稀土類磁體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種即便降低Dy、Tb等重稀土元素的使用或者不使用Dy、Tb等重稀土元素也抑制了高溫退磁率的稀土類磁體。本發(fā)明所涉及的稀土類磁體含有R2T14B主相結(jié)晶顆粒和鄰接的主相結(jié)晶顆粒之間的晶界相，在所述稀土類磁體的任意截面中，在用Wadell的圓磨度（Roundness）A評價所述主相結(jié)晶顆粒的圓度時，以該圓磨度A成為0.24以上的方式控制主相結(jié)晶顆粒的形狀。
【專利說明】稀土類磁體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稀土類磁體，進一步詳細地說，涉及控制了 R-T-B系燒結(jié)磁體的微細結(jié)構(gòu)的稀土類磁體。

【背景技術(shù)】
[0002]以Nd-Fe-B系燒結(jié)磁體為代表的R_T_B系燒結(jié)磁體(R表示稀土元素，T表示以Fe作為必要元素的一種以上的鐵族元素，B表示硼)由于具有高的飽和磁通密度，因此，對使用機器的小型化?高效率化有利，可以被用于硬盤驅(qū)動器的音圈電機等中。近年來，也適用于各種工業(yè)用發(fā)動機或者混合動力汽車的驅(qū)動發(fā)動機等中，從節(jié)能等的觀點出發(fā)，希望在這些領(lǐng)域中進一步普及。但是，R-T-B系燒結(jié)磁體在混合動力汽車等的適用中，由于磁體會暴露于比較高的溫度中，因此，抑制由熱導致的高溫退磁變得重要。在抑制該高溫退磁中，眾所周知充分提高R-T-B系燒結(jié)磁體在室溫下的矯頑力的方法有效。
[0003]例如，作為提高Nd-Fe-B系燒結(jié)磁體在室溫下的矯頑力的方法，眾所周知有用Dy、Tb等重稀土元素置換主相的Nd2Fe14B化合物的一部分Nd的方法。通過用重稀土元素置換一部分Nd，提高結(jié)晶磁各向異性，其結(jié)果可以充分地提高Nd-Fe-B系燒結(jié)磁體在室溫下的矯頑力。除了通過重稀土元素置換之外，添加Cu元素等也對室溫下的矯頑力提高有效(專利文獻I)。
[0004]作為通過控制微細結(jié)構(gòu)即稀土類磁體的R2T14B主相結(jié)晶顆粒以及晶界相的結(jié)構(gòu)來提高矯頑力的方法，已知有專利文獻2中公開的技術(shù)。在專利文獻2中公開了一種稀土類磁體，所述稀土類磁體為具有四方晶系金屬間化合物(R2Fe14B)主相結(jié)晶顆粒和形成于該結(jié)晶顆粒之間的晶界相的磁性體，所述結(jié)晶顆粒呈最長寬度為500nm的圓角形狀，晶界相的最小寬度為Inm以上。在此，最長寬度是指將主相結(jié)晶顆粒用平行于易磁化軸(c軸)的面切割時垂直于截面形狀上顯示的c軸的方向的結(jié)晶顆粒的最大長度，另外，圓角形狀是指在所述截面形狀中沒有發(fā)現(xiàn)有棱角的部位。即，上述圓角形狀是指不是如現(xiàn)有的結(jié)晶顆粒是方形，而是為構(gòu)成方形的角部成為大致圓弧狀的形狀。認為通過成為這樣的結(jié)構(gòu)，降低結(jié)晶顆粒的角部處退磁場的影響，其結(jié)果是抑制了結(jié)晶顆粒中的逆磁疇的生成等，提高了磁性體的矯頑力。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2002-327255號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2012-164764號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0010]在將R-T-B系燒結(jié)磁體在100°C~200°C的高溫環(huán)境下使用的情況下，雖然室溫下的矯頑力的值也是有效的指標之一，但是實際上即便暴露于高溫環(huán)境下也不退磁或者退磁率小很重要。雖然作為主相的R2T14B化合物的一部分R被Tb或Dy等重稀土元素置換的組成的矯頑力大幅度地提高，對于高矯頑力化來說是簡便的方法，但是由于Dy、Tb等重稀土元素產(chǎn)地、產(chǎn)量受限，因此，存在資源的問題。伴隨著置換，也不能避免例如由于Nd與Dy的反鐵磁性耦合而導致的剩余磁通密度的減少。上述Cu元素的添加等也有效，但是為了擴大R-T-B系燒結(jié)磁體的適用范圍，希望高溫退磁(由于暴露于高溫環(huán)境下而導致的退磁)抑制的進一步提聞。
[0011]然而，在提高稀土類磁體的矯頑力的情況下，以前基于以下的方針探討了燒結(jié)體的微細結(jié)構(gòu)。即，作為主相的R2T14B結(jié)晶顆粒的形狀，制成在易磁化軸上伸長的長方體形狀，成為在與相鄰的主相顆粒之間形成有切斷主相顆粒間的磁耦合那樣的厚度的晶界相的結(jié)構(gòu)。通過這樣制成在易磁化磁疇方向上伸長的顆粒形狀，可以降低退磁場的影響，因此可以抑制作為矯頑力降低的主要原因的逆磁疇的產(chǎn)生。另外，認為通過形成切斷主相顆粒間的磁耦合那樣的厚度的晶界相，可以抑制由于來自鄰接的顆粒的磁影響而導致的逆磁疇的產(chǎn)生，作為結(jié)果可以達到高的矯頑力，能夠抑制高溫退磁率。雖然認為上述專利文獻2中的如果將稀土類磁體的主相結(jié)晶粒做成圓角形狀，則矯頑力即高溫退磁率的抑制效果會提高的啟示是不使用Dy、Tb等重稀土元素就得到高性能的磁體的有力的技術(shù)之一，但是對于用粉末冶金法工業(yè)規(guī)模地實現(xiàn)這樣的理想的顆粒形狀沒有任何的公開。另外，圓角形狀是何種程度才能在提高矯頑力，即高溫退磁率的抑制上有效果也不清楚。
[0012]因此，本發(fā)明的目的在于提供在通過粉末冶金法制造的稀土類磁體中，定量地評價主相結(jié)晶顆粒的顆粒形狀，并基于此提高了高溫退磁率的抑制的稀土類磁體。
[0013]解決技術(shù)問題的手段
[0014]本申請
【發(fā)明者】們專心探討了即便在現(xiàn)有的粉末冶金法中也可以工業(yè)規(guī)模地實現(xiàn)的，高溫退磁率的抑制效果高的主相顆粒形狀，從而完成本發(fā)明。
[0015]即，本發(fā)明所涉及的稀土類磁體其特征在于，含有R2T14B主相結(jié)晶顆粒和鄰接的主相結(jié)晶顆粒之間的晶界相，在所述稀土類磁體的任意截面中，在用Wadell的圓磨度(Roundness) A評價所述主相結(jié)晶顆粒的圓度時，A為0.24以上。
[0016]另外，針對Wadell的圓磨度A的評價方法在后面敘述。即，本
【發(fā)明者】們對現(xiàn)實能夠?qū)崿F(xiàn)的主相結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)進行了專心探討，其結(jié)果發(fā)現(xiàn):不是如一直以來認為有利的那樣將主相結(jié)晶顆粒制成在易磁化軸方向上伸長的長方體形狀，而是大大地偏離該現(xiàn)有方針，通過使主相顆粒的角部成為帶圓的形狀或者橢圓體形狀，能夠解決上述技術(shù)問題，從而完成了本發(fā)明。
[0017]認為通過將稀土類磁體的微細結(jié)構(gòu)做成這樣的結(jié)構(gòu)，主相結(jié)晶顆粒表面成為平滑的形狀，由于降低局部易受退磁場影響的區(qū)域從而可以抑制逆磁疇的產(chǎn)生，并且可以在鄰接的R2T14B主相結(jié)晶顆粒之間的晶界相中增加厚的區(qū)域，切斷主相結(jié)晶顆粒之間的磁耦合，從而能夠抑制由于鄰接結(jié)晶顆粒的影響而導致的逆磁疇的產(chǎn)生，其結(jié)果，能夠抑制高溫退磁率。
[0018]所述鄰接的R2T14B主相結(jié)晶顆粒之間的晶界相優(yōu)選成為非磁性的稀土元素R的濃度相對高的相(R富集相)。進一步，也可以是反鐵磁性或者亞鐵磁性的化合物。通過這樣地構(gòu)成晶界相，可以提高主相結(jié)晶顆粒的磁孤立性，其結(jié)果，可以大幅度地抑制稀土類磁體的高溫退磁率。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，可以提供高溫退磁率小的稀土類磁體，可以提供能夠適用于在高溫環(huán)境下使用的電動機等中的稀土類磁體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是表示本實施方式所涉及的圓磨度與高溫退磁率的關(guān)系的圖。
[0022]圖2是說明本實施方式中的圓磨度的評價方法的圖。
[0023]圖3是表示實施例的稀土類磁體的微細結(jié)構(gòu)的截面照片。
[0024]圖4是表示比較例的稀土類磁體的微細結(jié)構(gòu)的截面照片。
[0025]符號的說明
[0026]I主相結(jié)晶顆粒
[0027]2晶界相

【具體實施方式】
[0028]以下，一邊參照附圖一邊說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。另外，本發(fā)明所說的稀土類磁體是包含R2T14B主相結(jié)晶顆粒和晶界相的燒結(jié)磁體，并且包含B，進一步也包含添加了各種公知的添加元素的成分，其中，R含有一種以上的稀土元素，T含有以Fe作為必要元素的一種以上的鐵族元素。
[0029]圖2是模式地表示本發(fā)明所涉及的實施方式的稀土類磁體的截面結(jié)構(gòu)的圖。本實施方式所涉及的稀土類磁體是R2T14B主相結(jié)晶顆粒的截面形狀成為帶圓的形狀的磁體。
[0030]首先，基于圖2，對本發(fā)明中作為主相結(jié)晶顆粒的圓度的評價指標的Wadell的圓磨度進行說明。在本說明書中，圓磨度A如下述式(I)地定義。
[0031]A= Σrj (Rn) (I)
[0032]在此，ri表示內(nèi)接于選擇的結(jié)晶顆粒的角部的圓的半徑，
[0033]R表示內(nèi)接于選擇的結(jié)晶顆粒的最大圓的半徑，
[0034]η表示選擇的結(jié)晶顆粒的角部的個數(shù)，
[0035]Σ表示對于選擇的結(jié)晶顆粒的角部的總和。
[0036]根據(jù)該定義，在選擇的顆粒為理想的圓(球)的情況下，圓磨度A為A=l。因此，本說明書中所說的圓磨度不超過I。如果以圖2的模式圖來說，該結(jié)晶顆粒中有5個角部(η=5)，內(nèi)接于這些角部的圓的半徑分別為1'1、1'2、1'3、1'4、1'5，另外，內(nèi)接的最大圓的半徑為1?。
[0037]接下來，對本實施方式所涉及的稀土類磁體的高溫退磁率的評價進行說明。作為評價用樣品形狀不特別限定，如通常常用地制成磁導系數(shù)為2的形狀。首先測定室溫(25°C)下樣品的剩余磁通，將其作為Β0。剩余磁通可以通過例如磁通量計等來測定。接著將樣品高溫暴露于140°C下2小時，回到室溫。樣品溫度一旦回到室溫，再次測定剩余磁通，將其作為BI。這樣，高溫退磁率D通過下述式(2)進行評價。
[0038]D= (Bl-BO)/B0*100 (%) (2)
[0039]在本實施方式所涉及的稀土類磁體中，由于使上述的圓磨率為0.24以上，因此，以與現(xiàn)有的填充有矩形形狀顆粒的結(jié)構(gòu)相比較主相結(jié)晶顆粒之間的間隙變大的方式構(gòu)成。由此，鄰接的主相結(jié)晶顆粒的磁孤立提高，高溫退磁率被抑制。
[0040]以下，說明本實施方式所涉及的稀土類磁體的制造方法的一個例子。
[0041]本實施方式所涉及的稀土類磁體的組成成為與元素T相比，元素R比R2T14B的化學計量比過量。具體而言，可以使R的原子百分數(shù)為14.4%左右。另外，本實施方式所涉及的稀土類磁體可以用通常的粉末冶金法進行制造，該粉末冶金法具有:調(diào)制原料合金的調(diào)制工序；粉碎原料合金得到原料微粉末的粉碎工序；將原料微粉末成型調(diào)制成型體的成型工序；將成型體燒成得到燒結(jié)體的燒結(jié)工序；以及對燒結(jié)體進行時效處理的熱處理工序。
[0042]調(diào)制工序為調(diào)制具有本實施方式所涉及的稀土類磁體中所含的各元素的原料合金的工序。首先，準備具有規(guī)定的元素的原料金屬，使用它們進行薄帶連鑄(stripcasting)法等。由此可以調(diào)制原料合金。作為原料金屬，例如可以列舉稀土類金屬或者稀土類合金、純鐵、純鈷、硼鐵、或者它們的合金。使用這些原料金屬，調(diào)制能夠得到具有所希望的組成的稀土類磁體的原料合金。
[0043]粉碎工序是將在調(diào)制工序中得到的原料合金粉碎得到原料微粉末的工序。該工序優(yōu)選分粗粉碎工序和微粉碎工序2個階段進行，也可以作為I個階段。粗粉碎工序可以使用例如搗碎機、顎式破碎機、博朗粉碎機(braun mi 11)等，在惰性氣體氣氛中進行。也可以進行在吸附了氫之后進行粉碎的氫吸附粉碎。在粗粉碎工序中，將原料合金進行粉碎直至粒徑為數(shù)百μ m到數(shù)mm左右。
[0044]微粉碎工序?qū)⒃诖址鬯楣ば蛑械玫降拇址勰┪⒎鬯?，調(diào)制平均粒徑為數(shù)μπι左右的原料微粉末。原料微粉末的平均粒徑可以考慮燒結(jié)后的結(jié)晶粒的生長情況來設(shè)定。微粉碎例如可以使用氣流粉碎機進行。
[0045]成型工序為在磁場中將原料微粉末成型制作成型體的工序。具體而言，通過將原料微粉末填充于配置在電磁體中的模具內(nèi)之后，一邊通過電磁體施加磁場使原料微粉末的結(jié)晶軸取向，一邊對原料微粉末加壓來進行成型。該磁場中的成型例如可以在1000?1600kA/m的磁場中，在30?300MPa左右的壓力下進行。
[0046]燒結(jié)工序是將成型體燒成得到燒結(jié)體的工序?？梢栽诖艌鲋谐尚椭?，將成型體在真空或者惰性氣體氣氛中燒成，得到燒結(jié)體。燒成條件優(yōu)選根據(jù)成型體的組成、原料微粉末的粉碎方法、粒度等條件適當設(shè)定，例如可以在1000°C?1100°C下進行I?10小時左右。
[0047]熱處理工序是對燒結(jié)體進行時效處理的工序。經(jīng)過了該工序之后，R2T14B主相結(jié)晶顆粒的圓磨度A和晶界相的寬度被確定。然而，這些微細結(jié)構(gòu)不是僅在該工序中被控制，而是均衡上述燒結(jié)工序的各條件以及原料微粉末的狀況來確定。因此，可以考慮熱處理條件與燒結(jié)體的微細結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并且設(shè)定熱處理溫度和時間。熱處理可以在400°C以上且燒結(jié)溫度以下的溫度范圍內(nèi)進行，也可以在進行了 800°C附近的熱處理之后進行在550°C附近的熱處理這樣分2個階段進行。熱處理的降溫過程中的冷卻速度也會改變微細結(jié)構(gòu)，冷卻速度優(yōu)選為100°C /分鐘以上，特別優(yōu)選為300°C /分鐘以上。認為通過本發(fā)明的上述時效，由于相比以前加快了冷卻速度，因此，能夠有效地抑制晶界相中的鐵磁性相的偏析。因此，可以排除導致矯頑力降低、進而高溫退磁率惡化的原因。通過分別設(shè)定原料合金組成和上述燒結(jié)條件以及在800°C附近的熱處理條件，可以控制主相結(jié)晶顆粒的形狀。在此，作為主相結(jié)晶顆粒的形狀的控制方法敘述了熱處理工序的一個例子，通過如下所述的組成的主要因素也能夠控制主相結(jié)晶顆粒的形狀。
[0048]根據(jù)基于本
【發(fā)明者】們的實驗的見解，認為通過適當選擇構(gòu)成主相結(jié)晶顆粒的R、T、B元素以外的添加元素，在800°C附近的高溫熱處理中使主相的角部溶解，使主相結(jié)晶顆粒的角部圓，并且在晶界相中R、Fe的元素析出。如果立足于該機理，則將原料合金作為R富集組成，在晶界相中析出非磁性的R富集相，并且作為添加元素，優(yōu)選選擇籠絡(luò)R、T形成具有反鐵磁性或者亞鐵磁性等與鐵磁性不同的磁結(jié)構(gòu)的化合物的元素。具體而言，可以添加Al、Ge、S1、Sn、Ga等，只要是形成具有與鐵磁性不同的磁結(jié)構(gòu)的化合物的元素除此之外的也可以。這樣如果在晶界相中析出非磁性的R富集相，或晶界相成為反鐵磁性或者亞鐵磁性的化合物，就容易引起主相結(jié)晶顆粒的磁孤立化，抑制高溫退磁率等，成為具有優(yōu)異的磁特性的磁體。
[0049]另外，針對在得到的稀土類磁體中所含的0，可以通過惰性氣體熔融-非分散型紅外吸收法測定；對于C，可以通過氧氣流中燃燒-紅外吸收法測定；對于N，可以通過惰性氣體熔融-熱導法測定，本實施方式的稀土類磁體的組成成為如上所述相比于元素T，元素R比R2T14B的化學計量比過量，并且在將含有的C、O和N的原子數(shù)分別記為[C]、[O]和[N]的時候，優(yōu)選滿足[0]/ ([C] + [N])< 0.60的關(guān)系。通過這樣地構(gòu)成，高溫退磁率的絕對值可以被抑制得較小。
[0050]接下來，基于具體的實施例進一步詳細地說明本發(fā)明，不過本發(fā)明不限于以下的實施例。
[0051]實施例
[0052]作為R元素使用Nd,作為T元素使用Fe,另外,作為用于形成晶界相的添加元素使用Cu、Ga來準備稀土類磁體的原料金屬，溶解由
[0053]Nd:31.08 質(zhì)量 ％、
[0054]B:0.95 質(zhì)量0/0、
[0055]Ga:0.72 質(zhì)量 ％、
[0056]Cu:0.10 質(zhì)量 ％、
[0057]Fe:余量(除去不可避免的雜質(zhì)等的部分為Fe)、以及，
[0058]其它不可避免的雜質(zhì)等I質(zhì)量％以下構(gòu)成的組成的各種元素，通過薄帶連鑄法，制作原料合金。另外，為了做成更厚的晶界相，也可以做成比上述組成進一步富集Nd富集Ga的組成。接下來，在使氫吸附于得到的原料合金中之后，進行在Ar氣氛下在600°C下進行I小時的脫氫的氫粉碎處理。之后,將得到的粉碎物在Ar氣氛下冷卻至室溫。
[0059]向得到的粉碎物中添加、混合了油酸酰胺作為粉碎助劑之后，使用氣流粉碎機進行微粉碎，得到平均粒徑為3?4 μ m的原料粉末。
[0060]將得到的原料粉末在低氧氣氛下，在取向磁場1200kA/m、成型壓力120MPa的條件下進行成型，得到成型體。
[0061]之后，將成型體在真空中在1060°C下燒成3小時之后，急冷，得到燒結(jié)體。
[0062]對于得到的燒結(jié)體，如表I和表3所示的改變熱處理溫度、時間以及熱處理的降溫過程中的冷卻速度，準備主相結(jié)晶顆粒的圓磨度不同的多種樣品。另外，如上所述主相結(jié)晶顆粒的圓磨度也可以根據(jù)原料合金組成、燒結(jié)條件改變。
[0063][表 I]
[0064]

【權(quán)利要求】
1.一種稀土類磁體,其特征在于， 在含有R2T14B主相結(jié)晶顆粒和鄰接的該主相結(jié)晶顆粒之間的晶界相的稀土類磁體中，在所述稀土類磁體的任意的截面中，在用圓磨度A評價所述主相結(jié)晶顆粒的圓度時，該圓磨度A為0.24以上， 所述圓磨度A由下述式(I)定義， A=Xri/ (Rn) (I) 其中，^表示內(nèi)接于選擇的結(jié)晶顆粒的角部的圓的半徑， R表示內(nèi)接于選擇的結(jié)晶顆粒的最大圓的半徑， η表示選擇的結(jié)晶顆粒的角部的個數(shù)， Σ表示對于選擇的結(jié)晶顆粒的角部的總和。
2.如權(quán)利要求1所述的稀土類磁體，其特征在于， 所述晶界相由非磁性的R富集相形成。
3.如權(quán)利要求1所述的稀土類磁體，其特征在于， 所述晶界相由反鐵磁性或者亞鐵磁性的化合物構(gòu)成。
【文檔編號】H01F1/057GK104078178SQ201410119966
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】加藤英治, 藤川佳則, 坪倉多惠子, 石坂力, 佐藤勝男 申請人:Tdk株式會社