稀土類磁鐵的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及稀土類磁鐵的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用鑭系元素等稀土類元素的稀土類磁鐵也被稱為永久磁鐵，其用途除了硬盤和 構(gòu)成MRI的電動(dòng)機(jī)之外，還被用于混合動(dòng)力車和電動(dòng)車等的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)等中。
[0003] 作為該稀土類磁鐵的磁鐵性能的指標(biāo)，可舉出剩余磁化（剩余磁通密度）和矯頑 力，但針對(duì)電動(dòng)機(jī)的小型化和高電流密度化所致的發(fā)熱量的增大，對(duì)所使用的稀土類磁鐵 的耐熱性要求也進(jìn)一步提高，在高溫使用下能夠如何地保持磁鐵的磁特性成為該技術(shù)領(lǐng)域 中的重要研宄課題之一。
[0004] 作為稀土類磁鐵，除了構(gòu)成組織的晶粒（主相）的尺度（scale)為3~5 y m左右 的一般的燒結(jié)磁鐵之外，還有將晶粒微細(xì)化為50nm~300nm左右的納米尺度的納米晶體磁 鐵。其中，能夠謀求上述的晶粒的微細(xì)化并且降低高價(jià)格的重稀土類元素的添加量（無(wú)添 加化）的納米晶體磁鐵目前受到關(guān)注。
[0005] 概述稀土類磁鐵的制造方法的一例，一般應(yīng)用下述方法：對(duì)將例如Nd-Fe-B系的 金屬熔液急冷凝固而得到的微粉末進(jìn)行加壓成形制成成形體，為了對(duì)該成形體給予磁各向 異性而實(shí)施熱塑性加工來(lái)制造稀土類磁鐵（取向磁鐵）。
[0006] 關(guān)于該熱塑性加工，至今公開有各種技術(shù)。一般的熱塑性加工是通過(guò)鐓鍛加工來(lái) 進(jìn)行的，即將使磁粉成形而成的成形體（塊體）收納在陰模中、用沖頭對(duì)成形體進(jìn)行加壓。 但是，在該鐓鍛加工中，在加工出的稀土類磁鐵中，在產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的最外周部位發(fā)生裂紋 (包括微小裂紋）成為大的問(wèn)題。即，在鐓鍛加工的情況下，由于作用于稀土類磁鐵的端面 的摩擦，外周部伸出來(lái)，由此產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。對(duì)于該拉伸應(yīng)力，由于Nd-Fe-B系的稀土類磁 鐵的拉伸強(qiáng)度較弱，因此很難抑制由該拉伸應(yīng)力引起的裂紋的發(fā)生，一般認(rèn)為例如加工率 為40~50%左右的條件下發(fā)生裂紋。另外，應(yīng)變的分布與剩余磁化（Br)的不均勻度等效， 特別是在50%以下的應(yīng)變區(qū)域中剩余磁化顯著低，材料利用率（成品率）變低。為了解決 該問(wèn)題，可以考慮降低摩擦阻力，但在熱態(tài)下潤(rùn)滑的現(xiàn)有的方法中，僅有液體潤(rùn)滑的方法， 在開放體系的鐓鍛加工中很難應(yīng)用。
[0007] 當(dāng)這樣地在稀土類磁鐵上發(fā)生裂紋時(shí)，在為提高取向度而形成的加工應(yīng)變?cè)陂_裂 的部位開放，變得不能使應(yīng)變能充分地用于結(jié)晶取向，其成為妨礙剩余磁化提高的原因。
[0008] 因此，為了消除在這種鐓鍛加工時(shí)發(fā)生裂紋這樣的問(wèn)題，在專利文獻(xiàn)1~5中公開 了如下技術(shù)：通過(guò)在將成形體的整體封入金屬囊內(nèi)后一邊用上下的沖頭擠壓該金屬囊一邊 進(jìn)行熱塑性加工，能夠消除在熱塑性加工時(shí)成為問(wèn)題的裂紋，并且提高稀土類磁鐵的磁各 向異性。
[0009] 雖然專利文獻(xiàn)1~5所公開的技術(shù)能夠消除裂紋，但是已知在為這樣地封入金屬 囊中的方法的情況下，在冷卻時(shí)由于熱膨脹的差異，被熱塑性加工而形成的稀土類磁鐵受 到金屬囊的強(qiáng)烈的拘束而發(fā)生裂紋。為了避免在這樣使用了金屬囊的情況下也發(fā)生裂紋這 樣的問(wèn)題，在專利文獻(xiàn)6中公開了如下方法：通過(guò)以多個(gè)階段進(jìn)行鐓鍛加工而使金屬囊變 薄，由此減少由金屬囊產(chǎn)生的拘束力。例如在專利文獻(xiàn)6中有采用了壁厚7mm以上的鐵板 的實(shí)施例的公開。但是，不能斷定在采用壁厚7mm以上的鐵板時(shí)厚度變薄到完全防止裂紋 的程度，實(shí)際上會(huì)發(fā)生裂紋是眾所周知的。進(jìn)而，不能說(shuō)鐓鍛加工后的磁鐵形狀是近凈成形 (near net shape)，必須全面進(jìn)行精加工，材料利用率下降、由加工費(fèi)用的追加等造成的加 工費(fèi)增大這樣的缺點(diǎn)很大。
[0010] 另外，在以現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有的程度在成形體的全部面覆蓋金屬囊并減小該金屬囊 的壁厚的情況下，當(dāng)應(yīng)變速度為1/秒以上時(shí)囊破裂，加工出的稀土類磁鐵產(chǎn)生不連續(xù)的凹 凸，導(dǎo)致取向混亂，難以估計(jì)到較高的剩余磁化。
[0011] 因此，考慮到替代以往一般應(yīng)用的鐓鍛加工，作為熱塑性加工應(yīng)用擠壓加工來(lái)對(duì) 成形體給予應(yīng)變的方法。
[0012] 例如在專利文獻(xiàn)7中公開有如下方法：通過(guò)縮小從預(yù)成形體被擠壓成形的永久磁 鐵的擠壓截面的X方向的尺寸，擴(kuò)大與其正交的Y方向的尺寸，進(jìn)行擠壓加工使得相對(duì)于 預(yù)成形體的永久磁鐵中的擠壓方向的應(yīng)變^與￥方向的應(yīng)變e ^的應(yīng)變比e 2/￡1變?yōu)?0. 2~3. 5的范圍。再者，以往的擠壓加工一般是擠壓成圓環(huán)狀，但專利文獻(xiàn)7中公開的方 法是擠壓成板狀。
[0013]即，該方法是通過(guò)控制壓縮方向和與其垂直的方向的伸長(zhǎng)率來(lái)提高取向度的方 法，但實(shí)際上用于精致地控制這樣的正交方向的伸長(zhǎng)率的成形模的形狀不得不變成復(fù)雜的 形狀，設(shè)備成本增加將成為必然。而且，擠壓加工能夠在進(jìn)行方向上引入均勻的應(yīng)變，但是 與成形模的摩擦面積大，加工品容易在其中心處形成低的應(yīng)變區(qū)域。其原因是，擠壓加工是 僅通過(guò)給予壓縮力和剪切力就能夠加工的方法，因此能夠抑制由拉伸所致的裂紋的發(fā)生， 但是這反過(guò)來(lái)說(shuō)，由于經(jīng)常受到摩擦，擠壓品的表面變?yōu)楦邞?yīng)變區(qū)域，中心變?yōu)榈蛻?yīng)變區(qū) 域。
[0014] 進(jìn)一步言及該擠壓加工，在利用熱塑性加工使例如Nd-Fe-B系的稀土類磁鐵進(jìn)行 結(jié)晶取向時(shí)，由于在接近800°C的溫度下作用200MPa左右的力，因此需要高溫高強(qiáng)度的材 質(zhì)的成形模。例如，因科鎳合金（inconel)、超硬合金等適合作為成形模的坯材，但這些超硬 坯材金屬都是難切削材料，加工成本成為非常大的負(fù)擔(dān)。另外，如專利文獻(xiàn)7中公開的技術(shù) 那樣，在擠壓成板狀的擠壓加工中，由于其形狀的緣故向擠壓品的角部的應(yīng)力集中比圓環(huán) 狀的擠壓品大，成形模的耐久性下降，能夠用一個(gè)成形模進(jìn)行生產(chǎn)的量變少，這也成為加工 成本的增加的主要原因。實(shí)際上，關(guān)于專利文獻(xiàn)7中公開的技術(shù)，雖然強(qiáng)調(diào)了加工品的性能 提高，但擠壓形狀是三維的復(fù)雜形狀，如果不將金屬模分割就不能加工，因此加工成本的增 加變得更顯著。
[0015] 根據(jù)以上所述，迫切希望開發(fā)一種制造方法，其在經(jīng)過(guò)熱塑性加工來(lái)制造稀土類 磁鐵時(shí)，不會(huì)使加工成本增加，能夠制造在所制造的稀土類磁鐵的整個(gè)區(qū)域中良好地給予 應(yīng)變，取向度高，從而剩余磁化高的稀土類磁鐵。
[0016] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0017] 專利文獻(xiàn)
[0018] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平2-250920號(hào)公報(bào)
[0019] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平2-250922號(hào)公報(bào)
[0020] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平2-250919號(hào)公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開平2-250918號(hào)公報(bào)
[0022] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開平4-044301號(hào)公報(bào)
[0023] 專利文獻(xiàn)6 :日本特開平4-134804號(hào)公報(bào)
[0024] 專利文獻(xiàn)7 :日本特開2008-91867號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 本發(fā)明是鑒于上述的問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種稀土類磁鐵的制造方 法，該方法在經(jīng)過(guò)熱塑性加工來(lái)制造稀土類磁鐵時(shí)，不會(huì)使加工成本增加，能夠制造在所制 造的稀土類磁鐵的整個(gè)區(qū)域中良好地給予應(yīng)變，取向度高，從而剩余磁化高的稀土類磁鐵。
[0026] 為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明的稀土類磁鐵的制造方法，包括第1步驟和第2步驟， 第1步驟：將成為稀土類磁鐵材料的粉末加壓成形來(lái)制造成形體，所述粉末包含RE-Fe-B系 主相（RE為Nd、Pr中的至少一種）和位于該主相的周圍的RE-X合金（X為金屬元素）晶界 相；第2步驟：對(duì)所述成形體實(shí)施給予各向異性的熱塑性加工來(lái)制造稀土類磁鐵，所述第2 步驟中的熱塑性加工包括以下兩個(gè)階段的步驟：進(jìn)行擠壓加工來(lái)制造稀土類磁鐵中間體； 對(duì)稀土類磁鐵中間體進(jìn)行鐓鍛加工來(lái)制造稀土類磁鐵，在擠壓加工中，將成形體收納在陰 模中，用擠壓沖頭對(duì)該成形體進(jìn)行加壓，一邊減少成形體的厚度一邊擠壓來(lái)制造板狀的稀 土類磁鐵中間體，在鐓鍛加工中，將板狀的稀土類磁鐵中間體在其厚度方向進(jìn)行加壓，減少 該厚度來(lái)制造稀土類磁鐵。
[0027] 本發(fā)明的制造方法，通過(guò)在熱塑性加工中按擠壓加工、鐓鍛加工的順序進(jìn)行熱塑 性加工，對(duì)在擠壓加工時(shí)容易產(chǎn)生的擠壓加工品（稀土類磁鐵中間體）的中央?yún)^(qū)域的低應(yīng) 變區(qū)域，利用接下來(lái)的鐓鍛加工給予較高的應(yīng)變，由此能夠?qū)λ圃斓南⊥令惔盆F的全部 區(qū)域良好地給予高應(yīng)變，從而能夠制造取向度高、剩余磁化高的稀土類磁鐵。
[0028] 本發(fā)明的制造方法，作為第1步驟，將成為稀土類磁鐵材料的粉末加壓成形來(lái)制 造成形體。
[0029] 在此，在本發(fā)明的制造方法中作為制造對(duì)象的稀土類磁鐵，不用說(shuō)包括構(gòu)成組織 的主相（晶體）的粒徑為200nm以下左右的納米晶體磁鐵，還包括粒徑為300nm以上的晶 體磁鐵、進(jìn)而粒徑為1 ym以上的燒結(jié)磁鐵、用樹脂粘合劑將晶粒結(jié)合的粘結(jié)磁鐵等。其中， 優(yōu)選調(diào)整熱塑性加工前的階段的磁粉的主相的尺寸，使得最終所制造的稀土類磁鐵的主相 的平均最大尺寸（平均最大粒徑）為300~400nm左右、或其以下。
[0030] 通過(guò)液體急冷來(lái)制作微細(xì)晶粒的急冷薄帶（急冷帶），將其進(jìn)行粗粉碎等來(lái)制作 稀土類磁鐵用的磁粉，將該磁粉填充到例如陰模內(nèi)，一邊用沖頭加壓一邊進(jìn)行燒結(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn) 塊化，由此得到