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高溫混合永磁體及其形成方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510612272.1

申請日:

2015.09.23

公開號:

CN105469917A

公開日:

2016.04.06

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):H01F 1/057申請日:20150923|||公開
IPC分類號: H01F1/057; H01F1/047; H01F41/02 主分類號: H01F1/057
申請人: 福特全球技術公司
發明人: 李萬鋒; C柄·榮; 朱樂儀; 梁峰; 邁克爾·W·德格內爾; 楊俊
地址: 美國密歇根州迪爾伯恩市
優先權: 14/496,612 2014.09.25 US
專利代理機構: 北京銘碩知識產權代理有限公司11286 代理人: 劉燦強; 王秀君
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510612272.1

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.09.29|||2016.04.06

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

在至少一個實施例中,公開了一種混合永磁體及其形成方法。所述磁體可以包括Nd-Fe-B合金的多個各向異性區域和MnBi合金的多個各向異性區域。Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合金的區域可以在混合磁體內基本上均勻地混合。Nd-Fe-B區域和MnBi區域可以具有相同的或相似的尺寸。可以通過均勻地混合MnBi和Nd-Fe-B的各向異性粉末,在磁場中使粉末混合物取向,并且固結粉末混合物以形成各向異性的混合磁體,來形成該磁體。該混合磁體可以在高溫下具有改善的矯頑力,同時仍維持高的磁化強度。

權利要求書

1.一種混合磁體,所述混合磁體包括:
Nd-Fe-B合金的多個各向異性區域;以及
MnBi合金的多個各向異性區域;
Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合金的區域在所述混合磁體內基本均勻地
混合。
2.根據權利要求1所述的磁體,其中,Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合
金的區域是基本上相同的尺寸。
3.根據權利要求1所述的磁體,其中,Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合
金的區域均具有100nm至50μm的尺寸。
4.根據權利要求1所述的磁體,其中,在所述磁體中MnBi合金與Nd-Fe-B
合金的比是按重量計從40/60至60/40。
5.根據權利要求1所述的磁體,其中,MnBi合金的區域是低溫相MnBi。
6.根據權利要求1所述的磁體,其中,Nd-Fe-B合金的區域包括Nd2Fe14B。
7.根據權利要求1所述的磁體,其中,Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合
金的區域均是單一晶粒。
8.根據權利要求1所述的磁體,其中,Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合
金的區域中的每個在相同的方向上磁取向。
9.根據權利要求1所述的磁體,其中,所述磁體的表面區域相對于所述
磁體的主體區域具有增大的MnBi合金含量。
10.一種形成混合永磁體的方法,包括:
將Nd-Fe-B合金的多個各向異性顆粒和MnBi合金的多個各向異性顆粒
混合,以形成基本上均勻的磁性粉末;
在磁場中使所述均勻的磁性粉末取向;以及
使所述均勻的磁性粉末固結,以形成各向異性永磁體。

說明書

高溫混合永磁體及其形成方法

技術領域

本公開涉及高溫混合永磁體,例如,用于電機的高溫混合永磁體。

背景技術

燒結的釹-鐵-硼(Nd-Fe-B)磁體在當前的永磁體中具有最高的磁能積。
然而,燒結的Nd-Fe-B磁體具有大約312℃相對低的居里溫度,這可能會妨
礙燒結的Nd-Fe-B磁體被用于諸如電動車輛和風力渦輪機的一些高溫應用。
已經采取一些方法來改善燒結的Nd-Fe-B磁體的熱穩定性。合金化是一種已
經被研究的方法。鈷代替鐵可以增大居里溫度;然而,這種方法也可能減小
各向異性場從而降低磁體的矯頑力。另一種已經嘗試的方法是鏑(Dy)或鋱
(Tb)代替Nd。添加這些重稀土元素可以顯著地增大硬磁R2Fe14B(R=稀土)
相的各向異性場。盡管通過這種代替可以有效地增大燒結的Nd-Fe-B磁體的
矯頑力,但是Dy-Fe和Tb-Fe中這些重稀土元素的自旋矩與Fe的自旋矩之間
的反平行耦合導致飽和磁化強度顯著減小。另外,Dy和Tb比Nd昂貴得多
并且相對于Nd很不豐富。

除合金化之外,另一提高Nd-Fe-B磁體的熱穩定性的方法是形成混合磁
體,所述混合磁體是磁性質彼此補償的不同永磁體的混合物。例如,一種具
有高磁化強度的磁體和另一種有高的熱穩定性的磁體。由于偶極相互作用,
高磁化強度材料的耐熱性可以由高熱穩定性材料改善。在以前的研究中,已
經使用釤-鈷(Sm-Co)合金作為高熱穩定性材料,尤其是SmCo5和Sm2Co17,
因為與Nd2Fe14B相比它們具有高得多的居里溫度。

發明內容

在至少一個實施例中,提供了一種混合磁體,所述混合磁體包括:Nd-Fe-B
合金的多個各向異性區域和MnBi合金的多個各向異性區域。Nd-Fe-B合金的
區域和MnBi合金的區域可以在混合磁體內基本均勻地混合。在一個實施例
中,Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合金的區域可以是基本上相同的尺寸,諸如
在100nm至50μm之間。

在磁體中MnBi合金與Nd-Fe-B合金的比可以是按重量計從40/60至
60/40。MnBi合金的區域可以是低溫相(LTP)MnBi并且Nd-Fe-B合金的區
域可以包括Nd2Fe14B。在一個實施例中,Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合金
的區域均是單一晶粒。Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合金的區域中的每個可以
在相同的方向上磁取向。在一個實施例中,磁體的表面區域相對于磁體的主
體區域具有增大的MnBi合金含量。

在至少一個實施例中,提供了形成混合永磁體的方法。所述方法可以包
括混合Nd-Fe-B合金的多個各向異性顆粒和MnBi合金的多個各向異性顆粒
以形成基本上均勻的磁性粉末,在磁場中使均勻的磁性粉末取向,并固結均
勻的磁性粉末以形成各向異性永磁體。

在一個實施例中,Nd-Fe-B合金的顆粒和MnBi合金的顆粒可以是基本相
同的尺寸,諸如在100nm至50μm之間。混合步驟可以包括以MnBi與
Nd-Fe-B的比按重量計為40/60至60/40來混合Nd-Fe-B合金的顆粒和MnBi
合金的顆粒。固結步驟可以在300℃或更低的溫度下執行,或可以包括放電
等離子體燒結或微波燒結。

在至少一個實施例中,提供了一種混合磁體,所述混合磁體包括Nd-Fe-B
合金的多個各向異性區域和MnBi合金的多個各向異性區域。Nd-Fe-B合金的
區域和MnBi合金的區域可具有1:2至2:1的尺寸比。

在一個實施例中,Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合金的區域均可具有100
nm至50μm的尺寸。Nd-Fe-B合金的區域和MnBi合金的區域可以在混合磁
體內基本上均勻地混合。在磁體中MnBi合金與Nd-Fe-B合金的比可以是按
重量計從40/60至60/40。在一個實施例中,磁體的表面區域相對于磁體的主
體區域具有增大的MnBi合金含量。

附圖說明

圖1是根據實施例的形成混合永磁體的工藝的示意圖;以及

圖2A、圖2B和圖2C是Nd2Fe14B磁體、MnBi磁體和公開的混合磁體
的示意性磁滯回線。

具體實施方式

按照要求,在這里公開了本發明的詳細實施例;然而,將理解的是,所
公開的實施例僅是可以以各種可替換形式實施的本發明的舉例說明。附圖不
一定按比例繪出;一些特征可以被夸大或最小化以示出具體組件的細節。因
此,在這里所公開的特定結構性和功能性細節不被理解為限制性的,而是僅
作為教導本領域技術人員各種各樣地應用本發明的代表性基礎。

如在背景技術中所討論的,已經研究Nd-Fe-B和Sm-Co混合磁體作為提
高Nd-Fe-B磁體的熱穩定性的可能的方法。然而,Nd-Fe-B和Sm-Co混合磁
體具有一些缺點。已知的是,密度會影響磁體的能量密度和機械性能。由于
Nd-Fe-B和Sm-Co合金都是機械上非常硬的,所以為了得到相對高密度的混
合磁體,這些合金需要在高溫下(例如,>700℃)被燒結或熱壓。然而,由
于在混合磁體的燒結或熱壓后,Nd-Fe-B和Sm-Co合金每個都需要它們自己
獨特的熱處理工藝,因此很難找到適合兩種合金需求的單一的熱處理過程。
另外,在燒結或熱壓期間可能發生Nd-Fe-B與Sm-Co合金之間的相互擴散,
這會產生問題。此外,盡管事實是Nd和Sm都可以形成具有相同晶體結構的
R2Fe14B或R2Co17相,但是這些合金具有不利的易基面各向異性,這會導致
低得多的矯頑力。

因此,為了提高Nd-Fe-B磁體的熱穩定性,需要具有不同組成和不同處
理方法的混合磁體。在至少一個實施例中,提供了在高溫下具有增大的矯頑
力的包括Nd-Fe-B和錳-鉍(MnBi)合金的混合磁體。也提供了形成包括
Nd-Fe-B和MnBi合金的混合磁體的方法。

在至少一個實施例中,MnBi合金可以處于低溫相(LTP)。在“Structure
andmagneticpropertiesoftheMnBilowtemperaturephase(MnBi低溫相的結構
和磁性質)”(JournalofAppliedPhysics(應用物理雜志),2002年91卷7866
頁)中描述了MnBi的LTP相,所述文章內容通過引用全部包含于此。當處
于LTP時,MnBi合金具有正的矯頑力溫度系數(即,矯頑力隨溫度增大而
增大)。例如,在200℃,MnBi的矯頑力與在室溫下大約10kOe相比可以達
到27kOe(依據處理條件)。此正溫度系數與諸如Sm-Co或Nd-Fe-B的其他
磁性合金形成對比,并可以允許混合磁體在相對高的溫度下維持磁化強度。
除了它的正的熱系數之外,MnBi合金也具有與易變形鋼相似的機械硬度。因
此,當用于混合磁體時,MnBi合金可以很好地用作一種“粘合(glue)材料”。
另一方面,Sm-Co合金是機械上堅硬的,因此當用于混合磁體時使致密化和
燒結工藝變得復雜。為了解決硬磁粉的問題,在過去已經使用樹脂作為粘合
劑。然而,樹脂的使用降低了混合磁體的工作溫度并減小磁體的磁化強度。

參照圖1,公開了形成混合磁體的方法以及由此形成的混合磁體。可以
使用任何合適的方法制備LTPMnBi的顆粒或粉末10。在至少一個實施例中,
MnBi合金被制備并隨后被加工成粉末。可以用任何合適的方法制備該合金。
在一個實施例中,使用電弧熔煉工藝形成合金,隨后進行退火步驟。可以通
過電弧熔煉Mn和Bi的原材料來制備合金,以得到用于退火的合金塊(bulk
alloy)。在另一實施例中,可以通過熔融紡絲制備該合金。在這種方法中,純
Mn和純Bi的混合物或MnBi合金(例如,通過電弧熔煉制備的)可在熔融
紡絲機中熔化并快速凝固以得到MnBi磁體。這種方法可以得到具有小晶粒
尺寸的磁體。例如,晶粒尺寸可以是10nm或更小,或甚至是非晶的。可以
通過隨后的諸如退火步驟的熱處理改變晶粒尺寸。如果合金是非晶的,則在
隨后的熱處理中它可以結晶。

MnBi合金可以具有任何合適的組成,例如,Mn含量可以從40at.%至
60at.%,余量為Bi。退火步驟可以包括在150℃至360℃或其中的任何子范
圍,諸如250℃至355℃或275℃至325℃的溫度下的熱處理。在一個實施例
中,退火步驟在大約300℃執行。退火熱處理也可以是具有在該溫度范圍內
的一個或更多個熱處理步驟的多步工藝。退火熱處理可以執行適于形成MnBi
的LTP相的一段時間。退火時間可以依據諸如退火溫度、MnBi合金組成、
MnBi合金的尺寸/形狀或其他的因素改變。在一個實施例中,退火時間可以
是至少1小時。在另一實施例中,退火時間可以是至少10小時。在另一實施
例中,退火時間可以是至少25小時。在另一實施例中,退火時間可以是10
小時至30小時,或其中的任何子范圍或值,諸如10小時、15小時、20小時、
25小時或30小時。

在已經制備了MnBi合金(例如,從電弧熔煉或熔融紡絲)之后,可以
使用任何合適的方法將MnBi合金加工成顆粒或粉末10。在一個實施例中,
可以執行冷凍粉碎,其中,該合金在液氮或其他低溫介質中被磨碎。低溫增
大了MnBi合金的脆性并使得合金破碎成精細粉末并增大或維持各向異性。
另一種制備粉末10的可能的方法是低能研磨。

在另一實施例中,可以使用機械化學法形成MnBi粉末。在機械化學法
中,Mn和Bi的氧化物可以以大約1的比例來混合,并且執行高能球磨。在
研磨過程中,引入諸如鈣的還原劑并將氧化物還原成金屬。作為機械化學工
藝的結果,可制成各向異性的、單晶的、納米尺寸的MnBi粉末。

不管用于形成粉末10的處理方法如何,在至少一個實施例中,MnBi粉
末是各向異性的。粉末中的顆粒可以是單晶,或可以是晶粒具有基本相同的
取向的多晶。另外,為了增大各向異性并增大MnBi粉末和Nd-Fe-B粉末之
間的相互作用,粉末10的顆粒尺寸可以相對較小。磁相互作用是取決于距離
的,因此,顆粒之間的距離越短,相互作用越強。因此,越小的顆粒尺寸和
粉末相的更均勻的分布可以導致它們之間更強的相互作用。在一個實施例中,
MnBi粉末10可以具有50μm或更小的中值顆粒尺寸。在另一實施例中,MnBi
粉末10可以具有25μm或更小的中值顆粒尺寸。在另一實施例中,MnBi粉
末10可以具有10μm或更小的中值顆粒粒徑,諸如從100nm至10μm。

可以使用任何合適的方法制備Nd-Fe-B的顆粒或粉末12。Nd-Fe-B粉末
可以包括任何合適的稀土磁體組成,諸如Nd2Fe14B粉末。在至少一個實施例
中,用氫化歧化脫氫再結合工藝(HDDR)制備Nd-Fe-B合金。HDDR工藝
為本領域的技術人員所知并且將不詳細解釋。通常,HDDR工藝包括在氫氣
氛中和真空下的一系列熱處理。在工藝期間,在氫氣氛中加熱諸如Nd2Fe14B
的Nd-Fe-B合金塊以執行氫化工藝。在歧化步驟期間,合金分離成NdH2、Fe
和Fe2B相。一旦引入真空氛圍,發生氫的解吸,然后在再結合步驟中,再形
成Nd2Fe14B相,通常具有比開始的合金的晶粒尺寸更精細的晶粒尺寸。在至
少一個實施例中,粉末12的晶粒尺寸(例如,中值晶粒尺寸)是從100nm
至500nm,或其中的任何子范圍。例如,晶粒尺寸可以是從150nm至450nm
或200nm至400nm。通過控制HDDR工藝的處理參數,諸如氫分壓,可以
制造出各向異性的Nd-Fe-B粉末。各向異性的粉末可以顯著增大剩磁,因此
增大得到的磁體的磁能積。

粉末12可以具有任何合適的顆粒尺寸,然而,越小的顆粒尺寸可以增
大混合磁體的各向異性并增強兩種不同粉末(MnBi粉末10和Nd-Fe-B粉末
12)之間的相互作用。粉碎技術可以用于減小粉末12的顆粒尺寸。在一個實
施例中,使用噴射磨減小顆粒尺寸。噴射磨包括使用壓縮空氣或其他氣體來
引起顆粒彼此碰撞,從而分裂成越來越小的顆粒。除了減小顆粒尺寸之外,
噴射磨也可以使粉末12的尺寸分布變窄。為了避免氧化,粉碎技術(例如,
噴射磨)可以在諸如氮氣或惰性氣體的保護氣環境中執行。

MnBi粉末10和Nd-Fe-B粉末12可以均具有任何合適的顆粒尺寸(例
如,中值顆粒尺寸)。在一個實施例中,MnBi粉末10和Nd-Fe-B粉末12可
以具有相同或基本相同的顆粒尺寸(例如,彼此相差不超過大約10%的平均
顆粒尺寸)。在一個實施例中,粉末10和12可以具有4:1至1:4的顆粒尺寸
比(例如,基于中值顆粒尺寸)。例如,顆粒尺寸比可以是從3:1至1:3、2:1
至1:2或從3:2至2:3。因此,如果粉末都具有500nm的中值顆粒尺寸,則該
比是1:1,如果一種具有500nm的中值顆粒尺寸并且另一種是1μm,則該比
是1:2,并且如果一種具有750nm的中值顆粒尺寸且另一種是500nm,則該
比是3:2。在一個實施例中,MnBi粉末10和/或Nd-Fe-B粉末12具有100nm
至100μm的中值顆粒尺寸。在另一實施例中,MnBi粉末10和/或Nd-Fe-B
粉末12具有100nm至50μm的中值顆粒尺寸。在另一實施例中,MnBi粉
末10和/或Nd-Fe-B粉末12具有100nm至25μm的中值顆粒尺寸。在另一
實施例中,MnBi粉末10和/或Nd-Fe-B粉末12具有100nm至10μm的中值
顆粒尺寸。在另一實施例中,MnBi粉末10和/或Nd-Fe-B粉末12具有至多
10μm的中值顆粒尺寸。

再次參照圖1,可將MnBi粉末10和Nd-Fe-B粉末12混合在一起以形
成磁粉混合物14。如上所述,混合物14可以具有均勻的或基本均勻的顆粒
尺寸和尺寸分布。在至少一個實施例中,粉末混合物14是均勻的或基本均勻
的混合物或具有均勻分布,使得MnBi粉末10和Nd-Fe-B粉末12均勻分散
并且不具有局部秩序或模式。可以使用任何合適的方法執行混合,諸如使用
粉末混合器或低能球磨。

粉末混合物14的組成可以基于磁體應用所需的性能而改變。一般而言,
在磁體中增多MnBi含量增大了高溫穩定性。然而,增大的MnBi含量可能減
小磁體的磁化強度。相反,增大磁體的Nd-Fe-B含量可以增大磁體的磁化強
度,但是降低熱穩定性。粉末混合物14的組成可以包括至少30wt.%的MnBi
粉末10。在至少一個實施例中,粉末混合物14包括至少40wt.%的MnBi粉
末10。在另一實施例中,粉末混合物14包括按重量計至少45%、50%、55%
或60%的MnBi粉末10。另外,粉末混合物14的組成可以包括按重量計至少
30%的Nd-Fe-B粉末12。在至少一個實施例中,粉末混合物14包括至少
40wt.%的Nd-Fe-B粉末12。在另一實施例中,粉末混合物14包括按重量計
至少45%、50%、55%或60%的Nd-Fe-B粉末12。在上面的混合物中,當描
述MnBi含量時,余量可以是Nd-Fe-B,反之亦然。在一個實施例中,混合物
14中MnBi粉末10與Nd-Fe-B粉末12的比可以是按重量計從30/70至70/30,
或其中的任何子范圍。例如,混合物14中MnBi粉末10與Nd-Fe-B粉末12
的比可以是從40/60至60/40或45/55至55/45。在一個實施例中,MnBi粉末
10與Nd-Fe-B粉末12的比是按重量計大約55/45。雖然按照重量描述了上面
的百分比/比,但是Nd-Fe-B和MnBi磁體的密度是相似的(對于Nd-Fe-B和
MnBi分別是~7.6g/cm3和~8.4g/cm3),因此,組成的相同范圍基于體積百
分比也可以是適用的。

一旦制備并混合(例如,均勻地)粉末混合物14,可以將粉末混合物
14固結成為混合磁體塊(bulkhybridmagnet)16。在固結之前和/或固結過程
中,可以使用磁場使粉末混合物取向。可以使用任何合適的方法執行固結。
在一個實施例中,為了將MnBi維持在低溫相(LTP),可以在相對低的溫度
(諸如300℃以下)壓制粉末混合物14。由于LTP相的相對低的硬度,所以
可獲得高的壓實密度,盡管是低溫。在另一實施例中,可以在高溫下短時間
壓制和/或燒結粉末混合物14。合適的快速的高溫壓制或燒結工藝的示例包括
放電等離子體燒結(SPS)和微波燒結。由于這些燒結工藝的快速性,所以可
以防止或減輕LTPMnBi向不期望的高溫相的轉變。

固結的混合磁體塊16可以具有與固結之前的粉末混合物14對應的微觀
結構。因此,均勻混合的粉末14可以得到磁體16,磁體16具有分別為MnBi
和Nd-Fe-B的均勻混合區18和20。從均勻混合的粉末形成的磁體可以因此
具有穿過或貫穿整個磁體的MnBi和Nd-Fe-B的均勻混合區。如上所述,均
勻混合的可以意味著所述區域是均勻地或均一地分散的和/或對于這些區域
沒有局部秩序或模式。Nd-Fe-B的區域20可以包括Nd2Fe14B。例如,區域20
可以主要地(例如,大于50vol.%)由Nd2Fe14B形成,或可以是按體積計至
少70%、80%、90%或更多的Nd2Fe14B。在一個實施例中,區域20可以基本
上全部是Nd2Fe14B。在處理過程中,可以形成其他次要相,諸如可以形成區
域20的余量的富Nd相。MnBi和Nd-Fe-B的所得區域的尺寸可以與粉末10
和12的尺寸相同或相似。在至少一個實施例中,區域18和20可以是相同的
或基本相同的尺寸(例如,彼此相差不超過10%的中值尺寸)。區域18和20
也可以具有與粉末10和12相同的或相似的尺寸(如上所述),以及所公開的
相對尺寸比。如果粉末10和/或12是單個晶粒,則固結的磁體16中的相應
區域也可以是單個晶粒。類似的,在固結之前和/或固結過程中的粉末10和
12的取向(alignment,或排列)可以保留在固結的磁體16中。

如上所述,磁相互作用是依賴于距離的。因此,顆粒或區域之間的距離
越短,相互作用越強。因此,越小的顆粒尺寸/區域和相的越均一或均勻的分
布和/或尺寸分布可以帶來它們之間的越大的相互作用。這種相互作用允許混
合磁體在升高的溫度下具有更高的矯頑力(由于MnBi),同時保留高的磁化
強度(由于Nd-Fe-B)。

在將粉末混合物14固結成混合磁體塊16之后,可以執行額外的退火步
驟以進一步提高性能。可以在大致為MnBiLTP相的相轉變溫度的300℃以下
的溫度下執行退火熱處理。因此,在退火工藝期間,任何高溫相可以轉變成
LTP。退火工藝可以具有允許在磁體中完全或基本上完全形成LTP的持續時
間。退火熱處理的非限制示例可以包括將磁體16加熱到200℃至250℃的溫
度,持續1小時至20小時,或其中的任何子范圍。例如,熱處理可以持續2
小時至4小時、2小時至10小時、10小時至20小時,或其他范圍。由于退
火溫度在磁體的Nd-Fe-B部分中的所有相的相轉變溫度以下,因此這些部分
將相對地不受退火熱處理的影響。

所公開的混合永磁體與制造高溫永磁體的先前嘗試相比具有多個優點。
首先,所公開的磁體在高溫下具有顯著增大的矯頑力,從而降低了在諸如車
輛電機和風力渦輪機的高溫應用中磁體退磁的可能性。第二,MnBiLTP允許
混合磁體使用低溫壓實或快速高溫燒結或壓制工藝來具有高密度。LTP也作
為可以替代低溫樹脂的使用的粘合劑(glue),同時也增大混合磁體的磁化強
度。因此,在至少一個實施例中,磁體16不包括任何樹脂或粘結劑。磁體
16可以全部由磁性材料形成。另外,所公開的磁體不需要諸如Dy和Tb的重
稀土(HRE)元素。這些HRE元素與所公開的磁體的組分相比非常昂貴,因
此用所公開的混合磁體可以實現顯著的成本節約。此外,HRE元素的供應量
低并且在地理上集中,使得它們的獲得可能受制于商業和政治風險。然而,
添加HRE元素不被排除在所公開的混合磁體之外,并且可以包括HRE元素。

參照圖2A、圖2B和圖2C,示出Nd2Fe14B(圖2A)、MnBi(圖2B)
與混合Nd-Fe-B和MnBi磁體(圖2C)的示意性磁滯回線。如圖所示,混合
磁體結合了Nd2Fe14B的高磁化強度和MnBi的高矯頑力和熱穩定性的優點。
磁體的矯頑力是溫度的函數。對于Nd-Fe-B磁體(圖2A),溫度系數是負的。
因此,在高溫下,磁滯回線是“瘦的”,意味著較低的矯頑力,但是較高的剩
磁或磁化強度。隨著溫度升高,Nd-Fe-B磁體的矯頑力減小,這使得磁體更
容易消磁。相反,MnBi磁體(圖2B)具有正溫度系數,意味著隨溫度升高,
它們具有更高的矯頑力。因此,在高溫下,磁滯回線是“胖的”,意味著較高
的矯頑力,但是較低的剩磁或磁化強度。當Nd-Fe-B粉末/區域和MnBi粉末/
區域均勻地混合(圖2C)時,在高溫下后者的更高的矯頑力可以通過這兩相
之間的相互作用幫助增大混合物的矯頑力。另外,由于相互作用,混合磁體
的剩磁相對于純MnBi磁體是增大的,形成高得多的磁能積。

因此,得到的混合磁體與Nd-Fe-B磁體相比具有改善的熱穩定性。另外,
與純MnBi磁體相比,由于來自Nd-Fe-B相的貢獻,混合磁體具有改善的剩
磁或磁化強度。因此,可以調整混合磁體的性能以適合于特定應用。例如,
如果高溫性能或矯頑力是首先考慮的,則混合磁體的MnBi含量相對于
Nd-Fe-B可以是增大的。可選擇地,如果剩磁或磁化強度是更重要的性能,
則混合磁體的Nd-Fe-B含量相對于MnBi可以是增大的。

另外,磁體內的MnBi和/或Nd-Fe-B含量或分布可以基于特定應用所需
的性能來調整。如果某應用在磁體內的具體區域中需要更高的矯頑力,則可
以在那個區域增大MnBi含量。類似地,如果某應用在磁體內的具體區域中
需要更高的剩磁或磁化強度,則可以在那個區域增大Nd-Fe-B含量。例如,
在電機應用中,永磁體可能在磁體的表面或表面區域需要更高的矯頑力。為
了提供在表面或其附近具有增大的矯頑力的混合磁體,可以相對于磁體的中
心或主體(bulk)增大表面區域中的MnBi含量。在具有調整的組成的區域中,
MnBi和Nd-Fe-B粉末(以及所得的區域)仍可以均勻地混合。可選擇地,如
果磁體的部分或區域不需要高矯頑力或磁化強度,則可以分別降低MnBi或
Nd-Fe-B的含量。

雖然在上面描述了示例性實施例,但是這些實施例不意圖描述本發明的
所有可能形式。相反,在說明書中所使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞
語,并且理解的是,在不違背本發明的精神和范圍的情況下,可以做出各種
改變。此外,可以結合各種實施實施例的特征以形成本發明的另外的實施例。

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高溫 混合 永磁體 及其 形成 方法
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