專利名稱：燒結(jié)磁鐵及使用它的旋轉(zhuǎn)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土類磁鐵及使用它的旋轉(zhuǎn)機。
背景技術(shù)：
專利文獻1 6中，對以往的含有氟化合物或氧氟化合物的稀土類燒結(jié)磁鐵進行了公開，根據(jù)公開內(nèi)容，處理中所用的氟化合物是粉末狀或粉末與溶劑的混合物，很難沿著磁鐵粉表面有效地形成含有氟的相。另外，由于在上述以往方法中，處理中所用的氟化合物與磁粉表面進行點接觸，而不是像本技術(shù)那樣含有氟的相很容易地與磁粉進行面接觸，因此以往手法需要更多的處理原料。 此外，非專利文獻1中，公開了將DyF3或TbF3的微粉(1到5 y m)涂布于微小燒結(jié)
磁鐵表面的內(nèi)容，根據(jù)記載，Dy或F被燒結(jié)磁鐵吸收，形成NdOF或Nd氧化物。 專利文獻1日本特開2003-282312號公報 專利文獻2日本特開2006-303436號公報 專利文獻3日本特開2006-303435號公報 專利文獻4日本特開2006-303434號公報 專利文獻5日本特開2006-303433號公報 專利文獻6日本特開2008-061333號公報 非專利文獻1 IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 41N0. 10(2005)3844頁
以往技術(shù)中，為了在NdFeB磁粉上以層狀形成含有氟的相，將氟化合物等的粉碎粉作為原料，由此就有很多未向磁鐵內(nèi)部擴散的氟化合物，另外因不必要的高頑磁力化而產(chǎn)生被浪費的氟化合物，從而有無法有效地使用氟化合物的問題。 另夕卜，以往技術(shù)難以應(yīng)用于超過10mm的厚度的磁鐵中，顯示出從磁鐵表面到內(nèi)部重稀土類元素或氟的濃度減少的傾向。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明中，以減少氟化合物的使用量、提高涂布的均勻性為目的，提供大幅
度地減少電機內(nèi)使用的磁鐵的稀土類元素使用量的燒結(jié)磁鐵及使用它的旋轉(zhuǎn)機。 本發(fā)明的燒結(jié)磁鐵的特征在于，在以鐵作為主成分的強磁性材料的晶粒內(nèi)部或晶
界部的一部分，形成含有堿、堿土類元素或稀土類元素的至少一種的氟化合物或氧氟化合
物，氟化合物或氧氟化合物含有碳，強磁性材料的晶體晶界寬度小于形成了氟化合物或氧
氟化合物的強磁性材料的晶體晶界寬度。 另外，其特征在于，強磁性材料的表面的氟化合物或氧氟化合物的濃度高于強磁性材料的內(nèi)部的氟化合物或氧氟化合物的濃度，晶界附近的稀土類元素的濃度大于晶粒內(nèi)的稀土類元素的濃度。 另外，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機的特征在于，具有定子、轉(zhuǎn)子及磁鐵，轉(zhuǎn)子具有磁鐵插入孔，在磁鐵插入孔中具備燒結(jié)磁鐵，燒結(jié)磁鐵具有以鐵作為主成分的強磁性材料，在強磁性材
3料的晶粒內(nèi)部或晶界部的一部分，形成含有堿、堿土類元素或稀土類元素的至少一種的氟化合物或氧氟化合物，氟化合物或氧氟化合物含有碳，強磁性材料的晶體晶界寬度小于形成了氟化合物或氧氟化合物的強磁性材料的晶體晶界寬度。 另外，其特征在于，強磁性材料的表面的氟化合物或氧氟化合物的濃度高于強磁性材料的內(nèi)部的氟化合物或氧氟化合物的濃度。 此外，其特征在于，氟的濃度分布從轉(zhuǎn)子的磁極中心看是不對稱的。
另外，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機是具備如下的燒結(jié)磁鐵轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機，S卩，具有被燒結(jié)的
主成分為鐵的強磁性材料、在強磁性材料的晶粒內(nèi)部或晶界部的一部分中形成的氟化合物
或氧氟化合物、氟化合物或氧氟化合物中所含有的堿、堿土類元素、稀土類元素的至少一
種，從強磁性材料的表面到內(nèi)部氟化合物或氧氟化合物的一部分具有濃度梯度地分布，在
強磁性材料的晶界面與母相間稀土類元素具有濃度梯度地分布，其特征在于，氟化合物或
氧氟化合物含有碳，強磁性材料的晶體晶界寬度小于形成了氟化合物或氧氟化合物的強磁
性材料的晶體晶界寬度，氟化合物的濃度分布從燒結(jié)磁鐵轉(zhuǎn)子的磁極中心看是不對稱的。 另外，其特征在于，對強磁性材料進行了氟化合物或氧氟化合物的氟化處理的氟
化處理部在轉(zhuǎn)子的軸向的中心部變窄、在遠離軸向的中心部的兩端部變寬。 本發(fā)明可以提供實現(xiàn)高電阻率、高頑磁力、高磁通密度或重稀土類使用量減少的
磁鐵及能夠?qū)崿F(xiàn)低鐵損或高感應(yīng)電壓的磁路。 為了達成上述目的，在薄的磁鐵、厚的磁鐵中方法各自不同。兩種方法都使用不含有粉碎粉而具有透光性的氟化合物系溶液。對于薄的磁鐵的情況，例如在10mm以下的情況下，在燒結(jié)體的施加大的交流磁場的部位涂布氟化合物的低粘土溶液，向燒結(jié)體內(nèi)部熱擴散，可以選擇性地附加高頑磁力。另外，對于厚的磁鐵的情況，例如在10mm以上的情況下，有2種手法。準備將低粘土溶液向具有間隙的低密度成形體進行局部浸滲并燒結(jié)、或在磁粉表面涂布了氟化合物的表面處理磁粉，在與未處理磁粉混合之時，集中地配置于需要高頑磁力的部位，進行準成形而燒結(jié)。下面，依照薄磁鐵、厚磁鐵的順序，對各自的手法以NdFeB燒結(jié)磁鐵為例加以說明。當(dāng)然，根據(jù)情況也需要實施各個方法的組合。
薄磁鐵中，可以利用晶界擴散法充分地確保氟化合物向磁鐵體內(nèi)的擴散距離。燒結(jié)體的表面優(yōu)選未氧化的，氟化合物溶液優(yōu)選透明性高的、具有透光性的或低粘度的溶液。通過使用此種溶液，就可以在燒結(jié)體表面同樣地進行薄膜涂布，可以有效地將氟化合物向燒結(jié)體內(nèi)熱擴散。燒結(jié)體根據(jù)在旋轉(zhuǎn)機內(nèi)所用的場所不同，被施加強交流磁場的部位不同。為此對不需要高頑磁力的部位包覆膠帶，從而可以對交流磁場強、需要高頑磁力的部分涂布氟化合物。用與磁鐵體沒有間隙的吸附性的膠帶覆蓋，浸漬于氟化合物溶液中。其后，在真空干燥爐中除去溶劑。將涂布、真空干燥實施多次，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氟化合物的涂布量。取下膠帶，利用20(TC到40(TC的熱處理除去殘留溶劑。在真空度1X10—3Pa以下以50(TC到80(TC進行30分鐘以上的熱處理，向氟化合物與磁粉間或向晶界擴散碳、稀土類元素及氟化合物構(gòu)成元素。 厚磁鐵中，可以利用浸滲法或局部配置法充分地確保氟化合物向磁鐵體內(nèi)的擴散距離。在將調(diào)整了粒度分布的磁粉在磁場中成形的臨時成形體中由于在磁粉與磁粉之間有間隙，因此通過向磁鐵體的需要高頑磁力的部位浸滲氟化合物系溶液，就可以用氟化合物溶液涂布到臨時成形體的內(nèi)部。此時，氟化合物溶液優(yōu)選透明性高的、具有透光性的或低粘度的溶液，通過使用此種溶液，就可以使氟化合物溶液浸入磁粉的微小間隙中。浸滲可以通過使臨時成形體的一部分接觸氟化合物溶液來實施，沿著臨時成形體與氟化合物溶液接觸的面涂布氟化合物溶液，如果在涂布的面上有l(wèi)nm到1mm的間隙，則氟化合物溶液就被沿著該間隙的磁粉面浸滲。所浸滲的部分在用于旋轉(zhuǎn)機內(nèi)時是被施加強交流磁場的場所，它是磁鐵的端部，與臨時成形體的平行于取向方向的局面或形成垂直的邊對應(yīng)。在用于浸滲的氟化合物溶液接觸面和非接觸面的附近，可以在構(gòu)成燒結(jié)后的氟化合物的元素的一部分中看到濃度差。氟化合物溶液是由含有堿金屬元素、堿土類元素或稀土類元素的一種以上的含有具有類似非晶體的結(jié)構(gòu)的碳的氟化合物或局部含有氧的氟氧化合物(以下稱作氟氧化合物)構(gòu)成的溶液，浸滲處理可以在室溫下進行。將該被浸滲的溶液利用20(TC到40(TC的熱處理除去溶劑，在真空度1X10—3Pa以下以40(TC到80(TC的熱處理向氟化合物與磁粉間或向晶界中擴散碳、稀土類元素及氟化合物構(gòu)成元素。 通過使用上述處理液，就可以在200到IOO(TC的比較低的溫度下將氟化合物向磁性體內(nèi)部擴散而燒結(jié)。 在另一個局部配置法中，向調(diào)整了粒度分布的磁粉上涂布上述氟化合物溶液，除去溶劑。在將該在表面上附著了氟化合物的磁粉放入模具中時，局部地進入需要高頑磁力的部位。其他的部分被未處理的磁粉填充。其后，利用磁場中成形制作臨時成形體。在真空度1X10—3Pa以下以40(TC到80(TC的熱處理向氟化合物與磁粉間或向晶界中擴散碳、稀土類元素及氟化合物構(gòu)成元素。在200到IOO(TC的比較低的溫度下將氟化合物向磁性體內(nèi)部擴散而燒結(jié)。 在擴散熱處理中磁粉的鐵原子或稀土類元素、氧向氟化合物中擴散，在REF3、 REF2或RE(OF)中或它們的晶界附近可以看到磁粉的構(gòu)成元素。對于晶界擴散法的情況，根據(jù)晶界寬度不同存在氟化合物未擴散的部位，對于浸滲法的情況，由于是沿著從成形體的表面貫穿的間隙產(chǎn)生，因此在燒結(jié)后的磁鐵中含有氟的晶界相成為從表面連續(xù)到內(nèi)部的層而形成。該情況可以利用電子顯微鏡的元素分析來確認。擴散的驅(qū)動力是溫度、應(yīng)力(應(yīng)變)、濃度差、缺陷等。 在所用的磁粉中含有10到5000卯m的氧，作為其他的雜質(zhì)元素，含有H、 C、 P、 Si、
Al等輕元素或過渡金屬元素等。磁粉中所含的氧不僅作為稀土類氧化物或Si、 Al等輕元素的氧化物存在，而且在母相中或晶界中還作為含有偏離了化學(xué)計量組成的組成的氧的相存在。此種含有氧的相使磁粉的磁化減少，對磁化曲線的形狀也有影響。即，會導(dǎo)致剩余磁通密度的降低、各向異性磁場的減少、退磁曲線的方形度的降低、頑磁力的減少、不可逆退磁率的增加、熱退磁的增加、起磁特性的變動、耐腐蝕性劣化、機械特性降低等，磁鐵的可靠性降低。由于氧像這樣對很多特性產(chǎn)生影響，因此考慮了不使之殘留于磁粉中的工序。在NdFeB系磁粉中，含有在主相中含有與Nd2Fe14B的晶體結(jié)構(gòu)相同的相的磁粉，在上述主相中也可以含有Al、Co、Cu、Ti等過渡金屬。另外，也可以將B的一部分設(shè)為C。另外，在主相以外也可以含有Fe3B或Nd2Fe23B3等化合物或氧化物。由于氟化合物層在800°C以下的溫度下顯示出比NdFeB系磁粉更高的磁阻，因此可以利用氟化合物層的形成來增加NdFeB燒結(jié)磁鐵的磁阻，其結(jié)果是，能夠減少損耗。在氟化合物層中除了氟化合物以外，只要是對磁特性影響小的、在室溫附近不顯示強磁性的元素，則作為雜質(zhì)含有也沒有問題。出于高磁阻或改善磁特性的目的，也可以將氮化合物或碳化物等的微粒混合到氟化合物中。
此種磁鐵由于可以減少重稀土類元素的使用量，因此可以制造能積高的燒結(jié)磁鐵，能夠適用于高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)機。


圖1是燒結(jié)磁鐵的晶界寬度的位置依賴性。 圖2是燒結(jié)磁鐵的退磁曲線。 圖3是磁鐵電機剖面的一例。 圖4是本發(fā)明的實施例的轉(zhuǎn)子的磁鐵配置的一例。 圖5是本發(fā)明的實施例的轉(zhuǎn)子的磁鐵配置的一例。 圖6是本發(fā)明的實施例的轉(zhuǎn)子的磁鐵配置的一例。 圖7是本發(fā)明的實施例的轉(zhuǎn)子的磁鐵配置的一例。 其中，IOI轉(zhuǎn)子，102磁鐵插入孔，106燒結(jié)磁鐵
具體實施方式
〈實施例1> 作為NdFeB系粉末制作了以Nd2Fe14B結(jié)構(gòu)作為主相、具有約1 %的硼化物或富稀土類相的平均粒徑5ym的磁粉，將該磁粉插入到模具在1T的磁場中以lt/cm2的荷重下制造制造臨時成形體，在1X10—3Pa以下的真空中在IOO(TC到115(TC之間使之燒結(jié)。通過進行表面研磨，將磁鐵尺寸設(shè)為10X10X5mm3。 5mm方向是取向方向，在25°C下頑磁力為10kOe。優(yōu)選僅將該燒結(jié)體的平行于取向方向的局面或形成垂直的邊、以及僅將搭載于電機內(nèi)時被施加強交流磁場的部位、或者僅將交流磁場相對大的部位浸漬于DyFx溶液中。該DyFx溶液是如下的溶液，即，通過作為原料在H20中溶解Dy (CH3COO) 3，添加HF，而形成明膠狀的DyFs 'XH20或DyF3 *X(CH3COO) (x是正數(shù))，將其利用離心分離除去溶劑，加入醇，形成DyFx狀態(tài)。具體來說，稀土類氟化物或堿土類金屬氟化物涂覆膜的形成處理液是如下所示地制作的。 (1)將在水中溶解度高的鹽，例如對于Dy的情況，是將乙酸Dy 4g導(dǎo)入100mL的水中，使用振蕩器或超聲波攪拌器完全地溶解。 (2)將稀釋為10%的氫氟酸以生成DyFx(x = 1 3)的化學(xué)反應(yīng)的當(dāng)量慢慢地添加。 (3)對生成了凝膠狀沉淀的DyFx(X = 1 3)的溶液使用超聲波攪拌器攪拌1小時以上。 (4)以4000 6000r.p.m的轉(zhuǎn)速離心分離后，去除上清液，加入大致相同量的甲醇。 (5)攪拌含有凝膠狀的DyF簇的甲醇溶液而完全地制成懸濁液后，使用超聲波攪拌器攪拌l小時以上。 (6)將上述(4)和(5)的操作反復(fù)進行3 10次，直到檢測不到乙酸離子或硝酸離子等陰離子為止。 對于DyF系的情況，成為基本透明的溶膠狀的DyFx。作為處理液使用了 DyFx為lg/5mL的甲醇溶液。將不想浸漬的部位用與燒結(jié)體具有密合性的膠帶覆蓋，將燒結(jié)體在溶
6液中進行了浸漬處理。通過如此操作，就可以僅在作為目標的特定部位選擇性地涂布DyFx的處理液。實施例1中，按照可以浸漬底面為5mmX 5mm的直角等腰三角形、高在取向方向上為5mm、也就是燒結(jié)體的四角的三角柱的方式，進行了膠帶包覆。將該燒結(jié)體在溶液中進行浸漬處理，真空脫氣而揮發(fā)溶劑。根據(jù)想要涂布的量適當(dāng)?shù)卣{(diào)整浸漬、真空脫氣的操作。實施例1中，將本工序?qū)嵤┝?5次。其后，在30(TC到90(TC的溫度范圍中進行熱處理，將DyF向磁鐵體內(nèi)部熱擴散。在燒結(jié)時構(gòu)成氟化合物的Dy、 C、 F沿著磁粉的表面或晶界擴散，產(chǎn)生與構(gòu)成磁粉的Nd或Fe交換的相互擴散。特別是在晶界附近進行Dy與Nd交換的擴散，形成Dy沿著晶界偏析了的結(jié)構(gòu)。在晶界三重點形成氧氟化合物或氟化合物，判明由DyFpDy&、DyOF等構(gòu)成。此外發(fā)現(xiàn)，在這些氧氟化合物或氟化合物中還含有C。在晶界中檢測出氟原子，Dy濃縮于從晶界起平均lnm到500nm的范圍中。在從晶界的中心起100nm的距離Dy的濃度以與Nd的比率(Dy/Nd)計為1/2到1/10。圖1表示從浸漬于溶液中的部分沿對角線方向利用透過型電子顯微鏡分析的晶體晶界寬度的結(jié)果。觀測部位測定了距表面的距離為10iim到50iim。這里所說的晶體晶界是指2個晶粒間的晶界，即所謂的2層晶界。測定共計7個部位，將各個觀測視野的平均值繪圖。發(fā)現(xiàn)涂布了 DyFx處理液的部分的晶界寬度變寬，在未涂布的部分，晶界寬度變小。晶界寬度以相對值計為1.7到2。圖2分別表示進行了局部涂布的磁鐵與進行了全面浸漬的磁鐵的25t:下的退磁曲線?？芍c進行了全面浸漬的磁鐵相比，進行了局部涂布的磁鐵的頑磁力降低7%到10%，剩余磁通密度降低0%到2%，此外開始退磁的磁場小。這意味著頑磁力隨著磁鐵體的場所而不同。在將利用了此種從磁鐵體表面的熱擴散的高頑磁力磁鐵的制造方法應(yīng)用于10mm以下的磁鐵中時，效果特別大?！磳嵤├?> 作為NdFeB系粉末制作了以Nd2Fe14B結(jié)構(gòu)作為主相、具有約1 %的硼化物或富稀土類相的平均粒徑5ym的磁粉。為了在磁粉表面形成DyF3，作為原料在H20中溶解Dy (CH3COO) 3，添加HF。利用HF的添加形成明膠狀的DyF3 XH20或DyF3 X(CH3COO) (x是正數(shù))。將其離心分離，除去溶劑，制成具有透過型的溶液。將該溶液涂布于磁粉上，利用真空脫氣將溶劑蒸發(fā)，附著于磁粉上。將磁粉插入模具中，在IT的磁場中以2t/cm2的載荷制成臨時成形體，在1X10—3Pa以下的真空中在IOO(TC到115(TC之間燒結(jié)。通過進行表面研磨，將磁鐵尺寸設(shè)為10X 10X lOmrn3。在25。C下頑磁力達到1. 2T 1. 4T。優(yōu)選僅將該燒結(jié)體的平行于取向方向的局面或形成垂直的邊、僅將搭載于電機內(nèi)時被施加強交流磁場的部位、或僅將交流磁場相對大的部位浸漬于DyFx溶液中。該DyFx溶液的基本的制作方法與對磁粉處理的溶液相同，具體來說，稀土類氟化物或堿土類金屬氟化物涂覆膜的形成處理液是如下所示地制作的。 (1)將在水中溶解度高的鹽，例如對于Dy的情況，是將乙酸Dy 4g導(dǎo)入lOOmL的水中，使用振蕩器或超聲波攪拌器完全地溶解。 (2)將稀釋為10%的氫氟酸以生成DyFx(x = 1 3)的化學(xué)反應(yīng)的當(dāng)量慢慢地添加。 (3)對生成了凝膠狀沉淀的DyFx(X = 1 3)的溶液使用超聲波攪拌器攪拌1小時以上。 (4)以4000 6000r.p.m的轉(zhuǎn)速離心分離后，去除上清液，加入大致相同量的甲醇。 (5)攪拌含有凝膠狀的DyF簇的甲醇溶液而完全地制成懸濁液后，使用超聲波攪拌器攪拌l小時以上。 (6)將上述(4)和(5)的操作反復(fù)進行3 10次，直到檢測不到乙酸離子或硝酸離子等陰離子為止。 對于DyF系的情況，成為基本透明的溶膠狀的DyFx。作為處理液使用了 DyFx為lg/5mL的甲醇溶液。將不想浸漬的部位用與燒結(jié)體具有密合性的膠帶覆蓋，將燒結(jié)體在溶液中進行了浸漬處理。通過如此操作，就可以僅在作為目標的特定部位選擇性地涂布DyFx的處理液。此次，是按照可以浸漬底面為5mmX5mm的直角等腰三角形、高在取向方向上為10mm、也就是燒結(jié)體的四角的三角柱的方式，進行了膠帶包覆。將該燒結(jié)體在溶液中進行浸漬處理，真空脫氣而揮發(fā)溶劑。根據(jù)想要涂布的量適當(dāng)?shù)卣{(diào)整浸漬、真空脫氣的操作。將本工序?qū)嵤┝?5次。其后，通過在30(TC到90(TC的溫度范圍中進行熱處理，將DyF向磁鐵體內(nèi)部熱擴散，在燒結(jié)時構(gòu)成氟化合物的Dy、 C、 F沿著磁粉的表面或晶界擴散，產(chǎn)生與構(gòu)成磁粉的Nd或Fe交換的相互擴散。特別是在晶界附近進行Dy與Nd交換的擴散，形成Dy沿著晶界偏析了的結(jié)構(gòu)。在晶界三重點形成氧氟化合物或氟化合物，判明由DyFyDyFyDyOF等構(gòu)成。此外發(fā)現(xiàn)，在這些氧氟化合物或氟化合物中還含有C。從浸漬于溶液中的部分沿對角線方向利用透過型電子顯微鏡分析了晶體晶界寬度。觀測部位測定了距表面的距離為lOym到50ym。這里所說的晶體晶界是指2個晶粒間的晶界，即所謂的2層晶界。雖然顯示出與圖l大致相同的傾向，然而如表l所示，浸漬部分與膠帶包覆部分中的晶界寬度的相對值為1到1. 5。另外，退磁曲線中，與進行了全面浸漬的磁鐵相比，可知進行了局部涂布的磁鐵的頑磁力降低2%到8%，剩余磁通密度降低0%到5%，此外開始退磁的磁場小。
表1
試樣晶界寬度(相對值) (浸漬 浸滲 局部配置部分/未浸漬 未浸 滲 未局部配置部分)磁特性 (相對于全面涂布 全配置 全浸滲磁鐵的局 部浸漬 局部配置 局部浸滲磁鐵)
實施例11. 7 2Br :0% —2% Hcj :—7% —10%
實施例21 1. 5Br :0% —5% Hcj :—2% —8%
實施例31. 7 2Br :0% —2% Hcj :—7% —10%
實施例41 1. 5Br :0% —5% Hcj :—2% —8%
實施例51 1. 5Br :0% Hcj :—2% —8%
實施例61. 1 1.4Br :0% Hcj :—2% —8%〈實施例3> 作為NdFeB系粉末制作了以Nd2Fe14B結(jié)構(gòu)作為主相、具有約1 %的硼化物或富稀土類相的平均粒徑5 ii m的磁粉。將磁粉插入模具中，在1T的磁場中以lt/cm2的載荷制成臨時成形體。將臨時成形體的尺寸設(shè)為10X10X15mm3。取向方向為15mm方向，在臨時成形體中存在連續(xù)的間隙。優(yōu)選僅將該臨時成形體的平行于取向方向的局面或形成垂直的邊、或僅將搭載于電機內(nèi)時被施加強交流磁場的部位浸漬于具有透光性的溶液中。此次，是僅將作為15mm的邊的4條邊沿對角方向測量浸漬了 2mm左右。 另外，為了比較，還制作了浸漬全面的磁鐵。作為原料在H^中溶解Dy(CH^00)3，添加HF。利用HF的添加形成明膠狀的DyF3 XH20或DyF3 X(CH3COO) (x是正數(shù))。將其離心分離，除去溶劑，制成具有透光性的溶液。溶液從上述浸漬了的部位浸入臨時成形體的磁粉間隙，在磁粉表面涂布了具有透光性的溶液。將溶液的溶劑蒸發(fā)，利用加熱使水合水蒸發(fā)，在1X10—3Pa以下的真空中以約IIO(TC燒結(jié)。燒結(jié)時構(gòu)成氟化合物的Dy、C、F沿著磁粉的表面或晶界擴散，發(fā)生與構(gòu)成磁粉的Nd或Fe交換的相互擴散。特別是在晶界附近進行Dy與Nd交換的擴散，形成Dy沿著晶界偏析的結(jié)構(gòu)。在晶界三重點形成氧氟化合物或氟化合物，判明由DyF3、 DyF2、 DyOF等構(gòu)成。此外發(fā)現(xiàn)，在這些氧氟化合物或氟化合物中還含有C。在從晶界的中心起lOOnm的距離Dy的濃度以與Nd的比率(Dy/Nd)計為1/2到1/10。從浸漬于溶液中的部分沿對角線方向利用透過型電子顯微鏡分析了晶體晶界寬度。觀測部位測定了 15mm的中心附近的剖面。如表l所示，浸滲部分與中心部分的晶界寬度的相對值為1.7到2。另外，在退磁曲線中可知，與進行了全面浸滲的磁鐵相比，進行了局部浸滲的磁鐵的頑磁力降低7%到10%，剩余磁通密度降低0%到2%，此外開始退磁的磁場小。
〈實施例4〉 作為NdFeB系粉末制作了以Nd2Fe14B結(jié)構(gòu)作為主相、具有約1 %的硼化物或富稀土類相的平均粒徑5ym的磁粉。為了在磁粉表面形成DyF3，作為原料在H20中溶解Dy (CH3COO) 3，添加HF。利用HF的添加形成明膠狀的DyF3 XH20或DyF3 X(CH3COO) (x是正數(shù))。將其離心分離，除去溶劑，制成具有透光性的溶液。將該溶液涂布于磁粉上，利用真空脫氣將溶劑蒸發(fā)，附著于磁粉上，將磁粉插入模具中，在IT的磁場以2t/cm2的載荷制成臨時成形體。將磁鐵尺寸設(shè)為10X10X15mm3。取向方向為15mm方向，在臨時成形體中存在連續(xù)的間隙。優(yōu)選僅將該臨時成形體的平行于取向方向的局面或形成垂直的邊、或僅將搭載于電機內(nèi)時被施加強交流磁場的部位浸漬于具有透光性的溶液中。此次，是僅將作為15mm的邊的4條邊沿對角方向測量浸漬了 2mm左右。 另外，為了比較，還制作了浸漬全面的磁鐵。作為該溶液的原料在H^中溶解Dy (CH3COO) 3，添加HF。利用HF的添加形成明膠狀的DyF3 XH20或DyF3 X(CH3COO) (x是正數(shù))。將其離心分離，除去溶劑，制成具有透光性的溶液。溶液從上述浸漬了的部位浸入臨時成形體的磁粉間隙，在磁粉表面涂布了具有透光性的溶液。其后，將溶液的溶劑蒸發(fā)，利用加熱使水合水蒸發(fā)，在約IIO(TC燒結(jié)。燒結(jié)時構(gòu)成氟化合物的Dy、 C、 F沿著磁粉的表面或晶界擴散，發(fā)生與構(gòu)成磁粉的Nd或Fe交換的相互擴散。特別是在晶界附近進行Dy與Nd交換的擴散，形成Dy沿著晶界偏析的結(jié)構(gòu)。在晶界三重點形成氧氟化合物或氟化合物，判明由DyFyDyFyDyOF等構(gòu)成。此外發(fā)現(xiàn)，在這些氧氟化合物或氟化合物中還含有C。利用波長色散型X射線分光分析了從浸漬于溶液中的邊起對角線方向的剖面，其結(jié)果是，對于包括表面的直到100 m深度的平均的氟濃度與深度4mm以上的磁鐵中心附近的平均氟濃度的比，以lOOXlOOiim的面積改變10處場所測定，為1. 0±0. 5。在晶界的中心部檢測出氟原子，Dy濃縮于從晶界中心部起平均lnm到5Q0nm的范圍中。在從晶界的中心起lOOnm的距離Dy的濃度以與Nd的比率(Dy/Nd)計為1/2到1/8。從浸漬于溶液中的部分沿對角線方向利用透過型電子顯微鏡分析了晶體晶界寬度。觀測部位測定了 15mm的中心附近的剖面。雖然顯示出與圖l大致相同的傾向，然而如表l所示，浸滲部分與中心部分的晶界寬度的相對值為1到1. 5。另外，在退磁曲線中可知，與進行了全面浸滲的磁鐵相比，進行了局部浸滲的磁鐵的頑磁力降低2 %到8 % ，剩余磁通密度降低0 %到5 % ，此外開始退磁的磁場小。〈實施例5> 作為NdFeB系粉末制作了以Nd2Fe14B結(jié)構(gòu)作為主相、具有約1 %的硼化物或富稀土類相的平均粒徑5ym的磁粉。為了在磁粉表面形成DyF3，作為原料在H20中溶解Dy (CH3COO) 3，添加HF。利用HF的添加形成明膠狀的DyF3 XH20或DyF3 X(CH3COO) (x是正數(shù))。將其離心分離，除去溶劑，制成具有透光性的溶液。將該溶液涂布于磁粉上，利用真空脫氣將溶劑蒸發(fā)，附著于磁粉上。將沿著需要高頑磁力的邊附著了 DyFx的磁粉插入模具中，余部插入未處理的磁粉。作為插入方法，利用頭端小2mm的漏斗同時地插入。漏斗安裝有可以調(diào)整磁粉的插入速度的旋塞閥。填充后，在IT的磁場中以lt/cm2的載荷制成臨時成形體。將磁鐵尺寸設(shè)為大約10X10X15mm3。取向方向為15mm方向。
另夕卜，為了比較，還制作了僅使用了附著有DyFx的磁粉的磁鐵。在真空度1X10—3Pa以下以約IIO(TC燒結(jié)。燒結(jié)時構(gòu)成氟化合物的Dy、 C、 F沿著磁粉的表面或晶界擴散，發(fā)生與構(gòu)成磁粉的Nd或Fe交換的相互擴散。特別是在晶界附近進行Dy與Nd交換的擴散，形成Dy沿著晶界偏析的結(jié)構(gòu)。在晶界三重點形成氧氟化合物或氟化合物，判明由DyFpDyFyDyOF等構(gòu)成。此外發(fā)現(xiàn)，在這些氧氟化合物或氟化合物中還含有C。利用波長色散型X射線分光分析了從浸漬于溶液中的邊起對角線方向的剖面，其結(jié)果是，對于包括表面的直到lOOym深度的平均的氟濃度與深度4mm以上的磁鐵中心附近的平均氟濃度的比，以100X100iim的面積改變10處場所測定，為1. 0±0. 5。在晶界的中心部檢測出氟原子，Dy濃縮于從晶界中心部起平均lnm到500nm的范圍中。在從晶界的中心起100nm的距離Dy的濃度以與Nd的比率(Dy/Nd)計為1/2到1/8。從浸漬于溶液中的部分沿對角線方向利用透過型電子顯微鏡分析了晶體晶界寬度。觀測部位測定了 15mm的中心附近的剖面。如表1所示，局部配置部分與中心部分的晶界寬度的相對值為1到1. 5。另外，在退磁曲線中可知，與僅使用了附著有DyFx的磁粉的磁鐵相比，進行了局部配置的磁鐵的頑磁力降低2 %到8 % ，剩余磁通密度基本上沒有改變。
〈實施例6> 作為NdFeB系粉末制作了以Nd2Fe14B結(jié)構(gòu)作為主相、具有約1 %的硼化物或富稀土類相的平均粒徑5ym的磁粉。為了在磁粉表面形成DyF3，作為原料在H20中溶解Dy (CH3COO) 3，添加HF。利用HF的添加形成明膠狀的DyF3 XH20或DyF3 X(CH3COO) (x是正數(shù))。將其離心分離，除去溶劑，制成具有透光性的溶液。將該溶液涂布于磁粉上，利用真空脫氣將溶劑蒸發(fā)，附著于磁粉上。將沿著需要高頑磁力的邊附著了 DyFx的磁粉插入模具中，余部插入未處理的磁粉。作為插入方法，利用頭端小2mm的漏斗同時地插入。漏斗安裝有可以調(diào)整磁粉的插入速度的旋塞閥。填充后，在IT的磁場中以lt/cm2的載荷制成臨時成形體。將磁鐵尺寸設(shè)為大約10X10X15mm3。取向方向為15mm方向，在臨時成形體中存在連續(xù)的間隙。僅將該臨時成形體的平行于取向方向的局面或形成垂直的邊、或僅將搭載于電機內(nèi)時被施加強交流磁場的部位浸漬于具有透光性的溶液中。此次，是僅將作為15mm 的邊的4條邊沿對角方向測量浸漬了 2mm左右。 另外，為了比較，還制作了僅使用了附著有DyFj勺磁粉并且浸漬了全面的磁鐵。作 為該溶液的原料在^0中溶解Dy (CH3C00) 3，添加HF。利用HF的添加形成明膠狀的DyF3 *XH20 或DyF^X(CH3C00) (x是正數(shù))。將其離心分離，除去溶劑，制成具有透光性的溶液。溶液從 上述浸漬了的部位浸入臨時成形體的磁粉間隙，在磁粉表面涂布了具有透光性的溶液。將 溶液的溶劑蒸發(fā)，利用加熱使水合水蒸發(fā)，在真空度1X10—3Pa以下的真空中以約IIO(TC燒 結(jié)。燒結(jié)時構(gòu)成氟化合物的Dy、 C、 F沿著磁粉的表面或晶界擴散，發(fā)生與構(gòu)成磁粉的Nd或 Fe交換的相互擴散。特別是在晶界附近進行Dy與Nd交換的擴散，形成Dy沿著晶界偏析的 結(jié)構(gòu)。在晶界三重點形成氧氟化合物或氟化合物，判明由DyFyDyFyDyOF等構(gòu)成。此外發(fā) 現(xiàn)，在這些氧氟化合物或氟化合物中還含有C。利用波長色散型X射線分光分析了從浸漬 于溶液中的邊起對角線方向的剖面，其結(jié)果是，對于包括表面的直到lOOym深度的平均的 氟濃度與深度4mm以上的磁鐵中心附近的平均氟濃度的比，以100X 100 y m的面積改變10 處場所測定，為1.0±0.5。在晶界的中心部檢測出氟原子，Dy濃縮于從晶界中心部起平均 lnm到500nm的范圍中。在該Dy濃縮部的附近，可以從晶粒中心沿晶界方向看到Dy濃度減 少的區(qū)域，作為預(yù)先添加到晶粒內(nèi)的Dy原子向晶界附近擴散的結(jié)果，存在從晶粒中心到晶 界的Dy濃度暫時地減少繼而在晶界附近增加的濃度梯度。在從晶界的中心起lOOnm的距 離Dy的濃度以與Nd的比率(Dy/Nd)計為1/2到1/6。從浸漬于溶液中的部分沿對角線方 向利用透過型電子顯微鏡分析了晶體晶界寬度。觀測部位測定了 15mm的中心附近的剖面。 如表1所示，局部配置部分與中心部分的晶界寬度的相對值為1. 1到1. 4。另外，在退磁曲 線中可知，與僅使用了附著有DyFx的磁粉并全面浸漬的磁鐵相比，進行了局部配置的磁鐵 的頑磁力降低2%到8%，剩余磁通密度基本上沒有改變。
〈實施例7> DyF系處理液在將乙酸Dy溶解于水中后，慢慢地添加稀釋了的氫氟酸。對在凝膠 狀沉淀的氟化合物中混合了氧氟化合物或氧氟碳化物的溶液使用超聲波攪拌器攪拌，離心 分離后，添加甲醇，將凝膠狀的甲醇溶液攪拌后，除去陰離子，將其透明化。處理液將陰離子 除去，直到在可見光中透過率達到5%以上，將其浸滲臨時成形體。臨時成形體是將Nd2Fe14B 磁粉在IT的磁場中施加5t/cm2的載荷而制作的尺寸10X10X15mm3的材料，密度平均為 60%。臨時成形體由于像這樣密度并未達到100%，因此在臨時成形體中存在連續(xù)的間隙。 將上述溶液以約O. lwt^向該間隙中浸滲。優(yōu)選僅將該臨時成形體的平行于取向方向的局 面或形成垂直的邊、或僅將搭載于電機內(nèi)時被施加強交流磁場的部位浸漬于上述具有透光 性的溶液中。此次，是將不處于對角線位置的15mm的2條邊沿對角方向測量浸漬了 2mm左 右。通過進行真空排氣，溶液就被沿著間隙浸滲，進一步向內(nèi)部浸透。通過將該浸滲臨時成 形體在20(TC下進行真空熱處理，而將涂布液的溶劑蒸發(fā)。將進行了浸滲的臨時成形體放入 真空熱處理爐，真空加熱到燒結(jié)溫度IOO(TC ，將其燒結(jié)，得到密度為99 %的各向異性燒結(jié) 磁鐵。與未進行浸滲處理的燒結(jié)磁鐵相比，進行了 DyF系處理液的浸滲處理的燒結(jié)磁鐵具 有在磁鐵中央處Dy也向晶界附近偏析、在晶界中F或Nd及氧很多的特征，晶界附近的Dy使 頑磁力增大，在25t:下顯示出頑磁力為2. 5T且剩余磁通密度為1. 5T的特性。Dy或F的濃 度由于在沿著浸滲的路徑涂布的部分高，因此在濃度方面可以看到差別，從進行了浸滲處理的邊起在對角線方向形成連續(xù)的氟化物。這可以利用SEM-EDX或TEM-EDX或EELS、EPMA 來識別。以lOOym見方的面分析了氟的平均濃度，其結(jié)果是，磁鐵表面與中心部的比率為 1±0. 5。氟以外的Dy、C、Nd的平均濃度的比也為1±0. 5。利用DyFC系溶液的浸滲處理和 燒結(jié)，可以獲得磁特性的方形度提高、成形后的磁阻增加、頑磁力的溫度依賴性降低、剩余 磁通密度的溫度依賴性降低、耐腐蝕性提高、機械強度增加、熱傳導(dǎo)性提高、磁鐵的粘接性 提高的某種效果。氟化合物除了 DyF系的DyF3以夕卜，LiF、 MgF2、 CaF2、 ScF3、 VF2、 VF3、 CrF2、 CrF3、 MnF2、 MnF3、 FeF2、 FeF3、 CoF2、 CoF3、 NiF2、 ZnF2、 A1F3、 GaF3、 SrF2、 YF3、 ZrF3、 NbF5、 AgF、 InF3、 SnF2、 SnF4、 BaF2、 LaF2、 LaF3、 CeF2、 CeF3、 PrF2、 PrF3、 NdF2、 SmF2、 SmF3、 EuF2、 EuF3、 GdF3、 TbF3、 TbF4、 DyF2、 NdF3、 HoF2、 HoF3、 ErF2、 ErF3、 TmF2、 TmF3、 YbF3、 YbF2、 LuF2、 LuF3、 PbF2、 BiF3或 在這些氟化合物中含有氧或碳或者過渡金屬元素的化合物也可以適用于浸滲工序中，可以 利用使用了具有可見光線的透光性的溶液或CH基與氟的一部分結(jié)合了的溶液的浸滲處理 來形成，可以形成從磁鐵表面連續(xù)到中心部的含有氟的層。另外在晶界或晶粒內(nèi)可以看到 板狀的氟化合物或氧氟化合物。
〈實施例8> 圖3中，磁鐵電機的定子2由固定鐵心6和電樞繞線8 (由三相繞線的U相繞線8a、 V相繞線8b、 W相繞線8c組成)構(gòu)成，固定鐵心6由T形鋼4和芯脊(core-back) 5構(gòu)成， 電樞繞線8是在T形鋼4間的槽7內(nèi)將T形鋼4包圍地巻繞的集中繞組。這里，磁鐵電機 由于是4極6槽，因此槽間距以電角計為120度。轉(zhuǎn)子插入軸孔9或轉(zhuǎn)子插入孔10，在轉(zhuǎn)子 軸100的內(nèi)周側(cè)配置氟的濃度梯度顯示出實施例1到實施例6的某種的燒結(jié)磁鐵200。燒 結(jié)磁鐵具有弧形狀，通過Dy等重稀土類元素向晶界的一部分偏析，而可以保持耐熱性，可 以制造在IO(TC到25(TC下使用的電機。將在轉(zhuǎn)子內(nèi)并非配置了弧形磁鐵而是形成多個形 狀的磁鐵插入部而配置了燒結(jié)磁鐵201時的轉(zhuǎn)子剖面圖的磁鐵配置部表示于圖4中。圖4 中，配置氟的濃度梯度顯示出實施例1到實施例6的某種的多個形狀的燒結(jié)磁鐵103的燒 結(jié)磁鐵具有實施了取角加工的立方體形狀，通過Dy等重稀土類元素向晶界的一部分偏析， 而可以保持頑磁力及耐熱性、耐腐蝕性?？梢杂纱盆F配置來體現(xiàn)磁阻轉(zhuǎn)矩，通過在燒結(jié)磁鐵 103的晶界連續(xù)地形成氟的偏析，就可以實現(xiàn)頑磁力的增加及電阻率的增加，因此可以減少 電機損耗。利用Dy的偏析，與未偏析的情況相比可以削減Dy使用量，由于磁鐵的剩余磁通 密度增加，因此會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩提高。
〈實施例9> 將轉(zhuǎn)子的每個磁極的剖面結(jié)構(gòu)表示于圖4 圖7中。這些圖是利用磁阻轉(zhuǎn)矩及磁 鐵轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)子101，為了實現(xiàn)磁阻轉(zhuǎn)矩而設(shè)有未配置磁鐵的空間104。磁鐵所插入的位置預(yù) 先利用沖孔等方法在層疊鋼板上設(shè)置孔，它成為磁鐵插入孔102。通過向該磁鐵插入孔102 中插入燒結(jié)磁鐵103就可以制作磁鐵轉(zhuǎn)子。燒結(jié)磁鐵103是氟向燒結(jié)磁鐵的晶界的一部分 偏析了的磁鐵，顯示出頑磁力10k0e以上、剩余磁通密度0. 6 1. 5T的特性。圖7中在磁 鐵插入孔102中在轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑側(cè)和外徑側(cè)的靠近外周的一側(cè)配置有氟濃度或重稀土類元 素濃度高的燒結(jié)磁鐵，由高氟濃度或高重稀土類元素濃度的燒結(jié)磁鐵106和低氟濃度的燒 結(jié)磁鐵105構(gòu)成。此種燒結(jié)磁鐵可以通過將含有氟的溶液向磁鐵的一側(cè)的面涂布后使之?dāng)U 散而制作。氟濃度的比(最大/最小濃度比)平均為1到10000，通過使金屬元素與氟一起 偏析，還可以增加高氟濃度的燒結(jié)磁鐵106的頑磁力。上述燒結(jié)磁鐵由氟濃度高的高頑磁力材料和氟濃度低的高剩余磁通密度材料構(gòu)成，其結(jié)果是，轉(zhuǎn)子在動作時的對反磁場的抗 退磁力高，并且可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩特性，適用于HEV電機等中。
權(quán)利要求
一種燒結(jié)磁鐵，其特征在于，在以鐵作為主成分的強磁性材料的晶粒內(nèi)部或晶界部的一部分，形成有含有堿、堿土類元素或稀土類元素的至少一種的氟化合物或氧氟化合物，所述氟化合物或氧氟化合物含有碳，所述強磁性材料的晶體晶界寬度小于形成有所述氟化合物或氧氟化合物的強磁性材料的晶體晶界寬度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)磁鐵，其特征在于，所述強磁性材料的表面的所述氟化 合物或氧氟化合物的濃度高于所述強磁性材料的內(nèi)部的所述氟化合物或氧氟化合物的濃度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)磁鐵，其特征在于，晶界附近的所述稀土類元素的濃度 大于晶粒內(nèi)的所述稀土類元素的濃度。
4. 一種旋轉(zhuǎn)機，其是具有定子、轉(zhuǎn)子及磁鐵的旋轉(zhuǎn)機，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子具有磁鐵插入孔，在所述磁鐵插入孔中具備燒結(jié)磁鐵， 所述燒結(jié)磁鐵具有以鐵作為主成分的強磁性材料，在所述強磁性材料的晶粒內(nèi)部或晶界部的一部分，形成有含有堿、堿土類元素或稀土 類元素的至少一種的氟化合物或氧氟化合物， 所述氟化合物或氧氟化合物含有碳，所述強磁性材料的晶體晶界寬度小于形成有所述氟化合物或氧氟化合物的強磁性材 料的晶體晶界寬度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)機，其特征在于，所述強磁性材料的表面的所述氟化合 物或氧氟化合物的濃度高于所述強磁性材料的內(nèi)部的所述氟化合物或氧氟化合物的濃度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)機，其特征在于，晶界附近的所述稀土類元素的濃度大于晶粒內(nèi)的所述稀土類元素的濃度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)機，其特征在于，所述氟的濃度分布從所述轉(zhuǎn)子的磁極 中心看是不對稱的。
8. —種旋轉(zhuǎn)機，其是具備如下的燒結(jié)磁鐵轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機，所述燒結(jié)磁鐵轉(zhuǎn)子具有被燒結(jié)的主成分為鐵的強磁性材料、在所述強磁性材料的晶 粒內(nèi)部或晶界部的一部分中形成的氟化合物或氧氟化合物、所述氟化合物或氧氟化合物中 所含有的堿、堿土類元素、稀土類元素的至少一種，燒結(jié)磁鐵轉(zhuǎn)子中，從所述強磁性材料的表面到內(nèi)部所述氟化合物或氧氟化合物的一部 分具有濃度梯度地分布，在所述強磁性材料的晶界面與母相間稀土類元素具有濃度梯度地 分布，其特征在于，所述氟化合物或氧氟化合物含有碳，所述強磁性材料的晶體晶界寬度小于形成有所述氟化合物或氧氟化合物的強磁性材 料的晶體晶界寬度，所述氟化合物的濃度分布從燒結(jié)磁鐵轉(zhuǎn)子的磁極中心看是不對稱的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)機，其特征在于，對所述強磁性材料進行了氟化合物或 氧氟化合物的氟化處理的氟化處理部在所述轉(zhuǎn)子的軸向的中心部變窄、在遠離軸向的中心 部的兩端部變寬。
全文摘要
本申請為燒結(jié)磁鐵及使用它的旋轉(zhuǎn)機。本發(fā)明的目的在于，在Fe系磁粉的表面形成了氟化合物、尤其是稀土類氟化合物的磁鐵體對作為稀有資源的稀土類的使用量減少，此外磁特性提高。通過在Fe系磁粉或燒結(jié)體或臨時成形體的表面根據(jù)使用目的在必需的部分涂布具有透光性的氟化合物系溶液，在內(nèi)部生長層狀的氟化合物，就可以用很少的稀土類使用量來提高磁特性?？梢詽M足高頑磁力、高磁通密度、高電阻率等，可以用于高耐熱、低損耗(高效率)的磁路中。
文檔編號H01F1/08GK101714443SQ20091016342
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月29日
發(fā)明者今川尊雄, 佐通祐一, 安原隆, 小室又洋, 松延豐, 鈴木啟幸 申請人:株式會社日立制作所