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有助于增大饱和磁化。另外，在这些磁体中包含Nd、Sm等稀土类元素，晶体场上 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，对此要求提高永磁体的最大磁能积 (BHmax)，进而获得更高性能的永磁体。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，进而改善矩形比等磁体特性。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，存在磁体特性因 Fe的高浓 度化而变差的倾向。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磁体特性的技术。 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如下烧结体：该烧结体具备以组成式： RPFeqMrCutCo1QQ-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、T i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、且包含50质量ppm以上1500质量ppm以下的碳的组成；以及包含具有Th2Zni7型晶相的主 相、及具有组成式中的元素 M的碳化物相的副相在内的金属组织。在通过烧结体的X射线衍 射测定得到的X射线衍射图案中，37.5度以上38.5度以下范围的角度20处的衍射峰的最大 强度1 2与32.5度以上33.5度以下范围的角度20处的衍射峰的最大强度h的比（12/1〇大于 25且在80以下。
【附图说明】
[0008 ]图1是表示X射线衍射图案的一个示例的图。 图2是表示烧结体的SEM成像的示例的图。 图3是表示永磁体电动机的图。 图4是表示可变磁通电动机的图。 图5是表不发电机的图。
【具体实施方式】
[0009] 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。
[0010] (实施方式1) 以下对本实施方式的永磁体进行说明。
[0011] 〈永磁体的结构例〉 永磁体具备烧结体，该烧结体具备以组成式:RpFeqMrCutCoiQQtd (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、T i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、且其组成包含50质量ppm以上1500质 量ppm以下的碳。上述永磁体中，上述组成式的原子比是将R、Fe、M、Cu以及Co的总和设为100 原子％时的原子比，烧结体包含微量的碳。
[0012] 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。作为元素 R，能 使用例如从包含钇(Y)的稀土类元素中选出的一个或多个元素等，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的多个元素来作为R元素 的情况下，将Sm浓度设为能作为元素 R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元素 R来适用的元素的70原子％以 上、甚至90%以上设为Sm。
[0013]通过将能作为元素 R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，在能作为元素 R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。能作为元素 R来适用的元素的浓度进一步优选为11.0原子％以上12.0 原子％以下。
[0014]上述组成式中的M是能在高铁浓度的组成下表现出大矫顽力和高强度的元素。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元素 M。若 元素 M的含量r超过4.5原子％，则容易生成过量含有元素 M的非均相，矫顽力和磁化都变得 容易下降。另外，若元素 M的含量r小于0.88原子％，则提高Fe浓度的效果容易减小。即，元素 M的含量r优选为0.88原子％以上4.5原子％以下。兀素 M的含量r进一步优选为1.15原子％ 以上3.57原子％以下，更优选为大于1.49原子％小于等于2.24原子％，更优选为1.55 %原 子％以上2.23原子％以下。
[0015] 元素 M优选为至少包含Zr。特别地，通过将元素 M的50原子％以上设为Zr，能提高永 磁体的矫顽力。另一方面，由于元素 M中的Hf的价格尤其高，因此，优选为即使在使用Hf的情 况下，M的使用量也较少。例如，M的含量优选为小于元素 M的20原子％。
[0016] 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 以获得良好的磁体特性。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4.4原子％以上5.7原子％以下。
[0017] Fe是主要起到磁体材料的磁化的作用的元素。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a-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28原子％以上36原子％以下，更进一步优选为30原子％以上33原 子％以下。
[0018] Co是起到磁体材料的磁化的作用并能显现高矫顽力的元素。另外，若较多地混合 有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、5;1、63、他、13、￥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。
[0019] 碳是制造工序中不可避免会混入的杂质，与组成式中的1?、？61、〇1、〇)等构成元素 相比，含量极少。例如，在永磁体的制造工序中，考虑因合金粉末加压成形时使用的润滑油、 来自粉碎时使用的球磨机的容器的杂质、球磨机的溶剂中的碳、烧结时使用的石墨加热器、 来自其它烧结炉内部件的杂质等而混入碳。
[0020] 碳会对永磁体的机械强度造成影响，优选含有例如50质量ppm以上1500质量ppm以 下的碳。若碳浓度不足50质量ppm或超过1500质量ppm，则永磁体的机械强度容易降低。碳浓 度优选在700质量ppm以下，更优选为500质量ppm以下，进一步优选为300质量ppm以下。
[0021]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Th2Zni7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（cell phase)、以及具有六方晶系的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。Th2Zni7型晶相的c轴与作为易磁化轴的TbCm型晶相 中的c轴平行。即，Th2Zrm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）。
[0022]富Cu相是Cu浓度较高的相。富Cu相的Cu浓度比Th2Zrm型晶相的Cu浓度要高。例如 富Cu相的Cu浓度优选为Th2Zm7型晶相的Cu浓度的1.2倍以上。富Cu相例如在Th2Zrm型晶相 中的包含c轴的截面上呈线状或板状地存在。作为富Cu相的结构并无特别限定，例如可以举 出八方晶系的CaCus型晶相（1-5型晶相)等。另外，永磁体也可以具有多个富Cu相，该多个富 Cu相的晶相彼此不同。
[0023]富Cu相的磁畴壁能比Th2Zrm型晶相的磁畴壁能要高，该磁畴壁能之差成为磁畴壁 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。
[0024] 在包含25原子％以上的Fe的Sm-Co类磁体中，富Cu相的Cu浓度优选为10原子％以 上60原子％以下。通过提高富Cu相的Cu浓度，能获得良好的磁体特性。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，磁体特性会变差。
[0025] 若除去了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，则 通过施加磁场从而磁化不容易下降，能获得良好的磁体特性。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，会导致磁体特性的劣化。由此，为了抑制磁化减少等磁体特性的劣化，重要的是 增加晶胞结构的区域。
[0026] 例如在晶界相中难以形成上述晶胞结构，另外，在构成主相的晶粒的周围难以形 成上述晶胞结构。这是因为在构成烧结体的晶粒内、晶界上析出具有元素 M的碳化物相的副 相。元素 M的碳化物相是非磁性的ZrC等碳化物相。例如，在烧结时，作为主成分而含有的M原 子与烧结炉内的碳或其化合物发生反应，从而析出例如具有〇. 5~5wii左右直径的粒状的元 素 M的碳化物相。
[0027] 若析出元素 M的碳化物相，则周边的母相中的元素 M的浓度会降低。若母相的元素 M 的浓度减少，则会引起母相的组份偏差，容易产生Sm2C〇7相等具有Ce2Ni7型晶相的富Cu相 (也称为富Cu非均相）。富Cu非均相中不容易形成晶胞结构，此外，在富Cu非均相的周边由于 Cu浓度较低，因此也不容易形成晶胞结构。由此，磁体特性容易劣化。
[0028] 在Fe浓度较低的永磁体中，即使元素 M的碳化物相析出，也不容易产生富Cu非均 相，因此不容易产生矫顽力的降低以及磁化的减少等。与此相对，在具有高铁浓度的永磁体 中，元素 M的碳化物相会对磁体特性产生较大影响，若元素 M的碳化物相的比例较大，则会导 致矫顽力的降低以及磁化的减少等。因此，优选元素 M的碳化物相的比例较小。
[0029] 另外，元素 M的碳化物相对具有高铁浓度的永磁体的机械强度也会造成影响。若元 素