JP6960201B2

JP6960201B2 - Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法

Info

Publication number: JP6960201B2
Application number: JP2020185557A
Authority: JP
Inventors: 春傑相; 衆傑彭; 秀雷陳; 暁男朱; 強張; 開鴻丁
Original assignee: 煙台東星磁性材料株式有限公司
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2040-11-06
Also published as: US20210166847A1; CN110911149A; EP3827916A1; JP2021085096A

Description

本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁性体の技術分野に属し、具体的には保磁力を増強するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法に関するものである。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁性体は高い磁気特性を備えており、情報通信技術、鉄道輸送、航空宇宙等を始めとして幅広い分野で利用されている。ハイテクノロジーの発展に伴い、多くの分野で低コスト、高保磁力、高温安定性を備えたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性体の需要が急増している。特に注目される研究開発テーマの一つに、希土類元素の使用量の削減及び重希土類元素の含有量の削減がある。

磁性体の保磁力を向上させる一般的な方法として、溶錬時にＤｙ、Ｔｂ等の重希土類元素を添加し、磁性体の異方性磁場を強めることで、保磁力を大きく向上させる方法がある。しかしながら当該方法では、重希土類元素の磁気モーメントと鉄原子の磁気モーメントが逆向きに配列してしまうため、磁性体の残留磁束密度が減少し、且つ製造コストも高騰してしまい、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性体の適用範囲が制限されてしまう。もう一つの方法として、結晶粒界拡散技術によって保磁力を高める方法がある。この方法は磁性体の表面に重希土類元素（Ｄｙ、Ｔｂ等）の酸化物又はフッ化物を塗布し、その後熱処理するものであり、拡散によって結晶粒界の境界に（Ｎｄ、Ｄｙ／Ｔｂ）_２Ｆｅ_１４Ｂ磁気硬化層を形成することで、磁性体の保磁力を向上させるものである。また、重希土類元素を含まない低融点合金粉末を拡散源とし、結晶粒界の相の分布を改良し、保磁力を向上させる方法もある。しかしながらいずれの方法も、重希土類元素の浪費が激しく、回収も困難であり、コストが高騰する問題が存在し、更に、拡散が浅く、結晶粒界の相の分布の制御が難しいといった問題が存在する。

近年、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を改良して、ミクロ組織構造の最適化し、磁気特性を高める技術が進められており、例えば中国科学院寧波材料技術及び工程研究所の張秋爽らは、以下のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁性体の製造方法を開示している（中国特許公開ＣＮ１１００２１４６７Ａ）。当該方法は、重希土類金属の有機化合物又はハロゲン化物を有機溶剤と混合して有機懸濁液とし、その後Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末と重希土類元素を含有する有機溶剤とを混合し、重希土類元素で粉末粒子の周囲をコーティングし、重希土類元素の分布と拡散を制御することで、磁性体の磁気特性を向上させる方法である。また北京中科三環高技術株式有限公司の恵英林らは、以下の希土類磁性体の製造方法を開示している（中国特許公開ＣＮ１０６２０５９２６Ａ）。当該方法は、多段階研磨工程によって重希土類懸濁液を製造し、噴霧法を用いて重希土類懸濁液をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に添加し、重希土類元素を粉末表面に分布させ、磁気特性を向上させる方法である。しかしながらこの方法では、有機溶剤の揮発が完了するのを待つ必要があることや、多段階研磨工程で懸濁液を製造しなければならないことなど、製造工程が複雑となる課題がある。

中国特許公開ＣＮ１１００２１４６７Ａ中国特許公開ＣＮ１０６２０５９２６Ａ

本発明は、従来技術が有する課題に対し、混合処理によってＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の表面に均一なコーティング層を形成し、更にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の球体化により結晶粒界の相の分布を改良するとともに結晶粒界を強化し、これによって磁性体の保磁力を高めるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法であって、
（工程Ａ）ストリップキャスト法を用いてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造し、水素化処理、ジェットミルによってＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を製造し、
（工程Ｂ）ナノ改質粉末を前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に添加・混合して混合粉末とし、前記ナノ改質粉末の重量は、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の重量に対して０．１〜３％であり、
（工程Ｃ）前記混合粉末を混合装置内へ投入し、不活性ガスを充填し、回転速度を３５０〜８０００ｒｐｍ、回転時間を５〜１８０分、温度を２５〜５００℃として混合し、前記混合粉末を球体化するとともにナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末とし、
（工程Ｄ）前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を圧縮成形処理、焼結処理及び時効処理を行い、最終的なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得る、ことを特徴とする。

また、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片は、原料としてＮｄ、Ｆｅ及びＢを配合して溶錬し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ成分はＲＥ、Ｆｅ、Ｂ、Ｍを含み、ＲＥはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂのうちの一つ又は複数の混合であり、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏのうちの一つ又は複数の混合であり、
質量％による各成分の組成は、ＲＥの含有量をａ、Ｂの含有量をｂ、Ｍの含有量をｃとした場合、それぞれの含有量は、
２８％≦ａ≦３２％、
０．８％≦ｂ≦１．２％、
ｃ≦５％であり、
Ｆｅの含有量は１００−ａ−ｂ−ｃであり、
溶錬工程は、アルゴンガスの保護条件下において溶錬され、溶錬温度は１３５０℃〜１５００℃である、ことを特徴とする。

また、前記ナノ改質粉末の粒子径は２０〜１００ｎｍであり、
前記ナノ改質粉末の成分は、重希土類粉末又は低融点金属粉末又は高融点金属粉末のいずれか一つ又は複数であり、前記重希土類粉末はＤｙ、Ｔｂのいずれか一つ又は二つであり、前記低融点金属粉末はＭ_１又は希土類合金材料ＲＥ−Ｍ_１であり、ＲＥはＰｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｔｂのうちの一つ又は複数であり、Ｍ_１はＡｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎのうちの一つ又は複数であり、前記高融点金属粉末はＭ_２又はその酸化物であり、Ｍ_２はＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏのうちの一つ又は複数である、ことを特徴とする。

また、前記（工程Ａ）において、前記ジェットミルによって粉砕された前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の粒子径は２．５〜５μｍである、ことを特徴とする。

また、前記（工程Ｂ）において製造される前記混合粉末は、前記ナノ改質粉末と前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を三次元混合機で０．５〜３時間混合したものである、ことを特徴とする。

また、前記（工程Ｃ）の混合工程において、前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の表面が研磨されて球体化し、前記ナノ改質剤を前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の粒子表面に均等に分布させてコーティング層を形成する、ことを特徴とする。

また、前記（工程Ｃ）の混合工程において、前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に潤滑剤を更に添加して１〜３時間混合し、前記潤滑剤の質量は、前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の質量の０．０５〜０．２％である、ことを特徴とする。

また、前記（工程Ｄ）において、前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末は、１．８〜２．５Ｔの磁場で配向し圧縮成形される、ことを特徴とする。

また、前記（工程Ｄ）において、前記焼結処理は真空焼結炉内で行われ、焼結温度は９５０〜１１００℃であり、焼結時間は６〜１２時間である、ことを特徴とする。

また、前記（工程Ｄ）において、前記時効処理は２段階の焼き戻し処理であり、第１の焼き戻し処理は８５０〜９００℃で３〜５時間行われ、第２の焼き戻し処理は４６０〜７００℃で３〜６時間行われる、ことを特徴とする。

本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法によれば、従来技術に比べ、混合処理によってナノ改質粉末と粉末との凝集問題を解消し、ナノ改質粉末をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末上に効率的にコーティングすることができ、熱処理工程において、ナノ改質粉末が結晶粒界に十分に充填されることで、結晶粒界の相の分布が顕著に改善し結晶粒界が強化され、主相粒子間の磁気結合作用が減少し、保磁力を大きく向上させることができる。

混合力の作用の下、粉末粒子の形状を球体化し、これによって磁性体の磁気特性の向上に資するものであり、湿式コーティング法と比較して工程が簡略化され、反応工程の制御が容易であり、且つ有機溶剤を用いる必要がない。

以下、本願発明の詳細について実施例に基づいて説明する。ここで列記する実施例は本願発明の解釈のためのみに用いられるものであり、本願発明の範囲を限定するものではない。

実施例１
ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、ＰｒＮｄ：３２重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ａｌ：０．３５重量％、Ｔｉ：０．１重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４５０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を水素処理炉内で水素粉砕し、水素粉砕処理粉を得た。

上記水素粉砕処理粉を窒素ガス雰囲気下でジェットミルを用いて粉砕処理し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の粒子径をＸ５０＝２．５μｍとした。

ナノ改質粉末としてナノＣｕ粉を用い、これを上記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に添加し、三次元混合機を用いて２時間混合した。添加したナノＣｕ粉のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に対する重量比は０．１％とした。

混合後の粉末を窒素ガス保護条件下において機械混合した。回転速度は２０００ｒｐｍ、時間は６０分、温度は２５℃であった。

機械混合工程において、粉末粒子の表面は回転作用により研磨されて球体化し、同時に、粉末表面の活性化能が高いことから、粉末表面にナノ改質剤が作用し、ナノ改質剤がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の粒子表面に均等に分布するコーティング層を形成する。

潤滑剤を上記コーティング層が形成された粉末に添加し、三次元混合機で３時間混合した。潤滑剤はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の総重量の０．１％である。当該潤滑剤と粉末との混合は、従来技術による通常の混合であり、潤滑剤の添加は酸化を防止するためであり、続く圧縮成形を円滑に行うためである。

上記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を、窒素ガスの保護条件下において１．８Ｔの磁場で配向し、圧縮成形した。

圧縮成形後の素地を１２００℃の真空焼結炉内で焼結し、１２時間保温した。その後アルゴンガスを注入し急冷した。

上記焼結磁性体を２段階で時効処理した。まず８５０℃で３時間保温し、その後アルゴンガスを注入し急冷し、さらに６００℃まで昇温して６時間保温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得た。

比較例１
実施例１と対比する比較例１を作成した。比較例１はナノＣｕ粉を添加する機械混合工程を行わない磁性体として製造した。具体的な方法は、下記のとおりである。

ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、ＰｒＮｄ：３２重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ａｌ：０．３５重量％、Ｃｕ：０．１重量％、Ｔｉ：０．１重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４５０℃であり、薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

水素粉砕処理粉を窒素ガス雰囲気下でジェットミルを用いて粉砕処理し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の粒子径をＸ５０＝２．５μｍとした。

窒素ガスの保護条件下において、上記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を１．８Ｔの磁場で配向し、圧縮成形した。

圧縮成形後の素地を１０２０℃の真空焼結炉内で焼結し、１２時間保温した。その後アルゴンガスを注入し急冷した。

上記焼結磁性体を２段階で時効処理した。まず８５０℃で３時間保温し、その後アルゴンガスを注入し急冷し、さらに６６０℃まで昇温して６時間保温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得た。

実施例１及び比較例１で得られた各磁性体の磁気特性を測定した。その結果を表１に示す。

表１：各磁性体の磁気特性

表１に示す測定結果のとおり、実施例１に係る磁性体の保磁力は、比較例１の１８．１０ｋＯｅに対して２０．５７ｋＯｅであり、２．４７ｋＯｅ向上している。本願発明の方法で製造した磁性体は、より高い保磁力を有することが明らかであり、これは熱処理時にナノＣｕ粉とＮｄリッチ相が反応して低融点のＣｕリッチ相が生成され、結晶粒界相の分布が改善されたことにより、主相の結晶粒が分離されて保磁力が高まったからである。

実施例２
ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、ＰｒＮｄ：２９．５重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ｇａ：０．２重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後に、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４５０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

上記水素粉砕処理粉を窒素ガス雰囲気下でジェットミルを用いて粉砕処理し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の粒子径をＸ５０＝４．０μｍとした。

ナノ改質粉末としてナノＤｙ７０Ｃｕ３０合金及びＴｉＯ_２粉を用い、これをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に添加し、三次元混合機で２時間混合した。

ナノ改質粉末のＤｙに換算した添加量はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の重量の０．５％であり、Ｃｕに換算した添加量はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の重量の０．１％である。

混合後の粉末を窒素ガスの保護条件下において機械混合した。回転速度は５０００ｒｐｍ、時間は３０分、温度は２５℃であった。

圧縮成形後の素地を１０６０℃の真空焼結炉内で焼結し、１２時間保温した。その後アルゴンガスを注入し急冷した。

上記焼結磁性体を２段階で時効処理した。まず８５０℃で３時間保温し、その後アルゴンガスを注入し急冷し、さらに４８０℃まで昇温して３時間保温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得た。

比較例２
実施例２と対比する比較例２を作成した。比較例２はナノ改質粉末を添加する機械混合工程を行わない磁性体として製造した。具体的な方法は下記のとおりである。

ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、ＰｒＮｄ２９．５重量％、Ｄｙ：０．５重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ｃｕ：０．１重量％、Ｇａ：０．２重量％、Ｔｉ：０．１重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後に、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４５０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

水素粉砕処理粉を窒素ガス雰囲気下でジェットミルを用いて粉砕処理し、粉末の粒子径をＸ５０＝４．０μｍとした。

実施例２、比較例２で得られた各磁性体の磁気特性を測定した。その結果を表２に示す。

表２：各磁性体の磁気特性

表２に示す測定結果のとおり、実施例２に係る磁性体の残留磁束密度及び保磁力は、比較例２より高い。機械混合法により、ナノＤｙ７０Ｃｕ３０合金粉末でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の表面をコーティングしたことにより、熱処理時に粉末表面に（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｄｙ）_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶粒界エピタキシャル層が形成され、異方性磁界Ｈａが向上し、更には磁性体の保磁力が高まっている。この他にも、高融点酸化物ＴｉＯ_２は、結晶粒界においてピン止め効果を奏し、結晶粒の生長を抑制し、磁性体の保磁力向上に作用している。

実施例３
ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、Ｎｄ：２９重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％、Ｃｕ：０．１重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後に、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４５０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

ナノ改質粉末としてナノＤｙ粉及びＮｂ粉を用い、これをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に添加し、三次元混合機で２時間混合した。添加したナノＤｙ粉のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に対する重量比は０．５％であり、Ｎｂ粉のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に対する重量比は０．１％であった。

混合後の粉末を窒素ガスの保護条件下において機械混合した。回転速度は８０００ｒｐｍ、時間は５分、温度は２５℃であった。

潤滑剤を上記粉末に添加し、三次元混合機で３時間混合した。潤滑剤はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の総重量の０．１％である。

圧縮成形後の素地を１０７０℃の真空焼結炉内で焼結し、６時間保温した。その後アルゴンガスを注入し急冷した。

上記焼結磁性体を２段階で時効処理した。まず８５０℃で３時間保温し、その後アルゴンガスを注入し急冷し、さらに５００℃まで昇温して３時間保温し、最終的なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得た。

比較例３
実施例３と対比する比較例３を作成した。比較例３はナノＣｕ粉を添加する機械混合工程を行わない磁性体として製造した。具体的な方法は以下のとおりである。

ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、Ｎｄ：２９重量％、Ｄｙ：０．５重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％、Ｃｕ：０．１重量％、Ｎｂ：０．１重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後に、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４５０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

上記焼結磁性体を２段階で時効処理した。まず８５０℃で３時間保温し、その後アルゴンガスを注入し急冷し、さらに５００℃まで昇温して３時間保温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得た。

実施例３及び比較例３で得られた各磁性体の磁気特性を測定した。その結果を表３に示す。

表３：各磁性体の磁気特性

表３に示す分析結果のとおり、ナノＤｙ粉及びＮｂ粉を添加して製造したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性体は、直接溶錬で製造した磁性体と対比して、高い保磁力を有する。これは、機械混合工程がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末をコーティングすることにより優れた効果を付与することを説明している。

実施例４
ストリップキャストによりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、Ｎｄ：２９．８重量％、Ｃｏ：１．５重量％、Ｃｕ：０．１５重量％、Ｇａ：０．２重量％、Ｔｉ：０．１重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後に、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４８０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

ナノ改質粉末としてナノＴｂ粉を用い、これをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に添加し、三次元混合機で２時間混合した。添加したナノＴｂ粉のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に対する重量比は０．２％であった。

潤滑剤を上記粉末に添加し、三次元混合機で３時間混合した。潤滑剤はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の総重量の０．２％である。

圧縮成形後の素地を１０５０℃の真空焼結炉内で焼結し、１２時間保温した。その後アルゴンガスを注入し急冷した。

比較例４
実施例４と対比する比較例４を作成した。比較例４は、ナノＴｂ粉を添加する機械混合工程を行わない磁性体として製造した。具体的な方法は以下のとおりである。

ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、ＰｒＮｄ：２９．８重量％、Ｔｂ：０．２重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ｃｕ：０．１５重量％、Ｇａ：０．２重量％、Ｔｉ：０．２重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後に、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４８０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

実施例４及び比較例４で得られた各磁性体の磁気特性を測定した。その結果を表４に示す。

表４：各磁性体の磁気特性

表４に示す測定結果のとおり、同一含有量のＴｂを添加する際に、機械混合で改質した後のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末によって製造した磁性体は、より高い磁気特性を有する。当該方法によって添加されたＴｂの大部分は粉末粒子の表層に存在し、主相に入り込むＴｂが少ないことから、磁性体の急激な降下による残留磁束密度の低下を防いでいる。その他、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の球体化も磁性体の残留磁束密度の向上に資するものであり、これによって磁性体の残留磁束密度及び保磁力のいずれもが向上している。

実施例５
ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、ＰｒＮｄ：２９．５重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％、Ｃｕ：０．１重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後に、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４５０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

水素粉砕処理粉を窒素ガス雰囲気下でジェットミルを用いて粉砕処理し、粉末の粒子径をＸ５０＝５．０μｍとした。

ナノ改質粉末としてナノＰｒ６８Ｃｕ３２合金粉を用い、これをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に添加し、三次元混合機で２時間混合した。添加したナノＰｒ６８Ｃｕ３２合金粉のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に対する重量比は３％であった。

混合後の粉末を窒素ガスの保護条件下において機械混合した。回転速度は５００ｒｐｍ、時間は１８０分、温度は３００℃であった。

圧縮成形後の素地を９５０℃の真空焼結炉内で焼結し、１２時間保温した。その後アルゴンガスを注入し急冷した。

上記焼結磁性体を２段階で時効処理した。まず８５０℃で３時間保温し、その後アルゴンガスを注入し急冷し、さらに４６０℃まで昇温して３時間保温し、最終的なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得た。

比較例５
実施例５と対比する比較例５を作成した。比較例５はナノＰｒ６８Ｃｕ３２合金粉を添加する機械混合工程を行わない磁性体として製造した。具体的な方法は以下のとおりである。

ストリップキャスト法によりＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。各成分は、ＰｒＮｄ：２９．５重量％、Ｃｏ：１．０重量％、Ａｌ：０．１重量％、Ｃｕ：０．１重量％、Ｂ：１．０重量％、余りはＦｅ及び不可避な不純物元素である。原料を配合した後に、溶錬合金遠心分離法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造した。溶錬温度は１４５０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片の厚みを０．２５〜０．３５ｍｍとした。

上記焼結磁性体を２段階で時効処理した。まず８５０℃で３時間保温し、その後アルゴンガスを注入し急冷し、さらに４６０℃まで昇温して３時間保温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得た。

実施例５及び比較例５で得られた各磁性体の磁気特性を測定した。測定結果を表５に示す。

表５：各磁性体の磁気特性

表５に示す測定結果のとおり、機械混合によってナノＰｒ６８Ｃｕ３２合金粉をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子の表面にコーティングしたことで、磁性体の保磁力が顕著に向上し、残留磁束密度も僅かに増加した。ナノＰｒ６８Ｃｕ３２合金粉でのコーティングにより、磁性体の結晶粒界相分布が改善され、更には磁性体の保磁力が向上したことが分かる。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子の形状は、機械的混合作用によって表面が滑らかになるため、これによって配向時の粒子の回転及び磁性体の配向度が向上し、残留磁束密度が増加したことが分かる。

実施例６
実施例５との相違点は、添加したナノＰｒ６８Ｃｕ３２合金粉のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子との重量比が１％である点であり、その他の条件は実施例５と同じである。測定結果を表６に示す。

実施例７
実施例５との相違点は、添加したナノＰｒ６８Ｃｕ３２合金粉のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子との重量比が１．５％である点であり、その他の条件は実施例５と同じである。測定結果を表６に示す。

実施例８
実施例５との相違点は、添加したナノＰｒ６８Ｃｕ３２合金粉のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粒子との重量比が２％である点であり、その他の条件は実施例５と同じである。測定結果を表６に示す。

表６：各磁性体の磁気特性

以上のとおり、本願発明によれば簡単な製造工程により、高効率で、反応過程の制御が容易で、且つ有機溶剤を用いる必要がなく、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の保磁力を高めることが可能となる。

Claims

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法であって、
（工程Ａ）ストリップキャスト法を用いてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片を製造し、水素化処理、ジェットミルによってＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を製造し、
（工程Ｂ）ナノ改質粉末を前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に添加・混合して混合粉末とし、前記ナノ改質粉末の重量は、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の重量に対して０．１〜３％であり、
前記ナノ改質粉末の粒子径は、２０〜１００ｎｍであり、
前記ナノ改質粉末の成分は、重希土類粉末又は低融点金属粉末又は高融点金属粉末のいずれか一つ又は複数であり、前記重希土類粉末はＤｙ、Ｔｂのいずれか一つ又は二つであり、前記低融点金属粉末はＭ _１又は希土類合金材料ＲＥ−Ｍ _１であり、ＲＥはＰｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｔｂのうちの一つ又は複数であり、Ｍ _１はＡｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎのうちの一つ又は複数であり、前記高融点金属粉末はＭ _２又はその酸化物であり、Ｍ _２はＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏのうちの一つ又は複数であり、
（工程Ｃ）前記混合粉末を混合装置内へ投入し、不活性ガスを充填し、回転速度を３５０〜８０００ｒｐｍ、回転時間を５〜１８０分、温度を２５〜５００℃として混合し、前記混合粉末を球体化するとともにナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末とし、
（工程Ｄ）前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を圧縮成形処理、焼結処理及び時効処理を行い、最終的なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体を得る、
ことを特徴とするＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。
前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系薄片は、原料としてＮｄ、Ｆｅ及びＢを配合して溶錬し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ成分はＲＥ、Ｆｅ、Ｂ、Ｍを含み、ＲＥはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂのうちの一つ又は複数の混合であり、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏのうちの一つ又は複数の混合であり、
質量％による各成分の組成は、ＲＥの含有量をａ、Ｂの含有量をｂ、Ｍの含有量をｃとした場合、それぞれの含有量は、
２８％≦ａ≦３２％、
０．８％≦ｂ≦１．２％、
ｃ≦５％であり、
Ｆｅの含有量は１００−ａ−ｂ−ｃであり、
溶錬工程は、アルゴンガスの保護条件下において溶錬され、溶錬温度は１３５０℃〜１５００℃である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。
前記（工程Ａ）において、前記ジェットミルによって粉砕された前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の粒子径は２．５〜５μｍである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。
前記（工程Ｂ）において製造される前記混合粉末は、前記ナノ改質粉末と前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を三次元混合機で０．５〜３時間混合したものである、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。
前記（工程Ｃ）の混合工程において、前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の表面が研磨されて球体化し、前記ナノ改質剤を前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の粒子表面に均等に分布させてコーティング層を形成する、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。
前記（工程Ｃ）の混合工程において、前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末に潤滑剤を更に添加して１〜３時間混合し、前記潤滑剤の質量は、前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の質量の０．０５〜０．２％である、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。
前記（工程Ｄ）において、前記ナノコーティングＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末は、１．８〜２．５Ｔの磁場で配向し圧縮成形される、
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。
前記（工程Ｄ）において、前記焼結処理は真空焼結炉内で行われ、焼結温度は９５０〜１１００℃であり、焼結時間は６〜１２時間である、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。
前記（工程Ｄ）において、前記時効処理は２段階の焼き戻し処理であり、第１の焼き戻し処理は８５０〜９００℃で３〜５時間行われ、第２の焼き戻し処理は４６０〜７００℃で３〜６時間行われる、
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法。