JP2004158762A

JP2004158762A - 高保磁力異方性磁石及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004158762A
Application number: JP2002325005A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ono; 秀昭小野; Tetsuro Tayu; 哲朗田湯; Makoto Kano; 眞加納; Munekatsu Shimada; 宗勝島田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】ＨＤＤＲ法を用いた磁石粉末に対して、Ｄｙ元素を有効に作用させてＨＤＤＲ粉末の保磁力を向上させること。
【解決手段】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に水素の吸収・放出反応を利用して結晶粒を微細化して得られる高保磁力異方性磁石の製造方法であって、原料インゴットにおいて主相であるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相のＮｄ含有量をＮｄ１，Ｄｙ含有量をＤｙ１とし、粒界部のＮｄ含有量をＮｄ２，Ｄｙ含有量をＤｙ２としたとき、
（Ｄｙ２／（Ｎｄ２＋Ｄｙ２））／（Ｄｙ１／（Ｎｄ１＋Ｄｙ１））＞１．５
である原料インゴットを用いてＨＤＤＲ処理を行うこととした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料の高保磁力化を目的とした高保磁力異方性磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に対して水素吸収・脱水素処理を行って結晶粒径を微細化し、保磁力を発現して得られるＨＤＤＲ法が開発され、磁石性能の高性能化を実現している。このＨＤＤＲ粉末は異方性を示すＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末であり、この特徴を生かしてボンド磁石を中心として、磁石の高性能化を可能としている。
このＨＤＤＲ法はＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相を有する母合金に８５０℃程度で水素を吸収させることによって、
Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ → ＮｄＨ_２＋ α−Ｆｅ＋Ｆｅ_２Ｂ
なる相分解を発生させ、その後、真空中で強制的に脱水素反応によって、
ＮｄＨ_２＋ α−Ｆｅ＋Ｆｅ_２Ｂ → Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ
なる再結合を生じさせて、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相結晶の微細化をもとに，保磁力を発現させるものである。
【０００３】
一方、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の高保磁力化は、その一部をＤｙで置換することによってＤｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物を生成させ、Ｄｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物の巨大な結晶磁気異方性を利用して高保磁力材料が開発されている（非特許文献１参照）。この手法は種々のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料に適用されており、特に焼結磁石において効果が大きい。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．，６１，（１９８６），３６３−３６９．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異方性を有するＨＤＤＲ粉末に、非特許文献１に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の一部をＤｙで置換しＤｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物を生成させる技術を適用した場合、Ｄｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ相は水素との反応性が小さく、ＨＤＤＲ法のプロセスである水素吸収分解及び脱水素再結合反応が阻害されるため、高保磁力を有するＤｙ含有のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系微細結晶を作製して高保磁力を得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑み、ＨＤＤＲ法を用いた磁石粉末に対して、Ｄｙ元素を有効に作用させてＨＤＤＲ粉末の保磁力を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に水素の吸収・放出反応を利用して結晶粒を微細化して得られる高保磁力異方性磁石の製造方法であって、原料インゴットにおいて主相であるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相のＮｄ含有量をＮｄ１，Ｄｙ含有量をＤｙ１とし、粒界部のＮｄ含有量をＮｄ２，Ｄｙ含有量をＤｙ２としたとき、
（Ｄｙ２／（Ｎｄ２＋Ｄｙ２））／（Ｄｙ１／（Ｎｄ１＋Ｄｙ１））＞１．５
である原料インゴットを用いてＨＤＤＲ処理を行うことにより上記課題を解決するに至った。
【０００８】
【発明の効果】
本願発明にあっては、ＨＤＤＲ粉末の保磁力は希土類置換を自由に行うことができなかったため保磁力の大幅な増加は認められなかったが、Ｄｙが偏析した母合金を原料としてＨＤＤＲ処理を行うことによりＤｙを含んだ微細な再結合粒子が容易に得られるため、保磁力を飛躍的に増大させることができる。更にこの粉末を用いた高保磁力異方性磁石の使用温度範囲がより高温にシフトすることが可能となり、産業上の適用範囲が飛躍的に拡大することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における高保磁力異方性磁石の製造方法について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００１０】
（実施例１）
Ｎｄ_{１２．６−Ｘ}Ｄｙ_ＸＦｅ_６３．１Ｃｏ_１７．４Ｂ_６．５Ｚｒ_０．１Ｇａ_０．３組成母合金に対して、Ｘ＝３において、鋳造法により母合金を作成した。得られた母合金をＡｒフロー中で１０００℃において、０−５０ｈ程度の熱処理を行うことによって、Ｄｙ元素の偏析状態を変化させた。
【００１１】
ここで、原料インゴットにおいて主相Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相のＮｄ含有量をＮｄ１，Ｄｙ含有量をＤｙ１とし、Ｄｙリッチ部である粒界部のＮｄ含有量をＮｄ２，Ｄｙ含有量をＤｙ２としたとき、Ｄｙ濃度’Ｃ_Ｄ _ｙ’を’Ｃ_Ｄ _ｙ’＝（Ｄｙ２／（Ｎｄ２＋Ｄｙ２））／（Ｄｙ１／（Ｎｄ１＋Ｄｙ１））で表したときに、’Ｃ_Ｄ _ｙ’の変化に伴う保磁力ＨｃＪの変化を表１及びこの表１の結果をプロットした図１に示す。
（表１）

【００１２】
尚、作用したＨＤＤＲプロセスは公知の条件であり、Ｈ_２フロー及びロータリポンプによる減圧処理を８５０℃で行うことによりＨＤＤＲ処理を行った。
【００１３】
”ＣＤｙ”値、すなわちＤｙ元素の偏析が１．５以上においてＨｃＪの増大が顕著となり、Ｄｙが偏析した母合金の適用の有効性が確認できる。
本実施例でＤｙを含有していない母合金を用いて同一のＨＤＤＲ処理を行った場合のＨｃＪはおよそ１０ｋＯｅ程度であり、これに対してＤｙをＸ＝３含有して、且つ、Ｄｙ元素が偏析していない”ＣＤｙ”値がほぼ１の母合金を用いた場合は、ＨｃＪは５ｋＯｅ程度にまで低下している。これは前述のようにＤｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物相がＨＤＤＲプロセス中で水素吸収相分解及び脱水素再結合反応が十分に行われていないためである。これに対して本発明のＤｙが偏析した、即ち”ＣＤｙ”値＞１．５の母合金を用いた場合には、ＨｃＪは１６〜２２ｋＯｅ程度にまで向上するので非常に有効な手段であると言える（請求項１に対応）。
ここで，各保磁力の磁石の使用温度であるが，磁石の温度特性の評価から，１０ｋＯｅ磁石では，４０℃程度に止まるが，２２ｋＯｅ磁石では１２０℃まで上昇する．
【００１４】
尚、これらのＨＤＤＲ処理粉末の異方性は同程度であることを付記しておく。また、”ＣＤｙ”値が２．５以上の母合金は本実施例では作製することが出来なかった。
【００１５】
（実施例２）
Ｎｄ_{１２．６−Ｘ}Ｄｙ_ＸＦｅ_６３．１Ｃｏ_１７．４Ｂ_６．５Ｚｒ_０．１Ｇａ_０．３組成に対してＸを変化させた。このときの”ＣＤｙ”値は２一定となるように、鋳造された母合金をＡｒ中１０００℃の熱処理を行うことによって調整した。この時の保磁力ＨｃＪと残留磁束密度Ｂｒの変化を示したものが図２である。
図２から明らかなように、Ｘの増加と供に保磁力ＨｃＪは増加するものの、残留磁束密度Ｂｒは低下するため、実用的にはＸ＝５程度が上限となると考えられる（請求項２に対応）。
【００１６】
（実施例３）
実施例１において，”ＣＤｙ”値＝２のＨＤＤＲ粉末を用いて圧縮成形ボンド磁石及び加圧焼結法によるバルク磁石を作製し、粉末の磁気特性とともに磁気特性を以下に示した。
【００１７】
ボンド磁石は３００μｍ以下に粒径を調節したＨＤＤＲ粉末と２ｗｔ％のエポキシ樹脂を混合し、２０ｋＯｅの磁場中で１０ｔｏｎ／ｃｍ^２の加圧力で成形して、その後、１５０℃で固化した（請求項３に対応）。
【００１８】
バルク磁石は同様に３００μｍ以下のＨＤＤＲ粉末を２０ｋＯｅの磁場中で２ｔｏｎ／ｃｍ^２の加圧力で仮成形し、引続き放電プラズマ燒結法で焼結した。焼結温度及び保磁時間は７５０℃×３ｍｉｎ，加圧力は３ｔｏｎ／ｃｍ^２であった（請求項４に対応）。
【００１９】
表２は上記ＨＤＤＲ粉末，ボンド磁石及びバルク磁石の残留磁束密度Ｂｒ，保磁力ＨｃＪ，最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ，密度Ｄを表２に示す。
（表２）

【００２０】
上記から明らかのように、本発明で得られたボンド磁石及びバルク磁石は、原料磁石粉末から予想される磁気特性を示すことが明らかとなり、本発明の高保磁力のボンド磁石及びバルク磁石が実現できた。
【００２１】
（各実施例の作用）
ＨＤＤＲ処理においてＤｙ元素が有効に作用しないのは、原料となる母合金中にＤｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ相が生成し、この相が通常のＨＤＤＲプロセス中で水素吸収・相分解反応しにくいことが原因である。そのため、相分解とその後に生じる再結合反応が行われないため結晶粒の微細化が起こらず、結果的に保磁力の向上が得られていない。
そこで本発明では、出発原料である母合金の中において、主相Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相の粒界部にＤｙリッチな偏析を設けて、意図的にＤｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物を生じていないものを出発原料とする。このＤｙリッチな領域は水素吸収段階において、容易に水素化物（ＤｙＨ_２等）を生成するために、その後の脱水素・再結合反応においてもＤｙ元素を含有しながら反応が進むこととなる。そのためＤｙを含んだ、即ち（Ｎｄ−Ｄｙ）_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物の微細結晶が再結合によって生成されるため、従来のＨＤＤＲ粉末対して飛躍的に保磁力を向上させることが可能となる（請求項１に対応）。
【００２２】
本発明のＤｙが偏析した母合金は鋳造法を用いて作製されるいわゆるブックモールド材において実現できる。この母合金の構造としては、初晶のＦｅ部が存在し、その周囲にＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相が主成分である部分が存在し、その周囲にＤｙに富んだＤｙリッチ部が存在している。
Ｄｙの含有量は５ａｔ％を上限としたが、これは多量のＤｙ置換により材料の保磁力は増加する傾向を示すものの、飽和磁束密度が低下するために、実用的には５ａｔ％程度が上限となると考えられる（請求項２に対応）。
【００２３】
本発明によって得られた高保磁力異方性磁石粉末は一般的なボンド磁石および一般的なバルク磁石として適用が可能である（請求項３，４，５に対応）。その製造方法は特に限定されるものではなく、公知のボンド磁石の製造方法および公知のバルク磁石の製造方法を採用すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における”ＣＤｙ”値に伴う保磁力の変化を表す図である。
【図２】実施例２におけるＮｄ_{１２．６−Ｘ}Ｄｙ_ＸＦｅ_６３．１Ｃｏ_１７．４Ｂ_６．５Ｚｒ_０．１Ｇａ_０．３組成に対するＸの変化に伴う保磁力及び残留磁束密度の変化を表す図である。
【符号の説明】
○ 保磁力
● 残留磁束密度

Claims

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に水素の吸収・放出反応を利用して結晶粒を微細化して得られる高保磁力異方性磁石の製造方法であって、原料インゴットにおいて主相であるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相のＮｄ含有量をＮｄ１，Ｄｙ含有量をＤｙ１とし、粒界部のＮｄ含有量をＮｄ２，Ｄｙ含有量をＤｙ２としたとき、
（Ｄｙ２／（Ｎｄ２＋Ｄｙ２））／（Ｄｙ１／（Ｎｄ１＋Ｄｙ１））＞１．５
である原料インゴットを用いてＨＤＤＲ処理を行うことを特徴とした高保磁力異方性磁石の製造方法。
請求項１に記載の高保磁力異方性磁石の製造方法において、
前記原料インゴットは、Ｄｙが０．０１〜５．０ａｔ％であることを特徴とする高保磁力異方性磁石の製造方法。
請求項１または２記載の高保磁力異方性磁石の製造方法を用いて高保磁力異方性磁石を製造した後、該高保磁力異方性磁石と樹脂とを混合して圧縮成形又は射出成形することを特徴とする高保磁力異方性ボンド磁石の製造方法。
請求項１または２記載の高保磁力異方性磁石の製造方法によって高保磁力異方性磁石を製造した後、該高保磁力異方性磁石粉末を加圧成形することを特徴とする高保磁力異方性バルク磁石の製造方法。
請求項１ないし４いずれか１つに記載の高保磁力異方性磁石，高保磁力異方性ボンド磁石及び高保磁力異方性バルク磁石の製造方法によって得られた高保磁力異方性磁石粉末，高保磁力異方性ボンド磁石及び高保磁力異方性バルク磁石。