DE112014001585T5

DE112014001585T5 - R-T-B-Basierter Dauermagnet

Info

Publication number: DE112014001585T5
Application number: DE112014001585.7T
Authority: DE
Inventors: Ryuji Hashimoto; Kenichi Suzuki; Kyung-Ku Choi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2016-01-21
Also published as: JPWO2014148076A1; WO2014148076A1; CN104272403A; US20150248953A1; JP5708889B2; US9947445B2; CN104272403B

Abstract

Ein R-T-B-basierter Dauermagnet, der nicht nur gleichwertige magnetische Eigenschaften wie der bestehende Nd-Fe-B-basierte Dauermagnet sowie eine leichte Masse aufweist, sondern außerdem geeigneterweise als ein Magnet für das Feldsystem einer Dauermagnet-Synchronrotationsmaschine verwendet werden kann. Ein Magnet, der nicht nur gleichwertige magnetische Eigenschaften wie der bestehende Nd-Fe-B-basierte Dauermagnet aufweist, sondern außerdem leicht ist, kann in einem Fall, in dem die Zusammensetzung der Verbindung zum Bilden der Hauptphase (R1-x(Y1-zCez)x)2T14B ist (wobei es sich bei R um Seltenerdelement(e) bestehend aus einem oder mehreren aus La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ausgewählten Elementen handelt, Y Yttrium ist, Ce Cerium ist, es sich bei T um ein oder mehrere Übergangsmetalle mit Fe oder Fe und Co als Hauptelementen) handelt, B Bor ist, wobei 0,0 < x ≤ 0,5 und 0,0 ≤ z ≤ 0,5), durch Veranlassen erhalten werden, dass das Häufigkeitsverhältnis von Y4f/(Y4f + Y4g) in Bezug auf das Y, das die 4f-Stelle der tetragonalen R2T14B-Struktur belegt (d. h. Y4f), und das Y, das die 4g-Stelle belegt (d. h. Y4g), 0,8 ≤ Y4f/(Y4f + Y4g) ≤ 1,0 erfüllt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen R-T-B-basierten Dauermagneten und insbesondere einen leichten Dauermagneten, der durch selektives Ersetzen eines Teils von R im R-T-B-basierten Dauermagneten durch Y und Ce erhalten wird.
HINTERGRUND
Der R-T-B-basierte Dauermagnet (wobei es sich bei R um Seltenerdelement(e) handelt, T Fe oder Fe mit einem durch Co ersetzten Teil ist, und B Bor ist) mit der tetragonalen Verbindung R₂T₁₄B als Hauptphase besitzt bekanntlich ausgezeichnete magnetische Eigenschaften und ist seit der Erfindung im Jahre 1982 (Patentdokument 1: JPS59-46008A ) ein repräsentativer Dauermagnet mit hoher Leistung.
Die R-T-B-basierten Magneten mit den Seltenerdelement(en) R, die aus Nd, Pr, Dy, Ho und Tb bestehen, weisen ein großes Anisotropie-Magnetfeld Ha auf und werden vorzugsweise als Materialien für Dauermagneten verwendet. Von diesen wird der Nd-Fe-B-basierte Magnet mit Nd als Seltenerdelement(en) R häufig verwendet, da er ein gutes Gleichgewicht zwischen Sättigungsmagnetisierung Is, Curie-Temperatur Tc und Anisotropie-Magnetfeld Ha aufweist und R-T-B-basierte Magneten, die andere Seltenerdelemente als R verwenden, hinsichtlich Ressourcenhäufigkeit und Korrosionsbeständigkeit übertrifft.
In den letzten Jahren gibt es eine Tendenz, Dauermagnet-Synchronrotationsmaschinen, die häufig als Rotationsmaschine in Verbraucher-, Industrie- und Transporteinrichtungen verwendet werden, extensiv im Hinblick auf Energieeinsparung und Energiedichte einzusetzen.
Was einen Dauermagnet-Synchronmotor betrifft, so ist er mit Dauermagneten im Rotor versehen. Wenn Dauermagneten mit dem Seltenerdelement Nd (das eine hohe spezifische Dichte aufweist), das etwa 1/3 ihrer Massen einnimmt, wie Nd-Fe-B-basierte Magneten, verwendet werden, besteht ein Problem darin, dass das Trägheitsmoment aufgrund des zunehmenden Rotorgewichts zunimmt. Dies bedeutet, dass dadurch eine Verringerung der Steuerbarkeit und des Wirkungsgrads verursacht wird.
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JPS59-46008A
Patentdokument 2: JP2011-187624A

Unter den R als Bestandteil des R-T-B-basierten Magneten ist Y als ein Element bekannt, das leichter als Nd ist. In Patentdokument 2 wurde ein Y-T-B-basierter Magnet offenbart, wobei das Seltenerdelement R im R-T-B-basierten Magneten Y war. Ein Magnet mit einer praktischen Koerzitivkraft kann erhalten werden, indem die Mengen von Y und B größer als in der stöchiometrischen Zusammensetzung von Y₂Fe₁₄B gemacht werden, selbst wenn die Y₂Fe₁₄B-Phase mit einem kleinen Anisotropie-Magnetfeld Ha die Hauptphase ist. Wenn jedoch Br etwa 0,5 bis 0,6 T beträgt, und H_cJ etwa 250 bis 350 kA/m beträgt, sind die magnetischen Eigenschaften des in Patentdokument 2 offenbarten Y-T-B-basierten Magneten wesentlich geringer als jene des Nd-Fe-B-basierten Magneten. Es ist demnach schwierig, den Magneten von Patentdokument 2 zu verwenden, um den Nd-Fe-B-basierten Magneten als leichten Dauermagneten zur Verwendung im Dauermagnet-Synchronmotor zu ersetzen.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung wird aus der Erkenntnis dieser Situation gemacht und beabsichtigt die Bereitstellung eines leichten Dauermagneten, der die magnetischen Eigenschaften gegenüber dem in Verbraucher-, Industrie-, Transporteinrichtungen usw. häufig verwendeten Nd-Fe-B-basierten Magneten nicht wesentlich reduziert.
Der R-T-B-basierte Dauermagnet dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er Hauptphasenkörner enthält, deren Zusammensetzung (R_1-x(Y_1-zCe_z)_x)₂T₁₄B ist (wobei es sich bei R um Seltenerdelement(e) bestehend aus einem oder mehreren aus La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ausgewählten Elementen handelt, und bei T um ein oder mehrere Übergangsmetalle mit Fe oder Fe und Co als Hauptelement(en) handelt, wobei 0,0 < x ≤ 0,5 und 0,0 ≤ z ≤ 0,5), wobei das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) die Bedingungen 0,8 ≤ Y_4f/(Y_4f + Y_4g) ≤ 1,0 erfüllt, wenn das Y, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur in den Hauptphasenkörnern belegt, als Y_4f bezeichnet wird, und das Y, das die 4g-Stelle belegt, als Y_4g bezeichnet wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten fest, dass im R-T-B-basierten Dauermagneten ein leichter Dauermagnet, in welchem die magnetischen Eigenschaften gegenüber dem bestehenden Nd-Fe-B-basierten Dauermagneten nicht verschlechtert sind, erhalten werden kann, indem die Anordnung der Seltenerdelemente R, welche spezifische Stellen eines Kristallgitters belegen, insbesondere durch selektives Ersetzen von Nd, das an der 4f-Stelle der Nd₂Fe₁₄B-Kristallstruktur im Nd-Fe-B-basierten Dauermagneten vorhanden ist, durch Y und Ce geeignet gewählt ist.
Magnetokristalline Anisotropie als Verursacher der Koerzitivkraft von seltenerdbasierten Magneten wird durch die Einzelionen-Anisotropie erzeugt, die das gesamte Magnetmoment des Kristalls beschränkt. Die Einzelionen-Anisotropie der Seltenerdionen wird durch die Anordnung von Atomen und der Elektronenwolke der Ionen bestimmt. Zum Beispiel gibt es in der tetragonalen Nd₂Fe₁₄B-Struktur zwei Stellen für Nd-Ione, d. h. die 4f-Stelle und die 4g-Stelle. Die Ionen-Anisotropie von Nd, das die 4g-Stelle belegt, ist parallel zur gesamten magnetischen Anisotropie des Kristalls und kann daher zur Zunahme der magnetokristallinen Anisotropie beitragen. Die Ionen-Anisotropie von Nd, das die 4f-Stelle belegt, ist jedoch orthogonal zu der gesamten magnetischen Anisotropie des Kristalls und erbringt daher einen Verlust magnetokristalliner Anisotropie.
Die Einzelionen-Anisotropie von Nd, das die 4f-Stelle belegt und einen Verlust von magnetokristalliner Anisotropie bewirkt, leitet sich von der pfannkuchenförmigen Elektronenwolke von Nd her. Wenn nur Nd an dieser 4f-Stelle durch Atome mit sphärischer Elektronenwolke ersetzt werden kann, die keine Anisotropie aufweist, und der Verlust von magnetokristalliner Anisotropie verringert werden kann, kann ein Dauermagnet erhalten werden, der eine höhere magnetokristalline Anisotropie als Nd₂Fe₁₄B aufweist.
Unter den Atomen, welche an der 4f-Stelle der tetragonalen Nd₂Fe₁₄B-Struktur einen Ersatz bilden können, umfassen Elemente mit einer sphärischen Elektronenwolke Y und La. Der Innenradius von La ist jedoch groß, weshalb es die 4f-Stelle, die von benachbarten Atomen weniger beabstandet ist als die 4g-Stelle, kaum ersetzen kann. Das heißt, wenn Y als das Element zum selektiven Ersetzen der 4f-Stelle ausgewählt wird, kann ein Dauermagnet, der eine höhere magnetokristalline Anisotropie als der bestehende Nd₂Fe₁₄B aufweist, durch einen verhältnismäßig einfachen Herstellungsprozess erhalten werden. Außerdem beträgt das Atomgewicht von Y 88,91, was geringer als das Atomgewicht von Nd von 144,2 ist, so dass ein Dauermagnet, der durch Ersetzen von Nd durch Y erhalten wird, leichter als der bestehende Nd-Fe-B-basierte Dauermagnet ist.
Zum selektiven Ersetzen durch Y an der 4f-Stelle der tetragonalen Nd₂Fe₁₄B-Struktur ist es notwendig, den interatomaren Abstand derart anzupassen, dass Y, das die Ersetzung vorgenommen hat, an der 4f-Stelle stabilisiert wird. Ce weist eine Schwankung der Valenzzahl und eine Variation des entsprechenden Ionenradius auf, weshalb es vorzugsweise ein geeignetes Beimengungselement zum selektiven und stabilen Durchführen einer Ersetzung an der 4f-Stelle der tetragonalen Nd₂Fe₁₄B-Struktur durch Y ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können leichte Dauermagneten, für welche die magnetischen Eigenschaften gegenüber dem bestehenden Nd-Fe-B-basierten Magneten nicht wesentlich reduziert sind, durch selektives Ersetzen eines Teils von R im R-T-B-basierten Dauermagneten durch Y und Ce erhalten werden, und die Magneten sind zur Verwendung in Dauermagnet-Synchronrotationsmaschinen geeignet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) zeigt ein HAADF-Bild der Hauptphasenkörner des Sinterkörpers im Vergleichsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, wie in Richtung [110] beobachtet. 1(b) zeigt das Kristallstrukturmodell der Nd₂Fe₁₄B-Kristallstruktur, wie in Richtung [110] beobachtet.
2(a) ist das Intensitätslinienprofil des HAADF-Bildes der Hauptphasenkörner mit der Zusammensetzung von Nd₂Fe₁₄B (Vergleichsbeispiel 1), wie in Richtung [110] beobachtet.
2(b) ist das Intensitätslinienprofil des HAADF-Bildes der Hauptphasenkörner mit der Zusammensetzung von (Nd_0.5Y_0.5)₂Fe₁₄B (Beispiel 3), wie in Richtung [110] beobachtet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden hierin bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Außerdem schränken die Ausführungsformen die Erfindung nicht ein, sondern sind lediglich Beispiele, und alle in den Ausführungsformen erwähnten Merkmale und die Kombinationen davon sind nicht unbedingt auf den wesentlichen Inhalt der Erfindung beschränkt.
Der R-T-B-basierte Dauermagnet dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er Hauptphasenkörner enthält, deren Zusammensetzung (R_1-x(Y_1-zCe_z)_x)₂T₁₄B ist (wobei es sich bei R um Seltenerdelement(e) bestehend aus einem oder mehreren aus La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ausgewählten Elementen handelt, und bei T um ein oder mehrere Übergangsmetallelemente mit Fe oder Fe und Co als Hauptelementen handelt, wobei 0,0 < x ≤ 0,5 und 0,0 ≤ z ≤ 0,5), wobei das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) die Bedingungen 0,8 ≤ Y_4f/(Y_4f + Y_4g) ≤ 1,0 erfüllt, wenn das Y, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur in den zuvor erwähnten Hauptphasenkörnern belegt, als Y_4f bezeichnet wird, und das Y, das die 4g-Stelle belegt, als Y_4g bezeichnet wird.
In den vorliegenden Ausführungsformen handelt es sich bei R um Seltenerdelement(e) bestehend aus einem oder mehreren Elementen, die aus La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ausgewählt sind.
In den vorliegenden Ausführungsformen erfüllt die durch Y und Ce belegte Summenmenge x in der Zusammensetzung der Hauptphasenkörner 0,0 < x ≤ 0,5. Wenn x zunimmt, wird durch das Ersetzen von Nd (das ein höheres Atomgewicht aufweist) durch Y (das ein niedrigeres Atomgewicht aufweist) eine Abnahme der Dichte bewirkt, d. h. die Wirkung der Massenverringerung des Magneten wird erhöht. Wenn x jedoch 0,5 überschreitet, werden die magnetischen Eigenschaften der resultierenden Probe erheblich verschlechtert.
In den vorliegenden Ausführungsformen erfüllt die relative Menge z zwischen Y und Ce die Bedingungen 0,0 ≤ z ≤ 0,5. Y hat das niedrigste Atomgewicht unter den als R der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur ausgewählten Elementen, und das alleinige Ersetzen durch Y (z = 0,0) ist nur vom Standpunkt des Leichtermachens des Magneten wirksam. Wenn jedoch die 4f-Stelle der tetragonalen Nd₂Fe₁₄B-Struktur selektiv durch Y ersetzt wird, ist es notwendig, die Größe (den Abstand zwischen benachbarten Atomen) der 4f-Stelle und der 4g-Stelle in geeigneter Weise anzupassen, um das Ersetzungs-Y an der 4f-Stelle stabil zu machen. Demnach wird vorzugsweise eine geeignete Menge (0,0 ≤ z ≤ 0,5) von Ce, das eine Schwankung der Valenzzahl und eine Variation des entsprechenden Ionenradius aufweist, zusammen mit Y verwendet, um die Ersetzung so durchzuführen, dass sie R sind.
In den vorliegenden Ausführungsformen kann B einen Teil davon aufweisen, der durch C ersetzt ist. Vorzugsweise beträgt die Ersetzungsmenge von C in Bezug auf B 10 at.-% oder weniger.
In den vorliegenden Ausführungsformen handelt es sich bei T, welches das Gleichgewicht bildet, um ein oder mehrere Übergangsmetallelemente mit Fe oder Fe und Co als Hauptelement(en). Vorzugsweise beträgt die Menge von Co 0 at.-% oder mehr und 10 at.-% oder weniger in Bezug auf die Menge von T. Durch die Zugabe der Co-Menge kann die Curie-Temperatur erhöht werden, und es kann verhindert werden, dass die Abnahme der Koerzitivkraft, die der Erhöhung der Temperatur entspricht, gering ist. Außerdem kann durch die Zugabe der Co-Menge die Korrosionsbeständigkeit des seltenerdbasierten Dauermagneten erhöht werden.
Im Folgenden werden hierin die bevorzugten Beispiele des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei der Herstellung des R-T-B-basierten Dauermagneten der vorliegenden Ausführungsform werden zunächst Legierungsrohmaterialien zum Erhalten des R-T-B-basierten Magneten mit der gewünschten Zusammensetzung hergestellt. Die Legierungsrohmaterialien können durch ein Bandgießverfahren oder durch andere bekannte Schmelzverfahren in Vakuum oder in Inertgas, vorzugsweise Ar-Atmosphäre, hergestellt werden. Das Bandgießverfahren sprüht das geschmolzene Metall, das durch Schmelzen der Metallrohmaterialien in nichtoxidierender Atmosphäre, wie beispielsweise Ar-Atmosphäre und dergleichen, erhalten wird, auf die Oberfläche der Rotationswalze. Das abgekühlte geschmolzene Metall auf der Walze wird abgekühlt und zu einer dünnen Platte oder einer Dünnblech-(Squama)-Form erstarren gelassen. Die abgekühlte und erstarrte Legierung weist eine homogene Zusammensetzung auf, wobei der Kristallteilchendurchmesser 1~50 μm beträgt. Die Legierungsrohmaterialien können, ohne auf das Bandgießverfahren beschränkt zu sein, auch durch andere Schmelzverfahren, wie beispielsweise Hochfrequenz-Induktionsschmelzen und dergleichen, erhalten werden. Um außerdem Seigerung nach dem Schmelzen zu verhindern, können sie zum Beispiel auf wassergekühlte Kupferplatten geleert werden, um erstarren gelassen zu werden. Ferner können Legierungen, die durch ein Reduktions-Diffusions-Verfahren erhalten werden, als die Rohmateriallegierungen verwendet werden.
Im Falle der Herstellung des R-T-B-basierten Dauermagneten in der vorliegenden Erfindung kann für die Legierungsrohmaterialien geeigneterweise im Wesentlichen das sogenannte Einzellegierungsverfahren zur Herstellung eines Magneten aus einer Legierung von einer Art von Metall verwendet werden, aber es kann geeigneterweise auch das sogenannte Mischverfahren verwendet werden, das eine Hauptphasenlegierung und eine Legierung verwendet, die zur effektiven Bildung der Korngrenze beiträgt. Die Hauptphasenlegierung (Legierung mit niedrigem R-Gehalt) weist die Hauptphasenkörner (d. h. R₂T₁₄B-Kristalle) als den Hauptteil auf, während die zur wirksamen Bildung der Korngrenze beitragende Legierung (Legierung mit hohem R-Gehalt) mehr R als die Legierung mit niedrigem R-Gehalt enthält.
Die Legierungsrohmaterialien werden einem Pulverisierungsschritt zugeführt. Falls das Mischverfahren verwendet wird, werden die Legierung mit niedrigem R-Gehalt und die Legierung mit hohem R-Gehalt getrennt oder zusammen pulverisiert. Der Pulverisierungsschritt umfasst einen Grobpulverisierungsschritt und einen Feinpulverisierungsschritt. Zuerst werden die Legierungsrohmaterialien grob pulverisiert, bis der Teilchendurchmesser ungefähr mehrere Hundert Mikrometer beträgt. Der Grobpulverisierungsschritt wird vorzugsweise unter Verwendung eines Brechwerks, eines Backenbrechers, einer Brown-Mühle und dergleichen unter Inertgas-Atmosphäre ausgeführt. Es ist wirksamer, das Pulverisieren so durchzuführen, dass die Rohmateriallegierung vor der Grobpulverisierung mit Wasserstoff adsorbieren gelassen wird, und der Wasserstoff dann freigesetzt wird. Die Wasserstofffreisetzungsbehandlung wird mit dem Ziel durchgeführt, den Wasserstoff zu verringern, der sich zu Verunreinigungen des seltenerdbasierten Sintermagneten ausbildet. Die zur Wasserstoffadsorption aufrechterhaltene Heiztemperatur beträgt 200°C oder mehr, vorzugsweise 350°C oder mehr. Die Haltezeit variiert in Abhängigkeit von der Beziehung mit der aufrechterhaltenen Temperatur, der Dicke des Legierungsrohmaterials usw., beträgt aber mindestens 30 min oder mehr, vorzugsweise 1 Stunde oder mehr. Die Wasserstofffreisetzungsbehandlung wird in Vakuum oder in einem Ar-Gasstrom durchgeführt. Ferner sind die Wasserstoffadsorptionsbehandlung und die Wasserstofffreisetzungsbehandlung keine notwendigen Behandlungen. Die Wasserstoffpulverisierung kann auch die Grobpulverisierung sein, um eine mechanische Grobpulverisierung zu unterlassen.
Nach dem Grobpulverisierungsprozess wird das resultierende Produkt zum Feinpulverisierungsprozess überführt. Bei der Feinpulverisierung wird vornehmlich eine Strahlmühle verwendet, um das grob pulverisierte Pulver mit einer Teilchengröße von ungefähr mehreren Hundert Mikrometern auf einen mittleren Teilchendurchmesser von 2,5~6 μm, vorzugsweise 3~5 μm zu pulverisieren. Die Strahlmühle wendet zum Durchführen von Pulverisierung ein Verfahren des Entladens von Hochdruck-Inertgas aus einer schmalen Düse an, um einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom zu erzeugen, durch welchen das grob pulverisierte Pulver beschleunigt wird, wodurch Kollision zwischen den grob pulverisierten Pulvern oder Kollision mit einem Ziel oder einer Behälterwand bewirkt wird.
Bei der Feinpulverisierung kann auch Nasspulverisierung verwendet werden. Bei der Nasspulverisierung wird eine Kugelmühle oder ein Nass-Attritor oder dergleichen verwendet, um das grob pulverisierte Pulver mit einer Teilchengröße von ungefähr mehreren Hundert Mikrometern auf einen mittleren Teilchendurchmesser von 1,5~5 μm, vorzugsweise 2~4,5 μm zu pulverisieren. Durch Auswählen eines geeigneten Dispersionsmediums bei der Nasspulverisierung kann das Magnetpulver ohne Sauerstoffkontakt pulverisiert werden, so dass feines Pulver mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration erhalten werden kann.
Während der Feinpulverisierung kann eine Fettsäure oder ein Fettsäurederivat oder ein Kohlenwasserstoff, zum Beispiel Stearinsäuren oder Ölsäuren, wie beispielsweise Zinkstearat, Calciumstearat, Aluminiumstearat, Stearinamid, Ölamid, Ethylen-bis-isostearinamid; Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Paraffin, Naphthalen und dergleichen, bei etwa 0,01~0,3 Gew.-% zur Verbesserung der Schmier- und Orientierungseigenschaften beim Formpressen zugegeben werden.
Das fein pulverisierte Pulver wird dem Formpressprozess in einem Magnetfeld zugeführt. Der Formpressdruck beim Formpressen im Magnetfeld kann in einem Bereich von 0,3~3 t/cm² (30~300 MPa) sein. Der Formpressdruck kann vom Anfang bis zum Ende des Formpressens konstant sein, und er kann auch schrittweise erhöht oder gesenkt werden, oder er kann unregelmäßig variiert werden. Je niedriger der Formpressdruck, umso besser ist die Orientierungseigenschaft. Wenn der Formpressdruck jedoch zu niedrig ist, treten infolge unzureichender Festigkeit des Formartikels Probleme bei der Handhabung auf, weshalb der Formpressdruck aus dem zuvor angegebenen Bereich ausgewählt wird. Die relative Enddichte des Formartikels, der durch Formpressen im Magnetfeld erhalten wird, beträgt für gewöhnlich 40~60%.
Das Magnetfeld wird bei etwa 960~1600 kA/m (10~20 kOe) angelegt. Das angelegte Magnetfeld ist nicht auf ein statisches Magnetfeld beschränkt, sondern kann auch ein gepulstes Magnetfeld sein. Außerdem können ein statisches Magnetfeld und ein gepulstes Magnetfeld zusammen verwendet werden.
Anschließend wird der Formartikel dem Sinterprozess zugeführt. Das Sintern erfolgt in Vakuum und unter Inertgas-Atmosphäre. Die Sinter-Haltetemperatur und die Sinter-Haltezeit müssen gemäß den Bedingungen, wie beispielsweise Zusammensetzung, Pulverisierungsverfahren, Differenz im mittleren Teilchendurchmesser und der Korngrößenverteilung und dergleichen, angepasst werden, und das Sintern kann einfach für 2 Stunden bis 20 Stunden bei etwa 1000~1200°C aufrechterhalten werden. Das resultierende Produkt wird nach einer geeigneten Halteperiode zu einem Temperatursenkungsprozess überführt. Und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit kann 10^–4 K/s~10^–2 K/s betragen. Zu diesem Zeitpunkt muss die Temperatursenkungsgeschwindigkeit von der Haltetemperatur bis zur Raumtemperatur nicht immer konstant sein, solange sie innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs in einer spezifizierten Zeitzone gesteuert wird. Die Temperatur der Zone, für welche die Temperatursenkungsgeschwindigkeit zu steuern ist, wird durch die Zusammensetzung bestimmt und beträgt ungefähr 400°C bis 1000°C. Die Erfinder nehmen an, dass verschiedene Elemente, die in der Zusammensetzung enthalten sind, durch Steuern der Temperatursenkungsgeschwindigkeit in der durch die Zusammensetzung bestimmten spezifizierten Temperaturzone in einer Konfiguration mit der stabilsten Struktur sein können und dadurch die charakteristische Struktur dieser Erfindung gebildet wird. Das heißt, die Temperatursenkungsgeschwindigkeit niedrig genug zu machen, ist eine Notwendigkeit für die Realisierung der Erfindung, und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit muss mindestens niedriger als 10^–2 K/s sein. Eine Temperatursenkungsgeschwindigkeit von weniger als 10^–4 K/s führt jedoch zu einer signifikanten Herabsetzung der Produktionsleistung und ist daher nicht realistisch.
Nach dem Sintern kann der erhaltene Sinterkörper einer Alterungsbehandlung unterzogen werden. Der Alterungsbehandlungsprozess ist ein Prozess, der beim Erhöhen der Koerzitivkraft wirksam ist. Wenn die Alterungsbehandlung jedoch bei einer Temperatur in der Nähe der zuvor erwähnten Temperaturzone durchgeführt wird, für welche die Temperatursenkungsgeschwindigkeit gesteuert werden muss, ist es wirksam, die Abkühlgeschwindigkeit von der Alterungstemperatur ebenfalls innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs der Temperatursenkungsgeschwindigkeit zu steuern.
Vorstehend sind die Ausführungsformen zur besten Implementierung der Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als Nächstes werden hinsichtlich des R-T-B-basierten Dauermagneten der vorliegenden Erfindung Beschreibungen in Bezug auf die Verfahren zur Analyse der Zusammensetzung der Hauptphasenkörner und der Belegungspositionen der Seltenerdelemente in der R₂T₁₄B-Kristallstruktur bereitgestellt.
In der vorliegenden Erfindung kann die Zusammensetzung des R-T-B-basierten Dauermagneten durch energiedispersive Röntgenanalyse bestimmt werden. Der Sinterkörper, der die Probe ist, wird in einer Richtung senkrecht auf die Achse leichter Magnetisierung (d. h. der Richtung, in welcher beim Durchführen von Formpressen das Magnetfeld angelegt wird) abgeschnitten, und nach dem Bestimmen durch Röntgenbeugung, dass die Haupterzeugungsphase zur tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur gehört, wird der Sinterkörper in einer Ionenstrahlfokussier- bzw. FIB-Vorrichtung (FIB für engl. Focused Ion Beam) zu einer Dünnblechform mit einer Dicke von 100 nm verarbeitet. Die Umgebung der Mitte der Hauptphasenkörner wird in der auf dem Rasterdurchstrahlungselektronenmikroskop (STEM für engl. Scanning Transmission Electron Microscope) eingerichteten energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS für engl. Energy Dispersive Spectroscopy) analysiert, und die Zusammensetzung der Hauptphasenkörner kann durch Verwenden der Filmkorrekturfunktion quantifiziert werden.
Die EDS-Vorrichtung kann B infolge der geringen Empfindlichkeit für leichte Elemente kaum quantifizieren. In dieser Hinsicht wird die Zusammensetzung der Hauptphasenkörner durch das Zusammensetzungsverhältnis von anderen Elementen als B basierend auf der Bedingung bestimmt, dass im Voraus durch Röntgenbeugung bestimmt wird, dass die Haupterzeugungsphase die tetragonale R₂T₁₄B-Struktur ist.
Die durch das zuvor erwähnte Verfahren quantifizierte Zusammensetzung der Hauptphasenkörner kann durch Anpassen der gesamten Zusammensetzung der Sinterkörperprobe gesteuert werden. Die Ergebnisse, die durch Vergleichen der Zusammensetzung der gesamten Sinterkörperprobe, die durch induktiv gekoppelte Hochfrequenz-Plasmaspektrometrieanalyse (ICP-Spektrometrieanalyse: induktiv gekoppelte Plasmaspektrometrie) erhalten wird, mit der Zusammensetzung der Hauptphasenkörner, die durch die EDS-Vorrichtung erhalten wird, zeigen eine Tendenz zu einem höheren Gehalt von Seltenerdelementen in der gesamten Zusammensetzung der Sinterkörperprobe. Dies ist der Fall, da die Sinterkörperprobe mehr seltenerdbasierte Elemente als die stöchiometrische Zusammensetzung von R₂T₁₄B enthalten muss, um Verdichtung und Bildung der Korngrenze durch Sintern zu bewirken. Hinsichtlich des Verhältnisses der als R enthaltenen Seltenerdelemente ist die Zusammensetzung der gesamten Sinterkörperprobe jedoch gleich wie die der Hauptphasenkörner. Das heißt, durch Anpassen der Zusammensetzung der gesamten Sinterkörperprobe kann das Verhältnis der in den Hauptphasenkörnern R₂T₁₄B als R enthaltenen Seltenerdelemente gesteuert werden.
Wenn das Y, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegt, als Y_4f bezeichnet wird, und das Y, das die 4g-Stelle belegt, als Y_4g bezeichnet wird, erfüllt das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) 0,8 ≤ Y_4f/(Y_4f + Y_4g) ≤ 1,0. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Dauermagnet, der nur durch Ersetzen des Nd, das die 4f-Stelle belegt, durch Y eine höhere uniaxiale Anisotropie als Nd₂Fe₁₄B aufweist, wobei das Nd, das die 4f-Stelle belegt, einen Verlust der uniaxialen Anisotropie des gesamten Kristalls infolge der Ionen-Anisotropie in einer Richtung senkrecht auf die Anisotropie von Nd₂Fe₁₄B verursacht, während Y eine sphärische Elektronenwolke aufweist, die keine Anisotropie aufweist. Aufgrund der gleichwertigen Mengen der 4f-Stelle und der 4g-Stelle im Nd₂Fe₁₄B-Kristall ist Y_4f/(Y_4f + Y_4g) = 1,0, wenn die ganze 4f-Stelle durch Y ersetzt wird, so dass eine optimale Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Es ist jedoch in Wirklichkeit nicht notwendig, die ganze 4f-Stelle durch Y zu ersetzen, und ein Magnet, der ausreichend anwendbare magnetische Eigenschaften aufweist, kann im Bereich von 0,8 ≤ Y_4f/(Y_4f + Y_4g) ≤ 1,0 erhalten werden.
Das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y, das die 4f-Stelle der zuvor erwähnten tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegt (d. h. Y_4f), und das Y, das die 4g-Stelle belegt (d. h. Y_4g), kann durch das ringförmige Steilsicht-Dunkelfeld- bzw. HAADF-Bild (HAADF für engl. High-Angle Annular Dark-Field) bestimmt werden, das durch Rasterdurchstrahlungselektronenmikroskopie erhalten wird.
Nach dem Abschneiden des Sinterkörpers in einer Richtung senkrecht auf die Achse leichter Magnetisierung, in welcher das Magnetfeld beim Durchführen von Formpressen angelegt wird, und dem Verarbeiten des Sinterkörpers zu einer Dünnblechform mit einer Dicke von 100 nm durch eine Ionenstrahlfokussiervorrichtung (FIB) wird die Probe in einem Rasterdurchstrahlungselektronenmikroskop (STEM) in eine Position gerichtet, in welcher die Kristallstruktur vom Nd₂Fe₁₄B-Typ in der [110]-Richtung beobachtet werden kann, um ein HAADF-Bild zu erhalten. 1 veranschaulicht (a) das HAADF-Bild und (b) das Kristallstrukturmodell, wie in Richtung [110] beobachtet, erhalten vom Sinterkörper, dessen Hauptphasenkörner die Zusammensetzung von Nd₂Fe₁₄B aufweisen.
In dem zuvor erwähnten HAADF-Bild ist die Intensität ungefähr proportional zum Quadrat der Atomzahl, und daher können B (Atomzahl: 5), Fe (Atomzahl: 26), Y (Atomzahl: 39) und Seltenerdelemente außer Y (Atomzahl: über 57) leicht unterschieden werden. Insbesondere die 4f-Stelle und die 4g-Stelle können ohne Überlappen deutlich auseinander gehalten werden, wenn die Kristallstruktur vom Nd₂Fe₁₄B-Typ in der Richtung [110] beobachtet wird. Die Linienprofile der Intensität, die aus den HAADF-Bildern der Sinterkörper mit einer Zusammensetzung von (a) Nd₂Fe₁₄B bzw. (b) (Y_0.5Nd_0.5)₂Fe₁₄B erhalten werden, sind in 2 dargestellt. Außerdem werden die Linienprofile entlang der rechteckigen Region erhalten, die im HAADF-Bild von 1(a) dargestellt ist.
Im HAADF-Bild des Nd₂Fe₁₄B-Kristalls, wie in Richtung [110] beobachtet und in 2(a) dargestellt, ist sowohl die Intensität der 4f-Stelle als auch der 4g-Stelle hoch, und sie weisen eine gleichwertige Intensität auf, so dass bestimmt werden kann, dass sowohl die 4f-Stelle als auch die 4g-Stelle durch Nd belegt sind, das eine hohe Atomzahl aufweist.
Im HAADF-Bild des (Y_0.5Nd_0.5)₂Fe₁₄B-Kristalls, wie in Richtung [110] beobachtet und in 2(b) dargestellt, ist die Intensität an der 4f-Stelle niedrig, während die an der 4g-Stelle hoch ist. Das heißt, es kann bestimmt werden, dass Y mit einer niedrigeren Atomzahl die 4f-Stelle belegt, während Nd mit einer höheren Atomzahl die 4g-Stelle belegt.
BEISPIELE
Im Folgenden werden die Inhalte der vorliegenden Erfindung basierend auf den Beispielen und Vergleichsbeispielen weiter detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
Spezifizierte Mengen von Nd-Metall, Y-Metall, Ce-Metall, Elektrolyteisen und Ferrobor wurden gewogen, um die Zusammensetzung der Hauptphasenkörner so herzustellen, dass sie (Nd_1-x(Y_1-zCe_z)_x)₂Fe₁₄B (x = 0,0~0,7, z = 0,0~1,0) entspricht, und es wurde eine dünnplattenförmige R-T-B-Legierung durch ein Bandgießverfahren hergestellt. Nachdem die Legierung Rühren in einem Wasserstoffgasstrom bei gleichzeitiger Hitzebehandlung zum Herstellen eines groben Pulvers unterzogen worden war, wurde ein Ölamid als Schmiermittel zugegeben, und in einer nichtoxidierenden Atmosphäre wurde mit einer Strahlmühle feines Pulver hergestellt (wobei der Teilchendurchmesser 3 μm betrug). Das resultierende feine Pulver wurde in ein Presswerkzeug (mit einer Öffnungsgröße von 20 mm × 18 mm) gefüllt und bei einem Druck von 2,0 t/cm² unter einem Magnetfeld (2 T), das in einer Richtung senkrecht auf die Formpressrichtung angelegt wurde, uniaxialem Formpressen unterzogen. Nach dem Erhitzen des resultierenden Formartikels auf die optimale Sintertemperatur und 4-stündigem Halten wurde das resultierende Produkt auf Raumtemperatur abgekühlt, um den Sinterkörper zu erhalten, wobei veranlasst wurde, dass die Temperaturabnahmegeschwindigkeit in einer bei 400°C bis 800°C ± 50°C zentrierten Temperaturzone 10° K/s~10^–2 K/s betrug, und die Temperaturabnahmegeschwindigkeit in einer anderen als der zuvor erwähnten Temperarturzone 10^–1 K/s betrug. Die Ergebnisse, die durch Bestimmen der magnetischen Eigenschaften des Sinterkörpers unter Verwendung eines B-H-Tracers erhalten wurden, und die Ergebnisse, die durch Bestimmen der Dichte des Sinterkörpers erhalten wurden, wurden in Tabelle 1 dargestellt.
Der Sinterkörper wurde in einer Richtung senkrecht auf die Achse leichter Magnetisierung (d. h. der Richtung, in welcher beim Durchführen von Formpressen das Magnetfeld angelegt wurde) abgeschnitten, und durch das Röntgenbeugungsverfahren wurde bestimmt, dass die Haupterzeugungsphase zur tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur gehörte. Anschließend wurde nach dem Verarbeiten des Sinterkörpers zu einer Dünnblechform mit einer Dicke von 100 nm durch eine FIB-Vorrichtung die Umgebung der Mitte der Hauptphasenkörner mit der mit dem STEM ausgestatteten EDS-Vorrichtung analysiert, und die Zusammensetzung der Hauptphasenkörner wurde durch Verwenden der Filmkorrekturfunktion quantifiziert. Als Nächstes wurde die Probe in eine Position gerichtet, in welcher die tetragonale R₂T₁₄B-Struktur aus der Richtung [110] beobachtet werden kann, um ein HAADF-Bild zu erhalten. Mit dem quadratischen Bereich im HAADF-Bild als Ziel, dessen Länge jeder Seite 10 nm betrug, wurde das durch Zählen der Anzahlen von Y an der f-Stelle und der g-Stelle basierend auf den Intensitätsinformationen erhaltene Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, in Tabelle 1 dargestellt.
[Beispiele 1~3 und Vergleichsbeispiele 1~3]
In einer Zusammensetzung, in welcher das R in der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur Nd war und nur durch Y (x = 0,0~0,7, z = 0,0) ersetzt wurde, nahm die Dichte mit zunehmender Ersetzungsmenge x von Y in Bezug auf Nd ab, und es wurden die Wirkungen der Dichteabnahme und des Leichtermachens erzielt. Wenn jedoch x ≥ 0,6, nahmen die restliche Magnetflussdichte B_r und die Koerzitivkraft H_cJ beträchtlich ab. Das heißt, es konnte erkannt werden, dass in einem Fall, in dem Nd nur durch Y (z = 0,0) ersetzt wurde, innerhalb des Bereichs von 0,0 < x ≤ 0,5 ein ausgezeichneter Dauermagnet erhalten werden konnte, der nicht nur eine praktische restliche Magnetflussdichte B_r und Koerzitivkraft H_cJ aufwies, sondern außerdem auch leichter als der bestehende Nd-Fe-B-basierte Magnet war, und der bei Anwendung in einer Dauermagnet-Synchronrotationsmaschine eine höhere Ansprechempfindlichkeit und Steuerbarkeit aufwies. Außerdem konnte erkannt werden, dass innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, 0,89~0,96 betrug, und das meiste Y, welches das Nd ersetzte, selektiv die 4f-Stelle belegte.
[Vergleichsbeispiele 8~12]
In einer Zusammensetzung, in welcher das R in der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur Nd war und nur durch Ce (x = 0,2~0,7, z = 1,0) ersetzt wurde, nahmen die restliche Magnetflussdichte B_r und die Koerzitivkraft H_cJ bei erhöhter Ersetzungsmenge x von Ce in Bezug auf Nd monoton ab. Außerdem war keine mit der Zunahme der Ersetzungsmenge x von Ce einhergehende Abnahme der Dichte zu beobachten. Das heißt, es konnte erkannt werden, dass in einem Fall, in dem Nd nur durch Ce (z = 1,0) ersetzt wurde, der resultierende Dauermagnet keine praktische restliche Magnetflussdichte B_r und Koerzitivkraft H_cJ aufwies und kein leichterer Dauermagnet als der bestehende Nd-Fe-B-basierte Magnet erhalten werden konnte.
[Beispiele 4~6 und Vergleichsbeispiele 4~5]
In einer Zusammensetzung, in welcher das R in der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur Nd war und das Ersetzen durch Y und Ce zu gleichen Teilen (x = 0,2~0,7, z = 0,5) erfolgte, nahm die Dichte mit zunehmender Ersetzungsmenge x von Y und Ce in Bezug auf Nd ab, wodurch eine Wirkung einer Dichteabnahme und des Leichtermachens erzielt wurde, die durch das Ersetzen von Nd durch Y und Ce hervorgerufen wurde. Außerdem nahmen mit zunehmender Ersetzungsmenge x von Y und Ce in Bezug auf Nd die restliche Magnetflussdichte B_r und die Koerzitivkraft H_cJ schrittweise ab, insbesondere nahm die Koerzitivkraft H_cJ drastisch ab, wenn x ≥ 0,6. Das heißt, es wurde erkannt, dass in einer Zusammensetzung, in welcher Nd durch Y und Ce zu gleichen Teilen (z = 0,5) ersetzt wurde, innerhalb des Bereichs von 0,0 < x ≤ 0,5 ein ausgezeichneter Dauermagnet erhalten werden konnte, der nicht nur gleichwertige magnetische Eigenschaften wie der bestehende R-T-B-basierte Magnet und eine leichtere Masse aufwies, sondern bei Verwendung in einer Dauermagnet-Synchronrotationsmaschine außerdem eine hohe Ansprechempfindlichkeit und Steuerbarkeit aufwies. Ferner konnte erkannt werden, dass innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y, das die 4f-Stelle belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, 0,87~0,95 betrug, und das meiste Y, welches das Nd ersetzte, selektiv die 4f-Stelle belegte.
[Beispiel 3, Beispiele 6~8, Vergleichsbeispiele 6~7 und Vergleichsbeispiel 10]
In einer Zusammensetzung, in welcher das R in der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur Nd war und die Hälfte von Nd durch Y oder Ce oder beides (x = 0,5, z = 0,0~1,0) ersetzt wurde, nahm die Dichte mit zunehmender relativer Menge z von Ce in Bezug auf Y zu, und sie entsprach der des bestehenden Nd-Fe-B-basierten Magneten, wenn z ≥ 0,6. Zusätzlich nahmen die restliche Magnetflussdichte B_r und die Koerzitivkraft H_cJ beträchtlich ab, wenn die relative Menge von Ce gegenüber Y die Hälfte überschritt (z ≥ 0,6). Das heißt, es wurde erkannt, dass innerhalb des Bereichs von 0,0 ≤ z ≤ 0,5 ein ausgezeichneter Dauermagnet erhalten werden konnte, der nicht nur gleichwertige magnetische Eigenschaften wie der bestehende R-T-B-basiserte Magnet und eine leichtere Masse aufwies, sondern bei Verwendung in einer Dauermagnet-Synchronrotationsmaschine außerdem eine hohe Ansprechempfindlichkeit und Steuerbarkeit aufwies. Zudem konnte erkannt werden, dass innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, 0,87~0,89 betrug, und das meiste Y, welches das Nd ersetzte, selektiv die 4f-Stelle belegte.
[Beispiel 3, Beispiele 11~12 und Vergleichsbeispiele 13~17]
In einer Zusammensetzung, in welcher das R in der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur Nd war und die Hälfte von Nd nur durch Y (x = 0,5, z = 0,0) ersetzt wurde, wurde veranlasst, dass die Temperaturabnahmegeschwindigkeit in der Temperaturzone von 750°C~850°C (800 ± 50°C) zwischen 1 × 10°K/s und 5 × 10^–5 K/s variierte. In einem Fall, in dem die Temperaturabnahmegeschwindigkeit 1 × 10^–4 K/s~1 × 10^–2 K/s betrug, wurden magnetische Eigenschaften erhalten, die ebenso hervorragend waren wie die des Nd-Fe-B-basierten Magneten ohne Ersetzen von Nd (Vergleichsbeispiel 1). Falls die Temperaturabnahmegeschwindigkeit jedoch größer als 10^–2 K/s war, nahmen die magnetischen Eigenschaften drastisch ab, und das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, nahm ebenfalls ab. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung nahmen an, dass die drastische Abnahme der magnetischen Eigenschaften, welche mit der Erhöhung der Temperaturabnahmegeschwindigkeit einherging, durch die unzureichende Zeit für die Bewegung der Seltenerdelemente zu stabilen Stellen verursacht wurde. Falls außerdem die Temperaturabnahmegeschwindigkeit niedriger als 1 × 10^–4 K/s war, wurde, obwohl die magnetischen Eigenschaften etwas abnahmen, das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, im Wesentlichen aufrechterhalten. Die Erfinder hiervon nahmen an, dass die Abnahme der magnetischen Eigenschaften, welche mit der Herabsetzung der Temperaturabnahmegeschwindigkeit einherging, nicht durch die Y-Belegung an der 4f-Stelle, sondern durch das Verschwinden der Korngrenzstruktur infolge der extrem niedrigen Temperaturabnahmerate verursacht wurde, wobei die Korngrenzstruktur erforderlich war, damit der Dauermagnet vom R₂T₁₄B-Typ die Koerzitivkraft aufwies.
[Beispiel 3 und Vergleichsbeispiele 18~22]
In einer Zusammensetzung, in welcher das R in der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur Nd war und die Hälfte von Nd nur durch Y (x = 0,5, z = 0,0) ersetzt wurde, wurde veranlasst, dass die Temperaturzone mit einer Temperaturabnahmegeschwindigkeit von 1 × 10^–2 K/s zwischen 450°C~1050°C (500 ± 50°C~1000 ± 50°C) variierte. Falls die Temperaturzone mit einer Temperaturabnahmegeschwindigkeit von 1 × 10^–2 K/s bei 750°C~850°C (800 ± 50°C) war, wurden magnetische Eigenschaften erhalten, die ebenso hervorragend waren wie die des Nd-Fe-B-basierten Magneten ohne Ersetzen von Nd (Vergleichsbeispiel 1). Falls die Temperaturzone mit einer Temperaturabnahmegeschwindigkeit von 1 × 10^–2 K/s jedoch bei einer Temperatur von unter 750°C~850°C (800 ± 50°C) war, nahmen die magnetischen Eigenschaften ab, und das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, nahm ebenfalls ab. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung nahmen an, dass die Abnahme der magnetischen Eigenschaften, welche mit der Temperatursenkung der Temperaturzone einherging, deren Temperaturabnahmegeschwindigkeit gesteuert wurde, durch die unzureichende Energie für die Bewegung der Seltenerdelemente zu stabilen Stellen verursacht wurde. Falls außerdem die Temperaturzone mit einer Temperaturabnahmegeschwindigkeit von 1 × 10^–2 K/s bei einer höheren Temperatur als 750°C~850°C (800 ± 50°C) war, nahmen die magnetischen Eigenschaften ab, und das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, nahm ebenfalls etwas ab. Die Erfinder hiervon nahmen an, dass die Abnahme der magnetischen Eigenschaften, welche mit der Temperaturerhöhung der Temperaturzone einherging, deren Temperaturabnahmegeschwindigkeit gesteuert wurde, durch überschüssige Energie verursacht wurde, so dass sich die Seltenerdelemente von den benachbarten Stellen wegbewegten.
[Beispiel 6 und Vergleichsbeispiele 23~26]
In einer Zusammensetzung, in welcher das R in der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur Nd war und die Hälfte von Nd nur durch Y und Ce zu gleichen Teilen (x = 0,5, z = 0,5) ersetzt wurde, wurde veranlasst, dass die Temperaturzone mit einer Temperaturabnahmegeschwindigkeit von 1 × 10^–2 K/s zwischen 350°C~850°C (400 ± 50°C~800 ± 50°C) variierte. Falls die Temperaturzone mit einer Temperaturabnahmegeschwindigkeit von 1 × 10^–2 K/s bei 550°C~650°C (600 ± 50°C) war, wurden magnetische Eigenschaften erhalten, die ebenso hervorragend waren wie die des Nd-Fe-B-basierten Magneten ohne Ersetzen von Nd (Vergleichsbeispiel 1). Falls die Temperaturzone mit einer Temperaturabnahmegeschwindigkeit von 1 × 10^–2 K/s jedoch bei einer Temperatur von unter 550°C 650°C (600 ± 50°C) war, nahmen die magnetischen Eigenschaften ab, und das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, nahm ebenfalls ab. Falls außerdem die Temperaturzone mit einer Temperaturabnahmegeschwindigkeit von 1 × 10^–2 K/s bei einer Temperatur von über 550°C~650°C (600 ± 50°C) war, nahmen die magnetischen Eigenschaften ebenso ab, und das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, nahm ebenfalls ab. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung nahmen an, dass die Differenz zwischen den optimalen Temperaturzonen, für welche die Temperaturabnahmegeschwindigkeit gesteuert wurde, in einer Zusammensetzung, in welcher die Hälfte von Nd nur durch Y ersetzt wurde (Beispiel 3 und Vergleichsbeispiele 18~22), und in einer Zusammensetzung, in welcher die Hälfte von Nd durch Y und Ce ersetzt wurde (Beispiel 6 und Vergleichsbeispiele 23~26), aus den verschiedenen Energien resultierte, die zur Bewegung der Seltenerdelemente zu stabilen Stellen verwendet wurden.
[Beispiel 3 und Beispiele 9~10]
In einer Zusammensetzung, in welcher das R in der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur Nd war, oder R Nd und Dy oder Nd und Tb war, konnte erkannt werden, dass in allen der Zusammensetzungen, in welchen die Hälfte von R nur durch Y (x = 0,5, z = 0,0) ersetzt wurde, ein ausgezeichneter Dauermagnet erhalten werden konnte, der nicht nur gleichwertige magnetische Eigenschaften wie der bestehende Nd-Fe-B-basierte Magnet und eine leichtere Masse aufwies, sondern bei Verwendung in einer Dauermagnet-Synchronrotationsmaschine außerdem eine hohe Ansprechempfindlichkeit und Steuerbarkeit aufwies. Außerdem konnte erkannt werden, dass in den vorstehenden Zusammensetzungen das Häufigkeitsverhältnis von Y_4f/(Y_4f + Y_4g) in Bezug auf das Y_4f, das die 4f-Stelle belegte, und das Y_4g, das die 4g-Stelle belegte, 0,88~0,89 betrug, und das meiste Y, welches R ersetzte, selektiv die 4f-Stelle belegte. [Tabelle 1]
Wie vorstehend dargelegt, ist der R-T-B-basierte Dauermagnet der vorliegenden Erfindung für das Feldsystem einer Dauermagnet-Synchronrotationsmaschine verwendbar, die in Verbraucher-, Industrie-, Transporteinrichtungen usw. häufig verwendet wird.

Claims

R-T-B-basierter Dauermagnet, umfassend Hauptphasenkörner mit einer Zusammensetzung von (R_1-x(Y_1-zCe_z)_x)₂T₁₄B, wobei für das Häufigkeitsverhältnis Y_4f/(Y_4f + Y_4g) gilt: 0,8 ≤ Y_4f/(Y_4f + Y_4g) ≤ 1,0, wobei das Y, das die 4f-Stelle der tetragonalen R₂T₁₄B-Struktur in den Hauptphasenkörnern belegt, als Y_4f bezeichnet wird, und das Y, das die 4g-Stelle belegt, als Y_4g bezeichnet wird, wobei es sich bei R um Seltenerdelement(e) bestehend aus einem oder mehreren Elementen handelt, die aus La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ausgewählt sind, und bei T um ein oder mehrere Übergangsmetallelemente mit Fe oder Fe und Co als Hauptelementen handelt, wobei gilt: 0,0 < x ≤ 0,5 und 0,0 ≤ z ≤ 0.5.
Rotationsmaschine, umfassend den R-T-B-basierten Dauermagneten nach Anspruch 1.