钕铁硼永磁材料专利技术综述

2017-03-05李婷婷

河南科技 2017年12期

关键词：钕铁硼株式会社磁体

李婷婷崔艳

钕铁硼永磁材料专利技术综述

李婷婷崔艳

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州450046）

随着对永磁材料需求的不断增加，对如何提高新一代钕铁硼永磁材料的性能提出了更高的要求，本文综述了近年来钕铁硼永磁材料的研究概况，并对本领域重要申请人的专利状况进行梳理，深入探讨了钕铁硼永磁材料的相关技术和发展方向。

钕铁硼；专利；研究进展

Abstract:With the increasing demand for permanent magnetic materials,higher requirements are put forwarded on how to improve the performance of NdFeB permanent magnet materials.This paper introduces thesurvey of NdFeB permanent magnet materialsand the important applicants in recent years.Furthermore,the relevant technology and development direction of NdFeB permanent magnet materials are discussed in depth.

Key words:NdFeB;patent;the latest development

1 引言

世界永磁材料的发展经历了如下过程：20世纪40年代末出现了AlNiCo永磁，50年代诞生了铁氧体永磁，60年代研制出了第一代稀土永磁SmCo5,70年代开发成功第二代稀土永磁SmCo17，1983年日本住友特殊金属的佐川真人（Masato Sagawa）和美国通用汽车公司各自研发出钕铁硼永磁NdFeB，为第三代稀土永磁材料[1]。第三代稀土永磁材料-钕铁硼(NdFeB)永磁材料因其优异的综合磁性能，广泛应用于计算机、通讯信息、医疗、交通、音响设备、办公自动化与家电等各种支柱产业与高新技术产业[2]。

2 钕铁硼永磁材料发展概况[3]

矫顽力，剩磁，最大磁能积是衡量钕铁硼永磁材料的性能指标。磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强度并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零，该磁场称为矫顽磁场，又称为矫顽力。矫顽力表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其他退磁效应的能力，是磁路设计中的一个重要参量。永磁材料经磁化至技术饱和，并去掉外磁场后所保留的表面场称为剩磁。退磁曲线上任何一点的磁场强度与磁感应强度的乘积称为磁能积，磁能积的最大值称为最大磁能积，最大磁能积为衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一。在磁体使用时对应于一定能量的磁体，要求磁体的体积尽可能小。

随着应用范围的扩大，对磁体综合性能要求越来越高，特别是温度稳定性[4]。在一些电机和自动化设备中，烧结钕铁硼磁体在经受高温冲击时，磁性能迅速下降，从而失效。工业领域对在高温（≥180℃）下能持续工作的烧结钕铁硼磁体的需求越来越强烈。因此，提高钕铁硼矫顽力，提升磁体的温度稳定性是进一步扩大应用范围的关键，是亟需攻克的难题。

钕铁硼永磁材料的技术发展路线主要有两条：第一条是添加掺杂型元素，掺杂不同种类的元素以及改变掺杂的方式，增大永磁材料的矫顽力，主要涉及细化晶粒，改善微结构等在一定程度上增强永磁材料的磁性能。第二条是通过制粉的方式不同，改变粉末在磁场取向过程中的取向度，提高永磁材料的剩磁和最大磁能积，主要涉及细化粉末尺寸，均匀粉末粒度均匀，规则粉末形状，增强永磁材料的磁性能。

3 钕铁硼材料专利分析

钕铁硼永磁材料作为第三代稀土永磁材料，一经问世，就因其优异的磁性能得到众多公司的追捧。在众多研究稀土永磁材料技术的公司中，国外的主要有日本的住友株式会社、日立金属株式会社、TDK株式会社、株式会社神户制钢所以及麦格昆磁等；国内的公司主要有横店东磁、宁波韵升、中科三环、正海磁材等。其中住友特殊金属株式会社作为钕铁硼永磁材料的首次合成者，在钕铁硼永磁材料的后续研究中也一直走在行业的前列，因此，选择住友株式会社作为本领域重要申请人，对其专利申请进行梳理。

专利JPS60182105A于1985年公开了生产永磁材料时，采用含有R、B、Fe元素的合金粉末，并对合金粉末依次进行加压成形、烧结、第一阶段热处理、冷却、第二阶段热处理步骤，合金粉末中还可含有Co和/或附加元素M，产品的能量积可达到35MGOe，40MGOe或更高。

专利EP0430278A1于1991年公开了一种各向异性烧结永磁体，其基本组成为：12至18at%的R，R代表稀土元素或作为不可避免的杂质所含有的元素，5至9.5at%的B，2至5at%的Mo，0.01至0.5at%的Cu，0.1至3at%的Al，余量是Fe。磁体的特征在于主四方相R2(Fe，Mo)14B或R2(Fe，Co，Mo)14B，边界相(Fe，Mo)-B或(Fe，Co，Mo-B和Rm(Fe，Co，Mo)n，其中m/n＝1/2至3/1。富B相Nd1+ εFe4B4消失。Dy和/或Tb使iHc线性增加。可获得高的矫顽力和最大磁能积，并具有高耐蚀能力和高的合金粉化能力。

专利JPH08167516A于1996年公开了一种制造高性能R-Fe-B系永磁体方法，它具有优良的压制填充性能，每一晶粒磁化方向有高度的取向，并且A：(BH)max(MG⁃Oe)，和B：iHc(KOe)之和A+B大于59.5。通过机械碾磨或H2吸附在分解方法对铸造合金或碾磨合金进行粗磨，然后通过机械碾磨或气流粉碎进行细磨以得到平均粒度1.0μm-10μm的R-Fe-B细粉末。这些粉末以1.4-3.5g/ cm3的填充密度装入模具中，施加场强大于10KOe的脉冲磁场以反复变换磁化方向，最后在静磁场中进行冷等静压。

专利CN1272212A于2000年公开了耐腐蚀性钕铁硼永磁体的制造方法为：清洁Fe-B-R永磁体表面；通过气相成膜工艺在磁体表面形成膜厚0.06μm～30μm的Al或Ti涂敷膜；在含O2的气体气氛中，通过气相成膜工艺形成0.1～0μm的氧化铝涂敷膜层，提高磁性能稳定以及电绝缘性能。

专利JP2003007521A于2003年公开了在钕铁硼磁铁粉的表面用平均5～100nm的磷酸盐被膜均匀地被覆，磷酸盐被膜是由磷酸铁和其它磷酸盐组成的复合盐。所得到磁铁粉具有优良耐气候性，且在湿度环境下可抑制顽磁力下降。

专利JP2003203818A于2003年公开了在包括模腔的空间中形成振动磁场，使磁性粉末沿平行于振动磁场的方向取向，使磁性粉末向模腔的内部移动，在模腔内挤压磁性粉末，振动磁场为交变磁场，最大值小于等于80kA/ m，频率为60～120Hz。解决现有钕铁硼永久磁体的制造过程由于残留磁化导致磁化困难，生产周期长、成本高的问题，永久磁体能可靠地供给磁体粉末、提高成型体的单位重量密度。

专利CN102510782A于2012年公开了一种钕铁硼永磁粉末的制备方法，其中每个磁性颗粒(1)1均由小于40%体积的稀土元素的氢化合物及余物构成，余物由含铁材料构成；含铁材料含有铁、以及含铁和硼的铁-硼合金；稀土元素的氢化合物的相(3)和含铁材料的相(2)彼此相邻存在；并且中间夹着含铁材料相的彼此相邻的稀土元素的氢化合物相之间的距离为3μm以下。稀土元素是选自Nd、Pr、Ce、Dy和Y中的至少一种元素。该方法能够容易地制造具有高磁相比率和复杂形状的稀土磁体。

专利CN103262182A于2013年公开了提供含有15～100%质量的粒径不大于2μm的微细颗粒的钕铁硼材料粉末，向粉末成形体施加弱磁场，再以0.01T/秒至0.15T/秒的激发速率施加强磁场，相对于形成生压坯的晶粒的所期望的取向方向，弱磁场施加方向的立体角为90°～180°。强磁场通过使用超导线圈沿所期望的取向方向施加，形成优异磁性能的稀土钕铁硼磁体。

通过对住友株式会社的专利梳理可以发现，为了不断提高钕铁硼永磁材料的磁性能，加快其在产业上的应用，住友株式会社从原料添加、磁粉制作，磁场取向等方面不断改善制备工艺。而且其重要申请或者高质量的专利申请一般都在多个国家申请专利，并且近年来基本上都在中国有专利申请。

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