專利名稱：磁粉和粘合磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁粉(磁石粉末-日語原文)和粘合磁鐵(ぼンド磁石)，尤其涉及磁粉和使用該磁粉制造的粘合磁鐵。
當(dāng)磁鐵用于馬達(dá)中時(shí)，為了減小馬達(dá)的體積，希望磁鐵具有高磁通量密度(實(shí)際導(dǎo)磁性)。在決定粘合磁鐵的磁通量密度的因素中，包括磁粉的磁化和磁粉在粘合磁鐵內(nèi)的含量。因此，當(dāng)磁粉自身的磁化不夠高時(shí)，就不能獲得所需的磁通量密度，除非磁粉在粘合磁鐵內(nèi)的含量達(dá)到極高的水平。
目前，實(shí)際應(yīng)用的高性能稀土粘合磁鐵中，大多數(shù)是以R-TM-B系磁粉(其中，R是至少一種稀土元素，TM是至少一種過渡金屬)作為稀土類磁粉而制造的各向同性粘合磁鐵。各向同性粘合磁鐵在以下幾個(gè)方面優(yōu)于各向異性粘合磁鐵即，在制造各向同性粘合磁鐵時(shí)，由于不需要磁場定向，因此可以簡化制造程序，結(jié)果，可以抑止制造成本的增高。然而，由基于R-TM-B系磁粉的各向同性粘合磁鐵代表的傳統(tǒng)的各向同性粘合磁鐵存在下列問題(1)傳統(tǒng)的各向同性粘合磁鐵不具備足夠高的磁通量密度。即，由于使用的磁粉具有較差的磁化性，包含在粘合磁鐵中的磁粉含量不得不增加。然而，磁粉含量的增加導(dǎo)致粘合磁鐵的可模制性退化，所以這種努力受到限制。另外，即使通過改變模制條件等來設(shè)法增加磁粉的含量，還存在一個(gè)獲得磁通量密度的限制。因?yàn)檫@些原因，使用傳統(tǒng)的各向同性粘合磁鐵不可能減小馬達(dá)的體積。
(2)盡管有報(bào)道關(guān)于納米復(fù)合磁鐵(ナノコンポジツト磁石)具有高的剩余磁通量密度，但是，它們的抗磁力非常小，使得它們在實(shí)際應(yīng)用于馬達(dá)中時(shí)，可獲得的磁通量密度(實(shí)際應(yīng)用中的導(dǎo)磁性)非常低。另外，由于它們的抗磁力較小，因此這些磁鐵的熱穩(wěn)定性很差。
(3)傳統(tǒng)的粘合磁鐵的機(jī)械強(qiáng)度較低。即，在這些粘合磁鐵中，為補(bǔ)償磁粉的低磁性，需要增加粘合磁鐵中的磁粉量。這就意味著該粘合磁鐵的密度必須非常高。結(jié)果，粘合磁鐵的機(jī)械強(qiáng)度變低。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可以產(chǎn)生具有高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的粘合磁鐵的磁粉及粘合磁鐵。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包含稀土元素和過渡金屬的磁粉，其特征在于，其表面的至少一部分上有多個(gè)脊(ridge)或凹陷(recess)。由此，得以提供可提供具有高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的磁鐵的磁粉。
在本發(fā)明的磁粉中，磁粉的平均粒徑為aμm時(shí)，所述脊或凹陷的平均長度優(yōu)選等于或大于a/40μm。由此，得以提供具有高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的磁鐵。
另外，最好脊的平均高度或凹陷的平均深度是0.1-10μm。由此，得以提供具有高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的磁鐵。
再者，最好這些脊或凹陷彼此并行設(shè)置(並設(shè)さゎる)，其平均間距(pitch)0.5-100μm。由此，得以提供具有高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的磁鐵。
在本發(fā)明中，這種磁粉最好是通過粉碎采用冷卻輥(cooling roll)制造的薄帶狀磁鐵材料而得到。由此，得以提供具有優(yōu)良磁性，特別是優(yōu)良抗磁力的磁鐵。
另外，在本發(fā)明中，最好磁粉的平均粒徑是5-300μm。由此，得以提供具有高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的磁鐵。
還有，在本發(fā)明的磁粉中，相對于磁粉的全部表面積，磁粉上形成脊或凹陷的部分的面積所占比例最好等于或大于15％。由此，得以提供具有高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的磁鐵。
在本發(fā)明中，最好在磁粉的制造期間或之后，磁粉經(jīng)過至少一次熱處理。由此，得以提供具有特別優(yōu)異磁性的磁鐵。
另外，本發(fā)明的磁粉最好由具有硬磁相和軟磁相的復(fù)合結(jié)構(gòu)組成。由此，得以提供具有特別優(yōu)異磁性的磁鐵。在這種情況下，硬磁相和軟磁相的平均晶粒尺寸最好是1-100nm。由此，得以提供具有優(yōu)良磁性，特別是優(yōu)良的抗磁力和矩形狀(rectangularity)的磁鐵。
本發(fā)明的其他特征是將上述1-10項(xiàng)的任何一種磁粉與粘合樹脂粘合而制得的粘合磁鐵。由此，得以提供具有高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的粘合磁鐵。
在這種情況下，最好使用熱成型方法(warm molding)制造粘合磁鐵。由此，磁粉和粘合樹脂之間的粘合強(qiáng)度得以增強(qiáng)，并且粘合磁鐵的空隙率(voidratio)降低，得以提供一種具有高密度和具有特別優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和磁性的粘合磁鐵。
另外，在所述粘合磁鐵中，最好使粘合樹脂進(jìn)入到磁粉中并行設(shè)置的所述脊之間或并行設(shè)置的所述凹陷內(nèi)。由此，得以提供一種具有特別優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和磁性的粘合磁鐵。
另外，在這些粘合磁鐵中，最好在室溫下它的固有抗磁力HcJ是320-1200kA/m。由此，得以提供一種具有優(yōu)良的耐熱性、磁化力以及令人滿意的磁密度的粘合磁鐵。
另外，最好最大磁能積(最大磁気エネルギ-積)(BH)max等于或大于40kJ/m3。由此，得以提供一種小但高性能的馬達(dá)。
另外，在本發(fā)明中，最好粘合磁鐵的磁粉含量是75-99.5重量％。由此，得以提供一種具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、磁特性并保持優(yōu)良的可模制性的粘合磁鐵。
另外，在本發(fā)明中，粘合磁鐵由沖切剪斷試驗(yàn)(打ち拔きせん斷試験)測量的機(jī)械強(qiáng)度最好等于或大于50MPa。由此，得以提供一種具有特別高機(jī)械強(qiáng)度的粘合磁鐵。
本發(fā)明的上述和其它目的、構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn)通過結(jié)合附圖描述的實(shí)施例而更加明顯。


圖1是本發(fā)明的磁粉復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米復(fù)合結(jié)構(gòu))的示例的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明磁粉的復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米復(fù)合結(jié)構(gòu))的另一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明磁粉的復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米復(fù)合結(jié)構(gòu))的其它示例的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明磁粉上形成的脊或凹陷形狀的示例的結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明磁粉上形成的脊或凹陷形狀的另一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明磁粉的電鏡圖。
下面，將詳細(xì)描述本發(fā)明的磁粉和粘合磁鐵的實(shí)施例。
本發(fā)明的磁粉具有包含稀土元素和過渡金屬的合金組成。在這種情況下，最好使用下列合金(1)-(5)中的任何一種。(1)一種包含主要含Sm的稀土元素和主要含Co的過渡金屬作為它的基本組成的合金(以下簡稱“基于Sm-Co的合金”)(2)一種包含R(這里R是包含Y的至少一種稀土元素)，和主要包含F(xiàn)e的過渡金屬(TM)和B作為基本成分的合金(下面簡稱為“基于R-TM-B的合金”)。(3)一種包含主要含Sm的稀土元素、主要含F(xiàn)e的過渡金屬和一種主要含N的晶格間元素(格子間元素)為基本成分的合金(下面簡稱為“基于Sm-Fe-N的合金”)。(4)一種包含R(這里R是包含Y的至少一種稀土元素)，和諸如Fe的過渡金屬作為基本成分，以及具有硬磁相和軟磁相相鄰存在(包括它們彼此通過粒間界線相毗鄰的情況)的復(fù)合結(jié)構(gòu)(特別是具有納米復(fù)合結(jié)構(gòu))的合金。(5)上述(1)-(4)的合金組成的至少兩種的混合物。在這種情況下，可以結(jié)合混合的各種磁粉的優(yōu)勢，可以容易地獲得具有更加優(yōu)良磁性的產(chǎn)品。
典型的基于Sm-Co的合金的例子包括SmCo5和Sm2TM17(這里TM是過渡金屬)。
典型的基于R-Fe-B的合金的例子包括基于Nd-Fe-B的合金、基于Pr-Fe-B的合金、基于Nd-Pr-Fe-B的合金、基于Nd-Dy-Fe-B的合金、基于Ce-Nd-Fe-B的合金和基于Ce-Pr-Nd-Fe-B的合金，這些合金之一中的一部分Fe可用諸如Co或Ni等過渡金屬取代。
典型的基于Sm-Fe-N的合金的例子包括通過硝化Sm2Fe17合金形成的基于Sm2Fe17N3的合金，和具有TbCu7相作為主相的基于Sm-Zr-Fe-Co-N的合金。在這個(gè)方面，在基于Sm-Fe-N的合金的情況下，通常是，在驟冷薄帶制成后，對薄帶作適當(dāng)?shù)臒崽幚恚鳱以晶格間原子的形式經(jīng)過硝化而引入。
在本文中，上面所述的稀土元素的例子包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和鈰鑭合金，以及包含這些稀土金屬中的一個(gè)或多個(gè)。另外，過渡金屬的例子包括Fe、Co、Ni等，以及包含這些金屬中的一個(gè)或多個(gè)。
另外，為了增加諸如抗磁力和最大磁能積等磁性，或?yàn)榱烁纳颇蜔嵝院湍臀g性，磁鐵材料可以按需要包含Al、Cu、Ga、Si、Ti、V、Ta、Zr、Nb、Mo、Hf、Ag、Zn、P、Ge、Cr和W中的一個(gè)或多個(gè)。
在這個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米復(fù)合結(jié)構(gòu))中，軟磁相10和硬磁相11按照例如圖1、圖2或圖3所示的圖案(模式)存在。其中各個(gè)相的厚度和其中的晶粒尺寸在納米米級。另外，軟磁相10和硬磁相11被安排彼此相鄰(這還包括這些相通過粒間界線相毗鄰的情況)，這使得它們之間有可能執(zhí)行磁交換。
軟磁相的磁化通過外部磁場的作用輕易地改變它的定向。因此，當(dāng)軟磁相與硬磁相共同存在時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的磁化曲線在B-H圖(J-H圖)的第二象限顯示梯級的“蛇形線”。然而，當(dāng)軟磁相具有小于10nm以下的十分小的尺寸時(shí)，通過與周圍的硬磁相的磁化偶聯(lián)，使軟磁鐵的磁化被足夠并強(qiáng)烈地抑制，從而整個(gè)系統(tǒng)展示出硬磁鐵的功能。
具有這樣的復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米復(fù)合結(jié)構(gòu))的磁鐵主要具有以下五種特征。(1)在B-H圖(J-H圖)的第二象限，磁化可逆地彈回(這種情況下，該磁鐵被稱為“彈性磁鐵”)。(2)它具有令人滿意的磁化力，因此可以用相對低的磁場磁化。(3)與系統(tǒng)僅僅由硬磁相單獨(dú)構(gòu)成的情況相比，磁性的溫度依賴性較低。(4)磁性的經(jīng)時(shí)變化小。(5)即使在精細(xì)研磨之后，也沒有觀察到磁性的退化。
如上所述，由復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成的磁鐵具有優(yōu)良的磁性。因此，磁粉最好具有這樣的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
另外，圖1-3所示的圖案僅僅是示例，并不僅限于此。
另外，本發(fā)明的磁粉表面的至少一部分都形成有許多脊(凸起部分)或凹陷。這引起下列效應(yīng)。
當(dāng)這種磁粉用于制造粘合磁鐵時(shí)，粘合樹脂進(jìn)入到凹陷內(nèi)(或脊間)。因此，磁粉和粘合樹脂之間的粘合力增強(qiáng)，因此，就可能使用相對少量的粘合樹脂獲得高的機(jī)械強(qiáng)度。這意味著將要包含的磁粉的量(含量)可以增加。因此，有可能獲得具有高磁性的粘合磁鐵。
另外，因?yàn)榇欧鄣拿總€(gè)表面都形成有許多如上所述的脊或凹陷，當(dāng)將它們捏合到一起時(shí)，磁粉與粘合樹脂充分接觸，即它們之間的濕潤力增加。結(jié)果，在磁粉和粘合樹脂的混合物中，粘合樹脂易于覆蓋或包圍在磁粉的各個(gè)粒子周圍，從而用相對較少的粘合樹脂可獲得良好的可模制性。
通過上述這些效應(yīng)，這就可能制造有良好的可模制性的同時(shí)還具有高機(jī)械強(qiáng)度和高磁性的粘合磁鐵。
在本發(fā)明中，當(dāng)磁粉的平均粒徑(直徑)為aμm(后面將描述這個(gè)指定為“a”的最佳值)時(shí)，脊或凹陷的長度較好的是等于或大于a/40μm，更好的是等于或大于a/30μm。
如果脊和凹陷的長度小于a/40μm，就會因該磁粉的平均粒徑“a”之故，而不能很好展示本發(fā)明的上述效應(yīng)。
脊的平均高度和凹陷的平均深度優(yōu)選0.1-10μm，更優(yōu)選0.3-5μm。
如果脊的平均高度和凹陷的平均深度在這個(gè)范圍里，當(dāng)用這種磁粉制造粘合磁鐵時(shí)，粘合樹脂必要且充分進(jìn)入到脊間或凹陷內(nèi)，于是磁粉和粘合樹脂之間的粘合強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)。結(jié)果，獲得的粘合磁鐵的機(jī)械強(qiáng)度和磁性進(jìn)一步改善。
這些脊或凹陷可以安排在隨機(jī)的方向，但最好它們彼此并行設(shè)置，定向于預(yù)定的方向。例如，如圖4所示，許多脊2或凹陷既可安排在彼此大致平行的方向，如圖5所示，許多脊2或凹陷也可以被安置成沿兩個(gè)不同的、互相交叉的方向延伸。另外，這些脊和凹陷也可形成為皺縮的形式(しわ狀)。還有，當(dāng)這些脊(或凹陷)具有一定方向性安置時(shí)，則這些脊(或凹陷)不需要具有相同的長度和高度(凹陷的深度)，以及相同的形狀，而是各個(gè)脊(或凹陷)可以變化。
并行設(shè)置的脊2或并行設(shè)置的凹陷之間的間距較好的是在0.5-100μm，最好是在3-50μm。
當(dāng)并行設(shè)置的脊2或并行設(shè)置的凹陷的平均間距在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，本發(fā)明的上述效應(yīng)將會十分顯著。
另外，形成脊2或凹陷的面積占磁粉1整個(gè)表面積的比率優(yōu)選為等于或大于15％，最好是等于或大于25％。
如果形成脊2或凹陷的面積與磁粉1整個(gè)表面積的比率小于15％，就會出現(xiàn)本發(fā)明上述的效應(yīng)不能很好的展示的情況。
磁粉1的平均粒徑(直徑)“a”較好的是在5-300μm范圍內(nèi)，更好的是在10-200μm范圍內(nèi)。如果磁粉1的平均粒徑“a”小于這個(gè)最低值，則由于氧化而導(dǎo)致的磁性退化將變得很顯著。另外，由于害怕烘烤，所以在處理這些磁粉時(shí)出現(xiàn)問題。另一方面，如果磁粉1的平均粒徑“a”超過這個(gè)上限，又會出現(xiàn)后面將要描述的當(dāng)用這種磁粉制造粘合磁鐵時(shí)，在混合處理或模制處理期間不能獲得混合物的足夠的流動性的問題。
另外，當(dāng)用該磁粉形成粘合磁鐵時(shí)，為了在模制處理時(shí)獲得令人滿意的模制性，磁粉的粒徑分布最好有一定的分散性。這將使獲得的粘合磁鐵的空隙比率降低，于是，與具有相同含量磁粉的粘合磁鐵相比，這就可能使獲得的粘合磁鐵的密度和機(jī)械強(qiáng)度增加，因此也就更進(jìn)一步增強(qiáng)了磁性。
此外，平均粒徑“a”可以用例如F.S.S.S.方法(Fischer Sub-Sieve Sizer方法)測量。
另外，為了促進(jìn)無定形結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶和該結(jié)構(gòu)的均質(zhì)化，在制造過程中或之后，磁粉1可經(jīng)受至少一次熱處理。這個(gè)熱處理的條件，例如，可以是400℃-900℃范圍內(nèi)加熱0.2-300分鐘。
在這種情況下，為了避免氧化，最好在真空或在減壓(例如在1×10-1-1×10-6Torr的范圍內(nèi))條件下，或在諸如氮?dú)?、氬氣、氦氣等惰性氣體的非氧化環(huán)境中進(jìn)行熱處理。
在如上所述的磁粉中，平均結(jié)晶粒徑較好的是等于或小于500nm，更好的是等于或小于200nm，最好是位于10-120nm范圍內(nèi)。如果平均結(jié)晶粒徑超過500nm，這就會出現(xiàn)磁性，特別是抗磁力和矩形性不能充分改善的情況。
特別是，當(dāng)磁鐵材料是具有如上面(4)所描述的復(fù)合結(jié)構(gòu)的合金時(shí)，平均結(jié)晶粒徑較好的是應(yīng)該位于1-100nm范圍內(nèi)，更好的是位于5-50nm范圍內(nèi)。當(dāng)平均結(jié)晶粒徑位于這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，在軟磁相10和硬磁相11之間發(fā)生的磁交換將會更有效，從而可以看出磁性得到明顯改善。
上面描述的磁粉可以用各種制造方法制造，只要它的表面至少一部分形成有脊或凹陷即可。但從金屬結(jié)構(gòu)(晶粒)易于微細(xì)化且磁性特別是抗磁力可得到顯著增強(qiáng)的觀點(diǎn)看，最好是通過粉碎經(jīng)使用冷卻輥的急冷法制造的薄帶狀磁鐵材料(急冷薄帶)獲得磁粉。
此時(shí)，只是具有構(gòu)成急冷薄帶的輥面(急冷薄帶與冷卻輥相接觸的表面)的一部分的面的粉末才成有脊或凹陷。從急冷薄帶獲取的但不具有這樣的表面的粉末不具有這樣的脊或凹陷。
急冷薄帶的粉碎方法沒有特別限制，可以使用諸如球磨機(jī)、振動式研磨機(jī)、噴射碾磨機(jī)和針形研磨機(jī)等各種研磨和碾碎設(shè)備。在這種情況下，為了避免氧化，最好在真空或在減壓(例如在1×10-1到1×10-6的Torr減壓)條件下，或在諸如氮?dú)?、氬氣、氦氣等惰性氣體的非氧化環(huán)境中進(jìn)行研磨處理。
具有這種脊或凹陷的磁粉可通過適當(dāng)選擇它的合金組成、冷卻輥的外表面層的材料、冷卻輥的外表面層的結(jié)構(gòu)和冷卻條件等獲得。但是，在本發(fā)明中，為了通過控制它的適當(dāng)形狀而穩(wěn)定地形成這些脊或凹陷，最好在冷卻輥的外表面形成槽(凹陷)或凸起(脊)，從而使它們的形狀或樣式轉(zhuǎn)移到急冷薄帶上。
當(dāng)具有上面描述的形成有槽或凸起的外表面的冷卻輥是時(shí)，用單輥法使用時(shí)，就可在急冷薄帶的至少一個(gè)面上形成相應(yīng)的脊或凹陷。另外，如果使用雙輥法，通過使用兩個(gè)每個(gè)外表面都形成有槽或凸起的冷卻輥，可以在急冷薄帶的兩個(gè)面上都形成相應(yīng)的脊或凹陷。
下面，將描述本發(fā)明的粘合磁鐵。
本發(fā)明的粘合磁鐵最好使用粘合樹脂(粘合劑)粘合上述磁粉制造。
至于粘合樹脂，使用熱塑樹脂或熱固性樹脂都可。
熱塑樹脂的例子包括聚酰胺(例如尼龍6、尼龍46、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍11、尼龍12、尼龍6-12、尼龍6-66)；熱塑性聚酰亞胺、液晶聚合物如芳香聚酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、改性的聚烯烴、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯，如聚乙二醇對苯二酸酯、聚丁二醇對苯二酸酯；聚醚；聚醚酮醚、聚醚酰亞胺、聚縮醛等，或者是以它們?yōu)橹饕煞值墓簿畚?、共混物、聚合物合金，可以使用這些材料中的一種或兩種以上的混合物。
在這些樹脂中，從特別優(yōu)良的可模制性和高機(jī)械強(qiáng)度這兩個(gè)方面看，包含聚酰胺作為其主要成分的樹脂比較好。另外，從增強(qiáng)耐熱性這方面看，包含液晶聚合物、聚苯硫醚作為其主要成分的樹脂比較好。另外，這些熱塑樹脂還與磁粉有優(yōu)良的混煉性。
這些熱塑樹脂的優(yōu)點(diǎn)是，提供了有一個(gè)廣大的可供選擇的范圍。例如，可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇它們的種類、共聚合化等，提供一種具有好的可模制性的熱塑樹脂，或提供具有良好的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度的熱塑樹脂。
另一方面，熱固性樹脂的例子包括各種雙酚型、酚醛樹脂、萘系等環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、聚脂(或不飽和聚酯)樹脂、聚酰亞胺樹脂、硅樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂等等?？梢允褂眠@些材料中的一種或兩種以上的混合物。
在這些樹脂中，從特別優(yōu)良的可模制性、高機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性這些方面看，環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂和硅樹脂比較好。在這些樹脂中，環(huán)氧樹脂尤其好。此外，這些熱固性樹脂還具有與磁粉良好的可混煉性以及混煉中良好的均質(zhì)性(均勻性)。
所使用的熱固化樹脂(未固化)，在室溫狀態(tài)下可以是液體狀態(tài)或固體(粉狀)狀態(tài)。
上述的本發(fā)明的粘合磁鐵可以用例如下面的程序制造。
首先，磁粉、粘合樹脂和必要時(shí)的添加劑(抗氧化劑、潤滑劑等)混合并混煉在一起，獲得粘合磁鐵用組合物，然后，將這樣獲得的粘合磁鐵用組合物以諸如加壓模塑、擠出成形或注射成形等模塑方法，在無磁場的空間內(nèi)形成所需的磁鐵形狀或樣式。當(dāng)用的是熱固性粘合樹脂時(shí)，通過模塑后加熱使獲得的模塑體固化。
在這種情況下，混煉處理可以在室溫下進(jìn)行，但較好的是，這種混煉處理在使粘合樹脂開始變軟的溫度或比它高的溫度下進(jìn)行。特別是，當(dāng)粘合樹脂是熱固化樹脂時(shí)，混煉處理可以在等于或高于使粘合樹脂開始變軟的溫度，但在低于粘合樹脂開始固化的溫度條件下進(jìn)行。
通過在這樣的溫度下進(jìn)行混煉處理，混煉處理的效率得到改善，從而使得與在室溫條件下相比，該混煉處理可在相對短的時(shí)間內(nèi)獲得均勻地混煉。另外，由于混煉是在粘合樹脂的粘性低的狀態(tài)下進(jìn)行的，粘合樹脂與磁粉的接觸變得充分而可靠，因此，已經(jīng)變軟或熔化的粘合樹脂有效進(jìn)入磁粉表面的脊間或凹陷內(nèi)。結(jié)果，組合物的空隙率減小。另外，這還有助于減少組合物中的粘合樹脂的含量。
另外，還優(yōu)選的是，以上述方法中的任何一種進(jìn)行的成形在粘合樹脂處于變軟或熔融狀態(tài)的溫度下進(jìn)行(熱模塑)。
通過在這種溫度下進(jìn)行模塑，粘合樹脂的流動性得到改善，于是，即使在使用相對少量的粘合樹脂的情況下，也可以得到優(yōu)良的可模制性。另外，因?yàn)檎澈蠘渲牧鲃有愿纳?，粘合樹脂與磁粉的接觸變得充分而可靠，因此，已經(jīng)變軟或熔化的粘合樹脂有效的進(jìn)入脊間或凹陷內(nèi)。結(jié)果，獲得的粘合磁鐵的空隙率可以減小，這就可能制造具有高密度和優(yōu)良磁性及機(jī)械強(qiáng)度的粘合磁鐵。
機(jī)械強(qiáng)度的指標(biāo)的一個(gè)例子是，根據(jù)日本電器材料制造協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)EMAS-7006“粘合磁鐵小樣本沖壓剪斷試驗(yàn)方法”進(jìn)行的沖壓剪斷試驗(yàn)獲得的機(jī)械強(qiáng)度。在本發(fā)明的粘合磁鐵情況下，機(jī)械強(qiáng)度較好的是等于或大于50MPa，更好的是等于或大于60MPa。
粘合磁鐵中的磁粉含量沒有特別的限制，一般由要采用的模塑方法和可模制性及高磁性來確定。具體而言，其含量較好的是75-99.5重量％范圍內(nèi)，更好的是在85-97.5重量％范圍內(nèi)。
特別是，在加壓模塑制造粘合磁鐵的情況下，磁粉的含量較好的是位于90-99.5重量％范圍內(nèi)，更好的是位于93-98.5重量％的范圍內(nèi)。
另外，在用擠出成形或注射成形制造粘合磁鐵的情況下，磁粉的含量較好的是位于75-98重量％范圍內(nèi)，更好的是位于85-97重量％的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，因?yàn)榧够虬枷菪纬捎诖欧鄣谋砻娴闹辽僖徊糠稚?，磁粉可用粘合樹脂以較大的粘合力粘合。因此，用相對較少量的粘合樹脂可以獲得高的機(jī)械強(qiáng)度。結(jié)果，這就可能增加磁粉的量，于是，可獲得具有高磁性的粘合磁鐵。
粘合磁鐵的密度ρ由諸如粘合磁鐵內(nèi)的磁粉的比重、磁粉的含量、空隙率等因素決定。在本發(fā)明的粘合磁鐵中，密度ρ沒有特別的限定，但它較好的是位于5.3-6.6Mg/m3范圍內(nèi)，更好是位于5.5-6.4Mg/m3范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，粘合磁鐵的形狀、尺寸等沒有特別限制。例如，關(guān)于形狀，諸如圓柱形、棱柱形、圓筒形(圓環(huán)形)、拱形、板形、彎板型等所有形狀都可。關(guān)于尺寸，從大尺寸到超微型都可。但是，如在本說明書中反復(fù)描述的，當(dāng)用于微型化磁鐵和超微型化磁鐵時(shí)，本發(fā)明更具有優(yōu)勢。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，粘合磁鐵的抗磁力(HCJ)(室溫下的固有抗磁力)位于320-1200KA/m，更好的是位于400-800KA/m范圍內(nèi)。如果抗磁力(HCJ)低于前述最低值，當(dāng)施加反磁場時(shí)，發(fā)生明顯的退磁現(xiàn)象，并且在高溫條件下的耐熱性也退化。另一方面，如果抗磁力(HCJ)超過上限值，磁化性退化。因此，將抗磁力(HCJ)設(shè)置在上述范圍內(nèi)，在粘合磁鐵(特別是圓筒型磁鐵)經(jīng)受多極磁化的情況下，即使不能保證有足夠高磁場也可以完成滿意的磁化。另外，還可能獲得足夠的磁通量密度，從而能夠提供高性能的粘合磁鐵。
另外，在本發(fā)明中，較好的是粘合磁鐵的最大磁能積(BH)max等于或大于40kJ/m3，更好的是等于或大于50kJ/m3，最好是在70-120kJ/m3范圍內(nèi)。當(dāng)最大磁能積(BH)max小于40kJ/m3時(shí)，當(dāng)它們用在馬達(dá)中時(shí)，隨它們的類型和結(jié)構(gòu)的改變，不能獲得足夠的扭矩。
作為冷卻輥，配置了五個(gè)在它的外圈面都具有槽的冷卻輥。這五個(gè)冷卻輥的槽平均深度、平均長度并行設(shè)置的槽之間的平均間距在每個(gè)冷卻輥中各不相同。
通過使用配置有這些冷卻輥的急冷薄帶制造設(shè)備，用單輥法制造急冷薄帶。
首先，稱量Nd、Pr、Dy、Fe、Co和B等原料，然后，鑄造母合金鑄塊。
將放置急冷薄帶制造設(shè)備的室脫氣，然后將惰性氣體(氦氣)引入，建立預(yù)定溫度和氣壓的大氣環(huán)境。
下一步，通過熔化母合金鑄塊形成熔化的合金，冷卻輥的圓周速度設(shè)置為28m/秒。然后，在環(huán)境氣體的氣壓設(shè)置為60kPa及熔化的合金的噴射壓力設(shè)置為40kPa后，熔化的合金朝冷卻輥的外周面噴射，以連續(xù)制造急冷薄帶。獲得的每個(gè)急冷薄帶的厚度是17μm。
在粉碎每個(gè)這樣獲得的急冷薄帶之后，將它們在675℃氬氣環(huán)境熱處理300秒，以獲得本發(fā)明的磁粉(樣本No.1-5)。
另外，作為對照，使用具有光滑外圈面(沒有槽也沒有脊)的冷卻輥，用上面描述的同樣方法可制造磁粉(樣本號No.6-7)(對照例)。
用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察這樣獲得的磁粉的表面情形。結(jié)果，可以肯定，No.1-5的每個(gè)樣本磁粉表面都形成有對應(yīng)于冷卻輥上的每個(gè)槽的脊。另一方面，No.6-7(對照例)的每個(gè)樣本磁粉的表面都沒有觀察到脊或凹陷。
圖6顯示了本發(fā)明的磁粉(樣本No.2)的電子顯象。
然后，對于每個(gè)磁粉都測量其表面的脊的高度和長度，以及并行設(shè)置的脊之間的間距。另外，根據(jù)用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察到的結(jié)果，獲得每個(gè)磁粉形成有脊或凹陷的磁粉的表面的那一部分面積，與質(zhì)粒的整個(gè)表面的比率。這些結(jié)果顯示在附表1。
為了分析這些獲得的磁粉的相構(gòu)造，用Cu-Kα線、以20-60°的衍射角(2θ)對各個(gè)磁粉進(jìn)行X-射線衍射分析。從每個(gè)磁粉的衍射圖中得出的結(jié)果，可以肯定在硬磁相R2(Fe·Co)14B相和軟磁相α-(Fe，Co)相有衍射峰。另外，從透射電鏡(TEM)的觀察結(jié)果，各個(gè)磁粉都具有復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米結(jié)構(gòu))。另外，對于每個(gè)磁粉，測量這些相的平均晶粒尺寸。這些測量結(jié)果顯示在附表1。
將每種磁粉與環(huán)氧樹脂和少量的肼類抗氧化劑混合，然后，在100℃下將該混合物混煉10分鐘(熱混煉)，由此獲得用于粘合磁鐵的組合物。
此時(shí)，No.1-6的磁粉、環(huán)氧樹脂和肼類抗氧化劑的混合比例是97.5重量％∶1.3重量％∶1.2重量％。另外，樣本No.7的磁粉、環(huán)氧樹脂和肼類抗氧化劑的混合比例是97.0重量％∶2.0重量％∶1.0重量％。
之后，每個(gè)這樣獲得的組合物經(jīng)粉碎形成粒狀。然后，稱量粒狀物并填入到壓床的模中，在無磁場條件，溫度120℃、壓力600MPa下加壓模塑(熱塑膜)，冷卻該模體并脫模，然后在175℃加熱以使得環(huán)氧樹脂固化，獲得直徑10mm和高7mm的圓柱形粘合磁鐵(用于測試磁性和耐熱性)，和具有長度10mm、寬度10mm及高度3mm的平板形粘合磁鐵(用于測試機(jī)械強(qiáng)度)。另外，每個(gè)樣本制造五片這樣的平板形粘合磁鐵。
結(jié)果，樣本No.1-5的粘合磁鐵(根據(jù)本發(fā)明制造的)和樣本No.7(對照例)可制造成具有良好的可模制性。
另外，在磁場強(qiáng)度3.2MA/m條件下對每個(gè)圓柱形粘合磁鐵執(zhí)行脈沖磁化后，在最大施加的磁場2.0MA/m下，使用直流自動記錄磁通計(jì)(由東英工業(yè)(株)公司制造，TRF-5BH)測量磁性(抗磁力HCJ、剩磁通量密度Br和最大磁能積(BH)max)。測量溫度是23℃(即室溫)。
下面，進(jìn)行耐熱性(熱穩(wěn)定性)試驗(yàn)。在耐熱性試驗(yàn)中，在粘合磁鐵已經(jīng)在100℃條件下放置1小時(shí)后當(dāng)溫度返回到室溫時(shí)，測量每個(gè)粘合磁鐵的不可逆的磁通損失(初始磁通損失)的值，然后評估該結(jié)果。不可逆磁通損失(初始磁通損失)的絕對值越小，則說明耐熱性(熱穩(wěn)定性)越好。
另外，通過沖壓剪斷試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度測量每個(gè)平板形粘合磁鐵的機(jī)械強(qiáng)度。在這個(gè)試驗(yàn)中，由島津制作所(株)制造的自動繪圖儀用作測試機(jī)器，測試在剪切速率1.0mm/分的條件下，使用圓形沖頭(直徑3mm)進(jìn)行測試。
另外，在測量機(jī)械強(qiáng)度之后，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察每個(gè)粘合磁鐵的截面的狀態(tài)。結(jié)果，樣本No.1-5的粘合磁鐵(根據(jù)本發(fā)明)中，粘合樹脂有效的進(jìn)入到并行設(shè)置的脊間。
磁性、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度的測量結(jié)果顯示在附表2中。
如從附表2中可見，本發(fā)明的樣本No.1-5的每個(gè)粘合磁鐵都分別具有優(yōu)良的磁性、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度。
相反，在樣本No.6的粘合磁鐵中(對照例)中，機(jī)械強(qiáng)度較低，在樣本No.7的粘合磁鐵中(對照例)中，磁性較差。推測導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的原因如下。
即，在本發(fā)明的樣本No.1-5的每個(gè)粘合磁鐵中，因?yàn)樵诖欧鄣耐獗砻嫘纬捎胁⑿性O(shè)置的脊，粘合樹脂有效進(jìn)入到這些并行設(shè)置的脊之間。因此，在磁粉和粘合樹脂之間的粘合強(qiáng)度增強(qiáng)，于是就可能用較少量的粘合樹脂而獲得高的機(jī)械強(qiáng)度。另外，因?yàn)槭褂玫恼澈蠘渲牧枯^少，粘合磁鐵的密度變高，從而產(chǎn)生優(yōu)良的磁性。
另一方面，在樣本No.6(對照例)的粘合磁鐵中，盡管使用了與本發(fā)明的粘合磁鐵中相同量的粘合樹脂，與本發(fā)明的粘合磁鐵相比，磁粉與粘合樹脂之間的粘合力較低，因此導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度較差。
另外，在樣本No.7(對照例)的粘合磁鐵中，為了增加可模制性和機(jī)械強(qiáng)度，因此使用了相對大量的粘合樹脂，磁粉的量相對減少，故磁性較差。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可獲得下列效果。
因?yàn)樵诰哂蓄A(yù)定合金組成的磁粉的表面的至少一部分形成有脊或凹陷，磁粉和粘合樹脂之間的粘合力增強(qiáng)，從而可以獲得具有高機(jī)械強(qiáng)度的粘合磁鐵。
另外，由于用相對小量的粘合樹脂就可獲得具有優(yōu)良的可模制性和高機(jī)械強(qiáng)度的粘合磁鐵，這可以增加磁粉的量并減少空隙率，于是可獲得具有優(yōu)良磁性的粘合磁鐵。
另外，由于磁粉由具有硬磁相和軟磁相的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成，由這種磁粉形成的粘合磁鐵可顯示更好的磁性。特別是抗磁力和矩形性可進(jìn)一步增強(qiáng)。
另外，由于可獲得高密度粘合磁鐵，這就可能提供比傳統(tǒng)的各向同性粘合磁鐵體積小的、可顯示高磁性的粘合磁鐵。
另外，由于磁粉與粘合樹脂牢固地粘著，由這種磁粉形成的磁鐵即使它們形成一個(gè)高密度的粘合磁鐵，也可具有高的耐蝕性。
最后，應(yīng)該理解，本發(fā)明不僅限于上面描述的例子，而是在不背離由所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明領(lǐng)域可作各種改變和變化。
表1
表權(quán)利要求
1.磁粉，包含稀土元素和過渡金屬，其特征在于，磁粉表面的至少一部分有多個(gè)脊或凹陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁粉，其特征在于，當(dāng)磁粉的平均粒徑為aμm時(shí)，脊或凹陷的平均長度等于或大于a/40μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的磁粉，其特征在于，脊的平均高度或凹陷的平均深度是0.1-10μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的磁粉，其特征在于，這些脊或凹陷并行設(shè)置，平均間距0.5-100μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的磁粉，其特征在于，磁粉是通過粉碎使用冷卻輥制造的薄帶狀磁鐵材料而得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的磁粉，其特征在于，磁粉的平均粒徑是5-300μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的磁粉，其特征在于，磁粉形成脊或凹陷的部分的面積與整個(gè)表面積的比例等于或大于15％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的磁粉，其特征在于，在制造磁粉期間或之后，對磁粉進(jìn)行至少一次熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的磁粉，其特征在于，磁粉由具有硬磁相和軟磁相的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的磁粉，其特征在于，硬磁相和軟磁相的平均晶粒尺寸是1-100nm。
11.粘合磁鐵，其特征在于，結(jié)合權(quán)利要求1-10之一的磁粉與粘合樹脂而制得。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的粘合磁鐵，其特征在于，粘合磁鐵是由熱成形方法制造的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的粘合磁鐵，其特征在于，粘合樹脂進(jìn)入到磁粉中并行設(shè)置的脊之間或并行設(shè)置的凹陷內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的粘合磁鐵，其特征在于，這些粘合磁鐵室溫下的固有抗磁力HcJ是320-1200kA/m。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的粘合磁鐵，其特征在于，最大磁能積(BH)max等于或大于40kJ/m3。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的粘合磁鐵，其特征在于，粘合磁鐵中的磁粉含量是75-99.5重量％。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的粘合磁鐵，其特征在于，由沖壓剪斷試驗(yàn)測試的機(jī)械強(qiáng)度等于或大于50MPa。
全文摘要
提供了一種可以制備高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良磁性的粘合磁鐵的磁粉。本發(fā)明的磁粉至少包括稀土元素和過渡金屬,其表面的至少一部分有多個(gè)脊或凹陷。當(dāng)磁粉的平均粒徑為aμm時(shí),脊或凹陷的平均長度最好等于或大于a/40μm。優(yōu)選這些脊或凹陷并行設(shè)置,其平均間距為0.5－100μm。
文檔編號H01F1/055GK1321989SQ0112126
公開日2001年11月14日 申請日期2001年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月24日
發(fā)明者新井圣, 加藤洋 申請人:精工愛普生株式會社