CN114008728A

CN114008728A - 钐铁氮系磁性材料

Info

Publication number: CN114008728A
Application number: CN202080039894.9A
Authority: CN
Inventors: 大贺聪
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2022-02-01
Also published as: US20220076865A1; WO2020241380A1; EP3978164A4; JP7405141B2; JPWO2020241380A1; EP3978164A1

Abstract

本发明实现一种显示更高矫顽力的新型钐铁氮系磁性材料。一种钐铁氮系磁性材料，是包含Sm、Fe和N，进一步包含Ti的钐铁氮系磁性材料，并且以2.5原子％以下的含量进一步包含Co，或者不包含Co。例如，Sm的含量可以为7原子％～10原子％，Fe的含量可以为65原子％～80原子％，N的含量可以为13原子％～16原子％，Ti的含量可以为0.5原子％～1.5原子％，但是不限定于这些。

Description

钐铁氮系磁性材料

技术领域

本发明涉及钐铁氮系磁性材料。

背景技术

作为稀土磁性材料的一种，已知包含钐(Sm)、铁(Fe)和氮(N)的钐铁氮系磁性材料。钐铁氮系磁性材料例如被用作粘结磁体的原料等。

作为钐铁氮系磁性材料，在专利文献1中公开了一种稀土永久磁铁材料，其特征在于，是由原子百分比表示的组成成分为Sm_xR_aFe_{100－x－y－z－a}M_yN_z的稀土永久磁铁材料，这里，R为Zr、Hf中的至少1种，M为Co、Ti、Nb、Cr、V、Mo、Si、Ga、Ni、Mn、Al中的至少1种，x+a为7％～10％，a为0％～1.5％，y为0％～5％，z为10％～14％。专利文献1的稀土永久磁铁材料包含TbCu₇型晶相或Th₂Zn₁₇型晶相作为主相，进一步包含软磁相α－Fe，TbCu₇型晶相的含量为50％以上，Th₂Zn₁₇型晶相的含有比例为0％～50％(不包括0)，软磁相α－Fe的含量为0％～5％(不包括0)。根据专利文献1，得到10kOe(即约796kA/m)以上的高磁特性Hcj(矫顽力)，得到高热稳定性(在120℃下在空气中暴露2小时的情况下的粘结磁体的不可逆磁通损失(減磁率))(专利文献1的第0058段)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018－157197号公报

发明内容

一般而言，磁性材料的耐热性(耐热温度)可以以矫顽力为基准来判断，认为越是具有高矫顽力，越显示高耐热性。专利文献1所记载的实施例中公开的钐铁氮系磁性材料的矫顽力最高也不过13.0kOe(即约1035kA/m，专利文献1的表3)。这种程度的矫顽力在要求更高耐热性的情况下不能说是充分的。

本发明的目的在于实现显示更高矫顽力的新型钐铁氮系磁性材料。

本发明人独自发现，在包含Sm、Fe和N的钐铁氮系磁性材料中进一步包含Ti作为必须要素的情况下，使Co的含量减少，由此可以提高矫顽力，进行了深入研究，结果完成了本发明。

根据本发明的一个要旨，提供一种钐铁氮系磁性材料，是包含Sm、Fe和N的钐铁氮系磁性材料，

进一步包含Ti，并且，

以2.5原子％以下的含量进一步包含Co，或者不包含Co。

根据本发明的钐铁氮系磁性材料，通过包含Ti作为必须要素且将Co的含量设为0原子％～2.5原子％，实现显示更高矫顽力的新型钐铁氮系磁性材料。

具体实施方式

本实施方式的钐铁氮系磁性材料包含钐(Sm)、铁(Fe)和氮(N)，进一步包含钛(Ti)作为必须要素，以2.5原子％以下的含量包含钴(Co)或者不包含(以下也称为“Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料”)。

在Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料中，通过将Co含量设为0原子％～2.5原子％，可以得到更高的矫顽力，进而可以提高耐热性(耐热温度)。虽然并非限定本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料，但是其矫顽力Hcj例如可以为1020kA/m以上，优选为1040kA/m以上，更优选为1060kA/m以上。可理解为相对于专利文献1的表1所示的实施例8的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料(Sm_8.5Zr_1.2Fe_73.4Co_4.5Ti_1.2N_11.2)的矫顽力Hcj为12.5kOe(即约995kA/m)，上述矫顽力足够高。本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的矫顽力Hcj的上限不特别限定，但是例如可以为3000kA/m以下，代表性地为2500kA/m以下。

只要Co含量为上述范围以内，Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的组成就可以根据所期望的磁性特性等来适当地选择。Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料中的各元素的含量(原子％)可以通过电感耦合等离子体质谱(ICP－MS)来测定。另外，N的含量可以通过惰性气体熔融法来测定。

在本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料中，Sm的含量例如可以为7原子％～10原子％，更详细而言可以为8.0原子％～9.5原子％。Fe的含量例如可以为65原子％～80原子％，更详细而言可以为68原子％～78原子％。N的含量例如可以为13原子％～16原子％，更详细而言可以为14.0原子％～15.5原子％。

应予说明，Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的各元素的含量合计不超过100原子％。如果将Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料中可以包含的所有元素的含量合计，理论上是100原子％。

Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料中的Sm与Fe的含量之比可以与其晶体结构有关。Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料可以包含具有TbCu₇型和/或Th₂Zn₁₇型结构的晶相，优选包含具有TbCu₇型结构的晶相作为主相(或作为晶体结构的主体)。Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料进一步可以包含α－Fe相。这些晶相可以通过粉末X射线衍射来调查。更详细而言，通过将Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的粉末的X射线衍射图案与SmFe₉和Sm₂Fe₁₇(以及α－Fe)的X射线衍射图案进行比较，可以调查具有TbCu₇型和Th₂Zn₁₇型结构的晶相(以及α－Fe相)的存在和/或存在比。但是，本实施方式不限定于这些方案。

本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料包含Ti作为必须要素，由此可以提高矫顽力。Ti的含量例如可以为0.5原子％～1.5原子％，更详细而言可以为0.8原子％～1.4原子％。在Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的晶体结构中，认为Ti可以在Fe的位置取代其而存在，但是本实施方式不限定于这样的方案。

本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料如上所述可以不包含Co，但是也可以以2.5原子％以下的含量包含Co。在Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料包含Co的情况下，由此，可以在通过后述的超淬火法制造磁性材料的情况下降低熔融粘度，由此可以减少淬火损失(得到薄带时产生的原料损失)而提高成品率(生产效率)。Co的含量为0～2.5原子％，更详细而言可以为1原子％～2.5原子％。在Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的晶体结构中，认为Co可以在Fe的位置取代其而存在，但是本实施方式不限定于这样的方案。

本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料可以包含任意适当的其他元素。

例如，本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料可以进一步包含Zr，由此可以增加最大能量积。Zr的含量例如可以为0.5原子％～1.5原子％，更详细而言可以为0.8原子％～1.4原子％。在Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的晶体结构中，认为Zr可以在Sm的位置取代其而存在，但是本实施方式不限定于这样的方案。

作为其他可添加的元素，例如可以举出选自V、Cr、Mn、Ga、Nb、Si、Al和Mo等中的至少1种。在存在这样的元素的情况下，其含量(在多个元素的情况下为各含量的合计)例如可以为2.0原子％以下，更详细而言可以为1.8原子％以下。

本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料可以具有任意适当的形状。例如可以是Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的粉末，不特别限定，但是可以具有约1～300μm的粒径。另外，例如也可以是通过将Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的粉末与树脂、塑料等粘合剂混合并成型固化成规定形状而得到的粘结磁体的形态。

本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料例如可以通过超淬火法来制造。超淬火法可以如下地实施。首先，准备以期望的组成比例将构成Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的原料金属混合而成的母合金。使该母合金在氩气氛下熔化(制成熔融状态)，喷射到旋转的单辊(例如周速30～100m/s)上，由此进行超淬火，得到由合金(非晶化)形成的薄带(或带)。将该薄带粉碎，得到粉末(例如最大粒径250μm以下)。将得到的粉末在氩气氛下以结晶化温度以上的温度进行热处理(例如在650～850℃下1～120分钟)。接着，对热处理后的粉末进行氮化处理。氮化处理可以通过将热处理后的粉末在氮气氛下进行热处理(例如在350～500℃下120～960分钟)来实施。然而，氮化处理也可以例如使用氨气、氨与氢的混合气体、氮与氢的混合气体或者其他氮原料等在任意适当的条件下实施。作为氮化处理后的粉末，可以得到本实施方式的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料。

由此得到的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料可以具有微细的晶体结构。晶粒的平均尺寸例如为10nm～1μm，优选可以为10～200nm，但是本实施方式不限定于这样的方案。

以上，对本发明的一个实施方式的钐铁氮系磁性材料进行了详细描述，但是本发明不限定于这样的实施方式。

实施例

·钐铁氮系磁性材料的制造

在表1所示的组成中，将除N以外的原料金属以与该组成对应的比例混合，在高频电感加热炉中使其熔化而准备母合金。

使该母合金在氩气氛下熔化，喷射到以周速30～100m/s旋转的Mo辊上，由此进行超淬火而得到薄带。

粉碎该薄带，得到最大粒径32μm以下的粉末(使用网眼32μm的筛子进行筛分)。

将得到的粉末在氩气氛下在725～825℃下进行3～30分钟的热处理。

接着，将热处理后的粉末在氮气氛下在460℃下进行8小时的热处理，使其氮化。

作为氮化后的粉末，得到Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料的试样。

·组成分析和磁特性的评价

通过电感耦合等离子体质谱(ICP－MS)分析上述得到的试样的组成。

另外，评价上述得到的试样的磁特性。在评价时，试样(粉末)的真密度设为7.6g/cm₃，不进行退磁场校正，通过振动试样型磁力计(VSM)测定矫顽力Hcj、剩余磁通密度Br和最大能量积(BH)max。

将这些结果示于表1。

应予说明，通过粉末X射线衍射调查了上述得到的试样，结果确认了试样均包含具有TbCu₇型结构和/或Th₂Zn₁₇型结构的晶相，并进一步包含α－Fe相。

[表1]

表1中，“*”表示本发明的比较例，组成中的空栏表示零(不存在/不使用原料金属)。试样No.1和No.2是本发明的比较例，试样No.3～8是本发明的实施例。

试样No.1实质上对应于专利文献1的表1所示的实施例8的Sm－Fe－Co－Ti－N系磁性材料(Sm_8.5Zr_1.2Fe_73.4Co_4.5Ti_1.2N_11.2)。试样No.2～7将Sm含量设为8.0～8.6原子％的范围，同时较No.1减少了Co的含量。

从试样No.1～2的比较来看，即使将Co含量从4.4原子％减少到3.0原子％，矫顽力也几乎不变，反而稍微减少。与此相对，在将Co含量设为2.5原子％以下的试样No.3～5中，可以得到比试样No.1高的矫顽力。更详细而言，如试样No.3～5那样，随着在2.5原子％以下的范围内减少Co含量，可以得到更高的矫顽力Hcj。这些结果表示，通过将Co含量设为规定的阈值以下，矫顽力急剧增加。

试样No.6～7分别设为与试样No.3、5同等的Co含量，同时将Zr含量设为0原子％。通过将试样No.3与试样No.6进行比较以及将试样No.5与试样No.7进行比较，确认了即使不存在Zr，矫顽力也几乎不变。因此，可理解为无论有无Zr，同样可以得到高的矫顽力。从其他观点出发，通过这些比较，确认了存在Zr可以得到更大的最大能量积。

相对于试样No.1～7，试样No.8增加了Sm含量的水平。从试样No.8的结果可知，通过提高Sm含量的水平，可以得到更高水平的矫顽力。

工业上的可利用性

本发明的钐铁氮系磁性材料可以用作磁铁材料，例如作为粘结磁体，被加工成任意适当的形状，可用于各种用途。

本申请基于2019年5月31日在日本申请的特愿2019－102696而主张优先权，通过参照将其所有记载内容援用于本说明书。

Claims

1.一种钐铁氮系磁性材料，是包含Sm、Fe和N的钐铁氮系磁性材料，

进一步包含Ti，并且，

以2.5原子％以下的含量进一步包含Co，或者不包含Co。

2.根据权利要求1所述的钐铁氮系磁性材料，其中，所述Sm的含量为7原子％～10原子％，

所述Fe的含量为65原子％～80原子％，

所述N的含量为13原子％～16原子％，

所述含量的合计不超过100原子％。

3.根据权利要求1或2所述的钐铁氮系磁性材料，其中，所述Ti的含量为0.5原子％～1.5原子％。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的钐铁氮系磁性材料，其中，进一步包含Zr。

5.根据权利要求4所述的钐铁氮系磁性材料，其中，所述Zr的含量为0.5原子％～1.5原子％。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的钐铁氮系磁性材料，其中，所述Sm的含量为8.0原子％～9.5原子％。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的钐铁氮系磁性材料，其中，所述Co的含量为1原子％～2.5原子％。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的钐铁氮系磁性材料，其中，包含具有TbCu₇型和/或Th₂Zn₁₇型结构的晶相。