JP2006344856A - 高強度および高抵抗を有する希土類磁石 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】R−Fe−B系希土類磁石粒子5が、ガラス層4の両面に希土類酸化物層4が接して積層してなる高強度高抵抗複合層により包囲されている組織を有することを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
このR−Fe−B系希土類磁石はR−Fe−B系希土類磁石粉末をホットプレスまたは熱間静水圧プレスなどの方法により作製することが知られており、このR−Fe−B系希土類磁石粉末を製造する方法の一つとして、R−Fe−B系希土類磁石合金原料を水素吸収処理したのち、水素圧力:10〜1000kPaの水素雰囲気中で500〜1000℃の範囲内の所定の温度に昇温し保持することによりR−Fe−B系希土類磁石合金原料に水素を吸収させて相変態による分解を促す水素吸収・分解処理を施し、引き続いて、水素吸収・分解処理を施した希土類磁石合金原料を500〜1000℃の範囲内の所定の温度で真空中に保持することにより脱水素処理を施す製造方法が知られており、このようにして得られたR−Fe−B系希土類磁石粉末は、実質的に正方晶構造をとるR2Fe14B型金属間化合物相を主相とした再結晶粒が相互に隣接した再結晶集合組織を有し、この再結晶集合組織は個々の再結晶粒の最短粒径aと最長粒径bの比(b/a)が2未満である形状の再結晶粒が全再結晶粒の50容量%以上存在し、かつ再結晶粒の平均再結晶粒径が0.05〜5μmの寸法を有する磁気異方性HDDR磁石粉末の基本組織を有することが知られている(特許文献1参照)。
この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
(1)ガラス層の両面にRの酸化物層が接して積層してなる高強度高抵抗複合層とR−Fe−B系希土類磁石層とが積層してなる希土類磁石であって、前記高強度高抵抗複合層はR−Fe−B系希土類磁石層により挟まれた状態で積層してなる高強度および高抵抗を有する希土類磁石、に特徴を有するものである。
図1では、この発明を理解しやすくするために、一層の高強度高抵抗複合層2を二層のR−Fe−B系希土類磁石層1で挟んだ構成の希土類磁石が記載されているが、この発明の高強度および高抵抗を有する希土類磁石は、n(ただし、nは正の整数)の高強度高抵抗複合層2をn+1のR−Fe−B系希土類磁石層1で交互に挟んだ構成の希土類磁石も含まれる。
R:5〜20%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有するR−Fe−B系希土類磁石の層であってもよく、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する希土類磁石の層であってもよく、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有するR−Fe−B系希土類磁石の層であってもよい。
(2)前記R−Fe−B系希土類磁石層は、R:5〜20%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記(1)記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石、
(3)前記R−Fe−B系希土類磁石層は、R:5〜20%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記(1)記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石、
(4)前記R−Fe−B系希土類磁石層は、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記(1)記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石、
(5)前記R−Fe−B系希土類磁石層は、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記(1)記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石、
(6)前記(1)、(2)、(3)、(4)または(5)記載のR−Fe−B系希土類磁石層は、実質的に正方晶構造をとるR2Fe14B型金属間化合物相を主相とした再結晶粒が相互に隣接した再結晶集合組織を有し、この再結晶集合組織は個々の再結晶粒の最短粒径aと最長粒径bの比(b/a)が2未満である形状の再結晶粒が全再結晶粒の50容量%以上存在し、かつ再結晶粒の平均再結晶粒径が0.05〜5μmの寸法を有する基本組織を有する磁気異方性HDDR磁石の層である高強度および高抵抗を有する希土類磁石、に特徴を有するものである。
この発明の高強度および高抵抗を有する希土類磁石を構成する高強度高抵抗複合層のガラス層は、SiO2−B2O3−Al2O3系ガラス、SiO2−BaO−Al2O3系ガラス、SiO2−BaO−B2O3系ガラス、SiO2−BaO−Li2O3系ガラス、SiO2−B2O3−RrO系ガラス(ただし、RrOはアルカリ土類金属酸化物を示す)、SiO2−ZnO−RrO系ガラス、SiO2−MgO−Al2O3系ガラス、SiO2−B2O3−ZnO系ガラス、B2O3−ZnO系ガラス、SiO2−Al2O3−RrO系ガラスなどセラミック低温焼結用に使用されるいかなるガラスであっても良く、その他、PbO−B2O3系ガラス、SiO2−B2O3−PbO系ガラス、Al2O3−B2O3−PbO系ガラス、Sn−P2O5系ガラス、ZnO−P2O5系ガラス、CuO−P2O5系ガラス、SiO2−B2O3−ZnO系ガラスなどで低い軟化温度を有するガラスであっても良い。ホットプレスを行う温度:500〜900℃に軟化点を有するガラスであることが望ましい。
R−Fe−B系希土類磁石粒子が、
ガラス層の両面にRの酸化物層が接して積層してなる高強度高抵抗複合層により包囲されている組織を有する希土類磁石は、従来の希土類磁石に比べてほぼ同等の優れた磁気異方性と保磁力を有しさらに一層の高強度及び高抵抗を有する、という研究結果が得られたのである。
この発明は、かかる研究成果に基づいて成されたものであって、
(7)R−Fe−B系希土類磁石粒子が、ガラス層の両面にRの酸化物層が接して積層してなる高強度高抵抗複合層により包囲されている組織を有する高強度および高抵抗を有する希土類磁石に特徴を有するものである。
この希土類磁石の組織を図2に示す。図2において、5がR−Fe−B系希土類磁石粒子である以外は符号は図1と同じであるのでその説明は省略する。図2に示されるこの発明の高強度および高抵抗を有する希土類磁石は、R−Fe−B系希土類磁石粒子5とR−Fe−B系希土類磁石粒子5の粒界にRの酸化物層3、3およびガラス層4からなる高強度高抵抗複合層2があり、R−Fe−B系希土類磁石粒子5が高強度高抵抗複合層2により包囲されている組織を有し、高強度高抵抗複合層2がR−Fe−B系希土類磁石粒子5とR−Fe−B系希土類磁石粒子5の粒界に介在することにより高強度高抵抗複合層2のガラス層4によりRの酸化物層3同士の結合が強固になって希土類磁石の強度が大きく向上するとともに絶縁性も向上し、高強度および高抵抗を有するようになる。また、高強度高抵抗複合層2によりこの発明の高強度および高抵抗を有する希土類磁石は、磁石内部の電気抵抗が大幅に向上して渦電流の発生を低減し、磁石の発熱を大幅に抑制することができる。
R:5〜20%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有するR−Fe−B系希土類磁石粉末であってもよく、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有するR−Fe−B系希土類磁石粉末であってもよく、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有するR−Fe−B系希土類磁石粉末であってもよい。
また、前記高強度高抵抗複合層2を構成するRの酸化物層3のRはR−Fe−B系希土類磁石層1におけるRと同じであっても良く、また異なっていても良いが、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuの内の1種または2種以上であることが好ましく、これらの中でもTb、Dyがさらに好ましい。前記R−Fe−B系希土類磁石粒子5は、実質的に正方晶構造をとるR2Fe14B型金属間化合物相を主相とした再結晶粒が相互に隣接した再結晶集合組織を有し、この再結晶集合組織は個々の再結晶粒の最短粒径aと最長粒径bの比(b/a)が2未満である形状の再結晶粒が全再結晶粒の50容量%以上存在し、かつ再結晶粒の平均再結晶粒径が0.05〜5μmの寸法を有する基本組織を有する磁気異方性HDDR磁石の粉末であることが好ましい。したがって、この発明は、
(8)前記R−Fe−B系希土類磁石粒子は、R:5〜20%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記(7)記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石、
(9)前記R−Fe−B系希土類磁石粒子は、R:5〜20%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記(7)記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石、
(10)前記R−Fe−B系希土類磁石粒子は、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記(7)記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石、
(11)前記R−Fe−B系希土類磁石粒子は、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記(7)記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石、
(12)前記(7)、(8)、(9)、(10)または(11)記載のR−Fe−B系希土類磁石粒子は、実質的に正方晶構造をとるR2Fe14B型金属間化合物相を主相とした再結晶粒が相互に隣接した再結晶集合組織を有し、この再結晶集合組織は個々の再結晶粒の最短粒径aと最長粒径bの比(b/a)が2未満である形状の再結晶粒が全再結晶粒の50容量%以上存在し、かつ再結晶粒の平均再結晶粒径が0.05〜5μmの寸法を有する基本組織を有する磁気異方性HDDR磁石の粒子である高強度および高抵抗を有する希土類磁石、に特徴を有するものである。
この発明の高強度および高抵抗を有する希土類磁石を構成する高強度高抵抗複合層のガラス層は、SiO2−B2O3−Al2O3系ガラス、SiO2−BaO−Al2O3系ガラス、SiO2−BaO−B2O3系ガラス、SiO2−BaO−Li2O3系ガラス、SiO2−B2O3−RrO系ガラス(ただし、RrOはアルカリ土類金属酸化物を示す)、SiO2−ZnO−RrO系ガラス、SiO2−MgO−Al2O3系ガラス、SiO2−B2O3−ZnO系ガラス、B2O3−ZnO系ガラス、SiO2−Al2O3−RrO系ガラスなどセラミック低温焼結用に使用されるいかなるガラスであっても良く、その他、PbO−B2O3系ガラス、SiO2−B2O3−PbO系ガラス、Al2O3−B2O3−PbO系ガラス、SnO−P2O5系ガラス、ZnO−P2O5系ガラス、CuO−P2O5系ガラス、SiO2−B2O3−ZnO系ガラスなどで低温軟化温度を有するガラスであっても良い。ホットプレスを行う温度:500〜900℃に軟化点を有するガラスであることが望ましい。
これら表1のR−Fe−B系希土類磁石粉末A〜Tを磁場成形して厚さ:3mmのR−Fe−B系希土類磁石粉末成形体層を成形した。
さらに、それぞれDy2O3、Pr2O3、La2O3、Nd2O3、CeO2、Tb2O3、Gd2O3、Pr2O3、Y2O3、Er2O3およびSm2O3からなる希土類酸化物ターゲットを用意し、R−Fe−B系希土類磁石粉末成形体層の表面に、希土類酸化物ターゲットを用いてスパッタリングを行って厚さ:5μmの酸化物スパッタ層を形成することによりR−Fe−B系希土類磁石粉末成形体層およびRの酸化物層からなる積層体を作製した。
さらに、平均粒径:2μmを有する表2〜5に示される組成のガラス粉末を用意し、前記積層体のRの酸化物層を対向させてガラス粉末層を挟むように前記積層体を複数重ね合わせ、R−Fe−B系希土類磁石粉末成形体層−Rの酸化物層−ガラス粉末層−Rの酸化物層−R−Fe−B系希土類磁石粉末成形体層からなる複数の積層成形体を形成し、この積層成形体を温度:750℃、圧力:147MPaの条件でホットプレスすることにより表2〜5に示される成分組成のR−Fe−B系希土類磁石層、表2〜5に示されるRの酸化物層および表2〜5に示されるガラス層とで構成された高強度高抵抗複合層からなる縦:10mm、横:10mm、高さ:6.5mmの寸法を有するバルク状の本発明希土類磁石1〜20を作製した。
このようにして作製した本発明磁石1〜20の表面および裏面と4つの側面を研磨し、この研磨した本発明磁石1〜20の高強度高抵抗複合層を含む側面の一方のR−Fe−B系希土類磁石層から他方のR−Fe−B系希土類磁石層に高強度高抵抗複合層を跨ぐように電圧端子の対を4mm間隔で当て、さらにこの電圧端子の対を跨ぐように電流端子の対を6mm間隔で当て、電流端子間に規定量の電流I[A]を流した際の電圧端子間の電圧降下E[V]から抵抗値R=E/I[Ω]を算出し、断面積A(≒100mm2)と端子間の距離d(=4mm)とからR×A/dの式により算出した抵抗を表2〜5に示した。
さらに、本発明希土類磁石1〜20について通常の方法により残留磁束密度、保磁力および最大エネルギー積を測定してその結果を表2〜5に示したのち、本発明希土類磁石1〜20について抗折強度を測定し、その結果を表2〜5に示した。
実施例1で作製したR−Fe−B系希土類磁石粉末成形体層およびRの酸化物層からなる積層体を、積層体のRの酸化物層を対向させて複数重ね合わせ、R−Fe−B系希土類磁石粉末成形体層およびRの酸化物層からなる複数の積層成形体を形成し、この積層成形体を温度:750℃、圧力:147MPaの条件でホットプレスすることにより表2〜5に示される成分組成のR−Fe−B系希土類磁石層および表2〜5に示されるRの酸化物層が積層してなる縦:10mm、横:10mm、高さ:6.5mmの寸法を有するバルク状の従来希土類磁石1〜20を作製した。
このようにして作製した従来希土類磁石1〜20の表面および裏面と4つの側面を研磨し、この研磨した従来希土類磁石1〜20のRの酸化物層を含む側面の一方のR−Fe−B系希土類磁石層から他方のR−Fe−B系希土類磁石層にRの酸化物層を跨ぐように電圧端子の対を4mm間隔で当て、さらにこの電圧端子の対を跨ぐように電流端子の対を6mm間隔で当て、電流端子間に規定量の電流I[A]を流した際の電圧端子間の電圧降下E[V]から抵抗値R=E/I[Ω]を算出し、断面積A(≒100mm2)と端子間の距離d(=4mm)とからR×A/dの式により算出した抵抗を表2〜5に示した。
さらに、本発明希土類磁石1〜20について通常の方法により残留磁束密度、保磁力および最大エネルギー積を測定してその結果を表2〜5に示したのち、本発明希土類磁石1〜20について抗折強度を測定し、その結果を表2〜5に示した。4探針法で比抵抗を測定し、その結果を表2〜5に示した。
さらに、従来希土類磁石1〜20について通常の方法により残留磁束密度、保磁力および最大エネルギー積を測定してその結果を表2〜5に示したのち、従来希土類磁石1〜20について抗折強度を測定し、その結果を表2〜5に示した。
先に用意した表1に示されるHDDR処理した粉末粒径:300μmのR−Fe−B系希土類磁石粉末A〜Tの表面に、粉末コーティング用スパッタリング装置を用いてスパッタリングを行って、R−Fe−B系希土類磁石粉末A〜Tの表面に厚さ:3μmを有し表6〜9に示される組成を有するRの酸化物層を形成することにより酸化物被覆R−Fe−B系希土類磁石粉末を作製した。
この表面にRの酸化物層を形成した酸化物被覆R−Fe−B系希土類磁石粉末を、いずれも平均粒径:0.8μmを有し表6〜9に示される組成のガラス粉末と混合し、磁場中、圧力:49MPaで仮成形し、さらに温度:730℃、圧力:294MPaの条件でホットプレスすることにより表6〜9に示される組成のR−Fe−B系希土類磁石粒子がRの酸化物層およびガラス層からなる高強度高抵抗複合層により包囲された組織を有し、縦:10mm、横:10mm、高さ:7mmの寸法を有するバルク状の本発明希土類磁石21〜40を作製した。
このようにして作製したバルク状の本発明磁石21〜40の表面を研磨し、測定した比抵抗を表6〜9に示した。
さらに、本発明希土類磁石21〜40について通常の方法により残留磁束密度、保磁力および最大エネルギー積を測定してその結果を表6〜9に示したのち、本発明希土類磁石21〜40について抗折強度を測定し、その結果を表6〜9に示した。
実施例2で作製した表面に厚さ:3μmを有するRの酸化物層を形成した酸化物被覆R−Fe−B系希土類磁石粉末を磁場中、圧力:49MPaで仮成形し、さらに温度:730℃、圧力:294MPaの条件でホットプレスすることによりR−Fe−B系希土類磁石粒子がRの酸化物層により包囲された組織を有し、縦:10mm、横:10mm、高さ:7mmの寸法を有するバルク状の従来希土類磁石21〜40を作製した。
このようにして作製したバルク状の従来希土類磁石21〜40の表面を研磨し、測定した比抵抗を表6〜9に示した。
さらに、従来希土類磁石21〜40について通常の方法により残留磁束密度、保磁力および最大エネルギー積を測定してその結果を表6〜9に示したのち、従来希土類磁石21〜40について抗折強度を測定し、その結果を表6〜9に示した。
Claims (14)
- ガラス層の両面にR(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の内の1種または2種以上を示す。以下同じ)の酸化物層が接して積層してなる高強度および高抵抗を有する複合層(以下、高強度高抵抗複合層という)とR−Fe−B系希土類磁石層とが積層してなる希土類磁石であって、前記高強度高抵抗複合層はR−Fe−B系希土類磁石層により挟まれた状態で積層してなることを特徴とする高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記高強度高抵抗複合層を構成するRの酸化物層のRは、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuの内の1種または2種以上であることを特徴とする請求項1記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記R−Fe−B系希土類磁石層は、原子%で(以下、%は原子%を示す)、R:5〜20%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項1記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記R−Fe−B系希土類磁石層は、R:5〜20%、B:3〜20%、M(ただし、MはGa、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Ni、Al、Ti、V、Cu、Cr、Ge、CおよびSiの内の1種または2種以上を示す。以下、同じ):0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項1記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記R−Fe−B系希土類磁石層は、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項1記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記R−Fe−B系希土類磁石層は、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項1記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 請求項1、2、3、4または5記載のR−Fe−B系希土類磁石層は、実質的に正方晶構造をとるR2Fe14B型金属間化合物相を主相とした再結晶粒が相互に隣接した再結晶集合組織を有し、この再結晶集合組織は個々の再結晶粒の最短粒径aと最長粒径bの比(b/a)が2未満である形状の再結晶粒が全再結晶粒の50容量%以上存在し、かつ再結晶粒の平均再結晶粒径が0.05〜5μmの寸法を有する基本組織を有する磁気異方性HDDR磁石の層であることを特徴とする高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- R−Fe−B系希土類磁石粒子が、ガラス層の両面にRの酸化物層が接して積層してなる高強度高抵抗複合層により包囲されている組織を有することを特徴とする高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記高強度高抵抗複合層を構成するRの酸化物層のRは、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuの内の1種または2種以上であることを特徴とする請求項8記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記R−Fe−B系希土類磁石粒子は、R:5〜20%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項8記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記R−Fe−B系希土類磁石粒子は、R:5〜20%、B:3〜20%、M(ただし、MはGa、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Ni、Al、Ti、V、Cu、Cr、Ge、CおよびSiの内の1種または2種以上を示す。以下、同じ):0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項8記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記R−Fe−B系希土類磁石粒子は、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項8記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 前記R−Fe−B系希土類磁石粒子は、R:5〜20%、Co:0.1〜50%、B:3〜20%、M:0.001〜5%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項8記載の高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
- 請求項8、9、10、11、12または13記載のR−Fe−B系希土類磁石粒子は、実質的に正方晶構造をとるR2Fe14B型金属間化合物相を主相とした再結晶粒が相互に隣接した再結晶集合組織を有し、この再結晶集合組織は個々の再結晶粒の最短粒径aと最長粒径bの比(b/a)が2未満である形状の再結晶粒が全再結晶粒の50容量%以上存在し、かつ再結晶粒の平均再結晶粒径が0.05〜5μmの寸法を有する基本組織を有する磁気異方性HDDR磁石の粒子であることを特徴とする高強度および高抵抗を有する希土類磁石。
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2005
- 2005-06-10 JP JP2005170477A patent/JP2006344856A/ja active Pending
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