專利名稱：磁鐵粉末和各向同性粘結(jié)磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁鐵粉末和各向同性粘結(jié)磁鐵。
背景技術(shù)：
為了使電動(dòng)機(jī)等小型化，人們都希望將磁通密度高的(實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)磁的)磁鐵用于電動(dòng)機(jī)中。在粘結(jié)磁鐵中決定磁通密度的主要因素是磁鐵粉末的磁性(磁化性)和粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量(含有率)。因此，在磁鐵粉末本身的磁性(磁化性)不夠高的情況下，如果不極大地增加粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量，就不能獲得足夠的磁通密度。
可是在目前作為高性能稀土類粘結(jié)磁鐵使用的大多數(shù)都是使用MQI公司制的MQP-B粉末作為稀土類磁鐵粉末制成的各向同性粘結(jié)磁鐵。與各向異性的粘結(jié)磁鐵相比，各向同性粘結(jié)磁鐵具有以下優(yōu)點(diǎn)。也就是說(shuō)，在制造粘結(jié)磁鐵時(shí)不需要磁場(chǎng)取向，因此制造工藝簡(jiǎn)單，其結(jié)果是制造價(jià)格低廉。但是，由MQP-B粉末為代表的現(xiàn)有的各向同性粘結(jié)磁鐵存在以下問(wèn)題。
1)就現(xiàn)有的各向同性粘結(jié)磁鐵而言，其磁通密度不夠高。也就是說(shuō)，由于所用的磁鐵粉末的磁性(磁化性)較低，因此不得不提高在粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量(含有率)，但是，如果提高磁鐵粉末的含量，就會(huì)使粘結(jié)磁鐵的成形性變差，因此其使用受到限制。另外，由于成形條件麻煩等，因此即使增多了磁鐵粉末的含量，所獲的磁通密度仍然有限，因此不能達(dá)到電動(dòng)機(jī)的小型化。
2)由于矯頑磁力高，因此其磁化性差，所以必須使用較高的磁化磁場(chǎng)。
3)雖然據(jù)報(bào)導(dǎo)，納米級(jí)復(fù)合磁鐵(nanocomposite magnets)是一種具有高殘留磁通密度的磁鐵，但是在另一方面其矯頑磁力過(guò)小，因此作為實(shí)用上的電動(dòng)機(jī)所能獲得的磁通密度(在實(shí)際使用時(shí)的磁導(dǎo))非常低。另外，由于其矯頑磁力小，因此其熱穩(wěn)定性差。
4)粘結(jié)磁鐵的耐蝕性、耐熱性差。也就是說(shuō)，為了彌補(bǔ)磁鐵粉末磁特性的缺點(diǎn)，必須增加粘結(jié)磁鐵中磁鐵粉末的含量(也就是極大地提高粘結(jié)磁鐵的密度)，其結(jié)果是使得粘結(jié)磁鐵的耐蝕性和耐熱性變差，并降低了其可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可供制造具有高磁通密度和優(yōu)良磁化性、可靠性，特別是優(yōu)良溫度特性的磁鐵使用的磁鐵粉末及各向同性粘結(jié)磁鐵。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種磁鐵粉末，包括由Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzSiw，其中，R是至少一種稀土類元素；x8.1-9.4原子％；y0-0.30；z4.6-6.8原子％；w0.02-1.5原子％所表示的合金組成，磁鐵粉末則由具有軟磁相和硬磁相的復(fù)合組織構(gòu)成；以及，所述軟磁相和硬磁相都具有1-100nm的平均結(jié)晶粒徑；其中，所述磁鐵粉末在各向同性粘結(jié)磁鐵是通過(guò)用結(jié)合樹脂來(lái)混合磁鐵粉末而成形的情況下，不可逆磁化系數(shù)Xirr等于或小于5.0×10-7H/m；通過(guò)利用J-H圖中一條去磁曲線、與通過(guò)J-H圖中原點(diǎn)的一條直線相交的一點(diǎn)來(lái)測(cè)量所述不可逆磁化系數(shù)，其中，H是磁場(chǎng)強(qiáng)度，表示為J-H圖中的橫坐標(biāo)，單位是A/m；J是磁化強(qiáng)度，表示為J-H圖中的縱坐標(biāo)，單位是Wb/m2；所述去磁曲線表示室溫下的磁特性，并且該直線的斜度J/H為-3.8×10-6；并且，所述磁鐵在室溫下的固有矯頑力Hcj處于406-717kA/m的范圍，其特征在于，所述R含有Pr，其比例占所述全部R的質(zhì)量的5-75％，或者，所述R含有Dy，其比例占所述全部R的質(zhì)量的14％或以下。
如上所述，按照本發(fā)明可以獲得如下效果。
·由于磁鐵粉末具有一種含軟磁相和硬磁相的復(fù)合組織，而且含有預(yù)定量的Al，因此其磁化性高，能夠發(fā)揮優(yōu)良的磁特性，特別是能夠改善其固有的矯頑磁力和矩形性。
·不可逆去磁率的絕對(duì)值小，可以獲得優(yōu)良的耐熱性(熱穩(wěn)定性)。
·由于可以獲得高的磁通密度，因此，可以制得一種即使在各向同性的情況下也具有高磁特性的粘結(jié)磁鐵。特別是與現(xiàn)有的各向同性粘結(jié)磁鐵相比，能夠以更小體積的粘結(jié)磁鐵發(fā)揮同等以上的磁性能，因此有可能獲得更小型的高性能的電動(dòng)機(jī)。
·另外，由于可以獲得高的磁通密度，因此在制造粘結(jié)磁鐵時(shí)，即使不追求高密度化也能獲得高的磁特性，其結(jié)果，可以在提高成形性的同時(shí)，進(jìn)一步地提高磁鐵的尺寸精度、機(jī)械強(qiáng)度、耐蝕性、耐熱性(熱穩(wěn)定性)等，從而有可能容易地制得可靠性高的粘結(jié)磁鐵。特別是在含有Si的情況下可以獲得更優(yōu)良的耐蝕性。
·由于磁化性良好，因此，可以在更低的磁化磁場(chǎng)中磁化，特別是可以容易而且確實(shí)地進(jìn)行多極磁化，而且可以獲得高的磁通密度。
·由于不要求高密度化，因此，與壓縮成形法相比，也適合于使用那些難以達(dá)到高密度成形的擠出成形法或注射成形法來(lái)制造粘結(jié)磁鐵，即便是使用這樣的成形方法成形的粘結(jié)磁鐵，也能獲得上述的效果。因此，對(duì)粘結(jié)磁鐵成形方法的選擇范圍寬，而且對(duì)形狀選擇的自由度也大。
優(yōu)選上述的復(fù)合結(jié)構(gòu)是一種納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選上述的R是以Nd和/或Pr為主的稀土元素。
優(yōu)選上述的R含有Pr，并且Pr在上述總R中所占的百分比為5～75％。因?yàn)樵谠摲秶鷥?nèi)，可以在殘留磁通密度幾乎不降低的條件下提高其矯頑磁力和矩形性。
優(yōu)選上述的R含有Dy，并且Dy在上述總R中所占的百分比為14％以下。因?yàn)樵谠摲秶鷥?nèi)，可以在殘留磁通密度不顯著降低的條件下提高其矯頑磁力，同時(shí)還可能大幅度地提高其耐熱性。
優(yōu)選上述的磁鐵粉末是通過(guò)將熔融合金急冷而獲得的產(chǎn)品。
優(yōu)選上述的磁鐵粉末是在用冷卻輥制成急冷薄帶之后再將其粉碎而獲得的產(chǎn)品。
優(yōu)選上述的磁鐵粉末是在其制造過(guò)程中或在制造之后對(duì)其施加至少1次熱處理而獲得的產(chǎn)品。
考慮到為了防止磁鐵粉末的氧化和防止由于粉碎而引起的磁特性的劣化，優(yōu)選使磁鐵粉末的平均粒徑在0.5～150μm的范圍內(nèi)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一種各向同性稀土類粘結(jié)磁鐵，用結(jié)合樹脂結(jié)合磁鐵粉末而構(gòu)成，所述磁鐵粉末包括由Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzSiw，其中，R是至少一種稀土類元素；x8.1-9.4原子％；y0-0.30；z4.6-6.8原子％；w0.02-1.5原子％所表示的合金組成，磁鐵粉末則由具有軟磁相和硬磁相的復(fù)合組織構(gòu)成；以及所述軟磁相和硬磁相都具有1-100nm的平均結(jié)晶粒徑；其中，所述磁鐵粉末在各向同性粘結(jié)磁鐵是通過(guò)用結(jié)合樹脂來(lái)混合磁鐵粉末而成形的情況下，不可逆磁化系數(shù)Xirr等于或小于5.0×10-7H/m；通過(guò)利用J-H圖中一條去磁曲線、與通過(guò)J-H圖中原點(diǎn)的一條直線相交的一點(diǎn)來(lái)測(cè)量所述不可逆磁化系數(shù)，其中，H是磁場(chǎng)強(qiáng)度，表示為J-H圖中的橫坐標(biāo)，單位是A/m；J是磁化強(qiáng)度，表示為J-H圖中的縱坐標(biāo)，單位是Wb/m2；所述去磁曲線表示室溫下的磁特性，并且該直線的斜度J/H為-3.8×10-6；并且，所述磁鐵在室溫下的固有矯頑力Hcj處于406-717kA/m的范圍，其特征在于，所述R含有Pr，其比例占所述全部R的質(zhì)量的5-75％，或者，所述R含有Dy，其比例占所述全部R的質(zhì)量的14％或以下。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一種用結(jié)合樹脂來(lái)結(jié)合磁鐵粉末而形成的各向同性稀土粘結(jié)磁鐵，其中，所述磁鐵粉末由Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzSiw組成，其中，R是至少一種稀土類元素；x8.1-9.4原子％；y0-0.30；z4.6-6.8原子％；w0.02-1.5原子％所表示的合金成分，并由具有軟磁相和硬磁相的復(fù)合組織構(gòu)成，其特征在于，表示室溫下磁特性的J-H圖的去磁曲線中，與通過(guò)所述J-H圖中的原點(diǎn)、且斜率J/H為-3.8×10-6H/m直線的交點(diǎn)、作為出發(fā)點(diǎn)測(cè)定時(shí)的不可逆磁化系數(shù)Xirr為5.0×10-7H/m或以下，而且室溫下的固有矯頑力HCJ為406-717kA/m，其中，H是磁場(chǎng)強(qiáng)度，表示為J-H圖中的橫坐標(biāo)，單位是A/m；J是磁化強(qiáng)度，表示為J-H圖中的縱坐標(biāo)，單位是Wb/m2。
優(yōu)選上述的磁鐵粉末含有選自Cu、Si、Ga、Ti、V、Ta、Zr、Nb、Mo、Hf、Ag、Zn、P、Ge、Cr中的至少1種元素。
優(yōu)選上述元素的含量在3原子％以下。
優(yōu)選上述的磁鐵粉末是由一種含有軟磁相和硬磁相的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成的產(chǎn)品。
優(yōu)選上述的各向同性粘結(jié)磁鐵是一種供多極磁化處理的產(chǎn)品或者已經(jīng)接受過(guò)多極磁化處理的產(chǎn)品。
優(yōu)選上述的各向同性粘結(jié)磁鐵用于電動(dòng)機(jī)中。
本發(fā)明的其他目的、構(gòu)成和效果可以通過(guò)下面對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明而變得更清楚。


圖1模式地示出了在本發(fā)明的磁鐵粉末中復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu))的一個(gè)實(shí)例。
圖2模式地示出了在本發(fā)明的磁鐵粉末中復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu))的一個(gè)實(shí)例。
圖3模式地示出了在本發(fā)明的磁鐵粉末中復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu))的一個(gè)實(shí)例。
圖4是表示用于制造磁鐵材料的裝置(急冷薄帶制造裝置)的結(jié)構(gòu)例的立體圖。
圖5是表示在圖4的裝置中熔體向冷卻輥沖擊的部位附近的狀態(tài)的側(cè)剖圖。
圖6是用于說(shuō)明不可逆磁化率的圖(J-H圖)。
圖7是表示去磁曲線和反沖曲線(recoil curves)的J-H圖。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的磁鐵粉末及用其制成的各向同性粘結(jié)磁鐵的為了使電動(dòng)機(jī)小型化，其首要任務(wù)是制取磁通密度高的磁鐵。在粘結(jié)磁鐵中決定磁通密度的主要因素是磁鐵粉末的磁性質(zhì)(磁化性)和在粘結(jié)磁鐵的磁鐵粉末含量(含有率)，但是，在磁鐵粉末本身的磁性質(zhì)(磁化性)不夠高的情況下，如果不極大地增多粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量，就不能獲得足夠的磁通密度。
如上所述，現(xiàn)在已普及的上述MQI公司制的MQP-B粉末在各種用途中產(chǎn)生的磁通密度都不夠大，因此，在制造粘結(jié)磁鐵時(shí)，必須提高在粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量，也就是使其高密度化，此外，在耐蝕性、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度等方面的可靠性較差，同時(shí)由于其矯頑磁力高，因此其磁化性差，這是其缺點(diǎn)。
與此不同，本發(fā)明的磁鐵粉末和各向同性粘結(jié)磁鐵(各向同性稀土類粘結(jié)磁鐵)具有足夠的磁通密度和適度的矯頑磁力，因此沒(méi)有必要將粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量(含有率)提到那么高，其結(jié)果是可以提供一種高強(qiáng)度的而且在成形性、耐蝕性、磁化性等方面均優(yōu)良的，可靠性高的粘結(jié)磁鐵，另外，由于粘結(jié)磁鐵的小型化和高性能化，因此對(duì)于電動(dòng)機(jī)等的磁鐵搭載機(jī)器的小型化也可以做出較大的貢獻(xiàn)。
另外，本發(fā)明的磁鐵粉末可以由一種具有硬磁相和軟磁相的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
上述的MQI公司制的MQP-B粉末是一種硬磁相的單相結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明的磁鐵粉末是一種納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中存在磁化性高的軟磁相，因此可以使其總磁化性增高，這是其優(yōu)點(diǎn)，另外，由于其反沖(recoil)導(dǎo)磁率高，因此，即使一旦受到逆磁場(chǎng)的作用，其隨后的去磁率也小，這也是其優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的磁鐵粉末由以Rx(Fe1-yCoy)100x-z-wBzAlw(其中，R表示稀土元素中的至少一種，x為8.1～9.4原子％，y為0～0.30原子％，z為4.6～6.8原子％，w為0.02～1.5原子％)表示的合金成分構(gòu)成。
作為R(稀土類元素)，可以舉出Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、混合稀土，可以含有其中的1種或兩種以上。
R的含量(含有率)在8.1～9.4原子％的范圍內(nèi)。當(dāng)R不足8.1原子％時(shí)，不能獲得足夠的矯頑磁力，這時(shí)即使添加Al，其矯頑磁力的提高也很少。
此處，R優(yōu)選是以Nd和/或Pr為主的稀土元素。其理由如下，這些稀土類元素能夠有效地提高構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)(特別是納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu))的硬磁相的飽和磁化性，另外，在制成磁鐵時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的矯頑磁力，另一方面，如果R超過(guò)9.4原子％，則由于磁化的百分比降低而不能獲得足夠的磁通密度。
另外，優(yōu)選R中含有Pr，Pr的比例優(yōu)選占總R的5～75％，更優(yōu)選為10～60％。在該范圍內(nèi)，可以在幾乎不降低殘留磁通密度的條件下提高其矯頑磁力和矩形性。
另外，優(yōu)選R中含有Dy，Dy的比例優(yōu)選占總R的14％以下。在該范圍內(nèi)，可以在不明顯降低殘留磁通密度的條件下提高其矯頑磁力，同時(shí)還可以大幅度地提高其耐熱性。
Co是一種具有與Fe同樣的特性的過(guò)渡金屬。通過(guò)添加Co(取代Fe的一部分)，可以提高其居里溫度和溫度特性，但是，如果Co對(duì)Fe的取代比例超過(guò)0.30，則其矯頑磁力和磁通密度都有降低的傾向。Co對(duì)Fe的取代比例優(yōu)選在0.05～0.20的范圍內(nèi)，這樣不但可以提高溫度特性，而且還可以提高磁通密度本身。另外，優(yōu)選用Ni取代Fe或Co的一部分。
B(硼)是一種能夠獲得高磁特性的重要元素，其含量適宜為4.6～6.8原子％。當(dāng)B不足4.6％時(shí)，其矩形性變差，另一方面，當(dāng)B超過(guò)6.8％時(shí)，其非磁性相增多，從而使磁通密度迅速降低。
Al是一種有利于提高矯頑磁力的元素，當(dāng)其含量在0.02～1.5原子％范圍內(nèi)時(shí)，能夠顯著地表現(xiàn)對(duì)矯頑磁力的提高效果。另外，在該范圍內(nèi)，隨著矯頑磁力的提高，其矩形性和最大磁能積也提高了。而且，其耐蝕性也提高了。但是，如上所述，當(dāng)R不足8.1原子％時(shí)，依靠添加Al來(lái)獲得的效果非常小。另外，當(dāng)Al超過(guò)1.5原子％時(shí)，其磁化性能顯著降低，難以獲得高的磁通密度，而且其矯頑磁力也降低了。
另外，Al含量在0.02～1.5原子％范圍內(nèi)的另一個(gè)重要效果是可以減小其不可逆磁化率(χirr)，而且可以改善其不可逆去磁率，還能提高磁鐵的耐熱性(熱穩(wěn)定性)。當(dāng)Al含量不足0.02原子％時(shí)，上述的效果小，并且上述矯頑磁力的提高效果也小。
應(yīng)予說(shuō)明，雖然Al本身不是一種新物質(zhì)，但是在本發(fā)明中，經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、研究后發(fā)現(xiàn)，在一種由具有軟磁相和硬磁相的復(fù)合組織構(gòu)成的磁鐵粉末中，只要使Al的含量處于0.02～1.5原子％的范圍內(nèi)，就能獲得如下所述的4個(gè)效果，特別是能同時(shí)獲得這些效果，這一點(diǎn)是本發(fā)明的意義，所說(shuō)的4個(gè)效果為①可以在確保優(yōu)良矩形性和最大磁能積的同時(shí)提高其矯頑磁力；②可以減小下述的不可逆磁化率(χirr)；③可以改善其不可逆去磁率(降低其絕對(duì)值)；④可以保持良好的耐蝕性。
這樣，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)的特征是使磁鐵粉末含有微量或少量的Al，但是，如果Al的添加量超過(guò)1.5原子％，則反而會(huì)產(chǎn)生相反的效果，這當(dāng)然不是本發(fā)明的意圖。
另外，Al含量的優(yōu)選范圍是0.02～1.5原子％，但是該范圍的上限值優(yōu)選為1.2原子％，更優(yōu)選為0.8原子％。
另外，為了達(dá)到進(jìn)一步提高磁特性的目的，還可以在構(gòu)成磁鐵粉末的合金中根據(jù)需要含有選自Cu、Si、Ga、Ti、V、Ta、Zr、Nb、Mo、Hf、Ag、Zn、P、Ge、Cr物組(以下用“Q”表示該物組)中的至少1種元素。當(dāng)含有屬于Q的元素時(shí)，其含量?jī)?yōu)選在3原子％以下，更優(yōu)選為0.2～3原子％，特別優(yōu)選為0.5～2原子％。
當(dāng)含有屬于Q的元素時(shí)，可以發(fā)揮與該種元素相應(yīng)的固有效果。例如，Cu、Si、Ga、V、Ta、Zr、Cr、Nb具有提高耐蝕性的效果。特別是在含有Si時(shí)，除了具有提高耐蝕性效果之外，還具有上述①、②、③的效果。
另外，磁鐵材料成為一種具有軟磁相和硬磁相的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
在該復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu))中的軟磁相10和硬磁相11以例如圖1、圖2或圖3所示的模型(模式)存在，各相的厚度或粒徑的大小為納米級(jí)的水平。而且，軟磁相10與硬磁相11相互鄰接(包含通過(guò)粒界鄰接的情況)，這就導(dǎo)致磁的相互作用。
平均結(jié)晶粒徑優(yōu)選為5～50nm，更優(yōu)選為10～40nm。如果平均結(jié)晶粒徑小于上述下限值，則晶粒之間相互作用的影響過(guò)強(qiáng)，容易發(fā)生磁化的反轉(zhuǎn)，從而會(huì)使矯頑磁力劣化。
另一方面，如果平均結(jié)晶粒徑超過(guò)上限值，則會(huì)由于結(jié)晶粒徑粗大化和晶粒之間相互作用的影響過(guò)弱而導(dǎo)致磁通密度、矯頑磁力、矩形性和最大能積劣化。
應(yīng)予說(shuō)明，在圖1～圖3中所示的模型只是一個(gè)實(shí)例，本發(fā)明不受這些實(shí)例的限制，例如在圖2示出的模型中，軟磁相10和硬磁相11可以互換位置。
軟磁相的磁化由于受到外部磁場(chǎng)的作用而容易改變方向，因此通常使其混在硬磁相中，以便使整個(gè)磁化曲線成為象J-H圖的第二象限中那段“蛇形曲線”那樣的曲線。但是，當(dāng)軟磁相的大小在數(shù)10nm以下這樣小的情況下，軟磁相的磁化就與周圍的硬磁相的磁化相結(jié)合，因此被強(qiáng)烈地約束著，從而使得其整體作為硬磁相起作用。
具有上述復(fù)合結(jié)構(gòu)(納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu))的磁鐵主要有如下舉出的特征1)～5)。
1)在J-H圖(以磁化性(J)為縱軸，磁場(chǎng)(H)為橫軸作圖)的第二象限中，磁化性發(fā)生可逆的回彈(從該意義上也可稱為“回彈磁鐵”)。
2)磁化性良好，可以在較弱的磁場(chǎng)中磁化。
3)與單獨(dú)硬磁相的情況相比，磁特性對(duì)溫度的依賴性較小。
4)磁特性隨時(shí)間的變化小。
5)即使在微粉碎的情況下磁特性也不劣化。
在上述的合金組成中，硬磁相和軟磁相例如由下述成分組成。
硬磁相R2TM14B類(其中，TM表示Fe或Fe和Co)或R2TM14BAl類(或R2TM14BQ類、R2TM14BAlQ類)。
軟磁相TM(特別是α-Fe、α-(Fe、Co))或TM和Al的合金相(或TM和Q的合金相，或TM和Al和Q的合金相)。
本發(fā)明的磁鐵粉末優(yōu)選是通過(guò)使熔融合金急冷來(lái)制造，特別優(yōu)選是首先通過(guò)使合金熔體急冷、固化制得急冷薄帶(帶子)，然后將此薄帶粉碎來(lái)制造。下面說(shuō)明該方法的一個(gè)實(shí)例。
圖4是立體圖，其中示出一種通過(guò)使用單輥的急冷法來(lái)制造磁鐵材料的裝置(急冷薄帶制造裝置)的結(jié)構(gòu)的實(shí)例；圖5是表示在圖4的裝置中熔體向冷卻輥沖擊的部位附近的狀態(tài)的側(cè)剖圖。
如圖4所示，急冷薄帶制造裝置1具有用于容納磁鐵材料的筒體2以及相對(duì)于該筒體2沿著圖中箭頭9A方向旋轉(zhuǎn)的冷卻輥5。在筒體2的下端形成一個(gè)用于射出磁鐵材料(合金)熔體的噴嘴(小孔)3。
另外，在上述筒體2的噴嘴3附近的外周配置有加熱用的線圈4，向該線圈4施加例如高頻電流，借此加熱(感應(yīng)加熱)筒體2內(nèi)的磁鐵材料并使其成為熔融狀態(tài)。
冷卻輥5由基部51和用于形成冷卻輥5的周面53的表面層52構(gòu)成。
基部51可以由與表面層52相同材質(zhì)的材料一體地構(gòu)成，或者，也可以由一種具有與表面層52不同材質(zhì)的材料構(gòu)成。
基部51的構(gòu)成材料沒(méi)有特殊限定，但優(yōu)選是那些能夠?qū)?lái)自表面層52的熱迅速地?cái)U(kuò)散的材料例如銅或銅合金之類熱導(dǎo)率高的金屬材料。
另外，表面層52優(yōu)選是由那些導(dǎo)熱率與基部51相等或低于基部51的材料構(gòu)成。
上述急冷薄帶制造裝置1設(shè)置在室(圖中未示出)內(nèi)，優(yōu)選在該室內(nèi)充滿惰性氣體或其他氣氛氣的狀態(tài)下工作。特別是為了防止急冷薄帶8的氧化，所用的氣氛氣優(yōu)選是例如氬、氦、氮等惰性氣體。
在該急冷薄帶制造裝置1中，向筒體2內(nèi)加入磁鐵材料(合金)，利用線圈4將其加熱和熔融，使該熔體6由噴嘴3吐出，如圖5所示，熔體6沖擊到冷卻輥5的周面53上，從而在該周面53上形成小坑(直澆口底窩)7，然后一邊從旋轉(zhuǎn)著的冷卻輥5的周面53上引離，一邊讓其急速冷卻凝固，從而連續(xù)地或間歇地形成急冷薄帶8。如此形成的急冷薄帶8很快就讓其朝向輥?zhàn)拥谋砻?1從周面53上離開并沿著圖4中箭頭9B的方向進(jìn)行。應(yīng)予說(shuō)明，熔體的凝固界面71以虛線表示。
冷卻輥5的周速度的適宜范圍隨著合金熔體的組成、周面53對(duì)熔體6的濕潤(rùn)性等參數(shù)的不同而異，但是為了提高磁特性，通常優(yōu)選為1～60m/s，更優(yōu)選為5～40m/s。當(dāng)冷卻輥5的周速度過(guò)慢時(shí)，按急冷薄帶8的體積流量(在單位時(shí)間內(nèi)吐出的熔體的體積)計(jì)，急冷薄帶8的厚度t過(guò)厚，結(jié)晶粒徑有增大的傾向，相反，當(dāng)冷卻輥5的周速度過(guò)快時(shí)，大部分成為非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，在這兩種情況下，即使施加后續(xù)的熱處理也難以提高其磁特性。
另外，對(duì)于所獲的急冷薄帶8來(lái)說(shuō)，為了促進(jìn)非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶化和使組織均質(zhì)化，可以對(duì)其施加熱處理。作為這種熱處理的條件，例如可以在400～900℃下處理0.5～300分鐘左右。
另外，在該熱處理中，為了防止氧化，優(yōu)選在真空中或減壓狀態(tài)下(例如1×10-1～1×10-6×133.32Pa)或者在氮?dú)狻鍤?、氦氣等的惰性氣體之類的非氧化性氣氛中進(jìn)行。
通過(guò)以上的制造方法獲得的急冷薄帶(薄帶狀的磁鐵材料)8成為一種微細(xì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)或者一種在非晶態(tài)結(jié)構(gòu)中含有微細(xì)結(jié)晶那樣的結(jié)構(gòu)，這樣可以獲得優(yōu)良的磁特性。然后將該急冷薄帶8粉碎，從而獲得本發(fā)明的磁鐵粉末。
粉碎的方法沒(méi)有特殊限定，例如可以使用球磨機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)、噴射磨機(jī)、釘式磨機(jī)(pin mill)等的各種粉碎裝置、破碎裝置來(lái)進(jìn)行。在此情況下，為了防止氧化，可以在真空或減壓狀態(tài)下(例如1×10-1～1×10-6×133.32Pa)或者在氮?dú)?、氬氣、氦氣等惰性氣體之類的非氧化性氣氛中進(jìn)行粉碎。
磁鐵粉末的平均粒徑?jīng)]有特殊限定，但是在用于制造下述的各向同性粘結(jié)磁鐵時(shí)，考慮到要防止磁鐵粉末的氧化和防止由于粉碎所引起的磁特性的劣化，平均粒徑優(yōu)選在0.5～150μm左右，更優(yōu)選在1～65μm左右，特別優(yōu)選在5～55μm左右。
另外，為了在粘結(jié)磁鐵成形時(shí)獲得更良好的成形性，優(yōu)選使磁鐵粉末的粒徑分布具有一定程度的分散(有些散亂)。如此可以降低所獲粘結(jié)磁鐵的空隙率，其結(jié)果使得，在粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量等同的條件下，可以進(jìn)一步地提高粘結(jié)磁鐵的密度和機(jī)械強(qiáng)度，并能進(jìn)一步提高其磁特性。
另外，對(duì)于所獲的磁鐵粉末，例如可以通過(guò)粉碎來(lái)除去導(dǎo)入其中的應(yīng)力的影響，而為了達(dá)到控制結(jié)晶粒徑的目的，也可以施加熱處理。作為該熱處理的條件，例如可以采用350～850℃的處理溫度和0.5～300分鐘左右的處理時(shí)間。
另外，為了防止氧化，該熱處理優(yōu)選在真空中或減壓狀態(tài)下(例如1×10-1～1×10-6×133.32Pa)進(jìn)行，或者在氮?dú)?、氬氣、氦氣等惰性氣體之類的非氧化氣氛中進(jìn)行。
在使用上述的磁鐵粉末制造粘結(jié)磁鐵的情況下，由于這種磁鐵粉末與粘合樹脂的粘合性(對(duì)粘合樹脂的濕潤(rùn)性)優(yōu)良，所以，這樣獲得的粘結(jié)磁鐵具有高的機(jī)械強(qiáng)度以及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性(耐熱性)和耐蝕性。因此，該磁鐵粉末適宜用來(lái)制造粘結(jié)磁鐵。
應(yīng)予說(shuō)明，雖然在上文中以單輥法作為急冷法的實(shí)例進(jìn)行了說(shuō)明，但是也可以采用雙輥法。另外，也可以使用其他的方法來(lái)制造，例如利用氣體進(jìn)行霧化的霧化法、旋轉(zhuǎn)圓盤法、金屬采取法、機(jī)械合金化(MA)法等。上述的這些急冷法可以使金屬結(jié)構(gòu)(晶粒)微細(xì)化，因此可以有效地提高粘結(jié)磁鐵的磁鐵特性特別是其矯頑磁力等。
下面說(shuō)明本發(fā)明的各向同性稀土類粘結(jié)磁鐵(以下簡(jiǎn)單地稱為“粘結(jié)磁鐵”)。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵是用粘合樹脂將上述磁鐵粉末粘合起來(lái)而制成的產(chǎn)品。
作為粘合樹脂(粘合劑)，可以是熱塑性樹脂和熱固性樹脂中的任一種。
作為熱塑性樹脂，例如可以舉出聚酰胺(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、尼龍6T、尼龍9T)；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-乙酸乙烯基酯共聚物等的聚烯烴類；改性聚烯烴；聚碳酸酯；聚甲基丙烯酸甲酯；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等的聚酯類；聚醚；聚醚醚酮；聚醚酰亞胺；聚縮醛等，或者是以它們?yōu)橹鞯墓簿畚铮粨胶衔?；聚合物合金等，它們可以?種或兩種以上混合使用。
其中，特別是從優(yōu)良的成形性和高的機(jī)械強(qiáng)度方面考慮，優(yōu)選是聚酰胺；而從提高耐熱性方面考慮，優(yōu)選是以液晶聚合物、聚苯硫醚為主的聚合物。另外，這些熱塑性樹脂與磁鐵粉末的混煉性也優(yōu)良。
這些熱塑性樹脂的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣范圍內(nèi)選擇，例如，可以根據(jù)其種類、共聚度等選擇成形性好的樹脂或耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良的樹脂。
另一方面，作為熱固性樹脂，例如可以舉出雙酚型樹脂、酚醛型樹脂、萘基型樹脂等的各種環(huán)氧樹脂；酚樹脂；尿素樹脂；密胺樹脂；聚酯(不飽和聚酯)樹脂；聚酰亞胺樹脂；硅樹脂；聚氨酯樹脂等，可以使用其中的一種或兩種以上的混合物。
其中，特別是從成形性優(yōu)良、機(jī)械強(qiáng)度大和耐熱性優(yōu)良等方面考慮，優(yōu)選是環(huán)氧樹脂、酚樹脂、聚酰亞胺樹脂和硅樹脂，特別優(yōu)選是環(huán)氧樹脂。另外，這些熱固性樹脂與磁鐵粉末的混煉性和混煉的均勻性均很優(yōu)良。
另外，所用的熱固性樹脂(未固化)在室溫下可以是液態(tài)的，也可以是固態(tài)(粉末狀)的。
上述本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵可以按照例如下述的方法制造。首先制造含有磁鐵粉末、粘合樹脂和根據(jù)需要使用的添加劑(抗氧化劑、潤(rùn)滑劑等)的粘結(jié)磁鐵用組合物，然后使用該粘結(jié)磁鐵用組合物按照壓縮成形(加壓成形)、擠出成形、注射成形等的成形方法，在無(wú)磁場(chǎng)的條件下成形為所需的磁鐵形狀。當(dāng)粘合樹脂是熱固性樹脂的情況下，在成形之后通過(guò)加熱等方法使其固化。
在上述的三種成形方法中，擠出成形和注射成形(特別是注射成形)法具有對(duì)形狀選擇的自由度大，生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，但是，對(duì)于這兩種成形方法來(lái)說(shuō)，為了獲得良好的成形性，必須確保在成形機(jī)內(nèi)的組合物具有足夠的流動(dòng)性，因此，與壓縮成形法相比，上述兩種方法不允許增多磁鐵粉末的含量，也就是不能使粘結(jié)磁鐵高密度化。然而，對(duì)于本發(fā)明的方法來(lái)說(shuō)，如下文所述，可以獲得高的磁通密度，因此，即使粘結(jié)磁鐵沒(méi)有達(dá)到高密度化，也能獲得優(yōu)良的磁特性，從而也可以享受用擠出成形法、注射成形法制造的粘結(jié)磁鐵的優(yōu)點(diǎn)。
粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量(含有率)沒(méi)有特殊限定，通常由成形方法決定，或者在考慮了成形性和高的磁特性兩方面之后決定。具體地說(shuō)，優(yōu)選為75～99wt％左右，更優(yōu)選為85～97.5wt％左右。
特別是在使用壓縮成形法來(lái)制造粘結(jié)磁鐵的情況下，磁鐵粉末的含量?jī)?yōu)選為90～99wt％左右，更優(yōu)選為93～98.5wt％左右。
另外，在使用擠出成形法或注射成形法來(lái)制造粘結(jié)磁鐵的情況下，磁鐵粉末的含量?jī)?yōu)選為75～98wt％左右，更優(yōu)選為85～97wt％左右。
粘結(jié)磁鐵的密度p由其中所含的磁鐵粉末的比重、磁鐵粉末的含量、空隙率等主要因素決定。在本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵中，其密度ρ沒(méi)有特殊限定，但是優(yōu)選為5.3～6.6Mg/m3左右，更優(yōu)選為5.5～6.4Mg/m3左右。
本發(fā)明的磁鐵粉末的磁通密度高，而且其矯頑磁力也大到一定程度，因此在成形為粘結(jié)磁鐵的情況下，磁鐵粉末的含量多時(shí)當(dāng)然是可以的，而即使在含量較少時(shí)也能獲得優(yōu)良的磁特性(特別是高的最大磁能積)。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵的形狀、尺寸等沒(méi)有特殊限定，例如，其形狀可以是圓柱形、角柱形、圓筒形(圓環(huán)形)、圓弧形、平板形、彎曲板形等各種形狀，其大小也可以從大型至超小型等各種尺寸。如本說(shuō)明書中反復(fù)提到的那樣，本發(fā)明特別有利于制造小型化和超小型化的磁鐵。
上述本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵具有如下的各種磁特性(磁性能)，也就是在表示室溫磁特性的J-H圖(以磁化性能(J)為縱軸和以磁場(chǎng)(H)為橫軸繪成的圖)的去磁曲線中，以該曲線與一條通過(guò)J-H圖中的原點(diǎn)并且斜率(J/H)為-3.8×10-6H/m的直線的交點(diǎn)作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，測(cè)得的不可逆磁化率(χirr)在5.0×10-7H/m以下，并且在室溫下的固有矯頑磁力(HcJ)為406～717kA/m。下面順次地對(duì)不可逆磁化率(χirr)和固有矯頑磁力(HcJ)進(jìn)行說(shuō)明。
所謂不可逆磁化率(χirr)是指按照下式求出的數(shù)值(單位H/m)不可逆磁化率(χirr)＝微分磁化率(χdif)-可逆磁化率(χrev)參考圖6，上式的微分磁化率(χdif)是指在J-H圖的去磁曲線中，通過(guò)某點(diǎn)P的該去磁曲線的切線的傾斜率；上式的可逆磁化率(χrev)是指通過(guò)上述點(diǎn)P一旦減掉去磁場(chǎng)(demagnetization field)的大小來(lái)描繪反沖(recoil)曲線時(shí)的該反沖曲線的斜率(連結(jié)反沖曲線兩端的直線的斜率)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，在J-H圖中的去磁曲線與通過(guò)J-H圖中的原點(diǎn)而且斜率(J/H)為-3.8×10-6H/m的直線y的交點(diǎn)即為上述的點(diǎn)P。
在本發(fā)明中把室溫下的不可逆磁化率(χirr)的上限值定為5.0×10-7H/m，其理由如下。
如上所述，不可逆磁化率(χirr)是指在一旦施加去磁場(chǎng)后，即便減去該絕對(duì)值也不再恢復(fù)的相對(duì)于磁化磁場(chǎng)的變化率，因此，通過(guò)將該不可逆磁化率抑制到某種程度的小數(shù)值，就可以提高粘結(jié)磁鐵的熱穩(wěn)定性，特別是可以降低不可逆去磁率的絕對(duì)值。實(shí)際上在本發(fā)明的不可逆磁化率(χirr)的范圍內(nèi)，將粘結(jié)磁鐵在例如100℃的環(huán)境中放置1小時(shí)，待其恢復(fù)至室溫時(shí)的不可逆去磁率的絕對(duì)值在約5％以下，就可以獲得在實(shí)用上(特別是在電動(dòng)機(jī)等用途中)足夠的耐熱性，也就是熱穩(wěn)定性。
與此相對(duì)照，如果不可逆磁化率(χirr)超過(guò)5.0×10-7H/m，則會(huì)使不可逆去磁率的絕對(duì)值增大，并且不能獲得足夠的熱穩(wěn)定性。另外，隨著固有矯頑磁力的降低，其矩形性變差，因此，在該粘結(jié)磁鐵的使用中，限制了在磁導(dǎo)系數(shù)(Pc)大的(例如Pc≥5)的用途。另外，矯頑磁力的降低也導(dǎo)致了熱穩(wěn)定性的降低。
把室溫下的不可逆磁化率(χirr)定為5.0×10-7H/m以下的理由已在上文中敘述，但優(yōu)選是不可逆磁化率(χirr)的值盡可能地小，因此在本發(fā)明中，不可逆磁化率更優(yōu)選是在4.5×10-7H/m以下，特別優(yōu)選是在4.0×10-7H/m以下。
粘結(jié)磁鐵在室溫下的固有矯頑磁力(HcJ)優(yōu)選為406～717kA/m，特別優(yōu)選為435～677kA/m。
如果固有矯頑磁力(HcJ)超過(guò)上述上限值，則其磁化性變差；而如果低于上述下限值，則在電動(dòng)機(jī)用途中向其施加反磁場(chǎng)時(shí)就會(huì)發(fā)生顯著去磁，另外在高溫下的耐熱性變差。因此，通過(guò)使固有矯頑磁力(HcJ)在上述范圍內(nèi)，在使粘結(jié)磁鐵(特別是圓筒狀磁鐵)進(jìn)行多極磁化的情況下，即使不具有足夠的磁化磁場(chǎng)，也能達(dá)到良好的磁化，同時(shí)可以獲得足夠的磁通密度，從而可以提供高性能的粘結(jié)磁鐵，特別是電動(dòng)機(jī)用的粘結(jié)磁鐵。
本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵的最大磁能積(BH)max沒(méi)有特殊限定，但優(yōu)選是87～125kJ/m3左右，更優(yōu)選是100～125kJ/m3左右。
實(shí)施例1按照下述方法制取一種合金組成為Nd8.7Fe77.2-wCo8.5B5.6Alw的磁鐵粉末(具有不同Al含量w的多種磁鐵粉末)。
首先稱量Nd、Fe、Co、B、Al的各種原料，將其熔化后鑄成母合金錠，然后從該合金錠中切取約15g樣品。
準(zhǔn)備一個(gè)具有圖4和圖5所示結(jié)構(gòu)的急冷薄帶制造裝置，將上述樣品裝入一個(gè)底部設(shè)有噴嘴(圓形小孔)的石英管內(nèi)。將急冷薄帶制造裝置1安置于一個(gè)密閉室內(nèi)，將該密閉室抽真空，然后向其中導(dǎo)入惰性氣體(氬氣或氦氣)，以其作為具有所需溫度和壓力的氣氛氣。
然后利用高頻感應(yīng)加熱來(lái)使石英管內(nèi)的金屬錠的樣品熔融，進(jìn)而將冷卻輥的周速度調(diào)整為20m/s以及將噴射壓(石英管的內(nèi)壓與氣氛壓力的壓差)調(diào)整為40kPa，在此條件下將合金熔體噴射到冷卻輥的周面上，從而獲得了急冷薄帶(平均厚度約30μm，平均寬度1.6mm)。
將此急冷薄帶粗粉碎，然后在氬氣氛中進(jìn)行680℃×300秒的熱處理，獲得了具有不同Al含量的多種磁鐵粉末。
為了對(duì)所獲的各種磁鐵粉末進(jìn)行相結(jié)構(gòu)的分析，使用Cu-Kα線以20～60的衍射角進(jìn)行X射線衍射分析。由衍射圖形可以確認(rèn)作為硬磁相的Nd2(Fe·Co)14B1相的衍射峰和作為軟磁相的α-(Fe，Co)相的衍射峰。根據(jù)透過(guò)型電子顯微鏡(TEM)的觀察結(jié)果可以確認(rèn)，其中已形成了納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。
然后，為了調(diào)整粒度，使用粉碎機(jī)(混砂機(jī))將各種磁鐵粉末在氬氣中粉碎，獲得一種平均粒徑為60μm的磁鐵粉末。
將該磁鐵粉末與環(huán)氧樹脂(粘合樹脂)和少量的肼類抗氧化劑混合并混煉，獲得了粘結(jié)磁鐵用組合物。
然后將該組合物粉碎成粒狀，稱量該粒狀物，將此粒狀物的樣品裝入一個(gè)壓力裝置的金屬模內(nèi)，以7t/cm2的壓力(在無(wú)磁場(chǎng)中)進(jìn)行擠壓成形，獲得了成形體。
在脫模后通過(guò)在150℃下加熱來(lái)使環(huán)氧樹脂固化(固化處理)，獲得一種直徑φ10mm×高7mm的圓柱形各向同性粘結(jié)磁鐵。各個(gè)粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量約為97wt％。另外，各個(gè)粘結(jié)磁鐵的密度約為6.21Mg/m3。
<對(duì)磁特性和不可逆磁化率的評(píng)價(jià)>
將各個(gè)粘結(jié)磁鐵在磁場(chǎng)強(qiáng)度為3.2MA/m的磁場(chǎng)中進(jìn)行脈沖磁化之后，使用直流自動(dòng)記錄磁通密度計(jì)在最大施加磁場(chǎng)為2.0MA/m的條件下測(cè)定其磁特性(殘留磁通密度Br、固有矯頑磁力HcJ、最大磁能積(BH)max)。測(cè)定時(shí)的溫度為23℃(室溫)。
如圖7所示，在所獲J-H圖的去磁曲線中，以該曲線與通過(guò)原點(diǎn)并且斜率(J/H)為-3.8×10-6H/m的直線的交點(diǎn)P作為出發(fā)點(diǎn)，磁場(chǎng)從該點(diǎn)開始，一旦當(dāng)其變化至0就重新回到原來(lái)的狀態(tài)，如此描繪反沖曲線，求出該反沖曲線的斜率(連結(jié)反沖曲線兩端的直線的斜率)，以此斜率作為可逆磁化率(χrev)。另外，求出在上述交點(diǎn)P處的去磁曲線的切線的斜率，以此斜率作為微分磁化率(χdif)。在室溫下的不可逆磁化率(χirr)可以通過(guò)公式χirr＝χdir-χrev求出。這些結(jié)果示于下述表1中。
<對(duì)耐熱性的評(píng)價(jià)>
下面調(diào)查各個(gè)粘結(jié)磁鐵(直徑φ10mm×高7mm的圓柱形)的耐熱性(熱穩(wěn)定性)。對(duì)該耐熱性的評(píng)價(jià)是將粘結(jié)磁鐵置于100℃的環(huán)境中保持1小時(shí)，然后當(dāng)其恢復(fù)至室溫時(shí)測(cè)定此時(shí)的不可逆去磁率(初期去磁率)，據(jù)此進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果示于下述表1中。不可逆去磁率(初期去磁率)的絕對(duì)值越小，其耐熱性(熱穩(wěn)定性)越好。
<對(duì)磁性的評(píng)價(jià)>
下面，為了評(píng)價(jià)粘結(jié)磁鐵的磁化性，調(diào)查上述各個(gè)粘結(jié)磁鐵(直徑φ10mm×高7mm的圓柱形)在各種不同磁化磁場(chǎng)中的磁化率。磁化率的測(cè)定方法是以磁化磁場(chǎng)等于4.8MA/m時(shí)的殘留磁通密度的值作為100％，以粘結(jié)磁鐵的磁通密度相對(duì)于該值的比率來(lái)表示磁化率。把磁化率為90％時(shí)的相應(yīng)磁化磁場(chǎng)的大小示于下述表1中。該數(shù)值越小，粘結(jié)磁鐵的磁化性越優(yōu)良。
表1

<綜合評(píng)價(jià)>
從表1可以看出，對(duì)于磁鐵粉末中的Al含量W為0.02～1.5原子％而且不可逆磁化率(χirr)在5.0×10-7H/m以下的各向同性粘結(jié)磁鐵來(lái)說(shuō)，每一種粘結(jié)磁鐵都具有優(yōu)良的磁特性(殘留磁通密度、固有矯頑磁力和最大磁能積)，并且由于其不可逆去磁率的絕對(duì)值小，因此其耐熱性(熱穩(wěn)定性)高，而且磁化性也良好。
綜上所述，本發(fā)明可以提供一種高性能的而且可靠性(特別是耐熱性)高的粘結(jié)磁鐵。特別是當(dāng)將該粘結(jié)磁鐵用于電動(dòng)機(jī)中時(shí)能夠發(fā)揮高的性能。
實(shí)施例2按照與實(shí)施例1同樣的方法制造一類合金組成為(Nd1-yPry)8.8FebalCo7.5B5.8Al0.7的急冷薄帶(Pr的取代量y有各種變化的多種急冷薄帶)，然后將其置于氬氣氛中進(jìn)行680℃×10分鐘的熱處理。利用與上述同樣的分析方法確認(rèn)該急冷薄帶的組織已形成了納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。
然后與實(shí)施例1同樣地由上述急冷薄帶獲得磁鐵粉末，再用該磁鐵粉末制成一種外徑φ20mm、內(nèi)徑φ18mm×高7mm的圓筒形(圓環(huán)形)的各向同性粘結(jié)磁鐵。在各個(gè)粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量約為96.8wt％。另外，各個(gè)粘結(jié)磁鐵的密度約為6.16Mg/m3。
進(jìn)而按照與實(shí)施例1同樣的方法測(cè)定和評(píng)價(jià)磁特性(殘留磁通密度Br、固有矯頑磁力HCJ、最大磁能積(BH)max)和不可逆磁化率(χirr)。結(jié)果示于下述表2中。
另外，將這些粘結(jié)磁鐵分別地進(jìn)行12極的多極磁化，用這些粘結(jié)磁鐵作為轉(zhuǎn)子磁鐵組裝成DC無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。在這種DC無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中，使轉(zhuǎn)子按4000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，測(cè)定這時(shí)在線圈中產(chǎn)生的逆電壓，結(jié)果表明在每種情況下都能獲得十分高的電壓，由此可以確認(rèn)制成的皆是高性能的電動(dòng)機(jī)。
另外，使用上述具有不同Pr取代量y的多種磁鐵粉末，除了粘結(jié)磁鐵的尺寸為直徑φ10mm×高7mm的圓柱形之外，其余與實(shí)施例1同樣地制造粘結(jié)磁鐵。
進(jìn)而按照與實(shí)施例1同樣的方法測(cè)定和評(píng)價(jià)所獲粘結(jié)磁鐵的耐熱性(熱穩(wěn)定性)和磁化性。結(jié)果示于下述表2中。
表2

從表2可以看出，每種各向同性粘結(jié)磁鐵都具有優(yōu)良的磁特性(殘留磁通密度、固有矯頑磁力和最大磁能積)，另外，由于不可逆去磁率的絕對(duì)值小，因此其耐熱性(熱穩(wěn)定性)高，磁化性也良好。特別是通過(guò)用預(yù)定量(相對(duì)于總R的75％以下)的Pr取代Nd的一部分，可以在維持優(yōu)良耐熱性和磁化性的基礎(chǔ)上提高其固有矯頑磁力和最大磁能積(矩形性)。
綜上所述，本發(fā)明可以提供一種高性能的而且可靠性(特別是耐熱性)高的粘結(jié)磁鐵。特別是當(dāng)將該粘結(jié)磁鐵用于電動(dòng)機(jī)中時(shí)能夠發(fā)揮高的性能。
實(shí)施例3按照與實(shí)施例1同樣的方法制造一類合金組成為((Nd0.5Pr0.5)Dy1-z)9.0FebalCo7.7B5.6Al0.5的急冷薄帶(Dy的取代量(1-z)有各種變化的多種急冷薄帶)，然后將其置于氬氣氛中進(jìn)行680℃×12分鐘的熱處理。利用與上述同樣的分析方法確認(rèn)該急冷薄帶的組織已形成了納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。
然后與實(shí)施例1同樣地由上述急冷薄帶獲得磁鐵粉末，再用該磁鐵粉末制成一種外徑φ20mm、內(nèi)徑φ18mm×高7mm的圓筒形(圓環(huán)形)的各向同性粘結(jié)磁鐵。在各個(gè)粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量約為96.8wt％。另外，各個(gè)粘結(jié)磁鐵的密度約為6.20Mg/m3。
進(jìn)而按照與實(shí)施例1同樣的方法測(cè)定和評(píng)價(jià)磁特性(殘留磁通密度Br、固有矯頑磁力HcJ、最大磁能積(BH)max)和不可逆磁化率(χirr))。結(jié)果示于下述表3中。
另外，將這些粘結(jié)磁鐵分別地進(jìn)行12極的多極磁化，用這些粘結(jié)磁鐵作為轉(zhuǎn)子磁鐵組裝成DC無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。在這種DC無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中，使轉(zhuǎn)子按4000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，測(cè)定這時(shí)在線圈中產(chǎn)生的逆電壓，結(jié)果表明在每種情況下都能獲得十分高的電壓，由此可以確認(rèn)制成的皆是高性能的電動(dòng)機(jī)。
然后，使用上述具有不同Dy取代量1-z的多種磁鐵粉末，除了粘結(jié)磁鐵的尺寸為直徑φ10mm×高7mm的圓柱形之外，其余與實(shí)施例1同樣地制造粘結(jié)磁鐵。
進(jìn)而按照與實(shí)施例1同樣的方法測(cè)定和評(píng)價(jià)所獲粘結(jié)磁鐵的耐熱性(熱穩(wěn)定性)和磁化性。結(jié)果示于下述表3中。
表3

從表3可以看出，每種各向同性粘結(jié)磁鐵都具有優(yōu)良的磁特性(殘留磁通密度、固有矯頑磁力和最大磁能積)，另外，由于不可逆去磁率的絕對(duì)值小，因此其耐熱性(熱穩(wěn)定性)高，磁化性也良好。特別是通過(guò)添加預(yù)定量(相對(duì)于總R的14％以下)的Dy，可以在維持優(yōu)良耐熱性和磁化性的基礎(chǔ)上提高其固有矯頑磁力和最大磁能積(矩形性)。
綜上所述，本發(fā)明可以提供一種高性能的而且可靠性(特別是耐熱性)高的粘結(jié)磁鐵。特別是當(dāng)將該粘結(jié)磁鐵用于電動(dòng)機(jī)中時(shí)能夠發(fā)揮高的性能。
實(shí)施例4按照與實(shí)施例1同樣的方法制造一類合金組成為Nd5.3Pr2.8Dy0.6Fe76.8-vCo8.5B5.6Al0.4Siv的急冷薄帶(Si的含量有各種變化的多種急冷薄帶)，然后將其置于氬氣氛中進(jìn)行670℃×8分鐘的熱處理。利用與上述同樣的分析方法確認(rèn)該急冷薄帶的組織已形成了納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。
然后與實(shí)施例1同樣地由上述急冷薄帶獲得磁鐵粉末，再用該磁鐵粉末制成一種外徑φ20mm、內(nèi)徑φ18mm×高7mm的圓筒形(圓環(huán)形)的各向同性粘結(jié)磁鐵。在各個(gè)粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量約為96.9wt％。另外，各個(gè)粘結(jié)磁鐵的密度約為6.19Mg/m3。
進(jìn)而按照與實(shí)施例1同樣的方法測(cè)定和評(píng)價(jià)磁特性(殘留磁通密度Br、固有矯頑磁力HcJ、最大磁能積(BH)max)和不可逆磁化率(χirr)。結(jié)果示于下述表4中。
另外，將這些粘結(jié)磁鐵分別地進(jìn)行12極的多極磁化，用這些粘結(jié)磁鐵作為轉(zhuǎn)子磁鐵組裝成DC無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。在這種DC無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中，使轉(zhuǎn)子按4000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，測(cè)定這時(shí)在線圈中產(chǎn)生的逆電壓，結(jié)果表明在每種情況下都能獲得十分高的電壓，由此可以確認(rèn)制成的皆是高性能的電動(dòng)機(jī)。
然后，使用上述具有不同Si含量v的多種磁鐵粉末，除了粘結(jié)磁鐵的尺寸為直徑φ10mm×高7mm的圓柱形之外，其余與實(shí)施例1同樣地制造粘結(jié)磁鐵。
進(jìn)而按照與實(shí)施例1同樣的方法測(cè)定和評(píng)價(jià)所獲粘結(jié)磁鐵的耐熱性(熱穩(wěn)定性)和磁化性。結(jié)果示于下述表4中。
<磁鐵粉末的耐蝕性>
通過(guò)結(jié)露試驗(yàn)(dewing test)來(lái)評(píng)價(jià)磁鐵粉末的耐蝕性。該結(jié)露試驗(yàn)按如下方法進(jìn)行，將磁鐵粉末交替地置于30℃×50％RH的環(huán)境中放置15分鐘和80℃×95％RH的環(huán)境中放置15分鐘，如此反復(fù)操作24次，然后用顯微鏡觀察磁鐵粉末的表面，按照下面的4個(gè)階段評(píng)價(jià)銹的產(chǎn)生情況。
A完全沒(méi)有銹產(chǎn)生。
B只有少許銹產(chǎn)生。
C有銹產(chǎn)生。
D銹顯著地產(chǎn)生。
<粘結(jié)磁鐵的耐蝕性>
將粘結(jié)磁鐵(各10個(gè))放入60℃×95％RH的恒溫恒濕槽中，調(diào)查在#的表面開始產(chǎn)生銹的平均時(shí)間。根據(jù)開始產(chǎn)生銹的時(shí)間的長(zhǎng)短按下面的4個(gè)階段進(jìn)行評(píng)價(jià)。
A500小時(shí)后仍沒(méi)有銹產(chǎn)生。
B在400～500小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生銹。
C在300～400小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生銹。
D在300小時(shí)以內(nèi)產(chǎn)生銹。
表4

<綜合評(píng)價(jià)>
從表4可以看出，各種各向同性粘結(jié)磁鐵都具有優(yōu)良的磁特性(殘留磁通密度，固有矯頑磁力和最大磁能積)和耐熱性(熱穩(wěn)定性)，其磁化性也良好。
特別是在磁鐵粉末中含有預(yù)定量(0.1～3原子％)的Si時(shí)，與不含Si的情況相比，磁鐵粉末本身的耐蝕性和粘結(jié)磁鐵的耐蝕性都有提高。因此，在實(shí)際使用時(shí)可以省去或者簡(jiǎn)化在粘結(jié)磁鐵表面上涂敷防蝕涂層等的防蝕處理。
綜上所述，本發(fā)明可以提供一種高性能的而且可靠性(特別是耐熱性和耐蝕性)高的粘結(jié)磁鐵。特別是當(dāng)將該粘結(jié)磁鐵用于電動(dòng)機(jī)中時(shí)能夠發(fā)揮高的性能。
實(shí)施例5除了采用擠出成形法制造粘結(jié)磁鐵之外，其余與上述實(shí)施例1～4同樣地制造本發(fā)明的各向同性粘結(jié)磁鐵。另外，使用聚酰胺(尼龍610)作為粘合樹脂。再有，各粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量約為95.5wt％，各粘結(jié)磁鐵的密度約為5.85Mg/m3。
對(duì)各個(gè)粘結(jié)磁鐵進(jìn)行與上述同樣的測(cè)定和評(píng)價(jià)(包含在實(shí)施例4中的耐蝕性評(píng)價(jià))，獲得了與上述同樣的結(jié)果。尤其是關(guān)于粘結(jié)磁鐵的耐蝕性，獲得了特別良好的結(jié)果。
實(shí)施例6除了采用注射成形法制造粘結(jié)磁鐵之外，其余與上述實(shí)施例1～4同樣地制造本發(fā)明的各向同性粘結(jié)磁鐵。另外，使用聚苯硫醚作為粘合樹脂。再有，各粘結(jié)磁鐵中的磁鐵粉末含量約為94.1wt％，各粘結(jié)磁鐵的密度約為5.63Mg/m3。
對(duì)各個(gè)粘結(jié)磁鐵進(jìn)行與上述同樣的測(cè)定和評(píng)價(jià)(包含在實(shí)施例4中的耐蝕性評(píng)價(jià))，獲得了與上述同樣的結(jié)果。尤其是關(guān)于粘結(jié)磁鐵的耐蝕性，獲得了特別良好的結(jié)果。
如上所述，按照本發(fā)明可以獲得如下效果。
·由于磁鐵粉末具有一種含軟磁相和硬磁相的復(fù)合結(jié)構(gòu)，而且含有預(yù)定量的Al，因此其磁化性高，能夠發(fā)揮優(yōu)良的磁特性，特別是能夠改善其固有的矯頑磁力和矩形性。
·不可逆去磁率的絕對(duì)值小，可以獲得優(yōu)良的耐熱性(熱穩(wěn)定性)。
·由于可以獲得高的磁通密度，因此，可以制得一種即使在各向同性的情況下也具有高磁特性的粘結(jié)磁鐵。特別是與現(xiàn)有的各向同性粘結(jié)磁鐵相比，能夠以更小體積的粘結(jié)磁鐵發(fā)揮同等以上的磁性能，因此有可能獲得更小型的高性能的電動(dòng)機(jī)。
·另外，由于可以獲得高的磁通密度，因此在制造粘結(jié)磁鐵時(shí)，即使部追求高密度化也能獲得高的磁特性，其結(jié)果，可以在提高成形性的同時(shí)，進(jìn)一步地提高磁鐵的尺寸精度、機(jī)械強(qiáng)度、耐蝕性、耐熱性(熱穩(wěn)定性)等，從而有可能容易地制得可靠性高的粘結(jié)磁鐵。特別是在含有Si的情況下可以獲得更優(yōu)良的耐蝕性。
·由于磁化性良好，因此，可以在更低的磁化磁場(chǎng)中磁化，特別是可以容易而且確實(shí)地進(jìn)行多極磁化，而且可以獲得高的磁通密度。
·由于不要求高密度化，因此，與壓縮成形法相比，也適合于使用那些難以達(dá)到高密度成形的擠出成形法或注射成形法來(lái)制造粘結(jié)磁鐵，即便是使用這樣的成形方法成形的粘結(jié)磁鐵，也能獲得上述的效果。因此，對(duì)粘結(jié)磁鐵成形方法的選擇范圍寬，而且對(duì)形狀選擇的自由度也大。
權(quán)利要求
1.一種磁鐵粉末，包括由Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw所表示的合金組成，其中，R是至少一種稀土類元素；x8.1-9.4原子％；y0-0.30；z4.6-6.8原子％；w0.02-1.5原子％，磁鐵粉末則由具有軟磁相和硬磁相的復(fù)合組織構(gòu)成；以及所述軟磁相和硬磁相都具有5-50nm的平均結(jié)晶粒徑；其中，所述磁鐵粉末在各向同性粘結(jié)磁鐵是通過(guò)用結(jié)合樹脂來(lái)混合磁鐵粉末而成形的情況下，不可逆磁化系數(shù)Xirr等于或小于5.0×10-7H/m；通過(guò)利用J-H圖中一條去磁曲線、與通過(guò)J-H圖中原點(diǎn)的一條直線相交的一點(diǎn)來(lái)測(cè)量所述不可逆磁化系數(shù)，其中，H是磁場(chǎng)強(qiáng)度，表示為J-H圖中的橫坐標(biāo)，單位是A/m；J是磁化強(qiáng)度，表示為J-H圖中的縱坐標(biāo)，單位是Wb/m2；所述去磁曲線表示室溫下的磁特性，并且該直線的斜度J/H為-3.8×10-6；并且所述磁鐵在室溫下的固有矯頑力Hcj處于406-717kA/m的范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的磁鐵粉末，其特征在于，所述復(fù)合組織為毫微復(fù)合組織。
3.如權(quán)利要求1所述的磁鐵粉末，其特征在于，所述R是以Pr、Nd和Dy的至少其中之一為主的稀土類元素。
4.如權(quán)利要求1所述的磁鐵粉末，其特征在于，所述R含有Pr，該P(yáng)r的比例占全部所述R的質(zhì)量的5-75％。
5.如權(quán)利要求1所述的磁鐵粉末，其特征在于，所述R含有Dy，該Dy的比例占全部所述R的質(zhì)量的14％或以下。
6.如權(quán)利要求1所述的磁鐵粉末，其特征在于，磁鐵粉末是通過(guò)使熔融金屬急冷而得到。
7.如權(quán)利要求1所述的磁鐵粉末，其特征在于，磁鐵粉末是通過(guò)在冷卻滾筒上制成急冷薄帶、然后對(duì)該急冷薄帶進(jìn)行粉碎而得到。
8.如權(quán)利要求1所述的磁鐵粉末，其特征在于，磁鐵粉末是在其制造過(guò)程中或制造磁鐵粉末后、經(jīng)過(guò)至少一次熱處理的磁鐵粉末。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的磁鐵粉末，其特征在于，磁鐵粉末的平均粒徑處于0.5-150μm的范圍。
10.一種各向同性稀土類粘結(jié)磁鐵，用結(jié)合樹脂結(jié)合磁鐵粉末而構(gòu)成，所述磁鐵粉末包括由Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw所表示的合金組成，其中，R是至少一種稀土類元素；x8.1-9.4原子％；y0-0.30；z4.6-6.8原子％；w0.2-3.0原子％，磁鐵粉末則由具有軟磁相和硬磁相的復(fù)合組織構(gòu)成；以及所述軟磁相和硬磁相都具有5-50nm的平均結(jié)晶粒徑；其中，所述磁鐵粉末在各向同性粘結(jié)磁鐵是通過(guò)用結(jié)合樹脂來(lái)混合磁鐵粉末而成形的情況下，不可逆磁化系數(shù)Xirr等于或小于5.0×10-7H/m；通過(guò)利用J-H圖中一條去磁曲線、與通過(guò)J-H圖中原點(diǎn)的一條直線相交的一點(diǎn)來(lái)測(cè)量所述不可逆磁化系數(shù)，其中，H是磁場(chǎng)強(qiáng)度，表示為J-H圖中的橫坐標(biāo)，單位是A/m；J是磁化強(qiáng)度，表示為J-H圖中的縱坐標(biāo)，單位是Wb/m2；所述去磁曲線表示室溫下的磁特性，并且該直線的斜度J/H為-3.8×10-6；并且所述磁鐵在室溫下的固有矯頑力Hcj處于406-717kA/m的范圍。
11.如權(quán)利要求10所述的各向同性粘結(jié)磁鐵，其特征在于，它被供給多極充磁或已被多極充磁。
12.如權(quán)利要求10所述的各向同性粘結(jié)磁鐵，其特征在于，它用于電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁通密度、磁化性優(yōu)良、耐熱性(熱穩(wěn)定性)高的磁鐵。本發(fā)明的磁鐵粉末由以R
文檔編號(hào)H01F1/08GK1606101SQ200410090560
公開日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2000年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月22日
發(fā)明者新井圣, 加藤洋 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社