JP6508447B1 - 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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Abstract

本開示のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、R1−T1−B系焼結体を準備する工程と、R2−Ga−Cu−Co系合金を準備する工程と、前記焼結体の表面の少なくとも一部に前記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、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。R1、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。Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が14.0超15.0以下である。

Description

本発明は、R−T−B系焼結磁石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。
R−T−B系焼結磁石において、R214B化合物中のRに含まれる軽希土類元素(主としてNd及び/又はPr)の一部を重希土類元素(主としてDy及び/又はTb)で置換すると、HcJが向上することが知られている。重希土類元素の置換量の増加に伴いHcJは向上する。
しかし、R214B化合物中の軽希土類元素を重希土類元素で置換するとR−T−B系焼結磁石のHcJが向上する一方、残留磁束密度Br(以下、単に「Br」という場合がある)が低下する。また、重希土類元素、特にDyなど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、ユーザーから重希土類元素をできるだけ使用することなくHcJを向上させることが求められている。
特許文献1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。
国際公開第2013/008756号
特許文献1に記載されている方法は、重希土類元素の含有量を抑制しつつR−T−B系焼結磁石を高保磁力化できる点で注目に値する。しかし、Brが大幅に低下するという問題があった。また、近年、電気自動車用モータ等の用途において更に高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石が求められている。
本開示の実施形態は、重希土類元素の含有量を低減しつつ、高いBr及び高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石の製造方法を提供する。
本開示のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、限定的ではない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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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、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、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、Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が14.0超15.0以下である。前記R2−Ga−Cu−Co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−Cu−Co系合金全体の35mass%以上85mass%未満であり、Gaの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の2.5mass%以上30mass%以下であり、Cuの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の2.5mass%以上20mass%以下であり、Coの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の10mass%超45mass%以下であり、R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量>Cuの含有量の不等式が成立する。
ある実施形態において、前記Bに対するTのmol比([T1]/[B])が14.5以上15.0以下である。
ある実施形態において、前記R2−Ga−Cu−Co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−Cu−Co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−Cu−Co系合金におけるR2−Ga−Cu−Co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。
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、限定的ではない例示的な他の実施形態において、R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程と、R2−Ga−Co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−Co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、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、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、Bに対するT1のmol比([T1]/[B])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−Co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−Co系合金全体の35mass%以上87mass%未満であり、Gaの含有量は、R2−Ga−Co系合金全体の2.5mass%以上30mass%以下であり、Coの含有量は、R2−Ga−Co系合金全体の10mass%超45mass%以下であり、R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量の不等式が成立する。
ある実施形態において、前記Bに対するT1のmol比([T1]/[B])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−Ga−Co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−Co系合金中のR2の70mass%以上がPrである。
ある実施形態において、R2−Ga−Co系合金におけるR2、Ga、Coの合計の含有量が80mass%以上である。
ある実施形態において、前記第一の熱処理における温度が800℃以上1000℃以下である。
ある実施形態において、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、重希土類元素の含有量を低減しつつ、高いBr及び高い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。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法(第1の実施形態)における工程の例を示すフローチャートである。 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2Aの破線矩形領域内を更に拡大した模式図である。 熱処理工程におけるR1−T1−B系合金焼結体(またはR1−T1−Cu−B系焼結体)とR2−Ga−Cu−Co系合金(またはR2−Ga−Co系合金)との配置形態を模式的に示す説明図である。 本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法(第2の実施形態)における工程の例を示すフローチャートである。
本開示において、希土類元素を総称して「R」と表記する場合がある。希土類元素Rのうちの特定の元素又は元素群を指すとき、例えば「R1」又は「R2」の符号を用いて他の希土類元素から区別する。また、本開示において、Feを含む遷移金属元素の全体を「T」と表記する。遷移金属元素Tのうちの特定の元素または元素群及び主相のFeサイトと容易に置換される遷移金属元素以外の特定の元素又は元素群の両方を含むとき、「T1」の符号を用いて他の遷移金属元素から区別する。
<第1の実施形態>
本開示による第1の実施形態におけるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、図1に示すように、R1−T1−B系焼結体を準備する工程S10と、R2−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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(A1)〜(A3)が成立している。
(A1)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。
(A2)T1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、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。
(A3)Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が14.0超15.0以下である。
本開示におけるBに対するT1のmol比([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。
Bに対するT1のmol比([T1]/[B])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−Ga−Cu−Co系合金においては、以下の(A4)〜(A8)が成立している。
(A4)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−Cu−Co系合金全体の35mass%以上85mass%未満である。
(A5)Gaの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の2.5mass%以上30mass%以下である。
(A6)Cuの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の2.5mass%以上20mass%以下である。
(A7)Coの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の10mass%超45mass%以下である。
(A8)R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量>Cuの含有量の不等式が成立する。
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−Ga−Cu−Co系合金を接触させ、図1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できる。
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。
まず、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2A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2Bは図2Aの破線矩形領域内を更に拡大した模式図である。図2A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2A及び図2B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2B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。
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、特許文献1に記載されている方法のように、B量をR214B化合物の化学量論比よりも少なくし、且つ、Al、Ga、Cuのうちから選ばれる1種以上の金属元素Mを含有させると、R217相から粒界に遷移金属リッチ相(例えばR−T−Ga相)が生成されて高いHcJを得ることができる。しかし、特許文献1に記載されている方法では、Brが大幅に低下してしまう。
本発明者らは検討の結果、低B組成である特定の組成を有するR1−T1−B系焼結体の表面の少なくとも一部に、Coの含有量が比較的多いR2−Ga−Cu−Co系合金を接触させて特定の熱処理を実施すると、意外にも、最終的に得られる焼結磁石は、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系焼結磁石の製造方法は、本開示の特定組成のR2−Ga−Cu−Co系合金によりR2、Ga、Cu及びCo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%)ことが更に好ましい。
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%以下であることが更に好ましい。
T1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、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。ただし、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−Cu−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。
Bに対するT1のmol比([T1]/[B])は14.0超15.0以下である。
本開示におけるBに対するT1のmol比([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。
Bに対するT1のmol比([T1]/[B])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。Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が14.0以下であると高いHcJを得ることができない。一方、Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が15.0を超えるとBrが低下する可能性がある。Bに対するT1のmol比([T1]/[B])は14.5以上15.0以下であることが好ましい。更に高い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0.9mass%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、Ga、Cu、Ag、Zn、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、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(ブレンド法)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−Ga−Cu−Co系合金を準備する工程)
まず、R2−Ga−Cu−Co系合金を準備する工程におけるR2−Ga−Cu−Co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、Co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−Ga−Cu−Co系合金中のR2、Ga、Cu及びCo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−Ga−Cu−Co系合金中におけるR2の含有量が50mass%である場合、R2−Ga−Cu−Co系合金の25mass%以上がPrであることを言う。更に好ましくは、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、更に高い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−Ga−Cu−Co系合金全体の10mass%以下(R2−Ga−Cu−Co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%)ことが更に好ましい。R2−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co系合金全体の35mass%以上85mass%未満である。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%以上でも本開示の効果を得ることはできるが、R2−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co系合金全体の85mass%未満が好ましい。R2の含有量は50mass%以上85mass%未満であることがより好ましく、60mass%以上85mass%未満であることが更に好ましい。より高いHcJを得ることができるからである。
Gaは、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の2.5mass%以上30mass%以下である。Gaが2.5mass%未満では、後述する第一の熱処理を実施する工程においてR2−Ga−Cu−Co系合金中のCoがR1−T1−B系焼結体の内部に導入され難くなり高いBrを得ることができない。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30mass%を超えると、Brが大幅に低下する可能性がある。Gaは4mass%以上20mass%以下であることがより好ましく、4mass%以上10mass%以下であることが更に好ましい。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。
Cuは、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の2.5mass%以上20mass%以下である。Cuが2.5mass%未満では、後述する第一の熱処理を実施する工程においてR2−Ga−Cu−Co系合金中のGa、Cu及びCoがR1−T1−B系焼結体の内部に導入され難くなり、高いBrを得ることができない。一方、Cuが20mass%を超えると、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15mass%以下であることがより好ましく、4mass%以上10mass%以下であることが更に好ましい。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。
Coは、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の10mass%超45mass%以下である。Coが10mass%以下では、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、Coが45mass%を超えると、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。Coは15mass%以上30mass%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。
また、本開示におけるR2−Ga−Cu−Co系合金では、R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量>Cuの含有量の不等式が成立している。このため、高いBr及び高いHcJを得ることができる。これは本開示の不等式を満足することにより、適切な量のR、Co、Ga及びCuを含む相が二粒子粒界に生成されるからだと考えられる。
R2−Ga−Cu−Co系合金は、上記元素の他に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。
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6000ppm以下、Nは1000ppm以下、Cは1500ppm以下が好ましい。ただし、これらの元素の合計の含有量が20mass%を超えると、R2−Ga−Cu−Co系合金におけるR2−Ga−Cu−Coの含有量が少なくなり、高いBrと高いHcJを得ることができない可能性がある。そのため、R2−Ga−Cu−Co系合金におけるR2−Ga−Cu−Coの合計の含有量は80mass%以上が好ましく、90mass%以上が更に好ましい。
次にR2−Ga−Cu−Co系合金を準備する工程について説明する。R2−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co系合金からCu、Ga及びCo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Coを含む液相量が少なすぎて、高いBrと高いHcJを得ることができない可能性がある。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−Ga−Cu−Co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時間以下が更に好ましい。また、R2−Ga−Cu−Co系合金は、R1−T1−B系焼結体の重量に対し2mass%以上30mass%以下準備した方が好ましい。R2−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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。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を得ることができる。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時間以下が更に好ましい。
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。また、本開示の製造方法により得られたR−T−B系焼結磁石は、前記R−T−B系焼結磁石におけるFe又はCo、Al、Mn、Siの少なくとも1つとFeをT2(R1−T1−B系焼結体におけるT1に相当)としたとき、Bに対するT2のmol比([T2]/[B])が14.0超であり、R、Fe、B、Cu、Gaを含有している。更に、R、Fe、B、Cu、Ga以外にもCo、Al、Ag、In、Sn、Zr、Nb、Ti、Ni、Hf、Ta、W、Ge、Mo、V、Y、La、Ce、Sm、Ca、Mg、Mn、Si、Cr、H、F、P、S、Cl、O、N、C等を含有してもよい。
<第2の実施形態>
次に、本開示による第2の実施形態におけるR−T−B系焼結磁石の製造方法を説明する。
本開示による第2の実施形態におけるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、図4に示すように、R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程S110と、R2−Ga−Co系合金を準備する工程S120とを含む。R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程S110と、R2−Ga−Co系合金を準備する工程S120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−Co系合金を用いてもよい。
R1−T1−Cu−B系焼結体においては、下記(B1)〜(B4)が成立している。
(B1)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%以下である。
(B2)T1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、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。
(B3)Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が14.0超15.0以下である。
(B4)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。
本開示におけるBに対するT1のmol比([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。
Bに対するT1のmol比([T1]/[B])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−Cu−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−Ga−Co系合金においては、以下の(B5)〜(B8)が成立している。
(B5)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−Co系合金全体の35mass%以上87mass%未満である。
(B6)Gaの含有量は、R2−Ga−Co系合金全体の2.5mass%以上30mass%以下である。
(B7)Coの含有量は、R2−Ga−Co系合金全体の10mass%超45mass%以下である。
(B8)R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量の不等式が成立する。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法(第2の実施形態)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−Co系合金を接触させ、図4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S130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S140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できる。
第一の熱処理を実施する工程S130と、第二の熱処理を実施する工程S140との間に他の工程、例えば冷却工程などが実行され得る。
本発明者らは検討の結果、低B組成である特定の組成を有するR1−T1−Cu−B系焼結体の表面の少なくとも一部に、Co含有量が比較的多いR2−Ga−Co系合金を接触させて特定の熱処理を実施した場合でも、最終的に得られる焼結磁石は、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系焼結磁石の製造方法(第2の実施形態)は、本開示の特定組成のR2−Ga−Co系合金によりR2、Ga、Co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−Cu−B系焼結体を準備する工程)
まず、R1−T1−Cu−B系焼結体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−Cu−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−Cu−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%)ことが更に好ましい。
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−Cu−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−Cu−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%以下であることが更に好ましい。
T1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、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。ただし、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−Cu−B系焼結体中におけるT1の含有量が70mass%である場合、R1−T1−Cu−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−Cu−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。
Bに対するT1のmol比([T1]/[B])は14.0超15.0以下である。
本開示におけるBに対するT1のmol比([T1]/[B])とは、前述したように、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。
Bに対するT1のmol比([T1]/[B])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]が14.0以下であると高いHcJを得ることができない。一方、[T1]/[B]が15.0を超えるとBrが低下する可能性がある。[T1]/[B]は14.3以上15.0以下であることが好ましい。更に高いBrと高いHcJを得ることができる。また、Bの含有量はR1−T1−Cu−B系焼結体全体の0.9mass%以上1.0mass%未満が好ましい。
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。Cuが0.1mass%未満であると、後述する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1.5mass%を超えるとBrが低下する可能性がある。
本実施形態においても、R1−T1−Cu−B系焼結体は、上記元素の他にGa、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、Ga、Ag、Zn、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、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−Cu−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−Cu−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−Cu−B系焼結体を準備する工程について説明する。R1−T1−Cu−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−Cu−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−Cu−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−Cu−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(ブレンド法)によって作製してもよい。また、得られたR1−T1−Cu−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−Ga−Co系合金を準備する工程)
まず、R2−Ga−Co系合金を準備する工程におけるR2−Ga−Co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、Co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−Ga−Co系合金中のR2、Ga、CoをR1−T1−Cu−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−Ga−Co系合金中におけるR2の含有量が50mass%である場合、R2−Ga−Co系合金の25mass%以上がPrであることを言う。更に好ましくは、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、更に高い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−Ga−Co系合金全体の10mass%以下(R2−Ga−Co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%)ことが更に好ましい。R2−Ga−Co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−Ga−Co系合金全体の35mass%以上87mass%未満である。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87mass%以上でも本開示の効果を得ることはできるが、R2−Ga−Co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−Ga−Co系合金全体の85mass%未満が好ましい。R2の含有量は50mass%以上85mass%未満であることがより好ましく、60mass%以上85mass%未満であることが更に好ましい。より高いHcJを得ることができるからである。
Gaは、R2−Ga−Co系合金全体の2.5mass%以上30mass%以下である。Gaが2.5mass%未満では、後述する第一の熱処理を実施する工程においてR2−Ga−Co系合金中のCoがR1−T1−Cu−B系焼結体の内部に導入され難くなり高いBrを得ることができない。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30mass%を超えると、Brが大幅に低下する可能性がある。Gaは4mass%以上20mass%以下であることがより好ましく、4mass%以上10mass%以下であることが更に好ましい。より高いBrと高いHcJを得ることができるからである。
Coは、R2−Ga−Co系合金全体の10mass%超45mass%以下である。Coが10mass%以下では、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、Coが45mass%を超えると、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。Coは15mass%以上30mass%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。
また、本開示におけるR2−Ga−Cu−Co系合金では、R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量の不等式が成立している。このため、高いBr及び高いHcJを得ることができる。これは本開示の不等式を満足することにより、適切な量のR、Co及びGaを含む相が二粒子粒界に生成されるからだと考えられる。
R2−Ga−Co系合金は、上記元素の他にCu、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。
含有量は、Cu、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6000ppm以下、Nは1000ppm以下、Cは1500ppm以下が好ましい。ただし、これらの元素の合計の含有量が20mass%を超えると、R2−Ga−Co系合金におけるR2、Ga、Coの含有量が少なくなり、高いBrと高いHcJを得ることができない可能性がある。そのため、R2−Ga−Co系合金におけるR2、Ga、Coの合計の含有量は80mass%以上が好ましく、90mass%以上が更に好ましい。
次にR2−Ga−Co系合金を準備する工程について説明する。R2−Ga−Co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−Ga−Co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−Cu−B系焼結体の表面の少なくとも一部に、前記R2−Ga−Co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−Ga−Co系合金からGa及びCoを含む液相が生成し、その液相がR1−T1−Cu−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、Ga及びCoを含む液相量が少なすぎて、高いBrと高いHcJを得ることができない可能性がある。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−Cu−B系焼結体やR2−Ga−Co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時間以下が更に好ましい。また、R2−Ga−Co系合金は、R1−T1−Cu−B系焼結体の重量に対し2mass%以上30mass%以下準備した方が好ましい。R2−Ga−Co系合金がR1−T1−Cu−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−Cu−B系焼結体表面に、任意形状のR2−Ga−Co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−Cu−B系焼結体表面をR2−Ga−Co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−Ga−Co系合金を分散媒中に分散させたスラリーをR1−T1−Cu−B系焼結体表面に塗布した後、分散媒を蒸発させてR2−Ga−Co系合金とR1−T1−Cu−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−Ga−Co系合金は、少なくともR1−T1−Cu−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。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−Cu−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−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を得ることができる。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−Cu−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時間以下が更に好ましい。
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。また、本開示の製造方法により得られたR−T−B系焼結磁石は、前記R−T−B系焼結磁石におけるFe又はCo、Al、Mn、Siの少なくとも1つとFeをT2(R1−T1−Cu−B系焼結体におけるT1に相当)としたとき、Bに対するT2のmol比([T2]/[B])が14.0超であり、R、Fe、B、Cu、Gaを含有している。更に、R、Fe、B、Cu、Ga以外にもCo、Al、Ag、In、Sn、Zr、Nb、Ti、Ni、Hf、Ta、W、Ge、Mo、V、Y、La、Ce、Sm、Ca、Mg、Mn、Si、Cr、H、F、P、S、Cl、O、N、C等を含有してもよい。
<第1の実施形態の実施例>
本発明を実施例により更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
[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の符号1−A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、1030℃(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。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)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1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、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。その他の表についても同様である。
Figure 0006508447
[R2−Ga−Cu−Co系合金を準備する工程]
R2−Ga−Cu−Co系合金がおよそ表2の符号1−aから1−g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、リボン又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−Cu−Co系合金を準備した。得られたR2−Ga−Cu−Co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)を使用して測定した。
Figure 0006508447
[第一の熱処理を実施する工程]
表1の符号1−A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3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−Ga−Cu−Co系合金2と接触するように、表2に示す符号1−aから1−gのR2−Ga−Cu−Co系合金を、符号1−A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−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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。なお、第一の熱処理を実施する工程におけるR2−Ga−Cu−Co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、得られたサンプルのBr及びHcJをB−Hトレーサによって測定した。測定結果を表3に示す。表3の通り、R2−Cu−Ga−Fe系合金のCo量が10mass%超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わかる。これに対し、R2−Ga−Cu−Co系合金のCo量が10mass%以下であり、Coの含有量<Gaの含有量であるサンプルNo.1−1及び1−2は、高いBrが得られていない。また、R2−Cu−Ga−Co系合金のCo量が45mass%を超えており、Prの含有量<Coの含有量であるサンプルNo.1−7は、高いHcJが得られていない。
Figure 0006508447
実験例2
[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4の符号2−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1と同じ方法で焼結体を作製した。なお、焼結は、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)の範囲で行った。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4に示す。表4における各成分は実験例1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 0006508447
[R2−Ga−Cu−Co系合金を準備する工程]
R2−Ga−Cu−Co系合金がおよそ表5の符号2−aから2−m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−Ga−Cu−Co系合金を準備した。R2−Ga−Cu−Co系合金の組成を表5に示す。表5における各成分は実験例1と同じ方法で測定した。
Figure 0006508447
[第一の熱処理を実施する工程]
表6の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Cu−Co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6の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Cu−Co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]
得られたサンプルのBr及びHcJをB−Hトレーサによって測定した。測定結果を表6に示す。表6の通り、R2−Ga−Cu−Co系合金のR2量が35mass%以上85mass%未満、Ga量が2.5mass%以上30mass%以下、Cu量が2.5mass%以上20mass%以下、及びR2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量>Cuの含有量の不等式を満たす組成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−Cu−Co系合金におけるR、Cu、Gaのいずれかが本開示の範囲外(サンプルNo.2−1及び2−3はR2及びCoが範囲外、サンプルNo.2−4、2−6、及び2−12はGaが範囲外、サンプルNo.2−7及び2−9はCuが範囲外、サンプルNo.2−13は、Cu及びGaが範囲外)であったり、R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量>Cuの含有量の不等式を満たさない組成(サンプルNo.2−8はGaの含有量<Cuの含有量、サンプルNo.2−10はCoの含有量<Gaの含有量)であると高いHcJを得ることができない。このように、R2−Ga−Cu−Co系合金のR、Cu、Ga(及び実験例1に示すようにCo)の含有量が本開示の範囲内にあり、R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量>Cuの含有量の式を満たす組成であることにより、高いBr及び高いHcJを得ることができる。
Figure 0006508447
実験例3
[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7の符号3−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1と同じ方法で焼結体を作製した。なお、焼結は、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)の範囲で行った。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7に示す。表7における各成分は実験例1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 0006508447
[R2−Ga−Cu−Co系合金を準備する工程]
R2−Ga−Cu−Co系合金がおよそ表8の符号3−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1と同じ方法でR2−Ga−Cu−Co系合金を準備した。R2−Ga−Cu−Co系合金の組成を表8に示す。表8における各成分は実験例1と同じ方法で測定した。
Figure 0006508447
[第一の熱処理を実施する工程]
表9の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Cu−Co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9の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Cu−Co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]
得られたサンプルのBr及びHcJをB−Hトレーサによって測定した。測定結果を表9に示す。表9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9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、更に高い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.3−1は第一の熱処理が範囲外、サンプルNo.3−4及び3−9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 0006508447
<第2の実施形態の実施例>
実験例4
[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10の符号4−Aから4−E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10に示す。表10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10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10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。その他の表についても同様である。
Figure 0006508447
[R2−Ga−Co系合金を準備する工程]
R2−Ga−Co系合金がおよそ表11の符号4−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、リボン又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−Co系合金を準備した。得られたR2−Ga−Co系合金の組成を表11に示す。なお、表11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 0006508447
[第一の熱処理を実施する工程]
表10の符号4−Aから4−E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3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−Co系合金2と接触するように、表11に示す符号4−aのR2−Ga−Co系合金を、符号4−Aから4−E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12の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Co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12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−Ga−Co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。なお、第一の熱処理を実施する工程におけるR2−Ga−Co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]
得られた各サンプルのBr及びHcJをB−Hトレーサによって測定した。測定結果を表12に示す。表12の通り、R1−T1―Cu−B系焼結体のCu含有量が0.1mass%未満であるサンプルNo.4−1は、高いHcJが得られていない。また、Cuの含有量が1.5mass%を超えているサンプルNo.4−5は、高いBr及びHcJが得られていない。
Figure 0006508447
実験例5
[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13の符号5−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4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。表13における各成分は実験例4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 0006508447
[R2−Ga−Co系合金を準備する工程]
R2−Ga−Co系合金がおよそ表14の符号5−aから5−g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4と同じ方法でR2−Ga−Co系合金を準備した。R2−Ga−Co系合金の組成を表14に示す。表14における各成分は実験例4と同じ方法で測定した。
Figure 0006508447
[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−Ga−Co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4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−Ga−Co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4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4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]
得られた各サンプルのBr及びHcJをB−Hトレーサによって測定した。測定結果を表15に示す。表15の通り、R−Ga−Co系合金のCo量が10mass%超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わかる。これに対し、R−Ga−Co系合金のCo量が10mass%以下及びCoの含有量<Ga含有量であるサンプルNo.5−1及び5−2は、高いBrが得られていない。また、R−Ga−Co系合金のCo量が45mass%を超えており、Prの含有量<Co含有量であるサンプルNo.5−7は、高いHcJが得られていない。
Figure 0006508447
実験例6
[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16の符号6−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4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16に示す。表16における各成分は実験例4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 0006508447
[R2−Ga−Co系合金を準備する工程]
R2−Ga−Co系合金がおよそ表17の符号6−aから6−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4と同じ方法でR2−Ga−Co系合金を準備した。R2−Ga−Co系合金の組成を表17に示す。表17における各成分は実験例4と同じ方法で測定した。
Figure 0006508447
[第一の熱処理を実施する工程]
表18の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Co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4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18の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Co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4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4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]
得られた各サンプルのBr及びHcJをB−Hトレーサによって測定した。測定結果を表18に示す。表18の通り、R2−Ga−Co系合金のR2量が35mass%以上87mass%以下、Ga量が2.5mass%以上30mass%以下、及びR2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量の不等式を満たす組成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−Co系合金におけるR、Gaのいずれかが本開示の範囲外(サンプルNo.6−1はR2が範囲外、サンプルNo.6−3はR2及びCoが範囲外、サンプルNo.6−4、6−6及び6−9はGaが範囲外)であったり、R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量の不等式を満たさない組成(サンプルNo.6−7はCoの含有量<Gaの含有量)であったりすると、高いHcJを得ることができない。このように、R2−Ga−Cu−Co系合金のR、Ga(及び実験例5に示すようにCo)の含有量が本開示の範囲内にあり、R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量の不等式を満たす組成であることにより、高いBr及び高いHcJを得ることができる。
Figure 0006508447
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19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4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19に示す。表19における各成分は実験例4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 0006508447
[R2−Ga−Co系合金を準備する工程]
R2−Ga−Co系合金がおよそ表20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4と同じ方法でR2−Ga−Co系合金を準備した。R2−Ga−Co系合金の組成を表20に示す。表20における各成分は実験例4と同じ方法で測定した。
Figure 0006508447
[第一の熱処理を実施する工程]
表21の第一の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Co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4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21の第二の熱処理に示す温度及び時間でR2−Ga−Co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4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4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21に示す。表21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21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、更に高い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.7−1は第一の熱処理が範囲外、サンプルNo.7−4及び7−9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 0006508447
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−Ga−Cu−Co系合金(R2−Ga−Co系合金)
3 処理容器
12 主相
14 粒界相
14a 二粒子粒界相
14b 粒界三重点

Claims (16)

  1. R1−T1−B系焼結体を準備する工程と、
    R2−Ga−Cu−Co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−Ga−Cu−Co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、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、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、
    Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が14.0超15.0以下であり、
    前記R2−Ga−Cu−Co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−Cu−Co系合金全体の35mass%以上85mass%未満であり、
    Gaの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の2.5mass%以上30mass%以下であり、
    Cuの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の2.5mass%以上20mass%以下であり、
    Coの含有量は、R2−Ga−Cu−Co系合金全体の10mass%超45mass%以下であり、
    R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量>Cuの含有量の不等式が成立する、R−T−B系焼結磁石の製造方法。
  2. 前記Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が14.5以上15.0以下である、請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  3. 前記R2−Ga−Cu−Co系合金中のR2の50mass%以上がPrである、請求項1又は2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  4. 前記R2−Ga−Cu−Co系合金中のR2の70mass%以上がPrである、請求項1又は2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  5. R2−Ga−Cu−Co系合金におけるR2−Ga−Cu−Coの合計の含有量が80mass%以上である、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。
  6. 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1から5のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  7. 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1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1から7いずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  9. R1−T1−Cu−B系焼結体を準備する工程と、
    R2−Ga−Co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−Co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、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、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、
    Bに対するT1のmol比([T1]/[B])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−Co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−Co系合金全体の35mass%以上87mass%未満であり、
    Gaの含有量は、R2−Ga−Co系合金全体の2.5mass%以上30mass%以下であり、
    Coの含有量は、R2−Ga−Co系合金全体の10mass%超45mass%以下であり、
    R2の含有量>Coの含有量>Gaの含有量の不等式が成立する、
    R−T−B系焼結磁石の製造方法。
  10. 前記Bに対するT1のmol比([T1]/[B])が14.3以上15.0以下である、請求項9に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  11. 前記R2−Ga−Co系合金中のR2の50mass%以上がPrである、請求項9又は10に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  12. 前記R2−Ga−Co系合金中のR2の70mass%以上がPrである、請求項9又は10に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  13. R2−Ga−Co系合金におけるR2、Ga、Coの合計の含有量が80mass%以上である、請求項9から12のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  14. 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9から13のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  15. 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9から14のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  16. 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9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。
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