釹鐵硼永磁材料專利技術(shù)綜述

李婷婷 崔 艷

釹鐵硼永磁材料專利技術(shù)綜述

李婷婷 崔 艷

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州450046）

隨著對(duì)永磁材料需求的不斷增加，對(duì)如何提高新一代釹鐵硼永磁材料的性能提出了更高的要求，本文綜述了近年來(lái)釹鐵硼永磁材料的研究概況，并對(duì)本領(lǐng)域重要申請(qǐng)人的專利狀況進(jìn)行梳理，深入探討了釹鐵硼永磁材料的相關(guān)技術(shù)和發(fā)展方向。

釹鐵硼；專利；研究進(jìn)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

世界永磁材料的發(fā)展經(jīng)歷了如下過(guò)程：20世紀(jì)40年代末出現(xiàn)了AlNiCo永磁，50年代誕生了鐵氧體永磁，60年代研制出了第一代稀土永磁SmCo5,70年代開(kāi)發(fā)成功第二代稀土永磁SmCo17，1983年日本住友特殊金屬的佐川真人（Masato Sagawa）和美國(guó)通用汽車公司各自研發(fā)出釹鐵硼永磁NdFeB，為第三代稀土永磁材料[1]。第三代稀土永磁材料-釹鐵硼(NdFeB)永磁材料因其優(yōu)異的綜合磁性能，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通訊信息、醫(yī)療、交通、音響設(shè)備、辦公自動(dòng)化與家電等各種支柱產(chǎn)業(yè)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)[2]。

2 釹鐵硼永磁材料發(fā)展概況[3]

矯頑力，剩磁，最大磁能積是衡量釹鐵硼永磁材料的性能指標(biāo)。磁性材料在飽和磁化后，當(dāng)外磁場(chǎng)退回到零時(shí)其磁感應(yīng)強(qiáng)度并不退到零，只有在原磁化場(chǎng)相反方向加上一定大小的磁場(chǎng)才能使磁感應(yīng)強(qiáng)度退回到零，該磁場(chǎng)稱為矯頑磁場(chǎng)，又稱為矯頑力。矯頑力表征永磁材料抵抗外部反向磁場(chǎng)或其他退磁效應(yīng)的能力，是磁路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參量。永磁材料經(jīng)磁化至技術(shù)飽和，并去掉外磁場(chǎng)后所保留的表面場(chǎng)稱為剩磁。退磁曲線上任何一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積稱為磁能積，磁能積的最大值稱為最大磁能積，最大磁能積為衡量磁體所儲(chǔ)存能量大小的重要參數(shù)之一。在磁體使用時(shí)對(duì)應(yīng)于一定能量的磁體，要求磁體的體積盡可能小。

隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)磁體綜合性能要求越來(lái)越高，特別是溫度穩(wěn)定性[4]。在一些電機(jī)和自動(dòng)化設(shè)備中，燒結(jié)釹鐵硼磁體在經(jīng)受高溫沖擊時(shí)，磁性能迅速下降，從而失效。工業(yè)領(lǐng)域?qū)υ诟邷兀ā?80℃）下能持續(xù)工作的燒結(jié)釹鐵硼磁體的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。因此，提高釹鐵硼矯頑力，提升磁體的溫度穩(wěn)定性是進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍的關(guān)鍵，是亟需攻克的難題。

釹鐵硼永磁材料的技術(shù)發(fā)展路線主要有兩條：第一條是添加摻雜型元素，摻雜不同種類的元素以及改變摻雜的方式，增大永磁材料的矯頑力，主要涉及細(xì)化晶粒，改善微結(jié)構(gòu)等在一定程度上增強(qiáng)永磁材料的磁性能。第二條是通過(guò)制粉的方式不同，改變粉末在磁場(chǎng)取向過(guò)程中的取向度，提高永磁材料的剩磁和最大磁能積，主要涉及細(xì)化粉末尺寸，均勻粉末粒度均勻，規(guī)則粉末形狀，增強(qiáng)永磁材料的磁性能。

3 釹鐵硼材料專利分析

釹鐵硼永磁材料作為第三代稀土永磁材料，一經(jīng)問(wèn)世，就因其優(yōu)異的磁性能得到眾多公司的追捧。在眾多研究稀土永磁材料技術(shù)的公司中，國(guó)外的主要有日本的住友株式會(huì)社、日立金屬株式會(huì)社、TDK株式會(huì)社、株式會(huì)社神戶制鋼所以及麥格昆磁等；國(guó)內(nèi)的公司主要有橫店?yáng)|磁、寧波韻升、中科三環(huán)、正海磁材等。其中住友特殊金屬株式會(huì)社作為釹鐵硼永磁材料的首次合成者，在釹鐵硼永磁材料的后續(xù)研究中也一直走在行業(yè)的前列，因此，選擇住友株式會(huì)社作為本領(lǐng)域重要申請(qǐng)人，對(duì)其專利申請(qǐng)進(jìn)行梳理。

專利JPS60182105A于1985年公開(kāi)了生產(chǎn)永磁材料時(shí)，采用含有R、B、Fe元素的合金粉末，并對(duì)合金粉末依次進(jìn)行加壓成形、燒結(jié)、第一階段熱處理、冷卻、第二階段熱處理步驟，合金粉末中還可含有Co和/或附加元素M，產(chǎn)品的能量積可達(dá)到35MGOe，40MGOe或更高。

專利EP0430278A1于1991年公開(kāi)了一種各向異性燒結(jié)永磁體，其基本組成為：12至18at%的R，R代表稀土元素或作為不可避免的雜質(zhì)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。磁體的特征在于主四方相R2(Fe，Mo)14B或R2(Fe，Co，Mo)14B，邊界相(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線性增加?？色@得高的矯頑力和最大磁能積，并具有高耐蝕能力和高的合金粉化能力。

專利JPH08167516A于1996年公開(kāi)了一種制造高性能R-Fe-B系永磁體方法，它具有優(yōu)良的壓制填充性能，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。通過(guò)機(jī)械碾磨或H2吸附在分解方法對(duì)鑄造合金或碾磨合金進(jìn)行粗磨，然后通過(guò)機(jī)械碾磨或氣流粉碎進(jìn)行細(xì)磨以得到平均粒度1.0μm-10μm的R-Fe-B細(xì)粉末。這些粉末以1.4-3.5g/ cm3的填充密度裝入模具中，施加場(chǎng)強(qiáng)大于10KOe的脈沖磁場(chǎng)以反復(fù)變換磁化方向，最后在靜磁場(chǎng)中進(jìn)行冷等靜壓。

專利CN1272212A于2000年公開(kāi)了耐腐蝕性釹鐵硼永磁體的制造方法為：清潔Fe-B-R永磁體表面；通過(guò)氣相成膜工藝在磁體表面形成膜厚0.06μm～30μm的Al或Ti涂敷膜；在含O2的氣體氣氛中，通過(guò)氣相成膜工藝形成0.1～0μm的氧化鋁涂敷膜層，提高磁性能穩(wěn)定以及電絕緣性能。

專利JP2003007521A于2003年公開(kāi)了在釹鐵硼磁鐵粉的表面用平均5～100nm的磷酸鹽被膜均勻地被覆，磷酸鹽被膜是由磷酸鐵和其它磷酸鹽組成的復(fù)合鹽。所得到磁鐵粉具有優(yōu)良耐氣候性，且在濕度環(huán)境下可抑制頑磁力下降。

專利JP2003203818A于2003年公開(kāi)了在包括模腔的空間中形成振動(dòng)磁場(chǎng)，使磁性粉末沿平行于振動(dòng)磁場(chǎng)的方向取向，使磁性粉末向模腔的內(nèi)部移動(dòng)，在模腔內(nèi)擠壓磁性粉末，振動(dòng)磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，最大值小于等于80kA/ m，頻率為60～120Hz。解決現(xiàn)有釹鐵硼永久磁體的制造過(guò)程由于殘留磁化導(dǎo)致磁化困難，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高的問(wèn)題，永久磁體能可靠地供給磁體粉末、提高成型體的單位重量密度。

專利CN102510782A于2012年公開(kāi)了一種釹鐵硼永磁粉末的制備方法，其中每個(gè)磁性顆粒(1)1均由小于40%體積的稀土元素的氫化合物及余物構(gòu)成，余物由含鐵材料構(gòu)成；含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金；稀土元素的氫化合物的相(3)和含鐵材料的相(2)彼此相鄰存在；并且中間夾著含鐵材料相的彼此相鄰的稀土元素的氫化合物相之間的距離為3μm以下。稀土元素是選自Nd、Pr、Ce、Dy和Y中的至少一種元素。該方法能夠容易地制造具有高磁相比率和復(fù)雜形狀的稀土磁體。

專利CN103262182A于2013年公開(kāi)了提供含有15～100%質(zhì)量的粒徑不大于2μm的微細(xì)顆粒的釹鐵硼材料粉末，向粉末成形體施加弱磁場(chǎng)，再以0.01T/秒至0.15T/秒的激發(fā)速率施加強(qiáng)磁場(chǎng)，相對(duì)于形成生壓坯的晶粒的所期望的取向方向，弱磁場(chǎng)施加方向的立體角為90°～180°。強(qiáng)磁場(chǎng)通過(guò)使用超導(dǎo)線圈沿所期望的取向方向施加，形成優(yōu)異磁性能的稀土釹鐵硼磁體。

通過(guò)對(duì)住友株式會(huì)社的專利梳理可以發(fā)現(xiàn)，為了不斷提高釹鐵硼永磁材料的磁性能，加快其在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用，住友株式會(huì)社從原料添加、磁粉制作，磁場(chǎng)取向等方面不斷改善制備工藝。而且其重要申請(qǐng)或者高質(zhì)量的專利申請(qǐng)一般都在多個(gè)國(guó)家申請(qǐng)專利，并且近年來(lái)基本上都在中國(guó)有專利申請(qǐng)。

（。）

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述住友株式會(huì)社為主要分析對(duì)象，梳理了釹鐵硼永磁材料的專利發(fā)展脈絡(luò)。隨著各國(guó)對(duì)釹鐵硼永磁材料的需求增加，釹鐵硼永磁材料迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，也不斷面臨著新的挑戰(zhàn)，因此，為了提高釹鐵硼永磁材料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，尚需科學(xué)工作者的不懈努力。

[1]李揚(yáng)，齊錦剛，吳敵，高勇，趙作福.NdFeB永磁材料制粉技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，2014，42（5）：28-32.

[2]梁樹(shù)勇，王惠新，蘇振華，陸文釧，袁晨斌.中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼磁體產(chǎn)業(yè)的歷史、現(xiàn)狀及未來(lái)［J］.磁性材料及器件，2005，36（6）：1-6.

[3]梁樹(shù)勇，李景宏，陳風(fēng)華等.［A］.第七屆全國(guó)釹鐵硼會(huì)議文集［C］.昆明：1998.

[4]陳喜陽(yáng)，樊旗根，林光明等.［A］.第二屆全國(guó)高性能永磁材料生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用與市場(chǎng)研討會(huì)論文集［C］.諸暨：2004-09-26.

Analysis on the Patent Technology of NdFeB

Li TingtingCui Yan
(Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office,SIPO,Zhengzhou 450046,Henan,China)

TM273

A

1003-5168（2017）06-0050-02

2017-4-16

李婷婷（1988.9-），女，碩士研究生，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：磁性材料與磁性器件；崔艷（1989.10-），女，碩士研究生，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：線纜，磁性材料與磁性器件，連接器（等同于第一作者）。