei oder mehr Oberflächen aufgeteilt werden.Beispielsweise weist im Fall von zwei Oberflächen jede Oberfläche 0,005 Gew.-% bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, des Seltenerd-Elements R' auf.
In einer Ausführungsform ist das Volumenverhältnis des Seltenerd-Elements R' zu dem weiteren Material zwischen 20 zu 1 und 1 zu 10.
Die Temperatur T und die Zeit t der Wärmebehandlung werden derart ausgewählt, dass eine Diffusion des Seltenerd-Elements R' in den gesinterten Ausgangsmagneten möglich ist, insbesondere, dass eine Diffusion des Seltenerd-Elements R' entlang der Korngrenzen des gesinterten Ausgangsmagneten möglich ist. In einer weiteren Ausführungsform besitzt der gesinterte Ausgangsmagnet eine Koerzitivfeldstärke H_c und die Temperatur T und die Zeit t werden derart ausgewählt, dass der Magnet nach der Wärmebehandlung eine erhöhte Koerzitivfeldstärke aufweist, welche zumindest 1 kOe größer ist als die Koerzitivfeldstärke H_c vor der Wärmebehandlung.
Die Temperatur T kann innerhalb eines Bereichs von 700 °C bis 1100 °C sein und die Zeit t kann innerhalb eines Bereichs von 0,1 Stunden bis 100 Stunden, vorzugsweise 0,1 Stunden bis 20 Stunden, weiter vorzugsweise 2 Stunden bis 10 Stunden, liegen. Die Zeit t kann erhöht werden, um die Temperatur zu senken, um die gewünschte Diffusion und erhöhte Koerzitivfeldstärke zu erreichen.
Das weitere Material ist Neodymoxid.
Das Seltenerd-Element R' und das weitere Material können auf eine „as-sintered“ Oberfläche aufgebracht werden. In diesen Ausführungsformen werden die gesinterten Ausgangsmagnete nach ihrer Herstellung und vor dem Aufbringen des Seltenerd-Elements R' und des weiteren Materials nicht weiter bearbeitet oder behandelt. Dies besitzt den Vorteil, dass die Zahl an Verfahrensschritten gering gehalten wird und die Kosteneffektivität des Verfahrens erhöht wird.
Die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials können eng miteinander vermischt werden und auf die erste Oberfläche und optional auf die zweite Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete in der Form einer einzigen Schicht aufgebracht werden.
Alternativ können sie separat auf die gleiche Oberfläche als zwei Schichten aufgebracht werden, wobei das Seltenerd-Element R' direkt auf die die R₂Fe₁₄B-Zusammensetzung aufweisende Oberfläche aufgebracht wird und die Partikel des weiteren Materials, welches als ein Trennmittel fungiert, auf die das Seltenerd-Element R' aufweisende Schicht aufgebracht werden.
In einer Ausführungsform werden die Partikel des Seltenerd-Elements R' und/oder die Partikel des weiteren Materials mit zumindest einer flüssigen oder organischen Substanz vermischt, um eine Suspension oder Paste zu bilden, und die Suspension oder die Paste wird auf die erste Oberfläche und optional die zweite Oberfläche oder weitere Oberflächen des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht. Die Verwendung einer Suspension oder Paste besitzt den Vorteil, dass das Aufbringen eines partikelförmigen Materials auf den gesinterten Ausgangsmagneten vermieden werden kann, wodurch die Handhabung vereinfacht wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird vor der Wärmebehandlung bei der Temperatur T eine weitere Trocken- oder Entbinder-Behandlung bei Bedingungen ausgeführt, die ausreichend sind, um organische Substanzen von den gesinterten Ausgangsmagneten zu entfernen. Beispielsweise kann die Trocken- oder Entbinder-Behandlung bei Raumtemperatur unter Vakuum ausgeführt werden oder bei einer Temperatur oberhalb Raumtemperatur, jedoch unterhalb der Temperatur T. Es wurde gefunden, dass die zusätzliche Trocken-Behandlung die Wahrscheinlichkeit verringert, dass gesinterte Ausgangsmagnete, welche während der Wärmebehandlung in Kontakt miteinander sind, miteinander verkleben, so dass sie nicht in einfacher Weise voneinander getrennt werden können.
In einer Ausführungsform wird eines oder mehrere Metalle und/oder eine oder mehrere Legierungen eines oder mehrerer Metallhydride und/oder eine oder mehrere hydrierte Legierungen auf die erste Oberfläche und optional eine oder mehrere weitere Oberflächen aufgebracht. Diese weiteren Materialien können der Suspension oder Paste zugesetzt werden oder können direkt ohne die Verwendung einer Suspension oder Paste aufgebracht werden.
Diese zusätzlichen Materialien können eingesetzt werden, um unterschiedliche Effekte zu besitzen. Beispielsweise kann ein zusätzliches Metall und/oder eine zusätzliche Legierung verwendet werden, um die Schmelztemperatur des Seltenerd-Elements R' durch die Bildung eines Eutektikums mit dem Seltenerd-Element R' zu verringern und damit eine Diffusion des Seltenerd-Elements R' in die gesinterten Ausgangsmagnete zu erleichtern und/oder die Temperatur der Wärmebehandlung, welche geeignet ist, die Diffusion des Seltenerd-Elements R' in den gesinterten Ausgangsmagneten zu ermöglichen, zu verringern.
In einer bestimmten Ausführungsform werden Aluminium und/oder Nickel und/oder Kupfer oder ihre Legierungen auf die erste Oberfläche und optional eine oder mehrere weitere Oberflächen aufgebracht.
Das eine oder mehreren Metalle und/oder die eine oder die mehreren Legierungen können zudem zugesetzt werden, um die magnetischen und/oder die elektrischen Eigenschaften und/oder die Korrosionsbeständigkeit und/oder die mechanischen Eigenschaften des Magneten zu verbessern.
Zudem kann ein oder mehrere Binder und/oder eines oder mehrere Dispergier-Mittel hinzugesetzt werden, um die Paste zu formen. Binder und/oder Dispergier-Mittel sind nützlich, um eine Agglomeration der Partikel in der Suspension oder Paste zu vermeiden und können zudem bei der Herstellung einer homogenen Verteilung nützlich sein, falls die Suspension und/oder Paste zwei oder mehr unterschiedliche Materialien aufweist.
In einer bestimmten Ausführungsform weist die Paste Neodymoxide-, pyrogene Kieselsäure (fumed silica) und 3-Methoxy-1-Butanol (CH₃CH(OCH₃)CH₂CH₂OH) auf.
Pyrogene Kieselsäure ist Siliziumdioxid, welches unter Verwendung eines Pyroverfahrens hergestellt wurde, um sehr feine Partikel bereitzustellen. Zusätzlich beinhaltet pyrogene Kieselsäure eine weitere funktionale Gruppe, wie beispielsweise eine organische Octyl-Oberflächengruppe. Pyrogene Kieselsäure kann zudem hydrophob sein. Ein Beispiel einer pyrogenen Kieselsäure ist hydrophobe pyrogene Kieselsäure mit einer organischen Octyl-Oberflächengruppe, welche kommerziell von der Firma Degussa unter dem Handelsnamen Aerosil® und insbesondere Aerosil® R805 erhältlich ist.
Die Paste für die Suspension kann durch ein oder mehrere einer Vielzahl von Verfahren aufgebracht werden, einschließlich beispielsweise Bemalen oder Siebdruck oder Schabemesser (Doctor Blade) oder mittels Gravitation oder Tauchens oder einer Rollanwendung oder Sprayens oder Tampondruckens.
Wie oben erläutert fungiert das weitere Material als ein Trennmittel. Nach der Wärmebehandlung sind die Magneten von benachbarten Magneten durch die Anwendung einer vorbestimmten Kraft zwischen den benachbarten Magneten trennbar, beispielsweise einer Kraft, die ausreichend ist, um die Magnete ohne jegliche Oberflächenbeschädigung oder jegliches Brechen zu trennen.
Nach der Wärmebehandlung weist der Magnet das Seltenerd-Element R' mit einem Gehalt auf, welcher eine Verteilung besitzt, die von der ersten Oberfläche in Richtung zu einem Zentrum des Magneten variiert. Der Gehalt des Seltenerd-Elements R' ist an der Oberfläche, auf welche es aufgebracht wurde, am höchsten und nimmt in Richtung zu dem Zentrum des Magneten hin ab. Wie oben definiert, gibt das Seltenerd-Element R' das Seltenerd-Element R' an, welches auf die Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht wird. In Ausführungsformen, in welchen das Seltenerd-Element zwei oder mehr unterschiedliche Seltenerd-Elemente aufweist und eines dieser Seltenerd-Elemente das gleiche ist, das auf die Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht wird, bezieht sich die Verteilung des Seltenerd-Elements R' lediglich auf das zusätzliche Seltenerd-Element R', welches auf die Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht wurde.
Das Seltenerd-Element R' kann in signifikanten Mengen in einem äußersten Randbereich des Magneten vorhanden sein, beispielsweise innerhalb von 1,5 mm von der Oberfläche, auf welche es aufgebracht wurde. Das Seltenerd-Element R' kann in Korngrenz-Bereichen des gesinterten Ausgangsmagneten gefunden werden und zentrale Bereiche von Körnern können im Wesentlichen frei oder vollständig frei von dem Seltenerd-Element R' sein. Diese Struktur ermöglicht es, dass die Koerzitivfeldstärke H_c erhöht wird, während die remanente Flussdichte beibehalten wird. Das Seltenerd-Element R' bezieht sich lediglich auf das zusätzliche Seltenerd-Element R', welches auf die Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht wurde.
Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.

1 zeigt ein Verfahren zum Aufbringen von ein Seltenerd-Element aufweisenden Partikeln und eines Trennmaterials.
2 zeigt ein Verfahren zum Anordnen von gesinterten Ausgangsmagneten, welche eine Partikel des Seltenerd-Elements und des Trennmaterials aufweisende Schicht beinhalten,
3 zeigt ein Verfahren zum Herstellen des Magneten aus dem in 2 gezeigten gesinterten Ausgangsmagneten.
4 zeigt ein Verfahren zur Wärmebehandlung von gesinterten Ausgangsmagneten gemäß einer zweiten Ausführungsform.
5a zeigt ein Verfahren zur Wärmebehandlung von gesinterten Ausgangsmagneten gemäß einer dritten Ausführungsform.
5b zeigt ein Verfahren zur Wärmebehandlung von gesinterten Ausgangsmagneten gemäß einer vierten Ausführungsform.
6 zeigt einen Graphen der Koerzitivfeldstärke bei Raumtemperatur für Magnete als Funktion der Zusammensetzung des Seltenerd-Elements R'.
7 zeigt einen Graphen der Koerzitivfeldstärke als Funktion der Menge von aufgebrachtem Dysprosium.
8 zeigt einen Graphen der Koerzitivfeldstärke mit einem und ohne ein Trennmaterial.
9 zeigt einen Graphen der Koerzitivfeldstärke und der Aufnahme von Dysprosium als Funktion von Temperatur für eine 6 Stunden Wärmebehandlung.
10 zeigt einen Graphen der Aufnahme von Dysprosium als Funktion der Tiefe.
11 zeigt einen Graphen der Koerzitivfeldstärke bei Raumtemperatur für mit einer Dysprosium-Legierung beschichtete Proben und bei einer Korngrenzen-Diffusionsbehandlung unter verschiedenen Bedingungen.
12 zeigte einen Graphen der Koerzitivfeldstärke nach einer Korngrenzen-Diffusionsbehandlung für Proben mit und ohne Oberflächen-Vorbehandlung.

Tabelle 1: zeigt die Zusammensetzung von fünf Pasten.
Tabelle 2: fasst die Ergebnisse von fünf Beispielen von Pasten und Nd₂O₃-Gehalten nach einer Korngrenzen-Diffusionswärmebehandlung zusammen.
Tabelle 3: fasst die Zusammensetzung von Dysprosium beinhaltenden Legierungspasten zusammen.

1 zeigt ein Verfahren zum Aufbringen erster Partikel 1, welche ein Seltenerd-Element aufweisen, und zweiter Partikel 2, welche ein Trennmaterial aufweisen, auf eine erste Oberfläche 3 eines seltenerd-basierten Magneten 4, insbesondere eines gesinterten R₂Fe₁₄B-artigen Ausgangsmagneten.
In dieser bestimmten Ausführungsform ist R eine Mischung von Neodym und Dysprosium. Das weitere Material der zweiten Partikel 2 ist Neodymoxid und die ersten Partikel 1, welche ein Seltenerd-Element R' aufweisen, sind Dysprosiumhydrid.
Für illustrative Zwecke werden die ersten Partikel 1, welche das Seltenerd-Element R' aufweisen, derart dargestellt, dass diese eine im Allgemeinen kreisförmige Form besitzen, und die zweiten Partikel 2 des weiteren Materials werden derart dargestellt, dass diese eine rechteckige Form besitzen. Jedoch werden diese beiden Formen lediglich dazu verwendet, die zwei Arten von Partikeln in den Figuren voneinander zu unterscheiden und sind nicht dazu beabsichtigt, die Form der Partikel zu beschreiben. Die ersten Partikel 1 des Seltenerd-Elements R' und die zweiten Partikel 2 des weiteren Materials können jegliche Form besitzen, einschließlich der gleichen Form und können unterschiedliche Größen oder die gleiche Größe besitzen.
Die ersten Partikel 1 des Seltenerd-Elements und die zweiten Partikel 2 des weiteren Materials werden mit einer Flüssigkeit 5 oder einer organischen Substanz und pyrogener Kieselsäure gemischt, um eine Suspension 6 zu bilden. In dieser bestimmten Ausführungsform wird 3-Mehoxy-1-Butanol (CH₃CH(OCH₃)CH₂CH₂OH) verwendet. Die Suspension 6 wird auf die erste Oberfläche 3 des gesinterten Ausgangsmagneten 4 aufgebracht, um eine flüssige Schicht zu bilden, welche erste Partikel 1 des Seltenerd-Elements R' und zweite Partikel 2 des weiteren Materials aufweist. Die Flüssigkeit 5 oder organische Substanz wird anschließend durch Verdampfen entfernt, wie in 1 mittels Pfeilen 7 dargestellt ist, um eine Schicht 8 zu hinterlassen, die erste Partikel 1 des Seltenerd-Elements R' und zweite Partikel 2 des weiteren Materials aufweist und auf der ersten Oberfläche 3 des gesinterten Ausgangsmagneten 4 angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform ist die erste Oberfläche 3 eine „as sintered“ Oberfläche und wurde nicht weiter behandelt, beispielsweise gebeizt.
2 zeigt ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform zum Anordnen von einer Mehrzahl von gesinterten R₂Fe₁₄B-artigen Ausgangsmagneten 4, welche die Schicht 8 von ersten Partikeln des Seltenerd-Elements R' und zweite Partikel eines weiteren Materials aufweisen. Drei gesinterte Ausgangsmagnete sind in 2 dargestellt, jedoch können vier oder mehr gesinterte Ausgangsmagnete ebenfalls in der gleichen Art angeordnet werden. Zwei der gesinterten Ausgangsmagnete 4 weisen eine einzelne Schicht 8 auf und einer der gesinterten Ausgangsmagnete 4' weist eine zweite Schicht 8' auf, die auf einer zweiten Oberfläche 9 des gesinterten Ausgangsmagneten 4' angeordnet ist. Die zweite Oberfläche 9 ist auf der, der ersten Oberfläche 3 gegenüberliegenden Seite des gesinterten Ausgangsmagneten 4 angeordnet.
Die drei gesinterten Ausgangsmagnete 4 und 4' sind in einer Reihe auf einem Substrat 10 angeordnet. Die gesinterten Ausgangsmagnete 4, 4' sind derart angeordnet, dass die äußersten Endflächen 11 der Reihe die Schicht 8 oder die Schicht 8' aufweisen und jeder gesinterte Ausgangsmagnet 4, 4' ist abwechselnd mit einer Schicht 8 in der Reihe angeordnet.
In dieser bestimmten Ausführungsform beinhaltet der linksseitige gesinterte Ausgangsmagnet 4' zwei Schichten 8, 8'. Die zweite Oberfläche 9 des benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten 4 ist derart angeordnet, dass sie in Kontakt mit Schicht 8 des benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten 4' ist. Der dritte gesinterte Ausgangsmagnet 4 ist benachbart zu dem zweiten gesinterten Ausgangsmagnet 4 derart angeordnet, dass die zweite Oberfläche 9, welche die R₂Fe₁₄B-Zusammensetzung aufweist, in direktem Kontakt mit der Schicht 8 des benachbarten Magneten, welche die ersten Partikel des Seltenerd-Elements R' und die zweiten Partikel des weiteren Materials aufweist, angeordnet ist.
3 zeigt die Wärmebehandlung der in 2 gezeigten Reihe von gesinterten Ausgangsmagneten. Die Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur T und für eine Zeit t ausgeführt, welche eine Diffusion des Seltenerd-Elements R' von der auf den Oberflächen der gesinterten Ausgangsmagnete 4, 4' angeordneten Schicht 8, 8' in den Körper des gesinterten Ausgangsmagneten 4, 4' ermöglichen. Insbesondere werden das Seltenerd-Element R', die Temperatur T und die Zeit t derart ausgewählt, dass es dem Seltenerd-Element R' ermöglicht wird, entlang der Korngrenzen des gesinterten Ausgangsmagneten 4, 4' zu diffundieren und die Konzentration von R' in den Korngrenz-Bereichen der R₂Fe₁₄B-basierten Phase zu erhöhen. Diese Diffusion des Elements R' wird mit den Pfeilen 12 dargestellt.
Nach der Wärmebehandlung können die Magneten voneinander aufgrund der zweiten Partikel des Trennmaterials, welches in den Schichten 8 beinhaltet ist, voneinander getrennt werden.
4 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines R₂Fe₁₄B-artigen Magneten gemäß einer zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform sind die ersten Partikel 1 des Seltenerd-Elements R' auf der ersten Oberfläche 3 angeordnet und die zweiten Partikel 2 des weiteren Materials sind auf der zweiten Oberfläche 9 des gesinterten Ausgangsmagneten 4'' angeordnet. Die zweite Oberfläche 9 ist auf der, der ersten Oberfläche 3 gegenüberliegenden Seite des gesinterten Ausgangsmagneten 4'' angeordnet. Eine Mehrzahl dieser gesinterten Ausgangsmagnete 4'' ist in einer Reihe derart angeordnet, dass die ersten Partikel 1 des Seltenerd-Elements R' in Richtung auf zweite Partikel 2 des benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten 4'' der Reihe zeigen.
Die Mehrzahl der gesinterten Ausgangsmagnete 4'' kann derart angeordnet sein, dass die ersten Partikel 1 des Seltenerd-Elements R' während der Wärmebehandlung in Kontakt mit zweiten Partikeln 2 des benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten 4'' der Reihe sind. Während der Wärmebehandlung kann eine Diffusion des Seltenerd-Elements R' in die zwei benachbarten gesinterten Ausgangsmagnete 4'' stattfinden, wie schematisch mittels der Pfeile 12 dargestellt ist. Nach der Wärmebehandlung wird eine Schicht 14 zwischen den benachbarten Magneten ausgebildet, welche das weitere Material beinhaltet und welche verbleibende Teile des Seltenerd-Elements R' beinhalten kann. Da das weitere Material fest und partikelförmig bleibt, können benachbarte Magneten der Reihe voneinander getrennt werden, ohne übermäßige Kraft anzuwenden, welche den Magneten eine Beschädigung zufügen könnte.
5a zeigt ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines R₂Fe₁₄B-artigen Magneten. In dieser Ausführungsform sind sämtliche der äußeren Oberflächen des gesinterten Ausgangsmagneten 4'' mit einer Schicht 8" bedeckt, welche erste Partikel des Seltenerd-Elements R' und zweite Partikel des weiteren Materials aufweist.
In dieser Ausführungsform beinhaltet das Substrat 10 eine Schicht 13, die zweite Partikel des Trennmaterials aufweist. Die gesinterten Ausgangsmagnete 4'' einschließlich der Schichten 8", welche erste Partikel des Seltenerd-Elements R' und die zweiten Partikel des Trennmaterials aufweisen, sind auf dieser Schicht 13 angeordnet. Die Schicht 13 fungiert als ein Trennmittel oder ein Adhäsions-Verhinderungsmittel und verhindert, dass die gesinterten Ausgangsmagnete an das Substrat 10 kleben und/oder die Reaktion der ersten Partikel mit dem Substrat 10.
Im Gegensatz zu dem in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen sind die gesinterten Ausgangsmagnete 4'' in einem Haufen angeordnet und besitzen keine reguläre Anordnung. Diese Anordnung ist für kleine Teile und Teile einer irregulären Form geeignet, welche nicht in einfacher Weise in Reihen gestapelt werden können, oder wenn es unökonomisch wäre, die Teile in Reihen zu stapeln.
5b zeigt ein weiteres Verfahren zum Anordnen der gesinterten Ausgangsmagnete 4, welche eine oder zwei erste Partikel des Seltenerd-Elements R' und zweite Partikel eines Trennmaterials beinhaltende Schichten beinhalten. In ähnlicher Weise zu der in 5a gezeigten Ausführungsform beinhaltet das Substrat 10 eine Schicht 13, welche zweite Partikel des Trennmaterials aufweist, welche als ein Trennmittel oder ein Adhäsions-Verhinderungsmittel fungiert und die gesinterten Ausgangsmagnete daran hindert, an dem Substrat 10 zu kleben. Die gesinterten Ausgangsmagnete 4 einschließlich der Schichten 8, welche erste Partikel des Seltenerd-Elements R' und die zweite Partikel des Trennmaterials aufweisen, sind auf dieser Schicht 13 angeordnet. Die gesinterten Ausgangsmagnete 4 sind in einem Haufen angeordnet und besitzen keine regelmäßige Anordnung.
Die Verwendung der das Trennmaterial aufweisenden zusätzlichen Schicht 13 auf dem Substrat 10 kann ebenfalls in der Anordnung der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten kann zudem vor der Wärmebehandlung in einem ein geeignetes Material aufweisenden Behälter eingewickelt werden. In einer Ausführungsform wird die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten vor der Wärmebehandlung in eine Metall- oder eine Legierungs-Folie eingewickelt, wie beispielsweise eine Eisenfolie, um einen Folienbehälter zu bilden. Die innere Oberfläche des Eisen-Folienbehälters kann mit dem weiteren Material oder dem weiteren Material und dem Seltenerd-Element R' beschichtet sein, so dass die Eisenfolie nicht als ein Ergebnis der Wärmebehandlung mit der Mehrzahl von Magneten verklebt.
In den in Verbindung mit den Figuren gezeigten Ausführungsformen können zwei oder mehr gesinterten Ausgangsmagnete in Kontakt miteinander angeordnet werden. Jedoch ist die Diffusion des Seltenerd-Elements R' nicht beschränkt auf Grenzflächen zwischen gesinterten Ausgangsmagneten, welche in direktem physikalischen Kontakt sind. Das Seltenerd-Element kann zudem in einen gesinterten Ausgangsmagneten oder gesinterte Ausgangsmagnete diffundieren, welcher bzw. welche in einer kurzen Entfernung von dem Seltenerd-Element R' beabstandet angeordnet ist bzw. sind. Das Seltenerd-Element R' kann sich über den Raum zwischen den Partikeln des Seltenerd-Elements R' und dem gesinterten Ausgangsmagneten in der Gasphase bewegen und anschließend in den gesinterten Ausgangsmagneten diffundieren, möglicherweise entlang der Korngrenzen des gesinterten Ausgangsmagneten.
Die Ergebnisse, welche von spezifischen Beispielen erhalten wurden, werden nun beschrieben werden.
In einer ersten Gruppe von Ausführungsformen wurde die Zusammensetzung der das Seltenerd-Element R' aufweisenden Partikel untersucht. Mehrere Pasten, welche unterschiedliche seltenerdbeinhaltende Stoffe aufweisen, wurden hergestellt. Die Zusammensetzung der Pasten ist in Tabelle 1 zusammengefasst.
Die erste Paste weist Dysprosium in der Form von Dysprosiumhydrid auf, die zweite Paste weist Dysprosium in der Form von Dysprosiumoxid auf und die dritte Paste weist Terbiumoxid auf. In jedem der Fälle weist die Paste weiterhin pyrogene Kieselsäure und 3-Methoxy-1-Butanol auf.
Die Pasten wurden durch Siebdruck auf eine Seite einer Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten in Mengen aufgebracht, um 0,6 Gew.-% Dysprosium bzw. Terbium pro Stück bereitzustellen. Die beschichteten Ausgangsmagnete wurden bei drei unterschiedlichen Temperaturen für 6 Stunden wärmebehandelt. Diese Wärmebehandlung wurde ausgeführt, um es dem Dysprosium oder Terbium zu ermöglichen, in die Ausgangsmagnete entlang der Korngrenzen zu diffundieren und kann als Korngrenzen-Diffusionswärmebehandlung beschrieben werden. Anschließend wurde eine zusätzliche Wärmebehandlung bei 500°C für 2 Stunden durchgeführt.
Die Koerzitivfeldstärke wurde für die Proben gemessen und die Resultate sind in 6 zusammen mit einer Vergleichsprobe, welche lediglich der Wärmebehandlung unterzogen wurde, jedoch ohne jegliche Korngrenzen-Diffusion, zusammengefasst.
6 zeigt, dass Proben, welche mit einer Dysprosiumhydrid-Paste beschichtet sind, eine Koerzitivfeldstärke besitzen, welche ungefähr 5 kOe höher ist als die Vergleichsprobe. Die höchsten Koerzitivfeldstärken wurden nach Wärmebehandlungen bei 850°C und 950°C gemessen. Die Koerzitivfeldstärke nach einer Wärmebehandlung bei 1050°C wurde als geringfügig geringer gemessen.
Die Proben, welche mit einer Dysprosiumoxid-beinhaltenden Paste oder einer Terbiumoxid-beinhaltenden Paste beschichtet sind, besitzen eine erhöhte Koerzitivfeldstärke verglichen mit der Vergleichsprobe. Im Gegensatz zu der Dysprosiumhydridbeinhaltenden Paste war der Anstieg der Koerzitivfeldstärke nach einer Wärmebehandlung bei der höchsten Temperatur von 1050°C höher.
Die remanente Feldstärke der Probe wurde ebenfalls gemessen und es wurde gefunden, dass diese nicht signifikant abnimmt. Die Dysprosiumhydrid-beinhaltende Paste lieferte daher den besten Anstieg in der Koerzitivfeldstärke.
In einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen wurde der Effekt der Menge an Dysprosiumhydrid auf die beobachtete Erhöhung der Koerzitivfeldstärke untersucht. Die Ergebnisse sind in 7 zusammengefasst. Proben wurden mit zwischen 9,2 und 1,1 Gewichtsprozent Dysprosiumhydrid beschichtet und für 6 Stunden bei 900°C wärmebehandelt. Die Erhöhung der Koerzitivfeldstärke ist für Mengen an Dysprosiumhydrid in dem Bereich von 0,2 bis 0,8 Gewichtsprozent größer als für Proben, welche mit 0,2 bis 1,2 Gewichtsprozent beschichtet wurden. Daher wurden in weiteren Beispielen 0,6 bis 0,8 Gewichtsprozent Dysprosiumhydrid aufgebracht.
In einem weiteren Set von Ausführungsformen wurde der Effekt des Trennmaterials untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. In jedem Beispiel besitzt jeder R₂Fe₁₄B-artige Magnet, wobei R eine Mischung von Nd und Dy ist, Abmessungen von 19 × 10 × 3,4 mm und ein Gewicht von 5 g.
In dem ersten Beispiel wurden 20 R₂Fe₁₄B-artige Ausgangsmagnete jeweils mit 0,04 g Paste, welche Dysprosium-Hydrid mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung aufweist, beschichtet, so dass das Gewichtsprozent von Dysprosium in Bezug auf das Gewicht der Magnete ungefähr 0,8 % betrug. Die Magnete wurden ohne Trocknen zusammengestapelt und in Eisenfolien eingewickelt, welche mit Neodymoxid beschichtet worden waren. Das Paket wurde bei 950°C für 6 Stunden wärmebehandelt. Es wurde gefunden, dass die Stücke miteinander verklebt waren.
In einem zweiten Beispiel wurden 20 weitere R₂Fe₁₄B-artige Magnete jeweils mit 0,04 g von Dysprosiumhydrid-haltiger Paste beschichtet. Die Stücke wurden anschließend getrocknet, bevor sie gestapelt und in Neodymoxid-beschichteter Eisenfolie gepackt wurden und bei 950°C für 6 Stunden wärmebehandelt wurden. Es wurde gefunden, dass sechs der Magnete mit einem oder mehreren weiteren Magneten verklebt waren.
In einem dritten Beispiel wurde eine Paste mit 10 Gewichtsprozent Neodymoxid zu der Dysprosiumhydrid-Paste hinzugesetzt. 15 Magnete wurden beschichtet, getrocknet und in mit Neodymoxid-beschichteter Eisenfolie verpackt, bevor sie bei 950°C für 6 Stunden wärmebehandelt wurden. Es wurde gefunden, dass zwei der Magnete miteinander verklebt waren.
In einem vierten Beispiel wurde 20 Gewichtsprozent Neodymoxid zu der Dispersion hydrierter Paste hinzugefügt und 0,05 g dieser Paste wurden auf jeden von 15 R₂Fe₁₄B-artigen Magneten aufgebracht, so dass ungefähr 0,8 Gewichtsprozent Dysprosium mit Bezug auf das Gewicht der Magnete hinzugefügt wurde. Die Magnete wurden anschließend getrocknet, gestapelt und in mit Neodymoxid-beschichteter Eisenfolie verpackt. Die Packung wurde bei 950°C für 6 Stunden wärmebehandelt und anschließend wurde gefunden, dass keiner dieser Magnete mit weiteren Magneten verklebt war.
In einem fünften Beispiel wurden 16 R₂Fe₁₄B-artige Magnete mit 0,05 g einer 20 Gewichtsprozent Neodymoxid aufweisenden Paste beschichtet, jedoch wurde kein Trockenschritt ausgeführt, bevor die Stücke gestapelt und in Neodymoxid-beschichtete Eisenfolien gewickelt wurden und bei 950°C für 6 Stunden wärmebehandelt wurden. Es wurde gefunden, dass sämtliche der Magnete nach der Wärmebehandlung unverklebt waren.
Diese Ergebnisse zeigen, dass ein Anteil von 20 Gewichtsprozent Neodymoxid wirksam ist als Trennmittel, sogar ohne ein Trocknen der beschichteten Stücke.
Die Koerzitivfeldstärke von Proben mit und ohne der Neodymoxid-Zusätze und Vergleichsproben, welche nicht der Korngrenzen-Diffusionswärmebehandlung unterzogen wurden, wurden hergestellt und die Koerzitivfeldstärke wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in 8 zusammengefasst. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Zusatz von Neodymoxid in der Paste den Anstieg der Koerzitivfeldstärke nicht über denjenigen hinaus, welcher für unbehandelte Proben gemessen wurde, beeinflusst.
Der Effekt der Temperatur, bei welcher das Korngrenzen-Diffusionsverfahren ausgeführt wurde, auf den Anstieg der Koerzitivfeldstärke wurde ebenfalls untersucht. Die Ergebnisse sind in 9 zusammengefasst.
0,6 Gewichtsprozent Dysprosium wurde auf die R₂Fe₁₄B-artigen Magnete aufgebracht und der Dysprosium-Gehalt nach einer Wärmebehandlung für 6 Stunden wurde ermittelt, um die Dysprosium-Aufnahme, welche als Delta Dy in 9 dargestellt ist, zu ermitteln. Temperaturen innerhalb des Bereichs von 850°C bis 1050°C wurden untersucht.
Die Dysprosium-Aufnahme liegt in dem Bereich von 0,25 und 0,5 Gewichtsprozent. Die Menge an von den Proben aufgenommenem Dysprosium nimmt im Allgemeinen für zunehmende Temperaturen zu. Wie 9 zeigt, steigt die Koerzitivfeldstärke der Stücke geringfügig zwischen einer Temperatur von 850°C und 950°C an und nimmt anschließend für höhere Temperaturen ab.
Die Dysprosium-Aufnahme und die Änderung der Koerzitivfeldstärke nehmen als Funktion der Tiefe ab, was zeigt, dass der Dysprosium-Gehalt an der äußersten Oberfläche der Probe am höchsten ist, wie durch den Graphen von 10 dargestellt ist.
In einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen wurde Dysprosium in der Form einer Mischung einer Dysprosium-Aluminium-Nickel-Legierung und einer Dysprosium-Kupfer-Nickel-Legierung untersucht. Die Gesamtzusammensetzung ist in Tabelle 3 zusammengefasst. Diese Paste wurde auf eine „as-sintered“ Oberfläche von gesinterten R₂Fe₁₄B-artigen Ausgangsmagneten in einer Menge derart aufgebracht, um 0,6 Gewichtsprozent Dysprosium pro Stück bereitzustellen. Die Proben wurden unterschiedlichen Wärmebehandlungen unterzogen und die Koerzitivfeldstärke wurde bei Raumtemperatur gemessen. Die Ergebnisse sind in 11 zusammengefasst.
11 zeigt, dass für eine Wärmebehandlung von 900°C für 6 Stunden ein Anstieg von ungefähr 3,5 kOe in der Koerzitivfeldstärke erreicht wurde. Diese Ergebnisse sind ungefähr die gleichen wie diejenigen, welche mit der Dysprosiumhybridhaltigen Paste erreicht wurden.
Die Paste kann beispielsweise unter Verwendung einer Bürste oder mit einem automatischen Siebdruck-Gerät aufgebracht werden. Mit dem automatischen Siebdruck-Gerät können die gewünschten Mengen unter Verwendung eines einzigen Durchgangs oder zweier Durchgänge aufgebracht werden.
Der Effekt des Oberflächen-Abschlusses des gesinterten Ausgangsmagneten, auf welchen das Dysprosium aufgebracht wurde, wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in 12 zusammengefasst. In jedem Fall wurden 0,6 Gewichtsprozent Dysprosium auf die gesinterten Ausgangsmagnete in der Form einer Dysprosiumhydrid-Paste aufgebracht und die beschichteten gesinterten Ausgangsmagnete wurden bei 900°C für 6 Stunden wärmebehandelt. Proben, für welche der Ausgangsmagnet einer Beiz- und Phosphatierungs-Vorbehandlung ausgesetzt wurde, und Proben, für welche die Dysprosiumhydrid-haltige Paste direkt auf die gesinterte Oberfläche aufgebracht wurde, besitzen ungefähr die gleiche Koerzitivfeldstärke.
Zusammenfassend kann eine Schicht, welche Dysprosiumhydrid-Partikel und 20 Gewichtsprozent Neodymoxid aufweist und welche auf eine oder mehrere Oberflächen von gesinterten R₂Fe₁₄B-artigen Magneten aufgebracht wird, verwendet werden, um die Koerzitivfeldstärke der R₂Fe₁₄B-artigen Magnete durch Unterziehen der R₂Fe₁₄B-artigen Magnete mit einer Wärmebehandlung zu erhöhen unter Bedingungen, die geeignet sind, dass es dem Dysprosium ermöglicht wird, in den Körper der R₂Fe₁₄B-artigen Magnete zu diffundieren. Wie in den vorherigen Ausführungsformen ist R eine Mischung von Neodym und Dysprosium. Zugleich fungiert das Neodymoxid als ein Trennmaterial, so dass sich berührende Magnete als ein Ergebnis der Bildung einer Dysprosiumhydrid-aufweisenden Schmelze während der Wärmebehandlung nicht miteinander verkleben. Die Packungsdichte der R₂Fe₁₄B-artigen Magnete während der Wärmebehandlung kann daher erhöht werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines seltenerd-basierten Magneten, aufweisend: - Bereitstellen einer Mehrzahl an gesinterten R₂Fe₁₄B-artigen Ausgangsmagneten, - Aufbringen von ein Seltenerd-Element R' aufweisenden Partikeln auf eine erste Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete, wobei das Seltenerd-Element R' Dy und/oder Tb ist, - Aufbringen von Partikeln eines weiteren Materials auf die erste Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete und/oder eine weitere Oberfläche der gesinterter Ausgangsmagneten, wobei das weitere Material Nd₂O₃ ist, - Anordnen der Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten derart, dass die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials zwischen benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten angeordnet sind, - Wärmebehandeln des gesinterten Ausgangsmagneten bei einer Temperatur T und für eine Zeit t, die derart gewählt sind, dass das Seltenerd-Element R' in die gesinterten Ausgangsmagneten diffundiert und derart, dass nach der Wärmebehandlung benachbarte Magnete miteinander unverklebt bleiben, und Herstellen eines Magneten, wobei das weitere Material nach der Wärmebehandlung fest und partikelförmig bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten derart angeordnet ist, dass eine Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete in Kontakt ist mit den auf einen benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten aufgebrachten Partikeln des Seltenerd-Elements R'.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten in einer Reihe derart angeordnet ist, dass Partikel des Seltenerd-Elements R' und Partikel des weiteren Materials zwischen benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten der Reihe angeordnet sind, Wärmebehandeln der Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten während diese in der Reihe angeordnet sind bei einer Temperatur T und für eine Zeit t, die derart ausgewählt sind, dass das Seltenerd-Element R' in die gesinterten Ausgangsmagnete diffundiert und derart, dass benachbarte Magnete der Reihe nach der Wärmebehandlung unverklebt miteinander bleiben.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials auf die erste Oberfläche aufgebracht werden und die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten derart angeordnet ist, dass eine Oberfläche der gesinterten Ausgangsmagnete in Kontakt ist mit den Partikeln des Seltenerd-Elements R', welche auf einen benachbarten gesinterten Ausgangsmagneten der Reihe aufgebracht sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin aufweisend: - Aufbringen der das Seltenerd-Element R' aufweisenden Partikel auf eine zweite Oberfläche zumindest eines der gesinterten Ausgangsmagnete, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegend ist, und - Aufbringen von Partikeln des weiteren Materials auf die zweite Oberfläche des zumindest einen gesinterten Ausgangsmagneten.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Mehrzahl von gesinterten Ausgangsmagneten derart in einer Reihe angeordnet ist, dass die äußersten Seitenflächen der letzten gesinterten Ausgangsmagnete der Reihe Partikel des Seltenerd-Elements R' und Partikel des weiteren Materials aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Seltenerd-Element R' aufweisende Partikel und die Partikel des weiteren Materials auf drei oder mehr Oberflächen des zumindest einen gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Substrat bereitgestellt wird, und wobei die Partikel des weiteren Materials und optional die Partikel des Seltenerd-Elements R' auf das Substrat angeordnet werden und die gesinterten Ausgangsmagnete auf die auf dem Substrat angeordneten Partikel des weiteren Materials angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Seltenerd-Element R des gesinterten Ausgangsmagneten verschieden ist von dem Seltenerd-Element R'.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Seltenerd-Element R' in der Form eines Hydrids oder einer Legierung oder einer hydrierten Legierung aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-% oder 0,1 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% des Seltenerd-Elements R' auf die erste Oberfläche des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Volumenverhältnis des Seltenerd-Elements R' zu dem weiteren Material zwischen 20 zu 1 und 1 zu 10 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der gesinterte Ausgangsmagnet eine Koerzitivfeldstärke von Hc besitzt und die Temperatur T und die Zeit t derart ausgewählt werden, dass der Magnet nach der Wärmebehandlung eine Koerzitivfeldstärke von zumindest Hc + 1 kOe besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Temperatur T innerhalb des Bereichs von 700°C bis 1100°C liegt und wobei die Zeit t innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 100 Stunden liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die erste Oberfläche eine „as sintered“ Oberfläche ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die zweite Oberfläche eine „as-sintered“ Oberfläche ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials eng miteinander vermischt werden und auf die erste Oberfläche und optional auf eine oder mehrere weitere Oberflächen des gesinterten Ausgangsmagneten in der Form einer einzigen Schicht aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Partikel des Seltenerd-Elements R' und die Partikel des weiteren Materials mit zumindest einer Flüssigkeit oder einer organischen Substanz gemischt werden, um eine Suspension oder eine Paste zu bilden, und wobei die Suspension oder die Paste auf die erste Oberfläche und optional auf die eine oder mehreren weiteren Oberflächen des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Partikel des Seltenerd-Elements R' mit zumindest einer Flüssigkeit oder einer organischen Substanz gemischt werden, um eine erste Suspension oder eine erste Paste zu bilden, und die Partikel des weiteren Materials mit zumindest einer Flüssigkeit oder einer organischen Substanz gemischt werden, um eine zweite Suspension oder eine zweite Paste zu bilden, und wobei die erste Suspension oder die erste Paste und die zweite Suspension oder die zweite Paste als getrennte Schichten auf die erste Oberfläche und optional die eine oder mehreren weiteren Oberflächen des gesinterten Ausgangsmagneten aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei eine Trocknungs-Behandlung vor der Wärmebehandlung bei der Temperatur T ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei eines oder mehrere Metalle und/oder eine oder mehrere Legierungen und/oder eine oder mehrere Metallhydride und/oder eine oder mehrere hydrierte Legierungen auf die erste Oberfläche und optional eine oder mehrere weitere Oberflächen aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei Al und/oder Ni und/oder Kupfer oder ihre Legierungen auf die erste Oberfläche und optional auf eine oder mehrere weitere Oberflächen aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei eine oder mehrere Binder und/oder eines oder mehrere Dispergier-Mittel hinzugefügt werden, um die Paste zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die Paste Nd2O3, pyrogene Kieselsäure und 3-Methoxy-1-Butanol aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die Paste mittels Aufmalens oder Siebdrucks oder eines Schabemessers oder Schwerkraft oder Tauchens oder einer Rollanwendung oder Sprayens aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Magneten nach der Wärmebehandlung von den benachbarten Magneten durch Anwenden einer vorbestimmten Kraft zwischen den benachbarten Magneten trennbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei der Magnet nach der Wärmebehandlung einen Gehalt des Seltenerd-Elements R' aufweist, der eine Verteilung besitzt, welche von der ersten Oberfläche in Richtung auf ein Zentrum des Magneten hin variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Gehalt des Seltenerd-Elements R' an der ersten Oberfläche am höchsten ist und in Richtung auf das Zentrum des Magneten hin abnimmt.