永久磁铁以及旋转电机制造技术

本发明专利技术提供高性能的永久磁铁。该永久磁铁具备组成式：RpFeqMrCutCo100‑p‑q‑r‑t所表示的组成和金属组织，该金属组织包含具有Th2Zn17型结晶相的晶胞相、和以与晶胞相分割的方式设置、具有比Th2Zn17型结晶相高的Cu浓度的富Cu相。Th2Zn17型结晶相的Fe浓度为30原子％以上45原子％以下。富Cu相的平均长度为30nm以上250nm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】永久磁铁以及旋转电机
本专利技术实施方式涉及永久磁铁以及旋转电机。
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Sm-Co系磁铁的高磁化中Fe的高浓度化是有效的。但是，在以往的制造方法中由于提高Fe浓度，有时矩形比下降。为了实现高性能的电动机用的磁铁，需要在高Fe浓度的组成中改善磁化的同时，能够呈现良好的矩形比的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2015/037041号专利文献2：国际公开第2015/044974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)所表示的组成和金属组织，该金属组织包含具有Th2Zn17型结晶相的晶胞相、和以与晶胞相分割的方式设置、具有比Th2Zn17型结晶相高的Cu浓度的富Cu相。Th2Zn17型结晶相的Fe浓度为30原子％以上45原子％以下。富Cu相的平均长度为30nm以上250nm以下。附图说明图1是包括Th2Zn17型结晶相的c轴的剖面的TEM明视野像。图2是包括Th2Zn17型结晶相的c轴的剖面的Cu分布像。图3是包括Th2Zn17型结晶相的c轴的剖面的TEM明视野像。图4是包括Th2Zn17型结晶相的c轴的剖面的TEM明视野像。图5是表示永久磁铁电动机的图。图6是表示可变磁通量电动机的图。图7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。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，例如可例举选自钇(Y)、钐(Sm)、铈(Ce)、镨(Pr)、以及钕(Nd)等稀土类元素的至少一个元素。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。上述组成式中的p(R元素的含量)低于10.5原子％的情况下，大量的α-Fe析出、矫顽磁力变小，在上述组成式中的p超过12.4原子％的情况下，饱和磁化下降。上述组成式中的p为10.9原子％以上12.1原子％以下，更优选11.0原子％以上12.0原子％以下。上述组成式中的M是在高Fe浓度的组成下可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。在上述组成式中的r超过4.3原子％的情况下，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。在上述组成式中的r(M元素的含量)低于0.88原子％的情况下，Fe浓度变高的效果容易变小。M元素的含量为1.14原子％以上3.58原子％以下，更优选大于1.49原子％且为2.24原子％以下，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的浓度低于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。在上述组成式中的t(Cu的含量)超过13.5原子％的情况下，磁化容易下降。在上述组成式中的t低于3.5原子％的情况下，难以得到高矫顽磁力和良好的矩形比。Cu的含量优选3.9原子％以上9.0原子％以下，更优选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。因此含量q优选28原子％以上40原子％以下。Fe的含量q优选29原子％以上36原子％以下，更优选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、以及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相中也包括以分割晶胞相的方式设置的晶胞壁相。Th2Zn17型结晶相的c轴优选以与易磁化轴平行或大致平行的方式存在。另外，大致平行是指例如自平行方向起-10度以上+10度以下的范围内的方向。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永久磁铁，其是具备组成式：RpFeqMrCutCo100‑p‑q‑r‑t所表示的组成和金属组织的永久磁铁，所述金属组织包含具有Th2Zn17型结晶相的晶胞相、和以与所述晶胞相分割的方式设置、具有比所述Th2Zn17型结晶相高的Cu浓度的富Cu相，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，其特征在于，所述Th2Zn17型结晶相的Fe浓度为30原子％以上45原子％以下，所述富Cu相的平均长度为30nm以上250nm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种永久磁铁，其是具备组成式：RpFeqMrCutCo100-p-q-r-t所表示的组成和金属组织的永久磁铁，所述金属组织包含具有Th2Zn17型结晶相的晶胞相、和以与所述晶胞相分割的方式设置、具有比所述Th2Zn17型结晶相高的Cu浓度的富Cu相，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，其特征在于，所述Th2Zn17型结晶相的Fe浓度为30原子％以上45原子％以下，所述富Cu相的平均长度为30nm以上250nm以下。2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀内阳介，樱田新哉，真田直幸，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP