磁铁材料、永久磁铁、旋转电机及车辆制造技术

本发明专利技术提高磁铁材料的饱和磁化强度。磁铁材料是以组成式：(R1‑xYx)aMbTcAd表示的磁铁材料，具有由ThMn12型晶相构成的主相。组成式的M元素的30原子％以上是Fe。

【技术实现步骤摘要】
磁铁材料、永久磁铁、旋转电机及车辆本申请以日本专利申请2016-163797(申请日：8/24/2016)和日本专利申请2017-018622(申请日：2/3/2017)和日本专利申请2017-135371(申请日：7/11/2017)为基础，享受上述申请的优先权。本申请通过援引上述申请而包含这些申请的全部内容。
本专利技术涉及磁铁材料、永久磁铁、旋转电机及车辆。
技术介绍
永久磁铁应用于包括例如电动机、发电机等旋转电机，扬声器、计量仪器等电器，汽车、铁路车辆等车辆在内的广泛的领域的产品。近年来，要求上述产品的小型化，要求开发出具有高磁化强度和高矫顽力的高性能的永久磁铁。作为高性能的永久磁铁的例子，可例举例如Sm-Co系磁铁和Nd-Fe-B系磁铁等稀土类磁铁。这些磁铁中，Fe和Co有利于饱和磁化强度的增大。此外，这些磁铁含有Nd和Sm等稀土元素，由晶体场中的稀土元素的4f电子的行为带来较大的磁各向异性。藉此，可获得较大的矫顽力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的课题是提高磁铁材料的饱和磁化强度。实施方式的磁铁材料以组成式1：(R1-xYx)aMbTc(式中，R是一种以上的稀土元素，T是选自Ti、V、Nb、Ta、Mo和W的至少一种元素，M是Fe或者是Fe和Co，x是满足0.01≤x≤0.8的数，a是满足4≤a≤20原子％的数，b是满足b＝100-a-c原子％的数，c是满足0＜c＜7原子％的数)表示。磁铁材料具有由ThMn12型晶相构成的主相。组成式1的M元素的30原子％以上是Fe。附图说明图1是表示以组成式：(Sm0.82Y0.18)7.7(Fe0.70Co0.30)88.4Ti3.9表示的磁铁材料的X射线衍射图案的例子的图。图2是表示以组成式：(Sm0.68Zr0.32)7.8(Fe0.70Co0.30)88.2Ti4.0表示的磁铁材料的X射线衍射图案的例子的图。图3是表示具有Nd3(Fe,Ti)29型晶相的峰的X射线衍射图案的例子的图。图4是表示永久磁铁电动机的图。图5是表示可变磁通电动机的图。图6是表示发电机的图。图7是表示铁路车辆的结构例的示意图。图8是表示汽车的结构例的示意图。(符号说明)1…永久磁铁电动机、2…涡轮、3…转子、4…铁芯、5…永久磁铁、11…可变磁通电动机、13…转子、14…铁芯、15…固定磁铁、16…可变磁铁、21…发电机、22…定子、23…转子、24…涡轮、25…轴、26…电刷、100…铁路车辆、101…旋转电机、200…汽车、201…旋转电机。具体实施方式下面参照附图对实施方式进行说明。另外，附图是示意图，例如厚度与平面尺寸的关系、各层的厚度的比例等有时与实际情况不同。此外，实施方式中，对于实质上相同的构成要素标以相同的符号，省略说明。(第一实施方式)本实施方式的磁铁材料含有稀土元素和M元素(M是Fe或者是Fe和Co)。上述磁铁材料具有以晶相为主相的金属组织，通过提高主相中的M元素浓度，可提高饱和磁化强度。主相是磁铁材料中的各晶相及非晶相中体积占有率最高的相。作为含有高浓度的M元素的晶相，可例举例如ThMn12型晶相。ThMn12型晶相具有正方晶系的晶体结构。以ThMn12型晶相为主相的磁铁材料中，因为M元素浓度高，所以α-(Fe,Co)相容易析出。如果α-(Fe,Co)相等异相析出，则主相中的M元素浓度降低，招致主相的饱和磁化强度降低。此外，α-(Fe,Co)相的析出招致永久磁铁的矫顽力的降低。于是，本实施方式的磁铁材料中，控制主相中所含有的各元素浓度，形成稳定的ThMn12型晶相，并同时减少α-(Fe,Co)相，提高主相中的M元素浓度，藉此抑制饱和磁化强度的降低。本实施方式的磁铁材料具有以组成式1：(R1-xYx)aMbTc(式中，R是一种以上的稀土元素，T是选自Ti、V、Nb、Ta、Mo和W的至少一种元素，M是Fe或者是Fe和Co，x是满足0.01≤x≤0.8的数，a是满足4≤a≤20原子％的数，b是满足b＝100-a-c原子％的数，c是满足0＜c＜7原子％的数)表示的组成。另外，磁铁材料可以含有不可避免的杂质。钇(Y)是有助于ThMn12型晶相的稳定化的元素。即，Y元素主要可以通过与主相中的R元素进行置换、使晶格缩小等来提高ThMn12型晶相的稳定性。如果Y元素的添加量过少，则无法充分地获得提高ThMn12型晶相的稳定性的效果。如果Y的添加量过多，则磁铁材料的各向异性磁场强度显著减弱。x优选为满足0.01≤x≤0.8的数，更优选为满足0.05≤x＜0.5的数，进一步优选为满足0.1≤x≤0.4的数。Y元素的50原子％以下可以被选自锆(Zr)和铪(Hf)的至少一种元素置换。Zr元素和Hf元素是能在高Fe浓度的组成中呈现出较大的矫顽力的元素。通过置换成Zr元素和Hf元素，可提高矫顽力。R元素是稀土元素，是可赋予磁铁材料以较大的磁各向异性、可赋予永久磁铁以较高的矫顽力的元素。R元素具体而言是选自镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)的至少一种元素，特别优选使用Sm。例如使用包含Sm的多种元素作为R元素的情况下，通过使Sm浓度达到可用作R元素的所有元素的50原子％以上，可提高磁铁材料的性能、例如矫顽力。R元素和Y元素的浓度a例如优选为满足4≤a≤20原子％的数。小于4原子％的情况下，大量的α-(Fe,Co)相析出，矫顽力降低。大于20原子％的情况下，晶界相增加，饱和磁化强度降低。R元素和Y元素的浓度a更优选为满足5≤a≤18原子％的数，进一步优选为满足7≤a≤15原子％的数。M元素是Fe或者是Fe和Co，是承担磁铁材料的高饱和磁化强度的元素。Fe和Co中，Fe的磁化强度更高，因此Fe是必需元素，本实施方式的磁铁中，M元素的30原子％以上是Fe。通过在M元素中加入Co，磁铁材料的居里温度升高，可抑制高温区域内的饱和磁化强度的降低。此外，通过加入少量的Co，与单独加入Fe的情况相比，可更加提高饱和磁化强度。另一方面，如果提高Co比例，则会招致各向异性磁场强度的减弱。而且，如果Co比例过高，则也会招致饱和磁化强度的降低。因此，通过适当地控制Fe和Co的比例，可同时实现高饱和磁化强度、高各向异性磁场强度、高居里温度。如果将组成式1的M记作(Fe1-yCoy)，则优选的y的值为0.01≤y＜0.7，更优选为0.01≤y＜0.5，进一步优选为0.01≤y≤0.3。M元素的20原子％以下可以被选自铝(Al)、硅(Si)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)和镓(Ga)的至少一种元素置换。上述元素有利于例如构成主相的晶粒的生长。T元素例如是选自钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)和钨(W)的至少一种元素。通过添加T元素，可使ThMn12型晶相稳定。然而，由于T元素的导入，M元素浓度降低，其结果是磁铁材料的饱和磁化强度容易降低。为了提高M元素浓度，只要减少T添加量即可，但此时，ThMn12型晶相的稳定性丧失，α-(Fe,Co)相析出，因而磁铁材料的矫顽力降低。T元素的添加量c优选为满足0＜c＜7原子％的数。藉此，可以在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁铁材料，其是以组成式：(R1‑xYx)aMbTcAd表示的磁铁材料，式中，R是一种以上的稀土元素，T是选自Ti、V、Nb、Ta、Mo和W的至少一种元素，M是Fe或者是Fe和Co，A是选自N、C、B、H和P的至少一种元素，x是满足0.01≤x≤0.8的数，a是满足4≤a≤20原子％的数，b是满足b＝100‑a‑c原子％的数，c是满足0＜c＜7原子％的数，d是满足0≤d≤18原子％的数；所述磁铁材料具有由ThMn12型晶相构成的主相；所述组成式的M元素的30原子％以上是Fe。

【技术特征摘要】
2016.08.24 JP 2016-163797;2017.02.03 JP 2017-018621.一种磁铁材料，其是以组成式：(R1-xYx)aMbTcAd表示的磁铁材料，式中，R是一种以上的稀土元素，T是选自Ti、V、Nb、Ta、Mo和W的至少一种元素，M是Fe或者是Fe和Co，A是选自N、C、B、H和P的至少一种元素，x是满足0.01≤x≤0.8的数，a是满足4≤a≤20原子％的数，b是满足b＝100-a-c原子％的数，c是满足0＜c＜7原子％的数，d是满足0≤d≤18原子％的数；所述磁铁材料具有由ThMn12型晶相构成的主相；所述组成式的M元素的30原子％以上是Fe。2.如权利要求1所述的磁铁材料，其中，所述d是满足d＝0原子％的数；所述组成式的R元素的50原子％以上是Sm。3.如权利要求1所述的磁铁材料，其中，所述d是满足0＜d≤18原子％的数；所述组成式的R元素的50原子％以上是选自Ce、Pr、Nd、Tb和Dy的至少一种元素。4.如权利要求1～3中任一项所述的磁铁材料，其中，所述磁铁材料的X射线衍射图案中，相对于源于所述ThMn12型晶相的峰强度的最大值与源于α-(Fe,Co)相的峰强度的最大值之和的、所述源于α-(Fe,Co)相的峰强度的最大值的比值小于0.20。5.如权利要求1～4中任一项所述的磁铁材料，其中，所述组成式的Y元素的50原子％以下被选自Zr和Hf的至少一种元素置换。6.如权利要求1～5...

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