CN110537232A - 永久磁铁和旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种作为Nd的替代元素而包含Ce的永久磁铁中也具有大矫顽力的永久磁铁。永久磁铁(10)具有包含R、T和B的多个主相颗粒(11)、和位于主相颗粒(11)之间的晶界相(9)，R包含Nd和Ce，T包含Fe，晶界相包含R‑T相(3)和富R相(5)，R‑T相(3)含有R和T的金属间化合物，富R相(5)中的R的含量大于R‑T相(3)中的R的含量，R‑T相(3)中的Ce的含量为[Ce]R‑T，R‑T相(3)中R的含量的合计为[R]R‑T，富R相(5)中的R的含量为[R]R‑RICH，100·[Ce]R‑T/[R]R‑T为65～100，[R]R‑RICH为70～100原子％。

Description

永久磁铁和旋转电机
技术领域
本发明涉及一种永久磁铁和旋转电机。
背景技术
作为主相含有Nd2Fe14B的永久磁铁兼具大的最大能量积(BH)max和大的矫顽力，因此，在各种技术领域中较为实用。但是，作为永久磁铁的原料的Nd、Pr、Dy或Tb等稀土元素昂贵，其供给量不稳定。因此，进行了将构成永久磁铁的Nd的一部分置换为Y、La或Ce等廉价元素的研究。(参照下述专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-115774号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，由Y、La或Ce等廉价元素构成的主相的饱和磁化Is和各向异性磁场Ha相比于Nd2Fe14B显著地小。例如，Nd2Fe14B的各向异性磁场Ha为67kOe，Ce2Fe14B的各向异性磁场Ha为30kOe。单位(kOe)与“×(103/4π)×(kA/m)”等价。由于Nd2Fe14B与Ce2Fe14B之间存在各向异性磁场Ha之差，将Nd的一部分置换为Ce的永久磁铁的矫顽力HcJ相比于Nd未被置换的情况显著小。
本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于，提供一种作为Nd的替代元素而含有Ce的永久磁铁中具有大矫顽力的永久磁铁、以及具备该永久磁铁的旋转电机。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的一个侧面涉及的永久磁铁具有：包含稀土元素R、过渡金属元素T和硼的多个主相颗粒；和位于多个主相颗粒之间的晶界相，稀土元素R至少包含Nd和Ce，过渡金属元素T至少包含Fe，晶界相包括R-T相和富R相，R-T相为含有稀土元素R和过渡金属元素T的金属间化合物的相，富R相中的稀土元素R的含量的合计大于R-T相中的稀土元素R的含量的合计，R-T相中的Ce的含量为[Ce]R-T原子％，R-T相中的稀土元素R的含量的合计为[R]R-T原子％，富R相中的稀土元素R的含量的合计为[R]R-RICH原子％，100·[Ce]R-T/[R]R-T为65以上且100以下，[R]R-RICH为70原子％以上且100原子％以下。
永久磁铁的截面的面积为STOTAL，截面中的全部主相颗粒的截面积的合计为SMPG，截面中的R-T相的截面积的合计为SR-T，截面中的富R相的截面积的合计为SR-RICH，100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL可以为97以上且100以下。
R-T相可以为拉弗斯(Laves)相。
本发明的一个侧面涉及的旋转电机具备上述永久磁铁。
发明的效果
依据本发明，能够提供一种作为Nd的替代元素含有Ce的永久磁铁中具有大矫顽力的永久磁铁、以及具有该永久磁铁的旋转电机。
附图说明
图1中的(a)为本发明的一个实施方式所涉及的永久磁铁10的示意的立体图，图1中的(b)为图1中的(a)所示的永久磁铁10的截面10cs的示意图(b-b线方向的向视图)。
图2为图1中的(b)所示的永久磁铁10的截面10cs的一部分II的放大图。
图3为本发明的一个实施方式所涉及的旋转电机的示意立体图。
图4为实施例1的永久磁铁的截面的背散射电子图像。
符号说明
3……R-T相；5……富R相；7……异相；9……晶界相；11……主相颗粒；10、10a……永久磁铁；10cs……永久磁铁的截面；30……定子；32……线圈；52……铁心；200……旋转电机。
具体实施方式
下面，根据情况参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。但是本发明不受下述实施方式的任何限定。在附图中，对相同或同等的构成要素赋予相同的符号。本发明所涉及的永久磁铁可以为烧结磁体或热加工磁体。本发明涉及的永久磁铁可以为稀土类磁体。
本实施方式所涉及的永久磁铁10的整体示于图1中的(a)。永久磁铁10的截面10cs示于图1中的(b)。图2是永久磁铁10的截面10cs的一部分II的放大图。如图2所示，本实施方式所涉及的永久磁铁10具有多个主相颗粒11和位于主相颗粒11之间的晶界相9。例如，永久磁铁10可以为由经由晶界相9彼此烧结的多数的主相颗粒11构成的烧结体。
各主相颗粒11至少包含稀土元素R、过渡金属元素T和硼(B)。稀土元素R至少包含Nd(钕)和Ce(铈)。即，Nd的一部分被Ce置换。过渡金属元素T至少包含Fe(铁)。过渡金属元素T可以包含Fe和Co(钴)。即，Fe的一部分可以被Co置换。各主相颗粒11中除硼以外还可以包含碳(C)。即，B的一部分可以被C置换。主相颗粒11作为主相可以包含R2T14M。元素M可以仅为B。元素M也可以为B和C。R2T14M可以表示为Nd2－xCexFe14－sCosB1－tCt。x大于0且小于2。s为0以上且小于14。t为0以上且小于1。例如，主相颗粒11可以包含Nd2Fe14B。例如，主相颗粒11也可以包含Ce2Fe14B。
如图2所示，晶界相9至少包括R-T相3和富R相5。R-T相3为含有R和T的金属间化合物的相。富R相5中的稀土元素R的含量的合计大于R-T相3中的稀土元素R的含量的合计。晶界相9可以仅由R-T相3和富R相5构成。晶界相9除了包含R-T相3和富R相5以外，可以包含异相(heterogeneous phase)7。晶界相9除了包含R-T相3和富R相5以外，也可以包含R6T13E相。元素E例如为选自Ga(镓)、Si(硅)、Sn(锡)和Bi(铋)中的至少一种。
R-T相3、富R相5、异相7和R6T13E相各自的定义如下所述。
R-T相3中的C的含量表示为[C]R-T原子％。R-T相3中的N的含量表示为[N]R-T原子％。R-T相3中的O的含量表示为[O]R-T原子％。R-T相3中的Ce的含量表示为[Ce]R-T原子％。R-T相3中的稀土元素R的含量的合计表示为[R]R-T原子％。R-T相3中的稀土元素R的含量的合计[R]R-T大于主相颗粒11中的稀土元素R的含量的合计。R-T相3中的过渡金属元素T的含量的合计表示为[T]R-T原子％。R-T相3中的元素E的含量的合计表示为[E]R-T原子％。R-T相3可以为满足下述不等式(1)、(2)和(3)的全部的相。
0≤[C]R-T+[N]R-T+[O]R-T＜30……(1)
0.26≤[R]R-T/([R]R-T+[T]R-T)≤0.40……(2)
0.00≤[E]R-T/([R]R-T+[T]R-T+[E]R-T)≤0.03……(3)
R-T相3可以仅由R和T的金属间化合物构成。金属间化合物可以仅由R和T构成。R-T相3所含的金属间化合物例如可以为RT2。R-T相3可以仅由RT2构成。RT2可以表示为Nd1－γCeγFe2－δCoδ。γ为0以上且1以下。δ为0以上且2以下。RT2例如可以为NdFe2或CeFe2。R-T相3除了包含R和T的金属间化合物以外，还可以包含R和T以外的微量的元素。R-T相3可以为拉弗斯相。R-T相3的结晶结构可以为C15型。R-T相3可以基于X射线衍射(XRD)图来特定。换言之，R-T相3可以基于来源于晶格面(hkl)的X射线衍射峰的衍射角2θ来特定。例如，在R-T相3的XRD图谱的测定中作为X射线的射线源使用CuKα射线时，来源于R-T相3的晶格面(220)的2θ可以为34.0～34.73°。另外，在R-T相3的XRD图谱的测定中作为X射线的射线源使用CuKα射线时，来源于R-T相3的晶格面(311)的2θ可以为40.10～40.97°。上述2θ可以根据R-T相3所含稀土元素R的种类而在上述范围内变化。
富R相5中的C的含量表示为[C]R-RICH原子％。富R相5中的N的含量表示为[N]R-RICH原子％。富R相5中的O的含量表示为[O]R-RICH原子％。富R相5中稀土元素R的含量的合计表示为[R]R-RICH原子％。富R相5中的稀土元素R的含量的合计[R]R-RICH大于R-T相3中的稀土元素R的含量的合计[R]R-T。富R相5中的过渡金属元素T的含量的合计表示为[T]R-RICH原子％。富R相5可以是[R]R-RICH大于[R]R-T、并且满足下述不等式(4)和(5)的相。
0≤[C]R-RICH+[N]R-RICH+[O]R-RICH＜30……(4)
0.50≤[R]R-RICH/([R]R-RICH+[T]R-RICH)≤1.00……(5)
异相7可以包含例如选自O、C和N中的至少一种。异相7中的C的含量表示为[C]H原子％。异相7中的N的含量表示为[N]H原子％。异相7中的O的含量表示为[O]H原子％。异相7可以是[C]H+[N]H+[O]H为30以上且小于100的相。换言之，异相7可以为满足下述不等式(6)的相。异相7可以包含例如选自R的氧化物、R的碳化物和R的氮化物中的至少一种。
30≤[C]H+[N]H+[O]H＜100……(6)
R6T13E相中的C的含量表示为[C]A原子％。R6T13E相中的N的含量表示为[N]A原子％。R6T13E相中的O的含量表示为[O]A原子％。R6T13E相中稀土元素R的含量的合计表示为[R]A原子％。R6T13E相中的过渡金属元素T的含量的合计表示为[T]A原子％。R6T13E相中的元素E的含量的合计表示为[E]A原子％。R6T13E相可以为满足下述不等式(7)、(8)和(9)全部的相。
0≤[C]A+[N]A+[O]A＜30……(7)
0.26≤[R]A/([R]A+[T]A)≤0.40……(8)
0.03＜[E]A/([R]A+[T]A+[E]A)≤1.00……(9)
如上所述，R-T相3中的Ce的含量表示为[Ce]R-T原子％。R-T相3中的稀土元素R的含量的合计表示为[R]R-T原子％。富R相5中的稀土元素R的含量的合计表示为[R]R-RICH原子％。100·[Ce]R-T/[R]R-T为65以上且100以下，[R]R-RICH为70原子％以上且100原子％以下。换言之，R-T相3中所含的稀土元素R中的65％以上的元素为Ce，富R相中的稀土元素R的含量为70原子％以上。100·[Ce]R-T/[R]R-T为65以上，并且[R]R-RICH为70原子％以上，因此，在作为Nd的替代元素含有Ce的永久磁铁中，本实施方式所涉及的永久磁铁10能够具有大的矫顽力。并且，依据本实施方式，永久磁铁10中的Nd的一部分被廉价的Ce置换，Nd的使用量比现有技术降低，永久磁铁10的原材料费降低。本发明的发明人等认为永久磁铁10具有大矫顽力的机制如下。但是，永久磁铁10具有大矫顽力的机制并不限定于以下。
在主相颗粒11彼此经由晶界相9磁性结合的结构中，即使各个主相颗粒11的各向异性磁场Ha大，永久磁铁10整体的矫顽力也不一定大。为了使永久磁铁10整体的矫顽力增加，重要的是改善晶界相9的组成和结构。本实施方式中，由于晶界相9中包括100·[Ce]R-T/[R]R-T在65以上的R-T相3和[R]R-RICH在70原子％以上的富R相5，所以晶界相9的磁化小，主相颗粒11彼此之间被磁性分断。其结果，永久磁铁10能够具有大的矫顽力。100·[Ce]R-T/[R]R-T小于65时，R-T相3的磁化变大，主相颗粒11彼此容易磁性结合，永久磁铁10的矫顽力减少。[R]R-RICH小于70原子％时，富R相5的磁化变大，主相颗粒11彼此容易磁性结合，永久磁铁10的矫顽力减少。
永久磁铁10的截面的面积表示为STOTAL。永久磁铁10的截面中的全部主相颗粒11的截面积的合计表示为SMPG。永久磁铁10的截面中的R-T相的截面积的合计表示为SR-T。永久磁铁10的截面中的富R相的截面积的合计表示为SR-RICH。100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL可以为97以上且100以下。STOTAL、SMPG、SR-T、SR-RICH各自的单位可以为m2或(μm)2。晶界相9所包括的异相7成为磁化反转核，容易使永久磁铁10的矫顽力降低。通过100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL在97以上，异相7的体积在晶界相9中所占的比例得到充分地抑制。其结果，由异相7引起的矫顽力的降低被抑制，永久磁铁10的矫顽力容易提高。但是，即使在100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL小于97的情况下，也可以获得本发明的效果。100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL可以为97.2以上且100以下，或98.2以上且100以下。通过减少用于永久磁铁的制造的各种添加剂(例如润滑剂)，容易将100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL调整为97以上。通过降低永久磁铁的起始原料中的杂质(例如O、C和N)的含量，容易将100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL调整为97以上。通过在惰性气体(例如稀有气体)或真空气氛下实施制造永久磁铁的各工序，容易将100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL调整为97以上。在永久磁铁的制造过程中，通过实施起始原料或半成品的还原处理，容易将100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL调整为97以上。
STOTAL、SMPG、SR-T和SR-RICH例如可以通过使用场致发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM)的以下方法来测定。在测定前，利用研磨纸、抛光、金刚石磨粒等对永久磁铁10的截面进行研磨。对研磨后的截面实施离子铣削处理，除去处于截面上的氧化膜和氮化膜等的杂质。利用FE-SEM拍摄离子铣削处理后的永久磁铁10的截面的背散射电子图像。在背散射电子图像中，稀土元素R的含量越多的区域看起来越白，稀土元素R的含量越少的区域看起来越黑。例如，图4为利用FE-SEM拍摄的本发明实施例1的永久磁铁截面的背散射电子图像。在图4中，主相颗粒11看起来为灰色。R-T相3看起来相比于主相颗粒11为浅灰色。富R相5看起来为白色。换言之，R-T相3中的背散射电子的放射效率为主相颗粒11中的背散射电子的放射效率与富R相5中的背散射电子的放射效率中间的值。如此，能够利用背散射电子图像识别主相颗粒11、R-T相3和富R相5。STOTAL可以定义为背散射电子图像中的规定区域(单位截面)的面积。STOTAL(单位截面的面积)例如可以为50μm×50μm。可以进行利用附属于FE-SEM的能量分散型X射线分光器(EDS)进行的单位截面的组成分析。通过组成分析，能够确认在单位截面中能够彼此识别的主相颗粒11、R-T相3和富R相5的组成。通过设有划分背散射电子图像的深浅的阈值的图像解析法，提取主相颗粒11、R-T相3和富R相5各自的截面，分别测定SMPG、SR-T和SR-RICH。
永久磁铁10的分析方法不限定于上述的方法。永久磁铁10的组成可以通过电子射线显微分析仪(EPMA)、荧光X射线(XRF)分析法、ICP(Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体)发光分析法、惰性气体熔解-非分散型红外线吸收法、氧气气流中燃烧-红外吸收法、或惰性气体熔解-热传导度法等来特定。
永久磁铁10中的O、C和N等的杂质元素的含量越小越好。例如，永久磁铁10中的O的含量可以为5000质量ppm以下，或3000质量ppm以下。O的含量越小，则稀土元素的氧化物(非磁性成分)越难以包含在永久磁铁10中，永久磁铁10的磁特性越不易受损。
永久磁铁10中的稀土元素R的含量例如可以为11原子％以上且20原子％以下。稀土元素R的含量为11原子％以上时，永久磁铁10容易含有充分量的主相(R2T14B相)，α-Fe等的软磁性体不易析出至永久磁铁10中。其结果，永久磁铁10容易具有大的矫顽力。稀土元素R的含量为20原子％以下时，永久磁铁10中的主相(R2T14B相)的体积比率充分高，永久磁铁10容易具有大的剩余磁通密度。
永久磁铁10中，作为稀土元素R，可以还含有选自Sc(钪)、Y(钇)、La(镧)、Pr(镨)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Ho(钬)、Dy(镝)和Tb(铽)中的至少一种。为了抑制原材料费，相对于永久磁铁10整体，Ho、Dy和Tb的含量的合计可以为1原子％以下。为了使剩余磁通密度和各向异性磁场增加，相对于永久磁铁10整体，除Nd和Ce以外的其它稀土元素的含量的合计可以为1原子％以下。相对于永久磁铁10所含的全部稀土元素的数，Nd的数的比例可以为40％以上且90％以下。相对于全部稀土元素的数的Nd的数的比例为40％以上时，剩余磁通密度和矫顽力容易增加。相对于全部稀土元素的数的Nd的数的比例为90％以下时，容易获得原材料费降低的效果和矫顽力变大的上述效果。
永久磁铁10中的B的含量可以为4原子％以上且7原子％以下。B的含量为4原子％以上时，永久磁铁10容易具有大的矫顽力。B的含量为7原子％以下时，永久磁铁10容易具有大的剩余磁通密度。
永久磁铁10中的Fe的含量可以为70原子％以上且85原子％以下。永久磁铁10中的Co的含量可以为0.0原子％以上且4.0原子％以下。Co提高了永久磁铁10的居里温度、或使晶界相9的耐腐蚀性提高。永久磁铁10可以包含Al和Cu中的一者。永久磁铁10也可以包含Al和Cu两者。永久磁铁10中Al和Cu的含量的合计可以为0.01原子％以上且1.2原子％以下。Al和Cu的含量的合计为0.01原子％以上且1.2原子％以下时，永久磁铁10的矫顽力、耐腐蚀性和温度特性容易提高。
永久磁铁10可以还包含例如选自Ni(镍)、Zr(锆)、Ti(钛)、Nb(铌)、Ta(钽)、V(钒)、Ag(银)和Ge(锗)中的至少一种。
(永久磁铁的制造方法)
永久磁铁10通过3合金法制造。3合金法中，使用组成彼此不同的至少3种合金。3合金法中，分别各自制作与主相颗粒11具有大致相同组成的合金的微粉末(主相用微粉)、与R-T相3具有大致相同组成的合金的微粉末(R-T相用微粉)、与富R相5具有大致相同组成的合金的微粉末(富R相用微粉)。假设不分别各自制作主相用微粉、R-T相用微粉和富R相用微粉时，难以将主相颗粒、R-T相和富R相各自的组成控制为上述所希望的组成。换言之，难以通过1合金法或2合金法制造100·[Ce]R-T/[R]R-T为65以上且100以下并且[R]R-RICH为70原子％以上且100原子％以下的永久磁铁。假设通过1合金法或2合金法制造永久磁铁时，在制造过程中R-T相中的Ce的含量减少、或富R相的T的含量增加，因此，容易生成不满足R-T相和富R相各自的要件的其它稳定相。
起始原料可以为构成永久磁铁的各元素的单质(单质金属)、或包含各元素的合金。起始原料例如可以为纯钕、纯铈、纯铁、以及铁和硼的合金(硼化铁)。作为主相用微粉的起始原料，以与目的主相颗粒的组成大致一致的方式称量包含稀土元素R、过渡金属元素T和硼等的一种以上的起始原料。作为R-T相用微粉的起始原料，以与目的R-T相的组成大致一致的方式称量包含稀土元素R、过渡金属元素T和硼等的一种以上的起始原料。作为富R相用微粉的起始原料，以与目的富R相的组成大致一致的方式称量包含稀土元素R、过渡金属元素T和硼等的一种以上的起始原料。
利用薄带连铸法由主相用微粉的起始原料仅制作主相用合金。然后，仅使用主相用合金实施粉碎工序。
利用其它的薄带连铸法，由R-T相用微粉的起始原料仅制作R-T相用合金。然后，仅使用R-T相用合金实施粉碎工序。
进一步利用另一薄带连铸法，由富R相用微粉的起始原料仅制作富R相用合金。在利用薄带连铸法制作富R相用合金的情况下，通过将富R相用微粉的起始原料熔融并冷却而得到富R相用合金后，将富R相用合金在700℃以下进行退火(anneal)。退火后，仅使用富R相用合金实施粉碎工序。通过氢吸附处理前的富R相用合金的退火，富R相用合金中的主相和R-T相的析出得到抑制，在之后的工序中，容易控制永久磁铁的组成。
在薄带连铸法中，使起始原料在非氧化气氛中熔解，制作熔融金属(合金的熔液)。将熔融金属在非氧化气氛中向旋转的辊的表面倾注(pour)。熔融金属在辊的表面急冷、凝固，由此得到合金的薄板或薄片(鳞片)。为了抑制伴随熔融金属的凝固的偏析，也可以将熔融金属向水冷铜板的表面倾注。各个薄带连铸法可以在非氧化气氛中实施。非氧化气氛例如可以为真空或Ar等的惰性气体。
粗粉碎工序中，将通过上述薄带连铸法得到的原料合金进行粉碎，得到粗粉末。原料合金的粉碎方法例如可以为氢粉碎。氢粉碎中，将原料合金置于氢气气氛中，使原料合金吸附氢。原料合金吸附氢时，原料合金的体积膨胀。另外，原料合金所含的金属被氢化，从而原料合金变脆。其结果，原料合金中产生裂纹，原料合金粉碎。原料合金的粗粉末的粒径例如可以为10～1000μm。
可以通过将原料合金的粗粉末加热，从粗粉末释放氢。氢释放处理在真空中或Ar气体的流通下进行。氢释放处理中，通过将原料合金的粗粉末一边以给定的温度加热、一边在真空气氛中保持给定的时间，由此从原料合金释放氢。氢释放温度可以为200～400℃。氢释放时间可以为0.5～20小时。
也可以利用氢吸附和氢释放处理以外的方法实施粗粉碎工序。粗粉碎工序中，将原料合金粉碎至合金的粒径成为数百μm程度。粗粉碎工序的具体的装置可以为捣磨机、颚式破碎机、或布朗磨等。可以在惰性气体气氛中实施粗粉碎工序。作为粗粉碎工序，也可以利用上述氢吸附处理进行合金的粉碎。
在粗粉碎工序之后的微粉碎工序中，由合金得到微粉。微粉碎工序中，可以使用喷射磨将合金粉碎。在喷射磨的情况下，可以将合金的平均粒径调整为2.5μm以上且6μm以下，优选调整为3μm以上且5μm以下。
微粉碎工序中，可以实施合金的湿式粉碎。湿式粉碎的具体的装置可以为球磨机或湿式超微磨碎机。在湿式粉碎的情况下，可以将合金的平均粒径调整为1.5μm以上且5μm以下，优选调整为2μm以上且4.5μm以下。湿式粉碎中，由于合金在分散介质中被粉碎，因而合金不容易直接与大气中的氧气接触，容易得到氧含量小的微粉末。
经过以上一连串的处理和工序，分别单独制备主相用微粉、R-T相用微粉和富R相用微粉。下面，将主相用微粉的质量记为m1。将R-T相用微粉的质量记为m2。将富R相用微粉的质量记为m3。通过称量主相用微粉、R-T相用微粉和富R相用微粉并进行混合，调整混合微粉。以混合微粉整体的组成与目的永久磁铁10的组成一致的方式调整m1、m2和m3的比即可。
为了提高成型工序中的混合微粉的润滑性和取向性，可以向混合微粉中添加脂肪酸、脂肪酸的衍生物、其它的烃。向混合微粉中添加的烃，例如可以为选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硬脂酰胺、油酸酰胺、亚乙基双异硬脂酰胺、石蜡和萘中的至少一种。混合微粉中的上述烃的含量可以为0.01质量％以上且0.3质量％以下。
将混合微粉向模具内供给。一边对模具内的混合微粉施加磁场、一边利用模具对混合微粉进行加压，由此得到成型体。对混合微粉施加的压力可以为30MPa以上且300MPa以下。对混合微粉施加的磁场的强度可以为960kA/m以上且1600kA/m以下。磁场可以为静磁场或脉冲磁场。可以并用磁场和脉冲磁场。成型体的相对密度可以为40～60％。
将成型体烧结，得到烧结体。烧结温度例如可以为750℃以下。烧结时间例如可以为100小时以上。通过将成型体在750℃以下加热100小时以上，从而能够抑制成型体中所含的主相用微粉、R-T相用微粉和富R相用微粉在原子水平上混合的现象，从而在维持主相用微粉、R-T相用微粉和富R相用微粉各自的组成被维持，并且成型体逐渐烧结固化。换言之，通过将成型体在低温下长时间加热，主相用微粉、R-T相用微粉和富R相用微粉之间的原子的相互扩散得到抑制，主相用微粉、R-T相用微粉和富R相用微粉各自的组成不易发生变化。成型体的烧结可以在减压气氛中或不活性气氛中进行。
接着烧结工序，可以对烧结体实施时效处理。永久磁铁的矫顽力通过时效处理增加。可以分两阶段实施时效处理。时效处理中，例如，可以将烧结体在650℃以下加热约1小时。
(旋转电机)
本实施方式涉及的旋转电机中作为永久磁铁具备上述的永久磁铁10a。将旋转电机的内部结构的一例示于图3。本实施方式涉及的旋转电机200为永久磁铁同步旋转电机(SPM旋转电机)。旋转电机200具备圆筒状的转子50和配置于转子50内侧的定子30。转子50具有圆筒状的铁心52和沿着铁心52的内周面配置的多个永久磁铁10a。多个永久磁铁10a配置为沿着铁心52的内周面N极与S极交替排列。定子30具有沿着其外周面设置的多个线圈32。线圈32与永久磁铁10a配置为相互对置。
旋转电机200可以为电动机(电机)。电动机通过利用由向线圈32通电而生成的电磁体的励磁、和利用永久磁铁10a的励磁的相互作用，来将电能转换为机械能。旋转电机200也可以为发电机(发生器)。发电机通过利用永久磁铁10a的励磁与线圈32的相互作用(电磁感应)来将机械能转换成电能。
作为电动机(电机)发挥功能的旋转电机200例如可以为永久磁铁直流电机、直线同步电机、永久磁铁同步电机(SPM电机、IPM电机)或往复活塞式电机。作为往复活塞式电机发挥功能的电机例如可以为音圈电机或振动电机。作为发电机(发生器)发挥功能的旋转电机200例如可以为永久磁铁同步发电机、永久磁铁整流子发电机或永久磁铁交流发电机。旋转电机200可以用于汽车、工业机械或家庭用电化产品等。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限定于上述的实施方式。在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够对本发明进行各种变更，这些变更例也包括在本发明中。例如，本发明涉及的永久磁铁可以通过热加工法、成膜法或放电等离子体烧结(SparkPlasma Sintering)法等制造。下面，通过实施例和比较例进一步详细地对本发明进行说明，但是本发明不受这些例子的任何限定。
实施例
(实施例1)
[永久磁铁的制作]
通过以下所示的3合金法制作实施例1的永久磁铁。
＜起始原料＞
作为起始原料，准备了纯钕、纯铈、纯铁、铁和硼的合金、纯铝、纯铜和纯钴。
＜主相用微粉的制备＞
以使主相用微粉的组成与下述表1所示的组成一致的方式，称量主相颗粒用的各起始原料，将它们混合。在下述表1中记载于各元素记号后的数值为各微粉中的各元素的含量(单位：原子％)。利用薄带连铸法由主相颗粒用的上述起始原料的混合物制作了主相用合金的薄板。薄带连铸法中，使主相颗粒用的起始原料的混合物在1400℃熔融。在接下来的氢吸附处理中，通过将主相用合金的薄板在1个大气压的氢气气氛下以常温加热3小时，从而将主相用合金粉碎。在接下来的氢释放处理中，将主相用合金在真空下以300℃加热3小时。向通过氢释放处理得到的合金粉末中添加油酸酰胺(润滑剂)。接下来，在高压的氮气中利用喷射磨粉碎合金粉末，由此得到主相用微粉。
＜R-T相用微粉的制备＞
以使R-T相用微粉的组成与下述表1所示的组成一致的方式，称量R-T相用的各起始原料，将它们混合。薄带连铸法中，由R-T相用的起始原料的混合物制作R-T相用合金的薄板。薄带连铸法中，使R-T相用的起始原料的混合物在1100℃熔融。在接下来的氢吸附处理中，通过将R-T相用合金的薄板在1个大气压的氢气气氛下以常温加热3小时，从而粉碎R-T相用合金。在接下来的氢释放处理中，将R-T相用合金在真空下以300℃加热3小时。向通过氢释放处理得到的合金粉末中添加油酸酰胺(润滑剂)。接下来，在高压的氮气中利用喷射磨粉碎合金粉末，由此得到R-T相用微粉。
＜富R相用微粉的制备＞
以使富R相用微粉的组成与下述表1所示的组成一致的方式，称量富R相用的各起始原料，将它们混合。薄带连铸法中，由富R相用的起始原料的混合物制作富R相用合金的薄板。薄带连铸法中，使富R相用的起始原料的混合物在900℃下熔融。在氢吸附处理前，将富R相用合金的薄板在590℃下进行退火。在接下来的氢吸附处理中，通过将富R相用合金的薄板在1个大气压的氢气气氛下以常温加热3小时，从而粉碎富R相用合金。在接下来的氢释放处理中，将富R相用合金在真空下以300℃加热3小时。向通过氢释放处理得到的合金粉末中添加油酸酰胺(润滑剂)。接下来，在高压的氮气中利用喷射磨粉碎合金粉末，由此得到富R相用微粉。
＜混合微粉的制备＞
分别称量上述的主相用微粉、R-T相用微粉和富R相用微粉，将它们混合，由此制备了混合微粉。以使混合微粉整体的组成与下述表2所示的永久磁铁整体的组成一致的方式，将m1、m2和m3的比调整为下述表1所示的比。在下述表2中记载于各元素记号后的数值为永久磁铁中的各元素的含量(单位：原子％)。
＜成型工序＞
成型工序中，向模具内供给混合微粉。然后，一边对模具内的混合微粉施加静磁场、一边利用模具对混合微粉进行加压，由此得到成型体。对混合微粉施加的压力为40MPa。对混合微粉施加的静磁场的强度为15KOe(约1194kA/m)。磁场方向与加压方向垂直。成型体的尺寸为20mm×18mm×13mm。
＜烧结工序和时效处理＞
接着成型工序的烧结工序中，将成型体在真空下以700℃加热100小时，由此得到烧结体。在接下来的时效处理中，将烧结体在530℃下加热1小时。
通过以上的制造方法，得到实施例1的永久磁铁(稀土类磁体)。
[永久磁铁的分析]
通过XRF分析法和ICP发光分析法对实施例1的永久磁铁整体的组成进行了分析。确认到实施例1的永久磁铁整体的组成与下述表2所示的组成一致。
将永久磁铁埋设在环氧类树脂中，将环氧类树脂固化，由此制作分析用试样。切断试样，利用研磨纸、抛光和金刚石磨粒对试样(埋设在树脂内的永久磁铁)的截面进行研磨。为了防止试样腐蚀，研磨时不使用水。
利用FE-SEM拍摄经研磨的试样的截面的背散射电子图像。实施例1的永久磁铁的截面的背散射电子图像示于图4。另外，利用附属于FE-SEM的EDS对试样截面的组成进行分析。分析结果如下所述。
永久磁铁具有包含R、T和B的多个主相颗粒和位于多个主相颗粒之间的晶界相。稀土元素R为Nd和Ce。过渡金属元素T为Fe和Co。晶界相包括：包含金属间化合物RT2的R-T相；和稀土元素R的含量的合计大于R-T相的富R相。
将实施例1的100·[Ce]R-T/[R]R-T示于下述表2。其中，100·[Ce]R-T/[R]R-T在下述的表2中记为“Ce/R”。[Ce]R-T如上所述为R-T相中的Ce的含量。[R]R-T如上所述为R-T相中的稀土元素R的含量的合计。实施例1的[R]R-RICH示于下述表2。[R]R-RICH如上所述为富R相中稀土元素R的含量的合计。
通过利用FE-SEM和EDS的上述的图像分析法，分别求得SMPG、SR-T、SR-RICH和SH。SMPG如上所述为永久磁铁截面中的全部主相颗粒的截面积的合计。如上所述，所谓永久磁铁的截面，意指拍摄了背散射电子图像的试样的截面。SR-T如上所述为相同截面中的R-T相的截面积的合计。SR-RICH如上所述为相同截面中的富R相的截面积的合计。SH为相同截面中的异相的截面积的合计。通过从永久磁铁的截面的面积STOTAL减去SMPG、SR-T和SR-RICH来计算SH。将实施例1的SMPG、SR-T、SR-RICH和SH分别示于下述表2。其中，下述表2所示的SMPG、SR-T、SR-RICH和SH分别为将永久磁铁的截面的面积STOTAL视为100时的百分率。实施例1的100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL示于下述表2。此外，100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL在下述的表2中记为“SSUM”。
利用BH示踪仪测定实施例1的永久磁铁的矫顽力HcJ。实施例1矫顽力HcJ示于下述表2。
(实施例2～7、比较例1～4)
在实施例2～7和比较例1～4各自的主相用微粉的制备中，以使主相用微粉的组成与下述表1所示的组成一致的方式，称量主相颗粒用的各起始原料。
在实施例6和7各自的主相用微粉的制备中，相比于实施例1的情况，增大在喷射磨之前添加于合金粉末的油酸酰胺的量。
在实施例2～7以及比较例1和2各自的R-T相用微粉的制备中，以使R-T相用微粉的组成与下述表1所示的组成一致的方式，称量R-T相用的各起始原料。
在实施例2～7以及比较例1和2各自的富R相用微粉的制备中，以使富R相用微粉的组成与下述表1所示的组成一致的方式，称量富R相用的各起始原料。
在实施例2～7以及比较例1和2各自的混合微粉的制备中，以使混合微粉整体的组成与下述表2所示的永久磁铁整体的组成一致的方式，将m1、m2和m3的比调整为下述表1所示的比。
在比较例3的混合微粉的制备中，不使用R-T相用微粉和富R相用微粉。比较例3中，由与主相用微粉不同的微粉制备了混合微粉。换言之，通过2合金法制作了比较例3的永久磁铁。不同的微粉的组成为Nd 26.8原子％-Ce 24.9原子％-Fe.bal。将主相用微粉的质量m1与不同的微粉的质量mx的比m1﹕mx调整为88.4﹕11.6。
比较例4中，不使用R-T相用微粉和富R相用微粉，并代替混合微粉而仅使用主相用微粉。换言之，比较例4的永久磁铁通过1合金法制作。
除以上事项以外，利用与实施例1同样的方法制作了实施例2～7以及比较例1～4各自的永久磁铁(稀土磁体)。
利用与实施例1同样的方法对实施例2～7和比较例1～4各自的永久磁铁进行了分析。在实施例2～7和比较例1～4任意情况下，永久磁铁均具有包含R、T和B的多个主相颗粒、和位于多个主相颗粒之间的晶界相，稀土元素R为Nd和Ce，过渡金属元素T为Fe和Co。在实施例2～7和比较例1～4任意情况下，晶界相均包括含有金属间化合物RT2的R-T相、和稀土元素R的含量合计大于R-T相的富R相。将上述以外的分析结果示于下述表2。
[表1]
[表2]
工业上的可利用性
本发明所涉及的永久磁铁可以用于例如汽车用的旋转电机。

Claims (4)

1.一种永久磁铁，其特征在于，
具有：
包含稀土元素R、过渡金属元素T和硼的多个主相颗粒；和
位于所述多个主相颗粒之间的晶界相，
所述稀土元素R至少包含Nd和Ce，
所述过渡金属元素T至少包含Fe，
所述晶界相包括R-T相和富R相，
所述R-T相为含有所述稀土元素R和所述过渡金属元素T的金属间化合物的相，
所述富R相中的所述稀土元素R的含量的合计大于所述R-T相中的所述稀土元素R的含量的合计，
所述R-T相中的Ce的含量为[Ce]R-T原子％，
所述R-T相中所述稀土元素R的含量的合计为[R]R-T原子％，
所述富R相中所述稀土元素R的含量的合计为[R]R-RICH原子％，
100·[Ce]R-T/[R]R-T为65以上且100以下，
[R]R-RICH为70原子％以上且100原子％以下。
2.如权利要求1所述的永久磁铁，其特征在于，
所述永久磁铁的截面的面积为STOTAL，
所述截面中的全部的所述主相颗粒的截面积的合计为SMPG，
所述截面中的所述R-T相的截面积的合计为SR-T，
所述截面中的所述富R相的截面积的合计为SR-RICH，
100·(SMPG+SR-T+SR-RICH)/STOTAL为97以上且100以下。
3.如权利要求1或2所述的永久磁铁，其特征在于，
所述R-T相为拉弗斯相。
4.一种旋转电机，其特征在于，
具备：权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁。
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