專利名稱：稀土類各向異性磁鐵及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁特性優(yōu)良的稀土類各向異性磁鐵及其制造方法。
背景技術(shù)：
由對稀土類磁鐵粉末進行壓縮成形而成的成形體或使該成形體燒結(jié)而成的燒結(jié)體構(gòu)成的稀土類(各向異性)磁鐵，發(fā)揮了非常高的磁特性。因此，期待將其應(yīng)用于希望節(jié)能化和輕量化等的電器和汽車等各種設(shè)備。但是，為了擴大稀土類磁鐵的利用，要求在高溫環(huán)境下也發(fā)揮穩(wěn)定的磁特性的高耐熱性。為了實現(xiàn)該效果，正在積極地進行提高稀土類磁鐵的矯頑力的研究開發(fā)。具體而言，目前，多數(shù)情況下進行使對矯頑力提高有效的鏑(Dy)和鋱(Tb)等稀有元素從稀土類磁鐵的表面擴散。下述文獻中具有與這些相關(guān)的記載?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特公平6-82575號公報專利文獻2 日本特開平10-326705號公報專利文獻3 :日本特開2001-76917號公報專利文獻4 :日本特開平2005-97711號公報專利文獻5 :日本特開2003-301203號公報專利文獻6 :日本特開2000-336405號公報專利文獻7 :日本專利第3452254(日本特開2002-93610)號公報專利文獻8 :日本特開2010-114200號公報非專利文獻非專利文獻I :日本金屬學(xué)會誌，第72卷，第12號(2008) 1010-101
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題上述文獻中介紹的內(nèi)容均使用稀有且昂貴的Dy作為矯頑力提高元素，或在磁鐵原料中直接含有矯頑力提高元素。本發(fā)明的目的在于，提供與這種現(xiàn)有的方法不同的、無需使用Dy等稀有元素而能夠得到確保高磁化或高殘留磁通密度等、并且能顯示出高矯頑力的稀土類各向異性磁鐵的制造方法、以及通過該制造方法得到的稀土類各向異性磁鐵。用于解決問題的方法本發(fā)明人為了解決該問題而進行了深入的研究，反復(fù)試驗，結(jié)果新發(fā)現(xiàn)，使用使生成R2TM14B1型結(jié)晶的磁鐵原料中混合存在由R’和Cu構(gòu)成的擴散原料的混合原料而得到的燒結(jié)磁鐵，顯示出高殘留磁通密度以及高矯頑力。通過進一步發(fā)展該成果，完成了以下所述的本發(fā)明。、
《稀土類各向異性磁鐵的制造方法》
(I)本發(fā)明的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其特征在于，具備混合工序，得到將能生成作為稀土元素(以下表示為“R”)、硼(B)和過渡元素(以下表示為“TM”)的正方晶化合物的R2TM14B1型結(jié)晶的磁鐵原料、與作為至少稀土元素(以下表示為“R’”)和Cu的供給源的擴散原料混合而成的混合原料；成形工序，對該混合原料加壓，得到成形體；和擴散工序，加熱該成形體，使至少R’和Cu向該R2TM14B1型結(jié)晶的表面或晶界擴散。(2)根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能得到不僅矯頑力、而且殘留磁通密度等磁特性也優(yōu)良的稀土類各向異性磁鐵。而且，在擴散原料中無需使用稀有且昂貴的Dy等，可以使用由包含容易獲得且比較廉價的Nd等的! ’和Cu構(gòu)成的擴散原料。因此，能夠以低成本穩(wěn)定地得到高磁特性的稀土類各向異性磁鐵。但是，通過本發(fā)明的制造方法得到的稀土類各向異性磁鐵，其顯示出優(yōu)良的磁特性的機理尚不明確。目前，考慮如下。首先，R’單體和Cu單體的熔點高，但它們的合金的熔點通常較低。特別是接近共晶組成的合金的熔點急劇降低。而且，該熔融合金對于正方晶化合物(R2TM14B1型結(jié)晶)的潤濕性非常高。因此，在加熱混合原料時，在磁鐵原料周圍的擴散原料開始熔融，R’以及Cu光滑地覆蓋作為主相的R2TM14B1型結(jié)晶的表面。另外，R’以及Cu也向該結(jié)晶間擴散，形成包圍各結(jié)晶的晶界(將其適當稱為“包圍層”或“擴散層”)。其結(jié)果是，由R’以及Cu構(gòu)成的包圍層修復(fù)在R2TM14B1型結(jié)晶的表面上存在的變形，能夠抑制在該表面附近的反向磁疇的產(chǎn)生。另外，該包圍層使各個R2TM14B1型結(jié)晶孤立化，且阻隔由鄰接的R2TM14B1型結(jié)晶產(chǎn)生的磁力相互作用。這樣可以認為，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠在不稀釋磁鐵原料原本具有的磁化的情況下，得到其矯頑力顯著提高的稀土類各向異性磁鐵。(3)磁鐵原料的組成越接近形成R2TM14B1型結(jié)晶所需的理論組成，則磁鐵原料所顯示出的磁化越高。具體而言，磁鐵原料優(yōu)選為與R :11. 8原子％(at%)、B :5. 9原子％、TM :余量接近的組成(理論近似組成)。因此，本發(fā)明的磁鐵原料，在將整體設(shè)為100原子％時，優(yōu)選為R 11. 6^12. 7原子％、進一步為11. 8^12. 5原子％、更進一步為11. 8^12. 4原子％、B 5. 5^7原子％、進一步為5. 9^6. 5原子％的理論近似組成。需要說明的是，R以及B以外的余量為TM，B的一部分可以置換成碳(C)。當然，磁鐵原料或擴散原料也可以包括對稀土類各向異性磁鐵的特性改善有效的元素即“改性元素”和成本上、技術(shù)上難以除去的“不可避免的雜質(zhì)”。(4)TM優(yōu)選為原子序數(shù)21(Sc) 原子序數(shù)29(Cu)的3d過渡元素或原子序數(shù)39 (Y廣原子序數(shù)47 (Ag)的4d過渡元素中的一種以上。特別是，TM為第VIII族元素鐵(Fe)、鈷(Co)或鎳(Ni)，進一步優(yōu)選為Fe。Co是對提高居里溫度有效的元素，提高稀土類各向異性磁鐵的耐熱性。因此，在將稀土類各向異性磁鐵整體設(shè)為100原子％時，可以含有O. 5飛.4原子％的Co。此時，Co可以由磁鐵原料或擴散原料的至少一個供給。此外，稀土類各向異性磁鐵中可以含有少量的改性元素(Nb、Zr、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Mo等)。這些改性元素，在將稀土類各向異性磁鐵整體設(shè)為100原子％時，優(yōu)選為2. 2原子％以下。(5)作為稀土元素(R、R’)，以Nd為代表，但也可以含有Pr。這是由于，即使將磁鐵原料和擴散原料中的Nd的一部分置換成Pr，對磁特性的影響也小，Nd與Pr混合存在的混合稀土類原料(釹鐠混合物)能夠比較廉價地獲得。另外，Dy、Tb或Ho等矯頑力提高元素由于為稀有元素且昂貴，因而優(yōu)選抑制其使用。因此，本發(fā)明的磁鐵原料或擴散原料優(yōu)選不含有Dy、Tb以及Ho?！癛”、“R’ ”作為代替具體的稀土元素名的稱呼使用，只要沒有特別說明，則是指所有稀土元素中的一種或兩種以上，它們可以為相同種類也可為不同種類。本發(fā)明中，為了方便，將磁鐵原料中含有的稀土元素設(shè)為“R”，將擴散原料中含有的稀土元素設(shè)為“R’ ”。但是，對于作為其終產(chǎn)物的稀土類各向異性磁鐵進行觀察時，為了方便，將構(gòu)成磁鐵的主相正方晶化合物(即R2TM14B1型結(jié)晶)的 稀土元素表示為“R”，將擴散到該結(jié)晶的表面上或晶界中的稀土元素表示為“R’”。因此，為了方便，將在形成正方晶化合物時排出而形成晶界等的R表示為“R’”。具體而言，R或R’為釔(Y)、鑭系元素以及錒系元素中的一種以上，除了 Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、Y 以外，以鑭(La)、鈰(Ce)、釤(Sm)、釓(Gd)、鉺(Er)、銩(TM 元素)、镥(Lu)為代表?！断⊥令惛飨虍愋源盆F》本發(fā)明也可以理解為通過上述制造方法得到的稀土類各向異性磁鐵。該稀土類各向異性磁鐵可以為磁鐵粉末粒子燒結(jié)而成的稀土類各向異性燒結(jié)磁鐵，也可以為該磁鐵粉末粒子致密地聚集而成的稀土類各向異性致密磁鐵?！镀渌?I)只要沒有特別說明，則本說明書中所述的“fy”包括下限值X以及上限值y。另外，本說明書中記載的各種下限值或上限值，可以任意組合而構(gòu)成“a飛”這樣的范圍。另夕卜，可以將本說明書中記載的范圍內(nèi)包含的任意的數(shù)值設(shè)為用于設(shè)定數(shù)值范圍的上限值或下限值。(2)本說明書中的平均結(jié)晶粒徑依照JIS G 0551中的晶粒的平均直徑d的求出方法。
具體實施例方式列舉發(fā)明的實施方式對本發(fā)明更詳細地進行說明。需要說明的是，包括以下的實施方式在說明書中說明的內(nèi)容，不僅適用于本發(fā)明的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，而且也可適用于通過該制造方法得到的稀土類各向異性磁鐵。因此，可以在上述本發(fā)明的構(gòu)成中添加從本說明書中任意選擇的一個或兩個以上的構(gòu)成。此時，與制造方法有關(guān)的構(gòu)成，如果作為方法限定產(chǎn)品理解，則也可以得到與產(chǎn)品相關(guān)的構(gòu)成。需要說明的是，任意的實施方式是否最佳，根據(jù)對象、要求性能等而不同。《制造方法》本發(fā)明的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，至少具備混合工序、成形工序以及擴散工序。以下，對各工序進行詳述。(I)混合工序本發(fā)明的混合工序是得到將能生成作為R、B和TM的正方晶化合物的R2TM14B1型結(jié)晶的磁鐵原料、與作為至少R’和Cu的供給源的擴散原料混合而成的混合原料的工序。由進行粉碎、分級等后的粉末構(gòu)成的磁鐵原料和擴散原料，可使用亨舍爾混合機、搖滾式混合機、球磨機等均勻地混合。該混合優(yōu)選在抗氧化氣氛(例如，惰性氣體氣氛或真空氣氛)下進行。對于磁鐵原料而言，可以使用例如通過各種熔煉法(高頻熔煉法、電弧熔煉法等)熔煉、鑄造而成的鑄錠材料和通過鱗片鑄錠法制作的鱗片鑄錠材料。其中，優(yōu)選使用鱗片鑄錠材料。其理由如下。為了得到非常高的殘留磁通密度Br，優(yōu)選使磁鐵原料中的R量和B量接近R2TM14Bi化合物的化學(xué)計量組成(使其為理論近似組成)。但是，如果達到理論近似組成，則作為初晶的ct Fe容易殘存。 特別是在鑄錠材料的情況下，鑄造時的冷卻速度慢，因此，容易殘存軟磁性α Fe相。為了使該aFe相消失，需要延長浸濕時間，效率差，磁特性也容易劣化。相對于此，在鱗片鑄錠材料的情況下，鑄造時的冷卻速度快，因此，軟磁性α Fe相幾乎不殘存，即使在殘存的情況下也微小地分布。因此，在短浸濕時間內(nèi)，能夠使軟磁性α Fe相消失。另外，如果對鱗片鑄錠材料進行均質(zhì)化處理，則該晶粒的平均結(jié)晶粒徑生長至約100 μ m(50^250 μ m)的優(yōu)選的尺寸。如果對這樣形成的鱗片進行粉碎，則得到?jīng)]有形成α Fe相而在晶界形成富R相的、由適當尺寸的晶粒構(gòu)成的磁鐵原料。擴散原料可以是至少含有R’和Cu的合金、化合物、進而可以是根據(jù)期望組成混合多種原料(包括各單體粉末)而成的物質(zhì)。擴散原料優(yōu)選為將鑄錠材料或鱗片鑄錠材料等進行氫粉碎或機械粉碎等而成的粉末狀。在將混合原料整體設(shè)為100質(zhì)量％時，擴散原料可以為O. f 10質(zhì)量％，進一步為I飛質(zhì)量％。擴散原料過少時，包圍R2TM14B1型結(jié)晶的包圍層(擴散層)的形成變得不充分，過多時，稀土類各向異性磁鐵的殘留磁通密度降低。磁鐵原料或擴散原料的至少一種可以為氫化物。氫化物是在單體、合金、化合物等上結(jié)合或固溶有氫的物質(zhì)。需要說明的是，這些原料中的氫，最慢也隨著擴散工序的進行而排出，接著，擴散原料發(fā)生熔融等而向磁鐵原料中擴散。(2)成形工序成形工序是對裝入模具的腔室等中的混合原料加壓而得到期望形狀的成形體的工序。此時的成形壓力考慮成形體的期望密度和接下來的工序來確定，例如為fio噸/cm2 (98 980MPa)。成形工序可以為一次成形也可以為多次成形?？梢钥紤]后述工序的同時，選擇成形次數(shù)。例如，如果是在成形工序后進行燒結(jié)工序的情況，則即使一次成形，燒結(jié)時粉末粒子之間也產(chǎn)生液相，因此，能夠得到充分高密度的稀土類各向異性磁鐵。即使在不進行成形體的燒結(jié)的情況下，通過進行多次成形，也能夠毫不費力地得到高密度的稀土類各向異性磁鐵。此時，加壓氣氛(溫度)和加壓裝置等可以適當變更。具體而言，成形工序可以包括預(yù)成形工序，將混合原料在冷環(huán)境或熱環(huán)境下加壓，得到預(yù)成形體；和致密化工序，將該預(yù)成形體在熱環(huán)境下加壓，得到致密化的致密成形體。如果考慮模具壽命等，則優(yōu)選將在冷環(huán)境或溫暖環(huán)境下進行低壓成形后的預(yù)成形體在熱環(huán)境下再成形而得到致密的成形體(致密成形體)。順便說一下，熱環(huán)境是指R2TM14B1型結(jié)晶的再結(jié)晶溫度以上的溫度范圍，冷環(huán)境是指接近室溫或室溫以下的溫度范圍，溫暖環(huán)境是指它們之間的溫度范圍。在磁鐵原料由稀土類各向異性磁鐵粉末構(gòu)成的情況下，成形工序或預(yù)成形工序優(yōu)選為在取向磁場中進行的磁場中成形工序。由此，得到R2TM14B1型結(jié)晶的易磁化軸(c軸)一致為特定方向的稀土類各向異性磁鐵。
⑶擴散工序擴散工序是通過對由混合原料構(gòu)成的成形體進行加熱而使至少由R’和Cu構(gòu)成的擴散原料向R2TM14B1型結(jié)晶的表面或晶界擴散的工序。首先，對于擴散原料而言，雖然也依賴于其總體組成，但一般來說為低熔點，對于R2TM14B1型結(jié)晶的潤濕性也優(yōu)良。其次，擴散中具有表面擴散、晶界擴散或體擴散，但本發(fā)明中的擴散主要為表面擴散或晶界擴散。因此，擴散工序優(yōu)選為將成形體加熱至擴散原料熔融而發(fā)生表面擴散或晶界擴散的溫度的工序。擴散工序在例如40(T90(TC的抗氧化氣氛(真空氣氛或惰性氣氛等)中進行。力口熱溫度過低時，無法進行擴散，過高時，導(dǎo)致R2TM14B1型結(jié)晶的粗大化，因此不優(yōu)選。對于適于此的擴散原料而言，例如，在將整體設(shè)定為100原子％時，含有2 43原子％的Cu，且任選地含有2. 6飛4原子％的Al。此時，加熱溫度優(yōu)選為60(T85(TC。另外，擴散原料還可以代替該Al或與Al —起包含Co、Ni、Si、Mn、Cr、Mo、Ti、V、Ga、Zr、Ge、Fe等。將擴散原料整體設(shè)為100原子％時，這些元素的總量優(yōu)選為5飛4原子％。但是，由于擴散工序只要是將成形體在預(yù)定溫度范圍內(nèi)加熱的工序即可，因此，在該溫度范圍進行的其他工序，也可以至少兼作擴散工序的一部分。例如，上述的致密化工序和下述的燒結(jié)工序或各向異性化工序可以兼作擴散工序的一部分，在本發(fā)明中將這樣的情況分別稱為擴散致密化工序、擴散燒結(jié)工序或擴散各向異性化工序。(4)燒結(jié)工序?qū)⒊尚误w進一步加熱使其燒結(jié)時，得到稀土類各向異性燒結(jié)磁鐵。特別是使在磁場中成形的成形體發(fā)生燒結(jié)的情況下，得到高磁特性、高強度、高耐熱性的稀土類(各向異性)燒結(jié)磁鐵。需要說明的是，在爐內(nèi)使成形體發(fā)生燒結(jié)的情況下，為了抑制R2TM14B1型晶粒的粗大化，燒結(jié)溫度優(yōu)選為1100°C以下，進一步優(yōu)選為1050°C以下。此外，可以在燒結(jié)中利用SPS (放電等離子燒結(jié))。(5)各向異性化工序各向異性化工序是用于對由各向同性的磁鐵原料(稀土類各向同性磁鐵粉末)構(gòu)成的成形體賦予各向異性而得到稀土類各向異性磁鐵的工序。具體而言，是對成形體實施使R2TM14B1型結(jié)晶的易磁化軸(c軸)一致為特定方向的加工的工序。此時，使R2TM14B1型結(jié)晶的c軸取向為與施加加工應(yīng)力的方向相同的方向。各向異性化工序中進行的加工為強加工，因此，優(yōu)選熱加工。另外，如果為熱加工，則R2TM14B1型結(jié)晶的結(jié)晶取向也容易一致。熱加工中具有熱擠出、熱拉伸、熱鍛造、熱軋制等，可以單獨也可以將這些組合。需要說明的是，供于各向異性化工序的成形體為上述致密成形體時，得到各向異性化致密體，其成為高密度且磁特性優(yōu)良的稀土類各向異性致密磁鐵。(6)稀土類各向異性磁鐵粉末稀土類各向異性磁鐵粉末，例如通過對作為基質(zhì)的磁鐵合金(母合金)進行眾所周知的氫處理而得到。氫處理包括使母合金吸氫而發(fā)生歧化反應(yīng)的歧化工序、和從該歧化工序后的母合金脫氫而使其再結(jié)合的再結(jié)合工序，稱為HDDR (氫化-分解(或者歧化)-解吸 _ 再結(jié)合)(hydrogenation-decomposition (或 disproportionation)-desorption-recombination)或d_HDDR(動態(tài)-氫化-分解(或者歧化)-解吸-再結(jié)合)(dynamic-hydrogenation-decomposition(或 disproportionation)-desorption-recombination)。、
例如，在d-HDDR的情況下，歧化工序至少由高溫氫化工序構(gòu)成,再結(jié)合工序至少由脫氫工序(更詳細而言控制排氣工序)構(gòu)成。以下，對氫處理的各工序進行說明。(a)低溫氫化工序是以后述工序(高溫氫化工序)中的氫化-歧化反應(yīng)緩慢地進行的方式、在發(fā)生氫化-歧化反應(yīng)的溫度以下的低溫范圍內(nèi)使磁鐵合金充分地吸收并固溶氫的工序。更具體而言，低溫氫化工序是將磁鐵原料的磁鐵合金在歧化反應(yīng)溫度以下(例如，600°C以下)的氫氣氣氛中保持、使磁鐵合金吸藏氫的工序。通過預(yù)先進行該工序，使控制后續(xù)的高溫氫化工序中的順組織轉(zhuǎn)變的反應(yīng)速度變?nèi)菀?。氫氣氣氛的溫度過大時，磁鐵合金 部分地發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，組織變得不均勻。此時的氫氣壓力沒有特別限定，例如為約O. 03MPa^0. IMPa。需要說明的是，氫氣氣氛可以為氫氣與惰性氣體的混合氣體氣氛。此時的氫氣壓力為氫氣分壓。這在高溫氫化工序和控制排氣工序中也同樣。(b)高溫氫化工序是對于磁鐵合金進行氫化-歧化反應(yīng)的工序。具體而言，高溫氫化工序是將該低溫氫化工序后的磁鐵合金在O. 0Γ0. 06MPa下、75(T860°C的氫氣氣氛中保持的工序。通過該高溫氫化工序，低溫氫化工序后的磁鐵合金形成三相分解(α Fe相、RH2相、Fe2B相)的組織。此時，磁鐵合金在低溫氫化工序中已經(jīng)吸藏氫，因此，在抑制氫氣壓力的狀況下，能夠平穩(wěn)地進行組織轉(zhuǎn)變反應(yīng)。氫氣壓力過小時，反應(yīng)速度低，殘存未轉(zhuǎn)變組織，從而導(dǎo)致矯頑力的降低。氫氣壓力過大時，反應(yīng)速度高，導(dǎo)致各向異性化率的降低。氫氣氣氛的溫度過低時，三相分解組織容易變得不均，從而導(dǎo)致矯頑力的降低。其溫度過高時，晶粒發(fā)生粗大化，從而導(dǎo)致矯頑力的降低。需要說明的是，高溫氫化工序不需要氫氣壓力或溫度始終一定。例如，在反應(yīng)速度降低的工序末期使氫氣壓力或溫度的至少一種上升，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，從而可以促進三相分解(組織穩(wěn)定化工序)。(C)控制排氣工序是使在高溫氫化工序中三相分解后的組織發(fā)生再結(jié)合反應(yīng)的工序。該控制排氣工序中，在比較高的氫氣壓力下緩慢地進行脫氫，從而緩慢地進行再結(jié)合反應(yīng)。更具體而言，控制排氣工序是將高溫氫化工序后的磁鐵合金在氫氣壓力為O. 7^6. OkPa下、75(T850°C的氫氣氣氛中保持的工序。通過該控制排氣工序，從上述三相分解中的RH2相中除去氫。這樣組織發(fā)生再結(jié)合，從而得到Fe2B相的結(jié)晶取向發(fā)生轉(zhuǎn)印而成的微小的R2TM14B1型結(jié)晶的氫化物(RFeBHx)。氫氣壓力過小時，急劇地除去氫，從而導(dǎo)致磁通密度的降低，過大時，上述逆轉(zhuǎn)變變得不充分，矯頑力可能降低。處理溫度過低時，逆轉(zhuǎn)變反應(yīng)無法適當?shù)剡M行，過高時，導(dǎo)致晶粒的粗大化。需要說明的是，如果在大致相同溫度下進行高溫氫化工序和控制排氣工序，則僅通過氫氣壓力的變更，容易地從高溫氫化工序向控制排氣工序轉(zhuǎn)移。(d)強制排氣工序是除去在磁鐵合金中殘留的氫、從而完成脫氫處理的工序。該工序?qū)μ幚頊囟群驼婵斩鹊葲]有特別的限定，優(yōu)選在75(T850°C的IPa以下的真空氣氛下進行。處理溫度過低時，排氣需要長時間，過高時，導(dǎo)致晶粒的粗大化。真空度過小時，殘存氫，所得到的稀土類各向異性磁鐵粉末的磁特性可能降低。如果在該工序后快速冷卻，則晶粒的生長得到抑制而優(yōu)選。強制排氣工序不需要與控制排氣工序連續(xù)地進行。在強制排氣工序前，也可以加入將控制排氣工序后的磁鐵合金冷卻的冷卻工序。設(shè)置冷卻工序時，可以將對于控制排氣工序后的磁鐵合金的強制排氣工序進行間歇處理。冷卻工序的磁鐵合金(磁鐵原料)為氫化物，具有耐氧化性。因此，也可以將該磁鐵原料暫時取出到大氣中。這樣得到的稀土類各向異性磁鐵粉末的粒子由平均結(jié)晶粒徑為O. Oflym這樣微小的R2TM14B1型結(jié)晶的集合體構(gòu)成。需要說明的是，通過液體快速冷卻法，也得到由約O. 03 μ m的微小的R2TM14B1型結(jié)晶的集合體構(gòu)成的粒子，但該粒子為各向同性。因此，為了由該各向同性磁鐵粉末得到稀土類各向異性磁鐵，可以進行上述各向異性化處理。順便說一下，供于混合工序的磁鐵原料優(yōu)選平均粒徑為3 200 μ m。另外，擴散原料優(yōu)選平均粒徑為3 30 μ m。平均粒徑過小時，不經(jīng)濟，且處理變得困難。另一方面，平均粒徑過大時，難以將兩種原料均勻地混合?！队猛尽繁景l(fā)明的稀土類各向異性磁鐵的用途沒有限定，可以用于各種設(shè)備。如果使用該稀土類各向異性磁鐵，則實現(xiàn)這些設(shè)備的節(jié)能化、輕量小型化、高性能化等。實施例列舉實施例對本發(fā)明更具體地進行說明。[實施例I](燒結(jié)法試樣No.I以及試樣No. Cl)《試樣的制造》(I)原料制備(混合工序)首先，將按照表I的試樣No. I所示組成(理論近似組成)稱量的原料溶解，通過鱗片鑄錠法鑄造，得到磁鐵合金(母合金)。將其在I. 3atm的氫氣氣氛中保持，進行氫粉碎。將這樣得到的粗粉末用氣流粉碎機進一步粉碎，得到平均粒徑5μπι的微粉。將其作為磁鐵原料。接著，將按照Nd80質(zhì)量％-CulO質(zhì)量％_A110質(zhì)量％(Nd51. 3原子％_Cul4. 5原子％4134.2原子％)稱量的原料溶解，通過鉸鏈式鑄型法(U々 一> K法)得到鑄錠。將其在I. 3atm的氫氣氣氛中保持，使其產(chǎn)生氫脆性。將其用濕式球磨機進一步粉碎，得到5μπι以下的微粉(氫化物)。將其作為擴散原料。然后，在惰性氣體(Ar)氣氛中通過混合機將上述磁鐵原料和擴散原料均勻地混合(混合工序)，從而得到混合原料。將混合原料整體設(shè)為100質(zhì)量％時，以6質(zhì)量％的比例加入擴散原料。(2)成形工序(磁場中成形工序)將該混合原料裝入模具中，夕卜加25k0e (1990kA/m)的磁場，同時以I噸/cm2進行加壓。由此，得到塊狀(7mm見方的立方體)的成形體。(3)擴散工序以及燒結(jié)工序?qū)⒃摮尚误w在惰性氣體氣氛中升溫至800°C附近，加熱O. 5小時(擴散工序)。再將其在KKKTC下加熱I小時而得到燒結(jié)體(燒結(jié)工序)。該燒結(jié)工序也是兼作擴散工序的一部分的擴散燒結(jié)工序。⑷時效工序?qū)Y(jié)工序后的燒結(jié)體在Ar氣氛中快速冷卻至室溫范圍。然后，將該燒結(jié)體在500°C下加熱O. 5小時，進行時效處理。通過該熱處理進行組織控制，得到磁特性優(yōu)良的稀土類各向異性燒結(jié)磁鐵。(5)作為比較試樣，通過所謂的鑄錠法，準備從初期開始含有Cu和Al、且制備成表、I的試樣No. Cl所示組成的磁鐵合金。通過上述方法同樣地制造僅使用由該磁鐵合金構(gòu)成的磁鐵原料的(即不使用擴散原料)稀土類各向異性燒結(jié)磁鐵。但是，將該情況下的燒結(jié)溫度設(shè)為1050°C。需要說明的是，在向該鑄錠中添加了 Cu、Al的情況下，使用于比較試樣的制造的磁鐵原料的組成為能得到高磁特性的稀土類各向異性燒結(jié)磁鐵的最佳組成。關(guān)于下述實施例2以及實施例3的各比較試樣也同樣?！稖y定》
將所得到的各稀土類各向異性燒結(jié)磁鐵在約3600kA/m (45k0e)的磁場中磁化，使用B-H示蹤物測定其磁特性。將其結(jié)果一并示于表I。需要說明的是，通過ICP (高頻電感稱合等離子體Inductively Coupled Plasma)發(fā)光分光分析法，對試樣No. I的稀土類各向異性燒結(jié)磁鐵的成分組成(總體組成)進行分析，結(jié)果為Fe-13. 7%Nd-5. 9%B_0. 6%Cu_l. 4%A1 (原子 ％)?！对u價》由表I明確可知，使NdCuAl合金擴散的試樣No. 1，與磁鐵原料中從初期開始含有Cu和Al的試樣No. Cl相比，矯頑力顯著增高。[實施例2](熱加工法試樣No.2以及試樣No. C2)(I)原料的制備(混合工序)首先，得到將按照表I的試樣No. 2所示組成(理論近似組成)稱量的原料通過紐扣電弧法鑄造而成的鑄錠。使用該鑄錠，通過由單輥進行的液體快速冷卻法進行鑄造，得到磁鐵合金(母合金)。在惰性氣體氣氛中對其實施800°C X 10分鐘的熱處理。由此，得到結(jié)晶粒徑為O. 02、. 04 μ m的各向同性帶狀物。將其進一步用球磨機粉碎，得到平均粒徑為100 μ m的磁鐵粉末。將其作為磁鐵原料。接著，向該磁鐵原料中加入與實施例I同樣的擴散原料(6質(zhì)量％)，與實施例I同樣操作，得到混合原料。(2)成形工序以及擴散工序?qū)⒃摶旌显涎b入模具中，在室溫范圍(冷環(huán)境)內(nèi)進行3噸/cm2的加壓。由此，得到塊狀(14_見方的立方體)的預(yù)成形體(預(yù)成形工序)。通過熱壓機，對該預(yù)成形體進行700°C (熱環(huán)境)X2噸/cm2X10秒的加壓。這樣，得到致密成形體(致密化工序)。在與該致密化工序相同的溫度(700°C)下、惰性氣體氣氛中加熱5分鐘(擴散工序)。此時的致密成形體的密度為7. 5g/cm3。需要說明的是，致密化工序也是兼作擴散工序的一部分的擴散致密化工序。(3)各向異性化工序進一步在750°C (熱環(huán)境)X 7噸/cm2下對該致密成形體進行熱加工(擠出)。這樣，得到板狀的各向異性化致密體。需要說明的是，本實施例中，在各向異性化工序前結(jié)束擴散工序，但在擴散工序未結(jié)束的情況下，各向異性化工序也能夠作為兼作擴散工序的一部分的擴散各向異性化工序發(fā)揮作用。(4)作為比較試樣，也通過上述方法同樣地制造僅由不使用擴散原料而按照表I的試樣No. C2所示組成制備而成的磁鐵原料構(gòu)成的各向異性化致密體。《測定以及評價》從板狀的各向異性化致密體上切下7mm見方的立方體，得到稀土類各向異性致密磁鐵。與實施例I同樣地測定這樣得到的各稀土類各向異性致密磁鐵的磁特性，將其結(jié)果一并不于表I。由試樣No. 2與試樣No. C2的比較可知，與實施例I情況相同。[實施例3](熱壓縮法試樣No.3以及試樣No. C3)(I)原料的制備(混合工序)首先，將按照表I所示組成(理論近似組成)稱量的原料溶解，通過鱗片鑄錠法進行鑄造，得到磁鐵合金(母合金)。將該磁鐵合金在1140°C的氬氣氣氛中保持10小時，使組織均質(zhì)化(均質(zhì)化熱處理工序)。對氫粉碎后的磁鐵合金實施氫化處理(d-HDDR)，得到粉末狀的磁鐵原料。此時的氫化處理如下進行。 將上述磁鐵合金投入處理爐中，在室溫X0. IMPaX I小時的低溫氫氣氣氛中保持(低溫氫化工序)。接著，將磁鐵合金以780V X0. 03MPaX30分鐘的條件保持(高溫氫化工序)，再用5分鐘升溫至840°C，并以840°C X0. 03MPaX60分鐘的條件保持(組織穩(wěn)定化工序)。這樣，在調(diào)節(jié)反應(yīng)速度的同時，發(fā)生磁鐵合金分解成三相(a-Fe、RH2、Fe2B)的順轉(zhuǎn)變(歧化工序)。然后，從處理爐內(nèi)排出氫氣，將磁鐵合金以840°C X IkPaX 90分鐘的條件保持，從而使順轉(zhuǎn)變后的磁鐵合金內(nèi)發(fā)生生成R2TM14B1型結(jié)晶的逆轉(zhuǎn)變(控制排氣工序/再結(jié)合工序)。接著，將磁鐵合金快速冷卻(第一冷卻工序)。將該磁鐵合金以840°C X30分鐘XKT1Pa以下的條件保持，完全脫氫(強制排氣工序)。將這樣得到的磁鐵合金在惰性氣體氣氛中用乳缽粉碎后，進行粒度調(diào)節(jié)，得到粒徑為100 μ m的粉末狀的磁鐵原料。在該磁鐵原料中加入與實施例I相同的擴散原料(6質(zhì)量％)，與實施例I同樣操作，得到混合原料。需要說明的是，此處使用的擴散原料的粉末的粒徑為7μπι以下。需要說明的是，本說明書中所述的粉末粒子的平均粒徑，通過HEL0S&R0D0S激光衍射式粒徑分布測定裝置測定(以下同樣)。另外，上述磁鐵粉末自身的矯頑力(iHc)為O. 8k0e (64kA/m)，飽和磁化(50k0e (3979kA/m)中的值)為 15. 2kG(l. 52T)。(2)成形工序以及擴散工序?qū)⒃摶旌显涎b入模具中，外加25k0e(1990kA/m)的磁場的同時，在室溫范圍(冷環(huán)境)下以4噸/cm2進行加壓。由此，得到塊狀(IOmm見方的立方體)的預(yù)成形體(預(yù)成形工序/磁場中成形工序)。通過熱壓機，對該預(yù)成形體進行700°C (熱環(huán)境)X 2噸/cm2 X 10秒的加壓。這樣，得到致密成形體(致密化工序)。在與該致密化工序相同的溫度(700°C )下、在惰性氣體氣氛中加熱5分鐘(擴散工序)。此時的致密成形體的密度為7. 5g/cm3。需要說明的是，致密化工序也是兼作擴散工序的一部分的擴散致密化工序。(3)作為比較試樣，也通過上述方法同樣地制造僅由不使用擴散原料而按照表I的試樣No. C3所示組成制備而成的磁鐵原料構(gòu)成的致密成形體?！稖y定以及評價》從板狀的致密成形體上切下7mm見方的立方體，得到稀土類各向異性致密磁鐵。與實施例I同樣地測定這樣得到的各稀土類各向異性致密磁鐵的磁特性，將其結(jié)果一并示于表I。由試樣No. 3與試樣No. C3的比較可知，與實施例I和實施例2的情況相同。表I
權(quán)利要求
1.一種稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其特征在于，具備 混合工序，得到將能生成作為稀土元素(以下表示為“R”)、硼(B)和過渡元素(以下表示為“TM”)的正方晶化合物的R2TM14B1型結(jié)晶的磁鐵原料、與作為至少稀土元素(以下表示為“R’ ”)和Cu的供給源的擴散原料混合而成的混合原料； 成形工序，對該混合原料加壓，得到成形體；和 擴散工序，加熱該成形體，使至少R’和Cu向該R2TM14B1型結(jié)晶的表面或晶界擴散。
2.如權(quán)利要求I所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中， 所述磁鐵原料由稀土類各向異性磁鐵粉末構(gòu)成， 所述成形工序是在取向磁場中進行的磁場中成形工序， 所述制造方法還具備加熱所述成形體而得到燒結(jié)體的燒結(jié)工序， 該稀土類各向異性磁鐵為由該燒結(jié)體構(gòu)成的稀土類各向異性燒結(jié)磁鐵。
3.如權(quán)利要求2所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述燒結(jié)工序是兼作所述擴散工序的至少一部分的擴散燒結(jié)工序。
4.如權(quán)利要求I所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述成形工序包括 預(yù)成形工序，將所述混合原料在冷環(huán)境或熱環(huán)境下加壓，得到預(yù)成形體；和 致密化工序，將該預(yù)成形體在熱環(huán)境下加壓，得到致密化的致密成形體， 該稀土類各向異性磁鐵為由該致密成形體構(gòu)成的稀土類各向異性致密磁鐵。
5.如權(quán)利要求4所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述致密化工序是兼作所述擴散工序的至少一部分的擴散致密化工序。
6.如權(quán)利要求4或5所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中， 所述磁鐵原料由稀土類各向同性磁鐵粉末構(gòu)成， 所述制造方法還具備各向異性化工序，對所述致密成形體進行熱加工，得到所述R2TM14B1型結(jié)晶的易磁化軸(c軸)一致為特定方向的各向異性化致密體， 所述稀土類各向異性磁鐵為由該各向異性化致密體構(gòu)成的稀土類各向異性致密磁鐵。
7.如權(quán)利要求6所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述各向異性化工序是兼作所述擴散工序的至少一部分的擴散各向異性化工序。
8.如權(quán)利要求4所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述磁鐵原料由稀土類各向異性磁鐵粉末構(gòu)成， 所述預(yù)成形工序為在取向磁場中進行的磁場中成形工序。
9.如權(quán)利要求8所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述稀土類各向異性磁鐵粉末經(jīng)過如下工序得到 使作為所述磁鐵原料的母合金吸氫而發(fā)生歧化反應(yīng)的歧化工序、和 從該歧化工序后的母合金脫氫而使其再結(jié)合的再結(jié)合工序。
10.如權(quán)利要求9所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述稀土類各向異性磁鐵粉末如下得到在所述歧化工序前，還經(jīng)過在發(fā)生所述歧化反應(yīng)的溫度以下的低溫范圍內(nèi)使所述母合金吸收氫的低溫氫化工序。
11.如權(quán)利要求I所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，在將整體設(shè)為100原子％時，所述磁鐵原料具有R為11. 6^12. 7原子％、B為5. 5^7原子％的理論近似組成。
12.如權(quán)利要求I或11所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，在將所述擴散原料整體設(shè)為100原子％時，所述擴散原料含有2 43原子％的Cu，且任選地含有2. 6飛4原子％的八1。
13.如權(quán)利要求I或11所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述稀土元素(R和/或R’)為除鏑(Dy)、鋱(Tb)以及欽(Ho)之外的任意一種。
14.如權(quán)利要求I或11所述的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其中，所述稀土元素包含釹(Nd)，且任選地含有鐠(Pr)。
15.一種稀土類各向異性磁鐵，其特征在于，通過權(quán)利要求f 14中任一項所述的制造方法得到。
全文摘要
本發(fā)明的稀土類各向異性磁鐵的制造方法，其特征在于，具備成形工序，對能生成作為稀土元素(R)、硼(B)和過渡元素(TM)的正方晶化合物的R2TM14B1型結(jié)晶的磁鐵原料、與作為至少稀土元素(R’)和Cu的供給源的擴散原料混合而成的混合原料進行加壓成形，得到成形體；和擴散工序，加熱該成形體，使至少R’和Cu向R2TM14B1型結(jié)晶的表面或晶界擴散。根據(jù)該制造方法，由于低熔點且高潤濕性的擴散原料包圍R2TM14B1型結(jié)晶，因此，能夠在不會稀釋磁鐵原料原本能夠顯示出的磁化的情況下，得到高矯頑力的稀土類各向異性磁鐵。
文檔編號H01F1/08GK102640238SQ20108005529
公開日2012年8月15日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者三島千里, 本蔵義信 申請人:愛知制鋼株式會社