JP6549720B2 - 希土類コバルト系永久磁石、その製造方法、モータ、及びデバイス - Google Patents
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Description
元素Rを、少なくともSmを含む希土類元素とすると、
質量%で、R:23〜27%、Cu:3.5〜5.0%、Fe:18〜25%、Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避的不純物からなる希土類コバルト系永久磁石であって、
複数の結晶粒と、粒界部と、を含む金属組織を有し、
前記粒界部は、連続して延びる形状を有し、
前記粒界部におけるCuの含有量は、前記結晶粒におけるCuの含有量よりも高く、前記粒界部におけるZrの含有量は、前記結晶粒におけるZrの含有量よりも高い。
他方、本発明にかかるモータは、上記した希土類コバルト系永久磁石を備える。
他方、本発明にかかるデバイスは、上記した希土類コバルト系永久磁石を備える。
他方、本発明にかかる希土類コバルト系永久磁石の製造方法は、元素Rを、少なくともSmを含む希土類元素とすると、質量%で、R:23〜27%、Cu:3.5〜5.0%、Fe:18〜25%、Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避的不純物からなる希土類コバルト系永久磁石の製造方法であって、前記希土類コバルト系永久磁石は、複数の結晶粒と、粒界部と、を含む金属組織を有し、前記粒界部は、連続して延びる形状を有し、前記粒界部におけるCuの含有量は、前記結晶粒におけるCuの含有量よりも高く、前記粒界部におけるZrの含有量は、前記結晶粒におけるZrの含有量よりも高い、希土類コバルト系永久磁石の製造方法であって、インゴットを粉砕して粉末を形成し、前記粉末をプレス成形して成形体を成形した後で、前記成形体を焼結する焼結ステップと、前記焼結ステップと同じ雰囲気条件のまま、前記成形体を加熱保持することによって、溶体化処理する溶体化処理ステップと、前記成形体を急冷させる急冷ステップと、を備え、前記焼結ステップの前においてZrを含む母合金を含む原料を、配合する原料配合ステップと、金型鋳造法を用いて、インゴットを形成する鋳造ステップと、をさらに備える。
他方、本発明にかかる希土類コバルト系永久磁石の製造方法は、元素Rを、少なくともSmを含む希土類元素とすると、質量%で、R:23〜27%、Cu:3.5〜5.0%、Fe:20〜25%、Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避的不純物からなる希土類コバルト系永久磁石の製造方法であって、前記希土類コバルト系永久磁石は、複数の結晶粒と、粒界部と、を含む金属組織を有し、前記粒界部は、連続して延びる形状を有し、前記粒界部におけるCuの含有量は、前記結晶粒におけるCuの含有量よりも高く、前記粒界部におけるZrの含有量は、前記結晶粒におけるZrの含有量よりも高い、希土類コバルト系永久磁石の製造方法であって、インゴットを粉砕して粉末を形成し、前記粉末をプレス成形して成形体を成形した後で、前記成形体を、真空度10Pa以下の雰囲気下において、焼結温度1175〜1225℃の範囲内で焼結時間20〜180min加熱保持することによって、焼結する焼結ステップと、前記焼結ステップから引き続き前記雰囲気下のまま、前記成形体を溶体化温度1130〜1180℃の範囲内で溶体化時間2〜30時間加熱保持することによって、溶体化処理する溶体化処理ステップと、前記成形体を、急冷速度60℃/min以上の急冷速度で急冷させる急冷ステップと、を含む。
図1を参照して、実施の形態1にかかる希土類コバルト系永久磁石について説明する。図1は、実施の形態1にかかる希土類コバルト系永久磁石の一例の断面組織を模式的に示す図である。
次に、図2を参照して実施の形態1にかかる永久磁石の製造方法の一例について説明する。図2は、実施の形態1にかかる希土類コバルト系永久磁石の製造方法の一例のフローチャートである。
1[kOe]=103/4π[kA/m] (…換算式1)
1[MGOe]=102/4π[kJ/m3] (…換算式2)
1.0[ton/cm2]=98.0665[MPa] (…換算式3)
1.0[Torr]=133.32[Pa] (…換算式4)
ところで、金型鋳造方法は、水冷銅ロールなどの複雑な装置を必要とするストリップキャスト法と比較して、簡易な装置でも鋳造を行うことができる。実施の形態1によれば、金型鋳造方法を用いて、永久磁石を製造することできる、つまり、簡易な装置を用いて、良好な磁気特性を有する永久磁石を製造することができる。
図15を参照して、実施の形態2にかかる希土類コバルト系永久磁石について説明する。図15は、実施の形態1にかかる希土類コバルト系永久磁石の一例の断面組織を模式的に示す図である。
次に、図16を参照して実施の形態2にかかる永久磁石の製造方法の一例について説明する。図16は、実施の形態2にかかる希土類コバルト系永久磁石の製造方法の一例のフローチャートである。
次に、表1、表2、図3〜14、及び図23〜32を用いて、実施の形態1にかかる希土類コバルト系永久磁石についての実施例1と、比較例1とについて行った実験について説明する。図3は、磁場の強さHcに対する磁束密度Bとの関係を示すグラフである。図4〜図9は、実施例1の永久磁石の磁区を示す像である。図10は、実施例1の永久磁石のDF−STEMによる像である。図11〜図14は、実施例1の永久磁石の元素マッピングによる像である。図23〜図27は、比較例1の永久磁石の磁区を示す像である。図28は、比較例1の永久磁石のDF−STEMによる像である。図29〜図32は、比較例1の永久磁石の元素マッピングによる像である。
表2に示すように、実施例1では、比較例1と比較して、残留磁束密度Br、エネルギー積(BH)max、及び、角形性Hk/Hcjが高い値を示した。この一因として、実施例1では、Feの含有量が比較例1と比較して高く、Zrの含有量が比較例1と比較して低いことが考えられる。また、他の一因としては、実施例1ではFeZr合金を用いており、インゴット鋳造ステップS2において、十分に溶解させて、Zrを金属組織に均一に分布させたからと考えられる。また、一方、比較例1ではスポンジジルコニウムと呼ばれるZr金属を用いており、インゴット鋳造ステップS2において、実施例1と比較して、十分に溶解させることができず、Zrが金属組織に不均一に分布したからと考えられる。
また、比較例1では、密度が実施例1と比較して高いのにもかかわらず、残留磁束密度Brが低いことから結晶軸の配向度が低いと思われる。この一因として、実施例1と比較して、平均結晶粒径が小さいことが挙げられる。平均結晶粒径が40〜100μmの範囲にあると、永久磁石が良好な残留磁束密度Br、最大エネルギー積(BH)max及び角形性Hk/Hcjを有し得るため、好ましい。
実施例1の磁区構造では、減磁界において印加磁場の絶対値を徐々に増大させながら、観察を行った。まず、図4に示すように、印加磁場−0kA/mにおいて、逆磁区とその周辺とを分ける磁壁を確認できなかった。続いて、図5に示すように、印加磁場−400kA/mにおいて、磁壁が結晶粒界に発生していることが確認された。続いて、図6に示すように、印加磁場−480kA/mにおいて、磁壁が結晶粒界に沿って発生することが確認された。続いて、図7に示すように、印加磁場−1200kA/mにおいて、磁壁が結晶粒内部に(ここでは、矢印方向に)移動した。従って、磁壁が結晶粒界から結晶粒内部への移動の可否を決定する臨界磁場は、印加磁場−480〜−1200kA/mの範囲内にあると考えられる。続いて、図8に示すように、印加磁場−1280kA/mにおいても、磁壁が結晶粒内部に引き続き移動していることが確認された。最後に、図9に示すように、印加磁場−1600kA/mにおいて、磁壁が結晶粒内部に引き続き移動した。
実施例1の永久磁石の断面組織では、図10に示すように、複数の結晶粒21と、結晶粒21同士の境界にある粒界部22とが観察された。図11に示すように、結晶粒21におけるFeの含有量(組成)が、粒界部22におけるFeの含有量と比較して高かった。同様に、図12に示すように、結晶粒21におけるCoの含有量が、粒界部22におけるCoの含有量と比較して高かった。
次に、以下の表5及び表6を用いて、実施の形態2にかかる永久磁石についての実施例21〜23と、参考例1及び2とについて行った実験について説明する。
実施例21の磁区構造では、減磁界において印加磁場の絶対値を徐々に増大させながら、観察を行った。まず、図17に示すように、印加磁場0kOe(=−0kA/m)において、逆磁区とその周辺とを分ける磁壁を確認できなかった。
次に、以下の表7及び表8を用いて、実施の形態2にかかる永久磁石についての実施例24〜26と、比較例23及び24とについて行った実験について説明する。
実施例24〜26における原料配合ステップS21での目標組成は、表7に示した。表7に示すように、実施例24〜26の目標組成は、質量%で、R(Sm):25.5%、Fe:25.0%、Cu:5.0%、Zr:2.15%、を含み、残部がCoである。
次に、以下の表9及び表10を用いて、実施の形態2にかかる永久磁石についての実施例27〜29と、比較例25及び26とについて行った実験について説明する。
実施例27〜29における原料配合ステップS21での目標組成は、表9に示した。表9に示すように、実施例27〜29の目標組成は、質量%で、R(Sm):24.5%、Fe:20.0%、Cu:4.65%、Zr:3.00%、を含み、残部がCoである。
溶体化処理ステップS26に相当するステップでは、成形体を、表9に示す溶体化温度まで降温させて、その溶体化温度、溶体化処理時間5時間の条件で溶体化処理を行った。
次に、以下の表11及び表12を用いて、実施の形態2にかかる永久磁石についての実施例30〜32と、比較例27及び28とについて行った実験について説明する。
次に、以下の表13及び表14を用いて、実施の形態2にかかる永久磁石についての実施例33〜35と、比較例29及び30とについて行った実験について説明する。
急冷ステップS27では、溶体化処理された成形体を冷却して、成形体の温度を下げる。成形体の温度が1000℃〜600℃の範囲内において、表13に示す冷却速度で急冷する。
次に、以下の表15及び表16を用いて、実施の形態2にかかる永久磁石についての実施例36〜38と、比較例31及び32とについて行った実験について説明する。
溶体化処理ステップS26では、表15に示す真空度の真空雰囲気下において、成形体を溶体化温度1170℃まで降温させて、溶体化温度1170℃、溶体化処理時間5時間の条件で溶体化処理を行った。
結晶粒 1、21 粒界部 2、22
Claims (11)
- 元素Rを、少なくともSmを含む希土類元素とすると、
質量%で、R:23〜27%、Cu:3.5〜5.0%、Fe:18〜25%、Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避的不純物からなる希土類コバルト系永久磁石であって、
複数の結晶粒と、粒界部と、を含む金属組織を有し、
前記粒界部は、連続して延びる形状を有し、
前記粒界部におけるCuの含有量は、前記結晶粒におけるCuの含有量よりも高く、
前記粒界部におけるZrの含有量は、前記結晶粒におけるZrの含有量よりも高く、
前記粒界部は、質量%で、Zr:6〜20%を含む、
希土類コバルト系永久磁石。 - 前記粒界部は、質量%で、Cu:5〜45%を含む、
請求項1に記載される希土類コバルト系永久磁石。 - 減磁界を所定の印加磁場でかけて前記印加磁場を徐々に増大させていくと、磁壁が前記複数の結晶粒同士の境界に発生し、
引き続いて前記印加磁場を徐々に増大させて、前記印加磁場が臨界磁場を超えたとき、前記磁壁が、前記結晶粒の内部に伝搬し、
前記臨界磁場は、480kA/m以上である、
請求項1又は2に記載される希土類コバルト系永久磁石。 - 固有保磁力が1600kA/m以上である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載される希土類コバルト系永久磁石。 - 前記不可避的不純物のうち、C:200〜1000ppmに規制される、
請求項1〜4のいずれか1項に記載される希土類コバルト系永久磁石。 - 前記不可避的不純物のうち、O:1000〜5000ppmに規制される、請求項1〜5のいずれか1項に記載される希土類コバルト系永久磁石。
- 密度が8.25g/cm3以上であり、
最大エネルギー積が255kJ/m3以上である、
ことを特徴とする請求項4に記載される希土類コバルト系永久磁石。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載される希土類コバルト系永久磁石を用いたモータ。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載される希土類コバルト系永久磁石を用いたデバイス。
- 元素Rを、少なくともSmを含む希土類元素とすると、
質量%で、R:23〜27%、Cu:3.5〜5.0%、Fe:18〜25%、Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避的不純物からなる希土類コバルト系永久磁石の製造方法であって、
前記希土類コバルト系永久磁石は、複数の結晶粒と、粒界部と、を含む金属組織を有し、
前記粒界部は、連続して延びる形状を有し、
前記粒界部におけるCuの含有量は、前記結晶粒におけるCuの含有量よりも高く、
前記粒界部におけるZrの含有量は、前記結晶粒におけるZrの含有量よりも高い、
希土類コバルト系永久磁石の製造方法であって、
インゴットを粉砕して粉末を形成し、前記粉末をプレス成形して成形体を成形した後で、前記成形体を焼結する焼結ステップと、
前記焼結ステップと同じ雰囲気条件のまま、前記成形体を加熱保持することによって、溶体化処理する溶体化処理ステップと、
前記成形体を、急冷速度300℃/min以上の急冷速度で急冷させる急冷ステップと、を備え、
前記焼結ステップの前において
Zrを含む母合金を含む原料を、配合する原料配合ステップと、
金型鋳造法を用いて、インゴットを形成する鋳造ステップと、をさらに備える、
希土類コバルト系永久磁石の製造方法。 - 元素Rを、少なくともSmを含む希土類元素とすると、
質量%で、R:23〜27%、Cu:3.5〜5.0%、Fe:20〜25%、Zr:1.5〜3.0%を含み、残部がCo及び不可避的不純物からなる希土類コバルト系永久磁石の製造方法であって、
前記希土類コバルト系永久磁石は、複数の結晶粒と、粒界部と、を含む金属組織を有し、
前記粒界部は、連続して延びる形状を有し、
前記粒界部におけるCuの含有量は、前記結晶粒におけるCuの含有量よりも高く、
前記粒界部におけるZrの含有量は、前記結晶粒におけるZrの含有量よりも高い、
希土類コバルト系永久磁石の製造方法であって、
インゴットを粉砕して粉末を形成し、前記粉末をプレス成形して成形体を成形した後で、前記成形体を、真空度10Pa以下の雰囲気下において、焼結温度1175〜1225℃の範囲内で焼結時間20〜180min加熱保持することによって、焼結する焼結ステップと、
前記焼結ステップから引き続き前記雰囲気下のまま、前記成形体を溶体化温度1130〜1180℃の範囲内で溶体化時間2〜30時間加熱保持することによって、溶体化処理する溶体化処理ステップと、
前記成形体を、急冷速度60℃/min以上の急冷速度で急冷させる急冷ステップと、を含む、
希土類コバルト系永久磁石の製造方法。
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