燒結釹鐵硼磁體主輔相復合添加技術專利分析

高濤 陳安邦

摘要：燒結釹鐵硼磁體作為當今重要的功能材料，廣泛應用于眾多領域。本文基于專利文獻對燒結釹鐵硼磁性材料主輔相復合技術中的添加方式技術的發展以及特點進行了全面統計與分析。

關鍵詞：燒結釹鐵硼;主相;輔相;專利分析

中圖分類號：TM273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

燒結釹鐵硼永磁材料發展多年來，已廣泛應用于電機、電子、環保、汽車等領域，是現代科學技術發展的重要基礎材料之一。目前，稀土永磁材料的研究主要集中在成分及工藝的改進。元素添加對磁體磁性能影響較大。采用不同添加方式，經熱處理，將稀土元素和其他元素沿晶界擴散到磁體內部，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的殼層結構，不僅提高了磁體的矯頑力，還在節約重稀土元素，同時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、電化學以及其他等方式。下面針對上述幾種燒結釹鐵硼磁性材料主輔相復合技術添加方式特點及相關專利進行梳理與介紹。

2 專利分析

圖1為燒結釹鐵硼磁性材料主輔相復合技術的專利申請趨勢，經對國內外燒結釹鐵硼磁性材料主輔相復合添加方式專利申請統計分析，主輔相復合添加方式專利申請始于1984年，經歷了90年代的萌芽期后，申請量迅速增長，2005年開始，專利申請量增長迅速，年申請量超過20件，隨后開始下落;經歷了2009—2011年的低落期后，申請量又迎來了新一輪的迅猛增長，于2013—2014年達到另一高峰。相對于國外，中國對主輔相復合添加方式技術的研究起步較國外晚，1987年才開始提出專利申請，早期申請量不足，可能由于早期國內研究人員研究資源及對專利的認識程度不足等原因造成的，在經歷了一段時間的摸索后，國內申請人在此方向的專利申請于2014年也達到了一個新的高峰，年申請量超過了其他國家及地區的年申請量總和。由主輔相復合添加方式技術專利申請量的變化趨勢可知，作為傳統的技術方向，該方向還在不斷地引起眾多研究者的關注，隨著國內申請人對專利的認識程度的提高以及研究基礎的積累，該技術方向也蘊含著發展潛力，專利申請量還會持續增長。

2.1 專利申請人分析

2.1.1 國外主要申請人。圖2為國外主要申請人分別情況。因材料的研究的難度及耗費情況，該技術方向上的核心技術還僅掌握在少數國家的少數企業和研究機構手上。國外主要申請人的專利分析可知，專利申請主要集中在日立、住友、TDK、信越、通用等公司，這些企業也均是各個國家在該行業的龍頭企業，掌握著磁性材料的相關核心專利，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，其在該領域研究時間較長，專利布局也較多。

2.1.2 國內主要申請人。圖3為國內主要申請人分布情況。國內專利主要申請人的專利分析可知，主要集中在公司和科研院所，國內公司占50%，科研院所占了27%的申請量，國外公司占了21%，個人申請量較低為2%，國外公司在中國申請的公司主要為日立、TDK、住友、豐田、日太金屬和通用等公司，這也與國外專利申請人類似;國內公司中主要為北京中科三環、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、煙臺正海和浙江中杭等公司。國內科研院所中浙江大學、北京科技大學以及中國科學院寧波材料與工程研究所等申請量較多，經分析可知，該研究方向的研究者主要集中在技術與資金儲備較好的科研院所和企業中。

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，經后期處理制備磁體。粉末混合方式具有如下優勢：可調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的磁體，方法成熟方便，適合大規模生產，是目前主要使用的方法，但需重稀土較多[1]。現有主要專利，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、常規金屬Al和Cu、多個主相、多個輔相等，以改善磁體矯頑力、（BH）max、居里溫度與熱穩定性、拉伸強度、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混合，涂覆至磁體表面，經擴散處理，將稀土元素擴散至磁體內部。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，實現重稀土的高效利用，擴散后得到高矯頑力的磁體，但涂層厚度及均勻性不可控[1]。現有主要專利，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、內稟矯頑力、耐腐蝕性、減少成本等。

2.2.3 表面濺射蒸發方式。表面濺射蒸發的方式與表面涂覆方式相似，主要不同為表面濺射蒸發方式采用濺射、蒸發等物理方式，將稀土元素沉積到磁體表面，然后經擴散處理，擴散至磁體內部。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，但真空濺射設備昂貴，薄膜沉積速度慢，不適合大規模工業生產[1]。現有主要專利如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 電化學方式。采用電化學方法將稀土或其他元素沉積在磁體表面，然后經擴散處理，擴散至磁體內部，該方法相比表面濺射蒸發方式，設備簡單經濟，沉積時間短，厚度以及均勻性可控，可有利于大規模生產[1]。現有主要專利，如JP2007288020A、CN102103916A、CN102776547A、CN106876072A、CN106409497A等中采用電化學方式得到高矯頑力、提高擴散效率、節約稀土資源、剩磁、適合批量化生產等。

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

3 結論

本文從燒結釹鐵硼磁性材料主輔相復合技術中的添加方式技術的發展以及主要專利申請進行了篩選和分析，分析了專利發展趨勢、國內外主要申請人分布以及目前主要添加方式的技術特點和主要專利，以期通過上述專利分析得到不同添加方式的發展以及特點，以利于后期研究者對磁性材料的添加方式進行借鑒及進一步擴展研究，以使該方向更好發展。

參考文獻：

[1] 郭誠君.“磁控濺射（Dy/Pr）-Zn制備高矯頑力NdFeB磁體工藝與性能研究”[D].贛州：江西理工大學，2017.

[2] 吳葉仁.晶界相優化制備燒結Nd-Fe-B永磁材料研究[D].杭州：浙江大學，2010.

[3] 曹學靜.電泳沉積晶界擴散釹鐵硼磁性及機制研究[D].武漢：武漢大學，2016.