(57)【要約】      （修正有）【課題】希土類永久磁石材料の渦流ロスを低減した高抵抗高密度永久磁石材料を提供する。【解決手段】本発明は、主成分がRFeMB（ただし、RはNd又はPrNdを含み、MはCo、Ga、Al、Cuから選択される1種又は複数種である。）である合金粉末を含む希土類永久磁石材料であって、さらに成分がCaRE2[CO3]F2（ただし、REはCe、La、Ndから選択される1種又は複数種である。）であるフッ化酸化物粉末を含む。【効果】供給源が多く、コストがより低いパリサイトに希土類元素を組み合わせて使用することで、高密度磁石の低効率を顕著に向上させただけではなく、その熱処理性を大幅に低減することがないため、渦流ロスを効果的に低減できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分がRFeMB（ただし、RはNd又はPrNdを含み、MはCo、Ga、Al、Cuから選択される1種又は複数種である。）である合金粉末を含む希土類永久磁石材料であって、さらに成分がCaRE2[CO3]F2（ただし、REはCe、La、Ndから選択される1種又は複数種である。）であるフッ化酸化物粉末を含むことを特徴とする希土類永久磁石材料。
【請求項２】
前記Rは、さらにDyを含むことを特徴とする請求項1に記載の希土類永久磁石材料。
【請求項３】
前記フッ化酸化物粉末は、Ca(Ce,La,Nd)2[CO3]F2から選択されることを特徴とする請求項1に記載の希土類永久磁石材料。
【請求項４】
前記フッ化酸化物粉末が希土類永久磁石材料に対して、質量比で1.5〜8wt.%の範囲であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の希土類永久磁石材料。
【請求項５】
前記フッ化酸化物粉末の粒径が30〜150μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の希土類永久磁石材料。
【請求項６】
合金粉末とフッ化酸化物粉末を一定の配合比で混合して混合粉末を得、前記混合粉末を熱処理して請求項1〜5のいずれか一項に記載の希土類永久磁石材料を得ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の希土類永久磁石材料を製造する方法。
【請求項７】
前記合金粉末は、急冷工程で製造されてなることを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記熱処理プロセスは、ホットプレス及び熱変形ステップを含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項９】
前記ホットプレス温度が650〜750℃であり、前記熱変形温度が750〜950℃であることを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱変形ステップでは、熱変形率が50〜75%であることを特徴とする請求項9に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石合金に関し、特に高抵抗高密度永久磁石材料及びその製造方法に関し、永久磁石材料分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
現在の世界経済及び環境の条件下で、高効率及び省エネが大きな注目を浴びているため、各産業界では、従来の電磁モータの代わりに、構造が簡単で、力率が高く、起動トルクが大きい永久磁石モータを使用している。しかし、磁場空間高調波及び時間高調波の作用で、希土類永久磁石内部に渦流が存在している。しかも、モータの電力が増大するにつれ、永久磁石の体積が大きくなり、さらに回転子の放熱が悪いため、渦流ロスが温度を高く上昇させ、作動効率を低下させるのみならず、極端の場合に、永久磁石が磁性を失い、モータの性能を低下させることもある。これらの状況で、モータ用希土類永久磁石は、より一層高い性能を有することが求められている。上記の問題を解決するために、高密度希土類永久磁石材料がだんだん注目されるようになっている。
【０００３】
高密度希土類永久磁石材料は、金属材料に属し、抵抗率が低いため、永久磁石の渦流ロスを低減することができる。高密度希土類永久磁石材料を製造するために、米国特許出願US5858124Aには、NdFeB又はSmCoにLi、Na、Mg、Ca、Ba及びSrフッ化物及び酸化物を添加する方法で抵抗率を向上させることが開示されている。米国特許US7153591B2には、RFeB粉末にRF3粉末を添加してボンド磁石を製造することで、高い保磁力を得ることが開示されている。米国特許出願US2015/0132174A1には、NdFeBにCa(F,O)x、(RE,Ca)(F,O)x、(Ca,RE)Fx、RE(F,O)x、REFx等を添加することで抵抗率を向上させ、渦流ロスを低減する方法が開示されている。中国特許出願CN102682949Aには、高抵抗永久磁石合金及びその製造方法が開示されており、該合金の粉末はNd-Fe-B合金粉末及びこの粉末で表面が被覆されている固体表面活性剤絶縁層からなり、固体表面活性剤はLi、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Nd、Dy、Tb、Gd、Hoのフッ化物又は酸化物から選択される少なくとも1種であり、この方法で焼結磁石の抵抗率を向上させることが開示されている。
【０００４】
上記特許文献には、いずれも高密度磁石にフッ化物又はフッ化酸化物を添加することに言及されているが、開示されている成分を希土類磁石に添加すると、性能が低下する問題が避けられない。
【発明の概要】
【０００５】
以上の背景に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、希土類永久磁石材料の渦流ロスをどのようにさらに低減するかということである。この課題を解決するポイントは高密度希土類永久磁石材料の抵抗率をさらに向上させることにある。
【０００６】
発明者らは、フッ化酸化物及びその製造方法を最適化し、高密度R2Fe14B構造磁石にCa(Ce,La,Nd)2[CO3]F2のフッ化酸化物粉末を添加することで、従来の磁石粉末性能を高めると共に、磁石粉末の抵抗率を高めることを見出した。
【０００７】
これに基づき、本発明の1つの目的は、従来の技術に存在している欠点を克服し、高抵抗高密度永久磁石材料を提供することにある。該永久磁石材料は、その熱処理性を大幅に低減することなく、高密度磁石の抵抗率を向上させたため、工業上広く利用されることが期待されている。
【０００８】
本発明のもう1つの目的は、上記希土類永久磁石材料を製造する方法を提供することにある。該製造方法は、簡単で、操作しやすく、設備のコストが低く、且つ環境にやさしい。
【０００９】
上記の目的を実現するために、本発明の一側面では、主成分がRFeMB（ただし、RはNd又はPrNdを含み、MはCo、Ga、Al、Cuから選択される1種又は複数種である。）である合金粉末を含む希土類永久磁石材料であって、上記永久磁石材料はさらに成分がCaRE2[CO3]F2（ただし、REはCe、La、Ndから選択される1種又は複数種である。）であるフッ化酸化物粉末を含むことを特徴とする希土類永久磁石材料を提供する。
【００１０】
上記の希土類永久磁石材料において、該高密度磁石の高温下での使用性能を満足するために、RはさらにDyを含む。好ましくは、Rの含有量は26〜34wt.%であり、Bの含有量は0.7〜1.0wt.%である。RがDyを含む場合、Dyの含有量は0.5〜5wt.%である。
【００１１】
上記の希土類永久磁石材料において、MはCo、Ga、Al、Cuから選択される1種又は複数種を含む。当業者に知られているように、Coは磁石の耐食性及び熱安定性を改善することができる。磁石特性の要求に応じて、含有量範囲は3〜10wt.%である。Co含有量が高すぎると、磁石の磁束密度及び固有保磁力を低減する。低融点元素Ga、Al、Cuは主に粒界を湿潤させ、熱処理性を向上させ、且つフッ化酸化物の添加による熱処理性ロスを補うために使用される。磁石特性の必要に応じて、本発明では、これら低融点元素の添加量は0.01〜2wt.%であり、高すぎると高密度磁石の磁束密度を大幅に低減する。
【００１２】
上記の希土類永久磁石材料において、上記フッ化酸化物粉末はCa(Ce,La,Nd)2[CO3]F2から選択される。成分及び構造がCa(Ce,La,Nd)2[CO3]F2であるフッ化酸化物粉末は、パリサイトに由来するものであり、粉末の比重は4.32〜4.36である。RFeMBが主成分である合金粉末に該フッ化酸化物粉末を添加することで、金属材料を効果的に仕切り、材料の抵抗率を大幅に向上させることができる。
【００１３】
上記の希土類永久磁石材料において、上記フッ化酸化物粉末が希土類永久磁石材料に対して、質量比で1.5〜8wt.%の範囲である。本発明のポイントは、磁気特性及び熱処理性を低減することなく抵抗率を向上させることにある。したがって、上記フッ化酸化物の含有量が高すぎてならない。さもないと、全体の磁気特性の顕著な低減をもたらす。また、低すぎると、本発明の効果を達成することができなくなる。
【００１４】
好ましくは、上記フッ化酸化物粉末が希土類永久磁石材料に対して、質量比で2.0〜7.5wt.%の範囲であり、より好ましくは、上記フッ化酸化物粉末が希土類永久磁石材料に対して、質量比で2.5〜7.0wt.%の範囲であり、最も好ましくは、上記フッ化酸化物粉末が希土類永久磁石材料に対して、質量比で3.0〜6.5wt.%の範囲である。
【００１５】
上記の希土類永久磁石材料において、上記フッ化酸化物粉末の粒径が30〜150μmである。本発明の重要な要素の1つは、該フッ化酸化物粉末と主合金粉末成分を混合することである。均一に混合することは、フッ化酸化物がR2Fe14B主相構造を均一に仕切るためのポイントである。このため、本発明では、フッ化酸化物粉末の粒径が30〜150μmであることが好ましく、細すぎても太すぎても均一に混合することが困難である。
【００１６】
好ましくは、上記フッ化酸化物粉末の粒径が30〜120μmであり、より好ましくは、上記フッ化酸化物粉末の粒径が30〜100μmであり、最も好ましくは、上記フッ化酸化物粉末の粒径が30〜80μmである。
【００１７】
上記の希土類永久磁石材料において、上記合金粉末の平均粒径が300〜450μmである。本発明では、主成分がRFeBである合金粉末は、急冷工程で製造されるリボンを粉砕して形成されることができる。急冷リボンとは、一定の成分を有する溶融合金を、ノズルを通って回転しているロールに射出することで製造される。溶融合金の温度が合金の融点より100〜300℃高い温度範囲であり、回転しているロール速度が15〜55m/sである。溶鋼がロール表面に液体フィルムを形成し、且つ高速で持ち出され、急速冷却する。好ましくは、急速冷却された急冷リボンの厚さが10〜150μmの範囲であり、薄すぎると、製造条件が厳しくなり、温度が高くないが、厚すぎると、後の熱処理で磁石を製造することを阻害する。急冷リボンの粉砕方法は、圧縮粉砕、気流粉砕、カッターによる粉砕等を含む。最終的に粉砕された粉末の平均粒径が300〜450μmである。
【００１８】
本発明の他方の側面では、合金粉末とフッ化酸化物粉末を一定の配合比で混合して混合粉末を得、上記混合粉末を熱処理して上記希土類永久磁石材料を得ることを含む上記希土類永久磁石材料を製造する方法を提供する。
【００１９】
上記の方法において、上記合金粉末は急冷工程で製造されてなる。1つの具体的な実施形態において、主成分がRFeBである合金粉末は、急冷工程で製造されるリボンを粉砕して形成されることができる。
【００２０】
上記の方法において、上記熱処理プロセスはホットプレス及び熱変形ステップを含む。
【００２１】
ホットプレス工程は、一定の温度及び圧力条件下で高密度磁石を製造するステップである。該ステップでは、混合粉末を一定の温度及び圧力下で緻密化させ、真密度に近いホットプレス磁石（ρ＞98%）を形成する。ホットプレス工程はホットプレス金型で行われる。磁石全体の均一化、及び後の性能の向上のために、好ましくは、本ステップではホットプレス温度が好ましくは650〜750℃であり、圧力が好ましくは100〜300MPaである。
【００２２】
ホットプレス工程で製造された磁石を熱変形の金型に入れる。一定の温度下で、金型を通って下に向かって移行させ、磁石を変形させる。高性能の熱変形磁石を得るために、好ましくは、本ステップでは、熱変形温度が好ましくは750〜950℃であり、熱変形圧力が好ましくは100〜200MPaである。
【００２３】
上記の方法において、上記熱変形ステップでは、熱変形率が50〜75%である。
【００２４】
混合後のRFeMB合金粉末及びフッ化酸化物粉末にホットプレス及び熱変形を施すことで、熱処理性及び磁気特性を大幅に低減することなく、該高密度磁石の抵抗率を向上させることができる。熱処理プロセスで製造される高密度磁石では、R2Fe14Bを主相構造とし、粒界構造としては、一定の量の希土類リッチ相及び添加されたフッ化酸化物構造を含む。
【００２５】
いかなる理論に制限されず、発明者らは、フッ化酸化物を添加することで抵抗率を向上させるポイントは、フッ化酸化物粉末と主合金粉末とを十分に混合し、粉末を均一化させ、緻密化過程では、これら十分に混合されたフッ化酸化物粉末を粒界に分布させ、誘電体層を形成することを含むと考えられる。永久磁石を高周波で使用するとき、これら誘電体層は高密度磁石を分割し、複数の磁石ユニットを形成するとの作用を発揮し、渦流の通路を阻害するため、渦流ロスを効果的に低減することができる。
【００２６】
従来の技術に比較して、本発明は以下のメリットを有する。
【００２７】
1)本発明の高抵抗率高密度熱処理希土類永久磁石材料は、Ca(Ce,La,Nd)2[CO3]F2を含有するフッ化酸化物粉末を原料とし、該粉末はパリサイトに由来するものであり、供給源が多く、コストにおいて優位性を持つ。
【００２８】
2)本発明の高抵抗率高密度熱処理希土類永久磁石材料における希土類元素は、粒界ピニングに有利であり、さらに高密度磁石の永久磁石特性をさらに向上させることができる。
【００２９】
3)本発明の高抵抗率高密度熱処理希土類永久磁石材料は、高密度磁石の抵抗率を大幅向上させただけではなく、さらに、その熱処理性を大幅に低減することがないため、工業上広く利用されることが期待されている。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、具体的な実施形態を参酌しながら、本発明についてさらに説明する。なお、これらの実施例は単に本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。また、本発明の内容を読んだ当業者は、本願発明に対して様々な変更又は修正を行うことができ、これらの形態も本願の特許請求の範囲に規定する範囲内であると理解されるべきである。
【００３１】
以下の実施例を通じて本発明がよりよく理解されるが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００３２】
以下の実施例では、密度の単位がg/cm3であり、抵抗率の単位がμΩcmであり、粒径の単位がμmである。
【００３３】
実施例1〜4
【００３４】
合金粉末は急冷工程で製造され、一定の量のCa(Ce,La,Nd)2[CO3]F2フッ化酸化物粉末を添加した。磁石のホットプレスは650〜700℃で行われ、熱変形は850℃で行われ、熱変形率が72%であった。実施例1〜4で得られた磁石はそれぞれ磁石1〜4である。
【００３５】
磁石1〜4はすべて高密度磁石になっており、同じプロセスで製造された磁石5（フッ化酸化物未含有）及び磁石6（粒径調整済み）に比べ、抵抗率が大幅に向上した。結果を表1に示す。
【００３６】
【表１】
2018107452.tif 000002
【００３７】
上記表から分かるように、本発明の最大なメリットは、該フッ化酸化物が一定の量の希土類を含有しているため、粒界における粉末が均一であり、且つ粒界における希土類リッチ相との相溶性がよいことである。また、該フッ化酸化物を添加することで、抵抗率を2倍以上向上させた。また、粒径も本発明において重要な役割を果たしており、粒径が大きすぎると、抵抗率がある程度向上したが、磁石の密度が大幅に低下し、磁気特性も大幅に低下した。
【００３８】
以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明はこれらに制限されるものではない。当業者であれば、本発明に対して様々な変更および変形を行うことができることが理解されるであろう。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正例、置換例、改良例等がすべて本発明に包含される。