JP2017179396A - Manufacturing method of ferromagnetic alloy - Google Patents

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Takeshi Nishiuchi
武司 西内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of an R-T-based ferromagnetic alloy which is used for a raw material alloy of a high performance anisotropic sinter magnet.SOLUTION: There is provided a manufacturing method, including (a) a process for preparing an R1-T1-M-based alloy 10 containing an element M of 3 mol% or more, and having an R1-T1-M-based alloy mainly containing an R1-T1-M compound having a ThMntype structure, a Nd(Fe,Ti)type structure, or a TbCutype structure, or intermediate structure thereof, where M is at least one kind selected from Ti, V, Cr, Mn, Mo, W, Al, and Si, R1 is a rare earth element and T1 is a transition metal element mainly containing iron, and (b) a process for contacting and cooling a R2-T2-based alloy molten metal 20 having molar ratio [T2]/[R2] of T2 to R2 of 9 or more and containing practically no M, where R2 is a rear earth element and T2 is a transition metal element mainly containing iron, with the R1-T1-M-based alloy 10 so as to form an R-T-based ferromagnetic alloy 30 containing an R-T-based ferromagnetic compound phase.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本願は、強磁性合金の製造方法に関する。   The present application relates to a method of manufacturing a ferromagnetic alloy.

近年、希土類元素の含有量を低減した磁石の開発が求められている。本明細書における希土類元素とは、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、およびランタノイドからなる群から選択された少なくとも1つの元素である。ここで、ランタノイドとは、ランタンからルテチウムまでの15の元素の総称である。   In recent years, there has been a demand for the development of a magnet with a reduced content of rare earth elements. The rare earth element in this specification is at least one element selected from the group consisting of scandium (Sc), yttrium (Y), and lanthanoid. Here, the lanthanoid is a general term for 15 elements from lanthanum to lutetium.

含有する希土類元素の組成比率が相対的に小さな強磁性合金として、体心正方晶のThMn12型結晶構造を有するRFe12(Rは希土類元素の少なくとも1種)が知られている。しかし、RFe12には、2元系では結晶構造が熱的に不安定であるという問題がある。 As a ferromagnetic alloy having a relatively small composition ratio of rare earth elements contained, RFe 12 (R is at least one kind of rare earth elements) having a body-centered tetragonal ThMn 12 type crystal structure is known. However, RFe 12 has a problem that the crystal structure is thermally unstable in the binary system.

RFe12における結晶構造の安定性を高めるため、特許文献1は、Fe元素の一部を構造安定化元素M(M=Ti、V、Cr、Mn、Mo、W、Al、Si)で置換することを教示し、特許文献2は、R元素の一部を構造安定化元素T(T=Zr、Hf、Bi、Sn、In、Pbから選ばれた1種または2種以上の元素)で置換することを教示している。特許文献3は、R元素の一部をSc、Zr、Hfから選ばれる少なくとも1種で置換することにより、希土類サイトの平均原子半径を小さくするなどの作用により、TbCu7型結晶相の生成を促すことが記載されている。特許文献1と特許文献2ともに、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と飽和磁化が上昇する一方で磁気異方性が低下することを教示している。また、具体的な磁気物性値として、非特許文献1は、特許文献1のM=Tiの場合の磁気モーメントとキュリー温度のCo置換量依存性などを開示している。 In order to improve the stability of the crystal structure in RFe 12 , Patent Document 1 discloses that a part of the Fe element is replaced with a structural stabilizing element M (M = Ti, V, Cr, Mn, Mo, W, Al, Si). Patent Document 2 discloses that a part of the R element is replaced with a structural stabilizing element T (T = Zr, Hf, Bi, Sn, In, or Pb selected from one or more elements). Teaching to do. In Patent Document 3, a part of the R element is substituted with at least one selected from Sc, Zr, and Hf, thereby reducing the average atomic radius of the rare earth site, thereby generating a TbCu 7 type crystal phase. It is described to prompt. Both Patent Literature 1 and Patent Literature 2 teach that the magnetic anisotropy is lowered while the Curie temperature and the saturation magnetization are increased by replacing a part of the Fe element with the Co element. As specific magnetic property values, Non-Patent Document 1 discloses the Co substitution amount dependency of the magnetic moment and the Curie temperature in the case of M = Ti in Patent Document 1.

また、特許文献4では、希土類元素としてYを選択することで、ThMn12型結晶構造を有するY−Fe二元系化合物を含む合金を第三元素Mで置換なしで作製できること、この化合物が高い飽和磁化と磁気異方性を有していることが開示されている。 Further, in Patent Document 4, by selecting Y as a rare earth element, an alloy containing a Y—Fe binary compound having a ThMn 12 type crystal structure can be produced without substitution with the third element M, and this compound is high. It is disclosed that it has saturation magnetization and magnetic anisotropy.

特許文献5では、希土類元素としてYを選択することで、六方晶TbCu7型結晶構造と体心正方晶ThMn12型結晶構造との中間的な結晶構造を有し、希土類元素の占有サイトの少なくとも一部とFe原子ペアとの間に長周期の規則置換が生じていない(ランダム置換が生じている)、空間群ImmmのR’−Fe−Co系強磁性化合物(R’は1種類以上の希土類元素であって、少なくともYまたはGdを含む)が作製できることが開示されている。 In Patent Document 5, by selecting Y as the rare earth element, it has an intermediate crystal structure between a hexagonal TbCu 7 type crystal structure and a body-centered tetragonal ThMn 12 type crystal structure, and at least of the occupied sites of the rare earth element Long-period regular substitution does not occur between a part and Fe atom pair (random substitution occurs), and R′—Fe—Co based ferromagnetic compound of space group Immm (R ′ is one or more types) It is disclosed that a rare earth element including at least Y or Gd can be produced.

さらに、非特許文献3では、スパッタリング法を用いて、タングステン(W)をバッファ層とすることでThMn12型結晶構造を有するNdFe12化合物を第三元素のMの置換なしで作製できること、これを窒化することにより、高い飽和磁化と磁気異方性を有していることが開示されている。 Further, in Non-Patent Document 3, by using tungsten (W) as a buffer layer using a sputtering method, an NdFe 12 compound having a ThMn 12 type crystal structure can be produced without substitution of M of the third element. It is disclosed that nitriding has high saturation magnetization and magnetic anisotropy.

特開昭64−76703号公報JP-A 64-76703 特開平4−322405号公報JP-A-4-322405 特開平6−172936号公報JP-A-6-172936 特開2014−47366号公報JP 2014-47366 A 特開2015−156436号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-156436

K.H.J.Buschow(Ed.), Handbook of Magnetic Materials Vol. 6 (1991).; Hong−Shuo LI and J.M.D.Coey, Chap. 1.K. H. J. et al. Buschow (Ed.), Handbook of Magnetic Materials Vol. 6 (1991). Hong-Shuo LI and J .; M.M. D. Coey, Chap. 1. S.Sakurada et al., Journal of Applied Physics 79 p.4611 (1996).S. Sakurada et al. , Journal of Applied Physics 79 p. 4611 (1996). Y.Hirayama et al., Scripta Materialia.95 p.70 (2015).Y. Hirayama et al. , Scripta Materialia. 95 p. 70 (2015).

特許文献1および非特許文献1に記載の強磁性合金では、Fe元素の一部を構造安定化元素Mで置換することにより磁気モーメントの低下および結晶格子の拡大が生じ、飽和磁束密度が低下する。   In the ferromagnetic alloys described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, by substituting a part of the Fe element with the structural stabilizing element M, the magnetic moment decreases and the crystal lattice expands, and the saturation magnetic flux density decreases. .

また、特許文献2および特許文献3および非特許文献2に記載の強磁性合金では、希土類元素Rの一部を希土類元素Rよりも小さい元素Zr、Hf、Bi、Sn、In、Pbの少なくとも1種で置換することにより、特許文献1および非特許文献1に記載の強磁性合金における低い磁化の短所を補っているが、希土類元素由来の磁気異方性の低下が生じる。特に実用的で構造安定化として機能するZrやHfは、合金を構成する際に一原子当たり4つの電子をFe副格子との金属結合に供与するため、Co元素置換による磁気物性値の上昇効果が弱められる。   Further, in the ferromagnetic alloys described in Patent Document 2, Patent Document 3, and Non-Patent Document 2, a part of the rare earth element R is at least one of the elements Zr, Hf, Bi, Sn, In, and Pb smaller than the rare earth element R. Substitution with a seed compensates for the low magnetization disadvantage of the ferromagnetic alloys described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, but causes a decrease in magnetic anisotropy derived from rare earth elements. In particular, Zr and Hf, which are practical and function as structural stabilization, donate four electrons per atom to the metal bond with the Fe sublattice when forming an alloy. Is weakened.

特許文献4の方法では、優れた磁気物性を有するY−Fe化合物を形成することが可能である。しかし、ブックモールドなどの一般的な鋳造法を採用すると、形成される合金中でα−Fe相とY2Fe17相が主体となり、ThMn12型構造を有するY−Fe化合物相(以下、YFe12相と呼ぶ)が主体となる合金を得ることができない。本願発明者等の検討によると、YFe12相の比率を高めるために、主に、単ロール法などの超急冷法によって作製した合金を熱処理する手法が有効であることがわかった。しかし、このような手法で得られた合金中のYFe12相は数十nm程度の微細な結晶粒で磁気的に等方的であるため、このような合金を用いて作製した磁石の性能は低くなってしまう。特許文献5の方法で製造された合金でも同様の問題が生じる。 In the method of Patent Document 4, it is possible to form a Y—Fe compound having excellent magnetic properties. However, when a general casting method such as a book mold is adopted, an α-Fe phase and a Y 2 Fe 17 phase are mainly used in the formed alloy, and a Y—Fe compound phase (hereinafter referred to as YFe phase) having a ThMn 12 type structure. An alloy composed mainly of 12 ) cannot be obtained. According to the study by the inventors of the present application, it has been found that in order to increase the ratio of the YFe 12 phase, a technique of mainly heat-treating an alloy produced by a rapid quenching method such as a single roll method is effective. However, since the YFe 12 phase in the alloy obtained by such a technique is magnetically isotropic with fine crystal grains of about several tens of nanometers, the performance of the magnet made using such an alloy is It will be lower. A similar problem occurs even in an alloy manufactured by the method of Patent Document 5.

非特許文献3の方法では、窒化することによって優れた磁気物性を有するNdFe12化合物相を形成することが可能である。しかし、薄膜法で作製されることから、例えばモータ用途に用いられる磁石のように大量生産が必要な用途には適さない。 In the method of Non-Patent Document 3, it is possible to form an NdFe 12 compound phase having excellent magnetic properties by nitriding. However, since it is produced by a thin film method, it is not suitable for applications that require mass production such as magnets used for motor applications.

このように、従来の方法では2元系またはCo元素で部分的に置換した3元系でThMn12型結晶構造を持つ充分な大きさの結晶粒径を有する化合物相を作製することができず、構造安定化元素MやTを添加するために十分な磁気特性を発現する低希土類組成の強磁性合金を作製することができなかった。 Thus, the conventional method cannot produce a compound phase having a sufficiently large crystal grain size with a ThMn 12 type crystal structure in a binary system or a ternary system partially substituted with Co element. Thus, a ferromagnetic alloy having a low rare earth composition that exhibits sufficient magnetic properties to add the structural stabilizing elements M and T could not be produced.

本発明の実施形態は、構成元素の一部を希土類元素以外の元素に置換することによって生じる問題を解決し、十分な磁気特性の永久磁石の原料合金として好適に用いられる、強磁性合金の製造方法を提供することができる。   Embodiments of the present invention solve the problem caused by substituting some of the constituent elements with elements other than rare earth elements, and produce a ferromagnetic alloy that is suitably used as a raw material alloy for permanent magnets with sufficient magnetic properties A method can be provided.

本開示のR−T系強磁性合金の製造方法は、実施形態において、(a)元素Mを3モル%以上含み、ThMn12型構造、Nd3(Fe,Ti)29型構造、もしくはTbCu7型構造、または、それらの中間的な構造を有するR1−T1−M化合物を主体とするR1−T1−M系合金であって、MはTi、V、Cr、Mn、Mo、W、Al、およびSiからなる群から選択された少なくとも1種、R1は希土類元素、T1は鉄を主体とする遷移金属元素であるR1−T1−M系合金を準備する工程と、(b)R2に対するT2のモル比[T2]/[R2]が9以上であり、実質的にMを含まないR2−T2系合金溶湯であって、R2は希土類元素、T2は鉄を主体とする遷移金属元素であるR2−T2系合金溶湯を、前記R1−T1−M系合金に接触させて冷却し、R−T系強磁性化合物相(Rは希土類元素、Tは鉄を主体とする遷移金属元素)を含むR−T系強磁性合金を形成する工程とを含む。 In the embodiment, the manufacturing method of the RT ferromagnetic alloy of the present disclosure includes (a) the element M containing 3 mol% or more, a ThMn 12 type structure, an Nd 3 (Fe, Ti) 29 type structure, or a TbCu 7. R1-T1-M alloy mainly composed of R1-T1-M compound having a mold structure or an intermediate structure thereof, where M is Ti, V, Cr, Mn, Mo, W, Al, And at least one selected from the group consisting of Si, R1 is a rare earth element, T1 is a transition metal element mainly composed of iron, and (b) a step of T2 with respect to R2 R2 is a molten R2-T2 alloy having a molar ratio [T2] / [R2] of 9 or more and substantially free of M, wherein R2 is a rare earth element and T2 is a transition metal element mainly composed of iron. -T2 alloy molten metal is used as the R1-T1-M alloy. The contacted by cooling, R-T-based ferromagnetic compound phase (R is a rare earth element, T is a transition metal element composed mainly of iron) and forming a R-T-based ferromagnetic alloy containing.

ある実施形態において、工程(b)は、前記R−T系強磁性化合物相として、TnMn12型構造、TbCu7型構造、またはそれらの中間的な構造の相を生成させる工程を含む。 In one embodiment, the step (b) includes a step of generating a phase of a TnMn 12 type structure, a TbCu 7 type structure, or an intermediate structure thereof as the RT ferromagnetic compound phase.

ある実施形態において、工程(b)は、前記R1−T1−M系合金の表面の少なくとも一部を溶融し、R2−T2系合金溶湯を凝固させる工程を含む。   In one embodiment, the step (b) includes a step of melting at least a part of the surface of the R1-T1-M alloy and solidifying the molten R2-T2 alloy.

ある実施形態において、工程(b)は、前記R2−T2系合金溶湯から前記R1−T1−M系合金に対してエピタキシャル成長を行う工程を含む。   In one embodiment, the step (b) includes a step of performing epitaxial growth from the molten R2-T2 alloy to the R1-T1-M alloy.

ある実施形態において、工程(b)は、前記R1−T1−M系合金に含まれている元素Mの一部をR2−T2系合金から前記化合物相に移動させる。   In one embodiment, in the step (b), a part of the element M contained in the R1-T1-M alloy is moved from the R2-T2 alloy to the compound phase.

ある実施形態において、前記R1−T1−M系合金は基板である。   In one embodiment, the R1-T1-M alloy is a substrate.

ある実施形態において、前記R1−T1−M系合金を構成する相の結晶構造は、形成すべきR−T系強磁性合金を構成する相と同じになるように設定されている。   In one embodiment, the crystal structure of the phase constituting the R1-T1-M alloy is set to be the same as the phase constituting the RT ferromagnetic alloy to be formed.

ある実施形態において、R1およびR2は、それぞれ、同一の元素を含み、T1およびT2は、それぞれ、同一の元素を含む。   In some embodiments, R1 and R2 each contain the same element, and T1 and T2 each contain the same element.

ある実施形態において、R2はイットリウムを含む。   In certain embodiments, R2 comprises yttrium.

ある実施形態において、前記R−T系強磁性合金にR2−T2系合金溶湯(R2は希土類元素、T2は鉄を主体とする遷移金属元素)を接触させて冷却し、他の前記R−T系強磁性化合物相を含むR−T系強磁性合金を形成する工程(c)を更に含む。   In one embodiment, an R2-T2 alloy molten metal (R2 is a rare earth element and T2 is a transition metal element mainly composed of iron) is contacted with the RT ferromagnetic alloy and cooled, and the other RT A step (c) of forming an RT-based ferromagnetic alloy including a ferromagnetic compound phase.

ある実施形態において、工程(c)を繰り返すことにより、実質的にMを含まないR−T系強磁性化合物の結晶成長を進行させる。   In one embodiment, crystal growth of an RT ferromagnetic compound substantially free of M is advanced by repeating step (c).

ある実施形態において、工程(b)では、前記R2−T2系合金溶湯を前記R1−T1−M系合金に接触させるときの前記R1−T1−M系合金の温度は500℃以上である。   In one embodiment, in step (b), the temperature of the R1-T1-M alloy when the molten R2-T2 alloy is brought into contact with the R1-T1-M alloy is 500 ° C. or higher.

本発明の実施形態によれば、高い磁化を有する新たな強磁性合金の製造方法および強磁性合金を提供することができる。   According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a new method for producing a ferromagnetic alloy having high magnetization and a ferromagnetic alloy.

(a)、(b)、(c)および(d)は、本開示におけるR−T系強磁性合金の製造方法の実施形態を説明するための工程断面図である。(A), (b), (c) and (d) is process sectional drawing for demonstrating embodiment of the manufacturing method of the RT ferromagnetic alloy in this indication. (a)、(b)、(c)および(d)は、本開示におけるR−T系強磁性合金の製造方法の実施形態を説明するための工程断面図である。(A), (b), (c) and (d) is process sectional drawing for demonstrating embodiment of the manufacturing method of the RT ferromagnetic alloy in this indication. 本開示の実施例で使用する電磁浮遊機構の高周波コイルの配置を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically arrangement | positioning of the high frequency coil of the electromagnetic floating mechanism used in the Example of this indication.

本開示の例示的なR−T系強磁性合金の製造方法の実施形態は、以下の工程(a)および(b)を含む。   An embodiment of a method for producing an exemplary RT-based ferromagnetic alloy of the present disclosure includes the following steps (a) and (b).

工程(a)
R1−T1−M系合金を準備する。ここで、R1は希土類元素、T1は鉄を主体とする遷移金属元素である。このR1−T1−M系合金は、元素Mを3モル%以上含む。ここで、MはTi、V、Cr、Mn、Mo、W、Al、およびSiからなる群から選択された少なくとも1種である。このR1−T1−M系合金は、ThMn12型構造、Nd3(Fe,Ti)29型構造、もしくはTbCu7型構造、または、それらの中間的な構造を有するR1−T1−M化合物を主体とする。
Step (a)
An R1-T1-M alloy is prepared. Here, R1 is a rare earth element, and T1 is a transition metal element mainly composed of iron. This R1-T1-M alloy contains 3 mol% or more of the element M. Here, M is at least one selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Mo, W, Al, and Si. This R1-T1-M alloy is mainly composed of an R1-T1-M compound having a ThMn 12 type structure, an Nd 3 (Fe, Ti) 29 type structure, a TbCu 7 type structure, or an intermediate structure thereof. And

工程(b)
R2−T2系合金溶湯を、上記のR1−T1−M系合金に接触させて冷却し、R−T系強磁性化合物(結晶)相(Rは希土類元素、Tは鉄を主体とする遷移金属元素)を含むR−T系強磁性合金を形成する。このR−T系強磁性合金の形成過程は「エピタキシャル成長」と呼んでも良い。ここで、R2は希土類元素、T2は鉄を主体とする遷移金属元素であり、R2に対するT2のモル比[T2]/[R2]が9以上である。R2−T2系合金溶湯は、実質的にMを含まない。また、前記化合物相は単結晶でも多結晶でも良い。なお、ここで言う「エピタキシャル成長」とは、同じ結晶構造の化合物が格子整合しながら成長する場合を指すだけでなく、異なる空間群の結晶構造が格子整合しながら結晶成長する場合を含む。後者の一例としては、格子整合を保ちながら、ThMn12相からTbCu7相に連続的に結晶構造を変えながら成長する場合が挙げられる。
Step (b)
The molten R2-T2 alloy is brought into contact with the above R1-T1-M alloy and cooled, and the R-T ferromagnetic compound (crystal) phase (R is a rare earth element, T is a transition metal mainly composed of iron) RT-based ferromagnetic alloy containing (element) is formed. The formation process of this RT ferromagnetic alloy may be called “epitaxial growth”. Here, R2 is a rare earth element, T2 is a transition metal element mainly composed of iron, and the molar ratio [T2] / [R2] of T2 to R2 is 9 or more. The R2-T2 alloy melt is substantially free of M. The compound phase may be single crystal or polycrystalline. Note that the term “epitaxial growth” here refers not only to the case where compounds having the same crystal structure grow while lattice matching, but also includes the case where crystal structures of crystal structures of different space groups grow while lattice matching. As an example of the latter, there is a case where growth is performed while continuously changing the crystal structure from the ThMn 12 phase to the TbCu 7 phase while maintaining lattice matching.

このような製造方法を採用することによって得られた合金は、好ましい実施形態において、結晶粒径が1μm以上のR−T強磁性化合物相を含む。また、R−T強磁性化合物相中の安定化元素Mの含有量が合金中の少なくとも一部で連続的に変化し、かつ、R−T化合物中のMと(T+M)のモル比[M]/([T]+[M])の最小値が0.03以下である。   In a preferred embodiment, the alloy obtained by adopting such a manufacturing method includes an RT ferromagnetic compound phase having a crystal grain size of 1 μm or more. Further, the content of the stabilizing element M in the RT ferromagnetic compound phase continuously changes in at least a part of the alloy, and the molar ratio of M to (T + M) in the RT compound [M ] / ([T] + [M]) is 0.03 or less.

以下、R−T強磁性化合物の一例として、ThMn12型構造を有するY−Fe系化合物(以降、「YFe12化合物」または「YFe12相」と記述する)を説明する。 Hereinafter, as an example of the RT ferromagnetic compound, a Y—Fe based compound having a ThMn 12 type structure (hereinafter referred to as “YFe 12 compound” or “YFe 12 phase”) will be described.

先述のとおり、特許文献4に記載されているような合金を容易に得るために、超急冷法を採用すると、得られた合金中のYFe12相は結晶粒径が数十nmと微細で、かつ、個々の結晶粒の方向がランダムであるため、異方性磁石を作製することが極めて難しい。 As described above, in order to easily obtain an alloy as described in Patent Document 4, when a rapid quenching method is employed, the YFe 12 phase in the obtained alloy has a crystal grain size as fine as several tens of nm. And since the direction of each crystal grain is random, it is very difficult to produce an anisotropic magnet.

高性能を有する異方性磁石を作製する有効な方法としては、個々の粒子が単結晶に近い粉末を磁界中で成形して焼結する方法が挙げられる。このような方法は、例えば、ネオジム(Nd)−鉄(Fe)−ボロン(B)系磁石の製造方法として広く適用されている。焼結磁石を作製するための原料合金としては、主相となる強磁性相(Nd−Fe−B系磁石の場合はNd2Fe14B相)のサイズが1μm以上、典型的には20μm以上を有する原料合金が有用である。 An effective method for producing an anisotropic magnet having high performance includes a method in which individual particles are formed by sintering a powder close to a single crystal in a magnetic field. Such a method is widely applied, for example, as a method for manufacturing a neodymium (Nd) -iron (Fe) -boron (B) magnet. As a raw material alloy for producing a sintered magnet, the size of a ferromagnetic phase serving as a main phase (Nd 2 Fe 14 B phase in the case of an Nd—Fe—B based magnet) is 1 μm or more, typically 20 μm or more. A raw material alloy having is useful.

しかし、このような合金を作製しようとして、例えば一般的な原料合金の作製方法として用いられるブックモールド法をYFe12組成の合金に適用すると、YFe12相ではなく、磁気異方性が低く、永久磁石材料として適さないα−Fe相とY2Fe17相の2相共存状態になるだけである。この理由は、Y−Fe二元系においてYFe12相が平衡相として存在しないからである。 However, in order to produce such an alloy, for example, when the book mold method used as a method for producing a general raw material alloy is applied to an alloy having a YFe 12 composition, the magnetic anisotropy is low, not the YFe 12 phase, and permanent. It only becomes a two-phase coexistence state of an α-Fe phase and a Y 2 Fe 17 phase that are not suitable as a magnet material. This is because the YFE 12 phase exists as an equilibrium phase at YFE binary.

ThMn12構造を有するY−Fe系化合物相を安定して得る方法としては、特許文献1に示すように、Feの一部を安定化元素Mで置換することが知られている。しかし、M元素の置換は、磁化の大幅な低下を招くため、磁気特性に優れた永久磁石を得るための原料合金にすることが難しい。 As a method for stably obtaining a Y—Fe-based compound phase having a ThMn 12 structure, as shown in Patent Document 1, it is known that a part of Fe is substituted with a stabilizing element M. However, substitution of the M element causes a significant decrease in magnetization, making it difficult to obtain a raw material alloy for obtaining a permanent magnet having excellent magnetic properties.

上記の問題に鑑み、発明者が鋭意検討した結果、あらかじめ、YFe12相を安定化することができる元素M(MはTi、V、Cr、Mn、Mo、W、Al、Siから選択される少なくとも1種)を3モル%以上含み、ThMn12型構造、Nd3(Fe,Ti)29型構造、もしくはTbCu7型構造、または、それらそれぞれの中間的な構造を有する上記のR1−T1化合物を主体とするR1−T1系合金(例えばYFe11Ti合金基板)を準備し、その上にYFe12近傍組成で実質的にM元素を含まないY−Fe合金溶湯を滴下すると、溶湯の凝固時にR1−T1化合物の一部からM元素が導入されて安定化されたYFe12相が形成され、このYFe12相の結晶構造と整合してM元素がより少ないYFe12相を成長させることができることを知見した。 In view of the above problems, as a result of intensive studies by the inventor, the element M (M is selected from Ti, V, Cr, Mn, Mo, W, Al, Si, which can stabilize the YFe 12 phase in advance. The above R1-T1 compound containing 3 mol% or more of at least one) and having a ThMn 12 type structure, Nd 3 (Fe, Ti) 29 type structure, or TbCu 7 type structure, or an intermediate structure thereof When an R1-T1 based alloy (for example, YFe 11 Ti alloy substrate) is mainly prepared, and a Y-Fe alloy melt containing substantially no M element and having a composition in the vicinity of YFe 12 is dropped thereon, the molten metal is solidified. R1-T1 compound YFE 12 phase M element from partially stabilized been introduced in is formed, that can be M element is aligned with the crystal structure of the YFE 12 phase is grown less YFE 12 phase The It was seen.

このようにして得られたY−Fe系合金は、形成されたYFe12相中のMの含有量が合金中の少なくとも一部で連続的に変化し、かつ、YFe12相中のMと(T(=Fe)+M)のモル比[M]/([T]+[M])の最小値が0.03以下まで低減される。その結果、本発明の製造方法の実施形態で得られた合金のYFe12相におけるMの含有量の少ない領域は、高い磁化を有することができる。したがって、YFe12相が安定化する程度に充分な濃度のM元素を含んだY−Fe−M系合金を溶解、凝固させるよりも高い磁化の合金を得ることができる。 YFE alloy thus obtained, the content of M in YFE 12 phase formed continuously changes in at least a portion of the alloy, and, as M YFE 12 phase ( The minimum value of the molar ratio [M] / ([T] + [M]) of T (= Fe) + M) is reduced to 0.03 or less. As a result, the region having a low M content in the YFe 12 phase of the alloy obtained by the embodiment of the manufacturing method of the present invention can have high magnetization. Therefore, an alloy having higher magnetization than that obtained by melting and solidifying a Y-Fe-M alloy containing M element at a concentration sufficient to stabilize the YFe 12 phase can be obtained.

また、このようにして得られたY−Fe系強磁性合金の厚さは、非特許文献3に示されたような薄膜法では効率的に作製することが困難な、1μm以上、典型的には10μm程度にすることができる。さらに、典型的な実施形態におけるR2−T2系合金溶湯の冷却速度は超急冷法に比べて非常に低いため、結晶粒を粗大化することが可能となる。例えは10μm程度の大きな結晶粒を有するY−Fe系合金は異方性焼結磁石のプロセス用の原料合金として好適に用いることができる。なお、得られたY−Fe系合金を粉砕し、その後、必要に応じて窒化することにより、ボンド磁石用の粉末を形成することも可能性である。   The thickness of the Y—Fe based ferromagnetic alloy thus obtained is typically 1 μm or more, which is difficult to produce efficiently by the thin film method as shown in Non-Patent Document 3. Can be about 10 μm. Furthermore, since the cooling rate of the molten R2-T2 alloy in the typical embodiment is very low compared to the ultra-quenching method, the crystal grains can be coarsened. For example, a Y—Fe alloy having a large crystal grain of about 10 μm can be suitably used as a raw material alloy for an anisotropic sintered magnet process. In addition, it is also possible to form the powder for bonded magnets by pulverizing the obtained Y—Fe-based alloy and then nitriding as necessary.

なお、本開示において、「強磁性合金」は、全体が強磁性を示す合金に限定されず、強磁性相を主体として含有していればよい。   In the present disclosure, the “ferromagnetic alloy” is not limited to an alloy exhibiting ferromagnetism as a whole, and may contain a ferromagnetic phase as a main component.

以下、図1および図2を参照しながら、本開示における限定的ではない例示的な実施形態を説明する。   Hereinafter, non-limiting exemplary embodiments of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

(A)基板を準備する工程
本実施形態では、まず、図1(a)に示すように、R1−T1−M系合金の基板10を準備する。R1−T1−M系合金基板10は、元素M(MはTi、V、Cr、Mn、Mo、W、Al、Siから選択される少なくとも1種)を3モル%以上含み、ThMn12型構造またはNd3(Fe,Ti)29型構造またはTbCu7型構造またはそれらそれぞれの中間的な構造を有するR1−T1−M化合物(R1は希土類元素、Tは鉄(Fe)を主体とする遷移金属元素)を主体とする。
(A) Step of Preparing Substrate In the present embodiment, first, as shown in FIG. 1A, a substrate 10 of an R1-T1-M alloy is prepared. The R1-T1-M based alloy substrate 10 contains 3 mol% or more of an element M (M is at least one selected from Ti, V, Cr, Mn, Mo, W, Al, Si), and has a ThMn 12 type structure. Or an R1-T1-M compound having an Nd 3 (Fe, Ti) 29 type structure or a TbCu 7 type structure or an intermediate structure thereof (R1 is a rare earth element, T is a transition metal mainly composed of iron (Fe)) Element).

R1−T1−M系合金基板10は、上記結晶構造を有する相を主体としていれば特に種類は限定されないが、目的とするR−T系強磁性合金を構成する相と同じ結晶構造の相(例えばYFe12相を生成させたければ、YFe12-xx相)で構成されていることが好ましい。このようにすることにより、目的とする結晶構造の相を形成しやすくなる。 The R1-T1-M type alloy substrate 10 is not particularly limited as long as the phase having the crystal structure is a main component, but the phase having the same crystal structure as the phase constituting the target RT type ferromagnetic alloy ( For example, if it is desired to generate a YFe 12 phase, it is preferably composed of a YFe 12-x M x phase). By doing so, it becomes easy to form a phase having a target crystal structure.

また、R1およびT1に、それぞれR2およびT2と同一の元素を含ませることによって、目的とする結晶構造および組成の相を容易に得られやすくなる。R2にYを含めることにより、目的とする結晶構造の相が得られやすくなる。   In addition, by including the same elements as R2 and T2 in R1 and T1, respectively, it becomes easy to obtain the target crystal structure and composition phase. Inclusion of Y in R2 makes it easy to obtain the phase of the target crystal structure.

R1−T1−M系合金の基板10の作製方法としては、公知の方法を用いることができる。基板10は、あらかじめ溶解・凝固によって作製しておいてもよい。また、引き続き行われるR2−T2系合金溶湯を凝固させる前に同じ装置内で合金溶湯を凝固させることによって作製してもよい。さらには、溶湯の凝固ではなく、3Dプリンタによる三次元積層造形のような方法によって粉末を局所的な加熱・冷却の領域を走査しながら作製しても構わない。   A known method can be used as a method for producing the substrate 10 of the R1-T1-M alloy. The substrate 10 may be prepared in advance by dissolution and solidification. Moreover, you may produce by solidifying a molten alloy in the same apparatus, before solidifying the R2-T2 type alloy molten metal performed continuously. Furthermore, instead of solidification of the molten metal, the powder may be produced while scanning the region of local heating / cooling by a method such as three-dimensional additive manufacturing using a 3D printer.

R1−T1−M系合金中に含まれる、ThMn12型構造、Nd3(Fe,Ti)29型構造、もしくはTbCu7型構造、または、それらの構造のそれぞれの中間的な構造を有するR1−T1−M化合物相の結晶粒径は、1μm以上の大きさを持つことが好ましい。このR1−T1−M化合物相の結晶粒径は、5μm以上がより好ましく、10μm以上がさらに好ましい。このようなR1−T1−M化合物相を主体として有する合金を結晶成長の基板として用いることにより、エピタキシャル成長で得られるR2−T2系合金中の強磁性相の粒径を、従来技術では実現できなかった大きさにすることができる。このような結晶成長に際して、個々のR1−T1−M化合物相が「シード結晶」と同様の働きをするが、簡単のため、本明細書ではR1−T1−M系合金を結晶成長の「シード」を呼ぶ場合がある。 An R1-T1-M-based alloy having a ThMn 12 type structure, an Nd 3 (Fe, Ti) 29 type structure, or a TbCu 7 type structure, or an R1- The crystal grain size of the T1-M compound phase preferably has a size of 1 μm or more. The crystal grain size of the R1-T1-M compound phase is more preferably 5 μm or more, and even more preferably 10 μm or more. By using such an alloy mainly having an R1-T1-M compound phase as a substrate for crystal growth, the particle size of a ferromagnetic phase in an R2-T2 alloy obtained by epitaxial growth cannot be realized by the conventional technology. Can be sized. In such crystal growth, each R1-T1-M compound phase functions in the same manner as the “seed crystal”. However, for simplicity, in this specification, an R1-T1-M alloy is referred to as a “seed crystal”. May be called.

なお、この実施形態では、「基板」の形態を有するR1−T1−M系合金を用いているが、本開示の実施形態は、この例に限定されない。R2−T2系合金溶湯を冷却してエピタキシャル成長を実現するシードとして機能する形態であれば、「基板」以外の形態、例えば棒状、線状、球状の形態を持つものであってもよい。また、「基板」の形態も、多様であり得る。「基板」の表面に、溝または段差などの凹凸パターニングが設けられていても良い。以下、R1−T1−M系合金基板を単に「基板」と略記する場合がある。   In this embodiment, an R1-T1-M alloy having the form of “substrate” is used, but the embodiment of the present disclosure is not limited to this example. As long as the R2-T2 alloy melt is cooled to function as a seed for realizing epitaxial growth, it may have a form other than the “substrate”, for example, a rod-like, linear, or spherical form. Also, the form of the “substrate” may be various. Irregular patterning such as grooves or steps may be provided on the surface of the “substrate”. Hereinafter, the R1-T1-M alloy substrate may be simply abbreviated as “substrate”.

(B)R1−T1−M系合金基板にR2−T2系合金溶湯を接触させて凝固させる工程
次に、図1(b)に示すように、R1−T1−M系合金基板10にR2−T2系合金溶湯20を接触させ、図1(c)、(d)に示すように凝固させる。図1(d)は、結晶化によって得られたR−T系強磁性合金30が記載されている。
(B) Step of bringing the R2-T2-M alloy alloy into contact with the R1-T1-M alloy substrate and solidifying the R2-T1-M alloy substrate Next, as shown in FIG. The molten T2 alloy 20 is brought into contact and solidified as shown in FIGS. 1 (c) and 1 (d). FIG. 1 (d) shows an RT ferromagnetic alloy 30 obtained by crystallization.

R2−T2系合金溶湯20の組成は、目的とする生成相や合金組織が得られるよう、適宜設定される。高性能磁石に用いるR−T系強磁性合金30を得るためには、T2とR2のモル比[T2]/[R2]を9以上とし、かつ実質的にMを含まない組成を採用することが有用である。   The composition of the R2-T2 alloy molten metal 20 is appropriately set so that a desired production phase and alloy structure can be obtained. In order to obtain the RT ferromagnetic alloy 30 used in the high-performance magnet, a composition in which the molar ratio [T2] / [R2] of T2 and R2 is 9 or more and substantially does not contain M is adopted. Is useful.

基板10にR2−T2系合金溶湯20が接触した際に、図1(c)に示すように、基板10の一部を溶融させ、溶融層12を形成し、その後、溶融部分の全体を凝固させることが好ましい(図1(d))。図このような過程を経ることで、必要なM元素をR2−T2系合金溶湯20に供給することができる。図1(d)には、R−T系強磁性合金30中に移動したM元素の分布する領域14が模式的に示されている。また、目的とするR−T系強磁性合金30を構成する相と同じ結晶構造の相(例えばYFe12相を生成させたければ、YFe12-xx相)で構成された基板10を用いる場合には、目的とする結晶構造の相が容易に形成されやすくなる。 When the molten R2-T2 alloy 20 contacts the substrate 10, as shown in FIG. 1 (c), a part of the substrate 10 is melted to form a molten layer 12, and then the entire molten part is solidified. It is preferable to do this (FIG. 1 (d)). The necessary M element can be supplied to the R2-T2 alloy melt 20 through such a process. FIG. 1 (d) schematically shows a region 14 in which the M element that has moved into the RT ferromagnetic alloy 30 is distributed. Further, the substrate 10 composed of a phase having the same crystal structure as that of the target RT ferromagnetic alloy 30 (for example, YFe 12-x M x phase if a YFe 12 phase is to be generated) is used. In this case, the target crystal structure phase is easily formed.

図2(a)、(b)、(c)および(d)に示すように、基板10の表面にR2−T2系合金溶湯20が接触・凝固することによって得られるR−T系強磁性合金30の上にさらにR2−T2系合金溶湯20を接触させて、目的とする結晶構造の相を成長させてもよい。このようにすることで、大きな粒径のR−T化合物相を得ることができるようになる。図2(d)には、厚さ方向にサイズが拡大したR−T系強磁性合金30が記載されている。R−T系強磁性合金30には、1μm以上の結晶粒径を有するR−T化合物相が主体して含まれている。   As shown in FIGS. 2 (a), (b), (c) and (d), an RT ferromagnetic alloy obtained by contacting and solidifying a molten R2-T2 alloy 20 on the surface of the substrate 10; Further, an R2-T2 alloy melt 20 may be brought into contact with 30 to grow a phase having a target crystal structure. By doing so, an RT compound phase having a large particle diameter can be obtained. FIG. 2D shows an RT ferromagnetic alloy 30 whose size is increased in the thickness direction. The RT ferromagnetic alloy 30 mainly contains an RT compound phase having a crystal grain size of 1 μm or more.

なお、基板10の温度が低いと、R2−T2系合金溶湯20が冷却するときに、基板の一部を溶解することなく核生成が起こってしまい、微細な結晶粒の組織が形成されてしまうことがある。また、基板10からのM元素の取り込みが不十分となり、目的とする相が得られるなくなるおそれがある。このようなことを避けるために、基板温度は500℃以上であることが好ましい。基板10は、500℃以上、R2−T2系合金の融点−100℃以下の範囲内の所望の温度に加熱してもよい。加熱温度の上限は装置が複雑となることを回避する観点から900℃以下が好ましい。引き続き行われるR2−T2系合金溶湯20を凝固させる前に同じ装置内で凝固する場合には、凝固後の冷却過程で所望の温度になったときにR2−T2系合金溶湯20を供給して凝固してもよい。   When the temperature of the substrate 10 is low, nucleation occurs without melting a part of the substrate when the R2-T2 alloy melt 20 is cooled, and a fine crystal grain structure is formed. Sometimes. Further, the M element is not sufficiently taken in from the substrate 10, and the target phase may not be obtained. In order to avoid this, the substrate temperature is preferably 500 ° C. or higher. The substrate 10 may be heated to a desired temperature within a range of 500 ° C. or higher and a melting point of the R2-T2 alloy of −100 ° C. or lower. The upper limit of the heating temperature is preferably 900 ° C. or less from the viewpoint of avoiding the complexity of the apparatus. When solidifying in the same apparatus before solidifying the R2-T2 alloy melt 20 to be subsequently performed, the R2-T2 alloy melt 20 is supplied when a desired temperature is reached in the cooling process after solidification. It may solidify.

R2−T2系合金溶湯を凝固させる工程としては、結晶成長のシードとして機能するR1−T1−M系合金をセットできれば、公知の方法を採用することができる。例えば、R1−T1−M系合金の基板上において、高周波コイルによる電磁浮遊法でR2−T2系合金溶湯を浮遊させ、その後の落下により、R2−T2系合金溶湯とR1−T1−M系合金とを接触させてもよい。中でも公知の遠心鋳造法が量産をする上で好適である。また、前述したように、三次元積層造形のような方法で粉末を加熱・冷却の領域を走査しながら、粉末の供給と溶解・凝固を繰り返す手法なども適用可能である。供給された合金溶湯が多くなりすぎると、基板に接した部分以外での凝固が起こり、目的とするR−T化合物相を十分に得ることが困難となる。このため、R2−T2系合金溶湯の供給量を制御しながら結晶成長を行うことのできる装置を用いることが好ましい。   As a step of solidifying the molten R2-T2 alloy, a known method can be adopted if an R1-T1-M alloy that functions as a seed for crystal growth can be set. For example, on a substrate of R1-T1-M alloy, a molten R2-T2 alloy is floated by an electromagnetic levitation method using a high frequency coil, and then the R2-T2 alloy melt and R1-T1-M alloy are dropped. May be brought into contact with each other. Among these, a known centrifugal casting method is suitable for mass production. Further, as described above, a method of repeatedly supplying and dissolving / solidifying the powder while scanning the heating / cooling region of the powder by a method such as three-dimensional additive manufacturing is also applicable. If the supplied molten alloy is too much, solidification occurs at a portion other than the portion in contact with the substrate, and it becomes difficult to sufficiently obtain the target RT compound phase. For this reason, it is preferable to use an apparatus capable of crystal growth while controlling the supply amount of the molten R2-T2 alloy.

(C)合金の特徴
このようにして得られたR−T系強磁性合金30は、好ましい実施形態において、ThMn12型構造、TbCu7型構造、またはそれらの中間的な構造を有するR−T化合物(Rは希土類元素、Tは鉄(Fe)を主体とする遷移金属元素)を有し、TとRのモル比[T]/[R]が9以上で、かつ、前記R−T化合物相が1μm以上の結晶粒径を有する。
(C) Characteristics of Alloy In the preferred embodiment, RT-T ferromagnetic alloy 30 obtained in this manner is an RTM having a ThMn 12 type structure, a TbCu 7 type structure, or an intermediate structure thereof. A compound (R is a rare earth element, T is a transition metal element mainly composed of iron (Fe)), the molar ratio [T] / [R] of T and R is 9 or more, and the RT compound The phase has a crystal grain size of 1 μm or more.

M元素は、R2−T2系合金溶湯20の冷却・凝固工程中に、R1−T1−M系合金の基板10とR2−T2系合金溶湯20の界面付近から供給される。このため、得られるR−T化合物相中の安定化元素Mの含有量はR−T系強磁性合金30中の少なくとも一部で連続的に変化する。本開示の実施形態によれば、R−T化合物相中のMと(T+M)のモル比[M]/([T]+[M])の最小値が0.03以下のR−T系強磁性合金30を得ることができる。この[M]/([T]+[M])の最小値は、単にR−T合金組成にMを添加して溶解鋳造することでは目的とする相を得ることが困難な量である。また、これらのプロセスの結果として、R−T系強磁性合金30の全体に対するMのモル比は、R1−T1−M系合金基板10中のMのモル比よりも小さくなっている。   The element M is supplied from the vicinity of the interface between the R1-T1-M alloy substrate 10 and the R2-T2 alloy melt 20 during the cooling and solidification process of the R2-T2 alloy melt 20. For this reason, the content of the stabilizing element M in the obtained RT compound phase continuously changes in at least a part of the RT ferromagnetic alloy 30. According to an embodiment of the present disclosure, an RT system in which the minimum value of the molar ratio [M] / ([T] + [M]) between M and (T + M) in the RT compound phase is 0.03 or less. A ferromagnetic alloy 30 can be obtained. The minimum value of [M] / ([T] + [M]) is an amount that makes it difficult to obtain the target phase by simply adding M to the RT alloy composition and performing melt casting. As a result of these processes, the molar ratio of M to the entire RT ferromagnetic alloy 30 is smaller than the molar ratio of M in the R1-T1-M alloy substrate 10.

ThMn12型構造、TbCu7型構造、またはそれらの中間的な構造の化合物は、含有する希土類元素の組成比率が相対的に小さな強磁性合金であり、高性能磁石用原料として好適である。ここで、「それらの中間的な構造」とは、上記構造のRの一部がTのダンベルに置き換わったり、空孔が導入されることで不定比な組成(例えばRT12-δ)になっているものを示す。 A compound having a ThMn 12 type structure, a TbCu 7 type structure, or an intermediate structure thereof is a ferromagnetic alloy having a relatively small composition ratio of the rare earth element contained therein, and is suitable as a raw material for a high-performance magnet. Here, “an intermediate structure” means that a part of R in the above structure is replaced with a dumbbell of T, or a void is introduced, resulting in a non-stoichiometric composition (for example, RT1 2− δ). It shows what is.

得られたR−T系強磁性合金30中のR−T相の結晶粒径は、1μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましく、20μm以上がさらに好ましい。R−T相の結晶粒径がこのようなサイズであれば、その後の粉砕工程により、異方性磁石を作製するのに好適な、単結晶ライクの粉末粒子を得ることができる。R−T相の結晶粒径をこのように大きくするには、R2−T2系合金溶湯20におけるR2がイットリウムを含むことが好ましい。   The crystal grain size of the RT phase in the obtained RT ferromagnetic alloy 30 is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and further preferably 20 μm or more. If the crystal grain size of the RT phase is such a size, single crystal-like powder particles suitable for producing an anisotropic magnet can be obtained by a subsequent pulverization step. In order to increase the crystal grain size of the RT phase in this way, it is preferable that R2 in the molten R2-T2 alloy 20 contains yttrium.

なお、得られたR−T系強磁性合金30のうち、目的とするR−T化合物以外の領域(R1−T1−M系合金基板10に含まれるシード結晶を含む)は、そのまま用いてもよい。また、公知の方法を用いて不要な部分を選択的に除去してもよい。M元素で安定化されたR−T化合物と同じ結晶構造を有する相を含むR−T系強磁性合金30を結晶成長のシードとして用い、その上に十分な厚さのM元素が少ないR−T化合物相を形成させた場合には、シードを除去することなしにR−T系強磁性合金30を磁石製造に使用してもよい。   Of the obtained RT-based ferromagnetic alloy 30, a region other than the target RT compound (including the seed crystal included in the R1-T1-M-based alloy substrate 10) may be used as it is. Good. Further, unnecessary portions may be selectively removed using a known method. An RT ferromagnetic alloy 30 containing a phase having the same crystal structure as an RT compound stabilized with an M element is used as a seed for crystal growth, and an R— with a sufficient thickness of the M element is further reduced. When the T compound phase is formed, the RT ferromagnetic alloy 30 may be used for magnet production without removing the seed.

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
<R1−T1−M系合金の作製>
合金組成がYFe11Tiとなるように、Yメタル、Feメタル、Tiメタルを秤量し、高周波溶解炉で溶解した後、水冷銅ハース上で凝固させた。その後、1100℃×20時間の熱処理を行ってR1−T1−M系合金を作製した。X線回折の結果、このR1−T1−M系合金はThMn12型構造を有するY(Fe,Ti)12相を主体としていることを確認した。得られたR1−T1−M系合金を外周刃切断機で切削加工した後、加工面を研磨してR1−T1−M系合金の基板を得た。
[Example 1]
<Preparation of R1-T1-M alloy>
Y metal, Fe metal, and Ti metal were weighed so as to have an alloy composition of YFe 11 Ti, dissolved in a high-frequency melting furnace, and then solidified on a water-cooled copper hearth. Thereafter, heat treatment was performed at 1100 ° C. for 20 hours to produce an R1-T1-M alloy. As a result of X-ray diffraction, it was confirmed that this R1-T1-M alloy was mainly composed of a Y (Fe, Ti) 12 phase having a ThMn 12 type structure. The obtained R1-T1-M alloy was cut with an outer peripheral cutting machine, and then the processed surface was polished to obtain an R1-T1-M alloy substrate.

<R2−T2系合金の作製>
合金組成がYFe12となるように、Yメタル、Feメタルを秤量し、高周波溶解炉で溶解した後、水冷銅ハース上で凝固させてR2−T2系合金を作製した。X線回折の結果、この合金はα−Fe相と、Th2Zn17型構造を有するY2Fe17相(いずれも永久磁石に適さない相)が主体であることを確認した。
<Preparation of R2-T2 alloy>
Y metal and Fe metal were weighed so that the alloy composition would be YFe 12 , melted in a high-frequency melting furnace, and then solidified on a water-cooled copper hearth to produce an R2-T2 alloy. As a result of X-ray diffraction, it was confirmed that this alloy was mainly composed of an α-Fe phase and a Y 2 Fe 17 phase having a Th 2 Zn 17 type structure (both not suitable for a permanent magnet).

<R1−T1−M系合金上へのR2−T2系合金溶湯の接触、凝固>
図3に示すような高周波コイル100、200による電磁浮遊機構を有する真空容器の下部にR1−T1−M系合金の基板10を設置し、保持機構(不図示)によりR2−T2系合金20’をコイルの真下に保持した。高周波コイル100は浮遊コイルとして機能してR2−T2系合金20’を重力に抗して浮遊させる電磁場を形成する。一方、高周波コイル200は安定化コイルとして機能してR2−T2系合金20’を下方に押す電磁場を形成する。その後、真空引きを行い、R1−T1−M系合金基板10を600℃に加熱した。そして、電磁浮遊機構のコイル100、200に高周波電圧を印加することによりR2−T2系合金20’をR1−T1−M系合金基板10の上方に浮遊させながら溶解した。不図示の保持機構をR2−T2系合金20’の溶湯の落下の妨げにならない位置まで待避させた後、コイル電源による電圧印加を停止してR1−T1−M系合金基板10上に溶湯を滴下した。そのままR2−T2系合金20’の溶湯をR1−T1−M系合金基板10上で冷却し、R−T系強磁性合金を得た。
<Contact and solidification of molten R2-T2 alloy on R1-T1-M alloy>
An R1-T1-M alloy substrate 10 is placed under a vacuum vessel having an electromagnetic levitation mechanism with high frequency coils 100, 200 as shown in FIG. 3, and an R2-T2 alloy 20 ′ is held by a holding mechanism (not shown). Was held directly under the coil. The high frequency coil 100 functions as a floating coil and forms an electromagnetic field that floats the R2-T2 alloy 20 'against gravity. On the other hand, the high frequency coil 200 functions as a stabilizing coil and forms an electromagnetic field that pushes the R2-T2 alloy 20 'downward. Thereafter, vacuuming was performed, and the R1-T1-M alloy substrate 10 was heated to 600 ° C. Then, by applying a high frequency voltage to the coils 100 and 200 of the electromagnetic levitation mechanism, the R2-T2 alloy 20 ′ was melted while floating above the R1-T1-M alloy substrate 10. After the holding mechanism (not shown) is retracted to a position where it does not hinder the fall of the melt of the R2-T2 alloy 20 ′, the voltage application by the coil power supply is stopped and the melt is placed on the R1-T1-M alloy substrate 10. It was dripped. The R2-T2 alloy 20 ′ melt was cooled on the R1-T1-M alloy substrate 10 as it was to obtain an RT ferromagnetic alloy.

<R−T系強磁性合金の評価>
得られたR−T系強磁性合金の断面を研磨し、走査電子顕微鏡(SEM)で観察した結果、R−T系強磁性合金(図1の符号30で示される部分に相当)の厚さが約300μmとなっており、生成された各化合物結晶相のサイズは10μm程度と十分大きくなっていた。また基板側の一部が再凝固(結晶化)した領域も観察され、この領域の組成をエネルギー分散分光(EDX)で分析した結果、Ti量が連続的に低下している領域が確認された。M(=Ti)とT(=Fe)における[M]/([T]+[M])の最小値は、0.01以下であることも確認した。
<Evaluation of RT ferromagnetic alloy>
As a result of polishing a cross section of the obtained RT-based ferromagnetic alloy and observing with a scanning electron microscope (SEM), the thickness of the RT-based ferromagnetic alloy (corresponding to a portion indicated by reference numeral 30 in FIG. 1) is obtained. Was about 300 μm, and the size of each compound crystal phase produced was sufficiently large, about 10 μm. In addition, a region where a part of the substrate side was re-solidified (crystallized) was also observed, and as a result of analyzing the composition of this region by energy dispersive spectroscopy (EDX), a region where the Ti amount was continuously decreased was confirmed. . It was also confirmed that the minimum value of [M] / ([T] + [M]) in M (= Ti) and T (= Fe) was 0.01 or less.

さらに、この領域を収束イオンビーム(FIB)加工を用いて薄片にし、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて電子線回折を行った。その結果、R1−T1−M系合金を構成しているThMn12型構造と同じ結晶構造を有する化合物相がR−T系強磁性合金中に形成されていることを確認した。なお、[M]/([T]+[M])が0.01以下となるY(Fe,Ti)12組成の合金を溶解、鋳造、熱処理を行っても、ThMn12型構造の相はほとんど得られなかった。しかし、R1−T1−M系合金上へR2−T2系合金溶湯を滴下して凝固させたことにより、ThMn12型構造の相を生成できることを実証した。 Furthermore, this area | region was made into the thin piece using the focused ion beam (FIB) process, and the electron beam diffraction was performed using the transmission electron microscope (TEM). As a result, it was confirmed that a compound phase having the same crystal structure as the ThMn 12 type structure constituting the R1-T1-M alloy was formed in the RT ferromagnetic alloy. Even if an alloy having a Y (Fe, Ti) 12 composition with [M] / ([T] + [M]) of 0.01 or less is melted, cast, and heat-treated, the phase of the ThMn 12 type structure remains. It was hardly obtained. However, it was demonstrated that a phase of a ThMn 12 type structure can be generated by dropping and solidifying a molten R2-T2 alloy on an R1-T1-M alloy.

本発明のR−T系強磁性合金の製造方法は、例えば高性能異方性焼結磁石の原料合金の作製に好適に利用され得る。   The method for producing an RT ferromagnetic alloy of the present invention can be suitably used for producing a raw material alloy for a high performance anisotropic sintered magnet, for example.

10 R1−T1−M系合金基板
20 R2−T2系合金溶湯
20’ R2−T2系合金溶湯
30 R−T系強磁性合金
100 高周波コイル(浮遊コイル)
200 高周波コイル(安定化コイル)
10 R1-T1-M alloy substrate 20 R2-T2 alloy melt 20 'R2-T2 alloy melt 30 RT ferromagnetic alloy 100 High frequency coil (floating coil)
200 High frequency coil (stabilizing coil)

Claims (11)

R−T系強磁性合金の製造方法であって、
(a)元素Mを3モル%以上含み、ThMn12型構造、Nd3(Fe,Ti)29型構造、もしくはTbCu7型構造、または、それらの中間的な構造を有するR1−T1−M化合物を主体とするR1−T1−M系合金であって、MはTi、V、Cr、Mn、Mo、W、Al、およびSiからなる群から選択された少なくとも1種、R1は希土類元素、T1は鉄を主体とする遷移金属元素であるR1−T1−M系合金を準備する工程と、
(b)R2に対するT2のモル比[T2]/[R2]が9以上であり、実質的にMを含まないR2−T2系合金溶湯であって、R2は希土類元素、T2は鉄を主体とする遷移金属元素であるR2−T2系合金溶湯を、前記R1−T1−M系合金に接触させて冷却し、R−T系強磁性化合物相(Rは希土類元素、Tは鉄を主体とする遷移金属元素)を含むR−T系強磁性合金を形成する工程と、
を含む、R−T系強磁性合金の製造方法。
A method for producing an RT ferromagnetic alloy,
(A) R1-T1-M compound containing 3 mol% or more of element M and having a ThMn 12 type structure, an Nd 3 (Fe, Ti) 29 type structure, or a TbCu 7 type structure, or an intermediate structure thereof R1-T1-M based alloy, wherein M is at least one selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Mo, W, Al, and Si, R1 is a rare earth element, T1 Is a step of preparing an R1-T1-M alloy which is a transition metal element mainly composed of iron;
(B) A molar ratio [T2] / [R2] of T2 to R2 is 9 or more, and is an R2-T2 alloy molten metal that does not substantially contain M, R2 is a rare earth element, and T2 is mainly composed of iron. The R2-T2 alloy molten metal, which is a transition metal element, is brought into contact with the R1-T1-M alloy and cooled, and the R-T ferromagnetic compound phase (R is a rare earth element and T is mainly iron). Forming an RT ferromagnetic alloy containing a transition metal element);
The manufacturing method of the RT ferromagnetic alloy containing this.
工程(b)は、前記R−T系強磁性化合物相として、TnMn12型構造、TbCu7型構造、またはそれらの中間的な構造の相を生成させる工程を含む、請求項1に記載のR−T系強磁性合金の製造方法。 The step (b) includes the step of generating a phase of a TnMn 12 type structure, a TbCu 7 type structure, or an intermediate structure thereof as the RT ferromagnetic compound phase. A method for producing a T-based ferromagnetic alloy. 工程(b)は、前記R1−T1−M系合金の表面の少なくとも一部を溶融し、R2−T2系合金溶湯を凝固させる工程を含む、請求項1または2に記載のR−T系強磁性合金の製造方法。   The step (b) includes a step of melting at least a part of the surface of the R1-T1-M alloy and solidifying the R2-T2 alloy melt. A method for producing a magnetic alloy. 工程(b)は、前記R1−T1−M系合金に含まれている元素Mの一部をR2−T2系合金から前記化合物相に移動させる、請求項1から3のいずれかに記載のR−T系強磁性合金の製造方法。   4. The R according to claim 1, wherein the step (b) moves a part of the element M contained in the R1-T1-M alloy to the compound phase from the R2-T2 alloy. A method for producing a T-based ferromagnetic alloy. 前記R1−T1−M系合金は基板である、請求項1から4のいずれかに記載のR−T系強磁性合金の製造方法。   The method for producing an RT ferromagnetic alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein the R1-T1-M alloy is a substrate. 前記R1−T1−M系合金を構成する相の結晶構造は、形成すべきR−T系強磁性合金を構成する相と同じになるように設定されている、請求項1から5のいずれかに記載のR−T系強磁性合金の製造方法。   The crystal structure of the phase constituting the R1-T1-M alloy is set to be the same as the phase constituting the RT ferromagnetic alloy to be formed. The manufacturing method of the RT ferromagnetic alloy as described in 1 above. R1およびR2は、それぞれ、同一の元素を含み、
T1およびT2は、それぞれ、同一の元素を含む、請求項1から6のいずれかに記載のR−T系強磁性合金の製造方法。
R1 and R2 each contain the same element;
The method for producing an RT ferromagnetic alloy according to any one of claims 1 to 6, wherein T1 and T2 each contain the same element.
R2はイットリウムを含む、請求項1から7のいずれかに記載のR−T系強磁性合金の製造方法。   The method for producing an RT ferromagnetic alloy according to any one of claims 1 to 7, wherein R2 contains yttrium. 前記R−T系強磁性合金にR2−T2系合金溶湯(R2は希土類元素、T2は鉄を主体とする遷移金属元素)を接触させて冷却し、他の前記R−T系強磁性化合物相を含むR−T系強磁性合金を形成する工程(c)を更に含む、請求項1から8のいずれかに記載のR−T系強磁性合金の製造方法。   An R2-T2 alloy molten metal (R2 is a rare earth element and T2 is a transition metal element mainly composed of iron) is cooled by contacting the RT alloy with the RT alloy. The manufacturing method of the RT ferromagnetic alloy in any one of Claim 1 to 8 which further includes the process (c) of forming the RT ferromagnetic alloy containing this. 工程(c)を繰り返すことにより、実質的にMを含まないR−T系強磁性化合物相の結晶成長を進行させる、請求項9に記載のR−T系強磁性合金の製造方法。   The method for producing an RT ferromagnetic alloy according to claim 9, wherein crystal growth of an RT ferromagnetic compound phase substantially free of M is advanced by repeating step (c). 工程(b)において、前記R2−T2系合金溶湯を前記R1−T1−M系合金に接触させるときの前記R1−T1−M系合金の温度は500℃以上である、請求項1から10のいずれかに記載のR−T系強磁性合金の製造方法。   In the step (b), the temperature of the R1-T1-M alloy when the molten R2-T2 alloy is brought into contact with the R1-T1-M alloy is 500 ° C or higher. The manufacturing method of the RT ferromagnetic alloy in any one.
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