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RTB系永久磁铁和RTB系永久磁铁用原料合金.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201510187921.8

申请日:

2015.04.20

公开号:

太阳城集团CN105047345A

公开日:

2015.11.11

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01F 1/057申请日:20150420|||公开
IPC分类号: H01F1/057; H01F1/08; B22F3/00 主分类号: H01F1/057
申请人: TDK株式会社
发明人: 桥本龙司; 榎户靖; 和田洪德
地址: 日本东京都
优先权: 2014-087382 2014.04.21 JP
专利代理机构: 北京尚诚知识产权代理有限公司11322 代理人: 杨琦; 沈娟
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510187921.8

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2018.10.19|||2015.12.09|||2015.11.11

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明能够稳定地制造与现有的R-T-B系永久磁铁相比较不会使磁特性有明显降低并且在温度特性方面表现优异的永久磁铁。通过选择由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土元素作为R-T-B系永久磁铁中的稀土元素R中的规定量,并且使用含有适量Ca的R-T-B系永久磁铁用原料合金,从而就能够稳定地制作出不会使磁特性有明显降低并且在温度特性方面表现优异的永久磁铁。

权利要求书

1.一种R-T-B系永久磁铁,其特征在于:
主相颗粒的组成为(R11-xR2x)2T14B,且Ca的含量按重量比为
15ppm~250ppm,
其中,R1为不包括Y、La、Ce的稀土元素中的至少1种,R2为
由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土元素,T为以Fe或者Fe以及
Co为必需元素的1种以上的过渡金属元素,0.1≤x≤0.5。
2.如权利要求1所述的R-T-B系永久磁铁,其特征在于:
O含量按重量比为600ppm~6000ppm。
3.一种R-T-B系永久磁铁用原料合金,其特征在于:
生成物的主相颗粒的组成为(R11-xR2x)2T14B,且Ca的含量按重
量比为25ppm~300ppm,
其中,R1为不包括Y、La、Ce的稀土元素中的至少1种,R2为
由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土元素,T为以Fe或者Fe以及
Co为必需元素的1种以上的过渡金属元素,0.1≤x≤0.5。
4.如权利要求3所述的R-T-B系永久磁铁用原料合金,其特征在
于:
O含量按重量比为500ppm~5000ppm。

说明书

R-T-B系永久磁铁和R-T-B系永久磁铁用原料合金

技术领域

本发明涉及R-T-B系永久磁铁以及R-T-B系永久磁铁用原料合金。

背景技术

众所周知,将正方晶R2T14B化合物作为主相的R-T-B系永久磁铁
(R为稀土元素,T为Fe或者其一部分被Co置换的Fe)具有优异的
磁特性,自1982的发明(专利文献1:日本特开昭59-46008号公报)
以来是一种具有代表性的高性能永久磁铁。

特别是,稀土元素R由Nd、Pr、Dy、Ho、Tb构成的R-T-B系永
久磁铁其各向异性磁场Ha大,并且作为永久磁铁材料被广泛使用。尤
其是稀土元素R为Nd的Nd-Fe-B系永久磁铁其饱和磁化强度Is、居
里温度Tc以及各向异性磁场Ha的平衡性良好,并且因为在资源量以
及耐蚀性方面比使用其他稀土元素R的R-T-B系永久磁铁更为优异,
所以被广泛应用于民生、产业、输送设备等中。但是,Nd-Fe-B系永久
磁铁会有以下所述的问题,即,特别是其剩余磁通密度的温度系数的
绝对值大,并且特别是在超过100℃的高温下,与在室温条件下的情况
相比较,只可获得较小的磁通量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开昭59-46008号公报

专利文献2:日本特开2011-187624号公报

作为剩余磁通密度以及矫顽力的温度系数的绝对值比Nd、Pr、Dy、
Ho、Tb更小的稀土元素,已知有Y等。在专利文献2中公开了R-T-B
系永久磁铁的稀土元素R为Y的Y-T-B系永久磁铁,其中通过将各向
异性磁场Ha小的Y2Fe14B相作为主相,同时使Y以及B的量增大到
大于Y2Fe14B的化学计量组成,从而就能够获得具有实用性的矫顽力的
永久磁铁。再有,通过使R-T-B系永久磁铁的稀土元素R为Y,从而
就能够获得剩余磁通密度以及矫顽力的温度系数的绝对值小于
Nd-Fe-B系永久磁铁的永久磁铁。但是,专利文献2所公开的Y-T-B系
永久磁铁的剩余磁通密度为0.5T~0.6T的程度,矫顽力为
250kA/m~350kA/m的程度,明显低于Nd-T-B系永久磁铁的磁特性,
用专利文献2所记载的Y-T-B系永久磁铁难以替代现有的Nd-T-B系永
久磁铁。再有,Y是一种容易被氧化的原料,太阳城集团磁特性的偏差也没
有记载。

发明内容

本发明就是认识到以上所述的状况而做出的,其目的在于能够稳
定地制作出与被广泛应用于民生、产业、输送设备等中的R-T-B系永
久磁铁相比较特别是即使在超过100℃的高温条件下也不会使磁特性
有明显降低并且在温度特性方面表现优异的永久磁铁。

为了解决上述技术问题并完成本发明的目的,本发明的R-T-B系
永久磁铁用原料合金的特征在于:生成物的主相颗粒的组成为
(R11-xR2x)2T14B(R1为不包括Y、La、Ce的稀土元素中的至少1种,
R2为由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土元素,T为以Fe或者Fe
以及Co为必需元素的1种以上的过渡金属元素,0.1≤x≤0.5),且Ca
的含量按重量比为25ppm~300ppm。通过采用该构成,从而能够稳定地
制作与现有的R-T-B系永久磁铁相比较不会使磁特性有明显降低并且
在温度特性方面表现优异的永久磁铁。

通过选择由Y、La、Ce中1种以上构成的稀土元素作为主相颗粒
组成,从而就能够制得各向异性磁场的温度系数的绝对值与Nd等相比
更小并且不会使磁特性明显降低而在温度特性方面表现优异的永久磁
铁。

另外一方面,已知Y、La、Ce与Nd等相比较反应性较高。因此,
在保管或者粉碎工序中会与杂质发生反应,因而难以稳定地获得高的
矫顽力。因此,通过使用含有适量Ca的R-T-B系永久磁铁用原料合金,
从而使原料合金的活性降低,并且能够减少在保管或者粉碎工序中的
与杂质的反应。

再有,Y、La、Ce分别与Nd的熔点各不相同。由于多个熔点不同
的稀土元素混合在一起会在烧结时容易发生异常晶粒生长。因此,通
过使用含有适量Ca的R-T-B系永久磁铁用原料合金,从而在烧结时会
存在副相并且能够抑制异常晶粒生长。

本发明所涉及的R-T-B系永久磁铁用原料合金优选O含量按重量
比为500ppm~5000ppm。通过控制在该范围从而就能够进一步稳定地制
作出在温度特性方面表现优异的永久磁铁。

O一般是被认为会使磁特性劣化,但是通过含有恰当量的O能够
有效地提高抑制异常晶粒生长的效果。

通过使用本发明的R-T-B系永久磁铁用原料合金来进行烧结,能
够获得具有Ca含量按重量比为15ppm~250ppm的特征R-T-B系永久磁
铁。

通过使用O含量按重量比为500ppm~5000ppm的R-T-B系永久磁
铁用原料合金来进行烧结,就能够获得Ca含量按重量比为
15ppm~250ppm以及O含量按重量比为600ppm~6000ppm的特征的
R-T-B系永久磁铁。

根据本发明,通过选择由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土元
素作为R-T-B系永久磁铁中的稀土元素R中的规定量,并且使用含有
适量Ca的R-T-B系永久磁铁用原料合金,从而就能够稳定地制作出不
会使磁特性有明显降低并且在温度特性方面表现优异的永久磁铁。

具体实施方式

以下就用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发
明并不限定于以下所述实施方式所记载的内容。另外,在以下所记载
的构成要素中包含本领域技术人员能够容易想到的内容和实质上相同
的内容。再有,以下所述的构成要素可以作适当组合。

本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁用原料合金的特征为:生
成物的主相颗粒的组成为(R11-xR2x)2T14B(R1为不包括Y、La、Ce
的稀土元素中的至少1种,R2为由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀
土元素,T为以Fe或者Fe以及Co为必需元素的1种以上的过渡金属
元素,0.1≤x≤0.5),且Ca的含量按重量比为25ppm~300ppm。

通过选择由Y、La、Ce中的1种以上构成的稀土元素作为R-T-B
系永久磁铁中的稀土元素R中的规定量,并且使用含有适量Ca的
R-T-B系永久磁铁用原料合金,从而由于磁铁制作工序中与杂质发生的
反应减少而使杂质含量被抑制,并且主相颗粒直径的分布由于异常晶
粒生长被抑制而得到改善。

在本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁用原料合金中,Ca含量
按重量比为25ppm~300ppm。如果小于25ppm的话,则不会充分获得
磁铁制作工序中的与杂质的反应减少的效果以及异常晶粒的抑制效
果。另一方面,如果超过300ppm的话,则副相的比例变高并且磁特性
大幅度降低。

在此,本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁用原料合金优选O
含量按重量比为500ppm~5000ppm。通过控制在该范围内,从而提高由
含有Ca和O的副相抑制异常晶粒生长的效果,并且能够改善主相颗粒
直径的分布。如果小于500ppm的话,则不能够充分获得磁铁制作工序
中的异常晶粒生长被抑制的效果。另一方面,如果超过5000ppm的话,
则副相的比例变高并且得不到高的磁特性。

本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁含有11at%~18at%的稀土
元素。如果R的量小于11at%的话,则包含于R-T-B系永久磁铁中的
R2T14B相的生成不充分,并且具有软磁性的α-Fe等会析出,并且矫顽
力会明显降低。另一方面,如果R的量超过18at%的话,则R2T14B相
的体积比率降低并且剩余磁通密度降低。

在本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁中,稀土元素也可以含
有来自于原料的杂质。还有,如果考虑要获得高的各向异性磁场的话,
则优选R1为Nd、Pr、Dy、Ho、Tb,另外,从原料价格和耐蚀性的观
点出发更加优选为Nd。

在本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁中,在主相颗粒的组成
中所占有的R2的量x为0.1≤x≤0.5。如果x小于0.1的话,则得不到
在温度特性方面表现优异的永久磁铁。这被认为是因为Y、La、Ce相
对于稀土元素的比率小。如果x大于0.5的话,则剩余磁通密度Br会
明显降低。这是因为,在R2T14B永久磁铁中,Y、La、Ce显示不出比
Nd等更大的磁化。

在本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁中,T为以Fe或者Fe
以及Co为必需元素的1种以上的过渡金属元素。Co量相对于T量优
选是0at%以上10at%以下。通过增加Co量从而就能够提高居里温度,
并且能够将相对于温度上升的矫顽力的降低抑制得较小。另外,通过
增加Co量能够提高稀土永久磁铁的耐蚀性。

本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁含有5at%~8at%的B。在B
小于5at%的情况下就不能够获得高的矫顽力。另外一方面,如果B超
过了8at%的话,则会有剩余磁通密度降低的倾向。因此,将B的上限
设定为8at%。另外,B也可以用C来置换其一部分。C的置换量相对
于B优选为10at%以下。

本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁可以在0.01at%~1.2at%的
范围内含有Al以及Cu中的1种或者2种。通过在该范围内含有Al
以及Cu中的1种或者2种,从而可以实现所获得的永久磁铁的高矫顽
力化、高耐蚀性化以及温度特性的改善。

本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁允许含有其他元素。例如,
可以适当含有Zr、Ti、Bi、Sn、Ga、Nb、Ta、Si、V、Ag、Ge等元素。

本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁用原料合金可以使用稀土
金属或者稀土合金、纯铁、硼铁、以及这些的合金等。Ca可以使用Ca
金属或者Ca合金等。作为O可以使用各种氧化物。但是,因为会有
Ca和O包含于原料金属的一部分中的情况,所以必须选定原料金属的
纯度等级并且以使整体的Ca和O的含量成为规定值的形式进行调整。

以下就本发明的制造方法的优选例子进行说明。

在本实施方式的R-T-B系永久磁铁的制造过程中,首先准备能够
制得具有所希望的组成的R-T-B系磁铁的原料合金。原料合金可以在
真空或者惰性气体、优选Ar气氛中由薄带连铸(stripcasting)法以及
其他公知的熔解法来制造。薄带连铸法是使在Ar气氛等非氧化性气氛
中熔解原料金属而获得的熔融金属喷出至旋转的滚筒表面。在滚筒上
被急剧冷却的熔融金属被急剧冷却凝固成薄板或者薄片(鳞片)状。
该被急剧冷却凝固的合金具有晶体粒径为1μm~50μm的均质组织。
原料合金并不限定于薄带连铸法,例如可以由高频感应熔炼(high
frequencyinductionmelting)等熔解法来制得。还有,为了防止熔解后
的偏析,例如可以倾注于水冷铜板上来使其凝固。另外,也可以将由
还原扩散法获得的合金作为原料合金来使用。

在本发明中,在制得R-T-B系永久磁铁的情况下,基本适用由1
种合金作为原料合金制作磁铁的所谓单一合金法,但也可以适用所谓
混合法,即,其中使用将主相颗粒R2T14B结晶作为主体的主相合金(低
R合金)、和比低R合金更多地含有R并且有效地有助于晶界形成的合
金(高R合金)。

原料合金被提供给粉碎工序。在由混合法来进行制作的情况下,
低R合金和高R合金被分开来或者被一起粉碎。在粉碎工序中有粗粉
碎工序和微粉碎工序。首先,将原料合金粗粉碎到粒径成为数百μm
的程度。粗粉碎优选使用捣碎机、颚式粉碎机(Jawcrusher)、布朗磨
碎机等,在惰性气体氛围中进行。在粗粉碎之前,通过使氢吸留于原
料合金中之后再使其释放从而进行粉碎是有效的。氢释放处理是为了
减少作为稀土烧结磁铁的杂质的氢而进行的。用于吸氢的加热保持温
度为200℃以上,优选是350℃以上。保持太阳城集团根据与保持温度的关系
以及原料合金的厚度等进行改变,但是至少要30分钟以上,优选是1
小时以上。氢释放处理在真空中或者在Ar气流中进行。还有,吸氢处
理和氢释放处理并不是必需的处理。也可以将该氢粉碎工序作为粗粉
碎工序,省略机械性的粗粉碎。

在粗粉碎工序之后转移至微粉碎工序。在微粉碎中主要使用喷磨
机,将粒径为数百μm程度的粗粉碎粉末磨碎至平均粒径为2.5μm~6
μm,优选是磨碎至3μm~5μm。喷磨法是以下所述的方法,即,从
狭窄的喷嘴释放高压惰性气体从而产生高速气流,由该高速气流来加
速粗粉碎粉末,并使粗粉碎粉末彼此发生碰撞或使其与靶或容器壁发
生碰撞,从而进行粉碎。

在微粉碎中也可以使用湿式粉碎。在湿式粉碎中,使用球磨机或
湿式磨碎机(attritor)等,将粒径为数百μm程度的粗粉碎粉末磨碎至
平均粒径为1.5μm~5μm,优选是磨碎至2μm~4.5μm。

在微粉碎时可以添加0.01wt%~0.3wt%程度的以成形时的润滑以及
取向性的提高为目的的脂肪酸或者脂肪酸的衍生物或烃,例如硬脂酸
类或油酸类的硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硬脂酸酰胺、油酸酰
胺、乙烯-双-异硬脂酸酰胺,烃类的液体石蜡、萘等。

微粉碎粉末被提供给磁场中成形工序。磁场中成形的成形压力只
要在0.3ton/cm2~3ton/cm2(30MPa~300MPa)的范围内即可。成形压力
既可以是从成形开始到结束为恒定,又可以是进行递增或者递减,或
者也可以是进行不规则变化。成形压力越低则取向性变得越好,但是
如果成形压力过低的话,则因为成形体的强度不足而在操作处理上会
产生问题,所以考虑到这一点而从上述范围选择成形压力。以磁场中
成形来获得的成形体的最终相对密度通常为40%~60%。

所施加的磁场只要在960kA/m~1600kA/m程度即可。所施加的磁
场并不限定于静磁场,也可以是脉冲状的磁场。另外,也可以并用静
磁场和脉冲状磁场。

成形体被提供给烧结工序。烧结是在真空或者惰性气体氛围中进
行。烧结保持温度以及烧结保持太阳城集团有必要根据组成、粉碎方法、平
均粒径和粒度分布的差异等诸条件进行调整,但是如果温度大致在
1000℃~1200℃的范围以及太阳城集团大致在2小时~20小时的范围的话即
可。

在烧结之后,可以对所获得的烧结体施以时效处理。时效处理工
序对于调整矫顽力来说是有效的工序,但是只通过时效处理工序难以
降低矫顽力的偏差。

实施例

以下是使用实施例以及比较例来详细说明本发明的内容,但是本
发明并不限定于以下所述实施例。

以使主相颗粒的组成成为(R11-xR2x)2T14B并且进一步添加规定
的Ca和O的方式,以规定量称取稀土元素的金属、电解铁、硼铁、添
加元素,由薄带连铸法制得薄板状的R-T-B合金。通过在氢气流中一
边搅拌该合金一边进行热处理从而制成粗粉末,之后,添加作为润滑
剂的油酸酰胺,在非氧化性气氛中使用喷磨机制成微粉末(平均粒径3
μm)。将所获得的微粉末充填于模具(孔径尺寸:20mm×18mm)中,
一边在与加压方向成直角的方向上施加磁场(2T),一边用2.0ton/cm2
的压力实施单轴加压成形。使所获得的成形体升温至1090℃,并且在
保持4小时之后冷却至室温。接着,进行850℃—1小时以及530℃—1
小时的时效处理,从而获得烧结体。

在此,T是选择使用Fe。R1,R2的种类和量以及Ca和O的量按表
1所记载的各种组合进行制作。在包含多个R2的情况下,R2的各个元
素的数值是表示在R2内的比率。另外,制作好的烧结体中的Ca和O
的量的分析结果也一起表示。

[表1]


根据表1可知:在使用权利要求3以及权利要求4所述的范围内
的R-T-B系永久磁铁用原料合金来进行制作的情况下,制成Ca和O的
含量为权利要求1以及权利要求2所述的范围内的R-T-B系永久磁铁。

使用BH示踪器来测定制作好的烧结体在100℃下的磁特性。所有
组合都各制作100个,剩余磁通密度和矫顽力为100个的平均值。另
外,将矫顽力的分布定义为(最大值-最小值)/(最大值+最小值)×
100并进行计算。计算结果表示于表2中。

[表2]


根据实施例以及比较例明确可知:在处于权利要求1的组成范围
的情况下,能够稳定地制作在温度特性方面表现优异的永久磁铁。再
有,还可知:在处于权利要求1以及权利要求2的组成范围的情况下,
特别能够稳定地制作出在温度特性方面表现优异的永久磁铁。

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RTB 永久磁铁 原料 合金
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