JP2015176978A - nanocomposite magnet - Google Patents

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Masao Yano
正雄 矢野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a NdFeB-based nanocomposite magnet having both high residual magnetization and a high coercive force.SOLUTION: A nanocomposite magnet includes at least three phases of a NdFeB phase, a NdFephase and a rare earth phase. The rare earth phase is favorably a Nd rich phase, and the crystal grain sizes of the NdFeB phase and the NdFephase are favorably 300 nm or less.

Description

本発明は、保磁力が高いNdFeB系ナノコンポジット磁石に関する。   The present invention relates to a NdFeB-based nanocomposite magnet having a high coercive force.

永久磁石の応用はエレクトロニクス、情報通信、医療、工作機械分野、産業用・自動車用モータなど広範な分野に及んでおり、二酸化炭素排出量の抑制の要求が高まっている中、ハイブリッドカーの普及、産業分野での省エネ、発電効率の向上などで近年さらに高特性の永久磁石開発への期待が高まっている。   The application of permanent magnets extends to a wide range of fields such as electronics, information communication, medical care, machine tool fields, industrial and automotive motors, and the demand for suppression of carbon dioxide emissions is increasing. In recent years, there are increasing expectations for the development of permanent magnets with even higher characteristics due to energy savings and improved power generation efficiency in the industrial field.

現在、高性能磁石として市場を席巻しているNd−Fe−B系磁石は、HV/EHV用の駆動モータ用磁石にも使用されている。そして、昨今、モータのさらなる小型化、高出力化(磁石の残留磁化の増加)が追求されていることに対応して、Nd−Fe−B系磁石に関しても、高性能化、とりわけ高保磁力化と残留磁化の増加の要求が強まっている。   At present, Nd—Fe—B magnets, which are dominating the market as high-performance magnets, are also used in drive motor magnets for HV / EHV. In response to the recent demand for further miniaturization and higher output of motors (increase in the remanent magnetization of magnets), Nd-Fe-B magnets also have higher performance, especially higher coercive force. And there is an increasing demand for an increase in remanent magnetization.

Nd−Fe−B系磁石を超える性能を有する材料開発の一つとして、ナノコンポジット磁石の研究が進められている。ナノコンポジット磁石の材料設計思想は、いずれもnmオーダの微細な結晶粒である高保磁力のハード相(Nd2Fe14B相)と高飽和磁化のソフト相(α−Fe相)を全体の組織内に共存させ、両相の特性を交換接合作用を介して同時に発現させ、高エネルギー積を達成するというものである。ナノコンポジット磁石は、高保磁力と高飽和磁化を両立させうるコンセプトとして、有望と考えられている。 Research on nanocomposite magnets is underway as one of the developments of materials with performance exceeding that of Nd-Fe-B magnets. The material design philosophy of nanocomposite magnets is that the entire structure consists of a hard phase with high coercivity (Nd 2 Fe 14 B phase) and a soft phase with high saturation magnetization (α-Fe phase), both of which are fine crystal grains on the order of nm. The high energy product is achieved by coexisting the two phases and simultaneously exhibiting the characteristics of both phases through exchange bonding. Nanocomposite magnets are considered promising as a concept that can achieve both high coercivity and high saturation magnetization.

Nd−Fe−B系材料を用いた種々のナノコンポジット磁石が提案されており、例えば
特許文献1には、Nd2Fe14B相とα−Fe相の2相混合物、又はNd2Fe14B相、α−Fe相及びNd−Cu相の3相混合物であり、Nd2Fe14B相がハード相、α−Fe相がソフト相になっているナノコンポジット磁石の製造方法が提案されている。
Various nanocomposite magnets using Nd—Fe—B based materials have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a two-phase mixture of Nd 2 Fe 14 B phase and α-Fe phase, or Nd 2 Fe 14 B. Proposed is a method for producing a nanocomposite magnet that is a three-phase mixture of a phase, an α-Fe phase, and an Nd—Cu phase, wherein the Nd 2 Fe 14 B phase is a hard phase and the α-Fe phase is a soft phase .

特開2012−234985号公報JP 2012-234985 A

従来のNd2Fe14B相とα−Fe相の2相からなるナノコンポジット磁石の場合、ハード相間の磁気的な分断がないため、角形性が悪く、保磁力が低かった。またソフト相に磁気異方性のないものを用いることにより、ソフト相に要求される結晶粒径が10nm程度と、試料作成が困難なサイズであった。 In the case of a conventional nanocomposite magnet composed of two phases of Nd 2 Fe 14 B phase and α-Fe phase, since there is no magnetic separation between the hard phases, the squareness is poor and the coercive force is low. In addition, by using a soft phase having no magnetic anisotropy, the crystal grain size required for the soft phase was about 10 nm, and it was difficult to prepare a sample.

Nd2Fe14B相、α−Fe相及びNd−Cu相の3相からなるナノコンポジット磁石の場合、α−FeとNd−Cu相(Ndリッチ相)との共存は、相図の関係から共存が困難であり、所望の相構造が得難く、良好な磁気特性を得ることができなかった。 In the case of a nanocomposite magnet composed of Nd 2 Fe 14 B phase, α-Fe phase and Nd-Cu phase, the coexistence of α-Fe and Nd-Cu phase (Nd rich phase) Coexistence was difficult, the desired phase structure was difficult to obtain, and good magnetic properties could not be obtained.

本発明は、上記の先行技術の問題点を解決し得る、高磁化残留と高保磁力を兼ね備えたNd−Fe−B系ナノコンポジット磁石を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an Nd-Fe-B-based nanocomposite magnet having both high magnetization remanence and high coercive force that can solve the above-mentioned problems of the prior art.

上記課題を解決するため本発明によれば、Nd2Fe14B相と、NdFe17相と、希土類相の3相を少なくとも含むことを特徴とする、ナノコンポジット磁石が提供される。このナノコンポジット磁石において、前記希土類相は好ましくはNdリッチ相である。また前記Nd2Fe14B相及びNdFe17相の結晶粒径は300nm以下であることが好ましい。 In order to solve the above-described problems, according to the present invention, there is provided a nanocomposite magnet characterized by including at least three phases of an Nd 2 Fe 14 B phase, an Nd 2 Fe 17 phase, and a rare earth phase. In the nanocomposite magnet, the rare earth phase is preferably an Nd-rich phase. The crystal grain sizes of the Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase are preferably 300 nm or less.

本発明のNdFeB系ナノコンポジット磁石においては、従来のナノコンポジット磁石におけるα−Feに代わりに、セミハード相であるNdFe17相を用いることにより、結晶粒径の上限を緩和することができ、Nd2Fe14B相及びNdFe17相の2つの磁性相の他に希土類相を導入することにより、ハード相間の磁気的な分断が可能となり、角形性の向上、保磁力の増加が可能となった。 In the NdFeB-based nanocomposite magnet of the present invention, the upper limit of the crystal grain size can be relaxed by using the Nd 2 Fe 17 phase that is a semi-hard phase instead of α-Fe in the conventional nanocomposite magnet, By introducing a rare earth phase in addition to the two magnetic phases of Nd 2 Fe 14 B phase and Nd 2 Fe 17 phase, magnetic separation between the hard phases becomes possible, and the squareness can be improved and the coercive force can be increased. It became.

実施例において作製した試料の組成領域を示すグラフである。It is a graph which shows the composition area | region of the sample produced in the Example. 実施例における各試料における各相の体積分率を示すグラフである。It is a graph which shows the volume fraction of each phase in each sample in an Example. 急冷リボンの磁気特性を示すグラフである。It is a graph which shows the magnetic characteristic of a quenching ribbon. 角形性を求める際のグラフである。It is a graph at the time of calculating | requiring squareness. 主相以外の部分を示すNdリッチ相の割合と角形性の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the ratio of the Nd rich phase which shows parts other than a main phase, and the squareness. 試料Bの組織図である。FIG. 試料Dの組織図である。2 is a structure diagram of a sample D. FIG.

本発明のナノコンポジット磁石は、Nd2Fe14B相と、NdFe17相と、希土類相の3相を少なくとも含むことを特徴とする。 The nanocomposite magnet of the present invention is characterized by including at least three phases of an Nd 2 Fe 14 B phase, an Nd 2 Fe 17 phase, and a rare earth phase.

ナノコンポジット磁石とは、ナノメートルオーダーの微細なハード相とソフト相が組織内に共存している磁石である。従来のナノコンポジット磁石においては、高飽和磁化のソフト相(α−Fe相)を含むことにより、高磁化がもたらされ、加えて、α−Fe相は本来軟磁性であり、保磁力は高くないが、ハード相(Nd−Fe−B相)との交換接合によって、高保磁力も備えたナノコンポジット磁石がもたらされる。   A nanocomposite magnet is a magnet in which a fine hard phase and a soft phase on the order of nanometers coexist in a tissue. In a conventional nanocomposite magnet, high magnetization is brought about by including a soft phase (α-Fe phase) with high saturation magnetization. In addition, the α-Fe phase is inherently soft magnetic and has a high coercive force. Although there is no exchange composite with the hard phase (Nd-Fe-B phase), nanocomposite magnets with high coercivity are also provided.

従来のナノコンポジット磁石においては、ソフト相(α−Fe相)に要求される結晶粒径が10nm程度であったが、本発明では、このα−Fe相に代えてNdFe17相を用いることにより、より大きな結晶粒径のものを用いることができ、結晶粒径の上限を緩和することができる。 In the conventional nanocomposite magnet, the crystal grain size required for the soft phase (α-Fe phase) is about 10 nm. In the present invention, Nd 2 Fe 17 phase is used instead of this α-Fe phase. Thus, a larger crystal grain size can be used, and the upper limit of the crystal grain size can be relaxed.

従って、本発明のナノコンポジット磁石は、磁石組成中に、ナノサイズのハード相としてのNd2Fe14B相とセミハード相としてのNdFe17相と希土類相が混在し、ハード相とセミハード相の間に交換結合が働くことで磁化が増加し、希土類相が、発生した逆磁区の伝搬を抑制することにより高保磁力を達成するものである。 Therefore, in the nanocomposite magnet of the present invention, the Nd 2 Fe 14 B phase as the nano-sized hard phase, the Nd 2 Fe 17 phase as the semi-hard phase and the rare earth phase are mixed in the magnet composition, and the hard phase and the semi-hard phase are mixed. The exchange coupling acts between the two to increase the magnetization, and the rare earth phase achieves a high coercive force by suppressing the propagation of the generated reverse magnetic domain.

本発明のナノコンポジット磁石において、Nd2Fe14B相と、NdFe17相と、希土類相の3相の割合は、Nd2Fe14B相:85〜95vol%、NdFe17相:Nd2Fe14B相を除いた体積分率を100%としたときの1〜90vol%、希土類相:10〜99vol%であることが好ましい。 In the nanocomposite magnet of the present invention, the Nd 2 Fe 14 B phase, and Nd 2 Fe 17 phase, the ratio of the three phases of the rare earth phase, Nd 2 Fe 14 B phase: 85~95vol%, Nd 2 Fe 17 phase: It is preferable that the volume fraction excluding the Nd 2 Fe 14 B phase is 1 to 90 vol% when the volume fraction is 100%, and the rare earth phase is 10 to 99 vol%.

一般に、ナノコンポジット磁石においては、Nd2Fe14B相は、ナノメートルオーダーの粒子として存在していることが求められる。本発明のナノコンポジット磁石においては、Nd2Fe14B相の粒子サイズは10〜300nm程度になっていることが好適である。粒子径がこの範囲であると、単磁区粒子の割合が多くなる。単磁区とは内部に磁壁の存在しない一つの磁区のみが存在する状態のことである。一軸異方性を有する磁性体の単磁区粒子の集合した組織では、各磁区の磁化の変化が磁化の反転機構によってのみ生じる。単磁区に対して、多磁区とは内部に磁壁が存在し複数の磁区が存在する状態のことである。多磁区粒子の集合した組織では、磁壁の移動による各磁区の磁化の変化が生じる。したがって、多磁区の場合よりも単磁区の場合、磁壁の移動がないので磁化の変化が生じにくく、すなわち保磁力が高くなる。Nd2Fe14B相の粒子サイズが300nmより大きくなると、単磁区ではなくなり、固有保磁力の低下を招くというような問題が発生する。一方、この粒子サイズが10nm程度までが小さくなると、熱揺らぎの効果によりNd2Fe14B相の磁気異方性が等方的になる。したがって、通常、Nd2Fe14B相の粒子サイズは10〜300nmに規制することが好ましい。 Generally, in a nanocomposite magnet, the Nd 2 Fe 14 B phase is required to exist as nanometer order particles. In the nanocomposite magnet of the present invention, it is preferable that the particle size of the Nd 2 Fe 14 B phase is about 10 to 300 nm. When the particle diameter is within this range, the ratio of single domain particles increases. A single magnetic domain is a state in which only one magnetic domain having no domain wall exists. In a structure in which single domain particles of a magnetic material having uniaxial anisotropy are aggregated, a change in magnetization of each magnetic domain occurs only by a magnetization reversal mechanism. In contrast to a single magnetic domain, a multiple magnetic domain is a state in which a domain wall exists and a plurality of magnetic domains exist. In the structure in which the multi-domain particles are aggregated, the magnetization of each magnetic domain is changed by the movement of the domain wall. Therefore, in the case of a single magnetic domain as compared with the case of multiple magnetic domains, there is no movement of the domain wall, so that the change in magnetization is difficult to occur, that is, the coercive force is increased. When the particle size of the Nd 2 Fe 14 B phase is larger than 300 nm, there is a problem that the magnetic layer is not a single magnetic domain and the intrinsic coercive force is reduced. On the other hand, when the particle size is reduced to about 10 nm, the magnetic anisotropy of the Nd 2 Fe 14 B phase becomes isotropic due to the effect of thermal fluctuation. Therefore, it is usually preferable to regulate the particle size of the Nd 2 Fe 14 B phase to 10 to 300 nm.

また、α−Fe相を含む従来のナノコンポジット磁石においては、α−Fe相の粒子サイズは10〜50nm程度であったが、本発明においては、このα−Fe相に代えてNdFe17相を用いることにより、NdFe17相の粒子サイズを、Nd2Fe14B相の粒子サイズと同等の10〜300nm程度とすることができる。 In the conventional nanocomposite magnet including the α-Fe phase, the particle size of the α-Fe phase is about 10 to 50 nm. In the present invention, Nd 2 Fe 17 is used instead of the α-Fe phase. By using the phase, the particle size of the Nd 2 Fe 17 phase can be set to about 10 to 300 nm, which is equivalent to the particle size of the Nd 2 Fe 14 B phase.

希土類相は、最終的に得られる磁石において、Nd2Fe14B相とNdFe17相との間において粒界相となり得るものである。粒界相は、NdFe14B相及びNdFe17相を含んでなる磁性組織の間に存在し、NdFe14B相及びNdFe17相を含んでなる磁性組織どうしを分離させるものである。粒界相の状況に応じて磁石の保磁力は変化しうる。例えば、NdFe14B相を含んでなる2つの磁性組織が粒界相を挟んで存在している場合、一方の磁性組織において磁化の変化があっても、粒界相の存在によって、他方の磁性組織には磁化反転の影響は及びにくくなり、結果として保磁力が高まる。 The rare earth phase can be a grain boundary phase between the Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase in the finally obtained magnet. Grain boundary phase, Nd 2 Fe 14 exists between the magnetic structure comprising a B-phase and Nd 2 Fe 17 phase, separating magnetic structure each other comprising Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase It is something to be made. The coercive force of the magnet can change depending on the situation of the grain boundary phase. For example, when two magnetic structures including an Nd 2 Fe 14 B phase are present with a grain boundary phase in between, even if there is a change in magnetization in one magnetic structure, This magnetic structure is less affected by magnetization reversal, resulting in an increase in coercivity.

上記のように、希土類相により、Nd2Fe14B相及びNdFe17相のそれぞれが分断されるが、この分断による効果について説明する。まず、Nd2Fe14B相どうしが分断されることにより、保磁力が向上する。加えて、Nd2Fe14B相及びNdFe17相も分断されるが、Nd2Fe14B相とNdFe17相との間の交換接合は保たれたままとすることが出来る。すなわち、ナノコンポジット磁石の特徴である、セミハード相(NdFe17相)による高磁化の効果を保つことができる。つまり、分断されたNd2Fe14B相とNdFe17相との間の距離、すなわち粒界相の厚みを適当に調節することができ、ひいてはNd2Fe14B相とNdFe17相との間の交換接合が成立する範囲内に調節することができる。 As described above, each of the Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase is divided by the rare earth phase. The effect of this division will be described. First, the Nd 2 Fe 14 B phase is divided to improve the coercive force. In addition, the Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase are also separated, but the exchange junction between the Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase can be maintained. That is, the effect of high magnetization due to the semi-hard phase (Nd 2 Fe 17 phase), which is a feature of the nanocomposite magnet, can be maintained. That is, the distance between the divided Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase, that is, the thickness of the grain boundary phase can be adjusted appropriately, and consequently the Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase. It can be adjusted within a range in which exchange bonding between the phases is established.

本発明のナノコンポジット磁石において、粒界相(希土類相)の厚みは10nm以下であることが好ましい。ナノコンポジット磁性組織において、NdFe14B相/NdFe17相間の交換接合が成立する距離は0nm〜10nm程度であるからである。粒界相の厚みが10nmを超えると、NdFe14B相/NdFe17相間の交換接合が成立せず、高磁化が望めないからである。また、粒界相の厚みは0.5nm以上であることが好ましい。粒界相の厚みが0.5nm未満であると、Nd2Fe14B相/NdFe17相間の交換接合を切り、磁気的な分断性を十分に向上させることが望めないからである。 In the nanocomposite magnet of the present invention, the thickness of the grain boundary phase (rare earth phase) is preferably 10 nm or less. This is because, in the nanocomposite magnetic structure, the distance at which the exchange junction between the Nd 2 Fe 14 B phase / Nd 2 Fe 17 phase is established is about 0 nm to 10 nm. This is because if the thickness of the grain boundary phase exceeds 10 nm, the exchange junction between the Nd 2 Fe 14 B phase / Nd 2 Fe 17 phase is not established, and high magnetization cannot be expected. The thickness of the grain boundary phase is preferably 0.5 nm or more. This is because if the thickness of the grain boundary phase is less than 0.5 nm, it is not possible to cut the exchange junction between the Nd 2 Fe 14 B phase / Nd 2 Fe 17 phase and sufficiently improve the magnetic separation property.

希土類相はNdリッチ相であることが好ましい。ここでNdリッチ相とは、Ndを50at%以上含む相を意味する。Ndリッチ相は、Ndに加え、Cu、Ag、Al、Fe、Co等のNdの融点を下げる効果のある元素を含んでいてもよい。   The rare earth phase is preferably an Nd-rich phase. Here, the Nd-rich phase means a phase containing Nd at 50 at% or more. In addition to Nd, the Nd-rich phase may contain an element having an effect of lowering the melting point of Nd, such as Cu, Ag, Al, Fe, and Co.

本発明のナノコンポジット磁石の大きさおよび形状に関しては、特に制限されるべきものではない。例えば、所望の磁石元素組成となるように調製した母合金から液体薄帯法で形成した急冷薄帯を熱処理して製造する場合、急冷薄帯のままの形状(リボン形状)で数mm程度の幅と長さで厚さが数十μm程度のものが得られるが、その後、使用目的に応じてバルク磁石およびボンド磁石に適宜成形加工することができ、高磁石特性が望まれるセンサ、アクチュエータ、モータなどの磁石部品として幅広く適用するのに便利なように、微粉砕して、それぞれの目的に応じた粒径の粉末状態で取り扱われるのが一般的である。   There is no particular limitation on the size and shape of the nanocomposite magnet of the present invention. For example, when a quenched ribbon formed by a liquid ribbon method is heat-treated from a master alloy prepared to have a desired magnet element composition, the shape of the quenched ribbon (ribbon shape) is about several mm. A width, length and thickness of about several tens of μm can be obtained. After that, depending on the purpose of use, bulk magnets and bonded magnets can be appropriately formed and processed, and a sensor, actuator, In general, it is finely pulverized and handled in a powder state with a particle size suitable for each purpose so that it can be used widely as a magnet part such as a motor.

本発明のナノコンポジット磁石は、上記したように目的に応じた粒径の粉末形態で得ることができる。よって、所望の粒径としたナノコンポジット磁石粉末と、高分子材料、例えば、樹脂材料とを含む原料材料を混合させた圧縮成形法もしくは射出成形法などにより得られる、いわゆるボンド磁石としての利用が可能である。混合する高分子材料は、用途に応じて適宜選択すればよく、樹脂材料としてエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂でも、ポリアミド樹脂(ナイロン)などの熱可塑性樹脂でも利用可能であるほか、エラストマーやゴムなどの高分子材料も使用可能であるが、好適にはエポキシ樹脂が用いられる。また、上記原料材料には、得られるボンド磁石の性能に影響を及ぼさない範囲であれば、必要に応じて、適宜、各種添加剤や助材を適量添加してもよい。   The nanocomposite magnet of the present invention can be obtained in the form of a powder having a particle size according to the purpose as described above. Therefore, it can be used as a so-called bonded magnet obtained by a compression molding method or an injection molding method in which a nanocomposite magnet powder having a desired particle size and a raw material material containing a polymer material, for example, a resin material, are mixed. Is possible. The polymer material to be mixed may be appropriately selected depending on the application, and the resin material may be a thermosetting resin such as an epoxy resin or a thermoplastic resin such as a polyamide resin (nylon), or an elastomer or rubber. Polymer materials such as these can also be used, but an epoxy resin is preferably used. Moreover, as long as it is a range which does not influence the performance of the obtained bonded magnet, the said raw material material may add suitably various additives and auxiliary agents as needed.

また、所望の粒度とした本発明のナノコンポジット磁石粉末をホットプレス法または放電プラズマ焼結法を用いて、真密度程度にまで緻密化したバルク磁石を作成することも可能である。特に、加圧焼結法である放電プラズマ焼結法またはホットプレス法を用いて熱処理しバルク化することで、得られるバルク磁石の密度は原料薄帯であるナノコンポジット磁石と同程度まで緻密化され、原料磁石材料と同等の高磁石特性を得ることができる。   It is also possible to create a bulk magnet in which the nanocomposite magnet powder of the present invention having a desired particle size is densified to a true density by using a hot press method or a discharge plasma sintering method. In particular, the density of the resulting bulk magnet is densified to the same level as that of the nanocomposite magnet, which is a raw material ribbon, by heat treatment using the spark sintering method or hot pressing method, which is a pressure sintering method. As a result, high magnet characteristics equivalent to the raw magnet material can be obtained.

これらのボンド磁石またはバルク磁石は、低希土類組成であるため磁石製品の低コスト化に大きく貢献することが可能となり、これらを用いたモータ、センサ、アクチュエータの低コスト化が実現できることはいうまでもない。また、自動車部品(例えば、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の駆動用モータなど)としての適用を考えた場合には、これまで希土類系磁石の高コストが採用にあたっての最大のネックとなっていたが、本発明の磁石を用いることにより、自動車の駆動用モータ、センサ、アクチュエータなどのコスト問題を一気に解消することができる。   Since these bonded magnets or bulk magnets have a low rare earth composition, it is possible to greatly contribute to the cost reduction of magnet products, and it goes without saying that the cost of motors, sensors, and actuators using them can be reduced. Absent. In addition, when considering application as an automobile component (for example, a drive motor for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle), the high cost of rare earth magnets has been the biggest bottleneck in the adoption so far. By using the magnet of the present invention, it is possible to solve the problem of cost of automobile driving motors, sensors, actuators, etc. at once.

本発明のナノコンポジット磁石の製造方法は特に制限はなく、一般的な方法で製造することができる。すなわち、鋳造して得られた合金インゴットを、液体急冷法を用いて急冷リボンを作製することを特徴とするものである。具体的には、所望の磁石組成となるように、所定の組成に調整した母合金(鋳造して得られる合金インゴット)の溶湯を作成する。母合金を溶湯にするための溶融方式は、母合金の融点以上に加熱できるものであれば特に制限はなく、例えば、溶融方式にはアークによる溶融、ヒーターによる溶融、高周波誘導加熱による溶融等がある。こうして得られた所望の組成をもつ合金溶湯から公知の液体急冷法を用いて急冷リボンを作製する。液体急冷法は、上記したように、鋳造して得られた合金インゴットを溶湯(溶融液体金属;通常1400℃程度に高周波誘導溶解やアーク溶解を用いて溶融する)とし、この溶湯を回転しているロール(通常は銅製の回転ロール)の上に噴射して急冷し、リボン状の製品(急冷リボン)を作製する方法である。この液体急冷法は、アルゴン(Ar)などの不活性雰囲気または減圧下(通常、ロータリーポンプを用いて100Pa=1Pa程度まで減圧するのが一般的である)で行うことにより急冷リボンの酸化劣化を抑制する必要がある。これは、酸化劣化により希土類(Nd)がNdFe14B相を作らず酸化物になってしまうため、ハード相が減少し磁束密度や保磁力が低下するためである。この急冷リボンには一般的にアモルファス部(B元素が寄与している)を含有しており、その後、熱処理を行うことによってナノオーダサイズのハード相とセミハード相と希土類相が形成される。液体急冷法の急冷速度、即ち、回転ロールのロール周速度に特に制限はないが、好ましくは15〜50m/sである。これは15m/s未満では冷却速度が遅いために組織が粗大化し、また50m/sを超える場合には組織のアモルファス化により磁石特性が低下する傾向があるためである。 The method for producing the nanocomposite magnet of the present invention is not particularly limited, and can be produced by a general method. That is, a rapid cooling ribbon is produced using a liquid quenching method from an alloy ingot obtained by casting. Specifically, a molten metal of a mother alloy (alloy ingot obtained by casting) adjusted to a predetermined composition so as to have a desired magnet composition is created. The melting method for making the mother alloy into a molten metal is not particularly limited as long as it can be heated above the melting point of the mother alloy. For example, the melting method includes melting by an arc, melting by a heater, melting by high frequency induction heating, etc. is there. A quenched ribbon is produced from the molten alloy having the desired composition thus obtained by using a known liquid quenching method. In the liquid quenching method, as described above, the alloy ingot obtained by casting is made into a molten metal (molten liquid metal; usually melted at about 1400 ° C. using high frequency induction melting or arc melting), and the molten metal is rotated. It is a method of producing a ribbon-like product (quenching ribbon) by spraying onto a roll (usually a copper rotating roll) and quenching. This liquid quenching method is performed by oxidizing the quenching ribbon by performing it in an inert atmosphere such as argon (Ar) or under reduced pressure (usually, it is generally reduced to about 10 0 Pa = 1 Pa using a rotary pump). It is necessary to suppress deterioration. This is because rare earth (Nd) does not form an Nd 2 Fe 14 B phase due to oxidative degradation and becomes an oxide, so that the hard phase decreases and the magnetic flux density and coercive force decrease. The quenched ribbon generally contains an amorphous portion (contributed by element B), and then a heat treatment is performed to form a nano-order size hard phase, semi-hard phase, and rare earth phase. The quenching speed of the liquid quenching method, that is, the roll peripheral speed of the rotating roll is not particularly limited, but is preferably 15 to 50 m / s. This is because the structure becomes coarse because the cooling rate is slow at less than 15 m / s, and the magnet characteristics tend to deteriorate due to the amorphization of the structure when it exceeds 50 m / s.

前記の急冷法を用いるにあたって、その種類、ロールの材質、ロールの大きさなどについては、特に限定されない。例えば、前記ロールとしては、Crメッキを施した銅製のロールを用いることが可能である。前記ロールの大きさは、製造スケールに応じて決定することが望ましい。   In using the rapid cooling method, the type, the material of the roll, the size of the roll, etc. are not particularly limited. For example, as the roll, a copper roll plated with Cr can be used. The size of the roll is preferably determined according to the production scale.

この急冷して得られたリボンを焼結して焼結体を得る工程を加えてもよい。焼結工程には、公知の焼結磁石の製造方法に用いられる手段を採用することができる。磁石の焼結・熱処理設備として、小規模生産の場合はバッチ式の真空・雰囲気焼結炉、熱処理炉を利用することができる。バッチ式炉は同じチャンバー内で温度パターンに従って加熱・冷却することができる。焼結によって焼結体の密度を上昇することにより、(i)残留磁束密度Brが高くなる、(ii)機械強度が増大する、(iii)酸化などの腐食に強くなる、などの効果が生まれる。   A step of sintering the ribbon obtained by this rapid cooling to obtain a sintered body may be added. In the sintering step, means used in a known method for producing a sintered magnet can be employed. As a magnet sintering / heat treatment facility, a batch-type vacuum / atmosphere sintering furnace or heat treatment furnace can be used for small-scale production. The batch furnace can be heated and cooled in the same chamber according to the temperature pattern. By increasing the density of the sintered body by sintering, effects such as (i) an increase in residual magnetic flux density Br, (ii) an increase in mechanical strength, and (iii) resistance to corrosion such as oxidation are produced. .

NdFe14B相(T1相)の体積分率が90%、その他の部分がNdリッチ相とNdFe17相となるように組成を計算し、計算した組成をもとにして、純鉄(高純度化学製)、FeB(高純度化学製)及びNd(高純度化学製)を1/1000g単位で秤量した。図1中のA,B、C及びD領域の組成について合成を行い、各試料の原子数比を表1に示す。 The composition was calculated so that the volume fraction of the Nd 2 Fe 14 B phase (T1 phase) was 90%, and the other parts were the Nd rich phase and the Nd 2 Fe 17 phase, and based on the calculated composition, Iron (product made from high purity chemical), FeB (product made from high purity chemical), and Nd (product made from high purity chemical) were weighed in units of 1/1000 g. The compositions of the A, B, C, and D regions in FIG. 1 were synthesized, and the atomic ratio of each sample is shown in Table 1.

図1中、A、B及びC領域では、NdFe14B相−NdFe17相−Ndリッチ相に囲まれているため、これらの層が得られる領域となる。NdFe14B相の割合を90vol%と固定し、残りの部分を何%NdFe17相とNdリッチ相が占めているかを、図2に示す。 In FIG. 1, the A, B, and C regions are surrounded by the Nd 2 Fe 14 B phase-Nd 2 Fe 17 phase-Nd rich phase, so that these layers are obtained. FIG. 2 shows how much Nd 2 Fe 17 phase and Nd-rich phase occupy the remaining portion, with the Nd 2 Fe 14 B phase ratio fixed at 90 vol%.

図2に示すように、試料中の主相であるNdFe14B相が90%であり、残りの10%のうち、試料Aでは100%NdFe17相、0%Ndリッチ相であり、試料Bでは99%NdFe17相、1%Ndリッチ相であり、試料Cでは50%NdFe17相、50Ndリッチ相であり、試料Dでは0%NdFe17相、100%Ndリッチ相であった。 As shown in FIG. 2, the Nd 2 Fe 14 B phase, which is the main phase in the sample, is 90%, and the remaining 10% is 100% Nd 2 Fe 17 phase and 0% Nd rich phase in Sample A. Yes, sample B is 99% Nd 2 Fe 17 phase, 1% Nd rich phase, sample C is 50% Nd 2 Fe 17 phase, 50 Nd rich phase, sample D is 0% Nd 2 Fe 17 phase, 100 % Nd rich phase.

Nd、Fe及びBの重量の秤量を行った後、Ar置換した真空雰囲気中でアーク溶解を3回行うことにより、組成分布の均一なインゴットを作製した。その後、液体急冷装置においてインゴットの溶解、急冷を行うことにより急冷リボンを得た。この液体急冷は、Ar置換した真空雰囲気中で石英ノズル中のインゴットを高周波溶解して1400℃に到達後、ノズル先端のφ0.6mm穴から吐出させた溶湯を、直径20cm、周速度25m/sで回転する銅ロールに接触させることで得られた。   After weighing the weights of Nd, Fe and B, arc melting was performed three times in an Ar-substituted vacuum atmosphere to prepare an ingot having a uniform composition distribution. Thereafter, a quenching ribbon was obtained by melting and quenching the ingot in a liquid quenching apparatus. In this liquid quenching, an ingot in a quartz nozzle is melted by high frequency in a vacuum atmosphere substituted with Ar and reaches 1400 ° C., and then the molten metal discharged from a φ0.6 mm hole at the tip of the nozzle is 20 cm in diameter and a peripheral speed is 25 m / s. It was obtained by bringing it into contact with a rotating copper roll.

回収した急冷リボンを、10Tのパルス磁場で完全着磁後、試料振動型磁力計VSM(Lake Shore製)にて磁気特性を測定した。この測定結果を図3に示す。粒界相であるNdリッチ相がない試料Dでは、角形性が悪く、負の磁場がかかった場合の磁化が低い。これに対して、試料B及びCでは角形性が向上し、負の磁場がかかっても磁化の低下は少ない。これに伴い、保磁力Hcの顕著な増加がみられた。   The recovered rapidly cooled ribbon was completely magnetized with a pulse magnetic field of 10 T, and then the magnetic properties were measured with a sample vibration magnetometer VSM (manufactured by Lake Shore). The measurement results are shown in FIG. Sample D without the Nd-rich phase that is a grain boundary phase has poor squareness and low magnetization when a negative magnetic field is applied. On the other hand, samples B and C have improved squareness, and there is little decrease in magnetization even when a negative magnetic field is applied. Along with this, a significant increase in the coercive force Hc was observed.

なお、この角形性とは、減磁曲線が四角形になる度合いであり、磁場Hkと保磁力Hcとの比Hk/Hcで表し、1に近いほど優良な磁石といえる。本発明では、図4に示すように、M−H曲線の第一象限における磁化の低下を直線近似させ、直線からの逸脱量10%となる磁場Hk/保磁力Hcを角形性として定義した。   The squareness is the degree to which the demagnetization curve becomes square, and is expressed by the ratio Hk / Hc between the magnetic field Hk and the coercive force Hc. In the present invention, as shown in FIG. 4, the decrease in magnetization in the first quadrant of the MH curve is linearly approximated, and the magnetic field Hk / coercive force Hc at which the deviation from the straight line is 10% is defined as squareness.

主相以外の部分に占めるNdリッチ相の割合と角形性の関係を図5に示す。Ndリッチ相の体積分率が1vol%以上で顕著な角形性の増加がみられた。   FIG. 5 shows the relationship between the ratio of the Nd-rich phase in the portion other than the main phase and the squareness. A marked increase in squareness was observed when the volume fraction of the Nd-rich phase was 1 vol% or more.

図6及び図7に試料B及び試料Dの組織像を示す。また、各組織像におけるEDXの点分析の結果を以下に示す。
(1)
元素 wt% at%
NdL 39.5 20.2
FeK 60.5 79.8
計 100.0 100.0
(2)
元素 wt% at%
NdL 42.1 22.0
FeK 57.9 78.0
計 100.0 100.0
(3)
元素 wt% at%
NdL 54.9 32.0
FeK 45.1 68.0
計 100.0 100.0
(4)
元素 wt% at%
NdL 41.1 21.3
FeK 58.9 78.7
計 100.0 100.0
(5)
元素 wt% at%
NdL 42.5 22.2
FeK 57.5 77.8
計 100.0 100.0
6 and 7 show tissue images of Sample B and Sample D. FIG. Moreover, the result of the point analysis of EDX in each structure | tissue image is shown below.
(1)
Element wt% at%
NdL 39.5 20.2
FeK 60.5 79.8
Total 100.0 100.0
(2)
Element wt% at%
NdL 42.1 22.0
FeK 57.9 78.0
Total 100.0 100.0
(3)
Element wt% at%
NdL 54.9 32.0
FeK 45.1 68.0
Total 100.0 100.0
(4)
Element wt% at%
NdL 41.1 21.3
FeK 58.9 78.7
Total 100.0 100.0
(5)
Element wt% at%
NdL 42.5 22.2
FeK 57.5 77.8
Total 100.0 100.0

図6及び7より、得られた試料は30nm以下の結晶粒で構成され、作製試料組成と組成分析の結果より、Nd2Fe14B相とNd2Fe17相が存在し、結晶粒間がNdリッチ相で分断されていることがわかった。EDX点分析によると、試料Bにおいては、結晶粒の重なりを考慮して、(1)がNd2Fe17相、(2)がNd2Fe14B相、(3)がNdリッチ相である。これにより、結晶粒間がNdリッチ相で分断され。2つの磁性相(1)と(2)を有する組織であることが確認された。これにより、Ndリッチ相が存在することで外部磁場によって生じた磁化反転が隣の粒子へ伝播することが防がれるため、角形性の向上、保磁力の増加につながると考えられる。一方、試料Dでは、結晶粒間を分断するNdリッチ相が存在しないことがわかる。結晶粒間の磁気分断がない場合、磁化反転の連鎖により特性が低下すると考えられる。 6 and 7, the obtained sample is composed of crystal grains of 30 nm or less, and from the results of the preparation sample composition and composition analysis, there are Nd 2 Fe 14 B phase and Nd 2 Fe 17 phase, and the crystal grain spacing is It was found that it was divided by the Nd rich phase. According to the EDX point analysis, in consideration of the overlap of crystal grains, in Sample B, (1) is the Nd 2 Fe 17 phase, (2) is the Nd 2 Fe 14 B phase, and (3) is the Nd rich phase. . Thereby, the crystal grains are divided by the Nd-rich phase. It was confirmed that the structure had two magnetic phases (1) and (2). This prevents the magnetization reversal caused by the external magnetic field from propagating to the adjacent particles due to the presence of the Nd-rich phase, leading to improved squareness and increased coercive force. On the other hand, in sample D, it can be seen that there is no Nd-rich phase separating the crystal grains. When there is no magnetic separation between crystal grains, it is considered that the characteristics deteriorate due to the magnetization reversal chain.

Claims (3)

Nd2Fe14B相と、NdFe17相と、希土類相の3相を少なくとも含むことを特徴とする、ナノコンポジット磁石。 A nanocomposite magnet comprising at least three phases of an Nd 2 Fe 14 B phase, an Nd 2 Fe 17 phase, and a rare earth phase. 前記希土類相がNdリッチ相である、請求項1記載のナノコンポジット磁石。   The nanocomposite magnet according to claim 1, wherein the rare earth phase is an Nd-rich phase. 前記Nd2Fe14B相及びNdFe17相の結晶粒径が300nm以下である、請求項1又は2記載のナノコンポジット磁石。 The nanocomposite magnet according to claim 1 or 2, wherein the crystal grain sizes of the Nd 2 Fe 14 B phase and the Nd 2 Fe 17 phase are 300 nm or less.
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