稀土类磁铁的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及稀土类磁铁的制造方法。
【背景技术】
[0002]使用稀土类元素的稀土类磁铁也称为永久磁铁，其用途除了用于构成硬盘和MRI的电动机之外，还用于混合动力车和电车等的驱动用电动机等中。
[0003]作为该稀土类磁铁的磁铁性能的指标，能够举出剩余磁化(剩余磁通密度)和矫顽力，但相对于由电动机的小型化和高电流密度化所致的发热量的增大，对所使用的稀土类磁铁的耐热性要求也进一步提高，在高温使用下如何能够保持磁铁的矫顽力成为该技术领域中的重要研究课题之一。
[0004]列举作为在车辆驱动用电动机中大多使用的稀土类磁铁之一的Nd-Fe-B系磁铁，曾进行了以下尝试:谋求晶粒的微细化；使用Nd量多的组成合金；通过将矫顽力性能高的Dy、Tb这些重稀土类元素添加等来使其矫顽力增大。
[0005]作为稀土类磁铁，除了构成组织的晶粒的级别为3?5 μ m左右的一般的烧结磁铁之外，还有将晶粒微细化为50nm?300nm左右的纳米级的纳米晶体磁铁。
[0006]在稀土类磁铁的磁特性之中，为了提高矫顽力，专利文献I中公开了使作为由过渡金属元素和轻稀土类元素构成的改性合金的、例如Nd-Cu合金、Nd-Al合金等向晶界相扩散渗透来对晶界相进行改性的方法。
[0007]这样的由过渡金属元素和轻稀土类元素构成的改性合金，不含Dy等的重稀土类元素，因此熔点低，最多在700°C左右熔融，能够使其向晶界相扩散渗透。因此，在为300nm左右或其以下的晶体粒径的纳米晶体磁铁的情况下，能够抑制晶粒的粗大化并且进行晶界相的改性，提高矫顽力性能，因此可以说是适合的处理方法。
[0008]但是，为了提高稀土类磁铁的磁化，进行了将主相率提高下去的尝试(例如使主相率为95%左右或其以上)，但通过主相率提高，相反地晶界相率降低。因此，在使改性合金进行晶界扩散时，熔融的改性合金不能够充分地渗透到稀土类磁铁的内部，虽然磁化提高，但是会产生矫顽力性能降低的课题。
[0009]例如在专利文献I中也没有提出上述的课题，因此没有公开解决该课题的手段。
[0010]在先技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献I国际公开第2012/036294号小册子
【发明内容】
[0013]本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的是提供稀土类磁铁的制造方法，该制造方法即使在主相率高的情况下也能够制造不仅磁化方面优异而且矫顽力性能也优异的稀土类磁铁。
[0014]为了达到上述目的，本发明的稀土类磁铁的制造方法包括以下步骤:
[0015]第I步骤，该步骤制造烧结体，所述烧结体用组成式(R1 hR2丄TMbBeMd (Rl为包含Y的I种以上的稀土类元素，R2为与Rl不同的稀土类元素，TM为包含Fe、N1、Co中的至少I种以上的过渡金属，B 为硼，M 为 T1、Ga、Zn、S1、Al、Nb、Zr、N1、Co、Mn、V、W、Ta、Ge、Cu、Cr、Hf、Mo、P、C、Mg、Hg、Ag、Au 中的至少 I 种以上，0.01 彡 x 彡 1、12 彡 a 彡 20、b = 100-a-c-d、
20、0 ^ 3，它们的单位都为原子％。)表示，具有包含主相和晶界相的组织；
[0016]第2步骤，该步骤对烧结体实施热塑性加工，来制造稀土类磁铁前驱体；
[0017]第3步骤，该步骤针对稀土类磁铁前驱体，使R3-M改性合金(R3为包含Rl、R2的稀土类元素)的熔液向稀土类磁铁前驱体的晶界相扩散渗透，来制造稀土类磁铁。
[0018]本发明的稀土类磁铁的制造方法，是通过针对稀土类磁铁前驱体使R3-M改性合金(R3为包含Rl、R2的稀土类元素)的熔液扩散渗透，即使在主相率高的情况下也能够在主相界面促进由改性合金引起的元素的置换现象，并且使改性合金向磁铁内部充分渗透，能够制造除了由高的主相率带来的高的磁化性能以外，矫顽力性能也高的稀土类磁铁的制造方法，所述稀土类磁铁前驱体是对具有(RlhRl)aTMbBeMd(Rl为包含Y的I种以上的稀土类元素，R2为与Rl不同的稀土类元素)的组成的烧结体实施热塑性加工而成的。
[0019]在此，在本说明书中，所谓「高的主相率」意味着95%左右或其以上的主相率。
[0020]在此，作为本发明的制造方法的制造对象的稀土类磁铁，不用说包含构成组织的王相(晶体)的粒径为300nm以下左右的纳米晶体磁铁，还包含粒径超过300nm的磁铁、进而粒径为Iym以上的烧结磁铁和用树脂粘合剂将晶粒结合的粘结磁铁等。
[0021]在第I步骤中，首先，制作由上述组成式表示、且具有包含主相和晶界相的组织的磁粉。例如，可通过液体急冷来制作微细晶粒的急冷薄带(急冷带)，并对其进行粗粉碎等，来制作稀土类磁铁用的磁粉。
[0022]通过将该磁粉填充到例如模具内，一边用冲头加压一边进行烧结，谋求整块(bulk)化，能够得到各向同性的烧结体。该烧结体，例如具有下述金属组织，所述金属组织包含纳米晶体组织的RE-Fe-B系的主相(RE为NcUPr中的至少一种，更具体地讲，为Nd、Pr、Nd-Pr中的任一种或两种以上)、和处于该主相的周围的RE-X合金(X为金属元素)的晶界相,在晶界相中，除了 Nd等之外还包含Ga、Al、Cu中的至少I种以上。
[0023]在第2步骤中，为了对各向同性的烧结体赋予磁各向异性而实施热塑性加工。该热塑性加工有镦锻加工、挤压锻造加工(前方挤压法、后方挤压法)等，通过采用这些加工之中的I种或组合其中的两种以上来向烧结体内部导入加工应变，实施例如加工率为60?80%左右的强加工，可制造出具有高的取向、磁化性能优异的稀土类磁铁。
[0024]在第2步骤中，将烧结体热塑性加工，制造出作为取向磁铁的稀土类磁铁前驱体。针对该稀土类磁铁前驱体，在第3步骤中，通过在较低温(例如450?700°C左右)的温度气氛下进行热处理而使R3-M改性合金(R3为包含R1、R2的稀土类元素)、例如由过渡金属元素和轻稀土类元素构成的改性合金的熔液向稀土类磁铁前驱体的晶界相扩散渗透，来制造出稀土类磁铁。
[0025]通过在构成稀土类磁铁前驱体的主相内，除了作为Rl元素的例如Nd之外还包含作为R2元素的Pr，改性合金和R2元素在主相界面引起置换现象，可促进改性合金向磁铁内部的渗透。
[0026]例如列举在改性合金中使用了 Nd-Cu合金的情况为例来详细说明，通过相对于Nd而言低熔点的Pr进入到主相内，因Nd-Cu合金进行晶界扩散时的热，主相的外侧(与晶界相的界面区域)熔化，熔化区域与熔化状态的晶界相一起扩大。其结果，起因于高主相率，成为Nd-Cu合金的渗透流路的晶界相的比率低，从而Nd-Cu合金的渗透率低，但通过渗透流路的扩大，Nd-Cu合金的渗透效率提高，作为结果，Nd-Cu合金充分渗透到磁铁内部。
[0027]假设不包含Pr的情况下，主相、晶界相都为富Nd的状态，即使利用使Nd-Cu合金渗透时的热，主相的外侧也不会熔化，因此，基于低晶界相率的Nd-Cu合金的渗透流路为狭窄的状态，Nd-Cu合金的渗透效率低，不能够提高磁铁的矫顽力性能。
[0028]通过第3步骤中的热处理使Nd-Cu合金进行晶界扩散后，通过使稀土类磁铁回到常温，到此为止熔化了的主相的外侧区域再结晶化，形成由主相的中央区域的核、和再结晶化了的外侧区域的壳构成的核-壳结构的主相。
[0029]而且，能得到由于所形成的核-壳结构的主相维持当初的高主相率因此磁化性能优异，由于Nd-Cu合金向晶界相内充分晶界扩散从而矫顽力性能也优异的稀土类磁铁。关于该核壳结构，能够举出:作为构成主相的核组成有例如富Pr的(PrNd)FeB相、在其周围作为壳组成有相对地富Nd的(NdPr)FeB相的核壳结构的主相。
[0030]在第3步骤中，通过使R3-M改性合金(R3为包含Rl、R2的稀土类元素)、例如由过渡金属元素和轻稀土类元素构成的改性合金扩散渗透，与使用包含Dy等的重稀土类元素的改性合金的情况相比，能够实现在低温下的改性，特别是在纳