JP6380724B1 - R−t−b系焼結磁石およびその製造方法 - Google Patents

R−t−b系焼結磁石およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

本開示によるR−T−B系焼結磁石は、実施形態において、R:27mass%以上37mass%以下(Rは、希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含む)、B:0.75mass%以上0.97mass%以下、Ga:0.1mass%以上1.0mass%以下、Cu:0mass%以上1.0mass%以下、T:61.03mass%以上(Tは、Fe、Co、Al、Mn、及びSiから群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含み、T全体に対するFeの含有量が80mass%以上である)の組成を有する。Bに対するTのmol比([T]/[B])は14.0超である。磁石表面部のR量は磁石中央部のR量よりも多く、磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量よりも多い。磁石表面部のBに対するTのmol比([T]/[B])は磁石中央部のBに対するTのmol比([T]/[B])よりも高い。

Description

本発明は、R−T−B系焼結磁石およびその製造方法に関する。
R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素のうちの少なくとも一種である。Tは遷移金属元素のうち少なくとも一種でありFeを必ず含む。Bは硼素である)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、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ(VCM)、電気自動車用(EV、HV、PHVなど)モータ、産業機器用モータなどの各種モータや家電製品などに使用されている。
R−T−B系焼結磁石は主としてR214B化合物からなる主相とこの主相の粒界部分に位置する粒界相(以下、単に「粒界」という場合がある)とから構成されている。R214B化合物は高い磁化を持つ強磁性相であり、R−T−B系焼結磁石の特性の根幹をなしている。
R−T−B系焼結磁石は、高温で保磁力HcJ(以下、単に「保磁力」又は「HcJ」という場合がある)が低下するため不可逆熱減磁が起こるという問題がある。そのため、特に電気自動車用モータに使用されるR−T−B系焼結磁石では、高温下でも高いHcJを有する、すなわち室温においてより高いHcJを有することが要求されている。
国際公開第2007/102391号 国際公開第2013/008756号 国際公開第2016/133071号
214B型化合物相中の軽希土類元素RLであるNdを重希土類元素RH(主にDy、Tb)で置換すると、HcJが向上することが知られている。しかし、R−T−B系焼結磁石において、軽希土類元素RL(Nd、Pr)を重希土類元素RHで置換すると、HcJが向上する一方、R214B型化合物相の飽和磁化が低下するために残留磁束密度Br(以下、単に「残留磁束密度」又は「Br」という場合がある)が低下してしまうという問題がある。
特許文献1には、R−T−B系合金の焼結磁石の表面にDy等の重希土類元素RHを供給しつつ、重希土類元素RHを焼結磁石の内部に拡散させることが記載されている。特許文献1に記載の方法は、R−T−B系焼結磁石の表面から内部にDyを拡散させてHcJ向上に効果的な主相結晶粒の外殻部にのみDyを濃化させることにより、Brの低下を抑制しつつ、高いHcJを得ることができる。
しかし、特にDyなどの重希土類元素RHは、資源存在量が少ないうえ、産出地が限定されているなどの理由から、供給が安定しておらず、価格が大きく変動するなどの問題を有している。そのため、近年、重希土類元素RHを使用することなく、HcJを向上させることが求められている。
特許文献2には、Dyの含有量を低減しつつ保磁力を高めたR−T−B系希土類焼結磁石が開示されている。この焼結磁石の組成は、一般に用いられてきたR−T−B系合金に比べてB量が相対的に少ない特定の範囲に限定され、かつ、Al、Ga、Cuのうちから選ばれる1種以上の金属元素Mを含有している。その結果、粒界にR217相が生成され、このR217相から粒界に形成される遷移金属リッチ相(R613M)の体積比率が増加することにより、HcJが向上する。
特許文献3には、通常よりもB量が低い(R214B化合物の化学量論比を下回る)R−T−B系焼結体の表面に特定組成のR−Ga−Cu合金を接触させて熱処理を行うことにより、R−T−B系焼結磁石中の粒界相の組成及び厚さを制御してHcJを向上させることが記載されている。
特許文献2または特許文献3に記載の方法によれば、Dy等の重希土類元素RHを使用しなくとも高いHcJを得ることができるが、Brが低下するという問題があった。
本開示の様々な実施形態は、重希土類元素RHの含有量を低減しつつ、高いBrと高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石およびその製造方法を提供する。
本開示によるR−T−B系焼結磁石は、例示的な実施形態において、
R:28mass%以上36mass%以下(Rは、希土類元素のうち少なくとも一種でありNd及びPrの少なくとも一方を必ず含む)、
B:0.73mass%以上0.96mass%以下、
Ga:0.1mass%以上1.0mass%以下、
Cu:0.1mass%以上1.0mass%以下、
T:60mass%以上(Tは、Fe、Co、Al、Mn、及びSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含み、T全体に対するFeの含有量が80mass%以上である)、
を含有し、
Bに対するTのmol比([T]/[B])が14.0超であり、
配向方向と垂直な断面における磁石表面部のR量は磁石中央部のR量より多く、
配向方向と垂直な断面における磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量より多く、
配向方向と垂直な断面における磁石表面部のBに対するTのmol比([T]/[B])は磁石中央部のBに対するTのmol比([T]/[B])より高い、R−T−B系焼結磁石。
ある好ましい実施形態では、配向方向と垂直な断面における磁石表面部のCu量は磁石中央部のCu量より多い。
ある好ましい実施形態では、前記R−T−B系焼結磁石におけるBに対するTのmol比([T]/[B])比が14.0超16.4以下である。
本開示のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、他の例示的な実施形態において、R1−T1−B系焼結体を準備する工程と、R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程と、前記R1−T1−B系焼結体の表面の少なくとも一部に、前記R2−Cu−Ga−Fe系合金の少なくとも一部を接触させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で第一の熱処理を実施する工程と、前記第一の熱処理が実施されたR1−T1−B系焼結体に対して、真空又は不活性ガス雰囲気中、450℃以上600℃以下の温度で第二の熱処理を実施する工程とを含む。前記R1−T1−B系焼結体において、R1は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R1の含有量は、R1−T1−B系焼結体全体の27mass%以上35mass%以下であり、T1はFe、Co、Al、Mn、およひSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、T1は必ずFeを含有し、T1全体に対するFeの含有量が80mass%以上であり、[T1]/[B]のmol比が14.0超15.0以下である。前記R2−Cu−Ga−Fe系合金において、R2は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R2の含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の35mass%以上85mass%以下であり、Cuの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下であり、Gaの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下であり、Feの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の10mass%以上45mass%以下である。
ある実施形態において、前記[T1]/[B]のmol比が14.3以上15.0以下である。
ある実施形態において、前記R2−Cu−Ga−Fe系合金におけるFeの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の15mass%以上40mass%以下である。
ある実施形態において、前記R2−Cu−Ga−Fe系合金中のR2の50mass%以上がPrである。
ある実施形態において、前記R2−Cu−Ga−Fe系合金中のR2の70mass%以上がPrである。
ある実施形態では、R2−Cu−Ga−Fe系合金におけるR2、Cu、Ga、Feの合計の含有量が80mass%以上である。
ある実施形態では、前記第一の熱処理における温度が800℃以上1000℃以下である。
ある実施形態では、前記第二の熱処理における温度が480℃以上560℃以下である。
ある実施形態において、前記R1−T1−B系焼結体を準備する工程は、原料合金を粒径D50が3μm以上10μm以下に粉砕した後、磁界中で配向させて焼結を行うことを含む。
本開示のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、他の例示的な実施形態において、R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程と、R2−Ga−Fe系合金を準備する工程と、前記R1−T1−Cu−B系焼結体の表面の少なくとも一部に、前記R2−Ga−Fe系合金の少なくとも一部を接触させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で第一の熱処理を実施する工程と、前記第一の熱処理が実施されたR1−T1−Cu−B系焼結体に対して、真空又は不活性ガス雰囲気中、450℃以上600℃以下の温度で第二の熱処理を実施する工程とを含む。前記R1−T1−Cu−B系焼結体において、R1は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R1の含有量は、R1−T1−Cu−B系焼結体全体の27mass%以上35mass%以下であり、T1はFe、Co、Al、Mn、およひSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、T1は必ずFeを含有し、T1全体に対するFeの含有量が80mass%以上であり、[T1]/[B]のmol比が14.0超15.0以下であり、Cuの含有量は、R1−T1−Cu−B系焼結体全体の0.1mass%以上1.5mass%以下である。前記R2−Ga−Fe系合金において、R2は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R2の含有量は、R2−Ga−Fe系合金全体の35mass%以上85mass%以下であり、Gaの含有量は、R2−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下であり、Feの含有量は、R2−Ga−Fe系合金全体の10mass%以上45mass%以下である。
ある実施形態において、前記[T1]/[B]のmol比が14.3以上15.0以下である。
ある実施形態では、前記R2−Ga−Fe系合金におけるFeの含有量は、R2−Ga−Fe系合金全体の15mass%以上40mass%以下である。
ある実施形態において、前記R2−Ga−Fe系合金中のR2の50mass%以上がPrである。
ある実施形態において、前記R2−Ga−Fe系合金中のR2の70mass%以上がPrである。
ある実施形態では、R2−Ga−Fe系合金におけるR2、Ga、Feの合計の含有量が80mass%以上である。
ある実施形態では、前記第一の熱処理における温度が800℃以上1000℃以下である。
ある実施形態では、前記第二の熱処理における温度が480℃以上560℃以下である。
ある実施形態において、前記R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程は、原料合金を粒径D50が3μm以上10μm以下に粉砕した後、磁界中で配向させて焼結を行うことを含む。
本開示の実施形態によると、重希土類元素RHの含有量を低減しつつ、高いBrと高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石が提供される。
R−T−B系焼結磁石の主相と粒界相を示す模式図である。 図1Aの破線矩形領域内を更に拡大した模式図である。 本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法の第1の実施形態における工程を示すフローチャートである。 本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法の第2の実施形態における工程を示すフローチャートである。 熱処理工程におけるR1−T1−B系合金焼結体とR2−Cu−Ga−Fe系合金との配置形態を模式的に示す説明図である。 縦軸にBr、横軸にHcJをとった磁気特性マップである。 磁石表面部のサンプル切り出し範囲を示す説明図である。 磁石表面部と磁石中央部のサンプル切り出し位置を示す説明図である。 図6Bの磁石において配向方法と垂直な断面を見た場合の説明図である。 4mm角の磁石における磁石表面部と磁石中央部のサンプル切り出し位置を例示的に示す説明図である。 3mm角の磁石における磁石表面部と磁石中央部のサンプル切り出し位置を例示的に示す説明図である。 図6Eの磁石において配向方法と垂直な断面を見た場合の説明図である。
本開示によるR−T−B系焼結磁石は、R、Ga及びFeを構成要素として含む合金をR−T−B系焼結体の表面の少なくとも一部に接触させた状態で熱処理を行うことによって製造され、通常よりもB量が低い(R214B化合物の化学量論比を下回る)特定組成を有している。本開示のR−T−B系焼結磁石は、重希土類元素であるDy及びTbを全く含有していなくても、Dyを含有させた(Dyを原料合金に添加した)場合以上の高いBr及びHcJを有し、さらには、表面から内部にDyを拡散させて主相結晶粒の外殻部にDyを濃化させる方法によって製造されたR−T−B系焼結磁石のBr及びHcJと同等の高いBr及び高いHcJを示すことができる。
<メカニズム>
前述したように、特許文献3に記載の方法は、通常よりもB量が少ない(R214B化合物の化学量論比を下回る)R−T−B系焼結体の表面に特定組成のR−Ga−Cu合金を接触させて熱処理を行うことにより、R−T−B系焼結磁石中における粒界相の組成及び厚さを制御してHcJを向上させている。この方法は、重希土類元素を用いないことから主相の飽和磁化の低下がほとんど起こらない。しかし、通常よりも厚い粒界相を形成するため、どうしても主相の比率が低下してしまい、その結果、Brの低下が避けられない。
本発明者らは検討を重ねた結果、R−T−B系焼結体の表面に接触させる合金として、特許文献3に記載されるR−Ga−Cu合金に代えて、Feを含有するR−Ga−Fe合金を用い、最終的に得られるR−T−B系焼結磁石のB量をR214B化合物における化学量論比よりも少なくすると、特許文献3のR−T−B系焼結磁石に比べて高いBrが得られるだけでなく、重希土類元素を用いることなく特許文献1に記載のR−T−B系焼結磁石と同等の高いBr及び高いHcJを得ることができることがわかった。これは、特許文献3に記載の方法により得られたR−T−B系焼結磁石においては、磁石表面付近の粒界相だけでなく磁石中央付近の粒界相の厚みも厚くなるため、主相の比率が低下し、Brが低下するものと考えられるのに対して、本開示によるR−T−B系焼結磁石では、R−Ga−Fe合金に含有されるFeの存在により、磁石表面付近の粒界相の厚みは特許文献3による磁石と同様に厚くなり、逆に、磁石中心付近の粒界相の厚みは特許文献3による磁石よりも薄くなる(本開示と特許文献3の磁石(拡散後のR−T−B系焼結磁石)がいずれも同じ組成の場合)。これによって磁石中心付近における主相比率の低下を抑制できると考えられる。さらに、詳細な検討の結果、本開示によるR−T−B系焼結磁石では、配向方向と垂直な断面における磁石表面部のBに対するTのmol比([T]/[B])(以下、「[T]/[B]のmol比」と記載する場合がある)が磁石中央部の[T]/[B]のmol比より高い(磁石表面部よりも磁石中央部の方が[T]/[B]のmol比が低い(磁石中央部が相対的に高Bになっている))こともわかった。このような組成分布を有するR−T−B系焼結磁石では、磁石中央付近における主相比率の低下を最小限に抑えることができるため、Brの低下を抑制することができる。
<T/B比の説明>
本開示のR−T−B系焼結磁石の製造には、R−Ga−Fe合金が用いられる。R−Ga−Fe合金に含まれているR、Ga、及びFeの元素は、主にR−T−B系焼結体の粒界を通じて焼結体表面から内部へ導入される。R、Ga、及びFeの元素を焼結体表面から内部に導入すると、配向方向に沿って、磁石表面部におけるR量は磁石中央部におけるR量よりも多くなる。磁石表面部におけるR量が多くなると、その他の元素(例えばB、Fe等)の量(割合)は磁石中央部に比べて少なくなる。例えば、特許文献3に記載の方法により得られたR−T−B系焼結磁石のように、Feを磁石表面から内部に拡散させていないR−T−B系焼結磁石では、配向方向と垂直な断面において、Rの拡散によって生じる磁石表面部と磁石中央部とにおけるFe及びBの変化の量は同等である。つまり、磁石表面部と磁石中央部とではRの導入量が異なるため、磁石表面部ではRの存在量が増加し、それに伴い相対的にFeとBの存在量が少なくなる。一方、磁石中央部ではRの存在量はそれほど増加しないので、FeとBの存在量もそれほど少なくならない。このように、磁石表面部と磁石中央部とで、Rの導入量によってFeとBの相対的な存在量が上下するものの、FeとBの比率は変化しない(FeもBも焼結体表面から導入されないため)。このため、Feを表面から内部に拡散させていないR−T−B系焼結磁石では、配向方向と垂直な断面における[T]/[B]のmоl比は磁石表面部と磁石中央部でほぼ同じである。なお、Tは、Fe、Co、Al、Mn、及びSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含み、T全体に対するFeの含有量が80mass%以上である。すなわち、FeがTの主成分である。
これに対して、本開示によるR−T−B系焼結磁石では、R及びGaだけではなくFeも焼結体表面から内部へ導入されている。このため、配向方向に沿って、磁石表面部と磁石中央部とでFeの導入量に差があり(磁石表面部の方がFeの導入量が多い)、拡散によって生じる磁石表面部におけるFeの相対的な存在量の変化は、B(焼結体表面から導入されていない)の相対的な存在量の変化よりも小さくなることがわかった。
このような特徴的な組成の分布により、主相結晶粒の外殻部にDyを濃化させたR−T−B系焼結磁石のBr及びHcJと同等の高いBr及び高いHcJを得ることが可能になる。
以下、本開示によるR−T−B系焼結磁石の構造及び製造方法の実施形態をより詳細に説明する。
<R−T−B系焼結磁石の構造>
まず、本開示によるR−T−B系焼結磁石の基本構造を説明する。
R−T−B系焼結磁石は、原料合金の粉末粒子が焼結によって結合した構造を有しており、主としてR214B化合物からなる主相と、この主相の粒界部分に位置する粒界相とから構成されている。
図1Aは、R−T−B系焼結磁石の主相と粒界相を示す模式図であり、図1Bは図1Aの破線矩形領域内を更に拡大した模式図である。図1Aには、一例として長さ5μmの矢印が大きさを示す基準の長さとして参考のために記載されている。図1A及び図1Bに示されるように、R−T−B系焼結磁石は、主としてR214B化合物からなる主相12と、主相12の粒界部分に位置する粒界相14とから構成されている。また、粒界相14は、図1Bに示されるように、2つのR214B化合物粒子(グレイン)が隣接する二粒子粒界相14aと、3つ以上のR214B化合物粒子が隣接する粒界三重点14bとを含む。典型的な主相結晶粒径は磁石断面の円相当径の平均値で3μm以上15μm以下である。
主相12であるR214B化合物は高い飽和磁化と異方性磁界を持つ強磁性相である。したがって、R−T−B系焼結磁石では、主相12であるR214B化合物の存在比率を高めることによってBrを向上させることができる。R214B化合物の存在比率を高めるためには、原料合金中のR量、T量、B量を、R214B化合物の化学量論比(R量:T量:B量=2:14:1)に近づければよい。R214B化合物を形成するためのB量又はR量が化学量論比を下回ると、一般的には、粒界相14にFe相又はR217相等の強磁性体が生成し、HcJが急激に低下する。しかし、本開示のR−T−B系焼結磁石では、以下に説明する組成及び組織構造を有することにより、高いBrと高いHcJを実現できることがわかった。
本開示によるR−T−B系焼結磁石は、非限定的で例示的な実施形態において、以下の組成を有する。
R:28mass%以上36mass%以下(Rは、希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含む)、
B:0.73mass%以上0.96mass%以下、
Ga:0.1mass%以上1.0mass%以下、
Cu:0.1mass%以上1.0mass%以下、
T:60mass%以上(Tは、Fe、Co、Al、Mn、及びSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含み、T全体に対するFeの含有量が80mass%以上である)。
ここで、[T]/[B]のmol比は14.0超である。好ましくは、[T]/[B]のmol比は14.0超16.4以下である。より高いBrと高いHcJを得ることが出来る。また、配向方向と垂直な断面における磁石表面部のR量は磁石中央部のR量より多く、配向方向と垂直な断面における磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量より多い。さらに配向方向と垂直な断面における磁石表面部の[T]/[B]のmol比は磁石中央部の[T]/[B]のmol比より高い。
本開示におけるBに対するTのmol比([T]/[B])とは、Tを構成する各元素(Fe、Co、Al、Mn及びSi)の分析値(mass%)をそれぞれの元素の原子量で除したものを求め、それらの値を合計したもの(a)と、Bの分析値(mass%)をBの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。
「[T]/[B]のmol比が14.0を超える」ということは、Bの含有比率がR214B化合物の化学量論組成比よりも低いことを意味している。言い換えると、R−T−B系焼結磁石において、主相(R214B化合物)の形成に使われるTの量に対して相対的にB量が少ない。
「配向方向と垂直な断面における磁石表面部のR量は磁石中央部のR量より多い」ということは、Rが、磁石表面から磁石内部に拡散された状態にあることを意味している。
「配向方向と垂直な断面における磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量より多い」ということは、Gaが磁石表面から磁石内部に拡散された状態にあることを意味している。
さらに、上述したように、「配向方向と垂直な断面における磁石表面部の[T]/[B]のmol比は磁石中央部の[T]/[B]のmol比より高い」ということは、Feが磁石表面から磁石内部に拡散された状態にあることを意味している。
また、後述する第1の実施形態に示す通り、R2−Cu−Ga−Fe系合金を用いて焼結体表面から内部へR、Cu、Ga、Feを導入した場合、配向方向と垂直な断面におけるR及びGaと同様に磁石表面部のCu量は磁石中央部のCu量より多い。
本開示における「配向方向と垂直な断面における磁石表面部のR量は磁石中央部のR量より多く」は以下のようにして確認する。図6A〜図6Fに基づいて、磁石表面部のR量と磁石中央部のR量を求めるためのサンプル切り出し位置について説明する。図6Aは、磁石表面部のサンプル切り出し範囲を示す説明図であり、図6Bは、磁石表面部と磁石中央部のサンプル切り出し位置を示す説明図である。図6Aに示す様に、z軸方向を鉛直方向とする直交座標系xyzにおいて、配向方向(図中両矢印方向)をz方向とし、配向方向の磁石寸法をAAmmとした場合、磁石表面部分サンプルは、配向方向と垂直な面に平行な磁石表面20を含み、磁石表面20からz軸方向へ前記AAmm寸法の10%〜40%に相当する寸法の範囲100からサンプルを切り出すことができる。前記範囲100の中であれば任意の箇所からサンプルが磁石表面を含むように切り出される。例えば図6Bに示す領域を磁石表面部サンプル30として切り出すことができる。磁石表面20にめっき、塗装及び酸化被膜等の表面保護膜が形成されている場合は、それらの表面保護膜を除去してから磁石表面部サンプル30を切り出す。
また、磁石中央部サンプル40は、x−y平面に投影した領域が磁石表面部サンプル30をx−y平面に投影した領域に一致するよう切り出される。具体的には、磁石表面部サンプル30のz方向(配向方向)の直下の位置から切り出される。磁石中央部サンプル40は、典型的には、磁石表面部サンプル30と同様の寸法及び形状を持つように切り出される。
図6Cは、図6Bの磁石の配向方向に平行な方向から磁石を見た透視図である。図6Cに示す直交座標系xyzにおいて(配向方向はz方向)、配向方向に垂直な方向から見たとき、磁石表面部サンプル30と磁石中央部サンプル40は重なっている。また、図6Bに示す様に、磁石中央部サンプル40は、配向方向の寸法(前記AAの寸法)の中央位置(図6Bの点線)をセンターとして磁石表面サンプル30とx−y平面上の位置、寸法形状、向きを同様に切り出す。切り出した磁石表面部サンプル30及び磁石中央部サンプル40を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を用いて分析することで磁石表面部のR量が磁石中央部のR量よりも多いかどうかを確認する。磁石表面部サンプル及び磁石中央部サンプルの形状は任意であるが、出来るだけ正方形であることが好ましい。
図6Dに4mm角(4mm×4mm×4mm)の磁石における磁石表面部と磁石中央部のサンプル切り出し位置を例示的に示す。図6Dに示すように、例えば、配向方向と垂直な磁石表面21を含む磁石表面部サンプル31を1mm角(配向方向(前記AA)の長さは4mmのため、寸法は0.4mm〜1.6mmの範囲で設定することができる)として切り出すことができる。磁石中央部サンプル41は、配向方向の寸法(4mm)の中央位置2mm(図6Dの点線)をセンターとして、磁石表面部31とx−y平面上同じ位置で1mm角として切り出すことができる。また、図6Eに示すように、配向方向寸法AAが3mmと薄く(4mm×4mm×3mm(配向方向))、サンプル加工時の削り代を考慮すると磁石表面部とx−y平面上同じ位置から磁石中央部を切り出せない場合、本来切り出すべき位置と等しい拡散条件となる位置からサンプルを採取してもよい。すなわち、x−y平面において磁石表面部サンプル35とxy方向に対称な位置及び点対称となる位置から磁石中央部サンプル45を切り出してよい。磁石表面部サンプル35とxy方向に対称な位置及び点対称となる位置を図6Fに示す。図6Fは、図6Eの磁石において配向方向と垂直な断面を見た場合の説明図である。図6Fに示すように、磁石表面部35とx方向に対称な位置45a、y方向に対称な位置45b、点対称な位置45cの3箇所の中から選択して磁石中央部サンプル45を切り出す。この場合、磁石表面部サンプル35と磁石中央部サンプル45は、配向方向において重ならないように切り出すことが好ましい。
配向方向と垂直な断面における、磁石表面部のGa量と磁石中央部のGa量及び磁石表面部の[T]/[B]のmol比と磁石中央部の[T]/[B]のmol比及び磁石表面部のCu量と磁石中央部のCu量も同様にして求める。
なお、本開示におけるR−T−B系焼結磁石の組成(R、B、Ga、Cu、T、及び[T]/[B]のmol比が14.0超)は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)の装置名:ICPV−1017(島津製作所製)を使用して測定する。また、本開示における配向方向と垂直な断面における、磁石表面部及び磁石中央部のR量、Ga量、Cu量及び[T]/[B]のmol比は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)の装置名:ICPE−9000(島津製作所製)を使用して測定する。
なお、本開示において、希土類元素を総称して「R」と表記する。希土類元素Rのうちの特定の元素または元素群を指すとき、例えば「R1」または「R2」の符号を用いて他の希土類元素から区別する。例えば、R−T−B系焼結体に含まれる希土類元素を「R1」と呼び、R−Ga−Fe合金に含まれる希土類元素を「R2」と呼んで区別する場合がある。しかし、「R1」で示される元素または元素群は、「R2」で示される元素または元素群と重複していてもよいし、一致してもよい。
また、同様に、「T」で示される元素または元素群を、例えば「T1」または「T2」の符号を用いて区別することがある。例えば、拡散前のR−T−B系焼結体に含まれるT(Fe、Co、Al、Mn、及びSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含む)を「T1」と呼び、拡散後のR−T−B系焼結磁石に含まれるT(Fe、Co、Al、Mn、及びSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含む)を「T2」と呼ぶ場合がある。
なお、本開示のR−T−B系焼結磁石は、上記の元素以外に、Ag、In、Sn、Zr、Nb、Ti、Ni、Hf、Ta、W、Ge、Mo、V、Y、La、Ce、Sm、Ca、Mg、Cr、H、F、P、S、Cl、O、N、C等を含有してもよい。
<R−T−B系焼結磁石の製造方法の第1の実施形態>
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、第1の実施形態において、図2に示すように、R1−T1−B系焼結体を準備する工程S10と、R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程S20とを含む。R1−T1−B系焼結体を準備する工程S10と、R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程S20との順序は任意であり、それぞれ、異なる場所で製造されたR1−T1−B系焼結体及びR2−Cu−Ga−Fe系合金を用いてもよい。
本開示において、第二の熱処理前及び第二の熱処理中のR−T−B系焼結磁石をR1−T1−B系焼結体と称し、第二の熱処理後のR1−T1−B系焼結磁体を単にR−T−B系焼結磁石と称する。
R1−T1−B系焼結体においては、下記(1)〜(3)が成立している。
(1)R1は希土類元素のうち少なくとも一種でありNd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R1の含有量は、R1−T1−B系焼結体全体の27mass%以上35mass%以下である。
(2)T1はFe、Co、Al、Mn、およひSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、T1は必ずFeを含有し、T1全体に対するFeの含有量が80mass%以上である。
(3)[T1]/[B]のmol比が14.0超16.0以下である。
本開示における[T1]/[B]とは、T1を構成する各元素(Fe、Co、Al、Mn、およひSiからなる群から選択された少なくとも1つ)の分析値(mass%)をそれぞれの元素の原子量で除したものを求め、それらの値を合計したもの(a)と、Bの分析値(mass%)をBの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。
[T1]/[B]のmol比が14.0を超えるということは、Bの含有比率がR214B化合物の化学量論組成比よりも低いことを意味している。言い換えると、R1−T1−B系焼結体において、主相(R214B化合物)の形成に使われるT1の量に対して相対的にB量が少ない。
R2−Cu−Ga−Fe系合金においては、以下の(4)〜(7)が成立している。
(4)R2は希土類元素のうち少なくとも一種でありNd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R2の含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の35mass%以上85mass%以下である。
(5)Cuの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下である。
(6)Gaの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下である。
(7)Feの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の10mass%以上45mass%以下である。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法では、主相(R214B化合物)形成に使われるTの量に対して化学量論比で相対的にB量が少ないR1−T1−B系焼結体の表面の少なくとも一部にR2−Cu−Ga−Fe系合金を接触させ、図2に示すように、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で第一の熱処理を実施する工程S30と、この第一の熱処理が実施されたR1−T1−B系焼結体に対して真空又は不活性ガス雰囲気中、450℃以上600℃以下の温度で第二の熱処理を実施する工程S40を行う。これにより、高いBr及び高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を得ることが出来る。
第一の熱処理を実施する工程S30と、第二の熱処理を実施する工程S40との間に他の工程、例えば冷却工程などが実行され得る。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、本開示の特定組成のR2−Cu−Ga−Fe系合金によりR2、Cu、Ga、Feを磁石表面から内部に導入することで、高いBrと高いHcJを実現することができる。
(R1−T1−B系焼結体を準備する工程)
まず、R1−T1−B系焼結体(以下、単に「焼結体」という場合がある)を準備する工程における焼結体の組成を説明する。
R1は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含む。R1−T1−B系焼結体のHcJを向上させるために、一般的に用いられるDy、Tb、Gd、Hoなどの重希土類元素を少量含有してもよい。ただし、本開示による製造方法によれば、重希土類元素を多量に用いずとも十分に高いHcJを得ることができる。そのため、前記重希土類元素の含有量は、R1−T1−B系焼結体の1mass%以下であることが好ましく、0.5mass%以下であることがより好ましく、含有しない(実質的に0mass%)ことがさらに好ましい。
R1の含有量は、R1−T1−B系焼結体全体の27mass%以上35mass%以下である。R1の含有量が27mass%未満では焼結過程で液相が十分に生成せず、R1−T1−B系焼結体を十分に緻密化することが困難になる。一方、R1の含有量が35mass%を超えても本開示の効果を得ることはできるが、R1−T1−B系焼結体の製造工程中における合金粉末が非常に活性になる。その結果、合金粉末の著しい酸化や発火などを生じることがあるため、35mass%以下が好ましい。R1の含有量は、27.5mass%以上33mass%以下であることがより好ましく、28mass%以上32mass%以下であることがさらに好ましい。
T1はFe、Co、Al、Mn、およひSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、T1は必ずFeを含有する。すなわち、T1はFeのみであってもよいし、Co、Al、Mn、Siの少なくとも1つとFeからなってもよい。但し、T1全体に対するFeの含有量は80mass%以上である。Feの含有量が80mass%未満であると、Br及びHcJが低下する可能性がある。ここで、「T1全体に対するFeの含有量は80mass%以上」とは、例えばR1−T1−B系焼結体中におけるT1の含有量が70mass%である場合、R1−T1−B系焼結体の56mass%以上がFeであることを言う。好ましくはT1全体に対するFeの含有量は90mass%以上である。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。Co、Al、Mn、Siを含有する場合の好ましい含有量は、R1−T1−B系焼結体全体のCoは5.0mass%以下、Alは1.5mass%以下、Mn及びSiはそれぞれ0.2mass%以下である。
[T1]/[B]のmol比は14.0超16.0以下である。
本開示における[T1]/[B]とは、T1を構成する各元素(Fe又はCo、Al、Mn、Siの少なくとも1つとFe)の分析値(mass%)をそれぞれの元素の原子量で除したものを求め、それらの値を合計したもの(a)と、Bの分析値(mass%)をBの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。
[T1]/[B]のmol比が14.0を超えるという条件は、主相(R214B化合物)形成に使われるT1量に対して相対的にB量が少ないことを示している。[T1]/[B]のmol比が14.0以下であると高いHcJを得ることができない可能性がある。一方、[T1]/[B]のmol比が16.0を超えるとBrが低下する可能性がある。[T1]/[B]のmol比は14.3以上15.0以下であることが好ましい。さらに高いBrと高いHcJを得ることができる。また、Bの含有量はR1−T1−B系焼結体全体の0.8mass%以上1.0mass%未満が好ましい。
R1−T1−B系焼結体は、上記元素の他にGa、Cu、Ag、Zn、In、Sn、Zr、Nb、Ti、Ni、Hf、Ta、W、Ge、Mo、V、Y、La、Ce、Sm、Ca、Mg、Cr、H、F、P、S、Cl、O、N、C等を含有してもよい。含有量は、Ni、Ga、Cu、Ag、Zn、In、Sn、Zr、Nb、及びTiはそれぞれ0.5mass%以下、Hf、Ta、W、Ge、Mo、V、Y、La、Ce、Sm、Ca、Mg、Crはそれぞれ0.2mass%以下、H、F、P、S、Clは500ppm以下、Oは6000ppm以下、Nは1000ppm以下、Cは1500ppm以下が好ましい。これらの元素の合計の含有量は、R1−T1−B系焼結体全体の5mass%以下が好ましい。これらの元素の合計の含有量がR1−T1−B系焼結体全体の5mass%を超えると高いBrと高いHcJを得ることができない可能性がある。
次にR1−T1−B系焼結体を準備する工程について説明する。R1−T1−B系焼結体を準備する工程は、R−T−B系焼結磁石に代表される一般的な製造方法を用いて準備することができる。R1−T1−B系焼結体は、原料合金を粒径D50(気流分散式レーザー回折法による測定で得られる体積中心値=D50)が3μm以上10μm以下に粉砕した後、磁界中で配向させて焼結を行うことが好ましい。一例を挙げると、ストリップキャスト法などで作製された原料合金を、ジェットミル装置などを用いて粒径D50が3μm以上10μm以下に粉砕した後、磁界中で成形し、900℃以上1100℃以下の温度で焼結することにより準備することができる。原料合金の粒径D50が3μm未満では粉砕粉を作製するのが非常に困難であり、生産効率が大幅に低下するため好ましくない。一方、粒径D50が10μmを超えると最終的に得られるR1−T1−B系焼結体の結晶粒径が大きくなり過ぎ、高いHcJを得ることが困難となるため好ましくない。粒径D50は好ましくは、3μm以上5μm以下である。
R1−T1−B系焼結体は、前記の各条件を満たしていれば、一種類の原料合金(単一原料合金)から作製してもよいし、二種類以上の原料合金を用いてそれらを混合する方法(二合金法)によって作製してもよい。また、得られたR1−T1−B系焼結体は、必要に応じて切断や切削など公知の機械加工を行った後、後述する第一の熱処理及び第二の熱処理を実施してもよい。
(R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程)
まず、R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程におけるR2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を説明する。以下に説明する特定の範囲でR、Ga、Cu、Feを全て含有することにより、後述する第一の熱処理を実施する工程においてR2−Cu−Ga−Fe系合金中のR2、Cu、Ga、FeをR1−T1−B系焼結体内部に導入することができる。
R2は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含む。R2の50mass%以上がPrであることが好ましい。より高いHcJを得ることができるからである。ここで「R2の50mass%以上がPrである」とは、例えばR2−Cu−Ga−Fe合金中におけるR2の含有量が50mass%である場合、R2−Cu−Ga−Fe合金の25mass%以上がPrであることを言う。さらに好ましくは、R2の70mass%以上がPrであり、最も好ましくはR2がPrのみ(不可避的不純物は含む)である。これにより、さらに高いHcJを得ることができる。また、R2として、Dy、Tb、Gd、Hoなどの重希土類元素を少量含有してもよい。ただし、本開示の製造方法によれば、重希土類元素を多量に用いずとも十分に高いHcJを得ることができる。そのため、前記重希土類元素の含有量はR2−Cu−Ga−Fe系合金全体の10mass%以下(R2−Cu−Ga−Fe系合金中の重希土類元素が10mass%以下)であることが好ましく、5mass%以下であることがより好ましく、含有しない(実質的に0mass%)ことがさらに好ましい。R2−Cu−Ga−Fe系合金のR2が重希土類元素を含有する場合も、R2の50%以上がPrであることが好ましく、重希土類元素を除いたR2がPrのみ(不可避的不純物は含む)であることがより好ましい。
R2の含有量はR2−Cu−Ga−Fe系合金全体の35mass%以上85mass%以下である。R2の含有量が35mass%未満では後述する第一の熱処理で拡散が十分に進行しない可能性がある。一方、R2の含有量が85mass%を超えても本開示の効果を得ることはできるが、R2−Cu−Ga−Fe系合金の製造工程中における合金粉末が非常に活性になる。その結果、合金粉末の著しい酸化や発火などを生じることがあるため、R2の含有量はR2−Cu−Ga−Fe系合金全体の85mass%以下が好ましい。R2の含有量は50mass%以上85mass%以下であることがより好ましく、60mass%以上85mass%以下であることがさらに好ましい。より高いHcJを得ることができるからである。
Cuは、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下である。Cuが2.5mass%未満では、後述する第1の熱処理を実施する工程においてR2−Cu−Ga−Fe系合金中のCu、Ga及びFeがR1−T1−B系焼結体の内部に導入され難くなり、高いHcJを得ることが出来ない可能性がある。一方、Cuが40mass%以上であると、粒界におけるGaの存在比率が低下するため、R−T−Ga相の生成量が少なすぎて、高いHcJを得ることができない可能性がある。Cuは4mass%以上30mass%以下であることがより好ましく、4mass%以上20mass%以下であることがさらに好ましい。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。
Gaは、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下である。Gaが2.5mass%未満では、後述する第1の熱処理を実施する工程においてR2−Cu−Ga−Fe系合金中のFeがR1−T1−B系焼結体の内部に導入され難くなり高いBrを得ることが出来ない。更に、R−T−Ga相の生成量が少なすぎて、高いHcJを得ることができない。一方、Gaが40mass%以上であると、Brが大幅に低下する可能性がある。Gaは4mass%以上30mass%以下であることがより好ましく、4mass%以上20mass%以下であることがさらに好ましい。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。
Feは、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の10mass%以上45mass%以下である。FeはR2−Cu−Ga−Fe合金全体の5.8mass%以上含有しなければならず、10mass%以上含有することが好ましい。Feが5.8mass%以下では、Feの導入量が少なすぎるため、磁石表面部の[T]/[B]のmol比を磁石中央部の[T]/[B]のmol比より高くすることができず、最終的に得られるR−T−B系焼結磁石のBrを充分に高めることができない。一方、Feが45mass%以上であると、R量が少なすぎるために後述する第一の熱処理で拡散が十分に進行せず、高いBrと高いHcJを得ることができない可能性がある。Feは10mass%以上45mass%以下が好ましく、15mass%以上40mass%以下であることがより好ましい。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。
R2−Cu−Ga−Fe系合金は、上記元素の他にCo、Al、Ag、Zn、Si、In、Sn、Zr、Nb、Ti、Ni、Hf、Ta、W、Ge、Mo、V、Y、La、Ce、Sm、Ca、Mg、Mn、Cr、H、F、P、S、Cl、O、N、C等を含有してもよい。
Coは、耐食性の向上のために0.5mass%以上10mass%以下含有することが好ましい。その他の元素の含有量は、Alは1.0mass%以下、Ag、Zn、Si、In、Sn、Zr、Nb、及びTiはそれぞれ0.5mass%以下、Ni、Hf、Ta、W、Ge、Mo、V、Y、La、Ce、Sm、Ca、Mg、Mn、Si、Crはそれぞれ0.2mass%以下、H、F、P、S、Clは500ppm以下、Oは0.2mass%以下、Nは1000ppm以下、Cは1500ppm以下が好ましい。但し、これらの元素の合計の含有量が20mass%を超えると、R2−Cu−Ga−Fe系合金におけるR2、Cu、Ga、Feの含有量が少なくなり、高いBrと高いHcJを得ることが出来ない可能性がある。そのため、R2−Cu−Ga−Fe系合金におけるR2、Cu、Ga、Feの合計の含有量は80mass%以上が好ましく、90mass%以上がさらに好ましい。
次にR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程について説明する。R2−Cu−Ga−Fe系合金は、Nd−Fe−B系焼結磁石に代表される一般的な製造方法において採用されている原料合金の作製方法、例えば、金型鋳造法やストリップキャスト法や単ロール超急冷法(メルトスピニング法)やアトマイズ法などを用いて準備することができる。また、R2−Cu−Ga−Fe系合金は、前記によって得られた合金をピンミルなどの公知の粉砕手段によって粉砕されたものであってもよい。また、前記によって得られた合金の粉砕性を向上させるために、水素雰囲気中で700℃以下の熱処理を行って水素を含有させてから粉砕を行っても良い。
(第一の熱処理を実施する工程)
前記によって準備したR1−T1−B系焼結体の表面の少なくとも一部に、前記R2−Cu−Ga−Fe系合金の少なくとも一部を接触させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で熱処理をする。本開示において、この熱処理を第一の熱処理という。これにより、R2−Cu−Ga−Fe系合金からCu、Ga及びFeを含む液相が生成し、その液相がR1−T1−B系焼結体の粒界を経由して焼結体表面から内部に拡散導入される。第一の熱処理温度が700℃未満であると、Cu、Ga及びFeを含む液相量が少なすぎて、高いBrと高いHcJを得ることが出来ない可能性がある。一方、1100℃を超えると主相の異常粒成長が起こりHcJが低下する可能性がある。第一の熱処理温度は、800℃以上1000℃以下が好ましい。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。なお、熱処理時間はR1−T1−B系焼結体やR2−Cu−Ga−Fe系合金の組成や寸法、熱処理温度などによって適正値を設定するが、5分以上20時間以下が好ましく、10分以上15時間以下がより好ましく、30分以上10時間以下がさらに好ましい。また、R2−Cu−Ga−Fe系合金は、R1−T1−B系焼結体の重量に対し2mass%以上30mass%以下準備することが好ましい。R2−Cu−Ga−Fe系合金がR1−T1−B系焼結体の重量に対し2mass%未満であるとHcJが低下する可能性がある。一方、30mass%を超えるとBrが低下する可能性がある。
第一の熱処理は、R1−T1−B系焼結体表面に、任意形状のR2−Cu−Ga−Fe系合金を配置し、公知の熱処理装置を用いて行うことができる。例えば、R1−T1−B系焼結体表面をR2−Cu−Ga−Fe系合金の粉末層で覆い、第一の熱処理を行うことができる。例えば、R2−Cu−Ga−Fe系合金を分散媒中に分散させたスラリーをR1−T1−B系焼結体表面に塗布した後、分散媒を蒸発させてR2−Cu−Ga−Fe系合金とR1−T1−B系焼結体とを接触させてもよい。また、後述する実験例に示すように、R2−Cu−Ga−Fe系合金は、少なくともR1−T1−B系焼結体の配向方向に対して垂直な表面に接触させるように配置することが好ましい。R1−T1−B系焼結体の配向方向のみにR2−Cu−Ga−Fe合金を接触させても、R1−T1−B系焼結体の全面にR2−Cu−Ga−Fe系合金を接触させても本開示の特徴を有することができ、高いBrと高いHcJを得ることができる。なお、分散媒として、アルコール(エタノール等)、NMP(N−メチルピロリドン)、アルデヒド及びケトンを例示できる。また、第一の熱処理が実施されたR1−T1−B系焼結体に対して切断や切削など公知の機械加工を行ってもよい。
(第二の熱処理を実施する工程)
第一の熱処理が実施されたR1−T1−B系焼結体に対して、真空又は不活性ガス雰囲気中、450℃以上600℃以下の温度で熱処理を行う。本開示においてこの熱処理を第二の熱処理という。第二の熱処理を行うことにより、高いBrと高いHcJを得ることが出来る。第二の熱処理の温度が450℃未満及び600℃超の場合は、R−T−Ga相(典型的にはR613Z相(ZはCu及びGaの少なくとも1つ))の生成量が少なすぎて、高いBrと高いHcJを得ることができない可能性がある。第二の熱処理温度は、480℃以上560℃以下が好ましい。より高いHcJを得ることができる。なお、熱処理時間はR1−T1−B系焼結体の組成や寸法、熱処理温度などによって適正値を設定するが、5分以上20時間以下が好ましく、10分以上15時間以下がより好ましく、30分以上10時間以下がさらに好ましい。
なお、前記のR613Z相(R613Z化合物)において、Rは希土類元素のうち少なくとも一種でありPr及びNdの少なくとも一方を必ず含み、Tは遷移金属元素のうち少なくとも一種でありFeを必ず含む。R613Z化合物は代表的にはNd6Fe13Ga化合物である。また、R613Z化合物はLa6Co11Ga3型結晶構造を有する。R613Z化合物はその状態によってはR613-δZ1+δ化合物になっている場合がある。なお、R−T−B系焼結磁石中に比較的多くのCu、Al及びSiが含有される場合、R613-δ(Ga1-a-b-cCuaAlbSic1+δになっている場合がある。
前記の第二の熱処理を実施する工程によって得られたR−T−B系焼結磁石は、切断や切削など公知の機械加工を行ったり、耐食性を付与するためのめっきなど、公知の表面処理を行うことができる。
<R−T−B系焼結磁石の製造方法の第2の実施形態>
第1の実施形態では、R、Ga、及びFeの元素を焼結体表面から内部に導入するため、低B量のR1−T1−B系焼結体とR2−Cu−Ga−Fe系合金とを接触させた状態で第一の熱処理を行う。しかし、本開示のR−T−B系焼結磁石を製造する方法は、第1の実施形態に限定されない。
まず、R2−Cu−Ga−Fe系合金に代えて、Cuを含有していないR2−Ga−Fe系合金を用いてもよい。しかし、R2−Ga−Fe系合金を用いる場合は、拡散前のR1−T1−B系焼結体がCuを含有していることが必要になる。拡散前にCuを含有しているR1−T1−B系焼結体は、「R1−T1−Cu−B系焼結体」と称することができる。
本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石の製造方法は、図3に示すように、R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程S10aと、R2−Ga−Fe系合金を準備する工程S20aとを含む。R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程S10aと、R2−Ga−Fe系合金を準備する工程S20aとの順序は任意であり、それぞれ、異なる場所で製造されたR1−T1−Cu−B系焼結体及びR2−Ga−Fe系合金を用いてもよい。この製造方法では、主相(R214B化合物)形成に使われるTの量に対して化学量論比で相対的にB量が少ないR1−T1−Cu−B系焼結体の表面の少なくとも一部にR2−Ga−Fe系合金を接触させ、図3に示すように、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で第一の熱処理を実施する工程S30と、この第一の熱処理が実施されたR1−T1−Cu−B系焼結体に対して真空又は不活性ガス雰囲気中、450℃以上600℃以下の温度で第二の熱処理を実施する工程S40を行う。これにより、高いBr及び高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を得ることが出来る。第1の実施形態と同様に、第一の熱処理を実施する工程S30と、第二の熱処理を実施する工程S40との間に他の工程、例えば冷却工程などが実行され得る。
図3の工程S10aにおけるR1−T1−Cu−B系焼結体は、Cuを含有している点を除けば、図2の工程S10におけるR1−T1−B系焼結体と同じである。R1−T1−Cu−B系焼結体におけるCuの含有量は、R1−T1−Cu−B系焼結体全体の0.1mass%以上1.0mass%以下である。Cuが0.1mass%未満であると、第一の熱処理で拡散が十分に進行せず、高いHcJを得ることができない可能性がある。一方、Cuが1.0mass%を超えるとBrが低下する可能性がある。また、図3の工程S20aにおけるR2−Ga−Fe系合金は、Cuを含有していない点を除けば、図2の工程S20におけるR2−Cu−Ga−Fe系合金と同じである。
R2−Ga−Fe系合金に含まれるFeは、R2−Ga−Fe系合金全体の10mass%以上45mass%以下が好ましい。Feは15mass%以上40mass%以下であることがより好ましい。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。なお、R2−Ga−Fe系合金は、R2、Ga及びFeの合計で100mass%になるように設定することが好ましい。
本開示を実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はそれらに限定されるものではない。
実験例1
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−B系焼結体がおよそ表1の組成となるよう各元素を秤量しストリップキャスト法により鋳造し、厚さ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粉砕した後、550℃まで真空中で加熱後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100mass%に対して0.04mass%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、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中心値(体積基準メジアン径)である。
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100mass%に対して0.05mass%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、1000℃以上1050℃以下(サンプル毎に焼結による緻密化が十分起こる温度を選定)で4時間焼結した後急冷し、R1−T1−B系焼結体を得た。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表1に示す。なお、表1における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))を使用して測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。なお、表1の各組成及び酸素量、炭素量を合計しても100mass%にはならない。これは、各成分によって分析方法が異なるためである。その他表についても同様である。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表2の組成になるよう各元素を秤量し、それらの原料を溶解して、単ロール超急冷法(メルトスピニング法)により、リボンまたはフレーク状の合金を得た。得られた合金を、乳鉢を用いてアルゴン雰囲気中で粉砕した後、目開き425μmの篩を通過させ、R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。得られたR2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表2に示す。また、比較例のため、Feを含有してないR2−Cu−Ga系合金(1−a)を準備した。得られたR2−Cu−Ga系合金の組成を表2に示す。なお、表2における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))を使用して測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表1のR1−T1−B系焼結体を切断、切削加工し、4.4mm×10.0mm×11.0mmの直方体(10.0mm×11.0mmの面が配向方向と垂直な断面)とした。次に、図4に示すように、ニオブ箔により作製した処理容器3中に、主にR1−T1−B系焼結体1の配向方向(図中の矢印方向)と垂直な表面がR2−Cu−Ga−Fe系合金2と接触するように、表2に示すR2−Cu−Ga−Fe系合金またはR2−Cu−Ga系合金を、表1のR1−T1−B系焼結体の上下にR1−T1−B系焼結体の重量に対し10mass%ずつ計20mass%を配置した。次に、管状流気炉を用いて、200Paに制御した減圧アルゴン中で、表3の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe系合金及びR1−T1−B系焼結体、またはR2−Cu−Ga系合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱して第一の熱処理を実施した後、冷却した。
[第二の熱処理を実施する工程]
第二の熱処理を、管状流気炉を用いて200Paに制御した減圧アルゴン中で、表3の第二の熱処理に示す温度及び時間で第一の熱処理が実施されたR1−T1−B系焼結体に対して実施した後、冷却した。熱処理後の各サンプルの表面近傍に存在するR2−Cu−Ga−Fe系合金またはR2−Cu−Ga系合金の濃化部を除去するため、表面研削盤を用いて各サンプルの全面を切削加工し、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル(R−T−B系焼結磁石)を得た。尚、第一の熱処理を実施する工程におけるR2−Cu−Ga−Fe合金またはR2−Cu−Ga系合金、及びR1−T1−B系焼結体の加熱温度、並びに、第二の熱処理を実施する工程におけるR1−T1―B系焼結体の加熱温度は、それぞれ熱電対を取り付けることにより測定した。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表3に示す。また、図5に縦軸にBr、横軸にHcJをとった磁気特性マップにプロット(図5中の菱形のプロット)した結果も示す。なお、R−T−B系焼結磁石はDyを原料合金に添加するなどしてBrを低下させつつHcJを向上させることで特性を変化させて使用することが最も一般的であることから、Dyを添加した際の特性変化の傾き(約−0.00015(T)/(kA/m))の同一ライン状にある磁石を同等グレードとして位置付け、それよりも高いBrもしくは高いHcJの磁石はグレードが高いと評価することが一般的である。また、そのラインを一次関数で表した場合の切片は主に、重希土類元素を拡散させることでBrの低下を抑えているかと、磁石の酸素量が低いか(約0.1〜0.3mass%)高いか(約0.4〜0.7mass%)によるR量の調整とで決まっている。そのため、図5にDyを添加した際の特性変化の傾きとして、酸素量の低い(約0.1〜0.3mass%)磁石に重希土類(主にDy)を拡散させた場合の特性ライン(1)(Br=−0.00015HcJ+1.66)、酸素量の低い(約0.1〜0.3mass%)磁石(重希土類を拡散させていない磁石)の特性ライン (2)(Br=−0.00015HcJ+1.60)、酸素量の高い(約0.4〜0.7mass%)磁石(重希土類元素を拡散させていない磁石)の特性ライン(3)(Br=−0.00015HcJ+1.56)を示し、それらのラインに対する位置関係から磁気特性を評価した。評価判定結果(◎:特性ライン(1)以上、○:特性ライン(2)以上特性ライン(1)未満、×:特性ライン(2)未満)を表3に示す。
以下、同様の方法で磁気特性を評価した。表3及び図5に示すように、R2−Cu−Ga系合金を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.1−1〜1−3)は、いずれも特性ライン(2)未満の磁気特性しか得られなかった(図5中、特性ライン(2)より下にある菱形のプロット)。一方、R2−Cu−Ga−Fe合金を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.1−4〜1−9)は、特性ライン(2)以上の特性が得られ、さらに特性ライン(1)以上の特性を示すサンプルもあった(図5中、特性ライン(2)より上にある菱形のプロット)。
また、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル全体の成分を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))にて分析した結果を表4に示す。さらに、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプルの配向方向と垂直な断面の磁石表面部と磁石中央部から1.0mm×1.0mm×1.0mmの立方体状のサンプルを切り出し、その成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))にて分析した結果を表4に示す。切り出した位置は、図6D(磁石表面部サンプル31及び磁石中央部サンプル41)の位置である。なお、表4の同一サンプルにおける4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル全体の成分に対し、表面部と中央部から切り出した1.0mm×1.0mm×1.0mmの立方体状のサンプルのR量、Ga量、Cu量などは高めの値、B量は低めの値となっているが、これは試料の組成や重量の違いといった測定上の制約のため用いた高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)の機種(ICPV−1017及びICPE−9000)を変えており、これらの検出器の検出方法が異なることによって生じている。以後の測定結果も同様である。表4に示す通り、R2−Cu−Ga系合金を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.1−1〜1−3)は、磁石表面部の[T]/[B]のmol比と磁石中央部の[T]/[B]のmol比は同等であった。一方、R2−Cu−Ga−Fe合金を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.1−4〜1−9)では、磁石表面部のR量は磁石中央部のR量より多く、磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量よりも多かった。また、磁石表面部の[T]/[B]のmol比は磁石中央部の[T]/[B]のmol比よりも高かった。また、磁石表面部のCu量も磁石中央部のCu量よりも多かった。
Figure 0006380724
Figure 0006380724
実験例2
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
焼結体がおよそ表5の組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例1と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表5に示す。なお、表5における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))を使用して測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表6に示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例1と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))を使用して測定したR2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表6に示す。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表7の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例1と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表7の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例1と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例1と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表7に示す。また、図5に縦軸にBr、横軸にHcJをとった磁気特性マップにプロット(図5中の四角のプロット)した結果を示す。
また、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル全体の成分を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))にて分析した結果を表8に示す。さらに、実施例1と同様な方法で、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプルの配向方向と垂直な断面の磁石表面部と磁石中央部から1.0mm×1.0mm×1.0mmの立方体状のサンプルを切り出し、その成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))にて分析した結果を表8に示す。
表7、表8及び図5に示すように、R量が28mass%以上36mass%以下、B量が0.73mass%以上0.96mass%以下、Ga量が0.1mass%以上1.0mass%以下、Cu量が0.1mass%以上1.0mass%以下、T量が60mass%以上で、[T]/[B]のmol比が14.0超であるサンプル(サンプルNo.2−1、2−3、2−4、2−6、2−8〜2−14、2−16、2−17)は、特性ライン(2)以上の特性が得られ、さらに特性ライン(1)以上の特性を示すサンプルもあった。一方、R量が28mass%以上36mass%以下の範囲にないサンプル(サンプルNo.2−2、2−5、2−18)、B量が0.73mass%以上0.96mass%以下の範囲にないサンプル(サンプルNo.2−7、2−15)、Ga量が0.1mass%以上1.0mass%以下の範囲にないサンプル(サンプルNo.2−2、2−5)、Cu量が0.1mass%以上1.0mass%以下の範囲にない(サンプルNo.2−2、2−5)、T量が60mass%未満のサンプル(サンプルNo.2−5)、[T]/[B]のmol比が14.0以下であるサンプル(サンプルNo.2−7)は特性ライン(2)未満の特性を示した。また表8に示す通り、本開示によるR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.2−1、2−3、2−4、2−6、2−8〜2−14、2−16、2−17)は、磁石表面部のR量は磁石中央部のR量より多く、磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量よりも多い。また、磁石表面部の[T]/[B]のmol比は磁石中央部の[T]/[B]のmol比よりも高かった。また、サンプルNo.2−15〜2−18から明らかな様に、Feの含有量が4.6mass%(約10mol%)のR−Cu−Ga−Fe合金(符号2−a)を用いた場合、得られたR−T−B系焼結磁石における磁石表面部の[T]/[B]のmol比と磁石中央部の[T]/[B]のmol比は同じ(サンプルNo.2−15及び2−18)であり、高いBrと高いHcJが得られていない。これに対し、Feの含有量が5.8mass%(約12mol%)のR−Cu−Ga−Fe合金(符号2−b)を用いた場合、得られたR−T−B系焼結磁石における磁石表面部の[T]/[B]のmol比は磁石中央部の[T]/[B]のmol比よりも高く(サンプルNo.2−16及び2−17)、高いBrと高いHcJが得られている。そのため、R−Ga−Cu−Fe合金におけるFe量は5.8mass%以上必要である。
Figure 0006380724
Figure 0006380724
実験例3
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
焼結体がおよそ表9の組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例1と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表9に示す。なお、表9における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))を使用して測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表10に示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例1と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))を使用して測定したR2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表10に示す。また、比較例のため、Gaを含有してないR2−Cu−Fe系合金(3−c)を準備した。得られたR2−Cu−Fe系合金の組成を表10に示す。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表11の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体またはR2−Cu−Fe系合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例1と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表11の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体またはR2−Cu−Fe系合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例1と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例1と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表11に示す。また、図5に縦軸にBr、横軸にHcJをとった磁気特性マップにプロット(図5中の三角のプロット)した結果を示す。
また、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル全体の成分を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))にて分析した結果を表12に示す。さらに、実施例1と同様な方法で4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプルの配向方向と垂直な断面の磁石表面部と磁石中央部から1.0mm×1.0mm×1.0mmの立方体状のサンプルを切り出し、その成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))にて分析した結果を表12に示す。
表11、表12及び図5に示すように、R2−Cu−Ga−Fe系合金にNdとPrを用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.3−1)や、Ndを用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.3−2)は、特性ライン(2)以上の特性が得られた。一方、Gaを含むR1−T1−B系焼結体とR2−Cu−Fe系合金を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.3−3)は特性ライン(2)未満の特性を示した。また表12に示す通り、R2−Cu−Ga−Fe系合金にNdとPrを用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.3−1)や、Ndを用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.3−2)は、磁石表面部のR量は磁石中央部のR量より多く、磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量よりも多かった。また、磁石表面部の[T]/[B]のmol比は磁石中央部の[T]/[B]のmol比よりも高かった。一方、Gaを含むR1−T1−B系焼結体とR2−Cu−Fe系合金を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.3−3)は、R2、Cu、Feのみ拡散させGaを拡散させていないため磁石表面部のR量は磁石中央部のR量よりも高くなり、相対的に磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量よりも低かった。
Figure 0006380724
Figure 0006380724
実験例4
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
焼結体がおよそ表13の組成となるように、各元素を秤量することと、酸素量が0.4〜0.7mass%になるように調整する以外は実験例1と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表13に示す。なお、表13における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))を使用して測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.5mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表14に示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例1と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))を使用して測定したR2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表14に示す。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表15の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例1と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表15の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例1と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例1と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表15に示す。また、図5に縦軸にBr、横軸にHcJをとった磁気特性マップにプロット(図5中の丸のプロット)した結果を示す。なお、本実験例に用いたR1−T1−B系焼結体は酸素量が0.4〜0.7mass%であることから、特性ライン(3)よりも高いBrもしくは高いHcJを示すかどうかで特性ライン判定をおこなった。結果を表15に示す。
また、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル全体の成分を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))にて分析した結果を表16に示す。さらに、実施例1と同様な方法で、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプルの配向方向と垂直な断面の磁石表面部と磁石中央部から1.0mm×1.0mm×1.0mmの立方体状のサンプルを切り出し、その成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))にて分析した結果を表16に示す。
表15、表16及び図5に示すように、酸素量が0.4〜0.7mass%のR1−T1−B系焼結体を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.4−1)で本開示の規定範囲を満たす場合は特性ライン(3)以上の特性が得られた。一方、酸素量が0.4〜0.7mass%のR1−T1−B系焼結体を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.4−2)でも本開示の範囲外の組成(R量が28mass%以上36mass%以下の範囲にない)では特性ライン(3)未満の特性を示した。
Figure 0006380724
Figure 0006380724
実験例5
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
焼結体がおよそ表17の組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例1と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表17に示す。なお、表17における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))を使用して測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表18に示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例1と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))を使用して測定したR2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表18に示す。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表19の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例1と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表19の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例1と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例1と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表19に示す。また、図5に縦軸にBr、横軸にHcJをとった磁気特性マップにプロット(図5中の×印のプロット)した結果を示す。
また、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル全体の成分を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPV−1017(島津製作所製))にて分析した結果を表20に示す。さらに、実施例1と同様な方法で、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプルの配向方向と垂直な断面の磁石表面部と磁石中央部から1.0mm×1.0mm×1.0mmの立方体状のサンプルを切り出し、その成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)(装置名:ICPE−9000(島津製作所製))にて分析した結果を表20に示す。
表19、表20及び図5に示すように、Dy、Co、Ga、Cuを含むR1−T1−B系焼結体を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.5−1)や、Co、Zrを含むR1−T1−B系焼結体を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.5−2)は、特性ライン(2)以上の特性が得られた。また表20に示す通り、Dy、Co、Ga、Cuを含むR1−T1−B系焼結体を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.5−1)や、Co、Zrを含むR1−T1−B系焼結体を用いて製造されたR−T−B系焼結磁石(サンプルNo.5−2)は、本開示の規定範囲の組成と特徴を有していた。
Figure 0006380724
Figure 0006380724
実験例6
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−B系焼結体がおよそ表21の符号6−Aから6−Iの組成となるよう各元素を秤量し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粉砕した後、550℃まで真空中で加熱後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100mass%に対して0.04mass%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、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中心値(体積基準メジアン径)である。
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100mass%に対して0.05mass%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、1000℃以上1050℃以下(サンプル毎に焼結による緻密化が十分起こる温度を選定)で4時間焼結した後急冷し、R1−T1−B系焼結体を得た。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表21に示す。なお、表21における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。表21における「[T1]/[B]」は、T1を構成する各元素(ここではFe、Al、Si、Mn)に対し、分析値(mass%)をそれぞれの元素の原子量で除したものを求め、それらの値を合計したもの(a)と、Bの分析値(mass%)をBの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。以下の全ての表も同様である。なお、表21の各組成及び酸素量、炭素量を合計しても100mass%にはならない。これは、前記の通り、各成分によって分析方法が異なるためである。その他表についても同様である。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表22の符号6−aの組成になるよう各元素を秤量し、それらの原料を溶解して、単ロール超急冷法(メルトスピニング法)により、リボンまたはフレーク状の合金を得た。得られた合金を乳鉢を用いてアルゴン雰囲気中で粉砕した後、目開き425μmの篩を通過させ、R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。得られたR2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表22に示す。なお、表22における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表21の符号6−Aから6−IのR1−T1−B系焼結体を切断、切削加工し、4.4mm×10.0mm×11.0mmの直方体(10.0mm×11.0mmの面が配向方向と垂直な面)とした。次に、図4に示すように、ニオブ箔により作製した処理容器3中に、主にR1−T1−B系焼結体1の配向方向(図中の矢印方向)と垂直な面がR2−Cu−Ga−Fe系合金2と接触するように、表22に示す符号6−aのR2−Cu−Ga−Fe系合金を、符号6−Aから1−FのR1−T1−B系焼結体の上下にR1−T1−B系焼結体の重量に対し10mass%ずつ計20mass%を配置した。次に、管状流気炉を用いて、200Paに制御した減圧アルゴン中で、表23の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe系合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱して第一の熱処理を実施した後、冷却した。
[第二の熱処理を実施する工程]
第二の熱処理を、管状流気炉を用いて200Paに制御した減圧アルゴン中で、表23の第二の熱処理に示す温度及び時間で第一の熱処理が実施されたR1−T1−B系焼結体に対して実施した後、冷却した。熱処理後の各サンプルの表面近傍に存在するR2−Cu−Ga−Fe系合金の濃化部を除去するため、表面研削盤を用いて各サンプルの全面を切削加工し、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル(R−T−B系焼結磁石)を得た。尚、第一の熱処理を実施する工程におけるR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体の加熱温度、並びに、第二の熱処理を実施する工程におけるR1−T1―B系焼結体の加熱温度は、それぞれ熱電対を取り付けることにより測定した。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表23に示す。表23に示す通り、R1−T1−B系焼結体の[T1]/[B]のmol比が14.0超15.0以下である本発明例はいずれも高いBr及び高いHcJが得られていることが分かる。これに対し、[T1]/[B]のmol比が14.0以下であるサンプルNo.6−5及び6−6は、HcJが大幅に低下している。また、[T1]/[B]のmol比が15.0を超えているサンプルNo.6−1は、Brが大幅に低下している。
Figure 0006380724
実験例7
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−B系焼結体がおよそ表24の符号7−Aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表24に示す。表24における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表25の符号7−aから7−iに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表25に示す。表25における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表26の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表26の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例6と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表26に示す。表26の通り、R−Cu−Ga−Fe系合金のFe量が10mass%以上45mass%以下である本発明例は高いBr及び高いHcJが得られていることが分かる。また、R−Cu−Ga−Fe系合金のFe量が15mass%以上40mass%以下(サンプルNo.7−4〜7−7)であると、さらに高いBr及び高いHcJが得られている。これに対し、R−Cu−Ga−Fe系合金のFe量が10mass%以下(5mass%以下)であるサンプルNo.7−1及び7−2は、Brが大幅に低下している。また、R−Cu−Ga−Fe系合金のFe量が45mass%を超えているサンプルNo.7−9は、HcJが大幅に低下している。
Figure 0006380724
実験例8
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−B系焼結体がおよそ表27の符号8−A及び8−Bに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表27に示す。表27における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表28の符号8−aから8−pに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表28に示す。表28における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表29の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表29の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例6と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表29に示す。表29の通り、R2−Cu−Ga−Fe系合金のR2量が35mass%以上85mass%以下、Ga量が2.5mass%以上40mass%以下、Cu量が2.5mass%以上40mass%以下である本発明例は高いBr及び高いHcJが得られていることがわかる。これに対し、R2−Cu−Ga−Fe系合金におけるR、Cu、Gaのいずれかが本開示の範囲外(符号8−a及び8−dはR2が範囲外、符号8−e、8−i及び8−oはGaが範囲外、符号8−j及び8−nはCuが範囲外、符号8−pは、Cu及びGaが範囲外)であると高いHcJを得ることができない。このように、R、Cu、Ga(及び実験例7に示すようにFe)の含有量が本開示の範囲内にあることにより、高いBr及び高いHcJを得ることができる。
Figure 0006380724
実験例9
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−B系焼結体がおよそ表30の符号9−Aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表30に示す。表30における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表31の符号9−aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表31に示す。表31における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表32の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表32の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例6と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表32に示す。表32の通り、本開示の第一の熱処理温度(700℃以上1100℃以下)及び第二の熱処理温度(450℃以上600℃以下)である本発明例は高いBr及び高いHcJが得られていることがわかる。また、表32の通り、第一の熱処理における温度が800℃以上1000℃以下及び第二の熱処理における温度が480℃以上560℃以下であると、さらに高いHcJが得られている。これに対し、第一の熱処理温度及び第二の熱処理温度のいずれか本開示の範囲外(サンプルNo.9−1は第一の熱処理が範囲外、サンプルNo.9−5及び9−11は第二の熱処理が範囲外)であると高いHcJを得ることができない。
Figure 0006380724
実験例10
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−B系焼結体がおよそ表33の符号10−A及び5−Bに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表33に示す。表33における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。表33における「[T1]/[B]」は、T1を構成する各元素(ここではFe、Co、Al、Si、Mn)に対し、分析値(mass%)をそれぞれの元素の原子量で除したものを求め、それらの値を合計したもの(a)と、Bの分析値(mass%)をBの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表34の符号10−aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表34に示す。表34における各成分は実験例1と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表35の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表35の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例6と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表35に示す。また、サンプルの成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した結果を表35に示す。表35の通り、R1−T1−B系焼結体にDy、Co、Ga、Cu、Zrが含まれていても高いBr及び高いHcJが得られていることがわかる。
Figure 0006380724
実験例11
[R1−T1−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−B系焼結体がおよそ表36の符号11−Aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表36に示す。表36における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Cu−Ga−Fe系合金がおよそ表37の符号11−a及び11−bに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例6と同じ方法でR2−Cu−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Cu−Ga−Fe系合金の組成を表37に示す。表37における各成分は実験例6と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表38の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表38の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Cu−Ga−Fe合金及びR1−T1−B系焼結体を加熱すること以外は実験例6と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例6と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表38に示す。表38の通り、R2−Cu−Ga−Fe系合金にCo、Znが含まれていても高いBr及び高いHcJが得られていることがわかる。
Figure 0006380724
実験例12
[R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−Cu−B系焼結体がおよそ表39に示す符号12−Aから12−Lの組成となるように各元素を秤量し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粉砕した後、550℃まで真空中で加熱後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100mass%に対して0.04mass%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、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中心値(体積基準メジアン径)である。
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100mass%に対して0.05mass%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、1000℃以上1050℃以下(サンプル毎に焼結による緻密化が十分起こる温度を選定)で4時間焼結した後急冷し、R1−T1−Cu−B系焼結体を得た。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3 以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表39に示す。なお、表39における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。表39における「[T1]/[B]」は、T1を構成する各元素(ここではFe、Al、Si、Mn)に対し、分析値(mass%)をそれぞれの元素の原子量で除したものを求め、それらの値を合計したもの(a)と、Bの分析値(mass%)をBの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。以下の全ての表も同様である。なお、表39の各組成及び酸素量、炭素量を合計しても100mass%にはならない。これは、前記の通り、各成分によって分析方法が異なるためである。その他表についても同様である。
Figure 0006380724
[R2−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Ga−Fe系合金がおよそ表40に示す符号12−aの組成になるように各元素を秤量し、それらの原料を溶解して、単ロール超急冷法(メルトスピニング法)により、リボンまたはフレーク状の合金を得た。得られた合金を乳鉢を用いてアルゴン雰囲気中で粉砕した後、目開き425μmの篩を通過させ、R2−Ga−Fe系合金を準備した。得られたR2−Ga−Fe系合金の組成を表40に示す。なお、表40における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表39の符号12−Aから12−LのR1−T1−Cu−B系焼結体を切断、切削加工し、4.4mm×10.0mm×11.0mmの直方体(10.0mm×11.0mmの面が配向方向と垂直な面)とした。次に、図4に示すように、ニオブ箔により作製した処理容器3中に、主にR1−T1−Cu−B系焼結体1の配向方向(図中の矢印方向)と垂直な面がR2−Ga−Fe系合金2と接触するように、表40に示す符号12−aのR2−Ga−Fe系合金を、符号12−Aから1−LのR1−T1−Cu−B系焼結体の上下にR1−T1−Cu−B系焼結体の重量に対し10mass%ずつ計20mass%を配置した。次に、管状流気炉を用いて、200Paに制御した減圧アルゴン中で、表41の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe系合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱して第一の熱処理を実施した後、冷却した。
[第二の熱処理を実施する工程]
第二の熱処理を、管状流気炉を用いて200Paに制御した減圧アルゴン中で、表41の第二の熱処理に示す温度及び時間で第一の熱処理が実施されたR1−T1−Cu−B系焼結体に対して実施した後、冷却した。熱処理後の各サンプルの表面近傍に存在するR2−Ga−Fe系合金の濃化部を除去するため、表面研削盤を用いて各サンプルの全面を切削加工し、4.0mm×4.0mm×4.0mmの立方体状のサンプル(R−T−B系焼結磁石)を得た。尚、第一の熱処理を実施する工程におけるR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体の加熱温度、並びに、第二の熱処理を実施する工程におけるR1−T1−Cu−B系焼結体の加熱温度は、それぞれ熱電対を取り付けることにより測定した。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表41に示す。表41に示すとおり、R1−T1−Cu−B系焼結体の[T1]/[B]のmol比が14.0超15.0以下及びCuの含有量が0.1mass%以上1.5mass%以下である本発明例はいずれも高いBr及び高いHcJが得られていることが分かる。これに対し、[T1]/[B]のmol比が14.0以下であるサンプルNo.12−5は、HcJが大幅に低下し、[T1]/[B]のmol比が15.0を超えているサンプルNo.12−1は、Brが大幅に低下している。また、Cuの含有量が0.1mass%未満であるサンプルNo.12−6は、HcJが大幅に低下し、Cuの含有量が1.5mass%を超えている資料No.12−10は、Br及びHcJが大幅に低下している。
Figure 0006380724
実験例13
[R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−Cu−B焼結体がおよそ表42の符号13−Aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例12と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3 以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表42に示す。表42における各成分は実験例12と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Ga−Fe系合金がおよそ表43の符号13−aから13−hに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例12と同じ方法でR2−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Ga−Fe系合金の組成を表43に示す。表43における各成分は実験例12と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表44の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱すること以外は実験例12と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表44の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱すること以外は実験例12と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例12と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表44に示す。表44の通り、R2−Ga−Fe系合金のFe量が10mass%以上45mass%以下である本発明例は高いBr及び高いHcJが得られていることが分かる。また、R−Ga−Fe系合金のFe量が15mass%以上40mass%以下(サンプルNo.13−4及び13−6)であると、さらに高いBr及び高いHcJが得られている。これに対し、R−Ga−Fe系合金のFe量が10mass%以下(5mass%以下)であるサンプルNo.13−1及び13−2は、Brが大幅に低下している。また、Ru−Ga−Fe系合金のFe量が45mass%を超えているサンプルNo.13−8は、HcJが大幅に低下している。
Figure 0006380724
実験例14
[R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−Cu−B焼結体がおよそ表45の符号14−Aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例12と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3 以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表45に示す。表45における各成分は実験例12と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Ga−Fe系合金がおよそ表46の符号14−aから14−iに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例12と同じ方法でR2−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Ga−Fe系合金の組成を表46に示す。表46における各成分は実験例12と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表47の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱すること以外は実験例12と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表47の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱すること以外は実験例12と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例12と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表47に示す。表47の通り、R2−Ga−Fe系合金のR量が35mass%以上85mass%以下、Ga量が2.5mass%以上40mass%以下である本発明例は高いBr及び高いHcJが得られていることがわかる。これに対し、R2−Ga−Fe系合金におけるR、Gaのいずれかが本開示の範囲外(符号14−aはR2が範囲外、符号サンプルNo.14−dは、Gaが範囲外、符号14−hはR2、Gaが範囲外)であると高いHcJを得ることができない。このように、R、Ga(及び実験例13に示すようにFe)の含有量が本開示の範囲内にあることにより、高いBr及び高いHcJを得ることができる。
Figure 0006380724
実験例15
[R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−Cu−B焼結体がおよそ表48の符号15−Aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例12と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3 以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表48に示す。表48における各成分は実験例12と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。
Figure 0006380724
[R2−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Ga−Fe系合金がおよそ表49の符号15−aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例12と同じ方法でR2−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Ga−Fe系合金の組成を表49に示す。表49における各成分は実験例12と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表50の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱すること以外は実験例12と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表50の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱すること以外は実験例12と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例12と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表50に示す。表53の通り、本開示の第一の熱処理温度(700℃以上1100℃以下)及び第二の熱処理温度(450℃以上600℃以下)である本発明例は高いBr及び高いHcJが得られていることがわかる。また、表50の通り、第一の熱処理における温度が800℃以上1000℃以下及び第二の熱処理における温度が480℃以上560℃以下であると、さらに高いHcJが得られている。これに対し、第一の熱処理温度及び第二の熱処理温度のいずれか本開示の範囲外(サンプルNo.15−1は第一の熱処理が範囲外、サンプルNo.15−5及び15−11は第二の熱処理が範囲外)であると高いHcJを得ることができない。
Figure 0006380724
実験例16
[R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程]
R1−T1−Cu−B系焼結体がおよそ表51の符号16−A及び16−Bに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例12と同じ方法で焼結体を作製した。得られた焼結体の密度は7.5Mg/m3以上であった。得られた焼結体の成分の結果を表51に示す。表51における各成分は実験例12と同じ方法で測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解−赤外線吸収法で測定した結果、すべて0.2mass%前後であることを確認した。また、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結果、0.1mass%前後であることを確認した。表51における「[T1]/[B]」は、T1を構成する各元素(ここではFe、Co、Al、Si、Mn)に対し、分析値(mass%)をそれぞれの元素の原子量で除したものを求め、それらの値を合計したもの(a)と、Bの分析値(mass%)をBの原子量で除したもの(b)との比(a/b)である。
Figure 0006380724
[R2−Ga−Fe系合金を準備する工程]
R2−Ga−Fe系合金がおよそ表52の符号16−aに示す組成となるように、各元素を秤量する以外は実験例12と同じ方法でR2−Ga−Fe系合金を準備した。R2−Ga−Fe系合金の組成を表52に示す。表52における各成分は実験例12と同じ方法で測定した。
Figure 0006380724
[第一の熱処理を実施する工程]
表53の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱すること以外は実験例12と同じ方法で第一の熱処理を実施した。
[第二の熱処理を実施する工程]
表53の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Fe合金及びR1−T1−Cu−B系焼結体を加熱すること以外は実験例12と同じ方法で第二の熱処理を実施した。熱処理後の各サンプルを実験例12と同じ方法で加工しR−T−B系焼結磁石を得た。
[サンプル評価]
得られたサンプルを、B−Hトレーサによって各試料のBr及びHcJを測定した。測定結果を表53に示す。また、サンプルの成分を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した結果を表53に示す。表53の通り、R1−T1−Cu−B系焼結体にDy、Co、Ga、Cu、Zrが含まれていても高いBr及び高いHcJが得られていることがわかる。
Figure 0006380724
本開示により得られたR−T−B系焼結磁石は、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ(VCM)や、電気自動車用(EV、HV、PHVなど)モータ、産業機器用モータなどの各種モータや家電製品などに好適に利用することができる。
1 R1−T1−B系焼結体 (R1−T1−Cu−B系焼結体)
2 R2−Cu−Ga−Fe系合金 (R2−Ga−Fe系合金)
3 処理容器

Claims (21)

  1. R:28mass%以上36mass%以下(Rは、希土類元素のうち少なくとも一種でありNd及びPrの少なくとも一方を必ず含む)、
    B:0.73mass%以上0.96mass%以下、
    Ga:0.1mass%以上1.0mass%以下、
    Cu:0.1mass%以上1.0mass%以下、
    T:60mass%以上(Tは、Fe、Co、Al、Mn、及びSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含み、T全体に対するFeの含有量が80mass%以上である)、
    を含有し、
    Bに対するTのmol比([T]/[B])が14.0超であり、
    配向方向と垂直な断面における磁石表面部のR量は磁石中央部のR量より多く、
    配向方向と垂直な断面における磁石表面部のGa量は磁石中央部のGa量より多く、
    配向方向と垂直な断面における磁石表面部のBに対するTのmol比([T]/[B])は磁石中央部のBに対するTのmol比([T]/[B])より高い、R−T−B系焼結磁石。
  2. 配向方向と垂直な断面における磁石表面部のCu量は磁石中央部のCu量より多い、請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石。
  3. 前記R−T−B系焼結磁石におけるBに対するTのmol比([T]/[B])比が14.0超16.4以下である、請求項1又は2に記載のR−T−B系焼結磁石。
  4. R1−T1−B系焼結体を準備する工程と、
    R2−Cu−Ga−Fe系合金を準備する工程と、
    前記R1−T1−B系焼結体の表面の少なくとも一部に、前記R2−Cu−Ga−Fe系合金の少なくとも一部を接触させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で第一の熱処理を実施する工程と、
    前記第一の熱処理が実施されたR1−T1−B系焼結体に対して、真空又は不活性ガス雰囲気中、450℃以上600℃以下の温度で第二の熱処理を実施する工程と、
    を含み、
    前記R1−T1−B系焼結体において、
    R1は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R1の含有量は、R1−T1−B系焼結体全体の27mass%以上35mass%以下であり、
    T1はFe、Co、Al、Mn、およひSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、T1は必ずFeを含有し、T1全体に対するFeの含有量が80mass%以上であり、
    [T1]/[B]のmol比が14.0超15.0以下であり、
    前記R2−Cu−Ga−Fe系合金において、
    R2は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R2の含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の35mass%以上85mass%以下であり、
    Cuの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下であり、
    Gaの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下であり、
    Feの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の10mass%以上45mass%以下である、R−T−B系焼結磁石の製造方法。
  5. 前記[T1]/[B]のmol比が14.3以上15.0以下である、請求項4に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  6. 前記R2−Cu−Ga−Fe系合金におけるFeの含有量は、R2−Cu−Ga−Fe系合金全体の15mass%以上40mass%以下である、請求項4又は5に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  7. 前記R2−Cu−Ga−Fe系合金中のR2の50mass%以上がPrである、請求項4から6のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  8. 前記R2−Cu−Ga−Fe系合金中のR2の70mass%以上がPrである、請求項4から7のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  9. R2−Cu−Ga−Fe系合金におけるR2、Cu、Ga、Feの合計の含有量が80mass%以上である、請求項4から8のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  10. 前記第一の熱処理における温度が800℃以上1000℃以下である、請求項4から9のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  11. 前記第二の熱処理における温度が480℃以上560℃以下である、請求項4から10のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  12. 前記R1−T1−B系焼結体を準備する工程は、原料合金を粒径D50が3μm以上10μm以下に粉砕した後、磁界中で配向させて焼結を行うことを含む、請求項4から11のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  13. R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程と、
    R2−Ga−Fe系合金を準備する工程と、
    前記R1−T1−Cu−B系焼結体の表面の少なくとも一部に、前記R2−Ga−Fe系合金の少なくとも一部を接触させ、真空又は不活性ガス雰囲気中、700℃以上1100℃以下の温度で第一の熱処理を実施する工程と、
    前記第一の熱処理が実施されたR1−T1−Cu−B系焼結体に対して、真空又は不活性ガス雰囲気中、450℃以上600℃以下の温度で第二の熱処理を実施する工程と、
    を含み、
    前記R1−T1−Cu−B系焼結体において、
    R1は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R1の含有量は、R1−T1−Cu−B系焼結体全体の27mass%以上35mass%以下であり、
    T1はFe、Co、Al、Mn、およひSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、T1は必ずFeを含有し、T1全体に対するFeの含有量が80mass%以上であり、
    [T1]/[B]のmol比が14.0超15.0以下であり、
    Cuの含有量は、R1−T1−Cu−B系焼結体全体の0.1mass%以上1.5mass%以下であり、
    前記R2−Ga−Fe系合金において、
    R2は希土類元素のうち少なくとも一種であり、Nd及びPrの少なくとも一方を必ず含み、R2の含有量は、R2−Ga−Fe系合金全体の35mass%以上85mass%以下であり、
    Gaの含有量は、R2−Ga−Fe系合金全体の2.5mass%以上40mass%以下であり、
    Feの含有量は、R2−Ga−Fe系合金全体の10mass%以上45mass%以下である、R−T−B系焼結磁石の製造方法。
  14. 前記[T1]/[B]のmol比が14.3以上15.0以下である、請求項13に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  15. 前記R2−Ga−Fe系合金におけるFeの含有量は、R2−Ga−Fe系合金全体の15mass%以上40mass%以下である、請求項13又は14に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  16. 前記R2−Ga−Fe系合金中のR2の50mass%以上がPrである、請求項13から15のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  17. 前記R2−Ga−Fe系合金中のR2の70mass%以上がPrである、請求項13から16のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  18. R2−Ga−Fe系合金におけるR2、Ga、Feの合計の含有量が80mass%以上である、請求項13から17のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  19. 前記第一の熱処理における温度が800℃以上1000℃以下である、請求項13から18のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  20. 前記第二の熱処理における温度が480℃以上560℃以下である、請求項13から19のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  21. 前記R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程は、原料合金を粒径D50が3μm以上10μm以下に粉砕した後、磁界中で配向させて焼結を行うことを含む、請求項13から20のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
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