磁體用粉末的製作方法

2023-05-06 16:26:41

專利名稱：磁體用粉末的製作方法
技術領域：
本發明涉及用作稀土 -鐵-硼基磁體的原料的磁體用粉末、用於製造該磁體用粉末的方法、由該粉末形成的粉末成形體、稀土-鐵-硼基合金材料和用於製造該合金材料的方法。尤其是，本發明涉及這樣的磁體用粉末，其具有優異的成形性、並且能夠形成具有高相對密度的粉末成形體。
背景技術：
稀土磁體被廣泛用作電機和發電機的永磁體。稀土磁體的典型例子包括燒結磁體和粘結磁體，它們均由R-Fe-B基合金(R 稀土元素，Fe 鐵，B 硼，例如Nd (釹)-Fe-B基合金)構成。燒結磁體均通過將由R-Fe-B基合金構成的粉末壓縮成形並隨後燒結成形的產物來製造；粘結磁體均通過將由R-Fe-B基合金構成的合金粉末與粘結劑樹脂混合併隨後將所得到的混合物壓縮成形或注射成形來製造。尤其是，對於用於粘結磁體的粉末，為了增強矯頑力，對其進行氫化-歧化-解吸附-再結合處理(HDDR處理，HD 氫化和歧化，DR 解吸附和再結合)。燒結磁體由於高比率的磁相而具有優異的磁體特性，但是其形狀自由度小，因而難以形成複雜的形狀，如圓筒形、柱形和罐形(帶底部的圓筒形)。在複雜形狀的情況下，需要切削燒結的材料。另一方面，粘結磁體具有高的形狀自由度，但是其磁體特性劣於燒結磁體的磁體特性。對應於此，專利文獻1公開了將由Nd-Fe-B基合金構成的細合金粉末壓縮成形以形成生壓粉體(粉末成形體)，並且對所述生壓粉體進行HDDR處理以提高形狀自由度並製造具有優異磁體特性的磁體。引用列表專利文獻專利文獻1 日本未審查專利申請公開No. 2009-123968

發明內容
技術問題如上文描述，燒結磁體具有優異的磁體特性，但是其形狀自由度低；而粘結磁體具有高的形狀自由度，但是因存在粘結劑樹脂而具有最多約80體積％的磁相比率，因而在增加磁相比率方面有困難。因此，希望開發用於稀土磁體的材料，利用該材料能夠容易地製造具有高磁相比率和複雜形狀的稀土磁體。由PTLl中公開的由Nd-Fe-B基合金構成的合金粉末和通過HDDR處理該合金粉末所製造的粉末含有具有高剛度、因而幾乎不變形的組成顆粒。因此，為了在不燒結的情況下製造具有高磁相比率的稀土磁體，需要相對高的壓力以通過壓縮成形製造具有高相對密度的粉末成形體。尤其是，當合金粉末由粗顆粒構成時，需要更高的壓力。因此，需要開發可以容易地成形為具有高相對密度的粉末成形體的原料。
此外，對如PTLl中所述的壓粉體進行HDDR處理可以引起所得的磁體用多孔體破裂，原因是生壓粉體在該處理期間膨脹-收縮。因此，需要開發可以製造稀土磁體的原料和用於製造該原料的方法，其中所述的稀土磁體在製造期間引起少的破裂並且具有令人滿意的強度和優異的磁體特性。因此，本發明的目的是提供一種磁體用粉末，該磁體用粉末具有優異的成形性並且可以形成相對密度高的粉末成形體。本發明的另一個目的是提供用於製造所述磁體用粉末的方法。本發明的又一個目的是提供適合作為稀土磁體用原料的粉末成形體、稀土-鐵-硼基合金材料和用於製造該合金材料的方法，其中所述稀土磁體具有優異的磁特性並且由稀土-鐵-硼基合金構成。解決問題的方案為了增加稀土磁體中的磁相比率並且為了在不燒結的情況下製造具有優異磁體特性的磁體，本發明人研究了粉末成形法的用途，而不是使用粘結劑樹脂形成粘結磁體的成形法。如上文描述，通常的原料粉末(即，由Nd-Fe-B基合金構成的合金粉末和通過HDDR 處理該合金粉末製造的處理粉末)是堅硬的並且幾乎不變形，因而具有低的壓縮成形性並難以改善粉末成形體的密度。因此，作為增強成形性的各種研究的結果，本發明人發現，當粉末不具有其中稀土元素和鐵結合在一起的化合物狀態(如，稀土-鐵-硼基合金)，而具有其中稀土元素和鐵不結合(即，鐵組分和鐵-硼合金組分獨立於稀土元素而存在)的結構時，該粉末具有高的可變形性和優異的成形性，由此製得具有高相對密度的粉末成形體。 還發現通過對由稀土-鐵-硼基合金構成的合金粉末進行特定的熱處理可以製造具有特定結構的粉末。此外，對將得到的粉末壓縮成形而製造的粉末成形體進行特定熱處理，從而製得這樣的稀土 -鐵-硼基合金材料，該合金材料與由經受HDDR處理的生壓粉體和使用經受 HDDR處理的處理粉末所製造的成形體製造的材料類似。尤其是，可以使用由具有高相對密度的粉末成形體製造的稀土-鐵-硼基合金材料製造具有高磁相比率和優異磁特性的稀土磁體(具體而言，稀土 -鐵-硼基合金磁體)。本發明基於這些發現。本發明的磁體用粉末是用於稀土磁體的粉末，並且包括這樣的磁性顆粒，該磁性顆粒構成所述磁體用粉末並且均由小於40體積％的稀土元素的氫化合物以及餘物構成， 其中所述餘物由含鐵材料構成。該含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金。在每個磁性顆粒中，稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相彼此相鄰存在；並且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3 μ m以下。本發明的磁體用粉末可以通過下文所述的本發明的用於製造磁體用粉末的方法製造。所述製造方法是製造用於稀土磁體的磁體用粉末的方法，並且包括下文描述的製備步驟和氫化步驟，其中構成所述磁體用粉末的每個磁性顆粒由小於40體積％的稀土元素的氫化合物以及餘物構成，其中所述餘物由含鐵材料構成，所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金。此外，稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相彼此相鄰存在；並且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3 μ m以下。製備步驟製備由稀土 -鐵-硼基合金構成的合金粉末的步驟氫化步驟在含有氫元素的氣氛中，在等於或高於所述稀土 -鐵-硼基合金的歧化溫度的溫度下對所述合金粉末進行熱處理以製造磁體用粉末的步驟。構成本發明的磁體用粉末的每個磁性顆粒包括多個相，這些相包括含鐵材料的相和稀土元素的氫化合物的相，但是不包括單層稀土合金(如，R-Fe-B基合金或R-Fe-N基合金)。與R-Fe-B基合金和R-Fe-N基合金及稀土元素的氫化合物的相比，含鐵材料的相柔軟並且富有成形性。此外，構成本發明磁體用粉末的每個磁性顆粒包含含有鐵的含鐵材料作為主要組分(60體積％以上)，從而可以通過將本發明的磁體用粉末壓縮成形使磁性顆粒中的含鐵材料的相充分變形。另外，如上文所述，含鐵材料的相存在於稀土元素的氫化合物的相之間。即，含鐵材料的相均一地存在，而不局限於構成粉末的每個磁性顆粒中，因而通過壓縮成形使每個磁性顆粒均一地變形。因此，通過使用本發明的磁體用粉末，可以製造具有高相對密度的粉末成形體(本發明的粉末成形體)。此外，通過使用具有高相對密度的粉末成形體，可以在不燒結的情況下製造具有高磁相比率的稀土-鐵-硼基合金材料(本發明的稀土 -鐵-硼基合金材料)，並且使用所述稀土 -鐵-硼基合金材料，可以製造具有高磁相比率的稀土磁體。另外，由於磁性顆粒因含鐵材料的充分變形而嚙合並且結合在一起， 故不同於粘結磁體，可以在不包含粘結劑樹脂的情況下製造磁相比率為80體積％以上、優選90體積％以上的稀土磁體。此外，不同於燒結磁體，通過將本發明的磁體用粉末壓縮成形而製造的粉末成形體不經歷燒結，因而沒有因由燒結引起的收縮各向異性所致的形狀限制並具有高的形狀自由度。因此，通過使用本發明的磁體用粉末，可以在基本上不進行切削等的情況下，容易地形成複雜形狀，例如，圓筒形、柱形或罐形。另外，由於不需要切削，因而可以顯著改善原料產率，並且可以改善稀土磁體的生產性。另外，如上文所述，可以通過在含有氫元素的氣氛中，在指定溫度下對稀土-鐵-硼基合金粉末進行熱處理，從而容易地製造本發明的磁體用粉末。另外，如上文所述，本發明的磁體用粉末具有優異的成形性，因而可以製成相對粗糙的粉末，並且可以使用約100 μ m的粗糙粉末作為原料粉末。因此，在製造本發明的磁體用粉末中，可以使用通過將熔融鑄錠粗磨至平均粒徑為約100 μ m所製造的粉末或通過霧化法(例如，熔融金屬霧化法)所製造的粉末作為原料粉末。在燒結磁體和粘結磁體中，使用10 μ m以下的細粉末作為用於形成燒結前成形產物的原料粉末或待與樹脂混合的原料。 使用上述的粗糙粉末作為原料，製造了本發明的磁體用粉末，並且不需要將原料粉末精細研磨成10 μ m以下的細粉末的研磨步驟，因而允許嘗試通過縮短製造工藝來降低成本。發明的有益效果本發明的磁體用粉末具有高成形性並且能夠製造本發明的具有高相對密度的粉末成形體。此外，使用本發明的粉末成形體或本發明的稀土 -鐵-硼基合金材料，能夠製造具有高磁相比率的稀土磁體。用於製造發明的磁體用粉末的方法和用於製造本發明的稀土-鐵-硼基合金材料的方法分別能夠以高生產性製造本發明的磁體用粉末和本發明的稀土-鐵-硼基合金材料。附圖簡要說明[

圖1]圖1為示出使用本發明的磁體用粉末製造磁體的工藝實例的示意性流程圖。
具體實施例方式以下進一步對本發明進行詳細描述。[磁體用粉末]構成本發明磁體用粉末的磁性顆粒均含有含量為60體積％以上的含鐵材料作為主要組分。當含鐵材料的含量小於60體積％時，作為硬質組分的稀土元素的氫化合物的量相對地增加，因而在壓縮成形期間含鐵組分難以充分變形，而當含鐵材料的含量過高時，磁特性降低。因此，該含量優選為90體積％以下。該含鐵材料含有鐵以及鐵-硼合金。該鐵-硼合金例如為 ^3Β。除鐵-硼合金之夕卜，還添加純鐵(Fe)以改善成形性。相對於100%含鐵材料而言，鐵-硼合金的含量優選為 10%至40% (質量比率)。當鐵-硼合金的含量為10質量％以上時，鐵單相很少析出，因而容易抑制因大量鐵單相所致的磁特性降低。當該含量為40質量％以下時，成形性優異。 可以(例如)通過測量X射線衍射峰強度(峰面積)並且比較所測量的峰強度來測定含鐵材料中鐵與鐵-硼合金的比率。此外，該含鐵材料可以具有其中鐵被選自Co、Ga、Cu、Al、Si 和Nb的至少一種元素部分替換的形式。在含有這種元素的含鐵材料的形式下，可以改善稀土磁體的磁特性和耐腐蝕性。另一方面，如果磁性顆粒不含稀土元素的氫化合物，則不能製造稀土磁體。稀土元素的氫化合物的含量高於O體積％，並且優選為大於或等於10體積％且小於40體積％。 可以通過適當地改變作為該粉末的原料使用的稀土-鐵-硼基合金的組成和用於製造該粉末的熱處理條件(主要是溫度)，來調節含鐵材料或稀土元素的氫化合物的含量以及鐵與鐵-硼合金的比率。構成磁體用粉末的每個磁性顆粒允許含有不可避免的雜質。構成本發明的磁體用粉末的每個磁性顆粒中所含有的稀土元素為選自Sc (鈧)、 Y(釔)、鑭系元素和錒系元素中的至少一種元素。尤其是，優選含有選自Nd、ft~、Ce、Dy和Y 中的至少一種元素，並且Nd(釹)是特別優選的，原因是可以製造具有優異磁特性的R-Fe-B 基合金磁體。稀土元素的氫化合物的例子包括NdH2和DyH2。構成本發明磁體用粉末的每個磁性顆粒具有這樣的結構，其中稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相以它們之間具有如上所述的指定距離存在，簡而言之，具有這樣的結構，其中兩個相均一地離散存在。所述結構的常見例子包括其中兩個相存在於分層結構中的分層形式和其中稀土元素的氫化合物的相是顆粒狀並且顆粒狀的稀土元素的氫化合物分散於充當母相的含鐵材料的相中的分散形式。根據用於製造本發明的磁體用粉末的熱處理條件(主要是溫度)，兩種相的存在形式傾向於在增加的溫度下變成分散形式並且在接近於歧化溫度的溫度下變成分層形式。通過使用具有分層形式的粉末，可以在不使用粘結劑樹脂的情況下形成(例如) 磁相比率與粘結磁體的磁相比率(約80體積％)相等的稀土磁體。在分層形式的情況下， 表述「稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相彼此相鄰」表示其中兩個相在構成磁體用粉末的每個磁性顆粒的剖面中基本上交替層疊的狀況。此外，在分層形式的情況下，表述 「相鄰的稀土元素的氫化合物相之間的距離」是指在剖面中，中間夾著含鐵材料相的彼此相鄰的稀土元素的氫化合物相之間的中心至中心的距離。在分散形式下，含鐵材料組分均一地存在於由稀土元素的氫化合物構成的顆粒周圍，因而含鐵材料組分可以比分層形式下更容易地變形。例如，可以容易地形成具有複雜形狀(如圓筒形、柱形或罐形)的粉末成形體和相對密度為85%以上、尤其是90%以上的高密度粉末成形體。在分散形式的情況下，表述「稀土元素的氫化合物的相和含鐵材料的相彼此相鄰」 一般表示這樣的狀況，其中，在構成磁體用粉末的每個磁性顆粒的剖面中，含鐵材料存在以覆蓋稀土元素的氫化合物顆粒的外周，並且含鐵材料存在於相鄰的稀土元素的氫化合物顆粒之間。此外，在分散形式的情況下，表述「相鄰的稀土元素的氫化合物相之間的距離」是指在剖面中，相鄰的稀土元素的氫化合物顆粒之間的中心至中心距離。可以通過這樣的方式測量所述距離例如，通過蝕刻斷面除去含鐵材料的相以提取稀土元素的氫化合物、根據所用溶液的類型通過除去稀土元素的氫化合物以提取含鐵材料，或通過用EDX(能量色散X射線光譜學)裝置分析斷面的構成。在距離為3μπι以下的情況下，為適當地熱處理使用所述粉末的粉末成形體以將含有含鐵材料和稀土元素的氫化合物的混合結構轉化成稀土 -鐵-硼基合金，從而形成稀土 -鐵-硼基合金材料，不需要過多能量的輸入。此外，可以抑制因稀土-鐵-硼基合金晶體的粗糙化所致的特性降低。為了允許含鐵材料充分地存在於稀土元素的氫化合物的相之間，該距離優選為0. 5μπι以上， 特別是1 μ m以上。可以通過控制用作原料的稀土-鐵-硼基合金粉末的組成或在規定的範圍內控制用於製造磁體用粉末的熱處理法的熱處理條件(尤其溫度)，來調節該距離。例如，通過增加稀土-鐵-硼基合金粉末中鐵或硼的比率(原子比)或在規定的範圍內增加熱處理(氫化)的溫度，該距離傾向於增加。構成本發明的磁體用粉末的磁性顆粒的平均粒徑特別優選為大於或等於10 μ m 且小於或等於500μπι。在ΙΟμπι以上的相對大的粒徑情況下，可以相對地降低稀土元素的氫化合物在每個磁性顆粒表面中的比率(下文稱作「佔有率」)。在這種情況下，稀土元素通常易於氧化。然而，滿足所述平均粒徑的粉末因佔有率低而很少氧化，因而可以在空氣中處置。因此，例如，可以在空氣中形成粉末成形體，從而改善粉末成形體的生產性。此外，本發明的磁體用粉末含有含鐵材料的相，因而具有如上所述的優異的成形性，因而甚至可以通過使用具有100 μ m以上平均粒徑的粗糙粉末形成具有低孔隙度和高相對密度的粉末成形體。然而，過大的平均粒徑引起粉末成形體的相對密度降低，因而該平均粒徑優選為500 μ m 以下。該平均粒徑更優選為大於或等於50 μ m且小於或等於200 μ m。另外，本發明的磁體用粉末可以具有其中在每個磁性顆粒的外周提供由絕緣材料構成的絕緣塗層的形式。通過使用設置有絕緣塗層的粉末，形成具有高電阻的稀土磁體，並且(例如)可以通過將這種磁體用於電機來減少渦流損耗。絕緣塗層的例子包括Si、Al、 Ti等的氧化物的結晶和非結晶玻璃塗層；金屬氧化物(如，由Me-Fe-O(Me =金屬元素，如， Ba、Sr、Ni、Mn等)表示的鐵氧體)塗層、磁體飾304)和Dy2O3 ；樹脂(如，有機矽樹脂)塗層；和有機-無機複合化合物(如，矽倍半氧烷化合物)塗層。結晶塗層、玻璃塗層、氧化物塗層和陶瓷塗層可以具有抗氧化功能。在這種情況下，也可以提供磁性顆粒的氧化。此外， 可以提供SiN或Si-C基陶瓷塗層用於改善導熱性。在設置有塗層(如絕緣塗層)的粉末的情況下，構成粉末的每個磁性顆粒的形狀優選地接近於球形以抑制壓縮成形期間對塗層的損壞。對用於其他稀土磁體(例如，稀土 -鐵-碳基合金磁體)的磁體用粉末而言，可以使用這樣的形式，其中含鐵材料含有鐵、以及含鐵與碳的鐵-碳合金。如同含有鐵-硼合金的粉末，也可以通過在含有氫元素的氣氛中，在等於或高於稀土 -鐵-碳基合金的歧化溫度的溫度下熱處理由所述稀土 -鐵-碳基合金構成的合金粉末，從而製造含有鐵-碳合金的粉末。在上文和下文描述的各項中，術語「鐵-硼合金」和「稀土 -鐵-硼基合金」可以由術語「鐵-碳合金」和「稀土 -鐵-碳基合金」替換。稀土 -鐵-碳基合金的常見例子包括 Nd2Fe14C0[用於製造磁體用粉末的方法]可以通過下列步驟製備所述磁體用粉末製備由稀土 -鐵-硼基合金構成的合金粉末(例如，Ndfe14B)並且在含有氫元素的氣氛中熱處理該合金粉末以將該合金中的稀土元素、鐵和鐵-硼合金彼此分離，同時使稀土元素和氫化合。可以(例如)通過採用研磨機 (如顎式破碎機、噴射磨機或球磨機)研磨由稀土-鐵-硼基合金或箔形材料(其通過快速凝固方法獲得)構成的熔融鑄錠製造所述合金粉末，或通過使用霧化法(如氣體霧化法) 製造所述合金粉末。尤其是，氣體霧化法的使用可以通過在非氧化環境中形成粉末而形成基本上不含氧的粉末(氧濃度1000質量ppm以下，優選500質量ppm以下)。S卩，在構成合金粉末的磁性顆粒中，可以用1000質量ppm以下的氧濃度作為表示在非氧化氣氛中通過氣體霧化法製造的粉末的指標。此外，作為由稀土-鐵-硼基合金構成的合金粉末，可以使用這樣的粉末，該粉末通過已知的粉末製造方法或霧化方法製造並且進一步研磨。可以通過適當地改變研磨條件或製造條件調節磁體用粉末的磁性顆粒的粒度分布和形狀。例如， 可以通過霧化方法容易地製造成形期間具有高球度和優異填充性能的粉末。構成磁體用粉末的磁性顆粒可以均由多晶或單晶構成。可以通過適當熱處理由多晶構成的磁性顆粒來形成由單晶構成的顆粒。當進行後續步驟中用於氫化的熱處理，從而基本上不改變粒度時，在製備步驟中製備的合金粉末的粒度基本上與本發明的磁體用粉末相同。由於本發明的粉末如上文所述在成形性方面優異，因此(例如)可以使得粉末相對粗糙從而具有約100 μ m的平均粒徑。 因此，在製備步驟中，可以使用平均粒徑為約IOOym的合金粉末。作為含有氫元素的氣氛，可以使用僅含有氫(H2)的單一氣氛或含有氫(H2)和惰性氣體(如，Ar或N2)的混合氣氛。氫化步驟中的熱處理溫度等於或高於稀土 -鐵-硼基合金進行歧化反應的溫度，即，歧化溫度。歧化反應是通過優先氫化稀土元素而使稀土元素的氫化合物、鐵和鐵-硼合金彼此分離的反應，並且將該反應發生的下限溫度稱作歧化溫度。 歧化溫度隨合金的組成和稀土元素的類型而變化。例如，當稀土 -鐵-硼基合金是Ndfe14B 時，熱處理溫度為(例如)650°C以上。在熱處理溫度接近歧化溫度的情況下，產生上述的分層形式，而在熱處理溫度比歧化溫度高100°C以上的情況下，產生上述的分散形式。氫化步驟中的熱處理溫度越高，則鐵相和鐵-硼合金相越容易出現，並且同時析出的硬質稀土元素的氫化合物更少地變成變形的抑制因素，因而增強了成形性。然而，在過高熱處理溫度的情況下，出現諸如熔融固著(melt fixing)之類的問題，因而熱處理溫度優選為1100°C以下。尤其是，當稀土 -鐵-硼基合金是Ndfe14B時，在氫化步驟中使用大於或等於750°C且小於或等於900°C的相對低的熱處理溫度的情況下，獲得了具有小距離的微細結構，並且可以通過使用這種粉末容易地形成具有高矯頑力的稀土磁體。保持時間為(例如)大於或等於0. 5小時且小於或等於5小時。所述熱處理對應於直到上述HDDR處理中歧化步驟的處理，並且可以使用已知的歧化條件。[粉末成形體]
可以通過壓縮成形本發明的磁體用粉末從而將粉末成形體成形的成形步驟製造本發明的粉末成形體。由於本發明的磁體用粉末具有如上文所述的優異的成形性，故可以形成具有高相對密度(相對於粉末成形體的真密度而言的實際密度)的粉末成形體。例如， 本發明的一種形式的粉末成形體的相對密度為85%以上，更為90%以上。通過使用具有這種高密度的粉末成形體，可以製造具有高磁相比率的稀土磁體。由於磁相比率隨相對密度的提高而增加，故不特別提供相對密度的上限。此外，由於本發明的磁體用粉末具有優異的成形性，故可以將壓縮成形的壓力降低至相對低的值，例如，大於或等於8噸/cm2且小於或等於15噸/cm2。此外，由於本發明的磁體用粉末具有優異的成形性，故甚至可以容易地形成具有複雜形狀的粉末成形體。此夕卜，由於本發明的磁體用粉末包括均可以充分變形的磁性顆粒，故可以製造這樣的粉末成形體，其在磁性顆粒間具有優異的粘結性(通過磁性顆粒的表面凹凸不平之間的嚙合所產生的強度(所謂的頸縮強度)發展)，具有高強度並且在製造期間很少破裂。此外，通過壓縮成形期間適當地加熱成形用模具可以促進變形，從而可以容易地製造具有高密度的粉末成形體。另外，用於壓縮成形的非氧化氣氛可以有利地防止本發明的磁體用粉末的氧化。[稀土-鐵-硼基合金材料和製造該材料的方法]本發明的稀土 -鐵-硼基合金材料可以通過以下方法製造通過解吸附步驟(其在非氫氣氛中對粉末成形體進行熱處理(脫氫)以避免與磁性顆粒反應並充分除去氫)從稀土元素的氫化合物中除去氫，同時將鐵、鐵-硼合金和除去了氫的稀土元素化合。本發明的稀土 -鐵-硼基合金材料具有基本上包括稀土 -鐵-硼基合金相的單一形式，或混合形式 (包括混合相的形式)，所述混合形式包括稀土 -鐵-硼基合金相和選自鐵相、鐵-硼合金相和稀土 -鐵合金相中的至少一種相的組合。混合形式的例子包括包含鐵相及稀土-鐵-硼基合金相的形式、包含鐵-硼合金相及稀土 -鐵-硼基合金相的形式或者包含稀土 -鐵合金相及稀土-鐵-硼基合金相的形式。單一形式的例子是與用作本發明磁體用粉末的原料的稀土-鐵-硼基合金具有基本上相同組成的形式。所述混合形式通常根據用作原料的稀土-鐵-硼基合金的組成而改變，並且(例如)可以通過使用具有高鐵比率(原子比)的原料形成包含鐵相和稀土-鐵-硼合金相的形式。非氫氣氛是惰性氣氛(例如，Ar或隊的惰性氣體氣氛)或減壓氣氛(在低於標準大氣壓的壓力下的真空氣氛)。尤其優選減壓氣氛，原因是稀土 -鐵-硼合金徹底形成，幾乎不剩下稀土元素的氫化合物，從而製得具有優異磁特性的本發明的稀土 -鐵-硼基合金材料。在真空氣氛的情況下，最終真空度優選為10 以下。解吸附的溫度等於或高於粉末成形體的再結合溫度(分離的含鐵材料和稀土元素的化合溫度)。再結合溫度根據粉末成形體(構成成形產物的磁性顆粒)的組成而改變， 但通常是700°C以上。溫度越高，可以越充分地除去氫。然而，當解吸附溫度過高時，具有高蒸氣壓的稀土元素的量可能因蒸發而減少，或稀土磁體的矯頑力可能因稀土 -鐵-硼基合金晶體的粗糙化而降低。因此，溫度優選為1000°C以下。保持時間例如為大於或等於10 分鐘且小於或等於600分鐘(10小時)。解吸附對應於HDDR處理法的DR處理，並且可以應用已知的DR處理條件。解吸附步驟中的熱處理可以在向所述粉末成形體施加4T以上的磁場的情況下進行。本發明人發現通過在向粉末成形體施加強磁場的同時，在解吸附步驟中熱處理可以製造具有更優異磁特性的稀土磁體。認為其原因如下。在粉末成形體的單純解吸附中， 由稀土-鐵-硼基合金(例如，Nd2!^14B)構成並在構成粉末成形體的磁性顆粒的結構中生成的初始晶核呈現這樣的狀態，其中電子方向因熱擾動的影響而容易無序(容易變得無規律)，其中所述熱擾動由於解吸附期間高於居裡溫度的加熱溫度所致。因此，認為製造了具有無規晶體取向的稀土 -鐵-硼基合金材料。然而，當解吸附期間施加高磁場時，初始晶核中的電子方向被磁場改變以形成在恆定方向上取向的晶體，從而製得包括具有恆定取向的晶體的稀土-鐵-硼基合金材料。還認為，包括在一個方向上取向的晶體的稀土-鐵-硼基合金材料具有優異的磁特性，因為與無規取向相比，所述晶體的磁性很少彼此抵消。在這種情況下，用於磁化稀土磁體的磁場通常是約2T。如下文描述的試驗例子中所示，在施加這種程度磁場的情況下的解吸附引起的磁特性改善程度較小或基本上無改善。另一方面，可以通過施加有規定強磁場的解吸附，製造具有優異磁特性的稀土 -鐵-硼基合金材料。施加的磁場優選儘可能地高並且是4T以上。通過在惰性氣氛或減壓氣氛中，在施加4T以上磁場的情況下熱處理粉末成形體所製造的稀土-鐵-硼基合金材料表現出如上所述的恆定取向。表述「具有恆定取向」表示，(例如)在從具有與磁場的施加方向平行的法向的表面(下文稱作「法向表面」)測量稀土 -鐵-硼基合金材料的X射線衍射圖譜時，在0. 202nm至0. 204nm之間的晶面間距離處出現的衍射峰的相對強度滿足70以上。主要具有規定間距的取向面的稀土 -鐵-硼基合金材料具有更優異的磁特性。此夕卜，隨著相對強度增加，磁特性傾向於變得更優異。例如，相對強度是75以上。相對強度由測量的強度Ix與參考強度Imax之比((Ix/Imax) X 100)確定，其中Imax代表從法向表面獲得的峰強度當中作為參考強度的最高峰強度，並且Ix代表在0. 202nm至0. 204nm之間的晶面間距離處出現的衍射峰的測量強度。[稀土磁體]可以通過適當地磁化本發明的稀土 -鐵-硼基合金材料製造稀土磁體。尤其是， 通過使用上述具有高相對強度的粉末成形體，可以製造磁相比率為80體積％以上、更為90 體積％以上的稀土磁體。以下通過試驗例子並參考附圖對本發明的實施方案進一步詳細描述。在附圖中， 放大稀土元素的氫化合物以易於理解。[試驗例1]形成均含有稀土元素、鐵和硼的多種粉末，並且通過壓縮成形所得粉末來檢驗每種粉末的成形性。根據包括製備合金粉末的製備步驟和在氫氣氛中熱處理的氫化步驟的方法製備每種粉末。此外，使用包覆粉末來檢驗成形性，其中所述包覆粉末是通過在根據所述方法形成的每個粉末顆粒上形成絕緣塗層而製得的。首先，製備具有表I中所示的每種組成(四捨五入至有效數字)的稀土-鐵-硼合金(NdJeyBz)鑄錠，隨後在Ar氣氛中使用硬質合金研缽研磨鑄錠以製造平均粒徑為100 μ m 的合金粉末(圖1 (I))。使用雷射衍射型粒度分布分析儀測量累計重量百分比為50%時的
1粒徑(50%下的粒徑)作為平均粒徑。此外，在非氧化氣氛(如，Ar)中研磨可以有效地防止粉末的氧化。將合金粉末在氫(H2)氣氛中在850°C下熱處理3小時。熱處理(氫化)後製造的粉末(磁體用粉末)用環氧樹脂固定以製備用於結構觀察的樣品。將該樣品在所需位置處切削或拋光，從而防止樣品中所含粉末的氧化，並且使用能量色散X射線衍射(EDX)裝置， 測量構成磁體用粉末並存在於切削表面(或拋光表面)中的每個顆粒的組成。此外，用光學顯微鏡或電子散射顯微鏡(100倍至10，000倍)觀察切削表面(或拋光表面)以檢查構成磁體用粉末的每個磁性顆粒的形態。結果，證實了，如圖I(II)中所示，構成磁體用粉末的每個磁性顆粒包括充當母相的含鐵材料的相2 (通常為鐵(Fe)和鐵-硼合金(Fe3B)的相)和分散於母相中的多個顆粒狀的稀土元素的氫化合物相3 (通常是NdH2)，並且含鐵材料的相2夾在相鄰的稀土元素的氫化合物顆粒之間。使用通過與環氧樹脂結合所形成的樣品，測定每個磁性顆粒的稀土元素的氫化合物NdH2和含鐵材料i^、Fe-B的含量(體積％ )。結果在表I中示出。假設以下所述的有機矽樹脂以某體積比(0. 75體積％)存在，通過利用作為原料所用的合金粉末的組成和NdH2、 Fe和!^e3B的原子重量計算體積比，從而分別測定所述含量。或者，可以通過下列方法測定各含量例如，從由NdH2、Fe和!^e3B在使用磁體用粉末製造的成形產物的切削表面(或拋光表面)的面積中的面積比率所確定的面積比計算出體積比，或者通過使用根據X射線分析所得的峰強度比測定各含量。此外，通過使用EDX裝置對每種粉末的組成進行表面分析(映射數據)來測量相鄰的稀土元素的氫化合物顆粒之間的距離。在這種情況下，在切削表面(或拋光表面)的表面分析中提取NdH2的峰位置，並且測量相鄰的NdH2峰位置之間的距離並平均化，以確定平均距離值。結果在表I中示出。用作為Si-O塗膜(作為絕緣塗膜)的前體使用的有機矽樹脂包覆磁體用粉末，從而製備粉末，並且用水壓機在10噸/cm2的表面壓力下將具有絕緣塗膜的粉末壓縮成形(圖 1 (III))。結果，可以在10噸/cm2的表面壓力下將除樣品No. 1-15之外的每種粉末充分地壓縮成形，從而形成外徑為10mm、高度為IOmm的柱狀粉末成形體4 (圖I(IV))。據認為，樣品No. 1-15含有過小量的含鐵材料的相併且難以充分地壓縮成形，因而不能形成粉末成形體。測定每種所製造的粉末成形體的實際密度(成形密度)和相對密度(相對於真密度的實際密度)。結果在表I中示出。通過使用市售密度測量裝置測量實際密度。使用NdH2 密度(5. 96g/cm3)、Fe 密度(7. 874g/cm3) ,Fe3B 密度(7. 474g/cm3)、有機矽樹脂密度(1. Ig/ cm3)和表I中所示的體積比，通過計算測定真密度。[表I]
權利要求
1.一種用於稀土磁體的磁體用粉末，其中構成所述磁體用粉末的每個磁性顆粒均由小於40體積％的稀土元素的氫化合物、以及餘物構成，所述餘物由含鐵材料構成；所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金； 所述稀土元素的氫化合物的相和所述含鐵材料的相彼此相鄰存在；並且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為 3μπι以下。
2.根據權利要求1所述的磁體用粉末，其中所述稀土元素是選自Nd、ft~、Ce、Dy和Y中的至少一種元素。
3.根據權利要求1或2所述的磁體用粉末， 其中所述氫化合物的相是顆粒狀，並且顆粒狀的所述稀土元素的氫化合物分散於所述含鐵材料的相中。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的磁體用粉末，其中所述磁性顆粒的平均粒徑大於或等於10 μ m且小於或等於500 μ m。
5.一種粉末成形體，其是通過將根據權利要求1至4中任一項所述的磁體用粉末壓縮成形而製造的，其中所述粉末成形體的相對密度為85%以上。
6.一種稀土 -鐵-硼基合金材料，其是通過在惰性氣氛或減壓氣氛中對根據權利要求 5所述的粉末成形體進行熱處理而製造的。
7.—種稀土 -鐵-硼基合金材料，其是通過在惰性氣氛或減壓氣氛中對根據權利要求 5所述的粉末成形體進行熱處理而製造的，所述合金材料包含混合相材料，該混合相材料包括稀土 -鐵-硼合金相以及選自鐵相、鐵-硼合金相和稀土 -鐵合金相中的至少一種相。
8.—種稀土-鐵-硼基合金材料，其是通過在施加4T以上的磁場的同時，在惰性氣氛或減壓氣氛中對根據權利要求5所述的粉末成形體進行熱處理而製造的，其中，在從具有與所述磁場的施加方向平行的法向的表面測得的X射線衍射圖譜中，在0. 202nm至0. 204nm 之間的晶面間距離處出現的衍射峰的相對強度是70以上。
9.一種製造用於稀土磁體的磁體用粉末的方法，該方法包括 製備由稀土-鐵-硼基合金構成的合金粉末的製備步驟；和在含有氫元素的氣氛中，在等於或高於所述稀土 -鐵-硼基合金的歧化溫度的溫度下對所述合金粉末進行熱處理以製造所述磁體用粉末的氫化步驟，其中構成所述磁體用粉末的每個磁性顆粒均由小於40體積％的稀土元素的氫化合物、以及餘物構成，所述餘物由含鐵材料構成；所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金；所述稀土元素的氫化合物的相和所述含鐵材料的相彼此相鄰存在；並且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3μπι以下。
10.一種製造用於稀土磁體的稀土 -鐵-硼基合金材料的方法，該方法包括 製備由稀土-鐵-硼基合金構成的合金粉末的製備步驟；在含有氫元素的氣氛中，在等於或高於所述稀土 -鐵-硼基合金的歧化溫度的溫度下對所述合金粉末進行熱處理以製造磁體用粉末的氫化步驟，所述磁體用粉末包括磁性顆粒，每個所述磁性顆粒均由小於40體積％的稀土元素的氫化合物、以及餘物構成，所述餘物由含鐵材料構成；所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金；所述稀土元素的氫化合物的相和所述含鐵材料的相彼此相鄰存在；並且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3 μ m以下；將所述磁體用粉末壓縮成形以形成相對密度為85%以上的粉末成形體的成形步驟；和。在惰性氣氛或減壓氣氛中，在等於或高於所述粉末成形體的再結合溫度的溫度下對所述粉末成形體進行熱處理以形成稀土-鐵-硼合金相的解吸附步驟。
11.一種製造用於稀土磁體的稀土 -鐵-硼基合金材料的方法，該方法包括 製備由稀土-鐵-硼基合金構成的合金粉末的製備步驟；在含有氫元素的氣氛中，在等於或高於所述稀土 -鐵-硼基合金的歧化溫度的溫度下對所述合金粉末進行熱處理以製造磁體用粉末的氫化步驟，所述磁體用粉末包括磁性顆粒，每個所述磁性顆粒均由小於40體積％的稀土元素的氫化合物、以及餘物構成，所述餘物由含鐵材料構成；所述含鐵材料含有鐵、以及含鐵和硼的鐵-硼合金；所述稀土元素的氫化合物的相和所述含鐵材料的相彼此相鄰存在；並且中間夾著所述含鐵材料相的彼此相鄰的所述稀土元素的氫化合物相之間的距離為3 μ m以下；將所述磁體用粉末壓縮成形以形成相對密度為85%以上的粉末成形體的成形步驟；和。在惰性氣氛或減壓氣氛中，在等於或高於所述粉末成形體的再結合溫度的溫度下對所述粉末成形體進行熱處理以形成混合相的解吸附步驟，其中所述混合相含有稀土 -鐵-硼合金相以及選自鐵相、鐵-硼合金相和稀土 -鐵合金相中的至少一種相。
12.根據權利要求10或11所述的製造稀土-鐵-硼基合金材料的方法，其中所述解吸附步驟中的所述熱處理是在對所述粉末成形體施加4T以上的磁場的情況下進行的。
全文摘要
本發明提供一種磁體用粉末、製造該粉末的方法、粉末成形體和稀土/鐵/硼合金材料，所述磁體用粉末能夠形成具有優異磁特性的稀土磁體並且具有優異的壓縮成形性。所述磁體用粉末由磁性顆粒(1)構成，磁性顆粒(1)具有這樣的結構，該結構包含由含鐵物質構成的相(2)以及分散於該相(2)中的由稀土元素的氫化合物構成的相(3)的顆粒。由含鐵物質構成的相(2)均一地存在於各磁性顆粒(1)中。因此，所述粉末具有優異的壓縮成形性並且容易由其獲得密度增加的粉末成形體(4)。通過這樣的方法獲得磁體用粉末將稀土/鐵/硼合金(R-Fe-B合金)的粉末在氫氣氛中，在不低於該R-Fe-B基合金的歧化溫度的溫度下進行熱處理，從而使稀土元素和含鐵物質分離，並且產生稀土元素的氫化合物。將所述磁體用粉末壓縮成形以獲得粉末成形體(4)。將粉末成形體(4)在真空中熱處理以獲得R-Fe-B合金材料(5)。將R-Fe-B合金材料(5)磁化以獲得R-Fe-B合金磁體(6)。
文檔編號C22C33/02GK102510782SQ20118000384
公開日2012年6月20日 申請日期2011年4月13日 優先權日2010年4月15日
發明者前田徹, 渡邊麻子 申請人:住友電氣工業株式會社