專利名稱：：稀土類永磁體的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及插入到汽車用IPM型電動機的轉子軛中的槽中的稀土類永磁體。
背景技術：
：作為稀土類永磁體，R-Fe-B系稀土類永磁體(R是稀土元素)是公知的。作為高質量永磁體，R-Fe-B系稀土類永磁體用于要求這種高質量的電動汽車或混合動力車。但是，由于R-Fe-B系稀土類永磁體包含容易氧化的稀土元素和鐵作為主要成分，所以存在如下的問題其抗腐蝕性相對較低，并由于腐蝕而引起磁性的劣化和偏差。另外，由于電動汽車或混合動力車的電動機要求高性能，所以在許多情況下采用了內部永磁體(IPM)型電動機。IPM型電動機具有這樣的轉子結構，其中磁體插入到設置在軛內的槽中，軛是通過層疊硅鋼片而形成的。由于軛是通過對沖孔的硅鋼片進行層疊而制造的，所以在槽的表面上可能出現(xiàn)諸如沖孔刃的污損或刮擦的凹凸。因此，當將表面涂有抗腐蝕層的R-Fe-B系永磁體插入槽中時，該抗腐蝕層可能被這種凹凸而刮擦。結果，磁體的抗腐蝕存在問題，使得磁氣特性和電動機特性可能劣化。另外，由于IPM型電動機的旋轉達6000rpm以上，所以在旋轉過程中，對槽中的磁體施加大的離心力以及磁體的大的磁吸引力。因此，磁體在槽中在徑向上移動，使得磁體可能與軛碰撞。結果，也存在如下的問題涂層被刮擦或磨損，并且涂層中出現(xiàn)裂紋。由于該原因，在汽車用IPM型電動機的R-Fe-B系永磁體的表面處理中，除了抗腐蝕性(不易腐蝕的性質)之外，還需要抗磨損性(不易磨損的性質)和抗沖擊性(不易破裂的性質)。為了提高抗腐蝕性、抗磨損性和抗沖擊性，提出了如下技術在稀土類永磁體的表面上形成由抗氧化金屬構成的保護層。例如，日本特開平(JP-A)9-7810號公報公開了一種疊層涂層，通過組合低硬度不光亮Ni涂膜和高硬度光亮Ni涂膜而形成該疊層涂層，以提高抗腐蝕性并且保證抗磨損性。另外，日本特開(JP-A)2003-97429號公報公開了一種Ni-P涂層，該Ni-P涂層形成鐵系燒結材料的表面上，具有大約690至820的維氏硬度，以提高鐵系燒結材料的抗磨損性。但是，在JP-A9-7810號公報和JP-A2003-97429號公報中公開的稀土類永磁體不能同時滿足抗腐蝕性、抗磨損性和抗沖擊性的全部要求。因此，需要滿足全部這些要求的稀土類永磁體。
發(fā)明內容本發(fā)明旨在提供對于汽車用IPM型電動機來說最優(yōu)的稀土類永磁體，其能夠提高抗腐蝕性、抗磨損性和抗沖擊性。根據本發(fā)明的實施方式，提供一種插入到汽車用IPM型電動機的轉子軛中的槽中的稀土類永磁體，其中，在R-Fe-B系永磁體(R是稀土元素)的表面上形成有厚度為15iim以上并且30ym以下的單層電鍍Ni涂膜，其中，所述電鍍Ni涂膜具有維氏硬度為300以上并且600以下的高硬度區(qū)域、以及維氏硬度為150以上并且300以下的低硬度區(qū)域，并且其中所述高硬度區(qū)域和所述低硬度區(qū)域混合布置在二維平面中。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述高硬度區(qū)域中的維氏硬度為350以上并且600以下，所述低硬度區(qū)域中的維氏硬度為150以上并且250以下。根據該結構，可以實現(xiàn)高性能涂層，該涂層具有作為沖擊吸收材料的功能和作為具有高硬度和優(yōu)異可滑動性的抗磨損材料的功能。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述電鍍Ni涂膜具有柱狀晶體結構。由于晶體結構，可以可靠地覆蓋具有大晶粒和粗糙表面的磁體本體的晶界(grainboundary)部分，使得可以可靠地掩埋針孔(pinhole)。按照該方式，根據本發(fā)明，在稀土類永磁體的表面上形成有電鍍Ni涂膜，該電鍍Ni涂膜具有作為沖擊吸收材料的功能和作為具有高硬度和優(yōu)異可滑動性的抗磨損材料的功能。因此，即使在稀土類永磁體用于插入到汽車用IPM型電動機的轉子軛的槽中的情況下，也可以抑制由涂層的刮擦所引起的磁體基部的暴露以及涂層的裂紋，這可以為磁體提供優(yōu)異的抗腐蝕性、抗磨損性和抗沖擊性。結合附圖，根據對特定優(yōu)選實施方式的以下描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點將變得更明顯，在附圖中圖1是例示采用了根據本發(fā)明的稀土類永磁體的IPM型電動機的結構的分解立體圖；圖2是例示IPM型電動機的主要部分的正面圖；圖3是例示根據本發(fā)明實施方式的稀土類永磁體的結構的示意性截面圖；以及圖4是例示保護層的截面中的維氏硬度分布的示意圖。具體實施例方式下面將參考附圖來詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖1是例示采用了根據本發(fā)明的稀土類永磁體的IPM型電動機的結構的分解立體圖。圖2是例示IPM型電動機的主要部分的正面圖。如在圖1中所示，IPM型電動機10包括定子12和布置在定子12內的轉子14。轉子14包括軛14a和布置在軛14a中的稀土類永磁體16。多個定子磁極12a被布置為從定子12的內周向定子12的中心突出。每一個定子磁極12a中裝配有線圈(未示出)。突起12b被布置為從定子12的外周突出。將各個突起12b通過將螺栓(未示出)插入在其中穿孔的孔中而固定到殼體(未示出)。通過層疊多個硅鋼片而構造轉子14的軛14a。多個轉子磁極14b被布置為從轉子14突出而面對定子磁極12a。通過穿孔而在各個轉子磁極14b中形成磁體插入槽14c。稀土類永磁體16在轉子的徑向上布置在槽14c的內側。根據本實施方式的IPM型電動機10由薄的內部轉子型無刷電動機構成。轉子14的中心側處的安裝表面18的螺栓接合部18a(圖2中示出)與汽車引擎的曲柄軸(未示4出)的端部螺栓接合，轉子14的圓周側處的安裝表面20的螺栓接合部20a(圖2中示出)與變速器(transmission)(未示出)螺栓接合，使得電動機用作混合動力車的驅動源。圖3是例示根據本發(fā)明實施方式的稀土類永磁體16的結構的示意性截面圖。如圖3中所示，稀土類永磁體16形成為大致板狀，其中在其幾乎全部表面上布置有保護層21。保護層21由單層鍍金屬涂膜構成。該鍍金屬涂膜具有多晶結構，并優(yōu)選地具有柱狀晶體結構。這是因為，通過使用具有柱狀晶體結構的鍍金屬涂膜，可以獲得高的抗腐蝕性。柱狀晶體優(yōu)選地在徑向上生長。根據該結構，在晶體晶界相對較復雜地交叉的情況下，可以抑制外界腐蝕材料透過晶界擴散。關于柱狀晶體的大小，優(yōu)選的是，平均長方向直徑是2i！m以上，平均短方向直徑是1ym以下。由于諸如磁體基體22的粉末冶金處理中的燒結合金的晶粒直徑較粗，所以一些涂膜可能不能覆蓋磁體基體22的晶界部分(換言之，可能不能掩埋針孔)。但是，由于具有柱狀晶體結構的涂膜在電結晶化中密集地生長，所以這樣的涂膜適于掩埋針孔。另夕卜，保護層21的厚度優(yōu)選為15iim到30iim。如果厚度小于15ym，則不能掩埋針孔，并且不能獲得足夠的抗腐蝕性。如果厚度超過30iim，則該厚度大大影響尺寸精度，并且不能獲得有效的磁氣特性。因此，可能增加成本和/或膜淀積時間。另外，同一層中的平面方向上的保護層21的維氏硬度優(yōu)選是300以上、600以下，即，在高硬度區(qū)域，更優(yōu)選為350以上、600以下。由于該高硬度區(qū)域，可以獲得全部保護層中的高抗磨損性。另外，如果維氏硬度為600以上，則全部保護層中的硬度都很高，使得保護層21可能容易斷裂或剝落。因此，降低了抗沖擊性。另外，同一層中的平面方向上的保護層21的維氏硬度優(yōu)選為150以上、300以下，即，在低硬度區(qū)域，更優(yōu)選為150以上、250以下。由于該低硬度區(qū)域的柔性，可以減緩沖擊，使得可以獲得高的抗沖擊性。另外，如果維氏硬度為150以下，則保護層21太軟，使得由于沖擊而出現(xiàn)大的變形。因此增加了保護層的磨損量和磨損速度。保護層21優(yōu)選由鎳制造。由于鎳，可以獲得高的抗腐蝕性、抗磨損性和抗沖擊性。保護層21優(yōu)選由電鍍形成。可以根據希望的鍍層來選擇電鍍槽。此時，通過調節(jié)電鍍槽的類型和電鍍時的電流密度，可以控制保護層21的平均晶體晶粒直徑及其晶體形狀。例如，通過施加較高的電壓，電流密度可以為0.3A/dm2以上、10A/dm2以下；通過添加適當?shù)墓饬羷?，可以將保護層21構成為具有細晶體。另外，例如，電流密度可以為0.01A/dm2以上、0.3A/dm2以下；通過添加適當?shù)墓饬羷?，可以將保護層21構成為具有柱狀晶體結構。作為電鍍用光亮劑的示例，按照需要可以使用半光亮添加劑或光亮添加劑。作為半光亮添加劑的示例，存在不包含硫的有機材料，如丁炔二醇、鄰吡喃酮、丙炔醇或甲醛水。另外，在光亮添加劑中，作為一次光亮劑的示例，存在糖精、l，5-萘二磺酸鈉、l，3，6-萘三磺酸三鈉、對甲苯磺酰胺等。作為二次光亮劑的示例，存在鄰吡喃酮、2-丁炔1，4-二醇、乙撐氰醇、丙炔醇、甲醛、硫脲、喹啉、嘧啶等。如上所述，在根據本實施方式的稀土類永磁體中，由于在稀土類永磁體的表面上形成單層電鍍Ni涂膜，所以即使在稀土類永磁體插入到IPM型電動機10的轉子14中的軛14a的槽中的情況下，也可以抑制由于涂層的刮擦而引起的磁體基部的暴露以及在涂層中出現(xiàn)裂紋。因此，可以為磁體提供優(yōu)異的抗腐蝕性、抗磨損性和抗沖擊性。具體來說，根據本發(fā)明，由于在同一層上同時布置有具有高維氏硬度(Hv，300-600)的區(qū)域和具有低維氏硬度(Hv，150-300)的區(qū)域，所以可以實現(xiàn)如下的高性能涂層，該涂層具有作為沖擊吸收材料的功能、和作為具有高硬度和優(yōu)異可滑動性的抗磨損材料的功能。另外，根據本發(fā)明，由于鍍Ni涂層具有柱狀晶體結構，所以可以安全地覆蓋具有大晶粒和粗糙表面的磁體基體22的晶界部分，使得可以可靠地掩埋針孔。實施例通過使用粉末冶金處理而形成的Nd-Fe-B燒結體在氬氛圍中經受600°C的熱處理達兩個小時，將得到的產品塑形為15X40X8(mm)的尺寸，并通過滾桶研磨處理而對其進行斜面(chamfer)加工，從而獲得磁體基體。接著，在用脫脂堿溶液對磁體基體進行漂洗之后，通過硝酸溶液使其表面活化，此后用水進行清洗。隨后，通過電鍍，在磁體基體的表面上形成由鍍鎳膜構成的、厚度為20ym的保護層。此時，通過使用滾桶鍍處理，在鍍槽中，將六水合硫酸鎳調整為240g/L;將六水合氯化鎳調整為50g/L;將硼酸調整為30g/L;將2-丁炔1，4-二醇調整為0.5g/L;并且將pH調整為4.5。另外，將溶液的溫度調整為50°C，并且將平均電流密度調整為0.3A/dm2的恒定值。結果，獲得根據實施例1的稀土類永磁體(樣本1)。比較例1通過使用除了下面的處理之外與實施例1的處理相同的處理，獲得比較例1的稀土類永磁體。換言之，通過電鍍形成由鍍鎳膜構成的、厚度為20ym的保護層。此時，通過使用滾桶鍍處理，在鍍槽中，將六水合硫酸鎳調整為240g/L;將六水合氯化鎳調整為50g/L;將硼酸調整為30g/L;將2-丁炔-1，4-二醇調整為0.5g/L;將糖精調整為lg/L;并且將pH調整為4.5。另外，將溶液的溫度調整為5(TC，并且將平均電流密度調整為1A/dm2的恒定值。結果，獲得根據比較例1的稀土類永磁體(樣本2)。比較例2通過使用除了下面的處理之外與實施例1的處理相同的處理，獲得比較例2的稀土類永磁體。換言之，通過電鍍形成由鍍鎳膜構成的、厚度為20ym的保護層。此時，通過使用滾桶鍍處理，在鍍槽中，將六水合硫酸鎳調整為240g/L;將六水合氯化鎳調整為50g/L;將硼酸調整為30g/L;并且將pH調整為4.5。另外，將溶液的溫度調整為5(TC，將平均電流密度調整為0.1A/dm2的恒定值。結果，獲得根據比較例2的稀土類永磁體(樣本3)。在表1中，以百分比列出了保護層的截面中的維氏硬度在150到300的范圍內的區(qū)域與維氏硬度在300到600的范圍內的區(qū)域的比率。括號中的值表示維氏硬度Hv.的平均值。另外，根據IS014577，通過納米壓痕試驗來測量維氏硬度。另外，圖4例示保護層的截面中的維氏硬度的分布。在圖4中，上部表示表面?zhèn)?，下部表示磁體的基部側。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>評價1:劇烈沖擊疲勞試驗對這些樣本執(zhí)行劇烈沖擊疲勞試驗，其中對樣本表面的任意兩個位置施加1X10—4到3X10—4J的能量達107到109次。結果，在根據實施例1的稀土類永磁體樣本1中，鍍Ni保護層的平均磨損量是5m，其最大磨損量是11Pm。在根據比較例1的稀土類永磁體樣本2中，鍍Ni保護層的磨損量在大約2到3m的范圍中。但是，存在保護層裂開或剝落的多個位置，使得暴露了部分的磁體基體。在根據比較例2的稀土類永磁體樣本3中，鍍Ni保護層的平均磨損量是9m，使得暴露了部分的磁體基體。根據上述結果，可以理解，通過控制保護層的硬度的分布，可以大大地提高抗磨損性和抗沖擊性。評價2:抗腐蝕試驗對樣本1至3執(zhí)行抗腐蝕試驗，其中將稀土類永磁體樣本保持在50°CX95%的恒熱恒濕槽中達72小時。根據試驗的結果，發(fā)現(xiàn)在任一個樣本中都沒出現(xiàn)腐蝕，從而可以獲得優(yōu)異的抗腐蝕性。權利要求一種稀土類永磁體，該稀土類永磁體插入到汽車用內部永磁體型電動機的轉子軛中的槽中，該稀土類永磁體包括R-Fe-B系永磁體，其中R是稀土元素；和形成在所述R-Fe-B系永磁體上的具有單層的電鍍Ni涂膜，該電鍍Ni涂膜的厚度為15μm以上、30μm以下，其中，所述電鍍Ni涂膜具有維氏硬度為300以上、600以下的高硬度區(qū)域，以及維氏硬度為150以上、300以下的低硬度區(qū)域，并且其中，所述高硬度區(qū)域和所述低硬度區(qū)域混合布置在二維平面中。2.根據權利要求1所述的稀土類永磁體，其中，所述高硬度區(qū)域中的維氏硬度為350以上、600以下，所述低硬度區(qū)域中的維氏硬度為150以上、250以下。3.根據權利要求1或權利要求2所述的稀土類永磁體，其中，所述電鍍Ni涂膜具有柱狀晶體結構。全文摘要本發(fā)明涉及稀土類永磁體。提供了對于汽車用內部永磁體型電動機最優(yōu)化的稀土類永磁體，其能夠提高抗腐蝕性、抗磨損性和抗沖擊性。通過在R-Fe-B系永磁體(22)的表面上形成厚度為15μm以上、30μm以下并且形狀為柱狀晶體結構的電鍍Ni涂膜(21)，構成稀土類永磁體(16)，其中R是稀土元素。電鍍Ni涂膜(21)具有維氏硬度為300以上、600以下的高硬度區(qū)域以及維氏硬度為150以上、300以下的低硬度區(qū)域。在如下狀態(tài)下使用稀土類永磁體(16)稀土類永磁體(16)插入到汽車用IPM型電動機的轉子軛中的槽中。文檔編號H01F7/02GK101794657SQ20101010439公開日2010年8月4日申請日期2010年1月27日優(yōu)先權日2009年1月30日發(fā)明者久保田誠,岡田秀德,小松敏泰,永井武司,真谷康隆,萩原淳,西山忠夫申請人:Tdk株式會社;本田技研工業(yè)株式會社