JP2021040126A - 希土類磁石 - Google Patents
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Abstract
Description
〈1〉原子比の式(Nd(1−x−y)LaxCey)2(Fe(1−z)Coz)14Bで表される組成を有する単相の磁性相を備え、
前記原子比の式のx、y、及びzが、下記式(1)〜(3)の関係を満足し、かつ、下記式(1)の材料パラメタsが0.50〜0.70を満足し、かつ、
前記原子比の式のx、y、及びzが、M(x、y、z、T)>M(x、y、z=0、T)及び400≦T≦453を満足する範囲である、
希土類磁石。
〈3〉前記材料パラメタsが0.60を満足する、〈1〉項に記載の希土類磁石。
〈4〉前記原子比の式のx、y、及びzが、M(x、y、z、T)>M(x、y、z=0、T)及びT=453を満足する範囲である、〈1〉〜〈3〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石。
〈5〉前記原子比の式のx、y、及びzが、それぞれ、0.03≦x≦0.50、0.03≦y≦0.50、及び0.05≦z≦0.40を満足する、〈1〉〜〈4〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石。
〈6〉前記材料パラメタsが0.60であり、M(x、y、z、T=453)−M(x、y、z=0、T=453)で表される値が、0.02〜0.24である、〈1〉項に記載の希土類磁石。
〈7〉前記磁性相の体積率が、前記希土類磁石全体に対して、90.0〜99.0%である、〈1〉〜〈6〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石。
本開示の希土類磁石は、R2Fe14B型の結晶構造を有する磁性相を備える。以下、本開示の希土類磁石の磁性相について説明する。
本開示の希土類磁石は、単相の磁性相を備える。単相とは、磁性相を構成する元素が実質的に均一に分布して、R2Fe14B型の結晶構造をなしていること意味する。例えば、走査透過型電子顕微鏡のエネルギー分散型X線分光分析機(STEM−EDX:Scanning Transmission Electron Microscope−Energy Dispersive X−ray Spectrometry)を用いて、磁性相中の希土類元素を面分析したとき、単相の磁性相は、一つの領域として認識できる。一方、単相でない磁性相は、複数の領域として認識できる。単相でない磁性相としては、例えば、コア/シェル構造を有する磁性相等が挙げられる。
Ndは、本開示の希土類磁石の磁性相に必須の元素である。Ndによって、室温及び高温において、磁性相は高い飽和磁化を発現する。また、室温において、磁性相は、高い異方性磁界を有する。
Ceは、本開示の希土類磁石の磁性相に必須の元素である。磁性相中のNdの一部は、Ceで置換されている。Ndと比べてCeは原子半径が小さい。そのため、Ceは磁性相の結晶構造を縮小する。Ceは、3価又は4価をとり得る。後述する第一原理計算では、Ceは4価であるとして扱われている。しかし、3価と4価が混在している実測値とデータ同化していること、Kuzminの式の材料パラメタsは、3価と4価のCeが混在していることを考慮している値であることから、Ceの含有割合の範囲の決定に際しては、適正に相補されている。
Laは、本開示の希土類磁石の磁性相に必須の元素である。磁性相中のNdの一部はLaで置換されている。磁性相中にCeとCoが共存することによって、磁性相の結晶構造が過剰に縮小することを、Ndと比べて原子半径の大きいLaが緩和する。
Feは、本開示の希土類磁石の磁性相に必須の元素である。Feは、他の元素とともに磁性相を構成し、その磁性相が、高い飽和磁化を発現する。
Coは、本開示の希土類磁石の磁性相に必須の元素である。磁性相中のFeの一部がCoで置換されて、スレータポーリング則により、自発磁化の増大が生じ、磁性相の異方性磁界及び飽和磁化が向上する。また、磁性相中のFeの一部がCoで置換されて、磁性相のキュリー点が上昇し、高温での飽和磁化も向上する。
Bは、本開示の希土類磁石の磁性相に必須の元素である。Bは、他の元素と磁性相を構成し、その磁性相が、高い飽和磁化を発現する。
原子比の式(Nd(1−x−y)LaxCey)2(Fe(1−z)Coz)14Bのx、y、及びzは、次の式(1)〜(3)を満足する。
本開示の希土類磁石の組織について、図面を用いて説明する。図3は、本開示の希土類磁石の金属組織の典型例を示す説明図である。本開示の希土類磁石100は、磁性相110を備える。そして、本開示の希土類磁石100は、粒界相120を備えてもよいが、これに限られない。
本開示の希土類磁石の製造方法は、R2Fe14B型(Rは希土類元素)の結晶構造を有する単相の磁性相を形成できるものである限りにおいて、特に制限されない。このような製造方法としては、例えば、本開示の希土類磁石の原材料をアーク溶解した溶湯を凝固させる方法、金型鋳造法、急冷凝固法(ストリップキャスト法)、及び超急冷凝固法(液体急冷法)等が挙げられる。なお、超急冷とは、1×102〜1×107K/秒の速度で溶湯を冷却することを意味する。このような方法で得た鋳塊又は薄帯等について、不活性ガス雰囲気中で、973〜1573K、1〜100時間の均一化熱処理をしてもよい。均一化熱処理によって、磁性相中の構成元素がより均一に分布する。また、アモルファスを含む材料から、熱処理によって、R2Fe14B型(Rは希土類元素)の結晶構造を有する単相の磁性相を得てもよい。
本開示の希土類磁石は、R2Fe14B型の結晶構造を有する単相の磁性相を備える。このことから、磁性相の組成の決定には、次に説明する飽和磁化予測方法(以下、「本開示の飽和磁化予測方法」ということがある。)を用いることができる。本開示の飽和磁化予測方法の理解を深めるため、まず、磁性相の結晶構造を特定しない場合について説明した後、磁性相がR2Fe14B型の結晶構造を有する場合について説明する。なお、本開示の飽和磁化予測方法は、第一原理計算を用いていることから、磁性相の結晶構造の特定の有無にかかわらず、磁性相は単相である。
第1ステップでは、Kuzminの式に、磁性相の有限温度での飽和磁化の実測データを代入して、磁性相について、絶対零度での飽和磁化及びキュリー温度を算出する。以下、このステップについて詳述する。
第2ステップでは、第1ステップで算出した磁性相の絶対零度での飽和磁化及びキュリー温度と、第一原理計算で算出した磁性相の絶対零度での飽和磁化及びキュリー温度とをそれぞれデータ同化して、磁性相の絶対零度での飽和磁化及びキュリー温度それぞれについて、磁性相を構成する元素の存在割合の関数で表した予測モデル式を機械学習で導出する。以下、このステップについて、詳述する。
第3ステップでは、第2ステップで作成した、磁性相の絶対零度での飽和磁化及びキュリー温度それぞれについての予測モデル式を、上述の式(1−1)に示すKuzminの式に適用して、磁性相での有限温度での飽和磁化を算出する。以下、このステップについて詳述する。
上述した、第1ステップ、第2ステップ、及び第3ステップを含む、本開示の飽和磁化予測方法に関し、磁性相が、(Nd、La、Ce)2(Fe、Co)14B型の結晶構造を有する態様について説明する。
(Nd、La、Ce)2(Fe、Co)14B型の結晶構造を有する磁性相の組成は、例えば、原子比の式(Nd(1−x−y)LaxCey)2(Fe(1−z)Coz)14Bで表すことができる。x、y、及びzは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、及び0≦z≦1を満足する。そして、x+yは、0≦x+y≦1を満足する。xが0であるとは、磁性相が、Laを含有しないことを意味する。xが1であるとは、磁性相が、希土類元素として、Nd及びCeを含有せず、Laのみを含有することを意味する。yが0であるとは、磁性相が、Ceを含有しないことを意味する。yが1であるとは、磁性相が、希土類元素として、Nd及びLaを含有せず、Ceのみを含有することを意味する。zが0であるとは、磁性相が、Coを含有しないことを意味する。zが1であるとは、磁性相が、鉄系元素として、Coのみを含有し、Feを含有しないことを意味する。
20 第2ステップ
30 第3ステップ
50 本開示の飽和磁化予測方法
60 本開示の飽和磁化予測シミュレーションプログラム
100 本開示の希土類磁石
110 磁性相
120 粒界相
Claims (7)
- 原子比の式(Nd(1−x−y)LaxCey)2(Fe(1−z)Coz)14Bで表される組成を有する単相の磁性相を備え、
前記原子比の式のx、y、及びzが、下記式(1)〜(3)の関係を満足し、かつ、下記式(1)の材料パラメタsが0.50〜0.70を満足し、かつ、
前記原子比の式のx、y、及びzが、M(x、y、z、T)>M(x、y、z=0、T)及び400≦T≦453を満足する範囲である、
希土類磁石。
- 前記材料パラメタsが0.58〜0.62を満足する、請求項1に記載の希土類磁石。
- 前記材料パラメタsが0.60を満足する、請求項1に記載の希土類磁石。
- 前記原子比の式のx、y、及びzが、M(x、y、z、T)>M(x、y、z=0、T)及びT=453を満足する範囲である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の希土類磁石。
- 前記原子比の式のx、y、及びzが、それぞれ、0.03≦x≦0.50、0.03≦y≦0.50、及び0.05≦z≦0.40を満足する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の希土類磁石。
- 前記材料パラメタsが0.60であり、M(x、y、z、T=453)−M(x、y、z=0、T=453)で表される値が、0.02〜0.24である、請求項1に記載の希土類磁石。
- 前記磁性相の体積率が、前記希土類磁石全体に対して、90.0〜99.0%である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の希土類磁石。
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