專利名稱：磁體用粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作稀土 -鐵-硼基磁體的原料的磁體用粉末、用于制造該磁體用粉末的方法、由該粉末形成的粉末成形體、稀土-鐵-硼基合金材料和用于制造該合金材料的方法。尤其是，本發(fā)明涉及這樣的磁體用粉末，其具有優(yōu)異的成形性、并且能夠形成具有高相對(duì)密度的粉末成形體。
背景技術(shù)：
稀土磁體被廣泛用作電機(jī)和發(fā)電機(jī)的永磁體。稀土磁體的典型例子包括燒結(jié)磁體和粘結(jié)磁體，它們均由R-Fe-B基合金(R 稀土元素，F(xiàn)e 鐵，B 硼，例如Nd (釹)-Fe-B基合金)構(gòu)成。燒結(jié)磁體均通過將由R-Fe-B基合金構(gòu)成的粉末壓縮成形并隨后燒結(jié)成形的產(chǎn)物來制造；粘結(jié)磁體均通過將由R-Fe-B基合金構(gòu)成的合金粉末與粘結(jié)劑樹脂混合并隨后將所得到的混合物壓縮成形或注射成形來制造。尤其是，對(duì)于用于粘結(jié)磁體的粉末，為了增強(qiáng)矯頑力，對(duì)其進(jìn)行氫化-歧化-解吸附-再結(jié)合處理(HDDR處理，HD 氫化和歧化，DR 解吸附和再結(jié)合)。燒結(jié)磁體由于高比率的磁相而具有優(yōu)異的磁體特性，但是其形狀自由度小，因而難以形成復(fù)雜的形狀，如圓筒形、柱形和罐形(帶底部的圓筒形)。在復(fù)雜形狀的情況下，需要切削燒結(jié)的材料。另一方面，粘結(jié)磁體具有高的形狀自由度，但是其磁體特性劣于燒結(jié)磁體的磁體特性。對(duì)應(yīng)于此，專利文獻(xiàn)1公開了將由Nd-Fe-B基合金構(gòu)成的細(xì)合金粉末壓縮成形以形成生壓粉體(粉末成形體)，并且對(duì)所述生壓粉體進(jìn)行HDDR處理以提高形狀自由度并制造具有優(yōu)異磁體特性的磁體。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本未審查專利申請(qǐng)公開No. 2009-123968

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題如上文描述，燒結(jié)磁體具有優(yōu)異的磁體特性，但是其形狀自由度低；而粘結(jié)磁體具有高的形狀自由度，但是因存在粘結(jié)劑樹脂而具有最多約80體積％的磁相比率，因而在增加磁相比率方面有困難。因此，希望開發(fā)用于稀土磁體的材料，利用該材料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。由PTLl中公開的由Nd-Fe-B基合金構(gòu)成的合金粉末和通過HDDR處理該合金粉末所制造的粉末含有具有高剛度、因而幾乎不變形的組成顆粒。因此，為了在不燒結(jié)的情況下制造具有高磁相比率的稀土磁體，需要相對(duì)高的壓力以通過壓縮成形制造具有高相對(duì)密度的粉末成形體。尤其是，當(dāng)合金粉末由粗顆粒構(gòu)成時(shí)，需要更高的壓力。因此，需要開發(fā)可以容易地成形為具有高相對(duì)密度的粉末成形體的原料。
此外，對(duì)如PTLl中所述的壓粉體進(jìn)行HDDR處理可以引起所得的磁體用多孔體破裂，原因是生壓粉體在該處理期間膨脹-收縮。因此，需要開發(fā)可以制造稀土磁體的原料和用于制造該原料的方法，其中所述的稀土磁體在制造期間引起少的破裂并且具有令人滿意的強(qiáng)度和優(yōu)異的磁體特性。因此，本發(fā)明的目的是提供一種磁體用粉末，該磁體用粉末具有優(yōu)異的成形性并且可以形成相對(duì)密度高的粉末成形體。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于制造所述磁體用粉末的方法。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供適合作為稀土磁體用原料的粉末成形體、稀土-鐵-硼基合金材料和用于制造該合金材料的方法，其中所述稀土磁體具有優(yōu)異的磁特性并且由稀土-鐵-硼基合金構(gòu)成。解決問題的方案為了增加稀土磁體中的磁相比率并且為了在不燒結(jié)的情況下制造具有優(yōu)異磁體特性的磁體，本發(fā)明人研究了粉末成形法的用途，而不是使用粘結(jié)劑樹脂形成粘結(jié)磁體的成形法。如上文描述，通常的原料粉末(即，由Nd-Fe-B基合金構(gòu)成的合金粉末和通過HDDR 處理該合金粉末制造的處理粉末)是堅(jiān)硬的并且?guī)缀醪蛔冃危蚨哂械偷膲嚎s成形性并難以改善粉末成形體的密度。因此，作為增強(qiáng)成形性的各種研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粉末不具有其中稀土元素和鐵結(jié)合在一起的化合物狀態(tài)(如，稀土-鐵-硼基合金)，而具有其中稀土元素和鐵不結(jié)合(即，鐵組分和鐵-硼合金組分獨(dú)立于稀土元素而存在)的結(jié)構(gòu)時(shí)，該粉末具有高的可變形性和優(yōu)異的成形性，由此制得具有高相對(duì)密度的粉末成形體。 還發(fā)現(xiàn)通過對(duì)由稀土-鐵-硼基合金構(gòu)成的合金粉末進(jìn)行特定的熱處理可以制造具有特定結(jié)構(gòu)的粉末。此外，對(duì)將得到的粉末壓縮成形而制造的粉末成形體進(jìn)行特定熱處理，從而制得這樣的稀土 -鐵-硼基合金材料，該合金材料與由經(jīng)受HDDR處理的生壓粉體和使用經(jīng)受 HDDR處理的處理粉末所制造的成形體制造的材料類似。尤其是，可以使用由具有高相對(duì)密度的粉末成形體制造的稀土-鐵-硼基合金材料制造具有高磁相比率和優(yōu)異磁特性的稀土磁體(具體而言，稀土 -鐵-硼基合金磁體)。本發(fā)明基于這些發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明的磁體用粉末是用于稀土磁體的粉末，并且包括這樣的磁性顆粒，該磁性顆粒構(gòu)成所述磁體用粉末并且均由小于40體積％的稀土元素的氫化合物以及余物構(gòu)成， 其中所述余物由含鐵材料構(gòu)成。該含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金。在每個(gè)磁性顆粒中，稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相彼此相鄰存在；并且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3 μ m以下。本發(fā)明的磁體用粉末可以通過下文所述的本發(fā)明的用于制造磁體用粉末的方法制造。所述制造方法是制造用于稀土磁體的磁體用粉末的方法，并且包括下文描述的制備步驟和氫化步驟，其中構(gòu)成所述磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒由小于40體積％的稀土元素的氫化合物以及余物構(gòu)成，其中所述余物由含鐵材料構(gòu)成，所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金。此外，稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相彼此相鄰存在；并且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3 μ m以下。制備步驟制備由稀土 -鐵-硼基合金構(gòu)成的合金粉末的步驟氫化步驟在含有氫元素的氣氛中，在等于或高于所述稀土 -鐵-硼基合金的歧化溫度的溫度下對(duì)所述合金粉末進(jìn)行熱處理以制造磁體用粉末的步驟。構(gòu)成本發(fā)明的磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒包括多個(gè)相，這些相包括含鐵材料的相和稀土元素的氫化合物的相，但是不包括單層稀土合金(如，R-Fe-B基合金或R-Fe-N基合金)。與R-Fe-B基合金和R-Fe-N基合金及稀土元素的氫化合物的相比，含鐵材料的相柔軟并且富有成形性。此外，構(gòu)成本發(fā)明磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒包含含有鐵的含鐵材料作為主要組分(60體積％以上)，從而可以通過將本發(fā)明的磁體用粉末壓縮成形使磁性顆粒中的含鐵材料的相充分變形。另外，如上文所述，含鐵材料的相存在于稀土元素的氫化合物的相之間。即，含鐵材料的相均一地存在，而不局限于構(gòu)成粉末的每個(gè)磁性顆粒中，因而通過壓縮成形使每個(gè)磁性顆粒均一地變形。因此，通過使用本發(fā)明的磁體用粉末，可以制造具有高相對(duì)密度的粉末成形體(本發(fā)明的粉末成形體)。此外，通過使用具有高相對(duì)密度的粉末成形體，可以在不燒結(jié)的情況下制造具有高磁相比率的稀土-鐵-硼基合金材料(本發(fā)明的稀土 -鐵-硼基合金材料)，并且使用所述稀土 -鐵-硼基合金材料，可以制造具有高磁相比率的稀土磁體。另外，由于磁性顆粒因含鐵材料的充分變形而嚙合并且結(jié)合在一起， 故不同于粘結(jié)磁體，可以在不包含粘結(jié)劑樹脂的情況下制造磁相比率為80體積％以上、優(yōu)選90體積％以上的稀土磁體。此外，不同于燒結(jié)磁體，通過將本發(fā)明的磁體用粉末壓縮成形而制造的粉末成形體不經(jīng)歷燒結(jié)，因而沒有因由燒結(jié)引起的收縮各向異性所致的形狀限制并具有高的形狀自由度。因此，通過使用本發(fā)明的磁體用粉末，可以在基本上不進(jìn)行切削等的情況下，容易地形成復(fù)雜形狀，例如，圓筒形、柱形或罐形。另外，由于不需要切削，因而可以顯著改善原料產(chǎn)率，并且可以改善稀土磁體的生產(chǎn)性。另外，如上文所述，可以通過在含有氫元素的氣氛中，在指定溫度下對(duì)稀土-鐵-硼基合金粉末進(jìn)行熱處理，從而容易地制造本發(fā)明的磁體用粉末。另外，如上文所述，本發(fā)明的磁體用粉末具有優(yōu)異的成形性，因而可以制成相對(duì)粗糙的粉末，并且可以使用約100 μ m的粗糙粉末作為原料粉末。因此，在制造本發(fā)明的磁體用粉末中，可以使用通過將熔融鑄錠粗磨至平均粒徑為約100 μ m所制造的粉末或通過霧化法(例如，熔融金屬霧化法)所制造的粉末作為原料粉末。在燒結(jié)磁體和粘結(jié)磁體中，使用10 μ m以下的細(xì)粉末作為用于形成燒結(jié)前成形產(chǎn)物的原料粉末或待與樹脂混合的原料。 使用上述的粗糙粉末作為原料，制造了本發(fā)明的磁體用粉末，并且不需要將原料粉末精細(xì)研磨成10 μ m以下的細(xì)粉末的研磨步驟，因而允許嘗試通過縮短制造工藝來降低成本。發(fā)明的有益效果本發(fā)明的磁體用粉末具有高成形性并且能夠制造本發(fā)明的具有高相對(duì)密度的粉末成形體。此外，使用本發(fā)明的粉末成形體或本發(fā)明的稀土 -鐵-硼基合金材料，能夠制造具有高磁相比率的稀土磁體。用于制造發(fā)明的磁體用粉末的方法和用于制造本發(fā)明的稀土-鐵-硼基合金材料的方法分別能夠以高生產(chǎn)性制造本發(fā)明的磁體用粉末和本發(fā)明的稀土-鐵-硼基合金材料。附圖簡要說明[

圖1]圖1為示出使用本發(fā)明的磁體用粉末制造磁體的工藝實(shí)例的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式以下進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。[磁體用粉末]構(gòu)成本發(fā)明磁體用粉末的磁性顆粒均含有含量為60體積％以上的含鐵材料作為主要組分。當(dāng)含鐵材料的含量小于60體積％時(shí)，作為硬質(zhì)組分的稀土元素的氫化合物的量相對(duì)地增加，因而在壓縮成形期間含鐵組分難以充分變形，而當(dāng)含鐵材料的含量過高時(shí)，磁特性降低。因此，該含量優(yōu)選為90體積％以下。該含鐵材料含有鐵以及鐵-硼合金。該鐵-硼合金例如為 ^3Β。除鐵-硼合金之夕卜，還添加純鐵(Fe)以改善成形性。相對(duì)于100%含鐵材料而言，鐵-硼合金的含量優(yōu)選為 10%至40% (質(zhì)量比率)。當(dāng)鐵-硼合金的含量為10質(zhì)量％以上時(shí)，鐵單相很少析出，因而容易抑制因大量鐵單相所致的磁特性降低。當(dāng)該含量為40質(zhì)量％以下時(shí)，成形性優(yōu)異。 可以(例如)通過測(cè)量X射線衍射峰強(qiáng)度(峰面積)并且比較所測(cè)量的峰強(qiáng)度來測(cè)定含鐵材料中鐵與鐵-硼合金的比率。此外，該含鐵材料可以具有其中鐵被選自Co、Ga、Cu、Al、Si 和Nb的至少一種元素部分替換的形式。在含有這種元素的含鐵材料的形式下，可以改善稀土磁體的磁特性和耐腐蝕性。另一方面，如果磁性顆粒不含稀土元素的氫化合物，則不能制造稀土磁體。稀土元素的氫化合物的含量高于O體積％，并且優(yōu)選為大于或等于10體積％且小于40體積％。 可以通過適當(dāng)?shù)馗淖冏鳛樵摲勰┑脑鲜褂玫南⊥?鐵-硼基合金的組成和用于制造該粉末的熱處理?xiàng)l件(主要是溫度)，來調(diào)節(jié)含鐵材料或稀土元素的氫化合物的含量以及鐵與鐵-硼合金的比率。構(gòu)成磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒允許含有不可避免的雜質(zhì)。構(gòu)成本發(fā)明的磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒中所含有的稀土元素為選自Sc (鈧)、 Y(釔)、鑭系元素和錒系元素中的至少一種元素。尤其是，優(yōu)選含有選自Nd、ft~、Ce、Dy和Y 中的至少一種元素，并且Nd(釹)是特別優(yōu)選的，原因是可以制造具有優(yōu)異磁特性的R-Fe-B 基合金磁體。稀土元素的氫化合物的例子包括NdH2和DyH2。構(gòu)成本發(fā)明磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相以它們之間具有如上所述的指定距離存在，簡而言之，具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)相均一地離散存在。所述結(jié)構(gòu)的常見例子包括其中兩個(gè)相存在于分層結(jié)構(gòu)中的分層形式和其中稀土元素的氫化合物的相是顆粒狀并且顆粒狀的稀土元素的氫化合物分散于充當(dāng)母相的含鐵材料的相中的分散形式。根據(jù)用于制造本發(fā)明的磁體用粉末的熱處理?xiàng)l件(主要是溫度)，兩種相的存在形式傾向于在增加的溫度下變成分散形式并且在接近于歧化溫度的溫度下變成分層形式。通過使用具有分層形式的粉末，可以在不使用粘結(jié)劑樹脂的情況下形成(例如) 磁相比率與粘結(jié)磁體的磁相比率(約80體積％)相等的稀土磁體。在分層形式的情況下， 表述“稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相彼此相鄰”表示其中兩個(gè)相在構(gòu)成磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒的剖面中基本上交替層疊的狀況。此外，在分層形式的情況下，表述 “相鄰的稀土元素的氫化合物相之間的距離”是指在剖面中，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中心至中心的距離。在分散形式下，含鐵材料組分均一地存在于由稀土元素的氫化合物構(gòu)成的顆粒周圍，因而含鐵材料組分可以比分層形式下更容易地變形。例如，可以容易地形成具有復(fù)雜形狀(如圓筒形、柱形或罐形)的粉末成形體和相對(duì)密度為85%以上、尤其是90%以上的高密度粉末成形體。在分散形式的情況下，表述“稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相彼此相鄰” 一般表示這樣的狀況，其中，在構(gòu)成磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒的剖面中，含鐵材料存在以覆蓋稀土元素的氫化合物顆粒的外周，并且含鐵材料存在于相鄰的稀土元素的氫化合物顆粒之間。此外，在分散形式的情況下，表述“相鄰的稀土元素的氫化合物相之間的距離”是指在剖面中，相鄰的稀土元素的氫化合物顆粒之間的中心至中心距離。可以通過這樣的方式測(cè)量所述距離例如，通過蝕刻斷面除去含鐵材料的相以提取稀土元素的氫化合物、根據(jù)所用溶液的類型通過除去稀土元素的氫化合物以提取含鐵材料，或通過用EDX(能量色散X射線光譜學(xué))裝置分析斷面的構(gòu)成。在距離為3μπι以下的情況下，為適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚硎褂盟龇勰┑姆勰┏尚误w以將含有含鐵材料和稀土元素的氫化合物的混合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成稀土 -鐵-硼基合金，從而形成稀土 -鐵-硼基合金材料，不需要過多能量的輸入。此外，可以抑制因稀土-鐵-硼基合金晶體的粗糙化所致的特性降低。為了允許含鐵材料充分地存在于稀土元素的氫化合物的相之間，該距離優(yōu)選為0. 5μπι以上， 特別是1 μ m以上。可以通過控制用作原料的稀土-鐵-硼基合金粉末的組成或在規(guī)定的范圍內(nèi)控制用于制造磁體用粉末的熱處理法的熱處理?xiàng)l件(尤其溫度)，來調(diào)節(jié)該距離。例如，通過增加稀土-鐵-硼基合金粉末中鐵或硼的比率(原子比)或在規(guī)定的范圍內(nèi)增加熱處理(氫化)的溫度，該距離傾向于增加。構(gòu)成本發(fā)明的磁體用粉末的磁性顆粒的平均粒徑特別優(yōu)選為大于或等于10 μ m 且小于或等于500μπι。在ΙΟμπι以上的相對(duì)大的粒徑情況下，可以相對(duì)地降低稀土元素的氫化合物在每個(gè)磁性顆粒表面中的比率(下文稱作“占有率”)。在這種情況下，稀土元素通常易于氧化。然而，滿足所述平均粒徑的粉末因占有率低而很少氧化，因而可以在空氣中處置。因此，例如，可以在空氣中形成粉末成形體，從而改善粉末成形體的生產(chǎn)性。此外，本發(fā)明的磁體用粉末含有含鐵材料的相，因而具有如上所述的優(yōu)異的成形性，因而甚至可以通過使用具有100 μ m以上平均粒徑的粗糙粉末形成具有低孔隙度和高相對(duì)密度的粉末成形體。然而，過大的平均粒徑引起粉末成形體的相對(duì)密度降低，因而該平均粒徑優(yōu)選為500 μ m 以下。該平均粒徑更優(yōu)選為大于或等于50 μ m且小于或等于200 μ m。另外，本發(fā)明的磁體用粉末可以具有其中在每個(gè)磁性顆粒的外周提供由絕緣材料構(gòu)成的絕緣涂層的形式。通過使用設(shè)置有絕緣涂層的粉末，形成具有高電阻的稀土磁體，并且(例如)可以通過將這種磁體用于電機(jī)來減少渦流損耗。絕緣涂層的例子包括Si、Al、 Ti等的氧化物的結(jié)晶和非結(jié)晶玻璃涂層；金屬氧化物(如，由Me-Fe-O(Me =金屬元素，如， Ba、Sr、Ni、Mn等)表示的鐵氧體)涂層、磁體飾304)和Dy2O3 ；樹脂(如，有機(jī)硅樹脂)涂層；和有機(jī)-無機(jī)復(fù)合化合物(如，硅倍半氧烷化合物)涂層。結(jié)晶涂層、玻璃涂層、氧化物涂層和陶瓷涂層可以具有抗氧化功能。在這種情況下，也可以提供磁性顆粒的氧化。此外， 可以提供SiN或Si-C基陶瓷涂層用于改善導(dǎo)熱性。在設(shè)置有涂層(如絕緣涂層)的粉末的情況下，構(gòu)成粉末的每個(gè)磁性顆粒的形狀優(yōu)選地接近于球形以抑制壓縮成形期間對(duì)涂層的損壞。對(duì)用于其他稀土磁體(例如，稀土 -鐵-碳基合金磁體)的磁體用粉末而言，可以使用這樣的形式，其中含鐵材料含有鐵、以及含鐵與碳的鐵-碳合金。如同含有鐵-硼合金的粉末，也可以通過在含有氫元素的氣氛中，在等于或高于稀土 -鐵-碳基合金的歧化溫度的溫度下熱處理由所述稀土 -鐵-碳基合金構(gòu)成的合金粉末，從而制造含有鐵-碳合金的粉末。在上文和下文描述的各項(xiàng)中，術(shù)語“鐵-硼合金”和“稀土 -鐵-硼基合金”可以由術(shù)語“鐵-碳合金”和“稀土 -鐵-碳基合金”替換。稀土 -鐵-碳基合金的常見例子包括 Nd2Fe14C0[用于制造磁體用粉末的方法]可以通過下列步驟制備所述磁體用粉末制備由稀土 -鐵-硼基合金構(gòu)成的合金粉末(例如，Ndfe14B)并且在含有氫元素的氣氛中熱處理該合金粉末以將該合金中的稀土元素、鐵和鐵-硼合金彼此分離，同時(shí)使稀土元素和氫化合。可以(例如)通過采用研磨機(jī) (如顎式破碎機(jī)、噴射磨機(jī)或球磨機(jī))研磨由稀土-鐵-硼基合金或箔形材料(其通過快速凝固方法獲得)構(gòu)成的熔融鑄錠制造所述合金粉末，或通過使用霧化法(如氣體霧化法) 制造所述合金粉末。尤其是，氣體霧化法的使用可以通過在非氧化環(huán)境中形成粉末而形成基本上不含氧的粉末(氧濃度1000質(zhì)量ppm以下，優(yōu)選500質(zhì)量ppm以下)。S卩，在構(gòu)成合金粉末的磁性顆粒中，可以用1000質(zhì)量ppm以下的氧濃度作為表示在非氧化氣氛中通過氣體霧化法制造的粉末的指標(biāo)。此外，作為由稀土-鐵-硼基合金構(gòu)成的合金粉末，可以使用這樣的粉末，該粉末通過已知的粉末制造方法或霧化方法制造并且進(jìn)一步研磨?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)馗淖冄心l件或制造條件調(diào)節(jié)磁體用粉末的磁性顆粒的粒度分布和形狀。例如， 可以通過霧化方法容易地制造成形期間具有高球度和優(yōu)異填充性能的粉末。構(gòu)成磁體用粉末的磁性顆?？梢跃啥嗑Щ騿尉?gòu)成?？梢酝ㄟ^適當(dāng)熱處理由多晶構(gòu)成的磁性顆粒來形成由單晶構(gòu)成的顆粒。當(dāng)進(jìn)行后續(xù)步驟中用于氫化的熱處理，從而基本上不改變粒度時(shí)，在制備步驟中制備的合金粉末的粒度基本上與本發(fā)明的磁體用粉末相同。由于本發(fā)明的粉末如上文所述在成形性方面優(yōu)異，因此(例如)可以使得粉末相對(duì)粗糙從而具有約100 μ m的平均粒徑。 因此，在制備步驟中，可以使用平均粒徑為約IOOym的合金粉末。作為含有氫元素的氣氛，可以使用僅含有氫(H2)的單一氣氛或含有氫(H2)和惰性氣體(如，Ar或N2)的混合氣氛。氫化步驟中的熱處理溫度等于或高于稀土 -鐵-硼基合金進(jìn)行歧化反應(yīng)的溫度，即，歧化溫度。歧化反應(yīng)是通過優(yōu)先氫化稀土元素而使稀土元素的氫化合物、鐵和鐵-硼合金彼此分離的反應(yīng)，并且將該反應(yīng)發(fā)生的下限溫度稱作歧化溫度。 歧化溫度隨合金的組成和稀土元素的類型而變化。例如，當(dāng)稀土 -鐵-硼基合金是Ndfe14B 時(shí)，熱處理溫度為(例如)650°C以上。在熱處理溫度接近歧化溫度的情況下，產(chǎn)生上述的分層形式，而在熱處理溫度比歧化溫度高100°C以上的情況下，產(chǎn)生上述的分散形式。氫化步驟中的熱處理溫度越高，則鐵相和鐵-硼合金相越容易出現(xiàn)，并且同時(shí)析出的硬質(zhì)稀土元素的氫化合物更少地變成變形的抑制因素，因而增強(qiáng)了成形性。然而，在過高熱處理溫度的情況下，出現(xiàn)諸如熔融固著(melt fixing)之類的問題，因而熱處理溫度優(yōu)選為1100°C以下。尤其是，當(dāng)稀土 -鐵-硼基合金是Ndfe14B時(shí)，在氫化步驟中使用大于或等于750°C且小于或等于900°C的相對(duì)低的熱處理溫度的情況下，獲得了具有小距離的微細(xì)結(jié)構(gòu)，并且可以通過使用這種粉末容易地形成具有高矯頑力的稀土磁體。保持時(shí)間為(例如)大于或等于0. 5小時(shí)且小于或等于5小時(shí)。所述熱處理對(duì)應(yīng)于直到上述HDDR處理中歧化步驟的處理，并且可以使用已知的歧化條件。[粉末成形體]
可以通過壓縮成形本發(fā)明的磁體用粉末從而將粉末成形體成形的成形步驟制造本發(fā)明的粉末成形體。由于本發(fā)明的磁體用粉末具有如上文所述的優(yōu)異的成形性，故可以形成具有高相對(duì)密度(相對(duì)于粉末成形體的真密度而言的實(shí)際密度)的粉末成形體。例如， 本發(fā)明的一種形式的粉末成形體的相對(duì)密度為85%以上，更為90%以上。通過使用具有這種高密度的粉末成形體，可以制造具有高磁相比率的稀土磁體。由于磁相比率隨相對(duì)密度的提高而增加，故不特別提供相對(duì)密度的上限。此外，由于本發(fā)明的磁體用粉末具有優(yōu)異的成形性，故可以將壓縮成形的壓力降低至相對(duì)低的值，例如，大于或等于8噸/cm2且小于或等于15噸/cm2。此外，由于本發(fā)明的磁體用粉末具有優(yōu)異的成形性，故甚至可以容易地形成具有復(fù)雜形狀的粉末成形體。此夕卜，由于本發(fā)明的磁體用粉末包括均可以充分變形的磁性顆粒，故可以制造這樣的粉末成形體，其在磁性顆粒間具有優(yōu)異的粘結(jié)性(通過磁性顆粒的表面凹凸不平之間的嚙合所產(chǎn)生的強(qiáng)度(所謂的頸縮強(qiáng)度)發(fā)展)，具有高強(qiáng)度并且在制造期間很少破裂。此外，通過壓縮成形期間適當(dāng)?shù)丶訜岢尚斡媚＞呖梢源龠M(jìn)變形，從而可以容易地制造具有高密度的粉末成形體。另外，用于壓縮成形的非氧化氣氛可以有利地防止本發(fā)明的磁體用粉末的氧化。[稀土-鐵-硼基合金材料和制造該材料的方法]本發(fā)明的稀土 -鐵-硼基合金材料可以通過以下方法制造通過解吸附步驟(其在非氫氣氛中對(duì)粉末成形體進(jìn)行熱處理(脫氫)以避免與磁性顆粒反應(yīng)并充分除去氫)從稀土元素的氫化合物中除去氫，同時(shí)將鐵、鐵-硼合金和除去了氫的稀土元素化合。本發(fā)明的稀土 -鐵-硼基合金材料具有基本上包括稀土 -鐵-硼基合金相的單一形式，或混合形式 (包括混合相的形式)，所述混合形式包括稀土 -鐵-硼基合金相和選自鐵相、鐵-硼合金相和稀土 -鐵合金相中的至少一種相的組合?；旌闲问降睦影òF相及稀土-鐵-硼基合金相的形式、包含鐵-硼合金相及稀土 -鐵-硼基合金相的形式或者包含稀土 -鐵合金相及稀土-鐵-硼基合金相的形式。單一形式的例子是與用作本發(fā)明磁體用粉末的原料的稀土-鐵-硼基合金具有基本上相同組成的形式。所述混合形式通常根據(jù)用作原料的稀土-鐵-硼基合金的組成而改變，并且(例如)可以通過使用具有高鐵比率(原子比)的原料形成包含鐵相和稀土-鐵-硼合金相的形式。非氫氣氛是惰性氣氛(例如，Ar或隊(duì)的惰性氣體氣氛)或減壓氣氛(在低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力下的真空氣氛)。尤其優(yōu)選減壓氣氛，原因是稀土 -鐵-硼合金徹底形成，幾乎不剩下稀土元素的氫化合物，從而制得具有優(yōu)異磁特性的本發(fā)明的稀土 -鐵-硼基合金材料。在真空氣氛的情況下，最終真空度優(yōu)選為10 以下。解吸附的溫度等于或高于粉末成形體的再結(jié)合溫度(分離的含鐵材料和稀土元素的化合溫度)。再結(jié)合溫度根據(jù)粉末成形體(構(gòu)成成形產(chǎn)物的磁性顆粒)的組成而改變， 但通常是700°C以上。溫度越高，可以越充分地除去氫。然而，當(dāng)解吸附溫度過高時(shí)，具有高蒸氣壓的稀土元素的量可能因蒸發(fā)而減少，或稀土磁體的矯頑力可能因稀土 -鐵-硼基合金晶體的粗糙化而降低。因此，溫度優(yōu)選為1000°C以下。保持時(shí)間例如為大于或等于10 分鐘且小于或等于600分鐘(10小時(shí))。解吸附對(duì)應(yīng)于HDDR處理法的DR處理，并且可以應(yīng)用已知的DR處理?xiàng)l件。解吸附步驟中的熱處理可以在向所述粉末成形體施加4T以上的磁場(chǎng)的情況下進(jìn)行。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過在向粉末成形體施加強(qiáng)磁場(chǎng)的同時(shí)，在解吸附步驟中熱處理可以制造具有更優(yōu)異磁特性的稀土磁體。認(rèn)為其原因如下。在粉末成形體的單純解吸附中， 由稀土-鐵-硼基合金(例如，Nd2!^14B)構(gòu)成并在構(gòu)成粉末成形體的磁性顆粒的結(jié)構(gòu)中生成的初始晶核呈現(xiàn)這樣的狀態(tài)，其中電子方向因熱擾動(dòng)的影響而容易無序(容易變得無規(guī)律)，其中所述熱擾動(dòng)由于解吸附期間高于居里溫度的加熱溫度所致。因此，認(rèn)為制造了具有無規(guī)晶體取向的稀土 -鐵-硼基合金材料。然而，當(dāng)解吸附期間施加高磁場(chǎng)時(shí)，初始晶核中的電子方向被磁場(chǎng)改變以形成在恒定方向上取向的晶體，從而制得包括具有恒定取向的晶體的稀土-鐵-硼基合金材料。還認(rèn)為，包括在一個(gè)方向上取向的晶體的稀土-鐵-硼基合金材料具有優(yōu)異的磁特性，因?yàn)榕c無規(guī)取向相比，所述晶體的磁性很少彼此抵消。在這種情況下，用于磁化稀土磁體的磁場(chǎng)通常是約2T。如下文描述的試驗(yàn)例子中所示，在施加這種程度磁場(chǎng)的情況下的解吸附引起的磁特性改善程度較小或基本上無改善。另一方面，可以通過施加有規(guī)定強(qiáng)磁場(chǎng)的解吸附，制造具有優(yōu)異磁特性的稀土 -鐵-硼基合金材料。施加的磁場(chǎng)優(yōu)選盡可能地高并且是4T以上。通過在惰性氣氛或減壓氣氛中，在施加4T以上磁場(chǎng)的情況下熱處理粉末成形體所制造的稀土-鐵-硼基合金材料表現(xiàn)出如上所述的恒定取向。表述“具有恒定取向”表示，(例如)在從具有與磁場(chǎng)的施加方向平行的法向的表面(下文稱作“法向表面”)測(cè)量稀土 -鐵-硼基合金材料的X射線衍射圖譜時(shí)，在0. 202nm至0. 204nm之間的晶面間距離處出現(xiàn)的衍射峰的相對(duì)強(qiáng)度滿足70以上。主要具有規(guī)定間距的取向面的稀土 -鐵-硼基合金材料具有更優(yōu)異的磁特性。此夕卜，隨著相對(duì)強(qiáng)度增加，磁特性傾向于變得更優(yōu)異。例如，相對(duì)強(qiáng)度是75以上。相對(duì)強(qiáng)度由測(cè)量的強(qiáng)度Ix與參考強(qiáng)度Imax之比((Ix/Imax) X 100)確定，其中Imax代表從法向表面獲得的峰強(qiáng)度當(dāng)中作為參考強(qiáng)度的最高峰強(qiáng)度，并且Ix代表在0. 202nm至0. 204nm之間的晶面間距離處出現(xiàn)的衍射峰的測(cè)量強(qiáng)度。[稀土磁體]可以通過適當(dāng)?shù)卮呕景l(fā)明的稀土 -鐵-硼基合金材料制造稀土磁體。尤其是， 通過使用上述具有高相對(duì)強(qiáng)度的粉末成形體，可以制造磁相比率為80體積％以上、更為90 體積％以上的稀土磁體。以下通過試驗(yàn)例子并參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)一步詳細(xì)描述。在附圖中， 放大稀土元素的氫化合物以易于理解。[試驗(yàn)例1]形成均含有稀土元素、鐵和硼的多種粉末，并且通過壓縮成形所得粉末來檢驗(yàn)每種粉末的成形性。根據(jù)包括制備合金粉末的制備步驟和在氫氣氛中熱處理的氫化步驟的方法制備每種粉末。此外，使用包覆粉末來檢驗(yàn)成形性，其中所述包覆粉末是通過在根據(jù)所述方法形成的每個(gè)粉末顆粒上形成絕緣涂層而制得的。首先，制備具有表I中所示的每種組成(四舍五入至有效數(shù)字)的稀土-鐵-硼合金(NdJeyBz)鑄錠，隨后在Ar氣氛中使用硬質(zhì)合金研缽研磨鑄錠以制造平均粒徑為100 μ m 的合金粉末(圖1 (I))。使用激光衍射型粒度分布分析儀測(cè)量累計(jì)重量百分比為50%時(shí)的
1粒徑(50%下的粒徑)作為平均粒徑。此外，在非氧化氣氛(如，Ar)中研磨可以有效地防止粉末的氧化。將合金粉末在氫(H2)氣氛中在850°C下熱處理3小時(shí)。熱處理(氫化)后制造的粉末(磁體用粉末)用環(huán)氧樹脂固定以制備用于結(jié)構(gòu)觀察的樣品。將該樣品在所需位置處切削或拋光，從而防止樣品中所含粉末的氧化，并且使用能量色散X射線衍射(EDX)裝置， 測(cè)量構(gòu)成磁體用粉末并存在于切削表面(或拋光表面)中的每個(gè)顆粒的組成。此外，用光學(xué)顯微鏡或電子散射顯微鏡(100倍至10，000倍)觀察切削表面(或拋光表面)以檢查構(gòu)成磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒的形態(tài)。結(jié)果，證實(shí)了，如圖I(II)中所示，構(gòu)成磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒包括充當(dāng)母相的含鐵材料的相2 (通常為鐵(Fe)和鐵-硼合金(Fe3B)的相)和分散于母相中的多個(gè)顆粒狀的稀土元素的氫化合物相3 (通常是NdH2)，并且含鐵材料的相2夾在相鄰的稀土元素的氫化合物顆粒之間。使用通過與環(huán)氧樹脂結(jié)合所形成的樣品，測(cè)定每個(gè)磁性顆粒的稀土元素的氫化合物NdH2和含鐵材料i^、Fe-B的含量(體積％ )。結(jié)果在表I中示出。假設(shè)以下所述的有機(jī)硅樹脂以某體積比(0. 75體積％)存在，通過利用作為原料所用的合金粉末的組成和NdH2、 Fe和!^e3B的原子重量計(jì)算體積比，從而分別測(cè)定所述含量?；蛘?，可以通過下列方法測(cè)定各含量例如，從由NdH2、Fe和!^e3B在使用磁體用粉末制造的成形產(chǎn)物的切削表面(或拋光表面)的面積中的面積比率所確定的面積比計(jì)算出體積比，或者通過使用根據(jù)X射線分析所得的峰強(qiáng)度比測(cè)定各含量。此外，通過使用EDX裝置對(duì)每種粉末的組成進(jìn)行表面分析(映射數(shù)據(jù))來測(cè)量相鄰的稀土元素的氫化合物顆粒之間的距離。在這種情況下，在切削表面(或拋光表面)的表面分析中提取NdH2的峰位置，并且測(cè)量相鄰的NdH2峰位置之間的距離并平均化，以確定平均距離值。結(jié)果在表I中示出。用作為Si-O涂膜(作為絕緣涂膜)的前體使用的有機(jī)硅樹脂包覆磁體用粉末，從而制備粉末，并且用水壓機(jī)在10噸/cm2的表面壓力下將具有絕緣涂膜的粉末壓縮成形(圖 1 (III))。結(jié)果，可以在10噸/cm2的表面壓力下將除樣品No. 1-15之外的每種粉末充分地壓縮成形，從而形成外徑為10mm、高度為IOmm的柱狀粉末成形體4 (圖I(IV))。據(jù)認(rèn)為，樣品No. 1-15含有過小量的含鐵材料的相并且難以充分地壓縮成形，因而不能形成粉末成形體。測(cè)定每種所制造的粉末成形體的實(shí)際密度(成形密度)和相對(duì)密度(相對(duì)于真密度的實(shí)際密度)。結(jié)果在表I中示出。通過使用市售密度測(cè)量裝置測(cè)量實(shí)際密度。使用NdH2 密度(5. 96g/cm3)、Fe 密度(7. 874g/cm3) ,Fe3B 密度(7. 474g/cm3)、有機(jī)硅樹脂密度(1. Ig/ cm3)和表I中所示的體積比，通過計(jì)算測(cè)定真密度。[表I]
權(quán)利要求
1.一種用于稀土磁體的磁體用粉末，其中構(gòu)成所述磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒均由小于40體積％的稀土元素的氫化合物、以及余物構(gòu)成，所述余物由含鐵材料構(gòu)成；所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金； 所述稀土元素的氫化合物的相和所述含鐵材料的相彼此相鄰存在；并且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為 3μπι以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁體用粉末，其中所述稀土元素是選自Nd、ft~、Ce、Dy和Y中的至少一種元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁體用粉末， 其中所述氫化合物的相是顆粒狀，并且顆粒狀的所述稀土元素的氫化合物分散于所述含鐵材料的相中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的磁體用粉末，其中所述磁性顆粒的平均粒徑大于或等于10 μ m且小于或等于500 μ m。
5.一種粉末成形體，其是通過將根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的磁體用粉末壓縮成形而制造的，其中所述粉末成形體的相對(duì)密度為85%以上。
6.一種稀土 -鐵-硼基合金材料，其是通過在惰性氣氛或減壓氣氛中對(duì)根據(jù)權(quán)利要求 5所述的粉末成形體進(jìn)行熱處理而制造的。
7.—種稀土 -鐵-硼基合金材料，其是通過在惰性氣氛或減壓氣氛中對(duì)根據(jù)權(quán)利要求 5所述的粉末成形體進(jìn)行熱處理而制造的，所述合金材料包含混合相材料，該混合相材料包括稀土 -鐵-硼合金相以及選自鐵相、鐵-硼合金相和稀土 -鐵合金相中的至少一種相。
8.—種稀土-鐵-硼基合金材料，其是通過在施加4T以上的磁場(chǎng)的同時(shí)，在惰性氣氛或減壓氣氛中對(duì)根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉末成形體進(jìn)行熱處理而制造的，其中，在從具有與所述磁場(chǎng)的施加方向平行的法向的表面測(cè)得的X射線衍射圖譜中，在0. 202nm至0. 204nm 之間的晶面間距離處出現(xiàn)的衍射峰的相對(duì)強(qiáng)度是70以上。
9.一種制造用于稀土磁體的磁體用粉末的方法，該方法包括 制備由稀土-鐵-硼基合金構(gòu)成的合金粉末的制備步驟；和在含有氫元素的氣氛中，在等于或高于所述稀土 -鐵-硼基合金的歧化溫度的溫度下對(duì)所述合金粉末進(jìn)行熱處理以制造所述磁體用粉末的氫化步驟，其中構(gòu)成所述磁體用粉末的每個(gè)磁性顆粒均由小于40體積％的稀土元素的氫化合物、以及余物構(gòu)成，所述余物由含鐵材料構(gòu)成；所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金；所述稀土元素的氫化合物的相和所述含鐵材料的相彼此相鄰存在；并且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3μπι以下。
10.一種制造用于稀土磁體的稀土 -鐵-硼基合金材料的方法，該方法包括 制備由稀土-鐵-硼基合金構(gòu)成的合金粉末的制備步驟；在含有氫元素的氣氛中，在等于或高于所述稀土 -鐵-硼基合金的歧化溫度的溫度下對(duì)所述合金粉末進(jìn)行熱處理以制造磁體用粉末的氫化步驟，所述磁體用粉末包括磁性顆粒，每個(gè)所述磁性顆粒均由小于40體積％的稀土元素的氫化合物、以及余物構(gòu)成，所述余物由含鐵材料構(gòu)成；所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金；所述稀土元素的氫化合物的相和所述含鐵材料的相彼此相鄰存在；并且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3 μ m以下；將所述磁體用粉末壓縮成形以形成相對(duì)密度為85%以上的粉末成形體的成形步驟；和。在惰性氣氛或減壓氣氛中，在等于或高于所述粉末成形體的再結(jié)合溫度的溫度下對(duì)所述粉末成形體進(jìn)行熱處理以形成稀土-鐵-硼合金相的解吸附步驟。
11.一種制造用于稀土磁體的稀土 -鐵-硼基合金材料的方法，該方法包括 制備由稀土-鐵-硼基合金構(gòu)成的合金粉末的制備步驟；在含有氫元素的氣氛中，在等于或高于所述稀土 -鐵-硼基合金的歧化溫度的溫度下對(duì)所述合金粉末進(jìn)行熱處理以制造磁體用粉末的氫化步驟，所述磁體用粉末包括磁性顆粒，每個(gè)所述磁性顆粒均由小于40體積％的稀土元素的氫化合物、以及余物構(gòu)成，所述余物由含鐵材料構(gòu)成；所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金；所述稀土元素的氫化合物的相和所述含鐵材料的相彼此相鄰存在；并且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3 μ m以下；將所述磁體用粉末壓縮成形以形成相對(duì)密度為85%以上的粉末成形體的成形步驟；和。在惰性氣氛或減壓氣氛中，在等于或高于所述粉末成形體的再結(jié)合溫度的溫度下對(duì)所述粉末成形體進(jìn)行熱處理以形成混合相的解吸附步驟，其中所述混合相含有稀土 -鐵-硼合金相以及選自鐵相、鐵-硼合金相和稀土 -鐵合金相中的至少一種相。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的制造稀土-鐵-硼基合金材料的方法，其中所述解吸附步驟中的所述熱處理是在對(duì)所述粉末成形體施加4T以上的磁場(chǎng)的情況下進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁體用粉末、制造該粉末的方法、粉末成形體和稀土/鐵/硼合金材料，所述磁體用粉末能夠形成具有優(yōu)異磁特性的稀土磁體并且具有優(yōu)異的壓縮成形性。所述磁體用粉末由磁性顆粒(1)構(gòu)成，磁性顆粒(1)具有這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含由含鐵物質(zhì)構(gòu)成的相(2)以及分散于該相(2)中的由稀土元素的氫化合物構(gòu)成的相(3)的顆粒。由含鐵物質(zhì)構(gòu)成的相(2)均一地存在于各磁性顆粒(1)中。因此，所述粉末具有優(yōu)異的壓縮成形性并且容易由其獲得密度增加的粉末成形體(4)。通過這樣的方法獲得磁體用粉末將稀土/鐵/硼合金(R-Fe-B合金)的粉末在氫氣氛中，在不低于該R-Fe-B基合金的歧化溫度的溫度下進(jìn)行熱處理，從而使稀土元素和含鐵物質(zhì)分離，并且產(chǎn)生稀土元素的氫化合物。將所述磁體用粉末壓縮成形以獲得粉末成形體(4)。將粉末成形體(4)在真空中熱處理以獲得R-Fe-B合金材料(5)。將R-Fe-B合金材料(5)磁化以獲得R-Fe-B合金磁體(6)。
文檔編號(hào)C22C33/02GK102510782SQ20118000384
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者前田徹, 渡邊麻子 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社