永磁體、電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 實(shí)施方式的發(fā)明涉及永磁體、電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，對(duì)資源和環(huán)境的關(guān)心日益增加，與綠色能源和節(jié)能等有關(guān)的研究開(kāi)發(fā)受 到關(guān)注。其中之一是高性能稀土類磁體。作為高性能稀土類磁體的示例，已知有Sm-Co類 磁體、Nd-Fe-B類磁體等。在這些磁體中，F(xiàn)e、Co有助于飽和磁化的增大。另外，在這些磁 體中包含NcUSm等稀土類元素，結(jié)晶場(chǎng)中的稀土類元素的4f電子的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致較大的磁各 向異性。由此，能獲得較大的矯頑力，能實(shí)現(xiàn)高性能磁體。
[0003] 這樣的高性能磁體主要用于電動(dòng)機(jī)、揚(yáng)聲器、測(cè)量器等電氣設(shè)備。近年來(lái)，對(duì)各種 電氣設(shè)備提出了小型輕量化、低功耗化的要求，為了對(duì)此進(jìn)行應(yīng)對(duì)，要求提高永磁體的最大 磁能積（BHniax)，獲得更加高性能的永磁體。另外，近年來(lái)，提出了可變磁通型電動(dòng)機(jī)，有助于 電動(dòng)機(jī)的高效率化。
[0004] Nd-Fe-B類磁體耐熱性差、在混合動(dòng)力汽車等高溫使用環(huán)境下，磁體特性顯著降 低。對(duì)此，已知有通過(guò)添加Dy來(lái)提高耐熱性的方法，但由于Dy具有價(jià)格昂貴等問(wèn)題，希望 得到其它的解決對(duì)策。
[0005] 另一方面，Sm-Co類磁體由于居里溫度較高，因此能在高溫下實(shí)現(xiàn)良好的電動(dòng)機(jī)特 性，但希望能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高矯頑力化和高磁化，進(jìn)而改善矩形比。雖然可以認(rèn)為Fe的高濃 度化對(duì)Sm-Co類磁體的高磁化是有效的，但在現(xiàn)有的制造方法中，存在因Fe的高濃度化、矩 形比惡化且高耐熱性優(yōu)點(diǎn)受損的傾向。因此，為了實(shí)現(xiàn)高性能的電動(dòng)機(jī)用磁體，需要一種能 在高Fe濃度組成中既改善磁化又顯現(xiàn)良好的矩形比的技術(shù)。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開(kāi)2010-121167號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明中所要解決的課題是通過(guò)在Sm-Co類磁體中對(duì)其金屬組織進(jìn)行控制從而 提供高性能的永磁體。
[0008] 實(shí)施方式的永磁體具備：以組成式ApFeJ^CUtCOi。。pq ^t (式中，R是從稀土類元素 中選出的至少一種元素，M是從由Zr、Ti和Hf所構(gòu)成的組中選出的至少一種元素，p是滿足 10彡p彡13. 5原子％的數(shù)，q是滿足25彡q彡40原子％的數(shù)，r是滿足0? 88彡r彡7. 2 原子％的數(shù)，t是滿足3. 5 <t< 13. 5原子％的數(shù)）來(lái)表示的組成；以及金屬組織，該金屬 組織包含具有Th2Zn17型晶相的主相、及設(shè)于構(gòu)成主相的晶粒之間的晶界相。構(gòu)成主相的晶 粒滿足下式：0.001彡I(l〇〇/pl_)-(l〇〇/pl_)I彡1.2(式中，pi是各晶粒內(nèi)的R元素的 濃度（原子％ )、plmax是全部晶粒內(nèi)的上述pl的最大值、plmin是全部晶粒內(nèi)的上述pl的最 小值）。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是表示永磁體電動(dòng)機(jī)的圖。 圖2是表示可變磁通電動(dòng)機(jī)的圖。 圖3是表不發(fā)電機(jī)的圖。 圖3是表示永磁體的組成和矩形比之間的關(guān)系的圖。 圖5是表示永磁體的組成和矩形比之間的關(guān)系的圖。 圖6是表示永磁體的組成和矩形比之間的關(guān)系的圖。 圖7是表示永磁體的組成和矩形比之間的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面，參照附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，附圖是示意性的圖，例如厚度與平面 尺寸之間的關(guān)系、各層的厚度的比率等有時(shí)會(huì)與現(xiàn)實(shí)情況不同。另外，在實(shí)施方式中，對(duì)實(shí) 質(zhì)相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)并省略說(shuō)明。
[0011] (實(shí)施方式1) 以下對(duì)本實(shí)施方式的永磁體進(jìn)行說(shuō)明。
[0012] <永磁體的結(jié)構(gòu)例> 本實(shí)施方式的永磁體具有以組成式ApFeJ^CUtCOi。。pq ^t表示的組成， (式中，R是從稀土類元素中選出的至少一種元素，M是從由Zr、Ti和Hf所構(gòu)成的組中 選出的至少一種元素，P是滿足10彡P(guān)彡13. 5原子％的數(shù)，q是滿足25彡q彡40原子％ 的數(shù)，r是滿足0. 88彡r彡7. 2原子％的數(shù)，t是滿足3. 5彡t彡13. 5原子％的數(shù)）。
[0013] 上述組成式中的R是能使磁體材料具有較大的磁各向異性的元素。作為R元素， 能使用例如從包含鈧（Sc)、釔（Y)的稀土類元素中選出的一種或幾種元素等，能使用例如 釤（Sm)、鈰（Ce)、釹（Nd)、鐠（Pr)等，特別優(yōu)選為使用Sm。例如，在使用包含Sm的多種元 素來(lái)作為R元素的情況下，將Sm濃度設(shè)為能作為R元素來(lái)適用的所有元素的50原子％以 上，從而能提高磁體材料的性能、例如矯頑力。此外，進(jìn)一步優(yōu)選為將能作為R元素來(lái)適用 的兀素的70原子％以上設(shè)為Sm。
[0014] 通過(guò)將R元素的含量p設(shè)為10原子％以上13. 5原子％以下，從而能增大矯頑力。 若R元素的含量P過(guò)少，則會(huì)析出大量的a-Fe從而矯頑力減小，若R元素的含量p過(guò)多， 則飽和磁化降低。因此，將R元素的含量P設(shè)為10原子％以上13.5原子％以下。R元素的 含量P優(yōu)選為10. 2原子％以上13原子％以下，更優(yōu)選為10. 5原子％以上12. 5原子％以 下。
[0015] 上述組成式中的M是能在高Fe濃度的組成中顯現(xiàn)較大的矯頑力的元素。M元素的 含量r優(yōu)選為0.88原子％以上7. 2原子％以下。例如使用從由鈦（Ti)、鋯（Zr)和鉿（Hf) 所構(gòu)成的組中選出的一種或幾種元素來(lái)作為M元素。若M元素的含量r過(guò)多，則容易生成 過(guò)量含有M元素的非均相，矯頑力和磁化也容易下降。另外，若M元素的含量r過(guò)少，則提 高Fe濃度的效果容易減小。因此，M元素的含量r設(shè)為0. 88原子％以上7. 2原子％以下。 元素M的含量r更優(yōu)選為1. 14原子％以上3. 58原子％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1. 49原子％以 上2. 24原子％以下。
[0016]M元素優(yōu)選為至少包含Zr。特別地，通過(guò)將M元素的50原子％以上設(shè)為Zr，能提 高永磁體的矯頑力。另一方面，由于M元素中的Hf的價(jià)格尤其高，因此，優(yōu)選為即使在使用 M的情況下，也要減少M(fèi)的使用量。例如，M的含量?jī)?yōu)選為小于M元素的20原子％。
[0017] Cu是能在磁體材料中顯現(xiàn)高矯頑力的元素。Cu的含量t例如優(yōu)選為3. 5原子％ 以上13.5原子％以下。若Cu的含量t過(guò)多，則磁化顯著降低。此外，若Cu的含量t過(guò)少， 則難以使主相中的Cu濃度成為5原子％以上，難以獲得高矯頑力和良好的矩形比。因此， Cu的含量t設(shè)為3. 5原子％以上13. 5原子％以下。Cu的含量t進(jìn)一步優(yōu)選為3. 9原子％ 以上9. 0原子％以下，更進(jìn)一步優(yōu)選為4. 2原子％以上7. 2原子％以下。
[0018] Fe是主要負(fù)責(zé)磁體材料的磁化的元素。Fe的含量q優(yōu)選為25原子％以上40原 子％以下。若Fe的含量q過(guò)少，則無(wú)法獲得需要的磁特性。此外，隨著Fe的含量q增多， 能提高磁體材料的飽和磁化，但若其含量過(guò)多，則因析出a-Fe、發(fā)生相分離，而導(dǎo)致不易獲 得希望的晶相，矯頑力有可能降低。因此，F(xiàn)e的含量q優(yōu)選為25原子％以上40原子％以 下。Fe的含量q進(jìn)一步優(yōu)選為26原子％以上36原子％以下，更進(jìn)一步優(yōu)選為29原子％以 上34原子％以下。
[0019] Co是負(fù)責(zé)磁體材料的磁化并能顯現(xiàn)高矯頑力的元素。另外，若較多地混合有Co， 則能獲得高居里溫度，并能提高作為磁體特性的熱穩(wěn)定性。若Co的混合量較少，則這些效 果也會(huì)較小。然而，若過(guò)量添加Co,則Fe的比例相對(duì)減少，有可能會(huì)導(dǎo)致磁化的下降。另 外，通過(guò)用從由Ni、V、Cr、Mn、Al、Si、Ga、Nb、Ta、W所構(gòu)成的組中選出的一種或幾種元素來(lái) 替換Co的20原子％以下，能提高磁體特性、例如矯頑力。
[0020] 如上所述的R-Fe-M-Cu-Co類永磁體具備以下二維的金屬組織：該二維的金屬組 織包含具有六方晶系的Th2Zn17型晶相（2-17型晶相）的主相、以及設(shè)于構(gòu)成主相的晶粒之 間的晶界相。而且，主相具備相分離組織，該相分離組織包含具有Th2Zn17型晶相的晶胞相、 和晶胞壁相。晶胞相由晶胞壁相進(jìn)行劃分，上述結(jié)構(gòu)稱作晶胞結(jié)構(gòu)。晶胞壁相例如具有六 方晶系的CaCu5型晶相（1-5型晶相）。例如對(duì)原料合金的壓粉體進(jìn)行燒結(jié)后，通過(guò)熔體化 處理形成TbCu7型晶相（1-7型晶相）的前驅(qū)體，進(jìn)一步實(shí)施時(shí)效處理來(lái)進(jìn)行相分離，從而 形成上述相分離組織。
[0021] 本實(shí)施方式的永磁體的高矯頑力由上述二相分離組織來(lái)顯現(xiàn)。在該情況下，晶胞 相設(shè)為單磁疇粒徑以下（亞微米級(jí)），進(jìn)一步將晶胞壁相設(shè)為磁疇壁寬度以上較為重要。首 先，對(duì)晶胞相的作用進(jìn)行描述。由于將晶胞相設(shè)為單磁疇粒徑以下，晶胞相內(nèi)生成磁疇的效 率降低。由此，通過(guò)材料的磁各向異性，能得到接近期待的潛在值的高矯頑力。接下來(lái)，對(duì) 晶胞壁相的作用進(jìn)行描述。晶胞壁相與晶胞相相比，具有較高磁各向異性。因此，通過(guò)交換 結(jié)合，晶胞相中的磁各向異性得到提高。這是回彈現(xiàn)象的物理結(jié)構(gòu)。此外，由于磁疇壁能量 較高，因此磁疇壁傳播被阻礙。也將此稱為磁疇壁釘扎效果。由于磁疇壁釘扎效果，能得到 較高矯頑力。
[0022] 然而，在晶粒內(nèi)看到組成的不均勻性的情況下，大致來(lái)看，2個(gè)主要原因?qū)е鲁C頑 力和矩形比下降。第一個(gè)主要原因是未獲得二相分離前驅(qū)體單體。相分離組織取決于在熔 體化處理中作為前驅(qū)體而形成的幾(：117型晶相的穩(wěn)定性。作為前驅(qū)體的TbCu7型晶相的熱 平衡狀態(tài)的形成區(qū)域由例如R元素的原子比的倒數(shù)（1/px)和熱處理溫度T、進(jìn)一步由Fe的 原子比（qy)來(lái)決定。在存在組成分布的情況下，生成某一固定量的Th2Zn17型晶相等合金 非均相。該Th2Zn17型晶相與晶胞相是相同結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但晶胞體積顯著大于單磁疇粒徑。因 此，成核效率較高、磁疇壁傳播容易，因此成為低矯頑力。第二個(gè)主要原因是在相分離組織 中生成了磁疇壁釘扎效果相對(duì)較弱的區(qū)域。在該情況下，磁疇壁容易傳播，在低磁場(chǎng)下完成 磁化反轉(zhuǎn)。它們的結(jié)果是，各晶胞相之間產(chǎn)生矯頑力分布，因此，矩形比降低。
[0023] 此外，矩形比取決于磁各向異性。例如，若Fe濃度變高，則磁各向異性容易降低。 由此，若構(gòu)成主相的晶粒之間或主相的晶胞相間的Fe濃度不均勻，則磁各向異性的偏差增 大，矩形比惡化。
[0024] 此外，R元素的揮發(fā)性強(qiáng)，容易通過(guò)制造時(shí)的熱處理而從晶粒表面揮發(fā)。因此，在 晶粒的內(nèi)部與表面之間產(chǎn)生組成差異，難以獲得均勻的幾(：1 17型晶相。
[0025] 對(duì)此，在本實(shí)施方式的永磁體中，構(gòu)成主相的各晶粒中的R元素的偏差較小，滿足 下式（1)。 0. 001 ^ I (100/pInJ-(100/pInin) I ^ I. 2 ? ? ? (I) (式中，Pl是各晶粒內(nèi)的R元素的濃度（原子％ )、pl_是全部晶粒內(nèi)的