JP7252105B2 - 希土類磁石及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、希土類磁石及びその製造方法に関する。本開示は、特に、保磁力と残留磁化の両方に優れるR-Fe-B系希土類磁石(ただし、Rは希土類元素である。)及びその製造方法に関する。
R-Fe-B系希土類磁石は、主相と、主相の周囲に存在する粒界相とを備える。主相は、RFe14B型の結晶構造を有する磁性相である。この主相によって、高い残留磁化が得られる。しかし、R-Fe-B系希土類磁石においては、主相同士で磁化反転が発生し易く、保磁力が低下する。そこで、R-Fe-B系希土類磁石においては、改質材を用いて主相同士を磁気的に分断して、保磁力を向上させることが広く行われている。
R-Fe-B系希土類磁石の中で、性能と価格のバランスに優れ、最も一般的であるのは、Nd-Fe-B系希土類磁石(ネオジム磁石)である。そのため、Nd-Fe-B系希土類磁石が急速に普及して、Ndの使用量が急激に増加し、将来的にはNdの使用量が生産量を上回る可能性がある。そこで、Ndの一部を、Ce、La、Y、及びScなどの軽希土類元素に置換する試みがなされている。
例えば、特許文献1には、軽希土類元素を含有するR-Fe-B系希土類磁石を前駆体として、その前駆体の内部に、軽希土類元素以外の希土類元素を含有する改質材を拡散浸透させて製造された希土類磁石が開示されている。具体的には、(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石前駆体に、改質材としてNd-Cu合金を拡散浸透させて製造された希土類磁石が開示されている。
特許文献1に開示された希土類磁石の製造に際しては、主相がナノ結晶化されている希土類磁石前駆体を用いる。また、希土類磁石前駆体は、改質材を拡散浸透する前に、予め熱間塑性加工される。これにより、改質材の拡散浸透後においても、熱間塑性加工方向に異方性が付与されている。
国際公開第2014/196605A1号
R-Fe-B系希土類磁石においては、希土類磁石前駆体に改質材を拡散浸透させることにより、保磁力を向上させている。希土類磁石前駆体は、主相と、主相の周囲に存在する粒界相を備えており、改質材は、主として、粒界相に拡散浸透する。改質材は、希土類元素と遷移金属元素を含有している。その遷移金属元素は、希土類元素と合金化している。以下、このような遷移金属元素を「改質材の合金元素」ということがある。改質材として、例えば、Nd-Cu合金を用いる場合には、NdとCuが合金化することによって、改質材の融点を低下させている。そのため、比較的低温で、希土類磁石前駆体に改質材を拡散浸透させることができる。希土類磁石前駆体に改質材を拡散浸透させると、粒界相中で改質材の合金元素の含有量が増加して、主相同士を磁気的に分断して保磁力を向上させることができる。しかし、粒界相中で改質材の合金元素の含有量が増加することによって、磁気を発現させる主相の体積率が低下して、残留磁化が低下する。
残留磁化の低下を補償する種々の試みが行われている。例えば、特許文献1に開示された希土類磁石の製造方法においては、主相がナノ結晶化された希土類磁石前駆体を用いることによって、希土類磁石前駆体の残留磁化を予め向上させておき、改質材を拡散浸透した後の残留磁化の低下を補償している。また、特許文献1に開示された製造方法のように、軽希土類元素(例えば、Ce等)を含有する希土類磁石前駆体に、軽希土類元素以外の希土類元素(例えば、Nd等)を含有する改質材を拡散浸透することによって、希土類磁石前駆体の主相の表層部近傍のCe等をNd等で置換している。これにより、改質材を拡散浸透した後の主相の残留磁化を向上させて、残留磁化の低下を補償している。
残留磁化の低下の補償方法としては、改質材の合金元素の含有量を低減することも考えられる。しかし、改質材の合金元素の含有量を低減すると、改質材の融点が上昇するため、高温で拡散浸透する必要が生じる。これにより、改質材の拡散浸透中に、ナノ結晶化された主相の粗大化が問題となる。
特許文献1で開示されているような、残留磁化の低下を補償する従来の試みは、一定の成果が得られている。しかし、希土類磁石の高性能化要求は一層高まっており、また、Nd等の価格が高騰する可能性も高まっている。これらのことから、希土類元素として、その少なくとも一部に軽希土類元素を用いた場合においても、保磁力と残留磁化の両方に優れるR-Fe-B系希土類磁石が求められている、という課題を本発明者らは見出した。
本開示の希土類磁石及びその製造方法は、上記課題を解決するためになされたものである。本開示は、希土類元素として、その少なくとも一部に軽希土類元素を用いた場合においても、保磁力と残留磁化の両方に優れるR-Fe-B系希土類磁石及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の希土類磁石及びその製造方法を完成させた。本開示の希土類磁石及びその製造方法は、次の態様を含む。
〈1〉主相及び前記主相の周囲に存在する粒界相を備え、
モル比での全体組成が、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co ・(R (1-p) (ただし、Rは、Ce、La、Y、及びScからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、R及びRは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Mは、Ga、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群より選ばれる一種以上の元素並びに不可避的不純物元素であり、Mは、Rと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、
0.1≦x≦1.0、
12.0≦y≦20.0、
5.0≦z≦20.0、
0≦w≦8.0、
0≦v≦2.0、
0.05≦p≦0.40、及び、
0.1≦q≦15.0
である。)で表され、
前記主相が、RFe14B型(ただし、Rは希土類元素である。)の結晶構造を有し、
前記主相の平均粒径が、1~20μmであり、
前記主相が、コア部及び前記コア部の周囲に存在するシェル部を有し、
前記シェル部の厚さが、25~150nmであり、かつ、
前記コア部について、Ce、La、Y、Sc、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoの合計含有量に対する、Ce、La、Y、及びScの合計含有量のモル比をaとし、前記シェル部について、Ce、La、Y、Sc、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoの合計含有量に対する、Ce、La、Y、及びScの合計含有量のモル比をbとしたとき、0≦b≦0.30及び0≦b/a≦0.50を満足する、
希土類磁石。
〈2〉前記bが0.09~0.27を満足し、かつ、b/aが0.17~0.47を満足する、〈1〉項に記載の希土類磁石。
〈3〉前記zが5.6~20.0である、〈1〉又は〈2〉項に記載の希土類磁石。
〈4〉主相及び前記主相の周囲に存在する粒界相を備え、モル比での全体組成が、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co (ただし、Rは、Ce、La、Y、及びScからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Rは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Mは、Ga、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群より選ばれる一種以上の元素並びに不可避的不純物元素であり、かつ、0.1≦x≦1.0、12.0≦y≦20.0、5.0≦z≦20.0、0≦w≦8.0、及び0≦v≦2.0である。)で表され、前記主相がRFe14B型(ただし、Rは希土類元素である。)の結晶構造を有し、前記主相の平均粒径が1~20μmであり、かつ、前記主相の体積率が90~97%である、希土類磁石前駆体を準備すること、及び、
モル比での式R (1-p) (ただし、Rは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Mは、Rと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、0.05≦p≦0.40である。)で表される組成を有する改質材を準備すること、及び、
100モル部の前記希土類磁石前駆体に対して、qモル部(0.1≦q≦15.0)の前記改質材を接触させ、前記改質材の融点以上、かつ750~1000℃の温度で、前記希土類磁石前駆体と前記改質材の合計(100モル部+qモル部)に対して、3.7~10.0モル部の前記Rを拡散浸透させること、
を含む、
希土類磁石の製造方法。
〈5〉100モル部の前記希土類磁石前駆体に対して、3.6~10.4モル部の前記改質材を拡散浸透させる、〈4〉項に記載の方法。
〈6〉前記希土類磁石前駆体と前記改質材の合計(100モル部+qモル部)に対して、3.8~7.8モル部の前記Rを拡散浸透させる、〈4〉に記載の方法。
〈7〉前記希土類磁石前駆体の組成を表す式のzが5.6~20.0であり、
前記希土類磁石前駆体の粒界相が、前記希土類磁石前駆体全体に対して、0~30.0体積%のR1.1Fe型の結晶構造を有する相を含有し、
前記改質材の組成が、モル比での式R (1-s-t)Fe (ただし、Mは、R及びFeと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、0.05≦s≦0.30、0≦t≦0.20、及び0.05≦s+t≦0.40である。)で表される、〈4〉~〈6〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈8〉前記希土類磁石前駆体に前記改質材を拡散浸透した前記希土類磁石を、さらに、450~600℃で最適化熱処理する、〈4〉~〈7〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈9〉前記拡散浸透後、前記希土類磁石前駆体及び前記改質材を、0.1~10℃/分の速度で冷却する、〈4〉~〈8〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈10〉前記拡散浸透後、前記希土類磁石前駆体及び前記改質材を、0.1~1℃/分の速度で冷却する、〈4〉~〈8〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈11〉前記希土類磁石前駆体に前記改質材を、前記改質材の融点以上、かつ850~1000℃の温度で拡散浸透させる、〈4〉~〈10〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈12〉前記希土類磁石前駆体に前記改質材を、前記改質材の融点以上、かつ900~1000℃の温度で拡散浸透させる、〈4〉~〈10〉項のいずれか一項に記載の方法。
本開示によれば、コア部とシェル部を有する主相の平均粒径が1~20μmであり、シェル部が所定の厚さを有し、かつ、シェル部での軽希土類元素の濃度が所定の範囲である、R-Fe-B系希土類磁石を提供することができる。その結果、希土類元素として、その少なくとも一部に軽希土類元素を用いた場合でも、保磁力と残留磁化の両方に優れるR-Fe-B系希土類磁石を提供することができる。
また、本開示によれば、所定の温度以上で、希土類磁石前駆体に改質材を拡散浸透することによって、上述した、保磁力と残留磁化の両方に優れるR-Fe-B系希土類磁石の製造方法を提供することができる。
図1は、希土類磁石前駆体に、改質材を接触させた状態を模式的に示す説明図である。 図2Aは、改質材を希土類磁石前駆体に高温で拡散浸透している状態を模式的に示す説明図である。 図2Bは、Feを含有する改質材を希土類磁石前駆体に高温で拡散浸透している状態を示す説明図である。 図2Cは、改質材を希土類磁石前駆体に低温で拡散浸透している状態を示す説明図である。 図3Aは、改質材を高温で拡散浸透した後の希土類磁石の組織を模式的に示す説明図である。 図3Bは、Feを含有する改質材を高温で拡散浸透した後の希土類磁石の組織を模式的に示す図である。 図3Cは、改質材を低温で拡散浸透した後の希土類磁石の組織を模式的に示す図である。 図4は、R1.1Fe相が形成されやすい組成範囲を示す模式図である。 図5は、Fe-Nd系状態図である。 図6は、実施例1~実施例10及び比較例1~5の試料について、拡散浸透温度と保磁力の関係を示すグラフである。 図7Aは、実施例9の試料をSEM観察した結果を示す図である。 図7Bは、図7Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Feを面分析した結果を示す図である。 図7Cは、図7Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Laを面分析した結果を示す図である。 図7Dは、図7Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。 図7Eは、図7Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。 図8は、実施例11~実施例18及び比較例6~9の試料について、保磁力と残留磁化の関係を示すグラフである。 図9は、実施例19~20及び比較例10の希土類磁石前駆体の組成範囲を示す図である。 図10Aは、実施例25の試料についてSEM観察した結果を示す図である。 図10Bは、図10Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Feを面分析した結果を示す図である。 図10Cは、図10Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Laを面分析した結果を示す図である。 図10Dは、図10Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。 図10Eは、図10Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。 図11Aは、比較例13の試料についてSEM観察した結果を示す図である。 図11Bは、図11Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Feを面分析した結果を示す図である。 図11Cは、図11Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Laを面分析した結果を示す図である。 図11Dは、図11Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。 図11Eは、図11Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。 図12は、実施例37及び比較例14の試料について、温度と保磁力の関係を示すグラフである。 図13は、実施例37及び比較例14の試料について、温度と残留磁化の関係を示すグラフである。 図14Aは、実施例37の試料をCs-STEM観察した結果を示す図である。 図14Bは、図14Aで示した部位について、Cs-STEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。 図14Cは、図14Aで示した部位について、Cs-STEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。 図15Aは、図15Aにおいて四角形で囲まれた部分を拡大して、Cs-STEM観察した結果を示す図である。 図15Bは、図15Aにおいて四角形で囲まれた部分を拡大して、Cs-STEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。 図15Cは、図15Cにおいて四角形で囲まれた部分を拡大して、Cs-STEM-EDXを用いてNdを面分析した結果を示す図である。
以下、本開示に係る希土類磁石及びその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示に係る希土類磁石及びその製造方法を限定するものではない。
理論に拘束されないが、希土類元素として、その少なくとも一部に軽希土類元素を用いた場合においても、保磁力と残留磁化の両方に優れるR-Fe-B系希土類磁石が得られる理由について、本発明者らが知見したことを、図面を用いて説明する。
図1は、希土類磁石前駆体に、改質材を接触させた状態を模式的に示す説明図である。図2Aは、改質材を希土類磁石前駆体に高温で拡散浸透している状態を模式的に示す説明図である。図2Bは、Feを含有する改質材を希土類磁石前駆体に高温で拡散浸透している状態を示す説明図である。図2Cは、改質材を希土類磁石前駆体に低温で拡散浸透している状態を示す説明図である。図3Aは、改質材を高温で拡散浸透した後の希土類磁石の組織を模式的に示す説明図である。図3Bは、Feを含有する改質材を高温で拡散浸透した後の希土類磁石の組織を模式的に示す図である。図3Cは、改質材を低温で拡散浸透した後の希土類磁石の組織を模式的に示す図である。
図1、図2A、及び図3Aは、本開示の希土類磁石及びその製造方法の一例を説明する図である。図1、図2B、及び図3Bは、本開示の希土類磁石及びその製造方法の別の例を示す図である。図1、図2C、及び図3Cは、従来の希土類磁石及びその製造方法の一例を示す図である。
改質材を希土類磁石前駆体に拡散浸透させるためには、例えば、図1に示したように、希土類磁石前駆体50に改質材60を接触させる。希土類磁石前駆体50は、主相10と粒界相20を備える。粒界相20は、主相10の周囲に存在する。粒界相20は、三重点22を含んでいてもよい。主相10は、RFe14B型の結晶構造を有しており、三重点22は、R1.1Fe型の結晶構造を有している。
図1に示したように、希土類磁石前駆体50と改質材60が接触した状態で、これらを改質材60の融点以上の温度に加熱すると、図2A、図2B、及び図2Cに示すように、改質材60の融液62が、粒界相20に拡散浸透する。そうすると、粒界相20においては、三重点22が溶融し、主相10においては、主相10の表層部近傍が溶融する。高温で拡散浸透した場合(図2A及び図2B、参照)は、低温で拡散浸透した場合(図2C、参照)に比べて、主相10の表層部近傍での溶融領域が深い。これは、高温で拡散浸透する場合には、低温で拡散浸透する場合と比べて、主相10中に存在する元素が、改質材60の融液62に拡散し易いためである。
図2A、図2B、及び図2Cに示した状態から冷却が進行すると、溶融した主相10の表層部近傍が再凝固して、シェル部14が形成される。そして、図3A、図3B、及び図3Cに示すように、主相10がコア部12とシェル部14に分割される(コア部12は拡散浸透前のまま)。シェル部14が形成されるとき、シェル部14では、拡散浸透前の主相10の軽希土類元素(例えば、Ce等)の少なくとも一部が、改質材の軽希土類元素以外の希土類元素(例えば、Nd-Cu合金のNd)で置換される。
高温で拡散浸透した(図2A、参照)後に冷却した(図3A、参照)場合は、低温で拡散浸透した(図2C、参照)後に冷却した(図3C、参照)場合に比べて、シェル部14が厚く、かつ、シェル部14において、改質材の軽希土類元素以外の希土類元素(例えば、Nd-Cu合金のNd)の濃度が高い。以下、改質材の軽希土類元素以外の希土類元素(例えば、Nd-Cu合金のNd)の濃度が高いことを、単に、「改質材の希土類元素の濃度が高い」ということがある。また、改質材の軽希土類元素以外の希土類元素(例えば、Nd-Cu合金のNd)の濃度が低いことを、単に、「改質材の希土類元素の濃度が低い」ということがある。
希土類磁石前駆体50に、同量の改質材60を拡散浸透させても、低温で拡散浸透した場合には、シェル部14が薄く(図3C、参照)、高温で拡散浸透した場合には、シェル部14が厚い(図3A、参照)。また、低温で拡散浸透した場合には、高温で拡散浸透した場合に比べて、シェル部14において、改質材の希土類元素の濃度が低い。一方、高温で拡散浸透した場合には、低温で拡散浸透した場合に比べて、シェル部14において、改質材の希土類元素の濃度が高い。
シェル部14は主相10の一部であるため、シェル部14はRFe14B型の結晶構造を有する。そして、RがCeであるよりも(CeFe14Bであるよりも)、RがNdである方が(NdFe14Bである方が)、高い残留磁化を得られる。そして、シェル部14においては、拡散浸透前の軽希土類元素(例えば、Ce等)の少なくとも一部が、改質材の希土類元素(例えば、Nd-Cu合金のNd)で置換されている。これらのことから、主相10に占めるシェル部14の体積率が過剰にならない限りにおいて、シェル部14が厚いほど、残留磁化を一層向上させることができる。また、シェル部14において、改質材の希土類元素の濃度(例えば、Nd-Cu合金のNdの濃度)が高いほど、残留磁化を一層向上させることができる。これらのことから、低温で拡散浸透するよりも、高温で拡散浸透した方が、残留磁化を一層向上させることができる。
拡散浸透温度に関し、「低温」とは、希土類磁石前駆体の主相がナノ結晶化されているとき、その主相の粗大化を実質的に回避できる拡散浸透温度のことを意味する。なお、「ナノ結晶化されている」とは、主相の平均粒径が1nm以上1000nm未満であることを意味する。一方、「高温」とは、無加圧焼結によって得られる希土類磁石を希土類磁石前駆体としたとき、その主相の粗大化を実質的に回避できる拡散浸透温度のことを意味する。無加圧焼結によって得られる希土類磁石の主相の平均粒径は、1~20μmである。拡散浸透温度の詳細については、後述する。
本開示の希土類磁石は、「高温」で改質材を拡散浸透して得られるため、ナノ結晶化された主相を有する希土類磁石前駆体(以下、「ナノ結晶希土類磁石前駆体」ということがある。)を用いることは難しい。本開示の希土類磁石の製造に際しては、平均粒径が1~20μmの主相を有する希土類磁石前駆体(以下、「マイクロ結晶希土類磁石前駆体」ということがある。)を用いる。そのため、本開示の希土類磁石及びその製造方法においては、主相をナノ結晶化することによる残留磁化の向上の効果を享受することは難しい。しかし、ナノ結晶希土類磁石前駆体に「低温」で改質材を拡散浸透するよりも、マイクロ結晶希土類磁石前駆体に「高温」で改質材を拡散浸透した方が、残留磁化を一層向上させることができことを、本発明者らは知見した。その結果、希土類元素として、その少なくとも一部に軽希土類元素を用いた場合においても、保磁力と残留磁化の両方に優れるR-Fe-B系希土類磁石を得られることを、本発明者らは知見した。
また、図2Aに示した状態から冷却が進行すると、シェル部14の形成に加え、図3Aに示したように、三重点22が再形成される。三重点22は、R1.1Fe型の結晶構造を有する相(このような結晶構造を有する相を、以下、「R1.1Fe相」ということがある。)である。R1.1Fe相は、RFe14B型の結晶構造を有する相(このような結晶構造を有する相を、以下、「RFe14B相」ということがある。)と比べて、R及びBの含有割合が高く、Feの含有割合が低い。そして、R1.1Fe相と比べて、RFe14B相は安定である。
図2A及び図3Aは、実質的にFeを含有しない改質材60を希土類磁石前駆体50に拡散浸透した態様を示している。図2B及び図3Bは、Feを含有する改質材60を希土類磁石前駆体50に拡散浸透した態様を示している。図2A及び図3Aで示したように、改質材が実質的にFeを含有しない態様では、三重点22としてR1.1Fe相が再形成される。一方、図2B及び図3Bで示したように、改質材がFeを含有する態様では、三重点22としてR1.1Fe相が再形成される代わりに、RFe14B相が再形成されて、主相10の一部となる(主相10が成長する)。これにより、主相10の体積率が向上するため、残留磁化をさらに一層向上させることを、本発明者らは知見した。
これらの知見に基づく、本開示に係る希土類磁石及びその製造方法の構成要件を次に説明する。
《希土類磁石》
まず、本開示の希土類磁石の構成要件について説明する。本開示の希土類磁石100は、図3A及び図3Bに示したように、主相10及び粒界相20を備える。粒界相20は、主相10の周囲に存在する。主相10は、コア部12及びシェル部14を有する。シェル部14は、コア部12の周囲に存在する。以下、本開示の希土類磁石100の全体組成、主相10、及び粒界相20について説明する。また、主相10に関しては、コア部12及びシェル部14について説明する。
〈全体組成〉
本開示の希土類磁石100の全体組成について説明する。本開示の希土類磁石100の全体組成とは、図3A及び図3Bにおいて、すべての主相10と粒界相20を合わせた組成を意味する。上述したように、主相10はコア部12及びシェル部14を有する。三重点22が存在する場合には、三重点22は粒界相20に含む。
本開示の希土類磁石100のモル比での全体組成は、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co ・(R (1-p) で表される。この式において、(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co は希土類磁石前駆体に由来する組成を表し、(R (1-p) は改質材に由来する組成を表す。
本開示の希土類磁石100は、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co で表される組成を有する希土類磁石前駆体の内部に、式R (1-p) で表される組成を有する改質材を拡散浸透して得られる。100モル部の希土類磁石前駆体の内部に、qモル部の改質材を拡散浸透させると、希土類磁石前駆体に改質材を拡散浸透した後の希土類磁石は、(100+q)モル部である。上式はこれを表したものであり、R及びRの合計がyモル部、Feが(100-y-w-z-v)モル部、Coがwモル部、Bがzモル部、そして、Mがvモル部であるため、これらの合計は、yモル部+(100-y-w-z-v)モル部+wモル部+zモル部+vモル部=100モル部である。そして、R及びMの合計はpモル部である。
上式において、R (1-x) は、RとRの合計に対して、モル比で、(1-x)のRが存在し、xのRが存在していることを意味する。同様に、上式において、R (1-p) は、RとMの合計に対して、モル比で、(1-p)のRが存在し、pのMが存在することを意味する。
上式中、Rは、Ce、La、Y、及びScからなる群より選ばれる一種以上の元素である。Ceはセリウム、Laはランタン、Yはイットリウム、そしてScはスカンジウムである。R及びRは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素である。Ndはネオジム、Prはプラセオジム、Gdはガドリニウム、Tbはテルビウム、Dyはジスプロシウム、そして、Hoはホルミウムである。Feは鉄である。Coはコバルトである。Bはホウ素である。Mは、Ga、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群より選ばれる一種以上の元素並びに不可避的不純物元素である。Gaはガリウム、Alはアルミニウム、Cuは銅、Auは金、Agは銀、Znは亜鉛、Inはインジウム、そして、Mnはマンガンである。Mは、Rと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素である。
本明細書において、希土類元素は、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの17元素である。このうち、Sc、Y、La、及びCeは、軽希土類元素である。Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、及びGdは、中希土類元素である。Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuは、重希土類元素である。なお、一般に、重希土類元素の希少性は高く、軽希土類元素の希少性は低い。中希土類元素の希少性は、重希土類元素と軽希土類元素の間である。
上述した式で表される、本開示の希土類磁石の構成元素について、次に説明する。
〈R
は、本開示の希土類磁石に必須の成分である。上述したように、Rは、Ce、La、Y、及びScからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、軽希土類元素に属する。Rは、主相(RFe14B相)を構成元素である。主相の表層部近傍のRの少なくとも一部が、改質材中のRで置換されることによって、主相がコア部とシェル部を有することができる。
〈R
上述したように、Rは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、軽希土類元素以外の希土類元素に属する。Nd、Pr、及びGdは中希土類元素に属し、Tb、Dy、及びHoは重希土類元素に属する。すなわち、Rは中希土類元素及び/又は重希土類元素に属する。本開示の希土類磁石において、性能と価格のバランスの観点からは、Nd及びPrの含有量を多くすることが好ましく、Ndの含有量を多くすることがより好ましい。Rとして、NdとPrを共存させる場合には、ジジミウムを用いてもよい。Rは主相(RFe14B相)を構成元素である。
〈RとRのモル比〉
本開示の希土類磁石において、RとRは希土類磁石前駆体に由来する元素である。RとRの合計に対して、モル比で、xのRが存在し、(1-x)のRが存在する。そして、0.1≦x≦1.0を満足する。
図2A及び図3Aに示したように、主相10の表層部近傍に存在するRが、改質材のRで置換されることによって、シェル部14が形成されることから、Rは少量でも必須に存在する。xが0.1以上であれば、シェル部14の形成が実質的に認識できるようになる。シェル部14の形成の観点からは、xは0.2以上、0.3以上、0.4以上、0.5以上、0.6以上、0.7以上、0.8以上、0.9以上、又は1.0であってもよい。xが1.0とは、R(軽希土類元素)とR(軽希土類元素以外の希土類元素)の合計量に対して、すべてがR(軽希土類元素)であることを意味する。
Fe14B相(主相)において、Rとして、軽希土類元素よりも、軽希土類元素以外の希土類元素を多く含有した方が、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化が高い。R(軽希土類元素)とR(軽希土類以外の希土類元素)は、希土類磁石前駆体に由来する。希土類磁石前駆体に改質材を拡散浸透することで、主相10の表層部近傍では、希土類磁石前駆体のR(軽希土類元素)の少なくとも一部が、改質材のR(軽希土類元素以外の希土類元素)で置換されて、シェル部14が形成される。主相がコア部12とシェル部14を有する場合には、コア部12においてよりも、シェル部14において、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化を向上させた方が、希土類磁石全体の異方性磁界(保磁力)及び残留磁界を効率よく向上させることができる。このことから、コア部12においては、すべてが安価なR(軽希土類元素)であっても、シェル部14において、R(軽希土類元素)がR(軽希土類元素以外の希土類元素)で置換されていればよい。
〈RとRの合計含有割合〉
上式において、RとRの合計含有割合は、yで表され、12.0≦y≦20.0を満足する。なお、yの値は、希土類磁石前駆体に対する含有割合であり、原子%に相当する。
yが12.0以上であれば、希土類磁石前駆体において、αFe相が多量に存在することはなく、充分な量の主相(RFe14B相)を得ることができる。この観点からは、yは、12.4以上、12.8以上、又は13.2以上であってもよい。一方、yが20.0以下であれば、粒界相が過剰になることはない。この観点からは、yは19.0以下、18.0以下、又は17.0以下であってもよい。
〈B〉
Bは、図2A及び図3Aに示したように、主相10(RFe14B相)を構成し、主相10及び粒界相20の存在割合と、粒界相20中の三重点22(R1.1Fe相)の存在割合に影響を与える。
Bの含有割合は、上式において、zで表される。zの値は、希土類磁石前駆体に対する含有割合であり、原子%に相当する。zが20.0以下であれば、主相10と粒界相20が適正に存在する希土類磁石を得ることができる。この観点からは、zは、18.0以下、16.0以下、14.0以下、12.0以下、10.0以下、又は8.0以下であってよい。一方、zが5.0以上であれば、ThZn17及び/又はThNi17型の結晶構造を有する相が多量に発生しすることは起こり難く、その結果、RFe14B相の形成が阻害されることが少ない。また、zが5.6以上であれば、粒界相20中に、三重点22として、R1.1Fe相を形成しやすくなる。この観点からは、zは、5.8以上、6.0以上、6.2以上、6.4以上、6.6以上、6.8以上、又は7.0以上であってよい。粒界相20中に、三重点22として、R1.1Fe相を多く形成させて、Feを含有する改質材を拡散浸透すれば、改質材のFeによって、R1.1FeがRFe14B相になり、主相の体積率が増加し、その結果、残留磁化が一層向上する。
〈Co〉
Coは、主相及び粒界相で、Feと置換可能な元素である。本明細書で、Feと記載されている場合には、Feの一部がCoで置換可能であることを意味する。例えば、RFe14B相のFeの一部がCoで置換されて、R(Fe、Co)14B相となる。また、例えば、粒界相中のR1.1Fe相は、そのFeの一部がCoで置換されて、R1.1(Fe、Co)相になる。
Feの一部がCoで置換されて、RFe14B相が、R(Fe、Co)14B相になることにより、本開示の希土類磁石のキュリー点が向上する。また、Feを含有する改質材を拡散浸透させると、R1.1(Fe、Co)相は、R(Fe、Co)14B相になることから、本開示の希土類磁石のキュリー点が向上する。キュリー点の向上を望まない場合には、Coを含有しなくてもよく、Coの含有は必須ではない。
上式において、Coの含有割合はwで表される。wの値は、希土類磁石前駆体に対する含有割合であり、原子%に相当する。wが0.5以上であれば、キュリー点の向上が実質的に認められる。キュリー点の向上の観点からは、wは、1.0以上、2.0以上、3.0以上、又は4.0以上であってもよい。一方、Coは高価であるため、経済的観点から、wは、30.0以下、25.0以下、20.0以下、10.0以下、8.0以下、7.0以下、又は6.0以下であってよい。
〈M
は、本開示の希土類磁石の特性を損なわない範囲で含有することができる。Mには不可避的不純物元素を含んでよい。本明細書において、不可避的不純物元素とは、希土類磁石の原材料に含まれる不純物元素、あるいは、製造工程で混入してしまう不純物元素等、その含有を回避することが避けられない、あるいは、回避するためには著しい製造コストの上昇を招くような不純物元素のことをいう。製造工程で混入してしまう不純物元素等には、製造上の都合により、磁気特性に影響を与えない範囲で含有させる元素を含む。また、不可避的不純物元素には、R及びRとして選択される希土類元素以外であって、上述したような理由で不可避的に混入する希土類元素を含む。
本開示の希土類磁石及びその製造方法の効果を損なわない範囲で含有することができる元素としては、Ga、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnが挙げられる。これらの元素が、Mの含有量の上限以下で存在する限りにおいて、これらの元素は、実質的に磁気特性に影響を与えない。そのため、これらの元素は、不可避的不純物元素と同等に扱ってもよい。また、これらの元素以外にも、Mとして、不可避的不純物元素を含有してもよい。
上式において、Mの含有割合は、vで表される。vの値は、希土類磁石前駆体に対する含有割合であり、原子%に相当する。vの値が、2.0以下であれば、本開示の磁気特性を損なうことはない。この観点からは、vは、1.5以下、1.0以下、又は0.5以下であってよい。
として、Ga、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMn並びに不可避的不純物元素を皆無にすることはできないため、vの下限は、0.05、0.1、又は0.2であっても、実用上問題はない。
〈Fe〉
Feは、これまで説明したR、R、Co、B、及びMの残部であり、Feの含有割合は、(100-y-w-z-v)で表される。y、w、z、及びvを、これまでに説明した範囲にすると、図3A及び図3Bに示したように、主相10及び粒界相20が得られる。
〈R
は改質材に由来する元素である。図1、図2A、及び図3Aに示したように、改質材60は希土類磁石前駆体50の内部に拡散浸透する。主相10の表層部近傍のRの少なくとも一部は、改質材60のRで置換されて、シェル部14を形成する。このことから、本開示の希土類磁石100においては、Rは、シェル部14及び粒界相20に存在する。
は、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群よりからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、軽希土類元素以外の希土類元素(中希土類元素及び重希土類元素)である。上述したように、主相10のR(軽希土類元素)の表層部近傍の少なくとも一部が、改質材60のR(軽希土類元素以外の希土類元素)で置換されて、シェル部14の軽希土類元素以外の希土類元素の濃度が高まる。その結果、本開示の希土類磁石100の異方性磁界(保磁力)及び残留磁化が向上する。
〈M
は、Rと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素である。典型的には、Mは、R (1-p) の融点をRの融点よりも低下させる合金元素及び不可避的不純物元素である。Mとしては、例えば、Cu、Al、Co、及びFeから選ばれる一種以上の元素並びに不可避的不純物元素が挙げられる。Mとしては、Cu、Al、及びFeから選ばれる一種以上の元素が好ましい。また、上述したように、MがFeを含有しない場合(図3A、参照)と比べて、MがFeを含有する場合(図3B、参照)においては、三重点22のR1.1Fe相が、改質材60のFeにより、主相(RFe14B相)の一部となる。その結果、本開示の希土類磁石100の異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の一層の向上に寄与する。なお、本明細書において、不可避的不純物元素とは、希土類磁石の原材料に含まれる不純物元素、あるいは、製造工程で混入してしまう不純物元素等、その含有を回避することが避けられない、あるいは、回避するためには著しい製造コストの上昇を招くような不純物元素のことをいう。製造工程で混入してしまう不純物元素等には、製造上の都合により、磁気特性に影響を与えない範囲で含有させる元素を含む。また、不可避的不純物元素には、Rとして選択される希土類元素以外であって、上述したような理由で不可避的に混入する希土類元素を含む。
〈RとMのモル比〉
とMは、式R (1-p) で表されるモル比での組成を有する合金を形成し、改質材は、この合金を含有する。そして、pは、0.05≦p≦0.40を満足する。
pが0.05以上であれば、希土類磁石前駆体50の主相10の粗大化を回避できる温度で、改質材60の融液を希土類磁石前駆体50の内部に拡散浸透することができる。この観点からは、pは、0.07以上が好ましく、0.09以上がより好ましい。一方、pが0.40以下であれば、改質材60を希土類磁石前駆体50に拡散浸透した後、本開示の希土類磁石100の粒界相20に残留するMの含有量を抑制して、残留磁化の向上に寄与する。この観点からは、pは、0.35以下、0.30以下、0.25以下、0.20以下、又は0.15以下であってもよい。
〈M
はFeを含有しても、含有しなくてもよいが、上述したように、MはFeを含有することが好ましい。MがFeを含有する場合には、便宜的に、Fe以外のMを、Mとしてもよい。そして、上式のR (1-p) をR (1-s-t)Fe としてもよい。このとき、Mは、R及びFeと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、0.05≦s≦0.30、0≦t≦0.20、及び0.05≦s+t≦0.40である。s及びtについては、「《製造方法》」のところで詳述する。
は、典型的には、R (1-s-t)Fe の融点をR及びFeの融点よりも低下させる合金元素及び不可避的不純物元素である。Mとしては、例えば、Cu、Al、Ga及びCoから選ばれる一種以上の元素が挙げられる。
〈希土類磁石前駆体に由来する元素と改質材に由来する元素のモル比〉
上式において、100モル部の希土類磁石前駆体50に対する改質材60の割合は、qモル部である。すなわち、100モル部の希土類磁石前駆体50に、qモル部の改質材60を拡散浸透すると、100モル部+qモル部の本開示の希土類磁石100となる。このことから、qは、希土類磁石前駆体に由来する元素の合計含有量を100モル部としたときの、改質材に由来する元素の含有量のモル比である。言い替えると、100原子%の希土類磁石前駆体50に対して、本開示の希土類磁石100は(100+q)原子%である。
qが0.1以上であれば、希土類磁石前駆体50の主相10のR(軽希土類元素)の少なくとも一部を、改質材60のR(軽希土類元素以外の希土類元素)で置換でき、シェル部14を形成することができる。その結果、本開示の希土類磁石100の異方性磁界(保磁力)及び残留磁化を向上させることができる。その観点からは、qは、0.5以上、1.0以上、1.5以上、2.0以上、2.5以上、3.0以上、又は3.6以上であってもよい。一方、qが15.0以下であれば、本開示の希土類磁石100の粒界相20に残留するMの含有量を抑制して、残留磁化の向上に寄与する。この観点からは、qは、14.0以下、13.0以下、12.0以下、11.0以下、10.4以下、10.0以下、9.5以下、9.0以下、8.5以下、8.0以下、7.5以下、7.0以下、又は6.5以下であってもよい。
本開示の希土類磁石100は、主相10と粒界相20を備える。そして、主相10は、コア部12及びシェル部14を有する。以下、主相10及び粒界相20について説明する。主相10については、コア部12及びシェル部14についても説明する。
〈主相〉
主相10は、RFe14B型の結晶構造を有する。Rは希土類元素である。RFe14B「型」としたのは、主相10中(結晶構造中)で、R、Fe、及びB以外の元素を、置換型及び/又は侵入型で含み得るためである。例えば、主相10中で、Feの一部がCoで置換されていてもよい。あるいは、例えば、主相10中で、R、Fe、及びBのいずれかの元素の一部が、Mで置換されていてもよい。あるいは、例えば、主相10中に、Mが侵入型で存在していてもよい。
主相10の平均粒径は、1~20μmである。主相10の平均粒径が1μm以上であれば、高温で改質材を拡散浸透させても、主相10の粗大化を実質的に回避できる。この観点からは、主相の平均粒径は、1.1μm以上、1.2μm以上、1.3μm以上、1.4μm以上、1.5μm以上、1.6μm以上、1.7μm以上、1.8μm以上、1.9μm以上、2.0μm以上、2.2μm以上、又は2.4μm以上であってもよい。主相10の平均粒径が20μm以下であれば、主相10の粒径に起因して、所望の残留磁化及び/又は保磁力が得られないことはない。この観点からは、主相10の平均粒径は、18μm以下、16μm以下、14μm以下、12μm以下、10μm以下、9μm以下、8μm以下、7μm以下、6μm以下、5μm以下、又は4μm以下であってよい。
「平均粒径」とは、主相10の最大長さの平均である。「最大長さの平均」とは、走査型電子顕微鏡像又は透過型電子顕微鏡像で、一定領域を規定し、この一定領域内に存在する主相10それぞれの最大長さの平均を意味する。例えば、主相10の断面形状が楕円形の場合は、その長軸の長さが最大長さである。例えば、主相10の断面が四角形の場合は、長い方の対角線の長さが最大長さである。また、本開示の希土類磁石100の主相10は、コア部12とシェル部14を有するため、主相10の最大長さは、シェル部14を含んでの最大長さである。例えば、図3Aに示したように、主相10の最大長さは、Lで示される長さである。
〈コア部及びシェル部〉
図3Aに示したように、本開示の希土類磁石100の主相10は、コア部12とシェル部14を有する。シェル部14は、コア部12の周囲に存在する。
コア部12においてよりも、シェル部14において、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化を高くした方が、本開示の希土類磁石100全体の異方性磁界(保磁力)及び残留磁化を高くすることができる。また、シェル部14には、改質材の軽希土類元素以外の希土類元素(例えば、Nd等)が拡散浸透しているため、異方性磁界(保磁力)及び残留磁界の向上に有利である。そのため、主相10に占めるシェル部14の体積が過剰にならない限りにおいて、シェル部14は厚い方がよい。シェル部14の厚さが25nm以上であれば、本開示の希土類磁石100が所望の異方性磁界(保磁力)及び残留磁化を有することができる。この観点からは、シェル部14の厚さは、30nm以上、35nm以上、40nm以上、45nm以上、50nm以上、55nm以上、60nm以上、65nm以上、70nm以上、75nm以上、80nm以上、85nm以上、又は90nm以上であってもよい。一方、シェル部14の厚さが150nm以下であれば、主相に占めるシェル部14が過剰になることはない。この観点からは、シェル部14厚さは、140nm以下、130nm以下、120nm以下、125nm以下、120nm以下、115nm以下、110nm以下、105nm以下、100nm以下、又は95nm以下であってもよい。
シェル部14の厚さとは、コア部12の外周とシェル部14の内周との離間距離を意味する。シェル部14の厚さの測定方法については、一定領域を規定し、この一定領域内に存在する主相10それぞれの上記離間距離を、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて測定し、それぞれの離間距離を平均して求める。
コア部12においてよりも、シェル部14において、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化を高くするには、コア部12においてよりも、シェル部14において、軽希土類元素の濃度を低くしておく(軽希土類元素以外の希土類元素の濃度を高くしておく)。そのためには、次の指標を満足するようにする。
コア部12について、Ce、La、Y、Sc、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoの合計含有量(軽希土類元素の含有量と軽希土類元素以外の希土類元素の含有量の合計)に対する、Ce、La、Y、及びScの合計含有量(軽希土類元素の含有量)のモル比をaとする。また、シェル部14について、Ce、La、Y、Sc、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoの合計含有量(軽希土類元素の含有量と軽希土類元素以外の希土類元素の含有量の合計)に対する、Ce、La、Y、及びScの合計含有量(軽希土類元素の含有量)のモル比をbとする。このとき、0≦b≦0.30及び0≦b/a≦0.50を満足する。
bは、シェル部14での全希土類元素の含有量に対する軽希土類元素の含有量のモル比を示す。bが0.30以下であれば、シェル部14での軽希土類元素の濃度が低いため(軽希土類以外の希土類元素の濃度が高いため)、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上に有利である。bは低いほどよく、0であってもよい。この観点からは、bは、0.27以下、0.25以下、0.20以下、0.15以下、0.12以下、又は0.10以下であってもよい。
拡散浸透前(希土類磁石前駆体50)の主相10の軽希土類元素のすべてを、改質材の軽希土類元素以外の希土類元素で置換すると、bは0となる。しかし、そのようにしなくても、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上に、実質的な問題はない。この観点からは、bは、0.01以上、0.03以上、0.05以上、0.07以上、又は0.09以上であってもよい。
コア部12及びシェル部14のいずれにおいても、全希土類元素の含有量に対する軽希土類元素の含有量のモル比(以下、単に「軽希土類元素比」ということがある。)が低いと、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上に有利である。すなわち、コア部12及びシェル部のいずれにおいても、全希土類元素の含有量に対する軽希土類元素以外の希土類元素の含有量のモル比(以下、単に「軽希土類以外の希土類元素比」ということがある。)が高いと、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上に有利である。
そして、コア部12においてよりも、シェル部14において、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化を向上させた方が、本開示の希土類磁石100全体の異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上に有利である。このことから、コア部12においてよりも、シェル部14において、軽希土類元素比を低くした方がよく、b(シェル部14の軽希土類元素比)/a(コア部12の軽希土類元素比)は小さいほどよく、0であってもよい。この観点からは、b/aは、0.50以下、0.47以下、0.44以下、0.41以下、0.38以下、0.35以下、0.32以下、0.25以下、0.20以下、又は0.15以下であってよい。
一方、b/aが0であるとは、bが0、すなわち、シェル部14において、軽希土類元素のすべてを、改質材の軽希土類元素以外の希土類元素で置換することを意味する。しかし、そのようにしなくても、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上が実質的に認められる。この観点からは、0.01以上、0.03以上、0.05以上、0.07以上、0.09以上、0.10以上、又は0.13以上であってもよい。
なお、上述した「コア部12について、Ce、La、Y、Sc、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoの合計含有量に対する、Ce、La、Y、及びScの合計含有量のモル比をaとする。」及び「シェル部14について、Ce、La、Y、Sc、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoの合計含有量に対する、Ce、La、Y、及びScの合計含有量のモル比をbとする。」について、補足説明する。
コア部12においては、改質材が拡散浸透しないため、コア部12のCe、La、Y、Sc、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoは、すべて希土類磁石前駆体の希土類元素、すなわち、R及びRに由来する。一方、シェル部14においては、改質材が拡散浸透するため、シェル部14のCe、La、Y、Sc、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoは、希土類磁石前駆体50と改質材60の希土類元素、すなわち、R及びR、並びにRに由来する。しかし、シェル部14において、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoに関し、Rに由来する元素と、Rに由来する元素を、「物」として実際に区別することはできない。このことから、a及びb並びにb/aの定義に際しては、R及びR並びにRを用いない。
なお、a及びbは、球面収差補正機能付き走査透過型電子顕微鏡のエネルギー分散型X線分光分析機(Cs-STEM-EDX:Corrector-Spherical Aberration-Scanning Transmission Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectrometry)を用いて成分分析した結果に基づいて求める。これは、走査型電子顕微鏡のエネルギー分散型X線分光分析機(SEM-EDX:Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectrometry)では、コア部12とシェル部14を分離して観察することが容易ではないためである。
〈粒界相〉
図3A及び図3Bに示したように、本開示の希土類磁石100においては、主相10と、主相10の周囲に存在する粒界相20を備える。上述したように、主相10はRFe14B型の結晶構造を有する相(RFe14B相)を含む。一方、粒界相20は、三重点22を除き、結晶構造が明瞭ではない相を含む。「明瞭ではない相」とは、理論に拘束されないが、RFe14B相以外の相であり、その相の少なくとも一部が不完全な結晶構造を有し、それらが不規則に存在している相(状態)を意味する。あるいは、そのような相(状態)の少なくとも一部が、非晶質のように、結晶構造の様相をほとんど呈していないこと相を意味する。
粒界相20は、結晶構造は明瞭ではないものの、その組成は、粒界相20全体で、主相10(RFe14B相)よりも、Rの含有割合が高い。このことから、粒界相20は「Rリッチ相」、「希土類元素リッチ相」、又は「希土類リッチ相」と呼ばれることもある。
粒界相20においては、三重点22として、R1.1Fe相を有していてもよい。三重点22は、希土類磁石前駆体50の製造時の冷却工程中の凝固部に相当し、その凝固部が、R1.1Fe相であってもよい。R1.1Fe相は、本開示の希土類磁石100の異方性磁界(保磁力)及び残留磁化にほとんど寄与しない。そのため、上述したように、R1.1Fe相は、改質材60中のFeによって、RFe14B相として、主相10の一部となっていることが好ましい。
《製造方法》
次に、本開示の希土類磁石の製造方法について説明する。
〈希土類磁石前駆体の準備〉
モル比での全体組成が、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co で表される希土類磁石前駆体50を準備する。希土類磁石前駆体50の全体組成を表す式において、R、R、Fe、Co、B、及びM、並びにx、y、z、w、及びvについては、「《希土類磁石》」のところで説明したとおりである。
図1に示したように、希土類磁石前駆体50は、主相10と、主相10の周囲に存在する粒界相20を備える。希土類磁石前駆体50の主相10には、改質材60が拡散浸透していないため、シェル部14は形成されておらず、希土類磁石前駆体50の主相10は、コア部12とシェル部14に分かれていない。希土類磁石前駆体の主相10は、RFe14B型の結晶構造を有する。
本開示の希土類磁石の製造方法(以下、「本開示の製造方法」ということがある。)は、希土類磁石前駆体50の主相が粗大化しない程度の「高温」で、改質材60を希土類磁石前駆体50に拡散浸透する。このことから、希土類磁石前駆体50の主相10の平均粒径と、本開示の希土類磁石100の主相の平均粒径は、実質的に同じ範囲の大きさである。したがって、希土類磁石前駆体50の主相10の平均粒径は、「希土類磁石」のところで説明したとおりである。なお、希土類磁石前駆体50の主相10は、便宜的に、前駆体主相と呼んでもよい。
希土類磁石前駆体50の粒界相20においては、改質材60に由来する元素を含有しないが、本開示の希土類磁石100と同様に、三重点22を除き、粒界相20は、その結晶構造が明瞭ではない相を含んでいる。また、本開示の希土類磁石100と同様に、希土類磁石前駆体50の粒界相20には、三重点22として、R1.1Fe相を含んでいてもよい。なお、希土類磁石前駆体50の主相10は、便宜的に、前駆体粒界相と呼んでもよい。
本開示の製造方法に用いる希土類磁石前駆体50は、異方性が付与されていてもよい。このような希土類磁石前駆体50は、便宜的に「異方性希土類磁石前駆体」と呼んでもよい。
本開示の製造方法に用いる希土類磁石前駆体50は、希土類焼結磁石を製造する常法を用いることができる。希土類焼結磁石とは、一般的に、RFe14B相が得られる組成を有する溶湯を、主相の大きさがマイクロレベルになる速度で冷却して磁性粉末を得て、その磁性粉末の圧粉体を無加圧高温焼結して得られた希土類磁石を意味する。磁性粉末を磁場中で圧粉(磁場中成形)して、焼結後の希土類磁石(希土類焼結磁石)に異方性を付与してもよい。
これに対して、ナノ結晶化希土類磁石とは、一般的に、RFe14B相が得られる組成を有する溶湯を、主相がナノ結晶化される速度で冷却して磁性粉末を得て、その磁性粉末を低温加圧焼結(低温熱間プレス)して得られた希土類磁石を意味する。非晶質を熱処理してナノ結晶化された主相を得てもよい。ナノ結晶化された磁性粉末を、磁場中成形で配向させることは困難であるので、低温加圧焼結で得た焼結体を熱間塑性加工して配向させる。このような磁石を、熱間塑性加工希土類磁石という。
本開示の製造方法では、希土類磁石前駆体50に改質材60を高温で拡散浸透する。「高温」は、ナノ結晶化された主相が粗大化する温度であるため、本開示の製造方法においては、ナノ結晶化された主相を有する希土類磁石前駆体を用いることはできない。また、ナノ結晶化された主相を有する希土類磁石前駆体に、改質材を、本開示の製造方法での「高温」で拡散浸透させると、主相の粗大化にとどまらず、主相のコア/シェル構造化も阻害される。その結果、本開示の製造方法の効果は得られない。
本開示の製造方法での希土類磁石前駆体の準備は、例えば、次のように行ってもよいが、これに限られない。
モル比での式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co で表される溶湯を、主相(RFe14B相)の平均粒径が1~20μmになる速度で冷却し、磁性薄帯を得る。このような冷却速度は、例えば、1~1000℃/sである。また、このような冷却速度で磁性粉末を得る方法としては、例えば、ストリップキャスト法、及びブックモールド法等が挙げられる。溶湯の組成は、希土類磁石前駆体の全体組成と基本的に同じであるが、希土類磁石前駆体を製造する過程で減耗することがある元素については、その減耗分を見込んでおいてもよい。
上述のようにして得た磁性薄帯を粉砕して得た磁性粉末を圧粉する。圧粉は磁場中で行ってもよい。圧粉時の成形圧力は、例えば、50MPa以上、100MPa以上、200MPa以上、又は300MPa以上であってよく、1000MPa以下、800MP以下、又は600MPa以下であってよい。印加する磁場は、0.1T以上、0.5T以上、1T以上、1.5T以上、又は2.0T以上であってよく、10.0T以下、8.0T以下、6.0T以下、又は4.0T以下であってよい。粉砕方法としては、例えば、磁性薄帯を粗粉砕した後、ジェットミル等で、さらに粉砕する方法等が挙げられる。粗粉砕の方法としては、例えば、ハンマミルを用いる方法、及び磁性薄帯を水素脆化する方法並びにこれらの組合せ等が挙げられる。
上述のようにして得た圧粉体を無加圧焼結して希土類磁石前駆体を得る。圧粉体を無加圧で焼結して、焼結体の密度を高めるため、長時間にわたり、高温で焼結する。焼結温度は、例えば、900℃以上、950℃以上、又は1000℃以上であってよく、1100℃以下、1050℃以下、又は、1040℃以下であってよい。焼結時間は、例えば、1時間以上、2時間以上、3時間以上、又は4時間以上であってよく、24時間以下、18時間以下、12時間以下、又は6時間以下であってよい。焼結中の圧粉体の酸化を抑制するため、焼結雰囲気は、不活性ガス雰囲気が好ましい。不活性ガス雰囲気には、窒素ガス雰囲気を含む。
希土類磁石前駆体50の主相10に関しては、R及びRの合計含有割合y、Bの含有割合z、及び希土類磁石前駆体50の製造時の冷却速度等を適宜変化させることによって、希土類磁石前駆体50に対する主相10の体積率を制御できる。
希土類磁石前駆体50において、主相10の体積率が過剰になることによって、粒界相20の体積率が過少にならない限りにおいて、主相10の体積率は高い方がよい。希土類磁石前駆体50の主相10の体積率が高いと、本開示の希土類磁石100の主相10の体積率も高くなり、残留磁化の向上に寄与する。
一方、希土類磁石前駆体50の主相10の体積率が過剰になり、粒界相20の体積率が過少になると、理論に拘束されないが、改質材60が粒界相20には拡散浸透するものの、シェル部14を形成するには至らない。その結果、本開示の希土類磁石100において、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化のいずれも、著しく低下する。
残留磁化の向上への寄与の観点からは、希土類磁石前駆体50の主相10の体積率は、90.0%以上、90.5%以上、91.0%以上、92.0%以上、94.0%以上、又は95.0%以上であってよい。一方、希土類磁石前駆体50の主相10の体積率が過剰となることを防止する観点からは、希土類磁石前駆体50の主相10の体積率は、97.0%以下、96.5%以下、又は95.9%以下であってよい。
〈改質材の準備〉
モル比での式R (1-p) で表される組成を有する改質材を準備する。改質材の組成を表す式において、R及びM並びにpについては、「《希土類磁石》」のところで説明したとおりである。
改質材の準備方法としては、例えば、改質材の組成を有する溶湯を、液体急冷法又はストリップキャスト法等を用いて薄帯等を得る方法が挙げられる。これらの方法では、溶湯が急冷されるため、改質材中に偏析が少ない。また、改質材の準備方法としては、例えば、ブックモールド等の鋳型に、改質材の組成を有する溶湯を鋳造することが挙げられる。この方法では、比較的簡便に多量の改質材を得られる。改質材の偏析を少なくするためには、ブックモールドは、熱伝導率の高い材料で造られていることが好ましい。また、鋳造材を均一化熱処理して、偏析を抑制することが好ましい。さらに、改質材の準備方法としては、容器に改質材の原材料を装入し、その容器中で原材料をアーク溶解して、溶融物を冷却して鋳塊を得る方法が挙げられる。この方法では、原材料の融点が高い場合でも、比較的容易に改質材を得ることができる。改質材の偏析を少なくする観点から、鋳塊を均一化熱処理することが好ましい。
〈拡散浸透〉
改質材の融点以上、かつ750~1000℃の温度で、希土類磁石前駆体に改質材を拡散浸透させる。
図2A及び図2Bに示したように、改質材60の融点以上であれば、改質材60の融液62が、希土類磁石前駆体50の粒界相20に拡散浸透する。そして、図3A及び図3Bに示したように、希土類磁石前駆体50の主相10の表層部近傍のRが、改質材60の融液62のRで置換されて、所定のシェル部14を形成するためには、750~1000℃で、改質材60を希土類磁石前駆体50に拡散浸透する。改質材60の融点が750℃以上である場合には、拡散浸透温度は、改質材60の融点以上でよい。
改質材60の融点が750℃未満の場合に、改質材60の融点以上、750℃未満の温度で、改質材60を希土類磁石前駆体50に拡散浸透すると、改質材60の融液62は、粒界相20に拡散浸透するに留まり、Ndの濃度が十分なシェル部14の形成には至らない。例えば、改質材60として、Nd0.7Cu0.3合金を用いる場合、Nd0.7Cu0.3合金の融点は520℃である。拡散浸透温度が650℃であると、Nd0.7Cu0.3合金の融液62は粒界相20には拡散浸透するが、シェル部14の形成には至らない。
改質材60の拡散浸透中に、希土類磁石前駆体50の主相10が粗大化しない限りにおいて、所定のシェル部14を形成するには、拡散浸透温度は高い方がよい。そして、拡散浸透温度が1000℃以下であれば、希土類磁石前駆体50の主相10が粗大化を抑制することができる。このことから、改質材60の融点以上で、かつ750~1000℃の温度で、改質材60を拡散浸透する。改質材60の融点以上である限りにおいて、拡散浸透温度の下限は、800℃、850℃、又は900℃であってもよい。また、改質材の融点以上である限りにおいて、拡散浸透温度の上限は、975℃又は950℃であってもよい。
改質材60の拡散浸透に際しては、100モル部の希土類磁石前駆体50に対して、0.1~15.0モル部の改質材60を希土類磁石前駆体50に接触させる。0.1モル部以上、2.0モル部以上、3.0モル部以上、3.6モル部以上、又は4.0モル部以上の改質材60を希土類磁石前駆体50に接触させて拡散浸透すれば、シェル部14の形成を実質的に認識できる。一方、15.0モル部以下、14.0モル部以下、12.0モル部以下、10.4モル部以下、10.0モル部以下、8.0モル部以下、又は6.0モル部以下の改質材60を希土類磁石前駆体50に接触させて拡散浸透すれば、粒界相20に残留するMの量を抑制でき、残留磁化の低下を抑制することができる。
希土類磁石前駆体50に接触させる改質材60の割合を上記のようにした上で、さらに、改質材60の組成を適宜決定して、上述したb及びb/aを所定の範囲にする。そのためには、希土類磁石前駆体50と改質材60の合計(100モル部+qモル部)に対して、改質材60のRの拡散浸透割合が3.7モル部以上であれば、所定のb及びb/aが得られる。この観点からは、改質材60のRの拡散浸透割合は、3.8モル部以上、4.0モル部以上、4.6モル部以上、5.2モル部以上、又は5.8モル部以上であってもよい。一方、改質材60のRの拡散浸透割合が10.0モル部以下であれば、所定のb及びb/aが得られ、かつ、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上が飽和しているにもかかわらず、必要以上に改質材60を拡散浸透することが少ない。この観点からは、改質材60のRの拡散浸透量は、9.0モル部以下、8.5モル部以下、8.0モル部以下、7.8モル部以下、7.5モル部以下、7.0モル部以下、又は6.5モル部以下であってもよい。
上述の「所定のb及びb/aが得られ、かつ、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上が飽和している」状態について説明する。理論に拘束されないが、希土類磁石前駆体50に、改質材60のRを過剰に拡散浸透させても、希土類磁石前駆体50の主相10の表層部近傍のRが改質材60のRで置換される割合には限度がある。そのため、シェル部14において、b及びb/aが所定の範囲になった後、余剰なRは粒界相20に留まり、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上が飽和すると考えられる。
なお、希土類磁石前駆体50と改質材60の合計(100モル部+qモル部)に対する、改質材60のRの拡散浸透割合を、本開示の希土類磁石100の全体組成の式でのp及びqで表すと、その拡散浸透割合は、{(1-p)×q}/(100+q)で表される。
〈拡散浸透後の冷却速度〉
改質材60を希土類磁石前駆体50に拡散浸透した後、希土類磁石前駆体50及び改質材60を冷却して、本開示の希土類磁石100が得られる。上述したように、改質材60が粒界相20に拡散浸透すると、主相10の表層近傍が溶融し(図2A及び図2B、参照)、それを冷却してシェル部14を形成する(図3A及び図3B、参照)。
理論に拘束されないが、生産性を阻害しない限りにおいて、冷却速度が遅いと、シェル部14と粒界相20の界面がファセット面になり易い。そして、このファセット面により、保磁力が向上すると考えられる。
保磁力向上の観点からは、冷却速度は、10℃以下/分以下、7℃/分以下、4℃/分以下、又は1℃/分以下であってよい。一方、生産性を阻害しない観点からは、冷却速度は、0.1℃/分以上、0.2℃/分以上、0.3℃/分以上、0.5℃/分以上、又は0.6℃/分以上であってよい。なお、ここで説明した冷却速度は、500℃までの冷却速度である。
〈Feを含有する改質材の拡散浸透〉
上述したように、Feを含有する改質材60を使用すると(図3B、参照)、Feを含有しない改質材60を使用したとき(図3A、参照)に、三重点22としてR1.1Fe相が形成される部位も、主相10(RFe14B相)の一部となり、残留磁化が一層向上する。
1.1Fe相は、RFe14B相(主相10)よりもBが多い。そのため、Feを含有する改質材を使用する場合には、希土類磁石前駆体50のBの含有量を多くして、三重点22としてR1.1Fe相を形成され易くすることが好ましい。これについて、図面を用いて説明する。図4は、R1.1Fe相が形成されやすい組成範囲を示す模式図である。図4において、斜線で示した領域が、R1.1Fe相の形成されやすい組成範囲であり、RFe14B相よりもBの割合が高い側である。具体的には、上述した希土類磁石前駆体の組成式のzを5.6以上にする。この観点からは、zは、5.8以上、6.0以上、6.2以上、6.4以上、6.6以上、6.8以上、又は7.0以上であってもよい。
希土類磁石前駆体50は、希土類磁石前駆体50の組成を有する溶湯を冷却して製造される。zを上述の範囲にすると、R1.1Fe相が形成され易くなるが、さらに、溶湯の冷却速度が小さい方が、R1.1Fe相が形成され易い。このことから、zの値と溶湯の冷却速度で、希土類磁石前駆体50に対する、R1.1Fe相の体積率を制御できる。
希土類磁石前駆体50に対する、R1.1Fe相の体積率は、0体積%以上、0.1体積%以上、0.4体積%以上、0.8体積%以上、1.4体積%以上、2.0体積%以上、又は5.0体積%以上であってよく、30.0体積%以下、25.0体積%以下、20.0体積%以下、15.0体積%以下、10.0体積%以下、又は8.0体積%以下であってよい。
改質材60の組成は、上述したように、モル比での式R (1-p) (ただし、Rは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Mは、Rと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、0.05≦p≦0.40である。)で表される。Feを含有する改質材60の組成については、Mに代えて、Fe及びMを用いて、次のように表される。
改質材60の組成は、モル比での式R (1-s-t)Fe で表される。Mは、R及びFeと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素である。そして、0.05≦s≦0.30、0≦t≦0.20、及び0.05≦s+t≦0.40を満足する。
改質材60中のFeのモル比sについて、改質材60が、例えば、Nd-Fe合金である(RがNd、Mを含有しない(t=0))と仮定して、Fe-Nd系状態図を用いて説明する。図5は、Fe-Nd系状態図である。出典はBinary Alloy Phase Diagrams, II Ed., Ed. T.B. Massalski, 1990, 2, 1732-1735である。上述したように、拡散浸透温度は1000℃以下であれば、改質材60の拡散浸透中に、希土類磁石前駆体50の主相10が粗大化することを回避することができる。このことから、Nd-Fe合金の融点は、950℃以下であることが好ましい。図5から、融点が950℃以下となるNd-Fe合金の組成範囲は、Nd0.58Fe0.42~Nd0.95Fe0.05(0.05≦s≦0.42)であることが理解できる。そして、上述したように、希土類磁石前駆体50と改質材60の合計に対して、3.7モル部以上のR(Nd)を拡散浸透させると、所望のシェル部14を得やすい。このことから、上述の範囲内で、3.7モル部以上のR(Nd)を拡散浸透させるNd-Fe合金の組成範囲は、Nd0.7Fe0.3~Nd0.95Fe0.05(0.05≦s≦0.30)である。
上述の説明では、改質材60はNd-Fe合金である(RがNd、Mを含有しない(t=0))と仮定しているが、Rは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であるため、sの値は、上述の範囲から変化し得る。また、Mによって、改質材60の融点も変化し得るため、sは上述の範囲から変化し得る。そのため、実験により、sのとり得る範囲を検証すると、sは、0.05以上、0.10以上、又は0.15以上であってよく、0.30以下、0.25以下、又は0.20以下であってよい。
sが上述する範囲であれば、希土類磁石前駆体50の主相10が粗大化しない温度で、改質材60を拡散浸透することができるが、Mを任意で含有することで、改質材の融点を低下させることができる。この観点からは、tは、0以上、0.05以上、又は0.10以上であってよい。一方、tが0.20以下であれば、R1.1Fe相からRFe14B相(主相10)を形成することに寄与せず、かつ、粒界相20に残留して本開示の希土類磁石100の残留磁化の低下につながることを抑制できる。この観点からは、tは、0.18以下、0.16以下、又は0.14以下であってもよい。
(1-s-t)Fe は、R (1-p) のMを、FeとMに分離したものであるため、(s+t)の範囲は、pの範囲と同じである。すなわち、0.05≦s+t≦0.40を満足する。なお、s及びtは、それぞれ、0.05≦s≦0.30及び0≦t≦0.20を満足するが、それと同時に、0.05≦s+t≦0.40を満足する。そのため、例えば、tが0.20であるときには、sの上限は0.20である。
〈熱処理〉
改質材60を希土類磁石前駆体50に拡散浸透した後、それを冷却して、そのまま本開示の希土類磁石100としてもよいし、冷却後の希土類磁石を、さらに、熱処理して、本開示の希土類磁石100としてもよい。理論に拘束されないが、この熱処理により、主相10の組織が変質することなく(溶融することなく)、改質材60を拡散浸透させた後の粒界相20の一部が溶融し、その溶融物が凝固し、主相10を均一に被覆して、保磁力の向上に寄与することが考えられる。
保磁力向上効果を享受するには、熱処理温度は、450℃以上が好ましく、475℃以上がより好ましく、500℃以上がより一層好ましい。一方、主相10の組織が変質することを回避するためには、熱処理温度は、600℃以下が好ましく、575℃以下がより好ましく、550℃以下がより一層好ましい。
本開示の希土類磁石100の酸化を回避するため、不活性ガス雰囲気で熱処理することが好ましい、不活性ガス雰囲気には、窒素ガス雰囲気を含む。
なお、これまでに説明した、拡散浸透後の熱処理を、本明細書では、「最適化熱処理」ということもある。
以下、本開示の希土類磁石及びその製造方法を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示の希土類磁石及びその製造方法は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。
〈実施例1~実施例10及び比較例1~5の試料の準備〉
主として、拡散浸透温度の影響について検証するため、次の試料を準備した。
モル比での全体組成がNd7.6Ce5.4La1.7Febal6.4Cu0.1Ga0.3で表されるストリップキャスト材を水素化粉砕した後、ジェットミルを用いて、これをさらに粉砕して磁性粉末を得た。この磁性粉末を2Tの磁場中で成形して圧粉体を得た。このときの成形圧力は、200MPaであった。この圧粉体を、1040℃で4時間にわたり無加圧焼結して、焼結磁石を得た。
得られた焼結磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表1の組成を有する改質材を拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで10℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷した。
〈実施例1~実施例10及び比較例1~5の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を室温で測定した。また、実施例9の試料については、SEM-EDXを用いて面分析した。
結果を表1に示す。表1において、希土類磁石前駆体の主相の平均粒径は、「《希土類磁石》」のところで説明した方法で求めた。表1以外の表についても、特に断りのない限り、同様とする。
また、図6は、実施例1~実施例10及び比較例1~5の試料について、拡散浸透温度と保磁力の関係を示すグラフである。図7Aは、実施例9の試料をSEM観察した結果を示す図である。図7Bは、図7Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Feを面分析した結果を示す図である。図7Cは、図7Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Laを面分析した結果を示す図である。図7Dは、図7Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。図7Eは、図7Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。図7B~図7Eにおいて、明視野は、面分析した元素の濃度が高いことを示す。
Figure 0007252105000001
表1及び図6から、実施例1~実施例10の試料は、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。これは、改質材の融点以上、かつ750~1000℃の温度で、改質材を拡散浸透することにより、所望のシェル部が形成されたことによるものと考えられる。なお、図7C(Ceの面分析結果)と図7D(Ndの面分析結果)から、シェル部でCeの一部がNdで置換され、コア部においてよりもシェル部において、Ndの濃度がやや高い傾向が認められる。しかし、SEM-EDXを用いた面分析結果では、コア部においてよりも、シェル部において、軽希土類以外の希土類元素(Nd)の濃度が顕著に高いことは、必ずしも明瞭ではない。そこで、後述するように、実施例22、37、44、54、及び55、並びに比較例14の試料で、再度、Cs-STEM-EDXを用いて面分析して検証した。
一方、比較例1及び比較例3の試料は、拡散浸透温度が改質材の融点以上であるため、改質材が粒界相には拡散浸透している。しかし、拡散浸透温度が750℃未満であるため、残留磁化が低い。これは、所望のシェル部が形成されていないためと考えられる。また、比較例2及び比較例5の試料においては、拡散浸透温度が1000℃を超えていることから、保磁力及び残留磁化のいずれも低下している。これは、主相の粗大化によるものと考えられる。そして、比較例3の試料においては、拡散浸透温度が改質材の融点以下であるために、改質がなされておらず、保磁力が著しく低い。
〈実施例11~実施例18及び比較例6~9の試料の準備〉
主として、改質材の組成の影響を確認するため、次の試料を準備した。
モル比での全体組成がNd7.6Ce5.4La1.7Febal6.4Cu0.1Ga0.3で表されるストリップキャスト材を水素化粉砕した後、ジェットミルを用いて、これをさらに粉砕して磁性粉末を得た。この磁性粉末を2Tの磁場中で成形して圧粉体を得た。このときの成形圧力は、200MPaであった。この圧粉体を、1040℃で4時間にわたり無加圧焼結して、焼結磁石を得た。
得られた焼結磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表2の組成を有する改質材を拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで1℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷した。
〈実施例11~実施例18及び比較例6~9の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM: Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を室温で測定した。
結果を表2に示す。なお、表2において、Diはジジミウムを示す。また、図8は、実施例11~実施例18及び比較例6~9の試料について、保磁力と残留磁化の関係を示すグラフである。
Figure 0007252105000002
表2及び図8から、実施例11~実施例18の試料は、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。これは、希土類磁石前駆体と改質材の合計に対して、所定割合以上のRを拡散浸透したためである。一方、比較例6~9の試料においては、希土類磁石前駆体と改質材の合計に対して、所定割合未満のRを拡散浸透したため、保磁力及び残留磁化の少なくとも一方が低い。また、比較例9の試料のように、改質材中のRの含有割合が低い(改質材中のMの含有割合が高い)と、改質材の拡散浸透後に、粒界相に多量のM(希土類元素以外の遷移金属元素)が残留するため、保磁力が向上しても、残留磁化の低下が著しい。
〈実施例19~実施例20及び比較例10の試料の準備〉
Feを含有する改質材を使用する場合について、希土類磁石前駆体のBの含有割合の影響を主として検証するため、次の試料を準備した。
モル比での全体組成が表3で表されるストリップキャスト材を水素化粉砕した後、ジェットミルを用いて、これをさらに粉砕して磁性粉末を得た。この磁性粉末を2Tの磁場中で成形して圧粉体を得た。このときの成形圧力は、400MPaであった。この圧粉体を、1040℃で4時間にわたり無加圧焼結して、焼結磁石を得た。
得られた焼結磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表3の組成を有する改質材を拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで1℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷した。
〈実施例19~実施例20及び比較例10の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を室温で測定した。
結果を表3に示す。また、図9は、実施例19~20及び比較例10の希土類磁石前駆体の組成範囲を示す図である。
Figure 0007252105000003
実施例19~20の試料は、いずれも、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。そして、実施例20の試料の残留磁化は、実施例19の試料の残留磁化よりも高い。これは、図9から理解できるように、実施例20の希土類磁石前駆体は、実施例19の希土類磁石前駆体よりも、Bの含有割合が高い。このことから、実施例19の希土類磁石前駆体よりも、実施例20の希土類磁石前駆体の方が、多くのR1.1Fe相が存在している。そして、実施例19においてよりも、実施例20において、改質材のFeによって、より多くのR1.1Fe相から、より多くのRFe14B相が形成されたと考えられる。
一方、比較例10の試料においては、希土類磁石前駆体でのBの含有割合が非常に低いため、RFe17相(ThZn17型及び/又はThNi17型の結晶構造を有する相)が多量に発生し、RFe14B相(主相)の発生を阻害したものと考えられる。その結果、保磁力及び残留磁化が著しく低下したと考えられる。
〈実施例21~実施例22及び比較例11の試料の準備〉
主として、希土類磁石前駆体の主相の体積率の影響を検証するため、次の試料を準備した。
モル比での全体組成が表4で表されるストリップキャスト材を水素化粉砕した後、ジェットミルを用いて、これをさらに粉砕して磁性粉末を得た。この磁性粉末を2Tの磁場中で成形して圧粉体を得た。このときの成形圧力は、400MPaであった。この圧粉体を、1040℃で4時間にわたり無加圧焼結して、焼結磁石を得た。
得られた焼結磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表4の組成を有する改質材を拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで1℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷した。
〈実施例21~実施例22及び比較例11の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を室温で測定した。
結果を表4に示す。
Figure 0007252105000004
実施例21~22の試料は、いずれも、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。これは、実施例21~22においては、希土類磁石前駆体の主相の体積率が所定の範囲内であるためと考えられる。一方、比較例11の試料は、保磁力及び残留磁化のいずれも著しく低い。これは、比較例11においては、希土類磁石前駆体の主相の体積率が過剰であるためと考えられる。
〈実施例23~実施例24及び比較例12の試料の準備〉
Feを含有する改質材を使用する場合について、希土類磁石前駆体のBの含有割合の影響を主として検証するため、次の試料を準備した。
モル比での全体組成が表5で表されるストリップキャスト材を水素化粉砕した後、ジェットミルを用いて、これをさらに粉砕して磁性粉末を得た。この磁性粉末を2Tの磁場中で成形して圧粉体を得た。このときの成形圧力は、400MPaであった。この圧粉体を、1040℃で4時間にわたり無加圧焼結して、焼結磁石を得た。
得られた焼結磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表5の組成を有する改質材を拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで1℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷した。
〈実施例23~実施例24及び比較例12の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を室温で測定した。
結果を表5に示す。
Figure 0007252105000005
実施例23~24の試料は、いずれも、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。これは、改質材のFeによって、R1.1Fe相からRFe14B相が形成されたためであると考えられる。
一方、比較例12の試料においては、希土類磁石前駆体でのBの含有割合が過剰であるため、R1.1Fe相が過剰となる。これにより、比較例12の試料においては、改質材のFeによって、一部のR1.1Fe相からは、RFe14B相が形成されるものの、多くのR1.1Fe相は、そのまま残留する。その結果、比較例12の試料においては、RFe14B相が不足していることによって、残留磁化が低下し、主相を取り囲む希土類元素リッチ相が相対的に減ったことにより、保磁力が低下しているものと考えられる。
〈実施例25及び比較例13の試料の準備〉
主として、希土類磁石前駆体の主相の平均粒径の影響を検証するため、次の試料を準備した。
モル比での全体組成がNd6.6Ce4.9La1.6Febal6.0Cu0.1Ga0.3で表されるストリップキャスト材を水素化粉砕した後、ジェットミルを用いて、これをさらに粉砕して磁性粉末を得た。この磁性粉末を2Tの磁場中で成形して圧粉体を得た。このときの成形圧力は、200MPaであった。この圧粉体を、1040℃で4時間にわたり無加圧焼結して、焼結磁石を得た。
得られた焼結磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表6の組成を有する改質材を950℃で拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで10℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷し、これを実施例25の試料とした。
実施例25の焼結磁石と同一の組成を有し、主相がナノ結晶化されている磁性粉末を、熱間プレス(低温加圧焼結)して、焼結体を得た。この焼結体を熱間塑性加工して、熱間加工磁石を得た。
得られた熱間塑性加工磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表6の組成を有する改質材を950℃で拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで10℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷し、これを比較例13の試料とした。
〈実施例25及び比較例13の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を室温で測定した。また、実施例25及び比較例13のいずれの試料についても、SEM-EDXを用いて面分析した。
結果を表6に示す。
図10Aは、実施例25の試料をSEM観察した結果を示す図である。図10Bは、図10Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Feを面分析した結果を示す図である。図10Cは、図10Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Laを面分析した結果を示す図である。図10Dは、図10Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。図10Eは、図10Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。図10B~図10Eにおいて、明視野は、面分析した元素の濃度が高いことを示す。
図11Aは、比較例13の試料をSEM観察した結果を示す図である。図11Bは、図11Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Feを面分析した結果を示す図である。図11Cは、図11Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Laを面分析した結果を示す図である。図11Dは、図11Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。図11Eは、図11Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。図11B~図11Eにおいて、明視野は、面分析した元素の濃度が高いことを示す。
Figure 0007252105000006
表6から、実施例25の試料は、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。また、図10Aから、950℃で拡散浸透しても、主相が実質的に粗大化していないことを確認できた。これらのことから、高温(950℃)での拡散浸透によって、所定のシェル部が形成されて、保磁力及び残留磁化の両方を向上できたと考えられる。
一方、表6から、比較例13の試料は、保磁力及び残留磁化のいずれも低いことが確認できた。また、図11Aから、主相が著しく粗大化し、かつ、主相同士が融合しており、主相内において、コア部とシェル部を形成しているとは考えにくい様相を呈していることを確認できた。これらのことから、ナノ結晶化されている主相を有する希土類磁石前駆体に、高温(950℃)で改質材を拡散浸透すると、主相が粗大化するだけではなく、主相のコア部とシェル部の構造に損傷を与えていると考えられる。
なお、実施例25の試料について、図10C(Ceの面分析結果)と図10D(Ndの面分析結果)から、シェル部でCeの一部がNdで置換され、コア部においてよりもシェル部において、Ndの濃度がやや高い傾向が認められる。しかし、SEM-EDXを用いた面分析結果では、コア部においてよりも、シェル部において、軽希土類(Ce)以外の希土類元素(Nd)の濃度が顕著に高いことは、必ずしも明瞭ではない。そこで、後述するように、実施例22、37、44、54、及び55、並びに比較例14の試料で、再度、Cs-STEM-EDXを用いて面分析して検証した。
〈実施例26~実施例29の試料の準備〉
主として、改質材を拡散浸透した後の冷却速度の影響について検証するため、次の試料を準備した。
モル比での全体組成がNd7.6Ce5.4La1.7Febal6.4Cu0.1Ga0.3で表されるストリップキャスト材を水素化粉砕した後、ジェットミルを用いて、これをさらに粉砕して磁性粉末を得た。この磁性粉末を2Tの磁場中で成形して圧粉体を得た。このときの成形圧力は、200MPaであった。この圧粉体を、1040℃で4時間にわたり無加圧焼結して、焼結磁石を得た。
得られた焼結磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表7の組成を有する改質材を950で拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで10℃/分又は1℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷した。
〈実施例26~実施例29の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を室温で測定した。
結果を表7に示す。
Figure 0007252105000007
表7から、実施例26~実施例29の試料は、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。そして、実施例26及び実施例28に比べて、実施例27及び29の試料は、保磁力がさらに優れていることを確認できた。これは、上述したように、シェル部と粒界相の界面が、ファセット面であることによると考えられる。
〈実施例30~実施例53の試料の準備〉
主として、改質材の接触量及び最適化熱処理の影響を検証するため、次の試料を準備した。
モル比での全体組成がNd6.6Ce4.9La1.6Febal6.0Cu0.1Ga0.3で表されるストリップキャスト材を水素化粉砕した後、ジェットミルを用いて、これをさらに粉砕して磁性粉末を得た。この磁性粉末を2Tの磁場中で成形して圧粉体を得た。このときの成形圧力は、200MPaであった。この圧粉体を、1040℃で4時間にわたり無加圧焼結して、焼結磁石を得た。
得られた焼結磁石を4mm×4mm×2mm(t)に切り出して、希土類磁石前駆体とした。この希土類磁石前駆体に、表8の組成を有する改質材を拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。そして、改質材を拡散浸透させた後の希土類磁石前駆体を、500℃まで1℃/分の速度で冷却し、さらに、炉冷した。
炉冷後、実施例33~実施例41及び実施例45~実施例53の試料については、さらに、表8に示した温度で熱処理(最適化熱処理)した。熱処理は、アルゴンガス雰囲気で行った。
〈実施例30~実施例53の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を室温で測定した。
結果を表8に示す。
Figure 0007252105000008
Figure 0007252105000009
表8から、実施例30~実施例53の試料は、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。そして、100モル部の希土類磁石前駆体に対して、4.7~5.2モル部の改質材を拡散浸透した試料よりも、7.1~7.8モル部の改質材を拡散浸透した試料の方が、保磁力及び残留磁化のいずれも高いことが確認できた。また、100モル部の希土類磁石前駆体に対して、7.1~7.8モル部の改質材を拡散浸透した試料と比べて、9.5~10.4モル部の改質材を拡散浸透した試料は、さらに保磁力が向上する傾向にあるが、残留磁化の向上は飽和しつつあることが確認できた。
また、表8から、最適化熱処理をしなかった試料と比べて、最適化熱処理をした試料については、保磁力が向上していることが確認できた。そして、この保磁力向上効果は、500~550℃で特に高いことが確認できた。
〈実施例37及び比較例14の試料の準備〉
主として、高温(75~200℃)での磁気特性について検証するため、次の試料を準備した。
実施例37の希土類磁石前駆体の準備方法は、既に説明したとおりである(表8等、参照)。そして、希土類磁石前駆体が熱間塑性加工磁石であること以外、実施例37の希土類磁石前駆体と同様の方法で比較例14の希土類磁石前駆体を準備した。すなわち、実施例37の希土類磁石前駆体においては、主相がマイクロ結晶であり、磁場成形で異方性が付与されているのに対し、比較例14の希土類磁石前駆体においては、主相がナノ結晶であり、熱間塑性加工で異方性が付与されている。
比較例14の希土類磁石前駆体の準備方法の概要は、次のとおりである。実施例37の希土類磁石前駆体と同一の組成を有する溶湯を液体急冷して、超急冷薄帯を得る。この超急冷薄帯を熱間プレス(温度:650℃、圧力:400MPa)して、成形体を得た。この成形体を熱間塑性加工(温度:780℃、歪速度:0.1s-1、加工率:70%)して、希土類磁石前駆体を得た。
得られた希土類磁石前駆体(サイズ:4mm×4mm×2mm(t))に、表9の組成を有する改質材を拡散浸透した。実施例37の希土類磁石前駆体には、高温(950℃)で改質材を拡散浸透し、比較例14の試料には、低温(650℃)で改質材を拡散浸透した。拡散浸透時間は165分であった。その他の条件は、表9に示すとおりである。
〈実施例37及び比較例14の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を、室温~200℃の範囲で測定した。
結果を表9に示す。表9に示した保磁力及び残留磁化は、室温で測定したものである。また、図12は、実施例37及び比較例14の試料について、温度と保磁力の関係を示すグラフである。図13は、実施例37及び比較例14について、温度と残留磁化の関係を示すグラフである。
Figure 0007252105000010
表9から、実施例37の試料は、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。また、図12から、実施例37の試料の保磁力は、各温度で、比較例13の試料とほぼ同等であることを確認できた。そして、図13から、実施例37の試料の残留磁化は、各温度で、比較例13の試料の残留磁化よりも優れていることを確認できた。そして、比較例13の試料と比べて、実施例37の試料は、温度の上昇に伴う残留磁化の低下が小さいことを確認できた。
これらのことから、ナノ結晶化された主相を有する希土類磁石前駆体に低温で改質材を拡散浸透するよりも、マイクロ結晶の主相を有する希土類磁石前駆体に高温で改質材を拡散した方が、保磁力及び残留磁化の両方に優れることを確認できた。
〈実施例22、37、44、54及び55並びに比較例14の試料の準備〉
主として、コア部及びシェル部の組織について検証するため、次の試料を準備した。
実施例22、37及び44並びに比較例14の試料の準備方法は既に説明したとおりである(表4、表8、及び表9等、参照)。また、ストリップキャスト材の組成(希土類磁石前駆体の組成)が表10であること以外、実施例37と同様にして、実施例54及び55の試料を準備した。
〈実施例22、37、44、54及び55並びに比較例14の試料の評価〉
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、得られた試料の磁気特性を、室温で測定した。また、球面収差補正機能付き走査透過型電子顕微鏡のエネルギー分散型X線分光分析機(Cs-STEM-EDX:Corrector-Spherical Aberration-Scanning Transmission Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectrometry)を用いて、各試料のコア部及びシェル部について、所定の希土類磁石の含有割合を分析し、上述したa及びb並びにb/aを求めた。また、シェル部の厚さを求めた。
結果を表10に示す。また、図14Aは、実施例37の試料をCe-STEM観察した結果を示す図である。図14Bは、図14Aで示した部位について、Cs-STEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。図14Cは、図14Aで示した部位について、Cs-STEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。図15Aは、図15Aにおいて四角形で囲まれた部分を、拡大してCs-STEM観察した結果を示す図である。図15Bは、図15Aにおいて四角形で囲まれた部分を、拡大して、Cs-STEM-EDXを用いてCeを面分析した結果を示す図である。図15Cは、図15Cにおいて四角形で囲まれた部分を、拡大して、Cs-STEM-EDXを用いてNdを面分析した結果を示す図である。図14B~図14C及び図15B~図15Cにおいて、明視野は、面分析した元素の濃度が高いことを示す。
Figure 0007252105000011
まず、実施例37の試料で、a及びb並びにb/aを求める方法について説明する。試料の切断面をCs-STEM観察すると、図14Aに示したような画像が得られるが、そのままでは、主相及び粒界相、並びにコア部及びシェル部それぞれの領域を認識することは難しい。主相及び粒界相、並びにコア部及びシェル部は、それぞれ、存在する希土類元素の種類及びその含有割合が異なることを利用して、主相及び粒界相、並びにコア部及びシェル部の領域を識別する。
図14B及び図14Cにおいて、粒子状に認識できる領域は主相である。図14B及び図14Cにおいて、四角形で囲まれた部分には、粒子状に認識できる領域(主相)の外縁部が含まれているため、四角形で囲まれた部分を拡大して観察すれば(図15B及び図15C、参照)、主相の外縁部と粒界相が認識できる。
図15B及び図15Cにおいて、最も明るい部分が粒界相である。上述したように、粒界相は、明瞭な結晶構造を有しないものの、粒界相全体で、主相よりも希土類元素を多く含有する「希土類リッチ相」になっているため、粒界相の位置は明視野となる。実施例37の試料の場合、改質材として、Nd0.9Cu0.1合金を拡散浸透させているため、図15C(Nd面分析結果)において、粒界相の領域が、特に明るくなっている。
図15B(Ce面分析結果)において、粒界相に沿う暗視野部は、図15C(Nd面分析結果)においては、粒界相に次ぐ明視野部(粒界相の領域ほど明るくないが、それに次いで明るい領域)になっている。したがって、この領域は、Ceが排出されており、かつ、Ndが供給されている。そして、この領域は、粒界相に沿っていることから、シェル部と認識できる。そして、粒子状に認識できる領域で、シェル部を境にして、粒界相(最も明るい領域)と反対側にあるのがコア部である。
このようにして認識できたコア部及びシェル部について、Cs-STEM-EDXを用いて成分分析すると、表11の結果となる。なお、表11には、実施例37の希土類磁石前駆体の全体組成から求められる各元素のモル比を併記した。これは、次のように求められる。
表10から、実施例37の希土類磁石前駆体の全体組成は、式Nd6.6Ce4.9La1.6FebalB6.0Cu0.1Ga0.3である。この式は、(Nd0.50Ce0.38La0.1213.1FebalB6.0Cu0.1Ga0.3と表すこともできる。希土類磁石前駆体は主相と粒界相を有する。主相よりも粒界相の方が希土類元素を多く含むが、希土類元素の種類が二種以上ある場合には、それぞれの希土類元素のモル比は、主相と粒界相とでほぼ変わらない。実施例33の希土類磁石前駆体の場合、Nd、Ce、及びLaそれぞれのモル比は、0.50、0.38、及び0.12である。
Figure 0007252105000012
表11から、シェル部において、Ndが濃縮していることが理解できる。そして、コア部におけるモル比と希土類磁石前駆体のモル比がほぼ一致している。これは、主相において、シェル部では、改質材の拡散浸透により、軽希土類元素(Ce及びLa)が軽希土類元素以外の希土類元素(Nd)で置換されるが、コア部では、このような置換がないことを意味する。また、希土類磁石前駆体のモル比は、希土類磁石前駆体を準備するときの原材料の配合から求めており、これと、Cs-STEM-EDXを用いて求めたシェル部のモル比がほぼ一致する。このことから、Cs-STEM-EDXを用いた分析結果に基づいて求めたa及びb並びにb/aの値の信頼性は高いといえる。
上記にしたがって求めたa及びb並びにb/aを纏めた表10から、a及びb並びにb/aが所定の範囲を満足し、かつ、所定のシェル厚さを有する実施例の試料は、保磁力と残留磁化の両方に優れることを確認できた。
以上の結果から、本開示の希土類磁石及びその製造方法の効果を確認できた。
10 主相
12 コア部
14 シェル部
20 粒界相
22 三重点
50 希土類磁石前駆体
60 改質材
62 融液
100 本開示の希土類磁石

Claims (8)

  1. 主相及び前記主相の周囲に存在する粒界相を備え、
    モル比での全体組成が、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co ・( (1-s-t) Fe (ただし、Rは、Ce及びLaからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、R及びRは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Mは、Ga、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群より選ばれる一種以上の元素並びに不可避的不純物元素であり、 は、R 及びFeと合合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、
    0.4≦x≦1.0、
    12.0≦y≦20.0、
    5.6≦z≦20.0、
    0≦w≦30.0、
    0≦v≦2.0、
    0.05≦s≦0.30、
    0≦t≦0.20、
    0.05≦s+t≦0.40、及び、
    0.1≦q≦15.0
    である。)で表され、
    前記主相が、RFe14B型(ただし、Rは希土類元素である。)の結晶構造を有し、
    前記主相の平均粒径が、2.4~20μmであり、
    前記主相が、コア部及び前記コア部の周囲に存在するシェル部を有し、
    前記シェル部の厚さが、75~150nmであり、かつ、
    前記コア部について、Ce、La、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoの合計含有量に対する、Ce及びLaの合計含有量のモル比をaとし、前記シェル部について、Ce、La、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoの合計含有量に対する、Ce及びLaの合計含有量のモル比をbとしたとき、0≦b≦0.30及び0≦b/a≦0.50を満足する、
    希土類磁石。
  2. 前記bが0.09~0.27を満足し、かつ、b/aが0.17~0.47を満足する、請求項1に記載の希土類磁石。
  3. 主相及び前記主相の周囲に存在する粒界相を備え、モル比での全体組成が、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co (ただし、Rは、Ce及びLaからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Rは、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Mは、Ga、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群より選ばれる一種以上の元素並びに不可避的不純物元素であり、かつ、0.4≦x≦1.0、12.0≦y≦20.0、5.6≦z≦20.0、0≦w≦8.0、及び0≦v≦2.0である。)で表され、前記主相がRFe14B型(ただし、Rは希土類元素である。)の結晶構造を有し、前記主相の平均粒径が2.4~20μmであり、かつ、前記主相の体積率が90~97%である、希土類磁石前駆体を準備すること
    モル比での式R (1-s-t) Fe (ただし、R は、Nd、Pr、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、M は、R 及びFeと合金化する希土類元素以外の遷移金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、0.05≦s≦0.30、0≦t≦0.20、及び0.05≦s+t≦0.40である。)で表される組成を有する改質材を準備すること、及び、
    100モル部の前記希土類磁石前駆体に対して、qモル部(0.1≦q≦15.0)の前記改質材を接触させ、前記改質材の融点以上、かつ950~1000℃の温度で、前記希土類磁石前駆体と前記改質材の合計(100モル部+qモル部)に対して、3.7~10.0モル部の前記Rを拡散浸透させること、
    を含み、
    前記希土類磁石前駆体の粒界相が、前記希土類磁石前駆体全体に対して、0.4~30.0体積%のR 1.1 Fe 型の結晶構造を有する相を含有する、
    希土類磁石の製造方法。
  4. 100モル部の前記希土類磁石前駆体に対して、3.6~10.4モル部の前記改質材を拡散浸透させる、請求項3に記載の方法。
  5. 前記希土類磁石前駆体と前記改質材の合計(100モル部+qモル部)に対して、3.8~7.8モル部の前記Rを拡散浸透させる、請求項3に記載の方法。
  6. 前記希土類磁石前駆体に前記改質材を拡散浸透した前記希土類磁石を、さらに、450~600℃で熱処理する、請求項3~5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記拡散浸透後、前記希土類磁石前駆体及び前記改質材を、0.1~10℃/分の速度で冷却する、請求項3~6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記拡散浸透後、前記希土類磁石前駆体及び前記改質材を、0.1~1℃/分の速度で冷却する、請求項3~6のいずれか一項に記載の方法。
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