本公开涉及一种可应用于可变磁场电动机的稀土钴永磁体、制造这种稀土钴永磁体的方法以及装置。
背景技术：
可变磁场电动机由于其减少电动机消耗的能量的能力而受到关注。在可变磁场电动机中，其磁通量根据每单位时间的转数(例如rpm)而变化。通常，对于可变磁场电动机，需要当在低转速下需要大转矩时产生高磁通量，而当电动机高速旋转时磁通量减小，使得电动机在低转速至高转速的宽范围内具有高能效。
在可变磁场电动机中改变磁通量的方法的实例包括可变磁力法、磁场线圈法和绕组切换法。例如，日本专利第4965924号公开了通过将具有高磁化强度和高矫顽力的ndfeb磁体与具有高磁化强度和低矫顽力的铝镍钴磁体组合来产生可变磁场的方法。然而，存在铝镍钴磁体的矫顽力太小使得磁体不易使用的问题。
同时，作为可变磁力法，已经研究了使用能够改变磁通量的钐钴磁体的方法。
例如，国际专利公开第wo2009/145229号提出了使用钐钴磁体作为用于可变磁场的磁体。然而，在国际专利公开第wo2009/145229号中公开的技术中，在10koe的磁场中剩余磁化强度值为80％或大于80％，因此不认为电动机可以令人满意地执行其中需要强磁通量的高转矩操作。
技术实现要素：
为了提高可变磁场电动机的效率，期望当其永磁体在被消磁后再被磁化时，永磁体在低磁场中达到饱和磁化强度，并且需要具有高矩形比的永磁体，矩形比表示为磁场(hk)与矫顽力(hcj)之比(hk/hcj)。
为了解决上述问题而做出本公开，并且本公开的目的是提供具有高剩余磁通密度、低矫顽力和高矩形比的稀土钴永磁体，并且提供用于制造这种稀土钴永磁体的方法和包括这种稀土钴永磁体的装置。
第一示例性方面是稀土钴永磁体，所述稀土钴永磁体由以下成分组成：23质量％至27质量％的r、1.0质量％至5.0质量％的cu、18质量％至25质量％的fe、1.5质量％至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，r表示至少包括sm的稀土元素，其中
所述稀土钴永磁体包含多个晶粒和晶界部分，并且
在所述晶界部分中，cu的浓度至少为zr的浓度的两倍。
在稀土钴永磁体的一方面，构成晶粒的晶胞结构的尺寸为50nm至200nm。
在稀土钴永磁体的一方面，饱和磁化强度等于或大于1.16t，本征矫顽力hcj为120ka/m至800ka/m。
在稀土钴永磁体的一方面，饱和磁化强度等于或大于1.16t，本征矫顽力hcj为240ka/m至800ka/m。
在稀土钴永磁体的一方面，表示剩余磁化强度为90％时的磁场hk与本征矫顽力hcj之比(hk/hcj)的矩形比在退磁曲线中等于或高于60％，并且
当所述稀土钴永磁体从超过退磁曲线中的拐点的退磁场中重新磁化时，在等于或弱于本征矫顽力hcj五倍的磁场中获得等于或高于95％的饱和磁化强度的磁化强度。
在稀土钴永磁体的一方面，表示剩余磁化强度为90％时的磁场hk与本征矫顽力hcj之比(hk/hcj)的矩形比在退磁曲线中等于或高于60％，并且
当所述稀土钴永磁体从超过退磁曲线中的拐点的退磁场中重新磁化时，在等于或弱于本征矫顽力hcj三倍的磁场中获得等于或高于95％的饱和磁化强度的磁化强度。
在稀土钴永磁体的一方面，当通过粉末x射线衍射法测量(006)面的衍射强度i(006)和(303)面的衍射强度i(303)时，衍射强度比i(006)/i(303)为0.225至0.4。
用于制造根据本公开的稀土钴永磁体的第一方法包括：
制备合金的步骤(i)，所述合金由以下成分组成：23至27质量％的r、1.0至5.0质量％的cu、18至25质量％的fe、1.5至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，r表示至少包括sm的稀土元素；
将合金粉碎为粉末的粉碎步骤(ii)；
将粉末加压成型为成型体的加压成型步骤(iii)；
在1200℃至1250℃下烧结成型体的步骤(iv)；
对经烧结的成型体进行固溶处理的步骤(v)；
在600℃至850℃下对经受固溶处理的成型体进行热处理的步骤(vi)；
以0.2℃/分钟至10℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至400℃或低于400℃的步骤(vii)；
在700℃至900℃且高于步骤(vi)中的温度的温度下对成型体进行热处理的步骤(viii)；和
以0.1℃/分钟至5℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至400℃或低于400℃的步骤(ix)。
用于制造根据本公开的稀土钴永磁体的第二方法包括：
制备合金的步骤(i)，所述合金由以下成分组成：23至27质量％的r、1.0至5.0质量％的cu、18至25质量％的fe、1.5至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，r表示至少包括sm的稀土元素；
将合金粉碎为粉末的粉碎步骤(ii)；
将粉末加压成型为成型体的加压成型步骤(iii)；
在1200℃至1250℃下烧结成型体的步骤(iv)；
对经烧结的成型体进行固溶处理的步骤(v)；
在750℃至850℃下对经受固溶处理的成型体进行热处理的步骤(vi-a)；
以0.5℃/分钟至10℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至500℃至600℃，然后使成型体等温停留的步骤(vii-a)；和
使等温停留的成型体快速冷却的步骤(viii-a)。
此外，本公开还提供了包括上述稀土钴永磁体的装置。
根据本公开，能够提供具有高剩余磁通密度、低矫顽力和高矩形比的稀土钴永磁体，并且提供用于制造这种稀土钴永磁体的方法和包括这种稀土钴永磁体的装置。
由下文给出的详细描述和附图会更充分地理解本公开的以上和其他目的、特征和优点，所述详细描述和附图仅以说明的方式给出，因此不被认为限制本公开。
附图说明
图1是用于说明永磁体的结构的示意图；
图2是显示根据实施例1的永磁体的磁滞曲线中第一象限和第二象限的图；
图3显示了根据实施例1的永磁体的暗场扫描透射电子显微镜(df-stem)图像；
图4是显示包含根据实施例1的永磁体晶界部分的组合物的分析结果的图；和
图5显示了根据实施例3和4以及参考实施例1的永磁体的粉末x射线衍射光谱。
具体实施方式
以下将按顺序描述根据本公开的稀土钴永磁体、制造稀土钴永磁体的方法和装置。
应注意，除非另有说明，否则例如“n-m”或“n至m”(即“从n至m”)的数值范围包括下限值和上限值。
<稀土钴永磁体>
根据本公开的稀土钴永磁体(以下也称为根据本公开的永磁体等，或简称为永磁体)由以下成分组成：23至27质量％的稀土元素r、1.0至5.0质量％的cu、18至25质量％的fe、1.5至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，所述稀土元素r至少包括sm，其中
所述稀土钴永磁体包含多个晶粒和晶界部分，并且
在所述晶界部分中，cu的浓度至少为zr的浓度的两倍。
通常认为，在具有sm2co17相型结晶相(以下也称为“2-17相”)的稀土钴永磁体中，cu增加磁体的矫顽力，zr增加fe的固溶体的量，从而间接地增加了磁体的剩余磁通密度br。
在根据本公开的永磁体中，通过使用稍后描述的两种制造方法中的任一种，通过控制cu和zr的扩散将晶界部分中cu的浓度调节为zr的浓度的至少两倍，优选至少三倍。结果是可以获得具有高剩余磁通密度、低矫顽力和高矩形比的永磁体。
由于根据本公开的永磁体具有适用于如上所述的可变磁场电动机的磁特性，因此可以通过将其应用于可变磁场电动机来制造在低速至高速的宽范围内高效的可变磁场电动机。
稀土元素r是sc、y和镧系元素的统称。此外，在根据本公开的永磁体中，稀土元素r至少包括sm。通过以上述比例含有稀土元素，可以获得具有高度磁各向异性的永磁体。稀土元素r可以仅由sm组成，或者可以是sm和其他稀土元素的组合。考虑到磁特性，其他稀土元素r优选为选自nd、pr和ce的至少一种元素。考虑到磁特性，基于全部稀土元素，稀土元素r优选包含70质量％或大于70质量％，更优选80质量％或大于80质量％的sm。
稀土钴永磁体含有1.0质量％至5.0质量％的cu。通过在该范围内调节cu的含量，可以在适当范围内调节矫顽力的同时获得高矩形比。
稀土钴永磁体含有18质量％至25质量％的fe。通过在该范围内调节fe的含量，容易实现高的剩余磁通密度。另外，通过含有18质量％或大于18质量％的fe，提高了饱和磁化强度。此外，通过将fe的含量限制为25质量％或小于25质量％，将矫顽力调节至适当范围内的值。
此外，稀土钴永磁体含有1.5质量％至3.0质量％的zr。通过在该范围内调节zr的含量，容易通过增加fe的固溶体的量来间接地增加剩余磁通密度br。此外，提高了最大磁能积(bh)最大，最大磁能积是磁体可以保持的最大静磁能。
此外，永磁体的余量(即40质量％至56.5质量％)由co和不可避免的杂质组成。
通过含有co，改善了永磁体的热稳定性。另一方面，当co的含量太大时，fe的含量相对降低，从而增加了磁化可能劣化的可能性。从这些方面出发，co的含量优选为40质量％至56.5质量％。
接下来，将参照图1描述永磁体的结构。图1是显示永磁体的横截面的一部分的示意性横截面图。如图1所示的实例显示，永磁体10包含多个晶粒1(图中实线所包围的区域)，以及晶粒1之间的晶界部分2(图中的实线)。每个晶粒1具有晶胞相3(在图中仅由虚线包围的区域或由虚线和实线包围的区域)和晶胞壁4(图中的虚线)，所述晶胞相3包含具有th2zn17型结构的晶相(以下也称为“2-17相”)，所述晶胞壁4包含具有rco5型结构的晶相(以下也称为“1-5相”)并包围晶胞相。在本公开中，晶胞结构是一个晶胞相3和包围该晶胞相的晶胞壁4的组合，并且其是构成晶粒的最小单位。
如上所述，永磁体具有晶胞相，其具有包含th2zn17型结构作为主相的晶相。th2zn17型结构是具有r-3m型空间基团的晶体结构。在根据本公开的永磁体中，th部分被稀土元素和zr占据，而zn部分被co、cu、fe和zr占据。此外，如上所述，永磁体具有晶胞壁，所述晶胞壁包含具有rco5型结构的晶相。在具有rco5型结构的晶相中，r部分为稀土元素和zr，而co部分为co、cu和fe。在永磁体10中，晶胞结构的尺寸指晶胞壁4的长度(rco5型结构的晶相的长度)。在根据本公开的永磁体中，晶胞尺寸优选为50nm至200nm，以获得低矫顽力。
接下来，将参照图2描述根据本公开的永磁体的特性。图2是显示根据实施例1的永磁体(将在后面描述)的磁滞曲线中第一象限和第二象限(衰减曲线)的图。纵轴表示磁化(磁极化)，横轴表示磁场的强度。横轴上的正值表示在永磁体被磁化的方向上施加的磁场的强度，负值表示在永磁体被退磁的方向上施加的磁场的强度。
当在正方向上向永磁体施加磁场时，根据初始磁化曲线发生磁极化，并且最终达到饱和磁化。接下来，当在负方向上向处于饱和磁化状态的永磁体施加磁场时，永磁体迅速退磁同时通过拐点。在磁极化变为零的点处的磁场强度是本征矫顽力(hcj)。
在本公开中，剩余磁化强度为90％时的磁场由hk表示，并且将磁场hk与本征矫顽力hci之比(hk/hcj)定义为矩形比。根据本公开的永磁体可以具有60％或高于60％，优选70％或高于70％的矩形比。
此外，在根据本公开的永磁体中，当其从超过退磁曲线中的拐点的退磁场(点a)中重新磁化时，在等于或弱于本征矫顽力hcj(绝对值)五倍的磁场中获得等于或高于95％的饱和磁化强度的磁化强度，优选在等于或弱于本征矫顽力hcj(绝对值)三倍的磁场中获得等于或高于95％的饱和磁化强度的磁化强度。
如上所述，根据本公开的永磁体具有对磁场的优异的磁化响应性质，并且甚至可以适用于单位时间的转数(例如rpm)频繁变化的可变磁场电动机中。
此外，根据本公开的永磁体可以具有的磁特性包括例如1.16t或大于1.16t的饱和磁化强度和120ka/m至800ka/m，优选200ka/m至800ka/m，更优选240ka/m至800ka/m的本征矫顽力hcj。
<稀土钴永磁体的制造方法>
可以通过使用以下所示的两种制造方法中的任一种来制造根据本公开的上述稀土钴永磁体。将描述这两种制造方法。
(第一制造方法)
用于制造根据本公开的稀土钴永磁体的第一方法(以下简称为第一制造方法)包括：
制备合金的步骤(i)，所述合金由以下成分组成：23质量％至27质量％的r、1.0质量％至5.0质量％的cu、18质量％至25质量％的fe、1.5质量％至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，r表示至少包括sm的稀土元素；
将合金粉碎为粉末的粉碎步骤(ii)；
将粉末加压成型为成型体的加压成型步骤(iii)；
在1200℃至1250℃下烧结成型体的步骤(iv)；
对经烧结的成型体进行固溶处理的步骤(v)；
在600℃至850℃下对经受固溶处理的成型体进行热处理的步骤(vi)；
以0.2℃/分钟至10℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至400℃或低于400℃的步骤(vii)；
在700℃至900℃且高于步骤(vi)中的温度的温度下对成型体进行热处理的步骤(viii)；和
以0.1℃/分钟至5℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至400℃或低于400℃的步骤(ix)。
根据上述第一制造方法，可以制造包含多个晶粒和晶界部分的稀土钴永磁体，其中在晶界部分中cu的浓度至少为zr的浓度的两倍。
根据第一制造方法，可以适当地制造晶胞尺寸为50nm至200nm的稀土钴永磁体。
根据第一制造方法，可以适当地制造饱和磁化强度等于1.16t或大于1.16t且本征矫顽力hcj为240ka/m至800ka/m的稀土钴永磁体。
根据第一制造方法，可以适当地制造稀土钴永磁体，其中表示剩余磁化强度为90％时的磁场hk与本征矫顽力hcj之比(hk/hcj)的矩形比在退磁曲线中等于或高于60％，并且当稀土钴永磁体从超过退磁曲线中的拐点的退磁场中重新磁化时，在等于或弱于本征矫顽力hcj三倍的磁场中获得等于或高于95％的饱和磁化强度的磁化强度。
此外，根据第一制造方法，可以适当地制造稀土钴永磁体，其中当通过粉末x射线衍射法测量(006)面的衍射强度i(006)和(303)面的衍射强度i(303)时，衍射强度比i(006)/i(303)为0.225至0.4。
在第一制造方法中，通常以上述顺序进行上述步骤(i)至(ix)。此外，只要不损害本公开的有益效果，第一制造方法还可以包括其他步骤。每个步骤将在下文中描述。
首先，制备合金(步骤(i))，所述合金由以下成分组成：23质量％至27质量％的r、1.0质量％至5.0质量％的cu、18质量％至25质量％的fe、1.5质量％至3.0质量％的zr以及作为余量的co和不可避免的杂质，其中r表示至少包括sm的稀土元素。制备合金的方法不限于任何特定方法。例如，可以通过获得具有期望组成的可商购获得的合金或通过混合上述元素以获得期望组成来制备合金。
在下文中将描述元素混合的具体实例，但是根据本公开的制造方法不限于该实例方法。
首先，准备期望的稀土元素，fe、cu和co的每种金属元素以及基础合金作为原料。应注意，优选选择具有低共晶温度的组成的合金作为基础合金，因为这样做容易使所获得的合金的组成均匀。在该制造方法中，优选选择fezr或cuzr并用作基础合金。作为fezr的实例，含有约20％的fe和约80％的zn的fezr是合适的。此外，作为cuzr的实例，包含约50％的cu和50％的zr的cuzr是合适的。
可以通过以下步骤来获得均匀的合金：混合上述成分以获得期望的组成，将混合物放入由氧化铝等制成的坩埚中，并在1×10-2托或低于1×10-2托的真空中或在惰性气体气氛中通过使用高频熔炉使混合物熔融。此外，根据本公开的制造方法可以包括通过使用模具来浇铸熔融合金，从而获得合金锭的步骤。或者，作为不同的方法，可以通过将熔融合金滴到铜辊上来制造厚度约为1mm的片状合金(带式浇铸法)。在本公开中，优选使用熔炉的熔融方法，因为通过使用这种熔融方法，容易获得具有高剩余磁通密度和高矩形比的永磁体。
在通过上述浇铸形成合金锭的情况下，制造方法优选在步骤(ii)(将在后面描述)之前包括在固溶处理温度下对合金锭热处理不短于一小时且不长于20小时的步骤。通过该步骤，可以使组合物更均匀。应注意，可以根据合金的组成等适当地调节合金锭的固溶处理温度。
接下来，将合金粉碎为粉末(步骤(ii))。用于粉碎合金的方法不限于任何特定的方法，并且可以视情况从已知的方法中选择。例如，首先通过已知的粉碎机将合金锭或片状合金粗粉碎为约100μm至500μm的尺寸，然后通过球磨机或气流粉碎机精细地粉碎。尽管粉末的平均粒径不限于任何特定值，但是可以将合金锭或片状合金粉碎为平均粒径不小于1μm且不大于10μm，优选约6μm的粉末，从而可以缩短烧结步骤(将在后面描述)的烧结时间，并且可以制造均匀的永磁体。
接下来，将获得的粉末加压成型，从而获得具有期望形状的成型体(步骤(iii))。在根据本公开的制造方法中，优选将获得的粉末在恒定磁场中加压成型，以使晶体的取向对齐，从而改善磁特性。对磁场的方向和加压方向之间的关系没有特别的限制，并且可以视情况根据产品的形状等选择所述关系。例如，当制造环形磁体或薄板状磁体时，可以使用平行磁场加压，其中在与加压方向平行的方向上施加磁场。在另一方面，为了获得优异的磁特性，优选使用直角磁场加压，其中相对于加压方向以直角施加磁场。
磁场的大小不限于任何特定的值，并且根据产品的用途等磁场可以为例如15koe或弱于15koe的磁场，或15koe或强于15koe的磁场。然而，为了获得优异的磁特性，优选在15koe或强于15koe的磁场中进行加压成型。此外，可以根据产品的尺寸、形状等适当调节加压成型中的压力。例如，压力可以为0.5至2.0吨/cm2。即，在根据本公开的制造方法中，为了实现优异的磁特性，特别优选垂直于磁场施加不低于0.5吨/cm2且不高于2.0吨/cm2的压力，同时在15koe或强于15koe的磁场中将粉末加压成型。
接下来，加热成型体，从而获得烧结体(步骤(iv))。在根据本公开的该制造方法中，只要使所获得的烧结体充分致密化，便可以任意确定烧结条件。例如，可以使用已知条件。为了使烧结体致密化，烧结温度优选为1200℃至1250℃。通过将温度调节为1250℃或低于1250℃，防止了稀土元素特别是sm的挥发，因此可以制造具有优异磁特性的永磁体。
关于烧结步骤中温度升高的条件，为了除去成型体中包含的吸附气体，优选首先在室温下开始抽真空，然后优选以1℃/分钟至10℃/分钟的速率升温。在上述升温过程中，可以使用氢气氛代替抽真空。在这种情况下，优选在等于或低于1150℃的温度下将气氛改变为真空气氛。
烧结时间优选为20分钟至240分钟，更优选30分钟至180分钟，以在防止sm挥发的同时使烧结体充分致密化。此外，为了防止氧化，优选在1×10-2托或低于1×10-2托的真空或惰性气体气氛中，更优选在1×10-4托或低于1×10-4托的真空中进行上述烧结步骤。
接下来，以0.2℃/分钟至5℃/分钟的降温速率逐渐冷却获得的烧结体。接下来，对经逐渐冷却的烧结体进行固溶处理(步骤(v))。可以根据烧结体和期望的磁特性适当调整固溶处理的温度，固溶处理优选在比烧结温度低20℃至50℃的温度下进行。可以在例如2小时至20小时的范围内适当调整固溶处理的时间。
固溶处理后，优选将烧结体快速冷却至400℃或低于400℃。
接下来，在600℃至850℃下对烧结体进行热处理(步骤(vi))。可以根据期望的磁特性适当调整热处理的时间，优选例如0.5小时至3小时。将已经受热处理的成型体以0.2℃/分钟至10℃/分钟的速率冷却至400℃或低于400℃(步骤(vii))。接下来，在700℃至900℃且比步骤(vi)中的温度高的温度下对成型体进行热处理(步骤(viii))。热处理的时间可以为例如0.5小时至10小时。接下来，将经受热处理的成型体以0.1℃/分钟至5℃/分钟的速率冷却至400℃或低于400℃(步骤(ix))，从而获得根据本公开的永磁体。
在第一制造方法中，推测在步骤(vi和viii)中的等温停留期间在晶粒中形成了晶胞结构。然而，推测在该阶段晶粒中的cu浓度低，并且cu在晶粒边界中富集。同时，推测zr固溶在晶粒中，从而形成含有大量fe的2-17相。在第一制造方法中，通过两次热处理(步骤(vi)至步骤(ix))，在晶粒中形成晶胞壁为50nm至200nm的晶胞结构，并且cu和zr适度地扩散。结果，晶界部分中cu的浓度变为zr的浓度的至少两倍，优选至少三倍。
此外，根据第一制造方法，可以适当地制造稀土钴永磁体，其中当通过粉末x射线衍射法测量(006)面的衍射强度i(006)和(303)面的衍射强度i(303)时，衍射强度比i(006)/i(303)为0.225至0.4。图5显示了根据实施例3和4以及参考实施例1的永磁体的粉末x射线衍射光谱。显示了在通过第一制造方法获得的永磁体中，(006)面即易磁化轴(c轴)的峰强度变得更高。如上所述，根据第一制造方法，改善了c轴的取向度(即对齐)，结果，改善了磁化性质。
(第二制造方法)
用于制造根据本公开的稀土钴永磁体的第二方法(以下简称为第二制造方法)包括：
制备合金的步骤(i)，所述合金由以下成分组成：23质量％至27质量％的r、1.0质量％至5.0质量％的cu、18质量％至25质量％的fe、1.5质量％至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，r表示至少包括sm的稀土元素；
将合金粉碎为粉末的粉碎步骤(ii)；
将粉末加压成型为成型体的加压成型步骤(iii)；
在1200℃至1250℃下烧结成型体的步骤(iv)；
对经烧结的成型体进行固溶处理的步骤(v)；
在750℃至850℃下对经受固溶处理的成型体进行热处理的步骤(vi-a)；
以0.5℃/分钟至10℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至500℃至600℃，然后使成型体等温停留的步骤(vii-a)；和
使等温停留的成型体快速冷却的步骤(viii-a)。
根据上述第二制造方法，可以制造包含多个晶粒和晶界部分的稀土钴永磁体，其中在所述晶界部分中cu的浓度至少为zr的浓度的两倍。
根据第二制造方法，可以适当地制造晶胞尺寸为50nm至200nm的稀土钴永磁体。
根据第二制造方法，可以适当地制造饱和磁化强度等于1.16t或大于1.16t且本征矫顽力hcj为120ka/m至800ka/m的稀土钴永磁体。
此外，根据第二制造方法，可以适当地制造稀土钴永磁体，其中表示剩余磁化强度为90％时的磁场hk与本征矫顽力hcj之比(hk/hcj)的矩形比在退磁曲线中等于或高于60％，并且当稀土钴永磁体从超过退磁曲线中的拐点的退磁场中重新磁化时，在等于或弱于本征矫顽力hcj五倍的磁场中获得等于或高于95％的饱和磁化强度的磁化强度。
在第二制造方法中，通常以上述顺序进行上述步骤(i)至(viii-a)。此外，只要不损害本公开的有益效果，第二制造方法还可以包括其他步骤。
应注意，在第二制造方法中，步骤(i)至(v)与第一制造方法中的步骤相似，并且优选的制造条件也与第一制造方法中的相同，因此省略其多余的描述。
在固溶处理(步骤(v))后，优选将成型体快速冷却至400℃或低于400℃。
接下来，在750℃至850℃下对烧结体进行热处理(步骤(vi-a))。可以根据期望的磁特性适当调整热处理的时间，优选例如0.5小时至10小时。通过该步骤，在晶粒中形成晶胞壁为50nm至200nm的晶胞结构，并且cu和zr适度地扩散。结果，晶界部分中cu的浓度变为zr的浓度的至少两倍，优选至少三倍。
将已经受热处理的成型体以0.5℃/分钟至10℃/分钟的速率冷却至500℃至600℃，然后等温停留(即等温静置)(步骤(vii-a))。可以在例如0.5小时至10小时的范围内适当调整等温停留的时间。通过快速冷却经受等温停留的成型体(步骤(viii-a))，获得根据本公开的永磁体。
在第二制造方法中，推测在步骤(vi-a)中的等温停留期间在晶粒中形成了晶胞结构。然而，推测在该阶段晶粒中的cu浓度低，并且cu在晶粒边界中富集。同时，推测zr固溶在晶粒中，从而形成含有大量fe的2-17相。推测随着从步骤(vi-a)的等温停留进行至逐渐冷却的过程，cu和zr相互扩散，并且cu富集在构成晶粒中的晶胞结构的晶胞壁中，使得矫顽力增加。
<装置>
本公开还提供了包括上述永磁体的装置。这种装置的实例包括钟表(手表)、电动机、各种仪器、通信设备、计算机终端、扬声器、影碟和传感器。如上所述，根据本公开的稀土钴永磁体具有高剩余磁通密度、低矫顽力和高矩形比。因此，永磁体特别适合用于可变磁场电动机，并且因此可以获得在低速至高速的宽范围内高效的可变磁场电动机。
[实施例]
在下文中将参考实施例和对比例以具体方式描述本公开。应注意，本公开不受以下实施例的描述限制。
<实施例1：第二制造方法>
通过使用高频熔炉，在1×10-2托或低于1×10-2托的真空中熔融含有20质量％的fe和80质量％的zr的基础合金以及包含各种元素的成分来获得组成为25.0质量％的sm、4.0质量％的cu、21.0质量％的fe、2.2质量％的zr和作为余量的co的合金锭。
接下来，将获得的合金锭在1170℃下热处理15小时，然后将经热处理的合金锭粗粉碎，然后通过使用气流粉碎机在惰性气体中将其精细地粉碎为平均直径为约6μm的粉末。接下来，通过在15koe的磁场中以1.0吨/cm2的压力压制粉末，通过使用模具来模塑长度为100mm、宽度为50mm、高度为50mm的成型体。
在1200℃的温度下将获得的成型体于1×10-2托或低于1×10-2托的真空中进行烧结。接下来，使经烧结的成型体以1℃/分钟的速率冷却至1170℃，保持4小时，并经受固溶处理。之后立即以100℃/分钟的冷却速率使烧结体快速冷却。
通过在惰性气体气氛中将已快速冷却的烧结体加热并在800℃的温度下保持1小时，对其进行等温时效处理。然后，将烧结体以2℃/分钟的冷却速率连续且逐渐地冷却至550℃或低于550℃，在550℃下保持五小时，然后快速冷却，从而获得根据实施例1的永磁体。
<实施例2：第二制造方法>
除了将等温时效处理中在800℃的温度下加热和保持的时间改变为5小时以外，以与实施例1中相同的方式获得根据实施例2的永磁体。
<对比例1>
除了将等温时效处理中在850℃的温度下加热和保持的时间改变为10小时，和在随后的连续和逐渐冷却中以0.25℃/分钟的冷却速率将温度降至350℃或低于350℃以外，以与实施例1中相同的方式获得根据对比例1的永磁体。
[评估]
作为测量样品，通过将根据实施例1和2以及对比例1的永磁体分别加工(例如切割)成形状为10×10×7mm的片而获得永磁体片。7mm的厚度的方向为磁场(c轴取向)的取向方向(即对齐)。
将参照图2描述实施例1的磁滞曲线。该磁滞曲线的测定通过将测定样品插入被称为dc(直流)磁化特性分析仪的电磁体的极片之间的方法来进行。此外，尽管不必对退磁场进行任何校正，但是由于所谓的镜像效应，在第一象限中超过10koe的磁场中视磁化强度降低。然而，实际上，磁化曲线变为使永磁体磁化至饱和磁化强度的曲线。如图2所示，可以理解，在实施例1中，初始磁化曲线的上升是陡峭的，并且在约10koe的低磁场中达到了饱和磁化强度。还显示了小磁滞回线的测量结果(通过虚线表示)。在实施例1中，显示出磁化曲线与初始磁化曲线在8koe至10koe的范围重合。另外，在10koe下比较它们的磁化率时，它们几乎完全一致。对实施例2和对比例1进行了相似的测量。表1显示了测量结果。
此外，表1还显示了剩余磁通密度的测量结果。
接下来，图3显示了实施例1的df-stem(暗场扫描透射电子显微镜)图像。在图3中，左侧的图像是df-stem图像，右侧的图像是其中提取了cu的cu组成图像。可以看出通过sm2co17合金的热处理形成的特征晶胞结构。晶胞的内部是由铁磁相组成的2-17晶相，晶胞之间的晶胞壁是包含非磁性cu的1-5晶相。因此，可以从cu组成图像测量晶胞的尺寸。可以看出，通过上述方法测量的合金的晶胞尺寸为50nm至200nm。
此外，图4显示了组成的分析结果，其中观察到存在于晶粒之间的晶界相。图4所示的图中的“位置”表示从直线lg4的上端到图4的左侧所示的df-stem图像中的测量点的距离，其中上端被定义为零(即作为原点)。如图4所示，可以看出cu和zr富集在晶界相中。表1显示了cu和zr之间的比。可以看出，在实施例1中，cu的比例高于zr的比例。
表1
<实施例3：第一制造方法>
除添加的原料的量以外，以与实施例1中相同的方式获得合金锭的成型体，其组成为21.55质量％的fe、25.65质量％的sm、4.5质量％的cu、2.20质量％的zr和作为余量的co。
在1210℃的温度下将获得的成型体于1×10-2托或低于1×10-2托的真空中烧结一小时。接下来，使烧结体在1155℃下经受固溶处理15小时，然后立即以100℃/分钟的冷却速率使烧结体冷却。通过在惰性气体气氛中将其加热并在750℃的温度下保持两小时，对已快速冷却的烧结体进行等温时效处理。然后，以2℃/分钟的冷却速率将烧结体逐渐冷却至400℃。此外，通过在惰性气体气氛中将烧结体加热并在765℃的温度下保持5.5小时，对其进行等温时效处理。然后，将烧结体以0.5℃/分钟的冷却速率连续且逐渐地冷却至700℃，以0.25℃/分钟的冷却速率连续且逐渐地冷却至500℃，并以0.5℃/分钟的冷却速率连续且逐渐地冷却至400℃或低于400℃，从而获得根据实施例3的永磁体。
<实施例4：第二制造方法>
以与实施例3中相同的方式获得锭的成型体，并将获得的成型体进行烧结、经受固溶处理并快速冷却。通过在惰性气体气氛中加热并在815℃的温度下保持5.5小时，对已快速冷却的烧结体进行等温时效处理。然后，将烧结体以2℃/分钟的冷却速率连续且逐渐地冷却至550℃，在550℃下保持五小时，然后快速冷却，从而获得根据实施例4的永磁体。
<参考实施例1>
除不进行在750℃下的时效处理步骤和随后的步骤以外，以与实施例3中相同的方式获得根据参考实施例1的永磁体。
[评估]
以与实施例1和2中相同的方式评估实施例3和4。表2显示了结果。
此外，图5显示了通过粉末x射线衍射法测量的根据实施例3和4以及参考实施例1的永磁体的光谱。应注意，对与参考实施例1的sm2co17相关的峰添加了标记。在参考实施例1中，(006)面的衍射强度i(006)与(303)面的衍射强度i(303)之间的衍射强度比i(006)/i(303)为0.138，在实施例3中i(006)/i(303)为0.270，在实施例4中i(006)/i(303)为0.197。这表明在通过第一制造方法获得的永磁体中，例如实施例3获得的永磁体中，(006)面即易磁化轴(c轴)的峰强度变得更高。如上所述，根据第一制造方法，改善了c轴的取向度(即对齐)，结果，改善了磁化性质。
表2
*磁化率：在10koe的施加磁场中测量
如上所述，已经发现了根据本公开的稀土钴永磁体由以下成分组成：23质量％至27质量％的稀土元素r、1.0质量％至5.0质量％的cu、18质量％至25质量％的fe、1.5质量％至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，其中稀土钴永磁体包含多个晶粒和晶界部分，并且在晶界部分中，cu的浓度至少为zr的浓度的两倍，并且其具有高剩余磁通密度、低矫顽力和高矩形比以及适用于可变磁场电动机的磁特性。
在所描述的本公开中明显的是本公开的实施方案可以以多种方式变化。不认为这种变化偏离了本公开的精神和范围，且对于本领域技术人员显而易见的所有这种修改旨在包括等于或小于所附权利要求的范围。
1.一种稀土钴永磁体，其由以下成分组成：23至27质量％的r、1.0至5.0质量％的cu、18至25质量％的fe、1.5至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，r表示至少包括sm的稀土元素，其中
所述稀土钴永磁体包含多个晶粒和晶界部分，并且
在所述晶界部分中，cu的浓度至少为zr的浓度的两倍。
2.根据权利要求1所述的稀土钴永磁体，其中构成晶粒的晶胞结构的尺寸为50nm至200nm。
3.根据权利要求1或2所述的稀土钴永磁体，其中饱和磁化强度等于或大于1.16t，本征矫顽力hcj为120ka/m至800ka/m。
4.根据权利要求1或2所述的稀土钴永磁体，其中饱和磁化强度等于或大于1.16t，本征矫顽力hcj为240ka/m至800ka/m。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的稀土钴永磁体，其中表示剩余磁化强度为90％时的磁场hk与本征矫顽力hcj之比(hk/hcj)的矩形比在退磁曲线中等于或高于60％，并且
当所述稀土钴永磁体从超过退磁曲线中的拐点的退磁场中重新磁化时，在等于或弱于本征矫顽力hcj五倍的磁场中获得等于或高于95％的饱和磁化强度的磁化强度。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的稀土钴永磁体，其中表示剩余磁化强度为90％时的磁场hk与本征矫顽力hcj之比(hk/hcj)的矩形比在退磁曲线中等于或高于60％，并且
当所述稀土钴永磁体从超过退磁曲线中的拐点的退磁场中重新磁化时，在等于或弱于本征矫顽力hcj三倍的磁场中获得等于或高于95％的饱和磁化强度的磁化强度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的稀土钴永磁体，其中当通过粉末x射线衍射法来测量(006)面的衍射强度i(006)和(303)面的衍射强度i(303)时，衍射强度比i(006)/i(303)为0.225至0.4。
8.一种制造稀土钴永磁体的方法，其包括：
制备合金的步骤(i)，所述合金由以下成分组成：23至27质量％的r、1.0至5.0质量％的cu、18至25质量％的fe、1.5至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，r表示至少包括sm的稀土元素；
将合金粉碎为粉末的粉碎步骤(ii)；
将粉末加压成型为成型体的加压成型步骤(iii)；
在1200℃至1250℃下烧结成型体的步骤(iv)；
对经烧结的成型体进行固溶处理的步骤(v)；
在600℃至850℃下对经受固溶处理的成型体进行热处理的步骤(vi)；
以0.2℃/分钟至10℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至400℃或低于400℃的步骤(vii)；
在700℃至900℃且高于步骤(vi)中的温度的温度下，对成型体进行热处理的步骤(viii)；和
以0.1℃/分钟至5℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至400℃或低于400℃的步骤(ix)。
9.一种制造稀土钴永磁体的方法，其包括：
制备合金的步骤(i)，所述合金由以下成分组成：23至27质量％的r、1.0至5.0质量％的cu、18至25质量％的fe、1.5至3.0质量％的zr和作为余量的co以及不可避免的杂质，r表示至少包括sm的稀土元素；
将合金粉碎为粉末的粉碎步骤(ii)；
将粉末加压成型为成型体的加压成型步骤(iii)；
在1200℃至1250℃下烧结成型体的步骤(iv)；
对经烧结的成型体进行固溶处理的步骤(v)；
在750℃至850℃下对经受固溶处理的成型体进行热处理的步骤(vi)；
以0.5℃/分钟至10℃/分钟的速率使经受热处理的成型体冷却至500℃至600℃，然后使成型体等温停留的步骤(vii)；和
使经等温停留的成型体快速冷却的步骤(viii)。
10.一种包括根据权利要求1至7中任一项所述的稀土钴永磁体的装置。
技术总结