JP2010215972A - ＮｄＦｅＢＣｕ磁石材料 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｒなどの希少金属を多量添加することなくこれらの希少金属を添加した場合と同等以上の保磁力を確保し得るＮｄＦｅＢ系磁石材料を提供する。
【解決手段】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）の液体急冷リボンからなるＮｄＦｅＢＣｕ磁石材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＮｄＦｅＢＣｕ磁石材料に関し、さらに詳しくはＤｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｒなどの希少金属を多量添加することなくこれらの希少金属を添加した磁石材料比べてと同等以上の保磁力を確保し得るＮｄＦｅＢ系磁石材料に関する。

磁性材料としては大きく分けると硬磁性材料と軟磁性材料とがあり、両者の対比において硬磁性材料は高保磁力であることが求められ、軟磁性材料は保磁力が小さくても高い最大磁化が求められる。
この硬磁性材料に特徴的な保磁力は磁石の安定性に関係した特性であり、高保磁力であるほど高温での使用が可能となりまた磁石の寿命が長い。

硬磁性材料の磁石の１つとしてＮｄＦｅＢ系の磁石が知られている。このＮｄＦｅＢ系の磁石は微細集合組織を含み得ることが知られている。そして、この微細集合組織を含む液体急冷リボンは、保磁力を改善し得ることが知られている。
しかし、ＮｄＦｅＢ系の微細集合組織を含む液体急冷リボンは磁石材料として温度特性が十分ではなく、保磁力の温度特性を改良するために種々の提案がされている。

例えば、特開２０００−２５２１０７号公報には、Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ_ｘＲ_ｙＭ_ｚ（Ｆｅは鉄、Ｂはボロン、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびＳｍからなる群から選択された少なくとも１種の希土類元素、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、およびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素）の組成式で表される半硬質磁性材料であって、前記組成式中のｘ、ｙ、ｚが、７原子％≦ｘ＜１５原子％、０．５原子％≦ｙ≦４原子％、および０．１原子％≦ｚ≦７原子％の関係を満足する合金溶湯を形成し、かつ構成相として、平均結晶粒径が１００ｎｍ以下であるα−Ｆｅ微結晶を含んでいる半硬質磁性材料が記載されている。そして、具体例として保磁力が硬磁性材料であるＮｄＦｅＢ系磁石の１０％未満である半硬質材料が示されている。

さらに、再公表２００２−０３０５９５号公報には、Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}Ｒ_ｘＱ_ｙＭ_ｚ（但しＲはＰｒ、Ｎｄ、Ｄｙ又はＴｂの１種又は２種以上、ＱはＢ又はＣの１種又は２種以上で、ＭはＣｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂの１種又は２種以上で、式中のｘ、ｙ、ｚがそれぞれ１原子％≦ｘ＜６原子％、１５原子％≦ｙ≦３０原子％、０原子％≦ｚ≦７原子％）の合金溶湯を作製する工程と、冷却ロールを用いたストリップキャスト法で急冷して薄帯状の合金を形成する磁石用原料合金の製造方法が記載されている。そして、具体例として４元系ではＮｄの割合が５．５原子％以下でＣｏおよび／又はＣｒを含む組成である急冷薄帯状合金が示されている。

特開２０００−２５２１０７号公報 再公表２００２−０３０５９５号公報

しかし、これら公知の磁石材料では保磁力の温度特性を改良するためにＤｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｒなどの希少金属を多量添加することが必要である。
従って、本発明の目的は、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｒなどの希少金属を多量添加することなくこれらの希少金属を添加した場合と同等以上の保磁力を確保し得るＮｄＦｅＢ系磁石材料を提供することである。

本発明者らは、前記目的を達成することを目的として鋭意研究を行った結果、ＮｄＦｅＢ系磁石では多磁区粒子のみでは保磁力が発現せず磁壁の移動、発生を妨げる磁界相が必要であって、３元素のみでは保磁力の温度特性が改善しないとの結論に達し、さらに検討を行った結果、本発明を完成した。
本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）の液体急冷リボンからなるＮｄＦｅＢＣｕ磁石材料に関する。
本発明において液体急冷リボンとは、合金溶湯を急冷して得られる薄帯状物（すなわち、リボン）のことを意味する。

本発明によれば、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｒなどの希少金属を多量添加することなくこれらの希少金属を添加した磁石材料と同等以上の保磁力を確保し得るＮｄＦｅＢ系磁石材料を得ることができる。

図１は、本発明の実施態様における液体急冷リボンと比較例における液体急冷リボンの保磁力の温度特性を示すグラフである。 図２は、本発明の実施態様における液体急冷リボンと比較例における液体急冷リボンとの規格化保磁力の温度特性を示すグラフである。 図３は、本発明の実施例において液体急冷リボンの作製に用いられる単ロール炉の模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。
図１および図２を参照すると、本発明の実施態様におけるＮｄＦｅＢＣｕ_１の液体急冷リボンはＮｄＦｅＢＣｏ_１０の液体急冷リボンと比較してほぼ同等以上の保磁力の温度特性を有している。
このＮｄＦｅＢＣｕ_１の液体急冷リボンにおける高温保磁力は、前記組成の合金溶湯から液体急冷リボンとすることで微細集合組織化され、保磁力の温度特性に優れた磁石材料が得られたことを示していると考えられる。

本発明の磁石材料は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）の液体急冷リボンであることが必要である。
この液体急冷リボンによって、単磁区粒子径以下の孤立微細集合組織化、もしくは等方性微細集合組織化することで、コヒーレントローテーションモデルに基づいた高保磁力化が実現され得ると考えられる。

本発明におけるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘとは、ＮｄとＦｅとＢとＣｕとの４元合金であってＣｕを除く他の成分はＮｄとＦｅとＢとの３元合金の組成であって、これらのうちのいずれか１種、例えばＢのｘ（１〜３）、好適には１〜２、特に１原子数比の原子をＣｕで置換した合金である。
前記の合金において、Ｃｕを除く元素を添加元素とした場合には室温保磁力を向上させる効果を発現させるものは複数存在するが、温度特性を改善することできる元素は見出されていない。

特に本発明においては、ＮｄＦｅＢ系急冷リボンのＮｄおよびＢ量をストイキオメトリ領域（Ｎｄ_１２Ｆｅ_８２Ｂ_６）よりもＮｄ又はＢがリッチな組成にすることで、保磁力の良好な温度特性を有する急冷リボンを得ることができる。このため、前記のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕとしては、好適にはＮｄ_ｙ−Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}−Ｂ_ｚ−Ｃｕ_Ｘ（ｘ、ｙおよびｚは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３、１２＜ｙおよび／又は６＜ｚ）、特に、Ｎｄ_ｙ−Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}−Ｂ_Ｚ−Ｃｕ_Ｘ（１≦ｘ≦３、１２＜ｙ≦２４、特に１４≦ｙ≦２４および／又は６＜ｚ≦１２）、その中でもＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｃｕ_１を挙げることができる。

前記の液体急冷リボンを得る方法としては、例えばメルトスピニングなどによる液体急冷が挙げられる。
そして、そのための具体的な手段として、ロールを用いて冷却リボンを作製する方法が挙げられる。
前記の具体例として、例えば、減圧下又は不活性ガス雰囲気下にロールの周速が１．０〜３．２ｍ／ｓｅｃ、クリアランスが０．６〜１．２ｍｍ、噴射圧力が０．２〜２ｋｇ／ｃｍ^３、溶解温度が１４００〜１７００℃で、前記のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）組成の合金溶湯を冷却ロールに供給し、ロール表面で急速に冷却することによって合金を微細集合組織化した後、冷却ロールから剥離したリボン状の磁石材料を得る方法が挙げられる。

本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘの液体急冷リボンは、例えば前記の原子数比を与える割合のＮｄ、Ｆｅ、ＦｅＢおよびＣｕの所定量を用いて、溶解炉、例えばアーク溶解炉を用いて合金インゴットを作製し、得られた合金インゴットを鋳造装置、例えば合金融液を貯留する融液貯留器、融液を供給するノズル、冷却ロール、巻き取り機、冷却ロール用モータ、巻き取り機モータ、冷却ロール用冷却装置等を備えたロール炉を用いて得ることができる。

本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘの液体急冷リボンから、例えば、そのまま又は前記の液体急冷リボンから柱状晶組織を除いた後、残部を粉砕して、ダイス、温度センサ、制御装置、電源装置、発熱体、電極、断熱材、金属サポート、真空チャンバ等を備えた通電加熱焼結装置を用いて通電加熱焼結する方法などによって、加圧焼結してバルク体を得ることができる。

前記の加圧焼結は、例えば１０〜１０００ＭＰａの焼結時の面圧、５５０℃以上６００℃以下の温度で１０^−２ＭＰａ以下の真空下に５〜１００分間の条件で、通電加熱焼結によって行うことできる。

以下、本発明の実施例を示す。
以下の各例において急冷リボンの磁気特性は振動試料型磁力計：Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍによって、装置としてＬａｋｅ Ｓｈｏｒｃ社製のＶＳＭ測定装置を用いて測定したものである。
以下の実施例において、液体急冷リボンの作製は図３に模式図を示す単ロール炉を用いて行った。

実施例１
Ｎｄ、Ｆｅ、ＢおよびＣｕの原子数比が１５：７７：７：１となる割合でＮｄ、Ｆｅ、ＦｅＢおよびＣｕの所定量秤量し、アーク溶解炉にて合金インゴットを作製した。次いで、単ロール炉にて合金インゴットを高周波で溶解し、次の単ロール炉使用条件で銅ロールに噴射し液体急冷リボンを作製した。
単ロール炉使用条件
ノズル径 ０．６ｍｍ
クリアランス １．０ｍｍ
噴射圧力 ０．４ｋｇ／ｃｍ^３
ロール周速 ２．５ｍ／ｓｅｃ
溶解温度 １４５０℃
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｃｕ_１液体急冷リボンを回収し、高温ＶＳＭで磁気特性を評価した。結果をまとめて図１および図２に示す。
図２において、規格化保磁力とは、室温保磁力を１として規格化した液体急冷リボンの磁力を意味する。

比較例１
Ｎｄ、Ｆｅ、ＣｏおよびＢの原子数比が１５：６７：１０：８となる割合でＮｄ、Ｆｅ、ＦｅＢおよびＣｏの所定量秤量し、アーク溶解炉にて合金インゴットを作製した。次いで実施例１と同様にして、液体急冷リボンを作製した。
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_６７Ｃｏ_１０Ｂ_８液体急冷リボンを回収し、高温ＶＳＭで磁気特性を評価した。結果をまとめて図１および図２に示す。

比較例２
Ｎｄ、ＦｅおよびＢの原子数比が１５：７７：８となる割合でＮｄ、ＦｅおよびＦｅＢの所定量秤量し、アーク溶解炉にて合金インゴットを作製した。次いで実施例１と同様にして、液体急冷リボンを作製した。
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_８液体急冷リボンを回収し、高温ＶＳＭで磁気特性を評価した。結果をまとめて図１および図２に示す。

ＶＳＭの評価結果から、液体急冷リボンの室温保磁力をまとめると次のようになる。
Ｎｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｃｕ_１液体急冷リボン 保磁力（ｋＯｅ）＝１９．８
Ｎｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_８液体急冷リボン 保磁力（ｋＯｅ）＝１８．６
Ｎｄ_１５Ｆｅ_６７Ｃｏ_１０Ｂ_７液体急冷リボン 保磁力（ｋＯｅ）＝１９．８

また、以上の結果から、３元系のＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_８液体急冷リボンは、室温保磁力が低いが、Ｂの一部をＣｕで置換して４元系のＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｃｕ_１液体急冷リボンにすることにより、室温保磁力の高い磁石材料を得ることができた。
さらに、Ｂの一部をＣｕで置換して４元系のＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｃｕ_１液体急冷リボンにすることにより、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｒなどの希少金属を多量添加しないで保磁力の温度特性に優れた磁石材料を得ることが可能となった。

本発明によって、コスト、資源リスクを抑えて高温保磁力に優れた磁石材料を得ることが可能となり安価な高保磁力ＮｄＦｅＢＣｕ磁石を提供し得る。

Claims (3)

1. Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）の急冷リボンからなるＮｄＦｅＢＣｕ磁石材料。
2. Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘが、Ｎｄ_ｙ−Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}−Ｂ_ｚ−Ｃｕ_Ｘ（ｘ、ｙおよびｚは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３、１２＜ｙ、および／又は６＜ｚ）である請求項１に記載のＮｄＦｅＢＣｕ磁石材料。
3. Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ_Ｘが、Ｎｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｃｕ_１である請求項１に記載のＮｄＦｅＢＣｕ磁石材料。

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