专利名称：稀土类-铁-硼系各向异性磁体的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁特性优良，并且顽磁力的温度系数小的R-Fe-B系各向异性磁体(其中，R表示包括Y在内的稀土元素中的至少一种元素)。更具体地说，上述各向异性磁体是由热压成型体或者热时静水压挤压(以下示作HIP)成型体制成的R-Fe-B系各向异性磁体。
在公开号为特开平1-132106的日本专利文献上，记载了通过对R-Fe-B系母合金进行氢处理而制成R-Fe-B系永磁体粉末。
这种R-Fe-B系永磁体粉末是以有铁磁性相的R2Fe14B型金属间化合物相(以下称R2Fe14B型相)为主相的R-Fe-B系母合金作原料。将这种母合金原料在给定温度范围内的H2气氛中进行热处理，促使RHx、Fe2B和其余的Fe各相产生相变。然后通过脱H2工序，除去原料中的H2，并由此而再产生有强磁性的R2Fe14B型相。结果得到R-Fe-B系永磁体粉末的结构，其平均粒径为0.05-3μm，以极微细的R2Fe14B型相为主相的集合结构。
上述R-Fe-B系永磁粉末，仅仅通过热压而形成热压成型体不能获得完全的磁性各向异性。正如日本专利文献特开平2-39503记载的那样，对所述热压成型体进一步作热轧等热轧加工，形成沿R2Fe14B相晶粒的C轴取向的轧制结构，使之提高磁性的各向异性。
然而，所述热压成型体的进一步热轧制虽能得到有优良磁性各向异性的R-Fe-B系轧制磁体，但是，与用R-Fe-B系永磁粉末，不经轧制制作的磁体相比，顽磁力的温度系数增大了。这种轧制的R-Fe-B系磁体装入电动机等场合时，由于温度变化会使电动机等的性能也发生变化，从而存在稳定性差等问题。
此外，轧制的R-Fe-B系磁体，由具体情况决定的加工度的波动，会引起磁性各向异性的离散，为了防止它，不能不使热塑性加工过程变得复杂。
因此，本发明人等基于这样的认识，根据对热压成型体进行热轧制会发生上述顽磁力的温度系数增大，那么如果不进行上述热轧制而制成磁性各向异性优良的磁体，则上述顽磁力的温度系数就不会增大，进行研究的结果，含有R10-20%，B3-20%，含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一种或两种以上元素的总含量为0.001-5.0%，其余为Fe和不可避免的杂质;以及由平均结晶粒径大小为0.05-20μm，并且每个晶粒的最大粒径b与最小粒径a之比b/a的值小于2的结晶粒构成;又以立方晶体结构的R2Fe14B型金属间化合物相作为主相的晶粒集合结构;由此制成的热压成型体或者HIP成型体构成的R-Fe-B系磁体，不会造成顽磁力的温度系数增大，明显表现出优良的磁性各向异性。
基于这样的认识，本发明的R-Fe-B系各向异性磁体的特征是，由具有上述组成成分和晶粒集合结构制成的热压成型体或者HIP成型体的顽磁力的温度系数是小的。
与现有的轧制磁体相比，本发明的顽磁力温度系数小的R-Fe-B系各向异性磁体，在各情况下都几乎不会造成磁各向异性的离散现象，而且耐蚀性也优良。
此外，本发明的R-Fe-B系各向异性磁体，由于具有晶粒集合结构，近于R2(Fe，Co)14B型化合物的组分，即接近R11.8FebalB5.9组成成分。也具有优良的磁各向异性和高顽磁力。
下面说明本发明的R-Fe-Co-B系各向异性磁体的制造方法。
用来制造本发明的R-Fe-B系各向异性磁体的R-Fe-B系永磁体粉末的制造过程如下用熔解铸造法，制造含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中一种或两种以上的所定组分元素的R-Fe-B系母合金，将这种R-Fe-B系母合金在氢气氛中升温，温度在500-1000℃，在氢气气氛中或者氢气和惰性气体的混合气氛中进行热处理，然后，在温度为500-1000℃，氢气压力小于1乇的真空气氛，或者氢气分压力小于1乇的惰性气体的气氛中进行脱氢处理，然后冷却。
将上述R-Fe-B系母合金在600-1200℃温度下作均匀化处理，并且在上述脱氢处理之后，在300-1000℃的温度下进行热处理。通过这些附加的处理，可以制成磁各向异性和耐蚀性更加好的R-Fe-B系永磁体粉末。
这样制成的R-Fe-B系永磁体粉末的结构，在晶粒内和晶粒界面上没有杂质和畸变，而R2Fe14B型金属间化合物相的再结晶晶粒是由聚集的再结晶集合结构构成的。构成这种再结晶集合结构的再结晶粒的平均再结晶粒径在0.05-20μm范围内就足够了，如果接近单磁畴的粒径尺寸(约0.3μm)，在0.05-3μm的范围内，则更好。具有上述尺寸的各个再结晶晶粒，以有最大粒径b和最小晶粒径a之比b/a小于2为好。具有这种形状的再结晶晶粒在每个粉末的结构中必须占全部再结晶晶粒体积的50%以上。由于再结晶晶粒的形状为最大粒径b与最小粒径a之比b/a小于2，因而，使R-Fe-B系永磁体粉末的顽磁力得到改善，同时在25-100℃的范围内，顽磁力的温度系数aiHc变成小于-0.6%/℃。
而且，由于这样制成的R-Fe-B系永磁体粉末的再结晶结构，仅仅具有由R2(Fe，Co)14B型金属间化合物相所构成的再结晶集合结构，而这种金属化合物相实质上几乎不存在晶界相，因此，在没有晶界相的地方都会提高磁化值，同时抑制了晶界相之间的腐蚀，而且还会有因热塑加工而引起的应力畸变，由此也会减小应力腐蚀的可能性，增强了耐蚀性。
将这样制成的R-Fe-B系永磁体粉末在磁场中成形，制成粉末压坯后，将这种压坯在600-900℃的温度下进行热压或HIP，由此制成本发明的R-Fe-B系各向异性磁体，而上述R-Fe-B系永磁体粉末的结构和特性却仍保持优良。此外，根据需要，在300-1000℃的温度下进行热处理，以提高顽磁力。在这种情况下，一旦将上述在常用的温度下进行烧结，则由于上述烧结温度通常是高温，因此，R-Fe-B系永磁体粉末的细微的再结晶晶粒就会生长，长大的结晶粒，因磁特性，特别是顽磁力下降，所以是不所希望的。
从而，本发明的R-Fe-B系各向异性磁体的制造方法中，必须在比常用烧结温度为低的温度下进行烧结，可采用热压法或者HIP法，以抑制晶粒生长。而且，因在磁场中成型中实现了磁性各向异性的赋给，所以，在热压、HIP之后不必进行热塑性加工。
下面，根据如上所述的理由，说明本发明的顽磁力的温度系数小的R-Fe-B系各向异性磁体的组份，平均结晶粒径以及晶粒形状。
(a) RR表示Nd、Pr、Tb、Dy、La、Ce、Ho、Eu、Sm、Gd、Tm、Yb、Lu和Y中的一种或两种以上的元素，一般以Nd为主分，若添加其他稀土元素，特别是添加Tb、Dr和Pr，那就有使顽磁力iHC提高的效果。如果R的含量低于10%，或者高于20%，则各向异性磁体的顽磁力就会降低，从而得不到良好的磁特性，因此，将R的含量定为10-20%。
(b) B如果B的含量低于3%，或者高于20%，那么，各向异性磁体的顽磁力就会降低，从而得不到良好的磁特性，因此，将B的含量定为3-20%。此外，N、P、F、C中的一种或两种元素去替换一部分B也是可以的。
(C) Ti、V、Nb、Ta、Al及SiTi、V、Nb、Ta、Al及Si作为R-Fe-B各向异性磁体的成分，有提高顽磁力并稳定地赋予磁体以磁各向异性和耐蚀性的作用;当Ti、V、Nb、Ta、Al及Si中的一种或两种以上元素的总含量不足0.001%时，就达不到所希望的效果;另一方面，当总含量超过5.0%时，会降低磁性能。因此，Ti、V、Nb、Ta、Al及Si中的一种或两种以上元素的总含量定为0.001%-5.0%。
此外，含有Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Mo、Hf、W中的至少一种元素，其含量为0.001-5.0%，也能使R-Fe-B系各向异性磁体具有优良的磁性各向异性和耐蚀性。
(d)平均结晶粒径和晶粒的形状当构成R-Fe-B系各向异性磁体结构的平均结晶粒径小于0.05μm时，由于难以磁化而不好，另一方面，当粒径大于20μm时，因顽磁力和矩形性下降，得不到高磁特性而不令人满意。
因而，把平均再结晶粒径定为0.05-20μm。这种情况下，平均再结晶粒径取在单磁畴粒径附近的0.05-3μm更好。
每个有上述尺寸的晶粒最好具有这样的形状，即最大粒径b与最小粒径a之比b/a小于2，具有这种形状的晶粒必须占全部结晶粒体积的50%以上。由于晶粒有上述b/a小于2的形状，因此，就提高了R-Fe-B系各向异性磁体的耐蚀性，并且顽磁力的温度系数也变小了。从而，上述的每个晶粒的b/a之值定为小于2。
实施例通过实施例和比较例，具体说明本发明。
用等离子熔铸法，制成各种含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一种或者两种以上元素的合金块。将上述各种合金块和不含Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中任何一种元素的合金块，分别在1140℃的氢气氛中保持20小时，作匀质化处理后，将这样匀质化处理过的合金块，破碎成约20mm的方块作为原料合金。将这种原料合金在1大气压的氢气氛中从室温升温到840℃，在840℃，保持1小时的在氢气氛中的热处理。接着，在温度为830℃，真空度为1×10-1乇以下的条件下进行脱氢处理后，立即通入氩气进行速冷。这样的氢处理完成后，在620℃，真空条件下热处理2小时，将所得到的原料合金在研钵中轻轻地研碎，得到平均粒度为40μm的磁体粉末。
将这些磁体粉末在25KOe的磁场中挤压成型，而制成粉末压坯，将这些压坯再在温度为730℃，压力为1.5T/cm2的条件下进行热压，或者在温度为700℃，压力为1.6T/cm2的条件下进行HIP，并且，应各自在630℃，真空条件下进行2小时热处理，还有，就磁场中成型的压坯来说，取向的方向要安排在与热压时的挤压方向一致。在以此法制成的本发明的各向异性磁体1-42和比较的各向异性磁体1-14之中，上述本发明的各向异性磁体1-24是按上述热压法制造的，上述本发明的各向异性体25-42是按上述HIP法制造的，而上述比较的各向异性磁体1-7是按上述热压法制造，上述比较的各向异性磁体8-14则是按上述HIP法制造的。并且，全都充分致密化到密度为7.5-7.6g/cm3。
此外，为了进行比较，用不含Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中任何一种元素的合金块制作R-Fe-B系永磁体粉末，将这些粉末在真空中填装到铜罐中，加热至700℃，进行数次轧制，直到压延率达80%为止，制成热轧的R-Fe-B系各向异性磁体的从来的各向异性磁体。
由此而制成的本发明的各向异性磁体1-42比较的各向异性磁体1-14以及从来的各向异性磁体的组分由表1-6所示，而这些各向异性磁体的平均结晶粒径、每个晶粒的最大粒径与最小粒径之比小于2的晶粒形状的含量(体积%)，以及将在磁场中挤压成形而所得到的压坯进行热压或者HIP的R-Fe-B系各向异性磁体的磁特性和顽磁力的温度系数aiHc加以测定，这些测定值表示在表7-11中。
还有，上述顽磁力的温度系数aiHc是测定25℃时的顽磁力iHc25和100℃时的顽磁力iHc100，将上述顽磁力的差值之比(iHc25-iHc100)/iHC25除以温度差75℃所得的值。
注表1-11在说明书后。
从表1-11的结果，可以看出，将含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一种或两种以上元素的，并在磁场中挤压成型的粉末压坯，进行热压或HIP所得到的各向异性磁体1-42，其磁特性，特别是最大能量积(BH)max和剩余磁通密度Br是优异的、其磁性各向异性方面的特性，相同于或高于轧制法得到的已往各向异性磁体、而顽磁力的温度系数aiHc却比已往的各向异性磁体小得多。然而，从比较的各向异性磁体1-14可以清楚地看出，如果Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一种或两种以上元素的含量与本发明给出的条件不一致，就会降低磁性的各向异性，这是不希望的。
本发明的贡献在于通过采用含有Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一种或两种以上元素的氢处理粉末，就可以获得磁性的各向异性优异且顽磁力的温度系数小的R-Fe-B系各向异性磁体，而不必采取已往的热塑加工等各向异性化的手段，同时能够大大降低制造成本，为提高电机等电动机械的性能与稳定性做出大贡献。
权利要求
1.一种稀土类-Fe-B系各向异性磁体，所述稀土类-Fe-B系各向异性磁体以包括Y在内的稀土类元素中的至少一种元素(以下用R表示)、Fe和B作为主要成分，其特征在于，所述各向异性磁体，按原子百分比，由含有R10-20%，B3-20%，Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一种或两种以上元素，其总含量为0.001-5.0%，及其余为Fe和不可避免的杂质组成；以及以立方晶体结构的R2Fe14B型金属间化合物相为主相的结晶粒，具有聚集的结晶粒集合结构，所述结晶粒集合结构是由，每个晶粒的最大粒径b与最小粒径a的比b/a值小于2的形状的晶粒占全部晶粒体积的50%以上，而且结晶粒的平均结晶粒径尺寸为0.05-20μm，所组成的热压成型体或热静水压挤压成型体。
2.根据权利要求1所述的稀土类-Fe-B系各向异性磁体，其特征在于，所述的晶粒聚集的结晶粒集合结构实质上仅仅是由R2Fe14B型金属间化合物相组成的热压成型体或热静水压挤压成型体。
3.根据权利要求1或2所述的稀土类-Fe-B系各向异性磁体，其特征在于，上述平均晶粒径在0.05-3μm的范围内。
全文摘要
本发明提供了一种磁各向异性优异，并且顽磁力的温度系数小的R-Fe-B系数体。它由氢气处理过的R-Fe-B系永磁体粉末制成，其组分按原子百分比为R10—20％，B3—20％，Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一种或两种以上元素，其总量为0.001—5.0％，其余为Fe及不可避免的杂质组成，且有平均粒径为0.05—20μm的结晶粒的集合结构，单个结晶粒的最大粒径/最小粒径＜2的晶粒，在结构中占全部晶粒体积的50％以上，由此构成R-Fe-B各向异性磁体。
文档编号H01F1/057GK1065151SQ92100958
公开日1992年10月7日 申请日期1992年1月31日 优先权日1991年1月31日
发明者武下拓夫, 中山亮治, 石井义成, 小川保 申请人:三菱材料株式会社