JP2021057565A - R−t−b系焼結磁石 - Google Patents

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Abstract

【課題】重希土類RHの使用量を低減しつつ、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を提供する。【解決手段】主相12結晶粒及び粒界相14を含むR−T−B系焼結磁石であって、R:27.0mass%以上35.0mass%以下(Rは、RL及びRH)、B:0.80mass%以上1.20mass%以下、Ga:0.20mass%以上0.80mass%以下、T:61.5mass%以上(TはFeとCoであり、Tの90mass%以上がFeである)を含有し、磁石表面から300μmの深さに位置する主相結晶粒の中央部におけるNdに対するPrのmol比は0以上0.45以下であり、磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比は2.0以上5.0以下であり、磁石表面から磁石内部にむかってRH濃度が漸減する部分を含み、磁石表面から磁石内部にむかってGa濃度が漸減する部分を含む。【選択図】図1A

Description

本発明はR−T−B系焼結磁石に関する。
R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素のうち少なくとも一種であり、Tは主にFeであり、Bは硼素である)は永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ(VCM)、電気自動車用(EV、HV、PHVなど)モータ、産業機器用モータなどの各種モータや家電製品などに使用されている。
R−T−B系焼結磁石は、主としてR14B化合物からなる主相と、この主相の粒界部分に位置する粒界相とから構成されている。主相であるR14B化合物は高い飽和磁化と異方性磁界を持つ強磁性材料であり、R−T−B系焼結磁石の特性の根幹をなしている。
R−T−B系焼結磁石は、高温で保磁力HcJ(以下、単に「HcJ」という)が低下するため不可逆熱減磁が起こるという問題がある。そのため、特に電気自動車用モータに使用されるR−T−B系焼結磁石では、高温下でも高いHcJを有する、すなわち室温においてより高いHcJを有することが要求されている。
国際公開第2007/102391号 国際公開第2016/133071号
14B型化合物相中の軽希土類元素(主にNd、Pr)を重希土類元素(主にDy、Tb)で置換すると、HcJが向上することが知られている。しかし、HcJが向上する一方、R14B型化合物相の飽和磁化が低下するために残留磁束密度B(以下、単に「B」という)が低下してしまうという問題がある。
特許文献1には、R−T−B系合金の焼結磁石の表面にDy等の重希土類元素を供給しつつ、重希土類元素を焼結磁石の内部に拡散させることが記載されている。特許文献1に記載の方法は、R−T−B系焼結磁石の表面から内部にDyを拡散させてHcJ向上に効果的な主相結晶粒の外殻部にのみDyを濃化させることにより、Bの低下を抑制しつつ、高いHcJを得ることができる。
特許文献2には、R−T−B系焼結体の表面に特定組成のR−Ga−Cu合金を接触させて熱処理を行うことにより、R−T−B系焼結磁石中の粒界相の組成および厚さを制御してHcJを向上させることが記載されている。
しかし、近年特に電気自動車用モータなどにおいて重希土類元素の使用量を低減しつつ、更に高いBと高いHcJを得ることが求められている。
本開示の様々な実施形態は、重希土類元素の使用量を低減しつつ、高いBと高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を提供する。
本開示のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、例示的な実施形態において、主相結晶粒及び粒界相を含むR−T−B系焼結磁石であって、R:27.0mass%以上35.0mass%以下(Rは、RL及びRHからなり、RLは軽希土類元素の少なくとも2種でありNd及びPrを必ず含み、RHは重希土類元素の少なくとも1種でありTb及びDyの少なくとも一方を必ず含む)、B:0.80mass%以上1.20mass%以下、Ga:0.20mass%以上0.80mass%以下、T:61.5mass%以上(TはFeとCoであり、Tの90mass%以上がFeである)を含有し、磁石表面から300μmの深さに位置する前記主相結晶粒の中央部におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は0以上0.45以下であり([Pr]はmass%で示すPrの含有量であり、[Nd]はmass%で示すNdの含有量である)、磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は2.0以上5.0以下であり、磁石表面から磁石内部にむかってRH濃度が漸減する部分を含み、磁石表面から磁石内部にむかってGa濃度が漸減する部分を含む。
ある実施形態において、[T]はmass%で示すTの含有量であり、[B]はmass%で示すBの含有量とするとき、[T]/55.85>14×[B]/10.8が成立する。
ある実施形態において、前記磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は2.0以上4.0以下である。
ある実施形態において、前記R−T−B系焼結磁石はCuを含有し、Cuの含有量は、0.05mass%以上0.80mass%以下である。
ある実施形態において、Gaの含有量はCuの含有量よりも多い。
本開示の実施形態によれば、重希土類元素の使用量を低減しつつ、高いBと高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を提供することができる。
R−T−B系焼結磁石の一部を拡大して模試的に示す断面図である。 図1Aの破線矩形領域内を更に拡大して模式的に示す断面図である。 本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法における工程の例を示すフローチャートである。 本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法における工程の別の例を示すフローチャートである。
まず、本開示によるR−T−B系焼結磁石の基本構造について説明をする。R−T−B系焼結磁石は、原料合金の粉末粒子が焼結によって結合した構造を有しており、主としてR14B化合物粒子からなる主相と、この主相の粒界部分に位置する粒界相とから構成されている。
図1Aは、R−T−B系焼結磁石の一部を拡大して模式的に示す断面図であり、図1Bは図1Aの破線矩形領域内を更に拡大して模式的に示す断面図である。図1Aには、一例として長さ5μmの矢印が大きさを示す基準の長さとして参考のために記載されている。図1Aおよび図1Bに示されるように、R−T−B系焼結磁石は、主としてR14B化合物からなる主相12と、主相12の粒界部分に位置する粒界相14とから構成されている。また、粒界相14は、図1Bに示されるように、2つのR14B化合物粒子(グレイン)が隣接する二粒子粒界相14aと、3つのR14B化合物粒子が隣接する粒界三重点14bとを含む。典型的な主相結晶粒径は磁石断面の円相当径の平均値で3μm以上10μm以下である。主相12であるR14B化合物は高い飽和磁化と異方性磁界を持つ強磁性材料である。したがって、R−T−B系焼結磁石では、主相12であるR14B化合物の存在比率を高めることによってBを向上させることができる。R14B化合物の存在比率を高めるためには、原料合金中のR量、T量、B量を、R14B化合物の化学量論比(R量:T量:B量=2:14:1)に近づければよい。
また、主相であるR14B化合物の軽希土類元素(主にNd)の一部をTb、Dy、Hoなどの重希土類元素で置換することによって飽和磁化を下げつつ、主相の異方性磁界を高められることが知られている。特に二粒子粒界相と接する主相外殻は磁化反転の起点となりやすいため、主相外殻に優先的に重希土類元素を置換できる重希土類拡散技術は、飽和磁化の低下を抑制しつつ効率的に高いHcJが得られる。
一方、二粒子粒界相14aの磁性を制御することによっても、高いHcJが得られることが知られている。具体的には二粒子粒界相中の磁性元素(Fe、Co、Ni等)の濃度を下げることによって、二粒子粒界相を非磁性に近づけることで、主相同士の磁気的な結合を弱めて磁化反転を抑制することができる。
本発明者は検討の結果、例えば特許文献2に記載のように、R(主にPrやNd)やGaを磁石表面から磁石内部(深さ方向)に拡散させる場合、特にHcJに影響すると考えられる二粒子粒界におけるPr濃度を高い特定範囲にすることで、HcJを大幅に向上させることができることを見出した。これは二粒子粒界におけるPr濃度を高くすることにより二粒子粒界相の幅がより広がり易くなり、主相同士の磁気的な相互作用をより低減できるからだと考えられる。さらに、PrとGaと共にRH(RHは重希土類元素の少なくとも1種でありTb及びDyの少なくとも一方を必ず含む)を拡散させると、少ないRHでも拡散による主相外殻の異方性磁界の向上が顕著に起こり、Bの低下を抑制しつつ、HcJを大幅に向上させることができることがわかった。これにより得られた本開示のR−T−B系焼結磁石は、高いBと高いHcJを有することができる。二粒子粒界におけるPr濃度を高い特定範囲とし、少ないRHでも拡散による主相外殻の異方性磁界の向上を顕著にするためには、例えば、後述する拡散合金のRHの含有量を低くした上でR−T−B系焼結磁石素材表面への付着量を比較的多い特定範囲に管理してPr、RH、Gaの全てを拡散させる方法や後述する第一拡散工程及び第二拡散工程を行う方法により達成することができる。
(R−T−B系焼結磁石)
本開示のR−T−B系焼結磁石は、主相結晶粒及び粒界相を含み、
R:27.0mass%以上35.0mass%以下(Rは、RL及びRHからなり、RLは軽希土類元素の少なくとも2種でありNd及びPrを必ず含み、RHは重希土類元素の少なくとも1種でありTb及びDyの少なくとも一方を必ず含む)、
B:0.80mass%以上1.20mass%以下、
Ga:0.20mass%以上0.80mass%以下、
T:61.5mass%以上(TはFeとCoであり、Tの90mass%以上がFeである)を含有する。
Rが27.0mass%未満では焼結過程で液相が十分に生成せず、焼結体を充分に緻密化することが困難になる可能性がある。一方、Rが35mass%を超えると焼結時に粒成長が起こり、HcJが低下する可能性がある。Rは28mass%以上33mass%以下であることが好ましい。より高いBを得ることが出来る。本開示のR−T−B系焼結磁石は、RHの使用量を低減しつつ、高いBと高いHcJを得ることができるため、より高いHcJを求められる場合でもRHの添加量を削減できる。典型的にはRHの含有量を5mass%以下とすることができ、好ましくはRHの含有量は3mass%以下であり、もっとも好ましくは、RHの含有量は0.1mass%以上1.0mass%以下である。
Bが0.80mass%未満ではBが低下する可能性がある。一方、Bが1.20mass%を超えると高いHcJが得られない可能性がある。Bは0.87mass%以上0.92mass%以下が好ましく、0.88mass%以上0.90mass%以下がさらに好ましい。より高いBと高いHcJを得ることができる。
Gaが0.20mass%未満では高いHcJが得られない可能性がある。一方、Gaが0.80mass%を超えるとBが低下する可能性がある。Gaは0.30mass%以上0.70mass%未満が好ましく、0.40mass%以上0.60mass%以下がさらに好ましい。より高いBと高いHcJを得ることができる。
Tが61.5mass%未満ではBが大幅に低下するおそれがある。そのためTの含有量は61.5mass%以上である。TにおけるFeの割合がmass比で90%未満の場合、Bが低下するおそれがある。そのため、T含有量におけるCo含有量の割合は、T含有量全体の10%以下が好ましく、2.5%以下がより好ましい。
好ましくは、より高いHcJを得るために本開示のR−T−B系焼結磁石は、[T]はmass%で示すTの含有量であり、[B]はmass%で示すBの含有量とするとき、[T]/55.85>14×[B]/10.8が成立する。この不等式を満足するということは、Bの含有量がR14B化合物の化学量論組成比よりも少ない、すなわち、主相(R14B化合物)形成に使われるT量に対して相対的にB量が少ないことを意味している。また、同様に、より高いHcJを得るために本開示のR−T−B系焼結磁石はCuを含有し、Cuの含有量は、0.05mass%以上0.80mass%以下であることが好ましく、Gaの含有量はCuの含有量よりも多いことが好ましい。
さらに本開示のR−T−B系焼結磁石は、
磁石表面から300μmの深さに位置する前記主相結晶粒の中央部におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は0以上0.45以下であり、
磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は2.0以上5.0以下であり、
磁石表面から磁石内部にむかってRH濃度が漸減する部分を含み、
磁石表面から磁石内部にむかってGa濃度が漸減する部分を含む。
磁石表面から300μmの深さに位置する前記主相結晶粒の中央部におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は0以上0.45以下であるということは、主相結晶粒におけるRはNdが主成分であることを示している。[Pr]はmass%で示すPrの含有量であり、[Nd]はmass%で示すNdの含有量である。主相結晶粒の中央部における前記(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))が0以上0.45以下の範囲外であると、主相結晶粒のPrの濃度が高くなり、HcJの温度係数が低下する可能性がある。
磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は2.0以上5.0以下であるということは、二粒子粒界におけるRはPr濃度がNdよりも高い特定範囲にあることを示している。二粒子粒界内における前記(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))が2.0未満であるとPrの濃度が低いため高いHcJが得られない。また、5.0を超えるとPrの濃度が高すぎるため、結果として多量のPrを拡散させることとなりBが大きく低下する。また、二粒子粒界に隣接する主相結晶粒のPr濃度が高くなりHcJの温度係数が低下する。好ましくはより高いHcJを得るために、本開示のR−T−B系焼結磁石は、磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は2.0以上4.0以下であり、さらに好ましくは、2.3以上3.5以下である。最も好ましくは、2.3以上3.0以下である。
なお、Pr及びNdの濃度は例えば以下の様にして求める。まず、R−T−B系焼結磁石の磁石断面における結晶粒(主相結晶粒)及び二粒子粒界を透過電子顕微鏡(TEM)にて観察する。主相結晶粒及び二粒子粒界を観察する箇所はいずれもR−T−B系焼結磁石の表面から300μmにおける任意の磁石断面である。次に、主相結晶粒の中央部及び二粒子粒界(二粒子粒界内の任意の場所)が含有するPrの濃度(mass%)及びNdの濃度(mass%)をエネルギー分散型X線分光法(EDX)にて組成分析する。そして、Ndに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は、Prの濃度(mass%)にPrの原子量を除したもの(a)と、Ndの濃度(mass%)にNdの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。
また、「磁石表面から300μmの深さに位置する前記主相結晶粒の中央部におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は0以上0.45以下であり、磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は2.0以上5.0以下であり」という条件は、必ずしも磁石全面の磁石表面から300μmの深さ全ての主相結晶粒及び二粒界粒界内において満たされる必要はなく、磁石の一部が前記条件を満たしているだけでもよい。これは、高いB及び高いHcJを得る必要がある場所が必ずしも磁石全体ではなく、磁石の一部分でもよい場合(例えば、磁石がモータに使用される場合、磁石端部において高いB及び高いHcJが必要となる場合がある)があるからである。
「磁石表面から磁石内部にむかってRH濃度が漸減する部分を含み」、「磁石表面から磁石内部にむかってGa濃度が漸減する部分を含む」ということは、RHおよびGaが磁石表面から磁石内部に拡散された状態にあることを意味している。「磁石表面から磁石内部にむかってRH濃度が漸減する部分を含み」、「磁石表面から磁石内部にむかってGa濃度が漸減する部分を含む」は、例えば、R−T−B系焼結磁石の任意の断面における磁石表面から磁石中央付近までをエネルギー分散型X線分光方法(EDX)により線分析(ライン分析)することにより確認することができる。RHおよびGa濃度は、測定部位が主相結晶粒(R14B化合物粒子)や粒界であったり、拡散前のR1−T−B系焼結磁石素材や拡散時に生じるRHおよびGaを含む化合物の種類や有無により局所的にはRHおよびGaの濃度はそれぞれ下がったり、上がったりする場合がある。しかしながら、全体的なRHおよびGaの濃度はそれぞれ磁石内部に行くに従い漸減して(徐々に濃度が低くなって)いく。よって局所的に濃度が下がったり、上がったりしていたとしても、磁石表面から磁石内部へ少なくとも200μmの深さにおいて全体的にRHおよびGa量がそれぞれ漸減していれば、本開示の磁石表面から磁石内部にRHおよびGa濃度が漸減する部分を含むとする。なお、RHの磁石表面から磁石内部への拡散は、RHがTbであることが好ましい。すなわち、磁石表面から磁石内部にむかってTb濃度が漸減する部分を含むことが好ましい。より高いHcJを得ることができる。
本開示のR−T−B系焼結磁石は、例えば、R−T−B系焼結磁石素材表面から粒界を通じて磁石素材内部へ、RL1−RH−M1系合金に含有されるRL1、RHおよびM1を拡散させることにより得ることができる。本発明者による検討の結果、特に、磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))が2.0以上5.0以下である本開示のR−T−B系焼結磁石を得るためには、後述するように、例えば、前記RL1−RH−M1系合金中のRHの含有量を低くした上でR−T−B系焼結磁石素材表面への付着量を比較的多い特定範囲に管理してRL1、RH、M1の全てを拡散させる方法が有効であることがわかった。また、例えば、R−T−B系焼結磁石素材とRL1−RH−M1系合金とを付着させて拡散させた後に(第一拡散工程)、さらに、前記第一拡散工程が実施されたR−T−B系焼結磁石素材とRL2−M2系合金とを付着させて熱処理を実施することでRL2およびM2を更に磁石表面から磁石素材内部へ拡散させる(第二拡散工程)ことで、より確実に本開示のR−T−B系焼結磁石を得ることができることがわかった。但し、本開示のR−T−B系焼結磁石は、これらの方法に限定されない。本開示のR−T−B系焼結磁石になるように、RL1やRL2、RH、M1やM2を磁石表面から内部に拡散することができれば、その方法は特に問わない。
(R−T−B系焼結磁石の製造方法)
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、ある実施形態において、図2に示すように、R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程S10とRL1−RH−M1系合金を準備する工程S20とを含む。R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程S10とRL1−RH−M1合金を準備する工程S20との順序は任意であり、それぞれ、異なる場所で製造されたR−T−B系焼結磁石素材およびRL1−RH−M1合金を用いてもよい。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、図2に示すように、更に、R−T−B系焼結磁石素材表面の少なくとも一部にRL1−RH−M1系合金の少なくとも一部を付着させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で加熱する拡散工程S30を含む。前記拡散工程S30における前記R−T−B系焼結磁石素材への前記RL1−RH−M1系合金の付着量は4mass%以上15mass%以下が好ましい。
なお、本開示において、拡散工程前および拡散工程中(後述する別のある実施形態においては第二拡散工程前および第二拡散工程中)のR−T−B系焼結磁石を「R−T−B系焼結磁石素材」と称し、拡散工程後(後述する別のある実施形態においては第二拡散工程後)のR−T−B系焼結磁石を単に「R−T−B系焼結磁石」と称する。
(R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程)
R−T−B系焼結磁石素材は例えば、以下の組成範囲を有する。
R:27.0〜35.0mass%、
B:0.80〜1.20mass%、
Ga:0〜0.80mass%、
T:61.5mass%以上を含有する。
R−T−B系焼結磁石素材は、Nd−Fe−B系焼結磁石に代表される一般的なR−T−B系焼結磁石の製造方法を用いて準備することができる。一例を挙げると、ストリップキャスト法等で作製された原料合金を、ジェットミルなどを用いて3μm以上10μm以下に粉砕した後、磁界中で成形し、900℃以上1100℃以下の温度で焼結することにより準備することができる。
(RL1−RH−M1系合金を準備する工程)
前記RL1−RH−M1系合金において、例えば、RL1は、軽希土類元素の少なくとも1種でありPrを必ず含み、RL1全体に対するPrの含有量は55mass%以上である。RL1全体に対するPrの含有量は70mass%以上がさらに好ましい。RL1の含有量は、RL1−RH−M1系合金全体の60mass%以上97mass%以下である。RH(RHは重希土類元素の少なくとも1種でありTb及びDyの少なくとも一方を必ず含む)の含有量は、RL1−RH−M1系合金全体の1mass%以上8mass%以下である。M1は、Ga、Cu、Fe、Co、Ni、およびAlからなる群から選択された少なくとも1つであり、M1は、Gaを必ず含み、M1全体に対するGaの含有量は50mass%以上である。M1の含有量は、RL1−RH−M1系合金全体の2mass%以上39mass%以下である。RL1−RH−M1系合金の典型例は、TbNdPrCu合金、DyNdCePrCu合金、TbNdPrGaCu合金などである。また、RL1―M1合金と共にRHのフッ化物、酸化物、酸フッ化物等を準備してもよい。RHのフッ化物、酸化物、酸フッ化物としては、例えば、TbF、DyF、Tb、Dy、TbOF、DyOFが挙げられる。RL1−RH−M1系合金は、RL1、RHおよびM1それぞれの含有量を調整することにより、上述した元素以外の元素(例えばSi、Mn等)を少量(例えば合計で2mass%程度)含有してもよい。
RL1−RH−M1系合金の作製方法は、特に限定されない。ロール急冷法によって作製してもよいし、鋳造法で作製してもよい。また、これらの合金を粉砕して合金粉末にしてもよい。遠心アトマイズ法、回転電極法、ガスアトマイズ法、プラズマアトマイズ法などの公知のアトマイズ法で作製してもよい。
(拡散工程)
前記によって準備したR−T−B系焼結磁石素材の表面の少なくとも一部に、前記によって準備したRL1−RH−M1系合金の少なくとも一部を付着させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で加熱する拡散工程を行う。これにより、RL1−RH−M1合金からRL1、RHおよびM1を含む液相が生成し、その液相がR−T−B系焼結磁石素材中の粒界を経由して焼結素材表面から内部に拡散導入される。拡散工程における前記R−T−B系焼結磁石素材への前記RL1−RH−M1系合金の付着量を4mass%以上15mass%以下で、かつ、前記RL1−RH−M1系合金による前記R−T−B系焼結磁石素材へのRHの付着量を0.1mass%以上0.6mass%以下とすることが好ましい。これにより、本開示のR−T−B系焼結磁石を得ることができ、高いBと高いHcJが得られる。R−T−B系焼結磁石素材へのRL1−RH−M1系合金の付着量が4mass%未満であると、磁石素材内部へのRHおよびRL1(特にPr)およびM1(特にGa)の導入量が少なすぎて高いHcJを得ることができない可能性があり、15mass%を超えると、RHおよびRL1およびM1の導入量が多すぎてBが大幅に低下したり、重希土類元素の使用量が増加し過ぎてしまうだけでなく、磁石内部まで拡散しきれないRL−RH−M系合金が磁石表面に残存し、耐食性や加工性など別の問題が発生する可能性がある。好ましくは、前記R−T−B系焼結磁石素材への前記RL1−RH−M1系合金の付着量は5mass%以上10mass%以下である。より高いHcJを得ることができる。また、前記RL1−RH−M1系合金による前記R−T−B系焼結磁石素材へのRHの付着量が0.1mass%未満であると、RHによるHcJ向上効果が得られない可能性があり、0.6mass%を超えると重希土類元素の使用量を低減しつつ、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を得ることができない。好ましくは、前記RL1−RH−M1系合金による前記R−T−B系焼結磁石素材へのRHの付着量が0.1mass%以上0.5mass%以下である。ここで、RHの付着量は、R−T−B系焼結磁石素材に付着しているRL1−RH−M1系合金が含有するRHの量であり、R−T−B系焼結磁石素材のmassを100mass%としたときのmass比率によって規定される。
拡散工程は、R−T−B系焼結磁石素材表面に、任意形状のRL1−RH−M1合金を配置し、公知の熱処理装置を用いて行うことができる。例えば、R−T−B系焼結磁石素材表面をRL1−RH−M1合金の粉末層で覆い、拡散工程を行うことができる。例えば、塗布対象の表面に粘着剤を塗布する塗布工程と、粘着剤を塗布した領域にRL1−RH−M1合金を付着させる工程を行ってもよい。粘着剤としては、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)、PVP(ポリビニルピロリドン)などが挙げられる。粘着剤が水系の粘着剤の場合、塗布の前にR−T−B系焼結磁石素材を予備的に加熱してもよい。予備加熱の目的は余分な溶媒を除去し粘着力をコントロールすること、及び、均一に粘着剤を付着させることである。加熱温度は60〜200℃が好ましい。揮発性の高い有機溶媒系の粘着剤の場合はこの工程は省略してもよい。また、例えばRL1−RH−M1合金を分散媒中に分散させたスラリーをR−T−B系焼結磁石素材表面に塗布した後、分散媒を蒸発させRL1−RH−M1合金とR−T−B系焼結磁石素材とを付着させてもよい。なお、分散媒として、アルコール(エタノール等)、アルデヒドおよびケトンを例示できる。またRHは、RL1―M1合金と共にRHのフッ化物、酸化物、酸フッ化物等をR−T−B系焼結磁石素材表面に配置することにより導入してもよい。すなわち、RHと共にRL1およびM1を同時に拡散させることができればその方法は特に問わない。
また、RL1−RH―M1合金の少なくとも一部がR−T−B系焼結磁石素材の少なくとも一部に付着していれば、その配置位置は特に問わないが、好ましくは、RL1−RH−M1合金は、少なくともR−T−B系焼結磁石素材の配向方向に対して垂直な表面に付着させるように配置する。より効率よくRL1、RHおよびM1を含む液相を磁石表面から内部に拡散導入させることができる。この場合、R−T−B系焼結磁石素材の配向方向のみにRL1−RH−M1合金を付着させても、R−T−B系焼結磁石素材の全面にRL1−RH−M1合金を付着させてもよい。
(熱処理を実施する工程)
好ましくは、拡散工程が実施されたR−T−B系焼結磁石に対して、真空又は不活性ガス雰囲気中、400℃以上750℃以下で、かつ、前記拡散工程で実施した温度よりも低い温度で熱処理を行う。熱処理を行うことにより、より高いHcJを得ることができる。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、別の実施形態において、図3に示すように、R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程S50とRL1−RH−M1系合金を準備する工程S60およびRL2−M2系合金を準備する工程S61を含む。R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程S50とRL1−RH−M1合金を準備する工程S60およびRL1−M2系合金を準備する工程S61の順序は任意であり、それぞれ、異なる場所で製造されたR−T−B系焼結磁石素材、RL1−RH−M1系合金およびRL2−M2合金を用いてもよい。本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、図3に示すように、更に、R−T−B系焼結磁石素材表面の少なくとも一部にRL1−RH−M1系合金の少なくとも一部を付着させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で加熱する第一拡散工程S70と第一拡散工程が実施されたR−T−B系焼結磁石素材の表面の少なくとも一部に、前記RL2−M2系合金の少なくとも一部を付着させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、400℃以上600℃以下の温度で加熱する第二拡散工程S71を含む。
(R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程)
R−T−B系焼結磁石素材は例えば、以下の組成範囲を有する。
R:27.0〜35.0mass%、
B:0.80〜1.20mass%、
Ga:0〜0.80mass%、
T:61.5mass%以上
R−T−B系焼結磁石素材は、Nd−Fe−B系焼結磁石に代表される一般的なR−T−B系焼結磁石の製造方法を用いて準備することができる。一例を挙げると、ストリップキャスト法等で作製された原料合金を、ジェットミルなどを用いて3μm以上10μm以下に粉砕した後、磁界中で成形し、900℃以上1100℃以下の温度で焼結することにより準備することができる。
(RL1−RH−M1系合金を準備する工程)
RL1−RH−M1系合金において、例えば、RL1は、軽希土類元素の少なくとも1種でありPrを必ず含み、RL1全体に対するPrの含有量は55mass%以上である。RL1全体に対するPrの含有量は70mass%以上がさらに好ましい。RL1の含有量は、RL1−RH−M1系合金全体の60mass%以上97mass%以下である。RH(RHは重希土類元素の少なくとも1種でありTb及びDyの少なくとも一方を必ず含む)の含有量は、RL1−RH−M1系合金全体の1mass%以上8mass%以下である。M1は、Ga、Cu、Fe、Co、Ni、およびAlからなる群から選択された少なくとも1つであり、M1は、Gaを必ず含み、M1全体に対するGaの含有量は50mass%以上である。M1の含有量は、RL1−RH−M1合金全体の2mass%以上39mass%以下である。RL1−RH−M1系合金の典型例は、TbNdPrCu合金、TbNdCePrCu合金、TbNdPrGaCu合金などである。また、RL1―M1合金と共にRHのフッ化物、酸化物、酸フッ化物等を準備してもよい。RHのフッ化物、酸化物、酸フッ化物としては、例えば、TbF、DyF、Tb、Dy、TbOF、DyOFが挙げられる。
RL1−RH−M1系合金は、RL1、RHおよびM1それぞれの含有量を調整することにより、上述した元素以外の元素(例えばSi、Mn等)を少量(例えば合計で2mass%程度)含有してもよい。
RL1−RH−M1系合金の作製方法は、特に限定されない。ロール急冷法によって作製してもよいし、鋳造法で作製してもよい。また、これらの合金を粉砕して合金粉末にしてもよい。遠心アトマイズ法、回転電極法、ガスアトマイズ法、プラズマアトマイズ法などの公知のアトマイズ法で作製してもよい。
(RL2−M2系合金を準備する工程)
RL2−M2系合金において、例えば、RL2は、軽希土類元素の少なくとも1種でありPrを必ず含み、RL2全体に対するPrの含有量は55mass%以上である。RL2全体に対するPrの含有量は70mass%以上がさらに好ましい。RL2の含有量は、RL2−M2系合金全体の60mass%以上97mass%以下であり、M2は、Ga、Cu、Fe、Co、Ni、およびAlからなる群から選択された少なくとも1つであり、M2は、Gaを必ず含み、M2全体に対するGaの含有量は50mass%以上である。M2の含有量は、RL2−M2系合金全体の3mass%以上40mass%以下である。RL2−M2系合金の典型例は、NdPrCu合金、NdCePrCu合金、NdPrGaCu合金などである。
RL2−M2系合金は、RL2およびM2それぞれの含有量を調整することにより、上述した元素以外の元素(例えばSi、Mn等)を少量(例えば合計で2mass%程度)含有してもよい。
RL2−M2系合金の作製方法は、特に限定されない。ロール急冷法によって作製してもよいし、鋳造法で作製してもよい。また、これらの合金を粉砕して合金粉末にしてもよい。遠心アトマイズ法、回転電極法、ガスアトマイズ法、プラズマアトマイズ法などの公知のアトマイズ法で作製してもよい。
(第一拡散工程)
前記によって準備したR−T−B系焼結磁石素材の表面の少なくとも一部に、前記によって準備したRL1−RH−M1系合金の少なくとも一部を付着させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で加熱する第一拡散工程を行う。これにより、RL1−RH−M1合金からRL1、RHおよびM1を含む液相が生成し、その液相がR−T−B系焼結磁石素材中の粒界を経由して焼結素材表面から内部に拡散導入される。第一拡散工程における前記R−T−B系焼結磁石素材への前記RL1−RH−M1系合金の付着量を4mass%以上15mass%以下で、かつ、前記RL1−RH−M1系合金による前記R−T−B系焼結磁石素材へのRHの付着量を0.1mass%以上0.6mass%以下とする。好ましくは、前記R−T−B系焼結磁石素材への前記RL1−RH−M1系合金の付着量は5mass%以上10mass%以下であり、前記RL1−RH−M1系合金による前記R−T−B系焼結磁石素材へのRHの付着量は0.1mass%以上0.5mass%以下である。より高いHcJを得ることができる。
第一拡散工程は、R−T−B系焼結磁石素材表面に、任意形状のRL1−RH−M1合金を配置し、公知の熱処理装置を用いて行うことができる。
(第二拡散工程)
前記第一拡散工程が実施されたR−T−B系焼結磁石素材の表面の少なくとも一部に、前記RL2−M2系合金の少なくとも一部を付着させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、400℃以上600℃以下の温度で加熱する第二拡散工程を行う。これにより、RL2−M2合金からRL2およびM2を含む液相が生成し、その液相がR−T−B系焼結磁石素材中の粒界を経由して焼結素材表面から内部に拡散導入される。第二拡散工程における前記R−T−B系焼結磁石素材への前記RL2−M2系合金の付着量を1mass%以上15mass%以下とする。これにより、より確実に本開示のR−T−B系焼結磁石を得ることができ、高いBと高いHcJが得られる。付着量が1mass%未満であると、磁石素材内部へのRL2およびM2の導入量が少なすぎて高いHcJを得ることができない可能性がある。一方、付着量が15mass%を超えるとRL2およびM2の導入量が多すぎてBが大幅に低下したり、磁石内部まで拡散しきれないRL2−M2系合金が磁石表面に残存し、耐食性や加工性など別の問題が発生する可能性がある。好ましくは、前記R−T−B系焼結磁石素材への前記RL2−M2系合金の付着量は2mass%以上10mass%以下である。より高いHcJを得ることができる。
第二拡散工程は、第一拡散工程と同様に、前記第一拡散工程が実施されたR−T−B系焼結磁石素材表面に、任意形状のRL2−M2合金を配置し、公知の熱処理装置を用いて行うことができる。また第一拡散工程と同様に、RL2―M2合金の少なくとも一部がR−T−B系焼結磁石素材の少なくとも一部に付着していれば、その配置位置は特に問わないが、好ましくは、RL2−M2合金は、少なくともR−T−B系焼結磁石素材の配向方向に対して垂直な表面に付着させるように配置する。より効率よくRL2およびM2を含む液相を磁石表面から内部に拡散導入させることができる。この場合、R−T−B系焼結磁石素材の配向方向のみにRL2−M2合金を付着させても、R−T−B系焼結磁石素材の全面にRL2−M2合金を付着させてもよい。
本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
(実施例1)
[R−T−B系焼結磁石素材(磁石素材)を準備する工程]
各元素を秤量しストリップキャスト法により鋳造し、厚み0.2〜0.4mmのフレーク状の原料合金を得た。得られたフレーク状の原料合金を水素粉砕した後、550℃まで真空中で加熱後冷却する脱水素処理を施し粗粉砕粉を得た。次に、得られた粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉100mass%に対して0.04mass%添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径D50が4μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。なお、粒径D50は、気流分散法によるレーザー回折法で得られた体積中心値(体積基準メジアン径)である。
前記微粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉100mass%に対して0.05mass%添加、混合した後磁界中で成形し成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交するいわゆる直角磁界成形装置(横磁界成形装置)を用いた。
得られた成形体を、真空中、1040℃(焼結による緻密化が十分起こる温度を選定)で4時間焼結した後急冷し、磁石素材を得た。得られた磁石素材の密度は7.5Mg/m以上であった。得られた磁石素材の成分の結果を表1に示す。なお、表1における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。なお、磁石素材の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.1mass%前後であることを確認した。また、C(炭素量)は、燃焼−赤外線吸収法によるガス分析装置を使用して測定した結果、0.1mass%前後であることを確認した。表1における「[T]/[B]」は、Tを構成する各元素(ここではFe、Al、Si、Mn)に対し、分析値(mass%)をその元素の原子量で除したものを求め、それらの値を合計したもの(a)と、Bの分析値(mass%)をBの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。以下の全ての表も同様である。なお、表1の各組成および酸素量、炭素量を合計しても100mass%にはならない。これは、前記の通り、各成分によって分析方法が異なるためである。その他表についても同様である。
Figure 2021057565
[RL1−RH−M1系合金を準備する工程]
表2の符号1−a1に示すRL1−RH−M1系合金の組成となるように、各元素を秤量しそれらの原料を溶解して、単ロール超急冷法(メルトスピニング法)によりリボンまたはフレーク状の合金を得た。得られた合金を乳鉢を用いてアルゴン雰囲気中で粉砕した後、目開き38〜1000μmの数種類の篩を通過させ、R−T−B系焼結磁石素材への付着量を変化させるため、5種類の粒径のRL1−RH−M1系合金を準備した。得られたRL1−RH−M1系合金の組成を表2に示す。尚、表2における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。
Figure 2021057565
[第一拡散工程]
表1の符号1−AのR−T−B系焼結磁石素材を切断、切削加工し、7.2mm×7.2mm×7.2mmの立方体とした。次に、R−T−B系焼結磁石素材にディッピング法により粘着剤としてPVAをR−T−B系焼結磁石素材の全面に塗布した。粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石素材に5種類の粒径のRL1−RH−M1系合金粉末をそれぞれ付着させた。処理容器にRL1−RH−M1系合金粉末を広げ、粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石素材の全面に付着させた。次に、真空熱処理炉を用いて、200Paに制御した減圧アルゴン中で、900℃で10時間の条件で前記RL1−RH−M1系合金及び前記R−T−B系焼結磁石素材を加熱して拡散工程を実施した後、冷却した。
[RL2−M2系合金を準備する工程]
表3の符号1−a2に示すRL2−M2系合金の組成となるように、各元素を秤量しそれらの原料を溶解して、単ロール超急冷法(メルトスピニング法)によりリボンまたはフレーク状の合金を得た。得られた合金を乳鉢を用いてアルゴン雰囲気中で粉砕した後、目開き38〜1000μmの数種類の篩を通過させ、RL2−M2系合金を準備した。得られたRL2−M2系合金の組成を表3に示す。尚、表3における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。
Figure 2021057565
[第二拡散工程]
第一拡散工程をおこなった後のサンプルに再度、ディッピング法により粘着剤としてPVAを全面に塗布した。その後、処理容器にRL2−M2系合金粉末を広げ、粘着剤を塗布したサンプルの全面に付着させた。次に、真空熱処理炉を用いて200Paに制御した減圧アルゴン中にて、500℃で3時間の条件で前記RL2−M2系合金及び前記R−T−B系焼結磁石素材を加熱して拡散工程を実施した後、冷却した。熱処理後の各サンプルに対し表面研削盤を用いて各サンプルの全面を切削加工し、7.0mm×7.0mm×7.0mmの立方体状のサンプル(R−T−B系焼結磁石)を得た。尚、第一拡散工程を実施する工程におけるRL1−RH−M1系合金及びR−T−B系焼結磁石素材の加熱温度、並びに第二拡散工程を実施する工程におけるRL2−M2系合金及びR−T−B系焼結磁石素材の加熱温度は、それぞれ熱電対を取り付けることにより測定した。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表4に示す。また、サンプルの成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した結果を表5に示す。なお、いずれのR−T−B系焼結磁石も[T]はmass%で示すTの含有量であり、[B]はmass%で示すBの含有量とするとき、[T]/55.85>14×[B]/10.8が成立していることを確認した。また、「磁石表面から300μmの深さに位置する前記主相結晶粒の中央部におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))」及び「磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))」を求めた。さらに、磁石表面から磁石内部に向かってRH及びGa濃度が漸減する部分を含むかどうかについても確認した。具体的には次の様にして行った。No.1−1〜1−5の磁石表面(ここでは磁化方向に対して垂直な面)から300μmにおける結晶粒(主相結晶粒)及び二粒子粒界を透過電子顕微鏡(TEM)を用いて観察し、分散型X線分光法(EDX)を用いて主相結晶粒の中央部及び二粒子粒界(二粒子粒界の任意の場所)が含有するNd及びPrの濃度(mass%)を測定した。測定したPrの濃度(mass%)にPrの原子量を除したもの(a)と、測定したNdの濃度(mass%)にNdの原子量で除したもの(b)との比(a/b)をそれぞれ求めた。測定結果及び計算結果を表4に示す。なお、表4は、主相結晶粒の中央部におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))の結果を「主相結晶粒中央部[Pr]/[Nd]」と、二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))の結果を「二粒子粒界内[Pr]/[Nd]」とそれぞれ記載している。以後の表も同様である。さらに、No.1−1〜1−5の磁石断面における磁石表面から磁石中央付近までを前記EDXにより線分析(ライン分析)を行い、RH及びGa濃度が磁石表面から磁石中央部にかけて漸減しているか(徐々に濃度が低くなっているか)確認した。RH及びGa濃度が漸減している場合は○とし漸減していない場合は×として表4に示す。
表4に示す通り、サンプルNo.1−2〜1−4の本発明例はいずれも1.34T以上の高いB及び1800kA/m以上の高いHcJが得られていることがわかる。これに対し、二粒子粒界内における([Pr]/[Nd])が2.0未満で、磁石表面から磁石内部にむかってGa濃度が漸減する部分を含まないサンプルNo.1−1は高いHcJがえられなかった。さらに、二粒子粒界内における([Pr]/[Nd])が5.0超であるサンプルNo.1−5は高いBがえられなかった。
Figure 2021057565
Figure 2021057565
(実施例2)
[R−T−B系焼結磁石素材(磁石素材)を準備する工程]
表6の符号2−Aに示す磁石素材の組成となるように、各元素を秤量しストリップキャスト法により鋳造し、厚み0.2〜0.4mmのフレーク状の原料合金を得た。得られたフレーク状の原料合金を水素粉砕した後、550℃まで真空中で加熱後冷却する脱水素処理を施し粗粉砕粉を得た。次に、得られた粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉100mass%に対して0.04mass%添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径D50が4μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。なお、粒径D50は、気流分散法によるレーザー回折法で得られた体積中心値(体積基準メジアン径)である。
前記微粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉100mass%に対して0.05mass%添加、混合した後磁界中で成形し成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交するいわゆる直角磁界成形装置(横磁界成形装置)を用いた。
得られた成形体を、真空中、1030℃(サンプル毎に焼結による緻密化が十分起こる温度を選定)で4時間焼結した後急冷し、磁石素材を得た。得られた磁石素材の密度は7.5Mg/m以上であった。得られた磁石素材の成分の結果を表6に示す。なお、表6における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。なお、磁石素材の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.1mass%前後であることを確認した。また、C(炭素量)は、燃焼−赤外線吸収法によるガス分析装置を使用して測定した結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 2021057565
[RL1−RH−M1系合金を準備する工程]
表7の符号2−a1に示すRL1−RH−M1系合金の組成となるように、各元素を秤量しそれらの原料を溶解して、単ロール超急冷法(メルトスピニング法)によりリボンまたはフレーク状の合金を得た。得られた合金を乳鉢を用いてアルゴン雰囲気中で粉砕した後、目開き38〜1000μmの数種類の篩を通過させ、R−T−B系焼結磁石素材への付着量を変化させるため、3種類の粒径のRL1−RH−M1系合金を準備した。得られたRL1−RH−M1系合金の組成を表7に示す。尚、表7における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。
Figure 2021057565
[拡散工程]
表6の符号2−AのR−T−B系焼結磁石素材を切断、切削加工し、7.2mm×7.2mm×7.2mmの立方体とした。次に、R−T−B系焼結磁石素材にディッピング法により粘着剤としてPVAをR−T−B系焼結磁石素材の全面に塗布した。粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石素材に3種類の粒径のRL1−RH−M1系合金粉末をそれぞれ付着させた。処理容器にRL1−RH−M1系合金粉末を広げ、粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石素材の全面に付着させた。次に、真空熱処理炉を用いて、200Paに制御した減圧アルゴン中で、900℃で10時間の条件で前記RL1−RH−M1系合金及び前記R−T−B系焼結磁石素材を加熱して拡散工程を実施した後、冷却した。次に、真空熱処理炉を用いて200Paに制御した減圧アルゴン中にて、500℃で3時間の条件で拡散工程後のR−T−B系焼結磁石素材を加熱した後、冷却した。尚、拡散工程およびその後の熱処理を実施する工程におけるRL1−RH−M1系合金及びR−T−B系焼結磁石素材の加熱温度は、それぞれ熱電対を取り付けることにより測定した。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表8に示す。また、サンプルの成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した結果を表9に示す。なお、いずれのR−T−B系焼結磁石も[T]はmass%で示すTの含有量であり、[B]はmass%で示すBの含有量とするとき、[T]/55.85>14×[B]/10.8が成立していることを確認した。さらに実施例1と同様にして主相結晶粒の中央部及び二粒子粒界(二粒子粒界の任意の場所)が含有するNd及びPrの濃度を測定し、主相結晶粒の中央部及び二粒子粒界における[Pr]/[Nd]を求めた。さらに、磁石表面から磁石内部に向かってRH及びGa濃度が漸減する部分を含むかどうかについても実施例1と同様にして確認した。測定結果及び計算結果を表8に示す。表8に示す通り、サンプルNo.2−1〜2−3の本発明例はいずれも1.35T以上の高いB及び1900kA/m以上の高いHcJが得られていることがわかる。
Figure 2021057565
Figure 2021057565
(実施例3)
[R−T−B系焼結磁石素材(磁石素材)を準備する工程]
各元素を秤量しストリップキャスト法により鋳造し、厚み0.2〜0.4mmのフレーク状の原料合金を得た。得られたフレーク状の原料合金を水素粉砕した後、550℃まで真空中で加熱後冷却する脱水素処理を施し粗粉砕粉を得た。次に、得られた粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉100mass%に対して0.04mass%添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径D50が4μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。なお、粒径D50は、気流分散法によるレーザー回折法で得られた体積中心値(体積基準メジアン径)である。
前記微粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉100mass%に対して0.05mass%添加、混合した後磁界中で成形し成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交するいわゆる直角磁界成形装置(横磁界成形装置)を用いた。
得られた成形体を、真空中、1000℃〜1030℃(サンプル毎に焼結による緻密化が十分起こる温度を選定)で4時間焼結した後急冷し、磁石素材を得た。得られた磁石素材の密度は7.5Mg/m以上であった。得られた磁石素材の成分の結果を表10に示す。なお、表10における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。なお、磁石素材の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.1mass%前後であることを確認した。また、C(炭素量)は、燃焼−赤外線吸収法によるガス分析装置を使用して測定した結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 2021057565
[RL1−RH−M1系合金を準備する工程]
表11の符号3−a1〜3−c1に示すRL1−RH−M1系合金の組成となるように、各元素を秤量しそれらの原料を溶解して、単ロール超急冷法(メルトスピニング法)によりリボンまたはフレーク状の合金を得た。得られた合金を乳鉢を用いてアルゴン雰囲気中で粉砕した後、目開き38〜1000μmの数種類の篩を通過させ、R−T−B系焼結磁石素材への付着量を変化させるため、3種類の粒径のRL1−RH−M1系合金を準備した。得られたRL1−RH−M1系合金の組成を表7に示す。尚、表7における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。
Figure 2021057565
[拡散工程]
表10の符号3−A〜3−MのR−T−B系焼結磁石素材を切断、切削加工し、7.2mm×7.2mm×7.2mmの立方体とした。次に、R−T−B系焼結磁石素材にディッピング法により粘着剤としてPVAをR−T−B系焼結磁石素材の全面に塗布した。粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石素材に3種類の粒径のRL1−RH−M1系合金粉末をそれぞれ付着させた。処理容器にRL1−RH−M1系合金粉末を広げ、粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石素材の全面に付着させた。次に、真空熱処理炉を用いて、200Paに制御した減圧アルゴン中で、900℃で10時間の条件で前記RL1−RH−M1系合金及び前記R−T−B系焼結磁石素材を加熱して拡散工程を実施した後、冷却した。次に、真空熱処理炉を用いて200Paに制御した減圧アルゴン中にて、500℃で3時間の条件で拡散工程後のR−T−B系焼結磁石素材を加熱した後、冷却した。尚、拡散工程およびその後の熱処理を実施する工程におけるRL1−RH−M1系合金及びR−T−B系焼結磁石素材の加熱温度は、それぞれ熱電対を取り付けることにより測定した。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表12に示す。また、サンプルの成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した結果を表13に示す。なお、いずれのR−T−B系焼結磁石も[T]はmass%で示すTの含有量であり、[B]はmass%で示すBの含有量とするとき、[T]/55.85>14×[B]/10.8が成立していることを確認した。さらに実施例1と同様にして主相結晶粒の中央部及び二粒子粒界(二粒子粒界の任意の場所)が含有するNd及びPrの濃度を測定し、主相結晶粒の中央部及び二粒子粒界における[Pr]/[Nd]を求めた。さらに、磁石表面から磁石内部に向かってRH及びGa濃度が漸減する部分を含むかどうかについても実施例1と同様にして確認した。測定結果及び計算結果を表12に示す。表12に示す通り、サンプルNo.3−1〜3−14の本発明例はいずれも1.36T以上の高いB及び1900kA/m以上の高いHcJが得られていることがわかる。
Figure 2021057565
Figure 2021057565
本開示によれば、高残留磁束密度、高保磁力のR−T−B系焼結磁石を作製することができる。本開示の焼結磁石は、高温下に晒されるハイブリッド車搭載用モータ等の各種モータや家電製品等に好適である。
12・・・R2T14B化合物からなる主相、14・・・粒界相、14a・・・二粒子粒界相、14b・・・粒界三重点

Claims (5)

  1. 主相結晶粒及び粒界相を含むR−T−B系焼結磁石であって、
    R:27.0mass%以上35.0mass%以下(Rは、RL及びRHからなり、RLは軽希土類元素の少なくとも2種でありNd及びPrを必ず含み、RHは重希土類元素の少なくとも1種でありTb及びDyの少なくとも一方を必ず含む)、
    B:0.80mass%以上1.20mass%以下、
    Ga:0.20mass%以上0.80mass%以下、
    T:61.5mass%以上(TはFeとCoであり、Tの90mass%以上がFeである)を含有し、
    磁石表面から300μmの深さに位置する前記主相結晶粒の中央部におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は0以上0.45以下であり([Pr]はmasss%で示すPrの含有量であり、[Nd]はmass%で示すNdの含有量である)、
    磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は2.0以上5.0以下であり、
    磁石表面から磁石内部にむかってRH濃度が漸減する部分を含み、
    磁石表面から磁石内部にむかってGa濃度が漸減する部分を含む、
    R−T−B系焼結磁石。
  2. [T]はmass%で示すTの含有量であり、[B]はmass%で示すBの含有量とするとき、[T]/55.85>14×[B]/10.8が成立する、請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石。
  3. 前記磁石表面から300μmの深さに位置する二粒子粒界内におけるNdに対するPrのmol比(([Pr]/Prの原子量)/([Nd]/Ndの原子量))は2.0以上4.0以下である、請求項1又は2に記載のR−T−B系焼結磁石。
  4. 前記R−T−B系焼結磁石はCuを含有し、Cuの含有量は、0.05mass%以上0.80mass%以下である、請求項1から3のいずれか一項に記載のR−T−B系焼結磁石。
  5. Gaの含有量はCuの含有量よりも多い、請求項4に記載のR−T−B系焼結磁石。
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