JP2005527989A - ナノ結晶性希土類永久磁石材料、ナノコンポジット希土類永久磁石材料、およびこれら磁石材料の製造法 - Google Patents

ナノ結晶性希土類永久磁石材料、ナノコンポジット希土類永久磁石材料、およびこれら磁石材料の製造法 Download PDF

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Abstract

ナノ結晶性希土類永久磁石材料とナノコンポジット希土類永久磁石材料、およびこれらの磁石を製造するための方法が提供されている。本発明の磁石材料は等方性であっても、あるいは異方性であってもよく、希土類高含量相を含まない。本発明の磁石材料は、ナノメートルスケールの粒子を含み、潜在的な高い最大エネルギー積、高い残留磁気、および高い固有保磁力を有する。これらの特性を有する磁石材料は、磁気アニーリングと急速な熱処理を含めた方法を使用することによって製造される。

Description

本発明は希土類永久磁石材料に関し、さらに詳細には、等方性のナノ結晶性希土類永久磁石材料、等方性のナノコンポジット希土類永久磁石材料、異方性のナノ結晶性希土類永久磁石材料、異方性のナノコンポジット希土類永久磁石材料、および前記磁石材料の製造法に関する。
現在の等方性のナノコンポジット希土類磁石材料は、残留磁気が低く、減磁曲線の直角度（squareness）が良くなく、最大エネルギー積が小さい。等方性のナノコンポジット磁石は現在、粉末またはリボンの形態にて入手することができる。こうした粉末またはリボンは、接着された磁性材料に造り上げることができるが、しかし磁気性能が40〜50%程度低下することがある。
したがって、当業界においては、より高い残留磁気、減磁曲線の良好な直角度、およびより大きな最大エネルギー積を有するような、等方性のナノ結晶性希土類永久磁石材料やナノコンポジット希土類永久磁石材料だけでなく、異方性のナノ結晶性希土類永久磁石材料やナノコンポジット希土類永久磁石材料が求められている。さらに、リボン、粉末、および接着磁石の形態においてだけでなく、バルク磁石材料としても高い磁気性能を有するナノ結晶性希土類永久磁石材料とナノコンポジット希土類永久磁石材料が求められている。さらに、低コストのナノ結晶性希土類永久磁石材料とナノコンポジット希土類永久磁石材料を製造するというニーズがある。
これらのニーズは、高い残留磁気(Br)、減磁曲線の良好な直角度、および大きな最大エネルギー積(BH(max))を有する、ナノコンポジットであっても、あるいはナノ結晶性であってもよい希土類永久磁石材料組成物をもたらす本発明によって満たされる。本発明の磁石材料は希土類高含量相を含まない。本発明の磁石材料は、等方性であっても、あるいは異方性であってもよく、また粉末粒子、フレーク、リボン、接着磁石、またはバルク磁石のいずれの形態であってもよい。これらの特性を有する磁石材料は、磁気アニーリングや急速加熱処理を含めた方法を使用することによって製造される。
1つの実施態様においては、約1nm〜約400nmの平均粒径と、少なくとも1種の希土類と少なくとも１種の遷移金属とを含んだ組成物、とを含む希土類永久磁石材料が提供される。前記少なくとも1種の希土類と少なくとも１種の遷移金属とが化合物を形成する。前記少なくとも1種の希土類が、前記化合物における前記希土類の化学量論量以下の量にて前記磁石中に存在する。前記磁石材料が充分な密度を有していて、等方性バルク構造物または異方性バルク構造物から選択される。さらに、前記磁石材料がナノ結晶性希土類磁石またはナノコンポジット希土類磁石から選択される。
本発明の磁石材料はさらに、RxT100-x-y-zMyLzから選択される原子百分率にて規定される式を有する組成物を含んでよい。Rは、少なくとも１種の希土類物質、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約2〜約16.7であり；yは約0〜約20であり；そしてzは約0〜約16である。
他の実施態様においては、約1nm〜約400nmの平均粒径と、少なくとも1種の希土類と少なくとも１種の遷移金属とを含んだ組成物、とを含む希土類永久磁石材料が提供される。前記少なくとも1種の希土類と少なくとも１種の遷移金属とが化合物を形成する。前記少なくとも1種の希土類が、前記化合物における前記希土類の化学量論量以下の量にて前記磁石中に存在する。前記磁石材料が異方性構造物を含み、ナノ結晶性希土類磁石粉末またはナノコンポジット希土類磁石粉末から選択される。
他の実施態様においては、希土類高含量相を含まない少なくとも１種の希土類-遷移金属合金を供給すること；前記少なくとも１種の合金を粉末形にて配置すること；前記粉末形を前記合金の結晶化温度より低い温度で圧縮して成形体(compacts)を作製すること；DC、パルスDC、AC電流、または渦電流から選択される直接加熱法を使用して、前記の粉末もしくは粉末成形体を高温で急速にプレスすること；および理論密度値に近いか又は等しい密度を有するバルク磁石を形成させること；を含む磁石材料の製造法が提供される。本発明の製造法は、少なくとも１種の合金を前記粉末形にて配置する前に、前記少なくとも1種の合金と添加剤とを混合することをさらに含んでもよい。本発明の製造法は、前記粉末形を圧縮する前に、少なくとも2種の合金粉末を一緒にブレンドすることをさらに含んでもよい。本発明の製造法は、前記成形体を急速にプレスする前に、弾性応力を使用して前記成形体を結晶化させることをさらに含んでもよい。本発明の製造法は、前記成形体を急速にプレスする前に、前記成形体を磁場において結晶化させることさらに含んでもよい。本発明の製造法は、前記粉末を急速にプレスした後に、前記磁石を圧潰することをさらに含んでもよい。
さらに他の実施態様においては、希土類高含量相を含まない少なくとも１種の希土類-遷移金属合金を供給すること；前記少なくとも１種の合金を粉末形にて配置すること；前記粉末形を前記合金の結晶化温度より低い温度で圧縮して成形体を作製すること；約2kpsi〜約10kpsiの圧力を使用して前記成形体すなわちバルク磁石を熱変形処理すること；および少なくとも25MGOeの最大磁気エネルギー積を有する異方性磁石を形成させること；を含む磁石材料の製造法が提供される。本発明の製造法は、前記成形体すなわちバルク磁石を熱変形処理した後に前記磁石を圧潰することをさらに含んでもよい。本発明の製造法は、前記粉末形を圧縮する前に前記粉末形に結合剤を加えることをさらに含んでもよい。
本発明のこれらの特徴と利点、および他の特徴と利点は、本発明についての以下の説明を添付図面を参照しつつ考察することでより理解が深まるであろう。ここで注記しておかなければならないことは、特許請求の範囲に規定されている範囲は、特許請求の範囲に記載の詳述によって規定されているのであって、本明細書に記載の特徴と利点に関する特定の説明によって規定されているではない、という点である。
本発明は、希土類高含量相を含有しない、ナノ結晶性であっても、あるいはナノコンポジットであってもよい希土類永久磁石を提供する。本発明の磁石は、等方性であっても、あるいは異方性であってもよい。本発明の磁石は、ナノメータースケールの粒子を含み、潜在的な高い最大エネルギー積(BH(max))、高い残留磁気(Br)、および高い固有保磁力を有する。これらの特性を有する磁石は、磁気アニーリング法や急速加熱法を含めた方法を使用することによって製造される。
“ナノ結晶性”とは、ナノ結晶性希土類永久磁石が、希土類-遷移金属化合物の化学量論における含量とほぼ同等の希土類含量を有するナノ粒子磁石である、ということを意味している。したがって本発明の磁石は本質的に、希土類高含量相も磁気的にソフトな相も含まない。“ナノコンポジット”とは、ナノコンポジット希土類永久磁石が、希土類-遷移金属化合物の化学量論における含量より低い希土類含量を有するナノ粒子磁石である、ということを意味している。したがって、ナノコンポジット希土類永久磁石材料中には、磁気的にハードな相と磁気的にソフトな相が存在する。
さらに詳細には、ある1つの実施態様においては、希土類の含量が希土類-遷移金属化合物の化学量論より少ない。他の実施態様においては、本発明の組成物中に存在する希土類物質の平均含量が希土類-遷移金属化合物の化学量論より少ない。この点については下記にて詳細に説明する。本発明の組成物中に使用される材料の平均粒径は約1ナノメートル〜約400ナノメートルであり、さらに詳細には約3ナノメートル〜約300ナノメートルである。
本発明の磁石は、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される一般式を有する組成物を含んでよい。Rは、少なくとも１種の希土類、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択される。前記少なくとも１種の希土類は、Nd、Sm、Pr、Dy、La、Ce、Gd、Tb、Ho、Er、Eu、Tm、Yb、Lu、MM(ミッシュメタル)、Y、およびこれらの組み合わせ物から選択することができる。Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択される。遷移金属としては、Fe、Co、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、およびCdなどがあるが、これらに限定されない。Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択される。これらの元素としては、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Sb、およびBiなどがあるが、これらに限定されない。Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物である。
xの値は、当該磁石材料がベースにしている対応した希土類-遷移金属化合物の化学量論における希土類含量のほぼ同等以下である。xは、一般には約2〜約16.7である。yは、一般には約0〜約25である。Zは、一般には約0〜約16である。言うまでもないが、yがゼロに等しい場合は、組成物中にMは存在しない。同様に、zがゼロに等しい場合は、組成物中にLは存在しない。
磁石材料中に存在するRの量は、当該磁石材料がベースにしている希土類-遷移金属化合物の化学量論に依存する。Rの量は、化学量論組成物中に存在するRの量のほぼ同等以下である。磁石材料中のRの量を、希土類-遷移金属化合物における希土類の化学量論量以下にすることによって、磁石材料中に希土類高含量相が存在しなくなる。“希土類高含量相”とは、希土類の量が化学量論化合物における希土類の量より多いある相が磁石中に存在している、ということを意味している。
例えば、1つの実施態様においては、ナノ結晶性またはナノコンポジットの磁石材料はRT5化合物をベースにしており、RT5化合物中に存在するRの量は16.7原子パーセントである。したがって、磁石中に存在するRの量は、化合物がRT5であるときは16.7原子パーセント以下である。磁石材料中に存在するRの量は、希土類-遷移金属化合物の化学量論が変わるにしたがって変わる。他の実施態様においては、ナノ結晶性またはナノコンポジットの磁石材料はRT7化合物をベースにしており、磁石中に存在するRの量は、該化合物中に存在するRの量以下である。RT7の場合、存在するRの量は12.5原子パーセントである。したがって、磁石材料中に存在するRの量は、該化合物がRT7であるときは12.5原子パーセント以下であり、この量は、該化合物がRT5である場合の上記の例とは異なる量である。
さらに他の実施態様においては、ナノ結晶性またはナノコンポジットの磁石材料はR2T17化合物をベースにしており、このときRの量は約10.5原子パーセントである。したがって、磁石材料中に存在するRの量は約10.5原子パーセント以下である。さらに他の実施態様においては、ナノ結晶性またはナノコンポジットの磁石材料はR2T14M化合物をベースにしており、このときRの量は約11.8原子パーセントである。したがって、磁石材料中に存在するRの量は約11.8原子パーセント以下である。上記には幾つかの特定の化合物が説明されているが、本発明はこれらの化合物に限定されず、ナノ結晶性またはナノコンポジットの磁石材料は他の化合物をベースにすることもできる、ということは言うまでもない。
前述したように、磁石材料中に存在するRの量が希土類-遷移金属化合物の化学量論におけるRの量に等しいとき、磁石材料はナノ結晶性となる。しかしながら、磁石材料中に存在するRの量が希土類-遷移金属化合物の化学量論におけるRの量より少ないとき、磁石材料はナノコンポジットとなる。磁石材料がナノコンポジット磁石であるとき、磁石材料は磁気的にソフトな粒子を含む。磁気的にソフトな粒子は、Fe、Co、Fe-Co、Fe3B、またはFe、Co、もしくはNiを含有する他のソフトな磁性材料であってよい。
xとyの量も、化合物に応じて変わる。下記の表1は、式RxT100-x-yMyLzに関して上記した化合物を使用して、x、y、およびzに対する値を示している。
Figure 2005527989
言うまでもないことであるが、磁気的にハードな粒子と磁気的にソフトな粒子との間の界面における交換カップリング(exchange coupling)を高めるために、合金中の不純物は最小限に抑えなければならない。なぜなら、幾らかの不純物原子が粒界に存在するようになり、このことが界面における交換カップリングを弱めるからである。
本発明の磁石材料は、粉末粒子、フレーク、またはリボンのいずれの形態であってもよく、またバルク磁石材料であっても、接着磁石材料であっても、非接着磁石材料であってもよい。本発明の磁石はさらに、等方性であっても異方性であってもよい。“等方性”とは、磁石材料中の粒子の容易な磁化方向がランダムに分散されるということを意味しており、したがって全体的に見ると、磁石材料は、種々の異なった方向に沿って基本的に同じ磁気特性を有する。“異方性”とは、磁石材料中の粒子の容易な磁化方向が、特定の方向に整列されるということを意味しており、したがって磁石は、種々の異なった方向に沿って異なった磁気特性を有する。粉末、フレーク、およびリボンをさらに加工してバルク磁石材料を製造することができる。“バルク”とは、磁石が、独立した比較的大きなサイズと質量(例えば、約3mmより大きく、約1グラムより重い)を有するということを意味している。磁石は充分に緻密であってよく、このことは、磁石の密度がその理論X線密度に等しいか又は近いということを意味している。さらに、本発明の磁石は非接着磁石であってもよく、このことは、バルク磁石を製造するためのプロセス時に結合剤が使用されないということを意味している。本発明の磁石はさらに接着磁石であってもよい。“接着された(bonded)”とは、磁石が結合剤を使用して製造されているということを意味している。磁石が接着により製造される場合、結合剤は、エポキシ、ポリエステル、ナイロン、ゴム、軟質金属、または軟質合金のいずれであってもよい。軟質金属は、Sn、Zn、およびこれらの組み合わせ物から選択することができる。軟質合金は、Al-Mg、Al-Sn、AL-Znおよびこれらの組み合わせ物から選択することができる。
上記の方法によって製造される等方性バルク磁石材料は、少なくとも10MGOeの(BH)maxを有してよく、さらに詳細には約10MGOe〜約20MGOeの(BH)maxを有してよい。等方性バルク磁石材料はさらに、約8kG〜約10kGの残留磁気を有してよい。上記の方法によって製造される異方性バルク磁石材料と異方性粉末磁石材料は、少なくとも25MGOeの(BH)maxを有してよく、さらに詳細には約25MGOe〜最大約90MGOeの、そして約30MGOe〜約90MGOeの(BH)maxを有してよい。異方性磁石材料はさらに、約11〜最大約19kGの残留磁気を有する。
本発明の磁石材料はさらに、約5kOe〜約20kOeの固有保磁力を有してよく、さらに詳細には約6kOe〜約15kOeの固有保磁力を有してよい。充分に緻密なナノコンポジット希土類バルク磁石(bulk fully dense nanocomposite rare earth magnets)は約0.5cm〜約15cmのサイズを有してよく、さらに詳細には約1cm〜約6cmのサイズを有してよい。
本発明の磁石は、種々の異なった方法によって製造することができる。これらの方法はいずれも、真空誘導やアーク溶解を使用して少なくとも１種の合金を製造することから始まる。1つの実施態様においては、熱変形温度より低い融点を有する金属もしくは合金、または熱変形温度より低い融点を有する金属もしくは合金の混合物を少量にて使用することができる。金属および合金としては、Mg、Sr、Ba、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Sn、Sb、Bi、Se、Te、I(ヨウ素)、これらの合金、および約950℃より低い融点を有する他の全ての合金がある。溶融時に、少なくとも1種の合金に添加剤または添加剤の混合物を加える。これとは別に、添加剤または添加剤の混合物を、ホットプレス法(後述)を行う前に希土類-遷移金属合金粉末とブレンドすることもできる。
適切な従来法(例えば、溶融紡糸、機械的合金化、高エネルギーの機械的微粉砕、放電加工、プラズマ溶射、または微粒化)によって、少なくとも1種の合金を粉末粒子の形態で配置させる。溶融紡糸は一般に、約20m/s〜約50m/sのホイール表面線速度(a wheel surface linear speed)で行われる。機械的合金化は一般に、約5時間〜約80時間にわたって行われる。作製された粉末粒子は、非晶質またはナノ粒子の状態になっている。前述したように、少なくとも１種の合金を粉末粒子の形態をとっているとして説明しているけれども、少なくとも１種の合金は、フレーク、リボン、またはこれらの類似物の形態をとっていてもよく、これらのフレークやリボンを、さらなる処理の前に圧潰して粉末にする、ということは言うまでもない。1つの実施態様においては、少なくとも2種の合金粉末を一緒にブレンドする。一般に、ある合金粉末は、希土類-遷移金属化合物の化学量論における含量より高い希土類含量を有するが、他のある合金粉末は、希土類-遷移金属化合物の化学量論における含量より低い希土類含量を有する。合金粉末はどちらも、希土類-遷移金属化合物の化学量論より低い希土類含量を有してよい。
少なくとも１種の合金が非晶質またはナノ粒子の状態の粉末粒子形態をとった後、適用する方法は、所望する磁石材料の種類に応じて異なる。磁石の製造において使用される主要な方法は急速ホットプレス(rapid hot press)である。急速ホットプレス工程においては、粉末を加熱し、プレスし、そして冷却する。急速ホットプレスは、ダイとプレスしようとする金属材料とを加熱するのに誘導加熱を使用する。圧力を解放した後、急速冷却を行うためにチャンバーにヘリウムガスを導入することができる。ダイ材料は、WCスチール等の高強度金属材料であってよい。少なくとも1つの実施態様では、ホットプレス法において、粉末または粉末成形体を、DC、パルスDC、AC電流(ジュール熱)、または渦電流熱(誘導加熱)を使用して直接加熱する。“直接加熱する”とは、上記した種々の電流が、圧縮しようとする粉末粒子を直接通り抜ける、ということを意味している。急速ホットプレスの圧力は約10kpsi〜約30kpsiであってよい。急速ホットプレスの温度は約600℃〜約1100℃であってよい。
急速ホットプレスは、減圧雰囲気、不活性雰囲気、または還元性雰囲気のいずれにおいても行うことができる。不活性雰囲気が適用される場合は、一般にはアルゴンが使用される。還元性雰囲気が適用される場合は、一般には水素ガスが使用される。急速ホットプレス工程は、一般には約0.5分〜約5分行われ、さらに詳細には約2分〜約3分行われる。急速ホットプレスをこうした短時間で行うことによって、成形体内における結晶粒の成長を抑えることができる。
特定の磁石材料を製造するのに使用される方法を以下に説明する。本発明の理解をより深めるために、方法の説明に続いて実施例を記載する。
充分に緻密な等方性のナノ結晶性希土類バルク永久磁石およびナノコンポジット希土類バルク永久磁石
図1を参照すると、充分に緻密な等方性のナノ結晶性希土類バルク永久磁石およびナノコンポジット希土類バルク永久磁石を合成するための方法が説明されている。第1の工程50は、前述したように、合金の粉末、フレーク、またはリボンを作製すること、次いで必要に応じてそれらを圧潰して粉末形態にすること55である。合金を粉末形態にした後、合金を前述したような急速ホットプレス法65にて処理して、充分に緻密な等方性のナノ結晶性希土類バルク永久磁石およびナノコンポジット希土類バルク永久磁石71を製造する。
充分に緻密な異方性のナノ結晶性希土類バルク永久磁石およびナノコンポジット希土類バルク永久磁石
充分に緻密な異方性のナノ結晶性永久磁石およびナノコンポジット永久磁石を合成することができる。ハードな粒子とソフトな粒子の容易な磁化方向を充分に整列させることができ；したがって、磁気的にハードな粒子と磁気的にソフトな粒子との界面に均一で強い交換カップリングが存在してよい。
3つの異なった方法(弾性応力結晶化法、磁気結晶化法、および熱変形法)のうちの1つを使用して、異方性のナノコンポジット希土類バルク永久磁石を合成することができる。図1に示すように、これら3つの方法のそれぞれにおける第1の工程50は、上記したように、粉末、リボン、またはフレークを作製することである。これら3つの方法のそれぞれを、以下に個別に説明する。
弾性応力結晶化法
この方法は4つの主要な工程を含む。第1の工程50は、非晶質合金もしくはナノ粒子合金の粉末、フレーク、またはリボンを作製し、前述のように、必要に応じてこれらを圧潰して粉末にすること55である。第2の工程60は、室温または対応する非晶質合金の結晶化温度より低い温度、および約5kpsi〜約30kpsiの圧力にて粉末を圧縮することである。圧縮温度は、どのような結晶化や粒成長も防止するために、殆どの場合において約400℃より高くしてはならない。粉末の圧縮は、従来のダイプレス、ホットプレス、ホットロール、高温静水圧プレス、動的磁気圧縮器、または当業界において使用されているあらゆる適切な装置によって行うことができる。
圧縮後、生の成形体を応力結晶化工程63に付し、このとき成形体は、約500℃〜約800℃の温度にて約5秒から最大約2時間にわたって結晶化される。言うまでもないが、温度は合金系の種類に応じて変わってよい。結晶化は、強くて均一な弾性応力の下で行われる。応力は、約2kpsi〜約20kpsiの圧力にて加えられる。弾性応力は一般に、対応する温度において、磁気的にハードな粒子の降伏強さを超えない。
加えられた弾性応力により、容易な磁化方向が誘起される。合金系の種類と合金系の組成に応じて、この容易な磁化方向は、応力方向に対して垂直であってもよいし、あるいは容易な磁化方向は、応力方向に対して平行であってもよい。応力結晶化は、減圧雰囲気、不活性雰囲気、または還元性雰囲気において行われる。不活性雰囲気が適用される場合、一般にはアルゴンガスが使用される。還元性雰囲気が適用される場合、一般には水素ガスが使用される。
応力結晶化工程63の後に、合金成形体を、前述したような急速ホットプレス65にて処理して、密度をさらに高め、機械的強度を向上させ、充分に緻密な異方性のナノ結晶性希土類バルク永久磁石およびナノコンポジット希土類バルク永久磁石70を製造することができる。
さらに、磁石を熱変形にて処理して、その異方性と磁気性能をより高めることができる。熱変形工程は一般に、約1分〜約60分にわたって行われ、さらに詳細には約2分〜約30分にわたって行われる。粉末成形体または粉末に加える圧力は約2kpsi〜約10kpsiであってよい。熱変形工程時に使用される温度は約630℃〜1050℃であってよい。歪み速度は10-4/秒〜約10-2/秒であってよい。“歪み速度”とは、単位時間当たりの相対的な変形の量を意味している。熱変形工程は、減圧雰囲気、不活性雰囲気、または還元性雰囲気において行うことができる。不活性雰囲気が適用される場合、一般にはアルゴンガスが使用される。還元性雰囲気が適用される場合、一般には水素ガスが使用される。
磁気結晶化法
この方法は4つの主要な工程を含み、第1と第2の工程については上記したとおりである。第1の工程55は、前述したように非晶質またはナノ粒子の合金粉末55を作製する工程である。第2の工程60は、弾性応力結晶化法に関して前述したように粉末を圧縮する工程である。
圧縮工程60の後に、成形体を磁気結晶化工程62に付す。磁気結晶化工程62中、強力な磁場にて成形体を熱処理する。強力な磁場とは、約5000Oeより高い磁場を意味している。磁場は、熱処理時において容易な軸(easy axis)が磁場の方向に対して平行となっている状態で、永久的な一軸異方性を生じるよう充分に高くなければならない。一軸異方性とは、容易な磁化方向が、1つの特定の結晶軸だけに沿っているということを意味している。磁場強度は、約6kOe〜約15kOeまたはそれ以上であってよい。言うまでもないが、温度は、成形体を作製するのに使用される合金の種類に応じて変わる。成形体は、約500℃〜約800℃の温度にて約5秒から最大約2時間にわたってアニールすることができる。磁気結晶化は、減圧雰囲気、不活性雰囲気、または還元性雰囲気において行うことができる。不活性雰囲気が適用される場合、一般にはアルゴンガスが使用される。還元性雰囲気が適用される場合、一般には水素ガスが使用される。
アニーリング時、非晶質または部分的に非晶質の合金において結晶化が起こる。磁気的にハードな粒子と磁気的にソフトな粒子の両方が磁気結晶化温度より高いキュリー温度を有するとき、結晶化した粒子の容易な磁化方向を、加えた磁場の方向と整合させるような態様にて、磁気結晶化が起こることがあり、これにより結晶磁気エネルギー(magneto-crystalline energy)が最小限に抑えられる。
例えば、非晶質Sm2Co17/Coナノコンポジット材料の結晶化温度は約600℃〜約700℃であり、ハードな粒子のキュリー温度(約920℃)およびソフトな粒子のキュリー温度(約1120℃)よりかなり低い。したがって、Sm2Co17/Coナノコンポジット材料を磁気アニーリングすると、異方性のSm2Co17/Coナノコンポジット材料が得られる。
磁気的にハードな粒子が磁気結晶化温度より低いキュリー温度を有する場合、直接的な整列(direct alignment)には至らないことがある。例えば、Nd2Fe14B/α-Feナノコンポジット磁石中の磁気的にハードな粒子のキュリー温度は312℃であり、非晶質合金の結晶化温度(約550℃〜650℃であってよい)よりかなり低い。しかしながら、特定の理論に拘束されるつもりはないけれども、適切な磁気アニーリングによってNd2Fe14B/α-Feタイプの異方性ナノコンポジット磁石が得られると考えられる。
Nd2Fe14B/α-Feタイプの非晶質合金をアニールすると、先ずα-Fe粒子が約560℃で結晶化し、一方、ハードなNd2Fe14B粒子は650〜700℃という大幅に高い温度で結晶化する。結晶化アニーリングの初めに強力な磁場を加えれば、α-Fe粒子の容易な磁化方向を整列させることができる。なぜなら、α-Feのキュリー温度(780℃)は結晶化温度より高いからである。この段階に次いで、より高い温度において、Nd2Fe14B粒子が結晶化すると、界面自由エネルギーを下げるために、凝集性の核形成と、あらかじめ整列させたα-Fe粒子と一緒になった成長とが起こりやすくなる。このように、磁気的にハードなNd2Fe14B粒子は間接的に整列させることができる。
磁気結晶化工程62の後、合金成形体を、前述したような急速ホットプレス65にて処理して、密度をさらに高め、機械的強度を向上させて、充分に緻密な異方性のナノ結晶性希土類バルク永久磁石およびナノコンポジット希土類バルク永久磁石70を製造することができる。
さらに、磁石を熱変形法にて処理して、その異方性と磁気性能をより高めることができる。熱変形法が使用される場合、熱変形工程は、一般には約1分〜約60分間にわたって行われ、さらに詳細には約2分〜約30分間にわたって行われる。粉末成形体または粉末に加える圧力は約2kpsi〜約10kpsiであってよい。熱変形工程時に使用される温度は約630℃〜約1050℃であってよい。歪み速度は10-4/秒〜約10-2/秒であってよい。“歪み速度”とは、単位時間当たりの相対的な変形量を意味している。熱変形工程は、減圧雰囲気、不活性雰囲気、または還元性雰囲気において行うことができる。不活性雰囲気が適用される場合、一般にはアルゴンガスが使用される。還元性雰囲気が適用される場合、一般には水素ガスが使用される。
熱変形法
この方法は3つの主要な工程を含み、第1と第2の工程については上記したとおりである。第1の工程55は、前述したように非晶質またはナノ粒子の合金粉末55を作製する工程である。第2の工程60は、弾性応力結晶化法に関して前述したように粉末を圧縮する工程である。これとは別に、この圧縮工程60は、前述したような急速ホットプレス法を使用して行うこともできる。次の工程では、熱変形法に対して一般にはダイアップ・セッティング(a die-up setting)が使用される。熱変形法が施されている間、結晶化(非晶質成形体が使用されている場合)と塑性流動が同時に起こる。特定の理論に拘束されるつもりはないけれども、熱変形法適用時における粒子の回転運動(grain rotation)と選択的な粒子成長の結果、異方性の磁石が得られるものと考えられる。容易な磁化方向は、印加応力に平行であってよい。熱変形が完了した後、ヘリウムガスをチャンバー中に導入して、約250℃〜約350℃の温度に急速冷却することができる。
熱変形工程は、一般には約1分〜約60分にわたって行われ、さらに詳細には約2分〜約30分にわたって行われる。粉末成形体または粉末に加える圧力は約2kpsi〜約10kpsiであってよい。熱変形工程時に使用する温度は約630℃〜約1050℃であってよい。歪み速度は10-4/秒〜約10-2/秒であってよい。“歪み速度”とは、単位時間当たりの相対的な変形量を意味している。熱変形工程は、減圧雰囲気、不活性雰囲気、または還元性雰囲気において行うことができる。不活性雰囲気が適用される場合、一般にはアルゴンガスが使用される。還元性雰囲気が適用される場合、一般には水素ガスが使用される。
熱変形を施そうとする成形体が異方性磁石材料である場合は、熱変形64によって結晶磁気異方性を確実に得ることができる。熱変形を施そうとする成形体が、前述したような弾性応力結晶化または磁気結晶化を使用して製造された異方性磁石材料である場合は、熱変形によって異方性を高めることができる。
焼結処理した従来のNd-Fe-B磁石および熱変形処理した従来のNd-Fe-B磁石を合成する際には、一般には希土類高含量相が使用される。希土類高含量相の役割は、焼結処理とホットプレスと熱変形処理とを施したNd-Fe-B磁石に確実に充分な密度をもたせ、亀裂を生じることなく熱変形を行うことを可能にすることである。希土類高含量相の融点は約685℃であり、熱変形は、一般には700℃より高い温度で行われる。特定の理論に拘束されるつもりはないけれども、希土類高含量相が熱変形プロセスにおいて溶融し、当該変形に対して滑剤(a lubricant)として作用する、と考えられる。希土類高含量相の役割はさらに、熱変形処理時に必要とされる結晶組織の形成を容易にし、これによって異方性磁石を形成させることである。最後に、希土類高含量相の役割は、従来の焼結処理とホットプレスと熱変形処理とを施したNd-Fe-B磁石に有用な保磁力を生じさせることである。
本発明に含まれるナノ結晶性磁石とナノコンポジット磁石においては、希土類高含量相が存在しない。さらに、ナノコンポジット磁石においては、希土類の含量が、希土類-遷移金属化合物の化学量論量における含量より少なく、したがって磁気的にソフトな相(例えばα-Fe)が存在する。ナノ結晶性の希土類永久磁石においては、高い一軸結晶磁気異方性が高い保磁力に対する典型的な要件である。特定の理論に拘束されるつもりはないけれども、ナノ構造の永久磁石材料においては、保磁力と結晶磁気異方性との間に直接的なつながりが確立されると考えられる。したがって、本発明においては、保磁力を発現させるのに希土類高含量相はもはや必要とされない。
熱変形を使用する場合には、追加の工程を組み込むことができる。これらの追加工程は、亀裂の生成を防止するのに、そして異方性のナノ結晶性希土類磁石やナノコンポジット希土類磁石を合成するのに役立つ。第一は、ナノ結晶性希土類磁石やナノコンポジット希土類磁石を製造するのにパウダー・ブレンディング(powder blending)を使用することである。例えば、異方性のナノコンポジットR10Fe84B6磁石は、R13Fe81B6粉末とR6Fe88B6粉末との適切な混合物をホットプレスおよび熱変形することによって製造することができる。局在化した希土類高含量相が存在すると、熱変形および結晶組織の形成に対して有用であると考えられる。この方法の詳細については実施例22と23に記載されている。
他の工程は、低い融点を有する少なくとも1種の金属または少なくとも1種の合金を磁石合金中に加えるという工程である。こうした少なくとも1種の金属または少なくとも1種の合金は滑剤として作用することがあり、したがって熱変形と結晶組織の形成を容易にすることがある。高純度金属の他に、約700℃未満の融点を有する合金も、この目的に対して使用することができる。この種の金属と合金およびそれらの融点を表2に示す。これらの低融点の金属または合金は、溶融紡糸工程、機械的合金化工程、または他の粉末製造工程の前の溶融時において磁石合金中に加えることができる。これとは別に、これらの低融点の金属または合金を、ホットプレスの前に希土類-遷移金属合金粉末と混合することもできる。
Figure 2005527989
ホットプレスと熱変形のための設備も、ホットプレス後に得られる密度に影響を及ぼすことがあり、熱変形プロセスに影響を及ぼすことがある。加熱装置はホットプレスのプロセスに対して強く影響を及ぼす。ホットプレスしようとする粉末をDC、パルスDC、もしくはAC電流(ジュール熱)を使用して、または渦電流(渦電流熱)を使用して直接加熱すると、理論密度値に等しいか又は極めて近い高い密度を、ホットプレス後に容易に得ることができる。しかしながら、ホットプレスしようとする粉末を輻射加熱を使用して加熱すると、ホットプレス後に高い密度を得ることが困難であることがある。
ダイの材料も、ホットプレスのプロセスに影響を及ぼすことがある。一般的に使用されているグラファイトダイよりむしろ硬質のWCスチール材料で造られたダイを使用することができ、このことにより、40kpsi以上という高い圧力を加えること、およびダイの完全性を保持することが可能となる。ホットプレス時、薄い炭化物フィルムを滑剤として使用して、粉末とダイとの間の摩擦を少なくすることができる。
異方性のナノ結晶性・ナノコンポジット接着希土類磁石材料
異方性のナノ結晶性・ナノコンポジット接着希土類磁石材料を合成するための方法を説明する。第1の工程50(前述)は、合金を粉末粒子55にて作製することである。
次に、粉末粒子を磁気結晶化工程62に付す。前述したように、磁気結晶化工程時に、粉末を強力な磁場にて熱処理する。磁場強度は、約6kOe〜約15kOeまたはそれ以上であってよい。粉末粒子は、約500℃〜約800℃の温度にて、約5秒〜最大約2時間にわたってアニールすることができる。磁気結晶化は、減圧雰囲気、不活性雰囲気、または還元性雰囲気において行うことができる。不活性雰囲気が適用される場合、一般にはアルゴンガスが使用される。還元性雰囲気が適用される場合、一般には水素ガスが使用される。前述したように、このプロセスにより、異方性のナノ結晶性粉末粒子またはナノコンポジット粉末粒子66が得られる。
異方性の粉末粒子を結合剤と組み合わせて使用して、異方性のナノ結晶性またはナノコンポジット接着希土類磁石72を製造することができる。結合剤の重量%は約1重量%〜約10重量%である。結合剤は、エポキシ、ポリエステル、ナイロン、ゴム、軟質金属もしくは合金、およびこれらの組み合わせ物から選択することができる。次いで、合金粉末と結合剤との混合物を、約10kOeを超える強力な磁場にて約10kpsi〜約50kpsiの圧力をかけて圧縮する。
異方性のナノ結晶性またはナノコンポジット接着希土類磁石を合成する別の方法は、前述した3つの方法のうちの1つにて作製される、充分に緻密な異方性のナノ結晶性希土類バルク磁石またはナノコンポジット希土類バルク磁石70を圧潰する75という方法である。この充分に緻密な異方性のナノ結晶性希土類バルク磁石またはナノコンポジット希土類バルク磁石は、適切な装置を使用することで、約1ミクロン〜約400ミクロンの粉末粒子に、さらに詳細には約50ミクロン〜約200ミクロンの粉末粒子に圧潰することができる。これらの粉末粒子を前述したような結合剤と組み合わせて、異方性のナノ結晶性またはナノコンポジット接着希土類磁石72を作製することができる。表3と4には、溶融紡糸、ホットプレス、および熱変形にて処理したナノコンポジット磁石の、それぞれ処理温度(T)、圧力(P)、歪み(印加が可能な場合)、密度、および磁気特性がまとめてある。
Figure 2005527989
Figure 2005527989
以下に実施例を挙げて本発明をさらに説明する。言うまでもないが、本発明がこれらの実施例によって限定されることはない。
実施例1〜11に対しては、PARモデル155振動サンプル磁気探知器を使用して磁気特性を測定した。
(実施例1)
図2には、Nd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6合金の磁化の温度依存性が示されている。合金を20〜50m/sの速度で溶融紡糸し、次いで室温で圧縮した。溶融紡糸した非晶質Nd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6合金を加熱すると、10kOeのDC磁場におけるその磁化が約450℃まで急激に低下した。合金を引き続き加熱すると、磁化が急激に増大し、約550℃でピークに達した。550℃における合金の磁化は、380℃における磁化の２倍を超えている。(Nd,Pr,Dy)2Fe14Bのキュリー温度は約300℃である。450℃〜550℃における磁化の急激な増大は、α-Fe相の結晶化が起こっていることを示している。α-Feは体心立方晶構造を有する。その結晶磁気異方性はNd2Fe14B化合物と比較してより小さい。しかしながら、それでもその値は、5×105erg/cm3という大きな値である。
実施例2〜6に対しては、合金を2〜50m/sの速度で溶融紡糸し、次いで室温で圧縮した。得られた成形体を磁気結晶化に付し、磁場をかけて、あるいは磁場をかけないで成形体をアニールした。
(実施例2)
図3には、溶融防止したNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6磁石合金の固有保磁力に及ぼす磁気アニーリングの影響が示されている。合金を565℃〜720℃の温度で30秒アニールした。磁気アニーリングのための磁場強度は12kOeであった。アニーリングにおいて加える磁場が保磁力に及ぼす影響は、特により高い温度にてアニールすると明らかである。720℃でアニールすると、固有保磁力の向上は14%にもなる。
(実施例3)
図4には、溶融紡糸したNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6磁石合金の残留磁気に及ぼす磁気アニーリングの影響が示されている。アニーリング温度は約565℃〜約720℃であり、アニーリング時間は30秒である。磁気アニーリングのための磁場強度は12kOeであった。残留磁気に対する磁気アニーリングの最良の効果は640℃でアニールしたときに得られ、向上は7%である。
(実施例4)
図5には、溶融紡糸したNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6磁石合金の最大エネルギー積に及ぼす磁気アニーリングの影響が示されている。アニーリング温度は約565℃〜約720℃であり、アニーリング時間は30秒である。磁気アニーリングのための磁場強度は12kGであった。エネルギー積に対する磁気アニーリングの最良の効果は640℃でアニールしたときに得られ、向上は19%である。
(実施例5)
図6には、溶融紡糸したNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6を、磁場を加えない状態と12kOeのDC磁場を加えた状態で640℃にて30秒アニールした場合の減磁曲線が示されている。アニール中に磁場を加えると、残留磁気、固有保磁力、および最大エネルギー積が増大した。
(実施例6)
図7には、溶融紡糸したNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6磁石合金の磁気特性に及ぼす磁気アニーリングにおける磁場強度の影響が示されている。アニーリングは、660℃にて30秒行った。磁気アニールにおいては、磁場を9kOeに増大させると磁気性能が向上し、次いでさらに磁場を12kOeに増大させても時期性能は殆ど変わらなかった。
実施例7と8においては、合金を約5〜80時間にわたって機械的に粉砕し、次いで室温で圧縮した。次いで成形体を磁気結晶化に付し、磁場を加えた状態と加えない状態でアニールした。
(実施例7)
表5は、機械的に微粉砕したSmCo9.5合金とSm(Co0.88Fe0.12)9.5合金を、磁場を加えない状態と10kOeの磁場を加えた状態で、660℃にて5分、または750℃にて1分アニールした場合の磁気特性を示している。表5において、Fは、10kOeの磁場を加えた状態でのアニールを表わしている。NFは、磁場を加えない状態でのアニールを表わしている。磁場を加えないでアニールしたサンプルと比較すると、10kOeの磁場においてアニールしたSmCo9.5合金およびSm(Co0.88Fe0.12)9.5合金に関しては、固有保磁力MHc、残留磁気Br、および最大磁気エネルギー積(BH)maxが改善されている。
Figure 2005527989
図8には、機械的に合金化したナノコンポジットSmCo9.5を、磁場を加えない状態と10kOeのDC磁場を加えた状態にて750℃で1分アニールした場合の減磁曲線が示されている。2種の磁石合金の最大エネルギー積は、それぞれ11.1MGOeおよび14.6MGOeである。磁気アニーリングによる最大エネルギー積の改善は31.5%である。
(実施例8)
機械的に合金化したナノ結晶性SmCo7を、SPEX8000ミル/ミキサーを使用してアルゴン中にて16時間微粉砕し、次いで、磁場を加えない状態と12kOeの磁場を加えた状態にて750℃で1分アニールした。最大エネルギー積は約10.6MGOeであり、このことは、磁場を加えない状態でのアニールよりも改善されていることを示している。さらに、残留磁気は7.2kGsであり、この場合も、磁場を加えないでアニールした合金よりも改善されている。
実施例9〜11の場合は、合金を約5〜80時間にわたって機械的に微粉砕し、次いで室温で圧縮する。成形体を、磁場を加えないでアニールする。
(実施例9)
図9には、機械的に合金化したナノ結晶性YCo5磁石およびナノコンポジット(100−x)重量%YCo5/x重量%α-Fe磁石(x=5,10,および15)を750℃で2分間アニールした場合の減磁曲線が示されている。ナノ結晶性YCo5磁石は、ほぼ12kOeという高い保磁力を有する。
(実施例10)
図10には、機械的に合金化したナノコンポジット90重量%YCo4.5＋10重量%α-Fe合金を、それぞれ660℃で2分間および750℃で2分間アニールした場合の減磁曲線が示されている。本磁石合金の保磁力はアニーリング温度の影響を受けやすいことがわかる。
(実施例11)
図11には、機械的に合金化したナノコンポジットY10Fe83.1Cr0.9B6とY10Fe78Cr6B6を660℃で2分間アニールした場合の減磁曲線が示されている。Y12Fe14B化合物は、Nd2Fe14B化合物と比較して一定の、比較的低い結晶磁気異方性を有する。FeをCrで置き換えると、Y12Fe14Bの結晶磁気異方性を増大させることができ、したがってナノコンポジット磁石におけるその保磁力を増大させることができる。
実施例12〜30では、誘導溶融を使用して磁性合金が製造される。次いで溶融紡糸を使用して、約20〜約50m/sのホイール表面線速度を有するリボンを作製する。次いでリボンを、約100〜約300ミクロンの粉末粒子に圧潰する。各実施例に対するホットプレス条件と熱変形条件が必要に応じて記載されている。直径1.27cmの円柱状試料を使用する閉回路磁気特性化(closed circuit magnetic characterizations)は、ヒステリシスグラフ(KJSアソシエーツから市販のモデルHG-105)を室温にて使用して行った。走査電子顕微鏡法(SEM)を使用して、JEOL JSM-840Aで熱変形処理した磁石の破断面を観察した。透過電子顕微鏡法(TEM)と制限視野電子回折法(SAED)を使用して微細構造を観察し、ホットプレス・熱変形処理した磁石の結晶構造を分析した。
(実施例12)
図12には、溶融紡糸とホットプレスを施したナノコンポジットおよびナノ結晶性(Nd,Pr,Dy)2Fe14B/α-Feベース磁石に対する密度の依存性、および従来のホットプレスNd-Fe-B磁石との比較が示されている。希土類の含量が約13.5原子%より低いと、従来のホットプレス磁石においては充分な密度に達することができない。しかしながら、本発明において説明されているホットプレスしたナノ磁石の場合は、4原子%〜13.5原子%の範囲の希土類を含有する磁石に対して充分な密度に達することができる。化学量論組成を有する従来のホットプレスNd-Fe-B磁石の場合、得られる密度は6.8g/cm3である。しかしながら、本検討において、ホットプレスしたナノコンポジット磁石に対しては、希土類の含量が4原子%という少量であっても充分な密度が達成された。
(実施例13)
図13には、溶融紡糸・ホットプレスしたPr9Fe81.2Co4Nb0.3B5.5の固有保磁力の、ホットプレス温度に対する依存性が示されている。ホットプレス温度が低くなるほど、保磁力が高くなる。
(実施例14)
図14には、ホットプレスの圧力と磁気特性との関係が示されている。残留磁気Br、固有保磁力MHc、および最大エネルギー積(BH)maxに対しては高いホットプレス圧力が好ましい。
(実施例15)
図15には、Nd2.2Pr2.8Dy1Fe83Co5B6の、ホットプレスした充分に緻密な異方性バルク磁石試料の減磁曲線と磁気特性が示されている。本磁石は、650℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。磁石の密度は7.64g/cm3である。本磁石の公称希土類総含量は6原子%である。本磁石の希土類総含量の金属部分は約5.7原子%である。磁石中のα-Fe含量は約46容量%である。
(実施例16)
図16には、Nd8Pr1.4Dy0.5Fe78.3Co5.9Ga0.1B5.8の、ホットプレスした充分に緻密な異方性バルク磁石試料の減磁曲線と磁気特性が示されている。本磁石は、700℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。磁石の密度は7.65g/cm3である。本磁石の公称希土類総含量は9.9原子%である。本磁石の希土類総含量の金属部分は約9.6原子%である。磁石中のα-Fe含量は約16容量%である。
(実施例17)
図17には、Nd11.8Fe77.2Co5.5B5.5の、ホットプレスした充分に緻密な異方性バルク磁石試料の減磁曲線と磁気特性が示されている。本磁石は、680℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。磁石の密度は7.66g/cm3である。本磁石の希土類総含量の金属部分は約11.5原子%である。磁石中のα-Fe含量は約2容量%である。
(実施例18)
図18には、Nd10.7Pr0.7Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.4B5.6の、ホットプレス(点線)および熱変形処理(実線)した磁石試料の減磁曲線が示されている。ホットプレスしたNd10.7Pr0.7Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.4B5.6は、約8kGの残留磁気と約13MGOeの最大エネルギー積を有する異方性磁石である。熱変形処理したNd10.7Pr0.7Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.4B5.6は、約12kGの残留磁気と約31MGOeの最大エネルギー積を有する異方性磁石である。磁石中の希土類総含量は11.6原子%である。しかしながら、プロセシング時に少量の希土類酸化物が形成されることで、希土類含量の金属部分は約11.3原子%に低下する。本磁石中のα-Fe含量は約4容量%であると推定される。本磁石は、650℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。熱変形処理は、760℃にて5ksiの圧力で行った。熱変形処理時の高さの減少は55%であった。
(実施例19)
図19には、ホットプレス(点線)および熱変形処理(実験)したナノコンポジットNd10.3Pr0.8Dy0.3B5.9Co3.6Fe79.1の減磁曲線が示されている。ホットプレスしたNd10.3Pr0.8Dy0.3B5.9Co3.6Fe79.1は、約8kGの残留磁気と約13MGOeの最大エネルギー積を有する等方性磁石である。熱変形処理したNd10.3Pr0.8Dy0.3B5.9Co3.6Fe79.1は、約12kGの残留磁気と約26.9MGOeの最大エネルギー積を有する異方性磁石である。磁石中のα-Fe含量は約5容量%であると推定される。
(実施例20)
図20には、ホットプレス(点線)および熱変形処理(実験)したナノコンポジットNd9.7P1Dy0.3B5.7Co6.1Ga0.3Fe76.9の減磁曲線が示されている。ホットプレスしたNd9.7P1Dy0.3B5.7Co6.1Ga0.3Fe76.9は、8kGを超える残留磁気と約13MGOeの最大エネルギー積を有する等方性磁石である。熱変形処理したNd9.7P1Dy0.3B5.7Co6.1Ga0.3Fe76.9は、約11kGの残留磁気と約22MGOeの最大エネルギー積を有する異方性磁石である。磁石中のα-Fe含量は約8原子%である。
(実施例21)
図21には、Nd9.2Pr1Dy0.3Fe77.3Co6.1Al0.2Ga0.2B5.7の、ホットプレスおよび熱変形処理した磁石試料の減磁曲線と磁気特性が示されている。本磁石は、700℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。熱変形処理は、850℃にて5ksiの圧力で行った。熱変形処理時の高さの減少は39%であった。本磁石中の希土類含量の金属部分は10.2原子%であり、コンポジット磁石試料中のα-Fe相は約11容量%である。このレベルのα-Fe含量においては、これまでに得られている最大エネルギー積は20〜25MGOeの範囲である。理解しておかなければならないことは、本熱変形磁石の残留磁気が比較的低いのは、飽和磁化がより低いからではなく、粒子の整列が比較的良くないからである、という点である。
(実施例22)
図22には、Nd10.8Pr0.6Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.2Al0.2B5.6の、ホットプレスおよび熱変形処理した磁石試料の減磁曲線と磁気特性が示されている。本磁石は、670℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。熱変形処理は、820℃にて5kpsiの圧力で行った。熱変形処理時の高さの減少は60%であった。本磁石の最大エネルギー積は35.3MGOeである。本磁石の公称希土類総含量は11.6原子%であり、本磁石中の希土類含量の金属部分は約11.3原子%である。コンポジット磁石試料中のα-Fe相は4容量%である。本磁石は、それぞれ13原子%と6原子%の希土類を含有する2種の磁石合金粉末をブレンドすることによって製造した。
(実施例23)
図23には、Nd10.8Pr0.6Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.2Al0.2B5.6の、ホットプレスおよび熱変形処理した磁石試料の減磁曲線と磁気特性が示されている。本磁石は、670℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。熱変形処理は、920℃にて3kpsiの圧力で行った。熱変形処理時の高さの減少は60%であった。本磁石の最大エネルギー積は38.6MGOeである。本磁石中の希土類含量の金属部分は約11.3原子%であり、コンポジット磁石試料中のα-Fe相は約4容量%である。本磁石の公称希土類総含量は11.6原子%である。本磁石は、それぞれ13原子%と6原子%の希土類を含有する2種の金属合金をブレンドすることによって製造した。
(実施例24)
図24には、Nd10.5Pr0.8Dy0.3Fe78.9Co3.6B5.9の異方性磁石試料の容易な磁化方向(easy magnetization direction)と困難な磁化方向(difficult magnetization direction)に沿って特性化された減磁曲線が示されている。これらの2つの異なった方向に沿って、残留磁気はそれぞれ4.6kGおよび12kGであり、最大エネルギー積はそれぞれ4MGOeおよび31MGOeである。コンポジット磁石試料中のα-Fe相は約4容量%である。
(実施例25)
図25には、Nd9.2Pr1Dy0.3Fe77.3Co6.1Ga0.2Al0.2B5.7の、ホットプレスおよび熱変形処理した磁石試料の誘導減磁曲線と反跳透磁性(recoil permeability)が示されている。本磁石の磁気特性は、Br=11.6kG、MHc=7.4kOe、BHc=6.1kOe、(BH)max=24MGOeである。こうした数値から、本ナノコンポジット磁石は、1.3〜1.4という高い反跳透磁性〔従来の焼結Nd-Fe-B磁石の値(1.0〜1.05)よりかなり高い〕を有するということがわかる。
本磁石は、700℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。熱変形処理は、850℃にて5kpsiの圧力で行った。熱変形処理時の高さの減少は39%であった。本磁石中の希土類含量の金属部分は10.2原子%であり、コンポジット磁石試料中のα-Fe相は約11容量%である。
(実施例26)
図26には、ナノコンポジットNd9.2Pr1Dy0.3Fe77.5Co6.1Ga0.2B5.7の、温度と10kGにおける磁化の変化との関係が示されている。本磁石は、650℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。熱変形処理は、750℃にて5kpsiの圧力で行った。熱変形処理時の高さの減少は42%であった。本磁石中の希土類含量の金属部分は10.7原子%であり、コンポジット磁石試料中のα-Fe相は約8容量%である。この数値は、このナノコンポジット磁石の2つの顕著なキュリー温度(1つは、2:14:1相に対する約380℃のキュリー温度；もう1つは、Fe-Co相に対する約830℃のキュリー温度)を明確に示している。
(実施例27)
ある種のナノコンポジット磁石〔特に、高い融点を有する元素(たとえばNbやTi)を含有する磁石、およびB含量の高い磁石〕は熱変形させるのが困難である。低融点の金属または合金を加えると、熱変形と結晶組織の形成が効果的に容易になることがある。
表6には、熱変形プロセスに及ぼす幾つかの低融点添加剤の影響がまとめてある。磁石合金Nd11.7Fe81Nb1.4B5.9とNd4Fe75B21は熱変形させるのが極めて困難である、ということが表6からわかる。Nd11.7Fe81Nb1.4B5.9磁石合金を、それぞれ880℃、1000℃、および1030℃で熱変形させようとしたが、高さの減少は全く観察されなかった。同様に、磁石合金Nd4Fe75B21を760℃と1000℃で熱変形させようとしたが、高さの減少は全く観察されなかった。
しかしながら、低融点の金属(たとえば、Mg、Zn、Sn、In、およびBi)をNd11.7Fe81Nb1.4B5.9またはNd4Fe75B21に加えると、熱変形処理を行うことができ、このとき高さの減少は10〜60%である。しかしながら、Alに関しては全く効果が観察されなかった。
Figure 2005527989
(実施例28)
図27aと27bには、熱変形処理したNd9.3Pr1Dy0.3Fe77.4Co6.1Ga0.2B5.7のフラクション表面が示されている。本磁石を溶融紡糸し、次いで650℃でホットプレスした。次いで磁石を750℃で熱変形処理した。図26aは磁化の低い表面を示しており(スケール・バー：1ミクロン)、図26bは磁化の高い表面を示している(スケール・バー：100nm)。表面は、熱変形処理時は応力方向に平行である。
図28には、熱変形処理したNd9.3Pr1Dy0.3Fe77.4Co6.1Ga0.2B5.7のTEM画像と制限視野電子回折パターン(挿入図として)が示されている。電子回折パターンは、2:14:1プラスα-Fe相構造を示している。平均約50nmの粒子が示されている。
(実施例29)
図29には、ホットプレスしたNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6のTEM画像と制限視野電子回折パターン(挿入図として)が示されている。本合金は、溶融紡糸し、次いで930℃にて20kpsiの圧力で3分ホットプレスした。粒子が非常に小さいので、TEMは個々の粒子を識別することができない。電子回折パターンは、極めて微細なクリスタライトと非晶質相を示している。
(実施例30)
図30a、30b、および30cには、Nd10.4Pr1Dy0.3Fe76.1Co6.1Ga0.2Al0.2B5.7のホットプレスおよび熱変形処理した磁石試料の10kOeでの4πM、残留磁気Br、およびBrと10kOeでの4πMとの比に及ぼす熱変形量の影響がそれぞれ示されている。本磁石は、650℃にて25kpsiの圧力でホットプレスした。熱変形処理は、760℃にて、異なった量の熱変形に応じて5〜12kpsiの圧力で行った。本磁石中の希土類含量の金属部分は11.4原子%であり、コンポジット磁石試料中のα-Fe相は約3容量%である。本磁石の公称希土類総含量は11.7原子%である。
本発明を詳細に、そして本発明の好ましい実施態様を参照しつつ説明してきたが、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形や改善形が可能であることは明らかであろう。さらに詳細に言えば、本発明の幾つかの態様が、本明細書においては好ましい態様または特に有利な態様として記載されているけれども、本発明は、必ずしもこれらの好ましい態様に限定されるわけではない。
等方性のナノ結晶性希土類永久磁石材料、等方性のナノコンポジット希土類永久磁石材料、異方性のナノ結晶性希土類永久磁石材料、および異方性のナノコンポジット希土類永久磁石材料を製造するのに使用されるプロセスの流れ図である。 10kOeのDC磁場におけるNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6に対する比磁化(specific magnetization)の温度依存性を示したグラフである。 Nd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6の固有保磁力に及ぼす磁気アニーリング影響を示したグラフである。 Nd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6の残留磁気に及ぼす磁気アニーリングの影響を示したグラフである。 Nd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6の最大エネルギー積に及ぼす磁気アニーリングの影響を示したグラフである。 Nd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6の減磁曲線に及ぼす磁気アニーリングの影響を示したグラフである。 660℃で30秒間アニールしたNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6の磁気特性に及ぼす、磁気アニーリングにおける印加磁場の強度の影響を示したグラフである。 磁場をかけた場合とかけない場合の、750℃でアニールしたナノコンポジットSmCo9.5磁石の減磁曲線を示したグラフである。 750℃で2分間アニールした、ナノコンポジット(100-x)重量%YCo5+x重量%α-Fe合金の減磁曲線を示したグラフである。 660℃と750℃で2分間アニールした、機械的に合金化された90重量%YCo4.5+10重量%α-Fe合金の減磁曲線を示したグラフである。 660℃で2分間アニールしたナノコンポジットY10Fe83.1Cr0.9B6とナノコンポジットY10Fe78Cr6B6の減磁曲線を示したグラフである。 希土類の含量に対するホットプレス磁石の密度の依存性を示したグラフである。 ホットプレス温度に対する固有保磁力の依存性を示したグラフである。 ホットプレスの圧力と磁気特性との関係を示したグラフである。 ホットプレスした等方性Nd2.2Pr2.8Dy1Fe83Co5B6の減磁曲線を示したグラフである。 ホットプレスした等方性Nd8Pr1.4Dy0.5Fe78.3Co5.9Ga0.1B5.8の減磁曲線を示したグラフである。 ホットプレスした等方性Nd11.8Fe77.2Co5.5B5.5の減磁曲線を示したグラフである。 ホットプレスし熱変性させたNd10.7Pr0.7Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.4B5.6の減磁曲線を示したグラフである。 ホットプレスし熱変性させたNd10.3Pr0.8Dy0.3B5.9Co3.6Fe79.1磁石の減磁曲線を示したグラフである。 ホットプレスし熱変性させたNd9.7Pr1Dy0.3B5.7Co6.1Ga0.3Fe76.9磁石の減磁曲線を示したグラフである。 ホットプレスし熱変性させた磁石試料Nd9.2Pr1Dy0.3Fe77.3Co6.1Al0.2Ga0.2B5.7の減磁曲線と磁気特性を示したグラフである。 ブレンディングパウダー法(blending powder method)を使用して、660℃でホットプレスし820℃で熱変形処理したナノコンポジットNd10.8Pr0.6Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.2Al0.2B5.6の減磁曲線を示したグラフである。 ブレンディングパウダー法を使用して、660℃でホットプレスし920℃で熱変形処理したナノコンポジットNd10.8Pr0.6Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.2Al0.2B5.6の減磁曲線を示したグラフである。 Nd10.5Pr0.8Dy0.3Fe78.9Co3.6B5.9の容易な磁化方向および困難な磁化方向に沿って特性化された減磁曲線を示したグラフである。 反跳透磁性を示すNd9.2Pr1Dy0.3Fe77.3Co6.1Ga0.2Al0.2B5.7の誘導減磁曲線を示したグラフである。 Nd9.3Pr1Dy0.3Fe77.5Co6.1Ga0.2B5.7に関して、温度と10kOeでの磁化との関係を示したグラフである。 熱変形処理したNd9.3Pr1Dy0.3Fe77.4Co6.1Ga0.2B5.7の破断面の顕微鏡写真である。 熱変形処理したNd9.3Pr1Dy0.3Fe77.4Co6.1Ga0.2B5.7の破断面の顕微鏡写真である。 熱変形処理したNd9.3Pr1Dy0.3Fe77.4Co6.1Ga0.2B5.7の、選定部位における電子回折パターンの顕微鏡写真である。 熱変形処理したNd2.4Pr5.6Dy1Fe85B6の、選定部位における電子回折パターンの顕微鏡写真である。 Nd10.4Pr1Dy0.3Fe76.1Co6.1Ga0.2Al0.2B5.7の10kOeでの4πMに及ぼす熱変形量の影響を示したグラフである。 Nd10.4Pr1Dy0.3Fe76.1Co6.1Ga0.2Al0.2B5.7の残留磁気に及ぼす熱変形量の影響を示したグラフである。 Nd10.4Pr1Dy0.3Fe76.1Co6.1Ga0.2Al0.2B5.7の10kOeでのBr/4πM比に及ぼす熱変形量の影響を示したグラフである。

Claims (64)

  1. 少なくとも1種の希土類と少なくとも１種の遷移金属とを含んだ、約1nm〜約400nmの平均粒径を有する希土類永久磁石材料であって、
    前記少なくとも1種の希土類と前記少なくとも１種の遷移金属とが希土類-遷移金属化合物を形成し、
    前記少なくとも1種の希土類が、前記化合物における前記希土類の化学量論量以下の量にて前記磁石中に存在し、
    前記磁石が充分な密度を有し、
    前記磁石が、等方性バルク構造と異方性バルク構造から選択されるバルク構造を有し、そして
    前記磁石が、ナノ結晶性希土類磁石またはナノコンポジット希土類磁石から選択される、
    前記希土類永久磁石材料。
  2. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類物質、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約2〜約16.7であり；yは約0〜約20であり；そしてzは約0〜約16である、請求項1記載の磁石材料。
  3. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類物質、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約3〜約16.7であり；yは約0〜約20であり；zは約0〜約16であり；そして前記組成物中に存在するRの量が約16.7原子パーセント以下である、請求項1記載の磁石材料。
  4. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類物質、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約3〜約12.5であり；yは約0〜約20であり；zは約0〜約16であり；そして前記組成物中に存在するRの量が約12.5原子パーセント以下である、請求項1記載の磁石材料。
  5. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類物質、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約3〜約10.5であり；yは約0〜約20であり；zは約0〜約16であり；そして前記組成物中に存在するRの量が約10.5原子パーセント以下である、請求項1記載の磁石材料。
  6. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類物質、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約2〜約11.8であり；yは約2〜約25であり；zは約0〜約16であり；そして前記組成物中に存在するRの量が約11.8原子パーセント以下である、請求項1記載の磁石材料。
  7. 前記化合物がRT5、RT7、R2T17、およびR2T14Mから選択される、請求項1記載の磁石材料。
  8. 前記磁石材料が、希土類-遷移金属化合物におけるRの化学量論量にほぼ等しい量のRを含む、請求項7記載の磁石材料。
  9. 前記磁石材料が、希土類-遷移金属化合物におけるRの化学量論量より少ない量のRを含む、請求項7記載の磁石材料。
  10. 前記磁石材料が、Co、Fe-Co、およびFe3Bから選択される磁気的にソフトな相をさらに有する、請求項9記載の磁気材料。
  11. 前記希土類が、Nd、Sm、Pr、Dy、La、Ce、Gd、Tb、Ho、Er、Eu、Tm、Yb、ミッシュメタル、Y、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項1記載の磁石材料。
  12. 前記遷移金属が、Fe、Co、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Cd、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項1記載の磁石材料。
  13. 前記Mが、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項2記載の磁石材料。
  14. 前記Lが、Al、Mg、Zn、Ga、Se、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Ba、Tl、Bi、Al-Cu、Al-Ge、Al-In、Al-Mg、Al-Sn、Al-Zn、Bi-Mg、Bi-Mn、Ba-I、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項2記載の磁石材料。
  15. 前記バルク構造がホットプレス法または類似の方法によって得られる、請求項1記載の磁石材料。
  16. 前記バルク構造が熱変形法または類似の方法によって得られる、請求項1記載の磁石材料。
  17. 前記磁石材料が異方性であって、少なくとも25MGOeの最大磁気エネルギー積を有する、請求項1記載の磁石材料。
  18. 前記磁石材料が異方性であって、約25MGOe〜約90MGOeの最大磁気エネルギー積を有する、請求項1記載の磁石材料。
  19. 前記磁石材料が等方性であって、約10MGOe〜約20MGOeの最大磁気エネルギー積を有する、請求項1記載の磁石材料。
  20. 前記磁石材料が等方性であって、少なくとも10MGOeの最大磁気エネルギー積を有する、請求項1記載の磁石材料。
  21. 約3ナノメートル〜約300ナノメートルの平均粒径を有する、請求項1記載の磁石材料。
  22. 前記磁石材料が等方性のナノ結晶性希土類磁石である、請求項1記載の磁石材料。
  23. 前記磁石材料が等方性のナノコンポジット希土類永久磁石である、請求項1記載の磁石材料。
  24. 前記磁石材料が異方性のナノ結晶性希土類磁石である、請求項1記載の磁石材料。
  25. 前記磁石材料が異方性のナノコンポジット希土類永久磁石である、請求項1記載の磁石材料。
  26. 前記磁石材料が約5kOe〜約20kOeの固有保磁力を示す、請求項1記載の磁石材料。
  27. 前記磁石材料が約6kOe〜約15kOeの固有保磁力を示す、請求項1記載の磁石材料。
  28. 前記磁石材料が約7kG〜約19kGの残留磁気を示す、請求項1記載の磁石材料。
  29. 前記磁石材料が約8kG〜約17kGの残留磁気を示す、請求項1記載の磁石材料。
  30. 前記磁石材料が約0.5cm〜約15cmのサイズを有する、請求項1記載の磁石材料。
  31. 前記磁石材料が約1cm〜約6.0cmのサイズを有する、請求項1記載の磁石材料。
  32. 少なくとも1種の希土類と少なくとも１種の遷移金属とを含んだ、約1nm〜約400nmの平均粒径を有する希土類永久磁石材料であって、
    前記少なくとも1種の希土類と前記少なくとも１種の遷移金属とが希土類-遷移金属化合物を形成し、
    前記少なくとも1種の希土類が、前記化合物における前記希土類の化学量論量以下の量にて前記磁石材料中に存在し、
    前記磁石材料が異方性構造を有し、そして
    前記磁石材料が、ナノ結晶性希土類磁石粉末またはナノコンポジット希土類磁石粉末から選択される、
    前記希土類永久磁石材料。
  33. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約2〜約16.7であり；yは約0〜約20であり；そしてzは約0〜約16である、請求項32記載の磁石材料。
  34. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約3〜約12.5であり；yは約0〜約20であり；zは約0〜約16であり；そして前記組成物中に存在するRの量が約12.5原子パーセント以下である、請求項32記載の磁石材料。
  35. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約3〜約10.5であり；yは約0〜約20であり；zは約0〜約16であり；そして前記組成物中に存在するRの量が約10.5原子パーセント以下である、請求項32記載の磁石材料。
  36. 前記磁石材料が、RxT100-x-y-zMyLzのような原子百分率にて規定される式を有する組成物を含み、このときRは、少なくとも１種の希土類、イットリウム、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Tは、少なくとも１種の遷移金属および遷移金属の組み合わせ物から選択され；Mは、第IIIA族元素中の少なくとも１種の元素、第IVA族元素中の少なくとも１種の元素、第VA族元素中の少なくとも1種の元素、およびこれらの組み合わせ物から選択され；Lは、950℃以下の融点を有する金属もしくは合金、または950℃以下の融点を有する金属もしくは合金の混合物であり；xは約2〜約11.8であり；yは約2〜約25であり；zは約0〜約16であり；そして前記組成物中に存在するRの量が約11.8原子パーセント以下である、請求項32記載の磁石材料。
  37. 前記化合物が、RT5、RT7、R2T17、およびR2T14Mから選択される、請求項32記載の磁石材料。
  38. 前記磁石材料が、前記化合物におけるRの化学量論量にほぼ等しい量のRを含む、請求項37記載の磁石材料。
  39. 前記磁石材料が、前記化合物におけるRの化学量論量より少ない量のRを含む、請求項37記載の磁石材料。
  40. 前記磁石材料が、Co、Fe-Co、およびFe3Bから選択される磁気的にソフトな相をさらに含む、請求項39記載の磁石材料。
  41. 前記希土類が、Nd、Sm、Pr、Dy、La、Ce、Gd、Tb、Ho、Er、Eu、Tm、Yb、ミッシュメタル、Y、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項32記載の磁石材料。
  42. 前記遷移金属が、Fe、Co、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Cd、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項32記載の磁石材料。
  43. 前記Mが、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項33記載の磁石材料。
  44. 前記Lが、Al、Mg、Zn、Ga、Se、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Ba、Tl、Bi、Al-Cu、Al-Ge、Al-In、Al-Mg、Al-Sn、Al-Zn、Bi-Mg、Bi-Mn、Ba-I、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項33記載の磁石材料。
  45. 約3ナノメートル〜約300ナノメートルの平均粒径を有する、請求項32記載の磁石材料。
  46. 前記磁石材料が異方性のナノ結晶性希土類磁石粉末である、請求項32記載の磁石材料。
  47. 前記磁石材料が異方性のナノコンポジット希土類磁石粉末である、請求項32記載の磁石材料。
  48. 前記磁石材料が結合剤を含有する、請求項32記載の磁石材料。
  49. 前記結合剤が、エポキシ、ポリエステル、ナイロン、ゴム、Sn、Zn、Al-Mg、Al-Sn、Al-Zn、およびこれらの組み合わせ物から選択される、請求項48記載の磁石材料。
  50. 前記磁石材料が少なくとも25MGOeの最大磁気エネルギー積を有する、請求項32記載の磁石材料。
  51. 前記磁石材料が約25MGOe〜約90MGOeの最大磁気エネルギー積を有する、請求項32記載の磁石材料。
  52. 前記磁石材料が約3ナノメートル〜約300ナノメートルの平均粒径を有する、請求項32記載の磁石材料。
  53. 前記磁石材料が約5kOe〜約20kOeの固有保磁力を示す、請求項32記載の磁石材料。
  54. 前記磁石材料が約6kOe〜約15kOeの固有保磁力を示す、請求項32記載の磁石材料。
  55. 前記磁石材料が少なくとも11kGの残留磁気を示す、請求項32記載の磁石材料。
  56. 希土類高含量相を含まない少なくとも１種の希土類-遷移金属合金を供給すること；
    前記少なくとも１種の合金を粉末形にて配置すること；
    前記少なくとも１種の合金の前記粉末形を圧縮して成形体を作製すること；
    DC、パルスDC、AC電流、または渦電流から選択される熱源を使用して前記成形体を急速にプレスすること；および
    少なくとも10MGOeの最大磁気エネルギー積を有する磁石材料を形成させること；
    を含む磁石の製造法。
  57. 前記製造法が、前記少なくとも１種の合金を前記粉末形にて配置する前に、前記少なくとも１種の合金と添加剤とを混合することをさらに含む、請求項56記載の製造法。
  58. 前記製造法が、前記粉末形を圧縮する前に、少なくとも2種の合金粉末を一緒にブレンドすることをさらに含む、請求項56記載の製造法。
  59. 前記製造法が、前記成形体を急速にプレスする前に、弾性応力を使用して前記成形体を結晶化させることをさらに含む、請求項56記載の製造法。
  60. 前記製造法が、前記成形体を急速にプレスする前に、前記成形体を磁場にさらすことをさらに含む、請求項56記載の製造法。
  61. 前記製造法が、前記粉末を急速にプレスした後に、前記磁石材料を圧潰することをさらに含む、請求項56記載の製造法。
  62. 希土類高含量相を含まない少なくとも１種の希土類-遷移金属合金を供給すること；
    前記少なくとも１種の合金を粉末形にて配置すること；
    前記少なくとも１種の合金の前記粉末形を圧縮して成形体を作製すること；
    約2kpsi〜約10kpsiの圧力を使用して前記成形体を熱変形処理すること；および
    少なくとも25MGOeの磁気エネルギー積を有する磁石を形成させること；
    を含む磁石の製造法。
  63. 前記製造法が、前記成形体を熱変形処理した後に、前記磁石を圧潰して粉末材料を形成させることをさらに含む、請求項62記載の製造法。
  64. 前記製造法が、前記粉末材料に結合剤を加えることをさらに含む、請求項63記載の製造法。
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