ES2563460T3 - Imán sinterizado de tierras raras R-Fe-B - Google Patents

Imán sinterizado de tierras raras R-Fe-B Download PDF

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Kohshi Yoshimura
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Abstract

Imán sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B que comprende, como fase principal, granos de cristal de un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye Nd, que es un elemento de tierras raras ligeras, como elemento de tierras raras R principal, en el que el imán incluye un elemento de tierras raras pesadas RH que es por lo menos uno de Dy y Tb que se ha introducido a través de la superficie del imán sinterizado por difusión, en el que el imán presenta una zona en la que la concentración del elemento de tierras raras pesadas RH en una fase rica en R de límite de grano es menor que en la superficie de los granos de cristal del compuesto de tipo R2Fe14B pero mayor que en el núcleo de los granos de cristal del compuesto de tipo R2Fe14B, y en el que si las concentraciones de los elementos de tierras raras pesadas Dy y Tb en el imán sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B es x1 (% en masa) y x2 (% en masa), respectivamente, y si el coeficiente de temperatura de una coercitividad media HCJ de 20 ºC a 140 ºC es y (%/ ºC), el imán cumple la desigualdad: 0,015 × (x1+1,5 × x2) - 0,57 <= y <= 0,023 × (x1 + 1,5 × x2) - 0,50.

Description

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Iman sinterizado de tierras raras R-Fe-B CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere a un iman sinterizado a base de tierras raras R-Fe-B que incluye granos de cristal de un compuesto de tipo R2Fei4B (donde R es un elemento de tierras raras) como fase principal y un procedimiento para producir un iman. Mas concretamente, la presente invencion se refiere a un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B, que incluye Nd, un elemento de tierras raras ligeras, como elemento de tierras raras R principal y en el que una parte del elemento de tierras raras R se substituye por un elemento de tierras raras pesadas RH (que es por lo menos uno de Dy y Tb).
ANTECEDENTES
Un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B, que incluye una fase de compuesto de tipo Nd2Fei4B como fase principal, es conocido como un iman permanente con el rendimiento mas alto, y se ha utilizado en varios tipos de motores tales como un motor de bobina de voz (VCM) para una unidad de disco duro y un motor para un coche hfbrido y en muchos tipos de aparatos electronicos de consumo. Ya se conoce, sin embargo, que un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B causara una "perdida de flujo irreversible" (es decir, un fenomeno en el que un iman perdera cada vez mas de su magnetismo a medida que aumenta la temperatura). Por esa razon, cuando se utiliza en un motor, por ejemplo, el iman debe mantener una coercitividad que sea lo suficientemente alta, incluso a temperaturas elevadas para minimizar la perdida de flujo irreversible. Para realizar esto, es necesario aumentar la coercitividad del iman a una temperatura ordinaria o es necesario reducir el valor absoluto de la velocidad de variacion de la coercitividad a una temperatura requerida (es decir, el coeficiente de temperatura de la coercitividad).
Es conocido que si el elemento de tierras raras R en la fase R2Fei4B se sustituye por un elemento de tierras raras pesadas RH (que puede ser Dy y/o Tb), la coercitividad aumentara. En ese caso, el coeficiente de temperatura de la coercitividad tambien aumenta proporcionalmente al porcentaje del elemento de tierras raras R substituido por el elemento de tierras raras pesadas RH. Es por ello que se ha crefdo que es eficaz anadir tanto como sea posible dicho elemento de tierras raras pesadas RH para obtener una coercitividad elevada a alta temperatura. Entre otras cosas, dado que la anisotropfa magnetocristalina de Tb2Fei4B es aproximadamente 1,5 (= 3/2) veces mayor que la de Dy2Fei4B, la coercitividad y el coeficiente de temperatura de la coercitividad pueden aumentarse de una manera mas eficiente que con Tb que con Dy.
Sin embargo, los momentos magneticos de los elementos de tierras raras pesadas RH en la fase R2Fei4B y Fe tienen direcciones opuestas entre si. Es por eso que contra mayor es el porcentaje del elemento de tierras raras ligeras RL (que puede ser por lo menos uno de Nd y Pr) sustituido por el elemento de tierras raras pesadas RH, menor es la remanencia Br. Ademas, como el elemento de tierras raras pesadas RH es uno de los recursos naturales escasos, su uso preferiblemente se reduce. Por estas razones, la coercitividad de un iman de tierras raras debe aumentarse de manera efectiva con la adicion de una cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH tan pequena como sea posible.
El documento de patente numero i describe que regulando las proporciones de los elementos de tierras raras ligeras y pesadas Rl y RH y la fraccion molar de otro elemento constitutivo de un iman de tierras raras a base de R- Fe-B dentro de unos rangos predeterminados, el coeficiente de temperatura del iman de tierras raras a base de R- Fe-B aumentara.
El documento de patente numero 2 describe aumentar la temperatura, en la cual el porcentaje de la perdida irreversible de flujo de un iman de tierras raras a base de R-Fe-B alcanza un 5%, a 30 °C o mas en comparacion con la tecnica convencional llevando a cabo un tratamiento de envejecimiento en dos etapas despues del proceso de sinterizacion.
El documento de patente numero 3 describe que al producir un iman de tierras raras a base de R-Fe-B de una mezcla de un polvo de material magnetico pesado, que incluye un elemento de tierras raras, y un polvo de material diamagnetico, se producira un acoplamiento magnetico entre el polvo de material magnetico pesado y el polvo de material magnetico, reduciendo de este modo el valor absoluto del coeficiente de temperatura del iman de tierras raras a base de R-Fe-B.
El documento de patente numero 4 describe como aumentar la temperatura de transformacion magnetica y el coeficiente de temperatura anadiendo un compuesto de fluor ferromagnetico a un iman de tierras raras a base de R- Fe-B.
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El documento de patente numero 5 describe que si un iman a base de tierras raras-hierro-boro se dispone en una camara de presion reducida de manera que un elemento M (que es uno, dos o mas elementos de tierras raras seleccionados del grupo que consiste en Pr , Dy, Tb y Ho), que se ha convertido en vapor o partfculas finas mediante alguna tecnica ffsica, o una aleacion que incluye dicho elemento M, se deposita para formar una pelfcula sobre la superficie de un iman y despues se provoca que difunda y penetre, se forma una capa lfmite de grano de cristal, incluyendo abundante elemento M. En ese caso, incluso si se reduce la concentracion del elemento de tierras raras tal como Dy, todavfa podrfa obtenerse un iman de alto rendimiento con una elevada coercitividad o una elevada remanencia de acuerdo con el documento de patente numero 5.
Documento de patente numero 1: numero 2001-284111 Documento de patente numero 2: numero 5-47533
Documento de patente numero 3: numero 2004-79922 Documento de patente numero 4: numero 2005-209669 Documento de patente numero 5: numero 2005-11973
Publicacion de solicitud Publicacion de solicitud Publicacion de solicitud Publicacion de solicitud Publicacion de solicitud
de patente japonesa de patente japonesa de patente japonesa de patente japonesa de patente japonesa
puesta a disposicion puesta a disposicion puesta a disposicion puesta a disposicion puesta a disposicion
del
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publico
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Descripcion de la invencion
La invencion se define por las reivindicaciones adjuntas.
Problemas a resolver por la invencion
Un iman para utilizarse en motores para coches con EPS (direccion asistida electrica) y HEVs (vehfculos electricos hfbridos) que, en un futuro proximo, estaran en creciente demanda, debe tener una coercitividad que sea lo suficientemente elevada para evitar la perdida de flujo irreversible a temperaturas elevadas de 100 °C o mas. Por esa razon, se anade un elemento de tierras raras pesadas RH para aumentar la coercitividad a una temperatura normal o el coeficiente de temperatura de la coercitividad. Sin embargo, como que el elemento de tierras raras pesadas RH (que puede ser Dy y/o Tb) es uno de los recursos naturales escasos, su uso debe reducirse tanto como sea posible.
Ninguno de los documentos de patente numeros 1-4 citados anteriormente describe como obtener el elemento de tierras raras pesadas RH, que ha sido introducido en el iman, distribuido de una manera eficiente. Es decir, estos documentos no describen ni sugieren como realizar una estructura de iman que pueda reducir la dependencia de la temperatura de la coercitividad Hcj a la vez que se disminuya la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH a un nivel tan bajo como sea posible.
Especfficamente, de acuerdo con la tecnica descrita en el documento de patente numero 5, debe haber una diferencia de concentracion de RH significativa para difundir el elemento de tierras raras pesadas RH en el interior del iman y, por lo tanto, es diffcil suministrar una cantidad suficiente de RH a la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal en el interior del iman. Ademas, una gran parte del elemento de tierras raras pesadas RH, que no contribuye al aumento de la coercitividad, se quedara en la fase de lfmite de grano del iman resultante. En consecuencia, el coste de fabricar un iman de este tipo es demasiado elevado para su rendimiento real como iman.
Por lo tanto, un objetivo de la presente invencion es disponer un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B que presente unas buenas propiedades de temperatura.
Medios para resolver los problemas
Un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de acuerdo con la presente invencion incluye, como fase principal, granos de cristal de un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye Nd, que es un elemento de tierras raras ligeras, como elemento de tierras raras R principal. El iman incluye un elemento de tierras raras pesadas RH (que es por lo menos uno de Dy y Tb) que se ha introducido a traves de la superficie del iman sinterizado por difusion. El iman presenta una zona en la que la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH en una fase rica en R de lfmite de grano es menor que en la superficie de los granos de cristal del compuesto de tipo R2Fe14B pero mayor que en el nucleo de los granos de cristal del compuesto de tipo R2Fe14B. Si las concentraciones de los elementos de tierras raras pesadas Dy y Tb en el iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B es x1 (% en masa) y x2 (% en
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masa), respectivamente, y si el coeficiente de temperature de una coercitividad media Hcj de 20 °C a 140 °C es y (%/ °C), el iman cumple la desigualdad: 0,015 x (x1 + 1,5 x x2) - 0,57 ^ y ^ 0,023 x (x1 + 1,5 x x2) - 0,50.
En una realizacion preferida, la zona se encuentra a una profundidad de 100 pm bajo la superficie del cuerpo del iman sinterizado.
Efectos de la invencion
Un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de acuerdo con la presente invencion tiene, como fase principal, granos de cristal de un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye Nd, que es un elemento de tierras raras ligeras, como elemento de tierras raras R principal, y tambien tiene un elemento de tierras raras pesadas RH (que es por lo menos uno de Dy y Tb) que se ha introducido a traves de la superficie del iman sinterizado por difusion. Es por esto que el iman de la presente invencion presenta una mayor coercitividad Hcj. Ademas, el iman tiene un tipo de estructura especial en la que la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH en una fase rica en R de lfmite de grano es menor que en la superficie de los granos de cristal del compuesto de tipo R2Fe14B pero mayor que en el nucleo de los granos de cristal del compuesto de tipo R2Fe14B. En consecuencia, la coercitividad Hcj puede aumentarse de manera efectiva incluso con una pequena cantidad de elemento de tierras raras pesadas RH anadido, y las propiedades de temperatura se han mejorado tambien.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una grafica que muestra como varfa el coeficiente de temperatura y de la coercitividad con la concentracion de Dy x.
La figura 2 es una vista en seccion transversal que ilustra esquematicamente la configuracion de un recipiente de proceso que se utiliza preferiblemente para llevar a cabo el proceso de produccion de un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de acuerdo con la presente invencion junto con una disposicion de ejemplo de cuerpos en masa de RH y cuerpos de iman sinterizado en el recipiente de proceso.
La figura 3(a) es una fotograffa de un microscopio tEm que muestra una seccion transversal de la muestra n° 1 que representa un ejemplo especffico de la presente invencion.
La figura 3 (b) es una fotograffa que muestra un resultado de un mapeo de un elemento Dy que se llevo a cabo en la muestra n° 1.
Y la figura 3 (c) es una fotograffa que muestra como se vera la fotograffa que se muestra en la figura 3 (b) en un campo de vision mas amplio.
Descripcion de numeros de referencia
2: cuerpo de iman sinterizado 4: cuerpo en masa de RH 6: camara de procesamiento 8: malla realizada en Nb
Mejor modo de llevar a cabo la invencion
Los presentes inventores descubrieron que mediante la difusion de un elemento de tierras raras pesadas RH (que es por lo menos uno de Dy y Tb) dentro de un cuerpo de iman sinterizado traves de su superficie, la distribucion de la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH podrfa optimizarse no solo en la superficie de los granos de cristal de un compuesto de tipo R2Fe14B que es la fase principal que forma la estructura del cuerpo de iman sinterizado (que se denominara aquf "periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal") y en el nucleo de los granos de cristal (que se denominara aquf "nucleo (zona interna) de los granos de fase principales"), sino tambien en la fase rica en R de lfmite de grano, y por lo tanto, el coeficiente de temperatura de la coercitividad podrfa mejorarse significativamente incluso con una pequena cantidad anadida del elemento de tierras raras pesadas RH.
Tal como se utiliza aquf, la "periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal" es una parte de los granos de cristal de fase principal y es una capa en la que el elemento de tierras raras pesadas RH, que se ha difundido a traves de la superficie del cuerpo sinterizado y el lfmite de grano y despues se ha introducido en el grano de fase principal a traves del lfmite de grano, ha experimentado un aumento de concentracion. Por otra parte, el "nucleo (zona interna) de los granos de fase principal" se entiende como una parte de los granos de fase principal que se encuentra dentro de la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal. En la fase de lfmite de grano que se encuentra entre granos de fase principal, hay una "fase rica en R" y una "fase de oxido". La "fase rica en R" es una fase que incluye el elemento de tierras raras R en una concentracion relativamente alta en la fase de lfmite de grano.
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El iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de la presente invencion tiene, como fase principal, granos de cristal de un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye Nd, que es un elemento de tierras raras ligeras RL, como elemento tierras raras R principal. Sin embargo, este iman tambien incluye el elemento de tierras raras pesadas RH que se ha introducido a traves de la superficie del iman sinterizado por difusion. Ademas, el iman sinterizado de la presente invencion presenta una zona en la que la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH en la fase rica en R es menor que en la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal, pero mayor que en el nucleo (zona interior) de los granos de fase principal. Cuanto mayor sea el porcentaje de dicha zona respecto a la totalidad del iman sinterizado, mejor. Pero es suficientemente eficaz si el grosor de dicha zona es de lo menos aproximadamente un 2% del grosor medio del iman sinterizado. Preferiblemente, el grosor de esa zona es un 5% o mas del grosor medio del iman sinterizado.
Esta estructura se realiza preferiblemente a traves de un procedimiento que hace que la difusion del lfmite de grano avance mas preferiblemente que la difusion del volumen en los granos de fase principal (que se denominara aquf "difusion intragranular"), tal como se describira mas adelante. De acuerdo con un procedimiento convencional que utiliza un polvo de aleacion de materiales que incluye un elemento de tierras raras pesadas RH, el elemento de tierras raras pesadas RH se incluira de manera sustancialmente uniforme en la fase principal y, por lo tanto, la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH nunca es mayor en la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal que en el nucleo (zona interior) de los granos de fase principal. Tambien, incluso de acuerdo con el procedimiento descrito en el documento de patente numero 5 en el cual se deposita una pelfcula de Dy sobre la superficie de un cuerpo de iman sinterizado y luego se difunde el Dy de la pelfcula de Dy hacia el cuerpo sinterizado a traves de un tratamiento termico, el Dy tambien se incluira en una alta concentracion en la fase de lfmite de grano. Por eso, la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH nunca llega a ser tampoco mayor en la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal que en la fase rica en R.
De acuerdo con la presente invencion, haciendo que el elemento de tierras raras pesadas RH en la fase de lfmite de grano presente una mayor concentracion en la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal utilizando una alta afinidad de la fase principal al elemento de tierras raras pesadas RH, la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH aumenta en la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal en lugar de en la fase rica en R de lfmite de grano. Esta estructura se produce preferiblemente reduciendo significativamente la cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH para suministrarlo sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado en comparacion con las tecnicas convencionales y moviendo rapidamente el elemento de tierras raras pesadas RH que se ha introducido en la fase lfmite de grano a la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal. En este caso, el lfmite de grano funciona solamente como paso para mover el elemento de tierras raras pesadas RH rapidamente hacia la parte interior del cuerpo de iman sinterizado. Ademas, si se adopta una tecnica para depositar una pelfcula del elemento de tierras raras pesadas RH en la superficie del cuerpo de iman sinterizado, la estructura de la presente invencion tambien puede realizarse introduciendo otro elemento metalico, lo que favorecera la difusion de lfmite de grano, en la fase de lfmite de grano tal como se describira mas adelante.
El iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de la presente invencion presenta una estructura tal que puede mejorar el coeficiente de temperatura de la coercitividad Hcj. En este caso, el coeficiente de temperatura promedio de la coercitividad Hcj de 20 °C a 140 °C se identifica por y (% / °C). Este coeficiente de temperatura y se define mediante la siguiente ecuacion (1):
imagen1
donde Hcj (T °C) es la coercitividad Hcj a una temperatura T °C.
Suponiendo que el iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B tenga en una concentracion x de Dy (% en masa), el coeficiente de temperatura y de la coercitividad Hcj puede aproximarse mediante una funcion lineal de la concentracion x de Dy tal como se representa mediante la siguiente ecuacion (2):
y = a*x+b (2)
donde a y b son ambas constantes, pero tienen diferentes valores de acuerdo con la composicion o la estructura del iman.
En un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B normal, a es un numero positivo, b es un numero negativo, y el coeficiente de temperatura y de la coercitividad Hcj tiene un valor negativo.
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La figura 1 es una grafica que muestra como varfa el coeficiente de temperature y de la coercitividad Hcj con la concentracion x de Dy. En esta grafica, la linea continua representa los datos que se recogieron sobre ejemplos especfficos de la presente invencion, mientras que la linea discontinua representa los datos que se recogieron sobre ejemplos comparativos que se habfan realizado con Dy anadido a la aleacion de materiales desde el principio.
Tal como puede apreciarse en la figura 1, contra mayor es la concentracion x de Dy, mayor es el coeficiente de temperatura y menor es su valor absoluto. Es decir, a medida que aumenta la concentracion x de Dy, la disminucion de la coercitividad Hcj puede comprobarse bien incluso a elevadas temperaturas y, por lo tanto, la resistencia termica del iman puede aumentar de manera mas significativa.
Comparando los ejemplos especfficos de la presente invencion con los ejemplos comparativos mostrados en la figura 1, puede observarse que a igual concentracion x de Dy, el coeficiente de temperatura y era mayor en un ejemplo especffico de la presente invencion que en un ejemplo comparativo. En otras palabras, para obtener el mismo coeficiente de temperatura y, los ejemplos especfficos de la presente invencion necesitan una concentracion de Dy mas baja que en ejemplos comparativos. Este es un efecto que se consigue porque el Dy esta incluido en una mayor concentracion en la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal de acuerdo con la presente invencion, y esto indica que el Dy se utiliza de una manera mas eficiente de acuerdo con la presente invencion. Es decir, esto significa que, en los ejemplos comparativos, el Dy se encuentra incluido tambien en una gran cantidad en el nucleo (zona interior) de los granos de fase principal y en el lfmite de grano (es decir, fases ricas en R o fases de oxido) pero apenas contribuye a aumentar la coercitividad Hcj.
Los presentes inventores descubrieron y confirmaron por medio de experimentos que, al igual que para el coeficiente de temperatura y de la coercitividad Hcj del iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de la presente invencion, las constantes a y b de la ecuacion (2) se encontrarfan dentro de los rangos definidos por las siguientes desigualdades (3):

0,015 < a < 0,023 -0,57 < b < -0,50 (3)
Dado que las constantes a y b satisfacen estas desigualdades (3), el coeficiente de temperatura y de la coercitividad Hcj puede satisfacer la siguiente desigualdad (4):

0,015x x - 0,57 < y < 0,023x x - 0,50 (4)
Por otra parte, suponiendo que el iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B tenga los elementos de tierras raras pesadas Dy y Tb en una concentracion x1 y x2 (% en masa), respectivamente, el coeficiente de temperatura y de la coercitividad Hcj puede satisfacer la siguiente desigualdad (5):

0,015x (x1 + 1,5 x x2) - 0,57 < y < 0,023 x (x1 + 1,5x x2) - 0,50 (5)
Si el elemento de tierras raras pesadas RH esta incluido en la misma concentracion, el lfmite inferior del coeficiente de temperatura y representado por las desigualdades (4) y (5) debe ser mayor que el coeficiente de temperatura de un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B convencional. Es decir, de acuerdo con la presente invencion, si el elemento de tierras raras pesadas RH esta incluido en la misma concentracion x, el coeficiente de temperatura y sera mas proximo a cero (es decir, mediante la presente invencion se realizara un estado mas ideal).
El iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de la presente invencion se produce preferiblemente suministrando el elemento de tierras raras pesadas RH de un cuerpo en masa de tierras raras pasadas (el cual se denomina aquf "cuerpo en masa de RH") a la superficie de un cuerpo sinterizado, mientras que, al mismo tiempo, la difusion de iman del elemento de tierras raras pesadas RH se realiza mas profundamente en el cuerpo sinterizado a traves de la superficie del mismo.
En el proceso de fabricacion de la presente invencion se calienta un cuerpo en masa de un elemento de tierras raras pesadas RH que no es facilmente vaporizable (o sublimable) y un cuerpo de iman sinterizado de tierras raras a una temperatura de entre 700 °C y 1100 °C , reduciendose asf la vaporizacion (o sublimacion) del cuerpo en masa de RH hasta el punto que la velocidad de crecimiento de una pelfcula de RH no es excesivamente mas alta que la velocidad de difusion del RH en el iman y la difusion del elemento de tierras raras pesadas RH, que ha avanzado hasta llegar a la superficie del cuerpo de iman sinterizado, hacia el cuerpo del iman rapidamente. Hay que senalar que para difundir un elemento de tierras raras pesadas RH en un cuerpo de iman sinterizado desde su superficie y, al mismo tiempo, suministrar el elemento de tierras raras pesadas RH desde un cuerpo en masa de tierras raras pesadas (que se denomina aquf "cuerpo en masa de RH") a la superficie de un cuerpo de iman sinterizado, tal como se describira mas adelante con relacion a realizaciones preferidas de la presente invencion, a veces se denominara aquf simplemente "difusion de evaporacion". A una temperatura que se encuentra dentro del rango entre 700 °C y 1100 °C, el elemento de tierras raras pesadas RH apenas se evapora (o sublima) sino que el elemento de tierras
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raras no se difunde de manera activa en un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B. Por esa razon, la difusion del lfmite de grano del elemento de tierras raras pesadas RH en el cuerpo del iman puede acelerarse mas preferiblemente que la formacion de la pelfcula del elemento de tierras raras pesadas RH sobre la superficie del cuerpo de iman. En este caso, el rango de temperatura es mas preferiblemente de 850 °C a menos de 1000 °C.
En la tecnica anterior, se ha crefdo que para vaporizar (o sublimar) un elemento de tierras raras pesadas RH tal como Dy, el cuerpo del iman tiene que calentarse a una temperatura bastante elevada y que sena imposible depositar Dy en el cuerpo magnetico sinterizado simplemente calentandolo a una temperatura tan baja como entre 700 °C y 1100 °C. Contrariamente a esta creencia popular, sin embargo, los resultados de los experimentos que realizaron los presentes inventores revelaron que el elemento de tierras raras pesadas RH todavfa podna suministrarse sobre un iman de tierras raras opuesto y difundirse en el mismo incluso a una temperatura tan baja de entre 700 °C y 1100 °C.
De acuerdo con la tecnica convencional de formar de una pehcula de un elemento de tierras raras pesadas RH (el cual se denominara aqrn "pelfcula de RH") en la superficie de un cuerpo de iman sinterizado y despues difundir el elemento en el cuerpo de iman sinterizado mediante tratamiento termico, la denominada "difusion intragranular" avanzara significativamente en la zona superficial que esta en contacto con la pelfcula de RH, introduciendose asf una gran parte del elemento de tierras raras pesadas RH en los granos de fase principal y, finalmente, reduciendose la remanencia Br. Por otra parte, de acuerdo con la presente invencion, dado que el elemento de tierras raras pesadas RH se suministra sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado con una menor velocidad de crecimiento de la pehcula de RH y la temperatura del cuerpo de iman sinterizado se mantiene a un nivel adecuado para la difusion, la "difusion del lfmite de grano" avanza mas preferiblemente que la "difusion intragranular", incluso en la zona de la superficie del cuerpo de iman sinterizado. Es decir, dado que el elemento de tierras raras pesadas RH no llega al nucleo de las fases principales incluso cerca de la zona superficial, la disminucion de la remanencia Br puede minimizarse y la coercitividad Hcj puede aumentarse de manera efectiva.
El iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B tiene un mecanismo de generacion de coercitividad de tipo nucleacion. Por lo tanto, si la anisotropfa magnetocristalina se incrementa en la periferia exterior de una fase principal, la nucleacion de dominios magneticos inversa puede reducirse cerca de la fase lfmite de grano. Como resultado, la coercitividad Hcj puede aumentarse globalmente de manera efectiva. De acuerdo con la presente invencion, la capa de sustitucion de tierras raras pesadas puede formarse en la periferia exterior de la fase principal no solo en una zona superficial del cuerpo de iman sinterizado, sino tambien en el interior del iman. En consecuencia, la coercitividad Hcj de todo el iman aumenta suficientemente debido a que la coercitividad puede aumentar de manera mas efectiva en la zona exterior del cuerpo de iman para verse afectada significativamente por un campo de desmagnetizacion. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, incluso si la cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH tal como Dy anadida es pequena, todavfa puede obtenerse un iman con un buen coeficiente de temperatura.
Teniendo en cuenta la facilidad de difusion de evaporacion, el coste y otros factores, es mas preferible utilizar Dy como elemento de tierras raras pesadas RH que sustituye al elemento de tierras raras ligeras RL en la periferia exterior de la fase principal. Sin embargo, la anisotropfa magnetocristalina de Tb2Fe14B es mayor que la de Dy2Fe14B y es aproximadamente tres veces mayor que la de Nd2Fe14B. Por ello, si el Tb se evapora y se difunde, la coercitividad puede aumentarse de una manera mas eficiente sin disminuir la remanencia del cuerpo de iman sinterizado. Si se utiliza Tb, la difusion de la evaporacion se lleva a cabo preferiblemente a una temperatura mas elevada y a un mayor vacfo que en una situacion en la que se utiliza Dy.
Tal como puede apreciarse facilmente a partir de la descripcion anterior, de acuerdo con la presente invencion, el elemento de tierras raras pesadas RH no siempre tiene que anadirse a la aleacion de material. Es decir, puede proporcionarse un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B conocido que incluya un elemento de tierras raras ligeras RL (que es por lo menos uno de Nd y Pr) como elemento de tierras raras R, y el elemento de tierras raras pesadas RH puede difundirse hacia el interior desde la superficie del iman. Si en la superficie del iman solamente se forma la capa de tierras raras pesadas convencional, sena diffcil difundir el elemento de tierras raras pesadas RH en el interior del iman incluso a una temperatura de difusion elevada. Sin embargo, de acuerdo con la presente invencion, a realizar la difusion del lfmite de grano del elemento de tierras raras pesadas RH, el elemento de tierras raras pesadas RH puede suministrarse de una manera eficiente incluso a la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal que se encuentra situada en el interior del cuerpo de iman sinterizado. La presente invencion naturalmente es aplicable a un iman sinterizado a base de R-Fe-B, al cual ya se anadio el elemento de tierras raras pesadas RH cuando era una aleacion de materiales. Sin embargo, si se anade una gran cantidad de elementos de tierras raras pesadas RH a la aleacion de materiales, el efecto de la presente invencion no se alcanzana de manera suficiente. Por esa razon, en esa etapa temprana puede anadirse una cantidad relativamente pequena de elemento de tierras raras pesadas RH.
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De acuerdo con la presente invencion, la concentracion de RH que se introduce por difusion representa preferiblemente entre un 0,05% en masa y un 1,5% en masa del iman total. Este intervalo se prefiere por las siguientes razones. Especfficamente, si la concentracion de RH superase un 1,5% en masa, la disminucion de la remanencia Br podrfa estar fuera de control. Sin embargo, si la concentracion de RH fuera de menos de un 0,05% en masa, entonces la coercitividad Hcj podrfa no aumentar de manera efectiva.
A continuacion, se describira un ejemplo de un proceso de difusion preferido de acuerdo con la presente invencion con referencia a la figura 2, que ilustra una disposicion de ejemplo de cuerpos de iman sinterizado 2 y cuerpos en masa de RH 4. En el ejemplo ilustrado en la figura 2, los cuerpos de iman sinterizado 2 y los cuerpos en masa de RH 4 estan dispuestos de manera que quedan uno frente al otro con un espacio predeterminado que queda entre ellos dentro de una camara de procesamiento 6 realizada en un metal refractario. La camara de procesamiento 6 que se muestra en la figura 2 incluye un elemento para sostener una pluralidad de cuerpos de iman sinterizado 2 y un elemento para sostener el cuerpo en masa de RH 4. Especfficamente, en el ejemplo mostrado en la figura 2, los cuerpos de iman sinterizado 2 y el cuerpo en masa de RH 4 superior se sujetan en una red 8 realizada en Nb. Sin embargo, los cuerpos de iman sinterizado 2 y los cuerpos en masa de RH 4 no tienen por que sostenerse de esta manera, sino que tambien podran sostenerse utilizando cualquier otro elemento. Sin embargo, no debe utilizarse un elemento que cierre el espacio entre los cuerpos de iman sinterizado 2 y los cuerpos en masa de RH 4.
Calentando la camara de procesamiento 6 con un calentador (no mostrado) se eleva la temperatura de la camara de procesamiento 6. En este caso, la temperatura de la camara de procesamiento 6 se controla en el intervalo entre 700 °C y 1100 °C, mas preferiblemente en el intervalo entre 850 °C y menos de 1000 °C. En dicho intervalo de temperatura, el elemento de tierras raras pesadas RH tiene una presion de vapor muy baja y apenas se vaporiza. En la tecnica anterior, se ha crefdo comunmente que, en tal intervalo de temperatura, un elemento de tierras raras pesadas RH, vaporizado a partir de un cuerpo en masa de RH 4, no podra suministrarse y depositarse sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado 2.
Sin embargo, los presentes inventores descubrieron que disponiendo el cuerpo de iman sinterizado 2 y el cuerpo en masa de RH 4 uno cerca del otro, sin estar en contacto entre sf, podrfa obtenerse un metal de tierras raras pesadas a una velocidad tan baja como de varias pm por hora (por ejemplo, en el intervalo entre 0,5 pm/h y 5 pm/h) sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado 2. Tambien se descubrio que, controlando la temperatura del cuerpo de iman sinterizado 2 dentro de un intervalo apropiado de manera que la temperatura del cuerpo de iman sinterizado 2 fuera igual o mayor que la del cuerpo en masa de RH 4, el elemento tierras raras pesadas RH que se habfa suministrado en fase de vapor podia difundirse profundamente en el cuerpo de iman sinterizado 2 como este era. Este intervalo de temperatura es uno preferido en el que el elemento de tierras raras pesadas RH se difunde al interior a traves de la fase de lfmite de grano del cuerpo de iman sinterizado 2. Como resultado, puede realizarse de manera eficiente un suministro lento del elemento de tierras raras pesadas RH y una difusion rapida del mismo en el cuerpo magnetico.
De acuerdo con la presente invencion, el RH que se ha vaporizado solo ligeramente tal como se ha descrito anteriormente se suministra a baja velocidad sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado. Por esa razon, no es necesario calentar la camara de procesamiento a una temperatura elevada o aplicar una tension al cuerpo de iman sinterizado o al cuerpo en masa de RH como en el proceso convencional de deposicion de un elemento de tierras raras pesadas de RH mediante un proceso de deposicion en fase de vapor.
El espacio entre el cuerpo de iman sinterizado 2 y el cuerpo en masa de RH 4 se regula para que se encuentre en el intervalo entre 0,1 mm y 300 mm. Este espacio es preferiblemente entre 1 mm y 50 mm, mas preferiblemente entre 20 mm o menos, e incluso mas preferiblemente 10 mm o menos. Aunque esta distancia puede mantenerse entre ellos, los cuerpos de iman sinterizado 2 y los cuerpos en masa de RH 4 pueden disponerse vertical u horizontalmente o incluso pueden moverse uno respecto al otro. Ademas, como que el RH vaporizado puede crear una atmosfera uniforme de RH dentro del intervalo de distancias definido anteriormente, la zona de sus superficies opuestas no esta particularmente limitada, sino que incluso sus superficies mas estrechas pueden quedar unas frente a las otras.
De acuerdo con la presente invencion, el elemento de tierras raras pesadas RH puede suministrarse sobre la superficie del iman simplemente controlando la temperatura de toda la camara de procesamiento sin utilizar ningun mecanismo especial para vaporizar (o sublimar) el material de evaporacion. Tal como se utiliza aquf, la "camara de procesamiento" se refiere en terminos generales a un espacio donde se disponen los cuerpos de iman sinterizado 2 y los cuerpos en masa de RH 4. Por lo tanto, la camara de procesamiento puede referirse a una camara de procesamiento de un horno de tratamiento termico, pero tambien puede referirse a un recipiente de procesamiento alojado en dicha camara de procesamiento.
Durante el proceso de tratamiento termico, se mantiene preferiblemente una atmosfera inerte dentro de la camara de procesamiento. Tal como se utiliza aquf, la "atmosfera inerte" se refiere a un vacfo o una atmosfera llena de un gas
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inerte. Ademas, el "gas inerte" puede ser un gas raro tal como gas argon (Ar), pero tambien puede ser cualquier otro gas siempre que el gas no sea qmmicamente reactivo entre el cuerpo en masa de RH y el cuerpo de iman sinterizado. La presion del gas inerte se reduce de manera que sea menor que la presion atmosferica. Si la presion de la atmosfera en el interior de la camara de procesamiento se encuentra cerca de la presion atmosferica, entonces el elemento de tierras raras pesadas RH podna no ser suministrado facilmente del cuerpo en masa de RH a la superficie del cuerpo de iman sinterizado. Sin embargo, puesto que la cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH difundido viene determinada por la velocidad de difusion de la superficie del iman hacia la parte interior del mismo, esto debena ser suficiente para reducir la presion de la atmosfera en el interior de la camara de procesamiento a 102 Pa o menos, por ejemplo. Es decir, aunque se redujera todavfa mas la presion de la atmosfera en el interior de la camara de procesamiento, la cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH difundido (y eventualmente el grado de aumento de la coercitividad) no variana significativamente. La cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH difundido es mas sensible a la temperatura del cuerpo de iman sinterizado que a la presion.
El estado de la superficie del iman sinterizado es lo mas cercano como sea posible a un estado metalico para permitir que el elemento de tierras raras pesadas RH se difunda y penetre facilmente. Para ello, el iman sinterizado se somete preferiblemente a un tratamiento de activacion tal como un tratamiento previo de limpieza acida o limpieza abrasiva. De acuerdo con la presente invencion, sin embargo, cuando el elemento de tierras raras pesadas RH se vaporiza y se suministra en un estado activo sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado, el elemento de tierras raras pesadas RH se difundira hacia la parte interior del cuerpo de iman sinterizado a una velocidad superior a la velocidad de formacion de una capa solida. Por esta razon, la superficie del cuerpo de iman sinterizado tambien puede haberse oxidado hasta cierto punto tal como se observa inmediatamente despues de un proceso de sinterizacion o de un proceso de corte.
La forma y el tamano de los cuerpos en masa de RH no estan limitados particularmente. Por ejemplo, los cuerpos en masa de RH pueden tener forma de placa o una forma indefinida (por ejemplo, forma de piedra). Opcionalmente, los cuerpos en masa de RH pueden tener una gran cantidad de orificios muy pequenos con diametros de varias decenas de pm. Los cuerpos en masa de RH estan realizados preferiblemente de cualquiera de un elemento de tierras raras pesadas RH o una aleacion que incluya dos o mas elementos de tierras raras pesadas RH. Tambien, cuanto mayor es la presion de vapor del material de los cuerpos en masa de RH, mayor es la cantidad de RH que puede introducirse por unidad de tiempo y mas eficiente. Los oxidos, fluoruros y nitruros que incluyen un elemento de tierras raras pesadas RH tienen presiones de vapor bajas de modo que la difusion de la evaporacion se produce apenas en las condiciones que se encuentran dentro de estos intervalos de temperaturas y grados de vacfo. Por esa razon, incluso si los cuerpos en masa de RH se realizan de un oxido, un fluoruro o un nitruro que incluya el elemento de tierras raras pesadas RH, la coercitividad no puede aumentarse de una manera efectiva.
Tambien puede producirse otra realizacion preferida de un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de acuerdo con la presente invencion depositando una capa que incluya un elemento metalico M (que se denominara aqrn "capa M") y una capa que incluya un elemento de tierras raras pesadas RH (que se denomina aqrn "capa de RH") en este orden sobre la superficie de un cuerpo de iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B y despues difundiendo el elemento metalico M y el elemento de tierras raras pesadas RH dentro del cuerpo de iman sinterizado a traves de su superficie.
De acuerdo con la presente invencion, el proceso de difusion se lleva a cabo calentando un cuerpo de iman sinterizado en el cual se ha depositado la capa M y la capa de RH. Como resultado del calentamiento, el elemento metalico M, que tiene el punto de fusion mas bajo, se difundira dentro del cuerpo sinterizado rapidamente a traves del lfmite de grano y despues el elemento de tierras raras pesadas RH se difundira dentro del cuerpo de iman sinterizado a traves del lfmite de grano. Dado que el elemento metalico M se difunde antes, el punto de fusion de la fase de lfmite de grano disminuye. Por este motivo, en comparacion con una situacion en la que no se ha depositado una capa M, la "difusion del lfmite de grano" del elemento de tierras raras pesadas RH se vera favorecida. Ademas, en comparacion con una situacion en la que no se ha depositado ninguna capa M, el elemento de tierras raras pesadas RH puede difundirse de manera mas eficiente en el interior del cuerpo de iman sinterizado incluso a una temperatura mas baja. Gracias a estas funciones del elemento metalico M, la "difusion del lfmite de grano" avanzara mas preferiblemente que la "difusion intragranular" en la zona superficial del cuerpo de iman sinterizado. Como resultado, la disminucion de la remanencia Br puede minimizarse y la coercitividad Hcj puede aumentarse de manera efectiva.
De acuerdo con la presente invencion, la temperatura del tratamiento termico que se lleva a cabo para difundir el elemento metalico M se define preferiblemente para que sea igual o mayor que el punto de fusion del metal M, pero inferior a 1000 °C. Opcionalmente, para favorecer todavfa mas la difusion del elemento de tierras raras pesadas RH despues de que el metal M se haya difundido lo suficiente, la temperatura de tratamiento termico puede elevarse a una temperatura aun mayor entre 800 °C y menos de 1000 °C, por ejemplo.
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La masa de M que se deposita sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado se ajusta preferiblemente para que represente entre un 0,05% y un 1,0% de la de todo el iman. Se prefiere este intervalo por las siguientes razones. En particular, si la masa de M representaba menos de un 0,05% de la del iman, entonces la difusion del lfmite de grano no podrfa favorecerse con eficacia. Sin embargo, si la masa de M representa mas de un 1,0% de la del iman, entonces el rendimiento del iman podrfa verse deteriorado.
La masa de RH que se deposita sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado se ajusta preferiblemente para que represente entre un 0,05% y un 1,5% de la de todo el iman. Se prefiere este intervalo por las siguientes razones. En particular, si la masa de la capa de RH representa menos de un 0,05% de la del iman, entonces habrfa una cantidad demasiado pequena de elemento de tierras raras pesadas RH para difundirse de manera suficiente en el interior del iman. Sin embargo, si la masa de la capa de RH representa mas de un 1,5% de la del iman, entonces la difusion intragranular prevalecerfa y la remanencia Br podrfa disminuir.
Mediante este procedimiento, se provoca que el elemento de tierras raras pesadas RH se difunda en el interior del iman a traves de la superficie y la fase de lfmite de grano bajo la fuerza de accionamiento que se ha generado debido al calor de la atmosfera y la diferencia de concentracion de RH en la superficie del iman. En ese caso, se substituye una parte del elemento de tierras raras ligeras RL en la fase R2Fe14B por el elemento de tierras raras pesadas RH. Como resultado, se obtiene un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B, en el cual existe una zona en la que la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH disminuye en el orden de la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal, la fase rica en R cerca de la fase principal, y el nucleo (zona interior) de los granos de fase principal.
De esta manera, determinando la composicion de modo que el elemento de tierras raras pesadas RH tenga una concentracion preferida, el coeficiente de temperatura de la coercitividad puede aumentarse con una pequena cantidad de elemento de tierras raras pesadas RH anadido.
En lo sucesivo, se describira una realizacion preferida de un procedimiento para producir un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de acuerdo con la presente invencion.
Realizacion 1
En primer lugar, se dispone una aleacion que incluye entre un 25% en masa y un 40% en masa de un elemento de tierras raras R, entre un 0,6% en masa y un 1,6% en masa de B (boro) y Fe e impurezas contenidas inevitablemente el resto. Una parte (como mucho, un 10% en masa) de R puede sustituirse por un elemento de tierras raras pesadas RH, una parte de B puede sustituirse por C (carbono) y una parte de Fe (un 50 % o menos) puede sustituirse por otro elemento metalico de transicion tal como Co o Ni. Para distintas finalidades, esta aleacion puede contener aproximadamente entre un 0,01% en masa y aproximadamente un 1,0% en masa de por lo menos un elemento aditivo A que se selecciona del grupo que consiste en Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Hf, Ta, W, Pb y Bi.
Dicha aleacion se realiza preferiblemente por enfriamiento de una masa fundida de una aleacion de materiales mediante un proceso de colada en bandas, por ejemplo. En lo sucesivo se describira un procedimiento de fabricacion de una aleacion solidificada rapidamente por colada en bandas.
En primer lugar, se funde una aleacion de materiales con la composicion descrita anteriormente mediante calentamiento por induccion dentro de una atmosfera de argon para realizar una masa fundida de la aleacion de materiales. A continuacion, esta masa fundida se mantiene caliente a aproximadamente 1350 °C y despues se enfrfa mediante un proceso de rodillo unico, obteniendose de este modo un bloque de aleacion a modo de escamas con un grosor de aproximadamente 0,3 mm. A continuacion, el bloque de aleacion asf obtenido se pulveriza en escamas con un tamano entre 1 mm y 10 mm antes de someterlo al siguiente proceso de pulverizacion de hidrogeno. Dicho procedimiento de fabricacion de un material de aleacion de colada en bandas se describe en la patente americana n° 5.383.978, por ejemplo.
Proceso de pulverizacion gruesa
A continuacion, el bloque de aleacion de materiales que ha sido pulverizado gruesamente en forma de copos se introduce en un horno de hidrogeno y despues se somete a un proceso decrepitacion de hidrogeno (que, a veces, se denominara aquf "proceso de pulverizacion de hidrogeno") dentro del horno de hidrogeno. Cuando el proceso de pulverizacion de hidrogeno ha terminado, el polvo de aleacion pulverizado gruesamente preferiblemente se saca del horno de hidrogeno en una atmosfera inerte con el fin de no quedar expuesto al aire. Esto debe evitar que el polvo pulverizado gruesamente se oxide o genere calor y eventualmente minimizarfa el deterioro de las propiedades magneticas del iman resultante.
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Como resultado de este proceso de pulverizacion de hidrogeno, la aleacion de tierras raras se pulveriza a tamanos de entre aproximadamente 0,1 mm y varios milfmetros con un tamano medio de partfcula de 500 pm o menor. Despues de la pulverizacion de hidrogeno, la aleacion de materiales decrepitada se tritura preferiblemente ademas a unos tamanos mas finos y se enfna. Si la aleacion de materiales descargada todavfa tiene una temperatura relativamente alta, entonces, la aleacion debe enfriarse durante mas tiempo.
Proceso de pulverizacion fina
A continuacion, el polvo pulverizado gruesamente se pulveriza finamente con una maquina de pulverizacion de molino de chorro. A la maquina de pulverizacion de molino de chorro se conecta un ciclon clasificador para utilizarlo en esta realizacion preferida. La aleacion de tierras raras que se ha pulverizado gruesamente en el proceso de pulverizacion gruesa (es decir, el polvo pulverizado gruesamente) se introduce en la maquina de pulverizacion de molino de chorro y se obtiene el polvo pulverizado adicionalmente mediante su pulverizador. El polvo, que ha sido pulverizado por el pulverizador, se conecta al ciclon clasificador. La aleacion de tierras raras que se ha pulverizado gruesamente en el proceso de pulverizacion gruesa (es decir, el polvo pulverizado gruesamente) se introduce en la maquina de pulverizacion de molino de chorro y se obtiene el polvo pulverizado adicionalmente por su pulverizador. El polvo, que ha sido pulverizado por el pulverizador, se recoge a continuacion en un deposito de recogida por medio del ciclon clasificador. De esta manera, puede obtenerse un polvo finamente pulverizado con tamanos de entre aproximadamente 0,1 pm y aproximadamente 20 pm (tfpicamente entre 3 pm y 5 pm). La maquina de pulverizacion para utilizarse en dicho proceso de pulverizacion fina no tiene que ser un molino de chorro, sino que tambien puede ser una moledora o un molino de bolas. Opcionalmente, puede anadirse un lubricante tal como estearato de zinc como ayuda para el proceso de pulverizacion.
Proceso de compactacion por presion
En esta realizacion preferida, al polvo magnetico obtenido por el procedimiento descrito anteriormente se le anade un 0,3% en peso de lubricante y se mezcla con el mismo en un mezclador oscilante, por ejemplo, recubriendo asf la superficie de las partfculas de polvo de aleacion con el lubricante. A continuacion, el polvo magnetico preparado mediante el procedimiento descrito anteriormente se compacta bajo un campo magnetico de alineacion utilizando una prensa conocida. El campo magnetico de alineacion a aplicar puede tener una resistencia entre 1,5 y 1,7 tesla (T), por ejemplo. Ademas, la presion de compactacion se establece de manera que la pieza en verde tenga una densidad en verde de entre aproximadamente 4 g/cm3 y aproximadamente 4,5 g/cm3.
Proceso de sinterizacion
El compacto en polvo que se ha descrito anteriormente preferiblemente se somete secuencialmente al proceso de mantener el compacto a una temperatura entre 650 °C y 1000 °C durante 10 a 240 minutos y despues al proceso de sinterizar adicionalmente el compacto a una temperatura (entre 1000 °C y 1200 °C, por ejemplo) mas elevada que en el proceso de mantenimiento. En particular, cuando se produce una fase lfquida durante el proceso de sinterizacion (es decir, cuando la temperatura se encuentra en el intervalo entre 650 °C y 1000 °C), la fase rica en R en la fase de lfmite de grano comienza a fundirse para producir la fase lfquida. A partir de entonces, el proceso de sinterizacion avanza para formar eventualmente un cuerpo de iman sinterizado. El cuerpo de iman sinterizado tambien puede someterse a un proceso de difusion de evaporacion incluso si su superficie se ha oxidado tal como se ha descrito anteriormente. Por esa razon, el cuerpo de iman sinterizado puede someterse a un tratamiento de envejecimiento (a una temperatura entre 400 °C y 700 °C) o mecanizarse para ajustar su tamano.
Proceso de difusion de evaporacion
A continuacion, se hace que el elemento de tierras raras pesadas RH se difunda y penetre eficazmente en el cuerpo de iman sinterizado asf obtenido. Mas espedficamente, un cuerpo en masa de rH, incluyendo el elemento de tierras raras pesadas RH y un cuerpo de iman sinterizado se disponen en la camara de procesamiento mostrada en la figura 2 y luego se calienta, difundiendose asf el elemento de tierras raras pesadas RH en el cuerpo de iman sinterizado mientras se suministra el elemento de tierras raras pesadas RH del cuerpo en masa de Rh sobre la superficie del cuerpo de iman sinterizado. Opcionalmente, despues de que haya terminado el proceso de difusion, puede llevarse a cabo un proceso de tratamiento termico adicional. El proceso de tratamiento termico adicional puede llevarse a cabo simplemente por tratamiento termico del iman con una presion parcial de Ar aumentada hasta aproximadamente 500 Pa o mas despues del proceso de difusion de manera que el elemento de tierras raras pesadas RH no se vaporizara. Alternativamente, despues de que el proceso de difusion haya terminado una vez, solo puede llevarse a cabo el tratamiento termico sin poner los cuerpos en masa de RH. La temperatura de procesamiento es preferiblemente entre 700 °C y 1100 °C, mas preferiblemente entre 700 °C y menos de 1000 °C, e incluso mas preferiblemente entre 800 °C y 950 °C. Si es necesario, podna llevarse a cabo un tratamiento de envejecimiento a una temperatura de entre 400 °C y 700 °C despues de que haya terminado el proceso de difusion de evaporacion.
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En el proceso de difusion de esta realizacion preferida, la temperatura del cuerpo de iman sinterizado se establece preferiblemente igual o mayor que la del cuerpo en masa. Tal como se utiliza aqrn, cuando la temperatura del cuerpo de iman sinterizado es igual o mayor que la del cuerpo en masa, significa que la diferencia de temperatura entre el cuerpo de iman sinterizado y el cuerpo en masa se encuentra en 20 °C. Espedficamente, las temperaturas del cuerpo en masa de RH y el cuerpo de iman sinterizado se encuentran ambas preferiblemente dentro del intervalo entre 700 °C y 1100 °C. Ademas, el espacio entre el cuerpo de iman sinterizado y el cuerpo en masa de RH debe estar en el intervalo entre 0,1 mm y 300 mm, preferiblemente entre 3 mm y 100 mm, y mas preferiblemente entre 4 mm y 50 mm, tal como se ha descrito anteriormente.
Tambien, la presion del gas atmosferico durante el proceso de difusion de evaporacion se encuentra preferiblemente dentro del intervalo entre 10-5 Pa y 500 Pa. A continuacion, el proceso de difusion de evaporacion puede llevarse a cabo sin problemas con la vaporizacion (sublimacion) del cuerpo en masa de RH avanzada adecuadamente. Para llevar a cabo el proceso de difusion de evaporacion de una manera eficiente, la presion del gas atmosferico se encuentra preferiblemente dentro del intervalo entre 10-3 Pa y 1 Pa. Ademas, el tiempo para mantener las temperaturas del cuerpo en masa de RH y el cuerpo de iman sinterizado dentro del intervalo entre 700 °C y 1100 °C es preferiblemente entre 10 y 600 minutos. Cabe senalar que el "tiempo para mantener las temperaturas" se refiere a un periodo en el que el cuerpo en masa de RH y el cuerpo de iman sinterizado tienen temperaturas que vanan en el intervalo entre 700 °C y 1100 °C y presiones que vanan en el intervalo entre 10-5 Pa y 500 Pa y no se refiere necesariamente a un penodo en el que el cuerpo en masa de RH y el cuerpo de iman sinterizado tienen sus temperaturas y presiones fijas a una temperatura particular y a una presion particular.
Cabe senalar que el cuerpo en masa no tiene por que estar realizado de un solo elemento, sino que puede incluir una aleacion de un elemento de tierras raras pesadas RH y un elemento X, que es por lo menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Nd, Pr, La, Ce, Al, Zn, Sn, Cu, Co, Fe, Ag e In. Dicho elemento X disminuina el punto de fusion de la fase de lfmite de grano y sena de esperar que favoreciera la difusion del lfmite de grano del elemento de tierras raras pesadas RH.
En la practica, el cuerpo de iman sinterizado que ha pasado por el proceso de difusion de evaporacion se somete preferiblemente a un tratamiento superficial, que puede ser uno conocido tal como evaporacion de Al, recubrimiento de Ni electrico o revestimiento de resina. Antes del tratamiento superficial, el cuerpo de iman sinterizado tambien puede someterse a un tratamiento previo conocido, tal como un proceso de abrasion por chorro de arena, un proceso de abrasion de barril, un proceso de grabado o trituracion mecanica. Opcionalmente, despues del proceso de difusion, el cuerpo de iman sinterizado puede molerse para ajustar su tamano. Incluso despues de haber pasado por cualquiera de estos procesos, la coercitividad tambien puede aumentarse casi tan eficazmente como siempre. Con el fin de ajustar el tamano, el cuerpo de iman sinterizado se muele preferiblemente hasta una profundidad entre 1 pm y 300 m, mas preferiblemente hasta una profundidad entre 5 pm y 100 pm, y aun mas preferiblemente a una profundidad entre 10 pm y 30 pm.
Realizacion 2
La primera mitad de un proceso de fabricacion como segunda realizacion preferida de la presente invencion, que incluye la sinterizacion y sus etapas de procesamiento anteriores, es la misma que la de la primera realizacion preferida descrita anteriormente. Por lo tanto, la siguiente descripcion se centrara solamente en las etapas de proceso que son diferentes de la primera realizacion preferida descrita anteriormente.
Deposicion de pelfcula + proceso de difusion
Opcionalmente, en lugar del proceso de difusion de evaporacion que se ha descrito anteriormente, puede depositarse una capa de M y una capa de RH y despues puede llevarse a cabo el proceso de difusion.
En primer lugar, una capa de un metal M y una capa de un elemento de tierras raras pesadas RH se depositan en este orden sobre la superficie de un cuerpo de iman sinterizado. La capa metalica puede estar formada por cualquier proceso de deposicion. Por ejemplo, puede adoptarse una de varias tecnicas de deposicion de capa fina, tales como un proceso de evaporacion al vacfo, un proceso de pulverizacion catodica, un proceso de recubrimiento ionico, un proceso de deposicion de vapor ionico (iND), un proceso de deposicion de vapor electroqmmico (EVD) y un proceso de inmersion.
Para difundir el metal M desde la capa de metal y el elemento de tierras raras pesadas RH mas profundamente en el interior del iman, el tratamiento termico se lleva a cabo preferiblemente a una temperatura que es igual o mayor que el punto de fusion del metal M, pero menor de 1000 °C. Si es necesario, el tratamiento termico puede llevarse a cabo en dos etapas, tal como se ha descrito anteriormente. Es decir, primero puede calentarse el iman a una temperatura que sea igual o mayor que el punto de fusion del metal M para favorecer la difusion del metal M preferiblemente.
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Despues de eso, puede realizarse el tratamiento termico para provocar la difusion del elemento de tierras raras pesadas RH. En este caso, se utiliza preferiblemente Al como metal M.
Al llevar a cabo dicho tratamiento termico, el metal M puede favorecer la difusion del elemento de tierras raras pesadas RH. Es decir, con el metal M, el elemento de tierras raras pesadas RH puede difundirse de manera mas eficiente en el interior del iman. Como resultado, con una pequena cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH anadido, puede aumentarse al mismo tiempo no solo la coercitividad sino tambien el coeficiente de temperatura.
EJEMPLOS
Ejemplo 1
En primer lugar, se prepararon unas aleaciones mediante un proceso de colada en banda de manera que presentaban las composiciones mostradas en la siguiente Tabla 1 (en la que la unidad es % en masa), produciendose unas delgadas escamas de aleacion con un grosor entre 0,2 mm y 0,3 mm.
Tabla 1
Muestra
Nd Dy B Co Al Cu Fe
1
32,0 0
2
29,5 2,5
3
27,0 5,0 1,00 0,90 0,15 0,10 Resto
4
24,5 7,5
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22,0 10,0
6
31,5 0,5
7
29,0 3,0
8
26,5 5,5 1,00 0,90 0,15 0,10 Resto
9
24,0 8,0
10
21,5 10,5
A continuacion, se introdujo en un recipiente esas delgadas escamas de aleacion y luego se introdujeron en un pulverizador de hidrogeno, el cual se lleno con una atmosfera de gas hidrogeno a una presion de 500 kPa. De esta manera, el hidrogeno fue absorbido a las delgadas escamas de aleacion a temperatura ambiente y luego desorbido. Realizando tal proceso de hidrogeno, las delgadas escamas de aleacion fueron decrepitadas para obtener un polvo en formas indefinidas con tamanos de entre aproximadamente 0,15 mm y aproximadamente 0,2 mm.
Posteriormente, se anadio un 0,05% en peso de estearato de zinc como ayuda para la pulverizacion al polvo pulverizado gruesamente obtenido mediante el procedimiento de hidrogeno y despues la mezcla se pulverizo con un molino de chorro para obtener un polvo fino con un tamano de aproximadamente 3 pm.
El polvo fino asf obtenido se compacto con una prensa para hacer un polvo compacto. Mas especfficamente, las partfculas de polvo se comprimieron y se compactaron mientras era alineada con un campo magnetico aplicado. A continuacion, el polvo compacto se introdujo en la prensa y luego se sometio a un proceso de sinterizacion a 1020 °C durante cuatro horas en un horno de vacfo, obteniendose asf bloques sinterizados, que despues se mecanizaron y se cortaron en cuerpos de iman sinterizado con un grosor de 3 mm, una longitud de 10 mm y una anchura de 10 mm.
Los cuerpos de iman sinterizado que representan las muestras n° 1 a n° 5 mostradas en la Tabla 1 se limpiaron con acido con una solucion acuosa de acido nftrico al 0,3%, se secaron, y luego se colocaron en un recipiente de proceso con la configuracion mostrada en la figura 2. El recipiente de proceso para utilizarse en esta realizacion preferida era de Mo e inclufa un elemento para sostener una pluralidad de cuerpos de iman sinterizado y un elemento para sostener dos cuerpos en masa de RH. Se dejo un espacio de entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 9 mm entre los cuerpos de iman sinterizado y los cuerpos en masa de Rh. Los cuerpos en masa de RH eran de Dy con una pureza de un 99,9% y presentaban unas dimensiones de 30 mm x 30 mm x 5 mm.
A continuacion, el recipiente de proceso que se muestra en la figura 2 se calento en un horno de tratamiento termico al vacfo para llevar a cabo un proceso de difusion de evaporacion, el cual se realiza elevando la temperatura a una presion de 1 x 10-2 Pa y manteniendo la temperatura a 900 °C durante una a tres horas por lo que la concentracion de Dy introducido en cada una de las muestras n° 1 a n° 5 se convirtio en un 0,5 % en masa. Despues del proceso de difusion de evaporacion, se realizo un tratamiento de envejecimiento a 500 °C durante 120 minutos bajo una presion de 2 Pa.
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Cada una de las muestras n° 1 a n° 5 fue magnetizada con impulsos con una intensidad de 3 MA/m y despues se evaluo su rendimiento magnetico (incluyendo su remanencia Br y coercitividad Hcj) a 20 °C y 140 °C. Por otra parte, en cuanto a las muestras n° 6 a n° 10, se evaluo su rendimiento magnetico sometiendolas solamente a un tratamiento de envejecimiento, sin realizar un proceso de difusion de evaporacion. Los resultados se muestran en la siguiente Tabla 2. Las concentraciones de Dy se obtuvieron como valores analizados de ICP en ambos de los ejemplos especfficos de la presente invencion y los ejemplos comparativos.
Tabla 2
Muestras Difusion de evaporacion Concentracion de Dy x (% en masa) Hcj (kA/m) Coeficiente de temperatura y (%/ °C) de Hcj
20 °C
40 °C
1 0,5 1380 500 -0,53
2 3,0 1810 745 -0,49
Ejemplos
3 SI 5,5 2190 1010 -0,45
4 8,0 2520 1270 -0,41
5 10,5 2850 1560 -0,38
6 0,5 1070 325 -0,58
7 3,0 1480 520 -0,54
Ejemplos
8 NO 5,5 1880 750 -0,50
comparativos
9 8,0 2250 1010 -0,46
10 10,5 2600 1260 -0,43
Tal como puede apreciarse en la Tabla 2, las muestras n° 1 a n° 5, que se habfan sometido al proceso de difusion de evaporacion de la presente invencion, tenfan coercitividades Hcj mucho mas altas que los Ejemplos Comparativos n° 6 a n° 10. Tambien, a la misma concentracion de Dy, la coercitividad tenia un mayor coeficiente de temperatura. Como resultado, la coercitividad a 140 °C aumento. Sin embargo, suponiendo que las condiciones del tratamiento termico son las mismas, si la concentracion de Dy aumenta en el cuerpo de iman sinterizado que aun se ha de someter al proceso de difusion de evaporacion, entonces la cantidad de Dy a difundir disminuira. Como resultado, la magnitud del aumento de la coercitividad Hcj o el coeficiente de temperatura sera menor que las muestras que incluyen Dy en concentraciones mas bajas. Sin embargo, los presentes inventores descubrieron y confirmaron por medio de experimentos adicionales que incluso en un cuerpo de iman sinterizado que incluya una gran cantidad de Dy, la magnitud del aumento podria ser no menor que la del que incluye Dy optimizando el tiempo de proceso y la temperatura.
Mientras, utilizando un DF-STEM (especificamente, CM200 producido por FEI y Genesis 2000 producido por Edax), se estimo cuanto Dy dr difundia dentro del iman. En este caso, para eliminar la influencia del Fe de acuerdo con el proceso de EDX, se observo el Dy con un rayo Ma, no con un rayo La.
La figura 3 (a) es una fotografia TEM que muestra una seccion transversal de un cuerpo de iman sinterizado que representa la Muestra n° 1 a una profundidad de 100 pm bajo la superficie, mientras que la figura 3 (b) es una fotografia que muestra un resultado de mapear el elemento Dy a esa zona. En la figura 3 (a), los puntos n° 1, n° 2, n° 3 y n° 4 representan los sitios de un nucleo (zona interior) de los granos de fase principal, una periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal, una fase rica en R, y una fase de oxido de R. Y la figura 3 (c) es una fotografia que muestra como se vera la fotografia que se muestra en la figura 3 (b) en un campo de vision mas amplio. Puede observarse que, al igual que para la muestra n° 1, el Dy no se encuentra situado en el nucleo (zona interior) de los granos de fase principal, sino que se distribuye en la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal y la fase rica en R.
Los presentes inventores tambien obtuvieron un mapa del elemento Dy a una profundidad de 300 pm bajo la superficie del cuerpo de iman sinterizado que representa la muestra n° 1. Como resultado, se confirmo tambien que la concentracion de Dy disminuyo en el orden de la fase de oxido de R, la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal, la fase rica en R y el nucleo (zona interior) de los granos de fase principal como en la figura 3 (b).
Las concentraciones Dy se midieron en respectivos sitios en muestras n° 1 y n° 3. Los resultados se muestran en la siguiente Tabla 3:
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Tabla 3
Concentracion x de Dy (% en masa)
periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal nucleo (zona interior) de los granos de fase principal Fase rica en R Fase de oxido de R
Muestra 1
10,0 0,2 2,9 15,5
Muestra 2
14,6 5,3 6,9 19,0
A partir de esta Tabla 3 puede observarse que, de acuerdo con la presente invencion, el Dy se distribuye de manera que sus concentraciones en los sitios respectivos satisfacen la desigualdad:
Fase de oxido de R > periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal > fase rica en R > nucleo (zona interior) de los granos de fase principal.
Mediante la difusion del elemento de tierras raras pesadas RH a traves de la superficie de un cuerpo de iman sinterizado y su distribucion de manera que las respectivas fases constituyentes del iman forman un perfil de concentracion preferida, puede aumentarse el coeficiente de temperatura de la coercitividad, y puede obtenerse un iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B con una buena resistencia termica, incluso con una pequena cantidad de elemento de tierras raras pesadas RH anadido a todo el iman.
Ejemplo 2
Se preparo una aleacion mediante el proceso de colada en bandas de manera que tuviera una composicion que consistfa en un 26,0% en masa de Nd, un 6,0% en masa de Pr, un 1,00% en masa de B, un 0,9% en masa de Co, un 0,1% en masa de Cu, un 0,2% en masa de Al y siendo Fe el resto, produciendose asf unas delgadas escamas de aleacion con grosores entre 0,2 mm y 0,3 mm.
A continuacion, se introdujeron en un recipiente esas delgadas escamas de aleacion y luego se introdujeron en un pulverizador de hidrogeno, el cual se lleno con una atmosfera de gas hidrogeno a una presion de 500 kPa. De esta manera, el hidrogeno fue absorbido a las delgadas escamas de aleacion a temperatura ambiente y luego fue desorbido. Realizando tal proceso de hidrogeno, las delgadas escamas de aleacion fueron decrepitadas para obtener un polvo de formas indefinidas con tamanos de entre aproximadamente 0,15 mm y aproximadamente 0,2 mm.
Despues, se anadio un 0,05% en peso de estearato de zinc como ayuda para pulverizar el polvo pulverizado gruesamente obtenido mediante el procedimiento de hidrogeno y despues la mezcla se pulverizo con un molino de chorro para obtener un polvo fino con un tamano de aproximadamente 3 pm.
El polvo fino asf obtenido se compacto con una prensa para hacer un polvo compacto. Mas especfficamente, las partfculas de polvo se comprimieron y se compactaron mientras se alineaban con un campo magnetico aplicado. A continuacion, el polvo compacto se sometio a un proceso de sinterizacion a 1020 °C durante cuatro horas en un horno de vacfo, obteniendose asf bloques sinterizados, que despues se mecanizaron y se cortaron en cuerpos de iman sinterizado con un grosor de 3 mm, una longitud de 10 mm y una anchura de 10 mm.
Posteriormente, se deposito una capa de metal sobre la superficie de los cuerpos de iman sinterizado utilizando un aparato de pulverizacion catodica con magnetron. Especfficamente, se llevaron a cabo las siguientes etapas de procedimiento.
En primer lugar, se evacuo la camara de deposicion del aparato de pulverizacion catodica para reducir su presion a 6 x 10"4 Pa, y despues se suministro gas Ar de alta pureza con su presion mantenida a 1 Pa. A continuacion, se aplico una potencia de RF de 300 W entre los electrodos de la camara de deposicion, realizandose de este modo un proceso de pulverizacion catodica inversa en la superficie de los cuerpos de iman sinterizado durante cinco minutos. Este proceso de pulverizacion catodica inversa se llevo a cabo para limpiar la superficie de los cuerpos de iman sinterizado eliminando una pelfcula de oxido natural de la superficie de los imanes.
Posteriormente, se pulverizaron partfculas de Al por el exterior de la superficie de un Al objetivo para depositar una capa de Al con un grosor de 1,0 pm sobre la superficie de los cuerpos de iman sinterizado. A partir de entonces, las partfculas de Dy se pulverizan por el exterior de la superficie de un Dy objetivo para depositar una capa de Dy a un grosor de 4,5 pm sobre la capa de Al. De esta manera se obtuvo la muestra n° 11, que representa un ejemplo especffico de la presente invencion.
Por otro lado, la muestra n° 12, que representa un ejemplo comparativo, se realizo de la misma manera que la muestra n° 11, excepto en que entre los electrodos de la camara de deposicion se aplico una alimentacion de
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corriente continua de 500 W y una potencia de RF de 30 W para producir la pulverizacion sobre la superficie del objetivo Dy y el deposito de una capa de Dy a un grosor de 4,5 pm sobre la superficie de los cuerpos de iman sinterizado.
A continuacion, los cuerpos de iman sinterizado, incluyendo la pila de estas pelfculas de metal sobre la superficie, se sometieron a un proceso de tratamiento termico a 900 °C durante 120 minutos en una atmosfera de presion reducida de 1 x 10-2 Pa. Este proceso de tratamiento termico se llevo a cabo para difundir los elementos metalicos de la pila de las pelfculas metalicas mas profundas dentro de los cuerpos de iman sinterizado a traves del lfmite de grano. Despues, los cuerpos de iman sinterizado se sometieron a un tratamiento de envejecimiento a 500 °C durante dos horas a 1 Pa. Mientras, tambien se realizo la muestra n° 13, que representa otro ejemplo comparativo, sometiendo los cuerpos de iman sinterizado a solamente un tratamiento de envejecimiento a 500 °C durante dos horas a 1 Pa sin depositar la pelfcula de metal del elemento M.
Estas muestras fueron magnetizadas con un campo de magnetizacion de impulsos con una fuerza de 3 MA/m y despues se evaluo sus rendimientos magneticos (incluyendo la remanencia Br y la coercitividad Hcj) a 20 °C y 140 °C. En la siguiente Tabla 4 se muestran las propiedades magneticas (incluyendo la coercitividad Hcj y el coeficiente de temperatura) de la muestra n° 11, que representa un ejemplo especffico de la presente invencion, y las muestras n° 12 y n° 13, que representan ejemplos comparativos:
Tabla 4
Muestra
1a capa (Capa M) 2a capa (Capa de RH) Hcj (kA/m) Coeficiente de temperatura (% /°C)
Elemento Grosor (pm) Anadido (% en masa) Elemento Grosor (pm) Anadido (% en masa)
11 (eiemplo)
Al 1,0 0,07 Dy 4,5 0,3 1430 -0,55
12 (ejemplo comparativo)
Dy 4,5 0,3 1320 -0,57
13 (ejemplo comparativo)
1010 -0,61
Tal como puede apreciarse facilmente a partir de esta Tabla 4, se confirmo que, depositando una capa de Al en el interior de la capa de Dy y difundiendo Al, la coercitividad Hcj y el coeficiente de temperatura ambos aumentaron en comparacion con una situacion donde solo se deposito Dy.
Tales efectos ventajosos se lograron probablemente debido a que la difusion de Dy se habrfa visto favorecida por el Al y porque el Dy se habrfa impregnado selectivamente a traves de la capa lfmite de grano cerca de la fase principal en el interior del iman. De este modo, los presentes inventores descubrieron que, incluso si se depositase un metal M de bajo punto de fusion (que es por lo menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Zn y Ag) como primera capa, tambien podrfan obtenerse efectos similares.
Ejemplo 3
En primer lugar, se prepararon unas aleaciones mediante un proceso de colada en banda de manera que presentaran las composiciones mostradas en la siguiente Tabla 5 (en la que la unidad es % en masa), obteniendose delgadas escamas de aleacion con un grosor entre 0,2 mm y 0,3 mm.
Tabla 5
Muestra
Nd Dy Tb B Co Al Cu Fe
21
30,0 0 2
22
27,0 0 5 1,00 0,90 0,15 0,10 Resto
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29,0 3 0
24
24,5 7,5 0
A continuacion, se introdujeron en un recipiente esas delgadas escamas de aleacion y luego introdujeron en un pulverizador de hidrogeno, el cual se habfa llenado con una atmosfera de gas hidrogeno a una presion de 500 kPa. De esta manera, el hidrogeno fue absorbido a las delgadas escamas de aleacion a temperatura ambiente y luego fue desorbido. Realizando un proceso de hidrogeno de este tipo, las delgadas escamas de aleacion fueron decrepitadas para obtener un polvo de formas indefinidas con tamanos de entre aproximadamente 0,15 mm y aproximadamente 0,2 mm.
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Posteriormente, se anadio un 0,05% en peso de estearato de zinc como ayuda para la pulverizacion al polvo gruesamente pulverizado obtenido mediante el procedimiento de hidrogeno y despues la mezcla se pulverizo con un molino de chorro para obtener un polvo fino con un tamano de aproximadamente 3 pm.
El polvo fino asf obtenido se compacto con una prensa para hacer un polvo compacto. Mas especfficamente, las partfculas de polvo se comprimieron y se compactaron mientras eran alineadas con un campo magnetico aplicado. Despues, el compacto en polvo se saco de la prensa y despues se sometio a un proceso de sinterizacion a una temperatura entre 1020 °C y 1040 °C durante cuatro horas en un horno de vacfo, obteniendose asf bloques sinterizados, que despues se mecanizaron y se cortaron en cuerpos de iman sinterizado con un grosor de 3 mm, una longitud de 10 mm y una anchura de 10 mm.
Los cuerpos de iman sinterizado representados por las muestras n° 21 a n° 24 mostrados en la Tabla 5 se limpiaron con acido con una solucion acuosa de acido nftrico al 0,3%, se secaron, y despues se dispusieron en un recipiente de proceso con la configuracion mostrada en la figura 2. El recipiente de proceso para su utilizarse en esta realizacion preferida era de Mo e inclufa un elemento para sostener una pluralidad de cuerpos de iman sinterizado y un elemento para sostener dos cuerpos en masa de RH. Se dejo un espacio de entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 9 mm entre los cuerpos de iman sinterizado y los cuerpos en masa de Rh. Los cuerpos en masa de RH estaban realizados en Dy con una pureza de un 99,9% y tenfan unas dimensiones de 30 mm x 30 mm x 5 mm.
A continuacion, el recipiente de proceso que se muestra en la figura 2 se calento en un horno de tratamiento termico al vacfo para llevar a cabo un proceso de difusion de evaporacion, el cual se realiza elevando la temperatura a una presion de 1 x 10-2 Pa y manteniendo la temperatura a 900 °C durante de una a tres horas de modo que la concentracion de Dy introducido en cada una de esas muestras n° 21 a n° 24 llego a ser de un 0,5% en masa. Despues del proceso de difusion de evaporacion, se llevo a cabo un tratamiento de envejecimiento a 500 °C durante 120 minutos bajo una presion de 2 Pa.
Cada una de esas muestras n° 21 a n° 24 fue magnetizada con impulsos con una intensidad de 3 MA/m y despues se evaluo su rendimiento magnetico (incluyendo su remanencia Br y coercitividad Hcj) a 20 °C y 140 °C. Se realizaron muestras adicionales de los mismos materiales que los ejemplos comparativos, pero solamente se sometieron a un tratamiento de envejecimiento sin Dy difundido en las mismas. Los resultados se muestran en la siguiente Tabla 6. Se obtuvieron las concentraciones de Dy y Tb como valores analizados de ICP en ambos de los ejemplos especfficos de la presente invencion y los ejemplos comparativos.
Tabla 6
Muestras Difusion por evaporacion Dy (% en masa) Tb (% en masa) Hcj (kA/m) Coeficiente de temperatura
20 °C
140 °C
211 0,5 2 1830 770 -0,48
221 0,5 5 2590 1300 -0,41
Ejemplos
231 SI 3,5 0 1860 780 -0,48
241 8,0 0 2520 1270 -0,41
212 0 2 15020 530 -0,54
222 0 5 2310 990 -0,47
Ejemplos
232 NO 3,0 0 1480 520 -0,54
242 7,5 0 2160 935 -0,47
Tal como puede apreciarse en la Tabla 6, las muestras n° 211 a n° 241, que habfan sido sometidas al proceso de difusion de evaporacion, presentaban unas coercitividades Hcj mucho mas elevadas que los ejemplos comparativos n° 212 al n° 242, sin importar cuanto Dy o Tb se incluyo en las mismas. Los presentes inventores tambien confirmaron que si la cantidad de Tb se multiplicaba por el factor de 1,5 y si los resultados se comparaban con (Dy + 1,5 Tb) (% en masa), los coeficientes de temperatura eran iguales que en una situacion en la que solo se anadio Dy como en las muestras n° 231 y n° 241.
Tambien, al igual que para la muestra n° 1, se obtuvo un mapa del elemento Dy desde una profundidad de 100 pm bajo la superficie del cuerpo de iman sinterizado. Como resultado, los presentes inventores confirmaron que la concentracion de Dy disminuyo en el orden de la fase de oxido de R, la periferia exterior (zona superficial) de los granos de fase principal, la fase rica en R, y el nucleo (zona interior) de los granos de fase principal como en la figura 3 (b).
Aplicabilidad industrial
De acuerdo con la presente invencion, los granos de cristal de fase principal, en los que se ha aumentado la concentracion de un elemento de tierras raras pesadas RH de manera eficiente en la periferia exterior del mismo, 5 pueden producirse de manera eficiente, incluso profundamente en el interior de un cuerpo de iman sinterizado. Como resultado, se obtiene un iman de tierras raras, que todavfa tiene un elevado coeficiente de temperatura y una buena resistencia termica incluso si se reduce la concentracion del elemento de tierras raras pesadas rH. En consecuencia, el iman de la presente invencion puede utilizarse eficazmente en motores EPS y HEV, que estaran en creciente demanda en un futuro proximo.
10

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B que comprende, como fase principal, granos de cristal de un compuesto de tipo R2Fe^B que incluye Nd, que es un elemento de tierras raras ligeras, como elemento de tierras 5 raras R principal,
    en el que el iman incluye un elemento de tierras raras pesadas RH que es por lo menos uno de Dy y Tb que se ha introducido a traves de la superficie del iman sinterizado por difusion,
    10 en el que el iman presenta una zona en la que la concentracion del elemento de tierras raras pesadas RH en una fase rica en R de lfmite de grano es menor que en la superficie de los granos de cristal del compuesto de tipo R2Fei4B pero mayor que en el nucleo de los granos de cristal del compuesto de tipo R2Fei4B, y
    en el que si las concentraciones de los elementos de tierras raras pesadas Dy y Tb en el iman sinterizado de tierras 15 raras a base de R-Fe-B es x1 (% en masa) y x2 (% en masa), respectivamente, y si el coeficiente de temperatura de una coercitividad media Hcj de 20 °C a 140 °C es y (%/ °C), el iman cumple la desigualdad:
    0,015 x (x1 + 1,5 x x2) - 0,57 ^ y ^ 0,023 x (x1 + 1,5 x x2) - 0,50.
    20 2. Iman sinterizado de tierras raras a base de R-Fe-B de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado en el que la
    zona se encuentra situada a una profundidad de 100 pm bajo la superficie del cuerpo de iman sinterizado.
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