JP2011199183A - 希土類磁石及び回転機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の希土類磁石100は、希土類元素Rを含むR−Fe−B系合金の結晶粒子群4を備え、希土類磁石100の表面部40に位置する結晶粒子4の粒界三重点6に含まれるRリッチ相に存在するCuの原子数が[Cu]であり、Rリッチ相に存在するFeの原子数が[Fe]であり、Rリッチ相に存在するRの原子数が[R]であるとき、[Cu]>[Fe]であり、[Cu]/[R]>0.5である。
【選択図】図3
Description
図1〜3に示すように、本実施形態の希土類磁石100は、複数の結晶粒子4(主相粒子)を備える。希土類磁石100の主相は結晶粒子4から構成される。結晶粒子4は、主成分としてR−Fe−B系合金を含む。R−Fe−B系合金とは、例えばR2Fe14B系合金等である。希土類磁石100は複数の結晶粒子4の間に位置する粒界相を備える。粒界相はRリッチ相、Bリッチ相、酸化物相及び炭化物相などから構成される。Bリッチ相とは、相中のB元素量が結晶粒子4中に含まれる量よりも多い相である。酸化物相とは、相を構成する元素の中で酸素元素が元素比で20%以上含まれる相である。炭化物相とは、相を構成する元素の中で炭素元素が元素比で20%以上含まれる相である。
希土類磁石の製造では、まず原料合金を鋳造し、インゴットを得る。原料合金としては、希土類元素R,Fe及びBを含むものを用いればよい。原料合金は、必要に応じてCo、Cu、Ni、Mn、Al、Nb、Zr、Ti、W、Mo、V、Ga、Zn、Si及びBi等の元素を更に含んでもよい。インゴットの化学組成は、最終的に得たい希土類磁石の主相及び粒界相の化学組成に応じて調整すればよい。
図4は、本実施形態の回転機(永久磁石回転機)の内部構造を示す説明図である。本実施形態の回転機200は、永久磁石同期回転機(SPM回転機)であり、円筒状のロータ50と該ロータ50の内側に配置されるステータ30とを備えている。ロータ50は、円筒状のコア52と円筒状のコア52の内周面に沿ってN極とS極が交互になるように複数の希土類磁石100が設けられている。ステータ30は、内周面に沿って設けられた複数のコイル32を有している。このコイル32と希土類磁石100とは互いに対向するように配置されている。
粉末冶金法により、組成が22.5重量%Nd−5.2重量%Pr−2.7重量%Dy−0.5重量%Co−0.3重量%Al−0.07重量%Cu−1.0重量%B−残部Feである鋳塊を作製した。鋳塊を粗粉砕して得た粗粉末を不活性ガス中でジェットミルにより粉砕して、平均粒径が約3.5μmの微粉末を得た。微粉末を金型内に充填し、磁場中で加圧成形して成形体を得た。成形体を真空中で焼成した後、時効処理を施して焼結体を得た。焼結体を切り出し加工し、10mm×8mm×12mmの寸法を有する磁石素体を作製した。
実施例2では、実施例1と同様の方法で焼結体を作成した。焼結体を切り出し加工し、10mm×8mm×1mmの寸法を有する磁石素体を作製した。実施例2では、Cu粒子を分散させた塗布液を磁石素体の表面に塗布する代わりに、電気めっきにより厚さが1μmのCuめっき膜を磁石素体の表面全体に形成した。Cuめっき膜を有する磁石素体をAr雰囲気中において600℃で10分間熱処理して、Cuめっき膜中のCuを磁石素体内へ拡散させた。以上の事項以外は実施例1と同様の方法で実施例2の希土類磁石を作製した。
実施例3では、Cuめっき膜を有する磁石素体をAr雰囲気において550℃で10分熱処理した。この事項以外は実施例2と同様の方法で実施例3の希土類磁石を作製した。
実施例4では、Cuめっき膜を有する磁石素体をAr雰囲気において500℃で10分熱処理した。この事項以外は実施例2と同様の方法で実施例4の希土類磁石を作製した。
実施例5では、電気めっきにより磁石素体の表面に厚さが0.4μmのCuめっき膜を形成した。Cuめっき膜を有する磁石素体をAr雰囲気において600℃で60分熱処理した。これらの事項以外は実施例2と同様の方法で実施例5の希土類磁石を作製した。
磁石素体の表面のエッチング以降の工程を実施しなかったこと以外は実施例1と同様の方法で比較例1の希土類磁石を作製した。つまり、Cuを用いずに比較例1の希土類磁石を作製した。
比較例2では、実施例1と同様のディップコーティングにより厚さが約1μmの塗膜を磁石素体の表面全体に形成した。また、比較例2では、塗膜を有する磁石素体をAr雰囲気において700℃で10分間熱処理した。これらの事項以外は実施例1と同様の方法で比較例2の希土類磁石を作製した。なお、比較例2の希土類磁石の保磁力は、後述するように、他の実施例及び比較例に対して著しく劣っていたので、比較例2の希土類磁石の組成の分析及び耐食性の評価は実施しなかった。比較例2の希土類磁石の保磁力の低下は、塗膜を有する磁石素体の熱処理温度が高過ぎたため、塗膜中のCuが粒界相のみならず主相全体に拡散してしまい、[Cu]>[Fe]であり、[Cu]/[R]>0.5であるR−Cuリッチ相が表面部に形成されなかったことに起因する、と推測される。
実施例1〜5及び比較例1の各希土類磁石を切断し、研磨した切断面における元素分布をEPMAで確認した。EPMAの装置としては、JEOL社製のJXA−8800を用いた。EPMAでは、希土類磁石の外表面からの深さが0〜100μmであり、外表面に平行な方向における幅が100μmである領域(以下、「表面部A」という。)に存在する元素のマッピングを行い、Rリッチ相を特定してその相の直径1μmのスポットの範囲を分析した。表面部Aの面積は100μm×100μmである。各希土類磁石の表面部A中に存在する主相における各元素の含有率(原子%)及び[Cu]/[R]を表1に示す。各希土類磁石の表面部A中に存在する粒界三重点に含まれるRリッチ相における各元素の含有率(原子%)及び[Cu]/[R]を表1に示す。主相における各元素の含有率は、表面部A内の任意の3つの主相粒子(結晶粒子)で測定した各元素の含有率の平均値である。粒界三重点に含まれるRリッチ相における各元素の含有率は、表面部A内の任意の3つの粒界三重点に含まれる各Rリッチ相で測定した各元素の含有率の平均値である。なお、各実施例の希土類磁石の主相の組成は同じであったため、表1には全実施例に共通する主相の組成を示す。また、実施例1の表面部AにおけるCuの分布図を図5に示す。図5の白い部分はCuが存在する部分である。
実施例1〜5及び比較例1の各希土類磁石の耐食性をプレッシャークッカーテスト(Pressure Cooker Test:PCT)により評価した。PCTでは、2気圧、温度120℃、湿度100%RHである環境下に各希土類磁石を設置してから200時間後及び500時間後の各希土類磁石の重量の減少量を測定した。各希土類磁石の単位表面積あたりの重量減少量(単位:mg/cm2)を表2に示す。
実施例1〜5及び比較例1,2の各希土類磁石の残留磁束密度(Br)及び保磁力(HcJ)を測定した。各希土類磁石のBr(単位:T)及びHcJ(単位:kA/m)を表3に示す。
Claims (4)
- 希土類元素Rを含むR−Fe−B系合金の結晶粒子群を備える希土類磁石であって、
前記希土類磁石の表面部に位置する前記結晶粒子の粒界三重点に含まれるRリッチ相に存在するCuの原子数が[Cu]であり、前記Rリッチ相に存在するFeの原子数が[Fe]であり、前記Rリッチ相に存在するRの原子数が[R]であるとき、
[Cu]>[Fe]であり、
[Cu]/[R]>0.5である、
希土類磁石。 - 前記結晶粒子におけるCuの含有率が0.05原子%以下である、
請求項1に記載の希土類磁石。 - 前記希土類磁石全体に占める前記結晶粒子群の割合が85体積%以上である、
請求項1又は2に記載の希土類磁石。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の希土類磁石を備える回転機。
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