JP7298533B2 - 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。
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、RとしてNdを選択したNd-Fe-B系希土類磁石(以下、「ネオジム磁石」ということがある。)である。そのため、ネオジム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Ndの産出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等の軽希土類元素に置換する種々の試みがなされている。
例えば、特許文献1には、主相のNdの一部がCeで置換されている(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石が開示されている。特許文献1に開示された(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石は、マイクロレベルの粒径の主相を有する磁性粉末を、高温(1000~1200℃)で長時間(8~50時間)にわたり焼結して得られる。この高温での長時間にわたる焼結によって、特許文献1に開示された(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石の主相は、コア/シェル構造を有し、コア部においてよりもシェル部においてNdの存在割合が高くなっている。
また、特許文献2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。そして、具体例として、特許文献2には、(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石前駆体に、改質材としてNd-Cu合金の融液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2に開示された具体例では、(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石前駆体に、改質材としてNd-Cu合金を拡散浸透することにより、主相は、コア/シェル構造を有し、コア部においてよりもシェル部において、Ndの存在割合が高くなっている。
なお、特許文献2で開示された具体例で用いる希土類磁石前駆体の主相は、ナノ結晶化されている。また、その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異方性が付与されている。
特開2014-216339号公報 国際公開第2014/196605号
(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石においては、特許文献1に開示された(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石のように、主相がコア/シェル構造になっていないと、保磁力が低下する。これは、CeFe14Bの異方性磁界は、NdFe14Bの異方性磁界よりも小さいためである。
一方、特許文献2に開示された(Nd、Ce)-Fe-B系希土類磁石のように、主相がコア/シェル構造になっており、コア部においてよりもシェル部においてNdの存在割合が高いと、Ceの含有によって低下した保磁力を補うことができる。これは、コア部においてよりもシェル部においてNdが高くなることによって、コア部においてよりもシェル部において異方性磁界が高くなり、主相粒子表面の磁化反転の核生成、及び隣接する主相粒子からの核成長を抑制できるためである。
しかし、Nd及び/又はPrの一部をCe等の軽希土類元素で置換したR-Fe-B系希土類磁石において、一層の保磁力向上が求められている、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、Nd及び/又はPrの一部をCe等の軽希土類元素で置換したR-Fe-B系希土類磁石において、一層、保磁力が向上した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) ・(R (1-s) (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及びPrからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Rは、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を少なくとも含む希土類元素であり、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金属元素及び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、
0.1≦q≦15.0、
0.05≦s≦0.40、及び
0.1≦t≦5.0
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。)の結晶構造を有しており、
前記主相の平均粒径が、0.1~20μmであり、
前記主相が、コア部、前記コア部の周囲の存在する第一シェル部、及び前記第一シェル部の周囲に存在する第二シェル部を備えており、
前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計よりも高くなっており、
前記第二シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計よりも低くなっており、
前記第二シェル部が、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を含有し、
前記第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計よりも高くなっており、かつ、
前記第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計が、前記第一シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計よりも高くなっている、
希土類磁石。
〈2〉前記xが0.5≦x≦1.0である、〈1〉項に記載の希土類磁石。
〈3〉前記Rが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、前記R及び前記RがNdであり、かつ、前記RがTb及びNdからなる群より選ばれる一種以上の元素である、〈1〉又は〈2〉項に記載の希土類磁石。
〈4〉前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の1.2~3.0倍であり、
前記第二シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の0.5~0.9倍であり、
前記第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計の2.0倍以上であり、かつ、
前記第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計が、前記第一シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計の2.0倍以上である、
〈1〉~〈3〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石。
〈5〉〈1〉項に記載の希土類磁石の製造方法であって、
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及びPr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。)の結晶構造を有しており、前記主相の平均粒径が0.1~20μmであり、前記主相が、コア部と、前記コア部の周囲に存在する第一シェル部を備えており、かつ、前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計よりも高くなっている第一希土類磁石前駆体を準備すること、
モル比での式R (1-s) (ただし、Rは、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を少なくとも含む希土類元素であり、Mは、Rと合金化する希土類元素以外の金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、0.05≦s≦0.40である。)で表される組成を有する第一改質材を準備すること、及び、
前記第一希土類磁石前駆体に前記第一改質材を拡散浸透させること、
を含む、希土類磁石の製造方法。
〈6〉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及びPr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。)の結晶構造を有しており、前記主相の平均粒径が、0.1~20μmである第二希土類磁石前駆体を準備すること、
モル比での式R (1-p) (ただし、Rは、Nd及びPr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第二改質材を準備すること、及び、
前記第二希土類磁石前駆体に前記第二改質材を拡散浸透して、前記第一希土類磁石前駆体を得ること、
を含む、〈5〉項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈7〉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及びPr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。)の結晶構造を有しており、前記主相の平均粒径が、0.1~20μmである第二希土類磁石前駆体粉末を準備すること、
モル比での式R (1-p) (ただし、Rは、Nd及びPr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第二改質材粉末を準備すること、及び
前記第二希土類磁石前駆体粉末及び前記第二改質材粉末を混合し、焼結して、前記第一希土類磁石前駆体を得ること、
を含む、〈5〉項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈8〉前記第一改質材の拡散浸透温度が、前記第二改質材又は前記第二改質材粉末の拡散浸透温度よりも低い、〈6〉又は〈7〉項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈9〉前記xが0.5≦x≦1.0である、〈5〉~〈8〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈10〉前記Rが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、前記R及び前記RがNdであり、かつ前記RがTb及びNdからなる群より選ばれる一種以上の元素である、〈5〉~〈9〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
本開示によれば、主相が、Nd等の一部をCe等の軽希土類元素で置換したコア部、Nd等の含有割合の高い第一シェル部、及びTb等の重希土類元素の存在割合の高い第二シェル部を備えることで、一層保磁力が向上した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、主相が、Nd等の一部を軽希土類元素で置換したコア部、及びNd等の含有割合の高い第一シェル部を有する希土類磁石前駆体に、重希土類元素を拡散浸透することで、一層保磁力が向上した希土類磁石の製造方法を提供することができる。
図1Aは、Nd及び/又はPrの一部が軽希土類元素で置換されており、かつ、コア/シェル構造を有しない主相を備える希土類磁石前駆体に、中希土類元素を含有する改質材を接触させた状態を模式的に示す断面説明図である。 図1Bは、図1Aの状態で加熱した後の中希土類元素の拡散浸透状況を模式的に示す断面説明図である。 図1Cは、図1Bに示した希土類磁石前駆体に、重希土類元素を含有する改質材を接触させた状態を模式的に示す断面説明図である。 図1Dは、図1Cの状態で加熱した後の重希土類元素の拡散浸透状況を模式的に示す断面説明図である。 図2は、本開示の希土類磁石の組織を模式的に示す説明図である。 図3Aは、実施例1の試料について、STEM-EDXを用いて組織観察した結果を示す図である。 図3Bは、図3Aで示した部位について、STEM-EDXを用いて、Tbを面分析した結果を示す図である。 図3Cは、図3Aで示した部位について、STEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。 図3Dは、図3Aで示した部位について、STEM-EDXを用いて、Laを面分析した結果を示す図である。 図3Eは、図3Aで示した部位について、STEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。 図4Aは、実施例1の試料について、コア部の〈110〉入射方向の結晶構造を示す高分解能STEM像である。 図4Bは、実施例1の試料について、第一シェル部の〈110〉入射方向の結晶構造を示す高分解能STEM像である。 図4Cは、実施例1の試料について、第二シェル部の〈110〉入射方向の結晶構造を示す高分解能STEM像である。 図5は、実施例1の試料について、STEM-EDXを用いて、図3Eに示した矢印の方向に線分析した結果を示す図である。 図6Aは、比較例1の試料について、SEM-EDXを用いて組織観察した結果を示す図である。 図6Bは、図6Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Tbを面分析した結果を示す図である。 図6Cは、図6A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6Dは、図6A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7Aは、Nd及び/又はPrの一部が軽希土類元素で置換されており、かつ、コア/シェル構造を有しない主相を備える希土類磁石前駆体に、重希土類元素を含有する改質材を接触させた状態を模式的に示す断面説明図である。 図7Bは、図7Aに示した状態で加熱した後の重希土類元素の拡散浸透状況を模式的に示す断面説明図である。
以下、本開示の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、本開示の希土類磁石及びその製造方法を限定するものではない。
保磁力を向上させるには、主相の異方性磁界を高めることが有効である。また、主相の異方性磁界を高めるには、主相に重希土類元素を含有させることが有効である。主相に重希土類元素を含有させる方法について、図面を用いて説明する。
図7Aは、Nd及び/又はPrの一部が軽希土類元素で置換されており、かつ、コア/シェル構造を有しない主相を備える希土類磁石前駆体に、重希土類元素を含有する改質材を接触させた状態を模式的に示す断面説明図である。図7Bは、図7Aに示した状態で加熱した後の重希土類元素の拡散浸透状況を模式的に示す断面説明図である。
図7Aに示したように、非コア/シェル希土類磁石前駆体100と重希土類元素改質材300を接触させる。非コア/シェル希土類磁石前駆体100は、Nd及び/又はPrの一部が軽希土類元素で置換されており、かつ、コア/シェル構造を有しない主相を備える希土類磁石前駆体である。重希土類元素改質材300は、重希土類元素を含有する改質材である。非コア/シェル希土類磁石前駆体100は、主相10及び粒界相50を有する。
図7Aに示した状態で、非コア/シェル希土類磁石前駆体100と重希土類元素改質材300を加熱すると、図7Bに示したように、非コア/シェル希土類磁石前駆体100の表層部近傍の主相10が粗大化主相70に変化する。理論に拘束されないが、非コア/シェル希土類磁石前駆体100は、Nd及び/又はPrの一部が軽希土類元素で置換されているため、主相10の融点は低下している。そのため、加熱中に、重希土類元素改質材300中の重希土類元素と反応し易く、表層部近傍の主相10に重希土類元素改質材300中の重希土類元素の多くが取り込まれ、粗大化主相70になると考えられる。その結果、重希土類元素改質材300中の重希土類元素が非コア/シェル希土類磁石前駆体100の内部まで行き渡らず、保磁力が向上しないと考えられる。
例えば、主相10が(Ce、La、Nd)Fe14Bであり、重希土類元素改質材300がTb-Ga系合金であると、表層部の主相10とTbが反応して、粗大化主相70として、(Ce、La、Nd、Tb)Fe14Bが形成される。そして、重希土類元素改質材300中のTbが、非コア/シェル希土類磁石前駆体100の内部まで行き渡らず、保磁力が向上しない。
重希土類元素改質材300中の重希土類元素を、非コア/シェル希土類磁石前駆体100の内部にまで行き渡らせるには、次のようにすればよいことを、本発明者らは知見した。これについて、図面を用いて説明する。
図1Aは、Nd及び/又はPrの一部が軽希土類元素で置換されており、かつ、コア/シェル構造を有しない主相を備える希土類磁石前駆体に、中希土類元素を含有する改質材を接触させた状態を模式的に示す断面説明図である。図1Bは、図1Aの状態で加熱した後の中希土類元素の拡散浸透状況を模式的に示す断面説明図である。図1Cは、図1Bに示した希土類磁石前駆体に、重希土類元素を含有する改質材を接触させた状態を模式的に示す断面説明図である。図1Dは、図1Cの状態で加熱した後の重希土類元素の拡散浸透状況を模式的に示す断面説明図である。
図1Aに示したように、非コア/シェル希土類磁石前駆体100と中希土類元素改質材200を接触させる。非コア/シェル希土類磁石前駆体100は、Nd及び/又はPrの一部が軽希土類元素で置換されており、かつ、コア/シェル構造を有しない主相を備える希土類磁石前駆体である。中希土類元素改質材200は、中希土類元素を含有する改質材である。非コア/シェル希土類磁石前駆体100は、主相10及び粒界相50を有する。なお、中希土類元素とは、Nd及びPrを意味するものとする。
図1Aに示した状態で、非コア/シェル希土類磁石前駆体100と中希土類元素改質材200を加熱すると、図1Bに示したように、中希土類元素改質材200の融液が、粒界相50を通じて拡散浸透する。さらに、粒界相50に拡散浸透した中希土類元素改質材200の融液中の中希土類元素の一部は、主相10の表層部近傍の軽希土類元素の一部と置換されて、第一シェル部30を形成する。第一シェル部30は、主相10の表層部近傍に形成され、主相10のうち、第一シェル部30以外の領域はコア部20を形成する。そして、第一シェル部30における中希土類元素の存在割合が、コア部20における中希土類元素の存在割合よりも高い。
理論に拘束されないが、重希土類元素改質材を用いた場合と異なり、中希土類元素改質材を用いた場合に、コア部20及び第一シェル部30が形成される理由については、次のように考えられる。上述したように、非コア/シェル希土類磁石前駆体100は、Nd及び/又はPrの一部が軽希土類元素で置換されているため、主相10の融点は低下している。しかし、重希土類元素改質材300中の重希土類元素と比べて、中希土類元素改質材200中の中希土類元素は、主相10との反応性が低い。そのため、中希土類元素改質材200中の中希土類元素の一部は、主相10の表層部近傍の軽希土類元素の一部と置換される。そして、非コア/シェル希土類磁石前駆体100の内部にまで、中希土類元素改質材の融液が行き渡り、非コア/シェル希土類磁石前駆体100の内部の主相10にも、第一シェル部が形成される。
そして、図1Cに示したように、コア部20及び第一シェル部30を有する主相10を備える希土類磁石前駆体(以下、「コア/シェル希土類磁石前駆体150」ということがある。)に、重希土類元素改質材300を接触させて加熱する。そうすると、図1Dに示したように、重希土類元素改質材300の融液が、粒界相50を通じて拡散浸透する。さらに、粒界相50に拡散浸透した重希土類元素改質材300の融液中の重希土類元素の一部は、第一シェル部30中の軽希土類元素の一部及び中希土類元素の一部と置換されて、第二シェル部40を形成する。第二シェル部40は、第一シェル部30の表層部近傍に形成される。そして、第二シェル部40における中希土類元素の存在割合は、第一シェル部30における中希土類元素の存在割合よりも低く、かつ、第二シェル部40は、重希土類元素を含有する。
理論に拘束されないが、第二シェル部40が形成される理由については、次のように考えられる。図1Cに示したように、重希土類元素改質材300の融液が拡散浸透する前は、第一シェル部30が粒界相50に接している。そして、上述したように、第一シェル部30における中希土類元素の存在割合は、コア部20における中希土類元素の存在割合よりも高い。このことから、拡散浸透した重希土類元素改質材300の融液が粒界相50を通じて拡散浸透したとき、第一シェル部30と過剰に反応することはない。そして、第一シェル部30の表層部近傍の軽希土類元素の一部及び中希土類元素の一部が、重希土類元素改質材300の融液中の重希土類元素と置換する。
このようにして、図1Dに示したように、本開示の希土類磁石500の内部の主相10まで、重希土類元素を含有する第二シェル部40が形成される。主相10が重希土類元素を含有すると、主相10の異方性磁界が向上するため、本開示の希土類磁石500全体の保磁力が向上する。また、図1Dに示したように、重希土類元素が存在する第二シェル部40は、主相10の最外郭部に形成されているため、主相10の粒子表面の核生成、及び隣接する主相10の粒子からの核成長が生じにくく、保磁力の向上に寄与する。
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。
図2は、本開示の希土類磁石の組織を模式的に示す説明図である。図2に示したように、本開示の希土類磁石500は、主相10及び粒界相50を備える。また、主相10は、コア部20、第一シェル部30、及び第二シェル部40を備える。以下、本開示の希土類磁石500の全体組成、主相10、及び粒界相50について説明する。また、主相10に関しては、コア部20、第一シェル部30、及び第二シェル部40について説明する。
〈全体組成〉
本開示の希土類磁石500の全体組成について説明する。本開示の希土類磁石500の全体組成とは、すべての主相10と粒界相50を合わせた組成を意味する。
本開示の希土類磁石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) ・(R (1-s) で表される。この式において、(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co ・(R (1-p) は、第一希土類磁石前駆体に由来する組成を表す。(R (1-s) は第一改質材に由来する組成を表す。
本開示の希土類磁石は、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co ・(R (1-p) で表される組成を有する第一希土類磁石前駆体の内部に、式(R (1-s) で表される組成を有する第一改質材を拡散浸透して得られる。第一希土類磁石前駆体は、図1Cに示した、コア部20及び第一シェル部30を有する主相10を備える希土類磁石前駆体(コア/シェル希土類磁石前駆体150)に相当する。第一改質材は、図1Cに示した、重希土類元素を含有する改質材(重希土類元素改質材300)に相当する。
第一希土類磁石前駆体に由来する組成式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co ・(R (1-p) のうち、(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co は第二希土類磁石前駆体に由来し、(R (1-p) は第二改質材に由来する。
第一希土類磁石前駆体は、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co で表される組成を有する第二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第二改質材を拡散浸透して得られる。第二希土類磁石前駆体は、図1Aに示した、非コア/シェル希土類磁石前駆体100に相当する。第二改質材は、図1Aに示した、中希土類元素改質材200に相当する。
100モル部の第二希土類磁石前駆体の内部に、qモル部の第二改質材を拡散浸透させると、(100+q)モル部の第一希土類磁石前駆体を得られる。そして、(100+q)モル部の第一希土類磁石前駆体の内部に、tモル部の第一改質材を拡散浸透させると、(100+q+t)モル部の本開示の希土類磁石が得られる。
本開示の希土類磁石の全体組成を表す式で、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。R及びMの合計はqモル部である。R及びMの合計はtモル部である。
上式において、R (1-x) には、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) には、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。また、同様に、上式において、R (1-s) には、RとMの合計に対して、モル比で、(1-s)のRが存在し、s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及びPr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、そして、Prはプラセオジムである。Rは、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を少なくとも含む希土類元素であり、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金属元素及び不可避的不純物元素である。Mは、Rと合金化する希土類元素以外の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、特に断りがない限り、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、特に断りがない限り、Sc、Y、La、及びCeは、軽希土類元素である。また、特に断りがない限り、Pr、Nd、Pm、Sm、及びEuは、中希土類元素である。そして、特に断りがない限り、Gd、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)の構成元素である。主相の表層部近傍のRの少なくとも一部が、第二改質材中のRで置換されることによって、主相がコア部と第二シェル部を有することができる。置換性の観点からは、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ることが好ましい。
〈R
上述したように、Rは、Nd及びPrからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、中希土類元素に属する。Rは主相(RFe14B相)の構成元素である。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。性能の観点からは、RはNdであることが好ましい。
〈RとRのモル比〉
本開示の希土類磁石において、RとRは第二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1Aに示したように、主相10の表層部近傍に存在するRが、第二改質材200のRで置換されることによって、第一シェル部30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、第一シェル部30の形成が実質的に認識できるようになる。第一シェル部30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(Nd及び/又はPr)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。第二希土類磁石前駆体に第二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)の一部が、改質材のR(Nd及び/又はPr)で置換されて、第一シェル部30が形成される。これにより、主相10中のNd及び/又はPr(軽希土類元素位牌の希土類元素)の含有割合が高まるため、異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上に寄与する。
主相10においては、外周部の異方性磁界(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、第一シェル部30において、R(軽希土類元素)がR(Nd及び/又はPr)で置換されていることは、保磁力向上の点で好都合である。
〈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、第二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、第二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2に示したように、主相10(RFe14B相)を構成し、主相10及び粒界相50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、第二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50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。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。
〈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。
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。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、第二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、経済的観点からは、wは、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等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、第二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、本開示の希土類磁石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以下であってもよい。
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2に示したように、主相10及び粒界相50が得られる。
〈R
は第二改質材に由来する元素である。図1Aに示したように、第二改質材200は第二希土類磁石前駆体100の内部に拡散浸透する。主相10の表層部近傍のRの一部は、第二改質材200のRで置換されて、第一シェル部30を形成する。
は、Nd及びPr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、中希土類元素に属する。中希土類元素のうち、Nd及びPrはRFe14B相を形成し易い。上述したように、主相10のR(軽希土類元素)の表層部近傍の一部が、第二改質材200のR(Nd及び/又はPr)で置換されて、第一シェル部30のNd及び/Prの存在割合が高まる。その結果、上述したように、第一シェル部30が形成された後に重希土類元素を拡散浸透させることによって、重希土類元素を希土類磁石の内部にまで行き渡らせ、保磁力の向上に寄与することができる。また、主相10の外周部に存在する第一シェル部30でNd及び/Prの存在割合が高まっているため、本開示の希土類磁石の異方性磁界(保磁力)及び残留磁化の向上に寄与する。異方性磁界(保磁力)及び残留磁化、並びにR(軽希土類元素)との置換性の観点からは、Rとしては、Ndが好ましい。
〈M
は、Rと合金化する希土類元素以外の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。R (1-p) の融点低下の観点からは、Mとしては、Cuが特に好ましい。なお、不可避的不純物元素とは、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等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、第二改質材は、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、図1Aに示した第二希土類磁石前駆体100の主相10の粗大化を回避できる温度で、第二改質材200の融液を第二希土類磁石前駆体100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、0.10以上がより好ましい。一方、pが0.40以下であれば、第二改質材200を第二希土類磁石前駆体100に拡散浸透した後、本開示の希土類磁石500の粒界相50に残留するMの含有量を抑制して、残留磁化の低下の抑制に寄与する。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。
〈R
は第一改質材に由来する元素である。図1C及び図1Dに示したように、第一改質材300の融液は第一希土類磁石前駆体150の内部に拡散浸透する。第一シェル部30の表層部近傍の軽希土類元素一部並びにNd及び/又はPrの一部は、第一改質材300のRで置換されて、第二シェル部40を形成する。
は、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を少なくとも含む希土類元素である。すなわち、Rは、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の重希土類元素を含む希土類元素である。上述したように、図1Cに示した第一シェル部30の表層部近傍の軽希土類元素の一部並びにNd及び/又はPrの一部が、第一改質材300のRの重希土類元素で置換されて、第二シェル部40が形成される。置換性の観点から、Rとしては、Tbが好ましい。図1D及び図2に示したように、重希土類元素を含む第二シェル部40が、本開示の希土類磁石500の内部の主相10においても形成されているため、本開示の希土類磁石500全体の保磁力が向上する。また、図1Dに示したように、重希土類元素が存在する第二シェル部40は、主相10の最外郭部に形成されているため、主相10の粒子表面の磁化反転の核生成、及び隣接する主相10の粒子からの核成長を抑制できるため、保磁力の向上に好都合である。
〈M
は、Rと合金化する希土類元素以外の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-s) 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、Ga、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。Rは重希土類元素を含み、重希土類元素は融点が高いため、R (1-s) の融点を低下させる観点からは、MとしてはGa及びCuが好ましい。不可避的不純物元素とは、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等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-s) で表されるモル比での組成を有する合金を形成し、第一改質材は、この合金を含有する。そして、sは、0.05≦s≦0.40を満足する。
sが0.05以上であれば、図1Cに示した第一希土類磁石前駆体150の主相10の粗大化を回避でき、かつ、第一シェル部30と第一改質材300が過剰反応しない温度で、第一改質材300の融液を第一希土類磁石前駆体150の内部に拡散浸透できる。この観点からは、sは、0.07以上が好ましく、0.09以上がより好ましく、0.12以上がより一層好ましい。一方、sが0.40以下であれば、第一改質材300を第一希土類磁石前駆体150に拡散浸透した後、本開示の希土類磁石500の粒界相50に残留するMの含有量を抑制して、残留磁化の低下の抑制に寄与する。この観点からは、s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。
〈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モル部の第二希土類磁石前駆体に対する第二改質材の割合は、qモル部である。また、100モル部の第二希土類磁石前駆体に対する第一改質材の割合はtモル部である。すなわち、100モル部の第二希土類磁石前駆体に、qモル部の第二改質材を拡散浸透すると、100モル部+qモル部の第一希土類磁石前駆体となる。そして、100モル部+qモル部の第一希土類磁石前駆体に、tモル部の第一改質材を拡散浸透すると、100モル部+qモル部+tモル部の本開示の希土類磁石となる。このことから、qは、第二希土類磁石前駆体に由来する元素の合計含有量を100としたときの、第二改質材に由来する元素の含有量のモル比である。tは、第二希土類磁石前駆体に由来する元素の合計含有量を100としたときの、第一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%の第二希土類磁石前駆体に対して、本開示の希土類磁石は(100+q+t)原子%である。
qが0.1以上であれば、第二希土類磁石前駆体100の主相10のR(軽希土類元素)の少なくとも一部を、第二改質材200のR(Nd及び/又はPr)で置換でき、第一シェル部30を形成することができる。第一シェル部30の形成後に重希土類元素を拡散浸透することによって、本開示の希土類磁石500の内部にまで重希土類元素を行き渡らせることができる。また、主相10の外周部にNd及び/又はPrの存在割合を高くすることにより、本開示の希土類磁石500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。これらの観点からは、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、3.5以上、4.0以上、4.5以上、4.7以上、5.0以上、又は5.5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500の粒界相50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。
tが0.1以上であれば、主相10に、重希土類元素を含有する第二シェル部40を形成して、主相10の異方性磁界を向上させ、その結果、保磁力を向上させることができる。この観点からは、tは、0.2以上、0.4以上、0.6以上、0.8以上、1.0以上、1.2以上、1.4以上、1.5以上、又は2.0以上であってもよい。一方、重希土類元素による異方性磁界向上の効果は比較的少量でも得られ、かつ、重希土類元素の希少性は高い。これらの観点からは、tは、5.0以下、4.5以下、4.0以下、3.5以下、3.0以下、又は2.5以下であってよい。
図2に示したように、本開示の希土類磁石500は、主相10と粒界相50を備える。また、主相10は、コア部20、第一シェル部30、及び第二シェル部40を備える。以下、主相10、及び粒界相50について説明する。また、主相10に関しては、コア部20、第一シェル部30、及び第二シェル部40について説明する。
〈主相〉
主相は、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、主相中に、Mが侵入型で存在していてもよい。
本発明の効果、特に、主相に第一シェル部及び第二シェル部を形成して保磁力を向上させる効果は、マイクロメータレベルの粒径の主相10を備える、例えば、焼結磁石等、あるいは、ナノ結晶化された主相を備える、例えば、熱間塑性加工磁石等で得られる。
主相の平均粒径は、0.1~20μmである。主相の平均粒径が0.1μm以上であれば、第一シェル部及び第二シェル部を形成したことによる効果を実質的に認められるようになる。この観点からは、主相の平均粒径は、0.2μm以上、0.4μm以上、0.6μm以上、0.8μm以上、1.0μm以上、2.0μm以上、3.0μm以上、4.0μm以上、5.0μm以上、6.0μm以上、7.0μm以上、8.0μm以上、又は9.0μm以上であってもよい。一方、主相の平均粒径が20μm以下であれば、主相の大きさの増大による保磁力の低下よりも、第一シェル部及び第二シェル部の形成による保磁力の向上の方が大きい。この観点からは、主相の平均粒径は、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以下であってもよい。
「平均粒径」は、次のように測定される。走査型電子顕微鏡像又は透過型電子顕微鏡像で、磁化容易軸の垂直方向から観察した一定領域を規定し、この一定領域内に存在する主相に対して磁化容易軸と垂直方向に複数の線を引き、主相の粒子内で交わった点と点の距離から主相の径(長さ)を算出する(切断法)。主相の断面が円に近い場合は、投影面積円相当径で換算する。主相の断面が長方形に近い場合は、直方体近似で換算する。このようにして得られた径(長さ)の分布(粒度分布)のD50の値が、平均粒径である。図2に示したように、本開示の希土類磁石500の主相10は、コア部20、第一シェル部30、及び第二シェル部40を有するため、主相10の径の長さは、第一シェル部30及び第二シェル部40を含んでの径(長さ)である。
〈コア部〉
図2に示したように、コア部20は、主相10に存在し、第一シェル部30及び第二シェル部40に包囲されている。
コア部には、第一改質材及び第二改質材が拡散浸透していない。そのため、コア部の組成及び結晶構造は、図1Aに示した第二希土類磁石前駆体100の主相10の組成及び結晶構造と同じである。
〈第一シェル部〉
図2に示したように、第一シェル部30は、コア部20の周囲に存在する。また、第一シェル部30の周囲には、さらに、第二シェル部40が存在する。すなわち、第一シェル部30は、コア部20と第二シェル部40の間に存在する。第一シェル部の組成及び結晶構造については後述する。
第一シェル部30は、第二希土類磁石前駆体100に第二改質材200を拡散浸透し(図1A及び図B、参照)、さらに、第一改質材300を拡散浸透して形成される(図1C及び図1D、参照)。
第二改質材200の拡散浸透によって、主相10の表層部近傍に存在する軽希土類元素の一部が粒界相50に排出される。そして、粒界相50を通じて拡散浸透した第二改質材200の融液中のNd及び/又はPrの一部が主相10の表層部近傍に取り込まれ、第一シェル部30が形成される。第一改質材300が拡散浸透せず、第一シェル部30が形成されなかった部分は、コア部20として残存する。さらに、第一改質材300の拡散浸透によって、第一シェル部30の表層近傍に存在する軽希土類元素の一部並びにNd及び/又はPrの一部が粒界相50に排出され、粒界相50を通じて拡散浸透した第一改質材300の融液中の重希土類元素の一部が第一シェル部30の表層部近傍に取り込まれ、第二シェル部40が形成される。第一シェル部30は、このような置換によって形成されるため、第一シェル部30の結晶構造はRFe14B型が維持される。このようなことから、第二改質材200及び第一改質材300の拡散浸透後、コア部20においてよりも、第一シェル部30において、Nd/Prの存在割合が高い。すなわち、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、コア部20におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計よりも高い。
第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の1.2倍以上であれば、コア部20と第一シェル部30との区別を実質的に区別できる。また、第一改質材300によって重希土類元素を拡散浸透したとき、第一シェル部30の表層部近傍でNd及び/又はPrと重希土類元素が置換して、第二シェル部40を形成することができる。このような観点からは、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計は、コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の1.4倍以上、1.6倍以上、又は1.8倍以上であってもよい。一方、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の3.0倍以下であれば、必要以上の余分な第一改質材300を拡散浸透することが回避される。この観点からは、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計は、コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の2.8倍以下、2.6倍以下、2.4倍以下、2.2倍以下、2.0倍以下であってよい。
コア部20及び第一シェル部30の組成については、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20と第一シェル部30を分離して観察することが容易ではないためである。
第一シェル部の厚さは、第一シェル部の組成等との関係で適宜決定すればよく、特に制限はない。第一シェル部の厚さとしては、例えば、30nm以上、50nm以上、100nm以上、150nm以上、200nm以上、250nm以上、300nm以上、350nm以上、又は400nm以上であってよく、1000nm以下、900nm以下、800nm以下、700nm以下、600nm以下、又は500nm以下であってよい。
第一シェル部の厚さとは、コア部の外周と第一シェル部の外周との離間距離を意味する。第一シェル部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。
〈第二シェル部〉
図2に示したように、第二シェル部40は、第一シェル部30の周囲に存在する。
第二シェル部40は、第一シェル部30が形成された第一希土類磁石前駆体150に、第一改質材300を拡散浸透して形成される(図1C及び図1D、参照)。第一改質材300を拡散浸透するとき、第一シェル部30の表層近傍に存在する軽希土類元素の一部並びにNd及び/又はPrの一部が粒界相50に排出される。そして、粒界相50を通じて拡散浸透した第一改質材300の融液中の重希土類元素の一部が第一シェル部30の表層部近傍に取り込まれ、第二シェル部40が形成される。第二シェル部40は、このような置換によって形成されるため、第二シェル部40の結晶構造はRFe14B型が維持される。これにより、第一シェル部30においてよりも、第二シェル部40において、Nd/Prの存在割合が低くなる。すなわち、第二シェル部40におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計よりも低くなる。そして、第二シェル部40は、重希土類元素、すなわち、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を含有する。第二シェル部40全体に対する、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素の合計含有割合は、モル比で、0.15以上、0.20以上、0.22以上、又は0.25以上であってよく、0.45以下、0.40以下、0.34以下、0.32以下、又は0.30以下であってよい。
コア部20及び第一シェル部30は、原材料等から不可避的に混入する場合等を除き、実質的に、Gd、Tb、Dy、及びHoをほとんど含有していない。このことから、第二シェル部30におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計は、コア部20におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計よりも高くなっている。また、第二シェル部40におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計は、第一シェル部30におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計よりも高くなっている、これらのことから、第二シェル部40におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計は、コア部30におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計の2.0倍以上である。また、第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計は、前記第一シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計の2.0倍以上である。なお、倍率の上限について定めていないのは、上述したように、コア部20及び第一シェル部30は、原材料等から不可避的に混入する場合等を除き、実質的に、Gd、Tb、Dy、及びHoをほとんど含有していない。そのため、倍率は無限大となるためである。
第一改質材300の拡散浸透量が多いと、粒界相50におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計は、第二シェル部40におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計よりも高くなる。しかし、粒界相50で、Gd、Tb、Dy、及びHoが高くても、異方性磁界及び残留磁化向上への寄与が低い。また、Gd、Tb、Dy、及びHoは重希土類元素に属し希少性が高いため、第一改質材300の拡散浸透量は必要最小限にすることが好ましい。このことから、第二シェル部30におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計は、粒界相50におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計よりも低くなっていることが好ましい。第二シェル部40におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計は、粒界相50におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計の1.5倍以上、2.0倍以上、2.2倍以上、2.5倍以上、3.0倍以上、3.5倍以上、又は4.0倍以上であってよく、8.0倍以下、6.0倍以下、又は5.0倍以下であってよい。
第二シェル部40におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の0.5倍以上であれば、第一改質材300の拡散浸透時に、第一シェル部30の全域が重希土類元素で置換されない。第一シェル部30の全域が重希土類元素で置換されてしまうと、第一希土類磁石前駆体150の表層部(第一改質材300との接触面)近傍の第一シェル部30のみが重希土類元素で置換される。その結果、第一改質材300の拡散浸透後の希土類磁石の内部に重希土類元素が行き渡らなくなり、希土類磁石全体の保磁力向上を妨げる。この観点からは、第二シェル部40におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計は、0.6倍以上又は0.7倍以上であってもよい。
一方、第二シェル部40におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の0.9倍以下であれば、第一シェル部30のNd/Prを適切に重希土類元素で置換して第二シェル部40を形成できる。この観点からは、第二シェル部40におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、第一シェル部30におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計は0.8倍以下であってもよい。
第一シェル部30及び第二シェル部40の組成については、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、第一シェル部30及び第二シェル部40を分離して観察することが容易ではないためである。
第二シェル部の厚さは、第二シェル部の組成等との関係で適宜決定すればよく、特に制限はない。第二シェル部の厚さとしては、例えば、30nm以上、50nm以上、100nm以上、150nm以上、200nm以上、250nm以上、又は300nm以上であってよく、800nm以下、700nm以下、600nm以下、又は500nm以下であってよい。
第二シェル部の厚さとは、第一シェルの外周と第二シェル部の外周との離間距離を意味する。第二シェル部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。
〈粒界相〉
図2に示したように、本開示の希土類磁石500は、主相10と、主相10の周囲に存在する粒界相50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磁性相(RFe14B相)を含む。一方、粒界相50は、RFe14B型以外の結晶構造を有する相をはじめ、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、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相のことを意味する。
粒界相50は、結晶構造が明瞭ではないものの、その組成は、粒界相50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50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50においては、三重点として、R1.1Fe相を有していてもよい。三重点は、第二希土類磁石前駆体100の製造時の最終凝固部に相当する。R1.1Fe相は、本開示の希土類磁石500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、R1.1Fe相は、第一改質材300及び/又は第二改質材200中にFeを含有させ、R1.1Fe相をRFe14B相に変化させて、主相10の一部としておくことが好ましい。
《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。
本開示の希土類磁石の製造方法は、第一希土類磁石前駆体準備工程、第一改質材準備工程、及び第一改質材拡散浸透工程を含む。また、第一希土類磁石前駆体の製造方法としては、次の二態様が考えられる。第一態様は、第二希土類磁石前駆体準備工程、第二改質材準備工程、及び第二改質材拡散浸透工程を含む製造方法である。第二態様は、第二希土類磁石前駆体粉末準備工程、第二改質材粉末準備工程、及び混合焼結工程を含む製造方法である。以下、第一希土類磁石前駆体準備工程、第一改質材準備工程、及び第一改質材拡散浸透工程それぞれについて説明した後、第一希土類磁石前駆体の製造方法の二態様について説明する。なお、第一態様の一部の事項については、特許文献2を参照することができる。また、第二態様は、所謂「二合金法」を適用したものである。
〈第一希土類磁石前駆体の準備〉
図1Bに示したように、モル比での全体組成が、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co ・(R (1-p) で表される第一希土類磁石前駆体150を準備する。第一希土類磁石前駆体150の全体組成を表す式において、R、R、R、Fe、Co、B、M、及びM並びにx、y、z、w、v、p、及びqについては、「《希土類磁石》」で説明したとおりである。
図1Bに示したように、第一希土類磁石前駆体150は、主相10と、主相10の周囲に存在する粒界相50を備えている。また、主相10は、コア部20と、コア部20の周囲に存在する第一シェル部30を備えている。主相10、コア部20、及び第一シェル部30の組成及び結晶構造については、「《希土類磁石》」で説明したとおりである。
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。)では、第一希土類磁石前駆体150の主相10が粗大化しない程度の温度で、第一改質材300を第一希土類磁石前駆体150の内部に拡散浸透して、第二シェル部40を形成する。このことから、第一希土類磁石前駆体150の主相10の平均粒径と、本開示の希土類磁石500の主相10の平均粒径は、実質的に同じ範囲の大きさである。第一希土類磁石前駆体150の主相10の平均粒径並びに第二シェル部40の組成及び結晶構造については、「《希土類磁石》」で説明したとおりである。
〈第一改質材の準備〉
図1Cに示したように、モル比での式R (1-s) で表される組成を有する第一改質材300を準備する。第一改質材300の組成を表す式において、R及びM並びにsについては、「《希土類磁石》」で説明したとおりである。
第一改質材300の準備方法としては、例えば、第一改質材300の組成を有する溶湯から、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。この方法では、溶湯が急冷されるため、第一改質材300中に偏析が少ない。また、第一改質材300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第一改質材300を得られる。第一改質材300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、第一改質材300の準備方法としては、容器に第一改質材300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、比較的容易に第一改質材を得ることができる。第一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。
〈第一改質材の拡散浸透〉
図1Cに示したように、第一希土類磁石前駆体150に第一改質材300を接触させ、両者を加熱する。拡散浸透温度は、第一希土類磁石前駆体150の内部に、第一改質材300を拡散浸透することができる温度であれば、特に制限はない。第一改質材300を拡散浸透できるとは、主相10(コア部20及び第一シェル部30)が破損されず、かつ、第二シェル部40が形成可能な温度を意味する。
第一改質材の拡散浸透温度としては、第一希土類磁石前駆体の主相の大きさがマイクロメートルレベルである場合には、典型的には、750℃以上、775℃以上、又は800℃以上であってよく、1000℃以下、950℃以下、925℃以下、又は900℃以下であってよい。なお、マイクロメートルレベルであるとは、主相の平均粒径が1~20μmであることを意味する。
第一改質材の拡散浸透温度としては、第一希土類磁石前駆体の主相がナノ結晶化されている場合には、典型的には、600℃以上、650℃以上、又は675℃以上であってよく、750℃以下、725℃以下、又は700℃以下であってよい。なお、ナノ結晶化されているとは、主相の平均粒径が、0.1~1.0μm、特に、0.1~0.9μmであることを意味する。
図1Cに示したように、第一希土類磁石前駆体150の主相10には、第一シェル部30が形成されている。そして、図1A及び図1Bに示したように、第二希土類磁石前駆体100に第二改質材200を拡散浸透して、第一シェル部30が形成される。図1C及び図1Dに示したように、第一希土類磁石前駆体150の内部に第一改質材300を拡散浸透して第二シェル部40を形成する際には、主相10の粗大化回避のための上述した温度範囲内で、さらに、第一シェル部30を破損しない温度で拡散浸透する。そのためには、第二改質材200の拡散浸透温度よりも、第一改質材300の拡散浸透温度を低くすることが好ましい。具体的には、第二改質材200の拡散浸透温度をM℃、第一改質材の拡散浸透温度をM℃としたとき、M-Mが、10℃以上、20℃以上、25℃以上、40℃以上、又は50℃以上であってよく、200℃以下、180℃以下、160℃以下、150℃以下、120℃以下、又は100℃以下であることが好ましい。
第一改質材300の拡散浸透に際しては、100モル部の第二希土類磁石前駆体100に対して、tモル部の第一改質材300を第一希土類磁石前駆体150に接触させる。tについては、「《希土類磁石》」で説明したとおりである。
第一改質材300を第一希土類磁石前駆体150の内部に拡散浸透した後、これを冷却して、本開示の希土類磁石500が得られる。第一改質材300の拡散浸透後の冷却速度は、特に制限されない。保磁力向上の観点からは、冷却速度は、例えば、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。生産性の観点からは、冷却速度は、例えば、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。
〈第一希土類磁石前駆体の製造方法〉
次に、第一希土類磁石前駆体の製造方法について、第一態様及び第二態様に分けて説明する。
〈第一態様〉
第一希土類磁石前駆体の製造方法の第一態様は、第二希土類磁石前駆体の内部に第二改質材を拡散浸透して、第一希土類磁石前駆体を得る。第一希土類磁石前駆体の製造方法の第一態様は、第二希土類磁石前駆体準備工程、第二改質材準備工程、及び第二改質材拡散浸透工程を含む。以下、これらの工程それぞれについて説明する。
〈第二希土類磁石前駆体の準備〉
図1Aに示したように、モル比での全体組成が、式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co で表される第二希土類磁石前駆体100を準備する。第二希土類磁石前駆体100の全体組成を表す式において、R、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》」で説明したとおりである。
図1Aに示したように、第二希土類磁石前駆体100は、主相10と、主相10の周囲に存在する粒界相50を備える。第二希土類磁石前駆体100の主相10には、第二改質材200が拡散浸透していないため、第一シェル部30は形成されておらず、第二希土類磁石前駆体100の主相10は、コア部20と第一シェル部30に分かれていない。第二希土類磁石前駆体100の主相10は、RFe14B型の結晶構造を有する。
第一希土類磁石前駆体150は、第二希土類磁石前駆体100の主相10が粗大化しない程度の温度で、第二改質材200を第二希土類磁石前駆体100の内部に拡散浸透して、第一シェル部30を形成して得られる。このことから、第二希土類磁石前駆体100の主相10の平均粒径と、第一希土類磁石前駆体150の主相10の平均粒径は、実質的に同じ範囲の大きさである。第二希土類磁石前駆体100の主相10の平均粒径及び結晶構造については、「《希土類磁石》」で説明したとおりである。
第二希土類磁石前駆体は、希土類焼結磁石又はナノ結晶化希土類磁石の製造方法を用いて得ることができる。
希土類焼結磁石とは、一般的に、主相として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薄帯を得て、その磁性薄帯を粉砕した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。なお、本明細書において、特に断りのない限り、RFe14B相は、RFe14B型の結晶構造を有する磁性相を意味する。
これに対して、ナノ結晶化希土類磁石とは、一般的に、主相として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薄片を得て、その磁性薄片を低温加圧焼結(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。ナノ結晶化された主相を有する磁性薄片を、磁場中成形で異方性を付与することは困難であるため、低温加圧焼結で得た焼結体を熱間塑性加工して異方性を付与する。このような磁石を、熱間塑性加工希土類磁石という。
第二希土類磁石前駆体を得る方法について、希土類焼結磁石の製造方法を用いる場合と、ナノ結晶化希土類磁石の製造方法を用いる場合に分けて説明する。
〈希土類焼結磁石の製造方法を用いる場合〉
第二希土類磁石前駆体を、希土類焼結磁石の製造方法を用いて得る場合、例えば、次の方法が挙げられる。
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。このような磁性薄帯を得る冷却速度は、例えば、1~1000℃/sである。また、このような冷却速度で磁性薄帯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、第二希土類磁石前駆体の全体組成と基本的に同じであるが、第二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。磁場中で圧粉することにより、第二希土類磁石前駆体に異方性を付与することができ、その結果、本開示の希土類磁石に異方性を付与することができる。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、1.0T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第二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。
第二希土類磁石前駆体の主相に関しては、R及びRの合計含有割合y、Bの含有割合z、及び磁性薄帯の製造時の冷却速度等を適宜変化させることによって、第二希土類磁石前駆体に対する主相の体積率を制御できる。
第二希土類磁石前駆体において、主相の体積率が過剰になることによって、粒界相の体積率が過少にならない限りにおいて、主相の体積率は高い方がよい。第二希土類磁石前駆体の主相の体積率が高いと、本開示の希土類磁石の主相の体積率も高くなり、残留磁化の向上に寄与する。
一方、第二希土類磁石前駆体の主相の体積率が過剰になり、粒界相の体積率が過少になると、理論に拘束されないが、第二改質材が粒界相には拡散浸透し難くなり、第一シェル部の形成を阻害する。その結果、本開示の希土類磁石において、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、第二希土類磁石前駆体の主相の体積率は、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、第二希土類磁石前駆体の主相の体積率が過剰となることを防止する観点からは、第二希土類磁石前駆体の主相の体積率は、97.0%以下、96.5%以下、又は95.9%以下であってよい。
〈ナノ結晶化希土類磁石の製造方法を用いる場合〉
第二希土類磁石前駆体を、ナノ結晶化希土類磁石の製造方法を用いて得る場合、例えば、次の方法が挙げられる。
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0.1~1.0μm、好ましくは、0.1~0.9μmになる速度で冷却し、磁性薄帯を得る。このような磁性薄帯を得る冷却速度は、例えば、10~10℃/sである。また、このような冷却速度で磁性薄帯を得る方法としては、例えば、液体急冷法等が挙げられる。溶湯の組成は、第二希土類磁石前駆体の全体組成と基本的に同じであるが、第二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低温加圧焼結する。低温加圧焼結の前に、磁性薄帯を粗粉砕しておいてもよい。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。低温加圧焼結時の温度は、主相が粗大化しなければよく、例えば、550℃以上、600℃以上、又は630℃以上であってよく、750℃以下、700℃以下、又は670℃以下であってよい。低温加圧焼結時の圧力は、200MPa以上、300MPa以上、又は350MPa以上であってよく、600MPa以下、500MPa以下、又は450MPa以下であってよい。
上述のようにして得た成形体をそのまま第二希土類磁石前駆体としてもよいし、成形体を熱間塑性加工して、第二希土類磁石前駆体に異方性を付与してもよい。このようにすることで、本開示の希土類磁石に異方性を付与することができる。熱間塑性加工時の温度は、主相が粗大化しなければよく、例えば、650℃以上、700℃以上、又は720℃以上であってよく、850℃以下、800℃以下、又は770℃以下であってよい。また、熱間塑性加工時の圧力は、例えば、200MPa以上、300MPa以上、500MPa以上、700MPa以上、又は900MPa以上であってよく、3000MPa以下、2500MPa以下、2000MPa以下、1500MPa以下、又は1000MPa以下であってよい。圧下率は、10%以上、30%以上、50%以上、60%以上であってよく、75%以下、70%以下、又は65%以下であってよい。熱間塑性加工時の歪速度は、0.01/s以上、0.1/s以上、1.0/s以上、又は3.0/s以上であってよく、15.0/s以下、10.0/s以下、又は5.0/s以下であってよい。
第二希土類磁石前駆体に対する主相の体積率の制御については、希土類焼結磁石の製造方法を用いる場合と同様である。
〈第二改質材の準備〉
図1Aに示したように、モル比での式R (1-p) で表される組成を有する第二改質材200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》」で説明したとおりである。
第二改質材200の準備方法としては、例えば、第二改質材200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、第二改質材200中に偏析が少ない。また、第二改質材200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第二改質材200を得られる。第二改質材200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、第二改質材200の準備方法としては、容器に第二改質材200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、比較的容易に第二改質材を得ることができる。第二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。
〈第二改質材の拡散浸透〉
第二改質材200の拡散浸透温度は、第二希土類磁石前駆体100の内部に、第二改質材200を拡散浸透することができる温度であれば、特に制限はない。第二改質材200を拡散浸透できるとは、主相10が粗大化等により結晶構造が破壊されず、第一シェル部30が形成可能な温度を意味する。
第二改質材200の拡散浸透温度としては、第二希土類磁石前駆体100の主相10の大きさがマイクロメートルレベルである場合には、典型的には、750℃以上、775℃以上、又は800℃以上であってよく、1000℃以下、950℃以下、925℃以下、又は900℃以下であってよい。なお、マイクロメートルレベルであるとは、主相10の平均粒径が1~20μmであることを意味する。
第二改質材200の拡散浸透温度としては、第二希土類磁石前駆体100の主相10がナノ結晶化されている場合には、典型的には、600℃以上、650℃以上、又は675℃以上であってよく、750℃以下、725℃以下、又は700℃以下であってよい。なお、ナノ結晶化されているとは、主相10の平均粒径が、0.1~1.0μm、好ましくは、0.1~0.9μmであることを意味する。
第二改質材200の拡散浸透に際しては、100モル部の第二希土類磁石前駆体100に対して、qモル部の第二改質材200を第二希土類磁石前駆体100に接触させ、加熱する。qについては、「《希土類磁石》」で説明したとおりである。
第二改質材200を第二希土類磁石前駆体100に拡散浸透した後、これを冷却して、第一希土類磁石前駆体150が得られる。第二改質材200の拡散浸透後の冷却速度は、特に制限されない。保磁力向上の観点からは、冷却速度は、例えば、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。生産性の観点からは、冷却速度は、例えば、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。
〈第二態様〉
第一希土類磁石前駆体の製造方法の第二態様は、第二希土類磁石前駆体粉末と第二改質材粉末を混合し、その混合粉末を焼結して第一希土類磁石前駆体を得る。第一希土類前駆体の製造方法の第二態様は、第二希土類磁石前駆体粉末準備工程、第二改質材粉末準備工程、及び混合焼結工程を含む。以下、これらの工程それぞれについて説明する。
〈第二希土類磁石前駆体粉末の準備〉
モル比での式(R (1-x) Fe(100-y-w-z-v)Co で表される組成を有する溶湯を、主相(RFe14B相)の平均粒径が0.1~20μmになる速度で冷却し、磁性薄帯を得る。この磁性薄帯を粉砕して磁性粉末を得る。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。
溶湯の組成を表す式において、R、R、R、Fe、Co、B、M並びにx、y、z、w、及びvは「《希土類磁石》」で説明したとおりである。溶湯の組成は、第二希土類磁石前駆体粉末の全体組成と基本的に同じであるが、第二希土類磁石前駆体粉末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。
平均粒径が1~20μmの主相を有する磁性薄帯を得る冷却速度は、例えば、1~1000℃/sである。また、このような冷却速度で磁性薄帯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。平均粒径が0.1~1.0μm、好ましくは、0.1~0.9μmの主相を有する磁性薄帯を得る冷却速度は、例えば、10~10℃/sである。このような冷却速度で磁性薄帯を得る方法としては、例えば、液体急冷法等が挙げられる。
〈第二改質材粉末の準備〉
モル比での式R (1-p) で表される組成を有する第二改質材粉末を準備する。改質材粉末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》」で説明したとおりである。
第二改質材粉末の準備方法としては、例えば、第二改質材粉末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て、その薄帯を粉砕する方法が挙げられる。この方法では、溶湯が急冷されるため、第二改質材粉末中に偏析が少ない。また、第二改質材粉末の準備方法としては、例えば、ブックモールド等の鋳型に、第二改質材粉末の組成を有する溶湯を鋳造し、その鋳造材を粉砕する方法が挙げられる。この方法では、比較的簡便に多量の第二改質材粉末を得られる。第二改質材粉末中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、第二改質材粉末の準備方法としては、容器に第二改質材粉末の原材料を装入し、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て、その鋳塊を粉砕す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、比較的容易に第二改質材粉末を得ることができる。第二改質材粉末の偏析を少なくする観点から、鋳塊を予め均一化熱処理しておくことが好ましい。
〈混合焼結〉
第二希土類磁石前駆体粉末及び第二改質材粉末を混合し、焼結する。混合後、焼結前に、第二希土類磁石前駆体粉末と第二改質材粉末の混合粉末を圧粉しておいてもよい。
第二希土類磁石前駆体粉末中の主相の平均粒径が1~20μmの場合には、圧粉は磁場中で行ってもよい。磁場中で圧粉することにより、圧粉体に異方性を付与することができ、その結果、本開示の希土類磁石に異方性を付与することができる。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、1.0T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。
上述のようにして得た圧粉体を無加圧焼結して第一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。
このようにして無加圧焼結すると、単に焼結体が得られるだけでなく、第二希土類磁石前駆体粉末中の粒界相を通じて、第二改質材が拡散浸透する。そして、主相の表層部近傍に存在する軽希土類元素が、第二改質材のNd及び又はPrで置換され、コア部と第一シェル部を形成して、第一希土類磁石前駆体が得られる。
第二希土類磁石前駆体粉末中の主相の平均粒径が0.1~1.0μm、好ましくは0.1~0.9μmである場合には、例えば、主相が粗大化しない条件で低温加圧焼結する。低温加圧焼結時の温度は、例えば、550℃以上、600℃以上、又は630℃以上であってよく、750℃以下、700℃以下、又は670℃以下であってよい。低温加圧焼結時の圧力は、200MPa以上、300MPa以上、又は350MPa以上であってよく、600MPa以下、500MPa以下、又は450MPa以下であってよい。
上述のようにして得た焼結体をそのまま第二希土類磁石前駆体としてもよいし、焼結体を熱間塑性加工して、第二希土類磁石前駆体に異方性を付与してもよい。このようにすることで、本開示の希土類磁石に異方性を付与することができる。熱間塑性加工時の温度は、主相が粗大化しなければよく、例えば、650℃以上、700℃以上、又は720℃以上であってよく、850℃以下、800℃以下、又は770℃以下であってよい。また、熱間塑性加工時の圧力は、例えば、200MPa以上、300MPa以上、500MPa以上、700MPa以上、又は900MPa以上であってよく、3000MPa以下、2500MPa以下、2000MPa以下、1500MPa以下、又は1000MPa以下であってよい。圧下率は、10%以上、30%以上、50%以上、60%以上であってよく、75%以下、70%以下、又は65%以下であってよい。熱間塑性加工時の歪速度は、0.01/s以上、0.1/s以上、1.0/s以上、又は3.0/s以上であってよく、15.0/s以下、10.0/s以下、又は5.0/s以下であってよい。
第二希土類磁石前駆体に対する主相の体積率の制御については、二合金法を用いる場合(第二態様)でも、希土類焼結磁石の製造方法を用いる場合(第一態様)と同様である。
〈変形〉
これまで説明してきたこと以外でも、本開示の希土類磁石及びその製造方法は、特許請求の範囲に記載した内容の範囲内で種々の変形を加えることができる。例えば、第一希土類磁石前駆体に第一改質材を拡散した後に、さらに、熱処理して、本開示の希土類磁石としてもよい。理論に拘束されないが、この熱処理により、主相の組織が変質することなく(溶融することなく)、第一改質材を拡散浸透させた後の粒界相の一部が溶融し、その溶融物が凝固し、その凝固物が主相を均一に被覆して、保磁力の向上に寄与することが考えられる。
上述の保磁力向上効果を享受するには、熱処理温度は、400℃以上が好ましく、425℃以上がより好ましく、450℃以上がより一層好ましい。一方、主相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。
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。
《試料の準備》
次の手順で、実施例1~5及び比較例1~5の試料を準備した。
〈実施例1の試料の準備〉
第二希土類磁石前駆体として、モル比での全体組成がNd6.6Ce4.9La1.6Febal6.0Cu0.1Ga0.3で表される希土類焼結磁石を準備した。第二希土類磁石前駆体には、磁場中成形で異方性が付与されていた。第二希土類磁石前駆体に、Nd0.9Cu0.1合金を含有する第二改質材を950℃で拡散浸透して、第一希土類磁石前駆体を得た。100モル部の第二希土類磁石前駆体に対して、4.7モル部の第二改質材を拡散浸透した。第一希土類磁石前駆体にTb0.82Ga0.15合金を含有する第一改質材を900℃で拡散浸透して、実施例1の試料を得た。100モル部の第二希土類磁石前駆体に対して、1.5モル部の第一改質材を拡散浸透した。
〈実施例2の試料の準備〉
第二希土類磁石前駆体粉末として、モル比での全体組成がNd6.6Ce4.9La1.6Febal6.0Cu0.1Ga0.3で表される磁性粉末を準備した。また、Nd0.9Cu0.1合金を含有する第二改質材粉末を準備した。第二希土類磁石前駆体粉末と第二改質材粉末を混合して混合粉末を得た。100モル部の第二希土類磁石前駆体粉末に対して、4.7モル部の第二改質材粉末を混合した。この混合粉末を磁場中成形し、1050℃で焼結して、第一希土類磁石前駆体を得た。そして、第一希土類磁石前駆体にTb0.82Ga0.15合金を含有する第一改質材を900℃で拡散浸透して、実施例2の試料を得た。100モル部の第二希土類磁石前駆体に対して、1.5モル部の第一改質材を拡散浸透した。
〈実施例3の試料の準備〉
第二希土類磁石前駆体として、モル比での全体組成がNd6.6Ce4.9La1.6Febal6.0Cu0.1Ga0.3で表される熱間塑性加工希土類磁石を準備した。Nd0.7Cu0.3合金を含有する第二改質材を700℃で拡散浸透して、第一希土類磁石前駆体を得た。100モル部の第二希土類磁石前駆体に対して、5.5モル部の第二改質材を拡散浸透した。そして、第一希土類磁石前駆体にNd0.6Tb0.2Ga0.2合金を含有する第一改質材を675℃で拡散浸透して、実施例3の試料を得た。100モル部の第二希土類磁石前駆体に対して、1.5モル部の第一改質材を拡散浸透した。
〈比較例1の試料の準備〉
第二希土類磁石前駆体に第二改質材を拡散浸透せず、第二希土類磁石前駆体に第一改質材を拡散浸透したこと以外、実施例1と同様に比較例1の試料を準備した。
〈比較例2の試料の準備〉
第二希土類磁石前駆体に第二改質材を拡散浸透せず、第二希土類磁石前駆体に第一改質材を拡散浸透したこと以外、実施例3と同様に比較例2の試料を準備した。
〈比較例3の試料の準備〉
第二希土類磁石前駆体として希土類焼結磁石を準備し、第二希土類磁石前駆体に第二改質材を拡散浸透した後、第一改質材を拡散浸透しなかったこと以外、実施例2と同様に比較例3の試料を準備した。
〈比較例4の試料の準備〉
第一改質材を拡散浸透しなかったこと以外、実施例3と同様に比較例4の試料を準備した。
〈実施例4の試料の準備〉
第一改質材の拡散浸透温度が850℃であること以外、実施例1と同様に実施例4の試料を準備した。
〈実施例5の試料の準備〉
第一改質材の拡散浸透温度が800℃であること以外、実施例1と同様に実施例5の試料を準備した。
〈比較例5の試料の準備〉
第一改質材の拡散浸透温度が950℃であること以外、実施例1と同様に比較例5の試料を準備した。
《評価》
振動試料型磁力計(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)を用いて、各試料の磁気特性を300K及び453Kで測定した。また、各試料について、STEM-EDX(Scanning Transmission Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectroscope)を用いて、コア部、第一シェル部、及び第二シェル部の組成分析を行った。実施例1の試料については、STEM-EDXを用いて組織観察及び成分分析を行った。比較例1の試料については、SEM-EDX(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectroscope)を用いて、成分分析(面分析)を行った。また、各試料について、主相の平均粒径を「《希土類磁石》」で説明した方法で求めた。
結果を表1-1及び表1-2に示す。図3Aは、実施例1の試料について、STEM-EDXを用いて組織観察した結果を示す図である。図3Bは、図3Aで示した部位について、STEM-EDXを用いて、Tbを面分析した結果を示す図である。図3Cは、図3Aで示した部位について、STEM-EDXを用いて、Ceを面分析した結果を示す図である。図3Dは、図3Aで示した部位について、STEM-EDXを用いて、Laを面分析した結果を示す図である。図3Eは、図3Aで示した部位について、STEM-EDXを用いて、Ndを面分析した結果を示す図である。図4Aは、実施例1の試料について、コア部の〈110〉入射方向の結晶構造を示す高分解能STEM像である。図4Bは、実施例1の試料について、第一シェル部の〈110〉入射方向の結晶構造を示す高分解能STEM像である。図4Cは、実施例1の試料について、第二シェル部の〈110〉入射方向の結晶構造を示す高分解能STEM像である。図5は、実施例1の試料について、STEM-EDXを用いて、図3Eに示した矢印の方向に線分析した結果を示す図である。図6Aは、比較例1の試料について、SEM-EDXを用いて組織観察した結果を示す図である。図6Bは、図6Aで示した部位について、SEM-EDXを用いて、Tbを面分析した結果を示す図である。図6Cは、図6A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6Dは、図6A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。なお、面分析結果については、該当する元素の濃度が高い部位が、明視野で示されている。
Figure 0007298533000001
Figure 0007298533000002
表1-1及び表1-2から、第一シェル部及び第二シェル部を備える実施例1~5の試料は、比磁力が向上していることが理解できる。また、図3A~図3Eから、実施例1の試料について、コア部においてよりも、第一シェル部において、Ndの存在割合が高くなっており、第一シェル部においてよりも、第二シェル部において、Ndの存在割合が低くなっており、そして、第二シェル部にはTbが存在していることが理解できた。図5からも同様のことが理解できる。また、図4A~図4Cから、実施例1の試料について、コア部、第一シェル部、及び第二シェル部のいずれも同様の結晶格子パターンが認められることから、コア部、第一シェル部、第二シェル部のいずれも、RFe14B型の結晶構造を有することが理解できる。図6A~図6Dは、第一シェル相を形成せずに、画面下側からTb0.82Ga0.12合金を含有した改質材を拡散浸透した後の試料(比較例1)の面分析した結果を示す図であり、画面下側のみにTbが高濃度で存在しており、希土類磁石の内部にまでTbが行き渡っていないことを理解できる。
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
20 コア部
30 第一シェル部
40 第二シェル部
50 粒界相
70 粗大化主相
100 非コア/シェル希土類磁石前駆体(第二希土類磁石前駆体)
150 コア/シェル希土類磁石前駆体(第一希土類磁石前駆体)
200 中希土類元素改質材(第二改質材)
300 重希土類元素改質材(第一改質材)
500 本開示の希土類磁石

Claims (10)

  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) ・(R (1-s) (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及びPrからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、Rは、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を少なくとも含む希土類元素であり、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金属元素及び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、
    0.1≦q≦15.0、
    0.05≦s≦0.40、及び
    0.1≦t≦5.0
    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。)の結晶構造を有しており、
    前記主相の平均粒径が、0.1~20μmであり、
    前記主相が、コア部、前記コア部の周囲の存在する第一シェル部、及び前記第一シェル部の周囲に存在する第二シェル部を備えており、
    前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計よりも高くなっており、
    前記第二シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計よりも低くなっており、
    前記第二シェル部が、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を含有し、
    前記第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計よりも高くなっており、かつ、
    前記第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計が、前記第一シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計よりも高くなっている、
    希土類磁石。
  2. 前記xが0.5≦x≦1.0である、請求項1に記載の希土類磁石。
  3. 前記Rが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、前記R及び前記RがNdであり、かつ、前記RがTb及びNdからなる群より選ばれる一種以上の元素である、請求項1又は2に記載の希土類磁石。
  4. 前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の1.2~3.0倍であり、
    前記第二シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計の0.5~0.9倍であり、
    前記第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計の2.0倍以上であり、かつ、
    前記第二シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計が、前記第一シェル部におけるGd、Tb、Dy、及びHoそれぞれのモル比の合計の2.0倍以上である、
    請求項1~3のいずれか一項に記載の希土類磁石。
  5. 請求項1に記載の希土類磁石の製造方法であって、
    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及びPr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。)の結晶構造を有しており、前記主相の平均粒径が0.1~20μmであり、前記主相が、コア部と、前記コア部の周囲に存在する第一シェル部を備えており、かつ、前記第一シェル部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計が、前記コア部におけるNd及びPrそれぞれのモル比の合計よりも高くなっている第一希土類磁石前駆体を準備すること、
    モル比での式R (1-s) (ただし、Rは、Gd、Tb、Dy、及びHoからなる群より選ばれる一種以上の元素を少なくとも含む希土類元素であり、Mは、Rと合金化する希土類元素以外の金属元素及び不可避的不純物元素であり、かつ、0.05≦s≦0.40である。)で表される組成を有する第一改質材を準備すること、及び、
    前記第一希土類磁石前駆体に前記第一改質材を拡散浸透させること、
    を含む、希土類磁石の製造方法。
  6. 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及びPr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。)の結晶構造を有しており、前記主相の平均粒径が、0.1~20μmである第二希土類磁石前駆体を準備すること、
    モル比での式R (1-p) (ただし、Rは、Nd及びPr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第二改質材を準備すること、及び、
    前記第二希土類磁石前駆体に前記第二改質材を拡散浸透して、前記第一希土類磁石前駆体を得ること、
    を含む、請求項5に記載の希土類磁石の製造方法。
  7. 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及びPr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。)の結晶構造を有しており、前記主相の平均粒径が、0.1~20μmである第二希土類磁石前駆体粉末を準備すること、
    モル比での式R (1-p) (ただし、Rは、Nd及びPr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第二改質材粉末を準備すること、及び
    前記第二希土類磁石前駆体粉末及び前記第二改質材粉末を混合し、焼結して、前記第一希土類磁石前駆体を得ること、
    を含む、請求項5に記載の希土類磁石の製造方法。
  8. 前記第一改質材の拡散浸透温度が、前記第二改質材又は前記第二改質材粉末の拡散浸透温度よりも低い、請求項6又は7に記載の希土類磁石の製造方法。
  9. 前記xが0.5≦x≦1.0である、請求項5~8のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
  10. 前記Rが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、前記R及び前記RがNdであり、かつ、前記RがTb及びNdからなる群より選ばれる一種以上の元素である、請求項5~9のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
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