RFeB系磁体以及RFeB系磁体的生产方法
【专利摘要】本发明涉及RFeB系磁体以及RFeB系磁体的生产方法。提供结合型RFeB系磁体，其包括：第一单元磁体；第二单元磁体；和接合第一单元磁体和第二单元磁体的界面材料，其中第一单元磁体和第二单元磁体为含有为选自由Nd和Pr组成的组的至少一种元素的轻稀土类元素RL、Fe和B的RFeB系磁体，其中界面材料含有选自由轻稀土类元素RL的碳化物、氢氧化物和氧化物组成的组的至少一种化合物，并且其中第二单元磁体中为选自由Dy、Tb和Ho组成的组的至少一种元素的重稀土类元素RH的量比第一单元磁体中的多。
【专利说明】RFeB系磁体以及RFeB系磁体的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及含有R(稀土元素）、Fe和B的RFeB系磁体，以及RFeB系磁体的生产 方法。
【背景技术】
[0002] RFeB系磁体由Sagawa等人于1982发现，并且具有如剩余磁通密度等许多磁特性 高于相关技术中的永磁体的优点。因此，RFeB系磁体已经用于各种产品如混合动力车和电 动车的驱动马达，用于电动辅助型自行车的马达、工业用马达、硬盘驱动等的音圈马达、高 性能扬声器、耳机、以及永磁体型磁共振诊断装置。
[0003] 早期的RFeB系磁体具有在各种磁特性中，矫顽力Hej相对低的缺陷。矫顽力表示 当将与磁化方向相反的方向的磁场（反向磁场）施加至磁体时的抵抗磁化反转的力。通常， 随着温度升高，热波动影响增加，因此矫顽力降低。因此，即使当反向磁场具有其中在室温 下自发磁化不反转的程度的强度，磁化倾向于在一定温度以上反转。另外，当比较彼此相同 的磁体时，在常温下具有高矫顽力的磁体在高温下也倾向于具有高矫顽力。该温度依赖性 对于RFeB系磁体也是成立的。早期的RFeB系磁体不可以用作如用于其中使用温度增加至 大约200°C的环境的车辆的驱动马达用磁体等磁体。
[0004] 已发现矫顽力通过使选自由Dy、Tb和Ho组成的组的至少一种元素（下文中，选自 由Dy、Tb和Ho组成的组的至少一种元素称作"重稀土类元素RH"）存在于RFeB系磁体内 而改进。认为重稀土类元素RH具有阻碍上述磁化反转的效果。因此，获得其中即使在用于 与车辆的驱动马达类似的高温环境中的情况下，也不发生磁化反转的RFeB系磁体。
[0005] 另一方面，在RH的量增加的情况下，剩余磁通密度&降低，因此存在最大磁能积 (BH)_也降低的问题。此外，RH是稀有资源且昂贵，并且生产区域是局部的，因此不优选增 加RH的量。
[0006] 作为在抑制剩余磁通密度&降低的同时改进矫顽力Hej的第一种方法，已知晶界 扩散法（例如，参见专利文献1)。在晶界扩散法中，将含有作为单质、化合物、或合金等的rh的粉末附着至RFeB系磁体的表面，并且将RFeB系磁体加热，从而使Rh通过RFeB系磁体的 晶界渗透至磁体内。因此，RH的原子仅扩散至各个晶粒的表面附近。存在磁体中的磁化反 转首先发生在晶粒的晶界附近、并且从晶界附近扩散至晶粒内的特性，因此当使得RH的原 子通过晶界扩散法扩散至晶粒的表面附近时，可以防止晶界处的磁化反转，并且因此，可以 防止磁体整体的磁化反转。此外，可以抑制磁体整体中的RH的量，并且有可能防止剩余磁 通密度4的降低。
[0007] 此外，RFeB系磁体主要分为（i)通过烧结含有主相晶粒作为主要成分的原料合金 粉末而获得的烧结磁体，（ii)通过用结合剂（由有机材料如高分子和弹性体构成的结合 齐U)使原料合金粉末紧固并且通过将紧固的粉末成形而获得的结合磁体，和（iii)通过对 原料合金粉末进行热压加工和热塑性加工而获得的热塑性加工磁体（参考非专利文献1)。 这些磁体中，晶界扩散处理可以在其中不使用有机材料结合剂的（i)烧结磁体和（iii)热 塑性加工磁体中进行，因此在晶界扩散处理期间可以进行加热。
[0008] 作为在抑制剩余磁通密度&降低的同时改进矫顽力H。」的第二种方法，存在局部 增加在其中由于矫顽力H。」降低而导致的不利影响在磁体整体中变得特别显著的部分的Rh含量比的方法。例如，关于用于马达转子的RFeB系磁体，专利文献2公开了其中使得在其 中马达中的磁场相对强的定子附近部分的RH含量比比其它部分高的构成。因此，在可靠地 增加其中需要改进矫顽力的部分的矫顽力的同时，有可能抑制磁体整体中的剩余磁通密度 的降低。在专利文献2中，为如上所述局部增加Rh含量比，使用通过将通过使用其中Rh的含量比彼此不同的原料制造的多种RFeB系磁体粘结而生产用作马达的转子的RFeB系磁 体的方法。
[0009] [专利文献 1] JP-A-2006-303433
[0010] [专利文献 2]JP-A-2012-191211
[0011] [专利文献 3]JP-A-2006-019521
[0012] [非专利文献 1]，"Development of Dy-〇mitted Nd-Fe-B-based Hot worked magnet by using a rapidly quenched powder as a raw material"， HI0KI Keiko 和 HATT0RI Atsushi 著，Sokeizai，第 52 卷，第 8 期，第 19 - 24 页，General Incorporation Foundation of Sokeizai Center，2011 年 8 月出版
【发明内容】
[0013] 优选使用第二种方法而非第一种方法以使得在其中需要增加矫顽力的部分可靠 地实现高矫顽力。然而，专利文献2仅描述多种RFeB系磁体的结合，并且没有公开具体的 结合方法。当通过使用典型的有机粘合剂进行粘合时，所得RFeB系磁体的耐热性倾向于降 低。特别地，在车辆的驱动马达中，使用期间温度升高至200°C以上，因此其中用粘合剂进行 粘合的RFeB系磁体不能用于此马达。
[0014] 此外，在用第二种方法制造的RFeB系磁体中，当使用期间温度升高时，磁化方向 可能在其中没有获得高矫顽力的部分反转。即考虑到磁化方向的保持，可以说用第二种方 法制造的RFeB系磁体具有低耐热性。
[0015] 本发明的目的是提供能够局部增加其中需要增加矫顽力的部分的RH的含量比、 并且具有高耐热性的RFeB系磁体。
[0016] 为解决上述问题，根据本发明的结合型RFeB系磁体，包括：第一单元磁体；第二单 元磁体；以及接合第一单元磁体和第二单元磁体的界面材料，其中第一单元磁体和第二单 元磁体是含有选自由Nd和Pr组成的组的至少一种元素的轻稀土类元素Rl、Fe和B的RFeB 系磁体，其中界面材料含有选自由轻稀土类元素#的碳化物、氢氧化物和氧化物组成的组 的至少一种化合物，并且其中第二单元磁体中选自由Dy、Tb和Ho组成的组的至少一种元素 的重稀土类元素RH的量比第一单元磁体中的多。
[0017] 根据本发明的结合型RFeB系磁体，由于第二单元磁体是其中RH的量比第一单元 磁体中多的高RH浓度单元磁体，可以获得其中RH的含量比局部高的结合型RFeB系磁体。 此外，两个相邻的单元磁体通过含有选自由轻稀土类元素#的碳化物、氢氧化物和氧化物 组成的组的至少一种化合物的界面材料彼此强固地结合。轻稀土类元素#的碳化物、氢氧 化物和氧化物等具有比有机粘合剂高的熔点，因此耐热性比相关技术中使用有机粘合剂的 结合型RFeB系磁体高。
[0018] 根据本发明的结合型RFeB系磁体可以通过以下方法生产。也就是说，结合型RFeB 系磁体的生产方法，其中第一单元磁体和第二单元磁体彼此结合，并且第二单元磁体中选 自由Dy、Tb和Ho组成的组的至少一种元素的重稀土类元素RH的量比第一单元磁体中的多， 第一单元磁体和第二单元磁体为由含有选自由Nd和Pr组成的组的至少一种元素的轻稀土 类元素R1、Fe和B的RFeB系磁体构成的烧结磁体或热塑性加工磁体，该方法包括：在其中 通过经混合含有重稀土类元素RH和有机材料的金属粉末而获得的糊状物将第一单元磁体 和第二单元磁体的接合面彼此接触的状态加热的晶界扩散处理步骤。
[0019] 根据生产根据本发明的结合型RFeB系磁体的方法，由于晶界扩散处理导致糊状 物中含有的重稀土类元素RH的原子扩散至各单元磁体内的晶界相，并且单元磁体内的晶界 相的轻稀土类元素#的原子被重稀土类元素rh的原子取代。因此，被取代的轻稀土类元素 矿的原子到达单元磁体的接合面并且与糊状物中含有的有机材料反应以生成碳化物、氢氧 化物和/或氧化物，由此形成界面材料。此外，与该反应组合，残留在糊状物内的重稀土类 元素rh可以与有机材料反应以生成重稀土类元素rh的碳化物、氢氧化物和/或氧化物。
[0020] 根据本发明的结合型RFeB系磁体可以通过上述方法制造，因此可以使得重稀土 类元素RH从接合面扩散至单元磁体内。因此,RH可以存在于整个结合型RFeB系磁体整体的 晶界和晶界附近，因此可以增加磁体整体的矫顽力。因此，与相关技术中的结合型RFeB系 磁体相比，可以防止达到高温度时的磁化反转，因此本发明的结合型RFeB系磁体可以适当 地用于如用于其中温度升高至大约200°C的高温的环境的车辆的驱动马达用磁体的磁体。
[0021] 当考虑到全部作为界面材料的轻稀土类元素#的碳化物、氢氧化物和氧化物都是 绝缘材料时，根据本发明的结合型RFeB系磁体也具有抑制使用期间发生涡电流的效果。
[0022] 在根据本发明的结合型RFeB系磁体和RFeB系磁体的生产方法中，当考虑到相邻 单元磁体之间的接合面的形状匹配可以容易地进行时，优选各接合面是平面。在生产方法 中，当考虑到糊状物可以容易地附着至接合面时，优选接合面是平面。
[0023] 第二单元磁体可以配置在结合型RFeB系磁体的表面侧上。可选择地，第二单元磁 体可以配置于板状的结合型RFeB系磁体的端部或角部。
[0024] 在根据本发明的结合型RFeB系磁体中，由磁化曲线的第二象限中的作为对应于 剩余磁通密度4的90<%的磁场扎与矫顽力扎」的比值的氏/11。」定义的矩形比优选为90(% 以上，并且更优选95%以上。当矩形比在上述范围内时，本发明的结合型RFeB系磁体可以 适当地用于如用于其中温度升高至大约200°C的高温的环境的车辆的驱动马达用磁体的磁 体。为获得具有优选的矩形比的结合型RFeB系磁体，第一单元磁体和第二单元磁体等的组 成可以适当地设定。然而，重稀土类元素RH是稀有资源且昂贵，因此优选第二单元磁体的 体积比在能够完成本发明目的的范围内尽可能的小。例如，在第一单元磁体中重稀土类元 素RH的量为0质量％ -2. 0质量％的情况下，第二单元磁体中重稀土类元素RH的量为2. 0 质量％ -5. 0质量％，优选结合型RFeB系磁体整体的第二单元磁体的体积比为35 %以下，更 优选20%以下，并且进一步更优选15%以下。
[0025] 根据本发明，可以提供能够局部增加在其中需要增加矫顽力的部分的RH的含量 t匕、并且具有高耐热性的RFeB系磁体。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1A和1B是示出根据本发明的结合型RFeB系磁体的实施例的顶视图和立体图 (图 1B)。
[0027] 图2A-2C是示出该实施例的结合型RFeB系磁体的变形例的顶视图。
[0028] 图3A-3F是示出该实施例的结合型RFeB系磁体的生产方法的示意图。
[0029] 图4是示出该实施例的结合型RFeB系磁体的变形例的立体图。
[0030] 图5A和5B是不出根据本发明的结合型RFeB系磁体的另一实施例的立体图。
[0031] 图6A和6B是示出根据本发明的结合型RFeB系磁体的又一实施例的立体图。
[0032] 图7A和7B是示出根据本发明的结合型RFeB系磁体的再一实施例的立体图。
【具体实施方式】
[0033] 参考图1A-7B描述根据本发明的结合型RFeB系磁体和结合型RFeB系磁体的生产 方法的实施例。
[0034] 实施例
[0035] 图1A和1B示出作为根据本发明的结合型RFeB系磁体的一个实施例的结合型 RFeB系磁体10。该实施例的结合型RFeB系磁体10作为整体具有正方形的平板状，并且以 使得1个第一单元磁体11和4个具有正方形平面形状且尺寸相同的第二单元磁体121-124 彼此接合的方式配置。第一单元磁体11具有通过分别将结合型RFeB系磁体10的四个正 方形平面的角部切掉与各第二单元磁体121-124对应的部分而获得的十字形。这些单元磁 体由烧结磁体形成。在该实施例中，作为第一单元磁体11和第二单元磁体121-124,使用含 有Dy作为RH的磁体。与第二单元磁体121-124相比，第一单元磁体11中的RH(Dy)的量较 大。第一单元磁体11和4个第二单元磁体121-124的接合面是与结合型RFeB系磁体10 的平板面垂直的平面，并且将界面材料131-134分别提供至接合面。界面材料131-134含 有作为轻稀土类元素R1的Nd的氧化物。
[0036] 如上所述，在其4个角部设置有其中重稀土类元素RH的含量比高的部分（第二单 元磁体121-124)的结合型RFeB系磁体10可以其中多个结合型RFeB系磁体10配置于沿 其旋转方向马达的转子的状态使用。在该情况下，可以增加转子转动期间磁场显著的波动 的磁体的端部的矫顽力。因此，可以防止磁化反转。
[0037] 图2A-2C示出上述实施例的变形例。在图2A中示出的结合型RFeB系磁体10A中， 使用具有等腰直角三角形的平面形状的第二单元磁体121A-124A代替具有正方形平面形 状的第二单元磁体121-124。与第二单元磁体121A-124A的形状相对应，将第一单元磁体 11A的平面形状设定为八角形。将界面材料131A-134A提供至第一单元磁体11A与第二单 元磁体121A-124A的界面。
[0038] 在图2B中示出的结合型RFeB系磁体10B中，具有矩形形状的第二单元磁体121B 和122B接合至具有矩形平面形状的第一单元磁体11B的两个长边。结合型RFeB系磁体 10B具有正方形平面形状。将界面材料131B和132B提供至第一单元磁体11B与第二单元 磁体121B和122B的界面。
[0039] 在图2C中示出的结合型RFeB系磁体10C中，4个具有正方形平面形状且尺寸相同 的第一单元磁体111C-114C与具有十字形的第二单元磁体12C彼此接合。结合型RFeB系 磁体10C精确地具有其中上述结合型RFeB系磁体10中的第一单元磁体的材料和第二单元 磁体的材料彼此替换的构造。
[0040] 接着，参考图3A-3F描述该实施例的结合型RFeB系磁体10的生产方法。
[0041] 首先，第一单元磁体11和第二单元磁体121-124通过使用专利文献3中描述的方 法根据以下方法来制备。在专利文献3中描述的方法中，烧结磁体在不将原料的合金粉末 压缩成形的情况下而制备，因此该方法被称为PLP(无压法，Press-Less Process)法。由 于不进行压缩成形，PLP法具有在抑制剩余磁通密度降低的同时可以改进矫顽力、并且可以 容易地制造具有复杂形状的烧结磁体的优势。
[0042] 具体地，首先，制备具有相似组成的铸带合金（strip cast alloy)用于要制备的 第一单元磁体11和第二单元磁体121-124。在该实施例中，用于第一单元磁体11的铸带合 金设定为具有Nd :25. 4质量％、Dy :0.7质量％、B :0.99质量:余量的组成，和用于 第二单元磁体121-124的铸带合金设定为具有Nd :23. 1质量％、Pr :4. 7质量％、Dy :3. 2质 量％、&) :0. 9质量％、A1 :0. 2质量％、Cu :0. 1质量99质量％，和Fe :余量的组成。 [0043] 将各铸带合金氢破碎，并且用喷射式粉碎机细粉碎，从而制备具有 0. 1 ii m-10 ii m (优选3 ii m-5 ii m)的作为通过激光法测定的值的平均粒径的合金粉末21。接 着，将合金粉末填充在具有与各单元磁体相同的形状且具有比单元磁体（图3A)大的尺寸 的模具22的空腔221中，并且在不压缩的情况下将空腔221中的合金粉末21在磁场中取 向（图3B)。此外，在图3A-3F中，示出与第一单元磁体11的形状相对应的空腔221，但是 关于第二单元磁体121-124,可以使用具有与单元磁体的形状相对应的腔的模具。
[0044] 然后，在不压缩的情况下在其中将合金粉末21填充在空腔221中的状态下进行加 热（典型的加热温度为950°C -1050°C )，从而烧结合金粉末21 (图3C)。因此，获得第一单 元磁体11和第二单元磁体121-124。
[0045] 独立于单元磁体的制备，用于接合单元磁体的含有RH的糊状物23通过混合含有 重稀土类元素RH的含有RH的金属粉末231和作为有机材料的硅脂232来制备（图3D)。
[0046] 作为含有RH的金属粉末231，使用具有含量比Tb :92质量％、Ni :4. 3质量％和八1 : 3. 7质量％的TbNiAl合金粉末。为均匀扩散至单元磁体中，优选含有RH的金属粉末231的 粒径尽可能的小，但是当粒径太小时，用于微细化的努力和成本增加。因此，优选将粒径设 定为2 y m-100 y m。当考虑到聚硅氧烷是具有由硅原子和氧原子的硅氧键形成的主骨架的 高分子化合物时，在晶界扩散处理期间，硅脂232具有使糊状物中的RH的原子氧化的功能。 为了调节期望的糊状物粘度，含有RH的金属粉末231和硅脂232的混合重量比可以任意地 选择。然而，当含有RH的金属粉末231的比例低时，在晶界扩散处理期间，RH原子渗透至单 元磁体中的量也降低。因此，优选将含有RH的金属粉末231的比例设定为70质量％以上， 更优选80质量％以上，并且进一步更优选90质量％以上。此外，当硅脂232的量小于5质 量％时，不发生充分的糊化（pasting)，因此硅脂232的量优选为5质量％以上。此外，除了 硅脂232以外，也可以添加硅酮液、如流动的石蜡和己烷等的液态烃等，以调节含有RH的糊 状物23的粘度。
[0047] 将含有RH的糊状物23涂布至第一单元磁体11与第二单元磁体121-124的接合 面，并通过含有RH的糊状物23使第二单元磁体121-124与第一单元磁体11接触（图3E)。 在这种状态中，将单元磁体在真空气氛中在900°C下加热（图3F)。根据此加热，含有RH的 糊状物23中的Tb原子穿过晶界扩散至第一单元磁体11和第二单元磁体121-124内。根 据此扩散,第一单元磁体11和第二单元磁体121-124的至少之一中含有的Nd原子和/或 Pr原子（R1原子）被Tb原子替换。被替换的R1原子的至少一部分与插入第一单元磁体11 和第二单元磁体121-124之间的、含有RH的糊状物23中含有的聚硅氧烷中的氧原子反应， 因此形成含有#的氧化物的界面材料131-134。在该方式中，可以获得其中第一单元磁体 11和第二单元磁体121-124通过界面材料131-134彼此强固地结合的结合型RFeB系磁体 10。
[0048] 如上所述，在本实施例的结合型RFeB系磁体10的生产方法中，由于晶界扩散处理 可以与单元磁体的接合同时进行，可以增加结合型RFeB系磁体10整体的矫顽力。此外，在 典型的晶界扩散处理中，加热在其中含有RH的粉末等附着至磁体表面的状态下进行，因此 该步骤后产生由于粉末的残余物导致的凹凸。结果，需要除去残余物。相反，在本实施例的 方法中，由于用于晶界扩散处理的含有RH的糊状物23不残留在结合型RFeB系磁体10的 表面上，因此没有必要除去含有RH的糊状物23,并且含有RH的糊状物23有效地用作界面 材料 131-134。
[0049] 接着，关于本实施例的结合型RFeB系磁体10,制备的样品的参数和磁特性的测定 结果不于表1中。
[0050] 表1制备的样品及其磁特性
[0051]
【权利要求】
1. 一种结合型RFeB系磁体，其包括： 第一单元磁体； 第二单元磁体；和 接合所述第一单元磁体和所述第二单元磁体的界面材料， 其中，所述第一单元磁体和所述第二单元磁体为含有轻稀土类元素R1、Fe和B的RFeB 系磁体，所述轻稀土类元素R1为选自由Nd和Pr组成的组的至少一种元素， 其中，所述界面材料含有选自由所述轻稀土类元素#的碳化物、氢氧化物和氧化物组 成的组的至少一种化合物，和 其中，所述第二单元磁体中为选自由Dy、Tb和Ho组成的组的至少一种元素的重稀土类 元素RH的量比所述第一单元磁体中的多。
2. 根据权利要求1所述的结合型RFeB系磁体， 其中，作为在磁化曲线的第二象限中对应于剩余磁通密度4的90%的磁场Hk与矫顽 力H。」的比值的矩形比Hk/Hej为90%以上。
3. 根据权利要求1所述的结合型RFeB系磁体， 其中，所述第一单元磁体和所述第二单元磁体的接合面为平面。
4. 根据权利要求2所述的结合型RFeB系磁体， 其中，所述第一单元磁体和所述第二单元磁体的接合面为平面。
5. 根据权利要求1-4的任意一项所述的结合型RFeB系磁体， 其中，所述第二单元磁体配置在所述结合型RFeB系磁体的表面侧上。
6. 根据权利要求1-4的任意一项所述的结合型RFeB系磁体， 其中，作为板状的结合型RFeB系磁体的所述第二单元磁体配置在所述结合型RFeB系 磁体的端部或角部。
7. 根据权利要求1-4的任意一项所述的结合型RFeB系磁体， 其中，所述第一单元磁体中所述重稀土类元素RH的量为〇质量％ -2. 0质量％, 所述第二单元磁体中所述重稀土类元素RH的量为2. 0质量％ -5. 0质量％，和 所述第二单元磁体与所述结合型RFeB系磁体的体积比为35%以下。
8. -种结合型RFeB系磁体的生产方法，所述结合型RFeB系磁体中，第一单元磁体和第 二单元磁体彼此接合，并且所述第二单元磁体中作为选自由Dy、Tb和Ho组成的组的至少一 种元素的重稀土类元素R H的量比所述第一单元磁体中的多，所述第一单元磁体和所述第二 单元磁体为由含有作为选自由Nd和Pr组成的组的至少一种元素的轻稀土类元素R l、Fe和 B的RFeB系磁体构成的烧结磁体或热塑性加工磁体，所述方法包括： 在使所述第一单元磁体和所述第二单元磁体的接合面通过经混合含有所述重稀土类 元素RH的金属粉末和有机材料而获得糊状物彼此接触的状态下加热的晶界扩散处理步骤。
9. 根据权利要求8所述的结合型RFeB系磁体的生产方法， 其中，所述接合面为平面。
【文档编号】H01F41/02GK104517696SQ201410508512
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2013年10月4日
【发明者】高木忍 申请人:大同特殊钢株式会社