JP2023047305A - Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストでありながら従来の磁性体と同程度の性能を有するＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体、及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の原料は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金、低融点合金及びその他添加剤を含み、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金は、重量百分率で２８％≦Ｒ≦３０％の希土類元素Ｒと、重量百分率で０．８％≦Ｂ≦１．２％のＢと、重量百分率で０％≦Ｍ≦３％のＭと、を含み、Ｍは、Ｃｏ、Ｔｉの少なくとも一つであり、低融点合金は、ＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａのいずれ一つ又は複数を含み、拡散源は、Ｒ１ｘＲ２ｙＨｚＭ１－ｘ－ｙ－ｚの式で示され、Ｒ１はＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、Ｒ２はＨо、Ｇｄの少なくとも一つ、ＨはＴｂ、Ｄｙの少なくとも一つ、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも一つである。【選択図】なし
Description
本発明は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の技術分野に属し、特に低コストで製造可能な希土類磁性体及びその製造方法に関する。
Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結永久磁性体は、電子情報機器、医療機器、新エネルギー自動車、家電、ロボット等のハイテク分野で広く利用されている。過去数十年の発展の過程において、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系永久磁性体の発展は目覚ましく、多くの産業分野において必要不可欠な機能性材料となっている。周知の通り、希土類元素の中でも豊富に存在するＣｅは、ＮｄやＰｒよりも遙かに安価であり、ＣｅによってＮｄやＰｒＮｄを部分的に代替することで磁性体としての性能を維持できれば、原材料コストの大幅な削減が可能となる。
また従来の磁性体製造では重希土類元素であるＴｂやＤｙを大量に使用することで磁性体性能を高めていたがコストが高騰していた。その後、結晶粒界拡散技術の登場によって重希土類元素の含有量を大幅に削減することができたものの、昨今の重希土類元素の価格高騰に伴い、結果としてコストも高騰したままである。このように、重希土類元素含有量の低減は依然として重要な技術課題である。拡散のメカニズムによれば、重希土類元素を拡散して硬化させたＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの主相は、多くのコアシェル構造が形成されるため、保磁力が向上する。拡散源の研究は磁性体分野における重要な研究テーマである。
一方、ＮｄやＰｒＮｄの一部をＣｅに置換すると、磁性体の保磁力は明らかに低下してしまう。そのため、重希土類合金を拡散源として拡散させることで、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体に同一の性能を奏させていた。重希土類元素を拡散させることで保磁力は顕著に向上するものの、重希土類元素は希少で高価であることから、コスト増は避けられなかった。更に、Ｃｅを含む磁性体は、結晶粒界及び拡散源の融点が低いことから、拡散後の磁性体の耐熱性能に劣るという課題があった。
結晶粒界相に関する特許出願は数多あり、例えば、中国特許公開番号ＣＮ１０８４１７３８０Ａには、磁性体の表面にＣｅｘ（ＬＲＥａＨＲＥ１－ａ）ｙＭ１００－ｘ－ｙ合金をコーティングする技術が開示されており、Ｃｅを含む磁性体に当該合金を拡散させることで、コスト削減及び磁性体の耐熱性能を向上させている。また、中国特許公開番号ＣＮ１１１６４０５４９Ａには、重希土類元素、Ｃｏ元素及び微量元素を組み合わせて添加することで、材料の磁気モーメントとミクロ構造を効果的に制御し、希土類焼結永久磁性材料の結晶粒界相及び結晶粒界の構造を改良してＣｏ含有アモルファス結晶粒界を形成し、高温安定性を有する希土類焼結永久磁性材料を製造する技術が開示されている。しかしながら、いずれの技術においても、低融点拡散源の拡散による低コスト磁性体の保磁力の大幅な向上及び優れた高温安定性は両立できていない。
本願発明は、従来技術が有する上記不備を解消し、低コストでありながら従来の磁性体と同程度の性能を有するＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体、及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本願の第一発明は、結晶粒界に希土類元素を拡散させたＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体であって、
前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の原料は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金、低融点合金及びその他添加剤を含み、
前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金は、重量百分率で２８％≦Ｒ≦３０％の希土類元素Ｒと、重量百分率で０．８％≦Ｂ≦１．２％のＢと、重量百分率で０％≦Ｍ≦３％のＭと、を含み、
前記Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、
前記Ｍは、Ｃｏ、Ｔｉの少なくとも一つ、
その他の成分はＦｅであり、
前記低融点合金は、ＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａのいずれ一つ又は複数を含み、各成分の重量百分率は、０％≦ＣｅＣｕ≦３％、０％≦ＣｅＡｌ≦３％、０％≦ＣｅＧａ≦３％であり、
拡散源は、Ｒ１ｘＲ２ｙＨｚＭ１－ｘ－ｙ－ｚの式で示され、
Ｒ１はＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、
Ｒ２はＨо、Ｇｄの少なくとも一つ、
ＨはＴｂ、Ｄｙの少なくとも一つ、
ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも一つであり、
ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ重量百分率で、１５％＜ｘ＜５０％、０％＜ｙ≦１０％及び４０％≦ｚ≦７０％である、ことを特徴とする。
前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の原料は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金、低融点合金及びその他添加剤を含み、
前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金は、重量百分率で２８％≦Ｒ≦３０％の希土類元素Ｒと、重量百分率で０．８％≦Ｂ≦１．２％のＢと、重量百分率で０％≦Ｍ≦３％のＭと、を含み、
前記Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、
前記Ｍは、Ｃｏ、Ｔｉの少なくとも一つ、
その他の成分はＦｅであり、
前記低融点合金は、ＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａのいずれ一つ又は複数を含み、各成分の重量百分率は、０％≦ＣｅＣｕ≦３％、０％≦ＣｅＡｌ≦３％、０％≦ＣｅＧａ≦３％であり、
拡散源は、Ｒ１ｘＲ２ｙＨｚＭ１－ｘ－ｙ－ｚの式で示され、
Ｒ１はＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、
Ｒ２はＨо、Ｇｄの少なくとも一つ、
ＨはＴｂ、Ｄｙの少なくとも一つ、
ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも一つであり、
ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ重量百分率で、１５％＜ｘ＜５０％、０％＜ｙ≦１０％及び４０％≦ｚ≦７０％である、ことを特徴とする。
さらに上記目的を達成するため、本願の第二発明は、上記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法であって、
（ステップ１）重量百分率で２８％≦Ｒ≦３０％と、重量百分率で０．８％≦Ｂ≦１．２％と、重量百分率で０％≦Ｍ≦３％を含み、前記ＲはＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、前記ＭはＣｏ、Ｔｉの少なくとも一つ、その他の成分はＦｅである原料を、溶錬、ストリップキャストによってＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片を作成し、
（ステップ２）前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片を１５０～４００μｍの大きさに粉砕して粉体とし、低融点合金の粉末と混合して前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の前記粉体に前記低融点合金の粉体をコーティングし、前記低融点合金はＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａのいずれか一つ又は複数であり、各成分の重量百分率は、０％≦ＣｅＣｕ≦３％、０％≦ＣｅＡｌ≦３％及び０％≦ＣｅＧａ≦３％であり、混合後に水素吸脱処理を行い、ジェットミルによる粉砕処理、磁場配向成型、焼結処理及び時効処理を行って前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を作成し、
（ステップ３）焼結後の前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を所望の形状に機械加工し、その後前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の表面に拡散源をコーティングして拡散源薄膜を形成し、前記拡散源はＲ１ｘＲ２ｙＨｚＭ１－ｘ－ｙ－ｚの式で示され、Ｒ１はＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、Ｒ２はＨо、Ｇｄの少なくとも一つ、ＨはＴｂ、Ｄｙの少なくとも一つ、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも一つであり、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ重量百分率で、１５％＜ｘ＜５０％、０％＜ｙ≦１０％及び４０％≦ｚ≦７０％であり、
（ステップ４）前記拡散源をコーティングした前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体に拡散処理及び時効処理を行う、ことを特徴とする。
（ステップ１）重量百分率で２８％≦Ｒ≦３０％と、重量百分率で０．８％≦Ｂ≦１．２％と、重量百分率で０％≦Ｍ≦３％を含み、前記ＲはＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、前記ＭはＣｏ、Ｔｉの少なくとも一つ、その他の成分はＦｅである原料を、溶錬、ストリップキャストによってＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片を作成し、
（ステップ２）前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片を１５０～４００μｍの大きさに粉砕して粉体とし、低融点合金の粉末と混合して前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の前記粉体に前記低融点合金の粉体をコーティングし、前記低融点合金はＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａのいずれか一つ又は複数であり、各成分の重量百分率は、０％≦ＣｅＣｕ≦３％、０％≦ＣｅＡｌ≦３％及び０％≦ＣｅＧａ≦３％であり、混合後に水素吸脱処理を行い、ジェットミルによる粉砕処理、磁場配向成型、焼結処理及び時効処理を行って前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を作成し、
（ステップ３）焼結後の前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を所望の形状に機械加工し、その後前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の表面に拡散源をコーティングして拡散源薄膜を形成し、前記拡散源はＲ１ｘＲ２ｙＨｚＭ１－ｘ－ｙ－ｚの式で示され、Ｒ１はＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、Ｒ２はＨо、Ｇｄの少なくとも一つ、ＨはＴｂ、Ｄｙの少なくとも一つ、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも一つであり、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ重量百分率で、１５％＜ｘ＜５０％、０％＜ｙ≦１０％及び４０％≦ｚ≦７０％であり、
（ステップ４）前記拡散源をコーティングした前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体に拡散処理及び時効処理を行う、ことを特徴とする。
前記（ステップ２）における前記水素吸脱処理は、水素吸着及び脱水素処理を含み、水素吸着温度は１００～３００℃、脱水素温度は４００～６００℃である、ことを特徴とする。
前記（ステップ２）における前記水素吸脱処理の水素含有量は１０００ｐｐｍ未満であり、酸素含有量は５００ｐｐｍ未満である、ことを特徴とする。
前記（ステップ２）における前記低融点合金の粉末の平均粒子径は２００ｎｍ～４μｍであり、
前記ジェットミルによる粉砕後の合金粉末の平均粒子径は３～５μｍである、 ことを特徴とする。
前記ジェットミルによる粉砕後の合金粉末の平均粒子径は３～５μｍである、 ことを特徴とする。
前記（ステップ２）における前記焼結処理の温度は９８０～１０６０℃、焼結時間は６～１５時間、前記時効処理の第１次時効温度は８５０℃、第１次時効時間は３時間、第２次時効温度は４５０～６６０℃、第２次時効時間は３時間である、ことを特徴とする。
前記（ステップ３）における前記拡散源の製造方法は、噴霧製粉、アモルファスストリップ又はインゴットのいずれかである、ことを特徴とする。
前記（ステップ４）における前記拡散処理の温度は８５０～９３０℃、拡散時間は６～３０時間、前記時効処理の温度は４２０～６８０℃、時効時間は３～１０時間である、ことを特徴とする。
前記（ステップ４）における前記時効処理の昇温速度は１～５℃／分であり、降温速度は５～２０℃／分である、ことを特徴とする。
本発明は、拡散処理前のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体に低価格のＣｅを含む低融点合金を用いることにより、Ｎｄ、Ｐｒの使用量を削減し、低コストでありながら従来と同程度の保磁力を有する高性能なＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を得ることができる。さらに重希土類元素が深くまで拡散された２～３層構造及び結晶粒界構造が形成されることで、優れた耐熱性能を実現できる。すなわち本発明によれば、磁性体中のＮｄ、Ｐｒ元素の含有量を低減して磁性体の製造コストを削減し、かつ耐熱性能を改善することができ、製造プロセスは簡易で大量生産も実現できる。
以下、本願発明の実施例について詳細に説明する。なお下記実施例は、本発明の解釈のみに用いるものであり、本願発明に係る構成を限定するものではない。
本願発明に係る拡散処理前のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金原料、低融点合金及びその他添加剤を混合して作成する。前記低融点合金はＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａのいずれか一つ又は複数を含み、各成分の重量百分率は、０％≦ＣｅＣｕ≦３％、０％≦ＣｅＡｌ≦３％、０％≦ＣｅＧａ≦３％とした。前記拡散源は、Ｒ１ｘＲ２ｙＨｚＭ１－ｘ－ｙ－ｚの式で示され、Ｒ１はＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、Ｒ２はＨо、Ｇｄの少なくとも一つ、ＨはＴｂ、Ｄｙの少なくとも一つ、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも一つである。ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ重量百分率で、１５％＜ｘ＜５０％、０％＜ｙ≦１０％及び４０％≦ｚ≦７０％とした。
Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金原料の成分には、重量百分率で２８％≦Ｒ≦３０％の希土類元素Ｒと、重量百分率で０．８％≦Ｂ≦１．２％のＢと、重量百分率で０％≦Ｍ≦３％のＭと、を含ませた。前記Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、前記Ｍは、Ｃｏ、Ｔｉの少なくとも一つ、その他の成分はＦｅである。
磁性体の耐熱性を向上させる元素であるＨｏ、Ｇｄを含む重希土類合金を拡散源とした。これによって、磁性体の保磁力を大幅に向上させるだけでなく、優れた耐熱性能を具備させることが可能となる。
Ｃｅ合金を用いてＮｄ、Ｐｒ元素の含有量を少なくしても、磁性体の保磁力は大きく向上し（８～１１．５ｋＯｅ増加）、磁性体の製造コストを大幅に削減できる。
重希土類元素を深くまで拡散させて形成した２～３層構造及び結晶粒界構造によって、優れた耐熱性能を得た。
Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金と低融点合金の粉末の混合方法は、当業者の公知の方法であり、ミキサーで均一に混合し、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金と低融点合金の粉末を混合する際に潤滑剤を始めとするその他の添加剤を添加することが好ましい。この潤滑剤は常用される潤滑剤であり、潤滑剤の種類、用量及び用法については、当業者の公知のものであり、特に限定はされない。
本願発明に係る製造方法は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を製造した後に、所望するサイズの磁性体へと機械加工し、拡散源をコーティングし拡散及び時効処理を行うものである。具体的には以下を参照されたい。
表１に示す各成分を用いて実施例１～２９、比較例１～７に係る拡散処理前の磁性体素地を作成した。実施例１～２９は磁性体素地の原料として、ＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａからなる低融点合金の粉末を用いた。比較例１～７はＣｅ成分を含まないものとした。各成分の単位は重量百分率（ｗｔ％）である。
表１
表１の空欄は、その元素を含まないことを示す。成分構成は上記の通りである。実施例１～２９のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法は以下の通りである。
（１）ストリップキャストＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片を溶錬し、その後１５０～４００μｍのＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片に粉砕した。
（２）粒子径２００ｎｍ～４μｍのＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａ粉末（低融点合金粉末）と上記粉砕したＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片とを混合し、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片に低融点合金粉末をコーティングした。
（３）混合した材料を水素吸脱処理した。水素吸着温度は１００～３００℃、脱水素温度は４００～６００℃である。ジェットミルを用いて粒度Ｄ５０で粒子径３～５μｍに粉砕した。
（４）ジェットミル粉砕後の低融点合金粉末を含むＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金粉末を磁場配向成型及び冷間等静圧プレスして素地を作成した。
（５）上記素地を真空で焼結し、Ａｒガスで急速冷却し、その後第１次時効処理及び第２次時効処理を行って、磁性体素地を作成した。
比較例１～７はＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａ粉末を添加しないだけで、その他の製造方法は、各実施例と同じである。
実施例１～２９、比較例１～７に係る拡散処理前の磁性体の磁気特性を測定した。各実施例、各比較例における具体的なパラメータを表２で示す。
表２
その後、機械加工によって実施例１～２９、比較例１～７に係る拡散処理前の磁性体を所定サイズのサンプルへと切断し、サンプルのＣ軸に垂直な二つの面に拡散源スラリーを塗布し、拡散処理、時効処理によって最終的な磁性体を得た。
実施例１～２９、比較例１～７ともに、重希土類合金を拡散源した。具体的な拡散源、拡散処理・時効処理のパラメータ、磁気特性を表３で示す。
表３
実施例１～４及び比較例１については、Ｃｅの含有量以外は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の成分及びサイズは同一である。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の平均サイズは２６０μｍ、水素吸着温度は１００℃、脱水素温度は４５０℃、酸素含有量は７５０ｐｐｍ、低融点合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は１μｍ、ジェットミル粉砕後の合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は３μｍであった。同一の拡散温度及び時効温度で、ＰｒＨｏＤｙＣｕを拡散させた。実施例１～４及び比較例１の残留磁束密度Ｂｒは、各々０．２２、０．２１、０．２３、０．２０、０．２３ｋＧｓ低下し、保磁力Ｈｃｊは、各々１１．６１、１１．２０、１１．３０、１１．２０、１０．２１ｋＯｅ増加した。このことから、Ｃｅを用いた磁性体の磁気特性はいずれも改善されたことが分かる。更に、実施例１と比較例１の性能差は０．３０ｋＯｅしかないものの、Ｈｃｊの温度係数は基本的に同一であり、比較例１の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．５２０％、実施例１の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．５２１％と大差がないことから、低コストのＣｅ含有磁性体の方がコスト面で優れていることが分かる。
実施例５～８及び比較例２については、Ｃｅの含有量以外は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の成分及びサイズは同一である。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の平均サイズは２９０μｍ、水素吸着温度は２００℃、脱水素温度は５５０℃、酸素含有量は８００ｐｐｍ、低融点合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は１μｍ、ジェットミル粉砕後の合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は３．５μｍであった。同一の拡散温度及び時効温度で、ＮｄＨｏＤｙＣｕＣｏを拡散させた。実施例５～８及び比較例２の残留磁束密度Ｂｒは、各々０．２０、０．２１、０．２５、０．２３、０．２２ｋＧｓ低下し、保磁力Ｈｃｊは、各々１１．６、１１．３、１１．６、１１．２、１０．０１ｋＯｅ増加した。このことから、Ｃｅを用いた磁性体の磁気特性はいずれも改善されたことが分かる。更に、実施例５と比較例２の性能差は０．３０ｋＯｅしかないものの、Ｈｃｊの温度係数は基本的に同一であり、比較例２の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．４９０％、実施例５の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．４９５％と大差がないことから、低コストのＣｅ含有磁性体の方がコスト面で優れていることが分かる。
実施例９～１２及び比較例３については、Ｃｅの含有量以外は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の成分及びサイズは同一である。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の平均サイズは２４０μｍ、水素吸着温度は３００℃、脱水素温度は６００℃、酸素含有量は６００ｐｐｍ、低融点合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は８００ｎｍ、ジェットミル粉砕後の合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は４μｍであった。同一の拡散温度及び時効温度で、ＰｒＧｄＴｂＣｕＺｎを拡散させた。実施例９～１２及び比較例３の残留磁束密度Ｂｒは、各々０．２２、０．２２、０．２３、０．２２、０．２３ｋＧｓ低下し、保磁力Ｈｃｊは、各々１２．９５、１２．６０、１２．７０、１２．７０、１１．３５ｋＯｅ増加した。このことから、Ｃｅを用いた磁性体の磁気特性はいずれも改善されたことが分かる。更に、実施例９と比較例３の性能差は０．２０ｋＯｅしかないものの、Ｈｃｊの温度係数は基本的に同一であり、比較例３の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．４４０％、実施例９の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．４４０％と同一であったことから、低コストのＣｅ含有磁性体の方がコスト面で優れていることが分かる。
実施例１３～１６及び比較例４については、Ｃｅの含有量以外は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の成分及びサイズは同一である。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の平均サイズは１５０μｍ、水素吸着温度は１９０℃、脱水素温度は５００℃、酸素含有量は７００ｐｐｍ、低融点合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は４μｍ、ジェットミル粉砕後の合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は５μｍであった。同一の拡散温度及び時効温度で、ＰｒＧｄＤｙＣｕＧａを拡散させた。実施例１３～１６及び比較例４の残留磁束密度Ｂｒは、各々０．２５、０．２７、０．２６、０．２４、０．２５ｋＧｓ低下し、保磁力Ｈｃｊは、各々９．２０、９．４０、９．５０、９．００、７．９０ｋＯｅ増加した。このことから、Ｃｅを用いた磁性体の磁気特性はいずれも改善されたことが分かる。更に、実施例１３と比較例４の性能差は０．４０ｋＯｅしかないものの、Ｈｃｊの温度係数は基本的に同一であり、比較例４の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．４８５％、実施例１３の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．４８６％と大差がないことから、低コストのＣｅ含有磁性体の方がコスト面で優れていることが分かる。
実施例１７～２０及び比較例５については、Ｃｅの含有量以外は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の成分及びサイズは同一である。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の平均サイズは４００μｍ、水素吸着温度は２５０℃、脱水素温度は５５０℃、酸素含有量は９００ｐｐｍ、低融点合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は１μｍ、ジェットミル粉砕後の合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は３μｍであった。同一の拡散温度及び時効温度で、ＰｒＨｏＤｙＣｕＧａＴｉを拡散させた。実施例１７～２０及び比較例５の残留磁束密度Ｂｒは、各々０．２４、０．２２、０．２３、０．２２、０．２５ｋＧｓ低下し、保磁力Ｈｃｊは、各々１０．９０、１０．６０、１０．５０、１０．１０、９．２８ｋＯｅ増加した。このことから、Ｃｅを用いた磁性体の磁気特性はいずれも改善されたことが分かる。更に、実施例１７と比較例５の性能差は０．２０ｋＯｅしかないものの、Ｈｃｊの温度係数は基本的に同一であり、比較例５の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．４９０％、実施例１７の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．４９０％と同一であったことから、低コストのＣｅ含有磁性体の方がコスト面で優れていることが分かる。
実施例２１～２４及び比較例６については、Ｃｅの含有量以外は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の成分及びサイズは同一である。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の平均サイズは２６０μｍ、水素吸着温度は１５０℃、脱水素温度は５３０℃、酸素含有量は６００ｐｐｍ、低融点合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は２μｍ、ジェットミル粉砕後の合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は４μｍであった。同一の拡散温度及び時効温度で、ＰｒＨｏＤｙＣｕＡｌＳｎを拡散させた。実施例２１～２４及び比較例６の残留磁束密度Ｂｒは、各々０．２０、０．２３、０．２３、０．２０、０．２０ｋＧｓ低下し、保磁力Ｈｃｊは、各々１０．１０、９．７０、９．６０、９．４０、８．６７ｋＯｅ増加した。このことから、Ｃｅを用いた磁性体の磁気特性はいずれも改善されたことが分かる。更に、実施例２１と比較例６の性能差は０．３０ｋＯｅしかないものの、Ｈｃｊの温度係数は基本的に同一であり、比較例６の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．５００％、実施例２１の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．５００％と同一であったことから、低コストのＣｅ含有磁性体の方がコスト面で優れていることが分かる。
実施例２５～２８及び比較例７については、Ｃｅの含有量以外は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の成分及びサイズは同一である。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の平均サイズは２７０μｍ、水素吸着温度は１８０℃、脱水素温度は５６０℃、酸素含有量は７００ｐｐｍ、低融点合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は１．５μｍ、ジェットミル粉砕後の合金粉末の平均粒子径Ｄ５０は３μｍであった。同一の拡散温度及び時効温度で、ＰｒＧｄＤｙＣｕＭｇを拡散させた。実施例２５～２８及び比較例７の残留磁束密度Ｂｒは、各々０．２２、０．２４、０．１８、０．２１、０．２１ｋＧｓ低下し、保磁力Ｈｃｊは、各々９．８７、９．９０、９．４５、９．０７、８．２７ｋＯｅ増加した。このことから、Ｃｅを用いた磁性体の磁気特性はいずれも改善されたことが分かる。更に、実施例２５と比較例７の性能差は０．１０ｋＯｅしかないものの、Ｈｃｊの温度係数は基本的に同一であり、比較例７の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．５５０％、実施例２５の保磁力温度係数がβＨｃｊ１５０℃＝－０．５５０％と同一であったことから、低コストのＣｅ含有磁性体の方がコスト面で優れていることが分かる。
以上の実施例を参照することで、本明細書に列挙した以外のその他原料及び条件等であっても、同様に本発明の低コスト希土類磁性体を製造することができる。
本願発明に係る重希土類合金拡散源を拡散させたＣｅ含有磁性体と通常のＮｄ、Ｐｒ磁性体を対比した結果、Ｃｅ含有磁性体は、コスト優位性が明らかであり、かつ保磁力の増加幅が通常のＮｄ、Ｐｒ磁性体よりも大きい。拡散源及びＣｅ含有の総合作用によって、Ｃｅ含有磁性体は多くの磁性体ラインナップを揃えることができコスト優位性を有する。
Claims (9)
- 結晶粒界に希土類元素を拡散させたＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体であって、
前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の原料は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金、低融点合金及びその他添加剤を含み、
前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金は、重量百分率で２８％≦Ｒ≦３０％の希土類元素Ｒと、重量百分率で０．８％≦Ｂ≦１．２％のＢと、重量百分率で０％≦Ｍ≦３％のＭと、を含み、
前記Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、
前記Ｍは、Ｃｏ、Ｔｉの少なくとも一つ、
その他の成分はＦｅであり、
前記低融点合金は、ＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａのいずれ一つ又は複数を含み、各成分の重量百分率は、０％≦ＣｅＣｕ≦３％、０％≦ＣｅＡｌ≦３％、０％≦ＣｅＧａ≦３％であり、
拡散源は、Ｒ１ｘＲ２ｙＨｚＭ１－ｘ－ｙ－ｚの式で示され、
Ｒ１はＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、
Ｒ２はＨо、Ｇｄの少なくとも一つ、
ＨはＴｂ、Ｄｙの少なくとも一つ、
ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも一つであり、
ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ重量百分率で、１５％＜ｘ＜５０％、０％＜ｙ≦１０％及び４０％≦ｚ≦７０％である、
ことを特徴とするＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体。 - Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法であって、
（ステップ１）重量百分率で２８％≦Ｒ≦３０％と、重量百分率で０．８％≦Ｂ≦１．２％と、重量百分率で０％≦Ｍ≦３％を含み、前記ＲはＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、前記ＭはＣｏ、Ｔｉの少なくとも一つ、その他の成分はＦｅである原料を、溶錬、ストリップキャストによってＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片を作成し、
（ステップ２）前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片を１５０～４００μｍの大きさに粉砕して粉体とし、低融点合金の粉末と混合して前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の前記粉体に前記低融点合金の粉体をコーティングし、前記低融点合金はＣｅＣｕ、ＣｅＡｌ、ＣｅＧａのいずれか一つ又は複数であり、各成分の重量百分率は、０％≦ＣｅＣｕ≦３％、０％≦ＣｅＡｌ≦３％及び０％≦ＣｅＧａ≦３％であり、混合後に水素吸脱処理を行い、ジェットミルによる粉砕処理、磁場配向成型、焼結処理及び時効処理を行って前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を作成し、
（ステップ３）焼結後の前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を所望の形状に機械加工し、その後前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の表面に拡散源をコーティングして拡散源薄膜を形成し、前記拡散源はＲ１ｘＲ２ｙＨｚＭ１－ｘ－ｙ－ｚの式で示され、Ｒ１はＮｄ、Ｐｒの少なくとも一つ、Ｒ２はＨо、Ｇｄの少なくとも一つ、ＨはＴｂ、Ｄｙの少なくとも一つ、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも一つであり、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ重量百分率で、１５％＜ｘ＜５０％、０％＜ｙ≦１０％及び４０％≦ｚ≦７０％であり、
（ステップ４）前記拡散源をコーティングした前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体に拡散処理及び時効処理を行う、
ことを特徴とするＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法。 - 前記（ステップ２）における前記水素吸脱処理は、水素吸着及び脱水素処理を含み、水素吸着温度は１００～３００℃、脱水素温度は４００～６００℃である、
ことを特徴とする請求項２に記載のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法。 - 前記（ステップ２）における前記水素吸脱処理の水素含有量は１０００ｐｐｍ未満であり、酸素含有量は５００ｐｐｍ未満である、
ことを特徴とする請求項２に記載のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法。 - 前記（ステップ２）における前記低融点合金の粉末の平均粒子径は２００ｎｍ～４μｍであり、
前記ジェットミルによる粉砕後の合金粉末の平均粒子径は３～５μｍである、
ことを特徴とする請求項２に記載のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法。 - 前記（ステップ２）における前記焼結処理の温度は９８０～１０６０℃、焼結時間は６～１５時間、前記時効処理の第１次時効温度は８５０℃、第１次時効時間は３時間、第２次時効温度は４５０～６６０℃、第２次時効時間は３時間である、
ことを特徴とする請求項２に記載のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法。 - 前記（ステップ３）における前記拡散源の製造方法は、噴霧製粉、アモルファスストリップ又はインゴットのいずれかである、
ことを特徴とする請求項２に記載のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法。 - 前記（ステップ４）における前記拡散処理の温度は８５０～９３０℃、拡散時間は６～３０時間、前記時効処理の温度は４２０～６８０℃、時効時間は３～１０時間である、
ことを特徴とする請求項２に記載のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法。 - 前記（ステップ４）における前記時効処理の昇温速度は１～５℃／分であり、降温速度は５～２０℃／分である、
ことを特徴とする請求項８に記載のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の製造方法。
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