JP2017188659A - セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石およびその製造方法 - Google Patents
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- H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
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-
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- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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-
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-
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Abstract
Description
セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石であって、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の結晶の平均粒径は3〜7μmであり、ネセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石は結晶相と結晶粒界を含み、結晶粒界は結晶相の周囲に分布し、結晶相は希土類元素を含み特に少なくともLa、Ce、Pr、Ndを含み、結晶粒界はCe、NおよびF元素を含み、結晶相と結晶粒界との間にはTb元素が含まれるラーベス相が存在し、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のLa、Ceの合計重量は希土Rの全重量の1〜69%を占め、前記Rは一種以上の希土類元素でありかつCeを含み、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のLa、Ce、Pr、Ndの合計重量はセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の全重量の26.5〜33.5%を占め、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石はMn、N、F元素を含み、こられの含量は0.011wt%≦Mn≦0.049wt%、0.021wt%≦N≦0.09wt%、0.004wt%≦F≦0.5wt%である。
(a)真空の条件下において、純鉄、ホウ素鉄、フッ化希土を含む一部分の原料を真空溶解室の溶解容器に送入し、1400〜1500℃まで加熱して精錬するステップと、
(b)希土が含まれる他の原料を真空溶解室の溶解容器に送入した後、アルゴン気体を注入して精錬をし、精錬が終わると溶解状態の合金液体を水冷式回転ローラに垂らして合金片を形成するステップと、
(c)成分が異なっている二種以上の合金片を真空水素粉砕炉に送入して水素粉砕をするステップであって、成分が異なっている二種以上の前記合金片において少なくとも一種はステップ(a)〜(b)の方法により製造されるものであるステップと、
(d)水素粉砕が行われた合金片を窒素気流製粉装置に送入して気流粉砕粉末を形成するステップと、
(e)窒素の保護下において磁石体を成型するステップと、
(f)窒素の保護下において成型された磁石体を真空焼結炉に送入して予め焼結することにより初期焼結ラフを形成するステップと、
(g)機械加工手段で初期焼結ラフを加工して製品を形成するステップと、
(h)製品に対して真空焼結とエージングをすることによりセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石を製造するステップであって、このとき真空焼結の温度を960〜1070℃にし、エージングの温度を460〜640℃にし、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の密度を7.5〜7.7g/cm3にするステップとを含み、
セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の結晶の平均粒径は3〜7μmであり、ネセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石は結晶相と結晶粒界を含み、結晶粒界は結晶相の周囲に分布し、結晶相は希土類元素を含み特に少なくともLa、Ce、Pr、Ndを含み、結晶粒界はCe、NおよびF元素を含み、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のLa、Ceの合計重量は希土Rの全重量の1〜69%を占め、前記Rは一種以上の希土類元素でありかつCeを含み、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のN、F元素の含量は、0.021wt%≦N≦0.09wt%、0.004wt%≦F≦0.5wt%である。
(1)焼結の工程を調節することにより、結晶粒界中の希土類窒化物は結晶相側へ移動し、結晶粒界の辺縁において結晶相と接続された希土類窒化物相が形成され、一部分の希土類窒化物が結晶相に入ってB元素に取って代わることにより、永久磁石の使用上の温度を向上させることができる。
(2)従来の技術において、添加されたランタン・セリウムにより磁石の保磁力が顕著に低下する。本発明は、フッ化希土を添加することにより、特にフッ化プラセオジム、フッ化ネオジム、フッ化ジスプロシウム、フッ化テルビウムをそれぞれ添加するか或いは同時添加することにより、添加されたランタン・セリウムによって磁石の保磁力が顕著に低下することを抑制することができる。また、ランタン・セリウムを添加することにより磁石材料のコストを有効に低減することができる。
(3)焼結後機械的加工をする場合と比較してみると、予め焼結をした後の製品の密度は低くなるので、予め焼結をした後機械的加工をすることにより、色々な発明の効果を奏することができる。例えば、機械的加工のコストを有効に低減し、加工の効率を30%以上向上させることができる。
プラセオジム・ネオジム合金、フッ化セリウム、純鉄、ホウ素鉄、金属ガリウム、金属ジルコニウム、金属コバルト、金属アルミニウム、金属銅などでCeが含まれる合金片A1の合金原料を形成する。原料中の純鉄、ホウ素鉄、フッ化セリウムおよび少量のプラセオジム・ネオジム合金を1号容器に入れ、プラセオジム・ネオジム合金、金属ガリウムを2号容器に入れ、金属ジルコニウム、金属コバルト、金属アルミニウム、金属銅を3号容器に入れた後、3個の容器を真空溶解快速凝固装置の真空原料室に送入し、真空原料室を真空にした後、真空原料室と真空溶解室と間のバルブを開ける。昇降設備、多位置停止可能な回転設備および往復移動設備により、真空の条件下において1号容器中の原料を真空溶解炉の溶解容器に送入し、1400〜1500℃まで加熱して精錬する。この後、2号容器と3号容器中の原料を真空溶解炉の溶解容器に送入し、アルゴン気体を注入して精錬をする。原料を溶解するとき、真空率を8×102Paないし8×10−1Paにして真空の条件下においてマンガンの除去をする。精錬が終わると、溶解容器を傾けて溶解状態の合金液体を水冷式回転ローラに垂らして合金片を形成する。水冷式回転ローラ上の合金片が合金片冷却室の合金片粉砕装置に落ちて粉砕された後、粉砕された合金片を水冷式回転ローラに再び送入して2回目の冷却をすることにより合金片A1を形成する。合金片A1とCeが含まれていない合金片A2とで化学式が(Pr0.25Nd0.75)20.1Ce10Fe残量Co0.8Al0.1B0.95 Cu0.1Ga0.1Zr0.14である混合型合金片を形成した後、これを真空水素粉砕炉に送入して水素粉砕をする。水素粉砕をするとき、まず、合金片をフッ化テルビウム粉末に入れて合金片を650℃まで加熱した後2時間の保温をし、次に、これらを260℃まで冷却して合金片が水素を吸収するようにし、最後に、合金片を650℃まで再び加熱して所定の時間の保温をした後、合金片を200℃以下に冷却する。水素粉砕が行われた合金片を超細の粉末が噴出されない窒素気流製粉装置に送入して気流粉砕粉末を形成し、この粉末の平均粒径が略2.0〜2.2μmになるようにする。粉末で磁石体を成型し、粉末を圧縮して予め焼結することにより初期焼結ラフを形成し、初期焼結ラフの密度が約5.6g/cm3になるようにする。初期焼結ラフを加工して製品を製造し、この製品上の油を除去した後、フッ化テルビウム粉末が含まれている溶液に含浸する。フッ化テルビウム粉末が含まれている製品を真空焼結炉に送入して真空焼結とエージングをする。このとき、真空焼結の温度は1040℃であり、エージングの温度は505℃であり、製品の密度は7.4g/cm3である。最後に、所定の工程によりネオジム鉄ホウ素永久磁石D1を形成する。測定によると、ネオジム鉄ホウ素永久磁石D1の磁気エネルギー蓄積は52MGOeであり、保磁力は12kOeである。従来の製品と比較してみると、ネオジム鉄ホウ素永久磁石D1は、製品が容易に壊れず、製品の不良品率が低いという利点を有している。
プラセオジム・ネオジム合金、フッ化セリウム、ジスプロシウム鉄、純鉄、ホウ素鉄、金属ガリウム、金属ジルコニウム、金属コバルト、金属アルミニウム、金属銅などでCeが含まれる合金片A3の合金原料を形成する。原料中の純鉄、ホウ素鉄、フッ化セリウムおよび少量のプラセオジム・ネオジム合金を1号容器に入れ、プラセオジム・ネオジム合金、ジスプロシウム鉄、金属ガリウムを2号容器に入れ、金属ジルコニウム、金属コバルト、金属アルミニウム、金属銅を3号容器に入れた後、3個の容器を真空溶解快速凝固装置の真空原料室に送入し、真空原料室を真空にした後、真空原料室と真空溶解室と間のバルブを開ける。昇降設備、多位置停止可能な回転設備および往復移動設備により、真空の条件下において1号容器中の原料を真空溶解炉の溶解容器に送入し、1400〜1500℃まで加熱して精錬する。この後、2号容器と3号容器中の原料を真空溶解炉の溶解容器に送入し、アルゴン気体を注入して精錬をする。原料を溶解するとき、真空率を8×102Paないし8×10−1Paにして、真空の条件下においてマンガンの除去をする。精錬が終わると、溶解容器を傾けて溶解状態の合金液体を水冷式回転ローラに垂らして合金片を形成する。水冷式回転ローラ上の合金片が合金片冷却室の合金片粉砕装置に落ちて粉砕された後、粉砕された合金片を水冷式回転ローラに再び送入して2回目の冷却をすることにより合金片A3を形成する。合金片A3とCeが含まれていない合金片A4とで化学式が(Pr0.25Nd0.75)15.1Ce15Dy0.2Fe残量Co0.8Al0.1B0.95 Cu0.1Ga0.1Zr0.14である混合型合金片を形成した後、これを真空水素粉砕炉に送入して水素粉砕をする。水素粉砕をするとき、まず、合金片をフッ化テルビウム粉末に入れて合金片を650℃まで加熱した後2時間の保温をし、次に、これらを260℃まで冷却して合金片が水素を吸収するようにし、最後に、合金片を650℃まで再び加熱して所定の時間の保温をした後、合金片を200℃以下に冷却する。水素粉砕が行われた合金片を超細の粉末が噴出されない窒素気流製粉装置に送入して気流粉砕粉末を形成し、この粉末の平均粒径が略2.0〜2.2μmになるようにする。粉末で磁石体を成型し、粉末を圧縮して予め焼結することにより初期焼結ラフを形成し、初期焼結ラフの密度が約5.6g/cm3になるようにする。初期焼結ラフを加工して製品を製造し、この製品上の油を除去した後、フッ化テルビウム粉末が含まれている溶液に含浸する。フッ化テルビウム粉末が含まれている製品を真空焼結炉に送入して真空焼結とエージングをする。このとき、真空焼結の温度は1040℃であり、エージングの温度は505℃であり、製品の密度は7.3g/cm3である。最後に、所定の工程によりネオジム鉄ホウ素永久磁石D2を形成する。測定によると、ネオジム鉄ホウ素永久磁石D2の磁気エネルギー蓄積は51MGOeであり、保磁力は13kOeである。従来の製品と比較してみると、ネオジム鉄ホウ素永久磁石D2は、製品が容易に壊れず、製品の不良品率が低いという利点を有している。
Claims (21)
- セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石であって、
セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の結晶の平均粒径は3〜7μmであり、ネセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石は結晶相と結晶粒界を含み、結晶粒界は結晶相の周囲に分布し、結晶相は希土類元素を含み特に少なくともLa、Ce、Pr、Ndを含み、結晶粒界はCe、NおよびF元素を含み、結晶相と結晶粒界との間にはTb元素が含まれるラーベス相が存在し、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のLa、Ceの合計重量は希土Rの全重量の1〜69%を占め、このRは一種以上の希土類元素でありかつCeを含み、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のLa、Ce、Pr、Ndの合計重量はセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の全重量の26.5〜33.5%を占め、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石はMn、N、F元素を含み、こられの含量は0.011wt%≦Mn≦0.049wt%、0.021wt%≦N≦0.09wt%、0.004wt%≦F≦0.5wt%であることを特徴とするセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。 - セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のLa+Ce、Tb、N、F元素の含量は、2wt%≦La+Ce≦19wt%、0.06wt%≦Tb≦2.9wt%、0.03wt%≦N≦0.09wt%、0.005wt%≦F≦0.5wt%であり、前記Rは一種以上の希土類元素でありかつTbを含むことを特徴とする請求項1に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。
- 前記結晶粒界はGa、Zr、Cu元素を含み、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のLa+Ce、Pr+Nd、Tb、N、F元素の含量は、1wt%≦La+Ce≦19wt%、10wt%≦Pr+Nd≦31wt%、0.06wt%≦Tb≦2.49wt%、0.03wt%≦N≦0.09wt%、0.005wt%≦F≦0.5wt%であり、前記Rは一種以上の希土類元素でありかつPr、NdおよびTbを含むことを特徴とする請求項1に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。
- 前記結晶粒界はTi元素を更に含み、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のTi元素の含量は0.08wt%≦Ti≦0.35wt%であることを特徴とする請求項1に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。
- 前記結晶粒界はNb元素を更に含み、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のNb元素の含量は0.3wt%≦Nb≦1.2wt%であることを特徴とする請求項1に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。
- 前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石はDy、GdおよびHo元素を更に含み、これらの含量は0.3wt%≦Dy≦3.9wt%、0.3wt%≦Gd≦5.9wt%、0.6wt%≦Ho≦4.9wt%であることを特徴とする請求項1に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。
- 前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石はCo、Ga、ZrおよびCu元素を更に含み、これらの含量は0.6wt%≦Co≦2.8wt%、0.09wt%≦Ga≦0.19wt%、0.06wt%≦Zr≦0.19wt%、0.08wt%≦Cu≦0.24wt%であることを特徴とする請求項1に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。
- 前記ラーベス相はAl元素を更に含み、ラーベス相中のTb、Al元素の含量は結晶相と結晶粒界中のTb、Al元素の含量より多く、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のTb、Al元素の含量は、0.1wt%≦Tb≦1.3wt%、0.1wt%≦Al≦0.6wt%であることを特徴とする請求項1に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。
- 前記ラーベス相は(R、Tb)T12(B、N)構造を有している相であり、Tは遷移金属元素でありかつFe、MnおよびCoを含み、Rは一種以上の希土類元素でありかつPrまたはNdを含むことを特徴とする請求項1に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石。
- セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法であって、
(a)真空の条件下において、純鉄、ホウ素鉄、フッ化希土を含む一部分の原料を真空溶解室の溶解容器に送入し、1400〜1500℃まで加熱して精錬するステップと、
(b)希土が含まれる他の原料を真空溶解室の溶解容器に送入した後、アルゴン気体を注入して精錬をし、精錬が終わると溶解状態の合金液体を水冷式回転ローラに垂らして合金片を形成するステップと、
(c)成分が異なっている二種以上の合金片を真空水素粉砕炉に送入して水素粉砕をするステップであって、成分が異なっている二種以上の前記合金片において少なくとも一種はステップ(a)〜(b)の方法により製造されるものであるステップと、
(d)水素粉砕が行われた合金片を窒素気流製粉装置に送入して気流粉砕粉末を形成するステップと、
(e)窒素の保護下において磁石体を成型するステップと、
(f)窒素の保護下において成型された磁石体を真空焼結炉に送入して予め焼結することにより初期焼結ラフを形成するステップと、
(g)機械加工手段で初期焼結ラフを加工して製品を形成するステップと、
(h)製品に対して真空焼結とエージングをすることによりセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石を製造するステップであって、このとき真空焼結の温度を960〜1070℃にし、エージングの温度を460〜640℃にし、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の密度を7.5〜7.7g/cm3にするステップとを含み、
セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の結晶の平均粒径は3〜7μmであり、ネセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石は結晶相と結晶粒界を含み、結晶粒界は結晶相の周囲に分布し、結晶相は希土類元素を含み特に少なくともLa、Ce、Pr、Ndを含み、結晶粒界はCe、NおよびF元素を含み、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のLa、Ceの合計重量は希土Rの全重量の1〜69%を占め、このRは一種以上の希土類元素でありかつCeを含み、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のN、F元素の含量は、0.021wt%≦N≦0.09wt%、0.004wt%≦F≦0.5wt%であることを特徴とするセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。 - 前記フッ化希土は、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フッ化プラセオジム・ネオジム、フッ化テルビウム、フッ化ジスプロシウムのうちの一種以上であることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- ステップ(b)において、残された他の原料はネオジム鉄ホウ素廃棄物を含み、ネオジム鉄ホウ素廃棄物の重量は原料の全重量の10〜60%を占め、前記フッ化希土の重量は原料の全重量の0.1〜6%を占めることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- ステップ(a)において、真空率を8×10−1Paないし8×102Paにし、前記ネオジム鉄ホウ素永久磁石中のMn元素の含量を0.01〜0.046wt%にすることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- 前記水素粉砕をするとき、まず、合金片をフッ化テルビウム粉末に入れて合金片を50〜800℃まで加熱した後、10分間ないし8時間の保温をし、次に、これらを100〜390℃まで冷却して合金片が水素を吸収するようにし、最後に、合金片を600〜900℃まで再び加熱して所定の時間の保温をした後、合金片を200℃以下に冷却し、前記ネオジム鉄ホウ素永久磁石中のF元素の含量は0.005〜0.5wt%であり、Tb元素の含量は0.1〜2.9wt%であることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- ステップ(d)において、超細の粉末が噴出されない窒素気流製粉装置を採用し、気流製粉装置によって製造された粉末は粒径が1μmより小さい超細の粉末と粒径が1μmより大きい一般の粉末とを含み、超細の粉末中の窒素の含量と重希土類元素の含量は一般の粉末より多く、超細の粉末と一般の粉末を均等に混合して、超細の粉末が一般の粉末の周囲に位置するようにすることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- ステップ(d)の気流製粉をする前、水素粉砕された合金片に潤滑剤を添加するステップを更に含み、潤滑剤はF元素を含むことを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- ステップ(f)において、まず、真空の条件下において予め焼結をすることにより初期焼結ラフを形成し、かつ初期焼結ラフの密度が5.1〜7.4g/cm3になるようにし、次に、機械的加工方法により初期焼結ラフを加工して製品を製造した後、製品の表面にTb元素が含まれた粉末または膜を形成し、最後に、表面にTb元素の粉末または膜が形成された製品を真空焼結炉に送入して真空焼結とエージングをすることによりセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石を製造し、真空焼結とエージングをするとき、真空焼結の温度は1010〜1045℃であり、エージングの温度は460〜540℃であり、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の密度は7.5〜7.7g/cm3であり、結晶の平均粒径は3〜6μmであり、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のTb元素の含量は0.1〜2.9wt%であることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- 機械的加工方法により初期焼結ラフを加工して製品を製造した後、圧力によりTb元素が含まれている粉末を製品の表面に附着させ、次に、表面にTb元素粉末が付着している製品を真空焼結炉に送入して真空焼結とエージングをすることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- 機械的加工方法により初期焼結ラフを加工して製品を製造した後、スパッタリング、蒸発、噴着のうち少なくとも1つの方法により製品の表面にTb元素が含まれた膜を形成し、次に、表面にTb元素膜が形成されている製品を真空焼結炉に送入して真空焼結とエージングをすることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- ステップ(f)において、まず、真空の条件下において製品を予め焼結をすることにより初期焼結ラフを形成し、かつ初期焼結ラフの密度を5.1〜7.2g/cm3にし、次に、機械的加工方法により初期焼結ラフを加工して製品を製造した後、該製品をTb−Al合金粉末が含まれている溶液に含浸し、最後に、Tb−Al合金粉末が含まれている製品を真空焼結炉に送入して真空焼結とエージングをすることによりセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石を製造し、真空焼結とエージングをするとき、真空焼結の温度は1010〜1045℃であり、エージングの温度は460〜540℃であり、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の密度は7.5〜7.7g/cm3であり、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のTb元素の含量は0.1〜2.9wt%であり、結晶粒界にはF元素が存在し、結晶相と結晶粒界との間にはTb、N元素が含まれるラーベス相が存在し、ラーベス相は(R、Tb)2T14(B、N)構造を有しており、Tは遷移金属元素でありかつFe、MnおよびCoを含み、Rは一種以上の希土類元素を含みかつPrまたはNdを含むことを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
- ステップ(f)において、まず、予め焼結をすることにより初期焼結ラフを形成し、初期焼結ラフの密度を5.1〜7.2g/cm3にし、次に、機械的加工方法により初期焼結ラフを加工して製品を製造した後、該製品をフッ化テルビウム粉末が含まれている溶液に含浸し、最後に、フッ化テルビウム粉末が含まれている製品を真空焼結炉に送入して真空焼結とエージングをすることによりセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石を製造し、真空焼結とエージングをするとき、真空焼結の温度は1010〜1045℃であり、エージングの温度は460〜540℃であり、セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の密度は7.5〜7.7g/cm3であり、前記セリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石中のF元素の含量は0.05〜0.5wt%であり、Tb元素の含量は0.1〜2.9wt%であることを特徴とする請求項10に記載のセリウム含有ネオジム鉄ホウ素磁石の製造方法。
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