JP2013001985A - 希土類−遷移金属系合金粉末とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】希土類酸化物粉末と、遷移金属粉末および/またはその酸化物粉末と、粒状または粉末状の、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらの水素化物から選ばれる少なくとも1種の還元剤とを混合し、不活性雰囲気中で該混合物を850〜1200°Cで1〜10時間保持して希土類−遷移金属系合金を含む反応生成混合物を得る第1の工程、この反応生成混合物を300℃以下に冷却した後、水素ガスを導入し、水素ガス分圧20〜40kPaの雰囲気中において700〜900°Cの温度で1〜20時間保持する第2の工程、得られた反応生成混合物を真空もしくは水素ガス分圧10kPa未満の雰囲気下500〜900°Cで10分〜20時間熱処理する第3の工程、得られた熱処理物を水で洗浄し、還元剤を含む副生物を除去して希土類−遷移金属系合金を回収する第4の工程、洗浄後の希土類−遷移金属系合金を150〜400°Cの非酸化性雰囲気下で乾燥する第5の工程とを含む希土類−遷移金属系合金粉末の製造方法などにより提供。
【選択図】なし
Description
永久磁石材料として、価格面では従来から使われているフェライト磁石が最も有利であるが、最大エネルギー積(BH)maxが15〜20kJ・m−3(数MGOe)と非常に低く、軽量化、高特性化の要求には到底応えきれていない。特性面では、フェライト磁石などの低特性磁石に比較し数10倍の磁気特性を有する希土類磁石が知られている。該希土類磁石も上記背景のもと重要が伸びており、1993年にはフェライト磁石を抜いて使用量が最も多い磁石となっている。このうちNd−Fe−B系焼結磁石は、440kJ・m−3(55MGOe)を超える最大エネルギー積(BH)maxを有し、希土類磁石の中でも最も需要が高い。
このようなプロセスでは、原料合金の表面酸化層を極力低減する必要がある。粉末表面が酸化していると、水素の吸収によって金属組織が分解不均化する度合いがばらつき、水素放出反応後に得られる再結晶化組織の結晶粒径がまちまちで、減磁曲線の角形性が低下するからである。
還元剤として代表的なものは金属Caである。金属Caは834°Cで溶融し周りの希土類酸化物を還元、還元された希土類金属が遷移金属粉末表面から拡散し金属間化合物を形成するものである。形成される金属間化合物は、熱処理条件に影響されるが、概ね遷移金属粉末程度の大きさの粒子となっている。このとき希土類酸化物の還元に伴い酸化カルシウムが副生し、反応生成物は、希土類―遷移金属系合金粒子と酸化カルシウム粒子とからなる多孔質焼結体となっている。これを水中に投入すると、酸化カルシウムは水酸化カルシウムとなって崩壊し、希土類−遷移金属系合金粉末のスラリとなる。スラリを攪拌し静置すると比重の大きな合金粉末は速やかに沈降し水酸化カルシウムは上澄みに浮遊する。デカンテーションの繰り返しによって上澄みの水酸化カルシウムを除去する湿式処理を行った後、乾燥することで、目的の希土類−遷移金属系合金が粉末として製造される。溶解鋳造法では合金を粉末化するために機械的な粉砕が必要であるのに対して、還元拡散法は、直接粒度の揃った粉末が得られることから、低コストで省エネルギーの特徴を有するプロセスである。
この特許文献5には、平均粒度1μm〜10μmの少なくとも1種の希土類酸化物粉末、平均粒度1μm〜150μmの少なくとも1種のB粉末および/あるいはB合金粉末、ならびに平均粒度200μm〜400μmのFe粉末を、R12at%〜20at%、B4at%〜20at%、Fe65at%〜81at%を主成分とする磁石組成になる如く配合混合後、Ca還元拡散法にて磁石粉末を得た後、前記粉末を水素化処理して、R2Fe14B相を主相とする粒子径が200μm〜400μmの特定の結晶方位を有した単一粒子を主体とし、残部は粒子径が250μm〜500μmの特定の結晶方位を有した単一粒子の凝集した粒子からなる粉末を得る異方性ボンド磁石用原料粉末の製造方法が記載されている。これにより、凝集粒子が少なくそれを粉砕する必要がなく、また、酸化し難く、ボンド磁石化工程での成形性が良好で高密度化でき、高磁気特性が得られる異方性ボンド磁石用原料粉末を得ることができる。
これにより、焼成物の水中崩壊性を向上させることによって粉砕工程を省略し、これによって製品の収率を向上させるとともに品質の高い合金製品を得ることができるようになった。
しかしながら本発明者の検討によれば、これらの公知文献で提案されている方法で作製した合金粉末では、減磁曲線の角形性Hkを高めにくい問題があった。
これにより、優れた耐酸化性、高磁気特性を発揮し、特に減磁曲線の角形性が大きく高残留磁束密度を有する希土類−鉄−マンガン−窒素系磁石粉末を得ることができるようになった。しかしながら、その角形性はまだ200〜300kA/mであり十分とはいえなかった。
また、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明の方法で得られた希土類−遷移金属系合金粉末であって、その組成は、25〜35重量%の希土類元素と、3重量%以下のGa及びNbと、5重量%以下のBと、残部が実質的にFeであるか又はFeの20重量%以下をCoで置換したFeおよびCoからなり、かつ不純物である水素が0.20重量%以下であることを特徴とする希土類−遷移金属系合金粉末が提供される。
一方、本発明の第4の発明によれば、第3の発明において、角形性が300kA/m以上であることを特徴とする希土類−遷移金属系合金粉末が提供される。
本発明の希土類−遷移金属系合金粉末の製造方法は、(1)希土類酸化物粉末と、遷移金属粉末および/またはその酸化物粉末と、粒状または粉末状の、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらの水素化物から選ばれる少なくとも1種の還元剤とを混合し、不活性雰囲気中で該混合物を850〜1200°Cで1〜10時間保持して希土類−遷移金属系合金を含む反応生成混合物を得る第1の工程、(2)この反応生成混合物を300℃以下に冷却した後、水素ガスを導入し、水素ガス分圧20〜40kPaの雰囲気中において700〜900°Cの温度で1〜20時間保持する第2の工程、(3)得られた反応生成混合物を真空もしくは水素ガス分圧10kPa未満の雰囲気下500〜900°Cで10分〜20時間熱処理する第3の工程、(4)得られた熱処理物を水で洗浄し、還元剤を含む副生物を除去して希土類−遷移金属系合金を回収する第4の工程、及び(5)洗浄後の希土類−遷移金属系合金を150〜400°Cの非酸化性雰囲気下で乾燥する第5の工程を含んでいる。
本発明では、希土類酸化物粉末、遷移金属粉末、及び該希土類酸化物を還元するための還元剤を混合した後、該混合物を不活性雰囲気中で加熱焼成して、希土類−遷移金属系合金を含む反応生成混合物を得る還元拡散法を採用する。
希土類酸化物は、希土類元素、すなわち、例えば、Y、La、Ce、Pr、Nd、およびSmの群から選ばれる少なくとも1種以上の元素の酸化物である。
希土類元素の中では、Nd、およびSm、特に、Ndが好ましく、Ndが希土類元素の50原子%以上含むと高い保磁力を持つ材料が得られる。
希土類酸化物粉末は、目標組成より5〜30質量%程度多く入れることが好ましい。これは希土類元素の投入量が少ないと還元剤を除去する湿式処理時に希土類元素成分がより多く溶け出てしまうため、希土類元素量が目標組成以下となって希土類が不足し軟磁性相が出現してしまい保磁力を下げてしまうからである。一方、希土類成分が上記範囲より多すぎると非磁性相が多くなり磁化が下がってしまうため好ましくない。
遷移金属粉末は、鉄の金属粉末を必須として、鉄酸化物粉末、コバルト粉末、ニッケル粉末などの鉄含有粉末を混合することができる。鉄粉末としては、例えば還元鉄粉、ガスアトマイズ粉、水アトマイズ粉、電解鉄粉などが使用でき、必要に応じて最適な粒度になるように分級する。
ここで遷移金属粉末の30質量%までを鉄酸化物粉末として投入し、還元拡散反応の発熱量を調整することもできる。
この他、最終的に得られる希土類−遷移金属系合金粉末の磁気特性、温度特性、耐蝕性などの物性を改善するために、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Re、Pt、Au、B、C、Al、Si、P、Sなど公知の添加元素を含有させることができる。この場合、それら添加元素は、その単体粉末、酸化物粉末、他の構成元素との合金粉末や複合酸化物粉末などの形態で、希土類酸化物粉末と遷移金属粉末とからなる原料粉末に混合される。
還元剤には、希土類酸化物を還元する機能を有するアルカリ金属又はアルカリ土類金属及びこれらの水素化物が用いられる。例えば、Li及び/又はCa、あるいはこれらの元素とNa、K、Mg、Sr又はBaから選ばれる少なくとも1種が使用できる。取扱いやすいのは粒状の金属カルシウムである。その粒度としては、1〜5mm程度のものが望ましい。
これら還元剤は、その投入量と粉体性状、希土類酸化物の粉体性状、各種原料粉末の混合状態、還元拡散反応の温度と時間を注意深く制御して使用することが望ましい。なお、上記還元剤の中では、取り扱いの安全性とコストの点から、金属Li又はCaが好ましく、特にCaが好ましい。
混合方法としては、乾式、湿式いずれの方法でもよいが、湿式ボールミルなどの利用が均一性の点で望ましい。なお湿式混合においては、その後の乾燥等の取扱いで比重差による分離が起こらないような注意が必要である。なお湿式混合の場合には、還元剤となるアルカリ金属、アルカリ土類金属及びこれらの水素化物は最後に乾式で混合する。
上記混合物を、還元拡散を行うための反応容器に移す際には、希土類酸化物などは平均粒径が数μmと細かく粉が飛散しやすく、飛散を防止するためにカバー等を取り付けることが好ましい。この操作により合金粉に組成ずれを起こすことが抑制できる。その後、上記混合物を投入した反応容器を還元拡散炉に入れ、酸素が実質的に存在しない非酸化性雰囲気とすることが好ましい。
混合物は、アルゴンガスなどの不活性雰囲気中で加熱される。このとき炉内を一旦減圧してから置換するのが望ましい。加熱温度は850〜1200°Cとし、原料の粒度を考慮し、還元されて生成した希土類金属が遷移金属原料粉末内部まで十分拡散する時間保持する。加熱温度が850°C未満では還元反応と拡散反応が不均一で生成した希土類−遷移金属系合金粒子に希土類元素未拡散部ができやすい。また1200°Cを超えると、反応生成物中の希土類−遷移金属系合金粒子同士が焼結し、第4の工程で湿式処理しても崩壊性が悪く粉末化しにくい。加熱時間は、1〜10時間とし、4〜8時間が好ましい。
第1工程の熱処理が終了したら炉内で反応生成物を300°C以下に冷却し、水素を含む雰囲気ガスを導入する。
第2の工程で得られた分解した金属組織を有する希土類−遷移金属系合金粒子は、真空もしくは水素ガス分圧10kPa未満の雰囲気下500〜900°Cで熱処理する。これにより、分解した組織が再結合し元の金属間化合物相が形成され、その結晶粒径は500nm未満となる。
熱処理の保持時間は、再結合組織の形成状況により適宜選択されるが、10分から20時間の間で選択される。保持時間は、30分〜10時間が好ましく、30分〜5時間がより好ましい。その後、その雰囲気を保ったまま室温まで冷却し、第4の工程に投入する。
第4の工程では、冷却後の反応生成物を水中に投入し、デカンテーションを繰り返しながら還元剤として用いたCa成分を除去し、希土類−遷移金属系合金粒子を回収する。第3の工程で冷却後の反応生成物は、数mmから数10mm程度に崩壊しており、これを水中に投入すると速やかにスラリ化する。攪拌と静置、上澄み除去を繰り返し、Ca成分を除去する。さらにCa成分を除去するために、塩酸や酢酸などの希薄水溶液を投入してもよい。洗浄後の合金粉末を濾過して回収し、アルコールで水分を置換して、次の第5の工程で乾燥する。
第5の工程では、回収された合金粉末を150〜400°Cの非酸化性雰囲気下で乾燥する。この工程では、水分と第4の工程で合金粉末表面層に拡散した水素を除去し、0.20重量%以下にすることが必要である。
本発明の希土類−遷移金属系合金粉末は、上記の製造方法で得られるものであり、希土類元素と遷移金属元素とを含む金属間化合物合金を主相とするものであれば、特に制限されない。例えば、正方晶のNd2Fe14B系の合金、Th2Zn17型構造を有するSm2Co17系の合金やSm2Fe17N3系の合金、CaCu5型構造を有するSmCo5系の合金などの各種合金に適用できる。
これらの合金には、その磁気特性、温度特性、耐蝕性などの物性を改善するために、Ga及びNbなど公知の添加元素を含有させることができる。添加元素は、その単体粉末、酸化物粉末、他の構成元素との合金粉末や複合酸化物粉末などの形態で、希土類酸化物粉末と遷移金属粉末とからなる原料粉末に混合される。
合金粉末の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計(Sympatec社製)を用いて測定を行った。
<磁気特性評価>
合金粉末の磁気特性は、最大印可磁界1200kA/mの振動試料型磁力計(東英工業株式会社製、VSM−3)で測定した。この測定では、日本ボンド磁石工業協会ボンド磁石試験法ガイドブックBMG−2005に準じて1600kA/mの配向磁界をかけて試料を作製し、4000kA/mの磁界で着磁してから評価した。
第1の工程として、平均粒度8μmの酸化ネオジム粉末(Nd2O3純度99.5%)400g、平均粒度5μmの酸化ニオブ粉末(Nb2O5純度99.9%)4.7g、平均粒度22μmの酸化ガリウム粉末(Ga2O3純度99.9%)5.0gを、水を溶媒として回転ボールミルにより18時間かけて粉砕混合した。回収された混合物を水分量が1重量%以下になるまで乾燥し、これに粒度325メッシュ以下の電解鉄粉720g、粒度200メッシュ以下のフェロボロン(B含量19.8%)62g、金属Ca粒(Ca純度99%)175gを加えて、Vブレンダで混合した。この混合物を鋼製反応容器に挿入して電気炉に入れ、炉内を5kPaまで減圧した後にアルゴンガスで置換し、その後アルゴンガスを1L/minで流通させながら1050°Cまで昇温し、1050°Cで4時間保持した。
その後、28°Cまで冷却し容器内部を10kPaまで減圧した後、水素ガスを101kPaまで導入し、その圧力を保ちながら3時間保持した。次に第2の工程として、容器内に水素ガスとアルゴンガスの混合ガスを、水素分圧が36kPaとなるように流通させながら800°Cまで昇温し、3時間保持した。
その後、第3の工程として、800°Cを維持したまま容器内をアルゴンガスで置換した後、50Paまで減圧して30分保持し、その後室温まで冷却した。
冷却後に反応容器から回収された反応生成混合物は、第1の工程でできた焼結塊が数10mm以下に崩壊した状態となっていた。次に第4の工程として、これを10Lの水中に投入したところ、1時間以内にほぼ完全に崩壊した。デカンテーションを繰り返しながら、生じたスラリから水酸化カルシウム懸濁物を分離し、さらに注水するとスラリpHは10まで低下した。さらに希酢酸を滴下してpH 6.5に調整しながら10分間保持し、濾過してエタノールを掛けて脱水置換し、合金粉末を回収した。さらに第5の工程として、回収された合金粉末をミキサ乾燥機に入れ、10Paの真空中80°C1時間保持した後、温度を250°Cに上げて2時間保持し、その後冷却した。
回収された合金粉末の平均粒径は28μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.21wt%、Ca0.01wt%、H0.06wt%、残部がFeだった。また、この合金粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.27T、保磁力Hc1030kA/m、角形性Hk430kA/mだった。
実施例1において、第1の工程の後、28°Cまで冷却された反応生成混合物を容器から回収し、10Lの水中に投入した。実施例1と同様に、デカンテーションを繰り返して水酸化カルシウム懸濁物を分離し、pH 10となったスラリに希酢酸を滴下してpH 6.0を維持しながら10分保持し、濾過、エタノールによる脱水置換した後、ミキサ乾燥機に入れて、10Paの真空中80°Cで1時間保持した。得られた合金粉末の平均粒径は34μmであり、組成は、Nd29.7wt%、B1.08wt%、Ga0.33wt%、Nb0.28wt%、O0.20wt%、Ca0.03wt%、残部がFeだった。
この合金粉末を、再び反応容器に入れて容器内部を10kPaまで減圧した後、水素ガスを101kPaまで導入し、その圧力を保ちながら3時間保持した。次に、容器内に水素ガスとアルゴンガスの混合ガスを、水素分圧が36kPaとなるように流通させながら800°Cまで昇温し、3時間保持した。次に800°Cを維持したまま容器内をアルゴンガスで置換した後、5kPaまで減圧して30分保持し、さらに10Paまで減圧してから室温まで冷却した。冷却後に回収された粉末の磁気特性は、Br1.23T、Hc920kA/m、Hk250kA/mであり、不純物水素量は0.02wt%だった。
第1の工程での熱処理温度を900°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は24μmであり、組成は、Nd29.3wt%、B1.05wt%、Ga0.31wt%、Nb0.30wt%、O0.18wt%、Ca0.01wt%、H0.05wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.25T、保磁力Hc1080kA/m、角形性Hk400kA/mだった。
第1の工程での熱処理温度を1150°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は33μmであり、組成は、Nd29.7wt%、B1.07wt%、Ga0.28wt%、Nb0.30wt%、O0.22wt%、Ca0.02wt%、H0.04wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.30T、保磁力Hc980kA/m、角形性Hk440kA/mだった。
第1の工程での熱処理温度を800°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造したが、希土類酸化物の還元が進まず未拡散の鉄も多い粉末であった。
第1の工程での熱処理温度を1250°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。反応生成混合物中の粒子の焼結が進み、第4の工程での崩壊性も悪く、回収された合金粉末の平均粒径は80μmであり、組成は、Nd29.3wt%、B1.05wt%、Ga0.31wt%、Nb0.30wt%、O2.2wt%、Ca3.0wt%、H0.23wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.02T、保磁力Hc520kA/m、角形性Hk40kA/mだった。
第2の工程での熱処理温度を750°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は30μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.06wt%、Ga0.30wt%、Nb0.28wt%、O0.21wt%、Ca0.01wt%、H0.09wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.25T、保磁力Hc990kA/m、角形性Hk390kA/mだった。
第2の工程での熱処理温度を850°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は25μmであり、組成は、Nd29.1wt%、B1.06wt%、Ga0.28wt%、Nb0.28wt%、O0.20wt%、Ca0.01wt%、H0.11wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.27T、保磁力Hc1010kA/m、角形性Hk420kA/mだった。
第2の工程での熱処理温度を650°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は35μmであり、組成は、Nd29.8wt%、B1.06wt%、Ga0.30wt%、Nb0.29wt%、O0.18wt%、Ca0.01wt%、H0.65wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.21T、保磁力Hc690kA/m、角形性Hk130kA/mだった。
第2の工程での熱処理温度を950°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は29μmであり、組成は、Nd29.8wt%、B1.06wt%、Ga0.30wt%、Nb0.29wt%、O0.18wt%、Ca0.01wt%、H0.05重量%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.18T、保磁力Hc730kA/m、角形性Hk160kA/mだった。
第2の工程終了後、第3の工程での熱処理温度を550°Cまで下げてから容器内をアルゴンガスで置換し、その後5kPaまで減圧して30分保持し、室温まで冷却した。それ以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は27μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.21wt%、Ca0.01wt%、H0.18wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.24T、保磁力Hc920kA/m、角形性Hk380kA/mだった。
第2の工程終了後、第3の工程での熱処理温度を850°Cまで上げてから容器内をアルゴンガスで置換し、その後5kPaまで減圧して30分保持し、室温まで冷却した。それ以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は28μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.31wt%、Nb0.28wt%、O0.20wt%、Ca0.01wt%、H0.04wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.28T、保磁力Hc1000kA/m、角形性Hk400kA/mだった。
第2の工程終了後、第3の工程での熱処理温度を450°Cまで下げてから容器内をアルゴンガスで置換し、その後5kPaまで減圧して30分保持し、室温まで冷却した。それ以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は25μmであり、組成は、Nd28.2wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.63wt%、Ca0.06wt%、H0.23wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br0.81T、保磁力Hc90kA/m、角形性Hk10kA/mだった。
第2の工程終了後、第3の工程での熱処理温度を950°Cまで上げてから容器内をアルゴンガスで置換し、その後5kPaまで減圧して30分保持し、室温まで冷却した。それ以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は29μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.07wt%、Ga0.33wt%、Nb0.28wt%、O0.22wt%、Ca0.01wt%、H0.03wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.14T、保磁力Hc620kA/m、角形性Hk210kA/mだった。
第3の工程での熱処理雰囲気を、アルゴンガスを流通させたまま減圧しなかった以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は29μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.24wt%、Ca0.01wt%、H0.11wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.26T、保磁力Hc1040kA/m、角形性Hk400kA/mだった。
第3の工程での熱処理雰囲気を、アルゴンガスと水素ガスを、水素ガス分圧が20kPaとなるよう流通させた以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は29μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.24wt%、Ca0.01wt%、H0.25wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.06T、保磁力Hc760kA/m、角形性Hk180kA/mだった。
第5の工程での乾燥温度を170°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は28μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.23wt%、Ca0.01wt%、H0.13wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.30T、保磁力Hc1010kA/m、角形性Hk410kA/mだった。
第5の工程での乾燥温度を350°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は28μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.24wt%、Ca0.01wt%、H0.05wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.29T、保磁力Hc1020kA/m、角形性Hk420kA/mだった。
第5の工程での乾燥温度を100°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は28μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.20wt%、Ca0.01wt%、H0.30wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.30T、保磁力Hc710kA/m、角形性Hk210kA/mだった。
第5の工程での乾燥温度を450°Cとした以外は、実施例1と同様にして希土類−遷移金属系合金粉末を製造した。回収された合金粉末の平均粒径は28μmであり、組成は、Nd29.5wt%、B1.08wt%、Ga0.32wt%、Nb0.28wt%、O0.29wt%、Ca0.01wt%、H0.03wt%、残部がFeだった。また粉末の磁気特性は、残留磁束密度Br1.11T、保磁力Hc920kA/m、角形性Hk250kA/mだった。
実施例1と比較例1を比べることにより、還元拡散法の熱処理と湿式処理の間に第2および第3の工程を入れることで、角形性Hkが著しく向上していることが分かる。
比較例2および3と実施例1〜3を比較することによって、第1の工程での熱処理温度が850°C未満では目的とする希土類−遷移金属系合金粒子が得られず、1200°Cを超えると角形性Hkが低下することが分かる。比較例4および5と、実施例1、4,5とを比較することにより、第2の工程での熱処理温度が700°C未満あるいは900°Cを超えると角形性Hkが低下することが分かる。比較例6および7と、実施例1、6、7とを比較すると、第3の工程での熱処理温度が500°C未満あるいは900°Cを超えると角形性Hkが低下することが分かる。比較例8と実施例1、8とを比較すると、第3の工程での熱処理雰囲気の水素ガス分圧が10kPaを超えると、合金粉末のHkが低下することが分かる。さらに、比較例9および10と、実施例1、9、10とを比較すると、第5の工程で乾燥温度を150°C未満とすると水素量が0.20重量%を超えていることにより、また400°Cを超えると酸素量が0.29wt%と実施例より増加していることから酸化により、それぞれ角形性Hkが低下していることが分かる。
Claims (4)
- 希土類酸化物粉末と、遷移金属粉末および/またはその酸化物粉末と、粒状または粉末状の、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらの水素化物から選ばれる少なくとも1種の還元剤とを混合し、不活性雰囲気中で該混合物を850〜1200°Cの温度で1〜10時間保持して希土類−遷移金属系合金を含む反応生成混合物を得る第1の工程、この反応生成混合物を300℃以下に冷却した後、水素ガスを導入し、水素ガス分圧20〜40kPaの雰囲気中において700〜900°Cの温度で1〜20時間保持する第2の工程、第2の工程で得られた反応生成混合物を真空もしくは水素ガス分圧10kPa未満の雰囲気下500〜900°Cで10分〜20時間熱処理する第3の工程、得られた熱処理物を水で洗浄し、還元剤を含む副生物を除去して希土類−遷移金属系合金を回収する第4の工程、洗浄後の希土類−遷移金属系合金を150〜400°Cの非酸化性雰囲気下で乾燥する第5の工程とを含むことを特徴とする希土類−遷移金属系合金粉末の製造方法。
- 第1の工程で用いる遷移金属粉末および/またはその酸化物粉末の平均粒径が、50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の希土類−遷移金属系合金粉末の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の方法で得られた希土類−遷移金属系合金粉末であって、その組成は、25〜35重量%の希土類元素と、3重量%以下のGa及びNbと、5重量%以下のBと、残部が実質的にFeであるか又はFeの20重量%以下をCoで置換したFeおよびCoからなり、かつ不純物である水素が0.20重量%以下であることを特徴とする希土類−遷移金属系合金粉末。
- 角形性が300kA/m以上であることを特徴とする請求項3に記載の希土類−遷移金属系合金粉末。
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