Imán anisotrópico sinterizado de R-Fe-B.

Imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B, donde R es por lo menos uno de los elementos de tierras raras que incluye Y,

que comprende, como fase principal, un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye un elemento de tierras raras ligero RL, que es por lo menos uno de Nd y Pr, como elemento de tierras raras principal R, y que comprende también un elemento de tierras raras pesado RH (que es por lo menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Dy y Tb,

en el que el imán incluye una parte en la que se observan por lo menos dos picos de difracción en un intervalo 2θ entre 60,5 grados y 61,5 grados cuando se realiza una medición de difracción de rayos X utilizando un rayo CuKα en un plano que se encuentra situado a una profundidad de 500 μm o menos bajo una superficie polar del imán y que es paralelo a la superficie polar, y

en el que la parte en la que se observan los por lo menos dos picos de difracción en el intervalo 2θ entre 60,5 grados y 61,5 grados cuando se somete a la medición de difracción de rayos X forma parte del plano que es paralelo a la superficie polar.

Imán anisotrópico sinterizado de R-Fe-B

Campo técnico

La presente invención se refiere a un imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B que incluye un compuesto de tipo R2Fe14B (donde R es un elemento de tierras raras) como fase principal. Más concretamente, la presente invención se refiere a un imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B, que incluye un elemento de tierras raras ligero RL (que es por lo menos uno de Nd y Pr) como elemento de tierras raras principal R y en el que una parte del elemento de tierras raras ligero RL es substituido por un elemento de tierras raras pesado RH (que es por lo menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Dy y Tb) .

Antecedentes de la técnica

Un imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B que incluye una fase de compuesto de tipo Nd2Fe14B como fase principal se conoce como imán permanente con el rendimiento más alto, y se ha utilizado en varios tipos de motores tales como un motor de bobina de voz (VCM) para una unidad de disco duro y un motor para un coche híbrido y en muchos tipos de aparatos electrónicos de consumo. Cuando se utiliza en motores y otros varios dispositivos, el imán anisotrópico sinterizado a base R-Fe-B debe presentar una resistencia térmica y una coercitividad que sean lo suficientemente elevadas para soportar un entorno operativo a una temperatura elevada.

Como medio para aumentar la coercitividad de un imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B, puede utilizarse una aleación fundida, que incluye un elemento de tierras raras pesado RH como elemento adicional. De acuerdo con este método, el elemento de tierras raras ligero RL, que se incluye como elemento de tierras raras principal R en una fase R2Fe14B, se sustituye por un elemento de tierras raras pesado RH, y por lo tanto, se mejora la anisotropía magnetocristalina (que es un parámetro de calidad decisivo que determina la coercitividad) de la fase R2Fe14B. Sin embargo, aunque el momento magnético del elemento de tierras raras ligero RL en la fase R2Fe14B tiene la misma dirección que la del Fe, los momentos magnéticos del elemento de tierras raras pesado RH y el Fe tienen direcciones opuestas entre sí. Por ese motivo, la remanencia Br disminuiría en proporción al porcentaje del elemento de tierras raras ligero RL substituido por el elemento de tierras raras pesado RH.

La estructura metálica de un imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B se compone esencialmente de una fase R2Fe14B, que es una fase principal, y una denominada "fase rica en R" que tiene una concentración de R relativamente alta y un punto de fusión bajo, pero también incluye una fase de óxido de R y una fase rica en B (fase R11.1Fe4B4) . Esas fases adicionales, aparte de las fases principales, se denominan colectivamente "fases de límite de grano". En este caso, es la fase principal la que contribuye a aumentar la coercitividad mediante la sustitución del elemento de tierras raras pesado RH. Por otro lado, el elemento de tierras raras pesado RH, incluido en esas fases de límite de grano, no contribuirá directamente a aumentar la coercitividad del imán.

Mientras tanto, como que el elemento de tierras raras pesado RH es un recurso natural escaso, su uso preferiblemente se reduce tanto como sea posible. Por estas razones, el método en el que parte del elemento de tierras raras ligero RL se sustituye por el elemento de tierras raras pesado RH en todo el imán (es decir, no sólo en toda la fase principal sino también en las fases de límite de grano) no se prefiere.

Para obtener eficazmente una mayor coercitividad con la adición de una cantidad relativamente pequeña del elemento de tierras raras pesado RH, se propuso añadir un polvo de aleación o compuesto que incluye una gran cantidad del elemento de tierras raras pesado RH a un polvo de una aleación de materiales de fase principal que incluye una gran cantidad del elemento de tierras raras ligero RL y entonces compactar y sinterizar la mezcla. De acuerdo con este método, el elemento de tierras raras pesado RH se distribuye mucho en la periferia exterior del grano de la fase principal y, por lo tanto, la anisotropía magnetocristalina de la fase R2Fe14B puede mejorarse de manera eficiente. El imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B tiene un mecanismo generador de coercitividad de tipo nucleación. Por este motivo, si se distribuye una gran cantidad del elemento de tierras raras pesado RH sólo en la periferia exterior de la fase principal (es decir, cerca del límite de grano de la misma) , la anisotropía magnetocristalina de todos los granos de cristal se mejora, la nucleación de dominios magnéticos inversos puede interferirse, y la coercitividad aumenta en consecuencia. En el centro de los granos de cristal de la fase principal no se substituye ningún elemento de tierras raras ligero RL por el elemento de tierras raras pesado RH. En consecuencia, la disminución de la remanencia Br puede minimizarse ahí también. Dicha técnica se describe en el documento de patente nº 1, por ejemplo.

Si en realidad se adopta este método, sin embargo, el elemento de tierras raras pesado RH tiene un mayor índice de difusión durante el proceso de sinterizado (el cual se lleva a cabo a una temperatura entre 1000 ºC y 1200 ºC a escala industrial) y podría difundirse hacia llegar al núcleo de los granos de cristal de la fase principal, también. Por esa razón, no es fácil de obtener la estructura cristalina esperada en la cual está incluido el elemento de tierras raras pesado RH en mayores concentraciones sólo en la periferia exterior de la fase principal.

Como otro método para aumentar la coercitividad de un imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B, se deposita un metal, una aleación o un compuesto que incluye un elemento de tierras raras pesado RH sobre la superficie del imán sinterizado y luego se trata térmicamente y se difunde. Después, la coercitividad puede recuperarse o aumentar sin disminuir mucho la remanencia.

El documento de patente nº 2 describe formar una capa de película delgada, que incluye R' que es por lo menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Nd, Pr, Dy y Tb en la superficie de un cuerpo de imán sinterizado a mecanizar y luego someterlo a un tratamiento térmico en vacío o bien a una atmósfera inerte, convirtiendo de este modo una capa deformada de la superficie mecanizada en una capa reparada a través de una reacción de difusión entre la capa de película delgada y la capa deformada y recuperando la coercitividad.

El documento de patente nº 3 describe que un elemento metálico R (que es por lo menos un elemento de tierras raras seleccionado del grupo que consiste en Y, Nd, Dy, Pr, y Tb) se difunde a una profundidad que es por lo menos igual al radio de los granos de cristal expuestos en la superficie superior de un imán de tamaño pequeño, mientras que se deposita la película delgada, reparándose de este modo el daño producido en la superficie mecanizada y aumentando la (BH) máx.

El documento de patente nº 4 describe que al depositar una película de CVD, que consiste principalmente en un elemento de tierras raras, sobre la superficie de un imán con un grosor de 2 mm o menos y sometiéndolo después a un tratamiento térmico, el elemento de tierras raras se difundiría dentro del imán, la capa mecanizada y dañada en la proximidad de la superficie se podría reparar, y, finalmente, el rendimiento de imán podría recuperare.

El documento de patente nº 5 describe un método de sorción de un elemento de tierras raras para recuperar la coercitividad de un imán sinterizado muy pequeño a base de R-Fe-B o un polvo del mismo. De acuerdo con el método del documento de patente nº 5, un metal de sorción, que es un metal de tierras raras tal como Yb, Eu o Sm con un punto de ebullición relativamente bajo y con una presión de vapor relativamente alta, y un imán sinterizado muy pequeño a base de R-Fe-B o un polvo del mismo se mezclan entre sí, y luego la mezcla se somete a un tratamiento térmico para calentar de manera uniforme en vacío mientras se agita. Como resultado de este tratamiento térmico, el metal de tierras raras no sólo se deposita sobre la superficie del imán sinterizado sino que también se difunde hacia el interior. El documento de patente nº 5 también describe una realización en la cual se realiza la sorción de un metal de tierras raras con un alto punto de ebullición tal como Dy (véase el párrafo # 0014 del documento de patente nº 5) . En dicha realización que utiliza Dy, por ejemplo, el Dy se calienta selectivamente a una temperatura elevada por calentamiento por inducción (sin condiciones de temperatura especificadas) . Sin embargo, el Dy tiene un punto de ebullición de 2560 °C. De acuerdo... [Seguir leyendo]

1. Imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B, donde R es por lo menos uno de los elementos de tierras raras que incluye Y, que comprende, como fase principal, un compuesto de tipo R2Fe14B que incluye un elemento de tierras raras ligero RL, que es por lo menos uno de Nd y Pr, como elemento de tierras raras principal R, y que comprende también un elemento de tierras raras pesado RH (que es por lo menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Dy y Tb, en el que el imán incluye una parte en la que se observan por lo menos dos picos de difracción en un intervalo 2 entre 60, 5 grados y 61, 5 grados cuando se realiza una medición de difracción de rayos X utilizando un rayo CuK en un plano que se encuentra situado a una profundidad de 500 µm o menos bajo una superficie polar del imán y que es paralelo a la superficie polar, y en el que la parte en la que se observan los por lo menos dos picos de difracción en el intervalo 2 entre 60, 5 grados y 61, 5 grados cuando se somete a la medición de difracción de rayos X forma parte del plano que es paralelo a la superficie polar.

2. Imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B según la reivindicación 1, en el que la parte en la que se observan los por lo menos dos picos de difracción en el intervalo 2 entre 60, 5 grados y 61, 5 grados cuando se somete a la medición de difracción de rayos X forma un área de 1 mm2 o más en el plano que es paralelo a la superficie polar.

3. Imán anisotrópico sinterizado a base de R-Fe-B según la reivindicación 1, en el que si las concentraciones de Nd, Pr, Dy y Tb se identifican por MNd, MPr, MDy y MTb (en%) , respectivamente, y cumplen las ecuaciones

MNd + MPr= MRL

MDy + MTb= MRH, y MRL + MRH= MR

entonces la longitud del eje Lc (Å) de la fase principal cumple, en la parte en la que se observan los dos picos de difracción, las desigualdades:

Lc 12.05 y Lc + (0, 18 -0, 05 × MTb/MRH) × MRH/MR -0, 03 × MPr/MRL 12, 18

(donde 0 <MRH/MR 0, 4) .