JP6794993B2 - R−t−b系焼結磁石の製造方法およびr−t−b系焼結磁石 - Google Patents
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Description
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、Prから選択される少なくとも1種の元素)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、DyおよびTbの少なくとも一方を含むことが好ましい。
拡散助剤としては、RLM合金の粉末を用いる。RLとしてはRHフッ化物を還元する効果の高い軽希土類元素が適している。また、RLもMも磁石中に拡散してHcJを向上させる効果を持つ場合があるが、主相結晶粒内部にまで拡散しやすくBrを低下させやすい元素は避けるべきである。このRHフッ化物を還元する効果が高く、主相結晶粒内部に拡散しにくいという観点から、RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Niから選ばれる1種以上とする。中でもNd−Cu合金やNd−Fe合金を用いると、NdによるRHフッ化物の還元能力が効果的に発揮されるので好ましい。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。このようなRLM合金は、熱処理時にRHフッ化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500μm以下が好ましい。
拡散剤としては、RHフッ化物(RHはDyおよび/又はTb)の粉末を用いる。本発明者の検討によれば、上記のような拡散助剤をR−T−B系焼結磁石母材の表面にともに存在させて熱処理した場合のHcJ向上効果はRH酸化物よりもRHフッ化物の方が大きいことがわかった。RHフッ化物の粉末の粒度は100μm以下が好ましい。なお、本発明におけるRHフッ化物には、RHフッ化物の製造工程における中間物質であるRH酸フッ化物が含まれていてもよい。
RLM合金の粉末とRHフッ化物の粉末とをR−T−B系焼結磁石母材の表面に存在させる方法はどのようなものであってもよい。例えば、RLM合金の粉末とRHフッ化物の粉末をR−T−B系焼結磁石母材の表面に散布する方法や、RLM合金の粉末とRHフッ化物の粉末とを純水や有機溶剤などの溶媒に分散させ、これにR−T−B系焼結磁石母材を浸漬して引き上げる方法、RLM合金の粉末とRHフッ化物の粉末とをバインダーや溶媒と混合してスラリーを作製し、このスラリーをR−T−B系焼結磁石母材の表面に塗布する方法、等が挙げられる。バインダーや溶媒は、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、特に限定されるものではない。バインダーの例としては、ポリビニルアルコールやエチルセルロースなどがあげられる。またRLM合金の粉末とRHフッ化物の粉末は、それらを混合した状態でR−T−B系焼結磁石母材の表面に存在させてもよいし、別々に存在させてもよい。RLM合金の粉末とRHフッ化物の粉末とをバインダーや溶媒と混合して作製したスラリーをR−T−B系焼結磁石母材の表面に塗布して静置すると、比重の大きなRLM合金の粉末が優先して沈降し、RLM合金粉末層とRHフッ化物層の2層に分離することがある。このことは、RLM合金がRHフッ化物を還元して、磁石内部にRHのみを拡散させフッ素を拡散させないために都合がよい。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、R−T−B系焼結磁石の表面は還元された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フッ化物の粉末とをR−T−B系焼結磁石母材の表面に存在させる前にR−T−B系焼結磁石母材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。また、RLM合金粉末粒子の表面が多少酸化されていてもRHフッ化物を還元する効果にほとんど影響はない。
本発明の好ましい実施形態では、拡散熱処理後のR−T−B系焼結磁石の表面を深さ方向に400μm以下研削する工程を行う。研削量は0μm超、例えば5μm以上、典型的には10μm以上、好ましくは50μm以上である。研削量が200μm以下のとき、より優れた耐食性が発揮される。研削は、例えば、平面研削盤などの公知の工作機械または装置を用いて行うことができる。このような研削を行った後の磁石表面およびその近傍では、酸素量(酸化物量)が低減するように改質された領域が存在し、磁石の耐食性が向上していると考えられる。希土類や鉄など磁石を構成している元素は酸化物の方が安定であり、通常、当業者は酸化物量が減少すると耐食性が低下すると考える。本発明のように酸化物量が低減して耐食性が向上するという結果は、当業者が全く予想し得ないものである。
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、3.1mm×32.3mm×36.5mm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1029kA/m、Brは1.45Tであった。なお、R−T−B系焼結磁石母材は、磁石中央部から3.1×7×7mmの試験片を機械加工によって切り出し、測定した。また、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810ppm、窒素が370ppm、炭素が870ppmであった。
実験例1と同じR-T-B系焼結磁石母材(3.1mm×32.3mm×36.5mm、HcJ=1029、Br=1.45)を用い、塗布する混合粉末および塗布条件を変更して実験例2を行った。具体的には、表3に示す拡散助剤および拡散剤を表3に示す混合質量比で混合したスラリーを用い、表3に示す塗布量でR-T-B系焼結磁石母材の上下面に塗布した。この点以外の条件は、実験例1と同様である。
以下の方法でサンプル21〜29(比較例)を作製した。
公知の方法で作製したR−T−B系焼結磁石母材と純度99.9%のDy板を、図10に示す構成を有する処理容器に配置した。処理容器はMoから形成されていた。R−T−B系焼結磁石母材とDy板との間隔は5〜9mm程度に設定した。この処理容器を真空熱処理炉において加熱し、900℃×3時間と500℃×1時間の熱処理を行った。得られた磁石をサンプル21とする。
公知の方法で作製したR−T−B系焼結磁石母材に対し、図11に示す装置を用いて熱処理を行った。筒の容積は128000mm3であった。ロール急冷法で作製して粉砕し、篩で3mm以下に粒度調整した50gのDy60Fe40(質量比)合金片と、50gのR−T−B系焼結磁石母材を投入して、筒を回転させながら850℃×5時間と500℃×1時間の熱処理を行った。得られた磁石をサンプル22とする。
合金片をTb60Fe40(質量比)合金片とし、熱処理条件を900℃×6時間と500℃×3時間とした以外は(2)と同様にして拡散熱処理を行った。得られた磁石をサンプル23とする。
公知の方法で作製したR−T−B系焼結磁石母材の上下面に対し、拡散剤であるTb4O7をエチルセルロース、シランカップリング剤および溶媒と混合したスラリーを塗布した。この表面にTb4O7が存在する状態のR−T−B系焼結磁石母材に対して実験例1と同様に熱処理を行った。得られた磁石をサンプル24とする。
公知の方法で作製したR−T−B系焼結磁石母材に対し、実験例1の拡散助剤と同じ拡散助剤と、拡散剤として機能するTb4O7とを質量比60:40で混合して混合粉末を得た。この混合粉末と、エチルセルロース、シランカップリング剤および溶媒とを混合したスラリーを、R-T-B系焼結磁石母材の上下面に塗布した。この塗布後のR−T−B系焼結磁石母材に対して実験例1と同様に熱処理を行った。得られた磁石をサンプル25とする。
拡散剤としてDyH2を用いたこと以外は(4)と同様にして熱処理を行った。得られた磁石をサンプル26とする。
拡散剤としてDy60Fe40合金を用いたこと以外は(4)と同様にして熱処理を行った。得られた磁石をサンプル27とする。
拡散助剤としてCuを用い、拡散助剤と拡散剤の混合質量比を50:50としたこと以外は(5)と同様にして熱処理を行った。得られた磁石をサンプル28とする。
公知の方法で作製したR−T−B系焼結磁石母材に対し、Tb金属をターゲットとするスパッタ装置によって磁石母材の表面に20μmのTb膜を形成した。Tb膜が表面に形成された磁石に対し、900℃×1時間の熱処理を行った。得られた磁石をサンプル29とする。
以上の実験例により、以下のことが確認された。
Claims (9)
- R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)を用意する工程と、
前記R−T−B系焼結磁石の表面にRLM合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Niから選ばれる1種以上)の粉末と、RHフッ化物(RHはDyおよび/またはTb)の粉末とを存在させた状態において、前記R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理を行う工程と、
熱処理後の前記R−T−B系焼結磁石の前記表面を深さ方向に400μm以下研削する工程と、
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フッ化物の粉末とが、RLM合金:RHフッ化物=96:4〜50:50の質量比率で前記R−T−B系焼結磁石の前記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。 - 前記R−T−B系焼結磁石の前記表面を研削する工程において、深さ方向に200μm以下研削する、請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
- 前記R−T−B系焼結磁石の前記表面において、前記RHフッ化物の粉末に含まれるRH元素の質量は、前記表面の1mm2あたりで0.03〜0.35mgである請求項1または2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
- 前記R−T−B系焼結磁石の前記表面において、前記RLM合金の粉末と前記RHフッ化物の粉末とは混合された状態にある、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。
- 前記R−T−B系焼結磁石の前記表面において、RH酸化物の粉末は実質的に存在していない請求項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。
- 軽希土類元素RL(NdおよびPrの少なくとも1種)を主たる希土類元素Rとして含有するR2Fe14B型化合物結晶粒を主相として有し、重希土類元素RH(Dy、Ho、およびTbからなる群から選択された少なくとも1種)を含有するR−T−B系希土類焼結磁石であって、
前記重希土類元素の濃度は、磁石表面から磁石中心部に向かって低下し、
前記磁石表面に対して垂直な断面において、前記磁石表面から100μmの深さまでの表層領域における酸化物粒子の面積割合は、前記磁石中心部における深さ方向の厚さが100μmの中央領域における酸化物粒子の面積割合よりも低く、
フッ素が内部に拡散していない、R−T−B系焼結磁石。 - 前記磁石表面に対して垂直な断面において、前記表層領域中の前記酸化物粒子の面積割合は、前記中央領域中の前記酸化物粒子の前記断面における面積割合の95%以下である、請求項6に記載のR−T−B系焼結磁石。
- 前記磁石表面に対して垂直な断面において、前記表層領域中の前記酸化物粒子の面積割合は、前記中央領域中の前記酸化物粒子の前記断面における面積割合の75%以下である、請求項6に記載のR−T−B系焼結磁石。
- 前記磁石表面に対して垂直な断面において、前記磁石表面から100μmの深さまでの表層領域におけるフッ素含有化合物の面積割合は1%以下である、請求項6に記載のR−T−B系焼結磁石。
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