燒結(jié)釹鐵硼磁體主輔相復(fù)合添加技術(shù)專利分析

高濤 陳安邦

摘要：燒結(jié)釹鐵硼磁體作為當(dāng)今重要的功能材料，廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。本文基于專利文獻(xiàn)對(duì)燒結(jié)釹鐵硼磁性材料主輔相復(fù)合技術(shù)中的添加方式技術(shù)的發(fā)展以及特點(diǎn)進(jìn)行了全面統(tǒng)計(jì)與分析。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)釹鐵硼;主相;輔相;專利分析

中圖分類號(hào)：TM273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2019）36-0057-03

Abstract： As an important functional material， sintered NdFeB magnets are used in many fields widely. Based on patent literature， this paper analyzes the development and characteristics of the additive mode of the Primary Phase and Secondary Phase Composite Technology of Sintered NdFeB Magnets.

Key words： sintered NdFeB magnets; primary phase; secondary phase; patent analysis

1 前言

燒結(jié)釹鐵硼永磁材料發(fā)展多年來，已廣泛應(yīng)用于電機(jī)、電子、環(huán)保、汽車等領(lǐng)域，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料之一。目前，稀土永磁材料的研究主要集中在成分及工藝的改進(jìn)。元素添加對(duì)磁體磁性能影響較大。采用不同添加方式，經(jīng)熱處理，將稀土元素和其他元素沿晶界擴(kuò)散到磁體內(nèi)部，使元素主要存在于晶界及晶粒外圍，形成具有高磁晶各向異性場(chǎng)的殼層結(jié)構(gòu)，不僅提高了磁體的矯頑力，還在節(jié)約重稀土元素，同時(shí)還可改善磁體其他性能[1-3]。目前添加方式主要包括表面涂覆、表面濺射蒸發(fā)、電化學(xué)以及其他等方式。下面針對(duì)上述幾種燒結(jié)釹鐵硼磁性材料主輔相復(fù)合技術(shù)添加方式特點(diǎn)及相關(guān)專利進(jìn)行梳理與介紹。

2 專利分析

圖1為燒結(jié)釹鐵硼磁性材料主輔相復(fù)合技術(shù)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)，經(jīng)對(duì)國內(nèi)外燒結(jié)釹鐵硼磁性材料主輔相復(fù)合添加方式專利申請(qǐng)統(tǒng)計(jì)分析，主輔相復(fù)合添加方式專利申請(qǐng)始于1984年，經(jīng)歷了90年代的萌芽期后，申請(qǐng)量迅速增長，2005年開始，專利申請(qǐng)量增長迅速，年申請(qǐng)量超過20件，隨后開始下落;經(jīng)歷了2009—2011年的低落期后，申請(qǐng)量又迎來了新一輪的迅猛增長，于2013—2014年達(dá)到另一高峰。相對(duì)于國外，中國對(duì)主輔相復(fù)合添加方式技術(shù)的研究起步較國外晚，1987年才開始提出專利申請(qǐng)，早期申請(qǐng)量不足，可能由于早期國內(nèi)研究人員研究資源及對(duì)專利的認(rèn)識(shí)程度不足等原因造成的，在經(jīng)歷了一段時(shí)間的摸索后，國內(nèi)申請(qǐng)人在此方向的專利申請(qǐng)于2014年也達(dá)到了一個(gè)新的高峰，年申請(qǐng)量超過了其他國家及地區(qū)的年申請(qǐng)量總和。由主輔相復(fù)合添加方式技術(shù)專利申請(qǐng)量的變化趨勢(shì)可知，作為傳統(tǒng)的技術(shù)方向，該方向還在不斷地引起眾多研究者的關(guān)注，隨著國內(nèi)申請(qǐng)人對(duì)專利的認(rèn)識(shí)程度的提高以及研究基礎(chǔ)的積累，該技術(shù)方向也蘊(yùn)含著發(fā)展?jié)摿?，專利申?qǐng)量還會(huì)持續(xù)增長。

2.1 專利申請(qǐng)人分析

2.1.1 國外主要申請(qǐng)人。圖2為國外主要申請(qǐng)人分別情況。因材料的研究的難度及耗費(fèi)情況，該技術(shù)方向上的核心技術(shù)還僅掌握在少數(shù)國家的少數(shù)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)手上。國外主要申請(qǐng)人的專利分析可知，專利申請(qǐng)主要集中在日立、住友、TDK、信越、通用等公司，這些企業(yè)也均是各個(gè)國家在該行業(yè)的龍頭企業(yè)，掌握著磁性材料的相關(guān)核心專利，如1983年日本住友特殊金屬公司研制的稀土永磁材料——釹鐵硼，其在該領(lǐng)域研究時(shí)間較長，專利布局也較多。

2.1.2 國內(nèi)主要申請(qǐng)人。圖3為國內(nèi)主要申請(qǐng)人分布情況。國內(nèi)專利主要申請(qǐng)人的專利分析可知，主要集中在公司和科研院所，國內(nèi)公司占50%，科研院所占了27%的申請(qǐng)量，國外公司占了21%，個(gè)人申請(qǐng)量較低為2%，國外公司在中國申請(qǐng)的公司主要為日立、TDK、住友、豐田、日太金屬和通用等公司，這也與國外專利申請(qǐng)人類似;國內(nèi)公司中主要為北京中科三環(huán)、安徽萬磁、安泰科技、浙江東陽東磁、比亞迪、寧波韻升、沈陽中北、京磁材料、寧波科星、煙臺(tái)正海和浙江中杭等公司。國內(nèi)科研院所中浙江大學(xué)、北京科技大學(xué)以及中國科學(xué)院寧波材料與工程研究所等申請(qǐng)量較多，經(jīng)分析可知，該研究方向的研究者主要集中在技術(shù)與資金儲(chǔ)備較好的科研院所和企業(yè)中。

2.2 專利分類分析

2.2.1 粉末混合方式。粉末混合指將主相合金粉末和輔合金粉末混合，經(jīng)后期處理制備磁體。粉末混合方式具有如下優(yōu)勢(shì)：可調(diào)控輔合金的含量與成分，自由改善晶界相之間成分，研制出不同性能不同型號(hào)的磁體，方法成熟方便，適合大規(guī)模生產(chǎn)，是目前主要使用的方法，但需重稀土較多[1]?，F(xiàn)有主要專利，如JPS6167752A、JPS63127504A、JPH01111843A、JPH01127643A、JPH03264653A、US5395458A、CN1688000A、CN101266855A、CN101315825A、CN102655050A、CN103495733A、CN104064346A等中分別采用主相粉末與富稀土R相、還原鈣合金粉末、Ti75Fe25、三種不同R-T-B粉末混合、納米氧化物、常規(guī)金屬Al和Cu、多個(gè)主相、多個(gè)輔相等，以改善磁體矯頑力、（BH）max、居里溫度與熱穩(wěn)定性、拉伸強(qiáng)度、耐溫性、剩磁以及成本等。

2.2.2 表面涂覆方式。表面涂覆方式是將含有添加元素的粉末和液態(tài)混合，涂覆至磁體表面，經(jīng)擴(kuò)散處理，將稀土元素?cái)U(kuò)散至磁體內(nèi)部。與粉末混合相比，方法簡單，沉積效率高，可減少稀土元素的添加，實(shí)現(xiàn)重稀土的高效利用，擴(kuò)散后得到高矯頑力的磁體，但涂層厚度及均勻性不可控[1]?，F(xiàn)有主要專利，如CN101006534A、CN1838342A、CN104576016A、JP2014017480A、CN105074852A、CN106158205A、CN107025969A等中分別采用浸泡、漿料直接涂覆、噴涂、以及混合其他物質(zhì)涂覆等，減少了重稀土元素的使用、改善了磁體最大磁能積、內(nèi)稟矯頑力、耐腐蝕性、減少成本等。

2.2.3 表面濺射蒸發(fā)方式。表面濺射蒸發(fā)的方式與表面涂覆方式相似，主要不同為表面濺射蒸發(fā)方式采用濺射、蒸發(fā)等物理方式，將稀土元素沉積到磁體表面，然后經(jīng)擴(kuò)散處理，擴(kuò)散至磁體內(nèi)部。該方法可得到均勻、厚度可控的涂層，減少重稀土元素的使用量，可改善磁體性能，但真空濺射設(shè)備昂貴，薄膜沉積速度慢，不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)[1]?，F(xiàn)有主要專利如JP2007305878A 、CN1728295A、JP2010267790A、CN103003900A、CN104900359A、CN106384637、CN105755441A等中分別采用表面濺射蒸發(fā)方式得到了高抗腐蝕性、高矯頑力、磁通密度、剩磁和磁能積等。

2.2.4 電化學(xué)方式。采用電化學(xué)方法將稀土或其他元素沉積在磁體表面，然后經(jīng)擴(kuò)散處理，擴(kuò)散至磁體內(nèi)部，該方法相比表面濺射蒸發(fā)方式，設(shè)備簡單經(jīng)濟(jì)，沉積時(shí)間短，厚度以及均勻性可控，可有利于大規(guī)模生產(chǎn)[1]?，F(xiàn)有主要專利，如JP2007288020A、CN102103916A、CN102776547A、CN106876072A、CN106409497A等中采用電化學(xué)方式得到高矯頑力、提高擴(kuò)散效率、節(jié)約稀土資源、剩磁、適合批量化生產(chǎn)等。

2.2.5 其他方式。利用其他方式添加元素，經(jīng)擴(kuò)散處理，得到磁體。如CN10574204A中，利用高能離子注入技術(shù)，將稀土及合金元素以高能離子的形式注入預(yù)燒坯;經(jīng)晶界擴(kuò)散，提高燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力，有效利用稀土及合金元素，縮短擴(kuò)散路徑，提升擴(kuò)散效率。CN105957679A中采用磁體毛坯表面兩側(cè)覆蓋重稀土板，經(jīng)擴(kuò)散處理，得到高磁性能磁體。CN107146670A中，將復(fù)合粉末通過靜電附著于待處理磁體的表面，經(jīng)熱處理，得到所述稀土永磁材料，方法效率高，附著物和基體磁體結(jié)合力強(qiáng);制備高矯頑力磁體，節(jié)約重稀土使用。CN107240469A中將重稀土金屬粉末與有機(jī)溶劑配置成溶液;將溶液涂抹在模具的內(nèi)壁上，然后將粉末倒入模具內(nèi);經(jīng)壓坯、熱處理，得到高矯頑力磁體。

3 結(jié)論

本文從燒結(jié)釹鐵硼磁性材料主輔相復(fù)合技術(shù)中的添加方式技術(shù)的發(fā)展以及主要專利申請(qǐng)進(jìn)行了篩選和分析，分析了專利發(fā)展趨勢(shì)、國內(nèi)外主要申請(qǐng)人分布以及目前主要添加方式的技術(shù)特點(diǎn)和主要專利，以期通過上述專利分析得到不同添加方式的發(fā)展以及特點(diǎn)，以利于后期研究者對(duì)磁性材料的添加方式進(jìn)行借鑒及進(jìn)一步擴(kuò)展研究，以使該方向更好發(fā)展。

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