磁体材料、永磁体、电动机及发电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式设及磁体材料、永磁体、电动机及发电机。
【背景技术】
[000引电动机是将电能转换为机械能的装置，广泛用于洗衣机、电风扇、AV设备、汽车电 装部件、电梯等通用装置。在各种电动机中，永磁体型同步电动机具有优良的输出特性。在 永磁体型同步电动机上主要装载有铁氧体磁体、稀±类磁体。Sm-Co类磁体、Nd-Fe-B类磁 体之类的稀±类磁体作为高性能的永磁体而公知，与铁氧体磁体相比呈现高磁力，能实现 电动机的小型化、高输出化。
[0003] 由于稀±类磁体包含作为必需成分的高价稀±类元素，因此，未应用到通用装置 中。铁氧体磁体虽然廉价，但磁体性能较差，因此，无法避免例如电动机的大型化等。从该点 出发，要求不利用稀±类元素、且呈现超过已有的铁氧体磁体的磁力的永磁体。作为不使用 稀±类元素的磁性材料，已知有各种铁类化合物。作为该种铁类化合物的一种，可举出化2B 化合物。现有的化2B化合物用作为软磁性材料，未获得作为成为永磁体的构成材料的硬磁 性材料的特性。 现有技术文献 专利文献
[0004] 专利文献1 ;日本专利特开2000-353612号公报 专利文献2 ;日本专利特开2006-156543号公报
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能构成廉价且高性能的永磁体的磁体 材料及利用该磁体材料的永磁体、电动机、及发电机。
[0006] 实施方式的磁体材料具备由组成式1 ;(化i_x_yC〇xTy)2^_aAa)b来表示的组成、及作 为主相具有CuAls型结晶相的金属组织。组成式1中，T是从V、化、及Mn所构成的群中选 择的至少一种元素，A是从C、N、Si、S、P、及A1所构成的群中选择的至少一种元素。Co的 原子比X及元素T的原子比y满足0. 01《y《0. 5及x+y《0. 5。其中，当元素T包含从 V及化选择的至少一种元素时，V及化的总计原子比为0. 03W上。当元素T包含Mn时， Mn的原子比为0. 3W下。元素A的原子比a满足0《a《0. 4,B及元素A的总计原子比b 满足0.8《b《1.2。
【附图说明】
[0007] 图1是表示实施方式的永磁体电动机的图。 图2是表示实施方式的可变磁通电动机的图。 图3是表示实施方式的发电机的图。 图4是表示实施例1的磁体材料的X射线衍射结果的图。 图5是表示实施例2的磁体材料的X射线衍射结果的图。 图6是表示实施例3的磁体材料的X射线衍射结果的图。
【具体实施方式】
[000引 W下对实施方式的磁体材料进行说明。实施方式的磁体材料具备由 组成式 1 :(Fei_x_yC0xTy)2炬i_aAa)b (式中，T是从VXr、及Mn所构成的群中选择的至少一种元素，A是从C、N、Si、S、P、及A1 所构成的群中选择的至少一种元素，Co的原子比X及元素T的原子比y满足0.01《y《0.5 及x+y《0. 5,其中，当元素T包含从V及化选择的至少一种元素时，V及化的总计原 子比为0.03W上，当元素T包含Mn时，Mn的原子比为0.3W下，元素A的原子比a满足 0《a《0. 4,B及元素A的总计原子比b满足0. 8《b《1. 2) 来表示的组成、及作为主相具有C11AI2型结晶相的金属组织。
[0009] 实施方式的磁体材料的第1具体例具有由 组成式2:(Fei_x_pC〇Jp)2炬i-aAa)b (式中，A是从C、N、Si、S、P、及A1所构成的群中选择的至少一种元素，Co的原子比X及V的原子比y满足0. 03《y《0. 5及x+y《0. 5,元素A的原子比a满足0《a《0. 4， B及元素A的总计原子比b满足0. 8《b《1. 2) 来表示的组成。
[0010] 实施方式的磁体材料的第2具体例具有由 组成式 3 ;(化 1_口C〇xCrq)2 化-aAa)b (式中，A是从C、N、Si、S、P、及A1所构成的群中选择的至少一种元素，Co的原子比X及Cr的原子比y满足0. 03《y《0. 5及x+y《0. 5,元素A的原子比a满足0《a《0. 4， B及元素A的总计原子比b满足0. 8《b《1. 2) 来表示的组成。
[0011] 实施方式的磁体材料的第3具体例具有由 组成式 4 ; (Fei_x_rC〇xMnr)2 化-aAa)b (式中，A是从C、N、Si、S、P、及A1所构成的群中选择的至少一种元素，Co的原子比X及Mn的原子比y满足0. 01《y《0. 3及x+y《0. 5,元素A的原子比a满足0《a《0. 4， B及元素A的总计原子比b满足0. 8《b《1. 2) 来表示的组成。
[0012] 包含铁（Fe)和棚炬）的化合物中，具有由化2B表示的组成的化合物一直W来作为 软磁性材料所公知。在该种Fe,B化合物中，将铁（Fe)的一部分用钻（Co)进行置换时，呈现 单轴磁各向异性。该是因（Fe，Co)2B化合物的结晶结构为在C轴方向上呈层状的CuAls型 结晶结构引起的。然而，（Fe，Co)2B化合物的磁各向异性不足W使其用作为永磁体，由（Fe， Co)2B化合物构成的永磁体无法获得足够的矫顽力。但是，由于（Fe，Co)2B化合物未使用高 价的稀±类元素，因此，若能提高其磁各向异性及基于此的矫顽力，则能提高廉价且高性能 的永磁体。
[0013] 本申请发明人等对（Fe，Co)2B化合物的磁各向异性进行了深入研究，结果发现，通 过将化2B化合物的化的一部分用CoW及从饥（V)、铭（吐）及铺（Mn)中选择的至少一种元 素T进行置换，可提高（化，Co)2B化合物的磁各向异性能量。目P，因上述在c轴方向上呈层 状的CuAl,型结晶结构引起并呈现的磁各向异性能量敏感地依赖于晶格常数、晶格变形（c/ a)、总电子数等。因此，预想通过向（Fe，Co)2B化合物添加使晶格常数、晶格变形（c/a)、总 电子数等发生变化的元素，可提高磁各向异性能量，作为该种添加元素，发现从V、化及Mn 中选择的至少一种元素T是有效的。由此，能提供廉价且高性能的永磁体。
[0014] 在上述组成式1~4中，化是主要负责磁体材料的磁化的元素。通过使其含有较 多量的化，能提高磁体材料的饱和磁化。因此，优选化相对于化、Co及元素T的总量的原 子比（1-又-7、1-又-口、1-又-9、或1-又-1')为0.5 1^上。化的原子比更优选为〇.55 1^上，进一 步优选为0.6W上。但是，仅靠化2B化合物，无法获得单轴磁各向异性。为了实现作为永磁 体的构成材料的硬磁性材料（磁体材料），优选将化2B化合物的化的一部分用Co和从V、 &及Mn中选择的至少一种元素T进行置换。因此，化的原子比优选为0. 95W下，更优选 为0. 9W下，进一步优选为0. 85W下。
[0015] Co负责磁体材料的磁化，并且使化2B化合物呈现单轴磁各向异性。但是，在仅用 元素T来置换化2B化合物的化的一部分的情况下，有时也呈现单轴磁各向异性，因此，Co 引起的化置换量（Co的原子比X)包含零。在使化2B化合物W较好的再现性呈现磁各向异 性并提高其磁各向异性能量方面，优选将化2B化合物的化的一部分用Co及元素T来进行 置换。组成式1~4中，Co引起的化置换量（X)优选为0. 05W上，进一步优选为0. 1W 上。
[0016] 若将化2B化合物的化的一部分用过量的Co进行置换，则反而可能会导致磁各向 异性能量下降，且饱和磁化也下降。Co引起的化置换量（X)和元素T引起的化置换量（元 素T的原子比y、P、q、或r)的总计量（x+y、X+P、x+q、或x+r)优选为0. 5W下。Co和元素 T引起的化的总计置换量优选为0. 05W上，进一步优选为0. 15W上。Co引起的化的置 换量（X)优选为0.4W下，再优选为0.35W下，进一步优选为0.3W下。
[0017] 作为元素T，使用从V、化及Mn中选择的至少一种元素。通过将化2B化合物或 (化，Co)2B化合物的化的一部分用适量的元素T进行置换，可提高主要由（Fe，T)2B化合物 或（Fe，Co，T)2B化合物构成的磁体材料的磁各向异性能量。因此，能W未使用稀±类元素的 组成系统来提供呈现超过已有的铁氧体磁体的磁力的永磁体、即廉价且高性能的永磁体。 [00化]为了提高化2B类磁体材料的磁各向异性能量，元素T引起的化置换量（元素T的 原子比y)优选为0. 01W上，更优选为0. 03W上，进一步优选为0. 05W上。元素T引起的 化置换量（y)优选为0. 5W下，更优选为0. 45W下，进一步优选为0. 4W下。元素T引起 的Fe置换量（y)优选为如W下所示那样根据元素T的种类来设定。
[0019] 在置换（Fe，T)2B化合物或（Fe，Co，T)2B化合物中的化的一部分的元素T中，V及 &通过使化的状态密度发生变化，来提高磁各向异性。目P，若用从V及&中选择的至少一 种元素（W下也称为元素T1)来置换化(Co)部位（site)，则与V或化相邻的化的3d轨 道电子W反强磁性进行轨道混合。轨道混合后的化的状态密度接近于具有高磁性各向异 性的Co的状态密度，因此，可认为磁各向异性能量得W提高。因此，能提高具有良好矫顽力 的磁体材料。
[0020] 若元素T1引起的化置换量过少，则无法充分提高磁体材料的磁各向异性。组成 式1中的元素T包含从V及&中选择的至少