JP2023035796A

JP2023035796A - Ｒ－ｔ－ｂ系焼結磁石の製造方法

Info

Publication number: JP2023035796A
Application number: JP2022046723A
Authority: JP
Inventors: 裕己塚本; Hiroki Tsukamoto; 亨瀬戸; Toru Seto; 徹小幡; Toru Obata
Original assignee: Proterial Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2023-03-13

Abstract

【課題】製造条件のばらつきに起因する保磁力Ｈ_ｃＪと角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪの低下を抑制する。
【解決手段】本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法は、希土類元素を含む合金粉末の成形体を準備する工程と、成形体を焼結して焼結体を作製する焼結工程と、熱処理炉内において、焼結体を３００℃以上４００℃未満の第１温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第１熱処理工程と、熱処理炉内において、焼結体を４００℃以上５００℃以下の第２温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第２熱処理工程と、を含む。第１温度と第２温度との差は、５０℃以上である。
【選択図】図２

Description

本願は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法に関する。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素であり、Ｎｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択される少なくとも１つを必ず含み、Ｔは遷移金属の少なくとも１つでありＦｅを必ず含む、Ｂはホウ素である）は、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ型結晶構造を有する化合物の主相と、この主相の粒界部分に位置する粒界相および微量添加元素や不純物の影響により生成する化合物相とから構成されている。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、高い残留磁束密度Ｂ_ｒ（以下、単に「Ｂ_ｒ」と記載する場合がある）と、高い保磁力Ｈ_ｃＪ（以下、単に「Ｈ_ｃＪ」と記載する場合がある）を示し、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られている。このため、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、電気自動車（ＥＶ、ＨＶ、ＰＨＶ）等の自動車分野、風力発電等の再生可能エネルギー分野、家電分野、産業分野等のさまざまなモーターに使用されている。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、これらモーターの小型・軽量化、高効率・省エネルギー化（エネルギー効率の改善）に欠かせない材料である。また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、電気自動車用の駆動モーターに使用されており、内燃機関エンジン自動車から電気自動車へ代替されることで、二酸化炭素等の温室効果ガスの削減（燃料・排ガスの削減）による地球温暖化防止にも寄与している。このように、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、クリーンエネルギー社会の実現に大きく貢献している。

このようなＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、合金粉末を準備する工程、合金粉末をプレス成形して粉末成形体を作製する工程、粉末成形体を焼結する工程などの工程を経て製造される。

特許文献１は、このようなＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の一例を開示している。

国際公開第２０１３／００８７５６号

近年、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の材料開発および製造方法の改良により、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪは上昇してきたが、製造条件のばらつきによって予期せず低下する場合がある。本発明者の検討の結果、このようなＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪの変動は、焼結工程後に行う熱処理の仕方に依存することがわかった。

本開示の実施形態は、上記の課題を解決することが可能なＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法を提供する。

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、希土類元素を含む合金粉末の成形体を準備する工程と、前記成形体を焼結して焼結体を作製する焼結工程と、熱処理炉内において、前記焼結体を３００℃以上４００℃未満の第１温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第１熱処理工程と、前記熱処理炉内において、前記焼結体を４００℃以上５００℃以下の第２温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第２熱処理工程と、を含む。前記第１温度と前記第２温度との差は、５０℃以上である。前記合金粉末の組成は、Ｒ（Ｒは希土類元素であり、Ｎｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択された少なくとも１つを必ず含む）、Ｔ（ＴはＦｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｎ、およびＳｉからなる群から選択された少なくとも１つであり、必ずＦｅを含む）、Ｂ並びにＣｕ、Ｇａ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｎからなる群から選択された少なくとも１つを含有し、Ｂに対するＴのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］は１４．０超である。

ある実施形態において、前記第１温度は、３９０℃未満であり、前記第２温度は、４６０℃以上である。

ある実施形態において、前記第１温度から前記第２温度までの昇温レートは、０．５℃／分以上３０℃／分以下である。

本開示の実施形態によれば、焼結工程後に行う熱処理工程によるＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪのばらつきを抑制し、高性能なＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を安定して製造することが可能になる。

図１は、本開示における焼結工程を示すフローチャートである。図２は、本実施形態の低温熱処理工程における熱処理炉の温度プロファイルの例を模式的に示す図である。図３は、従来例の低温熱処理工程における熱処理炉の温度プロファイルの例を模式的に示す図である。

以下、本開示によるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法の実施形態を説明する。

本実施形態に係るＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石において、Ｒは希土類元素であり、Ｎｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択される少なくとも１つを必ず含む。また、Ｔは遷移金属の少なくとも１つでありＦｅを必ず含む。

本実施形態におけるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造は、図１に示すように、
・希土類元素を含む合金粉末の成形体を準備する工程（Ｓ１０）と、
・成形体を焼結して焼結体を作製する焼結工程（Ｓ２０）と、
・熱処理炉内において、焼結体を３００℃以上４００℃未満の第１温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第１熱処理工程（Ｓ３０）と、
・熱処理炉内において、焼結体を４００℃以上５００℃以下の第２温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第２熱処理工程（Ｓ４０）と、
を含む。

ここで、第１温度と第２温度との差は、５０℃以上である。以下、第１熱処理工程（Ｓ３０）および第２熱処理工程（Ｓ４０）を全体として「低温熱処理工程」または「２段階低温熱処理工程」と称する場合がある。この「低温」の用語は、焼結工程（Ｓ２０）における熱処理温度（例えば９５０℃以上１１００℃以下）よりも十分に低い温度であることを意味している。

本開示の実施形態における合金粉末の組成は、Ｒ、Ｔ、Ｂ並びにＣｕ、Ｇａ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｎからなる群から選択された少なくとも１つを含有し、Ｂに対するＴのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］は１４．０超である。ここで、Ｒは希土類元素であり、Ｎｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択された少なくとも１つを必ず含む。また、ＴはＦｅ、Ｃｏ、
Ａｌ、Ｍｎ、およびＳｉからなる群から選択された少なくとも１つであり、必ずＦｅを含む。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、主相であるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相（強磁性）の結晶粒、および、主相結晶粒の粒界に位置する、ホウ素（Ｂ）に富むＢ－ｒｉｃｈ相およびＮｄ－ｒｉｃｈ相などの金属間化合物などから構成される。焼結反応は、成形体を構成する粉末粒子に含まれた、これらの相が関与した液相の生成によって進行する。液相の量が不足している段階では緻密化の反応は生じないが、温度の上昇に伴って液相量が増加すると、緻密化の反応が進行する。焼結過程中に粉末粒子内の金属間化合物の一部が溶融して生じた液相が、主相結晶粒の表面を改質または酸化物の還元を引き起こしながら、粒子の結合および緻密化が進行していく。

また、各種の元素を原料に添加したり、焼結体の外部から内部に拡散させたりすることにより、焼結体の粒界を改質して、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを高めることが行われている。例えば粒界を改質するなどしてＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを向上させることの成否は、粒界に存在する化合物相の種類や量に依存し、これらは焼結工程後に行う低温熱処理工程の条件に左右される。本発明者の検討によると、焼結工程後に行う低温熱処理工程によって、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪが予期せずに変動する場合があり、この現象は特にＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＢに対するＴのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］が１４．０を超え、かつ、ＣｕやＧａなどの元素を添加して粒界改質を行う場合に顕著に生じ得ることがわかった。Ｔのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］が１４．０を超えという条件は、主相（Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物）形成に使われるＴ量に対して相対的にＢ量が少ないことを示している。このように通常のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石のＢ量よりも低Ｂにした上で、ＣｕやＧａなどの元素を添加することで高いＨ_ｃＪを得ることが出来る。しかし、上述したように、焼結工程後に行う低温熱処理工程によって、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪが予期せずに変動するという問題点があった。更に、本発明者が鋭意検討した結果、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪが変動する原因が、低温熱処理工程を行うときの熱処理炉内において、焼結体の位置によって焼結体の温度分布が変動することにあることがわかった。

本開示の製造方法では、焼結工程後に行う低温熱処理工程の仕方を工夫することにより、熱処理炉内の温度分布の均一性を向上させ、それによって高いＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを実現できる熱処理温度範囲を拡大することでこの課題を解決することが可能になった。具体的には、第１熱処理工程（Ｓ３０）において、焼結体を３００℃以上４００℃未満の第１温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理することにより、熱処理炉内における焼結体の温度分布の均一度を高める。高いＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを高めるために必要な低温熱処理の温度は、４００℃以上である。したがって、第１熱処理工程（Ｓ３０）における３００℃以上４００℃未満の第１温度では、本来の低温熱処理によって焼結体内で生じ得る各種の反応は抑制され、ほとんど進行しない。このため、第１熱処理工程（Ｓ３０）は、焼結体のＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪの値を変動させることなく、熱処理炉内の温度分布の均一に近づける機能を果たす。好ましくは、第１熱処理工程（Ｓ３０）の温度は、３５０℃以上４００℃未満である。次に、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを高めるための本来の低温熱処理である第２熱処理工程（Ｓ４０）では、焼結体を４００℃以上５００℃以下の第２温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理することにより、低温熱処理工程に求められる各種の作用を焼結体に及ぼし、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪの値を高めることが可能になる。

このように低温熱処理工程を２段階に分けることにより、低温熱処理に要する時間を短縮することも可能になることもわかった。これは、従来の、温度分布が不均一な熱処理炉内で低温熱処理を実行する場合は、熱処理炉内で温度が高すぎたり低すぎたりする位置があり、そのような位置にある焼結体のＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪは、熱処理炉内の設定温度が目標値から外れた場合、顕著に低下しやすい。そのため、従来の低温熱処理工程では、制御目標となる熱処理温度の幅（マージン）を狭くして、熱処理温度を目標温度に対して精密に制御する必要があった。しかし、本開示の２段階低温熱処理工程によれば、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪの値が熱処理炉内の位置によってばらつきにくいため、目標温度を中心とする温度の幅（マージン）を広くすることが可能になる。また、熱処理炉内の温度ばらつきが小さい状況で第２熱処理工程（Ｓ４０）を実行できるため、第２熱処理工程（Ｓ４０）の熱処理温度、すなわち、第２温度を、４００℃以上５００℃以下の範囲内において、相対的に高い温度（例えば４７０℃以上、あるいは４８０℃以上）に設定しても、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪの低下が抑制される。第２温度を高めることは、第２熱処理工程（Ｓ４０）に要する時間の短縮を可能にする。これらのことは、工場での量産化に適している。

なお、前記低温熱処理工程の前に、低温熱処理よりも相対的に高い温度（７００℃以上焼結温度以下）で熱処理する高温熱処理工程を行ってもよい。特にＴのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］が１４．０を超え、かつ、ＣｕやＧａなどの元素を添加したＲ-Ｔ-Ｂ系焼結磁石を製造する場合、低温熱処理工程の前（すなわち、第１熱処理工程（Ｓ３０）および第２熱処理工程（Ｓ４０）の前）に高温熱処理を行うことが好ましい。より確実に高いＨ_ｃＪを得ることができる。高温熱処理工程の時間は、３０分以上９００分以下が好ましい。この「高温」の用語は、低温熱処理における第１熱処理工程（Ｓ３０）および第２熱処理工程（Ｓ４０）よりも十分に高い温度であることを意味している。

なお、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の分野においては、一般に、角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを規定するパラメータのひとつであるＨ_ｋは、次のようにして決定される。すなわち、磁化の強さを「Ｊ」、残留磁化を「Ｊ_ｒ（＝Ｂ_ｒ）」、磁界の強さを「Ｈ」とするとき、Ｊ－Ｈ曲線の第２象限において、Ｊが０．９×Ｊ_ｒの値になる位置のＨ軸の読み値が用いられている。このＨ_ｋを減磁曲線のＨ_ｃＪで除した値、Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪ＝Ｈ_ｋ（ｋＡ／ｍ）／Ｈ_ｃＪ（ｋＡ／ｍ）×１００（％）が角形比として定義される。

次に、図２および図３を参照して、上記の各工程Ｓ３０、およびＳ４０の例をより詳細に説明する。これらの図は、横軸が時間、縦軸が温度のグラフを示す図であり、低温熱処理工程における熱処理炉の温度プロファイル（ヒートパターン）の例を模式的に示している。熱処理炉の温度は、熱処理装置に設けられた熱電対などの温度計によって測定される。焼結体の実際の温度（物温）は、焼結炉内の温度計が示す読み（温度計測値）と一致していることが好ましいが、必ずしも厳密に一致している必要はない。両者（物温）と焼結炉内の温度計測値の差が±１０℃程度のずれであれば許容され、本開示の効果を得ることができる。

まず、図２を参照する。図２は、本実施形態の低温熱処理工程における熱処理炉の温度プロファイル（ヒートパターン）の例を模式的に示す図である。図２において、太い実線が温度と時間との関係を示している。時間は、低温熱処理工程開始からの経過時間である。経過時間の単位は、例えば時間（ｈｏｕｒ）であるが、分または秒であってもよい。温度は、熱処理炉の温度計計測値であるが、実質的には温度制御プログラムによって指定される設定温度に等しい。図中の太い実線は、直線的な線分によって構成されているが、実際の温度または設定温度は、曲線的に変動してもよい。

図２の例において、「温度」は、室温から第１温度Ｔ１まで直線的に単調に増加し、昇温レートは一定である。しかし、昇温レートは、一定である必要はない。

第１熱処理工程（Ｓ３０）では、第１温度Ｔ１で第１時間ｔ１の間、熱処理が行われる。この熱処理は、「準備加熱」と呼んでもよい。第１熱処理工程（Ｓ３０）の後、第１温
度Ｔ１から第２温度Ｔ２に昇温する。そして、第２熱処理工程（Ｓ４０）では、第２温度Ｔ２で第２時間ｔ２の間、熱処理が行われる。ここで、第１温度Ｔ１は３００℃以上４００℃未満であり、第２温度Ｔ２は４００℃以上５００℃以下である。第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差（Ｔ２－Ｔ１）は、５０℃以上である。第１時間ｔ１および第２時間ｔ２は、それぞれ、３０分以上９００分以下である。

次に図３を参照する。図３は、従来例の低温熱処理工程における熱処理炉の温度プロファイル（ヒートパターン）の例を模式的に示す図である。図３の例において、熱処理炉の温度は、例えば室温から低温処理工程の温度Ｔ０まで昇温され、その後、時間ｔ０の間、熱処理炉の温度を温度Ｔ０に維持して低温熱処理工程が実行される。熱処理炉の温度を上昇させる過程において、熱処理炉内の温度は必ずしも一様ではなく、位置によって温度が大きく異なり得る。このような温度分布のばらつきは、昇温時間が長くなるほど大きくなり、また、昇温レートが高くなるほど大きくなる。したがって、図３の例では、熱処理炉の設定温度が目標の温度Ｔ０に達したはずの時間において、現実の熱処理炉内の温度は一様ではなく、目標の温度Ｔ０に達している部分もあれば、温度Ｔ０に比べて高い温度、あるいは低い温度の部分が存在している。このような温度のばらつきは、低温熱処理工程が進行するうちに減少すると考えられるが、温度ばらつきが大きな時点において温度Ｔ０が例えば４５０℃のように４００℃以上の温度であるため、焼結体内でＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを高める各種の反応が不均一に生じることになる。

しかしながら、本開示の実施形態によれば、例えば図２に示すように、室温から第１温度Ｔ１に昇温する工程のあと、実質的な低温熱処理工程である第１熱処理工程（Ｓ４０）の前に、４００℃未満の第１温度Ｔ１で第１熱処理工程（Ｓ３０）を実行するため、熱処理炉内の温度、言い換えると、熱処理炉内に配置された複数の焼結体における温度のばらつきを低減することができる。そして、４００℃に近い第１温度Ｔ１から４００℃以上の第２温度Ｔ２に昇温するときには、昇温の幅が小さく、さらなる温度のばらつきは生じにくい。

本発明者の実験によると、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの昇温に要する時間は、５分以上３０分以下であることが好ましい。この時間は、Ｔ２－Ｔ１の大きさに依存して適宜決定され得る。また、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの昇温レートは、０．５℃／分以上３０℃／分以下であることが好ましい。こうして、第２熱処理工程（Ｓ４０）を開始するときには、熱処理炉内の各焼結体は、略同じ温度（目標温度）に達しており、その後の第２熱処理工程（Ｓ４０）における低温熱処理を適切に実行することが可能になる。このため、最終的に得られる焼結体のＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪでは、焼結体ごとのばらつきや、各焼結体内でのばらつきが小さくなる。

本発明者の検討によると、第１温度は３９０℃未満であり、第２温度は４６０℃以上であることが好ましい。このような温度で熱処理を行う場合、第１熱処理工程（Ｓ３０）は３０分以上９０分以下の比較的短い時間で、第２熱処理工程（Ｓ４０）における熱処理炉内の温度分布を十分に均一化することが可能になる。また、第２温度が４６０℃以上であれば、第２熱処理工程（Ｓ４０）の時間が３０分以上９０分以下という比較的短い時間であっても、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを上昇させるという低温熱処理の効果が十分に発揮される。第１熱処理工程（Ｓ３０）および第２熱処理工程（Ｓ４０）における熱処理は、減圧雰囲気中に実行されることが望ましい。熱処理中に焼結体が酸化したり、窒化したりすることを抑制できるからである。第２熱処理工程（Ｓ４０）の後、第２温度から例えば室温まで降温される。このとき、例えば５℃／分以上の降温レートで焼結体を冷却する工程が行われ得る。

＜Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石＞
Ｒは希土類元素であり、Ｎｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択される少なくとも１つを必ず含む。好ましくは、Ｎｄ－Ｄｙ、Ｎｄ－Ｔｂ、Ｎｄ－Ｄｙ－Ｔｂ、Ｎｄ－Ｐｒ－Ｄｙ、Ｎｄ－Ｐｒ－Ｔｂ、Ｎｄ－Ｐｒ－Ｄｙ－Ｔｂ、Ｎｄ－Ｐｒ―Ｃｅ－Ｄｙ、Ｎｄ－Ｐｒ―Ｃｅ－Ｔｂ、Ｎｄ－Ｐｒ－Ｃｅ－Ｄｙ－Ｔｂで示される希土類元素の組合せを用いる。

Ｒのうち、ＤｙおよびＴｂは、特にＨ_ｃＪの向上に効果を発揮する。上記元素以外にはＬａなど他の希土類元素を含有してもよく、ミッシュメタルやジジムを用いることもできる。また、Ｒは純元素でなくてもよく、工業上入手可能な範囲で、製造上不可避な不純物を含有するものでもよい。含有量は、例えば、２８量％以上３５質量％以下である。好ましくは、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石のＲ含有量は３１質量％以下（２７質量％以上３１質量％以下、好ましくは、２９質量％以上３１質量％以下）である。

Ｔは、鉄を含み（Ｔが実質的に鉄から成る場合も含む）、質量比でその５０％以下をコバルト（Ｃｏ）で置換してもよい（Ｔが実質的に鉄とコバルトとから成る場合を含む）。Ｃｏは温度特性の向上、耐食性の向上に有効であり、合金粉末は１０質量％以下のＣｏを含んでよい。Ｔの含有量は、ＲとＢあるいはＲとＢと後述するＭとの残部を占めてよい。

Ｂの含有量についても公知の含有量で差し支えなく、例えば、０．９質量％～１．２質量％が好ましい範囲である。０．９質量％未満では高いＨ_ｃＪが得られない場合があり、１．２質量％を超えるとＢ_ｒが低下する場合がある。なお、Ｂの一部はＣ（炭素）で置換することができる。

上記元素に加え、Ｈ_ｃＪ向上のためにＭ元素を添加することができる。Ｍ元素は、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、ＴａおよびＷからなる群から選択される一種以上である。Ｍ元素の添加量は５．０質量％以下が好ましい。５．０質量％を超えるとＢｒが低下する場合があるためである。また、不可避的不純物も許容することができる。

本実施形態におけるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の組成は、Ｒ（Ｒは希土類元素であり、Ｎｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択された少なくとも１つを必ず含む）、Ｔ（ＴはＦｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｎ、およびＳｉからなる群から選択された少なくとも１つであり、必ずＦｅを含む）、Ｂ並びにＣｕ、Ｇａ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｎからなる群から選択された少なくとも１つを含有し、Ｂに対するＴのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］は１４．０超である。

＜（１）Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石用合金の粗粉砕粉を準備する工程の例＞
本実施形態におけるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石用合金の粗粉砕粉を準備する工程は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石用合金を準備する工程と、この合金を例えば水素粉砕法などによって粗く粉砕する工程とを含み得る。

以下にＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石用合金の製造方法を例示する。

まず、上述した組成となるように事前に調整した金属または合金を溶解し、鋳型に入れるインゴット鋳造法により合金インゴットを得ることができる。また、溶湯を単ロール、双ロール、回転ディスクまたは回転円筒鋳型等に接触させて急冷し、インゴット法で作られた合金よりも薄い凝固合金を作製するストリップキャスト法または遠心鋳造法に代表される急冷法により合金フレークを製造することができる。

本開示の実施形態においては、インゴット法と急冷法のどちらの方法により製造された材料も使用可能であるが、ストリップキャスト法などの急冷法により製造されることが好ましい。急冷法によって作製した急冷合金の厚さは、通常０．０３ｍｍ～１ｍｍの範囲にあり、フレーク形状である。合金溶湯は冷却ロールの接触した面（ロール接触面）から凝固し始め、ロール接触面から厚さ方向に結晶が柱状に成長してゆく。急冷合金は、従来のインゴット鋳造法（金型鋳造法）によって作製された合金（インゴット合金）と比較して、短時間で冷却されているため、組織が微細化され、結晶粒径が小さい。また粒界の面積が広い。Ｒリッチ相は粒界内に大きく広がるため、急冷法はＲリッチ相の分散性に優れる。このため水素粉砕法により粒界で破断し易い。急冷合金を水素粉砕することで、水素粉砕粉（粗粉砕粉）のサイズ（平均粒度）を、例えば１．０ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下にすることができる。

＜（２）微粉末を得る工程の例＞
本実施形態における微粉末を得る工程では、粉砕室が不活性ガスで満たされたジェットミル装置に前記粗粉砕粉を供給して前記粗粉砕粉の粉砕を行い、微粉末を得る。この工程では、例えば、平均粒度が２．０μｍ以上４．５μｍ以下の微粉末を得ることができる。このような微粉末を得る工程は、例えば、ジェットミル粉砕システムを用いて実行することができる。

＜（３）微粉末の成形体を作製する工程の例＞
好ましい実施形態において、微粉末の焼結体を作製する工程は、磁場中プレスによって前記微粉末から粉末成形体を作製する工程と、この粉末成形体を焼結する工程とを含む。磁場中プレスでは酸化抑制の観点から不活性ガス雰囲気中によるプレスまたは湿式プレスによって粉末成形体を形成する方が好ましい。この成形体を焼結して焼結体を得る。

＜（４）焼結工程の例＞
次に、成形体を焼結して希土類焼結磁石体（焼結体）を得る。本実施形態における焼結工程では、９５０℃以上１１００℃以下の温度で成形体を焼結し、その後、例えば１０℃／分以下で例えば室温程度まで降温する。焼結温度が９５０℃を下回ると、焼結密度が不足し、高いＢ_ｒを得ることができない。従って、本発明の実施形態に係る成形体の焼結温度は、１０００℃以上であり、１０２０℃以上であることが好ましい。また焼結温度が１１００℃を超えると、主相の急激な粒成長が起こり、その後の熱処理によって、高いＨ_ｃＪと高いＨ_ｋ／Ｈ_ｃＪとを有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を得ることができない。従って、本実施形態における成形体の焼結温度は１１００℃以下であり、１０８０℃以下であることが好ましい。

なお、成形体の焼結は公知の方法を用いることができる。成形体の焼結は、好ましくは、０．１３Ｐａ（１０^－３Ｔｏｒｒ）以下、より好ましくは０．０７Ｐａ（５．０×１０^－４Ｔｏｒｒ）以下の圧力下で行う。焼結による酸化を防止するために、雰囲気の残留ガスは、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスにより置換され得る。

＜（５）低温熱処理工程の例＞
図３を参照しながら説明したように、本実施形態における低温熱処理工程は、
・熱処理炉内において、焼結体を３００℃以上４００℃未満の第１温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第１熱処理工程（Ｓ３０）と、
・熱処理炉内において、焼結体を４００℃以上５００℃以下の第２温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第２熱処理工程（Ｓ４０）と、
を含む。

このような２段階低温熱処理工程を行うことにより、図３の例に示す温度プロファイルで熱処理炉の温度を制御する場合に比べ、高いＨ_ｃＪと高いＨ_ｋ／Ｈ_ｃＪとを有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を歩留りよく得ることができる。

なお、低温熱処理工程は、連続炉またはバッジ炉のいずれの熱処理装置を用いても実行可能である。

こうして得た希土類焼結磁石体に対しては、必要に応じて、研削・研磨工程、表面処理工程、および着磁工程が施され、最終的な希土類焼結磁石が完成する。

ある好ましい実施形態では、本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法は、重希土類元素ＲＨ（ＲＨは、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏの少なくとも１つ）を焼結体の表面から内部に拡散する拡散工程を含む。重希土類元素ＲＨを焼結体の表面から内部に拡散すると、保磁力を効率的に高めることができる。

本開示を実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はそれらに限定されるものではない。

実験例１
Ｎｄ：２４．０質量％、Ｐｒ：７．０質量％、Ｂ：０．８９質量％、Ｃｕ：０．１質量％、Ｇａ：０．５質量％、Ｃｏ：０．９質量％、残部ＦｅのＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の組成（狙い組成）となるように、金属または合金を準備し、ストリップキャスト法により合金フレークを得た。次に、得られた合金フレークを水素粉砕することで、粗粉砕紛を得た。次に、ジェットミル装置に前記粗粉砕粉を供給して前記粗粉砕粉の粉砕を行い、微粉末（希土類元素を含む合金粉末）を得た。次に、前記微粉末（希土類元素を含む合金粉末）を磁界中で成形し、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。

次に、得られた成形体を焼結（焼結による緻密化が十分起こる温度を選定（１０００℃程度））して成形体から焼結体を作製した。次に、得られた焼結体に対して高温熱処理を行った。高温熱処理は９００℃で１２０分の間熱処理を行った。次に、高温熱処理後の焼結体に対して、表１に示す条件で低温熱処理を行った。表１における条件Ａは、熱処理炉内において、焼結体を３８０℃の第１温度で、９０分の間、熱処理する第１熱処理工程と、熱処理炉内において、第１熱処理後の焼結体を４６０℃の第２温度で、９０分の間、熱処理する第２熱処理工程を行ったものである。前記第１温度と前記第２温度との差は、８０℃である。条件ＢおよびＣも同様に記載している。なお、第１温度から第２温度までの昇温レートは、１０℃／分であった。また、条件Ｄ～Ｆは、従来の低温熱処理工程として、４６０℃～４９０℃でそれぞれ１８０分の間、熱処理を行ったものである。

得られた焼結体（試料Ｎｏ．１～６）の成分分析を行った所、前記狙い組成と同等（Ｔのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］が１４．０を超）であった。なお、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。さらに、焼結体（Ｎｏ．１～６）に機械加工を施した後、Ｂ－Ｈトレーサによって各試料の特性（Ｂ_ｒ及びＨ_ｃＪ）を測定し、測定結果をもとに角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを求めた。Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪの結果を表２に示す。

表２に示すように、本開示の条件Ａ～Ｃ（第１熱処理後の第２熱処理工程の温度が４６０℃～４９０℃）の試料Ｎｏ．１～３は、全ての熱処理温度（４６０℃～４９０℃）において、いずれも高いＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪが得られている。これに対し、比較例の条件Ｄ～Ｆ（第１熱処理なしの低温熱処理工程の温度が４６０℃～４９０℃）の試料Ｎｏ．４～６は、試料Ｎｏ．４（熱処理温度が４６０℃）は高いＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪが得られているものの、試料Ｎｏ．５および６（熱処理温度が４７５℃や４９０℃）のように変化すると、本発明例と異なり、Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪが低下している。これらのことから、本開示の製造方法は、高いＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを実現できる熱処理温度範囲を拡大することができており、熱処理工程によるＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪのばらつきを抑制し、高性能なＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を安定して製造することが可能となっている。

実験例２
実施例１と同様にして成形体を得た。次に、得られた成形体を焼結（焼結による緻密化が十分起こる温度を選定（１０００℃程度））して成形体から焼結体を作製した。次に、得られた焼結体に対して実施例1と同様にして高温熱処理を行った。次に、高温熱処理後の焼結体に対して、表１に示す条件で低温熱処理を行った。なお、第１温度から第２温度までの昇温レートは、１０℃／分であった。

得られた焼結体（試料Ｎｏ．７～１０）の成分分析を行った所、前記狙い組成と同等（Ｔのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］が１４．０を超）であった。なお、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。さらに、焼結体（Ｎｏ．７～１０）に機械加工を施した後、Ｂ－Ｈトレーサによって各試料の特性（Ｂ_ｒ及びＨ_ｃＪ）を測定し、測定結果をもとに角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪを求めた。Ｈ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪの結果を表２に示す。

表４に示すように、本開示の条件において第１熱処理工程の時間（３０分～９０分）や温度（３８０℃および３５０℃）を変化させても、いずれも高いＨ_ｃＪおよび角型比Ｈ_ｋ／Ｈ_ｃＪが得られている。

本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法は、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（ＥＶ、ＨＶ、ＰＨＶ）用モーター、産業機器用モーターなどの各種モーターや家電製品など多種多様な用途で使用される永久磁石として利用可能である。

Claims

希土類元素を含む合金粉末の成形体を準備する工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を作製する焼結工程と、
熱処理炉内において、前記焼結体を３００℃以上４００℃未満の第１温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第１熱処理工程と、
前記熱処理炉内において、前記焼結体を４００℃以上５００℃以下の第２温度で、３０分以上９００分以下の間、熱処理する第２熱処理工程と、
を含み、
前記第１温度と前記第２温度との差は、５０℃以上であり、
前記合金粉末の組成は、
Ｒ（Ｒは希土類元素であり、Ｎｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択された少なくとも１つを必ず含む）、Ｔ（ＴはＦｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｎ、およびＳｉからなる群から選択された少なくとも１つであり、必ずＦｅを含む）、Ｂ並びにＣｕ、Ｇａ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｎからなる群から選択された少なくとも１つを含有し、Ｂに対するＴのｍｏｌ比［Ｔ］／［Ｂ］は１４．０超である、
Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記第１温度は、３９０℃未満であり、
前記第２温度は、４６０℃以上である、
請求項１に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記第１温度から前記第２温度までの昇温レートは、０．５℃／分以上３０℃／分以下である、
請求項１または２に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。