JP2018107446A - 希土類永久磁石材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は希土類永久磁石材料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】希土類永久磁石材料を形成するための原料は、主相がRxFe100-x-yMyBz（式中、RはNd又はPrNdであり、27≦x≦34、0.3≦y≦5、0.7≦z≦1.1）であるA成分と、主相がYaFe100-a-b-cMbBc（式中、25≦a≦30、0≦b≦1.5、1.2≦c≦3、MはAl、Co、Cu、Gaから選択される1種又は複数種）であるB成分とを含む。上記各元素の含有量はすべて重量含有率である。該希土類永久磁石材料は、Yを含有するB成分と通常のNd(Pr)FeB希土類永久磁石材料とを混合して得られる希土類永久磁石材料の温度係数がより一層低く、耐熱性がより優れ、且つ重希土類元素を含有しないため、コストが比較的低い。
【選択図】図１
【解決手段】希土類永久磁石材料を形成するための原料は、主相がRxFe100-x-yMyBz（式中、RはNd又はPrNdであり、27≦x≦34、0.3≦y≦5、0.7≦z≦1.1）であるA成分と、主相がYaFe100-a-b-cMbBc（式中、25≦a≦30、0≦b≦1.5、1.2≦c≦3、MはAl、Co、Cu、Gaから選択される1種又は複数種）であるB成分とを含む。上記各元素の含有量はすべて重量含有率である。該希土類永久磁石材料は、Yを含有するB成分と通常のNd(Pr)FeB希土類永久磁石材料とを混合して得られる希土類永久磁石材料の温度係数がより一層低く、耐熱性がより優れ、且つ重希土類元素を含有しないため、コストが比較的低い。
【選択図】図１
Description
本発明は希土類材料分野に関し、具体的に、希土類永久磁石材料及びその製造方法に関する。
希土類永久磁石材料は、エネルギーを供給するための材料として、多くの分野でかけがえのない基礎材料になっており、電子、自動車、コンピューターなど多くの分野に広く利用されており、様々な産業の発展を促進している。科学技術の発展に伴い、高磁気、高温等の特別な分野の要求を満たし、それを適用する部品の進化を促進するために、材料の性能への要求が高まりつつある。
希土類永久磁石材料の製造方法の中、熱処理方法は、高寸法精度、高性能永久磁石材料を製造するための方法であり、主な製造工程は、永久磁石粉末を製造し、一定の温度下で圧縮成形体を形成するように加圧し、及び、該圧縮成形体を熱変形させ熱変形磁石を形成することを含む。製造工程全体からすれば、永久磁石粉末、ホットプレス、熱変形工程等はすべて最終製品の性能に極めて重要な影響を与える。最終の磁石の性能をさらに向上させるために、現在各工程に対して多くの改良が提出されている。例えば、公開番号がCN104143402Aである特許文献には、磁石の残留磁束密度及び保磁力を向上させ、且つその配向度を0.92とするためのPrGaBFeを基礎成分とした熱変形磁石原材料が提出されている。公開番号がCN104078179Aである特許文献には、NdFe原料粉末Bに重希土類元素RH析出処理を施し、重希土類元素を粉末表面に付着させることで、最終の磁石保磁力を向上させ、重希土類の使用量を低減する熱変形磁石の製造方法が開示されている。公開番号がCN104043834Aである特許文献には、NdFe原料粉末BとTb、Dyを含有する粉末とを混合して、且つ該混合後の粉末をホットプレスして熱変形させることが開示されている。公開番号がCN102436890Aである特許文献には、希土類フッ化物、水素化物粉末及びナノ結晶NdFeB磁石粉末を混合して、ホットプレスして熱変形させ、希土類フッ化物又は水素化物のNdFeB磁石粉末への粒界への拡散によって、高保磁力を有する粉末を得るナノ結晶NdFeB永久磁石材料の製造方法が開示されている。公開番号がCN102496437Aである特許文献には、軟磁性相の体積分率が2〜40%である各異方性ナノコンポジット磁石の製造方法が開示されており、該方法によって永久磁石材料の残留磁束密度及び磁気エネルギー積をさらに向上させることが開示されている。
上記公開されている特許文献では、成分、製造工程等の様々な観点から最終高密度磁石を変性することで、磁石の性能を向上させている。しかし、利用分野がどんどん広がっていく中、自動車EPSモーター等分野において、磁石の耐熱性に対する要求が高まりつつ、磁石に重希土類元素Dyを添加する方法、及び粒界拡散法等従来の方法では、いずれもDyの使用が必須であり、中重希土類フリー熱処理希土類永久磁石を形成するための方法が求められている。
本発明の主な目的は、希土類永久磁石材料及びその製造方法を提供することで、従来の技術において、希土類永久磁石粉末が重希土類元素を使用したためコストは高いという課題を解決することにある。
上記の目的を実現するために、本発明の一側面では、希土類永久磁石材料を形成するための原料は、主相がRxFe100-x-yMyBz（式中、RはNd又はPrNdであり、27≦x≦34、0.3≦y≦5、0.7≦z≦1.1）であるA成分と、主相がYaFe100-a-b-cMbBc（式中、25≦a≦30、0≦b≦1.5、1.2≦c≦3、MはAl、Co、Cu、Gaから選択される1種又は複数種）であるB成分とを含み、上記各元素の含有量はすべて重量含有率である希土類永久磁石材料を提供する。
さらに、上記A成分とB成分との重量比が3〜5：1である。
本発明の他方の側面では、主相がRxFe100-x-yMyBzであるA成分の急冷リボンA及び主相がYaFe100-a-b-cMbBcであるB成分の急冷リボンBを製造するステップS1と（式中、RはNd又はPrNdであり、27≦x≦34、0.3≦y≦5、0.7≦z≦1.1、25≦a≦30、0≦b≦1.5、1.2≦c≦3、MはAl、Co、Cu、Gaから選択される1種又は複数種であり、上記各元素の含有量はすべて重量含有率である）、急冷リボンA及び急冷リボンBを粉砕してから混合し、混合粉末を得るステップS2と、混合粉末を熱処理して希土類永久磁石材料を得るステップS3と、を含む希土類永久磁石材料の製造方法を提供する。
さらに、上記急冷リボンAと急冷リボンBとの重量比が3〜5：1である。
さらに、上記急冷リボンA及び急冷リボンBの厚さはそれぞれ独立して10〜150μmに制御し、好ましくはステップS1において、急冷リボンAを製造する第1のロール速度が、急冷リボンBを製造する第2のロール速度よりも小さい。
さらに、上記第1のロール速度及び第2のロール速度が15〜55m/sであり、好ましくは第2のロール速度と第1のロール速度との比が1.1〜1.6：1である。
さらに、上記ステップS1において、急冷リボンAを製造する原料Aの融点より100〜300℃高い温度範囲で原料Aを溶融し、急冷リボンBを製造する原料Bの融点より100〜300℃高い温度範囲で原料Bを溶融する。
さらに、上記ステップS2は、急冷リボンA及び急冷リボンBを粉砕して、粉末A及び粉末Bを得、好ましくは粉末A及び粉末Bの平均粒子径が100〜250μmであること、及び、粉末A及び粉末Bを混合して、混合粉末を得ることを含む。
さらに、上記ステップS3は、450℃以上800℃未満の温度で混合粉末を一方向に圧縮する工程を含む。
さらに、上記ステップS3は、混合粉末をホットプレスして、磁石を得、ホットプレスの温度が好ましくは650〜750℃であり、圧力が好ましくは100〜300MPaであること、及び、磁石を熱変形させ、希土類永久磁石材料を得、熱変形の温度が好ましくは750〜900℃であり、圧力が好ましくは100〜200MPaであり、熱変形速度が好ましくは0.1〜0.8mm/sであることを含む。
本発明によって、希土類永久磁石材料は、Yを含有するB成分と通常のNd(Pr)FeB希土類永久磁石材料とを混合して得られる希土類永久磁石材料の温度係数がより一層低く、耐熱性がより優れ、且つ重希土類元素を含有しないため、コストが比較的低い。
本願の一部を構成する図面は、本発明をより一層理解するためのものであり、本発明の例示的な実施例及びその説明は、本発明を解釈するためのものであり、本発明を制限するものではない。図面において、
なお、矛盾していない限り、本願における実施例、及び実施例における要件を組み合わせることができると理解される。以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
背景技術にあるように、従来の技術において、磁石の性能を改善するために、すべて重希土類元素、例えばDyの使用を避けられず、コストの上昇を招いている。この問題を解決するために、本発明は希土類永久磁石材料及びその製造方法を提供する。
本発明の一つの典型的な実施形態において、希土類永久磁石材料を形成するための原料は、主相がRxFe100-x-yMyBz（式中、RはNd又はPrNdであり、27≦x≦34、0.3≦y≦5、0.7≦z≦1.1）であるA成分と、主相がYaFe100-a-b-cMbBc（式中、25≦a≦30、0≦b≦1.5、1.2≦c≦3、MはAl、Co、Cu、Gaから選択される1種又は複数種）であるB成分とを含み、上記各元素の含有量はすべて重量含有率である希土類永久磁石材料を提供する。
本発明の希土類永久磁石材料は、Yを含有するB成分と通常のNd(Pr)FeB希土類永久磁石材料とを混合して得られる希土類永久磁石材料の温度係数がより一層低く、耐熱性がより優れ、且つ重希土類元素を含有しないため、コストが比較的低い。
希土類永久磁石材料の温度係数及び耐熱性をさらに制御するために、上記A成分とB成分との重量比が3〜5：1であることが好ましい。
本発明のもう一つの典型的な実施形態において、主相がRxFe100-x-yMyBzであるA成分の急冷リボンA及び主相がYaFe100-a-b-cMbBcであるB成分の急冷リボンBを製造するステップS1（式中、RはNd又はPrNdであり、27≦x≦34、0.3≦y≦5、0.7≦z≦1.1、25≦a≦30、0≦b≦1.5、1.2≦c≦3、MはAl、Co、Cu、Gaから選択される1種又は複数種であり、上記各元素の含有量はすべて重量含有率である）と、急冷リボンA及び急冷リボンBを粉砕してから混合し、混合粉末を得るステップS2と、混合粉末を熱処理して希土類永久磁石材料を得るステップS3とを含む希土類永久磁石材料的製造方法を提供する。
本発明は、Yを含有する急冷リボンと通常のNd(Pr)Fe急冷リボンBとを混合することで、温度係数がより一層低く、耐熱性がより優れた混合粉末を得ることができ、さらに、熱処理することで、高密度で異方性希土類永久磁石を得ることができる。
急冷リボンとは、一定の成分を有する溶融合金溶液を、ノズルを通って回転しているロールに射出し、溶融合金液体がロール表面に液体フィルムとなり、且つ高速で持ち出され、急速冷却して、得られる急冷リボンである。
希土類永久磁石材料の温度係数及び耐熱性をさらに制御するために、急冷リボンAと急冷リボンBとの重量比が3〜5：1であることが好ましい。
本発明の一つの好適な実施例では、上記急冷リボンA及び上記急冷リボンBの厚さはそれぞれ独立して10〜150μmに制御する。急冷リボンが薄すぎると、製造条件が厳しくなるが、急冷リボンが太すぎると、後の熱処理で磁石を製造することを阻害するため、上記の厚さ範囲が好ましい。
急冷リボンをより良く均一に混合し、及び、後の混合粉末の均一なホットプレス熱変形工程に寄与するために、ステップS1において、急冷リボンAを製造する第1のロール速度が、急冷リボンBを製造する第2のロール速度よりも小さいことが好ましい。さらに、第1のロール速度及び第2のロール速度を制御することで、急冷リボンAの厚さを急冷リボンBの厚さよりも大きいものとする。
上記目的となる厚さ、及び、急冷リボンAを形成する原料Aの組成、急冷リボンBを形成する原料Bの組成に基づき、複数回の試験によって、上記第1のロール速度及び第2のロール速度が15〜55m/sであることが好ましいと特定できた。さらに、急冷リボンAの厚さと急冷リボンBの厚さとの差を制御するために、第2のロール速度と第1のロール速度との比が1.1〜1.6：1であることが好ましい。
急冷リボンを製造するときに、原料の溶融温度は従来の技術を参照すればよい。本発明では、ステップS1において、急冷リボンAを製造する原料Aの融点より100〜300℃高い温度範囲で原料Aを溶融し、急冷リボンBを製造する原料Bの融点より100〜300℃高い温度範囲で原料Bを溶融することが好ましい。これで素早い溶融を実現できるとともに、溶融温度が高すぎることによる高エネルギー消費を避けることができる。
本発明のステップS1で得られる急冷リボンA及び急冷リボンBは厚さが異なりうるため、混合効果を確保するために、上記ステップS2は、急冷リボンA及び急冷リボンBを粉砕して、粉末A及び粉末Bを得、好ましくは粉末A及び粉末Bの平均粒子径が100〜250μmであること、及び、粉末A及び粉末Bを混合して、混合粉末を得ることを含むことが好ましい。急冷リボンA及び急冷リボンBをそれぞれ粉砕することで、2種の粉末の粒径を所定の範囲に制御することができる。上記の粉砕方法は、圧縮粉砕、気流粉砕、カッターによる粉砕等を含む。
また、希土類永久磁石材料の異方性及び緻密性を最適化するために、上記ステップS3は、450℃以上800℃未満の温度で混合粉末を一方向に圧縮する工程を含むことが好ましい。
本発明のもう1つの好適な実施例では、上記ステップS3は、混合粉末をホットプレスして、磁石を得ること、及び、磁石を熱変形させ、希土類永久磁石材料を得ることを含む。混合粉末をホットプレスしてから、混合粉末を緻密化させ、真密度に近いホットプレス磁石を形成し、その後に、熱変形させることで、ホットプレス磁性の熱特性をさらに向上させる。
上記ホットプレス工程は、ホットプレス金型で行われる。図2に示すように、金型は、第1の雌型201及び第1の雄型202に分け、金型を誘導加熱体又はホットワイヤによる加熱体である第1の加熱体205に入れ、混合粉末203を第1の雌型201に入れ、第1の加熱体205をオンにして、金型及びその中の混合粉末を加熱すると共に、第1の雄型202を下に向かって移動させ、粉末をホットプレスし、図3に示す真密度を有する希土類永久磁石204（ρ＞98%）を得た。上記混合粉末の組成について、磁石全体を均一にさせ、且つその後の性能向上のために、上記ホットプレスの温度が好ましくは650〜750℃であり、圧力が好ましくは100〜300MPaである。
上記熱変形工程は、熱変形金型で行われる。図4に示すように、熱変形金型は、第2の雌型1001及び第2の雄型1002を含む。異なる形状を有する磁石に対して、金型設計も異なる。ここでは、角型磁石を設計実例として例示する。図4に示すように、第2の雌型1001の内径及び第2の雄型1002の外径はいずれも図2に示す金型よりも大きい。図3で製造された希土類永久磁石204を第2の雌型1001の内部に入れ、次に第2の加熱体1003によって金型システム全体を加熱し、それと同時に第2の雄型1002を下に向かって移行させ、希土類永久磁石石204を熱変形させ、冷却した後に、図5に示す角型磁石1005を得た。
高性能を有する熱変形磁石を得るために、上記熱変形の温度が好ましくは750〜900℃であり、圧力が好ましくは100〜200MPaであり、熱変形速度が好ましくは0.1〜0.8mm/sである。
以下、実施例及び比較例を参照しながら、本発明の有利な効果についてさらに説明する。
各実施例で得られた高密度の異方性磁石の性能を、以下の方法で測定する。
性能テストでは、主に永久磁石測定器により磁気性能を測定する。測定データは、単位がkGsである残留磁束密度Br、単位がkOeである保磁力Hcj、単位がMGOeである磁気エネルギー積(BH)mを含む。温度係数測定は、GB/T 24270-2009に準拠して行われ、本発明では、保磁力温度係数βを意味する。
製造工程は図1に示すように、具体的には以下の通りである。
＜急冷リボン＞
原料A及び原料Bを準備した。原料Aの成分がRxFe100-x-yMyBzであり、原料Bの成分がYaFe100-a-b-cMbBcであり、具体的な成分組成は表1に示すとおりである。準備した原料を加熱容器に投入し、誘導コイルによって原料を溶融させ、次にノズルを通って回転している冷却ロールの表面に射出し、ロール回転によって急冷リボンを得た。なお、急冷リボンA及び急冷リボンBを製造する時の溶融温度、ロール速度、得られた急冷リボンの厚さは表1に示す。
＜混合＞
製造した急冷リボンを粗粉砕した後に、混合して混合粉末を得た。実施例では、粉砕後の粒径は40メッシュであり、粉砕した2種の粉末を一定の比率で混合し、急冷リボンAと急冷リボンBの混合重量比σを表2に示す。
比較例では、Yを含有する粉末の含有量が0である。
＜熱処理＞
混合後の粉末を金型に投入して熱処理を施し、高密度の異方性磁石を得た。ホットプレスは図2に示す金型で行われ、熱変形は図4に示す金型で行われ、ホットプレスステップでは、温度がT1であり、圧力がP1であり、熱変形ステップでは、温度及び圧力がそれぞれT2及びP2である。具体的な工程パラメーターを表2に示す。
表1（balは残部を表す。）
表2
上記表の実施例1、実施例2と比較例1及び比較例2との対比から分かるように、本方法で一定量のYを含有するB成分を添加した後に、磁気性能が大幅に低減しない前提で、保磁力温度係数βが顕著に向上した。したがって、温度を向上させる場合、熱変形材料の保磁力を大幅に保持でき、熱変形材料の高温下での利用を促進した。
また、表1から明らかなように、2種の成分A及びBの製造工程による影響も顕著であり、特に両者の急冷速度について、実施例1と実施例10との対比からすれば、成分Bの製造時の急冷ロール速度が成分Aの製造時の急冷ロール速度より大きい場合、効果がより優れた。また、実施例5と実施例9の比較から分かるように、両者の速度の差が大きすぎる（≧1.5）場合にも、性能の向上には不利である。
以上の説明から、本発明の上記実施例は以下のような効果を実現できたと分かる。
本発明の希土類永久磁石材料は、Yを含有するB成分と通常のNd(Pr)FeB希土類永久磁石材料とを混合して得られる希土類永久磁石材料の温度係数がより一層低く、耐熱性がより優れ、且つ重希土類元素を含有しないため、コストが比較的低い。
Yを含有する急冷リボンと通常のNd(Pr)Fe急冷リボンBとを混合することで、温度係数がより一層低く、耐熱性がより優れた混合粉末を得ることができ、さらに、熱処理することで、高密度で異方性希土類永久磁石を得ることができる。
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。
Claims (10)
- 希土類永久磁石材料を形成するための原料は、
主相がRxFe100-x-yMyBz（式中、RはNd又はPrNdであり、27≦x≦34、0.3≦y≦5、0.7≦z≦1.1）であるA成分と、主相がYaFe100-a-b-cMbBc（式中、25≦a≦30、0≦b≦1.5、1.2≦c≦3、MはAl、Co、Cu、Gaから選択される1種又は複数種）であるB成分とを含み、前記各元素の含有量はすべて重量含有率であることを特徴とする希土類永久磁石材料。 - 前記A成分と前記B成分との重量比が3〜5：1であ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。
- 主相がRxFe100-x-yMyBzであるA成分の急冷リボンA及び主相がYaFe100-a-b-cMbBcであるB成分の急冷リボンBを製造するステップS1と（式中、RはNd又はPrNdであり、27≦x≦34、0.3≦y≦5、0.7≦z≦1.1、25≦a≦30、0≦b≦1.5、1.2≦c≦3、MはAl、Co、Cu、Gaから選択される1種又は複数種であり、前記各元素の含有量はすべて重量含有率である）、
前記急冷リボンA及び前記急冷リボンBを粉砕してから混合し、混合粉末を得るステップS2と、
前記混合粉末を熱処理して前記希土類永久磁石材料を得るステップS3と、を含むことを特徴とする希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記急冷リボンAと前記急冷リボンBとの重量比が3〜5：1であることを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
- 前記急冷リボンA及び前記急冷リボンBの厚さはそれぞれ独立して10〜150μmに制御し、好ましくは前記ステップS1において、前記急冷リボンAを製造する第1のロール速度が、前記急冷リボンBを製造する第2のロール速度よりも小さいことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
- 前記第1のロール速度及び前記第2のロール速度が15〜55m/sであり、好ましくは前記第2のロール速度と前記第1のロール速度との比が1.1〜1.6：1であることを特徴とする請求項5に記載の製造方法。
- 前記ステップS1において、前記急冷リボンAを製造する原料Aの融点より100〜300℃高い温度範囲で前記原料Aを溶融し、前記急冷リボンBを製造する原料Bの融点より100〜300℃高い温度範囲で前記原料Bを溶融することを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
- 前記ステップS2は、
前記急冷リボンA及び前記急冷リボンBを粉砕して、粉末A及び粉末Bを得、好ましくは前記粉末A及び前記粉末Bの平均粒子径が100〜250μmであること、及び、
前記粉末A及び前記粉末Bを混合して、前記混合粉末を得ることを含むことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。 - 前記ステップS3は、450℃以上800℃未満の温度で前記混合粉末を一方向に圧縮する工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
- 前記ステップS3は、
前記混合粉末をホットプレスして、磁石を得、前記ホットプレスの温度が好ましくは650〜750℃であり、圧力が好ましくは100〜300MPaであること、及び、
前記磁石を熱変形させ、前記希土類永久磁石材料を得、前記熱変形の温度が好ましくは750〜900℃であり、圧力が好ましくは100〜200MPaであり、熱変形速度が好ましくは0.1〜0.8mm/sであることを含むことを特徴とする請求項8に記載の製造方法。
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