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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Neodym-(NdFeB)Dauermagneten mit geringeren Kosten und höherer Leistung als ein herkömmlicher Dauermagnet, bei dem die Herstellungskosten durch Verringern der Menge des teuren Elements Dysprosium (Dy) gesenkt werden und die Magnetkraft verbessert wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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HINTERGRUND
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Zur Verbesserung der Kraftstoffeffizient eines Hybrid-Elektronikfahrzeugs (HEV) ist ein Hochleistungsmagnet, der eine höhere Ausgangsleistung eines Antriebsmotors begrenzter Größe erzeugen kann, erforderlich. Als herkömmlicher Dauermagnet für einen Antriebsmotor wird ein NdFeB-Sintermagnet als ein Seltenerd-Dauermagnet verwendet, aber dieser enthält teure Seltenerdelemente wie Dy und Tb wegen der besseren Wärmeeigenschaften. Obwohl diese Elemente bessere Wärmeeigenschaften bieten, verringern sie die Magnetkraft und sind teuer. Solche herkömmlichen Dauermagnete sind deshalb nicht geeignet für die Anwendung in HEV. Deshalb wird die Entwicklung eines Dauermagneten mit höherer Leistung bei geringeren Kosten als die des herkömmlichen Seltenerd-Dauermagnet angestrebt, bei dem die Kosten des Magneten durch Verringern der Menge des teuren Elements Dy gesenkt werden und die Magnetkraft verbessert wird.
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Bei herkömmlichen Verfahren wird zum Diffundieren von Dy oder Terbium (Tb) ein Presskörper gesintert und auf etwa die Nettoform bearbeitet, die anschließend mit einer schweren Seltenerdlegierung oder -verbindung beschichtet und zur Diffundierung erwärmt wird. Die Weiterverarbeitung ist deshalb kompliziert. Bei der vorliegenden Erfindung wird dagegen der Prozess verkürzt und effektiver als der herkömmliche Prozess, weil Sintern und Erwärmen gleichzeitig erfolgen.
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In der Vergangenheit wurde als Korngrenzen-Diffusionstechnik die Diffusion während des Sinterprozesses versucht. Bei einer solchen Technik wird ein Presskörper mit Korngrenzenmaterialien beschichtet und der Körper wird zum Sinterprozess in einen Sinterofen eingebracht. Während des Sinterprozesses wird die Temperatur auf 1000°C oder darüber erhöht, und die Vakuumatmosphäre beträgt im Allgemeinen ca. 10–3 Pa oder weniger. Da Dy bei ca. 1000°C und ca. 10–1 Pa verdampft, geht durch Verdampfung unter dieser Bedingung mehr Dy verloren als in den Magneten diffundiert.
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Da Tb außerdem bei ca. 1000°C und ca. 10–4 Pa verdampft, verdampft es nicht während des Sinterprozesses. Allerdings wird die Diffusionseffizienz des Tb verringert, da die Diffusion bei hoher Temperatur eher in das Korn als in die Korngrenzen erfolgt. Ferner kann die Beschichtung des Presskörpers mit schwerer Seltenerde die Oxidation des Presskörpers und deshalb eine Verschlechterung der Eigenschaften des Magneten bewirken. Ferner wurden die herkömmlichen Magnete nach dem Sintern in einer Argon-(Ar)Atmosphäre erwärmt und deshalb können die Korngrenzen-Diffusionsmaterialien nicht verdampfen oder während des Wärmebehandlungsprozesses in der Dampfphase abgeschieden werden.
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Die obige Beschreibung der verwandten Technik dient nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und ist nicht dahingehend auszulegen, dass sie in dem dem Fachmann bekannten Stand der Technik enthalten ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine technische Lösung der oben beschriebenen Probleme der verwandten Technik bereit. Die vorliegende Erfindung stellt einen Neodymium-Dauermagneten (im Folgenden NdFeB-Dauermagnet) mit geringeren Kosten und höherer Leistung als die herkömmlichen Dauermagneten bereit, bei dem die Herstellungskosten durch Verringern der Menge des teuren Elements Dysprosium (Dy) gesenkt werden und die Magnetkraft verbessert wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der NdFeB-Dauermagnet ca. 25 bis 30 Gew.-% Neodym (Nd), ca. 0,5 bis 6 Gew.-% Dysprosium (Dy), ca. 0,2 bis 2 Gew.-% Terbium (Tb), ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-% Kupfer (Cu), ca. 0,8 bis 2 Gew.-% Bor (B) und den Rest Eisen (Fe) und andere unvermeidliche Verunreinigungen enthalten. Außerdem kann die Summe des Dy- und des Tb-Anteils ca. 2 bis 7 Gew.-% betragen. Der NdFeB-Dauermagnet kann ferner ca. 5 Gew.-% oder weniger Praseodymium (Pr) enthalten.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zur Herstellung des NdFeB-Dauermagneten enthalten: einen Mahlschritt zum Feinmahlen einer bandgegossenen NdFeB-Legierung, die aus der obigen Zusammensetzung des NdFeB-Dauermagneten außer Tb besteht, wodurch ein bandgegossenes NdFeB-Legierungspulver gebildet wird; einen Zubereitungsschritt eines Tb-Pulvers getrennt von der Zusammensetzung im Mahlschritt; einen gemeinsamen Sinterschritt des bandgegossenen NdFeB-Legierungspulvers und des Tb-Pulvers; und einen Erwärmungsschritt zur Wärmebehandlung der gesinterten Pulver.
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Das Tb-Pulver kann aus mindestens entweder einem Metall, einer Legierung oder einem Tb enthaltenden Verbundmaterial bestehen. Im Mahlschritt kann die bandgegossene NdFeB-Legierung auf eine Größe von ca. 3 bis 6 μm feingemahlen werden. Der Sinterschritt kann 3 bis 5 Stunden lang bei ca. 1000 bis 1100°C durchgeführt werden. Der Sinterschritt kann unter Vakuumbedingungen von ca. 10–3 bis 10–2 Pa durchgeführt werden. Der Erwärmungsschritt kann bei ca. 10–5 bis 5 × 10–5 Pa und ca. 850 bis 950°C durchgeführt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele, die in den beiliegenden Zeichnungen nur beispielhaft dargestellt sind, nachstehend ausführlich beschrieben und schränken somit die vorliegende Erfindung nicht ein; es zeigen:
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1 ein beispielhaftes Diagramm eines Prozess des Verfahrens zur Herstellung des NdFeB-Dauermagnet gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2 bis 11 beispielhafte mikroskopische Bilder einer Analyse des Elektronenstrahl-Mikroanalysators (EPMA) von Vergleichsbeispielen und Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind, da sie eine etwas vereinfachte Darstellung der verschiedenen bevorzugten Merkmale zeigen, die für die Grundlagen der Erfindung beispielhaft sind. Die hierin offenbarten spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung die z. B. bestimmte Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen umfassen, werden zum Teil durch die besondere vorgesehene Anwendung und die Umgebungsbedingungen am Einsatzort bestimmt. In den Figuren kennzeichnen Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die hierin verwendete Terminologie hat den Zweck, nur bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung nicht einschränken. Wie hierin verwendet sollen die Singularformen ”einer, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen umfassen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes angibt. Außerdem versteht es sich, dass der Begriff ”aufweisen” und/oder ”aufweisend” bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein angegebener Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile angibt, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente Bauteile und/oder Gruppen derselben ausschließt. Wie hierin verwendet enthält die Formulierung ”und/oder” sämtliche Kombinationen eines oder mehrerer der aufgeführten Positionen.
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Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Zusammenhang offensichtlich, ist der Begriff ”etwa, ca.” wie hierin verwendet so zu verstehen, dass er sich auf Werte innerhalb des normalen Toleranzbereichs der Technik bezieht, z. B. auf zwei Standardabweichungen vom Mittelwert. ”Etwa oder ca.” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstanden werden. Sofern aus dem Zusammenhang nicht anderweitig klar hervorgeht, sind alle hierin enthaltenen numerischen Werte durch den Begriff ”etwa, ca.” modifiziert.
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Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. 1 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Prozesses des Verfahrens zur Herstellung des NdFeB-Dauermagneten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann der NdFeB-Dauermagnet ca. 25 bis 30 Gew.-% Nd, ca. 0,5 bis 6 Gew.-% Dy, ca. 0,2 bis 2 Gew.-% Tb, ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-% Cu, ca. 0,8 bis 2 Gew.-% B und den Rest Fe und andere unvermeidliche Verunreinigungen enthalten. Außerdem kann die Summe des Dy- und des Tb-Anteils ca. 2 bis 7 Gew.-% betragen. Der NdFeB-Dauermagnet kann ferner ca. 5 Gew.-% oder weniger Pr enthalten.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zur Herstellung des NdFeB-Dauermagneten enthalten: einen Mahlschritt zum Feinmahlen einer bandgegossenen NdFeB-Legierung, die aus der obigen Zusammensetzung des NdFeB-Dauermagneten außer Tb besteht, wodurch ein bandgegossenes NdFeB-Legierungspulver gebildet wird; einen Zubereitungsschritt eines Tb-Pulvers getrennt von der Zusammensetzung im Mahlschritt; einen gemeinsamen Sinterschritt des bandgegossenen NdFeB-Legierungspulvers und des Tb-Pulvers; und einen Erwärmungsschritt zur Wärmebehandlung der gesinterten Pulver. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Tb-Pulver aus mindestens entweder einem Metall, einer Legierung oder einem Tb enthaltenden Verbundmaterial bestehen.
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Außerdem kann im Mahlschritt die bandgegossene NdFeB-Legierung auf eine Größe von ca. 3 bis 6 μm feingemahlen werden. Der Sinterschritt kann 3 bis 5 Stunden lang bei ca. 1000 bis 1100°C durchgeführt werden. Der Sinterschritt kann unter Vakuumbedingungen von ca. 10–3 bis 10–2 Pa durchgeführt werden. Der Erwärmungsschritt kann bei ca. 10–5 bis 5 × 10–5 Pa und ca. 850 bis 950°C durchgeführt werden. Der Erwärmungsschritt kann bei Vakuumbedingungen mit einem minimalen Argon-(Ar)Gasanteil durchgeführt werden.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann Tb oder das Tb-Verbundmaterial/die Tb-Legierung getrennt vom Presskörper des Magneten, aber im selben Behälter aus Graphit eingebracht werden. Durch den Graphitbehälter kann der Unterdruck im Behälter auf etwa dem halben Unterdruck im Sinterofen während des Sinterprozesses gehalten werden. Wenn der Unterdruck in einem Sinterofen z. B. ca. 10–3 Pa beträgt, kann der Unterdruck im Graphitbehälter auf ca. 5 × 10–2 Pa konstant gehalten werden. Somit kann die Verdampfung von Tb verhindert und dann während des Wärmebehandlungsprozesses nach dem Sinterprozess die Abscheidung von Tb in der Dampfphase auf dem Magneten durch Verdampfen bei ca. 10–5 Pa und ca. 850 bis 950°C induziert werden.
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Die Verdampfungsrate von Tb kann durch den Dampfdruck und die Erwärmungstemperatur gesteuert werden. Wenn z. B. zu viel Tb verdampft wird (z. B. über eine vorgegebene Menge), kann die Verdampfungsrate/Abscheidungsrate von Tb in der Dampfphase gesteuert werden, indem eine Ar-Gasmenge eingespritzt und anschließend der Unterdruck/die Temperatur gesteuert wird. Die Erwärmungstemperatur kann unter einer bestimmten Temperatur gehalten werden, damit Tb in die Korngrenzen diffundiert.
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Herkömmliche Magnete enthalten typischerweise Dy in einer Menge von ca. 9 bis 10 Gew.-% in einer bandgegossenen NdFeB-Legierung, um eine Koerzitivfeldstärke von 30 kOe oder darüber zu erreichen. Bei der vorliegenden Erfindung kann der Dy-Anteil in der bandgegossenen NdFeB-Legierung um etwa 4 bis 6 Gew.-% verringert und die Tb-Menge kann entlang der Korngrenzen diffundieren. Deshalb kann die Koerzitivfeldstärke um ca. 6 bis 10 kOe verbessert werden, so dass eine Koerzitivfeldstärke von ca. 30 kOe oder darüber erzielt wird.
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Ferner können die Materialkosten des Magneten gesenkt werden, indem die Menge des teuren Elements Dy von 10 Gew.-% auf 6 Gew.-% reduziert wird, was ca. 40% entspricht. Dabei kann das Element Dy die Koerzitivfeldstärke verbessern und die Magnetkraft verringern. Bei abnehmender Menge des Dy im NdFeB-Dauermagneten kann deshalb die Magnetkraft um ca. 5 bis 8% verbessert werden. Die chemischen Zusammensetzungen der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsbeispiele sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann der NdFeB-Dauermagnet ca. 25 bis 30 Gew.-% Nd, ca. 0,5 bis 6 Gew.-% Dy, ca. 0,2 bis 2 Gew.-% Tb, ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-% Cu, ca. 0,8 bis 2 Gew.-% B und den Rest Fe und andere unvermeidliche Verunreinigungen enthalten. Außerdem kann die Summe des Dy- und des Tb-Anteils ca. 2 bis 7 Gew.-% betragen. Der NdFeB-Dauermagnet kann ferner ca. 5 Gew.-% oder weniger Pr enthalten.
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Im Folgenden werden Verfahren zur Herstellung der Vergleichsbeispiele und Ausführungsformen sowie deren physikalische Eigenschaften beschrieben.
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1) Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3
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Im Fall der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 wurden die metallischen Elemente Nd, Dy, Fe und Cu sowie Ferrobor mit einer Reinheit von ca. 99 Gew.-% oder darüber in einer Vakuumatmosphäre gelöst und dann wurde ein Legierungsdünnblech der Zusammensetzung Nd22Dy9B1Co0.5Cu0.15Al0.25Ga0.15Febal (Gew.-%) durch ein Bandgießverfahren unter Verwendung einer Kupferwalze hergestellt. Die bandgegossene Legierung wurde mit Wasserstoff durch Wasserstoffgas von 0,11 MPa bei Raumtemperatur zur Reaktion gebracht und dann auf 500°C erwärmt, während Absaugen erfolgte, um das Wasserstoffgas teilweise abzuführen. Dann wurde die bandgegossene Legierung abgekühlt und in einer Strahlmühle mit Hochdruck-Stickstoffgas auf die durchschnittliche Pulverpartikelgröße von ca. 5 μm feingemahlen. Das feine Pulver wurde mit einem Schmierstoff gemischt und dann mit einem Druck von etwa 1 t/cm3 beaufschlagt, während es in einer Stickstoffatmosphäre im 3T-Magnetfeld ausgerichtet war. Der Presskörper wurde in einem Graphitbehälter angeordnet, in einen Sinterofen unter Vakuumatmosphäre eingebracht, 4 Stunden lang bei 1075°C gesintert und dann 1 Stunde bei 900°C, 700°C bzw. 500°C zur Bildung eines Magnetblocks wärmebehandelt. Der Magnetblock wurde auf die Größe von 15 × 50 × 6 mm Dicke geschnitten, geschliffen, in Salpetersäure und destilliertem Wasser gewaschen und dann getrocknet. Dieser Magnet erhielt die Bezeichnung M1 (Vergleichsbeispiel 1).
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Mit dem gleichen Verfahren wie oben wurde ein Sinterkörper aus einer bandgegossenen NdFeB-Legierung mit der Zusammensetzung Nd24Dy7B1Co0.5Cu0.15Al0.25Ga0.15Febal (Gew.-%) hergestellt. Nach Beendigung des Sinterprozesses wurde ein TbF3-Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ca. 5 μm gemischt und in Isopropylalkohol dispergiert und auf dem Magneten durch Sprühen des TbF3-Pulvers mit einer Konzentration von 1 Gew.-% aufgebracht, unmittelbar gefolgt durch Trocknen mit einem Heißluftgebläse. Der getrocknete Magnet wurde in einen Wärmebehandlungsofen unter Vakuumbedingen mit einer minimalen Menge Ar-Gas eingebracht und dann 8 Stunden lang auf 900°C gehalten, gefolgt von einer Stunde bei 700°C bzw. 500°C. Dieser Magnet erhielt die Bezeichnung D1 (Vergleichsbeispiel 3).
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Der Magnet M2 (Vergleichsbeispiel 2) wurde ebenfalls durch Wärmebehandlung nach dem gleichen Verfahren ohne Beschichtung mit dem TbF3-Pulver hergestellt. Br und iHc als magnetische Eigenschaften der Magnete M1, M2 und D1 der Vergleichsbeispiele wurden durch einen BH-Tracer gemessen und die thermische Demagnetisierung wurde durch die Flussänderung bestimmt, die mittels eines Fluxmeter nach zweistündigem Erwärmen des magnetisierten Magneten M1 bei 200°C gemessen wurde. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung erfolgte durch ICP und XRF. Beim Magneten D1, in den Tb durch das herkömmliche Verfahren diffundiert wurde, wurde im Vergleich zu M2 iHc um 5,35 kOe erhöht und Br um 0,32 kG verringert. Die Koerzitivfeldstärke kann also durch die Diffusion von Tb durch das herkömmliche Verfahren verbessert werden.
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2) Vergleichsbeispiel 4, Ausführungsform 1
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Eine bandgegossene NdFeB-Legierung mit der Zusammensetzung Nd25Dy5B1Co0.5Cu0.15-Al0.25Ga0.15Febal (Gew.-%) wurde hergestellt. Die bandgegossene Legierung wurde mit Wasserstoff durch Wasserstoffgas von 0,11 MPa bei Raumtemperatur zur Reaktion gebracht und dann auf 500°C erwärmt, während Absaugen erfolgte, um das Wasserstoffgas teilweise abzuführen. Dann wurde die bandgegossene Legierung abgekühlt und in einer Strahlmühle mit Hochdruck-Stickstoffgas auf die durchschnittliche Pulverpartikelgröße von ca. 5 μm feingemahlen. Das feine Pulver wurde mit einem Schmierstoff gemischt und dann mit einem Druck von etwa 1 t/cm3 beaufschlagt, während es in einer Stickstoffatmosphäre im 3T-Magnetfeld ausgerichtet war. Ein Tb-Cu-Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ca. 4 μm wurde in eine Kammer eines Graphitbehälters gegeben, und der Presskörper wurde in der anderen Kammer angeordnet. Der Behälter wurde mit einem Deckel aus Graphit verschlossen, in einen Sinterofen eingebracht und dann bei 1075°C unter Vakuumbedingungen von 10–3 Pa 4 Stunden lang gesintert. Nach Beendigung des Sinterprozesses erfolgte eine Erwärmung unter Vakuumbedingungen von ca. 1 × 10–5 bis 5 × 10–5 Pa bei 900 bis 950°C zum Verdampfen des Tb-Cu-Pulvers. Zum Steuern der Tb-Verdampfungsrate wurde eine minimale Menge Ar-Gas eingespritzt und 24 Stunden lang erwärmt, während die Temperatur und der Unterdruck gesteuert (z. B. eingestellt) wurden, gefolgt durch einstündiges Erwärmen auf 700°C bzw. 500°C. Dieser Magnet erhielt die Bezeichnung A1 (Ausführungsform 1).
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Ein Magnet wurde hergestellt, ohne Tb-Cu in den Graphitbehälter zu geben, und erhielt die Bezeichnung B1 (Vergleichsbeispiel 4). Die magnetischen Eigenschaften der Magnete B1 und A1 wurden mit einem BH-Tracer gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgelistet.
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Das Verfahren von Vergleichsbeispiel 4 wurde mit einer Legierung mit der Zusammensetzung Nd25Dy1.3B1Co0.5Cu0.15Al0.25Ga0.15Febal (Gew.-%) wiederholt, um einen Magneten mit der Bezeichnung M3 herzustellen (Vergleichsbeispiel 5). Die magnetischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung sind in Tabelle 1 aufgelistet. Beim Vergleich von A1 der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit B1 von Vergleichsbeispiel 4 nach der Diffusion von Tb war die Koerzitivfeldstärke um 10,39 kOe verbessert und die magnetische Remanenzflussdichte war um 0,04 kG reduziert. Die Differenz zur aktuellen magnetischen Flussdichte zwischen A1 und B1 war also minimal.
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Beim Vergleich von M3 (Vergleichsbeispiel 5), der durch ein allgemeines NdFeB-Herstellungsverfahren hergestellt wurde, mit A1 der Ausführungsform betrug die Differenz der magnetischen Remanenzflussdichte 0,09 kG und die Differenz der Koerzitivfeldstärke betrug 1,3 kOe. Es konnte also festgestellt werden, dass die magnetische Remanenzflussdichte und the Koerzitivfeldstärke in beiden Fällen nahezu gleich waren, aber die Mengen des verwendeten schweren Seltenerdelements, d. h. Dy, waren unterschiedlich. Tb zeigte allgemein eine etwa doppelt so hohe Koerzitivfeldstärke wie Dy, aber ist etwa doppelt so teuer wie Dy. Beim Umrechnen des Tb-Anteils auf den Dy-Anteil enthielt M3 von Vergleichsbeispiel 5 schweres Seltenerdelement in etwa gleicher Menge gegenüber 9,7 Gew.-% Dy und A1 von Ausführungsform 1 enthielt schweres Seltenerdelement in etwa gleicher Menge gegenüber 6,6 Gew.-% Dy. Deshalb können die Kosten für A1 um 30% für die verwendete Dy-Menge gegenüber den Kosten für M3 gesenkt werden.
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3) Ausführungsform 2, Vergleichsbeispiel 6
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Ein Presskörper wurde aus einer bandgegossenen NdFeB-Legierung mit der Zusammensetzung Nd27.5Pr0.5Dy1.9B1Co0.5Cu0.15Al0.25Ga0.15Febal (Gew.-%) hergestellt. Ein Tb-Cu-Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ca. 4 μm wurde in eine Kammer eines Graphitbehälters gegeben, und der Presskörper wurde in der anderen Kammer angeordnet. Der Behälter wurde mit einem Deckel aus Graphit verschlossen, in einen Sinterofen eingebracht und dann bei 1075°C unter Vakuumbedingungen von 10–3 Pa 4 Stunden lang gesintert. Nach Beendigung des Sinterprozesses erfolgte eine Erwärmung unter Vakuumbedingungen von ca. 1 × 10–5 bis 5 × 10–5 Pa bei 900 bis 950°C zum Verdampfen des Tb-Cu-Pulvers. Nach der Diffusionserwärmung erfolgte einstündige Wärmebehandlung bei 700°C bzw. 500°C. Dieser Magnet erhielt die Bezeichnung A2 (Ausführungsform 2). Der Magnet, der ohne Zugabe des Tb-Cu-Pulvers hergestellt wurde, erhielt dagegen die Bezeichnung B2 (Vergleichsbeispiel 6).
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4) Vergleichsbeispiel 7
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Ein Magnet wurde unter den gleichen Bedingungen wie Vergleichsbeispiel 6 (B2) aus einer Legierung mit der Zusammensetzung Nd26.5Tb4.5B1Co0.5Cu0.15Al0.25Ga0.15Febal (Gew.-%) hergestellt und erhielt die Bezeichnung M4 (Vergleichsbeispiel 7). Die Messergebnisse der magnetischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung der Magnete B2 (Vergleichsbeispiel 6), A2 (Ausführungsform 2) und M4 (Vergleichsbeispiel 7) sind in Tabelle 1 aufgelistet. Bei A2 der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wurde die Koerzitivfeldstärke um 8,02 kOe verbessert und die magnetische Remanenzflussdichte um 0,12 kG im Vergleich zu B2 (Vergleichsbeispiel 6) gesenkt. Im Vergleich zu M4 (Vergleichsbeispiel 7) zeigte A2 eine in etwa gleiche Koerzitivfeldstärke und eine um 0,41 kG höhere magnetische Remanenzflussdichte bei geringerer Menge schwerer Seltenerdelemente. Beim Umrechnen des Tb-Anteils auf den Dy-Anteil enthielt A2 der Ausführungsform ca. 60% weniger Dy als M4 als Vergleichsbeispiel.
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5) Vergleichsbeispiele 8, 9 und 10
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Ein Magnetpresskörper wurde aus einer bandgegossenen NdFeB-Legierung mit der Zusammensetzung Nd25Dy1.3Tb4.2B1Co0.5Cu0.15Al0.25Ga0.15Febal (Gew.-%) hergestellt. Der Presskörper wurde mit einem Pulver mit 1 Gew.-% DyF3 beschichtet. Der Presskörper wurde auf einer Graphitplatte angeordnet und dann unter Vakuumbedingungen bei 1050°C, 1060°C bzw. 1070°C gesintert. Nach dem Sintern wurde der Presskörper in einen Wärmebehandlungsofen unter Vakuumbedingungen mit einer minimalen Menge Ar-Gas eingebracht und bei 900°C 8 Stunden lang nach einer einstündigen Erwärmung auf 700°C bzw. 500°C wärmebehandelt. Diese erhielten die Bezeichnung D2 (Vergleichsbeispiel 8), D3 (Vergleichsbeispiel 9) bzw. D4 (Vergleichsbeispiel 10).
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Die Messergebnisse der magnetischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung der Magnete D2 (Vergleichsbeispiel 8), D3 (Vergleichsbeispiel 9) und D4 (Vergleichsbeispiel 10) sind in Tabelle 1 aufgelistet. Der Magnet M3 von Vergleichsbeispiel 5 mit der gleichen Legierung, aber ohne Beschichtung durch DyF3-Korngrenzendiffusion, wurde ebenfalls damit verglichen. Als Ergebnis der Messung wurden im Fall von D2 und D3 als Vergleichsbeispiele Sintern und Diffusion bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen (z. B. 1050°C und 1060°C) ausgeführt, und deshalb zeigten D2 und D3 eine geringe magnetische Remanenzflussdichte und Koerzitivfeldstärke aufgrund der niedrigen Sintertemperatur. Der Magnet D4 des Vergleichsbeispiels durch Sintern bei 1070°C wies ähnliche Werte der magnetischen Eigenschaften wie der Magnet M3 auf, und die Koerzitivfeldstärke war innerhalb der Fehlergrenze etwa um 0,24 kOe höher. Die Abbildung der Dy-Atome durch eine EPMA-Analyse zeigte im Ergebnis keinen Effekt der Korngrenzendiffusion (z. B. minimalen Effekt), da eher eine Diffusion in die Partikel als eine Diffusion in die Korngrenzen stattfand, und die Eigenschaften hatten sich aufgrund des unzureichenden Sinterns bei der niedrigen Sintertemperatur verschlechtert.
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Die 2 bis 11 zeigen die Abbildungsergebnisse mit dem Elektronenstrahl-Mikroanalysators zur Beobachtung der Verteilungsformen der Dy-Atome und der Tb-Atome in jedem Magneten. Die 2 und 3 zeigen beispielhafte mikroskopische Bilder nach der Analyse der Dy-Verteilung bzw. der Tb-Verteilung von D1 in den Vergleichsbeispielen. In D1 der Vergleichsbeispiele sind die Dy-Atome aufgrund der Dy-Diffusion mehr in den Korngrenzen verteilt (weiß in 2). Die 4 und 5 zeigen beispielhafte mikroskopische Bilder nach der Analyse der Dy-Verteilung bzw. der Tb-Verteilung von A2 in den Ausführungsformen. In A2 der Ausführungsformen sind die Tb-Atome aufgrund der Tb-Diffusion in den Korngrenzen (weiß in 5) konzentriert verteilt. Die 6 und 7 zeigen beispielhafte mikroskopische Bilder nach der Analyse der Dy-Verteilung und der Tb-Verteilung von B1, dem Magneten vor der Verteilung der schweren Seltenerdelemente in den Vergleichsbeispielen. In den 6 und 7 sind die schweren Seltenerdelemente nicht in den Korngrenzen verteilt. Die 8 und 9 zeigen beispielhafte mikroskopische Bilder nach der Analyse der Dy-Verteilung bzw. der Tb-Verteilung von A1 in den Ausführungsformen. In A1 der Ausführungsformen sind die Tb-Atome in den Korngrenzen (weiß in 9) konzentriert verteilt. Die 10 und 11 zeigen beispielhafte mikroskopische Bilder nach der Analyse der Dy-Verteilung bzw. der Tb-Verteilung von M3 in den Vergleichsbeispielen. In M3, bei der Tb-Anteil der Vergleichsbeispiele erhöht worden ist, sind die Tb-Atome gleichmäßig verteilt (weiß in 11)
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Als Ergebnis der Abbildung der Verteilungsform von Dy und Tb in jedem Magneten durch das EPMA-Gerät waren bei D1 als Vergleichsbeispiel bei diffundiertem Dy die Dy-Atome m Wesentlichen an den Korngrenzen verteilt. In A2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei diffundiertem Tb waren die Tb-Atome ebenfalls an den Korngrenzen konzentriert verteilt. Gemäß dem NdFeB-Dauermagneten mit der Zusammensetzung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dem Herstellungsverfahren dafür in einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Dauermagnet mit niedrigeren Kosten und höherer Leistung durch Senkungen der Kosten des Magneten durch Verringern der Menge des teuren Elements Dy und durch Verbessern der Magnetkraft erhalten werden.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen ausführlich beschrieben worden. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass Änderungen dieser Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Gültigkeitsbereich in den angefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.