JP2014157845A - Magnet material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnet material more excellent in magnetic characteristic than a conventional rare earth iron fluorine magnet.SOLUTION: In a magnet material composed of alloys of a binary system of R-Fe (R is a 4f transition element or Y in a formula) where F is positioned at an intrusion position of a crystal lattice and a ternary system of R-Fe-T (R is as above, T is a 3d transition element excluding Fe, is Mo, Nb, or W in a formula [however, when T is W, R is a 4f transition element or Y other than W]), a part of an Fe site is partially replaced by at least one of Al, Si, and Ga.

Description

本発明は、磁石材料に関する。   The present invention relates to a magnet material.

本技術分野の背景技術として、特開平8−316018号公報(特許文献1)がある。この公報には、「R(Rは希土類元素の1種以上、R中のSm比率は50原子%以上),T(Fe、またはFeおよびCo),NおよびM(Zrであるか、Zrの一部をTi,V,Cr,Nb,Hf,Ta,Mo,W,Al,CおよびPの1種以上で置換したもの)を含有する磁石であり、R量は4〜8原子%、N量は10〜20原子%、M量は2〜10原子%、残部が実質的にTである。磁石中には、R,TおよびNを主体とし、TbCu7型,Th2Zn17型およびTh2Ni17型の1種以上の結晶相を含む硬質磁性相と、bcc構造のT相からなる軟質磁性相とが存在し、軟質磁性相の平均結晶粒径が5〜60nmであり、軟質磁性相の割合が10〜60体積%である。この構成により、高保磁力が得られ、角形比が高くなり、高い最大エネルギー積が実現する。」と記載されている。 As background art in this technical field, there is JP-A-8-316018 (Patent Document 1). This publication states that “R (R is one or more of rare earth elements, Sm ratio in R is 50 atomic% or more), T (Fe or Fe and Co), N and M (Zr or Zr A part of which is substituted with at least one of Ti, V, Cr, Nb, Hf, Ta, Mo, W, Al, C and P), and the R amount is 4 to 8 atomic%, N The amount is 10 to 20 atomic%, the amount of M is 2 to 10 atomic%, and the balance is substantially T. In the magnet, R, T and N are mainly composed of TbCu 7 type, Th 2 Zn 17 type and There is a hard magnetic phase including one or more types of crystal phases of Th 2 Ni 17 type and a soft magnetic phase composed of a T phase having a bcc structure, and the soft crystal has an average crystal grain size of 5 to 60 nm. The proportion of the magnetic phase is 10 to 60% by volume.This configuration provides a high coercive force, a high squareness ratio, Energy product is realized. Has been described as ".

一方、非特許文献1では「第一原理計算からSm2Fe17への導入元素として最適な元素はF元素である」と記載されている。また、非特許文献2では、「Th2Ni17構造にF元素を導入することで、キュリー温度が上昇する」と記載されている。 On the other hand, Non-Patent Document 1 describes that “the most suitable element to be introduced into Sm 2 Fe 17 from the first principle calculation is F element”. Further, Non-Patent Document 2 describes that “the Curie temperature rises by introducing F element into the Th 2 Ni 17 structure”.

特開平8−316018号公報JP-A-8-316018

P.Uebele,K.Hummler,and M.Fahnle,“Full-potential linear-muffin-tin-orbital calculations of the magnetic properties of rare-earth-transition-metal intermetallics. III. Gd2Fe17Z3(Z=C,N,O,F)”,Phys. Rev. B 53(6) 3296-3303 (1996).P.Uebele, K. Hummler, and M. Fahnle, “Full-potential linear-muffin-tin-orbital calculations of the magnetic properties of rare-earth-transition-metal intermetallics. III. Gd2Fe17Z3 (Z = C, N, O , F) ”, Phys. Rev. B 53 (6) 3296-3303 (1996). J.D.Ardisson,A.I.C.Persiano, L.O.Ladeira and F.A.Batista,“Magnetic improvement of R2Fe17 compounds due to the addition of fluorine”,J.Mat.Sci.Lett.16(1997) 1658-1661.J.D.Ardisson, A.I.C.Persiano, L.O.Ladeira and F.A.Batista, “Magnetic improvement of R2Fe17 compounds due to the addition of fluorine”, J.Mat.Sci.Lett.16 (1997) 1658-1661.

永久磁石材料の母相として高い磁気特性を示すSm2Fe173は、窒化ガスであるNH3やN2を使用した熱拡散によりSm2Fm17構造にN元素を導入するのが一般的である。窒化は拡散律則に従うため、微量添加元素により窒素化を短時間で一様に行う工夫が検討されている。例えば、特許文献1ではZr,Ti,V,Cr,Nb,Hf,Ta,Mo,W,Al,CおよびPの1種以上を添加することで、組織構造を制御し窒化処理に要する時間を短縮している。しかし、これらの元素は微細組織制御のために添加されており、格子を構成するFe元素との置換、及び置換サイトを限定した記載はない。また、母相格子の熱安定性に関する記載もない。 Sm 2 Fe 17 N 3 , which exhibits high magnetic properties as a parent phase of a permanent magnet material, generally introduces N element into the Sm 2 Fm 17 structure by thermal diffusion using NH 3 or N 2 which are nitriding gases. It is. Since nitriding follows the diffusion rule, a device for uniformly performing nitrogenation in a short time with a trace amount of additive elements has been studied. For example, in Patent Document 1, by adding one or more of Zr, Ti, V, Cr, Nb, Hf, Ta, Mo, W, Al, C, and P, the time required for nitriding treatment is controlled by controlling the structure. It is shortened. However, these elements are added for fine structure control, and there is no description that limits substitution with the Fe elements constituting the lattice and substitution sites. There is no description about the thermal stability of the matrix lattice.

一方、非特許文献1ではSm2Fe173よりも高い磁気特性を示す可能性を有する系としてSm2Fe173が提案されている。実験的には、非特許文献2でSm2Fe17へのF元素導入によりキュリー温度の40℃上昇を観測している。しかし、キュリー温度上昇は小さく、永久磁石材料として使用できない。 On the other hand, Non-Patent Document 1 proposes Sm 2 Fe 17 F 3 as a system having a possibility of exhibiting higher magnetic properties than Sm 2 Fe 17 N 3 . Experimentally, Non-Patent Document 2 observes an increase in Curie temperature of 40 ° C. by introducing F element into Sm 2 Fe 17 . However, the Curie temperature rise is small and cannot be used as a permanent magnet material.

そのため、本発明は従来の希土類鉄フッ素系磁石よりも磁気特性に優れた磁石材料を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a magnet material that is superior in magnetic properties to conventional rare earth iron fluorine-based magnets.

上記課題を解決するために、本発明は、Fを結晶格子の侵入位置に配置したR−Fe[式中、Rは4f遷移元素またはYである]の2元系、またはR−Fe−T[式中、Rは前記の通りであり、TはFeを除く3d遷移元素、またはMo,Nb、もしくはWである(但し、TがWである場合、RはW以外の4f遷移元素またはYである)]の3元系の合金からなる磁石材料において、Feサイトの一部がAl,Si、及びGaの少なくとも1種類によって部分的に置換されている磁石材料を採用する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a binary system of R—Fe [wherein R is a 4f transition element or Y], or R—Fe—T, in which F is arranged at an intrusion position of a crystal lattice. [Wherein, R is as described above, and T is a 3d transition element excluding Fe, or Mo, Nb, or W (provided that when T is W, R is a 4f transition element other than W or Y In the magnet material made of a ternary alloy, a magnetic material in which part of the Fe site is partially replaced by at least one of Al, Si, and Ga is employed.

本発明によれば、従来の希土類鉄フッ素系磁石よりも磁気特性に優れた磁石材料を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a magnet material that has better magnetic properties than conventional rare earth iron fluorine-based magnets.

弗化熱処理したSm2Fe17磁粉、及びSm2Fe16Al磁粉における脱離ガス(質量電荷比m/z=19)の温度依存性。Temperature dependence of desorption gas (mass-to-charge ratio m / z = 19) in fluorinated heat-treated Sm 2 Fe 17 magnetic powder and Sm 2 Fe 16 Al magnetic powder.

母相を弗化する方法として、弗化アンモニウム(NH4F),酸性弗化アンモニウム(NH4F・HF),珪弗化アンモニウム((NH4F)2SiF6),硼弗化アンモニウム(NH4BF4)など弗化水素酸の無機塩の熱分解・昇華で発生する弗化水素,アンモニアを利用する方法、及び弗化水素(HF),四弗化炭素(CF4),三弗化窒素(NF3),三弗化硼素(BF3),六弗化硫黄(SF6)のガスを利用する方法がある。F元素は鉄基合金中での拡散係数が小さく磁粉内部まで拡散しにくいため、F元素より鉄基合金中での拡散係数の大きい元素と同時に熱処理することで反応性を向上させることができる。特に、H元素は還元拡散により他の元素よりも著しい反応性向上を示すため望ましい。また、H元素は比較的低温である300℃以上の加熱により系外に放出される特徴がある。 As a method for fluorinating the parent phase, ammonium fluoride (NH 4 F), acidic ammonium fluoride (NH 4 F · HF), ammonium silicofluoride ((NH 4 F) 2 SiF 6 ), ammonium borofluoride ( NH 4 BF 4 ) such as hydrofluoric acid generated by thermal decomposition and sublimation of hydrofluoric acid, a method using ammonia, and hydrogen fluoride (HF), carbon tetrafluoride (CF 4 ), trifluoride There is a method using a gas of nitrogen fluoride (NF 3 ), boron trifluoride (BF 3 ), or sulfur hexafluoride (SF 6 ). Since the F element has a small diffusion coefficient in the iron-based alloy and is difficult to diffuse into the magnetic powder, the reactivity can be improved by performing heat treatment simultaneously with an element having a larger diffusion coefficient in the iron-based alloy than the F element. In particular, the H element is desirable because it exhibits a significant improvement in reactivity over other elements due to reduction diffusion. In addition, element H is characterized by being released out of the system by heating at a relatively low temperature of 300 ° C. or higher.

しかし、同時に使用する元素がH,B,C,Nの場合、これらはF元素よりも拡散係数が大きく、かつF元素と同じ侵入位置に配置するため、これらの元素が先に侵入位置に配置することでF元素の導入量の増加を困難にし、磁気特性向上を妨害している。特に、H元素は磁気異方性を低下させるため必ず取り除かなければならない。理想的な弗化反応は、弗化の際に反応性向上のために使用した元素が系外に放出され、入替りでF元素が導入される反応である。鋭意研究した結果、Sm2Fe17x系は320℃で分解が生じることが判明した。そのため、水素元素との同時使用においてのみ理想的な弗化反応は可能であり、理想熱処理温度は300℃以上320℃以下である。F元素を短時間でより導入するためには、高温での熱処理によりF元素の拡散速度を上昇させる必要がある。つまり、Sm2Fe17xの分解温度の向上が必要である。また、分解温度の向上は、作業・処理温度の向上を意味し、熱間成形温度の上昇に伴う高密度化、低融点の合金の選択肢の増加など磁粉からバルク体を作製する際にも優位に働く。 However, when the elements used at the same time are H, B, C, and N, they have a diffusion coefficient larger than that of the F element and are arranged at the same intrusion position as the F element, so these elements are arranged at the intrusion position first. This makes it difficult to increase the amount of F element introduced and hinders improvement in magnetic properties. In particular, the H element must be removed to reduce the magnetic anisotropy. An ideal fluorination reaction is a reaction in which an element used for improving reactivity during fluorination is released out of the system and an F element is introduced instead. As a result of intensive studies, it was found that the Sm 2 Fe 17 F x system decomposes at 320 ° C. Therefore, an ideal fluorination reaction is possible only in simultaneous use with hydrogen element, and the ideal heat treatment temperature is 300 ° C. or higher and 320 ° C. or lower. In order to introduce the F element in a shorter time, it is necessary to increase the diffusion rate of the F element by heat treatment at a high temperature. That is, it is necessary to improve the decomposition temperature of Sm 2 Fe 17 F x . In addition, an increase in decomposition temperature means an increase in work / treatment temperature, and it is also advantageous when producing bulk bodies from magnetic powder, such as increasing the density with increasing hot forming temperature and increasing the choice of low melting point alloys. To work.

侵入型希土類鉄合金の分解温度を決定する因子は一般的に明らかではないため、各侵入系に応じて網羅的な元素探索が必要となる。しかし、我々は侵入型希土類鉄合金の磁気相転移温度前後に生じる大きな結晶格子定数の変化に着目した。磁性の発生とともに格子が大きく拡大し、通常の磁気体積効果よりも2桁以上の歪みを伴う巨大磁歪系である。全ての磁性系において結晶格子が磁性を支配しているが、侵入型希土類鉄合金は磁性もまた結晶格子を支配しているとの着想に至らしめた。磁性を制御することにより、結晶格子も制御することができると考えた。   Since the factors that determine the decomposition temperature of an interstitial rare earth iron alloy are generally not clear, an exhaustive element search is required for each intrusion system. However, we focused on the large change in crystal lattice constant around the magnetic phase transition temperature of interstitial rare earth iron alloys. It is a giant magnetostrictive system with a lattice that greatly expands with the occurrence of magnetism and that has a distortion of two orders of magnitude or more than the normal magnetovolume effect. In all magnetic systems, the crystal lattice dominates magnetism, but the intrusive rare earth iron alloy has led to the idea that magnetism also dominates the crystal lattice. We thought that the crystal lattice could be controlled by controlling the magnetism.

侵入型希土類鉄合金において、最も磁性に影響を与えるのはダンベルサイトと呼ばれるFeサイトである。ベーテ・スレータ曲線において0.245nm以下のFe元素同士の交換相互作用は負(反強磁性的)であることが知られており、ダンベルサイトに配置するFe元素同士はこれに該当する。今の場合、金属であるため交換相互作用は運動交換相互作用と直接交換相互作用によって記述され、前者は縮退した直交軌道間では強磁性的であり、後者は反強磁性的である。ダンベルサイトでは直接交換相互作用が運動交換相互作用よりも大きいために反強磁性的になっている。強磁性的な運動交換相互作用の増大により伝導電子の共有状態を大きくし結晶格子の安定性を向上させることができると考えた。つまり、ダンベルサイトに非磁性元素やダンベルサイト同士で強磁性的な交換相互作用となる元素を優先的に配置することで、結晶格子の熱安定性を向上させることができると考えた。そこで、我々は、ダンベルサイトに優先的に配置する非磁性元素としてAl,Si,Gaを選択し、弗化処理を検討した。Fe元素をこれら非磁性元素で置換することで、その交換相互作用を主とした磁性変化を通じて結晶格子の熱安定性にも変化を与えることができるはずである。   In the interstitial rare earth iron alloy, it is the Fe site called dumbbell site that most affects the magnetism. In the Bethe-Slater curve, it is known that the exchange interaction between Fe elements of 0.245 nm or less is negative (antiferromagnetic), and the Fe elements arranged in dumbbell sites correspond to this. In this case, since it is a metal, the exchange interaction is described by the motion exchange interaction and the direct exchange interaction. The former is ferromagnetic between degenerate orthogonal orbits, and the latter is antiferromagnetic. Dumbbell sites are antiferromagnetic because the direct exchange interaction is larger than the motion exchange interaction. It was thought that the stability of the crystal lattice could be improved by increasing the shared state of conduction electrons by increasing the ferromagnetic motion exchange interaction. In other words, it was considered that the thermal stability of the crystal lattice can be improved by preferentially arranging a nonmagnetic element or an element that exhibits a ferromagnetic exchange interaction between dumbbellsites. Therefore, we selected Al, Si, and Ga as nonmagnetic elements preferentially placed on dumbbell sites, and studied fluorination treatment. By substituting the Fe element with these nonmagnetic elements, it should be possible to change the thermal stability of the crystal lattice through the magnetic change mainly of the exchange interaction.

なお、本発明におけるダンベルサイトとは、複数のFeサイトのうちで、近接するFeサイトのFeとの距離が最も短いFeを有するFeサイトを指す。   In addition, the dumbbell site in this invention refers to the Fe site which has Fe with the shortest distance with Fe of the adjacent Fe site among several Fe sites.

上記では本発明の発想・着想を記載するためダンベルサイトのみに特化したが、磁性は系全体の電子状態を考慮した強相関多体電子系としての記述が必要であり、また結晶格子の熱安定性は置換元素の電子状態も大きく影響していることを付記しておく。   In the above, the idea and idea of the present invention were described, but only dumbbell sites were specified. However, magnetism needs to be described as a strongly correlated many-body electron system considering the electronic state of the entire system, and the heat of the crystal lattice It should be noted that the stability greatly affects the electronic state of the substitution element.

したがって、本発明はF元素を導入した鉄基合金において、Fe元素間距離が0.245nm以下、またはサイト同士の相互作用が反強磁性的なサイトを有する結晶構造において特に効果を発揮する。非磁性元素の置換量は、ダンベルサイトの数だけ行うのが望ましいが、実際には強相関多体電子系としての効果も入るため、実測において磁気特性を低下させない範囲で行うのが好ましい。その置換量は、Al,Si、及びGaの少なくとも1種類の置換量がFeとTの総量に対し、2/17at%以上かつ1/3at%以下であることが好ましい。   Therefore, the present invention is particularly effective in an iron-based alloy into which an F element is introduced, in which the distance between Fe elements is 0.245 nm or less, or the crystal structure has sites where the interaction between sites is antiferromagnetic. The substitution amount of the non-magnetic element is desirably as many as the number of dumbbell sites, but in practice, since the effect as a strongly correlated many-body electron system is also included, it is preferably performed within a range in which the magnetic characteristics are not deteriorated in actual measurement. The substitution amount is preferably such that the substitution amount of at least one of Al, Si, and Ga is 2/17 at% or more and 1/3 at% or less with respect to the total amount of Fe and T.

以下、代表的な製造方法,実施形態について記載する。   Hereinafter, typical manufacturing methods and embodiments will be described.

<製造方法1>母相合金の作成:
RとFe、及びAl,Ga,Siの少なくとも1種類を混合して真空あるいは不活性ガス中または還元ガス雰囲気中で溶解し組成を均一化する(溶解鋳造法)。得られた母合金を各種ミルにより不活性ガス中で粗粉砕する。
<Manufacturing method 1> Preparation of parent phase alloy:
At least one of R, Fe, and Al, Ga, and Si is mixed and dissolved in a vacuum, an inert gas, or a reducing gas atmosphere to make the composition uniform (dissolution casting method). The obtained mother alloy is coarsely pulverized in an inert gas by various mills.

上記の方法以外にも安価な方法としては、構成元素の酸化物や金属を粒状金属カルシウムと混合して、不活性ガス雰囲気中で加熱反応させる還元拡散法などが使用できる。Sm2Fe17の包晶温度以下で拡散反応させると共に、鉄粉粒度を選択することでSmの拡散距離をある程度制御できるので、残留のα−Fe相の少ない単相合金が製造しやすく、溶解鋳造法では不可欠な均一化熱処理が不要である。Sm2Fe17合金が直接粉末として得られるため、粗粉砕工程も不要である。また、粒径のより小さな原料粉を得るためには、SmとFeの硫酸水溶液から水酸化物を沈殿させ、大気焼成することで微結晶酸化物を得ることができる。微粉砕を必要としない粒径数μmの磁粉を作製できる。 As an inexpensive method other than the above method, a reduction diffusion method in which an oxide or metal of a constituent element is mixed with granular calcium metal and heated and reacted in an inert gas atmosphere can be used. Sm 2 Fe 17 has a peritectic temperature below the peritectic temperature, and by selecting the iron powder particle size, the Sm diffusion distance can be controlled to some extent, making it easy to produce a single-phase alloy with little residual α-Fe phase and dissolving it. The casting method does not require indispensable uniform heat treatment. Since the Sm 2 Fe 17 alloy is obtained directly as a powder, a coarse pulverization step is not necessary. Further, in order to obtain a raw material powder having a smaller particle size, a microcrystalline oxide can be obtained by precipitating a hydroxide from a sulfuric acid aqueous solution of Sm and Fe and firing in the air. Magnetic powder having a particle size of several μm that does not require fine pulverization can be produced.

一方、ナノコンポジット磁石用磁粉としては、結晶粒径が数10nmから数100nmの多結晶から構成される粒径が数μm〜数10μmの超急冷薄帯粉が必要である。薄帯粉は単ロールや双ロールなどの回転するロールの表面に、溶解させた母合金をアルゴンガスなどの不活性ガスあるいは還元ガス雰囲気で噴射急冷する液体超急冷法によって得られる。微細な合金組織を得る方法としては、水素化・分解・脱水素化・再結合(Hydrogenation Decomposition Desorption Recombination、HDDR)法も有用である。   On the other hand, as magnetic powder for nanocomposite magnets, ultra-quenched ribbon powder having a grain size of several μm to several tens of μm composed of a polycrystal having a crystal grain size of several tens to several hundreds nm is required. The ribbon powder is obtained by a liquid superquenching method in which a molten mother alloy is jetted and cooled in an inert gas or reducing gas atmosphere such as argon gas on the surface of a rotating roll such as a single roll or a twin roll. A hydrogenation, decomposition, dehydrogenation, and recombination (HDR) method is also useful as a method for obtaining a fine alloy structure.

また、ナノ粒子プロセスや薄膜プロセスによっても母相合金の作製が可能である。例えば、気相法では、熱CVD法,プラズマCVD法,分子線エピタキシー法,スパッタ法,EB蒸着法,反応性蒸着法,レーザアブレーション法,抵抗加熱蒸着法などがある。また液相法では、共沈法,マイクロ波加熱法,ミセル法,逆ミセル法,水熱合成法,ゾルゲル法などがある。   A parent phase alloy can also be produced by a nanoparticle process or a thin film process. For example, the vapor phase method includes a thermal CVD method, a plasma CVD method, a molecular beam epitaxy method, a sputtering method, an EB vapor deposition method, a reactive vapor deposition method, a laser ablation method, a resistance heating vapor deposition method and the like. The liquid phase method includes coprecipitation method, microwave heating method, micelle method, reverse micelle method, hydrothermal synthesis method, sol-gel method and the like.

以上の方法で得られた母合金や母合金粉は、必要に応じて粗粉砕する必要がある。例えば、不活性ガス雰囲気中や還元ガス雰囲気中でボールミル,ブラウンミル,スタンプミルまたはジェットミルなどにより機械的に粉砕する方法がある。また、HDDR法も有効であり、この方法により微細組織を形成することは、保磁力発現において有効である。当然ながら、弗化水素ガス処理後に、粉砕することでも保磁力は発現する。   The mother alloy or mother alloy powder obtained by the above method needs to be coarsely pulverized as necessary. For example, there is a method of mechanically pulverizing with a ball mill, brown mill, stamp mill or jet mill in an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere. The HDDR method is also effective, and forming a fine structure by this method is effective in coercive force expression. Of course, the coercive force is also exhibited by pulverization after the treatment with hydrogen fluoride gas.

<製造方法2>弗化処理:
F元素を導入する方法としては、以下の実施例1から実施例5に記載するような方法があるが、いずれもガスによる固気反応である。固気反応の工程では、均一な組成を得るために、粉体の表面を満遍なくガスに接触させることが重要である。特に、大量の粉体をガス処理する際に問題となるため、流動床などにより粉体を絶えず流動・撹拌することが好ましい。また、元素侵入反応は拡散律速なので、粉体の粒度が小さいほど迅速に一様な濃度分布を有する粉体を得ることができる。しかし、粒度が小さすぎると安定な流動が不可能になるので自ずと限界があり、10μmから数100μmの粒径が適当である。
<Production method 2> Fluorination treatment:
As a method for introducing the F element, there are methods as described in Examples 1 to 5 below, all of which are solid-gas reactions by gas. In the solid-gas reaction process, in order to obtain a uniform composition, it is important to uniformly contact the surface of the powder with the gas. In particular, since a problem occurs when a large amount of powder is gas-treated, it is preferable to constantly flow and agitate the powder using a fluidized bed or the like. In addition, since the element intrusion reaction is diffusion-controlled, a powder having a uniform concentration distribution can be obtained more quickly as the particle size of the powder is smaller. However, if the particle size is too small, a stable flow becomes impossible, so there is a limit naturally, and a particle size of 10 μm to several 100 μm is appropriate.

母相の分解反応があるために、少なくとも最初は320℃よりも低い温度で弗化熱処理を実施しなければならない。ただし、本発明の発想・着想の概念に基づけば、F元素の導入量の増加に伴い分解温度は上昇する可能性があり、鋭意研究中である。F元素は反応性が極めて高いが不動態を形成するため、鉄基合金中での拡散速度が小さいことが特徴であり、緩慢な弗化となるよう固気反応を制御することにより母相の分解を抑制することが可能である。また、拡散律速なので、加圧による反応速度向上も望めない。ただし、加圧により分解を抑えて反応温度を多少上げることは考えられる。水素化によりマイクロクラックが入り元素侵入を助けるので、水素ガスとの混合は微細組織形成の意味において効果的である。F元素の拡散速度は他の水素元素,窒素元素と比較し、著しく遅いため、粉末中の弗素濃度分布を均一化する目的で、弗化処理後に不活性ガス雰囲気下で熱処理をすることが効果的な場合がある。このように、弗化反応は他の元素導入反応と異なり、その作製方法において特段の工夫が必要である。本発明により、F元素導入系の分解温度が上昇するため、少なくとも最初の弗化熱処理温度を上昇させることができ、作製時間の短縮化,濃度分布均一化の容易さなど、作製時における意義は大きい。磁気特性においても、Al,Si,Gaは母相のキュリー温度上昇を伴うため、母相の磁化,磁気異方性が低下しない適当な範囲で置換することで、優位に働く。   Because of the decomposition reaction of the parent phase, at least initially, the fluorination heat treatment must be carried out at a temperature lower than 320 ° C. However, based on the concept of idea and idea of the present invention, the decomposition temperature may increase with the increase in the amount of F element introduced, and is under intensive research. Although element F is extremely reactive, it forms a passive state and is characterized by a low diffusion rate in the iron-base alloy. By controlling the solid-gas reaction so as to cause slow fluorination, It is possible to suppress decomposition. Moreover, since it is diffusion-controlled, the reaction rate improvement by pressurization cannot be expected. However, it is conceivable to raise the reaction temperature somewhat by suppressing the decomposition by pressurization. Since microcracks enter by hydrogenation and assist in element entry, mixing with hydrogen gas is effective in terms of forming a fine structure. Since the diffusion rate of F element is significantly slower than other hydrogen and nitrogen elements, heat treatment in an inert gas atmosphere after fluorination is effective for the purpose of making the fluorine concentration distribution in the powder uniform. There are cases. As described above, the fluorination reaction is different from other element introduction reactions and requires a special device in its production method. According to the present invention, since the decomposition temperature of the F element introduction system is increased, at least the initial fluorination heat treatment temperature can be increased. large. Also in the magnetic characteristics, Al, Si, and Ga are accompanied by an increase in the Curie temperature of the parent phase, and therefore, it works preferentially by substituting within an appropriate range in which the magnetization and magnetic anisotropy of the parent phase do not decrease.

<製造方法3>粉砕工程:
保磁力を発現させるためには、元素侵入工程で得られた粗粉末をジェットミル、またはボールミルなどで平均粒径2〜3μmまで微粉砕することが好ましい。原理的には、単磁区臨界粒径0.3μm程度まで微粉砕化することが望ましい。微粉砕後の粒径は非常に細かいため、粒子表面を各種の方法で不活性化する処理が必要な場合がある。
<Manufacturing method 3> Grinding step:
In order to develop the coercive force, the coarse powder obtained in the element intrusion step is preferably finely pulverized to a mean particle size of 2 to 3 μm using a jet mill or a ball mill. In principle, it is desirable to pulverize to a single domain critical particle size of about 0.3 μm. Since the particle size after pulverization is very fine, it may be necessary to inactivate the particle surface by various methods.

ナノコンポジット用磁粉やHDDR磁粉では、微粉砕しなくとも保磁力が発現するが、磁石体として成形するときに粒径が影響することがあり、微粉砕が必要な場合がある。また、磁粉粒径が保磁力の大きさに関係するために、微粉砕及び分級により粒度分布を整えることは保磁力分布を調整することにもつながり、磁粉の性能、及び信頼性を上げる意味において大切である。   The magnetic powder for nanocomposites and HDDR magnetic powder exhibit coercive force without being finely pulverized, but the particle size may be affected when molded as a magnet body, and pulverization may be necessary. In addition, since the particle size of the magnetic particles is related to the coercive force, adjusting the particle size distribution by fine pulverization and classification also leads to adjustment of the coercive force distribution, in the sense of increasing the performance and reliability of the magnetic particles. It is important.

<実施形態1>磁石成形品
本発明における一実施形態としては、磁石材料とバインダーとを含む磁石成形品が挙げられる。
<Embodiment 1> Magnet molded product As an embodiment of the present invention, a magnet molded product including a magnet material and a binder is exemplified.

[1]バインダー
磁粉を固めるためのバインダーとしては無機バインバーや有機バインダーがあり、例えば、低融点金属または樹脂を使うことができる。樹脂には、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがある。熱硬化性樹脂としては、EP(エポキシ)樹脂が利用でき、また熱可塑性樹脂としてはPA(ポリアミド,ナイロン)樹脂,PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂,エラストマーとしてNBR(アクリロニトリルブタジエンゴム),CPE(塩素化ポリエチレン)樹脂やEVA(エチレンビニルアセテート)樹脂などが利用できる。また、無機化合物で固めることもでき、SiO2前駆体の溶液であるCH3O−(Si(CH3O)2−O)m−CH3(mは3〜5、平均は4),水,脱水メチルアルコール、及びジラウリン酸ジブチル錫を混合し、含浸させ固化する方法も利用できる。
[1] Binder There are inorganic binders and organic binders as binders for hardening the magnetic powder. For example, low melting point metals or resins can be used. The resin includes a thermosetting resin and a thermoplastic resin. EP (epoxy) resin can be used as the thermosetting resin, PA (polyamide, nylon) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin as thermoplastic resin, NBR (acrylonitrile butadiene rubber), CPE (chlorinated) as elastomer. Polyethylene) resin and EVA (ethylene vinyl acetate) resin can be used. Further, it can be hardened with an inorganic compound, and is a solution of SiO 2 precursor, CH 3 O— (Si (CH 3 O) 2 —O) m —CH 3 (m is 3 to 5, average is 4), water , Dehydrated methyl alcohol and dibutyltin dilaurate can be mixed, impregnated and solidified.

[2]成形方法
等方性磁粉を用いてボンド磁石を製造する場合には、いかにして生産性良く密度を高められるかが重要な点である。磁粉の着磁特性にもよるが、成形体ができれば任意の着磁が原理的に可能であり、必要な着磁パターンを実現することができる。
[2] Molding method When manufacturing a bonded magnet using isotropic magnetic powder, it is important how to increase the density with good productivity. Although it depends on the magnetization characteristics of the magnetic powder, any magnetization is possible in principle as long as a molded body is formed, and a necessary magnetization pattern can be realized.

異方性磁粉を用いてボンド磁石を製造する際に問題になるのは、磁粉の配向である。成形時に粒子の結晶軸を目的とする方向に配向させ、かつ等方性磁石と同様に、密度を高めることが重要である。   When manufacturing a bonded magnet using anisotropic magnetic powder, the problem is the orientation of the magnetic powder. It is important to orient the crystal axes of the particles in the desired direction during molding and to increase the density as in the case of an isotropic magnet.

磁化反転機構は、核発生型とピンニング型とに大別される。前者の場合は、結晶粒径が小さいほど保磁力が向上し、後者の場合は、ピンニングサイトの形状や数により保磁力が決定する。本発明の磁石材料は、作製方法により両方の磁化反転機構を有することが期待される。急冷によって得られる数μmの結晶組織の場合は核発生型、また液体超急冷によって得られる数10〜数100nmの結晶組織の場合はピンニング型によって、保磁力が主として決定されると考えられる。磁粉が形状異方性を有する場合には、成形する際の磁粉の向きが保磁力を増加させる上では重要である。一般には、反磁場係数の小さい(パーミアンス係数の大きい)方向を着磁方向となるように成形することが望ましい。   The magnetization reversal mechanism is roughly classified into a nucleation type and a pinning type. In the former case, the smaller the crystal grain size, the better the coercive force. In the latter case, the coercive force is determined by the shape and number of pinning sites. The magnet material of the present invention is expected to have both magnetization reversal mechanisms depending on the production method. It is considered that the coercive force is mainly determined by the nucleation type in the case of a crystal structure of several μm obtained by rapid cooling, and by the pinning type in the case of a crystal structure of several tens to several hundreds of nm obtained by liquid super rapid cooling. When the magnetic powder has shape anisotropy, the direction of the magnetic powder during molding is important for increasing the coercive force. In general, it is desirable to form a direction in which the demagnetizing factor is small (the permeance factor is large) as the magnetization direction.

希土類鉄弗素系は熱安定性が低いために、バルク体として密度を高めるには熱間加圧成型が有効である。   Since the rare earth iron fluorine system has low thermal stability, hot press molding is effective for increasing the density as a bulk body.

[3]製造工程
通常のボンド磁石作製方法には、圧縮成形と射出成形がある。圧縮成形では、磁粉の密度を高めることができるため、高いエネルギー積を実現できる。例えば、原料となる強磁性フッ素化合物のボンド磁石用磁粉とEP樹脂を添加剤と一緒に混練してコンパウンドとし、それを金型に投入してプレス成型する。その後、加熱硬化させた上で、余分な粉末を洗浄して落として表面コートをする。コンパウンド製造時の重要な要素は、粉末粒子の選択,粉末粒子の表面処理,樹脂の選択,混練条件の選択などである。粒子径の分布を最適化することで密度を高めることが可能である。また、密度を高めるために液状樹脂を使って磁粉間の滑り性を高めることは効果的である。異方性磁粉を使用する場合には、磁場印加による磁粉の配向が追加される。使用する樹脂の種類により配向度は異なり、磁場印加時に個々の磁粉がバインダーの粘性に打ち勝って自由に動けることが重要である。
[3] Manufacturing process There are compression molding and injection molding in the usual bonded magnet manufacturing methods. In compression molding, since the density of magnetic powder can be increased, a high energy product can be realized. For example, a magnetic material for a bond magnet of a ferromagnetic fluorine compound as a raw material and an EP resin are kneaded together with an additive to form a compound, which is put into a mold and press-molded. Thereafter, after heat-curing, the excess powder is washed and dropped to coat the surface. Important factors during compound production are selection of powder particles, surface treatment of powder particles, selection of resin, selection of kneading conditions, and the like. It is possible to increase the density by optimizing the particle size distribution. In order to increase the density, it is effective to increase the slipping property between the magnetic particles by using a liquid resin. When using anisotropic magnetic powder, the orientation of the magnetic powder by applying a magnetic field is added. The degree of orientation varies depending on the type of resin used, and it is important that each magnetic powder can move freely overcoming the viscosity of the binder when a magnetic field is applied.

射出成形では、複雑な形状のものを後加工なしで成形することができるという特徴がある。バインダーとしてはPA樹脂やPPS樹脂などが用いられる。例えば、原料となる強磁性フッ素化合物のボンド磁粉とPA樹脂またはPPS樹脂とを添加剤と一緒にニーダで混練してペレット状にコンパウンドとする。このコンパウンドを射出成形機に投入して、シリンダー内で加熱溶融させた上で、金型内に射出して成形する。樹脂の粘度調整が必要である。異方性磁粉を使用する場合には、金型に必要な磁気回路を構成しておくことで磁粉の配向が可能となる。高性能の異方性射出成形磁石を製造するためには、溶融したコンパウンドを金型に射出した時に十分配向させる必要がある。   Injection molding has a feature that a complicated shape can be formed without post-processing. As the binder, PA resin or PPS resin is used. For example, a ferromagnetic fluorine compound bond magnetic powder as a raw material and a PA resin or PPS resin are kneaded together with an additive with a kneader to form a compound in a pellet form. This compound is put into an injection molding machine, heated and melted in a cylinder, and then injected into a mold for molding. It is necessary to adjust the viscosity of the resin. When using anisotropic magnetic powder, the magnetic powder can be oriented by forming a magnetic circuit necessary for the mold. In order to produce a high-performance anisotropic injection-molded magnet, it is necessary to sufficiently orient the molten compound when it is injected into the mold.

<実施形態2>回転機
本発明における一実施形態としては、磁石材料を含む回転子を有する回転機が挙げられる。例えば、PC周辺機器としては、スピンドルモータ(HDD用,CD−ROM/DVD用,FDD用)やステッピングモータ(CD−ROM/DVD用のピックアップ,FDD用のヘッド駆動)が挙げられる。OAとしては、ファクシミリ,コピー,スキャナ,プリンタなどが挙げられる。自動車としては、燃料ポンプ,エアバックセンサ,ABSセンサ,計器,位置制御モータ,点火装置などが挙げられる。HDDやDVDを搭載したPCゲーム機やインターネットやケーブルテレビからデジタルデータをダウンロードして使う装置であるTVセットボックスも挙げられる。家電としては、携帯電話,デジタルカメラ,ビデオカメラ,MP3プレーヤ,PDA,ステレオなどが挙げられる。その他にも、エアコン,掃除機,電動工具などが挙げられる。
<Embodiment 2> Rotating machine As an embodiment of the present invention, there is a rotating machine having a rotor containing a magnet material. For example, examples of the PC peripheral device include a spindle motor (for HDD, CD-ROM / DVD, and FDD) and a stepping motor (CD-ROM / DVD pickup, FDD head drive). Examples of the OA include a facsimile, a copy, a scanner, and a printer. Examples of the automobile include a fuel pump, an airbag sensor, an ABS sensor, an instrument, a position control motor, and an ignition device. There are also PC game machines equipped with HDDs and DVDs, and TV set boxes that are devices that download and use digital data from the Internet or cable TV. Examples of home appliances include mobile phones, digital cameras, video cameras, MP3 players, PDAs, stereos, and the like. Other examples include air conditioners, vacuum cleaners, and power tools.

また、本発明の磁石材料は、大きな磁気体積効果を有しているため、磁性体に圧力を加えるとその磁化の強さが変化するビラリ効果(Villari effect)が期待される。広義の意味で磁歪現象に属し、工業的にはセンサやアクチュエータに利用できる。   In addition, since the magnet material of the present invention has a large magnetovolume effect, a Villari effect is expected in which the strength of magnetization changes when a pressure is applied to the magnetic material. It belongs to the magnetostriction phenomenon in a broad sense and can be used industrially for sensors and actuators.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれにより限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited by this.

本実施例では、Al,Si,Gaの少なくとも1種類を含有する希土類鉄合金をF2ガスにより弗化熱処理する例を説明する。また、高性能永久磁石材料の観点から、例えば2−17系,3−29系,1−12系に対して実施する例を説明する。 In the present embodiment, an example will be described in which a rare earth iron alloy containing at least one of Al, Si, and Ga is subjected to a fluorination heat treatment with F 2 gas. In addition, from the viewpoint of a high-performance permanent magnet material, an example will be described that is implemented for, for example, the 2-17 system, the 3-29 system, and the 1-12 system.

合金作製時において、F元素導入により1軸磁気異方性を有する希土類元素を選定した。例えば、2−17系、及び3−29系は葉巻型軌道の代表としてSm、また1−12系はアンパン型軌道の代表としてNdをそれぞれ選定した。これら希土類元素の選定は、対象としている系の希土類元素間の細密方向と量子化軸方向との関係により決まる。導入元素が第二周期元素の場合、結晶構造が決まれば1軸磁気異方性を示す希土類元素は限定される。また、構造安定元素として例えばTiを選定した。しかし、本発明は希土類元素や構造安定元素の種類によって限定されるわけではない。また、ダンベルサイトに配置するAl,Si,Gaの中から例えばAlを選定した。置換量は例えば各組成式で1元素置換とした。   At the time of producing the alloy, a rare earth element having uniaxial magnetic anisotropy was selected by introducing F element. For example, Sm was selected as the representative of the cigar type orbit for the 2-17 series and the 3-29 series, and Nd was selected as the representative of the Anpan type orbit for the 1-12 series. The selection of these rare earth elements is determined by the relationship between the fine direction between the rare earth elements of the target system and the quantization axis direction. When the introduced element is a second periodic element, rare earth elements exhibiting uniaxial magnetic anisotropy are limited if the crystal structure is determined. Further, for example, Ti was selected as the structure stabilizing element. However, the present invention is not limited by the type of rare earth element or structure stabilizing element. Further, for example, Al was selected from Al, Si, and Ga disposed on the dumbbell site. The substitution amount was, for example, one element substitution in each composition formula.

R(SmまたはNd)−Fe−Al系主相合金は、希土類元素の蒸発を加味し、Fe,AlにSmまたはNdを化学量論比よりも多目に混合して真空あるいは不活性ガス中または還元ガス雰囲気中で溶解し組成を均一化した。相形成のための熱処理後、急冷することにより作製した。Sm2Fe16Al,Sm3Fe27AlTi、及びNdFe10AlTiはFeの包晶反応によって析出するため、得られる合金には微量のα−Feの混入が避け難い。得られた合金のインゴットは、平均粒径が10μm以下となるように不活性ガス中で例えばジェットミル,ボールミルを使用し粉砕した。また、比較のためAlを含有しないSm2Fe17,Sm3Fe28Ti、及びNdFe11Tiも同様の方法で作製した。 The R (Sm or Nd) -Fe-Al main phase alloy takes into account the evaporation of rare earth elements and mixes Fe and Al with Sm or Nd more frequently than the stoichiometric ratio, in a vacuum or in an inert gas. Alternatively, it was dissolved in a reducing gas atmosphere to make the composition uniform. It was prepared by quenching after heat treatment for phase formation. Since Sm 2 Fe 16 Al, Sm 3 Fe 27 AlTi, and NdFe 10 AlTi are precipitated by the peritectic reaction of Fe, it is difficult to avoid a small amount of α-Fe in the obtained alloy. The obtained ingot of the alloy was pulverized in an inert gas using, for example, a jet mill or a ball mill so that the average particle size was 10 μm or less. For comparison, Sm 2 Fe 17 , Sm 3 Fe 28 Ti, and NdFe 11 Ti containing no Al were also produced by the same method.

F元素の単独導入による結晶系の熱安定性を調査する目的で、F2ガスによる弗化熱処理を実施した。F2ガスは弗化水素酸の電気分解により発生させ、99.5%以上の純度であることを確認した。反応容器はNiで作製し、反応試験前にゆっくりと十分に弗化処理を実施し、容器内部を不動態化した。反応容器は、600℃程度以下ならばニッケル基合金が使用でき、200℃程度以下ならば鉄基合金なども使用できる。F2ガスは混合ガスタンク内でArガス(5N)と適当な濃度に希釈できるようにした。 For the purpose of investigating the thermal stability of the crystal system by introducing F element alone, a fluorination heat treatment with F 2 gas was performed. F 2 gas was generated by electrolysis of hydrofluoric acid and was confirmed to have a purity of 99.5% or more. The reaction vessel was made of Ni, and the fluorination treatment was performed slowly and sufficiently before the reaction test to passivate the inside of the vessel. If the reaction vessel is about 600 ° C. or lower, a nickel-base alloy can be used, and if it is about 200 ° C. or lower, an iron-base alloy can be used. The F 2 gas can be diluted to an appropriate concentration with Ar gas (5N) in the mixed gas tank.

図1は、F2ガス中で190℃3時間熱処理したSm2Fe17磁粉、及びSm2Fe16Al磁粉における脱離ガス(質量電荷比m/z=19)の温度依存性を示す。ただし、昇温速度は5℃/分である。質量電荷比m/z=19はF元素に対応する。Sm2Fe17磁粉は320℃からF元素の放出が始まり380℃でF元素放出量が一定となる。一方、母相合金をAl置換したSm2Fe16Al磁粉はSm2Fe17磁粉と比較し、約40℃程度高温側にシフトしていることを観測した。これは、Al置換することでF元素放出温度、つまりは分解温度が40℃程度上昇することを意味する。Fe元素の一部をAl置換することで、F元素を導入した結晶格子系の熱安定性が向上することがわかった。同様に分解温度の上昇は、Sm2Fe17へのSi,Ga置換系においても観測した。また、3−29系,1−12系においてもFeとのAl,Si,Gaの置換により同様に分解温度の上昇を観測した。 FIG. 1 shows the temperature dependence of desorbed gas (mass-to-charge ratio m / z = 19) in Sm 2 Fe 17 magnetic powder and Sm 2 Fe 16 Al magnetic powder heat-treated in F 2 gas at 190 ° C. for 3 hours. However, the heating rate is 5 ° C./min. The mass to charge ratio m / z = 19 corresponds to the F element. Sm 2 Fe 17 magnetic powder begins to release F element at 320 ° C., and the F element release amount becomes constant at 380 ° C. On the other hand, it was observed that the Sm 2 Fe 16 Al magnetic powder in which the parent phase alloy was replaced with Al was shifted to a high temperature side by about 40 ° C. compared to the Sm 2 Fe 17 magnetic powder. This means that the F element release temperature, that is, the decomposition temperature is increased by about 40 ° C. by Al substitution. It was found that the thermal stability of the crystal lattice system into which the F element was introduced was improved by substituting a part of the Fe element with Al. Similarly, an increase in the decomposition temperature was also observed in the Si and Ga substitution system for Sm 2 Fe 17 . Similarly, in the 3-29 system and the 1-12 system, an increase in the decomposition temperature was observed due to the substitution of Al, Si, and Ga with Fe.

以下では、この知見を活かした弗化熱処理の例を説明する。最高熱処理温度をSm2Fe17磁粉は310℃、またSm2Fe16Al磁粉は350℃にそれぞれ設定し、その他は全て同じ熱処理条件に設定した。緩慢な弗化を意図し、混合ガス中のF2ガス濃度を5%に調整した。混合ガスを120℃で反応容器内に全圧で50kPaまで導入した後、1℃/1分の速度でそれぞれの最高熱処理温度まで昇温した。最高熱処理温度で3時間保持した後、混合ガスを炉外へ排気し、Ar雰囲気中で室温まで炉冷した。このようにして弗化熱処理した各磁粉の結晶格子定数、及びキュリー温度を評価した。結果、系の対称性を維持し結晶格子定数が拡大することを観測し、キュリー温度の上昇も観測した。未置換系と比較しAl置換系は、結晶格子定数の拡大率、及びキュリー温度上昇率ともに大きかった。これは、最高熱処理温度を上げることができたために、同じ時間におけるF元素導入量を増やすことができたためと考えられる。結晶粒内へのF元素の拡散は拡散律則に従うため、弗化熱処理時間の短縮を意味する。同様の結果は、Sm2Fe17のSi,Gaの部分置換系においても観測し、また3−29系,1−12系のAl,Si,Gaの部分置換系においても観測した。 Below, the example of the fluorination heat processing which utilized this knowledge is demonstrated. The maximum heat treatment temperature was set to 310 ° C. for Sm 2 Fe 17 magnetic powder, 350 ° C. for Sm 2 Fe 16 Al magnetic powder, and the other heat treatment conditions were set to the same heat treatment conditions. Intended for slow fluorination, the F 2 gas concentration in the mixed gas was adjusted to 5%. After introducing the mixed gas into the reaction vessel at 120 ° C. up to 50 kPa in total pressure, the temperature was raised to the respective maximum heat treatment temperature at a rate of 1 ° C./1 minute. After maintaining at the maximum heat treatment temperature for 3 hours, the mixed gas was exhausted outside the furnace and cooled to room temperature in an Ar atmosphere. The crystal lattice constant and the Curie temperature of each magnetic powder subjected to the fluorination heat treatment in this way were evaluated. As a result, it was observed that the crystal lattice constant was expanded while maintaining the symmetry of the system, and an increase in the Curie temperature was also observed. Compared with the non-substituted system, the Al-substituted system had a large crystal lattice constant expansion rate and a Curie temperature increase rate. This is presumably because the maximum heat treatment temperature could be raised, so that the amount of F element introduced at the same time could be increased. The diffusion of the F element into the crystal grains follows the diffusion rule, which means shortening the fluorination heat treatment time. Similar results were observed in the Sm 2 Fe 17 Si and Ga partial substitution systems, and also in the 3-29 and 1-12 Al, Si and Ga partial substitution systems.

本実施例では、Al,Si,Gaの少なくとも1種類を含有する希土類鉄合金をHFガスにより弗化熱処理する例を説明する。HFガスはF2ガスよりも弗化反応が進行し易いため、HFガスの使用は量産では反応時間の短縮、及び一様な弗化の観点において極めて重要である。場合によっては、HFガスとF2ガスとの併用により、弗化促進効果の倍増が期待できる。 In the present embodiment, an example will be described in which a rare earth iron alloy containing at least one of Al, Si, and Ga is subjected to a fluorination heat treatment with HF gas. Since HF gas undergoes a fluorination reaction more easily than F 2 gas, the use of HF gas is extremely important in mass production in terms of shortening reaction time and uniform fluorination. In some cases, the combined use of HF gas and F 2 gas can be expected to double the fluorination promoting effect.

母相合金は例えば実施例1と同様の方法で作製した。しかし、本発明は希土類元素や構造安定元素の種類によって限定されるわけではない。   The parent phase alloy was produced by the same method as in Example 1, for example. However, the present invention is not limited by the type of rare earth element or structure stabilizing element.

弗化熱処理は、管状炉によるHFガスフロー形式で実施した。HFガスを発生する方法としてはNH4F,NH4F・HF,(NH4F)2SiF6,NH4BF4など弗化水素酸の無機塩の熱分解・昇華で発生する弗化水素を利用する方法、弗化カルシウムと硫酸の化学反応で発生する弗化水素を利用する方法、及び弗化水素酸を加熱することで気化する弗化水素を利用する方法がある。例えば、弗化カルシウムと硫酸の制御した化学反応により発生する弗化水素を使用した。弗化処理装置は、弗化水素反応の制御を行う反応炉、及び磁粉を熱処理する管状炉とで構成した。HFガス発生量を微量にして試験毎に使い捨てることを条件に、反応炉及び管状炉は石英を使用することができた。装置全体をスクラバー付ドラフトの中に構築し、別途、管状炉の下流には余剰HFガスのトラップ機構を設けた。Sm2Fe16Al,Sm3Fe27AlTi、及びNdFe10AlTiの各磁粉は、グラッシーカーボン(Glassy Carbon、GC)上に表面積が大きくなるよう薄く広げ管状炉内に配置した。管状炉内を真空引きした後、反応炉からArガス(5N)で管状炉内にHFガスを誘導し、弗化熱処理を実施した。鋭意研究した結果、HFガスの強すぎる酸化還元拡散反応により磁粉の外周部は主として希土類弗化物,希土類酸弗化物,鉄弗化物,鉄などに分解することが判明した。そのため、HFガス発生量は使用する磁粉の粒径などにより適宜選択する必要があり、総じて緩慢な弗化処理となるように熱処理を実施し分解を抑制した。 The fluorination heat treatment was performed in the form of HF gas flow in a tubular furnace. As a method for generating HF gas, hydrogen fluoride generated by thermal decomposition and sublimation of inorganic salt of hydrofluoric acid such as NH 4 F, NH 4 F · HF, (NH 4 F) 2 SiF 6 , NH 4 BF 4, etc. , A method using hydrogen fluoride generated by a chemical reaction between calcium fluoride and sulfuric acid, and a method using hydrogen fluoride which is vaporized by heating hydrofluoric acid. For example, hydrogen fluoride generated by a controlled chemical reaction between calcium fluoride and sulfuric acid was used. The fluorination treatment apparatus was composed of a reaction furnace for controlling the hydrogen fluoride reaction and a tubular furnace for heat-treating the magnetic powder. Quartz could be used for the reaction furnace and the tubular furnace on the condition that the amount of HF gas generated was made small and disposable for each test. The entire apparatus was constructed in a draft with a scrubber, and an extra HF gas trapping mechanism was provided downstream of the tubular furnace. Each magnetic powder of Sm 2 Fe 16 Al, Sm 3 Fe 27 AlTi, and NdFe 10 AlTi was spread thinly on a glassy carbon (GC) so as to have a large surface area and placed in a tubular furnace. After evacuating the inside of the tubular furnace, HF gas was induced from the reaction furnace into the tubular furnace with Ar gas (5N), and a fluorination heat treatment was performed. As a result of intensive studies, it has been found that the outer peripheral portion of the magnetic powder is mainly decomposed into rare earth fluoride, rare earth acid fluoride, iron fluoride, iron, etc. by the redox diffusion reaction of HF gas which is too strong. Therefore, the amount of HF gas generated needs to be appropriately selected depending on the particle size of the magnetic powder to be used, and heat treatment was performed to suppress decomposition by generally slowing the fluorination treatment.

最高熱処理温度をSm2Fe17磁粉は310℃、またSm2Fe16Al磁粉は350℃にそれぞれ設定し、その他は全て同じ熱処理条件に設定した。室温で管状炉内を十分に真空引きした後、200ml/分のAr流量でHFガスを管状炉内に誘導した。5℃/分で各最高熱処理温度まで昇温後、1時間保持した。その後、HFガスの供給をやめAr気流中で室温まで炉冷した。このようにして弗化熱処理した各磁粉の結晶格子定数、及びキュリー温度を評価した。結果、系の対称性を維持し結晶格子定数が拡大することを観測し、キュリー温度の上昇も観測した。しかし、未置換系ではH元素の放出が不十分であり、X線回折パターンにおける格子シフト,ピーク半値幅から判断しF元素導入反応は一様ではないと結論付けられた。一方、Al置換系では、最高熱処理温度を上げることができたためにH元素が十分に放出され、F元素導入反応は一様に進行し、母相と同じ対称性を示す相は1つのみ観測された。 The maximum heat treatment temperature was set to 310 ° C. for Sm 2 Fe 17 magnetic powder, 350 ° C. for Sm 2 Fe 16 Al magnetic powder, and the other heat treatment conditions were set to the same heat treatment conditions. After sufficiently evacuating the inside of the tubular furnace at room temperature, HF gas was introduced into the tubular furnace at an Ar flow rate of 200 ml / min. The temperature was raised to each maximum heat treatment temperature at 5 ° C./min, and held for 1 hour. Thereafter, the supply of HF gas was stopped and the furnace was cooled to room temperature in an Ar stream. The crystal lattice constant and the Curie temperature of each magnetic powder subjected to the fluorination heat treatment in this way were evaluated. As a result, it was observed that the crystal lattice constant was expanded while maintaining the symmetry of the system, and an increase in the Curie temperature was also observed. However, in the unsubstituted system, the release of H element was insufficient, and it was concluded that the F element introduction reaction was not uniform as judged from the lattice shift and peak half width in the X-ray diffraction pattern. On the other hand, in the Al substitution system, since the maximum heat treatment temperature could be raised, H element was released sufficiently, the F element introduction reaction proceeded uniformly, and only one phase showing the same symmetry as the parent phase was observed. It was done.

以上の結果、Al置換によりF元素導入系の分解温度を向上させることにより、H元素放出のための熱処理温度を向上させることができる。これにより、高弗素化、及び一様な希土類鉄フッ素系磁石材料を提供することができる。高弗素化によりキュリー温度,磁化,磁気異方性といった磁石基礎物性値の飛躍的な向上を観測した。同様の結果は、Sm2Fe17のSi,Gaの部分置換系においても観測し、また3−29系,1−12系のAl,Si,Gaの部分置換系においても観測した。 As a result, the heat treatment temperature for H element emission can be improved by improving the decomposition temperature of the F element introduction system by Al substitution. Thereby, it is possible to provide a highly fluorinated and uniform rare earth iron fluorine-based magnet material. We observed dramatic improvements in the basic physical properties of magnets such as Curie temperature, magnetization, and magnetic anisotropy due to high fluorination. Similar results were observed in the Sm 2 Fe 17 Si and Ga partial substitution systems, and also in the 3-29 and 1-12 Al, Si and Ga partial substitution systems.

本実施例では、Al,Si,Gaの少なくとも1種類、及びH元素を含有する希土類鉄合金をF2ガスにより弗化熱処理する例について説明する。また、高性能永久磁石材料の観点から、例えば2−17系,3−29系,1−12系に対して実施する例を説明する。 In this embodiment, an example will be described in which a rare earth iron alloy containing at least one of Al, Si, and Ga and an H element is subjected to a fluorination heat treatment with F 2 gas. In addition, from the viewpoint of a high-performance permanent magnet material, an example will be described that is implemented for, for example, the 2-17 system, the 3-29 system, and the 1-12 system.

合金作製時において、F元素導入により1軸磁気異方性を有する希土類元素を選定した。例えば、2−17系、及び3−29系は葉巻型軌道の代表としてSm、また1−12系はアンパン型軌道の代表としてNdをそれぞれ選定した。これら希土類元素の選定は、対象としている系の希土類元素間の細密方向と量子化軸方向との関係により決まる。導入元素が第二周期元素の場合、結晶構造が決まれば1軸磁気異方性を示す希土類元素は限定される。また、構造安定元素として例えばTiを選定した。しかし、本発明は希土類元素や構造安定元素の種類によって限定されるわけではない。また、ダンベルサイトに配置するAl,Si,Gaの中から例えばAlを選定した。置換量は例えば各組成式で1元素置換とした。   At the time of producing the alloy, a rare earth element having uniaxial magnetic anisotropy was selected by introducing F element. For example, Sm was selected as the representative of the cigar type orbit for the 2-17 series and the 3-29 series, and Nd was selected as the representative of the Anpan type orbit for the 1-12 series. The selection of these rare earth elements is determined by the relationship between the fine direction between the rare earth elements of the target system and the quantization axis direction. When the introduced element is a second periodic element, rare earth elements exhibiting uniaxial magnetic anisotropy are limited if the crystal structure is determined. Further, for example, Ti was selected as the structure stabilizing element. However, the present invention is not limited by the type of rare earth element or structure stabilizing element. Further, for example, Al was selected from Al, Si, and Ga disposed on the dumbbell site. The substitution amount was, for example, one element substitution in each composition formula.

R(SmまたはNd)−Fe−Al系主相合金は、希土類元素の蒸発を加味し、Fe,AlにSmまたはNdを化学量論比よりも多目に混合して真空あるいは不活性ガス中または還元ガス雰囲気中で溶解し組成を均一化した。相形成のための熱処理後、常温Arを導入し800℃まで急冷した。HDDRプロセスを行うため、800℃でH2ガスフロー中適当な時間保持し、その後真空引きを適当な時間実施した。また、H元素を母相合金の侵入位置に導入するため、200℃においてH2ガスフローを適当な時間実施した。得られた合金のインゴットは、平均粒径が10μm以下となるように不活性ガス中で例えばジェットミル,ボールミルを使用し粉砕した。また、比較のためAlを含有しない系も同様の方法で作製した。ただし、本実施例においてHDDRプロセスは必ずしも必要ではない。 The R (Sm or Nd) -Fe-Al main phase alloy takes into account the evaporation of rare earth elements and mixes Fe and Al with Sm or Nd more frequently than the stoichiometric ratio, in a vacuum or in an inert gas. Alternatively, it was dissolved in a reducing gas atmosphere to make the composition uniform. After the heat treatment for phase formation, room temperature Ar was introduced and rapidly cooled to 800 ° C. In order to perform the HDDR process, an appropriate time was maintained in the H 2 gas flow at 800 ° C., and then vacuuming was performed for an appropriate time. Further, in order to introduce H element into the intrusion position of the parent phase alloy, H 2 gas flow was carried out at 200 ° C. for an appropriate time. The obtained ingot of the alloy was pulverized in an inert gas using, for example, a jet mill or a ball mill so that the average particle size was 10 μm or less. For comparison, a system not containing Al was also produced in the same manner. However, the HDDR process is not necessarily required in this embodiment.

2ガスは弗化水素酸の電気分解により発生させ、99.5%以上の純度であることを確認した。反応容器はNiで作製し、反応試験前にゆっくりと十分に弗化処理を実施し、容器内部を不動態化した。反応容器は、600℃程度以下ならばニッケル基合金が使用でき、200℃程度以下ならば鉄基合金なども使用できる。F2ガスは混合ガスタンク内でArガス(5N)と適当な濃度に希釈できるようにした。最高熱処理温度をSm2Fe17磁粉は310℃、またSm2Fe16Al磁粉は350℃にそれぞれ設定し、その他は全て同じ熱処理条件に設定した。緩慢な弗化を意図し、混合ガス中のF2ガス濃度を5%に調整した。混合ガスを120℃で反応容器内に全圧で50kPaまで導入した後、1℃/1分の速度でそれぞれの最高熱処理温度まで昇温した。最高熱処理温度で3時間保持した後、混合ガスを炉外へ排気し、Ar雰囲気中で室温まで炉冷した。この300℃以上での反応では、合金より放出されたH元素がF2ガスと反応しHFガスになることが想定される。HFガスはNi製の反応容器も腐食するため、適当な試験回数で使用できなくなる。結果、系の対称性を維持し結晶格子定数が拡大することを観測し、キュリー温度の上昇も観測した。しかし、未置換系ではH元素の放出が不十分であり、X線回折パターンにおける格子シフト,ピーク半値幅から判断しF元素導入反応は一様ではないと結論付けられた。一方、Al置換系では、最高熱処理温度を上げることができたためにH元素が十分に放出され、F元素導入反応は一様に進行し、母相と同じ対称性を示す相は1つのみ観測された。 F 2 gas was generated by electrolysis of hydrofluoric acid and was confirmed to have a purity of 99.5% or more. The reaction vessel was made of Ni, and the fluorination treatment was performed slowly and sufficiently before the reaction test to passivate the inside of the vessel. If the reaction vessel is about 600 ° C. or lower, a nickel-base alloy can be used, and if it is about 200 ° C. or lower, an iron-base alloy can be used. The F 2 gas can be diluted to an appropriate concentration with Ar gas (5N) in the mixed gas tank. The maximum heat treatment temperature was set to 310 ° C. for Sm 2 Fe 17 magnetic powder, 350 ° C. for Sm 2 Fe 16 Al magnetic powder, and the other heat treatment conditions were set to the same heat treatment conditions. Intended for slow fluorination, the F 2 gas concentration in the mixed gas was adjusted to 5%. After introducing the mixed gas into the reaction vessel at 120 ° C. up to 50 kPa in total pressure, the temperature was raised to the respective maximum heat treatment temperature at a rate of 1 ° C./1 minute. After maintaining at the maximum heat treatment temperature for 3 hours, the mixed gas was exhausted outside the furnace and cooled to room temperature in an Ar atmosphere. In the reaction at 300 ° C. or higher, it is assumed that H element released from the alloy reacts with F 2 gas to become HF gas. Since HF gas also corrodes Ni reaction vessels, it cannot be used after an appropriate number of tests. As a result, it was observed that the crystal lattice constant was expanded while maintaining the symmetry of the system, and an increase in the Curie temperature was also observed. However, in the unsubstituted system, the release of H element was insufficient, and it was concluded that the F element introduction reaction was not uniform as judged from the lattice shift and peak half width in the X-ray diffraction pattern. On the other hand, in the Al substitution system, since the maximum heat treatment temperature could be raised, H element was released sufficiently, the F element introduction reaction proceeded uniformly, and only one phase showing the same symmetry as the parent phase was observed. It was done.

以上の結果、Al置換によりF元素導入系の分解温度を向上させることにより、H元素放出のための熱処理温度を向上させることができる。これにより、高弗素化、及び一様な希土類鉄フッ素系磁石材料を提供することができる。高弗素化によりキュリー温度,磁化,磁気異方性といった磁石基礎物性値の飛躍的な向上を観測した。同様の結果は、Sm2Fe17のSi,Gaの部分置換系においても観測し、また3−29系,1−12系のAl,Si,Gaの部分置換系においても観測した。 As a result, the heat treatment temperature for H element emission can be improved by improving the decomposition temperature of the F element introduction system by Al substitution. Thereby, it is possible to provide a highly fluorinated and uniform rare earth iron fluorine-based magnet material. We observed dramatic improvements in the basic physical properties of magnets such as Curie temperature, magnetization, and magnetic anisotropy due to high fluorination. Similar results were observed in the Sm 2 Fe 17 Si and Ga partial substitution systems, and also in the 3-29 and 1-12 Al, Si and Ga partial substitution systems.

本実施例では、Al,Si,Gaの少なくとも1種類を含有する希土類鉄合金を弗化,窒化、及び炭化する例を説明する。また、高性能永久磁石材料の観点から、例えば2−17系,3−29系,1−12系に対して実施する例を説明する。   In this embodiment, an example in which a rare earth iron alloy containing at least one of Al, Si, and Ga is fluorinated, nitrided, and carbonized will be described. In addition, from the viewpoint of a high-performance permanent magnet material, an example will be described that is implemented for, for example, the 2-17 system, 3-29 system, and 1-12 system.

合金作製時において、F元素導入により1軸磁気異方性を有する希土類元素を選定した。例えば、2−17系、及び3−29系は葉巻型軌道の代表としてSm、また1−12系はアンパン型軌道の代表としてNdをそれぞれ選定した。これら希土類元素の選定は、対象としている系の希土類元素間の細密方向と量子化軸方向との関係により決まる。導入元素が第二周期元素の場合、結晶構造が決まれば1軸磁気異方性を示す希土類元素は限定される。また、構造安定元素として例えばTiを選定した。しかし、本発明は希土類元素や構造安定元素の種類によって限定されるわけではない。また、ダンベルサイトに配置するAl,Si,Gaの中から例えばAlを選定した。置換量は例えば各組成式で1元素置換とした。   At the time of producing the alloy, a rare earth element having uniaxial magnetic anisotropy was selected by introducing F element. For example, Sm was selected as the representative of the cigar type orbit for the 2-17 series and the 3-29 series, and Nd was selected as the representative of the Anpan type orbit for the 1-12 series. The selection of these rare earth elements is determined by the relationship between the fine direction between the rare earth elements of the target system and the quantization axis direction. When the introduced element is a second periodic element, rare earth elements exhibiting uniaxial magnetic anisotropy are limited if the crystal structure is determined. Further, for example, Ti was selected as the structure stabilizing element. However, the present invention is not limited by the type of rare earth element or structure stabilizing element. Further, for example, Al was selected from Al, Si, and Ga disposed on the dumbbell site. The substitution amount was, for example, one element substitution in each composition formula.

R(SmまたはNd)−Fe−Al系主相合金は、希土類元素の蒸発を加味し、Fe,AlにSmまたはNdを化学量論比よりも多目に混合して真空あるいは不活性ガス中または還元ガス雰囲気中で溶解し組成を均一化した。相形成のための熱処理後、急冷することにより作製した。Sm2Fe16Al,Sm3Fe27AlTi、及びNdFe10AlTiはFeの包晶反応によって析出するため、得られる合金には微量のα−Feの混入が避け難い。得られた合金のインゴットは、平均粒径が10μm以下となるように不活性ガス中で例えばジェットミル,ボールミルを使用し粉砕した。また、比較のためAlを含有しないSm2Fe17,Sm3Fe28Ti、及びNdFe11Tiも同様の方法で作製した。 The R (Sm or Nd) -Fe-Al main phase alloy takes into account the evaporation of rare earth elements and mixes Fe and Al with Sm or Nd more frequently than the stoichiometric ratio, in a vacuum or in an inert gas. Alternatively, it was dissolved in a reducing gas atmosphere to make the composition uniform. It was prepared by quenching after heat treatment for phase formation. Since Sm 2 Fe 16 Al, Sm 3 Fe 27 AlTi, and NdFe 10 AlTi are precipitated by the peritectic reaction of Fe, it is difficult to avoid a small amount of α-Fe in the obtained alloy. The obtained ingot of the alloy was pulverized in an inert gas using, for example, a jet mill or a ball mill so that the average particle size was 10 μm or less. For comparison, Sm 2 Fe 17 , Sm 3 Fe 28 Ti, and NdFe 11 Ti containing no Al were also produced by the same method.

窒化及び弗化は、例えば三フッ化窒素(NF3、純度99.99%以上)ガスを使用した。N2ガスとF2ガスとの混合ガスでも構わなく、またNF3ガス,N2ガス及びF2ガスとの混合ガスでも構わない。N2ガスとF2ガス同士は本実施例の温度範囲では反応しない。反応装置は、十分な肉厚を確保したNi製の反応容器を使用した。この他にも、インコネル,モネルなどNi基合金が使用できる。試料容器もNiを使用した。事前に、反応容器内に試料容器を配置し、使用温度よりも高温でNF3ガス、及びF2ガスをゆっくり導入し十分な時間をかけ不動態化処理を行った。 For nitriding and fluorination, for example, nitrogen trifluoride (NF 3 , purity 99.99% or more) gas was used. Instead may be a mixed gas of N 2 gas and F 2 gas, also may be a mixed gas of NF 3 gas, N 2 gas and F 2 gas. N 2 gas and F 2 gas do not react with each other in the temperature range of this embodiment. As the reaction apparatus, a Ni reaction vessel having a sufficient wall thickness was used. In addition, Ni-based alloys such as Inconel and Monel can be used. Ni was also used for the sample container. In advance, a sample container was placed in the reaction container, and NF 3 gas and F 2 gas were slowly introduced at a temperature higher than the working temperature, and a sufficient amount of time was taken for passivation treatment.

例えば、本実施例では以下の手順で実施した。炭素導入系は結晶格子の分解温度が700℃程度と高く、弗素導入系は室温において最も高い磁石特性を示す。窒化,弗化,炭化の少なくとも2つ以上を実施する場合、窒化を最初に実施することが望ましい。弗化、及び炭化は磁粉周りに安定な弗化物、及び炭素被膜をそれぞれ構成し、他の元素の導入を妨害する。弗化と炭化の優先度に関しては場合による。また弗素導入系の結晶格子の分解温度は比較的低いため、事前に炭化を実施することが好ましい。ただし、窒化,炭化、及び弗化は置換元素量などにより結晶格子の熱安定性が複雑に変化するため、その処理順番、または同時実施などのプロセスは場合による。また、以下では窒素化,弗化,炭化のために連続的に熱処理温度を変化させているが、実際にその温度で進行している化学反応の詳細は不明であり、当然これによって本実施例は限定されない。本実施例の本質は、Al,Si,Gaの少なくとも1種類を含むことによるF元素導入希土類鉄合金にC元素とN元素の少なくとも1つが侵入位置に配置していることであり、またAl,Si,Gaの少なくとも1種類の置換した希土類鉄合金の弗化,炭化、及び窒化の少なくとも2つを実施する際の作業処理温度の上昇にある。特に、本技術を適用することにより、高性能な永久磁石材料を短時間で、一様に作製することができる。試料5gをNi容器(5cm×7cm)に薄く広げ、配置した。真空引き(0.4kPa),Ar(純度99.9995%以上)置換の操作を3回実施した。希薄Ar中にて120℃まで昇温後、水分を除去する目的で再び真空引き,Ar置換の操作を実施した。その後、窒素化のための450℃まで昇温し、NF3ガスを導入した。導入したNF3ガスは、事前にArと混合調整し、濃度は理想気体換算で10%程度である。また、処理した圧力は90kPaとした。NF3ガスを導入し1時間保持し、弗化のための300℃まで炉冷し、4時間保持した。窒化、及び弗化のための処理温度の選定、及び各保持時間の選定は、侵入位置の占有率、及び元素の拡散を支配する。完全に窒化が進行した場合、弗素元素の侵入位置がなくなり弗素化が生じなくなるため、適宜調整が必要である。保持後、十分な排気処理を実施し、Ar雰囲気中で炉冷し40℃以下で大気解放した。 For example, in this example, the following procedure was used. The carbon introduction system has a crystal lattice decomposition temperature as high as about 700 ° C., and the fluorine introduction system exhibits the highest magnet characteristics at room temperature. When performing at least two of nitriding, fluorination and carbonization, it is desirable to perform nitriding first. Fluorination and carbonization constitute a stable fluoride and carbon film around the magnetic powder, respectively, and hinder the introduction of other elements. The priority of fluorination and carbonization depends on the case. Further, since the decomposition temperature of the fluorine-introduced crystal lattice is relatively low, it is preferable to perform carbonization in advance. However, nitriding, carbonizing, and fluorination change the thermal stability of the crystal lattice in a complicated manner depending on the amount of substitution elements, and therefore the processing order or processes such as simultaneous execution depend on the case. In the following, the temperature of the heat treatment is continuously changed for nitriding, fluorination, and carbonization, but details of the chemical reaction actually proceeding at that temperature are not clear. Is not limited. The essence of the present embodiment is that at least one of C element and N element is arranged at the intrusion position in the F element-introduced rare earth iron alloy containing at least one kind of Al, Si, and Ga. The working process temperature is increased when at least two of fluorination, carbonization, and nitridation of at least one substituted rare earth iron alloy of Si and Ga are performed. In particular, by applying the present technology, a high-performance permanent magnet material can be uniformly produced in a short time. A sample 5 g was thinly spread and placed in a Ni container (5 cm × 7 cm). The operation of evacuation (0.4 kPa) and Ar (purity 99.9995% or more) replacement was performed three times. After raising the temperature to 120 ° C. in dilute Ar, vacuuming and Ar replacement were performed again for the purpose of removing moisture. Thereafter, the temperature was raised to 450 ° C. for nitrogenation, and NF 3 gas was introduced. The introduced NF 3 gas is mixed with Ar in advance, and the concentration is about 10% in terms of ideal gas. The treated pressure was 90 kPa. NF 3 gas was introduced and held for 1 hour, cooled to 300 ° C. for fluorination, and held for 4 hours. The selection of the processing temperature for nitriding and fluorination and the selection of each holding time govern the penetration rate occupancy and the element diffusion. When nitridation has progressed completely, the intrusion position of the fluorine element disappears and fluorination does not occur. Therefore, appropriate adjustment is necessary. After holding, sufficient exhaust treatment was performed, and the furnace was cooled in an Ar atmosphere and released to the atmosphere at 40 ° C. or lower.

別途、炭化、及び弗化を実施する例を説明する。Sm2Fe16Alにおいては、フッ素元素は360℃よりも高温で結晶格子外に排出され、炭素元素は300℃付近から結晶格子内に取り込まれることを、鋭意研究し明らかにした。そのため、300℃から360℃の温度範囲において炭素化と弗素化を実施することが可能である。ただし、置換量を変えた系では、フッ素元素、及び炭素元素の吸収・放出温度が異なるため、一概には言えない。炭化水素系ガス、及びフッ素ガスなど炭素化,フッ素化することができる物質(固体,気体,液体など状態は問わない)なら問題ない。ただし、炭化水素系ガスとフッ素ガスが激しく反応するため、両ガスの混合は安全上実施しない方が望ましく、プロセス・特性上の利点も少ない。フルオロカーボンを最初から使用する方が効率的、かつ効果的であり、本実施例では例えば四弗化炭素(CF4)ガスを使用する。フルオロカーボンの中でも水素を含む、フルオロメタン(CH3F),ジフルオロメタン(CH22),トリフルオロメタン(CHF3)などは反応性向上,高弗素化において有効である。試料5gをNi容器(5cm×7cm)に薄く広げ、配置した。真空引き(0.4kPa),Ar(純度99.9995%以上)置換の操作を3回実施した。希薄Ar中にて120℃まで昇温後、水分を除去する目的で再び真空引き,Ar置換の操作を実施した。その後、弗素化,炭素化のための350℃まで昇温し、CF4ガスを導入した。導入したCF4ガスは、事前にArと混合調整し、濃度は理想気体換算で10%程度である。また、処理した圧力は90kPaとした。CF4ガスを導入し4時間保持し、十分な排気処理を実施し、Ar雰囲気中で炉冷し40℃以下で大気解放した。炭化、及び弗化のための処理温度の選定、及び各保持時間の選定は、侵入位置の占有率、及び元素の拡散を支配する。完全に窒化が進行した場合、弗素元素の侵入位置がなくなり弗素化が生じなくなるため、適宜調整が必要である。以上の結果は、Sm3Fe27TiAl、及びNdFe10TiAlに関してもSm2Fe16Alとほぼ同様の方法で別途実施し、同様の結果を得た。 Separately, an example of performing carbonization and fluorination will be described. In Sm 2 Fe 16 Al, it has been intensively studied and clarified that fluorine element is discharged out of the crystal lattice at a temperature higher than 360 ° C. and carbon element is taken into the crystal lattice from around 300 ° C. Therefore, carbonization and fluorination can be performed in a temperature range of 300 ° C. to 360 ° C. However, in the system in which the substitution amount is changed, the absorption and emission temperatures of the fluorine element and the carbon element are different, so it cannot be generally stated. There is no problem if it is a substance that can be carbonized or fluorinated, such as hydrocarbon gas and fluorine gas (regardless of solid, gas, liquid, etc.). However, since hydrocarbon gas and fluorine gas react violently, it is desirable not to carry out mixing of both gases for safety, and there are few advantages in terms of process and characteristics. It is more efficient and effective to use the fluorocarbon from the beginning. In this embodiment, for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas is used. Among the fluorocarbons, fluoromethane (CH 3 F), difluoromethane (CH 2 F 2 ), trifluoromethane (CHF 3 ) and the like containing hydrogen are effective in improving reactivity and increasing fluorination. A sample 5 g was thinly spread and placed in a Ni container (5 cm × 7 cm). The operation of evacuation (0.4 kPa) and Ar (purity 99.9995% or more) replacement was performed three times. After raising the temperature to 120 ° C. in dilute Ar, vacuuming and Ar replacement were performed again for the purpose of removing moisture. Thereafter, the temperature was raised to 350 ° C. for fluorination and carbonization, and CF 4 gas was introduced. The introduced CF 4 gas is mixed with Ar in advance, and the concentration is about 10% in terms of ideal gas. The treated pressure was 90 kPa. CF 4 gas was introduced and held for 4 hours, and sufficient exhaust treatment was performed. The furnace was cooled in an Ar atmosphere and released to the atmosphere at 40 ° C. or lower. The selection of the treatment temperature for carbonization and fluorination, and the selection of each holding time dominate the penetration rate and element diffusion. When nitridation has progressed completely, the intrusion position of the fluorine element disappears and fluorination does not occur. Therefore, appropriate adjustment is necessary. The above results were separately performed for Sm 3 Fe 27 TiAl and NdFe 10 TiAl in the same manner as Sm 2 Fe 16 Al, and the same results were obtained.

本実施例では、非磁性元素であるAl,Si,Gaの少なくとも1種類を含有するF元素導入希土類鉄合金の元素置換量に関する例を説明する。また、高性能永久磁石材料の観点から、例えば2−17系,3−29系,1−12系に対して実施する例を説明する。   In the present embodiment, an example relating to the element substitution amount of an F element-introduced rare earth iron alloy containing at least one of nonmagnetic elements Al, Si, and Ga will be described. In addition, from the viewpoint of a high-performance permanent magnet material, an example will be described that is implemented for, for example, the 2-17 system, 3-29 system, and 1-12 system.

Al,Si,Gaの少なくとも1種類とFe元素との置換量は、系の熱安定性が変化するだけでなく母相の磁気物性値も変化するため、その目的に応じ置換量を決めなければならない。系の熱安定性は置換量が増加するほど安定化する。しかし、キュリー温度は2−17系に対しては2元素置換程度から3元素置換程度で最大値となる。これは、これら非磁性元素がダンベルサイトに優先的に配置するため、反強磁性交換相互作用が弱まり強磁性相互作用が強まるためであり、過置換は非磁性元素の導入により磁性元素の濃度が薄まるためである。また、室温における飽和磁化は1元素置換程度から2元素置換程度で最大となる。これは、磁性元素の希薄化とキュリー温度の上昇との兼合いにより決まるため、非磁性元素の種類によって変化する。そのため、F元素導入量、及び炭素元素,窒素元素導入量などに応じ置換量を決定しなければならない。また、過置換により磁性が弱くなったとしても、Fe元素の一部をCo元素で置換することによりキュリー温度,室温での飽和磁化を増加させることができる。磁気異方性は、非磁性元素置換、及びCo置換量に応じ、母相の磁気異方性は面内から1軸へと変化する。   The substitution amount of at least one of Al, Si, and Ga and the Fe element changes not only the thermal stability of the system but also the magnetic property value of the parent phase. Therefore, the substitution amount must be determined according to the purpose. Don't be. The thermal stability of the system stabilizes as the substitution amount increases. However, the Curie temperature reaches the maximum value for the 2-17 system at about 2 to 3 element substitution. This is because these nonmagnetic elements are preferentially arranged on the dumbbell sites, so that the antiferromagnetic exchange interaction is weakened and the ferromagnetic interaction is strengthened. It is for thinning. In addition, the saturation magnetization at room temperature becomes maximum at about one element substitution to about two element substitution. Since this is determined by the balance between the dilution of the magnetic element and the increase in the Curie temperature, it varies depending on the type of the nonmagnetic element. Therefore, the substitution amount must be determined according to the amount of F element introduced and the amount of carbon element and nitrogen element introduced. Even if the magnetism becomes weak due to oversubstitution, the saturation magnetization at the Curie temperature and room temperature can be increased by substituting a part of Fe element with Co element. The magnetic anisotropy changes from in-plane to uniaxial according to the amount of nonmagnetic element substitution and Co substitution.

以上のことは、元素置換量(非磁性元素及びCo元素),熱安定性による反応性,F元素導入量を主たるパラメータとし、各磁気物性値の最大・最適化を図る必要があることを意味する。これら主たるパラメータは互いに相関があり、その相関も極めて複雑である。しかしながら、ダンベルサイトの数以上に非磁性元素置換を行うことは磁性に与えるマイナス効果が大きく、ダンベルサイト数以下の置換が望ましい。非磁性元素置換量は、2−17系では2元素置換以下、3−29系では3元素置換以下、及び1−12系では4元素置換以下が望ましい。Al,Si及びGaの少なくとも1種類の置換量がFeとTの総量に対し、2/17at%以上かつ1/3at%以下であることを特徴とする磁石材料について、例えば、本実施例では、Sm2Fe14Co2Al、及びSm2Fe14Co2Siに対しF元素を導入する例について説明する。3−29系、及び1−12系に対しても置換、及びそれに伴う効果は生じ、CaCu5構造の3次元的な積層方法を変えることで構成される結晶系においても同様である。ただし、定量性は異なる。また、母相結晶格子の熱安定性における非磁性元素置換量依存性は、希土類元素の種類にはあまり依存しないが、希土類元素種の種類に応じ磁性は変化するため、それに伴い熱安定性の絶対温度は変化する。弗化処理、及び弗化と併用した窒化、及び炭化処理は、実施例1から実施例4に記載の方法でも実施できる。 The above means that it is necessary to maximize and optimize each magnetic property value with the element substitution amount (nonmagnetic element and Co element), reactivity due to thermal stability, and the amount of F element introduced as main parameters. To do. These main parameters are correlated with each other, and the correlation is extremely complex. However, performing nonmagnetic element substitution more than the number of dumbbellsites has a large negative effect on magnetism, and substitution less than the number of dumbbellsites is desirable. The nonmagnetic element substitution amount is desirably 2 element substitution or less in the 2-17 system, 3 element substitution or less in the 3-29 system, and 4 element substitution or less in the 1-12 system. For a magnet material characterized in that the substitution amount of at least one of Al, Si and Ga is 2/17 at% or more and 1/3 at% or less with respect to the total amount of Fe and T, for example, in this embodiment, An example of introducing an F element into Sm 2 Fe 14 Co 2 Al and Sm 2 Fe 14 Co 2 Si will be described. Substitution and effects associated with the 3-29 system and the 1-12 system also occur, and the same applies to a crystal system configured by changing the three-dimensional stacking method of the CaCu 5 structure. However, quantitativeness is different. In addition, the nonmagnetic element substitution amount dependence on the thermal stability of the matrix crystal lattice does not depend much on the type of rare earth element, but the magnetism changes depending on the type of rare earth element, so that Absolute temperature varies. The fluorination treatment and the nitridation and carbonization treatment used in combination with the fluorination can also be carried out by the methods described in Examples 1 to 4.

R(SmまたはNd)−Fe−Al−Co系主相合金は、希土類元素の蒸発を加味し、Fe,Al,CoにSmまたはNdを化学量論比よりも多目に混合して真空あるいは不活性ガス中または還元ガス雰囲気中で溶解し組成を均一化した。相形成のための熱処理後、急冷することにより作製した。得られた合金のインゴットは、平均粒径が10μm以下となるように不活性ガス中で例えばジェットミル,ボールミルを使用し粉砕した。   The R (Sm or Nd) -Fe-Al-Co main phase alloy takes into account the evaporation of rare earth elements and mixes Fe, Al, Co with Sm or Nd more frequently than the stoichiometric ratio, and the vacuum or It was dissolved in an inert gas or a reducing gas atmosphere to make the composition uniform. It was prepared by quenching after heat treatment for phase formation. The obtained ingot of the alloy was pulverized in an inert gas using, for example, a jet mill or a ball mill so that the average particle size was 10 μm or less.

弗化方法は、例えばF2ガスによる弗化熱処理を実施した。F2ガスは弗化水素酸の電気分解により発生させ、99.5%以上の純度であることを確認した。反応容器はNiで作製し、反応試験前にゆっくりと十分に弗化処理を実施し、容器内部を不動態化した。反応容器は、600℃程度以下ならばニッケル基合金が使用でき、200℃程度以下ならば鉄基合金なども使用できる。F2ガスは混合ガスタンク内でArガス(5N)と適当な濃度に希釈できるようにした。 As the fluorination method, for example, a fluorination heat treatment with F 2 gas was performed. F 2 gas was generated by electrolysis of hydrofluoric acid and was confirmed to have a purity of 99.5% or more. The reaction vessel was made of Ni, and the fluorination treatment was performed slowly and sufficiently before the reaction test to passivate the inside of the vessel. If the reaction vessel is about 600 ° C. or lower, a nickel-base alloy can be used, and if it is about 200 ° C. or lower, an iron-base alloy can be used. The F 2 gas can be diluted to an appropriate concentration with Ar gas (5N) in the mixed gas tank.

試料5gをNi容器(5cm×7cm)に薄く広げ、配置した。真空引き(0.4kPa),Ar(純度99.9995%以上)置換の操作を3回実施した。希薄Ar中にて120℃まで昇温後、水分を除去する目的で再び真空引き,Ar置換の操作を実施した。その後、F2ガスを2時間かけて40kPaまで導入した。導入したF2ガスは、事前にArと混合調整し、濃度は理想気体換算で5%程度である。1℃/1分の速度で400℃まで加熱し3時間保持した後、十分な排気処理を実施し、Ar雰囲気中で炉冷し40℃以下で大気解放した。Co,Alの置換により、熱安定性が向上したために、弗化熱処理温度も高温にすることが可能となり、高弗素化を短時間で実施することが可能であった。また、高弗素化は熱処理温度を高温にすることで初めて可能になった可能性もある。熱処理温度の選定、及び各保持時間の選定は、侵入位置の占有率、及び元素の拡散を支配することを付記する。 A sample 5 g was thinly spread and placed in a Ni container (5 cm × 7 cm). The operation of evacuation (0.4 kPa) and Ar (purity 99.9995% or more) replacement was performed three times. After raising the temperature to 120 ° C. in dilute Ar, vacuuming and Ar replacement were performed again for the purpose of removing moisture. Thereafter, F 2 gas was introduced to 40 kPa over 2 hours. The introduced F 2 gas is mixed with Ar in advance and the concentration is about 5% in terms of ideal gas. After heating to 400 ° C. at a rate of 1 ° C./1 minute and holding for 3 hours, sufficient exhaust treatment was performed, furnace cooling was performed in an Ar atmosphere, and the atmosphere was released to 40 ° C. or less. Since the thermal stability was improved by substitution of Co and Al, the fluorination heat treatment temperature could be increased, and the fluorination could be performed in a short time. In addition, high fluorination may be possible for the first time by increasing the heat treatment temperature. It is added that the selection of the heat treatment temperature and the selection of each holding time dominate the occupation ratio of the intrusion position and the diffusion of elements.

このようにして作製した磁粉の磁気特性は、Sm2Fe14Co2AlFx磁粉で飽和磁化は159emu/g以上、キュリー温度は579K以上、またSm2Fe14Co2SiFx磁粉では飽和磁化は142emu/g以上、キュリー温度は641K以上であることを観測した。磁気異方性は、室温において1軸磁気異方性を示し、粉砕により磁気ヒステリシスの発生を確認した。 The magnetic characteristics of the magnetic powder thus produced are Sm 2 Fe 14 Co 2 AlF x magnetic powder with a saturation magnetization of 159 emu / g or higher, a Curie temperature of 579 K or higher, and Sm 2 Fe 14 Co 2 SiF x magnetic powder with a saturated magnetization of It was observed that it was 142 emu / g or more and the Curie temperature was 641 K or more. The magnetic anisotropy showed uniaxial magnetic anisotropy at room temperature, and the occurrence of magnetic hysteresis was confirmed by pulverization.

実施例1から5に記載の方法で作製した磁粉は、焼結温度帯での化学的熱安定性を有さないため、焼結プロセスによるバルク体の高密度化は望めない。そのため、加圧成型や熱間成形により密度を高める必要があり、以下ではその一例を説明する。ただし、焼結温度帯とは一般には1000℃以上を指すことにする。   Since the magnetic powders produced by the methods described in Examples 1 to 5 do not have chemical thermal stability in the sintering temperature range, it is not possible to increase the density of the bulk body by the sintering process. Therefore, it is necessary to increase the density by pressure molding or hot molding, and an example thereof will be described below. However, the sintering temperature zone generally refers to 1000 ° C. or higher.

成形方法には、衝撃波加圧,圧力剪断加工など様々なタイプがあり、本実施例では熱間成形手法を一例に説明する。Al,Si,Gaの少なくとも1つにより置換したF元素導入希土類鉄合金が示す高い熱安定性は、加熱を利用する成形手法において特にその効果を発揮するためであり、本発明の技術的適用範囲を限定するものではない。   There are various types of molding methods such as shock wave pressurization and pressure shearing. In this embodiment, the hot molding method will be described as an example. The high thermal stability exhibited by the F element-introduced rare earth iron alloy substituted with at least one of Al, Si, and Ga is particularly effective in a molding method using heating, and is a technical scope of the present invention. It is not intended to limit.

磁粉は例えば、実施例1で作製したSm2Fe16AlFx磁粉を使用する。当然ながら置換元素の種類やCo添加の有無により加圧成型温度は異なり、本実施例は加圧成型温度により限定されるものではない。本実施例は、高い熱安定性により高い温度にて加圧成型することで、高密度のバルク体を提供する一例を説明する。 For example, the Sm 2 Fe 16 AlF x magnetic powder produced in Example 1 is used as the magnetic powder. Of course, the pressure molding temperature differs depending on the type of substitution element and the presence or absence of Co addition, and this embodiment is not limited by the pressure molding temperature. In this example, an example in which a high-density bulk body is provided by pressure molding at a high temperature due to high thermal stability will be described.

Sm2Fe16AlFx磁粉は、非磁性金型に入れ2T磁場中において30MPaで加圧することで、仮成形体を作製した。この際に揮発性の非極性有機溶媒中のスラリー磁粉として、仮成形を実施することは配向性を高めることができ効果的である。仮成形体をWC製の超硬金型(10mm×10mm)に入れ、1×10-4Paの減圧下で350℃,2t,1分の熱間成形を行った。その際にBNなどの離形剤を金型にコートすることで、金型の摩擦低減,成形体の離形性などに利点がある。比較のため、Sm2Fe17x磁粉も同様の方法で310℃にて加圧成形を実施した。結果、Sm2Fe16AlFx磁粉のバルク体の方が、Sm2Fe17xのバルク体よりも高い成型密度を示した。この差異は加圧成形温度の違いによると考えられる。また、両者の磁気特性を評価し、Sm2Fe16AlFx磁粉の方が、Sm2Fe17xよりも高い飽和磁束密度を示した。このような効果は、3−29系、及び1−12系においても同様に観測され、またCaCu5構造の三次元的な積層方法を変えることで構成される結晶構造において観測される。また、以上のように加熱成形時に低融点の金属・合金を使用することは、より密度を高める上で効果的な場合がある。特に、Zn,Sn及びその合金は、F元素導入反応時にやむを得ず発生するFeと少なくとも200℃程度以上の加熱により合金を形成し、この合金は室温において常磁性を示すため逆磁区反転サイトとして寄与せず、高保磁力化においても有効な場合がある。 The Sm 2 Fe 16 AlF x magnetic powder was put in a nonmagnetic mold and pressed at 30 MPa in a 2T magnetic field to prepare a temporary molded body. At this time, as the slurry magnetic powder in the volatile nonpolar organic solvent, it is effective to perform the temporary molding because the orientation can be improved. The temporary molded body was put into a WC superhard metal mold (10 mm × 10 mm), and hot forming was performed at 350 ° C., 2 t, for 1 minute under a reduced pressure of 1 × 10 −4 Pa. At that time, by coating the mold with a release agent such as BN, there are advantages in reducing the friction of the mold and releasing the molded article. For comparison, Sm 2 Fe 17 F x magnetic powder was pressure-molded at 310 ° C. in the same manner. As a result, the bulk body of Sm 2 Fe 16 AlF x magnetic powder showed a higher molding density than the bulk body of Sm 2 Fe 17 F x . This difference is considered to be due to the difference in pressure molding temperature. Moreover, both magnetic properties were evaluated, and the saturation magnetic flux density of Sm 2 Fe 16 AlF x magnetic powder was higher than that of Sm 2 Fe 17 F x . Such an effect is similarly observed in the 3-29 system and the 1-12 system, and is also observed in a crystal structure formed by changing the three-dimensional stacking method of the CaCu 5 structure. In addition, the use of a low melting point metal / alloy at the time of heat forming as described above may be effective in increasing the density. In particular, Zn, Sn, and their alloys form an alloy with Fe, which is unavoidably generated during the F element introduction reaction, by heating at least about 200 ° C., and this alloy exhibits paramagnetism at room temperature and therefore contributes as a reverse domain inversion site. In some cases, it is also effective in increasing the coercive force.

本実施例では、Al,Si,Ga,Cr,Mnの少なくとも1種類を含有し、かつTi,Mo,Wの少なくとも1種類を含有した導入希土類鉄合金の一例を説明する。この希土類鉄合金はRm-n5m+2n(但し、Rは4f遷移元素またはYである、TはFe及びAl,Si,Ga,Cr,Mn,Ti,Mo,W)の経験的生成原理に基づいており、CaCu5構造の3次元的な積層方法を変えることによって構築される結晶構造である。組成比はRT19組成をとり、TはFe元素のみでは安定化することはできず、Al,Si,Ga,Cr,Mnの少なくとも1種類、かつTi,Mo,Wの少なくとも1種類を含まなければならない。Tに占めるAl,Si,Ga,Cr,Mnの少なくとも1種類の割合は5%以上、またTに占めるAl,Si,Ga,Cr,Mnの少なくとも1種類の割合は5%以上、残りの90%以下はFeである。この組成比の構造は、H,B,C,N,F元素を侵入位置に配置することが可能であり、それに伴い磁気特性の飛躍的な改善が可能である。 In this example, an example of an introduced rare earth iron alloy containing at least one of Al, Si, Ga, Cr, and Mn and containing at least one of Ti, Mo, and W will be described. This rare earth iron alloy is based on the empirical generation principle of R mn T 5m + 2n (where R is a 4f transition element or Y, and T is Fe and Al, Si, Ga, Cr, Mn, Ti, Mo, W). This is a crystal structure based on a three-dimensional stacking method of CaCu5 structure. The composition ratio is RT19 composition, T cannot be stabilized only by Fe element, and must contain at least one of Al, Si, Ga, Cr, and Mn and at least one of Ti, Mo, and W. Don't be. The proportion of at least one of Al, Si, Ga, Cr, and Mn in T is 5% or more, and the proportion of at least one of Al, Si, Ga, Cr, and Mn in T is 5% or more, and the remaining 90 % Or less is Fe. With this composition ratio structure, the H, B, C, N, and F elements can be arranged at the intrusion position, and accordingly, the magnetic characteristics can be dramatically improved.

本発明により、結晶構造全体の磁化が増加する六方晶系の酸フッ化物フェライト磁石を提供することができる。   The present invention can provide a hexagonal oxyfluoride ferrite magnet in which the magnetization of the entire crystal structure is increased.

六方晶系の酸フッ化物フェライト磁石には、現在まで5つの結晶型が報告されており、それぞれM型,U型,W型,Y型及びZ型と略記される。この中で大きな一軸磁気異方性を有するものはM型及びW型であり、この2つの型が硬磁性材料となる。図1は(a)M型の結晶構造、(b)はW型の結晶構造をそれぞれ示す。M型の結晶構造は、一般式MFe1219(Mはアルカリ土類金属,希土類元素及び2価元素)で表され、単位胞はこの一般式の2倍の単位によって構成される。単位胞は、スピネル層のSブロック2個、Mを含む籠型の層のRブロック2個によって構成され、Mを含む面でc軸方向に対し鏡面対称性を有している。一方、W型結晶構造は、一般式MFe1827で表され、先と同様に単位胞はこの一般式の2倍の単位によって構成される。単位胞は、M型結晶構造の1つのSRブロックにおいてRブロックが2つのSブロックによって隔てられている。 Five crystal types have been reported to date for hexagonal oxyfluoride ferrite magnets, abbreviated as M-type, U-type, W-type, Y-type and Z-type, respectively. Among them, those having large uniaxial magnetic anisotropy are M type and W type, and these two types are hard magnetic materials. 1A shows an M-type crystal structure, and FIG. 1B shows a W-type crystal structure. The M-type crystal structure is represented by the general formula MFe 12 O 19 (M is an alkaline earth metal, a rare earth element and a divalent element), and the unit cell is composed of a unit twice the general formula. The unit cell is composed of two S blocks in the spinel layer and two R blocks in the bowl-shaped layer including M, and has mirror symmetry with respect to the c-axis direction on the plane including M. On the other hand, the W-type crystal structure is represented by the general formula MFe 18 O 27 , and the unit cell is composed of twice the general formula as before. In the unit cell, the R block is separated by two S blocks in one SR block of the M-type crystal structure.

酸素イオンの配位から、Sブロックには4配位,6配位のFeサイトが、またRブロックには5配位,6配位のFeサイトがそれぞれ内包する。3価のFeイオンは合成軌道角運動量がゼロであるため、どのような配位数でも磁気異方性は存在しない。しかし、第一原理計算から5配位のFeイオンの価数が3価からずれており、そのために軌道角運動量もゼロとならないことが指摘されている。またFe,Coでは波動関数の広がりから合成軌道角運動量が完全凍結しないことが知られている。したがって、合成軌道角運度量の期待値がゼロとならずに磁気異方性が生ずる。磁化容易軸方向はc軸方向であり、一軸異方性を有することから硬磁性材料として機能する。   From the coordination of oxygen ions, tetracoordinate and hexacoordinate Fe sites are included in the S block, and pentacoordinate and hexacoordinate Fe sites are included in the R block. Since trivalent Fe ions have zero synthetic orbital angular momentum, there is no magnetic anisotropy at any coordination number. However, it has been pointed out from the first-principles calculation that the valence of pentacoordinated Fe ions deviates from the trivalence, and therefore the orbital angular momentum does not become zero. In addition, it is known that the synthetic orbital angular momentum does not completely freeze in Fe and Co due to the spread of the wave function. Therefore, the expected value of the combined orbital angular momentum does not become zero, and magnetic anisotropy occurs. The easy magnetization axis direction is the c-axis direction, and since it has uniaxial anisotropy, it functions as a hard magnetic material.

磁化に関しては、フェリ磁性であり、2aサイト,4eサイト,12kサイトのFeイオンがアップスピン、また4f1サイト,4f2サイトのFeイオンがダウンスピンの磁気構造を有している。Feイオン間の磁気的相互作用は、酸素イオンを介した超交換相互作用が支配的であり、Feイオン−酸素イオン−Feイオンのなす角により強磁性的か反強磁性的かが決まる。金森−グッドイナフの規則から、3価のFeイオン場合には、簡単には180°超交換相互作用は反強磁性的、また90°超交換相互作用は強磁性的であることが結論付けられている(ただし、P.W.アンダーソンの結論は逆であるが、六方晶系フェライトでは金森−グッドイナフの規則が適当である)。六方晶系のフェライトでは、各Feサイト間に相互作用が存在するが、この中で反強磁性的な相互作用が最も大きく、系の磁性を支配している。   Magnetization is ferrimagnetic, and Fe ions at the 2a site, 4e site, and 12k site are up-spinned, and Fe ions at the 4f1 site and 4f2 site have a down-spin magnetic structure. The magnetic interaction between Fe ions is dominated by super-exchange interaction via oxygen ions, and is determined to be ferromagnetic or antiferromagnetic depending on the angle formed by Fe ions-oxygen ions-Fe ions. From the Kanamori-Goodenough rule, it is concluded that in the case of trivalent Fe ions, the 180 ° superexchange interaction is simply antiferromagnetic and the 90 ° superexchange interaction is ferromagnetic. (However, P.W. Anderson's conclusion is reversed, but the Kanamori-Goodenough rule is appropriate for hexagonal ferrite). In the hexagonal ferrite, there is an interaction between each Fe site, and among these, the antiferromagnetic interaction is the largest and dominates the magnetism of the system.

本発明では、上記のことを踏まえ、5配位のFeサイトを取り囲みかつM原子を含む鏡面内に存在する酸素イオン(6h)に注目する。6hの酸素イオンを少なくとも1つフッ素イオンで置換することにより、Feイオンは還元される。そのため、4eサイトまたは4f2サイトのFeイオンが3価から2価に近い値となる。2価となることで磁気モーメントは4μBへと小さくなると同時に、軌道角運動量が発生する。反強磁性サイトの磁気モーメントが小さくなることで、結晶全体の磁化は向上する。   In the present invention, based on the above, attention is focused on oxygen ions (6h) that surround a five-coordinate Fe site and exist in a mirror surface containing M atoms. By replacing at least one 6h oxygen ion with a fluorine ion, the Fe ion is reduced. Therefore, the Fe ion at the 4e site or the 4f2 site has a value close to trivalent to divalent. By becoming divalent, the magnetic moment is reduced to 4 μB, and at the same time, orbital angular momentum is generated. By reducing the magnetic moment of the antiferromagnetic site, the magnetization of the entire crystal is improved.

さらに、2価に近い値をとることで軌道角運動量が発生する。5配位のFeイオン及び隣接する6配位のFeイオンとで軌道角運動量が発生することにより、異方的交換相互作用及び擬双極子相互作用が新たに発生する。前者は、Dzyaloshinskii−Moriya反対称相互作用と一般に呼ばれている。以上から、系の2対のスピンハミルトニアンHは下記のように記述される。   Furthermore, orbital angular momentum is generated by taking a value close to bivalence. An orbital angular momentum is generated between a pentacoordinate Fe ion and an adjacent six-coordinate Fe ion, thereby newly generating an anisotropic exchange interaction and a pseudodipole interaction. The former is generally called Dzyaloshinskii-Moriya antisymmetric interaction. From the above, the two pairs of spin Hamiltonians H of the system are described as follows.

ただし、Jは原子1及び原子2との間の超交換相互作用、S1,S2はそれぞれ原子1,原子2のスピン磁気モーメント、dはスピン軌道相互作用の2次摂動であり次式で与えられる。また、Γは擬双極子相互作用を表す。   Where J is the superexchange interaction between atom 1 and atom 2, S1 and S2 are the spin magnetic moments of atom 1 and atom 2, respectively, and d is the secondary perturbation of the spin orbit interaction, given by . Γ represents a pseudodipole interaction.

スピンハミルトニアンの第一項はスピン間の超交換相互作用を、第2項はDzyaloshinskii−Moriya反対称相互作用を、また第3項はスピン間の擬双極子相互作用を示している。軌道角運動量が生き残ることで生じるのは、第2項と第3項である。第2項、及び第3項の大きさのオーダは   The first term of the spin Hamiltonian indicates the superexchange interaction between the spins, the second term indicates the Dzyaloshinskii-Moriya antisymmetric interaction, and the third term indicates the quasi-dipole interaction between the spins. The second term and the third term are caused by the survival of the orbital angular momentum. The order of the size of the second term and the third term is

である。一般にDzyaloshinskii−Moriya反対称相互作用は弱強磁性(寄生強磁性)の起源であり、反強磁性相互作用は、6配位のFe2+,Co2+では第二項の大きさはd〜Jの大きさとなり無視できない。 It is. In general, the Dzyaloshinskii-Moriya antisymmetric interaction is the origin of weak ferromagnetism (parasitic ferromagnetism), and the antiferromagnetic interaction is six-coordinated Fe 2+ and Co 2+ with a second term size of d˜ The size of J cannot be ignored.

したがって、4f2サイトのFeイオンが2価に近くなり、軌道角運動量が生き残り、Dzyaloshinskii−Moriya反対称相互作用が誘起され、4f2のダウンスピンがc軸方向からそれることになる。この結果、結晶全体の磁化が増大することになる。   Therefore, the Fe ions at the 4f2 site are nearly divalent, the orbital angular momentum survives, the Dzyaloshinskii-Moriya antisymmetric interaction is induced, and the 4f2 downspin deviates from the c-axis direction. As a result, the magnetization of the entire crystal increases.

本発明は、例えばM型を用い以下のように検証した。原料としてSrCO3,SrO,α−Fe23,SrF2を使用した。純度はいずれも99%以上である。化学反応促進の観点から、原料は微粉であることが好ましく、望ましくは1μm以下である。また、各原料とも水分を除去するために前処理を実施した。また、全ての工程は湿度が管理された乾燥雰囲気下で実施されなければならず、露点温度0℃以下が好ましく、望ましくは−10℃以下である。本実施例では、−11℃の露点温度で実施した。 The present invention was verified as follows using, for example, the M type. SrCO 3 , SrO, α-Fe 2 O 3 and SrF 2 were used as raw materials. The purity is 99% or more. From the viewpoint of promoting chemical reaction, the raw material is preferably fine powder, desirably 1 μm or less. Each raw material was pretreated to remove moisture. In addition, all the steps must be carried out in a dry atmosphere in which the humidity is controlled, and the dew point temperature is preferably 0 ° C. or lower, desirably −10 ° C. or lower. In this example, the dew point was −11 ° C.

SrFe1219-xx(X=0〜6)となるよう原料を秤量し、混合した。焼成中にSrの蒸発がわずかながら発生するため、目的の組成の化学量論比よりもSrがわずかに多目になるよう原料を秤量する必要がある。混合に際しては、例えば乳鉢,ボールミルで混合した。その後、超鋼金型を使用し加圧成型し、ペレットを作製した。加圧は高圧である程好ましく、20MPa以上は必要である。本実施例では、50MPaの圧力で行った。加圧成型したペレットは、乾燥雰囲気下で1100℃〜1300℃の温度領域で、1分〜10時間で仮焼成した。酸素分圧は1Pa以上となるようにした。仮焼成した成型体を例えば乳鉢,ボールミルを用い、10μm以下に粗粉砕した。 The raw materials were weighed and mixed so as to be SrFe 12 O 19-x F x (X = 0 to 6). Since slight evaporation of Sr occurs during firing, it is necessary to weigh the raw material so that Sr is slightly larger than the stoichiometric ratio of the target composition. For mixing, for example, the mixture was performed using a mortar or ball mill. Then, it pressure-molded using the super steel metal mold | die, and produced the pellet. The higher the pressure, the better. The pressure of 20 MPa or more is necessary. In this example, the pressure was 50 MPa. The pressure-molded pellets were temporarily fired in a temperature range of 1100 ° C. to 1300 ° C. for 1 minute to 10 hours in a dry atmosphere. The oxygen partial pressure was set to 1 Pa or more. The temporarily fired molded body was coarsely pulverized to 10 μm or less using, for example, a mortar and a ball mill.

得られた微粉を評価するため、X線回折で構造を、及び飛行時間型2次イオン質量分析計(Time-of-flight secondary ion mass spectrometer,TOF−SIMS)で組成をそれぞれ評価した。図2(a)は室温で得られたX線回折パターンを示す。M型フェライトと同型の結晶構造が形成されているのを確認した。未反応相,異相はX線回折では観測されなかった。TOF−SIMSによる組成分析から、母相においてF元素を検出した。   In order to evaluate the obtained fine powder, the structure was evaluated by X-ray diffraction, and the composition was evaluated by a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS). FIG. 2 (a) shows an X-ray diffraction pattern obtained at room temperature. It was confirmed that the same crystal structure as the M type ferrite was formed. Unreacted and heterogeneous phases were not observed by X-ray diffraction. From the composition analysis by TOF-SIMS, F element was detected in the matrix.

磁気特性を評価するために微粉を秤量しカプセルにつめ、ステアリン酸を用い無配向の状態で固めた。これは、振動試料型磁力計(Vibrating Sample Magnetometer、VSM)を使用し、密度,粒形状,配向性などに影響されずに、物質本来の磁気モーメントを評価するためである。飽和磁化は6Tまで磁場を印加し評価した。M型のSrフェライト(x=0)と比較し、磁化の大きさが10%増加していることがわかった。保磁力は、いずれもほぼ同等の値を有していることがわかった。また、中性子線回折測定よりM型のSrフェライト(x=0)と比較し、結晶全体で磁気モーメントの大きさが10%増加している結果を得た。   In order to evaluate the magnetic properties, the fine powder was weighed and packed into a capsule, and hardened in a non-oriented state using stearic acid. This is because a vibrating sample magnetometer (VSM) is used to evaluate the intrinsic magnetic moment of a substance without being affected by density, grain shape, orientation, and the like. The saturation magnetization was evaluated by applying a magnetic field up to 6T. Compared with M-type Sr ferrite (x = 0), the magnitude of magnetization increased by 10%. It was found that the coercive force has almost the same value. In addition, as compared with M-type Sr ferrite (x = 0), the magnetic moment was increased by 10% in the whole crystal by neutron diffraction measurement.

また、Fe元素と置換する元素としてZnやCuは、飽和磁化を増加させる場合がある。ZnはダウンスピンサイトのFe元素と置換することにより、またCu2+はヤン・テラーイオンであり結晶系が歪み傾角磁気構造を誘発することにより、結晶系全体の飽和磁化はそれぞれ増加する。 In addition, Zn or Cu as an element that substitutes for the Fe element may increase the saturation magnetization. By substituting Zn for the Fe element at the down spin site and Cu 2+ being Yang-Teller ions, the crystal system induces a strain tilt magnetic structure, thereby increasing the saturation magnetization of the entire crystal system.

Claims (10)

Fe,R[Rは4f遷移元素またはYである]を含む二元系または三元系の合金からなる磁石材料であって、
Feの結晶格子の侵入位置にFを配置し、
Feサイトの一部がAl,Si及びGaのうちの少なくとも1種の元素により置換されていることを特徴とする磁石材料。
A magnet material made of a binary or ternary alloy containing Fe, R [R is a 4f transition element or Y],
F is arranged at the penetration position of the Fe crystal lattice,
A magnet material, wherein a part of Fe site is substituted with at least one element of Al, Si and Ga.
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記三元系の合金は、R−Fe−T[Rは4f遷移元素またはYであり、TはFeを除く3d遷移元素、MoまたはNbである]であることを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
The ternary alloy is R-Fe-T [R is a 4f transition element or Y, and T is a 3d transition element excluding Fe, Mo or Nb].
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記三元系の合金は、R−Fe−T[RはWを除く4f遷移元素またはYであり、TはWである]であることを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
The ternary alloy is R-Fe-T [R is a 4f transition element excluding W or Y, and T is W].
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記合金は、H,B,NまたはCを含むことを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
The alloy material includes H, B, N, or C.
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記合金は、CaCu5構造の3次元的な積層方法を変えることで構成することが可能な結晶構造を有することを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
The alloy material has a crystal structure that can be formed by changing a three-dimensional stacking method of a CaCu 5 structure.
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記合金は、Th2Zn17型構造,Th2Ni17型構造,CaCu5型構造,Nd3(Fe,Ti)29型構造またはThMn12型構造を有することを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
The alloy has a Th 2 Zn 17 type structure, a Th 2 Ni 17 type structure, a CaCu 5 type structure, an Nd 3 (Fe, Ti) 29 type structure, or a ThMn 12 type structure.
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記置換されたFeサイトに置換前に存在していたFeと、前記置換されたFeサイトに近接する別のFeサイトのFeとの間隔が0.245nm以下であることを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
A magnet material, wherein a distance between Fe existing before substitution at the substituted Fe site and Fe at another Fe site adjacent to the substituted Fe site is 0.245 nm or less.
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記置換されたFeサイトは、複数のFeサイトのうちで、近接するFeサイトのFeとの距離が最も短いFeを有するFeサイトであったことを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
The magnet material, wherein the substituted Fe site is a Fe site having Fe having a shortest distance from Fe of an adjacent Fe site among a plurality of Fe sites.
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記置換された元素の置換量は、前記合金の総量に対し、2/17at%以上かつ1/3at%以下であることを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
The magnet material, wherein the substitution amount of the substituted element is 2/17 at% or more and 1/3 at% or less with respect to the total amount of the alloy.
請求項1に記載の磁石材料であって、
前記合金は、Al,Si及びGaのうちの少なくとも1種の元素を含有する希土類鉄合金を弗化熱処理することで製造されたことを特徴とする磁石材料。
The magnet material according to claim 1,
The alloy is produced by subjecting a rare earth iron alloy containing at least one element of Al, Si, and Ga to a fluorination heat treatment.
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