永磁體、電動機及發電機的制作方法
【技術領域】
[0001 ]實施方式的發明涉及永磁體、電動機及發電機。
【背景技術】
[0002] 作為高性能稀土類磁體的示例，已知有Sm-Co類磁體、Nd-Fe-B類磁體等。在這些磁 體中，Fe、Co有助于增大飽和磁化。另外，在這些磁體中包含Nd、Sm等稀土類元素，晶體場上 的稀土類元素的4f電子的變動會導致較大的磁各向異性。由此，能獲得較大的矯頑力，能實 現高性能磁體。
[0003] 這樣的高性能磁體主要用于電動機、揚聲器、測量器等電氣設備。近年來，對各種 電氣設備提出了小型輕量化、低功耗化的要求，對此要求提高永磁體的最大磁能積 (BHmax)，進而獲得更高性能的永磁體。另外，近年來，提出了可變磁通型電動機，有助于電 動機的高效率化。
[0004] Sm-Co類磁體由于居里溫度較高，因此能在高溫下實現良好的電動機特性，但希望 能進一步實現高矯頑力化和高磁化，進而改善矩形比等磁體特性。雖然可以認為Fe的高濃 度化對Sm-Co類磁體的高磁化是有效的，但在現有的制造方法中，存在磁體特性因 Fe的高濃 度化而變差的傾向。因此，為了實現高性能的電動機用磁體，需要一種能在高Fe濃度組成中 既改善磁化又顯現良好的磁體特性的技術。 現有技術文獻 專利文獻
[0005] 專利文獻1:日本專利特開2010-121167號公報
【發明內容】
[0006] 本發明中所要解決的問題是在Sm-Co類磁體中對其金屬組織進行控制從而提供高 性能的永磁體。
[0007]實施方式的永磁體具備如下燒結體：該燒結體具備以組成式： RPFeqMrCutCo1QQ-P- q-r-t (式中，R是從稀土類元素中選出的至少一種元素，M是從由Zr、T i和Hf 所構成的組中選出的至少一種元素，P是滿足10.8 < p < 12.5原子％的數，q是滿足25 < q < 40原子％的數，r是滿足0.88 < r < 4.5原子％的數，t是滿足3.5 < t < 13.5原子％的數)來表 示、且包含50質量ppm以上1500質量ppm以下的碳的組成；以及包含具有Th2Zni7型晶相的主 相、及具有組成式中的元素 M的碳化物相的副相在內的金屬組織。在通過燒結體的X射線衍 射測定得到的X射線衍射圖案中，37.5度以上38.5度以下范圍的角度20處的衍射峰的最大 強度1 2與32.5度以上33.5度以下范圍的角度20處的衍射峰的最大強度h的比（12/1〇大于 25且在80以下。
【附圖說明】
[0008 ]圖1是表示X射線衍射圖案的一個示例的圖。 圖2是表示燒結體的SEM成像的示例的圖。 圖3是表示永磁體電動機的圖。 圖4是表示可變磁通電動機的圖。 圖5是表不發電機的圖。
【具體實施方式】
[0009] 下面，參照附圖對實施方式進行說明。此外，附圖是示意性的圖，例如厚度與平面 尺寸之間的關系、各層的厚度的比率等有時會與現實情況不同。另外，在實施方式中，對實 質相同的結構要素標注相同的標號并省略說明。
[0010] (實施方式1) 以下對本實施方式的永磁體進行說明。
[0011] 〈永磁體的結構例〉 永磁體具備燒結體，該燒結體具備以組成式:RpFeqMrCutCoiQQtd (式中，R是從稀土類 元素中選出的至少一種元素，M是從由Zr、T i和Hf所構成的組中選出的至少一種元素，p是滿 足10 ? 8 < p < 12 ? 5原子％的數，q是滿足25 < q < 40原子％的數，r是滿足0 ? 88 < r < 4 ? 5原 子％的數，t是滿足3.5 < t < 13.5原子％的數)來表示、且其組成包含50質量ppm以上1500質 量ppm以下的碳。上述永磁體中，上述組成式的原子比是將R、Fe、M、Cu以及Co的總和設為100 原子％時的原子比，燒結體包含微量的碳。
[0012] 上述組成式中的R是能使磁體材料具有較大的磁各向異性的元素。作為元素 R，能 使用例如從包含釔(Y)的稀土類元素中選出的一個或多個元素等，能使用例如釤（Sm)、鈰 (Ce)、釹(Nd)、鐠(Pr)等，特別優選為使用Sm。例如，在使用包含Sm的多個元素來作為R元素 的情況下，將Sm濃度設為能作為元素 R來適用的所有元素的50原子％以上，從而能提高磁體 材料的性能、例如矯頑力。此外，進一步優選為將能作為元素 R來適用的元素的70原子％以 上、甚至90%以上設為Sm。
[0013]通過將能作為元素 R來適用的元素的濃度設為例如10.8原子％以上12.5原子％以 下，能增大矯頑力。在能作為R元素來適用的元素的濃度小于10.8原子％的情況下，大量的 a-Fe析出會導致矯頑力減小，在能作為元素 R來適用的元素的濃度超過12.5原子％的情況 下，飽和磁化會下降。能作為元素 R來適用的元素的濃度進一步優選為11.0原子％以上12.0 原子％以下。
[0014]上述組成式中的M是能在高鐵濃度的組成下表現出大矯頑力和高強度的元素。例 如使用從由鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉿(Hf)所構成的組中選出的一種或幾種元素來作為元素 M。若 元素 M的含量r超過4.5原子％，則容易生成過量含有元素 M的非均相，矯頑力和磁化都變得 容易下降。另外，若元素 M的含量r小于0.88原子％，則提高Fe濃度的效果容易減小。即，元素 M的含量r優選為0.88原子％以上4.5原子％以下。兀素 M的含量r進一步優選為1.15原子％ 以上3.57原子％以下，更優選為大于1.49原子％小于等于2.24原子％，更優選為1.55 %原 子％以上2.23原子％以下。
[0015] 元素 M優選為至少包含Zr。特別地，通過將元素 M的50原子％以上設為Zr，能提高永 磁體的矯頑力。另一方面，由于元素 M中的Hf的價格尤其高，因此，優選為即使在使用Hf的情 況下，M的使用量也較少。例如，M的含量優選為小于元素 M的20原子％。
[0016] Cu是能在磁體材料中顯現高矯頑力的元素。Cu的含量例如優選為3.5原子％以上 13.5原子％以下。若混合量多于上述含量，則磁化會顯著下降，另外，若少于上述含量，則難 以獲得良好的磁體特性。Cu的含量t進一步優選為3.9原子％以上9.0原子％以下，更進一步 優選為4.4原子％以上5.7原子％以下。
[0017] Fe是主要起到磁體材料的磁化的作用的元素。雖然能通過增多Fe的混合量來提高 磁體材料的飽和磁化，但若過量地進行混合，則a-Fe的析出或相分離會導致難以獲得所希 望的晶相，有可能會使矯頑力下降。由此，Fe的含量q優選為25原子％以上40原子％以下。Fe 的含量q進一步優選為28原子％以上36原子％以下，更進一步優選為30原子％以上33原 子％以下。
[0018] Co是起到磁體材料的磁化的作用并能顯現高矯頑力的元素。另外，若較多地混合 有Co，則能獲得高居里溫度，并能提高作為磁體特性的熱穩定性。若Co的混合量較少，則這 些效果也會較小。然而，若過量添加 Co,則Fe的比例相對減少，有可能會導致磁化的下降。另 外，通過用從由Ni、V、Cr、Mn、Al、5;1、63、他、13、￥所構成的組中選出的一種或幾種元素來替 換Co的20原子％以下，能提高磁體特性、例如矯頑力。
[0019] 碳是制造工序中不可避免會混入的雜質，與組成式中的1?、？61、〇1、〇)等構成元素 相比，含量極少。例如，在永磁體的制造工序中，考慮因合金粉末加壓成形時使用的潤滑油、 來自粉碎時使用的球磨機的容器的雜質、球磨機的溶劑中的碳、燒結時使用的石墨加熱器、 來自其它燒結爐內部件的雜質等而混入碳。
[0020] 碳會對永磁體的機械強度造成影響，優選含有例如50質量ppm以上1500質量ppm以 下的碳。若碳濃度不足50質量ppm或超過1500質量ppm，則永磁體的機械強度容易降低。碳濃 度優選在700質量ppm以下，更優選為500質量ppm以下，進一步優選為300質量ppm以下。
[0021]本實施方式的永磁體具備以下二維的金屬組織:該二維的金屬組織包含具有六方 晶系的Th2Zni7型晶相(2_17型晶相）的主相、以及設于構成主相的晶粒之間的晶界相。此外， 主相包含具有2-17型晶相的晶胞相（cell phase)、以及具有六方晶系的CaCu5型晶相（1-5 型晶相）的富Cu相。富Cu相優選形成為包圍晶胞相。也將上述結構稱為晶胞結構。另外，富Cu 相中還包含使晶胞相斷裂的晶胞壁相。Th2Zni7型晶相的c軸與作為易磁化軸的TbCm型晶相 中的c軸平行。即，Th2Zrm型晶相的c軸以與易磁化軸平行的方式存在。此外，所謂平行，也可 以包含從平行方向偏離± 10度以內的狀態(大致平行）。
[0022]富Cu相是Cu濃度較高的相。富Cu相的Cu濃度比Th2Zrm型晶相的Cu濃度要高。例如 富Cu相的Cu濃度優選為Th2Zm7型晶相的Cu濃度的1.2倍以上。富Cu相例如在Th2Zrm型晶相 中的包含c軸的截面上呈線狀或板狀地存在。作為富Cu相的結構并無特別限定，例如可以舉 出八方晶系的CaCus型晶相（1-5型晶相)等。另外，永磁體也可以具有多個富Cu相，該多個富 Cu相的晶相彼此不同。
[0023]富Cu相的磁疇壁能比Th2Zrm型晶相的磁疇壁能要高，該磁疇壁能之差成為磁疇壁 移動的壁皇。即，富Cu相起到作為釘扎點(pinning site)的功能，從而能在多個晶胞相間抑 制磁疇壁移動。特別是通過形成晶胞結構，磁疇壁移動的抑制效果得以提高。也將此稱為磁 疇壁釘扎效果。由此，進一步優選為以包圍晶胞相的方式形成富Cu相。
[0024] 在包含25原子％以上的Fe的Sm-Co類磁體中，富Cu相的Cu濃度優選為10原子％以 上60原子％以下。通過提高富Cu相的Cu濃度，能獲得良好的磁體特性。在Fe濃度較高的區域 中，富Cu相的Cu濃度容易產生偏差，例如會產生磁疇壁釘扎效果較好的富Cu相和磁疇壁釘 扎效果較差的富Cu相，磁體特性會變差。
[0025] 若除去了釘扎點的磁疇壁發生移動，則磁化會與移動程度相對應地發生反轉，因 此，磁化會下降。在施加有外部磁場時，若在某個固定的磁場中磁疇壁同時除去釘扎點，則 通過施加磁場從而磁化不容易下降，能獲得良好的磁體特性。換言之，可以認為，若在施加 有磁場時，在比矯頑力要低的磁場中除去釘扎點，磁疇壁發生移動，則磁化會對應于移動程 度而減少，會導致磁體特性的劣化。由此，為了抑制磁化減少等磁體特性的劣化，重要的是 增加晶胞結構的區域。
[0026] 例如在晶界相中難以形成上述晶胞結構，另外，在構成主相的晶粒的周圍難以形 成上述晶胞結構。這是因為在構成燒結體的晶粒內、晶界上析出具有元素 M的碳化物相的副 相。元素 M的碳化物相是非磁性的ZrC等碳化物相。例如，在燒結時，作為主成分而含有的M原 子與燒結爐內的碳或其化合物發生反應，從而析出例如具有〇. 5~5wii左右直徑的粒狀的元 素 M的碳化物相。
[0027] 若析出元素 M的碳化物相，則周邊的母相中的元素 M的濃度會降低。若母相的元素 M 的濃度減少，則會引起母相的組份偏差，容易產生Sm2C〇7相等具有Ce2Ni7型晶相的富Cu相 (也稱為富Cu非均相）。富Cu非均相中不容易形成晶胞結構，此外，在富Cu非均相的周邊由于 Cu濃度較低，因此也不容易形成晶胞結構。由此，磁體特性容易劣化。
[0028] 在Fe濃度較低的永磁體中，即使元素 M的碳化物相析出，也不容易產生富Cu非均 相，因此不容易產生矯頑力的降低以及磁化的減少等。與此相對，在具有高鐵濃度的永磁體 中，元素 M的碳化物相會對磁體特性產生較大影響，若元素 M的碳化物相的比例較大，則會導 致矯頑力的降低以及磁化的減少等。因此，優選元素 M的碳化物相的比例較小。
[0029] 另外，元素 M的碳化物相對具有高鐵濃度的永磁體的機械強度也會造成影響。若元 素