JP2021061301A - 焼結磁石および焼結磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気特性に優れ、かつ高い耐食性を示すＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石、およびそのような焼結磁石の製造方法を提供する。【解決手段】元素Ｒを希土類元素、元素ＴをＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したものとして、Ｒ１２Ｔ１４Ｂ化合物よりなる主相１と、粒界三重点に存在し、重希土類元素を含む希土類元素と、Ｃｕと、元素Ｔとを含有する粒界相２と、を有し、粒界相２全体としての希土類元素の含有量が、５５質量％以上であり、Ｃｕを８質量％以上含有するＣｕリッチ領域２１が、粒界相２のうち９体積％以上を占めている焼結磁石とする。また、Ｒ−Ｔ—Ｂ系合金粉末を焼結した基材に、重希土類元素とＣｕとを含有する改質材を接触させることで、改質材中の重希土類元素およびＣｕを基材の粒界２に拡散させ、上記の焼結磁石を製造する。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石、およびそのような焼結磁石の製造方法に関する。

高保磁力等、高い磁気特性を有する希土類磁石の一種として、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が用いられている（Ｒは希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したもの）。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においては、Ｒ−Ｔ−Ｂ系化合物の結晶粒よりなる主相の粒界三重点に、希土類元素が濃化した粒界相が形成されている。この種の焼結磁石において、粒界相に含有される、希土類元素を含む酸化物、炭化物、窒化物等の不純物の量を低減することで、焼結磁石の磁気特性を特に高めることができる。例えば、焼結磁石を製造する際に、不活性雰囲気中で、材料の成形と焼結を完了するプレスレス法（ＰＬＰ法）を用いることで、不純物の含有量を効果的に低減することができる。

しかし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、不純物の含有量を低減すると、腐食環境に晒された際に、希土類元素が濃化した粒界相が、外部に溶出しやすくなる。粒界相の溶出が起こると、その箇所を起点として、主相結晶粒が脱離し、焼結磁石の腐食が進行することになる。つまり、不純物の含有量を低減することで、焼結磁石の耐食性が低下しやすくなる。よって、不純物の低減による磁気特性の向上と、耐食性の確保を両立することは、困難である。

例えば、特許文献１において、耐食性に優れた希土類磁石として、希土類元素Ｒを含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群を備える希土類磁石であって、希土類磁石の表面部に位置する結晶粒子の粒界三重点に含まれるＲリッチ相に、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が存在し、Ｒリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上である、希土類磁石が開示されている。さらに、結晶粒子におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値を２原子％以下とすることで、耐食性のみならず十分な磁気特性が希土類磁石に付与されると記載されている。

特開２０１１−１９９１８０号公報

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、特許文献１に例示されるように、粒界相の組成を制御することで、高い磁気特性を確保しながら、耐食性を高めることができる可能性がある。しかし、一般に、焼結磁石中の粒界相の組成は、均一ではなく、組成の異なる複数の領域が、粒界相として混在している場合が多い。そのような場合に、粒界相全体としての組成を規定するだけでは、十分に焼結磁石の耐食性を高めることができない可能性がある。粒界相の中に、腐食を起こしにくい領域と共存して、腐食を起こしやすい領域が、ある程度の量で存在すれば、それら腐食を起こしやすい箇所が起点となって、焼結磁石の腐食が進行しうるからである。このように、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、高磁気特性と耐食性を両立することは難しい。

本発明が解決しようとする課題は、磁気特性に優れ、かつ高い耐食性を示すＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石、およびそのような焼結磁石の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる焼結磁石は、元素Ｒを希土類元素、元素ＴをＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したものとして、Ｒ_１２Ｔ_１４Ｂ化合物よりなる主相と、粒界三重点に存在し、重希土類元素を含む希土類元素と、Ｃｕと、前記元素Ｔとを含有する粒界相と、を有し、前記粒界相全体としての希土類元素の含有量が、５５質量％以上であり、Ｃｕを８質量％以上含有するＣｕリッチ領域が、前記粒界相のうち９体積％以上を占めている。

ここで、前記粒界相全体としてのＣｕの含有量が、１．５質量％以上であるとよい。また、前記粒界相全体としての重希土類元素の含有量が、１．０質量％以上であるとよい。

質量％を単位として、前記粒界相全体としてのＣｕの含有量を［Ｃｕ］、前記元素Ｔの含有量を［Ｔ］として、［Ｃｕ］／［Ｔ］が０．０５以上であるとよい。また、前記焼結磁石全体としてのＯおよびＣの含有量が、それぞれ１０００質量ｐｐｍ以下であるとよい。

重希土類元素として、Ｄｙ，Ｔｂ，Ｈｏの少なくとも１種を含有し、前記焼結磁石全体としての重希土類元素の含有量が、１０質量％未満であるとよい。

本発明にかかる焼結磁石の製造方法は、Ｒ−Ｔ―Ｂ系合金粉末を焼結した基材に、重希土類元素とＣｕとを含有する改質材を接触させることで、前記改質材中の重希土類元素およびＣｕを前記基材の粒界に拡散させ、上記の焼結磁石を製造する。

ここで、前記改質材は、重希土類元素とＣｕに加え、Ａｌを含有する合金であるとよい。前記基材は、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を、不活性雰囲気中で成形および焼結して製造されるとよい。

上記発明にかかる焼結磁石は、粒界相のうち９体積％以上を占めて、Ｃｕを８質量％以上含有するＣｕリッチ領域を含んでいる。Ｃｕリッチ領域は、そのＣｕ濃度の高さにより、腐食を受けにくく、焼結磁石の耐食性の向上に貢献する。そのようなＣｕリッチ領域が、粒界相全体の９体積％以上を占めていることで、焼結磁石全体としての耐食性を、効果的に高めることができる。一方、粒界相が、重希土類元素を含有していることに加え、粒界相全体としての希土類元素の含有量が、５５質量％以上となっていることにより、高保磁力等、高い磁気特性を確保することができる。

ここで、粒界相全体としてのＣｕの含有量が、１．５質量％以上である場合には、粒界相全体としてのＣｕの含有量を確保することで、焼結磁石の耐食性を効果的に高めることができる。

また、粒界相全体としての重希土類元素の含有量が、１．０質量％以上である場合には、重希土類元素の寄与により、保磁力等、焼結磁石の磁気特性を、特に効果的に高めることができる。

質量％を単位として、粒界相全体としてのＣｕの含有量を［Ｃｕ］、元素Ｔの含有量を［Ｔ］として、［Ｃｕ］／［Ｔ］が０．０５以上である場合には、粒界相が、ＦｅやＣｏに対して、Ｃｕを十分な量で含有することにより、粒界相を起点とした焼結磁石の腐食を、特に効果的に抑制することができる。

また、焼結磁石全体としてのＯおよびＣの含有量が、それぞれ１０００質量ｐｐｍ以下である場合には、粒界相における不純物濃度が低くなるため、保磁力等、焼結磁石の磁気特性を、高く維持することができる。一方、粒界相において、不純物濃度が低くても、Ｃｕリッチ領域が所定の体積を占めていることにより、耐食性の低下を抑制することができる。

重希土類元素として、Ｄｙ，Ｔｂ，Ｈｏの少なくとも１種を含有し、焼結磁石全体としての重希土類元素の含有量が、１０質量％未満である場合には、重希土類元素として、Ｄｙ，Ｔｂ，Ｈｏの少なくとも１種を用い、粒界相に高濃度で分布させることで、焼結磁石全体としての重希土類元素の含有量を１０質量％未満に抑えても、磁気特性の向上に、高い効果を得ることができる。

上記発明にかかる焼結磁石の製造方法においては、基材に、重希土類元素とＣｕとを含有する改質材を接触させて、改質材中の重希土類元素およびＣｕを基材の粒界に拡散させる。この工程により、重希土類元素を含む希土類元素とＣｕが、粒界相に高濃度で分布した焼結磁石を、簡便に製造し、高い磁気特性と耐食性を両立することができる。

ここで、改質材が、重希土類元素とＣｕに加え、Ａｌを含有する合金である場合には、基材の粒界への重希土類元素およびＣｕの拡散を、効率的に進めることができる。

基材が、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を、不活性雰囲気中で成形および焼結して製造される場合には、ＰＬＰ法に代表されるように、粒界において、酸化物等の不純物の生成を抑制し、高い磁気特性を有する焼結磁石を製造することができる。

本発明の一実施形態にかかる焼結磁石の組織を示す模式図である。 Ｎｄ−Ｃｕ−Ｃｏモデル合金を用いた耐食試験の結果を示す図である。 試料１の焼結磁石に対するＥＰＭＡによる観察結果を示している。（ａ）は、ＣＰ像に基づいて、粒界相を表示しており、（ｂ）は、Ｃｕ濃度分布に基づいて、Ｃｕリッチ領域を表示している。 試料３の焼結磁石に対するＥＰＭＡによる観察結果を示している。（ａ）は、ＣＰ像に基づいて、粒界相を表示しており、（ｂ）は、Ｃｕ濃度分布に基づいて、Ｃｕリッチ領域を表示している。

以下に、本発明の一実施形態にかかる焼結磁石、およびその製造方法について、詳細に説明する。本明細書においては、成分元素の含有量については、特記しないかぎり、質量％および質量ｐｐｍを単位として表すものとする。また、特性値は、室温において計測される値とする。

［Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組成と構造］
本発明の一実施形態にかかる焼結磁石は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石として構成されており、図１に示すように、主相１と、粒界相２とを有している。焼結磁石の組織の大部分は、主相の結晶粒１によって占められている。

主相１は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系化合物の結晶粒として構成されている。ここで、元素Ｒは、希土類元素である。元素Ｔは、ＦｅまたはＦｅの一部がＣｏに置換されたものであり、好ましくは、Ｆｅの一部がＣｏに置換されたものである。希土類元素Ｒの種類は、特に限定されるものではなく、Ｎｄ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｌａ，Ｃｅを例示することができる。中でも、比較的安価でありながら高い磁気特性を与える希土類元素として、ＮｄおよびＰｒを好適に用いることができる。希土類元素Ｒは、１種のみよりなっても、複数種が含まれてもよい。典型的には、主相結晶粒１は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物（Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物等）よりなっている。主相１を構成するＲ−Ｔ−Ｂ系化合物は、さらに、Ｒ，Ｔ，Ｂの各元素に加えて、Ａｌ，Ｇａ，Ｎｉ等の金属元素を含有していてもよい。主相１は、１種の成分組成を有する結晶粒のみからなっても、２種以上の成分組成を有する結晶粒が混在していてもよい。

主相結晶粒１の間の粒界三重点には、粒界相２が形成されている。次に説明するように、粒界相２は、Ｃｕリッチ領域２１と、Ｃｕ希薄領域２２とを含んでいるが、それら両方の領域２１，２２を含めて、粒界相２は、希土類元素と、元素Ｔと、Ｃｕとを含む希土類合金よりなっている。粒界相２においては、主相１よりも希土類元素が濃化されており、粒界相２全体としての希土類元素の含有量が、５５質量％以上となっている。粒界相２をはじめ、焼結磁石を構成する希土類合金は、一部が、酸化物、炭化物、窒化物等の化合物を形成していてもよいが、焼結磁石全体としてのＯおよびＣの含有量が、それぞれ１０００ｐｐｍ以下に抑えられていることが好ましい。

粒界相２の希土類合金を構成する希土類元素は、主相１を構成する希土類元素と同様に、特に限定されるものではないが、その一部として、重希土類元素を含んでいる。ここで、重希土類元素とは、一般に認識されるように、Ｇｄ〜ＬｕおよびＹを指す。重希土類元素は、磁気特性の向上に高い効果を示すＤｙ，Ｔｂ，Ｈｏの少なくとも１種、特にＴｂを含むことが好ましい。重希土類元素は、粒界相２に、１種のみ含まれていても、複数種が含まれていてもよい。重希土類元素の含有量は、粒界相２全体とにおける含有量（粒界相２全体に占める粒界相２中の重希土類元素の質量割合）で、１．０質量％以上であることが好ましい。一方、重希土類元素の含有量は、焼結磁石全体として、１０質量％未満であることが好ましい。

本実施形態にかかる焼結磁石において、粒界相２の少なくとも一部は、Ｃｕリッチ領域２１となっている。Ｃｕリッチ領域２１は、希土類合金よりなっており、その希土類合金におけるＣｕの含有量が、８質量％以上となっている。Ｃｕリッチ領域２１は、各位置において、Ｃｕの含有量が８質量％以上となっていれば、成分組成の異なる複数の領域を含んでいてもよい。

粒界相２は、Ｃｕリッチ領域２１のみよりなってもよいが、Ｃｕリッチ領域２１と共存して、Ｃｕ希薄領域２２を有していてもよい。粒界相２をＣｕリッチ領域２１のみより形成できることは、むしろ稀であり、多くの場合、粒界相２は、Ｃｕリッチ領域２１とＣｕ希薄領域２２の両方を含む。Ｃｕ希薄領域２２も、Ｃｕリッチ領域２１と同様に、希土類合金よりなっているが、Ｃｕリッチ領域２１とは異なり、Ｃｕの含有量が、８質量％未満となっている（Ｃｕが不可避的不純物を除いて含有されない形態も含む）。Ｃｕ希薄領域２２も、各位置において、Ｃｕの含有量が８質量％未満となっていれば、成分組成の異なる複数の領域を含んでいてもよい。

本実施形態にかかる焼結磁石においては、粒界相２の全体のうち、Ｃｕリッチ領域２１が占める割合が、９体積％以上となっている。粒界相２においてＣｕリッチ領域２１が占める割合は、例えば、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）を用いて、見積もることができる。試料断面において、反射電子像（ＣＰ像）に基づいて粒界相２の面積を見積もるとともに、Ｃｕの濃度分布像から、Ｃｕリッチ領域２１の面積を見積もり、それらの面積の比率を、体積比とみなせばよい。

［焼結磁石の特性］
本実施形態にかかる焼結磁石においては、主相結晶粒１の間の粒界三重点に、粒界相２が形成されており、その粒界相２は、全体としての希土類元素の含有量が５５質量％以上となっており、しかも重希土類元素を含有している。そのため、焼結磁石が、高い保磁力をはじめ、優れた磁気特性を発揮するものとなる。

焼結磁石の磁気特性を効果的に高める観点から、粒界相２における希土類元素の含有量は、５５質量％以上、好ましくは５７質量％以上、さらに好ましくは５９質量％以上であるとよい。粒界相２における希土類元素の含有量には、特に上限は設けられないが、希土類元素の含有量が多すぎると、粒界相２においてＣｕ濃度を上昇させにくくなる。そのため、粒界相２における希土類濃度は、８０質量％以下に抑えておくことが好ましい。

また、焼結磁石の磁気特性を一層高める観点から、重希土類元素の含有量は、粒界相２全体における含有量で、１．０質量％以上、さらには１．２質量％以上であるとよい。粒界相２における重希土類元素の含有量を多くするほど、焼結磁石の磁気特性を高めることができるため、その含有量に上限は特に設けられないが、多量の重希土類元素の含有による材料コストの上昇を抑制する観点等から、重希土類元素の含有量は、焼結磁石全体における含有量で、１０質量％未満、さらには２質量％未満に抑えておくことが好ましい。特に、重希土類元素としてＤｙ，Ｔｂ，Ｈｏの少なくとも１種を用いる場合には、粒界相２にそれらの重希土類元素を高濃度で分布させることで、磁気特性の向上に非常に高い効果を発揮するので、少量含有させるだけでも、焼結磁石の磁気特性を向上させることができる。なお、後に説明するように、重希土類元素の導入を、改質材の接触による粒界改質工程を経て行う場合には、重希土類元素の濃度は、焼結磁石全体としての表面から内部に向かって減少する分布をとりやすい。

粒界相２において、希土類合金の酸化物や炭化物、窒化物等の不純物が含有されると、保磁力等、焼結磁石の磁気特性を低下させるものとなる。それらの不純物はおおむね融点が高いため、後に説明するように、焼結磁石を製造する際に、焼結工程や粒界改質工程、時効工程等での加熱を経ても、液相化しない。よって、それらの工程を経たとしても、焼結磁石の磁気特性を低下させる要因となる。従って、焼結磁石の磁気特性を高める観点から、それらの不純物の含有量は、可及的に少なくすることが好ましい。例えば、焼結磁石全体としてのＯおよびＣの含有量を、それぞれ１０００質量ｐｐｍ以下に抑えておけば、高い磁気特性を得やすくなる。不純物の含有量は、例えば、後に説明するように、焼結磁石の製造を、ＰＬＰ法等、不活性雰囲気中で行うことにより、低減することができる。

本実施形態にかかる焼結磁石は、上記のような粒界相２を有することにより、例えば、２０ｋＯｅ以上の保磁力を有するものとできる。保磁力は、２３ｋＯｅ以上であると、さらに好ましい。

本実施形態にかかる焼結磁石は、そのように、高い磁気特性を有すると同時に、高い耐食性を有するものとなっている。耐食性の高さは、Ｃｕ含有量が８質量％以上であるＣｕリッチ領域２１が、粒界相２の９体積％以上を占めていることによって、もたらされる。

後の実施例において、モデル合金を用いた試験によって示すように、Ｒ−Ｃｕ−Ｔ合金が、Ｃｕの含有量が８質量％以上のＣｕリッチ合金となっていれば、高い耐食性を示すものとなる。上記のように、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石における腐食は、粒界相２の溶出を契機として起こりやすいため、粒界相２を占める希土類元素ＲとＣｕ、元素Ｔを含む合金を、腐食しにくい組成としておくことで、焼結磁石全体としての腐食を、効果的に抑制することができる。つまり、粒界相２に、Ｃｕの含有量が８質量％以上の希土類合金を形成しておけば、焼結磁石の耐食性を高めることができる。Ｃｕリッチ合金は、融点が４８０℃程度と低く、加熱によって容易に液相化するため、焼結磁石を製造する際に、焼結性を低下させることや、粒界改質後、また時効後の磁気特性を低下させることは、起こりにくい。よって、Ｃｕリッチ合金は、磁気特性を高く保ったまま、耐食性の向上に寄与することができる。

ただし、そのように高い耐食性を示すＣｕリッチ合金を形成するとしても、その量が少なすぎると、耐食性向上の効果を十分に発揮することができない。そこで、Ｃｕの含有量が８質量％以上であるＣｕリッチ領域２１が、粒界相２全体の９体積％以上を占めるようにしておくことで、Ｃｕリッチ合金の耐食性向上の効果により、焼結磁石全体としての耐食性を、効果的に高めることができる。特に、焼結磁石の磁気特性を高める等の目的で、粒界相２における酸化物や炭化物、窒化物等の不純物の含有量を少なく抑えている場合には、多量の不純物の含有を許容する場合と比較して、粒界相２の溶出による腐食が進行しやすくなるが、その場合にも、粒界相２にＣｕリッチ領域２１を形成しておくことで、腐食の進行を効果的に抑制することができる。好ましくは、Ｃｕリッチ領域２１の割合は、粒界相２全体の１０体積％以上、さらには１５体積％以上であるとよい。

Ｃｕリッチ領域２１が粒界相２に占める割合が、９体積％以上になっていれば、Ｃｕリッチ領域２１およびＣｕ希薄領域２２の具体的な成分組成は特に限定されるものではないが、焼結磁石全体としての耐食性を効果的に高める観点から、粒界相２全体としてのＣｕの含有量が、１．５質量％以上、さらには２．０質量％以上、３．０質量%以上であることが好ましい。また、粒界相２全体としてのＣｕの含有量を［Ｃｕ］、元素Ｔの含有量を［Ｔ］として、［Ｃｕ］／［Ｔ］の比が、０．０５以上、さらには０．０６以上、０．０８以上であることが好ましい。

［焼結磁石の製造方法］
次に、上記実施形態にかかる焼結磁石を製造することができる、本発明の一実施形態にかかる焼結磁石の製造方法について説明する。

本実施形態にかかる製造方法においては、まず、Ｒ−Ｔ―Ｂ系合金粉末を、所望の形状に成形し、焼結することで、基材を形成する。基材の具体的な製造方法は特に限定されるものではないが、不活性雰囲気中で粉末材料を成形および焼結して、基材を製造することが好ましい。そのような基材の製造方法の例として、プレス工程を伴わずに成形と焼結を完了することができるプレスレス法（ＰＬＰ法）を挙げることができる。ＰＬＰ法においては、所望の形状を有するカーボン材等よりなる成形型に、原料粉末を充填する。次いで、成形型全体に磁界を印加し、原料粉末の粒子を配向させる。磁界の印加終了後、雰囲気制御した加熱室で、成形型を所定の焼結温度で加熱し、原料粉末を焼結することで、焼結磁石を得る。磁界中でプレス加工を行って原料粉末を成形した後、焼結を行う従来一般の製法では、プレス加工中に原料粉末と大気との接触を遮断するのは困難であるのに対し、ＰＬＰ法では、原料粉末の製造から成形型への充填、焼結に至る各工程を、雰囲気制御して行うことができるため、製造される焼結磁石において、Ｏ，Ｃ，Ｎ等、空気由来の成分を含む不純物の含有量を、大幅に低減することができる。焼結後には、さらに、焼結温度よりも低い温度にて、時効処理を施すことが好ましい。

基材を構成する原料となるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末としては、おおむね、製造すべき焼結磁石を構成する主相１の組成として、所望される組成を有するものを用いればよい。ただし、重希土類元素は、次に説明する粒界改質処理によって導入し、粒界相２に集中的に分布させることが好ましいので、基材の構成材料としては、含有させる必要はない。また、基材の製造に用いる合金粉末における希土類濃度が高すぎると、粒界相２における希土類濃度が高くなりすぎ、粒界相２にＣｕを高濃度で含有させにくくなるので、基材における希土類含有量は、３１質量％以下、さらには３０質量％以下に抑えておくことが好ましい。基材は、１種のみの材料粉末を用いて形成しても、２種以上の材料粉末を用いて形成してもよい。

上記のようにして基材が得られると、次に、その基材に対して、粒界改質処理を行う。粒界改質処理においては、基材の表面に、重希土類元素とＣｕとを含有する改質材を接触させる。その状態で、適宜加熱を行うことで、重希土類元素およびＣｕが、基材の内部に移行し、粒界に拡散する。その結果として、粒界相２に、重希土類元素およびＣｕを分布させることができる。

改質材としては、製造される焼結磁石の粒界に分布させるべき重希土類元素と、Ｃｕを含むものであれば、どのような合金を用いてもよいが、重希土類元素（ＲＨ）とＣｕに加え、Ａｌを含む合金を用いることが好ましい。ＲＨ−Ｃｕ−Ａｌ合金は、基材中にＣｕおよび重希土類元素を拡散させやすいとともに、Ａｌは、焼結磁石の粒界相２に拡散しても、焼結磁石の磁気特性や耐食性の向上において、妨げとならないからである。基材の表面への改質材の接触は、改質材を粉体とし、そのままの状態、あるいは溶剤やバインダに分散させた状態で、行えばよい。

基材に接触させる改質材の量は、製造される焼結磁石の粒界に分布させるべき重希土類元素やＣｕの量等に応じて適宜定めればよいが、十分な保磁力を確保する観点から、改質材に含有される重希土類元素が、基材に対して０．７質量％以上となるように、使用する改質材の量を設定することが好ましい。一方、過剰量の重希土類元素の使用を避ける観点から、改質材に含有される重希土類の質量が、基材の質量の１０質量％未満に抑えられるように、改質材の使用量を設定することが好ましい。改質処理工程における加熱温度は、重希土類元素およびＣｕを十分に拡散させられるように定めればよく、例えば、改質材としてＴｂ−Ｃｕ−Ａｌ合金を用いる場合には、８５０℃以上とすればよい。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。

［１］Ｎｄ−Ｃｕ−Ｃｏモデル合金の耐食性
まず、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、粒界相の組成と耐食性との関係を評価するための基礎として、Ｎｄ−Ｃｕ−Ｃｏモデル合金を用いて、Ｃｕ含有量と耐食性との関係を調査した。

（試験方法）
合金１〜７として、表１に示した含有量で、Ｎｄと、ＣｕおよびＣｏを含有するＮｄ−Ｃｕ−Ｃｏ合金試料を作製した。その際、所定の組成比となるように、各原料を配合し、アーク溶解でボタン合金を作製した。

得られた各合金試料に対して、断面をＥＰＭＡにて観察した。そして、出現相の組成を分析した。

さらに、各合金試料に対して、耐食性の評価を行った。評価に際しては、不凍液を模したエチレングリコール水（体積比でエチレングリコール：水＝１：１）に合金試料を浸漬して密閉し、１２０℃の恒温槽内に静置した。所定の時間が経過するごとに、合金試料をエチレングリコール水から取り出し、乾燥させたうえで、質量を測定した。そして、浸漬前の初期状態に対する質量比を算出した。質量比の減少が、８時間より前に確認された合金試料を、耐食性が特に低い「×」とし、８時間以降、１９２時間より前に確認された合金試料を、耐食性が低い「△」とした。また、質量比の減少が、１９２時間以降、３８４時間より前に確認された合金試料を、耐食性が高い「〇」とし、３８４時間後にも質量比の減少が見られなかった合金試料を、耐食性が特に高い「◎」とした。

（試験結果）
図２に、耐食性評価試験における、浸漬時間と試料の質量比の関係を示す。質量比は、初期状態を１００％として示している。また、表１に、各合金試料の成分組成と合わせて、出現相の解析結果、および耐食性の評価結果を示す。出現相の解析においては、Ｎｄ相、Ｃｏリッチ相、Ｃｕリッチ相、共晶相の４種の相が確認された。Ｎｄ相は、実質的にＮｄのみよりなっていた。Ｃｏリッチ相は、Ｃｏ含有量の多いＮｄ−Ｃｕ−Ｃｏ合金よりなっており、おおむね、Ｎｄ−４．４Ｃｏ−７．５Ｃｕなる組成を有していた。Ｃｕリッチ相は、Ｃｕ含有量の多いＮｄ−Ｃｕ−Ｃｏ合金よりなっており、おおむね、Ｎｄ−３．３Ｃｏ−２４．２Ｃｕなる組成を有していた。共晶相は、Ｃｏリッチ合金とＣｕリッチ合金の共晶よりなっていた。表１では、各相が観察された場合には「〇」、観察されなかった場合には「×」で表示している。「−」で表示している試料については、ＥＰＭＡ分析を行っていない。

表１の結果によると、合金中のＣｕの含有量が多くなるほど、耐食性が高くなっている。Ｃｕの含有量が８質量％未満である合金１〜４では、十分な耐食性が得られていないのに対し、Ｃｕの含有量が８質量％以上である合金５〜７では、高い耐食性が得られている。図２を見ても、合金１〜４（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）と合金５〜７（Ｎｏ．５〜Ｎｏ．７）では、浸漬時間に対する質量比の挙動に大きな開きがあり、前者の群では、短時間で質量が大きく減少しているのに対し、後者の群では、長い時間が経過した後に、質量比が緩やかに減少するのみとなっている。また、表１によると、合金１，３では、Ｃｕリッチ相および共晶相が観察されていないのに対し、合金５〜７では、Ｃｕリッチ相および共晶相が観察されている。

これらの結果から、Ｃｕの含有量を８質量％以上とすると、Ｎｄ−Ｃｕ−Ｃｏ合金の耐食性が高くなり、長時間のエチレングリコール水への浸漬を経ても、腐食を起こしにくくなることが分かる。また、その耐食性の向上は、Ｃｕリッチ相および共晶相の形成に関係していることが分かる。なお、Ｎｄ−Ｃｕ−Ｃｏ合金において、Ｃｏの一部または全部をＦｅに置換しても、ほぼ同様の挙動となることも、確認している。

［２］Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性および耐食性
次に、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、粒界相の組成と、保磁力および耐食性との関係について、調べた。

（試験方法）
（１）試料の作製
試料１〜７に用いる基材として、それぞれ表２に示した金属元素およびＢを含有する合金よりなる粉末材料を準備し、ＰＬＰ法によって焼結体を作製した。焼結に際しては、室温から焼結温度（９８５〜１０５０℃）まで加熱して、焼結温度に４時間維持した後に、室温まで冷却した。室温から４５０℃に達するまでは、アルゴンガス雰囲気とし、その後は、真空雰囲気とした。得られた各焼結体は、１７ｍｍ×１７ｍｍ×４．５ｍｍの板状の試料片に加工した。そして、試料１〜４については、表２に種類と使用量（基材に対するＴｂの質量比）を示した改質材を用いて、改質処理を行った。改質処理に際しては、試料片の１７ｍｍ×１７ｍｍの２面の両方に、改質材の粉末にシリコーングリースを添加してペースト状にしたものを塗布した。そして、８８５℃にて１５時間の熱処理を行った。その後さらに、時効処理を行った。時効処理としては、試料１〜４については、４８０〜５２０℃で１０分間の加熱を行った。一方、試料５〜７については、８００℃の第一時効温度で３０分間加熱した後、５２０〜５６０℃の第二時効温度まで低下させ、１０分間維持した。いずれの試料についても、加熱完了後は、真空中で急冷した。時効処理後に試料表面に残存している改質材の残渣は、研削によって除去した。試料５〜７については、粒界改質処理、および時効処理を行っていない。

表２に示すように、試料１〜３では、改質材として、ＴｂＣｕＡｌ合金を用いているが、それらはいずれも、Ｔｂを７５．３質量％、Ｃｕを１８．８質量％、Ａｌを５．９質量％含有するものである。また、試料４では、改質材として、ＴｂＮｉＡｌ合金を用いているが、これは、Ｔｂを９２質量％、Ｎｉを４．３質量％、Ａｌを３．７質量％含有するものである。なお、表２には、用いた粉末材料の成分組成と合わせて、ＰＬＰ法にて作製した基材に対して、赤外線吸収法によって実測したＯおよびＣの含有量も、合わせて示している。

（２）ＥＰＭＡ分析
得られた各試料について、断面のＥＰＭＡ分析を行った。そして、粒界三重点に形成された粒界相について、全体としての成分組成を評価した。さらに、全粒界相のうち、Ｃｕリッチ領域が占める割合を評価した。Ｃｕリッチ領域の割合の評価に際しては、ＣＰ像から、粒界相の総面積を見積もるとともに、Ｃｕ密度分布像に基づいて、Ｃｕ含有量が８質量％以上となった領域をＣｕリッチ領域として、その面積を見積もった。そして、粒界相の総面積に対するＣｕリッチ領域の面積の割合を算出した。

（３）保磁力測定
さらに、上記で得られた各試料について、保磁力の測定を行った。保磁力の測定は、パルス励磁型磁気特性測定装置を用いて、磁化曲線を得ることで、行った。

（４）耐食性評価
さらに各試料について、耐食性の評価を行った。耐食性の評価は、上記試験［１］と同様に行った。つまり、エチレングリコール水に試料を浸漬して密閉し、１２０℃の恒温槽内に静置した。その間、所定の時間が経過するごとに、浸漬前の初期状態に対する試料の質量比を計測した。そして、質量比が減少し始める時間を記録した。なお、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、エチレングリコール自体によっては腐食を受けないが、エチレングリコール水中で、エチレングリコールが酸化／分解して生じた有機酸が、焼結磁石を腐食させるため、この耐食性試験においては、それら有機酸による腐食の寄与が観測されることになる。

（試験結果）
表３に、ＥＰＭＡ分析によって得られた、粒界相全体としての組成を示す。さらに、表４に、表３の値に基づいて、粒界相全体の組成についてまとめるとともに、粒界相においてＣｕリッチ領域が占める割合、保磁力の測定結果、耐食性の評価結果を示している。粒界相全体の組成としては、総希土類量（ＴＲＥ）、総重希土類量（ＴＲＨ）を、ＦｅとＣｏの総含有量（つまり元素Ｔの含有量）とともに示している。また、「Ｃｕ／Ｔ」として、Ｃｕと元素Ｔの含有量比［Ｃｕ］／［Ｔ］を示している。

さらに、図３，４に、代表として、それぞれ試料１，３について、粒界相においてＣｕリッチ領域が占める割合を評価するのに用いた、ＣＰ像（ａ）、およびＣｕの密度分布像（ｂ）を示す。いずれも画像の１辺は、３２μｍに相当する。

まず、上の表２に示した基材の組成を見ると、全ての試料において、ＰＬＰ法を用いて基材を作製したことに対応して、ＯおよびＣの含有量が、いずれも１０００ｐｐｍ以下に抑えられている。

そして、表３の粒界相の組成を見ると、いずれの試料においても、表２の基材全体の組成と比較して、Ｎｄをはじめとする希土類元素の濃度が高くなっており、粒界相において、希土類元素の濃化が起こっていることが確認される。さらに、Ｔｂを含有する改質材を用いて粒界改質を行った試料１〜４においては、粒界相において、Ｔｂが検出されている。また、試料１〜３において、試料１と、試料２および３を比較すると、改質材として用いたＴｂの量が多くなっている試料２および３の方が、試料１よりも、粒界相におけるＴｂの含有量も多くなっている。これらより、重希土類元素を含む改質材を用いて改質処理を行うことで、粒界に重希土類元素が拡散していることが、確認される。

表４の結果によると、重希土類元素を含む改質材を用いて改質処理を行っていない試料５〜７では、いずれも、保磁力が２０ｋＯｅ以下となっているのに対し、改質処理を行っており、Ｔｂを含有する粒界相が形成されている試料１〜４では、いずれも、保磁力が２０ｋＯｅ以上となっている。さらに、試料１〜３において、粒界相におけるＴｂの含有量が多くなるほど、保磁力が大きくなっている。これらより、粒界相に、重希土類元素を高濃度で分布させることで、焼結磁石の保磁力を向上させられることが、確認される。

さらに、表４によると、粒界改質処理を行っていない試料５〜７、および粒界改質処理にＴｂ−Ｎｉ−Ａｌ合金を用いている試料４では、耐食性評価において、１００時間以下の短時間で、腐食による質量減少が開始しているのに対し、Ｔｂ−Ｃｕ−Ａｌ合金を用いて粒界改質処理を行っている試料１〜３では、耐食性評価において、腐食による質量減少が開始するまでの時間が、１００時間を超えている。特に、試料２，３では、３０００時間を経過しても、質量減少が観測されておらず、極めて高い耐食性を有するものとなっている。

ここで、粒界相に占めるＣｕリッチ領域の割合に着目する。まず、図３，４のＥＰＭＡ分析によって得られた画像を見ると、いずれにおいても、（ａ）のＣＰ像で、矢印Ａ１で表示するグレーの島状の領域が、粒界三重点に存在する粒界相に相当する（カラー画像では赤色で表示されている）。一方、（ｂ）のＣｕ濃度の分布像で、矢印Ａ２で表示するグレーの領域が、Ｃｕ含有量が８質量％以上となったＣｕリッチ領域に相当する（カラー画像では赤色で表示されている）。図３の試料１および図４の試料３のいずれにおいても、（ａ）で観測される粒界相の一部を占めて、（ｂ）でＣｕリッチ領域が形成されていることが分かる。しかし、図３の試料１では、Ｃｕリッチ領域は、数が少なく、１つ１つの領域の面積も狭いのに対し、図４の試料３では、Ｃｕリッチ領域の数が多くなっており、１つ１つの領域の面積も大きくなっている。このように、試料３においては、試料１よりも、粒界相全体においてＣｕリッチ領域が占める面積の割合が、明らかに大きくなっている。

そのようなＣｕリッチ領域が占める面積についての対比は、表４において、他の試料も含めて、粒界相全体に占めるＣｕリッチ領域の割合を定量的に見積もった結果により、さらに明確に示されており、耐食性の評価結果との関係を考察することができる。表４において、高い耐食性が観測された試料２，３において、他の試料よりも、粒界相におけるＣｕリッチ領域の割合が、顕著に大きくなっており、９体積％以上となっている。このことから、Ｃｕを８質量％以上含有するＣｕリッチ領域の割合が、粒界相全体の９体積％以上となっている場合に、焼結磁石において、高い耐食性が得られると言える。モデル合金を用いた上記の試験［１］で、Ｎｄ−Ｃｕ−Ｃｏ合金が、８質量％以上のＣｕを含有する場合に、高い耐食性が得られることが確認されており、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組織中に散在する粒界相においても、Ｃｕの含有量が８質量％以上となったＣｕリッチ領域が形成されることにより、焼結磁石の耐食性の向上に寄与すると考えられる。ただし、そのようなＣｕリッチ領域が、焼結磁石の耐食性の向上に有効に寄与するためには、Ｃｕリッチ領域が、粒界相において、ある程度の大きな体積を占めている必要があり、耐食性の向上に必要なＣｕリッチ領域の割合が、粒界相全体の９体積％となっている。

以上より、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、粒界相に、重希土類元素を含む希土類元素を５５質量％以上含有させるとともに、Ｃｕの含有量が８質量％以上であるＣｕリッチ領域が、粒界相全体の９体積％以上を占めるようにすることで、高い磁気特性と耐食性を両立できることが明らかになった。なお、試料２，３では、Ｃｕリッチ領域が粒界相全体の９体積％以上を占めることに加え、粒界相におけるＣｕの含有量が１．５％以上となるとともに、Ｃｕ／Ｔ比が０．０５以上となっている。これらのことも、粒界相の耐食性の向上に寄与している可能性がある。

Ｔｂ−Ｎｉ−Ａｌ合金を用いて粒界改質処理を行った試料４では、Ｔｂ−Ｃｕ−Ａｌ合金を用いて粒界改質処理を行った場合とは異なり、耐食性向上の効果が見られない。これは、Ｔｂ−Ｎｉ−Ａｌ合金中のＮｉは、粒界改質処理を経ても、粒界相に導入されにくいためであると考えられる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ 主相（結晶粒）
２ 粒界相
２１ Ｃｕリッチ領域
２２ Ｃｕ希薄領域

Claims (9)

1. 元素Ｒを希土類元素、元素ＴをＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したものとして、Ｒ_１２Ｔ_１４Ｂ化合物よりなる主相と、
   粒界三重点に存在し、重希土類元素を含む希土類元素と、Ｃｕと、前記元素Ｔとを含有する粒界相と、を有し、
   前記粒界相全体としての希土類元素の含有量が、５５質量％以上であり、
   Ｃｕを８質量％以上含有するＣｕリッチ領域が、前記粒界相のうち９体積％以上を占めていることを特徴とする焼結磁石。
2. 前記粒界相全体としてのＣｕの含有量が、１．５質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石。
3. 前記粒界相全体としての重希土類元素の含有量が、１．０質量％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結磁石。
4. 質量％を単位として、前記粒界相全体としてのＣｕの含有量を［Ｃｕ］、前記元素Ｔの含有量を［Ｔ］として、［Ｃｕ］／［Ｔ］が０．０５以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の焼結磁石。
5. 前記焼結磁石全体としてのＯおよびＣの含有量が、それぞれ１０００質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の焼結磁石。
6. 重希土類元素として、Ｄｙ，Ｔｂ，Ｈｏの少なくとも１種を含有し、
   前記焼結磁石全体としての重希土類元素の含有量が、１０質量％未満であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の焼結磁石。
7. Ｒ−Ｔ―Ｂ系合金粉末を焼結した基材に、重希土類元素とＣｕとを含有する改質材を接触させることで、前記改質材中の重希土類元素およびＣｕを前記基材の粒界に拡散させ、請求項１から６のいずれか１項に記載の焼結磁石を製造することを特徴とする焼結磁石の製造方法。
8. 前記改質材は、重希土類元素とＣｕに加え、Ａｌを含有する合金であることを特徴とする請求項７に記載の焼結磁石の製造方法。
9. 前記基材は、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を、不活性雰囲気中で成形および焼結して製造されることを特徴とする請求項７または８に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の製造方法。

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