永磁體和制造永磁體的方法技術

永磁體具有包含主相（S）和粒界相（R）的粒結構，粒界相（R）主要由第一金屬（釹）構成。增強永磁體矯頑力的第二金屬（鏑）和與第一金屬（釹）、第二金屬（鏑）相比具有較低氧化物生成標準自由能量的第三金屬（釔）被擴散到永磁體中，第三金屬（釔）以氧化物的形式在粒界相中存在。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及。
技術介紹
在包括無刷DC電動機的電動機中，具有永磁體嵌入式轉子的電動機(其在下面稱為“IPM電動機”)是公知的，該轉子具有轉子芯以及嵌入轉子芯的多個永磁體。例如，IPM 電動機被用作用于混合動力車的驅動電動機。進一步參考用于電動機致動器或類似物的永磁體，釹磁體(也稱為Nd-Fe-B燒結永磁體(例如Nd2Fe14B))因為其優秀的磁特性正在得到廣泛應用，并被用在包括混合動力車的車輛、工業機器和作為清潔能源受到注意的風力發電機中，可以說，混合動力車引導了當前汽車工業。剩余磁化(剩余磁通密度)和矯頑力常常用作磁體性能指標。對于Nd-Fe-B燒結永磁體來說，剩余磁化可通過增大體積率或改進晶體定向度來增大，矯頑力能通過對晶粒尺寸進行微細化、使用具有高Nd濃度的合金或增加具有高矯頑力的金屬粒來增大。最普通用于改進矯頑力的方法為，通過用具有高矯頑力的金屬——例如鏑(Dy)或鋱(Tb)——置換Nd-Fe-B合金中的Nd的一部分，增大金屬化合物的各向異性磁場，以便增強矯頑力。然而，上面介紹的鏑或鋱的使用量顯著超過稀土元素的自然存在比。另外，由于在商業開發的礦床中的推定儲量非常小，并且由于礦床在世界上分布非常不均勻，已經認識到元素策略的必要性。已經知道，鋱的存在比遠遠小于鏑的存在比。 如上面所介紹的，永磁體的矯頑力可以通過用鏑或鋱置換某些Nd來改進，而已經知道，置換物的存在導致永磁體飽和磁分極的減少。因此，當永磁體的矯頑力通過使用地來增大時，應當允許其剩余磁通密度的可觀降低。另外，由于鏑和鋱為稀土金屬，不言自明，從資源風險和材料成本的觀點看來，有必要盡可能減少鏑或鋱的用量。擴散到粒界相的粒界之中的鏑或類似物不能充分擴散到粒界相的深部的原因參照圖9A到9C的流程圖來介紹，其使用金屬結構圖來示出制造永磁體的慣用方法。如圖9A所示，在由主相S和粒界相R構成的Nd-Fe-B燒結永磁體的內部結構中， Nd氧化物0X1——例如Nd2O3或NdOx——在粒界相R的三個區域相交的三重點上存在。當例如鏑或鋱的金屬顆粒層在永磁體表面上形成且隨后進行熱處理時，金屬沿著粒界相R的粒界擴散，如圖9B所示(X方向)。如果沿著粒界擴散的鏑或類似物到達在粒界相R的區域相交的三重點上存在的 Nd氧化物0X1，鏑置換氧化物中的Nd，因為鏑具有與Nd相比較低的氧化物生成標準自由能量且因此與Nd相比更為容易地和氧化合。結果，如圖9C所示，Nd被從氧化物排斥開并圍繞氧化物，而鏑與氧結合以形成鏑氧化物0X2，不能容易地擴散到永磁體的深部。為了將鏑擴散到深部，有必要使用大量的鏑，導致材料成本的上升。日本專利申請公開No. 2002-190404 (JP-A-2002-190404)介紹了改進磁化的方法，該方法通過預先向磁體的主相引入與N相比更為容易地和氧結合的釔(Y)、鈧(Sc)或鑭 (La)，使得這些金屬能被排入粒界相之中，從而在燒結期間與氧化合，以便減少將與氧化合并被氧固定的Nd的量。因此，需要2000ppm以上的氧，以便將大量的釔排入粒界相之中。當釔或類似物如JP-A-2002-190404所介紹的那樣預先在永磁體的主相中存在時，如果釔或類似物沒有從主相完全被排斥開的話，磁體的磁化可能大受損害。另外，由于永磁體的矯頑力可通過盡量減少氧的濃度來改進，并且由于某些目前商業上可獲得的永磁體在具有大約IOOOppm或更低的氧濃度的氣氛下制造，以2000ppm的氧濃度制造永磁體并不是優選的。
技術實現思路
本專利技術提供了一種永磁體，其中，改進永磁體矯頑力的金屬粒被有效地在其深部擴散在粒界中，本專利技術還提供了制造永磁體的方法。本專利技術的第一實施形態提供了一種永磁體，其具有包含主相和粒界相的粒結構， 粒界相主要由第一金屬構成。增進永磁體矯頑力的第二金屬和與第一金屬及第二金屬相比具有較低氧化物生成標準自由能量的第三金屬擴散在永磁體中，第三金屬以氧化物的形式在粒界相中存在。在本專利技術第一實施形態中，由于具有與主要構成粒界相的第一金屬以及增強永磁體矯頑力的第二金屬相比具有較低氧化物生成標準自由能量的第三金屬在永磁體中擴散， 第三金屬在粒界相中生成氧化物，并允許第二金屬在不生成氧化物的情況下擴散到粒界相的深部。因此，永磁體具有優秀的矯頑力。與上面的JP-A-2002-190404介紹的永磁體形成對比的是，根據本專利技術的永磁體不用這樣的燒結磁體制造其具有由對應于第三金屬的金屬構成的主相。因此，第三金屬不在根據本專利技術的永磁體的主相中存在。因此，根據本專利技術的永磁體也具有優于 JP-A-2002-190404介紹的永磁體的磁化特性。這里使用的術語“氧化物生成標準自由能量”意味著將氧化物分解為金屬和氧需要的能量，并且為指示 氧化物能在生成為氧化物后多穩定地存在的指標。該值越負(即越小)，氧化物越穩定。根據本專利技術的永磁體能應用于稀土磁體，例如釹、鐵、硼構成的三成釹磁體 (Nd-Fe-B燒結永磁體)。稀土磁體適合用于要求產生高的輸出功率的混合動力車用驅動電動機，因為稀土磁體具有比鐵氧體磁體和鋁鎳鈷磁體更高的最大能量積(BH) _。在第一金屬為釹的永磁體(釹磁體)的實施例中，第二金屬可以為鏑或鋪，第三金屬可以為釔或鈧。釔和鈧具有與釹、鏑、鋱相比較低的氧化物生成標準自由能量。因此，當例如釔被擴散到粒界相中時，其對作為粒界相的主要成分的釹氧化物進行置換(構成完全固體溶液， 并與釹氧化物混合)并固定氧。另外，釔廣范圍地形成與鐵的共晶，并擴散到粒界中。另一方面，釔從粒界相進入主相的可能性較低，因此不會使得磁化特性劣化。由于釔或類似物固定氧，當鏑或類似物擴散到粒界中時，其不被氧固定，并沿著粒界擴散到粒界相的深部。于是，隨著時間的過去，在從表面層到永磁體深部的各個深度上鄰近粒界相的主相區域中的釹用鏑或類似物置換，形成具有強各向異性磁場的相，由此，磁晶各向異性得到增強，永磁體的矯頑力得到增強。上面介紹的根據本專利技術的永磁體為具有高矯頑力和好磁化特性的永磁體，相比于傳統的永磁體，其能用極少量的低或類似物來制造，換句話說，相比于傳統的永磁體具有極低的材料成本。在第一金屬為釹的永磁體的實施例中，欽可用作第二金屬和第三金屬。本專利技術的第二實施形態提供了一種永磁體，其具有包含主相和主要由第一金屬構成的粒界相的粒結構。永磁體包含第二金屬，其增強了永磁體的矯頑力；第三金屬，其具有與第一金屬及第二金屬相比較低的氧化物生成標準自由能量。第二金屬和第三金屬的濃度都在粒界相中比在主相中更高，第三金屬以氧化物的形式在粒界相中存在。本專利技術的第三實施形態涉及制造永磁體的方法。該方法包含制備燒結磁體，其具有包含主相與主要由第一金屬構成的粒界相的金屬結構，將與第一金屬相比具有較低的氧化物生成標準自由能量的第三金屬以及與第三金屬相比具有較高的氧化物生成標準自由能量并增強永磁體矯頑力的第二金屬擴散到粒界中。制造永磁體的方法可包含第一步驟，制備燒結磁體，其具有包含主相與主要由第一金屬構成的粒界相的金屬結構，將與第一金屬相比具有較低的氧化物生成標準自由能量的第三金屬擴散到粒界相的粒界中以獲得中間體；以及，第二步驟，將與第三金屬相比具有較高的氧化物生成標準自由能量并增強永磁體矯頑力的第二金屬擴散到粒界中，以制造永磁體。在上面的制造方法中，將本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.14 JP 159696/2010;2011.07.08 JP 151740/2011.一種永磁體制造方法，其特征在于包括 第一步驟，制備燒結磁體，所述燒結磁體具有包括主相與粒界相的粒結構，所述粒界相主要由第一金屬構成；以及 第二步驟，將第三金屬和第二金屬擴散到所述粒界相中，其中，所述第三金屬具有與所述第一金屬相比較低的氧化物生成標準自由能量，所述第二金屬具有與所述第三金屬相比較高的氧化物生成標準自由能量并增強所述永磁體的矯頑力。2.根據權利要求1的永磁體制造方法，其中， 所述第二步驟包括 第三步驟，將所述第三金屬擴散到所述粒界相中，以形成中間體；以及 第四步驟，將所述第二金屬擴散到所述中間體的所述粒界相中。3.根據權利要求2的永磁體制造方法， 其中，所述第四步驟為這樣的步驟，其包括通過濺射在所述中間體的表面上形成所述第二金屬的層，以及，進行熱處理，以便將所述第二金屬擴散到所述粒界相中。4.根據權利要求2的永磁體制造方法， 其中，所述第四步驟為這樣的步驟，其包括將所述第二金屬的蒸汽施加到所述中間體的所述表面，以便將所述第二金屬擴散到所述粒界相中。5.根據權利要求1的永磁體制造方法，其中， 所述第二步驟包括 在所述燒結磁體的表面上形成所述第三金屬的層； 在所述第三金屬的所述層上沉積所述第二金屬的層；以及 進行由所述第二金屬以及所述第三金屬的所述層覆蓋的所述燒結磁體的熱處理，以便將所述第二金屬以及所述第三金屬擴散到所述粒界相中。6.根據權利要求5的永磁體制造方法， 其中，所述第三金屬的所述層和所述第二金屬的所述層通過濺射來沉積。7.根據權利要求1的永磁體制造方法，其中， 所述第二步驟包括 在所述燒結磁體的所述表面上沉積所述第二金屬和所述第三金屬的合金的層；以及 進行熱處理，以便將所述合金擴散到所述粒界相中。8.根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宮本典孝，大村真也，
申請(專利權)人：豐田自動車株式會社，
類型：
國別省市：