專利名稱：薄帶狀磁鐵材料、磁鐵粉末及稀土粘結(jié)磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于薄帶狀磁鐵材料、磁鐵粉末及稀土粘結(jié)磁鐵。
背景技術(shù)：
以粘結(jié)樹脂粘結(jié)磁鐵粉末而構(gòu)成的稀土粘結(jié)磁鐵具有所謂形狀的自由度大的優(yōu)點，被廣泛用于電動機或各種傳動裝置。
構(gòu)成這樣的粘結(jié)磁鐵的磁鐵材料例如通過使用急冷薄帶制造裝置的急冷法進行制造。在急冷薄帶制造裝置是具備單一冷卻輥的場合，稱為單輥法。
單輥法，將規(guī)定的合金組成的磁鐵材料加熱、熔化，從噴嘴中噴射出該合金熔液，碰撞在相對噴嘴旋轉(zhuǎn)的冷卻輥的圓周面上，通過和該圓周面接觸，進行急冷、凝固連續(xù)地形成薄帶狀(帶材狀)的磁鐵材料，即急冷薄帶。然后粉碎該急冷薄帶，作為磁鐵粉末，由該磁鐵粉末制造粘結(jié)磁鐵。
在單輥法中使用的冷卻輥，一般是以銅合金、鐵合金等構(gòu)成的。另外還知道，為了提高耐久性，在冷卻輥的圓周面上設(shè)置鍍鉻等金屬或者合金表面層。
可是，像這樣的冷卻輥，其圓周面以導(dǎo)熱性高的金屬構(gòu)成，因此在急冷薄帶的輥面(和冷卻輥的圓周面接觸側(cè)的面)和自由面(和輥面相反側(cè)的面)產(chǎn)生冷卻速度差，在這些面上的組織差(晶粒直徑等的差)變大。由此，在粉碎急冷薄帶作為磁鐵粉末時，各磁鐵粉末的磁性能上產(chǎn)生偏差。因此，在由這樣的磁鐵粉末制成粘結(jié)磁鐵時，得不到滿足的磁性能。
本發(fā)明的目的在于，提供能夠提供磁性能優(yōu)良、可靠性高的磁鐵的薄帶狀磁鐵材料、磁鐵粉末和稀土粘結(jié)磁鐵。
發(fā)明的公開(1)本發(fā)明的第1薄帶狀磁鐵材料是通過含有稀土元素和過渡金屬的合金熔液與冷卻體接觸而得到的，而且其構(gòu)成組織是具有軟磁性相和硬磁性相的復(fù)合組織構(gòu)成的薄帶狀磁鐵材料，在以D1h作為和上述冷卻體接觸側(cè)面的第1面附近的上述硬磁性相的平均粒徑、以D1s作為上述第1面附近的上述軟磁性相的平均粒徑、以D2h作為與上述第1面相反側(cè)面的第2面附近的硬磁性相的平均粒徑、以D2s作為上述第2面附近的上述軟磁性相的平均粒徑時，以滿足下述式[1]和[2]為特征。
D1s/D1h≤0.9......[1]D2s/D2h≤0.8......[2](2)進而，最好滿足下述式[3]、[4]中的至少一個。
0.5≤D1h/D2h≤1......[3]0.5≤d1s/D2s≤1......[4](3)本發(fā)明的第2薄帶狀磁鐵材料是通過含有稀土元素和過渡金屬的合金熔液與冷卻體接觸而得到的，而且其構(gòu)成組織是具有軟磁性相和硬磁性相的復(fù)合組織構(gòu)成的薄帶狀磁鐵材料，在以D1h作為和上述冷卻體接觸側(cè)面的第1面附近的上述硬磁性相的平均粒徑、以D1s作為上述第1面附近的上述軟磁性相的平均粒徑、以D2h作為與上述第1面相反側(cè)面的第2面附近的硬磁性相的平均粒徑、以D2s作為上述第2面附近的上述軟磁性相的平均粒徑時，以滿足下述式[3]和[4]中的至少一個為特征。
0.5≤D1h/D2h≤1......[3]0.5≤D1s/D2s≤1......[4](4)上述D1s、D2s中的至少一個最好是75nm以下。
(5)上述D1h、D2h中的至少一個最好是75nm以下。
(6)上述D1h、D2h、D1s和D2s最好是利用X射線衍射法測定而求出的。
(7)在合金組成中最好含有B(硼)。
(8)在合金組成中最好含有Al(鋁)。
(9)優(yōu)選的是以Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw(其中R是至少一種稀土元素，x7.1～9.9原子％，y0～0.30、z4.6～6.8原子％、w0.02～1.5原子％)表示的合金組成。
(10)上述R最好是以Nd和/或Pr為主的稀土元素。
(11)上述R包含Pr，其比例相對上述R全體最好是5～75％。
(12)上述R包含Dy，其比例相對上述R全體最好是14％以下。
(13)與上述冷卻體接觸后，最好施行熱處理。
(14)上述冷卻體最好是冷卻輥。
(15)本發(fā)明的磁鐵粉末的特征是，由粉碎薄帶狀磁鐵材料而得到的。
(16)上述磁鐵粉末，在其制造過程中，或者制造后，最好施行至少一次熱處理。
(17)上述磁鐵粉末的平均粒徑最好是0.5～150μm。
(18)本發(fā)明的稀土粘結(jié)磁鐵的特征是，以粘結(jié)樹脂粘結(jié)上述磁鐵粉末而構(gòu)成的。
(19)上述磁鐵粉末的含量最好是75～95.5重量％。
(20)矯頑力HCJ最好是320～720kA/m。
(21)磁能積(BH)max最好是60kJ/m3以上。
(22)不可逆去磁率(初期去磁率)的絕對值最好是5.7％以下。
(23)最好被供給多極磁化，或者進行多極磁化而構(gòu)成。
(24)最好用于電動機。
附圖的簡單說明

圖1是示意地表示本發(fā)明的磁鐵粉末中的納米復(fù)合組織(宏觀組織)的一個例子的圖。
圖2是示意地表示本發(fā)明的磁鐵粉末中的納米復(fù)合組織(宏觀組織)的一個例子的圖。
圖3是示意地表示本發(fā)明的磁鐵粉末中的納米復(fù)合組織(宏觀組織)的一個例子的圖。
圖4表示制造磁鐵材料的裝置(急冷薄帶制造裝置)的構(gòu)成例的立體圖。
圖5是表示在圖4所示裝置中的合金熔液與冷卻輥發(fā)生碰撞部位附近的狀態(tài)的剖面?zhèn)让鎴D。
符號的說明1急冷薄帶制造裝置2筒體3噴嘴4線圈5冷卻輥51 基底部分
52 表面層53 圓周面6 合金熔液7 外澆口71 凝固界面8 急冷薄帶81 輥面82 自由面9A 箭頭9B 箭頭10 軟磁性相11 硬磁性相實施發(fā)明的最佳方式以下，詳細(xì)地說明本發(fā)明的薄帶狀磁鐵材料、磁鐵粉末和使用該磁鐵粉末的稀土粘結(jié)磁鐵的實施方式。
磁鐵材料的金屬組成首先，說明本發(fā)明中的磁鐵材料的金屬組成。
作為本發(fā)明的薄帶狀(薄片狀)磁鐵材料或磁鐵粉末，最好具有優(yōu)良的磁性能，作為這樣的薄帶狀磁鐵材料或磁鐵粉末，可舉出含有R(其中R是包含Y的稀土元素中的至少一種)和TM(其中TM是過渡金屬中的至少一種)的合金，特別可舉出含有R(其中R是包含Y的稀土元素中的至少一種)和TM(其中TM是過渡金屬中的至少一種)及B(硼)的合金，最好是以下的[1]～[4]的組成。
以以Sm為主的稀土元素和以Co為主的過渡金屬作為基本成分(以下，稱為Sm-Co系合金)。
以以R(其中R是包含Y的稀土元素中的至少一種)和以Fe為主的過渡金屬TM及B(硼)作為基本成分(以下，稱為R-TM-B系合金)。
以以Sm為主的稀土元素和以Fe為主的過渡金屬及以N為主的間隙元素作為基本成分(以下，稱為Sm-Fe-N系合金)。
作為Sm-Co系合金的代表，可舉出SmCo5、Sm2TM17(其中TM是過渡金屬)。
作為R-Fe-B系合金，可舉出Nd-Fe-B系合金、Pr-Fe-B系合金、Nd-Pr-Fe-B系合金、Nd-Dy-Fe-B系合金、Ce-Nd-Fe-B系合金、Ce-Pr-Nd-Fe-B系合金、以Co、Ni等其他過渡金屬取代這些中的Fe的一部分等的合金。
作為Sm-Fe-N系合金的代表，可舉出以將Sm2Fe17合金氮化而制成的Sm2Fe17N3、TbCu7型相為主相的Sm-Zr-Fe-Co-N系合金。
作為上述稀土元素，可舉出Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、鈰合金料，可以含有1種或者2種以上這些元素。另外，作為上述過渡金屬，可以舉出Fe、Co、Ni等，可以含有1種或兩種以上這些元素。
接著，說明磁鐵材料的最佳金屬組成。
在本發(fā)明中，尤其優(yōu)選的是以Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw(其中R是至少一種稀土元素，x7.1～9.9原子％，y0～0.30、z4.6～6.8原子％、w0.02～1.5原子％)表示的合金組成。
作為R(稀土元素)，可舉出Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、鈰合金料，可以含有1種或者2種以上這些元素。
R的含量(含有率)，最好達到7.1～9.9原子％。在R不到7.1原子％時，得不到足夠的矯頑力，例如即使添加Al，矯頑力的提高也少。另一方面，如果R超過9.9原子％，磁化的潛能降低，因此得不到充分的磁通密度。
在此，R最好是以Nd和/或Pr為主的稀土元素。其理由是因為，這些稀土元素提高構(gòu)成復(fù)合組織(尤其納米復(fù)合組織)的硬磁性相的飽和磁化，并且作為磁鐵對實現(xiàn)良好的矯頑力是有效的。
另外，R包含Pr，其比例相對R全體以5～75％為佳，最好是20～60％。因為如果是該范圍，就幾乎不發(fā)生殘留磁通密度的降低，能夠提高矯頑力和矩形性。
另外，R包含Dy，其比例相對R全體最好是14％以下。因為如果是該范圍，在不發(fā)生殘留磁通密度的顯著降低，提高矯頑力的同時，也能夠提高溫度特性(熱穩(wěn)定性)。
Co是具有和Fe相同特性的過渡金屬。通過添加Co(取代Fe的一部分)，使居里溫度變高，提高溫度特性，但Co對Fe的取代比例如果超過0.30，就出現(xiàn)矯頑力、磁通密度同時降低的傾向。在Co對Fe的取代比例是0.05～0.20的范圍，不僅提高溫度特性，而且也提高磁通密度自身，因此是最佳的。
B(硼)是為了得到高磁性能的有效元素，其最佳含量規(guī)定為4.6～6.8原子％。如果B不到4.6原子％，B～H(J～H)回線中的矩形性惡化。另一方面，如果B超過6.8％，非磁性相就變多，磁通密度減少。
Al對提高矯頑力是有利的元素，尤其在0.02～1.5原子％的范圍，顯著地出現(xiàn)提高矯頑力的效果。另外，在該范圍內(nèi)，追隨矯頑力的提高，矩形性和磁能積也提高。進而，耐熱性和耐蝕性也變得良好。但是，如上所述，在R不到7.1原子％時，由添加Al所產(chǎn)生的這樣的效果是非常小的。另外，如果Al超過1.5原子％，會發(fā)生磁化的降低。
本發(fā)明的磁鐵材料，為了提高矯頑力、磁能積等磁性能，或者為了提高耐熱性、耐蝕性，根據(jù)需要，在磁鐵材料中也可以含有Al、Cu、Ga、Si、Ti、V、Ta、Zr、Nb、Mo、Hf、Ag、Zn、P、Ge等。
復(fù)合組織另外，磁鐵材料形成存在軟磁性相和硬磁性相的組織(復(fù)合組織)。
該復(fù)合組織(納米復(fù)合組織)的軟磁性相10和硬磁性相11例如以圖1、圖2或圖3所示的圖形(式樣)存在，各相的厚度或粒徑以納米級(例如1～100nm)存在。而且軟磁性相10和硬磁性相11相鄰接，而產(chǎn)生磁的交互作用。圖1～圖3所示的圖形只是一個例子，并不僅限于此，例如圖2中所示圖形，軟磁性相10和硬磁性相11也可以成為相反的。
軟磁性相的磁化，容易通過外部磁場的作用改變其方向，因此如果混在硬磁性相中，體系全體的磁化曲線在B-H圖的第2象限，某些段就成為“蛇型曲線”。但是，在軟磁性相的大小是數(shù)10nm以下的充分小的場合，軟磁性體的磁化，由于和周圍的硬磁性體的磁化相結(jié)合，而受到十分強的約束，體系整體作為硬磁性體進行動作。
具有這樣的復(fù)合組織(納米復(fù)合組織)的磁鐵，主要具有以下列舉的特征1)～5)。
1)在B-H圖(J-H圖)的第二象限，磁化發(fā)生可逆的彈性回復(fù)(在該意義上也稱為“彈性磁鐵”)。
2)磁化性良好，能夠以較低的磁場進行磁化。
3)磁性能的溫度依存性比硬磁性相單獨存在時小。
4)磁性能隨時間的變化小。
5)即使進行微粉碎，磁性能也不劣化。
在上述的R-TM-B系合金中，硬磁性相和軟磁性相，例如形成像以下那樣的相。
硬磁性相R2TM14B系(TM是Fe或者Fe和Co)、或者R2TM14BQ系(Q是Al、Cu、Ga、Si、Ti、V、Ta、Zr、Nb、Mo、Hf、Ag、Zn、P、Ge等中的至少一種)。
軟磁性相TM(尤其α-Fe、α-(Fe，Co))、TM和Q合金相、或者TM和B的化合物相。
薄帶狀磁鐵材料的制造接著，說明本發(fā)明的薄帶狀磁鐵材料的制造方法。
使已熔化的磁鐵材料(合金)接觸冷卻體進行急冷、凝固，由此制造薄帶狀的磁鐵材料(稱為急冷薄帶或者帶材)。以下，說明該方法的一例。
圖4是表示通過使用單輥法的急冷法制造磁鐵材料的裝置(急冷薄帶制造裝置)的構(gòu)成例的立體圖，圖5是表示在圖4所示的裝置中的合金熔液與冷卻輥發(fā)生碰撞部位附近的狀態(tài)的剖面?zhèn)让鎴D。
如圖4所示，急冷薄帶制造裝置1具備能容納磁鐵材料的筒體2和相對該筒體2沿圖中箭頭9A方向旋轉(zhuǎn)的冷卻輥5(冷卻體)。在筒體2的下端，形成噴射磁鐵材料(合金)的熔液的噴嘴(孔口)3。
另外，在靠近筒體2的噴嘴3的外周上配置加熱用的線圈4，例如通過在該線圈4上外加高頻，將筒體2內(nèi)加熱(感應(yīng)加熱)，使筒體2內(nèi)的磁鐵材料處于熔化狀態(tài)。
冷卻輥5以基底部分51和形成冷卻輥5的圓周面53的表面層52構(gòu)成。
基底部分51的構(gòu)成材料可以和表面層52相同的材質(zhì)整體地構(gòu)成，另外也可以和表面層52不同的材質(zhì)構(gòu)成。
基底部分51的構(gòu)成材料沒有特別的限制，但最好例如以銅或者銅合金那樣的導(dǎo)熱率高的金屬材料構(gòu)成，以便使表面層52的熱能夠更快地擴散。
另外，表面層52最好以導(dǎo)熱率和基底部分51相等或者比基底部分51低的材料構(gòu)成。作為表面層52的具體例，可舉出Cr等金屬薄層或者金屬氧化物層或陶瓷。
作為陶瓷例如可舉出Al2O3、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2、Y2O3、鈦酸鋇、鈦酸鍶等氧化物系陶瓷，AlN、Si3N4、TiN、BN等氮化物系陶瓷，石墨、SiC、ZrC、Al4C3、CaC2、WC等碳化物系陶瓷，或者將它們之中的2種以上任意組合的復(fù)合陶瓷。
這樣的急冷薄帶制造裝置1設(shè)置在室(未圖示)內(nèi)，在該室內(nèi)最好在充填惰性氣體或其他的保護氣體的狀態(tài)進行工作。尤其，為了防止急冷薄帶8的氧化，保護氣體例如最好是氬氣、氦氣、氮氣等惰性氣體。
急冷薄帶制造裝置1，在筒體2內(nèi)放入磁鐵材料(合金)，利用線圈4進行加熱使磁鐵材料熔化，該合金熔液6從噴嘴3中一噴出，如圖5所示，合金熔液就碰撞在冷卻輥5的圓周面53上，形成外澆口7后，一邊沿旋轉(zhuǎn)的冷卻輥5的圓周面53拖延，一邊進行快速冷卻，而凝固，連續(xù)地或斷續(xù)地形成急冷薄帶8。這樣形成的急冷薄帶8，其輥面81立即離開圓周面53，沿圖4中的箭頭9B方向前進。在圖5中，以虛線表示合金熔液的凝固界面71。
冷卻輥5的圓周速度，根據(jù)合金熔液的組成、合金熔液6對圓周面53的潤濕性等，其最佳范圍是不同的，但為了提高磁性能，通常以1～60m/s為佳，最好是5～40m/s。如果冷卻輥5的圓周速度過慢，由于急冷薄帶8的體積流量(每單位時間噴出的合金熔液的體積)不同，會出現(xiàn)急冷薄帶8的厚度t變厚、晶粒直徑增大的傾向，相反如果冷卻輥5的圓周速度過快，大部分會成為非晶態(tài)組織，無論在哪種情況，即使此后施加熱處理也不能期望磁性能的提高。
再者，為了促進非晶態(tài)組織的再結(jié)晶化、組織的均勻化，也可以對得到的急冷薄帶8施行至少一次熱處理。作為該熱處理條件，例如在400～900℃，可以進行0.5～300分鐘左右。
另外，為了防止氧化，該熱處理最好在真空或者減壓狀態(tài)下(例如1×10-1～1×10-6托)，或者在像氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體的非氧化性氣氛中進行。
采用像以上的制造方法得到的急冷薄帶(薄帶狀的磁鐵材料)8，形成細(xì)小結(jié)晶組織，或者在非晶態(tài)組織中包含細(xì)小結(jié)晶的組織，得到優(yōu)良的磁性能。
這樣得到的急冷薄帶8，在以D1h作為輥面(與冷卻體接觸側(cè)的第1面)81附近的硬磁性相(主相)的平均晶粒直徑、以D1s作為輥面81附近的軟磁性相的平均晶粒直徑、以D2h作為自由面82附近的硬磁性相的平均晶粒直徑、以D2s作為自由面82附近的軟磁性相的平均晶粒直徑時，最好滿足下述式[1]和[2]。
D1s/D1h≤0.9......[1]D2s/D2h≤0.8......[2]如果D1s/D1h≤0.9，在輥面81側(cè)，通過是主相的硬磁性相和晶粒間的相互作用，抑制在軟磁性相的低磁場中的磁化逆轉(zhuǎn)，從而得到優(yōu)良的磁性能。
另外，如果D2s/D2h≤0.8，在自由面82側(cè)，通過是主相的硬磁性相和晶粒間的相互作用，抑制在軟磁性相的低磁場中的磁化逆轉(zhuǎn)，從而得到優(yōu)良的磁性能。
而且，通過滿足式[1]和[2]兩者，得到作為整體是均勻的、磁性能優(yōu)良的磁鐵材料。更詳細(xì)地說，從急冷薄帶8制造磁鐵粉末，再使用該磁鐵粉末制造粘結(jié)磁鐵時，在得到高磁能積(BH)max的同時，磁滯回線中的矩形性良好，其結(jié)果，不可逆去磁率的絕對值變小，因此磁鐵的可靠性也提高。
在此，與D1s/D1h的上限值是0.9相對，D2s/D2h的上限值是0.8，它們是不同的。其理由是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在自由面82側(cè)，顯示硬磁性相、軟磁性相的晶粒直徑都較輥面81側(cè)變大的傾向，但這種晶粒大型化的傾向，硬磁性相和軟磁性相是不同的，該結(jié)果是通過反復(fù)進行試驗求出的能夠發(fā)揮高磁性能的上限值。
因此，作為D1s/D1h的上限值的最佳值是0.8，作為D2s/D2h的上限值的最佳值是0.75。由此，得到更高的磁性能。
另外，以滿足下述式[3]、[4]中的至少一個為佳，最好滿足兩者。
0.5≤D1h/D2h≤1......[3]0.5≤D1s/D2s≤1......[4]如上所述，在自由面?zhèn)?2，顯示硬磁性相、軟磁性相的晶粒直徑都較輥面81側(cè)變大的傾向，因此D1h/D2h的上限值和D1s/D2s的上限值都規(guī)定為1。
另外，如果D1h/D2h或者D1s/D2s是0.5以上，在輥面81和自由面82，硬磁性相、軟磁性相的晶粒直徑的差就小，其結(jié)果，磁性能變得均勻，作為整體得到優(yōu)良的磁性能。更詳細(xì)地說，由急冷薄帶8制造磁鐵粉末，再使用該磁鐵粉末制造粘結(jié)磁鐵時，在得到高磁能積(BH)max的同時，磁滯回線中的矩形性變得良好，其結(jié)果，不可逆去磁率的絕對值變小，因此磁鐵的可靠性也提高。
D1s、D2s的值沒有特別的限制，但D1s、D2s中的至少一個(最好兩者)以75nm以下為佳，最好是50nm以下。如果是該范圍，尤其提高殘留磁通密度和矩形性。
另外，D1h、D2h的值沒有特別的限制，但D1h、D2h中的至少一個(最好兩者)以75nm以下為佳，最好是50nm以下。如果是該范圍，尤其提高矯頑力和矩形性。
再者，D1s、D2s、，D1h、D2h的測定方法沒有特別的限制，例如可以用以下那樣的X射線衍射法進行測定。
分別對急冷薄帶8的輥面81和自由面82進行X射線衍射，求出硬磁性相的衍射峰和軟磁性相的衍射峰。再求出硬磁性相的特定衍射面的衍射峰和軟磁性相的特定衍射面的衍射峰中的衍射角2θ和半值寬度β，將2θ和β代入下述式[5]中，求出晶粒直徑D(D1s、D1h、D2s、D2h)。
D＝0.9λ/β·cosθ(其中λ＝0.154nm)......[5]按照這樣的X射線衍射法，能夠簡單且正確地求出硬磁性相和軟磁性相的晶粒直徑。
在以上中，舉例地說明了作為冷卻體使用冷卻輥的單輥法，但本發(fā)明并不限于此，例如即使對使用象旋轉(zhuǎn)盤法、熔體提取(meltextraction)的其他冷卻體的制造方法也適用。
磁鐵粉末的制造將像以上那樣的急冷薄帶8粉碎，就得到本發(fā)明的磁鐵粉末。
粉碎的方法沒有特別的限制，例如可以使用球磨機、振動磨機、超細(xì)粉碎機、棒磨機等各種粉碎裝置，破碎裝置進行。此時，為了防止氧化，粉碎也可以在真空或者減壓狀態(tài)下(例如1×10-1～1×10-6托)，或者在像氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體的非氧化性氣氛中進行。
磁鐵粉末的平均粒徑?jīng)]有特別的限制，但在用于制造后述的各向同性稀土粘結(jié)磁鐵時，要考慮防止磁鐵粉末的氧化和防止由粉碎引起的磁性能的劣化，較好是0.5～150μm左右，更好是0.5～80μm左右，最好是1～50μm左右。
另外，在粘結(jié)磁鐵的成形時，為了得到更優(yōu)良的成形性，磁鐵粉末的粒徑分布最好有某種程度的分散(有偏差)。由此，能夠降低所得到的粘結(jié)磁鐵的孔隙率，其結(jié)果，在粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末的含量相同時，能夠更提高粘結(jié)磁鐵的密度或機械強度，也能夠更加提高磁性能。
對所得到的磁鐵粉末，例如以去除由粉碎引入的應(yīng)變的影響、控制晶粒直徑為目的，也可以施行熱處理。作為該熱處理的條件，例如在350～850℃，可以進行0.5～300分鐘左右。
另外，為了防止氧化，該熱處理最好在真空或者減壓狀態(tài)下(例如1×10-1～1×10-6托)，或者在像氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體的非氧化性氣氛中進行。
在使用像以上那樣的磁鐵粉末制造粘結(jié)磁鐵時，這樣的磁鐵粉末和粘結(jié)樹脂的粘結(jié)性(粘結(jié)樹脂的潤濕性)良好，因而該粘結(jié)磁鐵的機械強度高，熱穩(wěn)定性(耐熱性)、耐蝕性優(yōu)良。因此該磁鐵粉末適合于制造粘結(jié)磁鐵。
粘結(jié)磁鐵及其制造方法接著，說明本發(fā)明的稀土粘結(jié)磁鐵(以下，也簡稱為“粘結(jié)磁鐵”)。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵是以粘結(jié)樹脂粘結(jié)上述的磁鐵粉末構(gòu)成的。
作為粘結(jié)樹脂(粘結(jié)劑)可以是熱塑性樹脂、熱固性樹脂的任一種。
作為熱塑性樹脂，例如可舉出聚酰胺(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、芳香族聚酯等的液晶聚合物、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯其聚物等聚烯烴，改性聚烯烴，聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯等聚酯，聚醚、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚縮醛等，或者以這些化合物為主的共聚物、共混體、聚合物合金等。可以混合這些中的1種或2種以上而使用。
即使在這些之中，從成形性特別優(yōu)良、機械強度高的角度出發(fā)，以聚酰胺最佳，從提高耐熱性的角度出發(fā)，以液晶聚合物、以聚苯硫醚為主的化合物為最佳。另外，這些熱塑性樹脂和磁鐵粉末的混煉性也優(yōu)良。
這樣的熱塑性樹脂具有能夠根據(jù)其種類、共聚化等在廣泛范圍選擇的優(yōu)點，以便例如重視成形性或重視耐熱性、機械強度。
而作為熱固性樹脂，例如可舉出雙酚型、線型酚醛樹脂型、萘系等各種環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、聚酯(不飽和聚酯)樹脂、聚酰亞胺樹脂、硅酮樹脂、聚氨酯樹脂等，可以混合這些中的1種或2種以上而使用。
即使在這些之中，從成形性特別優(yōu)良、機械強度高、耐熱性優(yōu)良的角度出發(fā)，以環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、硅酮樹脂為佳，尤其以環(huán)氧樹脂為最佳。另外，這些熱固性樹脂和磁鐵粉末的混煉性、混煉的均勻性也良好。
所使用的熱固性樹脂(未固化)在室溫可以是液狀，也可以是固形(粉末狀)。
這樣的本發(fā)明粘結(jié)磁鐵，例如像以下那樣制造。制造含有磁鐵粉末、粘結(jié)樹脂，和根據(jù)需要的添加劑(防止氧化劑、潤滑劑等)的粘結(jié)磁鐵用組合物，使用該粘結(jié)磁鐵用組合物，采用壓縮成形(壓制成形)、擠出成形、注射成形等成形方法，在無磁場中成形成所希望的磁鐵形狀。在粘結(jié)樹脂是熱固性樹脂時，成形后，通過加熱使其固化。
在此，在上述的三種成形方法中，擠出成形和注射成形(尤其注射成形)具有形狀選擇的自由度大、生產(chǎn)率高的優(yōu)點，但這些成形方法為了得到良好的成形性，必須確保成形機內(nèi)的混合物的充分流動性，因而與壓縮成形相比，不能使磁鐵粉末的含量多，即不能使粘結(jié)磁鐵高密度化。但是，在本發(fā)明中，如后面所述，得到高磁通密度，因此即使不使粘結(jié)磁鐵高密度化，也得到優(yōu)良的磁性能，因而在采用擠出成形、注射成形制造的粘結(jié)磁鐵中也能夠享有這種優(yōu)點。
粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末的含量(含有率)沒有特別的限制，但通常要考慮成形方法或成形性和高磁性能能夠并立而決定。具體地說，以75～99.5重量％左右為佳，最好是85～97.5重量％左右。
尤其，在采用壓縮成形制造粘結(jié)磁鐵時，磁鐵粉末的含量以90～99.5重量％左右為住，最好是93～98.5重量％左右。
另外，在采用擠出成形或注射成形制造粘結(jié)磁鐵時，磁鐵粉末的含量以75～98重量％左右為佳，最好是85～97重量％左右。
粘結(jié)磁鐵的密度ρ由粘結(jié)磁鐵中含有的磁鐵粉末的比重、磁鐵粉末的含量、孔隙率等因素決定。在本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵中，其密度ρ沒有特別的限制，但以5.3～6.6g/cm3左右為佳，最好是5.5～6.4g/cm3左右。
在本發(fā)明中，粘結(jié)磁鐵的殘留磁通密度、矯頑力大，因而在成形成粘結(jié)磁鐵時，磁鐵粉末的含量當(dāng)然多，即使在含量較少時，也得到優(yōu)良的磁性能(尤其，高的磁能積、矯頑力)。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵的形狀、尺寸等沒有特別的限制，例如關(guān)于形狀，例如可以是圓柱狀、棱柱狀、圓筒狀(圓環(huán)狀)、圓弧狀、平板狀、彎曲板狀等所有的形狀，其大小也可以是從大型至超小型的所有的大小。尤其，對小型化、超小型化的磁鐵是有利的，如在本說明書反復(fù)敘述中。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵，矯頑力(在室溫的固有矯頑力)HcJ以320～720kA/m左右為佳，最好是400～640kA/m左右。在矯頑力不到上述下限值時，根據(jù)電動機的用途，施加反磁場時的去磁變得顯著，并且在高溫時的耐熱性低劣。另外，如果矯頑力超過上述上限值，磁化性就降低。因此，通過將矯頑力HCJ規(guī)定在上述范圍，在粘結(jié)磁鐵(尤其，圓筒狀粘結(jié)磁鐵)上進行多極磁化等的情況下，即使得不到充分的磁化磁場時，也能夠形成良好的磁化，得到充分的磁通密度，從而能夠提供電動機用的高性能粘結(jié)磁鐵。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵，磁能積(BH)max較好是60kJ/m3以上，更好是65kJ/m3以上，最好是70～130kJ/m3。如果磁能積(BH)max不到60kJ/m3，在用于電動機時，根據(jù)其種類、構(gòu)造，得不到足夠的轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵，不可逆去磁率(初期去磁率)的絕對值較好是5.7％以下，更好是4.4％以下，最好是3.2％以下。由此得到熱穩(wěn)定性(耐熱性)優(yōu)良的粘結(jié)磁鐵。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵的形狀、尺寸等沒有特別的限制，例如關(guān)于形狀，例如可以是圓柱狀、棱柱狀、圓筒狀(圓環(huán)狀)、圓弧狀、平板狀、彎曲板狀等所有的形狀，其大小也可以是從大型至超小型的所有的大小。
由于這樣，本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵被供給多極磁化，或者最好是多極磁化的粘結(jié)磁鐵。
實施例實施例1采用像以下所述的方法得到合金組成是(Nd0.7Pr0.25Dy0.05)8.7Fe余量Co7.0B5.6Al0.5(以下作為“組成A”)的急冷薄帶(薄帶狀磁鐵材料)。
首先，稱量Nd、Pr、Dy、Fe、Co、B、Al各原料，鑄造母合金鑄錠，從該鑄錠切取約15g的試料。
準(zhǔn)備圖4和圖5所示構(gòu)成的急冷薄帶制造裝置，將上述試料放入在底部設(shè)置噴嘴(圓孔口直徑10mm)的石英管內(nèi)。使收納急冷薄帶制造裝置1的室內(nèi)脫氣后，導(dǎo)入惰性氣體(Ar氣)，形成所希望的溫度和壓力的氛圍。
作為冷卻輥5，使用在銅制的基底部分51的外周，通過濺射設(shè)置平均厚度8μm的Al2O3構(gòu)成的表面層52的冷卻輥(輥半徑100mm)。
此后，利用高頻感應(yīng)加熱使石英管內(nèi)的鑄錠試料熔化，再將合金熔液的噴射壓(石英管內(nèi)壓和氛圍氣壓的壓差)調(diào)整至40kPa，向冷卻輥的圓周面噴射合金熔液，得到急冷薄帶(平均厚度t約30μm，平均寬度W約2mm)。
此時，在冷卻輥的圓周速度在10～22m/s之間變化的同時，使室內(nèi)的氛圍氣壓在13～75kPa之間變化，制成No.1～No.5的5種急冷薄帶試料。
對所得到的各急冷薄帶的輥面和自由面分別進行利用衍射計的X射線衍射試驗。X射線靶是Cu。在此場合，測定X射線波長是λ＝0.154nm。在測定時，使用單色鏡，在衍射角2θ＝20°～60°的氛圍進行X射線衍射。
測定的結(jié)果，可以確認(rèn)是硬磁性相的R2(Fe·Co)14B1型相和是軟磁性相的α-(Fe，Co)型相的衍射峰，從利用透射電子顯微鏡的觀察結(jié)果，可以確認(rèn)形成納米復(fù)合組織(復(fù)合組織)。
從所得到的X射線輪廓，去除背景后，求出硬磁性相的(224)衍射面的衍射峰和軟磁性相的(110)衍射面的衍射峰中的衍射角2θ和半值寬度β，將θ和β代入上述式[5]中，求出晶粒直徑D1s、D1h、D2s和D2h。
從這些值求出Dls/D1h、D2s/D2h、D1h/D2h和D1s/D2s。其結(jié)果示于表1。
在表1中，試料No.1～No.4是本發(fā)明的實施例，試料No.5是比較例。D1s、D1h、D2s和D2h的值，除去試料No.5，都是50nm以下。
另外，利用振動試料型磁力計(VSM)，對試料No.1～No.5的各急冷薄帶測定磁性能(矯頑力HcJ、磁能積(BH)max)。在測定時，不進行反磁場補償。
測定的結(jié)果示于表1。
正如表1所清楚地表明，是本發(fā)明急冷薄帶的試料No.1～No.4，都發(fā)揮優(yōu)良的磁性能(HcJ和(BH)max)，與此相反，是比較例的試料No.5，磁性能低劣。
實施例2將試料No.1～No.5的各急冷薄帶粗粉碎后，在Ar氣氛圍中，施行700℃×300秒的熱處理，得到組成A的磁鐵粉末。
接著，為了調(diào)整粒度，再使用粉碎機(磨機)，在Ar氣中，將該磁鐵粉末粉碎，形成平均粒徑為40μm的磁鐵粉末。
將該磁鐵粉末和環(huán)氧樹脂(粘結(jié)樹脂)、少量的肼系防止氧化劑混合，混煉，制成粘結(jié)磁鐵用組合物(混合物)。
隨后，將該混合物粉碎成粒狀，稱量該粒狀物，然后填充在壓制裝置的金屬模內(nèi)，以壓力7噸/cm2進行壓縮成形(在無磁場中)，得到成形體。
脫模后，通過加熱使環(huán)氧樹脂固化(固化處理)，得到直徑φ10mm×高7mm的圓柱狀的各向同性稀土粘結(jié)磁鐵。在各粘結(jié)磁鐵中，磁鐵粉末的含量是98.0重量％，密度ρ是6.2g/cm3。
對得到的5種粘結(jié)磁鐵調(diào)查在100℃×1小時的環(huán)境下保持后，回到室溫時的不可逆去磁率(初期去磁率)。其結(jié)果示于下述表2。
對得到的5種粘結(jié)磁鐵以磁場強度為3.2MA/m進行脈沖磁化后，使用直流自記磁通計，以最大外加磁場為2.0MA/m測定磁性能(殘留磁通密度Br、矯頑力HcJ、磁能積(BH)max)。測定時的溫度是23℃(室溫)。其結(jié)果示于表2。
另外，對得到的各粘結(jié)磁鐵調(diào)查在100℃×1小時的環(huán)境下保持后，回到室溫時的不可逆去磁率(初期去磁率)。其結(jié)果示于下述表2。
正如表2所清楚地表明，由試料No.1～No.4的磁鐵材料得到的粘結(jié)磁鐵都發(fā)揮優(yōu)良的磁性能(Br、HcJ和(BH)max)，同時不可逆去磁率的絕對值低到5.0％以下，熱穩(wěn)定性(耐熱性)也良好。
與此相反，是比較例的試料No.5的磁鐵材料得到的粘結(jié)磁鐵，在磁性能低劣的同時，不可逆去磁率是～5.9％，其絕對值大，熱穩(wěn)定性也低。
實施例3和實施例2相同地制作，從試料No.1～No.5的磁鐵材料制造外徑 22mm×內(nèi)徑 20m×高4mm的圓筒狀(圓環(huán)狀)的各向同性稀土粘結(jié)磁鐵，所得到的各粘結(jié)磁鐵在8極進行多極磁化。在磁化時，流過磁化線圈的電流值是16kA。
此時，為了達到90％磁化率所必要的磁化磁場的大小是比較小的，因此磁化性良好。
以這樣進行磁化的各粘結(jié)磁鐵作為轉(zhuǎn)子磁鐵使用，組裝成CD-ROM用主軸電動機。
在各CD-ROM用主軸電動機中，測定在轉(zhuǎn)子以1000rpm轉(zhuǎn)動時的卷繞線圈中發(fā)生的反電壓。其結(jié)果，使用由試料No.5得到的磁鐵的電動機，電壓是0.80V，與此相反，使用由試料No.1～No.4得到的磁鐵的電動機，得到0.96V和20％以上的高值。
其結(jié)果證實，如果使用本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵，就能夠制造高性能的電動機。
除了采用擠出成形制造粘結(jié)磁鐵以外，和上述實施例1～3相同地制作，制造本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵和電動機，進行性能評價，得到和上述相同的結(jié)果。
除了采用注射成形制造粘結(jié)磁鐵以外，和上述實施例1～3相同地制作，制造本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵和電動機，進行性能評價，得到和上述相同的結(jié)果。
如以上所述，按照本發(fā)明，得到象以下的效果。
·磁鐵材料形成具有軟磁性相和硬磁性相的復(fù)合組織，而且其性狀、特性是均勻的，因而磁化高，發(fā)揮優(yōu)良的磁性能。尤其，固有矯頑力和矩形性得到改善。
·不可逆去磁率的絕對值小，熱穩(wěn)定性(耐熱性)良好。
·得到高磁通密度，即使是各向同性，也得到保持高磁性能的粘結(jié)磁鐵。尤其，和以往的各向同性粘結(jié)磁鐵相比，以更小體積的粘結(jié)磁鐵就能夠發(fā)揮同等以上的磁性能，因此以更小型就能夠得到高性能的電動機。
.另外，由于得到高磁通密度等，在制造粘結(jié)磁鐵時，即使不追求高密度化，也能夠得到充分高的磁性能，其結(jié)果，在提高成形性的同時，能夠謀求尺寸精度、機械強度、耐蝕性、熱穩(wěn)定性等的提高，能夠容易地制造可靠性高的粘結(jié)磁鐵。
·磁化性良好，因而以較低的磁化磁場就能夠磁化，尤其能夠容易且可靠地進行多極磁化，而且能夠得到高的磁通密度。
·由于不要求高密度化，因此和壓縮成形法相比，也適用于難以進行高密度成形的擠出成形法或注射成形法制造粘結(jié)磁鐵，即使以這樣的成形方法成形的粘結(jié)磁鐵，也得到如所述的效果。因此，擴大了粘結(jié)磁鐵的成形方法的選擇度，進而擴大由成形方法產(chǎn)生的形狀選擇的自由度。
產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用可能性本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵，以小型就能夠適用于高性能的電動機。
表1(急冷薄帶)

表2(粘結(jié)磁鐵)

權(quán)利要求
1.薄帶狀磁鐵材料，該薄帶狀磁鐵材料是通過含有稀土元素和過渡金屬的合金熔液接觸冷卻體而得到的，而且其構(gòu)成組織由具有軟磁性相和硬磁性相的復(fù)合組織構(gòu)成的薄帶狀磁鐵材料，其特征在于，在以D1h作為和冷卻體接觸側(cè)面的第1面附近的上述硬磁性相的平均晶粒直徑、以D1s作為上述第1面附近的上述軟磁性相的平均粒徑、以D2h作為與上述第1面相反側(cè)面的第2面附近的硬磁性相的平均粒徑、以D2s作為上述第2面附近的上述軟磁性相的平均粒徑時，滿足下述式[1]和[2]，D1s/D1h≤0.9......[1]D2s/D2h≤0.8......[2]。
2.權(quán)利要求1記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，滿足下述式[3]、[4]中的至少一個，0.5≤D1h/D2h≤1......[3]0.5≤d1s/D2s≤1......[4]。
3.薄帶狀磁鐵材料，該薄帶狀磁鐵材料是通過含有稀土元素和過渡金屬的合金熔液與冷卻體接觸而得到的，而且其構(gòu)成組織是由具有軟磁性相和硬磁性相的復(fù)合組織構(gòu)成的薄帶狀磁鐵材料，其特征在于，在以D1h作為和上述冷卻體接觸側(cè)面的第1面附近的上述硬磁性相的平均粒徑、以D1s作為上述第1面附近的上述軟磁性相的平均粒徑、以D2h作為與上述第1面相反側(cè)面的第2面附近的硬磁性相的平均粒徑、以D2s作為上述第2面附近的上述軟磁性相的平均粒徑時，滿足下述式[3]和[4]中的至少一個，0.5≤D1h/D2h≤1......[3]0.5≤d1s/D2s≤1......[4]。
4.權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，上述D1s、D2s中的至少一個是75nm以下。
5.權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，上述D1h、D2h中的至少一個是75nm以下。
6.權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，上述D1h、D2h、D1s和D2s是利用X射線衍射法測定而求出的。
7.權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，在合金組成中含有B(硼)。
8.權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，在合金組成中含有Al(鋁)。
9.權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，合金組成是以Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw，其中R是至少一種稀土元素，x7.1～9.9原子％，y0～0.30、z4.6～6.8原子％、w0.02～1.5原子％來表示的。
10.權(quán)利要求9記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，上述R是以Nd和/或Pr為主的稀土元素。
11.權(quán)利要求9或10記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，上述R包含Pr，其比例相對上述R全體是5～75％。
12.權(quán)利要求9或10記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，上述R包含Dy，其比例相對上述R全體是14％以下。
13.權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，與上述冷卻體接觸后，進行熱處理。
14.權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料，其中，上述冷卻體是冷卻輥。
15.磁鐵粉末，其特征在于，該磁鐵粉末是粉碎權(quán)利要求1或2記載的薄帶狀磁鐵材料而得到的。
16.權(quán)利要求15記載的磁鐵粉末，其中，磁鐵粉末在其制造過程中，或者制造后，進行至少一次熱處理。
17.權(quán)利要求15或16記載的磁鐵粉末，其中，平均粒徑是0.5～150μm。
18.稀土粘結(jié)磁鐵，其特征在于，該稀土粘結(jié)磁鐵是以粘結(jié)樹脂粘結(jié)權(quán)利要求15記載的磁鐵粉末而形成的。
19.權(quán)利要求18記載的稀土粘結(jié)磁鐵，其中，磁鐵粉末的含量是75～95.5重量％。
20.權(quán)利要求18或19記載的稀土粘結(jié)磁鐵，其中，矯頑力HCJ是320～720kA/m。
21.權(quán)利要求18記載的稀土粘結(jié)磁鐵，其中，磁能積(BH)max是60kJ/m3以上。
22.權(quán)利要求18記載的稀土粘結(jié)磁鐵，其中，不可逆去磁率(初期去磁率)的絕對值是5.7％以下。
23.權(quán)利要求18記載的稀土粘結(jié)磁鐵，其中，該稀土粘結(jié)磁鐵被供給多極磁化，或者進行多極磁化。
24.權(quán)利要求18記載的稀土粘結(jié)磁鐵用于電動機。
全文摘要
本發(fā)明的薄帶狀磁鐵材料(急冷薄帶8)是通過從噴嘴3中噴出含有稀土元素和過渡金屬的合金熔液,碰撞在冷卻輥5的圓周面53上,而進行急冷得到的,其構(gòu)成組織,由軟磁性相和硬磁性相相鄰接存在的組織構(gòu)成。急冷薄帶8,在分別以D1h、D1s作為輥面81附近的硬磁性相和軟磁性相的平均粒徑、分別以D2h、D2s作為自由面82附近的硬磁性相和軟磁性相的平均粒徑時,最好滿足下述式[1]和[2],滿足下述式[3]、[4]中的至少一個。D1s/D1h≤0.9……[1]；D2s/D2h≤0.8……[2]；0.5≤D1h/D2h≤1……[3]；0.5≤d1s/D2s≤1……[4]。
文檔編號H01F1/08GK1338109SQ00803100
公開日2002年2月27日 申請日期2000年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月25日
發(fā)明者新井圣, 加藤洋 申請人:精工愛普生株式會社