JP6201446B2

JP6201446B2 - 焼結磁石

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Description

本発明は、焼結磁石、より詳しくは、希土類元素（Ｒ）、鉄（Ｆｅ）及びホウ素（Ｂ）を少なくとも必須元素として含むＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に関する。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、優れた磁気特性を有することから、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ハイブリッド車に搭載するモータ等の各種モータや、家電製品等に使用されている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石をモータ等に使用する場合、高温での使用環境に対応するために、耐熱性に優れ、しかも高い保磁力を有することが要求される。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力（ＨｃＪ）を向上させる手法として、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相の結晶磁気異方性を向上させるために、主としてＮｄやＰｒ等の軽希土類元素が適用される希土類元素Ｒの一部を、ＤｙやＴｂ等の重希土類元素で置換することが行われている。モータ等に使用できるほどの保磁力を有する磁石を、重希土類元素を使用しないで製造することは、これまで困難な傾向にあった。

しかしながら、ＤｙやＴｂは、ＮｄやＰｒと比較して、資源的にも希少であり、高価である。近年では、ＤｙやＴｂは、それらを多量に使用する高保磁力型のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の急速な需要の拡大によって、供給不安が深刻化している。そのため、ＤｙやＴｂの使用を極力減らした組成でも、モータ等に適用するために必要な保磁力を得ることが求められている。

これまで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組成を変えて、磁気特性の向上等を図る提案が数多くなされている。例えば、下記特許文献１には、Ｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ａｌ−Ｃｕ系希土類焼結磁石材料において、Ｍ−Ｂ系化合物、Ｍ−Ｂ−Ｃｕ系化合物、Ｍ−Ｃ系化合物（ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうち１種又は２種以上）のうち少なくとも２種以上が合金組織中に析出したことにより、高炭素、低酸素濃度においても、異常粒の成長が抑制され、最適焼結温度幅も広がり、良好な磁気特性を有するようになることが示されている。

特開２００６−２１０８９３号公報

上記のように、組成を調整することによってＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性を向上させる方法は知られているものの、ＤｙやＴｂ等の重希土類元素によらずに、その他の元素の含有量等を調整することによって、モータ等に適用できるほどの保磁力を得ることは未だ困難な傾向にあった。
そこで、本発明はそのような事情に鑑みてなされたものであり、重希土類元素の使用量を少なくしても、高い保磁力を得ることができる焼結磁石を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の焼結磁石は、Ｒ（Ｒは、希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｎｄ及びＰｒのいずれか一方を必ず含む。）：２９．５〜３３．０質量％、Ｂ：０．７〜０．９５質量％、Ａｌ：０．０３〜０．６質量％、Ｃｕ：０．０１〜１．５質量％、Ｃｏ：３．０質量％以下（ただし、０質量％は含まず。）、Ｇａ：０．１〜１．０質量％、Ｃ：０．０５〜０．３質量％、Ｏ：０．０３〜０．４質量％、Ｚｒ：０．０３〜１．５質量％、及び、Ｆｅ及びその他の元素：残部、により構成され、且つ、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が形成されていることを特徴とする。

上記本発明の焼結磁石によれば、Ｒ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｃ、Ｏ、Ｚｒ及びＦｅを少なくとも含む組成において、各元素の含有量がそれぞれ上記の範囲となる特定の組成を有することに加えて、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が形成されていることにより、重希土類元素を少なくしても、さらには重希土類元素を含まなくても、高い保磁力を得ることが可能となる。また、ＨｃＪに対する、磁化がＢｒの９０％であるときの磁界の値（Ｈｋ）の比率、いわゆる角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）も優れるようになる。例えば、焼結磁石の全質量中、重希土類元素の含有量を１．０質量％以下としても、高い保磁力や角形比を得ることができる。また、抗折強度も高くできる。

本発明によれば、重希土類元素の使用量を少なくしても、高い保磁力を得ることができる焼結磁石を提供することが可能となる。

好適な実施形態に係る焼結磁石の斜視図である。図１に示す焼結磁石の断面構成を拡大して示す模式図である。図２に示した領域Ｔを拡大して示す模式図である。実施例１の焼結磁石のＦＥ−ＥＰＭＡによる観察結果を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（焼結磁石）
本実施形態の焼結磁石は、Ｒ（Ｒは、希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｎｄ及びＰｒのいずれか一方を必ず含む。）、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｃ、Ｏ、Ｚｒ及びＦｅを少なくとも含む組成を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類焼結磁石である。本実施形態の焼結磁石において、全質量に対する各元素の含有量は、それぞれ以下の通りである。なお、本明細書においては、質量％は重量％と同じ単位であるとみなすこととする。Ｒ：２９．５〜３３質量％、Ｂ：０．７〜０．９５質量％、Ａｌ：０．０３〜０．６質量％、Ｃｕ：０．０１〜１．５質量％、Ｃｏ：３．０質量％以下（ただし、０質量％は含まず。）、Ｇａ：０．１〜１．０質量％、Ｃ：０．０５〜０．３質量％、Ｏ：０．０３〜０．４質量％、Ｚｒ：１．５質量％以下（ただし、０質量％は含まず。）、及び、Ｆｅ及びその他の元素：残部

また、本実施形態の焼結磁石は、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が形成されているものである。ここで、本実施形態の焼結磁石における相とは、焼結磁石の構成元素を分析する手段によって分析したときに、ほぼ同じ組成を有していると認められる領域をいい、それとは異なる組成を有すると認められる領域との区別が可能な状態にあるものである。そして、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相とは、上記分析手段によって一つの相であると認められた領域中にＺｒ、Ｂ及びＣの全てを含むものである。このＺｒ、Ｂ及びＣを含む相においては、当該相の領域中にＺｒ、Ｂ及びＣが含まれていればよく、必ずしも同一の部位にこれらの３元素が存在していなくてもよい。焼結磁石の構成元素を分析する手段としては、例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を適用することができる。

本実施形態の焼結磁石においては、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が少なくとも一部に形成されていればよく、１か所にのみ形成されていても、複数箇所に形成されていてもよい。高いＨｃＪや角形比を得るためには、複数箇所に形成されていると好ましい。また、焼結磁石には、例えば、これらの３元素のうちの１又は２元素しか含まれない相が形成されていてもよい。また、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が、これらの３元素以外の元素を含んでいてもよい。

以下、本実施形態の焼結磁石における各元素の含有量や原子比等の条件について更に詳細に説明する。

まず、本実施形態において、Ｒは、希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｎｄ及びＰｒのいずれか一方を必ず含む。ここで、希土類元素とは、長周期型周期表の第３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイド元素のことをいう。ランタノイド元素には、例えば、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）、ユーロピウム（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）、ルテチウム（Ｌｕ）等が含まれる。Ｒとしては、Ｎｄ及びＰｒのいずれか一方を必ず含み、両方を含有していてもよい。

焼結磁石中のＲの含有量は、２９．５〜３３．０質量％である。Ｒの含有量がこの範囲であると、高いＢｒ及びＨｃＪが得られる傾向にある。Ｒの含有量がこれよりも小さいと、主相であるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相が形成され難くなって、軟磁性を有するα−Ｆｅ相が形成され易くなり、その結果ＨｃＪが低下する。一方、Ｒの含有量がこれよりも大きいとＲ_２Ｔ_１４Ｂ相の体積比率が低くなり、Ｂｒが低下する。Ｒの含有量は、３０．０〜３２．５質量％であってもよい。このような範囲であると、主相であるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相の体積比率が特に高くなり、更に良好なＢｒが得られるようになる。

Ｒとしては、Ｎｄ及びＰｒのいずれか一方を必ず含むが、Ｒ中のＮｄ及びＰｒの割合は、Ｎｄ及びＰｒの合計で８０〜１００原子％であってもよく、９５〜１００原子％であってもよい。このような範囲であると、さらに良好なＢｒ及びＨｃＪが得られるようになる。

焼結磁石は、Ｒとして重希土類元素を含んでいてもよい。ここで、重希土類元素とは、希土類元素のうちの原子番号が大きいものをいい、一般に_６４Ｇｄから_７１Ｌｕまでの希土類元素がこれに該当する。Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類焼結磁石に含まれる重希土類元素としては、主にＤｙ、Ｔｂ及びＨｏが挙げられる。Ｒとして重希土類元素を含む場合は、重希土類元素も含めた希土類元素の合計の含有量が上述した範囲となる。

Ｒとして重希土類元素を含む場合、焼結磁石の全質量中の重希土類元素の含有量は、重希土類元素の合計で１．０質量％以下であると好ましい。重希土類元素の含有量がこのように少ない割合であっても、本実施形態の焼結磁石は、高いＨｃＪを発揮することができる。重希土類元素の含有量は、０．５質量％以下であってもよく、０．１質量％以下であってもよい。重希土類元素の含有量が少ないほど、低コストで焼結磁石を得ることが可能となる。

また、焼結磁石において、Ｂの含有量は、０．７〜０．９５質量％である。このように、本実施形態においては、Ｂの含有量が、Ｒ−Ｔ−Ｂ系の焼結磁石のＲ_２Ｔ_１４Ｂで表される基本組成の化学量論比よりも少ない特定の範囲である。これにより、Ｂリッチ相の生成を抑制してＢｒを向上することが可能となる。Ｂの含有量が上記範囲よりも少ないと、Ｒ_２Ｔ_１７相が析出し易くなってＨｃＪが低下するおそれがある。一方、Ｂの含有量が上記範囲よりも多くでも、やはりＨｃＪが低下するおそれがある。Ｂの含有量は、０．７５〜０．９３質量％であってもよい。このような範囲であると、一層良好なＢｒ及びＨｃＪが得られるようになる。

焼結磁石において、Ａｌの含有量は、０．０３〜０．６質量％であり、０．３質量％以下であることもできる。また、Ｃｕの含有量は０．０１〜１．５質量％であり、０．２質量％以下であることもできる。これらの元素の含有量が上記範囲であることにより、焼結磁石のＨｃＪ、耐食性及び温度特性が向上する。

従来、Ｂ量が少ないとＨｃＪの低下を招き易かったところ、本実施形態においては、Ｃｕを含有することで、例えばＲ_２Ｔ_１４Ｃ相が析出し易くなることによってＲ_２Ｔ_１７相の析出が抑制され、これによりＨｃＪが良好に維持されるようになる。このようなＣｕによる効果は、上述したＢの含有量の場合において特に顕著に得られる傾向にある。Ｃｕの含有割合が０．０１質量％未満であったり１．５質量％を超えたりすると、このような効果が十分に得られず、特に０．０１質量％未満である場合はＢｒの低下も生じる。Ｃｕの含有量は、０．０３〜０．１１質量％であってもよい。

焼結磁石において、Ｃｏの含有量は、０質量％を超え、３．０質量％以下である。Ｃｏは、Ｆｅと同様、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂの基本組成におけるＴで表される元素であり、Ｆｅと同様の相を形成する。Ｃｏを含む相を含むことにより、焼結磁石は、キュリー温度が向上するほか、粒界相の耐食性が向上するため、全体として高い耐食性を有するものとなる。このような効果をより良好に得るために、Ｃｏの含有量は、０．３〜２．５質量％であってもよい。

Ｇａの含有量は、０．１〜１．０質量％である。Ｇａの含有量がこの範囲よりも小さいと、ＨｃＪが不十分となり、この範囲よりも大きいと、飽和磁化が低くなって、Ｂｒが不十分となる。ＨｃＪ及びＢｒをより良好に得るために、Ｇａの含有量は、０．１３〜０．８質量％であってもよい。

Ｃの含有量は、０．０５〜０．３質量％である。Ｃの含有量がこの範囲よりも小さいと、ＨｃＪが不十分となり、この範囲よりも大きいと、角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が不十分となる。ＨｃＪ及び角形比をより良好に得るために、Ｃの含有量は、０．１〜０．２５質量％であってもよい。また、Ｃの含有量は０．０８質量％以上であってもよい。

Ｏの含有量は、０．０３〜０．４質量％である。Ｏの含有量がこの範囲よりも小さいと、焼結磁石の耐食性が不十分となり、この範囲よりも大きいと、焼結磁石中に液相が十分に形成されなくなり、ＨｃＪが低下する。耐食性及びＨｃＪをより良好に得るために、Ｏの含有量は、０．０５〜０．３であってもよく、０．０５〜０．２５であってもよい。

Ｚｒの含有量は、０．０３〜１．５質量％である。Ｚｒは、焼結磁石の製造過程での結晶粒の異常成長を抑制することができるので、Ｚｒをこのような割合で含むことにより、得られる焼結体（焼結磁石）の組織を均一且つ微細にして、磁気特性を向上することができる。Ｚｒの含有量は、０．０３〜０．２５質量％であってもよい。

また、焼結磁石において、Ｎの含有量は、０．１５質量％以下であると好ましい。Ｎの含有量がこの範囲よりも大きいと、ＨｃＪが不十分となる傾向にある。

本実施形態の焼結磁石は、上述した各元素に加え、Ｆｅ及びその他の元素を含み、Ｆｅ及びその他の元素が、焼結磁石の全質量中、上記各元素を合計した含有量を除いた残部を占める。ただし、残部を占める元素のうち、Ｆｅ以外の元素の合計含有量は、焼結磁石が十分に磁石として機能できる範囲とすることが好ましい。その他の元素としては、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｌ、Ｓ、Ｆ等の不可避不純物が挙げられ、それらの含有量は０．００１〜０．５質量％程度であると好ましい。Ｆｅ以外の不可避不純物の合計量は、５質量％以下であることが好ましい。

また、本実施形態の焼結磁石は、各元素の含有量が上述した範囲であるとともに、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｂ、Ｃ及びＧａの原子数が、次のような特定の関係を満たしていてもよい。すなわち、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｂ、Ｃ及びＧａの原子数を、それぞれ［Ｎｄ］、［Ｐｒ］、［Ｂ］、［Ｃ］及び［Ｇａ］としたとき、０．２９＜［Ｂ］／（［Ｎｄ］＋［Ｐｒ］）＜０．４０、及び、０．０９＜（［Ｇａ］＋［Ｃ］）／［Ｂ］＜０．６０となる関係を満たしていてもよい。これらの関係を満たすことにより、Ｒとして主として含まれるＮｄ及びＰｒに対するＢの原子比が、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂで表される基本組成におけるＲに対するＢの原子比よりも小さいにもかかわらず、Ｒ_２Ｆｅ_１７相の析出が抑制されて異方性磁界が向上することや、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物の粒子間の磁気的交換結合が弱められること等の要因によって、焼結磁石の保磁力が向上する傾向にある。

好適な焼結磁石は、例えば、図１及び図２に示す構造を有している。図１は、好適な実施形態に係る焼結磁石の斜視図である。図２は、図１に示す焼結磁石のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面構成を拡大して示す模式図である。

図１及び２に示すように、好適な実施形態の焼結磁石１００は、複数の結晶粒子４（主相粒子）を備える。焼結磁石１００の主相は結晶粒子４から構成される。結晶粒子４は、主成分としてＲ、Ｆｅ及びＢを含み、主にＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物からなる。

希土類磁石１００は複数の結晶粒子４の間に位置する粒界相６を備える。粒界相６は、結晶粒子４よりも多くの希土類元素を含む相の総称であり、Ｒリッチ相、Ｂリッチ相、酸化物相などから構成されるが、図２では、それらは区別せずに示している。ここで、Ｂリッチ相とは、相中のＢ元素量が結晶粒子４中に含まれる量よりも多い相である。また、酸化物相とは、相を構成する元素の中で酸素元素が元素比で２０％以上含まれる相である。

また、本実施形態の焼結磁石１００においては、粒界相６の領域内に、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が形成されている。図３は、図２に示した領域Ｔを拡大して示す模式図であり、粒界相６中のＺｒ、Ｂ及びＣを含む相８が形成されている部分の構造の一例を示す図である。本実施形態の焼結磁石１００においては、同様のＺｒ、Ｂ及びＣを含む相８が多数形成されている。図３に示すように、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相８は、特に、３つ以上の結晶粒子４に囲まれた、いわゆる粒界３重点１０に形成されることが多い。

本実施形態の焼結磁石１００によれば、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相８が形成されていることによって、重希土類元素の使用量を少なくしても、高い保磁力を得ることができる。その理由については、現在、明らかではないが、本発明者らは以下の様に推測している。

すなわち、本実施形態の焼結磁石は、その焼成過程において、結晶粒子同士が互いに結合しながら緻密化（高密度化）が進行するのみならず、安定状態（平衡状態）への相変化も進んでいく。その際には、粒界相が液相化（溶融）して物質移動を促進し、それによって緻密化及び平衡化が進行することが一般的に知られている。言い換えれば、焼成過程は、液相を介して結晶粒子の表面に新たなＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物が形成されていく過程であると言える。

この過程において、単にＲ_２Ｆｅ_１４Ｂの基本組成よりもＢの比率が少ないだけの組成や、Ｃの含有量を多くしただけの組成では、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物が形成され難くなったり、粒界相中のＲとＣが反応してＲが消費され、液相の量が十分でなくなったりするため、高い保磁力が生じるために必要な結晶粒子の磁気的な孤立性を十分に保つことができなくなり、保磁力が低下すると考えられる。

これに対し、本実施形態の焼結磁石１００には、Ｚｒ、Ｂ、及びＣを含む相８が形成されているが、当該相８は、それまで準安定状態で個別に存在していたＺｒ、Ｂ及びＣが、焼成過程においてそれらを含む相となることによって形成されると考えられる。これによって、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物の形成に使用されるＢが増加する、或いは、ＲとＣとの反応によるＲの消費が少なくなり、十分な液相が存在できるようになることで、高い保磁力が得られるようになると推測される。ただし、作用はこれらに限定されない。

本実施形態の焼結磁石は、各元素が上述した特定の含有量の範囲であり、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が形成されている。そして、このような条件を満たすことによって、重希土類元素の含有量が少ないにも関わらず、高いＢｒを有するとともに、高い保磁力を有するものとなる。具体的には、保磁力×残留磁束密度の値が、１．８（Ｔ・ＭＡ／ｍ）以上となり、より好適な場合、１．９（Ｔ・ＭＡ／ｍ）以上となることもできる。

（焼結磁石の製造方法）
次に、上述した焼結磁石の製造方法の好適な実施形態について説明する。

焼結磁石の製造においては、まず、焼結磁石の各構成元素の原料金属を準備し、これらを用いてストリップキャスティング法等を行なうことにより原料合金を作製する。原料合金は、ストリップキャスティング法を用いた薄片状の合金を用いることが重要であるが、適宜、ブックモールド法、ガスアトマイズ法等、他の溶解・鋳造法によって作製された複数の原料合金と混合して用いてもよい。原料金属としては、例えば、希土類金属や希土類合金、純鉄、フェロボロン、またはこれらの合金が挙げられる。そして、これらを用い、所望とする焼結磁石の組成が得られる原料合金を作製する。なお、原料合金としては、組成が異なる複数のものを準備してもよい。

次に、原料合金を粉砕して、原料合金粉末を準備する。原料合金の粉砕は、粗粉砕工程及び微粉砕工程の段階で行うことが好ましい。粗粉砕工程は、例えば、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中で行うことができる。また、水素を吸蔵させた後、粉砕を行う水素吸蔵粉砕を行うこともできる。粗粉砕工程においては、原料合金を、粒径が数百μｍ程度となるまで粉砕を行う。

次に、微粉砕工程において、粗粉砕工程で得られた粉砕物を、更に平均粒径が３〜５μｍとなるまで微粉砕する。微粉砕は、例えば、ジェットミルを用いて行うことができる。なお、原料合金の粉砕は、必ずしも粗粉砕と微粉砕との２段階で行なう必要はなく、はじめから微粉砕工程を行ってもよい。また、原料合金を複数種類準備した場合は、これらを別々に粉砕して混合するようにしてもよい。これらの粉砕においては、粉砕助剤を用いることもできる。

続いて、原料合金粉末に、金属炭化物粉及び／又は炭素含有合金粉を加えて混合し、成形用の原料粉末を得る。金属炭化物における金属の例は、ジルコニウム炭化物の標準生成エネルギーよりも高い標準生成エネルギーを有する炭化物を形成する金属元素であり、例えば、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ等である。この場合、金属元素は、原料合金粉末に含まれる希土類以外の金属元素であることが好ましい。金属炭化物の具体例は、炭化アルミニウム、炭化鉄、炭化コバルト等である。また、炭素含有合金の例は、鋳鉄、すなわち、２重量％以上の炭素を含む鉄合金である。金属炭化物粉及び／又は炭素含有合金粉の粒径は、０．１μｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１〜１００μｍ程度とすることができる。なお、原料合金の粗粉砕粉末に金属炭化物粉及び／又は炭素含有合金粉を添加し、その後、微粉砕工程を行ってもよい。

金属炭化物粉及び／又は炭素含有合金粉の混合量は、焼結体のＣ濃度等が上述の範囲内となるように適宜設定すればよい。成形体の原料粉末は、原料合金粉末、金属炭化物粉及び／又は炭素含有合金粉、及び、粉砕助剤（有機物）を含むことができるため、焼結体に含まれるＣは、原料合金粉末由来のＣ、金属炭化物粉及び／又は炭素含有合金粉由来のＣ、及び、粉砕助剤（有機物）由来のＣを含むことができる。焼結体が有するＣの全てを、金属炭化物粉及び／又は炭素含有鉄合金粉として添加する必要はなく、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相を発現させられるような量を金属炭化物粉及び／又は炭素含有鉄合金粉として添加すれば良い。好ましくは、炭素量が５０ｐｐｍ以上増加するように金属炭化物粉及び／又は炭素含有鉄合金粉を添加すればよい。

続いて、このようにして得られた原料粉末を磁場中で成形（磁場中成形）して、成形体を得る。より具体的には、原料粉末を電磁石中に配置された金型内に充填した後、電磁石により磁場を印加して原料粉末の結晶軸を配向させながら、原料粉末を加圧することにより成形を行う。この磁場中の成形は、例えば、９５０〜１６００ｋＡ／ｍの磁場中、３０〜３００ＭＰａ程度の圧力で行えばよい。

磁場中成形後、成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼成し、焼結体を得る。焼成は、組成、粉砕方法、粒度等の条件に応じて適宜設定することが好ましいが、例えば、１０００〜１１００℃で１〜５時間行なえばよい。

そして、焼結体に対して、必要に応じて時効処理を施すことにより、焼結磁石を得る。時効処理を行うことによって、得られる希土類磁石のＨｃＪが向上する傾向にある。時効処理は、例えば、２段階に分けて行うことができ、８００℃近傍、及び６００℃近傍の２つの温度条件で時効処理を行うと好ましい。このような条件で時効処理を行うと、特に優れたＨｃＪが得られる傾向にある。なお、時効処理を１段階で行う場合は、６００℃近傍の温度とすることが好ましい。

以上の方法により好適な実施形態の焼結磁石が得られるが、焼結磁石の製造方法は上記に限定されず、適宜変更してもよい。例えば、焼結磁石の構成元素の一部は、例えば、その構成元素を除いて焼結体を得た後、表面に付着させ、熱処理して焼結体内に拡散させることによって含有させることもできる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

［焼結磁石の作製］（実施例Ａ１〜Ａ５、実施例Ｂ１〜Ｂ３、実施例Ｃ１〜Ｃ９、比較例Ｃ１〜Ｃ７）
まず、焼結磁石の原料金属を準備し、これらを用いてストリップキャスティング法により、下記表１で表される実施例Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ９の焼結磁石の組成（ただし、Ｃの濃度はいずれの例も表の値とは異なり２００〜５００ｐｐｍとした）が得られるように、それぞれ原料合金の薄片を作製した。なお、表１に示した各元素の含有量は、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ａｌ、Ｃｕ及びＺｒについては、蛍光Ｘ線分析により、Ｂについては、ＩＣＰ発光分析により、Ｏについては、不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法により、Ｃについては、酸素気流中燃焼−赤外吸収法により、Ｎについては、不活性ガス融解−熱伝導度法により測定した。

次に、得られた原料合金に水素を吸蔵させた後、Ａｒ雰囲気で６００℃、１時間の脱水素を行う水素粉砕処理を行った。なお、本例では、この水素粉砕から、焼成までの各工程（微粉砕及び成形）を、１００ｐｐｍ未満の酸素濃度の雰囲気下で行った。

続いて、水素粉砕後の合金粉末に、粉砕助剤としてオレイン酸アミドを０．０５〜０．３５重量％添加し、さらに、５ｗｔ％のＣを含む鋳鉄粉を水素粉砕後の合金粉末１００ｗｔ％に対して表１に示す量それぞれ添加して混合した後、ジェットミルを用いて微粉砕を行い、平均粒径が４．０μｍである原料粉末を得た。なお、鋳鉄の添加によるＣの増加量も表１に示す。また、比較例Ｃ４では鋳鉄を添加せず、比較例Ｃ７では、鋳鉄を添加せず、かつ、ストリップキャストする溶湯にＣを１０００ｐｐｍ添加し、合金粉末のＣを増加させた。得られた原料粉末を、電磁石中に配置された金型内に充填し、１２００ｋＡ／ｍの磁場を印加しながら１２０ＭＰａの圧力を加える磁場中成形を行い、成形体を得た。

その後、成形体を、真空中で１０６０〜１０８０℃で４時間焼成した後、急冷して焼結体を得た。そして、得られた焼結体に対し、８５０℃で１時間、及び、５４０℃で２時間（ともに不活性ガス雰囲気中）の２段階の時効処理を施し、各サンプルの焼結磁石をそれぞれ得た。得られた磁石中のＣの組成をそれぞれ上述と同様にして求めて表１に示す。

［特性評価］
上記で得た各サンプルの焼結磁石について、Ｂ−Ｈトレーサーを用いて、Ｂｒ（残留磁束密度）及びＨｃＪ（保磁力）をそれぞれ測定した。
また、得られたサンプルの抗折強度を以下のようにして測定した。なお、抗折強度は５００ＭＰａ以上であることが好ましい。
４点曲げ法（ＪＩＳＲ１６０１に準ずる）：試験片形状：４０×１０×５ｍｍ (５ｍｍ方向が配向方向)、支点間距離：３０ｍｍ、荷重間距離：１０ｍｍ、クロスヘッド速度：０．５ｍｍ／ｍｉｎ
得られた結果を表２にまとめて示す。

表２に示すように、実施例に係る焼結磁石は、Ｄｙの含有量が０．１ｗｔ％未満でも比較例Ｃ４に比べて高い保磁力を得ることが出来ることがわかる。また、実施例に係る焼結磁石は、比較例に比べて、高い（Ｂｒ×ＨｃＪ）及び高い抗折強度を示した。
さらに、実施例Ａ３〜５に示すようにＤｙの含有量を増やすことでさらに高い保磁力も得る事が出来る。

また、各サンプルの焼結磁石をそれぞれ研磨した後、研磨面を電界放出型電子線マイクロアナライザー（ＦＥ−ＥＰＭＡ）により観察し、組成マップ分析を行った。その結果、実施例に係るいずれの焼結磁石についても、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が形成されていることが確認された。各サンプルにおける、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相の有無等、及び、粗大結晶粒の有無を表２に示す。

一例として、実施例Ａ１の焼結磁石のＦＥ−ＥＰＭＡによる観察結果を図４に示す。図４において、ＣＰと記載された左上の図は組成像と呼ばれる図である。この図では、平均原子番号が大きい部分ほど白く見え、最も黒く見える部分が結晶粒子を示している。また、Ｚｒ、Ｂ、Ｃとそれぞれ記載された他の３つの図は、それらの各元素の組成マップ分析結果であり、各元素が多く含まれる部分ほど白く見えている。図４に示すように、丸で囲った粒界相においては、Ｚｒ、Ｂ及びＣがいずれも白く見えており、この結果から、Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が形成されていることが確認される。また、実施例に係る焼結磁石には、異常な粒成長も見られなかった。

４…結晶粒子、６…粒界相、８…Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相、１０…粒界３重点、１００…焼結磁石。

Claims

Ｒ（Ｒは、希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｎｄ及びＰｒのいずれか一方を必ず含む。）：２９．５〜３３．０質量％、
Ｂ：０．７〜０．９５質量％、
Ａｌ：０．０３〜０．６質量％、
Ｃｕ：０．０１〜１．５質量％、
Ｃｏ：３．０質量％以下（ただし、０質量％は含まず。）、
Ｇａ：０．１〜１．０質量％、
Ｃ：０．０５〜０．３質量％、
Ｏ：０．０３〜０．４質量％、
Ｚｒ：０．０３〜１．５質量％、及び、
Ｆｅ及びその他の元素：残部、により構成され、且つ、
Ｚｒ、Ｂ及びＣを含む相が形成されている、焼結磁石。
全質量中の重希土類元素の合計の含有量が１．０質量％以下である、請求項１記載の焼結磁石。