JP2021125678A - Rare earth cobalt permanent magnet, method for manufacturing the same, and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に可変界磁モータに適用可能な希土類コバルト永久磁石及びその製造方法、並びにデバイスに関する。 The present invention relates to a rare earth cobalt permanent magnet, a method for producing the same, and a device, which are particularly applicable to a variable field motor.
モータの省エネルギー化の観点から、可変磁界モータが注目されている。可変磁界モータは、回転数に応じて磁束を変化するモータである。可変界磁モータは一般的には低回転でトルクが必要の場合には高い磁束を発生させ、高回転の場合には磁束が低くなるようにされ、低回転から高回転までどの領域においてもエネルギー効率の高いものが求められている。 Variable magnetic field motors are attracting attention from the viewpoint of energy saving of motors. The variable magnetic field motor is a motor that changes the magnetic flux according to the rotation speed. Variable field motors generally generate high magnetic flux when torque is required at low speeds and low magnetic flux at high speeds, providing energy in any region from low to high speeds. Highly efficient products are required.
可変界磁モータの磁束量を変化させる方式としては、例えば、可変磁力方式、磁界コイル方式、巻き線切り替え方式などが挙げられる。
例えば、特許文献1には、磁化も保磁力も高いNdFeB磁石と、磁化は高いが保磁力の低いアルニコ磁石とを組み合わせて可変界磁を実現する方法が開示されている。しかし、アルニコ磁石は保磁力が小さすぎるために使いにくいという課題があった。
Examples of the method of changing the magnetic flux amount of the variable field motor include a variable magnetic force method, a magnetic field coil method, and a winding switching method.
For example,
また可変磁力方式として、磁束量を変化することが可能なサマリウムコバルト磁石を用いる方法が検討されている。例えば、特許文献2にはサマリウムコバルト磁石を可変界磁用の磁石として使用する事が提案されている。しかしながら特許文献2の手法は、10kOeの磁場における残留磁化の値が80%以上とされており、強い磁束が必要な高トルク運転に充分対応しているとはいえなかった。
Further, as a variable magnetic force method, a method using a samarium-cobalt magnet capable of changing the amount of magnetic flux is being studied. For example,
可変磁界モータの高効率化の観点から、永久磁石は脱磁後の再着磁の際に低い磁場で飽和磁化に達することが好ましく、磁場(Hk)と保磁力(Hcj)との比(Hk/Hcj)で表される角形比が高い永久磁石が求められている。 From the viewpoint of improving the efficiency of the variable magnetic field motor, the permanent magnet preferably reaches saturation magnetization with a low magnetic field during remagnetization after demagnetization, and the ratio of the magnetic field (Hk) to the coercive force (Hcj) (Hk). A permanent magnet having a high square ratio represented by / Hcj) is required.
本発明は上記課題を解決するものであり、高残留磁束密度、低保磁力で、高い角形比を有する希土類コバルト永久磁石及びその製造方法、並びに当該希土類コバルト永久磁石を有するデバイスを提供することを目的とする。 The present invention solves the above problems, and provides a rare earth cobalt permanent magnet having a high residual magnetic flux density, a low coercive force, and a high square ratio, a method for producing the same, and a device having the rare earth cobalt permanent magnet. The purpose.
本実施形態の希土類コバルト永久磁石は、Rは少なくともSmを含む希土類元素としたときに、
質量百分率で、希土類元素R:23〜27%、 Cu:1.0〜5.0%、 Fe:18〜25%、 Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避不純物からなる希土類コバルト永久磁石であって、
複数の結晶粒と、粒界部を有し、
前記粒界部において、Cu濃度がZr濃度の2倍以上である。
In the rare earth cobalt permanent magnet of the present embodiment, when R is a rare earth element containing at least Sm,
By mass percentage, it contains rare earth elements R: 23-27%, Cu: 1.0-5.0%, Fe: 18-25%, Zr: 1.5-3.0%, and the balance is Co and unavoidable impurities. A rare earth cobalt permanent magnet consisting of
It has a plurality of crystal grains and grain boundaries,
At the grain boundary, the Cu concentration is at least twice the Zr concentration.
前記希土類コバルト永久磁石の一実施態様は、前記結晶粒を構成するセル構造のサイズが50〜200nmである。 In one embodiment of the rare earth cobalt permanent magnet, the size of the cell structure constituting the crystal grains is 50 to 200 nm.
前記希土類コバルト永久磁石の一実施態様は、飽和磁化が1.16T以上で、固有保磁力Hcjが120〜800kA/mである。 One embodiment of the rare earth cobalt permanent magnet has a saturation magnetization of 1.16 T or more and an intrinsic coercive force Hcj of 120 to 800 kA / m.
前記希土類コバルト永久磁石の一実施態様は、飽和磁化が1.16T以上で、固有保磁力Hcjが240〜800kA/mである。 One embodiment of the rare earth cobalt permanent magnet has a saturation magnetization of 1.16 T or more and an intrinsic coercive force Hcj of 240 to 800 kA / m.
前記希土類コバルト永久磁石の一実施態様は、減磁曲線において、残留磁化の90%磁化における磁界Hkと、固有保磁力Hcjとの比(Hk/Hcj)で表される角形比が60%以上であり、かつ、
減磁曲線のクニック点を越える減磁界から再び磁化させたときに、固有保磁力Hcjの5倍以下の磁界で、飽和磁化の95%以上の磁化が得られる。
In one embodiment of the rare earth cobalt permanent magnet, in the demagnetization curve, the square ratio represented by the ratio (Hk / Hcj) of the magnetic field Hk at 90% magnetization of the residual magnetization and the intrinsic coercive force Hcj is 60% or more. Yes and
When remagnetized from a demagnetizing field that exceeds the knick point of the demagnetization curve, a magnetization of 95% or more of the saturation magnetization can be obtained with a magnetic field of 5 times or less the intrinsic coercive force Hcj.
前記希土類コバルト永久磁石の一実施態様は、減磁曲線において、残留磁化の90%磁化における磁界Hkと、固有保磁力Hcjとの比(Hk/Hcj)で表される角形比が60%以上であり、かつ、
減磁曲線のクニック点を越える減磁界から再び磁化させたときに、固有保磁力Hcjの3倍以下の磁界で、飽和磁化の95%以上の磁化が得られる。
In one embodiment of the rare earth cobalt permanent magnet, in the demagnetization curve, the square ratio represented by the ratio (Hk / Hcj) of the magnetic field Hk at 90% magnetization of the residual magnetization and the intrinsic coercive force Hcj is 60% or more. Yes and
When remagnetized from a demagnetizing field that exceeds the knick point of the demagnetization curve, a magnetization of 95% or more of the saturation magnetization can be obtained with a magnetic field of 3 times or less the intrinsic coercive force Hcj.
前記希土類コバルト永久磁石の一実施態様は、粉末X線回折法により、(006)面の回折強度I(006)と、(303)面の回折強度I(303)とを計測したときに、回折強度比I(006)/I(303)が0.225〜0.4である。 One embodiment of the rare earth cobalt permanent magnet is diffracted when the diffraction intensity I (006) on the (006) plane and the diffraction intensity I (303) on the (303) plane are measured by a powder X-ray diffraction method. The intensity ratio I (006) / I (303) is 0.225 to 0.4.
本実施形態の希土類コバルト永久磁石の第1の製造方法は、
Rは少なくともSmを含む希土類元素としたときに、質量百分率で、希土類元素R:23〜27%、 Cu:1.0〜5.0%、 Fe:18〜25%、 Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避不純物からなる合金を準備する工程(I)と、
前記合金を粉体とする粉砕工程(II)と、
前記粉体を成形体とする加圧成形工程(III)と、
前記成形体を、1200〜1250℃で焼結する工程(IV)と、
焼結後の成形体を溶体化処理する工程(V)と、
溶体化処理後の成形体を600〜850℃で熱処理する工程(VI)と、
熱処理後の成形体を0.2〜10℃/minで400℃以下まで冷却する工程(VII)と、
700〜900℃で、且つ、前記工程(IV)よりも高い温度で熱処理する工程(VIII)と、
熱処理後の成形体を0.1〜5℃/minで400℃以下まで冷却する工程(IX)と、を有する。
The first method for producing the rare earth cobalt permanent magnet of the present embodiment is
When R is a rare earth element containing at least Sm, in terms of mass percentage, rare earth element R: 23 to 27%, Cu: 1.0 to 5.0%, Fe: 18 to 25%, Zr: 1.5 to Step (I) of preparing an alloy containing 3.0% and the balance consisting of Co and unavoidable impurities, and
The crushing step (II) in which the alloy is made into powder, and
The pressure molding step (III) using the powder as a molded body and
The step (IV) of sintering the molded product at 1200 to 1250 ° C.
The step (V) of solution-treating the molded product after sintering, and
A step (VI) of heat-treating the molded product after the solution treatment at 600 to 850 ° C.
A step (VII) of cooling the molded product after the heat treatment at 0.2 to 10 ° C./min to 400 ° C. or lower, and
A step (VIII) of heat treatment at 700 to 900 ° C. and a temperature higher than that of the step (IV), and
It has a step (IX) of cooling the molded product after the heat treatment at 0.1 to 5 ° C./min to 400 ° C. or lower.
本実施形態の希土類コバルト永久磁石の第2の製造方法は、
本発明に係る希土類コバルト永久磁石の製造方法は、Rは少なくともSmを含む希土類元素としたときに、質量百分率で、希土類元素R:23〜27%、 Cu:1.0〜5.0%、 Fe:18〜25%、 Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避不純物からなる合金を準備する工程(I)と、
前記合金を粉体とする粉砕工程(II)と、
前記粉体を成形体とする加圧成形工程(III)と、
前記成形体を、1200〜1250℃で焼結する工程(IV)と、
焼結後の成形体を溶体化処理する工程(V)と、
溶体化処理後の成形体を750〜850℃で熱処理する工程(VI−a)と、
熱処理後の成形体を0.5〜10℃/minで500〜600℃まで冷却して等温保持する工程(VII−a)と、
等温保持後の成形体を急冷する工程(VIII−a)と、を有する。
The second method for producing the rare earth cobalt permanent magnet of the present embodiment is
In the method for producing a rare earth cobalt permanent magnet according to the present invention, when R is a rare earth element containing at least Sm, the rare earth element R: 23 to 27%, Cu: 1.0 to 5.0%, in terms of mass percentage, The step (I) of preparing an alloy containing Fe: 18 to 25% and Zr: 1.5 to 3.0%, the balance of which is Co and unavoidable impurities.
The crushing step (II) in which the alloy is made into powder, and
The pressure molding step (III) using the powder as a molded body and
The step (IV) of sintering the molded product at 1200 to 1250 ° C.
The step (V) of solution-treating the molded product after sintering, and
A step (VI-a) of heat-treating the molded product after the solution treatment at 750 to 850 ° C.
A step of cooling the molded product after the heat treatment at 0.5 to 10 ° C./min to 500 to 600 ° C. and maintaining it at an isothermal temperature (VII-a).
It has a step (VIII-a) of quenching the molded product after maintaining the isothermal temperature.
また本発明は、前記希土類コバルト永久磁石を有するデバイスを提供する。 The present invention also provides a device having the rare earth cobalt permanent magnet.
本発明により、高残留磁束密度、低保磁力で、高い角形比を有する希土類コバルト永久磁石及びその製造方法、並びに当該希土類コバルト永久磁石を有するデバイスを提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a rare earth cobalt permanent magnet having a high residual magnetic flux density, a low coercive force, and a high square ratio, a method for producing the same, and a device having the rare earth cobalt permanent magnet.
以下、本発明に係る希土類コバルト永久磁石及びその製造方法、並びにデバイスについて順に説明する。
なお、数値範囲を示す「〜」は特に断りがない限り、その下限値及び上限値を含むものとする。
Hereinafter, the rare earth cobalt permanent magnet according to the present invention, a method for producing the same, and a device will be described in order.
Unless otherwise specified, "~" indicating the numerical range shall include the lower limit value and the upper limit value.
<希土類コバルト永久磁石>
本発明に係る希土類コバルト永久磁石(以下、本永久磁石ともいう)は、質量百分率で、Smを含む希土類元素R:23〜27%、 Cu:1.0〜5.0%、 Fe:18〜25%、 Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避不純物からなる希土類コバルト永久磁石であって、
複数の結晶粒と、粒界部を有し、
前記粒界部において、Cu濃度がZr濃度の2倍以上である。
<Rare earth cobalt permanent magnet>
The rare earth cobalt permanent magnet (hereinafter, also referred to as the present permanent magnet) according to the present invention has a mass percentage of rare earth element R: 23 to 27% including Sm, Cu: 1.0 to 5.0%, Fe: 18 to. A rare earth cobalt permanent magnet containing 25%, Zr: 1.5 to 3.0%, and the balance consisting of Co and unavoidable impurities.
It has a plurality of crystal grains and grain boundaries,
At the grain boundary, the Cu concentration is at least twice the Zr concentration.
一般に、Sm2CO17相型の結晶相(以下、2−17相ともいう)を有する希土類コバルト永久磁石において、Cuは保磁力を高め、ZrはFeの固溶量を増やして間接的に残留磁束密度Brを高める、と考えられている。
本永久磁石は後述する2種の製造方法により、CuとZrの拡散を制御して、粒界部においてCu濃度がZr濃度の2倍以上、好ましくは3倍以上とすることにより、高残留磁束密度、低保磁力で、高い角形比の磁石が得られるものである。
本永久磁石は、このように可変界磁モータに適した磁気特性を有するため、可変磁界モータに適用することで、低速から高速まで高効率を実現する可変磁界モータが製造可能となる。
Generally, in a rare earth cobalt permanent magnet having a Sm 2 CO 17- phase type crystal phase (hereinafter, also referred to as 2-17 phase), Cu increases the coercive force and Zr increases the amount of solid dissolved Fe and remains indirectly. It is believed to increase the magnetic flux density Br.
This permanent magnet has a high residual magnetic flux by controlling the diffusion of Cu and Zr by two kinds of manufacturing methods described later so that the Cu concentration at the grain boundary is twice or more, preferably three times or more the Zr concentration. A magnet with a high density and low coercive force and a high square ratio can be obtained.
Since this permanent magnet has magnetic characteristics suitable for a variable field motor in this way, it is possible to manufacture a variable magnetic field motor that realizes high efficiency from low speed to high speed by applying it to a variable magnetic field motor.
前記希土類元素Rは、Sc、Y及びランタノイドの総称であり、本永久磁石において前記Rは、少なくともSmを含んでいる。希土類元素を上記割合で含有することにより、磁気異方性が高い永久磁石が得られる。希土類元素RはSmのみからなるものであってもよく、Smと他の希土類元素との組み合わせであってもよい。当該他の希土類元素Rとしては、磁気特性の点から、Nd,Pr及びCeより選択される1種以上が好ましい。磁気特性の観点から、希土類元素Rは、希土類元素全体に対してSmが70質量%以上であることが好ましく、更に80質量%以上であることがより好ましい。 The rare earth element R is a general term for Sc, Y and lanthanoids, and in this permanent magnet, the R contains at least Sm. By containing the rare earth element in the above ratio, a permanent magnet having high magnetic anisotropy can be obtained. The rare earth element R may consist only of Sm, or may be a combination of Sm and other rare earth elements. As the other rare earth element R, one or more selected from Nd, Pr and Ce is preferable from the viewpoint of magnetic properties. From the viewpoint of magnetic properties, the rare earth element R preferably has an Sm of 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, based on the total rare earth element.
Cuは1.0〜5.0質量%含有する。Cuの含有量を当該範囲内とすることで、保磁力を適正範囲に調整しながら、高い角形比が得られる。
Feは18〜25質量%含有する。Feの含有量を当該範囲内とすることで、高残留磁束密度を達成しやすい。また、Feを18%以上含有することにより飽和磁化が向上し、Feの含有量が25%以下であることにより保磁力が適正範囲に調整される。
また、Zrは1.5〜3.0質量%含有する。Zrの含有量を当該範囲内とすることにより、Feの固溶量を増やして間接的に残留磁束密度Brを高めやすい。また、磁石が保持できる最大の静磁エネルギーである最大エネルギー積(BH)maxが向上する。
Cu is contained in an amount of 1.0 to 5.0% by mass. By setting the Cu content within this range, a high square ratio can be obtained while adjusting the coercive force within the appropriate range.
Fe is contained in an amount of 18 to 25% by mass. By setting the Fe content within this range, it is easy to achieve a high residual magnetic flux density. Further, the saturation magnetization is improved by containing 18% or more of Fe, and the coercive force is adjusted to an appropriate range by containing 25% or less of Fe.
Further, Zr is contained in an amount of 1.5 to 3.0% by mass. By setting the Zr content within the above range, it is easy to increase the solid solution amount of Fe and indirectly increase the residual magnetic flux density Br. In addition, the maximum energy product (BH) max, which is the maximum static energy that the magnet can hold, is improved.
また、本永久磁石は、残部(すなわち、40〜56.5質量%)がCo及び不可避不純物からなる。
Coを含有することにより、永久磁石の熱安定性が向上する。一方、Coの含有量が過剰となると相対的にFeの含有割合が下がって磁化が低下する恐れがある。これらの点からCoの含有割合は、40〜56.5質量%が好ましい。
Further, in this permanent magnet, the balance (that is, 40 to 56.5% by mass) is composed of Co and unavoidable impurities.
By containing Co, the thermal stability of the permanent magnet is improved. On the other hand, if the Co content is excessive, the Fe content ratio may be relatively lowered and the magnetization may be lowered. From these points, the content ratio of Co is preferably 40 to 56.5% by mass.
次に図1を参照して、本永久磁石の構造を説明する。図1は本永久磁石の断面の一部を示す模式的な断面図である。図1の例に示されるように本永久磁石10は複数の結晶粒1(図中、実線で囲われた領域)を有し、結晶粒1間には粒界部2(図中、実線)を有している。各結晶粒1には、Th2Zn17型構造の結晶相(以下、2−17相ともいう)を含むセル相3(図中、点線のみ又は点線と実線で囲われた領域)と、当該セル相を囲むRCo5型構造の結晶相(以下1−5相ともいう)を含むセル壁4(図中、点線)を有する。本発明においてセル構造とは、1つのセル相3とこれを囲むセル壁4との組み合わせをいい、結晶粒を構成する最小単位である。
Next, the structure of the permanent magnet will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a part of a cross section of the permanent magnet. As shown in the example of FIG. 1, the
本永久磁石は、上述のようにTh2Zn17型構造の結晶相を主相とするセル相を有している。Th2Zn17型構造はR−3m型の空間群を有する結晶構造であり、本永久磁石では、Th部位を希土類元素及びZrが占め、Zn部位にCo、Cu、Fe、及びZrが占めている。また、上述のようにRCo5型構造の結晶相を含むセル壁を有している。当該RCo5型構造の結晶相は、R部位を希土類元素及びZrが占め、Co部位にCo、Cu、Feが占めている。本永久磁石10において、セル構造のサイズとはセル壁4の長さ(RCo5型構造の結晶相の長さ)を表す。本永久磁石においては、低保磁力とする点から、当該セルサイズが50〜200nmであることが好ましい。
As described above, this permanent magnet has a cell phase having a crystal phase having a Th 2 Zn 17-type structure as a main phase. The Th 2 Zn 17- type structure is a crystal structure having an R-3m-type space group. In this permanent magnet, the Th portion is occupied by rare earth elements and Zr, and the Zn portion is occupied by Co, Cu, Fe, and Zr. There is. Also it has a cell wall containing a crystal phase of RCo 5 type structure as described above. In the crystal phase of the RCo 5 type structure, the R moiety is occupied by rare earth elements and Zr, and the Co moiety is occupied by Co, Cu, and Fe. In the
次に図2を参照して、本永久磁石の特性を説明する。図2は、後述する実施例1の永久磁石のヒステリシス曲線のうち第1象限と第2象限(減衰曲線)を表すグラフである。縦軸は磁化(磁気分極)を示し、横軸は磁界の強さを表す。横軸正の値は永久磁石を着磁する方向に印加した磁界の強さを示し、負の値は、永久磁石が減磁する方向に印加した磁界の強さを示す。
永久磁石に正方向の磁界を印加すると、初期磁化曲線に従って磁気分極が生じ、飽和磁化に達する。次いで飽和磁化状態の永久磁石に負方向の磁界を印加すると、クニック点を経て急激に減磁する。磁気分極が0になるときの磁界の強さが固有保磁力(Hcj)である。
本発明においては、残留磁化の90%磁化における磁界をHkとし、固有保磁力Hcjとの比(Hk/Hcj)を角形比と定義する。本永久磁石は、当該角形比が60%以上、好ましくは70%以上を達成することができる。
更に本永久磁石は、減磁曲線のクニック点を越える減磁界(A点)から、再び磁化させたときに、固有保磁力Hcjの(絶対値の)5倍以下の磁界で、飽和磁化の95%以上の磁化が得られ、好ましくは、固有保磁力Hcjの(絶対値の)3倍以下の磁界で、飽和磁化の95%以上の磁化が得られる。
このように本永久磁石は、磁界に対する磁化の応答性に優れており、回転数の変化の多い可変磁界モータにおいても好適に用いることができる。
Next, the characteristics of the permanent magnet will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the first quadrant and the second quadrant (decay curve) of the hysteresis curve of the permanent magnet of the first embodiment described later. The vertical axis represents magnetization (magnetic polarization), and the horizontal axis represents the strength of the magnetic field. Positive values on the horizontal axis indicate the strength of the magnetic field applied in the direction of magnetizing the permanent magnet, and negative values indicate the strength of the magnetic field applied in the direction of demagnetizing the permanent magnet.
When a positive magnetic field is applied to a permanent magnet, magnetic polarization occurs according to the initial magnetization curve and reaches saturation magnetization. Next, when a negative magnetic field is applied to the permanent magnet in the saturated magnetization state, the magnet is rapidly demagnetized through the knick point. The strength of the magnetic field when the magnetic polarization becomes 0 is the intrinsic coercive force (Hcj).
In the present invention, the magnetic field at 90% magnetization of the residual magnetization is defined as Hk, and the ratio to the intrinsic coercive force Hcj (Hk / Hcj) is defined as the square ratio. The permanent magnet can achieve the square ratio of 60% or more, preferably 70% or more.
Furthermore, this permanent magnet has a magnetic field that is 5 times or less (absolute value) of the intrinsic coercive force Hcj when remagnetized from the demagnetizing magnetic field (point A) that exceeds the knick point of the demagnetization curve, and is 95 of the saturation magnetization. % Or more magnetization is obtained, and preferably, with a magnetic field of 3 times or less (absolute value) of the intrinsic coercive force Hcj, 95% or more of the saturation magnetization is obtained.
As described above, this permanent magnet is excellent in the responsiveness of magnetization to a magnetic field, and can be suitably used even in a variable magnetic field motor having a large change in rotation speed.
また、本永久磁石は、例えば、飽和磁化が1.16T以上で、固有保磁力Hcjが120〜800kA/m、好ましくは200〜800kA/m、より好ましくは240〜800kA/mの磁気特性を有する永久磁石とすることができる。 Further, the permanent magnet has, for example, a saturation magnetization of 1.16 T or more and a magnetic coercive force Hcj of 120 to 800 kA / m, preferably 200 to 800 kA / m, and more preferably 240 to 800 kA / m. It can be a permanent magnet.
<希土類コバルト永久磁石の製造方法>
上記本希土類コバルト永久磁石は、下記2つの製造方法により、製造することができる。当該2つの製造方法について説明する。
<Manufacturing method of rare earth cobalt permanent magnet>
The rare earth cobalt permanent magnet can be manufactured by the following two manufacturing methods. The two manufacturing methods will be described.
(第1の製造方法)
本希土類コバルト永久磁石の第1の製造方法(以下、単に、第1の製造方法ともいう)は、
Rは少なくともSmを含む希土類元素としたときに、質量百分率で、希土類元素R:23〜27%、 Cu:1.0〜5.0%、 Fe:18〜25%、 Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避不純物からなる合金を準備する工程(I)と、
前記合金を粉体とする粉砕工程(II)と、
前記粉体を成形体とする加圧成形工程(III)と、
前記成形体を、1200〜1250℃で焼結する工程(IV)と、
焼結後の成形体を溶体化処理する工程(V)と、
溶体化処理後の成形体を600〜850℃で熱処理する工程(VI)と、
熱処理後の成形体を0.2〜10℃/minで400℃以下まで冷却する工程(VII)と、
700〜900℃で、且つ、前記工程(VI)よりも高い温度で熱処理する工程(VIII)と、
熱処理後の成形体を0.1〜5℃/minで400℃以下まで冷却する工程(IX)と、を有する。
(First manufacturing method)
The first manufacturing method of this rare earth cobalt permanent magnet (hereinafter, also simply referred to as the first manufacturing method) is
When R is a rare earth element containing at least Sm, in terms of mass percentage, rare earth element R: 23 to 27%, Cu: 1.0 to 5.0%, Fe: 18 to 25%, Zr: 1.5 to Step (I) of preparing an alloy containing 3.0% and the balance consisting of Co and unavoidable impurities, and
The crushing step (II) in which the alloy is made into powder, and
The pressure molding step (III) using the powder as a molded body and
The step (IV) of sintering the molded product at 1200 to 1250 ° C.
The step (V) of solution-treating the molded product after sintering, and
A step (VI) of heat-treating the molded product after the solution treatment at 600 to 850 ° C.
A step (VII) of cooling the molded product after the heat treatment at 0.2 to 10 ° C./min to 400 ° C. or lower, and
A step (VIII) of heat treatment at 700 to 900 ° C. and a temperature higher than that of the step (VI), and
It has a step (IX) of cooling the molded product after the heat treatment at 0.1 to 5 ° C./min to 400 ° C. or lower.
上記第1の本製造方法によれば、複数の結晶粒と、粒界部を有し、前記粒界部において、Cu濃度がZr濃度の2倍以上である、希土類コバルト永久磁石を製造することができる。
第1の製造方法によれば、セルサイズが50〜200nmの希土類コバルト永久磁石を好適に製造できる。
第1の製造方法によれば、飽和磁化が1.16T以上で、固有保磁力Hcjが240〜800kA/mの希土類コバルト永久磁石を好適に製造できる。
第1の製造方法によれば、減磁曲線において、残留磁化の90%磁化における磁界Hkと、固有保磁力Hcjとの比(Hk/Hcj)で表される角形比が60%以上であり、かつ、減磁曲線のクニック点を越える減磁界から再び磁化させたときに、固有保磁力Hcjの3倍以下の磁界で、飽和磁化の95%以上の磁化が得られる希土類コバルト永久磁石を好適に製造できる。
また、第1の製造方法によれば、粉末X線回折法により、(006)面の回折強度I(006)と、(303)面の回折強度I(303)とを計測したときに、回折強度比I(006)/I(303)が0.225〜0.4である希土類コバルト永久磁石を好適に製造できる。
第1の製造方法は、上記工程(I)から工程(IX)を、通常この順番に行うものであり、本発明の効果を損なわない範囲で更に他の工程を有していてもよいものである。以下各工程について説明する。
According to the first manufacturing method, a rare earth cobalt permanent magnet having a plurality of crystal grains and grain boundaries and having a Cu concentration of twice or more the Zr concentration at the grain boundaries is manufactured. Can be done.
According to the first manufacturing method, a rare earth cobalt permanent magnet having a cell size of 50 to 200 nm can be preferably manufactured.
According to the first manufacturing method, a rare earth cobalt permanent magnet having a saturation magnetization of 1.16 T or more and an intrinsic coercive force Hcj of 240 to 800 kA / m can be suitably manufactured.
According to the first manufacturing method, in the demagnetization curve, the square ratio represented by the ratio (Hk / Hcj) of the magnetic field Hk at 90% magnetization of the residual magnetization and the intrinsic coercive force Hcj is 60% or more. Moreover, a rare earth cobalt permanent magnet capable of obtaining a magnetization of 95% or more of the saturation magnetization with a magnetic field of 3 times or less of the intrinsic coercive force Hcj when remagnetized from a demagnetizing field exceeding the knick point of the demagnetization curve is preferably used. Can be manufactured.
Further, according to the first manufacturing method, when the diffraction intensity I (006) of the (006) plane and the diffraction intensity I (303) of the (303) plane are measured by the powder X-ray diffraction method, the diffraction is performed. A rare earth cobalt permanent magnet having an intensity ratio I (006) / I (303) of 0.225 to 0.4 can be suitably produced.
In the first manufacturing method, the steps (I) to (IX) are usually carried out in this order, and other steps may be provided as long as the effects of the present invention are not impaired. be. Each step will be described below.
まず、質量百分率において、Smを含む希土類元素R:23〜27%、 Cu:1.0〜5.0%、 Fe:18〜25%、 Zr:1.5〜3.0%、残部がCo及び不可避不純物からなる合金を準備する(工程(I))。当該合金の準備方法は特に限定されず、所望の組成を有する合金の市販品を入手することにより準備してもよく、各元素を所望の組成となるように配合することにより合金を準備してもよい。
以下、各元素を配合する具体例について説明するが、本製造方法はこの方法に限定されるものではない。
First, in terms of mass percentage, rare earth element R including Sm: 23 to 27%, Cu: 1.0 to 5.0%, Fe: 18 to 25%, Zr: 1.5 to 3.0%, and the balance is Co. And an alloy composed of unavoidable impurities is prepared (step (I)). The method for preparing the alloy is not particularly limited, and the alloy may be prepared by obtaining a commercially available alloy having a desired composition, or the alloy may be prepared by blending each element so as to have a desired composition. May be good.
Hereinafter, specific examples of blending each element will be described, but the present production method is not limited to this method.
まず原料として、所望の希土類元素、Fe、Cu、Coの各金属元素と、母合金を準備する。ここで、母合金として共晶温度の低い組成のものを選択することが、得られる合金の組成の均一化を図りやすい点から好ましい。本製造方法においては、母合金として、FeZr又はCuZrを選択して用いることが好ましい。FeZrとしては、一例としてFe20%Zn80%前後のものが好適である。また、CuZrとしては、一例としてCu50%Zr50%前後のものが好適である。
これらの原料を所望の組成となるように配合し、アルミナ等の坩堝にいれ、1×10−2torr以下の真空中または不活性ガス雰囲気において高周波溶解炉により溶解することで、均一化した合金が得られる。更に、本製造方法においては当該溶解した合金を金型により鋳造して合金インゴットとする工程を含んでいてもよい。また、別法として、溶解した合金を銅ロールに滴下することにより1mm厚程度のフレーク上の合金を製造してもよい(ストリップキャスト法)。本発明においては残留磁束密度及び角形比の高い永久磁石が得やすい点から、溶解炉により溶融する方法が好ましい。
First, as raw materials, a desired rare earth element, each metal element of Fe, Cu, and Co, and a mother alloy are prepared. Here, it is preferable to select a mother alloy having a composition having a low eutectic temperature from the viewpoint that it is easy to make the composition of the obtained alloy uniform. In this production method, it is preferable to select and use FeZr or CuZr as the mother alloy. As FeZr, as an example, FeZr of about 20% Zn80% is preferable. Further, as CuZr, as an example, CuZr of around 50% Zr50% is preferable.
Blended These raw materials so that the desired composition, put into a crucible of alumina, 1 × 10 In -2 torr or less vacuum or in an inert gas atmosphere to dissolve by high-frequency melting furnace, homogenized alloy Is obtained. Further, the present manufacturing method may include a step of casting the melted alloy with a mold to form an alloy ingot. Alternatively, an alloy on flakes having a thickness of about 1 mm may be produced by dropping the melted alloy onto a copper roll (strip casting method). In the present invention, a method of melting with a melting furnace is preferable from the viewpoint that a permanent magnet having a high residual magnetic flux density and a square ratio can be easily obtained.
前記鋳造により合金インゴットとした場合、後述する工程(II)の前に、当該合金インゴットの溶体化温度で1時間以上20時間以下熱処理する工程を有することが好ましい。当該工程により、組成をより均一化することができる。なお、合金インゴットの溶体化温度は、合金の組成等に応じて適宜調整すればよい。 When the alloy ingot is formed by the casting, it is preferable to have a step of heat-treating the alloy ingot at the solution temperature of 1 hour or more and 20 hours or less before the step (II) described later. By this step, the composition can be made more uniform. The solution temperature of the alloy ingot may be appropriately adjusted according to the composition of the alloy and the like.
次に、合金を粉砕して粉体とする(工程(II))。合金の粉砕方法は特に限定されず、従来公知の方法の中から適宜選択すればよい。一例として、まず、合金インゴット又はフレーク状の合金を、公知の粉砕機により100〜500μm程度の大きさに粗粉砕し、次いで、ボールミルやジェットミルなどで微粉砕する方法などが好適に挙げられる。粉体の平均粒径は特に限定されないが、後述する焼結工程の焼結時間を短縮することを可能とし、また、均一な永久磁石を製造する点から、平均粒径が1μm以上10μm以下、好ましくは6μm程度の粉体とすることが好ましい。 Next, the alloy is crushed into a powder (step (II)). The method for pulverizing the alloy is not particularly limited, and a conventionally known method may be appropriately selected. As an example, a method in which an alloy ingot or a flake-shaped alloy is first roughly pulverized to a size of about 100 to 500 μm by a known pulverizer and then finely pulverized by a ball mill, a jet mill or the like is preferably mentioned. The average particle size of the powder is not particularly limited, but the average particle size is 1 μm or more and 10 μm or less from the viewpoint of shortening the sintering time in the sintering step described later and producing a uniform permanent magnet. The powder is preferably about 6 μm.
次に、得られた粉体を、加圧成形して所望の形状の成形体とする(工程(III))。本製造方法においては、粉体の結晶方位を揃えて磁気特性を向上する点から、一定の磁場中で加圧成形することが好ましい。磁場の方向と、プレス方向との関係は特に限定されず、製品の形状等に応じて適宜選択すればよい。例えば、リング磁石や、薄板状の磁石を製造する場合には、プレス方向に対して、平行方向に磁場を印加する並行磁場プレスとすることができる。一方、磁気特性に優れる点からは、プレス方向に対して、直角に磁場を印加する直角磁場プレスとすることが好ましい。 Next, the obtained powder is pressure-molded to obtain a molded product having a desired shape (step (III)). In this production method, it is preferable to perform pressure molding in a constant magnetic field from the viewpoint of aligning the crystal orientations of the powders and improving the magnetic characteristics. The relationship between the direction of the magnetic field and the pressing direction is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the shape of the product and the like. For example, in the case of manufacturing a ring magnet or a thin plate magnet, a parallel magnetic field press in which a magnetic field is applied in a direction parallel to the pressing direction can be used. On the other hand, from the viewpoint of excellent magnetic characteristics, it is preferable to use a right-angled magnetic field press in which a magnetic field is applied at right angles to the pressing direction.
磁場の大きさは特に限定されず、製品の用途等に応じて、例えば15kOe以下の磁場であってもよく、15kOe以上の磁場であってもよい。中でも磁気特性に優れる点からは、15kOe以上の磁場中で加圧成形することが好ましい。また、加圧成形の際の圧力は、製品の大きさ、形状等に応じて適宜調整すればよい。一例として、0.5〜2.0ton/cm2の圧力とすることができる。すなわち本製造方法においては、磁気特性の観点から、前記粉体を15kOe以上の磁場中で、磁場に垂直に0.5ton/cm2以上2.0ton/cm2以下の圧力で加圧成形することが特に好ましい。 The magnitude of the magnetic field is not particularly limited, and may be, for example, a magnetic field of 15 kOe or less, or a magnetic field of 15 kOe or more, depending on the intended use of the product. Above all, from the viewpoint of excellent magnetic characteristics, pressure molding in a magnetic field of 15 kOe or more is preferable. Further, the pressure at the time of pressure molding may be appropriately adjusted according to the size, shape and the like of the product. As an example, the pressure can be 0.5 to 2.0 ton / cm 2. In other words the manufacturing method, from the viewpoint of magnetic properties, the powder in magnetic field above 15 kOe, vertically 0.5 ton / cm 2 or more 2.0ton / cm 2 to pressing at a pressure of less than the magnetic field Is particularly preferable.
次に、前記成形体を加熱することにより焼結体とする(工程(IV))。本製造方法において、焼結条件は得られる焼結体の緻密化が充分に行われればよく、公知の条件とすることができる。焼結体の緻密化の点から、焼結温度は1200〜1250℃が好ましい。1250℃以下とすることで、希土類元素、特にSmの蒸発が抑制されて、磁気特性に優れた永久磁石を製造することができる。
焼結工程における昇温条件は、成形体に含まれる吸着ガスを取り除く観点から、まず室温において真空引きを開始し、1〜10℃/分で昇温することが好ましい。当該昇温過程においては真空引きの代わりに水素雰囲気下としてもよい。この場合も、1150℃以下の範囲で真空雰囲気に切り替えることが好ましい。
焼結時間は、Smの蒸発を抑制しながら、緻密化を充分に行う点から、20〜240分が好ましく、30〜180分がより好ましい。また、酸化を抑制する観点から、上記焼結工程は1×10−2Torr以下の真空中または不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、1×10−4Torr以下の真空中で行うことがより好ましい。
Next, the molded product is heated to obtain a sintered body (step (IV)). In the present production method, the sintering conditions can be set to known conditions as long as the obtained sintered body is sufficiently densified. From the viewpoint of densification of the sintered body, the sintering temperature is preferably 1200 to 1250 ° C. By setting the temperature to 1250 ° C. or lower, evaporation of rare earth elements, particularly Sm, is suppressed, and a permanent magnet having excellent magnetic characteristics can be produced.
As for the temperature rising condition in the sintering step, from the viewpoint of removing the adsorbed gas contained in the molded product, it is preferable to first start evacuation at room temperature and raise the temperature at 1 to 10 ° C./min. In the temperature raising process, a hydrogen atmosphere may be used instead of evacuation. Also in this case, it is preferable to switch to the vacuum atmosphere in the range of 1150 ° C. or lower.
The sintering time is preferably 20 to 240 minutes, more preferably 30 to 180 minutes, from the viewpoint of sufficiently densifying while suppressing evaporation of Sm. From the viewpoint of suppressing oxidation, the sintering step is preferably performed in a vacuum of 1 × 10 −2 Torr or less or in an atmosphere of an inert gas, and is preferably performed in a vacuum of 1 × 10 -4 Torr or less. More preferred.
次に、得られた焼結体を、降温速度0.2〜5℃/分で徐冷する。次いで、徐冷後の焼結体を溶体化処理する(工程(V))。溶体化温度は、焼結体及び所望の磁石特性の観点から適宜調整すればよく、前記焼結温度から20〜50℃低い温度で溶体化処理することが好ましい。溶体化時間は例えば2〜20時間の範囲で適宜調整すればよい。
Next, the obtained sintered body is slowly cooled at a temperature lowering rate of 0.2 to 5 ° C./min. Next, the sintered body after slow cooling is subjected to solution treatment (step (V)). The solution temperature may be appropriately adjusted from the viewpoint of the sintered body and the desired magnet characteristics, and the solution treatment is preferably performed at a
溶体化処理後は、少なくとも400℃以下まで急冷することが好ましい。
次いで、その焼結体を600〜850℃で熱処理する(工程(VI))。熱処理時間は、所望の磁石特性の観点から適宜調整すればよく、例えば0.5〜3時間とすることが好ましい。熱処理後の成形体は0.2〜10℃/minで400℃以下まで冷却する(工程(VII))。次いで、700〜900℃で、且つ、前記工程(VI)よりも高い温度で熱処理を行う(工程(VIII))。熱処理時間は例えば0.5〜10時間とすることができる。次いで、熱処理後の成形体を0.1〜5℃/minで400℃以下まで冷却する(工程(IX))ことで本永久磁石が得られる。
第1の製造方法では、工程(VI及びVIII)の等温保持において、結晶粒内にセル構造が形成されると推定されるが、この段階では結晶粒内のCu濃度は低く、結晶粒界に濃縮しているものと推定される。一方Zrは高いFe含有量の2−17相を形成するために結晶粒に固溶しているものと推定される。第1の製造方法では2回の熱処理(工程(VI)〜工程(IX))により結晶粒内にセル壁が50〜200nmのセル構造が形成され、さらに、CuとZrが適度に拡散し、前記粒界部において、Cu濃度がZr濃度の2倍以上、好ましくは3倍以上となると推定される。
After the solution treatment, it is preferable to quench to at least 400 ° C. or lower.
The sintered body is then heat treated at 600-850 ° C. (step (VI)). The heat treatment time may be appropriately adjusted from the viewpoint of desired magnet characteristics, and is preferably 0.5 to 3 hours, for example. The molded product after the heat treatment is cooled to 400 ° C. or lower at 0.2 to 10 ° C./min (step (VII)). Then, the heat treatment is performed at 700 to 900 ° C. and at a temperature higher than that of the step (VI) (step (VIII)). The heat treatment time can be, for example, 0.5 to 10 hours. Next, the permanent magnet is obtained by cooling the molded product after the heat treatment at 0.1 to 5 ° C./min to 400 ° C. or lower (step (IX)).
In the first production method, it is presumed that a cell structure is formed in the crystal grains during the isothermal maintenance in the steps (VI and VIII), but at this stage, the Cu concentration in the crystal grains is low and the grain boundaries are reached. It is presumed to be concentrated. On the other hand, Zr is presumed to be solid-solved in crystal grains in order to form a 2-17 phase with a high Fe content. In the first production method, a cell structure having a cell wall of 50 to 200 nm is formed in the crystal grains by two heat treatments (step (VI) to step (IX)), and Cu and Zr are appropriately diffused. It is estimated that the Cu concentration at the grain boundary is twice or more, preferably three times or more the Zr concentration.
また、第1の製造方法によれば、粉末X線回折法により、(006)面の回折強度I(006)と、(303)面の回折強度I(303)とを計測したときに、回折強度比I(006)/I(303)が0.225〜0.4である希土類コバルト永久磁石を好適に製造できる。図5は、実施例3、4及び参考例1の永久磁石の粉末X線回折スペクトルである。第1の製造方法により得られた永久磁石は、磁化容易軸(C軸)である(006)面のピーク強度が高くなることが示されている。このように第1の製造方法によればC軸の配向度が向上し、その結果、着磁性が向上する。 Further, according to the first manufacturing method, when the diffraction intensity I (006) of the (006) plane and the diffraction intensity I (303) of the (303) plane are measured by the powder X-ray diffraction method, the diffraction is performed. A rare earth cobalt permanent magnet having an intensity ratio I (006) / I (303) of 0.225 to 0.4 can be suitably produced. FIG. 5 is a powder X-ray diffraction spectrum of the permanent magnets of Examples 3, 4 and Reference Example 1. It has been shown that the permanent magnet obtained by the first manufacturing method has a high peak intensity on the (006) plane, which is the easily magnetized axis (C axis). As described above, according to the first manufacturing method, the degree of orientation of the C-axis is improved, and as a result, the magnetism is improved.
(第2の製造方法)
本希土類コバルト永久磁石の第2の製造方法(以下、単に、第2の製造方法ともいう)は、
Rは少なくともSmを含む希土類元素としたときに、質量百分率で、希土類元素R:23〜27%、 Cu:1.0〜5.0%、 Fe:18〜25%、 Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避不純物からなる合金を準備する工程(I)と、
前記合金を粉体とする粉砕工程(II)と、
前記粉体を成形体とする加圧成形工程(III)と、
前記成形体を、1200〜1250℃で焼結する工程(IV)と、
焼結後の成形体を溶体化処理する工程(V)と、
溶体化処理後の成形体を750〜850℃で熱処理する工程(VI−a)と、
熱処理後の成形体を0.5〜10℃/minで500〜600℃まで冷却して等温保持する工程(VII−a)と、
等温保持後の成形体を急冷する工程(VIII−a)と、を有する。
(Second manufacturing method)
The second manufacturing method of this rare earth cobalt permanent magnet (hereinafter, also simply referred to as the second manufacturing method) is
When R is a rare earth element containing at least Sm, in terms of mass percentage, rare earth element R: 23 to 27%, Cu: 1.0 to 5.0%, Fe: 18 to 25%, Zr: 1.5 to Step (I) of preparing an alloy containing 3.0% and the balance consisting of Co and unavoidable impurities, and
The crushing step (II) in which the alloy is made into powder, and
The pressure molding step (III) using the powder as a molded body and
The step (IV) of sintering the molded product at 1200 to 1250 ° C.
The step (V) of solution-treating the molded product after sintering, and
A step (VI-a) of heat-treating the molded product after the solution treatment at 750 to 850 ° C.
A step of cooling the molded product after the heat treatment at 0.5 to 10 ° C./min to 500 to 600 ° C. and maintaining it at an isothermal temperature (VII-a).
It has a step (VIII-a) of quenching the molded product after maintaining the isothermal temperature.
上記第2の本製造方法によれば、複数の結晶粒と、粒界部を有し、前記粒界部において、Cu濃度がZr濃度の2倍以上である、希土類コバルト永久磁石を製造することができる。
第2の製造方法によれば、セルサイズが50〜200nmの希土類コバルト永久磁石を好適に製造できる。
また、第2の製造方法によれば、飽和磁化が1.16T以上で、固有保磁力Hcjが120〜800kA/mの希土類コバルト永久磁石を好適に製造できる。
第1の本製造方法によれば、減磁曲線において、残留磁化の90%磁化における磁界Hkと、固有保磁力Hcjとの比(Hk/Hcj)で表される角形比が60%以上であり、かつ、減磁曲線のクニック点を越える減磁界から再び磁化させたときに、固有保磁力Hcjの5倍以下の磁界で、飽和磁化の95%以上の磁化が得られる希土類コバルト永久磁石を好適に製造できる。
第2の製造方法は、上記工程(I)から工程(VIII−a)を、通常この順番に行うものであり、本発明の効果を損なわない範囲で更に他の工程を有していてもよいものである。
なお第2の製造方法において、工程(I)〜工程(V)までは前記第1の製造方法と同様であり、好ましい製造条件も共通するため、重複する説明は省略する。
According to the second manufacturing method, a rare earth cobalt permanent magnet having a plurality of crystal grains and grain boundaries and having a Cu concentration of twice or more the Zr concentration at the grain boundaries is manufactured. Can be done.
According to the second production method, a rare earth cobalt permanent magnet having a cell size of 50 to 200 nm can be preferably produced.
Further, according to the second manufacturing method, a rare earth cobalt permanent magnet having a saturation magnetization of 1.16 T or more and an intrinsic coercive force Hcj of 120 to 800 kA / m can be suitably manufactured.
According to the first manufacturing method, in the demagnetization curve, the square ratio represented by the ratio (Hk / Hcj) of the magnetic field Hk at 90% magnetization of the residual magnetization and the intrinsic coercive force Hcj is 60% or more. A rare earth cobalt permanent magnet capable of obtaining a magnetization of 95% or more of the saturation magnetization with a magnetic field of 5 times or less of the intrinsic coercive force Hcj when remagnetized from a demagnetizing field exceeding the knick point of the demagnetization curve is preferable. Can be manufactured.
In the second production method, the steps (I) to (VIII-a) are usually carried out in this order, and other steps may be provided as long as the effects of the present invention are not impaired. It is a thing.
In the second manufacturing method, steps (I) to (V) are the same as those in the first manufacturing method, and preferable manufacturing conditions are also common. Therefore, duplicate description will be omitted.
溶体化処理(工程(V))後の成形体は、少なくとも400℃以下まで急冷することが好ましい。
次いで、その焼結体を750〜850℃で熱処理する(工程(VI−a))。熱処理時間は、所望の磁石特性の観点から適宜調整すればよく、例えば0.5〜10時間とすることが好ましい。本工程により、結晶粒内にセル壁が50〜200nmのセル構造が形成され、さらに、CuとZrが適度に拡散し、前記粒界部において、Cu濃度がZr濃度の2倍以上、好ましくは3倍以上となる。
熱処理後の成形体は0.5〜10℃/minで500〜600℃まで冷却して等温保持する(工程(VII−a))。等温保持時間は、例えば、0.5〜10時間の範囲で適宜調整すればよい。等温保持後の成形体を急冷する(工程(VIII−a))ことで本永久磁石が得られる。
第2の製造方法では、工程(VI−a)における等温保持において結晶粒内にセル構造が形成されるが、この段階では結晶粒内のCu濃度は低く、結晶粒界に濃縮しているものと推定される。一方Zrは高いFe含有量の2−17相を形成するために結晶粒に固溶しているものと推定される。工程(VI−a)の等温保持から、徐冷に移行すると、CuとZrは相互に拡散し、Cuが結晶粒内でセル構造を構成するセル壁に濃縮すると推定され、その結果、保磁力が増加する。
The molded product after the solution treatment (step (V)) is preferably rapidly cooled to at least 400 ° C. or lower.
Then, the sintered body is heat-treated at 750 to 850 ° C. (step (VI-a)). The heat treatment time may be appropriately adjusted from the viewpoint of desired magnet characteristics, and is preferably 0.5 to 10 hours, for example. By this step, a cell structure having a cell wall of 50 to 200 nm is formed in the crystal grains, and Cu and Zr are appropriately diffused, and the Cu concentration at the grain boundary is twice or more the Zr concentration, preferably. It will be more than 3 times.
The molded product after the heat treatment is cooled to 500 to 600 ° C. at 0.5 to 10 ° C./min and maintained at an isothermal temperature (step (VII-a)). The isothermal holding time may be appropriately adjusted in the range of, for example, 0.5 to 10 hours. The permanent magnet is obtained by quenching the molded product after maintaining the isothermal temperature (step (VIII-a)).
In the second production method, a cell structure is formed in the crystal grains by maintaining an isothermal temperature in the step (VI-a), but at this stage, the Cu concentration in the crystal grains is low and concentrated at the grain boundaries. It is estimated to be. On the other hand, Zr is presumed to be solid-solved in crystal grains in order to form a 2-17 phase with a high Fe content. When the process (VI-a) shifts from isothermal maintenance to slow cooling, it is estimated that Cu and Zr diffuse with each other and Cu concentrates in the cell walls that form the cell structure in the crystal grains, and as a result, the coercive force is retained. Will increase.
<デバイス>
本発明は、更に前記本永久磁石を有するデバイスを提供する。このようなデバイスの具体例としては、例えば、時計、電動モータ、各種計器、通信機、コンピューター端末機、スピーカー、ビデオディスク、センサなどが挙げられる。本発明の希土類コバルト永久磁石は、前述のとおり、高残留磁束密度、低保磁力で、高い角形比を有することから、中でも、可変磁界モータに好適に適用することができ、低速から高速まで高効率を実現する可変磁界モータを得ることができる。
<Device>
The present invention further provides a device having the present permanent magnet. Specific examples of such devices include clocks, electric motors, various instruments, communication devices, computer terminals, speakers, video discs, sensors, and the like. As described above, the rare earth cobalt permanent magnet of the present invention has a high residual magnetic flux density, a low coercive force, and a high angular ratio. A variable magnetic field motor that achieves efficiency can be obtained.
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、これらの記載により本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. It should be noted that these descriptions do not limit the present invention.
<実施例1:第2の製造方法>
Fe20%、Zr80%の母合金、及び、各種元素を含む原料を、1×10−2Torr以下の真空中において、高周波溶解炉により溶解し、Sm25.0wt%、Cu4.0wt%、Fe21.0wt%、Zr2.2wt%、及び残部Coからなる組成の合金インゴットを得た。
次に、得られた合金インゴットを1170℃で15Hr熱処理した後、粗粉砕し、更にジェットミルを用い不活性雰囲気中で微粉砕し、平均粒径6μmの粉末を得た。次いで、この粉末を15kOeの磁場中で1.0ton/cm2の加圧力で、長さ100×幅50×高さ50mmの形状の成形体を金型成型により得た。
得られた成形体を、1×10−2Torr以下の真空中において、1200℃の温度で焼結し、次いで1℃/minの速度で1170℃に降温し、4時間保持して溶体化処理を施した。その後直ちに100℃/minの冷却速度で急冷を行った。
急冷後の焼結体を不活性雰囲気中で800℃の温度で1時間加熱保持して等温時効処理を行い、その後2℃/minの冷却速度で550℃以下まで連続徐冷を行い、550℃で5時間保持後急冷することより実施例1の永久磁石を得た。
<Example 1: Second manufacturing method>
Raw materials containing 20% Fe, 80% Zr, and various elements are melted in a vacuum of 1 × 10 -2 Torr or less by a high-frequency melting furnace, and Sm25.0 wt%, Cu4.0 wt%, Fe21.0 wt. An alloy ingot having a composition of%, Zr2.2 wt%, and the balance Co was obtained.
Next, the obtained alloy ingot was heat-treated at 1170 ° C. for 15 hours, roughly pulverized, and further pulverized in an inert atmosphere using a jet mill to obtain a powder having an average particle size of 6 μm. Next, this powder was subjected to a pressing force of 1.0 ton / cm 2 in a magnetic field of 15 kOe to obtain a molded product having a shape of 100 mm in length × 50 mm in width × 50 mm in height by mold molding.
The obtained compact is sintered in a vacuum of 1 × 10-2 Torr or less at a temperature of 1200 ° C., then lowered to 1170 ° C. at a rate of 1 ° C./min and held for 4 hours for solution treatment. Was given. Immediately after that, quenching was performed at a cooling rate of 100 ° C./min.
The sintered body after quenching is heated and held at a temperature of 800 ° C. for 1 hour in an inert atmosphere for isothermal aging treatment, and then continuously slowly cooled to 550 ° C. or lower at a cooling rate of 2 ° C./min at 550 ° C. The permanent magnet of Example 1 was obtained by quenching after holding for 5 hours.
<実施例2:第2の製造方法>
実施例1において、等温時効処理を800℃の温度で5時間加熱保持に変更した以外は、実施例1と同様にして実施例2の永久磁石を得た。
<Example 2: Second manufacturing method>
A permanent magnet of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the isothermal aging treatment was changed to heat holding at a temperature of 800 ° C. for 5 hours.
<比較例1>
前記実施例1において、
等温時効処理を、850℃の温度で10時間加熱保持に変更し、
その後の連続徐冷を、0.25℃/minの冷却速度で350℃以下まで行ったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の永久磁石を得た。
<Comparative example 1>
In the first embodiment
The isothermal aging treatment was changed to heat retention at a temperature of 850 ° C. for 10 hours.
A permanent magnet of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the subsequent continuous slow cooling was performed at a cooling rate of 0.25 ° C./min to 350 ° C. or lower.
[評価]
実施例1〜2及び比較例1の永久磁石から、それぞれ10×10×7mmの形状に加工したものを測定試料として準備した。厚み7mmが磁場配向(C軸配向)の方向である。
[evaluation]
From the permanent magnets of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, each processed into a shape of 10 × 10 × 7 mm was prepared as a measurement sample. The thickness of 7 mm is the direction of magnetic field orientation (C-axis orientation).
前述の図2を用いて実施例1のヒステリシス曲線を説明する。当該ヒステリシス曲線の測定は、直流磁化特性アナライザと呼ばれる電磁石のポールピース間に測定試料を挟む方式で行い、反磁界補正の必要は無いが、所謂鏡像効果の影響のため、第1象限の10kOeを超える磁場では見掛け上の磁化が低下している。しかしながら、実際には飽和磁化まで磁化されるような磁化曲線となる。図2に示される通り、実施例1は初磁化曲線の立ち上がりが急峻で10kOe前後の低い磁場で飽和磁化に達することが分かる。同様にマイナーループの測定結果も示している(点線)。実施例1では8〜10kOeで初磁化曲線と一致するような磁化曲線を示し、その磁化率を10kOeで比較すると、実施例はほぼ100%であった。実施例2及び比較例1も同様に測定を行った。結果を表1に示す。
また、表1には残留磁束密度の測定結果も示す。
The hysteresis curve of the first embodiment will be described with reference to FIG. The hysteresis curve is measured by sandwiching the measurement sample between the pole pieces of an electromagnet called a DC magnetization characteristic analyzer, and it is not necessary to correct the demagnetic field. At magnetic fields above, the apparent magnetization is reduced. However, in reality, the magnetization curve is such that it is magnetized to saturation magnetization. As shown in FIG. 2, it can be seen that in Example 1, the rise of the initial magnetization curve is steep and the saturation magnetization is reached in a low magnetic field of about 10 kOe. Similarly, the measurement results of the minor loop are also shown (dotted line). In Example 1, a magnetization curve that matches the initial magnetization curve was shown at 8 to 10 kOe, and when the magnetic susceptibility was compared at 10 kOe, the example was almost 100%. The measurement was performed in the same manner in Example 2 and Comparative Example 1. The results are shown in Table 1.
Table 1 also shows the measurement results of the residual magnetic flux density.
次に図3に、実施例1のDF−STEM像を示す。図3左がDF−STEM像であり、図3右はCuを抽出したCu組成像である。Sm2Co17合金の熱処理により形成される特有のセル構造が観察される。セル内部は強磁性相からなる2−17結晶相であり、セルとセルとの間のセル壁は非磁性のCuを含む1−5結晶相である。従って、Cu組成像によりセルの大きさを測定できる。この方法によりこの合金のセルサイズを測定すると50〜200nmであることが分かる。
また、図4に結晶粒と結晶粒との粒間に存在する粒界相を観察した組成分析結果を示す。図4のグラフの「位置」は、図4左に示すDF−STEM像中の直線LG4の上端を0として上端から測定点までの距離を示している。図4に示される通り、粒界相にCuとZrが濃縮しているのがわかる。このCuとZrの比を表1に示す。実施例1はZrの比率に比較してCuの比率が多いことが分かる。
Next, FIG. 3 shows a DF-STEM image of Example 1. The left side of FIG. 3 is a DF-STEM image, and the right side of FIG. 3 is a Cu composition image obtained by extracting Cu. A unique cell structure formed by heat treatment of the Sm 2 Co 17 alloy is observed. The inside of the cell is a 2-17 crystal phase composed of a ferromagnetic phase, and the cell wall between cells is a 1-5 crystal phase containing non-magnetic Cu. Therefore, the cell size can be measured from the Cu composition image. When the cell size of this alloy is measured by this method, it is found to be 50 to 200 nm.
Further, FIG. 4 shows the results of composition analysis by observing the grain boundary phase existing between the crystal grains and the grains. The “position” in the graph of FIG. 4 indicates the distance from the upper end to the measurement point with the upper end of the straight line LG4 in the DF-STEM image shown on the left of FIG. 4 as 0. As shown in FIG. 4, it can be seen that Cu and Zr are concentrated in the grain boundary phase. The ratio of Cu and Zr is shown in Table 1. It can be seen that in Example 1, the ratio of Cu is larger than the ratio of Zr.
<実施例3:第1の製造方法>
前記実施例1において、原料の添加量以外は実施例1と同様にして、Fe21.55wt%、Sm25.65wt%、Cu4.5wt%、Zr2.20wt%、及び残部Coからなる組成の合金インゴットの成形体を得た。
得られた成形体を、1×10−2Torr以下の真空中において、1210℃の温度で1時間焼結し、次いで1155℃で15時間溶体化処理をし、その後直ちに100℃/minの冷却速度で急冷を行った。急冷後の焼結体を不活性雰囲気中で750℃の温度で2時間加熱保持して等温時効処理を行い、その後2℃/minの冷却速度で400℃以下まで徐冷した。さらに、不活性雰囲気中で765℃の温度で5.5時間加熱保持して等温時効処理を行い、0.5℃/minの冷却速度で700℃まで、0.25℃/minの冷却速度で500℃まで、0.5℃/minの冷却速度で400℃以下まで連続徐冷して実施例3の永久磁石を得た。
<Example 3: First manufacturing method>
In Example 1, the alloy ingot having a composition of Fe21.55 wt%, Sm25.65 wt%, Cu4.5 wt%, Zr2.20 wt%, and the balance Co is the same as in Example 1 except for the amount of the raw material added. A molded product was obtained.
The obtained molded product was sintered in a vacuum of 1 × 10-2 Torr or less at a temperature of 1210 ° C. for 1 hour, then solution-treated at 1155 ° C. for 15 hours, and then immediately cooled at 100 ° C./min. Quenched at speed. The sintered body after quenching was heated and held at a temperature of 750 ° C. for 2 hours in an inert atmosphere for isothermal aging treatment, and then slowly cooled to 400 ° C. or lower at a cooling rate of 2 ° C./min. Further, the product is subjected to isothermal aging treatment by heating and holding at a temperature of 765 ° C. for 5.5 hours in an inert atmosphere, and the cooling rate is 0.5 ° C./min to 700 ° C. and a cooling rate of 0.25 ° C./min. The permanent magnet of Example 3 was obtained by continuously slowly cooling to 500 ° C. and a cooling rate of 0.5 ° C./min to 400 ° C. or lower.
<実施例4:第2の製造方法>
前記実施例3と同様にインゴットの成形体を得て焼結、溶体化、急冷を行った。急冷後の焼結体を不活性雰囲気中で815℃の温度で5.5時間加熱保持して等温時効処理を行い、その後2℃/minの冷却速度で550℃まで連続徐冷を行い、550℃で5時間保持後急冷することにより実施例4の永久磁石を得た。
<Example 4: Second manufacturing method>
A molded ingot was obtained in the same manner as in Example 3 and subjected to sintering, solution formation, and quenching. The sintered body after quenching is heated and held at a temperature of 815 ° C. for 5.5 hours in an inert atmosphere for isothermal aging treatment, and then continuously slowly cooled to 550 ° C. at a cooling rate of 2 ° C./min to 550 ° C. The permanent magnet of Example 4 was obtained by holding at ° C. for 5 hours and then quenching.
<参考例1>
前記実施例3において、750℃の時効処理以降の工程を行わなかった以外は、実施例3と同様にして、参考例1の永久磁石を得た。
<Reference example 1>
A permanent magnet of Reference Example 1 was obtained in the same manner as in Example 3 except that the steps after the aging treatment at 750 ° C. were not performed in Example 3.
[評価]
実施例1〜2と同様に、実施例3〜4の評価を行った。結果を表2に示す。
また、実施例3〜4及び参考例1の永久磁石を粉末X線回折法により測定したスペクトルを図5に示す。なお、参考例1のSm2Co17に関連するピークに印をつけている。(006)面の回折強度I(006)と、(303)面の回折強度I(303)の回折強度比I(006)/I(303)は、参考例1が0.138、実施例3が0.270、実施例4が0.197であった。実施例3のように第1の製造方法により得られた永久磁石は、磁化容易軸(C軸)である(006)面のピーク強度が高くなることが示されている。このように第1の製造方法によればC軸の配向度が向上し、その結果、着磁性が向上することが示された。
[evaluation]
Examples 3 and 4 were evaluated in the same manner as in Examples 1 and 2. The results are shown in Table 2.
Further, the spectra of the permanent magnets of Examples 3 to 4 and Reference Example 1 measured by the powder X-ray diffraction method are shown in FIG. The peaks related to Sm 2 Co 17 in Reference Example 1 are marked. The diffraction intensity ratio I (006) / I (303) of the diffraction intensity I (006) on the surface (006) and the diffraction intensity I (303) on the surface (303) was 0.138 in Reference Example 1 and 0.138 in Example 3. Was 0.270, and Example 4 was 0.197. It has been shown that the permanent magnet obtained by the first manufacturing method as in Example 3 has a high peak intensity on the (006) plane, which is the easily magnetized axis (C axis). As described above, it was shown that according to the first manufacturing method, the degree of orientation of the C-axis is improved, and as a result, the magnetism is improved.
このように、質量百分率で、希土類元素R:23〜27%、Cu:1.0〜5.0%、Fe:18〜25%、Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避不純物からなり、複数の結晶粒と、粒界部を有し、前記粒界部において、Cu濃度がZr濃度の2倍以上である本発明の希土類コバルト永久磁石は、高残留磁束密度、低保磁力で、高い角形比を示し、可変界磁モータに適した磁気特性を備えることが明らかとなった。 As described above, the rare earth element R: 23 to 27%, Cu: 1.0 to 5.0%, Fe: 18 to 25%, Zr: 1.5 to 3.0% are contained in a mass percentage, and the balance is The rare earth cobalt permanent magnet of the present invention, which is composed of Co and unavoidable impurities, has a plurality of crystal grains and a grain boundary portion, and has a Cu concentration of twice or more the Zr concentration at the grain boundary portion, has a high residual magnetic flux density. It has been clarified that it has a low coercive force, a high square ratio, and magnetic characteristics suitable for a variable field motor.
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。 Although the present invention has been described above in accordance with the above-described embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and is within the scope of the claimed invention within the scope of the claims of the present application. Of course, it includes various modifications, modifications, and combinations that can be made by a person skilled in the art.
1 結晶粒
2 粒界部
3 セル相
4 セル壁
10 希土類コバルト永久磁石
1
Claims (10)
質量百分率で、希土類元素R:23〜27%、 Cu:1.0〜5.0%、 Fe:18〜25%、 Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避不純物からなる希土類コバルト永久磁石であって、
複数の結晶粒と、粒界部を有し、
前記粒界部において、Cu濃度がZr濃度の2倍以上である、希土類コバルト永久磁石。 When R is a rare earth element containing at least Sm,
By mass percentage, it contains rare earth elements R: 23-27%, Cu: 1.0-5.0%, Fe: 18-25%, Zr: 1.5-3.0%, and the balance is Co and unavoidable impurities. A rare earth cobalt permanent magnet consisting of
It has a plurality of crystal grains and grain boundaries,
A rare earth cobalt permanent magnet having a Cu concentration at least twice the Zr concentration at the grain boundary.
減磁曲線のクニック点を越える減磁界から再び磁化させたときに、固有保磁力Hcjの5倍以下の磁界で、飽和磁化の95%以上の磁化が得られる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の希土類コバルト永久磁石。 In the demagnetization curve, the square ratio represented by the ratio (Hk / Hcj) of the magnetic field Hk at 90% magnetization of the residual magnetization and the intrinsic coercive force Hcj is 60% or more, and
Any of claims 1 to 4, wherein when remagnetized from a demagnetizing field exceeding the knick point of the demagnetization curve, a magnetization of 95% or more of the saturation magnetization can be obtained with a magnetic field of 5 times or less of the intrinsic coercive force Hcj. The rare earth cobalt permanent magnet described in item 1.
減磁曲線のクニック点を越える減磁界から再び磁化させたときに、固有保磁力Hcjの3倍以下の磁界で、飽和磁化の95%以上の磁化が得られる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の希土類コバルト永久磁石。 In the demagnetization curve, the square ratio represented by the ratio (Hk / Hcj) of the magnetic field Hk at 90% magnetization of the residual magnetization and the intrinsic coercive force Hcj is 60% or more, and
Any of claims 1 to 4, wherein when remagnetized from a demagnetizing field exceeding the knick point of the demagnetization curve, a magnetization of 95% or more of the saturation magnetization can be obtained with a magnetic field of 3 times or less of the intrinsic coercive force Hcj. The rare earth cobalt permanent magnet described in item 1.
前記合金を粉体とする粉砕工程(II)と、
前記粉体を成形体とする加圧成形工程(III)と、
前記成形体を、1200〜1250℃で焼結する工程(IV)と、
焼結後の成形体を溶体化処理する工程(V)と、
溶体化処理後の成形体を600〜850℃で熱処理する工程(VI)と、
熱処理後の成形体を0.2〜10℃/minで400℃以下まで冷却する工程(VII)と、
700〜900℃で、且つ、前記工程(VI)よりも高い温度で熱処理する工程(VIII)と、
熱処理後の成形体を0.1〜5℃/minで400℃以下まで冷却する工程(IX)と、を有する、
希土類コバルト永久磁石の製造方法。 When R is a rare earth element containing at least Sm, in terms of mass percentage, rare earth element R: 23 to 27%, Cu: 1.0 to 5.0%, Fe: 18 to 25%, Zr: 1.5 to Step (I) of preparing an alloy containing 3.0% and the balance consisting of Co and unavoidable impurities, and
The crushing step (II) in which the alloy is made into powder, and
The pressure molding step (III) using the powder as a molded body and
The step (IV) of sintering the molded product at 1200 to 1250 ° C.
The step (V) of solution-treating the molded product after sintering, and
A step (VI) of heat-treating the molded product after the solution treatment at 600 to 850 ° C.
A step (VII) of cooling the molded product after the heat treatment at 0.2 to 10 ° C./min to 400 ° C. or lower, and
A step (VIII) of heat treatment at 700 to 900 ° C. and a temperature higher than that of the step (VI), and
It has a step (IX) of cooling the molded product after heat treatment at 0.1 to 5 ° C./min to 400 ° C. or lower.
A method for manufacturing rare earth cobalt permanent magnets.
前記合金を粉体とする粉砕工程(II)と、
前記粉体を成形体とする加圧成形工程(III)と、
前記成形体を、1200〜1250℃で焼結する工程(IV)と、
焼結後の成形体を溶体化処理する工程(V)と、
溶体化処理後の成形体を750〜850℃で熱処理する工程(VI−a)と、
熱処理後の成形体を0.5〜10℃/minで500〜600℃まで冷却して等温保持する工程(VII−a)と、
等温保持後の成形体を急冷する工程(VIII−a)と、を有する、
希土類コバルト永久磁石の製造方法。 When R is a rare earth element containing at least Sm, in terms of mass percentage, rare earth element R: 23 to 27%, Cu: 1.0 to 5.0%, Fe: 18 to 25%, Zr: 1.5 to Step (I) of preparing an alloy containing 3.0% and the balance consisting of Co and unavoidable impurities, and
The crushing step (II) in which the alloy is made into powder, and
The pressure molding step (III) using the powder as a molded body and
The step (IV) of sintering the molded product at 1200 to 1250 ° C.
The step (V) of solution-treating the molded product after sintering, and
A step (VI-a) of heat-treating the molded product after the solution treatment at 750 to 850 ° C.
A step of cooling the molded product after the heat treatment at 0.5 to 10 ° C./min to 500 to 600 ° C. and maintaining it at an isothermal temperature (VII-a).
It has a step (VIII-a) of quenching the molded product after maintaining the isothermal temperature.
A method for manufacturing rare earth cobalt permanent magnets.
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