磁鐵粉末、磁鐵粉末的製造方法和粘合磁鐵的製作方法
2023-09-18 08:58:15 3
專利名稱：磁鐵粉末、磁鐵粉末的製造方法和粘合磁鐵的製作方法
技術領域：
本發明是關於磁鐵粉末、磁鐵粉末的製造方法和粘合磁鐵。
為了獲得電機等的小型化，最好提高該電機使用時的(實質磁導中的)磁鐵的磁通密度。決定粘合磁鐵中磁通密度的主要因素有磁鐵粉末的磁化值和粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量(含有率)。因此，在磁鐵粉末自身的磁化不象那樣高時，當粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量也不相當多時，所以也就得不到足夠的磁通密度。
現在，用作高性能的稀土類粘合磁鐵，作為稀土類磁鐵粉末，MQI社制的使用MQP—B粉末的各向同性粘合磁鐵佔據了一大半。各向同性粘合磁鐵比各向異性粘合磁鐵有如下優點。即，製造粘合磁鐵時，由於不需要磁場定向，所以製造工藝簡單，其結果使製造費用廉價。然而，以這種MQP—B粉末的代表的現有各向同性粘合磁鐵存在如下缺點。
1)在現有的各向同性粘合磁鐵中，磁通密度不充分。即，由於使用的磁鐵粉末的磁化很低，所以必須增多粘合磁鐵中的磁鐵粉末含量(含有率)，當增多磁鐵粉末的含量時，粘合磁鐵的成形性又惡化，所以有個界限。即使根據成形條件的方法等，增多磁鐵粉末的含量，對於所得磁通密度仍然有個界限，因此仍不能獲得小型化的電機。
2)雖然也報導了在納米組合物磁鐵中有高殘留磁通密度的磁鐵，但這種情況是頑磁力過小，作為實用中的電機所得到的磁通密度(實際使用時的磁導中的)非常低，由於頑磁力小，熱穩定性也很差。
3)粘合磁鐵的耐腐蝕性、耐熱性很低。即，為了彌補磁鐵粉末的磁特性低下，必須增多粘合磁鐵中的磁鐵粉末含量(即，使粘合磁鐵的密度形成極端高密度化)，結果導致粘合磁鐵的耐腐蝕性、耐熱性低劣，可靠性也降低。
本發明的目的是為提供具有優良磁特性，優良可靠性的磁鐵，從而提供一種磁鐵粉末和粘合磁鐵。
為達到上述目的，本發明是磁鐵粉末，其特徵是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(其中R是除Dy外的至少1種稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成的，並具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的磁鐵粉末，其特徵是，與粘合樹脂混合，利用噴射成形或擠壓成形加工成密度為ρ[Mg/m3]的粘合磁鐵時，該粘合磁鐵在室溫下的最大磁能積(BH)max[kJ/m3]必須滿足(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]≥2.10的關係，而且，該粘合磁鐵在室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
這樣，就能提供優良磁特性、優良可靠性磁鐵的磁鐵粉末。
上述粘合磁鐵在室溫下的殘留磁通密度Br(T)最好滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係。由此，特別能提供磁特性、可靠性優良的磁鐵。
本發明是磁鐵粉末，其特徵是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(其中R是除Dy外的至少1種稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成的，並具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的磁鐵粉末，與粘合樹脂混合，用噴射成形或擠壓成形加工成密度為ρ[Mg/m3]的粘合磁鐵時，該粘合磁鐵在室溫下的殘留磁通密度Br[T]滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係，而且，該粘合磁鐵在室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
這樣，提供的磁鐵粉末可提供優良磁特性、優良可靠性的磁鐵。
最好是將急冷薄帶進行粉碎獲得磁鐵粉末。這樣可進一步提高磁特性，特別是頑磁力。
上述急冷薄帶的厚度最好為10～40μm，這樣可得到具有優良磁特性的磁鐵。
上述急冷薄帶最好通過使磁鐵材料的熔融金屬撞擊旋轉冷卻輥子的周面，冷卻固化而獲得。這樣可比較容易地使金屬組織(結晶粒)形成細微化，進而能提高磁特性。
上述冷卻輥子最好具有由金屬或合金構成的基部和構成周面的表面層，該表面層的熱傳導率小於上述基部的熱傳導率。這樣可以適度的冷卻速度對磁鐵材料的熔融金屬進行急冷，結果可提供具有優良磁特性的磁鐵。
上述表面層最好由陶瓷構成，這樣可以適度的冷卻速度對磁鐵材料的熔融金屬進行急冷，結果可提供具有優良磁特性的磁鐵，同時提高了冷卻輥子的耐久性。
上述R最好是以Nd和/或Pr為主的稀土類元素。這樣可提高構成複合組織(特別是納米組合物組織)的硬磁性相的飽和磁化，形成更優良的頑磁力。
上述R最好含有Pr，其比率相對於R總體為5～75％。這樣幾乎不會降低殘留磁通密度，並能提高頑磁力和方形性。
上述複合組織最好是納米組合物組織。這樣，提高了磁化性、同時也提高了耐熱性(熱穩定性)，磁特性的時效變化也小。
磁鐵粉末最好在其製造過程中和/或製造後，至少實施1次熱處理。這樣可使組織均質化，去除因粉碎導入變化的影響，進一步提高磁特性。
平均結晶粒徑最好為5～50nm。這樣可提供磁特性，特別是頑磁力和方形性優良的磁鐵。
平均粒徑最好為0.5～150μm。這樣可形成特別優良的磁特性。用於製造粘合磁鐵時，可得到磁鐵粉末含量(含有率)高、磁特性優良的磁鐵。
本發明是使磁鐵材料的熔融金屬撞擊旋轉冷卻輥子的周面，通過冷卻固化得到急冷薄帶，再將該急冷薄帶粉碎得到磁鐵粉末的磁鐵粉末製造方法，其特徵是，上述磁鐵粉末是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(其中R是除Dy外的至少1種稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成，並以具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的，與粘合樹脂混合後以噴射成形或擠壓成形製成密度ρ[Mg/m3]的粘合磁鐵時，該粘合磁鐵在室溫下的最大磁能積(BH)max[kJ/m3]必須滿足(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]≥2.10的關係，而且，該粘合磁鐵在室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
這樣提供的磁鐵粉末可提供優良磁特性、優良可靠性的磁鐵。
本發明是使磁鐵材料的熔融金屬撞擊旋轉冷卻輥子的周面，通過冷卻固化得到急冷薄帶，將該急冷薄帶粉碎得到磁鐵粉末的磁鐵粉末製造方法，其特徵是，
上述磁鐵粉末是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(其中R是除Dy外的至少1種稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成，並以具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的，與粘合樹脂混合再由噴射成形或擠壓成形製成密度ρ[Mg/m3]的粘合磁鐵時，該粘合磁鐵在室溫下的殘留磁通密度Br[T]必須滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係，而且該粘合磁鐵在室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
這樣提供的磁鐵粉末可提供優良磁特性、優良信賴性的磁鐵。
本發明是粘合磁鐵，其特徵是將含有Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素的R—TM—B系合金(R是除Dy外的至少1種稀土類元素、TM是以Fe為主的過渡金屬)的磁鐵粉末和粘合樹脂進行混合，由噴射成形或擠壓成形組成的，將粘合磁鐵的密度取為ρ[Mg/m3]時，室溫下的最大磁能積(BH)max[kJ/m3]必須滿足(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]≥2.10的關係，而且，室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760KA/m。
這樣，可提供優良磁特性、優良信賴性的磁鐵。
上述粘合磁鐵，室溫下的殘留磁束密度Br[T]最好滿足Br/ρ[×10-6Tm3/g]≥0.125的關係。這樣可提供優良磁特性、優良信賴性的磁鐵。
本發明是粘合磁鐵，其特徵是將含有Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素的R—TM—B系合金(R是除Dy外的至少1種稀土類元素、TM是以Fe為主的過渡金屬)磁鐵粉末和粘合樹脂進行混合，利用噴射成形或擠壓成形製成的，將粘合磁鐵的密度取為ρ[Mg/m3]時，室溫下的殘留磁通密度Br[T]必須滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係。而且室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
這樣可提供磁特性優良、信賴性優良的磁鐵。
上述磁鐵粉末最好是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(R是除Dy外的至少1種的稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成的，並以具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的。這樣可提供磁特性、可靠性優良的磁鐵。
粘合磁鐵的最大磁能積(BH)max最好是40kJ/m3以上。這樣可獲得高性能的小型電機。
不可逆去磁率(初期去磁率)的絕對值最好在6.2％以下。這樣可形成優良的耐熱性(熱穩定性)。
上述的或其他的發明目的、構成及效果，根據附圖以實施例進行說明會更明確。
圖1是本發明磁鐵粉末中複合組織(納米組合物組織)的一例示意模式圖。
圖2是本發明磁鐵粉末中複合組織(納米組合物組織)的一例示意模式圖。
圖3是本發明磁鐵粉末中複合組織(納米組合物組織)的一例示意模式圖。
圖4是製造磁鐵材料裝置(急冷薄帶製造裝置)結構示例斜視圖。
圖5是圖4所示裝置中熔融金屬向冷卻輥子撞擊部位附近的狀態示意側視圖。
以下就本發明的磁鐵粉末、磁鐵粉末的製造方法及粘合磁鐵的實施形態進行詳細說明。
為了獲得小型電機等，一個課題就是獲得高磁通密度的磁鐵。粘合磁鐵中磁通密度的決定因素有磁鐵粉末的磁化值和粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量(含有率)，在磁鐵粉末自身磁化沒有像其那樣高時，當粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量不夠多時，是得不到足夠的磁通密度。
如前所述，當前普及的上述MQI社制的MQP—B粉末，根據用途，磁通密度是不夠的，因此，製造粘合磁鐵時，要增多粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量，即，高密度化是不得已的，所以帶來的缺點是在耐腐蝕性、耐熱性和機械強度等方面的可靠性降低，同時，由於頑磁力高，導致磁化性變壞。
與其相反，本發明的磁鐵粉末和粘合磁鐵獲得了足夠磁通密度和適度的頑磁力，所以沒有必要那樣提高粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量(含有率)，結果可提供強度高、成形性、耐腐蝕性、磁化性等優良可靠性高的粘合磁鐵。通過粘合磁鐵的小型化、高性能化，對電機等裝配磁鐵的設備小型化作出極大的貢獻。
進而，本發明的磁鐵粉末可構成具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織。
上述MQI社制的MQP—B粉末雖然是硬磁性相的單相組織，但有一個優點是在這樣的複合組織中存在磁化高的軟磁性相，所以總的磁化很高，還有一個優點是由於反衝導磁率增高，一旦施加了逆磁場，其後的去磁率也很小。本發明的磁鐵粉末具有含Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中至少1種的合金組成。這樣可提高頑磁力，同時也提高磁鐵的耐熱性和耐腐蝕性。磁鐵粉末最好是含有Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中至少1種的R—TM—B系合金(其中，R是除Dy外的至少1種的稀土類元素，TM是以Fe為主的過渡金屬)，進而最好的是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(R是除Dy外的至少1種的稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成。
作為R(除Dy外的稀土類元素)有Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、鈰鑭合金。可使用這些中的1種或2種以上。
R含量(含有率)取為7.1～9.9原子％，R含量低於7.1原子％時，得不到足夠的頑磁力，即使添加M，頑磁力提高也很少。另一方面，R含量超過9.9原子％時，磁化的潛在能力下降，得不到足夠的磁通密度。
R最好是以Nd和/或Pr為主的稀土類元素。其理由是，這些稀土類元素可提高構成複合組織(納米組合物組織)的硬磁性相的飽和磁化，作為磁鐵，能有效實現良好的頑磁力。
R含Pr、其比率，對於R總體最好是5～75％，更好是20～60％、在此範圍內時，幾乎不產生殘留磁通密度的降低，並能提高頑磁力和方形性。
Co是具有和Fe一樣特性的過渡金屬。通過添加這種Co(置換一部分Fe)，居裡溫度變高，提高溫度特性，Co對Fe的置換比率超過0.30時，頑磁力和磁通密度同時顯示出降低的趨勢。Co對Fe的置換比率最好在0.05～0.20範圍內，不僅提高溫度特性，而且磁通密度自身也能提高。
B(硼)是獲得高磁特性的有效元素，其含量取為4.6～8.0原子％、B低於4.6原子％時，B—H(J—H)迴路中的方形性變壞。另一方面，B超過8.0原子％時，非磁性相增多，磁通密度急劇減少。
M是對提高頑磁力有用的元素，其含量取為0.1～3.0原子％，M含量最好為0.2～2.5原子％，更好為0.5～2.0原子％，通過含有此範圍的M，可顯著提高頑磁力的效果。在該範圍內，隨著頑磁力的提高，也提高了方形性和最大磁能積。進而，耐熱性和耐腐蝕性也變得非常好。但是，如上述，R含量低於7.1原子％時，通過添加M產生的這種效果非常小。當M含量超過上限值時，產生磁化降低。
M自身雖不是新型物質，但在本發明中，經過實驗研究，結果發現在由具有軟磁性相和硬磁性相的複合組織構成的磁鐵粉末中，通過含有上述範圍內的M，可獲得以下3種效果，特別是能同時獲得這些效果，即，①能確保優良的方形性、最大磁能積，並能提高頑磁力，②可改善不可逆去磁率(絕對值的減少)，③能保持良好的耐腐蝕性。就這一點本發明有著很重要的意義。
以進一步提高磁特性為目的，在構成磁鐵粉末的合金中，也可根據需要含有從以下中選出的至少1種元素，即，Ta、Zn、P、Ge、Cu、Ga、Si、In、Ag、Al(以下該組元素以「Q」表示)。在含有屬於Q的元素時，其含量最好在2.0原子％以下，更好在0.1～1.5原子％，在0.2～1.0原子％尤其好。
含有屬於Q的元素，可發揮其種類元素所固有的效果。例如，Ta、Cu、Ga、Si、Al具有提高耐腐食性的效果。磁鐵材料形成具有軟磁性相和硬磁性相的複合組織。
這種複合組織(納米組合物組織)中的軟磁性相10和硬磁性相11，例如以圖1、圖2或圖3所示的圖形(模式)存在，各相的厚度和粒徑以納米級存在。這樣，軟磁性相10和硬磁性相11相鄰接(也包括通過粒界相鄰接的情況)，產生磁相互交換的作用。
平均結晶粒徑最好5～50nm，更好10～40nm。平均結晶粒徑低於下限值時，結晶粒之間相互交換作用的影響過強，很容易形成磁化反轉，有時造成頑磁力惡化。
另一方面，平均結晶粒徑超過上限值時，結晶粒徑粗大化，又減弱了結晶粒之間相互交換作用的影響，有時導致磁束通度、頑磁力、方形性、最大能積惡化。
圖1～圖3所示圖形為一實例，並不限於這些，例如在圖2所示圖形中，也可以使軟磁性相10和硬磁性相11反之形成。
軟磁性相的磁化，受到外部磁場的作用很容易改變其方向，所以，當混有硬磁性相時，整個體系的磁化曲線，在B—H圖中出現第2象限，形成某段的「蛇型曲線」。然而，軟磁性相的尺寸相當小時，通過軟磁性體的磁化與周圍的硬磁性體的磁化結合，形成相當強的束縛，整個體系作為硬磁性體而起作用。
具有這種複合組織(納米組合物組織)的磁鐵，主要有以下特徵1)～5)。
1)在B—H圖(J—H圖)的第二象限中，磁化形成可逆的彈性變形回復(該意思是，也叫作「彈性磁鐵」)。
2)磁化性好，在此較低的磁場下可磁化。
3)磁特性對溫度的依賴性比單獨硬磁性相時小。
4)磁特性時效變化小。
5)即使細粉碎，磁特性也不會惡化。
在上述合金組織中，硬磁性相和軟磁性相，例如，可形成以下組成。
硬磁性相R2TM14B系(其中TM是以Fe或Fe和Co為主的過渡金屬)軟磁性相TM(特別是α-Fe、α-(Fe，Co))[磁鐵粉末的製造]本發明的磁鐵粉末最好是通過將熔融金屬合金進行急冷製造，特別是將急冷固化合金熔融金屬得到的急冷薄帶(帶狀物)進行粉碎製造的。以下就該方法的一實施例進行說明。
圖4是通過使用單輥子的急冷法製造磁鐵材料的裝置(急冷薄帶製造裝置)的結構示例斜視圖，圖5是圖4所示裝置中熔融金屬向冷卻輥子撞擊部位附近狀態的示意側視圖。
如圖4所示，急冷薄帶製造裝置1包括盛裝磁鐵材料的筒體2，和相對該筒體2按照圖中箭頭9A方向旋轉的冷卻輥子5。在筒體2的下端形成噴射磁鐵材料(合金)熔融金屬的噴咀(噴孔)3。
在筒體2的噴咀3附近的外周上配置加熱用的線圈4，例如，通過對該線圈4施加高頻，加熱筒體2內部(感應加熱)，使筒體2內的磁鐵材料形成熔融狀態。
冷卻輥子5由基部51和形成冷卻輥子5周面53的表面層52構成。
表面層52，可以用和基部51相同材質構成一個整體，但最好由熱導率比基部51構成材料小的材料構成。
基部51的構成材料沒有特殊限定，但最好由熱傳導率高的金屬材料構成，將表面層52的熱量能以更快的速度發散，例如銅或銅系合金。
作為表面層52的構成材料，例如有Cr、Ni、Pd、W等，或含有它們的合金等金屬薄層和金屬氧化物層、陶瓷等。其中，就急冷薄帶8的輥子面(與冷卻輥子5接觸一側的面)81和自由面(輥子面81的相反一側的面)82之間冷卻速度的差異更小方面看，最好是陶瓷。
作為陶瓷，有Al2O3、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2、Y2O3、鈦酸鋇、鈦酸鍶等氧化物系陶瓷、AIN、Si3N4、TiN、BN等氮化物系陶瓷、石墨、SiC、ZrC、Al4C3、CaC2、WC等碳化物系的陶瓷，或者，它們中2種以上的任意組合的複合陶瓷。
表面層52，不僅是如圖示的單層，例如也可以是不同組成的數層層疊體。這時，鄰接層彼此間最好具有很高的密合性，作為其實例有鄰接層彼此間含有同一種元素的層。
表面層52由單層構成時，其組成，並不僅限於厚度方向上是均勻的，例如，也可以是含有成分在厚度方向上依次變化的(傾斜材料)。
表面層52的平均厚度(上述層疊體時，其合計厚度)沒有特殊限定，最好為0.5～50μm，更好為1～20μm。
表面層52的平均厚度低於下限值時，有時會產生如下問題。即，根據表面層52的材質，由於冷卻能力過大，即使厚度相當大的急冷薄帶8，在輥子面81的冷卻速度很大，很容易形成非晶質。另一方面，在自由面82上，由於急冷薄帶8的熱傳導率比較小，所以急冷薄帶8的厚度越大冷卻速度也就越小，結果很容易引起結晶粒徑的粗大化。即，在自由面82處很容易形成粗大粒子，在輥子面處81很容易形成非晶質的急冷薄帶，有時得不到滿意的磁特性。為了在自由面82處形成結晶粒徑小的粒子，例如，增大冷卻輥子5的周速度，即使減小急冷薄帶8的厚度，也能更隨意地在輥子面81處形成非晶質，製成急冷薄帶8後，即使實施熱處理，有時仍不能得到充分的磁特性。
當表面層52的平均厚度超過上限值時，急冷速度減慢，引起結晶粒徑的粗大化，結果，有時降低磁特性。
這樣的急冷薄帶製造裝置1被設置在容器(未圖示)內，在該容器內，在填充惰性氣體或其他環境氣的狀態下進行工作。為了防止急冷薄帶8氧化，環境氣，例如最好是氬氣、氦氣、氮氣等惰性氣體。
在急冷薄帶製造裝置1中，將磁鐵材料(合金)裝入筒體2內，利用線圈4加熱熔融，使該熔融金屬6從噴咀3噴出，如圖5所示，熔融金屬6撞擊冷卻輥子5的周面53，形成流體(熔融金屬流)7後，一邊在旋轉冷卻輥子5的周面53上拉出，一邊急速冷卻凝固，連續地或間斷地形成急冷薄帶8。這樣形成的急冷薄帶8，該輥子面81沿著圖4中箭頭9B的方向行進，從周面53上分離開。圖5中以虛線示出熔融金屬的凝固界面71。
冷卻輥子5的周速度，根據合金熔融金屬的組成、表面層52的構成材料(組成)、周面53的表面性狀(周面53對熔融金屬6的溼滑性)等，其最佳範圍也不同。為了提高磁特性，最好5～60m/秒，更好為10～40m/秒。當冷卻輥子5的周速度低於下限值時，熔融金屬6(流體7)的冷卻速度會降低，結晶粒徑呈出出增大的趨勢，有時使磁特性降低。另一方面，冷卻輥子5的周速度超過上限值時，冷卻速度反而增大，非晶質組織佔據的比率也增大，以後，即使實施後述的熱處理，有時也不能充分提高磁特性。
如上得到的急冷薄帶8，其寬度W和厚度最好是均勻的。這時，急冷薄帶8的平均厚度t最好為10～40μm，更好12～30μm。平均厚度t低於下限值時，非晶質組織佔據的比率增大，以後即使實施後述的熱處理，有時也不能充分提高磁特性。導致單位時間的生產效率下降。另一方面，平均厚度t超過上限值時，由於自由面82側的結晶粒徑呈現出粗大化的趨勢，所以有時磁特性降低。
對於得到的急冷薄帶8，例如，為了促進非晶質組織的再結晶化、組織均質化，可至少實施1次熱處理。作為這種熱處理的條件，例如在400～900℃下進行0.2～300分鐘左右。
為了防止氧化，這種熱處理最好在非氧化性環境中進行，例如在真空或減壓狀態下(1×10-1～1×10-6Torr)、或像氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體中。
利用這樣的製造方法製得的急冷薄帶(薄帶狀的磁鐵材料)8形成在非晶組織中含有細微結晶組織，或細微結晶的組織，得到了優良的磁特性。通過將這種急冷薄帶8粉碎，得到本發明的磁鐵粉末。
粉碎方法沒有特殊限定，例如可以使用球磨，振動磨、噴射磨、棒式衝擊磨等各種粉碎裝置、破碎裝置。這時，為防止氧化，粉碎可在非氧化性環境中進行，例如，在真空或減壓狀態下(1×10-1～1×10-6Torr)、或在氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體中。
磁鐵粉末的平均粒徑沒有特殊限定，考慮到為製造後述的粘合磁鐵時，防止磁鐵粉末氧化，和防止因粉碎造成磁特性劣化，最好0.5～150μm左右，更好為0.5～80μm左右，1～50μm左右尤其好。
為了成形粘合磁鐵時得到更好的成形性，磁鐵粉末的粒徑分布最好有某種程度的分散(有偏差)。這樣可降低所得粘合磁鐵中的孔隙率，結果是，粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量相同時，也能獲得更高的粘合磁鐵密度和機械強度，並能進一步提高磁特性。
對於所得磁鐵粉末，例如，以去除因粉碎造成變形的影響，控制結晶粒徑為目的，也可實施熱處理，作為這種熱處理的條件，例如在350～850℃下進行0.2～300分鐘左右。
為防止氧化，這種熱處理最好在非氧化性環境中進行，例如在真空或減壓狀態下(1×10-1～1×10-6Torr)、或在氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體中。
在使用上述磁鐵粉末製造粘合磁鐵時，這種磁鐵粉末與粘合樹脂的粘合性(粘合樹脂的溼滑性)很好，因此，這種粘合磁鐵具有很高的機械強度，和優良的熱穩定性(耐熱性)、耐腐蝕性。因此，該磁鐵粉末適於製造粘合磁鐵。
以上，作為急冷法，以單輥結為例進行說明，也可採用雙輥法。此外，也可利用氣體霧化一類的噴霧法、轉盤法、熔融提取法、機械吹制(MA)法等進行製造。這樣的急冷法、由於能使金屬組織(結晶粒)細微化，所以能有效地提高粘合磁鐵的磁特性，特別是頑磁力。以下對本發明的粘合磁鐵進行說明。
本發明的粘合磁鐵是將磁鐵粉末與粘合樹脂混合，利用噴射成形或擠壓成形加工製得。
粘合樹脂(粘合劑)主要使用熱塑性樹脂。
作為熱可塑性樹脂，例如有聚醯胺(如耐綸6、耐綸46、耐綸66、耐綸610、耐綸612、耐綸11、耐綸12、耐綸6—12、耐綸6—66)、熱塑聚醯亞胺、芳香聚酯等液晶聚合物、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯、乙烯—醋酸乙烯共聚物等共聚烯烴、改性聚烯烴、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯等聚酯、聚醚、聚醚醚酮、聚醚醯亞胺、聚縮醛等，或以它們為主的共聚物、混合物、聚合物合金等，可以使用這些中的1種或2種以上混合使用。
這些中，從成形性特別優良、機械強度高考慮，最好以聚醯胺為主，從提高耐熱性考慮，最好以液晶聚合物、聚苯硫醚為主。這些熱塑性樹脂與磁鐵粉末的混煉性也非常好。
這樣的熱塑性樹脂，根據其種類、共聚合性等，具有可廣泛範圍選擇的優點，例如，重視成形性的、或重視耐熱性、機械強度的。
這樣的本發明粘合磁鐵，例如可按如下方式製造。將磁鐵粉末、粘合樹脂，必要的添加劑(防氧化劑、潤滑劑等)進行混合、混煉(例如，熱混煉)，製造粘合磁鐵用組成物(混合物)，使用這種粘合磁鐵用組成物(混合物)，利用擠壓成形或噴射成形，在無磁場中加工成所要的磁鐵形狀。
噴射成形的優點是磁鐵形狀選擇的自由度大，特別是容易製造複雜形狀的磁鐵。擠壓成形的優點是和噴射成形一樣，對磁鐵形狀的選擇自由度大，生產效率也高。
然而，這些成形方法中，為了得到良好的成形性，必須確保成形機內混合物的充分流動性，所以，與壓縮成形比，不能增多磁鐵粉末的含量，即，不能使粘合磁鐵形成高密度化。
如前所述，本發明的磁鐵粉末比以前的磁鐵粉末具有非常高的磁特性。由此，使用本發明的磁鐵粉末，以這些成形方法(噴射成形或擠壓成形)製造粘合磁鐵時，不僅能確保優良的成形性、生產效率，而且也能獲得與利用已有的壓縮成形製造粘合磁鐵相同，甚至更高的磁特性。
粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量(含有率)沒有特殊限定，最好為75～98wt％左右，更好為85～97wt％左右。
粘合磁鐵的密度ρ取決於其中所含磁鐵粉末的比重、磁鐵粉末的含量、孔隙率等因素。在本發明的粘合磁鐵中，對該密度ρ沒有特殊限定，最好為4.3～6.3Mg/m3左右，更好為4.8～6.2Mg/m3左右。
在本發明中，優先考慮提高成形性，在減少磁鐵粉末含量時，如前所述，由於磁鐵粉末自身的磁特性很高，所以仍能獲得足夠的磁特性。
本發明粘合磁鐵的形狀、尺寸等沒有特殊限定，例如，關於形狀。可以是圓柱狀、方柱狀、圓筒狀、圓弧狀、平板狀、彎曲板狀等任意的形狀，其大小，也可以是從大型到超小型的任意大小。特別有利於小型化、超小型化的磁鐵，如本發明的反覆講述的。
正因為如此，本發明的粘合磁鐵能被提供給多極磁化，或者，最好是多極磁化的磁鐵。
這樣的粘合磁鐵最好滿足以下講述的條件。粘合磁鐵的頑磁力(室溫下的固有頑磁力)HcJ最好為400～760kA/m，更好為430～720kA/m。頑磁力低於下限值時，根據電機的用途，遇有逆磁場時的去磁會變得很顯著，高溫中的耐熱性也惡化。頑磁力超過上限值時，磁化性降低。因此，通過將頑磁力HcJ定為上述範圍，像對粘合磁鐵(特別是圓筒狀磁鐵)形成多極磁化時，即使不能獲得充分的磁化磁場時，仍能形成良好的磁化，得到充分的磁通密度，並能提供高性能的粘合磁鐵，特別是電機用的粘合磁鐵。粘合磁鐵，在最大磁能積(BH)max[kJ/m3]和密度ρ[Mg/m3]之間最好滿足下式(I)。
2.10≤(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]......(I)取代式(I)，更好滿足式(II)，滿足式(III)尤為好。
2.2≤(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]≤3.2......(II)2.3≤(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]≤3.1......(II)(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]的值低於上式中的下限值時，不能形成高密度磁鐵，即，不能增多磁鐵粉末含量(含有率)時，也就得不到足夠的磁特性。這種情況又帶來費用增高，因粘合樹脂減少導致成形性降低的問題。為了獲得一定的磁特性，只能增加體積，這又難以使設備小型化。粘合磁鐵，在室溫下殘留磁束密度Br[T]與密度ρ[Mg/m3]之間最好滿足下式(IV)。
0.125≤Br/ρ[×10-6T·m3/g]......(IV)取代式(IV)，更好滿足式(V)，滿足式(VI)尤為好。
0.128≤Br/ρ[×10-6T·m3/g]≤0.16......(V)0.13≤Br/ρ[×10-6T·m3/g]≤0.155......(VI)當Br/ρ[×10-6T·m3/g]的值低於上述式中的下限值時，不能形成高密度磁鐵，即，不能增多磁鐵粉末的含量(含有率)時，也就得不到足夠的磁通密度。這種情況會帶來增加費用，因減少粘合樹脂導致成形性降低的問題。為了獲得一定的磁通密度，只能增加體積，這又難以使設備小型化。粘合磁鐵，其最大磁能積(BH)max最好在40kJ/m3以上，更好在50kJ/m3上，在60～110kJ/m3時尤為好。最大磁能積(BH)max低於40kJ/m3時，用於電機用時，根據其種類、結構，又得不到足夠的扭矩。粘合磁鐵，其不可逆去磁率(初期去磁率)的絕對值最好在6.2％以下，更好在5％以下，在4％以下尤為好。這樣，可獲得熱穩定性(耐熱性)優良的粘合磁鐵。
以下，對本發明的具體實施例進行說明。
實施例1在下述的方法中，得到以表1所示合金組成表示的7種磁鐵粉末(樣品No.1～No.7)。
首先，稱取Nd、Pr、Fe、Co、B和M各種原料，鑄造成母合金錠。
準備圖4和圖5所示構成的急冷薄帶製造裝置1，將上述樣品裝入底部設有噴咀3(圓孔噴咀孔直徑0.6mm)的石英管內，將盛裝急冷薄帶製造裝置1的容器內進行脫氣後，通入惰性氣體(氬氣)，形成所要求的溫度和壓力的環境。
作為冷卻輥子5，使用在銅製基部51的外周上設置由ZrC形成約7μm厚的表面層52的輥子(直徑200mm)。
隨後，利用高頻感應加熱使石英管內的錠樣品熔融，進而調整熔融金屬的噴射壓(石英管的內壓與筒體2內液面高度成比例的壓力之和，與環境氣壓的壓差)、冷卻輥子的周速度，製作急冷薄帶，這時得到的急冷薄帶厚度都為20μm。
將得到的急冷薄帶進行粗粉碎後，在氬氣環境中實施680℃×300秒的熱處理，得到磁鐵粉末。
接著，為調整粒度，在氬氣環境中進一步用粉碎機(混砂機)將該磁鐵粉末進行粉碎，加工成平均粒徑60μm的磁鐵粉末(樣品No.1～No.7)。
對於得到的各磁鐵粉末，分析其相構成，使用Cu-Kα，以衍射角20°～60°進行X射線衍射。由衍射曲線可以確認硬磁性相的R2(Fe·Co)14B型相，和軟磁性相的α-(Fe，Co)型相的衍射峰，根據利用透射型電子顯微鏡(TEM)的觀察結果，可以確認都形成了複合組織(納米組合物組織)。對於各磁鐵粉末測定平均結晶粒徑。這些值示於表1。
表1
向該磁鐵粉末中混合聚醯胺樹脂(耐綸12)，將這些混練225℃×15分鐘製作成粘合磁鐵用組成物(混合物)。這時，磁鐵粉末和聚醯胺樹脂的配合比率(重量比)對於各粘合磁鐵取為大致相等的值。即，各粘合磁鐵中磁鐵粉末的含量(含有率)約為95wt％。
接著將該混合物進行粉碎製成粒狀，將該粒狀物用噴射成形機進行噴射成形(株)日本制鋼所制，J50—E2。這時，模具溫度為90℃，噴射筒內溫度為240℃。冷卻後，由成形模具中取出，得到直徑10mm×高7mm的圓柱狀粘合磁鐵。
對於這些粘合磁鐵，實施磁場強度為3.2MA/m的脈衝磁化後，利用直流自記磁束計(東英工業(株)制、TRF—5BH)，以最大施加磁場2.0MA/m測定磁特性(磁通密度Br、頑磁力HcJ和最大磁能積(BH)mac)。測定時的溫度為23℃。
接著進行耐熱性試驗。該耐熱性，是將粘合磁鐵保持在100℃×1小時的環境下後，測定恢復到室溫時的不可逆去磁率(初期去磁率)，並進行評價的。不可逆去磁率(初期去磁率)的絕對值越小，耐熱性(熱穩定性)越好。
對各粘合磁鐵，利用阿基米德法測定密度ρ。這些測定值和(BH)max/ρ2、Br/ρ的值示於表2。
表2(實施例1)
實施例2向實施例1中得到的磁鐵粉末中混合聚醯胺樹脂(耐綸12)，將這些混煉225℃×15分鐘，製作成粘合磁鐵用組成物(混合物)。這時，磁鐵粉末和聚醯胺樹脂的配合比率(重量比)對各粘合磁鐵取大致相等的值。即，各粘合磁鐵中的磁鐵粉末含量(含有率)約96.5wt％。
接著，將該混合物進行粉碎加工成粒狀，用擠壓成形機，將該粒狀物連續擠壓成形，切割成規定長度，得到直徑10mm×高度7mm的圓柱狀粘合磁鐵。成形時的模具溫度為150℃。
對於這些粘合磁鐵，和實施例1一樣，測定磁特性、不可逆去磁率和密度。
這些測定值和(BH)mzx/ρ2、Br/ρ的值示於表3。
表3(實施例2)
如表2、3中明確的那樣，樣品No.2～No.6(本發明)的粘合磁鐵(成形方法是噴射成形、擠壓成形的任一種)具有優良的磁特性(殘留磁通密度Br、最大磁能積(BH)max和頑磁力HcJ)，同時，不可逆去磁率很小，熱穩定性(耐熱性)也好。
與其相反，樣品No1和No7(都是比較例)的粘合磁鐵，磁特性低劣，同時，不可逆去磁率的絕對直很大，熱穩定性也很低。
因此，使用含有規定量M的磁鐵粉末製造的粘合磁鐵具有優良的磁特性、和熱穩定性(耐熱性)。
如以上所述，根據本發明獲得如下效果。
·由於磁鐵粉末含有規定量的M(Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy)中至少一種元素，還存在有硬磁性相和軟磁性相的複合組織，所以磁化高，發揮優良的磁特性，能改善固有頑磁力、四方性。
·通過適當選擇M元素組合和它們的含有率，可進一步獲得優良的磁特性、耐熱性。
·不可逆去磁率的絕對值很小，可獲得優良的耐熱性(熱穩定性)。
·因為獲得了高磁通密度，所以利用噴射成形或擠壓成形製作粘合磁鐵時，可獲得與利用已有壓縮成形的粘合磁鐵相同、甚至更高的磁特性。即，不僅確保了優良的成形性、生產效率、而且能得到磁特性很高的粘合磁鐵。
·即使在粘合磁鐵用組成物中磁鐵粉末的含量很少，由於能獲得足夠的磁特性，所以提高了成形性，同時能進一步提高尺寸精度、機械強度、耐腐蝕性、耐熱性(熱穩定性)等，並能很容易地製造出可靠性很高的粘合磁鐵。
·由於磁化性良好，所以能在很低的磁化磁場中進行磁化，確實能很容易地進行多極磁化，而且能獲得很高的磁通密度。
最後應指出本發明並不僅限定於上述實施例，任何種種變更加變動都不能脫離本發明權利要求的範圍。
權利要求
1.一種磁鐵粉末，其特徵是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(其中R是除Dy外的至少1種的稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成的，以具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的，與粘合樹脂混合，進行噴射成形或擠壓成形製作成密度ρ[mg/m3]的粘合磁鐵時，該粘合磁鐵在室溫下的最大磁能積(BH)max[kJ/m3]必須滿足(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]≥2.10的關係，而且，該粘合磁鐵在室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
2.根據權利要求1記載的磁鐵粉末，其特徵是上述粘合磁鐵在室溫下的殘留磁通密Br(T)滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係。
3.一種磁鐵粉末，其特徵是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-z(其中R是除Dy外的至少1種稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成的，以具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的，與粘合樹脂混合，利用噴射成形或擠壓成形製作密度ρ[Mg/m3]的粘合磁鐵時，該粘合磁鐵在室溫下的殘留磁束密度Br[T]滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係，而且，該粘合磁鐵在室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
4.根據權利要求1或3記載的磁鐵粉末，其特徵是磁鐵粉末是將急冷薄帶進行粉碎獲得。
5.根據權利要求4記載的磁鐵粉末，其特徵是上述急冷薄帶的厚度為10～40μm。
6.根據權利要求4記載的磁鐵粉末，其特徵是上述急冷薄帶是通過使磁鐵材料的熔融金屬撞擊旋轉冷卻輥子的周面，冷卻固化而製得。
7.根據權利要求6記載的磁鐵粉末，其特徵是上述冷卻輥子具有由金屬或合金構成的基部，和構成周面的表面層，該表面層的熱傳導率比上述基部的熱傳導率小。
8.根據權利要求7記載的磁鐵粉末，其特徵是上述表面層由陶瓷構成。
9.根據權利要求1或3記載的磁鐵粉末，其特徵是上述R是以Nd和/或Pr為主的稀土類元素。
10.根據權利要求1或3記載的磁鐵粉末，其特徵是上述R含有Pr，其比率相對於R總體為5～75％。
11.根據權利要求1或3記載的磁鐵粉末，其特徵是上述複合組織是納米組合物組織。
12.根據權利要求1或3記載的磁鐵粉末，其特徵是磁鐵粉末，在其製造過程中和/或製造後，至少實施1次熱處理。
13.根據權利要求1或3記載的磁鐵粉末，其特徵是平均結晶粒徑為5～50nm。
14.根據權利要求1或3記載的磁鐵粉末，其特徵是平均粒徑為0.5～150μm。
15.一種磁鐵粉末的製造方法，是使磁鐵材料的熔融金屬撞擊旋轉冷卻輥子的周面，通過冷卻固化得到急冷薄帶，將該急冷薄帶粉碎得到磁鐵粉末的磁鐵粉末製造方法，其特徵是，上述磁鐵粉末是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(R是除Dy外的至少1種稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成的、以具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的，與粘合樹脂混合，利用噴射成形或擠壓成形製作成密度為ρ[Mg/m3]的粘合磁鐵時，該粘合磁鐵在室溫下的最大磁能積(BH)max[kJ/m3]滿足(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]≥2.10的關係，而且，該粘合磁鐵在室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
16.一種磁鐵粉末的製造方法，是使磁鐵材料的熔融金屬撞擊旋轉冷卻輥子的周面，通過冷卻固化製得急冷薄帶，將該急冷薄帶粉碎得到磁鐵粉末的磁鐵粉末製造方法，其特徵是，上述磁鐵粉末是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(R是除Dy外的至少1種的稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成形成的，以具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成的，與粘合樹脂混合，利用噴射成形或擠壓成形製成密度ρ[Mg/m3]的粘合磁鐵時，該粘合磁鐵在室溫下的殘留磁束密度Br[T]滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係，而且，該粘合磁鐵在室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
17.一種粘合磁鐵，是將至少含有Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的1種元素的R—TM—B系合金(R是除Dy外的至少1種的稀土類元素、TM是以Fe為主的過渡金屬)的磁鐵粉末與粘合樹脂混合，利用噴射成形或擠壓成形形成的粘合磁鐵，其特徵是，粘合磁鐵的密度取為ρ[Mg/m3]時，室溫下的最大磁能積(BH)max[kJ/m3]滿足(BH)max/ρ2[×10-9J·m3/g2]≥2.10的關係，而且室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
18.根據權利要求17記載的粘合磁鐵，其特徵是室溫下的殘留磁通密度Br[T]滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係。
19.一種粘合磁鐵，其特徵是將至少含有Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy中的1種元素的R—TM—B系合金(R是除Dy外的至少1種的希土類元素、TM是以Fe為主的過渡金屬)的磁鐵粉末與粘合樹脂混合，利用噴射成形或擠壓成形形成的，粘合磁鐵的密度為ρ[Mg/m3]時，室溫下的殘留磁通密度Br[T]滿足Br/ρ[×10-6T·m3/g]≥0.125的關係，而且，室溫下的固有頑磁力HcJ為400～760kA/m。
20.根據權利要求17或19記載的粘合磁鐵，其特徵是上述磁鐵粉末是由以Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(R是除Dy外的至少1種的稀土類元素、M是Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dy的至少1種元素、x7.1～9.9原子％、y4.6～8.0原子％、z0.1～3.0原子％、a0～0.30)表示的合金組成所形成的，以具有硬磁性相和軟磁性相的複合組織構成。
21.根據權利要求17～19中任一項記載的粘合磁鐵，其特徵是最大磁能積(BH)max在40kJ/m3以上。
22.根據權利要求17～19中任一項記載的粘合磁鐵，其特徵是不可逆去磁率(初期去磁率)的絕對值在6.2％以下。
全文摘要
本發明提供一種磁特性優良、信賴性高、特別是熱穩定性優良的磁鐵。為此,本發明的磁鐵粉末是由以R
文檔編號H01F1/053GK1330372SQ01124910
公開日2002年1月9日 申請日期2001年6月6日 優先權日2000年6月6日
發明者新井聖, 加藤洋 申請人:精工愛普生株式會社