專利名稱：稀土磁體合金鑄塊、其生產(chǎn)方法、r-t-b型磁體合金鑄塊、r-t-b型磁體、r-t-b型粘結(jié)磁體 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土合金鑄塊、包含稀土合金鑄塊的燒結(jié)磁體、生產(chǎn)稀土合金鑄塊的方法、生產(chǎn)稀土合金薄片的方法、R-T-B型磁體合金鑄塊、R-T-B型磁體、R-T-B型磁體合金薄片、R-T-B型磁體合金粉末、R-T-B型粘結(jié)磁體、R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊、R-T-B型交換彈性磁體、R-T-B型交換彈性磁體合金粉末以及R-T-B型交換彈性粘結(jié)磁體。
背景技術(shù)：
由于合金的高性能特點(diǎn)，近年來用作磁體合金的Nd-Fe-B合金的產(chǎn)量急劇上升，這些合金可用于HD(硬盤)、MRI(magnetic resonanceimaging，核磁共振成像)、各種電動(dòng)機(jī)等中。典型地，部分Nd原子被另一種稀土元素(例如Pr或Dy)替代(此處Nd及被替代的Nd用R表示，而且Y是至少一種選自包含Y的稀土元素的元素)或部分Fe被另一種金屬元素(例如Co、Ni、Cu、Ga或Al)替代(此處Fe及被替代的鐵用T表示)。此類被替代的合金以及Nd-Fe-B合金通常被稱為R-T-B型合金。
R-T-B型合金包含作為主相的、由R2T14B晶體形成的鐵磁體相(該相對(duì)磁化作出了貢獻(xiàn))，以及具有低熔點(diǎn)并以高濃度包含一種或多種稀土元素的、位于R2T14B晶界中的、無磁性的富R相。R-T-B型合金是一種活性金屬材料，因此，通常在真空或惰性氣氣氛中熔化和型鑄造合金。
在典型的生產(chǎn)磁體方法中，將合金的鑄塊粉末化成粒度約為3μm(用FSSS(Fisher Sub-Sieve Sizer，F(xiàn)isher Sub-Sieve顆粒分析儀)測(cè)量)的粉末；粉末在磁場(chǎng)中壓制成形；將得到的壓制物置于溫度高至約1000至1000℃的燒結(jié)爐中燒結(jié)；可以根據(jù)需要對(duì)燒結(jié)物進(jìn)行加熱、機(jī)械加工、電鍍以防腐蝕。
富R相起著以下重要作用(1)由于富R相熔點(diǎn)低，該相在燒結(jié)過程中熔化為液體，因而助于獲得所得到的磁體的高密度，從而提高磁化。
(2)富R使晶界變得光滑，因而能減小反磁疇中成核點(diǎn)的數(shù)量，從而提高矯頑力。
(3)富R相可以使主相磁絕緣，因而可提高矯頑力。
由此，形成均勻分散的富R相是關(guān)鍵性的，因?yàn)榉駝t生產(chǎn)出的磁體的磁特性將受到不利影響。
磁體--最終產(chǎn)品--中富R相的分布高度取決于原料合金鑄塊的金相組織。具體地說，在型鑄造合金時(shí)，慢速冷常形成大的晶粒，在這種情形下，粉末化后的產(chǎn)品的粒度比結(jié)晶粒度小得多，在對(duì)合金進(jìn)行型鑄造時(shí)，富R相不是被包含在晶粒中，而是實(shí)際上處于晶粒界面中。因此，僅由不含富R相的主相的顆粒和僅由富R形成的顆粒使主相和富R相難以均勻地混合在一起。
型鑄造中涉及的另一個(gè)問題是γ-Fe由于冷卻速度慢而傾向于以初生晶體形式成型。在約910℃或更低的溫度下，γ-Fe轉(zhuǎn)化為α-Fe，這在磁體生產(chǎn)過程中會(huì)降低粉末化效率。如果在燒結(jié)后α-Fe仍然存在，燒結(jié)產(chǎn)物的磁特性就會(huì)變壞。因此，通過型鑄造獲得的鑄塊必須在高溫下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的均質(zhì)化處理以除去α-Fe。
為解決上述問題，有人建議并在實(shí)際生產(chǎn)步驟中采用帶鑄法(stripcasting method，以下用SC法表示)，這種方法保證了鑄造中的冷卻速度比型鑄造中所獲得的速度更快。
在SC法中，將熔化的金屬慢慢注于其內(nèi)部用水冷卻并以約1mm/秒的邊緣速度旋轉(zhuǎn)的銅輥上，經(jīng)快速冷卻凝固，從而形成厚度約0.1到1mm的薄片(日本專利申請(qǐng)公開(kokai)第05-222488號(hào)和05-295490號(hào))。在鑄造過程中，熔化的金屬通過快速冷卻而凝固(solidify)，從而生產(chǎn)出具有含有細(xì)密分散的富R相的微晶結(jié)構(gòu)的合金。因?yàn)楹辖鹬懈籖相是細(xì)密分布的，通過合金的粉末化和燒結(jié)后獲得的產(chǎn)物中富R相的分布也變得令人滿意，從而成功地改善了磁特性(日本專利申請(qǐng)公開(kokai)第05-222488號(hào)和05-295490號(hào))。但是，當(dāng)R的含量(％)下降時(shí)，即使采用上述方法也不能避免α-Fe。例如，當(dāng)Nd-Fe-B三元合金中Nd的百分比小于或等于28重量％時(shí)，α-Fe的生成變得相當(dāng)多。
由此產(chǎn)生的α-Fe使磁體生產(chǎn)步驟中合金鑄塊的可粉末化性顯著變壞。
圖9是在SEM(掃描電子顯微鏡)下觀察到的背散射電子圖像，該圖顯示了用傳統(tǒng)的SC法鑄造的Nd-Fe-B鑄塊(Nd30.0質(zhì)量％)的橫截面。
圖9中，富Nd相(即富R相中的R為Nd)對(duì)應(yīng)于亮部。部分富Nd相為沿著凝固方向(從左(銅輥側(cè))向右(空側(cè)))延伸的相連的棒狀。另一部分富Nd為點(diǎn)狀并且是分散的。在棒狀富Nd相中，晶界和晶粒中的生長(zhǎng)方向與棒狀富Nd相的經(jīng)線方向一致。盡管鑄造后進(jìn)行的熱處理稍稍減少并分裂了棒狀富Nd相，鑄造過程產(chǎn)生的影響仍然普遍，而且點(diǎn)狀或棒狀富Nd相呈不均勻分散。這種微晶特征是采用SC法鑄成的Nd-Fe-B鑄塊橫截面金相組織的典型特征。
如上所述，R-T-B型合金包含作為主相的、對(duì)磁化產(chǎn)生貢獻(xiàn)的、由R2T14B晶體形成的鐵磁體相，以及位于R2T14B晶界中的、不具磁性、熔點(diǎn)很低、并以高濃度含有一種或多種稀土元素的富R相。R-T-B型合金是一種活性金屬材料。因此一般在真空或惰性氣體氣氛中熔化和鑄造合金，鑄造合金提供了燒結(jié)磁體和粘結(jié)磁體。以下對(duì)燒結(jié)磁體和粘結(jié)磁體進(jìn)行說明。
(1)燒結(jié)磁體除其他方法外，用于燒結(jié)磁體的合金鑄塊是使用鉸接式模鑄法(bookmoulding method，以下用BM法表示)和SC法生產(chǎn)的。在BM法中，熔融金屬在以水從內(nèi)部冷卻的銅?；蜩F模中鑄造，從而生產(chǎn)出厚度為約5到50mm的鑄塊。
將采用上述任一種方法生產(chǎn)的合金鑄塊在惰性氣氣氛(如氬氣、氮?dú)?中粉末化以得到約為3μm的粒度(采用FSSS(Fisher Sub-Sieve Sizer)法測(cè)量)，產(chǎn)生的粉末在磁場(chǎng)中在0.8到2噸/cm2的壓力下壓制成型，再將得到的壓制物置于溫度約1,000到1,100℃的燒結(jié)爐中燒結(jié)(以下將從粉末化到燒結(jié)的步驟統(tǒng)稱為粉末臺(tái)金法)，并且根據(jù)需要將燒結(jié)物在500到800℃下加熱、機(jī)械加工、電鍍以防止腐蝕，從而生產(chǎn)磁體。
在這些方法中，SC法可產(chǎn)生細(xì)密的微晶結(jié)構(gòu)并生產(chǎn)出其中由高濃度非磁性稀土元素形成的低熔點(diǎn)富R相細(xì)密分散的合金。由于富R相細(xì)密分散于合金中，合金粉末化、燒結(jié)后富R相得可分散性也變得令人滿意，由此成功地得到了與采用BM法生產(chǎn)的鑄塊相比改善了的磁特性。
(2)粘結(jié)磁體呈厚度為10到100μm的帶狀的用于粘結(jié)磁體的合金鑄塊是采用超快冷卻法(即通過將熔化的金屬通過坩堝底部的孔從坩堝中噴射到以約20m/秒的高邊緣速度旋轉(zhuǎn)的銅輥上)生產(chǎn)的。使用超快冷卻法生產(chǎn)的合金帶可根據(jù)需要在400到1,000℃下加熱，然后粉末化成粒度500μm或更小的顆粒。將粉末和樹脂的混合物壓制成型或注射成型從而制得磁體。因?yàn)閹У拇盘匦允歉飨蛲缘?，用其生產(chǎn)的粘結(jié)磁體也表現(xiàn)出磁各向同性。
近來提出了具有硬磁相和軟磁相的復(fù)合結(jié)構(gòu)的交換彈性磁體，其中每相都包含尺寸為10到100nm的晶粒。含有相當(dāng)細(xì)密的晶粒的用于交換彈性磁體的合金鑄塊通常使用超快冷卻法來生產(chǎn)。制成的鑄塊可根據(jù)需要在400到1,000℃的溫度下加熱，然后粉末化成粒度500μm或更小的顆粒。將粉末和樹脂的混合物壓制成型或注射成型，從而形成交換彈性磁體。交換彈性磁體中剩余磁通密度和矯頑力通常分別取決于軟磁相的晶粒和硬磁相晶粒。因?yàn)榻粨Q彈性磁體的硬磁相必須表現(xiàn)出高度各向異性的磁場(chǎng)，硬磁相由稀土材料(如R2T14B、Sm1Co5、或Sm2Co17)形成。軟磁由Fe、Fe2B、Fe3B等形成，其表現(xiàn)出高飽和磁化。
在鑄造狀態(tài)下，用BM法或SC法生產(chǎn)的R-T-B型磁體合金鑄塊呈非常弱的磁特性，并因此而不能當(dāng)作磁體使用，其原因如下。對(duì)于R-T-B型磁體，矯頑力的產(chǎn)生是在基于晶核形成的機(jī)理上呈現(xiàn)的。具體而言，鑄造狀態(tài)下晶例界面含有晶格缺陷和紊亂，這些晶格缺陷和紊亂成為產(chǎn)生反磁疇的核(以下將核稱為成核點(diǎn))。即使施加弱的反磁場(chǎng)，也會(huì)在成核點(diǎn)發(fā)生磁性翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致整個(gè)晶粒的磁性翻轉(zhuǎn)。特別地，用BM法生產(chǎn)的合金鑄塊含有大量主要粒度約數(shù)mm的晶粒，用SC法生產(chǎn)的合金鑄塊含有大量主要粒度100μm或更大的晶粒。由于具有如此大的結(jié)晶粒度，磁性翻轉(zhuǎn)所需的空間相對(duì)于合金的總體積來說是大的，這就使合金的磁特性非常差。
為避免這種情況，如上所述，將合金鑄塊粉末化成粒度約3μm的顆粒，隨后燒結(jié)從而生產(chǎn)出磁體。這樣生產(chǎn)出的磁體結(jié)晶粒度為約5到約20μm，并且在燒結(jié)過程中變成液態(tài)的低熔點(diǎn)的富R相使不規(guī)則的晶界變得光滑，減少了成核點(diǎn)，從而增強(qiáng)了矯頑力。但是，從粉末化到燒結(jié)的過程涉及相當(dāng)高的成本，特別是當(dāng)合金粉末是活性R-T-B型磁體合金粉末時(shí)，從較少變化的產(chǎn)品質(zhì)量和更安全的生產(chǎn)步驟出法，采取在惰性氣氣氛中進(jìn)行粉末化和燒結(jié)這樣的措施。此類措施也增加了成本。
同時(shí)，使用超快冷卻法生產(chǎn)的用于R-T-B型粘結(jié)磁體的帶可根據(jù)需要在500到800℃下加熱以獲得最理想的磁特性。經(jīng)過熱處理，可提供結(jié)晶粒度10到100nm并顯示出磁各向同性的帶。由于帶狀鑄塊并不實(shí)用，將其粉末化成粒度500μm或更小的顆粒。將粉末和樹脂的混合物壓制成型或注射成型，從而提供各向同性的粘結(jié)磁體。也曾經(jīng)提出采用各向同性塊狀磁體的生產(chǎn)方法，該方法包括在700℃和1噸/cm2下對(duì)帶狀合金進(jìn)行熱壓(R.W.Lee，《實(shí)用物理通信》(Appl.Phys.Lett.)46(1985)、日本專利申請(qǐng)公開(kokai)第60-100402號(hào))。
但是，與BM法和SC法相比，超快冷卻法產(chǎn)量較低，另外，包括熱壓步驟的各向同性塊狀磁體需要高成本。
采用超快冷卻法生產(chǎn)的用于交換彈性磁體的帶狀合金也可根據(jù)需要在500到800℃下加熱從而獲得最優(yōu)的磁特性。經(jīng)過熱處理，可提供結(jié)晶粒度為10到100nm并呈現(xiàn)出磁各向同性的帶。但是帶狀鑄塊并不實(shí)用，將帶粉末化成粒度500μm或更小的顆粒。粉末和樹脂的混合物經(jīng)壓制成型或注射成型從而提供各向同性的粘結(jié)磁體。已經(jīng)公開了包括將帶等離子體燒結(jié)的各向同性塊狀磁體的生產(chǎn)方法(SPS法)(如Ono、Waki、Fujiki、Shimada、Yamamoto、Sonoda和Tani，大會(huì)報(bào)告摘要，日本金屬研究院大會(huì)，2000年春)。
但是，如上所述，使用超快冷卻法生產(chǎn)帶狀合金的產(chǎn)量低。此外，包括等離子燒結(jié)的各向同性塊狀磁體的生產(chǎn)方法涉及相當(dāng)高的成本。
本發(fā)明人此前改進(jìn)了傳統(tǒng)的離心鑄造法，并由此衍生出了另一種凝固方法及用其設(shè)備(日本專利申請(qǐng)公開(kokai)第08-13078和08-332557號(hào))。具體地說，通過在模具內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)并具有多個(gè)管口的方盒狀漏斗將熔融金屬引到旋轉(zhuǎn)的模具內(nèi)，熔融金屬通過管口在旋轉(zhuǎn)模具的內(nèi)表面上沉積并凝固(這一方法被稱為CC(Centrifugal Casting離心鑄造)法)。
在CC法中，將熔融金屬持續(xù)澆在已經(jīng)沉積并凝固的鑄塊上。新澆鑄的熔融金屬在模具轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)半凝固，凝固速度借助模具的轉(zhuǎn)動(dòng)得以加快。但是采用CC法生產(chǎn)低R含量的合金時(shí)，由于高溫區(qū)中的低冷卻速度，不可避免地生成了對(duì)磁特性和磁體生產(chǎn)步驟不利的α-Fe。
為防止在R-T-B型合金鑄塊中形成α-Fe，本發(fā)明人試圖通過降低熔融金屬的沉積速度來提高CC法中冷卻-凝固的速度，并在此前提出了離心鑄造法，其中包括從旋轉(zhuǎn)的漏斗噴灑熔融金屬并使噴灑的熔融金屬沉積到一個(gè)旋轉(zhuǎn)模具的內(nèi)表面(日本專利申請(qǐng)第2000-262605號(hào))。通過使用上述方法，發(fā)現(xiàn)α-Fe生成得到了抑制。這樣，就可得到增強(qiáng)所產(chǎn)磁體磁特性的低R含量鑄造合金鑄塊。
但是當(dāng)R含量降低時(shí)，富R相的含量降低，這就可能無法生產(chǎn)具有高密度和增強(qiáng)了的矯頑力的燒結(jié)磁體。因此認(rèn)為必須通過更快的冷卻-凝固速度獲得細(xì)密和均勻分散的富R相，從而進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)品磁特性。
此外，如此生產(chǎn)的R-T-B型合金鑄塊含有大量主要尺寸為1,000μm或更大的晶粒，而且在鑄造狀態(tài)下表現(xiàn)出非常差的磁特性。因此，認(rèn)為必須進(jìn)一步提高冷卻-凝固速度從而減小晶粒的尺寸。
本發(fā)明人已經(jīng)對(duì)離心鑄造技術(shù)的改進(jìn)進(jìn)行了廣泛的研究，并已經(jīng)發(fā)明了新的控制熔融金屬供給速度、并提高從已經(jīng)沉積并凝固的合金鑄塊的鑄造面到鑄模內(nèi)表面壁的傳熱效率的方法。
已經(jīng)確認(rèn)，使用這種方法可以得到不能用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的、富R相細(xì)密均勻分散的合金鑄塊，并且，用鑄塊生產(chǎn)的燒結(jié)磁體具有優(yōu)異的磁特性。
此外，使用這種方法，有可能得到具有過去無法得到的細(xì)小晶粒的R-T-B型合金，并且確認(rèn)，合金事實(shí)上具有優(yōu)異的各向同性的磁性質(zhì)。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供能夠改善從合金的鑄造面到鑄模的內(nèi)表面壁傳熱效率的用于生產(chǎn)稀土合金鑄塊和稀土合金薄片的方法。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供具有改善了的磁性質(zhì)的稀土磁性鑄塊和燒結(jié)磁體。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供具有采用傳統(tǒng)方法無法獲得的細(xì)小晶粒的R-T-B型磁體合金鑄塊、R-T-B型磁體、R-T-B型磁體合金薄片、R-T-B型磁體合金粉末、R-T-B型粘結(jié)磁體、R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊、R-T-B型交換彈性磁體、R-T-B型交換磁體合金粉末和R-T-B型交換彈性粘結(jié)磁體。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了稀土磁體合金鑄塊，其特點(diǎn)在于其包括R-T-B型磁體合金(R代表至少一種選自稀土的元素，包括Y；T代表一種主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以地被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)，該合金包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總含量為11.8到16.5原子％的元素以及含量為5.6到9.1原子％的B，其特點(diǎn)還在于，如在鑄塊的鑄造狀態(tài)下測(cè)得的，在橫截面上基本不存在尺寸為100μm或更大的富R相。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了另一種稀土磁體合金鑄塊，其特征在于其包括R-T-B型磁體合金(R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；并且T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)，該合金包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總含量為11.8到16.5原子％的元素及含量為5.6到9.1原子％的B，其特點(diǎn)還在于，如在鑄塊的鑄造狀態(tài)下測(cè)得的，50μm或更小的富R相的面積分散在橫截面上并占至少50％。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了另一種稀土磁體合金鑄塊，其特征在于其包括R-T-B型磁體合金組成(R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；并且T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)，該合金包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總含量為11.8到16.5原子％的元素及含量為5.6到9.1原子％的B，其特點(diǎn)還在于，如在鑄塊的鑄造狀態(tài)下測(cè)得的，在橫截面上基本不存在長(zhǎng)寬比為至少20的富R相。
稀土磁體合金鑄塊中，主軸方向上直徑至少1,000μm的晶粒占至少5面積％，并且富R相平均間隔為10μm或更小。
在稀土磁體合金鑄塊中，也優(yōu)選基本不含有α-Fe。
稀土磁體合金鑄塊中，合金鑄塊優(yōu)選采用離心鑄造法鑄造，該方法包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)體接收熔融金屬；借助旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)作用噴灑熔融金屬；和使噴灑的熔融金屬沉積并凝固在一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的圓柱形模具的內(nèi)表面上，該內(nèi)表面包括不光滑的表面。
在稀土磁體合金鑄塊中，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)體的旋旋轉(zhuǎn)軸與圓柱形模具的旋旋轉(zhuǎn)軸成傾角θ。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了以稀土磁體合金鑄塊為原料生產(chǎn)的燒結(jié)磁體。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了生產(chǎn)稀土磁體合金鑄塊的方法，其特征在于其包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)體接收熔融金屬；借助旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)作用噴灑熔融金屬；和使噴灑的熔融金屬沉積并凝固在一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的圓柱形模具的內(nèi)表面上，該內(nèi)表面包括不光滑的表面。
在稀土磁體合金鑄塊生產(chǎn)方法中，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)體的旋旋轉(zhuǎn)軸與圓柱形模具的旋旋轉(zhuǎn)軸成傾角θ。
在稀土磁體合金鑄塊生產(chǎn)方法中，也優(yōu)選稀土磁體合金鑄塊是R-T-B磁體合金鑄塊。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了另一種生產(chǎn)稀土磁體合金鑄塊的方法，該方法包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)體接收熔融金屬；借助旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)作用噴灑熔融金屬；和使噴灑的熔融金屬沉積并凝固在一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的圓柱形模具的內(nèi)表面上，其中向圓柱形模具的內(nèi)壁表面提供熱傳導(dǎo)性低于模具組成材料的膜。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)著的圓柱形模具的內(nèi)壁表面包含非光滑的表面。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選膜的熱傳導(dǎo)率為80W/mK或更小。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選膜由金屬、陶瓷或金屬-陶瓷復(fù)合物制成。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選將膜采用至少一種選自涂層、電鍍、噴涂和焊接的方法提供給模具內(nèi)壁表面。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選膜的厚度范圍是1μm到1mm。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸與圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸成傾角θ。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選用離心鑄造法在模具內(nèi)壁表面上沉積、鑄造稀土合金鑄塊的兩層或更多的層。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選還包括對(duì)獲得的稀土合金鑄塊在500到1,100℃下進(jìn)行熱加工的步驟。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選還包括對(duì)獲得的稀土合金鑄塊在400到1,000℃下進(jìn)行熱處理的步驟。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選還包括對(duì)獲得的稀土合金鑄塊在1,000到1,100℃下進(jìn)行熱處理、并隨后在400到1,000℃下進(jìn)行熱處理的步驟。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選稀土合金鑄塊為R-T-B型磁體合金(R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；T代表一種主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了生產(chǎn)稀土合金薄片的方法，該方法包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)體接收熔融的稀土金屬合金的合金；借助旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)作用噴灑熔融金屬；使噴灑的熔融合金沉積并凝固在旋轉(zhuǎn)著的圓柱形模具的內(nèi)壁表面上；其中向圓柱形模具的內(nèi)壁表面提供了熱傳導(dǎo)率低于模具組成材料的膜，在刮下沉積在圓柱形模具內(nèi)壁表面上的合金薄片的同時(shí)實(shí)施鑄造。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選還包括對(duì)獲得的稀土合金薄片在400到1,000℃下進(jìn)行熱處理的步驟。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選還包括對(duì)獲得的稀土合金薄片在1,000到1,100℃下進(jìn)行熱處理、并隨后在400到1,000℃下進(jìn)行熱處理的步驟。
在生產(chǎn)方法中，優(yōu)選稀土合金薄片為R-T-B型磁體合金薄片(R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型磁體合金鑄塊，其中含有至少一種選自Nd、Pr和Dy、總含量為11.8到16.5原子％的元素及含量為5.6到9.1原子％的B，其余為T(T代表一種主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)；其中其以合金總體積的至少50％的體積包含結(jié)晶粒度為10μm或更小的晶粒；并且上述合金是用生產(chǎn)R-T-B型磁體合金鑄塊的方法生產(chǎn)的。
在R-T-B型磁體合金鑄塊中，優(yōu)選在鑄造時(shí)其厚度為至少1mm。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型磁體，其可以通過對(duì)R-T-B型磁體合金鑄塊采用至少一種選自切削、磨削、拋光和沖裁的方法進(jìn)行機(jī)械加工而獲得。
在R-T-B型磁體中，優(yōu)選其為外徑至少100mm的圓柱形。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型磁體合金薄片，該合金薄片是用生產(chǎn)F-T-B型磁體合金薄片的方法生產(chǎn)的，其包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總含量為為11.8到16.5原子％的元素及量為5.6到9.1原子％的B，其余為T(T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)；并且其占合金總體積的至少50％的體積包含結(jié)晶粒度為10μm或更小的晶粒。
在R-T-B型磁體合金薄片中，優(yōu)選其最大長(zhǎng)度為5cm或更小，并且厚度為1mm或更小。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型磁體合金粉末，其通過把R-T-B型磁體合金鑄塊粉末化成粒度為500μm或更小的顆粒制成。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型磁體合金粉末，其通過把R-T-B型磁體合金薄片粉末化成粒度為500μm或更小的顆粒制成。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型粘結(jié)磁體，其通過使用R-T-B型磁體合金粉末制成。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊，其是用生產(chǎn)稀土合金鑄塊的方法生產(chǎn)的；其包含至少一種選自Nd、Pr和Dy、總含量為1到12原子％的元素及量為3到30原子％的B，其余為T(T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)；其是通過制備硬磁相晶粒和軟磁相晶粒的復(fù)合物來生產(chǎn)的，并且其以基于合金總體積的至少50％的體積包含結(jié)晶粒度為1μm或更小的軟磁相晶粒和結(jié)晶粒度為1μm或更小的硬磁相晶粒。
在R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊中，優(yōu)選其在鑄造時(shí)厚度不低于1mm。
在R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊中，優(yōu)選在鑄造后在400到1,000℃下進(jìn)行熱處理。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型交換彈性磁體，其可以通過對(duì)R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊采用至少一種選自切削、磨削、拋光、沖裁的方法進(jìn)行機(jī)械加工而獲得。
在R-T-B型交換彈性磁體中，優(yōu)選其為外徑為至少100mm的圓柱形。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型交換彈性磁體合金粉末，其通過把R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊粉末化成粒度為500μm或更小制成。
此外，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本發(fā)明提供了R-T-B型交換彈性粘結(jié)磁體，其通過使用R-T-B型交換彈性磁體合金粉末制成。


圖1是顯示了本發(fā)明的稀土合金鑄塊的金相組織圖(橫截面)的圖。
圖2是顯示了按照本發(fā)明的用于稀土磁體合金鑄塊生產(chǎn)的設(shè)備示例的圖。
圖3是顯示了本發(fā)明所用模具的內(nèi)表面的示例特征的截面圖。
圖4是顯示了本發(fā)明所用另一種模具的內(nèi)表面的示例特征的截面圖。
圖5是顯示了本發(fā)明所用另一種模具的內(nèi)表面的示例特征的截面圖。
圖6是顯示了本發(fā)明所用另一種模具的內(nèi)表面的示例特征的截面圖。
圖7是顯示了本發(fā)明所用另一種模具的內(nèi)表面的示例特征的截面圖。
圖8是顯示了用于SC法中的傳統(tǒng)鑄造設(shè)備的圖。
圖9是顯示了采用傳統(tǒng)的SC法生產(chǎn)的合金鑄塊的金相組織(橫截面)的圖。
本發(fā)明的實(shí)施方式圖1是顯示本發(fā)明的鑄塊(Nd30.0質(zhì)量％)的橫截面的照片。本發(fā)明的鑄塊的特點(diǎn)是富Nd相以近乎點(diǎn)狀的方式均勻分散。通常，圓點(diǎn)狀的、分散的富Nd相的最大寬度為50μm或更小，實(shí)際上沒有發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)SC法材料中可觀測(cè)到的線狀或棒狀富Nd相。尤其是尺寸為100μm或更大的富Nd相基本不存在。
這里所說的“基本不存在”的狀態(tài)可以通過以以下方式觀測(cè)鑄塊橫截面加以確認(rèn)。
具體地說，將鑄塊橫截面拋光，在400倍的放大倍數(shù)下在SEM下對(duì)橫截面的任意觀測(cè)區(qū)進(jìn)行觀測(cè)。在每個(gè)觀測(cè)區(qū)中，可以分辨出縱向長(zhǎng)度100μm或更大的棒狀富Nd相。如果在隨機(jī)選擇的10個(gè)觀測(cè)區(qū)中至少9個(gè)觀測(cè)區(qū)中沒有觀測(cè)到100μm或更長(zhǎng)的富Nd相，那么富Nd相就可以被評(píng)價(jià)為“基本不存在”。
本發(fā)明的鑄塊中含有細(xì)密分布的點(diǎn)狀富Nd相，而且在SEM圖像中，僅有大小為50μm或更小的富Nd相分散于其中的區(qū)域至少占橫截面的50％。換而言之，當(dāng)任意拍攝10幅SEM照片(x400)時(shí)，其中至少有5幅觀測(cè)不到長(zhǎng)度超過50μm的富Nd相。
本發(fā)明的鑄塊的另一特點(diǎn)是鑄塊含有縮小了的棒狀富R相。換而言之，在觀測(cè)橫截面時(shí)，長(zhǎng)寬比至少20的富R相“基本不存在”。
按照上述觀測(cè)方法，“基本不存在”狀態(tài)一般是指達(dá)到這樣的水平，即在類似拋光的橫截面上的十個(gè)隨機(jī)選擇的SEM(x1,000)觀察區(qū)，存在長(zhǎng)寬比至少為20的富R相的觀測(cè)區(qū)的數(shù)目約為1或0。
本發(fā)明的鑄塊的另一特點(diǎn)是，沿主軸方向測(cè)量直徑至少1,000μm的晶粒所占面積百分比為至少5％，導(dǎo)致優(yōu)異的晶體取向，而且富R相平均間距為10μm或更小，從而導(dǎo)致粉末化產(chǎn)物的優(yōu)異的可燒結(jié)性。
富R相的間距可通過在SEM下觀測(cè)橫截面測(cè)得。間距是通過對(duì)照相圖案進(jìn)行圖像處理或手工測(cè)量得到的垂直于鑄件厚度的方向上的平均間隔值。
本發(fā)明的鑄塊中，在R大致含量接近其化學(xué)計(jì)量值之前基本不產(chǎn)生α-Fe?！盎静划a(chǎn)生α-Fe”一般是指這樣的狀態(tài)，即當(dāng)在鑄塊任一橫截面中的10個(gè)任意觀察區(qū)中確認(rèn)α-Fe的存在時(shí)，在90％或更多的觀測(cè)區(qū)中觀測(cè)不到α-Fe。在通過SEM得到的背散射電子圖中，α-Fe是樹狀的陰影部分。
本發(fā)明的鑄塊可以用以下方法生產(chǎn)。圖2是顯示了用于生產(chǎn)本發(fā)明的稀土磁體合金鑄塊的設(shè)備的例子的圖，參照此圖具體說明上述方法。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的離心鑄造設(shè)備的簡(jiǎn)圖，圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例。含有用于R-T-B型磁體的合金的稀土合金及類似物在熔化室1內(nèi)熔化(例如在氧化鋁坩堝3中熔化)，由于其活潑的性質(zhì)，上述熔化室被抽成真空或含惰性氣體。稀土合金的鑄造通過逐漸傾斜坩堝使稀土合金的熔融金屬31流入流道(runner)6，并例如被有底的圓柱形旋轉(zhuǎn)體5接受。借助旋轉(zhuǎn)體5的旋轉(zhuǎn)，熔融金屬從開在旋轉(zhuǎn)體5側(cè)面上的多個(gè)孔11散布到位于旋轉(zhuǎn)體外的模具4的內(nèi)壁上。圓柱形旋轉(zhuǎn)體5被制造成可繞穿過圓形底的中心并與底垂直的旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)。此外，旋轉(zhuǎn)體以具有將傾倒的熔融金屬散布到外圍的功能為適宜，除帶底的圓柱形外，旋轉(zhuǎn)體可采用任何能夠分散熔融金屬的形狀，如圓盤形、向外頂部張開成一角度的杯形、向外底部張開成一角度的圓錐形，等等。但是，優(yōu)選如圖所示的側(cè)面開有多個(gè)孔11的圓柱形。
使用這種旋轉(zhuǎn)體，當(dāng)熔融金屬傾倒入旋轉(zhuǎn)體中后，熔融金屬因旋轉(zhuǎn)的力或離心力而向旋轉(zhuǎn)體的外圍散布。在這種情況下，通過減小旋轉(zhuǎn)體的熱容量，熔融金屬可能在圓柱形模具的內(nèi)表面上被沉積、凝固而不會(huì)凝固在旋轉(zhuǎn)體上。
此外，在圖2中，模具是水平放置的。但只要與旋轉(zhuǎn)體的相對(duì)位置保持固定，圓柱形模具水平或垂直或傾斜放置都不會(huì)有什么問題。
此外，在旋轉(zhuǎn)體5的旋轉(zhuǎn)軸R與模具4的旋轉(zhuǎn)軸L之間成角度θ，在沿著整個(gè)模具表面縱向延伸沉積面積是可能的，因此控制熔融金屬的沉積速度是可能的。通過調(diào)整該角度θ，在圓柱形模具的大表面上散布熔融金屬是可能的，其結(jié)果是，提高凝固速度時(shí)可能的。此外，通過使旋轉(zhuǎn)體5的旋轉(zhuǎn)軸R成為可變的，在鑄造時(shí)通過改變?chǔ)冉前讶廴诮饘偕⒉嫉礁蟮谋砻嫔鲜强赡艿摹?br> 為了將熔融金屬散布在整個(gè)圓柱形模具4上，作為代替改變?cè)谏鲜鲂D(zhuǎn)體5的旋轉(zhuǎn)軸R和模具4的旋轉(zhuǎn)軸L之間成角θ的方法，通過讓模具或旋轉(zhuǎn)體在模具旋轉(zhuǎn)軸方向上向后和向前移動(dòng)，也可達(dá)到相同的效果。
此外，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)體和模具以不同的旋轉(zhuǎn)速度在同一方向上旋轉(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體和模具反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，易發(fā)生飛濺現(xiàn)象，其中當(dāng)熔融金屬撞上模具時(shí)其分散而不是停留在模具上，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。
此外，如果旋轉(zhuǎn)體和模具以相同的速度同向旋轉(zhuǎn)，熔融金屬就會(huì)在模具的同一表面上沉積為一條線，而不是散布在模具的整個(gè)表面上。因此，二者的旋轉(zhuǎn)速度不能太接近，通常二者之間的旋轉(zhuǎn)速度的差應(yīng)為10％或更高，優(yōu)選20％或更高。
有必要根據(jù)熔融金屬因離心力撞擊模具內(nèi)表面的情況選擇旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度。具體的旋轉(zhuǎn)數(shù)需要考慮旋轉(zhuǎn)體和模具的尺寸、熔融金屬從旋轉(zhuǎn)體散布出去的方向、沒有保留在模具上的飛濺的金屬的量即類似的因素加以確定。當(dāng)提高熔融金屬的凝固速度時(shí)，優(yōu)選使旋轉(zhuǎn)速度的確定增大熔融金屬在模具內(nèi)壁上的撞擊力量。
此外，需要使圓柱形模具4的旋轉(zhuǎn)數(shù)能夠產(chǎn)生1G或更大的離心力，從而使沉積和凝固的鑄塊7不落下。由于冷卻效果可通過將熔融金屬緊壓模具內(nèi)壁而提高，優(yōu)選2G或更大的離心力。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是可轉(zhuǎn)動(dòng)模具4的內(nèi)表面被加工為非光滑的表面，因此增大模具冷卻面積，從而增加冷卻性能和冷卻速度。
非光滑的內(nèi)表面可以具有彎曲的表面，如圖3所示，但優(yōu)選由其間成角度的線性片段形成的凹槽，如圖4、5和6所示，其原因是凹槽可防止熔融金屬在與模具表面撞擊時(shí)發(fā)生凝固而收縮引起的熔融金屬與模具表面之間的相對(duì)滑動(dòng)，從而增大熔融金屬和模具的附著力并防止了熱傳導(dǎo)變差。
凹槽深度的設(shè)定必須考慮到模具的體積和表面積、比熱等，深度合適的是0.5mm到數(shù)mm。當(dāng)深度相當(dāng)小時(shí)，冷卻效果變差，從而不能形成所期望的金相組織，但當(dāng)深度過大時(shí)，從內(nèi)表面移取鑄造產(chǎn)物變得困難。
來自旋轉(zhuǎn)體的熔融金屬液滴的大小與凹槽尺寸和形狀之間的關(guān)系是關(guān)鍵性的。如果熔融金屬液滴大而凹槽的寬度小而深度大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生問題，即熔融金屬液滴不能完全深入凹槽，因此在模具與沉積的熔融金屬間產(chǎn)生縫隙，可能惡化冷卻效果。
從導(dǎo)熱性的角度來看，模具優(yōu)選用Cu制成。除Cu之外，也可使用Fe而不產(chǎn)生任何問題。
在采用傳統(tǒng)的鑄造方法時(shí)，富R相將沿著已形成的柱狀晶體方向結(jié)晶并且取棒狀的形狀。另外，由于柱狀晶體具有多個(gè)生長(zhǎng)方向，富R相以不均勻的方式分散。但是，根據(jù)本發(fā)明，金相組織傾向于由各向等大的晶體形成，其原因是通過提高凝固速度加強(qiáng)了模具內(nèi)表面的冷卻性能。另外，富R相的結(jié)晶細(xì)小并且實(shí)際上不取棒狀的形狀。因此，可認(rèn)為富R相分布更均勻。
根據(jù)本發(fā)明的鑄造方法，熔融金屬沉積在模具中，并且隨后的熔融金屬被添加到正在凝固的、已沉積的熔融金屬上。因?yàn)槔鋮s中的熱傳導(dǎo)是以合金為介質(zhì)進(jìn)行的，所以對(duì)生成的鑄塊的厚度應(yīng)有限制。一般而言，最大厚度是數(shù)十毫米，并優(yōu)選厚度為約1mm到約10mm。當(dāng)厚度薄至1mm時(shí)，隨后的磁體加工步驟中的處理變得麻煩，而當(dāng)厚度超過10mm時(shí)，與模具內(nèi)表面相對(duì)的合金表面的冷卻性能會(huì)降低。
隨后，將通過鑄造方法制得的R-T-B型磁體合金鑄塊粉末化、成型和燒結(jié)，從而生產(chǎn)具有優(yōu)異性質(zhì)的各向異性磁體。
典型地，粉末化按照氫燒爆(hydrogen decrepitation)、中粉末化、微粉末化的順序依次進(jìn)行，從而生產(chǎn)粒度一般為約3μm的粉末(FSSS)。
本發(fā)明中，氫燒爆包括作為第一步的氫吸附步驟和作為第二步的氫解吸步驟。在氫吸附步驟中，使氫主要被在267hPa到50,000hPa的氫氣氛中的鑄塊的富R相吸附。在這一步由于產(chǎn)生R的氫化物，富R相的體積擴(kuò)大，從而使鑄塊自身稍收縮(reduce)或產(chǎn)生無數(shù)微裂紋。氫吸附在從室溫到約600℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。但為了增加富R相體積的擴(kuò)大量以有效地減小薄片的尺寸，氫吸附優(yōu)選在從室溫到約100℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。氫吸附的時(shí)間優(yōu)選1小時(shí)或更長(zhǎng)。通過氫吸附步驟生成的R氫化物在空氣中不穩(wěn)定并易被氧化。因此，優(yōu)選通過將氫吸附產(chǎn)物保持于約200到600℃、在1.33hPa或更低的真空中進(jìn)行氫解吸處理。通過該處理，R氫化物轉(zhuǎn)化為在大氣中穩(wěn)定的產(chǎn)物。氫解吸處理的時(shí)間優(yōu)選30分鐘或更長(zhǎng)。如果控制氣氛以避免在從氫吸附以后到燒結(jié)的步驟中的氧化，也可省略氫解吸處理。
另外，可以不進(jìn)行氫燒爆而只通過中粉末化和微粉末化實(shí)施粉末化。
中粉末化是在惰性氣氛(如在氬氣或氮?dú)?中將合金薄片粉末化至例如500μm或更小的粒度的粉末化步驟。進(jìn)行這一粉末化的粉末化機(jī)包括Brawn磨。在本發(fā)明中，如果已經(jīng)對(duì)合金薄片進(jìn)行了氫燒爆，那么合金薄片就會(huì)稍稍收縮或在其中產(chǎn)生了無數(shù)細(xì)小的裂紋，因此，中粉末化也可以省略。
微粉末化是用于獲得粒度約3μm(FSSS)的顆粒的粉末化步驟。進(jìn)行這一粉末化的粉末化機(jī)包括噴射磨。在微粉末化中，氣氛被控制為惰性氣體氣氛(如氬氣氣氛或氮?dú)鈿夥?。惰性氣體中可含有2質(zhì)量％或更少的氧，優(yōu)選1質(zhì)量％或更少。氧氣的存在提高了粉末化效率并在通過粉末化生產(chǎn)的粉末中獲得了濃度為1,000到10,000ppm的氧以加強(qiáng)抗氧化性。另外，可避免燒結(jié)中的非正常晶粒生長(zhǎng)。
為了減小粉末與模具內(nèi)壁之間的摩擦和減小粉末顆粒之間產(chǎn)生的磨擦力以增強(qiáng)取向，優(yōu)選在進(jìn)行在磁場(chǎng)中的模制的過程中向粉末中加入潤(rùn)滑劑(如硬脂酸鋅)。加入的潤(rùn)滑劑量為0.01到1質(zhì)量％。盡管潤(rùn)滑劑可在微粉末化之前或之后加入，但優(yōu)選在進(jìn)行在磁場(chǎng)中的模制之前使用混合設(shè)備(例如V-攪拌機(jī))在惰性氣體氣氛(例如氬氣或氮?dú)?中充分地混和。
粉末化至約3μm(FSSS)的粉末使用模制設(shè)備在磁場(chǎng)中壓模?？紤]到在模具腔中形成磁場(chǎng)的取向，所使用的模具采用磁性材料和非磁性材料組合值呈復(fù)合而成。模制時(shí)壓力優(yōu)選0.5到2t/cm2，模制時(shí)模腔中的磁場(chǎng)優(yōu)選5到20kOe。模制優(yōu)選在惰性氣體氣氛(如氬氣或氮?dú)?中進(jìn)行。但是，如果已經(jīng)對(duì)粉末進(jìn)行了前述的防氧化處理，模制也可在空氣中進(jìn)行。
燒結(jié)在1,000-1,100℃中進(jìn)行。在達(dá)到燒結(jié)溫度之前，必須將包含在微粉末中的潤(rùn)滑劑和氫從待燒結(jié)的壓制物中徹底除去。潤(rùn)滑劑優(yōu)選通過將壓制物保持在以下條件下除去1.33×10-2hPa的真空或減低的壓強(qiáng)下de氬氣流氣氛；300到500℃；30分鐘或更長(zhǎng)。氫優(yōu)選通過將壓制物保持在以下條件下除去1.33×10-2hPa或更低的真空；700到900℃；30分鐘或更長(zhǎng)。燒結(jié)過程中的氣氛優(yōu)選氬氣氣氛或1.33×10-2hPa或更低的真空氣氛。保留時(shí)間優(yōu)選1小時(shí)或更長(zhǎng)。
燒結(jié)完成后，為了加強(qiáng)矯頑力，燒結(jié)產(chǎn)物可根據(jù)需要在500到650℃下進(jìn)行處理。優(yōu)選氬氣氣氛或真空氣氛，并確保留時(shí)間優(yōu)選30分鐘或更長(zhǎng)。
除R-T-B型磁體合金外，鑄造方法可用于稀土合金(如用作鎳氫電池陽極的混和稀土金屬-Ni合金)。根據(jù)本方法中包括的快速冷卻凝固方法，可防止Mn和其它金屬的分離。
本發(fā)明的另一特征是提供了熱傳導(dǎo)性能低于旋轉(zhuǎn)的圓柱形模具的內(nèi)壁材料的膜。正常溫度下鐵的熱傳導(dǎo)率為約80W/mK，提供給模具內(nèi)表面的膜的熱傳導(dǎo)率優(yōu)選80W/mK或更小。由于膜起阻止沉積在模具上的熔融金屬的熱向模具傳導(dǎo)的作用，所以沉積在模具內(nèi)表面上的合金鑄塊7的溫度在鑄造的初期被保持在高溫而不會(huì)下降很多。高溫合金鑄塊被模具的離心力壓在模具的內(nèi)表面上，與模具接觸的一面變得與模具的內(nèi)表面一樣光滑，在其與模具內(nèi)表面之間幾乎沒有縫隙。結(jié)果，從合金鑄塊到模具的熱傳導(dǎo)率相反地增加，其后沉積的熔融金屬具有極快的冷卻速度。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槌练e在模具上的熔融金屬冷卻速度極快，用于R-T-B型磁體的鑄塊中結(jié)晶的粒度極為細(xì)小，使被粒度10μm或更小的晶體占據(jù)的合金的含量為全部合金的50％或更高，優(yōu)選全部合金的70％或更高，更優(yōu)選全部合金的80％或更高。結(jié)果，鑄造的鑄塊即使在鑄造的狀態(tài)下也可能表現(xiàn)出各向同性的高磁性質(zhì)。
另外，熔融金屬在模具上沉積的速度對(duì)于提高沉積的熔融金屬的冷卻速度也是重要的。為提高冷卻速度，有必要降低沉積速度，優(yōu)選的該速度為平均0.1mm/秒或更小，更優(yōu)選0.05mm/秒或更小。
如果在模具的內(nèi)壁表面不提供膜，在鑄造的最初階段，模具內(nèi)壁上沉積的熔融金屬迅速冷卻并凝固成沉積時(shí)提供的形狀。這樣，合金鑄塊在模具一邊的表面(模具側(cè))就被賦予了大量不規(guī)則形狀，這使熱量從此后沉積到模具上的熔融金屬傳傳遞的速度變壞。結(jié)果，在鑄塊中發(fā)生晶粒生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生大量的主要結(jié)晶粒度至少1,000μm的晶粒。
合金鑄塊的晶粒的大小可以通過觀察鑄塊橫截面用以下方式加以確定。具體而言，將合金鑄塊的橫截面拋光，任選一觀測(cè)區(qū)在偏光顯微鏡下(x200倍)基于磁Ker效應(yīng)進(jìn)行觀察，例如采用圖像處理測(cè)量拍攝的觀測(cè)區(qū)中每一被觀測(cè)晶粒的大小。具有一定結(jié)晶粒度或更小的結(jié)晶粒度的體積在整個(gè)合金的體積中的比可以按照以下方式得到。具體而言，從合金鑄塊的橫截面上任選10個(gè)觀測(cè)區(qū)在磁Kerr顯微鏡下觀測(cè)(200倍)。在拍攝的10個(gè)觀測(cè)區(qū)中，例如采用圖像處理測(cè)量測(cè)量具有特定尺寸或更小尺寸的晶粒對(duì)應(yīng)的總面積，再用這些晶粒的總面積除以10個(gè)拍攝的觀測(cè)區(qū)面積之和。
在本發(fā)明中，可以用涂層、電鍍、噴涂或焊接中的任一方法將膜附著在模具內(nèi)壁上。例如，對(duì)于涂層，可用刷涂、噴涂及類似的方法，對(duì)于噴涂，有高壓氣體噴涂、爆炸噴涂、等離子體噴涂、自熔融合金噴涂及類似的方法。另外，例如，也可以額外地在噴涂的膜上增加一層涂層的膜)。膜的厚度優(yōu)選從1μm到1mm，更優(yōu)選1μm到500μm。
優(yōu)選的膜材料可以從金屬、陶瓷或金屬-陶瓷復(fù)合物中選擇。另外，膜優(yōu)選包含以不同材料制成的兩層或更多層膜。膜的材料的選取應(yīng)使形成的膜具有低于模具的熱傳導(dǎo)率。用于形成膜的金屬材料的例子包括不銹鋼、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Nb、Mo、Ta、W及其合金。甚至在模具和膜都是用Cu形成時(shí)，也可以例如通過在膜中提供大量微孔使膜的熱傳導(dǎo)率于模具相比得以降低。以同樣的形式，甚至在模具用Fe形成時(shí)也可使用Fe膜。形成膜的陶瓷材料的例子包括氮化硼、氧化鈉、氧化鐵、氧化鈦、氧化鋁、氧化鈣、氧化鉻、氧化鋯、氧化鎢、氧化釩、氧化鋇、氧化錳、氧化鎂、氧化硅、稀土氧化物、碳化鎢、碳化鉻、碳化鈮、碳化鈦及其復(fù)合陶瓷。另外，也可使用前述金屬材料和陶瓷形成的復(fù)合膜。
可旋轉(zhuǎn)模具的內(nèi)壁表面可被加工為非光滑表面，從而增大在其上提供膜的模具冷卻面積；從而增加冷卻性能和冷卻速度。
非光滑的內(nèi)壁表面可以具有彎曲的表面，但優(yōu)選具有互成角度的線性片段形成的橫截面的凹槽，其原因是凹槽可防止熔融金屬在與模具表面撞擊時(shí)發(fā)生凝固而收縮引起的熔融金屬與模具表面之間的相對(duì)滑動(dòng)，從而增大熔融金屬和模具的附著力并防止了熱傳導(dǎo)變差。凹槽深度必須考慮到模具的體積和表面積、比熱等預(yù)先設(shè)置，合適的深度是0.5mm到數(shù)mm。如果深度相當(dāng)小，冷卻效果變差，從而不能形成期望的金相組織，而如果深度過大，從內(nèi)表面取出鑄造產(chǎn)物變得困難。
根據(jù)本發(fā)明，新的熔融金屬被澆鑄在已充分冷卻的鑄塊上，并將這一步驟重復(fù)進(jìn)行，從而生成厚度增加的具有包括微晶粒的金相組織的合金鑄塊。實(shí)踐中合金鑄塊厚度優(yōu)選至少1mm，更優(yōu)選至少5mm，最優(yōu)選至少10mm。
如果把本發(fā)明的合金鑄塊在高溫下、在惰性氣氛中或真空中進(jìn)行熱加工，可以提供各向異性。優(yōu)選的熱加工方法的例子包括倒模(die-upsetting)、軋制、鍛造和壓制。優(yōu)選的變形溫度是500到1,100℃，更優(yōu)選600到800℃。優(yōu)選的壓力是至少0.5噸/cm2，更優(yōu)選至少1噸/cm2。
此外，可以通過在鑄造后或熱加工處理后于400到1,000℃下、在真空中或非活性氣體氣氛中進(jìn)行熱處理來增加本發(fā)明的合金鑄塊的矯頑力和正方性(squareness)。另外，可在鑄造后或熱加工處理后在1,000到1,100℃下、在真空中或非活性氣體氣氛中進(jìn)行熱處理，然后在400到1,000℃下、在真空或非活性氣體氣氛中進(jìn)行熱處理，從而進(jìn)行磁化并進(jìn)一步提高矯頑力。
本發(fā)明的R-T-B型磁體合金含有至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為11.8到16.5原子％的元素及含量為5.6到9.1原子％的B，其余為T(T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)。如果至少一種選自Nd、Pr和Dy的元素的總量不足11.8原子％，合金中富R相的含量就很少，從而使磁特性變壞，而如果總量超過16.5原子％，非磁性富R相含量過度增加，從而使磁化變壞。如果B的含量不足5.6原子％，磁特性會(huì)因?yàn)锽含量不足而變壞，而如果B含量超過9.1原子％，非磁性富B相(R1+fT4B4)含量過度增加，從而使磁化變壞。因此，合金由至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為11.8到16.5原子％的元素及含量為5.6到9.1原子％的B以及其余的T形成。
為了在R-T-B型磁體合金中產(chǎn)生細(xì)小晶粒，可以加入高熔點(diǎn)金屬，如Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W。此時(shí)，優(yōu)選將這些金屬的總量控制在1質(zhì)量％或更少，以防止磁化變壞。
本發(fā)明的R-T-B型磁體合金即使是在鑄造后的鑄塊狀態(tài)下都表現(xiàn)出極好的各向同性的磁特性，因此，僅通過機(jī)械加工，如切削、磨削、拋光、沖裁，把鑄塊加工成預(yù)定的形狀，就可以制造出磁特性極好的各向同性的磁體。簡(jiǎn)而言之，生產(chǎn)傳統(tǒng)的燒結(jié)磁體所需的粉末化、在磁場(chǎng)中壓制成型和燒結(jié)過程，或者生產(chǎn)粘結(jié)磁體所需的粉末化、壓制成型或注射成型過程都可以省略，從而降低生產(chǎn)成本。因?yàn)榻?jīng)機(jī)械加工生產(chǎn)的磁體密度比粘結(jié)磁體高，所以可以制造具有強(qiáng)磁性的強(qiáng)磁體。
基于熔融金屬在圓柱形模具的內(nèi)壁上的沉積，可以直接用熔融金屬制造圓柱形的磁體。這種情況下，鑒于設(shè)備的限制，圓柱形R-T-B型磁體的外徑優(yōu)選控制為100mm或以上。
本發(fā)明的R-T-B型磁體含有非常容易被氧化的稀土組分和Fe。因此，優(yōu)選將磁體用樹脂或例如Ni、Al的金屬涂層，更優(yōu)選依次用樹脂和金屬涂層。
前述的本發(fā)明的R-T-B型合金鑄塊中含有大多數(shù)為細(xì)小的晶粒。因此，即使合金鑄塊在磨碎后磁特性也不會(huì)顯著變壞。把鑄塊粉末化至粒度500μm或更小，將粉末與環(huán)氧樹脂或類似的樹脂混和，并將得到的混合物壓模；或者將粉末與尼龍或類似的樹脂混和，并將得到的混合物注射成型，從而生產(chǎn)出粘結(jié)磁體。本發(fā)明的生產(chǎn)R-T-B型磁體合金鑄塊的方法得到了高于前述超快冷卻生產(chǎn)方法的生產(chǎn)率，從而提供了低價(jià)格的R-T-B型粘結(jié)磁體合金粉末。
根據(jù)本發(fā)明中，在用刮削器或類似裝置刮下沉積在模具內(nèi)壁表面的稀土合金的同時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行鑄造，從而生產(chǎn)最長(zhǎng)5cm、厚度1mm或更小的扁平稀土合金薄片。鑄造完成后，在400到1,000℃、在真空或非活性氣體氣氛中對(duì)薄片進(jìn)行熱處理，從而加強(qiáng)矯頑力和正方性。另一種方法是，首先在1,000到1,100℃下、在真空或非活性氣體氣氛中，然后在400到1,000℃下、在真空或非活性氣體氣氛中對(duì)薄片進(jìn)行熱處理，從而進(jìn)一步加強(qiáng)磁化和矯頑力。
R-T-B型合金薄片含其中大部分為細(xì)小的晶粒。因此，即使將合金薄片粉末化后磁特性也不會(huì)顯著變壞。把薄片粉末化至粒度500μm或更小，并將粉末與環(huán)氧樹脂或類似的樹脂混和，并將得到的混合物壓模；或者將粉末與尼龍或類似的樹脂混和，并將得到的混合物注射成型，從而生產(chǎn)粘結(jié)磁體。如果通過粉末化生產(chǎn)粘結(jié)磁體，優(yōu)選合金薄片，這是因?yàn)榕c粉末化合金鑄塊以得到粘結(jié)磁體相比，由于高粉末化效率的優(yōu)點(diǎn)，這樣做可以提供研低價(jià)格的合金粉末。
本發(fā)明的生產(chǎn)稀土合金的方法可以提供R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊，其中包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總含量為1到12原子％的元素及含量為3到30原子％的B，其余為T(T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)；基于合金的總體積，上述鑄塊以總體積的至少50％包含結(jié)晶粒度1μm或更小的軟磁相和硬磁相，上述體積百分?jǐn)?shù)優(yōu)選至少70％，更優(yōu)選至少80％。合金鑄塊的厚度為1mm或更大，優(yōu)選5mm或更大，甚至更優(yōu)選10mm或更大。
本發(fā)明的R-T-B型交換彈性磁體含有R2T14B形成的、表現(xiàn)出大的各向異性磁場(chǎng)的硬磁相，和至少一種選自Fe、Fe2B、Fe3B的物質(zhì)形成的、具有高飽和磁化的軟磁相。
在本發(fā)明的R-T-B型交換彈性磁體中，為了生成更為細(xì)小的晶粒，可以加入高熔點(diǎn)金屬，如Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W。在此情況下優(yōu)選將金屬的總量控制在1重量％或更低，從而防止磁化變壞。
當(dāng)使用本發(fā)明的離心鑄造法生產(chǎn)R-T-B型交換彈性磁體時(shí)，模具的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選控制在產(chǎn)生至少2G的離心力，以上離心力更優(yōu)選至少5G，最優(yōu)選至少10G，從而通過使熔融金屬與模具內(nèi)壁接觸而提高冷卻效果。
旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選控制在至少能給熔融金屬施加至少5G的離心力，上述離心力更優(yōu)選至少20G，最優(yōu)選至少30G，從而強(qiáng)化增強(qiáng)熔融金屬與模具內(nèi)壁表面的撞擊力，由此提高熔融金屬的凝固速度。
熔融金屬沉積到模具內(nèi)壁表面的速度也是關(guān)鍵性的。為提高已沉積的熔融金屬的冷卻速度，平均沉積速度優(yōu)選0.1mm/秒或更低，優(yōu)選0.05mm/秒或更低，最優(yōu)選0.03mm/秒或更低。
鑄造后將R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊在400到1,000℃下、在真空或惰性氣體氣氛中熱處理，以增強(qiáng)矯頑力和正方性性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的交換彈性磁體合金鑄塊表現(xiàn)出高回彈性，例如，甚至當(dāng)磁化在反向磁場(chǎng)中降低時(shí)，磁化通過將磁場(chǎng)強(qiáng)度控制為0幾乎可以完全恢復(fù)到初始值。此外，合金在鑄塊狀態(tài)下也表現(xiàn)出優(yōu)異的各向同性的磁特性。因此，僅通過機(jī)械加工，如切削、磨削、拋光或沖裁，把合金鑄塊加工成預(yù)定的形狀，就可以制造出具有優(yōu)異的各向同性的磁特性的交換彈性磁體。簡(jiǎn)而言之，生產(chǎn)傳統(tǒng)的粘結(jié)磁體所需的粉末化和壓?；蜃⑸涑尚偷牟襟E可以省略，從而降低生產(chǎn)成本。另外，因?yàn)榻?jīng)機(jī)械加工生產(chǎn)的磁體密度比粘結(jié)磁體高，所以可以制造顯示出高磁化的強(qiáng)磁體。
基于熔融金屬在圓柱形模具的內(nèi)壁上的沉積，可以直接用熔融金屬制造圓柱形的R-T-B型交換彈性磁體。在這種情況下，鑒于生產(chǎn)設(shè)備的限制，圓柱形磁體的外徑優(yōu)選被控制為100mm或更大。
當(dāng)有意識(shí)地將本發(fā)明的R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊在高溫下、在惰性氣體氣氛或真空中變形時(shí)，可以提供各向異性的磁性。優(yōu)選的變形方法的例子包括倒模、軋制、鍛造和壓制。變形溫度優(yōu)選400到1,100℃，更優(yōu)選600到800℃。變形所需的壓力為至少0.5噸/cm2，更優(yōu)選至少1噸/cm2。
本發(fā)明的交換彈性磁體含有非常容易被氧化的稀土成分和鐵，因此優(yōu)選將磁體用樹脂或例如Ni、Al的金屬涂層。更優(yōu)選地，磁體依次用樹脂和金屬涂層。
前述本發(fā)明的交換彈性合金鑄塊中包含多數(shù)為細(xì)小的晶粒。因此，即使將合金鑄塊粉末化磁特性也不會(huì)顯著變壞。把合金鑄塊粉末化至粒度500μm或更小的顆粒，并將粉末與環(huán)氧樹脂或類似樹脂混和，并將得到的混合物壓模；或者將粉末與尼龍或類似的樹脂混和，并將得到的混合物注射成型，從而生產(chǎn)粘結(jié)磁體。當(dāng)使用本發(fā)明的生產(chǎn)方法生產(chǎn)交換彈性磁體合金鑄塊時(shí)，得到了高于前述超快冷卻生產(chǎn)方法的產(chǎn)量，由此提供低價(jià)格的合金粉末。
實(shí)施例以下說明本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比例。
實(shí)施例1將元素態(tài)釹、鐵硼合金、鈷、鋁、銅和鐵混和以得到以下組成Nd30.0質(zhì)量％；B1.00質(zhì)量％；Co1.0質(zhì)量％；Al0.30質(zhì)量％；和Cu0.10質(zhì)量％，其余為鐵。在1atm下在氬氣中用高頻感應(yīng)熔爐將混合物熔化于氧化鋁坩堝中。得到的熔融混合物用如圖2所示的設(shè)備進(jìn)行鑄造。
模具內(nèi)徑為500mm，長(zhǎng)為500mm；將深1mm，底寬5mm的圖7所示的凹槽以3mm的間隔提供給模具的內(nèi)表面。
旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)徑為250mm，其側(cè)壁開有8個(gè)直徑2mm的孔。
旋轉(zhuǎn)容器的旋轉(zhuǎn)軸與模具的旋轉(zhuǎn)軸之間的成的角θ為25°，熔融金屬沉積到模具內(nèi)壁上的平均速度為0.01cm/秒。
模具的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為189rpm以產(chǎn)生10G的離心力。旋轉(zhuǎn)容器的旋轉(zhuǎn)速度為535rpm以對(duì)熔融金屬施加約40G的離心力。
這樣制得的合金鑄塊在圓柱形模具中部的厚度為6到8mm；在靠近兩個(gè)相對(duì)的底部的厚度最大部分的厚度為11到13mm。
在電子顯微鏡下在背散射電子圖中觀測(cè)橫截面的顯微組織。結(jié)果如表1所示。
表1

實(shí)施例2將元素態(tài)釹、鐵硼合金、鈷、鋁、銅和鐵混和以得到以下組成Nd28.0質(zhì)量％；B1.00質(zhì)量％；Co1.0質(zhì)量％；Al0.30質(zhì)量％；和Cu0.10質(zhì)量％，其余為鐵。在1atm下在氬氣中用高頻感應(yīng)熔爐將混合物熔化于氧化鋁坩堝中。得到的熔融混合物用如圖2所示的設(shè)備進(jìn)行鑄造。
使用與實(shí)施例1中相同尺寸的旋轉(zhuǎn)容器。但是，模具的內(nèi)表面是光滑的，并且模具的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為231rpm以產(chǎn)生15G的離心力。
旋轉(zhuǎn)容器使用如與實(shí)施例中所描述的相同的條件。
結(jié)果如以上表1所示。
對(duì)比例1制備組成類似實(shí)施例1的混合物，并將混合物以類似實(shí)施例1的方式熔化并通過使用類似實(shí)施例1中所使用的鑄造設(shè)備進(jìn)行鑄造。但是，模具的內(nèi)表面不具有凹槽，并且將表面用砂紙拋光(240號(hào))以在使用前達(dá)到光滑。調(diào)整模具的旋轉(zhuǎn)速度以產(chǎn)生2.5G的離心力。
通過以上鑄造得到的合金鑄塊在圓柱形磨具的中部厚度為7至8mm，在靠近兩個(gè)相對(duì)的底部的厚度最大部分的厚度為12到13mm。
以類似與實(shí)施例1的方式以背散射電子圖像的方式觀察橫截面的微觀組織。結(jié)果如表1所示。
對(duì)比例2制備組成類似實(shí)施例1的混合物，并將混合物在1atm下在氬下熔化并通過使用圖8中的用于SC法的鑄造設(shè)備鑄造。水冷銅輥25外徑為400mm，輥以1m/s的邊緣速度旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生平均厚度0.32mm的薄片狀合金鑄塊。由此得到的橫截面的顯微組織以背散射電子圖像的方式觀察。結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例3實(shí)施例3描述了燒結(jié)磁體的生產(chǎn)的例子。實(shí)施例1中生產(chǎn)的合金薄片按照氫燒爆、中粉末化和微粉末化的次序粉末化。氫吸附步驟--氫燒爆的第一步--在以下條件下進(jìn)行100％氫氣氛，大氣壓強(qiáng)，保留時(shí)間1小時(shí)。氫吸附反應(yīng)開始時(shí)金屬薄片的溫度為25℃。氫解吸步驟--此后的步驟--在以下條件下進(jìn)行0.13hPa的真空，500℃，保留時(shí)間1小時(shí)。中粉末化使用Brawn磨進(jìn)行，并將經(jīng)氫燒爆的粉末在100％氮?dú)夥罩蟹勰┗亮６?2μm或更小，向得到的粉末中以0.07質(zhì)量％的量加入硬脂酸鋅粉末。使用V-攪拌器將混合物在100％氮?dú)夥罩谐浞值鼗旌?。并使用噴射磨在混合了?400ppm)的氮?dú)夥罩形⒎勰┗亮６?.2μm(FSSS)。使用V-攪拌器在100％氮?dú)夥罩袑⒌玫降姆勰┰俅纬浞只旌稀０l(fā)現(xiàn)得到的粉末含有濃度為2,500ppm的氧。通過粉末的碳濃度分析，計(jì)算得到粉末的硬脂酸鋅濃度為0.05質(zhì)量％。
隨后將如此得到的粉末通過使用模制設(shè)備在100％氮?dú)夥蘸蛡?cè)向磁場(chǎng)中壓模。模制壓力為1.2t/cm2，模腔中的磁場(chǎng)被控制為15Koe。
將如此得到的壓制物依次在1.33×10-5hPa的真空中在500℃下維持1小時(shí)、在1.33×10-5hPa的真空中在800℃下維持2小時(shí)、并在1.33×10-5hPa的真空中在1060℃下維持2小時(shí)以進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)產(chǎn)物具有7.5g/cm3或更高的足夠高的密度。將燒結(jié)產(chǎn)物在氬氣氛中在540℃下熱處理1小時(shí)。
使用直流BH曲線記錄器測(cè)量燒結(jié)產(chǎn)物的磁特性，結(jié)果如表2所示。另外，將燒結(jié)產(chǎn)物的橫截面鏡面拋光，在偏光顯微鏡下觀察拋光面。得到的平均結(jié)晶粒度為15至20μm，粒度基本均勻。
對(duì)比例3和4在對(duì)比例3和4中，將每一種對(duì)比例1和2中生產(chǎn)的合金薄片以類似與實(shí)施例3中的方式粉末化，從而生產(chǎn)粒度為3.3μm(FSSS)的粉末。發(fā)現(xiàn)得到的粉末含有濃度為2,600ppm的氧。每一種粉末以類似與實(shí)施例3的方式在磁場(chǎng)中磨制并燒結(jié)，從而生產(chǎn)各向異性的磁體。如此生產(chǎn)的燒結(jié)側(cè)體的磁特性如表2所示。
表2

表2顯示，對(duì)比例3制造的磁體比實(shí)施例3制造的磁體矯頑力低2kOe或更多，可以想象，其原因在于富R相的差的分散狀況。對(duì)比例4制造的磁體的Br低至0.15kG，可以想象，其原因在于其中晶體取向比本發(fā)明的合金差。
實(shí)施例4將元素釹、元素鐠、鐵硼合金、鋁、電解銅、電解鈷和電解鐵混和以形成以下組成Nd10.4原子％(23.0質(zhì)量％)；Pr3.2原子％(7.0質(zhì)量％)；B6.0原子％(1.0質(zhì)量％)；Al0.7原子％(0.3質(zhì)量％)；Cu0.1原子％(0.1質(zhì)量％)；Co1.1原子％(1.0質(zhì)量％)；其余為鐵。將得到的混合物在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化熔化于氧化鋁坩堝中，得到的熔融混合物用如圖2所示的設(shè)備按以下條件進(jìn)行鑄造。
圓柱形的模具用鐵(在27℃下的熱傳導(dǎo)率80.3W/mK)制成，內(nèi)徑500mm，長(zhǎng)500mm。用等離子噴涂法在模具內(nèi)壁上提供厚度100μm的膜。(27℃時(shí)的熱傳導(dǎo)率12.6W/mK)，其組成為Ni80質(zhì)量％、Cr20質(zhì)量％。旋轉(zhuǎn)體是圓柱形容器，內(nèi)徑為250mm，側(cè)壁開有8個(gè)直徑3mm的孔。圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸L被設(shè)定為水平方向。容器的旋轉(zhuǎn)軸R與圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸L之間的角θ在鑄造時(shí)被固定為25°，熔融金屬沉積到模具內(nèi)壁上的平均沉積速度被調(diào)整為0.05mm/秒。控制模具的旋轉(zhuǎn)速度以產(chǎn)生10G的離心加速度，旋轉(zhuǎn)容器的旋轉(zhuǎn)速度被控制在能對(duì)熔融金屬施加20G的離心力。
如此制取的合金鑄塊在圓柱形模具中間部分的厚度為8mm，靠近兩相對(duì)的底部部分厚度最大，為約10mm。用偏光顯微鏡觀測(cè)合金鑄塊的橫截面以確定結(jié)晶粒度。通過觀察，結(jié)晶粒度為10μm或更小的晶粒所占面積百分比為95％。
然后從合金鑄塊上切下一立方體(邊長(zhǎng)7mm)，用BH曲線記錄器測(cè)定立方體的磁特性。測(cè)得合金具有如下特性剩余磁通密度Br＝8.6kG；矯頑力iHc＝10.2kOe；最大能量乘積(BH)max＝14.2MGOe，并且這些特性在三個(gè)軸的方向上幾乎相等。結(jié)果表明此合金適于生產(chǎn)各向同性的磁體。
實(shí)施例5將同樣的材料混合以得到類似于實(shí)施例4中生產(chǎn)的合金的組成。在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化用氧化鋁坩堝將混合物熔化。用與實(shí)施例4所用設(shè)備相似的設(shè)備將得到的熔融混合物在與實(shí)施例4相似的條件下進(jìn)行鑄造。但以10μm的厚度采用噴射法涂布在模具內(nèi)壁表面上提供氮化硼(BN)膜(27℃時(shí)的熱傳導(dǎo)率為17到42W/mK)以代替上述薄膜。
用偏光顯微鏡觀測(cè)如此得到的合金鑄塊的橫截面以確定結(jié)晶粒度。通過觀察測(cè)得粒度10μm或更小的晶粒所占面積百分比為88％。
然后從合金鑄塊上切下一立方體(邊長(zhǎng)7mm)，用BH曲線記錄器測(cè)定立方體的磁特性，測(cè)得合金表現(xiàn)出以下特性Br＝8.6kG；iHc＝10.1kOe；且(BH)max＝14.0MGOe，并且這些性能在三個(gè)軸的方向上幾乎相等。結(jié)果表明這種合金適合地提供了用于各向同性的磁體的合金。
實(shí)施例6將元素釹、鐵硼合金和電解鐵混和以得到以下組成Nd4.6原子％(12.5質(zhì)量％)；B15.2原子％(3.1質(zhì)量％)；其余為鐵。在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化用氧化鋁坩堝將混合物熔化。得到的熔融混合物用如圖2所示的設(shè)備按以下條件進(jìn)行鑄造。
圓柱形模具用鐵(在27℃時(shí)的熱傳導(dǎo)率80.3W/mK)制成，內(nèi)徑500mm，長(zhǎng)500mm。通過等離子噴涂法向模具內(nèi)壁提供涂層膜(27℃時(shí)的熱傳導(dǎo)率12.6W/mK)，其組成是Ni80質(zhì)量％、Cr20質(zhì)量％，厚度為500μm。旋轉(zhuǎn)體是圓柱形容器，內(nèi)徑為250mm，側(cè)壁開有8個(gè)直徑2mm的孔。圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸L設(shè)定為水平方向。容器的旋轉(zhuǎn)軸R與圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸L之間的角θ在鑄造過程中固定為25°。
熔融金屬沉積到模具內(nèi)壁上的平均沉積速度調(diào)整為0.02mm/秒。模具的旋轉(zhuǎn)速度控制在產(chǎn)生20G離心加速度，旋轉(zhuǎn)容器的旋轉(zhuǎn)速度控制在對(duì)熔融金屬施加40G的離心力。
用偏光顯微鏡觀測(cè)如此得到的合金鑄塊的橫截面以確定結(jié)晶粒度，通過觀察測(cè)得結(jié)晶粒度1μm或更小的晶粒所占面積的百分比為65％。
然后從合金鑄塊上切下一立方體(邊長(zhǎng)7mm)，用BH曲線記錄器測(cè)定立方體的磁特性，測(cè)得合金顯示如下特性Br＝11.8kG；iHc＝3.0kOe；(BH)max＝14.9MGOe，并且這些特性在三個(gè)軸的方向上幾乎相等。結(jié)果表明這種合金適合地提供了用于各向同性的磁體的合金。在磁化后對(duì)由合金鑄塊生產(chǎn)的磁體加以2.5kOe的反向磁場(chǎng)，當(dāng)停止施加反向磁場(chǎng)后(即0kOe)，Br恢復(fù)到初始值的95％，即具有明顯的回彈。因此，磁體可判定為各向同性的交換彈性磁體。
對(duì)比例5將同樣的材料混合以得到類似實(shí)施例4生產(chǎn)的合金的組成。在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化用氧化鋁坩堝將混合物熔化。用與實(shí)施例4所用相似的設(shè)備將得到的熔融混合物在與實(shí)施例4相似的條件下進(jìn)行鑄造。但模具內(nèi)壁表面沒有涂層膜，并且熔融金屬直接沉積和凝固在鐵制模具的內(nèi)壁表面上。用偏光顯微鏡觀測(cè)如此得到的合金鑄塊的橫截面以確定結(jié)晶粒度。通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)有大量的主要粒度1mm或更大的柱形晶體，并且結(jié)晶粒度10μm或更小的晶粒所占面積的百分比低至3％。
然后從合金鑄塊上切下一立方體(邊長(zhǎng)7mm)，用BH曲線記錄器測(cè)定立方體的磁特性，測(cè)得合金顯示如下特性Br＝3.0kG；iHc＝0.8kOe；(BH)max＝0.4MGOe。這些特性在垂直于模具表面的平面上測(cè)量時(shí)是最高的，但遠(yuǎn)低于實(shí)施例4中的特性。
對(duì)比例6將同樣的材料混合以得到類似實(shí)施例6生產(chǎn)的合金的組成。在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化用氧化鋁坩堝將混合物熔化，用與實(shí)施例4所用相似的設(shè)備將得到的熔融混合物在與實(shí)施例4相似的條件下進(jìn)行鑄造。但模具內(nèi)壁表面沒有涂層膜，并且熔融金屬直接沉積和凝固在鐵制模具的內(nèi)壁表面上。用偏光顯微鏡觀測(cè)如此得到的合金鑄塊的橫截面以確定結(jié)晶粒度。通過觀察發(fā)現(xiàn)有大量的主要粒度1mm或更大的柱形晶體，但是還發(fā)現(xiàn)許多樹枝狀的、不含磁疇的相的部分，而且相似乎阻止了柱形晶體的生長(zhǎng)?；谑褂脪呙桦娮语@微鏡拍攝的背散射電子圖，并使用能量分散X射線分析儀，確定不含磁疇的樹枝狀相為α-Fe。另外，通過在偏光顯微鏡下觀測(cè)合金鑄塊，測(cè)出結(jié)晶粒度10μm或更小的晶粒所占面積的百分比低至3％。
然后從合金鑄塊上切下一立方體(邊長(zhǎng)7mm)，用BH曲線記錄器測(cè)定立方體的磁特性，測(cè)得合金顯示如下特性Br＝1.8kG；iHc＝0.2kOe；(BH)max無法測(cè)出。這些特性在垂直于模具表面的平面上測(cè)量時(shí)是最高的，但遠(yuǎn)低于實(shí)施例6中的特性。
實(shí)施例7用搗磨機(jī)在氬氣氣氛中將實(shí)施例4的合金鑄塊粉末化到500μm或更小，使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(vibrating sample magnetometer，VSM)測(cè)得制得粉末的iHc為9.5kOe，表明iHc稍有下降。將合金粉末與環(huán)氧樹脂(3重量％)混和，所得混合物在氬氣氣氛中、6噸/cm2的壓強(qiáng)下壓制成型，所得壓制物在氬氣氣氛、180℃下燒制從而去除環(huán)氧樹脂。完全熟化后，產(chǎn)品的密度為5.8g/cm3。產(chǎn)品的磁特性用BH曲線記錄器測(cè)量，測(cè)得產(chǎn)品具有如下特性Br＝6.6kG；矯頑力iHc＝9.1kOe；最大能量乘積(BH)max＝8.4MGOe。
實(shí)施例8實(shí)施例4的合金鑄塊在550℃、真空中加熱1小時(shí)，然后從熱處理過的合金鑄塊上切下一立方體(邊長(zhǎng)7mm)，用BH曲線記錄器測(cè)定立方體的磁特性，測(cè)得合金顯示如下特性Br＝8.7kG；iHc＝11.2kOe；最大能量乘積(BH)max＝14.9MGOe，并且這些特性在三個(gè)軸的方向上幾乎相等。
實(shí)施例9用搗磨機(jī)在氬氣氣氛中將實(shí)施例8的合金鑄塊粉末化到500μm或更小，使用VSM測(cè)得制得粉末的iHc為10.5kOe，表明iHc稍有下降。通過使用合金粉末并采用類似于實(shí)施例7的方法，可生產(chǎn)出其密度為5.8g/cm3的粘結(jié)磁體。粘結(jié)磁體的磁特性用BH曲線記錄器測(cè)量。測(cè)得磁體顯示如下特性Br＝6.8kG；iHc＝10.2kOe；(BH)max＝8.9MGOe。
實(shí)施例10實(shí)施例4的合金鑄塊在1,020℃、氬氣氣氛中加熱2小時(shí)，然后再在550℃、真空中加熱1小時(shí)進(jìn)行額外的熱處理。然后從熱處理過的合金鑄塊上切下一立方體(邊長(zhǎng)7mm)，用BH曲線記錄器測(cè)定立方體的磁特性，測(cè)得合金顯示如下特性Br＝8.9kG；iHc＝11.3kOe；(BH)max＝15.5MGOe。這些性能在三個(gè)軸的方向上幾乎相等。
實(shí)施例11用搗磨機(jī)在氬氣氣氛中將實(shí)施例10的合金鑄塊粉末化到500μm或更小，使用VSM測(cè)得制得粉末的iHc為10.7kOe，表明iHc稍有下降。通過與實(shí)施例7近似的方法，使用合金粉末生產(chǎn)出密度5.8g/cm3的粘結(jié)磁體。粘結(jié)磁體的磁特性用BH曲線記錄器測(cè)量，測(cè)得磁體顯示如下特性Br＝6.9kG；iHc＝10.2kOe；(BH)max＝9.3MGOe。
對(duì)比例7用搗磨機(jī)在氬氣氣氛中將對(duì)比例4的合金鑄塊粉末化到500μm或更小，使用VSM測(cè)得制得粉末的iHc低至0.4kOe。采用與實(shí)施例7近似的方法，用合金粉末生產(chǎn)出密度5.8g/cm3的粘結(jié)磁體。粘結(jié)磁體的磁特性用BH曲線記錄器測(cè)量，測(cè)得磁體顯示如下特性Br＝2.3kG；iHc＝0.3kOe；(BH)max＝0.1MGOe，結(jié)果令人十分不滿。
實(shí)施例12混和各種起始材料金屬釹、鐵硼合金、鋁、電解銅、鐵-鈮、電解鐵，使復(fù)合物包含Nd14.7原子％(32.0質(zhì)量％)；B6.1原子％(1.0質(zhì)量％)；Al0.7原子％(0.3質(zhì)量％)；Cu1.0原子％(1.0質(zhì)量％)；Nb0.4原子％(0.5質(zhì)量％)；其余為鐵，并在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化用氧化鋁坩堝將混合物熔化，隨后采用與實(shí)施例5相同的設(shè)備和條件進(jìn)行鑄造。然后，不從圓柱形模具上移去沉積的合金鑄塊，在此合金鑄塊上在相同的生產(chǎn)條件下沉積與前述復(fù)合物組分相同的合金鑄塊。
獲得的合金鑄塊在圓柱形模具的中部厚度為16mm，在模具兩個(gè)邊的附近厚度最大，約為20mm。用偏光顯微鏡測(cè)量合金鑄塊結(jié)晶的直徑，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶粒度10μm或更小的晶體所占面積為83％。
從后沉積和凝固的合金中切下邊長(zhǎng)7mm的立方體，用BH曲線記錄器測(cè)量其磁特性。在三個(gè)方向上性質(zhì)大致相同，并且Br＝8.2kG，iHc＝4kOe，(BH)max＝12.9MGOe。
實(shí)施例13從實(shí)施例12的合金中切下厚度為16到18mm的部分，并密封在厚度為3.2mm的抽成真空的鐵容器中。將密封了合金鑄塊的鐵容器放在設(shè)定為800℃的大氣爐中充分加熱，接著利用通過牽引設(shè)置為30％的軋輥進(jìn)行軋制。然后，將鐵容器放回到保持800℃的大氣爐中充分加熱，再次用縮小了間距、牽引為30％的軋輥軋制。軋制工序共重復(fù)進(jìn)行4次，將合金鑄塊軋成厚度為4.0mm。將兩塊該合金鑄塊層壓到一起并加工成邊長(zhǎng)為7mm的立方體。用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)磁力在加壓的方向上最強(qiáng)。這個(gè)方向上的磁性質(zhì)為Br＝12.0kG，iHc＝12.9kOe，(BH)max＝28.7MGOe。
實(shí)施例14實(shí)施例13中經(jīng)熱軋的合金鑄塊在550℃、真空中加熱1小時(shí)。然后將兩塊這樣的合金鑄塊層壓到一起，加工成邊長(zhǎng)為7mm的立方體。用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)如果iHc和正方性性質(zhì)在加壓的方向上比實(shí)施例13更好，并且Br＝12.0kG，iHc＝13.6kOe，(BH)max＝29.8MGOe。
實(shí)施例15實(shí)施例13中經(jīng)熱軋的合金鑄塊在1,020℃、真空中加熱2小時(shí)，再在550℃、真空中進(jìn)一步熱處理1小時(shí)。然后，將兩塊這樣的合金鑄塊層壓到一起，加工成邊長(zhǎng)為7mm的立方體。用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)iHc和正方性性質(zhì)在加壓的方向上比實(shí)施例14更好，并且Br＝12.0kG，iHc＝14.1kOe，(BH)max＝31.6MGOe。
實(shí)施例16在氬氣氣氛中用搗磨機(jī)將實(shí)施例6的合金鑄塊粉末化到500μm或更小。用VSM測(cè)得iHc為2.9kOe，iHc值的退化低。
采用與實(shí)施例7相同的方法，用合金粉末生產(chǎn)出密度5.8g/cm3的粘結(jié)磁體。粘結(jié)磁體的磁性質(zhì)用BH曲線記錄器測(cè)量，并發(fā)現(xiàn)Br＝9.1kG，iHc＝2.8kOe，(BH)max＝8.9MGOe。
實(shí)施例17
將實(shí)施例6的合金鑄塊在750℃、真空中加熱5鐘，用BH曲線記錄器測(cè)量其磁特性，發(fā)現(xiàn)在三個(gè)方向上的性質(zhì)基本相同，并且磁性質(zhì)改善為Br＝11.8kG，iHc＝4.2kOe，(BH)max＝15.0MGOe。
另外，在將此磁體磁化后，對(duì)其施加2.5kOe的相反方向的磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)恢復(fù)為0時(shí)，發(fā)現(xiàn)Br明顯回彈，恢復(fù)到原值的95％，此磁體是各向同性的交換彈性磁體。
實(shí)施例18在氬氣氣氛中用搗磨機(jī)將實(shí)施例17的合金鑄塊粉末化到500μm或更小。用VSM測(cè)得iHc為4.0kOe，iHc值的退化低。
采用與實(shí)施例7相同的方法，用合金粉末生產(chǎn)出密度5.8g/cm3的粘結(jié)磁體。粘結(jié)磁體的磁性質(zhì)用BH曲線記錄器測(cè)量，并且為Br＝9.1kG，iHc＝3.9kOe，(BH)max＝9.2MGOe。
實(shí)施例19將每一種起始材料金屬釹、金屬鐠、金屬鏑、鐵-硼、鋁、電解鈷、電解銅、鐵-鋯和電解鐵混合，使復(fù)合物包含Nd10.8原子％(235質(zhì)量％)；Pr3.3原子％(7.0質(zhì)量％)；Dy0.6原子％(1.5質(zhì)量％)；B6.1原子％(1.0質(zhì)量％)；Al0.7原子％(0.30質(zhì)量％)；Co1.1原子％(1.0質(zhì)量％)；Cu0.1原子％(0.1質(zhì)量％)；Zr0.4原子％(0.5質(zhì)量％)；其余為鐵，并在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化用氧化鋁坩堝將混合物熔化，接著在下列條件下通過鑄造得到圓柱形合金鑄塊。
圓柱形模具用銅制成(在27℃時(shí)的熱傳導(dǎo)率398W/mK)，內(nèi)徑150mm，長(zhǎng)150mm。在模具內(nèi)壁表面上用等離子噴涂法覆蓋一層厚度為100μm、組成為SUS304(27℃時(shí)的熱傳導(dǎo)率為16.0W/mK)的膜。旋轉(zhuǎn)體是圓柱狀容器，內(nèi)徑為50mm，側(cè)壁開有8個(gè)直徑3mm的孔。另外，圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸L和容器的旋轉(zhuǎn)軸R都設(shè)定為垂直方向。
熔融金屬沉積到模具內(nèi)壁上的平均沉積速度為0.05mm/秒。此時(shí)模具的轉(zhuǎn)數(shù)的設(shè)置產(chǎn)生20G離心加速度，圓柱狀容器旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度被控制在能對(duì)熔融金屬施加10G的離心力。此外，在鑄造過程中，旋轉(zhuǎn)容器在垂直方向上上下移動(dòng)，移動(dòng)距離50mm，周期為4秒。
圓柱形合金鑄塊的外徑為150mm，縱軸方向中間部分的厚度為8mm，在兩個(gè)相對(duì)的邊附近厚度最大，約為10mm。用偏光顯微鏡測(cè)量合金鑄塊的晶體的直徑，發(fā)現(xiàn)粒度10μm或更小的晶體所占面積為96％。
從合金鑄塊上切下邊長(zhǎng)7mm的立方體，用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)。在三個(gè)方向上性質(zhì)大致相同，并且剩余磁通密度Br＝8.1kG，矯頑力iHc＝16.8kOe，最大能量乘積(BH)max＝12.5MGOe。由此可以理解，該合金適和作為各向同性的圓柱形磁體。
對(duì)比例8將每一原料混和，從而使復(fù)合物的組分與實(shí)施例19相同，在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化用氧化鋁坩堝將混合物熔化，鑄造用與實(shí)施例19相同的設(shè)備和條件進(jìn)行。但模具內(nèi)壁上沒有形成任何膜，熔融金屬沉積和凝固在銅制模具上。所獲得的圓柱形合金鑄塊的外徑為150mm，縱軸方向上中間部分的厚度為8mm，在靠近模具相對(duì)的兩個(gè)邊處厚度最大并約為10mm。用偏光顯微鏡測(cè)量合金鑄塊的結(jié)晶的直徑，發(fā)現(xiàn)粒度10μm或更小的結(jié)晶所占面積為5％。
從該合金鑄塊上切下邊長(zhǎng)為7mm立方體，用BH曲線記錄器測(cè)定立方體的磁特性，這些性能在垂直于模具表面的平面上測(cè)量時(shí)最高，并且為Br＝2.8kG；iHc＝1.2kOe；(BH)max＝0.4MGOe，這與實(shí)施例4相比是極低的。
實(shí)施例20將使用實(shí)施例19的設(shè)備、采用與實(shí)施例19相同的組成和條件制造的圓柱形合金鑄塊在550℃、真空中熱處理1小時(shí)。從此熱處理過的合金鑄塊中切下邊長(zhǎng)7mm的立方體，用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)磁性質(zhì)在三個(gè)方向上大致相同，Br＝8.2kG，iHc＝17.2kOe，(BH)max＝13.1MGOe。這些磁性質(zhì)好于實(shí)施例19的合金。
實(shí)施例21使用實(shí)施例19的設(shè)備、采用與實(shí)施例19相同組成和條件制造的圓柱形合金鑄塊在1,020℃、氬氣氣氛中熱處理2小時(shí)，再在550℃、真空中熱處理1小時(shí)。
從此熱處理過的合金鑄塊中切下邊長(zhǎng)7mm的立方體，用BH曲線記錄器測(cè)量其磁特性，發(fā)現(xiàn)在三個(gè)方向上性質(zhì)大致相同，Br＝8.3kG，iHc＝17.5kOe，(BH)max＝13.7MGOe。這些磁性質(zhì)好于實(shí)施例20的合金。
實(shí)施例22使用與實(shí)施例4相同的組成、條件、設(shè)備進(jìn)行鑄造，但使用圓柱形銅模具(27℃時(shí)熱傳導(dǎo)率為80.3W/mK，在其內(nèi)壁上刻有深1mm、底寬5mm、間距3mm的凹槽，再在其上用等離子噴涂法形成厚100μm、組成為SUS304的膜(27℃時(shí)熱傳導(dǎo)率為16.0W/mK)。
得到的合金鑄塊厚度在圓柱形模具中間部分為8mm，在模具相對(duì)的兩邊處厚度最大，約為10mm。用偏光顯微鏡測(cè)量合金鑄塊的結(jié)晶的直徑，發(fā)現(xiàn)粒度10μm或更小的結(jié)晶所占面積為98％。
從合金中切下邊長(zhǎng)7mm的立方體，用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在三個(gè)方向上性質(zhì)大致相同，剩余磁通密度Br＝8.6kG，矯頑力iHc＝11.0kOe，最大能量乘積(BH)max＝14.4MGOe。
實(shí)施例23使用實(shí)施例19的設(shè)備，在與實(shí)施例19相同的條件下，通過混和合金起始原料以獲得與實(shí)施例6相同的組成，制取圓柱形合金鑄塊。但熔融金屬沉積到模具內(nèi)壁的平均速度為0.02mm/秒。
所獲圓柱形合金鑄塊的外表面為150mm，縱軸方向中間部分的厚度為8mm，在模具兩邊附近厚度最大，約為10mm。用偏光顯微鏡測(cè)量合金鑄塊的結(jié)晶的直徑，發(fā)現(xiàn)粒度1μm或更小的結(jié)晶所占面積為65％。粒度1μm或更小的結(jié)晶所占面積為65％。
從合金鑄塊中切下邊長(zhǎng)7mm的立方體，用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在三個(gè)方向上性質(zhì)大致相同，Br＝11.8kG；iHc＝3.0kOe；(BH)max＝14.8MGOe。由此可以理解這種合金適合作為圓柱形各向同性交換彈性磁體。
另外，將磁體磁化后，對(duì)其施加2.5kOe的反向磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)恢復(fù)為0時(shí)，發(fā)現(xiàn)Br具有明顯的回彈性，恢復(fù)到原值的95％，因此此磁體是各向同性的交換彈性磁體。
實(shí)施例24使用實(shí)施例19的設(shè)備，在與實(shí)施例19相同的條件下，通過將合金起始原料混合獲得與實(shí)施例6相同的組成，制取圓柱形合金鑄塊。但熔融金屬沉積到模具內(nèi)壁的平均速度為0.02mm/s。在此情況下，合金鑄塊在750℃、真空中熱處理5分鐘。從此熱處理過的合金鑄塊中切下邊長(zhǎng)7mm的立方體，用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在三個(gè)方向上性質(zhì)大致相同，Br＝11.8kG；iHc＝4.1kOe；(BH)max＝15.0MGOe。這些磁性質(zhì)好于實(shí)施例23。
另外，將磁體磁化后，對(duì)其施加2.5kOe的反向磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)恢復(fù)為0時(shí)，發(fā)現(xiàn)Br具有明顯的回彈性，恢復(fù)到原值的95％，可判斷此磁體是各向同性的交換彈性磁體。
實(shí)施例25將合金起始原料混和以獲得與實(shí)施例4相同的組成，在氬氣氣氛中用高頻感應(yīng)熔化用氧化鋁坩堝將混合物熔化，隨后在以下條件下進(jìn)行鑄造。
圓柱形模具用鐵(在27℃時(shí)的熱傳導(dǎo)率為80.3W/mK)制成，內(nèi)徑600mm，長(zhǎng)600mm。模具內(nèi)壁表面上用等離子噴涂法涂層厚度為100μm、組成為80質(zhì)量％的Ni和20質(zhì)量％的Cr(27℃時(shí)的熱傳導(dǎo)率為12.6W/mK)的膜。旋轉(zhuǎn)體是圓筒形容器，內(nèi)徑為250mm，側(cè)壁開有8個(gè)直徑3mm的孔。另外，在鑄造過程中，圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸L設(shè)定為水平方向，容器的旋轉(zhuǎn)軸R與圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸L之間的傾角θ固定為25°。另外，為在鑄造過程中移出沉積并凝固在模具內(nèi)表面上的合金薄片，在模具的內(nèi)壁上安裝了刮削器從而使其與前緣接觸。另外，將厚5mm的金屬盤導(dǎo)板安裝旋轉(zhuǎn)體的刮刀一側(cè)，以防止鑄造過程中熔融金屬直接沉積在刮刀本身上。
熔融金屬沉積到模具內(nèi)壁上的平均沉積速度調(diào)整為0.05mm/秒。在此實(shí)施例中模具的旋轉(zhuǎn)數(shù)的設(shè)定能產(chǎn)生10G離心加速度，容器旋轉(zhuǎn)速度控制為能對(duì)熔融金屬施加約20G的離心力。
所得合金薄片的尺寸約為5mm，厚度為約50到100μm。用偏光顯微鏡測(cè)量合金薄片中的晶體直徑，發(fā)現(xiàn)粒度10μm或更小的晶體所占面積為95％。
用VSM測(cè)量合金薄片的iHc并發(fā)現(xiàn)其為10.2kOe。用搗磨機(jī)在氬氣氣氛中將此合金薄片粉末化到500μm或更小，此后使用與實(shí)施例7近似的方法，制備密度5.8g/cm3的粘結(jié)磁體。用BH曲線記錄器測(cè)量其磁特性為Br＝6.6kG，矯頑力iHc＝9.8kOe；最大能積(BH)max＝8.4MGOe。
實(shí)施例26實(shí)施例25的合金薄片在550℃、真空中熱處理1小時(shí)，用VSM測(cè)得經(jīng)熱處理的合金薄片的iHc為10.2kOe。用搗磨機(jī)在氬氣氣氛中將此合金薄片粉末化到500μm或更小，此后采用與實(shí)施例7近似的方法生產(chǎn)出密度5.8g/cm3的粘結(jié)磁體。用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)為Br＝6.8kG；矯頑力iHc＝10.6kOe；最大能量乘積(BH)max＝8.9MGOe。
實(shí)施例27實(shí)施例25的合金薄片在1,020℃、氬氣氣氛中熱處理2小時(shí)，再在550℃、真空中熱處理1小時(shí)，用VSM測(cè)得經(jīng)熱處理的合金薄片的iHc為11.3kOe。用搗磨機(jī)在氬氣氣氛中將此合金薄片粉末化到500μm或更小，此后采用與實(shí)施例7近似的方法生產(chǎn)出密度5.8g/cm3的粘結(jié)磁體。用BH曲線記錄器測(cè)量其磁性質(zhì)為Br＝6.9kG；矯頑力iHc＝11.0kOe；最大能量乘積(BH)max＝9.3MGOe。
權(quán)利要求
1.稀土磁體合金鑄塊，其中稀土磁體合金鑄塊包含R-T-B型磁體合金，其中R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代，該合金包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為11.8到16.5原子％的元素及量為5.6到9.1原子％的B，而且其中橫截面上基本不存在合金鑄塊的鑄造狀態(tài)下測(cè)得的在尺寸為100μm或更大的富R相。
2.稀土磁體合金鑄塊，其中稀土磁體合金鑄塊包含R-T-B型磁體合金，其中R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代，該合金包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為11.8到16.5原子％的元素及量為5.6到9.1原子％的B，而且其中在合金鑄塊的鑄造狀態(tài)下測(cè)得的尺寸為50μm或更小的富R相分散占據(jù)的面積為橫截面積的至少50％。
3.稀土磁體合金鑄塊，其中稀土磁體合金鑄塊包含R-T-B型磁體合金，其中R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代，該合金含有至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為11.8到16.5原子％的元素及量為5.6到9.1原子％的B，而且其中橫截面上基本不存在如在合金鑄塊的鑄造狀態(tài)下測(cè)得的長(zhǎng)寬比為至少20的富R相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)的稀土磁體合金鑄塊，其中稀土磁體合金鑄塊包含在主軸方向上測(cè)得的直徑至少1,000μm的晶粒占面積的至少為5％，而且富R相的平均間隔為10μm或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)的稀土磁體合金鑄塊，其中基本不存在α-Fe。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)的稀土磁體合金鑄塊，其中稀土磁體合金鑄塊是用離心鑄造法鑄造的，上述離心鑄造法包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)體接收熔融金屬；通過旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)作用噴灑熔融金屬；使噴灑的熔融金屬在旋轉(zhuǎn)圓柱形模具的內(nèi)表面上沉積并凝固；并且其中內(nèi)表面包括非光滑表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的稀土磁體合金鑄塊，其中旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸與圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸之間成傾角θ。
8.燒結(jié)磁體，該磁體是以根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)的稀土磁體合金鑄塊為原料制造的。
9.稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中生產(chǎn)方法包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)體接收熔融金屬；通過旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)作用噴灑熔融金屬；將噴灑的熔融金屬在旋轉(zhuǎn)圓柱形模具的內(nèi)表面上沉積并凝固，而且其中內(nèi)表面包括非光滑表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸與圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸之間成傾角θ。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中稀土磁體合金鑄塊是一種R-T-B型磁體合金鑄塊。
12.生產(chǎn)稀土磁體合金鑄塊的方法，其中包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)體接收稀土金屬合金的熔融合金；通過旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)作用噴灑熔融合金；將噴灑的熔融合金在旋轉(zhuǎn)圓柱形模具的內(nèi)表面上沉積并凝固；其中向圓柱形磨具的內(nèi)表面提供熱傳導(dǎo)率低于模具構(gòu)成材料的熱傳導(dǎo)率的膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中旋轉(zhuǎn)圓柱形模具的內(nèi)壁表面包括非光滑表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中膜的熱傳導(dǎo)率為80W/mK或更小。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中膜用金屬、陶瓷或金屬-陶瓷復(fù)合物制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中薄膜是用至少一種選自涂層、電鍍、噴涂和焊接的方法提供給模具內(nèi)壁表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中薄膜厚度在1μm到1mm之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸與圓柱形模具的旋轉(zhuǎn)軸之間成傾角θ。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中在模具的內(nèi)壁表面上沉積和鑄造兩層或更多層稀土合金鑄塊的層。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中生產(chǎn)方法還包括對(duì)制得的稀土合金鑄塊在500到1,100℃下進(jìn)行熱加工的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中生產(chǎn)方法還包括對(duì)制得的稀土合金鑄塊在400到1,000℃進(jìn)行熱處理的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中生產(chǎn)方法還包括對(duì)制得的稀土合金鑄塊在1,000到1,100℃進(jìn)行熱處理、然后再在400到1,000℃進(jìn)行熱處理的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求12的稀土磁體合金鑄塊的生產(chǎn)方法，其中稀土合金鑄塊是R-T-B型磁體合金，其中R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代。
24.生產(chǎn)稀土磁體合金薄片的方法，其中包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)體接收稀土金屬合金的熔融合金；通過旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)作用噴灑熔融合金；將噴灑的熔融合金在旋轉(zhuǎn)圓柱形模具的內(nèi)表面上沉積并凝固；其中向圓柱形模具的內(nèi)壁表面提供熱傳導(dǎo)率低于模具構(gòu)成材料的熱傳導(dǎo)率的膜，而且鑄造在刮下沉積到圓柱形模具內(nèi)壁表面上的合金薄片的同時(shí)進(jìn)行。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的稀土磁體合金薄片的生產(chǎn)方法，其中生產(chǎn)方法還包括對(duì)制得的稀土合金薄片在400到1,000℃下進(jìn)行熱處理的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的稀土磁體合金薄片的生產(chǎn)方法，其中生產(chǎn)方法還包括對(duì)制得的稀土合金薄片在1,000到1,100℃進(jìn)行熱處理、然后再在400到1,000℃進(jìn)行熱處理的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的稀土磁體合金薄片的生產(chǎn)方法，其中稀土合金薄片是R-T-B型磁體合金薄片，其中R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代。
28.R-T-B型磁體合金鑄塊，其中R-T-B型磁體合金鑄塊包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為11.8到16.5原子％的元素及量為5.6到9.1原子％的B，其余為T，其中T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代；其中R-T-B型磁體合金鑄塊包含基于合金總體積的至少50％的體積的結(jié)晶粒度10μm或更小的晶粒；其中R-T-B型磁體合金是使用根據(jù)權(quán)利要求12的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的R-T-B型磁體合金鑄塊，其中R-T-B型磁體合金鑄塊被鑄造成厚度為至少1mm。
30.R-T-B型磁體，其中R-T-B型磁體可以通過對(duì)根據(jù)權(quán)利要求28的R-T-B型磁體合金鑄塊使用至少一種選自切削、磨削、拋光和沖裁的方法進(jìn)行機(jī)械加工得到。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的R-T-B型磁體，其中R-T-B型磁體為具有外徑為至少100mm的圓柱形外形。
32.R-T-B型磁體合金薄片，其中R-T-B型磁體合金薄片是使用根據(jù)權(quán)利要求24的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的；其中R-T-B型磁體合金薄片包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為11.8到16.5原子％的元素及量為5.6到9.1原子％的B，其余為T，其中T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代；并且其中R-T-B型磁體合金薄片包含基于薄片總體積的至少50％的體積的包含結(jié)晶粒度10μm或更小的晶粒。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的R-T-B型磁體合金薄片，其中R-T-B型磁體合金薄片的最大長(zhǎng)度為5cm或更小，厚度為1mm或更小。
34.R-T-B型磁體合金粉末，其中R-T-B型磁體合金粉末是通過將根據(jù)權(quán)利要求28的R-T-B型磁體合金鑄塊粉末化至500μm或更小的粒度生產(chǎn)的。
35.R-T-B型磁體合金粉末，其中R-T-B型磁體合金粉末是通過將根據(jù)權(quán)利要求32的R-T-B型磁體合金鑄塊粉末化至500μm或更小的粒度生產(chǎn)的。
36.R-T-B型粘結(jié)磁體，其中R-T-B型粘接磁體是通過使用根據(jù)權(quán)利要求34的R-T-B型磁體合金粉末生產(chǎn)的。
37.R-T-B型粘結(jié)磁體，其中R-T-B型粘接磁體是通過使用根據(jù)權(quán)利要求35的R-T-B型磁體合金粉末生產(chǎn)的。
38.R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊，其中R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊是根據(jù)權(quán)利要求12的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的；R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為1到12原子％的元素及量為3到30原子％的B，其余為T，其中T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代；R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊是通過形成硬磁相晶粒和軟磁相晶粒的復(fù)合物生產(chǎn)的；并且R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊包含基于合金的總體積的至少50％的體積的結(jié)晶粒度1μm或更小的硬磁相晶粒和結(jié)晶粒度1μm或更小的軟磁相晶粒。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊，其中R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊被鑄造成厚度1mm或更大。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊，其中在鑄造后在400到1,000℃下對(duì)R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊進(jìn)行熱處理。
41.R-T-B型交換彈性磁體，其中R-T-B型交換彈性磁體可以通過對(duì)根據(jù)權(quán)利要求38的R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊使用至少一種選自切削、磨削、拋光和沖裁的方法進(jìn)行機(jī)械加工而獲得。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的R-T-B型交換彈性磁體，其中R-T-B型交換彈性磁體具有外徑至少為100mm的圓柱形外形。
43.R-T-B型交換彈性磁體合金粉末，其中R-T-B型交換彈性磁體合金粉末是通過將根據(jù)權(quán)利要求38的R-T-B型交換彈性磁體合金鑄塊粉末化至500μm或更小的粒度生產(chǎn)的。
44.R-T-B型交換彈性粘結(jié)磁體，其中R-T-B型交換彈性粘結(jié)磁體是通過使用根據(jù)權(quán)利要求43的R-T-B型交換彈性磁體合金粉末生產(chǎn)的。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供具有改善了的磁性質(zhì)的稀土磁體合金鑄塊。為了達(dá)到此目標(biāo)，本發(fā)明提供了稀土磁體合金鑄塊，其中稀土磁體合金鑄塊包含R－T－B型磁體合金(R代表至少一種選自稀土元素的元素，包括Y；T代表主要包含F(xiàn)e的物質(zhì)，其中部分Fe原子可以被Co、Ni、Cu、Al、Ga、Cr和Mn替代)，該合金包含至少一種選自Nd、Pr和Dy的、總量為11.8到16.5原子％的元素及量為5.6到9.1原子％的B，而且如在鑄造狀態(tài)下確定的，其中橫截面上基本不存在尺寸為100μm或更大的富R相。
文檔編號(hào)B22D13/04GK1549867SQ02817079
公開日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2002年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月3日
發(fā)明者長(zhǎng)谷川寬, 宇都宮正英, 伊藤忠直, 正英, 直 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社