专利名称：稀土类-铁-硼系列各向异性磁体的制作方法
技术领域：
本发明是有关具有优良的磁多向异性，且矫磁力温度系数小的R(R表示含Y的稀土类元素中至少一种)-Fe-B系列各向异性磁体。更具体地说是有关由上述各向异性磁体由热压压型体或热静水压冲压(下面用HIP表示)压型体组成的R-Fe-B系列各向异性磁体。
在特开平1-13206号公报中展示了用氢处理R-Fe-B系列母合金得到的R-Fe-B永磁体粉末。
该R-Fe-B系列永磁体粉末将以强磁性相的R2Fe14B型金属化合物相(以下称为R2Fe14型相)为主相的R-Fe-B系列母合金作为原料，将该母合金原料在给定的温度范围的氢气氛中进行热处理，促使RHx、Fe2B和剩余Fe各相相变态后，用脱氢工艺从原料中除去氢，由于再次生成作为铁磁性相的R2Fe14B型相，所以这样得到的R-Fe-B系列永磁体粉末组织具有以平均粒径为0.05～3μm的极细的R2Fe14B型相的再结晶组织为主相的结构。
上述R-Fe-B系列永磁体粉末由于只是经热压做成热压压型体，得不到优良的磁各向异性，所以像在特开平2-39503号公报所记载那样，对上述热压压型体再进行热压延等热压延加工，使R2Fe14B相晶粒沿C轴取向，形成压延组织，以提高磁的各向异性。
然而，将上述热压压型体再热压延得到的R-Fe-B系列压延磁体，虽然有优良的磁各向异性，但与把通过氢处理获得的R-Fe-B系列永磁体粉末就这样热压制得的磁体相比，矫磁力温度系数变大，该R-Fe-B系列压延磁体被装入电动机时，由于温度变化，电动机的性能也变化，因而缺乏稳定性。
并且，R-Fe-B系列压延磁体，因压缩率随场所的离散带来了磁各向异性的散乱，为防止以上情况，就不得不使热塑性加工工艺变得复杂。
于是，本发明者们基于这样的认识，由于上述矫磁力温度系数的增大是由热压延热压压型体而产生，如能不作上述热压延，而得到磁各向异性优良的磁体，则上述矫磁力温度系数不增大。结果，产生二种由热压压型体或HIP压型体构成的R-Fe-B系列各向异性磁体。上述压型体的组成如下(1)含有R为10～20%，B为3～20%，含有Ga、Zr及Hf中一种或两种以上，总量为0.001～5.0%，剩余由Fe和不可避免的杂质构成，所形成的晶粒有这样的形状，其平均晶粒直径为0.05～20μm，每个晶粒的最长粒径b与最短粒径a之比 (b)/(a) 要小于2，晶粒结构是以采用正方晶结构的R2Fe14B型金属化合物相为主相。
(2)含有R为10～20%，B为3～20%，含有Ga、Zr和Hf中一种或二种以上，总量为0.001～5.0%，还含有Al，V和Si中一种或两种以上，总量为0.01～2.0%，剩余由Fe及不可避免的杂质组成，其晶粒有这样的形状，即平均粒径为0.05～20μm，每个晶粒的最长粒径b与最短粒径a之比 (b)/(a) 要小于2，晶粒结构是以采取正方晶结构的R2Fe14B型金属化合物相为主相。
通过实践观察到，由上述压型体构成的R-Fe-B系列各向异性磁体，其矫磁力温度系数不增大，有优良的磁各向异性。
本发明是基于这样的见识，其特征是由具有上述组成及晶粒结构的热压压型体或HIP压型体形成的矫磁力温度系数小的R-Fe-B系列各异性磁体。
本发明矫磁力温度系数小的R-Fe-B系列各向异性磁体，与已有的压延磁体比较，几乎不存在随场所不同的磁各向异性的散乱现象，还有优良的耐腐蚀性。并且本发明的R-Fe-B系列各向异性磁体由于有晶粒结构，在R2Fe14B型化合物组成附近，也就是在R11.8FebalB5.9(原子%)组成附近，具有优良的磁各向异性和高的矫磁力。
下面说明本发明的R-Fe-B系列各向异性磁体的制造方法。
首先制造具有包含Ga、Zr、Hf的给定成分组成的R-Fe-B系列母合金，再制造在该合金中含有Al、V、Si的给定组成成分的R-Fe-B系列母合金。在氢气氛中使该R-Fe-B系列母合金升温，温度为500～1000℃，在氢气气氛中或氢气与惰性气体混合气氛中作热处理，接着在温度为500～1000℃，氢气压力为1乇以下的真空氛围或氢气分压力为1乇以下的惰性气体氛围中作去氢处理，然后经冷却生产出具有优良的磁各向异性及耐腐蚀性的R-Fe-B系列永磁体粉末。
通过附加工艺，即在600-1200℃对上述R-Fe-B系列母合金进行均化处理工艺，和经上述去氢后再在温度300～1000℃中进行热处理的工艺，这样可制造出具有更优良的磁各向异性及耐腐蚀性的R-Fe-B系列永磁体粉末。
这样制造的R-Fe-B系列永磁体粉末的组织，在晶内及晶粒边界无杂质和应变，上述组织是由集聚了R2Fe14B型金属化合物相的再结晶粒的再结晶结构形成。虽然构成该再结晶结构的再结晶粒的平均再结晶粒径在0.05～20μm的范围已足够，但在单磁畴的粒径尺寸(约0.3μm)附近，即0.05～3μm的范围内更好。具有上述尺寸的每个再结晶粒具有最长粒径b与最短粒径a之比 (b)/(a) 小于2的形状比较理想。具有该形状的再结晶粒需要在各粉末组织的全部再结晶粒中占50%以上。由于具有上述最长粒径b和最短粒径a之比 (b)/(a) 小于2的再结晶粒的形状，R-Fe-B系列永磁体粉末的矫磁力被改善，25℃～100℃的矫磁力温度系数aiHc小于-0.6%/℃。
在磁场中使上述制成的R-Fe-B系列磁体粉末做成压粉体后，在600～900℃的温度中进行热压或HIP，由此可制成仍维持上述R-Fe-B系列永磁体粉末优良特性的本发明R-Fe-B系列各向异性磁体。根据需要，在300～1000℃进行热处理，这样可提高矫磁力。这时由于在通常温度烧结上述压粉体，上述烧结温度比一般高，致使R-Fe-B系列永磁体粉末的细微再结晶粒生长，形成大结晶粒，造成磁特性，尤其是矫磁力下降，这是不希望的。因而作为制造本发明R-Fe-B系列各向异性磁体的方法，最好不采用通常的烧结法，而采用可在较低温度烧结的热压法或HIP法，以抑制晶粒的生长。并且，由于是在磁场中成形时赋与磁的各向异性的，所以在热压、HIP后，无需再进行热塑性加工。
下面就对有关本发明矫磁力温度系数小的R-Fe-B系列各向异性磁体的组成成份、平均晶粒直径及晶粒形状进行上述限定的理由进行说明。
(a)RR表示Nd、Pr、Tb、Dy、La、Ce、Ho、Er、Eu、Sm、Gd、Tm、Yb、Lu和Y中的一种或二种以上元素，一般以Nd为主体，再添加其它稀土类元素，特别是Tb、Dy和Pr具有提高矫磁力iHc的效果。R含量低于10%、高于20%时，各向异性磁体的矫磁力降低，得不到优良的磁特性，因此，R含量定为10～20%。
(b)BB的含量低于3%，高于20%时，各向异性磁体矫磁力降低，得不到优良的磁特性，所以B的含量定为3～20%。
(c)Ga、Zr和HfGa、Zr和Hf作为R-Fe-B系列向向异性磁体的成分时，有使矫磁力提高，并有使优良的磁各向异性及耐腐蚀性稳定的作用，但Ga、Zr、Hf中一种或二种以上的总含量不足0.001%时达不到予期的效果。若含量超过5.0%，则磁特性下降，因此，Ga、Zr和Hf中一种或二种以上的总含量定为0.001～5.0%。
(d)Al、V和Si根据需要，作为R-Fe-B系列各向异性磁体的成分，含有Al、V和Si使矫磁力提高，但Al、V和Si中一种或二种以上的总含量不足0.01%时达不到予期的效果，若含量超过2.0%，磁特性反而下降。因此Al、V和Si中一种或二种以上总含量定为0.01～2.0%。
(e)平均晶粒直径及其形状若构成R-Fe-B系列各向异性磁体组织的晶粒平均直径小于0.05μm，则磁化困难，若大于20μm则矫磁力和角型性下降，而且iHc的温度系数增大，这是我们所不希望的。所以平均晶粒直径定为0.05～20μm。在这种情况下，使平均晶粒直径接近单磁畴粒径尺寸(0.3μm)的0.05～3μm为更好。
具有上述尺寸的各个晶粒，最好是具有最长粒径的与最短粒径a之比 (b)/(a) 小于2的晶粒形状，具有上述形状的晶粒要占全部晶粒容量的50%以上。由于具有上述最长粒径b和最短粒径a之比 (b)/(a) 小于2的晶粒形状，所以R-Fe-B系列各向异性磁体的矫磁力被改善，同时耐腐蚀性也提高了，矫磁力温度系数也小了。因而上述每个晶粒的 (b)/(a) 值定为小于2。
下面根据实施例和对比例具体地说明本发明。
对含有通过等离子体溶解铸造获得的Ga、Zr、Hf中一种或二种以上的各种合金坯料及不含有上述Ga、Zr、Hf中任一种的合金坯料分别在1130℃温度下，在氩气氛围中保温20小时进行均匀化处理，然后把该均匀化处理的坯料切成20mm见方的块，作为合金原料。对该合金原料在一个大气压的氢气氛围中从室温升至830℃，在830℃下，氢气氛围中保温4小时进行热处理。接着在830℃，真空度为1×10-1乇以下进行脱氢后，直接通入氩气使之速冷。经这样氢气处理后，在氩气中进行温度为650℃的热处理。将所得到的合金原料在研钵内轻轻捣碎，使其成为平均粒度为50μm的R-Fe-B系列永磁体粉末。将这些R-Fe-B永磁体粉末在25K奥斯特的磁场中冲压制成压粉体，将这些压粉体在720℃1.5吨/cm2的压力下热压，再在620℃下在真空中保温2小时进行热处理，制出本发明R-Fe-B系列各向异性磁体1～26以及用作比较的R-Fe-B系列各向异性磁体1～12。此外在磁场中形成的压粉体按下面的要求进行热压，即使其取向方向与热压时的施压方向一致。
为进行比较，按下述工艺制成已有的R-Fe-B系列各向异性磁体。将由不含Ga、Zr、Hf中任一种的合金坯料制成的R-Fe-B系列永磁体粉末填封入真空铜钵中，再加热至720℃，经数次压延，压延率为80%。
表1～3表示按上述要求制得的本发明R-Fe-B系列各向异性磁体1～26，比较用R-Fe-B系列各向异性磁体1～12，以及已有的R-Fe-B系列各向异性磁体的组成成分。
对具有上述表1～3所示组成成分的本发明R-Fe-B系列各向异性磁体1～26，比较用R-Fe-B系列各向异性磁体1～12和已有的R-Fe-B系列各向异性磁体的平均晶粒直径、每个晶粒的最长粒径与最短粒径之比值小于2的晶粒占有量(容量%)、矫磁力温度系数aiHc以及热压在磁场中成形的压粉体得到的R-Fe-B系列各向异性磁体的磁特性进行测定，将这些测定值列于表4～6中。
再者，上述矫磁力温度系数aiHc之值是在测定出在25℃的矫磁力iHc25和100℃的矫磁力iHc100后，用温度差75℃去除上述矫磁力差之比 (iHc100-iHc25)/(iHc25) 所得到的值。
由表1～6可知，对本发明的含有Ga、Zr、Hf中一种或二种以上的R-Fe-B系列永磁体粉末在磁场中冲压成形而得到的压粉体进行热压制得的R-Fe-B系列各向异性磁体，其磁特性，特别是最大蓄能(BH)max及剩磁通密度Br均很理想，磁各向异性也甚佳。
然而一点也不含Ga、Zr、Hf的并在本发明条件以外的比较用R-Fe-B系列各向异性磁体，其磁特性及磁各向异性均较差。
进而我们可以知道，本发明R-Fe-B系列各向异性磁体与经压延得到的已有的R-Fe-B系列各向异性磁体相比，虽然磁特性大体相同，但矫磁力温度系数aiHc为-0.5%/℃，非常之小。
制造在含熔铸得到的Ga、Zr、Hf中一种或二种以上的R-Fe-B系列合金中还含有Al、V、Si中一种或二种以上成分组成的各种合金坯料，再将这些坯料分别置于氩气气氛中，温度为1130℃保温30小时进行均匀化处理，然后再把均匀化处理的坯料切成20mm见方的小块作为合金原料。
在一个大气压的氢气气氛中，温度从室温升至850℃，再保温30分钟，在这样条件下对上述合金原料进行热处理。接着在850℃，真空度为1×10-1乇以下环境里作去氢处理。然后直接导入氩气进行速冷。完成这样的氢处理后，在研钵中破碎，即得到平均粒度为60μm的R-Fe-B系列永磁体粉末。
将这些R-Fe-B系列永磁体粉末在磁场中成形制成压粉体，再将此压粉体在真空下填封入不锈钢容器内，在温度为700℃，压力为1.8吨/cm2条件下实施HIP，最终制成本发明R-Fe-B系列各向异性磁体27～36和比较用R-Fe-B系列各向异性磁体13～15。
表7示出如此得到的本发明R-Fe-B系列各向异性磁体27-36和比较用R-Fe-B系列各向异性磁体13～15的组成成分。同时测定这些各向异性磁体的平均晶粒直径、每个晶粒最大粒径与最短粒径的比值小于2的晶粒占有量(容量%)、借助上述测定法的矫磁力温度系数aiHc、以及对在磁场中施压制成的压粉体施以HIP而得到本发明R-Fe-B系列各向异性磁体27～36和比较用R-Fe-B系列各向异性磁体13～15的磁特性，将这些测定值列于表8中。
由表7、表8可知，由于在Ga、Zr、Hf中一种或二种以上0.001～5.0原子%中进一步添加Al、V、Si中一种或二种以上0.1～2.0原子%，最大蓄能提高，显示出更好的磁各向异性，并且矫磁力温度系数aiHc也小至-0.5%/℃。
本发明由于使用了含有Ga、Zr、Hf的氢处理粉末，所制得的R-Fe-B系列磁体具有更显著的磁各向异性以及小的矫磁力温度系数。无需像以往那样施加热塑性加工等使磁各向异性化的手段，制造成本可大大降低，同时电动机等机电设备的性能及稳定性也提高了，对已有技术作出了较大的贡献。
权利要求
1.一种稀土类-Fe-B系列各向异性磁体，其特征是含有Y稀土类元素中至少一种(下面用R表示)10～20原子%、B为3～20原子%、Ga、Zr及Hf中一种或两种以上的总量为0.001～5.0原子%剩下是Fe及不可避免杂质组成的热压成形体或热静水压冲压成型体(以下称HIP成型体)，上述热压成型体或HIP成型体具有以采用正方晶结构的R2Fe14B型金属化合物相为主相，平均粒径为0.05～20μm的结晶粒结构，并且上述结构其形状为每个晶粒最长粒径b与最短粒径a之比小于2的晶粒占全晶粒的50容量%以上。
2.一种稀土类-Fe-B系列各向异性磁体，是含R10～20原子%、B3～20原子%、Ga、Zr、Hf中一种或两种以上总量是0.001～5.0原子%，还有，含Al·V及Si中一种或两种以上总量为0.01～2.0原子%剩下是Fe及不可避免杂质构成的热压压型体或HIP压型体，其特征是上述热压压型体或HIP压型体具有以采取正方晶结构的R2Fe14B型金属化合物相为主相，平均粒径为0.05～20μm的结晶粒结构，并且上述结构其形状为每个晶粒的最长粒径b与最短粒径a之比b/a的值小于2的晶粒占全晶粒50容量%以上。
3.根据权利要求1或2所述的稀土类-Fe-B系列各向异性磁体，其特征是实际上聚集上述晶粒的结晶粒结构，仅仅由R2Fe14B型金属化合物相构成。
4.根据权利要求1、2、3所述的稀土类-Fe-B系列各向异性磁体，其特征是，上述平均粒径最好为0.05～3μm。
全文摘要
本发明之目的是提供一种R-Fe-B系列磁体，无需施加热塑性加工等使磁的各向异性化手段，使用进行过氢处理的R-Fe-B系列永磁体粉末，磁的各向异性佳，而且矫磁力温度系数小。其构成是，含有R10—20原子％，B3—20％Ga，Zr，Hf中一种或两种以上总量为0.001—5.0原子％，根据需要，含有Al，V及Si中一种或两种以上总量为0.1—2.0原子％剩下的为Fe及不可避免的杂质，由平均粒径为0.05—20μm的晶粒结构形成，其每个晶粒最长粒径比最短粒径小于2的晶粒占全部晶粒容量50％以上。
文档编号H01F1/057GK1065154SQ9210103
公开日1992年10月7日 申请日期1992年1月28日 优先权日1991年1月28日
发明者武下拓夫, 中山亮治, 石井义成, 小川保 申请人:三菱材料株式会社