РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЙ МАГНИТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК H01F1/57 H01F41/02 

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001]Настоящее изобретение относится к редкоземельному магниту и способу его изготовления. Настоящее изобретение относится, в частности, к редкоземельному магниту на основе R-Fe-B (в которой R – редкоземельный элемент), обладающему высокой коэрцитивной силой, и способу его изготовления.

2. Раскрытие уровня техники

[0002]Редкоземельный магнит на основе R-Fe-B содержит основную фазу и разделяющую частицы фазу, находящуюся вокруг основной фазы. Основная фаза представляет собой магнитную фазу с кристаллической структурой по типу R₂Fe₁₄B. Благодаря этой основной фазе получают высокую остаточную намагниченность.

[0003]Среди редкоземельных магнитов на основе R-Fe-B наиболее распространен редкоземельный магнит на основе Nd-Fe-B, в котором вместо R подставлен Nd (в дальнейшем называемый «неодимовым магнитом»), магнит характеризуется отличным балансом эксплуатационных характеристик и цены. Поэтому неодимовые магниты быстро распространились, а количество используемого Nd резко возросло. В будущем расход Nd может превысить производство Nd. Соответственно, предпринимались попытки замены части Nd легкими редкоземельными элементами, в частности, Ce, La, Y и Sc.

[0004]Например, в японской опубликованной нерассмотренной патентной заявке № 2014-216339 (JP 2014-216339 A) раскрыт редкоземельный магнит на основе (Nd,Ce)-Fe-B, в котором часть Nd в основной фазе заменена на Ce. Редкоземельный магнит на основе (Nd,Ce)-Fe-B, раскрытый в патентной заявке JP 2014-216339 A, получают путем спекания магнитного порошка, основная фаза которого содержит частицы размеров порядка микрона, при высокой температуре (от 1000 до 1200 °C) в течение длительного периода (от 8 до 50 часов). Вследствие длительного спекания при высоких температурах основная фаза редкоземельного магнита на основе (Nd,Ce)-Fe-B, раскрытого в патентной заявке JP 2014-216339 A, имеет структуру «ядро/оболочка», и содержание Nd в оболочке выше, чем в ядре.

[0005]Кроме того, в патентной заявке WO 2014/196605 раскрыт редкоземельный магнит, изготовленный путем диффузии и проникновения модифицирующего материала, содержащего редкоземельный элемент, отличающийся от легких редкоземельных элементов, во внутреннюю часть редкоземельного магнита на основе R-Fe-B, являющегося исходным продуктом (прекурсором), содержащим легкий редкоземельный элемент. В качестве конкретного примера в патентной заявке WO 2014/196605 раскрыт редкоземельный магнит, изготовленный путем диффузии и проникновения расплавленного сплава Nd-Cu, служащего модифицирующим материалом, внутрь прекурсора редкоземельного магнита на основе (Nd,Ce)-Fe-B.

[0006]В примере, приведенном в патентной заявке WO 2014/196605, основная фаза имеет структуру «ядро/оболочка», а содержание Nd в оболочке превышает содержание Nd в ядре, поскольку сплав Nd-Cu в качестве модифицирующего материала диффундирует и проникает в прекурсор редкоземельного магнита на основе (Nd,Ce)-Fe-B.

[0007]Кроме того, основная фаза прекурсора редкоземельного магнита, раскрытого в патентной заявке WO 2014/196605, имеет нанокристаллическую структуру. Кроме того, прекурсор редкоземельного магнита подвергают предварительной горячей пластической обработке для придания анизотропных свойств перед диффузией и проникновением модифицирующего материала.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008]Если основная фаза в редкоземельном магните на основе (Nd,Ce)-Fe-B не имеет структуры «ядро/оболочка», подобной структуре редкоземельного магнита на основе (Nd,Ce)-Fe-B, раскрытой в патентной заявке JP 2014-216339 A, коэрцитивная сила снижается. Это объясняется тем, что анизотропное магнитное поле Ce₂Fe₁₄B меньше анизотропного магнитного поля Nd₂Fe₁₄B.

[0009]С другой стороны, если основная фаза имеет структуру «ядро /оболочка», а содержание Nd в оболочке превышает содержание Nd в ядре, как это имеет место в случае редкоземельного магнита на основе (Nd,Ce)-Fe-B, раскрытого в патентной заявке WO 2014/196605, коэрцитивная сила, уменьшенная из-за наличия Ce, может быть скомпенсирована. Это связано с тем, что в том случае, когда содержание Nd в оболочке превышает содержание Nd в ядре, анизотропное магнитное поле в оболочке будет сильнее, чем в ядре, что позволит подавить генерацию обратно намагниченного ядра на поверхности частицы основной фазы и рост ядра в соседней частице основной фазы.

[0010]Тем не менее, в редкоземельном магните на основе R-Fe-B, в котором, по меньшей мере, часть Nd и/или Pr заменена легким редкоземельным элементом, таким как Ce, необходимо дополнительно увеличить коэрцитивную силу.

[0011]Настоящим изобретением предложен редкоземельный магнит, в котором часть, по меньшей мере, одного из Nd или Pr заменена легким редкоземельным элементом, таким как Ce, в редкоземельном магните на основе R-Fe-B, и дополнительно увеличена коэрцитивная сила, а также способ изготовления редкоземельного магнита.

[0012]Редкоземельный магнит и способ изготовления редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению представляют собой описанные ниже объекты.

Первый объект настоящего изобретения представляет собой редкоземельный магнит. Редкоземельный магнит содержит основную фазу и разделяющую частицы фазу, окружающую основную фазу.

В этом объекте общий состав в терминах молярных долей представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q·(R⁴_(1-s)M³_s)_t, причем R¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y, и Sc; R² и R³ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; R⁴ – редкоземельный элемент, в частности, по меньшей мере, один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho; M¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In, Mn и элемента неизбежной примеси; M² – металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R³, и элемент неизбежной примеси; M³ – металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R⁴, и элемент неизбежной примеси; и выполняются следующие условия,

0,1 ≤ x ≤ 1,0,

12,0 ≤ y ≤ 20,0,

5,0 ≤ z ≤ 20,0,

0 ≤ w ≤ 8,0,

0 ≤ v ≤ 2,0,

0,05 ≤ p ≤ 0,40,

0,1 ≤ q ≤ 15,0,

0,05 ≤ s ≤ 0,40 и

0,1 ≤ t ≤ 5,0.

В редкоземельном магните основная фаза имеет кристаллическую структуру типа R₂Fe₁₄B, в которой R – редкоземельный элемент,

средний размер частиц основной фазы составляет от 0,1 мкм до 20 мкм, и

основная фаза содержит ядро, первую часть оболочки, окружающую ядро, и вторую часть оболочки, окружающую первую часть оболочки.

В редкоземельном магните суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части оболочки больше суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре, и

суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части оболочки меньше суммарной молярной доли Nd и Pr в первой части оболочки.

В редкоземельном магните вторая часть оболочки содержит один или несколько элементов из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho,

суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки больше суммарной молярной доли Gd, Tb, Dy и Ho в ядре, и

суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки больше суммарной молярной доли Gd, Tb, Dy и Ho в первой части оболочки.

[0013]В редкоземельном магните, являющемся первым объектом, x может составлять 0,5 ≤ x ≤ 1,0.

В редкоземельном магните, являющемся первым объектом, R¹ может представлять собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce и La, R² и R³ могут представлять собой Nd, а R⁴ может представлять собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Tb и Nd.

[0014]В редкоземельном магните, являющемся первым объектом, суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части оболочки может составлять 1,2 - 3,0 от суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре, и

суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части оболочки может составлять 0,5-0,9 от суммарной молярной доли Nd и Pr в первой части оболочки.

Кроме того, суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки может составлять, по меньшей мере, 2,0 от суммарной молярной доли Gd, Tb, Dy и Ho в ядре, и

суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки может составлять, по меньшей мере, 2,0 от суммарной молярной доли Gd, Tb, Dy и Ho в первой части оболочки.

[0015]Второй объект изобретения представляет собой способ изготовления редкоземельного магнита, включающий следующие этапы:

подготовка первого прекурсора редкоземельного магнита и подготовка первого модифицирующего материала, и

диффундирование и проникновение первого модифицирующего материала в первый прекурсор редкоземельного магнита.

Первый прекурсор редкоземельного магнита содержит основную фазу и разделяющую частицы фазу, окружающую основную фазу, а общий состав первого прекурсора редкоземельного магнита в терминах молярных долей представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q, причем R¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y, и Sc; R² и R³ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In, Mn и элемента неизбежной примеси; M² – не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R³, и элемент неизбежной примеси; и выполняются следующие условия,

0,1 ≤ x ≤ 1,0,

12,0 ≤ y ≤ 20,0,

5,0 ≤ z ≤ 20,0,

0 ≤ w ≤ 8,0,

0 ≤ v ≤ 2,0,

0,05 ≤ p ≤ 0,40 и

0,1 ≤ q ≤ 15,0.

Кроме того, основная фаза имеет кристаллическую структуру типа R₂Fe₁₄B, в которой R – редкоземельный элемент, средний размер частиц основной фазы составляет от 0,1 мкм до 20 мкм, основная фаза содержит ядро и первую часть оболочки, окружающую ядро, а суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части оболочки больше суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре.

Первый модифицирующий материал имеет состав, в терминах молярных долей представленный формулой R⁴_(1-s)M³_s, при этом R⁴ представляет собой редкоземельный элемент, по меньшей мере, один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho; M³ представляет собой металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R⁴, и элемент неизбежной примеси; и выполняется условие 0,05 ≤ s ≤ 0,40.

[0016]Способ изготовления, являющийся вторым объектом, может дополнительно содержать этап подготовки второго прекурсора редкоземельного магнита и подготовку второго модифицирующего материала, и

диффундирование и проникновение второго модифицирующего материала во второй прекурсор редкоземельного магнита для получения первого прекурсора редкоземельного магнита.

Второй прекурсор редкоземельного магнита может содержать основную фазу и разделяющую частицы фазу, окружающую основную фазу, а общий состав второго прекурсора редкоземельного магнита в терминах молярных долей может быть представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v, в которой R¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y, и Sc; R² – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In, Mn и элемента неизбежной примеси; и выполняются следующие условия,

0,1 ≤ x ≤ 1,0,

12,0 ≤ y ≤ 20,0,

5,0 ≤ z ≤ 20,0,

0 ≤ w ≤ 8,0 и

0 ≤ v ≤ 2,0) и

основная фаза может иметь кристаллическую структуру типа R₂Fe₁₄B, в которой R – редкоземельный элемент, а средний размер частиц основной фазы может составлять от 0,1 мкм до 20 мкм.

Состав второго модифицирующего материала в терминах молярных долей может быть представлен формулой R³_(1-p)M²_p, при этом R³ представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M² представляет собой металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R³, и элемент неизбежной примеси; и выполняется условие 0,05 ≤ p ≤ 0,40.

[0017]Способ изготовления, являющийся вторым объектом, может дополнительно содержать этап подготовки порошка второго прекурсора редкоземельного магнита и этап подготовки порошка второго модифицирующего материала, и

смешивание порошка второго прекурсора редкоземельного магнита с порошком второго модифицирующего материала для получения первого прекурсора редкоземельного магнита.

Порошок второго прекурсора редкоземельного магнита может содержать основную фазу и разделяющую частицы фазу, окружающую основную фазу, а общий состав второго прекурсора редкоземельного магнита в терминах молярных долей может быть представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v, в которой R¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y, и Sc; R² – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In и Mn, и элемент неизбежной примеси; и выполняются следующие условия,

0,1 ≤ x ≤ 1,0,

12,0 ≤ y ≤ 20,0,

5,0 ≤ z ≤ 20,0,

0 ≤ w ≤ 8,0 и

0 ≤ v ≤ 2,0) и

основная фаза может иметь кристаллическую структуру типа R₂Fe₁₄B, в которой R – редкоземельный элемент, а средний размер частиц основной фазы может составлять от 0,1 мкм до 20 мкм.

Порошок второго модифицирующего материала может иметь состав, в терминах молярных долей представленный формулой R³_(1-p)M²_p, в которой R³ представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M² представляет собой металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R³, и элемент неизбежной примеси; и может выполняться условие 0,05 ≤ p ≤ 0,40.

[0018]В способе изготовления, являющемся вторым объектом, температура диффузии и проникновения первого модифицирующего материала может быть ниже температуры диффузии и проникновения второго модифицирующего материала или температуры диффузии и проникновения порошка второго модифицирующего материала.

В способе изготовления, являющемся вторым объектом, х может составлять 0,5 ≤ x ≤ 1,0.

В способе изготовления, являющемся вторым объектом, R¹ может представлять собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce и La, R² и R³ могут представлять собой Nd, а R⁴ может представлять собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Tb и Nd.

[0019]Данным изобретением предложен редкоземельный магнит, обладающий повышенной коэрцитивной силой благодаря тому, что основная фаза содержит ядро, в котором часть Nd или подобного элемента замещена легким редкоземельным элементом, в частности, Ce, первую часть оболочки с высоким содержанием Nd или подобного элемента и вторую часть оболочки с высоким содержанием тяжелого редкоземельного элемента, в частности, Tb. Кроме того, настоящим изобретением предложен способ изготовления редкоземельного магнита, обладающего повышенной коэрцитивной силой, путем диффузии и проникновения тяжелого редкоземельного элемента в прекурсор редкоземельного магнита, в котором основная фаза содержит ядро, в котором часть Nd или подобного элемента замещена легким редкоземельным элементом, и первую часть оболочки с высоким содержанием Nd или подобного элемента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0020]Отличительные признаки, преимущества, техническая и промышленная значимость иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения раскрыты ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым элементам, причем:

На ФИГ. 1A схематично изображено сечение, иллюстрирующее состояние, в котором модифицирующий материал, содержащий средний редкоземельный элемент, вступает в контакт с прекурсором редкоземельного магнита, в котором, по меньшей мере, часть Nd или Pr замещена легким редкоземельным элементом, и который содержит основную фазу без структуры «ядро /оболочка»;

На ФИГ. 1B изображено сечение, схематично иллюстрирующее диффузию и проникновение среднего редкоземельного элемента после нагревания в состоянии, показанном на ФИГ. 1A;

На ФИГ. 1C изображено сечение, схематично иллюстрирующее состояние, в котором модифицирующий материал, содержащий тяжелый редкоземельный элемент, вступает в контакт с прекурсором редкоземельного магнита, показанным на ФИГ. 1B;

На ФИГ. 1D изображено сечение, схематично иллюстрирующее диффузию и проникновение тяжелого редкоземельного элемента после нагревания в состоянии, показанном на ФИГ. 1C;

На ФИГ. 2 - схематично изображена структура редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению;

На ФИГ. 3A изображен результат наблюдения за структурой образца Примера 1 с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 3B изображен результат анализа поверхности Tb в зоне, показанной на ФИГ. 3A, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 3С изображен результат анализа поверхности Ce в зоне, показанной на ФИГ. 3A, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 3D изображен результат анализа поверхности La в зоне, показанной на ФИГ. 3A, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 3E изображен результат анализа поверхности Nd в зоне, показанной на ФИГ. 3A, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 4A приведено изображение высокого разрешения, полученное способом растровой просвечивающей электронной микроскопии и показывающее кристаллическую структуру ядра в образце Примера 1 в направлении падения <110>;

На ФИГ. 4В приведено изображение высокого разрешения, полученное способом растровой просвечивающей электронной микроскопии и показывающее кристаллическую структуру первой части оболочки в образце Примера 1 в направлении падения <110>;

На ФИГ. 4С приведено изображение высокого разрешения, полученное способом растровой просвечивающей электронной микроскопии и показывающее кристаллическую структуру второй части оболочки в образце Примера 1 в направлении падения <110>;

На ФИГ. 5 изображен график результатов, полученных с помощью линейного анализа на образце Примера 1 в направлении стрелки, указанной на ФИГ. 3E, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 6A изображен результат наблюдения за структурой образца Сравнительного примера 1 с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 6В изображен результат анализа поверхности Tb в зоне, показанной на ФИГ. 6A, с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 6С изображен результат анализа поверхности Ce в зоне, показанной на ФИГ. 6A, с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 6D изображен результат анализа поверхности Nd в зоне, показанной на ФИГ. 6A, с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

На ФИГ. 7A схематично изображено сечение, иллюстрирующее состояние, в котором модифицирующий материал, содержащий тяжелый редкоземельный элемент, вступает в контакт с прекурсором редкоземельного магнита, в котором, по меньшей мере, часть Nd или Pr замещена легким редкоземельным элементом, и который содержит основную фазу без структуры «ядро /оболочка); и

На ФИГ. 7B изображено сечение, схематично иллюстрирующее диффузию и проникновение тяжелого редкоземельного элемента после нагревания в состоянии, показанном на ФИГ. 7A.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021]В дальнейшем будут подробно раскрыты варианты осуществления редкоземельного магнита и способа его изготовления согласно настоящему изобретению. Раскрытые ниже варианты осуществления редкоземельного магнита и способа его изготовления не носят ограничительного характера.

[0022]Для увеличения коэрцитивной силы увеличивают анизотропное магнитное поле основной фазы. Кроме того, для увеличения анизотропного магнитного поля основной фазы в состав основной фазы вносят тяжелый редкоземельный элемент. Способ внесения тяжелого редкоземельного элемента в состав основной фазы будет раскрыт со ссылкой на чертежи.

[0023]На ФИГ. 7A схематично изображено сечение, иллюстрирующее состояние, в котором модифицирующий материал, содержащий тяжелый редкоземельный элемент, вступает в контакт с прекурсором редкоземельного магнита, в котором, по меньшей мере, часть Nd или Pr замещена легким редкоземельным элементом, и который содержит основную фазу без структуры «ядро/оболочка»; и на ФИГ. 7B изображено сечение, схематично иллюстрирующее диффузию и проникновение тяжелого редкоземельного элемента после нагревания в состоянии, показанном на ФИГ. 7A.

[0024]Как показано на ФИГ. 7A, прекурсор 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» вступает в контакт с модифицирующим материалом 300 с тяжелым редкоземельным элементом. Прекурсор 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» представляет собой прекурсор редкоземельного магнита, в котором часть Nd и/или Pr замещена легким редкоземельным элементом и содержит основную фазу, не имеющую структуры «ядро/оболочка». Модифицирующий материал 300 с тяжелым редкоземельным элементом представляет собой модифицирующий материал, содержащий тяжелый редкоземельный элемент. Прекурсор 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» содержит основную фазу 10 и разделяющую частицы фазу 50.

[0025]Когда прекурсор 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» и модифицирующий материал 300 с тяжелым редкоземельным элементом нагревают в состоянии, показанном на ФИГ. 7A, основная фаза 10 в области поверхностного слоя прекурсора 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» преобразуется в укрупненную основную фазу 70, как показано на ФИГ. 7B. Несмотря на отсутствие теоретических подтверждений, температура плавления основной фазы 10 уменьшается, так как в прекурсоре 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» часть Nd и/или Pr замещена легким редкоземельным элементом. Соответственно предполагается, что во время нагревания прекурсор 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро /оболочка» легко вступает в реакцию с тяжелыми редкоземельными элементами в модифицирующем материале 300 с тяжелым редкоземельным элементом, и большая часть тяжелых редкоземельных элементов в модифицирующем материале 300 с тяжелым редкоземельным элементом находятся в составе основной фазы 10 вблизи поверхностного слоя, образуя укрупненную основную фазу 70. В результате предполагается, что тяжелые редкоземельные элементы в модифицирующем материале 300 с тяжелым редкоземельным элементом не проникают внутрь прекурсора 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка», и коэрцитивная сила не увеличивается.

[0026]Например, если основная фаза 10 выражена формулой (Ce,La,Nd)₂Fe₁₄B, а модифицирующий материал 300 с тяжелым редкоземельным элементом представляет собой сплав на основе Tb-Ga, основная фаза 10 в области поверхностного слоя вступает в реакцию с Tb, образуя (Ce,La,Nd,Tb)₂Fe₁₄B в качестве укрупненной основной фазы 70. В результате Tb, содержащийся в модифицирующем материале 300 с тяжелым редкоземельным элементом, не проникает внутрь прекурсора 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка», и коэрцитивная сила не увеличивается.

[0027]Чтобы тяжелый редкоземельный элемент в модифицирующем материале 300 с тяжелым редкоземельным элементом проникал внутрь прекурсора 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка», можно выполнить следующие действия, раскрытые ниже со ссылкой на чертежи.

[0028]На ФИГ. 1A схематично изображено сечение, иллюстрирующее состояние, в котором модифицирующий материал, содержащий средний редкоземельный элемент, вступает в контакт с прекурсором редкоземельного магнита, в котором, по меньшей мере, часть Nd или Pr замещена легким редкоземельным элементом, и который имеет основную фазу без структуры «ядро/оболочка». На ФИГ. 1B изображено сечение, схематично иллюстрирующее диффузию и проникновение среднего редкоземельного элемента после нагревания в состоянии, показанном на ФИГ. 1A. На ФИГ. 1C изображено сечение, схематично иллюстрирующее состояние, в котором модифицирующий материал, содержащий тяжелый редкоземельный элемент, вступает в контакт с прекурсором редкоземельного магнита, показанным на ФИГ. 1B. На ФИГ. 1D изображено сечение, схематично иллюстрирующее диффузию и проникновение тяжелого редкоземельного элемента после нагревания в состоянии, показанном на ФИГ. 1C.

[0029]Как показано на ФИГ. 1A, прекурсор 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» вступает в контакт с модифицирующим материалом 200 со средним редкоземельным элементом. Прекурсор 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» представляет собой прекурсор редкоземельного магнита, в котором часть Nd и/или Pr замещена легким редкоземельным элементом и который содержит основную фазу, не имеющую структуры «ядро/оболочка». Модифицирующий материал 200 со средним редкоземельным элементом представляет собой модифицирующий материал, содержащий средний редкоземельный элемент. Прекурсор 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» содержит основную фазу 10 и разделяющую частицы фазу 50. Средний редкоземельный элемент представляет собой Nd и Pr.

[0030]При нагревании прекурсора 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» и модифицирующего материала 200 со средним редкоземельным элементом в состоянии, показанном на ФИГ. 1A, расплавленный модифицирующий материал 200 со средним редкоземельным элементом диффундирует и проникает через разделяющую частицы фазу 50, как показано на ФИГ. 1B. Кроме того, часть средних редкоземельных элементов в расплаве модифицирующего материала 200 со средним редкоземельным элементом, диффундировавшим и проникшим в разделяющую частицы фазу 50, замещается частью легких редкоземельных элементов вблизи поверхностного слоя основной фазы 10, вследствие чего образуется первая часть 30 оболочки. Первая часть 30 оболочки сформирована в области поверхностного слоя основной фазы 10, а область основной фазы 10, отличающаяся от первой части 30 оболочки, сформирована в виде ядра 20. Содержание среднего редкоземельного элемента в первой части 30 оболочки превышает содержание среднего редкоземельного элемента в ядре 20.

[0031]Несмотря на отсутствие теоретического подтверждения, причина формирования ядра 20 и первой части 30 оболочки в случае использования модифицирующего материала со средним редкоземельным элементом в отличие от случая, в котором используется модифицирующий материал с тяжелым редкоземельным элементом, предположительно, заключается в следующем. Как указано выше, температура плавления основной фазы 10 уменьшается, так как в прекурсоре 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка» часть Nd и/или Pr замещена легким редкоземельным элементом. Тем не менее, реакционная способность среднего редкоземельного элемента в модифицирующем материале 200 со средним редкоземельным элементом с основной фазой 10 ниже, чем у тяжелого редкоземельного элемента в модифицирующем материале 300 с тяжелым редкоземельным элементом. Таким образом, часть средних редкоземельных элементов в модифицирующем материале 200 со средним редкоземельным элементом замещается частью легких редкоземельных элементов вблизи поверхностного слоя основной фазы 10. В результате расплав модифицирующего материала со средним редкоземельным элементом проникает внутрь прекурсора 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка», и первая часть оболочки образуется внутри основной фазы 10 прекурсора 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка».

[0032]Далее, как показано на ФИГ. 1C, модифицирующий материал 300 с тяжелым редкоземельным элементом вступает в контакт с прекурсором редкоземельного магнита (в дальнейшем «прекурсор 150 редкоземельного магнита со структурой «ядро/оболочка»»), в котором основная фаза 10 содержит ядро 20 и первую часть 30 оболочки, и нагревается. Далее, как показано на ФИГ. 1D, расплав модифицирующего материала 300 с тяжелым редкоземельным элементом диффундирует и проникает через разделяющую частицы фазу 50. Кроме того, часть тяжелых редкоземельных элементов в расплаве модифицирующего материала 300 с тяжелым редкоземельным элементом, диффундировавшая и проникшая в разделяющую частицы фазу 50, замещается частью легких редкоземельных элементов и частью средних редкоземельных элементов, имеющихся в первой части 30 оболочки, и образуется вторая часть 40 оболочки. Вторая часть 40 оболочки формируется вблизи поверхностного слоя первой части 30 оболочки. Содержание среднего редкоземельного элемента во второй части 40 оболочки ниже содержания среднего редкоземельного элемента в первой части 30 оболочки, и вторая часть 40 оболочки содержит тяжелый редкоземельный элемент.

[0033]Несмотря на отсутствие теоретического подтверждения, предположительная причина образования второй части 40 оболочки заключается в следующем. Как показано на ФИГ. 1C, первая часть 30 оболочки находится в контакте с разделяющей частицы фазой 50 до того, как расплав модифицирующего материала 300 с тяжелым редкоземельным элементом диффундирует и проникнет внутрь. Как указано выше, содержание среднего редкоземельного элемента в первой части 30 оболочки превышает содержание среднего редкоземельного элемента в ядре 20. В результате, когда расплав модифицирующего материала 300 с тяжелым редкоземельным элементом диффундирует и проникнет через разделяющую частицы фазу 50, не происходит избыточной реакции с первой частью 30 оболочки. Кроме того, часть легких редкоземельных элементов и часть средних редкоземельных элементов в области поверхностного слоя первой части 30 оболочки замещаются тяжелыми редкоземельными элементами в расплаве модифицирующего материала 300 с тяжелым редкоземельным элементом.

[0034]Таким образом, как показано на ФИГ. 1D, вторая часть 40 оболочки, содержащая тяжелый редкоземельный элемент, формируется с заходом во внутреннюю часть основной фазы 10 редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению. Если основная фаза 10 содержит тяжелый редкоземельный элемент, коэрцитивная сила редкоземельного магнита 500 в целом (согласно настоящему изобретению) увеличивается с увеличением анизотропного магнитного поля основной фазы 10. Кроме того, как показано на ФИГ. 1D, поскольку вторая часть 40 оболочки, содержащая тяжелый редкоземельный элемент, формируется в самой внешней части основной фазы 10, генерация зародыша на поверхности частицы основной фазы 10 и рост зародыша в частице соседней основной фазы 10 затруднены, что способствует увеличению коэрцитивной силы.

[0035]В дальнейшем будут подробно раскрыты требования к составу редкоземельного магнита и к способу его изготовления согласно настоящему изобретению.

Редкоземельный магнит

[0036]Сначала будут раскрыты требования к составу редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению.

[0037]На ФИГ. 2 является схематично изображена структура редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению. Как показано на ФИГ. 2, редкоземельный магнит 500 согласно настоящему изобретению содержит основную фазу 10 и разделяющую частицы фазу 50. Основная фаза 10 содержит ядро 20, первую часть 30 оболочки и вторую часть 40 оболочки. Ниже описан общий состав, основная фаза 10 и разделяющая частицы фаза 50 редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению. Кроме того, описаны ядро 20, первая часть 30 оболочки и вторая часть 40 оболочки в отношении основной фазы 10.

Общий состав

[0038]Сначала будет описан общий состав редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению. Под общим составом редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению понимают состав, в котором объединены все основные фазы 10 и разделяющие частицы фазы 50.

[0039]Общий состав редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению в терминах молярных долей представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q·(R⁴_(1-s)M³_s)_t. В этой формуле (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q· представляет собой композицию, полученную из первого прекурсора редкоземельного магнита. (R⁴_(1-s)M³_s)_t представляет собой композицию, полученную из первого модифицирующего материала.

[0040]Редкоземельный магнит согласно настоящему изобретению получен путем диффузии и проникновения первого модифицирующего материала, состав которого выражен формулой (R⁴_(1-s)M³_s)_t, внутрь первого прекурсора редкоземельного магнита, состав которого выражен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q. Первый прекурсор редкоземельного магнита является одним из примеров прекурсора редкоземельного магнита (прекурсора 150 редкоземельного магнита со структурой «ядро/оболочка»), включающего основную фазу 10, содержащую ядро 20 и первую часть 30 оболочки, что показано на ФИГ. 1C. Первый модифицирующий материал является одним из примеров модифицирующего материала (модифицирующий материал 300 c тяжелым редкоземельным элементом), содержащего тяжелый редкоземельный элемент, что показано на ФИГ. 1C.

[0041]В полученной из первого прекурсора редкоземельного магнита композиционной формуле (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q, фрагмент (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v получен из второго прекурсора редкоземельного магнита, а фрагмент (R³_(1-p)M²_p)_q – из второго модифицирующего материала.

[0042]Первый прекурсор редкоземельного магнита получен путем диффузии и проникновения второго модифицирующего материала, состав которого выражен формулой (R³_(1-p)M²_p)_q, внутрь второго прекурсора редкоземельного магнита, состав которого выражен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v. Второй прекурсор редкоземельного магнита является одним из примеров прекурсора 100 редкоземельного магнита без структуры «ядро/оболочка», что показано на ФИГ. 1A. Второй модифицирующий материал является одним из примеров модифицирующего материала 200 со средним редкоземельным элементом, что показано на ФИГ. 1A.

[0043]Если второй модифицирующий материал в количестве q молярных частей диффундирует и проникает внутрь второго прекурсора редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей, можно получить первый прекурсор редкоземельного магнита в количестве (100 + q) молярных частей. Если первый модифицирующий материал в количестве t молярных частей диффундирует и проникает внутрь первого прекурсора редкоземельного магнита в количестве (100 + q) молярных частей, можно получить редкоземельный магнит в количестве (100 + q + t) молярных частей согласно настоящему изобретению.

[0044]В формуле, выражающей общий состав редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению, общее количество R¹ и R² составляет y молярных частей, Fe – (100 - y - w - z - v) молярных частей, Co – w молярных частей, B – z молярных частей, а M¹ – v молярных частей, то есть общее количество составляет y молярных частей + (100 - y - w - z - v) молярных частей + w молярных частей + z молярных частей + v молярных частей = 100 молярных частей. Общее количество R³ и M² составляет q молярных частей. Общее количество R⁴ и M³ составляет t молярных частей.

[0045]В R²_(1-x)R¹_x в вышеприведенной формуле, составленной в терминах молярных долей, имеется R² в количестве (1 - x) и R¹ в количестве x относительно общего количества R² и R¹. Аналогичным образом, в R³_(1-p)M²_p в вышеприведенной формуле, составленной в терминах молярных долей, имеется R³ в количестве (1 - p) и M² в количестве p относительно общего количества R³ и М². Аналогичным образом, в R⁴_(1-s)M³_s в вышеприведенной формуле, составленной в терминах молярных долей, имеется R⁴ в количестве (1 - s) и M³ в количестве s относительно общего количества R⁴ и М³.

[0046]В приведенной выше формуле R¹ представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y и Sc. Ce – церий, La – лантан, Y – иттрий, Sc – скандий. R² и R³ представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr. Nd – неодим, Pr – празеодим. R⁴ – редкоземельный элемент, по меньшей мере, один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho, Gd – гадолиний, Tb – тербий, Dy – диспрозий, Ho – гольмий. Fe – железо. Co – кобальт. B – бор. M¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In, Mn и элемента неизбежной примеси. Ga – галлий, Al – алюминий, Cu – медь, Au – золото, Ag – серебро, Zn – цинк, In – индий, Mn – марганец. M² – металлический элемент, отличающийся от редкоземельных элементов и сплавленный с R³, и элемент неизбежной примеси. M³ – металлический элемент, отличающийся от редкоземельных элементов и сплавленный с R⁴, и элемент неизбежной примеси.

[0047]В настоящем раскрытии, если явно не указано иного, под редкоземельным элементом понимают 17 элементов, а именно Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu. Среди них Sc, Y, La и Ce относятся к легким редкоземельным элементам, если не указано иное. Pr, Nd, Pm, Sm и Eu относятся к средним редкоземельным элементам, если не указано иное. Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu относятся к тяжелым редкоземельным элементам, если не указано иное. По существу, редкость тяжелых редкоземельных элементов высока, а редкость легких редкоземельных элементов – незначительная. Редкость средних редкоземельных элементов располагается между тяжелыми и легкими редкоземельными элементами.

[0048]Составные элементы редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению, представленные в вышеприведенной формуле, раскрыты ниже.

R¹

[0049]R¹ является существенным элементом редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению. Как было отмечено выше, R¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y и Sc, относящихся к легким редкоземельным элементам. R¹ является существенным элементом основной фазы (фазы R₂Fe₁₄B). Если, по меньшей мере, часть R¹ в области поверхностного слоя основной фазы будет замещена R³ во втором модифицирующем материале, основная фаза может содержать ядро и первую часть оболочки. С точки зрения замещаемости R¹ представляет собой, предпочтительно, один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce и La.

R²

[0050]Как отмечено выше, R² является одним или несколькими элементами, выбранными из группы, состоящей из Nd и Pr, и относится к средним редкоземельным элементам. R² является существенным элементом основной фазы (фазы R₂Fe₁₄B). Что касается редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению, то с точки зрения соотношения характеристик и цены предпочтительнее увеличить содержание Nd и Pr, более предпочтительно, увеличить содержание Nd. В качестве R² в случае одновременного наличия Nd и Pr можно использовать дидим. С точки зрения характеристик R², предпочтительно, представляет собой Nd.

Молярные доли R¹ и R²

[0051]В редкоземельном магните согласно настоящему изобретению R¹ и R² представляют собой элементы, полученные из второго прекурсора редкоземельного магнита. В терминах молярных долей R¹ присутствует в количестве x и R² присутствует в количестве (1 - x) относительно общего количества R¹ и R². При этом выполняется условие 0,1 ≤ x ≤ 1,0.

[0052]Как показано на ФИГ. 1A, первую часть 30 оболочки получают путем замены R¹, присутствующего в области поверхностного слоя основной фазы 10, на R³ второго модифицирующего материала 200, таким образом, R¹ присутствует, по существу, в небольшом количестве. Если х составляет 0,1 и более, можно, по существу, распознать образование первой части 30 оболочки. С точки зрения формирования первой части 30 оболочки, х может составлять 0,2 и более, 0,3 и более, 0,4 и более, 0,5 и более, 0,6 и более, 0,7 и более, 0,8 и более, 0,9 и более или 1,0. Если x равен 1,0, это означает, что все R¹ и R² представляют собой R¹ (легкий редкоземельный элемент) в общем количестве R¹ (легкий редкоземельный элемент) и R² (Nd и/или Pr).

[0053]В фазе R₂Fe₁₄B (основной фазе) анизотропное магнитное поле (коэрцитивная сила) и остаточное намагничивание будут выше в том случае, когда R будет содержать редкоземельные элементы в количестве, превышающем количество легких редкоземельных элементов, по сравнению со случаем легких редкоземельных элементов. Если второй модифицирующий материал диффундирует и проникает во второй прекурсор редкоземельного магнита вблизи поверхностного слоя основной фазы 10, часть R¹ (легкий редкоземельный элемент) прекурсора редкоземельного магнита заменяется на R³ (Nd и/или Pr) модифицирующего материала, и образуется первая часть 30 оболочки. В результате увеличивается содержание Nd и/или Pr (редкоземельных элементов, отличающихся от легких редкоземельных элементов) в основной фазе 10, что способствует увеличению анизотропного магнитного поля (коэрцитивной силы) и остаточной намагниченности.

[0054]В основной фазе 10 анизотропное магнитное поле (коэрцитивная сила) и остаточное магнитное поле редкоземельного магнита в целом могут быть эффективно увеличены в случае увеличения анизотропного магнитного поля (коэрцитивной силы) и остаточной намагниченности внешней периферийной части. Таким образом, для повышения коэрцитивной силы предпочтителен вариант, согласно которому R¹ (легкий редкоземельный элемент) в первой части 30 оболочки будет замещен R³ (Nd и/или Pr).

Общее содержание R¹ и R²

[0055]В приведенной выше формуле общее содержание R¹ и R² выражено y и удовлетворяет условию 12,0 ≤ y ≤ 20,0. В данном случае значение y отражает содержание во втором прекурсоре редкоземельного магнита и выражено в ат. %.

[0056]Если y составляет 12,0 и более, фаза αFe не присутствует в большом количестве во втором прекурсоре редкоземельного магнита, и может быть получено достаточное количество основной фазы (фазы R₂Fe₁₄B). С этой точки зрения y может составлять 12,4 и более, 12,8 и более или 13,2 и более. С другой стороны, если y составляет 20,0 и менее, количество разделяющей частицы фазы не является избыточным. С этой точки зрения y может составлять 19,0 и менее, 18,0 и менее или 17,0 и менее.

B (бор)

[0057]Как показано на ФИГ. 2, B (бор) входит в состав основной фазы 10 (фаза R₂Fe₁₄B) и влияет на долю присутствия основной фазы 10 и разделяющей частицы фазы 50.

[0058]Содержание B в приведенной выше формуле выражено как z. Значение y отражает содержание во втором прекурсоре редкоземельного магнита и выражено в ат. %. Если z составляет 20,0 и менее, можно получить редкоземельный магнит, в котором в надлежащем количестве присутствует основная фаза 10 и разделяющая частицы фаза 50. С этой точки зрения z может составлять 18,0 и менее, 16,0 и менее, 14,0 и менее, 12,0 и менее, 10,0 и менее или 8,0 и менее. С другой стороны, если z составляет 5,0 и более, большое количество фазы, содержащей кристаллическую структуру типа Th₂Zn₁₇ и/или Th₂Ni₁₇, практически не генерируется, вследствие чего трудно подавить образование фазы R₂Fe₁₄B. С этой точки зрения z может составлять 5,8 и более, 6,0 и более, 6,2 и более, 6,4 и более, 6,6 и более, 6,8 и более или 7,0 и более.

Co (кобальт)

[0059]Co – элемент, который может быть замещен Fe в основной фазе и разделяющей частицы фазе. Если в настоящем описании указано Fe, это означает, что часть Fe может быть заменена на Co. Например, часть Fe в фазе R₂Fe₁₄B заменяется на Co, в результате чего фаза преобразуется в R₂(Fe,Co)₁₄B.

[0060]В случае такого замещения части Fe на Co и преобразования фазы R₂Fe₁₄B в фазу R₂(Fe,Co)₁₄B, точка Кюри редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению увеличивается. Если увеличение точки Кюри нежелательно, можно не добавлять Co, и содержание Co будет несущественным.

[0061]Содержание Co в приведенной выше формуле выражено как w. Значение w отражает содержание во втором прекурсоре редкоземельного магнита и выражено в ат. %. Если w составляет 0,5 и более, по существу, признается увеличение точки Кюри. С точки зрения увеличения точки Кюри, w может составлять 1,0 и более, 2,0 и более, 3,0 и более или 4,0 и более. С другой стороны, вследствие высокой стоимости Co w может составлять 8,0 и менее, 7,0 и менее или 6,0 и менее с экономической точки зрения.

M¹

[0062]M¹ может входить в диапазон, не ухудшающий характеристик редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению. M¹ может содержать элемент неизбежной примеси. В настоящем описании под элементом неизбежной примеси понимают элемент примеси, внесение которого является неизбежным, или элемент примеси, удаление которой приводит к значительному увеличению стоимости изготовления, например, элемент примеси, входящая в состав сырья для редкоземельного магнита, используемая в производственном процессе и т.п. Элемент примеси, используемый в производственном или подобном процессе, представляет собой, в частности, элемент из диапазона, не влияющего на магнитные характеристики по производственным причинам. Кроме того, элемент неизбежной примеси может представлять собой редкоземельный элемент, отличающийся от редкоземельных элементов, выбранных в качестве R¹ и R², и неизбежно примешиваемый по описанным выше причинам.

[0063]Примеры элемента, который может быть внесен в диапазон, не ухудшающий действие редкоземельных магнитов и способа изготовления редкоземельных магнитов согласно настоящему изобретению, могут представлять собой Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In и Mn. Пока содержание этих элементов не превышает верхнего предела содержания M¹, они не оказывают существенного влияния на магнитные характеристики. Поэтому эти элементы могут обрабатываться аналогично элементам неизбежных примесей. Дополнительно к этим элементам в состав M¹ может входить элемент неизбежной примеси.

[0064]Содержание M¹ в приведенной выше формуле выражено как v. Значение v отражает содержание во втором прекурсоре редкоземельного магнита и выражено в ат. %. Если значение v составляет 2,0 и менее, магнитные характеристики редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению не ухудшаются. С этой точки зрения v может составлять 1,5 и менее, 1,0 и менее или 0,5 и менее.

[0065]В отношении M¹, поскольку Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In и Mn и неизбежная примесь не могут быть устранены полностью, практическому использованию ничего не препятствует даже в том случае, если нижний предел v равен 0,05, 0,1 или 0,2.

Fe (железо)

[0066]Fe представляет собой остаток от R¹, R², Co, B и M¹ (см. выше), и содержание Fe выражено как (100 - y - w - z - v). Если y, w, z и v регулируются в описанном выше диапазоне, возникают основная фаза 10 и разделяющая частицы фаза 50, как показано на ФИГ. 2.

R³

[0067]R³ – элемент, полученный из второго модифицирующего материала. Как показано на ФИГ. 1A, второй модифицирующий материал 200 диффундирует и проникает внутрь второго прекурсора 100 редкоземельного магнита. Часть R¹ в области поверхностного слоя основной фазы 10 замещают на R³ второго модифицирующего материала 200, чтобы получить первую часть 30 оболочки.

[0068]R³ является одним или несколькими элементами из группы, состоящей из Nd и Pr, и относится к средним редкоземельным элементам. Среди средних редкоземельных элементов Nd и Pr легко образуют фазу R₂Fe₁₄B. Как было описано выше, часть области поверхностного слоя R¹ (легкий редкоземельный элемент) основной фазы 10 замещается на R³ (Nd и/или Pr) второго модифицирующего материала 200, и содержание Nd и/или Pr в первой части 30 оболочки увеличивается. В результате, как было описано выше, когда тяжелый редкоземельный элемент диффундирует и проникает внутрь после образования первой части 30 оболочки, тяжелый редкоземельный элемент может проникать внутрь редкоземельного магнита, что способствует увеличению коэрцитивной силы. Кроме того, в первой части 30 оболочки, присутствующей во внешней периферийной части основной фазы 10, увеличивается содержание Nd и/или Pr, что способствует увеличению анизотропного магнитного поля (коэрцитивной силы) и остаточной намагниченности редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению. С точки зрения анизотропного магнитного поля (коэрцитивной силы), остаточного намагничивания и замещаемости с R¹ (легкий редкоземельный элемент), R³, предпочтительно, представляет собой Nd.

M²

[0069]M² – металлический элемент, отличающийся от редкоземельных элементов и сплавленный с R³, и элемент неизбежной примеси. Обычно M² представляет собой легирующий элемент, снижающий температуру плавления R³_(1-p)M²_p до уровня ниже температуры плавления R³ и неизбежной примеси. Примером M² является один или несколько элементов из Cu, Al, Co и Fe и элемент неизбежной примеси. M² представляет собой, предпочтительно, один или несколько элементов из Cu, Al и Fe. С точки зрения снижения температуры плавления R³_(1-p)M²_p M² представляет собой, предпочтительно, Cu. Под элементом неизбежной примеси понимают элемент примеси, внесение которого является неизбежным, или элемент примеси, удаление которого приводит к значительному увеличению стоимости изготовления, например, элемент примеси, входящий в состав сырья, используемого в производственном процессе и т.п. Элемент примеси, используемый в производственном или подобном процессе, представляет собой, в частности, элемент из диапазона, не влияющего на магнитные характеристики по производственным причинам. Кроме того, элемент неизбежной примеси может представлять собой редкоземельный элемент, отличающийся от редкоземельных элементов, выбранных в качестве R³, и неизбежно примешиваемый по описанным выше причинам.

Молярные доли R³ и M²

[0070]R³ и M² образуют сплав, состав которого в терминах молярных долей представлен формулой R³_(1-p)M²_p, и второй модифицирующий материал содержит этот сплав. В данном случае p удовлетворяет условию 0,05 ≤ p ≤ 0,40.

[0071]Если p составляет 0,05 и более, расплав второго модифицирующего материала 200 может диффундировать и проникать внутрь второго прекурсора 100 редкоземельного магнита при температуре, позволяющей укрупнение основной фазы 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита, показанной на ФИГ. 1A. С этой точки зрения величина p, предпочтительно, составляет 0,07 и более, более предпочтительно 0,10 и более. С другой стороны, если p составляет 0,40 и менее, остаточное содержание М² в разделяющей частицы фазе 50 редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению уменьшается после того, как второй модифицирующий материал 200 диффундирует и проникает во второй прекурсор 100 редкоземельного магнита, что способствует подавлению снижения остаточной намагниченности. С этой точки зрения p может составлять 0,35 и менее, 0,30 и менее, 0,25 и менее, 0,20 и менее или 0,15 и менее.

R⁴

[0072]R⁴ представляет собой элемент, полученный из первого модифицирующего материала. Как показано на ФИГ. 1C и ФИГ. 1D, расплав первого модифицирующего материала 300 диффундирует и проникает внутрь первого прекурсора 150 редкоземельного магнита. Часть легких редкоземельных элементов и часть Nd и/или Pr в области поверхностного слоя первой части 30 оболочки замещаются на R⁴ первого модифицирующего материала 300 для формирования второй части 40 оболочки.

[0073]R⁴ – редкоземельный элемент, представляющий собой, по меньшей мере, один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho. То есть, R⁴ является редкоземельным элементом, представляющим собой один или несколько тяжелых редкоземельных элементов из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho. Как было описано выше, часть легких редкоземельных элементов и часть Nd и/или Pr в области поверхностного слоя первой части 30 оболочки, показанной на ФИГ. 1C, замещаются на тяжелые редкоземельные элементы R⁴ первого модифицирующего материала 300, и формируется вторая часть 40 оболочки. С точки зрения замещаемости, R⁴, предпочтительно, представляет собой Tb. Как показано на ФИГ. 1D и ФИГ. 2, поскольку вторая часть 40 оболочки, содержащая тяжелый редкоземельный элемент, также формируется внутри основной фазы 10 редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению, редкоземельный магнит 500 согласно настоящему изобретению в целом имеет повышенную коэрцитивную силу. Кроме того, как показано на ФИГ. 1D, поскольку вторая часть 40 оболочки, содержащая тяжелый редкоземельный элемент, формируется в самой внешней части основной фазы 10, можно подавить генерацию обратно намагниченного зародыша на поверхности частицы основной фазы 10 и рост зародыша в частице соседней основной фазы 10, что способствует росту коэрцитивной силы.

M³

[0074]M³ представляет собой металлический элемент, отличающийся от редкоземельных элементов и сплавленный с R⁴, и элемент неизбежной примеси. Обычно M³ представляет собой легирующий элемент, снижающий температуру плавления R⁴_(1-s)M³_s до уровня ниже температуры плавления R⁴ и элемент неизбежной примеси. Примером M³ является один или несколько элементов из Ga, Cu, Al, Co и Fe и элемент неизбежной примеси. Так как R⁴ содержит тяжелый редкоземельный элемент, а тяжелый редкоземельный элемент имеет высокую температуру плавления, то M³ с точки зрения снижения температуры плавления R⁴_(1-s)M³_s, предпочтительно, представляет собой Ga и Cu. Под элементом неизбежной примеси понимают элемент примеси, внесение которой является неизбежным, или элемент примеси, удаление которого приводит к значительному увеличению стоимости изготовления, например, элемент примеси, входящей в состав сырья, используемого в производственном процессе и т.п. Элемент примеси, используемый в производственном или подобном процессе, представляет собой, в частности, элемент из диапазона, не влияющего на магнитные характеристики по производственным причинам. Кроме того, элемент неизбежной примеси может представлять собой редкоземельный элемент, отличающийся от редкоземельных элементов, выбранных в качестве R⁴, и неизбежно примешиваемый по описанным выше причинам.

Молярные доли R⁴ и M³

[0075]R⁴ и M³ образуют сплав, состав которого в терминах молярных долей представлен формулой R⁴_(1-s)M³_s, и первый модифицирующий материал содержит этот сплав. В данном случае s удовлетворяет условию 0,05 ≤ s ≤ 0,40.

[0076]Если s составляет 0,05 и более, можно избежать укрупнения основной фазы 10 первого прекурсора редкоземельного магнита 150, что показано на ФИГ. 1C, и расплав первого модифицирующего материала 300 может диффундировать и проникать внутрь первого прекурсора 150 редкоземельного магнита при температуре, позволяющей первой части 30 оболочки не вступать в реакцию с первым модифицирующим материалом 300. С этой точки зрения s составляет, предпочтительно, 0,07 и более, более предпочтительно 0,09 и более, еще более предпочтительно 0,12 и более. С другой стороны, если s составляет 0,40 и менее, остаточное содержание М³ в разделяющей частицы фазе 50 редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению уменьшается после того, как первый модифицирующий материал 300 диффундирует и проникает в первый прекурсор 150 редкоземельного магнита, что способствует подавлению снижения остаточной намагниченности. С этой точки зрения s может составлять 0,35 и менее, 0,30 и менее, 0,25 и менее, 0,20 и менее или 0,15 и менее.

Молярные доли элемента, полученного из прекурсора редкоземельного магнита, и элемента, полученного из модифицирующего материала

[0077]В приведенной выше формуле содержание второго модифицирующего материала в 100 молярных частях второго прекурсора редкоземельного магнита составляет q молярных частей. Кроме того, содержание первого модифицирующего материала в 100 молярных частях второго прекурсора редкоземельного магнита составляет t молярных частей. То есть, если второй модифицирующий материал в количестве q молярных частей диффундирует и проникает внутрь второго прекурсора редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей, получают первый прекурсор редкоземельного магнита в количестве (100 + q) молярных частей. Если первый модифицирующий материал в количестве t молярных частей диффундирует и проникает внутрь первого прекурсора редкоземельного магнита в количестве (100 + q) молярных частей, получают редкоземельный магнит в количестве (100 + q + t) молярных частей согласно настоящему изобретению. Соответственно, q – молярная доля элемента, полученного из второго модифицирующего материала, если общее количество элементов, полученных из второго прекурсора редкоземельного магнита, равно 100. t – молярная доля элемента, полученного из первого модифицирующего материала, если общее количество элементов, полученных из второго прекурсора редкоземельного магнита, равно 100. Иными словами, редкоземельный магнит согласно настоящему изобретению содержит (100 + q + t) ат. %, если принять за 100 ат. % количество второго прекурсора редкоземельного магнита.

[0078]Если q составляет 0,1 и более, по меньшей мере, часть R¹ (легкий редкоземельный элемент) основной фазы 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита может быть замещена R³ (Nd и/или Pr) второго модифицирующего материала 200, и может быть сформирована первая часть 30 оболочки. Если тяжелый редкоземельный элемент диффундирует и проникает внутрь после образования первой части 30 оболочки, тяжелый редкоземельный элемент может проникать внутрь редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению. Кроме того, поскольку во внешней периферийной части основной фазы 10 увеличивается содержание Nd и/или Pr, анизотропное магнитное поле (коэрцитивная сила) и остаточная намагниченность редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению могут быть увеличены. С этой точки зрения, q может составлять 0,5 и более, 1,0 и более, 1,5 и более, 2,0 и более, 2,5 и более, 3,0 и более, 3,5 и более, 4,0 и более, 4,5 и более, 4,7 и более, 5,0 и более или 5,5 и более. С другой стороны, если q составляет 15,0 и менее, количество M², оставшегося в разделяющей частицы фазе 50 редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению, уменьшается, что способствует увеличению остаточной намагниченности. С этой точки зрения, q составляет 14,0 и менее, 13,0 и менее, 12,0 и менее, 11,0 и менее, 10,4 и менее, 10,0 и менее, 9,5 и менее, 9,0 и менее, 8,5 и менее, 8,0 и менее, 7,5 и менее, 7,0 и менее или 6,5 и менее.

[0079]Если t составляет 0,1 и более, в основной фазе 10 образуется вторая часть 40 оболочки, содержащая тяжелый редкоземельный элемент, вследствие чего анизотропное магнитное поле основной фазы 10 увеличивается, и в результате может быть увеличена коэрцитивная сила. С этой точки зрения t может составлять 0,2 и более, 0,4 и более, 0,6 и более, 0,8 и более, 1,0 и более, 1,2 и более, 1,4 и более, 1,5 и более или 2,0 и более. С другой стороны, эффект увеличения анизотропного магнитного поля тяжелым редкоземельным элементом может быть достигнут даже при относительно небольшом количестве тяжелого редкоземельного элемента. Отметим, что тяжелые редкоземельные элементы имеют высокую редкость. С этой точки зрения t может составлять 5,0 и менее, 4,5 и менее, 4,0 и менее, 3,5 и менее, 3,0 и менее или 2,5 и менее.

[0080]Как показано на ФИГ. 2, редкоземельный магнит 500 согласно настоящему изобретению содержит основную фазу 10 и разделяющую частицы фазу 50. Основная фаза 10 содержит ядро 20, первую часть 30 оболочки и вторую часть 40 оболочки. В дальнейшем будет описана основная фаза 10 и разделяющая частицы фаза 50. Кроме того, описаны ядро 20, первая часть 30 оболочки и вторая часть 40 оболочки в отношении основной фазы 10.

Основная фаза

[0081]Основная фаза представляет собой кристаллическую структуру по типу R₂Fe₁₄B. R представляет собой редкоземельный элемент. Причина, по которой используется описание «типа» R₂Fe₁₄B, заключается в том, что элемент, отличающийся от R, Fe и B, может быть внесен в основную фазу (кристаллическую структуру), по меньшей мере, в одном из типов замещения или проникновения. Например, в основной фазе часть Fe может быть замещена Co. В альтернативном варианте, например, в основной фазе часть любого из элементов R, Fe и B может быть замещена M¹. В альтернативном варианте, например, M¹ может присутствовать в основной фазе как тип проникновения.

[0082]Технические результаты настоящего изобретения, в частности, эффект формирования первой части оболочки и второй части оболочки в основной фазе для увеличения коэрцитивной силы, достигаются, например, посредством спеченного магнита, содержащего основную фазу 10 с размером частиц порядка нескольких микрометров, или, например, магнита с горячей пластичной обработкой, содержащего нанокристаллизованную основную фазу.

[0083]Средний размер частиц основной фазы составляет от 0,1 до 20 мкм. Если средний размер частиц основной фазы составляет 0,1 мкм и более, можно, по существу, распознать формирование первой и второй части оболочки. С этой точки зрения средний размер частиц основной фазы может составлять 0,2 мкм и более, 0,4 мкм и более, 0,6 мкм и более, 0,8 мкм и более, 1,0 мкм и более, 2,0 мкм и более, 3,0 мкм и более, 4,0 мкм и более, 5,0 мкм и более, 6,0 мкм и более, 7,0 мкм и более, 8,0 мкм и более или 9,0 мкм и более. С другой стороны, если средний размер частиц основной фазы составляет 20 мкм и менее, увеличение коэрцитивной силы за счет образования первой части оболочки и второй части оболочки превышает уменьшение коэрцитивной силы вследствие увеличения размера основной фазы. С этой точки зрения средний размер частиц основной фазы может составлять 18 мкм и менее, 16 мкм и менее, 14 мкм и менее, 12 мкм и менее, 10 мкм и менее, 9 мкм и менее, 8 мкм и менее, 7 мкм и менее, 6 мкм и менее, 5 мкм и менее или 4 мкм и менее.

[0084]Средний размер частиц измеряют следующим образом. На изображении, полученном под растровым электронным микроскопом или трансмиссионным электронным микроскопом, определяют область, наблюдаемую в направлении, перпендикулярном оси легкой намагниченности, и наносят несколько линий в направлении, перпендикулярном оси легкой намагниченности, относительно основной фазы, присутствующей в этой области, и размер (длину) основной фазы вычисляют по расстоянию между точками пересечения в частице основной фазы (способ сечения). Если поперечное сечение основной фазы близко к окружности, расстояние преобразуют в эквивалентный диаметр проецируемой окружности. Если поперечное сечение основной фазы близко к прямоугольнику, расстояние преобразуют путем проецирования прямоугольного параллелепипеда. Распределение (распределение частиц по размерам) значений D₅₀ полученных таким образом размеров (длин) является средним размером частиц. Как показано на ФИГ. 2, поскольку в основной фазе 10 редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению имеется ядро 20, первая часть 30 оболочки и вторая часть 40 оболочки, то длина основной фазы 10 представляет собой размер (длину), включающий первую часть 30 оболочки и вторую часть 40 оболочки.

Ядро

[0085]Как показано на ФИГ. 2, ядро 20 находится в основной фазе 10 и окружено первой частью 30 оболочки и второй частью 40 оболочки.

[0086]Первый модифицирующий материал и второй модифицирующий материал не диффундируют и не проникают в ядро. Поэтому состав и кристаллическая структура ядра совпадают с составом и кристаллической структурой основной фазы 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита, показанной на ФИГ. 1A.

Первая часть оболочки

[0087]Как показано на ФИГ. 2, первая часть 30 оболочки расположена вокруг ядра 20. Кроме того, вторая часть 40 оболочки расположена вокруг первой части 30 оболочки. То есть первая часть 30 оболочки находится между ядром 20 и второй частью 40 оболочки. Состав и кристаллическая структура первой части оболочки будут раскрыты ниже.

[0088]Первую часть 30 оболочки получают путем диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200 во второй прекурсор 100 редкоземельного магнита (см. ФИГ. 1A и ФИГ. 1B) и дальнейшей диффузии и проникновения первого модифицирующего материала 300 (см. ФИГ. 1C и ФИГ. 1D).

[0089]Благодаря диффузии и проникновению второго модифицирующего материала 200 часть легких редкоземельных элементов, присутствующих вблизи части поверхностного слоя основной фазы 10, вытесняется в разделяющую частицы фазу 50. Затем часть Nd и/или Pr вносится в расплав второго модифицирующего материала 200, диффундировавшего и проникшего в разделяющую частицы фазу 50, в области поверхностного слоя основной фазы 10, и образуется первая часть 30 оболочки. Часть, в которую не диффундировал и не проник второй модифицирующий материал 200, и в которой, таким образом, не была сформирована первая часть 30 оболочки, остается ядром 20. Кроме того, благодаря диффузии и проникновению первого модифицирующего материала 300 часть легких редкоземельных элементов и часть Nd и/или Pr в области поверхностного слоя первой части 30 оболочки вытесняются в разделяющую частицы фазу 50, часть тяжелых редкоземельных элементов в расплаве первого модифицирующего материала 300, диффундировавшего и проникшего через фазу 50, переходит в область поверхностного слоя первой части 30 оболочки, и образуется вторая часть 40 оболочки. Поскольку при таком замещении образуется первая часть 30 оболочки, в кристаллической структуре первой части 30 оболочки сохраняется тип R₂Fe₁₄B. Поэтому после диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200 и первого модифицирующего материала 300 доля Nd и/или Pr в первой части 30 оболочки превышает долю Nd и/или Pr в ядре 20. То есть суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части 30 оболочки превышает суммарную молярную долю Nd и Pr в ядре 20.

[0090]Если суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части 30 оболочки составляет не менее 1,2 от суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре, можно, по существу, различать ядро 20 и первую часть 30 оболочки. Кроме того, когда первый модифицирующий материал 300 диффундирует и проникает в тяжелый редкоземельный элемент, Nd и/или Pr замещается Pr и тяжелым редкоземельным элементом в области поверхностного слоя первой части 30 оболочки, в результате чего может быть получена вторая часть 40 оболочки. С этой точки зрения, суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части 30 оболочки может быть равна суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре или превышать его в 1,4, 1,6 или 1,8 раз. С другой стороны, если суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части 30 оболочки равна суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре или меньше его в 3,0 раза, можно предотвратить диффузию и проникновение дополнительного первого модифицирующего материала 300 в количестве, превышающем требуемое. С этой точки зрения, суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части 30 оболочки может быть равна суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре или быть меньше его в 2,8, 2,6, 2,4, 2,2 или 2,0 раза.

[0091]Составы ядра 20 и первой части 30 оболочки определяют по результатам компонентного анализа, выполненного энергодисперсионным рентгеновским спектроскопическим анализатором (Cs-STEM-EDX: растровая просвечивающая электронная микроскопия с функцией коррекции сферических аберраций и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия) просвечивающего растрового электронного микроскопа с функцией коррекции сферических аберраций. Cs-STEM-EDX используется потому, что энергодисперсионный рентгеновский спектроскопический анализатор (SEM-EDX: растровая электронная микроскопия - энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия) растрового электронного микроскопа плохо подходит для раздельного наблюдения за ядром 20 и первой частью 30 оболочки.

[0092]Толщина первой части оболочки может быть соответствующим образом определена в зависимости от состава первой части оболочки и т.п. и, по существу, не ограничивается. Толщина первой части оболочки может составлять, например, 30 нм и более, 50 нм и более, 100 нм и более, 150 нм и более, 200 нм и более, 250 нм и более, 300 нм и более, 350 нм и более или 400 нм и более, и может составлять 1000 нм и менее, 900 нм и менее, 800 нм и менее, 700 нм и менее, 600 нм и менее или 500 нм и менее.

[0093]Под толщиной первой части оболочки понимают расстояние между внешней периферией ядра и внешней периферией первой части оболочки. Способ измерения толщины первой части оболочки предусматривает определение области, измерение разделяющих расстояний каждой из основных фаз, присутствующих в данной области, с помощью растрового электронного микроскопа или просвечивающего электронного микроскопа, и определение каждого разделяющего расстояния путем усреднения измеренных разделяющих расстояний.

Вторая часть оболочки

[0094]Как показано на ФИГ. 2, вторая часть 40 оболочки расположена вокруг первой части 30 оболочки.

[0095]Вторую часть 40 оболочки получают путем диффузии и проникновения первого модифицирующего материала 300 в первый прекурсор 150 редкоземельного магнита, в котором была сформирована первая часть 30 оболочки (см. ФИГ. 1C и ФИГ. 1D). При диффузии и проникновении первого модифицирующего материала 300 часть легких редкоземельных элементов и часть находящихся в области поверхностного слоя первой части 30 оболочки Nd и/или Pr вытесняются в разделяющую частицы фазу 50. После этого часть тяжелых редкоземельных элементов в расплаве первого модифицирующего материала 300, диффундировавшего и проникшего через разделяющую частицы фазу 50, вносится в область поверхностного слоя первой части 30 оболочки, и формируется вторая часть 40 оболочки. Поскольку при таком замещении образуется вторая часть 40 оболочки, в кристаллической структуре второй части 40 оболочки сохраняется тип R₂Fe₁₄B. В результате содержание Nd и/или Pr во второй части 40 оболочки ниже, чем в первой части 30 оболочки. То есть суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части 40 оболочки ниже суммарной молярной доли Nd и Pr в первой части 30 оболочки. Вторая часть 40 оболочки содержит тяжелый редкоземельный элемент, то есть один или несколько элементов из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho. Суммарное содержание одного или нескольких элементов из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho, может составлять в терминах молярных долей 0,15 и более, 0,20 и более, 0,22 и более или 0,25 и более, и 0,45 и менее, 0,40 и менее, 0,34 и менее, 0,32 и менее или 0,30 и менее, по отношению к второй части 40 оболочки в целом.

[0096]Ядро 20 и первая часть 30 оболочки практически не содержат Gd, Tb, Dy и Ho, за исключением случая неизбежного примешивания из сырья и иных подобных источников. Соответственно, суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части 40 оболочки превышает суммарную молярную долю Gd, Tb, Dy и Ho в ядре 20. Кроме того, суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части 40 оболочки превышает суммарную молярную долю Gd, Tb, Dy и Ho в первой части 30 оболочки. Соответственно, суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части 40 оболочки равна суммарной молярной доле Gd, Tb, Dy и Ho в ядре 20 или превышает его в 2,0 раза. Кроме того, суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки превышает суммарную молярную долю Gd, Tb, Dy и Ho в первой части оболочки, по меньшей мере, в 2,0 раза. Верхний предел кратности описанной выше суммарной молярной доли не установлен, поскольку, как описано выше, в ядре 20 и первой части 30 оболочки практически не содержится Gd, Tb, Dy и Ho, за исключением случая неизбежного примешивания из сырья и иных подобных источников, то есть кратность бесконечно велика.

[0097]Если объем диффузии и проникновения первого модифицирующего материала 300 велик, суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho в разделяющей частицы фазе 50 будет превышать суммарную молярную долю Gd, Tb, Dy и Ho во второй части 40 оболочки. Однако даже если количество Gd, Tb, Dy и Ho в разделяющей частицы фазе 50 велико, их вклад в увеличение анизотропного магнитного поля и остаточной намагниченности невелик. Кроме того, поскольку Gd, Tb, Dy и Ho относятся к тяжелым редкоземельным элементам и очень редки, предпочтительно, свести к минимуму объем диффузии и проникновения первого модифицирующего материала 300. Соответственно, предпочтительно, суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части 40 оболочки превышает суммарную молярную долю Gd, Tb, Dy и Ho в разделяющей частицы фазе 50. Суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части 40 оболочки может быть равна суммарной молярной доле Gd, Tb, Dy и Ho в разделяющей частицы фазе 50 или превышать ее в 1,5, 2,0, 2,2, 2,5, 3,0, 3,5 или 4,0 раза, или быть меньше его в 8,0, 6,0 или 5,0 раз.

[0098]Если суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части 40 оболочки равна суммарной молярной доле Nd и Pr в первой части 30 оболочки или составляет 0,5 от нее, вся область первой части 30 оболочки не замещается тяжелым редкоземельным элементом во время диффузии и проникновения первого модифицирующего материала 300. Если вся область первой части 30 оболочки замещается тяжелым редкоземельным элементом, только первая часть 30 оболочки в области поверхностного слоя (поверхность контакта с первым модифицирующим материалом 300) первого прекурсора 150 редкоземельного магнита будет замещена тяжелым редкоземельным элементом. В результате тяжелый редкоземельный элемент после диффузии и проникновения первого модифицирующего материала 300 проникает внутрь редкоземельного магнита, что препятствует увеличению коэрцитивной силы редкоземельного магнита в целом. С этой точки зрения, суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части 40 оболочки может быть равна суммарной молярной доле Nd и Pr в первой части 30 оболочки или составлять 0,6 или 0,7 от него.

[0099]С другой стороны, если суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части 40 оболочки равна суммарной молярной доле Nd и Pr в первой части 30 оболочки или составляет 0,9 от него, вторую часть 40 оболочки можно получить путем соответствующего замещения Nd и/или Pr первой части 30 оболочки тяжелым редкоземельным элементом. С этой точки зрения, суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части 40 оболочки может быть равна суммарной молярной доле Nd и Pr в первой части 30 оболочки или составлять 0,8 от него.

[0100]Составы первой части 30 оболочки и второй части 40 оболочки определяют по результатам компонентного анализа, выполненного энергодисперсионным рентгеновским спектроскопическим анализатором (Cs-STEM-EDX: растровая просвечивающая электронная микроскопия с функцией коррекции сферических аберраций и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия) просвечивающего растрового электронного микроскопа с функцией коррекции сферических аберраций. Cs-STEM-EDX используется потому, что энергодисперсионный рентгеновский спектроскопический анализатор (SEM-EDX: растровая электронная микроскопия - энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия) растрового электронного микроскопа плохо подходит для раздельного наблюдения за первой частью 30 оболочки и второй частью 40 оболочки.

[0101]Толщина второй части оболочки может быть соответствующим образом определена в зависимости от состава второй части оболочки и т.п. и, по существу, не ограничивается. Толщина второй части оболочки может составлять, например, 30 нм и более, 50 нм и более, 100 нм и более, 150 нм и более, 200 нм и более, 250 нм и более или 300 нм и более, и может составлять 800 нм и менее, 700 нм и менее, 600 нм и менее или 500 нм и менее.

[0102]Под толщиной второй части оболочки понимают расстояние между внешней периферией первой части оболочки и внешней периферией второй части оболочки. Способ измерения толщины второй части оболочки предусматривает определение области, измерение разделяющих расстояний каждой из основных фаз, присутствующих в данной области, с помощью растрового электронного микроскопа или просвечивающего электронного микроскопа, и определение каждого разделяющего расстояния путем усреднения измеренных разделяющих расстояний.

Разделяющая частицы фаза

[0103]Как показано на ФИГ. 2, редкоземельный магнит 500 согласно настоящему изобретению содержит основную фазу 10 и разделяющую частицы фазу 50 вокруг основной фазы 10. Как было описано выше, основная фаза 10 содержит магнитную фазу (фаза R₂Fe₁₄B), имеющую кристаллическую структуру типа R₂Fe₁₄B. С другой стороны, разделяющая частицы фаза 50 содержит фазу, кристаллическая структура которой неясна, а также фазу с кристаллической структурой, отличающейся от типа R₂Fe₁₄B. Несмотря на отсутствие теоретического подтверждения, под «фазой с неясной структурой» понимают фазу (состояние), в которой, по меньшей мере, часть фазы имеет неполные кристаллические структуры, присутствующие нерегулярно. В альтернативном варианте это означает, что, по меньшей мере, часть такой фазы (состояния) является фазой с трудно проявляемой кристаллической структурой, например, аморфной фазой.

[0104]Хотя кристаллическая структура разделяющей частицы фазы 50 неясна, разделяющая частицы фаза 50 имеет более высокое содержание R, чем основная фаза 10 (фаза R₂Fe₁₄B). Поэтому разделяющая частицы фаза 50 может называться «фазой с высоким содержанием R», «фазой с высоким содержанием редкоземельных элементов» или «фазой, обогащенной редкоземельными элементами».

[0105]Разделяющая частицы фаза 50 может содержать фазу R_1.1Fe₄B₄ в виде тройной точки. Тройная точка соответствует окончательно затвердевшей части на момент изготовления второго прекурсора 100 редкоземельного магнита. Фаза R_1.1Fe₄B₄, по существу, не способствует возрастанию анизотропного магнитного поля (коэрцитивной силы) и остаточной намагниченности редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению. Поэтому предпочтительно внести Fe в состав первого модифицирующего материала 300 и/или второго модифицирующего материала 200, а фазу R_1.1Fe₄B₄ изменить на фазу R₂Fe₁₄B, что позволит фазе R₂Fe₁₄B входить в состав основной фазы 10.

Способ изготовления

[0106]Далее будет раскрыт способ изготовления редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению.

[0107]Способ изготовления редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению включает процесс подготовки первого прекурсора редкоземельного магнита, процесс подготовки первого модифицирующего материала, а также процесс диффузии и проникновения первого модифицирующего материала. Две нижеописанных разновидности можно рассматривать как способ изготовления первого прекурсора редкоземельного магнита. Первая разновидность относится к способу изготовления, включающему процесс подготовки второго прекурсора редкоземельного магнита, процесс подготовки второго модифицирующего материала, а также процесс диффузии и проникновения второго модифицирующего материала. Вторая разновидность относится к способу изготовления, включающему процесс подготовки порошка второго прекурсора редкоземельного магнита, процесс подготовки порошка второго модифицирующего материала, а также процесс смешивания и спекания. В дальнейшем будут раскрыты процесс подготовки первого прекурсора редкоземельного магнита, процесс подготовки первого модифицирующего материала и процесс диффузии и проникновения первого модифицирующего материала, после чего будут раскрыты две разновидности способа изготовления первого прекурсора редкоземельного магнита. Некоторое содержание первой разновидности раскрыто в патентной заявке WO 2014/196605. Так называемый «способ двойного сплава» применяется ко второй разновидности.

Подготовка первого прекурсора редкоземельного магнита

[0108]На ФИГ. 1B показан первый прекурсор 150 редкоземельного магнита, общий состав которой в терминах молярных долей представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q. R¹, R², R³, Fe, Co, B, M¹ и M², а также x, y, z, w, v, p и q, содержащиеся в формуле, отражающей общий состав первого прекурсора 150 редкоземельного магнита, имеют значения, указанные в разделе «Редкоземельный магнит».

[0109]Как показано на ФИГ. 1В, первый прекурсор 150 редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению содержит основную фазу 10 и разделяющую частицы фазу 50 вокруг основной фазы 10. Кроме того, основная фаза 10 содержит ядро 20 и первую часть 30 оболочки, окружающую ядро 20. Состав и кристаллическая структура основной фазы 10, ядра 20 и первой части 30 оболочки описаны в разделе «Редкоземельный магнит».

[0110]Согласно способу изготовления редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению (в дальнейшем – способ изготовления согласно изобретению) первый модифицирующий материал 300 диффундирует и проникает в первый прекурсор 150 редкоземельного магнита, формируя вторую часть 40 оболочки при температуре, при которой не укрупняется основная фаза 10 первого прекурсора 150 редкоземельного магнита. В результате средний размер частиц основной фазы 10 первого прекурсора 150 редкоземельного магнита и средний размер частиц основной фазы 10 редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению находятся, по существу, в одном диапазоне. Средний размер частиц основной фазы 10 первого прекурсора 150 редкоземельного магнита, а также состав и кристаллическая структура второй части 40 оболочки описаны в разделе «Редкоземельный магнит».

Подготовка первого модифицирующего материала

[0111]Как показано на ФИГ. 1C, подготавливают первый модифицирующий материал 300, состав которого в терминах молярных долей представлен формулой R⁴_(1-s)M³_s,. R⁴, M³ и s, содержащиеся в формуле, отражающей состав первого модифицирующего материала 300, описаны в разделе «Редкоземельный магнит».

[0112]В качестве примеров способа подготовки первого модифицирующего материала 300 можно назвать способ получения тонкой ленты или аналогичной формы из расплавленного металла, состав которого соответствует первому модифицирующему материалу 300, посредством жидкостной закалки, литья полосы и т.п. В этом способе, поскольку расплавленный металл быстро охлаждается, сегрегация в первом модифицирующем материале 300 затруднена. Другим примером способа подготовки первого модифицирующего материала 300 является литье расплавленного металла, состав которого соответствует модифицирующему материалу, в форму, в том числе форму с вертикальным разъемом. Этот способ позволяет относительно легко получить большое количество первого модифицирующего материала 300. Чтобы уменьшить сегрегацию первого модифицирующего материала 300, форму с вертикальным литьем желательно изготавливать из материала, обладающего высокой теплопроводностью. Кроме того, предпочтительно, чтобы литой материал подвергался термической обработке с униформизацией для подавления сегрегации. К другим способам подготовки первого модифицирующего материала 300 относится способ получения слитка путем загрузки сырья первого модифицирующего материала 300 в контейнер, дуговое плавление сырья в контейнере с последующим охлаждением расплавленного материала. Этот способ позволяет относительно легко получать первый модифицирующий материал даже при высокой температуре плавления сырья. С точки зрения уменьшения сегрегации первого модифицирующего материала, предпочтительно, чтобы слиток подвергался термообработке с униформизацией.

Диффузия и проникновение первого модифицирующего материала

[0113]Как показано на ФИГ. 1C, первый модифицирующий материал 300 вступает в контакт с первым прекурсором 150 редкоземельного магнита, при этом оба участника реакции нагреваются. Температура диффузии и проникновения, по существу, не ограничена при условии, что при этой температуре первый модифицирующий материал 300 может диффундировать и проникать в первый прекурсор 150 редкоземельного магнита. Под температурой, при которой первый модифицирующий материал 300 может диффундировать и проникать внутрь, понимают температуру, при которой основная фаза 10 (ядро 20 и первая часть 30 оболочки) не повреждается, и может быть сформирована вторая часть 40 оболочки.

[0114]Температура диффузии и проникновения первого модифицирующего материала обычно составляет 750 °C и более, 775 °C и более или 800 °C и более, или 1000 °C и менее, 950 °C и менее, 925 °C и менее или 900 °C и менее, если размер основной фазы первого прекурсора редкоземельного магнита составляет порядка нескольких микрометров. «Порядка нескольких микрометров» означает, что средний размер частиц основной фазы составляет от 1 до 20 мкм.

[0115]Температура диффузии и проникновения первого модифицирующего материала обычно составляет 600 °C и более, 650 °C и более или 675 °C и более, или 750 °C и менее, 725 °C и менее или 700 °C и менее, если основная фаза первого прекурсора редкоземельного магнита нанокристаллизована. «Нанокристаллизована» означает, что средний размер частиц основной фазы составляет от 0,1 до 1,0 мкм, в частности, от 0,1 до 0,9 мкм.

[0116]Как показано на ФИГ. 1C, первая часть 30 оболочки сформирована в основной фазе 10 первого прекурсора 150 редкоземельного магнита. Кроме того, как показано на ФИГ. 1A и ФИГ. 1В, второй модифицирующий материал 200 диффундирует и проникает внутрь второго прекурсора 100 редкоземельного магнита с образованием первой части 30 оболочки. Как показано на ФИГ. 1C и 1D, если первый модифицирующий материал 300 диффундирует и проникает внутрь первого прекурсора 150 редкоземельного магнита с образованием второй части 40 оболочки, первая часть 30 оболочки продолжает диффундировать и проникать внутрь при температуре, вызывающей повреждение, в пределах вышеуказанного температурного диапазона для предотвращения укрупнения основной фазы 10. Для этого предпочтительно, чтобы температура диффузии и проникновения первого модифицирующего материала 300 была ниже температуры диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200. В частности, если температура диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200 обозначается как Ma°C, а температура диффузии и проницаемости первого модифицирующего материала обозначается как Mb°C, Ma - Mb может составлять 10 °C и более, 20 °C и более, 25 °C и более, 40 °C и более или 50°C и более, и предпочтительно 200°C и менее, 180°C и менее, 160°C и менее, 150°C и менее, 120°C и менее или 100°C и менее.

[0117]Во время диффузии и проникновения первого модифицирующего материала 300 первый модифицирующий материал 300 в количестве t молярных частей вступает в контакт с первым прекурсором 150 редкоземельного магнита по отношению к 100 молярным частям второго прекурсора 100 редкоземельного магнита. Значение t описано в разделе «Редкоземельный магнит».

[0118]Первый модифицирующий материал 300 диффундирует и проникает в первый прекурсор 150 редкоземельного магнита, после чего охлаждается с образованием редкоземельного магнита 500 согласно настоящему изобретению. Скорость охлаждения первого модифицирующего материала 300 после диффузии и проникновения, по существу, не ограничена. С точки зрения повышения коэрцитивной силы скорость охлаждения может составлять, например, 10°C/мин и менее, 7°C/мин и менее, 4°C/мин и менее или 1 °C/мин и менее. С точки зрения характеристик скорость охлаждения составляет, например, 0,1°C/мин и более, 0,2°C/мин и более, 0,3°C/мин и более, 0,5°C/мин и более или 0,6°C и более. Скорость охлаждения, описанная здесь, составляет до 500°C.

Способ изготовления первого прекурсора редкоземельного магнита

[0119]Ниже будет отдельно раскрыт способ изготовления первого прекурсора редкоземельного магнита для первой и второй разновидностей.

Первая разновидность

[0120]В первой разновидности способа изготовления первого прекурсора редкоземельного магнита второй модифицирующий материал диффундирует и проникает внутрь второго прекурсора редкоземельного магнита с образованием первого прекурсора редкоземельного магнита. Первая разновидность способа изготовления первого прекурсора редкоземельного магнита включает процесс подготовки второго прекурсора редкоземельного магнита, процесс подготовки второго модифицирующего материала, а также процесс диффузии и проникновения второго модифицирующего материала. Каждый из этих процессов будет раскрыт ниже.

Подготовка второго прекурсора редкоземельного магнита

[0121]Как показано на ФИГ. 1A, подготовлен второй прекурсор 100 редкоземельного магнита, общий состав которой в терминах молярных долей представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v. R¹, R², Fe, Co, B, M¹, а также x, y, z, w и v, содержащиеся в формуле, отражающей общий состав второго прекурсора 100 редкоземельного магнита, описаны в разделе «Редкоземельный магнит».

[0122]Как показано на ФИГ. 1А, второй прекурсор 100 редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению содержит основную фазу 10 и разделяющую частицы фазу 50, расположенную вокруг основной фазы 10. Так как второй модифицирующий материал 200 не диффундирует и не проникает в основную фазу 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита, то первая часть 30 оболочки не образуется, и основная фаза 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита не делится на ядро 20 и первую часть 30 оболочки. Основная фаза 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита имеет кристаллическую структуру типа R₂Fe₁₄B.

[0123]Первый прекурсор 150 редкоземельного магнита получают путем диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200 внутрь второго прекурсора 100 редкоземельного магнита с целью формирования первой части 30 оболочки при температуре, при которой не укрупняется основная фаза 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита. В результате средний размер частиц основной фазы 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита и средний размер частиц основной фазы 10 первого прекурсора 150 редкоземельного магнита находятся, по существу, в одном диапазоне. Средний размер частиц и кристаллическая структура основной фазы 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита описаны в разделе «Редкоземельный магнит».

[0124]Второй прекурсор редкоземельного магнита может быть получен с использованием способа изготовления спеченного редкоземельного магнита или нанокристаллического редкоземельного магнита.

[0125]Под спеченным редкоземельного магнитом обычно понимают редкоземельный магнит, получаемый путем охлаждения расплавленного металла, с составом, в котором основной фазой служит фаза R₂Fe₁₄B, со скоростью, при которой размер основной фазы соответствует микрометрам, что позволяет получить тонкую магнитную ленту и спекать заготовку магнитного порошка, полученную распылением тонкой магнитной ленты, при высокой температуре без давления. Магнитный порошок может быть спрессован в магнитном поле (литье в магнитном поле) для придания анизотропных свойств спеченному редкоземельному магниту. В настоящей описании, если не указано иное, фаза R₂Fe₁₄B представляет собой магнитную фазу с кристаллической структурой типа R₂Fe₁₄B.

[0126]С другой стороны, под нанокристаллическим редкоземельным магнитом обычно понимают редкоземельный магнит, получаемый путем охлаждения расплавленного металла с составом, в котором R₂Fe₁₄B получают в качестве основной фазы со скоростью, позволяющей нанокристаллизовать основную фазу, тем самым получая магнитную чешуйку и спекая полученную магнитную чешуйку при низкой температуре и давлении (низкотемпературный горячий пресс). Аморфная субстанция может быть подвергнута термообработке для получения нанокристаллической основной фазы. Поскольку придать анизотропные свойства магнитной чешуйке с нанокристаллической основной фазой при формовании в магнитном поле затруднительно, спеченное тело, полученное спеканием при низкой температуре и давлении, подвергают горячей пластической обработке для придания анизотропных свойств. Такой магнит называют редкоземельным магнитом с горячей пластичной обработкой.

[0127]Способ изготовления второго прекурсора редкоземельного магнита будет описан отдельно для случая использования способа изготовления спеченного редкоземельного магнита, а также для случая использования способа изготовления нанокристаллического редкоземельного магнита.

Использование способа изготовления спеченного редкоземельного магнита

[0128]Если второй прекурсор редкоземельного магнита получен с использованием способа изготовления спеченного редкоземельного магнита, примером может служить следующий способ.

[0129]Расплавленный металл с формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v, представленной в терминах молярных долей, охлаждают со скоростью охлаждения, при которой средний размер частиц основной фазы (фазы R₂Fe₁₄B) составляет от 1 до 20 мкм, получая тем самым тонкую магнитную ленту. Скорость охлаждения для получения такой тонкой магнитной ленты составляет, например, от 1°C/с до 1000°C/с. Кроме того, варианты способа получения тонкой магнитной ленты с такой скоростью охлаждения содержат способ литья полосы и способ литья в форму с вертикальным разъемом. Состав расплавленного металла в основном совпадает с общим составом второго прекурсора редкоземельного магнита; однако для элементов, которые могут быть израсходованы в процессе изготовления второго прекурсора редкоземельного магнита редкоземельного, можно заранее оценить расходуемое количество.

[0130]Полученную тонкую магнитную ленту, как описано выше, измельчают, и полученный магнитный порошок уплотняют. Прессование порошка можно также выполнять в магнитном поле. Если прессование порошка выполняют в магнитном поле, анизотропные свойства могут быть приданы второму прекурсору редкоземельного магнита, в результате чего анизотропные свойства могут быть приданы редкоземельному магниту согласно настоящему изобретению. Давление формования при прессовании порошка может составлять, например, 50 МПа и более, 100 МПа и более, 200 МПа и более или 300 МПа и более, и может составлять 1000 МПа и менее, 800 МПа и менее или 600 МПа и менее. Прилагаемое магнитное поле может составлять 0,1 Т и более, 0,5 Т и более, 1,0 Т и более, 1,5 Т и более или 2,0 Т и более, и может составлять 10,0 Т и менее, 8,0 Т и менее, 6,0 Т и менее или 4,0 Т и менее. Примером способа измельчения может служить способ грубого измельчения тонкой магнитной ленты, после чего ее измельчают в струйной мельнице или аналогичном устройстве. Примером способа грубого измельчения служит способ с использованием молотковой мельницы, способ водородного охрупчивания тонкой магнитной ленты и комбинация обоих способов.

[0131]Заготовку порошка, как было отмечено выше, спекают без давления для получения второго прекурсора редкоземельного магнита. Для спекания заготовки порошка без давления с увеличением плотности спеченного тела спекание производят при высокой температуре в течение длительного времени. Температура спекания может составлять, например, 900°C и выше, 950°C и выше или 1000°C и выше, и может составлять 1100°C и ниже, 1050°C и ниже или 1040°C и ниже. Время спекания может составлять, например, 1 час и более, 2 часа и более, 3 часа и более или 4 часа и более, и может составлять 24 часа и менее, 18 часов и менее, 12 часов и менее или 6 часов и менее. Для предотвращения окисления заготовки порошка во время спекания предпочтительна атмосфера инертного газа. Атмосфера инертного газа содержит атмосферу газообразного азота.

[0132]Что касается основной фазы второго прекурсора редкоземельного магнита, то соответствующее изменение суммарного содержания у R¹ и R², содержания z В, скорости охлаждения при изготовлении тонкой магнитной ленты и других параметров позволяет контролировать объемную долю основной фазы во втором прекурсоре редкоземельного магнита.

[0133]Во втором прекурсоре редкоземельного магнита, предпочтительно, объемная доля основной фазы велика при условии, что объемная доля разделяющей частицы фазы не будет слишком мала вследствие чрезмерной объемной доли основной фазы. Если объемная доля основной фазы второго прекурсора редкоземельного магнита велика, то объемная доля основной фазы редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению также будет велика, что способствует увеличению остаточной намагниченности.

[0134]С другой стороны, если объемная доля основной фазы второго прекурсора редкоземельного магнита избыточна и, следовательно, объемная доля разделяющей частицы фазы слишком мала, то, несмотря на отсутствие теоретического подтверждения, можно полагать, что второй модифицирующий материал плохо диффундирует и проникает в разделяющую частицы фазу, тем самым ингибируя образование первой части оболочки. В результате в редкоземельном магните согласно настоящему изобретению значительно снижено анизотропное магнитное поле (коэрцитивная сила) и остаточная намагниченность.

[0135]С точки зрения вклада в увеличение остаточной намагниченности объемная доля основной фазы второго прекурсора редкоземельного магнита составляет 90,0 % и более, 90,5 % и более, 91,0 % и более, 92,0 % и более, 94,0 % и более или 95,0 % и более. С другой стороны, с точки зрения предотвращения превышения объемной доли основной фазы второго прекурсора редкоземельного магнита объемная доля основной фазы второго прекурсора редкоземельного магнита может составлять 97,0 % и менее, 96,5 % и менее или 95,9 % и менее.

Использование способа изготовления нанокристаллического редкоземельного магнита

[0136]Если второй прекурсор редкоземельного магнита получен с использованием способа изготовления нанокристаллического редкоземельного магнита, примером может служить следующий способ.

[0137]Расплавленный металл с формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v, представленной в терминах молярных долей, охлаждают со скоростью охлаждения, при которой средний размер частиц основной фазы (фазы R₂Fe₁₄B) составляет от 0,1 до 1,0 мкм, предпочтительно от 0,1 до 0,9 мкм, получая тем самым тонкую магнитную ленту. Скорость охлаждения для получения такой тонкой магнитной ленты составляет, например, от 10⁵ °C/с до 10⁶ °C/с. Кроме того, примеры способа получения тонкой магнитной ленты с такой скоростью охлаждения включают способ жидкой закалки. Состав расплавленного металла в основном совпадает с общим составом второго прекурсора редкоземельного магнита; однако для элементов, которые могут быть израсходованы в процессе изготовления второго прекурсора редкоземельного магнита, можно заранее оценить расходуемое количество.

[0138]Тонкую магнитную ленту, полученную описанным выше образом, спекают при низкой температуре и давлении. Тонкая магнитная лента может быть грубо измельчена перед спеканием при низкой температуре и давлении. Примером способа грубого измельчения является способ с использованием молотковой мельницы, способ водородного охрупчивания тонкой магнитной ленты и комбинация обоих способов. Температура во время спекания при низкой температуре и давлении не ограничена при условии, что основная фаза укрупнена, и может составлять от 550 °C до 750 °C, от 600 °C до 700 °C или от 630 °C до 670 °C. Давление во время спекания при низкой температуре и давлении может составлять, например, от 200 до 600 МПа, от 300 до 500 МПа или от 350 до 450 МПа.

[0139]Полученный формованный продукт, как описано выше, можно использовать в качестве второго прекурсора редкоземельного магнита или подвергнуть горячей пластической обработке для придания анизотропных свойств второму прекурсору редкоземельного магнита. В описанном выше случае анизотропные свойства могут быть приданы редкоземельному магниту согласно настоящему изобретению. Температура во время горячей пластической обработки не ограничена при условии, что основная фаза укрупнена, и может составлять от 650 °C до 850 °C, от 700 °C до 800 °C или от 720 °C до 770 °C. Давление во время горячей пластической обработки может составлять, например, 200 МПа и более, 300 МПа и более, 500 МПа и более, 700 МПа и более или 900 МПа и более, и может составлять 3000 МПа и менее, 2500 МПа и менее, 2000 МПа и менее, 1500 МПа и менее, 1000 МПа и менее. Коэффициент сжатия может составлять 10 % и более, 30 % и более, 50 % и более или 60 % и более, и может составлять 75 % и менее, 70 % и менее или 65 % и менее. Скорость деформирования во время горячей пластической обработки может составлять 0,01/с и более, 0,1/с и более, 1,0/с и более или 3,0/с и более, и может составлять 15,0/с и менее, 10,0/с и менее или 5,0/с и менее.

[0140]Контроль объемной доли основной фазы по отношению ко второму прекурсору редкоземельного магнита аналогичен случаю использования способа изготовления спеченного редкоземельного магнита.

Подготовка второго модифицирующего материала

[0141]Как показано на ФИГ. 1A, подготавливают второй модифицирующий материал 200, состав которого в терминах молярных долей представлен формулой R³_(1-p)M²_p. R³, M² и p, содержащиеся в формуле, отражающей состав модифицирующего материала, описаны в разделе «Редкоземельный магнит».

[0142]В качестве примеров способа подготовки второго модифицирующего материала 200 можно назвать способ получения тонкой ленты или аналогичной формы из расплавленного металла, состав которого соответствует второму модифицирующему материалу 200, с использованием жидкостной закалки, литья полосы и т.п. В этих способах, поскольку расплавленный металл быстро охлаждается, сегрегация во втором модифицирующем материале 200 затруднена. Другим примером способа подготовки второго модифицирующего материала 200 является литье расплавленного металла, состав которого соответствует модифицирующему материалу, в форму, в том числе форму с вертикальным разъемом. Этот способ позволяет относительно легко получить большое количество второго модифицирующего материала 200. Чтобы уменьшить сегрегацию второго модифицирующего материала 200, форму с вертикальным разъемом желательно изготавливать из материала, обладающего высокой теплопроводностью. Кроме того, предпочтительно, чтобы литой материал подвергался термической обработке с униформизацией для подавления сегрегации. К другим способам подготовки второго модифицирующего материала 200 относится способ получения слитка путем загрузки сырья второго модифицирующего материала 200 в контейнер, дуговое плавление сырья в контейнере с последующим охлаждением расплавленного материала. Этот способ позволяет относительно легко получать второй модифицирующий материал даже при высокой температуре плавления сырья. С точки зрения уменьшения сегрегации второго модифицирующего материала, предпочтительно, чтобы слиток подвергался термообработке с униформизацией.

Диффузия и проникновение второго модифицирующего материала

[0143]Температура диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200, по существу, не ограничена при условии, что при этой температуре второй модифицирующий материал 200 может диффундировать и проникать во второй прекурсор 100 редкоземельного магнита. Под температурой, позволяющей второму модифицирующему материалу 200 диффундировать и проникать внутрь, понимают температуру, позволяющую сохранять кристаллическую структуру основной фазы 10 от нарушения в результате укрупнения или подобного процесса, и может быть сформирована первая часть 30 оболочки.

[0144]Температура диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200 обычно составляет 750°C и более, 775°C и более или 800°C и более, или 1000°C и менее, 950°C и менее, 925°C и менее или 900°C и менее, если размер основной фазы 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита составляет порядка нескольких микрометров. «Порядка нескольких микрометров» означает, что средний размер частиц основной фазы 10 составляет от 1 до 20 мкм.

[0145]Температура диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200 обычно составляет 600°C и более, 650°C и более или 675°C и более, или 750°C и менее, 725°C и менее или 700°C и менее, если основная фаза 10 второго прекурсора 100 редкоземельного магнита нанокристаллизована. «Нанокристаллизована» означает, что средний размер частиц основной фазы 10 составляет от 0,1 до 1,0 мкм, в частности, от 0,1 до 0,9 мкм.

[0146]Во время диффузии и проникновения второго модифицирующего материала 200 второй модифицирующий материал 200 в количестве q молярных частей вступает в контакт со вторым прекурсором 100 редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей, после чего нагревается. Значение q описано в разделе «Редкоземельный магнит».

[0147]Второй модифицирующий материал 200 диффундирует и проникает во второй прекурсор 100 редкоземельного магнита, после чего охлаждается с образованием первого прекурсора 150 редкоземельного магнита. Скорость охлаждения второго модифицирующего материала 200 после диффузии и проникновения, по существу, не ограничена. С точки зрения повышения коэрцитивной силы скорость охлаждения может составлять, например, 10°C/мин и менее, 7°C/мин и менее, 4°C/мин и менее или 1°C/мин и менее. С точки зрения характеристик скорость охлаждения составляет, например, 0,1°C/мин и более, 0,2°C/мин и более, 0,3°C/мин и более, 0,5°C/мин и более или 0,6°C и более. Скорость охлаждения, описанная здесь, составляет до 500°C.

Вторая разновидность

[0148]Во втором разновидности способа изготовления первого прекурсора редкоземельного магнита порошок второго прекурсора редкоземельного магнита смешивают с порошком второго модифицирующего материала, после чего смешанный порошок спекают для получения первого прекурсора редкоземельного магнита. Вторая разновидность способа изготовления первого прекурсора редкоземельного магнита содержит процесс подготовки порошка второго прекурсора редкоземельного магнита, процесс подготовки порошка второго модифицирующего материала, а также процесс смешивания и спекания. Каждый из этих процессов будет раскрыт ниже.

Подготовка порошка второго прекурсора редкоземельного магнита

[0149]Расплавленный металл с составом, выраженным в терминах молярных долей формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v, охлаждают со скоростью охлаждения, при которой средний размер частиц основной фазы (фазы R₂Fe₁₄B) составляет от 0,1 до 20 мкм, получая тем самым тонкую магнитную ленту. Эту тонкую магнитную ленту измельчают для получения магнитного порошка. Примером способа измельчения может служить способ грубого измельчения тонкой магнитной ленты, после чего ее измельчают в струйной мельнице или аналогичном устройстве. Примером способа грубого измельчения служит способ с использованием молотковой мельницы, способ водородного охрупчивания тонкой магнитной ленты и комбинация обоих способов.

[0150]R¹, R², Fe, Co, B, M¹, а также x, y, z, w и v, содержащиеся в формуле, отражающей состав расплавленного металла, описаны в разделе «Редкоземельный магнит». Состав расплавленного металла в основном совпадает с общим составом порошка второго прекурсора редкоземельного магнита; однако для элементов, которые могут быть израсходованы в процессе изготовления порошка второго прекурсора редкоземельного магнита, можно заранее оценить расходуемое количество.

[0151]Скорость охлаждения для получения тонкой магнитной ленты, имеющей основную фазу со средним размером частиц от 1 до 20 мкм, составляет, например, от 1°C/с до 1000°C/с. Кроме того, примеры способа получения тонкой магнитной ленты с такой скоростью охлаждения включают способ литья полосы и способ литья в форму с вертикальным разъемом. Скорость охлаждения для получения тонкой магнитной ленты, имеющей основную фазу со средним размером частиц от 0,1 до 1,0 мкм, предпочтительно от 0,1 до 0,9 мкм, составляет, например, от 10⁵ °C/с до 10⁶ °C/с. Примеры способа получения тонкой магнитной ленты с такой скоростью охлаждения содержат способ жидкой закалки.

Подготовка порошка второго модифицирующего материала

[0152]Подготавливают порошок второго модифицирующего материала, состав которого в терминах молярных долей представлен формулой R³_(1-p)M²_p. R³, M² и p, содержащиеся в формуле, отражающей состав порошка модифицирующего материала, описаны в разделе «Редкоземельный магнит».

[0153]В качестве примеров способа подготовки второго порошкового модифицирующего материала можно назвать способ получения тонкой ленты или аналогичной формы из расплавленного металла, состав которого соответствует порошку второго модифицирующего материала, посредством жидкостной закалки, литья полосы и т.п., и измельчение полученной тонкой полосы. В этом способе, поскольку расплавленный металл быстро охлаждается, сегрегация в порошке второго модифицирующего материала затруднена. Другим примером способа подготовки порошка второго модифицирующего материала является литье расплавленного металла, состав которого соответствует порошку второго модифицирующего материала, в форму, в том числе форму с вертикальным разъемом, и последующее измельчение литого материала. Этот способ позволяет относительно легко получить большое количество порошка второго модифицирующего материала. Чтобы уменьшить сегрегацию порошка второго модифицирующего материала, форму с вертикальным литьем желательно изготавливать из материала, обладающего высокой теплопроводностью. Кроме того, предпочтительно, чтобы литой материал подвергался термической обработке с униформизацией для подавления сегрегации. К другим способам подготовки второго порошкового модифицирующего материала относится способ получения слитка путем загрузки сырья порошка второго модифицирующего материала в контейнер, дуговое плавление сырья в контейнере, охлаждение расплавленного материала с получением слитка и последующее измельчение полученного слитка. Этот способ позволяет относительно легко получать порошок второго модифицирующего материала даже при высокой температуре плавления сырья. С точки зрения уменьшения сегрегации порошка второго модифицирующего материала, предпочтительно, чтобы слиток подвергался предварительной термообработке с униформизацией.

Смешивание и спекание

[0154]Порошок второго прекурсора редкоземельного магнита и порошок второго модифицирующего материала смешивают и спекают. После смешивания и перед спеканием смесь порошка второго прекурсора редкоземельного магнита и порошка второго модифицирующего материала может быть спрессована.

[0155]Если средний размер частиц основной фазы во второй основе редкоземельного магнита составляет от 1 до 20 мкм, прессование порошка может быть выполнено в магнитном поле. Если прессование порошка выполняют в магнитном поле, анизотропные свойства могут быть приданы заготовке порошка, в результате чего анизотропные свойства могут быть приданы редкоземельному магниту согласно настоящему изобретению. Давление формования при прессовании порошка может составлять, например, 50 МПа и более, 100 МПа и более, 200 МПа и более или 300 МПа и более, и может составлять 1000 МПа и менее, 800 МПа и менее или 600 МПа и менее. Прилагаемое магнитное поле может составлять 0,1 Т и более, 0,5 Т и более, 1,0 Т и более, 1,5 Т и более или 2,0 Т и более, и может составлять 10,0 Т и менее, 8,0 Т и менее, 6,0 Т и менее или 4,0 Т и менее.

[0156]Заготовку порошка, полученную как было описано выше, спекают без давления для получения первого прекурсора редкоземельного магнита. Для спекания заготовки порошка без давления с увеличением плотности спеченного тела спекание производят при высокой температуре в течение длительного времени. Температура спекания может составлять, например, 900°C и выше, 950°C и выше или 1000°C и выше, и может составлять 1100°C и ниже, 1050°C и ниже или 1040°C и ниже. Время спекания может составлять, например, 1 час и более, 2 часа и более, 3 часа и более или 4 часа и более, и может составлять 24 часа и менее, 18 часов и менее, 12 часов и менее или 6 часов и менее. Для предотвращения окисления заготовки порошка во время спекания предпочтительна атмосфера инертного газа. Атмосфера инертного газа содержит атмосферу газообразного азота.

[0157]В случае спекания без давления таким образом не только получают спеченное тело, но и диффундируют и вводят второй модифицирующий материал через разделяющую частицы фазу в порошок второго прекурсора редкоземельного магнита. После этого легкий редкоземельный элемент, находящийся в области поверхностного слоя основной фазы, замещают Nd и/или Pr второго модифицирующего материала, формируют ядро и первую часть оболочки, а также первый прекурсор редкоземельного магнита.

[0158]Если средний размер частиц основной фазы в порошке второго прекурсора редкоземельного магнита составляет от 0,1 до 1,0 мкм, предпочтительно от 0,1 до 0,9 мкм, спекание при низкой температуре и давлении происходит, например, при температуре, при которой основная фаза не укрупняется. Температура во время спекания при низкой температуре и давлении может составлять, например, от 550°C до 750°C, от 600°C до 700°C или от 630°C до 670°C. Давление во время спекания при низкой температуре и давлении может составлять, например, от 200 до 600 МПа, от 300 до 500 МПа или от 350 до 450 МПа.

[0159]Спеченное тело, полученное описанным выше образом, можно использовать в качестве второго прекурсора редкоземельного магнита, или же спеченное тело можно подвергнуть горячей пластической обработке для придания анизотропных свойств второму прекурсору редкоземельного магнита. В описанном выше случае анизотропные свойства могут быть приданы редкоземельному магниту согласно настоящему изобретению. Температура во время горячей пластической обработки не ограничена при условии, что основная фаза не будет укрупнена, и может составлять от 650 °C до 850 °C, от 700 °C до 800 °C или от 720 °C до 770 °C. Давление во время горячей пластической обработки может составлять, например, 200 МПа и более, 300 МПа и более, 500 МПа и более, 700 МПа и более или 900 МПа и более, и может составлять 3000 МПа и менее, 2500 МПа и менее, 2000 МПа и менее, 1500 МПа и менее, 1000 МПа и менее. Коэффициент сжатия может составлять 10 % и более, 30 % и более, 50 % и более или 60 % и более, и может составлять 75 % и менее, 70 % и менее или 65 % и менее. Скорость деформирования во время горячей пластической обработки может составлять 0,01/с и более, 0,1/с и более, 1,0/с и более или 3,0/с и более, и может составлять 15,0/с и менее, 10,0/с и менее или 5,0/с и менее.

[0160]Контроль объемной доли основной фазы по отношению ко второму прекурсору редкоземельного магнита аналогичен случаю (вторая реализация) использования способа двойного сплава и случаю (первая реализация) использования способа изготовления спеченного редкоземельного магнита.

Деформация

[0161]В дополнение к раскрытым выше способам, редкоземельный магнит и способ изготовления редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению могут быть изменены различными способами в рамках объема изобретения, описанного в разделе «ФОРМУЛА». Например, после диффузии первого модифицирующего материала в первый прекурсор редкоземельного магнита редкоземельный магнит может быть подвергнут дополнительной тепловой обработке для получения редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению. Несмотря на отсутствие теоретического подтверждения, предполагается, что благодаря такой термообработке часть разделяющей частицы фазы после диффузии и проникновения первого модифицирующего материала без изменения структуры основной фазы (без плавления) расплавляется, расплавленный материал затвердевает, а затвердевшее тело равномерно покрывает основную фазу, что способствует увеличению коэрцитивной силы.

[0162]Для получения вышеупомянутого эффекта увеличения коэрцитивной силы температура термообработки составляет, предпочтительно 400°C и более, более предпочтительно 425°C и более, еще более предпочтительно 450°C и более. С другой стороны, для предотвращения изменения структуры основной фазы температура термообработки составляет, предпочтительно, 600°C и менее, более предпочтительно 575°C и менее, еще более предпочтительно 550°C и менее.

[0163]Для предотвращения окисления редкоземельного магнита согласно настоящему изобретению термообработку предпочтительно проводить в атмосфере инертного газа. Атмосфера инертного газа содержит атмосферу газообразного азота.

[0164]В дальнейшем будет подробно раскрыт редкоземельный магнит и способ его изготовления согласно настоящему изобретению с отсылкой к Примерам и Сравнительным примерам. Редкоземельный магнит и способ его изготовления не ограничиваются условиями, изложенными в нижеприведенных Примерах.

Подготовка образца

[0165]Образцы для Примеров с 1 по 5 и Сравнительных примеров с 1 по 5 подготовлены в соответствии со следующей процедурой.

Подготовка образца для Примера 1

[0166]В качестве второго прекурсора редкоземельного магнита был подготовлен спеченный редкоземельный магнит, общий состав которого в терминах молярных долей представлен формулой Nd_6.6Ce_4.9La_1.6Fe_balB_6.0Cu_0.1Ga_0.3. Анизотропные свойства приданы второму прекурсору редкоземельного магнита путем литья в магнитном поле. Второй модифицирующий материал, содержащий сплав Nd_0.9Cu_0.1, диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита при 950 °C, в результате чего получен первый прекурсор редкоземельного магнита. Второй модифицирующий материал в количестве 4,7 молярных частей диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей. Первый модифицирующий материал, содержащий сплав Tb_0.82Ga_0.15, диффундировал и проник в первый прекурсор редкоземельного магнита при 900°C, в результате чего получен образец для Примера 1. Первый модифицирующий материал в количестве 1,5 молярных частей диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей.

Подготовка образца для Примера 2

[0167]В качестве порошка второго прекурсора редкоземельного магнита был подготовлен магнитный порошок, общий состав которого в терминах молярных долей представлен формулой Nd_6.6Ce_4.9La_1.6Fe_balB_6.0Cu_0.1Ga_0.3. Кроме того, был подготовлен порошок второго модифицирующего материала, содержащий сплав Nd_0.9Cu_0.1. Порошок второго прекурсора редкоземельного магнита и порошок второго модифицирующего материала смешали для получения смешанного порошка. Порошок второго модифицирующего материала в количестве 4,7 молярных частей смешали с порошком второго прекурсора редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей. Этот смешанный порошок сформовали в магнитном поле и спекали при температуре 1050°C для получения первой основы редкоземельного магнита. После этого первый модифицирующий материал, содержащий сплав Tb_0.82Ga_0.15, диффундировал и проник в первый прекурсор редкоземельного магнита при 900°C, в результате чего получен образец для Примера 2. Первый модифицирующий материал в количестве 1,5 молярных частей диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей.

Подготовка образца для Примера 3

[0168]В качестве второго прекурсора редкоземельного магнита был подготовлен редкоземельный магнит, подвергнутый горячей пластической обработке, общий состав которого в терминах молярных долей представлен формулой Nd_6.6Ce_4.9La_1.6Fe_balB_6.0Cu_0.1Ga_0.3. Второй модифицирующий материал, содержащий сплав Nd_0.7Cu_0.3, диффундировал и проник внутрь при 700°C, в результате чего получен первый прекурсор редкоземельного магнита. Второй модифицирующий материал в количестве 5,5 молярных частей диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей. После этого первый модифицирующий материал, содержащий сплав Nd_0.6Tb_0.2Ga_0.2, диффундировал и проник в первый прекурсор редкоземельного магнита при 675°C, в результате чего получен образец для Примера 3. Первый модифицирующий материал в количестве 1,5 молярных частей диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита в количестве 100 молярных частей.

Подготовка образца для Сравнительного примера 1

[0169]Образец для Сравнительного примера 1 подготовлен аналогично Примеру 1 за исключением того, что второй модифицирующий материал не диффундировал и не проникал во второй прекурсор редкоземельного магнита, а первый модифицирующий материал диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита.

Подготовка образца для Сравнительного примера 2

[0170]Образец для Сравнительного примера 2 подготовлен аналогично Примеру 3 за исключением того, что второй модифицирующий материал не диффундировал и не проникал во второй прекурсор редкоземельного магнита, а первый модифицирующий материал диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита.

Подготовка образца для Сравнительного примера 3

[0171]Образец для Сравнительного примера 3 подготовлен аналогично Примеру 2 за исключением того, что первый модифицирующий материал не диффундировал и не проник внутрь после подготовки спеченного редкоземельного магнита в качестве второго прекурсора редкоземельного магнита, а второй модифицирующий материал диффундировал и проник во второй прекурсор редкоземельного магнита.

Подготовка образца для Сравнительного примера 4

[0172]Образец для Сравнительного примера 4 подготовлен аналогично Примеру 3 за исключением того, что первый модифицирующий материал не диффундировал и не проник внутрь.

Подготовка образца для Примера 4

[0173]Образец для Примера 4 подготовлен аналогично Примеру 1 за исключением того, что температура диффузии и проникновения первого модифицирующего материала составила 850 °C.

Подготовка образца для Примера 5

[0174]Образец для Примера 5 подготовлен аналогично Примеру 1 за исключением того, что температура диффузии и проникновения первого модифицирующего материала составила 800 °C.

Подготовка образца для Сравнительного примера 5

[0175]Образец для Сравнительного примера 5 подготовлен аналогично Примеру 1 за исключением того, что температура диффузии и проникновения первого модифицирующего материала составила 950 °C.

Оценка

[0176]Магнитные характеристики каждого образца были измерены при 300 К и 453 К с помощью магнитометра с вибрирующим образцом (VSM). Кроме того, ядро, первая часть оболочки и вторая часть оболочки каждого из образцов были подвергнуты компонентному анализу с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (STEM-EDX). В образце Примера 1 исследовали структуру и выполнили компонентный анализ с помощью STEM-EDX. Образец для Сравнительного примера 1 подвергли компонентному анализу (анализу поверхности) с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (SEM-EDX). Кроме того, средний размер частиц основной фазы каждого образца определяли способом, описанным в разделе «Редкоземельный магнит».

[0177]Результаты сведены в Таблицы 1-1 и 1-2. На ФИГ. 3A изображен результат наблюдения за структурой образца Примера 1 с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 3B изображен результат анализа поверхности Tb в зоне, показанной на ФИГ. 3A, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 3С изображен результат анализа поверхности Ce в зоне, показанной на ФИГ. 3A, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 3D изображен результат анализа поверхности La в зоне, показанной на ФИГ. 3A, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 3E изображен результат анализа поверхности Nd в зоне, показанной на ФИГ. 3A, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 4A приведено изображение высокого разрешения, полученное способом растровой просвечивающей электронной микроскопии и показывающее кристаллическую структуру ядра в образце Примера 1 в направлении падения <110>. На ФИГ. 4В приведено изображение высокого разрешения, полученное способом растровой просвечивающей электронной микроскопии и показывающее кристаллическую структуру первой части оболочки в образце Примера 1 в направлении падения <110>. На ФИГ. 4С приведено изображение высокого разрешения, полученное способом растровой просвечивающей электронной микроскопии и показывающее кристаллическую структуру второй части оболочки в образце Примера 1 в направлении падения <110>. На ФИГ. 5 изображен график результатов, полученных с помощью линейного анализа на образце Примера 1 в направлении стрелки, указанной на ФИГ. 3E, с использованием растровой просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 6A изображен результат наблюдения за структурой образца для Сравнительного примера 1 с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 6В изображен результат анализа поверхности Tb в зоне, показанной на ФИГ. 6A, с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 6С изображен результат анализа поверхности Ce в зоне, показанной на ФИГ. 6A, с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На ФИГ. 6D изображен результат анализа поверхности Nd в зоне, показанной на ФИГ. 6A, с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. По результатам анализа поверхности в ярком поле показана та часть, в которой высока концентрация указанного элемента.

[0178]Из таблиц 1-2 следует, что образцы Примеров 1-5, содержащие первую часть оболочки и вторую часть оболочки, обладают повышенной коэрцитивной силой. Кроме того, из ФИГ. 3A-ФИГ. 3E следует, что в образце Примера 1 содержание Nd в первой части оболочки выше, чем в ядре, содержание Nd во второй части оболочки ниже, чем в первой части оболочки, а Tb присутствует во второй части оболочки. То же самое относится к ФИГ.5. Кроме того, из ФИГ. 4A-ФИГ. 4C следует, что ядро, первая часть оболочки и вторая часть оболочки в образце Примера 1 имеют одну и ту же картину кристаллической решетки и кристаллическую структуру типа R₂Fe₁₄B. На ФИГ. 6A-ФИГ. 6D показаны результаты, полученные при анализе поверхности образца (Сравнительный пример 1) после того, как модифицирующий материал, содержащий сплав Tb_0.82 Ga_0.12, диффундировал и проник внутрь с нижней стороны фигуры без образования первой части оболочки. На этих фигурах Tb присутствует в высокой концентрации исключительно на нижней стороне фигуры, и видно, что Tb не проникает внутрь редкоземельного магнита.

[0179]Вышеприведенные результаты позволили подтвердить полезные эффекты редкоземельного магнита и способа его изготовления согласно настоящему изобретению.

Изобретение относится к редкоземельному магниту на основе R-Fe-B (в которой R – редкоземельный элемент), обладающему высокой коэрцитивной силой, и способу его изготовления. Редкоземельный магнит содержит основную фазу и разделяющую частицы фазу. Общий состав представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q·(R⁴_(1-s)M³_s)_t, в которой R¹ – легкий редкоземельный элемент, R² и R³ средний редкоземельный элемент, R⁴ – тяжелый редкоземельный элемент, M¹, M², M³ – заранее заданный металлический элемент. Основная фаза содержит ядро, первую часть оболочки и вторую часть оболочки. Содержание среднего редкоземельного элемента в первой части оболочки выше, чем в ядре, содержание среднего редкоземельного элемента во второй части оболочки ниже, чем в первой части оболочки. Вторая часть оболочки содержит тяжелые редкоземельные элементы. Изобретение позволяет увеличить коэрцитивную силу магнита. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Редкоземельный магнит, содержащий:

основную фазу и

разделяющую частицы фазу, окружающую основную фазу, при этом

общий состав в терминах молярных долей представлен формулой (R²_(1-x)R¹_x)_yFe_{(100-y-w-z-v)}Co_wB_zM¹_v·(R³_(1-p)M²_p)_q·(R⁴_(1-s)M³_s)_t, причем R¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y, и Sc; R² и R³ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; R⁴ – редкоземельный элемент, в частности по меньшей мере один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho; M¹ – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In, Mn, и элемента неизбежной примеси; M² – металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R³, и элемент неизбежной примеси; M³ – металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R⁴, и элемент неизбежной примеси; и выполняются следующие условия:

0,1 ≤ x ≤ 1,0,

12,0 ≤ y ≤ 20,0,

5,0 ≤ z ≤ 20,0,

0 ≤ w ≤ 8,0,

0 ≤ v ≤ 2,0,

0,05 ≤ p ≤ 0,40,

0,1 ≤ q ≤ 15,0,

0,05 ≤ s ≤ 0,40 и

0,1 ≤ t ≤ 5,0;

основная фаза имеет кристаллическую структуру типа R₂Fe₁₄B, в которой R – редкоземельный элемент;

средний размер частиц основной фазы составляет от 0,1 мкм до 20 мкм;

основная фаза содержит ядро, первую часть оболочки, окружающую ядро, и вторую часть оболочки, окружающую первую часть оболочки;

суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части оболочки больше суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре;

суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части оболочки меньше суммарной молярной доли Nd и Pr в первой части оболочки;

вторая часть оболочки содержит один или несколько элементов из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho;

суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки больше суммарной молярной доли Gd, Tb, Dy и Ho в ядре и

суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки больше суммарной молярной доли Gd, Tb, Dy и Ho в первой части оболочки.

2. Редкоземельный магнит по п. 1, причем x удовлетворяет условию 0,5 ≤ x ≤ 1,0.

3. Редкоземельный магнит по п. 1 или 2, причем:

R1 представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce и La;

R2 и R3 представляют собой Nd и

R4 представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Tb и Nd.

4. Редкоземельный магнит по п. 1 или 2, причем:

суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части оболочки составляет 1,2-3,0 от суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре;

суммарная молярная доля Nd и Pr во второй части оболочки составляет 0,5-0,9 от суммарной молярной доли Nd и Pr в первой части оболочки;

суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки составляет по меньшей мере 2,0 от суммарной молярной доли Gd, Tb, Dy и Ho в ядре и

суммарная молярная доля Gd, Tb, Dy и Ho во второй части оболочки составляет по меньшей мере 2,0 от суммарной молярной доли Gd, Tb, Dy и Ho в первой части оболочки.

5. Способ изготовления редкоземельного магнита по п. 1, содержащий следующие этапы:

подготовка первого прекурсора редкоземельного магнита, содержащего основную фазу и разделяющую частицы фазу, окружающую основную фазу, при этом общий состав в терминах молярных долей представлен формулой (R2(1-x)R1x)yFe(100-y-w-z-v)CowBzM1v·(R3(1-p)M2p)q, причем R1 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y, и Sc; R2 и R3 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M1 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In, Mn, и элемент неизбежной примеси; M2 – металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R3, и элемент неизбежной примеси; и выполняются следующие условия:

0,1 ≤ x ≤ 1,0,

12,0 ≤ y ≤ 20,0,

5,0 ≤ z ≤ 20,0,

0 ≤ w ≤ 8,0,

0 ≤ v ≤ 2,0,

0,05 ≤ p ≤ 0,40 и

0,1 ≤ q ≤ 15,0;

основная фаза имеет кристаллическую структуру типа R2Fe14B, в которой R – редкоземельный элемент, средний размер частиц основной фазы (10) составляет от 0,1 мкм до 20 мкм, основная фаза (10) содержит ядро (20) и первую часть (30) оболочки, окружающую ядро (20), а суммарная молярная доля Nd и Pr в первой части (30) оболочки больше суммарной молярной доли Nd и Pr в ядре (20);

подготовка первого модифицирующего материала (300), состав которого в терминах молярных долей представлен формулой R4(1-s)M3s, при этом R4 представляет собой редкоземельный элемент, по меньшей мере один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Gd, Tb, Dy и Ho; M3 представляет собой металлический элемент, не являющийся редкоземельным элементом и сплавленный с R4, и элемент неизбежной примеси; и выполняется условие 0,05 ≤ s ≤ 0,40; и

диффундирование и проникновение первого модифицирующего материала в первый прекурсор редкоземельного магнита.

6. Способ изготовления по п. 5, дополнительно содержащий следующие этапы:

подготовка второго прекурсора редкоземельного магнита, содержащего основную фазу и разделяющую частицы фазу, окружающую основную фазу, при этом общий состав в терминах молярных долей представлен формулой (R2(1-x)R1x)yFe(100-y-w-z-v)CowBzM1v, в которой R1 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y, и Sc; R2 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M1 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In и Mn, и элемента неизбежной примеси; и выполняются следующие условия:

0,1 ≤ x ≤ 1,0,

12,0 ≤ y ≤ 20,0,

5,0 ≤ z ≤ 20,0,

0 ≤ w ≤ 8,0 и

0 ≤ v ≤ 2,0, и

основная фаза имеет кристаллическую структуру типа R2Fe14B, при этом R – редкоземельный элемент, а средний размер частиц основной фазы составляет от 0,1 мкм до 20 мкм;

подготовка второго модифицирующего материала, состав которого в терминах молярных долей представлен формулой R3(1-p)M2p, при этом R3 представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M2 представляет собой металлический элемент, отличающийся от редкоземельных элементов и сплавленный с R3, и элемент неизбежной примеси; причем выполняется условие 0,05 ≤ p ≤ 0,40; и

диффундирование и проникновение второго модифицирующего материала во второй прекурсор редкоземельного магнита для получения первого прекурсора редкоземельного магнита.

7. Способ изготовления по п. 5, дополнительно содержащий следующие этапы:

подготовка порошка второго прекурсора редкоземельного магнита, содержащего основную фазу и разделяющую частицы фазу, окружающую основную фазу, при этом общий состав в терминах молярных долей представлен формулой (R2(1-x)R1x)yFe(100-y-w-z-v)CowBzM1v, при этом R1 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce, La, Y, и Sc; R2 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M1 – один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ga, Al, Cu, Au, Ag, Zn, In, Mn, и элемента неизбежной примеси; и выполняются следующие условия:

0,1 ≤ x ≤ 1,0,

12,0 ≤ y ≤ 20,0,

5,0 ≤ z ≤ 20,0,

0 ≤ w ≤ 8,0 и

0 ≤ v ≤ 2,0, и

основная фаза имеет кристаллическую структуру типа R2Fe14B, в которой R – редкоземельный элемент, а средний размер частиц основной фазы составляет от 0,1 мкм до 20 мкм;

подготовка порошка второго модифицирующего материала, состав которого в терминах молярных долей представлен R3(1-p)M2p, при этом R3 представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Nd и Pr; M2 представляет собой металлический элемент, отличающийся от редкоземельных элементов и сплавленный с R3, и элемент неизбежной примеси; и выполняется условие 0,05 ≤ p ≤ 0,40; и

смешивание порошка второго прекурсора редкоземельного магнита с порошком второго модифицирующего материала и спекание смеси для получения первого прекурсора редкоземельного магнита.

8. Способ изготовления по п. 6 или 7, в котором температура диффузии и проникновения первого модифицирующего материала ниже температуры диффузии и проникновения второго модифицирующего материала или температуры диффузии и проникновения порошка второго модифицирующего материала.

9. Способ изготовления по любому из пп. 5-7, причем x удовлетворяет условию 0,5 ≤ x ≤ 1,0.

10. Способ изготовления по любому из пп. 5-7, причем:

R1 представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ce и La;

R2 и R3 представляют собой Nd и

R4 представляет собой один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Tb и Nd.