永磁体、电动机及发电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 实施方式的发明涉及永磁体、电动机及发电机。
【背景技术】
[0002] 近年来，对资源和环境的关心日益增加，与绿色能源和节能等有关的研究开发受 到关注。其中之一是高性能稀土类磁体。作为高性能稀土类磁体的示例，已知有Sm-Co类 磁体、Nd-Fe-B类磁体等。在这些磁体中，Fe、Co有助于饱和磁化的增大。另外，在这些磁 体中包含NcUSm等稀土类元素，结晶场中的稀土类元素的4f电子的移动会导致较大的磁各 向异性。由此，能获得较大的矫顽力，能实现高性能磁体。
[0003] 这样的高性能磁体主要用于电动机、扬声器、测量器等电气设备。近年来，对各种 电气设备提出了小型轻量化、低功耗化的要求，为了对此进行应对，要求提高永磁体的最大 磁能积（BHniax)，获得更加高性能的永磁体。另外，近年来，提出了可变磁通型电动机，有助于 电动机的高效率化。
[0004] Nd-Fe-B类磁体耐热性差、在混合动力汽车等高温使用环境下，磁体特性显著降 低。对此，已知有通过添加Dy来提高耐热性的方法，但由于Dy具有价格昂贵等问题，希望 得到其它的解决对策。
[0005] 另一方面，Sm-Co类磁体由于居里温度较高，因此能在高温下实现良好的电动机特 性，但希望能进一步实现高矫顽力化和高磁化，进而改善矩形比。虽然可以认为Fe的高浓 度化对Sm-Co类磁体的高磁化是有效的，但在现有的制造方法中，存在因Fe的高浓度化、矩 形比恶化且高耐热性优点受损的倾向。因此，为了实现高性能的电动机用磁体，需要一种能 在高Fe浓度组成中既改善磁化又显现良好的矩形比的技术。 现有技术文献 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本专利特开2010-121167号公报
【发明内容】
[0007] 本发明中所要解决的课题是通过在Sm-Co类磁体中对其金属组织进行控制从而 提供高性能的永磁体。
[0008] 实施方式的永磁体具备：以组成式ApFeJ^CUtCOi。。pq ^t (式中，R是从稀土类元素 中选出的至少一种元素，M是从由Zr、Ti和Hf所构成的组中选出的至少一种元素，p是满足 10彡p彡13. 5原子％的数，q是满足25彡q彡40原子％的数，r是满足0? 88彡r彡7. 2 原子％的数，t是满足3. 5 <t< 13. 5原子％的数）来表示的组成；以及金属组织，该金属 组织包含具有Th2Zn17型晶相的主相、及设于构成主相的晶粒之间的晶界相。构成主相的晶 粒满足下式：0.001彡I(l〇〇/pl_)-(l〇〇/pl_)I彡1.2(式中，pi是各晶粒内的R元素的 浓度（原子％ )、plmax是全部晶粒内的上述pl的最大值、plmin是全部晶粒内的上述pl的最 小值）。
【附图说明】
[0009] 图1是表示永磁体电动机的图。 图2是表示可变磁通电动机的图。 图3是表不发电机的图。 图3是表示永磁体的组成和矩形比之间的关系的图。 图5是表示永磁体的组成和矩形比之间的关系的图。 图6是表示永磁体的组成和矩形比之间的关系的图。 图7是表示永磁体的组成和矩形比之间的关系的图。
【具体实施方式】
[0010] 下面，参照附图对实施方式进行说明。此外，附图是示意性的图，例如厚度与平面 尺寸之间的关系、各层的厚度的比率等有时会与现实情况不同。另外，在实施方式中，对实 质相同的结构要素标注相同的标号并省略说明。
[0011] (实施方式1) 以下对本实施方式的永磁体进行说明。
[0012] <永磁体的结构例> 本实施方式的永磁体具有以组成式ApFeJ^CUtCOi。。pq ^t表示的组成， (式中，R是从稀土类元素中选出的至少一种元素，M是从由Zr、Ti和Hf所构成的组中 选出的至少一种元素，P是满足10彡P彡13. 5原子％的数，q是满足25彡q彡40原子％ 的数，r是满足0. 88彡r彡7. 2原子％的数，t是满足3. 5彡t彡13. 5原子％的数）。
[0013] 上述组成式中的R是能使磁体材料具有较大的磁各向异性的元素。作为R元素， 能使用例如从包含钪（Sc)、钇（Y)的稀土类元素中选出的一种或几种元素等，能使用例如 钐（Sm)、铈（Ce)、钕（Nd)、镨（Pr)等，特别优选为使用Sm。例如，在使用包含Sm的多种元 素来作为R元素的情况下，将Sm浓度设为能作为R元素来适用的所有元素的50原子％以 上，从而能提高磁体材料的性能、例如矫顽力。此外，进一步优选为将能作为R元素来适用 的兀素的70原子％以上设为Sm。
[0014] 通过将R元素的含量p设为10原子％以上13. 5原子％以下，从而能增大矫顽力。 若R元素的含量P过少，则会析出大量的a-Fe从而矫顽力减小，若R元素的含量p过多， 则饱和磁化降低。因此，将R元素的含量P设为10原子％以上13.5原子％以下。R元素的 含量P优选为10. 2原子％以上13原子％以下，更优选为10. 5原子％以上12. 5原子％以 下。
[0015] 上述组成式中的M是能在高Fe浓度的组成中显现较大的矫顽力的元素。M元素的 含量r优选为0.88原子％以上7. 2原子％以下。例如使用从由钛（Ti)、锆（Zr)和铪（Hf) 所构成的组中选出的一种或几种元素来作为M元素。若M元素的含量r过多，则容易生成 过量含有M元素的非均相，矫顽力和磁化也容易下降。另外，若M元素的含量r过少，则提 高Fe浓度的效果容易减小。因此，M元素的含量r设为0. 88原子％以上7. 2原子％以下。 元素M的含量r更优选为1. 14原子％以上3. 58原子％以下，进一步优选为1. 49原子％以 上2. 24原子％以下。
[0016]M元素优选为至少包含Zr。特别地，通过将M元素的50原子％以上设为Zr，能提 高永磁体的矫顽力。另一方面，由于M元素中的Hf的价格尤其高，因此，优选为即使在使用 M的情况下，也要减少M的使用量。例如，M的含量优选为小于M元素的20原子％。
[0017] Cu是能在磁体材料中显现高矫顽力的元素。Cu的含量t例如优选为3. 5原子％ 以上13.5原子％以下。若Cu的含量t过多，则磁化显著降低。此外，若Cu的含量t过少， 则难以使主相中的Cu浓度成为5原子％以上，难以获得高矫顽力和良好的矩形比。因此， Cu的含量t设为3. 5原子％以上13. 5原子％以下。Cu的含量t进一步优选为3. 9原子％ 以上9. 0原子％以下，更进一步优选为4. 2原子％以上7. 2原子％以下。
[0018] Fe是主要负责磁体材料的磁化的元素。Fe的含量q优选为25原子％以上40原 子％以下。若Fe的含量q过少，则无法获得需要的磁特性。此外，随着Fe的含量q增多， 能提高磁体材料的饱和磁化，但若其含量过多，则因析出a-Fe、发生相分离，而导致不易获 得希望的晶相，矫顽力有可能降低。因此，Fe的含量q优选为25原子％以上40原子％以 下。Fe的含量q进一步优选为26原子％以上36原子％以下，更进一步优选为29原子％以 上34原子％以下。
[0019] Co是负责磁体材料的磁化并能显现高矫顽力的元素。另外，若较多地混合有Co， 则能获得高居里温度，并能提高作为磁体特性的热稳定性。若Co的混合量较少，则这些效 果也会较小。然而，若过量添加Co,则Fe的比例相对减少，有可能会导致磁化的下降。另 外，通过用从由Ni、V、Cr、Mn、Al、Si、Ga、Nb、Ta、W所构成的组中选出的一种或几种元素来 替换Co的20原子％以下，能提高磁体特性、例如矫顽力。
[0020] 如上所述的R-Fe-M-Cu-Co类永磁体具备以下二维的金属组织：该二维的金属组 织包含具有六方晶系的Th2Zn17型晶相（2-17型晶相）的主相、以及设于构成主相的晶粒之 间的晶界相。而且，主相具备相分离组织，该相分离组织包含具有Th2Zn17型晶相的晶胞相、 和晶胞壁相。晶胞相由晶胞壁相进行划分，上述结构称作晶胞结构。晶胞壁相例如具有六 方晶系的CaCu5型晶相（1-5型晶相）。例如对原料合金的压粉体进行烧结后，通过熔体化 处理形成TbCu7型晶相（1-7型晶相）的前驱体，进一步实施时效处理来进行相分离，从而 形成上述相分离组织。
[0021] 本实施方式的永磁体的高矫顽力由上述二相分离组织来显现。在该情况下，晶胞 相设为单磁畴粒径以下（亚微米级），进一步将晶胞壁相设为磁畴壁宽度以上较为重要。首 先，对晶胞相的作用进行描述。由于将晶胞相设为单磁畴粒径以下，晶胞相内生成磁畴的效 率降低。由此，通过材料的磁各向异性，能得到接近期待的潜在值的高矫顽力。接下来，对 晶胞壁相的作用进行描述。晶胞壁相与晶胞相相比，具有较高磁各向异性。因此，通过交换 结合，晶胞相中的磁各向异性得到提高。这是回弹现象的物理结构。此外，由于磁畴壁能量 较高，因此磁畴壁传播被阻碍。也将此称为磁畴壁钉扎效果。由于磁畴壁钉扎效果，能得到 较高矫顽力。
[0022] 然而，在晶粒内看到组成的不均匀性的情况下，大致来看，2个主要原因导致矫顽 力和矩形比下降。第一个主要原因是未获得二相分离前驱体单体。相分离组织取决于在熔 体化处理中作为前驱体而形成的几(：117型晶相的稳定性。作为前驱体的TbCu7型晶相的热 平衡状态的形成区域由例如R元素的原子比的倒数（1/px)和热处理温度T、进一步由Fe的 原子比（qy)来决定。在存在组成分布的情况下，生成某一固定量的Th2Zn17型晶相等合金 非均相。该Th2Zn17型晶相与晶胞相是相同结晶结构，但晶胞体积显著大于单磁畴粒径。因 此，成核效率较高、磁畴壁传播容易，因此成为低矫顽力。第二个主要原因是在相分离组织 中生成了磁畴壁钉扎效果相对较弱的区域。在该情况下，磁畴壁容易传播，在低磁场下完成 磁化反转。它们的结果是，各晶胞相之间产生矫顽力分布，因此，矩形比降低。
[0023] 此外，矩形比取决于磁各向异性。例如，若Fe浓度变高，则磁各向异性容易降低。 由此，若构成主相的晶粒之间或主相的晶胞相间的Fe浓度不均匀，则磁各向异性的偏差增 大，矩形比恶化。
[0024] 此外，R元素的挥发性强，容易通过制造时的热处理而从晶粒表面挥发。因此，在 晶粒的内部与表面之间产生组成差异，难以获得均匀的几(：1 17型晶相。
[0025] 对此，在本实施方式的永磁体中，构成主相的各晶粒中的R元素的偏差较小，满足 下式（1)。 0. 001 ^ I (100/pInJ-(100/pInin) I ^ I. 2 ? ? ? (I) (式中，Pl是各晶粒内的R元素的浓度（原子％ )、pl_是全部晶粒内的