CN108352231B - 稀土-钴永磁体 - Google Patents

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Abstract

提供了具有良好磁性的基于稀土‑钴的永磁体。该基于稀土‑钴的永磁体(10、20、200)含有23质量％至27质量％的R、3.5质量％至5.0质量％的Cu、18质量％至25质量％的Fe、1.5质量％至3.0质量％的Zr、余量包含Co和不可避免的杂质，其中R为至少含有Sm的稀土元素。基于稀土‑钴的永磁体(10、20、200)具有的金属结构包括多个晶粒(1、21、201)和连续延伸的晶界(2、22、202)。晶界(2、22、202)中Cu的含量高于晶粒(1、21、201)中Cu的含量，晶界(2、22、202)中Zr的含量高于晶粒(1、21、201)中Zr的含量。

Description

稀土-钴永磁体
技术领域
本发明涉及稀土-钴永磁体。
背景技术
稀土-钴永磁体的实例包括含有14.5质量％的Fe的钐钴磁体。此外，制得具有增加的Fe含量的钐钴磁体以提高能积。
例如，专利文献1公开了使用由20质量％至30质量％的RE(RE是Sm或含有50质量％以上的Sm的2种或更多种稀土元素)、10质量％至45质量％的Fe、1质量％至10质量％的Cu、0.5质量％至5质量％的Zr、余量的Co和不可避免的杂质构成的合金得到的钐钴磁体。具体而言，使用带铸法来铸造合金并获得薄片。带铸法是将熔融合金滴落到水冷铜辊上以生产厚度约1mm的薄片的方法。然后，将得到的薄片置于非氧化性气氛中进行热处理，然后磨成粉末。然后将粉末在磁场中压缩成型，然后依次进行烧结、固溶处理和时效处理。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开第2002-083727号
发明内容
技术问题
存在对于具有良好磁性的稀土-钴永磁体的需求。
本发明提供具有良好磁性的稀土-钴永磁体。
问题的解决方案
根据本发明的实施方式的稀土-钴永磁体含有23质量％至27质量％的R、3.5质量％至5.0质量％的Cu、18质量％至25质量％的Fe、1.5质量％至3.0质量％的Zr、余量的Co和不可避免的杂质，其中元素R是至少包含Sm的稀土元素，稀土-钴永磁体具有包含多个晶粒和晶界的金属结构，晶界具有连续延伸的形状，晶界中的Cu含量高于晶粒中的Cu含量，并且晶界中的Zr含量高于晶粒中的Zr含量。
晶界可以含有5质量％至45质量％的Cu和3质量％至20质量％的Zr。另外，当在退磁场中施加规定的外加磁场并逐渐增加外加磁场的情况下，在多个晶粒之间的边界中可以产生磁壁，在施加的磁场持续逐渐增加并且施加的磁场超过临界磁场的情况下，磁壁可以传播到晶粒中，临界磁场可以等于或大于480kA/m。此外，内禀矫顽力可以等于或大于1600kA/m。此外，在不可避免的杂质中，C可以限制为200ppm至1000ppm。此外，在不可避免的杂质中，O可以限制为1000ppm至5000ppm。此外，密度可以等于或大于8.25g/cm3，并且最大能积可以等于或大于255kJ/m3。
根据本发明的实施方式的电动机包括上述稀土-钴永磁体。
根据本发明的实施方式的装置包括上述稀土-钴永磁体。
生产本发明的实施方式的稀土-钴永磁体的方法是生产含有23质量％至27质量％的R、3.5质量％至5.0质量％的Cu、18质量％至25质量％的Fe、1.5质量％至3.0质量％的Zr、余量的Co和不可避免的杂质的稀土-钴永磁体的方法，其中元素R是至少包含Sm的稀土元素，所述稀土-钴永磁体具有包含多个晶粒和晶界的金属结构，所述晶界具有连续延伸的形状，晶界中的Cu含量高于晶粒中的Cu含量，并且晶界中的Zr含量高于晶粒中的Zr含量，所述方法包括在将铸锭磨成粉末并将所述粉末模压为模塑体之后的烧结所述模塑体的烧结步骤，通过在与所述烧结步骤相同的气氛条件下加热并保持所述模塑体来进行固溶处理的固溶处理步骤，和快速冷却所述模塑体的快速冷却步骤，所述方法还包括在烧结步骤之前的混合包含含有Zr的母合金的材料的材料组合步骤，以及通过金属型铸造形成铸锭的铸造步骤。
生产根据本发明的实施方式的稀土-钴永磁体的方法是生产含有23质量％至27质量％的R、3.5质量％至5.0质量％的Cu、20质量％至25质量％的Fe、1.5质量％至3.0质量％的Zr、余量的Co和不可避免的杂质的稀土-钴永磁体的方法，其中元素R是至少包含Sm的稀土元素，所述稀土-钴永磁体具有包含多个晶粒和晶界的金属结构，所述晶界具有连续延伸的形状，晶界中Cu的含量高于晶粒中Cu的含量，并且晶界中Zr的含量高于晶粒中Zr的含量，所述方法包括在将铸锭磨成粉末并将粉末模压为模塑体之后，通过在真空度为10Pa以下的气氛下，将所述模塑体在1175℃至1225℃的烧结温度下加热并保持20分钟至180分钟的烧结时间来烧结所述模塑体的烧结步骤，通过在与所述烧结步骤相同的气氛下，将所述模塑体在1130℃至1180℃的固溶温度下加热并保持2小时至30小时的固溶时间来进行固溶处理的固溶处理步骤，和以60℃/分钟或高于60℃/分钟的快速冷却速率来快速冷却所述模塑体的快速冷却步骤。
发明的有益效果
根据本发明的实施方式，可以提供具有良好磁性的稀土-钴永磁体。
附图说明
图1是示意性示出根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的实例的截面结构的视图；
图2是表示用于生产第一实施方式的稀土-钴永磁体的方法的实例的流程图；
图3是表示磁场强度Hc与磁通密度B的关系的曲线图；
图4是表示根据实施例1的永磁体的磁畴的图像；
图5是表示根据实施例1的永磁体的磁畴的图像；
图6是表示根据实施例1的永磁体的磁畴的图像；
图7是表示根据实施例1的永磁体的磁畴的图像；
图8是表示根据实施例1的永磁体的磁畴的图像；
图9是表示根据实施例1的永磁体的磁畴的图像；
图10是根据实施例1的永磁体的DF-STEM图像；
图11是根据实施例1的永磁体的元素分布像图像；
图12是根据实施例1的永磁体的元素分布像图像；
图13是根据实施例1的永磁体的元素分布像图像；
图14是根据实施例1的永磁体的元素分布像图像；
图15是示意性示出根据第二实施方式的稀土-钴永磁体的实例的截面结构的视图；
图16是表示生产根据第二实施方式的稀土-钴永磁体的方法的实例的流程图；
图17是表示根据实施例21的永磁体的磁畴的图像；
图18是表示根据实施例21的永磁体的磁畴的图像；
图19是表示根据实施例21的永磁体的磁畴的图像；
图20是表示根据实施例21的永磁体的磁畴的图像；
图21是表示根据实施例21的永磁体的磁畴的图像；
图22是表示根据实施例21的永磁体的磁畴的图像；
图23是表示根据对比例1的永磁体的磁畴的图像；
图24是表示根据对比例1的永磁体的磁畴的图像；
图25是表示根据对比例1的永磁体的磁畴的图像；
图26是表示根据对比例1的永磁体的磁畴的图像；
图27是表示根据对比例1的永磁体的磁畴的图像；
图28是根据对比例1的永磁体的DF-STEM图像；
图29是根据对比例1的永磁体的元素分布像图像；
图30是根据对比例1的永磁体的元素分布像图像；
图31是根据对比例1的永磁体的元素分布像图像；和
图32是根据对比例1的永磁体的元素分布像图像。
具体实施方式
本发明人已经发现，永磁体的磁畴结构影响磁性，例如方形度。本发明人对原料、生产方法等进行了深入研究并完成了本发明。
第一实施方式
根据第一实施方式的稀土-钴永磁体在下文中参照图1描述。图1是示意性示出根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的实例的截面结构的视图。
根据第一实施方式的稀土-钴永磁体含有24质量％至26质量％的R、18质量％至22质量％的Fe、4.2质量％至5.0质量％的Cu、2.0质量％至2.6质量％的Zr，其余为Co和不可避免的杂质。根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的熔点约为1400℃。R是稀土元素，稀土元素中至少含有Sm。稀土元素的实例包括Pr、Nd、Ce和La。此外，根据第一实施方式的稀土-钴永磁体含有主要由稀土-钴构成的金属间化合物。金属间化合物可以是例如SmCo5、Sm2Co17等。
此外，根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的实例是稀土-钴永磁体10。如图1所示，稀土-钴永磁体10具有包含多个晶粒1和在多个晶粒1之间的边界处的晶界2(其可以被称为晶粒边界)的金属结构。
晶粒1具有包含Sm2Co17的晶胞相(未示出)，包围晶胞相并包含SmCo5的晶胞壁(未示出)，以及包含Zr的片状相(未示出)。此外，在稀土-钴永磁体10中，在晶粒1内部形成亚微米尺寸的结构，产生晶胞相和晶胞壁中合金成分的浓度间的差异，Cu尤其集中在晶胞壁上。
晶界2包含比晶粒1更高比例的Cu和Zr中的至少一种。此外，晶界2中的Cu含量可以高于或等于整个稀土-钴永磁体10中的Cu含量；换句话说，晶界2优选含有5.0质量％或高于5.0质量％的Cu。此外，晶界2中的Zr含量高于整个稀土-钴永磁体10中的Zr含量；换句话说，晶界2优选含有2.6质量％或高于2.6质量％的Zr，更优选含有3.0质量％或高于3.0质量％的Zr。
此外，晶界2是连续延伸的膜状体。更具体而言，晶界2优选形成为膜状以覆盖多个晶粒1。此外，在具体的实例中，晶界2具有分别覆盖多个晶粒1的多个膜状部分彼此连接的形状。在另一具体实例中，晶界2覆盖多个晶粒1中的每一个并将多个晶粒1彼此分开。
根据第一实施方式的永磁体可以广泛地用作钟表、电动机、测量仪器、远程通信设备、计算机终端、扬声器、视盘、传感器和其他设备的各种部件和装置。此外，由于即使在高环境温度下，根据第一实施方式的永磁体的磁力也不会降低，因此可以预期其可以应用于角度传感器、用于车辆发动机室的点火线圈、HEV(混合动力车辆)的驱动电动机等。
生产根据第一实施方式的永磁体的方法
下文参照图2描述生产根据第一实施方式的永磁体的方法。图2是表示生产根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的方法的实例的流程图。
首先，准备稀土元素、纯Fe、纯Cu、纯Co、和含Zr的母合金作为原料，并将这些材料以上述特定组成组合(材料组合步骤S1)。母合金是二元合金，其通常由两种不同的金属元素构成，并用作熔化材料。此外，含Zr的母合金具有熔点低于1852℃的组成成分，1852℃为纯Zr的熔点。含Zr的母合金的熔点优选为等于或低于熔化根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的温度，该温度为1600℃以下，更优选为1000℃以下。
含Zr的母合金的实例包括FeZr合金和CuZr合金。FeZr合金和CuZr合金具有低熔点，从而使Zr在后文将描述的铸锭结构中均匀分散，因此它们是优选的。因此，由于具有共晶组成或类似组成的FeZr合金和CuZr合金的熔点被限制为1000℃或低于1000℃，所以它们是优选的。具体而言，FeZr合金例如为20％Fe-80％Zr合金。20％Fe-80％Zr合金含有75质量％至85质量％的Zr，其余为Fe和不可避免的杂质。CuZr合金是例如50％Cu-50％Zr合金。50％Cu-50％Zr合金含有45质量％至55质量％的Zr，其余为Cu和不可避免的杂质。
然后，将混合后的材料装入氧化铝坩埚中，在真空气氛下、或在1×10-2托或低于1×10-2托的惰性气体气氛下用高频炉使其熔化，然后在金属型中铸造，由此获得铸锭(铸锭铸造步骤S2)。例如，铸造方法是称为书型铸模(book molding)的金属型铸造。注意到，可以将得到的铸锭在固溶温度下热处理约1至20小时。通过该热处理，铸锭的结构进一步均匀化，这是优选的。
然后，所获得的钢锭被磨成具有规定的平均粒径的粉末(粉碎步骤S3)。通常，所获得的铸锭是粗磨的，进一步地，粗磨的铸锭在惰性气体的气氛中使用喷磨机等被细磨成粉末。例如，粉末的平均粒径(d50)为1μm至10μm。注意到，平均粒径(d50)是由激光衍射和散射法获得的颗粒粒度分布的50％积分值的粒径，更准确地说，粒径是Feret直径。
然后将所获得的粉末放在一定的磁场中，然后将粉末垂直压向磁场并模压成型，从而获得模塑体(模压成型步骤S4)。例如，模压成型条件为15kOe以上的磁场，模压成型的压力值为0.5至2.0吨/cm2(＝49至196MPa)。注意到，根据产品，磁场可以等于或小于15kOe(＝1193.7kA/m)，上述力可以被平行地加压到磁场和模压成型。非SI单位和SI单位之间的转换可以使用以下转换公式1至4完成。
1[kOe]＝103/4π[kA/m](…转换公式1)
1[MGOe]＝102/4π[kJ/m3](…转换公式2)
1.0[吨/cm2]＝98.0665[MPa](…转换公式3)
1.0[托]＝133.32[Pa](…转换公式4)
然后，模塑体在真空气氛下、或在1×10-2托(＝1.3332Pa)或低于1×10-2托的惰性气体气氛下被加热到烧结温度，从而被烧结(烧结步骤S5)。例如，烧结温度是1150℃至1250℃。
然后，在相同的气氛条件下，在低于烧结温度20℃至50℃的固溶温度下对模塑体进行固溶处理(固溶处理步骤S6)。例如，固溶时间为2到10小时。注意，固溶时间可以根据所得到的模塑体的结构和目标磁性适当变化。如果固溶时间过短，则组成成分不能充分均质化。另一方面，如果固溶时间过长，则模塑体中含有的Sm挥发。这导致模塑型体内部和其表面的组成成分之间的差异，这可以导致永磁体的磁性降低。
注意，从大批量生产的角度来看，优选地连续进行烧结步骤S5和固液处理步骤S6。在连续进行烧结步骤S5和固溶处理步骤S6的情况下，以例如0.2℃/分钟至5℃/分钟的低降温速率使温度从烧结温度降低到固溶温度。优选的，降温速率是低的，由于Zr在模塑体的金属结构中更完全地分布，因此分布均匀。
然后，以300℃/分钟或高于300℃/分钟的冷却速率快速冷却固溶处理后的模塑体(快速冷却步骤S7)。进一步地，在相同的气氛条件下，将模塑体在700℃至870℃的温度下加热并保持1小时以上，以0.2℃/分钟至5℃/分钟的冷却速率连续冷却，直到其降低至至少600℃，或者优选400℃或低于400℃(第一时效处理步骤S8)。
通过上述工艺，得到根据第一实施方式的稀土-钴永磁体。
同时，与需要复杂装置例如水冷铜辊的带铸法相比，金属型铸造能够使用简单的装置进行铸造。根据第一实施方式，能够通过使用金属型铸造来生产永磁体。因此，使用简单的设备能够生产具有良好磁性的永磁体。
此外，通过使用金属型铸造，根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的密度是8.15g/cm3至8.39g/cm3。通过使用金属型铸造，根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的平均晶粒直径是40μm至100μm。
另一方面，除了在铸锭铸造步骤S2中使用带铸法来代替金属型铸造以外，通过与生产根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法相同的生产方法还生产了永磁体。该永磁体的密度比第一实施方式的稀土-钴永磁体的密度高，更精确地，密度趋于是8.40g/cm3或高于8.40g/cm3。此外，该永磁体的平均晶粒直径趋于小于40μm。
第二实施方式
根据第二实施方式的稀土-钴永磁体在下文中参照图15描述。图15是示意性示出根据第二实施方式的稀土-钴永磁体的实例的截面结构的视图。
根据第二实施方式的稀土-钴永磁体含有23质量％至27质量％的R、20质量％至25质量％的Fe、3.5质量％至5.0质量％的Cu、1.5质量％至3.0质量％的Zr，其余为Co和不可避免的杂质。根据第二实施方式的稀土-钴永磁体的熔点约为1400℃。R是稀土元素，稀土元素中至少含有Sm。稀土元素的实例包括Pr、Nd、Ce和La。此外，根据第二实施方式的稀土-钴永磁体包含主要由稀土-钴构成的金属间化合物。金属间化合物可以是例如SmCo5、Sm2Co17等。
此外，根据第二实施方式的稀土-钴永磁体的实例是稀土-钴永磁体200。如图15所示，稀土-钴永磁体200具有包含多个晶粒201和在多个晶粒201之间的边界处的晶界202(其可以被称为晶粒边界)的金属结构。
晶粒201具有包含Sm2Co17的晶胞相(未示出)，包围晶胞相并包含SmCo5的晶胞壁(未示出)以及包含Zr的片状相(未示出)。此外，在稀土-钴永磁体200中，在晶粒201内部形成亚微米尺寸的结构，产生晶胞相和晶胞壁中的合金成分的浓度间差异，Cu尤其集中在晶胞壁上。
相比晶粒201，晶界202包含比例更高的Cu和Zr中的至少一种。此外，晶界202中的Cu含量可以高于或等于整个稀土-钴永磁体200中的Cu含量；换句话说，晶界202优选含有5.0质量％或高于5.0质量％的Cu，其可以含有例如45.0质量％的Cu。此外，晶界202中的Zr含量高于整个稀土-钴永磁体200中的Zr含量；换句话说，晶界202优选含有2.6质量％或高于2.6质量％的Zr，更优选含有3.0质量％或高于3.0质量％的Zr，还更优选含有6.0质量％或高于6.0质量％的Zr，其可以含有例如20.0质量％的Zr。
此外，晶界202是连续延伸的膜状体。更具体地，晶界202优选地形成为膜状以覆盖多个晶粒201。此外，在具体的实例中，晶界202具有分别覆盖多个晶粒201的多个膜状部分彼此连接的形状。在另一具体实例中，晶界202覆盖多个晶粒201中的每一个并将多个晶粒201彼此分开。
稀土-钴永磁体200的具体实例的密度为8.25g/cm3以上，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力(内禀矫顽力)Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。
根据第二实施方式的永磁体可以广泛地用作钟表、电动机、测量仪器、远程通信设备、计算机终端、扬声器、视盘、传感器和其他设备的各种部件和装置。此外，由于即使在高环境温度下，根据第二实施方式的永磁体的磁力也不会降低，因此可以预期其可以应用于角度传感器、用于车辆发动机室的点火线圈、HEV(混合动力车辆)的驱动电动机等。
生产根据第二实施方式的永磁体的方法
下文参照图16描述生产根据第二实施方式的永磁体的方法。图16是表示生产根据第二实施方式的稀土-钴永磁体的方法的实例的流程图。
首先，准备稀土元素、纯Fe、纯Cu、纯Co、和含Zr的母合金作为原料，并将这些材料以上述特定组成组合(材料组合步骤S21)。如上所述，指定的组合物包含23质量％至27质量％的R、20质量％至25质量％的Fe、3.5质量％至5.0质量％的Cu，1.5质量至3.0质量％的Zr，其余为Co。规定的组合物优选地包含24质量％至26质量％的R、20质量％至25质量％的Fe、4.0质量％至5.0质量％的铜、2.0质量％至2.5质量％的锆，其余为Co。对于含锆的母合金，优选使用与在材料组合步骤S1中使用的合金相同种类的合金(见图2)。
然后，将混合后的材料装入氧化铝坩埚中，在真空气氛下、或在1×10-2托或低于1×10-2托的惰性气体气氛下用高频炉熔化，然后在金属型中铸造，由此获得铸锭(铸锭铸造步骤S22)。例如，铸造方法是称为书型铸模(book molding)的金属型铸造。注意，可以将得到的铸锭在固溶温度下热处理约1至20小时。通过该热处理，铸锭的结构进一步均匀化，这是优选的。
然后，所获得的铸锭被磨成具有规定的平均粒径的粉末(粉碎步骤S23)。通常，所获得的铸锭被粗磨成粗粉。例如，粗粉的平均粒径(d50)为100μm至500μm。此外，粗粉在惰性气体气氛中使用喷磨机等被细磨成粉末。例如，粉末的平均粒径(d50)为1μm至10μm。注意，平均粒径(d50)是由激光衍射和散射法获得的颗粒粒度分布的50％积分值的粒径，更准确地说，粒径是Feret直径。
然后，正如在模压成型步骤S4中(见图2)，得到的粉末被放置在一定磁场，然后粉末被垂直压至磁场并模压成型，从而获得模塑体(模压成型步骤S24)。模压成型条件与模压成型步骤S4的条件(见图2)相同。
然后，模塑体在真空气氛下或在10Pa以下的惰性气体气氛下被加热到烧结温度，从而被烧结(烧结步骤S25)。烧结温度优选为1175℃至1225℃，更优选1180℃至1220℃。烧结时间优选为20到180分钟，更优选30到150分钟。真空气氛优选小于1Pa。
然后，在相同的气氛条件下，将模塑体在固溶温度下加热并保持一段规定的时间以进行固溶处理(固溶处理步骤S26)。固溶温度优选是1130℃至1180℃，更优选1140℃至1170℃。固溶时间优选是2到30小时，更优选4到20小时。注意，固溶时间可以根据所得到的模塑体的结构和目标磁性适当变化。如果固溶时间长于2小时，则组成成分可能会充分地均质化。另一方面，如果固溶时间是30小时或少于30小时，在模塑体中含有的Sm不太可能挥发。这防止了在模塑体的内部和表面之间出现成分组成差异，从而导致作为永磁体的磁性劣化。
注意，就大批量生产而言，烧结步骤S25和固溶处理步骤S26优选是连续进行的。在连续进行烧结步骤S25和固溶处理步骤S26的情况下，以例如0.2℃/分钟至5℃/分钟的低降温速率使温度从烧结温度降低到固溶温度。优选的，降温速率是低的，由于Zr在模塑体的金属结构中更完全地分布，因此分布均匀。
然后，将经固溶处理的模塑体冷却以降低模塑体的温度。在模塑体的温度是1000℃至600℃的情况下，模塑体在规定的冷却速率下快速冷却(快速冷却步骤S27)。当模塑体的温度下降到1000℃时开始快速冷却，当模塑体的温度下降到600℃时结束。规定的冷却速率为60℃/分钟或高于60℃/分钟，优选为70℃/分钟或高于70℃/分钟，更优选为80℃/分钟或高于80℃/分钟。
进一步地，在相同的大气条件下，将模塑体在规定的时效处理温度下加热并保持2至20小时，并以规定的冷却速率连续冷却，直至降低至至少400℃(第一时效处理步骤S28)。时效处理温度优选是700℃至900℃，更优选800℃至850℃。冷却速率优选为2℃/分钟或低于2℃/分钟，更优选为0.5℃/分钟低于0.5℃/分钟。
通过上述工艺，得到根据第二实施方式的稀土-钴永磁体。正如根据第一实施方式的稀土-钴永磁体，通过使用金属型铸造能够生产根据第二实施方式的稀土-钴永磁体。因此，能够使用简单的设备生产具有良好磁性的永磁体。
此外，根据第二实施方式的永磁体的密度趋于为8.25g/cm3至8.45g/cm3。
另外，虽然在烧结步骤S25中，将模塑体在真空气氛下、或10Pa或低于10Pa的惰性气体气氛下加热至烧结温度而烧结，但也可以进行热处理，例如SPS(放电等离子体烧结：放电烧结)。
实施例
实施例1
以下，参照表1、表2、图3至图14和图23至图32，对涉及根据第一实施方式的稀土-钴永磁体的实施例1和对比例1的实验进行说明。图3是表示磁场强度Hc与磁通密度B的关系的曲线图。图4至图9是表示根据实施例1的永磁体的磁畴的图像。图10是根据实施例1的永磁体的DF-STEM图像。图11到图14是根据实施例1的永磁体的元素分布像图像。图23至图27是表示根据对比例1的永磁体的磁畴的图像。图28是根据对比例1的永磁体的DF-STEM图像。图29到图32是根据对比例1的永磁体的元素分布像图像。
在实施例1中，通过与上述第一实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法相同的方法(参照图2)生产稀土-钴永磁体。具体而言，在材料组合步骤S1中，目标组成如表1所示。
表1
Figure GDA0002231111450000121
作为含有Zr的母合金，使用20％Fe-80％Zr合金。此外，在粉碎步骤S3中，使用喷磨机在惰性气体气氛下将铸锭细磨成平均粒径(d50)为6μm的粉末。在模压成型步骤S4中，在磁场为15kOe、模压成型压力为1.0吨/cm2(＝98MPa)的条件下进行模压成型，得到多个压塑体。在烧结步骤S5中，在1200℃的烧结温度下进行烧结。在固溶处理步骤S6中，以1℃/分钟的降温速率将温度降至固溶温度，在固溶温度为1170℃和固溶处理时间为4小时的条件下进行固溶处理。在快速冷却步骤S7中，以300℃/分钟的冷却速率进行快速冷却。在第一时效处理步骤S8中，在惰性气体气氛中，将烧结体在850℃的温度下加热并保持10小时以进行等温时效处理，然后，以0.5℃/分钟的冷却速率进行连续时效处理至350℃，从而获得永磁体。
注意，在对比例1中，除了材料组合步骤S1之外，通过与根据上述第一实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法相同的生产方法生产稀土-钴永磁体。在对比例1的生产方法中，在与材料组合步骤S1相对应的步骤中，将材料组合以达到表1所示的目标组成。使用称为锆海绵的Zr金属代替20％Fe-80％Zr合金。
对实施例1和对比例1测量磁性。测定的磁性为磁化曲线、剩磁Br[T]、矫顽力(内禀矫顽力)Hcj[kA/m]、最大能积(BH)最大值[kJ/m3]、以及方形度Hk/Hcj[％]。方形度Hk/Hcj表示退磁曲线的方形度，较大值表示较好的磁性。Hk是当剩磁Br为90％时B和退磁曲线相交时的磁场强度Hc的值。也测定密度。测量结果如图3和表2所示。此外，使用利用磁Kerr效应的光学显微镜观察实施例1和对比例1中的截面结构的磁畴结构。通过这种观察得到的图像显示在图4至图9和图23至图27中。此外，通过使用DF-STEM/EDX(暗场-扫描透射电子显微镜/能量色散X射线光谱)测量那些截面结构中的各元素的组成(含量)，并且进行元素分布像。通过这种测定得到的图像显示在图10至图14和图28至图32中。
表2
Figure GDA0002231111450000131
磁性的评价
如表2所示，与对比例1相比，实施例1中的剩磁Br、能积(BH)最大值、方形度Hk/Hcj更高。一个原因是Fe的含量高于对比例1，Zr的含量低于对比例1。另一个原因是因为在实施例1中，使用FeZr合金并且在铸锭铸造步骤S2中将其充分熔化，由此Zr均匀地分布在金属结构中；另一方面，在对比例1中，与铸锭铸造步骤S2中的实施例1相比，使用被称为锆海绵的Zr金属，并且其未充分熔化，因此Zr不均匀地分布在金属结构中。
此外，在对比例1中，与实施例1相比尽管密度更高，然而剩磁Br较低，因此结晶轴的取向度认为是低的。一个原因是因为平均晶粒直径小于实施例1中的平均晶粒直径。平均晶粒直径优选是40μm至100μm，因为永磁体可以具有合适的剩磁Br、最大能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj。
磁畴结构的观察
通过逐渐增加退磁场中外加磁场的绝对值来观察实施例1的磁畴结构。首先，如图4所示，在外加磁场为-0kA/m时未发现将反向磁畴与其周围隔离的磁壁。接下来，如图5所示，发现在外加磁场为-400kA/m时在晶粒边界处存在磁壁。然后，如图6所示，发现在外加磁场为-480kA/m时沿着晶粒边界存在磁壁。之后，如图7所示，在外加磁场为-1200kA/m时，磁壁移动到晶粒内(在本实施例的箭头方向上)。因此，确定磁壁是否从晶粒边界移动到晶粒内部的临界磁场被认为是-480kA/m至-1200kA/m。然后，如图8所示，发现在外加磁场为-1280kA/m时，磁壁也连续地移动到晶粒中。最后，如图9所示，在外加磁场为-1600kA/m时，磁壁连续移动到晶粒中。
根据上述实施例1中的磁畴结构的观察，发现在弱磁场中，即当施加的磁场的绝对值是小的时，在晶粒边界中均匀地出现反向磁畴。因此，晶粒边界中的磁壁钉扎力是均匀的，从而改善了退磁曲线的方形度。还发现反向磁畴开始在强磁场中传播，当施加的磁场的绝对值是大的时即为强磁场。
另一方面，在对比例1的磁畴结构中，如图23所示，在外加磁场为-0kA/m时，未发现将反向磁畴和周围隔开的磁壁。接下来，如图24所示，当外加磁场为-1120kA/m，晶粒边界的一部分存在磁壁。然后，如图25所示，当外加磁场为-1440kA/m，磁壁从它出现的位置进入晶粒。然后，如图26所示，在外加磁场为-1520kA/m时，磁壁连续移动到晶粒中。最后，如图27所示，在外加磁场为-1600kA/m时，磁壁进一步连续移动到晶粒中。
根据上述对比例1中的磁畴结构的观察，在弱磁场中未观察到反向磁畴。另一方面，在强磁场中从晶粒边界的一部分部分产生反向磁畴，并且该反向磁畴传播到晶粒中。因此，认为因为对比例1的晶粒边界中的磁壁钉扎力与实施例1中的相比是较不均匀的，因此退磁曲线的方形度低。
已知磁壁在具有低磁壁能量的部分中存在并扩张。因此，在永磁体宽范围中均匀存在磁壁的事实表明磁壁能量是一致的，即永磁体的方形度高。因此，与对比例1的磁畴结构相比，由于磁壁在实施例1的磁畴结构中宽范围地均匀存在，所以实施例1的磁畴结构的方形度比对比例1的磁畴结构的方形度高。
元素分布像
在实施例1的永磁体的截面结构中，如图10所示，观察到多个晶粒21和晶粒21之间的边界处的晶界22。如图11所示，晶粒21中Fe的含量(组成)高于晶界22中Fe的含量。类似地，如图12所示，晶粒21中Co的含量高于晶界22中Co的含量。
另一方面，如图13所示，晶界22中Cu的含量高于晶粒21中Cu的含量。类似地，如图14所示，晶界22中Zr的含量高于晶粒21中Zr的含量。因此，晶界22具有Cu和Zr富集的富集区域。富集区域都是连续的，并且没有发现不连续的部分。此外，发现晶界22包含5质量％至30质量％的Cu和3质量％至20质量％的Zr。
另一方面，在对比例1的永磁体的截面结构中，如图28所示，观察到多个晶粒91和晶粒91之间边界处的晶界92。如图29所示，晶粒91中Fe的含量高于晶界92中Fe的含量。类似地，如图30所示，晶粒91中Co的含量高于晶界92中Co的含量。
另一方面，如图31所示，存在晶界92中Cu的含量高于晶粒91中Cu的含量的多个区域。同样地，如图32所示，存在晶界92中Zr的含量高于晶粒91中Zr的含量的多个区域。具体而言，晶界92具有Cu富集的Cu富集区域和Zr富集的Zr富集区域。Cu富集区域和Zr富集区域具有不连续部分并且是不连续的。
实施例1的晶界22中Cu富集区域和Zr富集区域都是连续的，而对比例1的晶界92中Cu富集区域和Zr富集区域是不连续的。认为该结构导致实施例1和对比例1的磁畴结构的观察中在晶粒边界中出现反向磁畴的方式的差异。
实施例2
参照下表3，下文描述了对涉及第一实施方式的永磁体的实施例2至9以及对比例2至9进行的实验。
表3
Figure GDA0002231111450000161
在实施例2至9中，准备包含表3所示的成分的原料作为目标组合物，通过与实施例1相同的生产方法来生产稀土-钴永磁体。此外，测量实施例2至9和对比例2至9中的每一个的磁性。此外，与实施例1和对比例1一样，观察实施例2至9的磁畴结构。
如表3所示，在实施例2和3中，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m，能积(BH)最大值为200kJ/m3或高于200kJ/m3，方形度Hk/Hcj为50％或高于50％，这是合适的。注意，合适的值是1600kA/m或高于1600kA/m的矫顽力Hcj，200kJ/m3或高于200kJ/m3的能积(BH)最大值，50％或高于50％的方形度Hk/Hcj。另一方面，在对比例2中，与实施例2和3相比，Sm的含量低至23.5质量％，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj较低。在对比例3中，与实施例2和3相比，Sm的含量高达26.5质量％，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj较低。因此，当目标组合物中Sm的含量为24质量％至26质量％时，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值、方形度Hk/Hcj的值预计是适合的。
在实施例4和5中，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj是合适的值，正如实施例2和3中那样。另一方面，在对比例4中，与实施例4和5相比，Fe含量低至17.5质量％，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值、方形度Hk/Hcj较低。在对比例5中，与实施例4和5相比，Fe含量高达22.5质量％，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值、方形度Hk/Hcj较低。因此，当目标组合物中的Fe含量为18质量％至22质量％时，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值、方形度Hk/Hcj的值预计是适合的。
在实施例6和7中，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj是合适的值，正如实施例2和3中那样。另一方面，在对比例6中，与实施例6和7相比，Cu的含量低至4.0质量％，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj较低。在对比例7中，与实施例6和7相比，Cu的含量高达5.2质量％，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj较低。因此，当目标组合物中的Cu含量为4.2质量％至5.0质量％时，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值、方形度Hk/Hcj的值预计是适合的。
在实施例8和9中，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj是合适的值，正如实施例2和3中那样。另一方面，在对比例8中，与实施例8和9相比，Zr的含量低至1.8质量％，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj较低。在对比例9中，与实施例8和9相比，Zr的含量高达2.8质量％，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj较低。因此，当目标组合物中的Zr含量为2.0质量％至2.6质量％时，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值、方形度Hk/Hcj的值预计是适合的。
与实施例1和对比例1一样，观察实施例2至9的磁畴结构。结果发现，在实施例2至9中，磁壁沿着晶粒边界均匀产生，并且当超过临界磁场时，磁壁立即向晶粒内部生长，与实施例1一样。
实施例3
参照下表4，下文描述了对涉及根据第一实施方式的永磁体的实施例10至13以及对比例10和11进行的实验。
表4
Figure GDA0002231111450000171
在实施例10至13中，其中目标组合物是由24.5质量％至25.5质量％的Sm、4.5质量％的Cu、20.0质量％的Fe、2.3质量％的Zr、余量为Co构成的合金的稀土-钴永磁体，除了如表4所示改变C(碳)和O(氧)的含量之外，通过与实施例1相同的生产方法生产。通过改变润滑剂例如硬脂酸的量，或改变模压成形步骤S4中的添加方法来调整C(碳)的含量。O(氧)的含量通过改变粉碎步骤S3中的细研磨时的粒径等来调整。此外，与实施例1和对比例1一样，测定实施例10至13和对比例10和11的磁性。此外，与实施例1和对比例1一样，观察实施例10至13的磁畴结构。
如表4所示，在实施例10和11中，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj是合适的值。另一方面，在对比例10中，与实施例10和11相比，C的含量高达1100ppm，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj较低。因此，当C的含量限制在200ppm至1000ppm时，预计会获得良好的磁性。
在实施例12和13中，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj是合适的值。另一方面，在对比例11中，与实施例12和13相比，O的含量高达5250ppm，矫顽力Hcj、能积(BH)最大值和方形度Hk/Hcj较低。因此，当将O的含量限制在1000ppm至5000ppm，或更优选1000ppm至3500ppm时，预计会获得良好的磁性。
与实施例1和对比例1一样，观察实施例10至13的磁畴结构。结果发现，在实施例10至13中，磁壁沿着晶粒边界均匀产生，并且当超过临界磁场时，磁壁立即向晶粒内部生长，与实施例1一样。
实施例4
参照下表5和6，下文描述了对涉及第二实施方式的永磁体的实施例21至23以及参考例1和2进行的实验。
在实施例21至23中，通过与根据第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法生产稀土-钴永磁体。表5示出实施例21至23中的材料组合步骤S21中的目标组合物。如表5所示，实施例21至23中的目标组合物含有25.0质量％的R(Sm)、21.0质量％的Fe、4.35质量％的Cu、2.00质量％的Zr、以及余量为Co。晶胞界面上的Cu的含量是与晶界202对应的部分中的Cu的含量，晶胞界面上的Zr的含量是与晶界202对应的部分中的Zr的含量。
表5
Figure GDA0002231111450000191
表6
反向磁畴的出现
实施例21 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例22 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例23 仅出现在晶粒边界截面的一侧
参考例1 出现在晶粒边界和晶粒内
参考例2 出现在晶粒边界和晶粒内
在材料组合步骤S21中，使用20％Fe-80％Zr合金作为含zr的母合金。进一步地，在粉碎步骤S23中，粗粉的平均粒径(d50)是100μm至500μm。此外，通过使用球磨机将铸锭在惰性气体气氛中细磨成平均粒径(d50)为6μm的粉末。在模压成型步骤S24中，在磁场为15kOe、模压成型压力1.0吨/cm2(＝98MPa)的条件下进行模压成型，得到多个模塑体。在烧结步骤S25中，在表5中所示的烧结温度下、在10Pa的真空气氛下烧结1.0小时。在固溶处理步骤S26中，将模塑体的温度降至1150℃的固溶温度，并且在固溶温度为1150℃和固溶处理时间为10小时的条件下进行固溶处理。在快速冷却步骤S27中，在模塑体的温度为1000℃至600℃的情况下，以80℃/分钟的冷却速率进行快速冷却。在第一时效处理步骤S28中，在惰性气体气氛中将模塑体加热至850℃的温度，通过在850℃的温度加热并保持10小时进行等温时效处理，然后以0.5℃/分钟的冷却速率进行连续时效处理至350℃，从而得到永磁体。
在参考例1和2中，与实施例21至23一样，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法、在除了烧结步骤S25之外与实施例21至23同样的条件下生产稀土-钴永磁体。在与参考例1和2的生产方法的烧结步骤S25相应的步骤中，在表5所示的烧结温度下进行烧结。
测量实施例21至23和参考例1和2中的密度和磁性。测量的磁性是矫顽力(内禀矫顽力)Hcj[kA/m]和最大能积(BH)最大值[kJ/m3]。测量结果如表5所示。此外，使用利用磁Kerr效应的光学显微镜观察实施例21中的截面结构的磁畴结构。通过该观察得到的图像显示在图17至图22中。
如表5所示，实施例21至23的永磁体的密度为8.25g/cm3或大于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或大于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或大于1600kA/m。当对实施例21至23中的永磁体施加磁场时，仅从晶粒边界的横截面的一侧出现反向磁畴，并且其向晶粒内传播。一个原因是因为烧结温度为1175℃至1225℃。具体而言，当烧结温度为1175℃或高于1175℃时，由于烧结充分进行，预计获得良好的磁性，当烧结温度为1225℃或低于1225℃时，由于Sm难以挥发，预计获得良好的磁性。
另一方面，参考例1和2中的永磁体不能完全满足密度为8.25g/cm3或大于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或大于255kJ/m3和矫顽力Hcj为1600kA/m或大于1600kA/m。另外，在对参考例1和2的永磁体施加磁场的情况下，不仅从晶粒边界的横截面的一侧产生反向磁畴，还在晶粒内部产生反向磁畴，它们传播到晶粒内和晶粒的其他部分中。一个原因是烧结温度低于1175℃或高于1225℃。
磁畴结构的观察
通过逐渐增加退磁场中的外加磁场的绝对值来观察实施例21的磁畴结构。首先，如图17所示，在外加磁场为0kOe(＝-0kA/m)时，未发现将反向磁畴与其周围隔离的磁壁。
如图18所示，发现在外加磁场为-3kOe(＝-238.7kA/m)时，在晶粒边界处存在磁壁，并且反向磁畴沿着晶界具有均匀的宽度。
如图19所示，发现在外加磁场为-10kOe(＝-795.8kA/m)时，磁壁移入晶粒内(在此实施例中为箭头方向)。换句话说，反向磁畴开始传播到晶粒中。因此，确定磁壁是否从晶粒边界移动到晶粒内部的临界磁场被认为是-3kOe至-10kOe(＝-238.7kA/m至-795.8kA/m)。
如图20所示，发现在外加磁场为-12kOe(＝-954.9kA/m)时，磁壁持续移入晶粒内，反向磁畴向晶粒内的传播变宽。
如图21所示，发现在外加磁场为-14kOe(＝-1114.1kA/m)时，磁壁持续移入晶粒内，反向磁畴向晶粒内传播的变宽。
最后，如图22所示，在外加磁场为-18kOe(＝-1432.4kA/m)的时，反向磁畴向晶粒中的传播变宽，并且磁化反转终止。
根据上述实施例21中的磁畴结构的观察，发现在弱磁场中，即当外加磁场的绝对值是小的时，在晶粒边界中均匀地出现反向磁畴。因此，晶粒边界中的磁壁钉扎力是均匀的，从而改善了退磁曲线的方形度。还发现反向磁畴开始在强磁场中传播，当外加磁场的绝对值是大的时即为强磁场。
注意，在实施例22和23中都发现，在外加磁场的绝对值小的情况下，在晶粒边界上产生均匀的反向磁畴，因此晶界中的磁壁钉扎力是均匀的，从而改善了退磁场的方形度。
实施例5
参照下表7和8，以下描述了对涉及第二实施方式的永磁体的实施例24至26以及对比例23和24所进行的实验。
在实施例24至26中，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法，在除了材料组合步骤S21、烧结步骤S25和固溶处理步骤S26之外，与实施例22相同的条件下生产稀土-钴永磁体。
表7示出实施例24至26中的材料组合步骤S21中的目标组合物。如表7所示，实施例24至26中的目标组合物含有25.5质量％的R(Sm)、25.0质量％的Fe、5.0质量％的Cu、2.15质量％的Zr、以及余量为Co。
表7
Figure GDA0002231111450000211
表8
反向磁畴的出现
实施例24 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例25 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例26 仅出现在晶粒边界截面的一侧
对比例23 仅出现在晶粒边界截面的一侧
对比例24 仅出现在晶粒边界截面的一侧
在烧结步骤S25中，在10Pa的真空气氛下，在1200℃的烧结温度和表7所示的烧结时间的条件下进行烧结。在固溶处理步骤S26中，将模塑体的温度降至1155℃的固溶温度，并且在固溶温度为1155℃和固溶处理时间为10小时的条件下进行固溶处理。
在对比例23和24中，与实施例24至26一样，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法、在除了烧结步骤S25和固溶处理步骤S26以外，与实施例24至26同样的条件下生产稀土-钴永磁体。在根据对比例23和24的生产方法中，在对应于烧结步骤S25的步骤中，按照表7所示的烧结时间进行烧结。在对应于固溶处理步骤S26的步骤中，将模塑体的温度降至1170℃的固溶温度，并且在固溶温度为1170℃和固溶处理时间为5小时的条件下进行固溶处理。
与实施例21至23一样，测定实施例24至26和对比例23和24的密度和磁性。测量结果如表7所示。此外，使用利用磁Kerr效应的光学显微镜观察实施例24至26和对比例23和24中的截面结构的磁畴结构。观察结果如表8所示。
如表7所示，实施例24至26的永磁体的密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。当对实施例24至26中的永磁体施加磁场时，仅从晶粒边界的截面的一侧出现反向磁畴，并且其向晶粒内传播。一个原因是烧结时间为20分钟至180分钟。具体而言，当烧结时间为20分钟或高于20分钟时因为烧结进行充分，所以预期获得良好的磁性，并且当烧结时间为180分钟或低于180分钟时因为Sm不太可能挥发，所以预期获得良好的磁性。
另一方面，对比例23和24的永磁体未满足以下全部：密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。另外，在对对比例23和24中的永磁体施加磁场时，不仅从晶粒边界的截面的一侧产生反向磁畴，而且在晶粒内产生反向磁畴，它们传播到晶粒内和晶粒其他部分中。一个原因是烧结时间短于20分钟或超过180分钟。
实施例6
参照下表9和10，以下描述了对涉及第二实施方式的永磁体的实施例27至29以及对比例25和26所进行的实验。
在实施例27至29中，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法，在除了材料组合步骤S21、烧结步骤S25和固溶处理步骤S26之外，与实施例22相同的条件下生产稀土-钴永磁体。
表9示出实施例27至29中的材料组合步骤S21中的目标组合物。如表9所示，实施例27至29中的目标组合物含有24.5质量％的R(Sm)、20.0质量％的Fe、4.65质量％的Cu、3.00质量％的zr、以及余量为Co。
表9
Figure GDA0002231111450000231
表10
反向磁畴的出现
实施例27 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例28 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例29 仅出现在晶粒边界截面的一侧
对比例25 出现在晶粒边界和晶粒内
对比例26 出现在晶粒边界和晶粒内
在烧结步骤S25中，在10Pa的真空气氛下，在1210℃的烧结温度和1.0小时的烧结时间的条件下进行烧结。在固溶处理步骤S26中，模塑体的温度下降到表9中所示的固溶温度，并且在该固溶温度和5小时的固溶处理时间的条件下进行固溶处理。
在对比例25和26中，与实施例27至29一样，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法，在除了固溶处理步骤S26，与实施例27至29同样的条件下生产稀土-钴永磁体。
在对应于固溶处理步骤S26的步骤中，模塑体的温度下降到表9中所示的固溶温度，并且在该固溶温度和5小时的固溶处理时间的条件下进行固溶处理。
与实施例21至23一样，测定实施例27至29和对比例25和26的密度和磁性。测量结果如表9所示。此外，使用利用磁Kerr效应的光学显微镜观察实施例27至29和对比例25和26中的截面结构的磁畴结构。观察结果如表10所示。
如表9所示，实施例27至29的永磁体的密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。当对实施例27至29中的永磁体施加磁场时，仅从晶粒边界的截面的一侧出现反向磁畴，并且其向晶粒内传播。一个原因是固溶温度为1130℃至1180℃。具体而言，当固溶温度为1130℃或高于1130℃时，因为均质化过程，所以预期获得良好的磁性，并且当固溶温度为1180℃或低于1180℃时，因为不管组成如何，液相组分都不太可能保留，所以预期获得良好的磁性。
另一方面，对比例25和26的永磁体未满足以下全部：密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。另外，在对对比例25和26中的永磁体施加磁场时，不仅从晶粒边界的截面的一侧产生反向磁畴，而且在晶粒内产生反向磁畴，它们传播到晶粒内和晶粒的其他部分中。一个原因是因为固溶温度小于1130℃或超过1180℃。
实施例7
参照下表11和12，以下描述了对涉及第二实施方式的永磁体的实施例30至32以及对比例27和28所进行的实验。
在实施例30至32中，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法，在除了材料组合步骤S21和固溶处理步骤S26之外，与实施例22相同的条件下生产稀土-钴永磁体。
表11示出乐实施例30至32中的材料组合步骤S21中的目标组合物。如表11所示，实施例30至32中的目标组合物含有26.0质量％的R(Sm)、22.5质量％的Fe、3.85质量％的Cu、2.50质量％的Zr、以及余量为Co。
表11
Figure GDA0002231111450000251
表12
反向磁畴的出现
实施例30 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例31 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例32 仅出现在晶粒边界截面的一侧
对比例27 出现在晶粒边界和晶粒内
对比例28 出现在晶粒边界和晶粒内
在固溶处理步骤S26中，将模塑体的温度降至1170℃的固溶温度，并且在固溶温度为1170℃和如表11所示的固溶处理时间的条件下进行固溶处理。
在对比例27和28中，与实施例30至32一样，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法、在除了固溶处理步骤S26与实施例30至32同样的条件下生产稀土-钴永磁体。在与对比例27和28的生产方法中的固溶处理步骤S26对应的步骤中，将模塑体的温度降低至1170℃的固溶温度，在固溶温度为1170℃且固溶处理时间为表11所示的条件下进行固溶处理。
与实施例21至23同样，测定实施例30至32和对比例27和28的密度和磁性。测量结果如表11所示。此外，使用利用磁Kerr效应的光学显微镜观察实施例30至32和对比例27和28中的截面结构的磁畴结构。观察结果如表12所示。
如表11所示，实施例30至32的永磁体的密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。当对实施例30至32中的永磁体施加磁场时，仅从晶粒边界的截面的一侧出现反向磁畴，并且其向晶粒内传播。一个原因是固溶时间为2小时至30小时。具体而言，当固溶时间为2小时或超过2小时时，因为均质化过程，所以预期获得良好的磁性，并且当固溶时间为30小时或低于30小时时，因为Sm不太可能挥发，所以预期获得良好的磁性。
另一方面，对比例27和28的永磁体未满足以下全部：密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。另外，在对对比例27和28中的永磁体施加磁场时，不仅从晶粒边界的截面的一侧产生反向磁畴，而且在晶粒内产生反向磁畴，它们传播到晶粒内和晶粒的其他部分中。一个原因是固溶时间短于2小时或超过30小时。
实施例8
参照下表13和14，以下描述了对涉及根据第二实施方式的永磁体的实施例33至35以及对比例29和30所进行的实验。
在实施例33至35中，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法，在除了材料混合步骤S21、固溶处理步骤S26和快速冷却步骤S27之外，与实施例22相同的条件下生产稀土-钴永磁体。
表13示出实施例33至35中的材料混合步骤S21中的目标组合物。如表13所示，实施例33至35中的目标组合物含有25.5质量％的R(Sm)、24.0质量％的Fe、3.50质量％的Cu、1.85质量％的Zr、以及余量为Co。
表13
Figure GDA0002231111450000271
表14
反向磁畴的出现
实施例33 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例34 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例35 仅出现在晶粒边界截面的一侧
对比例29 出现在晶粒边界和晶粒内
对比例30 出现在晶粒边界和晶粒内
在固溶处理步骤S26中，将模塑体的温度降至1170℃的固溶温度，并且在固溶温度为1170℃和固溶处理时间为5小时的条件下进行固溶处理。
在快速冷却步骤S27中，经固溶处理的模塑体被冷却以降低模塑体的温度。在模塑体的温度是1000℃至600℃的情况下，将模塑体以表13所示的冷却速率快速冷却。
在对比例29和30中，与实施例33至35一样，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法、在除了快速冷却步骤S27之外，与实施例33至35同样的条件下生产稀土-钴永磁体。在对应于根据对比例29和30的生产方法中的快速冷却步骤S27的步骤中，将固溶处理的模塑体冷却以降低模塑体的温度。在模塑体的温度是1000℃至600℃的情况下，将模塑体以表13所示的冷却速率快速冷却。
与实施例21至23同样，测定实施例33至35和对比例29和30的密度和磁性。测量结果如表13所示。此外，使用利用磁Kerr效应的光学显微镜观察实施例33至35和对比例29和30中的截面结构的磁畴结构。观察结果如表14所示。
如表13所示，实施例33至35的永磁体的密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。当在实施例33至35中对永磁体施加磁场时，仅从晶界的截面的一侧出现反向磁畴，并且其向晶粒内传播。一个原因是快速冷却速率是60℃/分钟或高于60℃/分钟。具体而言，当快速冷却速率为60℃/分钟或高于60℃/分钟时，由于结构、或具体地是晶体结构在温度下降时几乎不变化，因此期望获得良好的磁性。
另一方面，对比例29和30的永磁体未满足以下全部：密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。另外，在对对比例29和30中的永磁体施加磁场时，不仅从晶粒边界的截面的一侧产生反向磁畴，而且在晶粒内产生反向磁畴，它们传播到晶粒和晶粒中的另一部分。一个原因是因为快速冷却速率小于60℃/分钟。
实施例9
参照下表15和16，以下描述了对涉及根据第二实施方式的永磁体的实施例36至38以及对比例31和32所进行的实验。
在实施例36至38中，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法，在除了材料混合步骤S21、烧结步骤S25、固溶处理步骤S26和快速冷却步骤S27之外，与实施例22相同的条件下生产稀土-钴永磁体。
表15示出实施例36至38中的材料混合步骤S21中的目标组合物。如表15所示，实施例36至38中的目标组合物含有23.0质量％的R(Sm)、24.0质量％的Fe、4.00质量％的Cu、1.50质量％的Zr、以及余量为Co。
表15
Figure GDA0002231111450000291
表16
反向磁畴的出现
实施例36 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例37 仅出现在晶粒边界截面的一侧
实施例38 仅出现在晶粒边界截面的一侧
对比例31 出现在晶粒边界和晶粒内
对比例32 出现在晶粒边界和晶粒内
在烧结步骤S25中，在具有表15所显示的真空度的真空气氛下，在1200℃的烧结温度下进行烧结1.0小时。
在固溶处理步骤S26中，将模塑体的温度降至1170℃的固溶温度，并且在具有表15所显示的真空度的真空气氛下，在1170℃的固溶温度和5小时的固溶处理时间下进行固溶处理。
在对比例31和32中，与实施例36至38一样，通过与根据上述第二实施方式的稀土-钴永磁体的生产方法(参见图16)相同的方法、在除了烧结步骤S25和固溶处理步骤S26以外，与实施例36至38同样的条件下生产稀土-钴永磁体。在对应于烧结步骤S25的步骤中，在具有表15所显示的真空度的真空气氛下，在1200℃的烧结温度和1.0小时的烧结时间的条件下进行烧结。在对应于固溶处理步骤S26的步骤中，将模塑体的温度降至1170℃的固溶温度，并且在具有表15所显示的真空度的真空气氛下，在1170℃的固溶温度和5小时的固溶处理时间的条件下进行固溶处理。
与实施例21至23同样，测定实施例36至38和对比例31和32的密度和磁性。测量结果如表15所示。此外，使用利用磁Kerr效应的光学显微镜观察实施例36至38和对比例31和32中的截面结构的磁畴结构。观察结果如表16所示。
如表13所示，实施例36至38的永磁体的密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。当对实施例36至38中的永磁体施加磁场时，仅从晶粒边界的截面的一侧出现反向磁畴，并且其向晶粒内传播。一个原因是因为烧结步骤S25和固溶处理步骤S26中的真空气氛下的真空度为10Pa或低于10Pa。具体而言，当真空度为10Pa或低于10Pa时，预计密度的降低被抑制。
另一方面，对比例31和32的永磁体未满足以下全部：密度为8.25g/cm3或高于8.25g/cm3，最大能积(BH)最大值为255kJ/m3或高于255kJ/m3，矫顽力Hcj为1600kA/m或高于1600kA/m。另外，在对对比例31和32中对永磁体施加磁场时，不仅从晶粒边界的截面的一侧产生反向磁畴，而且在晶粒内产生反向磁畴，它们传播到晶粒内和晶粒的其他部分中。一个原因是因为烧结步骤S25和固溶处理步骤S26中的真空气氛下的真空度超过10Pa。
尽管前文描述了本发明的实施方式和实施例，但是本发明不限于上述实施方式和实施例，并且对于本领域技术人员明显的各种变化、修改和组合可以在不脱离本发明的范围的情况下作出。
本申请基于并要求于2015年10月8日提交的日本专利申请第2015-200085号的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文中。
附图标记列表
10 稀土-钴永磁体
1、21 晶粒
2、22 晶界

Claims (10)

1.一种稀土-钴永磁体，其含有23质量％至27质量％的R，3.5质量％至5.0质量％的Cu，18质量％至25质量％的Fe，1.5质量％至3.0质量％的Zr，其余为Co和不可避免的杂质，其中元素R是至少包含Sm的稀土元素，其中
所述稀土-钴永磁体具有包含多个晶粒和晶界的金属结构，
所述晶界具有连续延伸的形状，
所述晶界中Cu的含量高于所述晶粒中Cu的含量，
所述晶界中Zr的含量高于所述晶粒中Zr的含量，
所述晶界包含6质量％至20质量％的Zr。
2.根据权利要求1所述的稀土-钴永磁体，其中所述晶界包含5质量％至45质量％的Cu。
3.根据权利要求1或2所述的稀土-钴永磁体，其中
当规定的外加磁场施加在退磁场中且外加磁场逐渐增加时，在多个晶粒之间的边界中产生磁壁，
当外加磁场继续逐渐增加且外加磁场超过临界磁场时，所述磁壁会传播到所述晶粒中，以及
所述临界磁场等于或大于480kA/m。
4.根据权利要求1或2所述的稀土-钴永磁体，其中固有矫顽力等于或大于1600kA/m。
5.根据权利要求1或2所述的稀土-钴永磁体，其中在不可避免的杂质中，C被限制为200ppm至1000ppm。
6.根据权利要求1或2所述的稀土-钴永磁体，其中在不可避免的杂质中，O被限制为1000ppm至5000ppm。
7.根据权利要求4所述的稀土-钴永磁体，其中
密度等于或大于8.25g/cm3，以及
最大能积等于或大于255kJ/m3。
8.一种使用根据权利要求1至7中任一项所述的稀土-钴永磁体的电动机。
9.一种使用根据权利要求1至7中任一项所述的稀土-钴永磁体的装置。
10.一种生产稀土-钴永磁体的方法，所述稀土-钴永磁体含有23质量％至27质量％的R，3.5质量％至5.0质量％的Cu，20质量％至25质量％的Fe，1.5质量％至3.0质量％的Zr，其余为Co和不可避免的杂质，其中元素R是至少包含Sm的稀土元素，所述稀土-钴永磁体具有包含多个晶粒和晶界的金属结构，所述晶界具有连续延伸的形状，所述晶界中Cu的含量高于所述晶粒中Cu的含量，所述晶界中Zr的含量高于所述晶粒中Zr的含量，所述方法包括：
烧结步骤，在将铸锭磨成粉末并将粉末模压为模塑体之后，通过在真空度为10Pa以下的气氛下将所述模塑体在1175℃至1225℃的烧结温度下加热并保持20分钟至180分钟的烧结时间来烧结所述模塑体；
固溶处理步骤，在与所述烧结步骤相同的气氛下，将所述模塑体在1130℃至1180℃的固溶温度下加热并保持2小时至30小时的固溶时间来进行固溶处理；和
快速冷却步骤，以60℃/分钟以上的快速冷却速率来快速冷却所述模塑体。
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