永久磁铁、电动机、以及发电机制造技术

本发明专利技术提供高性能的永久磁铁。其具备组成式：RpFeqMrCutCo100‑p‑q‑r‑t所表示的组成、和包括具有Th2Zn17型结晶相的主相的金属组织。在构成主相的20以上的结晶粒中，Fe浓度的平均值为28原子％以上，且R元素的浓度的平均值为10原子％以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施方式的专利技术涉及永久磁铁、电动机、以及发电机。
技术介绍
作为高性能稀土类磁铁的例子，已知Sm-Co系磁铁、Nd-Fe-B系磁铁等。在这些磁铁中，Fe和Co有助于饱和磁化的增大。此外，这些磁铁中含有Nd或Sm等稀土类元素,提供了来源于结晶场中的稀土类元素的4f电子的行为的较大的磁各向异性。藉此，可得到较大的矫顽磁力，实现高性能磁铁。这样的高性能磁铁主要用于电动机、扬声器、计量仪器等电气设备。为了应对近年来各种电气设备的小型轻量化、低耗电化的要求的提高，要求提高了永久磁铁的最大磁能积(BHmax)的、更高性能的永久磁铁。此外，近年，提出了可变磁通量型电动机，其有助于电动机的高效化。由于Sm-Co系磁铁的固化温度高，因此能够在高温下实现良好的电动机特性，但希望进一步高矫顽磁力化和高磁化，进一步改善矩形比。认为在Sm-Co系磁铁的高磁化中Fe的高浓度化是有效的，但在以往的制法中，由于使Fe高浓度化而有矩形比下降的倾向。从这样的情况出发，为了实现高性能的电动机用的磁铁，需要在高Fe浓度组成中改善磁化的同时，能够呈现良好的矩形比的呈现的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2014/156031号专利文献2：国际公开第2014/156047号
技术实现思路
本专利技术中所要解决的课题是通过控制Sm-Co系磁铁中的金属组织，提供高性能的永久磁铁。实施方式的永久磁铁具备组成式：RpFeqMrCutCo100-p-q-r-t(式中，R是选自稀土类元素的至少1个元素，M是选自Zr、Ti、以及Hf的至少1个元素，p是满足10.5≤p≤12.4原子％的数，q是满足28≤q≤40原子％的数，r是满足0.88≤r≤4.3原子％的数，t是满足3.5≤t≤13.5原子％的数)所表示的组成、和含有具有Th2Zn17型结晶相的主相的金属组织。在构成主相的20以上的结晶粒中，Fe浓度的平均值为28原子％以上，且R元素浓度的平均值为10原子％以上。附图说明图1是表示磁化的下降的例的图。图2是表示永久磁铁电动机的图。图3是表示可变磁通量电动机的图。图4是表示发电机的图。具体实施方式下面参照附图对实施方式进行说明。另外，附图是示意性的，有时例如厚度和平面尺寸的关系、各层的厚度的比例等与实物不同。此外，在实施方式中，对实质上相同的构成要素标注相同的符号，省略说明。(第一实施方式)以下对本实施方式的永久磁铁进行说明。<永久磁铁的构成例>本实施方式的永久磁铁具备具有组成式：RpFeqMrCutCo100-p-q-r-t(式中，R是选自稀土类元素的至少1个元素，M是选自Zr、Ti、以及Hf的至少1个元素，p是满足10.5≤p≤12.4原子％的数，q是满足28≤q≤40原子％的数，r是满足0.88≤r≤4.3原子％的数，t是满足3.5≤t≤13.5原子％的数)所表示的组成的烧结体。上述组成式中的R是可对磁铁材料提供较大的磁各向异性的元素。作为R元素，例如可使用选自包括钇(Y)的稀土类元素的1个或多个元素等，例如可使用钐(Sm)、铈(Ce)、钕(Nd)、镨(Pr)等，特别优选使用Sm。例如，在作为R元素使用包括Sm的多个元素的情况下，通过将Sm浓度设为能够作为R元素适用的元素整体的50原子％以上，能够提高磁铁材料的性能、例如矫顽磁力。另外，进一步优选将能够作为R元素适用的元素的70原子％以上设为Sm，更进一步优选设为90％以上。可通过将能够作为R元素适用的元素的浓度例如设为10.5原子％以上12.4原子％以下来增大矫顽磁力。能够作为R元素适用的元素的浓度低于10.5原子％的情况下，大量的α-Fe析出、矫顽磁力变小，在能够作为R元素适用的元素的浓度超过12.4原子％的情况下，饱和磁化下降。能够作为R元素适用的元素的浓度更优选10.9原子％以上12.1原子％以下，进一步优选11.0原子％以上12.0原子％以上。上述组成式中的M是在高Fe浓度的组成下可使其呈现较大矫顽磁力的元素。作为M元素，例如可使用选自钛(Ti)、锆(Zr)、以及铪(Hf)的1个或多个元素。如果M元素的含量r超过4.3原子％，则容易生成过多地含有M元素的异相，矫顽磁力、磁化都容易下降。此外，如果M元素的含量r低于0.88原子％，则Fe浓度变高的效果容易变小。即，M元素的含量r优选0.88原子％以上4.3原子％以下。元素M的含量r更优选1.14原子％以上3.58原子％以下，进一步优选大于1.49原子％且为2.24原子％以下，更进一步优选1.55原子％以上2.23原子％以下。M元素优选至少含有Zr。尤其，通过将M元素的50原子％以上设为Zr，可提高永久磁铁的矫顽磁力。另一方面，由于M元素中Hf尤其昂贵，因此即使在使用Hf的情况下，也优选减少其用量。例如，优选Hf的含量低于M元素的20原子％。Cu是可在磁铁材料中呈现高矫顽磁力的元素。Cu的含量优选例如3.5原子％以上13.5原子％以下。如果掺和超过该范围上限的Cu，则磁化的下降显著，且如果为低于该范围下限的量则难以得到高矫顽磁力和良好的矩形比。Cu的含量t更优选3.9原子％以上9.0原子％以下，进一步优选4.3原子％以上5.8原子％以下。Fe是主要承担磁铁材料的磁化的元素。通过大量掺和Fe可提高磁铁材料的饱和磁化，但如果过多掺和则由于α-Fe的析出和相分离而难以得到所希望的结晶相，有使矫顽磁力下降之虞。因此，Fe的含量q优选28原子％以上40原子％以下。Fe的含量q更优选29原子％以上36原子％以下，进一步优选30原子％以上33原子％以下。Co是在承担磁铁材料的磁化的同时使高矫顽磁力呈现的元素。此外，如果大量掺和Co则可得到高固化温度，可提高磁铁特性的热稳定性。如果Co的混合量少，则这些效果减弱。但是，如果过多添加Co，则Fe的比例相对地减少，有导致磁化下降之虞。此外，通过将20原子％以下的Co用选自Ni、V、Cr、Mn、Al、Si、Ga、Nb、Ta、W的1个或多个元素取代，可提高磁铁特性、例如矫顽磁力。本实施方式的永久磁铁具备包括具有六方晶系的Th2Zn17型结晶相(2-17型结晶相)的主相、和设置于构成主相的结晶粒之间的晶界相的二维金属组织。而且，主相包括具有2-17型结晶相的晶胞相、和具有六方晶系的CaCu5型结晶相(1-5型结晶相)的富Cu相。富Cu相优选以包围晶胞相的方式形成。上述构造也称为晶胞结构。此外，富Cu相中也包括分割晶胞相的晶胞壁相。Th2Zn17型结晶相的c轴优选以与易磁化轴平行的方式存在。另外，平行的含义可包括从平行方向±10度以内的状态(大致平行)。富Cu相是Cu浓度高的相。富Cu相的Cu浓度比Th2Zn17型结晶相的Cu浓度高。例如，富Cu相的Cu浓度优选Th2Zn17型结晶相的Cu浓度的1.2倍以上。富Cu相例如在Th2Zn17型结晶相中的包括c轴的剖面中以线状或板状存在。作为富Cu相的构造，没有特别的限定，例如可例举六方晶系的CaCu5型结晶相(1-5型结晶相)等。此外，永久磁铁也可以具有相不同的多个富Cu相。富Cu相的磁畴壁能比Th2Zn17型结晶相的磁畴壁能高，该磁畴壁能的差成为磁畴壁移动的障碍。即，富Cu相通过作为钉扎位置起作用，可抑制在多个晶胞相间的磁畴壁移动。尤其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永久磁铁，其具备组成式：RpFeqMrCutCo100‑p‑q‑r‑t所表示的组成、和含有具有Th2Zn17型结晶相的主相的金属组织，在构成所述主相的20以上的结晶粒中，Fe浓度的平均值为28原子％以上，且R元素的浓度的平均值为10原子％以上，所述组成式中，R是选自稀土类元素的至少1个元素，M是选自Zr、Ti、以及Hf的至少1个元素，p是满足10.5≤p≤12.4原子％的数，q是满足28≤q≤40原子％的数，r是满足0.88≤r≤4.3原子％的数，t是满足3.5≤t≤13.5原子％的数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种永久磁铁，其具备组成式：RpFeqMrCutCo100-p-q-r-t所表示的组成、和含有具有Th2Zn17型结晶相的主相的金属组织，在构成所述主相的20以上的结晶粒中，Fe浓度的平均值为28原子％以上，且R元素的浓度的平均值为10原子％以上，所述组成式中，R是选自稀土类元素的至少1个元素，M是选自Zr、Ti、以及Hf的至少1个元素，p是满足10.5≤p≤12.4原子％的数，q是满足28≤q≤40原子％的数，r是满足0.88≤r≤4.3原子％的数，t是满足3.5≤t≤13.5原子％的数。2.如权利要求1所述的永久磁铁，其特征在于，在M-H曲线中，磁场为-200kA/m时的磁化为剩余磁化的90％以上。3.如权利要求1所述的永久磁铁，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀内阳介，樱田新哉，萩原将也，小林刚史，小林忠彦，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP