磁性化合物及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁性化合物及其制造方法，該磁性化合物具有ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)且具有高的各向異性場和高的飽和磁化強(qiáng)度。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁體的應(yīng)用已遍及包括電子、信息和通信、醫(yī)療、機(jī)械工具以及工業(yè)和機(jī)動(dòng)車電機(jī)的寬范圍領(lǐng)域，并且對于降低二氧化碳排放量方面的需求正在增加。在這樣的情況下，隨著混合動(dòng)力汽車的普及、工業(yè)領(lǐng)域中的節(jié)能、發(fā)電效率的提高等，正越來越期待高性能永磁體的發(fā)展。
[0003]目前，作為高性能磁體在市場上占主導(dǎo)地位的Nd-Fe-B磁體被用作HV/EHV的驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的磁體。近來，需要進(jìn)一步減小電機(jī)的尺寸，并進(jìn)一步增大電機(jī)的輸出(以增加磁體的剩余磁化強(qiáng)度)。因此，新的永磁體材料的開發(fā)正在推進(jìn)。
[0004]為了開發(fā)出具有比Nd-Fe-B磁體性能更高的材料，已進(jìn)行了關(guān)于具有ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)的稀土元素-鐵磁性化合物的研究。例如，日本專利申請公開號2004-265907 (JP2004-265907 A)提出了一種硬磁性組合物，其由R(Fe1Q。y wCowTiy)xSi人表示(其中，R表示選自包括Y的稀土元素中的一種元素或兩種以上的元素，其中Nd占R的總量的50mol%以上；A表示N和C中的一種元素或兩種元素；x = 10至12.5 ；y = (8.31.7Xz)至12 ;z =
0.2至2.3 ;v = 0.1至3 ;且w = 0至30)，且具有以下相的單層結(jié)構(gòu)，該相具有ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)。
[0005]在目前提出的具有NdFenTiNx組成(該組成具有ThMn 12型晶體結(jié)構(gòu))的化合物中，各向異性場高；然而，飽和磁化強(qiáng)度低于Nd-Fe-B磁體，且達(dá)不到磁體材料的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種同時(shí)具有高的各向異性場和高的飽和磁化強(qiáng)度的磁性化合物。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了以下構(gòu)成。磁性化合物，其由式(R(1 x)Zrx)a(Fe{1 y)Coy)bI；MdAe表示(其中，R表示一種以上的稀土元素，T表示選自T1、V、Mo和W中的一種以上的元素，Μ表示選自不可避免的雜質(zhì)元素、Al、Cr、Cu、Ga、Ag和Au中的一種以上的元素，A表示選自N、C、H和P中的一種以上的元素，0彡X彡0.5，0彡y彡0.6，4彡a彡20，b =100-a-c-d，0〈c〈7，0彡d彡1，且1彡e彡18)，該磁性化合物包含ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)，其中a-(Fe,Co)相的體積百分比為20%以下。
[0008]在該磁性化合物中，可以滿足0彡X彡0.3且7彡e彡14。
[0009]在該磁性化合物中，在該式中，X和c之間的關(guān)系可以滿足由0〈c〈7、X彡0、c>-38x+3.8 和 c>6.3x+0.65 包圍的區(qū)域。
[0010]本發(fā)明的第二方面的用于制造上述磁性化合物的方法，該方法包括:準(zhǔn)備具有由式(R(1 x)Zrx)a(Fe{1 y)Coy)bT爲(wèi)(其中R表示一種以上的稀土元素，T表示選自T1、V、Mo和W中的一種以上的元素，Μ表示選自不可避免的雜質(zhì)元素、Al、Cr、Cu、Ga、Ag和Au中的一種以上的元素，0 彡 X 彡 0.5，0 彡 y 彡 0.6，4 彡 a 彡 20，b = 100-a-c-d，0〈c〈7，且 0 彡 d 彡 1)表示的組成的熔融合金的步驟；以1 X 102K/秒至1 X 107Κ/秒的速度驟冷所述熔融合金的步驟；和粉碎通過驟冷得到的凝固的合金并隨后使A(Α表示選自N、C、H和P中的一種以上的元素)滲入粉碎的合金的步驟。
[0011]該方法可包括在驟冷步驟后在800°C至1300°C下進(jìn)行2小時(shí)至120小時(shí)的熱處理的步驟。
[0012]本發(fā)明的第三方面的含有稀土元素的磁性化合物，其包括ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)，其中該晶體結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)a在0.850nm至0.875nm的范圍內(nèi)，該晶體結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)c在
0.480nm至0.505nm的范圍內(nèi)，該晶體結(jié)構(gòu)的晶格體積在0.351nm3至0.387nm3的范圍內(nèi)，六邊形A定義為以稀土原子為中心、由Fe(8i)和Fe(8j)位點(diǎn)形成的六元環(huán)，六邊形B定義為包含F(xiàn)e(8i)和Fe(8j)位點(diǎn)的六元環(huán)，其中Fe (8i) _Fe (8i)啞鈴形成彼此面對的兩邊，六邊形C定義為由Fe(8j)和Fe(8f)位點(diǎn)形成的六元環(huán)，且該六元環(huán)的中心位于將Fe (8i)和稀土原子彼此連接的直線上，六邊形A在a軸方向上的長度短于0.611nm，在六邊形A中，F(xiàn)e (8i)和Fe (8i)之間的平均距離為0.254nm至0.288nm，在六邊形B中，F(xiàn)e (8 j)和Fe (8 j)之間的平均距離為0.242nm至0.276nm，在六邊形C中，彼此面對的Fe (8f)和Fe (8f)之間的平均距離為0.234nm至0.268nm，六邊形C的中心介于Fe (8f)和Fe (8f)之間。
[0013]本發(fā)明的第四方面的磁性粉末，其由式(R(1 x) Zrx) a (Fe {1 y) Coy) JAAe表示的化合物制成(其中，R表示一種以上的稀土元素，T表示選自T1、V、Mo和W中的一種以上的元素，1表示選自不可避免的雜質(zhì)元素、六1、0、(:11、63、48和Au中的一種以上的元素，A表示選自N、C、H和P中的一種以上的元素，0彡X彡0.5，0彡y彡0.7，4彡a彡20，b = 100-a-c-d,0〈c彡7，0彡d彡1，且1彡e彡18)，該磁性化合物包含ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)，其中a -(Fe，Co)相的體積百分比為20%以下。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，在該包含ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)且由式(R {1 x)Zrx)a(Fe{1 y)Coy)bI；MdAe表示的化合物中，通過減小T含量，可增加包含F(xiàn)e和Co的磁性元素的百分比并可提高磁化強(qiáng)度。此外，通過在制造過程中調(diào)節(jié)熔融合金的冷卻速率，可調(diào)節(jié)在冷卻過程中析出的a-(Fe,Co)相的量，并且通過析出大量的ThMn12型晶體，可提高磁化強(qiáng)度。此外，通過調(diào)節(jié)在上述￠)中定義的各六邊形的尺寸，可提高各六邊形的尺寸之間的平衡，且可穩(wěn)定地獲得ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0015]將在下文中參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和產(chǎn)業(yè)重要性，其中類似附圖標(biāo)記表示類似的構(gòu)成，且其中:
[0016]圖1是示出了 RFe12 XTX化合物中的Τ的穩(wěn)定區(qū)域的坐標(biāo)圖；
[0017]圖2是示出了在帶坯連鑄法中所用裝置的示意圖；
[0018]圖3是示意性地示出了 ThMn12型晶體結(jié)構(gòu)的透視圖；
[0019]圖4A至4C是示意性地示出了 111]\11112型晶體結(jié)構(gòu)中的六邊形A、B和C的透視圖；
[0020]圖5A和5B是示意性地示出了 11^1112型晶體結(jié)構(gòu)中的六邊形A、B和C的透視圖；
[0021]圖6是示意性地示出了六邊形的尺寸變化的透視圖；
[0022]圖7是示出了實(shí)施例1至5和比較例1至5的磁體的組成和特性的表；
[0023]圖8是示出了實(shí)施例1至5和比較例1至5的飽和磁化強(qiáng)度(室溫)和各向異性場的測定結(jié)果的坐標(biāo)圖；
[0024]圖9是示出了實(shí)施例1至5和比較例1至5的飽和磁化強(qiáng)度(180°C )和各向異性場的測定結(jié)果的坐標(biāo)圖；
[0025]圖10是示出了實(shí)施例6和7及比較例6至12的飽和磁化強(qiáng)度(室溫)和各向異性場的測定結(jié)果的坐標(biāo)圖；
[0026]圖11是示出了實(shí)施例6和7及比較例6至12的飽和磁化強(qiáng)度(180°C )和各向異性場的測定結(jié)果的坐標(biāo)圖；
[0027]圖12是示出了實(shí)施例6和7和比較例6至12的磁體的組成、制造方法和特性的表;
[0028]圖13示出了在實(shí)施例6和7及比較例8中獲得的粒子的背散射電子圖像；
[0029]圖14是示出了在實(shí)施例6和7及比較例8中獲得的粒子的XRD結(jié)果的圖；
[0030]圖15是示出了從SEM圖像測定的、在氮化之前試樣中的a - (Fe, Co)相的尺寸與在氮化之后在試樣中的a-(Fe，Co)相的體積百分比之間的關(guān)系的圖；
[0031]圖16是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的磁體的組成、Co置換率和特性的表；
[0032]圖17是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的每一個(gè)的Co置換率與磁性性能之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖；
[0033]圖18是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的每一個(gè)的Co置換率與磁性性能之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖；
[0034]圖19是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的每一個(gè)的Co置換率與居里溫度之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖；
[0035]圖20是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的每一個(gè)的Co置換率與晶體結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)a之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖；
[0036]圖21是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的每一個(gè)的Co置換率與晶體結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)c之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖；
[0037]圖22是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的每一個(gè)的Co置換率與晶格體積V之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖；
[0038]圖23是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的飽和磁化強(qiáng)度(室溫)和各向異性場的測定結(jié)果的坐標(biāo)圖；
[0039]圖24是示出了實(shí)施例8至15和比較例13的飽和磁化強(qiáng)度(180°C )和各向異性場的測定結(jié)果的坐標(biāo)圖；
[0040]圖25是示出了實(shí)施例16和比較例14至17的磁體的組成和特性