專利名稱：R-t-b系稀土類燒結(jié)磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵。
背景技術(shù)：
R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵由于具有高的磁特性，因此使用在HDD (硬盤驅(qū)動器)用音圈電機(jī)(Voice Coil Motor)等各種電機(jī)以及發(fā)電機(jī)等中。近年來，相應(yīng)于對環(huán)境問題的關(guān)心的提高，混合動カ車、風(fēng)カ發(fā)電的需求急速地擴(kuò)大。伴隨著這樣的趨勢，人們追求電機(jī)或發(fā)電機(jī)的高性能化，并要求開發(fā)具有比現(xiàn)有技術(shù)更 優(yōu)良的磁特性的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵?；旌蟿鹰?、風(fēng)カ發(fā)電中所使用的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵在溫度變化大的環(huán)境下使用。為了使其即使在這樣的環(huán)境下長時間使用也不損失磁特性，需要針對不可逆熱減磁的對策。因此，在R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵中，有必要提高作為抵抗減磁的力的指標(biāo)的矯頑力。作為提高矯頑カ的方法，已提出了把R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵中起到表現(xiàn)出磁力的作用的R2T14B相(主相)的R的一部分變成由Dy、Tb等的重稀土元素取代的組成。然而，像這樣，R的一部分由重稀土元素構(gòu)成的主相與R由Nd、Pr等的輕稀土元素構(gòu)成的主相不同，磁化機(jī)制變化成亞鐵磁性。因此，飽和磁化變小，其結(jié)果是，作為永久磁鐵的磁力強度的指標(biāo)的剩磁通密度降低。另外，由于Dy、Tb等的重稀土元素非常昂貴，因此大量的使用這些會導(dǎo)致成本增加。作為提高矯頑カ的其他方法，例如，如日本專利第3921399號的說明書所記載的那樣，已提出了抑制使作為主相的晶粒的粗大化的方法，或控制晶粒界上的Cu含有量的方法。

發(fā)明內(nèi)容
然而，由于現(xiàn)有的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的矯頑カ不充分，因此有必要進(jìn)行結(jié)晶粒徑的微細(xì)化或通過添加元素來對晶界進(jìn)行改質(zhì)，并且增加重稀土元素的使用量來提高矯頑力。特別地，由于混合動カ車等所具備的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵在高溫或溫度變化大的環(huán)境下使用，因此，有必要維持高矯頑力，難以減少重稀土元素的使用量。本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供ー種即使不增加重稀土元素的使用量也具有足夠高的矯頑カ的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明人專心研究R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的熱處理條件對燒結(jié)體的組織的影響，嘗試通過控制燒結(jié)體的組織來改善磁特性。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了 通過調(diào)整含有規(guī)定元素的燒結(jié)體的熱處理條件，具有も、T、M1作為構(gòu)成元素的特定化合物會析出，從而解決上述技術(shù)問題。S卩，本發(fā)明提供ー種R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，其含有包含R2T14B的晶粒作為主相，且在晶界三相點具有Rf T-M1系化合物。其中，R表示稀土元素，T表示選自Fe、Co和Cu中的至少ー種元素，B表示硼元素，も表示輕稀土元素，并且M1表示選自鋁(Al)、鋅(Zn)和鎵(Ga)中的至少ー種元素。根據(jù)上述本發(fā)明的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，由于在晶界三相點具有RfT-M1系化合物，因此，可以充分地提高矯頑力。雖然矯頑カ提高 的原因未必明確，但是認(rèn)為主要原因是與具有Fe、Co作為構(gòu)成元素的化合物是軟磁性的情況相對，該R^T-M1系化合物不具有磁性。另外，由于R^T-M1系化合物具有輕稀土元素(RJ作為構(gòu)成元素，因此，在R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵含有重稀土元素的情況下，在晶界處生成的R富集相中重稀土元素相對于輕稀土元素的比率相對地變高，這也被認(rèn)為是重要因素。本發(fā)明的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，優(yōu)選地，在晶界三相點具有包含RfT-M1系化合物的板狀結(jié)晶。通過包含這樣的板狀結(jié)晶，可以提高R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的強度。再有，該板狀結(jié)晶更優(yōu)選含有RfT-M1系化合物作為主成分。本發(fā)明的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，優(yōu)選地，在其截面中，包含RfT-M1系化合物的各個板狀結(jié)晶的面積相對于晶界三相點的面積的比為O. 01 O. 22。通過以這樣的面積比含有包含RfT-M1系化合物的板狀結(jié)晶，可以進(jìn)ー步地提高R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的矯頑力。在本發(fā)明的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵中，R^T-M1系化合物中構(gòu)成元素的原子比率優(yōu)選滿足下式(I)和(2)。通過包含以這樣的原子比率具有各構(gòu)成元素的R^T-M1系化合物，可以進(jìn)ー步地提高R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的矯頑力。T > Rl (I)T > M1 (2)根據(jù)本發(fā)明，可以提供ー種即使不增加重稀土元素的使用量也具有足夠高的矯頑力的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵。換言之，即使減少重稀土元素的使用量，也可以制成具有與現(xiàn)有技術(shù)同等的矯頑カ的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵。


圖I是表示本發(fā)明的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的優(yōu)選實施方式中的截面構(gòu)造的電子顯微鏡(TEM)照片。圖2是表示比較例I的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的截面構(gòu)造的電子顯微鏡(TEM)照片。
具體實施例方式以下，根據(jù)情況參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行說明。再有，各附圖中，對同一或同等的要素賦與同一符號，省略重復(fù)的說明。圖I是表示本實施方式的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的截面構(gòu)造的TEM照片(80000倍)。本實施方式的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100含有包含由R2T14B組成的金屬間化合物的主相10、以及在晶界三相點的包含RfT-M1系化合物的板狀結(jié)晶12和R富集相14。再有，本說明書中的主相10是指R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100中的主要的晶粒。因此，構(gòu)成晶粒的成分成為R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100中的主成分。主相10相對于R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100整體的體積比率通常在90%以上。
主相10所包含的金屬間化合物是由R2T14B組成的化合物。R2T14B中的R表示稀土元素，T表示選自Fe、Co和Cu中的至少ー種元素，B表示硼元素。R可以是輕稀土元素( )，也可以是重稀土元素(Rh)，還可以是兩者的組合。本說明書中的稀土元素是指屬于長周期型周期表的第3族的鈧(Sc)、乾(Y)和鑭系元素。在鑭系元素中，包括鑭(La)、鋪(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、衫(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)等。稀土元素可以分類為輕稀土元素和重稀土元素。本說明書中的重稀土元素是指Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu,輕稀土元素是指 Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu。包含在主相10中的R2T14B,優(yōu)選具有這樣的組成作為R優(yōu)選是輕稀土元素,更優(yōu)選為含有選自Nd、Pr、Sm、Pm中的至少ー種，含有O. 5 4. 5質(zhì)量％的B，余量是T和不可避免的雜質(zhì)。作為具體的組成，可以舉出Nd2Fe14B。另外，根據(jù)需要，主相10可以進(jìn)ー步包含 Ni、Mn、Al、Nd、Zr、Ti、W、Mo、V、Ga、Zn、Si等其他元素。在主相10包含重稀土元素的情況下，作為重稀土元素，優(yōu)選包含選自Gd、Dy、Tb、Ho中的至少ー種。板狀結(jié)晶12含有RfT-M1系化合物。RfT-M1系化合物中的も表示輕稀土元素，T表不選自Fe、Co和Cu中的至少一種兀素，M1表不選自Al、Zn和Ga中的至少一種兀素。再有，T的一部分可以由Ni取代。另外，Rl-T-M1系化合物中的各個構(gòu)成元素的原子比率優(yōu)選滿足下式⑴和⑵。T > Rl (I)T > M1 (2)以も、T和M1各元素的總量為基準(zhǔn)，板狀結(jié)晶12中T的含有量優(yōu)選為40 70原子1^，更優(yōu)選為45 65原子％。以も、T和M1各元素的總量為基準(zhǔn)，板狀結(jié)晶12中も的含有量優(yōu)選為20 35原子％，更優(yōu)選為23 33原子％。以RpT和M1各元素的總量為基準(zhǔn)，板狀結(jié)晶12中M1的含有量優(yōu)選為I 28原子％，更優(yōu)選為2 25原子％。通過令各元素采用上述含有量，可以制得具有更高矯頑カ的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100。在Al、Zn和Ga當(dāng)中，M1優(yōu)選含有Al。再有，板狀結(jié)晶12除了含有も、T和M1外，還可以含有少量的選自Ag、Au中的至少ー種元素。板狀結(jié)晶12不僅包含于R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的晶界三相點，還可以包含在ニ晶粒晶界。另外，R富集相14可以和板狀結(jié)晶12—起包含在該晶界三相點。在R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的截面上，板狀結(jié)晶12的短軸長優(yōu)選為20 500nm，長軸長優(yōu)選為O. 4 2 μ m0在R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的截面上，從進(jìn)ー步提高R_T_B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的矯頑カ的觀點出發(fā)，ー個板狀結(jié)晶12在晶界三相點中的面積比率優(yōu)選為O. 01 O. 22，更優(yōu)選為O. 03 O. 18。該面積比率可以通過TEM觀察R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的截面，并在觀察圖像中求得晶界三相點與板狀結(jié)晶12各自的面積來算出。R富集相14是與主相10相比稀土元素的含有量更高的相，可以舉出例如aNd、α Nd與Nd5Fe17的共晶等。R富集相14中稀土元素的含有量例如是70 95原子％。若使板狀結(jié)晶12與R富集相14共存于晶界三相點，則可以減小R富集相14中輕稀土元素相對于重稀土元素的原子比(も/_。由此，可以進(jìn)ー步提高R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的矯頑力。R富集相14中も/冊(原子比)優(yōu)選在200以下，更優(yōu)選在70以下。
本實施方式的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100由于具有足夠優(yōu)良的矯頑力，因此可以適用于混合動カ車和風(fēng)カ發(fā)電所使用的電機(jī)和發(fā)電機(jī)中。另外，與現(xiàn)有的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100相比，即使減少重稀土元素的含有量，也仍可以維持高的矯頑力。因此，可以減少昂貴的重稀土元素的使用量，從而可以降低R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的制造成本。R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的優(yōu)選組成如下。這些組成可以通過由EDX (能量色散型X射線分光)檢測器的定量分析來進(jìn)行評價。Rl :21. 00 33. 50 質(zhì)量％Rh :0. 00 12. 00 質(zhì)量％R( = Rl+Rh) 28. 50 35. 00 質(zhì)量％M1 :0. 10 O. 50 質(zhì)量％M2 :0· 03 O. 50 質(zhì)量％B :0· 80 I. 50 質(zhì)量％C :0· 05 O. 30 質(zhì)量％N :0· 02 O. 15 質(zhì)量％O :0· 03 O. 60 質(zhì)量％T :余量此處，M2表示選自 Si、Sc、Ti、V、Mo、In、Sn、Bi、Ir、Zr、Hf、Nb、W 中的至少ー種元素。優(yōu)選地，T含有Fe和Co作為必要元素，Co的含有量為O. 05 10. 00質(zhì)量％，Ni和Mn的總含有量在O. 2質(zhì)量％以下。接著，對R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的制造方法的一個例子進(jìn)行說明。該制造方法具有調(diào)制原料合金的調(diào)制エ序、粉碎原料合金而獲得原料微粉末的粉碎エ序、使原料微粉末成形而制作成形體的成形エ序、燒成成形體而獲得燒結(jié)體的燒結(jié)エ序、對燒結(jié)體實施時效處理的時效處理工序。以下，詳細(xì)說明各エ序。調(diào)制エ序是調(diào)制具有R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100所包含的各元素的原料合金的エ序。首先，準(zhǔn)備具有規(guī)定的元素的原料金屬，使用這些原料金屬進(jìn)行薄帶連鑄(stripcasting)法等。由此可以調(diào)制原料合金。作為原料金屬，可以舉出例如稀土金屬、稀土合金、純鐵、鐵硼合金或它們的合金。然后，使用這些來調(diào)制能獲得具有期望的組成的稀土類磁鐵那樣的原料合金。作為原料合金，可以使用組成不同的多種合金。粉碎エ序是對通過調(diào)制エ序所獲得的原料合金進(jìn)行粉碎而獲得原料微粉末的エ序。該エ序優(yōu)選通過粗粉碎エ序和微粉碎エ序這2級エ序進(jìn)行。粗粉碎エ序可以使用例如搗碎機(jī)、顎式粉碎機(jī)、布朗機(jī)(ブラゥンミル)等在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。另外，也可以進(jìn)行吸收氫后進(jìn)行粉碎的氫吸收粉碎。在粗粉碎エ序中，將原料合金進(jìn)行粉碎至粒徑變成數(shù)百μ m至數(shù)mm的程度。在微粉碎エ序中，對由粗粉碎エ序所得到的粉末(粉碎物)進(jìn)行微粉碎，調(diào)制平均粒徑(相當(dāng)于體積基準(zhǔn)的累積百分率為50%的粒徑D50)為3 10 μ m的原料微粉末。微粉碎可以使用例如噴射式粉碎機(jī)(jet mill)來進(jìn)行。再有，原料合金的粉碎不一定必須通 過粗粉碎エ序和微粉碎エ序這2級エ序來進(jìn)行，也可以從ー開始就進(jìn)行微粉碎エ序。另外，在準(zhǔn)備多種原料合金的情況下，可以分別粉碎這些原料合金并進(jìn)行混合。
成形エ序是在磁場中使原料微粉末成形而制作成形體的エ序。具體而言，將原料微粉末充填于配置在電磁鐵中的模具內(nèi)后，在低氧氛圍(氧濃度50ppm以下)下，通過電磁鐵施加磁場而使原料微粉末的結(jié)晶軸定向，同時通過對原料微粉末加壓來進(jìn)行成形。該磁場中的成形例如可以在I 2T的定向磁場中，在70 150MPa的壓カ下進(jìn)行。燒結(jié)エ序是對成形體進(jìn)行燒成而獲得燒結(jié)體的エ序。具體而言，只要對在磁場中成形所獲得的成形體，在真空或惰性氣體氛圍中進(jìn)行燒成，就可以獲得燒結(jié)體。燒成條件優(yōu)選根據(jù)組成、粉碎方法、粒度等的條件來適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定，例如，可以在IXlO-2Pa以下的低壓氛圍下，在1000 1100°C下加熱I 5小時。時效處理工序是對燒結(jié)體進(jìn)行加熱處理而獲得R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的エ序。為了像R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100那樣，獲得在晶界三相點具有板狀結(jié)晶12的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100，有必要在650 800°C進(jìn)行3小時以上的熱處理。通過在這樣的溫度范圍進(jìn)行長時間的加熱處理，可以在燒結(jié)體的晶界三相點生成包含RfT-M1系化合物的板狀結(jié)晶12。從進(jìn)ー步可靠生成板狀結(jié)晶12的觀點出發(fā)，650 800°C的溫度范圍的加熱時間優(yōu)選在5小時以上，更優(yōu)選在10小時以上，進(jìn)ー步優(yōu)選在25小時以上。 通過在上述的溫度范圍下進(jìn)行長時間加熱處理，可以充分抑制主相的晶粒生長，并且可以在晶界三相點生成RfT-M1系化合物。再有，雖然對加熱時間沒有特別指定上限，但從避免エ序的長期化觀點出發(fā)，優(yōu)選在100小時以下。從進(jìn)ー步提高R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的矯頑カ的觀點出發(fā)，時效處理工序優(yōu)選按2階段進(jìn)行。在按2階段進(jìn)行的情況下，第I階段的加熱處理在650 800°C進(jìn)行5小時以上，優(yōu)選在700 750°C進(jìn)行6小時以上。第2階段的加熱處理在500 600°C進(jìn)行
O.5 10小時，優(yōu)選在500 550°C進(jìn)行O. 5 5小時。在像這樣按2階段進(jìn)行時效處理工序的情況下，通常在第I階段中在燒結(jié)體的三相點發(fā)生相變化。由此，可以形成包含RfT-M1系化合物的板狀結(jié)晶12。另ー方面，在第2階段，可以消除殘余在燒結(jié)體內(nèi)部的形變。由上述的制造方法所得到的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100，由于在晶界三相點含有RfT-M1系化合物，因此具有足夠高的矯頑力。再有，R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100的制造方法不限于上述方法。以上，說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，然而本發(fā)明并不限于上述實施方式。例如，R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100在晶界三相點具有R富集相14，但是本發(fā)明的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵也可以在晶界三相點不具有R富集相。另外，除了上述的相外，也可以在晶界或晶界三相點包含B富集相(例如RhlT4B4)。[實施例]使用實施例和比較例來更詳細(xì)地說明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不限于以下的實施例。[R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的制作](實施例I)通過薄帶連鑄法調(diào)制具有規(guī)定組成的2種合金A、B。再有，合金A、B都含有0.2質(zhì)量％的Al(鋁)。按9 I的質(zhì)量比率對合金A與合金B(yǎng)配比并混合，進(jìn)行粗粉碎。具體而言，使混合后的合金在室溫下吸收氫氣后，在惰性氣體氛圍下，在650°C下加熱I小時并進(jìn)行脫氫處理，從而獲得粉碎物。其后，將所得到的粉碎物在惰性氣體氛圍下冷卻
至室溫。
對所得到的粉碎物添加10質(zhì)量％的月桂酸酰胺粉末作為粉碎輔助劑，使用諾塔混合器(Nautamixer)在惰性氛圍下混合30分鐘。其后，用高壓氮氣的噴射式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，獲得平均粒經(jīng)(相當(dāng)于體積基準(zhǔn)的累積百分率為50%的粒徑D50)約4 μ m的原料微粉末。使所得到的原料微粉末在低氧氛圍下(氧濃度為50ppm以下的氬氣氛圍下)，在定向磁場I. 5T、成形壓カ約IlSMPa的條件下進(jìn)行成形，獲得成形體。對所得到的成形體在lX10_2Pa以下的低壓氛圍下，在1060°C、2小時的條件下進(jìn)行燒成，獲得成形體的燒結(jié)體。對所得到的燒結(jié)體在如表I所示的條件下進(jìn)行2階段的時效處理。時效處理在大氣壓的氬氣氛圍下進(jìn)行。藉此，制作成實施例I的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵。(實施例2、比較例I 3)
除了將時效處理的條件取為表I所示的那樣以外，與實施例I相同的方式制作R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵。[表 I]
權(quán)利要求
1.ー種R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，其特征在干， 含有包含R2T14B的晶粒作為主相，在晶界三相點上具有R^T-M1系化合物， 其中，R表示稀土元素，T表示選自Fe、Co和Cu中的至少ー種元素，B表示硼元素，Rl表示輕稀土元素，并且Ml表示選自Al、Zn和Ga中的至少ー種元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，其特征在干， 在所述晶界三相點，具有包含所述R^T-M1系化合物的板狀結(jié)晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，其特征在干， 在截面上，包含所述R^T-M1系化合物的板狀結(jié)晶的面積相對于所述晶界三相點的面積之比為O. Ol O. 22。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，其特征在干， 在截面上，包含所述R^T-M1系化合物的板狀結(jié)晶的面積相對于所述晶界三相點的面積之比為O. 01 O. 22。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中的任一項所述的R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵，其特征在干， 所述R^T-M1系化合物中的構(gòu)成元素的原子比率滿足下式(I)和(2): T > Rl (I) T > M1 (2)
全文摘要
本發(fā)明提供一種R-T-B系稀土類燒結(jié)磁鐵100，其含有包含R2T14B的晶粒作為主相10，在晶界三相點具有RL-T-M1系化合物12。其中，R表示稀土元素，T表示選自Fe、Co和Cu中的至少一種元素，B表示硼元素，RL表示輕稀土元素，并且M1表示選自Al、Zn和Ga中的至少一種元素。
文檔編號H01F7/02GK102693812SQ20121007310
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者千葉哲也, 國枝良太, 早川拓馬, 藤原篤 申請人:Tdk株式會社