Imán sinterizado de tierras raras de R-Fe-B y procedimiento para producir el mismo.

Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B que comprende, como fase principal

, granos cristalinos de un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye un elemento de tierras raras ligeras RL, que es al menos uno de Nd y Pr, como elemento de tierras raras principal R,

en el que el imán incluye además un elemento metálico M y un elemento de tierras raras pesadas RH, que se han introducido ambos desde su superficie mediante difusión intercristalina, siendo el elemento metálico M al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Zn y Ag, siendo el elemento de tierras raras pesadas RH al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en Dy, Ho y Tb y

en el que el elemento de tierras raras pesadas RH se difunde hasta alcanzar una profundidad de 0,5 mm o más medida desde la superficie del imán.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2007/050304.

Solicitante: HITACHI METALS, LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 2-1, Shibaura 1-chome Minato-ku Tokyo 105-8614 JAPON.

Inventor/es: ODAKA,TOMOORI, MORIMOTO,HIDEYUKI, NOUMI,MASAO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE... > Aparatos o procedimientos especialmente adaptados... > H01F41/02 (para la fabricación de núcleos, bobinas o imanes (H01F 41/14 tiene prioridad))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS > TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS... > Fabricación de piezas a partir de polvos metálicos,... > B22F3/24 (Tratamiento ulterior de las piezas u objetos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE... > Imanes o cuerpos magnéticos, caracterizados por... > H01F1/08 (comprimidos, sinterizados o aglomerados)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE... > Imanes o cuerpos magnéticos, caracterizados por... > H01F1/053 (que contienen metales de tierras raras)

PDF original: ES-2547853_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Imán sinterizado de tierras raras de R-Fe-B y procedimiento para producir el mismo.
Ilustración 2 de Imán sinterizado de tierras raras de R-Fe-B y procedimiento para producir el mismo.
Ilustración 3 de Imán sinterizado de tierras raras de R-Fe-B y procedimiento para producir el mismo.
Ilustración 4 de Imán sinterizado de tierras raras de R-Fe-B y procedimiento para producir el mismo.
Imán sinterizado de tierras raras de R-Fe-B y procedimiento para producir el mismo.

Fragmento de la descripción:

Imán sinterizado de tierras raras de R-Fe-B y procedimiento para producir el mismo

Campo técnico

La presente invención se refiere a un imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B que incluye granos cristalinos de un compuesto de tipo R2Fe14B (donde R es un elemento de tierras raras) como fase principal y a un 5 método para producir un imán de este tipo. Más particularmente, la presente invención se refiere a un imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B que incluye un elemento de tierras raras ligeras RL (que es al menos uno de Nd y Pr) como elemento de tierras raras principal R y en el que una parte del elemento de tierras raras ligeras RL se reemplaza por un elemento de tierras raras pesadas RH (que es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Dy, Ho y Tb) . 10

Técnica anterior Un imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B, que incluye una fase de compuesto de tipo Nd2Fe14B como fase principal, se conoce como imán permanente con las mayores prestaciones, y se ha usado en diversos tipos de motores tales como un motor de bobina de voz (VCM) para un disco duro y un motor para un coche híbrido y en numerosos tipos de aparatos electrónicos de consumo. Cuando se usa en motores y otros diversos dispositivos, el 15 imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B debe presentar resistencia térmica y coercividad que sean suficientemente altas como para resistir un entorno de funcionamiento a una temperatura elevada.

Como medio para aumentar la coercitividad de un imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B, puede usarse una aleación fundida, que incluye un elemento de tierras raras pesadas RH como elemento adicional. Según este método, el elemento de tierras raras ligeras RL, que se incluye como elemento de tierras raras R en una fase de 20 R2Fe14B, se reemplaza por un elemento de tierras raras pesadas RH, y por tanto, se mejora la anisotropía magnetocristalina (que es una cantidad física que determina la coercitividad) de la fase de R2Fe14B. Sin embargo, aunque el momento magnético del elemento de tierras raras ligeras RL en la fase R2Fe14B tiene el mismo sentido que el del Fe, los momentos magnéticos del elemento de tierras raras pesadas RH y el Fe tienen sentidos mutuamente opuestos. Por este motivo, cuanto mayor es el porcentaje del elemento de tierras raras ligeras RL 25 reemplazado por el elemento de tierras raras pesadas RH, menor será la remanencia Br.

Ahora bien, puesto que el elemento de tierras raras pesadas RH es un recurso natural escaso, su uso preferiblemente se reduce lo más posible. Por estos motivos, no se prefiere el método en el que el elemento de tierras raras ligeras RL se reemplaza completamente por el elemento de tierras raras pesadas RH.

Para conseguir que la coercitividad aumentase eficazmente con la adición de una cantidad relativamente pequeña 30 del elemento de tierras raras pesadas RH, se propuso que se añadiera una aleación o polvo de compuesto, que incluye una gran cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH, a un polvo de aleación de material de fase principal que incluye una gran cantidad del elemento de tierras raras ligeras RL y entonces que la mezcla se compactase y sinterizase. Según este método, el elemento de tierras raras pesadas RH se distribuye en una gran cantidad en las proximidades del límite de grano de la fase de R2Fe14B y, por tanto, puede mejorarse eficazmente la 35 anisotropía magnetocristalina de la fase de R2Fe14B sobre la periferia externa de la fase principal. El imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B tiene un mecanismo de generación de coercitividad de tipo nucleación. Este es el motivo por el que si se distribuye una gran cantidad del elemento de tierras raras pesadas RH sobre la periferia externa de la fase principal (es decir, cerca del propio límite de grano) , se mejora la anisotropía magnetocristalina de todos los granos cristalinos, puede minimizarse la nucleación de dominios magnéticos 40 inversos, y como resultado aumenta la coercitividad. En el núcleo de los granos cristalinos que no contribuye a aumentar la coercitividad, ningún elemento de tierras raras ligeras RL se reemplaza por el elemento de tierras raras pesadas RH. Por consiguiente, ahí también puede minimizarse la disminución en la remanencia Br.

Sin embargo, si se adopta este método realmente, el elemento de tierras raras pesadas RH tiene una tasa de difusión aumentada durante el procedimiento de sinterización (que se lleva a cabo a una temperatura de 1.000ºC a 45 1.200ºC a escala industrial) y puede difundir también hasta alcanzar el núcleo de los granos cristalinos. Por este motivo, no es fácil obtener la estructura cristalina esperada.

Como otro método para aumentar la coercitividad de un imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B, se deposita un metal, una aleación o un compuesto que incluye un elemento de tierras raras pesadas RH sobre la superficie del imán sinterizado y entonces se trata térmicamente y difunde. Entonces, la coercitividad podría 50 recuperarse o aumentarse sin disminuir mucho la remanencia (véanse los documentos de patente n.os 1, 2 y 3) .

El documento de patente n.º 1 enseña la formación de una capa de aleación de película fina, que incluye del 1, 0% atómico al 50, 0% atómico de al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en Ti, W, Pt, Au, Cr, Ni, Cu, Co, Al, Ta y Ag y R como el resto (que es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Ce, La, Nd, Pr, Dy, Ho y Tb) , sobre la superficie de un cuerpo del imán sinterizado que va a triturarse. 55

El documento de patente n.º 2 da a conocer que un elemento metálico R (que es al menos un elemento de tierras raras seleccionado del grupo que consiste en Y, Nd, Dy, Pr, Ho y Tb) difunde hasta una profundidad que es al menos igual al radio de granos cristalinos expuestos sobre la superficie superior de un imán de pequeño tamaño, reparando así el daño realizado sobre la superficie mecanizada y aumentando (BH) máx.

El documento de patente n.º 3 da a conocer que las propiedades magnéticas podrían recuperarse depositando una 5 película de CVD que consiste principalmente en un elemento de tierras raras sobre la superficie de un imán con un grosor de 2 mm o menos.

Documento de patente n.º 1: Publicación de solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el público n.º 62-192566.

Documento de patente n.º 2: Publicación de solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el público n.º 2004-10 304038.

Documento de patente n.º 3: Publicación de solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el público n.º 2005-285859.

El documento JP 01-117303 se refiere a un imán basado en R-Fe-B que comprende una capa de una fuerza coercitiva intrínseca superior a la del interior del imán. 15

Divulgación de la invención

PROBLEMAS QUE VA A RESOLVER LA INVENCIÓN

Todas las técnicas dadas a conocer en los documentos de patente n.os 1, 2 y 3 se desarrollaron para reparar el daño realizado sobre la superficie mecanizada de un imán sinterizado. Este es el motivo por el que el elemento metálico, difundido hacia el interior desde la superficie, no puede alcanzar más allá de una región de superficie del imán 20 sinterizado. Por este motivo, si el imán tuviera un grosor de 3 mm o más, la coercitividad apenas podría aumentarse eficazmente.

Los imanes para motores de EPS y HEV, que se espera que amplíen sus mercados en el futuro próximo, tienen que ser imanes sinterizados de tierras raras con un grosor de al menos 3 mm y preferiblemente 5 mm o más. Para aumentar la coercitividad de un imán sinterizado con un grosor de este tipo, es necesario desarrollar una técnica 25 para difundir el elemento de tierras... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B que comprende, como fase principal, granos cristalinos de un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye un elemento de tierras raras ligeras RL, que es al menos uno de Nd y Pr, como elemento de tierras raras principal R,

en el que el imán incluye además un elemento metálico M y un elemento de tierras raras pesadas RH, que 5 se han introducido ambos desde su superficie mediante difusión intercristalina, siendo el elemento metálico M al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Zn y Ag, siendo el elemento de tierras raras pesadas RH al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en Dy, Ho y Tb y

en el que el elemento de tierras raras pesadas RH se difunde hasta alcanzar una profundidad de 0, 5 mm o 10 más medida desde la superficie del imán.

2. Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B de la reivindicación 1, en el que las concentraciones del elemento metálico M y el elemento de tierras raras pesadas RH son más altas en un límite de grano que dentro de los granos cristalinos de la fase principal.

3. Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B de la reivindicación 1, en el que el imán tiene un grosor 15 de 3 mm a 10 mm.

4. Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B de la reivindicación 1, en el que el peso del elemento de tierras raras pesadas RH representa del 0, 1% al 1, 0% de el del imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B.

5. Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B de la reivindicación 1, en el que la razón en peso M/RH 20 del contenido del elemento metálico M con respecto al del elemento de tierras raras pesadas RH es de desde 1/100 hasta 5/1.

6. Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B de la reivindicación 1, en el que el elemento de tierras raras ligeras RL se reemplaza por RH al menos parcialmente en las periferias externas de los granos cristalinos del compuesto de tipo R2Fe14B. 25

7. Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B de la reivindicación 1, en el que al menos una parte de la superficie está cubierta con una capa de RH que incluye el elemento de tierras raras pesadas RH, y en el que al menos una parte de una capa de M, que incluye el elemento metálico M, está presente entre la superficie y la capa de RH.

8. Imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B de la reivindicación 1, en el que el elemento de tierras 30 raras pesadas RH tiene un perfil de concentración en la dirección del grosor del imán.

9. Método para producir un imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B, comprendiendo el método las etapas de:

proporcionar un cuerpo de imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B que incluye, como fase principal, granos cristalinos de un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye un elemento de tierras raras 35 ligeras RL, que es al menos uno de Nd y Pr, como elemento de tierras raras principal R;

depositar una capa de M, que incluye un elemento metálico M que es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Zn y Ag, sobre la superficie del cuerpo de imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B;

depositar una capa de RH, que incluye un elemento de tierras raras pesadas RH que es al menos un 40 elemento seleccionado del grupo que consiste en Dy, Ho y Tb, sobre la capa de M; y calentar el cuerpo de imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B, difundiendo de ese modo el elemento metálico M y el elemento de tierras raras pesadas RH desde la superficie del cuerpo de imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B más profundo dentro del imán.

10. Método de la reivindicación 9, en el que el cuerpo del imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B 45 tiene un grosor de 3 mm a 10 mm.

11. Método de la reivindicación 10, que comprende la etapa de ajustar el peso de la capa de RH que todavía tiene que difundir dentro del intervalo del 0, 1% al 1, 0% del peso del cuerpo del imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B.

12. Método de la reivindicación 9, que comprende la etapa de ajustar la temperatura del cuerpo del imán sinterizado de tierras raras basado en R-Fe-B durante la difusión dentro del intervalo de 300ºC a menos de 1.000ºC.

13. Método de la reivindicación 9, en el que las etapas de depositar la capa de M y la capa de RH se llevan a cabo mediante un procedimiento de evaporación a vacío, un procedimiento de pulverización, un 5 procedimiento de electrodeposición de iones, un procedimiento de deposición iónica en fase de vapor (IVD) , un procedimiento de deposición electroquímica en fase de vapor (EVD) o un procedimiento de inmersión.