JP2015529004A - 希土類永久磁石粉末、ボンド磁石及び当該ボンド磁石を応用するデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】希土類永久磁石粉末、ボンド磁石及び当該ボンド磁石を応用するデバイスを提供する。【解決手段】該希土類永久磁石粉末は、４〜１２ａｔ.％のＮｄと、０.１〜２ａｔ.％のＣと、１０〜２５ａｔ.％のＮと、６２.２〜８５.９ａｔ.％のＴ（ここで、ＴはＦｅ又はＦｅＣｏである）とを含み、ＴｂＣｕ7構造の硬質磁性相をメイン相とする。該希土類永久磁石粉末によると、製造中に材料の揮発を有効に防止でき、製造中の水冷ローラとの湿潤性を改善し、最終的に製造される材料は良好な磁気性能を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、希土類永久磁石材料の分野に関し、特に、希土類永久磁石粉末、ボンド磁石及び当該ボンド磁石を応用するデバイスに関する。

希土類ボンド永久磁石は、成型性に優れ、サイズの精度が高く、磁気性能が高い等のメリットを有することから、既に各種の電子機器、オフィス・オートメーション、自動車等の分野、特に、マイクロ特殊モーター（micro- special motors）に汎用されている。機器の小型化・微細化に対する科学技術の発展の要求を満たすためには、材料に用いられるボンド磁石粉末の性能を最適化する必要がある。

ボンド希土類永久磁石の製造において、希土類永久磁石粉末の製造がキーであり、磁石粉末の性能によってボンド磁石の品質及び市場価格が直接決められる。初期の市場で成熟したボンド希土類永久磁石の殆どは等方性のボンドＮｄＦｅＢ磁性体であり、このような汎用されているＮｄＦｅＢ磁石粉末は通常、急冷法によって製造される。当該ＮｄＦｅＢ磁性体は性能が優れているが、既に特許製品として少数の会社にコントロールされている。希土類ボンド永久磁石の製品をさらに普及するため、最近、人々はより多い新規のボンド永久磁石粉末を見つけるのに努力していて、ＨＤＤＲ異方性粉末、Ｔｈ₂Ｚｎ₁₇型異方性粉末、ＴｂＣｕ₇型等方性粉末、ＴｈＭｎ₁₂型異方性粉末等を含む永久磁石粉末は注目されている。

現在、サマリウム−鉄−窒素系希土類永久磁石粉末は良好の性能で注目を集めていて、ＳｍＦｅ系合金の製造において、急冷工程によってＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相の急冷磁石粉末を得ているが、製造中、特に産業化において以下の問題を抱えている。
（１）サマリウムの蒸気圧が低いので、製造中に多く揮発されて合金製造コストは不安定になってしまう。揮発されたサマリウムは酸化しやすく、燃焼しやすく、安全事故をもたらしやすい。また、揮発されたサマリウムによって管路を塞いで、真空システムに大きな損害をもたらしてしまう。
（２）サマリウム合金の粘度が大きく、急冷中に銅輪との湿潤性が悪いので、合金液が飛散し、急冷のシート表面の液流動が不安定で、表面が平坦せず、合金の相構造とミクロ組織が均一でなくなってしまい、製造されたサマリウム−鉄−窒素系希土類永久磁石粉末の磁気性能を低下させている。これは、現在、当該材料の汎用を阻害する主な原因でもある。

サマリウム−鉄合金の製造における上記問題を解決するため、新規の良好の磁気性能を有する希土類永久磁石粉末を見つけることは、希土類永久磁石粉末の開発の分野における新規課題となっている。

本発明は、希土類永久磁石粉末の磁気性能を向上できる希土類永久磁石粉末、ボンド磁石及び当該ボンド磁石を応用するデバイスを提供することをその目的とする。

上記目的を実現するため、本発明によると、４〜１２ａｔ.％のＮｄと、０.１〜２ａｔ.％のＣと、１０〜２５ａｔ.％のＮと、６２.２〜８５.９ａｔ.％のＴ（ここで、ＴはＦｅ又はＦｅＣｏである）とを含み、ＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相をメイン相とする希土類永久磁石粉末を提供する。

また、上記希土類永久磁石粉末は、一般式（Ｉ）の構造を有し、一般式（Ｉ）は以下の通りである。
Ｎｄ_xＴ_100-x-y-aＣ_yＮ_a （Ｉ）
ここで、４≦ｘ≦１２で、０.１≦ｙ≦２で、１０≦ａ≦２５である。

また、上記希土類永久磁石粉末は、１〜５ａｔ.％の元素Ａと、０.１〜２ａｔ.％のＢとをさらに含み、前記元素ＡはＺｒ及び/又はＨｆであって、前記Ｂの含有量と前記元素Ａの含有量との比は０.１〜０.５である。

また、上記希土類永久磁石粉末におけるＢの含有量の範囲は０.３〜２ａｔ.％である。

また、上記希土類永久磁石粉末において、元素Ｎｄと前記元素Ａの含有量は前記希土類永久磁石粉末の総含有量の４〜１２ａｔ.％であって、且つ、前記希土類永久磁石粉末において、元素Ｃの含有量と、元素Ｎｄと元素Ａの含有量の合計との比は０.０３〜０.１５である。

また、上記希土類永久磁石粉末において、元素Ｃの含有量と、元素Ｎｄと元素Ａの含有量の合計との比は０.０５〜０.１２である。

また、上記希土類永久磁石粉末は一般式（Ｉ）の構造を有し、一般式（ＩＩ）は以下の通りである。
Ｎｄ_xＡ_wＴ_100-x-y-z-aＣ_yＢ_zＮ_a （ＩＩ）
ここで、ＴはＦｅ又はＦｅＣｏで、ＡはＺｒ及び/又はＨｆで、４≦ｘ＋ｗ≦１２、１≦ｗ≦５、０.１≦ｚ≦２、１０≦ａ≦２５、０.１≦ｚ/ｗ≦０.５、０.１≦ｙ≦２である。

また、上記希土類永久磁石粉末は、０.３〜１０ａｔ.％のＭをさらに含み、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃu、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉの中の少なくとも一種類である。

また、上記希土類永久磁石粉末において、Ｍの含有量は０.５〜８ａｔ.％である。

また、上記希土類永久磁石粉末において、Ｍの含有量は０.５〜５ａｔ.％で、前記ＭはＮｂ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉの中の少なくとも一種類である。

また、上記希土類永久磁石粉末のローラと接触する面の粗さＲａは２.８μｍ以下であって、前記ローラと接触する面の粗さＲａが１.６μｍ以下であることが好ましい。

また、上記希土類永久磁石粉末の平均結晶粒サイズは３〜１００ｎｍである。

また、上記希土類永久磁石粉末において、元素Ｎｄの一部分はＳｍ及び/又はＣｅに置換され、前記希土類永久磁石粉末におけるＳｍ及び/又はＣｅの含有量は０.５〜４.０ａｔ.％である。

同時に、本発明において、上記の希土類永久磁石粉末とボンド剤とが接着してなるボンド磁石を提供する。

同時に、本発明において、上記ボンド磁石を応用するデバイスを提供する。

本発明に係る希土類永久磁石粉末、ボンド磁石及び当該ボンド磁石を応用するデバイスによると、希土類永久磁石粉末の製造中に材料の揮発を有効に防止でき、製造中の水冷ローラとの湿潤性を改善し、最終的に製造される材料は良好な磁気性能を有する。

ここで、衝突しない限り、本願に記載の実施例及び実施例に記載の特徴を互いに組み合わせできることは言うまでもない。以下、具体的な実施例を参照して本発明を詳しく説明する。

窒素系希土類永久磁石粉末の研究を行う場合、基本的にサマリウム−鉄を基礎として製造し、これは、全ての希土類族化合物において、サマリウム系合金の窒化物のみが容易軸異方性を有して一定の永久磁石性能を有する材料になるからである。他の希土類鉄合金はいずれも底面異方性を有し、窒化後も永久磁石性能を有しないので、他の希土類元素を添加すると、希土類永久磁石粉末の永久磁石性能を有しないだけではなく、サマリウム−鉄−窒素磁石粉末の磁気性能を大幅に低下させる恐れもある。

上記理論に基づいて、発明者は、サマリウム−鉄−窒素系希土類永久磁石粉末の水冷ローラとの湿潤性が悪く、製造されるサマリウム−鉄−窒素系希土類永久磁石粉末の磁気性能を低下させる問題を解決するため、サマリウム−鉄を基礎とするＮ系希土類永久磁石粉末にさまざまなテスト行っているが、良い改善を取得していない。従って、当該発明に関する研究は長い時間停止状態になっている。

本願発明者は、偶然に、Ｎｄ元素、Ｃ元素、Ｎ元素、及びＦｅ元素を混合し、急冷工程を経て、ＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相をメイン相とする希土類永久磁石粉末を製造した結果、得られた希土類永久磁石粉末が、水冷ローラとの湿潤性を改善し、製造されたサマリウム−鉄−窒素系希土類永久磁石粉末の磁気性能を向上していることを発見した。このような変化は、製造中に、非平衡に凝結して準安定状態のＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相を有するＮｄＦｅ合金を形成したからことを考えられ、このような準安定状態のＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相を有するＮｄＦｅ合金は一軸異方性を有し、急冷合金は結晶化後に、一定の硬質磁気性能を有し、当該性能は、窒化後、保磁力が向上され、実用価値のある希土類永久磁石材料になる。

本発明の典型的な実施形態において、希土類永久磁石粉末は、４〜１２ａｔ.％のＮｄ、０.１〜２ａｔ.％のＣ、１０〜２５ａｔ.％のＮ、及び６２.２〜８５.９ａｔ.％のＴを含み、ここで、ＴはＦｅ又はＦｅＣｏであって、当該希土類永久磁石粉末はＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相をメイン相とする。

上記希土類永久磁石粉末は、ネオジム系鉄合金を基本成分とし、一定量のＣ元素を添加し、Ｎｄ元素とＣ元素とを共に添加することによって、合金の溶解中の原料の揮発を有効に低減でき、希土類永久磁石粉末の急冷の中の水冷ローラとの湿潤性を改善し、最終的な急冷合金が安定した合金成分、構造、表面状態を有することができる。

上記希土類永久磁石粉末において、希土類Ｎｄの含有量は４〜１２ａｔ.％範囲内である。Ｎｄの含有量が４ａｔ.％未満であると、希土類永久磁石粉末におけるα-Ｆｅ相の形成が多く、保磁力が大幅に低減され、一方、Ｎｄの含有量が１２ａｔ.％を超える場合、多くの希土類リッチ相が形成され、磁気性能の向上に有利ではない。希土類Ｎｄの含有量が４〜１０ａｔ.％であることが好ましい。

上記希土類永久磁石粉末において、Ｃ（炭素）の含有量の範囲は０.１〜２ａｔ.％で、０.３〜１.５ａｔ.％であることがより好ましい。Ｃを添加すると、希土類永久磁石粉末の保磁力の向上に有利で、ＣはＮｄ元素と複合し、材料の表面状態の改善に有利であって、最終的に、安定した合金成分、構造を得ることができる。

上記希土類永久磁石粉末において、ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏで、一定量のＣｏを添加すると、窒素を含有する磁石粉末の残留磁気及び温度安定性の向上に有利であると共に、準安定状態のＴｂＣｕ₇相構造を安定化し、製造中の湿潤性等の効果を改善できる。コスト等を考慮し、Ｃｏの添加量がＴの含有量の２０ａｔ.％を超えないことが好ましい。

上記希土類永久磁石粉末を窒化した後に希土類永久磁石粉末を得て、Ｎ（窒素）の導入によってＦｅ-Ｆｅ原子間隔が増加され、Ｆｅ-Ｆｅ原子間交換作用を大幅に強めることができ、キュリー温度と保磁力を向上できる。上記希土類永久磁石粉末において、窒素の含有量は１０〜２５ａｔ％で、窒素の添加量が少な過ぎると、原子間隔を拡張し、磁気性能を改善する作用を果たすことができなく、窒素の添加量が多過ぎると、窒素が不利な結晶位置を占めて、最終的な磁気性能に不利な影響を与える恐れがある。

上記希土類永久磁石粉末がＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相をメイン相とするとは、材料において体積比が最大の相のことを言い、材料の製造において、成分の偏差、酸化等によって、他の不純物相を導入してしまう。本発明において、粉末の構成相をＸ線回折を介して確認していて、各雑相はＸ線で識別できないことを基準とする。

本発明の具体的な実施形態において、上記希土類永久磁石粉末は、一般式（Ｉ）の構造を有し、一般式（Ｉ）は以下の通りである。
Ｎｄ_xＴ_100-x-y-aＣ_yＮ_a （Ｉ）
ここで、４≦ｘ≦１２、０.１≦ｙ≦２、１０≦ａ≦２５である。一般式（Ｉ）の構造を有する希土類永久磁石粉末は、水冷ローラとの間の湿潤性が良好で、最終的に製造される希土類永久磁石粉末の磁気性能も良好であるメリットを有する。

本発明の典型的な実施形態において、上記希土類永久磁石粉末は、さらに１〜５ａｔ.％の元素Ａと０.１〜２ａｔ.％のＢ元素を含有し、ＡはＺｒ及び/又はＨｆであって、前記Ｂの含有量と前記元素Ａの含有量との比は０.１〜０.５である。

このような希土類永久磁石粉末において、元素Ｚｒ及び/又はＨｆである元素Ａを添加すると、希土類元素の合金中の比例の改善に有利であって、ＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相の構造を安定化すると共に、一層高い残留磁気を得る。Ａの含有量の範囲を１〜５ａｔ.％に制御することが好ましく、Ａの含有量が少な過ぎると、相構造の安定化効果が著しくなく、Ａの含有量が多過ぎると、コストを向上させると共に、磁気性能の向上にも不利である。

また、当該希土類永久磁石粉末にＢ（硼素）を添加すると、合金の非結晶形成能力の改善に有利で、銅輪の回転速度が低い場合で高性能の材料の形成を促進できる。また、一定量のＢを添加すると、結晶粒の細粒化及び材料の残留磁気等の磁気性能パラメーターの向上に有利である。本願において、Ｂの含有量の範囲が０.１〜２ａｔ.％を求め、０.３〜２ａｔ.％であることが好ましく、０.５〜１.５ａｔ.％であることがさらに好ましい。Ｂの含有量が多過ぎると、材料にＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相が現れてしまい、磁気性能全体の向上に不利である。

また、本発明の希土類永久磁石粉末に添加した元素ＡとＢとの含有量の比は０.１〜０.５である。当該希土類永久磁石粉末において、ＢとＡの含有量の比が上記範囲内であると、共同で希土類永久磁石粉末の材料の性能の改善に有利であって、それぞれを用いる場合に比べ明らかな効果が得られる。それは、上述のように、Ｂを添加するによって、材料の急冷非結晶形成能力を有効に改善することができるが、Ｂが多いと、材料にＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相が現れやすく、磁気性能全体の向上に不利であって、ＢとＡを複合して添加し、且つ一定の成分比を有すると、劣化相を形成せずにＢの含有量を比較的に向上できるので、材料の製造性能及び最終的な磁気性能を一層改善できるからである。元素Ｂの含有量が０.３〜２ａｔ.％であることが好ましい。

本発明の好適な実施形態において、上記希土類永久磁石粉末における元素Ｎｄと元素Ａの含有量は希土類永久磁石粉末の総含有量の４〜１２ａｔ.％であって、且つ、希土類永久磁石粉末における元素Ｃの含有量と、元素Ｎｄと元素Ａの含有量の合計との比は０.０３〜０.１５である。希土類永久磁石粉末における元素Ｎｄと元素Ａの含有量を希土類永久磁石粉末の総含有量の４〜１２ａｔ.％に制御すると、単一のＴｂＣｕ₇相構造を有する永久磁石材料の取得に有利である。同時に、希土類永久磁石粉末における元素Ｃの含有量と元素Ｎｄと元素Ａの含有量の合計との比を０.０３〜０.１５に制御すると、両方の比の範囲を調節することによって、元素Ｃの添加によるＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｃ相の形成を減少に有利で、合金の相構造をさらに安定させ、材料全体の性能の向上に有利であって、当該比が０.０５〜０.１２であることが好ましい。

本発明の典型的な実施形態において、上記希土類永久磁石粉末は一般式（ＩＩ）の構造を有し、一般式（ＩＩ）は以下の通りである。
Ｎｄ_xＡ_wＴ_100-x-y-z-aＣ_yＢ_zＮ_a （ＩＩ）
ここで、ＴはＦｅ又はＦｅＣｏで、ＡはＺｒ及び/又はＨｆであって、且つ４≦ｘ＋ｗ≦１２、１≦ｗ≦５、０.１≦ｚ≦２、１０≦ａ≦２５、０.１≦ｚ/ｗ≦０.５、０.１≦ｙ≦２である。このような希土類永久磁石粉末は、水冷ローラとの間の湿潤性が優れ、最終的に製造される希土類永久磁石粉末の磁気性能が優れるメリットを有する。

本発明の典型的な実施形態において、上記希土類永久磁石粉末はさらに、０.３〜１０ａｔ％のＭを含有し、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃu、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉの中の少なくとも一種類である。このような希土類永久磁石粉末にＭ元素を添加すると、結晶粒の細粒化を実現でき、最終的な希土類永久磁石粉末の保磁力、残留磁気等の磁気性能を向上できる。Ｍ元素の含有量が０.５〜８ａｔ％であることが好ましく、希土類永久磁石粉末におけるＭの含有量が０.５〜５ａｔ％であることがさらに好ましく、前記ＭはＮｂ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉの中の少なくとも一種類である。

異なる原料を選択することによって、上記希土類永久磁石粉末の製造において、材料にＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相以外の他の相構造、例えばＴｈＭｎ₁₂構造及びＴｈ₂Ｚｎ₁₇構造が存在することを防止し難い。好適な技術案において、上記希土類永久磁石粉末はＣuターゲットのＸ線で、ＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相は２θ＝４０〜４５°の間でピークを有し、Ｘ線回折の精度が０.０２°である時に、希土類永久磁石粉末のピーク半値幅＜０.８°である場合、上記要求を満たす希土類永久磁石は相構造が単一で、安定的で、良好な磁気性能を持つ。

希土類永久磁石粉末の急冷合金の製造において、合金液と水冷ローラとの間の湿潤性が良好であるか否かは直接に製造される合金の表面粗さに影響を与えていて、粗さＲａ値が大きいほど、表面が凹凸であること表する。厚さの異なるフレークの冷却速度が異なるので、極端な条件では、同一のフレークのある部分は急に冷却され過ぎるが、他の部分は冷却速度が不足であるので、必ず最終的に形成される合金の相構造及び合金のミクロ組織に影響を与えてしまう。そして、均一でないフレークは窒化中の動力学の条件の違いをもたらしてしまい、窒化が均一ではなく、このような要因はいずれも材料の最終の磁気性能に影響を与えるものになる。

本発明に係る希土類永久磁石粉末の磁気性能をさらに向上するため、本発明の典型的な実施形態において、上記希土類永久磁石粉末のローラと接触する面の粗さＲａを２.８μｍ以下とする。本発明において、ローラと接触する面の粗さＲａは、中心線平均粗さであり、フレークの表面状態を示す。中心線平均粗さＲａは、サンプリング長さＬ内の輪郭偏差の絶対値の算術平均値で、以下の式で計算する。

上記式において、ｙは輪郭偏差で、測定方向上の輪郭点と基準線との間の距離を示す。基準線は、輪郭の中央線で、当該線によって輪郭を区画し、サンプリング長さ内で輪郭が当該線から離れる距離の平方和を最も小さくする。

希土類永久磁石粉末のローラと接触する面の粗さＲａを２.８μｍ以下に制御すると、希土類永久磁石粉末の材料の湿潤性の反応の制御に有利で、高い磁気性能の希土類永久磁石粉末を得られる。上記希土類永久磁石粉末のローラと接触する面の粗さＲａ値が２.８μｍ以下であることが好ましく、上記希土類永久磁石粉末のローラと接触する面の粗さＲａが２.２μｍであることがさらに好ましく、上記希土類永久磁石粉末のローラと接触する面の粗さＲａが１.６μｍ以下であることが最も好ましい。

本発明の典型的な実施形態において、上記希土類永久磁石粉末の平均結晶粒サイズは、３〜１００ｎｍである。当該希土類永久磁石粉末において、硬質磁性相の平均結晶粒サイズが３ｎｍ未満である場合、５ｋＯｅ以上の保磁力の取得に不利であると共に、製造が難しくなって、歩留まりが低下する。その平均粒径が１００ｎｍを超えると、得られる残留磁気は低い。硬質磁性相の結晶粒が５〜８０ｎｍ範囲に分布されることが好ましく、５〜５０ｎｍ範囲に分布されることがさらに好ましい。

本発明の好適な実施形態において、上記希土類永久磁石粉末における元素Ｎｄ部分がＳｍ及び/又はＣｅによって置換され、希土類永久磁石粉末におけるＳｍ及び/又はＣｅの含有量は０.５〜４.０ａｔ％である。当該希土類永久磁石粉末においてＳｍ及び/又はＣｅを増加すると、材料の性能を改善し、コストを低下させる一方、相形成条件を改善し、フレークの表面状態を改善できる。

本発明において上記希土類永久磁石粉末の製造工程も提供し、具体的に以下のステップを含む。
（１）まず、一定成分の合金原料を調和させ、中間周波数、アーク等の方式で溶解して合金鋳塊を得て、（２）粗く砕いた後の合金塊を誘導溶解してから合金液を形成し、合金液を急冷してシート状の合金粉末を得て、（３）得られた合金粉末に一定の温度及び時間の結晶化処理を行って、その後、３５０〜５５０℃程度で浸窒及び/又は浸炭処理を行い、窒素源は工業用純窒素と、水素とアンモニアとを混合したガス等である。（４）希土類永久磁石粉末を得る。

上記の公開された材料成分を有する場合、急冷、粉砕、結晶化、窒化等の材料製造工程全体を全て安定的且つ均一に制御する必要がある。急冷プロセスにおいて、厳しく制御すべき要素は主に、溶解温度、ノズルの直径、急冷回転速度を含み、また、噴射圧力も共に制御する必要がある。

噴射圧力は本発明において主に、合金液の安定的に均一の噴射を保証する作用と、圧力によって溶解中の希土類元素、特に希土類元素の揮発を抑えて材料成分の一致性を保持する作用とを果たす。同時に、噴射圧力を、合金溶液の量と急冷状況に応じて連続的に調節することによって、一回の製造中の異なる段階において材料が不均一になることを防止できる。急冷開始段階において、金属鋼液自体による圧力によって、スムーズな噴射を保証でき、この時、小さい噴射圧力を用いることができ、急冷の中間後段階になると、鋼液面の低下によって液体流動が緩やかになって、ひいては噴射できなくなり、この時に噴射圧力を増加してスムーズな急冷を保証する。

溶解温度も重要な参照指標である。ＮｄＦｅ基合金の溶解温度は比較的低く、また一定量のＭを添加すると溶解温度を効率的に低下させてプロセス全体の安定化を実現でき、かつ、揮発しにくい。本発明において、溶解温度は１２００〜１６００℃で、成分の違いによって微調整できる。

結晶化及び窒化段階において、軟質/硬質磁性相の結晶粒成長を防止するため、処理の温度及び時間を制御する必要がある。また、結晶化と窒化の効率を向上させることは結晶粒異常成長を防止するキーポイントの一つである。本発明において、比較的低温で長時間処理する処理工程によって、よいミクロ組織を保持した上高性能の磁石粉末が得られる。

本発明により提供するメイン相がＴｂＣｕ₇構造である希土類永久磁石粉末によると、当該希土類永久磁石粉末と樹脂とを混合して等方性のボンド磁石を製造できる。製造は、プレス成形、射出、圧延、押し出し等の方法によって製造することができる。製造されるボンド磁石は塊状、リング状等の他の形式であることができる。

本発明で得られるボンド磁石を対応するデバイスの製造に応用することができる。上記方法によって高性能の希土類永久磁石粉末及び磁性体を得ると、デバイスの更なる小型化に有利である。

以下、具体的な実施例Ｓ１-Ｓ７１を結合して本発明に係る希土類永久磁石粉末の有益の効果をさらに説明する。
Ｘ線回折法で確認した結果、以下の実施例Ｓ１〜Ｓ７１で製造される希土類永久磁石粉末における硬質磁性相のメイン相はいずれもＴｂＣｕ₇構造である。以下、希土類永久磁石粉末の成分、結晶粒サイズ、結晶粒分布、磁石粉末の性能を詳しく説明する。

（１）希土類永久磁石粉末の成分
希土類合金粉末の成分は、溶解した合金粉末を浸窒処理して得られる。磁石粉末の成分は浸窒処理後の磁石粉末の成分で、成分を原子百分率で表する。

（２）結晶粒サイズσ
平均結晶粒サイズの表示方法は、電子顕微鏡で材料のミクロ組織の写真を撮影して、写真の中で硬質磁性相のＴｂＣｕ₇構造の結晶粒及び軟質磁性相α-Ｆｅ相の結晶粒を観察した。具体的な方法は、Ｎ個の同種類の結晶粒の総断面面積Ｓを統計した後、断面面積Ｓを一つの円の面積に等価し、円の直径を求めると、平均結晶粒サイズσになり、その単位はｎｍで、計算式は以下の通りである。

（３）磁石粉末の性能
磁石粉末の性能は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）で検出する。
ここで、Ｂｒは残留磁気で、単位はｋＧｓであって、Ｈｃｊは固有保磁力で、単位はｋＯｅであって、(ＢＨ)ｍは磁気エネルギー積で、単位はＭＧＯｅである。

（４）粗さＲａ
粗さは、粗さ測定機で測定する。
一、Ｎｄ_xＴ_100-x-y-aＣ_yＮ_a系希土類永久磁石粉末について
比例に応じて表１の実施例１〜１６に記載の金属を混合してから誘導溶解炉に投入し、Ａｒガスの保護で、溶解して合金鋳塊を得て、合金鋳塊を粗く砕いた後、急冷炉に投入して急冷を行い、保護ガスはＡｒガスで、噴射圧力は５５ｋＰａで、ノズルは２つで、断面面積は０.８５ｍｍ²で、水冷ローラの線速度は５０ｍ/ｓで、銅輪の直径は３００ｍｍで、急冷後にシート状の合金粉末を得た。

上記合金をＡｒガスの保護で、７３０℃で１５ｍｉｎ処理してから、１気圧のＮ²ガスの中に投入して４３０℃で６時間窒化し、窒化磁石粉末を得た。得られた窒化磁石粉末にＸＲＤ検出を行う。

得られたシート状の窒化磁石粉末に対して、成分、磁気性能、結晶粒サイズの検出を行う。材料の成分、性能は表１に示す通りで、Ｓは実施例を示す。同一の工程で、成分を変えて比較例を得ていて、Ｄは比較例を示す。

表における実施例１〜１６と比較例１〜３に対応するデータ構造から、元素Ｎｄ、元素Ｃ、元素Ｎ、と元素Ｔ（ＴはＦｅ又はＦｅＣｏ）を用いて希土類永久磁石粉末を製造した場合、原料の比率の範囲を制御することによって、比較的高い性能を実現できることが分かる。特に、製造された希土類永久磁石粉末中のＣ元素の含有量の場合、Ｃ含有量が本発明に記載の範囲内でない場合、表面粗さ及び磁気性能はいずれも若干低下している。

二、元素Ａ（Ｚｒ及び/又はＨｆ）とＢが添加された希土類永久磁石粉末について
比例に応じて表２の実施例１７〜３６に記載の金属を混合してから誘導溶解炉に投入し、Ａｒガスの保護で、溶解して合金鋳塊を得て、合金鋳塊を粗く砕いた後、急冷炉に投入して急冷を行い、保護ガスはＡｒガスで、噴射圧力は２０ｋＰａで、ノズル数は２つで、断面面積は０.７５ｍｍ²で、水冷ローラの線速度は５５ｍ/ｓで、銅輪の直径は３００ｍｍで、急冷後にシート状の合金粉末を得た。

上記合金をＡｒガスの保護で、７３０℃で１０ｍｉｎ処理してから、１気圧のＮ²ガスの中に投入して４２０℃で７時間窒化し、窒化磁石粉末を得た。

得られたシート状の窒化磁石粉末に対して、成分、磁気性能、結晶粒サイズの検出を行う。材料の成分、性能は表２に示す通りで、Ｓは実施例を示す。同一の工程で、成分を変えて比較例を得ていて、Ｄは比較例を示す。

表２の内容から、本発明による希土類永久磁石粉末に元素ＡとＢを添加した後、原料の比率の範囲を制御することによって、比較的高い性能を実現できることが分かる。特に、元素Ｂと元素Ａとの比を０.１〜０.５に制御すると共に、ＣとＡとＮｄの合計との比を０.０５〜０.１２に制御する場合、最適の表面状況及び磁気性能を実現できる。また、実施例から分かるように、これらの比率が上記範囲内でない場合、磁気性能がいずれも若干低下している。

三、元素Ｍを添加した希土類永久磁石粉末について
元素Ｎｄ、元素Ｃ、元素Ｎ、元素Ｔ（ＴはＦｅ又はＦｅＣｏ）、及び元素Ｍ（ここで、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃu、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉの中の少なくとも一種類である）を用いて製造した希土類永久磁石粉末について

比例に応じて表３の実施例Ｓ３７〜Ｓ５３に記載の金属を混合してから誘導溶解炉に投入し、Ａｒガスの保護で、溶解して合金鋳塊を得て、合金鋳塊を粗く砕いた後、急冷炉に投入して急冷を行い、保護ガスはＡｒガスで、噴射圧力は３５ｋＰａで、ノズル数は一つで、断面面積は０.９ｍｍ²で、水冷ローラの線速度は６５ｍ/ｓで、銅輪の直径は３００ｍｍで、急冷後にシート状の合金粉末を得た。

上記合金にＡｒガスの保護で、７５０℃で１０ｍｉｎ処理してから、１気圧のＮ²ガスの中に投入して４３０℃で６時間窒化し、窒化磁石粉末を得た。

得られた窒化磁石粉末に対してＸＲＤ検出を行う。得られたシート状の窒化磁石粉末に対して、成分、磁気性能、結晶粒サイズの検出を行う。材料の成分、性能は表３に示す通りで、Ｓは実施例を示す。同一の工程で、成分を変えて比較例を得ていて、Ｄは比較例を示す。

表３の内容から、一定量のＭを添加すると比較的低い表面粗さを得ることもできるが、Ｍを添加しない場合と比べ、磁気性能は若干低下していて、成分が本発明の要求範囲から離れる場合、表面粗さと磁気性能がいずれも若干低下していることが分かる。

四、元素Ｍを添加した希土類永久磁石粉末について
元素Ｎｄ、元素Ｃ、元素Ｎ、元素Ｔ（ＴはＦｅ又はＦｅＣｏ）、元素Ａ、元素Ｂ、及び元素Ｍ（ここで、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃu、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉの中の少なくとも一種類である）を用いて製造した希土類永久磁石粉末について

比例に応じて、表４の実施例Ｓ５４〜Ｓ６３に記載の希土類及び遷移金属を混合してから誘導溶解炉に投入し、Ａｒガスの保護で、溶解して合金鋳塊を得て、合金鋳塊を粗く砕いた後、急冷炉に投入して急冷を行い、保護ガスはＡｒガスで、噴射圧力は３０ｋＰａで、ノズル数は３つで、断面面積は０.８３ｍｍ²で、水冷ローラの線速度は６１ｍ/ｓで、銅輪の直径は３００ｍｍで、急冷後にシート状の合金粉末を得た。

上記合金をＡｒガスの保護で、７００℃で１０ｍｉｎ処理してから、１気圧のＮ²ガスの中に投入して４２０℃で５.５時間窒化し、窒化磁石粉末を得た。

得られた窒化物磁石粉末に対して、ＸＲＤ検出を行う。得られたシート状の窒化磁石粉末に対して、成分、磁気性能、結晶粒サイズの検出を行う。材料の成分、性能は表４に示す通りで、Ｓは実施例を示す。

表４の内容から、一定量のＭを添加すると比較的低い表面粗さを得ることができるが、Ｍを添加していない場合に比べ、磁気性能は若干低下し、成分が本発明の要求範囲から離れる場合、表面粗さと磁気性能はいずれも若干低下することが分かる。

五、他の希土類元素の本発明による希土類永久磁石粉末の磁気性能に対する影響について
比例に応じて表５の実施例Ｓ６４〜Ｓ７１に記載の関連する希土類及び遷移金属を混合してから誘導溶解炉に投入し、Ａｒガスの保護で溶解して合金鋳塊を得て、合金鋳塊を粗く砕いた後、急冷炉に投入して急冷を行い、保護ガスはＡｒガスで、噴射圧力は４５ｋＰａで、ノズル数は４つで、断面面積は０.７５ｍｍ²で、水冷ローラの線速度は６０ｍ/ｓで、銅輪の直径は３００ｍｍで、急冷後にシート状の合金粉末を得た。

上記合金をＡｒガスの保護で、７００℃で１０ｍｉｎ処理してから、１気圧のＮ²ガスの中に投入して４３０℃で６時間窒化し、窒化磁石粉末を得た。

得られた窒化磁石粉末に対して、ＸＲＤ検出を行う。得られたシート状の窒化磁石粉末に対して、成分、磁気性能、結晶粒サイズの検出を行う。材料の成分、性能は表５に示す通りで、Ｓは実施例を示す。

上述のように、本発明に係るＴｂＣｕ₇構造の希土類窒化磁石粉末によると、成分を最適化し、製造中の希土類の揮発や湿潤性の低下等の問題を有効に防止でき、相構造とミクロ組織が均一の高磁気性能の材料を得ることができる。

そして、本発明によると、上記の磁石粉末とボンド剤とを混合してボンド磁石を製造し、モーター、スピーカー、測定機器等に応用できる。

以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者であれば本発明に様々な修正や変形が可能である。本発明の精神や原則内での如何なる修正、置換、改良などは本発明の保護範囲内に含まれる。

また、上記希土類永久磁石粉末は一般式（ＩＩ）の構造を有し、一般式（ＩＩ）は以下の通りである。
Ｎｄ_xＡ_wＴ_100-x-y-z-aＣ_yＢ_zＮ_a （ＩＩ）
ここで、ＴはＦｅ又はＦｅＣｏで、ＡはＺｒ及び/又はＨｆで、４≦ｘ＋ｗ≦１２、１≦ｗ≦５、０.１≦ｚ≦２、１０≦ａ≦２５、０.１≦ｚ/ｗ≦０.５、０.１≦ｙ≦２である。

Claims (15)

1. ４〜１２ａｔ.％のＮｄと、０.１〜２ａｔ.％のＣと、１０〜２５ａｔ.％のＮと、６２.２〜８５.９ａｔ.％のＴ（ここで、ＴはＦｅ又はＦｅＣｏである）とを含み、ＴｂＣｕ₇構造の硬質磁性相をメイン相とすることを特徴とする希土類永久磁石粉末。
2. 以下の一般式（Ｉ）
   Ｎｄ_xＴ_100-x-y-aＣ_yＮ_a （Ｉ）
   （ここで、４≦ｘ≦１２で、０.１≦ｙ≦２で、１０≦ａ≦２５である）
   の構造を有することを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石粉末。
3. １〜５ａｔ.％の元素Ａと、０.１〜２ａｔ.％のＢとをさらに含み、前記元素ＡはＺｒ及び/又はＨｆであって、前記Ｂの含有量と前記元素Ａの含有量との比は０.１〜０.５であることを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石粉末。
4. 前記Ｂの含有量の範囲は０.３〜２ａｔ.％であることを特徴とする請求項３に記載の希土類永久磁石粉末。
5. 前記元素Ｎｄと前記元素Ａの含有量は前記希土類永久磁石粉末の総含有量の４〜１２ａｔ.％であって、且つ、前記希土類永久磁石粉末において、元素Ｃの含有量と、元素Ｎｄと元素Ａの含有量の合計との比は０.０３〜０.１５であることを特徴とする請求項３に記載の希土類永久磁石粉末。
6. 前記希土類永久磁石粉末において、元素Ｃの含有量と、元素Ｎｄと元素Ａの含有量の合計との比は０.０５〜０.１２であることを特徴とする請求項５に記載の希土類永久磁石粉末。
7. 下記一般式（ＩＩ）
   Ｎｄ_xＡ_wＴ_100-x-y-z-aＣ_yＢ_zＮ_a （ＩＩ）
   （ここで、ＴはＦｅ又はＦｅＣｏで、ＡはＺｒ及び/又はＨｆで、４≦ｘ＋ｗ≦１２、１≦ｗ≦５、０.１≦ｚ≦２、１０≦ａ≦２５、０.１≦ｚ/ｗ≦０.５、０.１≦ｙ≦２である）
   の構造を有することを特徴とする請求項５に記載の希土類永久磁石粉末。
8. ０.３〜１０ａｔ.％のＭをさらに含み、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃu、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉの中の少なくとも一種類であることを特徴とする請求項１、３乃至６の中のいずれか一項に記載の希土類永久磁石粉末。
9. Ｍの含有量は０.５〜８ａｔ.％であることを特徴とする請求項８に記載の希土類永久磁石粉末。
10. Ｍの含有量は０.５〜５ａｔ.％で、前記ＭはＮｂ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉの中の少なくとも一種類であることを特徴とする請求項９に記載の希土類永久磁石粉末。
11. ローラと接触する面の粗さＲａは２.８μｍ以下であって、前記ローラと接触する面の粗さＲａが１.６μｍ以下であることが好ましいことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の希土類永久磁石粉末。
12. 平均結晶粒サイズは３〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の希土類永久磁石粉末。
13. 元素Ｎｄの一部分はＳｍ及び/又はＣｅに置換され、Ｓｍ及び/又はＣｅの含有量が０.５〜４.０ａｔ.％であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の希土類永久磁石粉末。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の希土類永久磁石粉末とボンド剤とを接着してなることを特徴とするボンド磁石。
15. 請求項１４に記載のボンド磁石を応用することを特徴とするデバイス。