DE102019116556A1 - Dauermagnet und verfahren zum herstellen eines dauermagneten - Google Patents

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Abstract

Diese Offenbarung stellt einen Dauermagneten und ein Verfahren zum Herstellen eines Dauermagneten bereit. Ein Verfahren beinhaltet Mischen einer ersten und einer zweiten Legierung, um eine Mischung zu bilden, Pressen der Mischung innerhalb eines ersten Magnetfelds, um einen Magneten mit anisotropen Partikeln der ersten Legierung zu bilden, die auf ein magnetisches Moment des Magneten ausgerichtet sind und Wärmebehandeln des Magneten innerhalb eines zweiten Magnetfelds, um verlängerte Körner aus der zweiten Legierung zu bilden und die verlängerten Körner mit dem Moment auszurichten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Dauermagneten und Verfahren zum Herstellen von Dauermagneten.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Magnete aus einer Neodym-Eisen-Bor-(Nd-Fe-B-)Legierung wurden in elektrischen Maschinen mit Dauermagneten wie Elektromotoren, Generatoren oder kombinierten Motorgeneratoren verwendet. Um den hohen Temperaturbedarf für den Betrieb einer Dauermagnet-Elektromaschine, insbesondere von in Elektro- und Hybridfahrzeugen verwendeten Elektromaschinen, zu erfüllen, ist eine hohe Temperaturstabilität der Dauermagnete erwünscht. Die Koerzitivkraft der Nd-Fe-B-Magnete verringert sich jedoch mit zunehmender Temperatur. Die Koerzitivkraft ist die Fähigkeit eines Magneten, einem externen Magnetfeld zu widerstehen, ohne entmagnetisiert zu werden.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Verfahren beinhaltet Mischen einer Mn-Bi-Legierung mit einem Nd-Fe-B-Legierungspulver mit anisotropen Nd-Fe-B-Partikeln, um eine Mischung zu bilden, Pressen der Mischung innerhalb eines ersten Magnetfelds, um einen Magneten mit anisotropen Nd-Fe-B-Partikeln zu bilden, die auf ein magnetisches Moment des Magneten ausgerichtet sind und Glühen des Magneten innerhalb eines zweiten Magnetfelds, um verlängerte Mn-Bi-Körner zu bilden und die verlängerten Mn-Bi-Körner mit dem Moment auszurichten.
  • Ein Verfahren beinhaltet Mischen einer ersten und einer zweiten Legierung, um eine Mischung zu bilden, Pressen der Mischung innerhalb eines ersten Magnetfelds, um einen Magneten mit anisotropen Partikeln der ersten Legierung zu bilden, die auf ein magnetisches Moment des Magneten ausgerichtet sind und Wärmebehandeln des Magneten innerhalb eines zweiten Magnetfelds, um verlängerte Körner aus der zweiten Legierung zu bilden und die verlängerten Körner mit dem Moment auszurichten.
  • Ein Dauermagnet beinhaltet anisotrope Nd-Fe-B-Partikel und MnBi-LTP-Körner, die in einer Richtung eines magnetischen Moments des Dauermagneten ausgerichtet sind, wobei die MnBi-LTP-Körner ein Verhältnis von Länge zu Breite aufweisen, das mindestens 3:2 beträgt.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht einen Dauermagneten;
    • 2A und 2B veranschaulicht die magnetische Hystereseschleife von Mn-Bi vor und nach dem Glühen;
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Dauermagneten aus einer ersten Legierung und einer zweiten Legierung veranschaulicht;
    • 4A und 4B veranschaulichen die Wirkungen des Glühens eines Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten innerhalb eines Magnetfelds;
    • Die 5A, 5B und 6 sind Graustufenbilder, die ein Beispiel der Kornstruktur einer Mn-Bi-Legierung zeigen, die während des experimentellen Magnetfeldglühens erzeugt wurde; und
    • 7 zeigt die Koerzitivkraft von Variationen von Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten relativ zu einem Nd-Fe-B-Dauermagneten, der ungefähr 5 Gew.-% Dysprosium (Dy) enthält.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der Ausführungsformen zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Magnet 10 veranschaulicht. Der Dauermagnet 10 kann für jeden der hier beschriebenen Dauermagnete repräsentativ sein. Der Dauermagnet 10 weist ein magnetisches Moment 12 auf, das die magnetische Stärke und Orientierung des Dauermagneten 10 darstellt. Konkreter stellt das magnetische Moment 12 das magnetische Dipolmoment dar, das sich vom Südpol zum Nordpol eines Magneten erstreckt. Das magnetische Moment 12 kann als Drehmoment definiert werden, das ein Objekt in einem Magnetfeld erfährt. Konkreter entspricht das Drehmoment auf ein Objekt, das ein magnetisches Moment aufweist, dem magnetischen Moment multipliziert mit der Stärke des Magnetfelds. Das Magnetfeld des in 1 veranschaulichten Dauermagneten 10 ist durch Linien 14 dargestellt.
  • Die Koerzitivkraft der Nd-Fe-B-Magnete verringert sich jedoch mit steigender Temperatur. Um den Dauermagneten für Hochtemperaturanwendungen zu stabilisieren und die Koerzitivkraft des Nd-Fe-B-Dauermagneten bei höheren Temperaturen zu erhöhen, können schwere Seltenerdelemente wie Dysprosium (Dy) und Terbium (Tb) in Nd-Fe-B-Dauermagnete hinzugefügt werden. Das Hinzufügen derartiger schwerer Seltenerdelemente erhöht jedoch die Kosten für die Herstellung von Nd-Fe-B-Dauermagneten aufgrund der Knappheit und der viel höheren Kosten der schweren Seltenerdelemente. Alternativ können die Stabilität und Koerzitivkraft von Nd-Fe-B-Dauermagneten bei höheren Temperaturen erhöht werden, indem Nd-Fe-B-Legierungen mit anderen Legierungen gemischt werden, die keine Seltenerdelemente einbinden, wie beispielsweise einer Niedrigtemperaturphase (low temperature phase - LTP) von MnBi, die eine Koerzitivkraft aufweist, die sich mit sich erhöhender Temperatur erhöht (d. h. die MnBi-LTP weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf). Durch Modulieren des Gewichtsverhältnisses und der Verarbeitungsparameter eines derartigen Hybrid-Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten kann der Temperaturkoeffizient des Hybrid-Dauermagneten dazu eingestellt werden, die Koerzitivkraft bei höheren Temperaturen zu erhöhen.
  • Die Mn-Bi-Legierung kann durch verschiedene Techniken hergestellt werden (z. B. durch einen Schmelzprozess), gefolgt von einem Glühprozess (d. h. einem Wärmebehandlungsprozess). Die hergestellte Mn-Bi-Legierung wird dann mit Nd-Fe-B-Pulvern gemischt, gefolgt von verschiedenen anderen Prozessen, um einen hybriden Nd-Fe-B/Mn-Bi-Dauermagneten zu produzieren. Die Eigenschaften der hergestellten Mn-Bi-Legierung hängen von der Mikrostruktur der Mn-Bi-Legierung ab, vor allem von den Korngrößen. Der Glühprozess erhöht das Volumenverhältnis der MnBi-LTP, welche die dauermagnetische Phase von Mn-Bi-Legierungen ist, die zu den magnetischen Eigenschaften des Nd-Fe-B/Mn-Bi-Dauermagneten beiträgt. Der Glühprozess erhöht jedoch ebenfalls die Korngröße der MnBi-LTP. Infolge der Erhöhung der Korngröße würde die Koerzitivkraft des hergestellten Mn-Bi-Magneten deutlich verringert. Siehe 2A, welche die magnetische Hystereseschleife von Mn-Bi-Legierungen vor dem Glühen veranschaulicht und 2B, welche die magnetische Hystereseschleife von Mn-Bi-Legierungen (d. h. MnBi-LTP-Legierung) nach dem Glühen veranschaulicht. Die Koerzitivkraft ist in 2B relativ zu 2A deutlich verringert (d. h. die Koerzitivkraft ist verringert, nachdem die Mn-Bi-Legierung geglüht und die Menge an MnBi-LTP, die große Korngrößen aufweist, erhöht worden ist).
  • Die Korngröße der geglühten Mn-Bi-Legierung (d. h. die MnBi-LTP-Legierung) kann durch Mahlen (z. B. Kugelmahlen, Strahlmahlen, Kryo-Mahlen usw.) oder andere Pulverisierungstechniken verringert werden, was zu einer Erhöhung der Koerzitivkraft der MnBi-LTP-Legierung führt, bevor die MnBi-LTP-Legierung (in Pulverform) mit dem Nd-Fe-B-Legierungspulver gemischt wird. Eine Verringerung der Korngröße des Glühgutes der MnBi-LTP-Legierung durch Mahlen oder andere Pulverisierungstechniken ändert jedoch auch die Eigenschaften der MnBi-LTP-Legierungskörner, sodass die MnBi-LTP-Legierungskörner polykristallin und isotrop sind, die aufgrund der symmetrischen Form von isotropen Körnern nicht in einem Magnetfeld ausgerichtet werden können.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Herstellen eines Dauermagneten aus einer ersten Legierung und einer zweiten Legierung veranschaulicht. Das Verfahren 100 beginnt bei Block 102, wo eine erste Legierung mit einer zweiten Legierung gemischt wird, um eine Mischung zu bilden. Das Gewichtsverhältnis der ersten Legierung zu der zweiten Legierung innerhalb der Mischung kann im Bereich von 10:1 bis 1:10 liegen. Konkret kann die erste Legierung eine Nd-Fe-B-Legierung sein und die zweite Legierung kann eine Mn-Bi-Legierung sein. Die Nd-Fe-B-Legierung kann eine beliebige Art einer Nd-Fe-B-Legierung sein, wie Nd2Fe14B. Die Nd-Fe-B-Legierung kann auch andere Elemente enthalten, wie Pr, Dy, Tb, Cu, Al, Ga usw. Die Mn-Bi-Legierung kann eine beliebige Art von Mn-Bi-Legierung sein, wie etwa MnBi, und kann mit anderen Elementen legiert sein. Die erste Legierung (z. B. Nd-Fe-B) kann eine Pulverform aufweisen und ist vorzugsweise ein anisotropes HDDR- (hydrogenation disproportionation desorption recombination) Pulver während des Mischschritts bei Block 102.
  • Vor dem Mischen der ersten und zweiten Legierung in Block 102 kann die zweite Legierung (Mn-Bi-Legierung) durch Schmelzen oder Sintern und Mischen der verschiedenen Elemente (z. B. Mn und Bi) mit einem bevorzugten Molverhältnis von ungefähr 1:1 hergestellt werden. Der Schmelzprozess kann eine beliebige Art von Schmelzprozess sein, wie etwa ein Lichtbogenschmelzprozess. Nach dem Schmelz- oder Sinterprozess kann die zweite Legierung zu einem Band schmelzgesponnen oder direkt zu einem Pulver gemahlen werden. Die zweite Legierung kann auch geglüht werden, bevor sie zu einem Band gesponnen wird, oder direkt zu einem Pulver gemahlen wird, oder kann nach dem Glühen zu Pulver gemahlen werden. Wenn die zweite Legierung schmelzgesponnen ist und eine Mn-Bi-Legierung ist, enthält das Mn-Bi-Legierungsband, das durch den Schmelzspinnprozess produziert ist, eine sehr geringe Menge der MnBi-LTP-Legierung mit einer sehr kleinen Korngröße. Nach dem Schmelzspinnprozess kann das zweite Legierungsband (z. B. Mn-Bi-Legierungsband) dann zu einem Pulver gemahlen werden (z. B. Kugelmahlen, Strahlmahlen, Kryo-Mahlen usw.). Das zweite Legierungsband oder das zweite Legierungspulver (welches das Pulver, das durch Mahlen der zweiten Legierung direkt nach dem Schmelz- oder Sinterprozess erzeugt wird, das Pulver, das durch Mahlen der geschmolzenen oder gesinterten zweiten Legierung nach einem Glühprozess erzeugt wird, oder das Pulver, das durch Mahlen des zweiten Legierungsbands nach dem Schmelzspinnprozess erzeugt wird, sein kann), wird dann in Block 102 mit dem ersten Legierungspulver gemischt.
  • Sobald die erste und die zweite Legierung in Block 102 gemischt sind, geht das Verfahren 100 weiter zu Block 104 über, in dem die Mischung in einer Matrize oder Form und innerhalb eines ersten Magnetfelds gepresst wird, um einen Dauermagneten zu bilden. Insbesondere werden anisotrope Partikel und/oder Körner der ersten und zweiten Legierung während des Pressprozesses zum Bilden des Dauermagneten mit dem ersten Magnetfeld und schließlich mit einem magnetischen Moment des gebildeten Dauermagneten ausgerichtet. Die Matrize oder Form des Pressvorgangs kann auf eine gewünschte Temperatur eingestellt werden. Konkreter kann der Pressvorgang bei einer Temperatur durchgeführt werden, die ausreichend heiß ist, um den Formungsprozess des Dauermagneten zu unterstützen, während sie gleichzeitig niedriger als die Curie-Temperatur ist (d. h. die Temperatur, bei der oder über der ein Material seine Dauermagnet-Eigenschaften verliert) der ersten Legierung, um sicherzustellen, dass die anisotropen Partikel und/oder Körner der ersten Legierung innerhalb des ersten Magnetfelds ausgerichtet werden. Ein Erhöhen der Temperatur während des Pressvorgangs kann zu einer erhöhten Dichte des gebildeten Dauermagneten führen. Alternativ kann die Mischung zuerst bei Raumtemperatur innerhalb des ersten Magnetfelds gepresst werden, gefolgt von einem zweiten Pressvorgang, der bei einer erhöhten Temperatur und außerhalb eines Magnetfelds durchgeführt wird, um den Formungsprozess zu unterstützen.
  • Wenn bei Block 104 die erste Legierung eine Nd-Fe-B-Legierung ist, kann der Pressvorgang bei einer Temperatur durchgeführt werden, die niedriger ist als 310 °C, wobei 310 °C die Curie-Temperatur der Nd-Fe-B-Legierung ist. Es ist zu beachten, dass sich alle temperaturbezogenen Eigenschaften (z. B. Curie-Temperatur, Schmelzpunkt usw.) der hier aufgeführten Materialien auf Temperatureigenschaften bei einem Druck von einer Atmosphäre beziehen, sofern hier nichts anderes angegeben ist. Bevorzugter kann jedoch, wenn die erste Legierung eine Nd-Fe-B-Legierung ist, der Pressvorgang bei einer Temperatur von 300 °C oder weniger durchgeführt werden. Es sollte auch beachtet werden, dass, wenn die zweite Legierung eine Mn-Bi-Legierung ist, die in Block 104 nicht geglüht wurde, das Mn-Bi-Band oder -Pulver eine polykristalline Struktur aufweisen wird (d. h. isotrop sein wird) und sehr wenig magnetisches MnBi-LTP enthalten wird. Daher ist es unwahrscheinlich, dass sich die Partikel und/oder Körner der Mn-Bi-Legierung im ersten Magnetfeld ausrichten und Dauermagnetqualitäten herstellen. Wenn die zweite Legierung jedoch eine Mn-Bi-Legierung ist, die geglüht und gemahlen wurde, um eine einkristalline Struktur oder anisotrope MnBi-LTP-Partikel zu erhalten, kann sich die zweite Legierung ebenfalls während des Pressvorgangs innerhalb des ersten Magnetfelds ausrichten.
  • Sobald die erste und die zweite Legierung gepresst sind, um einen Dauermagneten zu bilden, geht das Verfahren 100 zu Block 106 über, in dem der gebildete Dauermagnet in einem zweiten Magnetfeld geglüht oder wärmebehandelt wird, um verlängerte Körner aus der zweiten Legierung zu bilden (oder genauer gesagt, um verlängerte Körner aus der Phase der zweiten Legierung zu bilden, die Eigenschaften eines Dauermagneten aufzeigt, z. B. MnBi-LTP). Die verlängerten Körner der zweiten Legierung verlängern sich oder „wachsen“ während des Glühprozesses in Richtung des zweiten Magnetfelds. Daher richten sich die verlängerten Körner der zweiten Legierung während des Glühprozesses innerhalb des zweiten Magnetfelds mit dem zweiten Magnetfeld und schließlich mit dem magnetischen Moment des gebildeten Dauermagneten aus. Es ist anzumerken, dass der Prozess des Glühens oder Wärmebehandelns einer Legierung innerhalb eines Magnetfelds auch als Magnetfeldglühen bezeichnet werden kann. Der gebildete Dauermagnet kann insbesondere in dem zweiten Magnetfeld in einem Vakuumofen oder einer Schutzatmosphäre geglüht werden. Das zweite Magnetfeld wird in der gleichen Richtung an den gebildeten Dauermagneten angelegt, in der das erste Magnetfeld am Block 104 an das Gemisch angelegt wurde, sodass sich die verlängerten Körner der zweiten Legierung mit sowohl dem magnetischen Moment des ausgebildeten Dauermagneten als auch den anisotropen Partikeln und/oder Körnern der ersten Legierung, die bei Block 104 ausgerichtet wurden, ausrichten.
  • Der gebildete Dauermagnet kann bei einer Temperatur geglüht werden, die höher als die Curie-Temperatur der ersten Legierung ist, um die Ausrichtung der anisotropen Partikel und/oder Körner der ersten Legierung, die bei Block 104 auftraten, nicht zu stören. Der gebildete Dauermagnet kann auch bei einer Temperatur geglüht werden, die niedriger als die Curie-Temperatur der zweiten Legierung ist, sodass die aus der zweiten Legierung während des Glühprozesses gebildeten verlängerten Körner innerhalb des zweiten Magnetfelds ausgerichtet werden. Der gebildete Dauermagnet kann für eine Dauer im Bereich von 5 Minuten bis 4 Stunden geglüht werden.
  • Wenn in Block 106 die erste Legierung eine Nd-Fe-B-Legierung und die zweite Legierung eine Mn-Bi-Legierung ist, wird der Glühprozess bei einer Temperatur durchgeführt, die gleich oder höher als die Curie-Temperatur der Nd-Fe-B-Legierung, aber niedriger als die Curie-Temperatur der Mn-Bi-Legierung ist. Die Curie-Temperatur der Mn-Bi-Legierung beträgt ungefähr 447 °C. Vorzugsweise wird der Glühprozess bei einer Temperatur im Bereich von 270 °C bis 400 °C durchgeführt. Ebenfalls bei Block 106, falls die zweite Legierung eine Mn-Bi-Legierung ist, umfassen die aus der Mn-Bi-Legierung gebildeten verlängerten Körner MnBi-LTP-Material, was wünschenswert ist, da MnBi-LTP die Phase von Mn-Bi-Legierungen ist, die die Eigenschaften von Dauermagneten aufweist.
  • Unter Bezugnahme auf die 4A und 4B sind die Wirkungen des Glühens des gebildeten Dauermagneten 107 innerhalb des zweiten Magnetfeldes veranschaulicht. 4A zeigt anisotrope Partikel und/oder Körner 108 der ersten Legierung (die eine Nd-Fe-B-Legierung sein kann) in einer Matrix 110 der zweiten Legierung (die eine Mn-Bi-Legierung sein kann). Insbesondere besteht die zweite Legierung in 4A aus zufällig orientierten Magnetkörnern (nicht gezeigt), da der Glühprozess noch nicht stattgefunden hat (d. h. 4A ist eine Darstellung des Dauermagneten nach Block 104, in dem die Mischung gepresst wird, jedoch vor dem Glühprozess bei Block 106). 4B zeigt das Anlegen des zweiten Magnetfeldes 112 in Bezug auf das magnetische Moment 114 des Dauermagneten und die Wirkung des Magnetfeldglühprozesses auf die zweite Legierung. Während des Magnetfeldglühprozesses werden verlängerte Körner 116 (die aus MnBi-LTP bestehen können) aus der zweiten Legierung gebildet. Die verlängerten Körner sind anisotrop. Konkreter verlängern sich oder „wachsen“ die verlängerten Körner 116 (d. h. nehmen an Länge zu) und richten sich während des Magnetfeldglühprozesses in Block 106 in Richtung des zweiten Magnetfelds 112 aus. Die verlängerten Körner 116 richten sich während des Magnetfeldglühprozesses auch mit den anisotropen Partikeln und/oder Körnern der ersten Legierung und dem magnetischen Moment 114 des gebildeten Dauermagneten 107 aus. Die Dauer des Glühprozesses kann zusammen mit dem Anlegen des zweiten Magnetfelds 112 an den gebildeten Magneten 107 erhöht werden, um die Länge der verlängerten Körner 116 in Richtung des zweiten Magnetfelds 112 und schließlich das magnetische Moment 114 des ausgebildeten Dauermagneten 107 zu erhöhen oder kann verringert werden, um die Länge der verlängerten Körner 116 in Richtung des zweiten Magnetfelds 112 und schließlich das magnetische Moment 114 des gebildeten Dauermagneten 107 zu verringern. Sobald der Glühprozess bei Block 106 abgeschlossen ist, kann ein Verhältnis der Länge L der verlängerten Körner 116 zu einer Breite W der verlängerten Körner im Bereich von 3:2 bis 100:1 liegen.
  • Wenn die erste Legierung eine Nd-Fe-B-Legierung und die zweite Legierung eine Mn-Bi-Legierung ist, bestehen die verlängerten Körner 116 aus MnBi-LTP. Während des Magnetfeldglühprozess bei Block 106 wird das Wismut der Mn-Bi-Legierung geschmolzen (Wismut mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 271,4 °C), wodurch die MnBi-LTP-Körner im zweiten Magnetfeld ausgerichtet werden können. Das Wachstum der Körner ist aufgrund des Beitrags der magnetischen freien Energie anisotrop. Die verlängerten Körner 116 können die magnetostatische Energie verringern und die Stabilität des Dauermagneten 107 erhöhen. Die MnBi-LTP-Körner agglomerieren entlang ihrer Vorzugsachse und bilden die verlängerten Körner 116, die sich mit dem magnetischen Moment 114 des gebildeten Dauermagneten 107 ausrichten. Außerdem wird durch Einstellen der Glühtemperatur auf oder über die Curie-Temperatur der Nd-Fe-B-Legierung verhindert, dass das Streufeld von Nd-Fe-B-Partikeln den Ausrichtungsvorgang der MnBi-LTP-Körner beeinflusst. Die verlängerte Kornform erhöht die Koerzitivkraft der MnBi-LTP-Körner und verändert die Magnetfeldverteilung um die Körner, was die Gesamtkoerzitivkraft des gebildeten Magneten 107 erhöht. Der gebildete Magnet 107 kann als Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Hybridmagnet bezeichnet werden, wenn die erste Legierung eine Nd-Fe-B-Legierung ist und die zweite Legierung eine Mn-Bi-Legierung ist.
  • In den 5A, 5B und 6 ist ein Beispiel der Kornstruktur einer Mn-Bi-Legierung veranschaulicht, die während des experimentellen Magnetfeldglühens hergestellt wurde. Die 5A und 5B veranschaulichen vergrößerte mikroskopische Bilder der kleinen Körner und der Atomstruktur der MnBi-LTP-Legierung entlang der Vorzugsrichtung. Die kleineren Körner in den 5A und 5B weisen eine hexagonale Form auf, was mit der kristallographischen Symmetrie der MnBi-LTP-Phase zusammenfällt und ein anisotropes Kornwachstum entlang der Magnetfeldrichtung 118 angibt (d. h. der Richtung des Magnetfelds, das an die Mn-Bi-Legierung während des Glühens angelegt wird, die aus dem Papier in den 5A, 5B und 6 heraus verläuft). 6 zeigt ein vergrößertes mikroskopisches Bild von blütenartigen magnetischen Domänen der MnBi-LTP-Körner, aufgenommen in der Ausrichtungsrichtung. Die blütenartigen Domänen sind eine typische Domänenstruktur für Dauermagnetflächen senkrecht zur Vorzugsachse. Die Beobachtungen der 5A, 5B und 6 bestätigen, dass das Glühen des Magnetfeldes zur Ausrichtung von MnBi-LTP-Körnern führt. Das selektive Kornwachstum (durch Einstellen der Dauer des Magnetfeldglühens) ermöglicht die Bildung verlängerter Körner entlang der Feldrichtung 118, was die Koerzitivkraft aufgrund der Formanisotropie derartiger verlängerter Körner erhöht. 7 veranschaulicht die Koerzitivkraft von Variationen von Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten relativ zu einem Neodym-Eisen-Bor-/Dysprosium (Nd,Dy)-Fe-B-Dauermagneten. 7 beinhaltet ein Diagramm 120, das die Koerzitivkraft der verschiedenen Magnete gegenüber der Temperatur darstellt. Die Koerzitivkraft des (Nd,Dy)-Fe-B-Dauermagneten ist durch die Linie 122 veranschaulicht, die Koerzitivkraft eines Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten, der durch ein Magnetfeld geglüht wurde, ist durch die Linie 124 veranschaulicht und die Koerzitivkraft eines Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten, der außerhalb eines Magnetfelds geglüht wurde, ist durch die Linie 126 veranschaulicht.
  • Der Temperaturkoeffizient der Koerzitivkraft (die Rate, mit der sich die Koerzitivkraft ändert, wenn die Temperatur zunimmt) des durch ein Magnetfeld geglühten Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten und des durch ein Magnetfeld geglühten Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten, der außerhalb eines Magnetfelds geglüht wurde, ist aufgrund des zunehmenden Volumenverhältnisses der MnBi-LTP während des Glühens kleiner als der Koerzitivkraftkoeffizient des herkömmlichen gesinterten (Nd,Dy)-Fe-B-Magneten, der ungefähr 5 % Dy enthält. Die Koerzitivkraft von sowohl dem Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten, der magnetisch geglüht wurde, als auch dem Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten, der außerhalb eines Magnetfelds geglüht wurde, verringert sich langsamer als die des gesinterten (Nd,Dy)-Fe-B-Magneten, wenn sich die Temperatur erhöht. Der im Magnetfeld geglühte Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagnet weist eine höhere Koerzitivkraft als der außerhalb eines Magnetfeldes geglühte Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagnet auf. Obwohl die Koerzitivkraft des durch ein Magnetfeld geglühten Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten geringer ist als die des gesinterten (Nd,Dy)-Fe-B-Magneten bei Raumtemperatur (ca. 25 °C), aufgrund von höherer thermischer Stabilität, entspricht die Koerzitivkraft des im Magnetfeld geglühten Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Dauermagneten ungefähr der des gesinterten (Nd, Dy)-Fe-B-Magneten bei 180 °C. Durch dieses Feldglühen können die Koerzitivkraft und die Wärmestabilität des Nd-Fe-B-/Mn-Bi-Hybrid-Dauermagneten verbessert werden, sodass der Dauermagnet bei höheren Temperaturen ohne den Zusatz schwerer Seltenerdelemente funktioniert.
  • Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Mischen einer Mn-Bi-Legierung mit einem Nd-Fe-B-Legierungspulver mit anisotropen Nd-Fe-B-Partikeln, um eine Mischung zu bilden; Pressen der Mischung innerhalb eines ersten Magnetfelds, um einen Magneten mit anisotropen Nd-Fe-B-Partikeln zu bilden, die auf ein magnetisches Moment des Magneten ausgerichtet sind; und Glühen des Magneten innerhalb eines zweiten Magnetfelds, um verlängerte Mn-Bi-Körner zu bilden und die verlängerten Mn-Bi-Körner mit dem Moment auszurichten.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Pressen bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger ist als die Curie-Temperatur von Nd-Fe-B.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Pressen bei einer Temperatur von 300 °C oder weniger durchgeführt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Glühen bei einer Temperatur durchgeführt, die höher ist als die Curie-Temperatur von Nd-Fe-B, jedoch niedriger ist als die Curie-Temperatur von Mn-Bi.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Glühen bei einer Temperatur durchgeführt, die im Bereich von 270 °C bis 400 °C liegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Glühen während einer Dauer durchgeführt, die im Bereich von 5 Minuten bis 4 Stunden liegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform bestehen die verlängerten Mn-Bi-Körner aus einer Niedertemperaturphase (LTP) von MnBi.
  • Gemäß einer Ausführungsform erhöht das Glühen eine Länge der Mn-Bi-Körner in eine Richtung des Moments.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt, nach dem Glühen, ein Verhältnis der Länge der Mn-Bi-Körner zu einer Breite der Mn-Bi-Körner in einem Bereich von 3:2 bis 100:1.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Mischen einer ersten und einer zweiten Legierung, um eine Mischung zu bilden; Pressen der Mischung innerhalb eines ersten Magnetfelds, um einen Magneten mit anisotropen Partikeln der ersten Legierung zu bilden, die auf ein magnetisches Moment des Magneten ausgerichtet sind; und Wärmebehandeln des Magneten innerhalb eines zweiten Magnetfelds, um verlängerte Körner aus der zweiten Legierung zu bilden und die verlängerten Körner mit dem Moment auszurichten.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Pressen bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger ist als die Curie-Temperatur der ersten Legierung.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Wärmebehandeln bei einer Temperatur durchgeführt, die höher ist als die Curie-Temperatur der ersten Legierung.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Wärmebehandeln bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger ist als die Curie-Temperatur der zweiten Legierung.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Legierung eine Nd-Fe-B-Legierung und die zweite Legierung ist eine MnBi-Legierung.
  • Gemäß einer Ausführungsform bestehen die verlängerten Mn-Bi-Körner aus einer MnBi-LTP.
  • Gemäß einer Ausführungsform erhöht das Wärmebehandeln eine Länge der verlängerten Körner in eine Richtung des Moments.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt, nach dem Wärmebehandeln, ein Verhältnis der Länge der verlängerten Körner zu einer Breite der verlängerten Körner in einem Bereich von 3:2 bis 100:1.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Dauermagnet bereitgestellt, der anisotrope Nd-Fe-B-Partikel und MnBi-LTP-Körner aufweist, die in einer Richtung eines magnetischen Moments des Dauermagneten ausgerichtet sind, wobei die MnBi-LTP-Körner ein Verhältnis von Länge zu Breite aufweisen, das mindestens 3:2 beträgt.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt das Verhältnis von Länge zu Breite im Bereich von 3:2 bis 100:1.

Claims (15)

  1. Verfahren, das Folgendes umfasst: Mischen einer Mn-Bi-Legierung mit einem Nd-Fe-B-Legierungspulver mit anisotropen Nd-Fe-B-Partikeln, um eine Mischung zu bilden; Pressen der Mischung innerhalb eines ersten Magnetfelds, um einen Magneten mit anisotropen Nd-Fe-B-Partikeln zu bilden, die auf ein magnetisches Moment des Magneten ausgerichtet sind; und Glühen des Magneten innerhalb eines zweiten Magnetfelds, um verlängerte Mn-Bi-Körner zu bilden und die verlängerten Mn-Bi-Körner auf das Moment auszurichten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Pressen bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger ist als die Curie-Temperatur von Nd-Fe-B.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Pressen bei einer Temperatur von 300 °C oder weniger durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glühen bei einer Temperatur durchgeführt wird, die höher ist als die Curie-Temperatur von Nd-Fe-B, jedoch niedriger ist als die Curie-Temperatur von Mn-Bi.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glühen bei einer Temperatur durchgeführt wird, die im Bereich von 270 °C bis 400 °C liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glühen während einer Dauer durchgeführt wird, die im Bereich von 5 Minuten bis 4 Stunden liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verlängerten Mn-Bi-Körner aus einer Niedrigtemperaturphase (low temperature phase - LTP) von MnBi bestehen.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glühen eine Länge der Mn-Bi-Körner in eine Richtung des Moments erhöht.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach dem Glühen ein Verhältnis der Länge der Mn-Bi-Körner zu einer Breite der Mn-Bi-Körner in einem Bereich von 3:2 bis 100:1 liegt.
  10. Verfahren, das Folgendes umfasst: Mischen einer ersten und einer zweiten Legierung, um eine Mischung zu bilden; Pressen der Mischung innerhalb eines ersten Magnetfelds, um einen Magneten mit anisotropen Partikel der ersten Legierung zu bilden, die auf ein magnetisches Moment des Magneten ausgerichtet sind; und Wärmebehandeln des Magneten innerhalb eines zweiten Magnetfelds, um verlängerte Körner aus der zweiten Legierung zu bilden und die verlängerten Körner mit dem Moment auszurichten.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Pressen bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger ist als die Curie-Temperatur der ersten Legierung.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Wärmebehandeln bei einer Temperatur durchgeführt wird, die höher ist als die Curie-Temperatur der ersten Legierung.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Wärmebehandeln bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger ist als die Curie-Temperatur der zweiten Legierung.
  14. Dauermagnet, der Folgendes umfasst: Anisotrope Nd-Fe-B-Partikel und MnBi-LTP-Körner, die in einer Richtung eines magnetischen Moments des Dauermagneten ausgerichtet sind, wobei die MnBi-LTP-Körner ein Verhältnis von Länge zu Breite aufweisen, das mindestens 3:2 beträgt.
  15. Magnet nach Anspruch 14, wobei das Verhältnis von Länge zu Breite im Bereich von 3:2 bis 100:1 liegt.
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