JP6183457B2 - 希土類磁石とその製造方法 - Google Patents
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Description
平均粒径が1000nm以下であり、芯部とその周囲の外郭部とから構成され、芯部はR2よりもR1がリッチな組成、あるいはR1とR2の濃度が同じ組成を有し、外郭部はR1よりもR2がリッチな組成を有している結晶粒を備えているものである。
結晶粒が芯部とその周囲の外郭部とから構成され、芯部におけるCe/(Nd+Ce)は外郭部におけるCe/(Nd+Ce)よりも大きい組成を有している結晶粒を備えているものである。
Hc=αHa−NMs ・・・・・・・・・(式1)
ここで、Hc:保磁力、α:結晶粒間の分断性が寄与する因子、Ha:結晶磁気異方性(結晶粒材料に固有)、N:結晶粒の粒径が寄与する因子、Ms:飽和磁化(結晶粒材料に固有)
Neff=(Ha−Hc)/Ms・・・・・・・・(式2)
Neffと結晶粒径Dの関係を希土類磁石で実験的に求めると図4のようになり、以下の式3で表すことができる。
Neff=0.25Ln(D)−0.475・・・・・・(式3)
D≦exp(4(Ha−Hc)/Ms+1.7)・・・(式4)
図1は本発明の希土類磁石のミクロ構造を説明した模式図であり、図2は図1のII−II線上の各位置における磁気異方性を説明した図である。図示する希土類磁石100は、多数の結晶粒10が粒界20を介して併設したミクロ構造を呈している。なお、図示例の結晶粒10は六角形の断面形状を呈しているが、四角形(長方形、ヒシ形)や楕円形など、その断面形状は多様である。
次に、図1で示す希土類磁石100の製造方法を説明する。
(Nd(1−x)Cex)yFe100−y−w−z−vCowBzGav(x=1、y=13.5、z=5.8、w=4、v=0.5)の組成の合金を、液体急冷によりナノ結晶化した(アモルファスを熱処理してもよい)。ここで、実施急冷条件としては、溶湯温度が1450℃、不活性雰囲気(Ar減圧雰囲気)で、周速20〜40m/sである。このナノ結晶組織を有するリボンをダイスに詰め、加圧・加熱を施して成形体を製造した。ここで、実施成形条件としては、成形圧が200MPa、温度が650℃、保持時間が180sである。この成形体に熱間塑性加工(強加工)を施し、配向したナノ結晶組織とした。ここで実施強加工条件としては、加工温度が750℃、歪速度が0.1〜10/s、加工法は据え込み加工である。この据え込み加工にて製造された希土類磁石前駆体(芯部)はCe2Fe14Bであり、Nd2Fe14Bより保磁力が低いセミハード状態である。そこで、Nd70Cu30の低融点合金をセミハード状態の希土類磁石前駆体に接触させ、融解する温度で熱処理を実施した。ここで、実施熱処理条件としては、熱処理温度が700℃、処理時間165〜360min、接触合金量10wt%(希土類磁石前駆体に対して)である。なお、Nd70Cu30合金は、Nd(高純度化学製)とCu(高純度化学製)を秤量後、アーク溶解させ、液体急冷により作製した。
Nd70Cu30の接触合金量を20wt%とし、それ以外は実施例1と同様にしてコア−シェル型の結晶粒を有する磁石を得た。体積分率とNd濃度の測定結果を以下に示す。
結晶粒(芯部+外殻部):(Nd0.31Ce0.69)2Fe14B
芯部:Ce2Fe14B、53.6%
外郭部:(Nd0.669Ce0.331)2Fe14B、46.4%
外郭部のNd濃度:66.9%
全体のNd濃度:31.0%
Nd70Cu30の接触合金量を40wt%とし、それ以外は実施例1と同様にしてコア−シェル型の結晶粒を有する磁石を得た。体積分率とNd濃度の測定結果を以下に示す。
結晶粒(芯部+外殻部):(Nd0.337Ce0.663)2Fe14B
芯部:Ce2Fe14B、53.5%
外郭部:(Nd0.726Ce0.274)2Fe14B、46.5%
外郭部のNd濃度:72.6%
全体のNd濃度:33.7%
実施例1に示す式において、x=0.75である合金((Nd0.25Ce0.75)13.5Fe76.2Co4B5.8Ga0.5)を出発材料とし、磁石を製造後、Nd70Cu30を接触させることなく、芯部と外郭部の境界のない、磁石相のNd2Fe14BとCe2Fe14Bが混合されている結晶粒を有する磁石(強加工体、(Nd0.25Ce0.75)2Fe14B)を作製した。
実施例1に示す式において、x=0.5である合金((Nd0.5Ce0.5)13.5Fe76.2Co4B5.8Ga0.5)を出発材料とし、磁石を製造後、Nd70Cu30を接触させることなく、芯部と外郭部の境界のない、磁石相のNd2Fe14BとCe2Fe14Bが混合されている結晶粒を有する磁石(強加工体、(Nd0.5Ce0.5)2Fe14B)を作製した。
実施例1に示す式において、x=0.25である合金((Nd0.75Ce0.25)13.5Fe76.2Co4B5.8Ga0.5)を出発材料とし、磁石を製造後、Nd70Cu30を接触させることなく、芯部と外郭部の境界のない、磁石相のNd2Fe14BとCe2Fe14Bが混合されている結晶粒を有する磁石(強加工体、(Nd0.75Ce0.25)2Fe14B)を作製した。
実施例1に示す式において、x=1である合金(Ce13.5Fe76.2Co4B5.8Ga0.5)を出発材料とし、磁石を製造後、Nd70Cu30を接触させることなく、芯部と外郭部の境界のない結晶粒を有する磁石(強加工体、(Ce13.5Fe76.2Co4B5.8Ga0.5)を作製した。
実施例1に示す式において、x=0である合金(Nd13.5Fe76.2Co4B5.8Ga0.5)を出発材料とし、磁石を製造後、Nd70Cu30を接触させることなく、芯部と外郭部の境界のない結晶粒を有する磁石(強加工体、(Nd13.5Fe76.2Co4B5.8Ga0.5)を作製した。
化学合成したFeナノ粒子(粒径100nm程度)に、Sm71Cu29合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行いコア−シェル型の磁石を得た。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。SEM観察結果及びEDX分析結果を図20に示す。
化学合成したFeナノ粒子(粒径100nm程度)に、Sm72.5Fe27.5合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。SEM観察結果及びEDX分析結果を図21に示す。
Fe3N粒子(粒径3μm程度)に、Sm71Cu29合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。SEM観察結果及びEDX分析結果を図22に示す。
Fe3N粒子(粒径3μm程度)に、Sm72.5Fe27.5合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。
Fe4N粒子(粒径3μm程度)に、Sm71Cu29合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。SEM観察結果及びEDX分析結果を図23に示す。
Fe4N粒子(粒径3μm程度)に、Sm72.5Fe27.5合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。
Fe粒子(粒径50μm程度)に、Sm71Cu29合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。SEM観察結果及びEDX分析結果を図24に示す。
Fe粒子(粒径50μm程度)に、Sm72.5Fe27.5合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。SEM観察結果及びEDX分析結果を図25に示す。
Co粒子(粒径50μm程度)に、Sm71Cu29合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。SEM観察結果及びEDX分析結果を図26に示す。
Co粒子(粒径50μm程度)に、Sm72.5Fe27.5合金の急冷薄帯を混合させて、800℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。SEM観察結果及びEDX分析結果を図27に示す。
Fe92B8粒子に、Nd70Cu30合金の急冷薄帯を混合させて、580℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。
Fe83B17粒子に、Nd70Cu30合金の急冷薄帯を混合させて、580℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。
Fe67B33粒子に、Nd70Cu30合金の急冷薄帯を混合させて、580℃で30分間熱処理を行った。得られた粒子の磁気特性をVSMにて、組織をSEMにて観察した。
Claims (17)
- (R2(1−x)R1x)yFe100−y−w−z−vCowBzTMv(ここで、R2は、Nd及びPrの少なくとも1種であり、R1は、Ce、La、Gd、Y、Scの少なくとも1種もしくは2種以上の合金であり、TMはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、Mnの少なくとも1種であり、0<x<1、y=12〜20、z=5.6〜6.5、w=0〜8、v=0〜2)の全体組成を有し、かつ、
平均粒径が1000nm以下であり、芯部とその周囲の外郭部とから構成され、芯部はR2よりもR1がリッチな組成、あるいはR1とR2の濃度が同じ組成を有し、外郭部はR1よりもR2がリッチな組成を有している結晶粒を備えている、
希土類磁石。 - (R2 (1−x) R1 x ) y Fe 100−y−w−z−v Co w B z TM v (ここで、R2は、Nd及びPrの少なくとも1種であり、R1は、Ce、La、Gd、Y、Scの少なくとも1種もしくは2種以上の合金であり、TMはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、Mnの少なくとも1種であり、0<x<1、y=12〜20、z=5.6〜6.5、w=0〜8、v=0〜2)の全体組成を有し、かつ、
平均粒径が1000nm以下であり、芯部とその周囲の外郭部とから構成され、芯部におけるR1/(R2+R1)が外郭部におけるR1/(R2+R1)よりも大きい組成を有している結晶粒を備えている、
希土類磁石。 - 前記芯部におけるR1/(R2+R1)が0.25以上1以下である、請求項2に記載の希土類磁石。
- (Nd(1−x)Cex)yFe100−y−w−z−vCowBzTMv(ここで、TMはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、Mnの少なくとも1種であり、0<x<1、y=12〜20、z=5.6〜6.5、w=0〜8、v=0〜2)の全体組成を有し、かつ、
平均粒径が1000nm以下であり、芯部とその周囲の外郭部とから構成され、芯部におけるCe/(Nd+Ce)が外郭部におけるCe/(Nd+Ce)よりも大きい組成を有している結晶粒を備えている、
希土類磁石。 - 前記芯部のCe/(Nd+Ce)が0.25以上1以下である、請求項4に記載の希土類磁石。
- 前記結晶粒の平均粒径が500nm以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の希土類磁石。
- (R2(1−x)R1x)yFe100−y−w−z−vCowBzTMv(ここで、R2は、Nd及びPrの少なくとも1種であり、R1は、Ce、La、Gd、Y、Scの少なくとも1種もしくは2種以上の合金であり、TMはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、Mnの少なくとも1種であり、0<x≦1、y=12〜20、z=5.6〜6.5、w=0〜8、v=0〜2)の組成を有する磁粉を使用し、熱間プレスを行って希土類磁石前駆体を製造する第1のステップ、
R2元素もしくはR2−TM合金からなる改質金属を前記希土類磁石前駆体に拡散浸透させることにより、平均粒径が1000nm以下でかつ芯部とその周囲の外郭部とから構成され、該芯部はR2よりもR1がリッチな組成、あるいはR1とR2の濃度が同じ組成を有し、該外郭部はR1よりもR2がリッチな組成を有している結晶粒を備えた希土類磁石を製造する第2のステップ、
を含む希土類磁石の製造方法。 - (R2 (1−x) R1 x ) y Fe 100−y−w−z−v Co w B z TM v (ここで、R2は、Nd及びPrの少なくとも1種であり、R1は、Ce、La、Gd、Y、Scの少なくとも1種もしくは2種以上の合金であり、TMはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、Mnの少なくとも1種であり、0<x≦1、y=12〜20、z=5.6〜6.5、w=0〜8、v=0〜2)の組成を有する磁粉を使用し、熱間プレスを行って希土類磁石前駆体を製造する第1のステップ、
R2元素もしくはR2−TM合金からなる改質金属を前記希土類磁石前駆体に拡散浸透させることにより、平均粒径が1000nm以下でありかつ芯部とその周囲の外郭部とから構成され、芯部におけるR1/(R2+R1)は外郭部におけるR1/(R2+R1)よりも大きい組成を有している結晶粒を備えた希土類磁石を製造する第2のステップ、
を含む希土類磁石の製造方法。 - (Nd (1−x) Ce x ) y Fe 100−y−w−z−v Co w B z TM v (ここで、TMはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、Mnの少なくとも1種であり、0<x≦1、y=12〜20、z=5.6〜6.5、w=0〜8、v=0〜2)を有する磁粉を使用し、熱間プレスを行って希土類磁石前駆体を製造する第1のステップ、
Nd元素もしくはNd−TM合金からなる改質金属を前記希土類磁石前駆体に拡散浸透させることにより、平均粒径が1000nm以下でありかつ芯部とその周囲の外郭部とから構成され、芯部におけるCe/(Nd+Ce)は外郭部におけるCe/(Nd+Ce)よりも大きい組成を有している結晶粒を備えた希土類磁石を製造する第2のステップ、
を含む希土類磁石の製造方法。 - 上記xが0.25以上1以下である、請求項7〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のステップでは、熱間プレス加工を行って成形体を製造し、この成形体に熱間塑性加工を行って希土類磁石前駆体を製造する、請求項7〜10のいずれか1項に記載の希土類磁石の製造方法。
- 前記結晶粒の平均粒径が500nm以下である、請求項7〜11のいずれか1項に記載の希土類磁石の製造方法。
- Re−M合金(式中、ReはNd、Smの少なくとも一方であり、Mは合金化することによってこの希土類元素の融点を低下させる元素である)をその融点以上の温度に加熱して溶融させる工程、
前記溶融したRe−M合金と、軟磁性粒子とを接触させ、前記Re−M合金中のReを前記軟磁性粒子に拡散させる工程
を含む、希土類磁石の製造方法。 - Re−M合金(式中、ReはNd、Smの少なくとも一方であり、Mは合金化することによってこの希土類元素の融点を低下させる元素である)をその融点以上の温度に加熱して溶融させる工程、
前記溶融したRe−M合金と、磁性粒子(希土類元素を含有する磁性粒子を除く)とを接触させ、前記Re−M合金中のReを前記磁性粒子(希土類元素を含有する磁性粒子を除く)に拡散させる工程
を含む、希土類磁石の製造方法。 - Re−M合金(式中、ReはNd、Smの少なくとも一方であり、Mは合金化することによってこの希土類元素の融点を低下させる元素である)をその融点以上の温度に加熱して溶融させる工程、
前記溶融したRe−M合金と、Fe粒子、Fe 3 N粒子、Fe 4 N粒子、Co粒子、Fe 92 B 8 粒子、Fe 83 B 17 粒子、及びFe 67 B 33 粒子から選ばれる1種以上の磁性粒子とを接触させ、前記Re−M合金中のReを前記磁性粒子に拡散させる工程
を含む、希土類磁石の製造方法。 - 前記Re−M合金の融点が800℃以下である、請求項13〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記MがCu、Fe、Al、Gaの少なくとも1種である、請求項13〜16のいずれか1項に記載の方法。
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