專利名稱：R-t-b系稀土類永久磁鐵用合金材料、r-t-b系稀土類永久磁鐵的制造方法和電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料、R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法和電動機，特別是涉及可得到具有優(yōu)異的磁特性，并可很好地用于電動機的R-T-B 系稀土類永久磁鐵的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料和使用該合金材料的R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法和電動機。本申請基于在2008年12月26日在日本提出申請的專利申請2008-334438號要求優(yōu)先權，將其內(nèi)容援引于本申請中。
背景技術：
一直以來R-T-B系磁石被用于各種電動機等，已知在電動機內(nèi)裝入了 R-T-B系磁鐵的內(nèi)置式永磁電動機與現(xiàn)有的電動機相比效率大幅度提高。近年來，除了 R-T-B系磁鐵的耐熱性提高以外，對于節(jié)能的迫切期望不斷提高，所以包含汽車在內(nèi)的電動機用途的比
率上升。R-T-B系磁鐵是以Nd Je、B為主成分的磁鐵。在R_T_B系磁鐵合金中，R是用ft·、 Dy、Tb等的其他的稀土類元素置換了 Nd的一部分的成分。T是用Co、Ni等的其他的過渡金屬置換了狗的一部分的成分。B是硼，可以用C或N置換一部分。作為用于R-Fe-B系稀土類永久磁鐵的材料，曾提出了一種稀土類永磁合金，該合金是作為主相成分的Iy^e14B相(其中，R表示至少1種的稀土類元素)的存在體積比例為 87. 5 97. 5%，稀土類元素或稀土類元素與過渡金屬的氧化物的存在體積比例為0. 1 3%的RFeB系磁鐵合金，在該合金的金屬組織中，均勻地分散有作為主成分的、從由ττ和B 構成的ZrB化合物、由Nb和B構成的NbB化合物以及由Hf和B構成的HfB化合物中選出的化合物，這些化合物的平均粒徑為5 μ m以下，并且在上述合金中相鄰地存在的化合物間的最大間隔為50 μ m(例如，參照專利文獻1)。另外，作為用于R-Fe-B系稀土類永久磁鐵的材料，還提出了一種稀土類永磁材料，該材料是R-Fe-Co-B-Al-Cu (其中，R是Nd、Pr、Dy、Tb、Ho之中的1種或2種以上，含有 15 33質(zhì)量％的Nd)系稀土類永磁材料，其中，M-B系化合物、M-B-Cu系化合物、M-C系化合物(M是Ti、Zr、Hf之中的1種或2種以上)之中的至少2種、進而和R氧化物在合金組織中析出(例如，參照專利文獻2)?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻1 日本專利3951099號公報專利文獻2 日本專利3891307號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，近年來，要求更加高的性能的R-T-B系稀土類永久磁鐵。具體地講，作為電動機用途，要求30k0e以上的矯頑力。
作為提高R-T-B系稀土類永久磁鐵的矯頑力的方法，考慮過提高R-T-B系合金中的Dy濃度的方法。越是提高R-T-B系合金中的Dy濃度，則燒結(jié)后就得到矯頑力(Hcj)越高的稀土類永久磁鐵。但是，如果提高R-T-B系合金中的Dy濃度，則有磁化(Br)降低的問題。另一方面，如果使用Tb替代Dy，則可以提高矯頑力，并且改善磁化的降低，但Tb有資源上的制約，且價格高昂，因此實用困難。因此，在現(xiàn)有的技術中，難以充分提高R-T-B系稀土類永久磁鐵的矯頑力等的磁特性。本發(fā)明是鑒于上述狀況完成的，其目的在于提供可得到矯頑力高、磁化不降低的R-T-B系稀土類永久磁鐵的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料和使用該合金材料的 R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法。另外，其目的在于提供一種R-T-B系稀土類永久磁鐵的電動機，所述R-T-B系稀土類永久磁鐵是采用上述的R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法制造的，并具有優(yōu)異的磁特性。本發(fā)明者們調(diào)查了 R-T-B系合金和使用該合金得到的稀土類永久磁鐵的磁特性的關系。于是，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，在燒結(jié)含有Dy的R-T-B系合金以制造稀土類永久磁鐵的情況下，通過混合R-T-B系合金和具有燒結(jié)溫度以上(例如，1080°C以上)的熔點的高熔點化合物形成為永久磁鐵用合金材料，將該材料成形并燒結(jié)以形成為R-T-B系稀土類永久磁鐵，可以無需提高R-T-B系合金中的Dy濃度，就得到高的矯頑力(Hcj)，而且可以抑制因添加了 Dy而引起的磁化(Br)的降低，從而完成了本發(fā)明。該效果，在混合R-T-B系合金和具有1080°C以上的熔點的高熔點化合物而形成為永久磁鐵用合金材料，并將該材料成形并燒結(jié)的情況下，具有通過在燒結(jié)中高熔點化合物與構成磁性相或者晶粒邊界的稀土類元素、Al、fe、B、C、在其他合金中所含有的微量的金屬發(fā)生反應生成反應生成物，其一部分極薄地被覆主相粒子的表面，妨礙磁疇的移動，提高矯頑力從而獲得的可能性。即，本發(fā)明提供下述的各發(fā)明。(1) 一種R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，包含具有R、T和B的R_T_B系合金，其中，R是選自NcUftNDyJb中的至少1種，必須在上述R-T-B系合金中含有4質(zhì)量％ 10質(zhì)量％的Dy或Tb，T是以狗為必需的過渡金屬，B是硼，且一部分可用碳或氮置換；和熔點1080°C以上的高熔點化合物。(2)根據(jù)(1)所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，上述高熔點化合物包含選自Al、fei、Mg、Nb、Si, Ti, Zr中的任一種元素的氧化物、硼化物、碳化物、氮化物或硅化物。(3)根據(jù)(1)或( 所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，上述高熔點化合物包含選自 A1N、A1203、BN、Ga2O3> LaSi2、MgO、NbB2, NbO2, SiC、TiO2, TiB2, TiC、TiN、ZrO2, ZrN, ZrC, ZrB2 中的任一種。(4)根據(jù)(1) (3)的任一項所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，含有 0. 002質(zhì)量％ 2質(zhì)量％的上述高熔點化合物。(5)根據(jù)⑴ (4)的任一項所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，是由上述R-T-B系合金形成的粉末和由上述高熔點化合物形成的粉末混合而成的混合物。
(6) 一種R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法，將⑴ (5)的任一項所述的 R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料成形并燒結(jié)。(7) 一種電動機，具備采用(6)所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法制造的 R-T-B系稀土類永久磁鐵。本發(fā)明的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，包含具有R、T和B的R_T_B系合金(其中，R是選自Nd、Pr、Dy、Tb中的至少1種，必須在上述R-T-B系合金中含有4質(zhì)量％ 10質(zhì)量％的Dy或Tb，T是以狗為必需的過渡金屬，B是硼，且一部分可用碳或氮置換)和具有1080°C以上的熔點的高熔點化合物的合金，所以通過將該材料成形并燒結(jié)而形成為R-T-B系稀土類永久磁鐵，可以無需提高R-T-B系合金中的Dy濃度，得到充分高的矯頑力(Hcj)，而且抑制因添加了 Dy而引起的磁化(Br)等的磁特性的降低，可以實現(xiàn)很好地用于電動機的具有優(yōu)異的磁特性的R-T-B系稀土類永久磁鐵。


圖1是表示利用電子探針顯微分析儀分析本發(fā)明的R-T-B系稀土類永久磁鐵的結(jié)果的照片。圖2是表示利用電子探針顯微分析儀分析本發(fā)明的R-T-B系稀土類永久磁鐵的結(jié)果的照片。
具體實施例方式以下，參照附圖對于本發(fā)明的實施方式進行說明。本發(fā)明的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料(以下，簡記為「永久磁鐵用合金材料」)是包含R-T-B系合金和熔點為1080°C以上的高熔點化合物的合金材料。在構成本實施方式的永久磁鐵用合金材料的R-T-B系合金中，R是選自Nd、ft~、Dy、 Tb中的至少1種，必須在上述R-T-B系合金中含有4質(zhì)量％ 10質(zhì)量％的Dy或Tb，T是以狗為必需的過渡金屬，B是硼，且一部分可用碳或氮置換。在R-T-B系合金的組成中，R為27 33質(zhì)量％，優(yōu)選為30 32%，B為0. 85 1. 3質(zhì)量％，優(yōu)選為0. 87 0. 98%，T和不可避免的雜質(zhì)等的其他的成分為其余量。如果構成R-T-B系合金的R低于27質(zhì)量％，則有時矯頑力不充分，如果R超過33 質(zhì)量％，則有可能磁化不充分。作為R-T-B系合金的R所含有的Dy以外的稀土類元素，可舉出&、Y、La、Ce、Pr、 Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，其中，特別優(yōu)選使用 Nd、Pr、Tb，優(yōu)選以 Nd 為主成分。R-T-B系合金中所含有的Dy，在R-T-B系合金中含有4質(zhì)量％ 10質(zhì)量％，優(yōu)選含有6質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％，更優(yōu)選含有7質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％。如果R-T-B系合金中所含有的Dy超過10質(zhì)量％，則磁化(Br)的降低變得顯著，作為電動機用途變得不充分。另外，如果R-T-B系合金中所含有的Dy低于4質(zhì)量％，則使用該合金制造的稀土類永久磁鐵的矯頑力作為電動機用途變得不充分。R-T-B系合金中所含有的T是以狗為必需的過渡金屬，除了狗以外還可以含有 Co、Ni等的其他的過渡金屬。在除了狗以外還含有Co的情況下，可以改善Tc (居里溫度)，因此優(yōu)選。另外，如果構成R-T-B系合金的B低于0. 85質(zhì)量％，則有時矯頑力變得不充分，如果B超過1. 3質(zhì)量％，則有可能磁化降低，作為電動機用途變得不充分。R-T-B系合金中所含有的B是硼，但可以用C或N將一部分置換。另外，在R-T-B系合金中，為了提高矯頑力，優(yōu)選含有Al、Cu、Ga。( 更優(yōu)選含有0.03質(zhì)量％ 0.3質(zhì)量％。在含有0.03質(zhì)量％以上的( 的情況下，可以有效地提高矯頑力從而優(yōu)選。但是，如果( 的含量超過0. 3質(zhì)量％，則磁化降低， 因此不優(yōu)選。此外，雖然永久磁鐵用合金材料的氧濃度越低越好，但是即使含有0. 03質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％，具體地講含有0. 05質(zhì)量％ 0. 2質(zhì)量％，也能夠達到作為電動機用足夠的磁特性。再者，在氧的含量超過0.5質(zhì)量％的情況下，有可能磁特性顯著降低。另外，雖然永久磁鐵用合金材料的碳濃度越低越好，但是即使含有0. 003質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％，具體地講含有0. 005質(zhì)量％ 0. 2質(zhì)量％，也能夠達到作為電動機用足夠的磁特性。再者，在碳的含量超過0.5質(zhì)量％的情況下，有可能磁特性顯著降低。另外，優(yōu)選永久磁鐵用合金材料是由R-T-B系合金形成的粉末和由高熔點化合物形成的粉末混合而成的混合物。由R-T-B系合金形成的粉末的平均粒度優(yōu)選為3 4. 5 μ m。另外，由高熔點化合物形成的粉末的粒度分布(體積累積頻率)優(yōu)選dlO為0. 3 4. 4ym、d50 為 1 9. 5 μ m、d90 為 2. 3 15 μ m 的范圍。另外，作為高熔點化合物，可使用熔點1080°C以上的化合物，優(yōu)選使用熔點 1800°C以上的非磁性化合物。具體地講，作為高熔點化合物，可舉出3族 5族、13族的氧化物、硼化物、碳化物、氮化物、硅化物或者它們的固溶體、混合物等。其中，優(yōu)選選自Al、 Ga、Mg、Nb、Si、Ti、Zr中的任一種元素的氧化物、硼化物、碳化物、氮化物、硅化物或者它們的固溶體、混合物，特別是更優(yōu)選為選自A1N(熔點2200°C )、A1203(熔點2054°C )、BN(熔點 3000°C )、Ga2O3 (熔點 1900°C )、LaSi2 (熔點 1800°C )、MgO (熔點 2826°C )、NbB2 (熔點 30500C )、Nb02 (熔點 19020C )、SiC (熔點 2700°C )、TiO2 (熔點 1843°C )、TiB2 (熔點 2920°C )、 TiC(熔點 31570C )、TiN(熔點 2950°C )、ZrO2(2715°C )、ZrN(熔點 2980°C )、ZrC(熔點 35400C )、Zi^2 (熔點 30000C )中的任一種。高熔點化合物，優(yōu)選在永久磁鐵用合金材料中含有0. 002質(zhì)量％ 2質(zhì)量％，更優(yōu)選含有0.05質(zhì)量％ 1.0質(zhì)量％，進一步優(yōu)選含有0. 1質(zhì)量％ 0.7質(zhì)量％。如果高熔點化合物的含量低于0. 002質(zhì)量％，則有可能不能充分得到抑制R-T-B系稀土類永久磁鐵的過燒結(jié)，并提高矯頑力(Hcj)的效果。另外，如果高熔點化合物的含量超過2質(zhì)量％，則磁化(Br)和/或最大磁能積(BHmax)等的磁特性的降低變得顯著，因此不優(yōu)選。本發(fā)明的永久磁鐵用合金材料，可以通過混合R-T-B系合金和高熔點化合物來制造，但優(yōu)選是采用混合由R-T-B系合金形成的粉末和由高熔點化合物形成的粉末的方法制造的。由R-T-B系合金形成的粉末，可通過例如采用SC(帶鑄、薄帶連鑄；strip casting)法對合金熔液進行鑄造以制造鑄造合金薄片，并將得到的鑄造合金薄片采用例如氫破碎法等破碎，采用粉碎機粉碎的方法等來得到。
作為氫破碎法，可舉出在室溫下使鑄造合金薄片吸藏氫，在300°C左右的溫度下熱處理后，進行減壓以脫氫，其后，在500°C左右的溫度下進行熱處理以除去鑄造合金薄片中的氫的方法等。在氫破碎法中吸藏了氫的鑄造合金薄片，體積膨脹，所以在合金內(nèi)部容易產(chǎn)生多數(shù)的裂紋(龜裂)，從而被破碎。另外，作為粉碎已進行了氫破碎的鑄造合金薄片的方法，可舉出利用噴磨機等的粉碎機，使用例如0. 6MPa的高壓氮將已進行了氫破碎的鑄造合金薄片微粉碎為平均粒度 3 4. 5 μ m從而形成為粉末的方法等。作為使用這樣地得到的永久磁鐵用合金材料制造R-T-B系稀土類永久磁鐵的方法，可舉出例如向永久磁鐵用合金材料中添加作為潤滑劑的0. 03質(zhì)量％的硬脂酸鋅，使用橫向磁場中成型機(垂直度調(diào)準壓制機，perpendicular alignment pressing machine)等進行壓制成型，在真空中在1030°C 1080°C燒結(jié)，其后在400°C 800°C熱處理，由此形成為R-T-B系稀土類永久磁鐵的方法等。再者，在上述的例中，對于使用SC法制造R-T-B系合金的情況進行了說明，但本發(fā)明中使用的R-T-B系合金并不限定于使用SC法制造的合金。例如，也可以使用離心鑄造法、 疊箱鑄型(book mold)法等鑄造R-T-B系合金。另外，R-T-B系合金和高熔點化合物，可以如上述那樣，粉碎鑄造合金薄片從而形成為由R-T-B系合金形成的粉末后進行混合，但也可以例如在粉碎鑄造合金薄片之前混合鑄造合金薄片和高熔點化合物從而形成為永久磁鐵用合金材料，其后粉碎永久磁鐵用合金材料。高熔點化合物不限定于粉末，也可以為與鑄造合金薄片同等的尺寸。在該情況下，優(yōu)選將由鑄造合金薄片和高熔點化合物形成的永久磁鐵用合金材料與鑄造合金薄片的粉碎方法同樣地粉碎而形成為粉末，其后與上述同樣地成形并燒結(jié)，由此制造R-T-B系稀土類永久磁鐵。另外，R-T-B系合金和高熔點化合物的混合，也可以在向由R-T-B系合金形成的粉末中添加了硬脂酸鋅等的潤滑劑后進行。本發(fā)明的永久磁鐵用合金材料中的高熔點化合物，可以微細且均勻地分布，但也可以并非微細且均勻地分布。例如，高熔點化合物可以具有Iym以上的粒度，即使凝聚而成為5μπι以上的凝聚體也發(fā)揮效果。另外，本發(fā)明的提高矯頑力的效果，Dy濃度越高則越大，如果含有( 則進一步大大地體現(xiàn)。通過將本實施方式的永久磁鐵用合金材料成形并燒結(jié)而得到R-T-B系稀土類永久磁鐵，具有高的矯頑力(Hcj)，而且適合作為磁化(Br)充分高的電動機用的磁鐵。R-T-B系稀土類永久磁鐵的矯頑力(Hcj)越高越好，但在作為電動機用的磁鐵使用的情況下，優(yōu)選為30k0e以上。如果在電動機用的磁鐵中矯頑力(Hcj)低于30k0e，則有時作為電動機的耐熱性不足。另外，R-T-B系稀土類永久磁鐵的磁化(Br)也越高越好，但在作為電動機用的磁鐵使用的情況下，優(yōu)選為10. 5kG以上。如果R-T-B系稀土類永久磁鐵的磁化(Br)低于 10. 5kG，則有可能電動機的轉(zhuǎn)矩不足，不優(yōu)選作為電動機用的磁鐵。本實施方式的永久磁鐵用合金材料，包含具有R、T和B的R-T-B系合金(其中，R 是選自NcUftNDyJb中的至少1種，必須在上述R-T-B系合金中含有4質(zhì)量％ 10質(zhì)量％ 的Dy或Tb，T是以狗為必需的過渡金屬，B是硼，一部分可用碳或氮置換)和具有1080°C以上的熔點的高熔點化合物，所以通過將該材料成形并燒結(jié)形成為R-T-B系稀土類永久磁鐵，可以無需提高R-T-B系合金中的Dy濃度，就得到充分高的矯頑力(Hcj)，而且抑制因添加了 Dy而引起的磁化(Br)等的磁特性的降低，可以實現(xiàn)很好地用于電動機的具有優(yōu)異的磁特性的R-T-B系稀土類永久磁鐵。具體地講，通過使用包含高熔點化合物的材料作為永久磁鐵用合金材料，即使例如R-T-B系合金中所含有的Dy為7質(zhì)量％，也可得到具有與R-T-B系合金中所含有的Dy為 9. 5質(zhì)量、且不含有高熔點化合物的R-T-B系稀土類永久磁鐵同等的矯頑力(Hcj)的R-T-B 系稀土類永久磁鐵。另外，在例如R-T-B系合金中所含有的Dy為9. 5質(zhì)量％的情況下，比較由包含高熔點化合物的材料制造的以及由不包含高熔點化合物的材料制造的R-T-B系稀土類永久磁鐵，兩者的磁化(Br)、最大磁能積(BHmax)為同等，但是包含高熔點化合物的永久磁鐵的矯頑力(Hcj)變高。另外，在本實施方式的永久磁鐵用合金材料為由R-T-B系合金形成的粉末和由高熔點化合物形成的粉末混合而成的混合物的情況下，可以容易地得到品質(zhì)均一的永久磁鐵用合金材料，同時通過將該材料成形并燒結(jié)，可以容易地得到品質(zhì)均一的R-T-B系稀土類永久磁鐵。另外，本實施方式的R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法，是通過將本實施方式的永久磁鐵用合金材料成形并燒結(jié)來制造R-T-B系稀土類永久磁鐵的方法，所以可得到很好地用于電動機的具有優(yōu)異的磁特性的R-T-B系稀土類永久磁鐵。[實施例1]通過在表1所示的成分組成和平均粒度的R-T-B系合金形成的粉末(合金A 合金D)中，以表3或表4所示的比例(永久磁鐵用合金材料中所含有的高熔點化合物的濃度 (質(zhì)量％ ))添加表2所示的粒度的高熔點化合物形成的粉末并混合，制造了永久磁鐵用合金材料。再者，由R-T-B系合金形成的粉末，采用以下所示的方法制造。首先，采用SC(帶鑄)法對表1所示的成分組成的合金熔液進行鑄造，以制造鑄造合金薄片。接著，使得到的鑄造合金薄片在室溫下吸藏氫，在300°C左右的溫度下進行熱處理后，進行減壓來脫氫，其后，在500°C左右的溫度下進行熱處理來除去鑄造合金薄片中的氫，由此進行氫破碎。接著， 利用噴磨機使用0. 6MPa的高壓氮將已進行了氫破碎的鑄造合金薄片微粉碎成為表1所示的平均粒度，形成了粉末。另外，由高熔點化合物形成的粉末的粒度，利用激光衍射計測定。
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權利要求
1.一種R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，包含具有R、T和B的R-T-B系合金，其中，R是選自Nd、Pr、Dy、Tb中的至少1種，必須在所述R-T-B系合金中含有4質(zhì)量％ 10質(zhì)量％的Dy或Tb，T是以!^e為必需的過渡金屬，B 是硼，一部分可用碳或氮置換；和具有1080°C以上的熔點的高熔點化合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，所述高熔點化合物包含選自Al、(ia、Mg、Nb、Si、Ti、Zr中的任一種元素的氧化物、硼化物、碳化物、氮化物或硅化物。
3.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，所述高熔點化合物包含選自 A1N、A1203、BN、Ga2O3> LaSi2, MgO, NbB2, NbO2, SiC、TiO2, TiB2, TiC、TiN、ZrO2, ZrN, ZrC, ZrB2中的任一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，含有0.002質(zhì)量％ 2質(zhì)量％的所述高熔點化合物。
5.根據(jù)權利要求1所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料，是由所述R-T-B系合金形成的粉末和由所述高熔點化合物形成的粉末混合而成的混合物。
6.一種R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法，將權利要求1 5的任一項所述的R-T-B 系稀土類永久磁鐵用合金材料成形并燒結(jié)。
7.一種電動機，具備采用權利要求6所述的R-T-B系稀土類永久磁鐵的制造方法制造的R-T-B系稀土類永久磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明的R-T-B系稀土類永久磁鐵用合金材料包含具有R、T和B的R-T-B系合金和具有1080℃以上的熔點的高熔點化合物，其中，R是選自Nd、Pr、Dy、Tb中的至少1種，必須在所述R-T-B系合金中含有4質(zhì)量％～10質(zhì)量％的Dy或Tb，T是以Fe為必需的過渡金屬，B是硼，一部分可用碳或氮置換。
文檔編號C22C33/02GK102264932SQ20098015204
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2008年12月26日
發(fā)明者中島健一朗 申請人:昭和電工株式會社