JP4029714B2 - 高保磁力異方性磁石及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Nd-Fe-B系磁石材料の高保磁力化を目的とした高保磁力異方性磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、Nd-Fe-B系合金に対して水素吸収・脱水素処理を行って結晶粒径を微細化し、保磁力を発現して得られるHDDR法が開発され、磁石性能の高性能化を実現している。このHDDR粉末は異方性を示すNd-Fe-B系磁石粉末であり、この特徴を生かしてボンド磁石を中心として、磁石の高性能化を可能としている。
このHDDR法はNd2Fe14B相を有する母合金に850℃程度で水素を吸収させることによって、
Nd2Fe14B → NdH2 + α-Fe + Fe2B
なる相分解を発生させ、その後、真空中で強制的に脱水素反応によって、
NdH2 + α-Fe + Fe2B → Nd2Fe14B
なる再結合を生じさせて、Nd2Fe14B相結晶の微細化をもとに，保磁力を発現させるものである。
【０００３】
一方、Nd-Fe-B系磁石の高保磁力化は、その一部をDyで置換することによってDy2Fe14B化合物を生成させ、Dy2Fe14B化合物の巨大な結晶磁気異方性を利用して高保磁力材料が開発されている（非特許文献１参照）。この手法は種々のNd-Fe-B系磁石材料に適用されており、特に焼結磁石において効果が大きい。
【０００４】
また、HDDR粉末とDyH2の混合物の熱処理により保磁力の上昇を図る技術も開発されている（非特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
J. Magn. Magn. Mater., 61, (1986), 363-369.
【０００６】
【非特許文献２】
Proc. 16th Int. Workshop REM and their appolications, pp.813-819．
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異方性を有するHDDR粉末に、非特許文献１に記載のNd-Fe-B系磁石の一部をDyで置換しDy2Fe14B化合物を生成させる技術を適用した場合、Dy2Fe14B相は水素との反応性が小さく、HDDR法のプロセスである水素吸収分解及び脱水素再結合反応が阻害されるため、高保磁力を有するDy含有のNd-Fe-B系微細結晶を作製して高保磁力を得ることが困難であった。
【０００８】
また、非特許文献２に記載のHDDR粉末とDyH2の混合物の熱処理では、僅かな保磁力の上昇しか得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の課題に鑑み、HDDR法を用いた磁石粉末に対して、HDDR粉末の保磁力を向上させて、磁石の使用温度の限界を向上させ、耐熱性の向上を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、HDDR粉末と希土類酸化物とを混合し、引き続き加熱処理を加えることにより上記課題を解決するに至った。
【００１１】
【発明の効果】
本願発明にあっては、HDDR粉末の保磁力は希土類置換を自由に行うことができなかったため保磁力の大幅な増加は認められなかったが、希土類酸化物を混合し、これに対して加熱処理を行うことにより保磁力が飛躍的に増大することができる。更にこの粉末を用いた高保磁力異方性磁石の使用温度範囲をより高温にシフトすることが可能となり、産業上の適用範囲が飛躍的に拡大することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における高保磁力異方性磁石の製造方法について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００１３】
（実施例１）
Nd12.6Fe63.1Co17.4B6.5Zr0.1Ga0.3 組成母合金に対してH2フロー及びロータリポンプによる減圧処理を850℃で行うことにより得られたHDDR粉末に対して、Dy2O3粉末を5wt％混合した粉末をArフロー中で0.5時間の熱処理を行いHDDR粉末＋Dy2O3試料Aを作成した。この試料AとHDDR粉末のみの試料Bの保磁力HcJの熱処理温度による変化を図１に示す。
【００１４】
ＨＤＤＲ粉末のみの試料Ｂでは保磁力ＨｃＪの向上は認められないが、Ｄｙ２Ｏ３を混合させた粉末である試料Ａは６００℃〜９００℃の温度範囲において顕著な増加を示すことが分かる。尚、試料の異方性を示す指標となるＪｒ／Ｊｓ値は何れの試料においてもほぼ一定値であり、保磁力の増加に伴う異方性の劣化は認められなかった。
【００１５】
（実施例２）
Nd1 ｃ .6Fe63.1Co17.4B6.5Zr0.1Ga0.3 組成母合金に対してH2フロー及びロータリポンプによる減圧処理を850℃で行うことにより得られたHDDR粉末に対してDy2O3粉末を10wt％混合した粉末をArフロー中で800℃の熱処理を行い（HDDR粉末＋Dy2O3）である試料Cを作成した。この試料Cの保磁力HcJの熱処理時間による変化を図２に示す。
【００１６】
保磁時間は１時間以下において１０ｋＯｅ以上の良好な保磁力を示している。これは処理時間が１時間以上になると、元来、ＨＤＤＲ粉末の保磁力を担っている３００ｎｍ程度の微細結晶粒が結晶成長を起こすことによる保磁力の低下が顕著となると考えられる。
【００１７】
（実施例３）
Nd12.6Fe63.1Co17.4B6.5Zr0.1Ga0.3 組成母合金に対してH2フロー及びロータリポンプによる減圧処理を850℃で行うことにより得られたHDDR粉末に対してDy2O3粉末との混合割合を変化させた粉末をArフロー中で800℃、0.3時間の熱処理を行い試料Dを作成した。この試料Dの保磁力HcJのDy2O3粉末の混合量による変化を図３に示す。
【００１８】
Ｄｙ２Ｏ３の混合量が１ｗｔ％以上の範囲において、顕著な増加を示すことが分かる。尚、Ｄｙ２Ｏ３混合量の増加に伴い、残留磁束密度Ｂｒは低下する傾向を示すため、上限は１０ｗｔ％程度が実用的である。また、今回の何れの試料においても、実施例１と同様に保磁力の増加に伴うＨＤＤＲ粉末の異方性に変化は認められなかった。
【００１９】
（各実施例の作用）
上述の各実施例における高保磁力を示すHDDR粉末の作用については、現状では明らかな理由は見いだせていないが、以下の作用が推察される。すなわち、上記各実施例では、HDDR粉末とDy酸化物との混合物に対して加熱処理を行うことによって保磁力が向上する。ここで、酸化物における酸素との結合力が小さい場合には、磁石粉末内のNdが酸素を奪い取り、酸化しやすいため、保磁力の劣化が予想される。従って、上記各実施例において磁石粉末と混合する酸化物は酸素との結合において安定的な物質である必要があるものと考えられる。尚、上述の各実施例ではDy酸化物を用いたが、Tb又はHoのいずれか一種類以上の酸化物を用いてもよい。また、適用する酸化物中のDy又はTb又はHoイオンは熱処理によって適度に解離して、HDDR磁石中のNd元素と反応し、結果的に、HDDR磁石粉末の最表面に磁石化合物と結晶構造に整合性を持ったDy又はTb又はHoの酸化物層を形成し、これによって、磁石粉末の保磁力が向上するものと推察される。
【００２０】
尚、熱処理に際しては、真空中又は不活性化ガス雰囲気下で加熱することにより、磁石粉末の過度の酸化を抑制することが効果的である。酸素を含有した雰囲気での熱処理は磁石粉末の大部分を酸化するので、磁石特性を発現しなくなる。
【００２１】
また、熱処理時の温度範囲は６００〜９００℃が効果的であるが、この理由は明確ではない。ただし、６００℃より低温においては、磁石化合物最表面の整合層の形成が不十分であり、一方、９００℃以上においては、元来、ＨＤＤＲ粉末の保磁力を担っている３００ｎｍ程度の微細結晶粒が結晶成長を起こすことによる保磁力の低下が顕著となる。
【００２２】
上述の作用を仮定した場合に、非特許文献２に報告されているようなHDDR粉末とDyH2の混合物の熱処理に認められる僅かな保磁力の上昇ではなく、HDDR粉末とDy又はTb又はHoのいずれか一種類以上の酸化物とを混合し、引き続き加熱処理を加えることによって、飛躍的な保磁力の増加が認められるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における熱処理温度に伴う保磁力の変化を表す図である。
【図２】実施例２における熱処理時間の変化に伴う保磁力の変化を表す図である。
【図３】実施例３におけるDy2O3混合量の変化に伴う保磁力の変化を表す図である。
【符号の説明】
A 試料（HDDR粉末＋Dy2O3）
B 試料（HDDR粉末のみ）
C 試料（HDDR粉末＋Dy2O3）
D 試料（HDDR粉末＋Dy2O3）
【発明の属する技術分野】
本発明は、Nd-Fe-B系磁石材料の高保磁力化を目的とした高保磁力異方性磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、Nd-Fe-B系合金に対して水素吸収・脱水素処理を行って結晶粒径を微細化し、保磁力を発現して得られるHDDR法が開発され、磁石性能の高性能化を実現している。このHDDR粉末は異方性を示すNd-Fe-B系磁石粉末であり、この特徴を生かしてボンド磁石を中心として、磁石の高性能化を可能としている。
このHDDR法はNd2Fe14B相を有する母合金に850℃程度で水素を吸収させることによって、
Nd2Fe14B → NdH2 + α-Fe + Fe2B
なる相分解を発生させ、その後、真空中で強制的に脱水素反応によって、
NdH2 + α-Fe + Fe2B → Nd2Fe14B
なる再結合を生じさせて、Nd2Fe14B相結晶の微細化をもとに，保磁力を発現させるものである。
【０００３】
一方、Nd-Fe-B系磁石の高保磁力化は、その一部をDyで置換することによってDy2Fe14B化合物を生成させ、Dy2Fe14B化合物の巨大な結晶磁気異方性を利用して高保磁力材料が開発されている（非特許文献１参照）。この手法は種々のNd-Fe-B系磁石材料に適用されており、特に焼結磁石において効果が大きい。
【０００４】
また、HDDR粉末とDyH2の混合物の熱処理により保磁力の上昇を図る技術も開発されている（非特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
J. Magn. Magn. Mater., 61, (1986), 363-369.
【０００６】
【非特許文献２】
Proc. 16th Int. Workshop REM and their appolications, pp.813-819．
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異方性を有するHDDR粉末に、非特許文献１に記載のNd-Fe-B系磁石の一部をDyで置換しDy2Fe14B化合物を生成させる技術を適用した場合、Dy2Fe14B相は水素との反応性が小さく、HDDR法のプロセスである水素吸収分解及び脱水素再結合反応が阻害されるため、高保磁力を有するDy含有のNd-Fe-B系微細結晶を作製して高保磁力を得ることが困難であった。
【０００８】
また、非特許文献２に記載のHDDR粉末とDyH2の混合物の熱処理では、僅かな保磁力の上昇しか得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の課題に鑑み、HDDR法を用いた磁石粉末に対して、HDDR粉末の保磁力を向上させて、磁石の使用温度の限界を向上させ、耐熱性の向上を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、HDDR粉末と希土類酸化物とを混合し、引き続き加熱処理を加えることにより上記課題を解決するに至った。
【００１１】
【発明の効果】
本願発明にあっては、HDDR粉末の保磁力は希土類置換を自由に行うことができなかったため保磁力の大幅な増加は認められなかったが、希土類酸化物を混合し、これに対して加熱処理を行うことにより保磁力が飛躍的に増大することができる。更にこの粉末を用いた高保磁力異方性磁石の使用温度範囲をより高温にシフトすることが可能となり、産業上の適用範囲が飛躍的に拡大することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における高保磁力異方性磁石の製造方法について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００１３】
（実施例１）
Nd12.6Fe63.1Co17.4B6.5Zr0.1Ga0.3 組成母合金に対してH2フロー及びロータリポンプによる減圧処理を850℃で行うことにより得られたHDDR粉末に対して、Dy2O3粉末を5wt％混合した粉末をArフロー中で0.5時間の熱処理を行いHDDR粉末＋Dy2O3試料Aを作成した。この試料AとHDDR粉末のみの試料Bの保磁力HcJの熱処理温度による変化を図１に示す。
【００１４】
ＨＤＤＲ粉末のみの試料Ｂでは保磁力ＨｃＪの向上は認められないが、Ｄｙ２Ｏ３を混合させた粉末である試料Ａは６００℃〜９００℃の温度範囲において顕著な増加を示すことが分かる。尚、試料の異方性を示す指標となるＪｒ／Ｊｓ値は何れの試料においてもほぼ一定値であり、保磁力の増加に伴う異方性の劣化は認められなかった。
【００１５】
（実施例２）
Nd1 ｃ .6Fe63.1Co17.4B6.5Zr0.1Ga0.3 組成母合金に対してH2フロー及びロータリポンプによる減圧処理を850℃で行うことにより得られたHDDR粉末に対してDy2O3粉末を10wt％混合した粉末をArフロー中で800℃の熱処理を行い（HDDR粉末＋Dy2O3）である試料Cを作成した。この試料Cの保磁力HcJの熱処理時間による変化を図２に示す。
【００１６】
保磁時間は１時間以下において１０ｋＯｅ以上の良好な保磁力を示している。これは処理時間が１時間以上になると、元来、ＨＤＤＲ粉末の保磁力を担っている３００ｎｍ程度の微細結晶粒が結晶成長を起こすことによる保磁力の低下が顕著となると考えられる。
【００１７】
（実施例３）
Nd12.6Fe63.1Co17.4B6.5Zr0.1Ga0.3 組成母合金に対してH2フロー及びロータリポンプによる減圧処理を850℃で行うことにより得られたHDDR粉末に対してDy2O3粉末との混合割合を変化させた粉末をArフロー中で800℃、0.3時間の熱処理を行い試料Dを作成した。この試料Dの保磁力HcJのDy2O3粉末の混合量による変化を図３に示す。
【００１８】
Ｄｙ２Ｏ３の混合量が１ｗｔ％以上の範囲において、顕著な増加を示すことが分かる。尚、Ｄｙ２Ｏ３混合量の増加に伴い、残留磁束密度Ｂｒは低下する傾向を示すため、上限は１０ｗｔ％程度が実用的である。また、今回の何れの試料においても、実施例１と同様に保磁力の増加に伴うＨＤＤＲ粉末の異方性に変化は認められなかった。
【００１９】
（各実施例の作用）
上述の各実施例における高保磁力を示すHDDR粉末の作用については、現状では明らかな理由は見いだせていないが、以下の作用が推察される。すなわち、上記各実施例では、HDDR粉末とDy酸化物との混合物に対して加熱処理を行うことによって保磁力が向上する。ここで、酸化物における酸素との結合力が小さい場合には、磁石粉末内のNdが酸素を奪い取り、酸化しやすいため、保磁力の劣化が予想される。従って、上記各実施例において磁石粉末と混合する酸化物は酸素との結合において安定的な物質である必要があるものと考えられる。尚、上述の各実施例ではDy酸化物を用いたが、Tb又はHoのいずれか一種類以上の酸化物を用いてもよい。また、適用する酸化物中のDy又はTb又はHoイオンは熱処理によって適度に解離して、HDDR磁石中のNd元素と反応し、結果的に、HDDR磁石粉末の最表面に磁石化合物と結晶構造に整合性を持ったDy又はTb又はHoの酸化物層を形成し、これによって、磁石粉末の保磁力が向上するものと推察される。
【００２０】
尚、熱処理に際しては、真空中又は不活性化ガス雰囲気下で加熱することにより、磁石粉末の過度の酸化を抑制することが効果的である。酸素を含有した雰囲気での熱処理は磁石粉末の大部分を酸化するので、磁石特性を発現しなくなる。
【００２１】
また、熱処理時の温度範囲は６００〜９００℃が効果的であるが、この理由は明確ではない。ただし、６００℃より低温においては、磁石化合物最表面の整合層の形成が不十分であり、一方、９００℃以上においては、元来、ＨＤＤＲ粉末の保磁力を担っている３００ｎｍ程度の微細結晶粒が結晶成長を起こすことによる保磁力の低下が顕著となる。
【００２２】
上述の作用を仮定した場合に、非特許文献２に報告されているようなHDDR粉末とDyH2の混合物の熱処理に認められる僅かな保磁力の上昇ではなく、HDDR粉末とDy又はTb又はHoのいずれか一種類以上の酸化物とを混合し、引き続き加熱処理を加えることによって、飛躍的な保磁力の増加が認められるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における熱処理温度に伴う保磁力の変化を表す図である。
【図２】実施例２における熱処理時間の変化に伴う保磁力の変化を表す図である。
【図３】実施例３におけるDy2O3混合量の変化に伴う保磁力の変化を表す図である。
【符号の説明】
A 試料（HDDR粉末＋Dy2O3）
B 試料（HDDR粉末のみ）
C 試料（HDDR粉末＋Dy2O3）
D 試料（HDDR粉末＋Dy2O3）
Claims (5)
- Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に水素の吸収・放出反応を利用して結晶粒を微細化するＨＤＤＲ法を用い、得られたＨＤＤＲ粉末と希土類酸化物を混合し、次いで熱処理温度を６００℃以上９００℃未満とし、保磁時間を０．０１分以上１時間未満とする加熱処理を行うことを特徴とする高保磁力異方性磁石の製造方法。
- 前記希土類酸化物は、Ｄｙ，Ｔｂ，Ｈｏを少なくとも１種類以上含む希土類酸化物であることを特徴とする請求項１記載の高保磁力異方性磁石の製造方法。
- 前記希土類酸化物含有量は、前記ＨＤＤＲ粉末と前記希土類酸化物の合計量に対して１〜１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または２に記載の高保磁力異方性磁石の製造方法。
- 前記加熱処理は、前記ＨＤＤＲ粉末と前記希土類酸化物の混合粉末又は該混合粉末の圧粉体を、真空中又は不活性化ガス雰囲気下で加熱することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１つに記載の高保磁力異方性磁石の製造方法。
- 請求項１ないし４いずれか１つに記載の高保磁力異方性磁石の製造方法を用いて製造することを特徴とする高保磁力異方性磁石。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002297065A JP4029714B2 (ja) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | 高保磁力異方性磁石及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002297065A JP4029714B2 (ja) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | 高保磁力異方性磁石及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004134552A JP2004134552A (ja) | 2004-04-30 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002297065A Expired - Fee Related JP4029714B2 (ja) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | 高保磁力異方性磁石及びその製造方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102665970A (zh) * | 2010-05-19 | 2012-09-12 | 住友电气工业株式会社 | 磁性部件用粉末、粉末成形体及磁性部件 |
| US9076584B2 (en) | 2009-12-04 | 2015-07-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Powder for magnet |
| US9314843B2 (en) | 2010-04-15 | 2016-04-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Powder for magnet |
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| JP2011216618A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Nitto Denko Corp | 高保磁力異方性磁石及びその製造方法 |
-
2002
- 2002-10-10 JP JP2002297065A patent/JP4029714B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9076584B2 (en) | 2009-12-04 | 2015-07-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Powder for magnet |
| US9129730B1 (en) | 2009-12-04 | 2015-09-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Rare-earth-iron-based alloy material |
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| US9314843B2 (en) | 2010-04-15 | 2016-04-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Powder for magnet |
| US9460836B2 (en) | 2010-04-15 | 2016-10-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Powder for magnet |
| CN102665970A (zh) * | 2010-05-19 | 2012-09-12 | 住友电气工业株式会社 | 磁性部件用粉末、粉末成形体及磁性部件 |
| CN102665970B (zh) * | 2010-05-19 | 2014-12-10 | 住友电气工业株式会社 | 磁性部件用粉末、粉末成形体及磁性部件 |
| US9196403B2 (en) | 2010-05-19 | 2015-11-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Powder for magnetic member, powder compact, and magnetic member |
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| JP2004134552A (ja) | 2004-04-30 |
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