JP6398977B2 - R−t−b系焼結磁石 - Google Patents
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Description
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および/またはTbであり、残部であるTはFeでありFeの10質量%以下をCoで置換でき、MはNbおよび/またはZrであり、u、w、x、y、z、qおよび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)〜(6)を満足し、
0.4≦x≦1.0 (2)
0.07≦y≦1.0 (3)
0.05≦z≦0.5 (4)
0≦q≦0.1 (5)
0.100≦y/(x+y)≦0.340 (6)
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、v、wが、下記式(7)〜(9)を満足することを特徴とする、R−T−B系焼結磁石である。
v≦32.0 (7)
0.84≦w≦0.93 (8)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (9)
0.4≦x≦0.7 (10)
0.1≦y≦0.7 (11)
0.4≦x≦0.6 (12)
v≦28.5 (13)
0.90≦w≦0.93 (14)
1)走査電子顕微鏡(SEM)観察で、観察断面における長さが3μm以上ある二粒子粒界を含む視野をランダムに5視野以上選択する。
2)それぞれの視野に対して、収束イオンビーム(FIB)を用いたマイクロサンプリング法により、前記二粒子粒界相を含むように試料を加工した後、さらに、厚さ方向が80nm以下となるまで薄片加工する。
3)得られた薄片試料を透過電子顕微鏡(TEM)観察し、個々の二粒子粒界における最大値を求める。当然ながら、選択した前記二粒子粒界のうち厚みが最も大きい領域を決定した後、当該領域の厚みの最大値を測定する時は、精度良く測定するためにTEMの倍率を高めてもよい。
4)1)〜3)の手順で観察したすべての二粒子粒界の最大値の平均値を求める。
図2(a)は、第一の粒界の例を模式的に示す図であり、図2(b)は、図2(a)の点線で囲んだ部分を拡大した図である。
図2(b)に示すように、第一の粒界20は厚みが大きい領域22と小さい領域24が混在している場合があるが、このような場合、厚みが大きい領域22の厚みの最大値を第一の粒界20の厚みとする。また、図2(b)に示すように、第一の粒界20と三つ以上の主相40間に存在する第二の粒界30はつながっている場合がある。この場合、「第一の粒界の厚み」とは、厚みを測定する磁石の断面において第一の粒界20から第二の粒界30にかわる境目近傍(例えば、第一の粒界20と第二の粒界30との境目35A、35Bから、0.5μm程度離れた領域)の厚みは測定しないこととする。前記境目は、第二の粒界30の厚みの影響をうけている可能性があると考えられるためである。第一の粒界20の厚みの測定範囲は、境目35A、35Bから0.5μm程度離れた領域を除いた範囲で2μm以上の長さがあることとする。ここで、図2(b)において符号20を付した中括弧が示す範囲は、第一の粒界20が延在する範囲を示すものであり、必ずしも第一の粒界20の厚みの測定範囲(すなわち、境目35A、35Bから0.5μm程度離れた領域を除いた範囲)を示すものではないことに留意されたい。
本発明に係る態様では
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および/またはTbであり、残部であるTはFeでありFeの10質量%以下をCoで置換できる、MはNbおよび/またはZrである、および不可避的不純物を含み、u、w、x、y、z、qおよび100−u−w−x−y−z−qは質量%を示す)
によって表され、
前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、
0.4≦x≦1.0 (2)
0.07≦y≦1.0 (3)
0.05≦z≦0.5 (4)
0≦q≦0.1 (5)
0.100≦y/(x+y)≦0.340 (6)
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、v、wが、
v≦32.0 (7)
0.84≦w≦0.93 (8)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (9)
を満足することを特徴とする、R−T−B系焼結磁石である。
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および/またはTbであり、RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下である。」は、Rが、Nd、Pr、DyおよびTb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およびTb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。
従って、式(1)は、ICP発光分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。
v≦32.0 (7)
0.84≦w≦0.93 (8)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (9)
vが32.0質量%を超えると、主相の存在比率が低くなり高いBrが得られない。より高いBrを得るためには、v≦28.5が好ましい。wが0.84質量%未満であると、主相の体積比率が低下して高いBrが得られず、wが0.93質量%を超えると、R−T−Ga相の生成量が少なすぎるため、R−Ga−Cu相の生成量も少なくなり、高いHcJを得ることができない。より高いBrを得るためには、0.90≦w≦0.93が好ましい。そして、vとwは−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125の関係を満足する。
図1に上記式(7)〜(9)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。本発明の1つの態様に係る範囲である式(9)、すなわち、−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125は直線1と直線2に挟まれた範囲である。vとwを本発明の範囲にするにすることにより、高いBrと高いHcJを得ることができる。本発明の範囲からはずれた領域10(直線2から図中下の領域)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、R2T17相を無くすことができなかったり、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、本発明の範囲から外れた領域20(直線1から図中上の領域)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相が十分生成されずにR1Fe4B4が生成され易くなると考えられる。これによりR−Ga−Cu相の生成量も少なくなり、高いHcJが得られない。
R−T−B系焼結磁石の製造方法の一例を説明する。R−T−B系焼結磁石の製造方法は、合金粉末を得る工程、成形工程、焼結工程、熱処理工程を有する。以下、各工程について説明する。
所定の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、これらをストリップキャスティング法等を用いてフレーク状の合金を製造する。得られたフレーク状の合金を水素粉砕し、粗粉砕粉のサイズを例えば1.0mm以下とする。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で得られた体積基準メジアン径)が3〜7μmの微粉砕粉(合金粉末)を得る。なお、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。
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、磁界を印加しながら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。
成形体を焼結することにより焼結磁石を得る。成形体の焼結は既知の方法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。
得られた焼結磁石に対し、磁気特性を向上させることを目的とした熱処理を行う。態様1に示すR量、B量、Ga量、Cu量およびGaとCuの特定の比にした本発明の組成では、焼結後に施される熱処理で、Nd6Fe13Ga相に代表されるR−T−Ga相が主に多重点粒界中に形成されるとともに、R−Ga−Cu相が二粒子粒界に形成されると考えられる。熱処理温度は典型的には440℃以上540℃以下である。この温度は、Nd−Fe−Ga三元共晶温度(580℃)よりも低い温度であり、このような温度で熱処理を行うことにより、R−T−Ga相が主に多重点粒界相中に形成されるとともに、Ga、Cuの両方を含み、かつ比較的Cuに富んだ液相が生成され、前記液相が二粒子粒界に導入されることにより、R−Ga−Cu相が形成されて高いHcJが得られると考えられる。さらに、440℃以上540℃以下の熱処理を行ったR−T−B系焼結磁石では、R−Ga−Cu相が非晶質になる場合があることがわかった。このような非晶質の粒界相の存在は主相最外部の磁気異方性低下の原因となる結晶性の悪化を抑制し、結果、保磁力の向上に寄与すると考えられる。
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、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に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、本検討では、粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度は50ppm以下とすることにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.1質量%前後となるようにした。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値(体積基準メジアン径)である。
さらに、本発明の条件を満足している組成の焼結磁石(実施例)のうち、w(B量)が、0.90以上(0.90≦w≦0.93)のサンプル(No.1−2、1−3、1−12、1−17、1−20〜1−22、1−28)は、より高いBr(1.376T以上)が得られており、vが28.5以下のサンプル(No.1−2、1−3、1−20〜22、1−28)は、さらに高いBr(1.393T以上)が得られている。
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)、所定の組成となるように配合し、実験例1と同様の方法で粗粉砕粉を作製した。得られた粗粉粉砕に対し、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。このとき粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を制御することにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.25質量%前後となるようにした。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値(体積基準メジアン径)である。
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)、所定の組成となるように配合し、実験例1と同様の方法で粗粉砕粉を作製した。得られた粗粉粉砕に対し、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。このとき粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を制御することにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.4質量%前後となるようにした。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値(体積基準メジアン径)である。
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、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に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。このとき粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を制御することにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.4質量%前後となるようにした。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値(体積基準メジアン径)である。
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、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4と同様の方法で粗粉砕粉を作成した。得られた粗粉粉砕に対し、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。このとき粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を制御することにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.4質量%前後となるようにした。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値(体積基準メジアン径)である。
実験例1で作製した本発明の実施例サンプルNo.1−20および比較例サンプルNo.1−1を機械加工により切断し、断面を研磨した後、走査電子顕微鏡(SEM)観察を行い、観察断面における長さが3μm以上ある、二つの主相間に存在する第一の粒界(二粒子粒界)をランダムにサンプルNo.1−20、No.1−1それぞれ、5視野選択して、収束イオンビーム(FIB)を用いて薄片加工し、透過型電子顕微鏡(TEM)用のサンプルを作製した。
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)、所定の組成となるように配合し実験例4と同様の方法で粗粉砕粉を作成した。得られた粗粉粉砕に対し、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4.5μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。このとき粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を制御することにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.08質量%前後となるようにした。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値(体積基準メジアン径)である。
22:厚みが大きい領域
24:厚みが小さい領域
30:第二の粒界
35A、35B:境目
40:主相
Claims (5)
- 下記式(1)によって表され、
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および/またはTbであり、残部であるTはFeでありFeの10質量%以下をCoで置換でき、MはNbおよび/またはZrであり、u、w、x、y、z、qおよび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)〜(6)を満足し、
0.4≦x≦1.0 (2)
0.07≦y≦1.0 (3)
0.05≦z≦0.5 (4)
0≦q≦0.1 (5)
0.100≦y/(x+y)≦0.3 (6)
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、
v、wが、下記式(7)〜(9)を満足することを特徴とする、R−T−B系焼結磁石。
v≦32.0 (7)
0.84≦w≦0.93 (8)
−12.5w+38.75≦v≦−62.5w+86.125 (9) - 下記式(10)および(11)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。
0.4≦x≦0.7 (10)
0.1≦y≦0.7 (11) - 下記式(12)を満足することを特徴とする、請求項1または2に記載のR−T−B系焼結磁石。
0.4≦x≦0.6 (12) - 下記式(13)を満足することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載のR−T−B系焼結磁石。
v≦28.5 (13) - 下記式(14)を満足することを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載のR−T−B系焼結磁石。
0.90≦w≦0.93 (14)
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