JP6939338B2 - R−t−b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents
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[T]/55.85>14[B]/10.8 (1)
([T]は質量%で示すTの含有量であり、[B]は質量%で示すBの含有量である)
1.R−T−B系焼結磁石素材(Rは希土類元素うちの少なくとも一種であり、Ndを必ず含む)を準備する工程と、
2.Pr−Ga合金を準備する工程と、
3.前記Pr−Ga合金に前記Pr−Ga合金の融点よりも270℃低い温度以上、融点以下の温度で熱処理を行い、熱処理後のPr−Ga合金を粉砕することにより拡散源を得る工程と、
4.前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を処理容器内に配置し、前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を真空又は不活性ガス雰囲気中、600℃超950℃以下の温度で加熱することにより、前記拡散源に含まれるPr及びGaを前記R−T−B系焼結磁石素材の表面から内部に拡散する拡散工程を含む。
1´.R−T−B系焼結磁石素材(Rは希土類元素うちの少なくとも一種であり、Ndを必ず含む)を準備する工程と、
2´.Pr−Ga合金を粉砕してPr−Ga合金の粉末を準備する工程と、
3´.前記Pr−Ga合金の粉末に前記Pr−Ga合金の粉末の融点よりも270℃低い温度以上、融点以下の温度で熱処理を行い、前記Pr−Ga合金の粉末から拡散源を得る工程と、
4´.前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を処理容器内に配置し、前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を真空又は不活性ガス雰囲気中、600℃超950℃以下の温度で加熱することにより、前記拡散源に含まれるPr及びGaを前記R−T−B系焼結磁石素材の表面から内部に拡散する拡散工程を含む。
Pr及びGaが拡散される対象のR−T−B系焼結磁石素材(Rは希土類元素うちの少なくとも一種であり、Ndを必ず含む)を準備する。
R:27.5〜35.0質量%(Rは希土類元素うちの少なくとも一種であり、Ndを必ず含む)、
B:0.80〜0.99質量%、
Ga:0〜0.8質量%、
M:0〜2質量%(MはCu、Al、Nb、Zrの少なくとも一種)、
残部T(TはFe又はFeとCo)及び不可避的不純物、
を含有する。
Rの含有量は27.5〜35.0質量%である。Rが27.5質量%未満では焼結過程で液相が十分に生成せず、焼結体を充分に緻密化することが困難になる。一方、Rが35.0質量%を超えても本発明の効果を得ることができるが、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り、合金粉末の著しい酸化や発火などが生じる可能性があるため、35質量%以下が好ましい。Rは28質量%〜33質量%以下であることがより好ましく、29質量%〜33質量%以下であることがさらに好ましい。RHの含有量は、R−T−B系焼結磁石素材全体の5質量%以下が好ましい。本発明はRHを使用しなくても高いBrと高いHcJを得ることができるため、より高いHcJを求められる場合でもRHの添加量を削減できる。
Bの含有量は、0.80〜0.99質量%である。Bの含有量を0.80〜0.99質量%含有させたR−T−B系焼結磁石素材に対して、後述するPr−Ga合金を拡散させることにより、高いBrと高いHcJを得ることができる。Bの含有量が0.80質量%未満であるとBrが低下する可能性があり、0.99質量%を超えるとHcJが低下する可能性がある。また、Bの一部はCで置換できる。
Pr−Ga合金の粉末からGaを拡散する前のR−T−B系焼結磁石素材におけるGaの含有量は、0〜0.8質量%である。本発明は、Pr−Ga合金の粉末をR−T−B系焼結磁石素材に拡散させることによりGaを導入するため、R−T−B系焼結磁石素材のGa量は比較的少ない量(又はGaを含有しない)にする。Gaの含有量が0.8質量%を超えると、主相中にGaが含有することで主相の磁化が低下し、高いBrを得ることができない可能性がある。好ましくはGaの含有量は、0.5質量%以下である。より高いBrを得ることができる。
Mの含有量は、0〜2質量%である。MはCu、Al、Nb、Zrの少なくとも一種であり、0質量%であっても本発明の効果を奏することができるが、Cu、Al、Nb、Zrの合計で2質量%以下含有することができる。Cu、Alを含有することによりHcJを向上させることができる。Cu、Alは積極的に添加してもよいし、使用原料や合金粉末の製造過程において不可避的に導入されるものを活用してもよい。また、Nb、Zrを含有することにより焼結時における結晶粒の異常粒成長を抑制することができる。Mは好ましくは、Cuを必ず含み、Cuを0.05〜0.30質量%含有する。Cuを0.05〜0.30質量%含有することにより、よりHcJを向上させることができるからである。
残部はT(TはFe又はFeとCo)及び不純物である。ある実施形態において、Tは、不等式(1)を満足する。質量比でTの90%以上がFeであることが好ましい。Feの一部をCoで置換することができる。但し、Coの置換量が、質量比でT全体の10%を超えるとBrが低下するため好ましくない。さらに、本発明のR−T−B系焼結磁石素材は、ジジム合金(Nd−Pr)、電解鉄、フェロボロンなどの合金中及び製造工程中に通常含有される不可避的不純物並びに少量の上記以外の元素(上記R、B、Ga、M、T以外の元素)を含有してもよい。例えば、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Si、La、Ce、Sm、Ca、Mg、O(酸素)、N(炭素)、C(窒素)、Mo、Hf、Ta、Wなどをそれぞれ含有してもよい。
[T]/55.85>14[B]/10.8 (不等式(1))
[Pr−Ga合金]
Pr−Ga合金のPrは、Pr−Ga合金の全体の65〜97質量%である。このPrの30質量%以下をNdで置換することができ、Prの20質量%以下をDy及び/又はTbで置換することができる。GaはPr−Ga合金全体の3質量%〜35質量%であり、Gaの50質量%以下をCuで置換することができる。Pr−Ga合金は、不可避的不純物を含んでいても良い。なお、本発明における「Prの30%以下をNdで置換することができ」とは、Pr−Ga合金中のPrの含有量(質量%)を100%とし、そのうち30%をNdで置換できることを意味する。例えば、Pr−Ga合金中のPrが70質量%(Gaが30質量%)であれば、Ndを21質量%まで置換することができる。すなわち、Prが49質量%、Ndが21質量%となる。Dy、Tb、Cuの場合も同様である。
[Pr−Ga合金の熱処理]
本開示の実施形態では、Pr−Ga合金に前記Pr−Ga合金の融点よりも270℃低い温度以上、融点以下の温度で熱処理を行う。
前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を処理容器内に配置し、前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を真空又は不活性ガス雰囲気中、600℃超950℃以下の温度で加熱することにより、前記拡散源に含まれるPr及びGaを前記R−T−B系焼結磁石素材の表面から内部に拡散させる。これにより、拡散源からPrやGaを含む液相が生成し、その液相がR−T−B系焼結磁石素材中の粒界を経由して焼結素材表面から内部に拡散導入される。これにより、Prと共にGaを、粒界を通じてR−T−B系焼結磁石素材の奥深くまで拡散させることができる。熱処理の温度が600℃以下であると、PrやGaを含む液相量が少なすぎて高いHcJを得ることが出来ない可能性があり、950℃を超えるとHcJが低下する可能性がある。また、好ましくは、拡散工程(600℃超950℃以下)が実施されたR−T−B系焼結磁石を拡散工程にて実施した温度から5℃/分以上の冷却速度で300℃まで冷却した方が好ましい。より高いHcJを得ることができる。さらに好ましくは、300℃までの冷却速度は15℃/分以上である。
[R−T−B系焼結磁石素材の準備]
R−T−B系焼結磁石素材がおよそ表1のNo.A−1及びA−2に示す組成となるように各元素の原料を秤量し、ストリップキャスティング法により合金を作製した。得られた各合金を水素粉砕法により粗粉砕し粗粉砕粉を得た。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、粉砕粒径D50が4μmの微粉砕粉(原料合金粉末)を得た。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100質量%に対して0.05質量%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、1060℃以上1090℃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、R−T−B系焼結磁石素材を得た。得られたR−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m3 以上であった。得られたR−T−B系焼結磁石素材の成分の結果を表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)を使用して測定した。以下表2、表4も同様である。また、本発明の不等式(1)を満足する場合は「○」と、満足しない場合は「×」と記載した。なお、表1の各組成を合計しても100質量%にはならない。これは、表1に挙げた成分以外の成分(例えばO(酸素)やN(窒素)など)が存在するためである。
表2に示すNo.a−1のPr−Ga合金をメルトスピニング法により作製して用意した。具体的には、80kPaのアルゴン雰囲気としたチャンバー内にて、オリフィス径0.8mmの石英ノズル内で原料を高周波溶解した後、100kPaのバックプレッシャーを印加して、溶湯をCuロール上へ噴射した。Cuロール周速度は組成に応じて10〜40m/sの範囲で行った。次に前記Pr−Ga合金に対して、500℃(No.a−1のPr−Ga合金の融点である580℃よりも80℃低い温度)で2時間の熱処理を行い、熱処理後のPr−Ga合金をピンミル粉砕することにより、拡散源を得た。拡散源(合金粉末)の粒度は、200μm以下(篩いにより確認)であった。
表1のNo.A−1及びA−2のR−T−B系焼結磁石素材を切断、研削加工し、7.4mm×7.4mm×7.4mmの立方体とした。次に、No.A−1のR−T−B系焼結磁石素材において、配向方向に垂直な面(二面)にR−T−B系焼結磁石素材100質量部に対して前記拡散源を3質量部(一面あたり1.5質量部)散布した。その後、50Paに制御した減圧アルゴン中で、900で4時間加熱する拡散工程を行った。さらに拡散工程後のR−T−B系焼結磁石及びNo.A−2(拡散工程を行わなかったR−T−B系焼結磁石素材)に対して、50Paに制御した減圧アルゴン中で、500℃で3時間の第二の熱処理を行いR−T−B系焼結磁石(No.1及び2)を作製した。得られたR−T−B系焼結磁石のNo.1に対して、Pr−Ga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0.2mmずつ切削加工し、7.0mm×7.0mm×7.0mmの立方体状のサンプルを得た。R−T−B系焼結磁石のNo.2に対しても同様の切削加工を施し、7.0mm×7.0mm×7.0mmの立方体状のサンプルを得た。得られたNo.1のR−T−B系焼結磁石(拡散源を用いてPrやGaを拡散させたサンプル)の組成を、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ところ、No.2(No.2は、拡散源を用いていないため、No.A−2と同じ組成)の組成と同等であった。
得られたサンプルを、B−HトレーサによってBr及びHcJを測定した。測定結果を表3に示す。
実験例1と同様にして、質量比でNd:24.0%、Pr:7.0%、B:0.86%、Cu:0.1%、Al:0.1%、Ga:0.2%、Co:0.8%、Fe:67.0%の組成のR−T−B系焼結磁石素材を作製した(不等式(1)は満足している)。前記R−T−B系焼結磁石素材の寸法は、厚さ5.0mm×幅7.5mm×長さ35mmであった。
100 R−T−B系焼結磁石素材
100a R−T−B系焼結磁石素材の上面
100b R−T−B系焼結磁石素材の側面
100c R−T−B系焼結磁石素材の側面
Claims (5)
- R:27.5〜35.0質量%(Rは希土類元素うちの少なくとも一種であり、Ndを必ず含む)、
B:0.80〜0.99質量%、
Ga:0〜0.8質量%、
M:0〜2質量%(MはCu、Al、Nb、Zrの少なくとも一種)、
残部T(TはFe又はFeとCo)及び不可避的不純物、
を含有するR−T−B系焼結磁石素材を準備する工程と、
Pr−Ga合金を準備する工程と、
前記Pr−Ga合金に前記Pr−Ga合金の融点よりも270℃低い温度以上、融点以下の温度で熱処理を行い、熱処理後のPr−Ga合金を粉砕することにより拡散源を得る工程と、
前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を処理容器内に配置し、前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を真空又は不活性ガス雰囲気中、600℃超950℃以下の温度で加熱することにより、前記拡散源に含まれるPr及びGaを前記R−T−B系焼結磁石素材の表面から内部に拡散する拡散工程と、
を含み、
前記Pr−Ga合金は、メルトスピニング法によって作製された合金である、R−T−B系焼結磁石の製造方法。 - R:27.5〜35.0質量%(Rは希土類元素うちの少なくとも一種であり、Ndを必ず含む)、
B:0.80〜0.99質量%、
Ga:0〜0.8質量%、
M:0〜2質量%(MはCu、Al、Nb、Zrの少なくとも一種)、
残部T(TはFe又はFeとCo)及び不可避的不純物、
を含有するR−T−B系焼結磁石素材を準備する工程と、
Pr−Ga合金を粉砕してPr−Ga合金の粉末を準備する工程と、
前記Pr−Ga合金の粉末に前記Pr−Ga合金の粉末の融点よりも270℃低い温度以上、融点以下の温度で熱処理を行い、前記Pr−Ga合金の粉末から拡散源を得る工程と、
前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を処理容器内に配置し、前記R−T−B系焼結磁石素材及び前記拡散源を真空又は不活性ガス雰囲気中、600℃超950℃以下の温度で加熱することにより、前記拡散源に含まれるPr及びGaを前記R−T−B系焼結磁石素材の表面から内部に拡散する拡散工程と、
を含み、
前記Pr−Ga合金は、メルトスピニング法によって作製された合金である、R−T−B系焼結磁石の製造方法。 - 前記R−T−B系焼結磁石素材は下記不等式(1)を満足する、請求項1又は2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
[T]/55.85>14[B]/10.8 (1)
([T]は質量%で示すTの含有量であり、[B]は質量%で示すBの含有量である) - 前記R−T−B系焼結磁石素材のGa量が0〜0.5質量%である請求項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Pr−Ga合金のNd含有量は不可避的不純物含有量以下である、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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