專利名稱：稀土類-鐵-硼系各向異性磁體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁特性優(yōu)良，并且頑磁力的溫度系數(shù)小的R-Fe-B系各向異性磁體(其中，R表示包括Y在內(nèi)的稀土元素中的至少一種元素)。更具體地說，上述各向異性磁體是由熱壓成型體或者熱時(shí)靜水壓擠壓(以下示作HIP)成型體制成的R-Fe-B系各向異性磁體。
在公開號為特開平1-132106的日本專利文獻(xiàn)上，記載了通過對R-Fe-B系母合金進(jìn)行氫處理而制成R-Fe-B系永磁體粉末。
這種R-Fe-B系永磁體粉末是以有鐵磁性相的R2Fe14B型金屬間化合物相(以下稱R2Fe14B型相)為主相的R-Fe-B系母合金作原料。將這種母合金原料在給定溫度范圍內(nèi)的H2氣氛中進(jìn)行熱處理，促使RHx、Fe2B和其余的Fe各相產(chǎn)生相變。然后通過脫H2工序，除去原料中的H2，并由此而再產(chǎn)生有強(qiáng)磁性的R2Fe14B型相。結(jié)果得到R-Fe-B系永磁體粉末的結(jié)構(gòu)，其平均粒徑為0.05-3μm，以極微細(xì)的R2Fe14B型相為主相的集合結(jié)構(gòu)。
上述R-Fe-B系永磁粉末，僅僅通過熱壓而形成熱壓成型體不能獲得完全的磁性各向異性。正如日本專利文獻(xiàn)特開平2-39503記載的那樣，對所述熱壓成型體進(jìn)一步作熱軋等熱軋加工，形成沿R2Fe14B相晶粒的C軸取向的軋制結(jié)構(gòu)，使之提高磁性的各向異性。
然而，所述熱壓成型體的進(jìn)一步熱軋制雖能得到有優(yōu)良磁性各向異性的R-Fe-B系軋制磁體，但是，與用R-Fe-B系永磁粉末，不經(jīng)軋制制作的磁體相比，頑磁力的溫度系數(shù)增大了。這種軋制的R-Fe-B系磁體裝入電動機(jī)等場合時(shí)，由于溫度變化會使電動機(jī)等的性能也發(fā)生變化，從而存在穩(wěn)定性差等問題。
此外，軋制的R-Fe-B系磁體，由具體情況決定的加工度的波動，會引起磁性各向異性的離散，為了防止它，不能不使熱塑性加工過程變得復(fù)雜。
因此，本發(fā)明人等基于這樣的認(rèn)識，根據(jù)對熱壓成型體進(jìn)行熱軋制會發(fā)生上述頑磁力的溫度系數(shù)增大，那么如果不進(jìn)行上述熱軋制而制成磁性各向異性優(yōu)良的磁體，則上述頑磁力的溫度系數(shù)就不會增大，進(jìn)行研究的結(jié)果，含有R10-20%，B3-20%，含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的總含量為0.001-5.0%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì);以及由平均結(jié)晶粒徑大小為0.05-20μm，并且每個(gè)晶粒的最大粒徑b與最小粒徑a之比b/a的值小于2的結(jié)晶粒構(gòu)成;又以立方晶體結(jié)構(gòu)的R2Fe14B型金屬間化合物相作為主相的晶粒集合結(jié)構(gòu);由此制成的熱壓成型體或者HIP成型體構(gòu)成的R-Fe-B系磁體，不會造成頑磁力的溫度系數(shù)增大，明顯表現(xiàn)出優(yōu)良的磁性各向異性。
基于這樣的認(rèn)識，本發(fā)明的R-Fe-B系各向異性磁體的特征是，由具有上述組成成分和晶粒集合結(jié)構(gòu)制成的熱壓成型體或者HIP成型體的頑磁力的溫度系數(shù)是小的。
與現(xiàn)有的軋制磁體相比，本發(fā)明的頑磁力溫度系數(shù)小的R-Fe-B系各向異性磁體，在各情況下都幾乎不會造成磁各向異性的離散現(xiàn)象，而且耐蝕性也優(yōu)良。
此外，本發(fā)明的R-Fe-B系各向異性磁體，由于具有晶粒集合結(jié)構(gòu)，近于R2(Fe，Co)14B型化合物的組分，即接近R11.8FebalB5.9組成成分。也具有優(yōu)良的磁各向異性和高頑磁力。
下面說明本發(fā)明的R-Fe-Co-B系各向異性磁體的制造方法。
用來制造本發(fā)明的R-Fe-B系各向異性磁體的R-Fe-B系永磁體粉末的制造過程如下用熔解鑄造法，制造含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中一種或兩種以上的所定組分元素的R-Fe-B系母合金，將這種R-Fe-B系母合金在氫氣氛中升溫，溫度在500-1000℃，在氫氣氣氛中或者氫氣和惰性氣體的混合氣氛中進(jìn)行熱處理，然后，在溫度為500-1000℃，氫氣壓力小于1乇的真空氣氛，或者氫氣分壓力小于1乇的惰性氣體的氣氛中進(jìn)行脫氫處理，然后冷卻。
將上述R-Fe-B系母合金在600-1200℃溫度下作均勻化處理，并且在上述脫氫處理之后，在300-1000℃的溫度下進(jìn)行熱處理。通過這些附加的處理，可以制成磁各向異性和耐蝕性更加好的R-Fe-B系永磁體粉末。
這樣制成的R-Fe-B系永磁體粉末的結(jié)構(gòu)，在晶粒內(nèi)和晶粒界面上沒有雜質(zhì)和畸變，而R2Fe14B型金屬間化合物相的再結(jié)晶晶粒是由聚集的再結(jié)晶集合結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。構(gòu)成這種再結(jié)晶集合結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶粒的平均再結(jié)晶粒徑在0.05-20μm范圍內(nèi)就足夠了，如果接近單磁疇的粒徑尺寸(約0.3μm)，在0.05-3μm的范圍內(nèi)，則更好。具有上述尺寸的各個(gè)再結(jié)晶晶粒，以有最大粒徑b和最小晶粒徑a之比b/a小于2為好。具有這種形狀的再結(jié)晶晶粒在每個(gè)粉末的結(jié)構(gòu)中必須占全部再結(jié)晶晶粒體積的50%以上。由于再結(jié)晶晶粒的形狀為最大粒徑b與最小粒徑a之比b/a小于2，因而，使R-Fe-B系永磁體粉末的頑磁力得到改善，同時(shí)在25-100℃的范圍內(nèi)，頑磁力的溫度系數(shù)aiHc變成小于-0.6%/℃。
而且，由于這樣制成的R-Fe-B系永磁體粉末的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)，僅僅具有由R2(Fe，Co)14B型金屬間化合物相所構(gòu)成的再結(jié)晶集合結(jié)構(gòu)，而這種金屬化合物相實(shí)質(zhì)上幾乎不存在晶界相，因此，在沒有晶界相的地方都會提高磁化值，同時(shí)抑制了晶界相之間的腐蝕，而且還會有因熱塑加工而引起的應(yīng)力畸變，由此也會減小應(yīng)力腐蝕的可能性，增強(qiáng)了耐蝕性。
將這樣制成的R-Fe-B系永磁體粉末在磁場中成形，制成粉末壓坯后，將這種壓坯在600-900℃的溫度下進(jìn)行熱壓或HIP，由此制成本發(fā)明的R-Fe-B系各向異性磁體，而上述R-Fe-B系永磁體粉末的結(jié)構(gòu)和特性卻仍保持優(yōu)良。此外，根據(jù)需要，在300-1000℃的溫度下進(jìn)行熱處理，以提高頑磁力。在這種情況下，一旦將上述在常用的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，則由于上述燒結(jié)溫度通常是高溫，因此，R-Fe-B系永磁體粉末的細(xì)微的再結(jié)晶晶粒就會生長，長大的結(jié)晶粒，因磁特性，特別是頑磁力下降，所以是不所希望的。
從而，本發(fā)明的R-Fe-B系各向異性磁體的制造方法中，必須在比常用燒結(jié)溫度為低的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，可采用熱壓法或者HIP法，以抑制晶粒生長。而且，因在磁場中成型中實(shí)現(xiàn)了磁性各向異性的賦給，所以，在熱壓、HIP之后不必進(jìn)行熱塑性加工。
下面，根據(jù)如上所述的理由，說明本發(fā)明的頑磁力的溫度系數(shù)小的R-Fe-B系各向異性磁體的組份，平均結(jié)晶粒徑以及晶粒形狀。
(a) RR表示Nd、Pr、Tb、Dy、La、Ce、Ho、Eu、Sm、Gd、Tm、Yb、Lu和Y中的一種或兩種以上的元素，一般以Nd為主分，若添加其他稀土元素，特別是添加Tb、Dr和Pr，那就有使頑磁力iHC提高的效果。如果R的含量低于10%，或者高于20%，則各向異性磁體的頑磁力就會降低，從而得不到良好的磁特性，因此，將R的含量定為10-20%。
(b) B如果B的含量低于3%，或者高于20%，那么，各向異性磁體的頑磁力就會降低，從而得不到良好的磁特性，因此，將B的含量定為3-20%。此外，N、P、F、C中的一種或兩種元素去替換一部分B也是可以的。
(C) Ti、V、Nb、Ta、Al及SiTi、V、Nb、Ta、Al及Si作為R-Fe-B各向異性磁體的成分，有提高頑磁力并穩(wěn)定地賦予磁體以磁各向異性和耐蝕性的作用;當(dāng)Ti、V、Nb、Ta、Al及Si中的一種或兩種以上元素的總含量不足0.001%時(shí)，就達(dá)不到所希望的效果;另一方面，當(dāng)總含量超過5.0%時(shí)，會降低磁性能。因此，Ti、V、Nb、Ta、Al及Si中的一種或兩種以上元素的總含量定為0.001%-5.0%。
此外，含有Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Mo、Hf、W中的至少一種元素，其含量為0.001-5.0%，也能使R-Fe-B系各向異性磁體具有優(yōu)良的磁性各向異性和耐蝕性。
(d)平均結(jié)晶粒徑和晶粒的形狀當(dāng)構(gòu)成R-Fe-B系各向異性磁體結(jié)構(gòu)的平均結(jié)晶粒徑小于0.05μm時(shí)，由于難以磁化而不好，另一方面，當(dāng)粒徑大于20μm時(shí)，因頑磁力和矩形性下降，得不到高磁特性而不令人滿意。
因而，把平均再結(jié)晶粒徑定為0.05-20μm。這種情況下，平均再結(jié)晶粒徑取在單磁疇粒徑附近的0.05-3μm更好。
每個(gè)有上述尺寸的晶粒最好具有這樣的形狀，即最大粒徑b與最小粒徑a之比b/a小于2，具有這種形狀的晶粒必須占全部結(jié)晶粒體積的50%以上。由于晶粒有上述b/a小于2的形狀，因此，就提高了R-Fe-B系各向異性磁體的耐蝕性，并且頑磁力的溫度系數(shù)也變小了。從而，上述的每個(gè)晶粒的b/a之值定為小于2。
實(shí)施例通過實(shí)施例和比較例，具體說明本發(fā)明。
用等離子熔鑄法，制成各種含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或者兩種以上元素的合金塊。將上述各種合金塊和不含Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中任何一種元素的合金塊，分別在1140℃的氫氣氛中保持20小時(shí)，作勻質(zhì)化處理后，將這樣勻質(zhì)化處理過的合金塊，破碎成約20mm的方塊作為原料合金。將這種原料合金在1大氣壓的氫氣氛中從室溫升溫到840℃，在840℃，保持1小時(shí)的在氫氣氛中的熱處理。接著，在溫度為830℃，真空度為1×10-1乇以下的條件下進(jìn)行脫氫處理后，立即通入氬氣進(jìn)行速冷。這樣的氫處理完成后，在620℃，真空條件下熱處理2小時(shí)，將所得到的原料合金在研缽中輕輕地研碎，得到平均粒度為40μm的磁體粉末。
將這些磁體粉末在25KOe的磁場中擠壓成型，而制成粉末壓坯，將這些壓坯再在溫度為730℃，壓力為1.5T/cm2的條件下進(jìn)行熱壓，或者在溫度為700℃，壓力為1.6T/cm2的條件下進(jìn)行HIP，并且，應(yīng)各自在630℃，真空條件下進(jìn)行2小時(shí)熱處理，還有，就磁場中成型的壓坯來說，取向的方向要安排在與熱壓時(shí)的擠壓方向一致。在以此法制成的本發(fā)明的各向異性磁體1-42和比較的各向異性磁體1-14之中，上述本發(fā)明的各向異性磁體1-24是按上述熱壓法制造的，上述本發(fā)明的各向異性體25-42是按上述HIP法制造的，而上述比較的各向異性磁體1-7是按上述熱壓法制造，上述比較的各向異性磁體8-14則是按上述HIP法制造的。并且，全都充分致密化到密度為7.5-7.6g/cm3。
此外，為了進(jìn)行比較，用不含Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中任何一種元素的合金塊制作R-Fe-B系永磁體粉末，將這些粉末在真空中填裝到銅罐中，加熱至700℃，進(jìn)行數(shù)次軋制，直到壓延率達(dá)80%為止，制成熱軋的R-Fe-B系各向異性磁體的從來的各向異性磁體。
由此而制成的本發(fā)明的各向異性磁體1-42比較的各向異性磁體1-14以及從來的各向異性磁體的組分由表1-6所示，而這些各向異性磁體的平均結(jié)晶粒徑、每個(gè)晶粒的最大粒徑與最小粒徑之比小于2的晶粒形狀的含量(體積%)，以及將在磁場中擠壓成形而所得到的壓坯進(jìn)行熱壓或者HIP的R-Fe-B系各向異性磁體的磁特性和頑磁力的溫度系數(shù)aiHc加以測定，這些測定值表示在表7-11中。
還有，上述頑磁力的溫度系數(shù)aiHc是測定25℃時(shí)的頑磁力iHc25和100℃時(shí)的頑磁力iHc100，將上述頑磁力的差值之比(iHc25-iHc100)/iHC25除以溫度差75℃所得的值。
注表1-11在說明書后。
從表1-11的結(jié)果，可以看出，將含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的，并在磁場中擠壓成型的粉末壓坯，進(jìn)行熱壓或HIP所得到的各向異性磁體1-42，其磁特性，特別是最大能量積(BH)max和剩余磁通密度Br是優(yōu)異的、其磁性各向異性方面的特性，相同于或高于軋制法得到的已往各向異性磁體、而頑磁力的溫度系數(shù)aiHc卻比已往的各向異性磁體小得多。然而，從比較的各向異性磁體1-14可以清楚地看出，如果Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的含量與本發(fā)明給出的條件不一致，就會降低磁性的各向異性，這是不希望的。
本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于通過采用含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素的氫處理粉末，就可以獲得磁性的各向異性優(yōu)異且頑磁力的溫度系數(shù)小的R-Fe-B系各向異性磁體，而不必采取已往的熱塑加工等各向異性化的手段，同時(shí)能夠大大降低制造成本，為提高電機(jī)等電動機(jī)械的性能與穩(wěn)定性做出大貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種稀土類-Fe-B系各向異性磁體，所述稀土類-Fe-B系各向異性磁體以包括Y在內(nèi)的稀土類元素中的至少一種元素(以下用R表示)、Fe和B作為主要成分，其特征在于，所述各向異性磁體，按原子百分比，由含有R10-20%，B3-20%，Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素，其總含量為0.001-5.0%，及其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成；以及以立方晶體結(jié)構(gòu)的R2Fe14B型金屬間化合物相為主相的結(jié)晶粒，具有聚集的結(jié)晶粒集合結(jié)構(gòu)，所述結(jié)晶粒集合結(jié)構(gòu)是由，每個(gè)晶粒的最大粒徑b與最小粒徑a的比b/a值小于2的形狀的晶粒占全部晶粒體積的50%以上，而且結(jié)晶粒的平均結(jié)晶粒徑尺寸為0.05-20μm，所組成的熱壓成型體或熱靜水壓擠壓成型體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土類-Fe-B系各向異性磁體，其特征在于，所述的晶粒聚集的結(jié)晶粒集合結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上僅僅是由R2Fe14B型金屬間化合物相組成的熱壓成型體或熱靜水壓擠壓成型體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的稀土類-Fe-B系各向異性磁體，其特征在于，上述平均晶粒徑在0.05-3μm的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁各向異性優(yōu)異，并且頑磁力的溫度系數(shù)小的R-Fe-B系數(shù)體。它由氫氣處理過的R-Fe-B系永磁體粉末制成，其組分按原子百分比為R10—20％，B3—20％，Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一種或兩種以上元素，其總量為0.001—5.0％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)組成，且有平均粒徑為0.05—20μm的結(jié)晶粒的集合結(jié)構(gòu)，單個(gè)結(jié)晶粒的最大粒徑/最小粒徑＜2的晶粒，在結(jié)構(gòu)中占全部晶粒體積的50％以上，由此構(gòu)成R-Fe-B各向異性磁體。
文檔編號H01F1/057GK1065151SQ92100958
公開日1992年10月7日 申請日期1992年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月31日
發(fā)明者武下拓夫, 中山亮治, 石井義成, 小川保 申請人:三菱材料株式會社