DE112019000590T5

DE112019000590T5 - R-t-b-basierter seltenerd-permanentmagnet

Info

Publication number: DE112019000590T5
Application number: DE112019000590.1T
Authority: DE
Inventors: Keiji Takeda; Shota Miyazaki
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-11-12
Also published as: US20210043343A1; US11798717B2; JPWO2019151245A1; CN111656463B; WO2019151245A1; JP7222359B2; CN111656463A

Abstract

Seltenerd-Permanentmagnet auf R-T-B-Basis mit der Zusammensetzungsformel (R11-x-ySmxR2y)aTbBeMd, wobei R1 ein oder mehrere Seltenerdelemente ist, die jedoch nicht Sm und Y einschließen; R2 ein oder mehrere Seltenerdelemente aus der Gruppe Y, Ce und La ist; T Fe usw. ist; M Ga usw. ist; x und y in dem in Fig. 1 angegebenen Bereich liegen; die Beziehungen 0,16 ≤ a/b ≤ 0,28, 0,050 ≤ c/b ≤ 0,075 und 0,005 ≤ d/b ≤ 0.028 erfüllt sind; der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet eine Korngrenzenphase und eine Hauptphase enthält, wobei die Hauptphase eine R2T14B--Verbindung enthält; der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der Hauptphasenkristallkörner D50 ≤ 4,00 µm beträgt; die Korngrößenverteilung (D90-D10)/D50 ≤ 1,60 ist; und die Beschichtung durch die Korngrenzenphase zumindest 70,0% beträgt.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Ein R-T-B-basierter Seltenerd-Permanentmagnet mit einer tetragonalen R₂T₁₄B-Verbindung (R steht für ein Seltenerdelement und T für Fe oder Fe, das teilweise durch Co substituiert ist) als Hauptphase hat bekanntermaßen ausgezeichnete magnetische Eigenschaften. Seit der Erfindung im Jahr 1984 (Patentdokument 1: Patentanmeldung Nr. S59-46008) ist er ein repräsentativer Hochleistungs-Permanentmagnet.
Der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet, bei dem R für Nd, Pr, Dy, Ho und/oder Tb steht, hat ein großes Anisotropiefeld Ha und ist daher ein bevorzugtes Permanentmagnetmaterial. Unter diesen ist ein Magnet auf Nd-Fe-B-Basis, in dem Nd als Seltenerdelement R verwendet wird, weit verbreitet, da er gut zwischen einer Sättigungsmagnetisierung Is, der Curie-Temperatur Tc und einem Anisotropiefeld Ha ausbalanciert ist; außerdem ist er besser in Bezug auf Ressourcen und Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu einem Permanentmagneten auf R-T-B-Basis, der ein anderes Seltenerdelement R verwendet.
Ein Permanentmagnet-Synchronmotor wird als Antriebseinheit in Gebrauchs-, Industrie- und Transporteinrichtungen verwendet. Bei einem Synchronmotor mit Permanentmagneten, in dem das Magnetfeld eines Permanentmagneten konstant ist, steigt jedoch die induzierte Spannung mit zunehmender Drehzahl an, sodass der Synchronmotor mit Permanentmagnet schwer zu betreiben ist. Daher wird in einem mittleren oder Hochgeschwindigkeitsbereich und unter geringer Last eine Methode, die als Feldschwächungsregelung bezeichnet wird, auf den Permanentmagnet-Synchronmotor angewendet. Bei der Feldschwächungsregelung wird ein Magnetfluss des Permanentmagneten durch ein Entmagnetisierungsfeld mit Hilfe eines Ankerstroms aufgehoben und ein Verknüpfungsmagnetfluss verringert; dadurch wird verhindert, dass die Induktionsspannung gleich oder höher als eine Versorgungsspannung wird. Ein Ankerstrom, der nicht zur Motorleistung beiträgt, wird jedoch kontinuierlich angelegt, um das Entmagnetisierungsfeld aufrecht zu erhalten, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verringert wird.
Um ein solches Problem zu lösen, wird, wie im Patentdokument 2 gezeigt, ein Motor mit variabler Magnetkraft entwickelt, der einen auf Sm-Co basierenden Permanentmagneten mit niedriger Koerzitivkraft (Magnet mit variablem Magnetfluss) verwendet, bei dem sich die Magnetisierung durch Anlegen eines externen Magnetfeldes reversibel ändert. In dem Motor mit variabler Magnetkraft kann durch die Verringerung der Magnetisierung des Magneten mit variablem Magnetfluss in einem mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich und unter leichter Last eine Verringerung des Motorwirkungsgrades, die durch eine herkömmliche Kontrolle der Feldabschwächung verursacht wird, unterdrückt werden.
Der in Patentdokument 2 offen gelegte Sm-Co-basierte Permanentmagnet ist jedoch teuer, da Co als Hauptrohstoff teuer ist. Daher wird der auf R-T-B basierende Permanentmagnet als Permanentmagnet für Magneten mit variablem magnetischem Fluss in Betracht gezogen.
Patentdokument 3 offenbart einen Magneten mit variablem magnetischen Fluss auf R-T-B-Basis, der ein Hauptphasenkorn einschließt, das durch eine Zusammensetzungsformel (R1_1-xR_2x)₂T₁₄B dargestellt wird (R1 ist mindestens ein Seltenerdelement, das nicht Y, La und Ce einschließt; R2 ist ein oder mehrere Seltenerdelemente, ausgewählt aus Y, La und Ce; T ist ein oder mehrere Übergangsmetalle, die im Wesentlichen Fe oder eine Kombination von Fe und Co einschließen; 0,1 ≤ x ≤ 0,5 ist erfüllt) und weiterhin 2 at% bis 10 at% von M enthält (M ist mindestens eines, ausgewählt aus Al, Cu, Zr, Hr und Ti). Dieser Magnet mit variablem magnetischem Fluss auf R-T-B-Basis hat eine höhere magnetische Restmagnetflussdichte als der herkömmliche Permanentmagnet auf Sm-Co-Basis für einen Motor mit variabler Magnetkraft, sodass eine höhere Leistung und ein höherer Wirkungsgrad des Motors erwartet werden.
Patentdokument 4 offenbart einen gesinterten Magneten auf Sm-R-T-B-M-Basis. R steht für ein oder mehrere Seltenerdelemente, die im wesentlichen Y einschließen und Sm ausschließen; T steht für Fe oder eine Kombination von Fe und Co; und M steht für Elemente wie Ga und Zr. Patentdokument 4 offenbart, dass dieser gesinterte Magnet auf Sm-R-T-B-M-Basis eine ausgezeichnete Ummagnetisierungseigenschaft hat.
Das Patentdokument 5 offenbart einen Permanentmagneten mit eine Zusammensetzung (R1_1-x-yR2_xR3_y)_aFe_bCo_cB_dM_eX_fC_g. R1 stellt mindestens einen aus Nd und Pr ausgewählten Bestandteil dar; R2 mindestens eines aus Sm, La und Ce; und R3 mindestens eines aus Tb und Dy. Außerdem steht M für Ti oder ein ähnliches Element, und X für Ga oder ein ähnliches Element. Das Patentdokument 4 offenbart, dass dieser Permanentmagnet einen Magnetisierungszustand ändern kann und eine geringe Koerzitivkraft hat.

[Patentdokument 1] Offengelegte JP-Patentanmeldung Nr. S59-46008
[Patentdokument 2] Offengelegte JP-Patentanmeldung Nr.2010-34522
[Patentdokument 3] Offengelegte JP-Patentanmeldung Nr.2015-207662
[Patentdokument 4] Offengelegte JP-Patentanmeldung Nr.2010-114371
[Patentdokument 5] Offengelegte JP-Patentanmeldung Nr.2010-45068

BESCHREIBUNG
Normalerweise wird bei der Magnetisierung eines R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten ein Magnetfeld angelegt, das etwa dreimal so groß ist wie die Koerzitivkraft des Magneten, um eine hohe magnetische Flussdichte und eine hohe Koerzitivkraft zu erreichen.
Andererseits kann ein Motor mit variabler Magnetkraft mit hohem Wirkungsgrad in einem weiten Drehzahlbereich betrieben werden. Hierzu wird der Magnetisierungszustand eines Magneten mit variablem Magnetfluss entsprechend einer Teilkurve einer Magnetisierungskurve durch ein Magnetfeld eines Ankers oder dergleichen umgeschaltet; wobei der Magnet mit variablem Magnetfluss im Motor eingebaut ist. Hier bezieht sich die Teilkurve auf ein Magnetisierungsänderungsverhalten, wenn bei einem positiven Magnetfeld Hmag magnetisiert wird, dann ein umgekehrtes Magnetfeld Hrev angelegt und zum Magnetfeld Hmag zurückgekehrt wird.
Die Magnetisierung wird durch Anlegen eines Magnetfeldes an einem Anker oder dergleichen umgeschaltet; daher ist es für das Umschalten der Magnetisierung notwendig, das erforderliche Magnetisierungsfeld Hmag zu verringern; vor allem im Hinblick auf einen oberen Grenzwert des Magnetfeldes aufgrund von Energieeinsparung und Umschaltleistung, das im Motor angelegt werden kann. Daher muss zunächst die Koerzitivkraft des Magneten mit variablem Magnetfluss gering sein.
Um einen hocheffizienten Betriebsbereich zu erweitern, muss außerdem der Änderungsbetrag der Magnetisierung zwischen einem Betriebspunkt im Magnetisierungszustand und einem Entmagnetisierungszustand des Magneten mit variablem magnetischen Fluss im Motor erhöht werden. Daher muss das Rechteckigkeitsverhältnis der Magnetisierungskurve hoch sein. Auch wenn das Magnetfeld entlang einer Teilkurve von einem umgekehrten Magnetfeld Hrev zu einem Magnetfeld Hmag umgeschaltet wird, ändert sich die Magnetisierung vorzugsweise so wenig wie möglich, bis das Magnetfeld in die Nähe von Hmag kommt, d.h. vom zweiten und dritten Quadranten zum ersten und vierten Quadranten. Im Folgenden wird ein solcher bevorzugter Zustand als ein Zustand bezeichnet, bei dem eine Teilkurvenflachheit hoch ist.
Weiterhin wird bei dem Motor mit variabler Magnetkraft eine kontinuierlich variable Magnetisierung erwartet, die eine sukzessive Magnetisierung und Entmagnetisierung von einem bestimmten Teilmagnetisierungszustand in einen anderen Teilmagnetisierungszustand beinhaltet. Selbst wenn eine Teilkurvenflachheit im zweiten und dritten Quadranten hoch ist, während die Teilkurvenflachheit im ersten und vierten Quadranten niedrig ist, wird es schwierig, bis zu einem gewünschten Zustand zu magnetisieren, wenn eine sukzessive Magnetisierung durchgeführt wird. Um die kontinuierlich variable Magnetisierung zu steuern, muss eine Teilkurvenflachheit vom zweiten und dritten Quadranten bis zum ersten und vierten Quadranten hoch sein.
Wie oben erwähnt, wird im Falle eines gewöhnlichen R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten der Magnet durch ein Magnetfeld magnetisiert, das das Dreifache oder mehr seiner Koerzitivkraft beträgt, dann werden magnetische Eigenschaften wie eine magnetische Restmagnetflussdichte, eine Koerzitivkraft und ähnliches ausgewertet. Wenn also das magnetisierende Feld so klein wie die Koerzitivkraft ist, werden die magnetischen Eigenschaften nicht bewertet.
Die Erfinder haben die magnetischen Eigenschaften des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten bewertet, wenn das magnetisierende Feld so klein ist wie seine Koerzitivkraft. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich das Rechteckigkeitsverhältnis der Teilkurve und die Teilkurvenflachheit der Teilkurve verschlechtern, wenn das magnetisierende Feld abnimmt. Das heißt, die Erfinder haben herausgefunden, dass das Rechteckigkeitsverhältnis der Teilkurve und die Ebenheit der Teilkurve von der Größenordnung des magnetisierenden Feldes beeinflusst werden.
Zum Beispiel wurde in Bezug auf Proben gemäß Patentdokument 3 festgestellt, dass sich bei einer Verringerung des magnetisierenden Feldes, selbst wenn es sich um dieselbe Probe handelt, die Form einer Hysteresekurve ändert, wie in 6A und 6B gezeigt. 6A zeigt eine Hysteresekurve, wenn das Magnetisierungsfeld 30 kOe beträgt, und 6B zeigt eine Hysteresekurve, wenn das Magnetisierungsfeld 10 kOe beträgt. Wie aus 6A und 6B ersichtlich ist, ändert sich die Form der Hysteresekurve drastisch, wenn sich das Magnetisierungsfeld ändert.
Wenn 6A und 6B verglichen werden, verschlechtert sich das Rechteckigkeitsverhältnis der Hysteresekurve und die Teilkurvenflachheit in 6B im Vergleich zu einem Rechteckigkeitsverhältnis der Hysteresekurve und der Teilkurvenflachheit in 6A. Das heißt, wenn das magnetisierende Feld abnimmt, neigen das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit zu einer Abnahme. Auch das in 6A gezeigte Rechteckigkeitsverhältnis der Hysteresekurve ist relativ gut, aber die Teilkurvenflachheit ist so gering wie in 6B.
Daher hat der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet gemäß Patentdokument 3 eine geringe Koerzitivkraft, aber die Teilkurvenflachheit ist selbst im gesättigten Magnetisierungszustand gering (6A); und wenn das Magnetisierungsfeld geringer ist (6B), ist die Teilkurvenflachheit noch geringer und das Rechteckigkeitsverhältnis nimmt ebenfalls ab. Infolgedessen war es für den Motor mit variabler Magnetkraft, der den R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten gemäß Patentdokument 3 als variablen Magnetflussmagneten verwendet, nicht möglich, den Antriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad zu erweitern. Mit anderen Worten, die Eigenschaften, die für einen Magneten mit variablem Magnetfluss benötigt werden, sind neben einer geringen Koerzitivkraft, ein gutes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit, auch wenn das Magnetisierungsfeld gering ist.
Außerdem kann der Magnet mit variablem magnetischen Fluss, der im Motor mit variabler Magnetkraft installiert ist, während des Betriebs des Motors einer Umgebung mit hoher Temperatur wie 100°C bis 200°C ausgesetzt sein. Daher sind die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur vorzugsweise gering. In Bezug auf diesen Punkt stellt die Erfindung des Patentdokuments 3 nur die magnetischen Eigenschaften bei Raumtemperatur sicher, und die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur sind sehr groß, und ein Motor kann aufgrund einer irreversiblen Entmagnetisierung des Magneten inoperabel sein.
Die Erfinder haben auch einen R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten gemäß der Erfindung des Patentdokuments 4 untersucht, und es wurde festgestellt, dass sich das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit verschlechtern, wenn das Magnetisierungsfeld niedrig ist. Ferner stellten die Erfinder fest, dass sich das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit auch unter hohen Umgebungstemperaturen verschlechtern.
Ferner ist im Falle des Patentdokuments 5, wenn das magnetisierende Feld 10 kOe beträgt, die Teilkurvenflachheit im zweiten und dritten Quadranten gut, aber die Teilkurvenflachheit im ersten und vierten Quadranten wird nicht bewertet. Wenn die Teilkurvenflachheit im ersten und vierten Quadranten gering ist, wird die Magnetisierung unkontrollierbar, da ein umgekehrtes Magnetfeld zur Durchführung einer sukzessiven Magnetisierung nicht spezifiziert werden kann.
Auch das Rechteckigkeitsverhältnis Mr / Ms (Mr steht für einen Restmagnetfluss und Ms für eine Magnetisierung bei 10 kOe) im ersten Quadranten nach der Magnetisierung ist gut, aber das Rechteckigkeitsverhältnis Hk / HcJ (Hk steht für einen Wert eines Magnetfeldes, bei dem eine Magnetisierung 90% von Mr beträgt) im zweiten Quadranten wird nicht ausgewertet. Ein Betriebspunkt des Magneten mit variablem Magnetfluss im Motor mit variabler Magnetkraft liegt normalerweise in einem zweiten Quadranten. Wenn das Rechteckigkeitsverhältnis im zweiten Quadranten niedrig ist, wird der Änderungsbetrag der Magnetisierung zwischen dem Magnetisierungszustand und dem Entmagnetisierungszustand gering, so dass ein hocheffizienter Antriebsbereich nicht erweitert werden kann. Außerdem gewährleistet die Erfindung des Patentdokuments 5 auch nur die magnetischen Eigenschaften bei Raumtemperatur.
Die Erfinder haben auch einen R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten gemäß der Erfindung des Patentdokuments 5 untersucht und festgestellt, dass sich das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit verschlechterten, wenn er in einem schwachen Magnetisierungsfeld magnetisiert wurde. Die aktuellen Erfinder haben herausgefunden, dass die Koerzitivkraft und die Teilkurvenflachheit nicht nur abnehmen, wenn sie in einem schwachen Magnetisierungsfeld magnetisiert werden, sondern auch unter einer Umgebung mit hoher Temperatur.
Zur vorliegenden Erfindung wird in Anbetracht solcher Umstände gelangt. Ziel dieser Erfindung ist es, einen auf R-T-B basierenden Seltenerd-Permanentmagneten bereitzustellen, der für den Motor mit variabler Magnetkraft geeignet ist, der in der Lage ist, einen hohen Wirkungsgrad in einem weiten Drehzahlbereich beizubehalten, eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft sowie ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und Teilkurvenflachheit selbst nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld aufweist.
Ein R-T-B-basierter Seltenerd-Permanentmagnet hat einen Umkehrmechanismus der Magnetisierung vom Keimbildungs-Typ. Daher wird eine Bewegung einer magnetischen Domänenwand leicht durch ein äußeres Magnetfeld erzeugt. Dadurch ändert sich die Magnetisierung stark. Wenn das Magnetisierungsfeld niedrig ist, werden also auch das Rechteckigkeitsverhältnis und eine Teilkurvenflachheit verringert. Im Allgemeinen ist es beim R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten wirksam, die Koerzitivkraft zu erhöhen, um das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld zu erhöhen. Daher sind für den R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten eine niedrige Koerzitivkraft und ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis sowie eine hohe Teikurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld gleichzeitig schwer zu erreichen.
Als Ergebnis einer eingehenden Untersuchung haben die gegenwärtigen Erfinder jedoch festgestellt, dass eine niedrige Koerzitivkraft und ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung unter einem schwachen Magnetisierungsfeld gleichzeitig erreicht werden können, indem eine Zusammensetzung untersucht wird, mit der eine niedrige Koerzitivkraft erreicht werden kann; und indem die Mikrostruktur untersucht wird, die zu einer Einheitlichkeit des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne und auch zu einer Stabilisierung einer einzelnen Domänenstruktur im Magnetfeld jedes Korns, das in dem R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten enthalten ist, führt.
Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Objekte zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung ein R-T-B-basierter Seltenerd-Permanentmagnet, dargestellt durch die Zusammensetzungsformel (R1_1-x-ySm_xR2_y)_aT_bB_eM_d, wobei gilt:

R1 steht für ein oder mehrere Seltenerdelemente, die Sm und R2 nicht einschließen,
R2 steht für ein oder mehrere Seltenerdelemente, die aus Y, Ce und La ausgewählt werden,
T steht für ein oder mehrere Übergangsmetalle, die im Wesentlichen Fe oder eine Kombination aus Fe und Co enthalten,
M steht für Ga oder eine Kombination von Ga und einem oder mehreren Elementen, ausgewählt aus Sn, Bi und Si,
x und y liegen auf geraden Linien oder in einem fünfeckigen Bereich, begrenzt von den Geraden, die durch die Verbindung von Punkt A (0,010, 0,600), Punkt B (0,010, 0,400), Punkt C (0,050, 0,000), Punkt D (0,150, 0,000) und Punkt E (0,100, 0,600) in der (x-, y-)Ebene gebildet werden,
a, b, c und d erfüllen die Beziehungen $0,16 \leq a / b \leq 0,28,$
$0,50 \leq c / b \leq 0,075,$
und $0,05 \leq d / b \leq 0,028,$
der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet enthält Korngrenzenphasen und eine Hauptphase, die eine Verbindung mit einer auf R₂T₁₄B -basierten tetragonalen Struktur umfasst,
eine mittlere Korngröße D50 der Hauptphasen-Kristallkörner der Hauptphase erfüllt eine Beziehung D50 ≤ 4,00 µm,
eine Korngrößenverteilung erfüllt eine Beziehung von (D90-D10)/ D50 ≤ 1,60, wobei D10, D50 und D90 jeweils einen äquivalenten Kreisflächendurchmesser bei 10%, 50% und 90% in einer kumulativen Verteilung der Querschnittsflächen der Hauptphasen-Kristallkörner in einem Querschnitt des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten darstellen, und
eine Beschichtungsrate der Korngrenzenphasen 70,0 % oder mehr beträgt.

Der erfindungsgemäße Seltenerd-Permanentmagnet auf R-T-B-Basis erreicht eine niedrige Koerzitivkraft, indem er den oben genannten Zusammensetzungsbereich erfüllt und insbesondere das in der Hauptphase (im Folgenden als R₂T₁₄B-Phase bezeichnet) enthaltene Seltenerdelement R1 aus einer Verbindung mit tetragonaler Struktur vom R₂T₁₄B-Typ (im Folgenden als R₂T₁₄B -Verbindung bezeichnet) durch Sm oder Sm und R2 ersetzt. Die Sm₂T₁₄B-Verbindung hat eine Anisotropie in der Ebene, die sich von einer uniaxialen Anisotropie der R1₂T₁₄B-Verbindung einschließlich des Seltenerdelements R1 (wie Nd, Pr, Tb, Dy und Ho), das in der Hauptphase enthalten ist, unterscheidet, so dass ein starkes Anisotropiefeld, das von der R1₂T₁₄B-Verbindung ausgeht, durch eine kleine Menge der Sm₂T₁₄B-Verbindung drastisch verringert werden kann. Außerdem ist das Anisotropiefeld der Verbindung R2₂T₁₄B einschließlich des Seltenerdelements R2 (Y, Ce, La), das in der Hauptphase enthalten ist, schwächer als das Anisotropiefeld der Verbindung R1₂T₁₄B. Wenn das Atomverhältnis der Zusammensetzung von Sm und das Atomverhältnis der Zusammensetzung von R2 in Bezug auf das Gesamtatomverhältnis der Zusammensetzung der Seltenerdelemente innerhalb des in 1 gezeigten Bereichs liegt, erreicht der erfindungsgemäße Seltenerd-Permanentmagnet auf R-T-B-Basis eine niedrige Koerzitivkraft und auch geeignete magnetische Eigenschaften als Magnet mit variablem Magnetfluss.
Wenn ein Anteil eines atomaren Zusammensetzungsverhältnisses von B in Bezug auf ein atomares Zusammensetzungsverhältnis des Übergangsmetallelements T; und ein Anteil eines atomaren Zusammensetzungsverhältnisses des Elements M (Ga oder eine Kombination von Ga und einem oder mehreren, ausgewählt aus Sn, Bi und Si) in Bezug auf ein atomares Zusammensetzungsverhältnis des Übergangsmetalls T innerhalb des oben genannten Zusammensetzungsbereichs liegen, kann eine Struktur einschließlich der Korngrenzenphasen und des Hauptphasen-Kristallkorns aus einer Verbindung mit der tetragonalen Struktur vom R₂T₁₄B-Typ erhalten werden.
Die durchschnittliche Kristallkorngröße der Hauptphasen-Kristallkörner der vorliegenden Erfindung beträgt D50 ≤ 4,00 µm. Die Korngrößenverteilung erfüllt (D90-D10) / D50 ≤ 1,60 (D10, D50 und D90 stellen jeweils einen äquivalenten Kreisflächendurchmesser bei 10%, 50% und 90% in einer kumulativen Verteilung der Querschnittsflächen der Hauptphasen-Kristallkörner in einem Querschnitt des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten dar). Wenn die Beschichtungsrate der Korngrenzenphasen, die die Hauptphasen-Kristallkörner umgeben, 70% oder mehr beträgt, kann die Koerzitivkraft niedrig gehalten werden, und das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld können hoch sein.
Die Erfinder untersuchten die Erhöhung des Rechteckigkeitsverhältnisses und der Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten mit dem Umkehrmechanismus der Magnetisierung vom Kernbildungstyp. Infolgedessen, wurde bestätigt, dass das Rechteckigkeitsverhältnis hoch ist, wenn eine Magnetisierung des Magneten während des Entmagnetisierungsvorganges konstant gehalten wird, bis das Magnetfeld nach der Magnetisierung in einem positiven Magnetfeld Hmag sich der negativen Koerzitivkraft annähert. Wenn eine Magnetisierung des Magneten während eines Ummagnetisierungsvorgangs konstant gehalten wird, bis das Magnetfeld nach der Entmagnetisierung in einem umgekehrten Magnetfeld Hrev sich an die positive Koerzitivkraft annähert, wird außerdem bestätigt, dass die Teilkurvenflachheit hoch ist.
Um die Magnetisierung während des Entmagnetisierungsprozesses nach der Magnetisierung in einem positiven Magnetfeld Hmag und während des Magnetisierungsprozesses nach der Magnetisierung in einem umgekehrten Magnetfeld Hrev konstant zu halten, ist es effektiv, dass das Hauptphasen-Kristallkorn, das in dem R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten enthalten ist, nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld Hmag in einen Eindomänenzustand übergeht und der Eindomänenzustand nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld Hmag stabil ist. Außerdem ist es effektiv, dass eine Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne reduziert wird. Angenommen, das Hauptphasen-Kristallkorn befindet sich in einem Multidomänen-Zustand, dann bewegt sich die magnetische Domänenwand frei entsprechend der Änderung des Magnetfeldes während des Entmagnetisierungsprozesses und des Magnetisierungsprozesses, da keine Fixierungsstelle im Hauptphasen-Kristallkorn existiert. Daher wird die Magnetisierung des Magneten nicht konstant gehalten.
Auch wenn die Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne jedes Hauptphasen-Kristallkorns groß ist, wird die Magnetisierung jedes Hauptphasen-Kristallkorns bei unterschiedlichen Werten des Magnetfeldes während des Entmagnetisierungsprozesses und des Magnetisierungsprozesses umgekehrt. Daher wird die Magnetisierung des gesamten Magneten nicht konstant gehalten.
Um den Eindömanenzustand nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld Hmag zu realisieren, ist es notwendig, das lokale Entmagnetisierungsfeld zu verringern. Bei einem allgemeinen R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten wird jedoch ein großes Entmagnetisierungsfeld lokal an das Hauptphasen-Kristallkorn angelegt. Daher muss die Intensität des Magnetisierungsfeldes Hmag etwa das Dreifache der Koerzitivkraft betragen, um die Hauptphasen-Kristallkörner vollständig in den Eindomänenzustand zu versetzen.
Das lokale Entmagnetisierungsfeld erhöht sich z.B. durch direkten Kontakt zwischen nebeneinander liegenden Hauptphasen-Kristallkörnern und durch Kanten, die an den Oberflächen der Hauptphasen-Kristallkörner erzeugt werden, da das Hauptphasen-Kristallkorn nicht von der Korngrenzenphase beschichtet wird.
Daher kann das lokale Entmagnetisierungsfeld reduziert werden, indem eine Rate der Hauptphasen-Kristallkörner, die von der Korngrenzenphase beschichtet sind (eine Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate), auf 70,0 % oder mehr gebracht wird, und der Eindomänenzustand kann in dem schwachen Magnetisierungsfeld Hmag realisiert werden.
Um den Eindomänenzustand nach der Magnetisierung zu stabilisieren, ist es äußerst wichtig, die Korngröße des Hauptphasen-Kristallkorns vom Punkt des Gleichgewichts zwischen einer magnetostatischen Energie und einer magnetischen Domänen-Wandenergie aus zu kontrollieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch das Einstellen einer mittleren Kristallkorngröße der Hauptphasen-Kristallkörner auf D50 ≤ 4,00 µm, die Eindomänenstruktur nach der Magnetisierung stabilisiert werden. Darüber hinaus haben die Erfinder herausgefunden, dass die Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne reduziert werden kann, indem die Korngrößenverteilung der Hauptphasen-Kristallkörner auf (D90-D10) / D50 ≤ 1,60 eingestellt wird, da das Keimbildungsfeld der umgekehrten magnetischen Domäne mit der Korngröße des Hauptphasen-Kristallkorns assoziiert ist.
Außerdem, selbst wenn die mittlere Korngröße und die Korngrößenverteilung der Hauptphasen-Kristallkörner wie oben erwähnt kontrolliert werden, ist diese Situation, wenn die Anzahl der Stellen, an denen die benachbarten Hauptphasen-Kristallkörner magnetisch miteinander austauschgekoppelt sind, zunimmt, magnetisch gleichbedeutend mit einer Situation, in der viele Hauptphasen-Kristallkörner mit einer großen Korngröße vorhanden sind. Daher kann diese Situation als eine Situation mit einer großen Streuung der Korngrößenverteilung betrachtet werden. Infolgedessen wird der Eindomänenzustand nach der Magnetisierung destabilisiert, und die Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne wird groß. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die offenbarte Zusammensetzung es ermöglicht, 70% oder mehr des Außenumfangs der Hauptphasen-Kristallkörner mit den Korngrenzenphasen zu umhüllen, die eine Dicke von mehr als 3 nm aufweisen; eine Dicke, die ausreichend ist, um die magnetische Austauschkopplung zwischen den Hauptphasen-Kristallkörnern zu unterbrechen. Infolgedessen wird der Eindomänenzustand des Hauptphasen-Kristallkorns stabilisiert und die Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne kann verringert werden.
Aus den oben genannten Gründen können, falls die mittlere Korngröße, die Korngrößenverteilung und die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate der Hauptphasen-Kristallkörner die oben genannten Beziehungen erfüllen, das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erhöht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein gesinterter Seltenerdmagnet auf R-T-B-Basis, der für einen Motor mit variablem Magnetfluss geeignet ist, einen hohen Wirkungsgrad in einem breiten Drehzahlbereich aufrechterhalten kann und außerdem eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft und ein bemerkenswert hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld aufweist, bereitgestellt werden. Beachten Sie, dass der auf R-T-B basierende gesinterte Seltenerdmagnet gemäß der vorliegenden Erfindung auf rotierende Maschinen im Allgemeinen wie Generatoren und dergleichen angewandt werden kann, mit Ausnahme von Motoren mit variabler Magnetkraft.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Atomverhältnis der Zusammensetzung Sm und einem Atomverhältnis der Zusammensetzung R2 in Bezug auf ein Gesamtatomverhältnis der Zusammensetzung der Seltenerdelemente zeigt, die in dem auf R-T-B basierenden Seltenerd-Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
2 ist eine Abbildung, die Hysteresekurven zeigt, die durch Erhöhen eines maximalen Messmagnetfeldes in Bezug auf eine Probe der Experimente 2-18 gemessen wurden.
3 ist eine Abbildung, die Teilkurven einer Probe der Experimente 2-18 zeigt.
4 ist eine Abbildung, die ein REM-Rückstreuelektronenbild eines Querschnitts einer Probe der Experimente 2-18 zeigt.
5 zeigt die Umrisse der Hauptphasen-Kristallkörner, die durch Bildanalyse des Bildes aus 4 extrahiert wurden.
6A ist eine Abbildung, die eine Hysteresekurve einer Probe gemäß Patentdokument 3 zeigt, wenn ein magnetisierendes Feld 30 kOe beträgt.
6B ist eine Abbildung, die eine Hysteresekurve einer Probe gemäß Patentdokument 3 zeigt, wenn ein magnetisierendes Feld 10 kOe beträgt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehenden Ausführungsformen beschränkt. Zu den nachstehend beschriebenen Bestandteilen gehören auch solche, die von Fachleuten einfach erreicht werden können, und solche, die im Wesentlichen identisch sind. Ferner können die unten beschriebenen Bestandteile in geeigneter Weise kombiniert werden.
Eine Zusammensetzungsformel des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch (R1_1-x-ySm_xR2_y)_aT_bB_cM_d dargestellt. Außerdem enthält der auf R-T-B basierende Seltenerd-Permanentmagnet Korngrenzenphasen und eine Hauptphase, die eine Verbindung mit tetragonaler Struktur vom R₂T₁₄B-Typ (R₂T₁₄B -Verbindung) enthält.
In der oben erwähnten Zusammensetzungsformel der vorliegenden Verkörperung ist R1 ein oder mehrere Seltenerdelemente, die nicht Sm und R2 umfassen. Daher besteht die R₂T₁₄B -Verbindung aus einer R1₂T₁₄B -Verbindung, einer Sm₂T₁₄B -Verbindung und einer R2₂T₁₄B-Verbindung. Ein atomares Zusammensetzungsverhältnis von R1 wird durch 1 - x - y dargestellt, wobei x das atomare Zusammensetzungsverhältnis von Sm und y das atomare Zusammensetzungsverhältnis von R2 in einem atomaren Gesamtzusammensetzungsverhältnis der gesamten Seltenerdelemente in der oben erwähnten Zusammensetzungsformel darstellt. Die Sm₂T₁₄B-Verbindung und die R2₂T₁₄B-Verbindung sind Komponenten, die das Anisotropiefeld der R1₂T₁₄B -Verbindung schwächen, wie z.B. die Nd₂T₁₄B -Verbindung. Daher kann durch Ersetzen von R1 durch Sm und R2, d.h. durch Einstellen von x und y innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, eine niedrige Koerzitivkraft des Magneten erreicht werden.
Im Unterschied zur uniaxialen Anisotropie der R2₂T₁₄B-Verbindung weist die Sm₂T₁₄B-Verbindung eine Anisotropie in der Ebene auf, so dass die Sm₂T₁₄B-Verbindung ein höheres Potenzial zur Schwächung des Anisotropiefeldes der R1₂T₁₄B-Verbindung besitzt. Außerdem tragen die Sm₂T₁₄B-Verbindung und die R2₂T₁₄B-Verbindung unterschiedlich zu den magnetischen Eigenschaften neben der Koerzitivkraft bei.
Darüber hinaus werden in der vorliegenden Ausführung x und y so eingestellt, dass sie auf geraden Linien liegen, die durch die Verbindungen von Punkt A (0,010, 0,600), Punkt B (0,010, 0,400), Punkt C (0,050, 0,000), Punkt D (0,150, 0,000) und Punkt E (0,100, 0,600) gemäß 1 gebildet werden. Außerdem können x und y auch so eingestellt werden, dass sie sich in einem Bereich befinden, der von den geraden Linien umgeben ist (der in 1 durch schraffiert dargestellte Bereich). Wenn x und y innerhalb einer in 1 gezeigten Fläche liegen, wird eine niedrige Koerzitivkraft des Magneten erreicht und es können auch geeignete magnetische Eigenschaften erzielt werden.
Auch wenn das in dem oben erwähnten R1 enthaltene Element als R verwendet wird, zeigt eine Temperaturabhängigkeit des Anisotropiefeldes der auf R-T-B basierenden Verbindung eine große monotone Abnahme bei hoher Temperatur. Das heißt, die Koerzitivkraft nimmt bei hoher Temperatur drastisch ab.
Andererseits, wenn Sm als R verwendet wird, nähert sich bei einer Temperaturerhöhung gegenüber der Raumtemperatur ein Beitrag zur Schwächung des Anisotropiefeldes dem Nullpunkt, wodurch ein Effekt zur Verringerung der Koerzitivkraft abgeschwächt wird. Auch wenn das in R2 enthaltene Element verwendet wird, ist die Temperaturabhängigkeit des Anisotropiefeldes im Vergleich zu R1 gering, so dass ein Effekt zur Verringerung der Koerzitivkraft bei hoher Temperatur abgeschwächt wird.
Daher kann durch die Kombination des in R1 und Sm und/oder R2 als R enthaltenen Elements das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erhöht werden; und zusätzlich das Absinken der Koerzitivkraft bei hoher Temperatur unterdrückt werden. Das heißt, dass die Rate der Abnahme der Koerzitivkraft bei hoher Temperatur kleiner ist als die Rate der Abnahme der Koerzitivkraft, wenn R1 nur als R verwendet wird.
Aus den oben genannten Gründen kann durch die Erhöhung des Verhältnisses von Sm und R2 in den Seltenerdelementen, die in dem auf R-T-B basierenden Seltenerd-Permanentmagneten enthalten sind, die Rate der Abnahme der Koerzitivkraft und die Rate der Abnahme der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur gesenkt werden.
Außerdem kann in dem in 1 gezeigten Bereich durch die Begrenzung eines Zusammensetzungs-Atomverhältnisses (y) von R2 ein Teil der magnetischen Eigenschaften, die für den Magneten mit variablem magnetischem Fluss geeignet sind, noch weiter verbessert werden. Zum Beispiel kann in dem in 1 gezeigten Bereich, wenn y ≥ 0,300 erfüllt ist (Bereich oberhalb der gestrichelten Linie von 1), das Rechteckigkeitsverhältnis Hk / Hcj nach dem Magnetisieren in einem schwachen Magnetisierungsfeld besonders verbessert werden.
Außerdem kann in dem in 1 gezeigten Bereich, wenn 0,000 ≤ y ≤ 0,111 erfüllt ist, die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld und die magnetische Restmagnetflussdichte Br besonders verbessert werden.
Um in der vorliegenden Ausführung die Koerzitivkraft zu erhalten, die für den Magneten mit variablem magnetischen Fluss geeignet ist, basierend auf dem Gleichgewicht eines Zusammensetzungsverhältnisses zwischen R1 mit Sm und R2, ist das Seltenerdelement R1 vorzugsweise eines oder mehrere der Elemente Nd, Pr, Dy, Tb und Ho, die ein hohes Anisotropiefeld aufweisen. Noch bevorzugter ist R1 eines oder mehrere von Nd und Pr, die ein hohes Anisotropiefeld aufweisen. Insbesondere im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit ist Nd vorzuziehen. Beachten Sie, dass das Seltenerdelement Verunreinigungen enthalten kann, die aus dem Rohmaterial stammen.
Der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zusätzlich zu Fe als Übergangsmetallelement T in einer Grundzusammensetzung der R₂T₁₄B-Phase Fe oder andere Übergangsmetallelemente enthalten. Als Übergangsmetall ist Co vorzuziehen. In diesem Fall beträgt der Gehalt an Co vorzugsweise 1,0 at% oder weniger. Durch die Einbeziehung von Co in den Seltenerdmagneten erhöht sich die Curie-Temperatur und die Korrosionsbeständigkeit verbessert sich.
In der vorliegenden Ausführungsform erfüllt ein Verhältnis a/b, das das zusammengesetzte Atomverhältnis des Seltenerdelements R in Bezug auf das zusammengesetzte Atomverhältnis des Übergangsmetallelements T darstellt, 0,16 ≤ a/b ≤ 0,28.
Wenn a/b kleiner als 0,16 ist, wird die R₂T₁₄B -Phase, die in dem R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten enthalten ist, nicht ausreichend gebildet. Dadurch wird die T-reiche Phase gebildet, die einen weichen Magnetismus zeigt, und die Korngrenze zwischen den benachbarten Hauptphasen-Kristallkörnern (intergranulare Korngrenze) mit einer Dicke von 3 nm oder mehr, die ausreicht, um die magnetische Austauschkopplung zu unterbrechen, kann nicht gebildet werden. Daher werden das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach dem Magnetisieren in einem schwachen Magnetisierungsfeld herabgesetzt. Außerdem werden die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur groß.
Ist a/b hingegen größer als 0,28, wird die Koerzitivkraft größer. Außerdem nimmt die R-reiche Phase in den Korngrenzenphasen zu und die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur werden groß.
Um einer niedrigen Koerzitivkraft gerecht zu werden und um das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld zur Verwendung als Motor mit variabler Magnetkraft zu verbessern, ist a/b vorzugsweise 0,18 oder mehr. Außerdem ist es vorzugsweise 0,24 oder weniger.
In dem auf R-T-B basierenden gesinterten Seltenerdelementmagneten gemäß der vorliegenden Ausführung erfüllt das Verhältnis c/b, welches das zusammengesetzte Atomverhältnis von B in Bezug auf das zusammengesetzte Atomverhältnis des Übergangsmetallelements T ist, 0,050 ≤ c/b ≤ 0,075. Indem man das Verhältnis des B-Gehaltes auf 0,075 oder weniger bringt, wobei 0,75 ein stöchiometrisches Verhältnis c/b der Grundzusammensetzung, ausgedrückt durch R₂T₁₄B, ist, bildet ein Überschuss des Seltenerdelementes R und des Übergangsmetallelementes T die Korngrenzenphasen. Infolgedessen kann die interkristalline Korngrenze eine ausreichende Dicke haben, um die magnetische Austauschkopplung zu unterbrechen.
Dadurch werden die Hauptphasen-Kristallkörner magnetisch getrennt und ein einziger Domänenzustand nach der Magnetisierung stabilisiert, wodurch das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erhöht werden.
Wenn c/b kleiner als 0,050 ist, wird die R₂T₁₄B-Phase nicht ausreichend gebildet. Dadurch wird die T-reiche Phase gebildet, die einen weichen Magnetismus zeigt, und die intergranulare Korngrenze kann nicht ausreichend dick sein, um die magnetische Austauschkopplung zu unterbrechen.
Wenn c/b größer als 0,075 ist, erhöht sich das Verhältnis der Hauptphase, und wie oben erwähnt, kann die intergranulare Korngrenze mit ausreichender Dicke nicht gebildet werden. Daher nehmen das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld ab.
Um einer niedrigen Koerzitivkraft gerecht zu werden und um das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld zur Verwendung als Motor mit variabler Magnetkraft zu verbessern, ist c/b vorzugsweise 0,060 oder mehr. Außerdem beträgt c/b vorzugsweise 0,070 oder weniger und noch bevorzugter 0,066 oder weniger.
Der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet gemäß der vorliegenden Ausführung enthält das Element M. Das Element M ist Ga oder eine Kombination aus Ga und einem oder mehreren Elementen, die aus Sn, Bi und Si ausgewählt werden. Ein Verhältnis d/b, das ein Verhältnis des atomaren Zusammensetzungsverhältnisses des Elements M in Bezug auf das atomare Zusammensetzungsverhältnis des Übergangsmetalls ist, erfüllt 0,005 ≤ d/b ≤ 0,028.
Wenn d/b kleiner als 0,005 oder größer als 0,028 ist, kann die intergranulare Korngrenze mit einer ausreichenden Dicke zum Unterbrechen der magnetischen Austauschkopplung nicht gebildet werden. Daher nehmen das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach dem Magnetisieren in einem schwachen Magnetisierungsfeld ab.
Um eine niedrige Koerzitivkraft zu gewährleisten und um das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld für die Verwendung als Motor mit variabler Magnetkraft zu verbessern, erfüllt d/b vorzugsweise 0,008 oder mehr. Außerdem beträgt d/b vorzugsweise 0,019 oder weniger.
Weiterhin ist es, um die oben genannten Eigenschaften zu verbessern, auch für den R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung wichtig, ein Flächenverhältnis der R-T-M-Phase (eine beispielhafte Verbindung ist eine R₆T₁₃M -Verbindung mit einer antiferromagnetischen Phase) mit Struktur vom La₆Co₁₁Ga₃-Typ in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen zu erhöhen.
Weiterhin kann durch die Kontrolle eines Flächenverhältnisses der T-reichen Phase (einer anderen Phase als die R-T-M-Phase, die [R]/[T] < 1,0 erfüllt, wobei [R] und [T] die Anzahl der Atome von R und T darstellen), die Ferromagnetismus zeigt, wie beispielsweise RT₂, RT₃, R₂T₁₇ und dergleichen; und ebenfalls durch Kontrolle eines Flächenverhältnisses der R-reichen Phase (eine Phase, die [R]/[T] > 1,0 erfüllt, in der [R] und [T] die Anzahl der Atome von R und T darstellen), die Paramagnetismus oder Diamagnetismus zeigt, eine magnetische Trennung zwischen den Hauptphasen-Kristallkörnern verbessert und ein lokales Entmagnetisierungsfeld verringert werden.
Konkret beträgt in der vorliegenden Ausführungsform das Flächenverhältnis der R-T-M-Phase mit La₆Co₁₁Ga₃-artiger Struktur in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen in einem beliebigen Querschnitt 10,0% oder mehr. Um die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur zu senken, beträgt das Flächenverhältnis der R-T-M-Phase vorzugsweise 30,2% oder mehr, und noch bevorzugter 55,4% oder mehr. Dadurch kann der Magnet in geeigneter Weise für den Motor mit variabler Magnetkraft verwendet werden.
Wenn das Flächenverhältnis der R-T-M-Phase weniger als 10,0 % beträgt, nehmen die Flächenverhältnisse der T-reichen Phase und der R-reichen Phase in Bezug auf die Gesamtfläche der Korngrenzenphasen zu, und die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur werden groß.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt das Flächenverhältnis der T-reichen Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzphasen in einem beliebigen Querschnitt 60,0% oder weniger.
Falls die T-reiche Phase in den Korngrenzenphasen abgesondert ist, neigt die T-reiche Phase dazu, leicht zu aggregieren, anstatt an spezifischen Stellen aufzutreten, wie z.B. an der intergranularen Korngrenze (eine Korngrenzenphase, die zwischen zwei Hauptphasen-Kristallkörnern angeordnet ist) oder einem Dreifachübergang (eine Korngrenzenphase, die von drei oder mehr Hauptphasen-Kristallkörnern umgeben ist).
Wenn das Flächenverhältnis der T-reichen Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen 60,0 % überschreitet, aggregiert die ferromagnetische T-reiche Phase in den Korngrenzenphasen und die Fläche der T-reichen Phase nimmt zu, wodurch die T-reiche Phase zu einem Magnetisierungsumkehrkern wird und ein lokales Entmagnetisierungsfeld zunimmt. Infolgedessen werden die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur groß.
Außerdem ist die T-reiche Phase vorzugsweise in den Korngrenzenphasen vorhanden, die nicht mit dem Hauptphasen-Kristallkorn in Kontakt stehen. Wenn die T-reiche Phase einer ferromagnetischen Phase das Hauptphasen-Kristallkorn berührt, wird die T-reiche Phase durch ein magnetisches Streufeld von der Magnetisierung eines benachbarten Hauptphasen-Kristallkorns magnetisiert, wodurch ein lokales Entmagnetisierungsfeld erzeugt wird. Infolgedessen werden die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur groß.
Um die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur zu verringern, beträgt das Flächenverhältnis der T-reichen Phase vorzugsweise 48,9% oder weniger. Dadurch kann der Magnet in geeigneter Weise für den Motor mit variabler Magnetkraft verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt das Flächenverhältnis der R-reichen Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzphasen in einem beliebigen Querschnitt 70,0% oder weniger.
Wenn das Flächenverhältnis der R-reichen Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzphasen in einem beliebigen Querschnitt größer als 70,0% ist, neigt eine grobe R-reiche Phase, die Paramagnetismus oder Diamagnetismus zeigt, dazu, sich im Dreifachübergang zu bilden. Infolgedessen dringt ein magnetisches Streufeld von den benachbarten Hauptphasen-Kristallkörnern durch die Korngrenzenphasen und ein lokales Entmagnetisierungsfeld nimmt zu und die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur werden groß.
Außerdem ist die R-reiche Phase vorzugsweise in den Korngrenzenphasen vorhanden, die nicht in Kontakt mit dem Hauptphasen-Kristallkorn stehen. Falls die R-reiche Phase mit dem Hauptphasen-Kristallkorn in Kontakt kommt, konvergiert ein magnetisches Streufeld von der Magnetisierung der benachbarten Hauptphasen-Kristallkörner, wodurch das größere lokale Entmagnetisierungsfeld in der R-reichen Phase erzeugt wird. Infolgedessen können die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur größer werden. Weiterhin ist bekannt, dass in der R-reichen Phase eine Korrosion leicht voranschreitet, so dass durch Verringerung des Flächenverhältnisses der R-reichen Phase auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird.
Um die Rate der Abnahme der Koerzitivkraft und die Rate der Abnahme der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur zu verringern, beträgt das Flächenverhältnis der R-reichen Phase vorzugsweise 46,3% oder weniger. Dadurch kann der Magnet in geeigneter Weise für den Motor mit variabler Magnetkraft verwendet werden.
Beachten Sie, dass die R-T-M-Phase dazu neigt, sich leicht in der intergranularen Korngrenze abzusondern und auch Antiferromagnetismus zeigt. Durch die Verringerung der Fläche der T-reichen Phase und der Fläche der R-reichen Phase werden die Hauptphasen-Kristallkörner von der R-T-M-Phase bedeckt, die Antiferromagnetismus zeigt. Infolgedessen wird verhindert, dass das magnetische Streufeld der Hauptphasen-Kristallkörner die Korngrenzphasen durchdringt, wodurch ein lokales Entmagnetisierungsfeld verringert werden kann.
Wie oben erwähnt, aufweisend ein Flächenverhältnis von 10,0 % oder mehr der R-T-M-Phase mit Kristallstruktur vom La₆Co₁₁Ga₃-Typ in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen; und ebenfalls aufweisend ein Flächenverhältnis von 60,0 % oder weniger der T-reichen Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen und weiterhin aufweisend ein Flächenverhältnis von 70.0% oder weniger der R-reichen Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen, sind die Hauptphasen-Kristallkörner von der antiferromagnetischen R-T-M-Phase bedeckt, sodass auch ein lokales Entmagnetisierungsfeld unterdrückt werden kann. Dadurch kann die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur verringert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform erfüllen a, b, c und d vorzugsweise die Beziehungen 0,050 ≤ c/b ≤ 0,070, 0,25 ≤ (a - 2c)/(b - 14c) ≤ 2,00 und 0,025 ≤ d/(b - 14c) ≤ 0,500. Indem man c/b, (a - 2c)/(b - 14c) und d/(b - 14c) innerhalb des oben erwähnten Zusammensetzungsbereichs hält, kann das Flächenverhältnis der oben erwähnten Phasen in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen leicht kontrolliert werden.
Hier werden (a - 2c)/(b - 14c) und d/(b - 14c) als Parameter der Zusammensetzung beschrieben. (a - 2c)/(b - 14c) zeigt ein Verhältnis der Menge des Übergangsmetalls und der Menge des Seltenerdelements in den Korngrenzenphasen des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten. Außerdem zeigt d/(b - 14c) ein Verhältnis der Übergangsmetallelementmenge und der Elementmenge M in den Korngrenzenphasen des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten.
Wie oben erwähnt, schließt R des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten R1, Sm und R2 innerhalb des oben erwähnten Bereichs ein, daher kann die Zusammensetzungsformel (R1_1-x-ySm_xR2_y)_aT_bB_eM_d, die den R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten darstellt, d.h. eine gesamte Zusammensetzung einschließlich der Hauptphasen und der Korngrenzenphasen, auch durch die nachstehende Formel ausgedrückt werden. $[aR + bT + cB + dM]$
Hier kann durch Subtraktion von R₂Fe₁₄B, das die Grundzusammensetzung der R-T-B-Verbindung ist, die die Hauptphasen bildet, von der Gesamtzusammensetzung einschließlich der Hauptphasen und der Korngrenzenphasen die Zusammensetzung der Korngrenzenphasenkomponente erhalten werden. Hier bleiben, wenn b/c ≤ 0,070 < 2/14 erfüllt ist, beim Berechnen der Formel [eine gesamte Zusammensetzung] - [R₂Fe₁₄B Zusammensetzung] nur die Elemente R, T, M, die die R-T-M-Phase bilden, übrig. Durch Anpassung eines Koeffizienten, so dass B gleich 0 ist, kann die verbleibende Korngrenzenphasenzusammensetzung durch die folgende Gleichung erhalten werden. $[aR + bT + cB + dM] - [2 cR + 14 cT + cB] = [(a - 2 c) R + (b - 14 c) T + dM]$
Gemäß der obigen Gleichung ist der Koeffizient (a - 2c) von R die Menge an Seltenerdelement in der Korngrenzenphasenkomponente, der Koeffizient (b - 14c) von T die Menge an Übergangsmetall in der Korngrenzenphasenkomponente und der Koeffizient d von M die Menge an Element M in der Korngrenzenphasenkomponente.
Das heißt, indem das Verhältnis (a - 2c)/(b - 14c) zwischen der Menge des Übergangsmetallelements und der Menge des Seltenerdelements in der Korngrenzenphasenkomponente und das Verhältnis d/(b - 14c) zwischen der Menge des Übergangsmetallelements und der Menge des Elements M in der Korngrenzenphasenkomponente innerhalb des oben genannten Bereichs eingestellt wird, kann ein Flächenverhältnis der R-T-M-Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen von 10,0% oder mehr erreicht werden, das Flächenverhältnis der T-reichen Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen kann 60,0% oder weniger betragen, und das Flächenverhältnis der R-reichen Phase in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen kann 70,0% oder weniger betragen. Es ist zu beachten, dass das Verhältnis R / T = 6 / 13 und das Verhältnis M/T = 1 / 13 der R-T-M-Phase bestätigtermaßen im Bereich von (a - 2c) / (b - 14c) bzw. d / (b - 14c) liegt. Aufgrund der obigen Zusammensetzung und der Mikrostruktur, die das lokale Entmagnetisierungsfeld deutlich verringert hat, kann die Rate der Abnahme der Koerzitivkraft und die Rate der Abnahme der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur verringert werden. Als Ergebnis kann der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet erhalten werden, der für den Motor mit variabler Magnetkraft geeignet ist und der in der Lage ist, einen hohen Wirkungsgrad in einem weiten Drehzahlbereich beizubehalten.
Der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eines oder mehrere der Elemente Al, Cu, Zr und Nb enthalten, die die Reaktion während eines pulvermetallurgischen Schritts der Hauptphasen-Kristallkörner fördern. Noch bevorzugter sind ein oder mehrere von Al, Cu und Zr enthalten; und noch bevorzugter sind Al, Cu und Zr enthalten. Der Gehalt der genannten Elemente beträgt insgesamt vorzugsweise 0,1 bis 2 at%. Die Reaktion auf einer Oberflächenschicht der Hauptphasen-Kristallkörner kann durch Zugabe der oben genannten Elemente zum Seltenerdmagneten erzeugt werden, wodurch Verzerrungen, Defekte und dergleichen beseitigt werden können.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße D50 der Hauptphasen-Kristallkörner D50 ≤ 4,00 µm. Um das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach dem Magnetisieren in einem schwachen Magnetisierungsfeld zu verbessern, ist es wirksam, dass nach dem Magnetisieren ein einzelner Domänenzustand stabil ist. Wenn D50 größer als 4,00 µm ist, stabilisiert sich aufgrund eines Gleichgewichts zwischen der magnetostatischen Energie und der magnetischen Domänenwandenergie nach der Magnetisierung in den Hauptphasen-Kristallkörnern eher die Multidomänenstruktur als die Einzeldomänenstruktur, und die magnetische Domänenwand bewegt sich frei entsprechend der Änderung des Magnetfeldes während eines Entmagnetisierungsprozesses und eines Magnetisierungsprozesses. Auf diese Weise werden das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld verschlechtert.
Für die Stabilisierung der Ein-Domänen-Struktur der Hauptphasen-Kristallkörner nach der Magnetisierung beträgt D50 vorzugsweise 3,92 µm oder weniger, bevorzugter 2,98 µm oder weniger und noch bevorzugter 2,05 µm oder weniger. Außerdem führt eine übermäßige Verfeinerung der Korngröße zu einer hohen Koerzitivkraft, die für den Motor mit variabler Magnetkraft nicht geeignet ist. Um einer niedrigen Koerzitivkraft gerecht zu werden, beträgt D50 daher vorzugsweise 1,01 µm oder mehr, und noch bevorzugter 1,49 µm oder mehr.
Als Indikator, der die Korngrößenverteilung der Hauptphasen-Kristallkörner entsprechend der vorliegenden Ausführungsform anzeigt, wird (D90 - D10)/D50 verwendet. Nach der vorliegenden Ausführungsform wird (D90 - D10)/D50 ≤ 1,60 erfüllt. Es ist zu beachten, dass nach der vorliegenden Darstellung D50 ein Durchmesser (kreisäquivalenter Durchmesser) eines Kreises mit einer Fläche ist, bei der die kumulative Verteilung der Fläche der Hauptphasen-Kristallkörner 50% beträgt; D90 ist ein kreisäquivalenter Durchmesser einer Fläche, bei der die kumulative Verteilung der Fläche der Hauptphasen-Kristallkörner 90% beträgt; und D10 ist ein kreisäquivalenter Durchmesser einer Fläche, bei der die kumulative Verteilung der Fläche der Hauptphasen-Kristallkörner 10% beträgt. Somit zeigt ein kleineres Verhältnis (D90 - D10)/D50 eine kleinere Streuung in der Korngrößenverteilung der Hauptphasen-Kristallkörner an.
Um das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld zu verbessern, ist es wirksam, die Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne zu reduzieren. Das Keimbildungsfeld der umgekehrten magnetischen Domäne hängt von der Korngröße der Hauptphasen-Kristallkörner ab. Daher ist es wichtig, die Streuung der Korngrößenverteilung der Hauptphasen-Kristallkörner zu kontrollieren, sodass sie vorzugsweise innerhalb des oben genannten Bereichs liegt. Wenn (D90 - D10) / D50 größer als 1,60 ist und die Streuung der Korngrößenverteilung groß wird, nimmt die Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne zu, wodurch die Teilkurvenflachheit abnimmt. Um die Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne (D90 - D10) / D50 weiter zu verringern, beträgt (D90 - D10) / D50 vorzugsweise 1,19 oder weniger, und noch bevorzugter 0,99 oder weniger.
In der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Korngrenzenphasen die intergranulare Kornphase (eine Korngrenzenphase, die zwischen den Hauptphasen-Kristallkörnern existiert) und den Dreifachübergang (eine Korngrenzenphase, die von drei oder mehr Hauptphasen-Kristallkörnern umgeben ist). Die Korngrenzphasen sind bevorzugt nicht-ferromagnetisch, und die Dicke der Korngrenzphase beträgt vorzugsweise 3 nm oder mehr und 1 µm oder weniger.
Weiterhin beträgt eine Beschichtungsrate der Korngrenzenphasen 70,0 % oder mehr, welche die Rate der Beschichtung des Außenumfangs der Hauptphasen-Kristallkörner durch die Korngrenzenphasen ist. Selbst wenn die mittlere Korngröße und die Streuung der Korngrößenverteilung der Hauptphasen-Kristallkörner kontrolliert werden, nehmen die Hauptphasen-Kristallkörner, die mit den benachbarten Hauptphasen-Kristallkörnern magnetisch austauschgekoppelt sind, zu und austauschgekoppelte Körner mit kleinen Korngrößen werden magnetisch äquivalent zu einem Hauptphasen-Kristallkorn mit einer großen Korngröße, wenn die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate weniger als 70,0% beträgt. Falls viele Hauptphasen-Kristallkörner mit solch einer magnetisch großen Korngröße existieren, bedeutet dies, dass Körner mit großer Korngröße (austauschgekoppelte Körner) und Körner mit kleiner Korngröße (nicht austauschgekoppelte Körner) koexistieren, so dass dies magnetisch äquivalent zu einem Zustand großer Streuung der Korngrößenverteilung der Hauptphasen-Kristallkörner ist. Infolgedessen wird der Eindomänenzustand nach der Magnetisierung destabilisiert und die Streuung des Keimbildungsfeldes der umgekehrten magnetischen Domäne wird groß. Folglich werden das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld verringert.
Wenn die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate weniger als 70,0 % beträgt, erhöht sich das lokale Entmagnetisierungsfeld, weil mehr Hauptphasen-Kristallkörner mit den benachbarten Hauptphasen-Kristallkörnern in Kontakt kommen und auch weil mehr Außenseiten der Hauptphasen-Kristallkörner erzeugt werden, die nicht von den Korngrenzenphasen beschichtet sind. Infolgedessen kann der Eindomänenzustand nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld Hmag nicht realisiert werden, und das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld werden verringert.
Um das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach dem Magnetisieren in einem schwachen Magnetisierungsfeld zu verbessern, beträgt die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate vorzugsweise 90,0 % oder mehr.
Beachten Sie, dass die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate als Verhältnis einer Gesamtlänge des Umrisses der Hauptphasen-Kristallkörner, die von den Korngrenzenphasen mit einer vorbestimmten Dicke bedeckt sind, zu einer Gesamtlänge des Umrisses der Hauptphasen-Kristallkörner in einem Querschnitt des R-T-B-basierten Permanentmagneten berechnet wird.
Der auf R-T-B basierende Seltenerd-Permanentmagnet nach der vorliegenden Ausführungsform kann O (Sauerstoff) als weiteres Element enthalten. Der Sauerstoffgehalt (O) beträgt 2.000 bis 8.000 ppma (Teile pro Million Atome). Wenn der Sauerstoffgehalt kleiner als der oben genannte Bereich ist, wird die Korrosionsbeständigkeit eines gesinterten Magneten unzureichend; wenn der Sauerstoffgehalt größer als der oben genannte Bereich ist, wird während des Sinterns nicht ausreichend flüssige Phase gebildet, die Hauptphasen-Kristallkörner werden nicht ausreichend mit den Korngrenzenphasen beschichtet, und das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld werden verringert. Um die Korrosionsbeständigkeit, das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach dem Magnetisieren in einem schwachen Magnetisierungsfeld zu erhöhen, sollte der Sauerstoffgehalt vorzugsweise 2.500 bis 7.000 ppma betragen.
Auch der N-Gehalt im R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten beträgt nach der gegenwärtigen Ausführungsform vorzugsweise 8.000 ppma oder weniger. Wenn der N-Gehalt größer als der oben genannte Bereich ist, sind das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld tendenziell geringer.
Ein bevorzugtes Beispiel für die Herstellungsmethode der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
Zur Herstellung des R-T-B-basierten Permanentmagneten nach der vorliegenden Ausführung wird zunächst eine Rohstofflegierung vorbereitet, die den R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten mit der für die vorliegende Erfindung verwendeten Zusammensetzung liefern kann. Die Rohmateriallegierung kann im Vakuum oder in Inertgasatmosphäre, wünschenswerterweise in Ar-Atmosphäre, durch ein Bandgussverfahren oder andere bekannte Auflösungsverfahren hergestellt werden.
Das Bandgießverfahren ist ein Verfahren zum Erhalten einer Legierung, bei dem ein geschmolzenes Metall, das durch Auflösen von Rohmaterialmetallen in einer nicht oxidierten Atmosphäre, wie z.B. einer Ar-Gasatmosphäre, erhalten wird, zu einer Walzrollenoberfläche extrudiert wird. Das schnell abgekühlte geschmolzene Metall auf der Walze wird schnell zu einer dünnen Platte oder einem dünnen Film (einer Flocke) erstarrt. Diese schnell erstarrte Legierung hat eine homogene Struktur mit einer Kristallkorngröße von 1 µm bis 50 µm.
Die Rohstofflegierung kann nicht nur durch das Bandgussverfahren, sondern auch durch Auflösungsverfahren wie z.B. eine Hochfrequenz-Induktionsauflösung und ähnliche gewonnen werden. Es ist zu beachten, dass die Legierung z.B. zur Vermeidung von Entmischung nach dem Auflösen auf eine geneigte, wasserkühlende Kupferplatte gegossen und erstarrt werden kann. Auch eine durch ein Reduktionsdiffusionsverfahren erhaltene Legierung kann als Rohstofflegierung verwendet werden.
Als Rohmaterial-Metalle der vorliegenden Ausführungsform können Seltenerdmetall, Seltenerdmetall-Legierungen, reines Eisen, Ferrobor, deren Legierungen und dergleichen verwendet werden. Auch Al, Cu, Zr und Nb können als zusätzliche Elemente enthalten sein. Beachten Sie, dass ein Gehalt der zusätzlichen Elemente vorzugsweise 20.000 ppm oder weniger beträgt. Das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach dem Magnetisieren in einem schwachen Magnetisierungsfeld werden verringert, wenn der Gehalt der zusätzlichen Elemente größer als dieser Bereich ist.
Beachten Sie, dass Al, Cu, Zr und Nb als Teil der Rohmaterialmetalle enthalten sein können, daher ist es notwendig, einen Reinheitsgrad der Rohmaterialmetalle festzulegen und den Gehalt der zusätzlichen Elemente auf eine vorbestimmte Menge einzustellen. Auch für den Fall, dass Verunreinigungen während der Herstellung vermischt werden, muss eine Menge an Verunreinigungen ebenfalls berücksichtigt werden.
Um den auf R-T-B basierenden Seltenerd-Permanentmagneten nach der vorliegenden Erfindung zu erhalten, wird grundsätzlich ein Verfahren zur Herstellung des Magneten aus einer sortenreinen Legierung, das sogenannte Einlegierungsverfahren, auf die Rohstofflegierung angewendet. Es kann jedoch auch ein sogenanntes Mischverfahren angewandt werden, bei dem die Hauptphasenlegierung (eine Legierung mit niedrigem R-Gehalt), die hauptsächlich R₂T₁₄B-Kristalle als Hauptphasen-Kristallkörner aufweist, und eine Legierung (eine Legierung mit hohem R-Gehalt) verwendet wird, die mehr R als die Legierung mit niedrigem R-Gehalt enthält und wirksam zur Bildung der Korngrenze beiträgt.
Die Rohstofflegierung wird einem Pulverisierungsschritt unterzogen. Im Falle der Verwendung des Mischverfahrens können die Legierung mit niedrigem R-Wert und die Legierung mit hohem R-Wert getrennt oder gemeinsam zerkleinert werden.
Der Pulverisierungsschritt umfasst einen groben Zerkleinerungsschritt und einen feinen Zerkleinerungsschritt. Zuerst wird die Rohstofflegierung grob zerkleinert, bis eine Korngröße von mehreren hundert µm erreicht ist. Vorzugsweise wird die Grobzerkleinerungsstufe mit einer Stampfmühle, einem Backenbrecher, einer Braunmühle und dergleichen unter Inertgasatmosphäre durchgeführt. In der Grobzerkleinerungsstufe kann die Zerkleinerung effektiv durch Dehydrierung nach einer Wasserstoffspeicherung in der Rohstofflegierung erfolgen. Die durch ein Bandgussverfahren hergestellte Rohstofflegierung weist eine Struktur auf, bei der die Hauptphasenkomponente mit einer Breite, die ungefähr der Zielkorngröße entspricht, durch eine dendritenförmige R-reiche Phase abgetrennt wird. Risse werden durch Expansion der R-reichen Phase erzeugt, wenn Wasserstoff in der R-reichen Phase gespeichert wird. Auf diese Weise wird die Pulverisierungseffizienz bei der Feinzerkleinerung nach der Grobzerkleinerung verbessert und die Streuung der Korngrößenverteilung der Hauptphasen-Kristallkörner gehemmt.
Eine Wasserstoffspeicher-Behandlung wird durchgeführt, indem die Rohstofflegierung in Wasserstoffgas einem atmosphärischen Druck ausgesetzt wird. Die Haltetemperatur während der Wasserstoffspeicherung entspricht in der Regel Raumtemperatur. Wenn das R2-Gehaltsverhältnis im Seltenerdelement hoch ist, wird es schwierig, die Wasserstoffspeicherung in der R-reichen Phase mit einem hohen R2-Gehaltsverhältnis bei Raumtemperatur durchzuführen. Daher ist die Haltetemperatur vorzugsweise höher als die Raumtemperatur und kann 500°C oder weniger betragen. Die Haltezeit variiert in Abhängigkeit von der Beziehung zur Haltetemperatur, der Zusammensetzung und dem Gewicht der Rohstofflegierung und ähnlichem; sie beträgt mindestens 30 Minuten oder mehr und wünschenswerterweise 1 Stunde oder mehr pro 1 kg. Die Dehydrierungsbehandlung nach der Wasserstoffspeicherung wird durchgeführt, um den Gehalt an Wasserstoff als Verunreinigung im gesinterten Seltenerdmagneten zu verringern.
Die Dehydrierungsbehandlung wird durch Erhitzen der Rohstofflegierung im Vakuum oder unter Inertgasatmosphäre durchgeführt. Die Erwärmungstemperatur beträgt 200 bis 400°C oder mehr, wünschenswert sind 300°C. Die Haltezeit variiert je nach dem Verhältnis zwischen der Haltetemperatur, der Zusammensetzung und dem Gewicht der Rohstofflegierung und ähnlichem; und sie wird auf mindestens 30 Minuten oder mehr und wünschenswerterweise 1 Stunde oder mehr pro 1 kg eingestellt. Eine Wasserstoff freisetzende Behandlung wird im Vakuum oder im Ar-Gasstrom durchgeführt. Es ist zu beachten, dass die Wasserstoffspeicher-Behandlung und die Dehydrierungsbehandlung keine essentiellen Behandlungen sind. Diese Wasserstoff-Zerkleinerung kann als Grobzerkleinerung betrachtet werden, und eine mechanische Grobzerkleinerung kann entfallen.
Nach der Durchführung des Grobzerkleinerungsschrittes wird der Feinzerkleinerungsschritt durchgeführt. Für die Feinzerkleinerung wird hauptsächlich eine Strahlmühle verwendet, und das grob zerkleinerte Pulver mit einer Korngröße von etwa einigen hundert µm wird auf eine durchschnittliche Korngröße von 1,2 bis 4 µm und wünschenswerterweise 1,5 bis 3 µm zerkleinert.
Strahlmahlen ist ein Verfahren, bei dem durch ein unter hohem Druck stehendes Inertgas, das aus einer engen Düse austritt, ein Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit erzeugt und das grob zerkleinerte Pulver mit diesem Hochgeschwindigkeitsgasstrom beschleunigt wird, dann die grob zerkleinerten Pulver gegeneinander prallen oder das grob zerkleinerte Pulver mit der Ziel- oder Behälterwand kollidiert. Das zerkleinerte Pulver wird durch einen Klassifizierungsrotor, der in einem Pulverisierer installiert ist, und einen Zyklon, der im unteren Abschnitt des Pulverisierers angeordnet ist, klassifiziert.
Für die Feinzerkleinerung kann eine Nasszerkleinerung verwendet werden. Für die Nasszerkleinerung werden eine Kugelmühle, ein Nassattritor und dergleichen verwendet, und das grob zerkleinerte Pulver mit einer Korngröße von etwa einigen hundert µm wird auf eine durchschnittliche Korngröße von 1,5 bis 4 µm und wünschenswerterweise 2 bis 3 µm zerkleinert. Bei der Nasszerkleinerung wird durch die Auswahl eines geeigneten Streuungsmediums die Zerkleinerung vorangetrieben, ohne das Magnetpulver dem Sauerstoff auszusetzen. Auf diese Weise kann ein feines Pulver mit niedriger Sauerstoffkonzentration erhalten werden.
Nach der vorliegenden Ausführungsform ist es, damit die Korngrößenverteilung der in der Hauptphase enthaltenen Kristallkörner die Beziehung (D90 - D10)/D50 ≤ 1,60 erfüllt, vorzuziehen, dass das gesammelte fein zerkleinerte Pulver nach dem Feinzerkleinerungsschritt in eine Strahlmühle zurückgegeben wird und ein weiterer Klassifizierungsschritt durchgeführt werden kann.
Durch den weiteren Klassifizierungsschritt kann das fein zerkleinerte Pulver mit einer noch engeren Korngrößenverteilung erhalten werden.
Das fein zerkleinerte Pulver wird einem Formgebungsschritt unterzogen. Es ist zu beachten, dass Fettsäuren, Derivate der Fettsäuren oder Kohlenwasserstoffe hinzugefügt werden können, um die Schmierung und die Orientierung während des Formens zu verbessern. Beispielsweise können Fettsäuren auf Basis von Stearinsäure, Laurylsäure oder Ölsäure wie Zinkstearat, Kalziumstearat, Aluminiumstearat, Amidstearat, Amidlaurat, Amidoleat, Amidethylenbisisostearat und Kohlenwasserstoffe wie Paraffin, Naphthalin und dergleichen in einer Menge von etwa 0,01 bis 0,3 Gew.-% während der Feinzerkleinerung hinzugefügt werden.
Ein Formdruck während des Formens im Magnetfeld kann 0,3 bis 3 Tonnen/cm² (30 bis 300 MPa) betragen. Der Formdruck kann vom Anfang bis zum Ende des Formvorgangs konstant sein, kann aber auch allmählich ansteigen, allmählich abfallen oder sich unregelmäßig ändern. Wenn der Formdruck abnimmt, wird die Orientierung verbessert; wenn der Formdruck jedoch zu niedrig ist, wird die Festigkeit des Grünkörpers unzureichend, was ein Handhabungsproblem verursacht. Daher wird der Formdruck unter Berücksichtigung dieser Punkte aus dem oben genannten Bereich ausgewählt. Ein Grünkörper, der durch Formen im Magnetfeld erhalten wird, hat im Allgemeinen eine endgültige relative Dichte von 40 bis 60%.
Es kann ein Magnetfeld von etwa 960 kA/m bis 1.600 kA/m angelegt werden. Das angelegte Magnetfeld ist nicht auf ein statisches Magnetfeld beschränkt; es kann ein impulsartiges Magnetfeld sein. Darüber hinaus können das statische Magnetfeld und das impulsartige Magnetfeld zusammen verwendet werden.
Der Grünkörper wird einem Sinterschritt unterzogen. Der Sinterschritt wird im Vakuum oder unter Inertgasatmosphäre durchgeführt. Eine Haltetemperatur und eine Haltezeit des Sinterns müssen in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen, wie z.B. der Zusammensetzung, der Pulverisierungsmethode, dem Unterschied zwischen einer mittleren Korngröße und der Korngrößenverteilung und ähnlichem, geregelt werden. Der Sinterschritt kann bei ca. 1.000°C bis 1.200°C für 1 Minute bis 20 Stunden durchgeführt werden, und er dauert vorzugsweise 4 bis 20 Stunden.
Nach dem Sintern kann eine Alterungsbehandlung des erhaltenen gesinterten Magneten durchgeführt werden. Nach Durchlaufen dieses Alterungsbehandlungsschrittes wird eine Konstitution der Korngrenzenphase, die sich zwischen benachbarten R2T14B--Hauptphasen-Kristallkörnern bildet, bestimmt. Die Mikrostruktur wird jedoch nicht nur durch diesen Schritt gesteuert, sondern sie wird auch in Abhängigkeit vom Gleichgewicht zwischen verschiedenen Bedingungen des obigen Sinterschritts und dem Zustand des feinen Rohmaterialpulvers bestimmt. Daher können unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen den Wärmebehandlungsbedingungen und der Mikrostruktur des gesinterten Magneten eine Wärmebehandlungstemperatur, eine Zeitdauer und eine Abkühlgeschwindigkeit bestimmt werden. Die Wärmebehandlung kann in einem Bereich von 400°C bis 900°C durchgeführt werden.
Der Seltenerdmagnet nach der vorliegenden Ausführung kann nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden; das Verfahren zur Herstellung des Seltenerdmagneten ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann in geeigneter Weise modifiziert werden.
Es werden eine Definition und eine Bewertungsmethode für ein magnetisierendes Feld Hmag, das Rechteckigkeitsverhältnis und ein Indikator für die Teilkurvenflachheit nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Ein BH-Tracer wird verwendet, um die für die Auswertung erforderlichen Messungen durchzuführen. In der vorliegenden Ausführungsform wird unter dem Magnetisierungsfeld Hmag das wenigstens erforderliche Magnetfeld, bei dem das Rechteckigkeitsverhältnis und die Teilkurvenflachheit nach wiederholten Messungen Reproduzierbarkeit zeigen, als minimales Magnetisierungsfeld Hmag definiert.
Eine spezifische Bewertungsmethode wird anhand des Beispiels eines unten beschriebenen Experiments 2-18 in 2 gezeigt. Eine Hystereseschleife wird gemessen, indem das maximale Messmagnetfeld in einem konstanten Magnetfeldintervall erhöht wird. Wenn sich die Hystereseschleife schließt und eine symmetrische Form aufweist (die Differenz der Koerzitivkraft zwischen positiver und negativer Seite beträgt weniger als 5%), ist eine Reproduzierbarkeit der wiederholten Messung gewährleistet. Somit wird das wenigstens erforderliche maximale Magnetfeld als minimales Magnetisierungsfeld Hmag definiert.
Als nächstes wird das Rechtwinkligkeitsverhältnis Hk_{_Hmag}/HcJ_{_Hmag} der nach der Magnetisierung im minimalen Magnetisierungsfeld Hmag gemessenen Teilkurve als Rechtwinkligkeitsverhältnis nach der Magnetisierung im minimalen Magnetisierungsfeld Hmag verwendet. Dabei ist Hk_{_Hmag} ein Wert des Magnetfeldes, der 90% einer magnetischen Restmagnetflussdichte Br_{_Hmag} beträgt, gemessen im minimalen Magnetisierungsfeld Hmag im zweiten Quadranten der Teilkurve, gemessen nach dem Magnetisieren im minimalen Magnetisierungsfeld Hmag. Weiterhin ist HcJ_{_Hmag} eine Koerzitivfeldstärke der Teilkurve, gemessen nach der Magnetisierung im minimalen Magnetisierungsfeld Hmag.
Der Indikator der Teilkurvenflachheit wird wie folgt bestimmt und bewertet. 3 zeigt die Teilkurven, die durch Variation des umgekehrten Magnetfeldes Hrev in Bezug auf die Probe des Experiments 2-18 gemessen wurden. Der Indikator für die Ebenheit der Teilkurve wird wie folgt bestimmt und bewertet: $H_{_50 % Js} / {HcJ}_{_}_{Hmag}$
Dies ist ein Verhältnis von H_{_50%Js} zu HcJ_{_Hmag} gemäß der Magnetisierungskurve (dicke Linie in 3) am Arbeitspunkt (-HcJ_{_Hmag}, 0), in Bezug auf die Koerzitivkraft im zweiten und dritten Quadranten der Teilkurven aus einer Anzahl an Magnetisierungskurven aus einer Vielzahl von Umkehrmagnetfeldern Hrev. Im obigen Beispiel ist H_{_50%Js} das Magnetfeld, in dem die magnetische Polarisation 50% der magnetischen Polarisation Js wird, wenn das minimale Magnetisierungsfeld Hmag angelegt wird; und HcJ_{_Hmag} ist die Koerzitivkraft der Teilkurve nach der Magnetisierung im minimalen Magnetisierungsfeld Hmag.
Um als Magnet mit variablem magnetischen Fluss verwendet zu werden, beträgt das minimale Magnetisierungsfeld Hmag des Seltenerdmagneten nach der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise 7,0 kOe oder weniger und noch bevorzugter 6,0 kOe oder weniger.
Auch die magnetische Restmagnetflussdichte (Br_{_Hmag}) des Seltenerdmagneten beträgt nach der vorliegenden Ausführungsform bei minimalem Magnetisierungsfeld vorzugsweise 9,5 kG oder mehr und noch bevorzugter 10,0 kG oder mehr.
Außerdem beträgt die Koerzitivkraft (HcJ_{_Hmag}) des Seltenerdmagneten nach der vorliegenden Ausführung bei minimalem Magnetisierungsfeld vorzugsweise 5,0 kOe oder weniger und noch bevorzugter 4,0 kOe oder weniger. Weiterhin beträgt HcJ_{_Hmag} vorzugsweise 0,50 kOe oder mehr und noch bevorzugter 1,1 kOe oder mehr. Falls HCJ_{_Hmag} zu klein ist, wird der Magnet entmagnetisiert, während der Motor angetrieben wird.
Weiterhin beträgt das Rechteckigkeitsverhältnis (Hk/HCJ_{_Hmag}) des Seltenerdmagneten nach der vorliegenden Ausführungsform bei minimalem Magnetisierungsfeld vorzugsweise mindestens 80% (0,80) oder mehr und noch bevorzugter 90% (0,90) oder mehr.
Die Teilkurvenflachheit (H_{_50%Js}/HcJ_{_Hmag}) des Seltenerdmagneten nach der vorliegenden Ausführungsform bei dem minimalen Magnetisierungsfeld beträgt vorzugsweise mindestens 50% (0,50) oder mehr und noch bevorzugter 80% (0,80) oder mehr.
Als nächstes wird eine Bewertung der Abnahmerate der Koerzitivkraft bei hoher Temperatur bezüglich des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zuerst wird die Koerzitivkraft bei dem minimalen Magnetisierungsfeld bei Raumtemperatur (23°C) gemessen und als HcJ_{_23°C} definiert. Die Probe wird dann für etwa 5 Minuten bei 180°C erhitzt. Während sich die Temperatur der Proben in einem stabilen Zustand befindet, wird die Koerzitivkraft am minimalen Magnetisierungsfeld gemessen und als HcJ_{_180°C} definiert. Dabei wird die Abnahmerate δ (%/°C) der Koerzitivkraft bei hoher Temperatur wie folgt definiert: $δ = | ({HcJ}_{_180 ° C} - {HcJ}_{_23 ° C}) / {HcJ}_{_23 ° C} / (180 - 23) \times 100 |$
Die Abnahmerate der Koerzitivkraft bei hoher Temperatur beträgt vorzugsweise mindestens 0,45%/°C oder weniger und noch bevorzugter 0,40%/°C oder weniger für die Verwendung als Magnet mit variablem magnetischen Fluss.
Es wird eine Bewertung der Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur in Bezug auf den R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung vorgenommen. Zuerst wird H_{_50%Js}/HcJ_{_Hmag} beim minimalen Magnetisierungsfeld bei Raumtemperatur (23°C) gemessen und als P_{_23°C} definiert. Dann wird die Probe auf 180°C erhitzt und für 5 Minuten gehalten. Während sich die Temperatur der Probe in einem stabilen Zustand befindet, wird die H_{_50%Js}/HcJ_{_Hmag} bei dem minimalen Magnetisierungsfeld gemessen und als P_{_180°C} definiert. Die Abnahmerate ε (%/°C) der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur wird wie folgt definiert: $ε = | (P_{_180 ° C} - P_{_23 ° C}) / P_{_23 ° C} / (180 - 23) \times 100 |$
Die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit beträgt vorzugsweise mindestens 0,30%/°C oder weniger und noch bevorzugter 0,25%/°C oder weniger für die Verwendung als Magnet mit variablem magnetischen Fluss. Die mittlere Kristallkorngröße, die Korngrößenverteilung und die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate des Seltenerdmagneten gemäß der vorliegenden Ausführung können mit Hilfe eines REM (Rasterelektronenmikroskop) ausgewertet werden. Der polierte Querschnitt der Probe, die mit den oben erwähnten magnetischen Eigenschaften ausgewertet wurde, wird beobachtet, und die Hauptphasen-Kristallkörner und andere Phasen wie die Korngrenzenphasen werden durch ein rückgestreutes Elektronenzusammensetzungsbild (englisch: composition image, COMPO) verifiziert. Der polierte Querschnitt des Beobachtungsziels wird bei einer Vergrößerung beobachtet, die in der Lage ist, die intergranulare Korngrenzenphase mit einer vorbestimmten Dicke zu erkennen, beispielsweise mithilfe einer Vergrößerung von 5000x oder mehr. Der polierte Querschnitt kann parallel oder orthogonal zur Orientierungsachse sein, alternativ kann er in einem beliebigen Winkel zur Orientierungsachse stehen.
4 zeigt ein REM-Rückstreuelektronenbild eines Querschnitts der Probe von Experiment 2-18. Dieses Bild wird von einer Bildanalysesoftware gelesen, um einen Umriss jedes Hauptphasen-Kristallkorns 1 zu extrahieren, und die Querschnittsfläche zu erhalten. Die flächenäquivalenten Kreisdurchmesser, bei denen die kumulative Verteilung der Querschnittsfläche der Hauptphasen-Kristallkörner 10%, 50% und 90% beträgt, sind als D10, D50 und D90 definiert; der Mittelwert D50 ist als die durchschnittliche Kristallkorngröße der Hauptphasen-Kristallkörner definiert und (D90 - D10) / D50 ist als die Korngrößenverteilung definiert. Wenn die Korngrößenverteilung (D90 - D10) / D50 gleich Null ist, bedeutet dies, dass es keine Korngrößenstreuung gibt, und wenn die Korngrößenverteilung (D90 - D10) / D50 größer wird, wird die Streuung größer. Hier zeigt 5 Umrisse der Hauptphasen-Kristallkörner, die aus der Bildanalyse des Bildes in 4 extrahiert wurden.
In 5 sind aus den Umrissen jedes Hauptphasen-Kristallkorns 1, das aus dem REM-Rückstreuelektronenbild extrahiert wurde, eine Länge des Abschnitts 3, der ein weiteres benachbartes Hauptphasen-Kristallkorn 1' berührt, und eine Länge des Abschnitts 4, der die Korngrenzenphase 2 berührt, für jedes einzelne Korn einzeln berechnet. Dabei wird ein Verhältnis einer Gesamtlänge, die die Korngrenzphase berührt, zu einer Gesamtlänge der Umrisse aller Hauptphasen-Kristallkörner 1 als Korngrenzphasen-Beschichtungsrate berechnet.
Hier wird in der Korngrenzenphase ein Bereich erkannt, dessen Zusammensetzungskontrast sich von der Hauptphase unterscheidet und der eine ausreichende Breite größer als 3 nm (20 nm im Fall, dass D50 1,0 µm oder mehr beträgt und 5 nm im Fall, dass D50 weniger als 1,0 µm beträgt) aufweist, d.h. eine Dicke, die in der Lage ist, die Austauschkopplung zu unterbrechen. Der Abschnitt des Umrisses der Hauptphasen-Kristallkörner, der mit einem solchen Bereich in Kontakt steht, wird als ein Abschnitt erkannt, der mit der Korngrenzenphase in Kontakt steht. Eine Reihe solcher Messungen und Berechnungen wird an mindestens fünf Feldern in einem Querschnitt des Magneten durchgeführt, und der Mittelwert davon wird als repräsentativer Wert jedes Parameters bestimmt.
Die Zusammensetzung und das Flächenverhältnis der verschiedenen Korngrenzenphasen entsprechend der vorliegenden Ausführungsform können mit Hilfe von REM (Rasterelektronenmikroskop) und EPMA (Elektronensonden-Mikroanalysator; englisch: electron probe micro analyzer) ausgewertet werden. Der polierte Querschnitt der Probe, von der die oben genannten magnetischen Eigenschaften ausgewertet werden, wird betrachtet. Eine Vergrößerung wird so eingestellt, dass etwa 200 Hauptphasen-Kristallkörner im polierten Querschnitt des Beobachtungsziels betrachtet werden können, jedoch kann die Vergrößerung nach einer Größe, einem Streuungszustand und dergleichen jeder Korngrenzenphase bestimmt werden. Der polierte Querschnitt kann parallel, orthogonal oder in einem beliebigen Winkel zur Orientierungsachse verlaufen. Diese Querschnittsfläche wird einer Flächenanalyse mittels EPMA unterzogen, wodurch der Verteilungszustand jedes Elements offensichtlich wird und der Verteilungszustand der Hauptphase und jeder Korngrenzenphase offensichtlich wird.
Darüber hinaus wird jede Korngrenzenphase, die in einem mit der Flächenanalyse durchgeführten Beobachtungsfeld enthalten ist, einer Punktanalyse durch EPMA unterzogen, um die Zusammensetzung quantitativ zu bestimmen. Dabei werden die zur R-T-M-Phase gehörende Fläche, die zur T-reichen Phase gehörende Fläche und die zur R-reichen Phase gehörende Fläche spezifiziert. In jedem Bereich wird, wenn die Anzahl der Atome von R, T und M als [R], [T] und [M] definiert ist, die R-reiche Phase unterschieden, für die [R]/[T] > 1,0 gilt, und weiterhin die R-T-M-Phase unterschieden , für die gilt: 0,4 ≤ [R]/[T] ≤ 0.5 und 0,0 ≤ [M]/[T] < 0,1. Daneben wird noch die T-reiche Phase unterschieden, wenn die Phase keine R-T-M-Phase ist und ebenfalls [R]/[T] < 1,0 gilt. Basierend auf den Ergebnissen der Flächenanalyse und der Punktanalyse mittels EPMA wird aus einem rückgestreuten Elektronenbild (ein aus der Zusammensetzung abgeleiteter Kontrast wird erhalten. Siehe 4), das mittels REM im gleichen Beobachtungsfeld erstellt wurde, das Bild dieses Beobachtungsfeldes von der Bildanalysesoftware gelesen. Dann wird das Flächenverhältnis der Flächen berechnet, die zur R-T-M-Phase, zur T-reichen Phase und zur R-reichen Phase gehören. Das Flächenverhältnis bezieht sich nämlich auf das Verhältnis der Fläche jeder Korngrenzenphase zu einer Gesamtfläche der Korngrenzenphasen. Serien dieser Messungen und Berechnungen werden für fünf oder mehr Beobachtungsfelder im Querschnitt des Magneten für die Probe durchgeführt, und der Mittelwert wird als repräsentativer Wert für jeden Parameter bestimmt.
BEISPIELE
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
(Experiment 1)
Die Rohstoffe wurden gemischt, um gesinterte Magnete auf R-T-B-Basis mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung zu erhalten, und die Rohstoffe wurden aufgelöst und im Bandgussverfahren gegossen. Dann wurde eine Rohmateriallegierung in Flockenform erhalten.
Als nächstes wurde Wasserstoff in der Rohmateriallegierung bei 500°C gespeichert, und das Rohmaterial wurde einer Wärmebehandlung bei 300°C für 1 Stunde in einer Ar-Atmosphäre unterzogen, dann auf Raumtemperatur abgekühlt, gefolgt von einer erneuten Wärmebehandlung bei 300°C für 1 Stunde in einer Vakuumatmosphäre. Dabei wurde eine Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung durchgeführt. Anschließend wurde das erhaltene zerkleinerte Material in einer Ar-Atmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt.
Als nächstes wurden 0,1 Massen-% Amidlaurat als Pulverisierungshilfsmittel zu dem per Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung grob zerkleinerten Pulver hinzugefügt, und eine Feinzerkleinerung wurde mit einer Strahlmühle durchgeführt. Während der Feinzerkleinerung wurde die Drehzahl eines Klassifizierungsrotors in der Strahlmühle so eingestellt, dass die mittlere Korngröße des feingemahlenen Pulvers 1,7 µm betrug. Nach der Feinzerkleinerung wurde das gesammelte fein zerkleinerte Pulver erneut in die Strahlmühle gegossen und die Klassifizierung ein zweites Mal durchgeführt. Dadurch wurde die Klassifizierungsgenauigkeit verbessert und die Streuung der Korngrößenverteilung verringert.
Das erhaltene fein zerkleinerte Pulver wurde in eine Metallform gefüllt, die in einen Elektromagneten gelegt wurde, und die Formgebung wurde in einem Magnetfeld von 1.200 kA/m durch Anlegen eines Drucks von 120 MPa durchgeführt.
Anschließend wurde der erhaltene Grünkörper gesintert. Nach vierstündigem Sintern im Vakuum bei 1.030°C wurde eine schnelle Abkühlung durchgeführt, um einen gesinterten Magneten (Sintermagnet auf R-T-B-Basis) zu erhalten. Der erhaltene gesinterte Magnet wurde einer Alterungsbehandlung in Ar-Atmosphäre bei 590°C für eine Stunde unterzogen, und es wurden so die R-T-B-basierte Sintermagnete der Experimente 1-1 bis 1-22 erhalten.
Beachten Sie, dass in den vorliegenden Beispielen jeder oben erwähnte Schritt von der Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung bis zum Sintern in einer Inertgasatmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 50 ppm durchgeführt wurde.
Es wurde eine Zusammensetzungsanalyse der gesinterten Magnete auf R-T-B-Basis gemäß den Experimenten 1-1 bis 1-22 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Der Gehalt jedes in Tabelle 1 gezeigten Elements wurde mittels Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) gemessen.
Bei den in den Experimenten 1-1 bis 1-22 erhaltenen gesinterten Magneten auf R-T-B-Basis wurde der polierte Querschnitt entlang einer Ebene einschließlich der Orientierungsachse mittels REM beobachtet, das beobachtete Bild mit einer Bildanalysesoftware ausgelesen und eine durchschnittliche Kristallkorngröße D50 der Hauptphasen-Kristallkörner und eine Korngrößenverteilung (D90 - D10)/D50 ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Bei den gesinterten Magneten auf R-T-B-Basis, die in den Experimenten 1-1 bis 1-22 erhalten wurden, wurde der polierte Querschnitt entlang einer Ebene, die die Orientierungsachse einschließt, mittels REM und EPMA beobachtet, und Korngrenzenphasen wurden identifiziert. Außerdem wurden die Zusammensetzung der Hauptphase und die Zusammensetzung jeder Korngrenzenphase auf dem polierten Querschnitt ausgewertet. Das beobachtete Bild wurde von einer Bildanalysesoftware gelesen. Die ausgewerteten Ergebnisse des Flächenverhältnisses jeder Korngrenzenphase und einer Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate sind in Tabelle 2 dargestellt.

Die in den Experimenten 1-1 bis 1-22 erhaltenen magnetischen Eigenschaften der gesinterten Magnete auf R-T-B-Basis wurden mit einem BH-Tracer gemessen. Als magnetische Eigenschaften wurden bei Raumtemperatur (23°C) das oben definierte minimale Magnetisierungsfeld Hmag, eine Restmagnetflussdichte Br_{_Hmag} einer Teilkurve, die im gleichen minimalen Magnetisierungsfeld Hmag gemessen wurde, eine Koerzitivkraft HcJ_{_Hmag}, ein Rechteckigkeitsverhältnis Hk / HcJ_{_Hmag} und ein Indikator H_{_50%Js} / HcJ_{_Hmag} der Teilkurvenflachheit ausgewertet. Weiterhin wurde eine Abnahmerate β der Koerzitivkraft bei hoher Temperatur (180°C) in Bezug auf die Koerzitivkraft bei Raumtemperatur und eine Abnahmerate y der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur (180°C) in Bezug auf die Teilkurvenflachheit bei Raumtemperatur erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
[Tabelle 2] Tabelle 2

	Durchschnittliche Kristallkorngröße	Korngrößenverteilung	Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate	Flächenverhältnis der R-T-M-Phase	Flächenverhältnis der T-reichen Phase	Flächenverhältnis der R-reichen Phase
	D50 (µm)	(D90-D10) / D50	(%)	(%)	(%)	(%)
Experiment 1-1	2,04	1,24	56,9	9,8	72,2	18,0	Vergleichs beispiel
Experiment 1-2	1,83	1,19	70, 7	9,6	81,4	9,0	Beispiel
Experiment 1-3	1,83	1,16	71, 1	14,3	60,0	25,7	Beispiel
Experiment 1-4	1,83	1,13	72, 6	30,2	48,9	20,9	Beispiel
Experiment 1-5	1,82	0,97	54,2	2,3	87, 9	9,8	Vergleichs beispiel
Experiment 1-6	1,81	0,95	73,8	15,1	59,4	25,5	Beispiel
Experiment 1-7	1,81	0,95	86,8	23, 6	15,3	61,1	Beispiel
Experiment 1-8	1,82	0,96	76,4	9,7	9,0	81,3	Vergleichs beispiel
Experiment 1-9	1,82	1,01	84,6	11,8	44,1	44,1	Beispiel
Experiment 1-10	1,82	1,12	71,2	20,0	40,0	40,0	Beispiel
Experiment 1-11	1,82	1,07	78,8	9,6	18,1	72,3	Beispiel
Experiment 1-12	1,83	1,15	70,2	8,7	36,5	54,8	Beispiel
Experiment 1-13	1,83	1,13	73,5	9,4	18,1	72,5	Beispiel
Experiment 1-14	2, 05	1,17	47, 7	5,4	9,5	85, 1	Vergleichs beispiel
Experiment 1-15	1,83	1,17	71,0	9,7	72, 2	18, 1	Beispiel
Experiment 1-16	1,83	1,16	71,3	20,5	55, 7	23, 9	Beispiel
Experiment 1-17	1,92	1,81	63, 1	2,4	87, 8	9,8	Vergleichs beispiel
Experiment 1-18	1,81	0,98	82,2	22,8	54,0	23,2	Beispiel
Experiment 1-19	1,81	0,99	77,8	24,9	22,5	52,6	Beispiel
Experiment 1-20	1,93	1,18	66,3	9,9	9,0	81,1	Vergleichs beispiel
Experiment 1-21	1,82	1,02	74,5	10,0	20,0	70,0	Beispiel
Experiment 1-22	1,83	1,18	70,6	5,8	28,3	65,9	Beispiel

Die auf R-T-B basierenden gesinterten Magnete der Experimente 1-2 bis 1-4, 1-6, 1-7 und 1-9 bis 1-13 erfüllten 7,0 kOe oder weniger für das minimale Magnetisierungsfeld, 9,5 kG oder mehr für die magnetische Restmagnetflussdichte bei minimalem Magnetisierungsfeld und 0,5 kOe oder mehr und 5,0 kOe oder weniger für die Koerzitivkraft; und sie wiesen auch ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit bei dem minimalen Magnetisierungsfeld auf. Somit wurde bestätigt, dass innerhalb des Bereichs von 0,16 ≤ a / b ≤ 0,28 eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft, ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erreicht wurden.
Die auf R-T-B basierenden gesinterten Magnete der Experimente 1-2 bis 1-4 und 1-13 erfüllten 7,0 kOe oder weniger für das minimale Magnetisierungsfeld, 9,5 kG oder mehr für die magnetische Restmagnetflussdichte bei minimalem Magnetisierungsfeld und 0,5 kOe oder mehr bzw. 5,0 kOe oder weniger für die Koerzitivkraft; sie hatten weiterhin ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit bei minimalem Magnetisierungsfeld. Somit wurde bestätigt, dass innerhalb des Bereichs von 0,050 ≤ c / b ≤ 0,075 eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft und ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis sowie eine hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erreicht wurden.
Die auf R-T-B basierenden gesinterten Magnete der Experimente 1-15, 1-16, 1-18, 1-19, 1-21 und 1-22 erfüllten 7,0 kOe oder weniger für das minimale Magnetisierungsfeld, 9,5 kG oder mehr für die magnetische Restmagnetflussdichte bei minimalem Magnetisierungsfeld und 0,5 kOe oder mehr und 5,0 kOe oder weniger für die Koerzitivkraft; sie hatten weiterhin auch ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit bei minimalem Magnetisierungsfeld. Somit wurde bestätigt, dass innerhalb des Bereichs von 0,005 ≤ d / b ≤ 0,028 eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft, ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erreicht wurden.
(Experiment 2)
Rohstoffe wurden gemischt, um gesinterte Magnete auf R-T-B-Basis mit einer in Tabelle 4 gezeigten Zusammensetzung zu erhalten, und ähnlich wie bei Experiment 1 wurden für jede Zusammensetzung das Gießen einer Rohstofflegierung, die Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung, die Feinzerkleinerung durch eine Strahlmühle, das Formen, das Sintern und die Alterungsbehandlung durchgeführt.
Die Zusammensetzungsanalyse wurde an den R-T-B-basierten gesinterten Magneten der Experimente 2-1 bis 2-38 ähnlich wie bei Experiment 1 durchgeführt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Außerdem wurden aus den Ergebnissen der Zusammensetzungsanalyse x und y berechnet, dann wurde die Beziehung zwischen x und y in 1 aufgetragen. Die Zahlen 1 bis 38 in 1 entsprechen den Experimenten 2-1 bis 2-38.

Die durchschnittliche Korngröße der Hauptphasen-Kristallkörner, die Korngrößenverteilung, die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate, ein Flächenverhältnis der R-T-M-Phase, ein Flächenverhältnis der T-reichen Phase und ein Flächenverhältnis der R-reichen Phase wurden ausgewertet und die Ergebnisse in Tabelle 5 dargestellt. In Tabelle 6 sind auch die Ergebnisse der gemessenen magnetischen Eigenschaften dargestellt.

[Tabelle 5] Tabelle 5

	Durchschnittliche Kristallkorngröße	Korngrößenverteilung	Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate	Flächenverhältnis der R-T-M-Phase	Flächenverhältnis der T-reichen Phase	Flächenverhältnis der R-reichen Phase
	D50 (µm)	(D90-D10) / D50	(%)	(%)	(%)	(%)
Experiment 2-1	1,83	0,93	92,0	71,2	0,0	28,8	Vergleichs beispiel
Experiment 2-2	1,81	0,94	93,8	69,0	0,0	31,0	Vergleichs beispiel
Experiment 2-3	1,81	0,94	91,0	55,7	0,0	44,3	Vergleichs beispiel
Experiment 2-4	1,81	0,95	90,2	68,5	0,0	31,5	Vergleichs beispiel
Experiment 2-5	1,81	0,94	91,1	69, 3	0,0	30, 7	Vergleichs beispiel
Experiment 2-6	1,82	0,93	91,8	70,9	0,0	29,1	Beispiel
Experiment 2-7	1,82	0,94	93,3	68, 7	0,0	31,3	Beispiel
Experiment 2-8	1,82	0,96	90,8	55, 4	0,0	44,6	Beispiel
Experiment 2-9	1,81	0,94	90, 1	68, 2	0,0	31,8	Vergleichs beispiel
Experiment 2-10	1,83	0,93	90,5	68,8	0,0	31,2	Vergleichs beispiel
Experiment 2-11	1,82	0,94	90,7	69,0	0,0	31,0	Beispiel
Experiment 2-12	1,81	0,93	93, 1	68, 2	0,0	31,8	Beispiel
Experiment 2-13	1,82	0,95	90,5	55, 2	0,0	44,8	Beispiel
Experiment 2-14	1,81	0,96	77, 1	17,3	40, 8	41,9	Vergleichs beispiel
Experiment 2-15	1,82	0,94	90,0	67,6	0,0	32,4	Beispiel
Experiment 2-16	1,82	0,94	90,3	68,3	0,0	31,7	Beispiel
Experiment 2-17	1. 81	0,94	90,4	68,7	0,0	31,3	Beispiel
Experiment 2-18	1,81	0,94	94, 1	67,5	0,0	32,5	Beispiel
Experiment 2-19	1,82	0,96	90,0	54,8	0,0	45,2	Beispiel
Experiment 2-20	1. 81	0,93	89,8	67,3	0,0	32,7	Beispiel
Experiment 2-21	1,82	0,94	90,1	67,8	0,0	32,2	Beispiel
Experiment 2-22	1,82	0,94	90,2	68,5	0,0	31,5	Beispiel
Experiment 2-23	1,81	0,95	92,3	70,3	0,0	29, 7	Beispiel
Experiment 2-24	1,82	0,96	92,6	66,7	0,0	33,3	Beispiel
Experiment 2-25	1,82	0,96	89,2	53,7	0,0	46,3	Beispiel
Experiment 2-26	1,82	0,94	89,7	66, 8	0,0	33,2	Beispiel
Experiment 2-27	1,82	0,95	89,9	67,1	0,0	32,9	Beispiel
Experiment 2-28	1,81	0,95	90,1	68,2	0,0	31,8	Beispiel
Experiment 2-29	1. 81	0,95	90,1	70,1	0,0	29,9	Beispiel
Experiment 2-30	1. 81	0,95	90,2	65,0	0,0	35,0	Beispiel
Experiment 2-31	1,82	0,96	88,2	52,9	0,0	47, 1	Beispiel
Experiment 2-32	1. 81	0,95	89,5	66,4	0,0	33,6	Beispiel
Experiment 2-33	1,82	0,95	89,7	67, 2	0,0	32,8	Beispiel
Experiment 2-34	1,82	0,95	88,2	67,8	0,0	32,2	Beispiel
Experiment 2-35	1,82	0,96	87,4	69, 3	0,0	30, 7	Vergleichs beispiel
Experiment 2-36	1,83	0,95	88,5	66,9	0,0	33,1	Beispiel
Experiment 2-37	1,83	0,95	88,8	67,1	0,0	32,9	Vergleichs beispiel
Experiment 2-38	1,83	0,95	84,3	66,4	0,0	33, 6	Vergleichs beispiel

[Tabelle 6] Tabelle 6

	Minimales Magnetis ierungsfeld	Restmagnetflussd ichte	Koerzitivkraft	Rechteck igkeitsverhältnis	Nebenkurvengenauigkeit	Abnahmerate der Koerzitivkraft	Abnahmerate der Nebenkurvengenauigkeit
	Hmag (k0e)	Br_{_Hmag} (kG)	HcJ_{_Hmag} (k0e)	Hk_{_Hmag}/HcJ_{_Hmag} (%)	H_{_50%Js}/HcJ_{_Hmag} (%)	δ (%/°C)	ε (%/°C)
Experiment 2-1	8,0	10,3	7,0	95,1	87,3	0,38	0, 19	Vergleichs beispiel
Experiment 2-2	8,0	9,8	6,4	94,3	87,1	0,34	0, 16	Vergleichs beispiel
Experiment 2-3	8,0	9,4	5,3	95, 1	81,3	0,36	0, 18	Vergleichs beispiel
Experiment 2-4	15,0	12,6	13,1	86,8	89,4	0,49	0,35	Vergleichs beispiel
Experiment 2-5	12,0	11,3	8,0	94,4	82,3	0,44	0,31	Vergleichs beispiel
Experiment 2-6	7,0	10,6	5,0	94,4	80,2	0,37	0,19	Beispiel
Experiment 2-7	7,0	10,1	4,8	93,7	80,0	0.34	0,16	Beispiel
Experiment 2-8	6,0	9,6	4,1	94,7	74,6	0,36	0,18	Beispiel
Experiment 2-9	14,0	13,2	10,6	85,3	88,8	0,47	0,32	Vergleichs beispiel
Experiment 2-10	10,0	12,2	7,4	90,0	81,2	0,44	0,28	Vergleichs beispiel
Experiment 2-11	7,0	11,7	5,0	93,7	78,8	0,39	0,22	Beispiel
Experiment 2-12	7,0	10,4	4,7	93,3	73,3	0.34	0,16	Beispiel
Experiment 2-13	7,0	10,1	3,6	92,8	67,8	0,37	0,20	Beispiel
Experiment 2-14	3,0	8,3	1,1	80,0	50,0	0,42	0,21	Vergleichs beispiel
Experiment 2-15	7,0	13.0	5,0	84,3	87,5	0,45	0,25	Beispiel
Experiment 2-16	7,0	12.5	4,6	85,4	84,0	0,44	0,24	Beispiel
Experiment 2-17	7,0	11.4	4,3	92,9	73,4	0.34	0. 16	Beispiel
Experiment 2-18	6,0	9,9	4,0	91,7	68,6	0,36	0,20	Beispiel
Experiment 2-19	4,0	9,8	2,6	91,4	63,8	0,38	0,23	Beispiel
Experiment 2-20	6.0	12,6	3,8	83,1	86,8	0.39	0.21	Beispiel
Experiment 2-21	6.0	12,0	3,5	84,7	83,1	0.36	0.20	Beispiel
Experiment 2-22	6,0	11,4	3,2	91,2	72,4	0,37	0,20	Beispiel
Experiment 2-23	5.0	10.8	2,9	90,9	66,8	0.38	0.23	Beispiel
Experiment 2-24	5,0	10,0	2,4	90,8	61,8	0,39	0,26	Beispiel
Experiment 2-25	4,0	9,6	1,7	90,4	56,2	0,40	0,27	Beispiel
Experiment 2-26	5,0	12,1	3,1	81,8	84,8	0,34	0,16	Beispiel
Experiment 2-27	5,0	11,6	2,7	82,3	81,8	0.35	0,18	Beispiel
Experiment 2-28	4,0	11,1	1,8	90,8	70,5	0,39	0,24	Beispiel
Experiment 2-29	3,0	10.4	1,1	90,7	65,2	0,41	0.26	Beispiel
Experiment 2-30	2,0	9,8	0,8	90,5	60,3	0,44	0,28	Beispiel
Experiment 2-31	2,0	9,5	0,5	90,1	54,9	0,45	0,30	Beispiel
Experiment 2-32	4,0	11,8	1,9	80.9	82,4	0,39	0,22	Beispiel
Experiment 2-33	3,0	10,9	0,8	85.3	71.8	0.43	0.28	Beispiel
Experiment 2-34	2,0	10,6	0,5	90,0	68,4	0,44	0,29	Beispiel
Experiment 2-35	2,0	9,7	0,4	88, 7	63,1	0,45	0,31	Vergleichs beispiel
Experiment 2-36	2,0	11,4	0,5	80,0	80,0	0,45	0,28	Beispiel
Experiment 2-37	1,0	9,4	0,2	73, 7	77, 1	0,45	0,31	Vergleichs beispiel
Experiment 2-38	1,0	10,2	0,2	67,6	78,3	0,46	0,32	Vergleichs beispiel

Wie in Tabelle 6 dargestellt, wiesen die gesinterten Magnete auf R-T-B-Basis der Experimente 2-6 bis 2-8, 2-11 bis 2-13, 2-15 bis 2-34 und 2-36 (dargestellt durch schwarze Dreiecke in 1) 7,0 kOe oder weniger für das minimale Magnetisierungsfeld auf; weiterhin wiesen die Magnete 9,5 kG oder mehr für die magnetische Restmagnetflussdichte beim minimalen Magnetisierungsfeld und 0,5 kOe oder mehr und 5,0 kOe oder weniger für die Koerzitivkraft auf; und hatten weiterhin ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit beim minimalen Magnetisierungsfeld.
Daher wurde für den Fall, dass x und y innerhalb des in 1 gezeigten Bereichs lagen, bestätigt, dass eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft und ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erreicht wurden.
Darüber hinaus wiesen die R-T-B-basierten gesinterten Magnete der Experimente 2-6 bis 2-8, 2-11 bis 2-13, 2-15 bis 2-34 und 2-36 (dargestellt durch schwarze Dreiecke in 1) 0,45%/°C oder weniger für die Abnahme der Koerzitivkraft und 0,30%/°C oder weniger für die Abnahme der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur auf.
Daher wurden für den Fall, dass c / b (a - 2c) / (b - 14c) und d / (b - 14c) innerhalb des oben genannten Bereichs lagen und auch die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate, das Flächenverhältnis der R-T-M-Phase, das Flächenverhältnis der T-reichen Phase, und das Flächenverhältnis der R-reichen Phase innerhalb der oben erwähnten Bereiche lagen, eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft und ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis sowie eine hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erreicht. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur gering waren.
Insbesondere die auf R-T-B basierten gesinterten Magnete der Experimente 2-6 bis 2-8, 2-11 bis 2-13, 2-17 bis 2-19, 2-22 bis 2-25, 2-28 bis 2-31 und 2-34, die y ≥ 0,300 erfüllen, hatten ein noch höheres Rechteckigkeitsverhältnis.
Auch die R-T-B-basierten gesinterten Magnete der Experimente 2-15, 2-16, 2-20, 2-21, 2-26, 2-27, 2-32 und 2-36, die 0,000 ≤ y ≤ 0,111 erfüllten, wiesen eine noch höhere magnetische Restmagnetflussdichte und Teilkurvenflachheit auf.
(Experiment 3)
Rohstoffe wurden gemischt, um gesinterte Magnete auf R-T-B-Basis mit einer in Tabelle 7 gezeigten Zusammensetzung zu erhalten; das Gießen einer Rohstofflegierung, die Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung, die Feinzerkleinerung durch eine Strahlmühle, das Formen, das Sintern und die Alterungsbehandlung wurden für jede Zusammensetzung ähnlich wie bei Experiment 1 durchgeführt, mit Ausnahme der unten beschriebenen Bedingungen. Beachten Sie, dass für Experiment 3-7 das Gießen einer Rohmateriallegierung, die Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung, die Feinzerkleinerung durch eine Strahlmühle, das Formen, das Sintern und die Alterungsbehandlung ähnlich wie bei Experiment 1 durchgeführt wurden.
Im Feinzerkleinerungsschritt wurde die Klassifizierungsbedingung einer Strahlmühle so geregelt, dass die durchschnittliche Korngröße des fein zerkleinerten Pulvers von Experiment 3-1 2,7 µm, Experiment 3-2 3,7 µm und Experiment 3-3 4,7 µm betrug. Nach dem Feinzerkleinerungsschritt wurde das gesammelte fein zerkleinerte Pulver, ähnlich wie bei Experiment 1, noch einmal in eine Strahlmühle gegeben, um ein zweites Mal zu klassifizieren, wodurch die Klassifizierungsgenauigkeit verbessert und eine Streuung der Korngrößenverteilung verringert wurde. Abgesehen davon wurde der gesinterte Magnet auf R-T-B-Basis ähnlich wie in Experiment 1 erhalten.
In Experiment 3-4 wurde der auf R-T-B basierende gesinterte Magnet durch Speicherung von Wasserstoff bei Raumtemperatur und anschließende Wärmebehandlung bei 300°C unter Ar-Atmosphäre für 1 Stunde erhalten, gefolgt von Abkühlung auf Raumtemperatur und erneuter Wärmebehandlung für 1 Stunde bei 300°C im Vakuum, wodurch eine Wasserstoffspeicher-Pulverisierungsbehandlung durchgeführt wurde. Abgesehen davon wurde der gesinterte Magnet auf R-T-B-Basis ähnlich wie in Experiment 1 erhalten. In Experiment 3-5 wurde der gesinterte Magnet auf R-T-B-Basis durch Speicherung von Wasserstoff in der Rohmateriallegierung bei Raumtemperatur und anschließende 1-stündige Wärmebehandlung bei 300°C unter Ar-Atmosphäre, gefolgt von einer Abkühlung auf Raumtemperatur und einer erneuten 1-stündigen Wärmebehandlung bei 300°C im Vakuum erhalten, wodurch eine Wasserstoffspeicher-Pulverisierungsbehandlung durchgeführt wurde. Dann wurde die Klassifizierung einmal mit einer Strahlmühle nach der Feinzerkleinerung durchgeführt. Abgesehen davon wurde der gesinterte Magnet auf R-T-B-Basis aus Experiment 3.5 ähnlich wie in Experiment 1 erhalten. In Experiment 3-6 wurde keine Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung durchgeführt, sondern es wurde eine mechanische Grobzerkleinerung mit einer Stempelmühle durchgeführt. Abgesehen davon wurde der gesinterte Magnet auf R-T-B-Basis aus Experiment 3.6 ähnlich wie in Experiment 1 erhalten.

Ähnlich wie bei Experiment 1 sind die Ergebnisse der Zusammensetzungsanalyse der R-T-B-basierten gesinterten Magnete der Experimente 3-1 bis 3-7 in Tabelle 7 dargestellt. Außerdem wurden die durchschnittliche Korngröße der Hauptkristallkörner, die Korngrößenverteilung, die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate, das Flächenverhältnis der R-T-M-Phase, das Flächenverhältnis der T-reichen Phase und das Flächenverhältnis der R-reichen Phase ausgewertet, und die Ergebnisse in Tabelle 8 dargestellt. Weiterhin sind die Ergebnisse der Messungen der magnetischen Eigenschaften in Tabelle 9 dargestellt.
[Tabelle 8]

[Tabelle 8] Tabelle 8

	Durchschnittliche Kristallkorngröße	Korngrößenverteilung	Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate	Flächenverhältnis der R-T-M-Phase	Flächenverhältnis der T-reichen Phase	Flächenverhältnis der R-reichen Phase
	D50 (µm)	(D90-D10) / D50	(%)	(%)	(%)	(%)
Experiment 3-1	2,99	0,96	93,8	67,4	0, 0	32,6	Beispiel
Experiment 3-2	3,93	1,01	93,7	67,3	0, 0	32,7	Beispiel
Experiment 3-3	4,87	1,03	93,5	67,3	0, 0	32,7	Vergleichs beispiel
Experiment 3-4	1,81	1,20	94,1	67,2	0, 0	32,8	Beispiel
Experiment 3-5	1,80	1,59	93,8	67,1	0,0	32,9	Beispiel
Experiment 3-6	1,81	2,11	93,7	66,8	0,0	33,2	Vergleichs beispiel
Experiment 3-7	1,81	0,94	94,1	67,4	0,0	32,6	Beispiel

[Tabelle 9]

Gemäß Tabelle 9 erfüllten die gesinterten Magnete auf R-T-B-Basis der Experimente 3-1, 3-2, 3-4, 3-5 und 3-7 den geforderten Wert von 7,0 kOe oder weniger für das minimale Magnetisierungsfeldes, 9,5 kG oder mehr für die magnetische Restmagnetflussdichte bei minimalem Magnetisierungsfeld sowie 0,5 kOe oder mehr und 5,0 kOe oder weniger für die Koerzitivkraft; außerdem wiesen sie ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit bei minimalem Magnetisierungsfeld auf. Auch die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur waren gering.
Somit wurden im Fall D50 ≤ 4,00 µm und auch (D90 - D10)/D50 ≤ 1,60 eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft sowie ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erreicht. Außerdem wurde bestätigt, dass die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur gering waren. Auch für den Fall, dass ein Teil des Fe nicht durch Co ersetzt wird, wurden die gleichen Effekte bestätigt.
(Experiment 4)
Rohstoffe wurden gemischt, um gesinterte Magnete auf R-T-B-Basis mit einer in Tabelle 10 gezeigten Zusammensetzung zu erhalten, und ähnlich wie bei Experiment 1 wurden für jede Zusammensetzung das Gießen einer Rohstofflegierung, die Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung, die Feinzerkleinerung durch eine Strahlmühle, das Formen, das Sintern und die Alterungsbehandlung durchgeführt.

Ergebnisse der Zusammensetzungsanalyse, die denen von Experiment 1 der R-T-B-basierten gesinterten Magnete der Experimente 4-1 bis 4-5 ähnlich sind, sind in Tabelle 10 dargestellt. Außerdem wurden die durchschnittliche Korngröße der Hauptkristallkörner, die Korngrößenverteilung, die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate, das Flächenverhältnis der R-T-M-Phase, das Flächenverhältnis der T-reichen Phase und das Flächenverhältnis der R-reichen Phase ausgewertet, und die Ergebnisse in Tabelle 11 dargestellt. Auch die Ergebnisse der Messungen der magnetischen Eigenschaften sind in Tabelle 12 dargestellt.

[Tabelle 11] Tabelle 11

	Durchschnittliche Kristallkorngröße	Korngrößenverteilung	Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate	Flächenverhältnis der R-T-M-Phase	Flächenverhältnis der T-reichen Phase	Flächenverhältnis der R-reichen Phase
	D50 (µm)	(D90-D10) / D50	(%)	(%)	(%)	(%)
Experiment 4-1	1,85	1,16	81,3	14,5	58,7	26,8	Beispiel
Experiment 4-2	1,84	1,01	80,6	11,8	45,8	42,4	Beispiel
Experiment 4-3	1,84	1,12	81,4	20,3	40,3	39,4	Beispiel
Experiment 4-4	1,85	1,16	81,5	20,8	55,8	23,4	Beispiel
Experiment 4-5	1,84	1,02	85,2	10,4	20,6	69,0	Beispiel

[Tabelle 12] Tabelle 12

	Minimales Magnetisierungsfeld	Restmagnetflussdichte	Koerzitivkraft	Rechteckigkeitsverhältnis	Nebenkurvengenauigkeit	Abnahmerate der Koerzitivkraft	Abnahmerate der Nebenkurvengenauigkeit
	Hmag (k0e)	Br_{_Hmag} (kG)	HcJ _{_Hmag} (k0e)	Hk_{_Hmag}/HcJ_{_Hmag} (%)	H_{_50%Js}/HcJ_{_Hmag} (%)	δ (%/°C)	ε (%/°C)
Experiment 4-1	5,0	12,4	1,7	80,0	64,1	0,45	0, 29	Beispiel
Experiment 4-2	7,0	12,5	3,3	83, 7	69,9	0,44	0,28	Beispiel
Experiment 4-3	6,0	13,2	1.8	80.5	64.2	0.45	0,30	Beispiel
Experiment 4-4	5,0	12,2	1,7	80,1	63,3	0,45	0,30	Beispiel
Experiment 4-5	7,0	12,6	3,0	82,0	68,6	0,45	0,30	Beispiel

Gemäß Tabelle 12 erfüllten die gesinterten Magnete auf R-T-B-Basis der Experimente 4-1 bis 4-5 7,0 den geforderten Wert von kOe oder weniger für das minimale Magnetisierungsfeld, 12 kG oder mehr für die magnetische Restmagnetflussdichte bei minimalem Magnetisierungsfeld sowie 0,5 kOe oder mehr und 5,0 kOe oder weniger für die Koerzitivkraft; außerdem wiesen sie ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit bei minimalem Magnetisierungsfeld auf. Auch die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur waren gering.
Daher wurden in dem Fall, dass 0,000 ≤ y ≤ 0,111 erfüllt war, eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft und ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis sowie eine hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erreicht. Außerdem wurde bestätigt, dass die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur gering waren.
(Experiment 5)
Rohstoffe wurden gemischt, um gesinterte Magnete auf R-T-B-Basis mit einer in Tabelle 13 gezeigten Zusammensetzung zu erhalten, und ähnlich wie bei Experiment 1 wurden für jede Zusammensetzung das Gießen einer Rohstofflegierung, die Wasserstoff-Zerkleinerungsbehandlung, die Feinzerkleinerung durch eine Strahlmühle, das Formen, das Sintern und die Alterungsbehandlung durchgeführt.

Ähnlich wie bei Experiment 1 sind die Ergebnisse der Zusammensetzungsanalyse der R-T-B-basierten gesinterten Magnete der Experimente 5-1 bis 5-8 in Tabelle 13 dargestellt. Außerdem wurden die durchschnittliche Korngröße der Hauptkristallkörner, die Korngrößenverteilung, die Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate, das Flächenverhältnis der R-T-M-Phase, das Flächenverhältnis der T-reichen Phase und das Flächenverhältnis der R-reichen Phase ausgewertet, und die Ergebnisse in Tabelle 14 dargestellt. Auch die Ergebnisse der Messungen der magnetischen Eigenschaften sind in Tabelle 15 dargestellt.

[Tabelle 14] Tabelle 14

	Durchschnittliche Kristallkorngröße	Korngrößenverteilung	Korngrenzenphasen-Beschichtungsrate	Flächenverhältnis der R-T-M-Phase	Flächenverhältnis der T-reichen Phase	Flächenverhältnis der R-reichen Phase
	D50 (µm)	(D90-D10) / D50	(%)	(%)	(%)	(%)
Experiment 5-1	1,81	0,95	93,2	59,2	0,0	40,8	Beispiel
Experiment 5-2	1,81	0,95	93,5	60,3	0,0	39, 7	Beispiel
Experiment 5-3	1,81	0,95	93,3	59,8	0,0	40,2	Beispiel
Experiment 5-4	1,81	0,94	93,8	65,7	0,0	34,3	Beispiel
Experiment 5-5	1,82	0,95	88,3	66,9	0,0	33, 1	Beispiel
Experiment 5-6	1.82	0,95	88,5	67,0	0,0	33,0	Beispiel
Experiment 5-7	1,82	0,95	88,4	66,9	0,0	33,1	Beispiel
Experiment 5-8	1,82	0,94	89,2	66, 7	0,0	33,3	Beispiel

[Tabelle 15] Tabelle 15

	Minimales Magnetisierungsfeld	Restmagnetflussdichte	Koerzitivkraft	Rechteckigkeitsverhältnis	Nebenkurvengenauigkeit	Abnahmerate der Koerzitivkraft	Abnahmerate der Nebenkurvengenauigkeit
	Hmag (k0e)	Br_{_Hmag} (kG)	HcJ_{_Hmag} (k0e)	Hk_{_Hmag}/HcJ_{_Hmag} (%)	H_{_50%Js}/HCJ_{_Hmag} (%)	δ (%/°C)	ε (%/°C)
Experiment 5-1	6,0	9,7	4,1	91,5	65, 1	0,37	0,22	Beispiel
Experiment 5-2	6,0	9,6	4,3	91,5	65,2	0,37	0,22	Beispiel
Experiment 5-3	6,0	9,8	3,9	91,5	64,8	0,37	0,22	Beispiel
Experiment 5-4	7,0	9,6	4,2	91,7	67,9	0,39	0,23	Beispiel
Experiment 5-5	5,0	11,3	2,8	82,3	81,3	0,35	0,18	Beispiel
Experiment 5-6	5,0	11,1	2,9	82,3	81,2	0,35	0,18	Beispiel
Experiment 5-7	5,0	11,4	2, 7	82,2	80,8	0,35	0,18	Beispiel
Experiment 5-8	5,0	11,5	3,0	81,8	81,5	0,37	0,19	Beispiel

Gemäß Tabelle 15 erfüllten die gesinterten Magnete auf R-T-B-Basis der Experimente 5-1 bis 5-8 den geforderten Wert von 7,0 kOe oder weniger des minimalen Magnetisierungsfeldes, 9,5 kG oder mehr der magnetischen Restmagnetflussdichte bei minimalem Magnetisierungsfeld und 0,5 kOe oder mehr sowie 5,0 kOe oder weniger der Koerzitivkraft; außerdem wiesen sie ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit bei minimalem Magnetisierungsfeld auf. Auch die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur waren gering.
Daher wurden selbst für den Fall, dass andere Elemente als Nd als R1 und andere Elemente als Y als R2 ausgewählt wurden, eine hohe magnetische Restmagnetflussdichte, eine niedrige Koerzitivkraft sowie ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis und eine hohe Teilkurvenflachheit nach der Magnetisierung in einem schwachen Magnetisierungsfeld erreicht. Außerdem wurde bestätigt, dass die Abnahmerate der Koerzitivkraft und die Abnahmerate der Teilkurvenflachheit bei hoher Temperatur gering waren.
Vorstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegenden Ausführungsformen sind Beispiele und können im Rahmen der Ansprüche der vorliegenden Erfindung variiert werden. Auch der Fachmann versteht, dass solche Variationen im Rahmen der Ansprüche der Erfindung liegen. Daher ist die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform nicht darauf beschränkt und wird als Beispiel behandelt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet, der für den Motor mit variabler Magnetkraft geeignet ist und in der Lage ist, einen hohen Wirkungsgrad in einem weiten Drehzahlbereich aufrechtzuerhalten, bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Hauptphasen-Kristallkorn
1': Hauptphasen-Kristallkorn
2: Korngrenzenphase
3: Ein Abschnitt, bei dem der Umriss des Querschnitts der Hauptphasen-Kristallkörner die Korngrenze berührt
4: Ein Abschnitt, bei dem der Umriss des Querschnitts der Hauptphasen-Kristallkörner weitere Hauptphasen-Kristallkörner berührt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 59046008 [0009]
JP 2010034522 [0009]
JP 2015207662 [0009]
JP 2010114371 [0009]
JP 2010045068 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Patentanmeldung Nr. S59-46008 [0002]

Claims

R-T-B-basierter Seltenerd-Permanentmagnet, dessen Zusammensetzungsformel durch (R1_1-x-ySm_xR2_y)_aT_bB_eM_d dargestellt wird, wobei R1 für ein oder mehrere Seltenerdelemente steht, die nicht Sm und R2 einschließen, und R2 für ein oder mehrere Seltenerdelemente ausgewählt aus Y, Ce und La steht, T für ein oder mehrere Übergangsmetalle steht, die im Wesentlichen Fe oder eine Kombination von Fe und Co umfassen, M für Ga oder für eine Kombination von Ga und einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus Sn, Bi und Si, steht, x und y auf geraden Linien oder in einem fünfeckigen Bereich umgeben von den geraden Linien liegen, die durch die Verbindung von Punkt A (0,010, 0,600), Punkt B (0,010, 0,400), Punkt C (0,050, 0,000), Punkt D (0,150, 0,000) und Punkt E (0,100, 0,600) in der (x-, y-)Ebene gebildet werden, a, b, c und d die Beziehungen 0,16 ≤ a/b ≤ 0,28, 0,50 ≤ c/b ≤ 0,075, und 0,005 ≤ d/b ≤ 0,028, erfüllen, der R-T-B-basierte Seltenerd-Permanentmagnet Korngrenzenphasen und eine Hauptphase enthält, die eine Verbindung mit einer R₂T₁₄B-basierten tetragonalen Struktur umfasst, eine mittlere Korngröße D50 der Hauptphasen-Kristallkörner der Hauptphase eine Beziehung D50 ≤ 4,00 µm erfüllt, eine Korngrößenverteilung eine Beziehung von (D90 - D10) / D50 ≤ 1,60 erfüllt, in der D10, D50 und D90 jeweils einen äquivalenten Kreisflächendurchmesser bei 10%, 50% und 90% in einer kumulativen Verteilung der Querschnittsflächen der Hauptphasen-Kristallkörner in einem Querschnitt des R-T-B-basierten Seltenerd-Permanentmagneten darstellen, und eine Beschichtungsrate der Korngrenzenphasen 70,0 % oder mehr beträgt.
R-T-B-basierter Permanentmagnet nach Anspruch 1, wobei a, b, c und d die Beziehungen 0,050 ≤ c/b ≤ 0,070, 0,25 ≤ (a - 2c)/(b - 14c) ≤ 2,00, und 0,025 ≤ d/(b - 14c) ≤ 0,500 erfüllen und in einem Querschnitt der Korngrenzenphasen ein Flächenverhältnis einer R-T-M-Phase mit Kristallstruktur vom La₆Co₁₁Ga₃-Typ in Bezug auf eine Gesamtfläche der Korngrenzenphasen 10,0 % oder mehr beträgt, ein Flächenverhältnis einer T-reichen Phase (eine andere Phase als die R-T-M-Phase, die [R] / [T] < 1,0 erfüllt, wenn eine Anzahl von Atomen von R und T durch [R] und [T] dargestellt wird) in Bezug auf die Gesamtfläche der Korngrenzenphasen 60,0 % oder weniger beträgt, und ein Flächenverhältnis einer R-reichen Phase (eine Phase, die [R]/[T] > 1,0 erfüllt, wenn eine Anzahl von Atomen von R und T durch [R] und [T] dargestellt wird) in Bezug auf die Gesamtfläche der Korngrenzenphasen 70,0 % oder weniger beträgt.
R-T-B-basierter Seltenerd-Permanentmagnet nach Anspruch 1 oder 2, wobei y ≥ 0,300 gilt.
R-T-B-basierter Seltenerd-Permanentmagnet nach Anspruch 1 oder 2, wobei 0,000 ≤ y ≤ 0,111 gilt.