JP2005281795A

JP2005281795A - Ｄｙ、Ｔｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石合金およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005281795A
Application number: JP2004098842A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kato; 英治加藤; Tsutomu Ishizaka; 力石坂
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】スクラップ処理された磁歪材を原料としてＮｄ系希土類磁石の磁気特性を向上させる。
【解決手段】Ｔｂ及びＤｙを含有する磁歪材料合金を、少なくともＮｄ，Ｆｅ及びＢを含有する合金粉末と混合し、焼結させることにより、磁気特性、特に保磁力に優れ、残留磁束密度の低下が少ない結晶粒界により多くＴｂ，Ｄｙを含有する、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が得る。また、高価なＴｂ及びＤｙメタルを使用した場合と同等の優れた磁気特性を、ＴｂおよびＤｙを含有したスクラップをもちいることにより得ることができる。粉砕工程において添加するスクラップの量は、保磁力を増加するために１ｗｔ％よりも多く、また、焼結性が低下する事を防ぐために２０ｗｔ％よりも少なくする必要がある。このことにより、工業的価値の高い磁石材料を得ることができる。特に、再生が難しいＴｂおよびＤｙ含有の磁歪材料合金を用いれば、工業的価値は非常に大きい。

Description

本発明は、Ｄｙ、Ｔｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石合金およびその製造方法
に関するものである。

Ｎｄ系希土類−鉄磁石材料においてＮｄの一部をＤｙ、Ｔｂで置換することにより保磁力が向上することは、特許文献１により知られている。しかしながらＤｙ、Ｔｂ、特にＴｂメタルは高価であることから、工業的には一般に使用されてはいなかった。また、ＤｙおよびＴｂを置換することにより保磁力は向上するが、十分な保磁力を得るために置換量を増加させると、残留磁束密度が減少するという問題があった。

また、特許文献２に示すように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石合金を製造するにあたり、Ｔｂ及びＤｙを含有する超磁歪用合金スクラップを磁石用金属原料または合金原料とともに溶融し、ＴｂおよびＤｙの添加されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石合金を製造することが開示されている。しかしながら、原料を合金スクラップとともに溶融、還元・分離・精製し、溶解した後に使用する必要があり、コスト的に問題がある。さらに、重希土類元素が主相結晶粒に多く含まれると残留磁束密度が減少するという問題点があった。
特開昭６０−３２３０６号公報特開平１１−６７５１０号公報

Ｄｙ、Ｔｂ等の重希土類元素を添加することによって保磁力は増加するが、保磁力が２割以上増加する程度に重希土類元素を添加すると残留磁束密度が低下する。

また、重希土類元素は他の元素と比較してコストが高いために希土類永久磁石の製造コストを低減するためには、重希土類元素の添加量をいかにして低減するかということが鍵となる。

本発明者らは上記問題点に鑑み、高価な重希土類元素を極力使用しないで、Ｎｄ系磁石特性の向上について鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させた。すなわち本発明は、使用済みのＤｙ、Ｔｂメタルを含有する磁歪材料合金スクラップを、少なくともＮｄ、Ｆｅ、Ｂまたはこれらを含む合金とを混合して焼結磁石を作製することにより製造した、主相結晶粒よりも、ＴｂまたはＤｙの１種または２種をより多く含む粒界相を有する焼結体Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石合金およびこの製造方法である。

また、磁歪材料合金スクラップはＣｏなどの遷移金属を含有しても良い。さらに、磁歪
材料合金スクラップの混合比率は少ないと特性向上のメリットがないために１％以上とする必要があるが、多すぎるとスクラップからの酸素量が多くなり、焼結性が低下するために２０％以下にする必要がある。通常、磁歪材料合金スクラップは微量の酸素を含んでいるが、その量は焼結磁石合金の０．５ｗｔ％以内が望ましい。

磁歪材料合金スクラップおよび焼結磁石合金を混合する際、水素を吸収し放出することにより希土類合金の体積が増減することを利用して、酸素量が増加することなく均質に粉砕する方法である水素粉砕を用いることができる。

本発明によれば、磁気特性、特に保磁力に優れ、残留磁束密度の低下が少ない結晶粒界により多くＴｂ，Ｄｙを含有する、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が得られる。また、高価なＴｂ及びＤｙメタルを使用した場合と同等の優れた磁気特性を、ＴｂおよびＤｙを含有したスクラップをもちいることにより得ることができる。粉砕工程において添加するスクラップの量は、保磁力を増加するために１ｗｔ％よりも多く、また、焼結性が低下する事を防ぐために２０ｗｔ％よりも少なくする必要がある。このことにより、工業的価値の高い磁石材料を得ることができる。

特に、再生が難しいＴｂおよびＤｙ含有の磁歪材料合金を用いれば、工業的価値は非常に大きい。

本発明はＤｙ、Ｔｂを含有する合金スクラップをそのまま特殊な処理をすることなく焼結磁石の製造用原料として使用するものであり、より詳細には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石合を製造するにあたり、磁歪材料合金を磁石用原料合金と共に粉砕工程にて添加し、Ｄｙ、Ｔｂの添加されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石合金を製造する。
また、Ｄｙ、Ｔｂメタルを含有する合金に、使用済みの磁歪材料合金を用い、少なくともＮｄ、Ｆｅ、Ｂまたはこれらを含む合金とを混合して焼結磁石を作製することにより、安価で高性能なＤｙ、Ｔｂ含有焼結磁石合金を得る。

Ｄｙ，ＴｂをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石合金に含有させることにより保磁力が上がることは特許文献１などにより知られているが、同時に、焼結性が悪くなり残留磁束密度が下がる欠点があった。しかしながら、粉砕工程において、Ｄｙ，Ｔｂを含有する合金スクラップを混合することにより、本発明の特徴である組織を有する合金を製造することができる。本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、よく知られているように、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶粒（ＲはＹを含む希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする遷移金属元素の１種又は２種以上）からなる主相と、この主相よりもＲを多く含む粒界相とを少なくとも含む焼結体から構成される。
本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、焼結体の主相を構成するＲ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶相に含まれる重希土類元素の濃度が、結晶粒界に含まれるより少ないことが特徴である。このことが、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石に高い残留磁束密度を落とすことなく、保磁力を増加する上で重要である。つまり、磁石の磁化を担う主相結晶粒の平均した重希土類元素濃度が平均的に低くなることで、主相結晶粒の飽和磁化（Ｍｓ）が高くなり、結果として焼結体としての残留磁束密度が高くなるものと解される。

本発明に用いる磁歪材料合金スクラップは、Ｄｙ、Ｔｂ約５０〜６０ｗｔ％、Ｆｅ、Ｃｏ約４０〜５０ｗｔ％が含まれているＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金スクラップがよい。Ｆｅは磁石の主成分であり、Ｃｏは耐食性の向上に効果的であり、Ｄｙ、Ｔｂメタルのみを単独で焼結磁石合金に添加するよりも磁歪材料合金スクラップの方が、磁石特性の改善効果が大きいという利点もある。通常、磁歪材料合金スクラップは微量の酸素を含んでいるが、その量は焼結磁石合金の０．５ｗｔ％以内が望ましい。磁歪材料合金スクラップと共に使用する磁石用金属原料は、少なくともＮｄ、Ｆｅ、Ｂまたはこれらを含む合金である。他の金属原料としては例えばＡｌ、Ｃｏ、Ｄｙなどが挙げられる。
焼結磁石の作製は、従来の焼結磁石作製の粉末治金プロセスと同じ工程（溶解→鋳造→粗粉砕→微粉砕→成形→焼結→時効）で行う。

以下、本発明に係る希土類永久磁石を得るための望ましい製造方法について説明する。本実施の形態では、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂを主体とする合金粉末ａ（主相用合金粉末）と、上記磁歪材料合金スクラップを粉砕した粉末ｂと、組成調整用の合金または金属粉末ｃとを用いて本発明に係る希土類永久磁石を製造する方法について示す。但し、ｃを用いずに、所望の磁石組成とすることも可能である。

はじめに、原料金属を真空または不活性ガス、好ましくはＡｒ雰囲気中で溶解し鋳造することにより、ａ及びｃを得る。原料金属としては、希土類金属あるいは希土類合金、純鉄、フェロボロン、さらにはこれらの合金等を使用することができる。得られたインゴットは、凝固偏析がある場合は必要に応じて溶体化処理を行う。その条件は真空またはＡｒ雰囲気下、７００〜１５００℃の領域で１時間以上保持すれば良い。

粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。まず、各母合金の鋳塊を、それぞれ粒径数百μｍ程度になるまで粗粉砕する。粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中にて行うことが望ましい。粗粉砕工程における粉砕性を向上させるために、水素を吸蔵させた後、粗粉砕を行うことが効果的である。粗粉砕工程後、微粉砕工程に移る。微粉砕は、主にジェットミルが用いられ、粒径数百μｍ程度の粗粉砕粉末が、平均粒径３〜５μｍになるまで行われる。ジェットミルは、高圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）を狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粗粉砕粉末を加速し、粗粉砕粉末同士の衝突やターゲットあるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。

磁歪材料合金スクラップの混合は、どの粉砕工程で行っても良い。すなわち、ａ，ｂ及びｃの混合物を粗粉砕行った後、微粉砕を行っても、別々に粗粉砕したものを混合してから微粉砕を行っても、別々に微粉砕まで行ったものを混合しても良い。混合は窒素雰囲気中で行うと酸化が防げる。

また、量産性の点から、磁歪材料合金スクラップの添加は粗粉砕工程で行うことが好ましい。特に、合金を脆化させるために行う水素吸蔵・放出工程で磁歪材料合金の添加を行うことが好ましい。

ａ合金粉末、及びｂ合金スクラップ粉末の混合比率は、重量比で１（ａ合金粉末）：９９（ｂ合金粉末）〜２０（ａ合金粉末）：８０（ｂ合金粉末）程度とすればよい。但し、ｃ合金粉末の混合比率は０を含みできるだけ少ない方がよい。

ｂの混合比率が１％未満では、Ｔｂ及びＤｙによる特性向上のメリットが少なく、２０％を越えると不良材からの酸素量が多くなり焼結性が低下する、もしくは、重希土類元素の比率が上がり、残留磁束密度Ｂｒが下がり実用性が少ない。微粉砕時に、ステアリン酸亜鉛等の添加剤を０．０１〜０．３ｗｔ％程度添加することにより、成形時に配向性の高い微粉を得ることができる。次いで、混合粉末を、電磁石に囲まれた金型内に充填し、磁場印加によってその結晶軸を配向させた状態で磁場中成形する。この磁場中成形は、８００〜１５００ｋＡ／ｍの磁場中で、８０〜１６０ＭＰａ前後の圧力で行えばよい。

磁場中成形後、その成形体を真空または不活性ガス雰囲気中で焼結する。焼結温度は、組成、粉砕方法、粒度と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、１０００〜１２００℃で１〜５時間程度焼結すればよい。焼結後、得られた焼結体に時効処理を施すことができる。この工程は、保磁力Ｈｃｊを制御する重要な工程である。時効処理を二段に分けて行う場合には、８００℃近傍、６００℃近傍での所定時間の保持が有効である。

次に、本発明の実施例について説明する。Ｔｂ：２４ｗｔ％、Ｄｙ：３６ｗｔ％、Ｆｅ：４０ｗｔ％の組成で作製された磁歪材料合金スクラップを分析し、Ｎｄ−Ｆｅ−B組成の合金と共に水素を吸収し放出させることにより粉砕した。その際、Ｎｄ、Ｂ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｄｙ及びＦｅを表１の１〜３に示す組成となるように、秤量して上記の両原料を高圧窒素ガスを用いたジェットミルにて平均粒径５μｍに微粉砕した。得られた微粉末を１５００ｋＡ／ｍの磁場中で配向させながら、約１００ＭＰａの圧力でプレス成形した。ついで、この成形体をＡｒ雰囲気の焼成炉内にて１０７０℃で１時間焼結させ、さらに５３０℃で１時間熱処理を施して急冷させサンプルＮｏ．１〜３の磁石を作製した。その分析値、混合重量比および磁気特性の測定結果を表１に記す。

Ｔｂ：２４ｗｔ％、Ｄｙ：３６ｗｔ％、Ｆｅ：３８ｗｔ％、Ｃｏ：２ｗｔ％の組成で作製された磁歪材料合金スクラップを分析し、Ｎｄ−Ｆｅ−B組成の合金と共に水素を吸収し放出させることにより粉砕した。その際、Ｎｄ、Ｂ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｄｙ及びＦｅを表１の１に示す組成となるように、秤量して上記の両原料を高圧窒素ガスを用いたジェットミルにて平均粒径５μｍに微粉砕した。その他は、上記と同じ条件で、サンプルＮｏ．５の磁石を作製した。その分析値、混合重量比および磁気特性の測定結果を表１に併記する。

比較例

Ｔｂ及びＤｙ合金スクラップを使用せずに、表１に記載の組成とした以外は実施例と同じ条件で、ルＮｏ．５の磁石を作製した。その分析値、混合重量比および磁気特性の測定結果を表１に併記する。

磁歪材料合金の添加を行わず、かつＴｂ及びＤｙメタルを２ｗｔ％使用して実施例１と同じ組成とした以外は、実施例１と同じ条件でサンプルＮｏ．６の磁石を作製した。その分析値、混合重量比および磁気特性の測定結果、磁気特性を表１に併記する。

試料Ｎｏ．１〜３に示すように、Ｔｂ及びＤｙの比率を増加することにより保磁力Ｈｃｊを増加させることができるが、残留磁束密度Ｂｒは減少する。

また、試料Ｎｏ．４に示すように、Ｔｂ，Ｄｙ，ＦｅにＣｏよりなる磁歪材料合金スクラップを用いても、Ｔｂ，Ｄｙ及びＦｅよりなる磁歪材料合金スクラップを用いたものと同等の磁気特性が得られた。

試料Ｎｏ．１と６の比較で示すように、磁歪材料合金スクラップを本発明の混合方法で作製した焼結磁石合金は、保磁力は同等であるが、残留磁束密度の低下は少なかった。溶解原料合金で作製した場合は、主相粒および粒界のＴｂおよびＤｙ比率は同等であるが、磁歪材料合金スクラップを利用したな場合は、主相粒に比較して粒界に含有されるＴｂおよびＤｙが多いため、残留磁束密度の低下が小さい。

本発明によれば、磁気特性、特に保磁力に優れ、残留磁束密度の低下が少ない結晶粒界により多くＴｂ，Ｄｙを含有する、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が得られる。また、高価なＴｂ及びＤｙメタルを使用した場合と同等の優れた磁気特性を、ＴｂおよびＤｙを含有したスクラップをもちいることにより得ることができる。特に、再生が難しいＴｂおよびＤｙ含有の磁歪材料合金を用いれば、工業的価値は非常に大きい。

Claims

Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ化合物（ただし、ＲはＹを含む希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする１種又は２種以上の遷移金属元素）からなる主相結晶粒と、Ｔｂ、Ｄｙを含有する合金スクラップを、少なくともＲ、Ｔ、Ｂを含む原料に添加し、粉砕後焼結することにより、前記主相結晶粒よりも、ＴｂまたはＤｙの１種または２種をより多く含む粒界相とを備えることを特徴とするＴｂ、Ｄｙ含有焼結磁石合金の製造方法。
合金スクラップが磁歪材料合金スクラップであることを特徴とする請求項１に記載のＴｂ、Ｄｙ含有焼結磁石合金の製造方法。
前期粉砕工程が水素粉砕であることを特徴とする請求項１および２に記載のＴｂ、Ｄｙ含有磁石合金の製造方法。
磁歪材料合金スクラップがＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ合金スクラップである請求項１〜３に記載のＴｂ、Ｄｙ含有焼結磁石合金の製造方法。
前記ＴｂとＤｙの合計を１〜２０ｗｔ％含有する請求項１〜４に記載のＴｂ、Ｄｙ含有焼結磁石合金の製造方法。
前記ＴｂとＤｙの重量比をＴｂ／Ｄｙ＝０．２５〜１．００とする請求項１〜５に記載のＴｂ、Ｄｙ含有焼結磁石合金の製造方法。
Ｏ_２含有量が０．５ｗｔ％以下である請求項１〜６に記載のＴｂ、Ｄｙ含有焼結磁石合金の製造方法。