磁性材料、其應(yīng)用和其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁性材料、其應(yīng)用、以及用于制造該磁性材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于最近尤其在汽車(chē)制造中增加地使用電動(dòng)機(jī)，因此在過(guò)去幾年中對(duì)高效率的磁性材料并且尤其是對(duì)永久磁鐵的需求大大上升。合適的磁性材料在此情況下包括具有硬磁相的磁性材料，這些磁性材料以剩余磁化強(qiáng)度高、矯頑磁場(chǎng)大、能積大而出眾。磁性材料的磁特性越好，就越有利的是將其正好使用在結(jié)構(gòu)空間減小的裝置中，并且例如應(yīng)用于汽車(chē)的傳動(dòng)系的電氣化中。因此高效率的、持久穩(wěn)定的并且在此成本粗放的磁性材料是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵組分。包括至少一種如釹(Nd)、鐠(Pr)和釤(Sm)之類(lèi)的稀土金屬以及至少一種如鐵(Fe)或鈷(Co)之類(lèi)的過(guò)渡金屬的磁性材料已證明為特別高效率的，也就是具有大的能積。經(jīng)常給這樣的材料摻入例如硼(B)、碳(C)、氮(N)或者氫(H)之類(lèi)的填隙添加劑以便優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)以及因此也優(yōu)化固有磁特性。已證實(shí)Nd2Fe14B為特別高效的磁性材料。但是由于其受限制的化學(xué)、機(jī)械和熱長(zhǎng)期穩(wěn)定性，仍然沒(méi)有通過(guò)Nd2Fe14B完全替代傳統(tǒng)的鐵素體。Nd2Fe14B的高的原料和制造成本是進(jìn)一步不利的。除此之外，稀土金屬的可用性在如此高的程度上大大受限制，并且尤其由中國(guó)市場(chǎng)主導(dǎo)，由此以正如Nd2Fe14B之類(lèi)的高稀土金屬含量的磁性材料為基礎(chǔ)的磁鐵的制造量是大大受限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的磁性材料以出眾的磁特性、并且因此高的剩余磁化強(qiáng)度、高的矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度、以及大的能積而出眾。其機(jī)械穩(wěn)定性、磁穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性是高的，這適合使用于強(qiáng)烈要求的、即例如可移動(dòng)的裝置、如汽車(chē)和移動(dòng)電子設(shè)備中。通過(guò)使用至少一種過(guò)渡金屬(TM)、至少一種稀土金屬(RE)和鎢，其中分別相對(duì)于磁性材料的總質(zhì)量，過(guò)渡金屬的份額為60到90質(zhì)量％，稀土金屬的份額為10到20質(zhì)量％，鎢的份額為5到25質(zhì)量％，獲得一種以特別好的物理、化學(xué)和機(jī)械特性、并且尤其是以出色的磁特性而出眾的高效的磁性材料。使用鎢作為本發(fā)明必要的金屬正好在此決定性地有助于穩(wěn)定磁性材料的晶格組織。除此之外，鎢支持磁相的各向異性的形成，并且因此促進(jìn)所期望的磁特性。通過(guò)減少的稀土金屬的含量或者選擇可與鎢組合的稀土金屬和過(guò)渡金屬的靈活性，確保了原料的可用性，由此能夠有效避免供應(yīng)瓶頸，并且制造量不受限制。相對(duì)于稀土金屬含量大的傳統(tǒng)磁性材料，根據(jù)本發(fā)明的材料的原料成本也由此明顯被降低。由于根據(jù)本發(fā)明的特定的組成，因此也可以降低根據(jù)本發(fā)明的材料的制造成本，這大大提高其市場(chǎng)接受度。通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的磁性材料，因此也在低價(jià)產(chǎn)品中開(kāi)辟多種多樣的應(yīng)用可能性，而對(duì)其質(zhì)量特性沒(méi)有不利影響。
[0004]從屬權(quán)利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案。
[0005]按照本發(fā)明的一種有利實(shí)施方式，過(guò)渡金屬選自如下組，該組由鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)和錳(Mn)構(gòu)成，并且優(yōu)選地是鐵。這里所提及的過(guò)渡金屬與稀土金屬和鎢構(gòu)成特別穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)，并且增強(qiáng)地有助于形成所期望的有利的磁特性，即尤其有助于根據(jù)本發(fā)明的材料的飽和和磁各向異性。此外，其在市場(chǎng)上的可用性高，其原料成本低，這明顯降低根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的制造成本。在這些金屬中鐵的優(yōu)選的使用可歸因于其有益于健康以及生態(tài)的毫無(wú)疑問(wèn)性，并且此外也可歸因于其與Co、Ni和Mn相比再次明顯降低的原料成本。
[0006]按照本發(fā)明的另一種有利實(shí)施方式，稀土金屬(RE)選自如下組，該組由釹(Nd)、鑭(La)、鈰(Ce)、鏑(Dy)、鋱(Tb)、鐠(Pr)、釤(Sm)、钷(Pm)、銪(Eu)、釔(Y)、鈧(Sc)、釓(Gd)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)和镥(Lu)構(gòu)成，并且優(yōu)選地是Ce和/或La。所列舉的稀土金屬 Nd、La、Ce、Dy、Tb、Pr、Sm、Pm、Eu、Y、Sc、Gd、Ho、Er、Tm、Yb 和 Lu 已證明為與本發(fā)明必要的其它組分、也就是與至少一種過(guò)渡金屬和鎢特別好地兼容，并且在其側(cè)促進(jìn)持久穩(wěn)定的具有高各向異性的晶格結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，由此改善根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的磁特性。盡管其原料成本部分較高，但是由于其相對(duì)于傳統(tǒng)的磁性材料降低的在根據(jù)本發(fā)明的磁組成中的含量，根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的制造成本較低。由于可用性特別高并且原料成本相對(duì)低，因此特別是元素La和Ce的使用對(duì)于本發(fā)明是特別有利的。
[0007]本發(fā)明的另一種有利實(shí)施方式規(guī)定，相對(duì)于磁性材料的總質(zhì)量，過(guò)渡金屬的份額為60到70質(zhì)量％，優(yōu)選地為61到67質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選地為63到65質(zhì)量％，并且/或者稀土金屬的份額為13到19質(zhì)量％，優(yōu)選地為15到17質(zhì)量％，并且/或者鎢的份額為10到25質(zhì)量％,優(yōu)選地為14到23質(zhì)量并且進(jìn)一步優(yōu)選地為16到21質(zhì)量％。如果過(guò)渡金屬的份額處于至少60質(zhì)量％并且優(yōu)選地處于至少61質(zhì)量％或者進(jìn)一步優(yōu)選地處于63質(zhì)量％并且/或者鎢的份額處于至少10質(zhì)量％或者優(yōu)選地處于至少14質(zhì)量％且尤其處于至少16質(zhì)量％，那么獲得高效率的并且在機(jī)械、化學(xué)以及熱意義上穩(wěn)定的磁性材料，該磁性材料只有很少的稀土金屬含量，盡管如此仍然具有出色的磁特性，并且尤其具有大的能積，并且因此也在其原料成本方面并且因此也鑒于其制造成本是優(yōu)選的。但是，從大于65質(zhì)量％并且尤其大于67質(zhì)量％并且尤其大于70質(zhì)量％的過(guò)渡金屬的含量起，磁性材料的晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。這也對(duì)大于21質(zhì)量％并且尤其大于23質(zhì)量％并且尤其大于25質(zhì)量％的鎢的含量適用。如果稀土金屬的份額為13到19質(zhì)量％并且優(yōu)選地為15到17質(zhì)量％，那么能使根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的剩余磁化強(qiáng)度以及矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度最大化。
[0008]按照本發(fā)明的另一種有利實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的結(jié)構(gòu)選自:RE(TM，W)12結(jié)構(gòu)、Th2Zn17結(jié)構(gòu)、如RE2(TMJ)1JP RE 3(TM，W)29結(jié)構(gòu)。這里所闡述的結(jié)構(gòu)已證實(shí)為對(duì)于構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的磁性材料的各向異性相特別好。這可歸因于其有利的電子結(jié)構(gòu)和電子配置以及原子的自旋矩和軌道矩。
[0009]本發(fā)明的另一種有利實(shí)施方式規(guī)定存在至少一種選自由氮(N)、碳(C)和氫(H)構(gòu)成的組的另外的元素。這里所提及的元素均為填隙添加劑，也就是占據(jù)晶格結(jié)構(gòu)的填隙位置，由此磁性材料的晶格被擴(kuò)張并且特別好地穩(wěn)定化。這有助于改善根據(jù)本發(fā)明的材料的磁特性，并且尤其是提高磁性材料的磁化強(qiáng)度、居里溫度和各向異性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的磁性材料進(jìn)一步優(yōu)選地包含至少一種選自由釩(V)、銅(Cu)、鉻(Cr)、錫(Sn)、鋁(Al)、硅(Si)、.(Mo)、鎵(Ga)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鈮(Nb)和鋯(Zr)構(gòu)成的組的另外的元素。這些元素可以對(duì)材料的磁特性以及物理和化學(xué)特性及其耐抗性、即其化學(xué)耐抗性或者電化學(xué)耐抗性(例如耐腐蝕性)起到正面影響。尤其是元素Cu、Ga和Al在此通過(guò)在燒結(jié)磁鐵的情況下的晶界相改善硬磁晶粒的潤(rùn)濕。
[0011]此外根據(jù)本發(fā)明還描述一種包括如上所述的磁性材料的永久磁鐵。根據(jù)本發(fā)明的材料在根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵中優(yōu)選地作為硬磁相存在。根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵除了根據(jù)本發(fā)明的磁性材料之外還可以具有其它磁相或者非磁相，但也可以?xún)H僅由根據(jù)本發(fā)明的磁性材料構(gòu)成。永久磁鐵優(yōu)選地包括如上所述的由至少一種過(guò)渡金屬(TM)、至少一種稀土金屬(RE)和鎢構(gòu)成的硬磁相，其中分別相對(duì)于磁性材料的總質(zhì)量，過(guò)渡金屬(TM)的份額為60到90質(zhì)量％，稀土金屬(RE)的份額為10到20質(zhì)量％，并且鎢(W)的份額為5到25質(zhì)量％，其中所述永久磁鐵可以例如是在傳統(tǒng)的意義上燒結(jié)的或者塑料接合的。針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的磁性材料所描述的有利效果、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方式也應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵。
[0012]根據(jù)本發(fā)明同樣也描述一種用于制造磁性材料的方法，其中所述方法的特征在于將至少一種過(guò)渡金屬(TM)、至少一種稀土金屬(RE)與鎢混合以及使所獲得的混合物熔化的步驟，其中分別相對(duì)于磁性材料的總質(zhì)量，過(guò)渡金屬(TM)的份額為60到90質(zhì)量％，稀土金屬(RE)的份額為10到20質(zhì)量％，并且鎢(W)的份額為5到25質(zhì)量％。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法，以簡(jiǎn)單而且成本低的方式提供具有出眾的剩余磁化強(qiáng)度和矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度以及大的能積的高效率的磁性材料，該磁性材料此外具有非常好的機(jī)械、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的磁性材料所描述的有利的特性、效果和實(shí)施方式也應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的用于制造這種磁性材料的方法。
[0013]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式，在電弧中或者在真空爐中熔化由本發(fā)明必要的元素所構(gòu)成的混合物。通過(guò)該方法運(yùn)用(Verfahrensfiihrung)來(lái)保證完全熔融所有元素，而在此不發(fā)生材料的氧化，使得此后構(gòu)成磁性材料的均勻的結(jié)晶組織，這不僅有