DE102016101984A1

DE102016101984A1 - R-T-B-basierter gesinterter Magnet

Info

Publication number: DE102016101984A1
Application number: DE102016101984.4A
Authority: DE
Inventors: Masashi Miwa; Takurou IWASA; Haruna Nakajima
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2016-08-04
Also published as: US10388443B2; CN105845305A; US20160225501A1; JP6399307B2; JP2016143817A; CN105845305B

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen R-T-B-basierten gesinterten Magnet bereit, der eine R-T-B-basierte Verbindung als Hauptphasenkörner aufweist, wobei der Zr-Gehalt, der in dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet enthalten ist, 0,3 Masse-% bis 2,0 Masse-% beträgt, die Hauptphasenkörner Zr aufweisen, und der R-T-B-basierte gesinterte Magnet Hauptphasenkörner aufweist, bei denen im Querschnitt des Hauptphasenkorns die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns 70% oder weniger von derjenigen im Zentralbereich des Hauptphasenkorns beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen R-T-B-basierten gesinterten Magnet, der ein Seltenerdelement (R), mindestens ein Eisenfamilienelement (T) mit Fe oder, je nach Notwendigkeit, der Kombination aus Fe und Co, und Bor (B) als seine Hauptkomponenten aufweist.
HINTERGRUND
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet zeigt ausgezeichnete magnetische Eigenschaften und wird deshalb im Schwingspulenmotor (VCM, voice coil motor) in einem Festplattenlaufwerk, verschiedenen Motoren, wie etwa dem Motor, mit dem ein Hybrid-Elektrofahrzeug ausgestattet ist, elektrischen Haushaltsgeräten oder dergleichen verwendet.
Es wurde aktiv Forschung und Entwicklung betrieben, um die magnetischen Eigenschaften des R-T-B-basierten gesinterten Magnets zu verbessern. Es wurde zum Beispiel in der Patentschrift 1 berichtet, dass durch das Zugeben von 0,02 bis 0,5 At-% Cu in den R-T-B-basierten seltenerdbasierten Permanentmagnet die magnetischen Eigenschaften optimiert und auch die Bedingungen für die thermische Behandlung verbessert werden können. Das in der Patentschrift 1 beschriebene Verfahren kann jedoch keine ausreichend hohen magnetischen Eigenschaften, wie etwa hohe Koerzitivfeldstärke (HcJ) und hohe remanente magnetische Flussdichte (Br), erzielen, die in einem Magnet hoher Leistung benötigt werden.
Um aus dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet einen Magnet mit weiter verbesserter Leistung zu machen, muss der Sauerstoffgehalt in der Legierung abnehmen. Wenn jedoch der Sauerstoffgehalt in der Legierung verringert wird, kommt es während des Sinterprozesses wahrscheinlich zu anormalem Kornwachstum, was ein verringertes Rechteckigkeitsverhältnis oder einen wesentlichen Rückgang der Koerzitivfeldstärke zur Folge hat. Da die durch den Sauerstoff in der Legierung gebildeten Oxide Körner vom Wachsen abhalten, verursacht der Rückgang des Sauerstoffgehalts in der Legierung wahrscheinlich das anormale Kornwachstum.
Entsprechend wird ein Verfahren untersucht, um durch die Zugabe von neuen Elementen zum R-T-B-basierten gesinterten Magnet, der Cu enthält, die magnetischen Eigenschaften zu optimieren. In der Patentschrift 2 wird berichtet, dass Zr und/oder Cr zugegeben werden/wird, um eine hohe Koerzitivfeldstärke und eine hohe remanente magnetische Flussdichte bereitzustellen.
In ähnlicher Weise berichtet die Patentschrift 3, eine feinverteilte ZrB-Verbindung, NbB-Verbindung oder HfB-Verbindung in einem R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagnet, der Co, Al und Cu und ferner Zr, Nb oder Hf enthält, gleichmäßig zu dispergieren und auszufällen. Auf diese Weise wird das Korn daran gehindert, während des Sinterprozesses zu wachsen, um die magnetischen Eigenschaften und den Sintertemperaturbereich zu verbessern.
Um die Menge der verwendeten selten vorkommenden schweren Seltenerdelemente, wie etwa Dy oder Tb, zu verringern, wurde kürzlich ein Verfahren aufgenommen, in dem die Hauptphasenkörner in dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet mikronisiert werden, um die Koerzitivfeldstärke zu verbessern. Wenn jedoch die Hauptphasenkörner in dem gesinterten Magnet mikronisiert werden sollen, muss die Partikelgröße des fein pulverisierten Rohmaterialpulvers reduziert werden. Wenn die Partikelgröße des fein pulverisierten Pulvers reduziert ist, tritt in der Regel das anormale Kornwachstum während des Sinterprozesses auf. Wenn also das fein pulverisierte Pulver mit einer kleinen Partikelgröße als Rohmaterial verwendet wird, muss die Sintertemperatur eine niedrige Temperatur sein, so dass ein Sinterprozess für eine relativ lange Zeit durchgeführt wird, was einen wesentlichen Rückgang der Produktivität zur Folge hat. Als ein Verfahren, in dem das fein pulverisierte Pulver mit einer solch kleinen Partikelgröße verwendet und der Sinterprozess unter denselben Bedingungen wie in einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt wird, wird erwogen, dass die zuzugebende Menge an Zr als das Element, das eine hohe Wirkung beim Verhindern von anormalem Kornwachstum aufweist, weiter erhöht werden muss. Mit der Erhöhung der Zugabemenge an Zr entstehen jedoch technische Probleme, die remanente magnetische Flussdichte nimmt ab, und gute Eigenschaften, die bereitgestellt werden sollen, können nicht erhalten werden.
Patentschriften

Patentschrift 1: JP-A-H1-219143
Patentschrift 2: JP-A-2000-234151
Patentschrift 3: JP-A-2002-75717

KURZFASSUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Bedingungen gemacht, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen R-T-B-basierten gesinterten Magneten, der gute magnetische Eigenschaften aufweist, durch Minimieren der Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften und Hemmen des Kornwachstums bereitzustellen.
Um diese Aufgabe zu lösen, haben die Erfinder hier die erforderlichen Bedingungen zum Hemmen des Kornwachstums durch Zugabe von Zr untersucht. Als Ergebnis wurde entdeckt, dass das Vorliegen von Zr in den Hauptphasenkörnern auch eine Hemmwirkung auf das Kornwachstum erzeugt, obwohl herkömmlicherweise davon ausgegangen wird, dass das Kornwachstum durch das Ablagern einer Zr-basierten Verbindung, wie etwa ZrB, an der Korngrenze des gesinterten Magnets gehemmt werden kann. Es wurde ferner entdeckt, dass eine hohe remanente magnetische Flussdichte und eine hohe Koerzitivfeldstärke erreicht werden kann, wenn eine Struktur bereitgestellt wird, bei der die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns geringer ist als diejenige im Zentralbereich des Hauptphasenkorns.
Der Mechanismus wurde nicht vollständig bestimmt und wird wie folgt erwogen. Das heißt, wenn die Zr-basierte Verbindung an der Korngrenze auf eine herkömmliche Weise abgelagert wird, nimmt nur der Anteil der nichtmagnetischen Phase in der Korngrenze zu, was zu einer verringerten remanenten magnetischen Flussdichte führt. Wenn im Gegensatz dazu Zr in den Hauptphasenkörnern, so wie in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, vorliegt, kann eine Zunahme der nichtmagnetischen Phase in der Korngrenze verhindert werden, und die Abnahme der remanenten magnetischen Flussdichte kann gehemmt werden. Wenn andererseits Zr in den Hauptphasenkörnern vorliegt, bildet Zr eine feste Lösung in der R-T-B-basierten Verbindung und das anisotrope Magnetfeld nimmt an Intensität ab. Diesbezüglich nimmt die Koerzitivfeldstärke in der Regel ab. Es wird jedoch erwogen, dass, wenn eine Struktur gebildet wird, bei der die Zr-Konzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns geringer ist als diejenige im Zentralbereich, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben, eine hohe Koerzitivfeldstärke zusammen mit der Hemmwirkung auf das anormale Kornwachstum bereitgestellt wird, indem die Intensitätsabnahme des anisotropen Magnetfeldes in der Nähe der Oberfläche des Hauptphasenkorns gehemmt wird und auch die Keimbildung der Ummagnetisierung auf der Oberfläche des Hauptphasenkorns gehemmt wird.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der oben erwähnten Entdeckung. Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine R-T-B-basierte Verbindung als Hauptphasenkörner enthält, wobei der Gehalt an im R-T-B-basierten gesinterten Magnet enthaltenem Zr 0,3 Masse-% bis 2,0 Masse-% beträgt, die Hauptphasenkörner Zr enthalten, und der R-T-B-basierte gesinterte Magnet Hauptphasenkörner enthält, bei denen in den Querschnitten der Hauptphasenkörner die Zr-Massekonzentration im Randbereich der Hauptphasenkörner 70% oder weniger von derjenigen im Zentralbereich der Hauptphasenkörner beträgt.
Das Kornwachstum während des Sinterprozesses kann im R-T-B-basierten gesinterten Magnet der vorliegenden Erfindung gehemmt werden. Inzwischen weist der R-T-B-basierte gesinterte Magnet eine hohe remanente magnetische Flussdichte und eine hohe Koerzitivfeldstärke auf.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet der vorliegenden Erfindung enthält vorzugsweise Hauptphasenkörner, bei denen die Zr-Massekonzentration im Randbereich der Hauptphasenkörner 40% oder weniger von derjenigen im Zentralbereich der Hauptphasenkörner beträgt. Mit einer solchen Verteilung der Zr-Massekonzentration in den Hauptphasenkörnern kann die Koerzitivfeldstärke des R-T-B-basierten gesinterten Magnets weiter erhöht werden.
Vorzugsweise beträgt in dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet der vorliegenden Erfindung die Zr-Massekonzentration im Randbereich der Hauptphasenkörner 0,15 Masse-% oder weniger. Wenn die Zr-Massekonzentration im Randbereich der Hauptphasenkörner auf einem so niedrigen Niveau liegt, kann die Koerzitivfeldstärke des R-T-B-basierten gesinterten Magnets weiter erhöht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein R-T-B-basierter gesinterter Magnet mit guten magnetischen Eigenschaften durch eine Minimierung der Abnahme von magnetischen Eigenschaften und auch durch Hemmen des Kornwachstums bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht des R-T-B-basierten gesinterten Magnets gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Schnittansicht der Hauptphasenkörner des R-T-B-basierten gesinterten Magnets gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Verfahrens zum Herstellen des R-T-B-basierten gesinterten Magnets der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Rückstreuelektronenbild, das den Querschnitt des R-T-B-basierten gesinterten Magnets zeigt, der aus Beispiel 1 erhalten wird.
5 zeigt das Ergebnis einer quantitativen Analyse der Zr-Konzentration durch ESMA in einem Hauptphasenkorn im R-T-B-basierten gesinterten Magnet aus Beispiel 1 entlang einer Geraden, die den Schwerpunkt des Korns kreuzt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung auf der Basis der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschrieben.
<R-T-B-basierter gesinterter Magnet>
Die Ausführungsformen des R-T-B-basierten gesinterten Magnets der vorliegenden Erfindung werden beschrieben. Wie in der 1 gezeigt, enthält der R-T-B-basierte gesinterte Magnet in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Hauptphasenkörner 2 sowie Korngrenzenphasen 8, die in der Korngrenze der Hauptphasenkörner vorliegen.
Das Hauptphasenkorn 2 ist aus einer R-T-B-basierten Verbindung zusammengesetzt. Als R-T-B-basierte Verbindung kann R₂T₁₄B mit einer durch tetragonalem R₂T₁₄B geformten Kristallstruktur als Beispiel aufgeführt werden.
R stellt mindestens ein Seltenerdelement dar. Das Seltenerdelement bezieht sich auf Sc, Y und Lanthanoidenelemente, die zur dritten Gruppe im Langperiodensystem gehören. Die Lanthanoidenelemente umfassen zum Beispiel La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und dergleichen. Die Seltenerdelemente werden als leichte seltene Erden und schwere seltene Erden klassifiziert. Das schwere Seltenerdelement bezieht sich auf Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, während sich das leichte Seltenerdelement auf die anderen Seltenerdelemente bezieht.
In der vorliegenden Ausführungsform stellt T ein oder mehrere Eisenfamilienelemente dar, die Fe oder die Kombination aus Fe und Co umfassen. T kann nur Fe sein, oder Fe, das teilweise durch Co ersetzt ist. Wenn ein Teil von Fe durch Co ersetzt ist, können die Temperatureigenschaften verbessert werden, ohne dass magnetische Eigenschaften verschlechtert werden.
In der R-T-B-basierten Verbindung der vorliegenden Ausführungsform kann ein Teil von B mit Kohlenstoff (C) ersetzt werden. In diesem Fall wird die Herstellung des Magnets einfach, und die Produktionskosten können verringert werden. Ferner ist die Menge an C zur Ersetzung von B im Wesentlichen eine Menge, die keine Wirkung auf die magnetischen Eigenschaften hat.
Die R-T-B-basierte Verbindung der vorliegenden Ausführungsform kann auch verschiedene bekannte Zusatzelemente enthalten. Insbesondere mindestens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ti, V, Cu, Cr, Mn, Ni, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Al, Ga, Si, Bi und Sn kann enthalten sein.
In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die Hauptphasenkörner 2 Zr. Wenn die Hauptphasenkörner 2 Zr enthalten, kann das Kornwachstum während des Sinterns gehemmt werden, selbst wenn ein pulverisiertes Rohmaterialpulver mit kleiner Partikelgröße verwendet wird. Das Vorhandensein von Zr in den Hauptphasenkörnern kann durch das Analysieren von Zr im Bereich der Hauptphasenkörner im Querschnitt des gesinterten Magnets mit einem Analyseverfahren, wie etwa eines, das ESMA (Elektronenstrahl-Mikroanalyse) verwendet, bestätigt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind Hauptphasenkörner als Hauptphasenkorn enthalten, bei denen die Zr-Massekonzentration im Randbereich 6 in den Hauptphasenkörnern geringer ist als diejenige im Zentralbereich 4 in den Hauptphasenkörnern. 2 ist eine schematische Ansicht, die das Verfahren zum Messen der Zr-Massekonzentration sowohl im Randbereich als auch im Zentralbereich des Hauptphasenkorns in der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Zuerst wird der Schwerpunkt 21 eines Hauptphasenkorns durch eine Bildanalyse auf dem Querschnitt des zu messenden Hauptphasenkorns bestimmt.
Die Position, an der sich der Schwerpunkt 21 des Hauptphasenkorns befindet, kann bestimmt werden, indem das Querschnittsbild des Hauptphasenkorns auf die X-Y-Ebene abgebildet wird und dann Mittelwerte der X-Werte und Y-Werte aller Pixel innerhalb des Hauptphasenkorns gebildet werden. Dann wird im Querschnitt des Hauptphasenkorns eine zufällige Gerade eingeführt, die über das Hauptphasenkorn geht und auch den Schwerpunkt 21 des Hauptphasenkorns kreuzt, und die Punkte, an denen sich diese Gerade und die äußerste Umfangslinie schneiden, werden als Punkt 22a und Punkt 22b definiert. Wenn die Länge der Strecke 22a–22b als L festgelegt wird, wird ein Punkt, der einen Abstand 0,25 × L von Punkt 22a auf der Strecke 22a–22b entfernt ist, als Punkt 23a festgelegt, und ein Punkt, der einen Abstand 0,25 × L von Punkt 22b entfernt ist, wird als Punkt 23b festgelegt. Als nächstes wird mit einem Analyseverfahren wie etwa ESMA die Zr-Massekonzentration entlang der Strecke 22a–22b mit einem gewissen Intervall zwischen zwei Analysepunkten quantitativ analysiert. Der Durchschnitt der Zr-Massekonzentrationen an den Analysepunkten auf der Strecke 23a–23b wird als Mc definiert, und der Durchschnitt der Zr-Massekonzentrationen der Analysepunkte auf der Strecke 22a–23a und der Strecke 22b–23b wird als Ms definiert. Somit ist Mc als die Zr-Massekonzentration im Zentralbereich des Hauptphasenkorns spezifiziert, und Ms ist als die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns spezifiziert. Des Weiteren wird in der Analyse das Intervall zwischen zwei benachbarten Analysepunkten, das in der quantitativen Analyse der Zr-Massekonzentration entlang der Strecke 22a–22b verwendet wird, derart festgelegt, dass der Zentralbereich bzw. der Randbereich des Hauptphasenkorns vier oder mehr Analysepunkte aufweist. Wenn in der vorliegenden Ausführungsform Ms (d. h. die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns), gemessen durch die oben erwähnten Schritte, 70% oder weniger von Mc (d. h. die Zr-Massekonzentration im Zentralbereich des Hauptphasenkorns) beträgt, wird bestimmt, dass die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns geringer ist als diejenige im Zentralbereich des Hauptphasenkorns.
Wie oben beschrieben kann, da als Hauptphasenkörner Hauptphasenkörner enthalten sind, bei denen die Zr-Massekonzentration im Randbereich der Hauptphasenkörner 70% oder weniger von derjenigen im Zentralbereich des Hauptphasenkorns beträgt, die Abnahme der remanenten magnetischen Flussdichte und die Abnahme der Koerzitivfeldstärke, die mit dem erhöhten Zr-Gehalt einhergehen, gehemmt werden. Des Weiteren kann das Kornwachstum während des Sinterns verhindert werden, selbst wenn ein pulverisiertes Rohmaterialpulver mit kleiner Partikelgröße verwendet wird.
Das Verhältnis (Ms/Mc) von Ms (d. h. die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns) zu Mc (d. h. die Zr-Massekonzentration im Zentralbereich des Hauptphasenkorns) beträgt vorzugsweise 40% oder weniger. Mit einem solchen Bereich kann eine hohe Koerzitivfeldstärke leicht bereitgestellt werden.
Die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns (Ms) beträgt vorzugsweise 0,15 Masse-% oder weniger. Wenn die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns auf einem so niedrigen Niveau liegt, kann die Keimbildung der Ummagnetisierung auf der Oberfläche der Hauptphasenkörner verhindert werden, so dass die Koerzitivfeldstärke weiter verbessert werden kann.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet in der vorliegenden Ausführungsform kann zum Beispiel wie unten beschrieben hergestellt werden. Insbesondere wird eine Legierung erzeugt, in der Zr in der R-T-B-basierten Hauptphasenverbindung unter Mischkristallbildung gelöst wird, indem die Gießbedingungen während des Gießens der Rohmateriallegierung gesteuert werden und ferner die Herstellungsbedingungen im Herstellungsprozess, wie etwa das Sintermuster, gesteuert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform müssen nicht alle Hauptphasenkörner, die den R-T-B-basierten gesinterten Magnet bilden, eine Struktur mit der wie oben erwähnten Verteilung der Zr-Massekonzentration aufweisen. Mit anderen Worten, die Hauptphasenkörner mit einer solchen Struktur sollten 30% oder mehr der gesamten Hauptphasenkörner ausmachen. Wenn weniger als 30% Hauptphasenkörner mit einer solchen Struktur enthalten sind, ist es schwierig, die volle Wirkung der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Schnittfläche eines jeden Hauptphasenkorns in dem Schnitt, der parallel zur c-Achse im R-T-B-basierten gesinterten Magnet verläuft, durch ein Verfahren, wie etwa Bildverarbeitung, berechnet, und der Kreisdurchmesser, den diese Schnittfläche (d. h. der äquivalente Kreisdurchmesser) aufweist, wird als die Korngröße des Hauptphasenkorns an diesem Schnitt definiert. Ferner wird die Korngröße des Hauptphasenkorns (dessen Querschnittsfläche kumulativ 50% der gesamten Querschnittsfläche ist, die sich vom Hauptphasenkorn mit einer kleinen Querschnittsfläche akkumuliert hat) als die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner definiert. Die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner beträgt vorzugsweise 4,0 μm oder weniger. Wenn die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner größer ist als 4,0 μm, verringert sich in der Regel die Koerzitivfeldstärke. Des Weiteren ist die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner vorzugsweise 1,5 μm oder größer. Wenn die durchschnittliche Korngröße kleiner ist als 1,5 μm, ist es wahrscheinlich, dass Hauptphasenkörner mit der oben erwähnten Verteilung der Zr-Massekonzentration nicht erfolgreich gebildet werden können. Des Weiteren beträgt die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner, im Hinblick auf die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, besonders bevorzugt 1,5 μm oder mehr und 3,5 μm oder weniger.
In der vorliegenden Ausführungsform kann Zr ferner auch in der Korngrenzphase 8, zusätzlich zum Hauptphasenkorn 2, vorhanden sein. Zr kann in der Korngrenzphase 8 in der Form von beispielsweise einer Zr-basierten Verbindung, wie etwa ZrB, ZrC und dergleichen, vorhanden sein.
Der R-Gehalt im R-T-B-basierten gesinterten Magnet der vorliegenden Ausführungsform beträgt 25 Masse-% oder mehr und 35 Masse-% oder weniger, und vorzugsweise 29 Masse-% oder mehr und 34 Masse-% oder weniger. Wenn der R-Gehalt weniger als 25 Masse-% beträgt, ist die Erzeugung der R-T-B-basierten Verbindung, die die Hauptphase des R-T-B-basierten gesinterten Magnets ist, unzureichend. Somit können weiche magnetische Materialien, wie etwa α-Fe, abgelagert werden, und die magnetischen Eigenschaften können sich verschlechtern. Des Weiteren beträgt der Gehalt des schweren Seltenerdelements, das als R enthalten ist, in der vorliegenden Ausführungsform im Hinblick auf Kostenreduzierung und der Vermeidung von Ressourcenrisiken vorzugsweise 1,0 Masse-% oder weniger.
Der B-Gehalt im R-T-B-basierten gesinterten Magnet der vorliegenden Ausführungsform beträgt 0,5 Masse-% oder mehr und 1,5 Masse-% oder weniger. Wenn der B-Gehalt weniger als 0,5 Masse-% beträgt, verringert sich in der Regel die Koerzitivfeldstärke HcJ. Wenn der Gehalt mehr als 1,5 Masse-% beträgt, verringert sich in der Regel die remanente magnetische Flussdichte Br.
Ferner beträgt in der vorliegenden Ausführungsform der B-Gehalt im R-T-B-basierten gesinterten Magnet vorzugsweise 0,7 Masse-% oder mehr und 0,95 Masse-% oder weniger, und besonders bevorzugt 0,75 Masse-% oder mehr und 0,90 Masse-% oder weniger. Mit einem verringerten B-Gehalt, verglichen mit dem in dem herkömmlichen R-T-B-basierten gesinterten Magneten, wird eine Wirkung dahingehend erzeugt, dass Zr kaum in die Korngrenze wandert und leicht in den Hauptphasenkörnern vorhanden sein kann. Der Grund dafür ist im derzeitigen Stadium noch nicht klar. Es kann vermutet werden, dass die Defekte bei B in der R-T-B-basierten Verbindung, die die Hauptphase darstellt, erzeugt werden, so dass Zr in der R-T-B-basierten Verbindung unter Mischkristallbildung leicht gelöst wird.
Wie oben beschrieben, stellt T mindestens ein Eisenfamilienelement dar, das Fe oder die Kombination von Fe und Co umfasst. Der Fe-Gehalt im R-T-B-basierten gesinterten Magneten der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen der Rest der Element-Bestandteile für den R-T-B-basierten gesinterten Magnet, und ein Teil des Fe kann durch Co ersetzt werden. Der Co-Gehalt beträgt vorzugsweise 0,3 Masse-% oder mehr und 4,0 Masse-% oder weniger, und besonders bevorzugt 0,5 Masse-% oder mehr und 3,0 Masse-% oder weniger. Wenn der Co-Gehalt 4 Masse-% überschreitet, verringert sich in der Regel die remanente magnetische Flussdichte. Des Weiteren ist der R-T-B-basierte gesinterte Magnet in der vorliegenden Ausführungsform in der Regel teurer. Wenn andererseits der Co-Gehalt weniger als 0,3 Masse-% beträgt, verschlechtert sich in der Regel die Korrosionsbeständigkeit.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet der vorliegenden Ausführungsform muss Zr enthalten. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Zr-Gehalt 0,3 Masse-% oder mehr und 2,0 Masse-% oder weniger. Wenn der Gehalt weniger als 0,3 Masse-% beträgt, kann die Hemmwirkung auf das Kornwachstum nicht ausreichend erhalten werden. Wenn der Gehalt mehr als 2,0 Masse-% beträgt, verringert sich in der Regel die remanente magnetische Flussdichte Br.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet in der vorliegenden Ausführungsform enthält vorzugsweise Ga. Der Ga-Gehalt beträgt vorzugsweise 0,05 bis 1,5 Masse-% und besonders bevorzugt 0,3 bis 1,0 Masse-%. Mit Ga wird eine Wirkung dahingehend erzeugt, dass Zr kaum in die Korngrenze wandern kann und leicht in den Hauptphasenkörnern vorhanden sein wird. Als Grund wird derselbe angenommen wie in dem Fall, in dem der B-Gehalt verringert ist. Insbesondere wird Ga in der R-T-B-basierten Verbindung der Hauptphase unter Mischkristallbildung gelöst, was Veränderungen in den Kristallgittern zur Folge hat, und somit wird Zr ohne Weiteres in der R-T-B-basierten Verbindung unter Mischkristallbildung gelöst. Wenn der Ga-Gehalt weniger als 0,05 Masse-% beträgt, wird es für Zr schwer, in die Hauptphasenkörner einzutreten. Somit ist es wahrscheinlich, dass die Wirkung der vorliegenden Erfindung kaum erzeugt wird. Des Weiteren verringert sich, wenn der Ga-Gehalt über 1,5 Masse-% liegt, in der Regel die remanente magnetische Flussdichte.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet in der vorliegenden Ausführungsform enthält vorzugsweise Cu. Der Cu-Gehalt beträgt vorzugsweise 0,05 bis 1,5 Masse-% und besonders bevorzugt 0,3 bis 1,0 Masse-%. Wenn Cu enthalten ist, weist der erhaltene Magnet eine hohe Koerzitivfeldstärke und eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und auch seine Temperatureigenschaften sind verbessert. Wenn der Cu-Gehalt höher ist als 1,5 Masse-%, verringert sich in der Regel die remanente magnetische Flussdichte. Außerdem verringert sich in der Regel die Koerzitivfeldstärke, wenn der Cu-Gehalt geringer ist als 0,05 Masse-%.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet in der vorliegenden Ausführungsform enthält vorzugsweise Al. Wenn Al enthalten ist, weist der erhaltene Magnet eine hohe Koerzitivfeldstärke und eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und auch seine Temperatureigenschaften sind verbessert. Der Al-Gehalt beträgt vorzugsweise 0,03 Masse-% oder mehr und 0,6 Masse-% oder weniger, und besonders bevorzugt 0,05 Masse-% oder mehr und 0,4 Masse-% oder weniger.
Andere Zusatzelemente als die oben erwähnten können in dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet der vorliegenden Ausführungsform enthalten sein. Insbesondere können Ti, V, Cr, Mn, Ni, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Si, Bi, Sn, Ca und dergleichen als Beispiele genannt werden.
Eine gewisse Menge an Sauerstoff (O) kann in dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet der vorliegenden Ausführungsform enthalten sein. Diese gewisse Menge variiert in Abhängigkeit von anderen Parametern und kann geeignet bestimmt werden. Der Sauerstoffgehalt beträgt im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit vorzugsweise 500 ppm oder mehr. Ferner beträgt der Gehalt, in Anbetracht der magnetischen Eigenschaften, vorzugsweise 2000 ppm oder weniger.
Der Gehalt an Kohlenstoff (C) im R-T-B-basierten gesinterten Magnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt vorzugsweise 500 ppm oder mehr und 3000 ppm oder weniger, und besonders bevorzugt 1200 ppm oder mehr und 2500 ppm oder weniger. Wenn der Gehalt an Kohlenstoff mehr als 3000 ppm beträgt, verschlechtern sich in der Regel die magnetischen Eigenschaften des erhaltenen R-T-B-basierten gesinterten Magnets. Wenn andererseits der Gehalt weniger als 500 ppm beträgt, wird die Ausrichtung während des Pressvorgangs in einem Magnetfeld schwierig. Da Kohlenstoff hauptsächlich mittels Schmiermittel während des Pressens zugegeben wird, kann der Gehalt durch Steuern der Menge an Schmiermittel eingestellt werden.
Des Weiteren kann eine gewisse Menge an Stickstoff (N) im R-T-B-basierten gesinterten Magnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten sein. Diese gewisse Menge variiert in Abhängigkeit von anderen Parametern und kann geeignet bestimmt werden. Der Stickstoffgehalt beträgt im Hinblick auf magnetische Eigenschaften vorzugsweise 100 bis 2000 ppm.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet der vorliegenden Ausführungsform wird normalerweise verwendet, nachdem er zu irgendeiner Form verarbeitet wurde. Die Form des R-T-B-basierten gesinterten Magnets gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht besonders eingeschränkt, es kann eine Säulenform sein, wie etwa ein Quader, ein Hexaeder, eine tafelförmige Form, ein viereckiges Prisma, und dergleichen. Eine Querschnittsform des R-T-B-basierten gesinterten Magnets kann eine beliebige Form, wie etwa eine C-förmige zylindrische Form sein. Bezüglich eines viereckigen Prismas kann das viereckige Prisma eines sein mit einer rechteckigen Grundfläche oder eines mit einer quadratischen Grundfläche.
Des Weiteren umfasst der R-T-B-basierte gesinterte Magnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowohl ein Magnetprodukt, in dem der vorliegende Magnet nach der Bearbeitung magnetisiert wurde, als auch ein Magnetprodukt, in dem der vorliegende Magnet nicht magnetisiert wurde.
<Herstellungsverfahren für R-T-B-basierten gesinterten Magneten>
Ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung des R-T-B-basierten gesinterten Magnets der vorliegenden Ausführungsform mit der oben erwähnten Struktur wird anhand der Zeichnungen beschrieben. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Herstellungsverfahrens des R-T-B-basierten gesinterten Magnets gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 3 gezeigt, enthält ein Verfahren zur Herstellung des R-T-B-basierten, gesinterten Magnets gemäß der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Schritte.

(a) Einen Legierungsherstellungsschritt, in dem eine Legierung hergestellt wird (Schritt S11);
(b) Einen Pulverisierungsschritt, in dem die Legierung pulverisiert wird (Schritt S12);
(c) Einen Pressschritt, in dem das Legierungspulver gepresst wird (Schritt S13);
(d) Einen Sinterschritt, in dem der Grünling gesintert wird, um einen R-T-B-basierten gesinterten Magnet bereitzustellen (Schritt S14);
(e) Einen Alterungsbehandlungsschritt, in dem der R-T-B-basierte gesinterte Magnet einer Alterungsbehandlung unterzogen wird (Schritt S15);
(f) Einen Abkühlungsschritt, in dem der R-T-B-basierte gesinterte Magnet abgekühlt wird (Schritt S16);
(g) Ein Bearbeitungsschritt, in dem der R-T-B-basierte gesinterte Magnet bearbeitet wird (Schritt S17);
(i) Einen Korngrenzendiffusionsschritt, in dem ein schweres Seltenerdelement in die Korngrenze des R-T-B-basierten gesinterten Magnets diffundiert wird (Schritt S18);
(j) Einen Oberflächenbehandlungsschritt, in dem der R-T-B-basierte gesinterte Magnet einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird (Schritt S19).

[Legierungsherstellungsschritt: Schritt S11]
Bei der Herstellung des R-T-B-basierten gesinterten Magnets der vorliegenden Ausführungsform wird zuerst eine Rohmateriallegierung, die den R-T-B-basierten gesinterten Magnet bildet, hergestellt (ein Legierungsherstellungsschritt (Schritt S11)). In diesem Legierungsherstellungsschritt (Schritt S11) werden die Rohmaterialmetalle entsprechend der Zusammensetzung des R-T-B-basierten gesinterten Magnets der vorliegenden Ausführungsform unter Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre, wie etwa Ar-Gas, geschmolzen. Dann werden sie gegossen, damit die Legierung, die eine gewünschte Zusammensetzung aufweist, bereitgestellt werden kann. Des Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Einzellegierungsverfahren, das nur eine Legierungsart verwendet, beschrieben. Jedoch kann auch ein Zweilegierungsverfahren, in dem das Rohmaterialpulver durch Gießen von zwei Legierungsarten und nachfolgendes Mischen derselben hergestellt wird, verwendet werden.
Als Rohmaterialmetall kann zum Beispiel ein Seltenerdmetall oder eine Seltenerdlegierung, ein reines Eisen, Ferrobor und ferner die Legierung oder Verbindung daraus verwendet werden. Das Gießverfahren zum Gießen der Rohmaterialmetalle kann zum Beispiel ein Blockgussverfahren, ein Bandgießverfahren, ein Klappformverfahren, ein Schleudergussverfahren, oder dergleichen sein. Insbesondere ist das Bandgießverfahren vorzuziehen.
In der vorliegenden Ausführungsform muss, da Zr in den Hauptphasenkörnern des R-T-B-basierten gesinterten Magnets vorhanden sein muss, Zr in der Legierungsphase in der R-T-B-basierten Verbindung der Hauptphase unter Mischkristallbildung gelöst werden. Um eine solche Legierung herzustellen, müssen bei Verwendung des Bandgießverfahrens die Metallschmelzetemperatur, bei der die Rohmaterialmetalle geschmolzen werden, und auch die Abkühlgeschwindigkeit kontrolliert werden. Die optimalen Bedingungen variieren in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Legierung. Insbesondere wird die Metallschmelzetemperatur vorzugsweise auf einen Bereich von 1450°C bis 1550°C festgelegt, was höher ist als die herkömmliche Temperatur, und die Abkühlgeschwindigkeit wird so gesteuert, dass sie 1500°C/Sek. oder höher ist.
[Pulverisierungsschritt: Schritt S12]
Dann wird die Legierung, die nach dem Gießen erhalten wird, pulverisiert (ein Pulverisierungsschritt (Schritt S12)). Dieser Pulverisierungsschritt (Schritt S12) umfasst einen Grobpulverisierungsschritt (Schritt S12-1), in dem die Legierung pulverisiert wird auf eine Partikelgröße von einigen hundert μm bis einigen mm, und einen Feinpulverisierungsschritt (Schritt S12-2), in dem die Feinpulverisierung auf eine Partikelgröße von einigen μm durchgeführt wird.
(Grobpulverisierungsschritt: Schritt S12-1)
Die nach dem Gießen erhaltene Legierung wird grob pulverisiert, damit eine Partikelgröße von einigen hundert μm bis einigen mm bereitgestellt wird (der Grobpulverisierungsschritt (Schritt S12-1)). Auf diese Weise wird somit das grob pulverisierte Pulver der Legierung erhalten. Die Grobpulverisierung kann wie folgt durchgeführt werden. Zuerst wird Wasserstoff in der Legierung gespeichert. Dann wird der Wasserstoff auf der Basis der Differenz der Menge an Speicherung von Wasserstoff zwischen den verschiedenen Phasen emittiert. Und mit der Dehydrogenierung erfolgt eine Pulverisierung eines selbstkollabierenden Typs (eine Wasserstoffspeicherpulverisierung).
Ferner kann, zusätzlich zur oben erwähnten Wasserstoffspeicherpulverisierung, der Grobpulverisierungsschritt (Schritt S12-1) auch unter Verwendung eines groben Pulverisierers, wie eines Brechwerks, eines Backenbrechers, einer Brown-Mühle und dergleichen, in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.
Um gute magnetische Eigenschaften bereitzustellen, weist ferner die Atmosphäre eines jeden Schrittes, vom Pulverisierungsschritt (Schritt S12) bis zum Sinterschritt (Schritt S15), vorzugsweise eine niedrige Sauerstoffkonzentration auf. Die Sauerstoffkonzentration kann eingestellt werden, indem die Atmosphäre in jedem Herstellungsschritt kontrolliert wird. In dem Fall, dass die Sauerstoffkonzentration in jedem Herstellungsschritt hoch ist, oxidiert das Seltenerdelement im Legierungspulver und R-Oxid wird erzeugt. Das R-Oxid wird direkt in der Korngrenze abgelagert, ohne dass es im Sinterprozess reduziert wird, was eine verringerte Br im erhaltenen R-T-B-basierten gesinterten Magneten zur Folge hat. Deshalb beträgt die Sauerstoffkonzentration in jedem Schritt vorzugsweise zum Beispiel 100 ppm oder weniger.
(Feinpulverisierungsschritt: Schritt S12-2)
Nachdem die Legierung grob pulverisiert wurde, wird das erhaltene grob pulverisierte Pulver fein pulverisiert, um eine durchschnittliche Partikelgröße von ungefähr einigen μm bereitzustellen (ein Feinpulverisierungsschritt (Schritt S12-2)). Auf diese Weise wird das fein pulverisierte Pulver der Legierung dann erhalten. Wenn das grob pulverisierte Pulver weiter fein pulverisiert wird, kann ein fein pulverisiertes Pulver mit einer Partikelgröße von 0,1 μm oder mehr und 5 μm oder weniger und besonders bevorzugt 1 μm oder mehr und 3 μm oder weniger erhalten werden.
Die Feinpulverisierung wird vorgenommen, indem Bedingungen wie etwa die Pulverisierungszeit und dergleichen geeignet eingestellt werden und zur gleichen Zeit eine weitere Pulverisierung des grob pulverisierten Pulver unter Verwendung eines Feinpulverisierers, wie etwa eine Strahlmühle, eine Perlmühle und dergleichen, vorgenommen wird. Die Strahlmühle wird verwendet, um das Pulverisierungsverfahren wie folgt durchzuführen. Die Strahlmühle gibt Inertgas (z. B. N₂-Gas) mit einem hohen Druck aus einer engen Düse ab, um einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom zu erzeugen. Das grob pulverisierte Pulver wird durch diesen Hochgeschwindigkeits-Gasstrom beschleunigt, was einen Zusammenstoß zwischen den grob pulverisierten Pulverpartikeln oder einen Zusammenstoß zwischen dem grob pulverisierten Pulver und einem Ziel oder der Wand eines Behälters verursacht.
Wenn die Strahlmühle verwendet wird, um ein fein pulverisiertes Pulver mit einer kleinen Partikelgröße bereitzustellen, weist das pulverisierte Pulver eine sehr hohe Oberflächenaktivität auf. Auf diese Weise wird das pulverisierte Pulver wahrscheinlich miteinander reagglomerieren oder sich an der Wand eines Behälters anlagern, und somit wird sich der Ertrag in der Regel verringern. Deshalb kann durch Zugeben einer Pulverisierungshilfe wie etwa Zinkstearat, Ölsäureamid und dergleichen während der Feinpulverisierung des grob pulverisierten Pulvers das Pulver an einer Reagglomeration oder Anlagerung an der Wand eines Behälters gehindert werden. Auf diese Weise kann das fein pulverisierte Pulver mit hohem Ertrag erhalten werden. Des Weiteren kann, bei einer Zugabe der Pulverisierungshilfe auf diese Weise, ein fein pulverisiertes Pulver erhalten werden, das während des Pressschritts leicht ausgerichtet werden kann. Die Menge an zuzugebender Pulverisierungshilfe variiert in Abhängigkeit von der Partikelgröße des fein pulverisierten Pulvers oder der Art der zuzugebenden Pulverisierungshilfe und beträgt vorzugsweise etwa 0,1 Masse-% bis 1 Masse-%.
[Pressschritt: Schritt S13]
Nach der Feinpulverisierung wird das fein pulverisierte Pulver gepresst, um eine Sollform aufzuweisen (ein Pressschritt (Schritt S13)). Im Pressschritt wird das fein pulverisierte Pulver der Legierung in eine Pressform gefüllt, die von einem Elektromagnet umgeben ist, und dann wird darauf Druck aufgebracht. Auf diese Weise wird das fein pulverisierte Pulver gepresst, um eine beliebige Form bereitzustellen. Während dieser Zeit wird ein Magnetfeld angelegt, und im Rohmaterialpulver wird durch das angelegte Magnetfeld eine vorbestimmte Ausrichtung erzeugt. Dann wird das Rohmaterialpulver gepresst, wobei die Kristallachse durch das Magnetfeld ausgerichtet wird. Somit wird ein Grünling erhalten. Da der resultierende Grünling in einer spezifizierten Richtung ausgerichtet ist, kann ein anisotroper R-T-B-basierter gesinterter Magnet mit stärkerem Magnetismus bereitgestellt werden.
Der während des Pressschritts bereitgestellte Druck beträgt vorzugsweise 30 MPa bis 300 MPa. Die Intensität des angelegten Magnetfeldes beträgt vorzugsweise 950 kA/m bis 1600 kA/m. Das angelegte Magnetfeld ist nicht auf ein magnetostatisches Feld beschränkt, es kann auch ein gepulstes Magnetfeld sein. Des Weiteren können ein magnetostatisches Feld und ein gepulstes Magnetfeld in Kombination verwendet werden.
Neben dem Trockenpressverfahren wie oben beschrieben, in dem das fein pulverisierte Pulver direkt gepresst wird, kann das Pressverfahren ferner auch ein Nasspressen sein, in dem ein Schlicker, der durch Dispergieren des Rohmaterialpulvers in einem Lösungsmittel, wie etwa ein Öl, erhalten wird, gepresst wird.
Die Form des Grünlings, der durch das Pressen des fein pulverisierten Pulvers erhalten wird, ist nicht besonders beschränkt und kann eine beliebige Form, wie etwa ein Quader, eine flache Form, eine säulenartige Form, eine Ringform und dergleichen entsprechend der gewünschten Form des R-T-B-basierten gesinterten Magnets sein.
[Sinterschritt: Schritt S14]
Der Grünling, der in einem Magnetfeld gepresst wurde, um eine Sollform aufzuweisen, wird unter Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre gesintert, so dass ein R-T-B-basierter gesinterter Magnet erhalten wird (ein Sinterschritt (Schritt S14)). Der Grünling wird gesintert, indem eine thermische Behandlung unter Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre bei 900°C oder mehr und 1200°C oder weniger für eine Stunde oder mehr und 30 Stunden oder weniger durchgeführt wird. Dadurch erfolgt ein Flüssigphasensintern im fein pulverisierten Pulver, und dann wird ein R-T-B-basierter gesinterter Magnet (ein gesinterter Körper aus R-T-B-basiertem Magneten) mit einem erhöhten Volumenverhältnis, das von der Hauptphase eingenommen wird, erhalten.
In der vorliegenden Ausführungsform wird sich in den Hauptphasenkörnern der Randbereich mit einer niedrigen Zr-Massekonzentration leicht bilden, indem die Abkühlgeschwindigkeit gesteuert wird, nachdem der gesinterte Körper für eine gewisse Zeit während des Sinterschritts auf Sintertemperatur gehalten worden ist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der gesinterte Körper von der Sintertemperatur langsam auf 800°C abgekühlt wird und danach schnell abgekühlt wird. Die Abkühlgeschwindigkeit von der Sintertemperatur auf 800°C wird vorzugsweise auf 2°C/Minute bis 6°C/Minute festgelegt.
Der Grund, warum sich der Randbereich mit einer niedrigen Zr-Massekonzentration in den Hauptphasenkörnern leicht bildet, wenn die Abkühlgeschwindigkeit auf diese oben beschriebene Art und Weise gesteuert wird, ist nicht ganz klar. Der Mechanismus wird wie folgt angenommen.

(1) Mit der Kontrolle der einzelnen Elemente und Gießbedingungen, wird Zr in der R-T-B-basierten Verbindung der Hauptphase unter Mischkristallbildung vor dem Sintern gelöst.
(2) Bei Sintertemperatur wird die Korngrenzphase zu einer Flüssigphase, und ein Teil der Hauptphasenkörner löst sich auf und bildet eine Flüssigphase, so dass der Sinterprozess weitergeht.
(3) Wenn der gesinterte Körper von der Sintertemperatur herabgekühlt wird, wird die R-T-B-basierte Verbindung aus der Flüssigphase wieder auf der Oberfläche der Hauptphasenkörner abgelagert. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit ziemlich schnell ist, dann ist es wahrscheinlich, dass Zr in die R-T-B-basierte Verbindung eintritt. Wenn im Gegensatz dazu die Abkühlgeschwindigkeit nachlässt, ist es für Zr schwierig, in die R-T-B-basierte Verbindung einzutreten. Das Zr, das nicht in die R-T-B-basierte Verbindung eingetreten ist, lagert sich in der Korngrenzphase als Zr-basierte Verbindung ab.
(4) Mit dem oben erwähnten Prozess wird Zr, das in der Anfangslegierungsphase unter Mischkristallbildung gelöst wurde, direkt im Zentralbereich der Hauptphasenkörner bleiben. Andererseits wird Zr im Randbereich durch die erneute Ablagerung aus der Flüssigphase gebildet, und seine Konzentration wird geringer. Insofern wird die Struktur mit einer Konzentrationsverteilung von Zr in den Hauptphasenkörnern gebildet.

[Alterungsbehandlungsschritt: Schritt S15]
Nachdem der Grünling gesintert wurde, wird der R-T-B-basierte gesinterte Magnet einer Alterungsbehandlung unterzogen (ein Alterungsbehandlungsschritt (Schritt S15)). Nach dem Sinterschritt wird an dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet eine Alterungsbehandlung vorgenommen, indem der R-T-B-basierte gesinterte Magnet auf einer Temperatur gehalten wird, die niedriger als während des Sinterns ist. Die Alterungsbehandlung kann zum Beispiel entweder in zwei Stufen oder in einer einzigen Stufe erfolgen. In der zweistufigen Wärmebehandlung wird der R-T-B-basierte gesinterte Magnet bei 700°C oder mehr und 900°C oder weniger für 1 Stunde bis 3 Stunden erwärmt und dann weiter bei 500°C bis 700°C für 1 Stunde bis 3 Stunden erwärmt. In der einstufigen Wärmebehandlung wird der R-T-B-basierte gesinterte Magnet bei etwa 600°C für 1 Stunde zu 3 Stunden erwärmt. Die Behandlungsbedingungen können auf der Basis der Anzahl, wie oft die Alterungsbehandlung vorgenommen werden sollen, geeignet eingestellt werden. Mit einer solchen Alterungsbehandlung können die magnetischen Eigenschaften des R-T-B-basierten gesinterten Magnets verbessert werden. Des Weiteren kann der Alterungsbehandlungsschritt (Schritt S15) nach einem Bearbeitungsschritt (Schritt S17) oder einem Korngrenzendiffusionsschritt (Schritt S18) durchgeführt werden.
[Abkühlungsschritt: Schritt S16]
Nachdem an dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet eine Alterungsbehandlung vorgenommen wurde, wird der R-T-B-basierte gesinterte Magnet in einer Ar-Atmosphäre rasch abgekühlt (ein Abkühlungsschritt (Schritt S16)). Auf diese Weise wird der R-T-B-basierte gesinterte Magnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhalten. Die Abkühlgeschwindigkeit ist nicht besonders beschränkt, und sie beträgt vorzugsweise 30°C/Min. oder höher.
[Bearbeitungsschritt: Schritt S17]
Der erhaltene R-T-B-basierte gesinterte Magnet kann, falls erforderlich, bearbeitet werden, um eine gewünschte Form aufzuweisen (ein Bearbeitungsschritt: Schritt S17). Das Bearbeitungsverfahren kann zum Beispiel ein Formgebungsprozess sein, wie etwa Schneiden, Schleifen und dergleichen, und ein Abschrägungssprozess, wie etwa Trommelpolieren und dergleichen.
[Korngrenzendiffusionsschritt: Schritt S18]
Ein Schritt, in dem das schwere Seltenerdelement weiter in eine Korngrenze des bearbeiteten R-T-B-basierten gesinterten Magnets diffundiert, kann enthalten sein (ein Korngrenzendiffusionsschritt: Schritt S18). Die Korngrenzendiffusion kann durchgeführt werden durch Anhaften einer Verbindung, die das schwere Seltenerdelement enthält, auf der Oberfläche des R-T-B-basierten gesinterten Magnet durch Beschichtung, Ablagerung, oder dergleichen, gefolgt von einer thermischen Behandlung, oder alternativ durch Bereitstellung einer thermischen Behandlung des R-T-B-basierten gesinterten Magnet in einer Atmosphäre, die einen Dampf des schweren Seltenerdelements enthält. Mit diesem Schritt kann die Koerzitivfeldstärke des R-T-B-basierten gesinterten Magnets weiter verbessert werden.
[Oberflächenbehandlungsschritt: Schritt S19]
Eine Oberflächenbehandlung, wie etwa Plattierung, Harzbeschichten, Oxidationsbehandlung chemische Umwandlungsbehandlung und dergleichen kann an dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet, der aus den obigen Schritten erhalten wird, vorgenommen werden (ein Oberflächenbehandlungsschritt (Schritt S19)). Somit kann die Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert werden.
Auch müssen, obwohl der Bearbeitungsschritt (Schritt S17), der Korngrenzendiffusionsschritt (Schritt S18) und der Oberflächenbehandlungsschritt (Schritt S19) in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt werden, diese Schritte nicht unbedingt durchgeführt werden.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird wie oben angegeben hergestellt, und die Behandlung endet. Des weiteren kann ein Magnetprodukt durch Magnetisieren des erhaltenen Magnets erhalten werden.
In dem so erhaltenen R-T-B-basierten gesinterten Magnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, da als Hauptphasenkörner Hauptphasenkörner enthalten sind, bei denen die Zr-Massekonzentration im Randbereich im Hauptphasenkorn geringer ist als diejenige im Zentralbereich im Hauptphasenkorn, die Abnahme der remanenten magnetischen Flussdichte und die Abnahme der Koerzitivfeldstärke, die mit dem erhöhten Zr-Gehalt einhergeht, gehemmt werden. Des Weiteren kann das Kornwachstum während des Sinterns verhindert werden, selbst wenn ein pulverisiertes Rohmaterialpulver mit kleiner Partikelgröße verwendet wird.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet der vorliegenden Ausführungsform kann als Magnet zum Beispiel in einer rotierenden elektrischen Maschine vom Oberflächenpermanentmagnettyp (SPM) mit einem auf der Oberfläche eines Rotors angebrachten Magnet, einer rotierenden elektrischen Maschine vom Innenpermanentmagnettyp (IPM), wie etwa ein bürstenloser Motor vom Innenrotortyp, einem PRM (Permanentmagnet-Reluktanzmotor) oder dergleichen geeignet verwendet werden. Insbesondere ist der R-T-B-basierte gesinterte Magnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform anwendbar in einem Spindelmotor für einen Festplatten-Drehantrieb oder einem Schwingspulenmotor in einem Festplattenlaufwerk, einem Motor für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridauto, einem elektrischen Servolenkungsmotor in einem Automobil, einem Servomotor für eine Werkzeugmaschine, einem Motor für einen Vibrator eines Mobiltelefons, einem Motor für einen Drucker, einem Motor für einen Generator und dergleichen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, verschiedene Modifizierungen sind innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verfügbar.
Beispiele
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher anhand von Beispielen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
<Herstellung eines R-T-B-basierten gesinterten Magnets>
(Beispiel 1)
Zuerst wurde durch ein Bandgießverfahren eine Rohmateriallegierung hergestellt, die einen gesinterten Magnet mit einer Zusammensetzung (Zusammensetzung A, d. h. 24,50 Masse-% Nd – 7,00 Masse-% Pr – 0,50 Masse-% Co – 0,45 Masse-% Ga – 0,20 Masse-% Al – 0,20 Masse-% Cu – 0,86 Masse-% B – 1,00 Masse-% Zr – Rest Fe) bereitstellen kann. Der Gießvorgang wurde bei einer Metallschmelzetemperatur von 1500°C und einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 2000°C/Minute durchgeführt. Ferner bezeichnet Rest die Restmenge, wenn die gesamte Zusammensetzung 100 Masse-% betragen soll.
Als nächstes wurde die Wasserstoffpulverisierungsbehandlung (d. h. die Grobpulverisierung) vorgenommen. Insbesondere wurde, nachdem Wasserstoff in der Rohmateriallegierung bei Raumtemperatur gespeichert wurde, eine Dehydrogenierung bei 500°C für 1 Stunde in einer Ar-Atmosphäre durchgeführt.
Des Weiteren wurde im vorliegenden Beispiel jeder der Schritte von der Wasserstoffpulverisierungsbehandlung bis zum Sinterschritt, (der Feinpulverisierungs- und Pressschritt) in einer Ar-Atmosphäre vorgenommen, wobei die Sauerstoffkonzentration darin bei weniger als 50 ppm lag (dieselben Bedingungen wurden in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen angewendet).
Als nächstes wurden dem erhaltenen grob pulverisierten Pulver 0,3 Masse-% Ölsäureamid als Pulverisierungshilfe zugegeben. Dann wurde die Mischung durch einen Nauta-Mixer gemischt. Und dann wurde mithilfe einer Strahlmühle die Feinpulverisierung durchgeführt, um ein fein pulverisiertes Pulver bereitzustellen, das eine durchschnittliche Partikelgröße von ungefähr 2,8 μm aufweist.
Anschließend wurde das erhaltene fein pulverisierte Pulver in eine Pressform gefüllt, die in einem Elektromagneten angeordnet ist, und das Pressen wurde unter einem aufgebrachten Druck von 120 MPa in einem Magnetfeld von 1200 kA/m durchgeführt. Auf diese Weise wurde ein Grünling erhalten.
Danach wurde der Grünling im Vakuum bei 1070°C für 8 Stunden gesintert. Nach dem Sintern wurde die Temperatur langsam auf 800°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 4°C/Minute abgekühlt, gefolgt von einem schnellen Abkühlvorgang mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 40°C/Minute bis auf Raumtemperatur. Somit wurde ein gesinterter Körper (ein R-T-B-basierter gesinterter Magnet) bereitgestellt. Als nächstes wurde an dem erhaltenen gesinterten Körper eine zweistufige Alterungsbehandlung bei 850°C für 1 Stunde und dann bei 500°C für 1 Stunde (beides in einer Ar-Atmosphäre) durchgeführt. Insoweit wurden die R-T-B gesinterten Magnete der Beispiele 1 bis 6 erhalten.
(Beispiele 2 bis 4 und Vergleichsbeispiel 1)
Die R-T-B-basierten gesinterten Magnete der Beispiele 2 bis 4 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass die Abkühlgeschwindigkeit während des Abkühlvorgangs von der Sintertemperatur auf 800°C auf die in der Tabelle 1 aufgelisteten Werte festgelegt wurde.
Die Oberfläche eines Querschnitts eines jeden R-T-B-basierten gesintertern Magnets wurde durch Ionenätzen gefräst, um den Einfluss aus der Oxidation auf die äußersten Oberfläche oder dergleichen zu beseitigen, und dann wurde der Querschnitt des R-T-B-basierten gesinterten Magnets durch ESMA (Elektronenstrahl-Mikroanalyse) evaluiert. 4 zeigt das Rückstreuelektronenbild eines Querschnitts im R-T-B-basierten gesinterten Magnet des Beispiels 1. Der dunklere Teil stellt die Hauptphasenkörner im dunklen Kontrast dar. Ein Hauptphasenkorn im Rückstreuelektronenbild der 4 wurde auf die Zr-Konzentration entlang einer Gerade, die durch den Schwerpunkt des Korns (die punktierte Linie in 4) verläuft, mit einem Intervall von 0,3 μm zwischen zwei benachbarten Analysepunkten quantitativ analysiert, und die Ergebnisse werden in 5 gezeigt. Es wurde bestätigt, dass Mc (d. h. die Zr-Massekonzentration im Zentralbereich des Hauptphasenkorns) 0,84 Masse-% betrug und Ms (d. h. die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns) 0,14 Masse-% betrug. Außerdem wurde bestätigt, dass das Verhältnis (Ms/Mc) von Ms (die Zr-Massekonzentration im Randbereich des Hauptphasenkorns) zu Mc (die Zr-Massekonzentration im Zentralbereich des Hauptphasenkorns) 70% oder weniger betrug.
Dieselbe Analyse wurde an jedem R-T-B-basierten gesinterten Magnet der Beispiele 2 bis 4 und des Vergleichsbeispiels 1 vorgenommen, und die Ergebnisse werden in der Tabelle 1 gezeigt. Der Ms/Mc-Wert vergrößerte sich, wenn die Abkühlgeschwindigkeit während des Abkühlvorgangs von der Sintertemperatur auf 800°C schneller wurde. Im Vergleichsbeispiel 1, in dem die Abkühlgeschwindigkeit während des Abkühlvorgangs von der Sintertemperatur auf 800°C mit 40°C/Minute festgelegt wurde, erreicht Ms/Mc einen höheren Wert als 70%.
Jeder der R-T-B-basierten gesinterten Magnete, die in den Beispielen 1 bis 4 und im Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden, wurde einer Zusammensetzungsanalyse mittels einer Röntgenfluoreszenzanalyse und einer induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) unterzogen. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Zusammensetzung eines jeden der R-T-B-basierten gesinterten Magnete fast dieselbe war wie die Sollzusammensetzung. Des Weiteren wurde der Sauerstoffgehalt durch ein Inertgasfusions-Nicht-Dispersiv-Infrarotabsorptionsverfahren gemessen, und der Kohlenstoffgehalt wurde durch eine Verbrennung in einem Sauerstoffluftstrom-Infrarotabsorptionsverfahren gemessen. Die Ergebnisse bezüglich des Sauerstoffgehalts und des Kohlenstoffgehalts wurden in der Tabelle 1 gezeigt.
Bei jedem R-T-B-basierten gesinterten Magnet der Beispiele 1 bis 4 und des Vergleichsbeispiel 1 wurde die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner geschätzt. Im Hinblick auf die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner wurde der Querschnitt einer Probe geschliffen und dann durch ein optisches Mikroskop untersucht, und das Schnittbild wurde einer Bildanalysesoftware unterzogen, um die Verteilung der Korngröße in den Hauptphasenkörnern zu bestimmen. In jedem der gesinterten Magnete betrug die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner 3,3 μm.
Die magnetischen Eigenschaften des R-T-B-basierten gesinterten Magnets, der in den Beispielen 1 bis 4 und im Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde, wurden unter Verwendung eines B-H-Tracers bestimmt. Die remanente magnetische Flussdichte Br und die Koerzitivfeldstärke HcJ wurden als magnetische Eigenschaften gemessen. Die Ergebnisse aus der Messung der remanenten magnetischen Flussdichte Br und der Koerzitivfeldstärke HcJ in jedem R-T-B-basierten gesinterten Magnet wurden in Tabelle 1 gezeigt. Die Koerzitivfeldstärkenunterschiede zwischen den R-T-B-basierten gesinterten Magneten aus den Beispielen 1 bis 4 und dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet aus dem Vergleichsbeispiel 1 wurden ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. Und es wurde bestätigt, dass die R-T-B-basierten gesinterten Magnete aus den Beispielen 1 bis 4 eine höhere Koerzitivfeldstärke HcJ aufwiesen als der aus dem Vergleichsbeispiel 1.
(Beispiele 5 bis 9 und Vergleichsbeispiele 2 bis 6)
Die R-T-B-basierten gesinterten Magnete aus den Beispielen 5 bis 9 wurden wie im Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Rohmateriallegierungen durch Bandgießverfahren hergestellt wurden, um gesinterte Magnete bereitzustellen, die die Zusammensetzungen B bis F, wie in Tabelle 2 gezeigt, aufweisen. Ferner wurden die R-T-B-basierten gesinterten Magnete der Vergleichsbeispiele 2 bis 6 wie im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, außer dass die Rohmateriallegierungen durch Bandgießverfahren hergestellt wurden, um gesinterte Magnete bereitzustellen, die die Zusammensetzungen B bis F, wie in Tabelle 2 gezeigt, aufweisen.
Bei jedem R-T-B-basierten gesinterten Magnet aus den Beispielen 5 bis 9 und Vergleichsbeispielen 2 bis 6 wurde eine Analyse der Zr-Massekonzentration in den Hauptphasenkörnern ähnlich wie im Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse wurden in Tabelle 3 gezeigt. Alle Ms/Mc-Werte betrugen in den R-T-B-basierten gesinterten Magneten aus den Beispielen 5 bis 9 70% oder weniger. Im Gegensatz dazu waren die Ms/Mc-Werte in den R-T-B-basierten gesinterten Magneten aus den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 höher als 70%.
Die Zusammensetzungsanalyse jedes R-T-B-basierten gesinterten Magnets aus den Beispielen 5 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 wurde ähnlich wie im Beispiel 1 durchgeführt. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Zusammensetzung eines jeden der R-T-B-basierten gesinterten Magnete im Wesentlichen dieselbe war wie die Sollzusammensetzung (jede Zusammensetzung wie in Tabelle 2 gezeigt). Ferner wurden wie im Beispiel 1 auch der Sauerstoffgehalt, der Kohlenstoffgehalt und die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner analysiert. Die Ergebnisse wurden zusammen in Tabelle 3 gezeigt.
Wie im Beispiel 1 wurden die magnetischen Eigenschaften der R-T-B-basierten gesinterten Magnete aus den Beispielen 5 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 ähnlich evaluiert. Die Ergebnisse wurden in Tabelle 3 gezeigt. Vergleicht man jeweils die R-T-B-basierten gesinterten Magnete in den Beispielen 5 bis 9 mit denen in den Vergleichsbeispielen, die dieselbe Zusammensetzung aufweisen, konnte man sehen, dass der R-T-B-basierte gesinterte Magnet aus den Beispielen eine höhere Koerzitivfeldstärke aufweist als der aus den Vergleichsbeispielen, der dieselbe Zusammensetzung aufweist.
(Vergleichsbeispiele 7 und 8)
Die R-T-B-basierten gesinterten Magnete der Vergleichsbeispiele 7 bis 8 wurden wie im Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Rohmateriallegierungen durch Bandgießverfahren hergestellt wurden, um gesinterte Magnete bereitzustellen, die die Zusammensetzungen G und H, wie in Tabelle 2 gezeigt, aufweisen. Des Weiteren ist die Zusammensetzung G dieselbe wie die Zusammensetzung A im Beispiel 1, außer dass der Zr-Gehalt auf 0,25 Masse-% geändert wurde, und die Zusammensetzung H ist dieselbe wie die Zusammensetzung A im Beispiel 1, außer dass der Zr-Gehalt auf 2,5 Masse-% geändert wurde.
Die Zusammensetzungsanalyse jedes R-T-B-basierten gesinterten Magnets aus den Vergleichsbeispielen 7 und 8 wurde ähnlich wie im Beispiel 1 durchgeführt. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Zusammensetzung beider R-T-B-basierten gesinterten Magnete im Wesentlichen dieselbe war wie die Sollzusammensetzung (jede Zusammensetzung wie in Tabelle 2 gezeigt). Ferner wurden wie im Beispiel 1 auch der Sauerstoffgehalt, der Kohlenstoffgehalt und die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner analysiert. Die Ergebnisse wurden in Tabelle 4 gezeigt.

In der Probe aus dem Vergleichsbeispiel 7 mit einem geringerem Zr-Gehalt erfolgte ein anormales Kornwachstum während des Sinterprozesses und die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner wurde äußerst groß im Vergleich zu der im Beispiel 1. Tabelle 4]

	Zusammensetzung	Zr-Gehalt (Masse-%)	Sauerstoffgehalt (ppm)	Kohlenstoffgehalt (ppm)	Durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner (μm)	Magnetische Eigenschaften
	Zusammensetzung	Zr-Gehalt (Masse-%)	Sauerstoffgehalt (ppm)	Kohlenstoffgehalt (ppm)	Durchschnittliche Korngröße der Hauptphasenkörner (μm)	Br (mT)	HcJ (kA/m)
Vergleichsbeispiel 7	G	0,25	880	1530	6,2	1386	912
Vergleichsbeispiel 8	H	2,5	870	1520	3,2	1136	1442
Beispiel 1	A	1,0	910	1510	3,3	1351	1685

Die magnetischen Eigenschaften eines jeden in den Vergleichsbeispielen 7 und 8 erhaltenen R-T-B-basierten gesinterten Magnets wurden ähnlich geschätzt wie in Beispiel 1. Die Ergebnisse wurden in Tabelle 4 zusammen mit den Ergebnissen von Beispiel 1 gezeigt. Es ist zu sehen, dass der Magnet aus dem Vergleichsbeispiel 7 mit einem geringeren Zr-Gehalt eine wesentliche Reduzierung der Koerzitivfeldstärke aufgrund des Einflusses des anormalen Kornwachstums im Vergleich zu Beispiel 1 aufweist. Des Weiteren hat der Magnet aus dem Vergleichsbeispiel 8 mit einem höheren Zr-Gehalt eine wesentliche Abnahme der remanenten magnetischen Flussdichte zur Folge.
Bezugszeichenliste

2: Hauptphasenkorn
4: Zentralbereich
6: Randbereich
8: Korngrenzphase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 1-219143 A [0008]
JP 2000-234151 A [0008]
JP 2002-75717 A [0008]

Claims

R-T-B-basierter gesinterter Magnet, der eine R-T-B-basierte Verbindung als Hauptphasenkörner umfasst, wobei der Zr-Gehalt, der in dem R-T-B-basierten gesinterten Magnet enthalten ist, 0,3 Masse-% bis 2,0 Masse-% beträgt, die Hauptphasenkörner Zr umfassen, und der R-T-B-basierte gesinterte Magnet Hauptphasenkörner umfasst, in denen im Querschnitt von jedem der Hauptphasenkörner die Zr-Massekonzentration im Randbereich in jedem der Hauptphasenkörner 70% oder weniger von derjenigen im Zentralbereich in jedem der Hauptphasenkörner beträgt.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet nach Anspruch 1, der Hauptphasenkörner umfasst, in denen im Querschnitt von jedem der Hauptphasenkörner die Zr-Massekonzentration im Randbereich in jedem der Hauptphasenkörner 40% oder weniger von derjenigen im Zentralbereich in jedem der Hauptphasenkörner beträgt.
Der R-T-B-basierte gesinterte Magnet nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zr-Massekonzentration im Randbereich eines jeden Hauptphasenkorns 0,15 Masse-% oder weniger beträgt.