DE112020007740T5

DE112020007740T5 - Gesinterter Magnet aus seltenen Erden, Verfahren zur Herstellung einesgesinterten Magnets aus seltenen Erden, Rotor und rotierende Maschine

Info

Publication number: DE112020007740T5
Application number: DE112020007740.3T
Authority: DE
Inventors: Akito Iwasaki; Yukina Yoshioka; Yoshio Tamura; Akira Watarai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2023-09-07
Also published as: WO2022091286A1; JP2022082611A; US20230377783A1; JPWO2022091286A1; KR20230068422A; JP7254912B2; CN116368584A

Abstract

Ein gesinterter Magnet aus seltenen Erden (1) weist eine Mehrzahl von Bereichen einer Hauptphase (2), die jeweils eine R2Fe14B-Kristallstruktur aufweisen, die zumindest Nd als ein Element R aus seltenen Erden enthält, sowie eine Korngrenzenphase (3) auf, die zwischen der Mehrzahl von Bereichen der Hauptphase (2) ausgebildet ist. Die Korngrenzenphase (3) weist mit Sm angereicherte Bereiche (4), in denen Sm durch eine Sm-Substitution in einer kristallinen NdO-Phase angereichert ist, sowie mit einem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherte Bereiche (5) auf, in denen ein Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche (4) angereichert ist. Dadurch wird es ermöglicht, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet aus seltenen Erden (1) diffundiert wird, während eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gesinterten Magnet aus seltenen Erden, ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden, einen Rotor, der einen gesinterten Magnet aus seltenen Erden aufweist, sowie eine rotierende Maschine, die einen gesinterten Magnet aus seltenen Erden aufweist.
Bei gesinterten Magneten aus seltenen Erden vom R-T-B-System handelt es sich um Magnete, die vorwiegend aus einem Element R aus seltenen Erden, einem Übergangsmetall-Element T, wie beispielsweise Fe oder teilweise mit Co substituiertem Fe, sowie Bor bestehen. Die gesinterten Magnete aus seltenen Erden vom R-T-B-System werden in Industriemotoren und anderen Anwendungen eingesetzt, und ihre Betriebsumgebungstemperatur liegt über 100 °C. Daher enthalten herkömmliche gesinterte Magnete aus seltenen Erden vom R-T-B-System für eine hohe Wärmebeständigkeit Elemente RH aus schweren seltenen Erden, wie beispielsweise Dy und Tb.
Es gibt jedoch Bedenken in Bezug auf die Versorgung mit den Elementen RH aus schweren seltenen Erden, da ihre Ressourcen ungleichmäßig verteilt sind und ihre Gewinnung begrenzt ist. Mittel zur Verringerung der Verwendung der Elemente RH aus schweren seltenen Erden umfassen ein Korngrenzendiffusionsverfahren. Im Patentdokument 1 wird zum Beispiel ein Element RH aus schweren seltenen Erden in Korngrenzen eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden vom R-T-B-System diffundiert, in dem Neodymoxyfluorid in einer Korngrenzenphase verteilt ist. Dadurch wird eine Diffusion des Elements RH aus schweren seltenen Erden in die Korngrenzen ermöglicht, ohne dass es in der Korngrenzenphase oxidiert wird, so dass dadurch die verwendete Menge des knappen Elements RH aus schweren seltenen Erden reduziert wird.
LITERATURLISTE
Patentdokument
Patentdokument 1: Ungeprüfte Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2011- 82 467 A
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Wenn das Neodymoxyfluorid, das F enthält, das für die magnetischen Eigenschaften nicht vorteilhaft ist, jedoch als eine Verbindung in dem gesinterten Magnet aus seltenen Erden verbleibt, nehmen die Gehalte der Elemente R aus seltenen Erden und Fe, die für die magnetischen Eigenschaften verantwortlich sind, im Verhältnis ab, und somit verschlechtern sich die magnetischen Eigenschaften. Ein geringer Gehalt an Neodymoxyfluorid kann die Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbinden, ermöglicht jedoch nicht, dass die Elemente RH aus schweren seltenen Erden ins Innere des gesinterten Magnets aus seltenen Erden diffundiert werden. Bei dem Korngrenzendiffusionsverfahren ist es somit schwierig, Elemente RH aus schweren seltenen Erden ins Innere des gesinterten Magnets aus seltenen Erden zu diffundieren, während die Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und ihre Aufgabe besteht darin, einen gesinterten Magnet aus seltenen Erden anzugeben, bei dem es möglich ist, ein Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet aus seltenen Erden zu diffundieren, während eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird, ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden, einen Rotor, der einen solchen gesinterten Magnet aus seltenen Erden aufweist, sowie eine rotierende Maschine anzugeben, die einen solchen gesinterten Magnet aus seltenen Erden aufweist.
Lösung für das Problem
Ein gesinterter Magnet aus seltenen Erden gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Mehrzahl von Bereichen einer Hauptphase, die jeweils eine R₂Fe₁₄B-Kristallstruktur aufweisen, die zumindest Nd als ein Element R aus seltenen Erden enthält; sowie eine Korngrenzenphase, die zwischen der Mehrzahl von Bereichen der Hauptphase ausgebildet ist und mit Sm angereicherte Bereiche, in denen Sm durch eine Sm-Substitution in einer kristallinen NdO-Phase angereichert ist, sowie mit einem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherte Bereiche aufweist, in denen ein Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche angereichert ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Pulverisierungsprozess, bei dem eine Magnetlegierung aus seltenen Erden vom R-Fe-B-System, die Nd und Sm als Elemente R aus seltenen Erden enthält, pulverisiert wird; einen Formgebungsprozess, bei dem ein Pulver der Magnetlegierung aus seltenen Erden vom R-Fe-B-System geformt wird, um ein Formteil herzustellen; einen Sinter- und Reifungsprozess, bei dem das Formteil bei einer Temperatur zwischen 600 °C und 1300 °C gesintert wird und das Formteil bei einer Temperatur gereift wird, die gleich der Sintertemperatur oder niedriger als diese ist, um ein gesintertes Formteil herzustellen; sowie einen Korngrenzendiffusionsprozess, bei dem ein Element RH aus schweren seltenen Erden an dem gesinterten Formteil angebracht wird und eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um das Element RH aus schweren seltenen Erden in eine Korngrenze zu diffundieren.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Korngrenzenphase ausgebildet, die mit Sm angereicherte Bereiche, in denen Sm durch eine Sm-Substitution in der kristallinen NdO-Phase angereichert ist, sowie mit einem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherte Bereiche aufweist, in denen das Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche angereichert ist; dadurch wird es ermöglicht, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet aus seltenen Erden diffundiert wird, während eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Figuren zeigen:

1 ein schematisches Schaubild eines Bereichs eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 1;
2 ein Flussdiagramm, das Prozesse eines Verfahrens zur Herstellung eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
3 ein schematisches Schaubild, das einen Arbeitsablauf des Prozesses 11 zur Herstellung einer Rohlegierung gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
4A bis 4E Schaubilder, die durch eine EPMA-Analyse von Querschnitten von gesinterten Magneten aus seltenen Erden erhalten werden, die mittels des Verfahrens zur Herstellung eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 2 hergestellt wurden;
5A bis 5E Schaubilder, die durch eine EPMA-Analyse von Querschnitten von gesinterten Magneten aus seltenen Erden erhalten werden, die mittels des Verfahrens zur Herstellung eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 2 hergestellt wurden;
6 eine schematische Querschnittsansicht eines Rotors gemäß Ausführungsform 3;
7 eine schematische Querschnittsansicht einer rotierenden Maschine gemäß Ausführungsform 4.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Bei einem gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 1 handelt es sich um einen gesinterten Magnet aus seltenen Erden vom R-F-B-System, in dem das Element R aus seltenen Erden vorwiegend aus einem Element RL aus leichten seltenen Erden und einem Element RH aus schweren seltenen Erden besteht. Das Element RL aus leichten seltenen Erden weist zumindest Nd und Sm auf. Es kann ein weiteres Element RL aus leichten seltenen Erden enthalten sein. Das Element RH aus schweren seltenen Erden weist zumindest Dy oder Tb auf.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein gesinterter Magnet 1 aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. 1 ist ein schematisches Schaubild eines Bereichs des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden. Der gesinterte Magnet 1 aus seltenen Erden weist eine Hauptphase 2, die eine R₂Fe₁₄B-Kristallstruktur aufweist, die zumindest Nd als Element R aus seltenen Erden enthält, sowie eine Korngrenzenphase 3 auf, die zwischen einer Mehrzahl von Bereichen der Hauptphase 2 ausgebildet ist. Die Korngrenzenphase 3 weist mit Sm angereicherte Bereiche 4, in denen Sm durch eine Sm-Substitution in einer kristallinen NdO-Phase angereichert ist, sowie mit einem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherte Bereiche 5 auf, in denen ein Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche 4 angereichert ist.
Die Hauptphase 2 besteht aus Kristallkörnern, die zum Beispiel auf einer Nd₂Fe₁₄B-Kristallstruktur basieren. Die magnetischen Eigenschaften können mit einer mittleren Abmessung der Kristallkörner der Hauptphase 2 von zum Beispiel weniger als 100 µm verbessert werden. Mit einem weiteren Element R aus seltenen Erden, darunter Sm und das Element RH aus schweren seltenen Erden, kann an einigen Nd-Stellen der Nd₂Fe₁₄B-Kristallstruktur der Hauptphase 2 eine Substitution durchgeführt werden.
Die Korngrenzenphase 3 weist die mit Sm angereicherten Bereiche 4 auf, in denen Sm durch die Sm-Substitution in der kristallinen NdO-Phase angereichert ist. Wie in 1 gezeigt, handelt es sich bei den mit Sm angereicherten Bereichen 4 teilweise um die angereicherte Korngrenzenphase 3. Die mit Sm angereicherten Bereiche 4 sind überall in der Korngrenzenphase 3 verteilt, nicht nur in der Oberflächenschicht des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden, sondern auch in der Mitte des Magnets.
Die Korngrenzenphase 3 weist die mit einem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherten Bereiche 5 zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche 4 auf. Bei den mit dem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherten Bereichen 5 handelt es sich um Bereiche der Korngrenzenphase 3, in denen das Element RH aus schweren seltenen Erden stärker angereichert ist als in den anderen Bereichen der Korngrenzenphase 3, darunter den mit Sm angereicherten Bereichen 4, und der Hauptphase 2. Der mit dem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherte Bereich 5 kann zumindest in einem peripheren Bereich eines mit Sm angereicherten Bereichs 4 vorhanden sein, wie in 1 gezeigt, oder kann so vorhanden sein, dass er die gesamte Peripherie eines mit Sm angereicherten Bereichs 4 umgibt.
Als Nächstes werden der Betrieb und der Effekt der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zum Beispiel verbleibt im Patentdokument 1 F, bei dem es sich um ein Element handelt, das nicht mit magnetischen Eigenschaften in Beziehung steht, als eine Verbindung innerhalb des gesinterten Magnets aus seltenen Erden. Im Ergebnis nehmen die Gehalte des Elements R aus seltenen Erden und von Fe, die für magnetische Eigenschaften verantwortlich sind, im Verhältnis ab, so dass sich die magnetischen Eigenschaften verschlechtern.
In den mit Sm angereicherten Bereichen 4 wird mit Sm dagegen, bei dem es sich wie bei Nd um ein Element aus leichten seltenen Erden handelt, an einigen Nd-Stellen der Kristallstruktur der NdO-Phase in der Korngrenzenphase 3 eine Substitution durchgeführt. Demzufolge wird die Sm-Substitution in der kristallinen NdO-Phase ohne Hinzufügen von Elementen durchgeführt, die nicht mit den magnetischen Eigenschaften in Beziehung stehen, und dadurch wird eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden.
Bei dem herkömmlichen Korngrenzendiffusionsverfahren dient ein Unterschied im Gehalt des Elements RH aus schweren seltenen Erden an der Grenzfläche zwischen der Hauptphase und der Korngrenzenphase als eine treibende Kraft, um das Element RH aus schweren seltenen Erden in die Hauptphase zu diffundieren. Dadurch wird das Element RH aus schweren seltenen Erden verbraucht, das in die Korngrenzenphase diffundiert wird. Wenn die Substitution durch das Element RH aus schweren seltenen Erden ferner in der R₂F₁₄B-Kristallstruktur der Hauptphase durchgeführt wird, nimmt die verbleibende Magnetflussdichte aufgrund der antiparallelen Kopplung des magnetischen Moments des Elements RH aus schweren seltenen Erden und des magnetischen Moments von Fe ab.
Der gesinterte Magnet 1 aus seltenen Erden gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist dagegen die Korngrenzenphase 3 mit den mit dem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherten Bereichen 5 auf, in denen das Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche 4 angereichert ist. Dies wird als ein Resultat einer selektiven Diffusion des Elements RH aus schweren seltenen Erden zumindest in einen Bereich der Korngrenzenphase 3 an den Peripherien der mit Sm angereicherten Bereiche 4 bei einem Korngrenzendiffusionsprozess 31 betrachtet.
Somit unterbindet die selektive Diffusion des Elements RH aus schweren seltenen Erden in die Korngrenzen an den Peripherien der mit Sm angereicherten Bereiche 4 die Permeation des Elements RH aus schweren seltenen Erden in die Hauptphase 2. Dadurch wird eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden. Ferner diffundiert das Element RH aus schweren seltenen Erden, das bei dem herkömmlichen Verfahren in die Hauptphase eindringt und unnötig verbraucht wird, in die Korngrenzenphase 3; dadurch wird ermöglicht, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird als bei dem herkömmlichen Korngrenzendiffusionsverfahren.
Die mit Sm angereicherten Bereiche 4 sind überall in der Korngrenzenphase 3 verteilt, nicht nur in der Oberflächenschicht des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden, sondern auch in der Mitte des Magnets. Somit diffundiert das Element RH aus schweren seltenen Erden an den Peripherien der mit Sm angereicherten Bereiche 4, die von der Oberflächenschicht bis in die Mitte des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden verteilt sind, selektiv in die Korngrenze. Dadurch wird ein Verbleiben des Elements RH aus schweren seltenen Erden in der Korngrenzenphase 3 reduziert, die eine Phase mit mehreren Kornübergängen aufweist, und somit wird ermöglicht, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird als bei dem herkömmlichen Korngrenzendiffusionsverfahren.
Wie vorstehend beschrieben, weist der gesinterte Magnet 1 aus seltenen Erden gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Korngrenzenphase 3 auf, welche die mit Sm angereicherten Bereichen 4, in denen Sm durch die Sm-Substitution in der kristallinen NdO-Phase angereichert ist, sowie die mit dem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherten Bereiche 5 auf, in denen das Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche 4 angereichert ist; dadurch wird ermöglicht, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird, während eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird.
Darüber hinaus wird die Korngrenzendiffusionsgeschwindigkeit erhöht, indem es ermöglicht wird, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird; dadurch wird die Korngrenzendiffusionszeit verkürzt, das Element RH aus schweren seltenen Erden eingespart sowie der Unterschied der Koerzitivkräfte zwischen der Oberflächenschicht und der Mitte des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden reduziert.
Es ist anzumerken, dass ein übermäßiger Sm-Gehalt den Gehalt an Nd im Verhältnis verringern kann, bei dem es sich um ein Element mit einer hohen magnetischen Anisotropie-Konstante und einer hohen gesättigten magnetischen Polarisation handelt, und somit verschlechtert dieser die magnetischen Eigenschaften. Somit sollte für das Zusammensetzungsverhältnis von Nd und Sm in dem gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden Nd > Sm gelten, und der Sm-Gehalt sollte in der Korngrenzenphase 3 höher als in der Hauptphase 2 sein. Dadurch wird die Menge an Sm reduziert, mit der eine Substitution an den Nd-Stellen der Nd₂Fe₁₄B-Kristallstruktur in der Hauptphase 2 vorgenommen wird, und somit wird eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften der Hauptphase 2 unterbunden.
Das Element RH aus schweren seltenen Erden, das in der Hauptphase 2 vorhanden ist, trägt zu einer Verbesserung der Koerzitivkraft bei, verringert jedoch die verbleibende Magnetflussdichte, da das magnetische Moment des Elements RH aus schweren seltenen Erden und das magnetische Moment von Fe antiparallel miteinander gekoppelt sind. Indem bewirkt wird, dass der Gehalt des Elements RH aus schweren seltenen Erden in der Korngrenzenphase 3 höher als in der Hauptphase 2 ist, kann somit das knappe Element RH aus schweren seltenen Erden eingespart werden, während die magnetischen Eigenschaften mit einer hohen verbleibenden Magnetflussdichte und einer hohen Koerzitivkraft aufrechterhalten werden.
Als ein Element RL aus leichten seltenen Erden kann La enthalten sein. Wenn das Element RH aus schweren seltenen Erden in die Korngrenzen in einem gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird, der La enthält, wird La in der Korngrenzenphase 3 durch das Element RH aus schweren seltenen Erden substituiert. Dadurch wird ermöglicht, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird.
Es können zusätzliche Elemente enthalten sein, welche die magnetischen Eigenschaften verbessern. Bei den zusätzlichen Elementen kann es sich zum Beispiel um ein oder mehrere Elemente handeln, die aus Al, Cu, Co, Zr, Ti, Ga, Pr, Nb, Mn, Gd und Ho ausgewählt sind.
Ausführungsform 2
Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 1. Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf 2 und 3. 2 ist ein Flussdiagramm, das Prozesse des Verfahrens zur Herstellung des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 3 ist ein schematisches Schaubild, das einen Arbeitsablauf eines Prozesses 11 zur Herstellung einer Rohlegierung zeigt. Im Folgenden werden der Prozess 11 zur Herstellung einer Rohlegierung, ein Prozess 21 zur Herstellung eines gesinterten Magnets sowie ein Korngrenzendiffusionsprozess 31 separat beschrieben.
Prozess 11 zur Herstellung einer Rohlegierung
Wie in 2 und 3 gezeigt, weist der Prozess 11 zur Herstellung einer Rohlegierung Folgendes auf: einen Schmelzprozess 12, bei dem ein Rohmaterial einer Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden auf eine Temperatur von 1000 K oder eine höhere Temperatur erwärmt und geschmolzen wird; einen ersten Abkühlungsprozess 13, bei dem das Rohmaterial in einem geschmolzenen Zustand auf einem Rotator 44 abgekühlt wird, um eine verfestigte Legierung 45 herzustellen; sowie einen zweiten Abkühlungsprozess 14, bei dem die verfestigte Legierung 45 in einer Wanne 46 weiter abgekühlt wird.
Bei dem Schmelzprozess 12 wird das Rohmaterial der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden geschmolzen, um eine geschmolzene Legierung 42 herzustellen. Das Rohmaterial enthält Nd, Fe, B und Sm. La, Dy, Tb können enthalten sein, und ein oder mehrere Elemente, die aus Al, Cu, Co, Zr, Ti, Ga, Pr, Nb, Mn, Gd und Ho ausgewählt sind, können als zusätzliche Elemente enthalten sein. Wie in 3 veranschaulicht, wird das Rohmaterial der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden in einer Atmosphäre, die ein inertes Gas enthält, wie beispielsweise Ar, oder in Vakuum in einem Schmelztiegel 41 auf eine Temperatur von 1000 K oder eine höhere Temperatur erwärmt und geschmolzen, um die geschmolzene Legierung 42 herzustellen.
Bei dem ersten Abkühlungsprozess 13 wird die geschmolzene Legierung 42, wie in 3 veranschaulicht, in einen Tundish 43 gegossen und auf dem Rotator 44 rasch abgekühlt, so dass die verfestigte Legierung 45, die dünner als ein Legierungsblock ist, aus der geschmolzenen Legierung 42 hergestellt wird. In 3 ist eine einzige Walze als Rotator 44 veranschaulicht; es können jedoch auch Doppelwalzen, eine Drehscheibe, ein drehbarer Gießzylinder etc. für eine rasche Abkühlung verwendet werden, indem ein Kontakt mit diesen hergestellt wird.
Für eine effiziente Herstellung der dünnen verfestigten Legierung 45 sollte die Abkühlungsrate bei dem ersten Abkühlungsprozess 13 gleich 10 Grad C/s bis 10⁷ Grad C/s sein, bevorzugt gleich 10³ Grad C/s bis 10⁴ Grad C/s. Die Dicke der verfestigten Legierung 45 beträgt zwischen 0,03 mm und 10 mm. Die geschmolzene Legierung 42 verfestigt sich von dem Punkt an, an dem sie mit dem Rotator 44 in Kontakt kommt, und Kristalle wachsen in einer säulenförmigen oder nadelförmigen Gestalt in der Richtung der Dicke von der Kontaktoberfläche mit dem Rotator 44 aus.
Bei dem zweiten Abkühlungsprozess 14 wird die verfestigte Legierung 45 in der Wanne 46 abgekühlt, wie in 3 veranschaulicht. Bei Aufnahme in der Wanne 46 wird die dünne verfestigte Legierung 45 in schuppenartige Stücke aus der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden zerbrochen und abgekühlt. Wenngleich schuppenartige Stücke aus der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden veranschaulicht sind, ergeben sich in Abhängigkeit von der Abkühlungsrate auch bandartige Stücke aus der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden. Für eine Herstellung der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden mit einer optimalen inneren Struktur der Magnetlegierung aus seltenen Erden sollte die Abkühlungsrate bei dem zweiten Abkühlungsprozess 14 gleich 0,01 Grad C/s bis 10⁵ Grad C/s sein, bevorzugt gleich 0,1 Grad C/s bis 10² Grad C/s.
Durch den vorstehend beschriebenen Prozess 1 zur Herstellung einer Rohlegierung wird die Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden vom R-Fe-B-System hergestellt, die zumindest Nd und Sm als Elemente R aus seltenen Erden enthält.
Prozess 21 zur Herstellung eines gesinterten Magnets
Wie in 2 gezeigt, weist der Prozess 21 zur Herstellung eines gesinterten Magnets Folgendes auf: einen Pulverisierungsprozess 22, bei dem die bei dem vorstehend beschriebenen Prozess 11 zur Herstellung einer Rohlegierung hergestellte Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden pulverisiert wird; einen Formgebungsprozess 23, bei dem die pulverisierte Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden geformt wird, um ein Formteil herzustellen; einen Sinter- und Reifungsprozess 24, bei dem das Formteil gesintert und gereift wird.
Der Pulverisierungsprozess 22 besteht darin, die Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden vom R-Fe-B-System zu pulverisieren, die Nd und Sm als Elemente R aus seltenen Erden enthält und die mit vorstehend erwähnten Prozess 11 zur Herstellung einer Rohlegierung hergestellt worden ist, und ein Pulver mit einem Korndurchmesser von nicht mehr als 200 µm herzustellen, bevorzugt von 0,5 µm bis 100 µm. Die Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden wird zum Beispiel durch Verwenden eines Achatmörsers, einer Stampfmühle, eines Backenbrechers, einer Strahlmühle oder dergleichen pulverisiert.
Um ein Pulver mit einem geringen Partikeldurchmesser zu erhalten, sollte der Pulverisierungsprozess 22 in einer Atmosphäre durchgeführt werden, die ein inertes Gas enthält. Die Pulverisierung der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden in einer Atmosphäre, die ein inertes Gas enthält, kann außerdem verhindern, dass Sauerstoff in das Pulver gelangt. Wenn die Atmosphäre, in der die Pulverisierung durchgeführt wird, die magnetischen Eigenschaften des Magnets nicht beeinträchtigt, kann die Pulverisierung der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden auch an Luft durchgeführt werden.
Bei dem Formgebungsprozess 23 wird das Pulver der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden geformt, um ein Formteil herzustellen. Bei der Formgebung ist es zum Beispiel möglich, dass nur das Pulver der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden pressgeformt wird oder dass ein Gemisch aus dem Pulver der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden und einem organischen Bindemittel pressgeformt wird. Die Formgebung kann durchgeführt werden, während ein magnetisches Feld anliegt. Das anzulegende magnetische Feld beträgt zum Beispiel 2 T.
Der Sinter- und Reifungsprozess 24 weist einen Sinter-Prozess und einen Reifungsprozess auf. Bei dem Sinter-Prozess wird das Formteil wärmebehandelt. Der Sinter-Prozess wird über 0,1 Stunden bis 100 Stunden hinweg, bevorzugt über 1 Stunde bis 20 Stunden hinweg, bei einer Temperatur von 600 °C bis 1300 °C durchgeführt. Eine Warmformgebung kann zusätzlich durchgeführt werden, um die magnetische Anisotropie zur Verfügung zu stellen und die Koerzitivkraft zu verbessern.
Bei dem Reifungsprozess wird das Formteil bei einer Temperatur wärmebehandelt, die niedriger als jene des Sinter-Prozesses ist, um ein gesintertes Formteil herzustellen. Der Reifungsprozess wird während 0,1 Stunden bis 100 Stunden, bevorzugt während 1 Stunde bis 20 Stunden, bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger als jene des Sinter-Prozesses ist, zum Beispiel bei 300 °C bis 1000 °C. Der Reifungsprozess kann in zwei Stufen unterteilt werden, zum Beispiel einen ersten Reifungsprozess und einen zweiten Reifungsprozess. In diesem Fall ist die Temperatur des ersten Reifungsprozesses niedriger als die SinterTemperatur, sie ist bevorzugt gleich 300 °C bis 100 °C. Die Zeitdauer beträgt 0,1 Stunden bis 100 Stunden, bevorzugt 1 Stunde bis 20 Stunden.
Der zweite Reifungsprozess wird während 0,1 Stunden bis 100 Stunden, bevorzugt während 1 Stunde bis 20 Stunden, bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger als jene des ersten Reifungsprozesses ist. Der Sinter- und Reifungsprozess 24 sollte in einer Atmosphäre, die ein inertes Gas enthält, oder in Vakuum durchgeführt werden, um eine Oxidation zu unterbinden. Dieser Prozess kann durchgeführt werden, während ein magnetisches Feld anliegt.
Der Sinter- und Reifungsprozess 24 ermöglicht die Herstellung eines gesinterten Formteils, das mit einer Mehrzahl von Bereichen der Hauptphase 2, die jeweils die zumindest Nd als Element R aus seltenen Erden enthaltende R₂Fe₁₄B-Kristallstruktur aufweisen, sowie der Korngrenzenphase 3 mit den mit Sm angereicherten Bereichen 4 versehen ist, in denen Sm durch eine Sm-Substitution in der kristallinen NdO-Phase angereichert ist.
Korngrenzendiffusionsprozess 31
Wie in 2 gezeigt, weist der Korngrenzendiffusionsprozess 31 Folgendes auf: einen Anhaftungsprozess 32, um das Element RH aus schweren seltenen Erden an dem bei dem Prozess 21 zur Herstellung eines gesinterten Magnets hergestellten gesinterten Formteil anzubringen, um ein Diffusionsvorprodukt herzustellen, sowie einen Diffusionsprozess 33 für eine Wärmebehandlung des Diffusionsvorprodukts, um das Element RH aus schweren seltenen Erden in die Korngrenzen zu diffundieren. Bei dem Diffusionsprozess 33 wird das Element RH aus schweren seltenen Erden selektiv zumindest in einen Bereich der Korngrenzenphase 3 an den Peripherien der mit Sm angereicherten Bereiche 4 diffundiert. Bei dem Korngrenzendiffusionsprozess 31 kann ein bekanntes Korngrenzendiffusionsverfahren verwendet werden.
Für das Korngrenzendiffusionsverfahren wurden in Abhängigkeit von der Form einer Zuführung des Elements RH aus schweren seltenen Erden verschiedene Techniken vorgeschlagen; typische Beispiele für diese umfassen ein Beschichtungsdiffusionsverfahren, ein Sputter-Diffusionsverfahren sowie ein Gasphasendiffusionsverfahren. Der Korngrenzendiffusionsprozess 31 kann gleichzeitig mit dem Sinter- und Reifungsprozess 24 durchgeführt werden.
Es wird nun der Korngrenzendiffusionsprozess 31 beschrieben, bei dem das Beschichtungsdiffusionsverfahren verwendet wird. Bei dem Anhaftungsprozess 32 wird eine Suspension, die durch Mischen einer pulvrigen Verbindung des Elements RH aus schweren seltenen Erden mit Wasser oder einem organischen Lösungsmittel hergestellt wird, an der Oberfläche des gesinterten Formteils angebracht, um ein Diffusionsvorprodukt herzustellen. Das Aufbringen wird durch Sprühen, Tauchbeschichten, Aufschleuderbeschichten, Siebdrucken, Elektroabscheidung oder dergleichen durchgeführt. Bei dem Diffusionsprozess 33 wird das Element RH aus schweren seltenen Erden durch eine Wärmebehandlung des Diffusionsvorprodukts bei einer Temperatur, die gleich jener des Sinter-Prozesses oder niedriger als diese ist, ins Innere des Diffusionsvorprodukts diffundiert. Die Wärmebehandlung wird während 0,1 Stunden bis 100 Stunden, bevorzugt während 1 Stunde bis 20 Stunden, bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger als jene des Sinter-Prozesses ist, zum Beispiel bei 300 °C bis 1000 °C.
Es wird der Korngrenzendiffusionsprozess 31 beschrieben, bei dem das Sputter-Diffusionsverfahren verwendet wird. Bei dem Anhaftungsprozess 32 wird eine Dünnschicht aus einem elementaren Metall oder einer Legierungszusammensetzung des Elements RH aus schweren seltenen Erden in einer trockenen Umgebung auf der Oberfläche des gesinterten Formteils gebildet, um das Diffusionsvorprodukt herzustellen. Bei dem Diffusionsprozess 33 wird das Element RH aus schweren seltenen Erden durch eine Wärmebehandlung des Diffusionsvorprodukts bei einer Temperatur, die gleich jener des Sinter-Prozesses oder niedriger als diese ist, ins Innere des Diffusionsvorprodukts diffundiert. Die Wärmebehandlung wird während 0,1 Stunden bis 100 Stunden, bevorzugt während 1 Stunde bis 20 Stunden, bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger als jene des Sinter-Prozesses ist, zum Beispiel bei 300 °C bis 1000 °C.
Es wird der Korngrenzendiffusionsprozess 31 beschrieben, bei dem ein Gasphasendiffusionsverfahren verwendet wird. Bei dem Anhaftungsprozess 32 werden das gesinterte Formteil und eine Versorgungsquelle für das Element RH aus schweren seltenen Erden in einem Vakuumofen platziert. Bei dem Diffusionsprozess 33 wird das Element RH aus schweren seltenen Erden durch eine Wärmebehandlung des Diffusionsvorprodukts bei einer Temperatur, die gleich jener des Sinter-Prozesses oder niedriger als diese ist, ins Innere des Diffusionsvorprodukts diffundiert. Bei der Wärmebehandlung wird das Element RH aus schweren seltenen Erden dem Diffusionsvorprodukt mittels Vakuumerwärmung durch eine Gasphase zugeführt.
Die Wärmebehandlung wird während 0,1 Stunden bis 100 Stunden, bevorzugt während 1 Stunde bis 20 Stunden, bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger als jene des Sinter-Prozesses ist, zum Beispiel bei 600 °C bis 900 °C. Das Gasphasendiffusionsverfahren kann die Zeitdauer für den Korngrenzendiffusionsprozess 31 verkürzen, da der Anhaftungsprozess 32 und der Diffusionsprozess 33 für das Element RH aus schweren seltenen Erden zur gleichen Zeit durchgeführt werden können.
Der Korngrenzendiffusionsprozess 31 ermöglicht die Herstellung des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden, der die Korngrenzenphase 3 mit den mit dem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherten Bereichen 5 aufweist, in denen das Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche 4 angereichert ist. Darüber hinaus betrug der Unterschied der Koerzitivkräfte zwischen der Oberflächenschicht und der Mitte des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden in einem 10 mm dicken gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden, der mittels des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt worden ist, 20 % oder weniger.
Es wird angenommen, dass dies das Resultat der Diffusion des Elements RH aus schweren seltenen Erden ins Innere des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden ist, die in einem geringeren Unterschied der Koerzitivkräfte zwischen der Oberflächenschicht und der Mitte des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden resultiert.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, die Nd und Sm als Elemente R aus seltenen Erden enthaltende Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden vom R-Fe-B-System pulverisiert, und dann wird das Formteil aus dem Pulver der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden vom R-Fe-B-System durch den Sinter- und Reifungsprozess 24 zu dem gesinterten Formteil verarbeitet, das die mit Sm angereicherten Bereiche 4 aufweist, in denen Sm in einem Bereich der Korngrenzenphase 3 angereichert ist, und das Element RH aus schweren seltenen Erden wird an der Korngrenze in das gesinterte Formteil diffundiert.
Dadurch wird die Herstellung des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden ermöglicht, der die Korngrenzenphase 3 mit den mit dem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherten Bereichen 5 aufweist, in denen das Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche 4 angereichert ist. Dadurch wird ermöglicht, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird, während eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird.
Wenn ein Fluorid-Pulver mit der Magnetlegierung aus seltenen Erden gemischt wird, wie zum Beispiel beim Patentdokument 1, ist es möglich, dass die Magnetlegierung aus seltenen Erden und das Fluorid-Pulver nicht gleichmäßig gemischt werden. Bei dem Verfahren zur Herstellung des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird dagegen das Rohmaterial der Sm enthaltenden Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden bei dem Schmelzprozess 12 des Prozesses 11 zur Herstellung der Rohlegierung geschmolzen, um die geschmolzene Legierung 42 herzustellen. Somit werden Elemente, wie beispielsweise Nd, Fe und B, gleichmäßig mit Sm gemischt. Dadurch wird die Herstellung des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden ermöglicht, bei dem die mit Sm angereicherten Bereiche 4 überall in der Korngrenzenphase 3 gleichmäßig verteilt sind, nicht nur in der Oberflächenschicht des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden, sondern auch in der Mitte des Magnets.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in der Korngrenzenphase keine neue Verbindung gebildet, wie beispielsweise Neodymoxyfluorid, sondern es werden die mit Sm angereicherten Bereiche 4 gebildet, in denen Sm, bei dem es sich ähnlich wie bei Nd um ein Element aus leichten seltenen Erden handelt, angereichert ist und mit dem an einigen der Nd-Stellen der Kristallstruktur der NdO-Phase der Korngrenzenphase 3, die bei dem vorstehend beschriebenen Prozess des Prozesses 21 zur Herstellung des gesinterten Magnets erzeugt wird, eine Substitution vorgenommen wird. Dadurch wird eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden.
Bei dem Formgebungsprozess 23 wird beispielhaft ein Pressformen ausgeführt, um das Formteil herzustellen, es kann jedoch auch eine Wärmeformgebung eines Gemischs aus dem Pulver der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden und einem Harz verwendet werden. Bei dem Harz kann es sich um ein wärmehärtendes Harz, wie beispielsweise ein Epoxidharz, oder um ein thermoplastisches Harz handeln, wie beispielsweise ein Polyphenylensulfid-Harz.
Das vorstehend beschriebene gesinterte Formteil kann mittels eines Verfahrens mit einer Legierung oder eines Verfahrens mit zwei Legierungen hergestellt werden, und der gesinterte Magnet 1 aus seltenen Erden kann durch Diffundieren des Elements RH aus schweren seltenen Erden in die Korngrenzen des gesinterten Formteils hergestellt werden.
Die Hinzufügung von La zu dem Rohmaterial der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden erzeugt ein gesintertes Formteil mit einem höheren Gehalt an La in der Korngrenzenphase 3 als in der Hauptphase 2. Wenn das Element RH aus schweren seltenen Erden in die Korngrenzen dieses gesinterten Formteils diffundiert wird, wird die Korngrenzendiffusion unterstützt, da La durch das Element RH aus schweren seltenen Erden substituiert wird. Dadurch wird ermöglicht, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird, während eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf Tabelle 1 Evaluierungsresultate der magnetischen Eigenschaften des mittels des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellten gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden beschrieben. Tabelle 1 fasst die Resultate einer Evaluierung der magnetischen Eigenschaften der Proben der Beispiele 1 bis 12 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 zusammen, bei denen es sich um gesinterte Magnete 1 aus seltenen Erden handelt, die unterschiedliche Gehalte an Sm, La, Dy und Tb aufweisen (wobei es sich bei Dy und Tb um die Elemente RH aus schweren seltenen Erden handelt) und die unterschiedliche Dicken aufweisen. Bei dem Unterschied der Koerzitivkräfte in Tabelle 1 handelt es sich um einen Wert, der durch Subtrahieren der Koerzitivkraft eines 7 mm dicken Magnets von der Koerzitivkraft eines 1,75 mm dicken Magnets erhalten wird.
Die magnetischen Eigenschaften wurden durch Messen der verbleibenden Magnetflussdichte und der Koerzitivkraft jeder Probe unter Verwendung eines B-H-Kurventracer vom Impulserregungstyp evaluiert. Das maximale vom B-H-Kurventracer angelegte magnetische Feld, bei dem die Probe vollständig magnetisiert ist, ist gleich 5 T oder höher. Anstelle des B-H-Kurventracer vom Impulserregungstyp können ein DC-Aufzeichnungs-Magnetflussmessgerät, das als ein B-H-Kurventracer vom Gleichstrom-Typ bezeichnet wird, ein Vibrating Sample Magnetometer (VSM), ein Messsystem für magnetische Eigenschaften (MPMS), ein Messsystem für physikalische Eigenschaften (PPMS) etc. verwendet werden, wenn sie ein maximales angelegtes magnetisches Feld von 5 T oder mehr erzeugen können.
Die Messungen wurden in einer Atmosphäre durchgeführt, die ein inertes Gas enthielt, wie beispielsweise Stickstoff, und die Evaluierung wurde bei Raumtemperatur durchgeführt. In Bezug auf die Form jeder Probe weist die 7 mm dicke Magnetprobe eine Kubus-Form auf, und ihre Länge, Breite und Höhe sind sämtlich gleich 7 mm. Bei der 1,75 mm dicken Magnetprobe handelt es sich um einen Magnet, der auf eine Länge von 7 mm, eine Breite von 7 mm und eine Höhe von 1,75 mm bearbeitet wurde; vier Proben wurden gestapelt, um einen Kubus mit 7 mm zu bilden, und wurden vermessen. Der Messfehler betrug +/- 1 %.
Beim Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 handelt es sich um Proben, die gemäß dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren unter Verwendung von Nd, Fe und B als Rohmaterialien der Magnetlegierung aus seltenen Erden so hergestellt wurden, dass sich die allgemeine Formel Nd-Fe-B ergibt; der Korngrenzendiffusionsprozess 31 wurde nicht durchgeführt. Die Magnetdicke des Vergleichsbeispiels 1 ist gleich 1,75 mm und jene des Vergleichsbeispiels 2 ist gleich 7 mm. Die magnetischen Eigenschaften dieser Proben wurden mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren evaluiert.
Die verbleibenden Magnetflussdichten des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 betrugen 1,39 T. Die Koerzitivkräfte waren gleich 1500 kA/m beziehungsweise 1502 kA/m. Der Unterschied der Koerzitivkräfte war gleich -2 kA/m, wobei es sich dabei um die Größe des Messfehlers handelt. Da der Korngrenzendiffusionsprozess 31 für das Vergleichsbeispiel 1 und das Vergleichsbeispiel 2 nicht durchgeführt wurde, gibt es nur einen geringen Unterschied der Koerzitivkräfte in Abhängigkeit von der Magnetdicke.
Beim Vergleichsbeispiel 3 und Vergleichsbeispiel 4 handelt es sich um Proben, die gemäß dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren unter Verwendung von Nd, Sm, La, Fe und B als Rohmaterialien der Magnetlegierung aus seltenen Erden hergestellt wurden, so dass sich die allgemeine Formel (Nd, Sm, La)-Fe-B ergibt; der Korngrenzendiffusionsprozess 31 wurde nicht durchgeführt. Die Magnetdicke des Vergleichsbeispiels 3 ist gleich 1,75 mm, und jene des Vergleichsbeispiels 4 ist gleich 7 mm. Die magnetischen Eigenschaften dieser Proben wurden mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren evaluiert.
Die verbleibende Magnetflussdichte des Vergleichsbeispiels 3 betrug 1,36 T, und jene des Vergleichsbeispiels 4 betrug 1,37 T. Die Koerzitivkräfte waren gleich 1428 kA/m beziehungsweise 1425 kA/m. Der Unterschied der Koerzitivkräfte war gleich 3 kA/m, wobei es sich dabei um die Größe des Messfehlers handelt. Da der Korngrenzendiffusionsprozess 31 für das Vergleichsbeispiel 3 und das Vergleichsbeispiel 4 nicht durchgeführt wurde, gibt es nur einen geringen Unterschied in Bezug auf die Koerzitivkraft aufgrund der Magnetdicke.
Beim Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 handelt es sich um Proben, bei denen Dy gemäß dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren in die Korngrenzen diffundiert wurde, wobei Nd, Fe und B als Rohmaterialien der Magnetlegierung aus seltenen Erden verwendet wurden, so dass sich die allgemeine Formel (Nd, Dy)-Fe-B ergibt. Die Magnetdicke des Vergleichsbeispiels 5 ist gleich 1,75 mm, und jene des Vergleichsbeispiels 6 ist gleich 7 mm. Die magnetischen Eigenschaften dieser Proben wurden mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren evaluiert.
Die verbleibende Magnetflussdichte des Vergleichsbeispiels 5 betrug 1,34 T, und jene des Vergleichsbeispiels 6 betrug 1,33 T. Vergleiche dieser Resultate mit jenen des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 zeigen, dass die Hinzufügung von Dy die verbleibende Magnetflussdichte reduzierte. Die Koerzitivkräfte waren gleich 1941 kA/m beziehungsweise 1720 kA/m. Der Unterschied der Koerzitivkräfte war gleich 221 kA/m. Diese Resultate legen nahe, dass Dy beim Vergleichsbeispiel 6, bei dem es sich um einen 7 mm dicken Magnet handelt, nicht ausreichend in die Mitte des Magnets diffundiert wurde, so dass ein Unterschied in Bezug auf die Koerzitivkraft im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 5 resultierte, bei dem es sich um einen 1,75 mm dicken Magnet handelt.
Im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 wurden die Koerzitivkräfte verbessert, die verbleibenden Magnetflussdichten wurden jedoch reduziert. Dies liegt daran, dass die Diffusion von Dy in die Korngrenzen die Koerzitivkräfte verbesserte, die Permeation von Dy in die Hauptphase 2 jedoch die verbleibenden Magnetflussdichten verringerte.
Beim Vergleichsbeispiel 7 und Vergleichsbeispiel 8 handelt es sich um Proben, bei denen Tb gemäß dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren in die Korngrenzen diffundiert wurde, wobei Nd, Fe und B als Rohmaterialien der Magnetlegierung aus seltenen Erden verwendet wurden, so dass sich die allgemeine Formel (Nd, Tb)-Fe-B ergibt. Die Magnetdicke des Vergleichsbeispiels 7 ist gleich 1,75 mm, und jene des Vergleichsbeispiels 8 ist gleich 7 mm. Die magnetischen Eigenschaften dieser Proben wurden mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren evaluiert. Die verbleibende Magnetflussdichte des Vergleichsbeispiels 7 betrug 1,33 T, und jene des Vergleichsbeispiels 8 betrug 1,34 T. Vergleiche dieser Resultate mit jenen des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 zeigen, dass die Hinzufügung von Tb die verbleibende Magnetflussdichte reduzierte.
Die Koerzitivkräfte waren gleich 2013 kA/m beziehungsweise 1821 kA/m. Der Unterschied der Koerzitivkräfte war gleich 92 kA/m. Diese Resultate legen nahe, dass Tb beim Vergleichsbeispiel 8, bei dem es sich um einen 7 mm dicken Magnet handelt, nicht ausreichend in die Mitte des Magnets diffundiert wurde, so dass im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 7, bei dem es sich um einen 1,75 mm dicken Manet handelt, ein Unterschied in Bezug auf die Koerzitivkraft resultierte. Im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 wurden die Koerzitivkräfte verbessert, die verbleibenden Magnetflussdichten wurden jedoch reduziert. Dies liegt daran, dass die Diffusion von Tb in die Korngrenzen die Koerzitivkraft verbesserte, die Permeation von Tb in die Hauptphase 2 jedoch die verbleibenden Magnetflussdichten verringerte.
Bei den Beispielen 1 bis 6 handelt es sich um Proben, bei denen Dy gemäß dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren in die Korngrenzen diffundiert wurde, wobei Nd, Sm, La, Fe und B als Rohmaterialien der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden verwendet wurden, so dass sich die allgemeine Formel (Nd, Sm, La, Dy)-Fe-B ergibt. Die magnetischen Eigenschaften dieser Proben wurden mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren evaluiert. Die Resultate zeigen, dass die verbleibende Magnetflussdichte von jedem der Beispiele 1 bis 6 höher als jene des Vergleichsbeispiels 5 und des Vergleichsbeispiels 6 war. Dies spiegelt das Resultat der selektiven Korngrenzendiffusion von Dy zumindest in periphere Bereiche der mit Sm angereicherten Bereiche 4 wider, welche die Permeation von Dy in die Hauptphase 2 unterband.
Im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 war der Unterschied der Koerzitivkräfte gering. Außerdem verringerte sich der Unterschied der Koerzitivkräfte mit zunehmenden Gehalten an Sm und La. Dies spiegelt das Resultat der selektiven Korngrenzendiffusion von Dy in die Peripherien der mit Sm angereicherten Bereiche 4 wider, die von der Oberfläche zur Mitte des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden verteilt sind, so dass dadurch Dy tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird als bei dem herkömmlichen Korngrenzendiffusionsverfahren. La liegt in der Korngrenzenphase 3 vor und unterstützt die Permeation von Dy in die Korngrenze.
Bei den Beispielen 7 bis 12 handelt es sich um Proben, bei denen Tb gemäß dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren in die Korngrenzen diffundiert wurde, wobei Nd, Sm, La, Fe und B als Rohmaterialien der Magnetlegierung 47 aus seltenen Erden verwendet wurden, so dass sich die allgemeine Formel (Nd, Sm, La, Tb)-Fe-B ergibt. Die magnetischen Eigenschaften dieser Proben wurden mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren evaluiert. Die Resultate zeigen, dass jede verbleibende Magnetflussdichte höher als jene des Vergleichsbeispiels 7 und des Vergleichsbeispiels 8 war. Dies spiegelt das Resultat der selektiven Korngrenzendiffusion von Tb zumindest in periphere Bereiche der mit Sm angereicherten Bereiche 4 wider, welche die Permeation von Tb in die Hauptphase 2 unterband. Im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 7 und Vergleichsbeispiel 8 war der Unterschied der Koerzitivkräfte gering.
Dies spiegelt das Resultat der selektiven Korngrenzendiffusion von Tb in die Peripherien der mit Sm angereicherten Bereiche 4 wider, die von der Oberfläche bis zur Mitte des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden verteilt sind, so dass dadurch Tb tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird als beim Verwenden des herkömmlichen Korngrenzendiffusionsverfahrens. La liegt in der Korngrenzenphase 3 vor und unterstützt die Permeation von Tb in die Korngrenze. Ferner sind die Unterschiede der Koerzitivkräfte der Beispiele 7 bis 12 geringer als jene der Beispiele 1 bis 6. Dies zeigt, dass als Element RH aus schweren seltenen Erden Tb effektiver als Dy ist.
Als Nächstes werden die Evaluierungsresultate der inneren Magnetstrukturen der gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden beschrieben, die mittels des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wurden.
Die inneren Magnetstrukturen wurden mittels einer Elementanalyse unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM) und eines Elektronenstrahl-Mikroanalysators (EPMA) evaluiert. Hierbei wurde ein Elektronenstrahl-Mikroanalysator vom Feldemissions-Typ (JXA-8530F, hergestellt von JEOL Ltd.) als REM und EPMA verwendet, und die Elementanalyse wurde unter folgenden Evaluierungsbedingungen durchgeführt: Beschleunigungsspannung von 15,0 kV, Bestrahlungsstrom von 3,05e^-007 A, Bestrahlungszeit von 10 ms, Anzahl von Pixeln von 256 x 256 Pixel, Vergrößerung von 5000 sowie Anzahl von Integrationszeiten von 5.
4 zeigt Querschnitte des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden von Beispiel 1, die unter den vorstehend beschriebenen Evaluierungsbedingungen evaluiert wurden, wobei 4A ein Bild der Zusammensetzung im Rückstreuelektronenmodus ist, 4B ein Mapping-Diagramm für Nd ist, 4C ein Mapping-Diagramm für Sm ist, 4D ein Mapping-Diagramm für Dy ist und 4E ein Mapping-Diagramm für La ist. 5 zeigt Querschnitte des gesinterten Magnets 1 aus seltenen Erden von Beispiel 7, die unter den vorstehend beschriebenen Evaluierungsbedingungen evaluiert wurden, wobei 5A ein Bild der Zusammensetzung im Rückstreuelektronenmodus ist, 5B ein Mapping-Diagramm für Nd ist, 5C ein Mapping-Diagramm für Sm ist, 5D ein Mapping-Diagramm für Tb ist und 5E ein Mapping-Diagramm für La ist.
Aus 4 und 5 erhärtet sich, dass die gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden, die mittels des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wurden, die folgenden inneren Magnetstrukturen aufweisen. 4A und 5A zeigen, dass es eine Mehrzahl von Bereichen der Hauptphase 2 und die Korngrenzenphase 3 gibt, die zwischen der Mehrzahl von Bereichen der Hauptphase 2 ausgebildet ist. 4B und 5B zeigen, dass Nd überall in der Korngrenzenphase 3 vorliegt. 4C und 5C zeigen, dass ein Teil der Korngrenzenphase 3 mit Sm angereicherte Bereiche 4 aufweist und der Gehalt an Sm in der Korngrenzenphase 3 höher als in der Hauptphase 2 ist.
4D und 5D zeigen, dass es mit einem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherte Bereiche 5 zumindest in einem Teil der Korngrenzenphase 3 an den Peripherien der mit Sm angereicherten Bereiche 4 gibt und der Gehalt des Elements RH aus schweren seltenen Erden in der Korngrenzenphase 3 höher als in der Hauptphase 2 ist. 4E und 5E zeigen, dass La ähnlich wie Nd überall in der Korngrenzenphase 3 vorliegt.
Ausführungsform 3
Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf einen Rotor 51, der einen gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 1 aufweist. Der Rotor 51 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht senkrecht zu einer axialen Richtung des Rotors 51.
Der Rotor ist um eine Rotationsachse 54 herum drehbar. Der Rotor 51 weist einen Rotorkern 52 sowie eine Mehrzahl von gesinterten Magneten 1 aus seltenen Erden auf, die in Magneteinsetzlöchern 52 eingesetzt sind, die in dem Rotorkern 52 entlang einer Umfangsrichtung des Rotors 51 angeordnet sind. 6 zeigt ein Beispiel, das vier Magneteinsetzlöcher 53 und vier gesinterte Magnete 1 aus seltenen Erden aufweist; die Anzahl von Magneteinsetzlöchern 53 und die Anzahl von gesinterten Magneten 1 aus seltenen Erden können gemäß der Auslegung des Rotors 51 geändert werden. Der Rotorkern 52 ist aus einer Mehrzahl von scheibenförmigen elektromagnetischen Stahlplatten gebildet, die in der axialen Richtung der Rotationsachse 54 gestapelt sind.
Die gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden werden mit dem Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 2 hergestellt. Die vier gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden sind in ihren jeweiligen Magneteinsetzlöchern 53 eingesetzt. Die vier gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden sind in einer solchen Weise magnetisiert, dass jeder der gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden auf der radial äußeren Seite des Rotors 51 eine Polarität aufweist, die sich von jener der benachbarten gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden unterscheidet.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Rotor 51 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 1 auf, so dass es ermöglicht wird, dass das Element RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird, während eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird, und ein geringer Unterschied der Koerzitivkräfte in den gesinterten Magneten 1 aus seltenen Erden ermöglicht wird, während eine hohe verbleibende Magnetflussdichte aufrechterhalten wird; daher wird eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften auch in Umgebungen mit einer hohen Temperatur unterbunden, wobei die Temperatur 100 °C übersteigt. Dadurch wird der Betrieb des Rotors 51 auch in Umgebungen mit einer hohen Temperatur stabilisiert, in denen die Temperatur 100 °C übersteigt.
Ausführungsform 4
Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine rotierende Maschine 61, die mit dem Rotor 51 gemäß Ausführungsform 3 versehen ist. Die rotierende Maschine 61 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht senkrecht zu einer axialen Richtung der rotierenden Maschine 61.
Die rotierende Maschine 61 weist den Rotor 51 gemäß Ausführungsform 3 sowie einen ringförmigen Stator 62 auf, der koaxial mit dem Rotor 51 angeordnet ist und dem Rotor 51 gegenüberliegend angeordnet ist. Der Stator 62 ist aus einer Mehrzahl von elektromagnetischen Stahlplatten gebildet, die in der axialen Richtung der Rotationsachse 54 gestapelt sind. Die Konfiguration des Stators 62 ist nicht darauf beschränkt, und es können vorhandene Konfigurationen eingesetzt werden. Der Stator 62 ist mit Wicklungen 63 versehen.
Die Wicklungen 63 können zum Beispiel in einer konzentrierten Weise oder einer verteilten Weise gewickelt sein. Die Anzahl von magnetischen Polen des Rotors 51 in der rotierenden Maschine 61 sollte gleich zwei oder größer sein; mit anderen Worten, es sollte die Anzahl von gesinterten Magneten 1 aus seltenen Erden gleich 2 oder größer sein. 7 zeigt ein Beispiel eines Rotors 51 vom in einem Magnet eingebetteten Typ; es kann jedoch auch ein Rotor 51 vom Oberflächenmagnet-Typ verwendet werden, der Magnete aus seltenen Erden aufweist, die mit einem Klebstoff an der äußeren Peripherie befestigt sind.
Wie vorstehend beschrieben, weist die rotierende Maschine 61 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gesinterten Magnete 1 aus seltenen Erden gemäß Ausführungsform 1 auf, so dass es ermöglicht wird, dass das Elemente RH aus schweren seltenen Erden tiefer in den gesinterten Magnet 1 aus seltenen Erden diffundiert wird, während eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften unterbunden wird, und ein geringer Unterschied der Koerzitivkräfte in den gesinterten Magneten 1 aus seltenen Erden ermöglicht wird, während eine hohe verbleibende Magnetflussdichte aufrechterhalten wird; daher wird eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften auch in Umgebungen mit einer hohen Temperatur unterbunden, in denen die Temperatur 100 °C übersteigt. Dadurch wird der Antrieb des Rotors 51 und der Betrieb der rotierenden Maschine 61 auch in Umgebungen mit einer hohen Temperatur stabilisiert, in denen die Temperatur 100 °C übersteigt.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: gesinterter Magnet aus seltenen Erden
2: Hauptphase
3: Korngrenzenphase
4: mit Sm angereicherter Bereich
5: mit einem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherter Bereich
11: Prozess zur Herstellung einer Rohlegierung
12: Schmelzprozess
13: erster Abkühlungsprozess
14: zweiter Abkühlungsprozess
21: Prozess zur Herstellung eines gesinterten Magnets
22: Pulverisierungsprozess
23: Formgebungsprozess
24: Sinter- und Reifungsprozess
31: Korngrenzendiffusionsprozess
32: Anhaftungsprozess
33: Diffusionsprozess
41: Schmelztiegel
42: geschmolzene Legierung
43: Tundish
44: Rotator
45: verfestigte Legierung
46: Wanne
47: Magnetlegierung aus seltenen Erden
51: Rotor
52: Rotorkern
53: Magneteinsetzloch
54: Rotationsachse
61: rotierende Maschine
62: Stator
63: Wicklung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201182467 A [0004]

Claims

Gesinterter Magnet aus seltenen Erden, der Folgendes aufweist: - eine Mehrzahl von Bereichen einer Hauptphase, die jeweils eine R₂Fe₁₄B-Kristallstruktur aufweisen, die zumindest Nd als ein Element R aus seltenen Erden enthält; und - eine Korngrenzenphase, die zwischen der Mehrzahl von Bereichen der Hauptphase ausgebildet ist und mit Sm angereicherte Bereiche, in denen Sm durch eine Sm-Substitution in einer kristallinen NdO-Phase angereichert ist, sowie mit einem Element RH aus schweren seltenen Erden angereicherte Bereiche aufweist, in denen ein Element RH aus schweren seltenen Erden zumindest in peripheren Bereichen der mit Sm angereicherten Bereiche angereichert ist.
Gesinterter Magnet aus seltenen Erden nach Anspruch 1, wobei die mit Sm angereicherten Bereiche überall in der Korngrenzenphase von einer Oberflächenschicht bis zur Mitte des gesinterten Magnets aus seltenen Erden verteilt sind.
Gesinterter Magnet aus seltenen Erden nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Gehalt an Sm in der Korngrenzenphase höher als in der Hauptphase ist.
Gesinterter Magnet aus seltenen Erden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Gehalt des Elements RH aus schweren seltenen Erden in der Korngrenzenphase höher als in der Hauptphase ist.
Gesinterter Magnet aus seltenen Erden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Element R aus seltenen Erden La umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden, das Folgendes aufweist: - einen Pulverisierungsprozess, bei dem eine Magnetlegierung aus seltenen Erden vom R-Fe-B-System pulverisiert wird, die Nd und Sm als Elemente R aus seltenen Erden enthält; - einen Formgebungsprozess, bei dem ein Pulver der Magnetlegierung aus seltenen Erden vom R-Fe-B-System geformt wird, um ein Formteil herzustellen; - einen Sinter- und Reifungsprozess, bei dem das Formteil bei einer Temperatur zwischen 600 °C und 1300 °C, einschließlich, gesintert wird und das Formteil bei einer Temperatur gereift wird, die niedriger als eine Temperatur beim Sintern ist, um ein gesintertes Formteil herzustellen; und - einen Korngrenzendiffusionsprozess, bei dem ein Element RH aus schweren seltenen Erden an dem gesinterten Formteil angebracht wird und eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um das Element RH aus schweren seltenen Erden in eine Korngrenze zu diffundieren.
Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Magnets aus seltenen Erden nach Anspruch 6, wobei die Wärmebehandlung in dem Korngrenzendiffusionsprozess bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger als die Temperatur beim Sintern ist.
Rotor, der Folgendes aufweist: - einen Rotorkern; und - den gesinterten Magnet aus seltenen Erden nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der in dem Rotorkern angeordnet ist.
Rotierende Maschine, die Folgendes aufweist: - den Rotor nach Anspruch 8; und - einen Stator, der so angeordnet ist, dass er dem Rotor gegenüberliegt.