專利名稱：稀土類-鐵-硼系列各向異性磁體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)具有優(yōu)良的磁多向異性，且矯磁力溫度系數(shù)小的R(R表示含Y的稀土類元素中至少一種)-Fe-B系列各向異性磁體。更具體地說是有關(guān)由上述各向異性磁體由熱壓壓型體或熱靜水壓沖壓(下面用HIP表示)壓型體組成的R-Fe-B系列各向異性磁體。
在特開平1-13206號公報中展示了用氫處理R-Fe-B系列母合金得到的R-Fe-B永磁體粉末。
該R-Fe-B系列永磁體粉末將以強(qiáng)磁性相的R2Fe14B型金屬化合物相(以下稱為R2Fe14型相)為主相的R-Fe-B系列母合金作為原料，將該母合金原料在給定的溫度范圍的氫氣氛中進(jìn)行熱處理，促使RHx、Fe2B和剩余Fe各相相變態(tài)后，用脫氫工藝從原料中除去氫，由于再次生成作為鐵磁性相的R2Fe14B型相，所以這樣得到的R-Fe-B系列永磁體粉末組織具有以平均粒徑為0.05～3μm的極細(xì)的R2Fe14B型相的再結(jié)晶組織為主相的結(jié)構(gòu)。
上述R-Fe-B系列永磁體粉末由于只是經(jīng)熱壓做成熱壓壓型體，得不到優(yōu)良的磁各向異性，所以像在特開平2-39503號公報所記載那樣，對上述熱壓壓型體再進(jìn)行熱壓延等熱壓延加工，使R2Fe14B相晶粒沿C軸取向，形成壓延組織，以提高磁的各向異性。
然而，將上述熱壓壓型體再熱壓延得到的R-Fe-B系列壓延磁體，雖然有優(yōu)良的磁各向異性，但與把通過氫處理獲得的R-Fe-B系列永磁體粉末就這樣熱壓制得的磁體相比，矯磁力溫度系數(shù)變大，該R-Fe-B系列壓延磁體被裝入電動機(jī)時，由于溫度變化，電動機(jī)的性能也變化，因而缺乏穩(wěn)定性。
并且，R-Fe-B系列壓延磁體，因壓縮率隨場所的離散帶來了磁各向異性的散亂，為防止以上情況，就不得不使熱塑性加工工藝變得復(fù)雜。
于是，本發(fā)明者們基于這樣的認(rèn)識，由于上述矯磁力溫度系數(shù)的增大是由熱壓延熱壓壓型體而產(chǎn)生，如能不作上述熱壓延，而得到磁各向異性優(yōu)良的磁體，則上述矯磁力溫度系數(shù)不增大。結(jié)果，產(chǎn)生二種由熱壓壓型體或HIP壓型體構(gòu)成的R-Fe-B系列各向異性磁體。上述壓型體的組成如下(1)含有R為10～20%，B為3～20%，含有Ga、Zr及Hf中一種或兩種以上，總量為0.001～5.0%，剩余由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，所形成的晶粒有這樣的形狀，其平均晶粒直徑為0.05～20μm，每個晶粒的最長粒徑b與最短粒徑a之比 (b)/(a) 要小于2，晶粒結(jié)構(gòu)是以采用正方晶結(jié)構(gòu)的R2Fe14B型金屬化合物相為主相。
(2)含有R為10～20%，B為3～20%，含有Ga、Zr和Hf中一種或二種以上，總量為0.001～5.0%，還含有Al，V和Si中一種或兩種以上，總量為0.01～2.0%，剩余由Fe及不可避免的雜質(zhì)組成，其晶粒有這樣的形狀，即平均粒徑為0.05～20μm，每個晶粒的最長粒徑b與最短粒徑a之比 (b)/(a) 要小于2，晶粒結(jié)構(gòu)是以采取正方晶結(jié)構(gòu)的R2Fe14B型金屬化合物相為主相。
通過實踐觀察到，由上述壓型體構(gòu)成的R-Fe-B系列各向異性磁體，其矯磁力溫度系數(shù)不增大，有優(yōu)良的磁各向異性。
本發(fā)明是基于這樣的見識，其特征是由具有上述組成及晶粒結(jié)構(gòu)的熱壓壓型體或HIP壓型體形成的矯磁力溫度系數(shù)小的R-Fe-B系列各異性磁體。
本發(fā)明矯磁力溫度系數(shù)小的R-Fe-B系列各向異性磁體，與已有的壓延磁體比較，幾乎不存在隨場所不同的磁各向異性的散亂現(xiàn)象，還有優(yōu)良的耐腐蝕性。并且本發(fā)明的R-Fe-B系列各向異性磁體由于有晶粒結(jié)構(gòu)，在R2Fe14B型化合物組成附近，也就是在R11.8FebalB5.9(原子%)組成附近，具有優(yōu)良的磁各向異性和高的矯磁力。
下面說明本發(fā)明的R-Fe-B系列各向異性磁體的制造方法。
首先制造具有包含Ga、Zr、Hf的給定成分組成的R-Fe-B系列母合金，再制造在該合金中含有Al、V、Si的給定組成成分的R-Fe-B系列母合金。在氫氣氛中使該R-Fe-B系列母合金升溫，溫度為500～1000℃，在氫氣氣氛中或氫氣與惰性氣體混合氣氛中作熱處理，接著在溫度為500～1000℃，氫氣壓力為1乇以下的真空氛圍或氫氣分壓力為1乇以下的惰性氣體氛圍中作去氫處理，然后經(jīng)冷卻生產(chǎn)出具有優(yōu)良的磁各向異性及耐腐蝕性的R-Fe-B系列永磁體粉末。
通過附加工藝，即在600-1200℃對上述R-Fe-B系列母合金進(jìn)行均化處理工藝，和經(jīng)上述去氫后再在溫度300～1000℃中進(jìn)行熱處理的工藝，這樣可制造出具有更優(yōu)良的磁各向異性及耐腐蝕性的R-Fe-B系列永磁體粉末。
這樣制造的R-Fe-B系列永磁體粉末的組織，在晶內(nèi)及晶粒邊界無雜質(zhì)和應(yīng)變，上述組織是由集聚了R2Fe14B型金屬化合物相的再結(jié)晶粒的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成。雖然構(gòu)成該再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶粒的平均再結(jié)晶粒徑在0.05～20μm的范圍已足夠，但在單磁疇的粒徑尺寸(約0.3μm)附近，即0.05～3μm的范圍內(nèi)更好。具有上述尺寸的每個再結(jié)晶粒具有最長粒徑b與最短粒徑a之比 (b)/(a) 小于2的形狀比較理想。具有該形狀的再結(jié)晶粒需要在各粉末組織的全部再結(jié)晶粒中占50%以上。由于具有上述最長粒徑b和最短粒徑a之比 (b)/(a) 小于2的再結(jié)晶粒的形狀，R-Fe-B系列永磁體粉末的矯磁力被改善，25℃～100℃的矯磁力溫度系數(shù)aiHc小于-0.6%/℃。
在磁場中使上述制成的R-Fe-B系列磁體粉末做成壓粉體后，在600～900℃的溫度中進(jìn)行熱壓或HIP，由此可制成仍維持上述R-Fe-B系列永磁體粉末優(yōu)良特性的本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體。根據(jù)需要，在300～1000℃進(jìn)行熱處理，這樣可提高矯磁力。這時由于在通常溫度燒結(jié)上述壓粉體，上述燒結(jié)溫度比一般高，致使R-Fe-B系列永磁體粉末的細(xì)微再結(jié)晶粒生長，形成大結(jié)晶粒，造成磁特性，尤其是矯磁力下降，這是不希望的。因而作為制造本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體的方法，最好不采用通常的燒結(jié)法，而采用可在較低溫度燒結(jié)的熱壓法或HIP法，以抑制晶粒的生長。并且，由于是在磁場中成形時賦與磁的各向異性的，所以在熱壓、HIP后，無需再進(jìn)行熱塑性加工。
下面就對有關(guān)本發(fā)明矯磁力溫度系數(shù)小的R-Fe-B系列各向異性磁體的組成成份、平均晶粒直徑及晶粒形狀進(jìn)行上述限定的理由進(jìn)行說明。
(a)RR表示Nd、Pr、Tb、Dy、La、Ce、Ho、Er、Eu、Sm、Gd、Tm、Yb、Lu和Y中的一種或二種以上元素，一般以Nd為主體，再添加其它稀土類元素，特別是Tb、Dy和Pr具有提高矯磁力iHc的效果。R含量低于10%、高于20%時，各向異性磁體的矯磁力降低，得不到優(yōu)良的磁特性，因此，R含量定為10～20%。
(b)BB的含量低于3%，高于20%時，各向異性磁體矯磁力降低，得不到優(yōu)良的磁特性，所以B的含量定為3～20%。
(c)Ga、Zr和HfGa、Zr和Hf作為R-Fe-B系列向向異性磁體的成分時，有使矯磁力提高，并有使優(yōu)良的磁各向異性及耐腐蝕性穩(wěn)定的作用，但Ga、Zr、Hf中一種或二種以上的總含量不足0.001%時達(dá)不到予期的效果。若含量超過5.0%，則磁特性下降，因此，Ga、Zr和Hf中一種或二種以上的總含量定為0.001～5.0%。
(d)Al、V和Si根據(jù)需要，作為R-Fe-B系列各向異性磁體的成分，含有Al、V和Si使矯磁力提高，但Al、V和Si中一種或二種以上的總含量不足0.01%時達(dá)不到予期的效果，若含量超過2.0%，磁特性反而下降。因此Al、V和Si中一種或二種以上總含量定為0.01～2.0%。
(e)平均晶粒直徑及其形狀若構(gòu)成R-Fe-B系列各向異性磁體組織的晶粒平均直徑小于0.05μm，則磁化困難，若大于20μm則矯磁力和角型性下降，而且iHc的溫度系數(shù)增大，這是我們所不希望的。所以平均晶粒直徑定為0.05～20μm。在這種情況下，使平均晶粒直徑接近單磁疇粒徑尺寸(0.3μm)的0.05～3μm為更好。
具有上述尺寸的各個晶粒，最好是具有最長粒徑的與最短粒徑a之比 (b)/(a) 小于2的晶粒形狀，具有上述形狀的晶粒要占全部晶粒容量的50%以上。由于具有上述最長粒徑b和最短粒徑a之比 (b)/(a) 小于2的晶粒形狀，所以R-Fe-B系列各向異性磁體的矯磁力被改善，同時耐腐蝕性也提高了，矯磁力溫度系數(shù)也小了。因而上述每個晶粒的 (b)/(a) 值定為小于2。
下面根據(jù)實施例和對比例具體地說明本發(fā)明。
對含有通過等離子體溶解鑄造獲得的Ga、Zr、Hf中一種或二種以上的各種合金坯料及不含有上述Ga、Zr、Hf中任一種的合金坯料分別在1130℃溫度下，在氬氣氛圍中保溫20小時進(jìn)行均勻化處理，然后把該均勻化處理的坯料切成20mm見方的塊，作為合金原料。對該合金原料在一個大氣壓的氫氣氛圍中從室溫升至830℃，在830℃下，氫氣氛圍中保溫4小時進(jìn)行熱處理。接著在830℃，真空度為1×10-1乇以下進(jìn)行脫氫后，直接通入氬氣使之速冷。經(jīng)這樣氫氣處理后，在氬氣中進(jìn)行溫度為650℃的熱處理。將所得到的合金原料在研缽內(nèi)輕輕搗碎，使其成為平均粒度為50μm的R-Fe-B系列永磁體粉末。將這些R-Fe-B永磁體粉末在25K奧斯特的磁場中沖壓制成壓粉體，將這些壓粉體在720℃1.5噸/cm2的壓力下熱壓，再在620℃下在真空中保溫2小時進(jìn)行熱處理，制出本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體1～26以及用作比較的R-Fe-B系列各向異性磁體1～12。此外在磁場中形成的壓粉體按下面的要求進(jìn)行熱壓，即使其取向方向與熱壓時的施壓方向一致。
為進(jìn)行比較，按下述工藝制成已有的R-Fe-B系列各向異性磁體。將由不含Ga、Zr、Hf中任一種的合金坯料制成的R-Fe-B系列永磁體粉末填封入真空銅缽中，再加熱至720℃，經(jīng)數(shù)次壓延，壓延率為80%。
表1～3表示按上述要求制得的本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體1～26，比較用R-Fe-B系列各向異性磁體1～12，以及已有的R-Fe-B系列各向異性磁體的組成成分。
對具有上述表1～3所示組成成分的本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體1～26，比較用R-Fe-B系列各向異性磁體1～12和已有的R-Fe-B系列各向異性磁體的平均晶粒直徑、每個晶粒的最長粒徑與最短粒徑之比值小于2的晶粒占有量(容量%)、矯磁力溫度系數(shù)aiHc以及熱壓在磁場中成形的壓粉體得到的R-Fe-B系列各向異性磁體的磁特性進(jìn)行測定，將這些測定值列于表4～6中。
再者，上述矯磁力溫度系數(shù)aiHc之值是在測定出在25℃的矯磁力iHc25和100℃的矯磁力iHc100后，用溫度差75℃去除上述矯磁力差之比 (iHc100-iHc25)/(iHc25) 所得到的值。
由表1～6可知，對本發(fā)明的含有Ga、Zr、Hf中一種或二種以上的R-Fe-B系列永磁體粉末在磁場中沖壓成形而得到的壓粉體進(jìn)行熱壓制得的R-Fe-B系列各向異性磁體，其磁特性，特別是最大蓄能(BH)max及剩磁通密度Br均很理想，磁各向異性也甚佳。
然而一點也不含Ga、Zr、Hf的并在本發(fā)明條件以外的比較用R-Fe-B系列各向異性磁體，其磁特性及磁各向異性均較差。
進(jìn)而我們可以知道，本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體與經(jīng)壓延得到的已有的R-Fe-B系列各向異性磁體相比，雖然磁特性大體相同，但矯磁力溫度系數(shù)aiHc為-0.5%/℃，非常之小。
制造在含熔鑄得到的Ga、Zr、Hf中一種或二種以上的R-Fe-B系列合金中還含有Al、V、Si中一種或二種以上成分組成的各種合金坯料，再將這些坯料分別置于氬氣氣氛中，溫度為1130℃保溫30小時進(jìn)行均勻化處理，然后再把均勻化處理的坯料切成20mm見方的小塊作為合金原料。
在一個大氣壓的氫氣氣氛中，溫度從室溫升至850℃，再保溫30分鐘，在這樣條件下對上述合金原料進(jìn)行熱處理。接著在850℃，真空度為1×10-1乇以下環(huán)境里作去氫處理。然后直接導(dǎo)入氬氣進(jìn)行速冷。完成這樣的氫處理后，在研缽中破碎，即得到平均粒度為60μm的R-Fe-B系列永磁體粉末。
將這些R-Fe-B系列永磁體粉末在磁場中成形制成壓粉體，再將此壓粉體在真空下填封入不銹鋼容器內(nèi)，在溫度為700℃，壓力為1.8噸/cm2條件下實施HIP，最終制成本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體27～36和比較用R-Fe-B系列各向異性磁體13～15。
表7示出如此得到的本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體27-36和比較用R-Fe-B系列各向異性磁體13～15的組成成分。同時測定這些各向異性磁體的平均晶粒直徑、每個晶粒最大粒徑與最短粒徑的比值小于2的晶粒占有量(容量%)、借助上述測定法的矯磁力溫度系數(shù)aiHc、以及對在磁場中施壓制成的壓粉體施以HIP而得到本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體27～36和比較用R-Fe-B系列各向異性磁體13～15的磁特性，將這些測定值列于表8中。
由表7、表8可知，由于在Ga、Zr、Hf中一種或二種以上0.001～5.0原子%中進(jìn)一步添加Al、V、Si中一種或二種以上0.1～2.0原子%，最大蓄能提高，顯示出更好的磁各向異性，并且矯磁力溫度系數(shù)aiHc也小至-0.5%/℃。
本發(fā)明由于使用了含有Ga、Zr、Hf的氫處理粉末，所制得的R-Fe-B系列磁體具有更顯著的磁各向異性以及小的矯磁力溫度系數(shù)。無需像以往那樣施加熱塑性加工等使磁各向異性化的手段，制造成本可大大降低，同時電動機(jī)等機(jī)電設(shè)備的性能及穩(wěn)定性也提高了，對已有技術(shù)作出了較大的貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種稀土類-Fe-B系列各向異性磁體，其特征是含有Y稀土類元素中至少一種(下面用R表示)10～20原子%、B為3～20原子%、Ga、Zr及Hf中一種或兩種以上的總量為0.001～5.0原子%剩下是Fe及不可避免雜質(zhì)組成的熱壓成形體或熱靜水壓沖壓成型體(以下稱HIP成型體)，上述熱壓成型體或HIP成型體具有以采用正方晶結(jié)構(gòu)的R2Fe14B型金屬化合物相為主相，平均粒徑為0.05～20μm的結(jié)晶粒結(jié)構(gòu)，并且上述結(jié)構(gòu)其形狀為每個晶粒最長粒徑b與最短粒徑a之比小于2的晶粒占全晶粒的50容量%以上。
2.一種稀土類-Fe-B系列各向異性磁體，是含R10～20原子%、B3～20原子%、Ga、Zr、Hf中一種或兩種以上總量是0.001～5.0原子%，還有，含Al·V及Si中一種或兩種以上總量為0.01～2.0原子%剩下是Fe及不可避免雜質(zhì)構(gòu)成的熱壓壓型體或HIP壓型體，其特征是上述熱壓壓型體或HIP壓型體具有以采取正方晶結(jié)構(gòu)的R2Fe14B型金屬化合物相為主相，平均粒徑為0.05～20μm的結(jié)晶粒結(jié)構(gòu)，并且上述結(jié)構(gòu)其形狀為每個晶粒的最長粒徑b與最短粒徑a之比b/a的值小于2的晶粒占全晶粒50容量%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的稀土類-Fe-B系列各向異性磁體，其特征是實際上聚集上述晶粒的結(jié)晶粒結(jié)構(gòu)，僅僅由R2Fe14B型金屬化合物相構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的稀土類-Fe-B系列各向異性磁體，其特征是，上述平均粒徑最好為0.05～3μm。
全文摘要
本發(fā)明之目的是提供一種R-Fe-B系列磁體，無需施加熱塑性加工等使磁的各向異性化手段，使用進(jìn)行過氫處理的R-Fe-B系列永磁體粉末，磁的各向異性佳，而且矯磁力溫度系數(shù)小。其構(gòu)成是，含有R10—20原子％，B3—20％Ga，Zr，Hf中一種或兩種以上總量為0.001—5.0原子％，根據(jù)需要，含有Al，V及Si中一種或兩種以上總量為0.1—2.0原子％剩下的為Fe及不可避免的雜質(zhì)，由平均粒徑為0.05—20μm的晶粒結(jié)構(gòu)形成，其每個晶粒最長粒徑比最短粒徑小于2的晶粒占全部晶粒容量50％以上。
文檔編號H01F1/057GK1065154SQ9210103
公開日1992年10月7日 申請日期1992年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月28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