РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЙ МАГНИТ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА
RARE-EARTH MAGNET AND METHOD OF ITS MANUFACTURE

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к редкоземельному магниту R-Fe-B (R - это редкоземельный элемент) и способу его производства. В частности, настоящее изобретение относится к редкоземельному магниту (Ce,La)-Fe-B и способу его производства.
2. Описание уровня техники
[0002] Среди редкоземельных магнитов R-Fe-B редкоземельный магнит Nd-Fe-B является наиболее типичным. Делались различные попытки улучшать специфические характеристики редкоземельного магнита Nd-Fe-B.
[0003] Обычно в спеченном редкоземельном магните Nd-Fe-B анизотропия придается посредством сильной деформации спеченного порошкового материала редкоземельного магнита Nd-Fe-B. Поскольку скорость обработки для сильной деформации является чрезвычайно высокой при 30-70%, для спеченного материала необходима пригодность к сильной термической обработке. В публикации японской нерассмотренной патентной заявки № 1992-21744 (JP 1992-21744 A) описывается попытка улучшить способность к термической обработке спеченного материала посредством замены части Nd в спеченном редкоземельном магните Nd-Fe-B на Ce, La и/или Y.
[0004] Кроме того, в уровне техники была выполнена попытка улучшить коэрцитивную силу, вызывая проникновение модификатора, содержащего сплав Nd-Cu, сплав Nd-Cu-Dy и/или сплав Nd-Cu-Tb, в редкоземельный магнит Nd-Fe-B.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Вышеописанный модификатор является немагнитным. Когда в редкоземельном магните Nd-Fe-B между магнитными фазами проникает немагнитный модификатор, магнитные фазы могут быть магнитно отделены друг от друга. В результате, поскольку возможно предотвратить инверсию намагниченности, происходящую по множеству магнитных фаз, коэрцитивная сила улучшается.
[0006] Однако, когда содержание модификатора в редкоземельном магните Nd-Fe-B увеличивается, увеличивается и содержание немагнитного вещества. Таким образом, когда модификатор обеспечен между магнитными фазами редкоземельного магнита Nd-Fe-B, намагниченность обычно уменьшается.
[0007] Соответственно, изобретатели обнаружили, что существует потребность в предотвращении снижения намагниченности, даже когда коэрцитивная сила улучшается за счет проникновения модификатора в редкоземельный магнит.
[0008] Настоящее изобретение предоставляет редкоземельный магнит, в котором имеется возможность предотвратить снижение намагниченности при улучшении коэрцитивной силы за счет проникновения модификатора в него, и способ его производства.
[0009] Изобретатели провели обширные исследования и реализовали редкоземельный магнит и способ его производства по настоящему изобретению. Первый аспект настоящего изобретения относится к редкоземельному магниту, который включает в себя основную фазу, зернограничную фазу, присутствующую вокруг основной фазы, и промежуточную фазу, расположенную между основной фазой и зернограничной фазой.
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1-z
z
s
1-z
z
1
1
2
2
1
2
1
2
2
2
2
2
Редкоземельный магнит имеет общий состав, представленный формулой (CeLa)R)TBM⋅(RM), где R и Rявляются редкоземельными элементами, отличными от Ce и La, T является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Fe, Ni и Co, M является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Ti, Ga, Zn, Si, Al, Nb, Zr, Mn, V, W, Ta, Ge, Cu, Cr, Hf, Mo, P, C, Mg, Hg, Ag и Au, и первыми неизбежными примесями, M является (i) легирующим элементом, для которого точка плавления RM ниже точки плавления R, когда он сплавляется с R, и (ii) вторыми неизбежными примесями, а
p, q, r, s, x, y, и z удовлетворяют
12,0≤p≤20,0,
5,0≤q≤20,0,
0≤r≤3,0,
1,0≤s≤11,0,
0,1≤x≤0,5,
0≤y≤0,1 и
0,1≤z≤0,5.
2
Суммарная концентрация Ce и La выше в основной фазе, чем в промежуточной фазе. Концентрация R выше в промежуточной фазе, чем в основной фазе.
Концентрация La может быть выше в зернограничной фазе, чем в промежуточной фазе.
2
R может быть по меньшей мере одним элементом, выбранным из Nd, Pr, Dy и Tb.
Суммарная концентрация Ce и La в основной фазе может быть в 1,5-10,0 раз выше, чем в промежуточной фазе.
2
Концентрация R в промежуточной фазе может быть в 1,5-10,0 раз выше, чем в основной фазе.
Концентрация La в зернограничной фазе может быть в 1,5-10,0 раз выше, чем в промежуточной фазе.
x может удовлетворять 0,2≤x≤0,3.
z может удовлетворять 0,2≤z≤0,4.
Толщина промежуточной фазы может составлять 5-50 нм.
T может быть Fe.
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1
1
1
1
1
Второй аспект настоящего изобретения относится к способу производства редкоземельного магнита. Способ включает в себя приготовление прекурсора редкоземельного магнита, который имеет общий состав, представленный формулой ((CeLa)R)TBM, и включает в себя магнитную фазу и богатую (Ce, La, R) фазу, присутствующую вокруг магнитной фазы, где R является редкоземельным элементом, отличным от Ce и La, T является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Fe, Ni и Co, M является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Ti, Ga, Zn, Si, Al, Nb, Zr, Mn, V, W, Ta, Ge, Cu, Cr, Hf, Mo, P, C, Mg, Hg, Ag и Au, и первыми неизбежными примесями, а
p, q, r, x и y удовлетворяют
12,0≤p≤20,0,
5,0≤p≤20,0,
0≤r≤3,0,
0,1≤x≤0,5 и
0≤y≤0,1,
2
2
2
2
2
2
2
2
1-z
z
1-z
z
приготовление модификатора, содержащего сплав, представленный формулой RM, где R является редкоземельным элементом, отличным от Ce и La, а M является (i) легирующим элементом, для которого точка плавления RM ниже точки плавления R, когда он сплавляется с R, и (ii) вторыми неизбежными примесями, и 0,1≤z≤0,5,
приведение прекурсора редкоземельного магнита и модификатора в контакт друг с другом с получением тела контакта; и
нагревание тела контакта так, что жидкость, которая является расплавленным модификатором, проникает в магнитную фазу прекурсора редкоземельного магнита при термической обработке.
2
2
R может быть по меньшей мере одним элементом, выбранным из Nd, Pr, Dy и Tb, а M может быть по меньшей мере одним элементом, выбранным из Cu, Al и Co, и неизбежными примесями.
z может удовлетворять условию 0,2≤z≤0,4.
Величина проникновения модификатора может составлять 1,0-11,0 ат.% относительно прекурсора редкоземельного магнита.
Температура при термической обработке может составлять 600-800°C.
x может удовлетворять 0,2≤x≤0,3.
T может быть Fe.
[0010] Согласно настоящему изобретению возможно обеспечить редкоземельный магнит и способ его производства, посредством которого, когда Ce и La входят в состав вместе, даже если коэрцитивная сила улучшается за счет проникновения модификатора, возможно предотвращать уменьшение намагниченности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы и на которых:
фиг. 1 - рисунок, схематично показывающий структуру редкоземельного магнита по настоящему изобретению;
фиг. 2 - рисунок, схематично показывающий структуру прекурсора редкоземельного магнита;
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1
1
фиг. 3 - график, показывающий соотношение между x в прекурсоре редкоземельного магнита, имеющем общий состав, представленный формулой ((CeLa)R)TBM, и намагниченностью;
фиг. 4 - график, показывающий кривые B-H образца из примера 1;
фиг. 5 - график, показывающий кривые B-H образца из сравнительного примера;
фиг. 6 - рисунок, показывающий полученное в сканирующем просвечивающем электронном микроскопе изображение образца из сравнительного примера;
фиг. 7 - рисунок, показывающий результаты, полученные посредством компонентного анализа части, окруженной белой линией на фиг. 6;
фиг. 8 - график, показывающий итоговую сводку результатов с фиг. 7;
фиг. 9 - рисунок, показывающий полученное в сканирующем просвечивающем электронном микроскопе изображение образца из примера 1;
фиг. 10 - график, показывающий итоговую сводку результатов компонентного анализа по белой стрелке на фиг. 9;
фиг. 11 - рисунок, показывающий кривые B-H образца из примера 2.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0012] Редкоземельный магнит и способ его производства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже. При этом последующие варианты осуществления не ограничивают редкоземельный магнит и способ его производства согласно настоящему изобретению.
2
14
2
14
2
14
2
14
2
14
[0013] Редкоземельный магнит R-Fe-B получают посредством жидкостной закалки расплавленного материала сплава R-Fe-B. Благодаря жидкостной закалке или т.п. образуется магнитная фаза, представленная формулой RFeB (далее такая фаза будет называться «RFeB-фазой»). В оставшейся жидкости после образования RFeB-фазы образуется богатая R фаза за счет избытка R, который не участвовал в образовании RFeB-фазы. Эта богатая R фаза образуется вокруг RFeB-фазы.
2
14
2
14
2
14
[0014] Когда модификатор проникает в редкоземельный магнит R-Fe-B, сплав в модификаторе главным образом содержит тот же редкоземельный элемент, что и в RFeB-фазе, и редкоземельный элемент в модификаторе не проникает легко в RFeB-фазу. Например, когда модификатор, содержащий сплав Nd-Cu, проникает в редкоземельный магнит Nd-Fe-B, Nd в модификаторе, вероятно, остается в богатой Nd фазе и не проникает легко в NdFeB-фазу.
2
14
2
14
2
14
[0015] С другой стороны, когда сплав в модификаторе главным образом содержит редкоземельный элемент, отличный от такового в RFeB-фазе, редкоземельный элемент в модификаторе легко проникает в RFeB-фазу. Например, когда модификатор, содержащий сплав Dy-Cu, проникает в редкоземельный магнит Nd-Fe-B, Dy в модификаторе легко проникает в NdFeB-фазу.
2
14
2
14
[0016] Изобретатели обнаружили, что, когда R в RFeB-фазе главным образом является Ce и La, а модификатор главным образом содержит редкоземельный элемент, отличный от Ce и La, редкоземельный элемент сплава в модификаторе особенно легко проникает в RFeB-фазу.
[0017] Изобретатели обнаружили, что, несмотря на проникновение немагнитного модификатора в таком случае, уменьшение намагниченности предотвращается, а коэрцитивная сила улучшается.
[0018] На основе таких обнаруженных фактов ниже будет описано строение редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению.
(Общий состав)
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1-z
z
s
1
1
2
2
[0019] Общий состав редкоземельного магнита по настоящему изобретению представлен формулой ((CeLa)R)TBM⋅(RM).
1
2
1
2
2
[0020] В формуле R и R являются редкоземельными элементами, отличными от Ce и La. T является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Fe, Ni и Co. M является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Ti, Ga, Zn, Si, Al, Nb, Zr, Mn, V, W, Ta, Ge, Cu, Cr, Hf, Mo, P, C, Mg, Hg, Ag и Au, и неизбежными примесями. M является легирующим элементом и неизбежными примесями, для которых точка плавления R снижена.
1
1
2
2
[0021] p - это суммарное содержание Ce, La и R, q - это содержание B (бора), r - это содержание M, а s - это суммарное содержание R и M. p, q, r и s имеют значение в ат.%.
1
2
2
[0022] x указывает пропорции содержания Ce и La. y указывает пропорции суммарного содержания Ce и La и содержания R. z указывает пропорции содержания R и M. x, y и z являются значением молярного отношения.
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1-z
z
1
1
2
2
[0023] Как будет описано ниже, редкоземельный магнит по настоящему изобретению получают посредством проникновения модификатора в прекурсор редкоземельного магнита. Прекурсор редкоземельного магнита имеет общий состав, представленный формулой ((CeLa)R)TBM. Модификатор содержит сплав, имеющий состав, представленный формулой RM.
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1-z
z
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1-z
z
s
1
1
2
2
1
1
2
2
[0024] Количество сплава, проникающего в прекурсор редкоземельного магнита, составляет s ат.%, т.е. 1,0-11,0 ат.%. При этом общий состав редкоземельного магнита по настоящему изобретению является комбинацией состава, представленного формулой ((CeLa)R)TBM, и состава, представленного формулой (RM)s. Объединенный состав представлен формулой ((CeLa)R)TBM⋅(RM).
(1-x)
x
(1-y)
y
2
(100-p-q-r)14
1
1
1
[0025] Для того чтобы прекурсор редкоземельного магнита включал в себя подходящее количество фазы, представленной формулой ((CeLa)R)TB, должны удовлетворяться соотношения 12,0≤p≤20,0 и 5,0≤q≤20,0. Кроме того, M может быть включен в диапазон, в котором характеристики редкоземельного магнита по настоящему изобретению не ухудшаются. M может содержать неизбежные примеси. Неизбежные примеси являются примесями, которые содержатся неизбежно или устранение попадания которых вызовет значительное повышение производственных расходов, например, примесями, содержащимися в исходных материалах. Когда r составляет 3,0 или менее, характеристики редкоземельного магнита по настоящему раскрытию не ухудшаются. Значения p, q и r являются такими же, что и их значения в обычном редкоземельном магните R-Fe-B.
[0026] T классифицируется как элемент группы железа, и Fe, Ni и Co имеют общее свойство в том, что ферромагнетизм проявляется при нормальной температуре и при нормальной давлении. Таким образом, они могут быть использованы взаимозаменяемым образом. Когда содержится Co, намагниченность улучшается, а точка Кюри повышается. Этот эффект проявляется, когда содержание Co составляет 0,1 ат.% или более. Принимая во внимание такой эффект, содержание Co предпочтительно составляет 0,1 ат.% или более, более предпочтительно 1 ат.% или более, а наиболее предпочтительно 3 ат.% или более. С другой стороны, поскольку Co является дорогостоящим, а Fe - самым дешевым, с экономической точки зрения предпочтительно присутствует 80 ат.% или более, а более предпочтительно 90 ат.% или более Fe, относительно всего T, и весь T может быть Fe.
(Основная фаза, зернограничная фаза и промежуточная фаза)
[0027] Далее будет описана структура редкоземельного магнита по настоящему изобретению, имеющего общий состав, представленный вышеприведенной формулой. Фиг. 1 - это рисунок, схематично показывающий структуру редкоземельного магнита по настоящему изобретению. Редкоземельный магнит 100 включает в себя основную фазу 10, зернограничную фазу 20 и промежуточную фазу 30.
[0028] Для того чтобы обеспечивать коэрцитивную силу, средний размер частиц основной фазы 10 предпочтительно является как можно более мелким, и предпочтительно составляет 1000 нм или менее, а более предпочтительно 500 нм или менее. С другой стороны, на практике, средний размер частиц основной фазы 10 может составлять 1 нм или более, 50 нм или более или 100 нм или более.
[0029] Здесь «средний размер частиц», например, является средним значением длин (t) основных фаз 10, показанных на фиг. 1, в продольном направлении. Например, на полученном в сканирующем электронном микроскопе изображении или полученном в сканирующем просвечивающем электронном микроскопе изображении редкоземельного магнита 100 определяется некоторая область, вычисляется среднее значение длин (t) основных фаз 10, присутствующих в этой некоторой области, и оно используется в качестве «среднего размера частиц». Когда форма поперечного сечения основной фазы 10 является эллиптической, длина главной оси принимается за t. Когда поперечное сечение основной фазы является прямоугольным, длина более длинной диагональной линии принимается за t.
[0030] Редкоземельный магнит 100 может содержать фазы (не показаны), отличные от основной фазы 10, зернограничной фазы 20 и промежуточной фазы 30. В качестве примеров фаз, отличных от основной фазы 10, зернограничной фазы 20 и промежуточной фазы 30, могут быть приведены оксиды, нитриды, интерметаллические соединения и т.п.
[0031] Проявляемые характеристики редкоземельного магнита 100 главным образом обусловлены основной фазой 10, зернограничной фазой 20 и промежуточной фазой 30. Большинство фаз, отличных от основной фазы 10, зернограничной фазы 20 и промежуточной фазы 30, являются примесями. Таким образом, суммарное содержание основной фазы 10, зернограничной фазы 20 и промежуточной фазы 30 относительно редкоземельного магнита 100 предпочтительно составляет 95 об.% или более, более предпочтительно 97 об.% или более, а наиболее предпочтительно 99 об.% или более.
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
(1-x)
x
(1-y)
y
2
14
1
1
1
1
1
1
[0032] Прекурсор редкоземельного магнита имеет состав, представленный формулой ((CeLa)R)TBM. Фиг. 2 - это рисунок, схематично показывающий структуру прекурсора редкоземельного магнита. Прекурсор 200 редкоземельного магнита имеет представленную формулой ((CeLa)R)TB магнитную фазу 50 (далее называемую «магнитной фазой 50» в некоторых случаях). Магнитная фаза 50 является зернистой кристаллической фазой. Вокруг магнитной фазы 50 присутствует богатая (Ce, La, R) фаза 60. Эта богатая (Ce, La, R) фаза 60 образована из элементов, которые не участвовали в образовании магнитной фазы 50, и концентрации Ce, La и R в ней являются высокими.
1
1
2
1
1
[0033] Когда модификатор проникает в прекурсор 200 редкоземельного магнита, модификатор проходит через богатую (Ce, La, R) фазу 60 и достигает границы раздела между богатой (Ce, La, R) фазой 60 и магнитной фазой 50. Затем некоторая часть R в модификаторе проникает из богатой (Ce, La, R) фазы 60 в магнитную фазу 50, а Ce и La перемещаются из магнитной фазы 50 в богатую (Ce, La, R) фазу 60. В результате, в редкоземельном магните 100 формируются основная фаза 10, зернограничная фаза 20 и промежуточная фаза 30.
2
[0034] Зернограничная фаза 20 присутствует вокруг основной фазы 10. Промежуточная фаза 30 размещена между основной фазой 10 и зернограничной фазой 20. Таким образом, суммарная концентрация Ce и La выше в основной фазе 10, чем в промежуточной фазе 30. Кроме того, концентрация R выше в промежуточной фазе 30, чем в основной фазе 10.
2
2
[0035] Поскольку Ce и La являются легкими редкоземельными элементами, когда Ce и La в магнитной фазе заменяются редкоземельным элементом R, отличным от Ce и La, возможно увеличить анизотропное магнитное поле. Поскольку концентрация R выше в промежуточной фазе, чем в основной фазе 10, анизотропное магнитное поле больше в промежуточной фазе 30 (периферийной части магнитной фазы), чем в основной фазе 10 (центральной части магнитной фазы). Таким образом, основные фазы 10, которые являются магнитными фазами, магнитно разделены более сильно промежуточной фазой 30, являющейся дополнительной к зернограничной фазе 20. Соответственно, коэрцитивная сила улучшается. Здесь анизотропное магнитное поле является значением физического свойства, которое представляет собой величину коэрцитивной силы постоянного магнита.
2
[0036] Когда R является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Nd, Pr, Dy и Tb, коэрцитивная сила дополнительно улучшается. Причина состоит в том, что Nd, Pr, Dy и Tb могут увеличивать анизотропное магнитное поле больше, чем другие редкоземельные элементы.
2
2
2
[0037] Когда промежуточная фаза 30 является чрезмерно тонкой, анизотропное магнитное поле является более слабым, и коэрцитивная сила уменьшается. Принимая во внимание такой эффект, толщина промежуточной фазы 30 предпочтительно составляет 2 нм или более, более предпочтительно 10 нм или более, а наиболее предпочтительно 20 нм или более. При этом чувствительность толщины промежуточной фазы 30 по отношению к намагниченности зависит от R. Когда намагниченность насыщения (значение физического свойства, которое представляет величину намагниченности постоянного магнита) R больше, чем у La и/или Ce (Nd и/или Pr), промежуточная фаза 30 является чрезмерно тонкой, и намагниченность снижается. Принимая во внимание такой эффект, толщина промежуточной фазы 30 предпочтительно составляет 2 нм или более, более предпочтительно 10 нм или более, а наиболее предпочтительно 20 нм или более. С другой стороны, когда намагниченность насыщения R ниже, чем у La и/или Ce (Dy и/или Tb), промежуточная фаза 30 является чрезмерно тонкой, и намагниченность снижается. Принимая во внимание такой эффект, толщина промежуточной фазы 30 предпочтительно составляет 50 нм или менее, более предпочтительно 40 нм или менее, а наиболее предпочтительно 30 нм или менее.
2
2
2
[0038] Когда концентрация R (периферийной части магнитной фазы) в промежуточной фазе 30 в 1,5 раза выше концентрации в основной фазе 10 (центральной части магнитной фазы) или более, магнитное разделение может быть более явно распознано. С другой стороны, когда концентрация R в промежуточной фазе 30 (периферийной части магнитной фазы) в 10,0 раз выше концентрации в основной фазе 10 (центральной части магнитной фазы), эффект магнитного разделения не максимизируется. Таким образом, концентрация R в промежуточной фазе 30 предпочтительно в 1,5-10,0 раз выше концентрации в основной фазе 10, более предпочтительно в 1,5-5,0 раз, а наиболее предпочтительно в 1,5-3,0 раза.
2
2
2
2
[0039] В дополнение, для того чтобы при образовании промежуточной фазы больше R проникло в промежуточную фазу 30, предпочтительно, чтобы больше Ce и La переместилось из промежуточной фазы 30 в зернограничную фазу 20. Поскольку требуется время, чтобы R достиг основной фазы 10, когда больше Ce и La перемещаются из промежуточной фазы 30 в зернограничную фазу 20, суммарная концентрация Ce и La выше в основной фазе 10, чем в промежуточной фазе 30. Когда суммарная концентрация Ce и La в основной фазе 10 в 1,5 раза выше концентрации в промежуточной фазе 30 или более, возможно более явно распознать проникновение большего количества R. С другой стороны, когда суммарная концентрация Ce и La в основной фазе 10 в 10,0 раз выше концентрации в промежуточной фазе 30, проникновение R не максимизируется (насыщается). Таким образом, общая концентрация Ce и La в основной фазе 10 предпочтительно в 1,5-10,0 раз выше концентрации в промежуточной фазе 30, более предпочтительно в 1,5-5,0 раз, а наиболее предпочтительно в 1,5-3,0 раза.
2
1
1
2
1
2
2
1
2
[0040] Когда Ce и La входят вместе в магнитную фазу 50, взаимное перемещение Ce и La относительно R на границе раздела между богатой (Ce, La, R) фазой 60 и магнитной фазой 50 происходит более легко, чем когда Ce входит без La. Таким образом, когда Ce и La входят вместе в магнитную фазу 50, много Ce и La перемещается из магнитной фазы 50 в богатую (Ce, La, R) фазу 60, и много R перемещается из богатой (Ce, La, R) фазы 60 в магнитную фазу 50. В результате формируются основная фаза 10 и промежуточная фаза 30, причем суммарная концентрация Ce и La выше в основной фазе 10, чем в промежуточной фазе 30, и концентрация R выше в промежуточной фазе 30, чем в основной фазе 10. В последующем описании, когда Ce и La входят вместе в магнитную фазу 50, если происходит взаимное перемещение Ce и La относительно R на границе раздела между богатой (Ce, La, R) фазой 60 и магнитной фазой 50, это называется «взаимным перемещением Ce и La относительно R на границе раздела».
1
2
[0041] Когда количество редкоземельных элементов R, отличных от Ce и La, меньше в магнитной фазе 50, взаимное перемещение Ce и La относительно R на границе раздела происходит легко.
1
2
[0042] В вышеприведенной формуле y является допустимым количеством редкоземельных элементов R, отличных от Ce и La, в магнитной фазе 50. y предпочтительно является как можно меньшим, а идеально равно 0. Однако, для того чтобы избежать излишнего увеличения производственных затрат на сырье, нижний предел y может составлять 0,03. С другой стороны, когда y составляет 0,1 или менее, даже если взаимное перемещение Ce и La относительно R затруднено, проблемы практически не существует. Принимая во внимание такой эффект, y предпочтительно составляет 0,05 или менее.
(1-x)
x
2
[0043] Ce и La входят вместе согласно пропорции состава, представленной формулой CeLa. Когда x равен 0,1 или более, проявляется эффект обеспечения взаимного перемещения Ce и La относительно R на границе раздела. Этот эффект максимизируется, когда x находится между 0,1 и 0,3. Когда x равен 0,5 или менее, может быть получен более сильный эффект, чем когда эффект проявляется. Соответственно, x предпочтительно равен 0,2 или более. Кроме того, x предпочтительно равен 0,4 или менее, а более предпочтительно 0,3 или менее.
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1
1
[0044] Фиг. 3 - это график, показывающий соотношение между x в прекурсоре 200 редкоземельного магнита, имеющем общий состав, представленный формулой ((CeLa)R)TBM, и намагниченностью. Как может быть понятно из фиг. 3, когда x находится в вышеуказанном диапазоне, улучшается намагниченность в прекурсоре 200 редкоземельного магнита перед проникновением модификатора. Это является благоприятным, поскольку уменьшение намагниченности предотвращается, даже если коэрцитивная сила улучшается за счет проникновения модификатора.
2
[0045] Не связываясь этой теорией, когда Ce и La входят в состав вместе, дополнительно предполагается следующее. Намагниченность и коэрцитивная сила основной фазы 10 и промежуточной фазы 30 и замена Ce и La на R будут описаны отдельно.
2
14
2
14
2
[0046] Сначала будут описаны намагниченность и коэрцитивная сила основной фазы 10 и промежуточной фазы 30. Многие атомы Ce являются четырехвалентными в магнитной фазе, представленной формулой CeFeB. В четырехвалентном Ce 4f-электроны не локализованы. Поскольку 4f-электроны способствуют улучшению намагниченности, но 4f-электроны не локализованы в четырехвалентном Ce, то намагниченность считается снизившейся. При этом, когда в магнитную фазу добавляют La, получая магнитную фазу, представленную формулой (Ce, Nd)FeB, валентность многих атомов Ce становится трехвалентной. Поскольку 4f-электроны являются локализованными в трехвалентном Ce, намагниченность улучшается. Т.е., когда Ce и La входят в состав вместе, намагниченность основной фазы 10 и промежуточной фазы 30 улучшается. Кроме того, когда проникает модификатор, Ce и La в промежуточной фазе 30 заменяются на R, и промежуточная фаза 30 имеет более высокое анизотропное магнитное поле, чем основная фаза 10. Таким образом, соседние основные фазы 10 являются магнитно разделенными, и поэтому коэрцитивная сила улучшается.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
14
2
14
2
14
2
14
2
14
2
14
2
14
2
14
2
14
2
14
[0047] Далее будет описана замена Ce и La на R. Энергия стабилизации кристаллической решетки LaFeB ниже энергии стабилизации кристаллической решетки CeFeB. Таким образом, энергия стабилизации кристаллической решетки (Ce,La)FeB ниже энергии стабилизации кристаллической решетки CeFeB. Соответственно, когда Ce и La входят в состав вместе, по сравнению с тем, когда Ce входит без La, взаимное перемещение Ce и La относительно R на вышеупомянутой границе раздела происходит более легко, и R может легко быть замен на La и/или Ce в LaFeB и/или CeFeB. Поскольку взаимное перемещение Ce и La относительно R происходит легко, концентрация R считается более высокой в промежуточной фазе 30, чем в основной фазе 10. Кроме того, когда Nd (R) заменяется на La и/или Ce, возможно предотвратить уменьшение намагниченности. Дополнительно, в соотношении между зернограничной фазой 20 и промежуточной фазой 30, поскольку энергия стабилизации кристаллической решетки LaFeB ниже энергии стабилизации кристаллической решетки CeFeB, то любая LaFeB почти не включается в промежуточную фазу 30, и La легко перемещается в зернограничную фазу 20. Таким образом, концентрация La выше в зернограничной фазе 20, чем в промежуточной фазе 30. В результате, поскольку Nd (R) замещается на LaFeB, возможно предотвратить уменьшение намагниченности. Кроме того, концентрация Nd (R) в промежуточной фазе 30 увеличивается, и анизотропное магнитное поле является более высоким, тем самым способствуя улучшению коэрцитивной силы.
[0048] Концентрация La в зернограничной фазе 20 может быть в 1,5 раза или более, 3,0 раза или более, или 4,5 раза или более, или 10,0 раз или более, 8,5 раза или менее, или 7,0 раз или менее, выше его концентрации в промежуточной фазе 30.
[0049] Соответственно, в редкоземельном магните по настоящему изобретению, даже если коэрцитивная сила улучшается за счет проникновения модификатора, возможно предотвратить уменьшение намагниченности.
(Способ производства)
[0050] Далее будет описан способ производства редкоземельного магнита по настоящему изобретению.
(Приготовление прекурсора редкоземельного магнита)
(1-x)
x
(1-y)
y
p
(100-p-q-r)
q
r
1
1
1
1
[0051] Приготавливают прекурсор 200 редкоземельного магнита, имеющий общий состав, представленный формулой ((CeLa)R)TBM. R, T, M и p, q, r, x и y являются такими же, что и описанные выше.
[0052] Прекурсор 200 редкоземельного магнита может быть магнитным порошком или спеченным материалом из магнитного порошка и может быть пластически деформированным компонентом, полученным посредством выполнения высокотемпературной деформации на спеченном материале.
[0053] В качестве способа производства магнитного порошка могут быть использованы известные способы. Например, способ получения изотропного магнитного порошка с нанокристаллической структурой с использованием способа жидкостной закалки может быть приведен в качестве примера. Альтернативно, существует способ получения изотропного или анизотропного магнитного порошка с использованием метода гидрирования, диспропорционирования, десорбции, рекомбинации (ГДДР).
[0054] В целом, будет описан способ получения магнитного порошка с использованием способа жидкостной закалки. Сплав, имеющий тот же состав, что и общий состав прекурсора 200 редкоземельного магнита, плавят при высокой частоте, приготовив расплавленный материал. Например, в атмосфере газообразного Ar, в которой давление уменьшено до 50 кПа или менее, расплавленный материал может быть выпущен на медный одинарный валок, чтобы приготовить закаленную полосу. Закаленная полоса может быть размельчена в порошок размером, например, 10 мкм или менее.
[0055] Далее, будет в целом описан способ получения спеченного материала. Полученный размельчением магнитный порошок ориентируют в магнитном поле и подвергают спеканию с жидкой фазой, получая анизотропный спеченный материал. Альтернативно, имеющий изотропную нанокристаллическую структуру магнитный порошок, полученный с помощью способа жидкостной закалки, может быть спечен с получением изотропного спеченного материала. Альтернативно, может быть спечен имеющий изотропную нанокристаллическую структуру магнитный порошок, и дополнительно спеченный материал может быть сильно деформирован с получением пластически деформированного компонента, обладающего анизотропией. Альтернативно, может быть спечен изотропный или анизотропный магнитный порошок, полученный с помощью метода ГДДР, с получением изотропного или анизотропного спеченного материала.
(Приготовление модификатора)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1-z
z
1-z
z
.
[0056] Приготавливают модификатор, содержащий сплав, имеющий состав, представленный формулой RM. R является редкоземельным элементом, отличным от Ce и La. M является легирующим элементом и неизбежными примесями, для которых точка плавления RM ниже точки плавления R, когда он сплавляется с R Пропорции R и M являются такими, что 0,1≤z≤0,5.
2
2
2
[0057] Магнитная фаза 50 прекурсора 200 редкоземельного магнита главным образом содержит Ce и La, и R является редкоземельным элементом, отличным от Ce и La. Следовательно, при описываемой ниже термической обработке, R в жидкости, в которую расплавлен модификатор, легко проникает в магнитную фазу 50 прекурсора 200 редкоземельного магнита. В результате получаются основная фаза 10 и промежуточная фаза 30, которые содержат R.
2
2
[0058] Когда R является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Nd, Pr, Dy и Tb, коэрцитивная сила дополнительно улучшается. Причина состоит в том, что Nd, Pr, Dy и Tb могут увеличивать анизотропное магнитное поле больше, чем другие редкоземельные элементы. Соответственно, R предпочтительно является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Nd, Pr, Dy и Tb.
2
2
2
2
2
2
2
1-z
z
[0059] Поскольку M является легирующим элементом и неизбежными примесями, для которых точка плавления RM ниже точки плавления R, когда M сплавляется с R, возможно расплавлять сплав в модификаторе без чрезмерного увеличения температуры при описываемой ниже термической обработке. В результате модификатор может проникать в прекурсор 200 редкоземельного магнита без укрупнения структуры прекурсора 200 редкоземельного магнита. M может содержать неизбежные примеси. Неизбежные примеси являются примесями, которые содержатся неизбежно или устранение попадания которых вызовет значительное повышение производственных расходов, например, примесями, содержащимися в исходных материалах.
2
[0060] M предпочтительно является по меньшей мере одним элементом, выбранным из Cu, Al и Co, и неизбежными примесями. Причина состоит в том, что Cu, Al и Co имеют небольшое неблагоприятное влияние на магнитные характеристики и т.п. редкоземельного магнита.
2
2
[0061] В качестве примеров сплавов R и M могут быть приведены сплавы Nd-Cu, сплавы Pr-Cu, сплавы Tb-Cu, сплавы Dy-Cu, сплавы La-Cu, сплавы Ce-Cu, сплавы Nd-Pr-Cu, сплавы Nd-Al, сплавы Pr-Al, сплавы Nd-Pr-Al, сплавы Nd-Co, сплавы Pr-Co, сплавы Nd-Pr-Co и т.п.
2
2
2
2
2
2
[0062] Будут описаны пропорции R и M. Когда z составляет 0,1 или более, поскольку точка плавления сплава в модификаторе соответствующим образом снижается, температура при описываемой ниже термической обработке является подходящей. В результате возможно предотвратить укрупнение структуры прекурсора 200 редкоземельного магнита. Принимая во внимание оптимизацию точки плавления сплава, z предпочтительно составляет 0,2 или более, а более предпочтительно 0,25 или более. С другой стороны, когда z составляет 0,5 или менее, поскольку содержание R в сплаве является большим, R легко проникает в основную фазу 10 и промежуточную фазу 30. Принимая во внимание такой эффект, z предпочтительно составляет 0,4 или менее, а более предпочтительно 0,35 или менее. Когда R является двумя или более элементам, применяется их сумма. Это аналогично применяется к M.
[0063] Способ производства модификатора конкретно не ограничен. В качестве примеров способа производства модификатора могут быть приведены способ литья, способ жидкостной закалки и т.п. Способ жидкостной закалки является предпочтительным, поскольку отклонение компонентов сплава по части модификатора является небольшим, и количество примесей, таких как оксиды, является небольшим.
(Приготовление тела контакта)
[0064] Прекурсор 200 редкоземельного магнита и модификатор приводят в контакт друг с другом с получением тела контакта. Когда и прекурсор 200 редкоземельного магнита, и модификатор являются объемным телом, по меньшей мере одна поверхность прекурсора 200 редкоземельного магнита и по меньшей мере одна поверхность модификатора приводятся в контакт друг с другом. Объемное тело включает в себя агломерат, листовой материал, полосу, прессованный порошок, спеченный материал и т.п. Например, когда прекурсор 200 редкоземельного магнита и модификатор являются полосой, одна поверхность прекурсора 200 редкоземельного магнита и одна поверхность полосы могут быть приведены в контакт друг с другом, прекурсор 200 редкоземельного магнита может быть размещен между модификаторами, и модификатор может быть приведен в контакт с обеими поверхностями прекурсора редкоземельного магнита.
[0065] Когда прекурсор 200 редкоземельного магнита является объемным телом, а модификатор – порошком, порошок модификатора может быть приведен в контакт с по меньшей мере одной поверхностью прекурсора 200 редкоземельного магнита. Типично, порошок модификатора может быть обеспечен на верхней поверхности прекурсора 200 редкоземельного магнита.
[0066] Когда и прекурсор 200 редкоземельного магнита, и модификатор являются порошками, соответствующие порошки могут быть смешаны друг с другом.
(Термическая обработка)
1
[0067] Вышеописанное тело контакта нагревают, и жидкость, в которую расплавился модификатор, проникает в прекурсор 200 редкоземельного магнита. Таким образом, жидкость, в которую расплавлен модификатор, достигает магнитной фазы 50 прекурсора 200 редкоземельного магнита через богатую (Ce, La, R) фазу 60 прекурсора 200 редкоземельного магнита и образует основную фазу 10 и промежуточную фазу 30 редкоземельного магнита 100.
[0068] Величина проникновения модификатора предпочтительно составляет 1,0-11,0 ат.% относительно прекурсора 200 редкоземельного магнита. Если даже небольшое количество модификатора проникает в прекурсор 200 редкоземельного магнита, получается редкоземельный магнит 100 по настоящему изобретению. Когда величина проникновения модификатора составляет 1,0 ат.% или более, эффекты редкоземельного магнита 100 по настоящему изобретению могут быть ясно распознаны. Принимая во внимание такой эффект, величина проникновения модификатора предпочтительно составляет 2,6 ат.% или более, более предпочтительно 4,0 ат.% или более, а более предпочтительно 5,0 ат.% или более. С другой стороны, когда величина проникновения модификатора составляет 11,0 ат.% или менее, эффект проникновения модификатора не максимизируется. Принимая во внимание такое эффект, величина проникновения модификатора предпочтительно составляет 8,0 ат.% или менее, а более предпочтительно 7,5 ат.% или менее.
[0069] Температура при термической обработке конкретно не ограничена при условии, что модификатор плавится, и жидкость, в которую расплавлен модификатор, может проникать в магнитную фазу 50 прекурсора 200 редкоземельного магнита.
2
[0070] Когда температура при термической обработке является более высокой, жидкость, в которую расплавлен модификатор, и, в частности, R, может легко проникать в магнитную фазу 50 прекурсора 200 редкоземельного магнита. Принимая во внимание такой эффект, температура при термической обработке предпочтительно составляет 600°C или более, более предпочтительно 625°C или более, а наиболее предпочтительно 675°C или более. С другой стороны, когда температура при термической обработке является более низкой, легко предотвращается укрупнение структуры прекурсора 200 редкоземельного магнита, и, в частности, магнитной фазы 50. Принимая во внимание такой эффект, температура при термической обработке предпочтительно составляет 800°C или менее, более предпочтительно 775°C или менее, а наиболее предпочтительно 725°C или менее.
[0071] Атмосфера термической обработки конкретно не ограничена. Однако, для того чтобы препятствовать окислению прекурсора 200 редкоземельного магнита и модификатора, предпочтительна атмосфера инертного газа. Атмосфера инертного газа включает в себя атмосферу газообразного азота.
[0072] Редкоземельный магнит по настоящему изобретению и способ его производства будут описаны ниже более подробно со ссылкой на примеры. При этом редкоземельный магнит по настоящему изобретению и способ его производства не ограничены условиями, используемыми в последующих примерах.
(Приготовление образца из примера 1)
0,75
0,25
12,47
81,23
0,20
5,73
0,37
[0073] Сначала приготовили прекурсор 200 редкоземельного магнита. Расплавленный материал сплава, имеющего состав, представленный формулой (CeLa)FeCuBGa, подвергали жидкостной закалке одновалковым способом, получая полосу. В качестве условий жидкостной закалки температура расплавленного материала (температура на выходе) была 1450°C, а окружная скорость валка составляла 30 м/с. Жидкостную закалку выполняли в атмосфере газообразного аргона пониженного давления. Согласно наблюдению под просвечивающим электронным микроскопом (ПЭМ) было подтверждено, что полоса имела нанокристаллы.
[0074] Полоса грубо размельчали в порошок, и этот порошок вводили в пресс-форму и прессовали и нагревали, получая спеченный материал. В качестве условий прессования и нагрева приложенное давление было 400 МПа, температура нагрева была 650°C, а время удержания прессования и нагрева было 60 секунд.
-1
[0075] Спеченный материал подвергали термической обработке осадкой (высокотемпературной деформации), получая прекурсор 200 редкоземельного магнита (пластически деформированный компонент). В качестве условий термической обработки осадкой температура обработки была 750°C, а скорость деформации была 0,1-10,0 с. Под сканирующим электронным микроскопом (СЭМ) было подтверждено, что в состав пластически деформированного компонента входили ориентированные нанокристаллы.
70
30
[0076] В качестве модификатора приготовили сплав NdCu. Порошок Nd и порошок Cu (коммерчески доступные от компании Kojundo Chemical Lab. Co., Ltd) взвешивали, плавили в дуговой печи и подвергали жидкостной закалке, получив полосу.
[0077] Прекурсор 200 редкоземельного магнита (пластически деформированный компонент) и модификатор (полосу) привели в контакт друг с другом и нагрели в нагревательной печи. Количество модификатора было 5,3 ат.% (10 мас.%) по отношению к прекурсору 200 редкоземельного магнита. В качестве нагревательной печи использовали ламповую печь (коммерчески доступную от ULVAC, Inc.). В качестве условий термической обработки температура при термической обработке была 700°C, а время термической обработки было 360 минут.
(Приготовление образца из примера 2)
0,50
0,50
12,47
81,23
0,20
5,73
0,37
[0078] Образец из примера 2 приготовили таким же образом, что и в примере 1, за исключением того, что сплав для приготовления прекурсора 200 редкоземельного магнита имел состав (CeLa)FeCuBGa.
(Приготовление образца из сравнительного примера)
12,47
81,23
0,20
5,73
0,37
[0079] Образец из сравнительного примера приготовили таким же образом, что и в примере 1, за исключением того, что сплав для приготовления прекурсора 200 редкоземельного магнита имел состав CeFeCuBGa.
(Приготовление образца из контрольного примера)
13,86
79,91
0,20
5,66
0,37
[0080] Образец из контрольного примера приготовили таким же образом, что и в примере 1, за исключением того, что сплав для приготовления прекурсора 200 редкоземельного магнита имел состав NdFeCuBGa.
(Оценка)
[0081] Были измерены коэрцитивная сила и намагниченность образцов из примеров 1-2, сравнительного примера и контрольного примера. Измерения выполняли при нормальной температуре с помощью магнитометра с вибрирующим образцом (VSM) (коммерчески доступного от LakeShore).
[0082] Структуры образцов из примера 1 и сравнительного примера наблюдали под сканирующим просвечивающим электронным микроскопом (СПЭМ) и выполняли компонентный анализ (спектральный анализ EDX).
[0083] Результаты оценки показаны в таблице 1 и на фиг. 4-11. Фиг. 4 - это график, показывающий кривые B-H (кривые магнитного гистерезиса) образца из примера 1. Фиг. 5 - это график, показывающий кривые B-H (кривые магнитного гистерезиса) образца из сравнительного примера. Фиг. 6 - это рисунок, показывающий полученное в сканирующем просвечивающем электронном микроскопе (СПЭМ) изображение образца из сравнительного примера. Фиг. 7 - это рисунок, показывающий результаты, полученные посредством компонентного анализа (спектрального анализа EDX) части, окруженной белой линией на фиг. 6. На фиг. 7 белая прямая линия указывает ту часть, по которой был выполнен спектральный анализ EDX. Фиг. 8 - это график, показывающий итоговую сводку результатов с фиг. 7. Фиг. 9 - это рисунок, показывающий полученное в сканирующем просвечивающем электронном микроскопе (СПЭМ) изображение образца из примера 1. Фиг. 10 - это график, показывающий итоговую сводку результатов спектрального анализа EDX по белой стрелке на фиг. 9. Фиг. 11 - это график, показывающий кривые B-H (кривые магнитного гистерезиса) образца из примера 2.
[Таблица 1]
Перед проникновением
После проникновения
Коэрцитивная сила (кЭ)
Намагниченность (эме/г)
Коэрцитивная сила (кЭ)
Намагниченность (эме/г)
Степень уменьшения намагниченности (%)
Пример 1
0,40
121,66
5,10
116,09
4,58
Пример 2
0,41
130,66
2,41
122,36
6,35
Сравнительный пример
0,78
117,93
5,05
108,54
7,96
Контрольный пример
11,10
149,96
14,70
136,32
9,09
[0084] Как может быть понято из таблицы 1, было подтверждено, что даже если в образцах из примеров 1-2 коэрцитивная сила была улучшена за счет проникновения модификатора, было возможным предотвратить уменьшение намагниченности.
2
[0085] Как может быть понятно из фиг. 6-8, касающихся сравнительного примера, даже если редкоземельным элементом в редкоземельном магните был только Ce, суммарная концентрация Ce и La была выше в основной фазе 10, чем в промежуточной фазе 30, а концентрация Nd (R) была выше в промежуточной фазе 30, чем в основной фазе 10.
2
14
2
14
2
14
2
14
2
2
2
2
2
[0086] С другой стороны, энергия стабилизации кристаллической решетки LaFeB была ниже, чем энергия стабилизации кристаллической решетки CeFeB. Таким образом, когда в образце из примера 1 Ce и La были включены в состав вместе, взаимное перемещение Ce и La относительно R происходило легко, и считали, что Nd (R) заменен на La и/или Ce в LaFeB и/или CeFeB. Т.е., когда в состав был включен La, поскольку взаимное перемещение Ce и La относительно R происходило легко, концентрация Nd (R) считалась более высокой в промежуточной фазе 30, чем в основной фазе 10. Кроме того, предотвращение уменьшения намагниченности, которое было подтверждено в таблице 1, считалось вызванным заменой Nd (R) на La и/или Ce.
2
2
2
14
2
14
2
14
[0087] Когда Ce и La вместе вводили в состав редкоземельного магнита 100, концентрации Ce, La и Nd (R) в основной фазе 10, зернограничной фазе 20 и промежуточной фазе были подтверждены следующими на фиг. 10. А именно, суммарная концентрация Ce и La была выше в основной фазе 10, чем в промежуточной фазе 30. Кроме того, концентрация R была выше в промежуточной фазе 30, чем в основной фазе 10. Дополнительно, концентрация La была выше в зернограничной фазе 20, чем в промежуточной фазе 30. Таким образом, концентрация La в зернограничной фазе 20 была в 1,5-10,0 раз выше его концентрации в промежуточной фазе 30. Причина этого состоит в том, что, поскольку энергия стабилизации кристаллической решетки LaFeB была ниже энергии стабилизации кристаллической решетки CeFeB, любая LaFeB считалась почти не входящей в основную фазу 10 и промежуточную фазу 30, и La перемещался в зернограничную фазу 20.
[0088] На основе вышеописанных результатов были подтверждены эффекты настоящего изобретения.