JP6288095B2 - R−t−b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents

R−t−b系焼結磁石の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、R−T−B系焼結磁石の製造方法に関する。
14B型化合物を主相とするR−T−B系焼結磁石(Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含む)は、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハイブリッド自動車用、電気自動車用や家電製品用の各種モータ等に使用されている。
R−T−B系焼結磁石は、高温で保磁力HcJ(以下、単に「HcJ」と記載する場合がある)が低下し、不可逆熱減磁が起こる。そのため、特にハイブリッド自動車用や電気自動車用モータに使用される場合、高温下でも高いHcJを維持することが要求されている。そして高温下で不可逆熱減磁が起こらないために、室温においてより高いHcJを得ることが求められている。
従来、HcJ向上のために、R−T−B系焼結磁石に重希土類元素(主としてDy)が多量に添加されていたが、残留磁束密度B(以下、単に「B」と記載する場合がある)が低下するという問題があった。そのため、近年、R−T−B系焼結磁石の表面から内部に重希土類元素を拡散させて主相結晶粒の外殻部に重希土類元素を濃化してBの低下を抑制しつつ、高いHcJを得る方法が採られている。
しかし、Dyは、産出地が限定されている等の理由から、供給が不安定である、または価格が変動するなどの問題を有している。そのため、Dyなどの重希土類元素をできるだけ使用せず(使用量をできるだけ少なくして)にR−T−B系焼結磁石のHcJを向上させる技術が求められている。
特許文献1には、通常のR−T−B系合金よりもB量を低くするとともに、Al、Ga、Cuのうちから選ばれる1種以上の金属元素Mを含有させることによりR17相を生成させ、該R17相を原料として生成させた遷移金属リッチ相(R13M)の体積率を充分に確保することにより、Dyの含有量を抑制しつつ、保磁力の高いR−T−B系希土類焼結磁石が得られることが記載されている。また、R−T−B系希土類焼結磁石の製造方法として、焼結後の焼結体に対し、800℃と500℃の2段階の温度で熱処理して冷却することが記載されている。
また、特許文献2には、有効希土類含有量と有効硼素含有量を規定するとともに、Co、Cu及びGaを含有した合金は従来の合金に比べて同じ残留磁化Bで高い抗磁力HcJを有することが記載されている。また、Nd−Fe−B永久磁石の製造方法として、焼結後の焼結体に対し、400℃〜550℃で熱処理することが記載されている。
国際公開第2013/008756号 特表2003−510467号公報
しかし、特許文献1、2に係るR−T−B系希土類焼結磁石は、R、B、Ga、Cuの含有割合が最適でないため、高いBと高いHcJが得られていない。
本開示は、上記問題を解決するためになされたものであり、Dyの含有量を抑制しつつ、高いBと高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の態様1は、下記式(1)によって表わされ、
uRwBxGayCuzAlqM(100−u−w−x−y−z−q)T(1)
(Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含み、MはNbおよび/またはZrであり、u、w、x、y、z、q及び100−u−w−x−y−z−qは質量%を示す。)
前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、下記式(2)〜(5)を満足し、
0.20≦x≦0.70 (2)
0.07≦y≦0.2 (3)
0.05≦z≦0.5 (4)
0≦q≦0.1 (5)

R−T−B系焼結磁石の酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしたとき、v=u−(6α+10β+8γ)であって、
0.40≦x≦0.70のとき、v、wが、下記式(6)および(7)を満足し、
50w−18.5≦v≦50w−14 (6)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)

0.20≦x<0.40のとき、v、wが、下記式(8)および(9)を満足し、xが、下記式(10)を満足するR−T−B系焼結磁石素材を準備する工程と、
50w−18.5≦v≦50w−15.5 (8)
−12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125 (9)
−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8 (10)
前記R−T−B系焼結磁石素材を730℃以上1020℃以下の温度に加熱後、20℃/分以上で300℃まで冷却する高温熱処理工程と、
前記高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材を440℃以上550℃以下の温度に加熱する低温熱処理工程と、
を含むR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
本発明の態様2は、態様1において、前記低温熱処理工程の温度が、480℃以上550℃以下であるR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
本発明の態様3は、態様1または2において、得られたR−T−B系焼結磁石の酸素量が0.15質量%以下であるR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
本発明の態様4は、
0.40≦x≦0.70のとき、v、wが、下記式(11)および(7)を満足し、
50w−18.5≦v≦50w−16.25 (11)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)

0.20≦x<0.40のとき、v、wが、下記式(12)および(9)を満足し、xが下記式(10)を満足することを特徴とする態様1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
50w−18.5≦v≦50w−17.0 (12)
−12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125であり (9)
−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8 (10)
本発明の態様5は、態様4において、前記低温熱処理工程の温度が、480℃以上550℃以下であるR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
本発明の態様6は、態様4または態様5において、得られたR−T−B系焼結磁石の酸素量が0.15質量%以下であるR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
本発明に係る態様により、DyやTbの含有量を抑制しつつ、高いBと高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石の製造方法を提供することができる。
図1は、本発明の1つの態様において、vとwの範囲を示す説明図である。 図2は、本発明の別の1つの態様において、vとwの範囲を示す説明図である。 図3は、図1に示す範囲と図2に示す範囲の相対的な関係を示す説明図である。 図4は、図1に「<実施例1>」に係る実施例試料と比較例試料それぞれのv、wの値をプロットした説明図である。
本発明者らは、上記問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、前記本発明の態様1または態様4に示すように組成を最適化し、最適化した組成のR−T−B系焼結磁石素材に対して、特定の熱処理を行うことにより、高いBと高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石が得られることを見出したものである。
本発明の態様1または態様4に示す特定組成のR−T−B系焼結磁石素材に対して、特定の熱処理を行うことにより、高いBと高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石が得られるメカニズムについては未だ不明な点もある。現在までに得られている知見を基に本発明者らが考えるメカニズムについて以下に説明する。以下のメカニズムについての説明は本発明の技術的範囲を制限することを目的とするものではないことに留意されたい。
R−T−B系焼結磁石は、主相であるR14B型化合物の存在比率を高めることによりBを向上させることができる。R14B型化合物の存在比率を高めるためには、R量、T量、B量をR14B型化合物の化学量論比に近づければよいが、R14B型化合物を形成するためのB量が化学量論比を下回ると、粒界に軟磁性のR17相が析出しHcJが急激に低下する。しかし、磁石組成にGaが含有されていると、R17相の代わりにR−T−Ga相が生成され、HcJの低下を防止することができると考えられていた。
しかし、R−T−Ga相も若干の磁性を有しており、R−T−B系焼結磁石における2つの主相間に存在する第一の粒界(以下、「二粒子粒界」と記載する場合がある)と、3つ以上の主相間に存在する第二の粒界(以下、「三重点粒界」と記載する場合がある)のうち、特に主にHcJに影響すると考えられる二粒子粒界にR−T−Ga相が多く存在すると、HcJ向上の妨げになっていることが分かった。また、検討を進める中で、R−T−Ga相の生成とともに、二粒子粒界にR−T−Ga相よりも磁性が少ないと考えられるR−Ga相およびR−Ga−Cu相が生成されている場合があることが分かった。そこで、R−T−B系焼結磁石の二粒子粒界にR−Ga相およびR−Ga−Cu相が存在することによりHcJが向上すると想定した。また、R−Ga相およびR−Ga−Cu相を生成させるため、さらにはR17相を無くすためにはR−T−Ga相を生成させる必要はあるものの、高いHcJを得るにはその生成量を低く抑える必要があると想定した。そして、特に二粒子粒界において、R−Ga相およびR−Ga−Cu相を生成させつつ、R−T−Ga相の生成を極力抑えることができれば、さらにHcJを向上させることができると想定した。
R−T−B系焼結磁石において、R−T−Ga相の生成量を低く抑えるためには、R量とB量とを適切な範囲にすることによってR17相の析出量を低くするとともに、R量とGa量をR17相の析出量に応じた最適な範囲にする必要がある。しかし、Rの一部はR−T−B系焼結磁石の製造過程において酸素、窒素、炭素と結合し消費されてしまうため、R17相やR−T−Ga相に使われる実際のR量は製造過程で変化してしまう。そのため、R−T−Ga相を生成させつつ、その生成量を低く抑えるために、酸素、窒素、炭素と結合して消費されるR量を考慮しなければR17相やR−T−Ga相の生成量を抑制することは困難であることがわかった。そこで、検討を重ねた結果、前記態様1または態様4に記載のように、R量(u)からR−T−B系焼結磁石における酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしたとき6α+10β+8γを差し引いた値(v)とB量、Ga量を調整することによりR17相やR−T−Ga相の生成量を調整することが可能であることを知見した。すなわち、Ga量(x)、Cu量(y)およびAl量(z)、並びに必要に応じてM量(q)を、本発明の態様1および4の(式1)に示した割合で含有させるとともに、R量(u)から6α+10β+8γを差し引いた値(v)とB量(w)を、Ga量が0.40質量%以上0.70質量%以下のときは本発明の態様1の式(6)および(7)あるいは本発明の態様4の式(11)および(7)、Ga量が0.20質量%以上0.40質量%未満のときは、Ga量をvとwに応じた特定の値式(10)にしたうえで、本発明の態様1の式(8)および(9)あるいは本発明の態様4の式(12)および(9)の割合で含有させることにより、R−T−Ga相を生成させつつ、その生成量を低く抑えることができると考えられる。
さらに、本発明者らが検討した結果、前記特定組成からなるR−T−B系焼結磁石素材において、R−T−Ga相は、440℃以上730℃未満の範囲で生成されているが、440℃以上550℃以下ではR−T−Ga相の生成量が抑制され、550℃を超えるとR−T−Ga相が過剰に生成されやすくなると考えられる。また、440℃未満および730℃以上ではR−T−Ga相は生成されないと考えられる。従って、二粒子粒界においてR−T−Ga相の生成を極力抑えつつ、R−Ga相およびR−Ga−Cu相を生成させるためには、前記特定組成からなるR−T−B系焼結磁石素材を440℃以上550℃以下の温度に加熱する熱処理を行う必要がある。しかしながら、一般に、焼結工程においては、成形体の酸化防止や焼結時の均熱化を図るため、成形体を金属製の容器(焼結パック)に収納して焼結が行われる場合が多く、この場合、焼結後の冷却速度を制御することが困難となる。焼結後の冷却時に730℃未満550℃以上の温度域を比較的ゆっくり(遅い冷却速度で)通過するので、R−T−Ga相が二粒子粒界に多く生成してしまい、二粒子粒界においてR−T−Ga相の生成を極力抑えることができないことがわかった。
そこで、さらに検討の結果、焼結後のR−T−B系焼結磁石素材を730℃以上1020℃以下の温度に加熱後、20℃/分以上で300℃以下まで(より詳細には、20℃/分以上で300℃まで)冷却する高温熱処理工程と、高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材を440℃以上550℃以下の温度に加熱する低温熱処理工程とを行うことによって、より高いBとより高いHcJが得られることがわかった。これは、高温熱処理工程によって焼結後に生成した二粒子粒界のR−T−Ga相を消失させ、消失させたR−T−Ga相を再び生成させないような速度で冷却する。高温熱処理工程では、熱処理対象物が焼結後のR−T−B系焼結磁石素材であるため、酸化防止のために金属製の容器を用いる必要がなく、冷却速度を制御することが可能である。そして、R−T−Ga相を消失させた高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材に低温熱処理工程を行うことによって、二粒子粒界においてR−T−Ga相の生成を極力抑えつつ、R−Ga相およびR−Ga−Cu相を生成させることができると考えられる。
特許文献1に記載の技術では、R量に関し、酸素量、窒素量、炭素量を考慮していないため、R17相やR−T−Ga相の生成量を抑制することは困難である。そもそも、特許文献1に記載の技術はR−T−Ga相の生成を促進することによってHcJを向上させるものであり、R−T−Ga相の生成量を抑制するという技術思想はない。そのため、特許文献1は、R−T−Ga相の生成量を抑制しつつ、R−Ga−Cu相を生成させることができる最適な割合でR、B、Ga、Cu、Alを含有しておらず、そのため、高いBと高いHcJが得られていないと考えられる。また、特許文献2に記載の技術では酸素量、窒素量、炭素量の値は考慮されているものの、Gaについては、R17相の生成を抑制してGa含有相(本願のR−T−Ga相に相当すると考えられる)を生成することによりHcJを向上させることが記載されているため、特許文献1と同様に、R−T−Ga相の生成量を抑制するという技術思想はない。また、特許文献1、2共に、二粒子粒界においてR−T−Ga相の生成を極力抑えつつ、R−Ga相およびR−Ga−Cu相を生成させるという技術思想がない。そのため、本発明のような焼結後に生成した二粒子粒界のR−T−Ga相を消失させ、消失させたR−T−Ga相を再び生成させないような速度で冷却する特定の熱処理工程を行っておらず、その結果、より高いBとより高いHcJが得られていないと考えられる。
なお、本明細書において、高温熱処理工程前のR−T−B系焼結磁石を「R−T−B系焼結磁石素材」といい、高温熱処理工程後低温熱処理前のR−T−B系焼結磁石を「高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材」といい、低温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石を「R−T−B系焼結磁石」という。
[R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程]
R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程は、まず、R−T−B系焼結磁石素材が以下に詳述する組成となるようにそれぞれの元素の金属または合金を準備し、これらからストリップキャスティング法等を用いてフレーク状の原料合金を作製する。次に、前記フレーク状の原料合金から合金粉末を作製し、前記合金粉末を成形、焼結することによりR−T−B系焼結磁石素材を準備する。合金粉末の作製、成形、焼結は、一例として以下のように行う。得られたフレーク状の原料合金を水素粉砕し、例えば1.0mm以下の粗粉砕粉を得る。次に、粗粉砕粉をジェットミル等により微粉砕することで、例えば粒径D50(気流分散法によるレーザー回折法による測定で得られる体積基準メジアン径)が3〜7μmの微粉砕粉(合金粉末)を得る。合金粉末は、1種類の合金粉末(単合金粉末)を用いてもよいし、2種類以上の合金粉末を混合することにより合金粉末(混合合金粉末)を得る、いわゆる2合金法を用いてもよく、公知の方法などを用いて本発明の組成となるように合金粉末を作製すればよい。ジェットミル粉砕前の粗粉砕粉、ジェットミル粉砕中およびジェットミル粉砕後の合金粉末に助剤として既知の潤滑剤を使用してもよい。次に得られた合金粉末を用いて磁界中成形を行い、成形体を得る。磁界中成形は、金型のキャビティー内に乾燥した合金粉末を挿入し成形する乾式成形法、金型のキャビティー内に該合金粉末を分散させたスラリーを注入し、スラリーの分散媒を排出しながら成形する湿式成形法を含む既知の任意の磁界中成形方法を用いてよい。そして、成形体を焼結することによりR−T−B系焼結磁石素材を得る。成形体の焼結は既知の方法などを用いることができる。なお、焼結時の雰囲気による酸化を防止するために、焼結は真空雰囲気中または雰囲気ガス中で行うことが好ましい。雰囲気ガスは、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを用いることが好ましい。
本発明の1つの態様に係るR−T−B系焼結磁石素材の組成は
式:uRwBxGayCuzAlqM(100−u−w−x−y−z−q)T (1)(Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含み、MはNbおよび/またはZrであり、不可避的不純物を含み、u、w、x、y、z、q及び100−u−w−x−y−z−qは質量%を示す。)によって表わされ、
前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、
0.20≦x≦0.70 (2)
0.07≦y≦0.2 (3)
0.05≦z≦0.5 (4)
0≦q≦0.1 (5)であり、
R−T−B系焼結磁石の酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしたとき、v=u−(6α+10β+8γ)であって、
0.40≦x≦0.70のとき、v、wが、
50w−18.5≦v≦50w−14 (6)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)
を満足し、
0.20≦x<0.40のとき、v、wが、
50w−18.5≦v≦50w−15.5 (8)
−12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125 (9)
であり、かつ、
xが、−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8(10)
を満足する。
あるいは、
式 :uRwBxGayCuzAlqM(100−u−w−x−y−z−q)T (1)
(Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含み、MはNbおよび/またはZrであり、不可避的不純物を含み、u、w、x、y、z、q及び100−u−w−x−y−z−qは質量%を示す。)によって表わされ、
前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、
0.20≦x≦0.70 (2)
0.07≦y≦0.2 (3)
0.05≦z≦0.5 (4)
0≦q≦0.1 (5)であり、
R−T−B系焼結磁石の酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしたとき、v=u−(6α+10β+8γ)であって、
0.40≦x≦0.70のとき、v、wが、
50w−18.5≦v≦50w−16.25 (11)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)
を満足し、
0.20≦x<0.40のとき、v、wが、
50w−18.5≦v≦50w−17.0 (12)
−12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125 (9)
であり、かつ、
xが、−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8 (10)
を満足する。
本発明のR−T−B系焼結磁石素材は不可避的不純物を含んでもよい。例えば、ジジム合金(Nd−Pr)、電解鉄、フェロボロンなどに通常含有される不可避的不純物を含有していても本発明の効果を奏することができる。不可避的不純物として例えば、La、Ce、Cr、Mn、Siなどを微量に含むことがある。
本発明の1つの態様に係るR−T−B系焼結磁石素材におけるRは、軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下となるようにする。本発明は重希土類元素を使用しなくても高いBと高いHcJを得ることができるため、より高いHcJを求められる場合でもRHの添加量を削減できる。Tは遷移金属元素でありFeを必ず含む。Fe以外の遷移金属元素としてはCoを例示できる。但し、Coの置換量は、2.5質量%以下が好ましく、Coの置換量が、10質量%を超えるとBが低下するため好ましくない。さらに少量のV、Cr、Mn、Mo、Hf、Ta、Wなどを含有してもよい。Bはボロンである。なお、特定の希土類元素を得ようとすると精錬等の過程で、不純物として意図しない他の種類の希土類元素が不純物として含まれてしまうことが広く知られている。従って、上述の「本発明の1つの態様に係るR−T−B系焼結磁石におけるRは、軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下となるようにする。」は、Rが、Nd、Pr、Dy、Tb、GdおよびHo以外の希土類元素を含む場合を完全に排除するものではなく、Nd、Pr、Dy、Tb、GdおよびHo以外の希土類元素についても不純物レベルの量であれば含有してもよいことを意味している。
Ga量(x)は、0.20質量%以上0.70質量%以下である。但し、Gaが、0.40質量%以上0.70質量%以下のときと、0.20質量%以上0.40質量%未満のときとでは、v、wの範囲等が異なる。以下に詳述する。
本発明の1つの態様ではGa量が0.40質量%以上0.70質量%以下の場合、vとwを以下の式(6)および(7)の関係とする。
50w−18.5≦v≦50w−14 (6)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)
図1に上記式(6)および(7)を満足するvとwの本発明の範囲を示す。図1中のvはR量(u)から酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとして6α+10β+8γを差し引いた値であり、wはB量の値である。式(6)、すなわち50w−18.5≦v≦50w−14は図1の点Aと点Bを含む直線(点Aと点Bを結ぶ直線)と点Cと点Dを含む直線(点Cと点Dを結ぶ直線)に挟まれた範囲であり、式(7)、すなわち−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125は点Dと点F、点B、点Gを含む直線と点Cと点E、点A、点Gを含む直線に挟まれた範囲である。そしてこの両方を満たす領域1と2(点A、点B、点Dおよび点Cで囲まれる領域)が本発明の1つの態様に係る範囲である。vとwを領域1と2の範囲内にすることにより、高いBと高いHcJを得ることができる。領域1と2の範囲からはずれた領域10(図中、点Dと点F、点B、点Gを含む直線から下の領域)は、wに対してvが少なすぎるためR−T−Ga相の生成量が少なくなり、R17相を無くすことができなかったり、R−Ga相およびR−Ga−Cu相の生成量が少なくなると考えられる。これにより、高いHcJが得られない。逆に、領域1と2の範囲から外れた領域20(図中、点Cと点E、点A、点Gを含む直線から上の領域)は、wに対してvが多すぎるため、相対的にFe量が不足する。Fe量が不足するとRおよびBが余ることになり、その結果R−T−Ga相が生成されずにRFe相が生成され易くなると考えられる。これによりR−Ga相およびR−Ga−Cu相の生成量も少なくなり、高いHcJが得られない。さらに、領域1と2の範囲からはずれた領域30(点Cと点Dを含む直線から上の領域)は、vが多すぎ且つwが少なすぎるため、R−T−Ga相やR−Ga相およびR−Ga−Cu相は生成されるが、主相の存在比率が低くなり、高いBが得られない。さらに領域1と2の範囲からはずれた領域40(点C、点Dおよび点Gで囲まれる領域から領域1と2を除いた領域)は、Rが少なく且つBが多すぎるため、主相の存在比率は高いが、R−T−Ga相がほとんど生成されず、R−Ga相およびR−Ga−Cu相の生成量も少なくなるため高いHcJが得られない。
Ga量(x)が0.20質量%以上0.40質量%未満の場合、本発明の1つの態様では、v、wに応じてxを以下の式(10)の範囲にする。
−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8 (10)
xをvとwに応じた上記式(10)の範囲にすることにより、高い磁気特性を得るために最低限必要なR−T−Ga相を生成させることができる。xが上記範囲未満であると、R−T−Ga相の生成量が少なすぎるためHcJが低下する恐れがある。逆に、xが上記範囲を超えると不要なGaが存在することになり、主相の存在比率が低下してBが低下する恐れがある。
本発明の1つの態様では、Ga量が0.20質量%以上0.40質量%未満の場合、さらに、vとwを以下の式(8)および(9)の関係とする。
50w−18.5≦v≦50w−15.5 (8)
−12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125 (9)
図2に式(8)および(9)を満足するvとwの本発明の範囲を示す。式(8)、すなわち50w−18.5≦v≦50w−15.5は図2の点Aと点Lを含む直線と点Jと点Kを含む直線に挟まれた範囲であり、式(9)、すなわち−12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125は点K、点Iおよび点Lを含む直線と、点J、点Hおよび点Aを含む直線に挟まれた範囲である。そしてこの両方を満たす領域3と4(点A、点L、点Kおよび点Jで囲まれる領域)が本発明の1つの態様に係る範囲である。参考までに、図3に図1(Ga量が0.40質量%以上0.70質量%以下の場合)と図2(Ga量が0.20質量%以上0.40質量%未満の場合)の位置関係(図1に示す範囲と図2に示す範囲の相対的な関係)を示す。x(Ga量)が0.20質量%以上0.40質量%未満であっても、上記範囲(点A、点L、点Kおよび点Jで囲まれる領域3と4)であれば、v、wに応じた適切なxを設定することで高いBと高いHcJを得ることができる。
本発明は、Ga量が0.40質量%以上0.70質量%以下の場合、更に好ましくは、vとwを以下の式(11)および(7)の関係とする。
50w−18.5≦v≦50w−16.25 (11)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)
図1に上記式(11)および(7)を満足するvとwの本発明の範囲を示す。式(11)、すなわち50w−18.5≦v≦50w−16.25は点Aと点Bを含む直線と点Eと点Fを含む直線に挟まれた範囲であり、式(7)、すなわち−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125は点Dと点F、点B、点Gを含む直線と点Cと点E、点A、点Gを含む直線に挟まれた範囲である。そしてこの両方を満たす領域2(点A、点B、点Fおよび点Eで囲まれる領域)が本発明の1つの態様に係る範囲である。上記範囲とすることにより、R−T−Ga相の生成量を確保しつつ、vを低く、wを高くすることができるため、主相の存在比率が低くならず、より高いBを得ることができる。
本発明は、Ga量が0.20質量%以上0.40質量%未満の場合、更に好ましくは、vとwを以下の式(12)および(9)の関係とする。
50w−18.5≦v≦50w−17.0 (12)
−12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125 (9)
図2に上記式(12)および(9)を満足する範囲を示す。式(12)、すなわち50w−18.5≦v≦50w−17.0は点Aと点Lを含む直線と点Hと点Iを含む直線に挟まれた範囲であり、式(9)、すなわち−12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125は点Kと点I、点Lを含む直線と点Jと点H、点Aを含む直線に挟まれた範囲である。そしてこの両方を満たす領域4(点A、点L、点Iおよび点Hで囲まれる領域)が本発明の1つの態様に係る範囲である。態様4の(式8)、(式5)に相当する範囲である。参考までに、図3に図1(Gaが0.40質量%以上0.70質量%以下)と図2(Gaが0.20質量%以上0.40質量%未満)の範囲の相対的な位置関係を示す。上記範囲(点A、点L、点Iおよび点Hで囲まれる領域4)にして、かつ、上述したようにxを−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8の範囲とすることにより、R−T−Ga相の生成量を確保しつつ、vを低く、wを高くすることができるため、主相の存在比率が低くならず、より高いBを得ることができる。
Cuは、0.07質量%以上0.2質量%以下含有させる。Cuの含有量が0.07質量%未満であると、二粒子粒界にR−Ga相およびR−Ga−Cu相が生成され難くなり、高いHcJが得られない恐れがある。また、0.2質量%を超えると、Cuの含有量が多すぎるため、焼結ができなくなる恐れがある。Cuの含有量は、0.08質量%以上0.15質量%以下がさらに好ましい。
さらに、通常含有される程度のAl(0.05質量%以上0.5質量%以下)を含有する。Alを含有することにより、HcJを向上させることができる。Alは通常、製造工程で不可避的不純物として0.05質量%以上含有される場合があるが、不可避的不純物で含有される量と意図的に添加した量の合計で0.05質量%以上0.5質量%以下含有する。
また、一般的に、R−T−B系焼結磁石において、Nbおよび/またはZrを含有することにより焼結時における結晶粒の異常粒成長が抑制されることが知られている。本発明においても、Nbおよび/またはZrを合計で0.1質量%以下含有してもよい。Nbおよび/またはZrの含有量が合計で0.1質量%を超えると不要なNbやZrが存在することにより、主相の体積比率が低下してBが低下する恐れがある。
また、本発明に係る態様における酸素量(質量%)、窒素量(質量%)、炭素量(質量%)は、R−T−B系焼結磁石における含有量(すなわち、R−T−B系焼結磁石全体の質量を100質量%とした場合の含有量)である。本発明は、R量(u)から酸素、窒素、炭素と結合し消費された量を以下に説明する方法により差し引いた値(v)を使用する。vを使用することによりR17相やR−T−Ga相の生成量を調整することが可能となる。前記vは、酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしてR量(u)から6α+10β+8γを差し引くことにより求める。6αは、不純物として主にRの酸化物が生成されるとして、酸素のおよそ6倍の質量のRが酸化物として消費されることから規定したものである。10βは、主にRNの窒化物が生成されるとして、窒素のおよそ10倍の質量のRが窒化物として消費されることから規定したものである。8γは、主にRの炭化物が生成されるとして、炭素のおよそ8倍の質量のRが炭化物として消費されることから規定したものである。本発明における酸素量(質量%)、窒素量(質量%)、炭素量(質量%)は、使用する原料合金や製造条件等を考慮することにより最終的に得られるR−T−B系焼結磁石の酸素量、窒素量、炭素量を予測することができる。また、最終的に得られたR−T−B系焼結磁石における酸素量は、ガス融解−赤外線吸収法、窒素量は、ガス融解−熱伝導法、炭素量は、燃焼−赤外線吸収法、によるガス分析装置を使用して測定することができる。
なお、酸素量、窒素量および炭素量は、それぞれ、上述のガス分析装置による測定により得るのに対して、式(1)に示されるR、B、Ga、Cu、Al、MおよびTのそれそれぞれの含有量(質量%)であるu、w、x、y、z、qおよび100−u−w−x−y−z−qのうち、u、w、x、y、zおよびqは、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP発光分光分析法)を用いて測定してよい。また、100−u−w−x−y−z−qは、ICP発光分光分析法により得た、u、w、x、y、zおよびqの測定値を用いて計算により求めてよい。
従って、式(1)は、ICP発光分析法により測定可能な元素の合計量が100質量%となるように規定している。一方、酸素量、窒素量および炭素量はICP発光分光分析法では測定不可能である。
このため、本発明に係る態様においては、式(1)で規定するu、w、x、y、z、q及び100−u−w−x−y−z−qと、酸素量α、窒素量βおよび炭素量γとを合計すると100質量%を超えることが許容される。
R−T−B系焼結磁石の酸素量は、0.15質量%以下が好ましい。vは酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしてR量から6α+10β+8γを差し引いた値であるため、例えば、酸素量αが多い場合は、原料合金の段階におけるR量を多くしておく必要がある。特に、後述する図1における領域1と2のうち領域1は、領域2と比べて相対的にvが高いため、酸素量αが多い場合、原料合金の段階におけるR量が非常に多くなる恐れがある。これによって主相の存在比率が低くなりBが低下する恐れがあるため、特に、図1の本発明の領域1においては、酸素量は0.15質量%以下が好ましい。
本発明の1つの態様において、R−T−Ga相とは、R:15質量%以上65質量%以下、T:20質量%以上80質量%以下、Ga:2質量%以上20質量%以下を含むものであって、例えばRFe13Ga化合物が挙げられる。また、R−Ga相とは、R:70質量%以上95質量%以下、Ga:5質量%以上30質量%以下、Fe:20質量%以下(0を含む)を含むものであって、例えばRGa化合物が挙げられる。さらに、R−Ga−Cu相とは、前記R−Ga相のGaの一部がCuで置換されたものであって、例えばR(Ga,Cu)化合物が挙げられる。なお、本発明において、R−T−Ga相には、CuやAl、Siなどを含む場合があり、R−Ga−Cu相には、AlやFe、Coが含まれる場合がある。ここで、Alは原料合金の溶解時に坩堝などから不可避に導入されるものを含む。
[高温熱処理工程]
得られたR−T−B系焼結磁石素材に対して、730℃以上1020℃以下の温度に加熱後、20℃/分以上の冷却速度で300℃以下まで(より詳細には、20℃/分以上で300℃まで)冷却を行う。本発明においては、この熱処理を高温熱処理工程という。高温熱処理工程を行うことにより、焼結時に生成されたR−T−Ga相を消失させることができる。高温熱処理工程の温度が730℃未満であると、温度が低すぎるため、R−T−Ga相が消失しない恐れがあり、1020℃を超えると、粒成長が起こりHcJが低下する恐れがある。加熱時間は、5分以上500分以下が好ましい。730℃以上1020℃以下に加熱後300℃以下まで(より詳細には、20℃/分以上で300℃まで)の冷却速度が20℃/分未満であると、過剰なR−T−Ga相が生成されてしまう恐れがある。同様に300℃に達する前に20℃/分以上の冷却速度未満であると過剰なR−T−Ga相が生成されてしまう恐れがある。また、730℃以上1020℃以下に加熱後300℃以下まで(より詳細には、20℃/分以上で300℃まで)の冷却速度は20℃/分以上であればよく、冷却速度が変動しても構わない。例えば、冷却開始直後は、40℃/分程度の冷却速度で、300℃に近づくにしたがって35℃/分や30℃/分などの冷却速度に変化してもよい。
なお、730℃以上1020℃以下の加熱温度に加熱後300℃までの冷却速度を評価する方法として、当該加熱温度から300℃までの平均冷却速度(すなわち、加熱温度と300℃との間の温度差を加熱温度から降温して300℃に達するまでの時間で除した値)で評価してよい。
また、上述のように本発明に係るR−T−B系焼結磁石では、上述のようにR−T−Ga相の形成を抑制することで、十分な量のR−Ga−Cu相を得ている。高いHcJを得るためには、R−T−Ga相を生成することは必要であるものの、その生成を極力抑えて、R−Ga−Cu相を生成させることが重要と考えられる。従って、本発明に係るR−T−B系焼結磁石では、十分なR−Ga−Cu相が得られる程度にR−T−Ga相の生成を抑制すればよく、ある程度の量のR−T−Ga相が存在していてもよい。
[低温熱処理工程]
高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材に対し、440℃以上550℃以下の温度に加熱する。本発明においては、この熱処理を低温熱処理工程という。これにより、R−T−Ga相が生成される。低温熱処理工程の温度が、440℃未満の場合はR−T−Ga相が生成されない恐れがあり、550℃を超える場合はR−T−Ga相の生成量が過剰となる恐れがあるため、二粒子粒界においてR−Ga相およびR−Ga−Cu相の生成量が不充分となる恐れがある。低温熱処理工程の温度は、好ましくは480℃以上550℃以下である。加熱時間は、5分以上500分以下が好ましい。また、440℃以上550℃以下に加熱後の冷却速度は特に問わない。
得られたR−T−B系焼結磁石に磁石寸法の調整のため、研削などの機械加工を施してもよい。その場合、高温熱処理工程および低温熱処理工程は機械加工前でも機械加工後でもよい。さらに、得られた焼結磁石に、表面処理を施してもよい。表面処理は、既知の表面処理で良く、例えばAl蒸着や電気Niめっきや樹脂塗装などの表面処理を行うことができる。
本発明を実験例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
<実験例1>
Ndメタル、Prメタル、Dyメタル、Tbメタル、フェロボロン合金、電解Co、Alメタル、Cuメタル、Gaメタル、フェロニオブ合金、フェロジルコニウム合金および電解鉄を用いて(メタルはいずれも純度99%以上)、所定の組成となるように配合し、それらの原料を溶解してストリップキャスト法により鋳造し、厚み0.2〜0.4mmのフレーク状の原料合金を得た。得られたフレーク状の原料合金を水素加圧雰囲気で水素脆化させた後、550℃まで真空中で加熱、冷却する脱水素処理を施し、粗粉砕粉を得た。次に、得られた粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉100質量%に対して0.04質量%添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径D50が4μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。なお、粉砕時に窒素ガスに大気を混合することにより粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を調節した。大気を混合しない場合の粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度は50ppm以下であり、大気を混合することで窒素ガス中の酸素濃度を最大5000ppmまで増加させ、様々な酸素量の微粉砕粉を作製した。なお、粒径D50は、気流分散法によるレーザー回折法で得られた体積基準メジアン径である。また、表1におけるO(酸素量)はガス融解−赤外線吸収法、N(窒素量)はガス融解−熱伝導法、C(炭素量)は燃焼−赤外線吸収法、によるガス分析装置を使用して測定した。
前記微粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉100質量%に対して0.05質量%添加、混合した後、磁界中で成形し、成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交する、いわゆる直角磁界成形装置(横磁界成形装置)を用いた。
得られた成形体を、真空中、1020℃で4時間焼結し、R−T−B系焼結磁石素材を得た。R−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m以上であった。得られたR−T−B系焼結磁石素材の成分を求めるために、Nd、Pr、Dy、Tb、B、Co、Al、Cu、Ga、NbおよびZrの含有量をICP発光分光分析法により測定した結果を表1に示す。そして、残部(100質量%から測定により得たNd、Pr、Dy、Tb、B、Co、Al、Cu、Ga、NbおよびZrの含有量を引いて得た残り)をFeの含有量とした。さらにガス分析結果(O、NおよびC)を表1に示す。得られたR−T−B系焼結磁石素材に対して高温熱処理工程を行った。高温熱処理工程は、R−T−B系焼結磁石素材を900℃に加熱し3時間保持した後R−T−B系焼結磁石素材を室温まで冷却した。当該冷却は、炉内にアルゴンガスを導入することにより、保持した温度(900℃)から300℃までの平均冷却速度を25℃/分の冷却速度で行い、300℃から室温までの平均冷却速度を3℃/分の冷却速度で行った。なお、平均冷却速度(25℃/分、および、3℃/分)における冷却速度ばらつき(冷却速度の最高値と最低値の差)は、いずれの試料も3℃/分以内であった。次いで高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材に対し、低温熱処理工程を行った。低温熱処理工程は、R−T−B系焼結磁石素材を500℃に加熱し2時間保持した後室温まで20℃/分の冷却速度で冷却した。なお、高温熱処理工程および低温熱処理工程の加熱温度並びに冷却速度は、R−T−B系焼結磁石素材に熱電対を取り付けて測定した。低温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石に機械加工を施し、縦7mm、横7mm、厚み7mmの試料を作製し、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表2に示す。なお、B及びHcJを測定したR−T−B系焼結磁石の成分、ガス分析を行った所、表1のR−T−B系焼結磁石素材の成分、ガス分析結果と同等であった。
Figure 0006288095
Figure 0006288095
表2におけるuは、表1におけるNd、Pr、Dy、Tbの量(質量%)を合計した値であり、vは、表1における酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしたとき6α+10β+8γをuから差し引いた値である。wは、表1のB量(質量%)をそのまま転記した。また、表2における領域は、vとwの割合が図1中のどの位置にあるか示したものであり、図1中の1の領域にある場合は1と、図1中の2の領域にある場合は2と記載した。さらに、図1中の1、2の領域以外にある場合はその位置に応じて10、20、30、40のいずれかを記載した。例えばNo.1は、vが28.20質量%であり、wが0.910質量%であるため図1中の2の領域である。そのため2と記載した。また、No.21は、vが29.16質量%であり、wが0.894質量%であるため図1中の1の領域である。そのため1と記載した。さらに、No.47は、vが28.40質量%であり、wが0.940質量%であるため図1中の20の領域である。よって20と記載した。
図4は、図1に「<実施例1>」に係る実施例試料と比較例試料(すなわち、表2に記載の試料)それぞれのv、wの値をプロットした説明図である。図4から実施例試料が領域1または2の範囲内にあり、比較例試料が領域1および2の範囲外にあることが容易に理解できる。
上述したように、本発明は、xが0.40質量%以上0.70質量%以下の場合、vとwを以下の割合で含有させる。
50w−18.5≦v≦50w−14 (6)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)
好ましくは、
50w−18.5≦v≦50w−16.25 (11)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)
当該割合で含有させた場合の前記vとwの範囲が図1中の1と2または2の領域に相当する。
表2に示すように、原料合金にDy、Tbを含有していない場合、vとwの関係が本発明の領域(図1中の1と2の領域)に位置し、かつ、0.4≦Ga(x)≦0.7、0.07≦Cu(y)≦0.2、0.05≦Al(z)≦0.5、0≦M(Nbおよび/またはZr(q))≦0.1である実施例試料(試料No.48、49、53、54、57以外の実施例試料)は、いずれもB≧1.340T、かつ、HcJ≧1360kA/mの高い磁気特性を有している。これに対し、Ga、Cu、Alの量が本発明の範囲内であっても、vとwが本発明の範囲外(図1中の1または2以外の領域)となっている比較例(例えば、試料No.12、16、22、35)および、vとwが本発明の範囲内(図1中の1または2の領域)であってもGa、Cuの量が本発明の範囲外である比較例(例えば、試料No.8、30、36、40、42)は、B≧1.340T、かつ、HcJ≧1360kA/mの高い磁気特性が得られていない。特に、実施例である試料No.7とGaの含有量が試料No.7と比べて0.1質量%低い以外は同じ組成の比較例である試料No.8から明らかなように、vとwが本発明の範囲内であっても、Gaが本発明の範囲外であるとHcJが大きく低下している。なお、試料No.08は、Gaが0.20質量%以上0.40質量%未満の場合における本発明のGaの範囲(−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x(Ga)≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8)から外れるため、高い磁気特性を得るために最低限必要なR−T−Ga相を生成させることができず、そのため、HcJが大きく低下していると考えられる。
原料合金にDy、Tbを含有する場合はDy、Tbの含有量に応じてBが低下して、HcJが向上する。この場合、BはDyやTbを1質量%含有すると0.024T程度減少する。HcJはDyが1質量%含有されると160kA/m程度、Tbが1質量%含有されると240kA/m程度上昇する。
そのため、本発明は、上述したように原料合金にDy、Tbを含有しない場合はB≧1.340T、かつ、HcJ≧1360kA/mの磁気特性を有しているので、Dy、Tbの含有量に応じてB(T)≧1.340−0.024Dy(質量%)−0.024Tb(質量%)、かつ、HcJ(kA/m)≧1360+160Dy(質量%)+240Tb(質量%)の磁気特性を有することになる。
表2に示すように、原料合金にDy、Tbを含有する実施例(試料No.48、49、53、54、57)は、いずれもB(T)≧1.340−0.024Dy(質量%)−0.024Tb(質量%)、かつ、HcJ(kA/m)≧1360+160Dy(質量%)+240Tb(質量%)の高い磁気特性を有している。これに対し、Dy、Tbを含有する比較例(試料No.47、50、51、52、55)は、いずれもB(T)≧1.340−0.024Dy(質量%)−0.024Tb(質量%)、かつ、HcJ(kA/m)≧1360+160Dy(質量%)+240Tb(質量%)の高い磁気特性を有していない。特に、実施例である試料No.54と、Gaの含有量が試料No.54に比べて0.1質量%低い以外は同じ組成の比較例である試料No.55とから明らかなように、vとwが本発明の範囲内であっても、Gaが本発明の範囲外であるとHcJが大きく低下している。なお、試料No.55は、Gaが0.20質量%以上0.40質量%未満の場合における本発明のGaの範囲(−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x(Ga)≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8)から外れるため、高い磁気特性を得るために最低限必要なR−T−Ga相を生成させることができず、そのため、HcJが大きく低下していると考えられる。
さらに、表2に示すように、本発明において領域の1(図1中の1の領域)よりも領域の2(図1中の2の領域)の方が更に高いB(原料合金にDy、Tbを含有しない場合B≧1.354T、Dy、Tbを含有する場合、B≧1.354T−0.024[Dy]−0.024[Tb])を得ることができる。なお、[Dy][Tb]は、それぞれDy、Tbの含有量(質量%)を示す。
<実験例2>
Ndメタル、Prメタル、フェロボロン合金、電解Co、Alメタル、Cuメタル、Gaメタルおよび電解鉄を用いて(メタルはいずれも純度99%以上)、実験例1の試料No.34と同じ組成となるように配合し、それらの原料を溶解し実験例1と同じ方法で鋳造して原料合金を得た。得られた原料合金を実験例1と同じ方法で水素処理、乾式粉砕を行い、微粉砕粉を得た。さらに、実験例1と同じ方法で、成形、焼結し、R−T−B系焼結磁石素材を得た。R−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m以上であった。また、得られたR−T−B系焼結磁石素材の成分、ガス分析結果は、実験例1の試料No.34と同等であった。
得られたR−T−B系焼結磁石素材に対し、表3に示す条件で高温熱処理工程を行い、さらに高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材に対し、表3に示す条件で低温熱処理工程を行った。表3における高温熱処理工程および低温熱処理工程の温度(℃)は、R−T−B系焼結磁石素材の加熱温度であり、保持時間(Hr)は、前記加熱温度の保持時間である。冷却速度(℃/分)は、前記保持時間経過後にR−T−B系焼結磁石素材を保持した温度から300℃までの平均冷却速度を示している。300℃から室温までの高温熱処理工程および低温熱処理工程の冷却速度は、いずれの試料も3℃/分で冷却している。なお、平均冷却速度(保持した温度から300℃まで、および、300℃から室温まで)における冷却速度ばらつき(冷却速度の最高値と最低値の差)は、いずれの試料も3℃/分以内であった。また、高温熱処理工程および低温熱処理工程の加熱温度および冷却速度は、R−T−B系焼結磁石素材に熱電対を取り付けて測定した。さらに、表3の試料No.96、97の「−」は、高温熱処理工程を行わなかったことを示している。低温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石に機械加工を施し、縦7mm、横7mm、厚み7mmの試料を作製し、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表3に示す。なお、B及びHcJを測定したR−T−B系焼結磁石の成分、ガス分析を行った所、表1の試料No.34と同等であった。
Figure 0006288095
表3に示すように、R−T−B系焼結磁石素材を730℃以上1020℃以下の温度に加熱後、20℃/分以上で300℃まで冷却する高温熱処理工程を行い、高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材を440℃以上550℃以下の温度に加熱する低温熱処理工程を行った実施例(表3中の「本発明」)は、いずれもB≧1.340T、かつ、HcJ≧1395A/mの高い磁気特性を有している。これに対し、高温熱処理工程が本発明の範囲内であっても、低温熱処理工程の温度が本発明の範囲外である試料No.60、61、66、67、71、72、76、77、82、および低温熱処理工程が本発明の範囲内であっても、高温熱処理工程の温度が本発明の範囲外である試料No.83、84、さらに、高温熱処理工程の冷却速度が本発明の範囲外である試料No.87〜95、および高温熱処理工程を行わない試料No.96、97は、いずれもB≧1.340T、かつ、HcJ≧1395A/mの高い磁気特性を有していない。
<実験例3>
高温熱処理工程において、加熱後のR−T−B系焼結磁石素材の冷却速度を300℃まで26℃/分で行い、300℃から室温まで3℃/分で冷却することから、400℃まで26℃/分で行い、400℃から室温まで3℃/分で冷却することに変更した以外は、実験例2の試料No.73と同じ方法でR−T−B系焼結磁石を作製した。得られたR−T−B系焼結磁石に機械加工を施し、縦7mm、横7mm、厚み7mmの試料を作製し、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表4の試料No.98に示す。同様に、高温熱処理工程において、加熱後のR−T−B系焼結磁石素材の冷却速度を300℃まで26℃/分で行い、300℃から3℃/分で冷却することから、400℃まで26℃/分で行い、400℃から3℃/分で冷却することに変更した以外は、実験例2の試料No.74と同じ方法でR−T−B系焼結磁石を作製した。得られたR−T−B系焼結磁石に機械加工を施し、縦7mm、横7mm、厚み7mmの試料を作製し、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表4の試料No.99に示す。
Figure 0006288095
表4に示すように、試料No.98、99は、高温熱処理工程において、加熱後のR−T−B系焼結磁石素材の冷却速度が300℃まで20℃/分以上で冷却していないため、試料No.73、74と異なりB≧1.340T、かつ、HcJ≧1395kA/mの高い磁気特性を有していない。
<実験例4>
Ndメタル、Prメタル、Dyメタル、Tbメタル、フェロボロン合金、電解Co、Alメタル、Cuメタル、Gaメタル、フェロニオブ合金、フェロジルコニウム合金および電解鉄を用いて(メタルはいずれも純度99%以上)、所定の組成となるように配合し、実験例1と同様の方法により粒径D50が4μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。なお、粉砕時に窒素ガスに大気を混合することにより粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を調節した。大気を混合しない場合の粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度は50ppm以下であり、大気を混合することで窒素ガス中の酸素濃度を最大1500ppmまで増加させ、様々な酸素量の微粉砕粉を作製した。なお、粒径D50は、気流分散法によるレーザー回折法で得られた体積基準メジアン径である。また、表5におけるO(酸素量)、N(窒素量)、C(炭素量)は実施例1と同様の方法で測定した。
前記微粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉100質量%に対して0.05質量%添加、混合した後、実験例1と同様の方法で、成形体を作製し、さらに実験例1と同様の方法で焼結、熱処理を行った。熱処理後の焼結磁石に機械加工を施し、実験例1と同様の方法で各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表6に示す。
Figure 0006288095
Figure 0006288095
表6におけるuは、表5におけるNd、Pr、Dy、Tbの量(質量%)を合計した値であり、vは、表5における酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしたとき6α+10β+8γをuから差し引いた値である。wは、表5のB量をそのまま転記した。表6における領域は、vとwが図2中のどの位置にあるか示したものであり、図2中の3の領域にある場合は3と、図3中の4の領域にある場合は4と記載した。さらに、図2中の3、4の領域以外にある場合は×と記載した。
表6に示す様に、原料合金にDy、Tbを含有していない場合、0.20≦x(Ga)<0.40のとき、vとwが本発明の領域(図2中の3と4の領域)に位置し、かつ、−(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8、0.07≦y(Cu)≦0.2、0.05≦z(Al)≦0.5、0≦q(Nbおよび/またはZr)≦0.1である実施例試料(試料No113以外の実施例試料)は、いずれもB≧1.366T、かつ、HcJ≧1433kA/mであり、実験例1の実施例試料(x(Ga)0.40質量%以上)よりも少ないGaの量に係らず、実験例1の実施例試料と比較して同等以上の高い磁気特性を有している。これに対し、Ga、Cu、Alの量が本発明の範囲内であっても、vとwが本発明の範囲外(図2中の3または4以外の領域)である比較例試料No.120や、vとwが本発明の範囲内(図2中の3または4の領域)であってもGaが本発明の範囲外である比較例試料No.119は、B≧1.366T、かつ、HcJ≧1433kA/mの高い磁気特性が得られていない。
<実験例5>
Ndメタル、Prメタル、フェロボロン合金、電解Co、Alメタル、Cuメタル、Gaメタルおよび電解鉄を用いて(メタルはいずれも純度99%以上)、実験例4の試料No.105と同じ組成となるように配合し、それらの原料を溶解し実験例1と同じ方法で鋳造して原料合金を得た。得られた原料合金を実験例1と同じ方法で水素処理、乾式粉砕を行い微粉砕粉を得た。さらに、実験例1と同じ方法で、成形、焼結し、R−T−B系焼結磁石素材を得た。R−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m以上であった。また、得られたR−T−B系焼結磁石素材の成分、ガス分析結果は、実験例4の試料No.105と同等であった。
得られたR−T−B系焼結磁石素材に対し、表7に示す条件で高温熱処理工程を行い、さらに高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材に対し、表7に示す条件で低温熱処理工程を行った。表7における高温熱処理工程および低温熱処理工程の温度(℃)は、R−T−B系焼結磁石素材の加熱温度であり、保持時間(Hr)は、前記加熱温度の保持時間である。冷却速度(℃/分)は、前記保持時間経過後にR−T−B系焼結磁石素材を保持した温度から300℃までの平均冷却速度を示している。300℃から室温までの高温熱処理工程および低温熱処理工程の冷却速度は、いずれの試料も3℃/分で冷却している。なお、平均冷却速度(保持した温度から300℃まで、および、300℃から室温まで)における冷却速度ばらつき(冷却速度の最高値と最低値の差)は、いずれの試料も3℃/分以内であった。また、高温熱処理工程および低温熱処理工程の加熱温度および冷却速度は、R−T−B系焼結磁石素材に熱電対を取り付けて測定した。さらに、表7の試料No.165、166の「−」は、高温熱処理工程を行わなかったことを示している。低温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石に機械加工を施し、縦7mm、横7mm、厚み7mmの試料を作製し、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表7に示す。なお、B及びHcJを測定したR−T−B系焼結磁石の成分、ガス分析を行ったところ、表5の試料No.105と同等であった。
Figure 0006288095
表7に示すように、R−T−B系焼結磁石素材を730℃以上1020℃以下の温度に加熱後、20℃/分以上で300℃まで冷却する高温熱処理工程を行い、高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材を440℃以上550℃以下の温度に加熱する低温熱処理工程を行った実施例(表7中の本発明)は、いずれもB≧1.414T、かつ、HcJ≧1373kA/mの高い磁気特性を有している。これに対し、高温熱処理工程が本発明の範囲内であっても、低温熱処理工程の温度が本発明の範囲外である試料No.130、131、135、136、140、141、145、146、151、および低温熱処理工程が本発明の範囲内であっても、高温熱処理工程の温度が本発明の範囲外である試料No.152、153、さらに、高温熱処理工程の冷却速度が本発明の範囲外である試料No.156〜164、および高温熱処理工程を行わない試料No.165、166は、いずれもB≧1.414T、かつ、HcJ≧1373kA/mの高い磁気特性を有していない。
本出願は、出願日が2013年9月2日である日本国特許出願、特願第2013-180951号および出願日が2014年3月25日である日本国特許出願、特願第2014-061623号を基礎出願とする優先権主張を伴う。特願第2013-180951号および特願第2014-061623号は参照することにより、その全てが本明細書に取り込まれる。
本発明によるR−T−B系焼結磁石は、ハイブリッド自動車用および電気自動車用モータ等の多くの用途に好適に利用することができる。

Claims (6)

  1. 下記式(1)によって表わされ、
    uRwBxGayCuzAlqM(100−u−w−x−y−z−q)T(1)
    (Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含み、MはNbおよび/またはZrであり、u、w、x、y、z、q及び100−u−w−x−y−z−qは質量%を示す。)
    前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、下記式(2)〜(5)を満足し、
    0.20≦x≦0.70 (2)
    0.07≦y≦0.2 (3)
    0.05≦z≦0.5 (4)
    0≦q≦0.1 (5)

    R−T−B系焼結磁石の酸素量(質量%)をα、窒素量(質量%)をβ、炭素量(質量%)をγとしたとき、v=u−(6α+10β+8γ)であって、
    0.40≦x≦0.70のとき、v、wが、下記式(6)および(7)を満足し、
    50w−18.5≦v≦50w−14 (6)
    −12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)

    0.20≦x<0.40のとき、v、wが、下記式(8)および(9)を満足し、xが、下記式(10)を満足するR−T−B系焼結磁石素材を準備する工程と、
    50w−18.5≦v≦50w−15.5 (8)
    −12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125 (9)
    −(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8 (10)
    前記R−T−B系焼結磁石素材を730℃以上1020℃以下の温度に加熱後、20℃/分以上で300℃まで冷却する高温熱処理工程と、
    前記高温熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石素材を440℃以上550℃以下の温度に加熱する低温熱処理工程と、
    を含むR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  2. 前記低温熱処理工程は、480℃以上550℃以下の温度に加熱する請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  3. 得られたR−T−B系焼結磁石の酸素量が0.15質量%以下である、請求項1または2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  4. 0.40≦x≦0.70のとき、v、wが、下記式(11)および(7)を満足し、
    50w−18.5≦v≦50w−16.25 (11)
    −12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (7)

    0.20≦x<0.40のとき、v、wが、下記式(12)および(9)を満足し、xが下記式(10)を満足することを特徴とする請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
    50w−18.5≦v≦50w−17.0 (12)
    −12.5w+39.125≦v≦−62.5w+86.125 (9)
    −(62.5w+v−81.625)/15+0.5≦x≦−(62.5w+v−81.625)/15+0.8 (10)
  5. 前記低温熱処理工程は、480℃以上550℃以下の温度に加熱する請求項4に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  6. 得られたR−T−B系焼結磁石の酸素量が0.15質量%以下である、請求項4または5に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
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