JP2003226944A - 希土類−鉄−硼素系磁石用合金粉末を用いた焼結磁石 - Google Patents

希土類−鉄−硼素系磁石用合金粉末を用いた焼結磁石

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Dyなどの重希土類元素が粒界相よりも主相
に相対的に高い濃度で存在し、しかも、焼結が容易な希
土類−鉄−硼素系合金の粉末およびその製造方法を提供
する。 【解決手段】 本発明の希土類−鉄−硼素系磁石用合金
は、内部に希土類リッチ相が分散した複数のR2Fe14
B型結晶(Rは希土類元素およびイットリウムからなる
群から選択された少なくとも1種の元素)を主相として
含み、主相が粒界相に比べて高い濃度のDyおよび/ま
たはTbを含有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、希土類−鉄−硼素
系合金および焼結磁石、ならびに、それらのの製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】高性能永久磁石として代表的な希土類−
鉄−硼素系の希土類磁石(以下、「R−Fe−B系磁
石」と称する場合がある)は、三元系正方晶化合物であ
るR2Fe14B型結晶相を主相として含む組織を有し、
優れた磁石特性を発揮する。ここで、Rは希土類元素お
よびイットリウムからなる群から選択された少なくとも
1種の元素であり、FeやBの一部は他の元素によって
置換されていても良い。
【0003】このようなR−Fe−B系磁石は、焼結磁
石とボンド磁石に大別される。焼結磁石は、R−Fe−
B系磁石用合金(母合金)の微粉末(平均粒径:数μ
m)をプレス装置で圧縮成形した後、焼結することによ
って製造される。これに対して、ボンド磁石は、通常、
R−Fe−B系磁石用合金の粉末(粒径:例えば100
μm程度)と結合樹脂との混合物をプレス装置内で圧縮
成形することによって製造される。
【0004】このようなR−Fe−B系磁石の製造に用
いられる粉末は、母合金を粉砕することによって作製さ
れる。従来、このような母合金は、金型鋳造によるイン
ゴット法や、冷却ロールを用いて合金溶湯を急冷するス
トリップキャスト法を用いて作製されてきた。
【0005】インゴット法による合金では、溶湯の徐冷
中に析出した初晶Feがα−Feとして組織内に残存す
るため、粉砕効率を著しく低下させたり、最終的に得ら
れる磁石の保磁力を低下させるという問題がある。この
問題を解決するため、インゴット法によって得た合金中
からFeを消失させるための溶体化処理が不可欠であっ
た。溶体化処理は、1000℃を超える高温で長時間行
う熱処理であり、生産性を低下させ、製造コスト上昇を
招いていた。また、インゴット法による合金の粉末を焼
結する過程においては、液相となるべき低融点相が局在
するため、焼結温度を高く、また焼結時間を長く設定し
ないと、充分な焼結密度が得られなかった。この結果、
主相の結晶粒が焼結工程中に粗大に成長してしまい、保
磁力の高い焼結磁石を得ることが困難であった。
【0006】これに対し、ストリップキャスト法による
合金では、合金溶湯を冷却ロールなどによって急冷し、
凝固させるため、結晶組織が微細化される。そのため、
焼結工程で液相となるべき低融点の粒界相が均一かつ微
細に分布した急冷合金が得られる。合金中において粒界
相が均一かつ微細に分布していると、合金の粉砕によっ
て得られる粉末粒子において、主相と粒界相とが接触し
ている確率が高く、粒界相が焼結工程が液相化して焼結
プロセスを速やかに進行させる。このため、焼結温度を
低く抑えたり、焼結時間を短縮することができ、結晶粒
の粗大化を抑えて高い保磁力を示す焼結磁石を得ること
が可能になる。また、ストリップキャスト法によれば、
急冷合金中にα−Feがほとんど析出しないため、溶体
化処理が不要になる利点もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ストリ
ップキャスト合金の場合、結晶組織が極めて微細である
ため、各粉末粒子が単結晶粒となるまで微粉砕すること
が困難である。粉末粒子が多結晶であると、磁気的異方
性が小さくなり、磁界中で粉末配向・圧縮成形を行った
としても、主相の配向度が高く、残留磁化の大きな焼結
磁石を作製することができなくなる。
【0008】一方、R−Fe−B系焼結磁石の耐熱性を
向上させ、高温下においても保磁力を高く維持するた
め、従来からDyが原料合金に添加されてきた。Dy
は、R−Fe−B系焼結磁石の主相であるR2Fe14
相の異方性磁界を高める効果を示す希土類元素の一種で
ある。Dyは稀少元素であるため、今後、電気自動車の
実用化が進展し、電気自動車用モーターなどに用いられ
る高耐熱磁石の需要が拡大してゆくと、Dy資源が逼迫
する結果、原料コストの増加が懸念される。このため、
高保磁力磁石におけるDy使用量削減技術の開発が強く
求められている。しかし、ストリップキャスト合金の場
合は、保磁力向上などを意図してDyなどの重希土類元
素を添加したとしても、これらの重希土類元素が粒界相
にも分布し、主相中における重希土類元素の濃度が低下
するという問題がある。Dyなどの重希土類元素は、主
相中に位置して初めて磁石特性の効果に寄与することが
できる。Dyは、合金溶湯の急冷速度が充分に低い場合
は、主相内に取り込まれ、主相中に安定して存在する傾
向があるが、ストリップキャスト法のように冷却速度が
相対的に速い場合は、合金溶湯の凝固に際して粒界部分
から主相内へ拡散する時間的余裕が存在しないからであ
る。このため、合金溶湯の冷却速度を遅くし、Dyを主
相中に濃縮する方法も考えられるが、合金溶湯を遅くす
ると、インゴット合金について説明したように、結晶粒
が粗大化したり、α−Feが生成されるという問題が発
生してしまう。
【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、Dyなどの重希土類
元素が粒界相よりも主相に相対的に高い濃度で存在し、
しかも、焼結が容易な希土類−鉄−硼素系合金の粉末、
およびその製造方法を提供することにある。
【0010】本発明の他の目的は、上記粉末の原料とな
る合金、および上記粉末から作製した焼結磁石、ならび
に、それらの製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の希土類−鉄−硼
素系磁石用合金は、内部に希土類リッチ相が分散した複
数のR2Fe14B型結晶(Rは希土類元素およびイット
リウムからなる群から選択された少なくとも1種の元
素)を主相として含み、前記主相が粒界相に比べて高い
濃度のDyおよび/またはTbを含有している。
【0012】ある好ましい実施形態においては、Dyお
よび/またはTbの含有量が合金全体の2.5質量%以
上15質量%以下である。
【0013】ある好ましい実施形態において、主相内に
おけるDyおよび/またはTbの比率は、合金全体にお
けるDyおよび/またはTbの比率の1.03倍以上の
大きさを有している。
【0014】ある好ましい実施形態において、α−Fe
相の比率が5体積%以下である。
【0015】ある好ましい実施形態において、希土類元
素の濃度が27質量%以上35質量%以下である。
【0016】本発明の希土類−鉄−硼素系磁石用合金の
粉末は、上記いずれかの合金を粉砕することによって得
られたものである。
【0017】本発明の焼結磁石は、上記の希土類−鉄−
硼素系磁石用合金の粉末から作製したものである。
【0018】本発明による希土類−鉄−硼素系磁石用合
金の製造方法は、希土類−鉄−硼素系合金の溶湯を用意
する工程と、前記溶湯を冷却することによって母合金を
作製する工程とを包含する希土類−鉄−硼素系磁石合金
の製造方法であって、前記母合金を作製する工程は、前
記合金の溶湯を冷却部材を接触させることにより、前記
合金の溶湯を冷却し、内部に希土類リッチ相が分散した
複数のR2Fe14B型結晶(Rは希土類元素およびイッ
トリウムからなる群から選択された少なくとも1種の元
素)を主相として含む凝固合金層であって、前記主相が
粒界相に比べて高い濃度のDyおよび/またはTbを含
有している凝固合金層を作製する工程を含んでいる。
【0019】ある好ましい実施形態において、Dyおよ
び/またはTbの含有量が合金全体の2.5質量%以上
15質量%以下である。
【0020】ある好ましい実施形態において、主相内に
おけるDyおよび/またはTbの比率は、合金全体にお
けるDyおよび/またはTbの比率の1.03倍以上の
大きさを有している。
【0021】ある好ましい実施形態において、前記凝固
合金層を形成する工程は、前記冷却部材に接触する側に
第1組織層を形成した後、前記第1組織層上に更に前記
合金の溶湯を供給することにより、前記R2Fe14B型
結晶を前記第1組織層上に成長させて第2組織層を形成
することを含む。
【0022】ある好ましい実施形態において、前記第1
組織層を形成する際の合金溶湯の冷却は、10℃/秒以
上1000℃/秒以下、過冷却100℃以上300℃以
下の条件で行い、前記第2組織層を形成する際の合金溶
湯の冷却は、1℃/秒以上500℃/秒以下の条件で行
う。前記第2組織層を形成する際の合金溶湯の冷却速度
は、前記第1組織層を形成する際の合金溶湯の冷却速度
よりも遅い。
【0023】ある好ましい実施形態において、前記R2
Fe14B型結晶の短軸方向平均サイズは20μm以上、
長軸方向平均サイズは100μm以上である。
【0024】ある好ましい実施形態において、前記希土
類リッチ相は、前記R2Fe14B型結晶の内部におい
て、平均10μm以下の間隔で分散している。
【0025】前記母合金中に含まれるα−Fe相の比率
は、5体積%以下である。
【0026】前記母合金中に含まれる希土類元素の濃度
は、27質量%以上35質量%以下である。
【0027】ある好ましい実施形態において、前記凝固
合金層の形成は、遠心鋳造法によって行う。
【0028】本発明による焼結磁石用磁石粉末の製造方
法は、上記いずれかの方法で作製された希土類−鉄−硼
素系磁石用合金を用意する工程と、前記合金を粉砕する
工程とを包含する。
【0029】本発明による焼結磁石の製造方法は、前記
希土類−鉄−硼素系磁石合金の粉末を用意する工程と、
前記粉末を配向磁界中で圧縮して成形体を作製する工程
と、前記成形体を焼結する工程とを包含する。
【0030】
【発明の実施の形態】本発明者は、種々の組織形態を有
する母合金中におけるDyの濃度分布を評価したとこ
ろ、図1(d)に示すような金属組織を有する母合金で
は、粒界相に比べて主相(R2Fe14B型結晶)中に相
対的に高い濃度でDyが存在することを見出した。
【0031】図1(d)は、本発明に用いる母合金の金
属組織を模式的に示している。この母合金は、比較的大
きな柱状結晶の内部に微細な希土類リッチ相(図中、黒
いドット状領域として示されている)が分散した構造を
有している。このような、内部に希土類リッチ相が分散
した複数の柱状結晶を含む母合金は、希土類−鉄−硼素
系合金の溶湯を冷却部材に接触させ、合金溶湯を冷却す
ることよって形成することができる。合金の組成は、R
2Fe14B型結晶の化学量論比に対し、R−rich成
分に対応する過重なRを含有し、必要に応じて種々の元
素が添加されたものを使用し得る。例えば、母合金の組
成をR1x1R2x2100-x1-x2-y-zy z(質量比)で
表現した場合、R1は、下記のR2を除く希土類元素お
よびイットリウムからなる群から選択された少なくとも
1種の元素、TはFeおよび/またはCo、QはB(硼
素)およびC(炭素)からなる群から選択された少なく
とも1種の元素、R2はDyおよびTbからなる群から
選択された少なくとも1種の元素、Mは、Al、Ti、
V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、N
b、Mo、In、Sn、Hf、Ta、W、およびPbか
らなる群から選択された少なくとも1種の元素である。
また、Bの一部はN、Si、P、および/またはSで置
換してもよい。x、z、およびyは、質量比率であると
すると、それぞれ、27≦x1+x2≦35.0.95
≦y≦1.05、2.5≦x2≦15、および0.1≦
Z≦2を満足することが好ましい。
【0032】以下、図1(a)から(d)を参照しなが
ら、上記母合金の好ましい作製方法を詳細に説明する。
【0033】まず、図1(a)に示すように、合金の溶
湯Lを冷却部材(例えば銅製の冷却板や冷却ロール)に
接触させることにより、冷却部材に接触する側に微細な
初晶(R2Fe14B)を含む第1組織層を薄く形成す
る。この後、あるいは第1組織層を形成しつつ、第1組
織層上に更に上記合金の溶湯Lを供給することにより、
第1組織層上に柱状結晶(R2Fe14B型結晶)を成長
させる(図1(b))。この柱状結晶は、溶湯の供給を
継続しながら最初よりも冷却速度の低い状況下で合金溶
湯を冷却することによって行う。その結果、図1(c)
に示すように、比較的ゆっくりと供給される合金溶湯中
の希土類元素が下方に位置する大きな柱状結晶の粒界に
拡散しないうちに凝固が進行し、内部に希土類リッチ相
が分散した柱状結晶が大きく成長することになる。この
ように、凝固初期において初晶を形成するときは冷却速
度を相対的に速くし、その後の結晶成長に際しては冷却
速度を遅くすることにより、最終的には、図1(d)に
示すように粗大な柱状結晶を含む第2組織層が得られ
る。
【0034】なお、第2組織層は、凝固直後における高
温の第1組織層上で冷却されるため、特別な手段を用い
ないでも、溶湯供給量を調節するだけで、第2組織層の
冷却速度を第1組織層の冷却速度よりも遅くすることが
できる。
【0035】微細な初晶の集合体である第1組織層を形
成する際の合金溶湯の冷却は、10℃/秒以上1000
℃/秒以下、過冷却100℃以上300℃以下の条件で
行うことが好ましい。過冷却により、Fe初晶の析出を
抑制できる。一方、第2組織層を形成する際の合金溶湯
の冷却は、溶湯を供給しつつ、1℃/秒以上500℃/
秒以下の条件で行うことが好ましい。
【0036】冷却速度は、溶湯を冷却部材上に供給する
速度によって調節されるため、上述のような合金組織を
得るには、溶湯供給量の調節が可能な冷却方法を採用す
ることが重要である。より詳細には、本発明の合金組織
を得るには、冷却部材(鋳型など)の上に溶湯を均一に
少量づつ供給することが望ましい。このため、溶湯を液
滴化して分散・噴霧する冷却方法を行うことが好まし
い。例えば、溶湯流にガスを噴き当てて噴霧する方法
や、遠心力によって液滴を飛散させる方法を採用するこ
とができる。
【0037】本発明における溶湯冷却方法で重要な他の
点は、生成した溶湯の液滴を冷却部材上において高い収
率で回収する(凝固合金の形成に効率よく用いる)こと
にある。収率を高めるには、平板状の冷却部材や水冷鋳
型にガス噴霧で溶湯の液滴を吹き付ける方法や、回転す
る円筒ドラム状の冷却部材の内壁に溶湯の液滴を飛散さ
せる方法(遠心鋳造法)を用いることが望ましい。ま
た、回転電極法によって溶湯液滴を生成し、冷却部材上
に積もらせる方法を採用することもできる。重要な点
は、冷却部材と接触する流域に結晶核を形成した後、そ
の上に、比較的ゆっくりと溶融した合金を供給する点に
ある。こうして、冷却時の抜熱量と溶湯供給量とをバラ
ンスさせて上記の特殊な金属組織を実現することが可能
になる。
【0038】上述の冷却方法により、短軸方向平均サイ
ズが20μm以上、長軸方向平均サイズが100μm以
上の大きな柱状結晶を成長させることが可能になる。柱
状結晶の内部において分散している希土類リッチ相の平
均間隔は、好ましくは10μm以下である。
【0039】上記の組織構造を持つ凝固合金は、ストリ
ップキャスト法や合金インゴット法などの従来方法によ
っては得られなかった。以下、従来の方法によって作製
される凝固合金(母合金)の結晶成長を説明する。
【0040】まず、図2(a)から(c)を参照しなが
ら、ストリップキャスト法による結晶成長を説明する。
ストリップキャスト法では、冷却速度が速いため、高速
で回転する冷却ロールなどの冷却部材の外側に接触した
合金溶湯Lは、接触面から急速に冷却され、凝固してゆ
く。大きな冷却速度を得るためには合金溶湯Lの量を少
なくする必要があり、また、ストリップキャスト装置の
構造上、溶湯の逐次供給を行うことができない。その結
果、冷却部材上の溶湯Lの厚さは冷却過程で増加せず、
略一定であり、その一定の厚さを有する溶湯Lの内部に
おいて冷却部材との接触面から結晶成長が急速に進行し
てゆくことになる。冷却速度が速いため、柱状結晶の短
軸方向サイズは、図2(a)から(c)に示すように小
さく、最終的に得られる凝固合金の金属組織は微細であ
る。希土類リッチ相は柱状組織の内部には存在せず、粒
界に分散している。ストリップキャスト合金では、結晶
粒のサイズが小さすぎるため、結晶方位の揃った領域が
小さく、各粉末粒子の磁気的異方性が低下するという問
題がある。
【0041】次に、図3(a)から(d)を参照しなが
ら、従来のインゴット法による結晶成長を説明する。イ
ンゴット法では、冷却速度が比較的遅いため、冷却部材
に接触した合金溶湯Lは、接触面からゆっくりと冷却さ
れ、凝固してゆく。静止状態の溶湯Lの内部において、
まず、冷却部材との接触面にFe初晶が生成され、その
後、図3(b)および(c)に示すように、Feのデン
ドライド結晶が成長してゆく。最終的には、包晶反応に
より、R2Fe14B型結晶相が形成されるが、その内部
には磁石特性を劣化させるα−Fe相が残存することに
なる。凝固合金の金属組織は粗大であるが、体積比率で
5%を超えるような量のα−Fe相が残存する。α−F
eを低減するためには、均質化処理を行う必要がある。
具体的には、インゴット合金中のα−Fe相やR2Fe
17相などを拡散させ、これらの相を可能な限り消滅さ
せ、実質的にR2Fe14B相とR−rich相の2相か
らなる組織にする必要がある。均質化熱処理は、窒素を
除く不活性ガス雰囲気中または真空中において、110
0℃〜1200℃の範囲の温度で1〜48時間行われ
る。このような均質化処理は、製造コストを増大させる
という問題がある。一方、α−Feの生成を抑制するに
は、原料合金中に含まれる希土類の組成量を化学量論比
よりも充分に大きくすることが必要であるが、希土類の
含有量が多くなると、最終的に得られる磁石の残留磁化
が低下し、また、耐食性が劣化するという問題もある。
【0042】一方、本発明で用いる母合金(図1参照)
は、化学量論比に近い希土類含有量であっても、α−F
eが生成されにくいという利点がある。このため、希土
類含有量を従来よりも低減することが可能である。ま
た、本発明で用いる合金は、内部に希土類リッチ相が分
散した複数の柱状結晶を含む金属組織構造を有している
ため、粉末化すると、液相になりやすい希土類リッチ相
が粉末粒子の表面に現れやすくなる。その結果、従来よ
りも低温かつ短時間で充分な焼結を達成し、焼結時の粒
成長を抑制することが可能になる。また、柱状結晶の内
部に希土類リッチ相が細かく分散しているため、粉砕工
程で希土類リッチ相が超微粉となって失われる確率も減
少する。
【0043】さらに本発明で用いる合金によれば、前述
したように、添加したDyやTbが粒界よりも主相に集
まりやすい。これは、合金溶湯の冷却速度がストリップ
キャスト法による場合に比べて小さく、DyやTbが主
相中に取り込まれやすくなるためである。このため、本
発明の好ましい実施形態では、希少資源のひとつである
DyやTbの濃度を2.5質量%以上15質量%以下の
範囲に設定した場合でも、その添加効果は、従来のスト
リップキャスト合金においてDyやTbの濃度を3.0
質量%以上16質量%以下に設定した場合と略同様とな
る。
【0044】以上のように、図1に示す方法で作製され
た合金によれば、粉末の焼結性が向上し、かつ、Dyな
どの希少資源が有効に機能するため、保磁力に優れた焼
結磁石を安価に提供することが可能になる。更にもイン
ゴット合金について生じたような問題、すなわち、α−
Feの生成や焼結の困難といった問題が生じないため、
溶体化処理に伴う製造コスト上昇の問題も解決される。
具体的には、希土類元素の濃度を27質量%以上35質
量%以下の範囲にし、熱処理前の母合金(as−cas
t)中に含まれるα−Fe相の比率を5体積%以下に抑
制することが可能である。このため、従来のインゴット
合金に必要であった母合金に対する熱処理が不要にな
る。
【0045】また、本発明の好ましい実施形態によれ
ば、粉末の平均粒径が比較的大きな場合であっても、通
常の急冷法によって作製した合金の粉末のように個々の
粉末粒子が多結晶となることが少なく、高い磁気異方性
が実現するため、得られた焼結磁石の着磁特性を優れた
ものとすることができる。平均の粉末粒径を大きく設定
することにより、粉末の流動性が向上する。また、単位
質量に対する粉末粒子の総表面積が相対的に小さくなる
ため、酸化反応に対する微粉砕粉の活性度が低下する。
その結果、酸化により無駄に消費される希土類元素の量
が少なくなり、最終的な磁石の特性も劣化しにくくな
る。
【0046】[実施例]以下の表1に示す組成をターゲ
ットとして、本発明による方法(遠心鋳造法)、ストリ
ップキャスト法、およびインゴット法の3種類の方法で
母合金を作製した。上記3種類の方法により得られた合
金を、それぞれ、合金A、合金B、および合金Cと称す
ることとする。なお、本発明が適用される合金内におい
て、DyとTbとは、ほぼ同様の挙動を示すため、ここ
ではDyを添加した実施例を説明する。
【0047】
【表1】
【0048】表1における数値は、上欄の示す元素の合
金中における質量比率である。
【0049】本実施例で行った遠心鋳造法による合金
は、回転する円筒型冷却部材の内側に対して、上記組成
の溶湯(約1300℃)を遠心力で飛散させ、冷却部材
の内側表面上で冷却・凝固させることによって作製し
た。一方、ストリップキャスト法による合金は、周速度
1m/秒で回転する水冷冷却ロール(銅製)の外周表面
に対して、上記組成の溶湯(約1400℃)を接触さ
せ、急冷・凝固させることにより作製した。得られた急
冷合金は厚さ0.2mmの鋳片であった。また、インゴ
ット法による合金は、上記組成の溶湯(約1450℃)
を水冷鉄鋳型内に、注ぎ込み、徐冷することによって作
製した。得られたインゴット合金の厚さは約25mmで
あった。
【0050】本実施例では、上記の方法で作製した合金
AからCに対して、水素脆化処理(粗粉砕)を施した
後、ジェットミルによる微粉砕を行なった。
【0051】水素脆化処理は、次のようにして行った。
まず、原料合金を水素処理炉内に封入し、炉内を真空置
換した後、0.3MPaのH2ガスで満たし、1時間の
加圧処理(水素吸蔵処理)を行った。この後、再び水素
処理炉の内部を真空にし、その状態で400℃3時間の
熱処理を行うことにより、合金から余分な水素を放出さ
せる処理(脱水素処理)を行った。
【0052】ジェッミルによる粉砕に際しては、粉砕ガ
スとして0.6MPaのN2ガスを用いた。粉砕ガス中
の酸素濃度は0.1体積%であった。
【0053】なお、脆化処理後の合金をジェットミルに
投入する際、各合金の供給量を調整することにより、合
金AからCのそれぞれについて2種類の粒度分布を有す
る微粉砕粉を作製した。
【0054】こうして作製した各種の微粉砕粉を配向磁
界中で圧縮成形、成形体を作製した。成形工程は、全て
の場合において、以下に示す同一の条件で行った。
【0055】配向磁界強度: 1.0MA/m 粉末に対する加圧力: 98MPa 配向磁界の方向: 加圧方向と直交 こうして作製した成形体につき、種々の温度で焼結を行
い、焼結体を得た。時効処理(520℃ lh)を行っ
た後、各焼結体(焼結磁石)の成分を分析した。分析結
果を表2に示す。表2の「粉砕粒度」は、FSSS平均
粒径である。
【0056】
【表2】
【0057】表2における数値は、対応する元素の組成
(質量比率)を示している。より詳細に述べると、表2
は、合金AからCを用いて作製した各々2種類の粒度の
異なる粉末について、合金、微粉末、および焼結体の組
成を示している。各段階の組成を知ることにより、粉砕
工程前後における組成の変動を把握することができる。
【0058】表2からわかるように、本発明による合金
Aの場合、微粉末中のNd濃度やDy濃度が他の合金B
およびCに比較して高い。このことは、合金中のNdお
よびDyが水素脆化処理工程およびジェッミルによる微
粉砕工程の間に失われにくいことを示している。
【0059】この理由は次のように考えられる。従来の
ストリップキャスト合金(合金B)やインゴット合金
(合金C)において、Ndなどの軽い希土類元素は、R
2Fe1 4B型結晶の化学量論比よりも高い濃度で粒界に
存在する一方、主相結晶粒内においてはR2Fe14B型
結晶の化学量論比で決まる値で存在する。一方、Dyな
どの重希土類元素は、特に合金Bにおいて、粒界相およ
び主相中に広く分布している。また、水素脆化は、希土
類元素濃度の高い粒界部分を膨張させ、その部分から割
れやすくするため、水素脆化および微粉砕工程で発生し
た超微粉末(粒径:0.5μm以下)は、粒界に由来
し、NdやDyを多く含有することになる。そして、本
実施例では、このような超微粉をジェットミルで粉末を
回収する際に除去しているため、結果的にNdやDyが
失われやすくなる。
【0060】これに対し、合金Aを用いる場合は、比較
的粗大な主相結晶粒の内部に希土類リッチ相が分散して
いるため、柱状晶の間に存在する粒界相(R−rich
相)が相対的に少なくなっている。さらに、重希土類元
素は粒界にほとんど存在せず、主相に濃縮している。こ
れらのことから、合金Aでは、水素脆化処理およびジェ
ッミルによる微粉砕工程において、超微粉そのものが少
なく、NdやDyが超微粉に含まれた形態で失われてゆ
く割合が相対的に少なくなるものと考えられる。
【0061】次に、上記の合金AからCの粉末を用いて
作製した焼結磁石の磁石特性を表3に示す。
【0062】
【表3】
【0063】表3において、A1からA6は、合金Aの
粉末から作製した焼結磁石、それぞれ、合金粉末の平均
粒径や焼結温度が異なっている。B1からB4は、合金
Bの粉末から作製した焼結磁石であり、C1からC4
は、合金Cの粉末から作製した焼結磁石である。
【0064】表3からは、合金Aを用いて焼結磁石を作
製した場合、合金Cを用いて焼結磁石を作製した場合に
比べて相対的に低い焼結温度で高い密度および優れた磁
石特性が発揮されていることがわかる。このことは、合
金Aの粉末が合金Cの粉末に比べて焼結しやすいことを
意味している。
【0065】また、合金Aの粉末の平均粒径が合金Bの
粉末の平均粒径に比べて大きい場合でも、合金Aの粉末
から作製した焼結磁石は、合金Bの粉末から作製した焼
結磁石に比較して高い残留磁束密度Brを発揮してい
る。これは、合金Aの主相サイズが合金Bの主相サイズ
に比較して大きいため、合金Aの粉末粒径が相対的に大
きな場合でも、粉末粒子の磁気異方性が高く、焼結磁石
の磁気配向度が向上するからである。
【0066】焼結磁石A6および焼結磁石B2につい
て、それぞれ、着磁特性を評価した。図4は、着磁特性
を示すグラフであり、横軸が焼結磁石に印加した着磁磁
界の強度であり、縦軸が着磁率を示している。図4から
わかるように、焼結磁石A6は焼結磁石B2に比べて着
磁特性が改善されている。これは、合金Aにおける主相
のサイズが合金Bにおける主相のサイズよりも大きく、
組織が均一であるため、より着磁しやすくなっていたた
めと考えられる。
【0067】次に、上記の焼結磁石に含まれる希土類元
素の原子数比率を主相および焼結磁石全体について測定
した。
【0068】焼結磁石A3、B1、およびC2について
の測定結果を、それぞれ、表4、表5、および表6に示
す。各表における数値は、主相または焼結磁石全体に含
まれる希土類元素全体に占めるNd、Pr、およびDy
の原子数比率(以下、単に「比率」と略記する場合があ
る。)である。
【0069】
【表4】
【0070】
【表5】
【0071】
【表6】
【0072】上記の表4、表5、および表6からわかる
ように、主相におけるDyの比率は、合金Aに係る焼結
磁石において最も高い。表4に示されるように、焼結磁
石全体におけるDyの比率は31.0であるのに対し
て、主相のみに含まれるDyの比率は32.5であり、
31.0に比べて4%以上も高い。このことは、粒界相
におけるDy濃度よりも主相におけるDy濃度が高く、
Dyが主相中に濃縮されていることを意味している。こ
のような現象は、合金Bに関する表5からは読みとれな
い。このような差異が生じるのは、ストリップキャスト
法によって合金Bを作製する場合は合金溶湯の冷却速度
が高すぎるため、Dyが主相や粒界相の区別無く広い範
囲で均一に分布するのに対し、合金Aの作製工程では溶
湯の冷却速度が比較的遅いため、Dyが主相に拡散し、
主相中に安定に存在し得るからである。
【0073】本発明の好ましい実施形態においては、主
相内におけるDyおよび/またはTbの比率は、合金ま
たは焼結磁石全体におけるDyおよび/またはTbの比
率の1.03倍以上の大きさを有している。Dyおよび
/またはTbの効率的に利用して保磁力を向上させると
いう観点からは、主相内におけるDyおよび/またはT
bの比率が、合金または焼結磁石全体におけるDyおよ
び/またはTbの比率の1.05倍以上の大きさとなる
ようにすることが更に好ましい。
【0074】図5および図6は、本発明による母合金の
偏光顕微鏡写真を示している。図5は、冷却部材との接
触面近傍の組織断面を示しており、図6は、厚さ方向中
央部の組織断面を示している。各図の上方が冷却面、下
方が放冷面(自由面)側を示している。図からわかるよ
うに、接触面から100μm程度までの領域では微細な
結晶組織(第1組織層)が形成されているが、接触面か
ら100μm程度離れた内部側の領域(第2組織層)で
は大きな柱状結晶が形成されている。一方、自由面の近
傍では、一部に微細な組織が観察されるが、大部分は粗
大な結晶である。なお、合金鋳片の厚さは5〜8mmで
あり、その大部分は、粗大な柱状結晶の第2組織層から
構成されている。なお、第1組織層と第2組織層との境
界は、場所によって明瞭な部分と不明瞭な部分とが存在
する。
【0075】希土類含有量の異なる合金の試料の組織構
造を比較したところ、希土類元素濃度が高い合金ほど、
結晶サイズが小さくなっていることがわかった。
【0076】粗大な結晶粒の組成像を観察したところ、
希土類リッチ相が分散していることが確認できた。粗大
な結晶粒中に分散する希土類リッチ相は、母合金中の希
土類含有量が多くなるほど、多く観察された。また、α
−Fe相は観察されなかった。
【0077】このような母合金を粉砕して粉末化する場
合、FSSS平均粒径が3.0μm以上5.0μm以下
の範囲に制御することが好ましい。このように、従来に
比べて大きな平均粒径が得られるように母合金を粉砕す
ることにより、焼結磁石の残留磁束密度Brを高め、か
つ、含有する酸素濃度を低減することが可能になる。
【0078】
【発明の効果】本発明によれば、急冷合金に比べてサイ
ズの大きな主相中にDyやTbが濃縮され、効果的に保
磁力が増加する。また、母合金に含まれる主相のサイズ
が比較的大きいにもかかわらず、α−Feが生成され
ず、また、粉末の焼結性も向上する。このため、焼結磁
石の製造コストが大きく低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の磁石粉末の製造に
用いる母合金の金属組織が形成される過程を模式的に示
す断面図である。
【図2】(a)〜(c)は、ストリップキャスト法にに
よる母合金の金属組織が形成される過程を模式的に示す
断面図である。
【図3】(a)〜(d)は、従来のインゴット法にによ
る母合金の金属組織が形成される過程を模式的に示す断
面図である。
【図4】本発明による焼結磁石の実施例および比較例に
ついて着磁特性を示すグラフであり、横軸が焼結磁石に
印加した着磁磁界の強度であり、縦軸が着磁率を示して
いる。
【図5】本発明による母合金の偏光顕微鏡写真であり、
冷却部材との接触面近傍の組織断面を示している。
【図6】本発明による母合金の偏光顕微鏡写真であり、
厚さ方向中央部の組織断面を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 33/02 C22C 33/02 J H01F 1/053 H01F 41/02 G 1/06 1/06 A 41/02 1/04 H (72)発明者 小高 智織 大阪府三島郡島本町江川2丁目15番17号 住友特殊金属株式会社山崎製作所内 Fターム(参考) 4E004 DB02 DB05 DB06 NB07 NC10 TA03 TB02 4K017 AA04 BA03 BA06 BB01 BB04 BB05 BB06 BB07 BB08 BB09 BB12 DA04 EA03 EA08 EK07 4K018 AA11 AA27 BA05 BA18 BB06 CA04 KA45 5E040 AA04 BD01 CA01 NN01 5E062 CC05 CD04 CG02 CG03

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に希土類リッチ相が分散した複数の
    2Fe14B型結晶(Rは希土類元素およびイットリウ
    ムからなる群から選択された少なくとも1種の元素)を
    主相として含み、 前記主相が粒界相に比べて高い濃度のDyおよび/また
    はTbを含有している、希土類−鉄−硼素系磁石用合
    金。
  2. 【請求項2】 Dyおよび/またはTbの含有量が合金
    全体の2.5質量%以上15質量%以下である請求項1
    に記載の希土類−鉄−硼素系磁石用合金。
  3. 【請求項3】 主相内におけるDyおよび/またはTb
    の比率は、合金全体におけるDyおよび/またはTbの
    比率の1.03倍以上の大きさを有している請求項1ま
    たは2に記載の希土類−鉄−硼素系磁石用合金。
  4. 【請求項4】 α−Fe相の比率が5体積%以下である
    請求項1から3のいずれかに記載の希土類−鉄−硼素系
    磁石用合金。
  5. 【請求項5】 希土類元素の濃度が27質量%以上35
    質量%以下である請求項1から4いずれかに記載の希土
    類−鉄−硼素系磁石用合金。
  6. 【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載された
    希土類−鉄−硼素系磁石用合金の粉末。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載された希土類−鉄−硼素
    系磁石用合金の粉末から作製した焼結磁石。
  8. 【請求項8】 希土類−鉄−硼素系合金の溶湯を用意す
    る工程と、前記溶湯を冷却することによって母合金を作
    製する工程とを包含する希土類−鉄−硼素系磁石合金の
    製造方法であって、 前記母合金を作製する工程は、 前記合金の溶湯を冷却部材を接触させることにより、前
    記合金の溶湯を冷却し、内部に希土類リッチ相が分散し
    た複数のR2Fe14B型結晶(Rは希土類元素およびイ
    ットリウムからなる群から選択された少なくとも1種の
    元素)を主相として含む凝固合金層であって、前記主相
    が粒界相に比べて高い濃度のDyおよび/またはTbを
    含有している凝固合金層を作製する工程を含んでいる、
    希土類−鉄−硼素系磁石用合金の製造方法。
  9. 【請求項9】 Dyおよび/またはTbの含有量が合金
    全体の2.5質量%以上15質量%以下である請求項8
    に記載の希土類−鉄−硼素系磁石用合金の製造方法。
  10. 【請求項10】 主相内におけるDyおよび/またはT
    bの比率は、合金全体におけるDyおよび/またはTb
    の比率の1.03倍以上の大きさを有している請求項8
    または9に記載の希土類−鉄−硼素系磁石用合金の製造
    方法。
  11. 【請求項11】 前記凝固合金層を形成する工程は、前
    記冷却部材に接触する側に第1組織層を形成した後、前
    記第1組織層上に更に前記合金の溶湯を供給することに
    より、前記R2Fe14B型結晶を前記第1組織層上に成
    長させて第2組織層を形成することを含む請求項8から
    10のいずれかに記載の希土類−鉄−硼素系磁石用合金
    の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記第1組織層を形成する際の合金溶
    湯の冷却は、10℃/秒以上1000℃/秒以下、過冷
    却100℃以上300℃以下の条件で行い、前記第2組
    織層を形成する際の合金溶湯の冷却は、1℃/秒以上5
    00℃/秒以下の条件で行う請求項11に記載の希土類
    −鉄−硼素系磁石用合金の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記R2Fe14B型結晶の短軸方向平
    均サイズは20μm以上、長軸方向平均サイズは100
    μm以上である請求項8から12のいずれかに記載の希
    土類−鉄−硼素系磁石用合金の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記希土類リッチ相は、前記R2Fe
    14B型結晶の内部において、平均10μm以下の間隔で
    分散している請求項8から13のいずれかに記載の希土
    類−鉄−硼素系磁石用合金の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記母合金中に含まれるα−Fe相の
    比率は、5体積%以下である請求項8から14のいずれ
    かに記載の希土類−鉄−硼素系磁石用合金の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記母合金中に含まれる希土類元素の
    濃度は、27質量%以上35質量%以下である請求項8
    から15のいずれかに記載の希土類−鉄−硼素系磁石用
    合金の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記凝固合金層の形成は、遠心鋳造法
    によって行う請求項8から16のいずれかに記載の希土
    類−鉄−硼素系磁石用合金の製造方法。
  18. 【請求項18】 請求項8から17のいずれかに記載の
    方法で作製された希土類−鉄−硼素系磁石用合金を用意
    する工程と、 前記合金を粉砕する工程と、を包含する焼結磁石用磁石
    粉末の製造方法
  19. 【請求項19】 請求項6に記載の希土類−鉄−硼素系
    磁石合金の粉末を用意する工程と、 前記粉末を配向磁界中で圧縮して成形体を作製する工程
    と、 前記成形体を焼結する工程と、を包含する焼結磁石の製
    造方法。
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