РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЙ МАГНИТ

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее раскрытие сущности относится к редкоземельному магниту и к способу его изготовления. Настоящее раскрытие сущности относится к редкоземельному магниту, содержащему магнитную фазу, имеющую состав, представленный посредством RT₅ (R представляет собой редкоземельный элемент, а T представляет собой переходный элемент-металл), и к способу его изготовления.

Уровень техники

[0002] Применение постоянного магнита расширяется на широкий диапазон областей техники, включающих в себя электронику, информацию и связь, здравоохранение, область техники станкостроения, промышленные и автомобильные электромоторы и т.д. Помимо этого, требования по уменьшению выбросов углекислого газа ужесточаются, и вследствие, например, распространения гибридных автомобилей и энергосбережения в области промышленного применения, а также повышения эффективности выработки мощности, в последние годы ожидается, что должен разрабатываться постоянный магнит, имеющий улучшенные свойства.

[0003] В настоящее время, магнит Nd-Fe-B, доминирующий на рынке в качестве магнита с улучшенными рабочими характеристиками, также используется в качестве магнита приводного электромотора для HV/EHV. Под влиянием современной тенденции достижения дополнительного уменьшения размера и более высокой выходной мощности электромотора, ведется разработка нового материала постоянного магнита.

[0004] В качестве одного из видов разработки материала, имеющего рабочие характеристики, лучшие, чем рабочие характеристики магнита Nd-Fe-B, проводятся исследования по редкоземельному магниту, в котором магнитная фаза имеет двухкомпонентную систему из редкоземельного элемента и переходного элемента-металла.

[0005] Например, патентный документ 1 раскрывает редкоземельный магнит, имеющий состав, представленный посредством R(Fe_(1-p)Co_p)_qA_r (где R представляет собой одно или более из Sm и Ce, 0,1≤p≤0,6, 4≤q≤6, и 0,1≤r≤1,0), имеющий основную фазу с шестиугольной структурой CaCu₅ и имеющий междоузельный атом.

Список библиографических ссылок

Патентные документы

[0006] Патентный документ 1. Не прошедшая экспертизу патентная публикация (Япония) номер H4 371556

Сущность изобретения

Техническая задача

[0007] Касательно двухкомпонентной системы из редкоземельного элемента и переходного элемента-металла, известны магнитные фазы, в которых молярное отношение редкоземельного элемента и переходного элемента-металла составляет 1:2, 1:5, 1:12, 2:7, 2:17 и т.д. В нижеприведенном описании, эти магнитные фазы иногда упоминаются в качестве фазы 1-2, фазы 1-5, фазы 1-12, фазы 2-7, фаза 2-17 и т.д., соответственно.

[0008] В двухкомпонентной системе из редкоземельного элемента и переходного элемента-металла, известно, что когда редкоземельный элемент представляет собой Sm, а переходный элемент-металл представляет собой Co, фаза 1-5 является термически более стабильной, чем фаза 1-2, фаза 1-12, фаза 2-7 и фаза 2-17. Соответственно, редкоземельный магнит, содержащий Sm и Co, содержит множество фаз SmCo₅.

[0009] Поскольку Sm имеет высокую редкость в числе редкоземельных элементов, предпринимается попытка заменять часть или весь Sm на редкоземельный элемент с более низкой редкостью, чем Sm.

[0010] В редкоземельном магните, раскрытом в патентном документе 1, по меньшей мере, часть Sm заменяется на Ce. Тем не менее, (Sm, Ce)Co₅ имеет более низкое намагничивание насыщения, чем SmCo₅. Чтобы компенсировать намагничивание насыщения, уменьшенное посредством замены Sm на Ce, по меньшей мере, часть Co заменяется на Fe. Тем не менее, когда Co заменяется на Fe, (Sm, Ce)(Co, Fe)₅ становится чрезвычайно нестабильным, по сравнению с (Sm, Ce)Co₅. Как результат, содержание фазы 1-5, представленной посредством (Sm, Ce)(Co, Fe)₅ в редкоземельном магните, значительно уменьшается, и содержание фазы 1-2, представленной посредством (Sm, Ce)(Co, Fe)₂, значительно увеличивается. Из этого факта, как намагничивание насыщения, так и поле анизотропии уменьшаются. Соответственно, в редкоземельном магните патентного документа 1, даже когда в итоге часть Co заменяется на Fe, чтобы стабилизировать фазу 1-5, C и N вводятся в качестве междоузельных атомов в фазу 1-5.

[0011] Тем не менее, затруднительно вводить C и N в базовую часть фазы 1-5, и в силу этого, затруднительно стабилизировать фазу 1-5 во всем редкоземельном магните. Помимо этого, фаза 1-5 после ввода в нее C и N легко распадается при 400°C или более, и в силу этого высокотемпературная стабильность является плохой.

[0012] Из этих фактов, авторы настоящего изобретения выявили такую проблему, что когда Ce используется, по меньшей мере, для части редкоземельного элемента, и часть Co заменяется на Fe, фаза 1-5 и фаза 1-2 становятся нестабильной фазой и стабильной фазой, соответственно, и редкоземельный магнит практически не содержит фазу 1-5. Авторы настоящего изобретения также выявили такую проблему, что даже когда C и N вводятся в качестве междоузельных атомов в магнитную фазу таким образом, чтобы стабилизировать фазу 1-5, фаза 1-5 не может стабилизироваться в достаточной степени, и фаза 1-5 распадается при высоких температурах.

[0013] Настоящее раскрытие сущности осуществлено для того, чтобы разрешать вышеприведенные проблемы, и его цель заключается в том, чтобы предоставлять редкоземельный магнит, в котором фаза 1-5 стабилизируется, даже когда Ce используется, по меньшей мере, для части редкоземельного элемента, и часть Co заменяется на Fe, а также способ его изготовления.

Решение задачи

[0014] В результате многочисленных интенсивных исследований для того, чтобы достигать вышеуказанной цели, авторы настоящего изобретения получили редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности, а также способ его изготовления. Сущность этого заключается в следующем.

1. Редкоземельный магнит, имеющий состав, представленный посредством формулы: (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)_v(Co_yFe_(1-y))_(100-v-z)M_z, где R' представляет собой один или более редкоземельных элементов, отличных от Ce и La,

M представляет один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из переходного элемента-металла, отличного от Co и Fe, Ga, Al, Zn и In, и постоянного примесного элемента, при этом

0<x<1,0,

0<y<1,0,

0≤w≤0,1,

7,1≤v≤20,9, и

0≤z≤8,0, и удовлетворяется, в формуле, взаимосвязь y≥-3x+1,7.

2. Редкоземельный магнит согласно пункту 1, дополнительно удовлетворяющий, в формуле, взаимосвязи y≤-1,25x+1,25.

3. Редкоземельный магнит согласно пункту 1 или 2, в котором x удовлетворяет 0,3≤x≤0,9.

4. Редкоземельный магнит согласно пункту 1 или 2, в котором x удовлетворяет 0,6≤x≤0,9.

5. Редкоземельный магнит согласно любому из пунктов 1-4, в котором y удовлетворяет 0,1≤y≤0,9.

6. Редкоземельный магнит согласно любому из пунктов 1-4, в котором y удовлетворяет 0,1≤y≤0,7.

7. Редкоземельный магнит согласно любому из пунктов 1-4, в котором y удовлетворяет 0,3≤y≤0,9.

8. Редкоземельный магнит согласно любому из пунктов 1-4, в котором y удовлетворяет 0,3≤y≤0,7.

9. Способ для изготовления редкоземельного магнита, содержащий:

- подготовку расплавленного металла, имеющего состав, представленный посредством формулы: (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)_v(Co_yFe_(1-y))_(100-v-z)M_z, где R' представляет собой один или более редкоземельных элементов, отличных от Ce и La,

M представляет один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из переходного элемента-металла, отличного от Co и Fe, Ga, Al, Zn и In, и постоянного примесного элемента, при этом

0<x<1,0,

0<y<1,0,

0≤w≤0,1,

7,1≤v≤20,9, и

0≤z≤8,0, и удовлетворяется, в формуле, взаимосвязь y≥-3x+1,7, и

- закалку расплавленного металла на скорости 1*10²-1*10⁷ К/сек, чтобы получать ленту.

10. Способ согласно пункту 9, в котором в формуле взаимосвязь y≤-1,25x+1,25 дополнительно удовлетворяется.

11. Способ согласно пункту 9 или 10, в котором x удовлетворяет 0,3≤x≤0,9.

12. Способ согласно пункту 9 или 10, в котором x удовлетворяет 0,6≤x≤0,9.

13. Способ согласно любому из пунктов 9-12, в котором y удовлетворяет 0,1≤y≤0,9.

14. Способ согласно любому из пунктов 9-12, в котором y удовлетворяет 0,1≤y≤0,7.

15. Способ согласно любому из пунктов 9-12, в котором y удовлетворяет 0,3≤y≤0,9.

16. Способ согласно любому из пунктов 9-12, в котором y удовлетворяет 0,3≤y≤0,7.

Преимущества изобретения

[0015] Согласно настоящему раскрытию сущности, могут предоставляться редкоземельный магнит, в котором Ce и La принудительно присутствуют вместе в редкоземельном магните, имеющем двухкомпонентную систему из редкоземельного элемента и переходного элемента-металла, и фаза 1-5 за счет этого стабилизируется, даже когда часть Co заменяется на Fe, а также способ его изготовления.

Краткое описание чертежей

[0016] Фиг 1 является схемой, иллюстрирующей результаты таблицы 1 вместе на карте энергии образования.

Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей результаты таблицы 1 вместе на карте полных магнитных моментов.

Фиг. 3 является принципиальной схемой устройства, используемого для способа литья полос.

Фиг. 4 является схемой, иллюстрирующей результаты XRD-анализа относительно образцов примеров 1-5.

Фиг. 5 является схемой, иллюстрирующей результаты XRD-анализа относительно образцов сравнительных примеров 1-4.

Фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей результаты вычисления энергии образования различных магнитных фаз.

Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей результаты XRD-анализа относительно образцов примеров 6-9.

Подробное описание вариантов осуществления

[0017] Ниже подробно описываются варианты осуществления редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности, а также способа его изготовления. Тем не менее, варианты осуществления, описанные ниже, не должны истолковываться как ограничивающие редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности, а также способ его изготовления.

[0018] В редкоземельном магните с двухкомпонентной системой из редкоземельного элемента и переходного элемента-металла, когда переходный элемент-металл представляет собой Co, фаза 1-5 стабилизируется. Когда редкоземельный элемент фазы 1-5 представляет собой редкоземельный элемент, отличный от легкого редкоземельного элемента, такой как Sm, Nd, Pr, Dy и Tb, фаза 1-5 демонстрирует хорошее намагничивание насыщения.

[0019] Sm, Nd, Pr, Dy, Tb и т.д. имеют высокую редкость, по сравнению с легким редкоземельным элементом, таким как Ce, и в силу этого, Sm, Nd, Pr, Dy, Tb и т.д. заменяется на Ce (в дальнейшем в этом документе, иногда называется "заменой на Ce"). Намагничивание насыщения фазы 1-5 уменьшается посредством замены на Ce. Чтобы компенсировать уменьшение намагничивания насыщения, Co заменяется на Fe (в дальнейшем в этом документе, иногда называется "заменой на Fe"). Замена на Fe улучшает намагничивание насыщения, но позволяет фазе 1-5 быть нестабильной фазой, а фазе 1-2 быть стабильной фазой, и содержание фазы 1-5 в редкоземельном магните снижается. По сравнению с фазой 1-5, фаза 1-2 имеет плохое намагничивание насыщения и поле анизотропии.

[0020] По этой причине, когда Ce используется в качестве редкоземельного элемента, традиционно трудно получать редкоземельный магнит, содержащий фазу 1-5.

[0021] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в случае, если часть Co заменяется на Fe в редкоземельном магните, когда Ce и La принудительно присутствуют вместе, фаза CeFe₂ может становиться нестабильной, и фаза (Ce, La)(Co, Fe)₅ может становиться стабильной. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что отношение (молярное отношение) Ce и La и отношение (молярное отношение) Co и Fe, при котором фаза 1-5 стабилизируется, могут оцениваться из энергии образования магнитной фазы (энергии образования). В этой связи, фаза (Ce, La)(Co, Fe)₅ указывает фазу, при которой в фазе CeCo₅, часть Ce заменяется на La, и часть Co заменяется на Fe.

[0022] В настоящем описании, "фаза 1-5" указывает фазу, при которой когда магнитная фаза представляется, например, посредством фазы (Ce, La)(Co, Fe)_t, t составляет от 4 до 6 во всей магнитной фазе. Здесь, то, что t составляет 4-6, означает то, что неполная фаза 1-5 может содержаться в части магнитной фазы. По этой причине, t предпочтительно составляет от 4,5 до 5,5. Соответственно, "магнитная фаза, представленная посредством (Ce, La)(Co, Fe)_t (где t составляет от 4 до 6, предпочтительно от 4,5 до 5,5)" и "магнитная фаза, содержащая фазу (Ce, La)(Co, Fe)₅", имеют идентичный смысл.

[0023] Ниже описываются редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности, которое выполнено на основе заключений и т.д., описанных выше, а также способ его изготовления.

[0024] Редкоземельный магнит

Редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности имеет состав, представленный посредством формулы: (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)_v(Co_yFe_(1-y))_(100-v-z)M_z. Эта формула представляет весь состав редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности.

[0025] В вышеприведенной формуле, Ce означает церий, La означает лантан, R' представляет один или более редкоземельных элементов, отличных от Ce и La, Co означает кобальт и Fe означает железо. M представляет один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из переходного элемента-металла, отличного от Co и Fe, Ga, Al, Zn и In, и постоянного примесного элемента. Ga означает галлий, Al означает алюминий, Zn означает цинк и In означает индий. Переходный элемент-металл представляет собой элемент между элементом группы 3 и элементом группы 11 в периодической таблице.

[0026] x и w являются отношениями содержания (молярным отношением) Ce и R', соответственно, при условии, что весь участок редкоземельных элементов, представленный посредством Ce_xLa_(1-x-w)R'_w, составляет 1. В участке редкоземельных элементов, La представляет собой остаток после удаления Ce и R'.

[0027] y является отношением содержания (молярным отношением) Co, при условии, что весь участок группы железа, представленный посредством Co_yFe_(1-y), составляет 1. В участке группы железа, Fe представляет собой остаток после удаления Co.

[0028] v и z являются содержанием (атом%) участка редкоземельных элементов и M, соответственно, при условии, что редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности в целом составляет 100 атом%. В вышеприведенной формуле, содержание (атом%) участка группы железа представляет собой 100-v-z, и в силу этого, в редкоземельном магните в целом, участок группы железа представляет собой остаток после удаления участка редкоземельных элементов и M.

[0029] Ниже описываются составляющие элементы редкоземельного магнита, представленного посредством вышеприведенной формулы.

[0030] Ce

Ce представляет собой редкоземельный элемент и представляет собой элемент, важный для редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности, поскольку он проявляет свойства в качестве постоянного магнита. Ce представляет собой легкий редкоземельный элемент и в силу этого имеет низкую редкость, по сравнению со средним редкоземельным элементом и тяжелым редкоземельным элементом. В традиционных редкоземельных магнитах, когда легкий редкоземельный элемент, такой как Ce, используется отдельно, затруднительно содержать фазу 1-5 в редкоземельном магните. Тем не менее, в редкоземельном магните настоящего раскрытия сущности, фаза 1-5 стабилизируется за счет принудительного обеспечения присутствия Ce и La вместе, и фаза 1-5 в силу этого может содержаться в редкоземельном магните.

[0031] В настоящем описании, редкоземельный элемент включает в себя 17 элементов: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu. Из них, Sc, Y, La и Ce представляют собой легкий редкоземельный элемент, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu и Gd представляют собой средний редкоземельный элемент, а Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu представляют собой тяжелый редкоземельный элемент. В этой связи, в общем, редкость тяжелого редкоземельного элемента является высокой, и редкость легкого редкоземельного элемента является низкой. Редкость среднего редкоземельного элемента находится между тяжелым редкоземельным элементом и легким редкоземельным элементом.

[0032] La

В редкоземельном магните, La присутствует вместе с Ce, и это приводит к нестабильности фазы CeFe₂ и стабильности фазы (Ce, La)(Co, Fe)₅. Вследствие этого, в редкоземельном магните, содержание фазы CeFe₂ уменьшается, и содержание фазы (Ce, La)(Co, Fe)₅ увеличивается. Намагничивание насыщения и поле анизотропии являются более высокими в фазе 1-5, чем в фазе 1-2. Кроме того, в фазе 1-5, когда вид редкоземельного элемента является идентичным, по мере того, как содержание Fe увеличивается, намагничивание насыщения является более высоким. На основе этих фактов, намагничивание насыщения, уменьшенное посредством замены на Ce, может компенсироваться посредством увеличения содержания фазы (Ce, La)(Co, Fe)₅.

[0033] R'

R' представляет собой один или более редкоземельных элементов, отличных от Ce и La. Редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности получается за счет принудительного обеспечения присутствия Ce и La вместе. Для необработанных материалов Ce и La затруднительно вообще не содержать редкоземельный элемент R', отличный от Ce и La. Тем не менее, когда значение w в участке редкоземельных элементов, представленном посредством Ce_xLa_(1-x-w)R'_w, составляет от 0 до 0,1, свойства редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности могут считаться качестве практически идентичными свойствам редкоземельного магнита, когда w составляет 0.

[0034] Чрезмерное увеличение чистоты необработанных материалов Ce и La влечет за собой повышение производственных затрат, и в силу этого, значение w может составлять 0,01 или более, 0,02 или более, 0,03 или более, 0,04 или более либо 0,05 или более. С другой стороны, значение w может быть низким при условии, что чистота необработанных материалов Ce и La не увеличивается чрезмерно, и значение w может составлять 0,09 или менее, 0,08 или менее, 0,07 или менее либо 0,06 или менее.

[0035] Участок редкоземельных элементов

Общее содержание Ce, La и R' указывается посредством содержания v (атом%) участка редкоземельных элементов, представленного посредством Ce_xLa_(1-x-w)R'_w.

[0036] Редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности имеет двухкомпонентную систему из редкоземельного элемента и переходного элемента-металла. Известные магнитные фазы, имеющие такую двухкомпонентную систему, включают в себя фазу 1-2, фазу 1-5, фазу 1-12, фазу 2-7, фаза 2-17 и т.д. Порядок этих магнитных фаз, при размещении в порядке убывания содержания редкоземельных элементов (в порядке убывания концентрации редкоземельного элемента), представляет собой фазу 1-2, фазу 2-7, фазу 1-5, фазу 2-17 и фазу 1-12.

[0037] В редкоземельном магните настоящего раскрытия сущности, содержание v (атом%) участка редкоземельных элементов определяется таким образом, что он содержит фазу 1-5.

[0038] Когда значение v составляет 7,1 атом% или более, магнитная фаза с меньшим содержанием редкоземельных элементов, чем фаза 1-5, т.е. фаза 2-17 и фаза 1-12 и т.д., с меньшей вероятностью должна формироваться; как результат, фаза 1-5 легко стабилизируется. С точки зрения затруднения образования магнитной фазы с меньшим содержанием редкоземельных элементов, чем фаза 1-5, значение v предпочтительно составляет 9,0 атом% или более, более предпочтительно 12,0 атом% или более, еще более предпочтительно 14,0 атом% или более, и еще более предпочтительно 16,0 атом% или более, и еще более предпочтительно 17,0 атом% или более. При значении v в таком диапазоне, содержание участка группы железа может уменьшаться. Как результат, фаза α-Co, фаза α-Fe и фаза α-(Co, Fe) также должны формироваться с меньшей вероятностью. В этой связи, фаза α-(Co, Fe) указывает фазу, при которой часть Co фазы α-Co заменяется на Fe.

[0039] С другой стороны, когда значение v составляет 20,9 атом% или менее, магнитная фаза с большим содержанием редкоземельных элементов, чем фаза 1-5, т.е. фаза 1-2 и фаза 2-7 и т.д., с меньшей вероятностью должна формироваться; как результат, фаза 1-5 легко стабилизируется. С точки зрения затруднения образования магнитной фазы с большим содержанием редкоземельных элементов, чем фаза 1-5, значение v предпочтительно составляет 20,0 атом% или менее, более предпочтительно 19,0 атом% или менее, еще более предпочтительно 18,0 атом% или менее.

[0040] Co

Как описано выше, редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности имеет двухкомпонентную систему из редкоземельного элемента и переходного элемента-металла. В качестве переходного элемента-металла, магнит содержит Co вместе с нижеописанным Fe. Редкоземельный элемент и переходный элемент-металл могут формировать фазу интерметаллического соединения (фазу 1-5) при молярном отношении 1:5. В случае использования Co в качестве переходного элемента-металла для того чтобы стабилизировать фазу 1-5, Co является важной в редкоземельном магните настоящего раскрытия сущности. Когда Co является важной, для редкоземельного магнита нетрудно содержать фазу 1-5. Помимо этого, Co также может улучшать точку Кюри редкоземельного магнита.

[0041] Тем не менее, в качестве переходного элемента-металла, содержащегося в редкоземельном магните настоящего раскрытия сущности, Fe является важным, в дополнение к Co. Ниже описывается причина этого.

[0042] Fe

Как описано выше, фаза 1-5 имеет более высокое намагничивание насыщения и поле анизотропии, чем фаза 1-2. Кроме того, в фазе 1-5, когда вид редкоземельного элемента R является идентичным, фаза RFe₅ имеет более высокое намагничивание насыщения, чем фаза RCo₅. Редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности содержит как Ce, так и La в качестве редкоземельного элемента, и в силу этого, даже когда часть Co фазы RCo₅ заменяется на Fe, фаза 1-2 не стабилизирована, но фаза 1-5 остается стабильной. Таким образом, содержание фазы 1-5, имеющей высокое намагничивание насыщения и высокое поле анизотропии, может увеличиваться в редкоземельном магните.

[0043] Участок группы железа

Общее содержание Co и Fe, описанных выше, указывается посредством содержания участка группы железа, представленного посредством Co_yFe_(1-y). Поскольку участок группы железа представляет собой остаток после удаления участка редкоземельных элементов и M, при обозначении v атом% в качестве содержания участка редкоземельных элементов и z атом% в качестве содержания M, содержание участка группы железа представляется посредством (100-v-z) атом%.

[0044] В редкоземельном магните настоящего раскрытия сущности, двухкомпонентные элементы из редкоземельного элемента и переходного элемента-металла представляют собой основной компонент, и в силу этого, M представляет собой субкомпонент, содержащимся в диапазоне, не уменьшающем преимущества редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности. Ниже описывается M.

[0045] Участок группы железа представляет собой остаток после удаления участка редкоземельных элементов и M, и поскольку M представляет собой субкомпонент, содержание участка группы железа управляется фактически посредством содержания v участка редкоземельных элементов. Нижний предел содержания v участка редкоземельных элементов определяется так, как описано выше, и фаза α-Co, фаза α-Fe и фаза α-(Co, Fe) в силу этого формируются с меньшей вероятностью; как результат, стабильность фазы 1-5 не нарушается. С другой стороны, когда верхний предел содержания v участка редкоземельных элементов определяется так, как описано выше, переходный элемент-металл (Co и Fe) для формирования фазы 1-5 не истощается легко; как результат, стабильность фазы 1-5 не нарушается.

[0046] M

M представляет один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из переходного элемента-металла, отличного от Co и Fe, Ga, Al, Zn и In, и постоянного примесного элемента.

[0047] Из числа M, Ga, Al, Zn и In и переходные элементы-металлы, отличные от Co и Fe, представляют собой элементы, которые могут содержаться в диапазоне, не уменьшающем преимущества настоящего изобретения. В дополнение к этим элементам, M может содержать постоянный примесный элемент. Постоянный примесный элемент указывает примесный элемент, который постоянно содержится или вызывает значительное повышение производственных затрат, для недопущения его включения, к примеру, примесный элемент, содержащийся в необработанных материалах редкоземельного магнита, либо примесный элемент, примешанный на этапе изготовления.

[0048] M, отличный от Mn (марганца), Ti (титана) и Zr (циркония) (за исключением постоянного примесного элемента), присутствует в качестве немагнитной фазы на поверхности раздела кристаллического зерна фазы 1-5 и повышает коэрцитивность редкоземельного магнита посредством магнитного разделения кристаллического зерна фазы 1-5.

[0049] Cu из числа переходных элементов-металлов, а также Ga, Al, Zn и In могут уменьшать точку плавления границы кристаллического зерна магнитной фазы. Вследствие этого, граница кристаллического зерна легко превращается в жидкую фазу во время роста температуры, и за счет этого температура спекания (включающего в себя жидкофазное спекание) может понижаться.

[0050] Mn и Ti могут в большей степени стабилизировать фазу 1-5 посредством замены части Fe в фазе 1-5.

[0051] Zr может в большей степени стабилизировать фазу 1-5 посредством замены части редкоземельного элемента в фазе 1-5.

[0052] Когда значение содержания z M (включающего в себя постоянный примесный элемент) составляет 8,0 атом% или менее, содержание участка редкоземельных элементов и участка группы железа чрезмерно уменьшается, и в силу этого, когда значение z составляет 8,0 атом% или менее, преимущества редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности не уменьшаются. С этой точки зрения, значение z может составлять 7,0 атом% или менее, 5,0 атом% или менее, 3,0 атом% или менее, 1,0 атом% или менее либо 0,5 атом% или менее.

[0053] С другой стороны, хотя значение z может составлять 0 атом%, затруднительно не иметь постоянный примесный элемент вообще, либо значительное повышение производственных затрат вызывается. По этой причине, значение z может составлять 0,1 атом% или более, 0,2 атом% или более либо 0,4 атом% или более.

[0054] Взаимосвязь x и y

Как описано выше, весь состав редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности представляется посредством формулы: (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)_v(Co_yFe_(1-y))_(100-v-z)M_z. Помимо этого, как описано выше, в редкоземельном магните настоящего раскрытия сущности, часть Co заменяется на Fe; тем не менее, фаза 1-5 стабилизируется, поскольку часть Ce заменяется на La.

[0055] Стабильность фазы 1-5 достигается посредством i) определения значения v в диапазоне, в котором может формироваться фаза 1-5, и ii) задания предварительно определенной взаимосвязи между x и y таким образом, что фаза 1-5 стабилизируется. В этой связи, значения w и z являются слишком небольшими, чтобы предоставлять существенное преимущество в отношении предварительно определенной взаимосвязи между x и y.

[0056] Взаимосвязь x и y, когда фаза 1-5 стабилизируется, может определяться посредством создания карты Ce-La-Fe-Co энергии образования (энергии образования). Карта энергии образования может создаваться посредством вычисления соответствующих энергий образования согласно первопринципному вычислению при изменении x и y фазы (Ce_xLa_(1-x))(Co_yFe_(1-y))₅ и применения аппроксимации регулярного решения ко всем вычисленным энергиям образования.

[0057] В качестве способа для первопринципного вычисления, используется комплект (AkaiKKR), приспосабливающий аппроксимацию когерентного потенциала (CPA) метода Корринги-Кона-Ростокера (KKR). Более конкретно, соответствующие энергии образования вычисляются относительно всего 121 точки, когда каждое из x и y фазы (Ce_xLa_(1-x))(Co_yFe_(1-y))₅ увеличивается с шагами в 10 атом%. Затем, относительно результатов вычисления этих 121 точек, карта энергии образования создается с использованием аппроксимирующей формулы регулярного решения. В этой связи, аппроксимирующая формула регулярного решения заключается в следующем.

ΔE_RE5(x,y)=E_RE5(x,y)-{xyE_CeCo5+(1-x)yE_LaCe5+(1-x)(1-y)E_LaFe5+x(1-y)E_CeFe5},

где ΔE_RE5(x, y) является изменением энергии образования при x и y,

E_RE5(x, y) является энергией образования при x и y,

E_CeCo5 является энергией образования CeCo₅,

E_LaCe5 является энергией образования LaCe₅,

E_LaFe5 является энергией образования LaFe₅, и

E_CeFe5 является энергией образования CeFe₅.

[0058] В такой созданной карте энергии образования, фаза 1-5 стабилизируется в небольшой области энергии образования. Граница между областью, в которой фаза 1-5 стабилизируется, и областью, в которой фаза 1-5 становится нестабильной, формирует такую взаимосвязь, что по мере того, как x возрастает, y снижается, и граница представляется посредством y=-3x+1,7. Помимо этого, область, в которой фаза 1-5 стабилизируется, представляет собой область, в которой y больше, чем на границе. Из этих фактов, область, в которой фаза 1-5 стабилизируется, представляет собой область, представленную посредством y≥-3x+1,7.

[0059] В области, представленной посредством y≥-3x+1,7, по мере того, как x и y еще более увеличиваются, энергия образования уменьшается. С другой стороны, область, представленная посредством y≤-1,25x+1,25, представляет собой область, в которой по мере того, как Ce возрастает, фаза 1-5 стабилизируется. Область, в которой фаза 1-5 стабилизируется, может представлять собой область, представленную посредством y≤-x+1,00.

[0060] В области, представленной посредством y≥-3x+1,7, поскольку Ce и La присутствуют вместе, и Co и Fe присутствуют вместе, необходимо удовлетворять 0<x<1, и 0<y<1.

[0061] В области, представленной посредством y≥-3x+1,7, поскольку энергия образования уменьшается, и по мере того, как x и y еще более увеличиваются, x может составлять 0,3 или более, 0,6 или более либо 0,7 или более, а y может составлять 0,1 или более, 0,2 или более, 0,3 или более. Хотя и без привязки к теории, в частности, когда y составляет 0,3 или более, содержание Fe уменьшается, затрудняя изготовление фазы CeFe₂, и улучшение намагничивания насыщения может стабилизироваться в большей степени. С другой стороны, хотя фаза 1-5, вероятно, стабилизируется по мере того, как энергия образования уменьшается, когда энергия образования является небольшой до определенной степени, фаза стабилизируется до степени, не вызывающий проблему на практике. Соответственно, x может составлять 0,9 или менее, 0,85 или менее либо 0,80 или менее, а y может составлять 0,9 или менее, 0,8 или менее либо 0,7 или менее.

[0062] Фиг. 6 показывает результаты вычисления энергии Er образования различных магнитных фаз посредством идентичного способа. Как видно из фиг. 6, фаза LaFe₅ является нестабильной, поскольку энергия Er образования является положительной. Помимо этого, хотя энергия Er образования фазы CeFe₅ является отрицательной, поскольку энергия образования фазы CeFe₂ ниже энергии образования фазы CeFe₅, фаза CeFe₂ более предпочтительно формируется, чем фаза CeFe₅. Также из фиг. 6 можно видеть, что Ce и La должны присутствовать вместе.

[0063] Кроме того, структурные параметры (расстояние Fe-Fe, расстояние Fe-Co и т.д.) на основе констант решетки CeCo₅, LaCe₅, LaFe₅ и CeFe₅ вычисляются посредством первопринципного вычисления. Что касается структурных параметров, когда аппроксимирующая формула регулярного решения используется, может создаваться карта полного намагничивающего момента (полного магнитного момента). После этого, может изучаться взаимосвязь между энергией образования и полным магнитным моментом. Энергия образования связана со стабильностью фазы 1-5, и полный магнитный момент является пропорциональным намагничиванию, так что взаимосвязь между стабильностью фазы 1-5 и намагничиванием может изучаться из карты энергии образования и карты полных магнитных моментов. В этой связи, в качестве способа для первопринципного вычисления, результаты вычисления с использованием KKR-CPA(AkaiKKR)-комплекта дополняются посредством вычисления с использованием комплекта на основе венского первопринципного моделирования (комплекта на основе венского моделирования ab initio (VASP) либо локального орбитального минимального базового кода на основе полного потенциала (FPLO)).

[0064] Помимо этого, карта полных магнитных моментов показывает то, что область, в которой содержание La не является чрезмерно небольшим относительно содержания Ce, может использоваться для того, чтобы предотвращать уменьшение намагничивания, и она представляет собой область, представленную посредством y≤-1,25x+1,25. Хотя и без привязки к теории, следовательно, считается, что причина заключается в следующем. Ce имеет атомную валентность в виде трехвалентности и четырехвалентности, и большое количество четырехвалентного Ce присутствует в редкоземельном магните. С другой стороны, La имеет атомную валентность в виде только трехвалентности. В случае четырехвалентности, 4f-электроны не локализуются, и намагничивание с большой вероятностью должно исчезать, но La является трехвалентным, и поскольку 4f-электроны локализуются, намагничивание улучшается посредством La. Из этих фактов, считается, что в случае принудительного обеспечения присутствия Ce и La вместе, намагничивание улучшается в большей степени посредством увеличения содержания La. С этой точки зрения, область, представленная посредством y≤-x+1,00, является более предпочтительной.

[0065] Способ изготовления

Способ изготовления редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности включает в себя этап подготовки расплавленного металла и этап закалки расплавленного металла. Эти этапы описываются один за другим ниже.

[0066] Этап подготовки расплавленного металла

В способе изготовления настоящего раскрытия сущности, подготавливается расплавленный металл, имеющий состав, идентичный всему составу редкоземельного магнита. Состав расплавленного металла представляет собой состав непосредственно перед завершением затвердевания. В случае если потребление компонентов расплавленного металла возникает вследствие испарения и т.д. в процессе выдержки и/или затвердевания расплавленного металла, расплавленный металл может подготавливаться посредством смешивания необработанных материалов с учетом потребления. Чтобы предотвращать окисление и т.д. расплавленного металла, расплавленный металл предпочтительно подготавливается в атмосфере инертного газа.

[0067] В случае если потребление компонентов расплавленного металла не обязательно должно учитываться, расплавленный металл подготавливается посредством смешивания необработанных материалов, чтобы предоставлять состав, представленный посредством (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)_v(Co_yFe_(1-y))_(100-v-z)M_z. В этой формуле, Ce, La, R', Co, Fe и M являются идентичными содержанию, описанному для редкоземельного магнита. Помимо этого, x, w и y, а также v и z являются идентичными содержанию, описанному для редкоземельного магнита. Кроме того, в этой формуле, аналогично описанию редкоземельного магнита, взаимосвязь y≥-3x+1,7 удовлетворяется. Взаимосвязь y≤-1,25x+1,25 также может удовлетворяться.

[0068] Этап закалки расплавленного металла

Расплавленный металл, имеющий вышеуказанный состав, закаливается на скорости 1*10²-1*10⁷ К/сек, чтобы получать ленту. Эта операция предоставляет ленту в качестве редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности. В ленте, фаза 1-5 присутствует, и отношения x и w содержания (молярное отношение), а также y в фазе 1-5 являются практически идентичными x и w, а также y в расплавленном металле. Хотя и без привязки к теории, остаточная жидкость в середине затвердевания, которая не превращена в такую фазу 1-5, формирует граничную фазу зерна и присутствует в редкоземельном магните. Другими словами, в редкоземельном магните настоящего раскрытия сущности, фаза 1-5, удовлетворяющая 0<x<1, 0<y<1 и y≥-3x+1,7, т.е. фаза (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)(Co_yFe_(1-y))_t (где 0≤w≤0,1 и 4≤t≤6, предпочтительно 4,5≤t≤5,5), присутствует. В способе изготовления настоящего раскрытия сущности, x и y задается с возможностью обеспечивать фазу (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)(Co_yFe_(1-y))_t (где 0≤w≤0,1 и 4≤t≤6, предпочтительно 4,5≤t≤5,5). В этой связи, "фаза (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)(Co_yFe_(1-y))_t (где 0≤w≤0,1 и 4≤t≤6, предпочтительно 4,5≤t≤5,5), удовлетворяющая 0<x<1, 0<y<1, и y≥-3x+1,7" имеет смысл, идентичный смыслу "магнитная фаза, содержащая фазу (Ce_xLa_(1-x-w)R'_w)(Co_yFe_(1-y))₅ (где 0≤w≤0,1), удовлетворяющую 0<x<1, 0<y<1, и y≥-3x+1,7".

[0069] В качестве способа закалки, например, расплавленный металл может охлаждаться с предварительно определенной скоростью согласно способу литья полос посредством использования закалочного устройства 10, проиллюстрированного на фиг. 3. В закалочном устройстве 10, необработанные материалы расплавляются в плавильной печи 11, чтобы подготавливать расплавленный металл 12, имеющий вышеуказанный состав. Расплавленный металл 12 подается в разливочное устройство 13 с фиксированной скоростью подачи. Расплавленный металл 12, поданный в разливочное устройство 13, подается в охлаждающий ролик 14 из конца разливочного устройства 13 вследствие собственного веса.

[0070] Разливочное устройство 13 состоит из керамики и т.д. и может временно хранить расплавленный металл 12, непрерывно подаваемый из плавильной печи 11 с предварительно определенным расходом, и выпрямлять поток расплавленного металла 12 в охлаждающий ролик 14. Помимо этого, разливочное устройство 13 также имеет функцию регулирования температуры расплавленного металла 12 непосредственно перед достижением охлаждающего ролика 14.

[0071] Охлаждающий ролик 14 формируется из материала, имеющего высокую теплопроводность, такого как медь или хром, и поверхность охлаждающего ролика 14 подвергаются хромированию и т.д. таким образом, чтобы предотвращать эрозию в силу высокотемпературного расплавленного металла. Охлаждающий ролик 14 может вращаться в направлении стрелки посредством приводного устройства (не показано) на предварительно определенной частоте вращения. Посредством управления частотой вращения, скорость охлаждения расплавленного металла может управляться как скорость 1*10²-1*10⁷ К/сек.

[0072] Когда скорость охлаждения расплавленного металла составляет 1*10² К/сек или более, фаза 1-5 содержится в ленте. С этой точки зрения, скорость охлаждения расплавленного металла более предпочтительно составляет 1*10³ К/сек или более. С другой стороны, когда скорость охлаждения расплавленного металла составляет 1*10⁷ К/сек или менее, несмотря на насыщение эффекта, полученного посредством закалки, расплавленный металл может не охлаждаться на более высокой скорости, чем требуется. Скорость охлаждения расплавленного металла может составлять 1*10⁶ К/сек или менее либо 1*10⁵ К/сек или менее.

[0073] Чтобы получать вышеописанную скорость охлаждения, температура расплавленного металла при подаче из концевой части разливочного устройства 13 в охлаждающий ролик 14 может составлять 1300°C или более, 1350°C или более либо 1400°C или более и может составлять 1600°C или менее, 1550°C или менее либо 1500°C или менее. Помимо этого, периферийная скорость охлаждающего ролика 14 может составлять 10 м/с или более, 14 м/с или более либо 18 м/с или более и может составлять 30 м/с или менее, 28 м/с или менее либо 24 м/с или менее.

[0074] Расплавленный металл 12, после охлаждения и затвердевания на внешней периферии охлаждающего ролика 14, отслаивается в качестве ленты 15 от охлаждающего ролика 14 и собирается посредством устройства для сбора. При желании, лента 15 может размельчаться посредством измельчающей дробилки и т.д., чтобы получать порошок. Этап закалки расплавленного металла, описанный выше, предпочтительно выполняется в атмосфере инертного газа с тем, чтобы предотвращать окисление и т.д. расплавленного металла.

[0075] Лента 15 имеет кристаллическое зерно фазы 1-5 и границу кристаллического зерна, и в силу этого, лента 15 непосредственно имеет функцию в качестве постоянного магнита. Связанный магнит или спеченный (в том числе и жидкофазное спекание) магнит также может формироваться с использованием ленты 15 или порошка, полученного посредством размельчения ленты 15.

Примеры

[0076] Ниже подробнее описываются редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности, а также способ его изготовления со ссылкой на примеры и сравнительные примеры. Тем не менее, редкоземельный магнит настоящего раскрытия сущности, а также способ его изготовления не ограничены условиями, используемыми в нижеприведенных примерах.

[0077] Подготовка образца

Образец редкоземельного магнита подготавливается следующим образом.

[0078] Расплавленный металл, имеющий состав, показанный в таблице 1, подготавливается с использованием способа дугового плавления, и расплавленный металл при 1450°C подается на поверхность охлаждающего ролика, вращающегося на периферийной скорости в 20 м/с, посредством использования способа литья полос, чтобы подготавливать ленту. Скорость охлаждения расплавленного металла составляет 10⁶ К/с.

[0079] Оценка образца

Лента грубо размельчается, чтобы получать порошок, и присутствие или отсутствие фазы 1-5 подтверждается посредством рентгеновского дифракционного (XRD) анализа порошка.

[0080] Помимо этого, лента грубо размельчается и заливается смолой, и свойства намагничивания измеряются с использованием магнитометра с вибрирующим образцом (VSM) с максимальным магнитным полем в 9T. Измерение выполняется при нормальной температуре (20°C). Намагничивание Ms насыщения и поле Ha анизотропии вычисляются согласно закону приближения к насыщению.

[0081] Результаты показаны в таблице 1. В таблице 1, справочный пример 1 процитирован из работы авторов J.J. Zhang и др., JMMM, 324 (2012), стр. 3272-3275. Кроме того, на фиг. 1, проиллюстрирована схема, показывающая результаты таблицы 1 вместе на карте энергии образования, а на фиг. 2, проиллюстрирована схема, показывающая результаты таблицы 1 вместе на карте полных магнитных моментов. Карта энергии образования и карта полных магнитных моментов создаются посредством способов, описанных выше. Помимо этого, результаты XRD-анализа для образцов примеров 1-5 и для образцов сравнительных примеров 1-4 показаны на фиг. 4 и фиг. 5, соответственно. Относительно результатов анализа каждого образца по фиг. 4 и 5, верхняя сторона отображает XRD-рисунок каждого образца, и нижняя сторона отображает XRD-рисунок фазы CeCo₅. В этой связи, на фиг. 4 и 5, абсцисса представляет собой 2θ, и ордината представляет собой интенсивность рентгеновских лучей. Результаты XRD-анализа для образцов примеров 6-9 показаны на фиг. 7. Относительно результатов анализа каждого образца по фиг. 7, верхняя сторона отображает XRD-рисунок каждого образца, и нижняя сторона отображает XRD-рисунок фазы CeCo₅. Здесь, позиции пиков фазы CeCo₅ и фазы (Ce, La)(Co, Fe)₅ являются практически идентичными.

[0082] Табл. 1

Табл. 1

[0083] Как видно из таблицы 1 и фиг. 4 и 5, можно подтверждать, что в примерах 1-5, пик фазы 1-5 четко распознается из результатов XRD-анализа. Кроме того, как видно из фиг. 1 и 2, можно подтверждать, что карта энергии образования и карта полных магнитных моментов, созданные посредством вычисления, имеют корреляцию с результатами таблицы 1. В этой связи, на фиг. 1, y=-3x+1,7 представляет собой прямую линию, проходящую через значения примера 1 и примера 2, и y=-x+1,00 представляет собой прямую линию, проходящую через пример 1 и пример 3.

[0084] Кроме того, как видно из таблицы 1 и фиг. 7, подтверждено, что в примерах 6-9, пик фазы 1-5 также четко распознается из результатов XRD-анализа. В таком случае, из таблицы 1 можно подтверждать, что в области y≤-1,25x+1,25, намагничивание насыщения имеет тенденцию улучшаться. Помимо этого, можно подтверждать, что когда y составляет 0,3 или более, улучшение намагничивания насыщения стабилизируется.

[0085] Хотя и без привязки к теории, причина, по которой улучшение намагничивания насыщения стабилизируется в области y, составляющего 0,3 или более, возможно следующая. Ссылаясь на фиг. 4 и 7, в примерах 1-9, пик распознается даже в позиции 2θ, составляющей 35°. Считается, что это обусловлено этим фактом, что в примерах 1-9, немного присутствует фаза, отличная от фазы 1-5. В таком случае считается, что когда y составляет 0,3 или более, содержание Fe является небольшим, и вследствие этого фаза, отличная от фазы 1-5, имеет низкую вероятность того, что она представляет собой CeFe₂.

[0086] Из этих результатов, могут подтверждаться преимущества редкоземельного магнита настоящего раскрытия сущности, а также способа его изготовления.

Список номеров ссылок

[0087] 10 - закалочное устройство

11 - плавильная печь

12 - расплавленный металл

13 - разливочное устройство

14 - охлаждающий ролик

15 - лента