DE102019125559A1

DE102019125559A1 - Additive herstellung von anisotropen seltenerdmagneten

Info

Publication number: DE102019125559A1
Application number: DE102019125559.7A
Authority: DE
Inventors: Wanfeng LI; Feng Liang; Michael W. Degner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2020-03-26
Also published as: US11920224B2; US20220130607A1; US20200094321A1; US11232903B2; CN110942909A

Abstract

Diese Offenbarung stellt die additive Herstellung von anisotropen Seltenerdmagneten bereit. Ein Verfahren beinhaltet das Auftragen einer Schicht von Legierungspartikeln, einschließlich einer Seltenerddauermagnetphase, über einem Substrat, Scannen der Schicht mit einem Laser während des Kühlens des Substrats, um die Partikel zu schmelzen, eine Kristallnukleierung selektiv einzuleiten und ein säulenförmiges Kornwachstum in die gleiche Richtung wie eine Vorzugsachse der Seltenerddauermagnetphase zu fördern. Das Verfahren beinhaltet außerdem Wiederholen des Auftragens und Scannens, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten mit ausgerichteten säulenförmigen Körnern zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft die Herstellung von Magneten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Neodym-Eisenborid-Magnete werden im Allgemeinen in allen Arten von Anwendungen eingesetzt, wie z. B. Festplatten, Windkraftanlagen, Motoren und Generatoren. Angetrieben durch zunehmende Ökostrom-Anwendungen steigt die Nachfrage nach diesen Magneten rasant an. Herkömmlich werden Neodym-Eisenborid-Magnete durch Sintern und Warmumformen hergestellt. Beide Techniken umfassen mehrere Schritte von der Rohstoffaufbereitung bis zum Endprodukt. Normalerweise werden Blockmagnete vorbereitet und müssen für die bestimmten Anwendungen in die gewünschte Form und Größe geschnitten werden. Dieser Verarbeitungsvorgang kann eine große Menge an Abfall verursachen. Da der Abfall teures Seltenerdelement enthält, kann er nicht einfach entsorgt werden. Das Recycling von Seltenerdelementen aus dem Abfall ist ein weiterer komplexer Vorgang, der kostspielig sein kann.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren beinhaltet das Auftragen einer Schicht von Legierungspartikeln, einschließlich einer Seltenerddauermagnetphase, über einem Substrat, Scannen der Schicht mit einem Laser während des Kühlens des Substrats, um die Partikel zu schmelzen, eine Kristallnukleierung selektiv einzuleiten und ein säulenförmiges Kornwachstum in die gleiche Richtung wie eine Vorzugsachse der Seltenerddauermagnetphase zu fördern, und Wiederholen des Auftragens und Scannens, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten mit ausgerichteten säulenförmigen Körnern zu bilden. Das Verfahren kann ferner Diffundieren einer Seltenerdlegierung auf gegenüberliegenden Enden des anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten beinhalten. Das Scannen mit dem Laser kann selektives Schmelzen mit dem Laser sein. Das Scannen mit dem Laser kann die Partikel auf eine Temperatur zwischen 1200 °C und 1400 °C erhitzen. Das Kühlen kann bei einer Rate zwischen 100 °C/s und 10000 °C/s erfolgen. Die Legierungspartikel können RE-Fe-B beinhalten. Die Legierungspartikel können Ce, Dy, La, Pr oder Tb beinhalten. Die Legierungspartikel können ein oder mehrere feuerfeste Elemente beinhalten. Das Substrat kann gekrümmt sein. Das Substrat kann ein anisotropes Seltenerdmagnetsubstrat sein.
Eine Magnetstruktur beinhaltet säulenförmige Körner einer Seltenerddauermagnetphase, die in einer gleichen Richtung ausgerichtet und angeordnet sind, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten zu bilden, der eine Grenze aufweist, die durch gegenüberliegende Enden der säulenförmigen Körner definiert ist, und dem Tripelpunktbereiche fehlen. Die Seltenerddauermagnetphase kann RE-Fe-B sein. Die Seltenerddauermagnetphase kann Ce, DY, La, Pr oder Tb beinhalten.
Eine Magnetstruktur beinhaltet eine Vielzahl von Seltenerdmetallschichten, die übereinander angeordnet sind, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten zu bilden, dem Tripelpunktbereiche fehlen. Jede der Schichten ist durch säulenförmige Körner definiert, die gegenüberliegende Enden aufweisen, die Grenzen der Schicht definieren. Die säulenförmigen Körner aller Schichten sind entlang einer gleichen Achse ausgerichtet.
Ein Verfahren beinhaltet Auftragen einer Schicht von Legierungspartikeln, einschließlich einer Seltenerdmagnetphase, über einer Oberfläche eines Übergangsmetallsubstrats mit Gitterparametern, die mit den Grundebenenparametern der Seltenerdmagnetphase übereinstimmen, Scannen der Schicht mit einem Laser während des Kühlens des Substrats, um die Partikel zu schmelzen und das säulenförmige Kornwachstum in die gleiche Richtung zu fördern, und Wiederholen des Auftragens und Scannens, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten zu bilden, der ausgerichtete säulenförmige Körner aufweist und dem Tripelpunktbereiche fehlen. Das Übergangsmetallsubstrat kann Tantal sein. Das Verfahren kann ferner Diffundieren einer Seltenerdlegierung auf gegenüberliegenden Enden des anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten beinhalten. Das Scannen mit dem Laser kann selektives Schmelzen mit dem Laser sein. Die Legierungspartikel können RE-Fe-B-Partikel sein. Die Legierungspartikel können Ce, Dy, La, Pr oder Tb beinhalten. Die Legierungspartikel können ein oder mehrere feuerfeste Elemente beinhalten.
Die hierin beschriebenen Verfahren können auch verwendet werden, um anisotrope Pulver mit in den Pulvern ausgerichteten Körnern herzustellen, d. h. säulenförmige Körner in einfacher Richtung zu bilden.
Figurenliste
1 ist ein Bild einer Nd₂Fe₁₄B-Phasenmikrostruktur, die die Bildung von säulenförmigen Körnern unter kontrollierten Abkühlraten zeigt. Die 2 und 3 sind schematische Darstellungen von Herstellungsanordnungen, die den anisotropen Kornwachstum während der Magnetbildung fördern.

4 ist eine schematische Darstellung eines Magneten mit säulenförmigen Körnern.
5 ist eine schematische Darstellung eines Magneten mit mehreren Schichten von säulenförmigen Körnern.
6 ist eine schematische Darstellung eines Magneten mit säulenförmigen Körnern und Seltenerdlegierungen auf oberen und unteren Flächen davon.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die offenbarten Ausführungsformen sind jedoch lediglich beispielhaft und andere Ausführungsformen können verschiedene und alternative Formen annehmen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Durchschnittsfachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen aus Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Die Entwicklung der additiven Herstellung bietet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Verarbeitungstechniken von Dauermagneten auf Seltenerdbasis. Die additive Herstellung kann nicht nur die Effizienz verbessern und den Abfall während der Produktion des Magneten verringern, indem sie Endabmessungs- oder endabmessungsnahe Magnete herstellt; sie kann auch die Leistung des Magneten mit mehr Flexibilität bei der Steuerung der Verarbeitungsparameter verbessern. Insbesondere ist die metallische additive Herstellung, die verwendet werden kann, um Nd-Fe-B mit voller Dichte ohne Bindemittel vorzubereiten, bei der Produktion eines Nd-Fe-B-Magneten vielversprechender.
Für die metallische additive Herstellung werden die Materialpulver mittels Laser- oder Elektronenstrahl geschmolzen und verfestigt, um Blockmaterialien in gewünschter Form zu bilden. Das Grundprinzip dieser Technik ist im Wesentlichen das gleiche wie bei herkömmlichen Verfestigungstechniken, und auch der Mechanismus, der die Mikrostruktur und die Eigenschaften bestimmt, ist ähnlich.
Unter Berücksichtigung des Schmelzpunktes, der Wärme- und der elektrischen Leitfähigkeit von Nd-Fe-B-Magneten ist es möglich, Nd-Fe-B-Blockmagnete durch alle Arten von Schmelz- und Verfestigungstechniken zu synthetisieren. Sogar anisotrope Magnete können durch gerichtete Verfestigung hergestellt werden, eine Technik, die bei der Produktion von Triebwerksschaufeln weit verbreitet ist. Das Hauptproblem bei der Herstellung von Nd-Fe-B-Magneten mit diesen Techniken ist die geringere Leistung. Insbesondere die Koerzitivkraft des Magneten neigt aufgrund der viel größeren Korngrößen dazu, viel geringer zu sein als die gesinterten und warmgeformten Magneten.
Die Koerzitivkraft wird durch zwei Faktoren bestimmt: das Anisotropiefeld der Hartphase und die Mikrostruktur des Magneten. Das Anisotropiefeld der Nd₂Fe₁₄B-Phase weist den gleichen Wert auf, soweit die Zusammensetzung und die Kristallstruktur gleich sind, und das Hauptproblem der niedrigen Koerzitivkraft ist die Mikrostruktur, einschließlich Korngröße, Form und Homogenität. Die Modulation der Mikrostruktur zur Erzielung einer höheren Koerzitivkraft ist auch ein Hauptthema in den letzten drei Jahrzehnten bei der Entwicklung von Dauermagneten auf Seltenerdbasis. Beispielsweise kann das schmelzgesponnene Nd-Fe-B-Band aus der schnellen Verfestigung durch Sprühen von flüssigen Nd-Fe-B-Legierungen auf rotierende Cu-Räder eine wesentlich höhere Koerzitivkraft aufweisen als der gesinterte Nd-Fe-B-Magnet mit gleicher Zusammensetzung. Durch Bandgießen, eine Technik ähnlich dem Schmelzspinnen mit geringerer Abkühlrate, kann ein anisotropes Kornwachstum der Nd₂Fe₁₄B-Phase erreicht werden. Wie in 1 gezeigt, ist die Dunkelphase der Nd₂Fe₁₄B mit säulenförmiger Struktur, und die längere Richtung der Säulen ist parallel zur Vorzugsachse der Nd₂Fe₁₄B-Phase und senkrecht zur Oberfläche der Bänder. Obwohl eine solche Mikrostruktur für Hochleistungsdauermagnete eher günstig ist, sind die säulenförmigen Körner nicht perfekt ausgerichtet, wie in 1 gezeigt. Das Hauptproblem ist, dass der Temperaturgradient nicht unidirektional ist, insbesondere, wenn die Bänder vom Cu-Rad wegfliegen, was zu einer Fehlausrichtung der Körner und damit zu Dendritenwachstum führt. Ein weiteres Problem ist, dass die Bandgusslegierungen dünn und klein sind. Die Herstellung von anisotropen Blockmagneten ist mit diesem Verfahren nicht möglich.
Es gab einige Bemühungen, Nd-Fe-B-Magnete durch additive Herstellung zu synthetisieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen gesinterten und warmverformten Nd-Fe-B-Magneten sind alle aus der additiven Herstellung hergestellten Nd-Fe-B-Magnete isotrop. Infolgedessen ist die Leistung viel geringer als die des gesinterten und warmverformten Magneten, was auch die Anwendung additiver Herstellungstechniken bei der Produktion von Nd-Fe-B-Magneten einschränkte. Die weitaus schlechteren Eigenschaften des isotropen Magneten, der durch additive Herstellung hergestellt wurde, machten die Vorteile solcher Verarbeitungstechniken bei der Materialeinsparung und Formgebung zunichte. Daher kann die Fähigkeit zur Synthese eines anisotropen Nd-Fe-B-Magneten für die Anwendung der additiven Herstellung bei der Produktion von Nd-Fe-B-Magneten wichtig sein. Mit der Entwicklung der additiven Herstellung, kombiniert mit der Optimierung des Legierungsdesigns und der Verarbeitungsstrategie, kann die Mikrostruktur des Nd-Fe-B-Magneten gesteuert und eine wesentlich bessere Leistung erreicht werden. Der hier vorgeschlagene Ansatz besteht darin, die additive Herstellungstechnik zur Steuerung der Mikrostruktur und damit der magnetischen Eigenschaft des Nd-Fe-B-Magneten zu nutzen. Es gibt verschiedene metallische additive Herstellungsverfahren; am besten geeignet dafür ist das selektive Laserschmelzen (selective laser melting - SLM).
Um den Temperaturgradienten und die Abkühlrate besser steuern zu können, können nicht nur die Leistung und die Fleckgröße des Laserstrahls gesteuert werden, sondern auch das Substrat, auf dem der Magnet synthetisiert wird, sollte durch Zirkulationswasser oder ein anderes Verfahren gekühlt werden. Um das anisotrope Kornwachstum zu induzieren, kann der anisotrope Nd-Fe-B-Magnet mit Vorzugsachse senkrecht zur Oberfläche auf dem Substrat positioniert oder direkt als das Substrat verwendet werden, wie in 2 gezeigt. Andere Materialien, wie etwa Tantal, mit Gitterparametern, die den Grundebenenparametern der RE₂Fe₁₄B-Phase entsprechen, können ebenfalls verwendet werden, um das Kornwachstum zu steuern.
In 2 wird das Substrat ausgewählter Materialien verwendet, um das anisotrope Kornwachstum der Nd₂Fe₁₄B-Körner zu induzieren und die Textur zu verbessern, was jedoch nicht notwendig ist, da ein anisotropes Kornwachstum auch durch Steuern der Verarbeitungsparameter erreicht werden kann. In solch einem Szenario ist die Einrichtung in 3 gezeigt. Die Substratoberflächen aus den 2 und 3 sind als relativ flach gezeigt. Sie können jedoch auch gekrümmt oder kugelförmig sein, sodass sich die säulenförmigen Körner radial davon erstrecken. Andere Anordnungen sind ebenso möglich.
Nd-Fe-B-Pulver, die aus Schmelzspinnen, Gaszerstäubung, Hydrier-Disproportionier-Desorptions-Rekombination oder Strahlmahlung hergestellt werden, können auf das Substrat aufgebracht werden. Anschließend scannt ein Laserstrahl die Pulverschicht Linie für Linie. Um das säulenförmige Kornwachstum zu fördern, ist die Steuerung des Temperaturgradienten entscheidend. Ein unidirektionaler Temperaturgradient entlang der Wachstumsrichtung oder der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats ist optimal, kann aber nicht realistisch sein, da die Wärmeübertragung in andere Richtungen erfolgen kann. Quantitativ gesehen kann der Winkel zwischen der tatsächlichen Wärmestromrichtung und der horizontalen Linie in der Ebene folgendermaßen ausgedrückt werden: $cos (θ) = \frac{\frac{\partial T}{\partial x}}{\sqrt{{(\frac{\partial T}{\partial x})}^{2} + {(\frac{\partial T}{\partial z})}^{2}}}$
Hier ist T die Temperatur und x und z stellen die Scanrichtung bzw. die Wachstumsrichtung dar. Eine höhere Scangeschwindigkeit ist hilfreich, um den Temperaturgradienten in x-Richtung zu verringern und damit den Winkel Θ näher an 90 Grad zu bringen.
Die Strahlleistung sollte hoch genug sein, um das Pulver während des schnellen Scannens auf 1200 °C bis 1400 °C zu erhitzen. Das Pulver würde zusammen mit einem Teil des Substrats für die erste Schicht geschmolzen werden, falls eine Substratschicht vorliegt. Bei nachfolgenden Schichten würde jeder Scan auch dazu führen, dass die vorherige Schicht teilweise geschmolzen wird. Da die Nukleierung neuer Kristalle einen höheren Energiebedarf als das Wachstum der Körner des Substrats oder der durchlässigen Schicht erfordert, ist das epitaktische Kornwachstum energetisch günstig und eine durch das Substrat induzierte Anisotropie/Textur sowie ein Temperaturgradient können erreicht werden.
Für das säulenförmige Kornwachstum des Nd-Fe-B-Magneten sollte die Abkühlrate im Bereich von etwa 10³ °C/s liegen. Feinere Körner können durch eine höhere Abkühlrate erreicht werden. Obwohl eine abnehmende Korngröße die Koerzitivkraft des Magneten verbessern kann, führt eine zu starke Unterkühlung zur Nukleierung neuer Körner, was der Textur des Magneten möglicherweise schaden kann. Die Abkühlrate kann durch Einstellen von Scangeschwindigkeit, Laserleistung und Substrattemperatur gesteuert werden. Der Magnet mit säulenförmigen Körnern ist in 4 schematisch gezeigt. Die Korngröße ist vergrößert dargestellt.
Es ist nicht notwendig, dass jedes säulenförmige Korn von unten durch die Oberseite des Magneten wächst. Es kann auch aus mehreren Schichten von säulenförmigen Körnern bestehen, wie in 5 gezeigt. Das säulenförmige Kornwachstum kann auch die Bildung von Tripelpunktbereichen vermeiden, wie sie bei gesinterten Magneten üblich sind. Die Tripelpunktbereiche sind nicht magnetisch und mit Nd-reicher Phase gefüllt. Es verbraucht große Mengen an teurem Nd, trägt aber nicht zu den magnetischen Eigenschaften bei. Das säulenförmige Kornwachstum kann auch den Gesamtgehalt an Nd und anderen Seltenerdelementen im Magneten verringern.
Da die meisten Seltenerdelemente die gleiche Struktur wie Nd₂Fe₁₄B bilden können und der Kornwachstumsmechanismus sehr ähnlich ist, können auch die Legierungen von weniger teuren Seltenerdelementen, wie etwa Ce und La, oder das Gemisch aus diesen weniger teuren Seltenerdelementen und anderen Seltenerdelementen nach dem gleichen Verfahren hergestellt werden. Kurz gesagt, kann dieses Verfahren zur Herstellung von RE-Fe-B-Magneten verwendet werden, wobei RE seltene Erden darstellt, da Nd₂Fe₁₄B ein Mitglied einer Gruppe aus Verbindungen von RE₂Fe₁₄B ist. Hier können die Seltenerdelemente Nd, Pr, Dy, Tb, Ce, La oder ein beliebiges Gemisch davon sein, und Fe kann auch teilweise durch Elemente, wie etwa Co, Cu, Al, Ga, Zr, Nb, usw., ersetzt werden. Da alle RE-Fe-B-Legierungen in einer Vielzahl von Zusammensetzungen die gleichen RE₂Fe₁₄B-Verbindungen bilden und das thermodynamische Verhalten für den Phasenübergang ähnlich ist, kann die hier vorgeschlagene Technik zur Produktion von Magneten aller RE-Fe-B-Legierungen mit ähnlicher Mikrostruktur eingesetzt werden.
Ce-Fe-B und RE-Fe-B-Magnete mit dem weniger teuren Ce oder La sind in der Regel empfindlicher gegenüber der Mikrostruktur, insbesondere der Korngröße. Durch das additive Herstellen mit höherer Abkühlrate kann die Korngröße wesentlich kleiner sein als bei gesinterten Magneten. Darüber hinaus ist die säulenförmige Kornform auch für eine höhere Koerzitivkraft vorteilhaft. Daher kann auch die Koerzitivkraft von Ce- und La-enthaltenden RE-Fe-B-Magneten, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, verbessert werden, und dieser Magnet kann für einige Anwendungen den Nd-Fe-B-Magneten ersetzen. Dies ist hilfreich, um die Nachfrage nach Nd, Pr, Dy und Tb zu verringern. Die Zugabe kleiner Mengen feuerfester Elemente, wie etwa Ti, Zr, Nb und Tb, ist ebenfalls hilfreich, um die Kornstruktur zu verfeinern und die Koerzitivkraft des Magneten zu verbessern.
Die Koerzitivkraft des nach diesem Verfahren hergestellten Magneten kann durch Korngrenzendiffusion/-infiltration weiter verbessert werden. Die Mikrostruktur des Magneten ist stark anisotrop mit geraden Korngrenzen entlang der Richtung senkrecht zur oberen Fläche des Magneten. Die Atomdiffusion ist ebenfalls hochgradig anisotrop und wäre von oben nach unten viel schneller; daher können die Legierungen für die Diffusion, anders als das Korngrenzendiffusionsverfahren eines herkömmlichen gesinterten und warmverformten Magneten, auf die untere und obere Fläche des Magneten anstelle der gesamten Oberfläche des Magneten aufgebracht werden, wie in 6 gezeigt. Das Diffusionsverfahren wäre auch viel effizienter und könnte in viel kürzerer Zeit abgeschlossen werden.
Neben Blockmagneten kann diese Verarbeitungstechnik auch zur Herstellung von Nd-Fe-B-Partikeln mit verbesserter Leistung eingesetzt werden. Anisotrope Partikel können durch leichte Änderung der Scanstrategie hergestellt werden, und auch die Zusammensetzung und Koerzitivkraft können durch Hinzufügen anderer Elemente verbessert werden. Beispielsweise können Nd-Fe-B-Pulver mit ähnlichen Legierungen zur Korngrenzendiffusion vermischt werden, um die Koerzitivkraft der Magnetpulver zu verbessern. Die hochkoerzitiven und anisotropen Pulver können in begrenzten Magneten oder anderen Anwendungen verwendet werden.
So werden Verfahren zur Herstellung von anisotropen RE-Fe-B-Blockmagneten und RE-Fe-B-Magnetpulvern unter Verwendung metallischer additiver Herstellungsverfahren vorgeschlagen. Anisotrope säulenförmige Körner können während der additiven Herstellung mit spezieller Kontrolle der Verarbeitungsparameter und Modifikation der Einrichtung gebildet werden. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Sinterverfahren wird neben den Einsparungen von Rohmaterialien, die für die additive Endabmessungsherstellung üblich sind, keine Ausrichtung benötigt, um einen anisotropen Magneten zu erzielen. Eine optimierte Verteilung der Seltenerdelemente kann die Nachfrage nach diesen teuren Materialien weiter verringern. Eine bessere Kontrolle über die Mikrostruktur ermöglicht eine höhere Leistung.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/dadurch umgesetzt werden, die bzw. der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Festwertspeicher(Read Only Memory - ROM)-Vorrichtungen, gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Direktzugriffsspeicher(Random Access Memory - RAM)-Vorrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien, gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zudem in einem von Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt sein, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
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 und den Patentansprüchen 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 eventuell so beschrieben sind, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt werden, liegt für den Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Zu diesen Attributen gehören unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. 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: Auftragen einer Schicht von Legierungspartikeln, einschließlich einer Seltenerddauermagnetphase, über einem Substrat; Scannen der Schicht mit einem Laser während des Kühlens des Substrats, um die Partikel zu schmelzen, eine Kristallnukleierung selektiv einzuleiten und ein säulenförmiges Kornwachstum in die gleiche Richtung wie eine Vorzugsachse der Seltenerddauermagnetphase zu fördern; und Wiederholen des Auftragens und Scannens, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten mit ausgerichteten säulenförmigen Körnern zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Diffundieren einer Seltenerdlegierung auf gegenüberliegenden Enden des anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Scannen mit dem Laser um Schmelzen mit dem Laser.
Gemäß einer Ausführungsform erhitzt das Scannen mit dem Laser die Partikel auf eine Temperatur zwischen 1200 °C und 1400 °C.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Kühlen bei einer Rate zwischen 100 °C/s und 10000 °C/s.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Legierungspartikel RE-Fe-B-Partikel.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Legierungspartikel Ce, Dy, La, Pr oder Tb.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Legierungspartikel ein oder mehrere feuerfeste Elemente.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat gekrümmt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat ein anisotropes Seltenerdmagnetsubstrat.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Magnetstruktur bereitgestellt, aufweisend: säulenförmige Körner einer Seltenerddauermagnetphase, die in einer gleichen Richtung ausgerichtet und angeordnet sind, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten zu bilden, der eine Grenze aufweist, die durch gegenüberliegende Enden der säulenförmigen Körner definiert ist, und dem Tripelpunktbereiche fehlen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Seltenerddauermagnetphase RE-Fe-B.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Seltenerddauermagnetphase Ce, Dy, La, Pr oder Tb.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren: Auftragen einer Schicht von Legierungspartikeln, einschließlich einer Seltenerdmagnetphase, über einer Oberfläche eines Übergangsmetallsubstrats mit Gitterparametern, die mit den Grundebenenparametern der Seltenerdmagnetphase übereinstimmen; Scannen der Schicht mit einem Laser während des Kühlens des Substrats, um die Partikel zu schmelzen und das säulenförmige Kornwachstum in die gleiche Richtung zu fördern; undWiederholen des Auftragens und Scannens, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten zu bilden, der ausgerichtete säulenförmige Körner aufweist und dem Tripelpunktbereiche fehlen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Übergangsmetallsubstrat Tantal.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Diffundieren einer Seltenerdlegierung auf gegenüberliegenden Enden des anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Scannen mit dem Laser um Schmelzen mit dem Laser.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Legierungspartikel RE-Fe-B-Partikel.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Legierungspartikel Ce, Dy, La, Pr oder Tb.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Legierungspartikel ein oder mehrere feuerfeste Elemente.

Claims

Verfahren, umfassend: Auftragen einer Schicht von Legierungspartikeln, einschließlich einer Seltenerddauermagnetphase, über einem Substrat; Scannen der Schicht mit einem Laser während des Kühlens des Substrats, um die Partikel zu schmelzen, eine Kristallnukleierung selektiv einzuleiten und ein säulenförmiges Kornwachstum in die gleiche Richtung wie eine Vorzugsachse der Seltenerddauermagnetphase zu fördern; und Wiederholen des Auftragens und Scannens, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten mit ausgerichteten säulenförmigen Körnern zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Diffundieren einer Seltenerdlegierung auf gegenüberliegenden Enden des anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Scannen mit dem Laser die Partikel auf eine Temperatur zwischen 1200 °C und 1400 °C erhitzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlen bei einer Rate zwischen 100 °C/s und 10000 °C/s erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierungspartikel RE-Fe-B-Partikel sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierungspartikel Ce, Dy, La, Pr oder Tb beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierungspartikel ein oder mehrere feuerfeste Elemente beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat gekrümmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein anisotropes Seltenerdmagnetsubstrat ist.
Magnetstruktur, umfassend: säulenförmige Körner einer Seltenerddauermagnetphase, die in einer gleichen Richtung ausgerichtet und angeordnet sind, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten zu bilden, der eine Grenze aufweist, die durch gegenüberliegende Enden der säulenförmigen Körner definiert ist, und dem Tripelpunktbereiche fehlen.
Magnetstruktur nach Anspruch 10, wobei die Seltenerddauermagnetphase RE-Fe-B ist.
Magnetstruktur nach Anspruch 10, wobei die Seltenerddauermagnetphase Ce, Dy, La, Pr oder Tb beinhaltet.
Verfahren, umfassend: Auftragen einer Schicht von Legierungspartikeln, einschließlich einer Seltenerdmagnetphase, über einer Oberfläche eines Übergangsmetallsubstrats mit Gitterparametern, die mit den Grundebenenparametern der Seltenerdmagnetphase übereinstimmen; Scannen der Schicht mit einem Laser während des Kühlens des Substrats, um die Partikel zu schmelzen und das säulenförmige Kornwachstum in die gleiche Richtung zu fördern; und Wiederholen des Auftragens und Scannens, um einen anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten zu bilden, der ausgerichtete säulenförmige Körner aufweist und dem Tripelpunktbereiche fehlen.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend Diffundieren einer Seltenerdlegierung auf gegenüberliegenden Enden des anisotropen Seltenerdlegierungsblockmagneten.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Legierungspartikel ein oder mehrere feuerfeste Elemente beinhalten.