專利名稱：稀土類-鐵-鈷-硼系列各向異性磁體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁特性優(yōu)異且矯頑力的溫度系數(shù)小的、以包括Y在內(nèi)的稀土類元素中的至少一種元素、Fe、Co和B為主成分的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體。更具體地說(shuō)，涉及熱壓或熱靜水壓(下稱HIP)成型體的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體。
特開平1-132106號(hào)日本專利公報(bào)中記載有R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末，這種R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末是以強(qiáng)磁性相的R2(Fe，Co)14B型金屬間化合物相為主相的R-Fe-Co-B系列母合金為原料，將此種母合金原料在給定溫度范圍內(nèi)的H2氣氛中進(jìn)行熱處理，促使RHx、(Fe，Co)2B和其余的Fe各相發(fā)生相變之后，再采用脫H2工序從原料中除去H2，并由此而生成屬?gòu)?qiáng)磁性相的R2(Fe，Co)14B型相，這樣所得到的R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末的結(jié)構(gòu)是平均粒徑為0.05～3μm的極細(xì)的、以R2(Fe，Co)14B型相的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)為主相的集合結(jié)構(gòu)。
上述R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末，由于僅僅使用熱壓來(lái)制作熱壓成型體不能得到足夠的磁各向異性，因而根據(jù)特開平2-39503號(hào)日本專利公報(bào)記載，對(duì)上述熱壓成型體再進(jìn)行熱軋等熱軋制加工，形成沿R2(Fe，Co)14B相晶粒的C軸方向取向的軋制結(jié)構(gòu)，由此而提高磁各向異性。
不過(guò)，將上述熱壓成型體再進(jìn)行熱軋而得到的R-Fe-Co-B系列軋制磁體，雖然具有優(yōu)異的磁各向異性，但增大了矯頑力的溫度系數(shù)，將這種R-Fe-Co-B系列軋制磁體組裝到馬達(dá)等場(chǎng)合中，由于溫度的變化，馬達(dá)等的性能會(huì)隨之發(fā)生變化，因而導(dǎo)致穩(wěn)定性差等問(wèn)題。
再者，R-Fe-Co-B系列軋制磁體，由于場(chǎng)所不同而引起的加工率的離散性帶來(lái)磁各向異性的離散性，為了防止這些，熱塑性加工的過(guò)程不得不變得復(fù)雜起來(lái)。
因此，本發(fā)明人等根據(jù)上述矯頑力的溫度系數(shù)增大是由于將熱壓成型體熱軋而發(fā)生的這個(gè)事實(shí)，基于假如不經(jīng)上述熱軋而得到磁各向異性優(yōu)異的磁體，就不會(huì)發(fā)生上述矯頑力的溫度系數(shù)增大的認(rèn)識(shí)進(jìn)行研究，結(jié)果得到這樣的知識(shí)，即含有R10～20%Co0.1～50%B3～20%Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或者二種以上元素，其總含量為0.001～5.0%，其余的由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，晶粒的形狀為各晶粒的最大粒徑b和最小粒徑a之比b/a值小于2，晶粒的平均粒徑尺寸為0.05～20μm，并且晶粒集合結(jié)構(gòu)是由取正方晶體結(jié)構(gòu)的R2(Fe，Co)14B型金屬間化合物相為主相的晶粒構(gòu)成的。
由上述物質(zhì)的熱壓成型體或HIP成型體構(gòu)成的R-Fe-Co-B系列磁體表現(xiàn)出優(yōu)異的磁各向異性，而其矯頑力的溫度系數(shù)不會(huì)增大。
本發(fā)明是根據(jù)這樣的知識(shí)而作出的，這種R-Fe-Co-B系列各向異性磁體的特征在于，它是具有上述組成成分和晶粒集合結(jié)構(gòu)的熱壓成型體或HIP成型體，其矯頑力的溫度系數(shù)小。
與現(xiàn)有的軋制磁體相比，本發(fā)明的矯頑力溫度系數(shù)小的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體幾乎沒(méi)有因場(chǎng)所而致的磁各向異性的離散性，其耐蝕性也好。
還有，因?yàn)楸景l(fā)明的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體具有晶粒集合結(jié)構(gòu)，所以即使在R2(Fe，Co)14B型化合物組分附近，即在R11.8Fe平衡量B5.9組分附近也有優(yōu)異的磁各向異性和高的矯頑力。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體的制造方法。
用于制造本發(fā)明的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體的R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末的制造方法如下用熔鑄法按所定的組成成分制出含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的R-Fe-Co-B系列母合金，將這種R-Fe-Co-B系列母合金在氫氣氣氛中加熱，在溫度為500-1000℃、氫氣氣氛或者氫氣和惰性氣體的混合氣體氣氛中進(jìn)行熱處理，隨后，在溫度為500-1000℃、氫氣壓力為1 Torr以下的真空氣氛或者氫氣分壓力在1 Torr以下的惰性氣體氣氛中進(jìn)行脫氫處理，其后冷卻而制得。
將含有所定量的上述Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的R-Fe-Co-B系列母合金在600～1200℃的溫度下進(jìn)行均勻化處理，并且在上述脫氫處理之后，在300～1000℃的溫度下進(jìn)行熱處理，由于附加了上述處理過(guò)程，因而能夠制成磁各向異性和耐蝕性更加優(yōu)異的R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末。
這樣制成的R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末的結(jié)構(gòu)由R2(Fe，Co)14B型金屬間化合物相的再結(jié)晶晶粒集合的再結(jié)晶集合結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其晶內(nèi)和晶界上沒(méi)有雜質(zhì)和畸變。
構(gòu)成這種再結(jié)晶集合結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶晶粒，如果其平均再結(jié)晶粒徑在0.05～20μm范圍內(nèi)，則是足夠的，如果接近單磁疇的晶粒粒徑尺寸(約0.3μm)，在0.05～3μm的范圍內(nèi)，則更好。
有上述尺寸的各再結(jié)晶晶粒的形狀為最大粒徑b與最小粒徑a之比b/a＜2較好，有這種形狀的再結(jié)晶晶粒占全部再結(jié)晶晶粒的50%(體積)以上是必要的。由于具有上述最大粒徑b與最小粒徑a之比b/a小于2的再結(jié)晶晶粒形狀，因此，R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末在矯頑力改善的同時(shí)，在25～100℃內(nèi)矯頑力的溫度系數(shù)aiHc小于-0.6%/℃。
此外，由于這樣制成的R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)幾乎不存在晶界相，實(shí)質(zhì)上僅有由R2(Fe，Co)14B型金屬間化合物相構(gòu)成的再結(jié)晶集合結(jié)構(gòu)，而沒(méi)有晶界相的情況本身可以提高磁化值，同時(shí)，抑制了通過(guò)晶界相所進(jìn)行的腐蝕，還有，不存在由熱塑性加工而造成的應(yīng)力畸變，故減小了應(yīng)力腐蝕的可能性，因此，提高了耐蝕性。
將這樣制成的R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末在磁場(chǎng)中成形，做成壓粉坯，然后把這種壓粉坯在600～900℃的溫度下進(jìn)行熱壓或HIP，可得到保持上述R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末的結(jié)構(gòu)和特性，而矯頑力的溫度系數(shù)小的本發(fā)明的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體。
并且，根據(jù)需要，在300～1000℃的溫度下進(jìn)行熱處理可提高矯頑力。
如果將上述壓粉坯在通常的溫度下燒結(jié)，則由于此燒結(jié)溫度一般是高溫，因而R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末的細(xì)微再結(jié)晶晶粒生長(zhǎng)了，變成大的晶粒，使磁特性，特別是矯頑力降低，故是不好的。
因此，在制造本發(fā)明的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體的方法中，必須采用可以在比通常的燒結(jié)溫度低的溫度下燒結(jié)的熱壓法或HIP法，以抑制晶粒的生長(zhǎng)。還有，為賦予磁各向異性，在磁場(chǎng)中成形，在熱壓、HIP之后不必進(jìn)行熱塑性加工。
下面，說(shuō)明關(guān)于對(duì)上述本發(fā)明的矯頑力溫度系數(shù)小的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體的組成成分、平均晶粒粒徑和晶粒作如上限定的理由。
(a)RR是Nd、Pr、Tb、Dy、La、Ce、Ho、Er、Eu、Sm、Gd、Tm、Yb、Lu和Y中的一種或兩種以上元素，一般以Nd作為主體，添加以上其它稀土類元素，特別是Tb、Dy和Pr，有增加矯頑力iHc的效果，若R的含量低于10%，或高于20%，則各向異性磁體的矯頑力都會(huì)下降，得不到優(yōu)良的磁特性。所以R的含量定為10～20%。
(b)B若B的含量低于3%，或高于20%，則各向異性磁體的矯頑力都會(huì)下降，得不到優(yōu)良的磁特性，故B的含量定為3～20%。另外，用C、N、O、F置換一部分B也是可以的。
(c)Co由于添加Co，因而具有提高各向異性磁體的矯頑力和磁溫度特性(例如居里點(diǎn))、以及提高耐蝕性的效果，但如果其含量不足0.1%，則得不到所期望的效果，另一方面，如果含量超過(guò)50%，則磁特性會(huì)下降，所以也不好。因此，Co的含量定為0.1～50%。Co的含量在0.1～20%之間矯頑力最高，故Co的含量定為0.1～20%更好。
(d)Ti、V、Nb、Ta、Al和Si這些成分作為R-Fe-Co-B系列各向異性磁體含有的成分，具有提高矯頑力并賦予優(yōu)良的磁各向異性和穩(wěn)定的耐蝕性的作用，但它們的含量不足0.001%時(shí)，得不到所期望的效果，另一方面，含量超過(guò)5.0%時(shí)，磁特性會(huì)下降。所以，Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的總含量定為0.001～5.0%。
此外，還含有Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Mo、Hf、W中的至少一種元素，含量為0.001～5.0%，它使得R-Fe-Co-B系列各向異性磁體具有優(yōu)良的磁各向異性和耐蝕性。
(e)平均晶粒粒徑構(gòu)成R-Fe-Co-B系列各向異性磁體結(jié)構(gòu)的R2(Fe，Co)14B型相晶粒的平均晶粒粒徑小于0.05μm時(shí)，則難以充磁，所以不好，另一方面，大于20μm時(shí)，則矯頑力和矩形性下降，得不到高的磁特性，所以也不好。
因此，平均晶粒粒徑定為0.05～20μm。這個(gè)場(chǎng)合，如果平均晶粒粒徑接近單磁疇的晶粒粒徑尺寸(0.3μm)，在0.05～3μm范圍內(nèi)則更好。
(f)晶粒的形狀具有上述尺寸的晶粒，其形狀以最大粒徑b與最小粒徑a之比b/a小于2為好，有此形狀的晶粒必須占全部晶粒的50%(體積)以上。由于滿足上述b/a＜2的條件，從而改善了R-Fe-Co-B系列各向異性磁體的矯頑力，提高了耐蝕性，還使矯頑力的溫度系數(shù)變小。
下面，具體地用實(shí)施例和比較例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。
預(yù)備各種用等離子體熔鑄得到的、含有Co以及Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的R-Fe-Co-B系列合金鑄錠和完全不含Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中任何一種元素的R-Fe-Co-B系列合金鑄錠，將這些合金鑄錠分別進(jìn)行均勻化處理，也就是在氫氣氣氛、溫度為1130℃的條件下保持20小時(shí)，其后，將此經(jīng)均勻化處理過(guò)的鑄錠分割成約15mm的方塊作為原料合金，將此原料合金放在一個(gè)氣壓的氫氣氛中從室溫加熱到830℃，在830℃下保持1小時(shí)進(jìn)行氫氣氣氛中的熱處理，然后在830℃、真空度達(dá)到1×10-1Torr以下的條件下進(jìn)行脫氫處理，其后立即通入氬氣進(jìn)行急冷。這樣的氫處理完畢后，在真空、630℃的條件下進(jìn)行兩小時(shí)的熱處理。
將所得到的原料合金用研缽輕輕研碎，得到平均粒度為40μm的R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末。
將這些R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末在25KOe的磁場(chǎng)中壓成一定的形狀，制成壓粉坯，將這些壓粉坯在溫度為720℃、壓力為1.5Ton/cm2的條件下進(jìn)行熱壓或者在溫度為710℃、壓力為1.5Ton/cm2的條件下進(jìn)行熱靜水壓(HIP)，再各自進(jìn)行熱處理，也就是在620℃、真空條件下保持兩小時(shí)，由此而制成本發(fā)明的燒結(jié)磁體1-45和比較用的燒結(jié)磁體1-14。此外，在磁場(chǎng)中成形的壓粉坯按取向方向和熱壓時(shí)的壓制方向一致的設(shè)置進(jìn)行熱壓。上述本發(fā)明的燒結(jié)磁體1-25和比較用的燒結(jié)磁體1-7是由上述熱壓法制成的，所述本發(fā)明的燒結(jié)磁體26-45和比較用的燒結(jié)磁體8-14是由上述HIP法制成的。還有，密度全都充分致密化為7.5～7.6g/cm3。
為了比較，把不含Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中任何一種元素的合金鑄錠制成的R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末在真空下填裝到銅罐內(nèi)，加熱到720℃，進(jìn)行幾次軋制，使壓延率達(dá)到80%，做成現(xiàn)行的各向異性磁體。
這樣制成的本發(fā)明的各向異性磁體1-45、比較用的各向異性磁體1-14和現(xiàn)行的各向異性磁體的組成成分示于表1-6中，此外，還測(cè)定了這些各向異性磁體的平均晶粒粒徑、各晶粒的最大粒徑/最小粒徑之比小于2的形狀的晶粒的含量(體積%)、矯頑力的溫度系數(shù)aiHc、以及對(duì)在磁場(chǎng)中壓成形而得到的壓粉坯進(jìn)行熱壓或HIP所獲得的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體的磁特性，這些測(cè)定值示于表7-11中。
上述矯頑力的溫度系數(shù)aiHc是通過(guò)測(cè)定25℃時(shí)的矯頑力iHc25及100℃時(shí)的矯頑力iHc100，取其差的比率(iHc100-iHc25)/iHc25，再除以溫度差75℃所得到的值。

從表1-11可以看出，含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的本發(fā)明的各向異性磁體1-45，與完全不含這些元素的、屬于軋制磁體的現(xiàn)行各向異性磁體相比，磁特性大體上相同，但矯頑力的溫度系數(shù)卻格外小，還有，Ti、V、Nb、Ta、Al、Si的含有量偏離本發(fā)明條件的、比較用的各向異性磁體1-14，其磁各向異性低下，晶粒的尺寸和形狀對(duì)磁特性的影響很大。
本發(fā)明由于采用了除Co之外還含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素經(jīng)氫處理的粉末，因而不需經(jīng)過(guò)熱塑性加工，就可以得到各向異性顯著的、同時(shí)矯頑力的溫度系數(shù)小的R-Fe-Co-B系列磁體，對(duì)提高馬達(dá)等電動(dòng)機(jī)器的性能和穩(wěn)定性能帶來(lái)優(yōu)異的效果。
權(quán)利要求
1.一種以包括Y在內(nèi)的稀土類元素中的至少一種元素(以下用R表示)、Fe、Co和B為主成分的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體，其特征在于，該各向異性磁體的組成成份為(以原子百分比計(jì))R10～20%、Co0.1～50%、B3～20%、Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中一種或兩種以上元素，其總含量為0.001～5.0%、其余的為Fe和不可避免的雜質(zhì)；這種R-Fe-Co-B系列各向異性磁體具有以正方晶體結(jié)構(gòu)的R2(Fe，Co)14B型金屬間化合物相為主相的晶粒集合而成的晶粒集合結(jié)構(gòu)；在所述的晶粒集合結(jié)構(gòu)中，形狀為單個(gè)晶粒的最大粒徑b與最小粒徑a之比值b/a小于2的晶粒占全部晶粒的50%(體積)以上，且構(gòu)成上述晶粒集合結(jié)構(gòu)的晶粒的平均晶粒粒徑尺寸為0.05～20μm，這種R-Fe-Co-B系列各向異性磁體是熱壓成型體或熱靜水壓成型體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體，其特征在于，所述的集合了晶粒的晶粒集合結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上僅由R2(Fe，Co)14B型金屬間化合物相所構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體，其特征在于，所述的平均晶粒粒徑為0.05～3μm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種矯頑力的溫度系數(shù)小的R-Fe-Co-B系列各向異性磁體，它由經(jīng)氫處理得到R-Fe-Co-B系列永久磁體粉末制成，其成分為R10—20％、Co0.1—50％、B3—20％、Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素，總含量為0.001—5.0％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；它具有以正方晶體結(jié)構(gòu)的R
文檔編號(hào)B22F3/00GK1065152SQ9210118
公開日1992年10月7日 申請(qǐng)日期1992年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月1日
發(fā)明者武下拓夫, 中山亮治, 石井義成, 小川保 申請(qǐng)人:三菱材料株式會(huì)社