永磁体、电动机及发电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 实施方式的发明涉及永磁体、电动机及发电机。
【背景技术】
[0002] 作为高性能稀土类磁体的示例，已知有Sm-Co类磁体、Nd-Fe-B类磁体等。在这些 磁体中，Fe、Co有助于饱和磁化的增大。另外，在这些磁体中包含Nd、Sm等稀土类元素，结 晶位置上的稀土类元素的4f电子的变动会导致较大的磁各向异性。由此，能获得较大的矫 顽力，能实现高性能磁体。
[0003] 这样的高性能磁体主要用于电动机、扬声器、测量器等电气设备。近年来，对各种 电气设备提出了小型轻量化、低功耗化的要求，为了对此进行应对，要求提高永磁体的最大 磁能积（BHmax)，进而获得高性能的永磁体。另外，近年来，提出了可变磁通型电动机，有助 于电动机的高效率化。
[0004] Sm-Co类磁体由于居里温度较高，因此能在高温下实现良好的电动机特性，但希 望能进一步实现高矫顽力化和高磁化，进而改善矩形比。虽然可以认为Fe的高浓度化对 Sm-Co类磁体的高磁化是有效的，但在现有的制造方法中，存在矩形比因Fe的高浓度化而 下降的倾向。因此，为了实现高性能的电动机用磁体，需要一种能在高Fe浓度组成中既改 善磁化又显现良好的矩形比的技术。 现有技术文献 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本专利特开2010-121167号公报
【发明内容】
[0006] 本发明中所要解决的问题是在Sm-Co类磁体中对其金属组织进行控制从而提供 高性能的永磁体。
[0007] 实施方式的永磁体具备：以组成式ApFeqM^UtCom p q ^ t (式中，R是从稀土类元素 中选出的至少一种元素，Μ是从由Zr、Ti和Hf所构成的组中选出的至少一种元素，p是满足 10. 8 < p < 12. 5原子％的数，q是满足25 < q < 40原子％的数，r是满足0. 88 < r < 4. 5 原子％的数，t是满足3. 5 < t < 13. 5原子％的数）来表示的组成；以及包含具有Th2Zn17型晶相的主相、及Cu浓度和Μ浓度比主相要高的富Cu-M相的金属组织。富Cu-M相的直径 为10 μπι以下。
[0008] 实施方式的永磁体具备：以组成式ApFeJ^CUtCom p q ^ t (式中，R是从稀土类元素 中选出的至少一种元素，Μ是从由Zr、Ti和Hf所构成的组中选出的至少一种元素，p是满足 10. 8 < p < 12. 5原子％的数，q是满足25 < q < 40原子％的数，r是满足0. 88 < r < 4. 5 原子％的数，t是满足3. 5 < t < 13. 5原子％的数）来表示的组成；以及包含具有Th2Zn17型晶相的主相、及设于构成主相的晶粒之间的晶界相的金属组织。晶界相具有Cu浓度和Μ 浓度比主相要高的富Cu-M相，构成主相的晶粒的平均粒径为35 μ m以上。
【附图说明】
[0009] 图1是表示STEM-EDX的明视场图象的一个示例的图。 图2是表示STEM-EDX的Cu元素的映射图象的图。 图3是表示STEM-EDX的Μ元素的映射图象的图。 图4是用于说明永磁体的制造方法示例的图。 图5是表示永磁体电动机的图。 图6是表示可变磁通电动机的图。 图7是表不发电机的图。
【具体实施方式】
[0010] 下面，参照附图对实施方式进行说明。此外，附图是示意性的图，例如厚度与平面 尺寸之间的关系、各层的厚度的比率等有时会与现实情况不同。另外，在实施方式中，对实 质相同的结构要素标注相同的标号并省略说明。
[0011] (实施方式1) 以下对本实施方式的永磁体进行说明。
[0012] <永磁体的结构例> 本实施方式的永磁体具有以组成式：RpFeqMrCutC 〇1。。p q r t (式中，R是从稀土类元素中选出的至少一种元素，M是从由Zr、Ti和Hf所构成的组 中选出的至少一种元素，P是满足10. 8彡p彡12. 5原子％的数，q是满足25彡q彡40原 子％的数，r是满足0. 88彡r彡4. 5原子％的数，t是满足3. 5彡t彡13. 5原子％的数） 来表示的组成。
[0013] 上述组成式中的R是能使磁体材料具有较大的磁各向异性的元素。作为R元素， 能使用例如从包含钇（Y)的稀土类元素中选出的一种或几种元素等，能使用例如钐（Sm)、 铈（Ce)、钕（Nd)、镨（Pr)等，特别优选为使用Sm。例如，在使用包含Sm的多种元素来作为 R元素的情况下，将Sm浓度设为能作为R元素来适用的所有元素的50原子％以上，从而能 提高磁体材料的性能、例如矫顽力。此外，进一步优选为将能作为R元素来适用的元素的70 原子％以上设为Sm。
[0014] 通过将能作为R元素来适用的元素的浓度设为例如10. 8原子％以上12. 5原子％ 以下，能增大矫顽力。在能作为R元素来适用的元素的浓度小于10. 8原子％的情况下，大 量的a -Fe析出会导致矫顽力减小，在能作为R元素来适用的元素的浓度超过12. 5原子％ 的情况下，饱和磁化会下降。能作为R元素来适用的元素的浓度进一步优选为〇. 9原子％ 以上12. 1原子％以下。
[0015] 上述组成式中的Μ是能在高Fe浓度的组成中显现较大的矫顽力的元素。例如使 用从由钛（Ti)、锆（Zr)和铪（Hf)所构成的组中选出的一种或几种元素来作为Μ元素。若 Μ元素的含量r超过4. 5原子％，则容易生成过量含有Μ元素的非均相，矫顽力和磁化都变 得容易下降。另外，若Μ元素的含量r小于0. 88原子％，则提高Fe浓度的效果容易减小。 即，Μ元素的含量r优选为0. 88原子％以上4. 5原子％以下。元素Μ的含量r进一步优选 为1. 14原子％以上3. 58原子％以下，更进一步优选为大于1. 49原子％小于等于2. 24原 子％ ο
[0016] Μ元素优选为至少包含Zr。特别地，通过将Μ元素的50原子％以上设为Zr，能提 高永磁体的矫顽力。另一方面，由于Μ元素中的Hf的价格尤其高，因此，优选为即使在使用 Hf的情况下，也要减少Hf的使用量。例如，Hf的含量优选为小于Μ元素的20原子％。
[0017] Cu是能在磁体材料中显现高矫顽力的元素。Cu的含量例如优选为3. 5原子％以 上13. 5原子％以下。若混合量多于上述含量，则磁化会显著下降，另外，若少于上述含量， 则难以获得高矫顽力和良好的矩形比。Cu的含量t进一步优选为3. 9原子％以上9. 0原 子％以下，更进一步优选为4. 3原子％以上5. 8原子％以下。
[0018] Fe是主要负责磁体材料的磁化的元素。虽然能通过增多Fe的混合量来提高磁体 材料的饱和磁化，但若过量地进行混合，则α-Fe的析出或相分离会导致难以获得所希望 的晶相，有可能会使矫顽力下降。由此，Fe的含量q优选为25原子％以上40原子％以下。 Fe的含量q进一步优选为26原子％以上36原子％以下，更进一步优选为29原子％以上 34原子％以下。
[0019] Co是负责磁体材料的磁化并能显现高矫顽力的元素。另外，若多混合Co,则能获 得高居里温度，并能提高作为磁体特性的热稳定性。若Co的混合量较少，则这些效果也会 较小。然而，若过量添加Co,则Fe的比例相对减少，有可能会导致磁化的下降。另外，通过 用从由Ni、V、Cr、Mn、Al、Si、Ga、Nb、Ta、W所构成的组中选出的一种或几种元素来替换Co 的20原子％以下，能提高磁体特性、例如矫顽力。
[0020] 本实施方式的永磁体具备以下二维的金属组织：该二维的金属组织包含具有六方 晶系的Th2Zn17型晶相（2_17型晶相）的主相、以及设于构成主相的晶粒之间的晶界相。此 外，主相包含具有2_17型晶相的晶胞相（cellphase)、以及具有八方晶系的CaCu5型晶相 (1-5型晶相）的富Cu相。富Cu相优选形成为包围晶胞相。也将上述结构称为晶胞结构。 另外，富Cu相中还包含使晶胞相断裂的晶胞壁相。111221117型晶相的c轴与作为易磁化轴的 TbCu7型晶相中的c轴平行。即，他^如型晶相的c轴以与易磁化轴平行的方式存在。此 外，所谓平行，也可以包含从平行方向偏离±10度以内的状态（大致平行）。
[0021 ] 富Cu相是Cu浓度较高的相。富Cu相的Cu浓度比111221117型晶相的Cu浓度要 高。例如富Cu相的Cu浓度优选为Th2Zn17?晶相的Cu浓度的1. 2倍以上。富Cu相例如 在!1!221117型晶相中的包含c轴的截面上呈线状或板状而存在。作为富Cu相的结构并无特 别限定，例如可以举出六方晶系的CaCu5型晶相（1-5型晶相）等。另外，本实施方式的永 磁体也可以具有相不同的多个富Cu相。
[0022] 富Cu相的磁畴壁能量比Th2Zn17型晶相的磁畴壁能量要高，该磁畴壁能量之差成 为磁畴壁移动的壁皇。即，富Cu相起到作为钉扎点（pinning site)的功能，从而能在多个 晶胞相间抑制磁畴壁移动。特别是通过形成晶胞结构，磁畴壁移动的抑制效果得以提高。也 将此称为磁畴壁钉扎效果。由此，进一步优选为以包围晶胞相的方式形成富Cu相。
[0023] 在包含23原子％以上的Fe的Sm-Co类磁体中，富Cu相的Cu浓度优选为5原子％ 以上25原子％以下。通过提高富Cu相的Cu浓度，能提高矫顽力、矩形比。在Fe浓度较高 的区域中，富Cu相的Cu浓度容易产生偏差，例如会产生磁畴壁钉扎效果较好的富Cu相和 磁畴壁钉扎效果较差的富Cu相，矫顽力和矩形比会下降。
[0024] 若除去钉扎点的磁畴壁发生移动，则磁化会与移动程度相对应地发生反转，因此， 磁化会下降。在施加有外部磁场时，若在某个固定的磁场中磁畴壁同时除去钉扎点，贝>J通过 施加磁场从而磁化不容易下降，能获得良好的矩形比。换言之，可以认为，若在施加有磁场 时，在比矫顽力要低的磁场中除去钉扎点，磁畴壁发生移动，则磁化会对应于移动程度而减 少，会导致矩形比的恶化。可以认为，为了抑制矩形比的恶化，重要的是增加晶胞结构的区 域。
[0025] 例如在晶界相中难以形成上述晶胞结构，另外，在偏析于构成主相的晶粒的不同 种晶相的周围难以形成上述晶胞结构。上述不同种晶相的Cu浓度和Μ浓度比主相的Cu浓 度和Μ浓度要高，将该不同种晶相称为富Cu-M相。
[0026] 富 Cu-M相具有以组成式：RplFeqlMrlCutlC 〇1。。pl ql rl tl (pi 是满足8 彡 pi 彡 20 原子％ 的数，ql是满足15 < ql < 35原子％的数，rl是满足2 < rl < 15原子％的数，tl是满足 5彡tl彡25原子％的数）来表示的组成。即，富Cu-M相的Cu浓度为5原子％以上25原 子％以下，优选为6原子％以上并小于20原子％，Μ浓度为2原子％以上15原子％以下， 优选为2原子％以上并小于11原子％。另外，富Cu-M相优选为包含例如Zr。
[0027] 在富Cu-M相的周围，呈缺乏Cu元素和Μ元素的状态，因此，难以产生相分离，无法 形成晶胞结构从而无法获得良好的磁特性。这样，有可能会因偏析于晶界相等的富Cu-M相 而导致永磁体的磁特性下降。
[0028] 在本实施方式中的永磁体中，富Cu-M相的直径优选为10 μπι以下。通过减小富 Cu-M相的直径，从而在富Cu-M相的周围呈缺乏Cu元素和Μ元素状态的区域减小，因此，能 抑制对富Cu-M相周围组成的影响。由此，能增加晶胞结构的区域，能改善磁特性、特别是矩 形比。