稀土類磁鐵的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稀土類磁鐵的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用稀土類元素的稀土類磁鐵也稱為永久磁鐵，其用途除了用于構(gòu)成硬盤和MRI的電動(dòng)機(jī)之外，還用于混合動(dòng)力車和電車等的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)等中。
[0003]作為該稀土類磁鐵的磁鐵性能的指標(biāo)，能夠舉出剩余磁化(剩余磁通密度)和矯頑力，但相對(duì)于由電動(dòng)機(jī)的小型化和高電流密度化所致的發(fā)熱量的增大，對(duì)所使用的稀土類磁鐵的耐熱性要求也進(jìn)一步提高，在高溫使用下如何能夠保持磁鐵的矯頑力成為該技術(shù)領(lǐng)域中的重要研究課題之一。
[0004]列舉作為在車輛驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)中大多使用的稀土類磁鐵之一的Nd-Fe-B系磁鐵，曾進(jìn)行了以下嘗試:謀求晶粒的微細(xì)化；使用Nd量多的組成合金；通過將矯頑力性能高的Dy、Tb這些重稀土類元素添加等來使其矯頑力增大。
[0005]作為稀土類磁鐵，除了構(gòu)成組織的晶粒的級(jí)別為3?5 μ m左右的一般的燒結(jié)磁鐵之外，還有將晶粒微細(xì)化為50nm?300nm左右的納米級(jí)的納米晶體磁鐵。
[0006]在稀土類磁鐵的磁特性之中，為了提高矯頑力，專利文獻(xiàn)I中公開了使作為由過渡金屬元素和輕稀土類元素構(gòu)成的改性合金的、例如Nd-Cu合金、Nd-Al合金等向晶界相擴(kuò)散滲透來對(duì)晶界相進(jìn)行改性的方法。
[0007]這樣的由過渡金屬元素和輕稀土類元素構(gòu)成的改性合金，不含Dy等的重稀土類元素，因此熔點(diǎn)低，最多在700°C左右熔融，能夠使其向晶界相擴(kuò)散滲透。因此，在為300nm左右或其以下的晶體粒徑的納米晶體磁鐵的情況下，能夠抑制晶粒的粗大化并且進(jìn)行晶界相的改性，提高矯頑力性能，因此可以說是適合的處理方法。
[0008]但是，為了提高稀土類磁鐵的磁化，進(jìn)行了將主相率提高下去的嘗試(例如使主相率為95%左右或其以上)，但通過主相率提高，相反地晶界相率降低。因此，在使改性合金進(jìn)行晶界擴(kuò)散時(shí)，熔融的改性合金不能夠充分地滲透到稀土類磁鐵的內(nèi)部，雖然磁化提高，但是會(huì)產(chǎn)生矯頑力性能降低的課題。
[0009]例如在專利文獻(xiàn)I中也沒有提出上述的課題，因此沒有公開解決該課題的手段。
[0010]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)I國際公開第2012/036294號(hào)小冊子

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明是鑒于上述的問題而完成的，其目的是提供稀土類磁鐵的制造方法，該制造方法即使在主相率高的情況下也能夠制造不僅磁化方面優(yōu)異而且矯頑力性能也優(yōu)異的稀土類磁鐵。
[0014]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的稀土類磁鐵的制造方法包括以下步驟:
[0015]第I步驟，該步驟制造燒結(jié)體，所述燒結(jié)體用組成式(R1 hR2丄TMbBeMd (Rl為包含Y的I種以上的稀土類元素，R2為與Rl不同的稀土類元素，TM為包含F(xiàn)e、N1、Co中的至少I種以上的過渡金屬，B 為硼，M 為 T1、Ga、Zn、S1、Al、Nb、Zr、N1、Co、Mn、V、W、Ta、Ge、Cu、Cr、Hf、Mo、P、C、Mg、Hg、Ag、Au 中的至少 I 種以上，0.01 彡 x 彡 1、12 彡 a 彡 20、b = 100-a-c-d、
20、0 ^ 3，它們的單位都為原子％。)表示，具有包含主相和晶界相的組織；
[0016]第2步驟，該步驟對(duì)燒結(jié)體實(shí)施熱塑性加工，來制造稀土類磁鐵前驅(qū)體；
[0017]第3步驟，該步驟針對(duì)稀土類磁鐵前驅(qū)體，使R3-M改性合金(R3為包含Rl、R2的稀土類元素)的熔液向稀土類磁鐵前驅(qū)體的晶界相擴(kuò)散滲透，來制造稀土類磁鐵。
[0018]本發(fā)明的稀土類磁鐵的制造方法，是通過針對(duì)稀土類磁鐵前驅(qū)體使R3-M改性合金(R3為包含Rl、R2的稀土類元素)的熔液擴(kuò)散滲透，即使在主相率高的情況下也能夠在主相界面促進(jìn)由改性合金引起的元素的置換現(xiàn)象，并且使改性合金向磁鐵內(nèi)部充分滲透，能夠制造除了由高的主相率帶來的高的磁化性能以外，矯頑力性能也高的稀土類磁鐵的制造方法，所述稀土類磁鐵前驅(qū)體是對(duì)具有(RlhRl)aTMbBeMd(Rl為包含Y的I種以上的稀土類元素，R2為與Rl不同的稀土類元素)的組成的燒結(jié)體實(shí)施熱塑性加工而成的。
[0019]在此，在本說明書中，所謂「高的主相率」意味著95%左右或其以上的主相率。
[0020]在此，作為本發(fā)明的制造方法的制造對(duì)象的稀土類磁鐵，不用說包含構(gòu)成組織的王相(晶體)的粒徑為300nm以下左右的納米晶體磁鐵，還包含粒徑超過300nm的磁鐵、進(jìn)而粒徑為Iym以上的燒結(jié)磁鐵和用樹脂粘合劑將晶粒結(jié)合的粘結(jié)磁鐵等。
[0021]在第I步驟中，首先，制作由上述組成式表示、且具有包含主相和晶界相的組織的磁粉。例如，可通過液體急冷來制作微細(xì)晶粒的急冷薄帶(急冷帶)，并對(duì)其進(jìn)行粗粉碎等，來制作稀土類磁鐵用的磁粉。
[0022]通過將該磁粉填充到例如模具內(nèi)，一邊用沖頭加壓一邊進(jìn)行燒結(jié)，謀求整塊(bulk)化，能夠得到各向同性的燒結(jié)體。該燒結(jié)體，例如具有下述金屬組織，所述金屬組織包含納米晶體組織的RE-Fe-B系的主相(RE為NcUPr中的至少一種，更具體地講，為Nd、Pr、Nd-Pr中的任一種或兩種以上)、和處于該主相的周圍的RE-X合金(X為金屬元素)的晶界相,在晶界相中，除了 Nd等之外還包含Ga、Al、Cu中的至少I種以上。
[0023]在第2步驟中，為了對(duì)各向同性的燒結(jié)體賦予磁各向異性而實(shí)施熱塑性加工。該熱塑性加工有鐓鍛加工、擠壓鍛造加工(前方擠壓法、后方擠壓法)等，通過采用這些加工之中的I種或組合其中的兩種以上來向燒結(jié)體內(nèi)部導(dǎo)入加工應(yīng)變，實(shí)施例如加工率為60?80%左右的強(qiáng)加工，可制造出具有高的取向、磁化性能優(yōu)異的稀土類磁鐵。
[0024]在第2步驟中，將燒結(jié)體熱塑性加工，制造出作為取向磁鐵的稀土類磁鐵前驅(qū)體。針對(duì)該稀土類磁鐵前驅(qū)體，在第3步驟中，通過在較低溫(例如450?700°C左右)的溫度氣氛下進(jìn)行熱處理而使R3-M改性合金(R3為包含R1、R2的稀土類元素)、例如由過渡金屬元素和輕稀土類元素構(gòu)成的改性合金的熔液向稀土類磁鐵前驅(qū)體的晶界相擴(kuò)散滲透，來制造出稀土類磁鐵。
[0025]通過在構(gòu)成稀土類磁鐵前驅(qū)體的主相內(nèi)，除了作為Rl元素的例如Nd之外還包含作為R2元素的Pr，改性合金和R2元素在主相界面引起置換現(xiàn)象，可促進(jìn)改性合金向磁鐵內(nèi)部的滲透。
[0026]例如列舉在改性合金中使用了 Nd-Cu合金的情況為例來詳細(xì)說明，通過相對(duì)于Nd而言低熔點(diǎn)的Pr進(jìn)入到主相內(nèi)，因Nd-Cu合金進(jìn)行晶界擴(kuò)散時(shí)的熱，主相的外側(cè)(與晶界相的界面區(qū)域)熔化，熔化區(qū)域與熔化狀態(tài)的晶界相一起擴(kuò)大。其結(jié)果，起因于高主相率，成為Nd-Cu合金的滲透流路的晶界相的比率低，從而Nd-Cu合金的滲透率低，但通過滲透流路的擴(kuò)大，Nd-Cu合金的滲透效率提高，作為結(jié)果，Nd-Cu合金充分滲透到磁鐵內(nèi)部。
[0027]假設(shè)不包含Pr的情況下，主相、晶界相都為富Nd的狀態(tài)，即使利用使Nd-Cu合金滲透時(shí)的熱，主相的外側(cè)也不會(huì)熔化，因此，基于低晶界相率的Nd-Cu合金的滲透流路為狹窄的狀態(tài)，Nd-Cu合金的滲透效率低，不能夠提高磁鐵的矯頑力性能。
[0028]通過第3步驟中的熱處理使Nd-Cu合金進(jìn)行晶界擴(kuò)散后，通過使稀土類磁鐵回到常溫，到此為止熔化了的主相的外側(cè)區(qū)域再結(jié)晶化，形成由主相的中央?yún)^(qū)域的核、和再結(jié)晶化了的外側(cè)區(qū)域的殼構(gòu)成的核-殼結(jié)構(gòu)的主相。
[0029]而且，能得到由于所形成的核-殼結(jié)構(gòu)的主相維持當(dāng)初的高主相率因此磁化性能優(yōu)異，由于Nd-Cu合金向晶界相內(nèi)充分晶界擴(kuò)散從而矯頑力性能也優(yōu)異的稀土類磁鐵。關(guān)于該核殼結(jié)構(gòu)，能夠舉出:作為構(gòu)成主相的核組成有例如富Pr的(PrNd)FeB相、在其周圍作為殼組成有相對(duì)地富Nd的(NdPr)FeB相的核殼結(jié)構(gòu)的主相。
[0030]在第3步驟中，通過使R3-M改性合金(R3為包含Rl、R2的稀土類元素)、例如由過渡金屬元素和輕稀土類元素構(gòu)成的改性合金擴(kuò)散滲透，與使用包含Dy等的重稀土類元素的改性合金的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)在低溫下的改性，特別是在納