JP6414597B2 - 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

本発明は、R214B型化合物を主相として有するR−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)の製造方法に関する。
214B型化合物を主相とするR−T−B系焼結磁石は、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)や、ハイブリッド車搭載用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系焼結磁石は、高温で固有保磁力HcJ(以下、単に「HcJ」と表記する)が低下するため、不可逆熱減磁が起こる。不可逆熱減磁を回避するため、モータ用等に使用する場合、高温下でも高いHcJを維持することが要求されている。
R−T−B系焼結磁石は、R214B型化合物相中のRの一部を重希土類元素RH(Dy、Tb)で置換すると、HcJが向上することが知られている。高温で高いHcJを得るためには、R−T−B系焼結磁石中に重希土類元素RHを多く添加することが有効である。しかし、R−T−B系焼結磁石において、Rとして軽希土類元素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、残留磁束密度Br(以下、単に「Br」と表記する)が低下してしまうという問題がある。また、重希土類元素RHは希少資源であるため、その使用量を削減することが求められている。
そこで、近年、Brを低下させないために、より少ない重希土類元素RHによってR−T−B系焼結磁石のHcJを向上させることが検討されている。例えば、重希土類元素RHを効果的にR−T−B系焼結磁石に供給し拡散させる方法として、特許文献1〜4にRH酸化物またはRHフッ化物と、各種金属MまたはMの合金との混合粉末をR−T−B系焼結磁石の表面に存在させた状態で熱処理することによって、RHやMを効率よくR−T−B系焼結磁石に吸収させて、R−T−B系焼結磁石のHcJを高める方法が開示されている。
特許文献1には、M(ここでMはAl、Cu、Znから選ばれる1種又は2種以上)を含有する粉末とRHフッ化物の粉末の混合粉末を用いることが開示されている。また、特許文献2には、熱処理温度で液相となるRTMAH(ここでMはAl、Cu、Zn、In、Si、Pなどから選ばれる1種または2種以上、Aはホウ素または炭素、Hは水素)からなる合金の粉末を用いることが開示されており、この合金の粉末とRHフッ化物などの粉末との混合粉末でも良いと開示されている。
特許文献3、特許文献4では、RM合金(ここでMはAl、Si、C、P、Tiなどから選ばれる1種または2種以上)の粉末またはM1M2合金(M1およびM2はAl、Si、C、P、Tiなどから選ばれる1種または2種以上)の粉末と、RH酸化物との混合粉末を用いることによって熱処理時にRM合金やM1M2合金によりRH酸化物を部分的に還元し、より多量のRを磁石内に導入することが可能であると開示されている。
特開2007−287874号公報 特開2007−287875号公報 特開2012−248827号公報 特開2012−248828号公報
特許文献1〜4に記載の方法は、より多量のRHを磁石内に拡散させることができるという点で注目に値する。しかしながら、これらの方法によれば、磁石表面に存在させたRHを有効にHcJの向上に結びつけることができず、改良の余地がある。特に特許文献3では、RM合金とRH酸化物の混合粉末を用いているが、その実施例を見る限り、RM合金の拡散によるHcJの向上自体が大きく、RH酸化物を用いた効果はわずかであり、RM合金によるRH酸化物の還元効果はあまり発揮されていないと思われる。
本発明の実施形態は、磁石表面に存在させるRHの量を少なくし、かつ効果的に磁石内部に拡散させることによって、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を製造する方法を提供することができる。
本発明のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、例示的な一態様において、用意したR−T−B系焼結磁石の表面に、磁石側から順に、少なくとも1粒子層以上のRLM合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上の元素)粉末粒子層と、RH化合物(RHはDyおよび/またはTb、RH化合物はRHフッ化物、RH酸化物、RH酸フッ化物から選ばれる1種または2種以上)粉末粒子層と、を存在させた状態でR−T−B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理する工程を含む。RLM合金はRLを50原子%以上含み、その融点が前記熱処理の温度以下であり、RLM合金の粉末とRH化合物の粉末を、RLM合金:RH化合物=9.6:0.4〜5:5の質量比率でR−T−B系焼結磁石の表面に存在させて熱処理を行う。
好ましい実施形態において、R−T−B系焼結磁石の表面に存在させる粉末中のRHの量が磁石表面1mm2あたり0.03〜0.35mgである。
ある実施形態において、R−T−B系焼結磁石の表面に少なくとも1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層を塗布し、続いてRH化合物粉末粒子層を塗布する工程を含む。
ある実施形態において、R−T−B系焼結磁石の上面の表面にRLM合金粉末とRH化合物粉末の混合粉末とバインダおよび/または溶媒を含むスラリーを塗布し、R−T−B系焼結磁石の前記表面に1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層を形成する工程を含む。
ある実施形態において、前記RH化合物はRHフッ化物および/またはRH酸フッ化物である。
本発明の実施形態によれば、RLM合金がRH化合物を従来より高い効率で還元してRHをR−T−B系焼結磁石内部に拡散させることができるので、従来技術よりも少ないRH量で従来技術と同等以上にHcJを向上させることができる。
実施例における塗布層の断面SEM写真を示す図である。 (a)はSEM像を示す図、(b)〜(g)は、それぞれ、Tb、Nd、フッ素、Cu、酸素、Feの元素マッピングを示す図、(h)は、スラリー塗布層と磁石表面との接触界面の位置を模試的に示す図である。
本発明のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、用意したR−T−B系焼結磁石の表面に、磁石側から順に、少なくとも1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層と、RH化合物粉末粒子層と、を存在させた状態でR−T−B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理する工程を含む。RLM合金はRLを50原子%以上含み、その融点が前記熱処理の温度以下であり、RLM合金の粉末とRH化合物の粉末を、RLM合金:RH化合物=9.6:0.4〜5:5の質量比率でR−T−B系焼結磁石の表面に存在させて熱処理を行う。
本発明者は、より少ないRHを有効に利用してHcJを向上させる方法として、R−T−B系焼結磁石表面にRH化合物を、熱処理中にRH化合物を還元する拡散助剤とともに存在させて熱処理する方法が有効であると考えた。本発明者の検討の結果、特定のRLとMの組み合わせの合金(RLM合金)であって、RLを50原子%以上含み、その融点が熱処理温度以下であるRLM合金が、磁石表面に存在させたRH化合物の還元能力に優れていることが見出された。さらに、R−T−B系焼結磁石の表面に、磁石側から順に、少なくとも1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層と、RH化合物粉末粒子層と、を存在させた状態、すなわち、R−T−B系焼結磁石表面に接した少なくとも1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層と、その上にRH化合物粉末粒子層を存在させた状態でRLM合金の融点以上の温度で熱処理することにより、溶融したRLM合金が効率よくRH化合物を還元し、RHをR−T−B系焼結磁石内部に効率よく拡散させることができることを見出した。RH化合物はRLM合金によって還元され、実質的にRHのみがR−T−B系焼結磁石内部に拡散すると考えられる。このため、RH化合物がフッ素を含む場合でも、RH化合物中のフッ素はほとんどR−T−B系焼結磁石内部に拡散することが無いこともわかった。加えて、RH化合物がRHフッ化物および/またはRH酸フッ化物である場合、そのようなRH化合物の粉末粒子層は熱処理の際に溶融しにくく、最表層をRH化合物粉末粒子層とすることによって熱処理の際に使用する処理容器や台板と溶着しにくいので、非常に作業性に優れていることがわかった。
なお、本明細書において、RHを含有する物質を「拡散剤」、拡散剤のRHを還元して拡散し得る状態にする物質を「拡散助剤」と称する。
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
[R−T−B系焼結磁石母材]
まず、本発明では、重希土類元素RHの拡散の対象とするR−T−B系焼結磁石母材を準備する。なお、本明細書では、わかりやすさのため、重希土類元素RHの拡散の対象とするR−T−B系焼結磁石をR−T−B系焼結磁石母材と厳密に称することがあるが、「R−T−B系焼結磁石」の用語はそのような「R−T−B系焼結磁石母材」を含むものとする。このR−T−B系焼結磁石母材は公知のものが使用でき、例えば以下の組成を有する。
希土類元素R:12〜17原子%
B(B(ボロン)の一部はC(カーボン)で置換されていてもよい):5〜8原子%
添加元素M´(Al、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Pb、およびBiからなる群から選択された少なくとも1種):0〜2原子%
T(Feを主とする遷移金属元素であって、Coを含んでもよい)および不可避不純物:残部
ここで、希土類元素Rは、主として軽希土類元素RL(Ndおよび/またはPr)であるが、重希土類元素を含有していてもよい。なお、重希土類元素を含有する場合は、重希土類元素RHであるDy、Tbの少なくとも一方を含むことが好ましい。
上記組成のR−T−B系焼結磁石母材は、任意の製造方法によって製造される。
[拡散助剤]
拡散助剤としては、RLM合金の粉末を用いる。RLとしてはRH化合物を還元する効果の高い軽希土類元素が適しており、RLはNdおよび/またはPrとする。またMはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上とする。中でもNd−Cu合金やNd−Al合金を用いると、NdによるRH化合物の還元能力が効果的に発揮され、HcJの向上効果がより高いので好ましい。また、RLM合金はRLを50原子%以上含み、かつ、その融点が熱処理温度以下の合金を用いる。RLM合金はRLを65原子%以上含むことが好ましい。RLの含有割合が50原子%以上のRLM合金は、RLがRH化合物を還元する能力が高く、かつ、融点が熱処理温度以下であるので熱処理時に溶融してRH化合物を効率よく還元し、より高い割合で還元されたRHがR−T−B系焼結磁石中に拡散して少量でも効率よくR−T−B系焼結磁石のHcJを向上させることができる。RLM合金の粉末の粒度は、均一塗布を実現するという観点から、500μm以下が好ましい。RLM合金の粉末の粒度は150μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。RLM合金粉末の粒度が小さすぎると、酸化しやすく酸化防止の観点から、RLM合金粉末の粒度の下限は5μm程度である。RLM合金の粉末の粒度の典型例は、20〜100μmである。なお、粉末の粒度は、例えば顕微鏡観察によって最も大きい粉末粒子と最も小さい粉末粒子の大きさを求めることによって測定すればよい。また、篩を用いて上限より大きい粉末と下限より小さい粉末を除去して用いることもできる。例えば目開き0.50mmのメッシュを使用して粉末を篩にかければ、粉末の粒度を500μm以下に調整できる。
拡散助剤の作製方法は特に限定されないが、例えば、RLM合金のインゴットを用意し、このインゴットを粉砕する方法、および、ロール急冷法によって合金薄帯を用意し、この合金薄帯を粉砕する方法を含み得る。粉砕のしやすさの観点からは、ロール急冷法を用いることが好ましい。
[拡散剤]
拡散剤としては、RH化合物(RHはDyおよび/またはTb、RH化合物はRHフッ化物、RH酸化物、RH酸フッ化物から選ばれる1種または2種以上)の粉末を用いる。RH化合物粉末はRLM合金粉末よりも質量比率で等しいか少ないため、RH化合物粉末を均一に塗布するには、RH化合物粉末の粒度が小さいことが好ましい。本発明者の検討によれば、RH化合物の粉末の粒度は凝集した2次粒子の大きさにおいて20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。小さいものは1次粒子で数μm程度である。
拡散剤の製造方法も特に限定されない。例えばRHフッ化物の粉末は、RHの水和物を含む溶液から沈殿によって作製することができるし、他の公知の方法によっても作製できる。
[塗布]
拡散剤と拡散助剤をR−T−B系焼結磁石表面に存在させる方法、すなわち、磁石側から順に、少なくとも1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層と、RH化合物粉末粒子層と、を存在させた状態にする方法は特に限定されず、どのような方法であってもよい。例えば、R−T−B系焼結磁石表面に、RLM合金粉末とバインダおよび/または純水や有機溶剤などの溶媒を混合して作製したスラリーを塗布し、必要に応じて乾燥した後、その上にRH化合物粉末とバインダおよび/または溶媒を混合して作製したスラリーを塗布する方法であってもよい。すなわち、RLM合金粉末粒子層と、RH化合物粉末粒子層とを別々に塗布形成する方法があげられる。
RLM合金粉末粒子層とRH化合物粉末粒子層を別々に塗布形成する場合、RH化合物粉末にRLM合金粉末を混在させて塗布してもよい。すなわち、全体のRLM合金とRH化合物の割合が本発明の範囲内であれば、RH化合物粉末粒子層にはRH化合物粉末とRLM合金粉末が含まれていてもよい。RH化合物粉末はRLM合金粉末に比べて少量であるので、RH化合物粉末にRLM合金粉末を混在させて塗布すれば、RH化合物粉末の塗布量を調整しやすい。この場合、RH化合物粉末に混在させるRLM合金粉末は下層のRLM合金粉末と同じ種類であってもよいし、異なるものであってもよい。すなわち、例えば下層のRLM合金がRLAl合金でRH化合物に混在させるRLM合金がRLCu合金であってもよい。
RLM合金粉末粒子層と、RH化合物粉末粒子層とを別々に形成する場合、それらをR−T−B系焼結磁石表面に存在させる方法は、以下の(1)〜(3)の方法であってもよい。
(1)RLM合金の粉末と、RH化合物粉末またはRLM合金粉末とRH化合物粉末の混合粉末を、順次R−T−B系焼結磁石の表面に散布する方法。
(2)まず、RLM合金の粉末とバインダおよび/または溶媒を均一に混合して作製したスラリーをR−T−B系焼結磁石の表面に塗布後乾燥する。さらにその上に、RH化合物粉末またはRLM合金粉末とRH化合物粉末の混合粉末とバインダおよび/または溶媒を均一に混合して作製したスラリーを塗布する方法。
(3)まず、RLM合金の粉末を純水や有機溶剤などの溶媒に分散させた溶液にR−T−B系焼結磁石を浸漬して引き上げて乾燥する。さらに、乾燥後のR−T−B系焼結磁石を、RH化合物粉末、またはRLM合金粉末とRH化合物粉末との混合粉末を純水や有機溶剤などの溶媒に分散させた溶液に浸漬して引き上げる方法。
なお、バインダや溶媒は、その後の熱処理の昇温過程において、拡散助剤の融点以下の温度で熱分解や蒸発などでR−T−B系焼結磁石の表面から除去されるものであればよく、特に限定されない。
また、R−T−B系焼結磁石の上面の表面に、RLM合金粉末とRH化合物粉末の混合粉末とバインダおよび/または溶媒を均一に混合して作製したスラリーを塗布し静置することによって、RLM合金粉末とRH化合物粉末の沈降速度の差を利用してRLM合金粉末を優先的に沈降させてRLM合金粉末粒子層とRH化合物粉末粒子層に分離させてもよい。それによりR−T−B系焼結磁石表面に接した少なくとも1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層とその上にRH化合物粉末粒子層を形成することができる。なお、「R−T−B系焼結磁石の上面」とは、スラリーを塗布するときに鉛直方向の上側を向いているR−T−B系焼結磁石の面である。
R−T−B系焼結磁石の上面にスラリーを塗布するとき、R−T−B系焼結磁石に超音波等で振動を与えることによりRLM合金粉末粒子層とRH化合物粉末粒子層の分離を促すこともできる。この時の粉末とバインダおよび/または溶媒との混合比率は質量比で50:50〜95:5が望ましい。RLM合金粉末の粒度を最大で150μm程度とし、RH化合物の粉末の粒度を20μm以下とすることにより、RLM合金粉末粒子層とRH化合物粉末粒子層が分離しやすくなって、R−T−B系焼結磁石表面に接した少なくとも1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層を形成しやすくなるので好ましい。
R−T−B系焼結磁石の2面以上の表面にこのような層を形成する場合には、スラリーが塗布される面を上面としてR−T−B系焼結磁石の1面ずつにスラリーを塗布する。
このようにRLM合金粉末とRH化合物粉末とが混合した状態のスラリーをR−T−B系焼結磁石に塗布し、その後、RLM合金粉末粒子層とRH化合物粉末粒子層とに分離する方法は、量産性に適している。この方法を実行するためには、RLM合金粉末の粒度に比べてRH化合物粉末の粒度を相対的に小さくすることが有効である。粒度は、任意の粒度測定方法によって決定され得る。例えば粒子を顕微鏡観察することによって粒度を測定し、RLM合金粉末よりもRH化合物粉末が小さければ、RLM合金粉末とRH化合物粉末の沈降速度に差が生じ、RLM合金粉末粒子層とRH化合物粉末粒子層とに分離することが可能である。
なお、本発明の方法においては、RLM合金はその融点が熱処理温度以下であるため熱処理の際に溶融し、それによって高い効率で還元されたRHがR−T−B系焼結磁石内部に拡散しやすい状態になる。したがって、RLM合金の粉末とRH化合物の粉末とをR−T−B系焼結磁石の表面に存在させる前にR−T−B系焼結磁石の表面に対して酸洗などの特段の清浄化処理を行う必要はない。もちろん、そのような清浄化処理を行うことを排除するものではない。
粉末状態にあるRLM合金およびRH化合物のR−T−B系焼結磁石の表面における存在比率(熱処理前)は、質量比率でRLM合金:RH化合物=9.6:0.4〜5:5とする。存在比率はRLM合金:RH化合物=9.5:0.5〜6:4であることがより好ましい。本発明は、RLM合金およびRH化合物の粉末以外の粉末(第三の粉末)がR−T−B系焼結磁石の表面に存在することを必ずしも排除しないが、第三の粉末がRH化合物中のRHをR−T−B系焼結磁石の内部に拡散することを阻害しないように留意する必要がある。R−T−B系焼結磁石の表面に存在する粉末の全体に占める「RLM合金およびRH化合物」の粉末の質量比率は、70%以上であることが望ましい。
本発明によれば、少ない量のRHで、効率的にR−T−B系焼結磁石のHcJを向上させることが可能である。R−T−B系焼結磁石の表面に存在させる粉末中のRHの量は、磁石表面1mm2あたり0.03〜0.35mgであることが好ましく、0.05〜0.25mgであることが更に好ましい。
[拡散熱処理]
RLM合金の粉末とRH化合物の粉末とをR−T−B系焼結磁石の表面に存在させた状態で熱処理を行う。なお、熱処理の開始後、RLM合金の粉末は溶融するため、RLM合金が熱処理中に常に「粉末」の状態を維持する必要は無い。熱処理の雰囲気は真空または不活性ガス雰囲気が好ましい。熱処理温度はR−T−B系焼結磁石の焼結温度以下(具体的には例えば1000℃以下)であり、かつ、RLM合金の融点よりも高い温度である。熱処理時間は例えば10分〜72時間である。また前記熱処理の後必要に応じてさらに400〜700℃で10分〜72時間の熱処理を行ってもよい。なお、処理容器とR−T−B系焼結磁石の溶着を防止するため、処理容器の底面またはR−T−B系焼結磁石を載置する台板にY23、ZrO2、Nd23などを塗布または散布してもよい。
[実験例1]
まず、公知の方法で、組成比Nd=13.4、B=5.8、Al=0.5、Cu=0.1、Co=1.1、残部=Fe(原子%)のR−T−B系焼結磁石を作製した。これを機械加工することにより、6.9mm×7.4mm×7.4mmのR−T−B系焼結磁石母材を得た。得られたR−T−B系焼結磁石母材の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定したところ、HcJは1035kA/m、Brは1.45Tであった。なお、後述の通り、熱処理後のR−T−B系焼結磁石の磁気特性は、R−T−B系焼結磁石の表面を機械加工にて除去してから測定するので、R−T−B系焼結磁石母材もそれに合わせて、表面をさらにそれぞれ0.2mmずつ機械加工にて除去し、大きさ6.5mm×7.0mm×7.0mmとしてから測定した。なお、別途R−T−B系焼結磁石母材の不純物量をガス分析装置によって測定したところ、酸素が760質量ppm、窒素が490質量ppm、炭素が905質量ppmであった。
次に表1に示す組成の拡散助剤を用意した。拡散助剤は超急冷法によって作製した合金薄帯をコーヒーミルで粉砕し、粒度150μm以下とした。得られた拡散助剤の粉末と粒度10μm以下のTbF3粉末またはDyF3粉末またはTb47粉末またはDy23粉末とポリビニルアルコール5質量%水溶液を拡散助剤と拡散剤が表1に示す混合質量比となるように、かつ、拡散助剤+拡散剤とポリビニルアルコール水溶液を質量比2:1で混合してスラリーを得た。このスラリーを、R−T−B系焼結磁石母材の7.4mm×7.4mmの2面に、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が表1の値となるように塗布した。具体的には、R−T−B系焼結磁石母材の7.4mm×7.4mmの上面にスラリーを塗布し、1分間静置後、85℃で1時間乾燥した。その後R−T−B系焼結磁石母材を上下反転させ、同様にスラリーを塗布、静置、乾燥した。
なお、以下、本実施例で示す拡散助剤の融点は、RLM合金の二元系状態図で示される値を記載する。
Figure 0006414597
図1にサンプル5と同じ方法で作製したサンプルの塗布層の断面SEM写真を示す。また、表2に図1中示した箇所のEDX分析の結果を示す。図1、表2からわかるように、拡散助剤の粉末が沈降し、R−T−B系焼結磁石母材の表面に接した1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層が形成され、その上にRH化合物(RHフッ化物)粒子の層が形成されているのがわかる。サンプル5以外の条件についても同様に同じ方法で作製した実施例のサンプルについて断面観察を行ったところ、同様にR−T−B系焼結磁石母材の表面に接した1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層とその上にRH化合物粒子の層が形成されているのが確認された。
Figure 0006414597
このスラリー塗布層を有するR−T−B系焼結磁石母材をMo板上に配置し、処理容器に収容して蓋をした。この蓋は容器内外のガスの出入りを妨げるものではない。これを熱処理炉に収容し、100PaのAr雰囲気中、900℃で4時間の熱処理を行った。熱処理は、室温から真空排気しながら昇温し、雰囲気圧力および温度が上記条件に達してから上記条件で行った。その後、いったん室温まで降温してからMo板を取り出してR−T−B系焼結磁石を回収した。回収したR−T−B系焼結磁石を処理容器に戻して再び熱処理炉に収容し、10Pa以下の真空中、500℃で2時間の熱処理を行った。この熱処理も室温から真空排気しながら昇温し、雰囲気圧力および温度が上記条件に達してから上記条件で行った。その後、いったん室温まで降温してからR−T−B系焼結磁石を回収した。
なお、拡散剤としてRH酸化物を用いるサンプルについては、R−T−B系焼結磁石とMo板との溶着を防止するため、Mo板にY23粉末をエタノールに混合して塗布後乾燥し、その上にR−T−B系焼結磁石を載置した。
得られたR−T−B系焼結磁石の表面をそれぞれ0.2mmずつ機械加工にて除去し、6.5mm×7.0mm×7.0mmのサンプル1〜11、101〜111を得た。得られたサンプル1〜11、101〜111の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表3に示す。
Figure 0006414597
表3からわかるように、本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石はBrが低下することなくHcJが大きく向上しているが、本発明で規定する混合質量比よりもRH化合物が多いサンプル1、101はHcJの向上は本発明に及ばないことがわかった。また、RLM合金粉末粒子層1層のみのサンプル9、109、RH化合物粉末粒子層1層のみのサンプル10、11、110、111もHcJの向上が本発明に及ばないことがわかった。
さらに、サンプル5と同じ条件で熱処理まで行い表面の機械加工を行っていない磁石を作製した。この磁石について、EPMA(電子線マイクロアナライザ)によって、スラリー塗布層と磁石表面との接触界面の断面元素マッピング分析を行った。結果を図2に示す。図2(a)はSEM像であり、図2(b)〜(g)はそれぞれ、Tb、Nd、フッ素、Cu、酸素、Feの元素マッピングである。図2(h)は、スラリー塗布層と磁石表面との接触界面の位置を模試的に示す図である。
図2からわかるようにスラリー塗布層と磁石表面との接触界面より上部ではフッ素がNd、酸素とともに検出され、フッ素が検出された部分のTbの検出量は極めて少ないものであった。一方、接触界面より下部(磁石内部)ではフッ素は検出されず、Tbが検出された。このことから、本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石のHcJが大きく向上しているのは、拡散助剤であるRLM合金がRHフッ化物を還元してRLがフッ素と結びつき、還元されたRHが磁石内部に拡散し、効率よくHcJの向上に寄与していることによると考えられる。また、フッ素が磁石内部に殆ど検出されない、即ち磁石内部にフッ素が侵入しないことは、Brを顕著に低下させない要因とも考えられる。
[実験例2]
実験例1と同じR−T−B系焼結磁石母材を用意した。次に表4に示す組成の拡散助剤と粒度20μm以下のTbF3粉末またはDyF3粉末を用意し、それぞれポリビニルアルコール5質量%水溶液と混合して拡散助剤のスラリーおよび拡散剤のスラリーを得た。
これらのスラリーを、R−T−B系焼結磁石母材の7.4mm×7.4mmの2面に、拡散助剤と拡散剤の質量比およびR−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が表4の値となるように塗布した。具体的には、R−T−B系焼結磁石母材の7.4mm×7.4mmの上面に拡散助剤のスラリーを塗布し85℃で1時間乾燥後、拡散剤のスラリーを塗布し、同様に乾燥した。その後R−T−B系焼結磁石母材を上下反転させ、同様にスラリーをそれぞれ塗布、乾燥した。
このスラリーを塗布したR−T−B系焼結磁石母材を実験例1と同様に熱処理を行いサンプル12〜14、112〜114を得、磁気特性を測定した。結果を表5に示す。なお、表4、5にはサンプル12〜14、112〜114と塗布方法以外の条件が同じ実験例1のサンプル4、5、8、104、105、108の値もあわせて示している。
Figure 0006414597
Figure 0006414597
表5からわかるように、拡散助剤と拡散剤を混合したスラリーを塗布し、静置して拡散助剤を沈降させてR−T−B系焼結磁石母材の表面に接した1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層を形成した場合と同様に、拡散助剤と拡散剤を別々に塗布してR−T−B系焼結磁石母材の表面に接した1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層を形成した場合も、本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石はBrが低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。
[実験例3]
表6に示す組成の拡散助剤を使用し表6で示す混合質量比でTbF3粉末と混合した混合粉末を用いること以外は実験例1と同様にしてサンプル15〜22、38、39、115〜122、138,139を得た。得られたサンプル15〜22、38、39、115〜122、138,139の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表7に示す。
Figure 0006414597
Figure 0006414597
表7からわかるように、実験例1で使用した拡散助剤と組成が異なる拡散助剤を使用した場合(サンプル16、17、19〜22、38、39、116、117、119〜122、138、139)も、本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石ではBrが低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。しかしながら、RLM合金の融点が熱処理温度(900℃)を超えるサンプル15、115、およびRLが50原子%未満の拡散助剤を使用したサンプル18、118のHcJの向上は本発明に及ばないことがわかった。
なお、上記実施例(サンプル16、17、19〜22、38、39、116、117、119〜122、138、139)については、同じ方法でスラリー塗布、静置、乾燥を行ったサンプルについて、実験例1のサンプルと同様断面SEM観察を行って、R−T−B系焼結磁石母材の表面に接した1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層とその上にRH化合物粒子の層が形成されていることを確認した。
[実験例4]
表8に示す組成の拡散助剤を使用し、拡散助剤と拡散剤の質量比およびR−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が表8の値となるように塗布したこと以外は実験例2と同様にしてサンプル23〜28、123〜128を得た。サンプル26、126は、実験例1において好ましい結果が得られなかったサンプル1(本発明で規定する質量比率よりもRH化合物が多いもの)と同じ拡散助剤と拡散剤、質量比で、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量を表8に示す値に増やしたものであり、サンプル27、127は、実験例3において好ましい結果が得られなかったサンプル18、118(RLが50原子%未満の拡散助剤を使用したもの)と同じ拡散助剤と拡散剤、質量比で、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量を表8に示す値に増やしたものであり、サンプル28、128は拡散助剤としてRHM合金を用いたものである。得られたサンプル23〜28、123〜128の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表9に示す。なお、それぞれの表には比較対象の実施例としてサンプル5の値を示している。
Figure 0006414597
Figure 0006414597
表9からわかるように、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が表8で示した値となるように拡散助剤と拡散剤を塗布した場合にも本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石ではBrが低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。またこれらの実施例サンプルについても、同じ方法でスラリー塗布、静置、乾燥を行ったサンプルについて断面SEM観察を行って、R−T−B系焼結磁石母材の表面に接した1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層とその上にRH化合物粒子の層が形成されていることを確認した。
また、本発明で規定する質量比率よりもRH化合物が多いサンプル26、126では、本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石と同等にHcJを向上させることができた。しかし、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が本発明のR−T−B系焼結磁石よりも大きく、同等にHcJを向上させるためには本発明よりも多くのRHを要し、少量のRHでHcJを向上させるという効果が得られなかった。また、RLが50原子%未満の拡散助剤を使用したサンプル27、127では、拡散助剤のRLの割合が少ないため、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量を増やしても本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石と同等にHcJを向上させることができなかった。また、拡散助剤としてRHM合金を用いたサンプル28、128では、本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石と同等にHcJを向上させることができたが、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が本発明のR−T−B系焼結磁石よりも格段に大きく、同等にHcJを向上させるためには本発明よりも多くのRHを要し、少量のRHでHcJを向上させるという効果が得られなかった。
[実験例5]
組成がNd70Cu30(原子%)の拡散助剤とTbF3粉末(拡散剤)を、拡散助剤:拡散剤が9:1となるように混合してスラリーを作製し、表10に示す条件で熱処理を行ったこと以外は、実験例1と同様にしてサンプル29〜31、129〜131を得た。得られたサンプル29〜31、129〜131の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表11に示す。
Figure 0006414597
Figure 0006414597
表11からわかるように、表10で示した様々な熱処理条件で熱処理を行った場合も、本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石ではBrが低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。
[実験例6]
R−T−B系焼結磁石母材を表12に示す組成、焼結温度、不純物量、および磁気特性のものとしたこと以外はサンプル5と同様にしてサンプル32〜35、サンプル105と同様にしてサンプル132〜135を得た。得られたサンプル32〜35、132〜135の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表13に示す。
Figure 0006414597
Figure 0006414597
表13からわかるように、表12で示した様々なR−T−B系焼結磁石母材を使用した場合も、本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石はBrが低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。
[実験例7]
拡散剤として粒度20μm以下のTb47粉末を使用したこと以外はサンプル6、サンプル19と同様にして、それぞれサンプル36、37を得た。得られたサンプル36、37の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。また、それぞれのサンプルを熱処理炉から取り出した際のMo板との溶着の有無を評価した。結果を表15に示す。
拡散剤としてTb47粉末を使用したサンプル36、37では、表15に示すように、R−T−B系焼結磁石がMo板に溶着したため、そのままでは、R−T−B系焼結磁石の磁気特性を評価できなかった。そのため、サンプル36、37の磁気特性については、R−T−B系焼結磁石とMo板との間にY23粉末をエタノールに混合して塗布後乾燥し、溶着が生じないようにした状態で作製したR−T−B系焼結磁石について測定した。
Figure 0006414597
Figure 0006414597
表15からわかるように、拡散剤としてRH酸化物を用いたサンプル36、37は、磁気特性に関しては本発明の製造方法によるR−T−B系焼結磁石と同等にBrが低下することなくHcJが大きく向上した。しかし、これらのサンプルでは、熱処理時にR−T−B系焼結磁石とMo板との間にY23粉末を塗布するなどしてR−T−B系焼結磁石とMo板が溶着しないような工夫をしなければサンプルを回収することが難しいことがわかった。
[実験例8]
酸フッ化物を含有する拡散剤を使用し、表16に示す拡散助剤と表16に示す混合質量比で混合した混合粉末を用いること以外は、実験例1と同様にしてサンプル40を得た。得られたサンプル40の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表17に示す。表17には、比較のため、拡散剤としてTbF3を用いて同じ条件で作製したサンプル4の結果も示している。
Figure 0006414597
Figure 0006414597
以下、サンプル40で用いた酸フッ化物を含有する拡散剤を説明する。参考のため、サンプル4他で用いたTbF3についても言及する。
サンプル40の拡散剤粉末、およびサンプル4の拡散剤粉末について、ガス分析により、酸素量および炭素量を測定した。サンプル4の拡散剤粉末は、TbF3を用いた他のサンプルで使用した拡散剤粉末と同じである。
サンプル4の拡散剤粉末の酸素量は400ppmであったが、サンプル40の拡散剤粉末の酸素量は4000ppmであった。炭素量は双方とも100ppm未満であった。
それぞれの拡散剤粉末の断面観察および成分分析をSEM−EDXで行った。サンプル40は酸素量の多い領域と酸素量の少ない領域に分かれていた。サンプル4では、そのような酸素量の異なる領域は見られなかった。
サンプル4、40の各々の成分分析結果を表18に示す。
Figure 0006414597
サンプル40の酸素量の多い領域には、TbF3を製造する過程で生成したTb酸フッ化物が残っていたと考えられる。計算による酸フッ化物の割合は、質量比率で10%程度であった。
表18の結果から、酸フッ化物が一部に残存するRHフッ化物を使用したサンプルにおいても、RHフッ化物を使用したサンプルと同等にHcJが向上していることがわかる。またサンプル40についても、同じ方法でスラリー塗布、静置、乾燥を行ったサンプルについて断面SEM観察を行って、R−T−B系焼結磁石母材の表面に接した1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層とその上にRH化合物粒子の層が形成されていることを確認した。
[実験例9]
拡散助剤を常温大気中に50日間放置することにより、表面を酸化させた拡散助剤を用意した。この点以外はサンプル5と同様にしてサンプル41を、同じくサンプル105と同様にしてサンプル140を作製した。なお、50日間の放置後の拡散助剤は黒く変色し、放置前に670ppmであった酸素含有量が4700ppmに上昇した。
R−T−B系焼結磁石母材を、相対湿度90%、温度60℃の雰囲気に100時間放置し、その表面に多数の赤錆を発生させた。そのようなR−T−B系焼結磁石母材を用いたこと以外は、サンプル5と同様にしてサンプル42を、サンプル105と同様にしてサンプル141を作製した。得られたサンプル41、42、140、141の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表19に示す。表19には比較としてサンプル5および105の結果も示している。
Figure 0006414597
表19から、拡散助剤およびR−T−B系焼結磁石母材の表面が酸化されていても、HcJの向上にはほとんど影響しないことがわかった。またサンプル41、42、140、141についても、同じ方法でスラリー塗布、静置、乾燥を行ったサンプルについて断面SEM観察を行って、R−T−B系焼結磁石母材の表面に接した1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層とその上にRH化合物粒子の層が形成されていることを確認した。
このように、本発明は、ある態様において、RLおよびMの合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alからなる群から選ばれる1種以上の元素)から形成された粉末粒子をR−T−B系焼結磁石の表面に接触させる工程と、RHおよびフッ素を含む化合物(RHはDyおよび/またはTb)の粉末粒子をRLM合金の粉末粒子に接触させる工程と、RLM合金の融点以上R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下の温度でR−T−B系焼結磁石を熱処理する工程とを含む。この熱処理は、前記合金の粉末粒子と前記化合物の粉末粒子とがR−T−B系焼結磁石上に存在する状態で開始される。熱処理が開始される前の段階において、前記合金の粉末粒子は、前記化合物の粉末粒子に比べてR−T−B系焼結磁石の表面に近い位置に偏って分布していればよい。ある典型例では、前記合金の粉末粒子は、少なくとも1つの層を形成するようにしてR−T−B系焼結磁石の表面上に位置し、この層が前記化合物の粉末粒子とR−T−B系焼結磁石の表面との間に介在している。このため、前記化合物の粉末粒子はR−T−B系焼結磁石の表面から離れた位置に分布している。
本発明によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、より少ない重希土類元素RHによってHcJを向上させたR−T−B系焼結磁石を提供し得る。

Claims (5)

  1. R−T−B系焼結磁石を用意する工程と、
    前記R−T−B系焼結磁石の表面に、磁石側から順に、少なくとも1粒子層以上のRLM合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上の元素)粉末粒子層と、RH化合物(RHはDyおよび/またはTb、RH化合物はRHフッ化物、RH酸化物、RH酸フッ化物から選ばれる1種または2種以上)粉末粒子層と、を存在させた状態でR−T−B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理する工程を含み、
    前記RLM合金はRLを50原子%以上含み、かつ、前記RLM合金の融点は前記熱処理の温度以下であり、
    前記熱処理は、前記RLM合金の粉末と前記RH化合物の粉末とが、RLM合金:RH化合物=9.6:0.4〜5:5の質量比率で前記R−T−B系焼結磁石の表面に存在する状態で行われる、R−T−B系焼結磁石の製造方法。
  2. 前記R−T−B系焼結磁石の表面において、前記RH化合物の粉末に含まれるRHの質量は、前記表面の1mm2あたりで0.03〜0.35mgである請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  3. 前記R−T−B系焼結磁石の表面に少なくとも1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層を塗布し、続いてRH化合物粉末粒子層を塗布する工程を含む、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. 前記R−T−B系焼結磁石の上面の表面にRLM合金粉末とRH化合物粉末の混合粉末とバインダおよび/または溶媒を含むスラリーを塗布し、R−T−B系焼結磁石の前記表面に1粒子層以上のRLM合金粉末粒子層を形成する、請求項1から3のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  5. 前記RH化合物はRHフッ化物および/またはRH酸フッ化物である、請求項1から4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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