DE60118982T2

DE60118982T2 - Seltenerdelement-permanentmagnetmaterial

Info

Publication number: DE60118982T2
Application number: DE60118982T
Authority: DE
Inventors: c/o MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISH H NOBUTOKI; c/o MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISH S. NAGAE; c/o MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISH S. HAYASI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: DE60118982D1; CN1451166A; JPWO2002103719A1; CN1182547C; US20040025975A1; US7175718B2; EP1398800B1; EP1398800A1; WO2002103719A1; EP1398800A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Material für einen Seltenerdpermanentmagneten mit deutlich verbesserten magnetischen Eigenschaften.
STAND DER TECHNIK
Seltenerdpermanentmagnete werden auf dem Gebiet von elektrischen und elektronischen Vorrichtungen, die ihre hervorragenden magnetischen Eigenschaften nutzen, und auch aus wirtschaftlichen Gründen weitverbreitet eingesetzt, und in den letzten Jahren wurde eine weitere Verbesserung ihres Wirkungsgrads gefordert. Bei einem R-Fe-B- von Seltenerdpermanentmagneten ist Nd, bei welchem es sich um ein Primärelement handelt, reichlicher vorhanden als Sm, und es wird keine große Menge an Co verwendet, so dass die Materialkosten gesenkt sind, während die magnetischen Eigenschaften diejenigen von Seltenerdcobaltmagneten bei weitem übersteigen und ein R-Fe-B-Seltenerdmagnet deshalb ein ausgezeichneter Seltenerdmagnet ist.
Früher wurden verschiedene Versuche unternommen, um die magnetischen Eigenschaften eines solchen R-Fe-B-Seltenerdmagnets zu verbessern. Konkret wurde ein Beispiel, bei dem Co zugesetzt wird, so dass die Curie-Temperatur erhöht ist (siehe ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 64733/1984), ein Beispiel, bei dem Ti, V, Ni, Bi und dergleichen zugesetzt werden, um eine stabile magnetische Koerzitivkraft zu erhalten (siehe ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 132104/1984), ein Beispiel, bei dem 0,02 bis 0,5 Atom-% Cu zugesetzt werden, so dass die magnetische Koerzitivkraft verbessert und der Bereich der optimalen Temperatur für eine Wärmebehandlung ausgeweitet und deshalb der Herstellungswirkungsgrad verbessert ist (siehe ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 219143/1989), ein Beispiel, bei dem 0,2 bis 0,5 Atom-% Cr zugesetzt werden, so dass die Korrosionsfestigkeit verbessert ist (siehe ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 219142/1989) und dergleichen berichtet.
Die EP 1 014 392 A2 offenbart ein Seltenerdpermanentmagnetmaterial, das eine ausgezeichnete Koerzitivkraft, eine ausgezeichnete Restmagnetflussdichte sowie ein ausgezeichnetes Rechteckigkeitsverhältnis besitzt.
In allen vorstehend beschriebenen Berichten wird dem R-Fe-B-Seltenerdmagneten ein neues Element zugesetzt und dadurch eine weitere Verbesserung der magnetischen Eigenschaften angestrebt. Jedoch ist in den meisten Fällen, in denen ein weiteres Element neu hinzukommt, die Restmagnetflussdichte (Br) auch dann gesenkt, wenn die Magnetkoerzitivkraft (iHc) erhöht ist. Dementsprechend war die praktische Verbesserung der magnetischen Eigenschaften schwierig zu erzielen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Material für einen Seltenerdpermanentmagneten mit einer hohen Magnetkoerzitivkraft und einer hohen Restmagnetflussdichte bereitzustellen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Als Ergebnis tiefschürfender Forschung hinsichtlich der Arten von Elementen unter einer großen Anzahl von Elementen, die einem R-Fe-B-Seltenerdmagneten neu und in welchen Mengen zugesetzt wurden, fand man heraus, dass die Magnetkoerzitivkraft und die Restmagnetflussdichte beide in einer Zusammensetzung zunehmen, der eine bestimmte Menge P zugesetzt wird, und dadurch entstand die vorliegende Erfindung.
Und zwar bezieht sich das Material für den Seltenerdmagneten der vorliegenden Erfindung auf ein Material für einen Seltenerdpermanentmagneten, das 28 bis 35 Gew.-% mindestens eines Seltenerdelements umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Neodymium Nd, Praseodymium Pr, Dysprosium Dy, Terbium Tb und Holmium Ho besteht, 0,9 bis 1,3 Gew.-% Bor B, 0,25 bis 3 Gew.-% Phosphor P, und optional 0,1 bis 3,6 Gew.-% Cobalt Co, 0,02 bis 0,25 Gew.-% Kupfer Cu, wobei der Rest Eisen Fe ist.
Das sich ergebende Material für einen Seltenerdmagneten der vorliegenden Erfindung enthält eine Hauptphase, bei der es sich um eine intermetallische Verbindung mit einer tetragonalen Struktur handelt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine grafische Darstellung, die die Verhältnisse zwischen dem P-Gehalt und der Magnetkoerzitivkraft (iHC) und zwischen dem P-Gehalt und der Restmagnetflussdichte (Br) zeigt; und
2 ist eine Röntgenstrahlen-Diffraktionskurve eines Materials für einen Seltenerdpermanentmagneten von Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
BESTE ART UND WEISE ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
Ein Material für einen Seltenerdpermanentmagneten der vorliegenden Erfindung umfasst ein Seltenerdelement, Bor B, Phosphor P, Eisen Fe und unvermeidliche Verunreinigungen, wobei ein Teil von Fe durch Cobalt Co oder Kuper Cu ersetzt werden kann. Das Material für einen Seltenerdpermanentmagneten der vorliegenden Erfindung besitzt aufgrund der vorstehenden spezifischen Zusammensetzung eine hohe Restmagnetflussdichte und eine hohe Magnetkoerzitivkraft.
Ein Seltenerdpermanentmagnet der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens ein Seltenerdelement (im Nachstehenden als R bezeichnet), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Neodymium Nd, Praseodymium Pr, Dysprosium Dy, Terbium Tb und Holmium Ho besteht, wovon der Gehalt in einem Bereich von 28 bis 35 Gew.-% liegt. Falls der R-Gehalt niedriger ist als 28 Gew.-%, wird die Magnetkoerzitivkraft deutlich gesenkt, und falls der R-Gehalt 35 Gew.-% überschreitet, wird die Restmagnetflussdichte deutlich gesenkt. Bevorzugter beträgt die Obergrenze des R-Gehalts 33 Gew.-% und die Untergrenze 30 Gew.-%.
Ein B-Gehalt im Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung liegt im Bereich von 0,9 bis 1,3 Gew.-%. Im Falle von weniger als 0,9 Gew.-% wird die Magnetkoerzitivkraft deutlich gesenkt, und im Falle von mehr als 1,3 Gew.-% wird die Restmagnetflussdichte deutlich gesenkt. Bevorzugter beträgt die Obergrenze des B-Gehalts 1,2 Gew.-% und die Untergrenze 1,0 Gew.-%.
Ein P-Gehalt im Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung liegt im Bereich von 0,25 bis 3 Gew.-%. Im Falle von weniger als 0,25 Gew.-% wird die Restmagnetflussdichte deutlich gesenkt, und im Falle von mehr als 3 Gew.-% wird die Magnetkoerzitivkraft deutlich gesenkt. Darüber hinaus kann im Falle, dass der Gehalt 3 Gew.-% überschreitet, keine stabile tetragonale Struktur erzielt werden, so dass das Verhältnis der tetragonalen Struktur gesenkt wird, was unerwünscht ist. Aus den vorstehend beschriebenen Gründen sollten bevorzugter 0,3 bis 2,5 Gew.-% P zugesetzt werden.
Vorzugsweise sollte der Fe-Gehalt im Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung 58 bis 80 Gew.-% betragen. Im Falle, dass der Fe-Gehalt weniger als 58 Gew.-% beträgt, wird die Restmagnetflussdichte stark gesenkt, und im Falle, dass er mehr als 80 Gew.-% beträgt, läuft das darauf hinaus, dass die Magnetkoerzitivkraft deutlich gesenkt wird. Bevorzugter beträgt die Obergrenze des Fe-Gehalts 75 Gew.-%, insbesondere 72 Gew.-%, und die Untergrenze 62 Gew.-%. Falls ein Teil von Fe durch Co und Cu ersetzt wird, kann Fe von 54 bis 78 Gew.-% eingestellt werden.
Im Falle, dass ein Teil von Fe im Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung durch Co ersetzt wird, wird eine Verbesserung der Curie-Temperatur (Tc) erzielt. Nach der vorliegenden Erfindung kann der Co-Gehalt im Bereich von 0,1 bis 3,6 Gew.-% liegen. Im Falle von weniger als 0,1 Gew.-% wird der deutliche Verbesserungseffekt bei der Curie-Temperatur nicht erzielt, und im Falle von mehr als 3,6 Gew.-% werden die Kosten unerschwinglich. Bevorzugter beträgt die Obergrenze des Co-Gehalts 3,2 Gew.-% und die Untergrenze 0,5 Gew.-%.
Wie vorstehend beschrieben verbessert Cu im Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung die magnetischen Eigenschaften eines R-Fe-B-Seltenerdpermanentmagneten. Nach der vorliegenden Erfindung kann der Cu-Gehalt in einem Bereich von 0,02 bis 0,25 Gew.-% liegen. Im Falle von weniger als 0,02 Gew.-% ist die Magnetkoerzitivkraft nicht ausreichend erhöht, und im Falle von mehr als 0,25 Gew.-% wird die Restmagnetflussdichte stark gesenkt. Bevorzugter beträgt die Obergrenze des Cu-Gehalts 0,2 Gew.-% und die Untergrenze 0,06 Gew.-%.
Das Verhältnis einer tetragonalen Struktur, die im gesamten Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung enthalten ist, sollte vorzugsweise 50 Gew.-% und insbesondere 70 Gew.-% oder darüber betragen. Falls das Verhältnis der tetragonalen Struktur weniger als 50 Gew.-% beträgt, läuft das darauf hinaus, dass die Magnetkoerzitivkraft geringer wird.
Der Permanentmagnet der vorliegenden Erfindung hat für gewöhnlich eine Curie-Temperatur (Tc) von 380 bis 600°C, eine Restmagnetflussdichte (Br) von 11 bis 18 kG, und eine Magnetkoerzitivkraft (iHc) von 14 bis 21 kOe bei 25°C.
Ein Material für einen Seltenerdmagneten der vorliegenden Erfindung kann nach einem allgemeinen Herstellungsverfahren für einen Nd-Magneten hergestellt werden. Ein Beispiel für dieses ist nachstehend aufgezeigt.
Zuerst werden Nd, Fe, B, P und andere als Materialien zuzusetzende Elemente (Co, Cu oder dergleichen) miteinander in bestimmten Verhältnissen gemischt und unter Hochfrequenz geschmolzen, um eine Legierung zu gießen. In diesem Fall kann das bei der Herstellung verwendete Co oder Cu in dem als Material verwendeten Fe enthalten sein.
Dann wird die erhaltene Legierung mittels eines Backenbrechers oder einer Brown-Mühle grob zerkleinert und anschließend nach einem Nassverfahren in einem organischen Lösungsmittel unter Verwendung einer Mahlscheiben- oder Kugelmühle bzw. nach einem Trockenverfahren mittels einer Strahlmühle unter Verwendung von Stickstoffgas fein pulverisiert. Obwohl der Korndurchmesser des feinen Pulvers nicht speziell begrenzt ist, ist ein Durchschnittsdurchmesser von 0,5 bis 5 μm bevorzugt.
Das erhaltene feine Pulver wird in einem Magnetfeld von ungefähr 10 kOe in der Magnetfeldrichtung ausgerichtet und unter einem Druck von ungefähr 0,2 bis 2 Tonnen/cm² gepresst. Dann wird die sich aus dem Pressen ergebende Form bei einem hohen Unterdruck oder in einem inerten Gas eine bis zwei Stunden lang bei 1000 bis 1400°C gesintert, und zusätzlich bei einer Temperatur wärmebehandelt, die niedriger ist als die Temperatur zum Sintern (ungefähr 800 bis 1200°C). Dadurch wird das Material für einen Seltenerdpermanentmagneten der vorliegenden Erfindung erhalten.
Dann erfährt das vorstehend beschriebene Material für einen Seltenerdpermanentmagneten weitere Prozesse und Oberflächenbearbeitungen, um einen Seltenerdpermanentmagneten zu erhalten.
Hier beeinträchtigt eine mikroskopische Menge, 0,2 Gew.-% oder weniger, von La, Ce, Sm, Ni, Mn Si, Ca, Mg oder S, bei denen es sich um unvermeidliche Verunreinigungen handelt, die in den bei der Herstellung eines Materials für einen Seltenerdpermanentmagneten verwendeten Materialien enthalten sind oder während des Herstellungsprozesses eingemischt werden, die Effekte der vorliegenden Erfindung nicht.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung nach Beispielen konkret beschrieben, sie ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt.
BEISPIELE 1 bis 3 und VERGLEICHSBEISPIELE 1 bis 3
Nd, elektrolytisches Eisen, Ferrobor und Eisenphosphid werden als Ausgangsmaterialien verwendet. Dann werden diese Materialien in eine Zusammensetzung von 30Nd-BAL.Fe-1B-XP (X ist ein Zahlenwert von 0 bis 5) nach Gewichtsprozent (Gew.-%) eingemischt, danach unter Hochfrequenz in einem Aluminiumschmelztiegel geschmolzen und in eine wassergekühlte Kupferform gegossen, um einen Rohblock mit einer verschiedenartigen Zusammensetzung zu erhalten. Als Nächstes wird der Rohblock in einer Brown-Mühle grob zerkleinert und zusätzlich in einer Strahlmühle mit einem Stickstoffgasstrom fein pulverisiert, um ein mikroskopisches Pulver mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von ca. 1 μm zu erhalten, und dann werden dieses mikroskopische Pulver und 0,07 Gew.-% Stearinsäure, die für Schmierstoffwirkung sorgt, in einem V-Mischer in einer Stickstoffgasatmosphäre gemischt.
Danach wird das mikroskopische Pulver in eine Metallform einer Formmaschine gefüllt, in einem Magnetfeld von 10 kOe ausgerichtet, und dann unter einem Druck von 1,2 Tonnen/cm² in der Richtung senkrecht zum Magnetfeld gepresst. Die erhaltene Form wird in einer Ar-Atmosphäre zwei Stunden lang bei 1200°C gesintert, dann gekühlt, und zusätzlich in einer Ar-Atmosphäre eine Stunde lang bei 800°C wärmebehandelt, um ein Material für einen Seltenerdpermanentmagneten mit einer verschiedenartigen Zusammensetzung vorzubereiten, worin der P-Gehalt ein anderer ist.
Hier werden die Materialien während des ganzen Prozesses von der Ausbildung eines Rohblocks bis zum Sintern in einer Stickstoffatmosphäre in Bewegung gehalten, um den Sauerstoffgehalt zu senken.
Die Curie-Temperatur, die Magnetkoerzitivkraft (iHc) und die Restmagnetflussdichte (Br) wurden in dem Material für einen Seltenerdpermanentmagneten gemessen, und alle erhaltenen Ergebnisse sind in 1 und in Tabelle 1 aufgeführt. In der Folge ist, wie in Tabelle 1 zu sehen ist, die Curie-Temperatur (Tc) dadurch verbessert, dass ein Teil von Fe durch P ersetzt wurde. Zusätzlich kann, wie in 1 und Tabelle 1 zu sehen ist, die Magnetkoerzitivkraft im Material mit einem P-Gehalt von bis zu 3 Gew.-% im Vergleich zu einem Material ohne P erhöht werden, ohne die Restmagnetflussdichte zu senken. Falls die Zugabemenge von P 3 Gew.-% überschreitet, sind sowohl die Restmagnetflussdichte als auch die Magnetkoerzitivkraft im Vergleich zu dem Material gesenkt, dem kein P zugesetzt wurde. Falls darüber hinaus der P-Gehalt 2 Gew.-% beträgt, kann die Restmagnetflussdichte um 3,6 kG und die Magnetkoerzitivkraft um 4,5 kOe erhöht werden, so dass die magnetischen Eigenschaften stark verbessert sind.
TABELLE 1
Zusätzlich zeigt 2 das Kristallgefüge der erhaltenen Probe (der P-Gehalt beträgt 2 Gew.-%) als Ergebnis einer Röntgenstrahlendiffraktion unter Verwendung eines CuK-α-Strahls. Aus diesem Diffraktionsergebnis lässt sich feststellen, dass es sich bei der Hauptphase um eine tetragonale Kristallstruktur des Nd₂Fe₁₄B-Typs handelt.
BEISPIEL 4
Nd, Dy, elektrolytisches Eisen, Ferrobor, Eisenphosphid und Cu werden als Ausgangsmaterialien verwendet. Dann werden diese Materialien in eine Zusammensetzung von 30Nd-1Dy-62,8Fe-3Co-1B-0,2Cu-2P nach Gewichtsprozent (Gew.-%) nach demselben Verfahren wie im Beispiel 1 eingemischt, und dadurch wird ein Material für einen Seltenerdpermanentmagneten vorbereitet.
Die Curie-Temperatur (Tc), die Magnetkoerzitivkraft (iHc) und die Restmagnetflussdichte (Br) in diesem Material für einen Seltenerdpermanentmagneten wurden gemessen. Die Curie-Temperatur betrug 450°C, die Magnetkoerzitivkraft 16,2 kG und die Restmagnetflussdichte 20,3 kOe, und deshalb wurde eine starke Zunahme bei den magnetischen Eigenschaften erzielt.
Zusätzlich stellte sich als Ergebnis einer Röntgenstrahlendiffraktion, die an der Kristallstruktur der erhaltenen Probe unter Verwendung eines CuK-α-Strahls durchgeführt wurde, heraus, dass die Diffraktionskurve eine Hauptphase mit einer tetragonalen Kristallstruktur des Nd₂Fe₁₄B-Typs aufweist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Nach dem ersten bis achten Permanentmagneten der vorliegenden Erfindung können Materialien für einen Seltenerdmagneten erhalten werden, die eine hohe Magnetkoerzitivkraft und eine hohe Restmagnetflussdichte besitzen.

Claims

Material für einen Seltenerdpermanentmagneten mit einer Restmagnetflussdichte von 11 bis 18 kG und einer Magnetkoerzitivkraft von 14 bis 21 kOe bei 25°C, umfassend: 28 bis 35 Gew.-% mindestens eines Seltenerdelements, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Neodymium Nd, Praseodymium Pr, Dysprosium Dy, Terbium Tb und Holmium Ho besteht, 0,9 bis 1,3 Gew.-% Bor B, 0,25 bis 3 Gew.-% Phosphor P, und optional 0,1 bis 3,6 Gew.-% Cobalt Co, 0,02 bis 0,25 Gew.-% Kupfer Cu, wobei der Rest Eisen Fe ist.
Material für einen Seltenerdpermanentmagneten nach Anspruch 1, wobei ein Gehalt an Phosphor P 0,3 bis 2,5 Gew.-% beträgt.
Material für einen Seltenerdpermanentmagneten nach Anspruch 1, wobei es sich bei einer Hauptphase um eine intermetallische Verbindung mit einer tetragonalen Struktur handelt.
Material für einen Seltenerdpermanentmagneten nach Anspruch 2, wobei es sich bei einer Hauptphase um eine intermetallische Verbindung mit einer tetragonalen Struktur handelt.