磁各向異性磁體原材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供磁各向異性磁體原材料，所要解決的課題是在不降低剩余磁通密度的情況下提高矯頑磁力，該磁各向異性磁體原材料具有以下構成：具有Pr-T-B-Ga系的成分組成，其含有12.5～15.0原子％的Pr、4.5～6.5原子％的B、0.1～0.7原子％的Ga，余量由T和不可避免的雜質構成，其中，T是Fe或一部分Fe用Co置換的組成；該原材料的用剩余磁通密度(Br)/飽和磁通密度(Js)定義的磁取向度為0.92以上；該原材料的晶體粒徑為1μm以下；該原材料的矯頑磁力為1600kA/m以上，且剩余磁通密度為1.20T以上；該原材料通過包括熱塑性加工工序的制造方法來獲得，所述熱塑性加工工序中，通過熱使成型體在加壓方向上壓縮，所述成型體所含的晶粒的易磁化軸在所述加壓方向上取向。
【專利說明】磁各向異性磁體原材料
[0001] 本申請是申請日為2009年12月23日、申請?zhí)枮?00910252534. 2、發(fā)明名稱為"磁 各向異性磁體原材料及其制造方法"的中國專利申請的分案申請。

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明涉及實施熱塑性加工而獲得的磁各向異性磁體原材料及其制造方法。

【背景技術】
[0003] 近年來，作為發(fā)動機、發(fā)電機等用途，廣泛使用含有釹、釤等稀土元素的磁體（稀 土類磁體）。使用稀土類磁體是因為其具有優(yōu)異的磁特性，并且是比較廉價的。所述磁特性 以矯頑磁力（iHc)和剩余磁通密度（Br)為重要的指標。
[0004] 矯頑磁力是用于使磁化為零時所需的磁場的大小。通常已知的是，在該矯頑磁力 較大時，具有優(yōu)異的耐熱性。
[0005] 剩余磁通密度表示在磁體材料中最大磁通密度的大?。ù艌鰪娙醯某潭龋?。在該 剩余磁通密度較大（高）時，由于可以實現發(fā)電機等裝置的小型化以及降低磁體成本，因此 是非常有利的。
[0006] 因此，作為稀土類磁體，最常使用剩余磁通密度高的Nd (釹）-Fe (鐵）-B (硼）磁 體。
[0007] 另一方面，以往已知有通過對R(稀土元素）-Fe_B系磁體合金實施熱塑性加工而 獲得的磁體合金（參照專利文獻1)。在該專利文獻1中主要記載了通過優(yōu)化R-Fe-B系磁 體合金的組成及其加工條件可以獲得具有優(yōu)異的磁特性的各向異性磁體。
[0008] 另外，為了提高矯頑磁力，已知有主要使用Pr(鐠）的磁體（參照專利文獻2)。在 該專利文獻2中記載了基于確保鑄造和熱軋時的加工性和高矯頑磁力的觀點而將Pr的組 成限定在15?17原子％范圍內的磁體（參照段落[0014])。另外，已知通過對Pr-Fe-B 系鑄造合金施加適當的熱處理，可以獲得具有高矯頑磁力的磁體（參照專利文獻3的"作 用"）。
[0009] 然而，在高溫環(huán)境下所使用的發(fā)動機等用途中，以往的磁體具有以下問題。
[0010] 在技術上，以Pr、Nd為主成分的稀土類磁體的磁特性具有如下權衡（trade-off) 關系：在提高剩余磁通密度時矯頑磁力降低，而在提高矯頑磁力時磁通密度降低，二者很難 同時提
[0011] 因此，雖然專利文獻1中所記載的磁體合金尤其通過提高磁通密度而提高了最大 磁能積（(BH) max)，但具有不能獲得充分的矯頑磁力的問題。另外，專利文獻2和3中所記載 的磁體雖然獲得了高的矯頑磁力，但具有未必獲得充分的剩余磁通密度的問題。
[0012] 現有摶術f獻
[0013] 專利f獻
[0014] 專利文獻1 :日本特開平11-329810號公報
[0015] 專利文獻2 :日本特開平8-273914號公報
[0016] 專利文獻3 :日本特開平2-3210號公報


【發(fā)明內容】

[0017] 發(fā)明要解決的問是頁
[0018] 本發(fā)明所要解決的問題是：以Pr為主成分的磁各向異性磁體原材料在不降低剩 余磁通密度的情況下提高矯頑磁力。
[0019] 用于解決問題的方法
[0020] 為了解決上述問題，本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料主旨在于具有以下構成：
[0021] (1)前述磁各向異性磁體原材料具有Pr-T-B-Ga系的成分組成，其含有12. 5? 15. 0原子％的Pr、4. 5?6. 5原子％的B和0. 1?0. 7原子％的Ga，余量由T和不可避免 的雜質構成，
[0022] 其中，T是Fe或一部分Fe用Co置換的組成；
[0023] (2)前述磁各向異性磁體原材料的用剩余磁通密度（Br)/飽和磁通密度（Js)定義 的磁取向度為0.92以上；
[0024] (3)前述磁各向異性磁體原材料的晶體粒徑為1 μ m以下。
[0025] 前述磁各向異性磁體原材料可以用Nd置換一部分Pr。其中，Pr占全部稀土元素 的50原子％以上。
[0026] 另外，前述磁各向異性磁體原材料的一部分前述Pr (以及根據需要所添加的Nd) 可以被選自Dy和Tb中的至少一種置換。
[0027] 此外，前述磁各向異性磁體原材料可以進一步含有選自Cu和A1中的至少一種。
[0028] 本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料的制造方法具備以下工序：
[0029] 熔化、驟冷、粉碎工序，將被配合成能形成本發(fā)明磁各向異性磁體原材料的成分組 成的合金熔體驟冷，并將由驟冷獲得的薄帶粉碎；
[0030] 冷成型工序，將由粉碎獲得的合金粉末冷成型；
[0031] 預備加熱工序，將由前述冷成型工序獲得的冷成型體在500°C以上且850°C以下 的溫度下進行預備加熱；
[0032] 熱成型工序，將經前述預備加熱的冷成型體熱成型；
[0033] 熱塑性加工工序，對由前述熱成型工序獲得的熱成型體實施熱塑性加工。
[0034] 發(fā)明效果
[0035] 本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料由于含有提高矯頑磁力的作用比Nd大的Pr作為 主成分，可以獲得高的矯頑磁力。另外，由于Pr量限定為12. 5?15. 0原子％，在提高矯頑 磁力的同時，不會產生熱塑性加工的難度增大和向模具的機械粘砂這樣的實用上的問題。
[0036] 本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料通過對具有規(guī)定組成的合金粉末實施冷成型、預 備加熱、熱成型和熱塑性加工來獲得。也就是說，磁各向異性磁體原材料由具有晶粒和以包 圍晶粒的方式配置的晶界相的多晶體構成。
[0037] 在對冷成型體進行預備加熱+熱成型時，在晶界相液化且磁體原材料致密化的同 時，液化的晶界相包圍晶粒的周圍。此時，晶粒的易磁化軸處于朝著隨機的方向的狀態(tài)。然 后，在對所得熱成型體進行熱塑性加工時，晶粒在加壓方向上壓縮和塑性變形的同時，各晶 粒的易磁化軸在加壓方向上取向。結果，以剩余磁通密度（Br)/飽和磁通密度（Js)定義的 磁取向度為0. 92以上。另外，在優(yōu)化制造條件時，磁取向度變?yōu)?. 95以上。
[0038] 在本發(fā)明中，易磁化軸容易朝著一定的方向，結果，可以提高剩余磁通密度。認為 這是由于在使用Pr作為磁各向異性磁體原材料的主成分時，晶界相的熔點變得較低，可以 使晶粒順利地旋轉。也就是說，通過Pr自身的元素特性和熱塑性加工時Pr獨特的取向機 理的作用，本發(fā)明可以在不降低剩余磁通密度的情況下提高矯頑磁力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 圖1是示出了 Pr的含量與矯頑磁力（iHc)的關系、以及Pr的含量與剩余磁通密 度（Br)的關系的圖。
[0040] 圖2是示出了 Pr含量-矯頑磁力（iHc)-剩余磁通密度（Br)的關系的圖。
[0041] 圖3是示出了 Pr的含量與磁取向度Br/Js的關系的圖。
[0042] 圖4是示出了 Ga的含量與矯頑磁力（iHc)的關系的圖。
[0043] 圖5是示出了磁各向異性磁體原材料的制造方法的各工序的圖。
[0044] 圖6是示出了熱成型體的內部的狀態(tài)的示意圖。
[0045] 圖7是示出了圓筒狀成型體的內部的狀態(tài)的示意圖。
[0046] 圖8是熱壓時的預備加熱溫度為750°C的Pr系磁體的SEM照片。
[0047] 圖9是熱壓時的預備加熱溫度為820°C的Pr系磁體的SEM照片。
[0048] 附圖標記說明
[0049] 10合金粉末
[0050] 20冷成型體
[0051] 30熱成型體
[0052] 40圓筒成型體（磁各向異性磁體原材料）
[0053] 51 晶粒
[0054] 52晶界相
[0055] 53易磁化軸

【具體實施方式】
[0056] 以下詳細地說明本發(fā)明的一個實施方案。
[0057] 1.磁各向異件磁體原材料
[0058] 本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料具有以下構成。
[0059] 1. 1成分鉬成
[0060] 本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料具有Pr-T-B-Ga系的成分組成。也就是說，本發(fā) 明的磁各向異性磁體原材料含有規(guī)定量的Pr、B和Ga，余量由T和不可避免的雜質構成。各 元素的范圍及限定理由如下所述。
[0061] 1. 1. 1豐構成元素
[0062] (l)Pr :12· 5 ?15. 0 原子％
[0063] 在Pr的含量少時，矯頑磁力（iHc)極度降低。另外，在實施熱塑性加工時，由于被 加工材料不能獲得充分的流動性，塑性加工變得困難。此外，在Pr含量少時，后述磁取向度 (Br/Js)降低。因此，要求Pr含量為12. 5原子％以上。Pr含量更優(yōu)選為13.0原子％以上， 進一步優(yōu)選為13. 5原子％以上。
[0064] 另一方面，在Pr含量過剩時，剩余磁通密度（Br)極度降低。另外，在實施熱塑性 加工時，容易發(fā)生向模具的機械粘砂的現象。此外，在Pr含量過剩時，磁取向度（Br/Js)降 低。因此，要求Pr含量為15. 0原子％以下。Pr含量更優(yōu)選為14. 5原子％以下，進一步優(yōu) 選為14. 0原子％以下。
[0065] (2)B :4· 5 ?6. 5 原子％
[0066] 在B含量少時，磁各向異性磁體原材料中的晶粒粗大化，不能獲得良好的晶粒取 向狀態(tài)。因此，要求B含量為4.5原子％以上。為了不降低剩余磁通密度而來提高矯頑磁 力，B含量優(yōu)選為5. 0原子％以上。
[0067] 另一方面，在B含量過剩時，晶界相量變少，在晶粒間界形成了硬而脆的PrFeB4等 富含B的相，容易形成取向不完全的晶粒狀態(tài)。因此，要求B含量為6. 5原子％以下。為了 不降低剩余磁通密度而來提高矯頑磁力，B含量優(yōu)選為6. 0原子％以下。
[0068] (3)Ga :0· 1 ?0· 7 原子％
[0069] 在Ga含量少時，矯頑磁力（iHc)降低。因此，要求Ga含量為0· 1原子％以上。Ga 含量進一步優(yōu)選為〇. 15原子％以上，還更優(yōu)選為0.2原子％以上。為了提高矯頑磁力，Ga 含量優(yōu)選為〇. 4原子％以上。
[0070] 另一方面，在Ga含量過剩時，矯頑磁力（iHc)反而降低。另外，由于Ga是昂貴的， 添加所需量以上的Ga會導致高成本化。因此，要求Ga含量為0.7原子％以下。為了提高 矯頑磁力，Ga含量優(yōu)選為0· 5原子％以下。
[0071] (4) T及不可避免的雜質
[0072] 除了 Pr、B和Ga以外的余量由T和不可避免的雜質構成。
[0073] T可以僅由Fe構成，或者可以是一部分Fe被Co置換的組成。
[0074] 在用Co置換一部分Fe時，可提高耐蝕性和熱穩(wěn)定性。然而，在Fe被Co置換的量 過剩時，飽和磁通密度和矯頑磁力降低。因此，相對于磁各向異性磁體原材料中的全部元素 量，Co含量優(yōu)選為6. 0原子％以下。
[0075] 1. 1. 2副構成元素
[0076] (l)Nd
[0077] -部分Pr可以被Nd置換。因為在要求高溫特性的用途中使用時，這種情況是優(yōu) 選的。然而，在Nd的含量過剩時，矯頑磁力降低。因此，在含有Nd的情況下，除了 Pr與Nd 的總量為12. 5?15. 0原子％以外，優(yōu)選的是，一部分Pr被Nd置換，以使得Pr的含量為全 部稀土元素的50原子％以上。
[0078] 具體地說，相對于磁各向異性磁體原材料中的全部兀素量，Nd的含量優(yōu)選為6. 0 原子％以下。Nd含量更優(yōu)選為5. 0原子％以下，還更優(yōu)選為4. 0原子％以下，進一步優(yōu)選為 2. 0原子％以下。
[0079] (2) Dy 和 Tb
[0080] 一部分Pr可以被選自Dy和Tb中的至少一種置換。另外，在含有Pr與Nd二者的 情況下，一部分Pr和/或一部分Nd可以被選自Dy和Tb中的至少一種置換。
[0081] 在一部分Pr(和Nd)被Dy和/或Tb置換時，磁各向異性變大，可以尋求高矯頑磁 力。因此，含有Dy和/或Tb的磁各向異性磁體原材料適于作為在高溫下使用的磁體原材 料。
[0082] 為了獲得高矯頑磁力，除了 Pr (和Nd)、Dy和Tb的總量為12. 5?15. 0原子％以 夕卜，相對于磁各向異性磁體原材料中的全部兀素量，Dy和Tb含量分別優(yōu)選為1. 0原子％以 上。
[0083] 另一方面，在Dy和/或Tb的置換量過剩時，磁取向度有可能降低。因此，除了 Pr (和Nd)、Dy和Tb的總量為12. 5?15. 0原子％以外，相對于磁各向異性磁體原材料中 的全部元素量，Dy和Tb的含量分別優(yōu)選為2. 0原子％以下。
[0084] 代替用Nd置換、或者除此之外用Dy和/或Tb置換的情況下，Pr的總量優(yōu)選是全 部稀土元素的50原子％以上。
[0085] (3) Cu 和 A1
[0086] 代替用Dy和Tb中的一種以上置換一部分Pr (和Nd)，或者除此之外，磁各向異性 磁體原材料可進一步含有選自Cu和A1中的至少一種。
[0087] 在具有規(guī)定組成的磁各向異性磁體原材料中添加 Cu和/或A1時，矯頑磁力提高。 認為這是由于通過添加 Cu和/或A1，晶界相的熔點變低，在主相的周圍均勻地形成晶界相， 以及由于由此變得難以接受來自外部的磁場。在Cu和A1的含量為微量的情況下，添加它 們不會損害主相的磁特性。
[0088] 另一方面，在Cu和A1的含量過剩時，剩余磁通密度降低。因此，在單獨添加 Cu的 情況下，Cu的含量優(yōu)選為1. 0原子％以下，更優(yōu)選為0. 5原子％以下。同樣地，在單獨添加 A1的情況下，A1的含量優(yōu)選為1.0原子％以下，更優(yōu)選為0.5原子％以下。
[0089] 此外，在同時添加 Cu和A1的情況下，Cu和A1的總含量優(yōu)選為2. 0原子％以下， 更優(yōu)選為1.5原子％以下。
[0090] 1. 2 鉬織
[0091] 本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料通過將如上所述的成分組成的合金熔體驟冷，將 由驟冷獲得的薄帶粉碎，將由粉碎獲得的合金粉末冷成型，將冷成型體進行預備加熱，將經 預備加熱的冷成型體進行熱成型以及對該熱成型體進行熱塑性加工而獲得。結果，磁各向 異性磁體原材料變成多晶體，該多晶體具有由主相（R 2T14B相（R是稀土元素）構成的晶粒 和以包圍該晶粒的方式配置的晶界相。
[0092] 在優(yōu)化成分組成和后述的制備條件時，即便維持高矯頑磁力，也可以提高剩余磁 通密度。認為這是由于沒有產生晶粒的粗大化和氧含量的增加、以及提高了易磁化軸的取 向度。
[0093] 主相的晶體粒徑對矯頑磁力具有影響。通常，主相的晶體粒徑越小，矯頑磁力越 大。為了獲得1?的矯頑磁力，晶體粒徑優(yōu)選為1 U m以下。晶體粒徑進一步優(yōu)選為500nm以 下，更優(yōu)選為300nm以下，還更優(yōu)選為200nm以下。
[0094] 這里"晶體粒徑"是指通過以下步驟獲得的值：
[0095] (a)對晶體的ab面（與加壓方向平行的面。例如，在擠出成型圓筒狀磁體的情況 下為縱截面）進行拍照，
[0096] (b)在所拍攝的圖像上，在與壓縮方向垂直的方向上引出一根或多根直線，使得其 橫切總數1〇〇個的晶粒，
[0097] (c)將橫切100個晶粒的直線的總長度除以100。
[0098] 1. 3磁取向度
[0099] 磁取向度是指以剩余磁通密度（Br)/飽和磁通密度（Js)所定義的值。另外，飽和 磁通密度（Js)是指磁性體的自發(fā)磁化的強度，換而言之，是指在從外部對磁性體施加磁場 時磁化不再增加時的值。
[0100] 在R2Fe14B晶體（R為稀土元素）的易磁化軸（c軸）完全取向的試樣中，一旦磁化 至飽和磁通密度Js之后即使除去外部磁場，預測剩余磁通密度Br與Js大致相同。也就是 說，完全取向的試樣的磁取向度為1。
[0101] 另一方面，在易磁化軸以一定角度傾斜的試樣中，即使具有與完全取向的試樣相 同的飽和磁通密度，在減小外部磁場的過程中引起相當量的易磁化軸的旋轉，導致磁化降 低。結果，Js>Br。
[0102] 在優(yōu)化成分組成和制造條件時，本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料的磁取向度為 0. 92以上。另外，進一步優(yōu)化成分組成和制造條件時，磁取向度變?yōu)?. 95以上。
[0103] 1. 4矯頑磁力和剩金磁通密度
[0104] 在優(yōu)化成分組成和制造條件時，本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料的矯頑磁力 (iHc)變?yōu)?600kA/m以上。此外，進一步優(yōu)化成分組成和制造條件時，矯頑磁力（iHc)變?yōu)?1700kA/m 以上、1800kA/m 以上、1900kA/m 以上或 2000kA/m 以上。
[0105] 此外，在優(yōu)化成分組成和制造條件時，本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料的剩余磁 通密度（Br)變?yōu)?. 20T以上。
[0106] 2.磁各向異件磁體原材料的制誥方法
[0107] 本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料的制造方法包括熔化、驟冷、粉碎工序，冷成型工 序,預備加熱工序，熱成型工序，熱塑性加工工序。
[0108] 2. 1焙化、驟冷、粉碎工序
[0109] 熔化、驟冷、粉碎工序是將具有規(guī)定組成的合金熔化、將熔體驟冷而形成薄帶以及 將所獲得的薄帶粉碎的工序。
[0110] 原料的熔化方法沒有特定限制，只要該方法能夠獲得均勻成分而且具有可驟冷凝 固的程度的流動性的熔體即可。在本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料的情況下，熔體的溫度 優(yōu)選為l〇〇〇°C以上。
[0111] 熔體的驟冷通常通過將熔體滴加到除熱性高的旋轉輥（銅輥）上來進行。熔體 的冷卻速度可以通過旋轉輥的周向速度和熔體的滴加量來控制。周向速度通常大約10? 30m/s。
[0112] 在將通過驟冷獲得的薄帶粉碎時，獲得了由約20nm的微晶粒構成的薄片狀的合 金粉末。
[0113] 2. 2冷成型工序
[0114] 冷成型工序是將通過驟冷和粉碎獲得的合金粉末進行冷成型的工序。
[0115] 冷成型通過在室溫下將合金粉末填充到模具內并用沖頭加壓來進行。
[0116] 通常，成型壓力越大，可以獲得更高密度的冷成型體。另一方面，成型壓力在一定 值以上時，由于冷成型體的密度飽和，在所需壓力以上加壓沒有實際益處。成型壓力優(yōu)選根 據組成、粉末的大小等來適當選擇。
[0117] 加壓時間只要是在冷成型體的密度達到飽和的時間以上即可。通常為1?5秒。
[0118] 2. 3預各加熱工序
[0119] 預備加熱工序是將由冷成型工序獲得的冷成型體在500°C以上且850°C以下的溫 度下進行預備加熱的工序。
[0120] 將預備加熱與后述的熱成型組合時，由于能夠連續(xù)進行冷成型體的加熱和加壓， 因此適合作為工業(yè)上的批量生產方法。此外，優(yōu)化預備加熱的條件而進行熱成型時，能夠制 得晶體組織均勻且微細的成型體。將該成型體進行熱塑性加工時，還具有進一步提高磁取 向度的優(yōu)點。
[0121] 在將預備加熱與熱成型組合的情況下，在預備加熱溫度過低時，熱成型時的晶界 相的液化變得不充分。結果，在熱成型時，在成型體中有時會產生裂痕。因此，預備加熱溫 度優(yōu)選為500°C以上。預備加熱溫度進一步優(yōu)選為600°C以上，更優(yōu)選為700°C以上。
[0122] 另外，為了避免熱成型時成型體產生裂痕，而在將成型體插入模具內之后將成型 體保持至達到規(guī)定溫度的話，會導致生產效率降低。
[0123] 另一方面，在預備加熱溫度過高時，晶粒粗大化。另外，在大氣中進行預備加熱時， 預備加熱溫度越高，越會導致材料氧化，氧含量增加。因此，預備加熱溫度優(yōu)選為850°C以 下。預備加熱溫度進一步優(yōu)選為800°C以下，更優(yōu)選為780°C以下。
[0124] 預備加熱時間只要是成型體達到規(guī)定溫度的時間就可以。預備加熱時間過短時， 由于晶界相不會液化，在熱成型時產生裂痕。另一方面，所需時間以上的預備加熱成為晶粒 粗大化的原因。最適合的預備加熱時間優(yōu)選根據成型體的尺寸、預備加熱溫度選擇。通常， 優(yōu)選的是，成型體的尺寸越大，預備加熱時間越長。另外，預備加熱溫度越低，優(yōu)選越延長預 備加熱時間。
[0125] 預備加熱時的氣氛可以是惰性氣氛、氧化氣氛、還原氣氛的任何一種。然而，氧含 量的增加會導致磁特性降低。因此，預備加熱時的氣氛優(yōu)選是惰性氣氛或還原氣氛。
[0126] 2. 4熱成型工序
[0127] 熱成型工序是在加熱的同時對經預備加熱的冷成型體加壓而使磁體原材料致密 化的工序。
[0128] 本發(fā)明中，"熱成型"是指，用沖頭對在模具內被加熱的冷成型體進行加壓的所謂 熱壓法。使用熱壓法在加熱的同時對冷成型體加壓時，能夠消除冷成型體中殘留的氣孔從 而能夠使其致密化。
[0129] 作為使用熱壓法進行熱成型的方法，具體地有以下方法等：
[0130] ⑴第一種方法，將冷成型體插入到模具內，在冷成型體和模具的溫度達到規(guī)定溫 度之前或之后，或者在升溫的過程中，對冷成型體施加規(guī)定時間的規(guī)定壓力；
[0131] (2)第二種方法，將冷成型體預備加熱，將預備加熱的冷成型體插入到被加熱到規(guī) 定溫度的模具內，對冷成型體施加規(guī)定時間的規(guī)定壓力。
[0132] 本發(fā)明中，使用第二種方法。
[0133] 熱壓條件根據成分組成和所需特性選擇最適合的條件。
[0134] 通常，在熱壓溫度過低時，晶界相的液化變得不充分。結果，致密化不充分，或者在 熱成型后的成型體中發(fā)生裂痕。因此，熱壓溫度優(yōu)選為750°C以上。
[0135] 另一方面，在熱壓溫度過高時，晶粒粗大化，導致磁特性降低。因此，熱壓溫度優(yōu)選 為850°C以下。
[0136] 通常，熱壓時的壓力越高，成型體越致密化。另一方面，在所需壓力以上加壓時，由 于效果達到飽和而沒有實際益處。熱壓壓力優(yōu)選根據組成、粉末的大小、溫度條件等適當選 擇。
[0137] 通常，加壓時間越長，成型體越致密。另一方面，保持所需時間以上的時間會導致 晶粒粗大化和磁特性降低。加壓時間優(yōu)選根據組成、粉末的大小、溫度條件等適當選擇。
[0138] 熱壓時的氣氛可以是惰性氣氛、氧化氣氛、還原氣氛的任何一種。然而，氧含量的 增加會導致磁特性降低。因此，熱壓時的氣氛優(yōu)選是惰性氣氛或還原氣氛。
[0139] 2. 5熱塑件加工工序
[0140] 熱塑性加工工序是將致密化的熱成型體塑性變形為規(guī)定形狀的工序。
[0141] 對熱塑性加工方法沒有特定限制，可以根據目的使用各種方法。
[0142] 作為熱塑性加工方法，具體地有以下方法等：
[0143] (1)熱擠出加工（包括反向擠出加工和正向擠出加工）；
[0144] (2)熱鐓鍛加工。
[0145] 從提高磁取向性的觀點來看，熱塑性加工方法特別適合為熱擠出加工。
[0146] 加工溫度只要是在成型體中不產生裂痕并且可以塑性變形的溫度即可。通常，在 加工溫度過低時，晶界相的液化變得不充分，成型體中有可能產生裂痕。因此，加工溫度優(yōu) 選為750°C以上。
[0147] 另一方面，在加工溫度過高時，晶粒粗大化，導致磁特性降低。因此，加工溫度優(yōu)選 為850°C以下。
[0148] 熱塑性加工時的氣氛可以是惰性氣氛、氧化氣氛、還原氣氛的任何一種。然而，氧 含量的增加會導致磁特性降低。因此，熱塑性加工時的氣氛優(yōu)選是惰性氣氛或還原氣氛。
[0149] 在熱塑性加工后，根據需要實施后加工時，獲得了具有所需成分組成和形狀的磁 體原材料。
[0150] 3.磁各向異件磁體原材料及其制各方法的作用
[0151] 將驟冷凝固和粉碎的合金粉末冷成型、并將冷成型體預備加熱+熱成型時，獲得 了致密的熱成型體。圖6是示出了熱成型體的內部狀態(tài)的示意圖。如圖6所示，熱成型體 的內部包括晶粒51和晶界相52。在熱成型時成型體的溫度超過約600?700°C時，晶界相 52開始液化。而且，在加熱溫度超過約700?800°C時，晶粒51變成被液化的晶界相52包 圍的狀態(tài)。
[0152] 此時，晶粒51變成可向黑色箭頭A所示方向旋轉的狀態(tài)。然而，由于熱加工時的 壓縮變形量很小，存在于各晶粒51中的易磁化軸53(白色箭頭）保持磁化方向（也就是說 N極、S極的方向）散亂的狀態(tài)（各向同性狀態(tài)），通常，易磁化軸53不會變成向某個方向 趨于一致的狀態(tài)（各向異性狀態(tài)）。
[0153] 然后，在對所獲得的熱成型體實施熱塑性加工時，熱成型體塑性變形，獲得具有所 需形狀的磁體原材料。
[0154] 在加熱熱成型體時，晶界相液化，晶粒變成可旋轉的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下進行熱塑 性加工時，晶粒在加壓方向上壓縮并塑性變形，同時易磁化軸朝著加壓方向取向。
[0155] 例如，在對熱成型體實施熱反向擠出加工時，獲得了有底的圓筒狀成型體。圖7是 示出了這種圓筒狀成型體的內部的狀態(tài)的示意圖。圖7中，右側方向為圓筒狀成型體的徑 向。
[0156] 在通過熱反向擠出加工制造圓筒狀成型體時，沖頭在軸向上插入，而材料的加壓 方向成為徑向。因此，隨著反向擠出，被液化的晶界相52包圍的晶粒51在徑向上壓縮。另 夕卜，與此同時，易磁化軸53旋轉成與徑向趨于一致。結果，如圖7所示，獲得了易磁化軸53 與徑向趨于一致的圓筒狀成型體。
[0157] 本發(fā)明的磁各向異性磁體原材料由于以Pr為主成分，因此具有高的磁取向性（易 磁化軸53容易一致）。磁取向性變高的原因據推測是由于含有Pr作為主成分而使得晶界 相52的熔點較低。也就是說，認為這在于Pr獨特的取向機理：通過在高溫狀態(tài)下進行熱塑 性加工，晶粒51變得容易旋轉。
[0158] 總之，通過Pr自身的元素特性和熱塑性加工時的Pr獨特的取向機理，本發(fā)明的磁 各向異性磁體原材料在不降低剩余磁通密度的情況下可以提高矯頑磁力。
[0159] 另外，在使用熱壓法進行熱成型的情況下，在優(yōu)化制造條件時，可以維持高的矯頑 磁力，同時可進一步提高剩余磁通密度。尤其，使用將成型體在規(guī)定溫度下預備加熱、然后 在加熱為規(guī)定溫度的模具內熱壓成型體的方法時，與不進行預備加熱的情形相比，熱塑性 加工后的磁體原材料在提1?矯頑磁力的同時，可以獲得磁取向度為0. 92以上、進而為0. 95 以上的磁體原材料。
[0160] 認為這是由于下列原因：
[0161] (1)通過在規(guī)定溫度下預備加熱，冷成型體被均勻地加熱至與模具的溫度接近的 溫度，熱成型中的磁體原材料的溫度分布變得一樣，熱成型時間縮短。由此，能夠得到具有 均勻的微細組織的熱成型體，以及、
[0162] (2)通過對晶粒微細化且均勻化的熱成型體進行熱塑性加工，變得易于在晶粒微 細化的狀態(tài)下R 2Fe14B的c軸（易磁化軸）在加壓方向上發(fā)生取向。
[0163] 實施例
[0164] 實施例1. 1
[0165] 1.試樣的制各
[0166] 將具有規(guī)定組成的合金熔體驟冷。將所得薄帶粉碎，獲得合金粉末。將合金粉末 冷成型，將冷成型體熱成型。進一步，對該熱成型體進行熱塑性加工，獲得磁各向異性磁體 原材料。
[0167] 合金組成為 PrxFe94.05_xB5. 5Ga0.45(x = 12. 0,12. 5,13. 0,13. 5,14. 0,14. 5,15. 0， 15. 5,16. 0。包含不可避免的雜質。）。
[0168] 此外，預備加熱條件及熱成型條件為：
[0169] (1)在750°C XIOmin下預備加熱+在815°C (模具溫度）下熱壓（有預備加熱）， 或者
[0170] (2)在850°C (模具溫度）下熱壓（無預備加熱）。
[0171] 2.試駘方法
[0172] 2. 1磁特件
[0173] 使磁各向異性磁體原材料帶磁性，用直流BH描繪器（TRACER)測定其磁特性。
[0174] 2. 2磁取向度
[0175] 使磁各向異性磁體原材料帶磁性，用脈沖式高磁場測定器測定其磁取向度（磁 場：3988kA/m)。
[0176] 3.結果
[0177] 圖1示出了 Pr的含量與矯頑磁力（iHc)的關系、以及Pr的含量與剩余磁通密度 (Br)的關系。
[0178] 從圖1可以看出：
[0179] (1)在沒有預備加熱的情況下，在Pr的含量低于13原子％時，矯頑磁力（iHc)極 度降低，塑性加工也變得困難；
[0180] ⑵在沒有預備加熱的情況下，在Pr的含量超過15原子％時，剩余磁通密度（Br) 極度降低，容易發(fā)生向模具的機械粘砂。
[0181] (3)在有預備加熱的情況下，在Pr的含量為12. 5原子％以上時，與沒有預備加熱 相比，矯頑磁力（iHc)高，且可以塑性加工。
[0182] (4)進行預備加熱時，與沒有預備加熱相比，剩余磁通密度（Br)提高。
[0183] 圖2示出了 Pr含量-矯頑磁力（iHc) -剩余磁通密度（Br)的關系。在圖2中示 出，越往右上，磁特性越優(yōu)異。
[0184] 從圖2可以看出：
[0185] (1)在沒有預備加熱的情況下，矯頑磁力與剩余磁通密度二者均優(yōu)異的Pr含量為 13. 0?14. 5原子％，更優(yōu)選為13. 5?14. 0原子％。
[0186] (2)進行預備加熱時，矯頑磁力與剩余磁通密度二者均優(yōu)異的Pr含量的范圍擴大 至12. 5?15. 0原子％。
[0187] 圖3示出了 Pr的含量與磁取向度Br/Js的關系。
[0188] 從圖3可以看出：
[0189] (1)在沒有預備加熱的情況下，在Pr含量低于13原子％時以及在超過15原子％ 時，磁取向度均降低。
[0190] (2)在有預備加熱的情況下，在Pr含量為12. 5?15原子％的范圍內可以得到 0.92以上的磁取向度。
[0191] 實施例1. 2
[0192] 1.試樣的制各
[0193] 除了合金組成為 Pi^.TOFenyBHGaJy = 0,0· 1,0. 2,0. 3,0. 4,0. 5,0. 6,0. 7,0. 8。 包含不可避免的雜質。）以外，與實施例1. 1同樣地制備磁各向異性磁體原材料。
[0194] 2.試駘方法
[0195] 使磁各向異性磁體原材料帶磁性，用直流BH描繪器測定其磁特性。
[0196] 3.結果
[0197] 圖4示出了 Ga含量與矯頑磁力（iHc)的關系。
[0198] 從圖4可以看出：
[0199] (1)在Ga含量低于0· 1原子％時，矯頑磁力（iHc)極度降低，
[0200] (2)在Ga含量超過0· 7原子％時，矯頑磁力（iHc)降低，
[0201] (3)為了獲得高的矯頑磁力，Ga含量優(yōu)選為0.2?0.7原子％，更優(yōu)選為0.4? 0. 5原子％。
[0202] (4)進行預備加熱時，與不進行預備加熱的情況相比，可以獲得較高的矯頑磁力。
[0203] 實施例2. 1?2. 21、比較例2. 1?2. 5
[0204] 1.試樣的制各
[0205] 關于表1所示的合金組成（實施例2. 1?2. 21，比較例2. 1?2. 5)，用以下所示 的制造方法制備磁各向異性磁體原材料。圖5示出了磁各向異性磁體原材料的制造方法的 各工序。
[0206] 1. 1焙化、驟冷、粉碎工序
[0207] 將各種規(guī)定量的合金原料配合，在1000°C以上熔化。從流孔12將該熔體11滴加 到除熱性高的旋轉輥13上，驟冷，制造薄帶14。旋轉輥13的周向速度為18?20m/s。將 該薄帶14粉碎，得到由0. 02 μ m(20nm)的微晶粒構成的薄片狀的合金粉末10。
[0208] 1. 2冷成型工序
[0209] 將56g的合金粉末10裝入到冷壓機21中。施加1秒?5秒大約5. It/ cm2 (5. 0 X 102MPa)的壓力，成型加工為圓柱狀，獲得冷成型體20 (外徑22. 8mm、高度30mm的 圓柱狀成型體）。
[0210] 1. 3熱成型工序
[0211] 將冷成型體20在氬氣氣氛中在750°C XIOmin下進行預備加熱。接著，將經預備 加熱的冷成型體20裝入到熱壓機31內，在氬氣氛圍中在815°C (模具溫度）的條件下， 用約20秒施加大約4t/cm2 (3. 92MPa)的壓力，成型加工為圓柱狀，獲得熱成型體30 (外徑 22. 8mm、高度20mm的圓柱狀成型體）。
[0212] 1. 4反向擠出加工
[0213] 將熱成型體30裝入到反向擠出裝置41內，在大氣中在860°C (模具溫度）的條 件下進行反向擠出，獲得磁各向異性磁體原材料40 (外徑22. 8mm、內徑18. 8mm和高度40mm 的圓筒狀成型體）。
[0214] 將熱成型體30插入到模具43內，用直徑比熱成型體30小的沖頭42向后方（圖 5中的上部方向）擠出，熱成型體30在沖頭42與模具43之間的溝中，并在與沖頭42的行 進方向相反的方向上被擠出。結果，獲得了有底的圓筒狀成型體40。
[0215] 將所得圓筒狀成型體40的底部分切下之后，在徑向上磁化，獲得了環(huán)狀磁體。
[0216] 2.試駘方法
[0217] 2. 1纟目成分析
[0218] 通過ICP分析法測定合金粉末的組成。
[0219] 2. 2磁取向度
[0220] 使用脈沖式高磁場測定器（磁場：3988kA/m)測定所得環(huán)狀磁體的磁取向度Br/ Js。該測定使用從磁化的環(huán)狀磁體的側面切取的直徑約5mm的圓盤狀試驗片進行。
[0221] 2. 3磁特件
[0222] 通過直流BH描繪器測定所得環(huán)狀磁體的矯頑磁力（iHc)和剩余磁通密度（Br)。 與磁取向度的測定同樣，該測定使用從磁化的環(huán)狀磁體的側面切取的直徑約5mm的圓盤狀 試驗片來進行。
[0223] 表1示出了這些測定結果。
[0224]

【權利要求】
1. 一種磁各向異性磁體原材料： 所述磁各向異性磁體原材料具有Pr-T-B-Ga系的成分組成，其含有12. 5?15. 0原 子％的？1*、4. 5?6. 5原子％的8和0. 1?0. 7原子％的6&，余量由T和不可避免的雜質構 成，其中，T是Fe或一部分Fe用Co置換的組成； 所述磁各向異性磁體原材料的用剩余磁通密度（Br)/飽和磁通密度（Js)定義的磁取 向度為0.92以上； 所述磁各向異性磁體原材料的晶體粒徑為1 μ m以下； 所述磁各向異性磁體原材料的矯頑磁力為1600kA/m以上，且剩余磁通密度為1. 20T以 上； 所述磁各向異性磁體原材料通過包括熱塑性加工工序的制造方法來獲得，所述熱塑性 加工工序中，通過熱使成型體在加壓方向上壓縮，所述成型體所含的晶粒的易磁化軸在所 述加壓方向上取向。
2. 根據權利要求1所述的磁各向異性磁體原材料，其中一部分所述Pr被Nd置換，所述 Pr占全部稀土元素的50原子％以上。
3. 根據權利要求1所述的磁各向異性磁體原材料，其中一部分所述Pr被選自Dy和Tb 中的至少一種置換。
4. 根據權利要求1所述的磁各向異性磁體原材料，其進一步含有選自Cu和A1中的至 少一種。
5. 根據權利要求2所述的磁各向異性磁體原材料，其中一部分所述Pr被選自Dy和Tb 中的至少一種置換。
6. 根據權利要求2所述的磁各向異性磁體原材料，其進一步含有選自Cu和A1中的至 少一種。
7. 根據權利要求3所述的磁各向異性磁體原材料，其進一步含有選自Cu和A1中的至 少一種。
8. 根據權利要求5所述的磁各向異性磁體原材料，其進一步含有選自Cu和A1中的至 少一種。
【文檔編號】H01F1/053GK104143402SQ201410341682
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2009年12月23日 優(yōu)先權日:2009年1月7日
【發(fā)明者】日置敬子, 藪見崇生, 橋野早人 申請人:大同特殊鋼株式會社