JPWO2010073533A1 - R−t−b系希土類永久磁石用合金材料、r−t−b系希土類永久磁石の製造方法およびモーター - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2008年12月26日に、日本に出願された特願2008−334438号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
R−T−B系磁石は、Nd、Fe、Bを主成分とするものである。R−T−B系磁石合金においてRは、Ndの一部をPr、Dy、Tb等の他の希土類元素で置換したものである。TはFeの一部をCo、Ni等の他の遷移金属で置換したものである。Bはホウ素であり、一部をCまたはNで置換できる。
R−T−B系希土類永久磁石の保磁力を向上させる方法としては、R−T−B系合金中のDy濃度を高くする方法が考えられる。R−T−B系合金中におけるDy濃度を高くするほど、焼結後に保磁力(Hcj)の高い希土類永久磁石が得られる。しかし、R−T−B系合金中のDy濃度を高くすると、磁化(Br)が低下してしまうという問題がある。一方、Dyの代わりにTbを使用すると、保磁力を向上させつつ磁化の低下を改善することが可能であるが、Tbが資源的な制約を有し、高価であるため、実用は難しい。
このため、従来の技術では、R−T−B系希土類永久磁石の保磁力などの磁気特性を十分に高くすることは困難であった。
また、上記のR−T−B系希土類永久磁石の製造方法により製造された優れた磁気特性を有するR−T−B系希土類永久磁石を用いたモーターを提供することを目的とする。
この効果は、R−T−B系合金と1080℃以上の融点を有する高融点化合物とを混合して永久磁石用合金材料とし、これを成形して焼結した場合、焼結中に高融点化合物が磁性相あるいは粒界を構成する希土類元素、Al、Ga、B、Cや、その他合金中に含まれる微量の金属と反応して反応生成物を生成し、その一部が主相粒子の表面を極薄く被覆し、磁区の移動が妨げられて保磁力が向上されることによって得られる可能性がある。
(1)R、T、及びBを有するR−T−B系合金(ただし、RはNd、Pr、Dy、Tbからなる群から選ばれる少なくとも1種であって、DyまたはTbを前記R−T−B系合金中に4質量%〜10質量%含むことを必須とし、TはFeを必須とする遷移金属であり、Bはホウ素であって、一部が炭素又は窒素で置換可能である)と、融点1080℃以上の高融点化合物とを含むR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。
(3)前記高融点化合物が、AlN、Al2O3、BN、Ga2O3、LaSi2、MgO、NbB2、NbO2、SiC、TiO2、TiB2、TiC、TiN、ZrO2、ZrN、ZrC、ZrB2からなる群から選ばれるいずれか1つを含む(1)または(2)に記載のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。
(4)前記高融点化合物が、0.002質量%〜2質量%含まれている(1)〜(3)のいずれかに記載のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。
(5)前記R−T−B系合金からなる(made of)粉末と前記高融点化合物からなる粉末とが、混合されてなる混合物である(1)〜(4)のいずれかに記載のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。
本発明のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料(以下、「永久磁石用合金材料」と略記する)は、R−T−B系合金と、融点1080℃以上の高融点化合物とを含むものである。
本実施形態の永久磁石用合金材料を構成するR−T−B系合金において、RはNd、Pr、Dy、Tbからなる群から選ばれる少なくとも1種であって、DyまたはTbを前記R−T−B系合金中に4質量%〜10質量%含むことを必須とし、TはFeを必須とする遷移金属であり、Bはホウ素であって、一部が炭素又は窒素で置換可能である。
R−T−B系合金のRに含まれるDy以外の希土類元素としては、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Luが挙げられ、中でも特に、Nd、Pr、Tbが好ましく用いられ、Ndを主成分とすることが好ましい。
R−T−B系合金に含まれるBは、ホウ素であるが、一部をCまたはNで置換できる。
Gaは0.03質量%〜0.3質量%含まれていることがより好ましい。Gaを0.03質量%以上含む場合、保磁力を効果的に向上させることができ、好ましい。しかし、Gaの含有量が0.3質量%を超えると磁化が低下するため好ましくない。
また、永久磁石用合金材料の炭素濃度は低いほど好ましいが、0.003質量%〜0.5質量%、具体的には0.005質量%〜0.2質量%含まれていても、モーター用として十分な磁気特性を達成できる。なお、炭素の含有量が0.5質量%を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。
R−T−B系合金からなる粉末の平均粒度は、3〜4.5μmであることが好ましい。
また、高融点化合物からなる粉末の粒度分布(体積累積頻度)は、d10が0.3〜4.4μm、d50が1〜9.5μm、d90が2.3〜15μmの範囲であることが好ましい。
R−T−B系合金からなる粉末は、例えば、SC(ストリップキャスト)法により合金溶湯を鋳造して鋳造合金薄片を製造し、得られた鋳造合金薄片を、例えば、水素解砕法などにより解砕し、粉砕機により粉砕する方法などによって得られる。
水素解砕法としては、室温で鋳造合金薄片に水素を吸蔵させ、300℃程度の温度で熱処理した後、減圧して水素を脱気し、その後、500℃程度の温度で熱処理して鋳造合金薄片中の水素を除去する方法などが挙げられる。水素解砕法において水素の吸蔵された鋳造合金薄片は、体積が膨張するので、合金内部に容易に多数のひび割れ(クラック)が発生し、解砕される。
また、水素解砕された鋳造合金薄片を粉砕する方法としては、ジェットミルなどの粉砕機により、水素解砕された鋳造合金薄片を例えば0.6MPaの高圧窒素を用いて平均粒度3〜4.5μmに微粉砕して粉末とする方法などが挙げられる。
また、R−T−B系合金と高融点化合物との混合は、R−T−B系合金からなる粉末に、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を添加した後に行ってもよい。
本発明の永久磁石用合金材料中の高融点化合物は、微細で均一に分布していてもよいが、微細で均一に分布していなくてもよい。例えば、高融点化合物は、1μm以上の粒度を有してもよいし、凝集して5μm以上の凝集体となっていても効果を発揮する。また、本発明による保磁力向上の効果は、Dy濃度が高いほど大きく、Gaが含まれているとさらに大きく発現する。
R−T−B系希土類永久磁石の保磁力(Hcj)は、高いほど好ましいが、モーター用の磁石として用いる場合、30kOe以上であることが好ましい。モーター用の磁石において保磁力(Hcj)が30kOe未満であると、モーターとしての耐熱性が不足する場合がある。
また、R−T−B系希土類永久磁石の磁化(Br)も高いほど好ましいが、モーター用の磁石として用いる場合、10.5kG以上であることが好ましい。R−T−B系希土類永久磁石の磁化(Br)が10.5kG未満であると、モーターのトルクが不足する恐れがあり、モーター用の磁石として好ましくない。
また、例えば、R−T−B系合金中に含まれるDyが9.5質量%である場合に、高融点化合物を含むものと含まないものとから製造されたR−T−B系希土類永久磁石を比較すると、両者の磁化(Br)や最大エネルギー積(BHmax)は同等であるのに、高融点化合物を含むものの保磁力(Hcj)は高くなる。
表1に示す成分組成および平均粒度のR−T−B系合金からなる粉末(合金A〜合金D)に、表2に示す粒度の高融点化合物からなる粉末を、表3または表4に示す割合(永久磁石用合金材料中に含まれる高融点化合物の濃度(質量%))で添加して混合することにより永久磁石用合金材料を製造した。
なお、R−T−B系合金からなる粉末は、以下に示す方法により製造した。まず、SC(ストリップキャスト)法により表1に示す成分組成の合金溶湯を鋳造して鋳造合金薄片を製造した。次いで、得られた鋳造合金薄片に室温で水素を吸蔵させ、300℃程度の温度で熱処理した後、減圧して水素を脱気し、その後、500℃程度の温度で熱処理して鋳造合金薄片中の水素を除去することにより水素解砕を行なった。続いて、水素解砕された鋳造合金薄片を、ジェットミルにより、0.6MPaの高圧窒素を用いて表1に示す平均粒度となるように微粉砕して、粉末とした。
また、高融点化合物からなる粉末の粒度は、レーザ回析計によって測定した。
なお、表3および表4において「Hcj」とは保磁力であり、「Br」とは磁化であり、「SR」とは角形性であり、「BHmax」とは最大エネルギー積である。また、これらの磁気特性の値は、それぞれ5個のR−T−B系希土類永久磁石の測定値の平均である。
また、表3および表4に示されているように、合金A〜合金DのR−T−B系合金と、高融点化合物として0.2質量%のTiCとを含む永久磁石用合金材料を用いて得られたR−T−B系希土類永久磁石の保持力を比較すると、Dy含有量(添加量)が多い程、保磁力の上昇幅が大きくなっていることが分かる。
[実験例2]
実験例1で用いた合金Aに、高融点化合物としてTiCからなる平均粒度d50が1.04μmの粉末を、永久磁石用合金材料中に含まれる高融点化合物の濃度で0.2質量%添加して混合することにより永久磁石用合金材料を製造した。
次に、このようにして得られた永久磁石用合金材料を用いて、実験例1と同様にしてR−T−B系希土類永久磁石を作製した。
図1および図2は、R−T−B系希土類永久磁石を電子プローブマイクロアナライザーで分析した結果を示した写真である。図1および図2には、各種元素の検出結果が示されている。図1にはTiとBが同一の箇所において検出され、Cは検出されなかったことが示されている。この結果から、高融点化合物に含まれていたTiCがTiB2として粒界に存在することが確認できた。TiB2は、高融点化合物に含まれていたTiCが、焼結中にR−T−B系希土類永久磁石の材料中のBと反応して生成したものと考えられる。
Claims (7)
- R、T、及びBを有するR−T−B系合金(ただし、RはNd、Pr、Dy、Tbからなる群から選ばれる少なくとも1種であって、DyまたはTbを前記R−T−B系合金中に4質量%〜10質量%含むことを必須とし、TはFeを必須とする遷移金属であり、Bはホウ素であって、一部が炭素又は窒素で置換可能である)と、
1080℃以上の融点を有する高融点化合物とを含むR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。 - 前記高融点化合物が、Al、Ga、Mg、Nb、Si、Ti、Zrからなる群から選ばれるいずれか1つの酸化物、ホウ化物、炭化物、窒化物、又はケイ化物を含む請求項1に記載のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。
- 前記高融点化合物が、AlN、Al2O3、BN、Ga2O3、LaSi2、MgO、NbB2、NbO2、SiC、TiO2、TiB2、TiC、TiN、ZrO2、ZrN、ZrC、ZrB2からなる群から選ばれるいずれか1つを含む請求項1に記載のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。
- 前記高融点化合物が、0.002質量%〜2質量%含まれている請求項1に記載のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。
- 前記R−T−B系合金からなる粉末と前記高融点化合物からなる粉末とが、混合されてなる混合物である請求項1に記載のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載のR−T−B系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結するR−T−B系希土類永久磁石の製造方法。
- 請求項6に記載のR−T−B系希土類永久磁石の製造方法により製造されたR−T−B系希土類永久磁石を備えるモーター。
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