CN111724957A

CN111724957A - R－t－b系烧结磁体

Info

Publication number: CN111724957A
Application number: CN202010169539.5A
Authority: CN
Inventors: 石井伦太郎; 国吉太
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-09-29

Abstract

本发明提供一种尽量不使用重稀土元素RH、在高温(例如100℃)下也具有高矫顽力H_cJ的R－T－B系烧结磁体。该R－T－B系烧结磁体含有：R：28.5质量％以上33.0质量％以下(R为稀土元素中的至少1种，含有Nd和Pr中的至少1种)；B：0.85质量％以上0.91质量％以下；Ga：0.35质量％以上0.75质量％以下；Cu：0.05质量％以上0.50质量％以下；Mn：0.03质量％以上0.15质量％以下；T：61.5质量％以上70.0质量％以下(T为Fe或Fe和Co，T的90质量％以上为Fe)，满足式(1)：14[B]/10.8＜[T]/55.85，([B]为以质量％表示的B含量，[T]为以质量％表示的T含量)。

Description

R－T－B系烧结磁体

技术领域

本发明涉及一种R－T－B系烧结磁体。

背景技术

R－T－B系烧结磁体(R为稀土元素中的至少1种，含有Nd和Pr中的至少1种；T为Fe或者Fe和Co，T的90质量％以上为Fe)由包含具有R₂T₁₄B型晶体结构的化合物的主相和位于该主相的晶界部分的晶界相构成，已知为永久磁体中性能最高的磁体。

因此，在硬盘驱动器的音圈电动机(VCM)、电动汽车(EV、HV、PHV)用电动机、工业设备用电动机等各种电动机以及家电制品等多种多样的用途中使用。

随着这样的用途扩展，例如在用于电动汽车用电动机时，有时会暴露在例如100℃左右的高温下，从而要求在高温下也能够稳定地工作。

然而，的R－T－B系烧结磁体在高温下存在矫顽力H_cJ(下文中有时简称为“H_cJ”)降低，发生不可逆的热退磁的问题。例如，在电动汽车用电动机中使用R－T－B系烧结磁体时，有可能因高温下的使用而导致H_cJ降低，无法实现电动机的稳定工作。因此，需求在高温下也具有高H_cJ的R－T－B系烧结磁体。

为了提高H_cJ，目前采取了向R－T－B系烧结磁体中添加重稀土元素RH(主要为Dy)，但存在剩余磁通密度B_r(下文中有时简称为“B_r”)降低的问题。而且，因Dy的产地有限等原因，存在供给不稳定、并且价格发生大幅度变动的问题。因此，需要尽可能不使用Dy等重稀土元素RH也能够提高R－T－B系烧结磁体的H_cJ的技术。

作为这种技术，例如专利文献1公开了一种技术，其通过与一般的R－T－B系烧结磁体相比降低B的含量，并且含有选自Al、Ga和Cu中的1种以上的金属元素M来生成R₂T₁₇相，充分确保以该R₂T₁₇相为原料生成的富过渡金属相(R－T－Ga相)的体积率，由此能够抑制Dy的含量，并且得到矫顽力高的R－T－B系烧结磁体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2013－008756号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，专利文献1中记载的R－T－B系烧结磁体虽然提高了H_cJ，但不足以满足近年来的要求。

为此，本发明提供一种尽可能地不使用重稀土元素RH且在高温(例如100℃)下也具有高矫顽力H_cJ的R－T－B系烧结磁体。

用于解决技术问题的技术方案

在例示的实施方式中，本发明的R－T－B系烧结磁体含有：

R：28.5质量％以上33.0质量％以下(R为稀土元素中的至少1种，含有Nd和Pr中的至少1种)；

B：0.85质量％以上0.91质量％以下；

Ga：0.35质量％以上0.75质量％以下；

Cu：0.05质量％以上0.50质量％以下；

Mn：0.03质量％以上0.15质量％以下；

T：61.5质量％以上70.0质量％以下(T为Fe或者Fe和Co，T的90质量％以上为Fe)，

该R－T－B系烧结磁体满足下述式(1)：

14[B]/10.8＜[T]/55.85 (1)，

([B]为以质量％表示的B的含量，[T]为以质量％表示的T的含量)。

在一个实施方式中，上述R－T－B系烧结磁体不含有重稀土元素(除不可避免的杂质以外)，在100℃时H_cJ≥880kA/m，并且在22.5℃时B_r≥1.32T。

在一个实施方式中，上述R－T－B系烧结磁体含有1.0质量％以下的Tb，在100℃时H_cJ≥880+168[Tb]kA/m，并且在22.5℃时B_r≥1.32－0.024[Tb]T，([Tb]为以质量％表示的Tb的含量)。

发明的效果

根据本发明的实施方式，能够提供一种尽可能不使用重稀土元素RH、在高温(例如100℃)下也具有高矫顽力H_cJ的R－T－B系烧结磁体。

附图说明

图1是关于实验例1的No.1～10，示出Mn量与100℃时的H_cJ的关系的说明图。

具体实施方式

本发明的发明人经过深入研究，结果发现，通过使本发明的具有特定的R、B、Ga、Cu的含量、特别是具有极其狭窄的特定范围的B含量的R－T－B系烧结磁体中，进一步含有特定范围的Mn，能够在高温下也具有高的H_cJ。这可以认为是由于通过使B量在本发明的特定组成范围内的R－T－B系烧结磁体进一步含有Mn，能够改善温度系数。

[R－T－B系烧结磁体]

本发明的R－T－B系烧结磁体含有：

B：0.85质量％以上0.91质量％以下；

Ga：0.35质量％以上0.75质量％以下；

Cu：0.05质量％以上0.50质量％以下；

Mn：0.03质量％以上0.15质量％以下；

该R－T－B系烧结磁体满足下述式(1)：

14[B]/10.8＜[T]/55.85 (1)

下面，对各组成进行详细描述。

(R：28.5～33.0质量％)

R为稀土元素中的至少1种，含有Nd和Pr中的至少1种。R的含量为28.5～33.0质量％。R的含量小于28.5质量％时，烧结时的致密化有可能变得困难，超过33.0质量％时，主相比率降低，B_r有可能降低。R的含量优选为29.5～32.5质量％。R在这种范围时，能够得到更高的B_r。

(B：0.85～0.91质量％)

B的含量为0.85～0.91质量％。通过使R－T－B系烧结磁体在本发明的范围内含有B，进而在后述的特定范围内含有Mn，温度系数得到改善，在高温下也能够得到高的H_cJ。因此，在B的含量小于0.85质量％或者超过0.91质量％时，在高温下无法得到高的H_cJ。其中，B的一部分可以与C置换。

此外，B的含量满足下述式(1)：

14[B]/10.8＜[T]/55.85(1)。

通过满足式(1)，B的含量比一般的R－T－B系烧结磁体更少。一般的R－T－B系烧结磁体中，为了在作为主相的R₂T₁₄B相以外不生成作为软磁性相的R₂T₁₇相，成为[T]/55.85(Fe的原子量)小于14[B]/10.8(B的原子量)的组成([T]为以质量％表示的T的含量)。本发明的R－T－B系烧结磁体与一般的R－T－B系烧结磁体不同，通过式(1)规定了[T]/55.85大于14[B]/10.8。其中，由于本发明的R－T－B系烧结磁体中的T的主成分为Fe，所以使用Fe的原子量。

(Ga：0.35～0.75质量％)

Ga的含量为0.35～0.75质量％。Ga的含量小于0.35质量％时，无法改善温度系数，在高温下无法得到高的H_cJ。此外，R－T－Ga相的生成量变少，无法使R₂T₁₇相消失，有可能在室温下无法得到高的H_cJ。Ga的含量超过0.75质量％时，由于存在不必要的Ga，主相比率降低，B_r有可能降低。

(Cu：0.05～0.50质量％)

Cu的含量为0.05～0.50质量％。Cu的含量小于0.05质量％时，有可能在室温和高温下无法得到高的H_cJ，超过0.50质量％时，烧结性变差，有可能在室温和高温下无法得到高的H_cJ。

(Mn：0.03～0.15质量％)

Mn的含量为0.03～0.15质量％。通过将B的含量限制在上述范围内，进而含有0.03～0.15质量％的Mn，改善温度系数，能够在高温下得到高的H_cJ。Mn的含量小于0.03质量％时，无法改善温度系数，在高温下无法得到高的H_cJ。另外，超过0.15质量％时，B_r有可能降低。(T：61.5质量％～70.0质量％)

T为Fe或者Fe和Co，T的90质量％以上为Fe。通过含有Co，能够提高耐腐蚀性，但是在Co的置换量超过T的10质量％时，有可能无法得到高的B_r。T的含量为61.5质量％以上70.0质量％以下，并且满足上述的式(1)。T的含量小于61.5质量％时，B_r有可能大幅度降低。优选T为剩余部分。

本发明的R－T－B系烧结磁体还可以含有在钕镨合金(Nd－Pr)、电解铁、铁硼合金等中通常作为不可避免的杂质含有的Cr、Mn、Si、La、Ce、Sm、Ca、Mg等。此外，作为制造工序中的不可避免的杂质，可以例示O(氧)、N(氮)和C(碳)、Al等。另外，本发明的R－T－B系烧结磁体可以含有1种以上的其他元素(除不可避免的杂质以外，有意图地添加的元素)。例如，作为这样的元素，可以含有少量(各自0.1质量％左右)的Ag、Zn、In、Sn、Ti、Ge、Y、H、F、P、S、V、Ni、Mo、Hf、Ta、W、Nb、Zr等。另外，也可以将作为上述不可避免的元素所列举的元素有意图地添加。这样的元素以合计量计可以含有1.0质量％程度。如果是这种程度，则有充分的可能性获得在高温下具有高的H_cJ的R－T－B系烧结磁体。

具有上述的本发明的实施方式所涉及的组成的R－T－B系烧结磁体例如可以通过下述制造方法制造，该制造方法包括下述工序：制作骤冷合金的工序；将上述合金粉末成型得到成型体的成型工序；将成型体烧结得到烧结体的烧结工序；对烧结体实施热处理的热处理工序。[R－T－B系烧结磁体的制造方法]

下面，对各工序进行说明。

(制作合金粉末的工序)

以R－T－B系烧结磁体成为上述的特定组成的方式，准备各元素的金属或合金(熔解原料)，利用带铸法等制作薄片状的原料合金。接下来，利用氢破碎等将薄片状的原料合金进行粗粉碎，准备平均粒度为1.0mm以下的粗粉碎粉末。接下来，将粗粉碎粉末在不活泼气体中利用喷射磨等进行微粉碎，得到例如粒径D₅₀为3～5μm的微粉碎粉末(原料合金粉末)。在喷射磨粉碎前的粗粉碎粉、喷射磨粉碎中和喷射磨粉碎后的合金粉末中，作为助剂，可以添加已知的润滑剂。

(成型工序)

使用所得到的原料粉末进行磁场中成型，得到成型体。关于磁场中成型，可以采用包括在模具的腔室内插入经干燥的合金粉末后边施加磁场边进行成型的干式成型法、在模具的腔室内注入浆料后边排出浆料的分散介质边进行成型的湿式成型法的已知的任意的磁场中成型方法。

(烧结工序)

通过将成型体进行烧结，得到烧结体(烧结磁体)。成型体的烧结可以采用已知的方法。此外，为了防止由烧结时的气氛导致的氧化，优选在真空氛围中或者在不活泼气体中进行烧结。不活泼气体优选使用氦、氩等不活泼气体。

(热处理工序)

对所得到的烧结磁体，优选进行以提高磁特性为目的的热处理。热处理温度、热处理时间等可以利用已知的条件。例如，可以进行仅利用比较低的温度(400℃以上600℃以下)的热处理(一段热处理)，或者，也可以在比较高的温度(700℃以上烧结温度以下(例如1050℃以下))进行热处理后，在比较低的温度(400℃以上600℃以下)进行热处理(二段热处理)。作为优选的条件，可以列举在730℃以上1020℃以下实施5分钟～500分钟左右的热处理、进行冷却后(冷却至室温后、或者冷却至440℃以上550℃以下后)、再在440℃以上550℃以下进行5分钟～500分钟左右的热处理。关于热处理气氛，优选在真空气氛或不活泼气体(氦、氩等)中进行。

出于制成最终的制品形状等的目的，可以对所得到的烧结磁体实施磨削等的机械加工。在这种情况下，热处理既可以在机械加工前进行，也可以在机械加工后进行。进而，可以对所得到的烧结磁体进行表面处理。表面处理既可以是已知的表面处理，也可以进行例如Al蒸镀、Ni电镀、树脂涂料等的表面处理。

实施例

通过实施例对本发明进行进一步详细的说明，但本发明不限于这些实施例。

[实验例1]

以R－T－B系烧结磁体的组成大致成为表1的No.1～No.12的组成的方式称量各元素，利用带铸法进行铸造，制作骤冷合金。将所得到的骤冷合金在氢加压气氛下进行氢脆化后，实施在真空中加热至550℃、并进行冷却的脱氢处理，得到粗粉碎粉。接下来，向所得到的粗粉碎粉中，相对于粗粉碎粉100质量％，作为润滑剂添加0.04质量％的硬脂酸锌，混合后，使用气流式粉碎机(喷射磨装置)，在氮气流中进行干式粉碎，得到粒径D₅₀(中位径)为4μm的微粉碎粉(合金粉末)。

将所得到的合金粉末与分散介质混合，制作浆料。溶剂使用正十二烷，作为润滑剂混合辛酸甲酯。浆料的浓度设为合金粉末70质量％、分散介质30质量％，润滑剂相对于合金粉末100质量％为0.16质量％。将上述浆料在磁场中进行成型，得到成型体。成型时的磁场为0.8MA/m的静磁场，加压力设为5MPa。其中，作为成型装置，使用磁场施加方向与加压方向正交的所谓的直角磁场成型装置(横磁场成型装置)。

将所得到的成型体在真空中以1000℃以上1090℃以下(对每个样品选定通过烧结充分发生致密化的温度)烧结4小时后，进行骤冷，得到烧结体。所得到的烧结体的密度为7.5Mg/m³以上。对于所得到的烧结体，实施在真空中以800℃保持2小时后骤冷至室温、接着在真空中以430℃以上530℃以下(对每个样品选定能够得到良好的矫顽力的温度)保持2小时后冷却至室温的热处理，得到R－T－B系烧结磁体。

将所得到的R－T－B系烧结磁体的成分示于表1。其中，表1中的各成分(除O、N和C以外)使用高频感应耦合等离子体发射光谱分析法(ICP－OES)测定。另外，O(氧)含量使用气体熔融－红外线吸收法测定，N(氮)含量使用气体熔融－热导法测定，C(碳)含量使用燃烧－红外线吸收法测定。

将式(1)的满足性示于表1。其中，“○”意指满足式(1)，“×”意指不满足式(1)。

将所得到的R－T－B系烧结磁体的磁特性测定结果示于表2。表2中的“22.5℃B_r”和“22.5℃H_cJ”是在室温(22.5℃)时的B_r和H_cJ的值，“100℃B_r”和“100℃H_cJ”是在高温(100℃)时的B_r和H_cJ值。对R－T－B系烧结磁体实施机械加工，将样品加工成7mm×7mm×7mm，利用BH示踪器测定这些B_r、H_cJ的值。此外，如下所述求出温度系数(β：22.5～100℃)。

温度系数＝(100℃的H_cJ－22.5℃的H_cJ)/22.5℃的H_cJ/(100℃－22.5℃)×100％

温度系数的绝对值越小，表示温度系数越得到改善。

[表1]

[表2]

如表2所示，满足本发明的R－T－B系烧结磁体的组成的本发明例(No.7、8、9、12)与比较例(脱离了本发明组成范围的比较例)相比，均在高温(100℃)下得到高的H_cJ。另外，实验例1中，全部的本发明例均不含有重稀土元素(除不可避免的杂质以外)，在100℃时H_cJ≥880kA/m，并且在22.5℃时B_r≥1.32T，与比较例相比，得到了高的磁特性。另外，如表2的温度系数所示，本发明例与比较例相比，温度系数的绝对值均小。

在图1中表示No.1～10中的Mn的含量与100℃的H_cJ的关系。图1种的四方形(■)为本发明例，三角形(▲)为比较例。如图1的No.1～5所示，R－T－B系烧结磁体的B含量在本发明的范围外(No.1～3和5中B的含量在范围外，No.4中式(1)在范围外)时，即使增加Mn的含量，高温下的H_cJ也几乎不提高。另一方面，如No.6～No.10所示，如果R－T－B系烧结磁体的B含量在本发明的范围内，则在Mn的含量超过0.02质量％(No.6)时，高温下的H_cJ大幅度提高。其中，No.10(Mn：0.20质量％)中，虽然在高温下得到了高的H_cJ，但如表2所示，B_r降低了。

[实验例2]

以R－T－B系烧结磁体的组成大致成为表3的No.13～No.15的组成的方式称量各元素，除此以外，与实验例1同样制作了R－T－B系烧结磁体。与实验例1同样地测定所得到的R－T－B系烧结磁体的成分和磁特性。将各自的结果示于表3和表4。

[表3]

[表4]

在R－T－B系烧结磁体含有Tb时，对应于Tb的含量，B_r降低，H_cJ上升。在这种情况下，在22.5℃，含有1质量％的Tb时，B_r减少0.024T左右。另外，在100℃，含有1质量％的Tb时，H_cJ增大168kA/m左右。因此，本发明如上所述在不含有重稀土元素的情况下，在100℃时H_cJ≥880kA/m，并且在22.5℃时B_r≥1.32T，因而在含有Tb的情况下，在100℃时H_cJ≥880+168[Tb]kA/m，并且在22.5℃时B_r≥1.32－0.024[Tb]T。

如表3和表4所示，作为本发明例的No.13～14含有1.0质量％以下的Tb，在100℃时H_cJ≥880+168[Tb]kA/m，并且在22.5℃时B_r≥1.32－0.024[Tb]T，均具有高的磁特性。此外，本发明例与实验例1的本发明例同样，温度系数的绝对值均小。

Claims

1.一种R－T－B系烧结磁体，其特征在于，含有：

R：28.5质量％以上33.0质量％以下，其中，R为稀土元素中的至少1种，含有Nd和Pr中的至少1种；

B：0.85质量％以上0.91质量％以下；

Ga：0.35质量％以上0.75质量％以下；

Cu：0.05质量％以上0.50质量％以下；

Mn：0.03质量％以上0.15质量％以下；

T：61.5质量％以上70.0质量％以下，其中，T为Fe或者Fe和Co，T的90质量％以上为Fe，

所述R－T－B系烧结磁体满足下述式(1)：

14[B]/10.8＜[T]/55.85 (1)，

其中，[B]为以质量％表示的B的含量，[T]为以质量％表示的T的含量。

2.如权利要求1所述的R－T－B系烧结磁体，其特征在于：

除不可避免的杂质以外，不含有重稀土元素，在100℃时H_cJ≥880kA/m，并且在22.5℃时B_r≥1.32T。

3.如权利要求1所述的R－T－B系烧结磁体，其特征在于：

含有1.0质量％以下的Tb，在100℃时H_cJ≥880+168[Tb]kA/m，并且在22.5℃时B_r≥1.32－0.024[Tb]T，其中，[Tb]为以质量％表示的Tb的含量。