CN1592940A - 用雾化永磁粉制备的粘合磁体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用雾化磁粉制备的Re－Fe－B型磁体，特别是粘合磁体，并涉及生产磁粉和磁体的方法。磁粉包括以重量计的约15％－20％的RE；约0.8％－2.0％的B；约1％－10％的T；其余是Fe、Co或它们的混合物，其中RE是选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的一种或多种稀土元素；T是选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W的一种或多种元素。生产粘合磁体是将雾化的磁粉进行热处理，与一粘合剂混合，进行压制或模制，然后熟化。与用熔体－旋转磁粉或其他常规雾化磁粉制备的粘合磁体相比，本发明的粘合磁体呈现了下面的一种或多种性能：经重复的注塑循环后内矫顽力损耗较低；内磁剪切损耗较小；磁粉的流动性得到改进；Br和部件整体性得到改进；暴露于高温后环境降解较小并且磁通量损耗较少；形状复杂和部件整体性高；磁粉/粘合剂混合物的黏度较低；甚至是小尺寸磁体的磁场强度也很高。

Description

用雾化永礠粉制备的粘合磁体
                           发明领域
本发明涉及磁体和生产磁体的方法。更具体地说，本发明是从雾化的永久磁粉制备磁体、特别是粘合磁体以及生产这种磁粉和磁体的方法。
                           发明背景
粘合磁体是用黏合剂(通常是有机或金属树脂)将磁粉粘合在一起制成的。虽然粘合磁体与它们充分致密化的对应体(诸如烧结磁体)相比通常磁能较低，但粘合磁体具有广泛的工业应用性，因为它们有极好的成型性-形成机械容限高的形状复杂的磁体的能力。事实上，粘合磁体市场已经经历了任何永磁体市场的最迅速的增长。粘合磁体的应用实例包括家用电器、电子消费品、汽车、工厂自动化、医疗设备、计算机和办公自动化。
粘合磁体通常是用铁氧体、Nd-Fe-B、Sm-Co或Sm-TM(Co、Fe、Cu、Zr和Hf的组合)制备的，虽然近来也有其他类型的粘合磁体报告，诸如公开于US5,750,044和5,186,766中的Sm-Fe-N类的磁体。粘合磁体的主要增长领域是Nd-Fe-B型磁体。自从第一个粘合磁体在US 4,902,301中公开后，已经做了许多改良。例如，在US5,393,445、5,149,447和5,376,291中报道了专用黏合剂的使用；US5,647,886中报道了杂交类型的粘合磁体；US5,279,785公开了使用涂覆剂以改进粘合磁体的抗腐蚀性；US5,587,024和6,007,757报道了各向异性的粘合磁体。
在传统上，强度最高的粘合磁体是用熔体旋转法快速孰化Nd-Fe-B粉末生产的。而在事实上熔体旋转法仍然是几乎整个Nd-Fe-B粘合磁体工业的基础。在熔体旋转工艺中，熔融的合金混合物流到快速旋转的轮盘表面，在与轮盘表面接触时，熔融的合金混合物形成了带状，并孰化成小片状的颗粒。通过熔体旋转得到的小片状颗粒是相对很脆的并具有很细微的微晶结构。在生产磁体以前，小片状颗粒也可以进一步粉碎或研细。冷却速度可以用质量流速和轮盘转速二者来控制。
虽然熔体旋转工艺是要达到必要的冷却速度以从Nd2Fe14B型合金熔体形成质量好的磁粉在工业上唯一能提供的工艺，但是它有一些缺点，诸如：由于非均匀的骤冷而产生的微结构的不均匀性；粉末颗粒之间存在大量空隙导致低密度和粉末被氧化；由于小片状颗粒的粒径大和形状不规则使形成磁体的操作发生困难。
生产快速孰化的磁粉以制备粘合磁体的另一有潜力的方法是雾化法，虽然它还没有被广泛地以工业规模使用。雾化法是将液体打破成为细小的液滴。不同类型的雾化方法已经使用了多年用以生产某些合金粉末，诸如气体雾化、水雾化、真空雾化和离心雾化。虽然雾化法具有比熔体旋转工艺高得多的质量流速生产磁粉的潜力，但它并没有用在工业上生产制造粘合磁体的磁粉。雾化工艺的主要缺点是其冷却速度一般要低于熔体旋转工艺的冷却速度，通常得到的结果是骤冷不充分以及磁粉的磁性能很差。近年来，在生产制备磁体的磁粉中对改进雾化工艺的实用性做了一些试尝。雾化的Nd-Fe-B已用于制备粘合磁体，如US5,905,424中所述。在US5,242,508中，在球形的磁粉上有一层保护层以制备充分致密的磁体。US5,474,623报道了制备磁各向异性的球形粉末的方法。US6,022,424公开了用雾化生产具有R2.1Q13.9B1结构的磁粉的方法。
但是，这些参考文献中所公开的磁粉和粘合磁体都有一种或多种以下所述的缺点：内矫顽力的损耗；磁体制备过程中的腐蚀不稳定性；由于磁粉的特性而产生的内磁剪切损耗；由于磁粉的形状和其他特征产生的低增量性填充；由于磁粉的低流动性而使装载和填充困难；由于暴露在高温下而产生的高磁通量损耗和剩磁损耗；由于黏度高而加工困难；由于磁粉的特性和从磁粉生产粘合磁体所用方法而使磁强度高和部件整体性高的小尺寸磁体的生产城市困难。
在制备粘合磁体、磁粉时，不论是用熔体旋转法或是雾化法，通常要散布一种粘合剂，粘合剂可以是诸如任何热固或热塑性塑料的聚合物，或是诸如锌之类的金属。粘合磁体可以用各种方法从磁粉-黏合剂化合物形成，使用的方法有压缩模塑(粉料挤粒)、注射模塑、挤压模塑、压延、使用网印、旋转铸造或水浆涂覆的薄层、薄箔和厚片。注射模塑是通常用来生产带集成元件形状复杂的粘合磁体的方法。但是，注射模塑要求磁粉/粘合剂混合物要有好的流动性。好的流动性通常是用限制磁粉的体积份数来达到的，但其结果将是磁体的磁能降低。压缩模塑一般是生产磁能相对高的磁体，因为它容许有较低的流动性，它能从磁粉体积份数高的磁粉/粘合剂混合物生产磁体。但是压缩模塑不能生产很小的磁体或形状复杂的磁体。挤压模塑是连续生产磁体的好方法，它的生产成本较低。虽然挤压模塑不象注射模塑那样对流动性有严格的要求，但是由于方法本身的特性，所生产的磁体的复杂性是受到限制的。
除了现今生产粘合磁体的各种方法中存在的上述缺点外，还存在着与磁粉和粘合磁体生产有关的其他一般性问题，诸如：由于加工率低带来的材料浪费；由于装料极限引起的磁体龟裂和/或变形；以及由于尺寸变化产生的废品。这些问题都会使成本增加，并影响终产品的磁性能。
                         发明概述
本发明提供克服或减少了现今供应的粘合磁体的一些缺点或所有的缺点的磁体，特别是粘合磁体。本发明也提供生产粘合磁体的方法。具体地说，本发明是用雾化法加上组成控制制备的磁粉克服上述缺点的。更具体地说，本发明提供用雾化工艺得到的磁粉制成的粘合磁体，它包括以重量计的约15％-25％的RE；约0.8％-2.0％的B；约1％-10％的T；其余是Fe、Co或它们的混合物，其中RE是选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的一种或多种稀土元素；T是选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W的一种或多种元素。
本发明优选的磁体是由通式为Nd2Fe14B的磁粉制成，包括基本上有Nd2Fe14B作为初磁相的冶金结构。本发明的磁粉可进一步包括一种或多种附加的元素，诸如Cu、Si、Al、Sn和Ga，其量达1％；也可以进一步包括以杂质量存在的其他元素，诸如C、N、O、P和S。
在又一最佳具体实施方案中，本发明提供的粘合磁体是由如下组成的磁粉制成：以重量计算约18％-20％的Nd；约1.8％-2.2％的Ti；约3.8％-4.2％的Zr；约1.4％-1.8％的B，其余是Fe。在本发明的另一更优选的具体实施方案中，磁粉包括：以重量计算约23％-24％的Nd；约3.8％-4.2％的Co；约1.1％-1.3％的B；约1.4％-1.6％的Ti；约2.2％-2.4％的Zr；约0.1％-0.3％的Cu，其余是Fe。在本发明的又一个更优选的具体实施方案中，磁粉包括：以重量计算约22％-23％的Nd；约8％-10％的Co；约1.1％-1.3％的B；约1.7％-1.8％的Nb；约3.1％-3.3％的Zr；约0.1％-0.3％的Cu，约0.1％-0.3％的C；其余是Fe。
在本发明的又一最佳具体实施方案中，磁体是由基本上为球形的磁粉制成，球形磁粉的直径约为1μm-200μm。在本发明的又一最佳具体实施方案中，磁体是由包括直径约为1μm-200μm的基本上为球形的磁粉颗粒和长度在约50μm-约500μm之间、厚度在约20μm-约100μm之间的小片状颗粒的混合磁粉制成。优选的本发明磁体是各向同性的，并且是由选自气体雾化、离心雾化、水雾化、真空雾化、等离子体喷雾和溅射法的雾化工艺生产的。
本发明的粘合磁体可进一步包括粘合剂，粘合剂选自热固性树脂、热塑性树脂、金属和它们的混合物。优选的粘合剂是聚酰胺、PPS、天然橡胶或合成橡胶、或环氧树脂。
在一最佳具体实施方案中，本发明的粘合磁体得自压缩模塑、注射模塑、挤压模塑、压延、网印、旋转铸造、水浆涂覆或它们的结合。更优选的是通过注射模塑制取磁体，其中经过4个注塑循环后，磁体的内矫顽力损耗低于约5％。
本发明的粘合磁体最好是由磁粉和粘合剂混合物制成。在一更优选的具体实施方案中，磁粉是磁粉/粘合剂混合物的约40％-约90％(体积)，粘合磁体的内损耗小于约4％。在另一更优选的具体实施方案中，磁粉是磁粉/粘合剂混合物的约63％-约69％(体积)，而磁体无龟裂和/或物理变形，并可用常规的模塑设备来制造。
在另一最佳具体实施方案中，本发明的磁体是由在剪切速率大于约20秒-1和约240℃的温度下表观黏度低于约500泊的磁粉/粘合剂混合物制成的。
本发明的粘合磁体进一步优选由流动性好的磁粉制取，更优选磁粉能够从标准霍尔流量计(Hall flow meter)孔口以每秒大于约2克、优选大于约3.5克的速率流出。
在本发明的另一最佳具体实施方案中，粘合磁体暴露于约260℃的温度下约200小时，其剩磁损耗低于约30％。另外，本发明的粘合磁体最好是在约100℃的温度下老化约2000小时后，其磁通量损耗低于约3％。
本发明进一步提供尺寸小、磁强度高的粘合磁体。例如磁体的总体积小于约50mm3，磁体的最大尺寸小于约5mm。这种尺寸的粘合磁体具有的磁通量密度比用常规小片状磁粉得到的要大。在一最佳具体实施方案中，这种磁体的Br值大于约4.0k高斯，更优选大于约4.8k高斯。
另一方面，本发明提供一种制备粘合磁体的方法，该方法包括如下步骤：(a)形成包括以重量计约15％-25％的RE；约0.8％-2.0％的B；约1％-10％的T；其余是Fe、Co或它们的混合物的熔体，其中RE是选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的一种或多种稀土元素；T是选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W的一种或多种元素；(b)将熔体雾化以得到磁粉；(c)加热处理得到的磁粉；(d)用粘合剂与磁粉混合或涂覆磁粉；(e)压制或模塑磁粉和粘合剂；(f)孰化粘合剂(如需要)。
在本发明的一最佳具体实施方案中，用雾化工艺形成的磁粉包括一基本上具有式Nd2Fe14B的冶金复杂结构。本发明步骤(a)中的合金熔体可进一步包括附加的元素，诸如Cu、Si、Al、Sn和Ga，其量达1％；也可以进一步包括以杂质量存在的其他元素，诸如C、N、O、P和S。
本发明的雾化步骤可按下面的一种或多种方法来完成：气体雾化、离心雾化、水雾化、真空雾化、等离子体喷雾和溅射法。优选的雾化步骤是将轮盘或转杯旋转到转速大于约20,000rpm并且得到的磁粉是用氦气冷却的离心雾化，更优选的是离心雾化的轮盘或转杯的旋转速度在约20,000rpm-约35,000rpm之间，最优选约24,000rpm-约33,000rpm之间。
在本发明的一具体实施方案中，雾化的磁粉基本上是球形的，其直径在约1μm-约200μm范围。在另一最佳具体实施方案中，磁粉包括直径约1μm-200μm的基本上为球形的颗粒和长度在约50μm-约200μm之间、厚度在约20μm-约100μm之间的小片状颗粒的混合物。
本发明的热处理步骤最好包括在600℃-800℃的温度之间将磁粉退火。同时，本发明中所用的粘合剂最好是热固性树脂、热塑性树脂和金属中的一种或多种。更优选的粘合剂是聚酰胺、PPS、天然或合成橡胶、环氧树脂或锌。可用于本发明的模塑方法包括压塑、挤塑、注塑、压延、网印、旋转铸造和水浆涂覆。
在本发明的另一最佳具体实施方案中，磁粉和粘合剂是使用注塑方法制备粘合磁体的。更优选的是，在4个注塑循环后粘合磁体的内矫顽力损耗小于约5％。
在本发明的另一最好具体实施方案中，磁粉/粘合剂混合物中的磁约40％-约99％，磁体小于约4％。另一方面，磁粉/粘合剂混合物中的磁粉定容装载量为约69％或更高，并且磁体没有龟裂和/或物理变形，可使用常规设备来制造。
本发明进一步提供流动性好的的磁粉。例如，磁粉能够流经一标准霍尔流量计孔口(直径2.54mm)，其速率超过约每秒2克，优选超过约每秒3.5克。与常规磁粉相比，当本发明的磁粉与一粘合剂混合时还有较低的黏度。例如在剪切速率大于约20秒-1、温度约为240℃下，当磁粉与聚酰胺树脂混合时具有的表观黏度低于约500泊。
在另一最佳具体实施方案中，本发明方法生产的粘合磁体当暴露于升高的温度下一段相当长的时间后磁能的损耗较低。例如，当本发明的磁体暴露在260℃的温度下约200小时，其剩磁损耗小于约30％和/或在100℃的温度下老化约2000小时，其磁通量损耗小于约3％。
                    最佳具体实施方案详述
本发明的磁体、特别是粘合磁体是用雾化工艺和组成控制生产的磁粉制成的。与常规磁体相比，这样生产的磁体呈现了一种或多种下列的性能：(1)在重复注塑循环下内矫顽力损耗较小；(2)内磁剪切损耗较小；(3)由于磁粉较高的定容装载容量，Br得到了改进；(4)由于磁粉流动性好，有较高的部件完整性；(5)暴露于高温后的环境降解较小；(6)磁通量损耗较小；(7)由于磁粉颗粒较小，有复杂的形状和较高的部件完整性；(8)磁粉/粘合剂混合物的黏度较低；(9)甚至是尺寸小的磁体磁强度也很高。
本发明的一方面是提供用雾化工艺得到的磁粉制成的磁体，特别是粘合磁体。它包括以重量计约15％-25％的RE；约0.8％-2.0％的B；约1％-10％的T；其余是Fe、Co或它们的混合物，其中RE是选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的一种或多种稀土元素；T是选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W的一种或多种元素。
在一最佳具体实施方案中，本发明的粘合磁体是由雾化磁粉制成，雾化磁粉包括基本上具有式Nd2Fe14B作为初磁相的冶金复杂结构。本发明的磁粉可进一步包括一种或多种附加的元素，诸如Cu、Si、Al、Sn和Ga，其量达1％；也可以进一步包括以杂质量存在的其他元素，诸如C、N、O、P和S。
在一更优选的具体实施方案中，本发明提供由磁粉制成的磁体，该磁粉包括以重量计约18％-20％的Nd；约1.8％-2.2％的Ti；约3.8％-4.2％的Zr；约1.4％-1.8％的B，其余是Fe。在另一更优选的具体实施方案中，磁粉包括以重量计约2 3％-24％的Nd；约3.8％-4.2％的Co；约1.1％-1.3％的B；约1.4％-1.6％的Ti；约2.2％-2.4％的Zr；约0.1％-0.3％的Cu，其余是Fe。在本发明的又一个更优选的具体实施方案中，磁粉包括以重量计算约22％-23％的Nd；约8％-10％的Co；约1.1％-1.3％的B；约1.7％-1.8％的Nb；约3.1％-3.3％的Zr；约0.1％-0.3％的Cu，约0.1％-0.3％的C，其余是Fe。
在本发明的另一最佳具体实施方案中，粘合磁体是由基本上是圆形或球形的磁性颗粒制成，其直径在约1μm-约200μm的范围，更优选约1μm-150μm范围，最优选约1μm-100μm范围。磁粉基本上的球形能使其比熔体旋转带生产的小片状或小板状磁粉有更好的流动性。如本技术领域中的普通技术熟练者所知，磁粉的较好的流动性和填充性可使其在磁粉/粘合剂混合物中有较高的体积份数。较高的体积份数又产生具有形状更复杂和部件整体性更高的强磁体。较高的流动性对于粘合磁体的注塑是特别有利的。例如，本发明的磁粉能够流经一标准霍尔流量计孔口(直径2.54mm)，其速率超过约每秒2克，优选超过约每秒3.5克。与常规磁粉/粘合剂混合物相比，本发明的雾化磁粉/粘合剂混合物也有较低的黏度。例如在剪切速率大于约20秒-1、温度约为240℃下，磁粉/聚酰胺粘合剂混合物的表观黏度低于约500泊。
在本发明的另一最佳具体实施方案中，磁体由包括直径约1μm-200μm范围的基本上为球形的颗粒和长度在约50μm-约500μm之间、厚度在约20μm-约100μm之间的小片状颗粒的混合物制成。
本技术领域中的普通技术熟练者会知道，常规的小片状磁粉的注塑最大体积份数通常是在63％左右。体积份数过高，得到的磁体会产生龟裂和/或变形，或是不能用常规的注塑设备来生产。另一方面，本发明则可以使体积份数高到至少69％的注塑不产生最终磁体的龟裂或变形。这样就能够使复杂形状的磁体的生产具有较高的机械强度和改进的磁性能(与常规磁体相比)。
基本上是球形的颗粒形状与较窄的粒子大小分布也能使本发明的磁粉达到较高的填充密度。这也有助于生产机械性能好并适合更广泛应用的粘合磁体。另外，本发明的粘合磁体可以是各向同性或各向异性的，也可以是刚性或柔性的。
本发明的粘合磁体可以由任何雾化工艺得到的磁粉进行生产。如本技术领域技术熟练者所知，雾化是将液体破碎成为小液滴。多年来已经使用过不同类型的雾化工艺去生产某些合金粉末，诸如气体雾化、水雾化、真空雾化、离心雾化和超声雾化。本文所用的水雾化或气体雾化是指用水或气体的高压喷射实现的液流破碎。使用离心的作用，将熔融的合金液流引到一旋转杯或旋转轮盘上，当它被径向抛离旋转杯时，液流被破碎，即本文中所称的离心雾化。使用真空或超声力去破碎液流分别称为真空雾化和超声雾化。另外，为了本发明的目的，诸如等离子喷射和溅射之类的工艺也被认为是雾化工艺。本发明的磁体最好是用离心、气体或水雾化工艺生产的磁粉制成。
本发明的粘合磁体可以通过各种压制/模制工艺来生产，包括但不限于压塑、挤塑、注塑、压延、网印、旋转铸造和水浆涂覆。如所讨论，因为本发明磁粉的高流动性和填充容量，可以用注塑来生产粘合磁体(在过去常规磁粉只能用挤塑或压塑来进行生产)，这样便得到了形状复杂和整体性高的磁体。
在另一最佳具体实施方案中，粘合磁体是通过注塑生产的，粘合磁体的内矫顽力损耗低于常规注塑粘合磁体的内矫顽力损耗。例如，本发明粘合磁体的内矫顽力损耗在4个注塑循环后可低于约5％。再者，本发明磁粉的内磁剪切损耗也低于常规磁粉。
在本发明的另一最佳具体实施方案中，提供了尺寸非常小但磁强度很高的粘合磁体。在此具体实施方案中，粘合磁体的总体积小于约50mm3，磁体的最大尺寸小于约5mm。同时，磁体的磁通量密度大于用常规小片状磁粉所能达到的密度。在一最佳具体实施方案中，这种磁体的Br值大于约4.0千高斯，更优选大于约4.8千高斯。
另一方面，本发明提供了一制备粘合磁体的方法，该方法包括以下步骤：(a)形成包括以重量计约15％-25％的RE；约0.8％-2.0％的B；约1％-10％的T；其余是Fe、Co或它们的混合物的熔熔体，其中RE是选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的一种或多种稀土元素；T是选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W的一种或多种元素；(b)雾化熔熔体以得到磁粉；(c)加热处理得到的磁粉；(d)用粘合剂与磁粉混合或涂覆磁粉；(e)压制和/或模塑磁粉和粘合剂；(f)熟化得到的磁体(如需要)。早期讨论的各种具体实施方案也适合于在本发明的方法中用作熔熔体和由熔熔体生产磁粉的组成。
本发明的雾化步骤包括一个或多个下面的方法：气体雾化、离心雾化、水雾化、真空雾化、超声雾化、等离子体喷雾和溅射法。优选使用的是离心、气体或水雾化。更优选使用的本发明的雾化步骤包括离心雾化。离心雾化一般是指用离心力将液流破碎成细滴，而在本发明中离心雾化是指离心作用的使用，是将熔融的合金液流引到一旋转杯或旋转轮盘上，当它沿径向抛出时，液流即被破碎。
本发明可以使用的具体离心方法如下：将熔融的合金通过一喷嘴浇灌在旋转的用水冷却的杯或轮盘上，杯和轮盘的位置靠近雾化容器的顶部。由于离心力的作用，熔体沿径向抛出杯外。当熔体离开杯时便形成了薄的液膜，然后又形成长丝，长丝再破碎成为一个一个的金属液滴。当这些液滴落向雾化容器的底部时便形成球形并得到孰化。液滴通过雾化室在空气中的自然对流冷却可以选择性地进行加强，方法是当液滴离开旋转杯时用高速惰性气体(具体地说，氦气)向下喷向液滴。然后在雾化容器的底部收集磁粉。在本发明的离心雾化方法中，优选的旋转杯或旋转轮盘的转速大于约20,000rpm，更优选约20,000rpm-约35,000rpm，最优选约24,000rpm-约33,000rpm。任何通常用于冷却雾化方法得到的磁粉的液体或气体介质都能用于本发明。优选的是将得到的磁粉在氦气环境下冷却。
在本发明方法的一个最佳具体实施方案中，雾化的磁粉基本上是球形，直径为约1μm-约200μm范围。在另一最佳具体实施方案中，磁粉包括直径为约1μm-约200μm范围的基本上为球形的颗粒和长度在约50μm-约500μm之间、厚度在约20μm-约100μm之间的小片状颗粒的混合物。
按照本发明的方法，由雾化工艺得到的磁粉需要加热处理以改进其磁性能。虽然优选的加热处理步骤是磁粉在600℃-800℃的温度下退火以得到所要求的磁性能，但任何通常采用的热处理方法都是可以使用的。
本发明的雾化磁粉经热处理后，将其与一适合的粘合剂混合，以制备粘合磁体。任何通常使用的粘合剂都是适合的。用于本发明的优选的粘合剂是热固性树脂、热塑性树脂、金属或它们的混合物。更优选的粘合剂是聚酰胺、PPS、天然或合成橡胶，或是环氧树脂或锌。
本发明的压制/模制步骤包括压塑、挤塑、注塑、压延、网印、旋转铸造和水浆涂覆。如所讨论，因为本发明磁粉的高流动性和填充容量，可以用注塑来生产粘合磁体(在过去常规磁粉只能用挤塑或压塑来进行生产)，这样便得到了形状杂和整体性高的磁体。
在本发明的另一最佳具体实施方案中，磁粉和粘合剂是通过注塑来制备粘合磁体的。部分原因是由于本发明的磁粉的基本球形的性质，粘合磁体的内矫顽力损耗较低，例如，与常规粘合磁体相比，在4个注塑循环后低于约5％。再者，本发明磁粉的内磁剪切损耗也低于常规磁粉。例如，当磁粉/粘合剂混合物中的磁粉定容装载量为约40％-约99％时，本发明的磁体的内磁剪切损耗低于约4％。另一方面，当磁粉/粘合剂混合物中本发明的磁粉定容装载量至少高至约69％时，磁体没有龟裂和/或物理变形，并可以常规设备进行制造。
在另一最佳具体实施方案中，按照本发明生产的粘合磁体当暴露在升高的温度下一段较长的时间后，磁能损耗较低。例如，本发明的粘合磁体暴露在约260℃的温度下约200小时，剩磁损耗低于约30％，和/或在100℃的温度下老化约2000小时，磁通量的损耗低于约3％。
在使用热固性树脂粘合剂的情况下，本发明的熟化步骤是在升高的温度下和足以熟化所使用的特定粘合剂的时间段进行的。本技术领域的普通技术熟练者会知道特定的粘合剂与特定的磁粉进行熟化的条件。
                           实施例
在下面的实施例中，所有的组成均以重量百分计，除非另外说明。
对比产品1
将公称组成为27.5％Nd，5％Co，0.9％B，其余是Fe的合金进行熔体旋转并接着进行退火。将得到的各向同性粉末粉碎至粒度约150μm，然后与聚酰胺粘合剂混合。将此复合物进行注射模塑制备直径10mm、高6mm的圆筒，由于有注口和注道，产率约为30％。样品的内矫顽力是用磁滞曲线绘制仪测定的。用摩擦方法使注口和注道再循环使用，然后再进行注射模塑，测定样品的内矫顽力。测定内矫顽力的百分损耗。注射模塑/再循环共4次，每个循环后测定内矫顽力损耗。损耗值示于表1。
                      表1
   注射模塑循环     对比产品1内矫顽力损耗(％)        实施例1内矫顽力损耗(％)
    初始0          0          0
   第一次         9.0         0.5
   第二次        15.5         2.0
   第三次        19.5         3.4
   第四次        22.0         4.2
实施例1
将公称组成为19％Nd；2％5Ti；4％Zr；1.6％B；其余是Fe的合金用离心雾化法制成粉末，旋转轮盘的转速约为30,000rpm，并将这样得到的各向同性粉末在氦气环境下冷却。如此得到的粉末基本上是球形。粉末的平均粒度约55μm。经适合的热处理后，类似于对比产品1将粉末与聚酰胺混合。粘合磁体的制备如对比产品1。试验的进行类似于对比产品1，测定内矫顽力损耗。测定值也示于表1。
如表1所示，本发明的粘合磁体的内矫顽力损耗低于5％(如实施例1所示)，与常规磁体的相比为22％(以对比产品1为代表)。这就证明本发明可以用来制备粘合磁体，其中除了别的外，注口和注道可以再使用而没有可察觉得到的磁体的磁性能损耗。这样就可以制备成本低和性能得到改进的磁体。
对比产品2
使用类似于对比产品1的组成的熔体-旋转粉末制备Nd-Fe-B型粘合磁体，其中以体积计的磁粉量改变为40％-80％。测定样品的剩磁和与样品中磁粉体积含量的关系。粘合磁体中的磁粉颗粒用粘合剂稀释，互相绝缘。由于这种方法的磁粉是在磁剪切状态下操作，导致内磁剪切损耗(在此称之为内损耗)，使粘合磁体的磁性能降低。对比产品2的内损耗示于表2。
                           表2
      磁性材料装载体积(％)     对比产品内损耗(％)     实施例2内损耗(％)
         80        3.9       2.0
         70        4.9       2.7
         60        5.1       3.0
         50        5.7       3.1
         40        5.1       2.4
实施例2
在此实施例中，粘合磁体的制备是用实施例1所给的雾化磁粉的组成。对比产品2的磁粉含量从20％至80％(体积)不同。测定了各定容装载量的内损耗，并示于表2，实施例2。
表2显示了使用熔体-旋转和雾化磁粉制备的粘合磁体的内损耗。使用本发明的雾化磁粉(表2，实施例2)时，粘合磁体在各种磁粉装载量水平都具有较低的内损耗并因此改进了磁性能。
对比产品3
将公称组成为20％Nd、6.5％Pr、1.3％B、0.08％Cu、其余是Fe的合金进行熔体-旋转，然后退火。将得到的各向同性粉末粉碎至约150μm粒度，用注塑法制备粘合磁体。将不同量的磁粉与聚酰胺粘合剂混合，得到磁性材料的定容装载量为63％、67％和69％(体积份数)。可用于常规磁粉注塑的最大装载量为63vol％。较高的定容装载量会呈现龟裂和/或变形，或超过注塑设备的能力，得不到到好的注塑磁体。
实施例3.
将实施例1中所给组成的合金如实施例1中所述用离心雾化法雾化。磁粉的平均粒度约为55μm。热处理后，如对比产品3将磁粉与聚酰胺粘合剂混合以得到63％、67％和69％的磁性材料定容装载量。雾化磁粉高达72vo1％的复合组成可用于生产注塑磁体。这种磁体没有龟裂或变形。由于磁性材料的定容装载量增加而得到的磁性能(此例中是Br)改进示于表3。
                         表3.
  磁性材料装载量(体积％)     对比产品3磁体Br(千高斯)      实施例3磁体Br(千高斯)
       63        5.05        4.68
       67     不能产生        5.00
       69     不能产生        5.15
       72     不能产生        5.35
从表3可见，本发明可以制备磁性能得到改进的高磁装载量的粘合磁体(如实施例3所示)而不产生变形和/或龟裂。
对比产品4
将对比产品1中所给组成的合金进行熔体-旋转，并粉碎至粒度约150μm。粉末用标准霍尔流动性测试设备进行流动特性试验。测定了50克粉末流经标准霍尔流量计孔口(2.54mm)的时间。粉碎的熔体旋转粉末不能流经流量计孔口，说明其流动性很差。将粉末用环氧树脂粘合剂(2wt％)涂覆以改进流动特性并进行测试，流动时间为34秒。
实施例4
将公称组成为23.3％Nd、4％Co、1.22％B、1.55％Ti、2.36％Zr、0.2％Cu、其余是Fe的合金进行雾化。雾化粉末的平均粒度约55μm。粉末如对比产品4所述进行流动特性测试。流动时间为17秒。
可以看出，本发明的磁粉(以实施例4代表)流动非常容易，而常规磁粉(以对比产品4代表)不能流经流量计孔口，甚至在用环氧树脂涂覆后流经孔口的时间也很长。本发明的磁粉的极好流动性在制备磁体时容易连贯流入模具，使之可以形成高的部件、表面光洁度好的部件和薄的部件等。总之本发明的粘合磁体具有高的部件整体性。
对比产品5
将对比产品1中所给组成的合金进行熔体-旋转，并粉碎至粒度小于约150μm。将粉末退火以使磁性能最佳化。然后将粉末暴露在约260℃的温度下达200小时。测定剩磁损耗百分。结果示于表4，对比产品5。
                   表4
   暴露时间(小时)   剩磁损耗(％)对比产品5   剩磁损耗(％)实施例5
      0        0        0
      24       56        8
      48       68       10
     200       80       24
实施例5
将公称组成为22.6％Nd、9％Co、1.2％B、1.8％Nb、3.2％Zr、0.2％Cu、0.2％C、其余是Fe的合金雾化至平均粒度约55μm，将粉末退火以使磁性能最佳化。如对比产品5中所述进行测试，将粉未暴露在260℃的温度下各种不同的时间。剩磁损耗百分示于表4，实施例5。
从表4可见，本发明的雾化磁粉(实施例5)与常规熔体旋转磁粉(以对比产品5代表)相比在暴露于高温后显示较小的环境降解。事实上，在暴露24小时后与常规磁粉(以对比产品5代表)的剩磁损耗56％相比，本发明的磁粉的剩磁损耗仅为8％。此结果证明，本发明的材料可以直接用于制备粘合磁体，因为雾化后的粒度已经在约55μm或更小，不需要粉碎(破碎成为更细的尺寸，研磨等)过程。而且与常规的材料相比本发明的磁体磁性能的降低较小，说明在制备粘合磁体的加工过程中的操作性好。
对比产品6
将对比产品1中所给公称组成的合金进行熔体旋转，并粉碎至粒度约150μm。将粉末退火以使磁性能最佳化。以环氧树脂作为粘合剂制备直径约10mm、长约8mm的压缩模制的磁体。磁磁性材料的装载量为80％(体积)。将磁体在100℃老化2000小时，测定的磁通量损耗为5.2％。
实施例6
将实施例1中所给公称组成的合金用实施例1中所述的离心雾化法制成粉末。将此粒度约为55μm的球形粉末退火以使磁性能最佳化，用80％(体积)的磁性材料装载量如对比产品6中所述制备压缩模制磁体。然后将磁体于100℃老化2000小时，如对比产品6所述测定磁通量损耗。磁通量损耗为2.8％。
从对比产品6和实施例6可以看出，与常规粘合磁体(以对比产品6代表)相比，本发明的粘合磁体(以实施例6代表)具有较低的磁通量损耗。
对比产品7
将退火的对比产品1的磁粉与聚酰胺粘合剂混合，使磁性材料装载量为60％(体积)。用毛细管流变仪测定240℃下的混合物表观黏度(作为剪切速率的函数)。得到的值示于表5，对比产品7。
                          表5
  剪切速率(1/s)   表观黏度(泊)对比产品7   表观黏度(泊)实施例7
      23.2       4864       492
      92.8       3020       356
      521.8       1531       259
      927.7       1176       219
实施例7
将实施例1中所给的磁粉用于本实施例的退火条件。然后如对比产品7将粉末与粘合剂混合至磁性材料的定容装载量为62％(体积)。如对比产品7所述，以剪切速率的函数测定混合物的黏度，并示于表5，实施例7。
可以看出，与常规粉末(以对比产品7代表)相比，本发明的磁性粉末/粘合剂混合物(以实施例7代表)具有较低的黏度。事实上，本发明的磁粉/粘合剂混合物的黏度比常规磁粉的黏度低约5-10倍(取决于剪切速率)，尽管本发明的粉末装载量稍高于常规粉末。低黏度有助于制备形成能力好的粘合磁体，可得到特性好的具有高尺寸公差的错综复杂和复合的形状。一句话，得到了高的部件完整性。低黏度也有助于低成本的大量生产加工。
对比产品8
在退火条件中使用对比产品1中所给的磁粉。使用定容装载因数55.4％(已知的能使粘合磁体具有典型的磁体Br约4.9千高斯)将磁粉与聚酰胺粘合剂混合。使用这一混合材料可以注塑尺寸非常小(外经2.5mm×内径1.0mm×长2.0mm)的粘合磁体。部件激磁后，在一装有磁通量计探头的特别装置中测定其磁性能。距小磁体表面一固定距离的磁场强度为580±80高斯，相应于约3.9千高斯实际磁体的Br。
实施例8
此例使用实施例1的雾化粉末。如对比产品8将粉末退火使磁性能最佳化。然后如对比产品8所述使用定容装载因数64.7％(已知的能使粘合磁体具有典型的磁体Br约4.9千高斯)将磁粉与聚酰胺粘合剂混合。也如对比产品8将粉末注塑，得到尺寸非常小的粘合磁体。也如对比产品8在部件激磁后，在一装有磁通量计探头的特别装置中测定其磁性能。距小磁体表面一固定距离的磁场强度为720±20高斯，相应于约4.8千高斯实际磁体的Br。
这些结果证明，用本发明雾化磁粉制备的粘合磁体具有高的磁场强度，甚至是制成尺寸非常小的磁体。与之对比，从对比产品8生产的尺寸非常小的粘合磁体呈现的填充性很差，而且空隙率高，其结果是磁性能与基于磁粉/粘合剂混合物所预期的值降低甚多。本发明磁体的这一品质要归咎于球形雾化粉末的好的流动性，它有助于装载、填充，并且磁体空隙率较低。
本发明已经做了全面的解释，并且提供了本发明磁粉和粘合磁体制备的详细叙述实施例。实施例也证明了本发明磁体和磁粉的优越和未预料到的性能。实施例也阐述本发明仅有和决不限受制的范围。显然，对于本技术领域的技术人员来说，可以实践一些不脱离本发明目的和范围的产品和方法的改良。

Claims (48)

1.一种由雾化工艺得到的磁粉制成的粘合磁体，所说的磁粉包括以重量计约15％-约20％的稀土RE、约0.8％-约2.0％的B、约1％-约10％的T、其余是Fe、Co或它们的混合物，其中RE是选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的一种或多种稀土元素；T是选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W的一种或多种元素。
2.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁粉包括基本上有Nd2Fe14B作为主磁相的冶金复合结构。
3.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁粉包括以重量计算约18％-约20％的Nd；约1.8％-约2.2％的Ti；约3.8％-约4.2％的Zr；约1.4％-约1.8％的B，其余是Fe。
4.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁粉包括以重量计算约23％-24％的Nd；约3.8％-4.2％的Co；约1.1％-1.％的B；约1.4％-1.6％的Ti；约2.2％-2.4％的Zr；约0.1％-0.3％的Cu，其余是Fe。
5.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁粉进一步包括一种或多种Cu、Si、Al、Sn和Ga，其量以重量计为1％或更少
6.权利要求5所述的粘合磁体，其中磁粉包括以重量计算约22％-23％的Nd；约8％-约10％的Co；约1.1％-约1.3％的B；约1.7％-约1.8％的Nb；约3.1％-约3.3％的Zr；约0.1％-约0.3％的Cu，约0.1％-约0.3％的C；其余是Fe。
7.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁粉基本上是球形，具有的直径在约1μm-约200μm范围。
8.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁粉包括直径在约1μm-约200μm范围的基本上是球形的颗粒和长度在约50μm-约500μm之间、厚度在约20μm-约100μm之间的小片状颗粒的混合物。
9.权利要求1所述的粘合磁体，所说的磁体是各向同性的。
10.权利要求1所述的粘合磁体，其中雾化工艺选自一种或多种包括气体雾化、离心雾化、水雾化、真空雾化、等离子体喷雾和溅射工艺。
11.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁体进一步包括选自热固性树脂、热塑性树脂、金属以及它们的混合物的粘合剂。
12.权利要求11所述的粘合磁体，其中粘合剂是聚酰胺、PPS、天然或合成橡胶，或是环氧树脂。
13.权利要求11所述的粘合磁体，其中磁体是通过压塑、挤塑、注塑、压延、网印、旋转铸造、水浆涂覆或它们的组合得到的。
14.权利要求13所述的粘合磁体，其中磁体是通过注塑得到的。
15.权利要求14所述的粘合磁体，其中4个注塑循环后磁体的内矫顽力损耗低于约5％。
16.权利要求11所述的粘合磁体，其中磁体是从磁粉和粘合剂的混合物制备的。
17.权利要求16所述的粘合磁体，其中磁粉包括磁粉/粘合剂混合物的约40％-约99％(体积)，粘合磁体的内损耗低于约4％。
18.权利要求16所述的粘合磁体，其中磁粉占磁粉/粘合剂混合物的约63体积％以上，其中磁体没有龟裂和/或物理变形，可以用常规的模塑设备制造。
19.权利要求16所述的粘合磁体，其中磁粉/粘合剂混合物在剪切速率大于约20秒、温度约为240℃下的表观黏度低于约500泊。
20.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁粉以每秒大于约2克的速率流经一标准孔口。
21.权利要求20所述的粘合磁体，其中磁粉以每秒大于约3.5克的速率流经一标准孔口。
22.权利要求1所述的粘合磁体，其中粘合磁体暴露在约260℃的温度约200小时后的剩磁损耗低于约30％。
23.权利要求1所述的粘合磁体，其中粘合磁体在约100℃的温度老化约2000小时后的磁通量损耗低于约3％。
24.权利要求1所述的粘合磁体，其中磁体的总体积小于约50mm3，磁体的最大尺寸小于约5mm。
25.权利要求24所述的粘合磁体，其中磁体的Br值大于约4.0千高斯。
26.一种制备粘合磁体的方法，该方法包括如下步骤：
(a)形成一种熔体，其包括以重量计约15％-约25％的RE；约0.8％-约2.0％的B；约1％-约10％的T；其余是Fe、Co或它们的混合物，其中RE是选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的一种或多种稀土元素；T是选自Ti、Zr、Hf、V、 Nb、Ta、Cr、Mo和W的一种或多种元素；
(b)雾化所说的熔体以得到磁粉；
(c)热处理所说的磁粉；
(d)用粘合剂与磁粉混合或涂覆磁粉；
(e)压塑和/或模塑所说的磁粉和粘合剂。
27.权利要求26所述的方法，其中磁粉包括基本上有Nd2Fe14B作为初磁相的冶金复合结构。
28.权利要求26所述的方法，其中熔体进一步包括一种或多种Cu、Si、Al、Sn和Ga，其量以重量计为1％或更少。
29.权利要求26所述的方法，其中雾化步骤按下面的一种或多种工艺进行：气体雾化、离心雾化、水雾化、真空雾化、等离子体喷雾和溅射工艺。
30.权利要求26所述的方法，其中雾化步骤包括旋转轮速度大于约20,000rpm的离心雾化，得到的磁粉是在氦气环境下冷却的。
31.权利要求26所述的方法，其中雾化步骤包括旋转轮速度在约20,000rpm-约35,000rpm的离心雾化，得到的磁粉是在氦气环境下冷却的。
32.权利要求26所述的方法，其中雾化步骤包括旋转轮速度在约24,000rpm-约33,000rpm的离心雾化，得到的磁粉是在氦气环境下冷却的。
33.权利要求26所述的方法，其中磁粉基本上是球形的，其直径在约1μm-约200μm范围。
34.权利要求26所述的方法，其中磁粉包括直径在约1μm-约200μm范围的基本上是球形的颗粒和长度在约50μm-约500μm之间、厚度在约20μm-约100μm之间的小片状颗粒约混合物。
35.权利要求26所述的方法，其中热处理步骤包括磁粉的退火。
36.权利要求26所述的方法，其中粘合剂选自热固性树脂、热塑性树脂、金属，以及它们的混合物。
37.利要求36所述的方法，其中粘合剂是聚酰胺、PPS、天然或合成橡胶，或环氧树脂。
38.权利要求26所述的方法，其中压制和/或模制步骤包括压塑、挤塑、注塑、压延、网印、旋转铸造、水浆涂覆或者它们的组合。
39.权利要求38所述的方法，其中磁粉和粘合剂是用注塑注塑粘合磁体的。
40.权利要求39所述的方法，其中在4个注塑循环后粘合磁体的内矫顽力损耗低于约5％。
41.权利要求39所述的方法，其中磁粉/粘合剂混合物中的磁粉定容装载量为约40％-约99％，磁体的内损耗低于约4％。
42.权利要求39所述的方法，其中磁粉/粘合剂混合物中的磁粉定容装载量大于约63％，其中磁体没有龟裂和/或物理变形，可以用常规的模塑设备制造。
43.权利要求26所述的方法，其中磁粉以每秒大于约2克的速率流经标准霍尔流量计孔口。
44.利要求43所述的方法，其中磁粉以每秒大于约3.5克的速率流经标准霍尔流量计孔口。
45.权利要求26所述的方法，其中磁粉/粘合剂混合物在剪切速率大于约20秒-1、温度约为240℃下的表观黏度低于约500泊。
46.权利要求26所述的方法，其中粘合磁体暴露在约260℃的温度约200小时后的剩磁损耗低于约30％。
47.权利要求26所述的方法，其中粘合磁体在约100℃的温度下老化约2000小时后的磁通量损耗低于约3％。
48.权利要求26所述的方法，进一步包括磁粉和粘合剂的熟化步骤。
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