JP2015023242A - 希土類磁石、電動機、及び電動機を備える装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正方晶R2T14B化合物(ここで、Rは希土類元素であり、Tは鉄族元素であり、Bはホウ素である。)を主相とする結晶粒子1を含むR−T−B系希土類磁石において、少なくとも結晶粒子1内部に、金属ナノワイヤ2が分散された希土類磁石。
【選択図】図1
Description
具体的には、150℃を超える高温暴露後においても最大エネルギー積を維持でき、昇温と降温を繰り返す温度サイクル特性に優れたR−T−B系希土類磁石、該希土類磁石を備える電動機、及び該電動機を備える装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、希少な金属資源であるDy等の重希土類の使用量が低減され、また、一切添加されなくとも、供述のような効果を奏するR−T−B系希土類磁石を提供することができる。
Bの含有量は、希土類磁石全量を100質量%として、0.1〜2.5質量%であることが好ましく、0.5〜1.5質量%であることがより好ましく、0.7〜0.95質量%であることが特に好ましい。
金属ナノワイヤの含有量は、希土類磁石全量を100質量%として、0.1〜4.5質量%であることが好ましく、0.8〜3.5質量%であることがより好ましく、1.3〜2.5質量%であることが特に好ましい。
Tは、実質的に、上記R、B、及び、金属ナノワイヤを除いた残部である。
R−T−B系希土類磁石の製造方法としては、焼結法等が挙げられ、その原料合金の製造方法としてはストリップキャスト法等が挙げられる。ここで、好適な製法の一例として、原料合金をストリップキャスト法で製造する場合について以下に説明する。
原料作製工程は、原料1作製工程と、原料2作製工程と、を含む。原料1作製工程は、金属ナノワイヤ(原料1)を準備する工程である。製法としては電気化学的な手法である還元法、プラズマガス中蒸発法、ガスアトマイズ法、レーザーアブレーション法、スパッタリング法などから適宜選択すればよい。
原料2作製工程は、金属ナノワイヤを除くR−T−B系希土類磁石の原料(原料2)を、その溶解温度以上に加熱することにより、Nd,Fe,Bを主として含む溶湯を準備する工程である。
金属ナノワイヤ分散工程は、原料1及び原料2を用いて、金属ナノワイヤを、少なくとも正方晶R2T14B化合物を主相とする結晶粒子の内部に分散する工程である。
本工程においては、原料2の溶湯又は、原料1及び原料2が混合した溶湯を冷却ロール表面に供給し、原料2の溶湯又は、原料1及び原料2が混合した溶湯が冷却され、薄帯が形成される過程において、冷却ロールの面上の温度を、金属ナノワイヤ(原料1)の融点より低い温度で、かつ、原料2が溶融状態にある温度に設定するとよい。
本工程において、上記(b)工程によって得られた薄帯を粉砕する。具体的には、上記(b)工程によって得られた薄帯を、不活性ガス雰囲気や必要に応じて水素雰囲気中、酸化の進行を抑制しながら粉砕する、又は、水素を吸蔵させ(水素脆化処理)その後粉砕することにより微粉末(以下、「原料微粉末」という)を得る。本工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とが含まれる。粗粉砕工程の後、微粉砕工程を行う2段階が好ましいが、1段階としてもよい。粗粉砕工程は、例えばスタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用いて行うことができる。粗粉砕工程においては、原料合金を、平均粒子径が数百μmから数mm程度となるまで粉砕を行う。
本工程は、上記(c)工程によって得られた原料微粉末を磁場中で成形して成形体を作製する工程である。具体的には、原料微粉末を電磁石中に配置された金型内に充填した後、電磁石により磁場を印加して原料微粉末の結晶軸を配向させながら、原料微粉末を加圧することにより成形を行う。この磁場中の成形は、例えば、1000〜1600kA/mの磁場中、30〜300MPa程度の圧力で行えばよい。
本工程は、上記(d)工程によって得られた成形体を焼成して焼結体を得る工程である。磁場中での成形後、成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼成し、焼結体を得ることができる。焼成条件は、成形体の組成、原料微粉末の粉砕方法、粒度等の条件に応じて適宜設定することが好ましいが、例えば、1000℃〜1100℃で1〜10時間程度行えばよい。
本工程は、上記(e)工程によって得られた焼結体を時効処理する工程である。本工程を経ることにより、隣接する結晶粒子間に形成される粒界相の幅およびその組成が決定される。しかしながら、これらの微細構造はこの工程のみで制御されるのではなく、上記(e)焼結工程の諸条件及び、原料微粉末の状態との兼ね合いで決定される。従って、本工程における熱処理温度、時間等の条件は、上記(e)工程によって得られた焼結体の微細構造の状態を勘案しながら設定すればよい。熱処理は、通常450℃〜900℃の温度範囲で行えばよいが、700〜900℃、好ましくは750〜850℃での熱処理を行った後、450〜650℃、好ましくは500〜600℃での熱処理を行うというふうに2段階に分けて行ってもよい。
(a)原料作製工程及び(b)金属ナノワイヤ分散工程
(粗粉砕工程)
次に、得られた合金薄帯に水素を吸蔵させる水素脆化処理を行い、Ar雰囲気で600℃、1時間放置した後、粉砕処理を行った。その後、得られた粉砕物をAr雰囲気下で室温まで冷却した。
(微粉砕工程)
得られた粉砕物に粉砕助剤としてオレイン酸アミドを添加し、混合後、ジェットミルを用いて微粉砕を行い、平均粒子径が約2〜3μmである原料微粉末を得た。
得られた原料微粉末を、低酸素雰囲気下において、配向磁場1200kA/m、成形圧力120MPaの条件で成形を行って、成形体を得た。
得られた成形体を、真空中で1030〜1050℃、3時間焼成した後、急冷して焼結体を得た。
得られた焼結体に対し、800℃と500℃との2段階の熱処理を行った。一段目の800℃での熱処理(時効1)については一時間、一定温度を保持し、その後500℃まで放熱後、二段目の500℃での熱処理(時効2)については3時間、一定温度を保持して加熱した。
R−T−B系希土類磁石の最大エネルギー積及びサイクル減磁率の評価方法について説明する。
(最大エネルギー積の測定)
上記の方法によって作製した小片を評価用試料として用い、先ず室温(25℃)においてB−HカーブトレーサーにてB−Hカーブを記録した。最大エネルギー積(BHmax)を算出し、これをBHmax0とした。
(サイクル減磁率の算出及びサイクル数の測定)
次に、評価用試料を160℃で2時間加熱し、室温に戻した。このサイクルを1サイクルとして繰り返した後、評価用試料の温度が室温に戻ったら残留磁束を測定し、測定値をBHmax1とした。160℃におけるサイクル減磁率D160は下記式(1)により算出した。
D160=(BHmax1−BHmax0)/BHmax0*100(%)…(1)
上記式(1)によって算出した160℃におけるサイクル減磁率D160が8%に到達するまでのサイクル数を測定した。
金属ナノワイヤ(原料1)と、金属ナノワイヤを除くR−T−B系希土類磁石の構成成分(原料2)を用い、上記製法により、下記表1に表される組成を有するR−T−B系希土類磁石を作製した。なお、表1に示した各元素の含有量について、R(Nd,Dy)、T(Fe)、及び金属ナノワイヤの構成元素(Ti,Zr,Cr,W,Nb,Hf,Rh)は蛍光X線分析法により、BはICP発光分光分析法により測定した。
次に、表1で示した実施例5と比較例1、2のR−T−B系希土類磁石を、永久磁石型同期モータに組み込み、モータの10%負荷時の効率の変化を評価した。評価は電気自動車での実使用を想定して、周囲温度120℃で10時間運転、その後2時間停止のサイクルを50サイクル繰り返し、25℃において初期効率との効率比較を行った。その結果、効率の低下は実施例5の希土類磁石を組みこんだ場合7%、比較例1は15.2%、比較例2は8%であった。このように、電動機においても、Dy等の重希土類の使用量を低減、さらには一切使用せずとも、高温環境下での使用における実用性が見込める。
Claims (5)
- 正方晶R2T14B化合物(ここで、Rは希土類元素であり、Tは鉄族元素であり、Bはホウ素である。)を主相とする結晶粒子を含むR−T−B系希土類磁石において、少なくとも前記結晶粒子内部に、金属ナノワイヤが分散された希土類磁石。
- 前記金属ナノワイヤの融点が、前記希土類磁石の前記金属ナノワイヤ以外の部分の融点より高い、請求項1に記載の希土類磁石。
- 前記金属ナノワイヤが、Ti,Zr,Cr,W,Nb,Hf,Rhからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を主成分として含む、請求項1又は2に記載の希土類磁石。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の希土類磁石を磁極として備える電動機。
- 請求項4に記載の電動機を備える装置。
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