Anizotropný sintrovaný magnet R-Fe-B

Číslo patentu: E 19073

Dátum: 02.09.2008

Autori: Morimoto Hideyuki, Odaka Tomoori, Yoshimura Kohshi, Takaki Shigeru

Je ešte 22 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Tento vynález sa vzťahuje na anizotropný sintrovaný magnet na báze R-Fe-B s obsahom zlúčeniny typu R 2 Fe 14 B (kde R predstavuje vzácny prvok horniny) ako hlavnú fázu. Konkrétnejšie sa tento vynález vzťahuje na anizotropný sintrovaný magnet na báze R-Fe-B,ktorý obsahuje ľahký vzácny prvok horniny RL (ktorý je minimálne Nd alebo Pr) ako hlavný prvok horniny R a v ktorom sa časť ľahkého vzácneho prvku hominy RL nahradí za ťažký vzácny prvok hominy RH (ktorý je minimálne niektorý z prvkov zvolených zo skupiny pozostávajúcej z Dy a Tb).0002 Anizotropný sintrovaný magnet na báze R-Fe-B, obsahujúci zlúčeninu typu Nd 2 Fe 14 B ako hlavnú fázu, je známy ako trvalý magnet s najvyšším výkonom a používa sa v rôznych typoch motorov ako je motor kmitacej cievky (VCM) pri jednotke hard disku a motor pre hybridné vozidlo a V mnohých typoch elektrických prístrojoch. Keď sa používa v motoroch a rôznych iných zariadeniach, anizotropný sintrovaný magnet na báze-Fe-B by mal vykazovat odolnosť voči teplu a koercitívnu silu, ktoré sú dostatočne vysoké na to, aby odolali prevádzkovému prostrediu pri vyššej teplote.0003 Ako prostriedok na zvýšenie koercitívnej sily anizotropíckého sintrovaného magnetu na báze R-Fe-B sa môže použiť roztavená zliatina s obsahom ťažkého vzácneho prvku horniny RH ako dodatočného prvku. Podľa tejto metódy sa ľahký vzácny prvok horniny RL,ktorý je súčasťou hlavného vzácneho prvku hominy R vo fáze R 2 Fe 14 B, nahradí za ťažký vzácny prvok hominy RH, a preto sa zlepší magnetokryštalická anízotropia (ktorá je rozhodujúcim parametrom kvality, ktorý stanovuje koercitívnu silu) fázy RgFel 4 B. Avšak hoci má magnetický moment ľahkého vzácneho prvku hominy RL vo fáze R 2 Fe 14 B rovnaký smer ako magnetický moment Fe, magnetické momenty ťažkého vzácneho prvku hominy RH a Fe majú vzájomne opačné smery. A preto by sa znížila remanencia B, úmerne k percentu ľahkého vzácneho prvku horniny RL nahradeného za ťažký vzácny prvok horniny RH.0004 Štruktúra kovu anizotropíckého sintrovaného magnetu na báze R-Fe-B pozostáva najmä z fázy R 2 Fe 14 B, ktorá je hlavnou fázou a takzvanej fázy bohatej na R, ktorá má relatívne vysokú koncentráciu R a nízky bod tavenia, ale zároveň obsahuje fázu oxidu R a fázu bohatú na R (fázu R 1 Fe 4 B 4). Tieto dodatočne fázy, iné ako hlavné fázy, sa kolektívne nazývajú fázy na hranici zŕn. V tomto prípade ide o hlavnú fázu, ktorá prispieva k zvýšeniu koercitívnej sily nahradením ťažkého vzácneho prvku RH. Na druhej strane ťažký vzácny prvok RH, obsiahnutý v týchto fázach na hranici zŕn, nebude priamo prispievať k zvýšeniu koercitívnej sily magnetu.0005 Medzitým, ked je ťažký vzácny prvok horniny RH jedným zo vzácnych prírodných zdrojov, jeho používanie sa dá v maximálnej možnej miere obmedziť. Z týchto dôvodov sa neuprednostňuje spôsob, v ktorom sa časť ľahkého vzácneho prvku RL nahradí za ťažký2 vzácny prvok RH v celom magnete (teda nielen V celej hlavnej fáze, ale aj vo fázach na hranici zŕn).0006 Ak chcete, aby sa účinne zvýšila koercitívna sila s pridaním relatívne malého množstva ťažkého vzácneho prvku RH, navrhlo sa pridať prášok zliatiny alebo prášok zlúčeniny s obsahom veľkého množstva ťažkého vzácneho prvku horniny RH do prášku materiálu zliatiny hlavnej fázy s obsahom veľkého množstva ľahkého vzácneho prvku horniny RL a následne sa zmes zhutnila a sintrovala. Podľa tohto spôsobu je ťažký vzácny prvok horniny RH značne rozšírený na vonkajšom okraji zrna hlavnej fázy, a preto sa dá účinne zvýšiť magnetokryštalická anizotropia fázy R 2 Fe 14 B. Anizotropný sintrovaný magnet na báze R-Fe-B má mechanizmus na generovanie koercitívnej sily typu nukleácie. A preto sa Veľké množstvo ťažkého vzácneho prvku šíri iba na vonkajšom okraji hlavnej fázy (teda v blízkosti jeho hranice zŕn), zlepší sa magnetokryštalická anizotropia všetkých zŕn kryštálov,naruší sa nukleácia obrátených magnetických oblastí a V dôsledku toho sa zvýši koercitívna sila. V jadre zŕn kryštálov hlavnej fázy sa žiadny ľahký vzácny prvok horniny RL nenahradí za ťažký vzácny prvok horniny RH. Následne sa tu dá minimalizovať aj zníženie rernanencie Br. Takáto metóda je uvedená napríklad V dokumente patentu č. l.0007 Ak sa však tento spôsob skutočne prijme, ťažký vzácny prvok RH má počas procesu sintrovania zvýšenú mieru difúzie 0 torá sa vykonáva pri teplote l 000 °C až 1 200 °C v priemyselnej mierke) a mohol by sa šíriť až do jadra zŕn kryštálov hlavnej fázy. Z tohto dôvodu nie je jednoduché dosiahnuť očakávanú štruktúru kryštálu, v ktorej sa ťažký vzácny prvok horniny RH nachádza vo zvýšených koncentráciách iba na vonkajšom okraji hlavnej fázy.0008 Ako ďalší spôsob zvýšenia koercitívnej sily anizotropického sintrovaného magnetu na báze R-Fe-B sa kov, zliatina alebo zlúčenina s obsahom ťažkého vzácneho prvku horniny RH ukladajú na povrchu sintrovaného magnetu a následne sa tepelne spracovávajú a šíria. Potom by sa dala obnoviť alebo zvýšiť koercitívna sila bez výrazného zníženia remanencie.0009 Dokument patentu č. 2 obsahuje vznik vrstvy tenkého filmu, s obsahom R, ktorá predstavuje minimálne jeden prvok zvolený zo skupiny pozostávajúcej z Nd, Pr, Dy a Tb na povrchu telesa sintrovaného magnetu, ktorý sa opracuje a následne sa podrobí tepelnému spracovaniu buď vo vákuu alebo v inertnej atmosfére, čím sa deformovaná vrstva na opracovanom povrchu zmení na opravenú vrstvu prostredníctvom reakcie difúzie medzi vrstvou tenkého filmu a deformovanou vrstvou a obnoví sa koercitívna sila.0010 Dokument patentu č. 3 uvádza, že kovový prvok R (ktorý je minimálne jeden vzácny prvok horniny zvolený zo skupiny pozostávajúcej z Y, Nd, Dy, Pr a Tb) sa šíri do hĺbky, ktorá sa minimálne rovná polomeru zŕn kryštálu odhaleného na vrchnom povrchu magnetu malej veľkosti, pričom sa ukladá tenký film, čím sa opraví poškodenie vzniknuté na opracovanom povrchu a zvýši sa (BH),.0011 Dokument patentu č. 4 uvádza, že ukladaním filmu CVD, ktorý obsahuje najmä vzácny prvok hominy, na povrchu magnetu s hrúbkou 2 mm alebo menej a následne jeho podrobením tepelnému spracovaniu sa bude vzácny prvok hominy šíriť vo vnútri magnetu,opracovaná a poškodená vrstva v blízkosti povrchu by sa dala opraviť a prípadne by sa dal obnoviť výkon magnetu.0012 Dokument patentu č. 5 uvádza spôsob sorpcie vzácneho prvku hominy pre obnovukoercitívnej sily veľmi malého sintrovaného magnetu na báze R-Fe-B alebo jeho prášku. Podľa spôsobu dokumentu patentu č. 5 sa zmieša sorpčný kov, ktorý predstavuje vzácny kov horniny ako je Yb, Eu alebo Sm s relatívne nízkym bodom varu a relatívne vysokým tlakom pary a veľmi malý sintrovaný magnet na báze R-Fe-B alebo jeho prášok a následne sa táto zmes podrobí tepelnému spracovaniu pre jednotné zahriatie vo vákuu počas miešania. V dôsledku tohto tepelného spracovania sa vzácny kov hominy nielen ukladá na povrchu sintrovaného magnetu, ale zároveň sa šíri smerom dovnútra. Dokument patentu č. 5 takisto uvádza uskutočnenie, v ktorom sa sorbuje vzácny kov horniny s vysokým bodom varu ako je Dy (pozrite si odsek č.0014 dokumentu patentu č. 5). V takomto uskutočnení, ktoré používa Dy sa napríklad selektívne ohrieva Dy na vysokú teplotu prostredníctvom indukčného ohrievanie, (bez stanovených podmienok teploty). Dy má však bod varu 2 560 °C . Podľa dokumentu patentu č. 5 by sa mal Yb s bodom varu l 193 °C ohriat na teplotu 800 °C až 850 °C, ale nedá sa dostatočne ohriat normálnym procesom odporového ohrievania. Keď vezmeme do úvahy toto ustanovenie dokumentu patentu č. 5, predpokladá sa, že Dy sa ohrieva na veľmi vysokú teplotu. Ak chcete napríklad dosiahnut tlak pary Dy, ktorý bude rovnako vysoký ako tlak pary v stave ohrievania Yb (800 °C až 850 °C), ktorý je zadefinovaný ako preferovaná teplota pre priaznivú podporu sorpcie, Dy by sa mal ohríat približne na 1 800 °C až 2 100 °C. Je tu uvedené aj to, že pri Yb sa sorpcia vykonáva približne pri teplote 550 °C a Yb má V tomto prípade tlak pary asi 10 Pa. Táto hodnota zodpovedá tlaku pary nasýtenia Dy pril 200 °C. To znamená, že ak by sa mal Dy sorbovať pomocou spôsobu uvedeného V dokumente patentu č.5, potom by sa mal Dy ohriať minimálne na 1 200 °C a prednostne na 1 800 °C alebo viac. Malo by sa poznamenať, že tlaky pary nasýtenia príslušných prvkov sú známe hodnoty fyzikálnych vlastností. Dokument patentu č. 5 zároveň ustanovuje, že podľa každej podmienky ohrievania sa teplota veľmi malého sintrovaného magnetu na báze R-Fe-B a jeho prášku prednostne udržuje V rozsahu od 700 °C do 850 °C.0013 Dokument patentu č. 6 uvádza spôsob na zlepšenie vlastnosti magnetizácie, pričom znižuje množstvo používaného Dy, zmiešaním prášku materiálu zliatiny s relatívne vysokou koncentráciou Dy a prášku materiálu zliatiny s relatívne nízkou koncentráciou Dy a podrobením tejto zmesi procesu sintrovania.Patentový dokument č. l Japonská patentová prihláška Zverejnená publikácia č. 2002-2991 10Patentový dokument č. 2 Japonská patentová prihláška Zverej nená publikácia č. 6274048Patentový dokument č. 3 Japonská patentová prihláška Zverejnená publikácia č. 2004-304038Patentový dokument č. 4 Japonská patentová prihláška Zverejnená publikácia č. 2005-285859Patentový dokument č. 5 Japonská patentová prihláška Zverejnená publikácia č. 2004-296973Patentový dokument č. 6 Japonská patentová prihláška Zverejnená publikácia č. 2002-356701PROBLÉMY, KTORE BUDE TENTO VYNÁLEZ RIEŠIŤ0014 Podľa niektorého z bežných spôsobov uvedených V patentévých dokumentoch č, 2, 3 a 4, má telo sintrovaného magnetu povrch potiahnutý filmom zo vzácneho kovu horniny a následne sa podrobí tepelnému spracovaniu, čím sa rozptýli vzácny kov horniny v tele sintrovaného magnetu. A preto V povrchovej oblasti tela sintrovaného magnetu (do hĺbky niekoľkých desiatok m pod povrchom) by mal veľký rozdiel koncentrácie vzácneho kovu horniny na rozhraní medzi usadeným filmom zo vzácneho kovu horniny a telom sintrovaného magnetu nevyhnutne generovať hnaciu silu pre rozptýlenie vzácneho kovu horniny aj do jadra hlavnej fázy. Následne remanencia B, klesne. A navyše, nadmeme komponenty filmu vzácneho kovu by sa značne ponechali dokonca aj vo fázach na hranici zŕn, čo neprispeje k zvýšeniu koercitívnej sily.0015 A zároveň, podľa bežného spôsobu uvedeného v patentovom dokumente č. 5, sa vzácny kov horniny ohreje na teplotu a ukladá sa pri teplote, ktorá je dostatočne vysoká na jednoduché odparenie. A preto sa ukladá ñlm zo vzácneho kovu hominy aj na povrchu tela sintrovaného magnetu tak ako v dokumentoch patentu č. 2 až 4. Keď sa ohreje samotné telo sintrovaného magnetu, vzácny kov horniny sa medzitým takisto rozptyľuje v tele sintrovaného magnetu. V oblasti na povrchu tela sintrovaného magnetu by sa však komponenty filmu vzácneho jkovu horniny takisto nevyhnutne rozptýlili a dosiahli by jadro hlavnej fázy a klesne aj remanencia Br. A ďalej, komponenty filmu by sa značne ponechali vo fázach na hranici zŕn ako je to uvedené v dokumentoch patentu č. 2 až 4.0016 A ďalej, aby sa dosiahla sorpcia vzácneho kovu hominy s vysokým bodom varu ako je Dy, sorpčný materiál a telo sintrovaného magnetu sa budú ohrievat procesom indukčného ohrievania. Preto nie je jednoduche ohrievať len vzácny kov horniny na dostatočne vysokú teplotu a zároveň zachovať telo sintrovanho magnetu na teplote, ktorá je dostatočne nízka na to, aby sa zabránilo ovplyvneniu magnetických vlastností. V dôsledku toho bude telo sintrovaného magnetu často v stave prášku alebo bude mať veľmi malú veľkosť a nie je jednoduché podrobiť ho procesu indukčného ohrievania v žiadnom prípade.0017 A navyše, podľa spôsobov patentových dokumentov č. 2 až 5, sa vzácny kov hominy zároveň značne ukladá v neočakávaných miestach systému ukladania (napr. na vnútorných stenách vákuovej komory a nádoby procesu) na rozdiel od tela sintrovaněho magnetu počas procesu ukladania, čo je proti politike ukladania ťažkého vzácneho prvku horniny, ktorý je jedným zo vzácnych a cenných prírodných zdrojov.0018 Podľa patentového dokumentu č. 6, zatiaľ čo sa vykonáva proces sintrovania, Dy sa rozptýli z prášku materiálu zliatiny s relatívne vysokou koncentráciou Dy do prášku materiálu zliatiny s relatívne nízkou koncentráciou Dy. Zmá kryštálu však narastú, napríklad keď sa častice prášku navzájom skombinujú. V dôsledku toho sa bude Dy značne distríbuovať V rámci hlavnej fázy a koercitívna sila sa nedá zvýšiť tak efektívne alebo účinne ani po pridaní Dy.0019 Preto je predmetom tohto vynálezu poskytnúť anizotropný sintrovaný magnet na báze R-Fe-B, ktorého koercitívna sila sa efektívne zvýšila s pridaním iba malého množstva Dy.Prostriedky na riešenie problémov

MPK / Značky

MPK: C22C 38/00, H01F 1/08, B22F 3/24, B22F 3/00, H01F 1/053

Značky: r-fe-b, sintrovaný, magnet, anizotropný

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/39-e19073-anizotropny-sintrovany-magnet-r-fe-b.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Anizotropný sintrovaný magnet R-Fe-B</a>

Podobne patenty