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从中国专利申请看R-T-B系永久磁铁研发方向

2022-11-22 11:00阅读:
芮嘉玮/台湾中技社 科技暨工程研究中心 组长

从中国专利申请看R-T-B系永久磁铁研发方向
R-T-B系永久磁铁研发方向
为了作为支撑电子器件的关键材料,新型永磁材料的研发方向朝着兼及高磁能积与高矫顽力的方向进行。R-T-B系永磁材料已知为永久磁铁中性能最高的磁铁,被用于硬盘驱动器的音圈电机(VCM)、电动车用(EV、HV、PHV等)电机、工业设备用电机等各种电机和家电制品等。至于什么是R-T-B系烧结磁铁,R指的是稀土元素,T指过渡金属元素及第三主族金属元素,B指硼元素,例如钕铁硼(Nd-Fe-B)永久磁铁,由于其优异的磁特性而被广泛应用于电子产品、汽车、风电、家电及工业机器人等领域,例如硬盘、手机、耳机、和电梯曳引机、发电机等永磁电机中作为能量源等,其需求日益扩大,而诸如剩磁(Br)、矫顽力(Hci)等磁铁重要性能的要求也逐步提升。
为了提升R-T-B系烧结磁铁的剩磁,通常需要降低B含量,但是当B的含量较低时,不具有室温单轴各向异性,会使得磁体的性能劣化。现有技术中,一般透过添加重稀土元素例如镝(Dy)、铽(Tb)、钆(Gd)等,以提高材料的矫顽力以及改善温度系数,但重稀土价格高昂,采用这种方法提高R-T-B系烧结磁体产品的矫顽力,会增加原材料成本,不利于R-T-B系烧结磁体的应用。因此,在不添加或少量添加重稀土的情况下,如何采用低B体系(B<5.88at%)制备得到高矫顽力、高剩磁的R-T-B系磁铁是目前永磁领域亟待解决的技术问题。
此外,在制备R-T-B系永磁材料过程中,由于原料纯度不够,会引入一定含量的碳;同时由于钕
铁硼粉末活泼且流动性较差,需要添加抗氧剂、润滑剂、脱模剂等有机添加剂,也会引入一定含量的碳。常规的制备工艺过程中,碳极易与活泼的富Nd相结合,形成碳化钕,从而导致磁体的内禀矫顽力(intrinsic coercivity,简称Hcj)下降。因此,现面临的技术难题是:一方面需要降低合金中的碳元素含量,另一方面由于制备工艺或原料原因又不得不引入一定的碳源。这样既矛盾又客观的技术难题,亟需一种新的R-T-B系永磁材料的配方来克服上述技术难题。
控制Al含量改善磁铁性能
为了克服现有技术中低B含量(B<5.88at%)造成磁体性能变差且同一批次产品的磁性能不均一的问题,中国专利CN111243812B提供了一种R-T-B系永磁材料及其制备方法,该RTB系永磁材料的原料组合物包括:R:28.5~33.0 wt%;Ga:>0.5 wt%;Cu:≥0.4 wt%;B:0.84~0.94 wt%;Al:0.05~0.07wt%;Co:≤2.5 wt%但不为0;Fe:60~70 wt%;N:Ti、Zr和Nb中的一种或多种;当N包含Ti时,所述Ti的含量为0.15~0.25 wt%;当N包含Zr时,所述Zr的含量为0.2~0.35%;当N包含Nb时,所述Nb的含量为0.2~0.5 wt%。所述百分比为各组分质量占该R-T-B系永磁材料总质量的质量百分比。藉由控制该R-T-B系永磁材料原料组合物中Al的含量,例如Al占所述原料组合物总质量的质量百分比为0.05~0.07 wt %,同时将一定范围含量内的Ga和Cu与其他元素作合适的组成配置,能够制得磁体性能优异且且同一批次产品性能均一的R-T-B系永磁材料。
晶界扩散助力Hcj提升
为了解决R-T-B系永磁材料中碳元素导致磁体之内禀矫顽力(Hcj)下降的问题,美国专利公开号US20220293309A1提供一种R-T-B系永磁材料和将该R-T-B系永磁材料进行晶界扩散处理的制备方法[1]。该R-T-B系永磁材料包括以下组成:稀土元素R:29.0~32.5 wt.%,且R包括重稀土元素(RH);Cu:0.30~0.50 wt.%;Ti:0.05~0.20 wt.%;B:0.85~1.05 wt.%;C:0.1~0.3 wt.%;Fe:66~68 wt.%;其中稀土元素R至少包括钕(Nd),且重稀土元素(RH)至少包括镝(Dy)或铽(Tb)。该R-T-B系永磁材料中含有Cu-Ti-C晶界相,允许较高含量的碳,不需要额外控制碳含量,
完整文章请见:从中国专利申请看R-T-B系永久磁铁研发方向

本期所有文章请见:121期北美智权报

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