磁性化合物及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁性化合物及其制造方法，该磁性化合物具有ThMn12型晶体结构且具有高的各向异性场和高的饱和磁化强度。
【背景技术】
[0002]永磁体的应用已遍及包括电子、信息和通信、医疗、机械工具以及工业和机动车电机的宽范围领域，并且对于降低二氧化碳排放量方面的需求正在增加。在这样的情况下，随着混合动力汽车的普及、工业领域中的节能、发电效率的提高等，正越来越期待高性能永磁体的发展。
[0003]目前，作为高性能磁体在市场上占主导地位的Nd-Fe-B磁体被用作HV/EHV的驱动电机用的磁体。近来，需要进一步减小电机的尺寸，并进一步增大电机的输出(以增加磁体的剩余磁化强度)。因此，新的永磁体材料的开发正在推进。
[0004]为了开发出具有比Nd-Fe-B磁体性能更高的材料，已进行了关于具有ThMn12型晶体结构的稀土元素-铁磁性化合物的研究。例如，日本专利申请公开号2004-265907 (JP2004-265907 A)提出了一种硬磁性组合物，其由R(Fe1Q。y wCowTiy)xSi人表示(其中，R表示选自包括Y的稀土元素中的一种元素或两种以上的元素，其中Nd占R的总量的50mol%以上；A表示N和C中的一种元素或两种元素；x = 10至12.5 ；y = (8.31.7Xz)至12 ;z =
0.2至2.3 ;v = 0.1至3 ;且w = 0至30)，且具有以下相的单层结构，该相具有ThMn12型晶体结构。
[0005]在目前提出的具有NdFenTiNx组成(该组成具有ThMn 12型晶体结构)的化合物中，各向异性场高；然而，饱和磁化强度低于Nd-Fe-B磁体，且达不到磁体材料的水平。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种同时具有高的各向异性场和高的饱和磁化强度的磁性化合物。
[0007]根据本发明的第一方面，提供了以下构成。磁性化合物，其由式(R(1 x)Zrx)a(Fe{1 y)Coy)bI；MdAe表示(其中，R表示一种以上的稀土元素，T表示选自T1、V、Mo和W中的一种以上的元素，Μ表示选自不可避免的杂质元素、Al、Cr、Cu、Ga、Ag和Au中的一种以上的元素，A表示选自N、C、H和P中的一种以上的元素，0彡X彡0.5，0彡y彡0.6，4彡a彡20，b =100-a-c-d，0〈c〈7，0彡d彡1，且1彡e彡18)，该磁性化合物包含ThMn12型晶体结构，其中a-(Fe,Co)相的体积百分比为20%以下。
[0008]在该磁性化合物中，可以满足0彡X彡0.3且7彡e彡14。
[0009]在该磁性化合物中，在该式中，X和c之间的关系可以满足由0〈c〈7、X彡0、c>-38x+3.8 和 c>6.3x+0.65 包围的区域。
[0010]本发明的第二方面的用于制造上述磁性化合物的方法，该方法包括:准备具有由式(R(1 x)Zrx)a(Fe{1 y)Coy)bT爲(其中R表示一种以上的稀土元素，T表示选自T1、V、Mo和W中的一种以上的元素，Μ表示选自不可避免的杂质元素、Al、Cr、Cu、Ga、Ag和Au中的一种以上的元素，0 彡 X 彡 0.5，0 彡 y 彡 0.6，4 彡 a 彡 20，b = 100-a-c-d，0〈c〈7，且 0 彡 d 彡 1)表示的组成的熔融合金的步骤；以1 X 102K/秒至1 X 107Κ/秒的速度骤冷所述熔融合金的步骤；和粉碎通过骤冷得到的凝固的合金并随后使A(Α表示选自N、C、H和P中的一种以上的元素)渗入粉碎的合金的步骤。
[0011]该方法可包括在骤冷步骤后在800°C至1300°C下进行2小时至120小时的热处理的步骤。
[0012]本发明的第三方面的含有稀土元素的磁性化合物，其包括ThMn12型晶体结构，其中该晶体结构的晶格常数a在0.850nm至0.875nm的范围内，该晶体结构的晶格常数c在
0.480nm至0.505nm的范围内，该晶体结构的晶格体积在0.351nm3至0.387nm3的范围内，六边形A定义为以稀土原子为中心、由Fe(8i)和Fe(8j)位点形成的六元环，六边形B定义为包含Fe(8i)和Fe(8j)位点的六元环，其中Fe (8i) _Fe (8i)哑铃形成彼此面对的两边，六边形C定义为由Fe(8j)和Fe(8f)位点形成的六元环，且该六元环的中心位于将Fe (8i)和稀土原子彼此连接的直线上，六边形A在a轴方向上的长度短于0.611nm，在六边形A中，Fe (8i)和Fe (8i)之间的平均距离为0.254nm至0.288nm，在六边形B中，Fe (8 j)和Fe (8 j)之间的平均距离为0.242nm至0.276nm，在六边形C中，彼此面对的Fe (8f)和Fe (8f)之间的平均距离为0.234nm至0.268nm，六边形C的中心介于Fe (8f)和Fe (8f)之间。
[0013]本发明的第四方面的磁性粉末，其由式(R(1 x) Zrx) a (Fe {1 y) Coy) JAAe表示的化合物制成(其中，R表示一种以上的稀土元素，T表示选自T1、V、Mo和W中的一种以上的元素，1表示选自不可避免的杂质元素、六1、0、(:11、63、48和Au中的一种以上的元素，A表示选自N、C、H和P中的一种以上的元素，0彡X彡0.5，0彡y彡0.7，4彡a彡20，b = 100-a-c-d,0〈c彡7，0彡d彡1，且1彡e彡18)，该磁性化合物包含ThMn12型晶体结构，其中a -(Fe，Co)相的体积百分比为20%以下。
[0014]根据本发明，在该包含ThMn12型晶体结构且由式(R {1 x)Zrx)a(Fe{1 y)Coy)bI；MdAe表示的化合物中，通过减小T含量，可增加包含Fe和Co的磁性元素的百分比并可提高磁化强度。此外，通过在制造过程中调节熔融合金的冷却速率，可调节在冷却过程中析出的a-(Fe,Co)相的量，并且通过析出大量的ThMn12型晶体，可提高磁化强度。此外，通过调节在上述￠)中定义的各六边形的尺寸，可提高各六边形的尺寸之间的平衡，且可稳定地获得ThMn12型晶体结构。
【附图说明】
[0015]将在下文中参考附图描述本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和产业重要性，其中类似附图标记表示类似的构成，且其中:
[0016]图1是示出了 RFe12 XTX化合物中的Τ的稳定区域的坐标图；
[0017]图2是示出了在带坯连铸法中所用装置的示意图；
[0018]图3是示意性地示出了 ThMn12型晶体结构的透视图；
[0019]图4A至4C是示意性地示出了 111]\11112型晶体结构中的六边形A、B和C的透视图；
[0020]图5A和5B是示意性地示出了 11^1112型晶体结构中的六边形A、B和C的透视图；
[0021]图6是示意性地示出了六边形的尺寸变化的透视图；
[0022]图7是示出了实施例1至5和比较例1至5的磁体的组成和特性的表；
[0023]图8是示出了实施例1至5和比较例1至5的饱和磁化强度(室温)和各向异性场的测定结果的坐标图；
[0024]图9是示出了实施例1至5和比较例1至5的饱和磁化强度(180°C )和各向异性场的测定结果的坐标图；
[0025]图10是示出了实施例6和7及比较例6至12的饱和磁化强度(室温)和各向异性场的测定结果的坐标图；
[0026]图11是示出了实施例6和7及比较例6至12的饱和磁化强度(180°C )和各向异性场的测定结果的坐标图；
[0027]图12是示出了实施例6和7和比较例6至12的磁体的组成、制造方法和特性的表;
[0028]图13示出了在实施例6和7及比较例8中获得的粒子的背散射电子图像；
[0029]图14是示出了在实施例6和7及比较例8中获得的粒子的XRD结果的图；
[0030]图15是示出了从SEM图像测定的、在氮化之前试样中的a - (Fe, Co)相的尺寸与在氮化之后在试样中的a-(Fe，Co)相的体积百分比之间的关系的图；
[0031]图16是示出了实施例8至15和比较例13的磁体的组成、Co置换率和特性的表；
[0032]图17是示出了实施例8至15和比较例13的每一个的Co置换率与磁性性能之间的关系的坐标图；
[0033]图18是示出了实施例8至15和比较例13的每一个的Co置换率与磁性性能之间的关系的坐标图；
[0034]图19是示出了实施例8至15和比较例13的每一个的Co置换率与居里温度之间的关系的坐标图；
[0035]图20是示出了实施例8至15和比较例13的每一个的Co置换率与晶体结构的晶格常数a之间的关系的坐标图；
[0036]图21是示出了实施例8至15和比较例13的每一个的Co置换率与晶体结构的晶格常数c之间的关系的坐标图；
[0037]图22是示出了实施例8至15和比较例13的每一个的Co置换率与晶格体积V之间的关系的坐标图；
[0038]图23是示出了实施例8至15和比较例13的饱和磁化强度(室温)和各向异性场的测定结果的坐标图；
[0039]图24是示出了实施例8至15和比较例13的饱和磁化强度(180°C )和各向异性场的测定结果的坐标图；
[0040]图25是示出了实施例16和比较例14至17的磁体的组成和特性