JP5348110B2 - 希土類磁石、希土類磁石の製造方法及び回転機 - Google Patents

Description

本発明は、希土類磁石、希土類磁石の製造方法及び回転機に関する。

希土類元素Ｒ、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）等の遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石は優れた磁気特性を有する（例えば、特許文献１〜４参照）。しかしながら、希土類磁石は主成分として酸化され易い希土類元素を含有していることから耐食性が低い傾向にある。そのため、希土類磁石の耐食性を向上させるために、磁石素体の表面上に樹脂やめっき等からなる保護層を設けることが多い。

特開２００１−１９６２１５号公報 特開昭６２−１９２５６６号公報 特開２００２−２５８１２号公報 国際公開第２００６／１１２４０３号パンフレット

しかしながら、表面に保護層を形成した希土類磁石においても、必ずしも完全な耐食性は得られていない。これは、高温多湿の環境では水蒸気が保護層を透過して磁石素体に到達することにより、磁石素体の腐食が進行することによる。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れた希土類磁石及び希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することを目的とする。

本発明は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体と、磁石素体の表面を被覆する第１保護層と、第１保護層の表面を被覆する第２保護層と、第１保護層と第２保護層の界面と、を備え、磁石素体が、ＴとしてＦｅを含み、第１保護層が、Ｒ、Ｆｅ及びＡｌを含み、第２保護層が、Ｒ及びＡｌを含み、第１保護層における総原子数に対するＦｅ原子数の比率が、第２保護層における総原子数に対するＦｅ原子数の比率よりも高い、希土類磁石を提供する。

上記本発明によれば、希土類磁石の耐食性が向上する。

上記本発明では、第１保護層における総原子数に対するＦｅ原子数の比率が、第２保護層における総原子数に対するＦｅ原子数の比率の５倍以上であることが好ましい。これにより、希土類磁石の耐食性がより一層向上する。

上記希土類磁石は、第２保護層の表面を被覆する第３保護層を更に備え、第３保護層は、Ａｌを含み、第３保護層における総原子数に対するＡｌ原子数の比率が、第２保護層における総原子数に対するＡｌ原子数の比率よりも高いことが好ましい。このような第３保護層を更に備えることにより、第３保護層がない場合に比べて希土類磁石の耐食性が向上する。

本発明の回転機は、上記本発明の希土類磁石を備える。耐食性に優れた希土類磁石を備える回転機は、苛酷な環境下で使用しても、長期間に亘って優れた性能を維持することができる。

本発明に係る希土類磁石の製造方法は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌ偏平粉を付着させる工程と、Ａｌ偏平粉を付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱し、３０℃／分以上の冷却速度で急冷する工程と、を備え、磁石素体は、ＴとしてＦｅを含有する。これにより、上記のような所定の第１保護層及び第２保護層を備える本発明の希土類磁石又は所定の第１保護層、第２保護層及び第３保護層を備える本発明の希土類磁石を得ることが可能となる。なお、Ａｌ偏平粉を付着させて加熱する前の磁石素体の状態は、完成後の希土類磁石が備える磁石素体の状態と必ずしも同じではない。加熱工程において、磁石素体に付着させたＡｌ偏平粉と磁石素体の表面部との反応により保護層が形成されるからである。

本発明によれば、耐食性に優れた希土類磁石及び希土類磁石の製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る希土類磁石（第一の希土類磁石）の斜視図である。 図１に示す希土類磁石のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、それぞれ本発明の他の実施形態に係る希土類磁石（第二の希土類磁石）の断面図であり、図１に示す希土類磁石のＩＩ−ＩＩ線断面図に対応する図である。 本発明の一実施形態に係る回転機の内部構造を示す説明図である。 実施例１の希土類磁石の切断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付す。

（希土類磁石）
［第一の希土類磁石］
図１及び２に示すように、本実施形態に係る第一の希土類磁石１００は、磁石素体１０と、磁石素体１０の表面を被覆する第１保護層２０と、第１保護層２０の表面を被覆する第２保護層２２と、を備える。第１保護層２０は、必ずしも磁石素体１０の表面を完全に被覆している必要はないが、表面を完全に被覆していることが好ましい。第１保護層２０が磁石素体１０の表面を完全に被覆していることにより、希土類磁石１００の耐食性を一層向上させることができる。

第２保護層２２は、第１保護層２０の表面の少なくとも一部を被覆していればよい。少なくとも一部を被覆していれば、希土類磁石１００の耐食性を十分に向上させることができる。なお、第２保護層２２は、第１保護層２０の表面を完全に被覆していてもよい。

磁石素体１０は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石である。磁石素体１０は、Ｔとして少なくともＦｅを含む。また、磁石素体１０は、ＴとしてＣｏを更に含むことが好ましい。これにより、希土類磁石１００の残留磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。また、磁石素体１０は、希土類磁石１００の保磁力の更なる向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びバナジウム（Ｖ）等の他の遷移金属元素を含んでもよい。なお、本明細書において、Ｔは、周期表の第３族元素〜第１１族元素に属する元素から上述した全希土類元素（軽希土類元素Ｒ_Ｌ及び他の希土類元素）を除いた遷移金属元素を意味するものとする。

磁石素体１０は、Ｒとして、長周期型周期表の３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイドからなる群より選ばれる１種以上の元素を含む。ここで、ランタノイドは、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）を含む。また、磁石素体１０は、Ｒとして、上述したもののうち、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。特に、Ｒとして、Ｎｄ又はＰｒのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。これにより、希土類磁石１００の残留磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。

磁石素体１０におけるＲの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは８〜４０重量％であり、より好ましくは１５〜３５重量％である。Ｒの含有割合が８重量％未満であると、高い保磁力を有する希土類磁石１００が得られ難くなる傾向にある。一方、Ｒの含有割合が４０重量％を超えると、希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にある。なお、本実施形態において用いる単位「重量％」は「質量％」とほぼ同義である。

磁石素体１０中のＴの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは４２〜９０重量％であり、より好ましくは６０〜８０重量％である。Ｔの含有割合が４２重量％未満であると希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にあり、９０重量％を超えると希土類磁石１００の保磁力が低下する傾向にある。

磁石素体１０に含まれるＦｅの割合は、磁石素体１０に含まれるＴ全体に対して、好ましくは８０原子％以上であり、より好ましくは９０原子％以上であり、さらに好ましくは９５原子％以上１００原子％未満である。これによって、製造コストが低く且つ磁気特性に優れる希土類磁石１００とすることができる。

磁石素体１０中のＢの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは０．５〜５重量％である。Ｂの含有割合が０．５重量％未満であると、希土類磁石１００の保磁力が低下する傾向にある。一方、Ｂの含有割合が５重量％を超えると、希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にある。

なお、磁石素体１０は、希土類磁石１００の保磁力の向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）及びビスマス（Ｂｉ）等の他の元素を更に含んでもよい。

磁石素体１０は、不可避的不純物として、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）及びカルシウム（Ｃａ）等から選ばれる少なくとも１種の元素を含んでいてもよい。

第１保護層２０は、希土類元素Ｒ、Ｆｅ及びＡｌを主成分として含む。第１保護層２０は、Ｒとして、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む。また、第１保護層２０は、Ｒとして、上述したもののうち、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。特に、Ｒとして、Ｎｄ又はＰｒのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。なお、第１保護層２０に含まれるＲは、磁石素体１０に含まれるＲと少なくとも一種以上が一致している。特に、第１保護層２０と磁石素体１０とに含まれるＲの種類が全て一致していることが好ましい。

第１保護層２０は、上述のＲ、Ｆｅ及びＡｌ以外の元素を含んでいてもよい。そのような元素として、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｏ、Ｂ及びＣが挙げられる。

第１保護層２０におけるＲの含有割合は、第１保護層２０全体に対して、好ましくは３１〜４０原子％である。第１保護層２０におけるＦｅの含有割合は、第１保護層２０全体に対して、好ましくは３５〜６４原子％である。第１保護層２０におけるＡｌの含有割合は、第１保護層２０全体に対して、好ましくは５〜２５原子％である。Ｒ、Ｆｅ及びＡｌの各含有割合が上記の数値範囲内にあると、第１保護層２０と磁石素体１０との密着性がより良好となる。ただし、第１保護層２０におけるＲ、Ｆｅ及びＡｌの各含有割合が上記の数値範囲外であっても本発明の効果は達成される。

第２保護層２２は、希土類元素Ｒ及びＡｌを主成分として含む。第２保護層２２は、Ｒとして、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む。また、第２保護層２２は、Ｒとして、上述したもののうち、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。特に、Ｒとして、Ｎｄ又はＰｒのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。なお、第２保護層２２に含まれるＲは、第１保護層２０に含まれるＲと少なくとも一種以上が一致している。特に、第２保護層２２と第１保護層２０とに含まれるＲの種類が全て一致していることが好ましい。

第２保護層２２は、上述のＲ及びＡｌ以外の元素を含んでいてもよい。そのような元素として、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｏ、Ｂ及びＣが挙げられる。

第２保護層２２におけるＲの含有割合は、第２保護層２２全体に対して、好ましくは５０〜８５原子％である。第２保護層２２におけるＡｌの含有割合は、第２保護層２２全体に対して、好ましくは１５〜３５原子％である。Ｒ及びＡｌの各含有割合が上記の数値範囲内にあると、第２保護層２２の厚みのばらつきが生じにくくなる。ただし、第２保護層２２におけるＲ及びＡｌの各含有割合が上記の数値範囲外であっても本発明の効果は達成される。

第１保護層２０の総原子数に対する第１保護層２０中のＦｅの原子数の比率は、第２保護層２２の総原子数に対する第２保護層２２中のＦｅの原子数の比率よりも高い。これにより、第２保護層２２の腐食電位が第１保護層２０よりも低くなる。その結果、腐食環境で第２保護層２２が優先的に腐食され、第１保護層２０が電気化学的に保護される犠牲防食効果が働くことで、希土類磁石１００の耐食性（特に耐塩水性）が向上するものと、本発明者らは考える。そのため、第２保護層２２は第１保護層２０の少なくとも一部を被覆していれば、耐食性向上効果が現れる。

第１保護層２０の総原子数に対する第１保護層２０中のＦｅ原子数の比率は、第２保護層２２の総原子数に対する第２保護層２２中のＦｅ原子数の比率の５倍以上であることが好ましく、６倍以上であることがより好ましく、８倍以上であることが特に好ましい。上述のようなＦｅ原子数の比率の比が５倍以上であることにより、希土類磁石１００の耐食性がより一層顕著に向上する。

第１保護層２０の総原子数に対する第１保護層２０中のＲの原子数の比率は、第２保護層２２の総原子数に対する第２保護層２２中のＲの原子数の比率よりも低いことが好ましい。第２保護層２２の総原子数に対する第２保護層２２中のＲの原子数の比率は、第１保護層２０の総原子数に対する第１保護層２０中のＲの原子数の比率の１．５倍以上であればよい。これにより、希土類磁石１００の耐食性がより一層顕著に向上する。

第１保護層２０の総原子数に対する第１保護層２０中のＡｌの原子数の比率は、第２保護層２２の総原子数に対する第２保護層２２中のＡｌ原子数の比率よりも低いことが好ましい。第２保護層２２の総原子数に対する第２保護層２２中のＡｌの原子数の比率は、第１保護層２０の総原子数に対する第１保護層２０中のＡｌの原子数の比率の１．２倍以上であればよい。これにより、希土類磁石１００の耐食性がより一層顕著に向上する。

第１保護層２０の厚みＤ１は、０．１〜３０μｍであることが好ましい。第１保護層２０の厚みＤ１が上記範囲内にあることで、希土類磁石１００の耐食性と磁石特性が良好なものとなり易い。

第２保護層２２の厚みＤ２は、０．１〜２０μｍであることが好ましい。第２保護層２２の厚みＤ２が上記範囲内にあることで、希土類磁石１００の耐食性と磁石特性が良好なものとなり易い。

磁石素体１０と第１保護層２０の界面、及び第１保護層２０と第２保護層２２の界面は、磁石素体１０と、第１保護層２０と、第２保護層２２とで元素組成に差があるため、例えば、電子顕微鏡写真の目視によって判定することができる。

また、磁石素体１０と第１保護層２０の界面は、磁石素体１０（主相）と第１保護層２０におけるＦｅの含有量の差により決定することができる。すなわち、磁石素体１０（主相）のＦｅの含有量は、第１保護層２０よりも高くなっているため、これに基づいて界面の位置を判定することができる。さらに、第１保護層２０と第２保護層２２の界面は、Ａｌの含有量の差により決定することができる。すなわち、第２保護層２２のＡｌの含有量は、第１保護層２０よりも高くなっているため、これに基づいて界面の位置を判定することもできる。さらにまた、第１保護層２０と第２保護層２２の界面は、Ｆｅの含有量の差により決定することができる。すなわち、第１保護層２０のＦｅの含有量は、第２保護層２２よりも高くなっているため、これに基づいて界面の位置を判定することもできる。

なお、磁石素体１０、第１保護層２０、第２保護層２２及び後述する第３保護層２４の各元素の組成の測定は、例えば、電子線マイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）、Ｘ線光電子分光（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、オージェ電子分光（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）又はエネルギー分散型蛍光Ｘ線分光（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）等の公知の組成分析法を用いて行うことができる。

さらに、希土類磁石１００は、上記第２保護層２２又は下記第３保護層２４の表面上に、希土類磁石１００を保護するための他の層を更に備えていてもよい。このような層としては、例えば、樹脂層やめっき層等が挙げられる。

希土類磁石１００の寸法は、特に限定されないが、縦の長さが１〜２００ｍｍ、横の長さが１〜２００ｍｍ、高さが１〜３０ｍｍ程度である。なお、希土類磁石１００の形状は、図１及び２に示す直方体に限定されず、リング状や円板状であってもよい。

［第二の希土類磁石］
図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、本発明の他の実施形態に係る第二の希土類磁石１００は、磁石素体１０と、磁石素体１０の表面を被覆する第１保護層２０と、第１保護層２０の表面を被覆する第２保護層２２と、第２保護層２２の表面を被覆する第３保護層２４と、を備える。つまり、第二の希土類磁石１００は、第３保護層２４を更に備える第一の希土類磁石に相当する。第３保護層２４は、第２保護層２２の表面の少なくとも一部を被覆していればよい。少なくとも一部を被覆していれば、希土類磁石１００の耐食性を十分に向上させることができる。なお、第２保護層２２の表面を完全に被覆していてもよい。以下では、第一の希土類磁石と第二の希土類磁石とに共通する事項についての説明を省略する。

図３（Ａ）に示すように、第二の希土類磁石１００は、磁石素体１０の表面を完全に被覆する第１保護層２０と、第１保護層２０の表面を完全に被覆する第２保護層２２と、第２保護層２２の表面を完全に被覆する第３保護層２４と、を備えてもよい。

図３（Ｂ）に示すように、第二の希土類磁石１００は、磁石素体１０の表面を完全に被覆する第１保護層２０と、第１保護層２０の表面を完全に被覆する第２保護層２２と、第２保護層２２の表面の一部を被覆する第３保護層２４と、を備えてもよい。

図３（Ｃ）に示す第二の希土類磁石１００は、磁石素体１０の表面を完全に被覆する第１保護層２０と、第１保護層２０の表面の一部を被覆する第２保護層２２と、物理的に分離した第２保護層２２の表面の一部又は全部を被覆する第３保護層２４と、を備えてもよい。

このように、第二の希土類磁石１００は、上記図３（Ａ）、３（Ｂ）及び３（Ｃ）のいずれの形態をとっていてもよい。

第３保護層２４は、Ａｌを主成分として含む。第３保護層２４におけるＡｌの含有割合は、第３保護層２４全体に対して、好ましくは４０〜９０原子％である。Ａｌの含有割合が４０原子％未満であると、耐食性向上効果が不十分になる傾向にある。一方、Ａｌの含有割合が９０原子％を超えると、第３保護層の密着性が不十分になる傾向にある。ただし、第３保護層２４におけるＡｌの含有割合が上記の数値範囲外であっても本発明の効果は達成される。

第３保護層２４は、Ａｌ以外の元素を含んでいてもよい。そのような元素として、例えば、希土類元素Ｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｏ及びＢが挙げられる。第３保護層２４は、Ｒとして、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことができる。また、第３保護層２４は、Ｒとして、上述したもののうち、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。特に、Ｒとして、Ｎｄ又はＰｒのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。なお、第３保護層２４に含まれるＲは、第２保護層２２に含まれるＲと少なくとも一種以上が一致している。特に、第３保護層２４と第２保護層２２とに含まれるＲの種類が全て一致していることが好ましい。

第３保護層２４の総原子数に対する第３保護層２４中のＡｌの原子数の比率は、第１保護層２０の総原子数に対する第１保護層２０中のＡｌの原子数よりも高い。また、第３保護層２４の総原子数に対する第３保護層２４中のＡｌの原子数の比率は、第２保護層２２の総原子数に対する第２保護層２２中のＡｌの原子数の比率よりも高い。第３保護層２４の総原子数に対するＡｌの原子数の比率は、第２保護層２２の総原子数に対するＡｌの原子数の比率の２倍以上であることが好ましい。また、第３保護層２４の総原子数に対するＡｌの原子数の比率は、第１保護層２０における総原子数に対するＡｌ原子数の比率の２．４倍以上であることが好ましい。

第３保護層２４は、Ａｌを主成分として含むため、第３保護層２４の表面にＡｌの酸化皮膜を形成し、不動態化することにより、希土類磁石１００の耐食性（特に、耐塩水性）をより一層向上させることが可能となる。

希土類磁石１００における、第２保護層２２と第３保護層２４との界面は、第２保護層２２と、第３保護層２４とで元素組成に差があるため、例えば、電子顕微鏡写真の目視によって判定することができる。また、第２保護層２２と第３保護層２４との界面は、第２保護層２２と第３保護層２４におけるＡｌの含有量の差により決定することができる。すなわち、第３保護層２４のＡｌの含有量は、第２保護層２２よりも高くなっているため、これに基づいて界面の位置を判定することができる。

第３保護層２４の厚みＤ３は、０．１〜１０μｍであることが好ましい。第３保護層２４の厚みＤ３が上記範囲内にあることで、希土類磁石１００の耐食性と磁石特性（角形性）が良好なものとなり易い。

（希土類磁石の製造方法）
本実施形態に係る希土類磁石の製造方法は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌ偏平粉を付着させる付着工程と、Ａｌ偏平粉を付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱し、３０℃／分以上の冷却速度で急冷する加熱工程と、を少なくとも備える。以下、各工程の詳細について説明する。

付着工程では、まず、Ｒ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体を準備する。なお、この磁石素体はＴとしてＦｅを含む。この磁石素体は、例えば、以下のようにして製造することができる。

原料合金を鋳造し、インゴット（鋳塊）を得る。原料合金としては、Ｒ、Ｆｅ及びＢを含むものを用いればよい。原料合金は、必要に応じてＦｅ以外のＴ、例えば、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ及びＶ等の元素を含んでもよい。さらに、原料合金は、必要に応じて、Ａｌ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｓｉ及びＢｉ等の元素を含んでもよい。インゴットの化学組成は、最終的に得たい磁石素体の主相の化学組成に応じて調整すればよい。完成後の希土類磁石が備える保護層の組成は、原料合金中の希土類元素，Ｆｅ等の各含有量に依存する。

インゴットを、ディスクミル等により粗粉砕して１０〜１００μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、ジェットミル等により微粉砕して０．５〜５μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、磁場中で加圧成形する。成形時に合金粉末に印加する磁場の強度は８００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。成形時に合金粉末に加える圧力は１０〜５００ＭＰａ程度であることが好ましい。成形方法としては、一軸加圧法又はＣＩＰなどの等方加圧法のいずれを用いてもよい。得られた成形体を焼成して焼結体を形成する。焼成温度は１０００〜１２００℃程度であればよい。焼成時間は０．１〜１００時間程度であればよい。焼成は、複数回行ってもよい。焼成は、真空中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。

焼結体に対して時効処理を施すことが好ましい。時効処理では、焼結体を４５０〜９５０℃程度で加熱すればよい。時効処理では、焼結体を０．１〜１００時間程度加熱すればよい。時効処理は不活性ガス雰囲気中で行えばよい。このような時効処理により希土類磁石の保磁力が更に向上する。なお、時効処理は、多段階の加熱によって施してもよい。例えば、２段階の加熱からなる時効処理では、１段階目で焼結体を７００℃以上焼成温度未満の温度で０．１〜５０時間加熱すればよい。２段階目で焼結体を４５０〜７００℃で０．１〜１００時間加熱すればよい。

以上の処理により得られた焼結体（磁石素体）は、必要に応じて、所望の形状に加工してもよい。加工方法は、例えば、切断、研削などの形状加工や、バレル研磨などの面取り加工などが挙げられる。

このようにして得られた磁石素体に対しては、表面の凹凸や表面に付着した不純物等を除去するため、適宜、前処理を施してもよい。前処理は、焼結体（磁石素体）に施してもよいし、加工後の磁石素体に施してもよい。前処理としては、例えば、酸溶液を用いた酸洗浄（エッチング）、アルカリ溶液を用いた洗浄、ショットブラスト等が挙げられ、中でも酸洗浄が好ましい。酸洗浄によれば、磁石素体の表面の凹凸や不純物を溶解除去して平滑な表面を有する磁石素体が得られ易くなり、第１保護層〜第３保護層の形成を効率よく行える。

酸洗浄において使用する酸としては、水素の発生が少ない酸化性の酸である硝酸が好ましい。処理液中の硝酸濃度は、好ましくは１規定以下、特に好ましくは０．５規定以下である。このような酸洗浄による磁石素体の表面の溶解量は、表面から平均厚みで５μｍ以上、好ましくは１０〜１５μｍとするのが好適である。こうすれば、磁石素体の表面の加工による変質層や酸化層をほぼ完全に除去することができ、第１保護層〜第３保護層の形成を効率よく行える。

また、磁石素体には、上記酸洗浄後、水洗により酸洗浄に用いた処理液を除去した後、表面に残存した少量の未溶解物や残留酸成分を完全に除去するために、超音波を使用した超音波洗浄を実施することが好ましい。この超音波洗浄は、例えば、磁石素体の表面に錆を発生させる塩素イオンが極めて少ない純水中や、アルカリ性溶液中等で行うことができる。この超音波洗浄後には、必要に応じて水洗を行ってもよい。

次に、磁石素体の表面にＡｌの偏平粉を付着させる。Ａｌ偏平粉は、Ａｌ単体、Ａｌ合金又はＡｌ化合物を含むものであってよい。Ａｌ偏平粉の平均長径は０．１〜５０μｍであることが好ましく、１〜２０μｍであることがより好ましい。Ａｌ偏平粉の平均厚さは０．０１〜５μｍであることが好ましく、０．１〜０．５μｍであることがより好ましい。Ａｌ偏平粉のアスペクト比（平均長径／平均厚さ）は、２以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましい。このような平均長径、平均厚さ及びアスペクト比を有するＡｌ偏平粉を用いることにより、各保護層の形成をより一層効率よく行うことができる。

Ａｌ偏平粉の付着方法としては、例えば、Ａｌ偏平粉を分散させた塗布液を、磁石素体の表面全体に均一に塗布する方法が挙げられる。また、塗布液に樹脂バインダーを含有させることが好ましい。樹脂バインダーを含有させることで、粒子の付着強度が増し、表面から脱落しにくくなる。磁石素体表面に付着させるＡｌ偏平粉の量の最適値は、磁石素体の組成や熱処理温度、熱処理時間によっても変わってくるが、Ａｌ換算で、例えば、磁石素体全体に対して０．０１〜５重量％であることが好ましく、０．１〜１重量％とすることがより好ましい。０．１重量％以上とすることにより、第１保護層及び第２保護層の形成をより効率よく行うことができる。また、０．４重量％以上とすることにより、第１保護層、第２保護層及び第３保護層の形成をより効率よく行うことができる。つまり、Ａｌ偏平粉の量が少ない程、第一の希土類磁石が形成され易く、Ａｌ偏平粉の量が多い程、第二の希土類磁石が形成され易い。

加熱工程では、表面にＡｌ偏平粉を付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する。これにより、磁石素体の表面に第１保護層及び第２保護層を形成する。

加熱温度が高過ぎる場合、Ａｌの融点は約６６０℃であるため、溶融したＡｌ中に磁石素体の成分が過度に拡散することがある。その結果、目的とする構成の保護層が形成されにくくなり、希土類磁石の耐食性及び磁気特性が劣化する。加熱温度が低過ぎる場合、磁石素体表面への粒界相成分の染み出しとＡｌの拡散が十分ではなくなり、十分な保護層が形成されにくくなり、希土類磁石の耐食性が劣化する。

表面にＡｌ偏平粉を付着させた磁石素体の加熱時間は、１０〜６００分であることが好ましい。加熱時間が短すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、十分な保護層が形成されにくい傾向がある。加熱時間が長すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、Ａｌが磁石素体の表面のみならず磁石素体の深部に熱拡散する傾向がある。ただし、加熱時間が上記の数値範囲外であっても本実施形態の希土類磁石を得ることは可能である。

なお、上記の加熱工程において昇温させた磁石素体を急冷する。冷却速度は、３０℃／分以上であり、５０℃／分以上とすることがより好ましい。これにより、磁石の磁気特性が向上し易くなる。

また、希土類磁石に対して、上述した焼結体の場合と同様の時効処理を施すことが好ましい。時効処理により希土類磁石の保磁力が更に向上する。時効処理温度は、Ａｌの熱拡散に要する加熱温度以下であることが好ましい。時効処理において昇温させた希土類磁石を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石の磁気特性が向上し易くなる。なお、冷却速度は５０℃／分以上とすることがより好ましい。

表面にＡｌ偏平粉を付着させた磁石素体を熱処理した後、希土類磁石の表面に残存する未反応のＡｌ偏平粉等を洗浄やブラストにより除去してもよい。

以上のように、本実施系形態では、磁石素体の組成（軽希土類元素，Ｆｅの各含有率）、磁石素体表面に付着させるＡｌ偏平粉の量、Ａｌ偏平粉を付着させた磁石素体の加熱温度等を調整することにより、組成が制御された各保護層を備える第一の希土類磁石又は第二の希土類磁石のいずれかを作製することできる。

なお、上記の加熱工程において各保護層が形成される機構は明らかではないが、本発明者らは、各保護層の形成が次のような機構に基づくものと考える。

＜第一の機構＞
磁石素体表面にＡｌ偏平粉を付着させると、素地に平行になった状態で積層される傾向がある。この磁石素体を加熱することにより、磁石素体中の粒界相に存在する希土類元素Ｒ（特に、軽希土類元素）を含むＲリッチ相が液相化し、磁石素体表面に染み出し、磁石素体とＡｌ偏平粉の間の隙間に充填される。このように磁石素体とＡｌ偏平粉の隙間に充填されたＲリッチ相とＡｌ偏平粉の全てが反応して、磁石素体の表面に第２保護層が形成される。第２保護層の一部と磁石素体とが反応し、磁石素体と第２保護層との間に第１保護層が形成される。なお、Ｒリッチ相とは、相を構成する元素の中で最も濃度（原子数の比率）が高い元素がＲである相である。

＜第二の機構＞
表面にＡｌ偏平粉を付着させた磁石素体を加熱することにより、磁石素体中の粒界相に存在する希土類元素Ｒ（特に、軽希土類元素）を含むＲリッチ相が液相化し、磁石素体表面に染み出し、磁石素体とＡｌ偏平粉の間に充填される。このように磁石素体とＡｌ偏平粉の隙間に充填されたＲリッチ相とＡｌ偏平粉の一部が反応して、磁石素体とＡｌ偏平粉との間に第２保護層が形成される。第２保護層の一部と磁石素体とが反応し、磁石素体と第２保護層との間に第１保護層が形成される。さらに、第２保護層の一部とＡｌ偏平粉の残部との反応により、第２保護層上に第３保護層が形成される。

以上のように、第一の機構により、２層構造を有する第一の希土類磁石が得られる。また、第二の機構により、３層構造を有する第二の希土類磁石が得られる。ただし、各保護層の形成の機構は、これらに限定されない。

上述の製造方法によって得られる第一の希土類磁石及び第二の希土類磁石は、腐食性物質が存在する環境下において、優れた磁気特性を長期間に亘って維持することができる。このような特性を有する希土類磁石は、例えば、優れた耐食性が求められる回転機用の永久磁石として好適に用いられる。

（回転機）
図４は、本実施形態の回転機（永久磁石回転機）の内部構造を示す説明図である。本実施形態の回転機２００は、永久磁石同期回転機（ＳＰＭ回転機）であり、円筒状のロータ５０と該ロータ５０の内側に配置されるステータ３０とを備えている。ロータ５０は、円筒状のコア５２と円筒状のコア５２の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互になるように複数の希土類磁石１００が設けられている。ステータ３０は、内周面に沿って設けられた複数のコイル３２を有している。このコイル３２と希土類磁石１００とは互いに対向するように配置されている。

回転機２００は、ロータ５０に、上記実施形態に係る希土類磁石１００を備える。希土類磁石１００は耐食性に優れるため、経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することができる。したがって、回転機２００は優れた性能を長時間に亘って維持することができる。回転機２００は、希土類磁石１００以外の部分について、通常の回転機部品を用いて通常の方法によって製造することができる。

回転機２００は、コイル３２に通電することによって生成する電磁石による界磁と希土類磁石１００による界磁との相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機（モータ）であってもよい。また、回転機２００は、希土類磁石１００による界磁とコイル３２との電磁誘導相互作用により、機械的エネルギーから電気的エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）であってもよい。

電動機（モータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ、ＩＰＭモータ）、往復動モータなどが挙げられる。往復動モータとして機能するモータとしては、例えば、ボイスコイルモータ、振動モータなどが挙げられる。発電機（ジェネレータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、永久磁石交流発電機などが挙げられる。以上に記載した回転機は、自動車、産業機械、家庭用電化製品等に用いられる。

以下、本発明を実施例及び比較例を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
粉末冶金法により、組成が２２．５重量％Ｎｄ−５．２重量％Ｐｒ−２．７重量％Ｄｙ−０．５重量％Ｃｏ−０．３重量％Ａｌ−０．０７重量％Ｃｕ−１．０重量％Ｂ−残部Ｆｅである鋳塊を作製した。鋳塊を粗粉砕して得た粗粉末を不活性ガス中でジェットミルにより粉砕して、平均粒径が約３．５μｍの微粉末を得た。微粉末を金型内に充填し、磁場中で加圧成形して成形体を得た。成形体を真空中で焼成した後、時効処理を施して焼結体を得た。焼結体を切り出し加工し、１３ｍｍ×８ｍｍ×２ｍｍの寸法を有する磁石素体を作製した。

磁石素体の表面に対して脱脂処理を施し、次に、２％ＨＮＯ_３水溶液中に２分間浸漬し、その後、超音波水洗を施すことで、エッチングを行った。多数のＡｌ偏平粉（平均長径９μｍ、平均厚さ０．２μｍ）を分散させた塗布液を調製した。エッチング後の磁石素体の表面に塗布液をディップコーティングにより塗布し、塗膜を磁石素体の表面全体に形成した。この塗膜を１２０℃で２０分乾燥させた。なお、磁石素体表面に形成した塗膜に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して、０．５重量％に調整した。

塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において６３０℃で６０分加熱した後、５０℃／分で急冷し、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させた。加熱後の磁石素体をＡｒ雰囲気において５５０℃で１時間時効処理した後、５０℃／分で急冷した。時効処理後の磁石素体の表面に残存した未反応Ａｌ偏平粉を超音波洗浄で除去することで、実施例１の希土類磁石を作製した。

（実施例２及び３）
実施例２及び３では、磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して、表１に示す値（塗布量）に調整した。実施例２及び３では、塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において、表１に示す温度（拡散温度）で加熱した。また実施例２及び３では、塗膜を有する磁石素体を加熱する時間（拡散時間）を、表１に示す時間に調整した。以上の事項以外は実施例１と同様の方法で、実施例２及び３の希土類磁石を作製した。

（比較例１）
磁石素体の表面のエッチング以降の工程を実施しなかったこと以外は実施例１と同様の方法で比較例１の希土類磁石を作製した。つまり、Ａｌ偏平粉を用いることなく比較例１の希土類磁石を作製した。

（比較例２）
比較例２では、磁石素体表面に形成した塗膜に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して、０．１２重量％に調整した。比較例２では、拡散温度を６８０℃とした。これらの事項以外は実施例１と同様の方法で、比較例２の希土類磁石を作製した。

［ＳＥＭ観察］
各実施例及び比較例の希土類磁石を切断し、切断面をクロスセクションポリッシャーで研磨した。研磨面をＳＥＭで観察したところ、実施例１の希土類磁石では、磁石素体の表面を被覆する第１保護層と、第１保護層の表面の一部を被覆する第２保護層と、第２保護層の表面の一部を被覆する第３保護層が形成されていることが確認された。図５に、実施例１の希土類磁石の切断面のＳＥＭ写真を示す。なお、図５に記載された実線は、磁石素体と保護層との界面、及び保護層間の各界面を示すものである。実施例２及び３の希土類磁石では、磁石素体の表面を被覆する第１保護層と、第１保護層の表面の一部を被覆する第２保護層が形成されていることが確認された。実施例２及び３の希土類磁石では、第３保護層が形成されていなかった。一方、比較例１の希土類磁石は、磁石素体の表面に保護層は確認されなかった。比較例２の希土類磁石では、磁石素体の表面に１層の保護層のみが形成されていることが確認された。

［組成分析］
各実施例及び比較例の希土類磁石を切断し、磁石素体及び各保護層における元素組成をＥＰＭＡで確認した。ＥＰＭＡの装置としては、ＪＥＯＬ社製のＪＸＡ−８８００を用いた。全実施例及び比較例の磁石素体はいずれも、鋳塊と同様に、Ｎｄ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｂ及びＦｅを含有することが確認された。各実施例及び比較例２の各保護層の元素組成を表２に示す。表２中の数値は、各保護層全体に対する各保護層中の各元素の含有量（単位：原子％）を示す。なお、Ｒの含有量とは、Ｎｄの含有量とＰｒの含有量とを合計したものである。

［耐食性の評価］
各実施例及び比較例の希土類磁石の耐食性を、ＪＩＳ Ｋ５６００−７−１に準拠する塩水噴霧試験により評価した。塩水噴霧試験では、３５℃の環境下で各希土類磁石に５％の塩水を２４時間噴霧した。試験後の各希土類磁石の表面において赤錆が発生した部分の面積の割合（錆面積率）を算出した。錆面積率とは、各希土類磁石の表面全体に対する値（単位：％）である。錆面積率は、試験後の各希土類磁石の写真を画像処理することにより算出した。表３に各希土類磁石の錆面積率を示す。

各実施例の希土類磁石の錆面積率は各比較例よりも著しく低いことが確認された。特に、第１保護層、第２保護層及び第３保護層の３層を備える実施例１の希土類磁石では、塩水噴霧試験後に全く赤錆が発生しなかった。以上より、各実施例の希土類磁石は、各比較例に比べて、耐塩食性に著しく優れていることが確認された。特に実施例１の希土類磁石は、顕著に耐塩食性に優れていた。

１０・・・磁石素体、２０・・・第１保護層、２２・・・第２保護層、２４・・・第３保護層、３０・・・ステータ、３２・・・コイル、５０・・・ロータ、５２・・・コア、１００・・・希土類磁石、２００・・・回転機。

Claims (11)

1. 希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体と、該磁石素体の表面を被覆する第１保護層と、該第１保護層の表面を被覆する第２保護層と、前記第１保護層と前記第２保護層の界面と、を備え、
   前記磁石素体が、ＴとしてＦｅを含み、
   前記第１保護層が、Ｒ、Ｆｅ及びＡｌを含み、
   前記第２保護層が、Ｒ及びＡｌを含み、
   前記第１保護層における総原子数に対するＦｅ原子数の比率が、前記第２保護層における総原子数に対するＦｅ原子数の比率よりも高い、
   希土類磁石。
2. 前記第１保護層における総原子数に対するＦｅ原子数の比率が、前記第２保護層における総原子数に対するＦｅ原子数の比率の５倍以上である、請求項１に記載の希土類磁石。
3. 前記第２保護層の表面を被覆する第３保護層を更に備え、
   前記第３保護層は、Ａｌを含み、
   前記第３保護層における総原子数に対するＡｌ原子数の比率が、前記第２保護層における総原子数に対するＡｌ原子数の比率よりも高い、請求項１又は２に記載の希土類磁石。
4. 前記第１保護層の総原子数に対する前記第１保護層中のＲの原子数の比率は、前記第２保護層の総原子数に対する前記第２保護層中のＲの原子数の比率よりも低い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の希土類磁石。
5. 前記第１保護層の総原子数に対する前記第１保護層中のＡｌの原子数の比率は、前記第２保護層の総原子数に対する前記第２保護層中のＡｌ原子数の比率よりも低い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の希土類磁石。
6. 前記磁石素体におけるＲの含有割合が、前記磁石素体全体に対して、８〜４０重量％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の希土類磁石。
7. 前記第１保護層の厚みは０．１〜３０μｍである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の希土類磁石。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の希土類磁石を備える回転機。
9. 希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌ偏平粉を付着させる工程と、
   前記Ａｌ偏平粉を付着させた前記磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱し、３０℃／分以上の冷却速度で急冷する工程と、を備え、
   前記磁石素体は、ＴとしてＦｅを含む、
   希土類磁石の製造方法。
10. 前記磁石素体に付着させるＡｌ偏平粉の量が、前記磁石素体全体に対して、０．０１〜５重量％である、請求項９に記載の希土類磁石の製造方法。
11. 前記磁石素体におけるＲの含有割合が、前記磁石素体全体に対して、８〜４０重量％である、請求項９又は１０に記載の希土類磁石の製造方法。