JP7439609B2

JP7439609B2 - Ｒ－ｔ－ｂ系焼結磁石の製造方法

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Publication number: JP7439609B2
Application number: JP2020055646A
Authority: JP
Inventors: 直之岡本
Original assignee: Proterial Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP2021155780A

Description

本開示は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法に関する。

Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ型化合物を主相とするＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素、ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏ）は、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、電気自動車用（ＥＶ、ＨＶ、ＰＨＶなど）モータ、産業機器用モータなどの各種モータや家電製品等に使用されている。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、主としてＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ型化合物からなる主相と、この主相の粒界部分に位置する粒界相とから構成されている。主相であるＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ型化合物は高い飽和磁化と異方性磁界を持つ強磁性材料であり、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の特性の根幹をなしている。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、高温で固有保磁力Ｈ_ｃＪ（以下、単に「Ｈ_ｃＪ」という）が低下するため、不可逆熱減磁が起こる。不可逆熱減磁を回避するため、モータ用等に使用する場合、高温下でも高いＨ_ｃＪを維持することが要求されている。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石において、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ型化合物相中のＲの一部を重希土類元素ＲＨ（Ｄｙ、Ｔｂ等）で置換すると、Ｈ_ｃＪが向上することが知られている。高温で高いＨ_ｃＪを得るためには、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石中に重希土類元素ＲＨを多く添加することが有効である。しかし、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石において、Ｒとして軽希土類元素ＲＬ（Ｎｄ、Ｐｒ）を重希土類元素ＲＨで置換すると、Ｈ_ｃＪが向上する一方、残留磁束密度Ｂ_ｒ（以下、単に「Ｂ_ｒ」という）が低下してしまうという問題がある。また、重希土類元素ＲＨは希少資源である。これらの理由により重希土類元素ＲＨの使用量を削減することが求められている。

そこで、近年、より少ない重希土類元素ＲＨによってＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石のＨ_ｃＪを向上させるために、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石表面にＴｂ、Ｄｙ等の重希土類元素ＲＨを供給し、粒界相を介して、重希土類元素ＲＨを磁石表面から磁石内部に拡散させることが提案されている。これにより、主相外殻部（粒界近傍）に重希土類元素ＲＨを多く分布させることができる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石のＨ_ｃＪ発生機構は核生成型（ニュークリエーション型）であるため、主相外殻部（粒界近傍）に重希土類元素ＲＨの薄いシェル層を分布させることにより、結晶粒全体の結晶磁気異方性が高められて、逆磁区の核生成が妨げられる結果、Ｈ_ｃＪが向上する。また、主相外殻部（粒界近傍）に重希土類元素ＲＨの薄いシェル層（ＲＨ濃化層）を分布させることにより、Ｂ_ｒの低下を抑制することができる。

特許文献１には、ＤｙおよびＴｂ等を含有する粉末をＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面に存在させた状態で焼結温度よりも低い温度で加熱することにより、この粉末からＤｙおよびＴｂ等を焼結磁石素材の内部に拡散させる方法が記載されている。

特開２００８－１４７６３４号公報

ＤｙおよびＴｂ等を含有する粉末をＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面に存在させた状態で熱処理を行う拡散工程は、例えば、複数のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を搭載した支持板を拡散用熱処理炉内に搬送し、支持板ごとＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を加熱することによって実行され得る。このため、支持板は、拡散に必要な熱処理の温度（例えば８００℃）に耐える材料から形成される。具体的には、支持板の材料としては、モリブデンおよびステンレス鋼が使用されている。また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と支持板との間には、両者の直接的な接触を避けるため、アルミナ粉末などの「敷き粉」が散布されている。拡散のための熱処理中にＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と支持板とが接触していると、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材またはＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に付着した粉末の一部が支持板に溶着し、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を支持板から持ち上げるときにＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材が破損する可能性がある。敷き粉は、このような溶着を抑制または防止する機能を果たすため、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造歩留まりを向上させ得る。

しかし、本発明者の検討によると、支持板上に散布した敷き粉の一部が製造工程の途中に空気中に浮遊したり、製造装置および搬送装置などの各種装置に付着したりして、コンタミネーションの発生要因となり得ることがわかった。特に工場施設内の各種装置には多様なセンサが取り付けられているため、敷き粉がセンサのセンシング部に付着すると、装置の誤動作の原因となり、装置の稼働率が低下する恐れもある。このためには、敷き粉を用いることなくＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と支持板との溶着を抑制することが可能な支持板の開発が求められる。

本開示の実施形態は、上記の課題を解決することが可能な支持板を用いるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法を提供する。

本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法は、実施形態において、軽希土類元素ＲＬ（ＲＬはＮｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択された少なくとも１種）を主たる希土類元素Ｒとして含有するＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ型化合物結晶粒を主相として有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏ）を用意する工程と、重希土類元素ＲＨ（ＲＨはＴｂ、ＤｙおよびＨｏからなる群から選択された少なくとも１種）を含む合金の粉末を含む拡散源粉末を用意する工程と、前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の少なくとも上面および下面に前記拡散源粉末を接触させる工程と、前記拡散源粉末が接触した状態のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を支持板上に載置する工程と、前記支持板上に載置されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に対して、４５０℃以上、かつ前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の焼結温度以下の温度で１時間以上加熱する熱処理をして、前記拡散源粉末に含まれる重希土類元素ＲＨを前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面から内部に拡散させる拡散工程とを含み、前記支持板は、少なくとも上面側に、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の層を備える。

ある実施形態において、前記支持板の前記上面は、最大高さＳｚが２０μｍ以上１００μｍ以下である。

ある実施形態において、前記上面には前記Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の酸化物層が存在している。

ある実施形態において、前記支持板の前記上面から下面までの領域は、前記Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金で構成されており、前記支持板の厚さは、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

ある実施形態において、前記Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金は、Ｆｅを６０原子％以上、Ｃｒを１５原子％以上３０原子％以下、Ａｌを２原子％以上１０原子％以下含む。

ある実施形態において、前記重希土類元素ＲＨを含む合金は、ＲＨ－Ｍ合金粉末（ＭはＮｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＡｌからなる群から選択された少なくとも１種）である。

本開示によれば、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に対する溶着が抑制される支持板を用いるため、敷き粉を用いる必要がなくなり、工場内における各種装置の動作に支障をきたすことなく、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を製造することが実現し得る。

図１は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を載せたＭｏ製支持板を模式的に示す斜視図である。図２は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材とＭｏ製支持板との間に存在する敷き粉を示す断面図である。図３は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材をＭｏ製支持板から持ち上げた状態を模式的に示す断面図である。図４は、本実施形態におけるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法の工程を示すフローチャートである。図５は、本実施形態における支持板の一部を模式的に示す断面図である。図６Ａは、本実施形態においてＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を載せた支持板を模式的に示す斜視図である。図６Ｂは、本実施形態において支持板を積層するための支持枠を模式的に示す斜視図である。図７は、本実施形態においてＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を載せた支持板および支持枠を積層した状態を模式的に示す斜視図である。

まず、図１から図３を参照して、アルミナ粉末などの「敷き粉」が散布されたＭｏ製支持板を使用することによって生じる課題を説明する。

図１は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を載せたＭｏ製支持板２０を模式的に示す斜視図である。図２は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０とＭｏ製支持板２０との間に存在する敷き粉４０を示す断面図である。

図２に示されるように、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面には拡散源粉末３０が付着している。拡散工程では、拡散のための熱処理炉の中で例えば４５０℃以上１０００℃以下の温度に加熱されて拡散源粉末３０が溶融し、拡散源粉末３０に含有される元素がＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面から内部に拡散する。敷き粉４０は、溶融した拡散源粉末３０がＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０とＭｏ製支持板２０との隙間に広がってＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０とＭｏ製支持板２０とを溶着することを防止する働きを担っている。このような敷き粉４０は、例えば、コランダム型構造を有しており、公知の物を使用することができる。敷き粉４０の粒子サイズは、例えば１０～１００μｍ程度である。粒子サイズは、メッシュ等によるふるい分けで選択される。敷き粉４０は、例えば、Ｍｏ製支持板２０の１ｃｍ^２あたり８０ｍｇ程度となるように散布され得る。

拡散のための熱処理中にＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０とＭｏ製支持板２０とが直接に接触していると、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０がＭｏ製支持板２０に溶着し、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０をＭｏ製支持板２０から持ち上げるときにＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０が破損する可能性がある。敷き粉４０は、このような溶着を抑制または防止する機能を果たす。

しかし、前述したように、Ｍｏ製支持板２０などの支持板上に散布した敷き粉の一部は、製造工程の途中に空気中に浮遊したり、製造装置および搬送装置などの各種装置に付着したりして、コンタミネーションの発生要因となり得る。それらは、装置の誤動作の原因となり、装置の稼働率が低下する恐れもある。

さらに、次のような課題もある。

図３は、拡散工程が終了した後、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０をＭｏ製支持板２０から持ち上げた状態を模式的に示す断面図である。図３に模式的に示されるように、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面には希土類元素Ｒを含む層３２が形成され、敷き粉４０の一部がＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０に付着する。一方、Ｍｏ製支持板２０上に残る敷き粉４０は、拡散源粉末３０が溶融した際に生じた合金溶融物によってＭｏ製支持板２０に固着する。このため、Ｍｏ製支持板２０の表面に対しては、拡散工程が終了するごとに、サンドブラストなどによるクリーニング処理を施す必要がある。

本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法によれば、上記の課題を解決することが可能になる。以下、本開示の実施形態を説明する。

本開示の実施形態におけるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法は、図４のフローチャートに示されるように、
・Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏ）を用意する工程（Ｓ１０）と、
・重希土類元素ＲＨ（ＲＨはＴｂ、ＤｙおよびＨｏからなる群から選択された少なくとも１種）を含む合金の粉末から形成した拡散源粉末を用意する工程（Ｓ２０）と、
・Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の少なくとも上面および下面に拡散源粉末を接触させる工程（Ｓ３０）と、
・拡散源粉末が接触した状態のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を支持板上に載置する工程（Ｓ４０）と、
・支持板上に載置されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に対して、４５０℃以上前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の焼結温度以下の温度で１時間以上加熱する熱処理をして、拡散源粉末に含まれる重希土類元素ＲＨをＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面から内部に拡散する拡散工程（Ｓ５０）と、
を含む。

ここで、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、軽希土類元素ＲＬ（ＲＬはＮｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択された少なくとも１種）を主たる（Ｒ全体の５０質量％以上）希土類元素Ｒとして含有するＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ型化合物結晶粒を主相として有する。また、本開示において、拡散工程前および拡散工程中のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を「Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材」と称し、拡散工程後のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を「Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石」と称する。

本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法で重要な点は、支持板の少なくとも上面（Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材が載置される上面）が、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金から形成されていることにある。言い換えると、本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法に用いる支持板は、少なくとも上面側に、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の層を備えている。本開示において、「Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金」は、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の酸化物も含むものとする。後述するように、支持板の最表面にはＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の酸化物層が存在していることが好ましい。このような支持板を用いることにより、敷き粉を用いることなくＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と支持板との溶着を抑制することが可能になる。

上記の各工程について説明する前に、本実施形態における支持板の構成例について説明する。

＜支持板の構成例＞
図５は、本実施形態における支持板５０の一部を模式的に示す断面図である。図６Ａは、本実施形態においてＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を載せた支持板５０を模式的に示す斜視図であり、図６Ｂは、本実施形態において支持板５０を積層するための支持枠６０を模式的に示す斜視図である。図７は、本実施形態においてＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を載せた支持板５０および支持枠６０を積層した状態を模式的に示す斜視図である。

まず、図５を参照する。本開示の実施形態における支持板５０は、前述したように、少なくとも上面５８がＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系電熱材料から形成されている。Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金は、Ｎｉ－Ｃｒ系電熱材料に比べて、Ｎｉを含有しないために相対的に低価格であり、かつ、耐酸化性に優れた電熱材料である。Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の板は圧延によって製造され得る。本開示の実施形態では、このようなＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金をヒータなどの発熱素子に用いる代わりに、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を載せる支持板の材料として利用する。

図５の例において、支持板５０は、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌから形成された本体５２と、本体５２上に形成されたＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の酸化物層５４とを有している。この酸化物層５４は、不可欠な要素ではないが、溶着の防止をより確実に行うことができる。酸化物層５４は、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌから形成された本体５２の表面を酸化することによって形成され得る。この酸化物層５４は、主としてＡｌ_２Ｏ_３を含む被膜であり、例えば１２００℃大気雰囲気中で熱処理することで形成することができる。酸化物層５４の厚さは、上記の機能を発揮するためには、１μｍ以上であることが望ましい。酸化物層５４の剥離防止の観点から、酸化物層５４の厚さは１００μｍ以下であることが望ましい。酸化物層５４の厚さは、断面観察で複数箇所を測定してその平均を取ればよい。

Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金は、Ｆｅを６０原子％以上、Ｃｒを１５原子％以上３０原子％以下、Ａｌを２原子％以上１０原子％以下含むことが好ましい。Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金を使用することにより、Ａｌ粉末などの敷き粉を用いることなくＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と支持板との溶着を抑制することが可能となる。

支持板５０の上面５８の最大高さＳｚ（表面粗さ）がは、２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。表面粗さが、この範囲よりも小さいと、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０と支持板５０との間でいわゆる「面接触」が生じ、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面に付着していた拡散源粉末３０の溶融物が、拡散工程中において、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０と支持板５０との間の隙間を満たし、溶着が生じやすくなる。表面粗さは、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０が載られている場所（範囲）において測定される。また、本開示において表面粗さは、Ｓｚ（最大高さ）の値を用いる。Ｓｚは、ＩＳＯ２５１７８表面性状（面粗さ測定）にて規定される値であり、Ｓｚは、ある面上における最大高さ（表面の最も高い点から最も低い点までの高さの差）である。２０μｍ以上１００μｍ以下の表面粗さを実現するには、例えば、サンドブラストによる粗面化処理を行ってもよいし、多数の小さなストライプ溝を含む表面テキスチャ構造を形成してもよい。支持板５０の上面５８の表面粗さが、２０μｍ以上１００μｍ以下であれば、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０と支持板５０との間で、いわゆる「点接触」が生じるため、上記の溶融物がＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０と支持板５０の隙間を埋めて両者を固着する可能性が低下する。なお、表面粗さが１００μｍを超えて大きくなると、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の支持板５０による支持が不安になり、支持板５０上でＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０が滑って動きやすくなる。支持板５０上でＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０が移動しやすいと、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を支持板５０上に載置した状態で支持板５０の搬送を行うとき、隣接して配置されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０どうしが衝突して欠けを発生させる可能性がある。そのような衝突を抑制または防止するには、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０が支持板５０によって確実に支持されることが好ましく、そのためには、表面粗さは１００μｍ以下であることが望ましい。このような表面粗さは、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌから形成された本体５２の表面に対して、例えばサンドブラスト処理を行うことによって実現し得る。

ある実施形態において、支持板５０の上面５８から下面５９までの領域（支持板全体）は、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金から形成されており、支持板５０の厚さは、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。このような支持板５０は、それ自体で十分な機械的強度または剛性を有するため、多数のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を支持することが可能になる。

図６Ａに示されるように、１枚の支持板５０に多数のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を載せるためには、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の総重量を支える十分な機械的強度を有することが望ましい。例えば、図６Ｂに示す支持枠６０を用いて、図７に示すようにＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を積層する場合、支持板５０の撓み量を可能な限りに小さくすることが好ましい。支持板５０の許容され得る撓み量の最大値は、積層された状態で、支持板５０が下方に位置するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０に接触しないように決定される。

以下、各工程の詳細な例を説明する。

＜Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を用意する工程＞
軽希土類元素ＲＬ（ＲＬはＮｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択された少なくとも１種）を主たる希土類元素Ｒとして含有するＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物結晶粒を主相として有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏ）１０を用意する。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０は公知のものが使用できる。例えば、以下の組成を有する。
希土類元素Ｒ：２７．５～３５．０質量％、
Ｂ（Ｂ（ボロン）の一部はＣ（カーボン）で置換されていてもよい）：０．８０～１．２０質量％、
Ｇａ：０～０．８質量％、
添加元素Ｍ（Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂからなる群から選択された少なくとも１種）：０～２質量％、
Ｔ（（ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏ）及び不可避不純物：残部。

希土類元素Ｒは主として軽希土類元素ＲＬを含有するが、重希土類元素ＲＨ（ＲＨはＴｂ、ＤｙおよびＨｏからなる群から選択された少なくとも１種）を含有していてもよい。

上記組成のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、公知の任意の製造方法によって製造される。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０は焼結上がりでもよいし、切削加工や研磨加工が施されていてもよい。

また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０は、その厚さ方向の寸法が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。厚さ方向とは、例えば、磁石が矩形状で、４ｍｍ×４ｍｍ×２ｍｍの場合は、最小の寸法方向である２ｍｍの方向が厚さ方向となる。また、寸法が同じ場合、例えば、２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍの場合は、２ｍｍが厚さ方向となる。厚さ方向の寸法が１ｍｍ未満になると強度不足によるひびや割れが発生する可能性があり、５ｍｍを超えると、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の中央部分にまで十分な重希土類元素ＲＨを拡散させることが困難になる可能性がある。また、必ずしも厚さ方向が磁化方向である必要はなく、厚さ方向と異なる方向が磁化方向であってもよい。

＜拡散源粉末を用意する工程＞
重希土類元素ＲＨ（ＲＨはＴｂ、ＤｙおよびＨｏからなる群から選択された少なくとも１種）を含む合金の粉末を含む拡散源粉末３０を用意する。

拡散源粉末３０は、例えばＲＨ－Ｍ合金粉末（ＭはＮｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＡｌからなる群から選択された少なくとも１種）である。

ＲＨＭ合金粉末の作製方法は、特に限定されない。ロール急冷法によって合金薄帯を作製し、この合金薄帯を粉砕する方法で作製してもよいし、遠心アトマイズ法、回転電極法、ガスアトマイズ法、プラズマアトマイズ法などの公知のアトマイズ法で作製してもよい。鋳造法で作製したインゴットを粉砕してもよい。ＲＨＭ合金粉末の典型例は、ＤｙＦｅ合金粉末、ＤｙＡｌ合金粉末、ＤｙＣｕ合金粉末、ＴｂＦｅ合金粉末、ＴｂＡｌ合金粉末、ＴｂＣｕ合金粉末、ＤｙＦｅＣｕ合金粉末、ＴｂＣｕＡｌ合金粉末、ＴｂＮｄＣｕ合金粉末、ＤｙＮｄＣｕ合金粉末、ＴｂＮｄＰｒＣｕ合金粉末、ＴｂＮｄＣｅＰｒＣｕ合金粉末、ＴｂＮｄＧａ合金粉末、ＴｂＮｄＰｒＧａＣｕ合金粉末などである。また、ＲＨＭ合金粉末は、好ましくはＣｕを含む。Ｃｕを含むことにより、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表層領域からさらに奥の領域（磁石の中央部分）にまで十分な重希土類元素ＲＨを拡散させることができる。ＲＨＭ合金粉末の粒度は、例えば５００μｍ以下であり、小さいものは１０μｍ程度である。

＜Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面に拡散源粉末を接触させる工程＞
上記のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を用意した後、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の少なくも上面および下面に拡散源粉末３０を接触させる。なお、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の少なくとも上面および下面とは、支持板に載置したときに鉛直方向の下側になる下面および上側になる上面である。Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面に拡散源粉末３０を接触させる方法は特に問わない。例えば、スプレー法、浸漬法、ディスペンサーにより、拡散源粉末３０をＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面に塗布してもよい。また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面に粘着剤を塗布し、粘着剤上に拡散源粉末３０を散布してもよい。

本実施形態では、粘着剤が塗布されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を、流動させた拡散源粉末の中に浸漬させる方法、いわゆる流動浸漬法(fluidized bed coating process)を用いる。拡散源粉末を流動させる方法はどのような方法でも良い。例えば、下部に多孔質の隔壁を設けた容器に拡散源粉末を入れ、隔壁の下部から大気又は不活性ガスなどの気体に圧力をかけて容器内に注入し、その圧力又は気流で隔壁上方の拡散源粉末を浮かせてもよい。容器の内部で流動する拡散源粉末中に、粘着剤が塗布されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を浸漬させる（配置または通過させる）ことにより、拡散源粉末をＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０に付着させることができる。粘着剤が塗布されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を浸漬する時間は、例えば０．５～５．０秒程度である。流動浸漬法によれば、容器内に拡散源粉末が流動（撹拌）されるため、比較的大きい粉末粒子が偏って磁石表面に付着したり、逆に比較的小さい粉末粒子が隔たって磁石表面に付着したりすることが抑制される。そのため、より均一にＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０に拡散源粉末３０を付着させることができる。

＜Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を支持板上に載置する工程＞
図７に示されるように、表面に拡散源粉末３０が付着した状態の複数のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０を支持板５０に載置し、支持枠６０を介して積層する。支持板５０および支持枠６０の形状は、図示されている例に限定されない。量産性を高めるという観点から、支持板５０は、例えば縦１００ｍｍ×横５０ｍｍの矩形領域よりも広い領域（支持領域）の外側で支持枠６０によって下方から支持されていることが好ましい。支持領域のサイズは、支持板５０の厚さを例えば４ｍｍ以上にすれば、縦４００ｍｍ×横１５０ｍｍの矩形領域よりも拡大することができる。そのような構成を採用することにより、１層あたりに搭載可能なＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の個数を十分に多くすることができる。一方、支持板５０は、このような広さで十分に小さな撓みを実現することが求められる。本開示の実施形態によれば、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金が有する耐熱性および強度により、上記のような広さを有する支持板５０であっても、比較的薄い厚さ（好ましくは３ｍｍ以下）で実現可能である。また、モリブデンやステンレス鋼製の板上Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金からなる支持板を載せ、拡散源粉末が付着した複数のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を載置してもよい。

＜拡散工程＞
上記のように支持板５０に搭載されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０に対して、４５０℃以上で、かつ、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の焼結温度以下の温度で、１時間以上加熱する熱処理を行う。この熱処理により、拡散源粉末３０に含まれる重希土類元素ＲＨをＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の表面から内部に拡散させることができる。加熱温度が４５０℃以下であると、重希土類元素ＲＨを含む液相量が少なすぎてＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の内部への拡散が不十分となり高いＨ_ｃＪを得ることが出来ない可能性がある。また、拡散のための熱処理温度が焼結温度を超えると、異常粒成長が発生し、Ｂ_ｒ及びＨ_ｃＪが大きく低下する可能性がある。拡散のための熱処理温度は、好ましくは８５０℃以上９５０℃以下であり、この温度範囲で拡散を行うことにより、より高いＨ_ｃＪを得ることができる。また、熱処理は、公知の熱処理装置を用いて行うことができる。

上述したように、加熱時間を１時間以上行うことにより、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の表層領域において、重希土類元素ＲＨを主相外殻部（粒界近傍）に拡散させることができ、磁石の表層領域からさらに奥の領域（磁石の中央部分）にまで重希土類元素ＲＨを拡散させることができる。これにより、Ｂ_ｒの低下を抑制しつつ高いＨ_ｃＪを有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を得ることができる。

本開示の拡散工程における加熱時間は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の温度が設定温度になった時（例えば設定温度が９２０℃の場合は９２０℃になった時）を開始点とし、設定温度よりも２０℃を超えて低くなった時（例えば設定温度が９２０℃の場合は９００℃未満になった時）を終了点とする。熱処理を２回以上に分けて行う場合は、合計時間が３０時間以上になればよい。また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０の温度は、例えば、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０に熱電対をとりつけることにより測定することができる。加熱時間は、好ましくは８時間以上４５時間以下であり、より好ましくは１０時間以上３６時間以下である。

拡散工程を行った後のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、磁気特性を向上させることを目的とした第二の熱処理を行ってもよい。第二の熱処理における温度、時間などの条件は、焼結磁石の熱処理条件として公知の条件（例えば、５００℃で３時間）を採用することができる。また、最終的な磁石寸法の調整を研削などの機械加工等により行ってもよい。この場合、第二の熱処理の前に行っても、後に行ってもよい。第二の熱処理時には、支持板５０をそのまま使用してもよい。

本開示の実施形態によれば、上記の拡散工程を行っても、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材１０と支持板５０との間における溶着が抑制または防止される。そして、敷き粉が不要になるため、前述した課題が解決される。

本開示を実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はそれらに限定されるものではない。

実験例１
（Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を用意する工程）
Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材がおよそ表１の符号１－Ａの組成となるよう秤量しストリップキャスト法により鋳造し、厚さ０．２～０．４ｍｍのフレーク状の原料合金を得た。得られたフレーク状の原料合金を水素粉砕した後、５５０℃まで真空中で加熱後冷却する脱水素処理を施し粗粉砕粉を得た。次に、得られた粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉１００質量％に対して０．０４質量％添加、混合した後、気流式粉砕機（ジェットミル装置）を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径Ｄ_５０が４μｍの微粉砕粉（合金粉末）を得た。なお、粒径Ｄ_５０は、気流分散法によるレーザー回折法で得られた体積中心値（体積基準メジアン径）である。

前記微粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉１００質量％に対して０．０５質量％添加、混合した後磁界中で成形し成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交するいわゆる直角磁界成形装置（横磁界成形装置）を用いた。

得られた成形体を４時間焼結（焼結による緻密化が十分起こる温度を選定）し、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｎｏ．１－Ａ）を複数個用意した。得られたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の密度は７．５Ｍｇ／ｍ^３以上であった。得られたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の成分の分析結果を表１に示す。なお、表１における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＯＥＳ）を使用して測定した。なお、焼結体の酸素量をガス融解－赤外線吸収法で測定した結果、０．１質量％前後であることを確認した。また、Ｎｏ．１－ＡのＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を切断、切削加工し、４．４ｍｍ×１０．０ｍｍ×１１．０ｍｍの直方体（１０．０ｍｍ×１１．０ｍｍの面が配向方向と垂直な面、４．４ｍｍ方向が厚さ方向であり、配向方向）とした。

（拡散源粉末を用意する工程）
表２のＮｏ．１－ａに示す組成の合金粉末をアトマイズ法により作成することにより、拡散源粉末を用意した。得られた拡散源粉末の粒度は１０６μｍ以下であった。

（Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の少なくとも上面および下面に拡散源粉末を接触させる工程）
次に、表１のＮｏ．１－ＡのＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材表面全面に粘着剤を塗布した。塗布方法は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材をホットプレート上で６０℃に加熱後、スプレー法でＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に粘着剤を塗布した。粘着剤としてＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）を用いた。

次に、粘着剤を塗布したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｎｏ．１－Ａ）に対して、表２のＮｏ．１－ａの拡散源粉末を付着させた。付着方法は、容器に拡散源粉末を広げ、容器内で拡散源粉末を、粘着剤を塗布したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材全面にまぶすように付着させた。

（拡散源粉末が接触した状態のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を支持板上に載置する工程）
サイズが１００ｍｍ×５０ｍ×２．５ｍｍのＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金を用意した。Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の組成は、Ｃｒ：２５質量％、Ａｌ：５質量％、残部：Ｆｅであった。更にＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金をサンドブラストにより表面を荒らした。最大高さＳｚ（表面粗さ）を測定したところ、Ｓｚ＝４０μｍであった。更に、サンドブラスト後のＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金を大気雰囲気中で１２００℃１０時間加熱した。表面に形成された酸化物層をＸＲＤ測定（パナリティカル製ＸＲＤ装置にてＣｕ－Ｋα線によるθ―２θ法）したところ、酸化物層は、コランダム構造のアルミナであり、膜厚は２μｍ以上であった。加熱後のＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金（支持板）上に拡散源粉末が接触した状態のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を１０個載置した。

（拡散工程）
管状流気炉を用いて、２００Ｐａに制御した減圧アルゴン中で、拡散源粉末（Ｎｏ．１－ａ）が接触した状態のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を、９００℃で８時間加熱する熱処理（拡散工程）を行った。更に拡散処理後のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石に対し、５００℃で３時間加熱する第二の熱処理を行いＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を得た。

熱処理後のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石と支持板との溶着の有無を確認したところ、溶着は確認されなかった。また、敷き粉を使用しないため、装置への汚染等も防止された。

１０・・・Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材、２０・・・Ｍｏ製支持板、３０・・・拡散源粉末、５０・・・支持板、５２・・・支持板の本体、５４・・・酸化物層、５８・・・支持板の上面、５９・・・支持板の下面、６０・・・支持枠

Claims

軽希土類元素ＲＬ（ＲＬはＮｄ、ＰｒおよびＣｅからなる群から選択された少なくとも１種）を主たる希土類元素Ｒとして含有するＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ型化合物結晶粒を主相として有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏ）を用意する工程と、
重希土類元素ＲＨ（ＲＨはＴｂ、ＤｙおよびＨｏからなる群から選択された少なくとも１種）を含む合金の粉末を含む拡散源粉末を用意する工程と、
前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の少なくとも上面および下面に前記拡散源粉末を接触させる工程と、
前記拡散源粉末が接触した状態のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を支持板上に載置する工程と、
前記支持板上に載置されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に対して、４５０℃以上、かつ前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の焼結温度以下の温度で１時間以上加熱する熱処理をして、前記拡散源粉末に含まれる重希土類元素ＲＨを前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面から内部に拡散させる拡散工程と、
を含み、
前記支持板は、少なくとも上面側に、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の層を備え、前記支持板の前記上面は、最大高さＳｚが２０μｍ以上１００μｍ以下である、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記上面には前記Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金の酸化物層が存在している、請求項１に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記支持板の前記上面から下面までの領域は、前記Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金で構成されており、
前記支持板の厚さは、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金は、Ｆｅを６０原子％以上、Ｃｒを１５原子％以上３０原子％以下、Ａｌを２原子％以上１０原子％以下含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記重希土類元素ＲＨを含む合金は、ＲＨ－Ｍ合金粉末（ＭはＮｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＡｌからなる群から選択された少なくとも１種）である、請求項１から４のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。