JP5373834B2 - 希土類磁石およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、磁気特性（特に保磁力）に優れた希土類磁石（特に希土類異方性磁石）およびその製造方法に関する。
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を代表とする希土類磁石（特に永久磁石）は、非常に高い磁気特性を示す。この希土類磁石を用いると、電磁機器や電動機の小型化、高出力化、高密度化さらには環境負荷の低減化等を図ることが可能となるため、幅広い分野で希土類磁石の利用が検討されている。
もっともそのためには、希土類磁石の優れた磁気特性が厳しい環境下でも長期的に安定して発揮されることが求められる。そこで希土類磁石の高い残留磁束密度を維持または向上させつつ、耐熱性（耐減性）等に有効な保磁力を高める研究開発が盛んに行われている。その最も有効な方法の一つは、異方性磁界（Ｈａ）の大きな希土類元素であるジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）などの拡散元素を、主相となる結晶（例えば、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶）の粒界などへ拡散させることである。これにより、その結晶粒内でのＤｙ等の置換を抑制しつつ、結晶磁気異方性の向上と逆磁区の核生成の抑制を図れ、残留磁束密度の低下を抑制しつつ保磁力の向上を図れる。
ところで、このような拡散処理にも種々の方法がある。例えば、希土類磁石の原料合金（以下「希土類磁石合金」という。）からなる磁石粉末に拡散元素を含む拡散粉末を混合し、得られた混合粉末の成形体を焼結等させて、上述した拡散処理を行う粉末混合法がある。また、拡散粉末等を拡散処理の被処理材である磁石材の表面に被着させた後、熱処理して拡散処理を行う被着法がある。さらに最近では、稀少元素であるＤｙ等の使用量を抑制しつつ効率的な拡散処理を行うために、磁石材を拡散元素の蒸気に曝して、磁石材の内部へ拡散元素を効率的に拡散させる蒸気法が提案されている。この蒸気法に関連する記載は、例えば、下記の特許文献にある。
上記の各特許文献に記載されている内容はいずれも、基本的に、拡散元素の蒸気源である拡散材と拡散処理の被処理材である磁石材とを、同条件下で加熱して拡散処理を行うものに過ぎず、拡散処理効率が必ずしも高くなかった。
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものである。すなわち、従来の蒸気法とは異なり、Ｄｙなどの稀少な拡散元素の使用量を抑制しつつ、効率的で効果的な拡散処理を行い、より高い磁気特性の希土類磁石をより低コストで得ることができる希土類磁石の製造方法と、そのような高磁気特性の希土類磁石とを併せて提供することを目的とする。
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、蒸気法により拡散処理を行う場合に、加熱する磁石材と拡散材との温度を個別に制御することにより、稀少な拡散元素の使用量を抑制しつつ、希土類磁石の磁気特性（特に保磁力）を有効的かつ効率的に向上させ得ることを新たに見出した。この成果を発展させることにより、以降に述べるような本発明を完成するに至った。
《希土類磁石の製造方法》
（１）すなわち、本発明の希土類磁石の製造方法は、希土類磁石合金からなる粉末粒子の成形体または焼結体である磁石材と保磁力を向上させる拡散元素を含む拡散材とを近接して配置させる配置工程と、加熱した該拡散材から蒸発した該拡散元素の蒸気に加熱した該磁石材を曝して該磁石材内へ該拡散元素を拡散させる拡散工程と、を備える希土類磁石の製造方法であって、
前記拡散工程は、前記磁石材と前記拡散材を独立して加熱することにより、該磁石材の加熱温度である磁石材温度（Ｔｍ）を該拡散材の加熱温度である拡散材温度（Ｔｄ）よりも高くすると共に８５０〜９００℃にし、さらに該磁石材温度と該拡散材温度との温度差（ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｄ）を２０〜１３０℃とする工程であることを特徴とする
希土類磁石の製造方法。
（１）すなわち、本発明の希土類磁石の製造方法は、希土類磁石合金からなる粉末粒子の成形体または焼結体である磁石材と保磁力を向上させる拡散元素を含む拡散材とを近接して配置させる配置工程と、加熱した該拡散材から蒸発した該拡散元素の蒸気に加熱した該磁石材を曝して該磁石材内へ該拡散元素を拡散させる拡散工程と、を備える希土類磁石の製造方法であって、
前記拡散工程は、前記磁石材と前記拡散材を独立して加熱することにより、該磁石材の加熱温度である磁石材温度（Ｔｍ）を該拡散材の加熱温度である拡散材温度（Ｔｄ）よりも高くすると共に８５０〜９００℃にし、さらに該磁石材温度と該拡散材温度との温度差（ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｄ）を２０〜１３０℃とする工程であることを特徴とする
希土類磁石の製造方法。
（２）拡散元素の蒸気量は拡散材の温度（拡散材温度）に大きく依存し、また磁石材内（特に結晶粒界）における拡散元素の拡散速度は磁石材の温度（磁石材温度）に大きく依存する。本発明の拡散工程では、それら拡散材温度と磁石材温度とを個別に制御し、磁石材内の拡散速度と拡散元素の蒸気量との整合または協調を図れるようにした。この結果、例えば、磁石材内の拡散速度に対して拡散元素の蒸気量が過多で、磁石材の表面層近傍に拡散元素が余分に堆積したり過度に集中したりすることが抑止される。また逆に、磁石材内の拡散速度に対して拡散元素の蒸気量が過少で、拡散処理時間が長くなることも回避される。
こうして本発明の希土類磁石の製造方法によれば、稀少な拡散元素を無駄にすることなく、より短時間で磁石材内部へ拡散元素を十分に拡散させることが可能となり、効率的かつ効果的な拡散処理を行え、ひいてはより高磁気特性の希土類磁石をより低コストで得ることが可能となる。
（３）ところで、上述した方法の他、次のようにしても効率的かつ効果的な拡散処理が可能となる。すなわち本発明は、希土類磁石合金からなる粉末粒子の成形体または焼結体である磁石材と、保磁力を向上させる拡散元素を含む拡散材とを近接して配置させる配置工程と、加熱した該拡散材から蒸発した該拡散元素の蒸気に加熱した該磁石材を曝して該磁石材内へ該拡散元素を拡散させる拡散工程と、を備える希土類磁石の製造方法であって、前記拡散工程は、前記成形体を加熱して焼結体とする焼結工程の昇温過程中または冷却過程中になされることを特徴とする希土類磁石の製造方法でもよい。
磁石材中における拡散速度は、成形体が昇温、保持、冷却されて焼結体が形成される過程中でも変化し得る。特に拡散元素の拡散速度は、磁石材（成形体または焼結体）内に液相が生じると大きくなり、さらに磁石材温度が高くなるほど大きくなる。このように拡散速度が大きくなる焼結工程の特定領域に拡散工程を重ねれば、蒸気法による拡散処理を効率的に行うことも可能になり得る。
もっとも、拡散材温度が過大（例えば、１１００℃を超える焼結温度）になると、拡散元素の蒸気量が過多になり、余剰な拡散元素が磁石材の表面に堆積したり過度に濃化したりすることが考えられる。そこで上述したように、焼結工程の昇温過程中または冷却過程中に拡散工程を重ねて行えば、そのような不都合がなく、稀少な拡散元素を有効に利用しつつ効率的で効果的な拡散処理が可能となり得る。
《希土類磁石の製造装置》
（１）本発明は上述した製造方法としてのみならず、その方法に適した希土類磁石の製造装置としても把握される。すなわち本発明は、拡散処理または焼結を行う処理室と、該処理室内のガス圧を制御するガス圧制御手段と、該処理室内で希土類磁石合金からなる粉末粒子の成形体または焼結体である磁石材と保磁力を向上させる拡散元素を含む拡散材とを近接して配置させる配置手段と、該磁石材を加熱する磁石材加熱手段と、該拡散材を加熱する拡散材加熱手段と、該磁石材加熱手段により加熱される磁石材の加熱温度である磁石材温度（Ｔｍ）を制御する磁石材温度制御手段と、該拡散材加熱手段により加熱される拡散材の加熱温度である拡散材温度（Ｔｄ）を制御する拡散材温度制御手段とを備え、加熱した該拡散材から蒸発した該拡散元素の蒸気に加熱した該磁石材を曝して該磁石材内へ該拡散元素を拡散させ得ることを特徴とする希土類磁石の製造装置としても把握し得る。
（１）本発明は上述した製造方法としてのみならず、その方法に適した希土類磁石の製造装置としても把握される。すなわち本発明は、拡散処理または焼結を行う処理室と、該処理室内のガス圧を制御するガス圧制御手段と、該処理室内で希土類磁石合金からなる粉末粒子の成形体または焼結体である磁石材と保磁力を向上させる拡散元素を含む拡散材とを近接して配置させる配置手段と、該磁石材を加熱する磁石材加熱手段と、該拡散材を加熱する拡散材加熱手段と、該磁石材加熱手段により加熱される磁石材の加熱温度である磁石材温度（Ｔｍ）を制御する磁石材温度制御手段と、該拡散材加熱手段により加熱される拡散材の加熱温度である拡散材温度（Ｔｄ）を制御する拡散材温度制御手段とを備え、加熱した該拡散材から蒸発した該拡散元素の蒸気に加熱した該磁石材を曝して該磁石材内へ該拡散元素を拡散させ得ることを特徴とする希土類磁石の製造装置としても把握し得る。
（２）この希土類磁石の製造装置は、さらに、前記処理室に連通し前記拡散材加熱手段を収納し得る予備室と、該処理室と該予備室との連通を任意に遮蔽できる遮蔽手段と、該拡散材加熱手段を該予備室と該処理室との間で移動させる移動手段と、を備えると好適である。
《希土類磁石》
本発明は上述した製造方法としてのみならず、その製造方法により得られた希土類磁石としても把握される。この「希土類磁石」は、希土類磁石素材や希土類磁石部材などを含み、その形態を問わない。例えば、希土類磁石はブロック状でも、環状でも、薄膜状でもよい。本発明の希土類磁石は、高磁気特性のものを対象としているので、基本的に異方性希土類磁石であるが、等方性希土類磁石であってもよい。
本発明は上述した製造方法としてのみならず、その製造方法により得られた希土類磁石としても把握される。この「希土類磁石」は、希土類磁石素材や希土類磁石部材などを含み、その形態を問わない。例えば、希土類磁石はブロック状でも、環状でも、薄膜状でもよい。本発明の希土類磁石は、高磁気特性のものを対象としているので、基本的に異方性希土類磁石であるが、等方性希土類磁石であってもよい。
ちなみに磁石材は、拡散処理に供される被処理材であり、希土類磁石合金粉末からなる成形体でも、それを焼結させた焼結体でもよい。また最終的な製品の形状またはそれに近い形状等に加工したものでも、加工前のバルク材でもよい。
また本発明の希土類磁石では、上述した拡散処理により、希土類磁石の内部にある粒界にまで拡散元素が拡散しているが、その程度は問わない。なお、当然ながら、従来よりも緩やかではあるが、磁石の表層部から内部にかけて拡散元素の濃度勾配は生じ得るし、表層部には希土類元素の濃化部も生じ得る。また拡散元素は、粉末粒子または結晶粒の界面や粒界に拡散する表面拡散や粒界拡散の他、僅かではあるが、結晶粒内に拡散する体拡散もし得る。なお本明細書で単に「粒界」や「界面」というときは、粉末粒子のみならずそれを構成する結晶粒の「粒界」や「界面」も含み得る。
《その他》
（１）本明細書でいう希土類元素（Ｒ）には、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイドを含む。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）およびルテチウム（Ｌｕ）などがある。
（１）本明細書でいう希土類元素（Ｒ）には、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイドを含む。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）およびルテチウム（Ｌｕ）などがある。
（２）本明細書でいう希土類磁石合金とは、希土類元素の一種以上である主希土類元素（以下「Ｒｍ」と表す。）とホウ素（Ｂ）と残部である遷移金属元素（ＴＭ：主にＦｅ）と不可避不純物および／または改質元素とからなる。このＲｍは上述したＲの一種以上からなるが、なかでも、Ｎｄおよび／またはＰｒが代表的である。
改質元素は、希土類磁石の耐熱性を向上させるコバルト（Ｃｏ）、ランタン（Ｌａ）、保磁力などの磁気特性の向上に有効なガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）または鉛（Ｐｂ）の少なくとも１種以上がある。改質元素の組合せは任意である。また、その含有量は通常微量であり、例えば、０．０１〜１０質量％％程度であると好ましい。
また不可避不純物は、希土類磁石合金にもともと含まれる不純物や各工程時に混入等する不純物などであって、コスト的または技術的な理由等により除去することが困難な元素である。このような不可避不純物として、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、アルゴン（Ａｒ）等がある。
なお、これらの改質元素は粉末粒子内に含有されている場合の他、磁石材内へ種々の方法により拡散処理されたものでもよい。さらに改質元素が低融点合金の場合なら、例えば、焼結工程の昇温過程（例えば、３００〜１１００℃）で拡散処理されたものでもよい。また、上述した改質元素および不可避不純物に関することは、拡散元素の供給源である拡散材についても適宜該当する。
（３）拡散材は、その組成、種類、形態等を問わないが、蒸気法による拡散処理に適した
ものであり、拡散元素（保磁力向上元素）を含むものである。代表的な拡散元素として、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏ等の拡散希土類元素（Ｒｄ）がある。拡散材はそれらの単体または合金からなると好ましい。なお、拡散工程に用いる拡散材は単種のみからなっても複数種からなってもよい。
ものであり、拡散元素（保磁力向上元素）を含むものである。代表的な拡散元素として、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏ等の拡散希土類元素（Ｒｄ）がある。拡散材はそれらの単体または合金からなると好ましい。なお、拡散工程に用いる拡散材は単種のみからなっても複数種からなってもよい。
（４）特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は、下限値ｘおよび上限値ｙを含む。また、本明細書に記載した種々の下限値または上限値は、任意に組合わされて「ａ〜ｂ」のような範囲を構成し得る。さらに、本明細書に記載した範囲内に含まれる任意の数値を、数値範囲を設定するための上限値または下限値とすることができる。
１ 拡散処理装置（希土類磁石の製造装置）
１０ 処理室
２０ 準備室
Ｍ 磁石材
Ｄ 拡散材
１０ 処理室
２０ 準備室
Ｍ 磁石材
Ｄ 拡散材
発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係る製造方法のみならず希土類磁石にも適宜適用される。上述した本発明の構成に、以下に示す構成中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成を付加することができる。製造方法に関する構成は、プロダクトバイプロセスとして理解すれば希土類磁石に関する構成ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
《製造方法》
本発明の希土類磁石の製造方法は、被処理材である磁石材へ拡散元素の蒸気源である拡散材を接近配置する配置工程と、その拡散元素の蒸気に磁石材を曝して拡散処理を行う拡散工程からなる。ここでは本発明の主たる特徴部分である拡散工程について説明する。
本発明の希土類磁石の製造方法は、被処理材である磁石材へ拡散元素の蒸気源である拡散材を接近配置する配置工程と、その拡散元素の蒸気に磁石材を曝して拡散処理を行う拡散工程からなる。ここでは本発明の主たる特徴部分である拡散工程について説明する。
（１）本発明の拡散工程によれば、磁石材の加熱温度である磁石材温度（Ｔｍ）と独立して拡散材の加熱温度である拡散材温度（Ｔｄ）を設定、調整可能である。これにより、界面または粒界に液相が生じて拡散速度が高まるＴｍに磁石材を加熱しつつ、その拡散速度に適した拡散元素の蒸気量を発生させるＴｄに拡散材を加熱できる。その結果、稀少な拡散元素の使用量を抑制しつつ、短時間で効果的な拡散処理が可能となる。
（２）この拡散工程は、独立した単独工程として行う必要はなく、粉末粒子からなる成形体を焼結させる焼結工程の少なくとも一部と兼用可能である。この場合、成形体中に液相を生じる温度域で拡散工程を行うと、成形体内の拡散速度が高く、短時間で効率的な拡散処理が可能となる。
ここで希土類磁石合金の粉末粒子からなる成形体を焼結させる場合、Ｒ２ＴＭ１４Ｂ１型結晶（ＴＭ：遷移金属元素）からなる主相とＢリッチ相とＲ相との間で液相が生じる温度は６００〜７００℃前後である。例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石の場合なら、６６５℃で液相を生じ始める。もっとも成形体が希土類磁石合金を水素化処理した粉末粒子からなる場合、それよりも高い７５０〜８５０℃程度でＲＨ２ →Ｒ＋Ｈ２が生じてから、上記の液相を生じ始める。例えば、水素化処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末粒子からなる成形体の場合なら、８００℃から液相を生じ始める。従ってこのような液相を生じ始める温度以上に磁石材を加熱して、磁石材内の拡散速度を高めるのが好ましい。
なお、成形体内の液相は上記の過程によって生じる他、拡散元素と粉末粒子中の元素とが共晶を生成することによっても生じ得る。例えば、拡散元素であるＤｙと粉末粒子内のＦｅは、共晶点である８９０℃から液相を生成し始める。このような共晶の生成によっても成形体中の液相量は増加し、その結果、成形体内の拡散速度はより高まり得る。
（３）もっとも、成形体内に液相が生じて拡散速度が急激に高くなる温度域は、粉末粒子の組成や拡散元素の種類によって異なり、一概に特定することは困難であるが、例えば、磁石材がＲ−ＴＭ−Ｂ系希土類磁石合金からなり、拡散元素が希土類元素の一種以上である拡散希土類元素（Ｒｄ）からなる場合であれば、磁石材温度（Ｔｍ）は５００〜１１００℃であり、拡散材温度（Ｔｄ）は４００〜１０００℃であると好適である。
ここで磁石材温度が過小では磁石材内での拡散速度が低く効率的な拡散処理ができない。磁石材温度が過大では結晶粒の粗大化が生じて磁気特性の低下を招き得る。拡散材温度が過小では拡散元素の蒸気量が過少となり効率的な拡散処理ができない。拡散材温度が過大では拡散元素の蒸気量が過大となり、余剰な拡散元素が磁石材の表面に過度に堆積したり濃化したりして、稀少な拡散元素の使用量に対する保磁力向上率が低下する。
ところで、稀少な拡散元素の使用量を抑制しつつ短時間で効果的な拡散処理を行うには、磁石材温度と拡散材温度との間に適切な温度差があると好ましい。本発明者が鋭意研究したところ、磁石材や拡散材が上述の組成からなる場合、磁石材温度が拡散材温度よりも高く、拡散材温度との温度差（ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｄ）が５〜４００℃さらには５０〜２５０℃であると好ましいことがわかった。これを踏まえて本発明の拡散工程は、磁石材温度（Ｔｍ）と拡散材温度（Ｔｄ）との温度差を制御する温度制御工程であると好適である。
（４）ところで、拡散元素の蒸気量は拡散材温度の他、拡散材の周囲のガス圧または真空度によっても影響を受ける。例えば、そのガス圧を低くすれば（または真空度を高くすれば）、拡散元素の蒸気量は増加し得る。逆に言えば、そのガス圧を高くすれば（または真空度を低くすれば）、拡散元素の蒸気量は減少し得る。従って、拡散元素の蒸気量は、上述した拡散材温度のみならず、拡散材の周囲の不活性ガス等のガス圧（または真空度）を調整することによっても制御可能である。この観点から拡散工程は、磁石材および拡散材を囲繞する雰囲気のガス圧（真空度を含む）を制御するガス圧制御工程を含むものでもよい。
ちなみに上述したように、Ｒｍ−ＴＭ−Ｂ系希土類磁石合金からなる磁石材へ拡散希土類元素（Ｒｄ）を拡散させる場合、処理炉内のガス圧（真空度）は１Ｐａ以下、１０−１Ｐａ以下、１０−２Ｐａ以下さらには１０−３Ｐａ以下であると好ましい。
こうして本発明の拡散工程によれば、処理時間が０．５〜２０時間さらには１〜１０時間程度で十分に拡散元素を磁石材内に拡散させることが可能である。
こうして本発明の拡散工程によれば、処理時間が０．５〜２０時間さらには１〜１０時間程度で十分に拡散元素を磁石材内に拡散させることが可能である。
《磁石材》
磁石材は希土類磁石合金からなる粉末粒子の成形体または焼結体からなる。ここではその粉末粒子について詳述する。
（１）組成
粉末粒子は、希土類元素の一種以上であるＲｍとＢと残部が遷移金属（ＴＭ：主にＦｅ）および不可避不純物および／または改質元素とからなる希土類磁石合金（以下単に「磁石合金」という。）からなる。
磁石材は希土類磁石合金からなる粉末粒子の成形体または焼結体からなる。ここではその粉末粒子について詳述する。
（１）組成
粉末粒子は、希土類元素の一種以上であるＲｍとＢと残部が遷移金属（ＴＭ：主にＦｅ）および不可避不純物および／または改質元素とからなる希土類磁石合金（以下単に「磁石合金」という。）からなる。
磁石合金は、Ｒｍ２ＴＭ１４Ｂに基づく理論組成よりも、磁石材の保磁力や焼結性の向上に有効なＲｍリッチ相が形成される組成であると好ましい。具体的にいうと磁石合金は、全体を１００原子％としたときに１０〜３０原子％のＲｍと、１〜２０原子％のＢと、残部であるＴＭとからなるＲｍ−ＴＭ−Ｂ系合金であると好ましい。
いずれの元素も過少または過多では、主相であるＲｍ２ＴＭ１４Ｂ１相（２−１４−１相）の体積率に影響して磁気特性（残留磁束密度）が低下したり、焼結性が低下したりし得る。ＲｍまたはＢの下限値または上限値は、上記範囲内で任意に選択し設定し得る。もっとも、特に希土類焼結磁石を得る場合、Ｒｍは１２〜１６原子％、Ｂは５〜１２原子％であると磁気特性に優れる高密度な希土類磁石が得られ易い。さらに、ＴＭは基本的に主たる残部であるが、あえていえばＴＭは７２〜８３原子％であると好ましい。ただし、ＲｍやＢ以外の残部であるＴＭは、改質元素や不可避不純物の存在割合によって変化し得る。なお、Ｂの代替として炭素（Ｃ）を用いることもでき、その場合はＢ＋Ｃ：５〜１２原子％となるように調製すると好ましい。
粉末粒子は、その製造方法や形態を問わず、所望組成の鋳造磁石合金を機械粉砕したものでも水素粉砕したものでも、ストリップキャスト等により急冷凝固させた薄板状の鋳片でも、ＨＤＤＲ（水素化−分解・脱水素−再結合法）のような水素処理を経て製造されたものでも、超急冷されたリボン粒でも、スパッタ等により成膜したものでもよい。さらに粉末粒子は、アモルファス状でもよい。
粉末粒子の粒径も問わないが、平均粒径（累積質量が５０％となるときの粒子径またはメジアン径）が１〜２０μｍさらには３〜１０μｍ程度であると好ましい。その平均粒径が過小ではコスト高となり、平均粒径が過大では拡散元素の内部への拡散性には優れるが、希土類磁石の密度や磁気特性の低下を招き得る。なお粉末粒子は、組成や形態（粒形、粒径など）に関して、異なる複数種の混合物でもよい。
《希土類磁石の用途》
本発明の希土類磁石は、素材であっても最終製品またはそれに近いものであってもよく、その用途や形態は問わない。本発明の希土類磁石は、例えば、電動機のロータまたはステータなどの各種電磁機器、磁気ディスクなどの磁気記録媒体、リニアアクチュエータ、リニアモータ、サーボモータ、スピーカー、発電機等に用いられる。
本発明の希土類磁石は、素材であっても最終製品またはそれに近いものであってもよく、その用途や形態は問わない。本発明の希土類磁石は、例えば、電動機のロータまたはステータなどの各種電磁機器、磁気ディスクなどの磁気記録媒体、リニアアクチュエータ、リニアモータ、サーボモータ、スピーカー、発電機等に用いられる。
実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
《拡散処理装置》
本発明に係る拡散処理に用いることができる拡散処理装置（希土類磁石の製造装置）１の概要図を図１に示した。拡散処理装置１は、処理室１０と、この処理室１０に連通する準備室２０と、両者の連通を自在に切り換えられる開閉式のゲート（遮蔽手段）３０と、処理室１０内に設けられ磁石材Ｍを載置する載置台（配置手段）１１と、処理室１０と準備室２０との間で拡散材Ｄを移動させるエレベータ（移動手段）２１と、エレベータ２１に取り付けられ拡散材Ｄを加熱するフラットヒータ（拡散材加熱手段）２２と、近接配置した磁石材Ｍおよび拡散材Ｄを囲繞し、拡散材Ｄから生じた蒸気雰囲気に磁石材Ｍを効率的に曝す囲いである蒸気パック１３とを備える。
《拡散処理装置》
本発明に係る拡散処理に用いることができる拡散処理装置（希土類磁石の製造装置）１の概要図を図１に示した。拡散処理装置１は、処理室１０と、この処理室１０に連通する準備室２０と、両者の連通を自在に切り換えられる開閉式のゲート（遮蔽手段）３０と、処理室１０内に設けられ磁石材Ｍを載置する載置台（配置手段）１１と、処理室１０と準備室２０との間で拡散材Ｄを移動させるエレベータ（移動手段）２１と、エレベータ２１に取り付けられ拡散材Ｄを加熱するフラットヒータ（拡散材加熱手段）２２と、近接配置した磁石材Ｍおよび拡散材Ｄを囲繞し、拡散材Ｄから生じた蒸気雰囲気に磁石材Ｍを効率的に曝す囲いである蒸気パック１３とを備える。
さらに図示していないが、拡散処理装置１は、処理室１０内の真空度を調整する真空ポンプ（ガス圧制御手段）、磁石材Ｍを加熱する磁石材加熱手段（処理室１０内の加熱手段でもよい）、磁石材温度、拡散材温度、処理室１０の真空度、エレベータ２１の昇降等を統合的に制御する制御手段を備える。
《実施例１》
〈試料の製造〉
この拡散処理装置１を用いて、拡散処理を施した各試料（希土類異方性焼結磁石）を製造した。以下、この拡散処理について詳述する。
〈試料の製造〉
この拡散処理装置１を用いて、拡散処理を施した各試料（希土類異方性焼結磁石）を製造した。以下、この拡散処理について詳述する。
（１）磁石材
拡散処理を施す磁石材（焼結体）を次のように製造した。先ずＦｅ−３１．５％Ｎｄ−１％Ｂ−１％Ｃｏ−０．２％Ｃｕ（単位は質量％）の磁石合金を鋳造した。この磁石合金を水素粉砕した後、さらにジェットミルで粉砕することにより、平均粒径Ｄ５０（メジアン径）＝６μｍの磁石粉末を得た。ジェットミルによる粉砕は窒素雰囲気で行った。
拡散処理を施す磁石材（焼結体）を次のように製造した。先ずＦｅ−３１．５％Ｎｄ−１％Ｂ−１％Ｃｏ−０．２％Ｃｕ（単位は質量％）の磁石合金を鋳造した。この磁石合金を水素粉砕した後、さらにジェットミルで粉砕することにより、平均粒径Ｄ５０（メジアン径）＝６μｍの磁石粉末を得た。ジェットミルによる粉砕は窒素雰囲気で行った。
この磁石粉末を成形型のキャビティに入れて磁場中成形し、２０ｘ１５ｘ１０ｍｍの直方体状の成形体を得た（成形工程）。この際印加した磁界は２Ｔとした。この成形体を１０−３Ｐａ以下の真空雰囲気中で１０５０℃ｘ４Ｈｒ加熱して焼結体を得た（焼結工程）。この焼結体の表面を研磨した磁石材を次の拡散処理に供した。
（２）拡散処理
拡散元素の蒸気源となる拡散材としてＤｙ単体（金属Ｄｙ）を用意した。この拡散材を用いて、上述した磁石材に次のような蒸気法による拡散処理を施した。
拡散元素の蒸気源となる拡散材としてＤｙ単体（金属Ｄｙ）を用意した。この拡散材を用いて、上述した磁石材に次のような蒸気法による拡散処理を施した。
先ず拡散処理装置１の処理室１０内に磁石材を配置して、表１に示す各磁石材温度（Ｔｍ）まで加熱した。これに併行して、準備室２０内に配置しておいた拡散材を表１に示す各拡散材温度（Ｔｄ）まで加熱した。なお、これらの加熱はそれぞれ１０−４Ｐａの真空雰囲気で行った。
磁石材が設定した温度（Ｔｍ）に到達したところで、ゲート３０を開けて準備室２０にある拡散材を処理室１０へ移動させ、拡散材を磁石材へ近接配置した（配置工程）。このとき磁石材と拡散材との間は約１０ｍｍとした。この際、処理室１０内および準備室２０内の雰囲気は共に１０−４Ｐａに制御した。そして、表１に示す磁石材温度（Ｔｍ）および拡散材温度（Ｔｄ）で、磁石材および拡散材を２時間加熱した後（拡散工程）、拡散材を準備室２０に移してゲート３０を閉じた。
（３）比較例として、同一の処理室１０内に磁石材および拡散材を当初から配置して、それらを同温度で加熱した試料も製造した。この場合も処理室１０内は１０−４Ｐａの真空雰囲気としたが、加熱時間は１２８時間とした。実施例に対して加熱時間を長くしたのは、比較例の場合、２時間程度の短時間では拡散がほとんど進行せず、拡散量（ΔＲｄ、ΔＤｙ）がほぼゼロ近傍であったためである。
〈試料の測定〉
得られた各試料について、パルス励磁型磁気特性測定装置を用いて保磁力を測定した。また、それら各試料中に拡散したＤｙ量を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）および高周波誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ）により測定した。こうして得られた各試料の測定結果を表１に併せて示した。また各試料の拡散処理前後の保磁力差（ΔＨｃＪ：ｋＯｅ）を、その試料中へ拡散した拡散元素の拡散量（ΔＲｄ、本実施例ではΔＤｙ：質量％）で除した値である保磁力向上率を、さらに拡散処理時間（ｔ：時間）で除して求めた拡散効率（（ΔＨｃＪ／ΔＤｙ）／ｔ：（ｋＯｅ／質量％）／時間）を算出して、表１に併せて示した。さらに図２には、磁石材温度（Ｔｍ）と拡散材温度（Ｔｄ）との温度差（ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｄ）と単位時間あたりのＤｙ拡散量との関係を示した。
得られた各試料について、パルス励磁型磁気特性測定装置を用いて保磁力を測定した。また、それら各試料中に拡散したＤｙ量を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）および高周波誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ）により測定した。こうして得られた各試料の測定結果を表１に併せて示した。また各試料の拡散処理前後の保磁力差（ΔＨｃＪ：ｋＯｅ）を、その試料中へ拡散した拡散元素の拡散量（ΔＲｄ、本実施例ではΔＤｙ：質量％）で除した値である保磁力向上率を、さらに拡散処理時間（ｔ：時間）で除して求めた拡散効率（（ΔＨｃＪ／ΔＤｙ）／ｔ：（ｋＯｅ／質量％）／時間）を算出して、表１に併せて示した。さらに図２には、磁石材温度（Ｔｍ）と拡散材温度（Ｔｄ）との温度差（ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｄ）と単位時間あたりのＤｙ拡散量との関係を示した。
〈試料の評価〉
表１および図２に示す結果から、適切な磁石材温度（Ｔｍ）と拡散材温度（Ｔｄ）を選択して拡散処理を行うことにより、短時間の加熱であっても、拡散元素（Ｄｙ）を磁石内部に十分に拡散させ得ることが明らかとなった。そして、同一の処理室１０内で磁石材と拡散材とを同温で加熱していた従来の拡散処理と比較すると、本発明に係る拡散処理によれば、上記の拡散効率が正に桁違い（１０〜１０００倍）に向上し、希少なＤｙ量を抑制しつつ、短時間で効率的に保磁力を向上させ得ることが明らかとなった。
表１および図２に示す結果から、適切な磁石材温度（Ｔｍ）と拡散材温度（Ｔｄ）を選択して拡散処理を行うことにより、短時間の加熱であっても、拡散元素（Ｄｙ）を磁石内部に十分に拡散させ得ることが明らかとなった。そして、同一の処理室１０内で磁石材と拡散材とを同温で加熱していた従来の拡散処理と比較すると、本発明に係る拡散処理によれば、上記の拡散効率が正に桁違い（１０〜１０００倍）に向上し、希少なＤｙ量を抑制しつつ、短時間で効率的に保磁力を向上させ得ることが明らかとなった。
Claims (6)
- 希土類磁石合金からなる粉末粒子の成形体または焼結体である磁石材と保磁力を向上させる拡散元素を含む拡散材とを近接して配置させる配置工程と、
加熱した該拡散材から蒸発した該拡散元素の蒸気に加熱した該磁石材を曝して該磁石材内へ該拡散元素を拡散させる拡散工程と、
を備える希土類磁石の製造方法であって、
前記拡散工程は、前記磁石材と前記拡散材を独立して加熱することにより、該磁石材の加熱温度である磁石材温度（Ｔｍ）を該拡散材の加熱温度である拡散材温度（Ｔｄ）よりも高くすると共に８５０〜９００℃にし、さらに該磁石材温度と該拡散材温度との温度差（ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｄ）を２０〜１３０℃とする工程であることを特徴とする希土類磁石の製造方法。 - 前記磁石材は前記粉末粒子の成形体であり、
前記拡散工程は該成形体を焼結させる焼結工程中になされる請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。 - 前記拡散工程は、前記焼結工程の昇温過程中または冷却過程中になされる請求項２に記載の希土類磁石の製造方法。
- 前記拡散元素は希土類元素の一種以上である拡散希土類元素（以下「Ｒｄ」と表す。）であり、
前記拡散材温度（Ｔｄ）は７７０〜８３０℃である請求項１または３に記載の希土類磁石の製造方法。 - 前記磁石材温度と前記拡散材温度との温度差（ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｄ）は５０〜１３０℃である請求項１または４に記載の希土類磁石の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかの製造方法により得られたことを特徴とする希土類磁石。
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