[发明专利]稀土永磁体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有增强的矫顽力和最小化的剩磁下降的R-Fe-B永磁体，以及一种通过如下方式制备该永磁体的方法：用金属间化合物、合金或金属粉末和稀土氧化物的混合物涂覆烧结磁体本体，并热处理该涂覆的本体以进行扩散。

背景技术

凭借优异的磁性能，Nd-Fe-B永磁体的应用范围不断增加。最近环境问题的挑战已经使这些磁体的应用范围从家用电器扩展到工业设备、电动汽车和风力发电机。要求进一步改善Nd-Fe-B磁体的性能。

磁体性能的指标包括剩磁(或剩余磁通密度)和矫顽力。Nd-Fe-B烧结磁体的剩磁的增加可通过增加Nd₂Fe₁₄B化合物的体积分数和改善晶体取向而实现。为此，已经进行了大量的改进。为了增加矫顽力，已知有不同的方法，包括晶粒细化、使用具有更高Nd含量的合金组合物和添加增强矫顽力的元素例如Al和Ga。目前最常用的方法是使用以Dy或Tb取代部分Nd的合金组合物。

据认为Nd-Fe-B磁体矫顽力的产生机制是成核类型，其中晶界处的反向磁畴的成核决定了矫顽力。通常，在晶界或界面处产生晶体结构的无序。如果晶体结构的无序在Nd₂Fe₁₄B化合物(其是磁体主相)晶粒的界面附近在深度方向延伸若干纳米，那么这就会引起磁晶各向异性的降低和促进反向磁畴的生成，从而降低矫顽力(见非专利文件1)。Nd₂Fe₁₄B化合物中Dy或Tb对部分Nd的取代提高了该化合物相的各向异性磁场，因此提高了矫顽力。然而，当按照常规方式添加Dy或Tb时，剩磁的损失是不可避免的，因为Dy或Tb取代不仅发生在主相的界面附近，而且甚至发生在主相的内部。必须使用一定量昂贵的Tb和Dy也产生了另外的问题。

此外，为了提高Nd-Fe-B磁体的矫顽力已经进行了大量尝试。一种示范性的尝试是双合金法：通过混合两种不同组成的合金粉末并烧结该混合物来制备Nd-Fe-B磁体。具体地，合金A的粉末由R₂Fe₁₄B主相组成，其中R主要为Nd和Pr。合金B的粉末包含各种附加元素，包括Dy、Tb、Ho、Er、Al、Ti、V和Mo，典型是Dy和Tb，将合金A和B混合在一起。在此之后精细粉碎、在磁场中成形、烧结和时效处理，由此制备出Nd-Fe-B磁体。这样获得的烧结磁体产生高矫顽力同时使剩磁下降减到最小，这是因为在R₂Fe₁₄B化合物主相晶粒中心不存在Dy和Tb，相反诸如Dy和Tb的附加元素位于晶界附近(见专利文件1和2)。然而，在这种方法中，Dy或Tb在烧结期间扩散进入主相晶粒的内部，使得位于晶界附近含有Dy和Tb的层的厚度等于或大于约1微米，这显著大于反向磁畴成核发生的深度。这样的结果仍然不能令人十分满意。

近来，已经开发了若干种方法使特定元素从R-Fe-B烧结体的表面向内部扩散以便改善磁体性能。在一种示范性的方法中，使用蒸发或溅射技术在Nd-Fe-B磁体的表面上沉积稀土金属(如Yb、Dy、Pr或Tb)或Al或Ta，随后热处理，如专利文件3-5和非专利文件2和3所述。另一种示范性方法涉及向烧结体的表面上施用稀土无机化合物如氟化物或氧化物的粉末并热处理，如专利文件6所述。使用这些方法，布置在烧结体表面上的元素(例如Dy和Tb)在热处理期间穿过烧结体结构的晶界且扩散进入烧结体内部。因此，Dy和Tb可在烧结体主相晶粒内的晶界处或晶界附近以极高的浓度富集。与上文描述的双合金法相较，这些方法产生理想的形态。由于磁体性质反应了该形态，因此实现了剩磁下降的最小化以及矫顽力的提高。然而，利用蒸发或溅射的这些方法当大规模实施时具有与单元和步骤相关的许多问题，并且具有不良的生产率。

除了上述方法之外，专利文件6公开了一种方法，其包括用粉化的稀土无机化合物例如氟化物涂覆烧结体表面或氧化物并热处理，且专利文件8公开了一种方法，其包括将Al、Cu或Zn粉末与氟化物混合，用混合物涂覆磁体并热处理。这些方法的特征在于非常简单的涂覆步骤和高的生产率。具体而言，由于通过使非金属无机化合物粉末分散至水中，并将磁体浸入该分散液中并干燥而进行涂覆步骤，因此该步骤与溅射和蒸发相比是简单的。即使当热处理炉中装入大量磁体工件时，在热处理过程中磁体工件也不会熔合在一起。这就导致了高生产率。但是，由于Dy或Tb通过粉末和磁体部件之间的取代反应进行扩散，因此难以向磁体中引入大量的Dy或Tb。