专利名称：制作钕铁硼型磁排列片状材料的方法和设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及将磁各向同性的超细晶化合金坯料的颗粒加工成各向异性永磁材料的方法和设备，这种超细晶化合金颗粒含有一种或多种轻稀土(RE)元素，一种或多种过渡金属(TM)及硼，且具有Nd-Fe-B型金属间相。尤其突出的是本发明还涉及到将这类各向同性超细颗粒进行热加工以使其绝大部分晶粒或微晶呈磁排列的方法和设备，在那方面正如在权利要求1的序言中叙述的一样，例如同在EP-A-O133758中公开的一样。
我们已经知道了以稀土(RE)元素钕或镨或者二者兼而有之，过渡金属铁或铁与钴的混合物以及硼为基础的永磁体合成物。比较好的合成物中含有绝大部分的RE2TM14B相，其中TM是包括铁在内的一种或多种过渡金属元素。制作这种合金的较好的方法包括快速固结熔融状合金以获得一种实质上为非晶到微晶的微结构，这种微结构具有各向同性的永磁性质。在另一种较好的方法中，不具有可观矫顽力的过冷淬火合金能在一适当温度下退火，使晶粒生长从而在一种各向同性的永磁材料中感生出矫顽磁力。
我们还知道快速固结的RE-Fe-B基各向同性合金粉粒能被加工成一种相当致密的体材，这种体材料又能尽一步热加工并进行塑性变形，做成一种极好的各向异性永磁体。这样，经过冷淬火且具有可观的非晶微结构的合金经过高温下加工及塑性变形，使其晶粒长大，择优取向，结果导致其磁能积比最好的快速固结合金的磁能积高得多。尽管理论上说磁能积可高达64MGOe，但到目前为止由热加工、熔融法旋压成型的Nd-Fe-B永磁体，其最大磁能积约为50MGOe。
如上所述，优化的稀土(RE)-过渡金属(TM)-硼(B)永磁体合成物主要是由RE2TM14B的晶粒加上在晶界上以层状出现的含RE的次相组成的。特别值得提出的是，永磁产品中的RE2TM14B晶粒在最大尺度上平均来说不大于500nm。
然而，这种采用热模镦锻程序进行热压的过程只适合于它特定的目的。在某些加工过程中可能要求将各向同性的粉粒直接转变成各向异性的永磁粉粒。然后这种各向异性的粉粒能与一合适的基体混合并被成型加工成具有磁各向异性性质的粘合永磁体。
按照本发明来制作含有铁、钕/镨及硼成分的磁各向异性合成物的方法，其特点在于它具有一系列优点，这些优点在权利要求1的说明部分作了详细的叙述。
本发明考虑设计了下述方法和仪器，即用含有RE2TM14B晶粒的非晶或微晶材料的粉粒，如熔融旋压的带状微粒，制成片状磁各向异性材料，这里RE是一种或多种稀土元素，其中至少有百分之六十是诸如钕和/或镨一类的稀土材料，TM是铁或铁与钴的混合物而B是元素硼。如果需要的话，可将带材粉碎成一个个这样的各向同性粉粒。这些粉粒随后被加热到粘滞状态，并被逐一加工以使每一粉粒变形，同时使微晶或晶粒沿一从尤磁化轴排列并形成片状材料，且这些粉片不会互相熔合。具有这种排列的微晶的粉片随后被逐一冷却并收集起来用以加工具有磁各向异性性质的永磁体。
本发明的一个特点是提供了一种方法，在这种方法中单个磁各向同性的粉粒通过一个热源并被加热到粘滞状态;然后这些粉粒在粘滞状态下被驱送到一热加工仪器的两表面上，该两表面间隔有一定的间隙;随后在这些单个的粉粒仍为粘滞状态时将其在间隙表面间变形从而加工出单个的粉片。该方法考虑了在产生一种晶粒沿择优晶化的磁轴方向排列的微晶晶粒结构的同时，保持各粉粒间在这种加工形变过程中有一可控的间隔，以防止最终出来的各粉片熔合在一起。
本发明的一个特点是提供了一种在前面的事例和细节中提出的方法，在那里各向同性的粉粒被引至一等离子焊枪处，在那里粉粒被加热至粘滞状态然后被等离子喷加带到成型模具表面。
本发明还有另一个特点，即通过一个连续的过程，将各向同性的粉粒在粘滞状态时进行加工，该连续过程包括使粘滞粉粒通过一对热加工轮之间的间隙从而进行加工成型。
本发明第三个特点，即提供一种上面所提到的方法，该方法包括在1到350μm的范围内筛分各粉粒以获得最终的各向异性片状材料，它能与基体材料相混合，接着可被加工成不同形状的各向异性永磁体。
最后一个特征在于提供了实施上述方法的设备，其中设备包括一个等离子喷加系统及一对反向旋转的滚轮，用来将从等离子喷加系统喷射出来的粉粒加工成单个磁各向异性的粉片材料。
本发明的方法可应用于由适量的过渡金属成分，适量的稀土成分和硼组成的合成物。
过渡金属成分是铁或者铁与钴，镍，铬或镁中的一种或多种的混合物。钴可替换40%原子比的铁，铬，镁及镍的替换量较低，最好是少于10%原子比左右。锆和钛可以极少的量(约为铁的2%原子比)替代铁。可以允许有极少量的碳和硅存在，因为低碳钢是合成物中铁的来源。该组分中最好含有约50%原子比到90%原子比的过渡金属成分-其中大部分是铁。
该合成物中还含有约10%原子比到50%原子比的稀土成分。钕和/或镨是基本的稀土成分。如指出的那样，它们可以互相替换使用。相对少量的其它稀土元素，如钐、镧、铈，铽和能与钕和镨混合而不显著地损失所要求的磁性能。这些稀土元素的含量最好不要超过稀土成分的40%原子比。预计在稀土成分中将有少量的杂质。
该合成物中含有至少1%原子比的硼，最好是1%原子比到10%原子比的硼。
整个成分也可用一个总的表达式RE1-X(TM1-yBy)X来表示。稀土(RE)元素构成组分的10%原子比到50%原子比(X＝0.5到0.9)，至少60%原子比的稀土成分是钕和/或镨。这里所用的过渡金属(TM)构成整个成分的约50%原子比到90%原子比，其中铁占过渡金属成分的至少60%原子比到80%原子比。其它成分，如钴、镍、铬或镁，在上述试验公式所考虑的范围内称作“过渡金属”。
硼占整个组分的1%原子比到10%原子比左右(y＝0.01到0.11)。
本发明的操作可应用于含铁-钕和/或镨-硼的合成物系列，这些合成物又可进一步由作为材料主要成分的四方晶相的出现或形成来表征，该四方相已在上面作过叙述，其原子表达式为RE2TM14B换言之，热加工的永磁体产品包含有至少50%重量比的这种四方相。这里RE主要表示Nd或Pr而易磁化方向平行于四方相晶体的“C”轴。合适的组分也包含至少一个附加相，典型的相出现在RE2TM14B相的晶粒边界上。次相含有稀土成分，而且该成分在次相中比在主相中的含量丰富。
为方便起见，该组分已用原子比例表达出来。显然这些技术要求可以很容易地转化为重量比来配制这些成分的混合物。
为了说明起见，本发明将用近似为下列配比的成分来描述Nd0.13(Fe0.95B0.05)0.87然而，要理解的是本发明的方法适用于一系列上述所描述的组分。
这种一种组分的混合物通过电弧熔化形成合金锭料。锭料再次熔化并迅速固化，例如熔融旋压成型法，即熔料从一小直径的喷管射出，流到一个旋转冷模的表面。这样熔融状金属合金几乎是立即被固化并以小的带状粉粒的形式从旋转表面脱落下来。
最终的产物可能是非晶态材料也可能是超细晶化材料。如果材料是晶化的，则它包含Nd2Fe14B型金属间相，该相具有高的磁对称性。淬火材料形成时是磁各向同性的。
根据冷却速率，熔融的过渡金属-稀土-硼混合物固化后能具有各种各样的微结构。然而，到目前为止，晶粒尺寸大于几个微米的熔融旋压材料还没有获得满意的永磁体性能。细晶粒微结构，其中晶粒具有的最大尺寸约为20到500毫微米，具有矫顽力及其它有用的永磁体性质。非晶材料则不具备这些性质。然而，某些玻璃化的微结构材料能通过退火而转化成具有各向同性磁性质的微晶永磁体。本发明适用于这种过冷淬火的玻璃化材料。它也可适用于淬火过的高矫顽力微晶材料。必须注意避免高温下放置过长时间，以避免由于晶粒过度长大而引起的矫顽力下降。
根据本发明，这种形成带状的合金被粉碎成粗糙的粉末状颗粒。
这种快速固化的材料的各粉粒随后被加热并被送到一合适的变形仪器的热加工表面上。各粉粒在粘滞状态下经设备进行变形(近似为750℃)。将每个Nd-Fe-B粉粒塑性变形，使各粉粒中通常为球形的晶粒平展以便促使晶粒或微晶沿-从尤晶化的磁轴方向取向，从而产生磁各向异性材料。
本发明择优选用的一套具体设备是一台通过某种运载气体，从给料料箱中供给磁各向同性颗粒的设备。粉粒由等离子电弧加热并从一等离子喷射枪中射向两反向旋转的滚轮，该两轮子间隔有一定的距离以形成一形变间隙。调整间隙的大小，使其约为较小的带状粒子大小的一半，以便提供所需要的形变量。粉粒从等离子喷射枪中射向滚轮表面间间隙的进入端。
粉粒成型的过程发生在粉粒处于粘滞状态的时候(大约为750℃)。在使用本发明的设备时，粘滞的粉粒被溅射通过两滚轮间间隙的进入端以便有相当百分比的粉粒在滚轮间隙间分别形变而不熔合成更大的颗粒。间隙的大小可以变化以控制形变量。
最终的经形变的粉粒从一球体状平展成粉片状。这些粉片经冷却后从间隙的输出端以单个粉片的形式射出。
在这样一种形变过程中，以粘滞球状出现的各向同性晶粒以这样一种形式旋转以致它们的(Nd7Pr)2TM14B相的C轴变得与由旋转的滚轮造成的粘滞束流方向垂直。这种沿一从尤晶化的磁轴的取向在最终的单个粉片中产生磁各向异性材料。
本发明的上述目的和优点将从随后对本发明的详细描述及附加的框图中得到更好的了解。
图1是一略图，表明了本发明的一种择优选用的操作过程。
图2是一制作磁各向同性的带状粉粒的设备简图。
图3是一等离子喷射和热加工图2中的带状粒子的设备简图。
图4是简图3中的局部放大图，显示了图3中设备中的形变间隙的进入端。
图5是球状各向同性晶粒的图解示意。
图6是这种晶粒形变成各向异性晶粒的图解示意。
而图7是另一种形变这种各向同性的晶粒的过程简图。
本发明的详细描述现在参照图1，本发明所发明的方法包括下列概括的几步1.形成工艺10，在这一步形成各向同性的带状粉粒。
2.加热工艺12，在这一步每一独立的粉粒被加热到一个温度，在这一温度下粉粒处于粘滞状态。
3.驱送工艺14，在这一步粘滞状粉粒被推进到一热加工仪器的表面上。
4.成形工艺16，在这一步每一粉粒经加工成形形成最后的磁各向异性材料的粉片。
5.冷却和提取工艺18，在这一步粉片状颗粒离开热加工仪，粉片间不粘连。
本发明的形成工艺10可适用于磁各向同性的非晶或微晶材料，这些材料基本上由球状的无规取向的Nd2-Fe14-B晶粒加上富稀土晶界组成。
合适的合成物可由图2中所示的熔融法旋压成型仪获得。Nd-Fe-B原材料装在一适宜的容器内，例如石英坩埚22，混合物由一感应或电阻加热器24熔化。熔化后的合金受到一种惰性气体例如氩气源8的挤压。一个小的圆形喷射口26，例如直径约为500微米，安装在坩埚22的底部。在坩埚顶部装有一阀门以便能增大氩气的压强从而将熔化物从容器中以非常细的束流30喷出。
熔融束流30喷到一个安装在喷口下约6.35mm处的运动冷却面32上。在这里所描述的例子中，冷却表面是一个直径为25cm厚度是1.3cm的铜轮34，其园周表面是镀铬的。轮子在运转时并不需要冷却，因为它的质量比起任何一转中流到其上的熔化物的量来说要大如此之多以致于它的温度不会有明显的变化。
另一种方法可选用水冷轮。当熔化物落在旋转轮上时，它变平展，几乎立即固化并以带或带状颗粒36的形式甩落下来。带状粒子36的厚度及冷却速度极大地取决于轮子的园周速度。在这项工作中，可以改变轮子的速度，以便产生为应用本发明所要求的微晶带材。
冷却速率，即冷却轮的速度，最好能使得产生一种微晶结构，该结构具有Re2TM14B晶粒，晶粒的最大尺度平均来说不大于500nm，且最好是小于200nm。
带状合金被破碎成粗大的粉粒36，其平均大小在最大尺度上具有150μm的量级。
原材料的大小可从破碎或碎的带36中选出，其选择范围为1到350μm之间。
图3给出了等离子喷射仪器40和滚轮70及72，它们用来完成上述加热12，驱送14，成形16及冷却和提取18各步骤。具体地说，这些仪器包括一个等离子枪40，它通过一输运管46与一供料箱44相连。供料箱44中装有磁各向同性的带状粉粒38。供料箱由一合适的来自源48的输运气体加压。输运气体将粉粒38运送到位于等离子喷管40末端处的等离子栅64中，等离子在电极52和一段导电的壳片54之间形成。电极52通过一合适的电弧电流发生器56与壳片54相连接。电弧气体流过通道58和60产生等离子喷射栅64，粉粒则由输运气体压射进入喷射栅，在粉粒入口处的喷射栅64的温度必须合适，即正好能将粉粒加热到粘滞状态(约750℃)而不熔化。
喷射栅64被放到一对已安放好的反向旋转轮70和72的表面66和68上，用来对单个粉粒一一进行热加工。
图4对此作了很好的描述旋转轮70和72安装在驱动轴上，两轴在两轮之间设置了一个间隙74。间隙74的尺度小于射向两轮70和72的各粉粒76的尺度。被送入间隙的粉粒76一般是是片晶形的，当它们经过滚轮的形段72a，即间隙74的入口端的挤压后，将形变为略微呈球形的形状。
通过轮子70和72的旋转，挤压后的球状粉粒被送入间隙74，调整间隙的大小使球状粉粒76a的形状变成非常薄的条形片晶。在这种形变过程中，片状粉粒76a及76b保持在粘滞状态，并且选择射向滚轮的形段72a的粉粒的溅射栅以使最大数目的经挤压的粉粒间保持隔离而不熔合。结果，绝大多数的压片76b不会互相熔合。
压片76b在通过间隙74的末端出口时冷却。最终的产物是一些已经过变形的压片材料。
如图5所示，粉粒76在形变前具有球形的晶粒或微晶78，它们是磁各向同性的材料。如上所述，RE2TM14B晶粒的“C”轴是无规向排列的，它导致了这种各向同性的性质。显然，在图示中晶粒本身及晶粒间相的厚度均作了很大的放大和夸张。
当粉粒76被热加工再次成型，一般说来为球状的76a变成片状76b时，晶粒从78变成压片80(见图6)，其“C”轴旋转成与上述热形变或平展方向相垂直。这种晶粒沿从尤晶化磁轴方向的排列导致了具有良好永磁各向异性性质的粉片的形成。
滚轮70和72可加以冷却液以便调整粉片76b在间隙74中的冷却速率。对于加工过程，等离子喷射的粒子必须在粘滞状态时通过两滚轮之间，任何将粉粒冷却到低于粘滞状态的做法将导致粉粒的破碎，从而阻碍了热加工过程中粉粒的结晶取向。
当在图3的设备中给出压延型滚轮时，应该了解到其它的滚轮成形设备可同等地用于本发明的应用中。同样其它类型的热源和驱动系统可用来将各向同性的原材料驱送到形变间隙中。例如，如图7所示，粉粒能从一喷射管90引出并通过在一加热电极92和一离心机转筒之间产生的一电弧。转筒94有一内表面96，可接收打在其上的粘滞状加热粉粒并将其粘住。转筒相对于滚柱而旋转，其内壁96与滚柱形成间隙100，设定其大小以使各向同性材料的片晶平展成各向异性材料的粉片。刮板102用来从内壁96上刮落粉片并收集在给料斗104中。粉料的这种形变会在各粉粒的每一粒中产生同样要求的晶粒磁轴的结晶取向。粉粒由射向内壁96的溅射栅分离以防止各粉粒在间隙100处形变时以及在随后从仪器中收集的过程中熔合在一起。
还可设计出应用本发明的其它具体设备，例如，可在磁各向同性的粉粒从竖直放置的管中坠落到一对不平放置的热加工轮之间的间隙中时，对其进行适当的加热。
权利要求
1.一种制取含有铁、钕/镨及B的磁各向异性混合物的方法，所述混合物或者在加工时就具有可观的矫顽力或者通过热处理而获得这种矫顽力，所说的方法包括制备一种含有一种过渡金属(TM)，一种或多种稀土金属(RE)及硼的熔融状混合物，其中过渡金属取自一组铁及铁与钴的混合物系列，稀土元素则包括钕和镨。这样一种成分的配比足以形成一种产品，其基本构成为可以用经验公式RE2TM14B来表示的四方晶相化合物。快速固化上述混合物会形成磁各向同性的非晶或超细晶化颗粒材料(38)，这些材料含有所说的化合物及通常为球形的小晶粒，其平均尺寸不大于200nm左右。然后对上述磁各向同性的材料进行热加工，从而将其转变成所说的磁各向异性的混合物。该方法的特征在于它包括将粉粒(38)加热到热加工温度；将加热粉粒(76)逐一驱送到一热加工仪(70，72)的协同加工表面(66，68)上；在上述加工表面(66，68)间挤压各粉粒，使粉粒(76a)塑性变形，从而使晶粒平伸并由此制备出磁各向异性的扁平形粉粒，移走并冷却各扁平的粉粒(76b)，扁平粉粒(76b)的晶粒尺寸不大于500nm左右。
2.按照权利要求1来制备磁各向异性混合物的方法，其特征在于等离子喷射枪(40)形成喷射栅(64)，磁各向同性的材料的粉粒通过射入喷加栅而被加热，并由等离子喷射将上述加热粉粒推至形变面(66，68)。
3.按照权利要求1来制备磁各向异性混合物的方法，其特征在于热加工仪(70，72)的协同加工表面(66，68)形成一间隙(74)，被加热的粉粒(76)被引至此间隙中进行加压形变以使各粉粒(76a)变化一个个的粉片(76b)。
4.按照权利要求3来制备磁各向异性的混合物的方法，其特征在于间隙(74)是在一对旋转的滚轮(70，72)间形成的。
5.按照权利要求4来制作磁各向异性混合物的方法，其特征在于滚轮(70，72)是反向旋转的。
6.按照前面的权利要求中的任何一项来制备磁各向异性混合物的方法，其特征在于该方法包括可筛分磁各向同性粉粒(38)以获得大小在1到350μm范围内的粉粒。
7.按照权利要求6来制作磁各向异性混合物的方法，其特征在于通过筛分磁各向同性的粉粒(38)可得到具有一额定的平均大小为150μm的各粉粒。
8.用来将成分基于稀土元素，铁和硼的永磁各向同性材料加工成永磁各向异性材料的设备，在那里磁各向同性的合金材料被加工成断带状粉粒材料(38)，它具有RE2TM14B型微晶结构，这里RE是一种或多种稀土元素，其中至少60%原子比是钕和/或镨，TM是铁或者铁-钴混合物而B是硼元素。该设备的特点在于上述设备包括加热装置(40)，它将粉粒(38)加热到粘滞状态;热加工装置(70，72);驱送装置(44，46，48)，它在粉粒为粘滞状态时将粉粒(76)驱送到上述热加工装置(70，72)以便在其上形变各粘滞粉粒(76a);上述热加工装置包括一对可运动的表面(66，68)，当粉粒(76a)处于粘滞状态时，将其在上述可运动的表面(66，68)上形变从而加工成型各粘滞粉粒(76a)。上述表面(66，68)可相对于被推进的粉粒(76a)移动，以便在这种成型过程中保持各粘滞粉粒间有一可控的间隔，从而在使每一成型粉粒的晶粒结构沿着一从尤晶化磁轴排列的同时防止各成型粉粒(76b)熔合在一起;以及用来冷却和从上述热加工装置(70，72)上移走各成型粉粒(76b)的装置，用以形成分离的永磁各向异性材料的粉片。
9.按照权利要求8所说的设备，其特征在于上述加热装置包括一个等离子喷射枪，并配有推进装置(44，46，48)，用来将磁各向同性材料的粉粒(38)推进到上述等离子喷射枪(40)的喷射栅(64)中，形成该喷射栅是为了在将上述粉粒(38)驱送到上述可移动表面(66，68)之前，将上述粉粒加热到粘滞状态。
10.按照权利要求8中的设备，其特征在于上述加热装置包括一对具有间隙(74)的热加工滚轮(70，72)，粘滞粉粒(76a)被驱送通过该间隙(74)从而被加工成型。
11.按照权利要求10所说的仪器，其特征在于上述热加工轮是反向旋转的压延型轮(70，72)。
全文摘要
一种制取含有铁、钕/镨和硼的磁各向异性混合物的方法和设备。该方法包括将粉粒(38)加热到热加工温度；加热后的粉粒被逐一驱送到一热加工装置(70，72)的协同加工表面(66，68)上；在上述加工表面(66，68)间挤压各粉粒，以使粉粒产生塑性变形，从而平展各晶粒，由此制备出扁平状的磁各向异性粉粒。移走并冷却各扁平状粉粒，这种扁平状粉粒(76b)的平均晶粒尺寸不大于500nm左右。
文档编号B22F9/02GK1039926SQ8910297
公开日1990年2月21日 申请日期1989年4月28日 优先权日1988年4月28日
发明者杰里·爱德华·哈弗斯迪 申请人:通用汽车公司