JP2021009862A

JP2021009862A - 希土類磁石素材

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Publication number: JP2021009862A
Application number: JP2017201590A
Authority: JP
Inventors: 一誠嶋内; Kazumasa Shimauchi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2021-01-28
Also published as: WO2019078148A1

Abstract

【課題】高温下であっても十分な磁気特性を有する希土類磁石が得られる希土類磁石素材を提供する。【解決手段】Ｎｄを含む少なくとも一種の希土類元素Ｒと、Ｆｅを含む少なくとも一種の遷移金属元素Ｔと、Ｂ及びＣから選択される少なくとも一種の元素Ｘとで構成され、Ｒの組成比をα、Ｔの組成比をβとしたとき、ＲαＴβＸで示される化合物を含む第一相と、前記第一相の結晶粒界に存在して前記ＲαＴβＸよりもＲの濃度が高い粒界相と、Ｓｍを含む少なくとも一種の希土類元素Ｓと、Ｃｏを含む少なくとも一種の遷移金属元素Ｍとで構成され、Ｓの組成比をγ、Ｍの組成比をδとしたとき、ＳγＭδで示される化合物を含む第二相とを備える希土類磁石素材。【選択図】図１

Description

本発明は、希土類磁石素材に関する。

特許文献１には、Ｎｄ（ネオジム）とＦｅ（鉄）とＢ（ホウ素）とを含むＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金（例えば、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ）の粉末を用いた希土類磁石が開示されている。具体的には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金の粉末を水素化した水素化粉末を原料粉末とし、この原料粉末を圧縮成形した粉末成形体に脱水素処理を施してＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金材を製造し、この合金材を希土類磁石の素材に用いている。

特開２０１１−２３６４９８号公報

高温下であっても、十分な磁気特性を有する希土類磁石が望まれている。

希土類磁石の残留磁束密度や保磁力は、温度によって変化する。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金材を用いた希土類磁石は、温度によって残留磁束密度や保磁力の特性が変化する度合（温度係数）が大きく、温度が高くなるほど残留磁束密度や保磁力が大きく低下し易い。

そこで、本開示は、高温下であっても十分な磁気特性を有する希土類磁石が得られる希土類磁石素材を提供することを目的の一つとする。

本開示に係る希土類磁石素材は、
Ｎｄを含む少なくとも一種の希土類元素Ｒと、Ｆｅを含む少なくとも一種の遷移金属元素Ｔと、Ｂ及びＣから選択される少なくとも一種の元素Ｘとで構成され、Ｒの組成比をα、Ｔの組成比をβとしたとき、Ｒ_αＴ_βＸで示される化合物を含む第一相と、
前記第一相の結晶粒界に存在して前記Ｒ_αＴ_βＸよりもＲの濃度が高い粒界相と、
Ｓｍを含む少なくとも一種の希土類元素Ｓと、Ｃｏを含む少なくとも一種の遷移金属元素Ｍとで構成され、Ｓの組成比をγ、Ｍの組成比をδとしたとき、Ｓ_γＭ_δで示される化合物を含む第二相とを備える。

上記希土類磁石素材は、高温下であっても十分な磁気特性を有する希土類磁石が得られる。

実施形態に係る希土類磁石素材の組織を示す模式図である。実施形態に係る希土類磁石素材の製造方法を説明する工程説明図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）本発明の実施形態に係る希土類磁石素材は、
Ｎｄを含む少なくとも一種の希土類元素Ｒと、Ｆｅを含む少なくとも一種の遷移金属元素Ｔと、Ｂ及びＣから選択される少なくとも一種の元素Ｘとで構成され、Ｒの組成比をα、Ｔの組成比をβとしたとき、Ｒ_αＴ_βＸで示される化合物を含む第一相と、
前記第一相の結晶粒界に存在して前記Ｒ_αＴ_βＸよりもＲの濃度が高い粒界相と、
Ｓｍを含む少なくとも一種の希土類元素Ｓと、Ｃｏを含む少なくとも一種の遷移金属元素Ｍとで構成され、Ｓの組成比をγ、Ｍの組成比をδとしたとき、Ｓ_γＭ_δで示される化合物を含む第二相とを備える。

上記希土類磁石素材は、第二相を備えることで、第二相を備えない場合に比較して、温度による磁気特性の変化の度合（温度係数）を小さくでき、高温下であっても十分な磁気特性を有する希土類磁石が得られる。具体的には、上記希土類磁石素材は、第二相を備えることで、温度によって残留磁束密度が変化する度合（残留磁束密度の温度係数）を小さくでき、かつ温度によって保磁力が変化する度合（保磁力の温度係数）を小さくでき、高温下において残留磁束密度や保磁力が低下することを抑制できる。

（２）上記希土類磁石素材の一例として、前記希土類磁石素材に占める前記第二相の含有量は、３質量％以上５０質量％以下であることが挙げられる。

希土類磁石素材に占める第二相の含有量が３質量％以上であることで、高温下であっても実用上十分な磁気特性を有する希土類磁石が得られる。一方、希土類磁石素材に占める第二相の含有量が５０質量％以下であることで、希土類磁石素材に占める第一相の含有量を確保することができ、残留磁束密度の低下を抑制でき、かつコストの増大を抑制できる。

（３）上記希土類磁石素材の一例として、前記Ｓ_γＭ_δは、γが１以上３以下、δが４以上１８以下であることが挙げられる。

Ｓ_γＭ_δの組成比が上記範囲を満たすことで、磁気特性に優れる希土類磁石を得易い。

（４）上記希土類磁石素材の一例として、前記Ｒ_αＴ_βＸは、αが１．５以上２．５以下、βが１２．５以上１５．５以下であることが挙げられる。

Ｒ_αＴ_βＸの組成比が上記範囲を満たすことで、磁気特性に優れる希土類磁石を得易い。

（５）上記希土類磁石素材の一例として、前記Ｒ_αＴ_βＸは、Ｎｄ_２Ｔ_１４Ｘであることが挙げられる。

Ｒ_αＴ_βＸがＮｄ_２Ｔ_１４Ｘであることで、磁気特性に優れる希土類磁石を得易い。

（６）上記希土類磁石素材の一例として、前記第一相の平均結晶粒径は、７００ｎｍ以下であることが挙げられる。

第一相の平均粒径が７００ｎｍ以下であることで、微細結晶組織に起因する磁気特性（特に保磁力）の向上効果が期待できる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

≪希土類磁石素材≫
図１を参照して、実施形態に係る希土類磁石素材１を説明する。希土類磁石素材１は、Ｒ_αＴ_βＸ（ＲはＮｄを含む少なくとも一種の希土類元素、ＴはＦｅを含む少なくとも一種の遷移金属元素、ＸはＢ及びＣから選択される少なくとも一種の元素、αはＲの組成比、βはＴの組成比）で示される化合物を含む第一相１１と、第一相１１を構成する結晶粒１１０の結晶粒界に存在してＲ_αＴ_βＸよりもＲの濃度が高い粒界相１１１とを備える。Ｎｄを含む希土類磁石素材を用いた希土類磁石は、温度が高くなるにつれて、残留磁束密度や保磁力が低下する傾向にある。そこで、実施形態に係る希土類磁石素材１は、高温下であっても十分な残留磁束密度や保磁力を発揮できる構成を備える点を特徴の一つとする。具体的には、実施形態に係る希土類磁石素材１は、Ｓ_γＭ_δ（ＳはＳｍを含む少なくとも一種の希土類元素、ＭはＣｏを含む少なくとも一種の遷移金属元素、γはＳの組成比、δはＭの組成比）で示される化合物を含む第二相１２を備える点を特徴の一つとする。

〔第一相〕
第一相１１は、Ｒ_αＴ_βＸで示される化合物を含む。第一相１１は、多結晶である。図１では、説明の便宜上、第一相１１の一つの粒子を一つの四角形で示し、第一相１１の多結晶を構成する一つの結晶粒１１０を、一つの六角形で示す。

Ｒは、Ｎｄ（ネオジム）を含む少なくとも一種の希土類元素である。Ｒは、Ｎｄ単独であってもよいし、Ｎｄの一部をＰｒ（プラセオジム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｔｂ（テルビウム）及びＹ（イットリウム）から選択される少なくとも一種の元素で置換してもよい。Ｒ_αＴ_βＸにおけるＲの含有量は、例えば、２５質量％以上３５質量％以下、更に２６質量％以上３４質量％以下が挙げられる。Ｒとして、Ｎｄの一部を上記元素で置換する場合、Ｒ全体に占める置換元素の含有量は、３質量％以下、更に２質量％以下が挙げられる。

Ｔは、Ｆｅ（鉄）を含む少なくとも一種の遷移金属元素である。Ｔは、Ｆｅ単独であってもよいし、Ｆｅの一部をＣｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｇａ（ガリウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｎ（マンガン）及びＮｂ（ニオブ）から選択される少なくとも一種の元素で置換してもよい。Ｒ_αＴ_βＸにおけるＴの含有量は、例えば、６２質量％以上７４．５質量％以下、更に６４質量％以上７３質量％以下が挙げられる。Ｔとして、Ｆｅの一部を上記元素で置換する場合、Ｔ全体に占める置換元素の含有量は、１０質量％以下、更に８質量％以下が挙げられる。

Ｘは、Ｂ（ホウ素）及びＣ（炭素）から選択される少なくとも一種の元素である。Ｘは、Ｂ又はＣ単独であってもよいし、Ｂの一部をＣに置換してもよい。Ｒ_αＴ_βＸにおけるＸの含有量は、例えば、０．７質量％以上１．５質量％以下、更に０．８質量％以上１．３質量％以下が挙げられる。Ｘとして、Ｂの一部をＣで置換する場合、Ｘ全体に占めるＣの含有量は、０．１質量％以下、更に０．０７質量％以下が挙げられる。

Ｒ_αＴ_βＸの化学量論組成は、αが１．５以上２．５以下、βが１２．５以上１５．５以下、更にαが１．６以上２．４以下、βが１３．０以上１５．０以下を満たすことが好ましい。特に、Ｒ_αＴ_βＸの化学量論組成は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｘが理想的である。ＲがＮｄ単独である場合、Ｒ_αＴ_βＸの化学量論組成は、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｃ、Ｎｄ_２（Ｆｅ_１３Ｃｏ_１）Ｂなどが挙げられる。この組成を満たすことで、磁気特性を高めることができる。この組成は、第一相における各元素の含有量から求められる。元素の含有量は、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）発光分光分析法により測定できる。

第一相１１の多結晶を構成する結晶粒１１０の平均結晶粒径は、７００ｎｍ以下が挙げられる。平均結晶粒径が７００ｎｍ以下と微細であることで、微細結晶組織に起因する磁気特性（特に保磁力）の向上効果が期待できる。上記平均結晶粒径は、小さいほど磁気特性に優れ、５００ｎｍ以下、更に３００ｎｍ以下が挙げられる。平均結晶粒径は、希土類磁石素材１の表面又は断面について走査型電子顕微鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）で観察を行い、その観察像から各結晶粒１１０の面積をそれぞれ調べ、各面積の等面積円相当径を測定し、その平均値を算出することで求められる。観察像を用いて算出する際、市販の画像処理ソフトを用いると容易に算出できる。

〔粒界相〕
粒界相１１１は、第一相１１を構成する結晶粒１１０の結晶粒界に存在する。粒界相１１１は、第一相１１においてＲ_αＴ_βＸの化学量論組成を形成しない余分なＲによって形成される。粒界相１１１は、Ｒ_αＴ_βＸよりもＲの濃度（質量％濃度）が高く、例えば、Ｒ_αＴ_βＸにおけるＲの濃度に比較して１．１倍以上、更に１．２倍以上を満たす。第一相１１を構成する結晶粒１１０同士は、粒界相１１１によって結合されている。

〔第二相〕
第二相１２は、Ｓ_γＭ_δで示される化合物を含む。第二相１２は、単結晶である。図１では、説明の便宜上、第二相１２の一つの粒子を一つの円形で示す。なお、図１では、第一相１１と第二相１２との間の隙間を誇張して示しているが、実際には、その隙間は小さい、又は実質的に存在しない。

Ｓは、Ｓｍ（サマリウム）を含む少なくとも一種の希土類元素である。Ｓは、Ｓｍ単独であってもよいし、Ｓｍの一部をＰｒ、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｔｂ及びＹから選択される少なくとも一種の元素で置換してもよい。Ｓ_γＭ_δにおけるＳの含有量は、例えば、３０質量％以上３８質量％以下、更に３２質量％以上３６質量％以下が挙げられる。Ｓとして、Ｓｍの一部を上記元素で置換する場合、Ｓ全体に占める置換元素の含有量は、５質量％以下、更に３質量％以下が挙げられる。

Ｍは、Ｃｏ（コバルト）を含む少なくとも一種の遷移金属元素である。Ｍは、Ｃｏ単独であってもよいし、Ｃｏの一部をＦｅ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＮｂから選択される少なくとも一種の元素で置換してもよい。Ｓ_γＭ_δにおけるＭの含有量は、例えば、６２質量％以上７０質量％以下、更に６４質量％以上６８質量％以下が挙げられる。Ｍとして、Ｃｏの一部を上記元素で置換する場合、Ｍ全体に占める置換元素の含有量は、３０質量％以下、更に２０質量％以下が挙げられる。

Ｓ_γＭ_δの化学量論組成は、γが１以上３以下、δが４以上１８以下を満たすことが好ましい。ＳがＳｍ単独である場合、Ｓ_γＭ_δの化学量論組成は、Ｓｍ_１Ｃｏ_５、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７などが挙げられる。この組成を満たすことで、磁気特性を高めることができる。この組成は、第二相における各元素の含有量から求められる。元素の含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定できる。

〔含有量〕
希土類磁石素材１は、第二相１２を備えることで、第二相１２を備えない場合に比較して、温度による磁気特性の変化の度合（温度係数）を小さくでき、高温下において磁気特性が低下することを抑制できる。希土類磁石素材１に占める第二相１２の含有量は、３質量％以上５０質量％以下であることが挙げられる。第二相１２の含有量が３質量％以上であることで、高温下であっても実用上十分な磁気特性を発揮できる。第二相１２の含有量は、多いほど、希土類磁石素材１における温度係数を小さくできるため、更に５質量％以上、１０質量％以上、特に１５質量％以上、２０質量％以上、２５質量％以上であることが挙げられる。一方、第二相１２の含有量は、多いほど、希土類磁石素材１に占める第一相１１の含有量が相対的に少なくなり、残留磁束密度が低下したり、コストの増大を招いたりするため、５０質量％以下、更に４５質量％以下、４０質量％以下、特に３５質量％以下であることが挙げられる。希土類磁石素材１における第一相１１及び第二相１２の各含有量は、後述する希土類磁石素材１の製造方法における原料粉末の第一相粉末３１及び第二相粉末３２の各含有量と同じである。

〔磁気特性〕
希土類磁石素材１は、温度によって残留磁束密度が変化する度合（残留磁束密度の温度係数）が絶対値で０．１２９％／℃未満であり、かつ温度によって保磁力が変化する度合（保磁力の温度係数）が絶対値で０．５６２％／℃未満であることが挙げられる。残留磁束密度の温度係数が絶対値で０．１２９％／℃未満であり、かつ保磁力の温度係数が絶対値で０．５６２％／℃未満であることで、温度変化の大きい環境下でも磁石性能が一定となり、温度変化によるデバイス性能の変化を小さくすることができる。希土類磁石素材１では、残留磁束密度の温度係数及び保磁力の温度係数は負の値を有し、絶対値が小さいほど残留磁束密度及び保磁力の温度変化は小さい。

希土類磁石素材１における残留磁束密度の温度係数は、絶対値が小さいほど、残留磁束密度の温度変化が小さいため、絶対値で０．１２７％／℃以下、更に絶対値で０．１２０％／℃以下であることが挙げられる。また、希土類磁石素材１における保磁力の温度係数は、絶対値が小さいほど、保磁力の温度変化が小さいため、絶対値で０．５４１％／℃以下、更に絶対値で０．４９２％／℃以下であることが挙げられる。残留磁束密度の温度係数及び保磁力の温度係数は、上述したように、第二相１２の含有量が多いほど小さくできるが、第二相１２の含有量には好適な範囲がある。そのため、残留磁束密度の温度係数は、絶対値で０．０７８％／℃以上、保磁力の温度係数は、絶対値で０．２８３％／℃以上であることが挙げられる。残留磁束密度の温度係数及び保磁力の温度係数の測定方法は、後述する試験例で説明する。

〔用途〕
上述した希土類磁石素材１は、永久磁石、例えば、各種のモータ、特に、ハイブリッド自動車やハードディスクドライブなどに具備される高速モータに用いられる永久磁石の素材に好適に利用できる。

≪希土類磁石素材の製造方法≫
上述した希土類磁石素材１は、例えば、準備工程と、成形工程と、脱水素工程とを行うことで製造することができる。図２を参照して、希土類磁石素材１の製造方法を説明する。

〔準備工程〕
準備工程では、第一相粉末３１と第二相粉末３２とを混合した磁石用粉末３を準備する。準備工程は、第一相粉末３１を準備する工程と、第二相粉末３２を準備する工程と、第一相粉末３１と第二相粉末３２とを混合する工程とを備える。

〈第一相粉末の準備工程〉
第一相粉末３１の準備工程では、Ｒ_αＴ_βＸで示される化合物（例えば、Ｎｄ_２Ｔ_１４Ｘ）を主相とするＲ−Ｔ−Ｘ系合金の粉末を準備し、この合金の粉末に水素化処理を施す。つまり、水素化処理後に得られる第一相粉末３１は、Ｒ−Ｔ−Ｘ系合金の水素化粉末である。更に、第一相粉末３１の準備工程では、水素化処理後の水素化粉末を粉砕する。

Ｒ−Ｔ−Ｘ系合金の粉末は、例えば、Ｒ−Ｔ−Ｘ系合金からなる溶湯鋳造インゴットや急冷凝固法で得られる箔状体をジョークラッシャー、ジェットミルやボールミルなどの粉砕装置により粉砕したり、ガスアトマイズ法といったアトマイズ法を利用したりして製造することができる。このＲ−Ｔ−Ｘ系合金の粉末の大きさは、最大径が５００μｍ以上３０ｍｍ以下であることが挙げられる。最大径が５００μｍ以上であることで、後の粉砕時に中粒度に粉砕し易く、圧縮成形に適した粒度の水素化粉末を製造し易い。一方、最大径が３０ｍｍ以下であることで、後の粉砕時に要する時間を短縮できる。なお、最大径とは、１つのＲ−Ｔ−Ｘ系合金の粒子をあらゆる方向から平面視したときの粒子の最も長い部分の長さのことである。

水素化処理は、水素元素を含む雰囲気中で熱処理する。水素元素を含む雰囲気は、Ｈ_２（水素）のみの単一雰囲気や、Ｈ_２とＡｒ（アルゴン）やＮ_２（窒素）といった不活性ガスとの混合雰囲気が挙げられる。熱処理時の温度は、Ｒ−Ｔ−Ｘ系合金の不均化反応が進行する温度、即ち不均化温度以上とする。不均化反応とは、希土類元素（Ｎｄを含む少なくとも一種の希土類元素Ｒ）の優先水素化により、希土類元素の水素化合物と、鉄（或いは鉄及び鉄化合物）とに分離する反応であり、この反応が生じる下限温度を不均化温度と呼ぶ。上記不均化温度は、Ｒ−Ｔ−Ｘ系合金の組成や希土類元素Ｒの種類により異なるが、例えば、６００℃以上１１００℃以下が挙げられる。例えば、Ｒ−Ｔ−Ｘ系合金が、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂの場合、６５０℃以上が挙げられる。熱処理時の保持時間は、０．５時間以上５時間以下が挙げられる。この熱処理は、公知の不均化条件を適用することができる。

上記水素化処理により得られる水素化粉末（第一相粉末３１）を構成する各第一相粒子３１０は、希土類元素の水素化合物の相３１１と、鉄含有物の相３１２とに相分解した組織を有する（図２の上図の右側を参照）。希土類元素の水素化合物は、ＲＨ_２などが挙げられる。鉄含有物は、Ｆｅ及びＦｅ_２Ｘなどが挙げられる。この水素化処理後の第一相粒子３１０は、相分解前のＲ−Ｔ−Ｘ系合金や希土類元素の水素化合物の相３１１に比較して柔らかい軟質部分である純鉄が存在することから、後述する成形工程において圧縮成形したときに変形して成形性を高め易い。

希土類元素の水素化合物の相３１１と鉄含有物の相３１２との存在形態は、希土類元素の水素化合物の相３１１と鉄含有物の相３１２とが積層構造となっている層状形態や、鉄含有物の相３１２の相中に粒状の希土類元素の水素化合物の相３１１が分散して存在する分散形態が挙げられる。これらの存在形態は、水素化処理の熱処理条件（主に温度）に依存する。分散形態は、希土類元素の水素化合物の相３１１の周囲に鉄含有物の相３１２が均一的に存在することで、層状形態よりも成形性を高め易い。そのため、円弧状、円筒状、円柱状などといった種々の形状の粉末成形体（希土類磁石素材１）が得られ易い。また、磁粉密度の高い高密度な粉末成形体が得られ易い。

水素化処理後の第一相粒子３１０は、鉄含有物の相３１２が６０体積％以上であることが好ましい。鉄含有物の相３１２が６０体積％以上であることで、硬質である希土類元素の水素化合物の相３１１が相対的に少なくなり、後述する成形工程における圧縮成形時に成形性をより高め易い。一方、鉄含有物の相３１２が９０体積％以下であることで、希土類元素の水素化合物の相３１１が相対的に多くなり、磁気特性に優れる。鉄含有物の相３１２は、更に６３体積％以上８５体積％以下、６５体積％以上８０体積％以下が挙げられる。

希土類元素の水素化合物の相３１１と鉄含有物の相３１２とは隣接して存在しており、かつ鉄含有物の相３１２を介して隣り合う希土類元素の水素化合物の相３１１の間隔は３μｍ以下であることが挙げられる。鉄含有物の相３１２が希土類元素の水素化合物の相３１１間に存在し、希土類元素の水素化合物の相３１１が特定の間隔で存在する組織は、両相３１１，３１２が均一的に存在する組織であるため、圧縮成形したときに均一的に変形する。上記間隔が３μｍ以下であると、後で脱水素処理により、希土類元素の水素化合物の相３１１と鉄含有物の相３１２とが相分解前のＲ−Ｔ−Ｘ系合金に再結合する際に、過度なエネルギーを投入しなくて済む上に、Ｒ−Ｔ−Ｘ系合金の結晶粒の粗大化による磁気特性の低下を抑制できる。希土類元素の水素化合物の相３１１間に鉄含有物の相３１２が十分に存在するためには、上記間隔は０．５μｍ以上、更に１μｍ以上であること挙げられる。上記間隔は、例えば、原料に用いるＲ−Ｔ−Ｘ系合金の組成を調整したり、水素化処理の条件、特に熱処理温度を調整したりすることで制御できる。例えば、Ｒ−Ｔ−Ｘ系合金において鉄の比率（原子比）を多くしたり、上記した温度範囲で熱処理温度を高くしたりすると、上記間隔が大きくなる傾向がある。

上記間隔の測定は、例えば、第一相粒子３１０の断面をエッチングして鉄含有物の相３１２を除去して希土類元素の水素化合物の相３１１を抽出したり、又はエッチング溶液の種類によっては希土類元素の水素化合物の相３１１を除去して鉄含有物の相３１２を抽出したり、若しくは断面をＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）により組成分析することで測定できる。

水素化処理後の水素化粉末（第一相粉末３１）を粉砕し、所望の粒径に制御することができる。水素化処理後の水素化粉末を中粒度に粉砕し、圧縮成形に適した粒径の第一相粉末３１を製造することが挙げられる。なお、第一相粉末３１を構成する各第一相粒子３１０は、その組織（希土類元素の水素化合物の相３１１及び鉄含有物の相３１２）が粉砕前後で実質的に同じである。

粉砕して得られた第一相粉末３１は、平均粒径Ｄ５０が５０μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましい。このような第一相粉末３１は、後述する成形工程における圧縮成形時に適した粒径であるため成形性に特に優れる。特に、平均粒径Ｄ５０を５０μｍ以上とすることで、第二相粉末３２を構成する各粒子同士を強固に結着し易い。平均粒径Ｄ５０を７００μｍ以下とすることで、磁粉密度の高い希土類磁石素材１を作製し易い。第一相粉末３１の平均粒径Ｄ５０は、更に７５μｍ以上５５０μｍ以下、特に１００μｍ以上４００μｍ以下が挙げられる。平均粒径Ｄ５０（５０体積％粒径）とは、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した場合において、体積基準の粒度分布をとり、その粒度分布の小径側から累積が５０％となる粒径値のことである。この点は、後述する第二相粉末３２でも同様である。

〈第二相粉末の準備工程〉
第二相粉末３２の準備工程では、Ｓ_γＭ_δで示される化合物（例えば、Ｓｍ_１Ｃｏ_５）を主相とするＳ−Ｍ系合金の粉末を準備する。このＳ−Ｍ系合金の粉末は、例えば、Ｓ−Ｍ系合金の原料を、Ａｒなどの不活性ガス雰囲気中で高周波溶解し、その後ジョークラッシャーやジェットミルなどの粉砕装置で粉砕することにより製造することができる。このＳ−Ｍ系合金の粉末（第二相粉末３２）の大きさは、平均粒径Ｄ５０（５０体積％粒径）が１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径Ｄ５０を上記範囲とすることで、磁粉密度の高い希土類磁石素材１を作製し易い。第二相粉末３２の平均粒径Ｄ５０は、更に３μｍ以上９００μｍ以下、特に５μｍ以上８００μｍ以下が挙げられる。

〈混合工程〉
混合工程では、第一相粉末３１と第二相粉末３２とを混合した混合粉末（磁石用粉末３）を作製する。

磁石用粉末３における第一相粉末３１と第二相粉末３２との配合割合は、得られる希土類磁石素材１における第一相１１と第二相１２との存在割合（含有量）に維持される。そのため、磁石用粉末３における第二相粉末３２の配合割合は、多いほど、希土類磁石素材１における温度係数を小さくできる。よって、磁石用粉末３における第二相粉末３２の配合割合は、質量割合で３％以上、更に５％以上、１０％以上、特に１５％以上、２０％以上、２５％以上であることが挙げられる。一方、磁石用粉末３における第二相粉末３２の配合割合は、多過ぎると、磁石用粉末３における第一相粉末３１の配合割合が相対的に少なくなり、成形性が低下したり、得られる希土類磁石素材１の残留磁束密度が低下したり、コストの増大を招いたりする。そのため、磁石用粉末３における第二相粉末３２の配合割合は、質量割合で５０％以下、更に４５％以下、４０％以下、特に３５％以下であることが挙げられる。

第一相粉末３１と第二相粉末３２との混合には、両粉末３１，３２を均一的に混合できる適宜な混合機を用いて行うとよい。混合時間は、例えば、１０分以上３時間以下、更に３０分以上２．５時間以下とすることが挙げられる。混合時は、窒素雰囲気中で行うことが挙げられる。

〔成形工程〕
成形工程では、磁石用粉末３を圧縮成形して粉末成形体２を作製する（図２上から２番目の図）。成形には、所望の形状の粉末成形体２が得られる金型９を利用するとよい。

金型９は、代表的には、貫通孔を有するダイ９１と、ダイ９１の内周面と共に成形空間を形成し、上記貫通孔に挿入して磁石用粉末３を圧縮成形する一対の上パンチ９２及び下パンチ９３とを備える。貫通孔を有する筒状又は環状の粉末成形体を成形する場合には、ダイ９１の貫通孔に挿入配置されるロッド（図示せず）を利用する。

成形圧力は、大きいほど、相対密度が大きく、空隙が少ない粉末成形体２を得易い。成形圧力は、所望の相対密度となるように適宜選択できる。成形圧力は、例えば、４９０ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。

〔脱水素工程〕
脱水素工程では、粉末成形体２を不活性雰囲気中又は減圧雰囲気中、粉末成形体２の再結合温度以上の温度で熱処理（脱水素処理）して、希土類磁石素材１を作製する（図２上から３番目の図）。

脱水素処理時の雰囲気は、水素化粉末（第一相粉末３１）と反応せず、各水素を効率よく除去できるように非水素雰囲気とする。非水素雰囲気には、不活性雰囲気又は減圧雰囲気が挙げられ、例えば、ＡｒやＮ_２などの不活性ガス雰囲気、又は標準の大気圧よりも圧力が低い真空雰囲気が挙げられる。特に、減圧雰囲気（真空雰囲気）中で脱水素処理した場合、再結合反応がより進行して、希土類元素の水素化合物が残存し難い。脱水素処理時の熱処理の温度は、粉末成形体２の再結合温度（分離していた鉄含有物と希土類元素とが化合する温度）以上とする。再結合温度は、粉末成形体２を構成する粒子の組成により異なるが、例えば、６００℃以上１０００℃以下、より好ましくは６５０℃以上８５０℃以下、さらに７００℃以上８００℃以下とすることが挙げられる。脱水素処理時の熱処理の時間は、例えば、１０分以上１０時間以下、より好ましくは３０分以上５時間以下、さらに１時間以上３時間以下とすることが挙げられる。脱水素処理により得られる希土類磁石素材１の相対密度は、熱処理の温度や時間によって多少変化するものの、粉末成形体２の相対密度と実質的に等しい。

脱水素処理後の希土類磁石素材１は、水素化処理により相分解した希土類元素の水素化合物の相３１１と鉄含有物の相３１２とが元のＲ_αＴ_βＸで示される化合物に再結合され、かつその結晶粒が微細化された多結晶組織である。この平均結晶粒径は、７００ｎｍ以下であることが挙げられる。

［試験例１］
希土類磁石素材の試料を作製し、各試料を用いて希土類磁石を作製して、各試料の磁気特性を評価した。

≪試料の作製≫
準備工程では、第一相粉末と第二相粉末とを混合した磁石用粉末を準備した。第一相粉末として、化学量論組成がＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂで０．５〜３０ｍｍの大きさの鋳造薄片を準備し、この鋳造薄片に水素化処理を施した後に粉砕して水素化粉末を作製した。水素化処理は、水素雰囲気中で、８５０℃×３時間行った。粉砕は、超硬合金製の乳鉢を用いて行った。粉砕後の水素化粉末（第一相粉末）は、平均粒径Ｄ５０が１５０μｍであった。第二相粉末として、平均粒径Ｄ５０が１０μｍで、化学量論組成がＳｍ_１Ｃｏ_５の粉末を準備した。

準備した第一相粉末と第二相粉末とを混合して磁石用粉末を作製した。混合は、Ｖ型混合機を用い、窒素雰囲気中で３０分行った。第一相粉末と第二相粉末との配合割合を表１に示す。なお、試料Ｎｏ．１−１１は、第一相粉末のみを磁石用粉末として用いた。

上記磁石用粉末を金型に充填し、圧縮成形して直径１０ｍｍ×高さ１０ｍｍの粉末成形体を作製した。圧縮成形は、成形圧力を９８０ＭＰａ（１０ｔｏｎ／ｃｍ^２）とした。

上記粉末成形体に脱水素処理を施して希土類磁石素材の試料を作製した。脱水素処理は、真空雰囲気中（真空度：０．５Ｐａ未満）で、８００℃×３時間行った。

≪組織観察≫
各試料の希土類磁石素材について、その表面又は断面をＳＥＭにより組織観察すると共に、各試料の希土類磁石素材における各元素の含有量をＩＣＰ発光分光分析法及び電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ)によるライン分析により測定し、測定した各元素の含有量から組成比を算出した。その結果、試料Ｎｏ．１−１〜１−５は、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂの相（第一相）と、第一相を構成する結晶粒の結晶粒界に存在し、Ｎｄ量が第一相に対して１．１倍以上である粒界相と、Ｓｍ_１Ｃｏ_５の相（第二相）とを備えることがわかった。また、試料Ｎｏ．１−１〜１−５について、ＳＥＭの観察像から第一相を構成する結晶粒の平均結晶粒径を測定した。具体的には、市販の画像処理ソフトを用いて観察像から各結晶粒の面積を調べ、各面積の等面積円相当径の平均を平均結晶粒径とした。その結果、平均結晶粒径が７００ｎｍ以下であることがわかった。

≪磁気特性の評価≫
各試料の希土類磁石素材を３．５Ｔのパルス磁界で着磁して、各試料の希土類磁石を作製し、希土類磁石における残留磁束密度の温度係数（％／℃）及び保磁力の温度係数（％／℃）を調べた。残留磁束密度の温度係数及び保磁力の温度係数は、Ｂ−Ｈトレーサー（理研電子社製ＢＨＨ−５３０ＡＰ）に設置されたグローブボックス内を窒素雰囲気にし、そのグローブボックス内で各試料の希土類磁石素材を設定温度（５０℃、１００℃、１５０℃）に加熱し、各温度での残留磁束密度及び保磁力をＢ−Ｈトレーサーで測定し、その測定結果から算出した。その結果を表１に併せて示す。

表１に示すように、第二相粉末を３質量％以上含む試料Ｎｏ．１−１〜１−５は、第二相粉末を含まない試料Ｎｏ．１−１１に比較して、残留磁束密度の温度係数及び保磁力の温度係数の各絶対値が小さくなっていることがわかる。具体的には、第二相粉末を３質量％含む試料Ｎｏ．１−１は、第二相粉末を含まない試料Ｎｏ．１−１１に比較して、残留磁束密度の温度係数が約１．５％小さくなり、保磁力の温度係数が約３．７％小さくなっている。残留磁束密度の温度係数が約１．５％小さくなり、かつ保磁力の温度係数が約３．７％小さくなることで、その希土類磁石素材は、高温下であっても実用上十分な磁気特性を発揮できると期待できる。

表１に示すように、第二相粉末の含有量は、多くなるほど、残留磁束密度の温度係数と保磁力の温度係数の双方が小さくなることがわかる。しかし、第二相粉末の含有量が多くなると、第一相粉末の含有量が相対的に少なくなり、残留磁束密度が低下したり、コストの増大を招いたりする虞がある。そのため、第二相粉末の含有量は、５０質量％以下であることが好ましいと考えられる。

１希土類磁石素材
１１第一相
１１０結晶粒
１１１粒界相
１２第二相
２粉末成形体
３磁石用粉末
３１第一相粉末
３１０第一相粒子
３１１希土類元素の水素化合物の相
３１２鉄含有物の相
３２第二相粉末
９金型
９１ダイ
９２上パンチ
９３下パンチ

Claims

Ｎｄを含む少なくとも一種の希土類元素Ｒと、Ｆｅを含む少なくとも一種の遷移金属元素Ｔと、Ｂ及びＣから選択される少なくとも一種の元素Ｘとで構成され、Ｒの組成比をα、Ｔの組成比をβとしたとき、Ｒ_αＴ_βＸで示される化合物を含む第一相と、
前記第一相の結晶粒界に存在して前記Ｒ_αＴ_βＸよりもＲの濃度が高い粒界相と、
Ｓｍを含む少なくとも一種の希土類元素Ｓと、Ｃｏを含む少なくとも一種の遷移金属元素Ｍとで構成され、Ｓの組成比をγ、Ｍの組成比をδとしたとき、Ｓ_γＭ_δで示される化合物を含む第二相とを備える希土類磁石素材。
前記希土類磁石素材に占める前記第二相の含有量は、３質量％以上５０質量％以下である請求項１に記載の希土類磁石素材。
前記Ｓ_γＭ_δは、γが１以上３以下、δが４以上１８以下である請求項１又は請求項２に記載の希土類磁石素材。
前記Ｒ_αＴ_βＸは、αが１．５以上２．５以下、βが１２．５以上１５．５以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の希土類磁石素材。
前記Ｒ_αＴ_βＸは、Ｎｄ_２Ｔ_１４Ｘである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の希土類磁石素材。
前記第一相の平均結晶粒径は、７００ｎｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の希土類磁石素材。