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CN108154988B - R-t-b系永久磁铁 - Google Patents

R-t-b系永久磁铁 Download PDF

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CN108154988B CN201711277631.8A CN201711277631A CN108154988B CN 108154988 B CN108154988 B CN 108154988B CN 201711277631 A CN201711277631 A CN 201711277631A CN 108154988 B CN108154988 B CN 108154988B
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Abstract

本发明提供一种剩余磁通密度Br以及矫顽力HcJ高的R‑T‑B系永久磁铁。本发明的R‑T‑B系永久磁铁中，R为稀土元素，T为除了稀土元素、B、C、O及N以外的元素，B为硼。作为R至少含有Tb，作为T至少含有Fe、Cu、Co及Ga。将R、T及B的合计质量设为100质量％，R的合计含量为28.05质量％～30.60质量％，Cu的含量为0.04质量％～0.50质量％，Co的含量为0.5质量％～3.0质量％，Ga的含量为0.08质量％～0.30质量％，B的含量为0.85质量％～0.95质量％。Tb的浓度分布为从R‑T‑B系永久磁铁的外侧向内侧降低的浓度分布。

Description

R-T-B系永久磁铁
技术领域
本发明涉及一种R-T-B系永久磁铁。
背景技术
具有R-T-B系的组成的稀土永久磁铁为具有优异的磁特性的磁铁，进行了许多以进一步提高其磁特性为目标的研究。作为表示磁特性的指标，一般而言，可使用剩余磁通密度(剩余磁化)Br及矫顽力HcJ。这些值高的磁铁可以说具有优异的磁特性。
专利文献1中记载有一种稀土永久磁铁，其是在将磁铁体浸渍于含有各种稀土元素的微粉末分散于水或有机溶剂而成的浆料中之后进行加热并进行晶界扩散而成的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2006/43348号小册子
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种剩余磁通密度Br及矫顽力HcJ高的R-T-B系永久磁铁。
用于解决技术问题的手段
为了实现上述目的，本发明提供一种R-T-B系永久磁铁，该R-T-B系永久磁铁中，R为稀土元素、T为除了稀土元素、B、C、O及N以外的元素、B为硼的R-T-B系永久磁铁，其中，
作为R至少含有Tb，
作为T至少含有Fe、Cu、Co及Ga，
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，
R的合计含量为28.05质量％～30.60质量％，
Cu的含量为0.04质量％～0.50质量％，
Co的含量为0.5质量％～3.0质量％，
Ga的含量为0.08质量％～0.30质量％，
B的含量为0.85质量％～0.95质量％，
Tb的浓度分布为从所述R-T-B系永久磁铁的外侧向内侧降低的浓度分布。
本发明的R-T-B系永久磁铁通过具有上述的特征，可以提高剩余磁通密度Br及矫顽力HcJ。
也可以是，作为R至少含有轻稀土元素，R的合计含量为29.25质量％～30.60质量％，轻稀土元素的合计含量为29.1质量％～30.1质量％。
也可以是，作为R至少含有Nd。
也可以是，作为R至少含有Pr，Pr的含量可以大于0且为10.0质量％以下。
也可以是，作为R至少含有Nd及Pr。
也可以是，作为T还含有Al，Al的含量可以为0.15质量％～0.30质量％。
也可以是，作为T还含有Zr，Zr的含量可以为0.10质量％～0.30质量％。
也可以是，还含有C，C的含量相对于上述R-T-B系永久磁铁的总质量为1100ppm以下。
也可以是，还含有N，N的含量相对于上述R-T-B系永久磁铁的总质量为1000ppm以下。
也可以是，还含有O，O的含量相对于上述R-T-B系永久磁铁的总质量为1000ppm以下。
也可以是，Tb/C以原子数比计为0.10～0.95。
也可以是，在将R的合计含量设为TRE的情况下，TRE/B以原子数比计为2.2～2.7。
也可以是，14B/(Fe+Co)以原子数比计大于0且为1.01以下。
附图说明
图1是本实施方式的R-T-B系永久磁铁的示意图。
符号说明
1……R-T-B系永久磁铁
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式，对本发明进行说明。
＜R-T-B系永久磁铁＞
本实施方式的R-T-B系永久磁铁1具有由R2T14B结晶构成的晶粒及晶界。
本实施方式的R-T-B系永久磁铁1可以做成任意的形状。
本实施方式的R-T-B系永久磁铁1通过以特定的范围的含量含有包括Tb的多种特定的元素，可以提高剩余磁通密度Br、矫顽力HcJ、耐腐蚀性及制造稳定性。
另外，本实施方式的R-T-B系永久磁铁1具有Tb的浓度从所述R-T-B系永久磁铁1的外侧向内侧降低的浓度分布。
具体而言，如图1所示，在本实施方式的长方体形状的R-T-B系永久磁铁1具有表面部及中心部的情况下，表面部中的Tb的含量可以比中心部中的Tb的含量高2％以上，也可以高5％以上、或高10％以上。此外，所述表面部是指R-T-B系永久磁铁1的表面。例如，图1的点C、C′(图1的相互面对的表面的重心)为表面部。所述中心部是指R-T-B系永久磁铁1的中心。例如，是指R-T-B系永久磁铁1的厚度的一半的部分。例如，图1的点M(点C和点C′的中点)为中心部。
对在Tb的含量中产生上述的浓度分布的方法没有特别限制，可以通过后述的Tb的晶界扩散而在磁铁内产生Tb的浓度分布。
R表示稀土元素。稀土元素含有属于长周期型周期表的IIIB族的Sc、Y和镧元素。在镧元素中包含例如La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等。另外，在本实施方式的R-T-B系永久磁铁中，作为R，必定含有Tb。另外，优选含有Nd作为R。
一般而言，稀土元素被分类为轻稀土元素和重稀土元素，但本实施方式的R-T-B系永久磁铁中的轻稀土元素为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu，重稀土元素为Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
T表示除了稀土元素、B、C、O及N以外的元素。在本实施方式的R-T-B系永久磁铁中，作为T至少含有Fe、Co、Cu及Ga。另外，作为T还可以含有例如Al、Mn、Zr、Ti、V、Cr、Ni、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、Si、P、Bi、Sn等元素中的1种以上的元素。
B为硼。
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，本实施方式的R-T-B系永久磁铁中的R的合计含量为28.05质量％以上且30.60质量％以下。在R的合计含量低于28.05质量％的情况下，矫顽力HcJ降低。在R的合计含量超过30.60质量％的情况下，剩余磁通密度Br降低。另外，R的合计含量可以为28.25质量％以上且30.60％以下，优选为29.25质量％以上30.60质量％以下，或29.45质量％以上且30.60质量％以下，也可以为29.45质量％以上且30.45质量％以下。
在将本实施方式的R-T-B系永久磁铁中的轻稀土元素的含量的合计设为TRL、将R、T及B的合计质量设为100质量％的情况下，TRL可以为27.9质量％以上且30.1质量％以下，也可以为29.1质量％以上且30.1质量％以下。通过TRL为该范围内，可以进一步提高剩余磁通密度及矫顽力HcJ。
进一步，本实施方式的R-T-B系永久磁铁的Nd的含量为任意的。另外，将R、T及B的合计质量设为100质量％时，Nd的含量可以为0质量％～30.1质量％，也可以为0质量％～29.6质量％，也可以为19.6质量％～29.6质量％，优选为19.6质量％～24.6质量％，进一步优选为19.6质量％～22.6质量％。另外，Pr的含量为0.0质量％～10.0质量％。即，也可以不含有Pr。本实施方式的R-T-B系永久磁铁作为R可以至少含有Nd及Pr。另外，Pr的含量也可以设为5.0质量％以上且10.0质量％以下，也可以设为5.0质量％以上且7.5质量％以下。另外，在Pr的含量为10.0质量％以下的情况下，矫顽力HcJ的温度变化率优异。特别是从提高高温下的矫顽力HcJ的观点出发，也可以将Pr的含量设为0.0质量％～7.5质量％。
另外，本实施方式的R-T-B系永久磁铁中，将R、T及B的合计质量设为100质量％时，也可以含有以合计计为1.0质量％以下的重稀土元素。作为重稀土元素，将Tb设为必须，还可以含有Dy。重稀土元素的含量以合计计为1.0质量％以下时，容易良好地保持剩余磁通密度。作为重稀土元素，可以实质上仅为Tb。此时的Tb的含量可以为0.15质量％以上且1.0质量％以下，优选为0.15质量％以上且0.75质量％以下，进一步优选为0.15质量％以上且0.5质量％以下。Tb的含量低于0.15质量％时，矫顽力HcJ容易降低。Tb的含量超过1.0质量％时，剩余磁通密度Br容易降低。
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，Cu的含量为0.04质量％以上且0.50质量％以下。Cu的含量低于0.04质量％时，存在矫顽力HcJ降低的倾向。Cu的含量超过0.50质量％时，存在矫顽力HcJ降低的倾向，进而存在剩余磁通密度Br降低的倾向。另外，Cu的含量可以为0.10质量％以上且0.50质量％以下，也可以为0.10质量％以上且0.30质量％以下。通过含有0.10质量％以上的Cu而存在耐腐蚀性提高的倾向。
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，Ga的含量为0.08质量％以上且0.30质量％以下。通过含有0.08质量％以上的Ga而矫顽力HcJ充分地提高。其超过0.30质量％时，容易生成副相(例如R-T-Ga相)，剩余磁通密度Br降低。另外，Ga的含量也可以为0.10质量％以上且0.25质量％以下。
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，Co的含量为0.5质量％以上且3.0质量％以下。通过含有Co从而耐腐蚀性提高。Co的含量低于0.5质量％时，R-T-B系永久磁铁的耐腐蚀性变差。Co的含量超过3.0质量％时，耐腐蚀性改善的效果达到顶点，并且成为高成本。另外，Co的含量也可以为1.0质量％以上且3.0质量％以下。
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，Al的含量也可以为0.15质量％以上且0.30质量％以下。通过将Al的含量设为0.15质量％以上，从而可以使矫顽力HcJ提高。进而，相对于时效温度或晶界扩散后的热处理温度的变化的磁特性(特别矫顽力HcJ)的变化变小，批量产时的特性的偏差变小。即，制造稳定性提高。通过Al的含量为0.30质量％以下，从而可以提高剩余磁通密度Br。进而，可以使矫顽力HcJ的温度变化率提高。另外，Al的含量也可以为0.15质量％以上且0.25质量％以下。通过将Al的含量设为0.15质量％以上且0.25质量％以下，磁特性(特别是矫顽力HcJ)的变化相对于时效温度或晶界扩散后的热处理温度的变化的进一步变小。
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，Zr的含量也可以为0.10质量％以上且0.30质量％以下。通过含有Zr，可以抑制烧结时的晶粒异常生长，改善矩形比Hk/HcJ及低磁场下的磁化率。通过将Zr的含量设为0.10质量％以上，由Zr的含有引起的烧结时的晶粒异常生长抑制效果变大，改善矩形比Hk/HcJ及低磁场下的磁化率。通过设为0.30质量％以下，可以使剩余磁通密度Br提高。另外，Zr的含量可以为0.15质量％以上且0.30质量％以下，也可以为0.15质量％以上且0.25质量％以下。通过将Zr的含量设为0.15质量％以上，从而烧结稳定温度范围变宽。即，在烧结时晶粒异常生长抑制效果进一步变大。而且，特性的偏差变小，制造稳定性提高。
另外，本实施方式的R-T-B系永久磁铁也可以含有Mn。在含有Mn的情况下，将R、T及B的合计质量设为100质量％时，Mn的含量可以为0.02质量％～0.10质量％。Mn的含量为0.02质量％以上时，存在剩余磁通密度Br提高的倾向，并且存在矫顽力HcJ提高的倾向。Mn的含量为0.10质量％以下时，存在矫顽力HcJ提高的倾向。另外，Mn的含量可以为0.02质量％以上且0.06质量％以下。
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，本实施方式的R-T-B系永久磁铁中的B的含量为0.85质量％以上且0.95质量％以下。B低于0.85质量％时，难以实现高矩形性。即，难以使矩形比Hk/HcJ提高。B超过0.95质量％时，矩形比Hk/HcJ降低。另外，B的含量可以为0.88质量％以上且0.94质量％以下。通过将B的含量设为0.88质量％以上，存在剩余磁通密度Br进一步提高的倾向。通过将B的含量设为0.94质量％以下，存在矫顽力HcJ进一步提高的倾向。
另外，在将R元素的含量的合计设为TRE时，TRE/B以原子数比计也可以为2.2以上且2.7以下。另外，也可以为2.24以上且2.65以下，优选为2.31以上且2.65以下，进一步优选为2.36以上且2.61以下，更优选为2.36以上且2.56以下，进一步更优选为2.37以上且2.56以下。通过TRE/B为上述的范围内，从而剩余磁通密度及矫顽力HcJ提高。
另外，14B/(Fe+Co)以原子数比计也可以大于0且为1.01以下。通过14B/(Fe+Co)为1.01以下而存在矩形比提高的倾向。14B/(Fe+Co)也可以为1.00以下。
另外，用Tb的含量除以C的含量所得的原子数比Tb/C也可以为0.10以上且0.95以下。通过Tb/C为上述的范围内，矫顽力HcJ的温度特性变得良好。进而，高温下的矫顽力HcJ也提高。另外，Tb/C可以为0.10以上且0.65以下，也可以为0.15以上且0.50以下，也可以为0.20以上且0.45以下。另外，也可以为0.13以上且0.63以下，优选为0.17以上且0.63以下，进一步优选为0.21以上且0.63以下，更优选为0.21以上且0.44以下。进而，在TRL为29.1质量％以上且30.1质量％以下的情况下，Tb/C为上述的范围内时，矫顽力HcJ的温度特性及高温下的矫顽力HcJ会进一步提高。
相对于R-T-B系永久磁铁的总质量，本实施方式的R-T-B系永久磁铁中的碳(C)的含量可以为1100ppm以下，也可以为1000ppm以下，或为900ppm以下。另外，也可以为600ppm～1100ppm，优选为600ppm～1000ppm，或为600ppm～900ppm。通过将碳的含量设为1100ppm以下而存在矫顽力HcJ提高的倾向。特别是从提高矫顽力HcJ的观点出发，可以将碳的含量设为900ppm以下。另外，制造碳的含量低于600ppm的R-T-B系永久磁铁对工艺的负荷大，成为成本提高的主要原因。
此外，特别是从提高矩形比的观点出发，可以将碳的含量设为800ppm～1100ppm。
在本实施方式的R-T-B系永久磁铁中，相对于R-T-B系永久磁铁的总质量，氮(N)的含量可以设为1000ppm以下，也可以设为700ppm以下，或600ppm以下。另外，也可以为250ppm～1000ppm，优选为250ppm～700ppm，或250ppm～600ppm。氮的含量越少，矫顽力HcJ越容易提高。另外，制造氮的含量低于250ppm的R-T-B系永久磁铁对工艺的负荷大，会成为成本提高的主要原因。
在本实施方式的R-T-B系永久磁铁中，相对于R-T-B系永久磁铁的总质量，氧(O)的含量可以为1000ppm以下，也可以为800ppm以下，也可以为700ppm以下，或500ppm以下。另外，也可以为350ppm～500ppm。但是，氧的含量的下限不特别存在，但制造低于350ppm的R-T-B系永久磁铁对工艺的负荷大，成为成本提高的主要原因。
进而，可以通过将后述的晶界扩散前的R的合计含量设为29.1质量％以上，并且将氧的含量降低至1000ppm以下，优选为800ppm以下，进一步优选为700ppm以下，或500ppm以下从而可以抑制烧结时的变形，并提高制造稳定性。此外，在后述的晶界扩散前的R的合计含量为29.1质量％以上时，晶界扩散后的R的合计含量例如成为29.25质量％以上。
通过将R的合计含量设为规定量以上并降低氧的含量从而可以抑制烧结时的变形认为是以下所示的理由。R-T-B系永久磁铁的烧结机制为液相烧结，被称为富R相的晶界相成分在烧结时生成液相，从而促进致密化。另一方面，O容易与富R相反应，O量增加时，形成稀土氧化物相，富R相量减少。一般而言，在烧结炉内为极微量，但氧化性的杂质气体存在。因此，有时会在烧结过程中在成型体表面附近富R相被氧化，富R相量局部地减少。在R的合计含量多、O量少的组成中，富R相量多，氧化对烧结时的收缩行为产生的影响小。在R的合计含量少和/或O量多的组成中，富R相量少，因此，烧结过程中的氧化对烧结时的收缩行为产生影响。结果，通过部分地收缩率、即尺寸变化而引起烧结体的变形。因此，可以通过将R的合计含量设为规定量以上并且降低氧的含量从而可以抑制烧结时的变形。
此外，本实施方式的R-T-B系永久磁铁中所含的各种成分的测定法可以使用目前通常已知的方法。关于各种元素量，例如可以通过荧光X射线分析及电感耦合等离子体发光分光分析(ICP分析)等进行测定。氧的含量例如可利用惰性气体熔融-非分散型红外线吸收法进行测定。碳的含量例如可利用氧气流中燃烧-红外线吸收法进行测定。氮的含量例如利用惰性气体熔融-热导法进行测定。
另外，本实施方式的R-T-B系永久磁铁含有多个主相晶粒和晶界。主相晶粒可以为由核和包覆核的壳构成的核壳晶粒。而且，可以至少在壳中存在重稀土元素，也可以存在Tb。
通过使重稀土元素存在于壳部，从而可以使R-T-B系永久磁铁的磁特性有效地提高。
在本实施方式中，将重稀土元素相对于轻稀土元素的比例(重稀土元素/轻稀土元素(摩尔比))成为主相晶粒中心部(核)中的所述比例的2倍以上的部分规定为壳。
对壳的厚度没有特别限制，可以为500nm以下。另外，对主相晶粒的粒径也没有特别限制，可以为3.0μm以上且6.5μm以下。
将主相晶粒做成上述的核壳晶粒的方法任意。例如有通过后述的晶界扩散的方法。重稀土元素进行晶界扩散，通过该重稀土元素取代为主相晶粒的表面的稀土元素R而形成重稀土元素的比例高的壳，并成为所述的核壳晶粒。
以下，对R-T-B系永久磁铁的制造方法进行了详细的说明，但R-T-B系永久磁铁的制造方法并不限制于此，也可以使用其它的公知的方法。
[原料粉末的准备工序]
原料粉末可以通过公知的方法而制作。本实施方式中，对使用单独的合金的单合金法的情况进行说明，但也可以为将组成不同的第1合金和第2合金进行混合而制作原料粉末的所谓的二合金法。
首先，准备R-T-B系永久磁铁的原料合金(合金准备工序)。在合金准备工序中，将对应于本实施方式的R-T-B系永久磁铁的组成的原料金属用公知的方法熔化后，通过铸造而制作具有所期望的组成的原料合金。
作为原料金属，例如可以使用稀土金属或稀土合金、纯铁、硼铁合金、Co或Cu等金属、进而可以使用这些合金或化合物等。由原料金属铸造原料合金的铸造方法可以为任意的方法。为了得到磁特性高的R-T-B系永久磁铁，也可以使用薄带连铸法。得到的原料合金也可以根据需要用已知的方法进行均质化处理。另外，在该时刻，添加于原料金属的重稀土元素可以为仅Dy，也可以不添加重稀土元素。特别是在该时刻可以不添加Tb，而仅通过后述的晶界扩散添加Tb，可以抑制原料成本。
制作所述原料合金之后，进行粉碎(粉碎工序)。此外，从得到高的磁特性的观点出发，从粉碎工序至烧结工序的各工序的气氛可以设为低氧浓度。例如，也可以将各工序的氧的浓度设为200ppm以下。通过控制各工序的氧浓度，从而可以控制R-T-B系永久磁铁中所含的氧量。
以下，作为所述粉碎工序，以下记述了以粉碎至粒径成为数百μm～数mm左右的粗粉碎工序和微粉碎至粒径成为数μm左右的微粉碎工序的2阶段来实施的情况，但也可以用仅微粉碎工序的1阶段实施。
在粗粉碎工序中，粗粉碎至粒径成为数百μm～数mm左右。由此，得到粗粉碎粉末。粗粉碎的方法可以用任意的方法进行，可以用进行氢吸附粉碎的方法或使用粗粉碎机的方法等公知的方法进行。进行氢吸附粉碎时，通过进行脱氢处理时的气氛中氮气浓度的控制，可以控制R-T-B系永久磁铁中所含的氮量。
接着，将得到的粗粉碎粉末微粉碎至平均粒径成为数μm左右(微粉碎工序)。由此，得到微粉碎粉末(原料粉末)。所述微粉碎粉末的平均粒径也可以为1μm以上且10μm以下，优选为2μm以上且6μm以下，或3μm以上且5μm以下。通过控制微粉碎工序的气氛中氮气浓度，从而可以控制R-T-B系永久磁铁中所含的氮量。
微粉碎可以用任意的方法实施。例如，可以用使用各种微粉碎机的方法实施。
将所述粗粉碎粉末进行微粉碎时，可以通过添加月桂酸酰胺、油酸酰胺等各种粉碎助剂，得到在成型时取向性高的微粉碎粉末。另外，可以通过改变粉碎助剂的添加量来控制R-T-B系永久磁铁中所含的碳量。
[成型工序]
在成型工序中，将上述微粉碎粉末成型为目标的形状。可以用用任意的方法进行成型。本实施方式中，将上述微粉碎粉末充填于金属模具内，在磁场中进行加压。由此得到的成型体的主相晶体在特定方向进行取向，因此，可得到剩余磁通密度高的R-T-B系永久磁铁。
成型时的加压可以在20MPa～300MPa下进行。施加的磁场可以设为950kA/m以上，也可以设为950kA/m～1600kA/m。施加的磁场并不限制于静磁场，也可以设为脉冲状磁场。另外，也可以并用静磁场和脉冲状磁场。
此外，作为成型方法，除如上述那样将微粉碎粉末直接进行成型的干式成型之外，也可以适用于将使微粉碎粉末分散于油等溶剂的浆料进行成型的湿式成型。
将微粉碎粉末进行成型而得到的成型体的形状可以设为任意的形状。另外，该时刻的成型体的密度可以设为4.0Mg/m3～4.3Mg/m3。
[烧结工序]
烧结工序为将成型体在真空或惰性气体气氛中进行烧结而得到烧结体的工序。烧结温度有必要根据组成、粉碎方法、粒度和粒度分布的不同等各种条件而进行调整，但相对于成型体，例如通过进行在真空中或惰性气体的存在下、在1000℃以上且1200℃以下进行加热1小时以上且20小时以下的处理而烧成。由此，可得到高密度的烧结体。本实施方式中，得到最低7.45Mg/m3以上的密度的烧结体。烧结体的密度也可以为7.50Mg/m3以上。
[时效处理工序]
时效处理工序为将烧结体在比烧结温度低的温度下进行热处理的工序。对是否进行时效处理没有特别限制，对时效处理的次数也没有特别限制，根据所期望的磁特性而适当实施。另外，采用后述的晶界扩散工序时，晶界扩散工序也可以兼备时效处理工序。本实施方式的R-T-B系永久磁铁中进行2次时效处理。以下，对进行2次时效处理的实施方式进行说明。
将第1次时效工序设为第一时效工序，将第2次时效工序设为第二时效工序，将第一时效工序的时效温度设为T1，将第二时效工序的时效温度设为T2。
对第一时效工序中的温度T1及时效时间没有特别限制。可以在700℃以上且900℃以下进行1小时～10小时。
对第二时效工序中的温度T2及时效时间没有特别限制。可以在500℃以上且700℃以下进行1小时～10小时。
通过这种时效处理，可以使最终得到的R-T-B系永久磁铁的磁特性、尤其是矫顽力HcJ提高。
以下，对使Tb晶界扩散于本实施方式的R-T-B系永久磁铁的方法进行说明。
[加工工序(晶界扩散前)]
在晶界扩散前，也可以具有根据需要将本实施方式的R-T-B系永久磁铁加工成所期望的形状的工序。加工方法可举出例如切断、磨削等形状加工、或滚筒抛光等倒角加工等。
[晶界扩散工序]
晶界扩散可以通过在R-T-B系永久磁铁的表面通过涂布或蒸镀等使重稀土的金属、含有重稀土元素(本实施方式中为Tb)的化合物或合金等附着之后进行热处理来实施。通过重稀土元素的晶界扩散，可以使最终得到的R-T-B系永久磁铁的矫顽力HcJ进一步提高。作为晶界扩散于烧结体的重稀土元素，优选Tb。通过使用Tb，可以得到更高的矫顽力HcJ。
以下说明的实施方式中，制作含有Tb的涂料，将涂料涂布于R-T-B系永久磁铁的表面。
涂料的方式为任意的。使用何种物质作为含有Tb的化合物，或使用何种物质作为溶剂或分散介质也是任意的。另外，涂料中的Tb的浓度为任意的。
本实施方式的晶界扩散工序中的扩散处理温度可以设为800℃～950℃。扩散处理时间可以设为1小时～50小时。此外，晶界扩散工序也可以兼备前述的时效处理工序。
通过设为上述的扩散处理温度及扩散处理时间，可以较低地抑制制造成本，同时容易将Tb的浓度分布设为优选的分布。
另外，在晶界扩散处理后，也可以进一步实施热处理。此时的热处理温度可以设为450℃～600℃。热处理时间可以设为1小时～10小时。通过这种热处理，可以使最终得到的R-T-B系永久磁铁的磁特性、特别是矫顽力HcJ提高。
另外，本实施方式的R-T-B系永久磁铁的制造稳定性可以根据磁特性的变化量相对于时效温度、扩散处理温度或扩散处理后的热处理温度的变化的大小而确认。以下，对扩散处理工序进行说明，但对时效工序、扩散处理后的热处理也同样。
例如，如果磁特性的变化量相对于扩散处理温度的变化的大，则磁特性会因稍微的扩散处理温度的变化而发生变化。因此，在晶界扩散工序中所允许的扩散处理温度的范围变窄，制造稳定性变低。相反，如果磁特性相对于扩散处理温度的变化的变化量小，则即使扩散处理温度发生变化，磁特性也难以变化。因此，在晶界扩散工序中所允许的扩散处理温度的范围变宽，制造稳定性升高。进而可以在高温、短时间进行晶界扩散，因此制造成本也可以降低。
[加工工序(晶界扩散后)]
在晶界扩散工序的后，也可以进行R-T-B系永久磁铁的各种加工。对实施的加工的种类没有特别限制。可以进行例如切断、磨削等形状加工、或滚筒抛光等倒角加工等表面加工。
由以上的方法得到的本实施方式所涉及的R-T-B系永久磁铁通过进行磁化，从而成为R-T-B系永久磁铁制品。
这样得到的本实施方式的R-T-B系永久磁铁具有所期望的特性。具体而言，剩余磁通密度Br及矫顽力HcJ高，耐腐蚀性和制造稳定性也优异。
本实施方式的R-T-B系永久磁铁优选用于发动机、发电机等用途。
此外，本发明并不限制于上述的实施方式，可以在本发明的范围内进行各种改变。
R-T-B系永久磁铁的制造方法并不限制于上述的方法，也可以适当变更。例如，上述的R-T-B系永久磁铁的制造方法为利用烧结的制造方法，但本实施方式的R-T-B系永久磁铁也可以通过热加工而制造。通过热加工制造R-T-B系永久磁铁的方法具有以下的工序。
(a)将原料金属进行熔化，将得到的金属熔液骤冷而得到薄带的熔化骤冷工序；
(b)将薄带进行粉碎而得到片状的原料粉末的粉碎工序；
(c)将粉碎的原料粉末进行冷成型的冷成型工序；
(d)将冷成型体进行预加热的预加热工序；
(e)将预加热的冷成型体进行热成型的热成型工序；
(f)使热成型体塑性变形为规定的形状的热塑性加工工序。
(g)将R-T-B系永久磁铁进行时效处理的时效处理工序。
此外，时效处理工序以后的工序与通过烧结而制造的情况同样。
【实施例】
以下，对本发明进一步基于详细的实施例进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。
(实验例1)
(R-T-B系烧结磁铁的制作)
作为原料，准备Nd、Pr、电解铁、低碳硼铁合金合金。进一步以纯金属或与Fe的合金的形式准备Al、Ga、Cu、Co、Mn、Zr。
使用所述原料，通过薄带连铸法以经过后述的晶界扩散而最终得到的磁铁组成成为表1及表2所示的各试样的组成的方式制作原料合金。表1及表2所示的C、N、O的含量(ppm)分别表示相对于磁铁的总质量的含量。表2中没有表示Fe，但表1及表2所示的C、N、O以外的各元素的含量(质量％)为将Nd、Pr、Tb、B、Al、Ga、Cu、Co、Mn、Zr及Fe的合计含量设为100质量％时的值。此外，上述原料合金的合金厚度设为0.2mm～0.4mm。
接着，对原料合金在室温下使氢气流动1小时而使氢吸附。接着，将气氛更换为Ar气体，在600℃下进行1小时脱氢处理，将原料合金进行氢吸附粉碎。关于试样编号81～83，以氮含量成为规定的量的方式调整脱氢处理时的气氛中氮气浓度。进而，在冷却后使用筛子制成425μm以下的粒度的粉末。此外，从氢吸附粉碎至后述的烧结工序中，通常设为低于氧浓度200ppm的低氧气氛。此外，关于试样编号74～78，以氧含量成为规定的量的方式调整氧浓度。
接着，相对于氢吸附粉碎以及筛分后的原料合金的粉末，添加以质量比计为0.1％的油酸酰胺作为粉碎助剂并进行混合。关于试样编号63～68，以碳含量成为规定的量的方式调整粉碎助剂的添加量。
接下来，使用冲突板式的喷射磨装置在氮气流中进行微粉碎，得到平均粒径为3.9μm～4.2μm的微粉。关于试样编号79、80，在Ar和氮的混合气体气流中进行微粉碎，以氮含量成为规定的量的方式调整氮气浓度。此外，所述平均粒径为用激光衍射式的粒度分布计测定的平均粒径D50。
将得到的微粉在磁场中进行成型而制作成型体。此时的施加磁场为1200kA/m的静磁场。另外，成型时的加压力设为98MPa。此外，使磁场施加方向和加压方向正交。测定该时刻的成型体的密度，结果，全部的成型体的密度为4.10Mg/m3～4.25Mg/m3的范围内。
接下来，将上述成型体进行烧结，得到了烧结体。就烧结条件而言，最适条件因组成等而不同，设为在1040℃～1100℃的范围内保持4小时。烧结气氛设为真空中。此时烧结密度在7.45Mg/m3～7.55Mg/m3的范围。其后，在Ar气氛、大气压中、在第一时效温度T1＝850℃下进行1小时的第一时效处理，进一步在第二时效温度T2＝520℃下进行1小时的第二时效处理。
其后，将时效处理后的烧结体通过立式而加工成14mm×10mm×4.2mm(磁化容易轴方向厚度4.2mm)，制作后述的Tb的晶界扩散前的烧结体。
进而，进行将上述的工序中得到的烧结体浸渍于相对于乙醇100质量％的硝酸为3质量％的硝酸和乙醇的混合溶液3分钟后，再浸渍于乙醇中1分钟的蚀刻处理。进行了上述浸渍于混合溶液3分钟之后再浸渍于乙醇中1分钟的蚀刻处理2次。接着，相对于蚀刻处理后的烧结体的整个面，以相对于磁铁的质量的Tb的质量比为0.2质量％～1.2质量％涂布将晶粒平均粒径D50＝10.0μm的TbH2分散于乙醇所得到的浆料。以成为表1及表2中记载的Tb的含量的方式改变涂布量。
在涂布上述浆料并进行干燥后，一边以大气压流通Ar，一边实施930℃的18小时的扩散处理，接着实施520℃下4小时的热处理。接着，将14×10×4.2mm试样的表面的各面分别削落0.1mm，得到表1及表2所示的各试样的R-T-B系烧结磁铁。
测定得到的各R-T-B系烧结磁铁的平均组成。将各试样利用捣碎机粉碎，供于分析。关于各种金属元素量，利用荧光X射线分析进行测定。硼(B)的含量利用ICP分析进行测定。氧的含量利用惰性气体熔融-非分散型红外线吸收法进行测定，碳的含量利用氧气流中燃烧-红外线吸收法进行测定，氮的含量利用惰性气体熔融-热导法进行测定。将结果记载于表1、表2。此外，本实施例中，R的含量的合计TRE为28.20质量％以上且30.50质量％以下。
对得到的各R-T-B系烧结磁铁，用BH示踪仪进行了磁特性的评价。利用4000kA/m的脉冲磁场进行磁化后，评价了磁特性。由于所述烧结磁铁的厚度薄，因此，重叠3片所述烧结磁铁而进行评价。将结果记载于表1、表2。
一般而言，剩余磁通密度和矫顽力HcJ存在折衷的关系。即，存在剩余磁通密度越高、矫顽力HcJ越变低、矫顽力HcJ越高、剩余磁通密度越变低的倾向。因此、本实施例中，设定用于综合地评价剩余磁通密度及矫顽力HcJ的性能指数PI(Potential Index)。在将以mT单位测定的剩余磁通密度的大小设为Br(mT)、将以kA/m单位测定的矫顽力的大小设为HcJ(kA/m)的情况下，设定：
PI＝Br+25×HcJ×4π/2000。
本实施例中，在PI≥1745的情况下，剩余磁通密度及矫顽力HcJ设为良好。在PI≥1765的情况下，剩余磁通密度及矫顽力HcJ进一步设为良好。另外，将矩形比Hk/HcJ为90％以上的情况设为良好。表1及表2中，将PI及矩形比良好的试样设为○，将不好的试样设为×。此外，本实施例中，矩形比Hk/HcJ在磁化J-磁场H曲线的第2象限(J-H减磁曲线)中，将磁化成为Br的90％时的磁场设为Hk(kA/m)，根据Hk/HcJ×100(％)进行计算。
另外，对各R-T-B系烧结磁铁，进行了耐腐蚀性试验。耐腐蚀性试验通过饱和蒸气压下的PCT试验(高压锅试验：Pressure Cooker Test)而实施。具体而言，将R-T-B系烧结磁铁在2个大气压、100％RH的环境下放置1000小时，测定试验前后的质量变化。在磁铁的单位表面积的质量减少为3mg/cm2以下的情况下，判断为耐腐蚀性良好。在实施了本次耐腐蚀性试验的试样中，耐腐蚀性全部良好。
【表1】
Figure BDA0001496898080000171
【表2】
Figure BDA0001496898080000181
表1中，使TRE及B变化。另外，以Nd和Pr的质量比成为大概3：1的方式含有Nd及Pr。表2中，使B以外的各成分的含量变化。另外，就试样编号84～87而言，将TRE固定而使Nd及Pr的含量变化。
由表1及表2得知：就全部的实施例而言，PI及矩形比良好。相对于此，就全部的比较例而言，PI、矩形比中的一个以上不好。此外，关于全部的实施例及比较例的R-T-B系烧结磁铁，使用电子探针显微分析仪(EPMA)分析了Tb浓度分布，确认Tb的浓度分布为从外侧向内侧降低的浓度分布。

Claims (10)

1.一种R-T-B系永久磁铁，其特征在于，
R为稀土元素，T为除了稀土元素、B、C、O及N以外的元素，B为硼，
作为R至少含有Tb，
作为T至少含有Fe、Cu、Co、Mn及Ga，
将R、T及B的合计质量设为100质量％时，
R的合计含量为28.05质量％～30.60质量％，
Cu的含量为0.04质量％～0.50质量％，
Co的含量为0.5质量％～3.0质量％，
Mn的含量为0.02质量％～0.10质量％，
Ga的含量为0.08质量％～0.30质量％，
B的含量为0.85质量％～0.95质量％，
C的含量相对于所述R-T-B系永久磁铁的总质量为600ppm～900ppm，
Tb的浓度分布为从所述R-T-B系永久磁铁的外侧向内侧降低的浓度分布。
2.根据权利要求1所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
作为R至少含有轻稀土元素，R的合计含量为29.25质量％～30.60质量％，轻稀土元素的合计含量为29.1质量％～30.1质量％。
3.根据权利要求1或2所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
作为R至少含有Nd。
4.根据权利要求1或2所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
作为R至少含有Pr，Pr的含量大于0且为10.0质量％以下。
5.根据权利要求1或2所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
作为R至少含有Nd及Pr。
6.根据权利要求1或2所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
作为T还含有Al，
Al的含量为0.15质量％～0.30质量％。
7.根据权利要求1或2所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
作为T还含有Zr，
Zr的含量为0.10质量％～0.30质量％。
8.根据权利要求1或2所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
Tb/C以原子数比计为0.10～0.95。
9.根据权利要求1或2所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
在将R的合计含量设为TRE的情况下，TRE/B以原子数比计为2.2～2.7。
10.根据权利要求1或2所述的R-T-B系永久磁铁，其中，
14B/(Fe+Co)以原子数比计大于0且为1.01以下。
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