專利名稱：稀土類-鐵-硼系列各向異性磁體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關具有優(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的極細的R2Fe14B型相的再結晶組織為主相的結構。
上述R-Fe-B系列永磁體粉末由于只是經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時，由于溫度變化，電動機的性能也變化，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雜。
于是，本發(fā)明者們基于這樣的認識，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。結果，產生二種由熱壓壓型體或HIP壓型體構成的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和不可避免的雜質構成，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，晶粒結構是以采用正方晶結構的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，晶粒結構是以采取正方晶結構的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構的熱壓壓型體或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構，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，然后經冷卻生產出具有優(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系列母合金進行均化處理工藝，和經上述去氫后再在溫度300～1000℃中進行熱處理的工藝，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，在晶內及晶粒邊界無雜質和應變，上述組織是由集聚了R2Fe14B型金屬化合物相的再結晶粒的再結晶結構形成。雖然構成該再結晶結構的再結晶粒的平均再結晶粒徑在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的范圍內更好。具有上述尺寸的每個再結晶粒具有最長粒徑b與最短粒徑a之比 (b)/(a) 小于2的形狀比較理想。具有該形狀的再結晶粒需要在各粉末組織的全部再結晶粒中占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℃進行熱處理，這樣可提高矯磁力。這時由于在通常溫度燒結上述壓粉體，上述燒結溫度比一般高，致使R-Fe-B系列永磁體粉末的細微再結晶粒生長，形成大結晶粒，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法，而采用可在較低溫度燒結的熱壓法或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，無需再進行熱塑性加工。
下面就對有關本發(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行上述限定的理由進行說明。
(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小時進行熱處理。接著在830℃，真空度為1×10-1乇以下進行脫氫后，直接通入氬氣使之速冷。經這樣氫氣處理后，在氬氣中進行溫度為650℃的熱處理。將所得到的合金原料在研缽內輕輕搗碎，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行熱壓，即使其取向方向與熱壓時的施壓方向一致。
為進行比較，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。
進而我們可以知道，本發(fā)明R-Fe-B系列各向異性磁體與經壓延得到的已有的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。然后直接導入氬氣進行速冷。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，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，同時電動機等機電設備的性能及穩(wěn)定性也提高了，對已有技術作出了較大的貢獻。
權利要求
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構的R2Fe14B型金屬化合物相為主相，平均粒徑為0.05～20μm的結晶粒結構，并且上述結構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及不可避免雜質構成的熱壓壓型體或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構的R2Fe14B型金屬化合物相為主相，平均粒徑為0.05～20μm的結晶粒結構，并且上述結構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晶粒結構，僅僅由R2Fe14B型金屬化合物相構成。
4.根據(jù)權利要求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，由平均粒徑為0.05—20μm的晶粒結構形成，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