JP2006253413A - Iron group rare earth nano composite magnet and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rare-earth-based nano composite magnet improving rectangularity and containing Ti. <P>SOLUTION: The molten metal of an alloy has a compositional formula of (Fe<SB>1-n</SB>T<SB>n</SB>)<SB>100-x-y-z-l-m</SB>Q<SB>x</SB>R<SB>y</SB>Ti<SB>z</SB>Nb<SB>l</SB>M<SB>m</SB>. In this case, T is an element selected from a group of Co and Ni, Q is an element selected a group of B and C, R is an element selected from a group of yttrium and a rare earth element, and M is an element selected from a group of Al, Si, Mn, Cu, Zn, Ga, Ag, Pt, Au, Pb, V, Ta, W, Mo, and Cr; x, y, z, l, and m are 10≤x≤17, 6≤y≤11, 0.1≤z≤10, 0.1≤l≤6, and 0≤m≤6 atom.%, respectively; and 0≤n≤0.5 is met. The molten metal alloy is cooled and coagulated by a melt spinning method. An iron group rare earth nano composite magnet, which has magnetic characteristics of B<SB>r</SB>≥0.8 T, H<SB>cJ</SB>≥600 KA/m, and H<SB>k</SB>/H<SB>cJ</SB>≥0.35, is manufactured from the rapidly-coagulated alloy. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、減磁曲線の角形性が改善された鉄基希土類ナノコンポジット磁石の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an iron-based rare earth nanocomposite magnet with improved demagnetization curve squareness.

近年、Ti含有ナノコンポジット磁石が開発され、特許文献1などに開示されている。一方、従来より、等方性ボンド磁石用の磁粉として、いわゆる「MQ粉(マグネクエンチ社製品)」が販売され、使用されている。特許文献2には、微細な結晶組織を有する等方性磁石が開示されている。   In recent years, Ti-containing nanocomposite magnets have been developed and disclosed in Patent Document 1 and the like. On the other hand, so-called “MQ powder (manufactured by Magnequench)” has been sold and used as magnetic powder for isotropic bonded magnets. Patent Document 2 discloses an isotropic magnet having a fine crystal structure.

永久磁石の特性を評価するパラメータとして、残留磁束密度や保磁力などともに、減磁曲線(ヒステリシスルーブの第2象限における磁化曲線)の角形性(以下、単に「角形性」と称する。)が重要である。この角形性は、図1に示す減磁曲線の形状によって決まる。なお、図1のグラフにおける縦軸は磁化J、横軸は外部磁界(逆磁界)Hを示している。図示されている減磁曲線Bは角形性に優れる場合を示し、減磁曲線Aは角形性が相対的に劣っている場合を示している。   As a parameter for evaluating the characteristics of the permanent magnet, the squareness of the demagnetization curve (magnetization curve in the second quadrant of the hysteresis loop) (hereinafter simply referred to as “squareness”) is important for both the residual magnetic flux density and the coercive force. It is. This squareness is determined by the shape of the demagnetization curve shown in FIG. 1, the vertical axis indicates the magnetization J, and the horizontal axis indicates the external magnetic field (reverse magnetic field) H. The demagnetization curve B shown in the figure shows a case where the squareness is excellent, and the demagnetization curve A shows a case where the squareness is relatively inferior.

従来、角形性を評価するため、Jr/Js、Jr/J1.2などの数値が用いられてきた。Jrは残留磁気分極であり、残留磁束密度Brに等しい。Jsは飽和磁化であり、J1.2は外部磁界Hが1.2MA/mのときの磁化である。Jr/Js、Jr/J1.2は、いずれも、第1象限における磁化曲線によって規定されるパラメータであるが、異方性磁石の場合は、角形性に対応しているといえる。 Conventionally, numerical values such as J r / J s and J r / J 1.2 have been used to evaluate the squareness. J r is the remanent magnetic polarization and is equal to the remanent magnetic flux density B r . J s is the saturation magnetization, and J 1.2 is the magnetization when the external magnetic field H is 1.2 MA / m. J r / J s and J r / J 1.2 are both parameters defined by the magnetization curve in the first quadrant, but in the case of an anisotropic magnet, it can be said that it corresponds to the squareness.

通常の等方性磁石におけるJr/J1.2は、等方性磁石が有している本来の性質により、0.5程度の値となる。この値は、異方性磁石のJr/J1.2に比べて小さく、角形性が劣っていることを示している。一方、前述したナノコンポジット磁石では、等方性磁石でありながら、Jr/J1.2の値が0.8〜0.95と大きく改善されている。このようにナノコンポジット磁石などの急冷磁石でJr/J1.2の値が向上する理由は、これらの磁石が微細結晶組織を有しているため、結晶粒同士の交換相互作用により、レマネンス・エンハンスメントに伴うJrの向上が観測されるからである。
特開2003−178908号公報 特開平10−64710号公報
J r / J 1.2 in a normal isotropic magnet has a value of about 0.5 due to the original properties of the isotropic magnet. This value is smaller than J r / J 1.2 of the anisotropic magnet and indicates that the squareness is inferior. On the other hand, in the above-mentioned nanocomposite magnet, the value of J r / J 1.2 is greatly improved to 0.8 to 0.95 although it is an isotropic magnet. The reason why the value of J r / J 1.2 is improved in such a quenching magnet such as a nanocomposite magnet is that these magnets have a fine crystal structure, and therefore, the remanence enhancement is due to the exchange interaction between crystal grains. This is because an increase in Jr associated with is observed.
JP 2003-178908 A JP-A-10-64710

上述のように、Ti含有ナノコンポジット磁石は、従来の等方性磁石に比べれば優れた角形性を示しているといえるが、実際の角形性を仔細に評価すると、異方性磁石比べて不充分である。Ti含有ナノコンポジット磁石の角形性を更に改善することができれば、磁石の汎用性が広がり、モータ、電装分野などにさらに活用されることが期待される。   As described above, it can be said that the Ti-containing nanocomposite magnet exhibits superior squareness compared to conventional isotropic magnets. However, when the actual squareness is carefully evaluated, it is less than anisotropic magnets. It is enough. If the squareness of the Ti-containing nanocomposite magnet can be further improved, it is expected that the versatility of the magnet will be expanded and further utilized in the fields of motors and electrical equipment.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、角形性を更に改善したTi含有希土類系ナノコンポジット磁石を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide a Ti-containing rare earth nanocomposite magnet having further improved squareness.

本発明の鉄基希土類ナノコンポジット磁石の製造方法は、組成式が(Fe1-nn)100-x-y-z-l-mxyTizNblm(但し、TはCoおよびNiからなる群から選択された少なくとも1種類の元素、QはBおよびCからなる群から選択された少なくとも1種類の元素、Rはイットリウムおよび希土類元素からなる群から選択された少なくとも1種類の元素、MはAl、Si、Mn、Cu、Zn、Ga、Ag、Pt、Au、Pb、V、Ta、W、Mo、およびCrからなる群から選択された少なくとも1種類の元素)で表され、組成比率x、y、z、l、mおよびnがそれぞれ、10≦x≦17原子%、6≦y≦11原子%、0.1≦z≦10原子%、0.1≦l≦6原子%、および0≦m≦6原子%、0≦n≦0.5を満足する合金の溶湯を用意する工程と、メルトスピニング法によって前記溶湯を冷却して凝固させ、急冷凝固合金を形成する工程とを含み、前記急冷凝固合金から、Br≧0.8T、HcJ≧600KA/m、Hk/HcJ≧0.35の磁気特性を有する鉄基希土類ナノコンポジット磁石を製造する。 Method of manufacturing an iron-based rare earth nanocomposite magnet of the present invention, composition formula (Fe 1-n T n) 100-xyzlm Q x R y Ti z Nb l M m ( where, T is a group consisting of Co and Ni At least one selected element, Q is at least one element selected from the group consisting of B and C, R is at least one element selected from the group consisting of yttrium and rare earth elements, M is Al, At least one element selected from the group consisting of Si, Mn, Cu, Zn, Ga, Ag, Pt, Au, Pb, V, Ta, W, Mo, and Cr), and a composition ratio x, y , Z, l, m and n are respectively 10 ≦ x ≦ 17 atomic%, 6 ≦ y ≦ 11 atomic%, 0.1 ≦ z ≦ 10 atomic%, 0.1 ≦ l ≦ 6 atomic%, and 0 ≦ A molten alloy satisfying m ≦ 6 atomic% and 0 ≦ n ≦ 0.5. A step of meaning, allowed to cool and solidify the melt by melt spinning process, and forming a rapidly solidified alloy, from the rapidly solidified alloy, B r ≧ 0.8T, H cJ ≧ 600KA / m, H An iron-based rare earth nanocomposite magnet having magnetic properties of k / H cJ ≧ 0.35 is produced.

好ましい実施形態において、前記急冷凝固合金を形成する工程は、管を介して前記溶湯を冷却ロール上に供給する工程を含む。   In a preferred embodiment, the step of forming the rapidly solidified alloy includes a step of supplying the molten metal onto a cooling roll through a pipe.

好ましい実施形態において、前記急冷凝固合金は、平均厚さが10μm以上300μm以下、厚さの標準偏差σが10μm以下の薄帯である。   In a preferred embodiment, the rapidly solidified alloy is a ribbon having an average thickness of 10 μm to 300 μm and a thickness standard deviation σ of 10 μm or less.

好ましい実施形態において、前記急冷凝固合金に熱処理を施し、強磁性相の体積比率を増加させる工程を更に含む。   In a preferred embodiment, the method further includes the step of subjecting the rapidly solidified alloy to a heat treatment to increase the volume ratio of the ferromagnetic phase.

好ましい実施形態において、前記強磁性相は硬磁性相および軟磁性相を含有し、前記硬磁性相の平均結晶粒径は10nm以上300nm以下、前記軟磁性相の平均結晶粒径は1nm以上100nm以下である。   In a preferred embodiment, the ferromagnetic phase contains a hard magnetic phase and a soft magnetic phase, the average crystal grain size of the hard magnetic phase is 10 nm to 300 nm, and the average crystal grain size of the soft magnetic phase is 1 nm to 100 nm. It is.

好ましい実施形態において、前記軟磁性相は、α−Fe相および鉄基硼化物相を含む。   In a preferred embodiment, the soft magnetic phase includes an α-Fe phase and an iron-based boride phase.

好ましい実施形態において、前記急冷凝固合金を粉砕し、鉄基希土類ナノコンポジット磁石粉末を形成する工程を含む。   In a preferred embodiment, the method includes a step of pulverizing the rapidly solidified alloy to form an iron-based rare earth nanocomposite magnet powder.

本発明によるボンド磁石の製造方法は、上記の製造方法によって作製された前記鉄基希土類ナノコンポジット磁石粉末を用意する工程と、前記鉄基希土類ナノコンポジット磁石粉末を用いてボンド磁石を作製する工程とを包含する。   The method for producing a bonded magnet according to the present invention includes a step of preparing the iron-based rare earth nanocomposite magnet powder produced by the above-described production method, and a step of producing a bonded magnet using the iron-based rare earth nanocomposite magnet powder. Is included.

TiおよびNbの同時添加の効果と、メルトスピニング法による均一かつ急速な冷却の効果が相まって、角形性を改善した均一微細組織構造を有する鉄基希土類ナノコンポジット磁石が作製される。   The effect of simultaneous addition of Ti and Nb and the effect of uniform and rapid cooling by the melt spinning method are combined to produce an iron-based rare earth nanocomposite magnet having a uniform microstructure with improved squareness.

本発明では、鉄基希土類ナノコンポジット磁石の角形性を改善するため、組成式が(Fe1-nn)100-x-y-z-l-mxyTizNblmで表される合金の溶湯を用意し、この溶湯をメルトスピニング法によって冷却して凝固させ、急冷凝固合金を形成する。ここで、TはCoおよびNiからなる群から選択された少なくとも1種類の元素、QはBおよびCからなる群から選択された少なくとも1種類の元素、Rはイットリウムおよび希土類元素からなる群から選択された少なくとも1種類の元素、MはAl、Si、Mn、Cu、Zn、Ga、Ag、Pt、Au、Pb、V、Ta、W、Mo、およびCrからなる群から選択された少なくとも1種類の元素であり、組成比率x、y、z、l、mおよびnがそれぞれ、10≦x≦17原子%、6≦y≦11原子%、0.1≦z≦10原子%、0.1≦l≦6原子%、0≦m≦6原子%、および0≦n≦0.5を満足する。 In the present invention, for improving the squareness of the iron-based rare earth nanocomposite magnet, a melt of the alloy having a composition formula of (Fe 1-n T n) 100-xyzlm Q x R y Ti z Nb l M m This melt is cooled and solidified by melt spinning to form a rapidly solidified alloy. Here, T is at least one element selected from the group consisting of Co and Ni, Q is at least one element selected from the group consisting of B and C, and R is selected from the group consisting of yttrium and rare earth elements At least one selected element, M is at least one selected from the group consisting of Al, Si, Mn, Cu, Zn, Ga, Ag, Pt, Au, Pb, V, Ta, W, Mo, and Cr The composition ratios x, y, z, l, m, and n are 10 ≦ x ≦ 17 atomic%, 6 ≦ y ≦ 11 atomic%, 0.1 ≦ z ≦ 10 atomic%, 0.1 ≦ l ≦ 6 atomic%, 0 ≦ m ≦ 6 atomic%, and 0 ≦ n ≦ 0.5 are satisfied.

本発明によれば、上記の急冷凝固合金から、残留磁束密度Br≧0.8T、保磁力HcJ≧600KA/m、Hk/HcJ≧0.35の磁気特性を有する鉄基希土類ナノコンポジット磁石を製造することができる。ここで、「Hk/HcJ」は、本願発明者が等方性ナノコンポジット磁石の角形性を正しく評価するために導入したパラメータであり、その内容を以下に説明する。 According to the present invention, an iron-based rare earth nanoparticle having magnetic properties of residual magnetic flux density B r ≧ 0.8 T, coercive force H cJ ≧ 600 KA / m, and H k / H cJ ≧ 0.35 is obtained from the rapidly solidified alloy. Composite magnets can be manufactured. Here, “H k / H cJ ” is a parameter introduced by the present inventor for correctly evaluating the squareness of the isotropic nanocomposite magnet, and the content thereof will be described below.

まず、再度図1を参照する。Hkは、磁化が0.9Jrに等しくなる磁界Hの値であり、Hcjは保磁力である。図1におけるHkAは、減磁曲線Aにおいて磁化が0.9Jrに等しくなる磁界Hの絶対値であり、HkBは、減磁曲線Bにおいて磁化が0.9Jrに等しくなる磁界Hの絶対値である。図1から明らかなように、2つの減磁曲線A、Bが略等しいJrを有していても、角形性の優劣に応じてHkは大きく異なる。図1の例では、HkBは、HkAよりも大きくなり、HkB/Hcj>HkA/Hcjの関係が成立している。 First, referring to FIG. 1 again. H k is the value of the magnetic field H at which the magnetization is equal to 0.9 Jr, and H cj is the coercive force. In FIG. 1, H kA is the absolute value of the magnetic field H at which the magnetization is equal to 0.9 Jr in the demagnetization curve A, and H kB is the absolute value of the magnetic field H at which the magnetization is equal to 0.9 Jr in the demagnetization curve B. It is. As apparent from FIG. 1, the two demagnetization curve A, even if B is not a substantially equal J r, H k varies greatly depending on the squareness of the merits. In the example of FIG. 1, H kB is larger than H kA , and the relationship of H kB / H cj > H kA / H cj is established.

等方性ナノコンポジット磁石では、Jr/Jsが同じ値であっても、Hk/Hcjは種々の大きさを取りえる。このため、ナノコンポジット磁石のJr/Jsを改善するだけでは、不充分な角形性しか実現できず、Hk/Hcjを高める(例えば3.5以上にする)ことにより、初めて角形性に優れた等方性ナノコンポジットを実現することができる。 In an isotropic nanocomposite magnet, even if J r / J s have the same value, H k / H cj can take various sizes. For this reason, only improving the J r / J s of the nanocomposite magnet can realize only insufficient squareness, and for the first time by increasing H k / H cj (for example, 3.5 or more), Isotropic nanocomposites that are superior to the above.

本発明によれば、Hk/Hcjを従来よりも高めることができる。このようにHk/Hcjを高めることができる理由は、合金組成としてTiおよびNbを添加し、かつ、メルトスピニング法によって急冷凝固合金を作製しているからである。 According to the present invention, H k / H cj can be increased more than before. The reason why H k / H cj can be increased in this way is that Ti and Nb are added as the alloy composition and a rapidly solidified alloy is produced by the melt spinning method.

前述したように、公知のTi含有ナノコンポジット磁石では、合金溶湯の急冷速度を低下させて急冷凝固合金に結晶相を析出・成長させた場合でも、Ti添加の効果として、Nd2Fe14B型化合物強磁性相を支配的に形成することができる。すなわち、Tiを添加することなく合金溶湯の急冷速度を低下させると、α−Feの析出・成長が優先的に生じるため、急冷直後の凝固合金中にもα−Feが多く存在することとなり、最終的なナノコンポジット磁石特性が低下してしまうという問題があった。このため、Ti添加の効果が発見される前は、合金溶湯の急冷速度をできるため高め、略完全に非晶質の急冷凝固合金を作製した後、熱処理条件を制御することにより、α−Feの成長を抑えようとする試みが行なわれていた。 As described above, in the known Ti-containing nanocomposite magnet, even when the crystal phase is precipitated and grown in the rapidly solidified alloy by reducing the rapid cooling rate of the molten alloy, the effect of adding Ti is Nd 2 Fe 14 B type. The compound ferromagnetic phase can be formed predominantly. That is, when the rapid quenching rate of the molten alloy is reduced without adding Ti, precipitation and growth of α-Fe occurs preferentially, so that a large amount of α-Fe is present in the solidified alloy immediately after quenching, There was a problem that the final nanocomposite magnet characteristics were degraded. For this reason, before the effect of Ti addition is discovered, the rate of quenching of the molten alloy can be increased, and after producing a substantially completely amorphous rapidly solidified alloy, the heat treatment conditions are controlled, thereby making α-Fe Attempts have been made to curb the growth of.

近年、Tiの添加によって合金溶湯の冷却速度を低下させることが可能になるため、メルトスピニング法よりも量産性に優れていると言われている「ストリップキャスト法」によるナノコンポジット磁石の製造が実現した。また、Tiに加えてNbを原料合金に添加しておくと、急冷凝固合金中に非晶質相が形成されやすくなるため、合金溶湯の冷却速度を更に低下することが可能となり、ストリップキャスト方法によるTi含有ナノコンポジットの製造がより安定的に実施できることになる。   In recent years, it has become possible to reduce the cooling rate of molten alloy by adding Ti, so the production of nanocomposite magnets by the “strip casting method”, which is said to be superior to the melt spinning method, has been realized. did. Further, when Nb is added to the raw material alloy in addition to Ti, an amorphous phase is likely to be formed in the rapidly solidified alloy, so that the cooling rate of the molten alloy can be further reduced. The Ti-containing nanocomposite can be produced more stably.

しかしながら、従来の方法で作製されたナノコンポジット磁石には、前述のように、角形性の更なる改善が求められている。   However, the nanocomposite magnet produced by the conventional method is required to further improve the squareness as described above.

一方、本発明者らの検討によると、急冷凝固合金の厚さのσを10μm以下(好ましくは5μm以下)に抑制すれば、急冷凝固合金の組織を均一化し、磁気特性が向上することがわかった。メルトスピニング法によって製造することにより、急冷凝固合金の厚さの標準偏差σを10μm以下に抑制することができる。しかし、急冷凝固合金の厚さのσを10μm以下に制御するだけでは、Hk/Hcjは充分に改善されないこともわかった。 On the other hand, according to the study by the present inventors, it is found that if the thickness σ of the rapidly solidified alloy is suppressed to 10 μm or less (preferably 5 μm or less), the structure of the rapidly solidified alloy is made uniform and the magnetic properties are improved. It was. By producing by the melt spinning method, the standard deviation σ of the thickness of the rapidly solidified alloy can be suppressed to 10 μm or less. However, it has also been found that H k / H cj is not sufficiently improved only by controlling the thickness σ of the rapidly solidified alloy to 10 μm or less.

Nbは、非晶質生成能が高く、また、結晶粒の粗大化を抑制する効果を発揮することが知られている。このため、メルトスピニング法ではNd2Fe14B型相を適切に析出させることができず、却って磁石特性が劣化するとの予測があった。しかし、現実にNbを添加し、メルトスピニング法による急冷を行なってみると、意外にもHk/Hcjが向上する現象が確認された。その詳細なメカニズムは不明であるが、Nbの添加がナノコンポジット組織の粒界に作用し、各粒子間の交換相互作用に何らかの影響を与えることにより、角形性が改善されるものと推測される。 Nb is known to have a high ability to form an amorphous material and to exhibit an effect of suppressing coarsening of crystal grains. For this reason, it has been predicted that the Nd 2 Fe 14 B type phase cannot be appropriately precipitated by the melt spinning method, and the magnet characteristics are deteriorated. However, when Nb was actually added and quenching was performed by the melt spinning method, a phenomenon that H k / H cj was unexpectedly improved was confirmed. Although the detailed mechanism is unknown, it is presumed that the addition of Nb acts on the grain boundary of the nanocomposite structure and has some influence on the exchange interaction between each particle, thereby improving the squareness. .

本発明の鉄基希土類合金ナノコンポジット磁石は、好適には、R2Fe14B型化合物相の飽和磁化と同等、または、それよりも高い飽和磁化を有する鉄基硼化物やα−Feを含有している。この鉄基硼化物は、例えば、Fe3B(飽和磁化1.5T)やFe236(飽和磁化1.6T)である。ここで、R2Fe14Bの飽和磁化は約1.6Tであり、α−Feの飽和磁化は2.1Tである。 The iron-based rare earth alloy nanocomposite magnet of the present invention preferably contains iron-based boride or α-Fe having a saturation magnetization equivalent to or higher than the saturation magnetization of the R 2 Fe 14 B-type compound phase. is doing. This iron-based boride is, for example, Fe 3 B (saturation magnetization 1.5T) or Fe 23 B 6 (saturation magnetization 1.6T). Here, the saturation magnetization of R 2 Fe 14 B is about 1.6 T, and the saturation magnetization of α-Fe is 2.1 T.

次に、本発明の好ましい実施形態を説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.

[液体急冷装置]
メルトスピニング法では、高速で回転する金属製冷却ロールの表面に合金の溶湯を噴射することにより、合金溶湯を冷却ロールの表面に接触させ、急冷凝固させる。適切な量の合金溶湯を冷却ロールの表面に接触させるため、内径が例えば1mm程度に絞られたオリフィス(孔)を介して合金溶湯の噴射が行なわれる。
[Liquid quenching device]
In the melt spinning method, molten alloy is sprayed onto the surface of a metal cooling roll that rotates at high speed, whereby the molten alloy is brought into contact with the surface of the cooling roll and rapidly solidified. In order to bring an appropriate amount of molten alloy into contact with the surface of the cooling roll, the molten alloy is injected through an orifice (hole) whose inner diameter is reduced to, for example, about 1 mm.

ノズルオリフィスから冷却ロールの表面に供給される合金溶湯は、冷却ロールによって冷却されつつ、弾き飛ばされるようにして冷却ロールから離れ、薄帯状の急冷凝固合金が形成されることになる。   The molten alloy supplied from the nozzle orifice to the surface of the cooling roll is cooled by the cooling roll while being blown away from the cooling roll to form a thin ribbon-like rapidly solidified alloy.

本実施形態では、例えば、図2に示す急冷装置を用いて原料合金を製造する。酸化しやすい希土類元素RやFeを含む原料合金の酸化を防ぐため、不活性ガス雰囲気中で合金製造工程を実行する。不活性ガスとしては、ヘリウムまたはアルゴン等の希ガスや窒素を用いることができる。なお、窒素は希土類元素Rと比較的に反応しやすいため、ヘリウムまたはアルゴンなどの希ガスを用いることが好ましい。   In the present embodiment, for example, the raw material alloy is manufactured using the quenching apparatus shown in FIG. In order to prevent oxidation of the raw material alloy containing rare earth elements R and Fe which are easily oxidized, the alloy manufacturing process is performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, a rare gas such as helium or argon or nitrogen can be used. Note that since nitrogen is relatively easy to react with the rare earth element R, it is preferable to use a rare gas such as helium or argon.

図2の装置は、真空または不活性ガス雰囲気を保持し、その圧力を調整することが可能な原料合金の溶解室1および急冷室2を備えている。図1(a)は全体構成図であり、図2(b)は、一部の拡大図である。   The apparatus shown in FIG. 2 includes a raw material alloy melting chamber 1 and a quenching chamber 2 that can maintain a vacuum or an inert gas atmosphere and adjust the pressure. FIG. 1A is an overall configuration diagram, and FIG. 2B is a partially enlarged view.

図2(a)に示されるように、溶解室1は、所望の磁石合金組成になるように配合された原料20を高温にて溶解する溶解炉3と、底部に出湯ノズル5を有する貯湯容器4と、大気の進入を抑制しつつ配合原料を溶解炉3内に供給するための配合原料供給装置8とを備えている。貯湯容器4は原料合金の溶湯21を貯え、その出湯温度を所定のレベルに維持できる加熱装置(不図示)を有している。急冷室2は、出湯ノズル5から出た溶湯21を急冷凝固するための回転冷却ロール7を備えている。   As shown in FIG. 2 (a), the melting chamber 1 includes a melting furnace 3 that melts a raw material 20 blended so as to have a desired magnet alloy composition at a high temperature, and a hot water storage container having a hot water discharge nozzle 5 at the bottom. 4 and a blended raw material supply device 8 for feeding the blended raw material into the melting furnace 3 while suppressing the entry of air. The hot water storage container 4 has a heating device (not shown) that stores the molten alloy 21 of the raw material alloy and can maintain the temperature of the hot water at a predetermined level. The quenching chamber 2 includes a rotary cooling roll 7 for rapidly cooling and solidifying the molten metal 21 discharged from the hot water nozzle 5.

この装置においては、溶解室1および急冷室2内の雰囲気およびその圧力が所定の範囲に制御される。そのために、雰囲気ガス供給口1b、2b、および8bとガス排気口1a、2a、および8aとが装置の適切な箇所に設けられている。特にガス排気口2aは、急冷室2内の絶対圧を0.1kPa〜常圧(大気圧)の範囲内に制御するため、ポンプに接続されている。   In this apparatus, the atmosphere in the melting chamber 1 and the quenching chamber 2 and the pressure thereof are controlled within a predetermined range. Therefore, atmospheric gas supply ports 1b, 2b, and 8b and gas exhaust ports 1a, 2a, and 8a are provided at appropriate locations in the apparatus. In particular, the gas exhaust port 2a is connected to a pump in order to control the absolute pressure in the quenching chamber 2 within a range of 0.1 kPa to normal pressure (atmospheric pressure).

溶解炉3は傾動可能であり、ロート6を介して溶湯21を貯湯容器4内に適宜注ぎ込む。溶湯21は貯湯容器4内において不図示の加熱装置によって加熱される。貯湯容器4の出湯ノズル5は、溶解室1と急冷室2との隔壁に配置され、貯湯容器4内の溶湯21を下方に位置する冷却ロール7の表面に流下させる。出湯ノズル5のオリフィス径は、例えば0.5〜2.0mmである。溶湯21の粘性が大きい場合、溶湯21は出湯ノズル5内を流れにくくなるが、本実施形態では急冷室2を溶解室1よりも低い圧力状態に保持するため、溶解室1と急冷室2との間に圧力差が形成され、溶湯21の出湯がスムーズに実行される。   The melting furnace 3 can be tilted, and the molten metal 21 is appropriately poured into the hot water storage container 4 through the funnel 6. The molten metal 21 is heated in the hot water storage container 4 by a heating device (not shown). The hot water discharge nozzle 5 of the hot water storage container 4 is disposed in the partition wall between the melting chamber 1 and the quenching chamber 2 and causes the molten metal 21 in the hot water storage container 4 to flow down to the surface of the cooling roll 7 positioned below. The orifice diameter of the hot water nozzle 5 is, for example, 0.5 to 2.0 mm. When the viscosity of the molten metal 21 is large, the molten metal 21 is less likely to flow through the hot water nozzle 5, but in this embodiment, the quenching chamber 2 is held at a lower pressure than the melting chamber 1. During this time, a pressure difference is formed, and the molten metal 21 is smoothly discharged.

冷却ロール7は、炭素鋼,タングステン,鉄,銅,モリブデン,ベリリウム,または同型の合金から形成された基材を有していることが好ましい。これらの基材は熱伝導性や耐久性に優れるからである。冷却ロール7の基材の表面にはクロム,ニッケル,またはそれらを組み合わせためっきが施されていることが好ましい。ロール表面の強度を高めることができ,急冷工程時におけるロール表面の溶融や劣化を抑制することができるからである。冷却ロール7の直径は例えば300〜500mmである。冷却ロール7内に設けた水冷装置の水冷能力は、単位時間あたりの凝固潜熱と出湯量とに応じて算出し、調節される。   The cooling roll 7 preferably has a substrate formed of carbon steel, tungsten, iron, copper, molybdenum, beryllium, or an alloy of the same type. This is because these substrates are excellent in thermal conductivity and durability. The surface of the base material of the cooling roll 7 is preferably plated with chromium, nickel, or a combination thereof. This is because the strength of the roll surface can be increased, and melting and deterioration of the roll surface during the rapid cooling process can be suppressed. The diameter of the cooling roll 7 is, for example, 300 to 500 mm. The water cooling capacity of the water cooling device provided in the cooling roll 7 is calculated and adjusted according to the solidification latent heat per unit time and the amount of hot water.

図2に示す装置によれば、例えば合計10kgの原料合金を10〜20分間で急冷凝固させることができる。こうして形成した急冷合金は、例えば、厚さ:10〜300μm、幅:2mm〜3mmの合金薄帯(合金リボン)22となる。   According to the apparatus shown in FIG. 2, for example, a total of 10 kg of the raw material alloy can be rapidly solidified in 10 to 20 minutes. The quenched alloy thus formed becomes, for example, an alloy ribbon (alloy ribbon) 22 having a thickness of 10 to 300 μm and a width of 2 to 3 mm.

[液体急冷法]
まず、前述の組成式で表現される原料合金の溶湯21を作製し、図2の溶解室1の貯湯容器4に貯える。次に、この溶湯21は出湯ノズル5から減圧Ar雰囲気中の水冷ロール7上に出湯され、冷却ロール7との接触によって急冷され、凝固する。急冷凝固方法としては、冷却速度を高精度に制御できる方法を用いる必要がある。本実施形態の場合、溶湯21の冷却凝固に際して、冷却速度を1×102〜1×108℃/秒とすることが好ましく、1×104〜1×106℃/秒とすることが更に好ましい。
[Liquid quenching method]
First, the raw material alloy melt 21 expressed by the above-described composition formula is prepared and stored in the hot water storage container 4 of the melting chamber 1 of FIG. Next, the molten metal 21 is discharged from the hot water nozzle 5 onto the water-cooled roll 7 in the reduced-pressure Ar atmosphere, rapidly cooled by contact with the cooling roll 7, and solidified. As the rapid solidification method, it is necessary to use a method capable of controlling the cooling rate with high accuracy. In the case of this embodiment, when the molten metal 21 is cooled and solidified, the cooling rate is preferably 1 × 10 2 to 1 × 10 8 ° C./second, and preferably 1 × 10 4 to 1 × 10 6 ° C./second. Further preferred.

合金の溶湯21が冷却ロール7によって冷却される時間は、回転する冷却ロール7の外周表面に合金が接触してから離れるまでの時間に相当し、その間に、合金の温度は低下し、過冷却液体状態になる。その後、過冷却状態の合金は冷却ロール7から離れ、不活性雰囲気中を飛行する。合金は薄帯状で飛行している間に雰囲気ガスに熱を奪われる結果、その温度は更に低下する。雰囲気ガスの圧力は0.1kPa〜常圧の範囲内に設定することが好ましく、それにより、合金と冷却ロールとの密着性が向上すると、冷却ロールによる抜熱効果が強まり、合金中にNd2Fe14B型化合物を均一微細に析出・成長させることができる。更に好適には、雰囲気ガスの圧力を30kPa〜常圧の範囲内に設定することにより、雰囲気ガスによる二次冷却効果が高まり、合金中のNd2Fe14B型化合物をより均一微細に析出・成長させることができる。なお、適切な量のTiを原料合金中に添加していない場合には、上述したような冷却過程を経た急冷合金中には、α−Feが優先的に析出・成長するため、最終的な磁石特性が劣化してしまうことになる。 The time during which the molten alloy 21 is cooled by the cooling roll 7 corresponds to the time from when the alloy comes into contact with the outer peripheral surface of the rotating cooling roll 7 until it leaves, during which time the temperature of the alloy decreases and supercooling occurs. Become liquid. Thereafter, the supercooled alloy leaves the cooling roll 7 and flies in an inert atmosphere. While the alloy is in the form of a ribbon, the temperature is further reduced as a result of the heat being taken away by the atmospheric gas. The pressure of the atmospheric gas is preferably set within the range of 0.1 kPa to normal pressure. As a result, when the adhesion between the alloy and the cooling roll is improved, the heat removal effect by the cooling roll is increased, and Nd 2 is contained in the alloy. It is possible to deposit and grow the Fe 14 B type compound uniformly and finely. More preferably, by setting the pressure of the atmospheric gas within the range of 30 kPa to normal pressure, the secondary cooling effect by the atmospheric gas is enhanced, and the Nd 2 Fe 14 B type compound in the alloy is precipitated more uniformly and finely. Can be grown. When an appropriate amount of Ti is not added to the raw alloy, α-Fe is preferentially precipitated and grown in the quenched alloy that has undergone the cooling process as described above. Magnet characteristics will deteriorate.

本実施形態では、ロール表面速度を7m/秒以上25m/秒以下の範囲内に調節し、雰囲気ガス圧力を1.3kPa以上にすることによって、平均粒径80nm以下の微細なR2Fe14B型化合物相を含む急冷合金を作製している。 In the present embodiment, fine R 2 Fe 14 B having an average particle diameter of 80 nm or less is obtained by adjusting the roll surface speed within a range of 7 m / sec or more and 25 m / sec or less and setting the atmospheric gas pressure to 1.3 kPa or more. Quenched alloy containing type compound phase.

[熱処理]
本実施形態では、熱処理をアルゴン雰囲気中で実行する。好ましくは、昇温速度を5℃/秒〜20℃/秒として、550℃以上850℃以下の温度で30秒以上20分以下の時間保持した後、室温まで冷却する。この熱処理によって、アモルファス相中に準安定相の微細結晶が析出・成長し、ナノコンポジット組織構造が形成される。熱処理の開始時点で既に微細なNd2Fe14B型結晶相が例えば全体の5体積%以上存在しているため、α−Fe相や他の結晶相の粗大化が抑制され、Nd2Fe14B型結晶相以外の各構成相(軟磁性相)が均一に微細化される。
[Heat treatment]
In the present embodiment, the heat treatment is performed in an argon atmosphere. Preferably, the heating rate is 5 ° C./second to 20 ° C./second, and the temperature is maintained at 550 ° C. to 850 ° C. for 30 seconds to 20 minutes, and then cooled to room temperature. By this heat treatment, fine crystals of metastable phase are precipitated and grown in the amorphous phase, and a nanocomposite structure is formed. Since the fine Nd 2 Fe 14 B-type crystal phase is already present at, for example, 5% by volume or more of the whole at the start of the heat treatment, coarsening of the α-Fe phase and other crystal phases is suppressed, and Nd 2 Fe 14 Each constituent phase (soft magnetic phase) other than the B-type crystal phase is uniformly refined.

なお、熱処理温度が550℃を下回ると、熱処理後もアモルファス相が多く残存し、急冷条件によっては、保磁力が充分なレベルに達しない場合がある。また、熱処理温度が850℃を超えると、各構成相の粒成長が著しく、残留磁束密度Brが低下し、減磁曲線の角形性が劣化する。このため、熱処理温度は550℃以上850℃以下が好ましいが、より好ましい熱処理温度の範囲は570℃以上820℃以下である。 When the heat treatment temperature is lower than 550 ° C., a large amount of amorphous phase remains even after the heat treatment, and the coercive force may not reach a sufficient level depending on the rapid cooling conditions. Further, when the heat treatment temperature exceeds 850 ° C., the grain growth of the respective constituent phases is significantly reduced residual magnetic flux density B r, is deteriorated squareness of the demagnetization curve. For this reason, the heat treatment temperature is preferably 550 ° C. or more and 850 ° C. or less, but the more preferable heat treatment temperature range is 570 ° C. or more and 820 ° C. or less.

本発明では、急冷条件によっては急冷合金中に充分な量のNd2Fe14B型化合物相を均一かつ微細に析出させることができる。この場合、急冷合金に対して敢えて結晶化熱処理を行なわなくとも、急冷凝固合金自体が充分な磁石特性を発揮し得る。そのため、結晶化熱処理は本発明に必須の工程ではないが、これを行なうことが磁石特性向上のためには好ましい。なお、従来に比較して低い温度の熱処理でも充分に磁石特性を向上させることが可能である。 In the present invention, depending on the rapid cooling conditions, a sufficient amount of Nd 2 Fe 14 B type compound phase can be uniformly and finely precipitated in the quenched alloy. In this case, the rapidly solidified alloy itself can exhibit sufficient magnet characteristics without crystallization heat treatment on the quenched alloy. Therefore, the crystallization heat treatment is not an essential step in the present invention, but it is preferable to perform this for improving the magnet characteristics. It should be noted that the magnet characteristics can be sufficiently improved even by heat treatment at a lower temperature than in the past.

熱処理雰囲気は、合金の酸化を防止するため、不活性ガス雰囲気が好ましい。0.1kPa以下の真空中で熱処理を行っても良い。   The heat treatment atmosphere is preferably an inert gas atmosphere in order to prevent oxidation of the alloy. The heat treatment may be performed in a vacuum of 0.1 kPa or less.

熱処理前の急冷合金中には、R2Fe14B型化合物相およびアモルファス相以外に、Fe3B相、Fe2B相、Fe236相、およびR2Fe233相等の準安定相が含まれていても良い。その場合、熱処理によって、R2Fe233相は消失し、R2Fe14B相の飽和磁化と同等、または、それよりも高い飽和磁化を示す鉄基硼化物(例えばFe236)やα−Feを結晶成長させることができる。 In the quenched alloy before heat treatment, in addition to the R 2 Fe 14 B type compound phase and the amorphous phase, the metastable of Fe 3 B phase, Fe 2 B phase, Fe 23 B 6 phase, R 2 Fe 23 B 3 phase, etc. A phase may be included. In this case, the R 2 Fe 23 B 3 phase disappears by heat treatment, and an iron-based boride (for example, Fe 23 B 6 ) exhibiting a saturation magnetization equivalent to or higher than the saturation magnetization of the R 2 Fe 14 B phase. And α-Fe can be grown.

本発明の場合、最終的にα−Feのような軟磁性相が存在していても、軟磁性相と硬磁性相とが交換相互作用によって磁気的に結合するため、優れた磁気特性が発揮される。   In the case of the present invention, even if a soft magnetic phase such as α-Fe is finally present, the soft magnetic phase and the hard magnetic phase are magnetically coupled by an exchange interaction, so that excellent magnetic properties are exhibited. Is done.

熱処理後におけるR2Fe14B型化合物相の平均結晶粒径は、単軸結晶粒径である300nm以下となる必要があり、10nm以上150nm以下であることが好ましく、20nm以上100nm以下であることが更に好ましい。これに対し、硼化物相やα−Fe相の平均結晶粒径が100nmを超えると、各構成相間に働く交換相互作用が弱まり、減磁曲線の角形性が劣化するため、(BH)maxが低下してしまう。これらの平均結晶粒径が1nmを下回ると、高い保磁力を得られなくなる。以上のことから、硼化物相やα−Fe相などの軟磁性相の平均結晶粒径は1nm以上100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましく、30nm以下であることが更に好ましい。 The average crystal grain size of the R 2 Fe 14 B-type compound phase after the heat treatment needs to be 300 nm or less, which is a uniaxial crystal grain size, preferably 10 nm or more and 150 nm or less, and 20 nm or more and 100 nm or less. Is more preferable. On the other hand, when the average crystal grain size of the boride phase or α-Fe phase exceeds 100 nm, the exchange interaction acting between the constituent phases is weakened, and the squareness of the demagnetization curve is deteriorated. It will decline. When the average crystal grain size is less than 1 nm, a high coercive force cannot be obtained. From the above, the average crystal grain size of the soft magnetic phase such as boride phase and α-Fe phase is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and further preferably 30 nm or less. preferable.

なお、熱処理前に急冷合金の薄帯を粗く切断または粉砕しておいてもよい。熱処理後、得られた磁石を微粉砕し、磁石粉末(磁粉)を作製すれば、その磁粉から公知の工程によって種々のボンド磁石を製造することができる。ボンド磁石を作製する場合、鉄基希土類合金磁粉はエポキシ樹脂やナイロン樹脂、PPS樹脂などと混合され、所望の形状に成形される。このとき、ナノコンポジット磁粉に他の種類の磁粉、例えばSm−Fe−N系磁粉やハードフェライト磁粉を混合してもよい。   Note that the quenched alloy ribbon may be roughly cut or pulverized before the heat treatment. If the obtained magnet is pulverized after heat treatment to produce magnet powder (magnetic powder), various bonded magnets can be produced from the magnetic powder by known processes. When producing a bonded magnet, the iron-based rare earth alloy magnetic powder is mixed with an epoxy resin, a nylon resin, a PPS resin, or the like, and formed into a desired shape. At this time, the nanocomposite magnetic powder may be mixed with other types of magnetic powder, for example, Sm—Fe—N magnetic powder or hard ferrite magnetic powder.

上述のボンド磁石を用いてモータやアクチュエータなどの各種の回転機を製造することができる。   Various rotary machines, such as a motor and an actuator, can be manufactured using the above-mentioned bond magnet.

本発明の磁石粉末を射出成形ボンド磁石用に用いる場合は、平均粒度が200μm以下になるように粉砕することが好ましく、より好ましい粉末の平均粒径は30μm以上150μm以下である。また、圧縮成形ボンド磁石用に用いる場合は、粒度が300μm以下になるように粉砕することが好ましく、より好ましい粉末の平均粒径は30μm以上250μm以下である。さらに好ましくは、粒径分布に2つのピークを持ち、平均粒径が50μm以上200μm以下にある。   When the magnet powder of the present invention is used for an injection-molded bonded magnet, it is preferably pulverized so that the average particle size is 200 μm or less, and more preferably the average particle size of the powder is 30 μm or more and 150 μm or less. Moreover, when using for a compression-molded bond magnet, it is preferable to grind | pulverize so that a particle size may be 300 micrometers or less, and the average particle diameter of a more preferable powder is 30 micrometers or more and 250 micrometers or less. More preferably, the particle size distribution has two peaks and the average particle size is 50 μm or more and 200 μm or less.

なお、粉末の表面にカップリング処理や化成処理などの表面処理を施すことにより、成形方法を問わずボンド磁石成形時の成形性や得られるボンド磁石の耐食性および耐熱性を改善できる。また、成形後のボンド磁石表面に樹脂塗装や化成処理、鍍金などの表面処理を施した場合も、粉末の表面処理と同様にボンド磁石の耐食性および耐熱性を改善できる。   In addition, by performing a surface treatment such as a coupling treatment or a chemical conversion treatment on the surface of the powder, it is possible to improve the formability at the time of forming the bonded magnet and the corrosion resistance and heat resistance of the obtained bonded magnet regardless of the forming method. Further, when the surface of the bonded magnet after molding is subjected to surface treatment such as resin coating, chemical conversion treatment or plating, the corrosion resistance and heat resistance of the bonded magnet can be improved in the same manner as the powder surface treatment.

[組成]
BおよびCの合計の組成比率xが10原子%未満になると、急冷時の冷却速度が102℃/秒〜105℃/秒程度と比較的遅い場合、R2Fe14B型結晶相とアモルファス相とが混在する急冷合金を作製することが困難になり、その後に熱処理を施しても高い保磁力が得られない。このため、xは10原子%以上であることが必要である。一方、組成比率xが17原子%を超えると、結晶化熱処理後も残存するアモルファス相の体積比率が増し、同時に、構成相中で最も高い飽和磁化を有するα−Feの存在比率が減少するため、残留磁束密度Brが低下してしまう。以上のことから、組成比率xは10原子%以上17原子%以下となるように設定することが好ましい。より好ましい組成比率xの範囲は10原子%を超え、14.5原子%以下である。なお、BおよびCの全体に対するCの比率は、原子比で、0以上0.25以下の範囲にあることが好ましい。
[composition]
When the total composition ratio x of B and C is less than 10 atomic%, when the cooling rate at the time of quenching is relatively low, such as about 10 2 ° C / second to 10 5 ° C / second, the R 2 Fe 14 B type crystal phase It becomes difficult to produce a quenched alloy in which an amorphous phase is mixed, and a high coercive force cannot be obtained even if heat treatment is performed thereafter. For this reason, x needs to be 10 atomic% or more. On the other hand, when the composition ratio x exceeds 17 atomic%, the volume ratio of the amorphous phase remaining after the crystallization heat treatment increases, and at the same time, the abundance ratio of α-Fe having the highest saturation magnetization in the constituent phases decreases. As a result, the residual magnetic flux density Br decreases. From the above, the composition ratio x is preferably set to be 10 atomic% or more and 17 atomic% or less. A more preferable range of the composition ratio x is more than 10 atomic% and 14.5 atomic% or less. In addition, it is preferable that the ratio of C with respect to the whole of B and C exists in the range of 0 or more and 0.25 or less by atomic ratio.

Rは、イットリウム(Y)および希土類元素からなる群から選択された1種以上の元素である。LaまたはCeが存在すると、R2Fe14B相のR(典型的にはNd)がLaやCeで置換され、保磁力および角形性が劣化するため、LaおよびCeを実質的に含まないことが好ましい。ただし、微量のLaやCe(0.5原子%以下)が不可避的に混入する不純物として存在する場合、磁気特性上、問題はない。従って、0.5原子%以下のLaやCeを含有する場合は、LaやCeを実質的に含まないといえる。 R is one or more elements selected from the group consisting of yttrium (Y) and rare earth elements. If La or Ce is present, R (typically Nd) in the R 2 Fe 14 B phase is replaced with La or Ce, and the coercive force and squareness deteriorate, so La and Ce are substantially not included. Is preferred. However, when a very small amount of La or Ce (0.5 atomic% or less) exists as an unavoidable impurity, there is no problem in terms of magnetic characteristics. Therefore, it can be said that La and Ce are not substantially contained when 0.5 or less atomic percent La and Ce are contained.

Rは、より具体的には、PrまたはNdを必須元素として含むことが好ましく、その必須元素の一部をDyおよび/またはTbで置換してもよい。Rの組成比率yが全体の6原子%未満になると、保磁力の発現に必要なR2Fe14B型結晶構造を有する化合物相が充分に析出せず、高い保磁力HcJを得ることができなくなる。また、Rの組成比率yが10原子%以上になると、強磁性を有する鉄基硼化物の存在量が低下し、代わりにBリッチの非磁性層の存在量が増加するため、ナノコンポジット構造が形成されず、磁化が低下する。故に、希土類元素Rの組成比率yは6原子%以上11原子%以下の範囲、例えば、6原子%以上10原子%以下に調節することが好ましい。より好ましいRの範囲は7原子%以上9.5原子%以下である。 More specifically, R preferably contains Pr or Nd as an essential element, and part of the essential element may be substituted with Dy and / or Tb. When the R composition ratio y is less than 6 atomic% of the whole, the compound phase having the R 2 Fe 14 B type crystal structure necessary for the expression of the coercive force is not sufficiently precipitated, and a high coercive force H cJ can be obtained. become unable. Further, when the composition ratio y of R is 10 atomic% or more, the abundance of iron-based boride having ferromagnetism decreases, and the abundance of the B-rich nonmagnetic layer increases instead. Not formed and magnetization decreases. Therefore, the composition ratio y of the rare earth element R is preferably adjusted to a range of 6 atomic% to 11 atomic%, for example, 6 atomic% to 10 atomic%. A more preferable range of R is 7 atom% or more and 9.5 atom% or less.

Tiの添加は、合金溶湯の急冷中に硬磁性相を軟磁性相よりも早くに析出・成長させるという効果を発揮するとともに、保磁力HcJおよび残留磁束密度Brの向上および減磁曲線の角形性の改善に寄与し、最大エネルギー積(BH)maxを向上させる。 The addition of Ti is adapted to exert an effect of precipitating and growing the hard magnetic phase in the rapidly solidified alloy molten earlier than the soft magnetic phases, improved and demagnetization curve of coercive force H cJ and remanence B r It contributes to the improvement of the squareness and increases the maximum energy product (BH) max .

Tiの組成比率zが全体の0.1原子%未満になると、Ti添加の効果が充分に発現しない。一方、Tiの組成比率zが全体の10原子%を超えると、結晶化熱処理後も残存するアモルファス相の体積比率が増すため、残留磁束密度Brの低下を招来しやすい。以上のことから、Tiの組成比率zは0.1原子%以上10原子%以下の範囲とすることが好ましい。より好ましいzの範囲の下限は0.5原子%であり、より好ましいzの範囲の上限は8原子%である。更に好ましいzの範囲の上限は7原子%である。 When the Ti composition ratio z is less than 0.1 atomic% of the whole, the effect of adding Ti is not sufficiently exhibited. On the other hand, the mole fraction z of Ti exceeds 10 atomic% of the total, the volume ratio of the amorphous phase that remains after the crystallization heat treatment is increased, tends to lead to reduction of the remanence B r. From the above, the composition ratio z of Ti is preferably in the range of 0.1 atomic% to 10 atomic%. A more preferable lower limit of the z range is 0.5 atomic%, and a more preferable upper limit of the z range is 8 atomic%. Furthermore, the upper limit of the preferable range of z is 7 atomic%.

種々の効果を得る為、金属元素Mを添加しても良い。MはAl、Si、Mn、Cu、Zn、Ga、Ag、Pt、Au、Pb、V、Ta、W、Mo、およびCrからなる群から選択された少なくとも1種類の元素である。   In order to obtain various effects, the metal element M may be added. M is at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Mn, Cu, Zn, Ga, Ag, Pt, Au, Pb, V, Ta, W, Mo, and Cr.

FeおよびTは、上述の元素の含有残余を占める。Tは、Coおよび/またはNiである。FeおよびTの全体に対するTの原子数比率nが50%を超えると、0.7T以上の高い残留磁束密度Brが得られない。このため、nは0原子%以上50原子%以下の範囲に限定することが好ましい。 Fe and T occupy the residual content of the above elements. T is Co and / or Ni. When the atomic ratio n of T with respect to the total Fe and T is more than 50% can not be obtained more high residual magnetic flux density B r 0.7 T. For this reason, it is preferable to limit n to the range of 0 atomic% or more and 50 atomic% or less.

以下の表1に示す各試料の合金組成となるよう純度99.5%以上のB、C、Fe、Co、Ti、Nd、Nbおよびその他の添加元素を含む原材料を秤量し、総量が600gの原料を調整した。次に、所望の合金組成を有する原料をアルミナ製坩堝に投入した後、Ar雰囲気における高周波加熱により溶解し、溶湯を作製した。溶湯温度が1500℃に到達した後、水冷した銅製鋳型上に溶湯を鋳込み、平板上の原料合金を作製した。ここで、試料No.1〜No.2は本発明の実施例に相当し、試料No.3〜No.6は比較例に相当する。   The raw materials containing B, C, Fe, Co, Ti, Nd, Nb and other additive elements having a purity of 99.5% or more were weighed so that the alloy composition of each sample shown in Table 1 below was obtained, and the total amount was 600 g. The raw materials were adjusted. Next, a raw material having a desired alloy composition was put into an alumina crucible and then melted by high-frequency heating in an Ar atmosphere to prepare a molten metal. After the molten metal temperature reached 1500 ° C., the molten metal was cast on a water-cooled copper mold to produce a raw material alloy on a flat plate. Here, Sample No. 1-No. 2 corresponds to an example of the present invention, and sample No. 3-No. 6 corresponds to a comparative example.

Figure 2006253413
Figure 2006253413

表1において、例えば「Nb1」は1原子%のNbを添加したことを示している。なお、不可避的に混入する微量の不純物については、表1に記載していない。   In Table 1, for example, “Nb1” indicates that 1 atomic% of Nb was added. Note that trace amounts of impurities inevitably mixed are not listed in Table 1.

上記原料合金を液体急冷装置(メルトスピニング装置、ストリップキャスト装置)を用いて溶融・急冷することにより、急冷凝固合金を作製した。具体的には、液体急冷装置の石英坩堝内に総量が10gの原料合金を投入し、圧力1.33〜47.92kPaのAr雰囲気中における高周波加熱により溶解し、合金溶湯を作製した。メルトスピニング装置では、坩堝の底部に内径0.8mmのオリフィスが設けられており、合金溶湯の湯面を加圧すると、合金溶湯はオリフィスを通して下方に噴出する。オリフィスの下端から所定の間隔を置いて下方には、制御された速度で回転する純銅製冷却ロールの表面が位置しているため、オリフィスから噴出す合金溶湯は、高速で回転する冷却ロールの表面に衝突すると、回転周速度の方向に移動しながら、冷却ロールによって抜熱され、急速に冷却される。一方、ストリップキャスト装置の場合、石英坩堝から傾斜したタンディッシュ上に合金溶湯が供給されるため、合金溶湯はタンディッシュ上を流れた後、冷却ロールの表面に供給される。   The raw material alloy was melted and rapidly cooled using a liquid quenching device (melt spinning device, strip casting device) to produce a rapidly solidified alloy. Specifically, a raw material alloy having a total amount of 10 g was put into a quartz crucible of a liquid quenching apparatus and melted by high-frequency heating in an Ar atmosphere at a pressure of 1.33 to 47.92 kPa, thereby producing a molten alloy. In the melt spinning apparatus, an orifice having an inner diameter of 0.8 mm is provided at the bottom of the crucible, and when the molten alloy surface is pressurized, the molten alloy is ejected downward through the orifice. The surface of the pure copper cooling roll that rotates at a controlled speed is located below the lower end of the orifice at a predetermined interval, so the molten alloy ejected from the orifice is the surface of the cooling roll that rotates at high speed. , The heat is removed by the cooling roll while moving in the direction of the rotational peripheral speed, and rapidly cooled. On the other hand, in the case of a strip casting apparatus, the molten alloy is supplied onto the inclined tundish from the quartz crucible, so that the molten alloy flows onto the surface of the cooling roll after flowing over the tundish.

冷却ロールによって急冷された合金溶湯は、冷却ロールの表面から離れた後、回転周速度の方向に飛ばされながら、更に冷却され、最終的には室温レベルに温度を低下させることになる。   The alloy melt rapidly cooled by the cooling roll is further cooled while being moved away from the surface of the cooling roll in the direction of the rotational peripheral speed, and finally the temperature is lowered to the room temperature level.

本実施例および比較例では、溶湯温度を1350℃に調節した後,石英坩堝内の湯面をArガスにより加圧し、幅2mm〜3mm、厚さ20μm〜50μmの急冷凝固合金を作製した。試料No.1〜2、4〜6については、メルトスピニング装置により、厚さの標準偏差σが10μm以下となるように急冷条件を整えた。これに対し、試料No.3については、ストリップキャスト装置により、厚さの標準偏差σが10μmを超えるように急冷条件を調節した。   In this example and comparative example, after adjusting the molten metal temperature to 1350 ° C., the molten metal surface in the quartz crucible was pressurized with Ar gas to produce a rapidly solidified alloy having a width of 2 mm to 3 mm and a thickness of 20 μm to 50 μm. Sample No. About 1-2, 4-6, the rapid cooling conditions were prepared with the melt spinning apparatus so that the standard deviation (sigma) of thickness might be 10 micrometers or less. In contrast, sample no. For No. 3, the quenching condition was adjusted by a strip casting apparatus so that the standard deviation σ of the thickness exceeded 10 μm.

上記の方法によって作製した急冷凝固合金を600〜800℃の温度で6〜8分間保持し、その後、室温まで冷却した。上記の熱処理はAr雰囲気中で行なった。次に、室温まで冷却された薄帯から、幅2mm〜3mm、厚さ50μm〜70μm、長さ3mm〜5mmの試料を作製した。その後、VSM(振動型磁力計)を用いて各試料の磁気特性を測定した。測定結果を表2に示す。   The rapidly solidified alloy produced by the above method was held at a temperature of 600 to 800 ° C. for 6 to 8 minutes, and then cooled to room temperature. The above heat treatment was performed in an Ar atmosphere. Next, a sample having a width of 2 mm to 3 mm, a thickness of 50 μm to 70 μm, and a length of 3 mm to 5 mm was produced from the thin ribbon cooled to room temperature. Thereafter, the magnetic properties of each sample were measured using a VSM (vibrating magnetometer). The measurement results are shown in Table 2.

Figure 2006253413
Figure 2006253413

表2からわかるように、Nbを含有し、かつ、σが5μm以下の試料No.1、2では非常に角形性に優れ、Hk/HcJの値が0.359に達している。一方、Nbを含有するが、σが10μmを超える試料No.3や、Nbなどの添加元素を含有しない試料No.4では、Hk/HcJの値が0.35未満になった。 As can be seen from Table 2, Sample No. containing Nb and having a σ of 5 μm or less. In 1 and 2, the squareness is very excellent, and the value of H k / H cJ reaches 0.359. On the other hand, Sample No. containing Nb but with σ exceeding 10 μm. 3 and Sample No. containing no additive element such as Nb. 4, the value of H k / H cJ was less than 0.35.

また、Nbに代えてMoやWを添加し、σが10μm以下となるように急冷条件を調節した試料No.5、6では、Hk/HcJの値は0.3未満になった。 In addition, sample No. 1 in which Mo or W was added instead of Nb and the quenching conditions were adjusted so that σ was 10 μm or less. In 5 and 6, the value of H k / H cJ was less than 0.3.

本発明の鉄基希土類ナノコンポジットは、優れた角形性を示すため、汎用性が広く、モータ、電装分野などに活用され得る。   Since the iron-based rare earth nanocomposite of the present invention exhibits excellent squareness, it has wide versatility and can be used in the fields of motors and electrical equipment.

減磁曲線の角形性を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the squareness of a demagnetization curve. (a)は、本発明による鉄基希土類合金ナノコンポジット磁石のための急冷合金を製造する方法に用いる装置の全体構成例を示す断面図であり、(b)は急冷凝固が行われる部分の拡大図である。(A) is sectional drawing which shows the example of whole structure of the apparatus used for the method of manufacturing the quenching alloy for the iron-based rare earth alloy nanocomposite magnet by this invention, (b) is an expansion of the part by which rapid solidification is performed FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1b、2b、8b、および9b雰囲気ガス供給口
1a、2a、8a、および9aガス排気口
1 溶解室
2 急冷室
3 溶解炉
4 貯湯容器
5 出湯ノズル
6 ロート
7 回転冷却ロール
21溶湯
22合金薄帯
1b, 2b, 8b, and 9b Atmospheric gas supply ports 1a, 2a, 8a, and 9a gas exhaust ports 1 Melting chamber 2 Quenching chamber 3 Melting furnace 4 Hot water storage vessel 5 Hot water discharge nozzle 6 Funnel 7 Rotating cooling roll 21 Molten metal 22 alloy ribbon

Claims (7)

組成式が(Fe1-nn)100-x-y-z-l-mxyTizNblm(但し、TはCoおよびNiからなる群から選択された少なくとも1種類の元素、QはBおよびCからなる群から選択された少なくとも1種類の元素、Rはイットリウムおよび希土類元素からなる群から選択された少なくとも1種類の元素、Mは、Al、Si、Mn、Cu、Zn、Ga、Ag、Pt、Au、Pb、V、Ta、W、Mo、およびCrからなる群から選択された少なくとも1種類の元素)で表され、組成比率x、y、z、l、mおよびnがそれぞれ、
10≦x≦17原子%、
6≦y≦11原子%、
0.1≦z≦10原子%、
0.1≦l≦6原子%、および
0≦m≦6原子%
0≦n≦0.5
を満足する合金の溶湯を用意する工程と、
メルトスピニング法によって前記溶湯を冷却して凝固させ、急冷凝固合金を形成する工程と、
を含み、
前記急冷凝固合金から、残留磁束密度Br≧0.8T、保磁力HcJ≧600KA/m、Hk/HcJ≧0.35の磁気特性を有する鉄基希土類ナノコンポジット磁石を製造する、鉄基希土類ナノコンポジット磁石の製造方法。
Composition formula (Fe 1-n T n) 100-xyzlm Q x R y Ti z Nb l M m ( where, T is at least one element selected from the group consisting of Co and Ni, Q is B and C At least one element selected from the group consisting of: R is at least one element selected from the group consisting of yttrium and rare earth elements; M is Al, Si, Mn, Cu, Zn, Ga, Ag, Pt And at least one element selected from the group consisting of Au, Pb, V, Ta, W, Mo, and Cr), and the composition ratios x, y, z, l, m, and n are respectively
10 ≦ x ≦ 17 atomic%,
6 ≦ y ≦ 11 atomic%,
0.1 ≦ z ≦ 10 atomic%,
0.1 ≦ l ≦ 6 atomic%, and 0 ≦ m ≦ 6 atomic%
0 ≦ n ≦ 0.5
Preparing a molten alloy that satisfies
A step of cooling and solidifying the molten metal by a melt spinning method to form a rapidly solidified alloy;
Including
An iron-based rare earth nanocomposite magnet having magnetic properties of residual magnetic flux density B r ≧ 0.8 T, coercive force H cJ ≧ 600 KA / m, H k / H cJ ≧ 0.35 is manufactured from the rapidly solidified alloy. Manufacturing method of base rare earth nanocomposite magnet.
前記急冷凝固合金は、平均厚さが10μm以上300μm以下、厚さの標準偏差σが10μm以下の薄帯である、請求項1に記載の製造方法。   2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the rapidly solidified alloy is a ribbon having an average thickness of 10 μm to 300 μm and a thickness standard deviation σ of 10 μm or less. 前記急冷凝固合金に熱処理を施し、強磁性相の体積比率を増加させる工程を更に含む、請求項1または2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, further comprising a step of subjecting the rapidly solidified alloy to a heat treatment to increase a volume ratio of the ferromagnetic phase. 前記強磁性相は硬磁性相および軟磁性相を含有し、
前記硬磁性相の平均結晶粒径は10nm以上300nm以下、
前記軟磁性相の平均結晶粒径は1nm以上100nm以下である、請求項2に記載の製造方法。
The ferromagnetic phase contains a hard magnetic phase and a soft magnetic phase,
The average crystal grain size of the hard magnetic phase is 10 nm or more and 300 nm or less,
The production method according to claim 2, wherein an average crystal grain size of the soft magnetic phase is 1 nm or more and 100 nm or less.
前記軟磁性相は、α−Fe相および鉄基硼化物相を含む請求項4に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 4, wherein the soft magnetic phase includes an α-Fe phase and an iron-based boride phase. 前記急冷凝固合金を粉砕し、鉄基希土類ナノコンポジット磁石粉末を形成する工程を含む請求項1から5のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, comprising a step of pulverizing the rapidly solidified alloy to form an iron-based rare earth nanocomposite magnet powder. 請求項6に記載の製造方法によって作製された前記鉄基希土類ナノコンポジット磁石粉末を用意する工程と、
前記鉄基希土類ナノコンポジット磁石粉末を用いてボンド磁石を作製する工程と、
を包含するボンド磁石の製造方法。
Preparing the iron-based rare earth nanocomposite magnet powder produced by the production method according to claim 6;
Producing a bonded magnet using the iron-based rare earth nanocomposite magnet powder;
A method of manufacturing a bonded magnet including
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