DE102017222060A1

DE102017222060A1 - Permanentmagnet auf R-T-B-Basis

Info

Publication number: DE102017222060A1
Application number: DE102017222060.0A
Authority: DE
Inventors: Kiyoyuki MASUSAWA; Makoto Nakane
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2018-06-07
Also published as: CN108154987A; US10672545B2; JP2022115921A; US20180158583A1; CN108154987B

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Permanentmagneten auf R-T-B-Basis bereitzustellen, der eine hohe magnetische Restflussdichte Br und eine hohe Koerzitivkraft HcJ zeigt, und der ferner diese auch zeigt, nachdem ein schweres Seltene-Erde-Element entlang von Korngrenzen diffundiert ist. Es wird ein Permanentmagnet auf R-T-B-Basis bereitgestellt, in welchem R ein Seltenes-Erde-Element ist, T ein anderes Element als das Seltene-Erde-Element, B, C, O oder N ist, und B Bor ist. T umfasst zumindest Fe, Cu, Co und Ga, und ein Gesamtanteil an R beträgt 28,0 bis 30,2 Masse-%, ein Cu-Anteil beträgt 0,04 bis 0,50 Masse-%, ein Co-Anteil beträgt 0,5 bis 3,0 Masse-%, ein Ga-Anteil beträgt 0,08 bis 0,30 Masse-% und ein B-Anteil beträgt 0,85 bis 0,95 Masse-%, bezogen auf 100 Masse-% einer Gesamtmasse an R, T und B.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnet auf R-T-B-Basis.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Seltene-Erde-Permanentmagnet mit einer Zusammensetzung auf R-T-B-Basis ist ein Magnet, der überlegene magnetische Eigenschaften zeigt, und es werden aktuell viele Untersuchungen durchgeführt, die nach weiteren Verbesserungen der magnetischen Eigenschaften streben. Faktoren zum Ausdrücken der magnetischen Eigenschaften sind im Allgemeinen die magnetische Restflussdichte (Restmagnetisierung) Br und die Koerzitivkraft HcJ. Ein Magnet, der hohe Werte davon aufweist, wird als ein Magnet erachtet, der überlegene magnetische Eigenschafteh hat.
Beispielsweise erwähnt die Patentschrift 1 einen Seltene-Erde-Permanentmagnet auf Nd-Fe-B-Basis, der gute magnetische Eigenschaften hat.
Ferner erwähnt Patentschrift 2 einen Seltene-Erde-Permanentmagnet, in welchem ein Magnetkörper in eine Aufschlämmung eingetaucht wird, in der ein feines Pulver mit einem Seltene-Erde-Element in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel verteilt ist, wobei dann eine Erwärmung erfolgt und das Seltene-Erde-Element entlang den Korngrenzen in dem Magnetkörper diffundiert wird.

Patentschrift 1: JP 2006-210893A
Patentschrift 2: Eine Broschüre der WO 2006/43348

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Permanentmagnet auf R-T-B-Basis bereitzustellen, der eine hohe magnetische Restflussdichte Br und eine hohe Koerzitivkraft HcJ aufweist und der diese auch nach einer Korngrenzendiffusion eines schweren Seltene-Erde-Elements aufweist.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, stellt der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der Erfindung bereit
einen Permanentmagnet auf R-T-B-Basis, in welchem
„R“ ein Seltenes-Erde-Element ist, „T“ ein Element ist, das nicht ein Seltenes-Erde-Element, „B“, „C“, „O“ oder „N“ ist, und „B“ Bor ist,
„T“ zumindest Fe, Cu, Co und Ga umfasst, und
ein Gesamtanteil an „R“ 28,0 bis 30,2 Masse-% beträgt, ein Cu-Anteil 0,04 bis 0,50 Masse-% beträgt, ein Co-Anteil 0,5 bis 3,0 Masse-% beträgt, ein Ga-Anteil 0,08 bis 0,30 Masse-% beträgt und ein „B“-Anteil 0,85 bis 0,95 Masse-% beträgt, bezogen auf 100 Masse-% einer Gesamtmasse von „R“, „T“ und „B“.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der Erfindung kann eine verbesserte magnetische Restflussdichte Br und eine verbesserte Koerzitivkraft HcJ aufweisen, indem er die zuvor genannten Eigenschaften besitzt. Zusätzlich können Wirkungen, die durch die Korngrenzendiffusion eines schweren Seltene-Erde-Elements erhalten werden, weiter verbessert werden. Genauer gesagt, die magnetische Restflussdichte Br und die Koerzitivkraft HcJ des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis, die nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements erhalten werden, können ebenfalls weiter verbessert sein.
Der Gesamtanteil an „R“ kann 29,2 bis 30,2 Masse-% betragen.
„R“ kann zumindest Nd umfassen.
„R‟ kann zumindest Pr umfassen. Ein Pr-Anteil kann größer als Null sein und 10,0 Masse-% oder kleiner sein.
„R‟ kann zumindest Nd und Pr umfassen.
„T‟ kann ferner Al umfassen. Ein Al-Anteil kann 0,15 bis 0,30 Masse-% betragen.
„T‟ kann ferner Zr umfassen. Ein Zr-Anteil kann 0,10 bis 0,30 Masse-% betragen.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis kann ferner „C“ umfassen. Ein „C“-Anteil kann 1100 ppm oder weniger bezogen auf eine Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis betragen.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis kann ferner „N“ umfassen. Ein „N“-Anteil kann bei 1000 ppm oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis liegen.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis kann ferner „O“ umfassen. Ein „O“-Anteil kann bei 1000 ppm oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis liegen.
Ein Atomverhältnis von TRE/B kann 2,2 bis 2,7 betragen, wobei TRE der Gesamtanteil an R ist.
Ein Atomverhältnis von 14 B/(Fe + Co) kann größer als Null und 1,01 oder kleiner sein.
Eine Konzentration des schweren Seltene-Erde-Elements kann sich in dem Magnetkörper von außen nach innen verringern.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
<Permanentmagnet auf R-T-B-Basis>
Ein Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der Ausführungsform enthält Körner, die aus R₂T₁₄B-Kristallen und ihren Korngrenzen aufgebaut sind. Eine magnetische Restflussdichte Br, eine Koerzitivkraft HcJ, eine Korrosionswiderstandsfähigkeit bzw. Korrosionsbeständigkeit und eine Stabilität bei der Herstellung können verbessert werden, indem eine Reihe spezieller Elemente innerhalb eines spezifizierten Bereichs ihres Anteils mit aufgenommen wird. Zusätzlich kann die Abnahmerate der magnetischen Restflussdichte Br bei dem zuvor genannten Korngrenzendiffusionsvorgang klein gemacht werden, während die Anstiegsrate der Koerzitivkraft HcJ vergrößert werden kann. Das heißt, der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt verbesserte Eigenschaften selbst ohne den Korngrenzendiffusionsvorgang und des Weiteren ist der besagte Permanentmagnet auf R-T-B-Basis für den Korngrenzendiffusionsvorgang geeignet. In Hinblick auf eine Verbesserung der Koerzitivkraft HcJ ist das Element, das entlang den Korngrenzen zur Diffusion gebracht wird, vorzugsweise das schwere Seltene-Erde-Element.
„R‟ ist das Seltene-Erde-Element. Das Seltene-Erde-Element umfasst Sc, Y und Lanthanoide, und gehört zu der Gruppe III in der langen Periodentabelle. Lanthanoide umfassen etwa La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Ferner ist Nd vorzugsweise als „R“ enthalten.
Die Seltene-Erde-Elemente werden generell in leichte Seltene-Erde-Elemente und schwere Seltene-Erde-Elemente eingestuft. Schwere Seltene-Erde-Elemente des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu.
„T“ ist ein Element, das nicht das Seltene-Erde-Element und nicht B, C, O oder N ist. Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst zumindest Fe, Co, Cu und Ga als „T“. Es können eine oder mehrere Arten von Elementen aus den Elementen, etwa Al, Mn, Zr, Ti, V, Cr, Ni, Nb, Mo, Ag, Hf, Ta, W, Si, P, Bi, Sn zusätzlich als „T“ enthalten sein.
„B‟ ist Bor.
Ein Gesamtanteil an „R“ in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der vorliegenden Ausführungsform beträgt 28,0 Masse-% oder mehr bis 30,2 Masse-% oder weniger bezogen auf 100 Masse-% einer Gesamtmasse an R, T und B. Wenn der Gesamtanteil an „R“ zu gering ist, nimmt die Koerzitivkraft HcJ ab. Wenn der Gesamtanteil an „R“ zu groß ist, nimmt die magnetische Restflussdichte Br ab. Der Gesamtanteil an „R“ kann 29,2 Masse-% bis 30,2 Masse-% betragen. Wenn der Gesamtanteil an „R“ 29,2 Masse-% oder höher beträgt, wird der Grad an Verformung während des Sintervorgangs gering, und somit wird die Stabilität bei der Herstellung verbessert.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält Nd mit einem optionalen Anteil. Ein Nd-Anteil kann Null bis 30,2 Masse-%, kann Null bis 29,7 Masse-%, kann 19,7 bis 29,7 Masse-%, kann 19,7 bis 24,7 Masse-% oder kann 19,7 bis 22,6 Masse-% bezogen auf 100 Masse-% einer Gesamtmasse an „R“, „T“ und „B“ betragen. Ein Pr-Anteil kann Null bis 10,0 Masse-% betragen. Das heißt, gegebenenfalls ist Pr nicht enthalten. Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zumindest Nd und Pr als „R“ enthalten. Ein Pr-Anteil kann 5,0 Masse-% oder mehr und 10,0 Masse-% oder weniger betragen, und er kann ferner 5,0 Masse-% oder mehr und 7,6 Masse-% oder weniger betragen. Wenn ein Pr-Anteil 10,0 Masse-% oder weniger beträgt, ist der Temperaturkoeffizient der Koerzitivkraft HcJ verbessert. Insbesondere beträgt zur Verbesserung der Koerzitivkraft HcJ bei hoher Temperatur der Pr-Anteil vorzugsweise Null bis 7,5 Masse-%.
Des Weiteren kann der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform insgesamt 0,5 Masse-% oder weniger an Tb und/oder Dy als „R“ enthalten. Es ist einfacher, eine hohe magnetische Restflussdichte beizubehalten, wenn der Gesamtanteil an Tb und/oder Dy 0,5 Masse-% oder weniger beträgt.
Der Cu-Anteil beträgt 0,04 Masse-% oder mehr und 0,50 Masse-% oder weniger bezogen auf 100 Masse-% der Gesamtmasse an „R“, „T“ und „B“. Die Koerzitivkraft HcJ wird tendenziell geringer, wenn der Cu-Anteil kleiner als 0,04 Masse-% ist. Des Weiteren wird die Zunahmerate ΔHcJ der Koerzitivkraft HcJ bei der Diffusion eines schweren Seltene-Erde-Elements (das heißt, bei Anwendung des Korngrenzendiffusionsvorgangs) unzureichend, und die Koerzitivkraft HcJ nach der Diffusion eines schweren Seltene-Erde-Elements nimmt tendenziell ab. Die Koerzitivkraft HcJ nimmt tendenziell ab, wenn der Cu-Anteil 0,50 Massen-% übersteigt und die magnetische Restflussdichte Br nimmt ebenfalls tendenziell ab. Ferner kann die Zunahmerate ΔHcJ der Koerzitivkraft HcJ bei der Diffusion eines schweren Seltene-Erde-Elements gegebenenfalls in die Sättigung gelangen und die magnetische Restflussdichte Br nimmt tendenziell ab. Des Weiteren kann der Cu-Anteil 0,10 Masse-% oder höher und 0,50 Masse-% oder kleiner sein und kann 0,10 Masse-% oder höher und 0,30 Masse-% oder kleiner sein. Die Korrosionsbeständigkeit nimmt tendenziell zu, wenn der Cu-Anteil auf 0,10 Masse-% oder höher eingestellt wird.
Ein Ga-Anteil beträgt 0,08 Masse-% oder mehr und 0,30 Masse-% oder weniger, bezogen auf 100% Masse-% der Gesamtmasse an „R“, „T“ und „B“. Die Koerzitivkraft HcJ nimmt ausreichend zu, wenn der Ga-Anteil 0,08 Masse-% oder mehr beträgt. Eine Unterphase, etwa eine R-T-Ga-Phase, bildet sich tendenziell aus, und eine magnetische Restflussdichte Br nimmt tendenziell ab, wenn der Ga-Anteil 0,30 Masse-% übersteigt. Ferner kann der Ga-Anteil 0,10 Masse-% oder höher und 0,25 Masse-% oder niedriger sein.
Ein Co-Anteil beträgt 0,5 Masse-% oder mehr und 3,0 Masse-% oder weniger bezogen auf 100 Masse-% der Gesamtmasse an „R“, „T“ und „B“. Durch die Aufnahme von Co verbessert sich die Korrosionsbeständigkeit. Die Korrosionsbeständigkeit des schließlich erhaltenen Permanentmagneten auf R-T-B-Basis nimmt ab, wenn der Co-Anteil kleiner als 0,5 Masse-% ist. Verbessernde Wirkungen in Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit nehmen nicht weiter zu und es werden höhere Kosten hervorgerufen, wenn der Co-Anteil 3,0 Masse-% übersteigt. Der Co-Anteil kann 1,0 Masse-% oder mehr und 3,0 Masse-% oder weniger betragen.
Ein Al-Anteil beträgt 0,15 Masse-% oder mehr und 0,30 Masse-% oder weniger, bezogen auf 100 Masse-% der Gesamtmasse an „R“, „T“ und „B“. Wenn der Al-Anteil 0,15 Masse-% oder höher ist, kann die Koerzitivkraft HcJ vor und nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements zunehmen. Ferner werden Unterschiede der magnetischen Eigenschaften, insbesondere der Koerzitivkraft HcJ, aufgrund von Änderungen der Alterungstemperatur und/oder der Temperatur bei der Wärmebehandlung nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements klein, und die Schwankungen der Eigenschaften während der Massenherstellung werden gering. Das heißt, die Stabilität des Herstellungsprozesses nimmt zu. Die magnetische Restflussdichte Br vor und nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements kann verbessert werden, wenn der Al-Anteil 0,30 Masse-% oder weniger ist. Der Temperaturkoeffizient der Koerzitivkraft HcJ kann ebenfalls verbessert werden. Der Al-Anteil kann 0,15 Masse-% oder höher und 0,25 Masse-% oder kleiner sein. Die Unterschiede der magnetischen Eigenschaften, insbesondere der Koerzitivkraft HcJ, aufgrund von Änderungen der Alterungstemperatur und/oder der Temperatur bei der Wärmebehandlung nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements werden zunehmend geringer, wenn der Al-Anteil 0,15 Masse-% oder höher und 0,25 Masse-% oder kleiner ist.
Ein Zr-Anteil beträgt 0,10 Masse-% oder mehr und 0,30 Masse-% oder weniger bezogen auf 100 Masse-% der Gesamtmasse an „R“, „T“ und „B“. Ein unnormales Kornwachstum während des Sinterns kann verhindert werden, und ein Rechteckigkeitsverhältnis Hk/HcJ und ein Magnetisierungsverhältnis bei kleinem Magnetfeld können verbessert werden, indem Zr mit aufgenommen wird. Durch Einstellen des Zr-Anteils auf 0,10 Masse-% oder höher kann die hemmende Wirkung beim unnormalen Kornwachstum während des Sinterns durch den Einbau von Zr verbessert werden, und das Rechteckigkeitsverhältnis Hk/HcJ und das Magnetisierungsverhältnis bei niedrigem Magnetfeld können verbessert werden. Durch die Einstellung des Zr-Anteils auf 0,30 Masse-% oder weniger kann die magnetische Restflussdichte Br verbessert werden. Der Zr-Anteil kann 0,15 Masse-% oder höher und 0,30 Masse-% oder kleiner sein, und kann 0,15 Masse-% oder höher und 0,25 Masse-% oder kleiner sein. Durch Einstellung des Zr-Anteils auf 0,15 Masse-% oder höher kann ein optimaler Temperaturbereich für das Sintern vergrößert werden. Das heißt, die hemmende Wirkung für das unnormale Kornwachstum während des Sinterns wird weiter verbessert. Die Schwankungen der Eigenschaften werden gering und die Stabilität des Herstellungsprozesses wird verbessert.
Des Weiteren kann der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform Mn enthalten. Wenn Mn enthalten ist, kann der Mn-Anteil 0,02 Masse-% bis 0,10 Masse-% bezogen auf 100 Masse-% der Gesamtmasse an „R“, „T“ und „B“ betragen. Durch Einstellung des Mn-Anteils auf 0,02 Masse-% oder mehr, nimmt die magnetische Restflussdichte Br tendenziell zu und die Zunahmerate ΔHcJ der Koerzitivkraft HcJ durch Diffusion eines schweren Seltene-Erde-Elements nimmt tendenziell zu. Durch die Einstellung des Mn-Anteils auf 0,10 Masse-% oder weniger nimmt die Koerzitivkraft HcJ tendenziell zu und die Zunahmerate ΔHcJ der Koerzitivkraft HcJ durch Diffusion des Seltene-Erde-Elements nimmt tendenziell zu. Der Mn-Anteil kann 0,02 Masse-% oder höher und 0,06 Masse% oder kleiner sein.
Der „B“-Anteil in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt 0,85 Masse-% oder mehr und 0,95 Masse-% oder weniger, bezogen auf 100 Masse-% der Gesamtmasse an „R“, „T“ und „B“. Es wird schwierig, ein ausgeprägtes Rechteckigkeits-Verhalten zu realisieren, wenn der „B“-Anteil kleiner als 0,85 Masse-% ist. Das heißt, es wird schwierig, das Rechteckigkeitsverhältnis Hk/HcJ zu erhöhen. Das Rechteckigkeitsverhältnis Hk/HcJ nach der Korngrenzendiffusion nimmt tendenziell ab, wenn der „B“-Anteil 0,95 Masse-% übersteigt. Der „B“-Anteil kann 0,88 Masse-% oder höher und 0,94 Masse-% oder kleiner sein. Die magnetische Restflussdichte Br nimmt tendenziell ferner zu, wenn der „B“-Anteil 0,88 Masse-% oder höher ist. Die Koerzitivkraft HcJ nimmt tendenziell weiter zu, wenn der „B“-Anteil 0,94 Masse-% oder kleiner ist.
Ein Atomverhältnis TRE/B kann 2,2 oder größer und 2,7 oder kleiner sein, wobei TRE ein Gesamtanteil der „R“-Elemente ist. Das Atomverhältnis TRE/B kann 2,29 oder größer und 2,63 oder kleiner sein, es kann 2,32 oder größer und 2,63 oder kleiner sein, es kann 2,34 oder größer und 2,59 oder kleiner sein, es kann 2,34 oder größer und 2,54 oder kleiner sein, und es kann 2,36 oder größer und 2,54 oder kleiner sein. Die magnetische Restflussdichte und die Koerzitivkraft HcJ werden tendenziell größer, wenn das TRE/B innerhalb des vorhergehenden Bereichs liegt.
Ferner kann ein Atomverhältnis 14 B/(Fe + Co) größer als Null bis 1,01 oder kleiner sein. Ein Rechteckigkeitsverhältnis nach der Korngrenzendiffusion nimmt tendenziell zu, wenn 14 B/(Fe + Co) gleich 1,01 oder kleiner ist. 14 B/(Fe + Co) kann gleich 1,00 oder kleiner sein.
Der Kohlenstoff-„C“-Anteil in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezogen auf eine Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis kann 1100 ppm oder weniger, 1000 ppm oder weniger, oder 900 ppm oder weniger betragen. Er kann ferner 600 bis 1100 ppm, 600 bis 1000 ppm, oder 600 bis 900 ppm sein. Die Koerzitivkraft HcJ vor und nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements nimmt tendenziell zu, wenn der Kohlenstoffanteil 1100 ppm oder weniger ist. Insbesondere in Hinblick auf die Verbesserung der Koerzitivkraft HcJ nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements kann der Kohlenstoffanteil 900 ppm oder weniger sein. Die Herstellung des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis, in welchem der Kohlenstoffanteil kleiner als 600 ppm ist, führt dazu, dass die Prozessbedingungen für den Permanentmagneten auf R-T-B-Basis schwierig werden, was daher einem Faktor entspricht, der die Kosten erhöht.
Insbesondere in Hinblick auf die Verbesserung des Rechteckigkeitsverhältnisses nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements kann der Kohlenstoffanteil bei 800 bis 1100 ppm liegen.
Ein Stickstoff-„N“-Anteil in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezogen auf eine Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis kann bei 1000 ppm oder weniger, bei 700 ppm oder weniger, oder bei 600 ppm oder weniger liegen. Der „N“-Anteil kann 250 bis 1000 ppm betragen, kann 250 bis 700 ppm betragen, oder 250 bis 600 ppm betragen. Die Koerzitivkraft HcJ nimmt tendenziell zu, wenn der Stickstoffanteil gering ist. Die Herstellung des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis, in welchem der Stickstoffanteil kleiner als 250 ppm ist, führt zu erschwerten Prozessbedingungen für den Permanentmagneten auf R-T-B-Basis, was einen Faktor für die Zunahme der Kosten darstellt.
Ein Sauerstoff-„O“-Anteil in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezogen auf eine Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis kann 1000 ppm oder weniger, 800 ppm oder weniger, 700 ppm oder weniger, oder 500 ppm oder weniger sein. Er kann 350 bis 500 ppm betragen. Die Koerzitivkraft HcJ vor der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements nimmt tendenziell zu, wenn der Sauerstoffanteil gering ist. Die Herstellung des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis, bei welchem der Sauerstoffanteil kleiner als 350 ppm ist, führt zu Prozessbedingungen für den Permanentmagneten auf R-T-B-Basis, die schwierig sind, was einen Faktor für die Zunahme der Kosten darstellt.
Ferner kann durch die Einstellung des „R“-Anteils auf 29,2 Masse-% oder mehr und die Einstellung des Sauerstoffanteils auf 1000 ppm oder weniger, 800 ppm oder weniger, 700 ppm oder weniger, oder 500 ppm oder weniger die Verformung während des Sinterns verhindert werden und die Stabilität bei der Herstellung kann verbessert werden.
Es können die folgenden Gründe für die Verhinderung der Verformung während des Sinters in Betracht gezogen werden, indem der Gesamtanteil an „R“ auf einen vorbestimmten Betrag oder höher eingestellt und der Sauerstoffanteil verringert wird. Der Sinter-Mechanismus eines Permanentmagneten auf R-T-B-Basis ist eine Flüssigphasen-Sinterung, in der die Korngrenzen-Phasenkomponente, die als R-reiche Phase bezeichnet wird, schmilzt, um eine flüssige Phase während des Sinterns zu bilden, und diese Phase fördert die Verdichtung. Andererseits ist „O“ reaktiv in Bezug auf die R-reiche Phase, und die Seltene-Erde-Oxidphase wird stärker gebildet, wenn der „O“-Anteil zunimmt, und der Anteil der R-reichen Phase nimmt ab. Obwohl nur in sehr geringer Menge, ist dennoch im Allgemeinen ein oxidierendes Verunreinigungsgas in einem Sinterofen vorhanden. Während des Sintervorgangs oxidiert daher die R-reiche Phase in der Nähe der Oberfläche eines Vorform-Presslings, und der Anteil der R-reichen Phase kann lokal abnehmen. Bei einer Zusammensetzung mit einem großen Gesamtanteil an „R“ und einem geringen Anteil an „O“ wird der Anteil der R-reichen Phase groß, und ein Einfluss der Oxidation auf das Schrumpfverhalten während des Sinterns wird gering. Bei Zusammensetzungen mit kleinem „R“-Anteil und/oder großem „O“-Anteil beeinflusst die Oxidation während des Sinterns das Schrumpfverhalten während des Sinterns, da der Anteil der R-reichen Phase klein wird. Folglich wird ein gesinterter Körper durch die teilweise erfolgende Änderung im Schrumpfverhalten verformt, das heißt, es erfolgt eine Teilgrößenänderung. Somit kann die Verformung während des Sinterns verhindert werden, wenn ein Gesamtanteil an „R“ auf einen vorgegebenen Anteil oder größer eingestellt wird und der „O“-Anteil verringert wird.
Ein Messverfahren für Komponenten diverser Arten, die in dem Permanentmagneten auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten sind, kann ein konventionell und allgemein bekanntes Verfahren sein. Anteile diverser Arten von Elementen können gemessen werden etwa durch Röntgenstrahlen-Fluoreszenzanalyse, durch Atomemissionsspektroskopie im gekoppelten Plasma (ICP-Analyse) und dergleichen. Der Sauerstoffanteil kann etwa gemessen werden durch nicht-dispersive Infrarot-Absorptionsverfahren in der inerten Gasfusion. Der Kohlenstoffanteil wird gemessen etwa durch ein Infrarot-Absorptionsverfahren bei der Verbrennung im Sauerstoffstrom. Der Stickstoffanteil wird gemessen etwa durch ein Verfahren der thermischen Leitfähigkeit bei Inertgasfusion.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine beliebige bzw. optionale Form. Beispielsweise kann eine rechteckige Parallelepiped-Form hergestellt werden.
Im Weiteren wird ein Herstellungsverfahren des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis detailliert beschrieben, wobei jedoch auch andere bekannte Verfahren eingesetzt werden können.
[Herstellungsvorgang für ein Rohmaterialpulver]
Es kann ein Rohmaterialpulver durch ein gut bekanntes Verfahren hergestellt werden. Es wird jedoch ein Einzel-Legierungs-Verfahren unter Anwendung einer einzigen Legierung in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben; es kann jedoch auch ein Verfahren, das als Zwei-Legierungsverfahren bekannt ist, eingesetzt werden, in welchem die erste und die zweite Legierung jeweils zueinander eine unterschiedliche Zusammensetzung haben und gemischt werden, um ein Rohmaterialpulver herzustellen.
Zunächst wird eine Rohmateriallegierung des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis hergestellt (ein Legierungsherstellungsvorgang). Bei dem Legierungsherstellungsvorgang wird eine Rohmateriallegierung mit gewünschter Zusammensetzung hergestellt, indem die Rohmaterialmetalle entsprechend einer Zusammensetzung des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis der Ausführungsform durch ein gut bekanntes Verfahren geschmolzen und nachfolgend geformt bzw. gegossen werden.
Es können ein Seltene-Erde-Metall, eine Seltene-Erde-Legierung, reines Eisen, Eisen-Bor, Metall, etwa Co oder Cu, eine Legierung davon, eine Verbindung davon und dergleichen als das Rohmaterialmetall verwendet werden. Ein Gießverfahren, im welchem die Rohmateriallegierung aus dem Rohmaterialmetall gegossen wird, kann ein beliebiges Verfahren sein. Es kann ein Bandgussverfahren eingesetzt werden, um den Permanentmagnet auf R-T-B-Basis mit verbesserten Magneteigenschaften zu erhalten. Es kann bei Bedarf eine homogenisierende Behandlung an der erhaltenen Rohmateriallegierung durch ein gut bekanntes Verfahren ausgeführt werden.
Nach der Herstellung der Rohmateriallegierung wird dieses pulverisiert (Pulverisierungsvorgang). Zu beachten ist, dass eine Atmosphäre jedes Vorgangs, ausgehend von dem Pulverisierungsprozess bis zu dem Sintervorgang, eine Atmosphäre mit geringer Sauerstoffkonzentration in Hinblick auf die Erreichung guter magnetischer Eigenschaften sein kann. Beispielsweise kann die Sauerstoffkonzentration in jedem Prozess bei 200 ppm oder weniger liegen. Durch die Steuerung der Sauerstoffkonzentration in jedem Prozess kann der Sauerstoffanteil, der in dem Permanentmagneten auf R-T-B-Basis enthalten ist, gesteuert werden.
Anschließend werden der Pulverisierungsvorgang in Form eines Zwei-Stufen-Prozesses mit einem groben Pulverisierungsvorgang, in welchem die Rohmateriallegierung pulverisiert wird, bis der Teilchendurchmesser ungefähr hunderte µm bis einige mm annimmt, und mit einem feinen Pulverisierungsvorgang, in welchem der Teilchendurchmesser ungefähr einige µm annimmt, ausgeführt; jedoch kann der besagte Pulverisierungsvorgang ein einstufiger Prozess sein, der lediglich den feinen Pulverisierungsvorgang enthält.
In dem groben Pulverisierungsvorgang wird die Rohmateriallegierung grob pulverisiert, bis der Teilchendurchmesser ungefähr einige hundert µm bis einige mm annimmt. Es wird somit ein grob pulverisiertes Pulver erhalten. Das Grob-Pulverisierungsverfahren kann ein beliebiges Verfahren sein, und es kann ein gut bekanntes Verfahren, etwa ein Wasserstoff-Anreicherungs-Pulverisierungsverfahren, ein Verfahren unter Anwendung einer groben Pulverisiereinrichtung und dergleichen, angewendet werden. Im Falle der Ausführung des Wasserstoff-Anreicherungs-Pulverisierungsverfahrens kann eine Stickstoffmenge, die in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis enthalten ist, gesteuert werden, indem die Stickstoffgaskonzentration in einer Atmosphäre gesteuert wird, wenn eine Dehydrierungsbehandlung ausgeführt wird.
Anschließend wird das erhaltene grob pulverisierte Pulver fein pulverisiert, bis der mittlere Teilchendurchmesser ungefähr einige µm beträgt (ein Fein-Pulverisierungsvorgang). Daher wird ein feines pulverisiertes Pulver, das heißt, ein Rohmaterialpulver, erhalten. Der mittlere Teilchendurchmesser des fein pulverisierten Pulvers kann 1 µm oder größer und 10µm oder kleiner sein, er kann 2µm oder größer und 6 µm oder kleiner sein, oder er kann 3 µm oder größer und 5 µm oder kleiner sein. Der in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis enthaltene Stickstoffanteil kann gesteuert werden, indem die Stickstoffgaskonzentration in einer Atmosphäre während des Fein-Pulverisierungsvorgangs gesteuert wird.
Das Fein-Pulverisierungsverfahren kann ein beliebiges Verfahren sein. Beispielsweise können diverse Arten einer Fein-Pulverisierungseinrichtung für die Feinpulverisierung verwendet werden.
In dem Fein-Pulverisierungsvorgang bei Anwendung auf grob pulverisiertes Pulver kann fein pulverisiertes Pulver mit einem hohen Grad an Orientierung bei der Verdichtung erhalten werden, indem diverse Pulverisierungsunterstützungsmittel, etwa Lauramid, Oleyamid und dergleichen zugesetzt werden. Ferner kann der in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis enthaltene Kohlenstoff-Anteil gesteuert werden, indem die Menge der zugesetzten Pulverisierungsunterstützungsmittel variiert wird.
[Verdichtungsvorgang]
In dem Kompaktisierungsvorgang bzw. Verdichtungsvorgang wird das zuvor genannte feine pulverisierte Pulver in eine gewünschte Form gepresst. Das Verdichten bzw. Verpressen kann in einem beliebigen Verfahren ausgeführt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das feine pulverisierte Pulver von zuvor in eine Form eingefüllt und bei Einwirkung eines Magnetfelds verpresst. Gemäß dem auf diese Weise erhaltenen Vorform-Pressling sind die Hauptphasenkristalle in einer speziellen Richtung orientiert. Daher kann der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis erhalten werden, der eine höhere magnetische Restflussdichte hat.
Der Verdichtungsdruck kann 20 MPa bis 300 MPa betragen. Das anliegende Magnetfeld kann 950 kA/m oder höher sein oder kann 950 kA/m bis 1600 kA/m sein. Das anliegende Magnetfeld ist nicht auf ein statisches Magnetfeld beschränkt, und es kann auch ein gepulstes Magnetfeld sein. Ferner können das statische Magnetfeld und das gepulste Magnetfeld in Kombination verwendet werden.
Zu beachten ist, dass als der Verdichtungsvorgang eine Nass-Verdichtung, in welcher eine Aufschlämmung, in der fein pulverisiertes Pulver in einem Lösungsmittel, etwa Öl, verteilt ist, verdichtet wird, zusätzlich zu der zuvor genannten trockenen Verdichtung eingesetzt werden kann, in der das feine pulverisierte Pulver ohne weitere Änderung verdichtet wird.
Eine Form des Vorform-Presslings, der durch die Verdichtung des feinen pulverisierten Pulvers erhalten wird, kann eine beliebige bzw. optionale Form haben. Ferner kann eine Dichte des Vorform-Presslings an diesem Punkt 4,0 Mg/m³ bis 4,3 Mg/m³ betragen.
[Sintervorgang]
Der Sintervorgang ist ein Prozess, in welchem der Vorform-Pressling in einem Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre gesintert wird und ein gesinterter Körper erhalten wird. Obwohl die Sintertemperatur entsprechend den Bedingungen, etwa der Zusammensetzung, dem Pulverisierungsverfahren, der Teilchengröße und der Teilchengrößenverteilung, angepasst werden muss, wird eine Erhitzung ausgeführt, indem der Vorform-Pressling etwa im Vakuum oder in einem Inertgas bei 1000° C oder höher bis 1200° C oder weniger eine Stunde lang oder länger bis 20 Stunden oder weniger erwärmt wird. Somit kann ein gesinterter Körper mit hoher Dichte erhalten werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der gesinterte Körper mit der Dichte von 7,45 Mg/m³ oder höher erhalten. Die Dichte des gesinterten Körpers kann 7,50 Mg/m³ oder höher sein.
[Alterungsbehandlungsvorgang]
Der Alterungsbehandlungsvorgang ist ein Prozess, in welchem der gesinterte Körper mit einer niedrigeren Temperatur als der Sintertemperatur wärmebehandelt wird. Ob die Alterungsbehandlung ausgeführt wird, unterliegt keiner besonderen Weise Einschränkung, und die Anzahl der Alterungsbehandlungsschritte ist ebenfalls keiner besonderen Einschränkung unterworfen, und sie wird in geeigneter Form entsprechend den gewünschten magnetischen Eigenschaften ausgeführt. Wenn ferner der zuvor genannte Korngrenzendiffusionsvorgang angewendet wird, kann der besagte Vorgang auch der Alterungsbehandlungsvorgang sein. An dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der Ausführungsform werden die Alterungsbehandlungen mit zwei Schritten ausgeführt. Im Weiteren wird die Ausführungsform beschrieben, in der die Alterungsbehandlungen in zwei Schritten ausgeführt werden.
Der Alterungsbehandlungsvorgang im ersten Schritt wird als der „der erste Alterungsvorgang“ definiert und der Alterungsbehandlungsvorgang im zweiten Schritt wird als „der zweite Alterungsvorgang“ definiert. Eine Alterungstemperatur des ersten Alterungsvorgangs ist als T1 definiert, und eine Alterungstemperatur des zweiten Alterungsvorgangs ist als T2 definiert.
Die Temperatur T1 und die Alterungszeitdauer während des ersten Alterungsvorgangs sind keiner besonderen Einschränkung unterworfen und können 700° C oder mehr und 900° C oder weniger und eine Stunde bis 10 Stunden sein.
Die Temperatur T2 und die Zeitdauer der Alterung während des zweiten Alterungsvorgangs sind keiner besonderen Einschränkung unterworfen und können 450° C oder höher und 700° C oder weniger und eine Stunde bis 10 Stunden sein.
Durch derartige Alterungsbehandlungen können die magnetischen Eigenschaften, insbesondere die Koerzitivkraft HcJ, des schließlich erhaltenen Permanentmagneten auf R-T-B-Basis verbessert werden.
Die Stabilität des Herstellungsprozesses des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis der vorliegenden Ausführungsform kann sich durch den Unterschied der magnetischen Eigenschaften aufgrund der Änderung der Alterungstemperatur ausdrücken. Wenn beispielsweise der Unterschied der magnetischen Eigenschaften aufgrund der Änderung der Alterungstemperatur groß ist, ändern sich die magnetischen Eigenschaften selbst bei einer kleinen Änderung der Alterungstemperatur. Daher ist ein akzeptabler Bereich für die Alterungstemperatur während des Alterungsvorgangs relativ klein und die Stabilität des Herstellungsprozesses ist gering. Wenn andererseits der Unterschied der magnetischen Eigenschaften aufgrund der Änderung der Alterungstemperatur klein ist, können sich die magnetischen Eigenschaften nur schwerlich ändern, selbst wenn sich die Alterungstemperatur ändert. Daher ist der akzeptable Bereich der Alterungstemperatur während des Alterungsvorganges groß und die Stabilität bei der Herstellung ist hoch.
Der somit erhaltene Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der vorliegenden Ausführungsform hat gewünschte Eigenschaften. Genauer gesagt, die magnetische Restflussdichte und die Koerzitivkraft HcJ sind hoch, und die Korrosionsbeständigkeit und die Stabilität bei der Herstellung sind verbessert. Wenn des Weiteren das zuvor genannte Korngrenzendiffusionsverfahren ausgeführt wird, ist die Abnahmerate der magnetischen Restflussdichte bei Diffusion eines schweren Seltene-Erde-Elements entlang den Korngrenzen gering, und eine Anstiegsrate der Koerzitivkraft HcJ ist groß. Das heißt, der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der vorliegenden Ausführungsform ist ein Magnet, der für die Korngrenzendiffusion geeignet ist.
Zu beachten ist, dass der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der vorliegenden Ausführungsform, der durch das vorhergehende Verfahren erhalten wird, durch Magnetisierung zu einem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis wird.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in geeigneter Weise für einen Motor, einen elektrischen Generator und dergleichen verwendet.
Zu beachten ist, dass die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, und dass eine Änderung innerhalb des Bereichs der Erfindung möglich ist.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis kann durch das vorhergehende Verfahren erhalten werden; jedoch ist das Herstellungsverfahren des besagten Permanentmagneten auf R-T-B-Basis nicht darauf beschränkt und kann in geeigneter Weise geändert werden. Beispielsweise kann der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der Ausführungsform durch ein Heiß-Verformungsverfahren hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis mittels Heiß-Verformung umfasst die folgenden Prozesse.

(a) Einen Prozess mit raschem Abschrecken, in welchem das Rohmaterialmetall geschmolzen und das erhaltene geschmolzene Metall rasch abgekühlt wird, um ein dünnes Band zu erhalten.
(b) Einen Pulverisierungsvorgang, in welchem das dünne Band pulverisiert wird und ein flockenartiges Rohmaterialpulver erhalten wird.
(c) Einen Kaltverdichtungsvorgang, in welchem das pulverisierte Rohmaterialpulver kalt verdichtet bzw. verpresst wird.
(d) Einen Vorheizvorgang, in welchem der kalte verpresste Körper vorgeheizt wird.
(e) Einen Heiß-Verdichtungsvorgang, in welchem der vorgewärmte, kalt verpresste Körper heiß verpresst wird.
(f) Einen heißen plastischen Verformungsvorgang, in welchem der heiß verpresste Körper auf eine vorbestimmte Form plastisch verformt wird.
(g) Einen Alterungsbehandlungsvorgang, in welchem der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis einer Alterungsbehandlung unterzogen wird.

Im Weiteren wird ein Verfahren beschrieben, in welchem das schwere Seltene-Erde-Element entlang den Korngrenzen in dem Permanentmagnet auf R-T-B-Basis der vorliegenden Ausführungsform der Diffusion unterzogen wird.
[Bearbeitungsvorgang (vor der Korngrenzendiffusion)]
Es kann ein Vorgang zur Bearbeitung des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewendet werden, so dass er bei Bedarf eine gewünschte Form hat. Der Bearbeitungsvorgang ist beispielsweise eine Formbearbeitung, etwa Schneiden und Schleifen, Randabschrägung, etwa durch Trommelpolieren, und dergleichen.
[Korngrenzendiffusionsvorgang]
Es wird eine Korngrenzendiffusion ausgeführt, indem eine Wärmebehandlung angewendet wird, nachdem ein schweres Seltene-Erde-Metall, eine Verbindung, eine Legierung und dergleichen, die jeweils ein schweres Seltene-Erde-Element aufweisen, auf der Oberfläche des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis durch Applikation, Beschichtung, Abscheidung und dergleichen angehaftet wird. Die Koerzitivkraft HcJ des schließlich erhaltenen Permanentmagneten auf R-T-B-Basis kann durch die Korngrenzendiffusion des schweren Seltene-Erde-Elements weiter erhöht werden.
Das schwere Seltene-Erde-Element kann Dy oder Tb sein, wobei Tb bevorzugt wird.
In den folgenden Ausführungsformen wird ein aufzubringendes Material, etwa eine Aufschlämmung, eine Paste und dergleichen, das das schwere Seltene-Erde-Element enthält, vorbereitet, und das aufzutragende Material wird auf die Oberfläche des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis aufgebracht.
Der Zustand des aufzubringenden Materials ist beliebig bzw. optional, beispielsweise in Form eines Pulverzustands, eines Zustands einer Aufschlämmung und dergleichen. Was als das schwere Seltene-Erde-Metall, die Verbindung oder die Legierung davon, die jeweils das schwere Seltene-Erde-Element enthalten, verwendet wird, ist optional und was als Lösungsmittel oder als ein Dispersionsmedium verwendet wird, ist ebenfalls optional. Des Weiteren ist auch die Konzentration des schweren Seltene-Erde-Elements in dem aufzubringenden Material optional.
Eine Diffusionsbehandlungstemperatur während des Korngrenzendiffusionsvorganges gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann 800 bis 950° C betragen. Die Zeitdauer der Diffusionsbehandlung kann eine Stunde bis 50 Stunden betragen. Zu beachten ist, dass der Korngrenzendiffusionsvorgang auch der zuvor beschriebene Alterungsbehandlungsvorgang sein kann.
Es kann nach der Diffusionsbehandlung eine zusätzliche Wärmebehandlung ausgeführt werden. In diesem Falle kann die Temperatur der Wärmebehandlung bei 450 bis 600° C liegen. Die Zeitdauer der Wärmebehandlung kann eine Stunde bis 10 Stunden betragen. Durch eine derartige Wärmebehandlung können die magnetischen Eigenschaften, insbesondere die Koerzitivkraft HcJ, des schließlich erhaltenen Permanentmagneten auf R-T-B-Basis weiter verbessert werden.
Die Stabilität bei der Herstellung des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis der vorliegenden Ausführungsform kann ausgedrückt werden durch den Unterschied der magnetischen Eigenschaften aufgrund der Änderung der Temperatur der Diffusionsbehandlung während des Korngrenzendiffusionsvorgangs und/oder der Temperatur der Wärmebehandlung nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements. Im Weiteren wird die Temperatur der Diffusionsbehandlung während des Diffusionsvorgangs des schweren Seltene-Erde-Elements beschrieben; jedoch gilt das gleiche für die Temperatur der Wärmebehandlung nach der Diffusion des schweren Seltene-Erde-Elements. Wenn beispielsweise der Unterschied der magnetischen Eigenschaften aufgrund der Änderung der Temperatur der Diffusionsbehandlung groß ist, ändern sich die magnetischen Eigenschaften selbst bei einer kleinen Änderung der Temperatur der Diffusionsbehandlung. Daher wird ein akzeptabler Bereich der Temperatur für die Diffusionsbehandlung während des Korngrenzendiffusionsvorgangs klein und die Stabilität des Herstellungsprozesses ist gering. Wenn andererseits der Unterschied der magnetischen Eigenschaften aufgrund der Änderung der Temperatur bei der Diffusionsbehandlung klein ist, können sich die magnetischen Eigenschaften nur schwer ändern, selbst wenn sich die Temperatur bei der Diffusionsbehandlung ändert. Daher ist der akzeptable Bereich der Temperatur für die Diffusionsbehandlung während des Korngrenzendiffusionsvorgangs groß, und die Stabilität bei der Herstellung ist hoch.
[Bearbeitungsvorgang (nach der Korngrenzendiffusion)]
Es können diverse Arten der Bearbeitung an dem Permanentmagneten auf R-T-B-Basis nach dem Korngrenzendiffusionsvorgang ausgeführt werden. Die Art der Bearbeitung unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Beispielsweise kann eine Formbearbeitung, etwa ein Schneiden und ein Schleifen, eine Oberflächenbearbeitung, etwa eine Randabschrägung einschließlich eines Trommelpolierens, und dergleichen, ausgeführt werden.
BEISPIEL
Im Weiteren wird die Erfindung detailliert mit Verweis auf Beispiele beschrieben; jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
(Beispiel 1)
(Herstellung des gesinterten Magneten auf R-T-B-Basis)
Es wurden Nd, Pr, ein elektrolytisches Eisen und eine Eisen-Bor-Legierung mit geringem Kohlenstoffanteil als das Rohmaterialmetall hergestellt. Ferner wurden Al, Ga, Cu, Co, Mn und Zr als reines Metall oder eine Legierung mit Fe vorbereitet.
Die Rohmateriallegierung wurde durch ein Bandgussverfahren unter Anwendung der zuvor genannten Rohmaterialmetalle hergestellt, um die schließlich erhaltene Magnetzusammensetzung zu erzeugen, so dass die Zusammensetzung jeder in den nachfolgend Tabellen 1 und 3 gezeigten Proben erhalten wurde. Der Anteil (ppm) an „C“, „N“ und „O“, der in Tabelle 1 und 3 gezeigt ist, zeigt jeweils den Anteil in Bezug auf eine Gesamtmasse des Magneten. Fe ist in Tabelle 3 nicht gezeigt, jedoch ist der Anteil (Masse-%) jedes anderen Elements als „C“, „N“ und „O“, in Tabelle 1 und 3 gezeigt, und dies sind jeweils Werte, wenn der Gesamtanteil an Nd, Pr, B, Al, Ga, Cu, Co, Mn, Zr und Fe 100 Masse-% sind. Die Dicke der Rohmateriallegierung betrug 0,2 bis 0,4 mm.
Anschließend wurde Wasserstoff durch einstündiges Einströmen von Wasserstoffgas in die Rohmateriallegierung bei Raumtemperatur absorbiert. Anschließend wurde die Atmosphäre auf Ar-Gas geändert, und es wurde eine Dehydrierungsbehandlung bei 600° C für eine Stunde ausgeführt, und es wurde das Wasserstoffsanreicherungspulverisierungsverfahren an der besagten Rohmateriallegierung ausgeführt. In Bezug auf die Probennummern 74 bis 76 wurde die Stickstoffgaskonzentration in der Atmosphäre während der Dehydrierungsbehandlung so gesteuert, dass der Stickstoffanteil einem vorbestimmten Anteil entsprach. Nachfolgend wurde nach dem Abkühlen die besagte der Dehydrierungsbehandlung unterzogene Rohmateriallegierung so gesiebt, dass ein Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 425 µm oder weniger erhalten wurde. Zu beachten ist, dass von dem Wasserstoffanreicherungspulverisierungsverfahren bis zu dem zuvor genannten Sintervorgang die Atmosphäre eine Atmosphäre mit wenig Sauerstoff war, in der die Sauerstoffkonzentration stets kleiner als 200 ppm war. Bezüglich den Proben mit den Nummern 67 bis 71 wurde die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre so gesteuert, dass ein Sauerstoffanteil auf einen vorbestimmten Anteil eingestellt wurde.
Anschließend wurde ein Massenverhältnis von 0,1% Oleyamid als das Pulverisierungshilfsmittel in Bezug auf das Rohmateriallegierungspulver nach dem Wasserstoffanreicherungspulverisierungsverfahren und dem Sieben hinzugefügt, und das Ganze wurde gemischt. Bezüglich den Proben mit den Nummern 63 bis 66 wurde der Anteil des Pulverisierungsunterstützungsmittels, der zugesetzt wurde, so gesteuert, dass der Kohlenstoffanteil bei einem vorbestimmten Anteil lag.
Anschließend wurde das erhaltene Pulver in einem Stickstoffgasstrom unter Anwendung einer Strahlmühlenvorrichtung des Typs mit Prallplatte fein pulverisiert, und es wurde feines Pulver (Rohmaterialpulver) so erhalten, dass ein mittlerer Teilchendurchmesser 3,9 bis 4,2 µm betrug. Bezüglich den Proben 72 und 73 wurde das erhaltene Pulver in einem gemischten Gasstrom aus Ar und Stickstoff fein pulverisiert, und die Stickstoffgaskonzentration wurde so eingestellt, dass der Stickstoffanteil einem vorbestimmten Anteil entsprach. Zu beachten ist, dass der mittlere Teilchendurchmesser ein mittlerer Teilchendurchmesser D50 ist, der durch eine Teilchengrößeanalysiereinrichtung des Typs mit Laserbeugung gemessen wurde.
Das erhaltene feine Pulver wurde in dem Magnetfeld verdichtet und es wurde ein Vorform-Pressling hergestellt. Das einwirkende Magnetfeld bei der Verpressung war ein statisches Magnetfeld von 1200 kA/m. Der Verdichtungsdruck betrug 98 MPa. Die Richtung des einwirkenden Magnetfelds und die Richtung beim Verpressen waren senkrecht zueinander. An diesem Punkt wurde die Dichte des Vorform-Presslings gemessen. Die Dichten aller verpressten bzw. verdichteten Körper lagen innerhalb von 4,10 Mg/m³ bis 4,25 Mg/m³.
Anschließend wurde der Vorform-Pressling gesintert und es wurde ein gesinterter Körper erhalten. Optimale Bedingungen des Sinterns sind abhängig von etwa der Zusammensetzung; jedoch wurden sie auf 1040° C bis 1100° C festgelegt, die über vier Stunden hinweg beibehalten wurden. Die Sinteratmosphäre war Vakuum. Die gesinterte Dichte an diesem Punkt betrug 7,45 Mg/m³ bis 7,55 Mg/m³. Anschließend wurde in einer Ar-Atmosphäre bei atmosphärischem Druck die erste Alterungsbehandlung mit der ersten Alterungstemperatur T1 = 850° C eine Stunde lang ausgeführt, und die zweite Alterungsbehandlung wurde bei der zweiten Alterungstemperatur T2 = 520° C für eine Stunde lang ausgeführt. Daher wurde der gesinterte Magnet auf R-T-B-Basis für jede in Tabelle 1 und 3 gezeigte Probe erhalten.
Es wurde die Zusammensetzung des erhaltenen gesinterten Magneten auf R-T-B-Basis durch Röntgenfluoreszenz-Analyse bewertet. „B“ in Form von Bor wurde durch die ICP-Analyse bewertet. Der Sauerstoffanteil wurde durch das nicht-dispersive Infrarotabsorptionsverfahren mit Inertgasfusion gemessen. Der Kohlenstoffanteil wurde durch das Infrarotabsorptionsverfahren bei Verbrennung im Sauerstoffstrom gemessen. Der Stickstoffanteil wurde durch das Verfahren der thermischen Leitfähigkeit bei Inertgasfusion gemessen. Es wurde bestätigt, dass die Zusammensetzung jeder Probe so war, wie in Tabelle 1 und 3 dargestellt ist.
Anschließend wurde der besagte gesinterte Magnet auf R-T-B-Basis auf 14 mm × 10 mm × 11 mm (die Richtung der Achse der leichten Magnetisierbarkeit betrug 11 mm) durch eine Vertikalschleifmaschine geschliffen, und die magnetischen Eigenschaften wurden durch einen BH-Indikator bewertet. Zu beachten ist, dass der Magnet vor der Messung durch ein gepulstes Magnetfeld von 4000 kA/m magnetisiert wurde.
Im Allgemeinen besteht zwischen der magnetischen Restflussdichte und der Koerzitivkraft HcJ ein Zusammenhang, der einen Kompromiss erfordert. Das heißt, die Koerzitivkraft HcJ ist tendenziell niedrig, wenn die magnetische Restflussdichte hoch ist, und die magnetische Restflussdichte ist tendenziell gering, wenn die Koerzitivkraft HcJ hoch ist. Daher wurde ein Leistungsindex PI (Potentialindex) in der vorliegenden Ausführungsform festgelegt, um in nachvollziehbarer Weise die magnetische Restflussdichte und die Koerzitivkraft HcJ zu bewerten. Es wurde die folgende Gleichung definiert, wenn die Größe der magnetischen Restflussdichte, die in Einheiten von mT gemessen wurde, gleich Br (mT) ist, und die Koerzitivkraft HcJ, die in Einheiten von kA/m gemessen wird, HcJ (kA/m) ist. $PI = Br + 25 \times HcJ \times 4 π / 2000$
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wurden im Falle von PI ≥ 1635 vor der zuvor genannten Tb-Diffusion die magnetische Restflussdichte und die Koerzitivkraft HcJ vor der Tb-Diffusion als gut erachtet. Ferner wurde es als gut bewertet, wenn das Rechteckigkeitsverhältnis Hk/HcJ vor der Tb-Diffusion 97% oder höher war. Zu beachten ist, dass das Rechteckigkeitsverhältnis Hk/HcJ in der vorliegenden Erfindung berechnet wurde durch Hk/HcJ × 100 (%), wenn Hk (kA/m) das Magnetfeld ist, wenn die Magnetisierung J 90% der Br in dem zweiten Quadranten (J-H-Entmagnetisierungskurve) einer Magnetisierung J - Magnetfeld H - Kurve erreicht.
Proben, die einen PI vor der Tb-Diffusion von 1635 oder größer und ein Rechteckigkeitsverhältnis Hk/HcJ vor der Tb-Diffusion von 97% oder höher zeigten, wurden als gut bewertet und sind durch ein Symbol „o“ bezeichnet. Proben, die für eine ihrer Eigenschaften ein nicht gut aufweisen, wurden als nicht gut eingestuft und weisen ein Symbol „x“ auf.
Des Weiteren wurde die Korrosionsbeständigkeit jeder Probe geprüft. Die Korrosionsbeständigkeit wurde durch eine PCT-Prüfung, d.h., Druck-Aufheiz-Prüfung, bei Luft mit gesättigtem Feuchtigkeitsgehalt geprüft. Genauer gesagt, es wurde die Massenänderung des gesinterten Magneten auf R-T-B-Basis vor und nach der Prüfung bei einem Druck von 2 atm für 1000 Stunden in einer Atmosphäre mit 100% RH gemessen. Die Korrosionsbeständigkeit wurde als gut erachtet, wenn die Massenabnahme pro gesamter Oberfläche des Magneten 3 mg/cm² oder weniger betrug. Die Korrosionsbeständigkeit wurde als besonders gut erachtet, wenn die Massenabnahme 2 mg/cm² oder weniger betrug. Proben, die für die Korrosionsbeständigkeit besonders gut, gut und nicht gut aufwiesen, sind entsprechend durch die Symbole „◎“, „o“ und „x“ bezeichnet. Zu beachten ist, dass es keine Probe unter den auf Korrosionsbeständigkeit untersuchten Proben der Erfindung gab, die nicht gut war.
[Tb-Diffusion]
Ferner wurde der gesinterte Magnet auf R-T-B-Basis, der in dem vorhergehenden Prozess erhalten wurde, auf 14 mm × 10 mm × 4,2 mm geschliffen. Die Dicke in der Richtung der Achse der leichten Magnetisierbarkeit betrug 4,2 mm. Der gesinterte Magnet wurde geätzt, indem eine Reihe von Behandlungen mit Eintauchen in eine gemischte Lösung aus Salpetersäure und Ethanol mit 3 Masse-% an Salpetersäure in Bezug auf 100 Masse-% an Ethanol drei Minuten ausgeführt wurde, und anschließend wurde er in Ethanol für eine Minute eingetaucht. Die besagte Reihe aus Behandlungen wurde zwei Mal wiederholt. Anschließend wurde eine Aufschlämmung, in der TbH₂-Teilchen (mittlerer Teilchendurchmesser D50 = 10,0 µm) in Ethanol verteilt waren, auf die gesamte Fläche des gesinterten Magneten nach der Ätzbehandlung aufgetragen, wodurch sich ein Massenverhältnis von Tb in Bezug auf die Masse des gesinterten Magneten von 0,6 Masse-% ergab.
Nach dem Aufbringen und dem Trocknen der Aufschlämmung wurde die Diffusionsbehandlung in strömender Ar-Atmosphäre (1 atm) bei 930° C 18 Stunden lang ausgeführt, und anschließend wurde die Wärmebehandlung bei 520 ° C vier Stunden lang ausgeführt.
Die Oberfläche des gesinterten Magneten nach der Wärmebehandlung wurde um 0,1 mm auf jeder Fläche abgeschliffen, und anschließend wurden die magnetischen Eigenschaften durch einen BH-Indikator bewertet. Die magnetischen Eigenschaften wurden nach einer Magnetisierung mit einem gepulsten Magnetfeld von 4000 kA/mobile bewertet. Eine Dicke des gesinterten Magneten war gering. Es wurden daher drei gesinterte Magnete aufeinandergeschichtet und bewertet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Differenz der magnetischen Restflussdichte Br aufgrund der Tb-Diffusion als ΔBr definiert und die Differenz der Koerzitivkraft aufgrund der Tb-Diffusion ist als ΔHcJ definiert. Das heißt, ΔBr = (Br nach der Tb-Diffusion) - (Br vor der Tb-Diffusion) und ΔHcJ = (HcJ nach der Tb-Diffusion) - (HcJ vor der Tb-Diffusion). Zu beachten ist, dass Proben, die einen PI nach der Tb-Diffusion von 1745 oder größer haben, als „gut“ bestimmt wurden, und solche mit 1765 oder größer wurden als besonders gut eingestuft. Das Rechteckigkeitsverhältnis nach der Tb-Diffusion von 90% oder höher wurde als „gut“ eingestuft.
Proben, die einen PI nach der Tb-Diffusion von 1745 oder höher und ein Rechteckigkeitsverhältnis Hk/HcJ nach der Tb-Diffusion von 90% oder höher haben, wurden als gut eingestuft und sind durch das Symbol „o“ bezeichnet. Proben, die in einer jeweiligen Eigenschaft ein nicht gut zeigen, wurden als nicht gut eingestuft und sind durch das Symbol „x“ bezeichnet.
[Tabelle 1]

[Tabelle 2]

[Tabelle 3]

[Tabelle 4]
In Tabelle 1 sind TRE und „B“ variiert. Nd und Pr wurden so eingebaut, dass ein Massenverhältnis von Nd zu Pr ungefähr 3:1 betrug. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Der Anteil jeder Komponente, die nicht TRE und „B“ war, wurde in Tabelle 3 variiert. In den Proben 77 bis 80 war TRE festgelegt und der Anteil an Nd und Pr wurde variiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Gemäß den Tabellen 1 bis 4 waren in allen Beispielen das Rechteckigkeitsverhältnis und die Korrosionsbeständigkeit vor der Tb-Diffusion gut. Ferner waren für alle Beispiele der PI und das Rechteckigkeitsverhältnis nach der Tb-Diffusion ebenfalls gut. Im Gegensatz dazu waren gemäß allen Vergleichsbeispielen der PI vor der Tb-Diffusion und/oder das Rechteckigkeitsverhältnis vor der Tb-Diffusion und/oder der PI nach der Tb-Diffusion und/oder das Rechteckigkeitsverhältnis nach der Tb-Diffusion nicht gut.
Die Tb-Konzentrationsverteilungen der gesinterten Magnete auf R-T-B-Basis nach der Tb-Diffusion, die in Tabelle 1 bis 4 beschrieben sind, wurde unter Anwendung einer Mikroanalysier-Einrichtung mit Elektronensonde, EPMA, gemessen. Folglich wurde bestätigt, dass sich die Tb-Konzentration der gesinterten Magneten auf R-T-B-Basis nach der Tb-Diffusion von außen nach innen abnimmt.
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 2006210893 A [0004]
WO 2006/43348 [0004]

Claims

Ein Permanentmagnet auf R-T-B-Basis, wobei R ein Seltenes-Erde-Element ist, T ein anderes Element als das Seltene-Erde-Element, B, C, O oder N ist, oder B Bor ist, T mindestens Fe, Cu, Co und Ga umfasst, und ein Gesamtanteil an R 28,0 bis 30,2 Masse-% beträgt, ein Cu-Anteil 0,04 bis 0,50 Masse-% beträgt, ein Co-Anteil 0,5 bis 3,0 Masse-% beträgt, ein Ga-Anteil 0,08 bis 0,30 Masse-% beträgt und ein B-Anteil 0,85 bis 0,95 Masse-% beträgt, bezogen auf 100 Masse-% einer Gesamtmasse an R, T und B.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach Anspruch 1, wobei der Gesamtanteil an R 29,2 bis 30,2 Masse-% beträgt.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach Anspruch 1 oder 2, wobei R zumindest Nd umfasst.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei R zumindest Pr umfasst, und ein Pr-Anteil größer als Null und 10,0 Masse-% oder kleiner ist.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei R zumindest Nd und Pr umfasst.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei T ferner Al umfasst, und ein Al-Anteil 0,15 bis 0,30 Masse-% beträgt.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei T ferner Zr umfasst, und ein Zr-Anteil 0,10 bis 0,30 Masse-% beträgt.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der ferner C umfasst, wobei ein C-Anteil 1100 ppm oder weniger bezogen auf eine Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis beträgt.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der ferner N umfasst, wobei ein N-Anteil 1000 ppm oder weniger bezogen auf eine Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis beträgt.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der ferner O umfasst, wobei ein O-Anteil 1000 ppm oder weniger bezogen auf eine Gesamtmasse des Permanentmagneten auf R-T-B-Basis beträgt.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Atomverhältnis von TRE/B 2,2 bis 2,7 beträgt, wobei TRE der Gesamtanteil an R ist.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Atomverhältnis von 14 B/(Fe + Co) größer als Null und 1,01 oder kleiner ist.
Der Permanentmagnet auf R-T-B-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Konzentration eines schweren Seltene-Erde-Elements von außen nach innen abnimmt.