JP2012074470A - 希土類磁石、希土類磁石の製造方法及び回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】耐食性に優れた希土類磁石を提供すること。
【解決手段】本発明の希土類磁石１００は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系の希土類磁石であって、Ｃｕ及びＣｏを更に含有し、希土類磁石におけるＣｕの濃度分布が、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＣｕの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｕの濃度よりも高く、希土類磁石におけるＣｏの濃度分布が、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＣｏの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｏの濃度よりも高い。
【選択図】図６

Description

本発明は、希土類磁石、希土類磁石の製造方法及び回転機に関する。

希土類元素Ｒ、鉄元素（Ｆｅ）又はコバルト元素（Ｃｏ）等の遷移金属元素Ｔ及びホウ素元素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石は優れた磁気特性を有する（下記特許文献１〜４参照）。しかし、希土類磁石は主成分として酸化され易い希土類元素を含有していることから耐食性が低い傾向にある。そのため、希土類磁石の耐食性を向上させるために、磁石素体の表面上に樹脂やめっき等からなる保護層を設けることが多い。

特開２００１−１９６２１５号公報 特開昭６２−１９２５６６号公報 特開２００２−２５８１２号公報 国際公開第２００６／１１２４０３号パンフレット

しかし、表面に保護層を形成した希土類磁石においても、必ずしも完全な耐食性は得られていない。これは、高温多湿の環境では水蒸気が保護層を透過して磁石素体に到達することにより、磁石素体の腐食が進行することによる。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れた希土類磁石及び希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る希土類磁石は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系の希土類磁石であって、Ｃｕ及びＣｏを更に含有し、希土類磁石におけるＣｕの濃度分布が、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＣｕの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｕの濃度よりも高く、希土類磁石におけるＣｏの濃度分布が、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＣｏの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｏの濃度よりも高い。

上記本発明によれば、希土類磁石の耐食性が向上する。

上記本発明に係る希土類磁石は、Ａｌを更に含有し、希土類磁石におけるＡｌの濃度分布が、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＡｌの濃度が、希土類磁石の内部側のＡｌの濃度よりも高くてもよい。

上記のようなＡｌの濃度分布を有する希土類磁石においても、その耐食性が向上する。

本発明の回転機は、上記本発明の希土類磁石を備える。耐食性に優れた希土類磁石を備える回転機は、苛酷な環境下で使用しても、長期間に亘って優れた性能を維持することができる。

本発明に係る希土類磁石の第一の製造方法は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面に、Ｃｕ元素を付着させる工程と、Ｃｕ元素を付着させた磁石素体を４８０〜６５０℃で加熱する工程と、を備え、磁石素体がＣｏを更に含有する。これにより、上記のようなＣｕ及びＣｏの濃度分布を有する本発明の希土類磁石を得ることが可能となる。

本発明に係る希土類磁石の第二の製造方法は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面に、Ａｌ元素を付着させる工程と、Ａｌ元素を付着させた前記磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する工程と、を備え、磁石素体がＣｕ及びＣｏを更に含有する。これにより、上記のようなＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの濃度分布を有する本発明の希土類磁石を得ることが可能となる。

本発明によれば、耐食性に優れた希土類磁石及び希土類磁石の製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る希土類磁石の斜視図である。 図２は、図１に示す希土類磁石のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る回転機を模式的に示す斜視図である。 図４（ａ）は、本発明の実施例１の希土類磁石におけるＣｕの濃度分布図であり、図４（ｂ）は、本発明の実施例１の希土類磁石におけるＣｏの濃度分布図であり、図４（ｃ）は、本発明の実施例１の希土類磁石におけるＡｌの濃度分布図である。 図５（ａ）は、本発明の実施例１の希土類磁石におけるＮｉの濃度分布図であり、図５（ｂ）は、本発明の実施例１の希土類磁石におけるＦｅの濃度分布図である。 図６（ａ）は、本発明の実施例８の希土類磁石におけるＣｕの濃度分布図であり、図６（ｂ）は、本発明の実施例８の希土類磁石におけるＣｏの濃度分布図であり、図６（ｃ）は、本発明の実施例８の希土類磁石におけるＡｌの濃度分布図である。 図７（ａ）は、本発明の実施例８の希土類磁石におけるＮｉの濃度分布図であり、図７（ｂ）は、本発明の実施例８の希土類磁石におけるＦｅの濃度分布図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付し、同一の要素の符号の一部は省略する。

（希土類磁石）
図１及び２に示す本実施形態に係る希土類磁石１００は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石である。希土類元素Ｒは、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも一種であればよい。特に、希土類磁石１００は、希土類元素ＲとしてＮｄ及びＰｒの両方を含有することが好ましい。また、希土類磁石は、遷移金属元素ＴとしてＣｏ及びＦｅを含有することが好ましい。希土類磁石１００がこれらの元素を含有することにより、希土類磁石１００の残留磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。なお、希土類磁石１００は、必要に応じて、Ｍｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｓｉ及びＢｉ等の他の元素を更に含んでもよい。

希土類磁石１００はＣｕ及びＣｏを更に含有する。希土類磁石１００におけるＣｕの濃度分布は、希土類磁石１００の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有する。希土類磁石１００の表面側のＣｕの濃度は、希土類磁石１００の内部側のＣｕの濃度よりも高い。つまり、希土類磁石１００におけるＣｕの濃度は、希土類磁石１００の表面側において最も高く、希土類磁石１００の表面から内部（中心部２０）へ向かう距離の増加に伴って減少する。希土類磁石１００におけるＣｏの濃度分布は、希土類磁石１００の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石１００の表面側のＣｏの濃度が、希土類磁石１００の内部側のＣｏの濃度よりも高い。つまり、希土類磁石１００におけるＣｏの濃度は、希土類磁石１００の表面側において最も高く、希土類磁石１００の表面から内部（中心部２０）へ向かう距離の増加に伴って減少する。

本発明者らは、水蒸気による磁石の腐食メカニズムについて研究した結果、腐食反応で発生する水素が磁石中の粒界に存在するＲリッチ相に吸蔵されることにより、Ｒリッチ相の水酸化物への変化が加速され、それに伴う磁石の体積膨張によって磁石の主相粒子が磁石から脱落し、腐食が加速度的に磁石内部に進行していくことを発見した。なお、Ｒリッチ相とは、相を構成する元素の中で最も濃度（原子数の比率）が高い元素が希土類元素Ｒである相を意味する。Ｒは例えばＮｄである。

そこで本発明者らは、粒界のＲリッチ相による水素の吸蔵を抑制する方法について鋭意研究し、磁石の表面近傍におけるＣｕ及びＣｏの各濃度を磁石内部に比べて高くすることにより、水素吸蔵を抑制し、耐食性を大幅に向上できることを見出し、本発明に至った。また、希土類磁石１００の全域に適量のＣｕが分布すると、希土類磁石１００の保磁力が向上するが、Ｃｕの濃度が高過ぎる領域では、保磁力及び残留磁束密度が低下する傾向がある。そこで、本実施形態では、上記のようにＣｕ及びＣｏの各濃度分布が勾配を有する領域、すなわちＣｕ及びＣｏが濃縮された層（高濃度層４０）を、希土類磁石１００の表面側に設ける。これにより、希土類磁石１００の保磁力及び残留磁束密度を損なうことなく希土類磁石１００の耐食性を向上させることが可能となる。

希土類磁石１００中のＣｕの含有量は、希土類磁石１００全体に対して０．０１〜１重量％であることが好ましい。Ｃｕの含有量が多過ぎる場合、希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向がある。ただし、Ｃｕの含有量が上記の上限値を超えたとしても、本発明の効果は達成される。希土類磁石１００中のＣｏの含有量は、希土類磁石１００全体に対して０．１〜１０重量％程度であればよい。

高濃度層４０の厚みＤは、特に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度であればよい。これにより、希土類磁石１００の充分な耐食性と磁気特性を両立させ易くなる。なお、高濃度層４０の厚みＤは、Ｃｕ及びＣｏの各濃度分布が勾配を有する領域の幅とほぼ同義である。また、厚みＤ、又は濃度分布が勾配を有する領域の幅とは、希土類磁石１００の表面に垂直な方向における値を意味する。

希土類磁石１００の寸法は、特に限定されないが、縦の長さが１〜２００ｍｍ、横の長さが１〜２００ｍｍ、高さが１〜３０ｍｍ程度である。なお、希土類磁石１００の形状は、図１及び２に示す直方体に限定されず、リング状や円板状であってもよい。

希土類磁石１００は、Ａｌを更に含有することが好ましい。そして、希土類磁石１００におけるＡｌの濃度分布が、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＡｌの濃度が、希土類磁石の内部側のＡｌの濃度よりも高いことが好ましい。つまり、希土類磁石１００におけるＡｌの濃度は、希土類磁石１００の表面側において最も高いことが好ましく、希土類磁石１００の表面から内部（中心部２０）へ向かう距離の増加に伴って減少することが好ましい。このように、希土類磁石１００の表面にＣｕ及びＣｕと共にＡｌを偏在させることにより、希土類磁石１００の表面が水素を吸蔵し難くなり、希土類磁石１００の耐食性が向上し易くなる。

なお、Ａｌが希土類磁石１００の表面のみならず、希土類磁石１００の内部全体に分布すると、磁気特性が劣化する傾向がある。したがって、Ａｌの濃度分布が勾配を有する領域の幅は、希土類磁石１００の表面を起点として、１０００μｍ以下であることが好ましい。また、Ａｌの濃度分布が勾配を有する領域の幅は、希土類磁石１００の表面を起点として、１００μｍ以上であることが好ましく、２００μｍ以上であることがより好ましい。これにより、希土類磁石１００の耐食性と磁気特性を両立させ易くなる。

希土類磁石１００中のＡｌの含有量は０．０１〜１．５重量％であることが好ましい。Ａｌの含有量が多過ぎる場合、希土類磁石１００の残留磁束密度が劣化する傾向がある。ただし、Ａｌの含有量が上記の上限値を超えたとしても、本発明の効果は達成される。

希土類磁石１００は、Ｎｉを更に含有することが好ましい。そして、希土類磁石１００におけるＮｉの濃度分布が、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＮｉの濃度が、希土類磁石の内部側のＮｉの濃度よりも高いことが好ましい。つまり、希土類磁石１００におけるＮｉの濃度は、希土類磁石１００の表面側において最も高いことが好ましく、希土類磁石１００の表面から内部（中心部２０）へ向かう距離の増加に伴って減少することが好ましい。これにより、希土類磁石１００の耐食性が向上し易くなる。希土類磁石１００中のＮｉの含有量は、希土類磁石１００全体に対して０．００１〜０．１重量％程度であればよい。

Ｃｕの濃度分布が有する勾配は、０．０１〜５重量％／ｍｍであることが好ましい。Ｃｏの濃度分布が有する勾配は、０．０１〜５重量％／ｍｍであることが好ましい。Ａｌの濃度分布が有する勾配は、０．０１〜５重量％／ｍｍであることが好ましい。Ｎｉの濃度分布が有する勾配は、０．００１〜０．１重量％／ｍｍであることが好ましい。各元素の濃度分布が有する勾配が上記の各数値範囲内である場合、希土類磁石１００の耐食性が向上し易くなる。なお、各勾配は、希土類磁石１００の表面に垂直であり、且つ希土類磁石１００の表面から内部（中心部２０）に向かう方向におけるものである。また、各勾配の数値は、希土類磁石１００の表面からの深さが２０μｍである位置から、磁石厚みの１／４である位置までの平均濃度勾配である。また、各濃度（重量％）の値は、希土類磁石１００の単位重量を基準としたものである。

希土類磁石１００は、必要に応じてさらにその表面に保護層を備えてもよい。保護層としては、通常希土類磁石の表面を保護する層として形成されるものであれば特に制限なく適用できる。保護層としては、たとえば、塗装や蒸着重合法により形成した樹脂層、めっきや気相法により形成した金属層、塗布法や気相法により形成した無機層、酸化層、化成処理層等が挙げられる。ただし、磁石の表面に保護層を形成した場合、保護層と磁石との間に生じる応力によって磁石特性（角形性）が低下する場合がある。しかし、本実施形態では、保護層がなくとも、高濃度層４０によって磁石の耐食性が向上するので、応力に関する問題が解消する。

希土類磁石１００の組成及び各元素の濃度分布の測定方法としては、特に限定されないが、電子線マイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ），レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析（Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ）等を用いればよい。

（希土類磁石の製造方法）
［第一の製造方法］
希土類磁石の第一の製造方法では、まず原料合金を鋳造し、インゴットを得る。原料合金としては、希土類元素Ｒ，Ｃｏ及びＢを含むものを用いればよい。原料合金は、必要に応じてＣｏ以外の遷移金属元素Ｔ（例えばＦｅ），Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｓｉ及びＢｉ等の元素を更に含んでもよい。インゴットの化学組成は、最終的に得たい希土類磁石の主相の化学組成に応じて調整すればよい。

インゴットを、ディスクミル等により粗粉砕して１０〜１００μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、ジェットミル等により微粉砕して０．５〜５μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、磁場中で加圧成形する。成形時に合金粉末に印加する磁場の強度は８００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。成形時に合金粉末に加える圧力は１０〜５００ＭＰａ程度であることが好ましい。成形方法としては、一軸加圧法またはＣＩＰなどの等方加圧法のいずれを用いてもよい。得られた成形体を焼成して焼結体（磁石素体）を形成する。焼成温度は１０００〜１２００℃程度であればよい。焼成時間は０．１〜１００時間程度であればよい。焼成工程は、複数回行ってもよい。焼成工程は、真空中またはＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。

焼結体に対して時効処理を施すことが好ましい。時効処理では、焼結体を４５０〜９５０℃程度で熱処理すればよい。時効処理では、焼結体を０．１〜１００時間程度熱処理すればよい。時効処理は不活性ガス雰囲気中で行えばよい。このような時効処理により希土類磁石の保磁力がさらに向上する。なお、時効処理は多段階の熱処理工程から構成されてもよい。例えば２段の熱処理からなる時効処理では、１段目の熱処理工程で焼結体を７００℃以上焼成温度未満の温度で０．１〜５０時間加熱すればよい。２段目の熱処理工程では、焼結体を４５０〜７００℃で０．１〜１００時間加熱すればよい。

以上の工程により得られた焼結体（磁石素体）は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる主相と、希土類元素Ｒを主成分とし、粒界に存在するＲリッチ相と、を少なくとも備える。また、焼結体はＣｏを含有する。

必要に応じて、得られた焼結体を所定の形状に加工してもよい。加工方法としては、例えば、切断、研削などの形状加工や、バレル研磨などの面取り加工などが挙げられる。なお、このような加工は必ずしも行う必要はない。

このようにして得られた磁石素体に対しては、表面の凹凸や表面に付着した不純物等を除去するため、適宜、洗浄を行ってもよい。洗浄方法としては、例えば、酸溶液を用いた酸洗浄（エッチング）が好ましい。酸洗浄によれば、磁石素体の表面の凹凸や不純物を溶解除去して平滑な表面を有する磁石素体が得られ易くなり、後述する熱処理工程においてＣｕ元素の拡散が生じ易くなる。

酸洗浄で使用する酸としては、水素の発生が少ない酸化性の酸である硝酸が好ましい。処理液中の硝酸濃度は、好ましくは１規定以下、特に好ましくは０．５規定以下である。このような酸洗浄による磁石素体の表面の溶解量は、表面からの平均厚みに換算して、５μｍ以上であることが好ましく、１０〜１５μｍであることがより好ましい。こうすれば、磁石素体の表面加工によって形成される変質層や酸化層をほぼ完全に除去することができ、後述する熱処理工程においてＣｕ元素の拡散が生じ易くなる。

また、上記酸洗浄後の磁石素体を水洗して、酸洗浄に用いた処理液を磁石素体から除去した後、磁石素体の表面に残存した少量の未溶解物や残留酸成分を完全に除去するために、磁石素体に対して超音波を使用した洗浄を実施することが好ましい。超音波洗浄は、例えば、磁石素体の表面に錆を発生させる塩素イオンが極めて少ない純水中や、アルカリ性溶液中等で行うことができる。超音波洗浄後には、必要に応じて磁石素体を水洗してもよい。

次に、磁石素体の表面にＣｕ単体、Ｃｕ合金、又はＣｕ化合物を付着させる。Ｃｕの付着方法としては、例えば、Ｃｕからなる粒子を分散させた塗布液を、磁石素体の表面全体に均一に塗布する方法が挙げられる。磁石素体の表面に付着させるＣｕ粒子の粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。Ｃｕ粒子の粒径が大き過ぎる場合、Ｃｕが磁石素体内へ拡散し難くなることが問題となる。塗布液は樹脂のバインダーを含有することが好ましい。樹脂バインダーを塗布液に含有させることで、磁石素体に対する粒子の付着強度が増し脱落し難くなる。なお、めっき法や気相法などの手法により、磁石素体の表面にＣｕを付着させてもよい。

表面にＣｕを付着させた磁石素体を加熱する。これにより、Ｃｕが磁石素体の表面から粒界相等を通じて磁石素体内へ熱拡散するとともに、Ｃｕの拡散に誘起される形で磁石素体内部の粒界相等に含まれるＣｏが磁石素体の表面近傍に移動して偏析する。この加熱工程によって、希土類磁石１００の表面側にＣｕの濃度分布の勾配が生じる。そして、希土類磁石１００の表面側のＣｕの濃度が、希土類磁石１００の内部側のＣｕの濃度よりも高くなる。また、加熱工程によって、希土類磁石１００の表面側にＣｏの濃度分布の勾配が生じる。そして、希土類磁石１００の表面側のＣｏの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｏの濃度よりも高くなる。このようにして高濃度層４０が形成される。また、磁石素体の表面に付着したＣｕが拡散しなかった磁石素体の内部には、Ｃｕ及びＣｏの各濃度がほぼ一定であって、濃縮層４０よりも低く、組成が均一な中心部２０が形成される。以上の工程を経て、本実施形態の希土類磁石１００が完成する。

表面にＣｕを付着させた磁石素体は４８０〜６５０℃で加熱する。この加熱温度が高過ぎる場合、Ｃｕが磁石素体の表面のみならず磁石素体の全体に熱拡散したり、Ｃｕが溶融して磁石素体の主相（Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金）と反応して合金化したりする。その結果、希土類磁石の耐食性及び磁気特性が劣化する。加熱温度が低過ぎる場合、Ｃｕが十分に磁石素体内に拡散せず、希土類磁石１００の表面側にＣｕ及びＣｏの各濃度分布の勾配が生じ難くなる。表面にＣｕを付着させた磁石素体の加熱時間は、１０〜６００分であることが好ましい。加熱時間が短すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、Ｃｕが十分に磁石素体内に拡散し難い傾向がある。加熱時間が長すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、Ｃｕが磁石素体の表面のみならず磁石素体の深部にまで熱拡散する傾向がある。ただし、加熱時間が上記の数値範囲外であっても本実施形態の希土類磁石を得ることは可能である。

上記の熱処理において昇温させた磁石素体を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石１００の表面側にＣｕ及びＣｏの各濃度分布の勾配が生じ易くなる。

磁石素体表面からのＣｕの拡散距離、並びにＣｕ及びＣｏの各濃度勾配は、原料合金中のＣｕ及びＣｏの各含有率、磁石素体の表面に付着させるＣｕの量、表面にＣｕを付着させた磁石素体の加熱温度又は加熱時間等によって適宜制御できる。磁石素体表面からのＣｕの拡散距離は、濃縮層４０の厚みＤとほぼ一致する。

希土類磁石に対して、上述した磁石素体の場合と同様の時効処理を施すことが好ましい。時効処理により希土類磁石の保磁力がさらに向上する。時効処理温度は、Ｃｕの熱拡散に要する加熱温度以下であることが好ましい。時効処理において昇温させた希土類磁石を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石の磁気特性が向上し易くなる。

表面にＣｕを付着させた磁石素体を加熱した後、希土類磁石の表面に残存するＣｕ等を研磨やエッチングにより除去してもよい。希土類磁石の表面に保護層を形成してもよい。保護層としては、通常希土類磁石の表面を保護する層として形成されるものであれば特に制限なく適用できる。保護層としては、たとえば、塗装や蒸着重合法により形成した樹脂層、めっきや気相法により形成した金属層、塗布法や気相法により形成した無機層、酸化層、化成処理層等が挙げられる。

［第二の製造方法］
希土類磁石の第二の製造方法では、まず原料合金を鋳造し、インゴットを得る。原料合金としては、希土類元素Ｒ，Ｂ，Ｃｕ及びＣｏを含むものを用いればよい。原料合金は、必要に応じてＣｏ以外の遷移金属元素Ｔ（例えばＦｅ），Ａｌ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｓｉ及びＢｉ等の元素を更に含んでもよい。インゴットの化学組成は、最終的に得たい希土類磁石の主相の化学組成に応じて調整すればよい。

インゴットを、第一の製造方法と同様に粗粉砕して、合金粉末を得る。当該合金粉末を、第一の製造方法と同様に微粉砕して合金粉末を得る。当該合金粉末を、第一の製造方法と同様に磁場中で加圧成形する。得られた成形体を第一の製造方法と同様に焼成して焼結体（磁石素体）を形成する。

焼結体に対して第一の製造方法と同様に時効処理を施すことが好ましい。

以上の工程により得られた焼結体（磁石素体）は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる主相と、希土類元素Ｒを主成分とし、粒界相に存在するＲリッチ相と、を少なくとも備える。また、焼結体はＣｕ及びＣｏを含有する。

なお、磁石素体に対して、第一の製造方法と同様に、必要に応じて加工、洗浄を施しても良い。

磁石素体の表面にＡｌ単体、Ａｌ合金又はＡｌ化合物を付着させる。Ａｌの付着方法としては、例えば、Ａｌからなる粒子（偏平粉など）を分散させた塗布液を、磁石素体の表面全体に均一に塗布する方法が挙げられる。磁石素体の表面に付着させるＡｌ粒子の粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。Ａｌ粒子の粒径が大き過ぎる場合、Ａｌが磁石素体内へ拡散し難くなることが問題となる。第一の製造方法と同様の理由から、塗布液は樹脂のバインダーを含有することが好ましい。なお、めっき法や気相法などの手法により、磁石素体の表面にＡｌを付着させてもよい。

表面にＡｌを付着させた磁石素体を加熱する。これにより、Ａｌが粒界相等を通じて磁石素体の表面から磁石素体内へ熱拡散するとともに、Ａｌの拡散に誘起される形で磁石素体内部の粒界相等に含まれるＣｕ及びＣｏが磁石素体の表面近傍に移動して偏析する。この加熱工程によって、希土類磁石１００の表面側にＡｌの濃度分布の勾配が生じる。そして、希土類磁石１００の表面側のＡｌの濃度が、希土類磁石１００の内部側のＡｌの濃度よりも高くなる。また、希土類磁石１００の表面側にＣｕの濃度分布の勾配が生じる。そして、希土類磁石１００の表面側のＣｕの濃度が、希土類磁石１００の内部側のＣｕの濃度よりも高くなる。また、加熱工程によって、希土類磁石１００の表面側にＣｏの濃度分布の勾配が生じる。そして、希土類磁石１００の表面側のＣｏの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｏの濃度よりも高くなる。このようにして高濃度層４０が形成される。磁石素体の表面に付着したＡｌが拡散しなかった磁石素体の内部には、Ａｌ、Ｃｕ及びＣｏの各濃度がほぼ一定であって、濃縮層４０よりも低く、組成が均一な中心部２０が形成される。以上の工程を経て、本実施形態の希土類磁石１００が完成する。

表面にＡｌを付着させた磁石素体は５４０〜６３０℃で加熱する。この加熱温度が高過ぎる場合、Ａｌの融点は約６６０℃であるため、Ａｌが溶融して磁石素体の主相（Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金）と反応して合金化したり、Ａｌが磁石素体の表面のみならず磁石素体の全体に熱拡散したりすることがある。その結果、希土類磁石の耐食性及び磁気特性が劣化する。加熱温度が低過ぎる場合、Ａｌが十分に磁石素体内に拡散せず、希土類磁石１００の表面側にＡｌ、Ｃｕ及びＣｏの各濃度分布の勾配が生じ難くなる。表面にＡｌを付着させた磁石素体の加熱時間は、１０〜６００分であることが好ましい。加熱時間が短すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、Ａｌが十分に磁石素体内に拡散し難い傾向がある。加熱時間が長すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、Ａｌが磁石素体の表面のみならず磁石素体の深部に熱拡散する傾向がある。ただし、加熱時間が上記の数値範囲外であっても本実施形態の希土類磁石を得ることは可能である。

上記の熱処理において昇温させた磁石素体を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石１００の表面側にＡｌ、Ｃｕ及びＣｏの各濃度分布の勾配が生じ易くなる。

磁石素体表面からのＡｌの拡散距離、並びにＡｌ、Ｃｕ及びＣｏの各濃度勾配は、原料合金中のＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの各含有率、磁石素体の表面に付着させるＡｌの量、表面にＡｌを付着させた磁石素体の加熱温度又は加熱時間等によって適宜制御できる。磁石素体表面からのＡｌの拡散距離は、濃縮層４０の厚みＤとほぼ一致する。

希土類磁石に対して、上述した焼結体の場合と同様の時効処理を施すことが好ましい。時効処理により希土類磁石の保磁力がさらに向上する。時効処理温度は、Ａｌの熱拡散に要する加熱温度以下であることが好ましい。時効処理において昇温させた希土類磁石を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石の磁気特性が向上し易くなる。

表面にＡｌを付着させた磁石素体を熱処理した後、希土類磁石の表面に残存するＡｌ等を研磨やエッチングにより除去してもよい。第一の製造方法の場合と同様に、希土類磁石の表面に保護層を形成してもよい。

（回転機）
図３は、本実施形態の回転機（永久磁石回転機）の内部構造を示す説明図である。本実施形態の回転機２００は、永久磁石同期回転機（ＳＰＭ回転機）であり、円筒状のロータ５０と該ロータ５０の内側に配置されるステータ３０とを備えている。ロータ５０は、円筒状のコア５２と円筒状のコア５２の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互になるように複数の希土類磁石１００が設けられている。ステータ３０は、内周面に沿って設けられた複数のコイル３２を有している。このコイル３２と希土類磁石１００とは互いに対向するように配置されている。

回転機２００は、ロータ５０に、上記実施形態に係る希土類磁石１００を備える。希土類磁石１００は耐食性に優れるため、経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することができる。したがって、回転機２００は優れた性能を長時間にわたって維持することができる。回転機２００は、希土類磁石１００以外の部分について、通常の回転機部品を用いて通常の方法によって製造することができる。

回転機２００は、コイル３２に通電することによって生成する電磁石による界磁と永久磁石１００による界磁との相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機（モータ）であってもよい。また、回転機２００は、永久磁石１００による界磁とコイル３２との電磁誘導相互作用により、機械的エネルギーから電気的エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）であってもよい。

電動機（モータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ、ＩＰＭモータ）、往復動モータなどが挙げられる。往復動モータとして機能するモータとしては、例えば、ボイスコイルモータ、振動モータなどが挙げられる。発電機（ジェネレータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、永久磁石交流発電機などが挙げられる。以上に記載した回転機は、自動車、産業機械、家庭用電化製品等に用いられる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
粉末冶金法により、組成が２２．５重量％Ｎｄ−５．２重量％Ｐｒ−２．７重量％Ｄｙ−０．５重量％Ｃｏ−０．３重量％Ａｌ−０．０７重量％Ｃｕ−１．０重量％Ｂ−残部Ｆｅである鋳塊を作製した。鋳塊を粗粉砕して得た粗粉末を不活性ガス中でジェットミルにより粉砕して、平均粒径が約３．５μｍの微粉末を得た。微粉末を金型内に充填し、磁場中で加圧成形して成形体を得た。成形体を真空中で焼成した後、時効処理を施して焼結体を得た。焼結体を切り出し加工し、１３ｍｍ×８ｍｍ×２ｍｍの寸法を有する磁石素体を作製した。

磁石素体の表面に対して脱脂処理を施し、次に、磁石素体を２％ＨＮＯ_３水溶液中に２分間浸漬し、その後、磁石素体に超音波水洗を施すことで、エッチングを行った。平均粒径１μｍのＣｕ粒子を分散させた塗布液を調製した。エッチング後の磁石素体の表面に塗布液をディップコーティングにより塗布し、磁石素体の表面全体に塗膜を形成した。この塗膜を１２０℃で２０分乾燥させた。なお、磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれるＣｕの総量を、磁石素体全体に対して１重量％に調整した。

塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において５７０℃で６０分加熱した後、５０℃／分で急冷し、塗膜中のＣｕを磁石素体内へ拡散させた。加熱後の磁石素体をＡｒ雰囲気において５００℃で１時間時効処理した後、５０℃／分で急冷した。時効処理後の磁石素体の表面に残存した反応物を研磨で除去し、磁石素体の表面にエッチングを施すことで、実施例１の希土類磁石を得た。

（実施例２〜７）
実施例２〜７では、塗膜を有する磁石素体を、Ａｒ雰囲気において、表１に示す温度（拡散温度）で加熱した。また実施例２〜７では、塗膜を有する磁石素体を加熱した時間（拡散時間）を、表１に示す時間に調整した。なお、表１における「拡散源」とは、
磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれる金属を意味する。

実施例４では、塗膜を有する磁石素体を加熱した後、時効処理を行わなかった。

以上の事項以外は実施例１と同様の方法で実施例２〜７の各希土類磁石を作製した。

（実施例８）
実施例８では、実施例１と同様の方法で作製した磁石素体の表面に対して脱脂処理及びエッチングを施した。そして、実施例８では、Ｃｕ粒子ではなく、平均粒径３μｍのＡｌ粒子を分散させた塗布液を調製した。この塗布液を、エッチング後の磁石素体の表面にディップコーティングにより塗布し、磁石素体の表面全体に塗膜を形成した。なお、磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して０．３重量％に調整した。

Ａｌ粒子を含有する塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において６００℃で６０分加熱した後、５０℃／分で急冷し、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させた。加熱後の磁石素体をＡｒ雰囲気において５４０℃で１時間時効処理した後、５０℃／分で急冷した。時効処理後の磁石素体の表面に残存した反応物を研磨で除去し、磁石素体の表面にエッチングを施すことで、実施例８の希土類磁石を得た。

（実施例９〜１３）
実施例９〜１３では、Ａｌ粒子を含有する塗膜を有する磁石素体を、Ａｒ雰囲気において、表１に示す温度（拡散温度）で加熱した。また実施例９〜１３では、塗膜を有する磁石素体を加熱した時間（拡散時間）を、表１に示す時間に調整した。

実施例１０では、塗膜を有する磁石素体を加熱した後、時効処理を行わなかった。

実施例１２，１３では、磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して、表１に示す値（塗布量）に調整した。

以上の事項以外は実施例１と同様の方法で実施例９〜１３の各希土類磁石を作製した。

（比較例１）
磁石素体の表面のエッチング以降の工程を実施しなかったこと以外は実施例１と同様の方法で比較例１の希土類磁石を作製した。つまり、Ｃｕ粒子及びＡｌ粒子のいずれも用いることなく比較例１の希土類磁石を作製した。

（比較例２，３）
比較例２，３では、Ｃｕ粒子を含有する塗膜を有する磁石素体を、Ａｒ雰囲気において、表１に示す温度（拡散温度）で加熱した。また比較例２では、塗膜を有する磁石素体を加熱した後、時効処理を行わなかった。

以上の事項以外は実施例１と同様の方法で比較例２，３の各希土類磁石を作製した。

（比較例４，５）
比較例４，５では、Ａｌ粒子を含有する塗膜を有する磁石素体を、Ａｒ雰囲気において、表１に示す温度（拡散温度）で加熱した。また比較例４では、塗膜を有する磁石素体を加熱した後、時効処理を行わなかった。

以上の事項以外は実施例８と同様の方法で比較例４，５の各希土類磁石を作製した。

［組成分析］
ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳにより、各実施例及び比較例の希土類磁石におけるＣｕ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｎｉ及びＦｅの各濃度分布を測定した。ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳでは、あらかじめ各元素の感度係数を算出して、検出された各元素のカウントを感度係数で補正した後に、規格化計算によって各元素の濃度（単位：重量％）を求めた。なお、各元素の濃度の値は、各希土類磁石の単位重量を基準としたものである。ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳでは、各希土類磁石の破断面の厚み方向に沿って、５０μｍ間隔で２０本のラインスキャンを行い、その平均値をとることで、磁石表面からの深さ方向における各元素の濃度分布とした。なお、希土類磁石の破断面の厚み方向とは、希土類磁石の表面に垂直であり、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向である。ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳに用いた装置、及びＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳの測定条件の詳細は下記の通りとした。

＜装置＞
レーザーアブレーション装置：Ｎｅｗ Ｗａｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製 ＬＵＶ２６６Ｘ。
ＩＣＰ−ＭＳ分析装置：アジレントテクノロジー社製 Ａｇｉｌｅｎｔ７５００ｓ。
なお、装置間はタイゴンチューブで接続し、キャリアガスとしてＡｒガスを使用した。

＜レーザー条件＞
レーザー径：５０μｍ。
周波数：１０Ｈｚ。
パワー：０．１ｍＪ。
レーザー走査方法：ラインスキャン法。
走査速度：２５μｍ／ｓｅｃ。

＜測定条件＞
測定質量数：ｍ／ｚ＝２〜２６０の中の７２種の質量数。ｍは質量数、ｚは電荷である。
上記７２種の測定質量数中には、磁石の主要構成元素（質量数）であるＢ（１１），Ａｌ（２７），Ｆｅ（５７），Ｃｏ（５９），Ｃｕ（６３），Ｐｒ（１４１），Ｎｄ（１４６）及びＤｙ（１６３）の各質量数が含まれる。
各質量数積算時間：上記主要構成元素の場合は０．０１ｓｅｃとし、主要構成元素以外の元素の場合は０．００５ｓｅｃとした。定量に用いる質量数のみを積算した。

全実施例及び全比較例の希土類磁石は、磁石素体の作製に用いた鋳塊と同様の元素を含有することが確認された。なお、各希土類磁石はＮｉを含有することが確認されたが、このＮｉは鋳塊に不純物として含有されていたものである。

実施例１の希土類磁石における各元素の濃度分布を図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ），図５（ａ），図５（ｂ）に示す。実施例８の希土類磁石における各元素の濃度分布を図６（ａ），図６（ｂ），図６（ｃ），図７（ａ），図７（ｂ）に示す。なお、各図において縦軸の単位である「ｗｔ％」とは重量％を意味する。横軸の単位である「深さ」とは、希土類磁石の表面からの距離を意味する。

実施例１の希土類磁石におけるＣｕの濃度分布は、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＣｕの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｕの濃度よりも高いことが確認された。実施例１の希土類磁石におけるＣｏ及びＮｉの各濃度分布も、Ｃｕの場合と同様に、勾配を有することが確認された。実施例１の希土類磁石におけるＡｌ及びＦｅの各濃度分布は、ほぼ均一であり、勾配を有さないことが確認された。

実施例２〜７の各希土類磁石におけるＣｕの濃度分布は、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＣｕの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｕの濃度よりも高いことが確認された実施例２〜７の各希土類磁石におけるＣｏ及びＮｉの各濃度分布も、Ｃｕの場合と同様に、勾配を有することが確認された。実施例２〜７の各希土類磁石におけるＡｌ及びＦｅの各濃度分布は、ほぼ均一であり、勾配を有さないことが確認された。

ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳによる分析の結果、実施例１〜７の希土類磁石の各面に垂直ないずれの方向においても、Ｃｕ，Ｃｏ及びＮｉの各濃度分布が、各面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、各面側のＣｕ，Ｃｏ及びＮｉの各濃度が、希土類磁石の内部側よりも高いことが確認された。また、実施例１〜７の希土類磁石の中心部においては、その組成がほぼ均一であり、各元素の濃度分布が勾配を有さないことが確認された。

実施例８の希土類磁石におけるＣｕの濃度分布は、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＣｕの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｕの濃度よりも高いことが確認された。実施例８の希土類磁石におけるＣｏ、Ａｌ及びＮｉの各濃度分布も、Ｃｕの場合と同様に、勾配を有することが確認された。実施例８の希土類磁石におけるＦｅの濃度分布は、ほぼ均一であり、勾配を有さないことが確認された。

実施例９〜１３の各希土類磁石におけるＣｕの濃度分布は、希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、希土類磁石の表面側のＣｕの濃度が、希土類磁石の内部側のＣｕの濃度よりも高いことが確認された。実施例９〜１３の各希土類磁石におけるＣｏ、Ａｌ及びＮｉの各濃度分布も、Ｃｕの場合と同様に、勾配を有することが確認された。実施例９〜１３の各希土類磁石におけるＦｅの濃度分布は、ほぼ均一であり、勾配を有さないことが確認された。

ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳによる分析の結果、実施例８〜１３の希土類磁石の各面に垂直ないずれの方向においても、Ｃｕ，Ｃｏ，Ａｌ及びＮｉの各濃度分布が、各面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、各面側のＣｕ，Ｃｏ，Ａｌ及びＮｉの各濃度が、希土類磁石の内部側よりも高いことが確認された。また、実施例８〜１３の希土類磁石の中心部においては、その組成がほぼ均一であり、各元素の濃度分布が勾配を有さないことが確認された。

ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳによる分析の結果、比較例１〜５の希土類磁石のいずれにおいても、Ｃｏの濃度分布が勾配を有さないことが確認された。つまり、比較例１〜５の希土類磁石中のＣｏの濃度は均一であることが確認された。

各実施例の希土類磁石に含まれる各元素の濃度分布が有する勾配を求めた。結果を表２に示す。表２に示す各勾配の値は、希土類磁石の表面からの深さが２０μｍである位置から、磁石厚みの１／４である位置までの平均濃度勾配である。

実施例１〜７の希土類磁石の高濃度層４０の厚みを求めた。実施例１〜７では、希土類磁石の中心部の任意の１０点においてＣｏの濃度を測定して、１０点の測定値からＣｏの濃度の平均値、および標準偏差σを算出した。そして、Ｃｏの濃度が（平均値＋３σ）以上である点が連続している領域の厚み（磁石表面に垂直な方向における幅）を高濃度層４０の厚みとして算出した。実施例１〜７の高濃度層４０とは、Ｃｕ及びＣｏの各濃度分布が勾配を有する領域とほぼ一致する。各実施例の高濃度層４０の厚みを表２に示す。

実施例８〜１３の希土類磁石の高濃度層４０の厚みを求めた。実施例８〜１３では、希土類磁石の中心部の任意の１０点においてＣｏの濃度を測定して１０点の測定値からＣｏの濃度の平均値、および標準偏差σを算出した。そして、Ｃｏの濃度が（平均値＋３σ）以上である点が連続している領域の厚み（磁石表面に垂直な方向における幅）を高濃度層４０の厚みとして算出した。実施例８〜１３の高濃度層４０とは、Ｃｕ，Ｃｏ及びＡｌの各濃度分布が勾配を有する領域とほぼ一致する。各実施例の高濃度層４０の厚みを表２に示す。

[耐食性の評価]
各実施例及び比較例の希土類磁石の耐食性をプレッシャークッカーテスト（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ：ＰＣＴ）により評価した。ＰＣＴでは、２気圧、温度１２０℃、湿度１００％ＲＨである環境下に各希土類磁石を設置してから３００時間後の各希土類磁石の重量の減少量を測定した。各希土類磁石の単位表面積あたりの重量減少量（単位：ｍｇ／ｃｍ^２）を表３に示す。

各実施例の希土類磁石の重量減少量は、各比較例よりも小さいことが確認された。すなわち、各実施例の希土類磁石は、各比較例に比べて、耐食性に優れていることが確認された。

２０・・・中心部、３０・・・ステータ、３２・・・コイル、４０・・・高濃度層、５０・・・ロータ、５２・・・コア、１００・・・希土類磁石、２００・・・回転機、Ｄ・・・高濃度層の厚み。

Claims (5)

1. 希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系の希土類磁石であって、
   Ｃｕ及びＣｏを更に含有し、
   前記希土類磁石におけるＣｕの濃度分布が、前記希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、
   前記希土類磁石の表面側のＣｕの濃度が、前記希土類磁石の内部側のＣｕの濃度よりも高く、
   前記希土類磁石におけるＣｏの濃度分布が、前記希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、
   前記希土類磁石の表面側のＣｏの濃度が、前記希土類磁石の内部側のＣｏの濃度よりも高い、
   希土類磁石。
2. Ａｌを更に含有し、
   前記希土類磁石におけるＡｌの濃度分布が、前記希土類磁石の表面から内部へ向かう方向に沿った勾配を有し、
   前記希土類磁石の表面側のＡｌの濃度が、前記希土類磁石の内部側のＡｌの濃度よりも高い、
   請求項１に記載の希土類磁石。
3. 請求項１又は２に記載の希土類磁石を備える回転機。
4. 希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面に、Ｃｕ元素を付着させる工程と、
   Ｃｕ元素を付着させた前記磁石素体を４８０〜６５０℃で加熱する工程と、
   を備え、
   前記磁石素体がＣｏを更に含有する、
   希土類磁石の製造方法。
5. 希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面に、Ａｌ元素を付着させる工程と、
   Ａｌ元素を付着させた前記磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する工程と、
   を備え、
   前記磁石素体がＣｕ及びＣｏを更に含有する、
   希土類磁石の製造方法。

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