JP7238504B2 - 希土類磁石用バルク体 - Google Patents
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Description
R16TαMβ (1)
R1はLa、Y、Ce、Pr、Nd、Sm、Gdからなる群から選択される少なくとも1種であり、Laを必ず含み、LaはR1全体の50mol%以上であり、TはFe、Co、Tiからなる群から選択される少なくとも1種であり、FeまたはCoを必ず含み、FeとCoの合計はT全体の50mol%以上であり、MはAl,Gaから選択される少なくとも1種であり、α、βは、それぞれ、9.0≦α≦13.5、0.5≦β≦4、を満足する副相を主相結晶粒間に有する。
(式(2)中、R2は、YまたはYとGd、R3は、Sm、La、Ce、Nd及びPrからなる群から選択される1種以上であり、少なくともSmを含む、x、y、z 、wは、それぞれ、0<x<1.0、0≦y≦0.4、11≦w≦12.5、1/3≦z≦0.7かつx≦6z-2を満足する値である。)
前記副相は、組成が下記の組成式(1)で表され、
R16TαMβ (1)
R1はLa、Y、Ce、Pr、Nd、Sm、Gdからなる群から選択される少なくとも1種であり、Laを必ず含み、LaはR1全体の50mol%以上であり、
TはFe、Co、Tiからなる群から選択される少なくとも1種であり、FeまたはCoを必ず含み、FeとCoの合計はT全体の50mol%以上であり、
MはAl,Gaから選択される少なくとも1種であり、
α、βは、それぞれ、
9.0≦α≦13.5、
0.5≦β≦4、
を満足する。
(R1の種類)
R1はLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相を生成可能な希土類元素である必要があり、一方で希土類リッチな低磁気異方性相(R1Fe2相やR1Fe3相など)については生成しないことが望ましい。そして希土類元素の中でもLaはLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相を生成可能であるにもかかわらず、Feと2元系の化合物を形成しないという特徴を持つため、R1としてLaを用いることが好ましい。また、R1の50%以上をLaとすることで、他の希土類元素(Y、Ce、Pr、Nd、Sm)も導入可能となる。
bcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相などの低磁気異方性相の生成を抑制するためには、これらの相を構成する元素をLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相に取り込ませることが望ましく、特に低磁気異方性相の主成分となるFeやCoを多く取り込ませることが望ましい。そのため、TはFe,Co,Tiのうち少なくとも1種であり、FeまたはCoを必ず含み、FeとCoの合計はT全体の50mol%以上とすることが望ましい。
MはLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相を生成させるために必要となる第11族から第15族の元素であり、特にAlとGaにおいて生成促進効果が大きい。そのため、MとしてAlとGaを用いることが好ましい。また、La6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相を生成する作用を持つことが知られている他の元素(Si、Cu、Zn、Ga、Ge、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Bi)を含んでいてもよい。
TとMは原子の大きさがそれほど違わないため、La6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相においては相互にある程度置換することが可能である。またこれらはR1に対しても部分的には置換しうる。そのため、α、βがそれぞれ、
9.0≦α≦13.5、
0.5≦β≦4、
であれば、La6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相を生成させることができる。
副相のR1にSmを含有し、MにGaを含有する場合、La6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相において、Gaが多くSmが少ない組成になると相の安定性が若干低下し、bcc-(Fe,Co,Ti)相の生成を抑制できなくなる場合がある。そのため、含有されるGaを原子比においてSmの1.5倍以下に制限することで、La6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相の安定性が確保され、2-17相はもとより、bcc-(Fe,Co,Ti)相の生成抑制効果を維持できる。
主相結晶粒間にLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相を生成させることでbcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相を抑制するためには、希土類磁石用バルク体の主相結晶粒間においてLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相の断面積の割合は100%としなくてもよく、たとえば他の低磁化相などと共存させてもよい。ただしLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相が主相結晶粒間に占める断面積の割合を0.1%未満とすると、La6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相が大きく離れて点在する組織となって十分な効果を発揮できない恐れがあることから、上記断面積の割合は1%以上とすることが好ましく、10%以上とすることがより好ましい。
前記主相の組成は下記の組成式(2)によって表される。
R21-xR3x(Fe1-yCoy)w-zTiz …(2)
(R2およびR3の種類)
上記式(2)において、R2として少なくともYを採用し、必要に応じてGdを用いることで、主相の高温安定性を確保するための構造安定化元素であるTiの量zを、z=1/3程度まで低減することができる。さらに、1-12相を構成する、希土類元素R2の一部をSmなどのR3で置換した場合においても、少ないTi量でThMn12型結晶構造の高温安定性を確保できる。これにより、Tiの添加による磁気特性の低下を抑制しつつ、高い熱安定性を維持することができる。
La6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相のR1について、La以外の希土類元素も含有させる場合には、その希土類元素の種類は主相のR2およびR3に含有されるものから選択することが好ましい。R1,R2,R3を上記の関係とすることで、主相と副相における希土類元素の置換挙動を制御しやすくなり、希土類磁石用バルク体の磁気特性の制御が容易となる。構成の例として、主相のR2がY、R3がSmの場合には、R1に含有させる希土類元素はLaの他に、YとSmのどちらか、あるいはYとSmの両方とすることが好ましい。
[主相合金の作製方法]
前記主相合金の作製方法としては、金型鋳造法、遠心鋳造法、ストリップキャスト法、液体超急冷法などの公知の方法を採用できる。これらの方法は、合金の溶湯を作製した後、この溶湯を冷却して凝固させる。合金溶湯の凝固時に粗大なbcc-(Fe、Co、Ti)相や2-17相の生成を極力抑えることが望ましい。比較的冷却速度の高い、ストリップキャスト法または液体超急冷法など、回転ロール上に溶湯を供給して凝固させ、薄帯又は薄片状の合金を作製する方法を採用することにより、粗大なbcc-(Fe、Co、Ti)相や2-17相の生成を抑制することができる。凝固時の冷却速度が低いと、析出する異相の粒サイズが大きくなる。合金中に含まれる異相の粒サイズが大きくなると、焼結工程などの熱処理時に異相を消失しにくくなる。なお、凝固過程で生成した異相の低減などを目的とした合金熱処理を行ってもよい。熱処理温度は900℃以上1250℃以下が好ましく、1000℃以上1150℃以下がより好ましい。また、熱処理時間は、熱処理温度によるが、5分以上500時間以下が望ましい。時間が短すぎると、異相を消失させるのに十分な反応が起こらない。時間が長すぎると、希土類元素の蒸発および酸化が生じ、かつ操業上の効率も悪い。
浸透合金に用いる希土類元素にはLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相を生成可能なものを選ぶ必要があり、また主相結晶粒間に希土類が過剰に存在する状態となった場合においても希土類リッチな低磁気異方性相(RFe2相やRFe3相など)を生成しないことが望ましい。そして希土類元素の中でもLaはLa6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型構造を有する相を生成可能であるにもかかわらず、Feと2元系の化合物を形成しないという特徴を持つため、希土類としてLaを用いることが好ましい。また、浸透合金中の希土類の50mol%以上をLaとすることで、他の希土類元素(Y、Ce、Pr、Nd、Sm)も導入可能となる。
前記浸透合金の作製方法としては、金型鋳造法、遠心鋳造法、ストリップキャスト法、液体超急冷法などの公知の方法を採用できる。これらの方法は、合金の溶湯を作製した後、この溶湯を冷却して凝固させる。ストリップキャスト法または液体超急冷法など、回転ロール上に溶湯を供給して凝固させる方法を採用することにより、成形体と接触させるのに好適な薄片または薄帯状の合金を作製することができる。
浸透工程で用いる主相合金の形態は特に限定されないが、たとえば主相合金を粉砕したのち成形して得られる成形体を用いてもよいし、さらに熱処理を行って焼結体としたものを用いてもよい。以下では、例として主相合金の成形体を用いた場合の手順について記述する。
まず、主相合金をストリップキャスト法で作製した。純度が99.9%以上のY、Sm、Fe、Co、Tiの原料金属を、溶解時の希土類元素の蒸発を加味し、得られる合金組成がねらい値になるように秤量した。秤量した各金属を混合してアルミナ坩堝に投入し、高周波誘導加熱により1500℃まで昇温して原料を溶解した。その後、溶湯を1450℃まで降温させ、タンディッシュで一時的に貯湯した後、周速度1.5m/sで回転している銅製の冷却ロール上に流し込んで冷却させた。冷却された合金は冷却ロール下部に設置した解砕機で解砕した。
Cuが含有された主相合金を得るため、純度が99.9%以上のY、Sm、Fe、Co、Ti、Cuの原料金属を、溶解時の希土類元素の蒸発を加味して秤量し、以降は実施例1から9の場合と同じ工程および条件で主相合金を作製した。得られた主相合金について走査型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分析装置にて分析すると、含有される主相の組成はY0.4Sm0.6(Fe0.8Co0.2)11.03Ti0.60Cu0.37であり、1-12相と同定した。続いて、実施例1から9の場合と同じ工程および条件で希土類磁石用バルク体の作製と分析までを行った。
実施例1から9の場合と同様に主相合金を作製した。次いで、Cuを含有する浸透合金を得るため、純度が99.9%以上のLa,Sm,Al,Cuの原料合金を秤量し、超急冷法で浸透合金を作製した。以降は実施例1から9の場合と同じ工程および条件で希土類磁石用バルク体の作製と分析までを行った。
Claims (5)
- ThMn12型の結晶構造を有する主相と、下記の組成式(1)において、
R16TαMβ (1)
R1はLa、Y、Ce、Pr、Nd、Sm、Gdからなる群から選択される少なくとも1種であり、Laを必ず含み、LaはR1全体の50mol%以上であり、
TはFe、Co、Tiからなる群から選択される少なくとも1種であり、FeまたはCoを必ず含み、FeとCoの合計はT全体の50mol%以上であり、
MはAl,Gaから選択される少なくとも1種であり、
α、βは、それぞれ、
9.0≦α≦13.5、
0.5≦β≦4、
を満足する副相を主相結晶粒間に有する希土類磁石用バルク体。 - 前記副相のR1にSmを含有し、MにGaを含有し、含有されるGaが原子比においてSmの1.5倍以下である、請求項1に記載の希土類磁石用バルク体。
- ThMn12型の結晶構造を有する相を主相とし、La6Co9(Co0.5Ga0.5)4Ga型の結晶構造を有する副相が存在する希土類磁石用バルク体。
- 前記主相は下記式(2)で表される組成を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の希土類磁石用バルク体。
R21-xR3x(Fe1-yCoy)w-zTiz …(2)
(式(2)中、R2は、YまたはYとGd、R3は、Sm、La、Ce、Nd及びPrからなる群から選択される1種以上であり、少なくともSmを含む、
x、y、z 、wは、それぞれ、
0<x<1.0、
0≦y≦0.4、
11≦w≦12.5、
1/3≦z≦0.7かつ
x≦6z-2を満足する値である。) - 前記組成式(2)において、FeとCoの合計の3.5原子%以下がCuで置換されている、請求項4に記載の希土類磁石用バルク体。
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