磁體材料、永磁體、電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)及磁體材料、永磁體、電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[000引電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，廣泛用于洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、AV設(shè)備、汽車電 裝部件、電梯等通用裝置。在各種電動(dòng)機(jī)中，永磁體型同步電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的輸出特性。在 永磁體型同步電動(dòng)機(jī)上主要裝載有鐵氧體磁體、稀±類磁體。Sm-Co類磁體、Nd-Fe-B類磁 體之類的稀±類磁體作為高性能的永磁體而公知，與鐵氧體磁體相比呈現(xiàn)高磁力，能實(shí)現(xiàn) 電動(dòng)機(jī)的小型化、高輸出化。
[0003] 由于稀±類磁體包含作為必需成分的高價(jià)稀±類元素，因此，未應(yīng)用到通用裝置 中。鐵氧體磁體雖然廉價(jià)，但磁體性能較差，因此，無法避免例如電動(dòng)機(jī)的大型化等。從該點(diǎn) 出發(fā)，要求不利用稀±類元素、且呈現(xiàn)超過已有的鐵氧體磁體的磁力的永磁體。作為不使用 稀±類元素的磁性材料，已知有各種鐵類化合物。作為該種鐵類化合物的一種，可舉出化2B 化合物。現(xiàn)有的化2B化合物用作為軟磁性材料，未獲得作為成為永磁體的構(gòu)成材料的硬磁 性材料的特性。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)1 ;日本專利特開2000-353612號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 ;日本專利特開2006-156543號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種能構(gòu)成廉價(jià)且高性能的永磁體的磁體 材料及利用該磁體材料的永磁體、電動(dòng)機(jī)、及發(fā)電機(jī)。
[0006] 實(shí)施方式的磁體材料具備由組成式1 ;(化i_x_yC〇xTy)2^_aAa)b來表示的組成、及作 為主相具有CuAls型結(jié)晶相的金屬組織。組成式1中，T是從V、化、及Mn所構(gòu)成的群中選 擇的至少一種元素，A是從C、N、Si、S、P、及A1所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素。Co的 原子比X及元素T的原子比y滿足0. 01《y《0. 5及x+y《0. 5。其中，當(dāng)元素T包含從 V及化選擇的至少一種元素時(shí)，V及化的總計(jì)原子比為0. 03W上。當(dāng)元素T包含Mn時(shí)， Mn的原子比為0. 3W下。元素A的原子比a滿足0《a《0. 4,B及元素A的總計(jì)原子比b 滿足0.8《b《1.2。
【附圖說明】
[0007] 圖1是表示實(shí)施方式的永磁體電動(dòng)機(jī)的圖。 圖2是表示實(shí)施方式的可變磁通電動(dòng)機(jī)的圖。 圖3是表示實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)的圖。 圖4是表示實(shí)施例1的磁體材料的X射線衍射結(jié)果的圖。 圖5是表示實(shí)施例2的磁體材料的X射線衍射結(jié)果的圖。 圖6是表示實(shí)施例3的磁體材料的X射線衍射結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[000引 W下對(duì)實(shí)施方式的磁體材料進(jìn)行說明。實(shí)施方式的磁體材料具備由 組成式 1 :(Fei_x_yC0xTy)2炬i_aAa)b (式中，T是從VXr、及Mn所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素，A是從C、N、Si、S、P、及A1 所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素，Co的原子比X及元素T的原子比y滿足0.01《y《0.5 及x+y《0. 5,其中，當(dāng)元素T包含從V及化選擇的至少一種元素時(shí)，V及化的總計(jì)原 子比為0.03W上，當(dāng)元素T包含Mn時(shí)，Mn的原子比為0.3W下，元素A的原子比a滿足 0《a《0. 4,B及元素A的總計(jì)原子比b滿足0. 8《b《1. 2) 來表示的組成、及作為主相具有C11AI2型結(jié)晶相的金屬組織。
[0009] 實(shí)施方式的磁體材料的第1具體例具有由 組成式2:(Fei_x_pC〇Jp)2炬i-aAa)b (式中，A是從C、N、Si、S、P、及A1所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素，Co的原子比X及V的原子比y滿足0. 03《y《0. 5及x+y《0. 5,元素A的原子比a滿足0《a《0. 4， B及元素A的總計(jì)原子比b滿足0. 8《b《1. 2) 來表示的組成。
[0010] 實(shí)施方式的磁體材料的第2具體例具有由 組成式 3 ;(化 1_口C〇xCrq)2 化-aAa)b (式中，A是從C、N、Si、S、P、及A1所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素，Co的原子比X及Cr的原子比y滿足0. 03《y《0. 5及x+y《0. 5,元素A的原子比a滿足0《a《0. 4， B及元素A的總計(jì)原子比b滿足0. 8《b《1. 2) 來表示的組成。
[0011] 實(shí)施方式的磁體材料的第3具體例具有由 組成式 4 ; (Fei_x_rC〇xMnr)2 化-aAa)b (式中，A是從C、N、Si、S、P、及A1所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素，Co的原子比X及Mn的原子比y滿足0. 01《y《0. 3及x+y《0. 5,元素A的原子比a滿足0《a《0. 4， B及元素A的總計(jì)原子比b滿足0. 8《b《1. 2) 來表示的組成。
[0012] 包含鐵（Fe)和棚炬）的化合物中，具有由化2B表示的組成的化合物一直W來作為 軟磁性材料所公知。在該種Fe,B化合物中，將鐵（Fe)的一部分用鉆（Co)進(jìn)行置換時(shí)，呈現(xiàn) 單軸磁各向異性。該是因（Fe，Co)2B化合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)為在C軸方向上呈層狀的CuAls型 結(jié)晶結(jié)構(gòu)引起的。然而，（Fe，Co)2B化合物的磁各向異性不足W使其用作為永磁體，由（Fe， Co)2B化合物構(gòu)成的永磁體無法獲得足夠的矯頑力。但是，由于（Fe，Co)2B化合物未使用高 價(jià)的稀±類元素，因此，若能提高其磁各向異性及基于此的矯頑力，則能提高廉價(jià)且高性能 的永磁體。
[0013] 本申請(qǐng)發(fā)明人等對(duì)（Fe，Co)2B化合物的磁各向異性進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通 過將化2B化合物的化的一部分用CoW及從饑（V)、銘（吐）及鋪（Mn)中選擇的至少一種元 素T進(jìn)行置換，可提高（化，Co)2B化合物的磁各向異性能量。目P，因上述在c軸方向上呈層 狀的CuAl,型結(jié)晶結(jié)構(gòu)引起并呈現(xiàn)的磁各向異性能量敏感地依賴于晶格常數(shù)、晶格變形（c/ a)、總電子數(shù)等。因此，預(yù)想通過向（Fe，Co)2B化合物添加使晶格常數(shù)、晶格變形（c/a)、總 電子數(shù)等發(fā)生變化的元素，可提高磁各向異性能量，作為該種添加元素，發(fā)現(xiàn)從V、化及Mn 中選擇的至少一種元素T是有效的。由此，能提供廉價(jià)且高性能的永磁體。
[0014] 在上述組成式1~4中，化是主要負(fù)責(zé)磁體材料的磁化的元素。通過使其含有較 多量的化，能提高磁體材料的飽和磁化。因此，優(yōu)選化相對(duì)于化、Co及元素T的總量的原 子比（1-又-7、1-又-口、1-又-9、或1-又-1')為0.5 1^上。化的原子比更優(yōu)選為〇.55 1^上，進(jìn)一 步優(yōu)選為0.6W上。但是，僅靠化2B化合物，無法獲得單軸磁各向異性。為了實(shí)現(xiàn)作為永磁 體的構(gòu)成材料的硬磁性材料（磁體材料），優(yōu)選將化2B化合物的化的一部分用Co和從V、 &及Mn中選擇的至少一種元素T進(jìn)行置換。因此，化的原子比優(yōu)選為0. 95W下，更優(yōu)選 為0. 9W下，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 85W下。
[0015] Co負(fù)責(zé)磁體材料的磁化，并且使化2B化合物呈現(xiàn)單軸磁各向異性。但是，在僅用 元素T來置換化2B化合物的化的一部分的情況下，有時(shí)也呈現(xiàn)單軸磁各向異性，因此，Co 引起的化置換量（Co的原子比X)包含零。在使化2B化合物W較好的再現(xiàn)性呈現(xiàn)磁各向異 性并提高其磁各向異性能量方面，優(yōu)選將化2B化合物的化的一部分用Co及元素T來進(jìn)行 置換。組成式1~4中，Co引起的化置換量（X)優(yōu)選為0. 05W上，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 1W 上。
[0016] 若將化2B化合物的化的一部分用過量的Co進(jìn)行置換，則反而可能會(huì)導(dǎo)致磁各向 異性能量下降，且飽和磁化也下降。Co引起的化置換量（X)和元素T引起的化置換量（元 素T的原子比y、P、q、或r)的總計(jì)量（x+y、X+P、x+q、或x+r)優(yōu)選為0. 5W下。Co和元素 T引起的化的總計(jì)置換量優(yōu)選為0. 05W上，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 15W上。Co引起的化的置 換量（X)優(yōu)選為0.4W下，再優(yōu)選為0.35W下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3W下。
[0017] 作為元素T，使用從V、化及Mn中選擇的至少一種元素。通過將化2B化合物或 (化，Co)2B化合物的化的一部分用適量的元素T進(jìn)行置換，可提高主要由（Fe，T)2B化合物 或（Fe，Co，T)2B化合物構(gòu)成的磁體材料的磁各向異性能量。因此，能W未使用稀±類元素的 組成系統(tǒng)來提供呈現(xiàn)超過已有的鐵氧體磁體的磁力的永磁體、即廉價(jià)且高性能的永磁體。 [00化]為了提高化2B類磁體材料的磁各向異性能量，元素T引起的化置換量（元素T的 原子比y)優(yōu)選為0. 01W上，更優(yōu)選為0. 03W上，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 05W上。元素T引起的 化置換量（y)優(yōu)選為0. 5W下，更優(yōu)選為0. 45W下，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 4W下。元素T引起 的Fe置換量（y)優(yōu)選為如W下所示那樣根據(jù)元素T的種類來設(shè)定。
[0019] 在置換（Fe，T)2B化合物或（Fe，Co，T)2B化合物中的化的一部分的元素T中，V及 &通過使化的狀態(tài)密度發(fā)生變化，來提高磁各向異性。目P，若用從V及&中選擇的至少一 種元素（W下也稱為元素T1)來置換化(Co)部位（site)，則與V或化相鄰的化的3d軌 道電子W反強(qiáng)磁性進(jìn)行軌道混合。軌道混合后的化的狀態(tài)密度接近于具有高磁性各向異 性的Co的狀態(tài)密度，因此，可認(rèn)為磁各向異性能量得W提高。因此，能提高具有良好矯頑力 的磁體材料。
[0020] 若元素T1引起的化置換量過少，則無法充分提高磁體材料的磁各向異性。組成 式1中的元素T包含從V及&中選擇的至少