專利名稱：離心鑄造方法、離心鑄造設(shè)備以及利用該方法所生產(chǎn)的鑄造合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用金屬、稀土金屬、高熔點金屬、非金屬以及類似材料的快速凝固的鑄造方法以及鑄造設(shè)備和鑄造合金。
背景技術(shù)：
近年來，由于個人計算機的外圍設(shè)備-諸如HDDs(硬盤驅(qū)動器)-AV設(shè)備，家用電子設(shè)備和類似設(shè)備具有重量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊以及性能要求更高的趨勢，因此以Nd基(釹基)磁體為代表的燒結(jié)稀土磁體的需要日益增長。對于這樣的磁體的典型合金是Nd-Fe-B類型合金，這種合金含有鐵和硼并且用成份Nd2Fe14B表示。
在這些稀土磁體中的許多稀土磁體中，為了提高磁性、通過有效地使用資源有限的稀土元素來提高經(jīng)濟效益以及提高與使用相關(guān)的性能(諸如耐熱和耐腐蝕性能)，加入Dy(鏑)、Pr(鐠)或類似的稀土元素以代替Nd的部分，并且加入Co、Al、Cu或類似的元素以代替Fe的部分。
當(dāng)沒有因特別的原因?qū)谙⊥链朋w中的上述稀土元素限制為Nd的情況下，稀土磁體被統(tǒng)稱為R-T-B類型磁體(R稀土元素；T過渡金屬元素)。
一般說來，所有工業(yè)生產(chǎn)的R-T-B類型磁體中所含的R的量略超過成份R2T14B的化學(xué)計算量。這樣，在磁體合金鑄坯中，形成包含高濃度的稀土元素(用R表示)的相(下文中稱之為富R相)。
人們已經(jīng)知道，富R相在R-T-B類型磁體中具有下列重要的作用。
(1)由于富R相的熔點低，因此在磁體生產(chǎn)步驟中的燒結(jié)過程中，該相變成液相，因此能夠促使所得到的磁體具有高密度，從而可使所得到的磁體在剩磁方面得到提高。
(2)富R相用于使晶界光滑，從而減少在逆磁疇中的成核點的數(shù)量。另外，由于是非磁性的，因此富R相能夠與主相磁絕緣，從而提高矯頑性。
(3)由于通過吸附氫能夠使富R相擴展，因此該特征用于使鑄坯裂成多決。特別是，可使富R相吸附氫來擴展。因此，在合金鑄坯內(nèi)產(chǎn)生裂紋，從而使鑄坯裂成多塊。富R相用作所謂的氫裂(hydrogen decrepitation)的開始點。
近年來，人們已經(jīng)開發(fā)了磁性得到改善的R-T-B類型磁體，特別是，提高最大磁能積(BHmax)的R-T-B類型磁體。為了獲得這樣的高性能磁體，必須增加能夠產(chǎn)生磁性的R2T14B相(下文稱之為T1相)的百分比，并且必須降低富R相。為了滿足這些要求，總的稀土元素的含量(下文稱之為TRE含量)必須降低以獲得一種接近化學(xué)計算的成份。
在這樣一種情況下，在合金生產(chǎn)步驟和磁體生產(chǎn)步驟中存在下列能夠影響所產(chǎn)生磁體的磁性的問題。
第一，在一種合金(例如，一種Nd-Fe-B的三元合金)的熔煉和鑄造中，通過初始的γFe相和液相之間的包晶反應(yīng)形成T1相。這樣，當(dāng)TRE含量(總的R含量)降低時，易于形成αFe相，αFe相是γFe相的一種變型。αFe相以枝晶的形式出現(xiàn)并在合金內(nèi)在三維擴展，從而大大地降低了合金在磁體生產(chǎn)步驟中的破碎性。
第二，當(dāng)TRE含量(總的R含量)降低時，所存在的富R相的百分比也降低。這樣，不能期望得到由富R相產(chǎn)生的效果，即，使所產(chǎn)生的磁體具有高密度以及提高磁體的矯頑性。
為了解決上述問題，在日本未審定(kokai)的專利公報5-222488和5-295490中提出了一種澆鑄帶材的方法(SC方法)。根據(jù)這種SC方法，通過中間包將熔融合金澆注到銅制水冷轉(zhuǎn)動輥上并且通過與輥的接觸而被凝固，從而可連續(xù)地生產(chǎn)帶狀鑄坯。接著，帶狀鑄坯被粗糙地壓碎，最后制成薄片。
當(dāng)利用SC方法鑄造R-T-B類型稀土磁體合金時，可獲得非常薄的薄片，每一個薄片的厚度大約為0.2至0.4毫米，因此，用于凝固的冷卻效率較高。這樣，熔融金屬可被冷卻到液相和γFe相的共存區(qū)域以下。即，沒有形成γFe相而直接形成T1相。例如，當(dāng)Nd的含量降至12.7at.％(質(zhì)量百分比為28.5％)時，可在沒有形成枝晶的αFe相的情況下鑄造一種Nd-Fe-B三元合金，當(dāng)Nd的含量為12.7at.％(質(zhì)量百分比為28.5％)時，可產(chǎn)生400kJ/m3或更高的高性能磁體。(Y.Hirose，H.Hasegawa，S.Sasaki and M.Sagawa，Proceedings of the 15th International Workshop on Rare-Earth Magnetsand Their Appilcations，Volume 1，pages 77-86，30 August-3 September1998，Dresden，Germany)。
由于凝固速度較快，因此利用SC方法鑄造的合金具有較小的晶粒，沿著短軸所測得的晶粒尺寸為20微米至30微米。圖7示意性地示出了利用SC方法鑄造的并且R含量為11.8at.％(質(zhì)量百分比為26.5％)或更高的R-T-B稀土合金的橫截面結(jié)構(gòu)。在圖7中，底面(被稱為鑄型接觸表面)是鑄坯中與鑄型接觸的表面，并且頂面(被稱為自由表面)與鑄型接觸表面相對。
成分R2T14B中超過化學(xué)計算量的過多的R在凝固過程中從凝固界面散出，從而產(chǎn)生了以3微米至10微米的間隔排列的薄片狀富R相30。富R相30形成在晶粒29的晶界28上和晶粒29內(nèi)。與利用疊箱鑄型(book-mold)鑄造的常規(guī)合金相比，富R相30的分布比較細(xì)密且均勻。這樣，可大大地提高在氫裂過程中的破碎性，以使粉碎的顆粒尺寸達(dá)到晶粒尺寸的幾分之一。即，能夠獲得僅由單晶顆粒構(gòu)成的粉末。附圖標(biāo)記32所示區(qū)域為T1相。
由單晶顆粒構(gòu)成的粉末在后面的在磁場中壓實的步驟中有助于形成沿著C軸線方向取向的壓塊，所述C軸線用作易磁化軸線。
但是，僅進(jìn)行不包括氫裂的機械粉碎會以沒有利用產(chǎn)生在晶界上和晶粒內(nèi)的富R相的解理斷裂形式產(chǎn)生通過晶粒擴散(即，貫穿晶粒)的裂紋。因此，在粉碎的顆粒中，大量的顆粒具有晶界28，或換言之，不是單晶顆粒。因此，當(dāng)在磁場中壓實時，對準(zhǔn)的程度下降，對產(chǎn)生磁化產(chǎn)生不良影響，并且在燒結(jié)后會降低磁能積。
本發(fā)明人提出了另一種快速凝固方法和用于該方法的設(shè)備(日本未審定(kokai)的專利公報08-13078和08-332557)。特別是，通過箱式中間包將熔融材料引入到轉(zhuǎn)動的鑄型中，箱式中間包以可往復(fù)運動的方式設(shè)置在鑄型中并且具有多個注口，熔融材料通過這些注口被沉積在轉(zhuǎn)動鑄型的內(nèi)表面上并且在該表面上凝固(CC(離心鑄造)方法)。
在CC方法中，熔融材料被連續(xù)地澆注到已經(jīng)被沉積和凝固的鑄坯上。當(dāng)鑄型轉(zhuǎn)動一圈時，附加的熔融材料凝固；這樣，可提高凝固速度。新注入的熔融材料和現(xiàn)有的凝固鑄坯的表面熔合在一起，從而使晶體外延生長。這樣，CC方法可生產(chǎn)晶粒尺寸比利用SC方法所生產(chǎn)的合金的晶粒長幾倍的合金。
但是，在生產(chǎn)R含量低的合金時，與SC方法相比，CC方法必然會產(chǎn)生樹枝狀的αFe，這是由于在高溫區(qū)域中的冷卻速度較低。例如，在生產(chǎn)一種Nd-Fe-B三元合金中，在Nd含量為14.84at.％(質(zhì)量百分比為31.5％)或更低時可以觀察到樹枝狀的αFe的形成，這在SC方法中是看不到的。
在CC方法中，當(dāng)降低熔融材料的沉積速率以提高凝固冷卻速率時，凝固的鑄坯溫度降低，從而增大了附加熔融材料沉積層的溫降率，導(dǎo)致凝固冷卻速率的增大。但是，在CC方法中，降低沉積速率會帶來下列問題。
(1)由于沉積速率是通過用每單位時間的熔融材料供給量(供給的體積)除以鑄型的有效內(nèi)表面積而得到的數(shù)值，因此可使鑄型的有效面積增大。特別是，可使用相對于被鑄造的材料量內(nèi)徑較大或者長度較長的鑄型。但是，這會使設(shè)備規(guī)格增大，需要更大的腔。另外，惰性氣體的消耗也會增加。這樣，會降低經(jīng)濟效益。
(2)為了通過減少熔融材料的供給量來降低沉積速率，必須降低裝在中間包中的熔融材料的壓差(head)。在這種情況下，熔融材料的供給會變得不均勻，從而難以獲得在鑄型的縱向上厚度均勻的鑄坯。因此，在縱向上改變?nèi)廴诓牧系某练e速率會使鑄坯的微觀結(jié)構(gòu)不均勻。
(3)當(dāng)減少熔融材料的供給量時，會大大地降低裝在中間包中的熔融材料的溫度，從而難以進(jìn)行穩(wěn)定的鑄造。
(4)當(dāng)沉積速率降低時，易于形成粗糙的鑄坯表面，這樣會降低商業(yè)價值。
上述內(nèi)容涉及的是R-T-B類型的稀土磁體合金。近年來，將儲氫混合稀土金屬-鎳合金用作鎳氫電池的負(fù)電極材料的需求日益增加，鎳氫電池是一種蓄電池。但遺憾的是，儲氫合金也存在類似的問題。
用作儲氫混合稀土金屬-鎳合金的一種重要組分的金屬間化合物是一種被設(shè)定為M1T5相的化合物，該化合物包含混合稀土金屬M和過渡金屬T，混合稀土金屬M是稀土元素(例如，Ce、La、Nd和Pr)的混合物；以及過渡金屬T包括作為基本元素的Ni，混合稀土金屬M和過渡金屬T之間的比例為1∶5。
為了調(diào)節(jié)關(guān)于氫的吸附和解吸的平衡壓力以及提高在用作負(fù)電極時的催化性能以及用于電池中的各種性能(諸如，充電-放電循環(huán)性能)，過渡金屬T還包括除了作為主要元素的Ni以外的其它元素，諸如，Co、Al、Mn和Cu。
M1T5相不存在樹枝狀αFe形成的問題，但是，在利用常規(guī)的疊箱鑄型進(jìn)行鑄造時，可能導(dǎo)致添加元素的Mn析出的問題，從而對充電-放電循環(huán)性能造成不良影響。這樣，與磁體合金的情況類似，人們提出了一種用于生產(chǎn)儲氫混合稀土金屬-鎳合金的快速冷卻(quench)方法和SC方法(日本未審定(kokai)的專利公報05-320792)。
但是，所提出的這種快速冷卻方法存在著殘余應(yīng)力被鎖在鑄坯中的問題，這會對儲氫性能造成不良影響。
本發(fā)明人還提出了一種以CC方式生產(chǎn)儲氫混合稀土金屬-鎳合金的方法(日本未審定(kokai)的專利公報09-180716)。但是，這種CC方法必然會導(dǎo)致因凝固冷卻速率低而使Mn析出的問題。難以使任何高熔點的金屬(例如Ti、Mo、Nb、V、W、Ta和Cr)以及含有這樣的金屬的合金和金屬間化合物均勻熔化。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的一個目的在于，解決上述問題并且提供一種凝固冷卻速率高于常規(guī)CC方法的鑄造方法和鑄造設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的在于，利用該鑄造方法提供一種高性能的Nd-Fe-B類型的稀土磁體合金、高性能的儲氫混合稀土金屬-鎳合金或者類似的合金并且能夠抑制樹枝狀αFe形成或者M(jìn)n或者類似元素的析出相的形成。本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種用于生產(chǎn)包含難以鑄造的高熔點金屬(例如Ti、Mo、Nb、V、W、Ta、Cr或類似元素)的合金的鑄造方法和鑄造設(shè)備。
本發(fā)明人為了解決上述問題進(jìn)行了廣泛的研究，并且因此獲得了本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種離心鑄造方法，該方法包括下列步驟將熔融材料澆注到旋轉(zhuǎn)體上；利用旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動來噴淋熔融材料；以及使被噴淋的熔融材料沉積并凝固在一個轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)表面上。使旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L不相互平行。
旋轉(zhuǎn)體最好采用具有底部和側(cè)壁的容器形式；側(cè)壁中形成有孔部；以及熔融材料被澆注到容器狀旋轉(zhuǎn)體的開口部分以能夠通過孔部噴淋熔融材料。
旋轉(zhuǎn)體和圓筒形鑄型最好沿著相同的方向轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明提供另一種離心鑄造方法，該方法包括下列步驟通過提供熱量使包含金屬的材料體熔化同時使材料體轉(zhuǎn)動；利用轉(zhuǎn)動來噴淋熔融材料；以及使被噴淋的熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)表面上。使包含金屬的材料體的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L不相互平行。
包含金屬的材料體和圓筒形鑄型最好沿著相同的方向轉(zhuǎn)動。
在這些離心鑄造方法中，最好使熔融材料經(jīng)受由于旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的不小于1G的作用力。
在這些離心鑄造方法中，最好使熔融材料經(jīng)受由于圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的不小于3G的作用力。
由旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ最好在5度至40度的范圍內(nèi)。
由包含金屬的材料體的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ最好在5度至40度的范圍內(nèi)。
當(dāng)使熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)壁上時，平均沉積速率最好不大于0.015厘米/秒。
當(dāng)使熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)壁上時，平均沉積速率最好不大于0.010厘米/秒。
當(dāng)使熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)壁上時，平均沉積速率最好不大于0.005厘米/秒。
當(dāng)使熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)壁上時，鑄坯的平均表面溫度為0.4T至0.8T，其中T(K)是熔融材料的凝固開始溫度。
本發(fā)明提供一種離心鑄造設(shè)備，該設(shè)備包括可轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型；設(shè)置在圓筒形鑄型內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體；以及用于將熔融材料澆注到旋轉(zhuǎn)體上的供給裝置。旋轉(zhuǎn)體是這樣設(shè)置的，即，使旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L不相互平行。利用旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動使?jié)沧⒌叫D(zhuǎn)體上的熔融材料噴淋并且使被噴淋的熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)表面上。
本發(fā)明提供另一種離心鑄造設(shè)備，該設(shè)備包括可轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型；轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)與包含金屬的材料體相連以使包含金屬的材料體的至少一端位于圓筒形鑄型內(nèi)并且所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)適于使包含金屬的材料體轉(zhuǎn)動；以及通過產(chǎn)生電弧或等離子體電弧來熔化包含金屬的材料體的熔煉裝置。使圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L和包含金屬的材料體的轉(zhuǎn)動軸線R不相互平行。利用包含金屬的材料體的轉(zhuǎn)動使熔融的包含金屬的材料噴淋并且使被噴淋的熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)表面上。
這些離心鑄造設(shè)備最好是這樣的，即，在熔融材料的沉積過程中可使由圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L和旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線R所形成的傾斜角θ或由圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L和包含金屬的材料體的轉(zhuǎn)動軸線R所形成的傾斜角θ被改變。
這些離心鑄造設(shè)備最好是這樣的，即，在熔融材料的沉積過程中可使圓筒形鑄型和/或旋轉(zhuǎn)體或者圓筒形鑄型和/或包含金屬的材料體沿著轉(zhuǎn)動軸線L往復(fù)運動。
本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法最好是這樣的，即，在熔融材料的沉積過程中使由圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L和旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線R所形成的傾斜角θ或由圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L和包含金屬的材料體的轉(zhuǎn)動軸線R所形成的傾斜角θ被改變。
最好在熔融材料的沉積過程中使圓筒形鑄型和/或旋轉(zhuǎn)體沿著轉(zhuǎn)動軸線L往復(fù)運動。
最好在熔融材料的沉積過程中使圓筒形鑄型和/或包含金屬的材料體沿著轉(zhuǎn)動軸線L往復(fù)運動。
本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法適于鑄造稀土磁體合金。
稀土磁體合金所包含的稀土元素最好是從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素。
最好，稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素。
最好，稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至14.4at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素。
最好，稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至13.5at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素。
本發(fā)明適于鑄造R-T-B類型稀土磁體合金(R包括從Nd、Pr和Dy中選擇的至少一種或多種元素的稀土元素；以及T包括Fe的過渡金屬)。
可通過在從900攝氏度至1,150攝氏度范圍內(nèi)的溫度下對利用本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法所獲得的稀土磁體合金進(jìn)行熱處理來生產(chǎn)一種稀土磁體合金。
可通過對利用本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法所獲得的稀土磁體合金進(jìn)行粉碎或者通過在從900攝氏度至1,150攝氏度范圍內(nèi)的溫度下對稀土磁體合金進(jìn)行熱處理接著進(jìn)行粉碎來生產(chǎn)一種稀土磁體合金粉末。
可利用這樣獲得的稀土磁體合金粉末生產(chǎn)一種燒結(jié)的磁體。
可通過對這樣獲得的稀土磁體合金粉末進(jìn)行HDDR處理來生產(chǎn)一種用于各向異性粘合磁體中的磁體粉末。
可利用這種用于各向異性粘合磁體中的磁體粉末生產(chǎn)一種各向異性粘合磁體。
本發(fā)明提供一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上測得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
本發(fā)明提供一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上測得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，在該橫截面上所測得的，沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為10％至98％。
本發(fā)明提供一種利用鑄造方法獲得的R-T-B類型稀土磁體合金，其特征在于，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上所測得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，并且鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
本發(fā)明提供一種利用鑄造方法獲得的R-T-B類型稀土磁體合金，其特征在于，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上測得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，在該橫截面上所測得的，沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為10％至98％。
本發(fā)明提供一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，在沿著鑄件厚度方向的橫截面上觀察時，基本上沒有樹枝狀αFe相，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
本發(fā)明提供一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上觀察時，基本上沒有樹枝狀αFe相；在該橫截面上所測得的，沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為50％至98％，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
本發(fā)明提供一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，當(dāng)沿著鑄件厚度方向在橫截面上觀察時，基本上沒有樹枝狀αFe相；如在該橫截面上所測得的，沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為50％至98％并且晶粒的沿著短軸所測得的平均直徑不小于60微米，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
這些稀土磁體合金最好是這樣的，即，使其中所含的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素的含量為11.8at.％至14.4at.％。
這些稀土磁體合金最好是這樣的，即，使其中所含的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素的含量為11.8at.％至13.5at.％。
這些稀土磁體合金最好是這樣的，即，鑄件的厚度為5毫米至20毫米。
本發(fā)明適于鑄造一種稀土儲氫合金。
稀土儲氫合金最好是一種混合稀土金屬(mischmetal)-鎳合金。
被鑄造的金屬、合金或金屬間化合物最好具有1400攝氏度或更高的熔點或者凝固開始溫度。
可鑄造包含Ti的金屬、合金或金屬間化合物。
上述稀土磁體合金最好用作一種利用兩相合金混合方法生產(chǎn)稀土磁體中的主相合金。
稀土磁體粉末最好是這樣的，即，上述稀土磁體合金粉末用作一種利用兩相合金混合方法生產(chǎn)稀土磁體中的主相合金粉末。
利用上述稀土磁體合金生產(chǎn)一種燒結(jié)磁體。
特別是，利用包括上述稀土磁體粉末的主相合金粉末和邊界相合金粉末的混合生產(chǎn)燒結(jié)磁體；并且邊界相合金粉末中所含的Nd、Pr和Dy的總量大于包含在主相合金粉末中的Nd、Pr和Dy的總量。
附圖的簡要說明

圖1是表示本發(fā)明所涉及的鑄造設(shè)備的一個示例的縱向截面圖；圖2是表示旋轉(zhuǎn)體的一個示例的側(cè)視圖；圖3是表示本發(fā)明所涉及的鑄造設(shè)備的另一個示例的縱向截面圖；圖4是表示利用等離子體電弧熔化包含金屬的材料體的方法的一個示例的側(cè)視圖；圖5是表示一種常規(guī)的使用CC方法的鑄造設(shè)備的縱向截面圖；圖6是表示一種常規(guī)的使用SC方法的生產(chǎn)設(shè)備的截面圖；圖7是表示利用SC方法鑄造的Nd-Fe-B類型鑄坯的截面微觀結(jié)構(gòu)的一個示例的示意圖；圖8是利用本發(fā)明所涉及的鑄造設(shè)備所生產(chǎn)的一種包括11.6at.％的Nd和5.9at.％的B并且其余為Fe的合金的截面反向散射(back scatterd)電子顯微照片；圖9是圖8中所涉及的合金截面的較高放大倍率的反向散射電子顯微照片；以及圖10是利用SC方法所生產(chǎn)的一種包括11.6at.％的Nd和5.9at.％的B并且其余為Fe的合金的截面反向散射電子顯微照片。
實施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明所涉及的一種離心鑄造方法包括下列步驟利用旋轉(zhuǎn)體(參考字母R表示旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線)接收熔融材料；利用旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動來噴淋熔融材料；以及使被噴淋的熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)表面上(參考字母L表示圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線)，從而由熔融材料產(chǎn)出鑄坯。在該離心鑄造方法中，不使由轉(zhuǎn)動軸線R和轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ為0，即，使轉(zhuǎn)動軸線R和轉(zhuǎn)動軸線L不相互平行。
接下來將參照圖1描述用于實施該方法的離心鑄造設(shè)備。
所示離心鑄造設(shè)備具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，熔化腔1和鑄造腔2是相連的，從而形成一種密封殼體。坩堝3設(shè)置在熔化腔1內(nèi)，并且圓筒形鑄型4設(shè)置在鑄造腔2內(nèi)。
坩堝3適于通過提供熱量使金屬、合金、金屬間化合物或類似物質(zhì)熔化成液態(tài)材料，從而產(chǎn)生熔融材料31。熔化方法的示例包括電阻加熱、感應(yīng)加熱、電弧熔化和等離子體電弧熔化。例如在大氣氛圍、真空氛圍或惰性氣體氛圍中進(jìn)行熔煉。本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法特別適于鑄造一種包含稀土元素和高熔點金屬的物質(zhì)。適用于這種情況的熔化方法是在真空氛圍下或惰性氣體氛圍下的射頻感應(yīng)加熱方法或者等離子體加熱方法。所用的惰性氣體通常是氬氣。當(dāng)提高冷卻速率時，氦氣是優(yōu)選的，這是因為其導(dǎo)熱率高。當(dāng)使用等離子體電弧熔化時，惰性氣體最好與氫氣結(jié)合使用，這是因為可增加熔化能量。
圓筒形鑄型4以這樣一種方式設(shè)置在鑄造腔2中，即，使其可圍繞轉(zhuǎn)動軸線L轉(zhuǎn)動。在所述示例中，一個鑄型驅(qū)動機構(gòu)8與圓筒形鑄型4的外圓筒表面相連，以使圓筒形鑄型4在鑄型驅(qū)動機構(gòu)8的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力的作用下轉(zhuǎn)動。在圓筒形鑄型4的側(cè)壁中形成一個通孔以使熔融材料供給裝置可被插入，后面將對熔融材料供給裝置進(jìn)行描述。
在圓筒形鑄型4內(nèi)設(shè)置有一個旋轉(zhuǎn)體5。用于將熔融材料從坩堝3澆注到旋轉(zhuǎn)體5上的坩堝供給裝置從熔化腔1延伸到鑄造腔2。在圖1中所示的示例中，供給裝置采用可將熔融材料在流動狀態(tài)下引導(dǎo)到旋轉(zhuǎn)體5中的流槽6的形式。
旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動機構(gòu)9以這樣一種方式與旋轉(zhuǎn)體5相連以使其能夠圍繞轉(zhuǎn)動軸線R轉(zhuǎn)動。特別是，一個設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動機構(gòu)9上的驅(qū)動馬達(dá)10產(chǎn)生驅(qū)動力，所述驅(qū)動力被傳遞到旋轉(zhuǎn)體5，從而使旋轉(zhuǎn)體5轉(zhuǎn)動。利用旋轉(zhuǎn)體5的轉(zhuǎn)動使?jié)沧⒌叫D(zhuǎn)體5上的熔融材料31被噴淋。使被噴淋的熔融材料31沉積并凝固在圓筒形鑄型4的內(nèi)壁上，從而使噴淋的熔融材料形成鑄坯7。
在圖1中所示的示例中，旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動機構(gòu)9從流槽6的同一側(cè)與旋轉(zhuǎn)體5相連。但是，本發(fā)明并不限于此。例如，通孔可形成在圓筒形鑄型4的兩個相應(yīng)的側(cè)壁中以使旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動機構(gòu)9從與流槽6相對的一側(cè)與旋轉(zhuǎn)體5相連。
旋轉(zhuǎn)體最好采用圍繞轉(zhuǎn)動軸線R的回轉(zhuǎn)體的形式，并且回轉(zhuǎn)體局部可具有突出部分、溝槽部分、孔部或類似部分。例如，如圖2(a)中所示，旋轉(zhuǎn)體可采用盤的形式；如圖2(b)中所示，旋轉(zhuǎn)體可采用具有凹下中心的類似漏斗的形式；或如圖2(c)中所示，旋轉(zhuǎn)體可采用具有凸出中心的類似錐頭型的形式。這些旋轉(zhuǎn)體上可形成有突出部分或溝槽部分。如圖1中所示，旋轉(zhuǎn)體可采用具有底部和側(cè)壁的類似容器的形式，側(cè)壁中形成有多個孔部11。該容器狀旋轉(zhuǎn)體是特別優(yōu)選的。在采用容器狀旋轉(zhuǎn)體的情況下，熔融材料被供給到旋轉(zhuǎn)體內(nèi)部中并且熔融材料在旋轉(zhuǎn)體的離心力作用下通過形成在側(cè)壁中的孔被噴淋。
在圖2中，從上方供給熔融材料，并且旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動機構(gòu)9從與熔融材料的供給側(cè)相對的一側(cè)與每一個旋轉(zhuǎn)體相連。
由于利用旋轉(zhuǎn)體使熔融材料被噴淋并且轉(zhuǎn)動板的熱容量小，因此，熔融材料不會凝固在旋轉(zhuǎn)體上，熔融材料可沉積并凝固在圓筒形鑄型的內(nèi)壁上。
本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)體5與用于常規(guī)的CC方法中的箱式中間包相比，體積大大地減小，從而降低了熱容量。即，即使當(dāng)每單位時間的熔融材料供給量較小時，熱輻射的程度也較小，因此，能夠在鑄造過程中避免產(chǎn)生熔融材料的溫度差。
熔融材料在圓筒形鑄型上的平均沉積速率用V/S(單位厘米/秒)表示，其中V是每單位時間的熔融材料的鑄造量(體積)，而S是熔融材料的鑄造面積。本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法和離心鑄造設(shè)備能夠減小V并且增大S，因此與常規(guī)的鑄造設(shè)備相比，可減小V/S值。
考慮到耐熱性、導(dǎo)熱性或類似因素，本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)體5最好是由鋼材、不銹鋼、銅合金或類似材料制成。與熔融材料直接接觸的部分襯有一種具有良好的絕熱性能和防護性能的耐火材料。這樣的耐火材料的特定實例包括氧化鋁耐火材料、莫來石耐火材料、氧化鋯耐火材料、氧化鈣耐火材料和氧化鎂耐火材料。特別是，在鑄造一種R-T-B類型的稀土合金或儲氫混合稀土金屬-鎳合金時，最好選擇氧化鋁耐火材料作為襯材料。在鑄造一種高熔點金屬時，最好選擇具有良好導(dǎo)熱性的純銅或銅合金，并且可根據(jù)需要進(jìn)行水冷。
必須根據(jù)熔體鑄造量和熔融材料澆注速率來選擇本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)體5的尺寸。例如，在熔體鑄造量為50千克至500千克時，在容器狀旋轉(zhuǎn)體具有頂部開口和圓筒形側(cè)壁的情況下，內(nèi)徑最好在200毫米至400毫米的范圍內(nèi)選擇。沒有對容器狀旋轉(zhuǎn)體的長度進(jìn)行特別的限定。通常，長度最好略小于內(nèi)徑。
在容器狀旋轉(zhuǎn)體具有用于使熔融材料通過并被噴淋的孔部11的情況下，孔部11是以這樣的方式形成的，即，使孔部11從容器的內(nèi)部穿過容器狀旋轉(zhuǎn)體延伸到容器外部。為了能夠使熔融材料在鑄型內(nèi)均勻地噴淋并且獲得具有均勻微觀結(jié)構(gòu)的鑄坯，最好提供多個孔部11。特別是由于熔融材料存在溫度差，因此在鑄造的開始階段易于出現(xiàn)孔部11堵塞的情況，為了防止孔部11堵塞，每一個孔部11的直徑最好不小于1毫米，不小于1.5毫米更好。為了提高鑄坯的均勻性，孔部的直徑最好不大于5.0毫米，不大于3.0毫米更好。當(dāng)設(shè)置在容器狀旋轉(zhuǎn)體5上的孔部數(shù)量較多時必須減小孔部直徑。相反，當(dāng)孔部數(shù)量較少時必須增大孔部直徑。作為一個原則，最好在使孔部開口的總面積N×πD2/4保持不變的同時從其各種組合中選擇孔部直徑和孔部數(shù)量，在N×πD2/4中，D是孔部直徑，而N是孔部數(shù)量。
在考慮下面所述因素的情況下確定旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動速度。使用足夠的轉(zhuǎn)動速度以使從旋轉(zhuǎn)體排出的熔融材料流具有這樣的排出速度，即，使熔融材料能夠達(dá)到鑄型的內(nèi)壁并可撞擊到內(nèi)壁上，同時即使當(dāng)熔融材料流飛向鑄型上部時也能使其保持足夠的速度。例如，在使用容器狀旋轉(zhuǎn)體的情況下，當(dāng)忽略熔融材料的粘度時，熔融材料在容器狀旋轉(zhuǎn)體的徑向上的排出速度Vr用Vr＝(2αh)1/2來表示，其中h是在離心力作用下壓靠在容器狀旋轉(zhuǎn)體的側(cè)壁上的圓筒形熔融材料的寬度，而α是在容器狀旋轉(zhuǎn)體的側(cè)壁上所測得的離心力。α用α＝2Di×(πRt)2來表示，其中Di是容器狀旋轉(zhuǎn)體的側(cè)壁直徑，而Rt是容器狀旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動速度(每單位時間的轉(zhuǎn)數(shù))。這樣，排出速度Vr可用Vr＝2πRt(Dih)1/2來表示。必須選擇這樣的條件，即在該條件下，熔融材料可撞擊鑄型的內(nèi)壁，同時即使當(dāng)考慮到由于重力作用而產(chǎn)生的減速時也能夠使排出速度和容器狀旋轉(zhuǎn)體的圓周速度Vs的速度之和保持足夠的速度值。應(yīng)該注意的是，圓周速度Vs用Vs＝π×R0×Rt表示，其中R0是容器狀旋轉(zhuǎn)體的外壁部分的直徑。
在旋轉(zhuǎn)體5的作用下被噴淋的熔融材料沉積并凝固在圍繞轉(zhuǎn)動軸線L轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型4的內(nèi)表面上。
在這種情況下，不使由旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ為0，即，使轉(zhuǎn)動軸線R和轉(zhuǎn)動軸線L不相互平行。“使熔融材料沉積并凝固”這種表達(dá)方式的含義是，使熔融材料撞擊在鑄型壁或已經(jīng)被沉積且凝固的鑄坯上，接著使其凝固。當(dāng)已經(jīng)被沉積且凝固的凝固層被刮去或者當(dāng)熔融材料進(jìn)一步沉積并凝固在現(xiàn)有的凝固層上時便進(jìn)行鑄造。根據(jù)本發(fā)明，熔融材料進(jìn)一步沉積在現(xiàn)有的凝固層上以促進(jìn)外延生長，從而可獲得大的晶粒尺寸。
在本發(fā)明中，被沉積并凝固的熔融材料在離心力的作用下壓靠在圓筒形鑄型的內(nèi)壁上以提高其均勻性。另外，提高到圓筒形鑄型的熱傳導(dǎo)性能，從而可提高冷卻速率。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)體5和圓筒形鑄型4是這樣設(shè)置的，即，不使由旋轉(zhuǎn)體5的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型4的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ為0，并且旋轉(zhuǎn)體5和圓筒形鑄型4被轉(zhuǎn)動，從而可使熔融材料在圓筒形鑄型4的內(nèi)壁的寬范圍內(nèi)被沉積和凝固。在這種情況下，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體5和圓筒形鑄型4以相同的速度(每單位時間的轉(zhuǎn)數(shù)；例如，rpm)轉(zhuǎn)動時，熔融材料被沉積在一個有限的位置處。因此，在圓筒形鑄型4內(nèi)的有限區(qū)域中形成一個厚鑄坯。在這種情況下，不能如在鑄坯生產(chǎn)中所希望的降低沉積速率；這樣，必須避免這樣的鑄造條件。另外，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體5和圓筒形鑄型4之間沒有較大的速度差時，熔融材料易于沉積在有限的位置處；這樣就難以獲得具有均勻的微觀結(jié)構(gòu)的鑄坯。而且，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體5和圓筒形鑄型4以一定的速度轉(zhuǎn)動時，熔融材料會選擇性地沉積在圓筒形鑄型4的內(nèi)表面的特定部分處，從而會對沉積的均勻性造成不良影響。這樣，必須避免這樣的鑄造條件。
為了避免由于鑄造條件而導(dǎo)致不均勻的微觀結(jié)構(gòu)形成，在旋轉(zhuǎn)體5和圓筒形鑄型4之間最好存在不小于10％的轉(zhuǎn)動速度差，二者之間存在不小于20％的轉(zhuǎn)動速度差更好。
在本發(fā)明中，由旋轉(zhuǎn)體5的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型4的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ通常滿足0度＜θ＜90度的關(guān)系。還包括轉(zhuǎn)動軸線R和轉(zhuǎn)動軸線L不在同一個平面上的情況。在這種情況下，兩個轉(zhuǎn)動軸線中的一個被投影到包括另一個轉(zhuǎn)動軸線的平面上。在該平面上由轉(zhuǎn)動軸線R和轉(zhuǎn)動軸線L所形成的一個角度被用作傾斜角。
當(dāng)本發(fā)明所涉及的離心鑄造設(shè)備這樣設(shè)置時，即，使圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L相對于地面是水平的，圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動速度最好這樣被確定的，即，至少使施加在熔融材料上的離心力不小于1G，這樣，當(dāng)熔融材料到達(dá)鑄型上部時，熔融材料不會因重力作用而下落。當(dāng)離心力增大時，被鑄造的熔融材料在離心力的作用下被散布在鑄型內(nèi)壁上的可能性更大。這樣，可提高冷卻效果，從而提高均勻性。為了這個原因，根據(jù)本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法，圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動速度最好被這樣確定，即，使離心力不小于3G，離心力不小于5G更好。當(dāng)鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L垂直于地面時，確定轉(zhuǎn)動速度的基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)動軸線L水平設(shè)置的情況下的差別不大。
根據(jù)常規(guī)的CC方法，熔融材料通過箱式中間包的注口以重力下落的方式被供給到在轉(zhuǎn)動的同時還進(jìn)行移動的鑄型表面上。在這種常規(guī)的CC方法中，熔融材料易于撞擊已經(jīng)被沉積并凝固的鑄坯的突出部分上。這樣，鑄坯的表面粗糙度易于進(jìn)一步增大。特別是，當(dāng)為了提高凝固冷卻速率而降低沉積速率時，熔融材料在離心力使熔融材料均勻散布之前凝固。因此，表面粗糙度易于被大大地提高。這樣，當(dāng)常規(guī)的CC方法使用低沉積速率時，這些現(xiàn)象會對所獲得的鑄坯的商業(yè)價值產(chǎn)生極大的不良影響。
相反，根據(jù)本發(fā)明，使用旋轉(zhuǎn)體或容器狀旋轉(zhuǎn)體來噴淋熔融材料，從而可為熔融材料提供離心力。由于熔融材料以較高的速度被供給到鑄型的內(nèi)壁上，即使當(dāng)已經(jīng)被沉積并凝固的鑄坯上形成有凹陷部分和突出部分，熔融材料也會均勻地被供給到凹陷部分上。另外，由圓筒形鑄型所產(chǎn)生的離心力又被施加在熔融材料上，使熔融材料以更有利的方式均勻地散布，接著凝固。因此，可生產(chǎn)出表面上的凹陷部分和突出部分很少且光滑的鑄坯。
本發(fā)明中所涉及的圓筒形鑄型的形式可被這樣確定，即，使其便于加工；特別是，便于設(shè)備的制造、鑄型的澆注、維修和安裝、鑄坯的收集等。特別是，在本發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)體基本上被設(shè)置在圓筒形鑄型的中心部分處以使旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L形成一定的傾斜角θ，傾斜角θ在某些情況下是可變的。這樣，合適的是，圓筒形鑄型的內(nèi)徑至少不小于500毫米并且圓筒形鑄型的寬度不大于圓筒形鑄型的內(nèi)徑的兩倍。
在本發(fā)明中，沒有對圓筒形鑄型的取向進(jìn)行特別的限定。例如，圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L可沿著垂直方向或水平方向設(shè)置。
本發(fā)明所涉及的圓筒形鑄型最好是用鑄鐵制成的，這是因為鑄鐵易于生產(chǎn)并且具有良好的機加工性能，或者是用鋼材制成的；例如，用JIS G 3193表示的熱軋鋼板或者用JIS G 3106表示的用于焊接結(jié)構(gòu)件的軋鋼。或者可使用導(dǎo)熱性能優(yōu)于鋼材的銅或銅合金。
必須仔細(xì)地選擇鑄型的厚度，這是由于厚度會影響鑄型的冷卻鑄坯的能力。根據(jù)本發(fā)明，鑄型厚度最好不小于被鑄造的鑄坯厚度的三倍，不小于被鑄造的鑄坯厚度的五倍更好，以提高冷卻能力。采用這樣的鑄型厚度可提高鑄坯的冷卻速率；可在鑄坯的收集過程中抑制鑄坯的氧化；并可減少施加給工人的熱負(fù)荷。
根據(jù)上述示例，熔融材料從坩堝供給到旋轉(zhuǎn)體。旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動使熔融材料被噴淋以沉積和凝固在圓筒形鑄型的內(nèi)壁上。但是，本發(fā)明并不限于此。
例如，可使用如圖3中所示的另一種設(shè)備。特別是，一種桿狀的包含金屬的材料體25與轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)9相連。利用由熔煉裝置所產(chǎn)生的電弧或等離子體電弧27使包含金屬的材料體25在轉(zhuǎn)動的同時被熔化。特別是，利用被用作熔煉裝置的等離子電弧槍26所產(chǎn)生的等離子體電弧27使包含金屬的材料體25被熔化。利用電弧電流導(dǎo)線33為等離子電弧槍26提供電流。
在這種情況下，如圖4中所示，在包含金屬的材料體25的一端上的熔化位置略微偏離轉(zhuǎn)動軸線R；這樣，可使熔融材料在與包含金屬的材料體25的轉(zhuǎn)動相關(guān)的離心力作用下沿著基本上垂直于轉(zhuǎn)動軸線R的方向被噴淋。使被噴淋的熔融材料沉積并凝固在圍繞轉(zhuǎn)動軸線L轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型4的內(nèi)表面上。
沒有對用于將包含金屬的材料體25與轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)9連接在一起的方法進(jìn)行特別的限定。例如，可使用諸如螺紋連接、卡緊連接和焊接等各種連接方法。
該方法需要熔煉裝置，但允許省去坩堝、流槽和一個旋轉(zhuǎn)體。
在本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法中，旋轉(zhuǎn)體或包含金屬的材料體和圓筒形鑄型最好沿著同一方向轉(zhuǎn)動。使用不同的轉(zhuǎn)動方向能夠增大旋轉(zhuǎn)體或包含金屬的材料體和圓筒形鑄型之間的相對速度。不過，在這種情況下，在熔融材料撞擊到圓筒形鑄型上后熔融材料的傾斜角變得太小以致于使熔融材料散布在圓筒形鑄型上。這樣，撞擊的熔融材料易于濺射，從而對生產(chǎn)率造成不良影響。
根據(jù)本發(fā)明，為了提高熔融材料的平均沉積速率的減小量，由轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ不小于5度較好，不小于10度更好，不小于15度最好。但是，當(dāng)傾斜角θ超過40度時，在設(shè)置圓筒形鑄型和容器狀旋轉(zhuǎn)體或類似裝置方面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的困難。另外，從旋轉(zhuǎn)體或類似裝置噴淋的熔融材料易于在撞擊到鑄型上后濺射，并且從鑄型中濺出的熔融材料的百分比增大會降低生產(chǎn)率。這樣，本發(fā)明所涉及的鑄造方法最好采用不大于35度的傾斜角θ，傾斜角θ不大于30度更好。
在鑄造過程中，由圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L和旋轉(zhuǎn)體或包含金屬的材料體的轉(zhuǎn)動軸線R所形成的傾斜角θ最好在上述范圍內(nèi)是可變的。這是因為，如果傾斜角θ是固定的，那么鑄坯易于在圓筒形鑄型內(nèi)壁的相對端部附近變厚，而在內(nèi)壁的中心部分附近變薄。在傾斜角θ可變的情況下進(jìn)行鑄造能夠使所獲得的鑄坯厚度以更有利的方式均勻分布。在這種情況下，傾斜角θ可被設(shè)為0。例如，傾斜角θ可在-20度至20度的范圍內(nèi)以連續(xù)或不連續(xù)的形式變化。在這種情況下，傾斜角θ最好包括在5度至40度范圍內(nèi)的角度。
在本發(fā)明中，圓筒形鑄型4或旋轉(zhuǎn)體5可在鑄造過程中沿著轉(zhuǎn)動軸線L往復(fù)移動，從而使熔融材料以均勻的厚度沉積并凝固在圓筒形鑄型的整個內(nèi)表面上。圓筒形鑄型4和旋轉(zhuǎn)體5可相對移動；即，代替圓筒形鑄型4進(jìn)行的往復(fù)移動，而僅使旋轉(zhuǎn)體5可沿著轉(zhuǎn)動軸線L往復(fù)移動。在這種情況下，用于改變傾斜角θ的機構(gòu)和用于使圓筒形鑄型或類似裝置沿著轉(zhuǎn)動軸線L往復(fù)移動的機構(gòu)可以相互獨立的方式被操作，但是最好以一種共同作用的方式被操作。
在本發(fā)明中，為了提高凝固冷卻速率，熔融材料在沉積在圓筒形鑄型內(nèi)壁上的過程中的平均沉積速率最好被設(shè)定在較低的程度。特別是，平均沉積速率最好在0.015厘米/秒至0.001厘米/秒的范圍內(nèi)，在0.010厘米/秒至0.001厘米/秒的范圍內(nèi)更好。在鑄造包含稀土元素的合金且所包含的稀土元素總量不大于12.5at.％的情況下，平均沉積速率在0.005厘米/秒至0.001厘米/秒的范圍內(nèi)是特別好的，這是因為可減少樹枝狀αFe相的形成。采用這樣的沉積凝固速率范圍能夠降低每單位時間和單位面積輸入到鑄坯上的熱量。這樣，在鑄造過程中鑄坯的表面溫度降低，從而提高了另外供給的熔融材料沉積層的凝固冷卻速率。
根據(jù)本發(fā)明，另外供給的熔融材料沉積層和現(xiàn)有的凝固鑄坯的表面層熔合在一起，從而可使晶體以外延的方式生長。這樣，晶體也會沿著垂直于厚度方向的方向生長。因此，與SC方法相比，本發(fā)明能夠提供一種晶體足夠大的合金。
但是，當(dāng)沉積速率被設(shè)定得太低時，鑄坯的表面溫度在鑄造過程中會變得太低，導(dǎo)致熔合不充分。這樣，晶體不可能以外延的方式生長。另外，當(dāng)熔合不充分時，可在層間界面處形成空隙。由于這樣的空隙阻礙熱量傳輸，因此不能達(dá)到充分冷卻的效果。
為了避免這樣的現(xiàn)象，本發(fā)明人對各種組分的合金進(jìn)行了研究并且發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在鑄造過程中所測得的鑄坯的平均表面溫度為0.4T至0.8T時可避免這樣的現(xiàn)象，鑄坯的平均表面溫度為0.5T至0.8T更好，其中T(K)是熔融材料的凝固開始溫度。在鑄造過程中，可利用輻射高溫計或類似的裝置通過形成在鑄造腔中的檢測窗口來測量鑄坯表面溫度。為了提高被測溫度的準(zhǔn)確度，必須以下面所述的方式預(yù)先準(zhǔn)備一個校準(zhǔn)曲線。對一個能夠利用熱電偶進(jìn)行溫度測量的金屬塊進(jìn)行實際加熱并且利用光學(xué)高溫計通過相同的測量窗口進(jìn)行溫度測量。將熱電偶測量結(jié)果與光學(xué)高溫計的測量結(jié)果進(jìn)行比對，從而形成校準(zhǔn)曲線。
除了通過反復(fù)地使熔融材料沉積并凝固在圓筒形鑄型內(nèi)壁上來生產(chǎn)鑄坯以外，本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法還可在使熔融材料不沉積在現(xiàn)有沉積鑄坯上的情況下生產(chǎn)薄鑄坯或者窄帶狀沉積凝固的產(chǎn)品。在這種情況下，當(dāng)圓筒形鑄型的圓周速度增大時，所獲得的帶材變薄，從而提高了凝固速率。為了連續(xù)地批量生產(chǎn)薄鑄坯或者沉積凝固的帶材，沉積在圓筒形鑄型上的凝固產(chǎn)品必須被連續(xù)地收集。具體的方法如下利用氣刀、機械刮刀或類似的裝置將沉積凝固的產(chǎn)品從鑄型上刮下；使圓筒形鑄型向下敞開，以使沉積凝固的產(chǎn)品下落；以及瞬時分離鑄型以使鑄坯剝離。
本發(fā)明所涉及的鑄造方法適于鑄造稀土磁體合金、稀土儲氫合金以及包含高熔點元素的合金，而常規(guī)的鑄造方法在鑄造這樣的合金時會遇到困難。
適于利用本發(fā)明所涉及的鑄造方法鑄造的稀土磁體合金是包含的稀土元素的合金，其中所包含的稀土元素是從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，特別是一種R-T-B類型稀土磁體合金。
適于利用本發(fā)明所涉及的鑄造方法鑄造的稀土儲氫合金是一種包含作為其重要組分的金屬間化合物的混合稀土金屬-鎳合金，金屬間化合物采用M1T5相，其中包含混合稀土金屬M和過渡金屬T，混合稀土金屬M是稀土元素(例如，Ce、La、Nd和Pr)的混合物；以及過渡金屬T包括作為基本元素的Ni，混合稀土金屬M和過渡金屬T之間的比例為1∶5。
適于利用本發(fā)明所涉及的鑄造方法鑄造的包含高熔點元素的合金是熔點或者凝固開始溫度為1400攝氏度或更高的金屬、合金或金屬間化合物，特別是包含Ti的合金或金屬間化合物。
本發(fā)明所涉及的鑄造方法可生產(chǎn)具有不能利用常規(guī)的鑄造方法獲得的微觀結(jié)構(gòu)的合金和非常均勻的合金。另外，通過對鑄坯進(jìn)行熱處理可改善鑄坯的微觀結(jié)構(gòu)或者可提高鑄坯的微觀結(jié)構(gòu)的均勻性。用于R-T-B類型稀土磁體合金的熱處理溫度最好在900攝氏度至1,150攝氏度的范圍內(nèi)。當(dāng)熱處理溫度低于900攝氏度時，原子的擴散變得不充分。相反，當(dāng)熱處理溫度超過1,150攝氏度時，會達(dá)到能夠產(chǎn)生γFe的溫區(qū)。這樣，在冷卻后，通過γFe的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生αFe相。另外，將使微觀結(jié)構(gòu)變得很粗糙。
利用一種常規(guī)的鑄造方法(所謂的疊箱鑄型方法)所鑄造的R-T-B類型稀土磁體合金可在1,000攝氏度至1,150攝氏度的范圍內(nèi)被長時間地?zé)崽幚硪韵龢渲瞀罠e相。相反，本發(fā)明所涉及的鑄造合金(鑄坯)可被用作無需進(jìn)行熱處理僅通過粉碎形成的磁體合金粉末。沒有對粉碎方法進(jìn)行特別的限定。可采用氫裂、機械粉碎、氫裂和機械粉碎的組合方法或類似的方法。特別是，利用本發(fā)明所涉及的鑄造方法生產(chǎn)的R-T-B類型稀土磁體合金可是這樣的，即，即使在合金的鑄態(tài)下(在鑄造后沒有進(jìn)行用于消除樹枝狀αFe相、改善晶體微觀結(jié)構(gòu)等的熱處理或其它類似處理的狀態(tài))，沿著厚度方向在鑄件截面上包含的在打點狀態(tài)(dotting condition)下沉積的樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)所占據(jù)的百分比也減少。包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)指的是在鑄坯截面的反向散射電子顯微照片上所觀察到的在共存狀態(tài)下的包含樹枝狀αFe相、T1相、富R相或類似相的微觀結(jié)構(gòu)。這樣的微觀結(jié)構(gòu)所占據(jù)的區(qū)域可與主要包括T1相和富R相的微觀結(jié)構(gòu)被區(qū)分開。如后面將描述的，即使在TRE的含量小于11.8at.％的情況下，這樣的微觀結(jié)構(gòu)也可與沒有形成樹枝狀αFe相的主要包括T1相和片狀Fe的微觀結(jié)構(gòu)被區(qū)分開。利用下面所述的方式可獲得包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比。沿著厚度方向在等間隔的狀態(tài)下在位于鑄坯截面上的10個位置中的每一個位置處獲取鑄坯截面的反向散射電子顯微照片。利用圖像處理器分析這些電子顯微照片，從而獲得上述包含樹枝狀αFe相的區(qū)域的面積。用所獲得的面積除以電子顯微照片的總面積。用百分比表示所獲得的數(shù)值，從而能夠獲得上述面積百分比。
本發(fā)明所涉及的鑄造方法可提供通過鑄造所獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％(質(zhì)量百分比為25.0％至33.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至14.4at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至31.5％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素較好，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至13.5at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至30.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素最好，并且其特征在于，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，在沿著鑄件厚度方向的橫截面上觀察時，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，鑄件的厚度為3毫米至30毫米，鑄件的厚度最好為5毫米至20毫米。這樣的稀土磁體合金不能利用常規(guī)的鑄造方法來獲得。
本發(fā)明所涉及的鑄造方法可提供通過鑄造所獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％(質(zhì)量百分比為25.0％至33.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至14.4at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至31.5％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素較好，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至13.5at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至30.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素最好，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上觀察時，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，并且沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的在該橫截面上所測得的面積的百分比為10％至98％。
以下面所述的方式獲得沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比。通過偏光顯微鏡獲得從鑄坯的與鑄型接觸的表面(鑄型接觸表面)延伸到相對表面(自由表面)的鑄坯截面的順序照片。利用圖像處理器分析這些照片，從而識別沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒并獲得這些晶粒的總面積。用所獲得的面積除以照片的總面積。用百分比表示所獲得的數(shù)值，從而能夠獲得上述面積百分比。
本發(fā)明所涉及的鑄造方法可提供通過鑄造所獲得的R-T-B類型稀土磁體合金，其特征在于，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，如在沿著鑄件厚度方向所獲得的橫截面上所觀察的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，鑄件的厚度為3毫米至30毫米，鑄件的厚度最好為5毫米至20毫米。
本發(fā)明所涉及的鑄造方法可提供通過鑄造所獲得的R-T-B類型稀土磁體合金，其特征在于，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，如在沿著鑄件厚度方向所獲得的橫截面上所觀察的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，并且在該橫截面上所測得的沿著長軸的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為10％至98％。
本發(fā)明所涉及的鑄造方法可提供通過鑄造所獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％(質(zhì)量百分比為25.0％至33.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至14.4at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至31.5％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素較好，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至13.5at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至30.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素最好，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，在橫截面上沿著鑄件厚度方向觀察，基本上沒有樹枝狀αFe相，鑄件的厚度為3毫米至30毫米，鑄件的厚度最好為5毫米至20毫米。
應(yīng)該注意的是，基本上不包含樹枝狀αFe相的稀土磁體合金是在鑄件截面上沿著厚度方向包含在打點狀態(tài)(dotting condition)下沉積的樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)所占據(jù)的百分比不大于5％，最好不大于3％的合金。
本發(fā)明可提供一種通過鑄造而獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％(質(zhì)量百分比為25.0％至33.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至14.4at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至31.5％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素較好，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至13.5at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至30.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素最好，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，在橫截面上沿著鑄件厚度方向觀察時，基本上沒有樹枝狀αFe相；并且在該橫截面上的，沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為50％至98％，面積百分比為80％至98％最好，鑄件的厚度為3毫米至30毫米，鑄件的厚度最好為5毫米至20毫米。
本發(fā)明可提供一種通過鑄造所獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％(質(zhì)量百分比為25.0％至33.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至14.4at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至31.5％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素較好，所述稀土磁體合金包含總量為11.8at.％至13.5at.％(質(zhì)量百分比為26.5％至30.0％)的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素最好，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，在橫截面上沿著鑄件厚度方向觀察時，基本上沒有樹枝狀αFe相；并且在該橫截面上沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為50％至98％，面積百分比為80％至98％最好，以及晶粒的沿著短軸所測得的平均直徑不小于60微米，鑄件的厚度為3毫米至30毫米，鑄件的厚度最好為5毫米至20毫米。
圖8和圖9是本發(fā)明所涉及的一種包括11.6at.％的Nd和5.9at.％的B并且其余為Fe的稀土磁體合金的截面反向散射電子顯微照片。圖9是圖8的局部放大圖。在圖8中，上側(cè)對應(yīng)自由表面，下側(cè)對應(yīng)鑄型接觸表面。在圖9中，右手側(cè)對應(yīng)自由表面，左手側(cè)對應(yīng)鑄型接觸表面。
在圖8中，基質(zhì)相(matrix phase)是T1相，并且數(shù)量很少并且在截面上部分呈現(xiàn)深黑色點的相(dotty phase)是樹枝狀αFe相。以大量白點圖案呈現(xiàn)并且位于樹枝狀αFe相附近的相是通過打破組分平衡而產(chǎn)生的富R相。在圖9中，在T1相中呈現(xiàn)黑的、很薄且條紋狀的相是片狀αFe相。產(chǎn)生在樹枝狀αFe相附近的呈白點的富R相不是產(chǎn)生在片狀αFe相附近。從圖8和圖9中看出，可以容易地將樹枝狀αFe相和片狀αFe相相互區(qū)分開。
圖10是利用SC方法鑄造的具有相同組分的合金的截面反向散射電子顯微照片。圖10示出了用作基質(zhì)相的灰色T1相和大量以深黑色點圖案呈現(xiàn)的樹枝狀αFe相，并且樹枝狀αFe相從截面的中心部分延伸到自由表面一側(cè)(附圖中右手側(cè))。以大量白點圖案呈現(xiàn)的并且由于打破組分平衡而產(chǎn)生的富R相可在樹枝狀αFe相附近被觀察到。另外，薄的、黑色的且條紋狀的片狀αFe相從截面的輥表面?zhèn)?附圖中左手側(cè))延伸到中心部分。
一種Nd-Fe-B類型的稀土磁體合金通常具有這樣的趨勢，即，降低Nd含量可能會產(chǎn)生更多的樹枝狀αFe相。為了防止這樣的樹枝狀αFe相的生成，例如，必須用Dy代替一部分Nd，或者必須提高B含量。實際上，在利用上述SC方法鑄造的Nd-Fe-B三元稀土磁體合金中，產(chǎn)生大量樹枝狀αFe相。相反，本發(fā)明所涉及的稀土磁體合金的特征在于，無需用Dy代替一部分Nd或者提高B含量即可抑制樹枝狀αFe相的生成。
如上所述，對于本發(fā)明所涉及的稀土磁體合金，即使當(dāng)TRE含量(總的R含量)小于11.8at.％，此含量不大于R2T14B相的R含量時，在已知的微觀結(jié)構(gòu)中觀察到的樹枝狀αFe相的生成可被抑制并且過量的Fe組分可被形成片狀。由于片狀αFe相的厚度很小，因此片狀αFe相不會對在磁體生產(chǎn)方法中的粉碎造成任何不良影響。
以下面所述的方式獲得沿著短軸所測得的晶粒平均直徑。沿著厚度方向在等間隔的狀態(tài)下在位于鑄坯截面上的10個位置中的每一個位置處利用偏光顯微鏡獲得從鑄坯的鑄型接觸表面延伸到自由表面的鑄坯截面照片。在每一個照片上，沿著垂直于柱狀晶粒的生長方向畫出5條直線。當(dāng)字母N表示單個直線和晶界之間的交叉點的數(shù)量，而字母L表示直線的長度，該直線相關(guān)的晶粒的平均直徑是用下列表達(dá)式表示的。
(沿著短軸所測得的晶粒平均直徑)＝L/(N+1)對與50個直線相關(guān)的50個平均直徑值求平均值以獲得鑄坯沿著短軸所測得的晶粒平均直徑。
利用本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法可生產(chǎn)具有極好磁體性能的稀土磁體合金。特別是，本發(fā)明所涉及的方法可鑄造厚度3毫米至30毫米的鑄坯，該鑄坯比利用常規(guī)的SC方法或CC方法鑄造的鑄坯厚。另外，本發(fā)明所涉及的方法可提供大晶粒鑄坯，該大晶粒鑄坯中的長軸不小于1000微米的晶粒占據(jù)10％至98％。僅利用疊箱方法已經(jīng)能夠獲得這樣的大晶粒。本發(fā)明所涉及的方法可提供一種鑄造產(chǎn)品，在該鑄造產(chǎn)品中，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％。利用疊箱方法不能獲得這樣一種鑄造產(chǎn)品。
當(dāng)這種鑄造合金被壓碎、粉碎并且用于燒結(jié)磁體的生產(chǎn)中，在磁場中壓實的過程中對準(zhǔn)的程度不會降低。這樣，該鑄造合金非常適用于燒結(jié)磁體的生產(chǎn)中。另外，該鑄造合金被壓碎并且接著受到HDDR(氫化-歧化-解吸-復(fù)合)處理，其中通過提供熱量在氫的氛圍中在高溫下對被壓碎的鑄坯進(jìn)行處理，并且接著進(jìn)行排氣以獲得優(yōu)選取向的晶粒。這樣獲得的粉末適用于各向異性粘合磁體的生產(chǎn)中。利用這樣的粉末生產(chǎn)的各向異性粘合磁體具有極好的磁性。
可利用粉碎器(諸如噴射粉碎機、球磨機或振動磨碎機)對已經(jīng)過熱處理的或者沒有經(jīng)過熱處理的鑄坯進(jìn)行粉碎。顆粒尺寸最好在2微米至5微米的范圍內(nèi)，在3微米至4微米的范圍內(nèi)更好。例如可用FSSS(菲舍爾篩下粒度分析儀)測量被粉碎的顆粒尺寸。
利用單一合金方法(single-alloy method)或兩相合金混合方法生產(chǎn)燒結(jié)的稀土磁體。在單一合金方法(single-alloy method)中，在磁場中對單一類型的稀土磁體合金粉末進(jìn)行壓實，接著進(jìn)行燒結(jié)。在兩相合金混合方法中，一種被稱為主相合金的R組分含量低的R-T-B類型稀土合金粉末和一種被稱為邊界相合金的R組分含量高的R-T-B類型稀土合金粉末或R-T類型稀土合金粉末被混合。
用于兩相合金混合方法中的R組分含量低的主相合金更適于生產(chǎn)高性能的磁體。但是，如上所述，對于CC方法，R組分含量為14.4at.％(重量百分比為31.5％)或者更低會產(chǎn)生有害的樹枝狀αFe相。另外，對于SC方法，R組分含量為12.7at.％(重量百分比為28.5％)或者更低會產(chǎn)生有害的樹枝狀αFe相。這樣，這些方法在不采用昂貴的用于消除樹枝狀αFe相的固溶熱處理的情況下生產(chǎn)R組分含量低的主相合金是困難的。
但是，利用本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法生產(chǎn)的合金的特征在于，包含總量達(dá)到11.0at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且在橫截面上沿著鑄件厚度方向觀察時，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％。這樣，這種合金非常適于用作在兩相合金混合方法中主相合金。另外，合金的晶粒較大，使沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為50％至98％，從而提高了磁體的對準(zhǔn)程度，因此提高了剩磁強度Br和最大磁能積(BH)max。
因此，利用本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法生產(chǎn)的合金不僅特別適于用作在單一合金方法(single-alloy method)中所用的稀土磁體合金而且特別適于用作在兩相合金混合方法中所用的主相合金。即，利用這樣一種兩相合金混合方法可獲得極好的磁體，在該兩相合金混合方法中，利用本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法生產(chǎn)的合金粉末用作主相合金與利用常規(guī)方法生產(chǎn)的R組分含量高的合金用作邊界相合金粉末進(jìn)行混合。
下面將對一種利用由本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法生產(chǎn)的稀土磁體合金生產(chǎn)燒結(jié)磁體的方法進(jìn)行描述。但是，本發(fā)明并不僅限于下面所述的這種方法。
首先，按照氫裂、粗碎和細(xì)碎的順序?qū)ο⊥链朋w合金進(jìn)行粉碎處理以將稀土磁體合金粉碎成顆粒，顆粒尺寸最好為2微米至5微米，尺寸為3微米至4微米更好。例如可用FSSS(菲舍爾篩下粒度分析儀)測量通過粉碎所獲得的顆粒尺寸。根據(jù)氫裂，主要是在壓力為200托至50千克/平方厘米的氫氣氛圍下使鑄坯的富R相吸附氫，從而產(chǎn)生R-氫化合物。R-氫化合物的生成導(dǎo)致富R相的體積增大，從而使鑄坯被精細(xì)地破碎或者在鑄坯內(nèi)產(chǎn)生大量的細(xì)微裂紋。由于，對于R組分的含量為11.8at.％或更高的合金，富R相基本上一定存在于R2T14B相晶粒的晶界處，因此，氫裂能夠使裂紋基本上一定產(chǎn)生在R2T14B相晶粒處。用于粗碎的粉碎器的實例包括Brown粉碎機和盤式粉碎機。利用這樣一種粉碎機，可在惰性氣體(諸如氬氣或氮氣)氛圍中進(jìn)行粉碎，并且粉碎后的顆粒尺寸不大于500微米。用于細(xì)碎的粉碎器的實例包括噴射粉碎機。利用這樣一種粉碎機，可在惰性氣體(諸如氬氣或氮氣)氛圍中進(jìn)行粉碎，并且粉碎后的顆粒尺寸為2微米至5微米。由于晶粒大，因此僅利用Brown粉碎機和噴射粉碎機進(jìn)行機械粉碎同時省去氫裂的步驟即可將由本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法生產(chǎn)的稀土磁體合金制成基本上包括單晶的粉末。當(dāng)使用氫裂時，可省去粗碎的步驟。
當(dāng)由本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法生產(chǎn)的稀土磁體合金中的TRE含量為11.8at.％或更低時，基本上不存在片狀的富R相。因此，利用上述機構(gòu)的氫裂是無效的。但是，由于通過吸附少量的氫可使R2T14B相膨脹，因此，可在氫氣的氛圍下使鑄坯沿著從其表面向著內(nèi)部的方向膨脹并裂開。即使在TRE含量不大于11.8at.％的情況下，在R2T14B相晶界處的原子間結(jié)合力也弱于在R2T14B相晶體中的原子間結(jié)合力。這樣，基本上一定在晶界處產(chǎn)生裂紋。
利用能夠在磁場中進(jìn)行壓實的設(shè)備可使這樣獲得的粉末被壓實。考慮到在腔內(nèi)的磁場方向，通過磁性材料和非磁性材料的結(jié)合制造壓型。壓實壓力最好為0.5t/cm2至2t/cm2。在壓實過程中，腔內(nèi)的磁場條件最好為0.5T至2T。為了減小粉末和壓型內(nèi)壁之間的摩擦力以及粉末顆粒之間的摩擦力以在磁場中進(jìn)行壓實的過程中提高優(yōu)選的取向度，最好在粉末中加入潤滑劑如硬脂酸鋅。所加入的潤滑劑的優(yōu)選量是0.01wt.％至1wt.％。潤滑劑可在細(xì)碎前或細(xì)碎后被加入。在磁場中進(jìn)行壓實之前，最好利用V型混合器或類似裝置使含有潤滑劑的粉末在惰性氣體(諸如氬氣或氮氣)氛圍中進(jìn)行充分地混合。
當(dāng)在生產(chǎn)燒結(jié)磁體中使用一種兩相混合方法時，在利用能夠在磁場中進(jìn)行壓實的裝置進(jìn)行壓實之前，必須將主相合金和邊界相合金混合在一起。可在氫裂之前、在粗碎之前、在細(xì)碎之前或者細(xì)碎之后進(jìn)行混合。在磁場中進(jìn)行壓實之前，最好利用V型混合器或類似裝置使這些粉末在惰性氣體(諸如氬氣或氮氣)氛圍中進(jìn)行充分地混合。
特別是，對于利用本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法生產(chǎn)的TRE含量不大于11.8at.％的主相合金，由于片狀富R相基本上不存在，因此，該合金在粉碎過程中和在粉末狀時具有較高的抗氧化性能。
接著，使通過在磁場中進(jìn)行壓實所獲得的壓塊在1,000攝氏度至1,150攝氏度范圍內(nèi)的溫度下被燒結(jié)。最好在氬氣氛圍下或者不大于10-2托的真空下進(jìn)行燒結(jié)。保持時間最好為1小時或更長時間。應(yīng)該注意的是，在達(dá)到燒結(jié)溫度之前，包含在壓塊中的潤滑劑和氫必須被完全去除。為了去除潤滑劑，最好使壓塊在10-2托的真空下或者氬氣流動負(fù)壓氛圍下以在300攝氏度至500攝氏度范圍內(nèi)的溫度被保持30分鐘或者更長時間。為了去除氫，最好使壓塊在不大于10-2托的真空下以在700攝氏度至900攝氏度范圍內(nèi)的溫度被保持30分鐘或者更長時間。
在燒結(jié)后，為了增大矯頑磁力，如果需要的話，可在450攝氏度至600攝氏度范圍內(nèi)的溫度下對燒結(jié)體進(jìn)行熱處理。最好在氬氣氛圍下或者真空氛圍下進(jìn)行熱處理。保持時間最好為保持30分鐘或者更長時間。
利用本發(fā)明所涉及的離心鑄造方法鑄造的稀土儲氫合金，特別是儲氫混合稀土金屬-鎳合金不受Mn或類似元素析出的影響，從而特別適用于作為鎳氫電池的負(fù)電極材料。
實施例現(xiàn)將利用實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，這些實施例不應(yīng)該被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。
(實施例1)元素釹、元素鏑、硼鐵、鋁和電解鐵被稱重和混合以獲得下列組分Nd12.6at.％(質(zhì)量百分比為28.0％)；Dy0.6at.％(質(zhì)量百分比為1.5％)；B6.0at.％(質(zhì)量百分比為1.0％)；Al0.7at.％(質(zhì)量百分比為0.30％)；以及其余為鐵。利用高頻感應(yīng)熔煉爐在氬氣氛圍下在氧化鋁坩鍋中使所得到的混合物熔化。利用圖1中所示的離心鑄造設(shè)備對所得到的熔融混合物進(jìn)行鑄造。
圓筒形鑄型4的內(nèi)徑為500毫米，長度為500毫米。容器狀旋轉(zhuǎn)體5的內(nèi)徑為250毫米，并且在其側(cè)壁中形成有8個直徑為2毫米的孔11。由容器狀旋轉(zhuǎn)體5的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ在鑄造過程中保持25度。
熔融材料沉積在鑄型內(nèi)壁上的平均熔融材料沉積速率為0.01厘米/秒。鑄型的轉(zhuǎn)動速度被設(shè)定為103rpm以產(chǎn)生3G的離心力。容器狀旋轉(zhuǎn)體5的轉(zhuǎn)動速度為378rpm以將大約為20G的離心力施加到熔融材料上。
所獲得的合金鑄坯在圓筒形鑄型4的中心部分處所測得的厚度為7毫米，在位于相對端部附近的部分處所測得的厚度為12毫米。鑄坯截面的整個微觀結(jié)構(gòu)除了鑄型表面部分以外幾乎是由柱狀晶體構(gòu)成。從通過反向散射電子顯微鏡的觀察中可以看出，截面的微觀結(jié)構(gòu)處于良好的狀態(tài)；特別是，完全沒有樹枝狀αFe相，并且富R相細(xì)密地分散。從利用偏光顯微鏡對晶粒尺寸的測量中可以看出，包含沿著短軸測得的平均直徑不小于90微米的晶粒和沿著長軸測得的平均直徑不小于1000微米的晶粒的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比為89％，這表示晶粒的尺寸適于用作磁體合金所用的材料。
(比較例1)
對與實施例1中所用的相同材料進(jìn)行稱重、混合和熔煉以獲得與實施例1中的相同組分。利用圖5中所示方法對所得到的熔融材料進(jìn)行離心鑄造，在該方法中使用往復(fù)移動的箱式中間包13。
坩鍋15和圓筒形鑄型12設(shè)置在一個腔17內(nèi)，腔17是利用凸緣19通過聯(lián)接組裝而成的。利用澆道14將在坩鍋15中熔煉的熔融材料20引入到中間包13中。在中間包13中的熔融材料20通過形成在中間包13中的多個孔部18排出以使其被沉積在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型12的內(nèi)壁表面上。在這種情況下，中間包往復(fù)移動機構(gòu)16使中間包13往復(fù)移動。
圓筒形鑄型12的內(nèi)徑為500毫米，長度為1000毫米。如在實施例1中的情況相同，圓筒形鑄型12的轉(zhuǎn)動速度被設(shè)定為103rpm以產(chǎn)生3G的離心力。熔融材料沉積在鑄型內(nèi)壁上的平均熔融材料沉積速率為0.018厘米/秒。在這種鑄造方法中，低于該水平的沉積速率難以維持熔融材料的溫度，易于產(chǎn)生問題，諸如注口18堵塞，并且使鑄坯表面的粗糙形態(tài)惡化，從而會對商業(yè)價值造成不良影響。這樣，避免使沉積速率降低到該水平以下。
所獲得的鑄坯的平均厚度為8毫米。從鑄坯截面的微觀結(jié)構(gòu)的觀察中可以看出，大量的樹枝狀αFe相沉淀在與自由表面之間的距離基本上為一半厚度的區(qū)域中，并且包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比為15％。
(比較例2)對與實施例1中所用的相同材料進(jìn)行稱重、混合和熔煉以獲得與實施例1中的相同組分。利用圖6中所示的鑄造設(shè)備進(jìn)行鑄帶。
特別是，在坩鍋21中熔煉的熔融材料通過一個中間包22被引導(dǎo)到銅制的水冷轉(zhuǎn)動輥23上并且在與轉(zhuǎn)動輥23的接觸后凝固，從而能夠連續(xù)地生產(chǎn)帶狀鑄坯24，接著進(jìn)行粗碎。
銅制的水冷轉(zhuǎn)動輥23的外徑為400毫米并且圓周速度為1米/秒。
最終獲得的鑄坯是薄片狀的并且平均厚度為0.32毫米。從所獲得的鑄坯截面的微觀結(jié)構(gòu)的觀察中可以看出，沒有樹枝狀αFe相。但是，從利用偏光顯微鏡對晶粒尺寸的測量中可以看出，晶粒的沿著短軸測得的平均直徑為26微米，沿著長軸測得的最大直徑為283微米。另外，可以觀察到，大量的細(xì)晶粒在位于輥表面附近的截面上的區(qū)域中。
(實施例2)為了獲得一種TRE進(jìn)一步減少的組分，元素釹、硼鐵、鋁和電解鐵被稱重和混合以獲得下列組分Nd12.4at.％(質(zhì)量百分比為28.0％)；B5.9at.％(質(zhì)量百分比為1.0％)；Al0.7at.％(質(zhì)量百分比為0.30％)；以及其余為鐵。在與實施例1相同的條件下利用與實施例1中所用的類似的設(shè)備進(jìn)行鑄造。
在鑄造過程中，容器狀旋轉(zhuǎn)體5被這樣移動以使由容器狀旋轉(zhuǎn)體5的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ在0度和25度之間連續(xù)變化。平均熔融材料沉積速率為0.004厘米/秒。
在鑄坯的截面上，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比為3％，并且沿著短軸所測得的平均直徑為75微米的晶粒和沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為90％。鑄坯的厚度基本上是均勻的；特別是平均厚度為10毫米。
(實施例3)為了獲得一種TRE進(jìn)一步減少的組分，元素釹、硼鐵和電解鐵被稱重和混合以獲得下列組分Nd11.6at.％；B5.9at.％；以及其余為鐵。在與實施例1相同的條件下利用與實施例1中所用的類似的設(shè)備進(jìn)行鑄造，只是由容器狀旋轉(zhuǎn)體5的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L所形成的傾斜角θ在0度和25度之間是連續(xù)變化的，并且平均熔融材料沉積速率為0.003厘米/秒。
鑄坯的厚度基本上是均勻的；特別是平均厚度為6毫米。圖8和圖9示出了鑄坯的截面的反向散射電子顯微照片。圖9是圖8的局部放大圖。圖8示出了用作基質(zhì)相(matrix phase)的灰色T1相、少量的樹枝狀αFe相以及位于樹枝狀αFe相附近且由于打破組分平衡而產(chǎn)生的白點富R相的產(chǎn)生。圖9示出了在T1相中呈現(xiàn)的黑的、很薄且條紋狀的片狀αFe相的產(chǎn)生。從圖8和圖9中看出，可以容易地將樹枝狀αFe相和片狀αFe相相互區(qū)分開。包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比為8％。沿著短軸所測得的平均直徑為78微米和沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為86％。
(比較例3)對與實施例3中所用的相同原材料進(jìn)行稱重、混合和熔煉以獲得與實施例3中的相同組分。利用比較例2中所用的的鑄造設(shè)備進(jìn)行鑄帶。轉(zhuǎn)動輥的圓周速度為1米/秒，并且每次供給到轉(zhuǎn)動輥上的熔融材料量是比較例2的80％?？色@得平均厚度為0.25毫米的薄片狀鑄坯。圖10示出了所獲得的鑄坯截面的反向散射電子顯微照片。圖10示出了用作基質(zhì)相(matrix phase)的T1相、樹枝狀αFe相、由于打破組分平衡而產(chǎn)生的白點富R相以及黑的、很薄且條紋狀的片狀αFe相的產(chǎn)生。從該圖中可以看出，大量的樹枝狀αFe相和由于打破組分平衡而產(chǎn)生的白點富R相以一種偏向自由表面的狀態(tài)產(chǎn)生在截面上。如圖10中所示的反向散射電子顯微照片是根據(jù)10個任意的薄片狀鑄坯獲得的。利用圖像處理器對該照片分析，通過分析可以看出，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比為35％。從利用偏光顯微鏡的測量中可以看出，晶粒的沿著短軸測得的平均直徑為25微米，沿著長軸測得的平均直徑為228微米。
(實施例4)元素釹、硼鐵和電解鐵被稱重和混合以獲得下列組分Nd11.4at.％；B6.7at.％；以及其余為鐵。在與實施例3相同的條件下利用與實施例1中所用的類似的設(shè)備進(jìn)行鑄造。
鑄坯的厚度基本上是均勻的；特別是平均厚度為6毫米。利用反向散射電子顯微鏡對鑄坯截面的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，從觀察的結(jié)果中可以看出，用作基質(zhì)相(matrix phase)的T1相、很薄且條紋狀的片狀αFe相、微量的樹枝狀αFe相以及位于樹枝狀αFe相周圍的白點富R相的產(chǎn)生。包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比為1％。沿著短軸所測得的的平均直徑為79微米的晶粒和沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為87％。
與實施例3不同的是，盡管降低了TRE，但是包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比很少?？赡軐?dǎo)致這種情況的原因是B含量增加。
(比較例4)對與實施例4中所用的相同原材料進(jìn)行稱重、混合和熔煉以獲得與實施例4中的相同組分。在與比較例3相同的條件下利用與比較例2中所用的類似的設(shè)備進(jìn)行鑄造。
所獲得的薄片狀鑄坯的平均厚度為0.25毫米。如利用與比較例3中類似的方法所獲得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比為14％。利用與比較例3類似的方法進(jìn)行測量，從測量結(jié)果中可以看出，晶粒的沿著短軸測得的平均直徑為24微米，沿著長軸測得的平均直徑為225微米。
(實施例5)利用盤式粉碎機對在實施例1中鑄造的鑄坯進(jìn)行粗碎，其中不進(jìn)行氫裂。接著，利用噴射式粉碎機獲得平均顆粒尺寸為3.3微米的粉末。在1.5T的水平磁場中在1t/cm2的壓力下將所獲得的粉末壓實。在真空條件下以1050攝氏度的溫度使所得到的壓塊被燒結(jié)4個小時。在600攝氏度的溫度下對所得到的燒結(jié)體進(jìn)行一個小時的熱處理。將經(jīng)過熱處理的燒結(jié)體機加工成20毫米立方體形式的燒結(jié)磁體。在利用噴射式粉碎機進(jìn)行粉碎之前，用作潤滑劑的硬脂酸鋅粉末被加入，其加入量為0.07wt.％。利用X射線熒光分析儀和ICP分析儀所測量的粉末的主要組分如下Nd12.4at.％；Dy0.6at.％；B6.0at.％；Al0.7at.％；以及其余為鐵。利用BH曲線描繪器對磁體評價后發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)的磁體具有下列性能Br1.41T；iHc1114kA/m；以及(BH)max354kJ/m3。這樣，獲得了磁性極好的磁體。
(比較例5)如在實施例5中的情況類似，利用盤式粉碎機對在比較例1中鑄造的鑄坯進(jìn)行粗碎，其中不進(jìn)行氫裂。接著，利用噴射式粉碎機獲得平均顆粒尺寸為3.4微米的粉末。利用與實施例5類似的方法制造燒結(jié)磁體。
利用X射線熒光分析儀和ICP分析儀所測量的粉末的主要組分如下Nd12.8at.％；Dy0.6at.％；B6.0at.％；Al0.7at.％；以及其余為鐵。
利用BH曲線描繪器對磁體進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)的磁體具有下列性能Br1.34T；iHc915kA/m；以及(BH)max318kJ/m3。這樣，獲得了磁性較差的磁體。
可能導(dǎo)致這種情況的原因如下由于在合金鑄坯中產(chǎn)生的大量的樹枝狀αFe不可能被粉碎，結(jié)果使保留在粉碎器內(nèi)的一定量的樹枝狀αFe移向通過粉碎所獲得的混合粉末的組分的高TRE側(cè)；大量的樹枝狀αFe也被包含在粉末中，從而在磁場中進(jìn)行壓實的過程中使在壓模腔內(nèi)的磁場分布受到干擾，結(jié)果對優(yōu)選取向度造成不良影響；并且保留在燒結(jié)體中的αFe會對垂直度造成不良影響。
(比較例6)如在實施例5中的情況類似，利用盤式粉碎機對在比較例2中鑄造的鑄坯進(jìn)行粗碎，其中不進(jìn)行氫裂。接著，利用噴射式粉碎機獲得平均顆粒尺寸為3.3微米的粉末。利用與實施例5類似的方法制造燒結(jié)磁體。
利用X射線熒光分析儀和ICP分析儀所測量的粉末的主要組分如下Nd12.4at.％；Dy0.6at.％；B6.0at.％；Al0.7at.％；以及其余為鐵。
磁體的性能如下Br1.34T；iHc1154kA/m；以及(BH)max332kJ/m3。
可能導(dǎo)致這種情況的原因如下。由于包含大量的不是單晶的(即，具有晶界)粉末顆粒，因此，對優(yōu)選取向度造成不良影響。
結(jié)果顯示，較小的晶粒尺寸會使剩磁強度和磁能積低于實施例1中的剩磁強度和磁能積。
(實施例6)元素釹、元素鏑、硼鐵、鋁、電解鈷、銅和電解鐵被稱重和混合以獲得下列組分Nd16.8at.％；Dy5.7at.％；B6.8at.％；Al0.8at.％；Co3.1at.％；Cu0.6at.％；以及其余為鐵。利用高頻感應(yīng)熔煉爐在氬氣氛圍下在氧化鋁坩鍋中使所得到的混合物熔化。利用鐵箱鑄型對所得到的熔融混合物進(jìn)行鑄造，從而產(chǎn)生厚度為30毫米的鑄坯。
將該鑄坯粗碎成尺寸不大于5毫米的碎片以用作邊界相合金。將實施例2的鑄坯粗碎成尺寸不大于5毫米的碎片以用作主相合金。接著以80∶20的重量比使主相合金和邊界相合金混合。對所得到的混合物進(jìn)行氫裂、在氮氣氛圍下利用Brown粉碎機將其壓碎以及在氮氣中利用噴射式粉碎機進(jìn)行粉碎。在氮氣中利用V型混合器對所得到的粉末進(jìn)行充分的混合，從而獲得利用FSSS確定的顆粒尺寸為3.2微米的粉末。應(yīng)該注意的是，在利用Brown粉碎機進(jìn)行壓碎之前，加入用作潤滑劑的硬脂酸鋅粉末，其加入量為0.07wt.％。
利用X射線熒光分析儀和ICP分析儀所測量的混合粉末的主要組分如下Nd13.0at.％；Dy1.0at.％；B6.1at.％；Al0.7at.％；Co0.6at.％；Cu0.1at.％；以及其余為鐵。
在1.5T的磁場中在1t/cm2的壓力下將混合的粉末壓實。在真空條件下以1050攝氏度的溫度使所得到的壓塊被燒結(jié)4個小時。在520攝氏度的溫度下對所得到的燒結(jié)體進(jìn)行一個小時的熱處理。將經(jīng)過熱處理的燒結(jié)體機加工成20毫米立方體形式的燒結(jié)磁體。
利用BH曲線描繪器測量磁體的性能，發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)的磁體具有下列性能Br1.32T；iHc1321kA/m；以及(BH)max330kJ/m3。這樣，獲得了磁性極好的磁體。
(實施例7)元素釹、元素鏑、鋁、電解鈷、銅和電解鐵被稱重和混合以獲得下列組分Nd34.0at.％；Dy4.2at.％；Al7.5at.％；Co5.7at.％；Cu1.1at.％；以及其余為鐵。在與比較例1相同的條件下利用與比較例1中的設(shè)備對所得到的混合物進(jìn)行鑄造，從而獲得厚度為8毫米的鑄坯。
將該鑄坯粗碎成尺寸不大于5毫米的碎片以用作邊界相合金。將實施例4的鑄坯粗碎成尺寸不大于5毫米的碎片以用作主相合金。接著以87∶13的重量比使主相合金和邊界相合金混合。對所得到的混合物進(jìn)行氫裂、在氮氣氛圍下利用Brown粉碎機將其壓碎以及在氮氣中利用噴射式粉碎機進(jìn)行粉碎。在氮氣中利用V型混合器對所得到的粉末進(jìn)行充分的混合，從而獲得利用FSSS確定的顆粒尺寸為3.2微米的粉末。應(yīng)該注意的是，在利用Brown粉碎機進(jìn)行壓碎之前，加入用作潤滑劑的硬脂酸鋅粉末，其加入量為0.07wt.％。
利用X射線熒光分析儀和ICP分析儀所測量的稱重和混合粉末的主要組分如下Nd13.4at.％；Dy0.4at.％；B6.0at.％；Al0.7at.％；Co0.5at.％；Cu0.1at.％；以及其余為鐵。在1.5T的磁場中在1t/cm2的壓力下將混合的粉末壓實。在真空條件下以1080攝氏度的溫度使所得到的壓塊被燒結(jié)4個小時。在520攝氏度的溫度下對所得到的燒結(jié)體進(jìn)行一個小時的熱處理。將經(jīng)過熱處理的燒結(jié)體機加工成20毫米立方體形式的燒結(jié)磁體。
利用BH曲線描繪器測量磁體的性能，發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)的磁體具有下列性能Br1.35T；iHc1050kA/m；以及(BH)max343kJ/m3。這樣，獲得了磁性極好的磁體。
(比較例7)將在比較例4中鑄造的合金鑄坯用作主相合金，而將利用實施例7的離心鑄造方法鑄出的合金鑄坯用作邊界相合金。利用與實施例7中類似的方法對這些合金進(jìn)行混合和粉碎。
利用X射線熒光分析儀和ICP分析儀所測量的混合粉末的主要組分如下Nd13.8at.％；Dy0.4at.％；B6.1at.％；Al0.7at.％；Co0.5at.％；Cu0.1at.％；以及其余為鐵。利用與實施例7中類似的方法將混合的粉末制成燒結(jié)磁體。
利用BH曲線描繪器測量磁體的性能，發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)的磁體具有下列性能Br1.32T；iHc1044kA/m；以及(BH)max321kJ/m3。這樣，獲得了磁性較差的磁體。
可能導(dǎo)致這種情況的原因如下由于在合金鑄坯中產(chǎn)生的大量的樹枝狀αFe不可能被粉碎，結(jié)果使保留在粉碎器內(nèi)的一定量的樹枝狀αFe移向通過粉碎所獲得的混合粉末的組分的高TRE側(cè)；大量的樹枝狀αFe也被包含在粉末中，從而在磁場中進(jìn)行壓實的過程中使在壓模腔內(nèi)的磁場分布受到干擾，結(jié)果對優(yōu)選取向度造成不良影響。
(實施例8)富La的稀土金屬混合物、富Ce的稀土金屬混合物元素、電解鎳、電解鈷、鋁和電解鎂被稱重和混合以使一種儲氫合金具有下列組分La9.2at.％(質(zhì)量百分比為19.0％)；Ce4.5at.％(質(zhì)量百分比為9.4％)；Pr0.4at.％(質(zhì)量百分比為0.9％)；Nd1.3at.％(質(zhì)量百分比為2.8％)；Co8.5at.％(質(zhì)量百分比為7.5％)；Al11.9at.％(質(zhì)量百分比為4.8％)；Mn8.8at.％(質(zhì)量百分比為7.2％)；以及其余為鎳。利用圖1中所示的設(shè)備在與實施例1相同的條件下對所得到的混合物進(jìn)行鑄造。
當(dāng)觀察截面的微觀結(jié)構(gòu)時，看不到高M(jìn)n濃度的析出相，表示該微觀結(jié)構(gòu)是均勻的。
(比較例8)利用圖5中所示的常規(guī)CC設(shè)備在與比較例1相同的條件下對具有與實施例8中的相同組分的合金進(jìn)行鑄造。
當(dāng)觀察截面的微觀結(jié)構(gòu)時，可以看到，網(wǎng)眼式的Mn的析出相形成在整個截面上，表示該微觀結(jié)構(gòu)是不均勻的。
(實施例9)元素釹、硼鐵、電解鈷、鎵、鋯鐵和電解鐵被稱重和混合以獲得下列組分Nd12.6at.％(質(zhì)量百分比為28.1％)；B6.5at.％(質(zhì)量百分比為1.09％)；Co17.3at.％(質(zhì)量百分比為15.8％)；Ga0.3at.％(質(zhì)量百分比為0.32％)；Zr0.1at.％(質(zhì)量百分比為0.14％)；以及其余為鐵。利用圖1中所示的鑄造設(shè)備進(jìn)行鑄造。
鑄造條件與實施例1中的類似，只是平均熔融材料沉積速率為0.005厘米/秒，并且圓筒形鑄型沿著轉(zhuǎn)動軸線L往復(fù)移動。
所獲得的合金鑄坯具有大約10毫米的厚度。鑄坯截面的整個微觀結(jié)構(gòu)除了一小部分鑄型表面部分以外幾乎是由柱狀晶體構(gòu)成。從通過反向散射電子顯微鏡的觀察中可以看出，完全沒有樹枝狀αFe相。從利用偏光顯微鏡對晶粒尺寸的測量中可以看出，包含沿著短軸測得的平均直徑為83微米的晶粒和沿著長軸測得的平均直徑不小于1000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為88％，這表示晶粒的尺寸適于用作HDDR各向異性粘合磁體合金所用的材料。
將該鑄造產(chǎn)品壓碎，接著進(jìn)行HDDR處理，其中不進(jìn)行用于的均勻化退火。對于HDDR，在1atm的氫氣氛圍下將溫度從室溫提高到850攝氏度并且在850攝氏度下保溫2小時。接著，在保持850攝氏度的溫度時，在爐內(nèi)建立真空并且保持30分鐘。接著將氬氣引入到爐內(nèi)，并且將溫度快速地降至室溫。利用盤式粉碎機將HDDR處理的粉末粉碎成平均尺寸為200微米的顆粒。使質(zhì)量百分比為2.5％的環(huán)氧樹脂與所得到的粉末進(jìn)行混合。在6t/cm2的壓力下在磁場中對所得到的混合物進(jìn)行壓實。接著，在150攝氏度的溫度下經(jīng)過一個小時的時間使樹脂硬化以生產(chǎn)粘合磁體。
經(jīng)過HDDR處理的粉末形式被觀察的磁體性能如下Br1.35T；iHc987kA/m；以及(BH)max319kJ/m3。利用粉末制成的粘合磁體的性能如下Br1.02T；iHc955kA/m；以及(BH)max177kJ/m3。由于鑄坯采用了用于生產(chǎn)HDDR磁體的最佳微觀結(jié)構(gòu)，因此，即使不經(jīng)過退火也能夠獲得良好的磁性。
(實施例10)鈦、鋁和釩被稱重和混合以獲得下列組分Al6at.％；V4at.％；以及其余為Ti。利用圖3和圖4中所示的設(shè)備進(jìn)行試驗?；旌衔镌陔娀∪蹮挔t中被熔化。所得到的熔融材料被制成直徑為5厘米的柱狀，從而獲得包含金屬的材料體25。所得到的柱狀鑄坯與轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)9相連。當(dāng)為75千瓦的等離子體電弧供給到柱狀鑄坯上時，鑄坯以1200rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。直徑為750毫米的銅制圓筒形鑄型4的轉(zhuǎn)動軸線L設(shè)置在垂直方向上并且相對于柱狀鑄坯的轉(zhuǎn)動軸線R形成20度的角度。鑄型是這樣轉(zhuǎn)動的，即，使鑄型的內(nèi)壁的圓周速度為30米/秒。
利用這種方法進(jìn)行鑄造，從而獲得厚度為60微米的帶狀鑄坯。
工業(yè)實用性本發(fā)明所涉及的鑄造方法特別能夠避免熔融材料的溫度在鑄造過程中降低并且能夠減小平均沉積速率。這樣，會大大地提高在高溫區(qū)域中的凝固冷卻速率。
根據(jù)本發(fā)明，在熔融材料的沉積過程中由圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L和轉(zhuǎn)動軸線R所形成的傾斜角θ是可改變的，或者在熔融材料的沉積過程中可使圓筒形鑄型沿著轉(zhuǎn)動軸線L往復(fù)運動。這樣，鑄坯的厚度會更加均勻，并且會獲得具有極好微觀結(jié)構(gòu)的合金。
本發(fā)明例如即使在TRE含量低于鑄帶方法的生產(chǎn)中的TRE含量時仍然可生產(chǎn)沒有形成樹枝狀αFe相的R-T-B類型的稀土磁體合金。另外，由于可增大沿著長軸所測得的晶粒直徑，因此可獲得一種適用于生產(chǎn)高性能磁體合金和HDDR各向異性粘合的磁體合金的鑄造方法。另外，可提供高熔點金屬(其中的一個典型實例是Ti)、包含這樣高熔點金屬的合金或金屬間化合物的鑄坯、或者具有少量的Mn析出相的混合稀土金屬-過渡金屬儲氫合金，常規(guī)的方法難以鑄造這樣的材料。
可在不脫離本發(fā)明的保護范圍的前提下可以其它的具體形式實施本發(fā)明。因此，本發(fā)明所涉及的實施例在各個方面都是描述性的并且是非限定性，本發(fā)明的保護范圍是由后面的權(quán)利要求限定的而不是由上述內(nèi)容限定的，因此包含在權(quán)利要求的內(nèi)涵和等價的范圍內(nèi)的所有變化都在的本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上所測得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
2.如權(quán)利要求1所述的稀土磁體合金，其特征在于，使其中所含的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素的含量為11.8at.％至14.4at.％。
3.如權(quán)利要求1所述的稀土磁體合金，其特征在于，使其中所含的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素的含量為11.8at.％至13.5at.％。
4.如權(quán)利要求1所述的稀土磁體合金，其特征在于，鑄件的厚度為5毫米至20毫米。
5.一種由如權(quán)利要求1所述的稀土磁體合金生產(chǎn)的燒結(jié)磁體。
6.一種通過包括如權(quán)利要求1中所述的稀土磁體合金粉末和包含從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素的合金粉末的混合所生產(chǎn)的燒結(jié)磁體；并且合金粉末中所含的Nd、Pr和Dy的總量大于包含在稀土磁體合金中的Nd、Pr和Dy的總量。
7.一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上測得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，且在該橫截面上沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為10％至98％。
8.一種利用鑄造方法獲得的R-T-B類型稀土磁體合金，其特征在于，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上測得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
9.一種利用鑄造方法獲得的R-T-B類型稀土磁體合金，其特征在于，當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上測得的，包含樹枝狀αFe相的微觀結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積百分比不大于10％，且在該橫截面上測量時，沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為10％至98％。
10.一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上觀察時，基本上沒有樹枝狀αFe相，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
11.一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，沿著鑄件厚度方向在橫截面上觀察時，基本上沒有樹枝狀αFe相；在該橫截面上測量時，沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為50％至98％，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
12.一種利用鑄造方法獲得的稀土磁體合金，其特征在于，所述稀土磁體合金包含總量為11.0at.％至15.2at.％的從Nd、Pr和Dy中選擇的一種或多種元素，并且當(dāng)在所述合金的鑄態(tài)下測定時，在橫截面上沿著鑄件厚度方向觀察時，基本上沒有樹枝狀αFe相；在該橫截面上測量時，沿著長軸所測得的直徑不小于1,000微米的晶粒占據(jù)的面積百分比為50％至98％并且晶粒的沿著短軸所測得的平均直徑不小于60微米，鑄件的厚度為3毫米至30毫米。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用金屬、稀土金屬或類似材料的快速凝固的鑄造方法以及鑄造設(shè)備和鑄造合金。一種離心鑄造方法包括下列步驟將熔融材料澆注到旋轉(zhuǎn)體上；利用旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動來噴淋熔融材料；以及使被噴淋的熔融材料沉積并凝固在轉(zhuǎn)動的圓筒形鑄型的內(nèi)表面上。使旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動軸線R和圓筒形鑄型的轉(zhuǎn)動軸線L不相互平行。這種離心鑄造方法會降低平均沉積速率。因此，可抑制樹枝狀αFe相的產(chǎn)生或Mn或類似元素的析出相的產(chǎn)生，從而獲得一種高性能的R－T－B類型的稀土磁體合金。
文檔編號H01F1/057GK1783360SQ20051009740
公開日2006年6月7日 申請日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
發(fā)明者長谷川寬, 宇都宮正英, 細(xì)野宇禮武, 広瀨洋一 申請人:昭和電工株式會社