DE102013201492A1

DE102013201492A1 - Permanentmagnet und Motor und Generator, die diesen verwenden

Info

Publication number: DE102013201492A1
Application number: DE102013201492A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Horiuchi; Shinya Sakurada; Tsuyoshi Kobayashi; Keiko Okamoto; Masaya Hagiwara
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-09-19
Also published as: JP5487228B2; CN103312055B; CN103312055A; JP2013191815A; US20130241682A1; US10573437B2

Abstract

In einer Ausführungsform beinhaltet ein Permanentmagnet eine Zusammensetzung, die durch RpFeqMrCusCo100-p-q-r-s, ausgedrückt ist (R ist ein Seltenerdelementen, M ist mindestens ein Element ausgewählt aus Zr, Ti und Hf, 10,8 ≤ p ≤ 13,5 Atom%, 28 ≤ q ≤ 40 Atom%, 0,88 ≤ r ≤ 7,2 Atom% und 3,5 ≤ s ≤ 13,5 Atom%); sowie eine metallische Struktur, die eine Zellenphase mit einer Th2Zn17-Kristallphase und eine Zellwand-Phase einschließt. Eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase liegt in einem Bereich von 30 Atom% bis 70 Atom%.

Description

Querverweis zur verwandten Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-058867 , eingereicht am 15. März 2012 und beansprucht den Nutzen der Priorität aus dieser; ihr gesamter Inhalt ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
Gebiet
Die hier offenbarten Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen einen Permanentmagneten sowie einen Motor und einen Generator, die diesen verwenden.
Hintergrund
Als Hochleistungs-Permanentmagnet sind Seltenerdmagnete, wie beispielsweise ein Magnet auf Sm-Co-Basis und ein Magnet auf Nd-Fe-B-Basis bekannt. Wenn ein Permanentmagnet für einen Motor eines elektrischen Hybridfahrzeugs (HEV) oder eines elektrischen Fahrzeugs (EV) eingesetzt wird, so besteht die Anforderung, dass der Permanentmagnet Hitzebeständigkeit aufweist. In einem Motor für ein HEV oder EV wird ein Permanentmagnet eingesetzt, dessen Hitzebeständigkeit durch Dy verbessert wird, das einen Teil des Nd des Magneten auf Nd-Fe-B-Basis ersetzt. Da Dy ein Seltenerdelement ist, besteht Nachfrage für einen Permanentmagneten, der kein Dy einsetzt. Als Motor und Stromgenerator mit hoher Effizienz sind ein Motor mit variablem magnetischem Fluss und ein Stromgenerator mit variablem magnetischem Fluss bekannt, die einen variablen Magnet und einen stationären Magnet einsetzen. Um die Leistung und Effizienz des Motors mit variablem magnetischem Fluss und des Stromgenerators mit variablem magnetischem Fluss zu verbessern, besteht eine Nachfrage für die Verbesserung der Koerzitivkraft und der magnetischen Flussdichte des variablen Magneten und des stationären Magneten.
Es ist bekannt, dass der Magnet auf Sm-Co-Basis, da er eine hohe Curietemperatur hat, eine hervorragende Hitzebeständigkeit ohne Verwendung von Dy aufweist und in der Lage ist, eine gute Motorcharakteristik usw. bei hohen Temperaturen zu verwirklichen. Unter den Magneten auf Sm-Co-Basis ist ein Magnet vom Sm₂Co₁₇-Typ aufgrund seines Koerzitivkraft zeigenden Mechanismus usw. als variabler Magnet verwendbar. Eine Verbesserung der Koerzitivkraft und der magnetischen Flussdichte wird auch für den Magneten auf Sm-Co-Basis benötigt. Um die magnetische Flussdichte des Magneten auf Sm-Co-Basis zu erhöhen, ist es wirksam, die Fe-Konzentration zu erhöhen, doch die Koerzitivkraft neigt in einer Zusammensetzung mit hoher Fe-Konzentration dazu, abzunehmen. Unter solchen Umständen besteht Nachfrage für eine Technik, einen Magneten auf Sm-Co-Basis mit hoher Fe-Konzentration dazu zu bringen, eine hohe Koerzitivkraft zu zeigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Bild, das ein Beispiel von Konzentrationsprofilen der aufbauenden Elemente in der Nähe einer Zellwand-Phase in einem Permanentmagnet einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Ansicht, die einen Permanentmagnet-Motor einer Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Ansicht, die einen Motor mit variablem Magnetfluss einer Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Ansicht, die einen Stromgenerator einer Ausführungsform zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Permanentmagnet bereitgestellt, der Folgendes einschließt: eine durch eine Zusammensetzungsformel: R_pFe_qM_rCu_sCo_100-p-q-r-s (1) ausgedrückte Zusammensetzung, worin R mindestens ein Element ausgewählt aus Seltenerdelementen ist, M mindestens ein Element ausgewählt aus Zr, Ti und Hf ist, p eine Zahl ist, die 10,8 ≤ p ≤ 13,5 Atom% erfüllt, q eine Zahl ist, die 28 ≤ q ≤ 40 Atom% erfüllt, r eine Zahl ist, die 0,88 ≤ r ≤ 7,2 Atom% erfüllt, und s eine Zahl ist, die 3,5 ≤ s ≤ 13,5 Atom% erfüllt; und eine metallische Struktur, die eine Zellenphase und eine Zellwand-Phase einschließt. Die Zellenphase hat eine Th₂Zn₁₇ Kristallphase. Die Zellwand-Phase liegt vor, um die Zellenphase zu umgeben. Im oben beschriebenen Permanentmagnet ist eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase in einem Bereich von 30 Atom% bis 70 Atom%.
Im Folgenden wird der Permanentmagnet der Ausführungsform im Detail beschrieben. In der Zusammensetzungsformel (1) wird als das Element R mindestens ein Element ausgewählt aus Seltenerdelementen einschließlich Yttrium (Y) eingesetzt. Jedes der Elemente R liefert eine große magnetische Anisotropie und verleiht dem Permanentmagneten eine hohe Koerzitivkraft. Als das Element R wird bevorzugt mindestens ein Element ausgewählt aus Samarium (Sm), Cer (Ce), Neodym (Nd) und Praseodymm (Pr) eingesetzt, und die Verwendung von Sm ist besonders bevorzugt. Wenn 50 Atom% oder mehr des Elements R Sm ist, so ist es möglich, die Leistung, insbesondere die Koerzitivkraft des Permanentmagneten mit guter Reproduzierbarkeit zu verbessern. Weiterhin ist bevorzugt 70 Atom% oder mehr des Elements R Sm.
Der Gehalt p des Elements R wird auf einen Bereich von nicht weniger als 10,8 Atom% und nicht mehr als 13,5 Atom% eingestellt. Wenn der Gehalt p des Elements R weniger als 10,8 Atom% ist, so ist es nicht möglich, eine ausreichende Koerzitivkraft zu erhalten, aus Gründen wie z. B. die Präzipitation einer großen Menge einer α-Fe-Phase. Wenn andererseits der Gehalt p des Elements R über 13,5 Atom% ist, so nimmt die Sättigungsmagnetisierung stark ab. Der Gehalt p des Elements R wird vorzugsweise auf einen Bereich von 11,0 Atom% bis 13 Atom% und stärker bevorzugt auf einen Bereich von 11,2 Atom% bis 12,5 Atom% eingestellt.
Eisen (Fe) ist ein Element, das hauptsächlich für die Magnetisierung des Permanentmagneten verantwortlich ist. Wenn eine große Menge an Fe enthalten ist, so ist es möglich, die Sättigungsmagnetisierung des Permanentmagneten zu erhöhen. Wenn allerdings eine übermäßig große Menge an Fe enthalten ist, so präzipitiert die α-Fe-Phase, und es ist schwierig, die später beschriebene, gewünschte Zweiphasen-Separationsstruktur zu erhalten, was für eine Verringerung der Koerzitivkraft verantwortlich ist. Daher wird der Gehalt q von Fe auf einen Bereich von nicht weniger als 28 Atom% und nicht mehr als 40 Atom% eingestellt. Der Gehalt q an Fe wird vorzugsweise auf einen Bereich von 29 Atom% bis 38 Atom% und stärker bevorzugt auf einen Bereich von 30 Atom% bis 36 Atom% eingestellt.
Als das Element M wird mindestens ein Element ausgewählt aus Titan (Ti), Zirkonium (Zr) und Hafnium (Hf) eingesetzt. Einbringen des Elements M ermöglicht es, dass eine große Koerzitivkraft gezeigt wird, selbst wenn die Fe-Konzentration der Zusammensetzung hoch ist. Der Gehalt r des Elements M wird auf einen Bereich von nicht weniger als 0,88 Atom% und nicht mehr als 7,2 Atom% eingestellt. Durch das Einstellen des Gehalts r des Elements M auf 0,88 Atom% oder mehr ist es für den Permanentmagneten, der eine Zusammensetzung mit einer hohen Fe-Konzentration aufweist, möglich, eine hohe Koerzitivkraft zu zeigen. Wenn andererseits der Gehalt r des Elements M über 7,2 Atom% ist, verringert sich die Magnetisierung stark. Der Gehalt r des Elements M wird vorzugsweise auf einen Bereich von 1,3 Atom% bis 4,3 Atom% und stärker bevorzugt auf einen Bereich von 1,5 Atom% bis 2,6 Atom% eingestellt.
Das Element M kann irgendeines aus Ti, Zr und Hf sein, aber enthält vorzugsweise zumindest Zr. Insbesondere wenn 50 Atom% oder mehr des Elements M Zr ist, ist es möglich, die Wirkung der Verbesserung der Koerzitivkraft des Permanentmagneten weiter zu verbessern. Andererseits ist Hf im Element M besonders teuer, und daher, selbst wenn Hf verwendet wird, ist die eingesetzte Menge davon vorzugsweise klein. Der Gehalt von Hf wird vorzugsweise auf weniger als 20 Atom% des Elements M eingestellt.
Kupfer (Cu) ist ein Element, um den Permanentmagneten dazu zu bringen, eine hohe Koerzitivkraft zu zeigen. Der Gehalt s von Cu wird auf einen Bereich von nicht weniger als 3,5 Atom% und nicht mehr als 13,5 Atom% eingestellt. Wenn der Gehalt s von Cu weniger als 3,5 Atom% ist, so ist es schwierig, eine hohe Koerzitivkraft zu erreichen. Wenn der Gehalt s von Cu über 13,5 Atom% ist, so nimmt die Magnetisierung stark ab. Die eingearbeitete Menge s von Cu wird vorzugsweise auf einen Bereich von 3,9 Atom% bis 9 Atom% und stärker bevorzugt auf einen Bereich von 4,2 Atom% bis 7,2 Atom% eingestellt.
Kobalt (Co) ist ein Element, das nicht nur für die Magnetisierung des Permanentmagneten verantwortlich ist, sondern auch als Grund notwendig ist, dass eine hohe Koerzitivkraft gezeigt wird. Wenn weiterhin eine große Menge an Co enthalten ist, wird die Curietemperatur hoch, was die thermische Stabilität des Permanentmagneten verbessert. Wenn der Gehalt an Co zu gering ist, so ist es nicht möglich, diese Wirkungen in ausreichendem Maße zu erhalten. Wenn allerdings der Gehalt von Co übermäßig groß ist, so verringert sich das Verhältnis des Fe-Gehalts in Relation, was die Magnetisierung verschlechtert. Daher wird der Gehalt an Co unter Berücksichtigung des Gehalts des Elements R, des Elements M und Cu eingestellt, so dass der Gehalt an Fe den vorher erwähnten Bereich erfüllt.
Ein Teil des Co kann durch mindestens ein Element A ausgewählt aus Nickel (Ni), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Niob (Nb), Tantal (Ta) und Wolfram (W) ersetzt werden. Diese ersetzenden Elemente A tragen zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaft, beispielsweise der Koerzitivkraft, bei. Allerdings ist das übermäßige Ersetzen von Co durch das Element A verantwortlich für die Verursachung der Verschlechterung der Magnetisierung, und daher ist eine Menge der Substitution durch das Element A vorzugsweise 20 Atom% des Co oder weniger.
Im Permanentmagnet dieser Ausführungsform fällt die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase in den Bereich von 30 Atom% bis 70 Atom%. Es ist bekannt, dass ein Mechanismus für das Zeigen der Koerzitivkraft eines Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ vom Domänenwand-Pinning-Typ ist, und dass die Koerzitivkraft aus einer Nano-Phasen-Separationsstruktur stammt, die durch Hitzebehandlung gebildet wird. Die Nano-Phasen-Separationsstruktur (Zwei-Phasen-Separationsstruktur) schließt eine Zellenphase mit einer Th₂Zn₁₇-Struktur/2-17-Phase) und eine Zellwand-Phase ein, die so gebildet ist, dass sie einen Umfang der Zellphase umgibt und eine CaCu₅-Kristallphase (eine Kristallphase mit einer CaCu₅-Struktur/1-5-Phase) aufweist. Es wird angenommen, dass die Zellwand-Phase als Pinningzentrum der Domänenwand fungiert, um die Verschiebung der Domänenwand zu verhindern, so dass eine Koerzitivkraft vom Domänenwand-Pinning-Typ gezeigt wird.
Ein möglicher Grund, warum die Verschiebung der Domänenwand durch die Zellwand-Phase verhindert wird, ist eine Differenz in der Domänenwandenergie zwischen der Zellphase und der Zellwand-Phase. Es wird angenommen, dass die Differenz der Domänenwandenergie von einem Verhältnis der aufbauenden Elemente der Zellenphase und der Zellwand-Phase stammt, und dass es besonders wichtig ist, dass Cu in der Zellwand-Phase kondensiert ist, um einen Potenzialtopf zu bilden. Daher wurde angenommen, dass es wirksam ist, die Zellenphase und die Zellwand-Phase unterschiedlich in der Cu-Konzentration zu machen. Tatsächlich wurde im Hinblick auf einen konventionellen Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ mit einer Zusammensetzung mit niedriger Fe-Konzentration berichtet, dass die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase höher als in der Zellphase ist, und dass die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase auf etwa 20 Atom% erhöht ist.
Allerdings kann in einem Magnet vom Sm₂Co₁₇-Typ mit hoher Fe-Konzentration, obgleich bestätigt wurde, dass die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase etwa 20 Atom% ist, eine ausreichende Koerzitivkraft nicht erhalten werden. Als Ergebnis umfangreicher Studien zu einem Grund dafür ist klar geworden, dass in einem Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ mit einer Zusammensetzung, in der die Fe-Konzentration 28 Atom% oder mehr ist, Cu und Fe, Co gegenseitig diffundieren, und selbst wenn die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase etwa 20 Atom% wird, ähnlich zu der in einem herkömmlichen Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ mit niedriger Fe-Konzentration, so sit die Fe-Konzentration in der Zellwand-Phase immer noch hoch. Wenn die Fe-Konzentration in der Zellwand-Phase hoch gelassen wird, so verringert Fe, dessen Konzentration hoch ist, die magnetische Anisotropie, so dass der Effekt der Zellwand-Phase als Domänenwand-Pinning-Zentrum schwächer wird. Man nimmt an, dass dies ein Grund ist, warum eine ausreichende Koerzitivkraft im konventionellen Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ mit hoher Fe-Konzentration nicht erhalten wird.
Im Permanentmagnet dieser Ausführungsform fällt die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase in den Bereich von 30 Atom% bis 70 Atom%. Selbst wenn eine Zusammensetzung mit hoher Fe-Konzentration eingesetzt wird, so fungiert die Zellwand-Phase durch das weitere Erhöhen der Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase als Pinningzentrum der Domänenwand. Dementsprechend ist es möglich, die Koerzitivkraft des Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ mit einer Zusammensetzung, deren Fe-Konzentration 28 Atom% oder mehr ist, zu verbessern. Wenn die Zusammensetzung, deren Fe-Konzentration 28 Atom% oder mehr ist, eingesetzt wird, so ist es nicht möglich, die Zellphase und die Zellwand-Phase hinreichend unterschiedlich in der Domänenwandenergie zu machen, falls die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase weniger als 30 Atom% ist. Daher ist es nicht möglich, den Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ dazu zu bringen, eine große Koerzitivkraft zu zeigen. Wenn die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, die im herkömmlichen Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ realisiert ist, d. h. etwa 20 Atom% ist, so ist es nicht möglich, eine hinreichende Koerzitivkraft des Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ mit hoher Fe-Konzentration zu erreichen.
Wenn die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase zu hoch ist, so wird die Kristallstruktur der Zellwand-Phase instabil, so dass es nicht möglich ist, die Zellwand-Phase stabil zu erzeugen. Dies macht es unmöglich, die Koerzitivkraft vom Domänenwand-Pinning-Typ zu erreichen. Wenn folglich die Zusammensetzung, deren Fe-Konzentration 28 Atom% oder mehr ist, eingesetzt wird, so wird die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase auf den Bereich von nicht weniger als 30 Atom% und nicht mehr als 70 Atom% eingestellt. Die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase ist vorzugsweise 65 Atom% oder weniger, und stärker bevorzugt 60 Atom% oder weniger. Um die Funktion der Zellwand-Phase als Domänenwand-Pinning-Zentrum zu verbessern, ist die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase vorzugsweise 35 Atom% oder mehr, und stärker bevorzugt 45 Atom% oder mehr.
Dass die Kondensation von Cu in die Zellwand-Phase fortschreitet heißt, dass die gegenseitige Diffusion von Cu und Fe effektiver fortschreitet. Wenn folglich die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase erhöht wird, so nimmt die Fe-Konzentration in der Zellwand-Phase ab. Dies erhöht auch die Differenz in der Domänenwandenergie zwischen der Zellphase und der Zellwand-Phase und kann somit die Koerzitivkraft des Magneten vom Sm₂Co₁₇-Typ mit hoher Fe-Konzentration weiter erhöhen. Die Fe-Konzentration in der Zellwand-Phase fällt vorzugsweise in einen Bereich von 4 Atom% bis 20 Atom%. Da weiterhin das Element R, wie z. B. Sm, ebenfalls in der Zellwand-Phase kondensiert ist, fällt die Konzentration des Elements R in der Zellwand-Phase vorzugsweise in einen Bereich von 12 Atom% bis 28 Atom%. Die Konzentration des Elements M in der Zellwand-Phase fällt vorzugsweise in einen Bereich von 0,1 Atom% bis 3 Atom%.
Wenn die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase in den Bereich von 30 Atom% bis 70 Atom% fällt, ist es für die Zellwand-Phase möglich, in ausreichendem Maß als Pinningzentrum der Domänenwand zu fungieren. Ein typisches Beispiel der Zellwand-Phase ist die vorher erwähnte 1-5-Phase, doch die Zellwand-Phase ist nicht darauf beschränkt. Wenn die Zellwand-Phase eine ausreichende Cu-Konzentration hat, so fungiert die Zellwand-Phase als Pinningzentrum der Domänenwand. Die Zellwand-Phase braucht nur eine solche Phase zu sein. Neben der 1-5-Phase sind Beispiele der Zellwand-Phase eine TbCu₇-Kristallphase (eine Kristallphase mit TbCu₇-Struktur/1-7-Phase), die eine Hochtemperaturphase ist (Struktur vor der Phasentrennung), eine Vorläuferphase der 1-5-Phase, die in einem Anfangsstadium der Zwei-Phasen-Trennung der 1-7-Phase gebildet wird, und Ähnliches.
Um die Magnetisierung des Permanentmagneten zu verbessern, fällt die Fe-Konzentration in der Zellenphase vorzugsweise in einen Bereich von 28 Atom% bis 45 Atom%. Die Kondensation von Cu und des Elements R, wie z. B. Sm, in der Zellwand-Phase schreitet fort, so dass die Konzentration von Cu und die Konzentration des Elements R niedriger werden als in der anfänglichen Legierungszusammensetzung (Zusammensetzung des magnetischen Pulvers als Rohmaterial eines gesinterten Kompressionsprodukts). Daher fällt die Cu-Konzentration in der Zellenphase vorzugsweise in einen Bereich von 0,5 Atom% bis 10 Atom%. Die Konzentration des Elements R in der Zellenphase fällt vorzugsweise in einen Bereich von 8 Atom% bis 18 Atom%. Die Konzentration des Elements M in der Zellenphase fällt vorzugsweise in einen Bereich von 0,1 Atom% bis 3 Atom%.
Die Zellphase hat vorzugsweise eine Zusammensetzung, die durch die folgende Zusammensetzungsformel (2) ausgedrückt wird. Die Zellwand-Phase hat vorzugsweise eine Zusammensetzung, die durch die folgende Zusammensetzungsformel (3) ausgedrückt wird.
Zusammensetzungsformel: R_p1Fe_q1M_r1Cu_s1Co_{100-p1-q1-r1-s1} (2) worin p1 eine Zahl ist, die 8 ≤ p1 ≤ 18 Atom% erfüllt, q1 eine Zahl ist, die 28 ≤ q1 ≤ 45 Atom% erfüllt, r1 eine Zahl ist, die 0,1 ≤ r1 ≤ 3 Atom% erfüllt und s1 eine Zahl ist, die 0,5 ≤ s ≤ 10 Atom% erfüllt.
Zusammensetzungsformel: R_p2Fe_q2M_r2Cu_s2Co_{100-p2-q2-r2-s2} (3) worin p2 eine Zahl ist, die 12 ≤ p2 ≤ 28 Atom% erfüllt, q2 eine Zahl ist, die 4 ≤ q2 ≤ 20 Atom% erfüllt, r2 eine Zahl ist, die 0,1 ≤ r2 ≤ 3 Atom% erfüllt und s2 eine Zahl ist, die 30 ≤ s2 ≤ 70 Atom% erfüllt.
Man nimmt an, dass im Permanentmagneten, der ein durch die Zusammensetzungsformel (1) ausgedrücktes gesintertes Kompressionsprodukt einschließt, die Cu-Konzentrationsdifferenz zwischen der Zellphase und der Zellwand-Phase in der Zeit des Alterns oder in der Zeit des späteren graduellen Abkühlens auftritt. Wenn allerdings die Zusammensetzung mit einer hohen Fe-Konzentration eingesetzt wird, so ist es schwierig, dass nur durch kontrollierende Alterungsbedingungen eine ausreichende Cu-Konzentrationsdifferenz zwischen der Zellphase und the Zellwand-Phase auftritt. Um daher die vorgenannte Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase zu realisieren, ist es nötig, die Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts zu erhöhen, um die Diffusionsfläche zu vergrößern. Allerdings hat ein Magnetpulver auf Sm-Co-Basis (Legierungspulver) mit hoher Fe-Konzentration eine niedrige Sinterfähigkeit, so dass es schwierig ist, eine hohe Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts zu erreichen. Wenn die Fe-Konzentration des Legierungspulvers hoch ist, wird leicht eine Heterophase gebildet, in der die Konzentrationen von Cu und dem Element M hoch sind, und es wird angenommen, dass diese Heterophase die Sinterfähigkeit verschlechtert. Für das Fortschreiten der gegenseitigen Diffusion von Fe und Cu ist es nötig, die Bildung der Heterophase zu unterdrücken, um die Sinterfähigkeit des magnetischen Pulvers mit hoher Fe-Konzentration zu verbessern.
Das Sintern des Magnetpulvers auf Sm-Co-Basis (Legierungspulver) wird im Allgemeinen in einer Inertgasatmosphäre, wie beispielsweise Ar-Gas oder in einer Vakuumatmosphäre durchgeführt. Das Sintern in Intertgasatmosphäre hat die Eigenschaft, dass es in der Lage ist, das Verdampfen von Sm, das einen hohen Dampfdruck aufweist, zu unterdrücken, so dass eine Abweichung der Zusammensetzung schwerlich auftritt. Allerdings ist es in Inertgasatmosphäre schwierig, die Bildung der Heterophase zu vermeiden. Darüber hinaus verbleibt das Inertgas, wie Ar-Gas, in den Poren, so dass es schwierig ist, ein Verschwinden der Poren zu erreichen, was es schwierig macht, die Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts zu erhöhen. Auf der anderen Seite wurde klargemacht, dass das Sintern in Vakuumatmosphäre die Bildung der Heterophase unterdrücken kann. Allerdings wird in der Vakuumatmosphäre die verdampfte Menge von Sm oder Ähnlichem mit hohem Dampfdruck groß, was es schwierig macht, die Zusammensetzung des gesinterten Kompressionsprodukts als Legierungszusammensetzung, die für den Permanentmagnet geeignet ist, zu kontrollieren.
Als Lösung solcher Schwierigkeiten ist es wirksam, einen letzten Sinterschritt (Hauptsinterschritt) in Inertgasatmosphäre aus Ar-Gas oder Ähnlichem durchzuführen, nachdem ein Vorverarbeitungsschritt (temporärer Sinterschritt) in Vakuumatmosphäre durchgeführt wurde. Durch Einsatz eines solchen Sinterschritts mit einem Vorverarbeitungsschritt in Vakuumatmosphäre und einem Hauptsinterschritt in Inertgasatmosphäre ist es möglich, das Verdampfen von Sm oder Ähnlichem mit einem hohen Dampfdruck zu unterdrücken, während gleichzeitig die Bildung der Heterophase, in der die Konzentrationen von Cu und dem Element M hoch sind, unterdrückt wird. Daher ist es möglich, ein gesintertes Kompressionsprodukt mit hoher Dichte und geringer Zusammensetzungsabweichung zu erhalten, wenn das magnetische Pulver (Legierungspulver) mit einer hohen Fe-Konzentration eingesetzt wird. Durch Erhalt des gesinterten Kompressionsprodukts mit einer hohen Dichte und einer geringen Zusammensetzungsabweichung ist es möglich, die gegenseitige Diffusion von Fe und Cu in der späteren Lösungsbehandlung und beim Altern voll fortschreiten zu lassen. Dies macht es möglich, die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase ausreichend zu erhöhen.
Wenn das Magnetpulver (Legierungspulver) mit einer Fe-Konzentration von etwa 20 Atom% gesintert wird, ist ein Einstellen der Temperatur des temporären Sinterschritts, die um einen bestimmten Grad niedriger ist als die Temperatur des Hauptsinterschritts, wirksam zum Erhöhen der Dichte. Wenn andererseits das Magnetpulver (Legierungspulver) mit einer Fe-Konzentration von 28 Atom% oder mehr gesintert wird, ist es bevorzugt, die Vakuumatmosphäre zu erhalten, bis die Temperatur so nah wie möglich an die Temperatur des Hauptsinterschritts herankommt. Weiterhin ist es auch wirksam, die Vakuumatmosphäre aufrechtzuerhalten, bis die Temperatur des Hauptsinterschritts erreicht wird. Auch in diesem Fall ist es möglich, beim Wechsel zum Inertgas gleichzeitig mit dem Erreichen der Temperatur des Hauptsinterns, die Verdampfung von Sm oder Ähnlichem während des Sinterns zu unterdrücken. Man nimmt an, dass ein Grund, warum es bevorzugt ist, die Vakuumatmosphäre aufrechtzuerhalten, bis die Temperatur der Temperatur des Hauptsinterns nahe kommt, wenn die Zusammensetzung in einem Bereich mit hoher Fe-Konzentration ist, ist, dass das Erhalten der Vakuumatmosphäre, so lange, bis die Temperatur so hoch ist wie möglich, es möglich macht, die Bildung der Hetero-Phase effektiver zu unterdrücken. Konkrete Bedingungen im Sinterschritt des Magnetpulvers werden später im Detail beschrieben.
Dadurch, dass das genannte gesinterte Kompressionsprodukt hoher Dichte der Lösungsbehandlung und dem Altern unterzogen wird, ist es möglich, die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase mit guter Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Dies macht es möglich, die Koerzitivkraft des Magneten auf Sm-Co-Basis, der eine Zusammensetzung mit hoher Fe-Konzentration aufweist, zu verbessern. Insbesondere realisiert der Permanentmagnet dieser Ausführungsform die Verbesserung der Magnetisierung auf Basis der Fe-Konzentration von 28 Atom% oder mehr und realisiert gleichzeitig die Verbesserung der Koerzitivkraft durch Einstellen der Cu-Konzentration auf den Bereich von 30 Atom% bis 70 Atom%. Das bedeutet, dass der Permanentmagnet dieser Ausführungsform sowohl eine hohe Koerzitivkraft als auch eine hohe Magnetisierung im Magneten auf Sm-Co-Basis realisiert. Die Koerzitivkraft des Permanentmagneten dieser Ausführungsform ist vorzugsweise 800 kA/m oder mehr, und die Rest-Magnetisierung ist vorzugsweise 1,15 T oder mehr.
Die Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts des Magnetpulvers auf Sm-Co-Basis (Legierungspulver) ist vorzugsweise 8,2 × 10³ kg/m³ oder mehr aus praktischen Gesichtspunkten. Durch Realisieren einer solchen Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts ist es möglich, die gegenseitige Diffusion von Fe und Cu im Lösungsbehandlungsschritt und dem Alterungsschritt voll ablaufen zu lassen, um die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase ausreichend zu erhöhen. Der Permanentmagnet der Ausführungsform ist vorzugsweise ein Sintermagnet, der ein gesintertes Kompressionsprodukt einschließt, das die durch die Zusammensetzungsformel (1) ausgedrückte Zusammensetzung und eine metallische Struktur mit der Zellphase und der Zellwand-Phase beinhaltet, worin die Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts 8,2 × 10³ kg/m³ oder mehr ist.
Es ist möglich, die metallische Struktur mit einer zellartigen Struktur durch Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskop (TEM) zu beobachten. Die Konzentrationen der entsprechenden Elemente in der Zellphase und der Zellwand-Phase können beispielsweise durch Verwendung von TEM-energiedispersive Röntgenspektroskopie (TEM-EDX) oder einer dreidimensionalen Atomsonde (3-dimensional atom probe, 3DAP) gemessen werden. Die TEM Beobachtung wird vorzugsweise mit einer Vergrößerung von 100 k- bis 200 k-fach durchgeführt. Im Permanentmagnet, der ein gesintertes Kompressionsprodukt einschließt, dessen Magnetfeld orientiert ist, wird vorzugsweise ein Querschnitt, der eine c-Achse der 2-17-Phase, die die Zellphase ist, einschließt, beobachtet.
3DAP wird vorzugsweise für die Messung der Konzentrationen der entsprechenden Elemente in der Zellwand-Phase eingesetzt. Es besteht die Möglichkeit, dass es durch die TEM-EDX-Beobachtung nicht möglich ist, die Konzentrationen der entsprechenden Elemente in der Zellwand-Phase genau zu messen, da die Transmissionselektronenstrahlen sowohl durch die Zellwand-Phase auch durch die Zellphase dringen, selbst wenn die Zellwand-Phase beobachtet wird. Beispielsweise wird die Sm-Konzentration oder Ähnliches manchmal etwas hoch (etwa das 1,2- bis 1,5-fache eines 3DAP-Messwerts).
Die Messung der Konzentrationen der Elemente in der Zellwand-Phase durch 3DAP wird gemäß folgendem Verfahren durchgeführt. Eine Probe wird durch In-Würfel-Schneiden dünn gemacht, und aus der dünn gemachten Probe wird mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) eine nadelförmige Probe für die Pickup-Atomsonde (AP) hergestellt. Eine Atomkartierung wird auf Basis eines Zwischenebenenintervalls (etwa 0,4 nm) der Atomebenen (0003) der 2-17-Phase parallel zu einer plattenförmigen Phase, die reich am Element M wie Zr ist (M-reiche Phase), senkrecht zur c-Achse in der 2-17-Phase gebildet, erzeugt. In Bezug auf die so erzeugten Atomsondendaten wird ein Profil nur vom Cu erzeugt, und der Ort, an dem Cu kondensiert ist, wird spezifiziert. Dieser an Cu reiche Teil ist die Zellwand-Phase.
Die Konzentrationsprofile der entsprechenden Elemente werden in einer Richtung senkrecht zur Zellwand-Phase analysiert. Ein Analysebereich aus den Konzentrationsprofilen ist vorzugsweise 10 × 10 × 10 nm oder 5 × 5 × 10 nm. Ein Beispiel der Konzentrationsprofile der entsprechenden Elemente, die durch eine solche Analyse erhalten werden, ist in 1 gezeigt. Die Konzentrationen der entsprechenden Elemente in der Zellwand-Phase werden anhand solcher Konzentrationsprofile gemessen. Wenn die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase gemessen wird, so wird aus dem Cu-Profil ein höchster Wert (P_Cu) der Cu-Konzentration gefunden. Eine solche Messung wird für 20 Punkte in der gleichen Probe durchgeführt, und ein Mittelwert davon wird als die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase definiert. Die Konzentration des Elements R, wie Sm, wird ebenso auf die gleiche Weise gemessen. Wenn die Fe-Konzentration in der Zellwand-Phase gemessen wird, so wird ein niedrigster Wert (P_Fe) der Fe-Konzentration aus dem Fe-Profil gefunden. Eine solche Messung wird für 20 Punkte in der gleichen Probe durchgeführt, und ein Mittelwert davon wird als die Fe-Konzentration in der Zellwand-Phase definiert. Die Konzentration des Elements M, wie Zr, und die Konzentration von Co wird ebenso in der gleichen Weise gemessen.
Die Messung mittels TEM-EDX oder 3DAP wird für das Innere des gesinterten Kompressionsprodukts durchgeführt. Die Messung des Inneren des gesinterten Kompressionsprodukts bedeutet folgendes. Die Zusammensetzung wird in einem Oberflächenabschnitt und im Inneren eines Querschnitts, der von einem mittleren Abschnitt der längsten Seite in der Oberfläche mit der größten Fläche geschnitten ist, senkrecht zur Seite (senkrecht zu einer Tangent des Mittelabschnitts im Fall einer Kurve) gemessen. Die Messungspunkt sind wie folgt. Referenzlinien 1, die von den 1/2-Positionen der entsprechenden Seiten im vorgenannten Querschnitt als Startpunkte zu Endabschnitten hin zu einer inneren Seite senkrecht zu den Seiten gezogen sind, sowie Referenzlinien 2, die von den Zentren der entsprechenden Ecken als Startpunkte zu Endabschnitten zur inneren Seite hin an den 1/2-Positionen der inneren Winkel der Eckabschnitte gezogen sind, werden bereitgestellt, und die 1%-Positionen der Längen der Referenzlinien von den Startpunkten dieser Referenzlinien 1, 2 werden als Oberflächenabschnitt und 40%-Positionen werden als das Innere definiert. Man beachte, dass, wenn die Eckabschnitte Krümmungen aufgrund von Abschrägung oder Ähnlichem aufweisen, Punkte des Schnitts der Verlängerung benachbarter Seiten als Endabschnitte der Seiten (Zentren der Endabschnitte) definiert sind. In diesem Fall sind die Messpunkte Positionen, die nicht auf Basis von Schnittpunkten sondern auf Basis von Abschnitten in Kontakt mit den Referenzlinien bestimmt sind.
Wenn die Messpunkte wie oben gesetzt sind, für den Fall, wenn der Querschnitt beispielsweise ein Viereck ist, so ist die Anzahl der Referenzlinien insgesamt acht mit den vier Referenzlinien 1 und den vier Referenzlinien 2, und die Anzahl der Messpunkte ist acht in jedem des Oberflächenabschnitts und des Inneren. In dieser Ausführungsform haben die acht Punkte in jedem des Oberflächenabschnitts und des Inneren vorzugsweise alle die Zusammensetzung innerhalb des vorgenannten Bereichs, aber es müssen mindestens vier Punkte oder mehr in jedem des Oberflächenabschnitts und des Inneren die Zusammensetzung innerhalb des vorgenannten Bereichs haben. In diesem Fall ist eine Beziehung zwischen dem Oberflächenabschnitt und dem Inneren von einer Referenzlinie nicht definiert. Die Beobachtung wird durchgeführt, nachdem eine Beobachtungsoberfläche des so definierten Inneren des gesinterten Kompressionsprodukts durch Polieren geglättet wurde. Beispielsweise sind die Beobachtungspunkt von TEM-EDX beliebige 20 Punkte in der Zellphase und der Zellwand-Phase, und ein Mittelwert der Messwerte ausser dem Maximumwert und dem Minimumwert der Messwerte an diesen Punkten wird gefunden, und dieser Mittelwert wird als die Konzentration jeden Elements gesetzt. Dies gilt auch für die Messung durch 3DAP.
In den Ergebnissen der vorher genannten Messung der Konzentrationen in der Zellwand-Phase unter Verwendung von 3DAP ist es umso stärker bevorzugt, je schärfer das Cu-Konzentrationsprofil in der Zellwand-Phase ist. Konkret ist eine volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Cu-Konzentrationsprofils vorzugsweise 5 nm oder weniger. In einem solchen Fall kann eine höhere Koerzitivkraft erhalten werden. Dies rührt daher, dass, wenn die Verteilung von Cu in der Zellwand-Phase scharf ist, eine Differenz in der Domänenwandenergie zwischen der Zellphase und der Zellwand-Phase scharf auftritt und die Domänenwand leichter gepinnt wird.
Die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase wird wie folgt ermittelt. Auf Basis des vorher genannten Verfahrens wird der höchste Wert (P_Cu) der Cu-Konzentration aus dem 3DAP-Cu-Profil gefunden und die Breite des Peaks mit einem Wert, der die Hälfte des vorher genannten Werts (P_Cu/2) ist, das heißt, die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) wird gefunden. Eine solche Messung wird für zehn Peaks durchgeführt und ein Mittelwert der erhaltenen Werte wird als volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Cu-Profils definiert. Wenn die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Cu-Profils 3 nm oder weniger ist, so verbessert sich die Wirkung der Verbesserung der Koerzitivkraft weiter, und wenn sie 2 nm oder weniger ist, so ist es möglich, eine noch hervorragendere Wirkung der Verbesserung der Koerzitivkraft zu erreichen.
Der Permanentmagnet dieser Ausführungsform wird beispielsweise wie folgt hergestellt. Als Erstes wird ein Legierungspulver, das vorbestimmte Mengen der Elemente enthält, hergestellt. Das Legierungspulver wird durch Vermahlen eines Legierungsingots, der durch Gießen von geschmolzenem Metall durch ein Bogenschmelzverfahren oder ein Hochfrequenzverfahren erhalten wurde, hergestellt. Das Legierungspulver kann durch Herstellung eines dünnen Legierungsstreifens in Flockenform durch ein Streifengussverfahren und anschließendes Vermahlen des dünnen Legierungsstreifens hergestellt werden. Im Streifengussverfahren ist es bevorzugt, dass das geschmolzene Legierungsmetall gekippt auf eine Abkühlwalze injiziert wird, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,1 m/Sekunde bis 20 m/Sekunde rotiert, und ein dünner Streifen mit 1 mm Dicke oder weniger kontinuierlich erhalten wird. Wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Abkühlwalze weniger als 0,1 m/Sekunde ist, so ist es wahrscheinlich, dass eine Variation der Zusammensetzung im dünnen Streifen auftritt, und wenn die Umfangsgeschwindigkeit über 20 m/Sekunde ist, so werden die Kristallkörner fein, bis zu einer einzelnen Domänengröße oder weniger, und eine gute magnetische Eigenschaft kann nicht erhalten werden. Die Umfangsgeschwindigkeit der Abkühlwalze fällt vorzugsweise in einen Bereich von 0,3 m/Sekunde bis 15 m/Sekunde und stärker bevorzugt in einen Bereich von 0,5 m/Sekunde bis 12 m/Sekunde.
Andere Beispiele des Verfahrens zur Herstellung des Legierungspulvers sind ein mechanisches Tiefzieh-(Ironing)-Verfahren, ein mechanisches Mahlverfahren, ein Gasatomisierungsverfahren, ein Reduktionsdiffusionsverfahren und Ähnliches. Es kann das durch irgendeines dieser Verfahren hergestellte Legierungspulver eingesetzt werden. Das so erhaltene Legierungspulver oder die Legierung vor dem Vermahlen kann zur Homogenisierung wärmebehandelt werden, wenn nötig. Eine Strahlmühle oder eine Kugelmühle wird zum Vermahlen der Flocken oder des Ingots eingesetzt. Das Vermahlen wird vorzugsweise in Inertgasatmosphäre oder in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt, um die Oxidation des Legierungspulvers zu verhindern.
Als Nächstes wird das Legierungspulver in eine Form gefüllt, die in einem Elektromagneten oder Ähnlichem installiert ist, und druckgeformt, während ein Magnetfeld angelegt wird. Somit wird ein kompressionsgeformter Körper hergestellt, dessen Kristallachsen orientiert sind. Durch Sintern des kompressionsgeformten Körpers unter geeigneten Bedingungen ist es möglich, ein gesintertes Kompressionsprodukt zu erhalten, das eine hohe Dichte aufweist. Der Sinterschritt des kompressionsgeformten Körpers schließt vorzugsweise den Vorverfahrensschritt in Vakuumatmosphäre und den Hauptsinterschritt in Inertgasatmosphäre ein, wie vorher beschrieben. Eine Hauptsintertemperatur Ts ist vorzugsweise 1210°C oder niedriger. Wenn die Fe-Konzentration hoch ist, so wird erwartet, dass sich der Schmelzpunkt verringert, und daher verdampfen Sm oder Ähnliches leicht, wenn die Hauptsintertemperatur Ts zu hoch ist. Die Hauptsintertemperatur Ts ist stärker bevorzugt 1205°C oder niedriger, und noch stärker bevorzugt 1200°C oder niedriger. Um allerdings die Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts zu erhöhen, ist die Hauptsintertemperatur Ts vorzugsweise 1170°C oder höher und stärker bevorzugt 1180°C oder höher.
Im Hauptsinterschritt in Inertgasatmosphäre ist die Sinterzeit bei der vorgenannten Hauptsintertemperatur Ts vorzugsweise 0,5 Stunden bis 15 Stunden. Dies macht es möglich, ein dichtes gesintertes Kompressionsprodukt zu erhalten. Wenn die Sinterzeit weniger als 0,5 Stunden ist, so wird die Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts ungleichmäßig. Wenn die Sinterzeit über 15 Stunden ist, so verdampfen Sm oder Ähnliches im Legierungspulver, was dafür verantwortlich ist, dass es unmöglich gemacht wird, eine gute magnetische Eigenschaft zu erhalten. Die Sinterzeit ist stärker bevorzugt eine Stunde bis zehn Stunden und noch stärker bevorzugt eine Stunde bis vier Stunden. Der Hauptsinterschritt wird in Inertgasatmosphäre aus Ar-Gas oder Ähnlichem durchgeführt.
Um den kompressionsgeformten Körper des Legierungspulvers mit hoher Fe-Konzentration in das gesinterte Kompressionsprodukt hoher Dichte umzuwandeln wird, wie vorher beschrieben, der Vorverarbeitungsschritt vorzugsweise in Vakuumatmosphäre vor dem Hauptsinterschritt durchgeführt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Vakuumatmosphäre aufrechterhalten wird, bis die Temperatur der Hauptsintertemperatur nahe kommt. Damit konkret das gesinterte Kompressionsprodukt eine Dichte von 8,2 × 10³ kg/m³ oder mehr hat, ist die Temperatur (Vorverabeitungstemperatur) T [°C] zum Zeitpunkt des Wechsels von der Vakuumatmosphäre zur Inertgasatmosphäre vorzugsweise in einem Temperaturbereich nicht niedriger als eine Temperatur, die um 50°C niedriger als die Hauptsintertemperatur Ts [°C] ist (Ts – 50°C) und nicht höher als die Hauptsintertemperatur Ts (Ts – 50°C ≤ T ≤ Ts).
Wenn die Temperatur T beim Atmosphärenwechsel um mehr als 50°C niedriger als die Hauptsintertemperatur Ts ist (T < Ts – 50°C), so könnte es unmöglich sein, die Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts ausreichend zu erhöhen. Darüber hinaus verbleibt die Heterophase, die im kompressionsgeformten Körper vorliegt, oder die Heterophase, die zum Zeitpunkt des Temperaturanstiegs im Sinterschritt erzeugt wird, selbst nach dem Hauptsinterschritt erhalten, was für eine Verringerung der Magnetisierung verantwortlich ist.
Wenn die Temperatur T beim Wechsel der Atmosphäre um zu viel niedriger als die Haupttemperatur Ts ist, so ist es nicht möglich, den Effekt der Unterdrückung der Erzeugung der Heterophase im Vorverarbeitungsschritt in Vakuumatmosphäre vollständig zu erreichen. Dementsprechend ist es nicht möglich, die Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts zu erhöhen, was sowohl die Magnetisierung als auch die Koerzitivkraft verringert. Die Temperatur T beim Wechsel der Atmosphäre ist stärker bevorzugt gleich oder höher als eine Temperatur, die um 40°C niedriger als die Hauptsintertemperatur ist (Ts – 40°C), und noch stärker bevorzugt gleich oder höher wie eine Temperatur, die um 30°C niedriger als die Hauptsintertemperatur ist (Ts – 30°C). Wenn die Verarbeitungstemperatur T in Vakuumatmosphäre höher als die Hauptsintertemperatur Ts ist, so verdampft Sm, was die magnetische Eigenschaft verschlechtert, und daher wird die Temperatur T beim Atmosphärenwechsel auf die Hauptsintertemperatur Ts oder niedriger gesetzt. Der Wechsel von der Vakuumatmosphäre zu Inertgasatmosphäre kann zum selben Zeitpunkt stattfinden, an dem die Hauptsintertemperatur Ts erreicht wird.
Der Vakuumgrad der Vakuumatmosphäre im Vorverarbeitungsschritt ist vorzugsweise 9 × 10^–2 Pa oder weniger. Wenn der Vakuumgrad des Vorverarbeitungsschritts über 9 × 10^–2 Pa ist, so ist es möglich, dass ein Oxid des Elements R, wie beispielsweise Sm, übermäßig gebildet wird. Durch Einstellen des Vakuumgrads im Vorverarbeitungsschritt auf 9 × 10^–2 Pa oder weniger ist es möglich, die Wirkung der Erhöhung der Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase deutlicher zu erhalten. Der Vakuumgrad des Vorverarbeitungsschritts ist stärker bevorzugt 5 × 10^–2 Pa oder weniger und noch stärker bevorzugt 1 × 10^–2 Pa oder weniger. Die Verarbeitungszeit des Vorverarbeitungsschritts ist vorzugsweise kürzer als die Hauptsinterzeit. Wenn die Verarbeitungszeit zu lang ist, so ist es möglich, dass sich die verdampfte Menge des Elements R, wie Sm, erhöht.
Weiterhin ist es auch wirksam, die Vakuumatmosphäre zum Zeitpunkt des Wechsels von der Vakuumatmosphäre zur Inertgasatmosphäre für eine Minute oder mehr aufrechtzuerhalten. Dies macht es möglich, die Dichtesteigerung des gesinterten Kompressionsprodukts weiter zu fördern. Wenn die Temperatur T bei Atmosphärenwechsel niedriger als die Hauptsintertemperatur Ts ist, so wird die Temperatur T bei Atmosphärenwechsel für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten. Wenn die Temperatur T bei Atmosphärenwechsel auf eine Temperatur gleich der Hauptsintertemperatur Ts gesetzt wird, so wird die Temperatur bis zur Hauptsintertemperatur Ts erhöht, nachdem die Temperatur niedriger als die Hauptsintertemperatur Ts für eine vorbestimmte Zeit in der Vakuumatmosphäre aufrechterhalten wurde, und die Atmosphären werden gewechselt.
Der Hauptsinterschritt in der Inertgasatmosphäre folgt auf den Vorverarbeitungsschritt in Vakuumatmosphäre. In diesem Fall wird von der Vakuumatmosphäre zur Inertgasatmosphäre zur gleichen Zeit gewechselt, wenn die Hauptsintertemperatur Ts erreicht wird, es wird von der Vakuumatmosphäre zur Inertgasatmosphäre gewechselt, wenn die Temperatur T des Atmosphärenwechsels erreicht wird, die gleich oder höher als die Temperatur ist, die um 50°C niedriger als die Hauptsintertemperatur Ts ist (Ts – 50°C), oder es wird von der Vakuumatmosphäre zur Inertgasatmosphäre gewechselt, nachdem die Temperatur des Atmosphärenwechsels T für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wurde. Der Vorverarbeitungsschritt in Vakuumatmosphäre und der Hauptsinterschritt in Inertgasatmosphäre können als separate Schritt durchgeführt werden. In diesem Fall wird die Temperatur bis zur Temperatur des Atmosphärenwechsels (Vorverarbeitungstemperatur) T in Vakuumatmosphäre erhöht, und wenn nötig, nachdem diese Temperatur für die vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wurde, wird eine Abkühlung durchgeführt. Als Nächstes, nachdem von der Vakuumatmosphäre zur Inertgasatmosphäre gewechselt wurde, wird die Temperatur bis zur Hauptsintertemperatur Ts erhöht, und der Hauptsinterschritt wird durchgeführt.
Als Nächstes werden mit dem erhaltenen gesinterten Kompressionsprodukt die Lösungsbehandlung und das Altern durchgeführt, um die Kristallstruktur zu kontrollieren. Die Lösungsbehandlung ist vorzugsweise eine 0,5-Stunden- bis 8-Stunden-Hitzebehandlung im Temperaturbereich von 1100°C bis 1200°C, um die 1-7-Phase zu erhalten, die der Vorläufer der Phasenseparationsstruktur ist. Wenn die Temperatur niedriger als 1100°C oder über 1200°C ist, so ist das Verhältnis der 1-7-Phase in einer Probe, die der Lösungsbehandlung unterzogen wurde, klein, und eine gute magnetische Eigenschaft wird nicht erhalten. Die Temperatur der Lösungsbehandlung fällt stärker bevorzugt in einen Bereich von 1120°C bis 1180°C und noch stärker bevorzugt in einen Bereich von 1120°C bis 1170°C.
Wenn die Lösungsbehandlungszeit weniger als 0,5 Stunden ist, so ist es wahrscheinlich, dass die aufbauende Phase ungleichmäßig ist, was dafür verantwortlich ist, dass es unmöglich gemacht wird, eine besser ausreichende Dichte zu erreichen. Wenn die Lösungsbehandlungszeit über acht Stunden ist, so verdampft das Element R, wie Sm, im gesinterten Kompressionsprodukt, was dafür verantwortlich ist, dass es unmöglich gemacht wird, eine gute magnetische Eigenschaft zu erhalten. Die Lösungsbehandlungszeit fällt stärker bevorzugt in einen Bereich von einer Stunde bis acht Stunden und noch stärker bevorzugt in einen Bereich von einer Stunde bis vier Stunden. Zum Verhindern von Oxidation wird die Lösungsbehandlung vorzugsweise in Vakuumatmosphäre oder Inertgasatmosphäre aus Ar-Gas oder Ähnlichem durchgeführt.
Als Nächstes wird mit dem gesinterten Kompressionsprodukt, das der Lösungsbehandlung unterzogen wurde, ein Altern durchgeführt. Das Altern ist eine Behandlung zum Steuern der Kristallstruktur, um die Koerzitivkraft des Magneten zu verbessern. Beim Altern ist es bevorzugt, dass, nachdem die Temperatur bei 700°C bis 900°C für 0,5 Stunden bis 80 Stunden gehalten wurde, die Temperatur graduell auf 400°C bis 650°C bei einer Abkühlrate von 0,2°C/Minute bis 2°C/Minute verringert wird, und die Temperatur im Anschluss auf Raumtemperatur verringert wird. Das Altern kann durch eine zweistufige Wärmebehandlung durchgeführt werden. Speziell ist die vorher genannte Wärmebehandlung die erste Stufe, und nachdem die Temperatur graduell auf 400°C bis 650°C verringert wurde, wird darauffolgend die Wärmebehandlung der zweiten Stufe durchgeführt. Nachdem die Temperatur der Wärmebehandlung der zweiten Stufe für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten wurde, wird die Temperatur auf Raumtemperatur durch Ofenkühlung abgesenkt. Um Oxidation zu verhindern, wird die Wärmebehandlung vorzugsweise in Vakuumatmosphäre oder in Inertgasatmosphäre aus Ar-Gas durchgeführt.
Wenn die Alterungstemperatur niedriger als 700°C oder über 900°C ist, so ist es nicht möglich, eine gleichförmig gemischte Struktur der Zellphase und der Zellwand-Phase zu erhalten, was dafür verantwortlich ist, dass sich die magnetische Eigenschaft des Permanentmagneten verschlechtert. Die Alterungstemperatur ist stärker bevorzugt 750°C bis 880°C, und noch stärker bevorzugt 780°C bis 850°C. Wenn die Alterungszeit weniger als 0,5 Stunden ist, so könnte die Präzipitation der Zellwand-Phase aus der 1-7-Phase nicht vollständig abgeschlossen sein. Wenn die Haltezeit über achtzig Stunden ist, so wird die Dicke der Zellwand-Phase groß, so dass sich der Volumenanteil der Zellphase verringert und die Kristallkörner rau werden, was dafür verantwortlich ist, dass es unmöglich gemacht wird, eine gute magnetische Eigenschaft zu erhalten. Die Alterungszeit ist stärker bevorzugt vier Stunden bis sechzig Stunden und noch stärker bevorzugt acht Stunden bis vierzig Stunden.
Wenn die Kühlrate der Alterungsbehandlung weniger als 0,2°C/Minute ist, so wird die Dicke der Zellwand-Phase groß, so dass sich der Volumenanteil der Zellphase verringert oder die Kristallkörner rau werden, was dafür verantwortlich ist, dass es unmöglich gemacht wird, eine gute magnetische Eigenschaft zu erhalten. Wenn die Kühlrate nach der Alterungs-Wärmebehandlung über 2°C/Minute ist, so ist es nicht möglich, eine gleichförmig gemischte Struktur der Zellphase und der Zellwand-Phase zu erhalten, was dafür verantwortlich ist, dass sich die magnetische Eigenschaft des Permanentmagneten verschlechtert. Die Abkühlrate nach der Alterungsbehandlung wird stärker bevorzugt auf einen Bereich von 0,4°C/Minute bis 1,5°C/Minute und noch stärker bevorzugt einen Bereich von 0,5°C/Minute bis 1,3°C/Minute eingestellt.
Man beachte, dass das Altern nicht auf die zweistufige Wärmebehandlung beschränkt ist, sondern dass es auch eine Wärmebehandlung in mehreren vielfachen Stufen sein kann, und dass es auch wirksam ist, ein mehrstufiges Abkühlen durchzuführen. Weiterhin ist es als Vorverfahren für das Altern auch wirksam, ein vorläufiges Altern bei einer Temperatur niedriger als die des Alterns für eine kurze Zeit durchzuführen. Infolgedessen verbessert sich die Wirkung der Erhöhung der Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase weiter, und es wird auch erwartet, dass sich die Quadratform der Magnetisierungskurve weiter verbessert. Konkret wird durch das Einstellen der Temperatur des vorläufigen Alterns auf 600°C bis 780°C, das Einstellen der Behandlungszeit auf 0,5 Stunden bis 4 Stunden und das Einstellen der graduellen Abkühlrate nach dem vorläufigen Altern auf 0,5°C/Minute bis 1,5°C/Minute die Verbesserung der Eigenschaften des Permanentmagneten erwartet.
Der Permanentmagnet dieser Ausführungsform ist in verschiedenen Sorten von Motoren und Stromgeneratoren einsetzbar. Der Permanentmagnet dieser Ausführungsform ist auch als stationärer Magnet und als variabler Magnet in einem Motor mit variablem Magnetfluss und einem Stromgenerator mit variablem Magnetfluss einsetzbar. Verschiedene Sorten von Motoren und Stromgeneratoren sind durch die Verwendung des Permanentmagneten dieser Ausführungsform strukturiert. Wenn der Permanentmagnet dieser Ausführungsform für einen Motor mit variablem Magnetfluss eingesetzt wird, so sind die in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-29148 und der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-43172 offenbarten Techniken als Struktur und als Antriebssystem des Motors mit variablem Magnetfluss anwendbar.
Als Nächstes wird ein Motor und ein Stromgenerator der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 2 zeigt einen Motor mit Permanentmagnet gemäß einer Ausführungsform. In dem in 2 gezeigten Motor mit Permanentmagnet 1 ist ein Rotor (rotierender Teil) 3 in einen Stator (stationärer Teil) 2 eingebracht. In einem Eisenkern 4 des Rotors 3 sind Permanentmagnete 5 der Ausführungsform eingebracht. Auf Basis der Eigenschaften usw. der Permanentmagnete dieser Ausführungsform ist es möglich, eine Effizienzverbesserung, Größenreduktion, Kostensenkung usw. für den Motor mit Permanentmagnet 1 zu realisieren.
3 zeigt einen Motor mit variblem Magnetfluss gemäß einer Ausführungsform. In dem in 3 gezeigten Motor mit variablem Magnetfluss 11 ist ein Rotor (rotierender Teil) 13 in einen Stator (stationärer Teil) 12 eingebracht. In einem Eisenkern 14 des Rotors 13 sind Permanentmagnete der Ausführungsform als stationäre Magnete 15 und variable Magnete 16 eingebracht. Die magnetische Flussdichte (Fluxquantum) der variablen Magnete 16 ist variabel. Die variablen Magnete 16 werden nicht durch einen Strom entlang der Q-Achse beeinflusst, weil deren Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Richtung der Q-Achse ist, und sie können durch einen Strom entlang der D-Achse magnetisiert werden. Im Rotor 13 ist eine magnetisierte Windung (nicht gezeigt) bereitgestellt. Wenn ein Strom durch die magnetisierte Windung aus einem Magnetisierungskreis geführt wird, so wirkt deren Magnetfeld direkt auf die variablen Magnete 16.
Mit dem Permanentmagnet der Ausführungsform ist es möglich, eine geeignete Koerzitivkraft in den stationären Magneten 15 zu erreichen. Wenn die Permanentmagnete der Ausführungsform als variable Magnete 16 eingesetzt werden, so wird die Koerzitivkraft auf beispielsweise einen Bereich von 100 kA/m bis 500 kA/m durch Einstellen verschiedener Bedingungen (Alterungsbedingung usw.) im vorher genannten Herstellungsverfahren geregelt. Im in 3 gezeigten Motor mit variablem Magnetfluss 11 sind die Permanentmagnete der Ausführungsform sowohl als stationäre Magnete 15 als auch als variable Magnete 16 einsetzbar, doch die Permanentmagnete der Ausführungsform können als einer der Magnete eingesetzt werden. Der Motor mit variablem Magnetfluss 11 ist in der Lage, ein großes Drehmoment bei kleiner Gerätgröße zu liefern und ist daher geeignet für Motoren von Hybridfahrzeugen, elektrischen Fahrzeugen und Ähnlichem, deren Motoren einen hohen Output und eine geringe Größe haben müssen.
4 zeigt einen Stromgenerator gemäß einer Ausführungsform. Der in 4 gezeigte Stromgenerator 21 schließt einen Stator (stationärer Teil) 22 ein, der den Permanentmagneten der Ausführungsform einsetzt. Ein Rotor (rotierender Teil) 23, der in den Stator (stationärer Teil) 22 eingebracht ist, wird über eine Welle 25 mit einer Turbine 24 verbunden, die an einem Ende des Stromgenerators 21 bereitgestellt ist. Die Turbine 24 rotiert beispielsweise durch ein extern zugeführtes Fluid. Anstelle des Rotierens der Turbine 24 durch das Fluid ist es beispielsweise auch möglich, die Welle 25 durch Übertragung von dynamischer Rotation, wie beispielsweise regenerative Energie eines Fahrzeugs, zu rotieren. Als Stator 22 und Rotor 23 sind verschiedene Sorten von allgemein bekannten Strukturen einsetzbar.
Die Welle 25 steht in Kontakt mit einem Kommutator (nicht gezeigt), der auf dem Rotor 23 gegenüber der Turbine 24 angebracht ist, und eine durch die Rotation des Rotors 23 erzeugte elektromotorische Kraft wird zur Systemspannung aufgeladen, um als Output des Stromgenerators 21 über einen isolierten Phasenbus und einen Traktionstransformator (nicht gezeigt) übertragen zu werden. Der Stromgenerator 21 kann entweder ein gewöhnlicher Stromgenerator oder ein Stromgenerator mit variablem magnetischem Fluss sein. Man beachte, dass der Rotor 23 aufgrund eines axialen Stroms elektrisch aufgeladen ist, der die statische Elektrizität aus der Turbine 24 und der Stromerzeugung begleitet. Daher beinhaltet der Stromgenerator 21 eine Bürste 26 zum Entladen der aufgeladenen Elektrizität des Rotors 23.
Als Nächstes werden Beispiele und deren Bewertungsergebnisse beschrieben.
Beispiele 1, 2
Nachdem die Rohmaterialien abgewogen und in vorbestimmten Verhältnissen gemischt worden sind, wurden die resultierenden Materialien in Ar-Gasatmosphäre im Lichtbogen geschmolzen, wodurch Legierungsingots hergestellt wurden. Nachdem die Legierungsingots bei 1170°C über eine Stunde wärmebehandelt worden sind, wurden sie grob vermahlen und dann mit einer Strahlmühle fein vermahlen, wodurch die Legierungspulver als Rohmaterialpulver der Permanentmagnete hergestellt wurden. Die Legierungspulver wurden in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch kompressionsgeformte Körper hergestellt wurden. Als Nächstes wurden die kompressionsgeformten Körper der Legierungspulver jeweils in eine Kammer eines Brennofens platziert, und die Kammer wurde evakuiert, bis der Vakuumgrad 9,5 × 10^–3 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1180°C erhöht, und danach wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1195°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Die Sinterbedingungen sind in Tabelle 2 gezeigt.
Im Anschluss an den Hauptsinterschritt wurden die gesinterten Kompressionsprodukte bei 1140°C für drei Stunden gehalten und wurden der Lösungsbehandlung unterzogen. Als Nächstes, nachdem die gesinterten Kompressionsprodukte, die der Lösungsbehandlung unterzogen worden sind, bei 740°C für zwei Stunden gehalten wurden, wurden sie graduell auf Raumtemperatur abgekühlt und wurden weiterhin bei 820°C für 28 Stunden gehalten. Nachdem die gesinterten Kompressionsprodukte, die dem Altern unter solchen Bedingungen unterzogen worden sind, graduell auf 410°C abgekühlt worden sind, wurden im Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch die gewünschten gesinterten Magnete erhalten wurden. Die Zusammensetzungen der gesinterten Magnete sind wie in Tabelle 1 gezeigt. Die Zusammensetzungsanalyse der Magnete wurde durch das induktiv gekoppelte Plasma-(ICP)-Verfahren durchgeführt. Diesem Verfahren folgend wurde eine Dichte von jedem der gesinterten Kompressionsprodukte, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase und eine volle Breite bei halbem Maximum eines Cu-Konzentrationsprofils in der Zellwand-Phase gemessen. Weiterhin wurden die magnetischen Eigenschaften der gesinterten Magnete durch einen BH-Tracer bewertet und ihre Koerzitivkraft und Restmagnetisierung gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Man beachte, dass die Zusammensetzungsanalyse durch das ICP-Verfahren nach folgendem Verfahren durchgeführt wurde. Als Erstes wurde eine Probe, die aus den vorgenannten Messpunkten aufgenommen wurde, in einem Mörser vermahlen und eine vorbestimmte Menge dieser vermahlenen Probe wurde abgewogen, um in einen Quarzbecher gegeben zu werden. Eine gemischte Säure (die Salpetersäure und Chlorwasserstoffsäure enthält) wird in den Quarzbecher gegeben, der auf einer heißen Platte auf etwa 140°C erwärmt wird, wodurch die Probe vollständig geschmolzen wird. Nachdem sie zum Abkühlen stehengelassen worden ist, wird sie in einen volumetrischen PFA-Kolben gegeben und einem isovolumetrischen Verfahren unterzogen, um als Probenlösung zu fungieren. Mengen von Komponenten der Probenlösung wurden durch ein Kalibrationskurven-Verfahren unter Verwendung eines ICP-Emissions-spektrochemischen Analysators bestimmt. Als ICP-Emissions-spektrochemischer Analysator wurde ein SPS4000 (Handelsbezeichnung), hergestellt von SII Nano Technology Inc., eingesetzt.
Beispiele 3, 4
Nachdem die Rohmaterialien abgewogen und in vorbestimmten Verhältnissen gemischt worden sind, wurden die resultierenden Materialien in Ar-Gasatmosphäre Hochfrequenzgeschmolzen, wodurch Legierungsingots hergestellt wurden.
Nachdem die Legierungsingots bei 1170°C für eine Stunde wärmebehandelt worden sind, wurden sie grob vermahlen und dann unter Verwendung einer Strahlmühle fein vermahlen, wodurch Legierungspulver als Rohmaterialpulver der Permanentmagnete hergestellt wurden. Die Legierungspulver wurden in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch kompressionsgeformte Körper hergestellt wurden. Als Nächstes wurden die kompressionsgeformten Körper aus den Legierungspulvern in eine Kammer eines Brennofens gegeben, und die Kammer wurde evakuiert, bis ihr Vakuumgrad 9,5 × 10^–3 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1185°C erhöht, und danach wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1195°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Im Anschluss, während die gesinterten Kompressionsprodukte bei 1130°C für vier Stunden gehalten wurden, wurden sie der Lösungsbehandlung unterzogen.
Als Nächstes, nachdem die der Lösungsbehandlung unterzogenen gesinterten Kompressionsprodukte bei 750°C für eine Stunde gehalten worden sind, wurden sie graduell auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend, nachdem sie bei 800°C für 40 Stunden gehalten worden sind, wurden sie graduell auf 400°C abgekühlt, und wurden im Ofen weiter auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch die gewünschten gesinterten Magnete erhalten wurden. Die Zusammensetzungen der gesinterten Magnete sind wie in Tabelle 1 gezeigt. In Bezug auf jeden der erhaltenen gesinterten Magnete wurden eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in einer Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und eine Restmagnetisierung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Beispiel 5
Legierungspulver mit der gleichen Zusammensetzung wie die von Beispiel 4 wurden in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch ein kompressionsgeformter Körper hergestellt wurde. Dieser kompressionsgeformte Körper wurde in die Kammer eines Brennofens gegeben, und die Kammer wurde evakuiert, bis ihr Vakuumgrad 9,5 × 10^–3 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1190°C erhöht, und danach wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1195°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Im Anschluss wurde die Lösungsbehandlung und das Altern unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 durchgeführt, wodurch ein gewünschter gesinterter Magnet erhalten wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Magneten ist wie in Tabelle 1 gezeigt. In Bezug auf den gesinterten Magnet wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und eine Restmagnetisierung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Beispiel 6
Legierungspulver mit der gleichen Zusammensetzung wie die von Beispiel 4 wurden in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch ein kompressionsgeformter Körper hergestellt wurde. Dieser kompressionsgeformte Körper wurde in die Kammer eines Brennofens gegeben, und die Kammer wurde evakuiert, bis ihr Vakuumgrad 9,5 × 10^–3 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1160°C erhöht, und danach wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1195°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Im Anschluss wurde die Lösungsbehandlung und das Altern unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 durchgeführt, wodurch ein gewünschter gesinterter Magnet erhalten wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Magneten ist wie in Tabelle 1 gezeigt. In Bezug auf den gesinterten Magnet wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und eine Restmagnetisierung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Beispiele 7, 8
Legierungspulver mit der gleichen Zusammensetzung wie die von Beispiel 3, 4 wurden in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch ein kompressionsgeformter Körper hergestellt wurde. Dieser kompressionsgeformte Körper wurde in die Kammer eines Brennofens gegeben, und die Kammer wurde evakuiert, bis ihr Vakuumgrad 2,5 × 10^–2 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1180°C erhöht, und danach wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1195°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Im Anschluss wurde die Lösungsbehandlung und das Altern unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3, 4 durchgeführt, wodurch ein gewünschter gesinterter Magnet erhalten wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Magneten ist wie in Tabelle 1 gezeigt. In Bezug auf den gesinterten Magnet wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und eine Restmagnetisierung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Beispiel 9
Ein Legierungspulver mit der gleichen Zusammensetzung wie das von Beispiel 4 wurde in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch ein kompressionsgeformter Körper hergestellt wurde. Dieser kompressionsgeformte Körper wurde in eine Kammer eines Brennofens gegeben, und die Kammer wurde evakuiert, bis der Vakuumgrad 9,5 × 10^–3 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1160°C erhöht, und nachdem diese Temperatur für fünf Minuten gehalten worden ist, wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1195°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Im Anschluss wurde die Lösungsbehandlung und das Altern unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 durchgeführt, wodurch ein gewünschter gesinterter Magnet erhalten wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Magneten ist wie in Tabelle 1 gezeigt. In Bezug auf den gesinterten Magnet wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und eine Restmagnetisierung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Beispiel 10
Ein Legierungspulver mit der gleichen Zusammensetzung wie das von Beispiel 4 wurde in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch ein kompressionsgeformter Körper hergestellt wurde. Dieser kompressionsgeformte Körper wurde in eine Kammer eines Brennofens gegeben, und die Kammer wurde evakuiert, bis der Vakuumgrad 9,5 × 10^–3 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1160°C erhöht, und nachdem diese Temperatur für fünf Minuten gehalten worden ist, wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1200°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Im Anschluss wurde die Lösungsbehandlung und das Altern unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 durchgeführt, wodurch ein gewünschter gesinterter Magnet erhalten wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Magneten ist wie in Tabelle 1 gezeigt. In Bezug auf den gesinterten Magnet wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und eine Restmagnetisierung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Sintermagnet mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde unter Einsatz des gleichen Herstellungsverfahrens wie in Beispiel 1 hergestellt. In Bezug auf den erhaltenen gesinterten Magneten wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und Restmagnetisierung auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Sintermagnet mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde unter Einsatz des gleichen Herstellungsverfahrens wie in Beispiel 3 hergestellt. In Bezug auf den erhaltenen gesinterten Magneten wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und Restmagnetisierung auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Legierungspulver mit der gleichen Zusammensetzung wie von Beispiel 4 wurde in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch ein kompressionsgeformter Körper hergestellt wurde. Dieser kompressionsgeformte Körper wurde in eine Kammer eines Brennofens gegeben, und die Kammer wurde evakuiert, bis ihr Vakuumgrad 9,5 × 10^–3 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1130°C erhöht, und danach wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1195°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Im Anschluss wurde die Lösungsbehandlung und das Altern unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 durchgeführt, wodurch ein gewünschter gesinterter Magnet erhalten wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Magneten ist wie in Tabelle 1 gezeigt. In Bezug auf den gesinterten Magnet wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und eine Restmagnetisierung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 4

Ein Legierungspulver mit der gleichen Zusammensetzung wie von Beispiel 4 wurde in einem magnetischen Feld druckgeformt, wodurch ein kompressionsgeformter Körper hergestellt wurde. Dieser kompressionsgeformte Körper wurde in eine Kammer eines Brennofens gegeben, und die Kammer wurde evakuiert, bis ihr Vakuumgrad 9,5 × 10^–3 Pa war. In diesem Zustand wurde die Temperatur in der Kammer auf 1140°C erhöht, und danach wurde Ar-Gas in die Kammer geleitet. Die Temperatur in der unter Ar-Atmosphäre stehenden Kammer wurde auf 1195°C erhöht, und während diese Temperatur für drei Stunden gehalten wurde, wurde das Hauptsintern durchgeführt. Im Anschluss wurde die Lösungsbehandlung und das Altern unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 durchgeführt, wodurch ein gewünschter gesinterter Magnet erhalten wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Magneten ist wie in Tabelle 1 gezeigt. In Bezug auf den gesinterten Magnet wurde eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts, eine Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase, eine volle Breite bei halbem Maximum eines Konzentrationsprofils von Cu in der Zellwand-Phase, eine Koerzitivkraft und eine Restmagnetisierung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 1

	Zusammensetzung des Magneten (Atom%)
Beispiel 1	Sm_11,36Fe_28,36(Zr_0,83Ti_0,17)_2,66Cu_7,09Co_50,53
Beispiel 2	(Sm_0,88Nd_0,12)_11,11Fe_29,16Zr_2,04Cu_5,33Co_52,36
Beispiel 3	Sm_11,47Fe_29,84Cu_5,58Zr_2,39(Co_0,998Cr_0,002)_50,72
Beispiel 4	Sm_11,07Fe_30,68Cu_5,25Zr_2,01Co_50,99
Beispiel 5	Sm_11,07Fe_30,68Cu_5,25Zr_2,01Co_50,99
Beispiel 6	Sm_11,07Fe_30,68Cu_5,25Zr_2,01Co_50,99
Beispiel 7	Sm_11,47Fe_29,84Cu_5,58Zr_2,39(Co_0,998Cr_0,002)_50,72
Beispiel 8	Sm_11,07Fe_30,68Cu_5,25Zr_2,01Co_50,99
Beispiel 9	Sm_11,07Fe_30,68Cu_5,25Zr_2,01Co_50,99
Beispiel 10	Sm_11,07Fe_30,68Cu_5,25Zr_2,01Co_50,99
Vergleichsbeispiel 1	Sm_11,36Fe_24,82(Zr_0,83Ti_0,17)_2,66Cu_7,09Co_54,07
Vergleichsbeispiel 2	Sm_10,73Fe_30,80Cu_5,27Zr_2,02Co_51,18
Vergleichsbeispiel 3	Sm_11,07Fe_30,68Cu_5,25Zr_2,01Co_50,99
Vergleichsbeispiel 4	Sm_11,07Fe_30,68Cu_5,25Zr_2,01Co_50,99

Tabelle 2

	Vorverarbeitungsschritt (Vakuumverarbeitungsschritt)			Haupt-Sinterschritt
	Verarbeitungstemperatur T (Temperatur beim Atmosphärenwechsel) [°C]	Vakuumgrad [× 10^–3 Pa)	Haltezeit [Minuten]	Haupt-Sintertemperatur Ts [°C]
Beispiel 1	1180	9,5	-	1195
Beispiel 2	1180	9,5	-	1195
Beispiel 3	1185	9,5	-	1195
Beispiel 4	1185	9,5	-	1195
Beispiel 5	1190	9,5	-	1195
Beispiel 6	1160	9,5	-	1195
Beispiel 7	1180	2,5 × 10	-	1195
Beispiel 8	1180	2,5 × 10	-	1195
Beispiel 9	1160	9,5	5	1195
Beispiel 10	1160	9,5	5	1200
Vergleichsbeispiel 1	1180	9,5	-	1195
Vergleichsbeispiel 2	1185	9,5	-	1195
Vergleichsbeispiel 3	1130	9,5	-	1195
Vergleichsbeispiel 4	1140	9,5	-	1195

Tabelle 3

	Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts [× 10³ kg/m³]	Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase [Atom%]	Volle Breite bei halbem Maximum des Cu-Konzentrationsprofils in der Zellwand-Phase	Koerzitivkraft [kA/m]	Rest-Magnetisierung [T]
Beispiel 1	8,29	49,1	5,4	1290	1,18
Beispiel 2	8,28	39,4	3,7	1120	1,20
Beispiel 3	8,31	45,2	2,2	1080	1,22
Beispiel 4	8,28	54,2	2,8	1160	1,23
Beispiel 5	8,29	58,7	2,4	1180	1,24
Beispiel 6	8,27	52,4	2,5	1090	1,23
Beispiel 7	8,27	40,1	6,1	990	1,16
Beispiel 8	8,25	37,3	5,4	870	1,21
Beispiel 9	8,30	59,5	2,3	1210	1,23
Beispiel 10	8,31	57,7	1,8	1190	1,23
Vergleichsbeispiel 1	8,29	47,2	6,2	1850	1,12
Vergleichsbeispiel 2	8,03	16,2	4,0	110	1,14
Vergleichsbeispiel 3	7,70	19,4	3,4	240	1,07
Vergleichsbeispiel 4	7,95	28,9	3,1	410	1,11

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, sieht man, dass die gesinterten Magnete der Beispiele 1 bis 10 alle eine hohe Dichte und eine ausreichend gesteigerte Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase aufweisen, und als Ergebnis alle eine hohe Magnetisierung und hohe Koerzitivkraft haben. Mit einer niedrigen Fe-Konzentration weist der gesinterte Magnet des Vergleichsbeispiels 1 eine niedrige Magnetisierung auf, obgleich die Dichte hoch ist. Mit einer niedrigen Sm-Konzentration liegt der gesinterte Magnet des Vergleichsbeispiels 2 niedrig sowohl in der Magnetisierung als auch in der Koerzitivkraft. Die gesinterten Magnete der Vergleichsbeispiele 3, 4 haben eine niedrige Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts und liegen niedrig sowohl in der Magnetisierung als auch in der Koerzitivkraft aufgrund der niedrigen Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase.
Weiterhin wurden im gesinterten Magneten des Beispiels 4 die Zusammensetzungen der Zellphase und der Zellwand-Phase gemäß dem vorher beschriebenen Verfahren gemessen. Als Ergebnis war die Konzentration der Zellphase Sm_14,5Fe_34,9Z_1,3Cu_2,3Co_47,0 und die Zusammensetzung der Zellwand-Phase war Sm_21,1Fe_8,8Z_1,5Cu_54,2Co_4,4. Bei Messung der Zusammensetzung der Zellphase und der Zellwand-Phase in den anderen Beispielen wurde bestätigt, dass die Zellwand-Phase höher in der Cu-Konzentration und der Sm-Konzentration und niedriger in der Fe-Konzentration im Vergleich mit der Zusammensetzung im Ganzen ist, und die Zellphase eine niedrigere Cu-Konzentration und eine niedrigere Sm-Konzentration im Vergleich mit der Zusammensetzung als Ganzes hat. Man sieht daran, dass die Zellphase vorzugsweise die durch die vorgenannte Formel (2) ausgedrückte Zusammensetzung hat und die Zellwand-Phase vorzugsweise die durch die vorgenannte Formel (3) ausgedrückte Zusammensetzung hat.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, so wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt, und es ist nicht beabsichtigt, dass sie den Bereich der Erfindungen beschränken. In der Tat können die neuen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert werden; weiterhin können verschiedene Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, ohne vom Geist der Erfindungen abzuweichen. Es ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente solche Formen und Modifikationen, die in den Bereich und den Geist der Erfindungen fallen, abdecken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-058867 [0001]
JP 2008-29148 [0059]
JP 2008-43172 [0059]

Claims

Permanentmagnet, umfassend: eine Zusammensetzung, ausgedrückt durch eine Zusammensetzungsformel: R_pFe_qM_rCu_sCo_100-p-q-r-s, worin R mindestens ein Element ausgewählt aus Seltenerdelementen ist, M mindestens ein Element ausgewählt aus Zr, Ti und Hf ist, p eine Zahl ist, die 10,8 ≤ p ≤ 13,5 Atom% erfüllt, q eine Zahl ist, die 28 ≤ q ≤ 40 Atom% erfüllt, r eine Zahl ist, die 0,88 ≤ r ≤ 7,2 Atom% erfüllt, und s eine Zahl ist, die 3,5 ≤ s ≤ 13,5 Atom% erfüllt; und eine metallische Struktur, die eine Zellenphase mit einer Th₂Zn₁₇-Kristallphase sowie eine Zellwand-Phase, die die Zellphase umgibt, einschließt, worin die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase in einem Bereich von 30 Atom% bis 70 Atom% liegt.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, worin die Cu-Konzentration in der Zellwand-Phase in einem Bereich von 35 Atom% bis 60 Atom% liegt.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, worin eine volle Breite bei halbem Maximum eines Cu-Konzentrationsprofils in der Zellwand-Phase 5 nm oder weniger ist.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, worin die Zellphase eine Zusammensetzung hat, die durch eine Zusammensetzungsformel ausgedrückt ist: R_p1Fe_q1M_r1Cu_s1Co_{100-p1-q1-r1-s1} worin p1, q1, r1 und s1 Zahlen sind, die jeweils Folgendes erfüllen: p1 ist eine Zahl, die 8 ≤ p1 ≤ 18 Atom% erfüllt, q1 ist eine Zahl, die 28 ≤ q1 ≤ 45 Atom% erfüllt, r1 ist eine Zahl, die 0,1 ≤ r1 ≤ 3 Atom% erfüllt und s1 ist eine Zahl, die 0,5 ≤ s ≤ 10 Atom% erfüllt; und worin die Zellwand-Phase eine Zusammensetzung hat, die durch eine Zusammensetzungsformel ausgedrückt ist: R_p2Fe_q2M_r2Cu_s2Co_{100-p2-q2-r2-s2} worin p2 eine Zahl ist, die 12 ≤ p2 ≤ 28 Atom% erfüllt, q2 eine Zahl ist, die 4 ≤ q2 ≤ 20 Atom% erfüllt, r2 eine Zahl ist, die 0,1 ≤ r2 ≤ 3 Atom% erfüllt und s2 eine Zahl ist, die 30 ≤ s2 ≤ 70 Atom% erfüllt.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, der ein gesintertes Kompressionsprodukt umfasst, das die Zusammensetzung und die metallische Struktur einschließt, worin eine Dichte des gesinterten Kompressionsprodukts 8,2 × 10³ kg/m³ oder mehr ist.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, worin eine Koerzitivkraft des Permanentmagneten 800 kA/m oder mehr ist, und eine Restmagnetisierung des Permanentmagneten 1,15 T oder mehr ist.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, worin 50 Atom% oder mehr des Elements R Sm ist, und 50 Atom% oder mehr des Elements M Zr ist.
Permanentmagnet gemäß Anspruch 1, worin 20 Atom% oder weniger des Co durch mindestens ein Element A ausgewählt aus Ni, V, Cr, Mn, Al, Ga, Nb, Ta, und W ersetzt ist.
Motor, der den Permanentmagneten gemäß Anspruch 1 umfasst.
Stromgenerator, der den Permanentmagneten gemäß Anspruch 1 umfasst.