JP5987833B2 - R−t−b系希土類磁石粉末、r−t−b系希土類磁石粉末の製造方法、及びボンド磁石 - Google Patents

R−t−b系希土類磁石粉末、r−t−b系希土類磁石粉末の製造方法、及びボンド磁石 Download PDF

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Description

本発明はR−T−B系希土類磁石粉末とその製造方法に関するものである。
R−T−B系希土類磁石粉末は優れた磁気特性を有しており、自動車等の各種モータ用磁石として広く工業的に利用されている。しかし、R−T−B系希土類磁石粉末は温度に依存した磁気特性の変化が大きく、高温になると保磁力が急激に低下する。そこで予め保磁力の大きな磁石粉末を製造し、高温でも保磁力を確保することが必要とされている。磁石粉末の保磁力を高めるには、主相である結晶粒より磁化の低い粒界相を形成し、結晶粒間の磁気的結合を弱める必要がある。
特許文献1にはR−T−B系合金に微量のDyを添加したものをHDDR処理(Hydrogenation−Decomposition−Desorption−Recombination:水素化−相分解−脱水素−再結合)することにより保磁力に優れた磁石粉末が得られることが記載されている。
特許文献2では、RFeBH粉末にDy水素化物等からなる拡散粉末を混合し、拡散熱処理工程、脱水素工程を行うことにより、Dy等が表面及び内部に拡散し、保磁力に優れた磁石粉末が得られることが記載されている。
特許文献3では、HDDR処理によって作製されたR−Fe−B系磁石粉末にZn含有粉末を混合、混合粉砕、拡散熱処理、時効熱処理を行うことによりZnを粒界に拡散させた、保磁力に優れた磁石粉末が得られることが記載されている。
また、特許文献4では、HDDR処理によって作製されたR−Fe−B系磁石粉末に、Nd−Cu粉末を混合、熱処理拡散させ主相の粒界にNd−Cuを拡散させた、保磁力に優れた磁石粉末が得られることが記載されている。
特開平9−165601号公報 特開2002−09610号公報 特開2011−49441号公報 国際公開第2011/145674号パンフレット
従来からDyを原料合金に添加する方法やHDDR工程の途中又はHDDR工程の後に添加元素を拡散させることにより、磁石粉末の保磁力を向上させる検討がなされてきた。しかしながら、特許文献1及び特許文献2において、保磁力を上げるために用いられるDy等の希土類元素やそれらの水素化物は高価な希少資源である。また、特許文献2、特許文献3及び特許文献4ではHDDR工程以外に添加元素の調整、添加元素粉末とHDDR粉末の混合、拡散熱処理工程など追加工程があることから工程が複雑になり、生産性が低下する。特許文献1のように原料合金にDyを添加する場合には、追加工程は必要としないが、DyはNdFe14B主相にも混入するため得られるR−T−B系希土類磁石粉末の残留磁束密度が低下してしまうという課題があった。
本発明は上記のように高価なDy等の希少資源を使用せずとも、粒界相のR量及びAl量を制御することにより、優れた保磁力を有するR−T−B系希土類磁石粉末を得ることを目的としている。また、粒界へのR元素の拡散のために、HDDR工程の途中又はHDDR工程後に種々の元素を添加する工程及び拡散熱処理工程を追加して保磁力の向上を行うのではなく、HDDR工程のみで優れた保磁力を有するR−T−B系希土類磁石粉末を製造することを目的としている。
すなわち、本発明は、R−T−B系希土類磁石粉末において、該粉末はR(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含み、該粉末の平均組成はR量が12.5at.%以上17.0at.%以下であり、B量が4.5at.%以上7.5at.%以下であり、Al量が1.0at.%以上5.0at.%以下であって、該粉末は、R14B磁性相を含む結晶粒と粒界相とから成り、粒界相はR(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含み、粒界相の組成はR量が13.5at.%以上35.0at.%以下、Al量が1.0at.%以上7.0at.%以下であることを特徴とするR−T−B系希土類磁石粉末である(本発明1)。
また、本発明は、R−T−B系希土類磁石粉末がGa及びZrを含み、該粉末の平均組成は、Co量が15.0at.%以下であって、Ga量が0.1at.%以上0.6at.%以下であって、Zr量が0.05at.%以上0.15at.%以下である本発明1に記載のR−T−B系希土類磁石粉末である(本発明2)。
また、本発明は、HDDR処理によってR−T−B系希土類磁石粉末を得る製造方法において、原料合金が、R(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含み、該原料合金の組成はR量が12.5at.%以上17.0at.%以下であり、B量が4.5at.%以上7.5at.%以下であり、Al量がR量に対してAl(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.40〜0.75を満たすものであって、HDDR処理のDR工程における処理温度を650℃から900℃とし、DR工程中の排気工程における真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間を10分以上300分以下とし、最終的な真空度を1Pa以下とする本発明1又は2に記載のR−T−B系希土類磁石粉末の製造方法である(本発明3)。
また、本発明は、原料合金がGa及びZrを含み、該原料合金の組成はCo量が15.0at.%以下であり、Ga量が0.1at.%以上0.6at.%以下であり、Zr量が0.05at.%以上0.15at.%以下である本発明3に記載のR−T−B系希土類磁石粉末の製造方法である(本発明4)。
また、本発明は、本発明1又は2に記載のR−T−B系希土類磁石粉末を用いたボンド磁石である(本発明5)。
本発明は、粒界相のR量及びAl量を制御することにより、結晶粒の界面に連続した粒界相を形成することができ、優れた保磁力を有したR−T−B系希土類磁石粉末を得ることができる。また、本発明では、高価なDy等の希少資源を使用することなく、しかもHDDR工程以外の追加工程を加えることなく、保磁力に優れたR−T−B系希土類磁石粉末を製造することができる。
実施例1において得られたNd−Fe−B系希土類磁石粉末の電子顕微鏡写真。
まず、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末について説明する。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末は、R(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含むものである。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末を構成する希土類元素RとしてはY、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Luから選ばれた1種または2種以上が利用できるが、コスト、磁気特性の理由からNdを用いることが望ましい。該粉末の平均組成はR量が12.5at.%以上17.0at.%以下である。平均組成のR量が12.5at.%未満であると粒界相組成のR量が13.5at.%未満となり、保磁力向上の効果を充分に得ることが出来ない。平均組成のR量が17.0at.%を超えると磁化の低い粒界相が増加するために粉末の残留磁束密度が低くなる。平均組成のR量は、好ましくは12.5at.%以上16.5at.%以下、より好ましくは12.5at.%以上16.0at.%以下、更に好ましくは12.8at.%以上15.0at.%以下、更により好ましくは12.8at.%以上14.0at.%以下である。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末を構成する元素TはFe、またはFe及びCoである。該粉末の平均組成のT量は、該粉末を構成する他の元素を除いた残部である。また、Feを置換する元素としてCoを添加することによりキュリー温度を上げることができるが、粉末の残留磁束密度の低下を招くことから該粉末中の平均組成のCo量は15.0at.%以下であることが好ましい。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成はB量が4.5at.%以上7.5at.%以下である。平均組成のB量が4.5at.%未満であると、RFe17相等が析出するために磁気特性が低下し、また平均組成のB量が7.5at.%を超えると粉末の残留磁束密度が低くなる。平均組成のB量は、好ましくは5.0at.%以上7.0at.%以下である。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成はAl量が1.0at.%以上5.0at.%以下である。本発明において、AlはR−T−B系希土類磁石粉末の粒界に余剰のRを均一に拡散させる効果があると考えられる。平均組成のAl量が1.0at.%未満の場合にはRの粒界への拡散が不十分であり、5.0at.%を超える場合には磁化の低い粒界相が増加するために粉末の残留磁束密度が低下する。平均組成のAl量は、好ましくは1.2at.%以上4.5at.%以下、より好ましくは1.4at.%以上3.5at.%以下、更に好ましくは1.5at.%以上2.5at.%以下である。
さらに、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末はGa及びZrを含むことが好ましい。該粉末の平均組成はGa量が0.1at.%以上0.6at.%以下であることが好ましい。平均組成のGa量が0.1at.%未満であると保磁力向上への効果が小さく、0.6at.%を超えると粉末の残留磁束密度が低下する。また、該粉末の平均組成はZr量が0.05at.%以上0.15at.%以下であることが好ましい。平均組成のZr量が0.05at.%未満では残留磁束密度向上への効果が小さく、0.15at.%を超えると粉末の残留磁束密度が低下する。
また、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末は、上記元素の他にTi、V、Nb、Cu、Si、Cr、Mn、Zn、Mo、Hf、W、Ta、Snのうち1種または2種以上の元素を含有していてもよい。これらの元素を添加することにより、R−T−B系希土類磁石粉末の磁気特性を上げることができる。これらの元素の含有量は合計で2.0at.%以下とすることが望ましい。これらの元素の含有量が2.0at.%を超える場合には、粉末の残留磁束密度の低下を招くことがある。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末は、R14B磁性相を含む結晶粒と、粒界相から成る。本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末は、粒界相が結晶粒の界面に連続的に存在しているため、結晶粒間の磁気的結合を弱めることができていると考えられ、高い保磁力を示す。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の粒界相は、R(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含むものである。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の粒界相の組成はR量が13.5at.%以上35.0at.%以下である。粒界相組成のR量が13.5at.%未満であると保磁力向上の効果を充分に得ることが出来ない。粒界相組成のR量が35.0at.%を超えると粒界の磁化が下がるために粉末の残留磁束密度が低くなる。粒界相組成のR量は、好ましくは18.0at.%以上33.0at.%以下、より好ましくは20.0at.%以上30.0at.%以下である。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の粒界相の組成はAl量が1.0at.%以上7.0at.%以下である。粒界相組成のAl量が1.0at.%未満の場合にはRの粒界への拡散が不十分であり、粒界相組成のAl量が7.0at.%を超える場合には粒界の磁化が下がるために粉末の残留磁束密度が低下する。粒界相組成のAl量は、好ましくは1.2at.%以上6.0at.%以下、より好ましくは1.2at.%以上5.0at.%以下、更に好ましくは1.5at.%以上4.0at.%以下である。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の粒界相を構成する元素TはFe、またはFe及びCoである。該粉末の粒界相の組成のT量は、粒界相を構成する他の元素を除いた残部である。
さらに、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の粒界相には、上記元素の他にGa、Zr、Ti、V、Nb、Cu、Si、Cr、Mn、Zn、Mo、Hf、W、Ta、Snのうち1種または2種以上の元素を含有していてもよい。
本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末は優れた磁気特性を有する。R−T−B系希土類磁石粉末の保磁力(Hcj)は、通常1100kA/m以上好ましくは1300kA/m以上、最大エネルギー積(BHmax)は通常195kJ/m以上好ましくは220kJ/m以上、残留磁束密度(Br)は通常1.05T以上好ましくは1.10T以上である。
続いて、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の製造方法を詳細に説明する。本発明のR−T−B系希土類磁石粉末の製造方法は、原料合金粉末にHDDR処理を行い、得られた粉末を冷却してR−T−B系希土類磁石粉末を得るものである。
まず、本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金について説明する。
本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金は、R(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含むものである。
本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金を構成する希土類元素RとしてはY、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Luから選ばれた1種または2種以上が利用できるが、コスト、磁気特性の理由からNdを用いることが望ましい。原料合金中のR量は12.5at.%以上17.0at.%以下である。R量が12.5at.%未満であると粒界に拡散する余剰のR量が少なくなり、保磁力向上の効果を充分に得ることが出来ない。R量が17.0at.%を超えると磁化の低い粒界相が増加するために粉末の残留磁束密度が低くなる。R量は、好ましくは12.5at.%以上16.5at.%以下、より好ましくは12.5at.%以上16.0at.%以下、更に好ましくは12.8at.%以上15.0at.%以下、更により好ましくは12.8at.%以上14.0at.%以下である。
本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金を構成する元素TはFe、またはFe及びCoである。原料合金中のT量は、原料合金を構成する他の元素を除いた残部である。また、Feを置換する元素としてCoを添加することによりキュリー温度を上げることができるが、得られるR−T−B系希土類磁石粉末の残留磁束密度の低下を招くことから原料合金中のCo量は15.0at.%以下とするのが好ましい。
本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金中のB量は4.5at.%以上7.5at.%以下である。B量が4.5at.%未満であると、RFe17相等が析出するために磁気特性が低下し、またB量が7.5at.%を超えると得られるR−T−B系希土類磁石粉末の残留磁束密度が低くなる。B量は、好ましくは5.0at.%以上7.0at.%以下である。
本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金中のAl量はR量に対してAl(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.40〜0.75を満たすものである。本発明において、AlはR−T−B系希土類磁石粉末の粒界に余剰のRを均一に拡散させる効果があると考えられる。例えばRにNdを用いた場合には、NdとAlの共晶反応が630℃程度であることから、HDDR処理中にNd−Alの液相が発生している可能性がある。この液相が完全排気工程において余剰なNdを均一に粒界に拡散させる効果があると考えられる。Al(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}が0.40未満の場合には拡散が均一に進行せず、0.75を超える場合には得られるR−T−B系希土類磁石粉末に磁化の低い粒界相が増加するために粉末の残留磁束密度が低下する。好ましくはAl(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.45〜0.70である。
さらに、本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金はGa及びZrを含むことが好ましい。原料合金中のGa量は0.1at.%以上0.6at.%以下であることが好ましい。Ga量が0.1at.%未満であると保磁力向上への効果が小さく、0.6at.%を超えると得られるR−T−B系希土類磁石粉末の残留磁束密度が低下する。また、原料合金中のZr量は0.05at.%以上0.15at.%以下であることが好ましい。Zr量が0.05at.%未満では残留磁束密度向上への効果が小さく、0.15at.%を超えると得られるR−T−B系希土類磁石粉末の残留磁束密度が低下する。
また、本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金は、上記元素の他にTi、V、Nb、Cu、Si、Cr、Mn、Zn、Mo、Hf、W、Ta、Snのうち1種または2種以上の元素を含有していてもよい。これらの元素を添加することにより、R−T−B系希土類磁石粉末の磁気特性を上げることができる。これらの元素の含有量は合計で2.0at.%以下とすることが望ましい。これらの元素の含有量が2.0at.%を超える場合には、残留磁束密度の低下や他相の析出を招くことがある。
(原料合金粉末の作製)
R−T−B系希土類磁石粉末の原料合金としては、ブックモールド法、遠心鋳造法で作製したインゴットやストリップキャスト法で作製したストリップを用いることができる。これらの合金は鋳造時に組成の偏析が生じることから、HDDR処理の前に組成の均質化熱処理を行なっても良い。均質化熱処理は真空もしくは不活性ガス雰囲気中にて好ましくは950℃以上1200℃以下、より好ましくは1000℃以上1170℃以下で行われる。次に、粗粉砕と微粉砕を行い、HDDR処理用原料合金粉末とする。粗粉砕にはジョークラッシャーなどを用いることができる。その後、一般的な水素吸蔵粉砕、機械粉砕を行いR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金粉末とする。
次に、前記原料合金粉末を用いてR−T−B系希土類磁石粉末を製造する方法について説明する。
(HDDR処理)
HDDR処理は水素化によりR−T−B系原料合金をα−Fe相、RH相、FeB相に分解するHD工程と、減圧により、水素を排出し、前記各相からNdFe14Bを生成する逆反応を起こすDR工程から成る。DR工程の排気工程は予備排気工程と完全排気工程から成る。
(HD工程)
HD工程における処理温度は700℃以上870℃以下で行うことが好ましい。ここで処理温度を700℃以上としたのは700℃未満では反応が進行しないためであり、870℃以下としたのは、反応温度が870℃を超えると結晶粒が成長してしまい、保磁力が低下してしまうためである。雰囲気は水素分圧20kPa以上90kPa以下の水素ガスと不活性ガスの混合雰囲気で行うことが好ましく、水素分圧が40kPa以上80kPa以下であることがより好ましい。これは20kPa未満では反応が進行せず、90kPaを超えては反応性が高くなりすぎ、磁気特性が低下するためである。処理時間は30分以上10時間以下であることが好ましく、1時間以上7時間以下であることがより好ましい。
(DR工程−予備排気工程)
予備排気工程における処理温度は800℃以上900℃以下で行う。ここで処理温度を800℃以上としたのは800℃未満では脱水素が進行しない為であり、900℃以下としたのは900℃を超えては結晶粒が過度に成長してしまい、保磁力が低下するためである。予備排気工程では真空度を2.5kPa以上4.0kPa以下として行うことが好ましい。これはRH相から水素を除去する為である。予備排気工程においてRH相から水素を除去することにより、結晶方位の揃ったRFeBH相を得ることができる。処理時間は30分以上180分以下で行う。
(DR工程−完全排気工程)
完全排気工程における処理温度は650℃以上900℃以下で行う。ここで処理温度を650℃以上としたのは650℃未満では脱水素が進行しない為に保磁力が向上しない為である。また900℃以下としたのは900℃を超えては結晶粒が過度に成長してしまい、保磁力が低下するためである。完全排気工程における処理温度は、より好ましくは700℃以上850℃以下である。
完全排気工程では、予備排気工程の雰囲気からさらに排気を行って最終的な真空度を1Pa以下とする。完全排気工程全体の処理時間を30分以上330分以下とし、特に真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間を10分以上300分以下とする。完全排気工程全体の処理時間は好ましくは80分以上330分以下、より好ましくは100分以上330分以下である。真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間は、好ましくは15分以上300分以下、より好ましくは40分以上280分以下、更に好ましくは60分以上280分以下である。真空度は、連続的に下げても良いし、段階的に下げても良い。完全排気工程全体の処理時間が30分未満であると脱水素が不完全となり保磁力が低下し、330分を超えると結晶粒が過度に成長し、保磁力の低下を招く。
本発明においては、DR工程中のR−Alの液相が存在する温度において、R−Rich相から水素が解離する真空度2000Pa以下で長時間保持することにより、R−Rich相のR14B主相の粒界への均一な拡散が促進された結果、保磁力が向上すると考えられる。
完全排気工程における処理温度は予備排気工程と同様に800℃以上900℃以下で行うことができる。この場合には、完全排気工程全体の処理時間を30分以上150分以下とし、特に真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間を10分以上140分以下とすることが好ましい。より好ましくは真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間を15分以上120分以下とする。完全排気工程全体の処理時間は150分を超えてもよいが、それ以上の保磁力向上効果は得られない。
完全排気工程における処理温度を800℃以上900℃以下とする場合には、本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金中のR量は12.5at.%以上14.3at.%以下、Al量はR量に対してAl(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.40〜0.75を満たすものであることが好ましい。より好ましくは、R量は12.8at.%以上14.0at.%以下、Al(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.45〜0.70である。
このとき、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成はR量が12.5at.%以上14.3at.%以下であることが好ましい。平均組成のR量は、より好ましくは12.8at.%以上14.0at.%以下である。
このとき、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成はAl量が1.0at.%以上3.0at.%以下であることが好ましい。より平均組成のAl量は、好ましくは1.5at.%以上2.5at.%以下である。
また、このとき、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の粒界相の組成はR量が13.5at.%以上30.0at.%以下、Al量が1.0at.%以上5.0at.%以下であることが好ましい。より好ましくは、粒界相組成のR量は、20.0at.%以上30.0at.%以下、Al量は1.5at.%以上4.0at.%以下である。
完全排気工程における処理温度は650℃以上800℃以下で行うことができる。この場合には、完全排気工程全体の処理時間を80分以上330分以下とし、特に真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間を60分以上300分以下とすることが、保磁力向上のために好ましい。より好ましくは完全排気工程全体の処理時間が100分以上330分以下、真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間が80分以上300分以下、更により好ましくは完全排気工程全体の処理時間が140分以上330分以下、真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間が100分以上280分以下である。
完全排気工程における処理温度を650℃以上800℃以下、完全排気工程全体の処理時間を80分以上330分以下とする場合には、本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金中のR量は12.5at.%以上17.0at.%以下、Al量はR量に対してAl(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.40〜0.75を満たすものであることが好ましい。より好ましくは、R量は12.8at.%以上16.5at.%以下、Al(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.45〜0.70である。
このとき、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成はR量が12.5at.%以上17.0at.%以下であることが好ましい。平均組成のR量は、より好ましくは12.8at.%以上16.5at.%以下である。
このとき、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成はAl量が1.0at.%以上5.0at.%以下であることが好ましい。平均組成のAl量は、より好ましくは1.5at.%以上4.5at.%以下である。
また、このとき、本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金中のR量は12.5at.%以上17.0at.%以下、Al量はR量に対してAl(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.40〜0.75を満たすものであることが好ましい。より好ましくは、R量は12.8at.%以上16.5at.%以下、Al(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.45〜0.70である。
完全排気工程における処理温度を650℃以上800℃以下、完全排気工程全体の処理時間を80分以上330分以下とする場合には、本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の原料合金中のR量は13.8at.%以上17.0at.%以下、Al量はR量に対してAl(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.40〜0.75を満たすものであることがより好ましい。更に好ましくは、R量は14.0at.%以上16.5at.%以下、Al(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.45〜0.70である。
このとき、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成はR量が13.8at.%以上17.0at.%以下であることが好ましい。平均組成のR量は、より好ましくは14.0at.%以上16.5at.%以下である。
このとき、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成はAl量が1.8at.%以上5.0at.%以下であることが好ましい。平均組成のAl量は、より好ましくは2.0at.%以上4.5at.%以下である。
また、このとき、本発明に係るR−T−B系希土類磁石粉末の粒界相の組成はR量が14.0at.%以上35.0at.%以下、Al量が2.0at.%以上7.0at.%以下であることが好ましい。より好ましくは、粒界相組成のR量は、20.0at.%以上33.0at.%以下、Al量は2.2at.%以上6.0at.%以下である。
本発明においては、DR工程中のR−Alの液相が存在する温度であって比較的低い温度で、R−Rich相から水素が解離する真空度2000Pa以下で低速で脱水素することにより、保磁力が向上する。とりわけ、R及びAlが多く含まれる原料合金に対して低温かつ低速で脱水素を行った場合に、保磁力が大きく向上する。
完全排気工程終了後、冷却を行う。冷却はAr中にて急冷することにより、磁石粉末の結晶粒成長を防止することができる。
次に、本発明に係るボンド磁石について述べる。
本発明に係るボンド磁石は、R−T−B系希土類磁石粉末と結合剤樹脂とその他添加剤とからなる樹脂組成物を成形し、着磁して製造することができる。
前記樹脂組成物は、R−T−B系希土類磁石粉末を85〜99重量%含有し、残部が結合剤樹脂とその他添加剤とからなる。
前記結合剤樹脂としては、成形法によって種々選択することができ、射出成形、押し出し成形及びカレンダー成形の場合には熱可塑性樹脂が使用でき、圧縮成形の場合には、熱硬化性樹脂が使用できる。前記熱可塑性樹脂としては、例えば、ナイロン(PA)系、ポリプロピレン(PP)系、エチレンビニルアセテート(EVA)系、ポリフェニレンサルファイド(PPS)系、液晶樹脂(LCP)系、エラストマー系、ゴム系等の樹脂が使用でき、前記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系、フェノール系等の樹脂を使用することができる。
なお、R−T−B系希土類磁石粉末を結合剤樹脂と混合するに際して、流動性、成形性を改善しR−T−B系希土類磁石粉末の磁気特性を十分に引き出すために、必要により、結合剤樹脂の他に可塑剤、滑剤、カップリング剤など周知の添加物を使用してもよい。また、フェライト磁石粉末などの他種の磁石粉末を混合することもできる。
これらの添加物は、目的に応じて適切なものを選択すればよく、可塑剤としては、それぞれの使用樹脂に応じた市販品を使用することができ、その合計量は使用する結合剤樹脂に対して0.01〜5.0重量%程度が使用できる。
前記滑剤としては、ステアリン酸とその誘導体、無機滑剤、オイル系等が使用でき、ボンド磁石全体に対して0.01〜1.0重量%程度が使用できる。
前記カップリング剤としては、使用樹脂とフィラーに応じた市販品が使用でき、使用する結合剤樹脂に対して0.01〜3.0重量%程度が使用できる。
他の磁性粉末としては、フェライト磁石粉末、アルニコ系磁石粉末、希土類系磁石粉末などが使用できる。
R−T−B系希土類磁石粉末と結合剤樹脂との混合は、ヘンシェルミキサー、V字ミキサー、ナウター等の混合機などで行うことができ、混練は一軸混練機、二軸混練機、臼型混練機、押し出し混練機などで行うことができる。
本発明に係るボンド磁石は、R−T−B系希土類磁石粉末と結合剤樹脂とを混合し、射出成形、押出成形、圧縮成形又はカレンダー成形等の周知の成形法で成形加工した後、常法に従って電磁石着磁やパルス着磁することにより、ボンド磁石とすることができる。
ボンド磁石の磁気特性は目的とする用途に応じて種々変化させることができるが、残留磁束密度は350〜900mT(3.5〜9.0kG)であり、保磁力は239〜1750kA/m(3000〜22000Oe)であり、最大エネルギー積は23.9〜198.9kJ/m(3〜25MGOe)であることが好ましい。
以下に、本発明の実施例と比較例を詳細に示す。
本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成及び原料合金の組成の分析には、B及びAlの分析にはICP発光分光分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック製:iCAP6000)を用い、B及びAl以外の分析については蛍光X線分析装置(理学電機工業株式会社製:RIX2011)を用いた。
粒界の組成分析にはエネルギー分散形X線分析装置(日本電子株式会社製:JED−2300F)を用いた。
本発明におけるR−T−B系希土類磁石粉末の磁気特性として、保磁力(Hcj)、最大エネルギー積(BHmax)、残留磁束密度(Br)を振動試料型磁束計(VSM:東英工業製VSM−5型)にて測定した。
(原料合金粉末の作製)
表1に示す各組成の合金インゴットA1〜A11を作製した。これらの合金インゴットを真空雰囲気下において1150℃で20時間の熱処理をし、組成の均質化を行なった。均質化熱処理後、ジョークラッシャーを用いて粗粉砕を行い、さらに水素吸蔵させ、機械粉砕を行って、原料合金粉末A1〜A11を得た。
(実施例1)
(HDDR処理−HD工程)
HD工程では5kgの原料合金粉末A1を炉に仕込み水素分圧が60kPaである全圧100kPa(大気圧)の水素−Ar混合気体中で840℃まで昇温し200分保持した。
(HDDR処理−予備排気工程)
HD工程終了後、ロータリーポンプで真空排気を行い、炉内の真空度を3.2kPaとする予備排気工程を行った。真空排気系のバルブ開度の調整により真空度は3.2kPaを維持し、処理温度は840℃とし、100分保持して脱水素を行なった。
(HDDR処理−完全排気工程)
予備排気工程終了後、さらに、真空排気を行い、炉内の真空度を3.2kPaから最終的に1Pa以下となるように完全排気工程を行った。処理温度は840℃とし、完全排気工程全体の処理時間を90分とし、そのうち、1Pa以上2000Pa以下の真空度で保持する時間を50分とし、粉末に残存する水素を除去した。得られた粉末を冷却してR−T−B系希土類磁石粉末を得た。得られたR−T−B系希土類磁石粉末の平均組成は原料合金組成と同等であった。
(実施例2)
原料合金粉末A2を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例3)
原料合金粉末A2を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理の予備排気工程までを行なった。その後、完全排気工程において、処理温度は840℃とし、完全排気工程全体の処理時間を45分とし、そのうち、1Pa以上2000Pa以下の真空度で保持する時間を15分とし、粉末に残存する水素を除去した。得られた粉末を冷却してR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例4)
原料合金粉末A3を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例5)
原料合金粉末A4を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例6)
原料合金粉末A8を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例7)
原料合金粉末A3を用い完全排気工程の温度を725℃、保持時間を160分とし、その内2000Pa以下の真空度で保持する時間を120分とした以外は実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例8)
原料合金粉末A4を用いたほかは実施例7と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例9)
原料合金粉末A8を用いたほかは実施例7と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例10)
原料合金粉末A9を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(実施例11)
原料合金粉末A10を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(比較例1)
原料合金粉末A5を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(比較例2)
原料合金粉末A5を用いたほかは実施例3と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(比較例3)
原料合金粉末A6を用いたほかは実施例3と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(比較例4)
原料合金粉末A7を用いたほかは実施例3と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(比較例5)
原料合金粉末A11を用いたほかは実施例1と同様にしてHDDR処理を行なってR−T−B系希土類磁石粉末を得た。
(結果)
表2において実施例1〜9及び11では1300kA/m以上の保磁力を得られている。特に実施例1、5、6、8、9及び11において1500kA/m/の高い保磁力が得られている。これは、完全排気工程において時間をかけて排気を行ったため、Nd−Rich相が粒界に拡散した為であると推察される。また、実施例7〜9では完全排気工程の温度を下げ、さらに排気を低速化することにより高い保磁力が得られている。特に、実施例9においては、Nd及びAlが多く含まれる原料合金を用い、低温かつ低速で脱水素を行ったために保磁力向上の効果が大きい。
実施例10ではGaを使用していないことから保磁力の値が低くなっているが、比較例5と比較するとAl添加により保磁力向上の効果が現れている。
実施例11ではZrを使用していないことから残留磁束密度の値は低くなっているが、Al添加の効果により高い保磁力が得られている。
また、比較例1〜5においては、Alを添加していない、もしくはAl量が少ないことから十分な保磁力を得られていない。本発明においては、Nd−Alが630℃程度で溶融し、Nd−Rich相が粒界に拡散しやすくなるが、Al量が十分でない場合にはHDDR処理の温度ではNdが溶融しにくいことから、Nd−Rich相の粒界への拡散が起こりにくくなり、磁気特性に優れた磁石粉末が得られなかったと推察される。
また、比較例1と比較例2とを対比すると、完全排気工程における1Pa以上2000Pa以下の保持時間を長くしても保磁力が向上していない。従って、本発明は、余剰のNdとAlを一定量以上共存させることによりHDDR処理の過程でNd−Alの溶融が起こり、さらに完全排気工程において真空度1Pa以上2000Pa以下で保持し、低速で脱水素を行なうことがNd−Rich相の粒界への拡散を促進するものである。
図1に実施例1において得られたNd−Fe−B系希土類磁石粉末の電子顕微鏡写真を示す。黒い部分が結晶粒であり、白い部分が結晶粒に比べてNd量の多いNd−Rich相である。実施例1のNd−Rich相の組成はAl量が3.13at.%、Nd量が27.2at.%であった。写真から、結晶粒の界面に連続的に粒界相が形成されていることが確認できる。
本発明のR−T−B系希土類磁石粉末は、主相間に存在する粒界組成を制御し、主相間の磁気的結合を弱めることにより、保磁力に優れたR−T−B系希土類磁石粉末を得ることができる。また、本発明のR−T−B系希土類磁石粉末の製造方法によれば、Dy等の高価な希少資源を用いることなく、HDDR工程以外の追加工程なしに保磁力に優れたR−T−B系希土類磁石粉末を製造することができる。

Claims (5)

  1. R−T−B系希土類磁石粉末において、該粉末はR(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含み、該粉末の平均組成はR量が12.5at.%以上17.0at.%以下であり、B量が4.5at.%以上7.5at.%以下であり、Al量が1.0at.%以上5.0at.%以下であって、該粉末は、R14B磁性相を含む結晶粒と粒界相とから成り、粒界相はR(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含み、粒界相の組成はR量が13.5at.%以上35.0at.%以下、Al量が1.0at.%以上7.0at.%以下であることを特徴とするR−T−B系希土類磁石粉末。
  2. R−T−B系希土類磁石粉末がGa及びZrを含み、該粉末の平均組成は、Co量が15.0at.%以下であり、Ga量が0.1at.%以上0.6at.%以下であり、Zr量が0.05at.%以上0.15at.%以下である請求項1に記載のR−T−B系希土類磁石粉末。
  3. HDDR処理によってR−T−B系希土類磁石粉末を得る製造方法において、原料合金が、R(R:Yを含む一種以上の希土類元素)、T(T:Fe、またはFe及びCo)、B(B:ホウ素)及びAl(Al:アルミニウム)を含み、該原料合金の組成はR量が12.5at.%以上17.0at.%以下であり、B量が4.5at.%以上7.5at.%以下であり、Al量がR量に対してAl(at.%)/{(R(at.%)−12)+Al(at.%)}=0.40〜0.75を満たすものであって、HDDR処理のDR工程における処理温度を650℃から900℃とし、DR工程中の排気工程における真空度が1Pa以上2000Pa以下での保持時間を10分以上300分以下とし、最終的な真空度を1Pa以下とする請求項1又は2に記載のR−T−B系希土類磁石粉末の製造方法。
  4. 原料合金がGa及びZrを含み、該原料合金の組成はCo量が15.0at.%以下であり、Ga量が0.1at.%以上0.6at.%以下であり、Zr量が0.05at.%以上0.15at.%以下である請求項3に記載のR−T−B系希土類磁石粉末の製造方法。
  5. 請求項1又は2に記載のR−T−B系希土類磁石粉末を用いたボンド磁石。
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