專利名稱：稀土永久磁石及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土永久磁石及其制造方法，特別涉及對結(jié)晶粒進行微細化來提高矯頑力的技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為由Nd-Fe-B系合金構(gòu)成的永久磁石的制造方法，已知有在將單晶的合金粉末填充于模具中的狀態(tài)下，使磁場取向，然后，進行成型和燒結(jié)的粉末冶金法。但是，在粉末冶金法中，存在著若使原料粉末微細化，則由于比表面積增加，而導(dǎo)致用于防止氧化的處置變得復(fù)雜這樣的不便，在通過對燒結(jié)磁石的結(jié)晶粒進行微細化來提高矯頑力的方面存在著極限。作為粉末冶金法以外的制造方法，存在下述方法對通過將熔液驟冷而得到的合金粉末實施熱處理，并與樹脂一同固化成型，由此制成各向同性粘結(jié)磁石的方法；或利用熱壓，對通過將熔液驟冷而得到的合金粉末進行熱壓縮成型，從而得到各向同性塊狀磁石的方法，等；例如在專利文獻1中公開了，通過對該各向同性塊狀磁石實施熱加工，得到各向異性塊狀磁石的方法。專利文獻1 日本特開昭60-100402號公報專利文獻2 日本特開昭63-196014號公報專利文獻3 日本特開平2-4941號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題如上所述，據(jù)認為在使用對熔液驟冷而得到的合金粉末來制造的Nd-Fe-B系合金永久磁石中，微細的結(jié)晶粒與矯頑力的體現(xiàn)密切相關(guān)，但已知，在制造方法中的例如熱塑性加工等施加熱的工序中，結(jié)晶粒生長，與此相伴矯頑力下降。但是，至今為止，提出了如專利文獻2中記載的那樣添加Ti、Zr、Hf等過渡金屬元素單質(zhì)、如專利文獻3中記載的那樣添加HfB2等硼化物，來抑制結(jié)晶粒粗大化和使組織均質(zhì)化的方案，但是并沒有報告通過添加碳化物來微細化的方法。其主要理由是由于下述要因若添加碳化物，則會形成NdJe14C或 Nd2C3，或主相Ndfe14B的元素被C置換，由此會使磁石成分減少從而飽和磁化降低。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種稀土永久磁石及其制作方法，其中，所述稀土永久磁石通過含有碳化物，能夠在不使磁石成分減少的情況下將結(jié)晶粒微細化，由此可以在不降低飽和磁化的情況下提高矯頑力。用于解決問題的手段本發(fā)明人對能夠以所謂的釘扎效應(yīng)來抑制結(jié)晶粒的生長的化合物反復(fù)進行了深入研究。并且，對Nb、Mo、Cr及Hf與B、C及Si形成的化合物進行了探討，結(jié)果著眼于用于碳化物生成反應(yīng)的能量較低的HfC。推測由于HfC的生成能低，因此形成NdJe14C或Nd2C3 或主相Ndfe14B的元素被C置換的可能性低，基于這樣的推測反復(fù)進行實驗，結(jié)果得到下述見解若以某一范圍含有預(yù)定粒徑的HfC顆粒，則可以抑制由加熱引起的結(jié)晶粒的生長，同時不會與主相NdJe14B形成化合物。本發(fā)明的稀土永久磁石是基于上述見解完成的，其特征在于，其為在R-Fe-B系合金(R 稀土元素)中分散有0. 2 3. 0atom%的、平均粒徑為5 IOOnm的HfC顆粒的稀土永久磁石。另外，本發(fā)明的稀土永久磁石的制作方法的特征在于，該制造方法具備下述工序 對含有0. 2 3. 0atom%的、平均粒徑為5 IOOnm的HfC顆粒的R-Fe-B系合金(R 稀土元素)的熔液進行驟冷，從而得到非晶質(zhì)或平均結(jié)晶粒徑為5μπι以下的磁石材料的工序； 和將所述磁石材料在受熱下進行塑性加工，從而賦予磁各向異性的工序。以下，將本發(fā)明的數(shù)值限定的依據(jù)與本發(fā)明的作用一同進行說明。需要說明的是， 在以下的說明中，“ ％ ”表示"atom% ”。HfC :0· 2 3. 0%HfC的含量小于0. 2%時，則釘扎效應(yīng)不充分，在加熱下結(jié)晶粒變得容易生長。另一方面，若HfC的含量超過3.0%，則作為磁石成分的主相的比例減少，飽和磁化降低。因此，使HfC的含量為0. 2 3. 0%。需要說明的是，HfC的含量進一步優(yōu)選為0. 6%以上。HfC的平均結(jié)晶粒徑5 IOOnm若HfC的平均結(jié)晶粒徑小于5nm，則相對于主相的結(jié)晶粒過小，因此釘扎效應(yīng)不充分，其結(jié)果導(dǎo)致加熱下結(jié)晶粒變得容易生長。另一方面，若HfC的平均結(jié)晶粒徑超過lOOnm， 則HfC的分散不充分，釘扎效應(yīng)不充分。因此，使HfC的平均粒徑為5 lOOnm。在本發(fā)明的制造方法中，首先通過對熔液進行驟冷，得到非晶質(zhì)或平均結(jié)晶粒徑為5 μ m以下的磁石材料。對于該磁石材料來說，在主相的晶界上，析出并分散有HfC顆粒。 作為對熔液進行驟冷的方法，可以采用例如熔液抽取法。熔液抽取法是一邊使內(nèi)側(cè)具備水冷夾套的軋輥旋轉(zhuǎn)，一邊將R-Fe-B系合金的熔液從噴嘴供給至軋輥的表面上，進行驟冷以使其凝固的方法。在該熔液抽取法中，供給至軋輥的熔液瞬間冷卻固化，能夠得到非晶質(zhì)或微細的結(jié)晶粒的薄帶。需要說明的是，如此得到的薄帶的寬度為0. 1 10mm，厚度為1 100 μ m0接著，將上述磁石材料在受熱下進行塑性加工，從而賦予磁各向異性。在磁石材料的狀態(tài)下，每個主相的結(jié)晶粒的易磁化軸的方向都不同，但通過將磁石材料在受熱下進行塑性加工，可以使各結(jié)晶粒的易磁化軸統(tǒng)一到接受變形的方向。因此，對由熱塑性加工得到的磁石材料在加壓方向進行磁化，由此可以得到磁力線朝向加壓方向的永久磁石。此情況下，在本發(fā)明中，在磁石材料的主相的晶界上分散有HfC顆粒，因此可以抑制伴隨著加熱的結(jié)晶粒的生長。需要說明的是，在磁石材料為薄帶的情況下，若在熱塑性加工之前，對薄帶進行粉碎而制成粉末，接著在受熱下進行成型則是優(yōu)選的。作為此情況的成型法，可以使用在受熱下從全方向給予粉末幾乎相等的壓力的粉末注射成型(HIP處理)、或在模具的腔室中對粉末進行壓縮成型的熱壓法。經(jīng)由這樣的工序，可以容易地進行熱塑性加工。另外，通過在受熱下進行成型，使非晶質(zhì)的組織結(jié)晶化。進一步，通過進行熱壓，可以一定程度地將結(jié)晶粒的易磁化軸統(tǒng)一使其朝向加壓方向。由此，通過下述的熱塑性加工可以進一步提高易磁化軸的取向度，在磁化后能夠得到高的磁通密度。
熱塑性加工的溫度優(yōu)選為800°C以下，更優(yōu)選為750°C以下，進一步優(yōu)選為700°C 以下。通過在較低的溫度下進行熱塑性加工，可以使磁石材料的結(jié)晶粒更加微細化?？墒?， 若溫度過低，則在熱塑性加工時，在磁石材料上會發(fā)生龜裂或裂紋，因此優(yōu)選為600°C以上。作為稀土元素一般為Nd，但也可以使用如Dy (鏑)或Tb (鋱)等其他的稀土元素。 而且，作為各成分的比例，例如可以為R :5 20% Je 65 85%、B :3 10%、HfC :0. 2 3. 0%。另外，作為對熔液進行驟冷的方法，并不僅限于熔液抽取法，可以使用各種方法。 例如，在連續(xù)鑄造法中，通過加快在模具中的冷卻速度，可以得到與采用熔液抽取法中所得到的薄帶同等的坯錠?；蛘?，可以通過霧化法來得到粉末的磁石材料。利用熱塑性加工，主相的結(jié)晶粒發(fā)生變形，晶界雜亂。若晶界雜亂，則矯頑力下降。因此，優(yōu)選在熱塑性加工后進行熱處理以使晶界平滑。此情況下，熱處理的溫度優(yōu)選為 600 900"C。由以上工序得到的稀土永久磁石是在R-Fe-B系合金(R:稀土元素)中分散有 0. 2 3. 0atom%的、平均粒徑為5 IOOnm的HfC顆粒的稀土永久磁石。對于該稀土永久磁石，由于HfC的生成能低，因此可以穩(wěn)定地存在，因此抑制了通過C與其它成分結(jié)合或置換而使磁石成分減少的情況，同時利用HfC顆粒的釘扎效應(yīng)而使結(jié)晶粒保持微細的狀態(tài)， 由此可以在不降低飽和磁化的情況下，提高矯頑力。需要說明的是，這種稀土永久磁石的組織的平均粒徑優(yōu)選為10 500nm，HfC顆粒的平均粒徑優(yōu)選為5 20nm。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以得到下述效果通過含有碳化物，可以在不減少磁石成分的情況下將結(jié)晶粒微細化，由此可以在不降低飽和磁化的情況下提高矯頑力，等。


圖1是表示本發(fā)明的實施例中的HfC、Hf、C的添加量和矯頑力的關(guān)系的圖。圖2是表示本發(fā)明的實施例中的稀土永久磁石的平均結(jié)晶粒徑和矯頑力的關(guān)系的圖。圖3是本發(fā)明的實施例中的稀土磁石的TEM照片，(A)表示沒有添加HfC的情況、 (B)表示添加有HfC的情況。
具體實施例方式將Nd13.2!^(8a9_x)B5.9Mx的組成的合金熔解，將熔液從噴嘴供給至軋輥的表面上。其中，M為Hf、C、HfC的任意一種，χ在0 0. 8的范圍內(nèi)進行各種設(shè)定。軋輥是利用內(nèi)藏的水冷夾套來進行冷卻的，其旋轉(zhuǎn)速度(周速度)為17. 5m/s。將在軋輥上冷卻固化的合金剝離，制作厚度為25 μ m左右的薄帶試樣。利用電子顯微鏡進行觀察，其結(jié)果為剛驟冷后的試樣為結(jié)晶相和非晶質(zhì)相混在一起的組織，結(jié)晶相的粒徑為IOOnm以下。對于得到的薄帶的試樣，進行在700°C、750°C、80(rC的保持溫度下保持10分鐘的熱處理，使非晶質(zhì)相結(jié)晶化以消除對磁特性的影響，同時觀察結(jié)晶粒的生長程度。利用振動樣品磁強計，對每個試樣進行磁化測定。將各元素的添加量和矯頑力的關(guān)系示于圖1。利用電子顯微鏡進行試樣組織的觀察。將由組織觀察而算出的平均結(jié)晶粒徑和矯頑力的關(guān)系示于圖2。另外，將組織的TEM照片示于圖3。圖1表示進行了 700°C的熱處理的試樣的各元素的添加量和矯頑力的關(guān)系。由圖 1可知隨著HfC的添加量的增加，矯頑力增加。與此相對，添加Hf單質(zhì)時，矯頑力幾乎沒有變化；添加C單質(zhì)時，隨著C的添加量的增加，矯頑力減少。由此可以推測，同時添加Hf 和C時，對于矯頑力的增加是有效果的。圖2表示添加了 HfC的試樣和沒有添加HfC的試樣中的結(jié)晶粒徑和矯頑力的關(guān)系。如圖2中箭頭所示，在相同熱處理溫度下，與沒有添加HfC的試樣相比，添加了 HfC的試樣的一方的結(jié)晶粒徑小，且矯頑力大。這意味著通過添加HfC，可以抑制結(jié)晶粒的生長速度。圖3表示對沒有添加HfC的試樣和添加了 HfC的試樣在700°C下進行了熱處理后的組織的TEM照片。即使在組織的TEM照片中，也可以確認到添加了 HfC的試樣的一方的結(jié)晶粒微細。另外，對添加了 HfC的試樣進行元素測繪，結(jié)果可以確認到IOnm左右的含Hf 的微細結(jié)晶粒均勻地析出并分散。該析出物抑制主相結(jié)晶粒的生長，由此結(jié)晶粒微細、矯頑力提高。工業(yè)實用性本發(fā)明通過將結(jié)晶粒微細化，能夠在不降低飽和磁化的情況下提高矯頑力，因此能夠用于發(fā)動機等技術(shù)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種稀土永久磁石，其特征在于，其為在R-Fe-B系合金中分散有0. 2at0m% 3. 0atom%的平均粒徑為5nm IOOnm的HfC顆粒的稀土永久磁石，其中R-Fe-B系合金中的R表示稀土元素。
2.—種稀土永久磁石的制造方法，其特征在于，該制造方法具備對含有0. 2atom% 3. 0atom%的平均粒徑為5nm IOOnm的HfC顆粒的R-Fe-B系合金的熔液進行驟冷，從而得到非晶質(zhì)或平均結(jié)晶粒徑為5 μ m以下的磁石材料的工序，其中 R-Fe-B系合金中的R表示稀土元素；和將所述磁石材料在受熱下進行塑性加工，從而賦予磁各向異性的工序。
全文摘要
在R-Fe-B系合金(R稀土元素)中，分散有0.2～3.0atom％的、平均粒徑為5～100nm的HfC顆粒。通過含有碳化物，可以在不減少磁石成分的情況下對結(jié)晶粒進行微細化，由此可以不降低飽和磁化來提高矯頑力。
文檔編號B22F9/04GK102356172SQ201080012299
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者中澤義行, 加藤龍?zhí)? 清水治彥 申請人:本田技研工業(yè)株式會社