DE102017130191A9 - Seltenerd-Magnet und Herstellungsverfahren desselben - Google Patents

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Hidefumi Kishimoto
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Abstract

Um einen R-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten, wobei R hauptsächlich Ce ist, bereitzustellen, der sicherstellt, dass selbst wenn der Gehalt an Seltenerd-Elemente R1 außer Ce sehr klein ist, die Koerzitivkraft verbessert werden kann. Ein Seltenerd-Magnet umfasst eine Hauptphase, eine Korngrenzphase, welche die Hauptphase umgibt, und eine Zwischenphase, welche zwischen der Hauptphase und der Korngrenzphase angeordnet ist, und mit der Gesamtzusammensetzung des Seltenerd-Magneten, welcher durch die Formel: CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s·(R2 1-xM2 x)t dargestellt ist (wobei R1 und R2 ein Seltenerd-Element außer Ce sind, T ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Fe, Ni, und Co, ist, M1 ein Nebenelement ist, und M2 ein Legierungselement ist, welches durch Legieren mit R2 bewirkt, dass der Schmelzpunkt von R2 1-xM2 x geringer ist als der Schmelzpunkt von R2), in welcher 11,80 ≤ p ≤ 12,90 ist, die Konzentration von Ce in der Hauptphase höher ist als in der Zwischenphase, und die Konzentration von R2 in der Zwischenphase höher ist als in der Hauptphase.

Description

  • [TECHNISCHES GEBIET]
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen R-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten (R ist ein Seltenerd-Element) und ein Herstellungsverfahren desselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung einen R-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten, bei dem R hauptsächlich Ce ist, und ein Herstellungsverfahren desselben.
  • [ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK]
  • Ein R-Fe-B-basierter Seltenerd-Magnet ist ein Hochleistungsmagnet mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften und wird deshalb für einen Motor verwendet, der eine Festplatte, MRI-(Magnetresonanztomographie)-Vorrichtung, etc. bildet, und zusätzlich für einen Antriebsmotor eines Hybrid-Fahrzeuges, eines Elektrofahrzeuges, etc. verwendet.
  • Ein Seltenerd-Magnet, in welchem R Nd ist, d.h. ein Nd-Fe-B-basierter Seltenerd-Magnet, ist der repräsentativste R-Fe-B-basierte Seltenerd-Magnet. Jedoch steigt der Preis von Nd, und es wird versucht, einen Teil an Nd in dem Nd-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten durch Ce, La, Gd, Y und/oder Sc, welche weniger teuer als Nd sind, zu ersetzen.
  • Das Patentdokument 1 offenbart einen(Nd,Ce)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten, bei dem Ce einen Teil an Nd eines Nd-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten ersetzt.
  • [STAND DER TECHNIK]
  • [Patentdokument]
  • [Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung) Nr. 2016-111136 ( JP 2016-111136 A )
  • [ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG]
  • [Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen]
  • Der (Nd,Ce)-Fe-B-basierte Seltenerd-Magnet, welcher im Patentdokument 1 offenbart ist, umfasst 1,25 bis 20,00 at% an Nd, und Untersuchungen bezüglich der Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, besonders der Koerzitivkraft, sind nicht ausreichend ausgeführt, wenn der Gehalt an Nd sehr klein oder Nd nicht vorhanden ist.
  • Unter diesen Umständen, haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass der R-Fe-B-basierte Seltenerd-Magnet, bei dem R hauptsächlich Ce ist, Raum für Verbesserung der Koerzitivkraft bietet, wenn ein Seltenerd-Element R1 außer Ce in sehr kleinen Mengen oder nicht vorhanden ist.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde ausgeführt, um die vorstehende Aufgabe zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es einen R-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten, bei dem R hauptsächlich Ce ist, der sicherstellt, dass die Koerzitivkraft verbessert werden kann, selbst wenn ein Seltenerd-Element R1 außer Ce in sehr kleinen Mengen oder nicht vorhanden ist, und ein Herstellungsverfahren desselben bereitzustellen.
  • [Mittel zur Lösung der Probleme]
  • Die vorliegenden Erfinder haben viele intensive Untersuchungen ausgeführt, um die vorstehende Aufgabe zu erreichen und den Seltenerd-Magneten der vorliegenden Offenbarung zu erstellen. Deren Kern ist wie folgt.
    • <1> Ein Seltenerd-Magnet, umfassend:
      • eine Hauptphase,
      • eine Korngrenzphase, welche die Hauptphase umgibt, und
      • eine Zwischenphase, welche zwischen der Hauptphase und der Korngrenzphase angeordnet ist, und
      • wobei eine Gesamtzusammensetzung des Seltenerd-Magneten durch die Formel:
        • CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s·(R2 1-xM2 x)t dargestellt wird (wobei R1 und R2 Seltenerd-Elemente außer Ce sind, T ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Fe, Ni, und Co, ist, M1 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Ti, Ga, Zn, Si, Al, Nb, Zr, Mn, V, W, Ta, Ge, Cu, Cr, Hf, Mo, P, C, Mg, Hg, Ag, und Au, ist, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist, M2 ein Legierungselement, welches bewirkt, dass beim Legieren mit R2 der Schmelzpunkt von R2 1-xM2 x geringer als der Schmelzpunkt von R2 ist, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist, und
        • p, q, r, s, t, und x sind
        • 11,80 ≤ p ≤ 12,90,
        • 0 ≤ q ≤ 3,00,
        • 5,00 ≤ r ≤ 20,00,
        • 0 ≤ s ≤ 3,00,
        • 1,00 ≤ t ≤ 11,00, und
        • 0,10 ≤ x ≤ 0,50),
      • die Konzentration von Ce in der Hauptphase höher als in der Zwischenphase ist, und
      • die Konzentration von R2 in der Zwischenphase höher als in der Hauptphase ist.
    • <2> Der Seltenerd-Magnet nach Gegenstand <1>, wobei das p 11,80 ≤ p ≤ 12,20 ist.
    • <3> Der Seltenerd-Magnet nach Gegenstand <1> oder <2>, wobei das q 0 ≤ q ≤ 2,00 ist.
    • <4> Der Seltenerd-Magnet nach Gegenstand <1> oder <2>, wobei das q 0 ≤ q ≤ 1,00 ist.
    • <5> Der Seltenerd-Magnet nach einem der Gegenstände <1> bis <4>, wobei der Volumenanteil der Hauptphase von 85,00 bis 96,20% beträgt.
    • <6> Der Seltenerd-Magnet nach einem der Gegenstände <1> bis <5>, wobei das R1 ein oder mehr Elemente ausgewählt aus Nd, Pr, Dy, und Tb ist.
    • <7> Der Seltenerd-Magnet nach einem der Gegenstände <1> bis <6>, wobei das R2 ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Nd, Pr, Dy, und Tb ist.
    • <8> Der Seltenerd-Magnet nach einem der Gegenstände <1> bis <7>, wobei die Konzentration von Ce in der Hauptphase 1,5 bis 10,0 Mal höher, als in der Zwischenphase ist.
    • <9> Der Seltenerd-Magnet nach einem der Gegenstände <1> bis <8>, wobei die Konzentration von R2 in der Zwischenphase 1,5 bis 10,0 Mal höher als in der Hauptphase ist.
    • <10> Der Seltenerd-Magnet nach einem der Gegenstände <1> bis <9>, wobei das x 0,20 ≤ x ≤ 0,40 ist.
    • <11> Der Seltenerd-Magnet nach einem der Gegenstände <1> bis <10>, wobei die Dicke der Zwischenphase 5 bis 50 nm beträgt.
    • <12> Der Seltenerd-Magnet nach einem der Gegenstände <1> bis <11>, wobei das T Fe ist.
    • <13> Ein Verfahren zur Herstellung eines Seltenerd-Magneten umfasst:
      • Herstellen eines Seltenerd-Magnetvorläufers, umfassend
        • eine Gesamtzusammensetzung eines Seltenerd-Magneten, dargestellt durch die Formel: CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s (wobei R1 ein Seltenerd-Element außer Ce ist, T ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Fe, Ni, und Co ist, M1 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Ti, Ga, Zn, Si, Al, Nb, Zr, Mn, V, W, Ta, Ge, Cu, Cr, Hf, Mo, P, C, Mg, Hg, Ag, und Au ist, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist, und
        • p, q, r, und s sind
        • 11,80 ≤ p ≤ 12,90,
        • 0 ≤ q ≤ 3,00,
        • 5,00 ≤ r ≤ 20,00, und
        • 0 ≤ s ≤ 3,00), und
        • eine magnetische Phase und eine (Ce,R1)-reiche Phase, welche die magnetische Phase umgibt,
      • Herstellen eines Modifikators, welcher eine Legierung, welche durch R2 1-xM2 x dargestellt wird (wobei R2 ein Seltenerd-Element außer Ce ist, M2 ein Legierungselement ist, welches bewirkt, dass beim Legieren mit R2, der Schmelzpunkt von R2 1-xM2 x geringer als der Schmelzpunkt von R2 ist, und eine unvermeidbare Verunreinigung enthält, und 0,10 ≤ x ≤ 0,50 ist),
      • miteinander in Kontaktbringen des Seltenerd-Magnetvorläufers und des Modifikators, um einen Kontaktkörper zu erhalten, und
      • Wärmebehandeln des Kontaktkörpers, um die Innenseite bzw. das Innere der magnetischen Phase des Seltenerd-Magnetvorläufers mit einer Schmelze des Modifikators zu infiltrieren.
    • <14> Das Verfahren nach Gegenstand <13>, wobei das p 11,80 ≤ p ≤ 12,20 ist.
    • <15> Das Verfahren nach Gegenstand <13> oder <14>, wobei das q 0 ≤ q ≤ 2,00 ist.
    • <16> Das Verfahren nach Gegenstand <13> oder <14>, wobei das q 0 ≤ q ≤ 1,00 ist.
    • <17> Das Verfahren nach einem der Gegenstände <13> bis <16>, wobei R1 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy, und Tb ist.
    • <18> Das Verfahren nach einem der Gegenstände <13> bis <17>, wobei R2 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy, und Tb ist, und M2 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Cu, Al, und Co ist, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist.
    • <19> Das Verfahren einem der Gegenstände <13> bis <18>, wobei das x 0,20 ≤ x ≤ 0,40 ist.
    • <20> Das Verfahren nach einem der Gegenstände <13> bis <19>, wobei die Menge des infiltrierten Modifikators 1,0 bis 11,0 at% bezogen auf den Seltenerd-Magnetvorläufer beträgt.
    • <21> Das Verfahren nach einem der Gegenstände <13> bis <20>, wobei die Temperatur der Wärmebehandlung 600 bis 800 °C beträgt.
    • <22> Das Verfahren nach einem der Gegenstände <13> bis <21>, wobei das T Fe ist.
  • [Wirkungen der Erfindung]
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Gehalt an Ce in einem vorbestimmten Bereich festgelegt, und ein Seltenerd-Magnet und eine Herstellungsmethode desselben können damit bereitgestellt werden, welches sicherstellt, dass die Koerzitivkraft verbessert werden kann, selbst wenn ein Seltenerd-Element R1 außer Ce mit sehr geringem Gehalt oder nicht vorhanden ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, welches die Struktur des Seltenerd-Magneten der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
    • 2 ist ein Diagramm, welches die Struktur des Seltenerd-Magnetvorläufers schematisch darstellt;
    • 3 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen dem Ce-Gehalt und der Koerzitivkraft vor der Infiltration mit einem Modifikator in jeder Probe darstellt;
    • 4 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen dem Volumenanteil der Magnetphase und der Magnetisierung vor der Infiltration mit einem Modifikator in jeder Probe darstellt;
    • 5 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen dem Ce-Gehalt und der Koerzitivkraft nach der Infiltration mit einem Modifikator in jeder Probe darstellt;
    • 6 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen dem Volumenanteil der Hauptphase und der Magnetisierung nach der Infiltration mit einem Modifikator in jeder Probe darstellt;
    • 7 ist eine Ansicht, welche ein Raster-Transmissionselektronenmikroskop-(STEM)-Bild der Probe von Beispiel 1 zeigt;
    • 8 ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse der Zusammensetzungsanalyse (EDX-Analyse) eines von einer schwarzen Linie umgebenen Bereichs in 7 darstellt;
    • 9 ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse von 8 zusammenfasst.
  • [Modus, um die Erfindung auszuführen]
  • Die Ausführungsformen des Seltenerd-Magneten und des Herstellungsverfahren desselben gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend im Detail beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sollten nicht zur Beschränkung des Seltenerd-Magneten und des Herstellungsverfahren desselben gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird, mit Bezug auf einen R-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten, bei dem R hauptsächlich Ce ist, ein Seltenerd-Magnet, in dem ein Seltenerd-Element R1 außer Ce einen sehr kleinen Gehalt aufweist, oder nicht vorhanden ist, manchmal als ein (Ce,R1)-Fe-B-basierter Seltenerd-Magnet bezeichnet.
  • Der (Ce,R1)-Fe-B-basierte Seltenerd-Magnet wird durch flüssiges Abschrecken bzw. Abkühlen, etc. einer geschmolzenen (Ce,R1)-Fe-B-basierten Legierung erhalten. Eine magnetische Phase, welche durch (Ce,R1)2Fe14B dargestellt wird (nachstehend wird eine derartige Phase manchmal als „(Ce,R1)2Fe14B-Phase“ bezeichnet), wird durch flüssiges Abschrecken, etc. hergestellt. In der verbleibenden Lösung wird, nachdem die (Ce,R1)2Fe14B-Phase ausgebildet ist, eine (Ce,R1)-reiche Phase durch einen Überschuss an Ce und R1, welche jeweils nicht zur Bildung der (Ce,R1)2Fe14B-Phase beitragen, gebildet. Die (Ce,R1)-reiche Phase umgibt die (Ce,R1)2Fe14B-Phase. Die (Ce,R1)-reiche Phase wird durch Elemente gebildet, die nicht zur Bildung der (Ce,R1)2Fe14B-Phase beitragen, und umfasst hohe Konzentrationen an Ce und R1.
  • Im (Ce,R1)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten ist, wenn die Gesamtheit eine (Ce,R1)2Fe14B-Phase ist, der Gesamtgehalt an Ce und R1 ungefähr 11,8 at%. Da angenommen wird, dass der Gesamtgehalt an Ce, R1, Fe und B 100 at% ist, ist der Gesamtgehalt an Ce und R1 ungefähr 11,8 at% (=100/(2+14+1)*2).
  • Wenn der Gesamtgehalt (at%) an Ce und R1 klein ist, sinkt der Anteil an der (Ce,R1)-reichen Phase. Die (Ce,R1)-reiche Phase trennt die (Ce,R1)2Fe14B-Phasen magnetisch voneinander und trägt zur Verstärkung der Koerzitivkraft des (Ce,R1)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten bei.
  • Gewöhnlich sinkt die Koerzitivkraft des Seltenerd-Magneten, wenn die Seltenerdreiche Phase gesenkt wird. Jedoch haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass in dem Fall eines (Ce,R1)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten, selbst wenn die (Ce,R1)-reiche Phase gesenkt wird, d.h., der Gesamtgehalt (in at%) an Ce und R1 klein ist, die Koerzitivkraft nicht sinkt.
  • Zusätzlich kann zum Zeitpunkt der Infiltrierung bzw. Tränkung des (Ce,R1)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten mit einem Modifikator, wenn eine Legierung im Modifikator hauptsächlich Ce umfasst, das Seltenerd-Element im Modifikator kaum in die (Ce,R1)2Fe14B-Phase eindringen. Zum Beispiel neigt, zum Zeitpunkt der Infiltrierung der (Ce,Nd)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten mit einem Modifikator, welcher ein Ce-Cu-Legierung enthält, bleibt das Ce im Modifikator dazu in der (Ce,Nd)-reichen Phase zu bleiben und kann kaum in die (Ce,Nd)2Fe14B-Phase eindringen.
  • Wenn andererseits eine Legierung im Modifikator hauptsächlich ein anderes Seltenerd-Element als Ce umfasst, dringt das Seltenerd-Element im Modifikator leicht in die (Ce,R1)Fe14B-Phase ein. Zum Beispiel neigt zum Zeitpunkt des Infiltrierens des (Ce,R1)-Fe-B-basierten Seltenerdmagneten mit einem Modifikator, der eine Nd-Cu-Legierung umfasst, im Modifikator enthaltenes Nd dazu, in die (Ce,R1)2Fe14B-Phase einzudringen.
  • Im dem Fall eines (Ce,R1)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten ist der Gehalt an R1, bezogen auf Ce, sehr klein. Die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass aus diesem Grund, nicht nur, wenn der Modifikator hauptsächlich ein Seltenerd-Element außer Ce und R1 umfasst, sondern auch dann wenn der Modifikator hauptsächlich R1 umfasst, das Seltenerd-Element einer Legierung im Modifizier dazu neigt, in die (Ce,R1)2Fe14B-Phase einzudringen.
  • Die Anordnung des Seltenerd-Magneten gemäß der vorliegenden Offenbarung, basierend auf der vorstehenden Erkenntnis, wird nachstehend beschrieben.
  • (Gesamtzusammensetzung)
  • Die Gesamtzusammensetzung des Seltenerd-Magneten der vorliegenden Offenbarung wird durch die Formel: CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s·(R2 1-xM2 x)t dargestellt.
  • In der Formel sind R1 und R2 ein Seltenerd-Element außer Ce. T ist ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Fe, Ni, und Co. M1 ist ein oder mehr Elemente, ausgewählt aus Ti, Ga, Zn, Si, Al, Nb, Zr, Mn, V, W, Ta, Ge, Cu, Cr, Hf, Mo, P, C, Mg, Hg, Ag, und Au, und eine unvermeidbare Verunreinigung. M2 ist ein Legierungselement, welches durch Legierung mit R2 veranlasst, dass der Schmelzpunkt von R2 1-xM2 x geringer ist als der Schmelzpunkt von R2, und eine unvermeidbare Verunreinigung.
  • p ist der Gehalt an Ce, q ist der Gehalt an R1, r ist der Gehalt an B (Bor), s ist der Gehalt an M1, t ist der Gesamtgehalt an R2 und M2, und jeder der Werte p, q, r, s, und t ist in at% angegeben.
  • Der Seltenerd-Magnet der vorliegenden Offenbarung wird, wie nachstehend beschrieben, durch Infiltrieren eines Seltenerd-Magnetvorläufers mit einem Modifikator erhalten. Der Seltenerd-Magnetvorläufer umfasst eine Gesamtzusammensetzung, welche durch CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s dargestellt wird. Der Modifikator umfasst eine Legierung mit einer Zusammensetzung, welche durch R2 1-zM2 z dargestellt wird.
  • Die Menge an einer Legierung, welche in den Seltenerd-Magnetvorläufer infiltriert ist, ist t in at%, d.h. von 1,0 bis 11,0 at%. Dementsprechend wird die Gesamtzusammensetzung des Seltenerd-Magneten der vorliegenden Offenbarung eine Gesamtheit einer Zusammensetzung, welche durch CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s dargestellt wird und eine Zusammensetzung, welche durch (R2 1-zM2 z)t dargestellt wird. Die Zusammensetzung, welche durch die Kombination dieser formuliert wird, wird durch die Formel: CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s·(R2 1-xM2 x)t dargestellt. Entsprechende Gehalte an Ce, R1, T, B, M1 und M2 werden nachstehend beschrieben.
  • (Ce)
    Wenn der Gehalt p an Ce 12,90 at% oder weniger ist, kann die Koerzitivkraft verbessert werden. Aus der Sicht der Verbesserung der Koerzitivkraft, ist der Gehalt p an Ce vorzugsweise 12,87 at% oder weniger, bevorzugter 12,20 at% oder weniger, noch bevorzugter 12,15 at% oder weniger. Andererseits ist, wenn der Ce-Gehalt p 11,80 at% oder mehr ist, die Verbesserung der Koerzitivkraft nicht gesättigt. Der Gehalt ist vorzugsweise 11,85 at% oder mehr.
  • Ohne an die Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass R1 in der R1-reichen Phase für sich selbst vorliegt, ohne an Fe, etc. gebunden zu sein. Andererseits wird angenommen, dass Ce in der Ce-reichen Phase im an Fe, etc. gebundenen Zustand vorliegt und deshalb, verglichen mit der R1-reichen Phase, die Ce-reiche Phase eine ausgezeichnete Wirkung der magnetischen Trennung der magnetischen Phasen voneinander aufweist, selbst wenn die Menge desselben gering ist. Aus diesem Grund ist der Gehalt an R1 in der (Ce,R1)-reichen Phase bevorzugt so klein wie möglich.
  • (R1)
    Wenn der Gehalt q an R1 klein ist, ist auch der Gehalt an R1 in der (Ce,R1)-reichen Phase klein. Wenn der Gehalt q an R1 in der Gesamtzusammensetzung 3,00 at% oder weniger ist, verringert sich die Koerzitivkraft nicht. Von diesem Standpunkt aus betrachtet ist der Gehalt q an R1 vorzugsweise 2,00 at% oder weniger, bevorzugter 1,00 at% oder weniger, und ist idealerweise 0 at%. Andererseits steigen die Produktionskosten aus dem Grund an, dass, wenn der Gehalt q an R1 übermäßig verringert wird, der Gehalt q an R1 vorzugsweise 0,10 at% oder mehr ist.
  • R1 kann ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy und Tb sein, und der Gehalt an Nd kann 90,00 at% oder mehr, bezogen auf das gesamte R1, sein.
  • (B)
    Wenn der Gehalt r an B 5,00 at% oder mehr ist, wird die Menge der amorphen Struktur, welche in einem Band etc. verbleibt, während des flüssigen Abschreckens nicht 10,00 Vol.-% oder mehr, bezogen auf den gesamten Seltenerd-Magneten, werden. Andererseits bleibt, wenn der Gehalt r an B 20,00 at% oder weniger ist, B, welches kein Mischkristall mit Fe bildet, nicht übermäßig in der (Ce,R1)-reichen Phase. Von diesem Standpunkt aus beträgt der Gehalt r an B vorzugsweise 10,00 at% oder weniger, bevorzugter 8,00 at% oder weniger.
  • (M1)
    M1 kann innerhalb eines Bereiches enthalten sein, welcher die Eigenschaften eines Seltenerd-Magneten der vorliegenden Offenbarung nicht beeinträchtigt. M1 kann eine unvermeidbare Verunreinigung enthalten. Die unvermeidbare Verunreinigung zeigt eine Verunreinigung an, welche unvermeidbar enthalten ist oder einen bedeutenden Anstieg in den Produktionskosten veranlasst, um deren Einschluss, wie eine in einem Rohmaterial enthaltene Verunreinigung, zu verhindern. Wenn der Gehalt s an M1 3,00 at% oder weniger ist, sind die Eigenschaften eines Seltenerd-Magneten nicht herabgesetzt. Der Gehalt s an M1 ist vorzugsweise 2,00 at% oder weniger und ist idealerweise 0. Übermäßiges Absenken des Gehalts s an M1 wird jedoch von einem Anstieg in den Produktionskosten begleitet, und deshalb ist der Gehalt s an M1 vorzugsweise 0,10 at% oder mehr.
  • (T)
    T wird als ein Eisengruppenelement klassifiziert, und Fe, Ni und Co haben eine gemeinsame Eigenschaft des Aufweisens von Ferromagnetismus bei Normaltemperatur und Normaldruck. Dementsprechend können diese untereinander ausgetauscht werden. Wenn Co enthalten ist, wird die Magnetisierung verbessert und der Curie-Punkt steigt. Diese Wirkung tritt bei einem Co-Gehalt von 0,10 at% oder mehr auf. Ausgehend von diesem Standpunkt beträgt der Gehalt an Co vorzugsweise 0,10 at% oder mehr, bevorzugter 1,00 at% oder mehr, noch bevorzugter 3,00 at% oder mehr. Andererseits beträgt, da Co teuer ist und Fe weniger teuer ist, der Gehalt an Eisen hinsichtlich der Profitabilität 80,00 at% oder mehr, bevorzugter 90,00 at% oder mehr, bezogen auf das gesamte T, und die Gesamtheit von T kann Fe sein.
  • (Hauptphase, Korngrenzphase und Zwischenphase)
  • Die Struktur des Seltenerd-Magneten der vorliegenden Offenbarung weist eine durch die vorstehende Formel dargestellte Gesamtzusammensetzung auf, welche nachstehend beschrieben wird. 1 ist ein Diagramm, welches schematisch die Struktur des Seltenerd-Magneten der vorliegenden Offenbarung darstellt. Der Seltenerd-Magnet 100 weist eine Hauptphase 10, eine Korngrenzphase 20 und eine Zwischenphase 30 auf.
  • Aus der Sicht der Sicherstellung der Koerzitivkraft beträgt die mittlere Korngröße der Hauptphase 10 vorzugsweise 1000 nm oder weniger, bevorzugter 500 nm oder weniger.
  • Die „mittlere Korngröße“ zeigt, zum Beispiel, einen mittleren Wert der Längen t in der Longitudinalrichtung/Längsrichtung der Hauptphasen 10 an, welche in 1 dargestellt sind. Zum Beispiel wird ein gewisser Bereich in einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme oder transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahme eines Seltenerd-Magneten 100 definiert, und ein mittlerer Wert der entsprechenden Längen t der Hauptphasen 10 wird in dem bestimmten Bereich berechnet und als die „mittlere Korngröße“ verwendet. Im Fall, in dem die Querschnittsgestalt der Hauptphase 10 elliptisch ist, wird die lange Achse als die Länge t verwendet. In dem Fall, in dem der Querschnitt der Hauptphase 10 eine viereckige Gestalt aufweist, wird die längere diagonale Linie als die Länge t verwendet.
  • Der Seltenerd-Magnet 100 kann eine andere Phase (nicht gezeigt) als die Hauptphase 10, die Korngrenzphase 20 und die Zwischenphase 30 umfassen. Die von der Hauptphase 10, der Korngrenzphase 20 und der Zwischenphase 30 verschiedene Phase enthält ein Oxid, ein Nitrid, eine intermetallische Verbindung, etc.
  • Die Eigenschaften des Seltenerd-Magneten 100 sind hauptsächlich durch die Hauptphase 10, die Korngrenzphase 20, und die Zwischenphase 30 ausgewiesen. Die meisten von der Hauptphase 10, der Korngrenzphase 20, und der Zwischenphase 30 verschiedenen Phasen sind eine Verunreinigung. Dementsprechend beträgt der Gesamtgehalt an der Hauptphase 10, der Korngrenzphase 20 und der Zwischenphase 30 bezogen auf den Seltenerd-Magneten 100 vorzugsweise 95 Vol.-% oder mehr, bevorzugter 97 Vol.-% oder mehr, noch bevorzugter 99 Vol.-% oder mehr.
  • Der Seltenerd-Magnetvorläufer weist eine Zusammensetzung auf, welche durch die Formel: CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s dargestellt wird. 2 ist ein Diagramm, welches schematisch die Struktur des Seltenerd-Magnetvorläufers darstellt. Der Seltenerd-Magnetvorläufer 200 weist eine magnetische Phase 50 und eine (Ce,R1)-reiche Phase 60 auf. Die magnetische Phase 50 weist eine Korngestalt auf. Die (Ce,R1)-reiche Phase 60 umgibt die magnetische Phase 50. Die (Ce,R1)-reiche Phase 60 wird durch Elemente gebildet, welche nicht zur Bildung der magnetischen Phase 50 beitragen und hohe Konzentrationen an Ce und R1 umfassen.
  • Wenn der Seltenerd-Magnetvorläufer 200 mit einem Modifikator infiltriert bzw. durchtränkt ist, erreicht der Modifikator die Grenzfläche zwischen der (Ce,R1)-reichen Phase 60 und der magnetischen Phase 50 durch die (Ce,R1)-reiche Phase 60. Dann dringt ein Teil von R2 im Modifikator in die magnetische Phase 50 von der (Ce,R1)-reichen Phase 60 ein, und Ce wird von der magnetischen Phase 50 zur (Ce,R1)-reichen Phase 60 abgegeben. Dadurch werden eine Hauptphase 10, eine Korngrenzphase 20 und eine Zwischenphase 30 in einem Seltenerd-Magneten 100 ausgebildet.
  • Die Korngrenzphase 20 umgibt die Hauptphase 10. Die Zwischenphase 30 ist zwischen der Hauptphase 10 und der Korngrenzphase 20 angeordnet. Die Konzentration von Ce ist in der Hauptphase 10 höher als in der Zwischenphase 30, und die Konzentration von R2 ist in der Zwischenphase 30 höher als in der Hauptphase 10.
  • Wenn Ce in der magnetischen Phase durch ein Seltenerd-Element R2 außer Ce ersetzt wird, kann ein anisotropes Magnetfeld erhöht werden, da Ce ein leichtes Seltenerd-Element ist. Die Konzentration von R2 ist in der Zwischenphase 30 höher als in der Hauptphase 10, und das anisotrope Magnetfeld ist deshalb in der Zwischenphase 30 (Peripherie der magnetischen Phase) höher als in der Hauptphase 10 (Kernstück der magnetischen Phase). Folglich sind die Hauptphasen 10 als die magnetische Phase in einer stärkeren Weise durch die Zwischenphase 30 und der Korngrenzphase 20 magnetisch voneinander getrennt, und dadurch wird die Koerzitivkraft verbessert. Das anisotrope Magnetfeld ist eine physikalische Eigenschaft, welche das Ausmaß der Koerzitivkraft eines permanenten Magneten anzeigt.
  • Wenn R2 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy und Tb, ist, wird die Koerzitivkraft weiter verbessert, da Nd, Pr, Dy und Tb das anisotrope Magnetfeld stärker erhöhen können als andere Seltenerd-Elemente.
  • Wenn die Zwischenphase 30 übermäßig dünn ist, kann die magnetische Trennwirkung kaum erhalten werden und die Koerzitivkraft sinkt. Von diesem Standpunkt aus beträgt die Dicke der Zwischenphase 30 vorzugsweise 5 nm oder mehr, bevorzugter 10 nm oder mehr, noch bevorzugter 20 nm oder mehr. Wenn andererseits die Zwischenphase 30 übermäßig dick ist, wird die Magnetisierung reduziert. Von diesem Standpunkt aus beträgt die Dicke der Zwischenphase 30 vorzugsweise 50 nm oder weniger, bevorzugter 40 nm oder weniger, noch bevorzugter 30 nm oder weniger.
  • Wenn die Konzentration von R2 in der Hauptphase 10 (Kernstück der magnetischen Phase) 1,5 mal oder mehr höher ist als in der Zwischenphase 30 (Peripherie der magnetischen Phase), kann die magnetische Trennung deutlicher wahrgenommen werden. Wenn andererseits die Konzentration von R2 in der Zwischenphase 30 (Peripherie der magnetischen Phase) 10,0 mal höher ist als in der Hauptphase 10 (Kernstück der magnetischen Phase), ist die magnetische Trennwirkung nicht gesättigt. Dementsprechend ist die Konzentration von R2 in der Korngrenzphase 20 vorzugsweise 1,5 bis 10,0 mal höher, bevorzugter 1,50 bis 5,0 mal höher, noch bevorzugter 1,5 bis 3,0 mal höher als in der Hauptphase 10.
  • Nachdem die Zwischenphase ausgebildet wurde, wird eine größere Menge an Ce vorzugsweise von der Zwischenphase 30 zur Korngrenzphase 20 abgegeben, um einer großen Menge an R2 zu erlauben, in die Zwischenphase 30 einzudringen. R2 benötigt eine Zeit, um die Hauptphase 10 zu erreichen und deshalb, wenn eine größere Menge an Ce von der Zwischenphase 30 zur Korngrenzphase 20 abgegeben wird, wird die Konzentration von Ce in der Hauptphase 10 nochmals höher als in der Zwischenphase 30. Wenn die Konzentration von Ce in der Hauptphase 10 1,5 mal oder mehr höher ist als in der Zwischenphase 30, wird die Infiltration einer größeren Menge an R2 wahrgenommen. Wenn andererseits die Konzentration von Ce in der Hauptphase 10 10,0 Mal höher als in der Zwischenphase 30 ist, ist die Permeation bzw. Eindringung von R2 nicht gesättigt. Dementsprechend ist die Konzentration von Ce in der Hauptphase 10 vorzugsweise 1,5 bis 10 mal höher, bevorzugter 1,5 bis 5,0 mal höher, noch bevorzugter 1,5 bis 3,0 mal höher als in der Zwischenphase 30.
  • Wie gesehen, kann in dem Seltenerd-Magneten 100 der vorliegenden Offenbarung, die Koerzitivkraft des Seltenerd-Magneten 100 durch Infiltrieren des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 mit einem Modifikator noch verbessert werden.
  • (Volumenanteil der Hauptphase)
  • Ein R-Fe-B-basierter Seltenerd-Magnet wird in vielen Fällen als ein anisotroper Magnet verwendet. Das gleiche gilt für den (Ce,R1)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten.
  • Wenn Anisotropie auf den Seltenerd-Magneten 100 angewendet wird, steigt bis zu einem Volumenanteil der Hauptphase 10 von 96,20% mit dem Gehalt der Hauptphase 10 die Magnetisierung. Um für den Seltenerd-Magneten 100 eine praktische Magnetisierung zu erhalten, beträgt der Volumenanteil der Hauptphase 10 vorzugsweise 85,00% oder mehr. Von diesem Standpunkt aus beträgt der Volumenanteil der Hauptphase 10 bevorzugter 92,30% oder mehr, noch bevorzugter 92,60% oder mehr.
  • Wenn jedoch der Volumenanteil der Hauptphase 10 96,20% übersteigt, sinkt die Magnetisierung drastisch.
  • Um Anisotropie auf dem (Ce,R1)-Fe-B-basierten Seltenerd-Magneten anzuwenden, wird, zum Beispiel, der gesamte Seltenerd-Magnetvorläufer 200 einer intensiven Wärmebehandlung unterzogen. In der Korngrenzphase 20 ist die Konzentration von Ce hoch, und deshalb ist deren Schmelzpunkt niedrig. Deshalb schmilzt die Korngrenzphase 20 leicht während der intensiven Wärmebehandlung.
  • Andererseits rotiert die Hauptphase 10 in einfacher Achsenrichtung der Magnetisierung (c-Achsenrichtung), während Körner der magnetischen Phase 50 wachsen. Währenddessen verhält sich die leicht angeschmolzene Korngrenzphase 20 wie ein Schmiermittel zum Schmieren der Rotation der Hauptphase 10. Wenn der Volumenanteil der Hauptphase 10 96,20% überschreitet, verringert sich der Volumenanteil der (Ce,R1)-reichen Phase, welche sich wie ein Schmiermittel verhält, und dies macht es für die Hauptphase 10 schwierig zu rotieren. Deshalb ist die Hauptphase 10 nicht in der einfachen Achsenrichtung der Magnetisierung (c-Achsenrichtung) orientiert, und die Magnetisierung verringert sich drastisch. Aus diesen Gründen ist der Volumenanteil der Hauptphase 10 bevorzugt 96,20% oder weniger, bevorzugter 96,10% oder weniger.
  • Der Volumenanteil der Hauptphase 10 wird wie folgt bestimmt. Der jeweilige Gehalt an Ce, Fe und B im Seltenerd-Magnet 100 wird unter Verwendung einer hochfrequenten, induktiv gekoppelten Plasmaemissionsspektrometrie gemessen. Diese Gehalte werden vom Massenprozentwert in Atomprozentwert umgerechnet, und die erhaltenen Werte wurden in die Gleichung, welche auf ein ternäres Ce-Fe-B-Phasendiagramm in Atomprozent basiert, eingefügt, um den Volumenanteil der Hauptphase 10 zu berechnen. Der Volumenanteil der Hauptphase 10 ist ein Volumenprozentsatz, wobei angenommen wird, dass der gesamte Seltenerd-Magnet 100 100 Vol.-% ist.
  • (Herstellungsverfahren)
  • Das Herstellungsverfahren eines Seltenerd-Magneten der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend beschrieben.
  • (Herstellung des Seltenerd-Magnetvorläufers)
  • Es wird eine Legierung hergestellt, welche eine Gesamtzusammensetzung besitzt, die durch die Formel CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s dargestellt ist.
    R1, T, M1, p, q, r, und s sind wie vorstehend beschrieben.
  • Der Seltenerd-Magnetvorläufer 200 kann ein magnetisches Pulver oder ein gesinterter Körper des magnetischen Pulvers sein, oder kann außerdem ein plastisch geformter Körper sein, welcher durch Anwenden intensiver Wärmearbeit auf den gesinterten Köper erhalten wird.
  • Für das Herstellungsverfahren des magnetischen Pulvers kann ein bekanntes Verfahren verwendet werden. Das Verfahren enthält, zum Beispiel, ein Verfahren zur Gewinnung eines isotropen, magnetischen Pulvers mit einer nanokristallinen Struktur durch ein flüssiges Abschreckverfahren, oder ein Verfahren zum Erhalten eines isotropen oder anisotropen, magnetischen Pulvers durch ein HDDR-(„Hydrogen Disproportionation Desorption Recombination“, Wasserstoff-Disproportionierung-Desorption-Rekombination)-Verfahren.
  • Das Verfahren zur Gewinnung eines magnetischen Pulvers mit einer nanokristallinen Struktur durch ein flüssiges Abschreckverfahren wird grob beschrieben. Eine Legierung, welche die gleiche Zusammensetzung wie die Gesamtzusammensetzung des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 enthält, wird durch Hochfrequenzschmelzen geschmolzen, um eine geschmolzene Legierung herzustellen. Zum Beispiel wird die geschmolzene Legierung auf eine kupferne Einzelrolle in einer Ar-Gasatmosphäre unter vermindertem Druck von 50 kPa oder weniger ausgeworfen, um ein abgeschrecktes Band herzustellen. Dieses abgeschreckte Band wird, zum Beispiel, zu 10 µm oder weniger pulverisiert.
  • Die Bedingungen des flüssigen Abschreckens, unter Verwendung einer kupfernen Einzelrolle, können angemessen bestimmt werden, so dass das erhaltene Band eine nanokristalline Struktur aufweist.
  • Die Auswurftemperatur der geschmolzenen Legierung kann typischerweise 1300 °C oder mehr, 1350 °C oder mehr, oder 1400 °C oder mehr betragen, und kann 1600 °C oder weniger, 1550 °C oder weniger, oder 1500 °C oder weniger betragen.
  • Die Umfangsgeschwindigkeit der Einzelrolle kann typischerweise 20 m/s oder mehr, 24 m/s oder mehr, oder 28 m/s oder mehr betragen, und kann 40 m/s oder weniger, 36 m/s oder weniger, oder 32 m/s oder weniger betragen.
  • Als nächstes wird das Verfahren zur Gewinnung des gesinterten Körpers grob beschrieben. Das magnetische Pulver, welches durch Pulverisieren erhalten wurde, wird einer Magnetfeldorientierung unterzogen, und ein gesinterter Körper mit Anisotropie wird durch Flüssigphasensinterung erhalten. Alternativ wird ein gesinterter Körper mit Isotropie durch Sintern eines magnetischen Pulvers mit isotroper nanokristalliner Struktur erhalten; ein plastisch gestalteter Körper mit Anisotropie wird durch Sintern eines magnetischen Pulvers mit isotroper nanokristalliner Struktur und weiterem Unterziehen intensiver Behandlung auf den gesinterten Körper erhalten; oder ein gesinterter Körper mit Isotropie oder Anisotropie wird durch Sintern eines magnetischen Pulvers mit Isotropie oder Anisotropie durch ein HDDR-Verfahren erhalten.
  • Im Falle der Gewinnung eines plastisch gestalteten Körpers mit Anisotropie durch Sintern eines magnetischen Pulvers mit einer isotropen nanokristallinen Struktur und weiterem Unterziehen des gesinterten Körpers einer intensiven Behandlung, können die Bedingungen in jeden Schritt angemessen bestimmt werden, so dass ein gewünschter, plastisch gestalteter Körper erhalten werden kann.
  • Der Druck zur Zeit der Sinterung kann 200 MPa oder mehr, 300 MPa oder mehr, oder 350 MPa oder mehr betragen, und kann 600 MPa oder weniger, 500 MPa oder weniger, oder 450 MPa oder weniger betragen.
  • Die Sinterungstemperatur kann 550 °C oder mehr, 600 °C oder mehr, oder 630 °C oder mehr betragen, und kann 750 °C oder weniger, 700 °C oder weniger, oder 670 °C oder weniger betragen.
  • Die Druckaufbauzeit während der Sinterung kann 2 Sekunden oder mehr, 3 Sekunden oder mehr, oder 4 Sekunden oder mehr betragen, und kann 8 Sekunden oder weniger, 7 Sekunden oder weniger, oder 6 Sekunden oder weniger betragen.
  • Die Temperatur während der intensiven Behandlung des gesinterten Körpers kann 650 °C oder mehr, 700 °C oder mehr, oder 720 °C oder mehr betragen, und kann 850 °C oder weniger, 800 °C oder weniger, oder 770 °C oder weniger betragen.
  • Die Dehnungsrate während der intensiven Behandlung des gesinterten Körpers kann 0,01/s oder mehr, 0,1/s oder mehr, 1,0/s oder mehr, oder 3,0/s oder mehr betragen, und kann 15,0/s oder weniger, 10,0/s oder weniger, oder 5,0/s oder weniger betragen.
  • Das Verfahren der intensiven Behandlung des gesinterten Körpers umfasst Stauchung, Rückextrusion, etc.
  • (Herstellung des Modifikators)
  • Ein Modifikator umfasst eine Legierung mit einer Zusammensetzung, welche durch R2 1-xM2 x dargestellt wird. R2 ist ein Seltenerd-Element außer Ce. M2 ist ein Legierungselement, welches beim Legieren mit R2 bewirkt, dass der Schmelzpunkt von R2 1-xM2 x geringer ist als der Schmelzpunkt von R2, und eine unvermeidbare Verunreinigung. Die Anteile von R2 und M2 sind 0,1 ≤ x ≤ 0,5.
  • Die magnetische Phase 50 des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 enthält hauptsächlich Ce, wobei R2 ein Seltenerd-Element außer Ce ist. Dementsprechend, lässt sich die magnetische Phase 50 des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 mit R2 in einer Schmelze des Modifikators leicht infiltrieren. Deshalb, werden eine Hauptphase 10 und eine Zwischenphase 30, welche R2 umfasst, erhalten.
  • Wenn R2 ein oder mehr Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy und Tb, ist, wird die Koerzitivkraft weiter verbessert, weil Nd, Pr, Dy und Tb das anisotrope Magnetfeld weiter verbessern können als andere Seltenerd-Elemente. Aus diesem Grund ist R2 vorzugsweise ein oder mehr Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy und Tb.
  • M2 ist ein Legierungselement, welches durch Legieren mit R2 bewirkt, dass der Schmelzpunkt von R2 1-xM2 x geringer ist als der Schmelzpunkt von R2, und eine unvermeidbare Verunreinigung, so dass eine Legierung in dem Modifikator ohne übermäßiges Erhöhen der Temperatur der später beschriebenen Wärmebehandlung geschmolzen werden kann. Deshalb kann der Modifikator in den Seltenerd-Magnetvorläufer 200 ohne Vergröberung der Struktur des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 infiltriert. M2 kann eine unvermeidbare Verunreinigung umfassen. Die unvermeidbare Verunreinigung zeigt eine Verunreinigung an, welche unvermeidbar enthalten ist oder einen deutlichen Anstieg in den Produktionskosten bewirkt, um deren Einschluss zu vermeiden, wie eine Verunreinigung, welche in einem Rohmaterial enthalten ist.
  • M2 ist vorzugsweise ein oder mehr Elemente, ausgewählt aus Cu, Al, und Co, und ist eine unvermeidbare Verunreinigung, da Cu, Al, und Co eine geringfügig nachteilige Auswirkung auf die magnetischen Eigenschaften, etc. des Seltenerd-Magneten haben.
  • Die Legierung von R2 und M2 umfasst eine Nd-Cu-Legierung, eine Pr-Cu-Legierung, eine Tb-Cu-Legierung, eine Dy-Cu-Legierung, eine La-Cu-Legierung, eine Ce-Cu-Legierung, eine Nd-Pr-Cu-Legierung, eine Nd-Al-Legierung, eine Pr-Al-Legierung, eine Nd-Pr-Al-Legierung, eine Nd-Co-Legierung, eine Pr-Co-Legierung, eine Nd-Pr-Co-Legierung, etc.
  • Die Anteile an R2 und M2 sind beschrieben. Wenn x 0,10 oder mehr ist, sinkt der Schmelzpunkt einer Legierung in dem Modifikator entsprechend, und die Temperatur der später beschriebenen Wärmebehandlung wird angemessen. Folglich kann die Struktur des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 vor einer Vergröberung geschützt werden. Angesichts eines geeigneten Schmelzpunktes der Legierung ist x vorzugsweise 0,20 oder mehr, bevorzugter 0,25 oder mehr. Andererseits, wenn x 0,50 oder weniger ist, da der Gehalt an R2 in der Legierung groß ist, kann R2 leicht hergestellt werden, um in die Hauptphase 10 und die Zwischenphase 30 zu infiltrieren. Von diesem Standpunkt aus ist x vorzugsweise 0,40 oder weniger, bevorzugter 0,35 oder weniger. Im Fall, bei dem R2 zwei oder mehr Elemente ist, ist 1-x der Anteil an der Gesamtheit derselben. In dem Fall, bei dem M2 zwei oder mehr Elemente ist, ist x der Anteil an der Gesamtheit der Elemente.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Modifikators ist nicht besonders beschränkt. Das Herstellungsverfahren des Modifikators umfasst eine Gussmethode, ein flüssiges Abschreckverfahren, etc. Vom Standpunkt aus, dass der Legierungsbestandteil, abhängig vom Bereich des Modfikators oder der Menge an Verunreinigung wie ein Oxid wenig variiert, wird ein flüssiges Abschreckverfahren bevorzugt.
  • (Herstellung des Kontaktkörpers)
  • Der Seltenerd-Magnetvorläufer 200 und der Modifikator werden miteinander in Kontakt gebracht, um einen Kontaktkörper zu erhalten. Im Fall, bei dem sowohl Seltenerd-Magnetvorläufer 200 als auch der Modifikator Massenkörper sind, werden zumindest eine Oberfläche des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 und mindestens eine Oberfläche des Modifikators miteinander in Kontakt gebracht. Der Massekörper umfasst einen Massivkörper, ein Plattenmaterial, ein Band, einen Grünling, einen gesinterten Körper, etc. Zum Beispiel im Fall, bei dem beide Seltenerd-Magnetvorläufer 200 und der Modifikator ein Band sind, werden eine Oberfläche des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 und eine Oberfläche des Modifikators miteinander in Kontakt gebracht, oder der Modifikator kann in Kontakt mit beiden Oberflächen des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 durch Anordnen des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 zwischen den Modifikatoren gebracht werden.
  • In dem Fall, bei dem der Seltenerd-Magnetvorläufer 200 ein Massekörper ist und der Modifikator ein Pulver ist, kann das Modifizierpulver in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 gebracht werden. Typischerweise, kann das Modifikatorpulver auf die Oberfläche bzw. obere Fläche des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 aufgebracht werden.
  • In dem Fall, bei dem sowohl Seltenerd-Magnetvorläufer 200 als auch der Modifikator ein Pulver sind, werden die entsprechenden Pulver miteinander gemischt.
  • (Wärmebehandlung)
  • Der vorstehend beschriebene Kontaktkörper wird wärmebehandelt, um die Innenseite bzw. das Innere des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 mit einer Schmelze des Modifikators zu infiltrieren bzw. tränken. Folglich erreicht die Schmelze des Modifikators die magnetische Phase 50 des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 durch die (Ce,R1)-reiche Phase 60 des Seltenerd-Magnetvorläufers 200, um eine Hauptphase 10 und eine Zwischenphase 30 des Seltenerd-Magneten 100 auszubilden.
  • Die Menge an infiltriertem Modifikator beträgt vorzugsweise 1,00 bis 11,00 at% bezogen auf den Seltenerd-Magnetvorläufer 200. Wenn der Modifikator sogar leicht in das Innere bzw. die Innenseite des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 infiltriert, wird der Seltenerd-Magnet 100 der vorliegenden Offenbarung erhalten. Wenn die Menge an infiltriertem Modifikator 1,00 at% oder mehr beträgt, können die Wirkungen des Seltenerd-Magneten 100 der vorliegenden Offenbarung klar wahrgenommen werden. Von diesem Standpunkt aus beträgt die Menge des infiltrierten Modifikators vorzugsweise 2,60 at% oder mehr, bevorzugter 4,00 at% oder mehr, noch bevorzugter 5,00 at% oder mehr. Wenn andererseits die Menge an infiltriertem Modifikator 11,00 at% oder weniger beträgt, ist die Wirkung aufgrund von Permeation mit dem Modifikator nicht gesättigt. Von diesem Standpunkt aus beträgt die Menge an infiltrierten Modifikator vorzugsweise 7,90 at% oder weniger, bevorzugter 7,00 at% oder weniger.
  • Die Wärmebehandlungstemperatur ist nicht besonders beschränkt, so lange der Modifikator schmelzen kann und das Innere der magnetischen Phase 50 des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 mit einer Schmelze des Modifikators infiltriert werden kann.
  • Wenn die Wärmebehandlungstemperatur höher ist, wird das Innere bzw. die Innenseite der magnetischen Phase 50 des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 leichter mit einer Schmelze des Modifikators, besonders mit R2, infiltriert. Von diesem Standpunkt aus beträgt die Wärmebehandlungstemperatur vorzugsweise 600 °C oder mehr, bevorzugter 625 °C oder mehr, noch bevorzugter 675 °C oder mehr. Wenn andererseits die Wärmebehandlungstemperatur niedriger ist, wird die Vermeidung einer Vergröberung der Struktur, besonders der magnetischen Phase 50 des Seltenerd-Magnetvorläufers 200, erleichtert. Von diesem Standpunkt aus beträgt die Wärmebehandlungstemperatur vorzugsweise 800 °C oder weniger, bevorzugter 775 °C oder weniger, noch bevorzugter 725 °C oder weniger.
  • Die Wärmebehandlungsatmosphäre ist nicht besonders beschränkt, aber vom Standpunkt der Vermeidung der Oxidation des Seltenerd-Magnetvorläufers 200 und des Modifikators wird eine inerte Gasatmosphäre bevorzugt. Die inerte Gasatmosphäre umfasst eine Stickstoffgasatmosphäre.
  • [Beispiele]
  • Der Seltenerd-Magnet der vorliegenden Offenbarung und das Herstellungsverfahren desselben sind nachstehend, durch Bezug auf die Beispiele, genauer beschrieben. Der Seltenerd-Magnet der vorliegenden Offenbarung und das Herstellungsverfahren desselben sind nicht auf die angewandten Bedingungen in den folgenden Beispielen beschränkt.
  • (Herstellung der Proben)
  • Es wurde eine Legierung hergestellt, welche dieselbe Zusammensetzung wie der in 1 gezeigte Seltenerd-Magnetvorläufer aufweist. Eine Schmelze der Legierung wurde einer flüssigen Abschreckung durch ein Einzelrollverfahren unterzogen, um ein Band zu erhalten. Die Bedingungen des flüssigen Abschreckens waren eine Temperatur der geschmolzenen Legierung (Auswurftemperatur) von 1450 °C und eine Rollenumfangsgeschwindigkeit von 30 m/s. Das flüssige Abschrecken wurde in einer Argongasatmosphäre unter verminderten Druck durchgeführt. Es wurde durch Untersuchung mit einem Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) bestätigt, dass das Band eine nanokristalline Struktur aufweist.
  • Das Band wurde grob gemahlen, um ein Pulver herzustellen, und das Pulver wurde in eine Matrize bzw. Druckform gefüllt und verdichtet/erwärmt, um einen gesinterten Körper zu erhalten. Die Druck- und Heizbedingungen waren ein angelegter Druck von 400 MPa, eine Heiztemperatur von 650°C, und einen Druck und Heißhaltezeit von 5 Sekunden.
  • Der gesinterte Körper wurde heiß behandelt (intensive Wärmebehandlung), um einen Seltenerd-Magnetvorläufer 200 zu erhalten (plastisch geformter Körper). Die heißen Behandlungsbedingungen waren eine Behandlungstemperatur von 750 °C und eine Dehnungsrate von 0,1/s. Es wurde durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) bestätigt, dass ein plastisch verformter Körper eine gerichtete, nanokristalline Struktur aufweist.
  • Eine Nd70Cu30-Legierung wurde als ein Modifikator hergestellt. Ein Nd-Pulver und ein Cu-Pulver, hergestellt von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., wurden abgewogen, und diese Pulver wurden einer Lichtbogenschmelzung und Flüssigabschreckung unterzogen, um ein Band zu erhalten.
  • Der Seltenerd-Magnetvorläufer 200 (plastisch geformter Körper) und der Modifikator (Band) wurden in Kontakt miteinander gebracht und in einem Heizofen wärmebehandelt. Die Menge an Modifikator betrug 5,3 at% (10 Massen%) bezogen auf den Seltenerd-Magnetvorläufer 200. Ein Lampenofen, hergestellt von ULVAC-RIKO, Inc. wurde als der Heizofen verwendet. Die Wärmebehandlungsbedingungen waren eine Wärmebehandlungstemperatur von 700 °C und eine Wärmebehandlungszeit von 360 Minuten.
  • (Bewertungen)
  • Jede Probe wurde für die Koerzitivkraft und die Magnetisierung gemessen. Die Messung wurde bei Normaltemperatur durch Verwendung eines vibrierenden Probenmagnetometer („Vibrating Sample Magnetometer“, VSM), hergestellt von Lake Shore, ausgeführt.
  • In Bezug auf einige Proben wurde eine Komponentenanalyse (EDX-Analyse) durch Untersuchung der Struktur mittels eines Rastertransmissionselektronenmikroskops (STEM) ausgeführt
  • Die Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 1 und den 3 bis 9 gezeigt. 3 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen dem Ce-Gehalt und der Koerzitivkraft vor der Infiltration bzw. Tränkung mit dem Modifikator in jeder Probe darstellt. 4 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen dem Volumenanteil der magnetischen Phase 50 und der Magnetisierung vor der Infiltration mit dem Modifikator in jeder Probe darstellt. 5 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen dem Ce-Gehalt und der Koerzitivkraft nach der Infiltration mit dem Modifikator in jeder Probe darstellt. 6 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen dem Volumenanteil der Hauptphase 10 und der Magnetisierung nach der Infiltration mit dem Modifikator in jeder Probe darstellt. 7 ist eine Ansicht, welche ein Bild eines Rastertransmissionselektronenmikroskops der Probe von Beispiel 1 zeigt. 8 ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse der Komponentenanalyse (EDX-Analyse) eines Bereiches, welcher in 7 von einer schwarzen Linie umgeben ist, darstellt. In 8 zeigt die weiße gerade Linie einen Abschnitt, wo die EDX-Analyse durchgeführt wurde. 9 ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse von 8 zusammenfasst. In der Spalte, welche den Gehalt (at%) an Nd in Tabelle 1 zeigt, zeigt „-“ an, dass der Gehalt nicht mehr als die Messgrenze bzw. Nachweisgrenze beträgt. Die Messgrenze an Nd ist 0,01 at% oder weniger. Der Gehalt an Ce in 3 ist der Wert von p (at%)in CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s Der Gehalt an Ce in 5 ist der Wert von p (at%) in CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s.
    [Tabelle 1] Tabelle 1
    Gesamtzusammensetzung des Seltenerd-Magneten (at%) Volumenanteil der Hauptphase (magnetische Phase) (%) Seltenerd-Magnetvorläufer (vor Permeation) Seltenerd-Magnet (nach Permeation)
    Seltenerd-Magnetvorläufer CepNdqFe(100-p-q-r-s)BrM1 s Legierung im Modifikator (Nd0,7Cu0,3)t
    Ce Nd Fe B Ga Cu Al Nd Cu Koerzitivkraft Hc Magnetisierung Br Koerzitivkraft Hc Magnetisierung Br
    (kOe) (eum/g) (kOe) (eum/g)
    Beispiel 1 12,46 - 81,17 5,72 0,40 0,10 0,14 3,72 1,59 96,10 0,78 102,10 5,05 98,90
    Beispiel 2 12,87 - 80,73 5,70 0,39 0,10 0,21 3,74 1,60 93,70 0,46 82,40 4,44 92,87
    Beispiel 3 13,28 - 80,35 5,61 0,40 0,10 0,26 3,76 1,61 91,40 - - 4,87 89,69
    Beispiel 4 12,84 - 80,21 6,20 0,40 0,11 0,24 3,73 1,60 92,60 0,52 97,20 4,77 91,65
    Beispiel 5 12,65 - 79,87 6,81 0,39 0,11 0,16 3,70 1,59 92,30 0,72 98,30 5,56 93,30
    Beispiel 6 12,34 - 81,21 5,54 0,41 0,12 0,38 3,72 1,59 93,70 0,64 86,50 5,08 92,82
    Beispiel 7 12,15 - 81,33 5,93 0,37 0,10 0,12 3,70 1,59 97,50 0,92 41,60 5,86 48,60
    Beispiel 8 11,98 - 81,54 5,86 0,37 0,11 0,14 3,69 1,58 98,80 0,89 41,50 5,90 63,80
    Beispiel 9 11,94 - 81,51 5,91 0,39 0,13 0,12 3,69 1,58 98,80 0,98 41,70 5,98 62,80
    Beispiel 10 11,85 - 81,29 6,30 0,37 0,10 0,09 3,68 1,58 98,50 1,03 41,60 6,15 65,00
    Beispiel 11 12,02 - 81,66 5,69 0,40 0,11 0,12 3,70 1,59 96,50 0,99 41,50 6,70 62,60
    Vergleichsbeispiel 1 12,91 - 80,94 5,47 0,38 0,11 0,19 3,75 1,59 92,00 0,34 96,70 4,02 96,64
    Vergleichsbeispiel 2 14,33 - 79,21 5,74 0,40 0,11 0,19 3,81 1,59 84,80 - - 3,71 84,20
  • Wie aus Tabelle 1 und 3 ersichtlich, wurde bestätigt, dass in einem Seltenerd-Magnetvorläufer 200, in dem der Gehalt an Ce 11,80 bis 12,90 at% beträgt, eine Koerzitivkraft von 0,40 kOe oder mehr erhalten wird. Wie aus Tabelle 1 und 4 ersichtlich, wurde zusätzlich bestätigt, dass in einem Seltenerd-Magnetvorläufer 200, in dem der Volumenanteil der magnetischen Phase 50 92,30 bis 96,20 at% beträgt, eine Magnetisierung von 80,00 emu/g oder mehr erhalten wird.
  • Wie aus Tabelle 1 und 5 ersichtlich, wurde bestätigt, dass in einem Seltenerd-Magneten 100, in dem der Gehalt an Ce 11,80 bis 12,90 at% beträgt, eine Koerzitivkraft von 4,40 kOe oder mehr erhalten wird. Wie aus Tabelle 1 und 6 ersichtlich, wurde zusätzlich bestätigt, dass in einem Seltenerd-Magneten 100, in dem der Volumenanteil der Hauptphase 10 von 92,30 bis 96,20% beträgt, eine Magnetisierung von 80,00 emu/g oder mehr erhalten wird.
  • Wie aus den 7 bis 9 ersichtlich, wurde bestätigt, dass die Konzentration von Ce in der Hauptphase 10 höher ist als in der Zwischenphase 30 und die Konzentration von Nd(R2) ist in der Zwischenphase 30 höher als in der Hauptphase 10.
  • Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung konnten von diesen Ergebnissen bestätigt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Hauptphase
    20
    Korngrenzphase
    30
    Zwischenphase
    50
    Magnetische Phase
    60
    (Ce,R1)-reiche Phase
    100
    Seltenerd-Magnet
    200
    Seltenerd-Magnetvorläufer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016111136 A [0005]

Claims (22)

  1. Seltenerd-Magnet umfassend: eine Hauptphase, eine Korngrenzphase, welche die Hauptphase umgibt, und eine Zwischenphase, die zwischen der Hauptphase und der Korngrenzphase angeordnet ist, und wobei eine Gesamtzusammensetzung des Seltenerd-Magneten durch die Formel: CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s·(R2 1-xM2 x)t dargestellt wird (wobei R1 und R2 ein Seltenerd-Element außer Ce sind, T ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Fe, Ni, und Co, ist, M1 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Ti, Ga, Zn, Si, Al, Nb, Zr, Mn, V, W, Ta, Ge, Cu, Cr, Hf, Mo, P, C, Mg, Hg, Ag, und Au, ist, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist, M2 ein Legierungselement, welches durch Legieren mit R2 bewirkt, dass der Schmelzpunkt von R2 1-xM2 x geringer als der Schmelzpunkt von R2 ist, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist, und p, q, r, s, t, und x sind 11,80 ≤ p ≤ 12,90, 0 ≤ q ≤ 3,00, 5,00 ≤ r ≤ 20,00, 0 ≤ s ≤ 3,00, 1,00 ≤ t ≤ 11,00, und 0,10 ≤ x ≤ 0,50), die Konzentration von Ce in der Hauptphase höher als in der Zwischenphase ist, und die Konzentration von R2 in der Zwischenphase höher als in der Hauptphase ist.
  2. Seltenerd-Magnet nach Anspruch 1, wobei das p 11,80 ≤ p ≤ 12,20 ist.
  3. Seltenerd-Magnet nach Anspruch 1 oder 2, wobei das q 0 ≤ q ≤ 2,00 ist.
  4. Seltenerd-Magnet nach Anspruch 1 oder 2, wobei das q 0 ≤ q ≤ 1,00 ist.
  5. Seltenerd-Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Volumenanteil der Hauptphase 85,00 bis 96,20% beträgt.
  6. Seltenerd-Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das R1 ein oder mehrere Element, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy, und Tb ist.
  7. Seltenerd-Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das R2 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy, und Tb ist.
  8. Seltenerd-Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Konzentration von Ce 1,5 bis 10,0 Mal höher in der Hauptphase als in der Zwischenphase ist.
  9. Seltenerd-Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Konzentration von R2 1,5 bis 10,0 Mal in der Zwischenphase höher als in der Hauptphase ist.
  10. Seltenerd-Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das x 0,20 ≤ x ≤ 0,40 ist.
  11. Seltenerd-Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Dicke der Zwischenphase 5 bis 50 nm beträgt.
  12. Seltenerd-Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das T Fe ist.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Seltenerd-Magneten, umfassend: Herstellung eines Seltenerd-Magnetvorläufers umfassend eine Gesamtzusammensetzung des Seltenerd-Magneten, welche durch die Formel: CepR1 qT(100-p-q-r-s)BrM1 s dargestellt wird (wobei R1 ein Seltenerd-Element außer Ce ist, T ein oder mehrere Element, ausgewählt aus Fe, Ni, und Co, ist, M1 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Ti, Ga, Zn, Si, Al, Nb, Zr, Mn, V, W, Ta, Ge, Cu, Cr, Hf, Mo, P, C, Mg, Hg, Ag, und Au, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist, und p, q, r, und s sind 11,80 ≤ p ≤ 12,90, 0 ≤ q ≤ 3,00, 5,00 ≤ r ≤ 20,00, und 0 ≤ s ≤ 3,00), und eine magnetische Phase und eine (Ce,R1)-reiche Phase, welche die magnetische Phase umgibt, Herstellen eines Modifikators, welcher eine Legierung enthält, welche durch R2 1-xM2 x dargestellt ist (wobei R2 ein Seltenerd-Element außer Ce ist, M2 ein Legierungselement, welches durch Legieren mit R2 bewirkt, dass der Schmelzpunkt von R2 1-xM2 x geringer als der Schmelzpunkt von R2 ist, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist, und 0,10 ≤ x ≤ 0,50), das miteinander in Kontaktbringen des Seltenerd-Magnetvorläufers und des Modifikators, um einen Kontaktkörper zu erhalten, und Wärmebehandeln des Kontaktkörpers, um das Innere der magnetischen Phase des Seltenerd-Magnetvorläufers mit einer Schmelze des Modifikators zu infiltrieren.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das p 11,80 ≤ p ≤ 12,20 ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das q 0 ≤ q ≤ 2,00 ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das q 0 ≤ q ≤ 1,00 ist.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das R1 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy, und Tb, ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das R2 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Nd, Pr, Dy, und Tb, ist und M2 ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Cu, Al, und Co, und eine unvermeidbare Verunreinigung ist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das x 0,20 ≤ x ≤ 0,40 ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Menge des infiltrierten Modifikators von 1,0 bis 11,0 at% bezogen auf den Seltenerd-Magnetvorläufer ist.
  21. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Temperatur der Wärmebehandlung 600 bis 800 °C beträgt.
  22. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei das T Fe ist.
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