TWI801965B - 耐高溫磁性組件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種耐高溫磁性組件及其製造方法，藉由對貼合於導磁材上之磁石表面噴塗合金粉體，並進行真空熱處理，以獲得具有較高本質矯頑磁力值的耐高溫磁性組件。

Description

耐高溫磁性組件及其製造方法

本發明是關於一種磁性組件及其製造方法，特別是關於一種耐高溫磁性組件及其製造方法。

釹鐵硼磁石(又稱釹磁鐵)是由釹、鐵、硼形成的四方晶系晶體，即釹鐵硼磁石是以稀土金屬釹(Nd)、金屬鐵(Fe)及非金屬元素硼(B)為基礎的永磁材料。釹鐵硼磁石具有較大的磁能積，且係現今磁性最強的永久磁鐵，也是最常使用的稀土磁石。釹鐵硼磁石因為性價比高且具有良好的機械特性，故目前被廣泛地應用於電子產品，例如硬碟、手機、耳機以及用電池供電的工具等。

為了使磁石不易退磁或發生磁衰退的現象，習知釹鐵硼磁石的製造方法是藉由提高整顆磁石之稀土元素(例如釹及/或鐠)或重稀土元素(例如鏑及/或鋱)的含量，以提升整顆磁石的本質矯頑磁力值(intrinsic coercivity，iHc)及/或耐高溫性，以避免退磁現象發生。然而，前述習知製程中稀土元素或重稀土元素的用量較大，故磁石材料的成本較高。

有鑑於此，亟須提供一種耐高溫磁性組件及其製造方法，其係可減少稀土元素或重稀土元素的用量，以使釹鐵硼磁石之特定區域能具有較高的本質矯頑磁力值。

本發明之一態樣是提供一種耐高溫磁性組件的製造方法，其係藉由對貼合於導磁材上之磁石表面噴塗合金粉體於，並藉由真空熱處理，來提升此表面的本質矯頑磁力值。

本發明之另一態樣是提供一種耐高溫磁性組件，其係由上述之製造方法所製得。

根據本發明之一態樣，提供一種耐高溫磁性組件的製造方法，其係包含貼合磁石之第一表面在導磁材上，並噴塗合金粉體於磁石之第二表面，以獲得磁性組件。第二表面相對於第一表面。磁石包含釹鐵硼合金材料。合金粉體包含鋱、鈷及銅。然後，對磁性組件進行真空熱處理，以獲得耐高溫磁性組件。

根據本發明之一實施例，上述釹鐵硼合金材料包含26 wt%至31 wt%的釹、0 wt%至8 wt%的鏑、1 wt%至3 wt%的鈷、0 wt%至0.3 wt%的銅、0 wt%至0.3 wt%的鈮、0.8 wt%至1.2 wt%的硼以及平衡量的鐵。

根據本發明之一實施例，上述合金粉體係噴塗於表面之中心區域。

根據本發明之一實施例，上述中心區域與表面之面積比值係不小於1/3。

根據本發明之一實施例，上述合金粉體之平均粒徑為1 μm至10μm。

根據本發明之一實施例，上述合金粉體包含10原子%至70原子%的鋱、5原子%至20原子%的鈷及5原子%至20原子%的銅。

根據本發明之一實施例，上述合金粉體更包含不大於20原子%的鏑、鎵、鈦、釹及/或鋁。

根據本發明之一實施例，上述真空熱處理係在900℃進行5至6小時。

根據本發明之一實施例，上述真空熱處理之一真空度為1×10 ^-5torr至5×10 ^-5torr。

根據本發明之另一態樣，提供一種耐高溫磁性組件，其係由上述之製造方法所製得。

應用本發明之耐高溫磁性組件的製造方法，藉由在對貼合於導磁材上之磁石表面噴塗合金粉體，並進行真空熱處理，以獲得具有較高本質矯頑磁力值的耐高溫磁性組件。

承上所述，本發明提供一種耐高溫磁性組件的製造方法，藉由對貼合於導磁材上之磁石表面噴塗合金粉體，並進行真空熱處理，以獲得具有較高本質矯頑磁力值的耐高溫磁性組件。

由於釹鐵硼磁石可應用於馬達轉子或相關磁性組件中，此應用須將磁石與導磁材(例如：電磁鋼片或鐵合金元件)組裝。然而，在與導磁材組裝後的釹鐵硼磁石內部的磁導係數(Pc)值會發生變化。請參閱圖1A及圖1B，其係磁石120與導磁材110貼合之磁性組件100中，磁石120內部磁導係數分布的模擬示意圖。磁石120之第一表面122係貼合導磁材，其在邊界區域120a具有較高的磁導係數值，但在逐漸遠離導磁材，例如在與第一表面122相對的第二表面124處的區域120b及120c，其磁導係數值漸減。直到接近第二表面的中心區域120d，其磁導係數值最小。特別地，如圖1B所示，若由磁石120內部觀之，其側部亦是屬於區域120b，而角落則是具有較高磁導係數值的區域120a。由於磁導係數值較低的位置可能造成工作點位置落在「不可逆磁損」的區域範圍內，故本發明提供之耐高溫磁性組件的製造方法可用以提升磁石之第二表面124的磁導係數。

請參閱圖1A及圖2，其係繪示根據本發明一些實施例之耐高溫磁性組件之製造方法200的流程圖。首先，進行操作210，貼合磁石120之第一表面122在導磁材上。在一些實施例中，磁石120包含釹鐵硼合金材料。在一些實施例中，釹鐵硼合金材料包含26 wt%至31 wt%的釹、0 wt%至8 wt%的鏑、1 wt%至3 wt%的鈷、0 wt%至0.3 wt%的銅、0 wt%至0.3 wt%的鈮、0.8 wt%至1.2 wt%的硼以及平衡量的鐵。在前述實施例中，釹鐵硼合金材料亦可選擇性地包含鋯、鋅、錳及/或鉻。

在一些實施例中，磁石係藉由依序對釹鐵硼合金材料進行氫碎步驟、氣流粉碎步驟、磁場配向步驟、燒結步驟及熱處理步驟所製得。在一具體例中，氫碎步驟包含在氬氣保護下，對釹鐵硼合金材料施加1.95 kgf/cm ²的吸氫壓力，並維持2小時，然後維持550℃的脫氫溫度1小時，以使釹鐵硼合金材料因吸氫，造成體積膨脹，並導致鑄錠破裂。接著，在一具體例中，氣流粉碎步驟係在0.4 MPa至0.8 MPa的氣體壓力下，利用分級輪以4000 rpm至9000 rpm的轉速進行粉碎篩選。磁場配向步驟係為了使所製得之釹鐵硼合金材料皆具有一致的磁力方向。在一具體例中，可施加外加磁場來進行磁場配向步驟。在一具體例中，燒結步驟係在真空條件下，以900℃至1100℃進行4至10小時。以前述溫度及時間進行燒結步驟可使磁石更加緻密，且可使晶粒成長為適當尺寸，並具有均勻的粒徑。在一具體例中，熱處理步驟是在真空條件下，以450℃至550℃進行2至5小時的熱處理。前述條件的熱處理步驟可使晶界平滑且具有較少的晶界缺陷。本發明不限於使用前述製造方法來獲得磁石。另外，在熱處理步驟後，可選擇性地對磁石進行加工研磨，以獲得具有特定形狀的磁石，例如瓦形磁石，但本發明並不限於此。

接著，進行操作220，噴塗合金粉體於磁石120之第二表面124，以獲得磁性組件。舉例而言，如上述參照圖1A及圖1B的說明，當磁石120貼合在導磁材110上時，未貼合之第二表面124 (即遠離導磁材之表面)具有相對較低的磁導係數值，故操作220可選擇對磁石120未貼合之第二表面124噴塗合金粉體。在一些實施例中，合金粉體係噴塗於第二表面124的中心區域。具體而言，前述中心區域與第二表面124之面積比值係不小於1/3。在一些實施例中，前述中心區域與此表面之面積比值為1/3至1。換言之，可選擇性地僅針對在第二表面124上磁導係數值較低的區域噴塗合金粉體，以提高磁石120之部分區域的本質矯頑磁力值。因此，可減少合金粉體的使用量，以降低製程成本。

在一些實施例中，合金粉體包含鋱、鈷及銅。在一些具體例中，合金粉體包含10原子%至70原子%的鋱、5原子%至20原子%的鈷及5原子%至20原子%的銅。在前述具體例中，合金粉體可選擇性地包含不大於20原子%的鏑、鎵、鈦、釹及/或鋁。在一些實施例中，合金粉體之平均粒徑為1 μm至10 μm。使用具有前述平均粒徑的合金粉體噴塗於磁石可使合金粉體較易均勻塗覆在磁石之第二表面，以使後續製得之耐高溫磁性組件中的釹鐵硼磁石在第二表面可具有較高的本質矯頑磁力值。

然後，進行操作230，對磁性組件進行真空熱處理，以獲得耐高溫磁性組件。在一些實施例中，真空熱處理之真空度為1×10 ^-5torr至5×10 ^-5torr。在一些實施例中，真空熱處理係在900℃進行5至6小時，來進行晶界擴散。當真空熱處理之真空度、溫度及處理時間為前述之範圍時，部分晶界可液化，而使合金粉體可有效地沿著晶界擴散至磁石內部，並由晶界擴散入晶粒表層，故可有效地提升磁石的磁特性。

藉由方法200所獲得之耐高溫磁性組件，可使其中的釹鐵硼磁石之工作點(working point)落在「可逆磁損」範圍內，故可避免或改善磁石的退磁或磁衰退的問題。補充說明的是，工作點係指工作線與磁滯曲線的交點，並指出磁鐵在工作環境下的磁通量密度及磁場強度。以下利用圖3進行說明。一般而言，磁石在溫度升高後，再降低溫度時磁力若可恢復到起始溫度時的數值，則表示其工作點係落在「可逆磁損」範圍內；反之，若磁力值無法恢復到原本的數值，則表示其工作點係落在「不可逆磁損」範圍內。

請參閱圖3，圖3係本發明一些實施例中磁石的磁滯曲線圖，其中橫軸為磁場強度(magnetic field intensity)(H)，縱軸為磁通量密度(magnetic flux density)(B)。工作線W1係高磁導係數值的工作線；工作線W2係低磁導係數值的工作線。磁滯曲線310係具有較低本質矯頑磁力值之磁石的磁滯曲線；而磁滯曲線320係具有較高本質矯頑磁力值之磁石的磁滯曲線。須理解的是，由磁滯曲線圖可看出磁石的本質矯頑磁力值、殘留磁束密度(remanance，B _r)及最大磁能積值[(BH) _max]。本質矯頑磁力值是使材料的感應磁化量降為零時，所需外加之反向磁場的大小，故圖3之磁滯曲線310和320與橫軸的交點即為各磁石之本質矯頑磁力值。殘留磁束密度係材料經過充磁，並將外加磁場移除(即外加磁場為零)後，材料所殘留的磁束密度或磁化量，故磁滯曲線310和320與縱軸的交點即為各磁石之殘留磁束密度。最大磁能積值係單位體積所儲存之最大靜磁能，其等於各磁石之磁滯曲線310與320中，磁化強度(B)與外加磁場(H)之乘積的最大值。

判定工作點之磁力特性的方法是，若磁滯曲線與工作線的交點是在磁滯曲線的線性區，則為「可逆磁損」範圍；若磁滯曲線與工作線的交點是在磁滯曲線的膝點以下，則為「不可逆磁損」範圍。據此，雖然磁滯曲線310與工作線W1的交點A是在磁滯曲線的線性區(「可逆磁損」範圍)，但磁滯曲線310與工作線W2的交點B是在磁滯曲線310的膝點以下，故具有磁滯曲線310的磁石之工作點可能落在「不可逆磁損」範圍內。磁滯曲線320與工作線W1的交點A及其與工作線W2的交點C皆是在磁滯曲線320的線性區，故具有磁滯曲線320的磁石無論在高或低磁導係數值都可使工作點在「可逆磁損」範圍內。一般而言，只要磁石的本質矯頑磁力值較大(例如大於或等於20 kOe)，則磁石的工作點通常較易落在「可逆磁損」範圍內。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。 實施例1

提供釹鐵硼合金材料，其成分為26.5 wt%的釹、4.5 wt%的鏑、2 wt%的鈷、0.2 wt%的銅、0.25 wt%的鈮、1 wt%的硼以及平衡量的鐵。對釹鐵硼合金材料進行氫碎、氣流粉碎、磁場配向成形、燒結、熱處理及加工研磨後，以製得瓦形磁石。

接著，以成分為70原子%的鋱、15原子%的鈷及15原子%的銅且平均粒徑為約1 μm至約10μm的合金粉體噴塗於瓦形磁石之外表面上。須理解的是，瓦形磁石係以內表面貼合在導磁材上，故瓦形磁石之外表面會具有相對較低的磁導係數值。然後，將表面沾覆合金粉體的磁石置入真空處理爐中，設定真空度為5×10 ^-5torr，並以900℃進行6小時的熱處理。所得之釹鐵硼磁石的外表面可具有13.2 kG的殘留磁束密度、28.1 kOe的本質矯頑磁力值及41.7 MGOe的最大磁能積值。 實施例2

採用相同於實施例1的製程來製造實施例2之瓦形磁石，惟所使用之釹鐵硼合金材料含有30.5 wt%的釹、2 wt%的鈷、0.2 wt%的銅、0.25 wt%的鈮、1 wt%的硼以及平衡量的鐵。

然後，相同於實施例1之製備方法，噴塗含有20原子%的鋱、20原子%的鏑、10原子%的鈷、15原子%的銅、15原子%的鎵、10原子%的鈦及10原子%的鈮之合金粉體，並進行真空熱處理，但將真空熱處理的時間改成5小時。所得之釹鐵硼磁石的外表面可具有13.8 kG的殘留磁束密度、21.3 kOe的本質矯頑磁力值及45.1 MGOe的最大磁能積值。 實施例3

材料及製程同實施例2，除了合金粉體僅噴塗於磁石外表面之中心區域(約外表面面積的1/3區域)。所得之釹鐵硼磁石之外表面具有13.7 kG的殘留磁束密度、20.4 kOe的本質矯頑磁力值及44.2 MGOe的最大磁能積值。 比較例1

比較例1即為實施例1所製得的瓦形磁石，其具有13.3 kG的殘留磁束密度、19.2 kOe的本質矯頑磁力值及42.6 MGOe的最大磁能積值。 比較例2

比較例2即為實施例2所製得的瓦形磁石，其具有13.9 kG的殘留磁束密度、14.3 kOe的本質矯頑磁力值及45.5 MGOe的最大磁能積值。

根據上述，相較於未噴塗合金粉體的比較例1及比較例2，以本發明之耐高溫磁性組件的製造方法，利用合金粉體噴塗磁石表面的方法可使殘留磁束密度及最大磁能積值與未噴塗合金粉體時相近，且確實可提高磁石表面的本質矯頑磁力值，以使工作點落在「可逆磁損」範圍內。再者，由實施例3可知，僅將合金粉體噴塗於磁石表面之中心區域，即可有效達成提高磁石表面的本質矯頑磁力值。

因此，本發明之耐高溫磁性組件的製造方法由於僅須對磁石之至少部分表面噴塗合金粉體，即可使特定區域有效提高本質矯頑磁力值，故大幅減少了稀土元素或重稀土元素的使用量，以達到減少材料成本的功效。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:磁性組件 110:導磁材 120:磁石 120a,120b,120c,120d:區域 122:第一表面 124:第二表面 200:方法 210,220,230:操作 310,320:磁滯曲線 W1,W2:工作線 A,B,C:交點

根據以下詳細說明並配合附圖閱讀，使本揭露的態樣獲致較佳的理解。需注意的是，如同業界的標準作法，許多特徵並不是按照比例繪示的。事實上，為了進行清楚討論，許多特徵的尺寸可以經過任意縮放。 [圖1A]及[圖1B] 係本發明一些實施例磁石與導磁材貼合之磁石內部磁導係數分布的模擬示意圖。 [圖2]係繪示根據本發明一些實施例之耐高溫磁性組件之製造方法的流程圖。 [圖3]係繪示本發明一些實施例中磁石的磁滯曲線圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

200:方法

210,220,230:操作

Claims (10)

1. 一種耐高溫磁性組件的製造方法，包括： 貼合一磁石之一第一表面在一導磁材上，並噴塗一合金粉體於該磁石之一第二表面，以獲得一磁性組件，其中該第二表面相對於該第一表面，該合金粉體包含鋱、鈷及銅，且該磁石包含釹鐵硼合金材料； 對該磁性組件進行一真空熱處理，以獲得該耐高溫磁性組件。
2. 如請求項1所述之耐高溫磁性組件的製造方法，其中該釹鐵硼合金材料包含： 26 wt%至31 wt%的釹； 0 wt%至8 wt%的鏑； 1 wt%至3 wt%的鈷； 0 wt%至0.3 wt%的銅； 0 wt%至0.3 wt%的鈮； 0.8 wt%至1.2 wt%的硼；以及 平衡量的鐵。
3. 如請求項1所述之耐高溫磁性組件的製造方法，其中該合金粉體係噴塗於該表面之一中心區域。
4. 如請求項3所述之耐高溫磁性組件的製造方法，其中該中心區域與該表面之一面積比值係不小於1/3。
5. 如請求項1所述之耐高溫磁性組件的製造方法，其中該合金粉體之一平均粒徑為1 μm至10μm。
6. 如請求項1所述之耐高溫磁性組件的製造方法，其中該合金粉體包含10原子%至70原子%的鋱、5原子%至20原子%的鈷及5原子%至20原子%的銅。
7. 如請求項1所述之耐高溫磁性組件的製造方法，其中該合金粉體更包含不大於20原子%的鏑、鎵、鈦、釹及/或鋁。
8. 如請求項1所述之耐高溫磁性組件的製造方法，其中該真空熱處理係在900℃進行5至6小時。
9. 如請求項1所述之耐高溫磁性組件的製造方法，其中該真空熱處理之一真空度為1×10 ^-5torr至5×10 ^-5torr。
10. 一種耐高溫磁性組件，係由請求項1至9中之任一項所述之製造方法所製得。

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