JP2012015169A - R−t−b系希土類永久磁石、モーター、自動車、発電機、風力発電装置 - Google Patents
R−t−b系希土類永久磁石、モーター、自動車、発電機、風力発電装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】R2Fe14Bを主として含む主相と、主相よりRを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなり、RはNdを必須元素として含む希土類元素であり、前記焼結体はGaを必須元素として含み、前記粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第1粒界相と第2粒界相と第3粒界相とを含み、前記第3粒界相は、前記第1粒界相および前記第2粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第1粒界相および前記第2粒界相よりFeの原子濃度が高いR−T−B系希土類永久磁石とする。
【選択図】図1
Description
R−T−B系希土類永久磁石は、Nd、Fe、Bを主成分とするものである。R−T−B系磁石合金においてRは、Ndの一部をPr、Dy、Tb等の他の希土類元素で置換したものである。TはFeの一部をCo、Ni等の他の遷移金属で置換したものである。Bはホウ素である。
このため、従来の技術では、R−T−B系希土類永久磁石の保磁力などの磁気特性を十分に高くすることは困難であった。
また、優れた磁気特性を有する上記のR−T−B系希土類永久磁石を用いたモーター、自動車、発電機、風力発電装置を提供することを目的とする。
(1) R2Fe14Bを主として含む主相と、主相よりRを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなり、RはNdを必須元素として含む希土類元素であり、前記焼結体はGaを必須元素として含み、前記粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第1粒界相と第2粒界相と第3粒界相とを含み、前記第3粒界相は、前記第1粒界相および前記第2粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第1粒界相および前記第2粒界相よりFeの原子濃度が高いことを特徴とするR−T−B系希土類永久磁石。
(3) 前記焼結体における前記第3粒界相の体積比率が、0.005〜0.25%であることを特徴とする、(1)または(2)に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
(4) 前記第3粒界相のGaの原子濃度が、第1粒界相および第2粒界相のGaの原子濃度より高いことを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか一項に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
(6) 前記第1粒界相の希土類元素の合計原子濃度が、前記第2粒界相の希土類元素の合計原子濃度より高いことを特徴とする、(5)に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
(7) 前記第2粒界相の酸素の原子濃度が、前記主相、前記第1粒界相および前記第3粒界相の酸素の原子濃度より高いことを特徴とする、(5)または(6)に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
(9) (8)に記載のモーターを備えることを特徴とする自動車。
(11) (10)に記載の発電機を備えることを特徴とする風力発電装置。
その結果、本発明のR−T−B系希土類永久磁石は、モーターや発電機に好適に用いられる優れた磁気特性を有するものとなる。
本発明のR−T−B系希土類永久磁石(以下、「R−T−B系磁石」と略記する。)において、RはNdを必須元素として含む希土類元素であり、TはFeを必須とする金属であり、Bはホウ素である。なお、Rは保磁力(Hcj)のより優れたR−T−B系磁石とするために、Dyを含むことが好ましい。
本発明のR−T−B系磁石は、R2Fe14Bを主として含む主相と、主相よりRを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなるものである。ここで、焼結体はGaを必須元素として含む。
第3粒界相は、第1粒界相および第2粒界相より希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ第1粒界相および第2粒界相よりFeの原子濃度が高いものである。したがって、第3粒界相は、第1粒界相および第2粒界相より主相に近い組成を有するものとなっている。
本発明のR-T-B系磁石において得られる保磁力(Hcj)を向上させる効果は、粒界相中にFeを高濃度で含む第3粒界相が形成されていることによるものと推定される。
また、R−T−B系磁石のRは、Ndを主成分とすることが好ましい。R−T−B系磁石のRに含まれるNd以外の希土類元素としては、Dy、Sc、Y、La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Luが挙げられ、中でも特に、Dyが好ましく用いられる。
なお、R−T−B系磁石に含まれるBは、ホウ素であるが、一部をCまたはNで置換できる。
また、R−T−B系磁石には、保磁力を向上させるために、Al、Cuが含まれていることが好ましい。Alは0.01質量%〜0.5質量%含まれていることが好ましい。Alを0.01質量%以上含む場合、保磁力を効果的に向上させることができる。しかし、Alの含有量が0.5質量%を超えると磁化が低下するため好ましくない。
また、R−T−B系磁石の炭素濃度は低いほど好ましく、0.5質量%以下であることが好ましく、0.2質量%以下であることがより好ましい。炭素の含有量が0.5質量%以下である場合、モーター用として十分な磁気特性を達成できる。なお、炭素の含有量が0.5質量%を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。
本発明のR−T−B系磁石を製造する際に用いられるGa含む永久磁石用合金材料としては、R−T−B系磁石の組成に対応する組成を有し、Ga含むR−T−B系合金と、金属粉末とを含むものを用いることが好ましい。
また、永久磁石用合金材料として、Ga含むR−T−B系合金と金属粉末とを含むものを用いた場合、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末の使用量を調節することにより、焼結体における第3粒界相の体積比率を0.005〜0.25%の範囲に容易に調節でき、より高い保磁力(Hcj)を有するR−T−B系磁石が得られる。
R−T−B系合金からなる粉末の平均粒度(d50)は、3〜4.5μmであることが好ましい。また、金属粉末の平均粒度(d50)は、0.01〜300μmの範囲であることが好ましい。
Ga含むR−T−B系合金からなる粉末は、例えば、SC(ストリップキャスト)法により合金溶湯を鋳造して鋳造合金薄片を製造し、得られた鋳造合金薄片を、例えば、水素解砕法などにより解砕し、粉砕機により粉砕する方法などによって得られる。
また、水素解砕された鋳造合金薄片を粉砕する方法としては、例えば、ジェットミルなどの粉砕機により、水素解砕された鋳造合金薄片を0.6MPaの高圧窒素を用いて平均粒度3〜4.5μmに微粉砕して粉末とする方法などが挙げられる。
また、R−T−B系合金と金属粉末との混合は、R−T−B系合金からなる粉末に、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を添加した後に行ってもよい。
また、R−T−B系磁石の磁化(Br)も高いほど好ましいが、モーター用の磁石として用いる場合、10.5kG以上であることが好ましい。R−T−B系磁石の磁化(Br)が10.5kG未満であると、モーターのトルクが不足する恐れがあり、モーター用の磁石として好ましくない。
Ndメタル(純度99wt%以上)、Prメタル(純度99wt%以上)、Dyメタル(純度99wt%以上)、フェロボロン(Fe80%、B20w%)、Alメタル(純度99wt%以上)、Coメタル(純度99wt%以上)、Cuメタル(純度99wt%以上)、Gaメタル(純度99wt%以上)、鉄塊(純度99%wt以上)を表1に示す合金A〜Dの成分組成になるように秤量し、アルミナるつぼに装填した。
次に、水素解砕された鋳造合金薄片に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛0.025wt%を添加し、ジェットミル(ホソカワミクロン100AFG)により、0.6MPaの高圧窒素を用いて、水素解砕された鋳造合金薄片を平均粒度(d50)4.5μmに微粉砕して粉末とした。
なお、表3において「Hcj」とは保磁力であり、「Br」とは磁化であり、「SR」とは角形性であり、「BHmax」とは最大エネルギー積である。また、これらの磁気特性の値は、それぞれ5個のR−T−B系磁石の測定値の平均である。
すなわち、平均厚みの±10%以内の厚みのR−T−B系磁石を樹脂に埋め込んで研磨し、これを走査電子顕微鏡(日本電子JSM−5310)にて反射電子像を撮影し、得られた300倍の写真を用いて、Rリッチ相の第3粒界相の体積比率を算出した。
その結果を表4に示す。
その結果を表5〜表8に示す。
より詳細には、実験例1、31、12〜30は、粒界相がほぼ第1粒界相と第2粒界相とからなるものであった。また、実験例12、22は、第1粒界相および前記第2粒界相よりFeの原子濃度が高い第3の相を含むものであったが、この第3の相は、主相よりRを多く含む粒界相ではなく、第3粒界相ではなかった。
このことより、粒界相が第1粒界相と第2粒界相と第3粒界相を含むことにより、Dyの添加量を増やすことなく、保磁力を高くできることが分かる。
なお、反射電子像は倍率2000倍、加速電圧は15kVで撮影した。
Claims (11)
- R2Fe14Bを主として含む主相と、主相よりRを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなり、
RはNdを必須元素として含む希土類元素であり、前記焼結体はGaを必須元素として含み、
前記粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第1粒界相と第2粒界相と第3粒界相とを含み、
前記第3粒界相は、前記第1粒界相および前記第2粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第1粒界相および前記第2粒界相よりFeの原子濃度が高いことを特徴とするR−T−B系希土類永久磁石。 - 前記第3粒界相のFeの原子濃度が、50〜70at%であることを特徴とする、請求項1に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
- 前記焼結体における前記第3粒界相の体積比率が、0.005〜0.25%であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
- 前記第3粒界相のGaの原子濃度が、第1粒界相および第2粒界相のGaの原子濃度より高いことを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
- 前記第1粒界相のFeの原子濃度が、前記第2粒界相のFeの原子濃度より高いことを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
- 前記第1粒界相の希土類元素の合計原子濃度が、前記第2粒界相の希土類元素の合計原子濃度より高いことを特徴とする、請求項5に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
- 前記第2粒界相の酸素の原子濃度が、前記主相、前記第1粒界相および前記第3粒界相の酸素の原子濃度より高いことを特徴とする、請求項5または請求項6に記載のR−T−B系希土類永久磁石。
- 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のR−T−B系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
- 請求項8に記載のモーターを備えることを特徴とする自動車。
- 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のR−T−B系希土類永久磁石を備えることを特徴とする発電機。
- 請求項10に記載の発電機を備えることを特徴とする風力発電装置。
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