JP2021158205A - R-t-b based permanent magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも希土類元素R、遷移金属元素T及びホウ素Bを含むR‐T‐B系永久磁石に関する。 The present invention relates to RTB-based permanent magnets containing at least a rare earth element R, a transition metal element T and boron B.
R‐T‐B系永久磁石は、優れた磁気特性を有することから、ハイブリッド車、電気自動車、電子機器又は家電製品等に搭載されるモータ又はアクチュエーター等に使用されている。モータ等に使用されるR‐T‐B系永久磁石には、高温環境下において高い保磁力(cоercivity)を有することが要求される。 Since RTB permanent magnets have excellent magnetic characteristics, they are used in motors or actuators mounted on hybrid vehicles, electric vehicles, electronic devices, home appliances, and the like. RTB permanent magnets used in motors and the like are required to have a high coercivity in a high temperature environment.
高温でのR‐T‐B系永久磁石の保磁力(HcJ)を向上させる手法として、R2T14B相を構成する軽希土類元素(Nd又はPr)の一部を、Dy又はTb等の重希土類元素で置換して、R2T14B相の磁気異方性を向上させることが知られている。近年では、多量の重希土類元素を要する高保磁力型のR‐T‐B系永久磁石の需要が急速に拡大しつつある。
As a method for improving the coercive force (HcJ) of RTB-based permanent magnets at high temperatures, some of the light rare earth elements (Nd or Pr) constituting the R 2 T 14 B phase can be used as Dy or Tb. substituted with a heavy rare-earth element, it is known to improve the magnetic anisotropy of the
しかしながら、重希土類元素は、資源として特定の地域に偏在しており、その産出量が限られている。したがって、重希土類元素は、軽希土類元素と比較して高価であり、その供給量は安定しない。そのため、重希土類元素の含有量が少ない場合であっても、高温において高い保磁力を有するR‐T‐B系永久磁石が求められている。 However, heavy rare earth elements are unevenly distributed in specific areas as resources, and their production is limited. Therefore, heavy rare earth elements are more expensive than light rare earth elements, and their supply is not stable. Therefore, there is a demand for RTB-based permanent magnets having a high coercive force at high temperatures even when the content of heavy rare earth elements is low.
例えば下記特許文献1には、重希土類元素を使用せずに高い保磁力を有する永久磁石の一例が開示されている。特許文献1に記載の永久磁石は、主相であるR2T14B結晶粒子と、R2T14B結晶粒子間の粒界相とを含み、永久磁石の任意の断面において主相結晶粒子の断面積分布をヒストグラムで評価したときに、主相結晶粒子の断面積分布が、断面積の平均値を挟んでその両側にそれぞれ少なくとも一つのピークを持つ分布である。 For example, Patent Document 1 below discloses an example of a permanent magnet having a high coercive force without using a heavy rare earth element. The permanent magnet described in Patent Document 1 includes R 2 T 14 B crystal particles which are the main phases and a grain boundary phase between the R 2 T 14 B crystal particles, and the main phase crystal particles in an arbitrary cross section of the permanent magnet. When the cross-sectional area distribution of is evaluated by a histogram, the cross-sectional area distribution of the main phase crystal particles is a distribution having at least one peak on each side of the average value of the cross-sectional areas.
しかしながら、R‐T‐B系永久磁石における重希土類元素の含有量が少ない場合、車載用駆動モータ等が曝される高温環境下において十分に高い保磁力を達成することは困難であり、高温環境下におけるR‐T‐B系永久磁石の減磁(demagnetizatiоn)を十分に抑制することは困難であった。 However, when the content of heavy rare earth elements in the RTB permanent magnets is low, it is difficult to achieve a sufficiently high coercive force in a high temperature environment where an in-vehicle drive motor or the like is exposed, and the high temperature environment. It was difficult to sufficiently suppress the demagnetization of the RTB-based permanent magnets below.
本発明の目的は、R‐T‐B系永久磁石における重希土類元素の含有量が少ない場合であっても、高温において高い保磁力を有し、且つ高温において減磁され難いR‐T‐B系永久磁石を提供することである。 An object of the present invention is to have a high coercive force at a high temperature and to be difficult to demagnetize at a high temperature even when the content of heavy rare earth elements in the RTB permanent magnet is small. It is to provide a system permanent magnet.
本発明の一側面に係るR‐T‐B系永久磁石は、希土類元素R、遷移金属元素T及びBを含有するR‐T‐B系永久磁石であって、R‐T‐B系永久磁石は、Rとして、少なくともNdを含有し、R‐T‐B系永久磁石は、Tとして、少なくともFeを含有し、R‐T‐B系永久磁石は、Nd、T及びBを含む複数の主相粒子(main phase grain)と、複数の主相粒子の間の粒界(grain bоundary)に含まれる粒界相(grain bоundary phase)と、を備え、一部の主相粒子は、粗大主相粒子(cоarse main phase grain)であり、他の主相粒子は、粗大主相粒子の粒径(grain diameter)よりも小さい粒径を有する微小主相粒子(fine main phase grain)であり、R‐T‐B系永久磁石の一つの断面における粗大主相粒子の粒径は、100μm以上1000μm以下であり、上記断面の単位面積当たりの粗大主相粒子の個数は、0.1個/cm2以上1個/cm2以下であり、上記断面における微小主相粒子のメジアン径は、1μm以上5μm以下である。 The RTB-based permanent magnet according to one aspect of the present invention is an RTB-based permanent magnet containing a rare earth element R, a transition metal element T and B, and is an RTB-based permanent magnet. Contains at least Nd as R, the RTB-based permanent magnet contains at least Fe as T, and the RTB-based permanent magnet contains a plurality of mains including Nd, T and B. It comprises a phase particle (main phase grain) and a grain boundary phase contained in a grain boundary (grain boundary) between a plurality of main phase particles, and some of the main phase particles have a coarse main phase. The particles (cоarse main phase grain), and the other main phase particles are fine main phase particles (fine main phase grain) having a particle size smaller than the particle size (grain phase grain) of the coarse main phase particles, and are R-. The particle size of the coarse main phase particles in one cross section of the TB-based permanent magnet is 100 μm or more and 1000 μm or less, and the number of coarse main phase particles per unit area in the above cross section is 0.1 piece / cm 2 or more. It is 1 piece / cm 2 or less, and the median diameter of the fine main phase particles in the above cross section is 1 μm or more and 5 μm or less.
本発明の一側面に係るR‐T‐B系永久磁石は、Gaを更に含有してよい。 The RTB-based permanent magnet according to one aspect of the present invention may further contain Ga.
R‐T‐B系永久磁石は、29.50〜33.00質量%のR、0.70〜0.95質量%のB、0.03〜0.60質量%のAl、0.01〜1.50質量%のCu、0.00〜3.00質量%のCo、0.10〜1.00質量%のGa、0.05〜0.30質量%のC、0.03〜0.40質量%のO、及び残部からなっていてよく、残部が、Feのみ、又はFe及びその他の元素であってよい。 RTB-based permanent magnets are 29.50 to 33.00% by mass R, 0.70 to 0.95% by mass B, 0.03 to 0.60% by mass Al, 0.01 to 1.50% by mass Cu, 0.00 to 3.00% by mass Co, 0.10 to 1.00% by mass Ga, 0.05 to 0.30% by mass C, 0.03 to 0. It may consist of 40% by weight O and the balance, which may be Fe alone or Fe and other elements.
R‐T‐B系永久磁石における重希土類元素の含有量の合計は、0.00質量%以上1.00質量%以下であってよい。 The total content of heavy rare earth elements in the RTB permanent magnets may be 0.00% by mass or more and 1.00% by mass or less.
本発明によれば、R‐T‐B系永久磁石における重希土類元素の含有量が少ない場合であっても、高温において高い保磁力を有し、且つ高温において減磁され難いR‐T‐B系永久磁石を提供することができる。 According to the present invention, even when the content of heavy rare earth elements in the RTB permanent magnet is small, the RTB has a high coercive force at a high temperature and is difficult to be demagnetized at a high temperature. System permanent magnets can be provided.
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態は説明される。図面において、同等の構成要素には同等の符号が付される。本発明は下記実施形態に限定されるものではない。以下に記載の「永久磁石」はいずれも、「R‐T‐B系永久磁石」を意味する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, equivalent components are labeled with equivalent reference numerals. The present invention is not limited to the following embodiments. All of the "permanent magnets" described below mean "RTB-based permanent magnets".
(永久磁石)
本実施形態に係る永久磁石は、少なくとも希土類元素(R)、遷移金属元素(T)及びホウ素(B)を含有する。永久磁石は、ガリウム(Ga)を更に含有してよい。永久磁石がGaを含有することにより、粒界相として、後述される遷移金属リッチ相が形成され易い。永久磁石は、焼結磁石であってよい。
(permanent magnet)
The permanent magnet according to this embodiment contains at least a rare earth element (R), a transition metal element (T) and boron (B). Permanent magnets may further contain gallium (Ga). Since the permanent magnet contains Ga, a transition metal-rich phase, which will be described later, is likely to be formed as a grain boundary phase. The permanent magnet may be a sintered magnet.
永久磁石は、希土類元素Rとして、少なくともネオジム(Nd)を含有する。永久磁石は、Ndに加えて、さらに他の希土類元素Rを含んでもよい。他の希土類元素Rは、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、サマリウム(Sm)、ユーロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。 Permanent magnets contain at least neodymium (Nd) as the rare earth element R. In addition to Nd, the permanent magnet may further contain another rare earth element R. Other rare earth elements R include scandium (Sc), ytterbium (Y), lantern (La), cerium (Ce), placeozim (Pr), samarium (Sm), lutetium (Eu), gadolinium (Gd), and terbium (Tb). ), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Elbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb), and Lutetium (Lu).
永久磁石は、遷移金属元素Tとして、少なくとも鉄(Fe)を含有する。永久磁石は、遷移金属元素Tとして、Fe及びコバルト(Co)の両方を含有してもよい。永久磁石は、遷移金属元素Tとして、Feのみを含有してもよい。 Permanent magnets contain at least iron (Fe) as the transition metal element T. The permanent magnet may contain both Fe and cobalt (Co) as the transition metal element T. The permanent magnet may contain only Fe as the transition metal element T.
図1中の(a)は、本実施形態に係る直方体状の永久磁石2の模式的な斜視図である。図1中の(b)は、永久磁石2の断面2csの模式図である。図2中の(a)は、永久磁石2の断面2csの一部(領域II)の拡大図である。永久磁石2の形状は、直方体に限定されない。例えば、永久磁石2の形状は、例えば、立方体、矩形(板)、多角柱、アークセグメント、扇、環状扇形(annular sector)状、球、円板、円柱、筒、リング、又はカプセルであってよい。永久磁石2の断面の形状は、例えば、多角形、円弧(円弦)、弓形、アーチ形、C字形、又は円であってよい。
FIG. 1A is a schematic perspective view of a rectangular parallelepiped
図2中の(a)に示されるように、永久磁石2は、複数(多数)の主相粒子4を備える。主相粒子4は、少なくともNd、T及びBを含む。主相粒子4は、R2T14Bの結晶を含んでよい。R2T14Bの結晶は、単結晶又は多結晶であってよい。主相粒子4は、R2T14Bの結晶のみからなっていてよい。R2T14Bは、例えば、(Nd1−xPrx)2(Fe1−yCoy)14Bと表されてよく、xは0以上1未満であってよく、yは0以上1未満であってよい。主相粒子4は、Nd、T及びBに加えて他の元素を含んでもよい。主相粒子4内の組成は均一であってよい。主相粒子4内の組成は不均一であってもよい。例えば、主相粒子4におけるNd、T及びBそれぞれの濃度分布が勾配を有していてもよい。
As shown in (a) in FIG. 2, the
一部の主相粒子4は、粗大主相粒子4Aであり、他の主相粒子4は、粗大主相粒子4Aの粒径よりも小さい粒径を有する微小主相粒子4Bである。つまり、全ての主相粒子4のうち粗大主相粒子4Aを除く残部の全てが、微小主相粒子4Bである。
Some of the
粗大主相粒子4Aの粒径(直径)は、粗大主相粒子4Aの円相当径であってよい。例えば、各粗大主相粒子4Aの粒径は、(4A/π)1/2と表されてよい。Aは、永久磁石2の一つの断面2csにおいて測定される粗大主相粒子4Aの断面積である。(4A/π)1/2は、面積がAである円の直径(円相当径)に相当する。つまり粗大主相粒子4Aの粒径は、粗大主相粒子4Aの断面積Aから算出されるHeywood径であってよい。粗大主相粒子4Aの断面積Aの測定のために、永久磁石2の一つの断面2csの画像が光学顕微鏡によって撮影されてよい。光学顕微鏡の視野の寸法は、例えば、縦1.6mm×横2.0mmであってよい。図3に示されるように、粗大主相粒子4Aは、永久磁石2の断面2csの画像における明暗の差(コントラスト)に基づいて識別されてよい。図3の中央に位置するにおける暗い部分が、粗大主相粒子4Aの断面である。粗大主相粒子4Aの周囲(明るい部分)には、微小主相粒子4B及び粒界相6が存在する。粗大主相粒子4Aの断面積Aは、画像解析ソフトウェアを用いて測定されてよい。画像解析ソフトウェアとしては、例えば、株式会社マウンテック製のMac‐Viewが用いられてよい。粗大主相粒子4Aの粒径は、永久磁石2の一つの断面2csにおいて測定される粗大主相粒子4Aの最大幅であってもよい。
The particle size (diameter) of the coarse
微小主相粒子4Bの粒径(直径)は、微小主相粒子4Bの円相当径であってよい。例えば、各微小主相粒子4Bの粒径は、(4B/π)1/2と表されてよい。Bは、永久磁石2の一つの断面2csにおいて測定される微小主相粒子4Bの断面積である。(4B/π)1/2は、面積がBである円の直径(円相当径)に相当する。つまり微小主相粒子4Bの粒径は、微小主相粒子4Bの断面積Bから算出されるHeywood径であってよい。微小主相粒子4Bの断面積Bの測定のために、永久磁石2の一つの断面2csの画像が走査型電子顕微鏡(SEM)によって撮影されてよい。SEMの視野の寸法は、例えば、縦38.1μm×横50.8μmであってよい。図4に示されるように、微小主相粒子4B及び粒界相6は、永久磁石2の断面2csの画像における明暗の差(コントラスト)に基づいて識別される。図4中の暗い部分が、微小主相粒子4Bの断面である。図4中の明るい部分が、粒界相6の断面である。微小主相粒子4B及び粒界相6其々の反射電子像の明るさに基づいて、永久磁石2の断面2csの画像が二値化(binarize)されてよい。二値化により、微小主相粒子4B及び粒界相6其々が正確に識別され、個々の微小主相粒子4Bの断面積Bが測定される。永久磁石2の断面2csの画像の二値化は、上述の画像解析ソフトウェア又は人力によって行われてよい。微小主相粒子4Bの断面積Bは、上述の画像解析ソフトウェアを用いて測定されてよい。
The particle size (diameter) of the fine
永久磁石2は、複数の主相粒子4の間に位置する粒界を備える。永久磁石2は、複数(多数)の粒界を備えてよい。永久磁石2は、粒界として、粒界多重点を備えてよい。粒界多重点は、三つ以上の主相粒子4に囲まれた粒界である。永久磁石2は、複数(多数)の粒界多重点を備えてよい。永久磁石2は、粒界として、二粒子粒界を備えてよい。二粒子粒界は、隣り合う二つの主相粒子4の間に位置する粒界である。永久磁石2は、複数(多数)の二粒子粒界を備えてよい。
The
粒界は粒界相6を含む。粒界相6が、隣り合う二つ以上の主相粒子4の間に存在することにより、主相粒子4同士の磁気結合が分断される。つまり、隣り合う二つ以上のR2T14Bの結晶粒が、磁化の低い粒界相6を介して、互いに分離される。その結果、高温環境下における永久磁石2の保磁力が向上し、高温環境下において永久磁石2の減磁が抑制される。粒界は粒界相6によって満たされていてよい。
The grain boundaries include the
永久磁石2に含まれる主相粒子4の粒径が小さいほど、個々の主相粒子4の表面積が小さく、主相粒子4の表面における磁化反転核(反転磁区)の生成頻度が低下する。その結果、高温での永久磁石2の保磁力が増加し、高温での永久磁石2の減磁が抑制される。また、各主相粒子4が非磁性の粒界相6で被覆されることにより、隣り合う主相粒子4間の磁気結合が粒界相6によって分断される。粒界相6が厚いほど、主相粒子4間の磁気結合が分断され易い。その結果、高温での永久磁石2の保磁力が増加し、高温での永久磁石2の減磁が抑制される。特に、永久磁石2中のBの含有量が比較的低い場合、主相粒子4間の磁気結合を粒界相6によって分断することが望ましい。粒界相6の厚みは必ずしも均一ではなく、粒界相6の厚みは限定されない。例えば、粒界相6の厚みは、10nm以上100nm以下であってよい。
The smaller the particle size of the
上述のように、高温での永久磁石2保磁力及び減磁は、主相粒子4の粒径、粒界相6による主相粒子4の被覆率、及び主相粒子4を被覆する粒界相6の厚みに依存する。仮に主相粒子4の粒径のみに基づいて保磁力を向上させ、減磁を抑制するためには、微小主相粒子4Bのメジアン径ができるだけ小さく、且つ永久磁石2が粗大主相粒子4Aを含まないことが好ましい。しかしながら、発明者は、敢えて適量の粗大主相粒子4Aを永久磁石2に含有させることにより、高温での永久磁石2の保磁力が増加し、高温での永久磁石2の減磁が抑制されることを発見した。その理由(仮説)は、後述される焼結工程において、粗大主相粒子4Aが占める領域に形成されるはずであった粒界相6の成分から、微小主相粒子4Bを被覆する十分な粒界相6が形成されるからである。高温での保磁力が増加し、高温での減磁が抑制されるメカニズム(仮説)は、以下のように説明される。
As described above, the coercive force and demagnetization of the
図2中の(a)は、本実施形態に係る永久磁石2の断面の一部である。本実施形態に係る永久磁石2は、主相粒子4として、粗大主相粒子4A及び微小主相粒子4Bの両方を含む。図2中の(b)は、従来の永久磁石の断面の一部である。従来の永久磁石は、主相粒子4として、微小主相粒子4Bのみを含む。
本実施形態に係る永久磁石2中の主相粒子4の体積の合計は、従来の永久磁石中の主相粒子4の体積の合計に等しい、と仮定する。また、本実施形態に係る永久磁石2中の粒界相6の体積の合計は、従来の永久磁石中の粒界相6の体積の合計に等しい、と仮定する。
微小主相粒子4Bの粒径(メジアン径)は、粗大主相粒子4Aの粒径よりも小さいので、微小主相粒子4Bの比表面積(単位体積当たりの表面積)は、粗大主相粒子4Aの比表面積よりも大きい。したがって、一つの粗大主相粒子4Aの体積が、複数の微小主相粒子4Bの体積の合計と同じである場合、一つの粗大主相粒子4Aの被覆に要する粒界相6の体積は、複数の微小主相粒子4B全ての被覆に要する粒界相6の体積の合計よりも小さい。
本実施形態に係る永久磁石2は、微小主相粒子4Bだけではなく粗大主相粒子4Aも含むので、本実施形態に係る永久磁石2中の主相粒子4の表面積の合計は、従来の永久磁石中の主相粒子4(微小主相粒子4B)の表面積の合計よりも小さい。換言すれば、従来の永久磁石中の全主相粒子4の表面を被覆するために要する粒界相6の体積は、本実施形態に係る永久磁石2中の全主相粒子4の表面を被覆するために要する粒界相6の体積よりも大きい。しかし、上述の通り、主相粒子4の表面を覆うことができる粒界相6の体積の合計は一定の量に限られる。したがって、従来の永久磁石中の主相粒子4の表面は、本実施形態に係る永久磁石2中の主相粒子4の表面に比べて、粒界相6によって被覆され難い。換言すれば、本実施形態に係る永久磁石2中の主相粒子4の表面は、従来の永久磁石中の主相粒子4の表面に比べて、粒界相6によって確実に被覆され易い。同様の理由から、本実施形態に係る永久磁石2中の主相粒子4を覆う粒界相6の厚みは、従来の永久磁石中の主相粒子4を覆う粒界相6の厚みよりも大きい。
以上のように、本実施形態に係る永久磁石2が、微小主相粒子4Bだけではなく粗大主相粒子4Aも含むことにより、粒界相6による主相粒子4の被覆率が増加し易く、主相粒子4を被覆する粒界相6の厚みが増加し易い。その結果、主相粒子4間の磁気結合が粒界相6によって分断され易く、高温での永久磁石2の保磁力が増加し、高温での永久磁石2の減磁が抑制される。
(A) in FIG. 2 is a part of a cross section of the
It is assumed that the total volume of the
Since the particle size (median diameter) of the fine
Since the
As described above, since the
永久磁石2の一つの断面2csにおける粗大主相粒子4Aの粒径は、100μm以上1000μm以下である。つまり粗大主相粒子4Aは、永久磁石2の一つの断面2csにおいて測定される粒径(円相当径)が100μm以上1000μm以下である主相粒子4と定義されてよい。粗大主相粒子4Aの粒径が100μm未満である場合、微小主相粒子4B間に形成される粒界相6が薄くなり易い。その結果、高温での保磁力が低下し易く、高温で永久磁石2が減磁され易い。粗大主相粒子4Aの粒径が1000μmを超えるような諸条件下での焼結工程を経て永久磁石2が製造される場合、微小主相粒子4Bが過度に成長してしまい、微小主相粒子4Bのメジアン径が後述の上限値を超え易い。その結果、その結果、高温での保磁力が低下し易く、高温で永久磁石2が減磁され易い。したがって、永久磁石2は、永久磁石2の一つの断面2csにおいて測定される粒径(円相当径)が1000μmよりも大きい主相粒子4を含まないことが好ましい。高温での保磁力を増加させ、高温での永久磁石2の減磁を抑制するために、粗大主相粒子4Aの粒径は、110μm以上970μm以下であってもよい。
The particle size of the coarse
永久磁石2の一つの断面2csの単位面積当たりの粗大主相粒子4Aの個数は、0.10個/cm2以上1.00個/cm2以下である。例えば、永久磁石2の一つの断面2csの面積が(Scs)cm2と表され、永久磁石2の一つの断面2cs内に露出する粗大主相粒子4Aの個数が(NA)個と表され、NA/Scsが0.10個/cm2以上1.00個/cm2以下である。以下に記載の「粗大粒頻度」とは、永久磁石2の一つの断面2csの単位面積当たりの粗大主相粒子4Aの個数を意味する。粗大粒頻度が1.00個/cm2より大きい場合、微小主相粒子4Bの個数が相対的に減少する。その結果、高温での保磁力が低下し易く、高温で永久磁石2が減磁され易い。粗大粒頻度が0.10個/cm2未満である場合、粒界相6による主相粒子4の被覆率が低下し易く、微小主相粒子4Bを覆う粒界相6の厚みが減少し易い。その結果、高温での保磁力が低下し易く、高温で永久磁石2が減磁され易い。高温での保磁力を増加させ、高温での永久磁石2の減磁を抑制するために、粗大粒頻度は、0.11個/cm2以上0.98個/cm2以下であってもよい。永久磁石2の断面2csの一部又は全体を光学顕微鏡又は肉眼で観察することにより、永久磁石2の断面2cs内に存在する粗大主相粒子4Aの個数が計測されてよい。粗大主相粒子4Aの個数が計測される場合、粗大主相粒子4Aの全体が視野内に収まるように、光学顕微鏡の視野の寸法が調整されてよい。
The number of coarse
永久磁石2の一つの断面2csにおける微小主相粒子4Bのメジアン径(d50)は、1.0μm以上5.0μm以下である。つまり、粗大主相粒子4Aを除く主相粒子4のメジアン径は、1.0μm以上5.0μm以下である。微小主相粒子4Bのメジアン径が小さいほど、高温での永久磁石2の保磁力が増加し、高温での永久磁石2の減磁が抑制される。微小主相粒子4Bのメジアン径が5.0μmよりも大きい場合、高温での保磁力が低下し易く、高温で永久磁石2が減磁され易い。メジアン径が1.0μm未満である微小主相粒子4Bを含む永久磁石の製造は、現時点の技術水準では困難である。高温での保磁力を増加させ、高温での永久磁石2の減磁を抑制するために、微小主相粒子4Bのメジアン径は、1.0μm以上4.0μm以下、1.0μm以上3.0μm以下、2.0μm以上5.0μm以下、2.0μm以上4.0μm以下、2.0μm以上3.0μm以下、2.5μm以上3.5μm以下、又は2.98μm以上3.04μm以下であってもよい。
The median diameter (d50) of the fine
微小主相粒子4Bのメジアン径は、微小主相粒子4Bの粒度分布に基づいて算出される。微小主相粒子4Bの粒度分布は、個数基準の粒度分布(個数分布)である。この粒度分布を構成する微小主相粒子4Bの個数NBは、例えば、100個以上200個以下であってよい。つまり、永久磁石2の断面2csに露出するNB個の微小主相粒子4Bが無作為に選出され、永久磁石2の断面2csにおける各微小主相粒子4Bの粒径(円相当径)から、微小主相粒子4Bのメジアン径が算出されてよい。NB個の微小主相粒子4B其々の粒径は、永久磁石2の一つの断面2csのうち粗大主相粒子4Aを含まない領域(視野)において測定されてよい。
The median diameter of the fine
本発明の技術的範囲は、上述のメカニズムによって限定されるものではない。 The technical scope of the present invention is not limited by the mechanism described above.
粒界多重点又は二粒子粒界は、粒界相6として、遷移金属リッチ相を含んでよい。遷移金属リッチ相は、R、T及びGaを含有し、且つ下記式T1を満たす相であってよい。遷移金属リッチ相は、R6T13Gaを含む相であってよい。遷移金属リッチ相は、R6T13Gaのみからなる相であってもよい。R6T13Gaは、例えば、Nd6Fe13Gaであってよい。永久磁石2が遷移金属リッチ相を含むことにより、高温での永久磁石2の保磁力が向上し易い。
1.50≦([Fe]+[Co])/[R]≦3.00 (T1)
上記式T1中の[Fe]は、粒界におけるFeの濃度であり、上記式T1中の[Co]は、粒界におけるCoの濃度であり、上記式T1中の[R]は、粒界におけるRの濃度であり、[Fe]、[Co]及び[R]其々の単位は、原子%である。
The grain boundary multiple points or two-particle grain boundaries may include a transition metal-rich phase as the
1.50 ≦ ([Fe] + [Co]) / [R] ≦ 3.00 (T1)
[Fe] in the above formula T1 is the concentration of Fe at the grain boundary, [Co] in the above formula T1 is the concentration of Co in the grain boundary, and [R] in the above formula T1 is the concentration of Co in the grain boundary. The concentration of R in, and the unit of each of [Fe], [Co] and [R] is atomic%.
粒界多重点又は二粒子粒界は、粒界相6として、Rリッチ相を含んでもよい。Rリッチ相は、少なくともRを含み、下記の式R1及び式R2を満たす相であってよい。Rリッチ相は、遷移金属元素Tとして、Fe及びCoのうちFeのみを含んでよい。Rリッチ相は、遷移金属元素Tとして、Fe及びCoの両方を含んでもよい。Rリッチ相は、遷移金属元素Tを含まなくてもよい。Rリッチ相は、Oを含んでよい。Rリッチ相は、Oを含まなくてもよい。
0.00≦([Fe]+[Co])/[R]<1.50 (R1)
0.00≦[O]/[R]<0.35 (R2)
上記式R1中の[Fe]は、粒界におけるFeの濃度であり、上記式R1中の[Co]は、粒界におけるCoの濃度であり、上記式R2中の[O]は、粒界におけるOの濃度であり、上記の式R1及び式R2中の[R]は、粒界におけるRの濃度であり、[Fe]、[Co]、[O]及び[R]其々の単位は、原子%である。
The grain boundary multiple points or two-particle grain boundaries may include an R-rich phase as the
0.00 ≦ ([Fe] + [Co]) / [R] <1.50 (R1)
0.00≤ [O] / [R] <0.35 (R2)
[Fe] in the above formula R1 is the concentration of Fe at the grain boundary, [Co] in the above formula R1 is the concentration of Co in the grain boundary, and [O] in the above formula R2 is the concentration of Co in the grain boundary. [R] in the above formulas R1 and R2 is the concentration of R at the grain boundary, and the units of [Fe], [Co], [O] and [R] are respectively. , Atomic%.
一部の粒界相6は、遷移金属リッチ相及びRリッチ相とは異なる他の相であってもよい。他の相は、例えば希土類酸化物相であってよい。希土類酸化物相とは、Rの酸化物を含む相、又はRの酸化物のみならなる相であってよい。希土類酸化物相における[O]/[R]は、0.35以上であってよい。 Some grain boundary phases 6 may be other phases different from the transition metal-rich phase and the R-rich phase. The other phase may be, for example, a rare earth oxide phase. The rare earth oxide phase may be a phase containing an oxide of R or a phase consisting of only an oxide of R. [O] / [R] in the rare earth oxide phase may be 0.35 or more.
遷移金属リッチ相、Rリッチ相及び他の相は、組成の違いに基づいて客観的且つ明確に識別される全く異なる相である。遷移金属リッチ相、Rリッチ相及び他の相は、SEMで撮影された永久磁石2の断面2csの画像においても、明暗のコントラストに基づいて識別される。一つの粒界多重点には、遷移金属リッチ相、Rリッチ相及びその他の相のうち一種類の相のみが存在する傾向がある。ただし、一つの粒界多重点又は一つの二粒子粒界において、遷移金属リッチ相、Rリッチ相及びその他の相のうち二種類以上の相が存在してもよい。
Transition metal-rich phases, R-rich phases and other phases are completely different phases that are objectively and clearly identified based on differences in composition. The transition metal-rich phase, the R-rich phase, and the other phases are also identified based on the contrast between light and dark even in the image of the cross section 2cs of the
永久磁石2における主相粒子4の体積の割合の合計は、特に限定されないが、例えば、75体積%以上100体積%未満であってよい。
The total volume ratio of the
上述の技術的特徴を有する永久磁石2は、重希土類元素を含有しない場合であっても、高温において十分に高い保磁力を有することができる。ただし、高温における永久磁石2の保磁力を更に増加させるために、永久磁石2が重希土類元素を含有してもよい。ただし、重希土類元素の含有量が多すぎる場合、残留磁束密度が減少する傾向がある。例えば、永久磁石2における重希土類元素の含有量の合計は、0.00質量%以上1.00質量%以下であってよい。重希土類元素の使用を極力控えることで、重希土類元素を使用することの資源リスクを軽減できる。重希土類元素は、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。
The
上述された主相粒子4及び粒界相6其々の組成は、エネルギー分散型X線分光(EDS)器を用いて永久磁石2の断面2csを分析することによって特定されてよい。
The composition of each of the
永久磁石2の全体の具体的な組成は、以下に説明される。ただし、永久磁石2の組成の範囲は以下に限定されるものではない。上述した本発明の効果が得られる限りにおいて、永久磁石2の組成は以下の組成の範囲を外れてもよい。
The overall specific composition of the
永久磁石におけるRの含有量は、29.50〜33.00質量%であってよい。永久磁石がRとして重希土類元素を含む場合、重希土類元素も含む全ての希土類元素の合計の含有量が29.5〜33質量%であってよい。Rの含有量がこの範囲であることにより、残留磁束密度及び保磁力が増加する傾向にある。Rの含有量が少なすぎる場合、主相粒子(R2T14B)が形成され難く、軟磁性を有するα‐Fe相が形成され易い。その結果、保磁力が減少する傾向がある。一方、Rの含有量が多すぎる場合、主相粒子の体積比率が低くなり、残留磁束密度が減少する傾向がある。主相粒子の体積比率が高くなり、残留磁束密度が高まり易いことから、Rの含有量は、30.00〜32.50質量%であってもよい。残留磁束密度及び保磁力が増加し易いことから、全希土類元素Rに占めるNd及びPrの割合の合計は、80〜100原子%又は95〜100原子%であってよい。 The content of R in the permanent magnet may be 29.50 to 33.00% by mass. When the permanent magnet contains a heavy rare earth element as R, the total content of all the rare earth elements including the heavy rare earth element may be 29.5 to 33% by mass. When the R content is in this range, the residual magnetic flux density and the coercive force tend to increase. When the R content is too small, main phase particles (R 2 T 14 B) are difficult to form, and an α-Fe phase having soft magnetism is likely to be formed. As a result, the coercive force tends to decrease. On the other hand, when the R content is too large, the volume ratio of the main phase particles becomes low, and the residual magnetic flux density tends to decrease. Since the volume ratio of the main phase particles is high and the residual magnetic flux density is likely to be high, the R content may be 30.00 to 32.50% by mass. Since the residual magnetic flux density and the coercive force tend to increase, the total ratio of Nd and Pr to the total rare earth element R may be 80 to 100 atomic% or 95 to 100 atomic%.
永久磁石におけるBの含有量は、0.70〜0.95質量%であってよい。Bの含有量が、R2T14Bで表される主相の組成の化学量論比よりも少ないことにより、遷移金属リッチ相が形成され易く、保磁力が向上し易い。Bの含有量が少なすぎる場合、R2T17相が析出し易く、保磁力が減少する傾向がある。一方、Bの含有量が多すぎる場合、遷移金属リッチ相が十分に形成され難く、保磁力が減少する傾向がある。残留磁束密度及び保磁力が増加し易いことから、Bの含有量は、0.75〜0.90質量%又は0.80〜0.88質量%であってもよい。 The content of B in the permanent magnet may be 0.70 to 0.95% by mass. Since the content of B is smaller than the stoichiometric ratio of the composition of the main phase represented by R 2 T 14 B, the transition metal rich phase is likely to be formed and the coercive force is likely to be improved. If the content of B is too small, easy R 2 T 17 phase precipitates tend to coercive force is reduced. On the other hand, when the content of B is too large, it is difficult to sufficiently form the transition metal rich phase, and the coercive force tends to decrease. Since the residual magnetic flux density and the coercive force are likely to increase, the content of B may be 0.75 to 0.90% by mass or 0.80 to 0.88% by mass.
永久磁石は、アルミニウム(Al)を含有してもよい。永久磁石におけるAlの含有量は、0.03〜0.60質量%、又は0.03〜0.30質量%以下であってよい。Alの含有量が上記範囲であることにより、永久磁石の保磁力及び耐食性が向上し易い。 The permanent magnet may contain aluminum (Al). The Al content in the permanent magnet may be 0.03 to 0.60% by mass, or 0.03 to 0.30% by mass or less. When the Al content is in the above range, the coercive force and corrosion resistance of the permanent magnet are likely to be improved.
永久磁石におけるCuの含有量は0.01〜1.50質量%、又は0.03〜1.00質量%、又は0.05〜0.50質量%であってよい。Cuの含有量が上記範囲であることにより、永久磁石の保磁力、耐食性及び温度特性が向上し易い。保磁力が高まり易いことから、Cuの含有量は、0.01〜0.50質量%であってもよい。 The content of Cu in the permanent magnet may be 0.01 to 1.50% by mass, or 0.03 to 1.00% by mass, or 0.05 to 0.50% by mass. When the Cu content is in the above range, the coercive force, corrosion resistance and temperature characteristics of the permanent magnet can be easily improved. Since the coercive force tends to increase, the Cu content may be 0.01 to 0.50% by mass.
永久磁石におけるCoの含有量は、0.00〜3.00質量%であってよい。Coは、Feと同様に、主相粒子(R2T14Bの結晶粒)を構成する遷移金属元素Tであってよい。永久磁石がCoを含ことにより、永久磁石のキュリー温度が向上し易い。また永久磁石がCoを含ことにより、粒界相の耐食性が向上し易く、永久磁石全体の耐食性が向上し易い。これら効果が得られ易いことから、永久磁石におけるCoの含有量は、0.30〜2.50質量%であってもよい。 The content of Co in the permanent magnet may be 0.00 to 3.00% by mass. Like Fe, Co may be a transition metal element T constituting the main phase particles (crystal grains of R 2 T 14 B). Since the permanent magnet contains Co, the Curie temperature of the permanent magnet can be easily improved. Further, when the permanent magnet contains Co, the corrosion resistance of the grain boundary phase is likely to be improved, and the corrosion resistance of the entire permanent magnet is likely to be improved. Since these effects can be easily obtained, the content of Co in the permanent magnet may be 0.30 to 2.50% by mass.
Gaの含有量は、0.10〜1.00質量%、又は0.20〜0.80質量%であってよい。Gaの含有量が少なすぎる場合、遷移金属リッチ相が十分に形成されず、保磁力が減少する傾向がある。Gaの含有量が多すぎる場合、遷移金属リッチ相が過剰に形成され、主相粒子の体積比率が減少し、残留磁束密度が減少する傾向がある。残留磁束密度及び保磁力が増加し易いことから、Gaの含有量は、0.20〜0.80質量%であってもよい。 The content of Ga may be 0.10 to 1.00% by mass, or 0.25 to 0.80% by mass. If the Ga content is too low, the transition metal rich phase is not sufficiently formed and the coercive force tends to decrease. When the Ga content is too high, the transition metal-rich phase tends to be excessively formed, the volume ratio of the main phase particles decreases, and the residual magnetic flux density tends to decrease. Since the residual magnetic flux density and the coercive force tend to increase, the Ga content may be 0.20 to 0.80% by mass.
永久磁石は、炭素(C)を含有してよい。永久磁石におけるCの含有量は、0.05〜0.30質量%、または0.10〜0.25質量%であってよい。Cの含有量が少なすぎる場合、R2T17相が析出し易く、保磁力が減少する傾向がある。Cの含有量が多すぎる場合、遷移金属リッチ相が十分に形成されず、保磁力が減少する傾向がある。保磁力が向上し易いことから、Cの含有量は0.10〜0.25質量%であってよい。 Permanent magnets may contain carbon (C). The content of C in the permanent magnet may be 0.05 to 0.30% by mass, or 0.10 to 0.25% by mass. If the content of C is too small, easy R 2 T 17 phase precipitates tend to coercive force is reduced. If the C content is too high, the transition metal rich phase is not sufficiently formed and the coercive force tends to decrease. Since the coercive force is easily improved, the C content may be 0.10 to 0.25% by mass.
永久磁石における酸素(O)の含有量は、0.03〜0.40質量%であってよい。Oの含有量が少なすぎる場合、永久磁石の耐食性が低減する傾向がある、Oの含有量が多過ぎる場合、保磁力が減少する傾向がある。耐食性及び保磁力が向上し易いことから、Oの含有量は、0.05〜0.30質量%、又は0.05〜0.25質量%であってもよい。 The content of oxygen (O) in the permanent magnet may be 0.03 to 0.40% by mass. If the O content is too low, the corrosion resistance of the permanent magnet tends to decrease, and if the O content is too high, the coercive force tends to decrease. Since the corrosion resistance and the coercive force are easily improved, the content of O may be 0.05 to 0.30% by mass or 0.05 to 0.25% by mass.
永久磁石は窒素(N)を含有してもよい。永久磁石におけるNの含有量は、0.00〜0.15質量%であってよい。Nの含有量が多すぎる場合、保磁力が減少する傾向にある。 Permanent magnets may contain nitrogen (N). The content of N in the permanent magnet may be 0.00 to 0.15% by mass. If the N content is too high, the coercive force tends to decrease.
永久磁石から上述の元素を除いた残部は、Feのみであってよい。又は、永久磁石から上述の元素を除いた残部は、Fe及びその他の元素であってよい。永久磁石が十分な磁気特性を有するためには、残部のうち、Fe以外の元素の含有量の合計は、永久磁石の全質量に対して5質量%以下であってよい。 Fe may be the only residue after removing the above-mentioned elements from the permanent magnet. Alternatively, the balance obtained by removing the above-mentioned elements from the permanent magnet may be Fe and other elements. In order for the permanent magnet to have sufficient magnetic properties, the total content of elements other than Fe in the balance may be 5% by mass or less with respect to the total mass of the permanent magnet.
永久磁石はジルコニウム(Zr)を含有してよい。永久磁石におけるZrの含有量は、0.00〜1.50質量%、又は0.03〜0.80質量%、又は0.10〜0.60質量%であってよい。Zrは、永久磁石の製造過程(焼結工程)で、主相粒子(結晶粒)の異常粒成長を抑制し、永久磁石の組織を均一且つ微細にして、永久磁石の磁気特性を向上させる。 Permanent magnets may contain zirconium (Zr). The content of Zr in the permanent magnet may be 0.00 to 1.50% by mass, 0.03 to 0.80% by mass, or 0.10 to 0.60% by mass. Zr suppresses abnormal grain growth of main phase particles (crystal grains) in the manufacturing process (sintering process) of a permanent magnet, makes the structure of the permanent magnet uniform and fine, and improves the magnetic properties of the permanent magnet.
永久磁石は、チタン(Ti)を含有してよい。永久磁石におけるTiの含有量は、0.00〜1.50質量%、又は0.03〜0.80質量%、又は0.10〜0.60質量%であってよい。Tiは、永久磁石の製造過程(焼結工程)で、主相粒子(結晶粒)の異常粒成長を抑制し、永久磁石の組織を均一且つ微細にして、永久磁石の磁気特性を向上させる。 Permanent magnets may contain titanium (Ti). The content of Ti in the permanent magnet may be 0.00 to 1.50% by mass, 0.03 to 0.80% by mass, or 0.10 to 0.60% by mass. Ti suppresses abnormal grain growth of main phase particles (crystal grains) in the manufacturing process (sintering process) of the permanent magnet, makes the structure of the permanent magnet uniform and fine, and improves the magnetic properties of the permanent magnet.
永久磁石は、不可避不純物として、マンガン(Mn)、カルシウム(Ca)、ニッケル(Ni)、ケイ素(Si)、塩素(Cl)、硫黄(S)及びフッ素(F)からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有してよい。永久磁石における不可避不純物の含有量の合計は、0.001〜0.50質量%であってよい。 Permanent magnets are at least one selected from the group consisting of manganese (Mn), calcium (Ca), nickel (Ni), silicon (Si), chlorine (Cl), sulfur (S) and fluorine (F) as unavoidable impurities. May be contained. The total content of unavoidable impurities in the permanent magnet may be 0.001 to 0.50% by mass.
以上の永久磁石全体の組成は、例えば、蛍光X線(XRF)分析法、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法、及び不活性ガス融解‐非分散型赤外線吸収(NDIR)法によって特定されてよい。 The composition of the entire permanent magnet described above is specified by, for example, fluorescent X-ray (XRF) analysis, high frequency inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry, and inert gas melting-non-dispersive infrared absorption (NDIR) method. good.
本実施形態に係る永久磁石は、モータ又はアクチュエーター等に適用されてよい。例えば、永久磁石は、ハイブリッド自動車、電気自動車、ハードディスクドライブ、磁気共鳴画像装置(MRI)、スマートフォン、デジタルカメラ、薄型TV、スキャナー、エアコン、ヒートポンプ、冷蔵庫、掃除機、洗濯乾燥機、エレベーター及び風力発電機等の様々な分野で利用される。 The permanent magnet according to this embodiment may be applied to a motor, an actuator or the like. For example, permanent magnets include hybrid vehicles, electric vehicles, hard disk drives, magnetic resonance imaging (MRI), smartphones, digital cameras, flat-screen TVs, scanners, air conditioners, heat pumps, refrigerators, vacuum cleaners, washer-dryers, elevators and wind power generators. It is used in various fields such as machines.
(永久磁石の製造方法)
以下では、上述の永久磁石の製造方法の一例として、焼結磁石の製造方法が説明される。
(Manufacturing method of permanent magnet)
In the following, a method for manufacturing a sintered magnet will be described as an example of the above-mentioned method for manufacturing a permanent magnet.
上述された永久磁石を構成する各元素を含む金属(原料金属)から、ストリップキャスティング法等により、原料合金が作製される。原料金属は、例えば、希土類元素の単体(金属単体)、希土類元素を含む合金、純鉄、フェロボロン、又はこれらを含む合金であってよい。これらの原料金属は、所望の永久磁石の組成に一致するように秤量される。 A raw material alloy is produced from the metal (raw material metal) containing each element constituting the above-mentioned permanent magnet by a strip casting method or the like. The raw material metal may be, for example, a simple substance of a rare earth element (elemental metal), an alloy containing a rare earth element, pure iron, ferrobolon, or an alloy containing these. These raw metal are weighed to match the desired permanent magnet composition.
原料合金として、一種類の原料合金が用いられてよい。つまり、一合金法によって永久磁石が製造されてよい。一種類の原料合金が用いられる場合、原料合金の組成は、最終的に得られる永久磁石の組成と略一致してよい。原料合金として、複数種の原料合金が用いられてもよい。例えば、原料合金として、主相合金及び粒界相合金が用いられてよい。つまり、二合金法によって永久磁石が製造されてよい。永久磁石中の主相粒子は、主相合金に由来する。永久磁石中の粒界相は、粒界相合金に由来する。ただし、永久磁石中の主相粒子の組成は、主相合金の組成と必ずしも一致せず、永久磁石中の粒界相の組成は、粒界相合金の組成と必ずしも一致しない。後述される焼結工程及び時効処理工程において、主相合金及び粒界相合金其々の組成が変化し得るからである。 As the raw material alloy, one kind of raw material alloy may be used. That is, the permanent magnet may be manufactured by the one-alloy method. When one kind of raw material alloy is used, the composition of the raw material alloy may be substantially the same as the composition of the finally obtained permanent magnet. As the raw material alloy, a plurality of types of raw material alloys may be used. For example, a main phase alloy and a grain boundary phase alloy may be used as the raw material alloy. That is, the permanent magnet may be manufactured by the dialloy method. The main phase particles in the permanent magnet are derived from the main phase alloy. The grain boundary phase in the permanent magnet is derived from the grain boundary phase alloy. However, the composition of the main phase particles in the permanent magnet does not always match the composition of the main phase alloy, and the composition of the grain boundary phase in the permanent magnet does not necessarily match the composition of the grain boundary phase alloy. This is because the compositions of the main phase alloy and the grain boundary phase alloy can be changed in the sintering step and the aging treatment step described later.
上記の原料合金を以下の方法で粉砕することにより、原料合金粉末が調製される。 A raw material alloy powder is prepared by pulverizing the above raw material alloy by the following method.
一種類の原料合金のみが永久磁石の製造に用いられる場合、原料合金の一部は、粗粉砕工程(coarse pulverization step)及び微粉砕工程(fine pulverization step)の二段階で粉砕され、微粉末になる。原料合金の残部は、粗粉砕工程のみによって粉砕され、粗粉末になる。粗粉砕工程では、例えば、スタンプミル、ジョークラッシャー、又はブラウンミル等の粉砕方法が用いられてよい。粗粉砕工程は、不活性ガス雰囲気中で行われてよい。水素を原料合金へ吸蔵させた後、原料合金が粉砕されてよい。つまり、粗粉砕工程として水素吸蔵粉砕が行われてよい。微粉砕工程では、例えば、ジェットミルを用いてよい。 When only one type of raw material alloy is used in the production of permanent magnets, a part of the raw material alloy is pulverized in two steps of a coarse pulverization step and a fine pulverization step to form a fine powder. Become. The balance of the raw material alloy is pulverized only by the coarse pulverization step to become a coarse powder. In the coarse crushing step, for example, a crushing method such as a stamp mill, a jaw crusher, or a brown mill may be used. The coarse pulverization step may be carried out in an atmosphere of an inert gas. After occluding hydrogen in the raw material alloy, the raw material alloy may be crushed. That is, hydrogen storage pulverization may be performed as a coarse pulverization step. In the pulverization step, for example, a jet mill may be used.
粗粉砕工程では、原料合金の粉砕後、原料合金の粒径が1000μm未満になるように、原料合金が分級されてよい。つまり、粗粉砕工程では、粒径が1000μm未満である粗粉末(cоarse pоwder)が原料合金から作製されてよい。粗粉末は、永久磁石に含まれる粗大主相粒子の前駆体であってよい。後述される焼結工程及び時効処理工程を経て、粗粉末が粗大主相粒子になってよい。したがって、粗粉末の粒径は、粗大主相粒子の粒径とほぼ同じであってよい。つまり、粗粉砕工程における粗粉末の粒径の調整によって、永久磁石中の粗大主相粒子の粒径が制御されてよい。粗粉末の粒径又は粒度分布は、例えば、レーザー回折散乱式の粒度分布測定装置によって測定されてよい。なお、粗粉末を構成する一つの合金粒子(例えば二次粒子)が後工程において複数の粒子へ分かれることにより、複数の粗大主相粒子が形成されてよい。したがって、粗粉末を構成する一部の合金粒子の粒径は、粗大主相粒子の粒径よりも大きくてもよい。 In the rough crushing step, after crushing the raw material alloy, the raw material alloy may be classified so that the particle size of the raw material alloy is less than 1000 μm. That is, in the coarse pulverization step, a crude powder having a particle size of less than 1000 μm (cоarse powder) may be produced from the raw material alloy. The coarse powder may be a precursor of coarse main phase particles contained in a permanent magnet. The coarse powder may become coarse main phase particles through a sintering step and an aging treatment step described later. Therefore, the particle size of the coarse powder may be substantially the same as the particle size of the coarse main phase particles. That is, the particle size of the coarse main phase particles in the permanent magnet may be controlled by adjusting the particle size of the coarse powder in the coarse pulverization step. The particle size or particle size distribution of the coarse powder may be measured by, for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device. A plurality of coarse main phase particles may be formed by separating one alloy particle (for example, a secondary particle) constituting the coarse powder into a plurality of particles in a subsequent step. Therefore, the particle size of some of the alloy particles constituting the coarse powder may be larger than the particle size of the coarse main phase particles.
粗粉砕工程に続く微粉砕工程では、粗粉砕工程で得られた粗粉末の一部が更に粉砕される。微粉砕工程では、粗粉末のメジアン径(d50)が1μm以上5μm未満となるまで、粗粉末が粉砕される。つまり、微粉砕工程では、メジアン径が1μm以上5μm未満である微粉末(fine pоwder)が粗粉末から作製される。微粉末は、永久磁石に含まれる微小主相粒子の前駆体であってよい。後述される焼結工程及び時効処理工程を経て、微粉末が微小主相粒子になってよい。したがって、微粉末のメジアン径は、微小主相粒子のメジアン径とほぼ同じであってよい。つまり、微粉砕工程における微粉末のメジアン径の調整によって、永久磁石中の微小主相粒子のメジアン径が制御されてよい。微粉末のメジアン径は、微粉末の粒度分布に基づいて算出される。微粉末の粒度分布は、微粉末の体積に基づく粒度分布であってよい。微粉末の粒度分布は、例えば、レーザー回折散乱式の粒度分布測定装置によって測定されてよい。 In the fine pulverization step following the coarse pulverization step, a part of the coarse powder obtained in the coarse pulverization step is further pulverized. In the fine pulverization step, the crude powder is pulverized until the median diameter (d50) of the crude powder becomes 1 μm or more and less than 5 μm. That is, in the fine pulverization step, a fine powder having a median diameter of 1 μm or more and less than 5 μm (fine powder) is produced from the crude powder. The fine powder may be a precursor of fine main phase particles contained in a permanent magnet. The fine powder may become fine main phase particles through the sintering step and the aging treatment step described later. Therefore, the median diameter of the fine powder may be substantially the same as the median diameter of the fine main phase particles. That is, the median diameter of the fine main phase particles in the permanent magnet may be controlled by adjusting the median diameter of the fine powder in the fine pulverization step. The median diameter of the fine powder is calculated based on the particle size distribution of the fine powder. The particle size distribution of the fine powder may be a particle size distribution based on the volume of the fine powder. The particle size distribution of the fine powder may be measured by, for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device.
上記の方法で得られた粗粉末及び微粉末を混合することにより、原料合金粉末が調製されてよい。100質量部の微粉末に対する粗粉末の相対的質量は、0.02質量部以上0.10質量部以下である。つまり、0.02質量部以上0.10質量部以下である粗粉末を、100質量部の微粉末へ添加することにより、原料合金粉末が得られてよい。以下に記載の「粗粉添加量」とは、100質量部の微粉末に対する粗粉末の相対的質量を意味する。粗粉添加量が0.02質量部未満である場合、永久磁石における粗大粒頻度が0.1個/cm2未満になり易い。粗粉添加量が0.10質量部より大きい場合、永久磁石における粗大粒頻度が1個/cm2を超え易い。 A raw material alloy powder may be prepared by mixing the crude powder and the fine powder obtained by the above method. The relative mass of the crude powder with respect to 100 parts by mass of the fine powder is 0.02 parts by mass or more and 0.10 parts by mass or less. That is, a raw material alloy powder may be obtained by adding a crude powder of 0.02 parts by mass or more and 0.10 parts by mass or less to 100 parts by mass of a fine powder. The "crude powder addition amount" described below means the relative mass of the crude powder with respect to 100 parts by mass of the fine powder. When the amount of coarse powder added is less than 0.02 parts by mass, the frequency of coarse particles in the permanent magnet tends to be less than 0.1 grain / cm 2. When the amount of coarse powder added is larger than 0.10 parts by mass, the frequency of coarse particles in the permanent magnet tends to exceed 1 piece / cm 2.
複数種の原料合金を用いる場合、各原料合金を別々に粉砕してから、混合してもよい。例えば、二合金法によって永久磁石が製造される場合、上記の粗粉砕工程により、主相合金から主相粗粉末が調製されてよい。また上記の粗粉砕工程及び微粉砕工程により、一部の主相粗粉末から主相微粉末から調製されてよい。そして、上記の粗粉添加量で主相粗粉末を主相微粉末へ添加することにより、主相合金粉末が調製されてよい。また上記の粗粉砕工程及び微粉砕工程により、粒界相合金から粒界相合金粉末(粒界相微粉末)が調製されてよい。そして主相合金粉末及び粒界相合金粉末を所定の比率で混合することにより、原料合金粉末が調製されてよい。所定の比率とは、原料合金粉末の全体的な組成が、目的とする永久磁石の組成に略一致する比率である。 When a plurality of types of raw material alloys are used, each raw material alloy may be pulverized separately and then mixed. For example, when a permanent magnet is manufactured by the two-alloy method, a main phase crude powder may be prepared from the main phase alloy by the above-mentioned coarse grinding step. Further, it may be prepared from a part of the main phase crude powder to the main phase fine powder by the above-mentioned coarse pulverization step and fine pulverization step. Then, the main phase alloy powder may be prepared by adding the main phase crude powder to the main phase fine powder in the above amount of the crude powder addition. Further, the grain boundary phase alloy powder (grain boundary phase fine powder) may be prepared from the grain boundary phase alloy by the above-mentioned coarse pulverization step and fine pulverization step. Then, the raw material alloy powder may be prepared by mixing the main phase alloy powder and the grain boundary phase alloy powder in a predetermined ratio. The predetermined ratio is a ratio in which the overall composition of the raw material alloy powder substantially matches the composition of the target permanent magnet.
上述の方法で得られた原料合金粉末の粒度分布は、少なくとも二つのピークを有してよい。二つのピークのうち第一のピークに対応する粒径は、微粉末のメジアン径又は永久磁石中の微小主相粒子のメジアン径と略同じであってよい。二つのピークのうち第二のピークに対応する粒径は、粗粉末の粒径又は永久磁石中の粗大主相粒子の粒径と略同じであってよい。第一のピークの強度(頻度)は、第二のピークの強度(頻度)より高くてよい。換言すれば、第一のピークの積分は、第二のピークの積分より大きくてよい。原料合金粉末の粒度分布が上記の二つのピークを有することにより、粗大主相粒子及び微小主相粒子に係る上記技術的特徴を有する永久磁石が得られやすい。原料合金粉末の粒度分布は、体積基準の粒度分布であってよい。原料合金粉末の粒度分布は、例えば、レーザー回折散乱式の粒度分布測定装置によって測定されてよい。 The particle size distribution of the raw material alloy powder obtained by the above method may have at least two peaks. The particle size corresponding to the first peak of the two peaks may be substantially the same as the median diameter of the fine powder or the median diameter of the fine main phase particles in the permanent magnet. The particle size corresponding to the second peak of the two peaks may be substantially the same as the particle size of the coarse powder or the particle size of the coarse main phase particles in the permanent magnet. The intensity (frequency) of the first peak may be higher than the intensity (frequency) of the second peak. In other words, the integral of the first peak may be greater than the integral of the second peak. Since the particle size distribution of the raw material alloy powder has the above two peaks, it is easy to obtain a permanent magnet having the above technical features relating to the coarse main phase particles and the fine main phase particles. The particle size distribution of the raw material alloy powder may be a volume-based particle size distribution. The particle size distribution of the raw material alloy powder may be measured by, for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device.
上述の方法で得られた原料合金粉末を磁場中で成形することにより、成形体(green cоmpact)が得られる。例えば、金型内の原料合金粉末に磁場を印加しながら、原料合金粉末を金型で加圧することにより、成形体が得られる。金型が原料合金粉末に及ぼす圧力は、30〜300MPaであってよい。原料合金粉末に印加される磁場の強度は、950〜1600kA/mであってよい。 By molding the raw material alloy powder obtained by the above method in a magnetic field, a molded product (green compact) can be obtained. For example, a molded product can be obtained by pressurizing the raw material alloy powder with the mold while applying a magnetic field to the raw material alloy powder in the mold. The pressure exerted by the mold on the raw material alloy powder may be 30 to 300 MPa. The strength of the magnetic field applied to the raw material alloy powder may be 950 to 1600 kA / m.
焼結工程(sintering step)では、真空又は不活性ガス雰囲気中において、上述の成形体が所定の焼結温度で加熱される。その結果、成形体が焼結され、焼結体が得られる。永久磁石の一つの断面における粗大主相粒子の粒径が、100μm以上1000μm以下であり、上記断面の単位面積当たりの粗大主相粒子の個数が、0.1個/cm2以上1個/cm2以下であり、上記断面における微小主相粒子のメジアン径が、1μm以上5μm以下である限りにおいて、微粉末及び粗粉末其々の粒成長が焼結工程中に進行してよく、微粉末同士の焼結、粗粉末同士の焼結、並びに、微粉末及び粗粉末の焼結が焼結工程中に進行してよい。 In the sintering step, the above-mentioned compact is heated at a predetermined sintering temperature in a vacuum or an atmosphere of an inert gas. As a result, the molded product is sintered and a sintered body is obtained. The particle size of the coarse main phase particles in one cross section of the permanent magnet is 100 μm or more and 1000 μm or less, and the number of coarse main phase particles per unit area in the above cross section is 0.1 piece / cm 2 or more and 1 piece / cm. As long as the size is 2 or less and the median diameter of the fine main phase particles in the above cross section is 1 μm or more and 5 μm or less, the grain growth of each of the fine powder and the coarse powder may proceed during the sintering process, and the fine powders may grow together. Sintering, sintering of coarse powders, and sintering of fine powders and coarse powders may proceed during the sintering process.
焼結条件は、目的とする永久磁石の組成、原料合金の粉砕方法及び粒度等に応じて、適宜設定されてよい。焼結温度Tsは、例えば、1000〜1090℃であってよい。焼結時間は、1時間以上24時間以下であってよい。焼結温度が低過ぎる場合、成形体が十分に焼結されず、焼結体が十分な磁気特性及び機械的強度を有することが困難である。焼結温度が1090℃より高い場合、原料合金粉末(主相合金粉末)の焼結及び粒成長が過度に進行し易い。したがって、焼結温度が1090℃より高い場合、粗大主相粒子の粒径が1000μmを超え易く、微小主相粒子のメジアン径が増加し易い。その結果、高温における永久磁石の保磁力が低下し易く、高温において永久磁石が減磁され易い。 Sintering conditions may be appropriately set according to the composition of the target permanent magnet, the crushing method of the raw material alloy, the particle size, and the like. The sintering temperature Ts may be, for example, 1000 to 1090 ° C. The sintering time may be 1 hour or more and 24 hours or less. If the sintering temperature is too low, the molded product is not sufficiently sintered, and it is difficult for the sintered body to have sufficient magnetic properties and mechanical strength. When the sintering temperature is higher than 1090 ° C., the sintering and grain growth of the raw material alloy powder (main phase alloy powder) are likely to proceed excessively. Therefore, when the sintering temperature is higher than 1090 ° C., the particle size of the coarse main phase particles tends to exceed 1000 μm, and the median diameter of the fine main phase particles tends to increase. As a result, the coercive force of the permanent magnet at high temperature tends to decrease, and the permanent magnet tends to be demagnetized at high temperature.
焼結工程に続く時効処理工程が実施されてよい。時効処理工程では、焼結体が、真空又は不活性ガス雰囲気中において、所定の時効処理温度で加熱される。時効処理温度は、焼結温度よりも低くてよい。例えば、時効処理温度は、450℃以上940℃以下、又は470℃以上920℃以下であってよい。時効処理工程は、第一時効処理と、第一時効処理に続く第二時効処理とから構成されてよい。第一時効処理では、焼結体が第一温度T1で加熱されてよい。第二時効処理では、焼結体が第二温度T2で加熱されてよい。第一温度T1は第二温度T2よりも高くてよい。第一温度T1は、700〜940℃又は800〜920℃であってよい。第二温度T2は、450〜570℃又は470〜540℃であってよい。 An aging treatment step following the sintering step may be carried out. In the aging treatment step, the sintered body is heated at a predetermined aging treatment temperature in a vacuum or an atmosphere of an inert gas. The aging treatment temperature may be lower than the sintering temperature. For example, the aging treatment temperature may be 450 ° C. or higher and 940 ° C. or lower, or 470 ° C. or higher and 920 ° C. or lower. The aging treatment step may consist of a first aging treatment and a second aging treatment following the first temporary aging treatment. In the first temporary effect treatment, the sintered body may be heated at the first temperature T1. In the second aging treatment, the sintered body may be heated at the second temperature T2. The first temperature T1 may be higher than the second temperature T2. The first temperature T1 may be 700 to 940 ° C or 800 to 920 ° C. The second temperature T2 may be 450 to 570 ° C or 470 to 540 ° C.
焼結工程を開始するために、雰囲気の温度をTs未満の温度(例えば室温)からTsまで上げる場合、昇温速度は0.1〜20℃/分であってよい。「雰囲気の温度」とは、焼結体の周りの雰囲気の温度であり、例えば加熱炉内の温度である。焼結工程後、雰囲気の温度をTsからT1未満の温度(例えば室温)まで下げる場合、降温速度は1〜50℃/分であってよい。第一時効処理を開始するために、雰囲気の温度をT1未満の温度(例えば室温)からT1まで上げる場合、昇温速度は0.1〜20℃/分であってよい。第一時効処理後、雰囲気の温度をT1からT2未満の温度(例えば室温)まで下げる場合、降温速度は1〜50℃/分であってよい。第二時効処理を開始するために、雰囲気の温度をT2未満の温度(例えば室温)からT2まで上げる場合、昇温速度は0.1〜50℃/分であってよい。第一時効処理後、雰囲気の温度をT1からT2まで下げて、第一時効処理に連続して第二時効処理を実施してもよい。第二時効処理後、時効処理の雰囲気の温度をT2から室温まで下げる場合、降温速度は1〜50℃/分であってよい。 When raising the temperature of the atmosphere from a temperature below Ts (eg, room temperature) to Ts to initiate the sintering process, the rate of temperature rise may be 0.1 to 20 ° C./min. The "atmospheric temperature" is the temperature of the atmosphere around the sintered body, for example, the temperature inside the heating furnace. When the temperature of the atmosphere is lowered from Ts to a temperature lower than T1 (for example, room temperature) after the sintering step, the temperature lowering rate may be 1 to 50 ° C./min. When raising the temperature of the atmosphere from a temperature below T1 (for example, room temperature) to T1 in order to start the first temporary effect treatment, the heating rate may be 0.1 to 20 ° C./min. When the temperature of the atmosphere is lowered from T1 to a temperature lower than T2 (for example, room temperature) after the first temporary effect treatment, the temperature lowering rate may be 1 to 50 ° C./min. When raising the temperature of the atmosphere from a temperature below T2 (for example, room temperature) to T2 in order to start the second aging treatment, the heating rate may be 0.1 to 50 ° C./min. After the first temporary aging treatment, the temperature of the atmosphere may be lowered from T1 to T2, and the second aging treatment may be carried out following the first temporary aging treatment. When the temperature of the atmosphere of the aging treatment is lowered from T2 to room temperature after the second aging treatment, the temperature lowering rate may be 1 to 50 ° C./min.
以上の方法により、本実施形態に係る永久磁石(焼結磁石)が得られる。 By the above method, a permanent magnet (sintered magnet) according to the present embodiment can be obtained.
重希土類元素を含む永久磁石が製造する場合、重希土類元素又はその化合物(例えば水素化物)を上記の焼結体の表面に付着させた後、焼結体を加熱してもよい。この熱拡散処理により、重希土類元素を焼結体の表面から内部へ拡散させることができる。例えば、焼結工程に続いて熱拡散処理を実施した後、第一時効処理及び第二時効処理を実施してよい。第一時効処理に続いて熱拡散処理を実施した後、第二時効処理を実施してもよい。 When a permanent magnet containing a heavy rare earth element is produced, the heavy rare earth element or a compound thereof (for example, a hydride) may be attached to the surface of the above-mentioned sintered body, and then the sintered body may be heated. By this thermal diffusion treatment, heavy rare earth elements can be diffused from the surface of the sintered body to the inside. For example, the first temporary aging treatment and the second aging treatment may be carried out after the heat diffusion treatment is carried out after the sintering step. After performing the heat diffusion treatment after the first temporary aging treatment, the second aging treatment may be carried out.
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、R‐T‐B系永久磁石は、熱間加工磁石(hоt‐defоrmed magnet)であってよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the RTB-based permanent magnet may be a hot-processed magnet (hоt-defоrmed magnet).
以下では実施例により本発明がさらに詳細に説明されるが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
[永久磁石の作製]
ストリップキャスティング法により、永久磁石の原料金属から原料合金が作製された。原料金属の秤量により、原料合金の組成が調整された。原料合金中の各元素の濃度は、原料合金の組成が下記表1に示される永久磁石の組成に一致するように調整された。下記の表1中のRは、Nd及びPrを意味する。Nd、Pr、Fe、Co、Ga、Cu、Al及びZr其々の濃度は、蛍光X線分析により測定された。Bの濃度は、ICP発光分析により測定された。
(Example 1)
[Making permanent magnets]
A raw material alloy was produced from the raw metal of the permanent magnet by the strip casting method. The composition of the raw material alloy was adjusted by weighing the raw material metal. The concentration of each element in the raw material alloy was adjusted so that the composition of the raw material alloy matched the composition of the permanent magnets shown in Table 1 below. R in Table 1 below means Nd and Pr. The concentrations of Nd, Pr, Fe, Co, Ga, Cu, Al and Zr were measured by fluorescent X-ray analysis. The concentration of B was measured by ICP emission spectrometry.
以下の水素粉砕処理から焼結工程までの各工程は、酸素濃度が100ppm未満である非酸化的雰囲気下で実施した。 Each of the following steps from the hydrogen pulverization treatment to the sintering step was carried out in a non-oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration was less than 100 ppm.
水素を原料合金へ吸蔵させた後、Ar雰囲気中において原料合金を350℃で1時間加熱して脱水素することにより、粗粉末が得られた。つまり粗粉砕工程として、水素粉砕処理が行われた。分級機を用いた粗粉末の分級により、粒径が1000μm以上である粒子が粗粉末から除かれた。つまり、粗粉末の粒径の最大値は、1000μm未満に調整された。一部の粗粉末を用いて微粉砕工程が行われた。微粉砕工程では、粉砕助剤としてオレイン酸アミドが粗粉末へ添加され、これらが混合された。オレイン酸アミドの添加後、ジェットミルを用いて粗粉末を粉砕することにより、微粉末が得られた。微粉末のメジアン径は、2.8μmに調整された。微粉末のメジアン径は、微粉末の粒度分布に基づいて算出された。微粉末の粒度分布は、微粉末の体積に基づく粒度分布であった。粗粉末の粒径の最大値は、市販のレーザー回折散乱式の粒度分布測定装置によって測定された。微粉末の粒度分布も、上記のレーザー回折散乱式の粒度分布測定装置によって測定された。 After occluding hydrogen in the raw material alloy, the raw material alloy was heated at 350 ° C. for 1 hour to dehydrogenate in an Ar atmosphere to obtain a crude powder. That is, hydrogen pulverization treatment was performed as a coarse pulverization step. By classifying the crude powder using a classifier, particles having a particle size of 1000 μm or more were removed from the coarse powder. That is, the maximum value of the particle size of the crude powder was adjusted to less than 1000 μm. A fine grinding step was performed using some crude powder. In the fine grinding step, oleic acid amide was added to the crude powder as a grinding aid and these were mixed. After the addition of oleic acid amide, the crude powder was pulverized using a jet mill to obtain a fine powder. The median diameter of the fine powder was adjusted to 2.8 μm. The median diameter of the fine powder was calculated based on the particle size distribution of the fine powder. The particle size distribution of the fine powder was a particle size distribution based on the volume of the fine powder. The maximum value of the particle size of the coarse powder was measured by a commercially available laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device. The particle size distribution of the fine powder was also measured by the above-mentioned laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device.
上記の方法で得られた粗粉末及び微粉末を混合することにより、原料合金粉末が調製された。100質量部の微粉末に対する粗粉末の相対的質量は、0.02質量部であった。以下に記載の「粗粉添加量」とは、100質量部の微粉末に対する粗粉末の相対的質量を意味する。 A raw material alloy powder was prepared by mixing the crude powder and the fine powder obtained by the above method. The relative mass of the crude powder with respect to 100 parts by mass of the fine powder was 0.02 parts by mass. The "crude powder addition amount" described below means the relative mass of the crude powder with respect to 100 parts by mass of the fine powder.
成形工程では、原料合金粉末が金型内に充填された。そして、1200kA/mの磁場を金型内の原料粉末へ印加しながら、原料粉末を120MPaで加圧することにより、成形体が得えられた。 In the molding process, the raw material alloy powder was filled in the mold. Then, a molded product was obtained by pressurizing the raw material powder at 120 MPa while applying a magnetic field of 1200 kA / m to the raw material powder in the mold.
焼結工程では、真空中において成形体を焼結温度Tsで10時間加熱してから急冷することにより、焼結体を得た。実施例1の焼結温度Tsは、下記表2に示される。 In the sintering step, the molded product was heated at the sintering temperature Ts for 10 hours in vacuum and then rapidly cooled to obtain a sintered body. The sintering temperature Ts of Example 1 is shown in Table 2 below.
時効処理工程として、第一時効処理と、第一時効処理に続く第二時効処理を実施した。第一時効処理及び第二時効処理のいずれにおいても、焼結体をAr雰囲気中で加熱した。 As the aging treatment step, the first aging treatment and the second aging treatment following the first temporary aging treatment were carried out. In both the first temporary treatment and the second aging treatment, the sintered body was heated in an Ar atmosphere.
第一時効処理では、焼結体を900℃(第一温度T1)で60分間加熱した。 In the first temporary effect treatment, the sintered body was heated at 900 ° C. (first temperature T1) for 60 minutes.
第二時効処理では、520℃(第二温度T2)で焼結体を60分間加熱した。 In the second aging treatment, the sintered body was heated at 520 ° C. (second temperature T2) for 60 minutes.
以上の方法により、実施例1の永久磁石が得られた。 By the above method, the permanent magnet of Example 1 was obtained.
[永久磁石の組成分析]
蛍光X線分析及びICP発光分析により、永久磁石全体の組成を分析した。永久磁石中の各元素の濃度は、下記表1に示される値に一致した。
[Composition analysis of permanent magnets]
The composition of the entire permanent magnet was analyzed by fluorescent X-ray analysis and ICP emission analysis. The concentration of each element in the permanent magnet matched the values shown in Table 1 below.
[磁気特性の測定]
150℃(高温)において、永久磁石の及び保磁力HcJ及び減磁界Hkが測定された。Hkは、永久磁石の磁化Jが残留磁束密度Brの95%に対応する減磁界である。保磁力HcJの単位は、kA/mである。減磁界Hkの単位は、kA/mである。HcJ及びHkの測定には、B‐Hトレーサーが用いられた。実施例1のHcJ及びHkは、下記表2に示される。減磁界Hkの値が高いほど、高温において永久磁石が減磁され難い。
[Measurement of magnetic characteristics]
At 150 ° C. (high temperature), the permanent magnet's coercive force HcJ and demagnetizing field Hk were measured. Hk is a demagnetizing field in which the magnetization J of the permanent magnet corresponds to 95% of the residual magnetic flux density Br. The unit of coercive force HcJ is kA / m. The unit of the demagnetizing field Hk is kA / m. A BH tracer was used to measure HcJ and Hk. HcJ and Hk of Example 1 are shown in Table 2 below. The higher the value of the demagnetizing field Hk, the more difficult it is for the permanent magnet to be demagnetized at high temperatures.
[永久磁石の断面の分析]
永久磁石が、その磁化方向に対して垂直に切断された。永久磁石の断面をイオンミリングで削り、断面に形成された酸化物等の不純物が除去された。永久磁石の断面は長方形であり、断面全体の寸法は、縦54mm×横9.4mmであった。永久磁石の断面の一部が、光学顕微鏡で撮影された。光学顕微鏡で撮影された永久磁石の断面は、図3に示される。図3に示されるように、永久磁石は、粗大主相粒子4Aを含んでいた。
[Analysis of cross section of permanent magnet]
The permanent magnet was cut perpendicular to its magnetization direction. The cross section of the permanent magnet was milled by ion milling to remove impurities such as oxides formed on the cross section. The cross section of the permanent magnet was rectangular, and the dimensions of the entire cross section were 54 mm in length × 9.4 mm in width. A part of the cross section of the permanent magnet was photographed with an optical microscope. A cross section of a permanent magnet taken with an optical microscope is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the permanent magnet contained coarse
続いて、永久磁石の断面のうち粗大主相粒子が存在しない領域が、走査電子顕微鏡(SEM)とエネルギー分散型X線分光(EDS)装置で分析された。SEMとしては、株式会社日立ハイテクノロジーズ製のショットキー走査電子顕微鏡「SU5000」が用いられた。EDS装置としては、株式会社堀場製作所製の「エネルギー分散型X線分析装置EMAX Evolution/EMAX ENERGY(EMAX X−MaxN検出器仕様)」が用いられた。測定条件は以下のように設定された。
電子線の加速電圧: 15kV
スポット強度: 30
ワーキングディスタンス: 10mm
Subsequently, the region of the cross section of the permanent magnet in which the coarse main phase particles were absent was analyzed by a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) apparatus. As the SEM, a shotkey scanning electron microscope "SU5000" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used. As the EDS apparatus, "Energy Dispersive X-ray Analyzer EMAX Evolution / EMAX ENERGY (EMAX X-MaxN Detector Specification)" manufactured by HORIBA, Ltd. was used. The measurement conditions were set as follows.
Electron beam acceleration voltage: 15kV
Spot intensity: 30
Working distance: 10mm
SEMで撮影された永久磁石の断面は、図4に示される。図4に示されるように、永久磁石は、多数の微小主相粒子4Bと、複数の微小主相粒子4Bの間に存在する粒界相6と、を含んでいた。各微小主相粒子4Bは、(Nd1−xPrx)2(Fe1−yCoy)14Bの結晶粒であった。xは0以上1未満であり、yは0以上1未満であった。また一部の粒界相6は、遷移金属リッチ相であり、他の一部の粒界相6は、Rリッチ相であった。EDSを用いて、上記の粗大主相粒子4Aの組成も分析された。粗大主相粒子4Aの組成は、微小主相粒子4Bの組成と略同じであった。
A cross section of the permanent magnet photographed by SEM is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the permanent magnet contained a large number of
永久磁石の断面全体を光学顕微鏡及び肉眼で観察することにより、永久磁石の断面内に存在する粗大主相粒子4Aの個数が計測された。また光学顕微鏡で撮影された各粗大主相粒子4Aの画像を、画像解析ソフトウェアを用いて解析することにより、各粗大主相粒子4Aの断面積Aが測定された。画像解析ソフトとしては、株式会社マウンテック製のMac−Viewが用いられた。各粗大主相粒子4Aの断面積Aから、各粗大主相粒子4Aの粒径(円相当径)が算出された。粗大主相粒子4Aの円相当径は、(4A/π)1/2と表される。以上の方法により、永久磁石の断面内で発見された全ての粗大主相粒子4Aの粒径のうちの最大値(最大粒径)が特定された。実施例の粗大主相粒子の最大粒径は、下記表2に示される。また永久磁石の断面の単位面積当たりの粗大主相粒子4Aの個数が算出された。以下に記載の「粗大粒頻度」とは、永久磁石の断面の単位面積当たりの粗大主相粒子4Aの個数を意味する。実施例1の粗大粒頻度は、下記表2に示される。実施例1の永久磁石は、断面において測定される粒径が1000μmよりも大きい主相粒子を含んでいなかった。
By observing the entire cross section of the permanent magnet with an optical microscope and the naked eye, the number of coarse
永久磁石の断面内の複数の領域をSEMで撮影することにより、永久磁石の断面内に存在する170個の微小主相粒子4Bが無作為に選出された。SEMで撮影された画像を、上記の画像解析ソフトウェアを用いて二値化及び解析することにより、各微小主相粒子4Bの断面積Bが測定された。各微小主相粒子4Bの断面積Bから、微小主相粒子4Bの粒径(円相当径)が算出された。微小主相粒子4Bの円相当径は、(4B/π)1/2と表される。170個の微小主相粒子4Bの粒径(円相当径)から、微小主相粒子4Bのメジアン径d50が算出された。実施例1の微小主相粒子のメジアン径d50は、下記表2に示される。
By photographing a plurality of regions in the cross section of the permanent magnet with SEM, 170
(実施例2、3及び比較例1〜4)
実施例2、3及び比較例2、3其々の原料合金粉末は、下記表2に示される粗粉添加量で調製された。粗粉添加量を除いて実施例1と同様の方法で、実施例2、3及び比較例2、3其々の永久磁石が作製された。
(Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 4)
The raw material alloy powders of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 2 and 3 were prepared with the amount of crude powder added as shown in Table 2 below. Permanent magnets of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 2 and 3 were produced in the same manner as in Example 1 except for the amount of coarse powder added.
比較例1の場合、全ての粗粉末をジェットミルで粉砕することにより、微粉末を得た。つまり、比較例1の原料合金粉末は、微粉末のみからなり、粗粉末を含んでいなかった。したがって、比較例1の粗粉添加量は、ゼロ質量部であった。原料合金粉末が粗粉末を含まないことを除いて実施例1と同様の方法で、比較例1の永久磁石が作製された。 In the case of Comparative Example 1, a fine powder was obtained by pulverizing all the crude powders with a jet mill. That is, the raw material alloy powder of Comparative Example 1 consisted of only fine powder and did not contain coarse powder. Therefore, the amount of crude powder added in Comparative Example 1 was zero parts by mass. The permanent magnet of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the raw material alloy powder did not contain the crude powder.
比較例4の場合、全ての粗粉末をジェットミルで粉砕することにより、微粉末を得た。つまり、比較例4の原料合金粉末は、微粉末のみからなり、粗粉末を含んでいなかった。したがって、比較例4の粗粉添加量は、ゼロ質量部であった。また比較例4の焼結温度Tsは1070℃であった。これらの事項を除いて実施例1と同様の方法で、比較例1の永久磁石が作製された。 In the case of Comparative Example 4, fine powder was obtained by pulverizing all the crude powder with a jet mill. That is, the raw material alloy powder of Comparative Example 4 consisted of only fine powder and did not contain coarse powder. Therefore, the amount of crude powder added in Comparative Example 4 was zero parts by mass. The sintering temperature Ts of Comparative Example 4 was 1070 ° C. A permanent magnet of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except for these matters.
実施例1と同法の方法で、実施例2、3及び比較例1〜4其々の永久磁石を用いた測定及び分析が行われた。 Measurement and analysis were performed using the permanent magnets of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 4 by the same method as in Example 1.
実施例2、3及び比較例1〜4のいずれの場合も、永久磁石は、複数の粗大主相粒子4A、複数の微小主相粒子4B及び粒界相6を含んでいた。実施例2、3及び比較例1〜4のいずれの場合も、粗大主相粒子4A、微小主相粒子4B及び粒界相6其々の組成は、実施例1の場合と略同じであった。
実施例2、3及び比較例1〜4其々のHcJ及びHkは、下記表2に示される。
In any of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 4, the permanent magnet contained a plurality of coarse
HcJ and Hk of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 2 below.
実施例2、3及び比較例1〜4其々の粗大主相粒子の最大粒径は、下記表2に示される。
ただし、比較例1の永久磁石は、粗大主相粒子を含んでいなかった。実施例2及び3其々の永久磁石は、断面において測定される粒径が1000μmよりも大きい主相粒子を含んでいなかった。一方、比較例4の永久磁石に含まれる主相粒子の最大粒径は、1100μmであった。比較例4と実施例1〜3及び比較例1〜3を比較するために、比較例4の場合に限り、粒径が100μm以上1000μm以下である主相粒子だけではなく、粒径が1000μmよりも大きい主相粒子も、粗大主相粒子に分類された。つまり、比較例4の場合に限り、粗大粒頻度の算出において、粒径が1000μmよりも大きい主相粒子の個数も、粗大主相粒子の個数として計測された。
実施例2、3及び比較例1〜4其々の粗大粒頻度は、下記表2に示される。
実施例2、3及び比較例1〜4其々の微小主相粒子のメジアン径d50は、下記表2に示される。
The maximum particle sizes of the coarse main phase particles of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 2 below.
However, the permanent magnet of Comparative Example 1 did not contain coarse main phase particles. The permanent magnets of Examples 2 and 3 each did not contain main phase particles having a particle size measured in cross section larger than 1000 μm. On the other hand, the maximum particle size of the main phase particles contained in the permanent magnet of Comparative Example 4 was 1100 μm. In order to compare Comparative Example 4 with Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, only in the case of Comparative Example 4, not only the main phase particles having a particle size of 100 μm or more and 1000 μm or less, but also the particle size of 1000 μm or more. Larger principal phase particles were also classified as coarse principal phase particles. That is, only in the case of Comparative Example 4, in the calculation of the coarse particle frequency, the number of main phase particles having a particle size larger than 1000 μm was also measured as the number of coarse main phase particles.
The coarse grain frequencies of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 2 below.
The median diameter d50 of each of the fine main phase particles of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 4 is shown in Table 2 below.
本発明に係るR‐T‐B系永久磁石は、高温での磁気特性に優れるため、例えば、ハイブリッド車又は電気自動車に搭載されるモータに適用される。 Since the RTB-based permanent magnet according to the present invention has excellent magnetic characteristics at high temperatures, it is applied to, for example, a motor mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle.
2…R‐T‐B系永久磁石、2cs…R‐T‐B系永久磁石の断面、4…主相粒子、4A…粗大主相粒子、4B…微小主相粒子、6…粒界相。
2 ... RTB-based permanent magnet, 2cs ... Cross section of RTB-based permanent magnet, 4 ... main phase particles, 4A ... coarse main phase particles, 4B ... fine main phase particles, 6 ... grain boundary phase.
Claims (4)
前記R‐T‐B系永久磁石は、Rとして、少なくともNdを含有し、
前記R‐T‐B系永久磁石は、Tとして、少なくともFeを含有し、
前記R‐T‐B系永久磁石は、Nd、T及びBを含む複数の主相粒子と、複数の前記主相粒子の間の粒界に含まれる粒界相と、を備え、
一部の前記主相粒子は、粗大主相粒子であり、
他の前記主相粒子は、前記粗大主相粒子の粒径よりも小さい粒径を有する微小主相粒子であり、
前記R‐T‐B系永久磁石の一つの断面における前記粗大主相粒子の粒径は、100μm以上1000μm以下であり、
前記断面の単位面積当たりの前記粗大主相粒子の個数は、0.1個/cm2以上1個/cm2以下であり、
前記断面における前記微小主相粒子のメジアン径は、1μm以上5μm以下である、
R‐T‐B系永久磁石。 An RTB-based permanent magnet containing the rare earth element R and the transition metal elements T and B.
The RTB-based permanent magnet contains at least Nd as R and contains.
The RTB-based permanent magnet contains at least Fe as T and contains.
The RTB-based permanent magnet includes a plurality of main phase particles including Nd, T, and B, and a grain boundary phase contained in a grain boundary between the plurality of main phase particles.
Some of the principal phase particles are coarse principal phase particles.
The other main phase particles are micro-main phase particles having a particle size smaller than the particle size of the coarse main phase particles.
The particle size of the coarse main phase particles in one cross section of the RTB-based permanent magnet is 100 μm or more and 1000 μm or less.
The number of the coarse main phase particles per unit area of the cross section is 0.1 piece / cm 2 or more and 1 piece / cm 2 or less.
The median diameter of the fine main phase particles in the cross section is 1 μm or more and 5 μm or less.
RTB system permanent magnet.
請求項1に記載のR‐T‐B系永久磁石。 Contains more Ga,
The RTB-based permanent magnet according to claim 1.
0.70〜0.95質量%のB、
0.03〜0.60質量%のAl、
0.01〜1.50質量%のCu、
0.00〜3.00質量%のCo、
0.10〜1.00質量%のGa、
0.05〜0.30質量%のC、
0.03〜0.40質量%のO、及び
残部からなり、
前記残部が、Feのみ、又はFe及びその他の元素である、
請求項1又は2に記載のR‐T‐B系永久磁石。 29.50 to 33.00% by mass R,
0.70 to 0.95% by mass B,
0.03 to 0.60% by mass Al,
0.01-1.50% by mass Cu,
0.00-3.00% by mass of Co,
0.10 to 1.00% by mass of Ga,
0.05 to 0.30% by mass of C,
Consists of 0.03 to 0.40% by mass O and the balance
The balance is Fe only, or Fe and other elements.
The RTB-based permanent magnet according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のR‐T‐B系永久磁石。
The total content of heavy rare earth elements is 0.00% by mass or more and 1.00% by mass or less.
The RTB-based permanent magnet according to any one of claims 1 to 3.
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