Спечённый магнит и способы его получения

Спечённый магнит и способы его получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к спеченному магниту Nd-Fe-B и способу его получения, в частности к спеченному магниту Nd-Fe-B, обладающему сверхвысокими характеристиками, и способу его получения.

2. Предшествующий уровень техники

Спеченные магниты Nd-Fe-B широко используются в различных областях, таких как электроника и информационные технологии, в автомобилях, медицинском оборудовании, энергетике и перевозках и т.д. В то же самое время, при постоянном улучшении технологии и уменьшении стоимости постоянные магниты Nd-Fe-B демонстрируют широкие возможности применения во множестве вновь возникающих областей. С внедрением низкоуглеродной экономики страны большое внимание уделяется защите окружающей среды и снижению углеродных выбросов как ключевым областям науки и технологии. Таким образом, существует потребность в улучшении структуры энергетики, разработке возобновляемых источников энергии, повышению энергоэффективности, снижении потребления энергии и углеродных выбросов. Возникли новые рынки в низкоуглеродных областях промышленности, таких как ветряные электрогенераторы, транспортные средства на новых источниках энергии, энергосберегающая домашняя бытовая техника и т.д. В новых областях применения требуются спеченные магниты Nd-Fe-B с улучшенными характеристиками. Например наиболее популярные портативные переносные компьютеры типа лаптоп оснащаются 2,5-дюймовыми жесткими дисками. Линейным двигателям (VCM) жестких дисков требуются спеченные магниты Nd-Fe-B марки N50H с продукцией максимальной энергии (BH)_max>48 мГсЭ и собственной коэрцитивной силой H_cj>16 кЭ. В еще одном примере тонкие плоские магниты Nd-Fe-B, обладающие высокими характеристиками, в катушке зажигания автомобильных двигателей функционируют при требуемой температуре эксплуатации более 200Х. Для применения в таких условиях требуются спеченные магниты Nd-Fe-B марки N35EHS, обладающие (ВН)_max>33 мГсЭ и коэрцитивной силой H_cj>35 кЭ. Высокая (BH)_max и высокая H_cj требуются для магнитов Nd-Fe-B во вновь возникших областях применения, таких как шагающие роботы, интегрированные специальные двигатели и автоматические системы привода и т.д. Редкоземельные элементы представляют собой важные стратегические ресурсы. Улучшенные универсальные магнитные свойства спеченного магнита Nd-Fe-B увеличивают эффективное применение этих источников. Таким образом, тенденция в разработке спеченных магнитов Nd-Fe-B заключается в одновременном улучшении (BH)_max и H_cj.

В настоящее время основные мировые производители запускают производство спеченных магнитов, обладающих высокими характеристиками Nd-Fe-B, для того, чтобы удовлетворять требованиям специфических задач. Hitachi Metals Со. разработала для стабильного производства спеченные магниты Nd-Fe-B, обладающие (BH)_max 53 мГсЭ; Vacuumschmelze (VAC) в Германии запустила в массовое производство магниты с (BH)_max 50 мГсЭ, и TDK Со. в Японии также запустила в массовое производство магниты, обладающие (BH)_max от 48 до 50 мГсЭ. Тем не менее, ни один из продуктов не имеет высокой (BH)_max и высокой H_cj. Типовые магнитные свойства некоторых имеющихся в продаже магнитов, обладающих высокими характеристиками, перечислены в Таблице 1.

Таблица 1 демонстрирует, что спеченные магниты Nd-Fe-B, обладающие высокой (BH)_max, коррелируют с низкой H_cj. Аналогично, высокая H_cj коррелирует с относительно низкой (BH)_max. Кроме того, сумма величин (BH)_max и H для всех продуктов составляет от 60 до 70.

Основная функция постоянных магнитов заключается в том, чтобы обеспечивать магнитные поля в пространствах приложений. Максимальная энергия продукта (BH)_max (мГсЭ), представляет мощность постоянного магнита для обеспечения на выходе энергии магнитного поля. При том же самом размере постоянный магнит с большей (BH)_max обеспечивает более сильное магнитное поле. Собственная коэрцитивная сила H_cj (кЭ) представляет способность магнита удерживать стабильное состояние намагничивания. Если H_cj магнита не достаточно высока, то H_cj уменьшается, когда на магнит действует размагничивающее поле, температура или вибрация, вследствие чего уменьшается мощность части или всего магнита, обеспечивающая магнитное поле, т.е. в результате уменьшается способность магнита поддерживать свое намагниченное состояние и выдавать магнитное поле.

Для спеченных магнитов Nd-Fe-B соотношение между H_cj и (BH)_max или остаточной индукцией B_r имеет тенденцию к антагонизму. Магнит с высокой H_cj обладает уменьшенной (BH)_max или B_r. H_cj уменьшается в том случае, если увеличивается (BH)_max или B_r. Из этого следует, что абсолютное увеличение H_cj может значительно влиять на (BH)_max и снижать параметры и универсальные характеристики магнита, и ограничивать применимость магнита. Таким образом, в области спеченных магнитов Nd-Fe-B сумма (BH)_max и H_cj рассматривается как наиболее универсальный параметр для характеристик магнита.

3. Краткое изложение сущности изобретения

Магниты, обладающие высокими характеристиками, должны обладать высокой температурой Кюри Тс, высокой остаточной индукцией B_r или Mr (Br=4 πM_r), высокой собственной коэрцитивной силой H_cj и высокой максимальной энергией продукта (BH)_max. Последние три параметра Br, H_cj и (BH)_max называют внешними магнитными свойствами постоянного магнита. Температуру Кюри T_c, магнитное насыщение M_s и магнитокристаллическую анизотропию НА называют внутренними магнитными свойствами основной фазы постоянного магнита. Внешние магнитные свойства постоянного магнита определяются внутренними магнитными свойствами основной фазы постоянного магнита. Учитывая многофазную микроструктуру спеченного магнита Nd-Fe-B и ничтожную объемную долю других фаз, эти три параметра можно обоснованно отнести к основной фазе тетрагональной кристаллической структуры типа Nd₂Fe₁₄B. Только материалы, обладающие превосходными внутренними магнитными свойствами, можно подвергнуть переработке в постоянные магниты, обладающие высокими характеристиками. Для постоянного магнита, чем выше температура Кюри, тем выше диапазон рабочих температур и тем лучше температурная устойчивость.

Теоретический предел максимальной энергии продукта (BH)_max определяют по магнитному насыщению M_s в соответствии с соотношением (BH)_max≤(4πM_r)²/4≤(4πM_s)²/4. Таким образом, только материалы с высокой M_s могут быть переработаны в постоянные магниты с высокой (BH)_max. Собственную коэрцитивную силу определяют по H_cj=СН_а-N(4πM_s), таким образом, материалы с высокой H_a могут давать постоянные магниты с высокой H_cj. Но высокая Т_с, высокая M_s и высокая Н_а не являются необходимыми для производства постоянных магнитов с высокими характеристиками, поскольку для достижения высокой H_cj и высокой (BH)_max необходимо учитывать также подходящие способы производства, поскольку параметры С и N в вышеприведенной формуле чувствительны к микроструктуре, которая определяется способом производства. Теоретическую максимальное магнитное насыщение M_s постоянного магнита определяют после определения компонентов постоянного магнита. Если магнит состоит из одной основной фазы, то может достигаться теоретический максимум (BH)_max. Рассматривая, например, магнит Nd-Fe-B, если магнит состоит из единичной кристаллической фазы Nd₂Fe₁₄B (пространственная группа P42/mnm, тетрагональная симметрия), и все частицы идеально ориентированы вдоль их направления легкого намагничивания (с-ось тетрагональной фазы), то может достигаться теоретическая (BH)_max, составляющая 64 мГсЭ. Тем не менее, этот магнит не обладает собственной коэрцитивной силой H_cj, и не представляет собой постоянный магнит, и не может быть использован в качестве постоянного магнита. Причины, по которым H_cj≈0, являются следующими: частицы в матрице находятся в тесном контакте друг с другом. Намагничивание каждой частицы распределяется вдоль обоих направлений легкого намагничивания с-оси с равной вероятностью. Общее намагничивание в обоих направлениях легкого намагничивания нейтрализуется, и магнит не проявляет магнитных свойств. Когда магнитное поле прикладывается вдоль с-оси, тогда намагничивание каждого кристаллита параллельно полю. Но когда магнитное поле убирают, то намагничивание каждой частицы перераспределяется в равной степени вдоль любого направления с-оси, и общее намагничивание магнита возвращается к нулю и нет остаточной индукции или коэрцитивной силы. Магнит не обладает характеристиками постоянного магнита. Таким образом, для достижения определенного уровня собственной коэрцитивной силы H_cj необходимо вводить фазу, обогащенную редкоземельными элементами, вдоль границы основной фазы частиц при помощи способов порошковой металлургии, используемых в производстве редкоземельных постоянных магнитов. Каждая из частиц основной фазы магнита имеет направления намагничивания вдоль магнитного поля, когда оно попадает под магнитное насыщение, приложенное вдоль ориентации. Когда намагничивающее поле исчезает, тогда собственная коэрцитивная сила предотвращает обращение направления намагничивания каждой частицы, и удерживает каждую частицу вдоль направления намагничивания, и, таким образом, магнит демонстрирует внешние магнитные свойства, такие как остаточная индукция и коэрцитивная сила. Этот тип микроструктуры эффективно поддерживает намагничивание магнито-насыщенных частиц вдоль направления магнитного поля. Отношение основной фазы к фазе, обогащенной редкоземельными элементами, должно быть средним. В том случае, когда содержание фазы, обогащенной редкоземельными элементами, является слишком низким, при том, что содержание фракции основной фазы является высоким, и магнитное насыщение Ms магнита является высоким, тогда увеличение верхнего уровня остаточной индукции и максимальной энергии продукта приведет к тому, что коэрцитивная сила магнита может быть слишком низкой. С другой стороны, если фаза, обогащенная редкоземельными элементами, является чрезмерной, то желательно увеличивать коэрцитивную силу H_cj, но тогда может уменьшиться процент кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄ в основной фазе в магните, вследствие чего уменьшится M_s, и это приведет к снижению B_r и (BH)_max.

Для получения постоянного магнита Nd-Fe-B с относительно сбалансированными остаточной индукцией и собственной коэрцитивной силой, при максимуме суммы H_cj и (BH)_max, авторы настоящего изобретения исследовали следующие два аспекта в настоящем изобретении:

1. оптимизация ингредиентов, входящих в состав магнита, для обеспечения того, что основная фаза имеет кристаллическую структуру Nd₂Fe₁₄B, и основная фаза имеет подходящую долю в магните для обеспечения превосходных внутренних магнитных свойств; и

2. оптимизация способа получения для проявления превосходных внутренних магнитных свойств во внешних свойствах магнита.

При этом, в настоящем изобретении дополнительный элемент Со частично заменяет Fe, увеличивая магнитное насыщение M_s и температуру Кюри Т_с основной фазы, т.е. кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B, и улучшая температурный коэффициент остаточной индукции и температурный коэффициент коэрцитивной силы.

В настоящем изобретении цели достигаются следующими путями:

Спеченный магнит Nd-Fe-B, содержащий по существу редкоземельный элемент R, дополнительный элемент Т, железо Fe и бор В, и имеющий основную фазу кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B и фазу, обогащенную редкоземельными элементами. Он отличается тем, что сумма величины H_cj (в единицах кЭ) и (BH)_max (в единицах мГсЭ) составляет не меньше 70, т.е. H_cj (кЭ) + (BH)_max (мГсЭ)≥70.

Спеченный магнит Nd-Fe-B, содержащий по существу редкоземельный элемент R, дополнительный элемент Т, железо Fe и бор В, и имеющий основную фазу кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B и фазу, обогащенную редкоземельными элементами. Он отличается тем, что отношение площади основной фазы к общей площади поперечного среза магнита находится в диапазоне от 91% до 97%, причем поперечный срез магнита перпендикулярен к направлению ориентации (т.е. нормальное направление поверхности представляет собой направление ориентации).

Спеченный магнит Nd-Fe-B, включающий в своем составе редкоземельный элемент R, дополнительный элемент Т, железо Fe и бор В, имеющий основную фазу кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B и фазу, обогащенную редкоземельными элементами. Он отличается тем, что температура Кюри T_c магнита находится в диапазоне от 310°С до 340°С.

Способ получения спеченного магнита Nd-Fe-B, отличающийся тем, что способ получения включает плавление сплава, разрушение сплава, перемешивание порошка, прессование, спекание блоков и термическую обработку после спекания.

Таким образом, настоящее изобретение повышает остаточную индукцию путем оптимизации ингредиентов, входящих в состав, и способа получения для обеспечения подходящей доли основной фазы и степени ориентированности кристаллических частиц основной фазы; согласно настоящемуизобретению увеличиваетя собственная коэрцитивная сила H_cj путем оптимизации доли фазы и микроструктуры фазы, обогащенной редкоземельными элементами, вдоль границы частиц. Таким образом, получают спеченный магнит Nd-Fe-B, обладающий высокими характеристиками, имеющий высокую максимальную энергию продукта и высокую собственную коэрцитивную силу, причем (BH)_max(мГсЭ) + H_cj (кЭ)≥70. Кроме того, согласно настоящему изобретению повышается температурный коэффициент остаточной индукции α_Br и температурный коэффициент коэрцитивной силы α_Hcj путем увеличения температуры Кюри T_c, увеличения собственной коэрцитивной силы H_cj и оптимизации микроструктуры Nd-Fe-B, позволяя использовать магнит в более широком температурном диапазоне.

4. Описание фигур

Фиг. 1 Полученная при использовании металлографического микроскопа фотография, поперечного среза при намагничивании или нормальном направлении, представляющим собой магнитное направление ориентации до черно-белой бинаризационной обработки.

Фиг. 2 Полученное при использовании металлографического микроскопа изображение поперечного среза при намагничивании или нормальном направлении, представляющим собой магнитное направление ориентации после черно-белой бинаризационной обработки.

5. Описание вариантов реализации

Теоретический предел (BH)_max для интерметаллического соединения Nd₂Fe₁₄B, где 100% интерметаллического соединения представляет собой основную фазу Nd₂Fe₁₄B, приблизительно составляет 64 мГсЭ. Но на практике (BH)_max для спеченного магнита Nd-Fe-B меньше. Поскольку фаза, обогащенная редкоземельными элементами, существует вокруг границы частиц фазы Nd₂Fe₁₄B, обеспечивая в результате собственную коэрцитивную силу H_cj, то во время переработки дефекты, такие как поры, примеси и смещенная основная фаза частиц и т.д, могут привести к неидеальному состоянию, уменьшающему долю основной фазы в магните, таким образом, сниажя остаточную индукцию B_r, и, следовательно, уменьшая (BH)_max.

Доказано, что остаточная индукция B_r спеченных магнитов Nd-Fe-B может быть определена при помощи следующего уравнения:

Br=4πMr=4πMs (ρ/ρ₀) (1-α) f,

где M_s обозначает магнитное насыщение основной фазы, ρ/ρ₀ обозначает относительную плотность (ρ - плотность магнита; ρ₀ - плотность основной фазы), α обозначает объемную долю немагнитных фаз, и f обозначает фактор выравнивания частиц. Для достижения высокой (BH)_max постоянного магнита доля основной фазы спеченного магнита должна быть увеличена таким образом, что состав сплава магнита должна быть по возможности максимально близок к составу Nd₂Fe₁₄B (при сохранении высокого значения Ms), и в то же самое время, при соответствующем содержании фазы, обогащенной редкоземельными элементами (меньшее значение α), для магнита высокой плотности (ρ/ρ₀≈1) путем спекания жидкой фазы и однородного распределения фазы, обогащенной редкоземельными элементами, вокруг частиц основной фазы, таким образом, что достигается высокая коэрцитивная сила магнита после спекания.

Собственная коэрцитивная сила H_cj спеченного магнита Nd-Fe-B может быть определена при помощи следующего уравнения:

H_cj=CH_a-N (4πΜ_s)

где: Н_а обозначает поле магнитокристаллической анизотропии основной фазы, С зависит от взаимодействия между частицами и взаимодействия на границе частиц, N обозначает эффективный размагничивающий фактор. С и N ощутимо зависит от размера частиц, распределения размеров частиц и характеристик ориентации и свойств на границе между соседними частицами. Для получения магнита с высокой собственной коэрцитивной силой H_cj поле магнитокристаллической анизотропии H_a основной фазы кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B магнита должно быть достаточно высоким, и, дополнительно, фактор С должен быть увеличен и N уменьшен путем оптимизации процесса.

В настоящем изобретении спеченные магниты Nd-Fe-B, обладающие высокими обобщенными индексами с (BH)_max и H_cj, получали путем оптимизации ингредиентов, входящих в состав, и способа получения. Например, основная фаза магнита представляет собой интерметаллические соединения с кристаллическими структурами Nd₂Fe₁₄B с константами кристаллической решетки а=0,8760 нм ~ 0,8800 нм и с=1,2000 нм ~ 1,2230 нм. Кроме того, например, максимальная энергия продукта (BH)_max, выраженная в мГсЭ, и собственная коэрцитивная сила H_cj, выраженная в кЭ, составляет не менее 70, т.е. (BH)_max(мГсЭ) + H_cj(кЭ)≥70.

В соответствии с внутренними магнитными характеристиками интерметаллических соединений R₂Fe₁₄B, Pr₂Fe₁₄B обладает высокой M_s, но низкой H_a. (для Pr₂Fe₁₄B, 4πM_s=15,6 кГс, H_a=87 кЭ. Для Nd₂Fe₁₄B 4πM_s=16,0 кГс, H_a=76 кЭ.) Для сравнения, Tb₂Fe₁₄B обладает более высокой H_a, но более низкой M_s. (для Tb₂Fe₁₄B, 4πM_s=7,0 кГс, Н_а=220 кЭ. Для Dy₂Fe₁₄B, 4πM_s=7,1 кГс, H_a=150 кЭ.) Таким образом, корректирование комбинации Pr, Nd, Tb и Dy в различных составах может приводить в результате к более высокой 4πMs (4πM_r) (и следовательно, высокой (BH)_max, а также более высокой Н_а (и следовательно более высокой H_cj)).

Например, в соответствии с настоящим изобретением, спеченный магнит Nd-Fe-B обладает магнитными свойствами 80 кЭ≤Н_а≤140 кЭ, (BH)_max≥26 мГсЭ, B_r=4πM_r≥10,3 кГс, и H_cj≥18 кГс и (BH)_max(мГсЭ)+H_cj(кЭ)≥70.

В еще одном примере реализации согласно настоящему изобретению дополнительный элемент Со частично заменяет Fe, повышая магнитное насыщение M_s и температуру Кюри Т_с кристаллической основной фазы Nd₂Fe₁₄B и улучшая температурный коэффициент остаточной индукции α_Br и температурный коэффициент коэрцитивной силы α_Hcj Один из спеченных магнитов Nd-Fe-B согласно настоящему изобретению обладает T_c, находящейся в диапазоне от 310°С до 340°С.

В еще одном примере реализации согласно настоящему изобретению доля основной фазы может варьировать путем корректирования общего содержания редкоземельного элемента R (от 28 масс. % до 32 масс. %). На поперечном срезе магнита, т.е. перпендикулярно направлению ориентации (т.е. нормальное направление поверхности представляет собой направление ориентации), отношение площади основной фазы к общей площади поперечного среза находится в диапазоне от 91% до 97%, в частности от 94% до 96%.

Согласно настоящему изобретению оптимизированный способ получения спеченного магнита Nd-Fe-B, обладающего высокими характеристиками, включает плавление сплава, разрушение сплава, перемешивание порошка, прессование, спекание блоков и термическую обработку после спекания. Например, способ получения включает:

а. Плавление сплавов

Технологию литья пластин применяют для получения листов сплава, имеющих толщину, находящуюся в диапазоне от 0,1 до 0,5 мм. Содержание кислорода в листе сплава находится в диапазоне от 40 м.д. до 160 м.д..

б. Разрушение сплава с получением порошков

Способ водородного растрескивания (BP) применяют для разрушения окатышей сплава до грубого порошка. Содержание водорода в грубом порошке находится в диапазоне от 500 м.д. до 1600 м.д.. Грубый порошок затем подвергают измельчению на струйной мельнице до тонкоизмельченного порошка, имеющего средний размер частиц, находящийся в диапазоне от 2,0 до 4,0 мкм, при помощи потока инертного газа или N₂. Почти все из тонкоизмельченных частиц являются монокристаллическими.

в. Перемешивание порошка

Тонкоизмельченный Порошок, который подвергают измельчению на струйной мельнице в течение различных промежутков времени, подвергают однородному перемешиванию в бескислородной атмосфере. Во время перемешивания для увеличения текучести тонкоизмельченного порошка и увеличения степени ориентации во время прессования порошка добавляют от 200 до 500 м.д. смазывающего вещества по сравнению с общей массой смешанного тонкоизмельченного порошка.

г. Прессование

Однородно перемешанный тонкоизмельченный порошок прессуют в блок-предшественник в воздухонепроницаемой камере, заполненной защитным газом. Для ориентации одновременно применяют направляющее магнитное поле от 10 кЭ до 30 кЭ. Получающиеся в результате блоки - предшественники хранят в контейнере в атмосфере защитного газа.

д. Спекание блоков

Получающиеся в результате блоки-предшественники спекают при температуре в диапазоне от 1045°С до 1085°С, в вакуумной печи для спекания под вакуумом или в атмосфере защитного газа в течение периода времени от 4 до 8 часов, и затем печь заполняют газообразным Ar для уменьшения температуры внутри печи до уровня менее 100°С.

е. Термическая обработка после спекания

Термическая обработка после спекания осуществляется в вакуумной печи в вакууме или в защитной атмосфере с двумя закалками: первое закаливание при температуре в диапазоне от 850°С до 950°C, в вакууме или в атмосфере защитного газа в течение периода времени от 3 до 5 часов. Затем печь заполняют газообразным Ar для уменьшения температуры внутри печи до уровня менее 100°C; затем закаливание при температуре в диапазоне от 450°С до 650°С, в вакууме или атмосфере защитного газа в течение периода времени от 3 до 5 часов. Затем печь заполняют газообразным Ar для уменьшения температуры внутри печи до уровня менее 80°С.

Получающийся в результате вышеприведенного способа спеченный магнит Nd-Fe-B обладает одним или более чем одним из характеристических параметров, перечисленных ниже:

а. Средний кристаллический размер частиц основной фазы находится в диапазоне от 5,0 мкм до 10,0 мкм. Фаза, обогащенная редкоземельными элементами, относительно однородно распределена вдоль границы частиц для достижения высокой H_cj. Меньший размер частиц может затруднить способ получения, а больший размер частиц может затруднить достижение высокой H_cj.

б. Степень ориентации частиц основной фазы спеченного магнита Nd-Fe-В является высокой, и фактор непрямолинейности магнита составляет менее 0,15, где обозначает остаточную индукцию, перпендикулярную к направлению ориентации; и Br обозначает остаточную индукцию, параллельную к направлению ориентации. Чем меньше значение , тем лучше степень ориентации частиц основной фазы магнита.

в. Содержание кислорода в спеченном магните Nd-Fe-B находится в диапазоне от 500 м.д. до 2500 м.д.. Хотя вышеприведенный способ осуществляют в вакууме или в атмосфере защитного газа, такого как N₂, инертный газ или их смесь, тонкоизмельченный порошок неизбежно абсорбирует O₂, образуя оксиды редкоземельных металлов (обнаруживаемые при помощи преломления рентгеновских лучей). Образование оксидов редкоземельных элементов может уменьшать H_cj магнитов и приводить к потере редкоземельных металлов.

г. Содержание водорода в спеченном магните Nd-Fe-B составляет не более 10 м.д.. Избыточное содержание водорода может приводить к неблагоприятным эффектам, таким как трещины в магните.

д. Плотность спеченных магнитов Nd-Fe-B является высокой, находящейся в диапазоне от 7,60 г/см³ до 7,80 г/см³.

е. Спеченный магнит Nd-Fe-B обладает оптимизированной микроструктурой и, таким образом, превосходной устойчивостью к коррозии. Абсолютное значение потери массы для цилиндрического образца ∅10 мм×10 мм составляет не более 5 мг/см³ после воздействия окружающей среды с температурой 130°С, относительной влажностью 95% и атмосферным давлением 2,6 (атм.) (263400 Па) в течение 240 часов.

ж. Температурный коэффициент остаточной индукции в температурном диапазоне от 20°С до 180°С составляет α_Br от -0,122%/°С до -0,090%/°C. При меньшем абсолютном значении α_Br остаточная индукция уменьшается с меньшей скоростью при увеличении температуры.

з. Температурный коэффициент собственной коэрцитивной силы в температурном диапазоне от 20°С до 180°С составляет β_Hcj от -0,50%/°С до -0,20%/°C. При меньшем абсолютном значении β_Hcj собственная коэрцитивная сила уменьшается с меньшей скоростью при увеличении температуры.

и. Абсолютное значение необратимой потери потока разомкнутой цепи для цилиндрического образца ∅10 мм×8 мм (коэффициент магнитной проводимости P_c=-B/Н=2) составляет не более 5% после воздействия температуры в диапазоне от 20°С до 200°С в течение 120 минут. Осевое направление цилиндрического образца представляет собой направление ориентации. Как правило, для оценки температурной устойчивости магнита рассматривают температуры, соответствующие абсолютному значению необратимой потери потока разомкнутой цепи, ≤5%: эту температуру рассматривают как максимальную рабочую температуру. Чем выше такая соответствующая температура, тем лучше температурная устойчивость магнита.

Варианты реализации настоящего изобретение подробно описаны ниже.

Согласно настоящему изобретению оптимизирован способ получения спеченного магнита Nd-Fe-B. Способ включает плавление сплава, разрушение сплава, перемешивание порошка, прессование, спекание блоков и термическую обработку после спекания. Например, при плавлении сплава используют технологию литья пластин. Толщина получающихся в результате листов сплава находится в диапазоне от 0,1 до 0,5 мм. Содержание кислорода в листах сплава находится в диапазоне от 40 м.д. до 160 м.д..

Разрушение сплава позволяет осуществлять переработку получающихся в результате листов сплава из вакуумной печи для листового литья в грубый порошок при помощи способа водородного растрескивания (BP). Содержание водорода в порошке после обработки с помощью водородного растрескивания находится в диапазоне от 500 до 1600 м.д.. Грубый порошок затем подвергают измельчению в струйной мельнице до тонкоизмельченного порошка со средним размером частиц, находящимся в диапазоне от 2,0 до 4,0 мкм, при помощи газообразного азота, инертного газа или смеси азота и инертного газа.

Для того, чтобы сделать однородным размер частиц и распределение состава, тонкоизмельченный порошок в различные периоды времени измельчения в струйной мельнице перемешивают соответствующим образом. В тонкоизмельченный порошок для увеличения текучести и степени ориентации в процессе прессования добавляют от 0,02 до 0,05 масс. % лубриканта относительно общей массы смешанного тонкоизмельченного порошка.

Лубрикант может представлять собой органические соединения, такие как многатомный спирт или полипропиленгликоль. Тонкоизмельченный порошок перемешивают в контейнере, заполненном защитным газом азотом, инертным газом или смесью азота и инертного газа, причем объем контейнера находится в диапазоне от 50 до 2000 кг, и поддерживают движение контейнера в трех измерениях в течение периода времени от 1 до 5 часов.

Затем смешанный тонкоизмельченный порошок прессуют в герметичном прессе в атмосфере защитного газа азота, инертного газа или смеси азота и инертного газа. При прессовании применяют магнитное поле с абсолютной величиной, находящейся в диапазоне от 10 до 30 кЭ. С-ось монокристаллической частицы тонкоизмельченного порошка с хорошей скольжением единообразно находится вдоль направления ориентации магнитного поля. Далее тонкоизмельченный порошок прессуют в блоки-предшественники. Затем блоки- предшественники хранят в контейнере, заполненном защитным газом азотом, инертным газом или смесью азота и инертного газа. Прессованные блоки-предшественники отправляют в вакуумную печь для спекания и спекают при температуре в диапазоне от 1045 до 1085°С в течение периода времени от 4 до 8 часов, в вакууме или под защитным газом, затем печь заполняют газообразным Ar для уменьшения температуры внутри печи до менее 100°С.

Блоки-предшественники после спекания магнитов дважды закаливают в вакууме или под защитным газом: первое закаливание при температуре в диапазоне от 850 до 950°С, в течение периода времени от 3 до 5 часов, и затем печь заполняют газообразным Ar для уменьшения температуры внутри печи до менее 100°С; второе закаливание проводят при температуре в диапазоне от 450 до 650°С, в течение периода времени от 3 до 5 часов, и заполняют печь газообразным Ar для уменьшения температуры внутри печи до менее 80°С.

Защитный газ во время процессов спекания и закаливания может представлять собой азот, инертный газ или смесь азота и инертного газа.

Спеченный магнит Nd-Fe-B в соответствии с настоящим изобретением состоит по существу из редкоземельного элемента R, дополнительного элемента Т, железа Fe и бора В, имеет основную фазу кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B, и фазу, обогащенную редкоземельными элементами.

Редкоземельный элемент R представляет собой один или более чем один элемент, выбранный из Y, Se и пятнадцати элементов из ряда лантаноидов. Дополнительный элемент Τ представляет собой один или более чем один элемент, выбранный из Ti, V, Cr, Mn, Со, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Al, Zr, Nb, Mo и Sn. Например, R представляет собой один или более чем один элемент, выбранный из Nd, Pr, Dy, Tb и Ho, и Τ представляет собой один или более чем один элемент, выбранный из Al, Cu, Со, Ga, Ti, V, Zr, Nb, Mo и Sn.

Например, спеченный магнит Nd-Fe-B согласно настоящему изобретению может иметь состав от 18 до 26 масс. % Nd+Pr, от 2 до 13,5 масс. % Dy+Tb, от 0 до 0,6 масс. % Al, от 0 до 0,2 масс. % Cu, от 0 до 3 масс. % Со, от 0 до 0,2 масс. % Ga, от 0,93 до 1,0 масс. % В, и оставшаяся часть железо Fe и примеси.

Цилиндры размерами ∅10,0 мм×10,0 мм вырезали на электроэрозионном станке из блоков спеченного магнита с направлением по высоте в качестве направления ориентации. После намагничивания до насыщения вдоль направления ориентации измеряли кривые размагничивания цилиндров при помощи регистратора петли гистерезиса с получением параметров постоянного магнита. При температуре 20°С спеченный магнит согласно настоящему изобретению обладает остаточной индукцией Br ≥10,3 кГс, собственной коэрцитивной силой H_cj ≥s18 кЭ, максимальной энергией продукта (BH)_max ≥26 мГсЭ. В частности, сумма величин H_cj (в кЭ) и (BH)_max (в мГсЭ) ≥70. Например, сумма величин H_cj (в кЭ) и (BH)_max (в мГсЭ) ≥70, ≥71, ≥72, ≥73, ≥74, ≥75, ≥76, ≥77, ≥78, ≥79 или ≥80. Кроме того, сумма величин H_cj (кЭ) и (BH)_max (мГсЭ) находится в диапазоне от 70 до 93, от 70 до 90, от 70 до 85, от 75 до 93, от 75 до 90 или от 75 до 85.

В соответствии с настоящим изобретением максимальная энергия продукта (BH)_max (мГсЭ) спеченного магнита Nd-Fe-B может составлять ≥26, ≥28, ≥30, ≥32, ≥34, ≥36, ≥38, ≥40, ≥42 или ≥44. Собственная коэрцитивная сила H_cj (кЭ) спеченного магнита Nd-Fe-B может составлять ≥18, ≥20, ≥22, ≥24, ≥26, ≥28, ≥30, ≥32, ≥32, ≥34, ≥36, ≥38, ≥40, ≥42, ≥44, ≥46, ≥48 или ≥50. Остаточная индукция Br (кГс) спеченного магнита может составлять ≥10,3, ≥10,7, ≥11,1, ≥11,5, ≥11,8, ≥12,2, ≥12,5, ≥12,8, ≥13,2 или ≥13,5.

Например, в соответствии с настоящим изобретением спеченный магнит на основе Nd-Fe-B состоит по существу из редкоземельного элемента R, дополнительного элемента Τ, железа Fe и бора В, имеет основную фазу кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B и фазу, обогащенную редкоземельными элементами. Этот магнит характеризуется тем, что процентная доля площади основной фазы ко всей площади поперечного среза находится в диапазоне от 91% до 97% на поперечном срезе, перпендикулярном направления выравнивания (нормальное направление поперечного среза представляет собой направление ориентации). Например, процентная доля площади поверхности основной фазы находится в диапазоне от 92% до 96%, или от 92% до 95% или от 93% до 96%.

Цилиндры размером ∅10,0 мм×10,0 мм вырезали на электроэрозионном станке из блоков спеченного магнита с направлением высоты, перпендикулярным к направлению ориентации. После намагничивания до насыщения, перпендикулярного к направлению ориентации, кривые размагничивания цилиндров измеряли при помощи регистратора петли гистерезиса, перпендикулярного к направлению ориентации. Таким образом, получали остаточную индукцию, перпендикулярную к направлению ориентации . Сравнивая с остаточной индукцией, параллельной к направлению ориентации Br, можно оценить степень ориентации частиц основной фазы магнита. В соответствии с настоящим изобретением спеченный магнит проявляет при температуре 20°C. Например , <0,10 или <0,08.

Спеченный магнит можно анализировать при помощи дифракции рентгеновских лучей (XRD) для подтверждения того, что основная фаза спеченного магнита Nd-Fe-B имеет кристаллическую структуру Nd₂Fe₁₄B. При температурах 20°С параметры кристаллической решетки спеченного магнита по настоящему изобретению составляют а=0,8760~0,8800 нм и с=1,2000~1,2230 нм.

Плотность цилиндрического спеченного магнита с размерами ∅10,0 мм×10,0 мм измеряют при помощи способа осушения. Плотность спеченного магнита согласно настоящему изобретению находится в диапазоне от 7,60 до 7,80 г/см³ при температуре 20°С.

Микроструктура спеченного магнита может быть исследована при помощи металлографического микроскопа и проанализирована металлографически. Обнаруженный поперечный срез представляет собой поперечный срез, у которого нормальное направление поверхности представляет собой направление (ориентацию) намагничивания, т.е. перпендикулярно направлению (ориентации) намагничивания. Средний размер частиц основной фазы измеряли с помощью металлографией по Китайскому Национальному Стандарту GB/T 6394-2002. Средний размер частиц основной фазы измеряли с использованием однородного распределения линейных длин. Таким образом, средний размер частиц основной фазы в спеченном магните согласно настоящему изобретению находится в диапазоне от 5,0 до 10,0 мкм.

Процентная доля основной фазы спеченного магнита Nd-Fe-B на поперечном срезе может быть определена при помощи наблюдения с использованием металлографической микроскопии и при помощи способа системного анализа путем количественной металлографии (КМГ). Исследуемый поперечный срез образца представляет собой поперечный срез, на котором нормальное направление представляет собой направление (ориентацию) намагничивания спеченного магнита. Путем выбора поля зрения при определенном увеличении соответственно измеряют площадь всего выбранного поля (AT) и площадь основной фазы (А) в этом поле. Затем рассчитывают процентную долю тестируемой площади основной фазы А_а как А/АТ. Профессиональное программное обеспечение Image-Pro Plus (IPP) от Media Cybernetics может быть использовано для анализа результата наблюдения. На основе этого способа процентная доля основной фазы в спеченном магните Nd-Fe-B по настоящему изобретению составляла от 91% до 97% по сравнению с общее площадью поперечного среза, перпендикулярного к направлению ориентации магнита (нормальное направление поверхности п