專利名稱：稀土磁體用燒結壓制體的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及稀土磁體用燒結體的制備方法，本發(fā)明尤其涉及例如R-Fe-B系磁體用燒結體的制備方法。
目前廣泛應用的永磁體包括釤鈷(Sm-Co)型磁體和釹鐵硼(Nd-Fe-B)型磁體。在其它的永磁體中，R-Fe-B型磁體(其中，R為選自包括釔(Y)在內的稀土元素中的至少一種元素，并且通常為釹(Nd)，F(xiàn)e是鐵并且B是硼)越來越多地應用于各種類型的電器中。這是因為R-Fe-B型磁體的最大能積(BH)max比任何各種其它類型的磁體高，并且R-Fe-B型磁體相對廉價。
R-Fe-B型燒結磁體包括基本上由四方晶型的R2Fe14B化合物組成的主相、含例如釹的富稀土相和富硼相。在R-Fe-B型燒結磁體中，部分鐵可以被過渡金屬元素比如Co或Ni所替代，部分B可以被C所替代。例如，美國專利Nos.4,770,723和4,792,368描述了可利用本發(fā)明各種優(yōu)選實施方案的一種R-Fe-B型燒結磁體。
在現(xiàn)有技術中，通過鑄造工藝來制備用于這種磁體原料的R-Fe-B型合金。在鑄造工藝中，通常通過感應加熱分別將作為原料的稀土金屬、電解鐵和硼鐵合金熔融，然后在鑄模中相對緩慢地冷卻通過此方法獲得的熔體，從而制備合金錠。
近來，快淬工藝比如帶鑄工藝(strip casting)或離心鑄造工藝引起了本領域的更多關注。在快淬工藝中，使熔融合金與單冷卻輥或雙冷卻輥、旋轉冷卻盤或旋轉圓柱體鑄模的外或內表面接觸且被相對快速地冷卻和凝固，從而由熔融合金制備了比合金錠薄的快速凝固合金。用該方法獲得的快速凝固合金在此被稱為“合金薄片”。利用這種快淬工藝制備的合金薄片通常厚度約0.03mm至約10mm。在快淬工藝中，熔融合金從與冷卻輥表面接觸的表面開始凝固。這里將熔融合金的該表面稱為“輥接觸面”。在快淬工藝中，柱狀晶從輥接觸面以厚度方向生長。因此，由帶鑄工藝或任何其它的快淬工藝制得的快速凝固合金具有包括R2Fe14B結晶相和富稀土相的組織。R2Fe14B結晶相通常具有約0.1μm到約100μm的短軸尺寸和約5μm到約500μm的長軸尺寸。另一方面，包括相對高濃度稀土元素R的非磁富稀土相分布在R2Fe14B結晶相間的晶界上。
與通過常規(guī)的鑄造工藝或壓鑄工藝制得的合金(這里將這種合金稱為“鑄錠合金”)相比，快速凝固合金在更短的時間內被淬冷和凝固(即淬冷速度約102℃/sec至約104℃/sec)。因此，快速凝固合金具有更細的組織和更小的平均晶粒尺寸。另外，在快速凝固合金中，其晶界具有更大的面積并且富稀土相廣泛而細小地分布在晶界中。因此，快速凝固合金中富稀土相的分布良好。鑒于快速凝固合金具有上述的有利特性，因此可由快速凝固合金制備具有優(yōu)異磁性能的磁體。
本技術領域已知的另一種制備合金的方法為“鈣還原工藝(或還原/擴散工藝)”。此工藝包括的處理和制備步驟為添加金屬鈣(Ca)和氯化鈣(CaCl)至由至少一種稀土氧化物、鐵粉、純硼粉和硼鐵粉及硼氧化物中的至少一種以特定比例組成的混合物中，或者添加至包括合金粉或這些組成元素的混合氧化物以特定比例組成的混合物中；在惰性氣氛中對得到的混合物進行還原/擴散處理；稀釋已獲得的反應物以制成漿料；然后用水處理漿料。用這種方法可以獲得固態(tài)R-Fe-B型合金。
應該指出，這里將任何小塊的固態(tài)合金稱為“合金塊”?！昂辖饓K”可以是任何不同形式的固態(tài)合金，不僅包括通過緩慢或快速冷卻合金材料熔體獲得的凝固合金(即，常規(guī)鑄造工藝制備的合金錠或淬火工藝比如帶鑄工藝獲得的合金片)，而且也包括通過鈣還原工藝獲得的固態(tài)合金。
通過進行如下工藝步驟可獲得用于壓制的合金粉通過諸如氫粉碎工藝和/或任何不同的機械研磨工藝(如，使用絞鏈磨、電動磨或盤磨機)將任何形狀的合金塊進行粗磨；通過例如利用氣流磨碎機的干磨加工將得到的粗粉(平均粒徑約10μm到約500μm)進行細粉碎。優(yōu)選用于壓制的合金粉末的平均粒徑約1.5μm至約7μm以獲得足夠的磁性能。應該指出，除非另有描述，這里粉末的“平均粒徑”指的是質量平均直徑(MMD)。也可使用球磨機或超微磨碎機將粗粉磨細。
稀土合金粉末有容易氧化的缺點。由Sumitomo Special MetalsCo.，Ltd.于1986年7月24日原始提交的、異議號為6-6728的日本專利公報公開了一種在稀土合金粉末表面形成氧化物薄膜的方法以避免此問題。根據(jù)另一已知的方法，也可以在稀土合金粉末的表面涂覆潤滑劑達到此目的。需要指出，為了簡單起見，這里無氧化物膜或潤滑劑涂層的稀土合金粉末、有氧化物膜的稀土合金粉末和涂覆潤滑劑的稀土合金粉末全部統(tǒng)稱為“稀土合金粉末”。但是，當討論“稀土合金粉末成分”時，成分是指稀土合金粉末的本身，而不是指粉末和氧化物膜或潤滑劑涂層的組合。
一般說來，稀土燒結磁體的原料成本相對高。包括大量鐵作為廉價原料的R-Fe-B型磁體也是這樣。因此，為了降低稀土燒結磁體的原料成本和不浪費有價值的自然資源，近來一直在研究和開發(fā)不重熔燒結體而回收利用稀土合金燒結體次品的方法。
例如，日本專利公報No.2746818公開了一種回收利用經(jīng)粉碎燒結磁體用Nd-Fe-B型合金片而得到的粉末的方法(該粉末這里被稱為“廢粉”)。在此方法中，Nd-Fe-B型合金的廢粉和稀土合金粉末(在日本專利公報No.2746818中被叫作“合金B(yǎng)”)混合，以彌補原料合金的氧化部分，從而提高廢粉的燒結能力。
日本特許公報No.11-329811公開了另一種回收利用Nd-Fe-B型磁體廢粉的方法。例如，在此方法中，通過對R-Fe-B型磁體廢粉進行酸洗和鈣還原處理來制備含Nd2Fe14B作為主相的一種合金粉末，然后與成分控制合金粉末混合以提高其燒結能力。
但是，根據(jù)這些常規(guī)的回收方法，應該制備成分基本上與預定稀土合金燒結體的原料合金粉末不同的一種合金粉末。也就是說，需要制備“合金B(yǎng)”粉末或成分控制合金粉末，其總的生產(chǎn)過程較復雜，這是不利的。另外，單獨從合金B(yǎng)粉末或成分控制合金粉末制備稀土磁體用的燒結體是困難的。而且，即使可以由此粉末制備磁體，磁體的性能將遠遠低于理想的磁性能。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案提供了制備稀土磁體用燒結體的方法。該方法優(yōu)選包括步驟(a)利用氫粉碎工藝對稀土合金燒結體進行粗粉碎來制備第一粗粉，(b)對第一粗粉進行細粉碎制備第一細粉，(c)對稀土合金材料的合金塊進行粉碎制備第二細粉和(d)燒結包括第一和第二細粉的混合粉末。第一和第二細粉均優(yōu)選包括具有通式(LR1-XHRX)2T14A所表示的成分的主相，其中，T為單獨的Fe或者是Fe和除Fe以外的至少一種過渡金屬元素的混合物；A為單獨的硼或者是硼和碳的混合物；LR是至少一種輕稀土元素；HR是至少一種重稀土元素；并且0≤X＜1。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，(b)和(c)步驟優(yōu)選分別包括制備第一和第二細粉的步驟，每種粉末包含約25質量％至約40質量％的稀土元素R(其中，R＝LR1-XHRX)和約0.6質量％至約1.6質量％的A。第一或第二細粉除R和A以外的余量優(yōu)選包括T、少量的添加劑和不可避免含有的雜質。少量的添加劑優(yōu)選選自由Al、Cu、Ga、Cr、Mo、V、Nb和Mn組成的組中的至少一種元素。優(yōu)選添加劑的總量約1質量％或更少。所得稀土磁體用燒結體優(yōu)選包括約34質量％或更少的稀土元素(R)，更優(yōu)選約33質量％或更少。
在另一優(yōu)選的實施方案中，步驟(a)和(c)優(yōu)選分別包括制備稀土合金燒結體的步驟和制備稀土合金材料合金塊的步驟。稀土合金燒結體和稀土合金材料的合金塊均優(yōu)選包括約80vol％或更多的(LR1-XHRX)2T14A所表示的化合物。
仍是在另一優(yōu)選的實施方案中，該方法優(yōu)選進一步包括制備混合粉末的步驟，其中第一細粉質量等于第二細粉質量的約0.1％至約10％。
在該特別優(yōu)選的實施方案中，(b)和(c)步驟優(yōu)選分別包括制備第一和第二細粉的步驟，使得表示第一細粉主相的式中的摩爾分數(shù)x不同于表示第二細粉主相的式中的摩爾分數(shù)x。并且該方法優(yōu)選還包括制備混合粉末的步驟，其中，第一細粉質量等于第二細粉質量的約5％以下。為了獲得足夠高的磁性能，更優(yōu)選第一細粉的質量等于第二細粉質量的約3％以下。
仍是在另一優(yōu)選的實施方案中，步驟(a)優(yōu)選包括將稀土合金燒結體粉碎成大量的塊的步驟，每塊的質量約50g或更少，并通過氫粉碎工藝將每塊合金進行粗粉碎。
仍是在另一優(yōu)選的實施方案中，(c)步驟優(yōu)選包括通過對稀土合金材料塊進行粗粉碎來制備第二粗粉并且對第二粗粉進行細磨來制備第二細粉的步驟。并且該方法優(yōu)選進一步包括制備第一和第二粗粉的混合粉末的步驟，和通過對第一和第二粗粉的混合粉末進行細粉碎來制備第一和第二細粉的混合粉末的步驟。
另外，(c)步驟可包括通過對稀土合金材料塊進行粗粉碎來制備第二粗粉和對第二粗粉進行細磨制備第二細粉的步驟。該方法還可包括對稀土合金材料塊和稀土合金燒結體的混合物進行氫粉碎處理，以制備第一和第二粗粉的混合粗粉和通過對混合粗粉的細粉碎來制備第一和第二細粉的混合細粉。
仍是在另一優(yōu)選的實施方案中，(c)步驟優(yōu)選包括利用淬火工藝凝固稀土合金材料熔體來制備合金塊的步驟。
仍是在另一優(yōu)選的實施方案中，步驟(a)優(yōu)選包括對稀土磁體用稀土合金燒結體的次品進行粗粉碎。
通過下述對本發(fā)明優(yōu)選實施方案的詳細描述，本發(fā)明的特征、元素、工藝、步驟、特性和優(yōu)點變得更明顯。
實施本發(fā)明的最好方式下文將描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。本發(fā)明的下述具體優(yōu)選實施方案涉及一種稀土磁體用燒結體的制備方法。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，稀土磁體用燒結體的制備方法優(yōu)選包括步驟(a)利用氫粉碎工藝對稀土合金燒結體進行粗粉碎以制備第一粗粉；(b)對第一粗粉進行細粉碎制備第一細粉；(c)對通過冷卻稀土合金材料熔體獲得的合金塊進行粉碎制備第二細粉和(d)燒結包括第一和第二細粉的混合粉末。第一和第二細粉均包括由(LR1-XHRX)2T14A所示成分的主相。
R-Fe-B型合金燒結體主相的成分可用通式(LR1-XHRX)2T14A來表示，其中，T為單獨的Fe或者是Fe和除Fe以外的至少一種過渡金屬元素的混合物；A為單獨的硼或者是硼和碳的混合物；LR是至少一種輕稀土元素；HR是至少一種重稀土元素；本文將LR和HR共同標示為“R”。
輕稀土元素LR優(yōu)選選自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu和Gd，并且優(yōu)選包括Nd和Pr中的至少一種。重稀土元素HR優(yōu)選選自Y、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，并且優(yōu)選包括選自Dy、Ho和Tb的至少一種元素。作為原子比的摩爾分數(shù)x表示輕稀土元素LR被重稀土元素HR所取代的程度，優(yōu)選x等于或大于約0并且小于約1。也就是說，R-Fe-B型合金燒結體主相可以不包括重稀土元素HR。
過渡金屬元素的例子包括Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni。T優(yōu)選為單獨的Fe或者是被Ni和Co中的至少一種部分取代的Fe。
為了得到具有優(yōu)異磁性能的燒結磁體，優(yōu)選第一和第二細粉均包括約25質量％至約40質量％的稀土元素R(其中，R＝LR1-XHRX)和約0.6質量％至約1.6質量％的A。第一或第二細粉除R和A以外的余量優(yōu)選包括T、少量的添加劑和不可避免含有的雜質。少量的添加劑優(yōu)選是選自Al、Cu、Ga、Cr、Mo、V、Nb和Mn的至少一種元素。優(yōu)選添加劑的總量約1質量％或更少。稀土合金燒結體和稀土合金材料合金塊均優(yōu)選包括約80vol％或更多的(LR1-XHRX)2T14A所表示的化合物。應該指出，通過冷卻和凝固稀土合金材料熔體所得到的合金塊的氧含量以質量為基準通常約1000ppm或更少。這是因為合金塊尚未經(jīng)過燒結處理。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，在制備稀土磁體用燒結體的方法中，第二細粉與產(chǎn)生于稀土合金燒結體的第一細粉進行混合后來制備稀土磁體用燒結體。與現(xiàn)有技術不同，第二細粉不必具有特定的成分并且其本身可用來制備稀土磁體用燒結體。
此時，第二細粉與用于制備稀土合金燒結體的第一細粉材料的細粉可相同或不同。原因如下。一般地說，對不同的應用可調整稀土合金燒結體的合金成分。因此，制造工廠生產(chǎn)出不同等級的稀土合金燒結體。例如，通過改變上述通式中的摩爾分數(shù)x，可以生產(chǎn)出剩磁Br和矯頑力iHc相互不同的許多不同型號的稀土合金燒結體。為此，為了獲得所需等級的稀土合金燒結體，制造工廠生產(chǎn)出相應于這些等級的摩爾分數(shù)x互不相同的合金塊。這樣，制造工廠擁有不同等級(即，好和差的產(chǎn)品)的合金塊和燒結體。在此優(yōu)選的實施方案中，第一和第二細粉材料的等級或者一樣可相同或互不相同。無論如何，為了最終的稀土燒結體獲得在理想范圍內的足夠好的磁性能，需要適當?shù)乜刂瞥煞旨暗谝缓偷诙毞刍旌系谋壤?br> 但是，應該指出，燒結體的成分通常在某種程度上不同于其材料細粉。這是由于比如在燒結過程中材料粉末的成分(尤其是稀土元素)被氧化。通過粉碎燒結體獲得的第一細粉趨向低的液相燒結能力，因為其中的稀土元素被氧化和消耗。因此，在上述常規(guī)的回收利用方法中，將合金B(yǎng)(如日本專利公報No.2746818所描述的)或者成分控制合金粉末(如日本公開特許公報No.11329811所描述的)進行混合以彌補通過粉碎燒結體獲得的回收材料的低燒結能力。
相反，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，如果回收的材料呈現(xiàn)出低燒結能力，則要降低第一細粉相對第二細粉的質量百分比(即，混合比例)。更加明確地說，在混合粉末中，優(yōu)選第一細粉的質量等于第二細粉質量的約0.1質量％至約10質量％。原因如下。如果第一細粉(即，回收材料的細粉)相對于第二細粉(即，新材料的細粉)的質量百分比等于約10質量％或更小，則混合粉高的燒結能力(即燒結密度)足以制備具有實用化磁性能的燒結磁體。但是，一旦第一細粉相對于第二細粉的質量百分比超過約10質量％，則混合粉的燒結能力下降，從而降低了燒結體的燒結密度并增加其氧含量。結果是，可降低燒結體的剩磁Br和矯頑力iHc。另一方面，如果第一細粉相對于第二細粉的質量百分比太低，那么在有效成本方面回收會沒有特別的優(yōu)勢。鑒于此，優(yōu)選第一細粉相對于第二細粉的質量百分比至少等于或大于約0.1質量％。
如果通式所表示的第一細粉主相中摩爾分數(shù)x與同樣的通式所表示的第二細粉主相中的摩爾分數(shù)x不同(即，如果第一細粉從不同等級的燒結體獲得)，那么第一細粉相對于第二細粉的質量百分比優(yōu)選小于約5質量％，更優(yōu)選小于約3質量％，以獲得足夠好的磁性能。應該指出，第一和/或第二細粉可由成分相互不同的許多粉末組成。在此情況下，在將具有不同成分的粉末以粗粉或細粉混合之前，優(yōu)選對這些粉末的成分進行分析并且優(yōu)選根據(jù)成分分析的結果來決定其混合比例。所獲得的稀土磁體用燒結體優(yōu)選包括約34質量％或更少的稀土元素R，更優(yōu)選約33質量％或更少。
下面，將根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方案詳細描述在制備稀土磁體用燒結體的方法中如何由稀土合金燒結體制備第一細粉。
為了從稀土合金燒結體中獲得第一細粉，首先將稀土合金燒結體進行粗粉碎。通常，當從合金塊或片中獲得細粉時，合金塊或片也要經(jīng)過一次粗粉碎，然后細粉碎。這樣做可有效獲得理想粒徑分布的細粉，因為通常稀土合金粉末的壓制能力低。氫粉碎工藝或機械粉碎工藝經(jīng)常用作粗粉碎的方法。在此優(yōu)選實施方案的制造過程中，利用氫粉碎工藝對燒結體進行粗粉碎。在氫粉碎工藝中，稀土元素被氫化，因而在以后的制造和處理步驟甚至在其它的機械粉碎過程中將不被氧化。因此，即使稀土合金燒結體被回收用作磁體材料，所獲得粉末的氧含量不會增加很多。另外，在燒結過程中，氫化的稀土元素會脫氫變成金屬并且進入液相。因此，其燒結能力也得到提高。而且，對于氫粉碎工藝，其粗粉碎和細粉碎工藝的生產(chǎn)率是機械粉碎工藝的幾倍高。優(yōu)選采用的氫粉碎工藝是將稀土燒結體在約1Mpa或更小壓力的氫氣氛中暴露約0.5小時至約10小時。
氫粉碎工藝是一種粉碎技術，該技術利用了由于稀土合金材料(通常為合金塊)暴露于氫氣氛時的體積膨脹而在材料中產(chǎn)生很小裂縫的現(xiàn)象。此膨脹是由合金材料中稀土元素的氫化引起的。因此，一直認為將此工業(yè)化技術成功地用于粉碎含有部分氧化的稀土元素的燒結磁體是困難的。但是，本發(fā)明人通過實驗發(fā)現(xiàn)并證實氫粉碎技術也可充分有效地用于這種燒結體的粗粉碎。同時，為了更有效地對燒結體進行粗粉碎，進行氫粉碎處理的燒結體優(yōu)選是質量為50克或更小的合金塊(例如，比重約7.5g/cm3)。因為，如果每塊燒結體的質量超過50克(即，尺寸大致為25mm×24mm×11mm或更大)，那么燒結體的粗粉碎不徹底而在燒結體中心殘留未粉碎的部分。因而，為了使燒結體徹底被粗粉碎，優(yōu)選進行氫粉碎處理的每塊合金的質量約25克或更小。如果待粉碎的燒結體次品的重量大于50克，優(yōu)選使用比如顎式粉碎機機械粉碎。
如果必要的話，使用比如盤磨機對通過氫粉碎獲得的粗粉(即，第一粗粉)進行進一步的機械研磨。之后，通過利用氣流磨碎機的干法研磨技術對第一粗粉進行細粉碎。所得到的細粉(即，第一細粉)優(yōu)選其平均粒徑約1.5μm到約7μm。當使用氣流磨碎機進行干法研磨工藝時，優(yōu)選部分去除含有大量氧的細粉顆粒。
使用氣流磨碎機對第一粗粉進行細磨的操作和由新材料獲得第二細粉的操作可以同時在相同的設備上進行。如上所述，通過諸如氫粉碎工藝對具有特定成分的合金塊進行粗粉碎，如果必要采用諸如盤磨機對得到的粗粉(即，第二粗粉)進行進一步的機械磨碎，并且然后用氣流磨碎機的干法研磨技術對第二粗粉進行細粉碎可以獲得第二細粉。也優(yōu)選第二細粉的平均粒徑約1.5μm到約7μm。因而，通過采用諸如搖擺混合器對第一和第二粗粉進行混合，然后再使用氣流磨碎機對所得到的粗粉混合物進行細粉碎，可以獲得第一和第二細粉的混合粉。應該指出，在干混和細粉碎過程中，必要時向粉末添加潤滑劑以使得第一和第二細粉的表面被潤滑劑涂覆。
利用同樣的氫粉碎工藝獲得第一和第二粗粉的混合物并且接著利用同樣的干法研磨工藝獲得第一和第二細粉的混合物自然是可能的。也就是說，預先將第一粗粉的材料(即，塊狀燒結體)和第二粗粉的材料(即，帶鑄合金塊)互混，然后對混合物進行氫粉碎獲得第一和第二粗粉的混合物。無論如何，為了使得有害的氧量最少，優(yōu)選將這些材料在被粉碎成第一和第二細粉前進行互混。
優(yōu)選通過淬火工藝制備第二細粉的材料(即，具有特定成分的合金塊)。這是因為，如果由快速凝固合金塊(或片)獲得第二細粉，不僅第二細粉的磁性能而且其燒結能力均是優(yōu)異的。因此，第二細粉能夠有效地彌補第一細粉的低燒結能力。由快速凝固合金塊獲得的第二細粉具有良好的燒結能力，可能由于富稀土相在第二細粉表面的分布比在由模鑄合金錠制成的細粉表面分布的更加細和彌散。
另外，也優(yōu)選第一和第二細粉的氧含量低。這是因為，如果其氧含量太高，即使第一和第二細粉的混合比例在上述特定范圍內，也不能獲得理想的磁性能。明確地說，優(yōu)選第一細粉的氧含量約1,500ppm至約10,000ppm，而優(yōu)選第二細粉的氧含量約1,500ppm至約7,000ppm。但是，即使第一細粉的氧含量超過此范圍，通過選擇氧含量低的材料作為第二細粉，也可能獲得足夠高的磁性能。無論如何，優(yōu)選考慮理想的磁性能來確定第一和第二細粉的混合比例。
一旦獲得了所需要的混合粉，可以通過已知的技術來實現(xiàn)隨后的制造和處理步驟。具體的說，混合粉被壓制成所需形狀的壓制體。之后，如果必要的話，壓制體經(jīng)過粘結劑去除工藝、燒結過程和時效處理，從而獲得燒結體。
使用電動壓機以約0.2噸/cm2至約2.0噸/cm2(即，從約1.96×104kPa到約1.96×105kPa)的壓縮壓力，同時沿著約0.2MA/m至約4MA/m的定向磁場方向壓制和壓縮混合粉末。
下一步，在惰性氣氛(即，稀有氣體或氮氣)或真空氣氛中將得到的壓制體在約1000℃至約1100℃的溫度下燒結大致1小時至5小時。然后將燒結體在溫度約450℃至約800℃下時效處理大致1小時至8小時?？蛇x擇性地省去時效處理。通過此方法可獲得R-Fe-B型合金燒結體。同時，為了降低燒結體的碳含量而提高其磁性能，在壓制坯體燒結之前，加熱并蒸發(fā)涂覆在合金粉表面的潤滑劑。潤滑劑加熱/蒸發(fā)的工藝步驟(即，粘結劑的去除工藝步驟)的條件可隨著潤滑劑的類型而改變。例如，此工藝過程可以在溫度約100℃至約600℃在負壓氣氛下進行大致0.5小時至6小時。應該指出，如果壓制坯體在約1000℃至約1100℃的溫度下燒結前，先在溫度約800℃至約950℃保溫大致0.1小時至2小時，那么氫將從含有氫化的稀土元素的壓制坯體中釋放出來。因而能提高壓制坯體的燒結能力。
接下來，通過磁化所得到的燒結體完成燒結磁體的制備。磁化工藝可以在燒結工藝完成后的任意時間進行。如果必要，對燒結磁體進行修整(如，倒角)和表面處理(如，電鍍)來完善它。利用本優(yōu)選實施方案的生產(chǎn)工藝制備的稀土磁體用燒結體可顯示出能與僅由第二細粉(即，新材料的粉末)得到的燒結體相比擬的磁性能。
下面，將通過具體的實施例來描述本發(fā)明優(yōu)選實施方案中稀土磁體用燒結體的制備方法和燒結磁體的制備方法。應該指出，本發(fā)明決不局限于下列解釋性的實施例。
利用稀土合金燒結體次品(重量約500克、尺寸大致為50mm×38mm×35mm)制備第一細粉(即，回收材料的粉末)。在此實施例中，燒結體在進行氫粉碎之前利用顎式破碎機進行機械破碎。然后，根據(jù)它們的質量將所得到的合金塊分為若干組(即，樣品Nos.1-5)并且采用氫粉碎工藝對每組合金塊進行粗粉碎，該工藝將合金塊在0.2Mpa壓力的氫氣氛中保持約3小時。隨后，采用諸如間隙寬約0.3mm的盤磨機對所得到的粗粉進一步研磨。之后，利用氣流磨碎機對研磨后的粉進行細粉碎至平均粒徑約4.5μm。用此方法獲得第一細粉。下表1所示的Nos.1-5的每個樣品均是采用此方法獲得的細粉。
表1

應該指出，通過氫粉碎工藝不能將預先未經(jīng)機械粉碎的樣品燒結體徹底粉碎。從而，燒結體中心周圍仍殘留有未被的粉碎部分(核)。
通過帶鑄工藝制備具有特定成分的合金片，它將作為制備第二細粉的合金塊。合金片的氧含量約320ppm。對合金片進行氫粉碎處理，從而獲得第二粗粉。下一步，利用盤磨機對第二粗粉進一步研磨并且接著用氣流磨碎機進行細磨。利用此方法可以獲得平均粒徑約4.5μm的第二細粉。應該指出，為了減少稀土元素的氧化，獲得第一和第二細粉的氣流磨碎工藝在氧低含量的氮氣氣氛中進行。還應該指出，作為第一細粉材料的燒結體由細粉制得，該細粉是通過采用與獲得第二細粉所采用的生產(chǎn)和處理步驟相同的步驟制備的。在此參考引用的日本特許公報No.2002-33206和美國專利No.09/851,423公開了采用氣流磨碎機進行粉碎的工藝。
下表2示出了通過此方法獲得的第一和第二細粉的成分表2

應該指出，通過分析僅用盤磨機研磨的粉末的組成得到了第一細粉的成分。所有Nos.1-5樣品具有大致相同的成分并且其誤差在允許公差范圍內。表2中，表示的成分值為質量百分比，未在表2列出的第一或第二細粉的余量包括Fe和不可避免的雜質。
接下來，將Nos.1-5的每個第一細粉樣品的與第二細粉以第一細粉為第二細粉質量的約5％的方式混合。然后，由該混合粉末獲得燒結體。僅由第二細粉獲得的另外一種燒結體作為No.6樣品。
完成壓制工藝以后，在下列條件下進行隨后的制造和處理過程。
具體的說，在施加約0.96MA/m(相當于約1.2T)定向磁場的條件下、以約0.8噸/cm2(相當于約7.84×104kPa)的壓力壓制混合粉(對應Nos.1-5樣品)和第二細粉(No.6樣品)，從而獲得垂直尺寸約40mm、水平尺寸約30mm并且高約20mm的壓制坯體。所施加的定向磁場基本上與壓制方向垂直。接下來，將這些壓制坯體在約900℃于低壓Ar氣氛中保持約1小時以去除其中的氫，并且然后在約1050℃下燒結約4小時。此后，燒結體在約500℃下時效處理約1小時。最后，這些燒結體被加工成尺寸大致為5.4mm×12mm×12mm的測試樣品。下面，采用B-H示蹤器評價獲得的燒結磁體的磁性能。表1也示出了所獲得的燒結磁體(或壓制體)的密度和磁性能。
從表1的結果可以看出，當氫粉碎處理的燒結體塊的質量超過50g時，其磁性能(即，矯頑力)惡化。當燒結體塊的質量進一步增加到大于約70g時，燒結密度也下降。可以認為，燒結密度和磁性能降低的原因是不期望的粗粉混入細粉中惡化了燒結能力并且產(chǎn)生了過大的晶粒。相反，如果燒結體塊的質量約50g或更小，所獲得的磁性能可以與僅使用第二細粉的磁性能相比擬。并且當燒結體塊的質量約25g或更小時，所獲得的磁性能與僅使用第二細粉的磁性能基本相同。結果很明顯，氫粉碎處理的燒結體塊的質量優(yōu)選約50g或更小，更優(yōu)選約25g或更小。具體的說，當燒結體塊的質量約50g或更小時，通過氫粉碎工藝幾乎可以將燒結體塊粉碎至中心核。因此，采用比如氣流磨碎機進行粉碎之后的細粉碎處理所獲得的細粉中不會殘留堅硬的粗粉顆粒。如果有必要，可另外進行去除即使經(jīng)過細粉碎后可能殘留的那些粗粉顆粒的工藝步驟。應該指出，通常燒結體含重量約3500ppm至約6500ppm的氧。
而且，優(yōu)選燒結體的晶粒(即，主相)尺寸約20μm或更小。這是因為，如果燒結體的晶粒尺寸大于約20μm，則這種燒結體的粗粉不能被比如氣流磨碎機粉碎的足夠細。
當將第一細粉和第二細粉以約5質量％的比例混合時獲得了表1的結果。下表3所示為燒結體的密度和磁性能隨混合比變化的情況。
表3

在表3中，示于表1中的樣品No.5被用作第一細粉。從表3的結果可明顯地看出，當混合比例超過約10質量％時，燒結密度和磁性能均降低。另一方面，如果混合比例約10％或更小，所獲得的磁性能幾乎與僅利用第二細粉獲得的磁性能一樣。
工業(yè)化實用性上述本發(fā)明各種優(yōu)選的實施方案提供了一種制備稀土磁體用燒結體制備方法的同時更有效地回收利用了稀土合金燒結體次品。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案制備稀土磁體用燒結體的方法中，沒有必要為了使用由粉碎稀土合金燒結體次品所獲得的回收利用材料粉(即，第一細粉)而制備特殊成分的稀土合金。因而，本發(fā)明優(yōu)選的實施方案易于實現(xiàn)且不使當前的制造工藝復雜化。
應該認識到前述的描述僅為本發(fā)明的例證。熟知本領域的技術人員不違背本發(fā)明能夠構想出不同的選擇和修正。因此，本發(fā)明旨在包括落在所附權利要求范圍內的全部選擇、修整和改變。
權利要求
1.一種稀土磁體用燒結體的制備方法，該方法包括如下步驟(a)采用氫粉碎工藝對稀土合金燒結體進行粗粉碎制備第一粗粉；(b)對第一粗粉進行細粉碎制備第一細粉；(c)對稀土合金材料的合金塊進行粉碎制備第二細粉；和(d)燒結包括第一和第二細粉的混合粉；其中第一和第二細粉各自包括具有由通式(LR1-XHRX)2T14A所示成分的主相，其中，T為單獨的Fe或是Fe和除Fe以外的至少一種過渡金屬元素的混合物；A為單獨的硼或是硼和碳的混合物；LR是至少一種輕稀土元素；HR是至少一種重稀土元素；并且0≤X＜1。
2.權利要求1的方法，其中，所述步驟(b)和(c)分別包括制備第一和第二細粉的步驟，每種粉包括約25質量％至約40質量％的稀土元素R(其中，R＝LR1-XHRX)和約0.6質量％至約1.6質量％的A。
3.權利要求1或2的方法，其中所述步驟(a)和(c)分別包括制備所述稀土合金燒結體的步驟和制備所述稀土合金材料的合金塊的步驟，所述稀土合金燒結體和稀土合金材料的合金塊各自包括約80vol％或更多的由(LR1-XHRX)2T14A所示的化合物。
4.權利要求1至3之一的方法，還包括制備混合粉的步驟，其中第一細粉質量相當于第二細粉質量的約0.1％至10％。
5.權利要求4的方法，其中，所述步驟(b)和(c)分別包括制備第一和第二細粉的步驟，以使得表示第一細粉主相的通式中的摩爾分數(shù)x不同于表示第二細粉主相的通式中的摩爾分數(shù)x，并且該方法還包括制備混合粉的步驟，其中第一細粉質量小于第二細粉質量的約5％。
6.權利要求1至5之一的方法，其中，所述步驟(a)包括步驟將稀土合金燒結體破碎成許多塊，每塊的質量約50g或更??；并且通過氫粉碎工藝對該合金塊進行粗粉碎。
7.權利要求1至6之一的方法，其中所述步驟(c)包括步驟對稀土合金材料的合金塊進行粗粉碎制備第二粗粉；并且對第二粗粉進行細粉碎制備第二細粉；其中該方法還包括步驟制備第一和第二粗粉的混合粉；和通過對第一和第二粗粉的混合粉進行細粉碎制備第一和第二細粉的混合粉。
8.權利要求1至6之一的方法，其中所述步驟(c)包括步驟對稀土合金材料的合金塊進行粗粉碎制備第二粗粉；和對第二粗粉進行細粉碎制備第二細粉；其中該方法進一步包括步驟對稀土合金材料塊和稀土合金燒結體的混合物進行氫粉碎處理以制備第一和第二粗粉的混合粉粗粉；和對混合粗粉進行細粉碎制備第一和第二細粉的混合粉。
9.權利要求1至8之一的方法，其中所述步驟(c)包括利用淬火工藝凝固稀土合金材料熔體來制備合金塊的步驟。
10.權利要求1至9之一的方法，其中步驟(a)包括對稀土磁體用燒結體的次品進行粗粉碎作為稀土合金燒結體的步驟。
全文摘要
一種稀土磁體用燒結體的制備方法包括步驟(a)利用氫粉碎工藝對稀土合金燒結體進行粗粉碎制備第一粗粉；(b)對第一粗粉進行細粉碎制備第一細粉；(c)對稀土合金材料的合金塊進行粉碎制備第二細粉和(d)對包括第一和第二細粉的混合粉末進行燒結。第一和第二細粉各自包括由通式(LR
文檔編號H01F1/032GK1457497SQ02800504
公開日2003年11月19日 申請日期2002年5月28日 優(yōu)先權日2001年5月30日
發(fā)明者德原宏樹, 森本仁 申請人:住友特殊金屬株式會社