JP2023124810A - Ｒ－ｔ－ｂ系焼結磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｇａを添加したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石として、高い保磁力を有するとともに、高い残留磁束密度および角形性も同時に備えたものを提供する。
【解決手段】希土類元素Ｒと、ＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したものよりなる金属元素Ｔと、Ｂと、Ｇａとを含有し、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相の合計に占めるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相およびＲ_２Ｔ_１７相の存在割合を、％を単位として、それぞれ｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝および｛Ｒ_２Ｔ_１７｝とし、質量％を単位としたＧａの含有量を、［Ｇａ］として、０．０５≦［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝≦０．２０、かつ｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝≧９４．０である、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石に関し、さらに詳しくは、Ｇａが添加されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石に関するものである。

高い磁気特性を有する希土類磁石の１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、保磁力を向上させる手段の１つとして、Ｇａが添加される場合がある。Ｇａの添加により、粒界相中に、Ｒ_６Ｔ_１３Ｇａなる物質が生成し、保磁力の向上に寄与する。また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の保磁力を向上させる一般的な手段として、希土類元素Ｒの一部をＴｂやＤｙ等の重希土類元素に置換する方法もある。さらに、ＴｂやＤｙ等の重希土類元素を粒界拡散（ＧＢＤ：Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）処理によって行うことで、保磁力向上に高い効果が得られる。例えば、下記の特許文献１に、Ｒ－Ｔ－Ｂ系永久磁石にＧａを添加するとともに、ＧＢＤ処理によってＴｂを添加した例が開示されている。

特開２０１９－１０２７０８号公報

上記のように、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石において、Ｇａを添加すると、保磁力の向上を達成することができるが、従来、Ｇａを添加したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石においては、残留磁束密度や角形性（減磁曲線の角形性）は、低い水準に留まっていた。一方、Ｔｂ等の重希土類の添加も、保磁力の向上には高い効果を示すが、残留磁束密度や角形性の向上にはそれほど高い効果を示さないうえ、さらに、重希土類元素の添加をＧＢＤ処理によって行う場合には、重希土類元素を含む化合物を塗布して９００℃以上で数時間以上加熱する工程が追加されるため、コスト増になる。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、本来的に、高い残留磁束密度や角形性を示すものであり、Ｇａの添加による保磁力の向上を適切に実施すれば、重希土類を使用する場合のＧＢＤ処理のようなコスト増となる工程を避けながら、Ｇａ添加の効果による高保磁力化の効果と、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石が本来有する残留磁束密度や角形性の高さとを両立できる可能性がある。そこで、本発明においては、Ｇａを添加したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石として、高い保磁力を有するとともに、高い残留磁束密度および角形性も同時に備えたものを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、以下の構成を有する。
［１］本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、希土類元素Ｒと、ＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したものよりなる金属元素Ｔと、Ｂと、Ｇａとを含有し、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相の合計に占めるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相およびＲ_２Ｔ_１７相の存在割合を、％を単位として、それぞれ｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝および｛Ｒ_２Ｔ_１７｝とし、質量％を単位としたＧａの含有量を、［Ｇａ］として、０．０５≦［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝≦０．２０、かつ｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝≧９４．０である。

［２］上記［１］の態様において、前記希土類元素Ｒは、ＴｂおよびＤｙの少なくとも一方を含むとよい。
［３］上記［１］または［２］の態様において、前記｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝および｛Ｒ_２Ｔ_１７｝の値は、前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＲ，Ｔ，Ｂの含有量比より見積もられるものであるとよい。
［４］上記［１］から［３］のいずれか１つの態様において、前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石において、保磁力が１９．５ｋＯｅ以上、残留磁束密度が１３．９ｋＧ以上、角形性が８８％以上であるとよい。
［５］上記［１］から［４］のいずれか１つの態様において、前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、重希土類元素の粒界拡散処理を経ずに製造されてもよい。
［６］上記［１］から［５］のいずれか１つの態様において、炭素の含有量が５００ｐｐｍ以下であるとよい。

［１］上記発明にかかるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石においては、Ｇａの含有量が、Ｒ_２Ｔ_１７相の存在割合との比率で、０．０５≦［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝≦０．２０の範囲に規定されている。Ｇａは、粒界相において、Ｒ_２Ｔ_１７と反応してＲ_６Ｔ_１３Ｇａを形成することで、保磁力の向上に寄与する。Ｒ_２Ｔ_１７はソフト磁性を有し、粒界に存在すると保磁力の低下要因となる。したがって、Ｒ_２Ｔ_１７からＲ_６Ｔ_１３Ｇａを形成するのに十分なＧａが存在すれば、高い保磁力向上効果が得られる。［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝が０．０５より低いと残留するＲ_２Ｔ_１７によって保磁力が低下する。さらに［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝が０．２０より高いと、粒界相の体積比が増加するため、主相の割合が低下し残留磁束密度が低下する。主相を構成するＲ_２Ｔ_１４Ｂ相の存在割合が｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝≧９４．０となっていることも、高い残留磁束密度および角形性の確保に効果を有する。それらの結果、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石が、高い保磁力と、高い残留磁束密度および角形性とを同時に備えるものとなる。

［２］希土類元素Ｒが、ＴｂおよびＤｙの少なくとも一方を含む場合には、保磁力の向上に高い効果が得られる。ＴｂやＤｙの添加は、焼結原料への含有によって行えばよいが、さらなる保磁力向上のためにＴｂやＤｙ等の重希土類を粒界拡散することもできる。

［３］｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝および｛Ｒ_２Ｔ_１７｝の値が、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＲ，Ｔ，Ｂの含有量比より見積もられる場合には、Ｒ，Ｔ，ＢおよびＧａの含有量比を調整し、０．０５≦［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝≦０．２０、かつ｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝≧９４．０となるように成分組成を設定することで、簡便に、高い保磁力と、高い残留磁束密度および角形性を兼ね備えたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を設計することができる。Ｒ，Ｔ，Ｂの含有量比からの各相の存在割合の見積もりは、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ三成分系等、Ｒ－Ｔ－Ｂ三成分系状態図を用いて行うことができる。

［４］Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石において、保磁力が１９．５ｋＯｅ以上、残留磁束密度が１３．９ｋＧ以上、角形性が８８％以上である場合には、保磁力、残留磁束密度、角形性のいずれにおいても、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石として、十分に優れた磁気特性を有するものとなる。本発明にかかるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝および｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝が所定の範囲をとるように成分組成が制御されていることで、保磁力、残留磁束密度、角形性のいずれもが上記の下限以上の値をとる、高い磁気特性を備えたものとなりうる。

［５］Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石が、粒界拡散処理を経ずに製造される場合には、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を簡便に製造することができる。本発明にかかるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石においては、［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝および｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝が所定の範囲をとるように、Ｒ，Ｔ，ＢおよびＧａの含有量のバランスが制御され、さらに任意にＴｂやＤｙ等の重希土類元素が添加された成分組成を有することにより、ＴｂやＤｙ等の重希土類元素を粒界拡散処理によって添加する工程を経なくても、保磁力等の磁気特性に優れた焼結磁石となる。

［６］Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石における炭素の含有量が５００ｐｐｍ以下である場合には、保磁力の向上に高い効果が得られる。炭素の含有量は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の焼結に不活性ガス雰囲気を用いることで、効果的に低減することができる。

Ｒ－Ｔ－Ｂ三成分系状態図において、成分組成と各相の存在割合の関係を説明する図である。（ａ）は状態図全体を示しており、（ｂ）は着目している成分組成が位置する領域Ｓを拡大して示している。 実施例１～５および比較例１～６について、保磁力と残留磁束密度の測定値を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態にかかるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石（以下単に、焼結磁石と称する場合がある）について、詳細に説明する。本明細書において、各種特性は、室温（２３℃）、大気中にて測定される値を指すものとする。

［Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の概略］
本発明の一実施形態にかかるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、希土類元素Ｒと、金属元素Ｔと、Ｂ（ホウ素）と、Ｇａと、を含む磁石材料が焼結されたものよりなる。金属元素Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅの一部をＣｏで置換したものよりなる。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。後に説明するように、希土類元素Ｒとしては、Ｎｄ，Ｐｒ等の軽希土類元素に加え、重希土類元素であるＴｂおよびＤｙの少なくとも一方を含むことが好ましい。焼結磁石は、不可避的不純物を除いて、Ｒ，Ｔ，Ｂ，Ｇａのみより構成されても、他の元素を適宜含んでいてもよい。

本実施形態にかかる焼結磁石においては、主にＲ_２Ｔ_１４Ｂより構成される主相と、主相結晶粒の間の粒界を占める粒界相とを有している。粒界相は、Ｒ_２Ｔ_１７（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂの状態図上ではＮｄ_２Ｆｅ_１７）が含んでいる。希土類元素Ｒのうち、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相およびＲ_２Ｔ_１７相を構成しなかったものは、希土類元素のみ、あるいは希土類リッチな合金よりなるＲ相を構成している。Ｇａは、最終的に粒界相に取り込まれ、Ｒ_２Ｔ_１７と反応して、Ｎｄ_６Ｆｅ_１３ＧａをはじめとするＲ_６Ｔ_１３Ｇａなる合金を形成する。

本実施形態にかかる焼結磁石においては、後に詳細に説明するように、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相の３つの相に占めるＲ_２Ｔ_１７相の存在割合に対して、Ｇａの含有量が所定の範囲に規定されている。また、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相の存在割合が、所定の範囲に規定されている。

［各相の存在割合］
ここで、各相の存在割合の見積もりについて説明する。Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相のそれぞれについて、％を単位とした存在割合を｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝、｛Ｒ_２Ｔ_１７｝、｛Ｒ｝と表記する。各相の存在割合は、これら３種の相の合計に占める存在割合を示し、３種以外の相が存在していたとしても、考慮しないものとする。これらの存在割合は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ三元状態図から算出することができる。

上記各相の存在割合は、電子顕微鏡像等、焼結磁石に形成された各相の占有率を実際に計測した実測結果より見積もることも可能であるが、本件の占有率は、Ｒ，Ｔ，Ｂの含有量比より見積もることとする。つまり、Ｒ，Ｔ，Ｂそれぞれについて、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相の３相に含まれる含有量の合計し、それら合計量の比率が、焼結磁石全体としてのＲ，Ｔ，Ｂの含有量比と等しくなるように、３相の存在比率を見積もればよい。この際、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ三成分系等、Ｒ－Ｔ－Ｂ三成分系状態図を利用すると、簡便に見積もりを行うことができる。なお、見積もりに際し、Ｇａやその他の金属元素等、Ｒ，Ｔ，Ｂ以外の成分元素（他成分元素）については、除外して原子比を計算する。それら他成分元素が、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相の構成原子の一部を置換している場合や、各相に取り込まれている場合には、それら他成分元素を含んだ相も、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相とみなせばよい。また、焼結磁石に含有されるＲ，Ｔ，Ｂの各元素が全て、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相のいずれかの相を形成した状態で存在しているものとする。

図１（ａ）に、Ｒ－Ｔ－Ｂ三成分系状態図を示す。これは例えばＮｄ－Ｆｅ－Ｂ三成分系状態図に相当する。状態図において、各頂点が、Ｂのみ、Ｔのみ、Ｒのみ（つまりＲ相）の組成に対応する。また、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相およびＲ_２Ｔ_１７相の成分組成に対応する点を、図中に表示している。本実施形態にかかる焼結磁石は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相の３相を含んでおり、それら３つの相に対応する点を頂点とする三角形、つまり図中に太線で表示した三角形の領域Ｓの中に、成分組成を有する。例として、その領域Ｓの中の点Ａで示される成分組成を想定する。点Ａは、焼結磁石の組成全体としてのＲ，Ｔ，Ｂの含有量を、原子数比で表現した座標としてプロットされる。点Ａは、領域Ｓの中であれば、任意の組成に設定することができる。図１（ｂ）に、領域Ｓを拡大して表示している。

ここで、図１の状態図において、点Ａに対応する成分組成におけるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相のそれぞれの存在割合、つまり｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝、｛Ｒ_２Ｔ_１７｝、｛Ｒ｝を見積もる。３種の相のうち１つをＰ相として、そのＰ相の存在割合は、以下のように表現される。つまり、領域Ｓの三角形において、Ｐ相に対応する頂点Ｐと点Ａを結ぶ直線が、頂点Ｐに対向する辺と交差する点を点Ｑとして、直線Ｐ－Ｑの長さ（ｙ）に対する直線Ａ－Ｑの長さ（ｘ）の割合（ｘ／ｙ）×１００％が、Ｐ相の存在割合、つまり｛Ｐ｝％となる。例えば、図１（ｂ）中に示すように、点Ａの成分組成におけるＲ_２Ｔ_１７相の存在割合は以下のようになる。つまり、Ｒ_２Ｔ_１７の頂点と点Ａを結ぶ直線が、Ｒ_２Ｔ_１７の頂点と対向する辺、つまりＲ_２Ｔ_１４Ｂの頂点とＲの頂点とを結ぶ辺と交差する点を点Ｑ１とし、さらに、直線Ｒ_２Ｔ_１７－Ｑ１の長さをｙ１、直線Ａ－Ｑ１の長さをｘ１とすると、（ｘ１／ｙ１）×１００％として得られる値が、Ｒ_２Ｔ_１７相の存在割合、つまり｛Ｒ_２Ｔ_１７｝％となる。なお、各層の存在割合は、各相の構成単位、つまりそれぞれＲ_２Ｔ_１４Ｂ、Ｒ_２Ｔ_１７、Ｒとの構成単位の存在数の比率を示すものである。

［Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の成分組成］
本実施形態にかかる焼結磁石においては、上記のようにして求められた各相の存在割合、および質量％を単位としたＧａの含有量［Ｇａ］が、以下の式（１）および式（２）をともに満たしている。
０．０５≦［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝≦０．２０ （１）
｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝≧９４．０ （２）

式（１）は、Ｒ_２Ｔ_１７相の存在割合に対する、Ｇａの添加量の比率を示すものであり、その値が大きいほど、Ｒ_２Ｔ_１７相に対して、多くのＧａが含有されることになる。つまり、Ｒ_２Ｔ_１７相のうち、Ｇａと反応するものの割合が増えることになる。Ｒ_２Ｔ_１７とＧａが反応すると、Ｎｄ_６Ｆｅ_１３Ｇａ等、Ｒ_６Ｔ_１３Ｇａなる物質が生じる。Ｒ_６Ｔ_１３Ｇａは非磁性であり、粒界相に形成されることで、主相結晶粒の磁化反転を抑制し、焼結磁石の保磁力を向上させる。一方で、Ｒ_６Ｔ_１３Ｇａは、残留磁束密度を低下させるものとなる。

［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝の値が、０．０５以上かつ０．２０以下の範囲に収まっていることで、焼結磁石が、高い保磁力と、高い残留磁束密度および角形性を兼ね備えるものとなる。［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝が０．０５より低いと残留するＲ_２Ｔ_１７によって保磁力が低下する。一方、［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝が０．２０より高いと、粒界相の体積比が増加するため、主相の割合が低下し残留磁束密度が低下する。好ましくは、［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝は、０．０７以上、さらに０．０８以上であるとよく、また０．１５以下、さらに０．１２以下であるとよい。

Ｒ_２Ｔ_１７相の存在割合とＧａの含有量の比率である［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝が、上記式（１）の範囲を満たしていれば、Ｇａの含有量［Ｇａ］自体、またＲ_２Ｔ_１７相の存在割合｛Ｒ_２Ｔ_１７｝自体の値は、特に限定されるものではない。しかし、Ｇａの含有量が０．２１質量％以上、さらには０．２３質量％以上であり、また０．３５質量％以下、さらには０．２９質量％以下であれば、式（１）の範囲を満たしやすい。一方、Ｒ_２Ｔ_１７相の存在割合は、２．４％以上、さらには２．６％以上であり、また３．９％以下、さらには３．３％以下であれば、式（１）の範囲を満たしやすい。なお、式（１）を成立させる観点、またＧａと反応しうるＲ_２Ｔ_１７相を確保する観点から、Ｒ_２Ｔ_１７相の存在割合がゼロである場合は除かれる。

式（２）は、主相を構成する物質であるＲ_２Ｔ_１４Ｂの存在割合が９４．０％以上であり、十分な量で存在することを示している。これにより、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂより構成される主相を有したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石が本来的に有する、高い残留磁束密度や角形性が、Ｇａの添加を経ても、十分に維持されることになる。好ましくは、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂの存在割合は、９４．２％以上、さらには９４．５％以上であるとよい。Ｒ_２Ｔ_１４Ｂの存在割合に特に上限は設定されないが、Ｒ_２Ｔ_１７相を十分に確保する等の観点から、９７．０％以下、さらには９６．０％以下であるとよい。

本実施形態にかかる焼結磁石の成分組成は、上記の式（１）および式（２）を満たすかぎりにおいて、特に限定されるものではない。希土類元素Ｒについても、特に限定されるものではなく、Ｎｄ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｌａ，Ｃｅ等を例示することができる。希土類元素Ｒは、保磁力向上等の観点から、重希土類元素、特にＴｂおよびＤｙの少なくとも一方を含有することが好ましい。希土類元素Ｒに含まれる重希土類元素が全てＴｂであると、特に好ましい。保磁力向上の効果を特に高く得る観点から、焼結磁石における重希土類元素の含有量、またＴｂの含有量は、０．４質量％以上、さらには０．５質量％以上、０．８質量％以上であるとよい。一方、材料コストの抑制等の観点から、それらの含有量は、２．０質量％以下であるとよい。希土類元素Ｒに含まれる軽希土類元素としては、ＮｄおよびＰｒ、特にＮｄを好適に用いることができる。

また、本実施形態にかかる焼結磁石は、Ｒ，Ｔ，Ｂ，Ｇａ以外の成分元素を含有してもよい。Ｒ，Ｔ，Ｂ，Ｇａ以外の成分元素としては、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｒ等を挙げることができる。

焼結磁石の成分組成の一例として、以下の各元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなるものを挙げることができる。ここで、各成分元素の含有量は、質量％を単位として表示している。
・２８％≦ＴＲＥ≦３２％（ＴＲＥは、全希土類元素Ｒの合計含有量を示す）
・０．４％≦ＨＲＥ≦２．０％（ＨＲＥは重希土類元素の含有量を示す。特にＨＲＥがＴｂであるとよい）
・０％≦Ｃｏ≦１．０％
・０．８％≦Ｂ≦１．０％、より好ましくは０．９１％≦Ｂ≦０．９８％
・０．２１％≦Ｇａ≦０．３５％
・０％≦Ａｌ≦０．３％
・０％≦Ｃｕ≦０．１％
・０％≦Ｚｒ≦０．２％
ここで、Ｃｏ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｒについては、それぞれ、含有されない形態も含むものとする。また、ＨＲＥは含有されなくてもよい。原料合金の粉末を焼結して焼結磁石を製造する場合に、原料合金中における上記各成分元素の含有量比は、焼結を経ても実質的に変化しない。

本実施形態にかかる焼結磁石は、不可避的不純物として、炭素（Ｃ）を含む場合があるが、炭素の含有量は、５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。炭素含有量を低減することで、焼結磁石の保磁力を効果的に高めることができる。これは、希土類元素が粒界での炭化物の形成に費やされにくくなるためと考えられる。焼結磁石における炭素の含有量を低減するためには、例えば、後述するように、焼結に不活性ガス雰囲気を用いればよい。なお、焼結磁石には、炭素に加えて、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）も不可避的不純物として含有されうるが、それらの元素は、炭素と比較すると、保磁力への影響は小さい。ただし、酸素の含有量を８００ｐｐｍ以下、Ｎの含有量を２００ｐｐｍ以下に抑えておくことが好ましい。

［Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法］
本実施形態にかかる焼結磁石は、各成分元素を所定の比率で含有する原料合金を粉砕したうえで焼結することで、製造することができる。所定の成分組成を有する合金塊を例えばストリップキャスト法にて作製し、好ましくは、水素ガスに接触させて水素分子を吸蔵させ、合金塊を脆化させたうえで、機械的に粉砕すればよい。そして、得られた磁石粉末を所定の形状に成形して、焼結を行えばよい。焼結時の温度としては、９８０℃以上、１０２０℃以下の範囲を例示することができる。

焼結時の雰囲気は特に限定されるものではなく、例えば、不活性ガス雰囲気中、あるいは真空中で焼結を行えばよい。しかし、焼結磁石における炭素含有量を低減するためには、Ａｒガス等の不活性ガス雰囲気を用いることが好ましい。粉砕後の磁石材料には水素分子が残存しており、焼結に伴って、その水素分子が、磁石材料中に不純物として存在する炭素原子と反応してガス化し、磁石粉末から炭素が除去されるが、不活性ガス雰囲気下で加熱を行うことで、この水素分子との反応に伴う炭素の除去が進行しやすいからである。不活性ガスが存在することで、焼結を真空中で行う場合と比較して、水素分子が磁石粉末から脱離しにくくなり、炭素原子との反応に寄与しやすくなるものと考えられる。成形した磁石粉末を焼結温度まで昇温する間の所定の温度（例えば４５０℃）までは不活性ガス雰囲気とし、その後、真空雰囲気中で焼結温度まで昇温し、焼結を進めることが好ましい。途中で真空雰囲気に変更することで、水素分子と炭素が反応することで生成されるガスを、効果的に除去することができる。

得られた焼結体に対しては、適宜、時効処理を施すことが好ましい。時効温度としては、４６０℃以上、５４０℃以下の範囲を例示することができる。

［Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の特性］
本実施形態にかかる焼結磁石は、上記式（１）および式（２）を満たすことにより、高い保磁力と、高い残留磁束密度および角形性を同時に備えるものとなる。保磁力（Ｈｃｊ）としては、１５．０ｋＯｅを超える値が得られる。Ｃの含有量を５００ｐｐｍ以下に低減すれば、１８．５ｋＯｅ以上の保磁力を得ることができる。また、重希土類の添加等により、１９．５ｋＯｅ以上を得ることもできる。さらに、２０．５ｋＯｅ以上、また２１．０ｋＯｅ以上を得ることもできる。残留磁束密度（Ｂｒ）としては、１３．９ｋＧ以上を得ることができる。さらに、１４．０ｋＧ以上、また１４．１ｋＧ以上を得ることができる。角形性（ＳＱ）としては、８８％以上を得ることができる。さらに、９２％以上、また９４％以上を得ることもできる。ここで、角形性の値については、減磁曲線において、磁束密度Ｂの値が残留磁束密度Ｂｒの９０％となる時の磁場Ｈの値をＨｋ９０とし、保磁力をＨｃｊとして、Ｈｋ９０／Ｈｃｊの値が角形性となる。

本実施形態にかかる焼結磁石は、Ｒ，Ｔ，Ｂ，Ｇａの含有量のバランス、特にＧａの含有量が適切に設定されていることにより、高い保磁力と、高い残留磁束密度および角形性の各特性を、同時に兼ね備えるものとなっている。焼結磁石全体としての成分組成に基づき、それら高い磁気特性を兼ね備えた焼結磁石を簡便に設計することができる。つまり、Ｒ－Ｔ－Ｂ三成分系状態図を利用することなどにより、式（１）および式（２）を満たすように、Ｒ，Ｔ，Ｂ，Ｇａの含有量比を設定すればよい。

また、本実施形態にかかる焼結磁石においては、Ｒ，Ｔ，Ｂ，Ｇａの含有量のバランスの効果により、保磁力、残留磁束密度、角形性に優れたものとなるので、保磁力等、磁気特性の向上を目的として、Ｔｂをはじめとする重希土類等、特定の成分の粒界拡散（ＧＢＤ）のように、コスト増となる工程を製造時に経なくてもよい。上記のとおり、各成分元素を所定の比率で含有する原料合金を粉砕したうえで焼結することで、本実施形態にかかる焼結磁石を製造することができるが、Ｔｂ等の重希土類元素を添加する場合には、それらの重希土類元素も原料合金中に、他の成分とともに含有させておけばよい。ただし重希土類の添加を、ＧＢＤ処理によって行ってもよく、その場合には、保磁力向上等、重希土類添加による効果を高めやすくなる。

以下に本発明の実施例を示す。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。

＜１＞成分組成と磁気特性の関係
まず、Ｔｂを含む焼結磁石を例として、焼結磁石の成分組成と磁気特性との関係を検証した。

［試料の作製］
下の表１に示すとおり、実施例１～５および比較例１～６のそれぞれの成分組成を有する原料合金を準備した。原料合金を水素ガスに接触させて水素分子を吸蔵させ、原料合金を脆化させた後に、粉末状に粉砕した。得られた磁石粉末を、９８０～１０２０℃にて焼結した。この際、室温から焼結温度まで昇温する間、４５０℃まではＡｒガス雰囲気とし、その後は真空中にて昇温と焼結を行った。得られた焼結体を、８００℃にて３０分保持後急冷し、４６０～５４０℃にて３０分保持後急冷の時効処理を行った。

［磁気特性の評価］
上記で得られた各試料について、磁化曲線の測定を行った。測定は、パルス励磁型磁気特性測定装置を用いて行った。そして、保磁力Ｈｃｊおよび残留磁束密度Ｂｒの値を記録した。また、減磁曲線の形状から、角形性ＳＱを評価した。ここで、減磁曲線において、磁束密度の値が残留磁束密度Ｂｒの９０％となる時の磁場Ｈの値をＨｋ９０とし、保磁力をＨｃｊとして、角形性ＳＱは、Ｈｋ９０／Ｈｃｊ×１００％として求められる。

［試験結果］
実施例１～５および比較例１～６の各試料について、表１に原料合金の成分組成を示す。ここで、成分組成は、作製した各焼結磁石について、分析を行って得たものである。表中の単位は、Ｃ，Ｏ，Ｎ以外については質量％であり、Ｃ，Ｏ，Ｎについてはｐｐｍである。Ｃ，Ｏ，Ｎの含有量については、一部の試料についてのみ分析を行っており、それら以外の試料については、各元素の欄に「－」を表示し、「残部」の欄の不可避的不純物とみなしている。

また、表２に、各相の存在割合｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝、｛Ｒ_２Ｔ_１７｝、｛Ｒ｝、Ｇａの含有量［Ｇａ］、および［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝の値とともに、磁気測定の結果（Ｂｒ、Ｈｃｊ、ＳＱ）を示す。ここで、各相の存在割合は、上で図１を参照して説明したとおり、Ｒ，Ｔ，Ｂの含有量比に基づいて、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ三成分系状態図から見積もったものである。

さらに、図２に、各試料について得られた、ＨｃｊおよびＢｒの値をプロットしている。丸印は実施例を示し、三角印は比較例を示している。各プロット点の近傍に表示した数字は、実施例番号および比較例番号を示している。表中には、太線にて、Ｈｃｊ≧１９．５ｋＯｅ、かつＢｒ≧１３．９ｋＧとなる範囲を表示している。

表１，２および図２によると、式（１）の０．０５≦［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝≦０．２０と、式（２）の｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝≧９４．０をともに満たしている実施例１～５においては、Ｈｃｊ≧１９．５ｋＯｅの高保磁力と、Ｂｒ≧１３．９ｋＧの高残留磁束密度が得られている。また、角形性も、ＳＱ≧８８％となっている。

比較例１～６は、式（１）と式（２）のいずれか一方を満たさないことに対応して、Ｈｃｊ≧１９．５ｋＯｅ、Ｂｒ≧１３．９ｋＧ、ＳＱ≧８８％の少なくとも１つの特性が得られていない。比較例１，２，４～６は、式（１）の関係を満たしていない。比較例１ではＧａが含有されず、比較例６ではＧａが含有されているものの、その含有量が少なく、［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝が０．０５に満たない。また、比較例２ではＧａと反応できるＲ_２Ｔ_１７相が存在せず、［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝の値が規定できない。これら比較例１，２，６では、十分な量のＲ_６Ｔ_１３Ｇａが粒界相に形成されないことと対応して、Ｈｃｊ＜１９．５ｋＯｅとなっている。一方、比較例４，５では、Ｒ_２Ｔ_１７相に対してＧａが過剰に含有されており、［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝が０．２０を超えている。これら比較例４，５では、Ｇａが過剰に添加されていることにより粒界相の割合が上がり、主相の割合が減少するために、Ｂｒ＜１３．９ｋＧ、またＳＱ＜８８％となっている。

比較例３では、式（２）が満たされず、｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝＜９４．０となっている。この比較例３では、主相を構成するＲ_２Ｔ_１４Ｂが十分な量で含有されないことと対応して、Ｂｒ＜１３．９ｋＧ、またＳＱ＜８８％となっている。

以上の試験結果から、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石にＧａを添加し、式（１）および式（２）の関係を満たすように、各成分元素の含有量を設定することで、高い保磁力と、高い残留磁束密度および角形性を兼ね備えたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を得られることが分かる。高保磁力は、粒界に十分な量のＲ_６Ｔ_１３Ｇａが形成されることで得られ、高残留磁束密度および高角形性は、十分な量のＲ_２Ｔ_１７相がＧａと反応せずに残され、かつＲ_２Ｔ_１４Ｂが十分に存在することで得られると解釈される。

＜２＞重希土類元素の添加および炭素含有量低減の効果
次に、焼結磁石における希土類元素の添加および炭素含有量の低下が、磁気特性にどのような影響を及ぼすのかを確認した。

［試料の作製］
下の表３に示す成分組成を有する実施例６，７の焼結磁石を作製した。実施例６の試料の作製方法は、上に説明した実施例１～５と同様とした。つまり、磁石材料の焼結に際し、Ａｒガス雰囲気中での昇温を行った。一方で、実施例７については、磁石材料の焼結に際し、Ａｒガス雰囲気は用いず、室温から焼結温度まで昇温し、さらに焼結を進める間、常に真空に保持した。

［磁気特性の評価］
試料６，７について、上に説明した実施例１～５と同様の方法で、磁気特性の評価を行った。

［試験結果］
上でも掲載した実施例１と合わせて、実施例６，７について、表３に原料合金の成分組成を示す。また、表４に、各相の存在割合等とともに、磁気測定の結果を示す。表３，４の表示形態は、上の表１，２と同様である。

実施例１と実施例６の成分組成は、不可避的不純物であるＣ，Ｎ，Ｏの含有量を除くと、Ｔｂの含有の有無においてのみ相違している。しかし、保磁力Ｈｃｊ、残留磁束密度Ｂｒ、角形性ＳＱのいずれの特性も、実施例１の方で高くなっている。特に、保磁力Ｈｃｊについては、実施例１において顕著に大きくなっている。このことから、重希土類の添加により、保磁力をはじめとする焼結磁石の磁気特性が向上することが確認される。

実施例６と実施例７は同じ原料合金を用いて作製した試料であるが、実施例６では、焼結時にＡｒガス雰囲気を用いたのに対し、実施例７の試料は焼結を真空中で行って製造されたものである。この製法の差異に対応して、実施例６では炭素含有量が５００ｐｐｍ以下となっているのに対し、実施例７では炭素含有量が５００ｐｐｍを超えている。そして、実施例６の保磁力Ｈｃｊが、実施例７の値に対して約１．２倍に大きくなっている。このことから、焼結時に不活性ガス雰囲気を用いることで、焼結磁石中の炭素含有量を少なく抑えることができ、その結果として、保磁力を向上させられることが確認される。

以上、本発明の実施形態について説明した。本発明は、これらの実施形態に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。

Claims (6)

1. 希土類元素Ｒと、ＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したものよりなる金属元素Ｔと、Ｂと、Ｇａとを含有し、
   Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相、Ｒ_２Ｔ_１７相、Ｒ相の合計に占めるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相およびＲ_２Ｔ_１７相の存在割合を、％を単位として、それぞれ｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝および｛Ｒ_２Ｔ_１７｝とし、
   質量％を単位としたＧａの含有量を、［Ｇａ］として、
   ０．０５≦［Ｇａ］／｛Ｒ_２Ｔ_１７｝≦０．２０、かつ
   ｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝≧９４．０である、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石。
2. 前記希土類元素Ｒは、ＴｂおよびＤｙの少なくとも一方を含む、請求項１に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石。
3. 前記｛Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ｝および｛Ｒ_２Ｔ_１７｝の値は、前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石におけるＲ，Ｔ，Ｂの含有量比より見積もられるものである、請求項１または請求項２に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石。
4. 保磁力が１９．５ｋＯｅ以上、残留磁束密度が１３．９ｋＧ以上、角形性が８８％以上である、請求項１または請求項２に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石。
5. 重希土類元素の粒界拡散処理を経ずに製造される、請求項１または請求項２に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石。
6. 炭素の含有量が５００ｐｐｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石。

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