稀土類磁鐵及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通過熱塑性加工而成為取向磁鐵的稀土類磁鐵的制造方法。
【背景技術】
[0002] 使用鑭系元素等稀土類元素的稀土類磁鐵也被稱為永久磁鐵，其用途除了硬盤、 構成MRI的電動機之外，還用于混合動力車、電動車等的驅動用電動機等。
[0003] 作為該稀土類磁鐵的磁化性能的指標，可列舉剩余磁化（剩余磁通密度）和矯頑 力，但針對電動機的小型化和高電流密度化所致的發熱量的增大，對所使用的稀土類磁鐵 的耐熱性要求也進一步提高，在高溫使用下如何能夠保持磁鐵的矯頑力成為該技術領域中 的重要研宄課題之一。當采用多用于車輛驅動用電動機的作為稀土類磁鐵之一的Nd-Fe-B 系磁鐵時，進行了下述嘗試：通過謀求晶粒的微細化、使用Nd量較多的組成的合金、添加矯 頑力性能高的Dy、Tb這樣的重稀土類元素等來使其矯頑力增大。
[0004] 概述稀土類磁鐵的制造方法的一例，一般應用下述方法：對將例如Nd-Fe-B系的 金屬熔液急冷凝固而得到的微粉末進行加壓成形制成成形體，為了對該成形體給予磁各向 異性而實施熱塑性加工來制造稀土類磁鐵（取向磁鐵）。
[0005] 上述熱塑性加工是例如在上下的沖頭（也稱為punch)間配置成形體，一邊對其加 熱一邊用上下的沖頭短時間擠壓，進行塑性加工。
[0006] 在上述的稀土類磁鐵的制造方法中，以使其矯頑力、磁化提高為目的來添加多種 添加元素的研宄日復一日地在進行，其中，添加 Pr來使熱塑性加工性提高受到關注。
[0007] 然而，隨著Pr添加量增加，高溫氣氛下的稀土類磁鐵的矯頑力性能降低也是眾 所周知的。這樣在高溫氣氛下的矯頑力降低的原因是由于Pr與主相的Nd置換而成為 Pr-Fe-B組成的緣故。另外，與此同時，關于飽和磁化，Nd-Fe-B為1. 61 (T)，而Pr-Fe-B降 低為1. 56 (T)也是眾所周知的。
[0008] 例如，對于混合動力車的驅動用電動機，由于在小型化后的裝載空間中以高輸出 且高旋轉來使用，因而成為大約150°c左右的高溫狀態，所以內置于電動機中的稀土類磁鐵 需要在這樣的高溫氣氛下具有高的矯頑力。另外，由于混合動力車的驅動用電動機被小型 化且為了發揮高輸出而需要高的剩余磁化，因此在Nd-Fe-B系的稀土類磁鐵中需要提高其 磁取向度。再者，存在剩余磁化強度=物性值X取向度的關系，取向度僅提高2~3%就能 夠大大地有助于電動機的小型化。
[0009] 根據以上所述，在制造剩余磁化、高溫氣氛下的矯頑力都高的稀土類磁鐵時，希望 對稀土類磁鐵的合金組成中的Pr的最適范圍進行特定。
[0010] 再者，關于作為經過熱塑性加工而制造的稀土類磁鐵的主相（晶體）組成具有并 用了 Nd和Pr的組成的稀土類磁鐵的現有技術，能夠列舉在專利文獻1~3中公開的稀土 類磁鐵。但是，在這些文獻中公開的稀土類磁鐵中，完全沒有顯示關于用于給出獲得熱塑性 加工時的良好的加工性、并且磁化性能和高溫環境下的矯頑力性能均優異的稀土類磁鐵的 Pr的最適含量范圍的驗證結果的記載。
[0011] 在先技術文獻
[0012] 專利文獻
[0013] 專利文獻1 :日本特開2003-229306號公報
[0014] 專利文獻2 :日本特開平5-182851號公報
[0015] 專利文獻3 :日本特開平11-329810號公報
【發明內容】
[0016] 本發明是鑒于上述的問題而完成的，涉及經過熱塑性加工來制造稀土類磁鐵的制 造方法和利用該方法制造的稀土類磁鐵，其目的是提供通過將合金組成中的Pr的含量控 制在最適范圍，從而熱塑性加工時的加工性優異、高溫氣氛下的矯頑力性能和磁化性能優 異的稀土類磁鐵及其制造方法。
[0017] 為了達到上述目的，本發明的稀土類磁鐵的制造方法包括第1步驟和第2步驟，第 1步驟：將成為稀土類磁鐵材料的磁粉加壓成形來制造成形體，所述磁粉包含RE-Fe-B系主 相（RE :Nd以及Pr)和位于該主相的周圍的RE-X合金（X :金屬元素）晶界相，主相的平均 粒徑在IOnm~200nm的范圍；第2步驟：對成形體實施給予各向異性的熱塑性加工來制造 作為納米晶體磁鐵的稀土類磁鐵，在所述磁粉中包含的NcU B、Co、Pr的含量為Nd :25~35 原子％、B :0· 5~L 5原子％、Co :2~7原子％、Pr :0· 2~5原子％，還包含Fe。
[0018] 本發明的制造方法為下述制造方法：在經過熱塑性加工來制造作為納米晶體磁鐵 的稀土類磁鐵時，針對通過在磁粉的合金組成中包含Pr，熱塑性加工時的加工性優異而稀 土類磁鐵的高溫氣氛下的矯頑力、剩余磁化有降低的傾向這一以往的見解，通過將合金組 成中的Pr的含量控制在最適的范圍，能夠制造獲得熱塑性加工時的良好的加工性、并且具 有高的剩余磁化和高溫氣氛下的高的矯頑力的稀土類磁鐵。
[0019] 本制造方法的特征在于在使用的磁鐵用的磁粉的合金組成中，將Pr的含量調整 為0. 2~5原子％。
[0020] 稀土類磁鐵在其組成中以最適的范圍具備微量的Pr的情況下，該Pr不是在主相 中而是在晶界相中濃化，因此不會產生使主相的溫度特性（剩余磁化）降低這樣的不利影 響。另外，熱塑性加工時的加工性大大地受晶界相的熔點和組成左右，但通過微量的Pr在 晶界相中濃化就能夠使加工性良好。另一方面，當Pr的含量過多時，其進入主相中而與主 相中的Nd進行置換，使剩余磁化降低，因此將Pr的含量控制在最適的范圍是極其有效的。
[0021] 根據本發明人等的驗證證實了 ：使用合金組成中的Pr的含量在0. 2~5原子％的 范圍的磁鐵用的磁粉，將其加壓成形來制造成形體，對成形體實施熱塑性加工來制造出的 作為納米晶體磁鐵的稀土類磁鐵，制造過程中的熱塑性加工時的加工性良好，而且具有在 150°C時的矯頑力為5. 7k0e(453kA/m)以上、且剩余磁化強度為I. 38T以上這樣的極其優異 的磁特性。
[0022] 再者，磁粉的特征在于含有上述范圍的Pr，更具體而言，在磁粉中包含的NcU B、 Co、Pr的含量為Nd :25~35原子％、B :0· 5~L 5原子％、Co :2~7原子％、Pr :0· 2~5 原子％，余量（Bal.)為Fe，主相的平均粒徑在IOnm~200nm的范圍。
[0023] 在第1步驟中，通過液體急冷來制作微細晶粒的急冷薄帶（急冷帶），將其粗粉碎 等來制作稀土類磁鐵用的磁粉，將該磁粉填充到例如陰模內，一邊用沖頭加壓一邊燒結來 謀求塊化，得到各向同性的成形體。在制造該成形體時，作為磁粉，應用上述組成的磁粉。
[0024] 在該成形體中，構成其晶界相的RE-X合金，根據主相成分而不同，但是在RE為Nd 的情況下，由Nd與Co、Fe、Ga等之中的至少一種以上的元素的合金構成，例如是Nd-Co、 Nd-Fe、Nd-Ga、Nd-Co-Fe、Nd-Co-Fe-Ga之中的任一種、或者混有它們中的兩種以上的合金， 成為Nd的一部分被置換為Pr的狀態。
[0025] 而且，通過第2步驟的熱塑性加工在熱處理為600~850°C的溫度范圍、應變速度 為KT 3~10/秒的范圍、加工率為50%以上的條件下進行，所制造出的納米晶體磁鐵的主 相的平均粒徑生長為50nm~1000 nm的范圍，具有上述的優異的磁特性。
[0026] 通過第2步驟的熱塑性加工來制造出作為納米晶體磁鐵的稀土類磁鐵。該稀土類 磁鐵是取向磁鐵，但為了使該取向磁鐵的矯頑力進一步提高，對于在第2步驟中制造出的 稀土類磁鐵（取向磁鐵），也可以通過接觸由共晶或者RE富集的過共晶組成的RE-Y合金 (Y為金屬元素，不包含重稀土類元素）構成的改性合金，在改性合金的共晶點以上的溫度 進行熱處理來使該改性合金的熔液從取向磁鐵的表面擴散滲透，形成為RE-Y合金的熔液 進入到晶界相內，成形體內部引起組織變化，并且矯頑力提高的稀土類磁鐵。在此，作為從 共晶到稀土類富集的過共晶組成的改性合金，優選使用Nd-Cu合金、Nd-Al合金、Pr-Cu合 金、Pr-Al合金、Nd-Pr-Cu合金、Nd-Pr-Al合金中的任一種，其中，優選三元系的Nd-Pr-Cu 合金、Nd-Pr-Al合金。當采用例如Nd-Cu合金時，作為從共晶到Nd富集的過共晶組成的 Nd-Cu合金的組成，能夠列舉70原子％ Nd-30原子％ Cu、80原子％ Nd-20原子％ Cu、90原 子％ Nd-IO原子％ Cu、95原子％ Nd-5原子％ Cu等。Nd-Cu合金的共晶點為520°C左右， Pr-Cu合金的共晶點為480°C左右，Nd-Al合金的共晶點為640°C左右，Pr-Al合金的共晶點 為650°C左右，都大大地低于造成構成納米晶體磁鐵的晶粒的粗大化的700°C~1000°C。
[0027] 另外，本發明還涉及稀土類磁鐵，該稀土類磁鐵包含RE-Fe-B系主相（RE為Nd 以及Pr)和位于該主相的周圍的RE-X合金（X為金屬元素）晶界相，主相的平均粒徑在 50nm~1000 nm的范圍，在所述磁粉中包含的NcU B、Co、Pr的含量為Nd :25~35原子％、 Pr :0. 2~5原子5~1. 5原子％、Co:2~7原子％，余量為Fe，在150°C時的矯頑 力為5. 7k0e(453kA/m)以上，且剩余磁化強度為I. 38T以上。
[0028] 本發明的稀土類磁鐵是在構成磁鐵的合金組成中含有0. 2~5原子％的Pr的納 米晶體磁鐵，通過在該微量的條件下適當范圍的Pr特別是在晶界相中濃化，能夠提高高溫 氣氛下的矯頑力和剩余磁化。具體而言，作為在150°C時的矯頑力，為5.7k0e(453kA/m)以 上，剩余磁化強度為I. 38T以上。
[0029] 再者，剩余磁化強度為I. 38T以上的磁取向度Mr/Ms (Mr為剩余磁通密度，Ms為飽 和磁通密度）顯示出高達88%以上的取向度。
[0030] 另外，成為主相的平均粒徑為50nm~1000 nm的范圍的納米晶體磁鐵。在此，所謂 "主相的平均粒徑"也可稱為平均晶體粒徑，采用下述方法進行測定：在磁粉、稀土類磁鐵的 TEM像、SEM像等中確認出處于一定區域內的多個主相之后，在計算機上