DE112014005910T5

DE112014005910T5 - Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten

Info

Publication number: DE112014005910T5
Application number: DE112014005910.2T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Shoji; Daisuke Sakuma; Kazuaki HAGA; Noritsugu Sakuma
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: CN105830178A; JP5915637B2; US10347418B2; JP2015119074A; KR101809860B1; US20160314899A1; KR20160087856A; WO2015092524A1; DE112014005910B4; CN105830178B

Abstract

Ein Verfahren umfasst: Herstellen eines Sinterkörpers aus (Rl)x(Rh)yTzBsMt mit einer Korngrenzenphase; Herstellen eines Seltene-Erden-Magnetprecursors aus dem Sinterkörper; und Durchführen einer Wärmebehandlung an dem Seltene-Erden-Magnetprecursor bei 450°C bis 700°C, um eine Schmelze einer modifizierten Legierung, die ein leichtes Seltene-Erden-Element und entweder ein Übergangsmetallelement, Al, In, Zn oder Ga enthält in die Korngrenzenphase zu diffundieren und zu infiltrieren. Rl repräsentiert ein leichtes Seltene-Erden-Element. Rh repräsentiert Dy oder Tb. T repräsentiert ein Übergangsmetall mit wenigstens einem von Fe, Ni und Co. B repräsentiert Bor. M repräsentiert eines von Ga, Al oder Cu. x, y, z, s und t repräsentieren die Massen-% von Rl, Rh, T, B und M. Folgende Ausdrücke werden angewandt: 27 ≤ x ≤ 44, 0 ≤ y ≤ 10, z = 100 – x – y – s – t, 0,75 ≤ s ≤ 3,4, 0 ≤ t ≤ 3. Eine Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung entspricht 0 Massen-% bis 5 Massen-%.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Seltene-Erden-Magneten.
2. Beschreibung vom Stand der Technik
Seltene-Erden-Magneten, die aus Seltene-Erden-Elementen hergestellt sind, werden als Permanentmagnete bezeichnet und werden für Antriebsmotoren von Hybridfahrzeugen, elektrischen Fahrzeugen und ähnlichen genauso wie für Motoren in Festplattenlaufwerken und MRIs verwendet.
Als Maßstab für die Magneteigenschaften dieser Seltene-Erden-Magneten werden beispielsweise die remanente Magnetisierung (remanente magnetische Flussdichte) und die Koerzitivkraft verwendet. Mit der Verringerung der Größe eines Motors und der Erhöhung der Stromdichte steigt die Wärmeerzeugung, so dass die Anforderungen an eine hohe Wärmewiderstandsfähigkeit bei dem zu verwendenden Seltene Erden-Magneten weitergestiegen ist. Demgemäß ist es eine wichtige Forschungsaufgabe in diesem technischen Gebiet wie die Koerzitivkraft eines Magneten beibehalten werden kann, wenn er bei hoher Temperatur verwendet wird. Ein Nd-Fe-B-basierter Magnet, wie er häufig als Seltene-Erden-Magnet in einem Fahrzeugantriebsmotor verwendet wird, wird als Beispiel beschrieben. In diesen Nd-Fe-B-basierten Magneten ist es ein Ansatz um dessen Koerzitivkraft zu erhöhen beispielsweise das Weiterentwickeln der Kristallkörner durch Verwendung einer Legierungszusammensetzung mit einer größeren Menge an Nd, oder durch Hinzufügen eines schweren Seltene-Erden-Elements wie beispielsweise Dy oder Tb mit hoher Koerzitivkraftleistung.
Beispiele der Seltene-Erden-Magnete umfassen üblicherweise verwendete gesinterte Magnete in denen die Korngröße der Kristallkörner, die die Struktur bilden, etwa 3 μm bis 5 μm beträgt; Und nanokristalline Magnete in denen die Kristallkörner bis zu einer Nanokorngröße von etwa 50 nm bis 300 nm gemahlen werden.
Um die Koerzitivkraft als magnetische Eigenschaft solcher Seltene-Erden-Magneten zu verbessern, offenbart die internationale PCT-Veröffentlichung WO 2012/008623 ein Verfahren, in dem beispielsweise eine Nd-Cu-Legierung oder eine Nd-Al-Legierung in Korngrenzenphasen diffundiert oder infiltriert wird als veränderte Legierung mit einem Übergangsmetallelement oder Ähnlichem und einem leichten Seltene-Erden-Element um die Korngrenzenphase zu modifizieren.
Da die modifizierte Legierung mit einem Übergangsmetallelement oder Ähnlichem und einem leichten Seltene-Erden-Element kein schweres Seltene-Erden-Element, wie beispielsweise Dy enthält, hat die modifizierte Legierung einen niedrigen Schmelzpunkt und schmilzt schon etwa bei 700°C, und kann in die Korngrenzenphase diffundiert und infiltriert werden. Demgemäß kann für den Fall von nanokristallinen Magneten mit einer Korngröße von etwa 300 nm oder weniger, gesagt werden, dass das oben genannte Herstellungsverfahren vorteilhaft ist, da die Koerzitivkrafteigenschaft durch Modifizieren der Korngrenzenphase verbessert werden kann, während eine Vergröberung der Kristallkörner unterdrückt werden kann.
Wenn die Nd-Cu-Legierung oder Ähnliches in die Korngrenzenphase diffundiert oder infiltriert wird, ist es notwendig, dass die Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung oder Ähnlichen oder die Wärmebehandlungszeit erhöht wird, um die Nd-Cu-Legierung oder Ähnliche in das Zentrum des Magneten zu Diffundieren oder Infiltrieren.
In diesem Fall ist die Nd-Cu-Legierung selbst eine nicht-magnetische Legierung, so dass, wenn die Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung oder Ähnliche zum Diffundieren und Infiltrieren erhöht wird, der Anteil der nicht-magnetischen Legierung in dem Magnet erhöht wird, was zu einer Verringerung der remanenten Magnetisierung des Magneten führt. Außerdem führt eine Erhöhung der Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung oder Ähnliche zu einer Erhöhung der Materialkosten.
Außerdem führt die Diffusion und Infiltrierung der Nd-Cu-Legierung oder Ähnlicher unter Verwendung einer Langzeitwärmebehandlung zu einer Vergrößerung der Herstellungszeit und Kosten eines Magneten.
Anstelle der Diffusion und Infiltrierung der veränderten Legierung offenbart andererseits die internationale PCT-Veröffentlichung WO 2012/036294 ein Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten, in dem auf einen Seltene-Erden-Magnetprecursor, der einer heißen Deformationsbehandlung unterworfen wird, eine Wärmebehandlung angewandt wird bei einer Temperatur, die ausreichend groß ist, um eine Diffusion oder ein Fließen einer Korngrenzenphase zu verursachen und die andererseits niedrig genug ist, um eine Vergröberung der Kristallkörner zu vermeiden, so dass eine Korngrenzenphase, die sich auf Trippelpunkte der Kristallkörner konzentriert ausreichend in eine Korngrenze infiltriert wird, anders als die Trippelpunkte, die jedes Kristallkorn umgeben, um dadurch die Koerzitivkrafteigenschaften zu verbessern. Solch eine Wärmebehandlung wird auch als optimale Wärmebehandlung oder als Alterungsbehandlung bezeichnet.
Die untere Temperatur während der hier definierten Wärmebehandlung ist etwa maximal 700°C wie in dem Fall der internationalen PCT-Veröffentlichung WO 2012/008623 . Um bei solch niedrigen Temperaturen die Korngrenzenphase zu diffundieren oder fließend zu veranlassen, wird beispielsweise die Seltene-Erden-Magnetzusammenstellung Nd₁₅Fe₇₇B₇Ga offenbart und ein Seltene-Erden-Magnet wird aus einer Materialzusammensetzung hergestellt, die eine Nd-reiche Korngrenze aufweist.
Bei der in der internationalen PCT-Veröffentlichung WO 2012/036294 offenbarten Herstellungsmethode wird die veränderte Legierung jedoch nicht diffundiert oder infiltriert. Daher ist in Bezug auf die Koerzitivkrafteigenschaft beispielsweise einer Oberflächenregion (außenumgebende Region) eines Magneten die Verschlechterung der Koerzitivkrafteigenschaft unausweichlich im Vergleich zu dem Herstellungsverfahren in dem die modifiziere Legierung diffundiert und infiltriert wird.
Eine einfache Kombination zwischen den beiden oben beschriebenen Techniken könnte daher in Betracht gezogen werden. Die Techniken umfassen: die in der internationalen PCT-Veröffentlichung WO 2012/008623 offenbarte Technik, d. h. das Herstellungsverfahren in dem die modifizierte Legierung diffundiert und infiltriert wird; und die in der internationalen PCT-Veröffentlichung WO 2012/036294 offenbarte Technik, d. h. das Herstellungsverfahren in dem eine Korngrenzenphase beispielsweise durch eine Wärmebehandlung bei einer niedrigen Temperatur zum Fließen veranlasst wird. Bei einem Herstellungsverfahren welches eine Kombination der oben genannten Techniken ist, wird berücksichtigt, dass die Koerzitivkraft eines Oberflächengebietes eines Magneten durch Diffusion und Infiltration der modifizierten Legierung verbessert werden kann, und die Koerzitivkraft eines zentralen Bereichs des Magneten durch das Fließen oder Ähnliches einer Korngrenzenphase verbessert werden kann.
Die internationale PCT-Veröffentlichung WO 2012/008623 und die internationale PCT-Veröffentlichung WO 2012/036294 ist hauptsächlich auf die Verbesserung der Koerzitivkrafteigenschaft fokussiert und zeigt keine Konfiguration bezüglich des oben beschriebenen Problems, d. h. die Verringerung der remanenten Magnetisierung durch die Infiltrationsmenge der modifizierten Legierung ist sehr groß. Durch die einfache Kombination der in der internationalen PCT-Veröffentlichung WO 2012/008623 und der internationalen PCT-Veröffentlichung WO 2012/036294 offenbarten Technik, kann daher kein Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten erreicht werden, das sowohl in Bezug auf die Koerzitivkrafteigenschaft als auch in Bezug auf die Magnetisierungseigenschaft hervorragend ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten bereit, das Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten, der sowohl in den Koerzitivkrafteigenschaften als auch in den Magnetisierungseigenschaften hervorragend ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten bereitgestellt, umfassend: Herstellen eines Sinterkörpers mit einer Zusammensetzung entsprechend (Rl)_x(Rh)_yT_zB_sM_t und mit einer Struktur die eine Hauptphase und eine Korngrenzenphase enthält; Herstellen eines Seltene-Erden-Magnetprecursors mittels heißer Deformation des Sinterkörpers; und Herstellen eines Seltene-Erden-Magneten mittels Wärmebehandlung des Seltene-Erden-Magnetprecursors in einem Temperaturbereich von 450°C bis 700°C, um so eine Schmelze einer modifizierten Legierung in die Korngrenzenphase des Seltene-Erden-Magnetprecursors zu diffundieren und zu infiltrieren, die modifizierte Legierung enthält ein leichtes Seltene-Erden-Element und eines der Übergangsmetallelemente Al, In, Zn und Ga. Rl repräsentiert eines der leichten Seltene-Erden-Elemente die Y enthalten. Rh repräsentiert wenigstens eines der schweren Seltene-Erden-Elemente aus der Gruppe von Dy und Tb. T repräsentiert ein Übergangsmetall das wenigstens eines von Fe, Ni, und Co enthält. B entspricht Bor. M repräsentiert wenigstens eines von Ga, Al, und Cu. x, y, z, s und t entsprechen den jeweiligen Massen-% von Rl, Rh, T, B und M in dem Sinterkörper. x, y, z, s und t können durch die folgenden Ausdrücke beschrieben werden: 27 ≤ x ≤ 44, 0 ≤ y ≤ 10, z = 100 – x – y – s – t, 0,75 ≤ s ≤ 3,4, 0 ≤ t ≤ 3. Die Infiltrierungsmenge der Schmelze aus modifizierter Legierung, die in die Korngrenzenphase infiltriert wird, ist größer als 0 Massen-% und kleiner als 5 Massen-% in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor.
In dem Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten enthält die Korngrenzenphase wenigstens eines von Ga, Al und Cu zusätzlich zu Nd oder Ähnlichem, und die modifizierte Legierung enthält ein leichtes Seltene-Erden-Element und eines der Übergangsmetallelemente von Al, In, Zn und Ga, das mit einer Infiltrierungsmenge von mehr als 0 Massen-% und weniger als 5 Massen-% in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor diffundiert und infiltriert wird. Als Ergebnis kann eine Verringerung der Magnetisierung durch Diffusion und Infiltrierung der modifizierten Legierung unterdrückt werden, und die Koerzitivkrafteigenschaft des gesamten Gebiets eines Magneten, das vom Zentrumsgebiet bis zum Oberflächengebiet reicht, wird verbessert. Ein Grenzgebiet zwischen dem Zentrumsgebiet und dem Oberflächengebiet ist nicht speziell begrenzt. Beispielsweise, wenn der Abstand vom Zentrum zur Oberfläche des Magneten s entspricht, kann ein Bereich von s/3 und ein Bereich von 2s/3 als Zentrumsgebiet und entsprechend als Oberflächengebiet definiert werden.
Hier enthält der Seltene-Erden-Magnet, der das Herstellungsziel des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist, einen nanokristallinen Magneten in dem die Korngröße einer Hauptphase (Kristall), die eine Struktur bildet, etwa 300 nm oder kleiner ist; einen gesinterten Magneten mit einer Korngröße von mehr als 300 nm oder einer Korngröße von 1 μm und mehr; und einen geklebten Magneten in dem die Kristallkörner über ein Klebeharz miteinander verbunden sind.
In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein erstes Magnetpulver, das der oben beschriebenen Zusammensetzung entspricht und eine Struktur mit der Hauptphase und der Korngrenzenphase aufweist, hergestellt werden. Beispielsweise kann das magnetische Pulver für den Seltene-Erden-Magnet über ein schnell verfestigtes Band, das feine Kristallkörner enthält, über schnelle Verfestigung und Zerstoßen des schnell verfestigten Bandes, hergestellt werden.
Das Magnetpulver wird beispielsweise in eine Form gefüllt und wird während es von einem Stößel komprimiert wird, um eine Einheit zu bilden, gesintert. Als Ergebnis wird ein isotrop gesinterter Körper erhalten. Dieser gesinterte Körper hat beispielsweise eine metallographische Struktur, die RE-Fe-B als Hauptphase einer nanokristallinen Struktur und eine Korngrenzenphase einer RE-X-Legierung (X: Metallelement) um die Hauptphase herum enthält. Hier entspricht RE wenigstens einem von Nd und Pr, und insbesondere wird ein Element oder zwei oder mehr Elemente aus Nd, Pr, und Nd-Pr ausgewählt. Die Korngrenzenphase enthält wenigstens eines von Ga, Al und Cu zusätzlich zu Nd oder Ähnlichem.
Als Nächstes wird an dem isotrop gesinterten Körper ein heißer Deformationsprozess durchgeführt um magnetische Anisotropie einzubringen. Beispiele eines heißen Deformationsprozesses enthalten Stauch-Schmieden und Streck-Schmieden (Vorwärtsstreckschmieden und Rückwärtsstreckschmieden). Eine Verarbeitungsspannung wird in den gesinterten Körper eingebracht unter Verwendung eines Verfahrens oder einer Kombination von zwei oder mehrerer Verfahren der oben beschriebenen heißen Deformationsverfahren. Als Nächstes wird beispielsweise eine starke Deformation bei einer Verfahrensrate von 60% bis 80% durchgeführt. Als Ergebnis wird ein Seltene-Erden-Magnet mit starker Ausrichtung und hervorragenden Magnetisierungseigenschaften hergestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Seltene-Erden-Magnetprecursor, der einem ausgerichteten Magneten entspricht durch Anwenden eines heißen Deformationsprozesses auf den gesinterten Körper hergestellt. Als Nächstes wird ein Seltene-Erden-Magnet durch Anwenden einer Wärmebehandlung auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor in einem Temperaturbereich von 450°C bis 700°C um eine Schmelze einer modifizierten Legierung in die Korngrenzenphase des Seltene-Erden-Magnetprecursors zu diffundieren und infiltrieren hergestellt. Die modifizierte Legierung enthält ein leichtes Seltene-Erden-Element und entweder ein Übergangsmetallelement oder Ähnliches.
Die Korngrenzenphase zwischen den Kristallen, die den Seltene-Erden-Magnetprecursor bilden, enthält wenigstens eines von Ga, Al und Cu zusätzlich zu Nd oder Ähnlichem.
Während der Wärmebehandlung in dem die modifizierte Legierung diffundiert und infiltriert wird, wird die Wärmebehandlung daher gleichmäßig auf der Innenseite des Seltene-Erden-Magnetprecursors durchgeführt. Wegen dieser Wärmebehandlung werden Nd oder Ähnliches und Ga, Al, Cu oder Ähnliches in die Korngrenzenphase legiert. Die Korngrenzenphase wird durch diese Legierung modifiziert. Das heißt, durch Legieren des Übergangsmetallelements oder Ähnlichem und einem leichten Seltene-Erden-Element vorab in die Korngrenzenphase, können die gleichen Modifizierungseffekte erreicht werden wie für den Fall in dem die modifizierte Legierung diffundiert und infiltriert wird ohne die Notwendigkeit des Diffundierens und Infiltrierens der modifizierten Legierung in die Oberfläche eines Magneten.
Zusätzlich kann durch Diffusion und Infiltrierung der modifizierten Legierung die Korngrenzenphase der Oberflächenregion des Seltene-Erden-Magnetprecursors, in den die modifizierte Legierung leicht diffundiert und infiltriert, modifiziert werden. Die Modifizierung der Korngrenzenphase, die vorab durch Legieren eines Übergangsmetallelements oder Ähnlichem und einem leichten Seltene-Erden-Element die Korngrenzenphase durchgeführt wird, wird für die Korngrenzenphase des gesamten Gebietes des Seltene-Erden-Magnetprecursors durchgeführt. Demgemäß kann die Modifizierung der Korngrenzenphase in einem Zentrumsgebiet des Seltene-Erden-Magnetprecursors ausreichend durchgeführt werden ohne die Notwendigkeit des Diffundierens oder Infiltrierens der modifizierten Legierung in das Zentrumsgebiet.
In dem Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die modifizierte Legierung mit einem Schmelzpunkt oder einem eutektischen Punkt in dem Temperaturbereich von 450°C bis 700°C eine Legierung sein, die ein leichtes Seltene-Erden-Element wie beispielsweise Nd oder Pr und ein Element wie Cu, Co, Mn, In, Zn, Al, Ag, Ga oder Fe enthält.
Gemäß der Erfahrung der vorliegenden Erfinder in Bezug auf die Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung hat sich gezeigt, dass wenn der Gehalt der modifizierten Legierung 5 Massen-% oder höher ist in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor, in den diffundiert und infiltriert wird, die remanente Magnetisierung extrem verringert wird, so dass sie kleiner als ein von den vorliegenden Erfindern gesetzter Zielwert wird. Die Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung wird daher in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor als kleiner 5 Massen-% definiert.
Außerdem kann in dem Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verweilzeit während der Wärmebehandlung 5 Minuten bis 3 Stunden betragen.
Wie oben beschrieben, wird die Modifizierung der Korngrenzenphase, die durch Legieren eines Übergangsmetallelements oder Ähnlichem und eines leichten Seltene-Erden-Elements vorab in die Korngrenzenphase hergestellt wird, für die Korngrenzenphase des gesamten Gebiets des Seltene-Erden-Magnetprecursors durchgeführt. Es ist daher nicht notwendig die modifizierte Legierung in das Zentrumsgebiet des Magneten zu diffundieren und infiltrieren. Im Ergebnis kann die Verweilzeit während der Wärmebehandlung auf 5 Minuten bis 3 Stunden reduziert werden, im Vergleich zu einer Verweilzeit verbundener Techniken in dem die modifizierte Legierung diffundiert und infiltriert wird.
In dem Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten gemäß einem Aspekt der Erfindung beträgt die Verweilzeit während der Wärmebehandlung 30 Minuten bis 3 Stunden. Gemäß einer Erfahrung der vorliegenden Erfinder in Bezug auf die Verweilzeit während der Wärmebehandlung wurde herausgefunden, dass die Kurve, die eine Beziehung zwischen der Verweilzeit und der Koerzitivkraft darstellt, einen Wendepunkt bei einem unteren Grenzwert von 5 Minuten aufweist. Andererseits wurde auch herausgefunden, dass eine Verweilzeit, bei der die Koerzitivkraft einen Peak erreicht, bei etwa 30 Minuten liegt. Wenn daher lediglich auf die Koerzitivkrafteigenschaften Wert gelegt wird, sollte die Verweildauer 30 Minuten oder länger sein. Es wurde auch herausgefunden, dass die remanente Magnetisierung dazu neigt entsprechend der Verweildauer während der Wärmebehandlung graduell leicht zu sinken. Wenn die oben genannten Tatsachen und die Tatsache, dass eine Kurzzeitwärmebehandlung zu einer Verbesserung der Herstellungseffizienz führt zusammen berücksichtigt werden, sollte die Verweilzeit während der Wärmebehandlung 30 Minuten bis 3 Stunden betragen.
Wie oben beschrieben, enthält in dem Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten gemäß einem Aspekt der Erfindung die Korngrenzenphase wenigstens eines von Ga, Al und Cu zusätzlich zu einem leichten Seltene-Erden-Element wie Nd. Zusätzlich ist die Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung, die ein leichtes Seltene-Erden-Element und eines aus einem Übergangsmetallelement Al, In, Zn und Ga enthält, definiert als mehr als 0 Massen-% und weniger als 5 Massen-% in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor, und die Wärmebehandlungstemperatur wird auf 450°C bis 700°C festgelegt. In dem Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Koerzitivkraft des gesamten Gebiets eines Magneten verbessert werden, während eine Verschlechterung der remanenten Magnetisierung verringert wird, und dadurch kann ein Seltene-Erden-Magnet mit exzellenten Eigenschaften in Bezug auf Magnetisierung und Koerzitivkraft hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Eigenschaften, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, beschrieben, wobei:
1A und 1B schematische Diagramme zeigen, die nacheinander einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen, und 1C ein schematisches Diagramm ist, das einen zweiten Schritt davon darstellt;
2A ein Diagramm ist, das eine Mikrostruktur eines Sinterkörpers aus 1B darstellt, und 2B ein Diagramm ist, das eine Mikrostruktur eines Seltene-Erden-Magnetprecursors aus 1C darstellt;
3 ein schematisches Diagramm ist, das einen dritten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
4 ein Diagramm ist, das eine Mikrostruktur einer Kristallstruktur eines hergestellten Seltene-Erden-Magneten darstellt;
5 ein Diagramm ist, das eine Heizkurve des dritten Schritts während der Herstellung von Teststücken der Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 darstellt;
6 ein Diagramm ist, das eine Verteilung der magnetischen Eigenschaften des Vergleichsbeispiels 1 darstellt;
7 ein Diagramm ist, das eine Verteilung der magnetischen Eigenschaften von Vergleichsbeispiel 2 darstellt;
8 ein Diagramm ist, das eine Verteilung magnetischer Eigenschaften von Vergleichsbeispiel 3 darstellt;
9 ein Diagramm ist, das eine Verteilung der magnetischen Eigenschaften von Beispiel 1 darstellt;
10 ein Diagramm ist, das eine Verteilung magnetischer Eigenschaften von Beispiel 4 darstellt;
11 ein Diagramm ist, das eine Verteilung magnetischer Eigenschaften von Beispiel 3 darstellt;
12 ein Diagramm ist, das eine Verteilung magnetischer Eigenschaften von Beispiel 4 darstellt;
13 ein Diagramm ist, das eine Verteilung magnetischer Eigenschaften von Beispiel 5 darstellt;
14 ein Diagramm ist, das eine Heizkurve des dritten Schritts während der Herstellung von Teststücken von Beispiel 6 und Vergleichsbeispielen 4 und 5 darstellt;
15 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Koerzitivkraft in den Vergleichsbeispielen 4 und 5 darstellt;
16 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Koerzitivkraft in einem Oberflächengebiet und einem Zentrumsgebiet von Beispiel 6 darstellt;
17 ein Diagramm ist, das ein Verringerungsverhältnis der Koerzitivkraft eines Seltene-Erden-Magneten nach einer Wärmebehandlung im Verhältnis zu einer Koerzitivkraft eines Seltene-Erden-Magnetprecursors vor einer Wärmebehandlung darstellt;
18 ein Diagramm ist, das die experimentellen Ergebnisse zum Verifizieren eines geeigneten Bereichs für die Infiltrierungsmenge einer modifizierten Legierung darstellt; und
19 ein Diagramm ist, das die experimentellen Ergebnisse der Verifizierung eines geeigneten Bereichs der Wärmebehandlungsverweildauer während der Diffusion und Infiltrierung einer modifizierten Legierung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten)
1A und 1B zeigen schematische Diagramme die nacheinander einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, und 1C ist ein schematisches Diagramm das einen zweiten Schritt davon darstellt. Zusätzlich ist 3 ein schematisches Diagramm das einen dritten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten darstellt. Zusätzlich ist 2A ein Diagramm das eine Mikrostruktur eines gesinterten Körpers aus 1B darstellt, und 2B ist ein Diagramm, das eine Mikrostruktur eines Seltene-Erden-Magnetprecursors aus 1C darstellt. Außerdem ist 4 ein Diagramm, das eine Mikrostruktur einer Kristallstruktur eines hergestellten Seltene-Erden-Magneten darstellt.
Wie in 1 dargestellt ist, wird in einem Ofen (nicht dargestellt) in einer Argon-Gasatmosphäre, in der der Druck auf beispielsweise 50 kPa oder weniger reduziert wurde, ein Legierungsblock durch Hochfrequenzinduktionsheizen unter Verwendung eines Einzel-Rollen-Schmelzspinnverfahrens aufgeschmolzen, und das geschmolzene Metall wird in eine Kupferrolle R injiziert um ein schnell verfestigtes Band B herzustellen, und dieses schnell verfestigte Band B wird zerkleinert. In diesem Fall hat das geschmolzene Metall die Zusammensetzung die den Seltene-Erden-Magnet bildet.
Wie in 1B dargestellt ist, wird das zerkleinerte schnell verfestigte Band B in einen Hohlraum eingefüllt, der durch eine geklebte Karbid-Form D und einen geklebten Karbid-Stempel P gebildet wird, der in einem hohlen Abschnitt der geklebten Karbid-Form D gleitet. Als Nächstes wird das zerkleinerte schnell verfestigte Band B durch einen Strom, der in Druckrichtung fließt, aufgeheizt, während es mit dem geklebten Karbid-Stempel P (X-Richtung) komprimiert wird. Als Ergebnis wird ein gesinterter Körper S mit einer Zusammensetzung entsprechend (Rl)_x(Rh)_yT_zB_sM_t hergestellt. Hierbei repräsentiert Rl eines eines leichten Seltene-Erden-Elements mit Y. Rh entspricht wenigstens einem eines schweren Seltene-Erden-Elements aus der Gruppe von Dy und Tb. T entspricht einem Übergangsmetall mit wenigstens einem Fe, Ni und Co. B entspricht Bor. M entspricht wenigstens einem von Ga, Al, und Cu. x, y, z, s und t entsprechen jeweils Masseteilen von Rl, Rh, T, B und M in dem gesinterten Körper. x, y, z, s und t lassen sich durch folgende Ausdrücke beschreiben:
27 ≤ x ≤ 44,0 ≤ y ≤ 10, z = 100 – x – y – s – t, 0,75 ≤ s ≤ 3,4, 0 ≤ t ≤ 3.
Der gesinterte Körper S hat eine Struktur mit einer Hauptphase und einer Korngrenzenphase, und die Hauptphase hat eine Korngröße von etwa 50 nm bis 300 nm (wie oben als erster Schritt beschrieben).
Die Korngrenzenphase enthält wenigstens eines von Ga, Al und Cu zusätzlich zu Nd oder ähnlichem und ist in einem Nd-reichen Zustand.
Wie in 2A dargestellt hat der Sinterkörper S eine isotrope Kristallstruktur in der eine Korngrenzenphase BP zwischen die nanokristallinen Körner MP (Hauptphase) gefüllt ist. Um, wie in 1C dargestellt, eine magnetische Anisotropie in den Sinterkörper S einzubringen, wird der geklebte Karbidstempel P in einer longitudinalen Richtung mit einer Endoberfläche des Sinterkörpers S in Kontakt gebracht (in 1B ist die horizontale Richtung die longitudinale Richtung), sodass ein heißer Deformationsprozess auf den Sinterkörper S angewandt wird während dieser mit dem geklebten Karbidstempel P komprimiert wird (X-Richtung). Als Ergebnis wird ein Seltene-Erden-Magnetprecursor C gewonnen, der eine Kristallstruktur mit anisotropen nanokristallinen Körnern MP, wie in 2B dargestellt, aufweist (oben als zweiter Schritt bezeichnet).
Wenn der Prozessierungsgrad (Kompressibilität) durch den heißen Deformationsprozess groß ist, beispielsweise falls die Kompressibilität etwa 10% oder höher ist, kann dieser Prozess als starke heiße Deformation oder einfach als starke Deformation bezeichnet werden. Bevorzugt ist jedoch, dass die starke Deformation bei einer Kompressibilität von etwa 60% bis 80% durchgeführt wird.
In einer Kristallstruktur des Seltene-Erden-Magnetenprecursors C, wie in 2B dargestellt, haben die nanokristallinen Körner MP eine flache Form, und die Grenzoberfläche, die im Wesentlichen parallel zu einer anisotropen Achse ist, ist gebogen und ist nicht durch eine spezielle Oberfläche gebildet.
Als nächstes, wie in 3 dargestellt, wird in dem dritten Schritt ein modifiziertes Legierungspulver SL auf die Oberfläche des Seltene-Erden-Magnetprecursors C gespritzt, und der Seltene-Erden-Magnetprecursor C wird in einem Hochtemperaturofen H angeordnet und für eine vorher festgelegte Verweilzeit in einer Hochtemperaturatmosphäre gehalten. Als Ergebnis wird eine Schmelze der modifizierten Legierung SL in die Korngrenzenphase des Seltene-Erden-Magnetprecursors C diffundiert und infiltriert. In Bezug auf das modifizierte Legierungspulver SL kann ein flach geformtes modifiziertes Legierungspulver auf die Oberfläche des Seltene-Erden-Magneten gelegt werden, oder eine Schlemme aus modifiziertem Legierungspulver kann hergestellt werden und auf die Oberfläche des Seltene-Erden-Magnetprecursors aufgebracht werden.
Das modifizierte Legierungspulver SL enthält ein leichtes Seltene-Erden-Element und entweder ein Übergangsmetallelement oder AL, und es wird eine modifizierte Legierung mit einem niedrigen eutektischen Punkt von 450°C bis 700°C verwendet. Als modifiziertes Legierungspulver SL, kann vorzugsweise jede einer Nd-Cu-Legierung (eutektischer Punkt: 520°C), einer Pr-Cu-Legierung (eutektischer Punkt: 480°C), einer Nd-Pr-Cu-Legierung, einer Nd-Al-Legierung (eutektischer Punkt: 640°C), einer Pr-Al-Legierung (eutektischer Punkt: 650°C), einer Nd-Pr-Al-Legierung, einer Ld-Co-Legierung (eutektischer Punkt: 566°C), einer Pr-Co-Legierung (eutektischer Punkt: 540°C), und einer Nd-Pr-Co-Legierung verwendet werden. Besonders bevorzugt werden von diesen Legierungen Legierungen mit einem eutektischen Punkt von 580°C oder niedriger, beispielsweise eine Nd-Cu-Legierung (eutektischer Punkt: 520°C), eine Pr-Cu-Legierung (eutektischer Punkt: 480°C), eine Nd-Co-Legierung (eutektischer Punkt: 566°C), und eine Pr-Co-Legierung (eutektischer Punkt: 540°C) verwendet.
Wärmebehandlungsbedingungen in dem Hochtemperaturofen H liegen in dem Temperaturbereich von 450°C bis 700°C und einer Verweildauer von 5 Minuten bis 3 Stunden. Zusätzlich kann die Infiltrierungsmenge der Schmelze der modifizierten Legierung SL mehr als 0 Massen-% und weniger als 5 Massen-% in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor C sein.
Die Korngrenzenphase BP zwischen den Kristallen MP, die den Seltene-Erden-Magnetprecursor C bilden, enthält wenigstens eines von Ga, Al und Cu zusätzlich zu reichhaltig Nd oder ähnlichem. Demgemäß wird während der Wärmebehandlung in dem die modifizierte Legierung diffundiert und infiltriert wird, die Wärmebehandlung gleichmäßig in dem Zentrumsgebiet des Seltene-Erden-Magentprecursors C ausgeführt. Während dieser Wärmebehandlung wird Nd und Ga, Al, Cu oder ähnliche in der Korngrenzenphase BP legiert. Die Korngrenzenphase BP wird durch diese Legierung (Altersbehandlung, Optimierungsbehandlung) modifiziert. Das heißt durch Legieren eines Übergangsmetallelements oder ähnlichem mit einem leichten Seltene-Erden-Element in der Korngrenzenphase vorab können die gleichen Modifizierungseffekte erreicht werden wie für den Fall wenn die modifizierte Legierung diffundiert und infiltriert wird, ohne dass das Diffundieren und Infiltrieren der modifizierten Legierung in die Oberfläche des Seltene-Erden-Magnetprecursors C notwendig ist.
Auf diese Art und Weise ist nicht notwendig die modifizierte Legierung zu diffundieren und infiltrieren um die Koerzitivkraft eines Zentrumgebiets des Seltene-Erden-Magnetprecursors C zu verbessern. Dementsprechend ist es ausreichend wenn die modifizierte Legierung SL nur in einen Oberflächenbereich des Seltene-Erden-Magnetprecursors C diffundiert und infiltriert wird. Die Verweildauer während der Wärmebehandlung ist 5 Minuten bis 3 Stunden, bevorzugt 30 Minuten bis 3 Stunden, und noch bevorzugter 30 Minuten bis 60 Minuten und noch bevorzugter 30 Minuten.
Zusätzlich wird durch die Diffusion und Infiltrierung der modifizierten Legierung SL die Korngrenzenphase BP des Oberflächengebiets des Seltene-Erden-Magnetprecursors C, in dem die modifizierte Legierung SL leicht diffundiert und infiltriert wurde, modifiziert. Wie oben beschrieben wird die Modifikation der Korngrenzenphase BP, die durch Legieren eines Übergangsmetallelements oder ähnlichem und einem leichten Seltene-Erden-Element vorab in der Korngrenzenphase BP vorhanden sind, auf der Korngrenzenphase BP des gesamten Gebiets des Seltene-Erden-Magnetprecursors C durgeführt. Demgemäß kann die Modifizierung der Korngrenzenphase BP in einem Zentrumsgebiet des Seltene-Erden-Magnetprecursors C durchgeführt werden, ohne dass ein Diffundieren oder Infiltrieren der modifizierten Legierung in das Zentrumsgebiet notwendig ist.
Zusätzlich kann, in Bezug auf die Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung SL, wenn der Gehalt der modifizierten Legierung SL die diffundiert oder infiltriert wird in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor C 5 Massen-% oder mehr wird, die remanente Magnetisierung deutlich verringert werden. Daher wird die Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung SL in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor C auf weniger als 5 Massen-% festgelegt.
Die Schmelze der modifizierten Legierung SL wird in die Korngrenzenphase BP des Oberflächengebiets des Seltene-Erden-Magnetprecursors C diffundiert und infiltriert und Nd oder ähnliche oder wenigstens eines von Ga, Al und Cu, die vorab in der Korngrenzenphase vorhanden sind, werden in dem Zentrumsgebiet des Seltene-Erden-Magnetprecursors C legiert. Als Ergebnis wird die Korngrenzenphase BP modifiziert. Demgemäß wird die Kristallstruktur des Seltene-Erden-Magnetprecursors C, wie in 2B dargestellt, geändert, die Grenzoberfläche der Kristallkörner MP wird wie in 4 dargestellt freigemacht, die Kristallkörner MP sind magnetisch voneinander isoliert und ein Seltene-Erden-Magnet RM mit verbesserter Koerzitivkraft wird hergestellt (dritter Schritt). In einem Zwischenschritt der Strukturmodifizierung durch die in 4 dargestellte modifizierte Legierung, wird keine Grenzoberfläche erzeugt, die im Wesentlichen parallel zu einer anisotropen Achse ist (ist nicht aus einer speziellen Oberfläche gebildet). In einem Schritt jedoch, in dem die Modifizierung durch die modifizierte Legierung ausreichend fortschreitet wird eine Grenzoberfläche (spezifische Oberfläche), die im Wesentlichen parallel ist zu einer anisotropen Achse ausgebildet, und ein seltene-Erden-Magnet, in dem die Form der Kristallkörner MB rechteckig oder im Wesentlichen rechteckig ist, wenn sie zu einer Richtung senkrecht zur anisotropen Achse betrachtet werden, hergestellt.
In dem Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten, wie in den Figuren dargestellt, enthält die Korngrenzenphase BP wenigstens eines von Ga, Al und Cu zusätzlich zu Nd oder ähnlichem. Zusätzlich wird die Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung SL mit einem leichten Seltene-Erden-Element und einem Übergangsmetallelement und ähnlichem auf größer als 0 Massen-% und weniger als 5 Massen-% in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor C festgelegt. Die Wärmebehandlungstemperatur wird zu 450°C bis 700°C definiert, und die Wärmebehandlungsverweildauer wird auf 5 Minuten bis 3 Stunden festgelegt. In dem Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten kann die Koerzitivkraft des gesamten Gebiets des Magneten verbessert werden, während eine Verringerung der remanenten Magnetisierung unterdrückt werden kann, und es kann ein Seltene-Erden-Magnet, der sowohl bezüglich der Magnetisierungseigenschaften als auch bezüglich der Koerzitivkrafteigenschaften hervorragend ist, hergestellt werden.
[Experiment zur Verifizierung der magnetischen Eigenschaften von Seltene-Erden-Magneten, die hergestellt wurden nach Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik und nach Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung und die Ergebnisse]
Die Erfinder haben ein Experiment zum Messen der Koerzitivkraft und der remanenten Magnetisierung, welches magnetische Eigenschaften sind, in Bezug auf Seltene-Erden-Magnete (Vergleichsbeispiele 1 bis 3), die nach bekannten Herstellungsverfahren hergestellt wurden, und Seltene-Erden-Magneten (Beispiele 1 bis 5), die nach dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, durchgeführt. In Bezug auf die Koerzitivkraft wurden eine Oberflächenkoerzitivkraft und eine Zentrumskoerzitivkraft eines Teststücks gemessen. In Bezug auf die remanente Magnetisierung wurde eine oberflächenremanente Magnetisierung und eine zentrumsremanente Magnetisierung eines Teststücks gemessen, und eine durchschnittliche remanente Magnetisierung davon wurde spezifiziert.
(Beispiele 1 bis 5)
Ein flüssiges schnell verfestigtes Band mit einer Zusammensetzung gemäß Nd_28,9Pr_0,4Fe_balB_0,93Ga_0,4Al_0,1Cu_0,1 wurde in einem Einzelrollofen hergestellt, das so erhaltene schnell verfestigte Band wurde gesintert um einen Sinterkörper zu erzeugen (Sintertemperatur: 650°C, 400 MPa), und eine starke Deformation (Prozesstemperatur: 750°C, Prozessgrad: 75%) wurde auf den Sinterkörper angewandt um dadurch einen Seltene-Erden-Magnetprecursor zu erzeugen. Der so erhaltene Seltene-Erden-Magnetprecursor wurde einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der eine Nd-Cu-Legierung gemäß der in 5 dargestellten Heizkurve infiltriert wurde. Als modifizierte Legierung wurde eine Nd₇₀Cu₃₀-Legierung verwendet, und die Dicke des Seltene-Erden-Magnetprecursor vor der Infiltrierung war 4 mm. Die Infiltrierungsmenge, die Infiltrierungstemperatur und die Infiltrierungszeit der Nd-Cu-Legierung wurde bei den Beispielen 1 bis 5 variiert (siehe Tabelle 1 weiter unten).
(Vergleichende Beispiele 1 bis 3)
Ein flüssiges schnell verfestigtes Band mit einer Zusammensetzung entsprechend Nd₃₀Fe_balF_0,9 wurde in einem Einzelrollenofen hergestellt, das so erhaltene schnell verfestigte Band wurde gesintert um einen Sinterkörper zu erhalten (Sintertemperatur: 650°C; 400 MPa), und eine starke Deformation (Prozesstemperatur: 750°C; Prozessgrad: 75%) wurde auf den Sinterkörper angewandt um dadurch den Seltene-Erden-Magnetprecursor zu erzeugen. Der so erhaltene Seltene-Erden-Magnetprecursor wurde einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der eine Nd-Cu-Legierung gemäß der in 5 dargestellten Heizkurve infiltriert wurde. Als modifizierte Legierung, wurde eine Nd₇₀Cu₃₀-Legierung verwendet, und die Dicke des Seltene-Erden-Magnetprecursors vor der Infiltrierung war 4 mm. Die Infiltrierungsmenge, die Infiltrierungstemperatur und die Infiltrierungszeit der Nd-Cu-Legierung wurde in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 variiert (siehe Tabelle 1 unten).
Zusätzlich zur Infiltrierungsmenge, der Infiltrierungstemperatur und der Infiltrierungszeit der Nd-Cu-Legierung wurden die oben genannten Teststücke unter Verwendung eines vibrierenden Probenmagnetometers (vibrating sample magnetometer – VSM) und einem gepulsten Starkfeldmagnetometer (pulsed high field magnetometer – TPM) ausgewertet. Die experimentellen Ergebnisse in Bezug auf die magnetischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 unten wiedergegeben. Zusätzlich sind die magnetischen Eigenschaften von Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 1 nach der starken Deformation in Tabelle 2 wiedergegeben. Außerdem sind Verteilungen der magnetischen Eigenschaften der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und der Beispiele 1 bis 5 in den 6 bis 13 entsprechend 5 dargestellt.
(Experimentelle Ergebnisse)

[Tabelle 1]

	Nd-Cu Infiltrierungsmenge (%)	Infiltrierungszeit (min)	Infiltrierungstemperatur (°C)	Oberflächenkoerzitivkraft (kOe)	Zentrumskoerzitivkraft (kOe)	Oberflächenremanente Magnetisierung (T)	Remanente Magnetisierung des Inneren (T)	Durchschnittliche remanente Magnetisierung (T)
Vergleichsbsp. 1	10	240	650	22,1	19,7	1,27	1,32	1,33
Vergleichsbsp. 2	5	500	650	20,2	19,0	1,31	1,33	1,34
Vergleichsbsp. 3	5	60	650	21,9	16,1	1,28	1,42	1,38
Bsp. 1	2	60	650	23,7	19,0	1,30	1,42	1,39
Bsp. 2	1	60	650	22,7	19,0	1,32	1,42	1,39
Bsp. 3	2	30	650	24,6	19,0	1,28	1,42	1,39
Bsp. 4	1	30	650	23,7	19,0	1,30	1,42	1,40
Bsp. 5	2	60	580	24,7	19,0	1,28	1,42	1,39

[Tabelle 2] Magnetische Eigenschaften nach der starken Deformation

	Koerzitivkraft (kOe)	Remanente Magnetisierung (T)
Vergleichsbeispiel 1	16,1	1,42
Beispiel 1	16,0	1,42

In den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 konnte die Zentrumskoerzitivkraft allein durch Wärmebehandlung nicht wiederhergestellt werden, und daher war es notwendig, die Nd-Cu-Legierung in das Zentrum des Magneten zu infiltrieren. Dafür musste die Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung groß sein, oder aber die Infiltrierungszeit musste lang sein. Daher wurden die remanente Magnetisierung des Inneren des Magneten und die durchschnittliche remanente Magnetisierung deutlich verringert.
Andererseits konnte in den Beispielen 1 bis 5 die Koerzitivkraft des Zentrumgebiets des Magneten wiederhergestellt werden, sodass es 19 KOe oder größer war mit nur einer Wärmebehandlung, und das folgende wurde herausgefunden. Die Verbesserung der Koerzitivkraft durch Infiltrierung der Nd-Cu-Legierung war nur für die Oberfläche der Region des Magneten notwendig. Das heißt, da die Koerzitivkraft des Zentrumgebiets des Magneten mit nur einer Wärmebehandlung auf 19 kOe oder größer wiederhergestellt werden konnte, konnte die Infiltrierungsmenge und die Infiltrierungszeit der Nd-Cu-Legierung entsprechend klein bzw. kurz gemacht werden. Als Ergebnis war die remanente Magnetisierung des Zentrumgebiets des Magneten gleich der remanenten Magnetisierung des Magneten vor der Infiltrierung der modifizierten Legierung, und die mittlere remanente Magnetisierung konnte im Vergleich zu den Vergleichsproben ebenfalls verbessert werden.
[Experiment zum Verifizieren der Temperaturabhängigkeit der Koerzitivkraft und dessen Ergebnisse]
Die Erfinder haben ein Experiment zum Verifizieren der Temperaturabhängigkeit der Koerzitivkraft eines Seltene-Erden-Magneten durchgeführt.
(Beispiel 6)
Blöcke mit einer Größe von 1 mm × 1 mm wurden aus dem Oberflächengebiet und dem Zentrumsgebiet des Magneten aus Beispiel 2 herausgeschnitten um einen Seltene-Erden-Magneten gemäß Beispiel 6 zu erhalten.
(Vergleichsbeispiel 4)
Ein Block mit einer Größe von 1 mm × 1 mm wurde aus dem Zentrumsabschnitt des Magneten des Vergleichsbeispiels 1 herausgeschnitten um einen Seltene-Erden-Magnet gemäß dem Vergleichsbeispiel 4 zu erhalten.
(Vergleichsbeispiel 5)
Ein flüssiges schnell verfestigtes Band mit einer Zusammensetzung gemäß Nd_28,9Pr_0,4Fe_balB_0,93Ga_0,4Al_0,1Cu_0,1 wurde in einem Einzelrollofen hergestellt, das so erhaltene schnell verfestigte Band wurde gesintert um einen Sinterkörper herzustellen (Sintertemperatur: 650°C; 400 MPa), und eine starke Deformation (Prozesstemperatur: 750°C; Prozessgrad: 75%) wurde auf den gesinterten Körper angewandt, um den Seltene-Erden-Magnetprecursor zu erzeugen. Auf dem so erhaltenen Seltene-Erden-Magnetprecursor wurde eine Wärmebehandlung angewandt gemäß der in 14 dargestellten Heizkurve (die Dicke des Magneten in der Optimierungsbehandlung war 4 mm). Als Ergebnis wurde ein Seltene-Erden-Magnet gemäß dem Vergleichsbeispiel 5 erhalten.
(Experimentelle Ergebnisse)
Bezugnehmend auf die experimentellen Ergebnisse, zeigt 15 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Temperatur und einer Koerzitivkraft in den Vergleichsbeispielen 4 und 5 darstellt. 16 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Koerzitivkraft in einem Oberflächengebiet und einem Zentrumsgebiet von Beispiel 6 darstellt. Außerdem zeigt 17 ein Diagramm, das ein Verringerungsverhältnis der Koerzitivkraft eines Seltene-Erden-Magneten nach einer Wärmebehandlung zu der Koerzitivkraft eines Seltene-Erden-Magnetprecursors vor der Wärmebehandlung darstellt.
Aus 15 wurde herausgefunden, dass im Vergleichsbeispiel 4, in dem eine große Menge an Nd-Cu-Legierung infiltriert wurde, die Koerzitivkraft entlang eines Anstiegs der Temperatur deutlich abnimmt. Andererseits wurde herausgefunden aus 16, dass im Beispiel 6 die Koerzitivkraft des Zentrumgebiets des Magneten entlang eines Temperaturanstiegs nicht wesentlich abnimmt.
Zusätzlich wurde aus 17 folgendes entdeckt. In dem zentralen Abschnitt (Zentrumsbereich) von Beispiel 6 wurde entsprechend der Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung und der Wärmebehandlungsverweilzeit von Beispiel 6 die Nd-Cu-Legierung nicht ausreichend einfiltriert und die Koerzitivkraft wurde durch den Effekt der optimierten Wärmebehandlung verbessert. Andererseits wurde herausgefunden, dass wenn Beispiel 6 mit dem Vergleichsbeispiel 5 verglichen wird, das Verringerungsverhältnis der Koerzitivkraft verbessert wurde (17 zeigt, dass es besser ist je niedriger das Hc-Verringerungsverhältnis ist). Dieses Ergebnis zeigt, dass die Isolation der Korngrenzenphase durch die Kombination von Wärmebehandlung mit der Infiltrierung der Nd-Cu-Legierung verbessert wird. Zusätzlich waren die Hc-Verringerungsverhältnisse beider Vergleichsbeispiele 4 und 6 niedrig und hervorragend wenn die Oberflächenabschnitte (Oberflächengebiete) der Vergleichsbeispiele 4 und 6 miteinander verglichen werden. Dieses Ergebnis zeigt an, dass, selbst wenn die Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung kleiner ist und die Infiltrierungszeit größer als die der Vergleichsprobe 4, der Koerzitivkraftverringerungseffekt genauso klein ist wie im Vergleichsbeispiel 4.
[Experiment zum Verifizieren eines geeigneten Bereichs der Infiltrierungsmenge der modifizierten Legierung und Experiment zum Verifizieren eines geeigneten Bereichs einer Wärmebehandlungsverweilzeit während der Diffusion und Infiltrierung der modifizierten Legierung, und Ergebnisse davon]
Die Erfinder haben ein Experiment zum Verifizieren eines geeigneten Bereichs der Infiltrierungsmenge einer modifizierten Legierung durch ein Experiment zur Verifizierung eines geeigneten Bereichs einer Wärmebehandlungsverweildauer während der Diffusion und Infiltrierung einer modifizierten Legierung durchgeführt.
Als modifizierte Legierung wurde eine Nd-Cu-Legierung verwendet, und Seltene-Erden-Magnete mit wechselnder Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung von 0 Massen-%, 1 Massen-%, 2 Masen-%, 3 Massen-%, 4 Massen-%, 5 Massen-%, 6 Massen-% und 10 Massen-% wurden hergestellt. Die remanente Magnetisierung und die Koerzitivkraft jeder der Seltene-Erden-Magnete wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in 18 dargestellt. Zusätzlich wurden Seltene-Erden-Magnete hergestellt, während die Verweildauer während der Wärmebehandlung der Nd-Cu-Legierung in einem Bereich von 0 Minuten bis 300 Minuten geändert wurde. Die remanente Magnetisierung und die Koerzitivkraft jeder der Seltene-Erden-Magnete wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in 19 dargestellt.
Als erstes wird in 18 die Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung als Verhältnis dessen Masse zu der Masse des Seltene-Erden-Magentprecursors, der zu infiltrieren ist, dargestellt. Das folgende lässt sich aus 18 ablesen. Mit einer Zunahme der Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung, weist die remanente Magnetisierung bei einer Infiltrierungsmenge von 1 Massen-% einen Wendepunkt auf, und tendiert dazu abzunehmen, und die Koerzitivkraft hat einen Wendepunkt bei einer Infiltrierungsmenge von 1 Massen-% und tendiert dazu zu steigen. Unter Berücksichtigung der Abnahmetendenz der remanenten Magnetisierung und eines Sättigungswertes der Koerzitivkraft, wurde ein bevorzugter Bereich der Infiltrierungsmenge der Nd-Cu-Legierung auf größer als 0 Massen-% und kleiner als 5 Massen-% festgelegt. Wie in den Beispielen 1 bis 5 gezeigt, kann die Infiltrierungsmenge der Schmelze der modifizierten Legierung wenigstens 1 Massen-% und höchstens 2 Masen-% in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor sein.
Zusätzlich wurde aus 19 folgendes gefunden. In Bezug auf die Infiltrierungszeit der modifizierten Legierung (Verweildauer während der Wärmebehandlung) hat die Koerzitivkraft einen Wendepunkt bei einer Infiltrierungszeit von 5 Minuten, weist einen Peak bei einer Infiltrierungszeit von 30 Minuten auf und tendiert dann dazu leicht abzunehmen. Die remanente Magnetisierung nimmt mit steigender Infiltrierungszeit leicht ab. Die Verweildauer während der Wärmebehandlung war daher bevorzugt 5 Minuten bis 180 Minuten, noch bevorzugter 30 Minuten bis 180 Minuten und am bevorzugtesten etwa 30 Minuten.
Es konnte herausgefunden werden, dass ein Seltene-Erden-Magnet der sowohl in den Magnetisierungseigenschaften als auch in den Koerzitivkrafteigenschaften hervorragend ist, durch Durchführung einer Wärmebehandlungen unter folgenden Bedingungen hergestellt werden kann: in dem durch das oben genannte Experiment erhaltenen Infiltrierungsmengenbereich; in dem durch das oben genannte Experiment erhaltenen Verweildauerbereich während der Wärmebehandlung; und in einem Temperaturbereich von 450°C bis 700°C in dem die modifizierte Legierung diffundiert und infiltriert werden kann und wie in den Korngrenzenphasen vorhandene Elemente legieren können.
Bisher wurden die Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die spezielle Konfiguration ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und Designänderungen und ähnliche die innerhalb eines Bereiches liegen der nicht von dem Umfang der Erfindung abweicht, sind von der Erfindung mit umschlossen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Seltene-Erden-Magneten umfassend: Herstellen eines Sinterkörpers mit einer Zusammensetzung, die dargestellt werden kann als (Rl)_x(Rh)_yT_zB_sM_t und der eine Struktur aufweist mit einer Hauptphase und einer Korngrenzenphase; Herstellen eines Seltene-Erden-Magnetprecursors durch Anwenden eines heißen Deformationsprozess auf den Sinterkörper; und Herstellen eines Seltene-Erden-Magneten mittels einer Wärmebehandlung für den Seltene-Erden-Magnetprecursor in einem Temperaturbereich von 450°C bis 700°C, um eine Schmelze einer modifizierten Legierung in die Korngrenzenphase des Seltene-Erden-Magnetprecursors zu diffundieren und zu infiltrieren, wobei die modifizierte Legierung ein leichtes Seltene-Erden-Element und eines eines Übergangsmetallelements, Al, In, Zn, und Ga enthält, wobei Rl eines der leichten Seltene-Erden-Elemente repräsentiert und Y enthält, Rh wenigstens eines der schweren Seltene-Erden-Elemente aus der Gruppe aus Dy und Tb repräsentiert, T ein Übergangsmetall, das wenigstens eines von Fe, Ni und Co enthält, B Bor repräsentiert, M wenigstens eines von Ga, Al, Cu repräsentiert, x, y, z, s und t die entsprechenden Massenprozente von Rl, Rh, T, B und M in dem Sinterkörper repräsentieren, x, y, z, s und t werden durch die folgenden Ausdrücke beschrieben: 27 ≤ x ≤ 44, 0 ≤ y ≤ 10, z = 100 – x – y – s – t, 0,75 ≤ s ≤ 3,4, 0 ≤ t ≤ 3 und eine Infiltrierungsmenge der Schmelze der modifizierten Legierung, die in die Korngrenzenphase infiltriert wird, größer als 0 Massen-% und kleiner als 5 Massen-% in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verweildauer während der Wärmebehandlung 5 Minuten bis 3 Stunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verweildauer während der Wärmebehandlung 30 Minuten bis 3 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die modifizierte Legierung wenigstens eines von einem Schmelzpunkt und einem eutektischen Punkt in einem Temperaturbereich von 450°C bis 700°C aufweist, und die modifizierte Legierung eine Legierung ist, die wenigstens eines von Nd und Pr und eines von Cu, Co, Mn, In, Zn, Al, Ag, Ga und Fe enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Infiltrierungsmenge der Schmelze der modifizierten Legierung wenigstens 1 Massen-% und höchstens 2 Massen-% in Bezug auf den Seltene-Erden-Magnetprecursor beträgt.