JP7843935B2 - Rare earth sintered magnets, methods for manufacturing rare earth sintered magnets, rotors and rotating machines - Google Patents
Rare earth sintered magnets, methods for manufacturing rare earth sintered magnets, rotors and rotating machinesInfo
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Description
本開示は、希土類元素を含む材料を焼結した永久磁石である希土類焼結磁石、希土類焼結磁石の製造方法、回転子および回転機に関する。This disclosure relates to a rare earth sintered magnet, which is a permanent magnet obtained by sintering a material containing rare earth elements; a method for manufacturing a rare earth sintered magnet; a rotor; and a rotating machine.
正方晶R2T14B金属間化合物を主相とするR-T-B系永久磁石が知られている。ここで、Rが希土類元素であり、TがFe(鉄)または一部がCo(コバルト)によって置換されたFeなどの遷移金属元素であり、Bがホウ素である。R-T-B系永久磁石は、産業用モータを始めとして、種々の高付加価値な部品に用いられている。特に、RがNd(ネオジム)であるNd-Fe-B系焼結磁石は、優れた磁気特性を有するために、種々の部品に用いられている。また、産業用モータは、100℃を超えるような高温環境で使用されることが多いため、Nd-T-B系焼結磁石にDy(ディスプロシウム)等の重希土類元素を添加して、保磁力を向上させる試みが行われている。 R - T-B permanent magnets, which have a tetragonal R₂T₁₄B intermetallic compound as the main phase, are known. Here, R is a rare earth element, T is a transition metal element such as Fe (iron) or Fe partially substituted with Co (cobalt), and B is boron. R-T-B permanent magnets are used in various high-value-added components, including industrial motors. In particular, Nd-Fe-B sintered magnets, where R is Nd (neodymium), are used in various components due to their excellent magnetic properties. Furthermore, since industrial motors are often used in high-temperature environments exceeding 100°C, attempts are being made to improve coercivity by adding heavy rare earth elements such as Dy (dysprosium) to Nd-T-B sintered magnets.
近年、Nd-Fe-B系焼結磁石の生産量は拡大しており、NdおよびDy,Tb(テルビウム)等の重希土類元素の消費量が増加している。しかし、Ndおよび重希土類元素は、高価であるとともに、地域偏在性が高く調達リスクがある。このため、Ndおよび重希土類元素の消費量を減らす技術が研究されている。In recent years, the production of Nd-Fe-B sintered magnets has expanded, leading to increased consumption of Nd and heavy rare earth elements such as Dy and Tb (terbium). However, Nd and heavy rare earth elements are expensive and their regional distribution is highly uneven, posing procurement risks. Therefore, technologies to reduce the consumption of Nd and heavy rare earth elements are being researched.
特許文献1には、R2T14B結晶からなる主相粒子を含むR-T-B系焼結磁石であって、Rは重希土類元素RHを必須とする1種類以上の希土類元素であり、TはFeまたはFeおよびCoを必須とする1種類以上の遷移金属元素であり、Bはホウ素であり、主相粒子の一部が、複数の低重希土類元素結晶相と複数の非磁性Rリッチ相とを内部に含むR-T-B系焼結磁石が開示されている。ここで、低重希土類元素結晶相は、R2T14B結晶からなり、重希土類元素の濃度が主相粒子全体における重希土類元素の濃度に対して相対的に低い相である。非磁性Rリッチ相は、Rの含有量が70at.%以上100at.%以下である相である。また、主相粒子の一部は、コア部と、コア部の周囲を囲み、全重希土類元素濃度がコア部よりも低いシェル部と、を有する1種類のコアシェル構造を有する。特許文献1に記載の技術によれば、保磁力を向上させ、かつ、低コストであるR-T-B系焼結磁石が得られる。 Patent Document 1 discloses an R -T-B sintered magnet containing main phase particles made of R2T14B crystal, where R is one or more rare earth elements, with the heavy rare earth element RH being essential; T is one or more transition metal elements, with Fe or Fe and Co being essential; and B is boron. A portion of the main phase particles contains a plurality of low heavy rare earth element crystal phases and a plurality of nonmagnetic R-rich phases internally. Here, the low heavy rare earth element crystal phase consists of R2T14B crystal, and the concentration of the heavy rare earth element is relatively low compared to the concentration of the heavy rare earth element in the entire main phase particle. The nonmagnetic R-rich phase is a phase in which the R content is 70 at.% or more and 100 at.% or less. Furthermore, a portion of the main phase particles has a core-shell structure having a core portion and a shell portion surrounding the core portion, in which the total heavy rare earth element concentration is lower than that of the core portion. According to the technology described in Patent Document 1, an R-T-B sintered magnet can be obtained that has improved coercivity and is low cost.
特許文献2には、(R11-xR2x)aTMbBcMdの組成式で表され、主相と粒界相とからなる組織を有する焼結体を製造する第1ステップ、焼結体に熱間塑性加工を施して希土類磁石前駆体を製造する第2ステップ、R3-M改質合金の融液を希土類磁石前駆体の粒界相に拡散浸透させて希土類磁石を製造する第3ステップからなる希土類磁石の製造方法が開示されている。ここで、R1はY(イットリウム)を含む1種類以上の希土類元素であり、R2はR1と異なる希土類元素であり、TMはFe,Ni(ニッケル),Coの内の1種類以上を含む遷移金属であり、Bはホウ素であり、MはTi(チタン),Ga(ガリウム),Zn(亜鉛),Si(シリコン),Al(アルミニウム),Nb(ニオブ),Zr(ジルコニウム),Ni,Co,Mn(マンガン),V(バナジウム),W(タングステン),Ta(タンタル),Ge(ゲルマニウム),Cu(銅),Cr(クロム),Hf(ハフニウム),Mo(モリブデン),P(リン),C(炭素),Mg(マグネシウム),Hg(水銀),Ag(銀),Au(金)の内の1種類以上である。また、x,a,b,c,dは、0.01≦x≦1,12≦a≦20,b=100-a-c-d,5≦c≦20,0≦d≦3であり、いずれもat.%である。また、R3はR1,R2を含む希土類元素である。以下では、焼結体に施す熱間塑性加工は、熱間加工と称される。特許文献2に記載の技術によれば、重希土類元素を低減させるとともに、主相率が高い場合でも、磁化のみならず保磁力性能にも優れた希土類磁石を製造することができる。 Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a rare earth magnet, comprising: a first step of manufacturing a sintered body having a structure consisting of a main phase and a grain boundary phase , represented by the compositional formula (R1 1-x R2 x ) a TM b B c M d; a second step of manufacturing a rare earth magnet precursor by subjecting the sintered body to hot plastic deformation; and a third step of manufacturing a rare earth magnet by diffusing and permeating the molten R3-M modified alloy into the grain boundary phase of the rare earth magnet precursor. Here, R1 is one or more rare earth elements including Y (yttrium), R2 is a rare earth element different from R1, TM is a transition metal including one or more of Fe, Ni (nickel), and Co, B is boron, and M is one or more of Ti (titanium), Ga (gallium), Zn (zinc), Si (silicon), Al (aluminum), Nb (niobium), Zr (zirconium), Ni, Co, Mn (manganese), V (vanadium), W (tungsten), Ta (tantalum), Ge (germanium), Cu (copper), Cr (chromium), Hf (hafnium), Mo (molybdenum), P (phosphorus), C (carbon), Mg (magnesium), Hg (mercury), Ag (silver), and Au (gold). Furthermore, x, a, b, c, and d are 0.01 ≤ x ≤ 1, 12 ≤ a ≤ 20, b = 100 - a - c - d, 5 ≤ c ≤ 20, 0 ≤ d ≤ 3, and all are at. %. Also, R3 is a rare earth element containing R1 and R2. Hereafter, the hot plastic deformation applied to the sintered body will be referred to as hot working. According to the technology described in Patent Document 2, it is possible to manufacture rare earth magnets that reduce heavy rare earth elements and exhibit excellent coercivity as well as magnetization, even when the main phase fraction is high.
しかしながら、特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石は、重希土類元素を含む相が主相内に存在していることから、保磁力を向上させることができるが、特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石の組織構造では、産業用モータ等に要求される残留磁束密度は得られず、熱負荷によって磁気特性が低下してしまう可能性がある。また、特許文献2に記載の製造方法で製造された希土類磁石は、重希土類元素を低減させ、保磁力を向上させることができるが、製造方法に熱間加工が含まれるため、主相の粒径が小さくなり、この結果、着磁性能が悪化してしまうという問題があった。However, while the R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1 can improve coercivity because a phase containing heavy rare earth elements is present in the main phase, the microstructure of the R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1 does not allow for the residual magnetic flux density required for industrial motors, etc., and there is a possibility that the magnetic properties will deteriorate under thermal load. Furthermore, while the rare earth magnet manufactured by the manufacturing method described in Patent Document 2 can reduce the amount of heavy rare earth elements and improve coercivity, the manufacturing method includes hot working, which reduces the grain size of the main phase, resulting in a problem of deteriorated magnetization performance.
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、従来に比して残留磁束密度および着磁性能を低下させることなく保磁力を向上させることができる希土類焼結磁石を得ることを目的とする。This disclosure has been made in view of the above, and aims to provide a rare-earth sintered magnet that can improve coercivity without reducing residual magnetic flux density and magnetization performance compared to conventional magnets.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る希土類焼結磁石は、RHをDyおよびTbの少なくとも一方を含む重希土類元素とし、RをNd,Pr(プラセオジム),Dy,Tb以外から選択される1種類以上の希土類元素としたとき、一般式(Nd,Pr,RH,R)-Fe-Bを満たし、Nd2Fe14B結晶構造を基本とする結晶粒を含む主相と、複数の主相の間に存在する副相と、を備える。主相は、コア部とコア部を被覆するシェル部とを有する。主相は、コア部のNdの濃度をCNdとし、コア部のPrの濃度をCPrとしたとき、CNd>CPrである第1主相と、CNd<CPrである第2主相と、を有する。第1主相のコア部における重希土類元素RHの濃度は、第2主相のコア部における重希土類元素RHの濃度よりも高い。第1主相と第2主相とは混在し、第1主相および第2主相における表面の少なくとも一部に重希土類元素が存在する。 To solve the above-mentioned problems and achieve the objective, the rare earth sintered magnet according to this disclosure comprises a main phase containing crystal grains based on the Nd 2 Fe 14 B crystal structure, satisfying the general formula (Nd, Pr (praseodymium)), R (R) - Fe - B, when RH is a heavy rare earth element including at least one of Dy and Tb, and R is one or more rare earth elements selected from Nd , Pr ( praseodymium ), Dy, and Tb, and a subphase existing between a plurality of main phases. The main phase has a core portion and a shell portion covering the core portion. The main phase has a first main phase where CNd > CPr and a second main phase where CNd < CPr, when the concentration of Nd in the core portion is CNd and the concentration of Pr in the core portion is CPr. The concentration of the heavy rare earth element RH in the core portion of the first main phase is higher than the concentration of the heavy rare earth element RH in the core portion of the second main phase. The first and second main phases are mixed, and heavy rare earth elements are present on at least a portion of the surface of both the first and second main phases.
本開示に係る希土類焼結磁石は、従来に比して残留磁束密度および着磁性能を低下させることなく保磁力を向上させることができるという効果を奏する。The rare-earth sintered magnet according to this disclosure has the effect of improving coercivity without reducing the residual magnetic flux density and magnetization performance compared to conventional magnets.
以下に、本開示の実施の形態に係る希土類焼結磁石、希土類焼結磁石の製造方法、回転子および回転機を図面に基づいて詳細に説明する。The rare earth sintered magnet, the method for manufacturing the rare earth sintered magnet, the rotor, and the rotating machine according to embodiments of this disclosure will be described in detail below with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による希土類焼結磁石の焼結状態の構造の一例を模式的に示す図である。実施の形態1による希土類焼結磁石1は、一般式(Nd,Pr,RH,R)-Fe-Bを満たし、Nd2Fe14B結晶構造を基本とする結晶粒を含む主相10を有し、主相10は、コア部とコア部を被覆するシェル部とを有する。ここで、RHは重希土類元素であり、一例ではDy,Tb,Gd(ガドリニウム),Ho(ホルミウム)であり、望ましくは、RHは、DyおよびTbの少なくとも一方を含む重希土類元素である。RはNd,Pr,RH以外から選択される1種類以上の希土類元素である。シェル部は、コア部とは異なる組成を有し、コア部を覆うように設けられる。また、希土類焼結磁石1は、主相10と主相10との間、すなわち複数の主相10の間に存在する副相20をさらに有する。副相20は、(Nd,Pr,R)-Oを主成分として表される酸化物相を基本とする相である。Oは酸素である。
Embodiment 1.
Figure 1 is a schematic diagram showing an example of the structure of a rare earth sintered magnet in its sintered state according to Embodiment 1. The rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 has a main phase 10 that satisfies the general formula (Nd, Pr, RH, R)-Fe-B and contains crystal grains based on the Nd 2 Fe 14 B crystal structure, and the main phase 10 has a core portion and a shell portion that covers the core portion. Here, RH is a heavy rare earth element, and in one example it is Dy, Tb, Gd (gadolinium), Ho (holmium), and preferably RH is a heavy rare earth element containing at least one of Dy and Tb. R is one or more rare earth elements selected from Nd, Pr, and RH. The shell portion has a different composition from the core portion and is provided to cover the core portion. The rare earth sintered magnet 1 also further has a sub-phase 20 that exists between the main phases 10, that is, between a plurality of main phases 10. The secondary phase 20 is a phase based on an oxide phase whose main component is (Nd, Pr, R)-O, where O is oxygen.
実施の形態1による希土類焼結磁石1において、コア部11c,12cのNdの濃度をCNdとし、コア部11c,12cのPrの濃度をCPrとしたときに、主相10は、CNd>CPrである第1主相11と、CNd<CPrである第2主相12と、を有し、第1主相11と第2主相12とが混在している。また、第1主相11のコア部11cにおける重希土類元素RHの濃度は、第2主相12のコア部12cにおける重希土類元素RHの濃度よりも高い。すなわち、第1主相11のコア部11cにおける重希土類元素RHの濃度をC1RHとし、第2主相12のコア部12cにおける重希土類元素RHの濃度をC2RHとすると、C1RH>C2RHである。第1主相11は、コア部11cと、コア部11cとは組成が異なり、コア部11cを覆うシェル部11sと、を有する。第2主相12は、コア部12cと、コア部12cとは組成が異なり、コア部12cを覆うシェル部12sと、を有する。In the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, when the concentration of Nd in the core portions 11c and 12c is CNd and the concentration of Pr in the core portions 11c and 12c is CPr, the main phase 10 has a first main phase 11 where CNd > CPr and a second main phase 12 where CNd < CPr, and the first main phase 11 and the second main phase 12 are mixed together. Furthermore, the concentration of heavy rare earth element RH in the core portion 11c of the first main phase 11 is higher than the concentration of heavy rare earth element RH in the core portion 12c of the second main phase 12. That is, if the concentration of heavy rare earth element RH in the core portion 11c of the first main phase 11 is C1RH and the concentration of heavy rare earth element RH in the core portion 12c of the second main phase 12 is C2RH, then C1RH > C2RH. The first main phase 11 has a core portion 11c and a shell portion 11s that has a different composition from the core portion 11c and covers the core portion 11c. The second main phase 12 has a core portion 12c and a shell portion 12s that has a different composition from the core portion 12c and covers the core portion 12c.
あるいは、実施の形態1による希土類焼結磁石1において、コア部11c,12cのNdの濃度と重希土類元素RHの濃度との和をC(Nd,RH)としたときに、主相10は、C(Nd,RH)>CPrである第1主相11と、C(Nd,RH)<CPrである第2主相12と、を有し、第1主相11と第2主相12とが混在しているともいえる。Alternatively, in the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, when the sum of the concentration of Nd and the concentration of heavy rare earth element RH in the core portions 11c and 12c is defined as C(Nd,RH), the main phase 10 has a first main phase 11 where C(Nd,RH) > CPr and a second main phase 12 where C(Nd,RH) < CPr, and it can be said that the first main phase 11 and the second main phase 12 are mixed together.
つまり、希土類焼結磁石1には、第1主相11および第2主相12の2種類の主相10が存在し、2種類の主相10のコア部11c,12cに着目すると、第1主相11ではNdの濃度と重希土類元素RHの濃度との和がPrの濃度よりも高く、逆に第2主相12ではPrの濃度がNdの濃度と重希土類元素RHの濃度との和よりも高いということを意味している。このように異方性磁界、すなわち磁気異方性が異なるコアシェル構造を有する2種類の主相10を混在させるとともに主相10内で重希土類元素RHを選択的に存在させることで、Ndおよび重希土類元素RHを削減しつつも、良好な着磁性を維持しながら残留磁束密度および保磁力を向上させることができる。さらに、重希土類元素RHを添加することで保磁力が大きく向上するため、温度変化に伴う磁気特性における低下の抑制にも寄与する。 In other words, the rare earth sintered magnet 1 has two types of main phases 10: a first main phase 11 and a second main phase 12. Focusing on the core portions 11c and 12c of the two types of main phases 10, in the first main phase 11, the sum of the concentration of Nd and the concentration of heavy rare earth element RH is higher than the concentration of Pr, while conversely, in the second main phase 12, the concentration of Pr is higher than the sum of the concentration of Nd and the concentration of heavy rare earth element RH. By mixing two types of main phases 10 having core-shell structures with different anisotropic magnetic fields, i.e., different magnetic anisotropy, and selectively including heavy rare earth element RH within the main phases 10, it is possible to reduce Nd and heavy rare earth element RH while maintaining good magnetization and improving residual magnetic flux density and coercivity. Furthermore, since the coercivity is greatly improved by adding heavy rare earth element RH, it also contributes to suppressing the deterioration of magnetic properties due to temperature changes.
ここで「C1RH>C2RH」に示される濃度差は、電子プローブマイクロアナライザ(Electron Probe Micro Analyzer:EPMA)を用いたマッピング分析により、第1主相11のコア部11cと第2主相12のコア部12cとにおける重希土類元素RHの検出強度に明確に差が出ていることを意味する。具体的には、第1主相11のコア部11cの重希土類元素RHの濃度については、EPMAの検出強度が重希土類元素RHの検出強度の平均より高く、第2主相12のコア部12cの重希土類元素RHの濃度については、EPMAの検出強度が重希土類元素RHの検出強度の下限付近を示しているということである。一例では、重希土類元素RHは、第1主相11のコア部11cには含まれるが、第2主相12のコア部12cにはほとんど含まれない。The concentration difference shown here, "C1RH > C2RH," indicates that, as determined by mapping analysis using an electron probe microanalyzer (EPMA), there is a clear difference in the detection intensity of heavy rare earth element RH between the core portion 11c of the first main phase 11 and the core portion 12c of the second main phase 12. Specifically, for the concentration of heavy rare earth element RH in the core portion 11c of the first main phase 11, the detection intensity of the EPMA is higher than the average detection intensity of heavy rare earth element RH, while for the concentration of heavy rare earth element RH in the core portion 12c of the second main phase 12, the detection intensity of the EPMA is near the lower limit of the detection intensity of heavy rare earth element RH. In one example, heavy rare earth element RH is present in the core portion 11c of the first main phase 11, but hardly present in the core portion 12c of the second main phase 12.
また、「C(Nd,RH)>CPrである第1主相11と、C(Nd,RH)<CPrである第2主相12」に示される濃度差はEPMAを用いたマッピング分析により、Ndおよび重希土類元素RHの検出強度とPrの検出強度との間に明確に差が出ていることを意味する。具体的には、第1主相11の場合を例として挙げると、コア部11cのNdおよび重希土類元素RHの濃度については、EPMAの検出強度がNdおよび重希土類元素RHの検出強度の平均よりも高く、Prの濃度については、EPMAの検出強度がPrの検出強度の下限付近を示しているということである。第2主相12は第1主相11の場合と逆になっているといえる。Furthermore, the concentration difference shown between the first main phase 11, where C(Nd,RH) > CPr, and the second main phase 12, where C(Nd,RH) < CPr, indicates a clear difference between the detection intensity of Nd and heavy rare earth element RH and the detection intensity of Pr, as revealed by mapping analysis using EPMA. Specifically, taking the first main phase 11 as an example, the detection intensity of Nd and heavy rare earth element RH in the core portion 11c is higher than the average detection intensity of Nd and heavy rare earth element RH, while the detection intensity of Pr is near the lower limit of the detection intensity of Pr. The second main phase 12 is the opposite of the first main phase 11.
また、実施の形態1による希土類焼結磁石1は、第1主相11のコア部11cのNd濃度をC1Ndとし、第2主相12のコア部12cのNd濃度をC2Ndとし、第1主相11のコア部11cのPr濃度をC1Prとし、第2主相12のコア部12cのPr濃度をC2Prとしたとき、C1Nd>C2Nd、C1Pr<C2Prの関係式を満たす。つまり、Nd濃度については、第2主相12のコア部12cに比して第1主相11のコア部11cの方が高くなっており、逆にPr濃度については、第1主相11のコア部11cに比して第2主相12のコア部12cの方が高くなっている。ここでの濃度差も上記のEPMAを用いたマッピング分析によるNdおよびPrの検出強度に差が出ていることを意味する。具体的に、Ndの濃度の場合には、第1主相11のコア部11cのNdのEPMAの検出強度が、Ndの検出強度の平均よりも高く、第2主相12のコア部12cのNdのEPMAの検出強度が、Ndの検出強度の平均よりも低い状態であることを意味している。Prの濃度の場合には、第2主相12のコア部12cのPrのEPMAの検出強度が、Prの検出強度の平均よりも高く、第1主相11のコア部11cのPrのEPMAの検出強度が、Prの検出強度の平均よりも低い状態になっていることを意味する。つまり、Nd濃度が低い第2主相12のコア部12cにはPrが多く存在し、反対に、Pr濃度が低い第1主相11のコア部11cにはNdが多く存在していることになる。このような組織形態に制御することで、優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石1を得ることが可能となる。Furthermore, in the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, when the Nd concentration in the core portion 11c of the first main phase 11 is C1Nd, the Nd concentration in the core portion 12c of the second main phase 12 is C2Nd, the Pr concentration in the core portion 11c of the first main phase 11 is C1Pr, and the Pr concentration in the core portion 12c of the second main phase 12 is C2Pr, the relationship C1Nd > C2Nd and C1Pr < C2Pr is satisfied. In other words, the Nd concentration is higher in the core portion 11c of the first main phase 11 than in the core portion 12c of the second main phase 12, and conversely, the Pr concentration is higher in the core portion 12c of the second main phase 12 than in the core portion 11c of the first main phase 11. This difference in concentration also means that there is a difference in the detection intensity of Nd and Pr in the mapping analysis using EPMA as described above. Specifically, in the case of Nd concentration, this means that the detection intensity of Nd in the EPMA of the core portion 11c of the first main phase 11 is higher than the average detection intensity of Nd, and the detection intensity of Nd in the EPMA of the core portion 12c of the second main phase 12 is lower than the average detection intensity of Nd. In the case of Pr concentration, this means that the detection intensity of Pr in the EPMA of the core portion 12c of the second main phase 12 is higher than the average detection intensity of Pr, and the detection intensity of Pr in the EPMA of the core portion 11c of the first main phase 11 is lower than the average detection intensity of Pr. In other words, there is a lot of Pr in the core portion 12c of the second main phase 12 where the Nd concentration is low, and conversely, there is a lot of Nd in the core portion 11c of the first main phase 11 where the Pr concentration is low. By controlling the microstructure to this extent, it is possible to obtain a rare-earth sintered magnet 1 with excellent magnetic properties.
また、実施の形態1による希土類焼結磁石1において、C(Nd,RH)<CPrである第2主相12よりもC(Nd,RH)>CPrである第1主相11の方を多く存在させる。言い換えれば、(Nd,RH)2Fe14Bの組成式を有する第1主相11の数が、Pr2Fe14Bの組成式を有する第2主相12の数よりも多いことを意味している。これは、(Nd,RH)2Fe14Bの組成式を有する第1主相11を増やした方が、Pr2Fe14Bの組成式を有する第2主相12を増やすよりもより優れた磁気特性および温度特性が得られるためである。さらに、このような組織形態に制御することで、全体的な結晶粒の微細化も抑制されることから、着磁性を担保しつつ、かつ従来に比して優れた磁気特性を得ることが可能となる。 Furthermore, in the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, there are more first main phases 11 having C(Nd,RH) > CPr than second main phases 12 having C(Nd,RH) < CPr. In other words, the number of first main phases 11 having the composition formula (Nd,RH) 2 Fe 14 B is greater than the number of second main phases 12 having the composition formula Pr 2 Fe 14 B. This is because increasing the amount of first main phases 11 having the composition formula (Nd,RH) 2 Fe 14 B yields better magnetic and thermal properties than increasing the amount of second main phases 12 having the composition formula Pr 2 Fe 14 B. Moreover, by controlling the microstructure in this way, overall grain refinement is also suppressed, making it possible to obtain superior magnetic properties compared to conventional methods while ensuring magnetization.
また、実施の形態1による希土類焼結磁石1において、コアシェル構造のシェル部11s,12sに着目し、シェル部11s,12sのNdの濃度をSNdとし、シェル部11s,12sのPrの濃度をSPrとし、シェル部11s,12sの重希土類元素RHの濃度をSRHとしたとき、第1主相11は、CNd>SNd、CPr<SPr、CRH>SRHの関係式を満たし、第2主相12は、CNd<SNd、CPr>SPr、CRH<SRHの関係式を満たす。具体的には、第1主相11のシェル部11sではNdおよび重希土類元素RHの濃度がコア部11cよりも低い代わりに、Prの濃度がコア部11cよりも高い。また、第2主相12のシェル部12sではPrの濃度がコア部12cよりも低い代わりに、Ndおよび重希土類元素RHの濃度がコア部12cよりも高い。Furthermore, in the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, focusing on the shell portions 11s and 12s of the core-shell structure, when the concentration of Nd in the shell portions 11s and 12s is set to SNd, the concentration of Pr in the shell portions 11s and 12s is set to SPr, and the concentration of the heavy rare earth element RH in the shell portions 11s and 12s is set to SRH, the first main phase 11 satisfies the relationships CNd > SNd, CPr < SPr, CRH > SRH, and the second main phase 12 satisfies the relationships CNd < SNd, CPr > SPr, CRH < SRH. Specifically, in the shell portion 11s of the first main phase 11, the concentrations of Nd and the heavy rare earth element RH are lower than in the core portion 11c, but the concentration of Pr is higher than in the core portion 11c. Furthermore, in the shell portion 12s of the second main phase 12, the concentration of Pr is lower than in the core portion 12c, while the concentrations of Nd and heavy rare earth elements RH are higher than in the core portion 12c.
あるいは換言すると、実施の形態1による希土類焼結磁石1において、コアシェル構造のシェル部11s,12sに着目し、シェル部11s,12sのNdの濃度および重希土類元素RHの濃度の和をS(Nd,RH)とし、シェル部11s,12sのPrの濃度をSPrとしたとき、第1主相11は、C(Nd,RH)>S(Nd,RH)、CPr<SPrの関係式を満たし、第2主相12は、C(Nd,RH)<S(Nd,RH)、CPr>SPrの関係式を満たす。具体的には、第1主相11のシェル部11sではNdの濃度および重希土類元素RHの濃度の和がコア部11cよりも小さい代わりに、Prの濃度がコア部11cよりも高い。また、第2主相12のシェル部12sではPrの濃度がコア部12cよりも小さい代わりに、Ndの濃度および重希土類元素RHの濃度の和がコア部12cよりも高い。In other words, in the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, focusing on the shell portions 11s and 12s of the core-shell structure, if we define S(Nd,RH) as the sum of the concentrations of Nd and heavy rare earth element RH in the shell portions 11s and 12s, and SPr as the concentration of Pr in the shell portions 11s and 12s, then the first main phase 11 satisfies the relationship C(Nd,RH) > S(Nd,RH) and CPr < SPr, and the second main phase 12 satisfies the relationship C(Nd,RH) < S(Nd,RH) and CPr > SPr. Specifically, in the shell portion 11s of the first main phase 11, the sum of the concentrations of Nd and heavy rare earth element RH is smaller than that of the core portion 11c, while the concentration of Pr is higher than that of the core portion 11c. Furthermore, in the shell portion 12s of the second main phase 12, the concentration of Pr is lower than in the core portion 12c, but the sum of the concentrations of Nd and heavy rare earth element RH is higher than in the core portion 12c.
第1主相11のようにPrの濃度が高いシェル部11sを有する主相10を形成させることで、保磁力を向上させることができる。さらに、第2主相12のようにNdの濃度および重希土類元素RHの和が高いシェル部12sを有する主相10を形成させることで、保磁力を維持させつつ残留磁束密度の低下を抑制することができる。このような組織形態となるように選択的に制御することで、希土類焼結磁石1は、従来に比して優れた磁気特性を発揮することが可能となる。By forming a main phase 10 having a shell portion 11s with a high concentration of Pr, as in the first main phase 11, the coercivity can be improved. Furthermore, by forming a main phase 10 having a shell portion 12s with a high concentration of Nd and a high sum of heavy rare earth element RH, as in the second main phase 12, the decrease in residual magnetic flux density can be suppressed while maintaining coercivity. By selectively controlling the microstructure to achieve such a configuration, the rare earth sintered magnet 1 can exhibit superior magnetic properties compared to conventional magnets.
また、主相10は、表面の少なくとも一部に重希土類元素RHを含有する重希土類元素含有層31を有する。つまり、主相10、すなわち第1主相11および第2主相12の表面の少なくとも一部には、重希土類元素RHが存在する。より具体的には、コア部11c,12cには重希土類元素RHが入り込んでいるが、シェル部11s,12sの外周面の少なくとも一部にさらに重希土類元素RHが存在している。このように、第1主相11および第2主相12のRのサイトに重希土類元素RHが入ることで保磁力が上がる。このような効果を得るためには、主相10における重希土類元素RHの割合は、0at.%よりも大きく10at.%以下であることが望ましい。Furthermore, the main phase 10 has a heavy rare earth element-containing layer 31 that contains heavy rare earth elements RH in at least a portion of its surface. In other words, heavy rare earth elements RH are present in at least a portion of the surface of the main phase 10, i.e., the first main phase 11 and the second main phase 12. More specifically, heavy rare earth elements RH are present in the core portions 11c and 12c, but even more heavy rare earth elements RH are present in at least a portion of the outer circumferential surface of the shell portions 11s and 12s. In this way, the coercivity is increased by the presence of heavy rare earth elements RH in the R sites of the first main phase 11 and the second main phase 12. To obtain such an effect, it is desirable that the proportion of heavy rare earth elements RH in the main phase 10 be greater than 0 at.% and 10 at.% or less.
さらに、主相10の結晶粒の平均粒径は、100μm以下にすることが好ましく、磁気特性向上のために、0.5μm以上50μm以下にすることがより好ましい。さらには、1μm以上10μm以下程度とすることで、熱間加工から製造される微細組織とは異なる粒径となり、良好な着磁性能が維持され、従来に比して優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石1とすることが可能になる。Furthermore, the average grain size of the crystal grains in the main phase 10 is preferably 100 μm or less, and more preferably 0.5 μm to 50 μm to improve magnetic properties. Moreover, by setting it to approximately 1 μm to 10 μm, the grain size differs from that of the microstructure produced by hot working, maintaining good magnetization performance and making it possible to produce a rare-earth sintered magnet 1 with superior magnetic properties compared to conventional magnets.
実施の形態1による希土類焼結磁石1は、磁気特性をさらに向上させる添加元素Mを含有していてもよい。添加元素Mは、Ga,Cu,Al,Co,Zr,Ti,NbおよびMnの群から選択される1種類以上の元素である。したがって、実施の形態1による希土類焼結磁石1は、RHをDy,Tb,GdおよびHoの群から選択される1種類以上の元素である重希土類元素とし、RをNd,Prおよび重希土類元素RH以外の希土類元素とすると、一般式が(NdaPrbRcRHd)FeeBfMgで表現される。a,b,c,d,e,f,gは、以下の関係式を満足することが望ましい。 The rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 may contain an additive element M that further improves the magnetic properties. The additive element M is one or more elements selected from the group Ga, Cu, Al, Co, Zr, Ti, Nb, and Mn. Therefore, if RH is a heavy rare earth element selected from the group Dy, Tb, Gd, and Ho, and R is Nd, Pr, and a rare earth element other than the heavy rare earth element RH, the general formula of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 can be expressed as (Nd a Pr b R c RH d )Fe e B f M g . It is desirable that a, b, c, d, e, f, and g satisfy the following relationship.
5≦a+b≦20
0<c+d<(a+b)
0<d<10
70≦e≦90
0.5≦f≦10
0≦g≦5
a+b+c+d+e+f+g=100at.%
5 ≤ a + b ≤ 20
0<c+d<(a+b)
0 < d < 10
70 ≤ e ≤ 90
0.5 ≤ f ≤ 10
0 ≤ g ≤ 5
a+b+c+d+e+f+g=100at. %
実施の形態1による希土類焼結磁石1は、RをNd,Prおよび重希土類元素RH以外から選択される1種類以上の希土類元素とすると、一般式(Nd,Pr,RH,R)-Fe-Bを満たし、Nd2Fe14B結晶構造を基本とする結晶粒を含む主相10において、コア部11c,12cとコア部11c,12cを被覆するシェル部11s,12sとを有する主相10が存在し、主相10は、CNd>CPrである第1主相11と、CNd<CPrである第2主相12と、を有し、第1主相11の重希土類元素RHの濃度は、第2主相12の重希土類元素RHの濃度よりも高く、第1主相11と第2主相12とが混在している。このような構成によって、Ndおよび重希土類元素RHの使用を抑えながら、従来に比して磁気特性および着磁性を向上させた希土類焼結磁石1を得ることができる。 The rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 satisfies the general formula (Nd, Pr, RH, R)-Fe-B when R is one or more rare earth elements selected from those other than Nd, Pr and the heavy rare earth element RH, and the main phase 10, which contains crystal grains based on the Nd 2 Fe 14 B crystal structure, has core portions 11c, 12c and shell portions 11s, 12s covering the core portions 11c, 12c, and the main phase 10 has a first main phase 11 where CNd > CPr and a second main phase 12 where CNd < CPr, and the concentration of the heavy rare earth element RH in the first main phase 11 is higher than the concentration of the heavy rare earth element RH in the second main phase 12, and the first main phase 11 and the second main phase 12 are mixed. This configuration makes it possible to obtain a rare-earth sintered magnet 1 with improved magnetic properties and magnetization compared to conventional magnets, while reducing the use of Nd and heavy rare-earth elements RH.
特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石と実施の形態1による希土類焼結磁石1とを比較する。特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石では、重希土類元素RHを必須とする1種類以上の希土類元素を有し、コア部とシェル部とから構成される1種類の主相粒子を有している。つまり、特許文献1では、R-T-B系焼結磁石内のすべての主相粒子に重希土類元素RHが含まれることになる。一方、実施の形態1による希土類焼結磁石1では、主相10は、第1主相11と第2主相12とを有し、重希土類元素RHの濃度は、第1主相11に比して第2主相12の方が少なくなっている。一例では、第1主相11のコア部11cには、重希土類元素RHが含まれるが、第2主相12のコア部12cには、重希土類元素RHはほとんど含まれない。つまり、重希土類元素RHが主相10内で選択的に配置されるようにしている。このように、1種類しかない主相のすべてに重希土類元素RHが含まれるようにしなければならない特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石に比して、第1主相11と、第1主相11に比して重希土類元素RHの濃度が少ない第2主相12と、を有する主相10を備える実施の形態1による希土類焼結磁石1の方が、重希土類元素RHの使用量を抑えることができる。特に、第2主相12に重希土類元素RHがほとんど含まれない場合には、重希土類元素RHが選択的に配置されることになり、特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石に比して、重希土類元素RHの使用量を抑えることができる。This document compares the R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1 with the rare-earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1. The R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1 has one or more rare-earth elements, with heavy rare-earth element RH being essential, and has one type of main phase particle composed of a core portion and a shell portion. In other words, in Patent Document 1, heavy rare-earth element RH is contained in all main phase particles of the R-T-B sintered magnet. On the other hand, in the rare-earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, the main phase 10 has a first main phase 11 and a second main phase 12, and the concentration of heavy rare-earth element RH is lower in the second main phase 12 compared to the first main phase 11. In one example, the core portion 11c of the first main phase 11 contains heavy rare-earth element RH, but the core portion 12c of the second main phase 12 contains almost no heavy rare-earth element RH. In other words, heavy rare-earth element RH is selectively arranged within the main phase 10. Thus, compared to the R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1, in which it is necessary to ensure that all of the single main phase contains heavy rare earth elements RH, the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, which has a main phase 10 comprising a first main phase 11 and a second main phase 12 having a lower concentration of heavy rare earth elements RH compared to the first main phase 11, can reduce the amount of heavy rare earth elements RH used. In particular, when the second main phase 12 contains almost no heavy rare earth elements RH, the heavy rare earth elements RH are selectively arranged, and the amount of heavy rare earth elements RH used can be reduced compared to the R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1.
特許文献2に記載の技術で製造した希土類磁石と実施の形態1による希土類焼結磁石1とを比較する。特許文献2に記載の技術で製造した希土類磁石で実施の形態1による希土類焼結磁石1と同等の磁気特性を得ようとする場合には、後述する実施例に示されるように、実施の形態1による希土類焼結磁石1に比してより多くの重希土類元素RHを入れなければならない。つまり、実施の形態1による希土類焼結磁石1は、同じ磁気特性を得ようとした場合に、特許文献2に記載の技術に比して重希土類元素RHの使用量を抑えることができる。あるいは、特許文献2に記載の技術で製造した希土類磁石における重希土類元素RHの含有量を、実施の形態1,2に係る希土類焼結磁石1における重希土類元素RHの含有量と同じとした場合には、特許文献2に記載の技術で製造した希土類磁石の磁気特性は、実施の形態1,2に係る希土類焼結磁石1の磁気特性よりも低いものとなる。This document compares a rare earth magnet manufactured using the technology described in Patent Document 2 with a rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1. To obtain magnetic properties equivalent to those of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 using a rare earth magnet manufactured using the technology described in Patent Document 2, a larger amount of heavy rare earth element RH must be added compared to the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, as shown in the examples described later. In other words, the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 can use less heavy rare earth element RH compared to the technology described in Patent Document 2 when attempting to obtain the same magnetic properties. Alternatively, if the heavy rare earth element RH content in the rare earth magnet manufactured using the technology described in Patent Document 2 is the same as the heavy rare earth element RH content in the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiments 1 and 2, the magnetic properties of the rare earth magnet manufactured using the technology described in Patent Document 2 will be lower than those of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiments 1 and 2.
実施の形態1による希土類焼結磁石1では、第1主相11および第2主相12は、C1Nd>C2Nd、C1Pr<C2Prの関係式を満たすようにした。あるいは、第2主相12の数よりも第1主相11の数の方が多くなるようにした。あるいは、第1主相11はCNd>SNd、CPr<SPr、CRH>SRHの関係式を満たし、第2主相12はCNd<SNd、CPr>SPr、CRH<SRHの関係式を満たすようにした。これによっても、Ndおよび重希土類元素RHの使用を抑えながら、磁気特性および着磁性を向上させた希土類焼結磁石1を得ることができる。In the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, the first main phase 11 and the second main phase 12 are configured to satisfy the relationships C1Nd > C2Nd and C1Pr < C2Pr. Alternatively, the number of first main phases 11 is greater than the number of second main phases 12. Alternatively, the first main phase 11 satisfies the relationships CNd > SNd, CPr < SPr, CRH > SRH, and the second main phase 12 satisfies the relationships CNd < SNd, CPr > SPr, CRH < SRH. This also makes it possible to obtain a rare earth sintered magnet 1 with improved magnetic properties and magnetization while suppressing the use of Nd and heavy rare earth elements RH.
さらに、第1主相11および第2主相12の表面の少なくとも一部に重希土類元素RHが存在するようにした。すなわち、第1主相11および第2主相12は、それぞれの表面の少なくとも一部に重希土類元素含有層31を有する。これによっても、重希土類元素RHの使用を抑えながら、保磁力を従来に比して向上させるとともに残留磁束密度の著しい低下を抑制した希土類焼結磁石1を得ることができる。すなわち、従来に比して希土類焼結磁石1の磁気特性を向上させることができるという効果を有する。Furthermore, heavy rare earth elements RH are present on at least a portion of the surfaces of the first main phase 11 and the second main phase 12. That is, the first main phase 11 and the second main phase 12 each have a heavy rare earth element-containing layer 31 on at least a portion of their respective surfaces. This also allows for the production of a rare earth sintered magnet 1 that improves coercivity compared to conventional magnets while suppressing a significant decrease in residual magnetic flux density, all while reducing the use of heavy rare earth elements RH. In other words, it has the effect of improving the magnetic properties of the rare earth sintered magnet 1 compared to conventional magnets.
さらに、主相10が重希土類元素RHを含むことで、従来に比して保磁力が大きく向上した希土類焼結磁石1が得られる。また、後述する実施例に示されるように、保磁力の温度係数も従来に比して良好な希土類焼結磁石1が得られる。このため、希土類焼結磁石1に熱負荷を与えても、保磁力は従来に比して大きくなり、従来に比して保磁力の温度上昇による低下も緩やかとなる。つまり、従来の希土類焼結磁石に比して保磁力が大きく向上するため、希土類焼結磁石1に熱負荷を与えたときの磁気特性も従来に比して良好なものとなる。Furthermore, by including the heavy rare earth element RH in the main phase 10, a rare earth sintered magnet 1 with significantly improved coercivity compared to conventional magnets can be obtained. Also, as shown in the examples described later, a rare earth sintered magnet 1 with a better temperature coefficient of coercivity compared to conventional magnets can be obtained. Therefore, even when a thermal load is applied to the rare earth sintered magnet 1, the coercivity is greater than in conventional magnets, and the decrease in coercivity due to temperature rise is also more gradual than in conventional magnets. In other words, because the coercivity is significantly improved compared to conventional rare earth sintered magnets, the magnetic properties of the rare earth sintered magnet 1 when subjected to a thermal load are also better than in conventional magnets.
実施の形態2.
図2は、実施の形態2による希土類焼結磁石の焼結状態の構造の一例を模式的に示す図である。なお、実施の形態1と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略する。実施の形態2による希土類焼結磁石1は、主相10と、副相20と、を有する。
Embodiment 2.
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of the structure of a rare earth sintered magnet in its sintered state according to Embodiment 2. Components identical to those in Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and their descriptions are omitted. The rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 2 has a main phase 10 and a sub-phase 20.
主相10は、実施の形態1と同様の構造を有する。つまり、主相10は、コアシェル構造を有する第1主相11および第2主相12を有し、コア部11c,12cの組成およびシェル部11s,12sの組成は、実施の形態1で説明したものと同様である。ただし、実施の形態2では、主相10の表面には、重希土類元素含有層31は存在していてもよいし、していなくてもよい。The main phase 10 has the same structure as in Embodiment 1. That is, the main phase 10 has a first main phase 11 and a second main phase 12 having a core-shell structure, and the composition of the core portions 11c, 12c and the composition of the shell portions 11s, 12s are the same as those described in Embodiment 1. However, in Embodiment 2, the heavy rare earth element-containing layer 31 may or may not be present on the surface of the main phase 10.
副相20は、(Nd,Pr,RH,R)-Oを主成分として表される酸化物相を基本とする相である。つまり、実施の形態2では、副相20は、重希土類元素RHを含む。重希土類元素RHは、副相20の全体にわたって分布している。一例では、重希土類元素RHは、副相20の内部に均一に分布している。The subphase 20 is a phase based on an oxide phase whose main component is (Nd, Pr, RH, R)-O. In other words, in Embodiment 2, the subphase 20 contains the heavy rare earth element RH. The heavy rare earth element RH is distributed throughout the subphase 20. In one example, the heavy rare earth element RH is uniformly distributed within the subphase 20.
このように、実施の形態2では、主相10と主相10との間に、重希土類元素RHを有する副相20が存在する。副相20内には均一に重希土類元素RHが分布しており、副相20と接する主相10の表面の一部には、重希土類元素RHが入り込んでいるとも考えることができる。つまり、重希土類元素RHは、シェル部11s,12sの一部に入り込んでいると考えられる。このため、実施の形態1と同様に、希土類焼結磁石1の保磁力を向上させながら残留磁束密度の低下を抑えることができる。Thus, in Embodiment 2, a subphase 20 containing heavy rare earth elements RH exists between the main phase 10 and the main phase 10. The heavy rare earth elements RH are uniformly distributed within the subphase 20, and it can also be considered that the heavy rare earth elements RH are embedded in a part of the surface of the main phase 10 that is in contact with the subphase 20. In other words, it is considered that the heavy rare earth elements RH are embedded in a part of the shell portions 11s and 12s. Therefore, similar to Embodiment 1, it is possible to suppress the decrease in residual magnetic flux density while improving the coercivity of the rare earth sintered magnet 1.
図2に示されるように、希土類焼結磁石1の中で、主相10は、副相20を介さずに他の主相10と接触したり、副相20を介して、他の主相10と接触したりする。すなわち、主相10の表面の少なくとも一部は副相20と接している状態となる。また、副相20には、重希土類元素RHが含まれている。このため、主相10の表面の少なくとも一部は、重希土類元素RHを含む副相20によって覆われていることになる。このことから、主相10の表面の少なくとも一部に、具体的には副相20と接する主相10の表面に、重希土類元素RHが存在しているということができる。つまり、同じ希土類焼結磁石1について、主相10と副相20との界面に注目して、重希土類元素RHの分布を示したものが実施の形態1であり、副相20に注目して、重希土類元素RHの分布を示したものが実施の形態2である。このように、実施の形態1および実施の形態2は、同じ希土類焼結磁石1を別の角度から見たものということができる。As shown in Figure 2, in the rare earth sintered magnet 1, the main phase 10 is in contact with other main phases 10 without the subphase 20, or in contact with other main phases 10 via the subphase 20. That is, at least a portion of the surface of the main phase 10 is in contact with the subphase 20. Furthermore, the subphase 20 contains the heavy rare earth element RH. Therefore, at least a portion of the surface of the main phase 10 is covered by the subphase 20 containing the heavy rare earth element RH. From this, it can be said that the heavy rare earth element RH is present on at least a portion of the surface of the main phase 10, specifically on the surface of the main phase 10 that is in contact with the subphase 20. In other words, Embodiment 1 shows the distribution of the heavy rare earth element RH focusing on the interface between the main phase 10 and the subphase 20 in the same rare earth sintered magnet 1, while Embodiment 2 shows the distribution of the heavy rare earth element RH focusing on the subphase 20. Thus, Embodiment 1 and Embodiment 2 can be described as the same rare-earth sintered magnet 1 viewed from different angles.
実施の形態2によっても、実施の形態1と同様に、重希土類元素RHの使用を抑えながら、保磁力を従来に比して向上させるとともに残留磁束密度の著しい低下を抑制した希土類焼結磁石1を得ることができる。あるいは、従来に比して少ない重希土類元素RHの量で、従来のものと同等以上の磁気特性を有する希土類焼結磁石1を得ることができる。また、従来の希土類焼結磁石に比して保磁力が大きく向上するため、希土類焼結磁石1に熱負荷を与えたときの磁気特性も従来に比して良好なものとなる。すなわち、従来に比して希土類焼結磁石1の磁気特性を向上させることができるという効果を有する。In Embodiment 2, as in Embodiment 1, it is possible to obtain a rare-earth sintered magnet 1 that improves coercivity compared to conventional magnets while suppressing a significant decrease in residual magnetic flux density, while reducing the use of heavy rare-earth elements RH. Alternatively, it is possible to obtain a rare-earth sintered magnet 1 with magnetic properties equivalent to or better than conventional magnets, using a smaller amount of heavy rare-earth elements RH compared to conventional magnets. Furthermore, because the coercivity is greatly improved compared to conventional rare-earth sintered magnets, the magnetic properties when the rare-earth sintered magnet 1 is subjected to a thermal load are also better than conventional magnets. In other words, it has the effect of improving the magnetic properties of the rare-earth sintered magnet 1 compared to conventional magnets.
実施の形態3.
図3は、実施の形態3による希土類焼結磁石の焼結状態の構造の一例を模式的に示す図である。実施の形態3による希土類焼結磁石1は、主相10と、副相20と、を有する。主相10は、実施の形態1で説明したように第1主相11および第2主相12を含む。副相20は、主相10間に存在する。
Embodiment 3.
Figure 3 is a schematic diagram showing an example of the structure of the sintered state of a rare earth sintered magnet according to Embodiment 3. The rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 3 has a main phase 10 and a sub-phase 20. The main phase 10 includes a first main phase 11 and a second main phase 12, as described in Embodiment 1. The sub-phase 20 is located between the main phases 10.
実施の形態3による希土類焼結磁石1では、希土類元素RにLa(ランタン),Sm(サマリウム)を選択する場合を示す。希土類元素RにLa,Smを選択する場合には、Ndおよび重希土類元素RHの使用を抑えながら、磁気特性を向上させ、従来に比して優れた着磁性を有するという効果がさらに大きくなる。この例では、主相10は、(Nd,Pr,RH,La,Sm)2Fe14Bの組成式を有する。正方晶R2Fe14B結晶構造を有する希土類焼結磁石1の希土類元素RをLaおよびSmを含む希土類元素とする理由は、分子軌道法を用いた磁気的相互作用エネルギの計算結果から、LaとSmとを添加した組成とすることで、温度上昇に伴う磁気特性の低下を大きく抑制することのできる実用的な希土類焼結磁石1が得られるためである。また、LaとSmとを意図的に副相20の一例である粒界にも偏析させることによって、相対的にNdおよびPrを主相10に拡散させ、主相10の結晶磁気異方性を高めることができる。これによって、主相10内において磁気異方性の高い部分と低い部分とが存在するコアシェル構造が形成され、CNd>CPrである第1主相11と、CNd<CPrである第2主相12と、が混在し、第1主相11のコア部11cにおける重希土類元素RHの濃度は、第2主相12のコア部12cにおける重希土類元素RHの濃度よりも高い希土類焼結磁石1ができやすい状態を形成する。 Embodiment 3 of the rare earth sintered magnet 1 shows the case where La (lanthanum) and Sm (samarium) are selected as the rare earth element R. When La and Sm are selected as the rare earth element R, the effect of improving magnetic properties and having superior magnetization compared to conventional magnets is further enhanced while suppressing the use of Nd and the heavy rare earth element RH. In this example, the main phase 10 has the composition formula (Nd, Pr, RH, La, Sm) 2 Fe 14 B. The reason why the rare earth element R of the rare earth sintered magnet 1 having a tetragonal R 2 Fe 14 B crystal structure is to include rare earth elements La and Sm is that, from the calculation results of magnetic interaction energy using molecular orbital method, a practical rare earth sintered magnet 1 can be obtained that can greatly suppress the decrease in magnetic properties with increasing temperature by adding La and Sm. Furthermore, by intentionally segregating La and Sm at grain boundaries, which are an example of the subphase 20, Nd and Pr are relatively diffused into the main phase 10, thereby increasing the crystalline magnetic anisotropy of the main phase 10. As a result, a core-shell structure is formed in the main phase 10 in which parts with high magnetic anisotropy and parts with low magnetic anisotropy exist, and a first main phase 11 in which CNd > CPr and a second main phase 12 in which CNd < CPr coexist, creating a condition in which a rare earth sintered magnet 1 is easily formed in which the concentration of heavy rare earth elements RH in the core portion 11c of the first main phase 11 is higher than the concentration of heavy rare earth elements RH in the core portion 12c of the second main phase 12.
なお、LaとSmとの添加量が多過ぎると、磁気異方性定数および飽和磁気分極の高い元素であるNdおよびPrの量が減少し、磁気特性の低下を招いてしまう。このため、Nd,Pr,LaおよびSmの組成比率をそれぞれA,B,CおよびDとしたとき、(A+B)>(C+D)とすることが好ましい。Furthermore, if the amounts of La and Sm added are too high, the amounts of Nd and Pr, which are elements with high magnetic anisotropy constants and saturation magnetic polarization, will decrease, leading to a decline in magnetic properties. For this reason, when the composition ratios of Nd, Pr, La, and Sm are A, B, C, and D, respectively, it is preferable that (A + B) > (C + D).
実施の形態3による希土類焼結磁石1においては、R=La,Smとしたとき、実施の形態1,2における第1主相11および第2主相12に加え、副相20を有する。副相20は、主成分が(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Oとして表される酸化物相を基本とする結晶性の第1副相21と、主成分が(Nd,Pr,RH,La)-Oとして表される結晶性の第2副相22と、を有する。副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いという特徴を有する。つまり、第1副相21は、第2副相22に比してSm濃度が高いSm濃化部41を形成している。これにより、室温の磁気特性のみならず、温度上昇に伴う磁気特性の低下を抑制する効果を奏する。In the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 3, when R = La, Sm, in addition to the first main phase 11 and second main phase 12 in Embodiments 1 and 2, there is a subphase 20. The subphase 20 has a crystalline first subphase 21 based on an oxide phase whose main component is represented as (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O, and a crystalline second subphase 22 whose main component is represented as (Nd, Pr, RH, La)-O. The concentration of Sm in the subphase 20 is higher in the first subphase 21 than in the second subphase 22. In other words, the first subphase 21 forms an Sm-enriched portion 41 with a higher Sm concentration than the second subphase 22. This has the effect of suppressing the decrease in magnetic properties not only at room temperature but also with increasing temperature.
ここで、「Smの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高い」とは、EPMAを用いたマッピング分析により、第2副相22よりも第1副相21においてSmの検出強度が平均して高いことを意味する。Here, "the concentration of Sm is higher in the first subphase 21 compared to the second subphase 22" means that, on average, the detection intensity of Sm is higher in the first subphase 21 than in the second subphase 22, as determined by mapping analysis using EPMA.
結晶性の副相20は、結晶性の第1副相21および結晶性の第2副相22の総称であり、主相10の間に存在する。結晶性の第1副相21は、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Oで表され、結晶性の第2副相22は、(Nd,Pr,RH,La)-Oで表される。ここで、(Nd,Pr,RH,La,Sm)は、Nd,Prの一部が重希土類元素RH、LaおよびSmによって置換されていることを意味している。なお、ここでは主成分の元素を括弧内に記載しているので、第1副相21および第2副相22は、括弧内に示される元素のほかに他の成分を微量含んでいてもよい。一例では、(Nd,Pr,RH,La)-Oで表される第2副相22は、極微量のSmを含んでいる。The crystalline subphase 20 is a collective term for the crystalline first subphase 21 and the crystalline second subphase 22, and exists between the main phase 10. The crystalline first subphase 21 is represented as (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O, and the crystalline second subphase 22 is represented as (Nd, Pr, RH, La)-O. Here, (Nd, Pr, RH, La, Sm) means that some of Nd and Pr are substituted by the heavy rare earth elements RH, La, and Sm. Note that the main component elements are listed in parentheses here, so the first subphase 21 and the second subphase 22 may contain trace amounts of other components in addition to the elements shown in parentheses. For example, the second subphase 22 represented as (Nd, Pr, RH, La)-O contains a trace amount of Sm.
実施の形態3による希土類焼結磁石1において、主相10と副相20とでは、LaおよびSmの濃度差が存在し、LaおよびSmは、主相10よりも副相20に偏析している。つまり、第1副相21および第2副相22におけるLaの濃度の和は、主相10におけるLaの濃度以上であり、第1副相21および第2副相22におけるSmの濃度の和は、主相10におけるSmの濃度以上である。具体的には、副相20のLaおよびSmの濃度は、主相10のLaおよびSmの濃度以上である。ここでの主相10のLaの濃度は、第1主相11のLaの濃度と第2主相12のLaの濃度との和である。つまり、第1副相21および第2副相22におけるLaの濃度の和は、第1主相11および第2主相12におけるLaの濃度の和よりも高い。また、主相10のSmの濃度は、第1主相11のSmの濃度と第2主相12のSmの濃度との和である。つまり、第1副相21および第2副相22におけるSmの濃度の和は、第1主相11および第2主相12におけるSmの濃度の和よりも高い。In the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 3, there is a difference in the concentrations of La and Sm between the main phase 10 and the sub-phase 20, with La and Sm being more segregated in the sub-phase 20 than in the main phase 10. That is, the sum of the concentrations of La in the first sub-phase 21 and the second sub-phase 22 is greater than or equal to the concentration of La in the main phase 10, and the sum of the concentrations of Sm in the first sub-phase 21 and the second sub-phase 22 is greater than or equal to the concentration of Sm in the main phase 10. Specifically, the concentrations of La and Sm in the sub-phase 20 are greater than or equal to the concentrations of La and Sm in the main phase 10. Here, the concentration of La in the main phase 10 is the sum of the concentration of La in the first main phase 11 and the concentration of La in the second main phase 12. In other words, the sum of the concentrations of La in the first subphase 21 and the second subphase 22 is higher than the sum of the concentrations of La in the first main phase 11 and the second main phase 12. Also, the concentration of Sm in the main phase 10 is the sum of the concentration of Sm in the first main phase 11 and the concentration of Sm in the second main phase 12. In other words, the sum of the concentrations of Sm in the first subphase 21 and the second subphase 22 is higher than the sum of the concentrations of Sm in the first main phase 11 and the second main phase 12.
ここで、主相10に含まれるLa濃度をXとし、第1副相21に含まれるLa濃度をX1とし、第2副相22に含まれるLa濃度をX2とし、主相10に含まれるSm濃度をYとし、第1副相21に含まれるSm濃度をY1とし、第2副相22に含まれるSm濃度をY2としたときに、次式(1)の関係が満たされる。 Here, when the La concentration in the main phase 10 is X, the La concentration in the first sub-phase 21 is X1 , the La concentration in the second sub-phase 22 is X2 , the Sm concentration in the main phase 10 is Y, the Sm concentration in the first sub-phase 21 is Y1 , and the Sm concentration in the second sub-phase 22 is Y2 , the following relationship (1) is satisfied.
1<(Y1+Y2)/Y<(X1+X2)/X ・・・・(1) 1<(Y 1 +Y 2 )/Y<(X 1 +X 2 )/X (1)
さらに、磁気特性向上の観点から、主相10に含まれるNdおよびPrの濃度に対しては、次式(2)、(3)の関係が満たされる。Furthermore, from the viewpoint of improving magnetic properties, the following relationships (2) and (3) are satisfied with respect to the concentrations of Nd and Pr contained in the main phase 10.
(CNd+SNd)>(X+Y) ・・・・(2)
(CPr+SPr)>(X+Y) ・・・・(3)
(CNd+SNd)>(X+Y)...(2)
(CPr+SPr)>(X+Y)...(3)
なお、上記では、主相10のLaの濃度は、第1主相11および第2主相12におけるLaの濃度の和であり、主相10のSmの濃度は、第1主相11および第2主相12におけるSmの濃度の和であるとした。これは、La,Smが、ともに主相10よりも副相20に偏析していることを示すものである。ただし、局所的に見た場合には、第1主相11および第2主相12におけるLaおよびSmのそれぞれの濃度の和と、第1副相21および第2副相22におけるLaおよびSmのそれぞれの濃度の和と、が上記した関係を満たさない場合もあり得る。このため、より具体的には、主相10のLaの濃度は、第1主相11および第2主相12におけるLaの濃度の平均を示し、主相10のSmの濃度は、第1主相11および第2主相12におけるSmの濃度の平均を示すものである。この場合には、副相20のLaの濃度、すなわち第1副相21および第2副相22におけるLaの濃度の和は、第1副相21および第2副相22におけるLaの濃度の平均を意味し、副相20のSmの濃度、すなわち第1副相21および第2副相22におけるSmの濃度の和は、第1副相21および第2副相22におけるSmの濃度の平均を意味するものとなる。In the above, the concentration of La in the main phase 10 was assumed to be the sum of the concentrations of La in the first main phase 11 and the second main phase 12, and the concentration of Sm in the main phase 10 was assumed to be the sum of the concentrations of Sm in the first main phase 11 and the second main phase 12. This indicates that both La and Sm are segregated more towards the subphase 20 than towards the main phase 10. However, when viewed locally, the sum of the concentrations of La and Sm in the first main phase 11 and the second main phase 12, and the sum of the concentrations of La and Sm in the first subphase 21 and the second subphase 22, may not satisfy the above relationship. Therefore, more specifically, the concentration of La in the main phase 10 represents the average of the concentrations of La in the first main phase 11 and the second main phase 12, and the concentration of Sm in the main phase 10 represents the average of the concentrations of Sm in the first main phase 11 and the second main phase 12. In this case, the concentration of La in subphase 20, i.e., the sum of the concentrations of La in the first subphase 21 and the second subphase 22, represents the average of the concentrations of La in the first subphase 21 and the second subphase 22, and the concentration of Sm in subphase 20, i.e., the sum of the concentrations of Sm in the first subphase 21 and the second subphase 22, represents the average of the concentrations of Sm in the first subphase 21 and the second subphase 22.
Laは、製造工程、特に熱処理過程で粒界に高濃度に存在することによって、相対的にNdおよびPrを主相10に拡散させる。この結果、実施の形態3における希土類焼結磁石1は、主相10のNdおよびPrが粒界で消費されずに結晶磁気異方性が向上する。Smにおいても、主相10に比して副相20、特に第1副相21に高濃度に存在するため、Laと同様に相対的にNdを主相10に拡散させ、結晶磁気異方性を向上させる。La, due to its high concentration at grain boundaries during the manufacturing process, particularly the heat treatment process, relatively diffuses Nd and Pr into the main phase 10. As a result, in the rare-earth sintered magnet 1 of Embodiment 3, the Nd and Pr in the main phase 10 are not consumed at grain boundaries, and the crystalline magnetic anisotropy is improved. Similarly, Sm, being present in a high concentration in the sub-phase 20, particularly the first sub-phase 21, compared to the main phase 10, also relatively diffuses Nd into the main phase 10, improving the crystalline magnetic anisotropy, just like La.
実施の形態2で説明したように、副相20は重希土類元素RHを含むので、第1副相21および第2副相22は重希土類元素RHを含むが、実施の形態3では第1副相21と第2副相22とで重希土類元素RHの分布が異なる。Sm濃度が第1副相21よりも低い第2副相22では、重希土類元素RHは、第2副相22内に均一に分布している。一方、Sm濃化部41を形成している第1副相21では、重希土類元素RHは、第1副相21内に均一に分布しているのではなく、第1副相21の外郭とSm濃化部41との間、すなわち第1副相21の外郭の内周部に選択的に分布している。具体的には、第1副相21のSm濃度が高いSm濃化部41の外郭を選択的に取り囲むように重希土類元素RHが存在する。このことから、第1副相21は、Sm濃化部41と、Sm濃化部41の外郭を選択的に取り囲む重希土類元素RHが存在する重希土類元素含有部42と、を有するともいえる。第1副相21の外郭は、第1副相21と主相10との境界部である。As described in Embodiment 2, since the subphase 20 contains heavy rare earth elements RH, the first subphase 21 and the second subphase 22 also contain heavy rare earth elements RH. However, in Embodiment 3, the distribution of heavy rare earth elements RH differs between the first subphase 21 and the second subphase 22. In the second subphase 22, where the Sm concentration is lower than in the first subphase 21, the heavy rare earth elements RH are uniformly distributed within the second subphase 22. On the other hand, in the first subphase 21, which forms the Sm-enriched region 41, the heavy rare earth elements RH are not uniformly distributed within the first subphase 21, but rather selectively distributed between the outer periphery of the first subphase 21 and the Sm-enriched region 41, that is, in the inner periphery of the outer periphery of the first subphase 21. Specifically, the heavy rare earth elements RH are present so as to selectively surround the outer periphery of the Sm-enriched region 41, where the Sm concentration of the first subphase 21 is high. From this, it can be said that the first subphase 21 has an Sm-enriched portion 41 and a heavy rare earth element-containing portion 42 in which heavy rare earth elements RH exist and selectively surround the outer edge of the Sm-enriched portion 41. The outer edge of the first subphase 21 is the boundary between the first subphase 21 and the main phase 10.
実施の形態2と同様に、主相10と主相10との間に、重希土類元素RHを有する第1副相21および第2副相22が存在する。このため、重希土類元素RHを有する第1副相21および第2副相22と接する主相10の表面の一部には、重希土類元素RHが入り込んでいると考えることができる。つまり、副相20の重希土類元素RHは、シェル部11s,12sの一部に入り込んでいると考えられる。このため、実施の形態3による希土類焼結磁石1でも、実施の形態1と同様に、希土類焼結磁石1の保磁力を向上させながら残留磁束密度の低下を抑えることができる。Similar to Embodiment 2, a first sub-phase 21 and a second sub-phase 22 containing heavy rare earth elements RH exist between the main phase 10. Therefore, it can be considered that heavy rare earth elements RH are incorporated into a portion of the surface of the main phase 10 that is in contact with the first sub-phase 21 and the second sub-phase 22 containing heavy rare earth elements RH. In other words, it is considered that the heavy rare earth elements RH of the sub-phase 20 are incorporated into a portion of the shell portions 11s and 12s. Therefore, in the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 3, similar to Embodiment 1, it is possible to suppress the decrease in residual magnetic flux density while improving the coercivity of the rare earth sintered magnet 1.
なお、実施の形態3による希土類焼結磁石の断面を電界放出型電子プローブマイクロアナライザ(Field Emission-Electron Probe Micro Analyzer:FE-EPMA)で分析すると、図3のように、コア部11cに重希土類元素RHが分布している第1主相11と、コア部12cに重希土類元素RHがほとんど分布していない第2主相12と、を有する主相10が存在し、主相10と主相10との間に副相20が存在していることが確認される。また、副相20には、Sm濃化部41を有する第1副相21と、第1副相21よりもSm濃度が低い第2副相22と、が存在することも確認される。第2副相22では、上記したように重希土類元素RHであるTbが均一に分布している一方、第1副相21では、Tbの分布に偏りが生じていることも確認される。また、第1副相21の中のSm濃度が高くなっているSm濃化部41の周囲を選択的に取り囲むように重希土類元素含有部42が存在していることも確認される。さらに、Sm濃化部41の中には、重希土類元素RHはほとんど存在していないこと、Sm濃化部41の周囲に選択的に分布している重希土類元素RHの濃度は、第2副相22の内部に全体的に分布している重希土類元素RHの濃度よりも高くなっていることも確認される。Furthermore, when the cross-section of the rare earth sintered magnet according to Embodiment 3 is analyzed with a Field Emission-Electron Probe Micro Analyzer (FE-EPMA), it is confirmed that, as shown in Figure 3, there is a main phase 10 having a first main phase 11 in which heavy rare earth element RH is distributed in the core portion 11c, and a second main phase 12 in which heavy rare earth element RH is hardly distributed in the core portion 12c, and that a subphase 20 exists between the main phase 10 and the main phase 10. It is also confirmed that the subphase 20 has a first subphase 21 having an Sm-enriched portion 41, and a second subphase 22 with a lower Sm concentration than the first subphase 21. In the second subphase 22, as described above, Tb, which is a heavy rare earth element RH, is uniformly distributed, while in the first subphase 21, it is confirmed that there is a bias in the distribution of Tb. Furthermore, it is confirmed that heavy rare earth element-containing regions 42 exist so as to selectively surround the Sm-enriched regions 41 in the first subphase 21 where the Sm concentration is high. In addition, it is confirmed that there are almost no heavy rare earth element RHs in the Sm-enriched regions 41, and that the concentration of heavy rare earth element RHs selectively distributed around the Sm-enriched regions 41 is higher than the concentration of heavy rare earth element RHs distributed throughout the second subphase 22.
次に、LaおよびSmが正方晶R2Fe14B結晶構造のどの原子サイトにおいて置換されているかについて説明する。図4は、正方晶Nd2Fe14B結晶構造における原子サイトを示す図である。なお、図4に示される結晶構造は、一例では、下記に示す参考技術文献1のFIG.1に記載されている。置換されるサイトは、バンド計算およびハイゼンベルグモデルの分子場近似によって、置換による安定化エネルギを求め、そのエネルギの数値によって判断される。
(参考技術文献1)J.F.Herbst et al. “Relationships between crystal structure and magnetic properties in Nd2Fe14B”. PHYSICAL REVIEW B. 1984, Vol.29, No.7, p. 4176-4178.
Next, we will explain at which atomic sites in the tetragonal R₂Fe₁₄B crystal structure La and Sm are substituted. Figure 4 shows the atomic sites in the tetragonal Nd₂Fe₁₄B crystal structure. Note that the crystal structure shown in Figure 4 is, in one example, described in FIG. 1 of Reference 1 listed below. The substituted sites are determined by calculating the stabilization energy due to substitution using band calculations and the molecular field approximation of the Heisenberg model, and then determining the site based on the value of that energy.
(Reference 1) JFHerbst et al. “Relationships between crystal structure and magnetic properties in Nd₂Fe₁₄B ”. PHYSICAL REVIEW B. 1984, Vol.29, No.7, pp. 4176-4178.
まず、Laにおける安定化エネルギの計算方法について説明する。Laにおける安定化エネルギは、Nd8Fe56B4結晶セルを用いて、(Nd7La1)Fe56B4+Ndと、Nd8(Fe55La1)B4+Feと、のエネルギ差によって求めることができる。エネルギの値が小さいほど、そのサイトに原子が置換された場合に、より安定である。すなわち、Laは、原子サイトの中で、エネルギが最も小さくなる原子サイトに置換されやすい。この計算では、Laが元の原子と置換された場合に、正方晶R2Fe14B結晶構造における格子定数は、原子半径の違いによって変わらないとしている。表1は、環境温度を変えた場合の各置換サイトにおけるLaの安定化エネルギを示す表である。 First, we will explain how to calculate the stabilization energy for La. The stabilization energy for La can be determined using the Nd 8 Fe 56 B 4 crystal cell by calculating the energy difference between (Nd 7 La 1 ) Fe 56 B 4 + Nd and Nd 8 (Fe 55 La 1 ) B 4 + Fe. The smaller the energy value, the more stable the site is when an atom is substituted there. In other words, La is most likely to be substituted at the atomic site with the lowest energy among the atomic sites. In this calculation, it is assumed that the lattice constant in the tetragonal R 2 Fe 14 B crystal structure does not change due to differences in atomic radius when La is substituted for the original atom. Table 1 shows the stabilization energy of La at each substitution site when the ambient temperature is changed.
表1によると、Laの安定な置換サイトは、1000K以上の温度では、Nd(f)サイトであり、温度293Kおよび500Kでは、Fe(c)サイトである。実施の形態3による希土類焼結磁石1は、後述するように、希土類焼結磁石1の原料を1000K以上の温度に加熱して溶融した後、急冷される。このため、希土類焼結磁石1の原料は、1000K以上、すなわち727℃以上、好ましくは1300K程度、すなわち1027℃の状態が維持されていると考えられる。その際、LaはNd(f)サイトまたはNd(g)サイトに置換されていると考えられる。ここで、エネルギ的に安定なNd(f)サイトに優先的にLaが置換されると考えられるが、Laの置換サイトの中でエネルギ差の小さいNd(g)サイトへの置換もあり得る。このため、Nd(g)サイトもLaの置換サイトの候補として挙げられている。According to Table 1, the stable substitution site for La is the Nd(f) site at temperatures above 1000K, and the Fe(c) site at temperatures of 293K and 500K. The rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 3 is heated to a temperature of 1000K or higher to melt the raw material for the rare earth sintered magnet 1, as will be described later, and then rapidly cooled. For this reason, the raw material for the rare earth sintered magnet 1 is considered to be maintained at a temperature of 1000K or higher, i.e., 727°C or higher, preferably around 1300K, i.e., 1027°C. At this time, it is considered that La is substituted to either the Nd(f) site or the Nd(g) site. Here, it is considered that La is preferentially substituted to the energetically stable Nd(f) site, but substitution to the Nd(g) site, which has a smaller energy difference among the substitution sites for La, is also possible. For this reason, the Nd(g) site is also listed as a candidate substitution site for La.
さらに、後述する製造方法によって希土類焼結磁石1を製造した場合には、焼結時には1000K以上であるものの、後述する第1次時効工程、第2次時効工程、さらには第3次時効工程、第4次時効工程および冷却工程を経ることで、幾度となく表1に記載のFe(c)サイトがエネルギ的に安定な温度帯で保持される。言い換えれば、主相10のNdサイトにおけるLaの置換は不安定なエネルギ状態で保たれていることになる。つまり、希土類焼結磁石1の原料段階においては、Laは主相10のNdサイトに主に置換されていたが、後述する製造方法では、主相10のNdサイトに対して、敢えて不安定なエネルギ状態の温度域で幾度となく希土類焼結磁石1を保持することにより、主相10のNdサイトからある程度のLaが選択的に放出された結果、Laは副相20に偏析することになる。この結果、主相10はコアシェル構造という特徴的な構造形成を促進していることになる。Furthermore, when the rare earth sintered magnet 1 is manufactured by the manufacturing method described later, although the temperature during sintering is above 1000K, the Fe(c) sites listed in Table 1 are repeatedly maintained in an energetically stable temperature range through the first aging process, second aging process, third aging process, fourth aging process, and cooling process described later. In other words, the substitution of La at the Nd sites of the main phase 10 is maintained in an unstable energy state. That is, in the raw material stage of the rare earth sintered magnet 1, La was mainly substituted at the Nd sites of the main phase 10, but in the manufacturing method described later, by deliberately holding the rare earth sintered magnet 1 repeatedly in an unstable energy state temperature range relative to the Nd sites of the main phase 10, a certain amount of La is selectively released from the Nd sites of the main phase 10, resulting in the segregation of La into the subphase 20. As a result, the main phase 10 promotes the formation of a characteristic structure called a core-shell structure.
次に、Smにおける安定化エネルギの計算方法について説明する。Smの安定化エネルギについては、(Nd7Sm1)Fe56B4+Ndと、Nd8(Fe55Sm1)B4+Feと、のエネルギ差によって求めることができる。原子が置換されることによって、正方晶R2Fe14B結晶構造における格子定数が変化しないとした点については、Laの場合と同様である。表2は、環境温度を変えた場合の各置換サイトにおけるSmの安定化エネルギを示す表である。 Next, we will explain how to calculate the stabilization energy for Sm. The stabilization energy of Sm can be determined by the energy difference between (Nd 7 Sm 1 ) Fe 56 B 4 + Nd and Nd 8 (Fe 55 Sm 1 ) B 4 + Fe. The assumption that the lattice constant in the tetragonal R 2 Fe 14 B crystal structure does not change due to the substitution of atoms is the same as in the case of La. Table 2 shows the stabilization energy of Sm at each substitution site when the ambient temperature is changed.
表2によると、Smの安定な置換サイトは、Laとは異なり、いずれの温度においても、Nd(g)サイトである。Smにおいても、エネルギ的に安定なNd(g)サイトに優先的に置換されると考えられるが、Smの置換サイトの中でエネルギ差の小さいNd(f)サイトへの置換もあり得る。According to Table 2, unlike La, the stable substitution site for Sm is the Nd(g) site at all temperatures. While substitution to the energetically stable Nd(g) site is considered to be preferential in Sm, substitution to the Nd(f) site, which has a smaller energy difference, is also possible among the substitution sites for Sm.
後述する製造方法によって希土類焼結磁石1を製造した場合には、エネルギ的には主相10のNd(g)サイトへの置換が最も安定である。しかし、上記した通り、Laにおいて主相10のNdサイトへの置換が不安定になる温度域で保持することで、一部のSmもLaと一緒に主相10のNdサイトから放出され、副相20に偏析する。この結果、LaおよびSmの濃度は主相10と副相20とで濃度差が存在し、第1副相21および第2副相22におけるLaの濃度の和は、主相10におけるLaの濃度以上であり、第1副相21および第2副相22におけるSmの濃度の和は、主相10におけるSmの濃度以上である。より具体的には、第1副相21および第2副相22におけるLaの濃度の平均は、第1主相11および第2主相12におけるLaの濃度の平均以上であり、第1副相21および第2副相22におけるSmの濃度の平均は、第1主相11および第2主相12におけるSmの濃度の平均以上である。つまり、LaおよびSmは、副相20に偏析するといえる。When the rare earth sintered magnet 1 is manufactured by the manufacturing method described later, the substitution of the Nd(g) site in the main phase 10 is the most energetically stable. However, as described above, by maintaining the magnet in a temperature range where the substitution of the Nd site in the main phase 10 with La becomes unstable, some Sm is also released from the Nd site in the main phase 10 together with La and segregates into the subphase 20. As a result, there is a concentration difference between the main phase 10 and the subphase 20 in terms of La and Sm concentrations. The sum of the concentrations of La in the first subphase 21 and the second subphase 22 is greater than or equal to the concentration of La in the main phase 10, and the sum of the concentrations of Sm in the first subphase 21 and the second subphase 22 is greater than or equal to the concentration of Sm in the main phase 10. More specifically, the average concentration of La in the first subphase 21 and the second subphase 22 is greater than or equal to the average concentration of La in the first main phase 11 and the second main phase 12, and the average concentration of Sm in the first subphase 21 and the second subphase 22 is greater than or equal to the average concentration of Sm in the first main phase 11 and the second main phase 12. In other words, La and Sm are segregated into the subphase 20.
LaおよびSmで比較すると、エネルギ的な観点から、不安定なエネルギ状態の温度域で保持されるLaの方が、圧倒的に副相20に偏析しやすいことがわかる。これにより、LaおよびSmの濃度を同程度で調製された希土類焼結磁石1の場合、希土類焼結磁石1に存在するLaとSmとでは、Laの方が副相20への偏析割合が大きくなる。この温度領域で幾度となく保持されることにより、副相20において、偏析割合の少ないSmの濃度差が生まれ、第1副相21と第2副相22とが形成される。これにより、主相10におけるコアシェル構造の形成を促進させていることになる。Comparing La and Sm, from an energetic standpoint, it is clear that La, which is held in a temperature range with an unstable energy state, is overwhelmingly more likely to segregate into the subphase 20. Therefore, in the case of a rare-earth sintered magnet 1 prepared with similar concentrations of La and Sm, the segregation rate of La into the subphase 20 is greater than that of Sm present in the rare-earth sintered magnet 1. Repeated holding in this temperature range creates a concentration difference of Sm, which has a lower segregation rate, in the subphase 20, leading to the formation of the first subphase 21 and the second subphase 22. This promotes the formation of the core-shell structure in the main phase 10.
今回、図4に示されるように代表的にNdについての説明とするが、Di(ジジム)に代表されるように、NdとPrとは混合物として産出されることから、NdおよびPrのエネルギ準位が近いと考えられる。このため、NdをPrに置き換えた場合でも同様のことがいえる。NdおよびPrの2種類を存在させることで、2種類のコアシェル構造を有する主相10を形成させることができる。In this explanation, we will primarily focus on Nd, as shown in Figure 4. However, since Nd and Pr are produced as mixtures, as exemplified by Di (didymium), their energy levels are considered to be close. Therefore, the same can be said when Nd is replaced with Pr. By having both Nd and Pr present, it is possible to form a main phase 10 having two types of core-shell structures.
以上のように、実施の形態3の希土類焼結磁石1は、RはNd,Pr,RH以外から選択される1種類以上の希土類元素である場合に、一般式(Nd,Pr,RH,R)-Fe-Bを満たし、Nd2Fe14B結晶構造を基本とする結晶粒を含む主相10を有し、主相10は、コア部11c,12cとコア部11c,12cを被覆するシェル部11s,12sとを有し、R=La,Smとしたとき、実施の形態1における第1主相11および第2主相12に加え、副相20を有する。副相20は、主成分が(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Oで表される酸化物相を基本とする結晶性の第1副相21と、主成分が(Nd,Pr,RH,La)-Oで表される結晶性の第2副相22と、を有し、Smの濃度については、第2副相22に比して第1副相21の方が高くなるようにし、第1副相21は、Smが選択的に分布したSm濃化部41を有する。つまり、2種類の主相10および2種類の副相20が存在するようにした。これにより、磁気特性の温度特性など、磁気特性が従来に比して優れた希土類焼結磁石1の提供が可能になる。また、RをLa,Smとすることで、主相10は、C(Nd,RH)>CPrである第1主相11と、C(Nd,RH)<CPrである第2主相12と、が混在している状態となる。言い換えれば、希土類焼結磁石1には2種類の第1主相11および第2主相12を有する主相10が存在し、2種類の主相10のコア部11c,12cに着目すると、第1主相11ではNd濃度がPr濃度よりも高く、逆に第2主相12ではPr濃度がNd濃度よりも高く、第1主相11の重希土類元素RHの濃度は、第2主相12の重希土類元素RHの濃度よりも高くなるような、2種類のコアシェル構造を有する主相10が生じやすくなる。この結果、Ndおよび重希土類元素RHの使用を従来に比して抑えながら、磁気特性を向上させ、従来に比して優れた着磁性を有するという効果をさらに高めることができる。 As described above, the rare earth sintered magnet 1 of Embodiment 3 satisfies the general formula (Nd, Pr, RH, R)-Fe-B when R is one or more rare earth elements selected from other than Nd, Pr, and RH, and has a main phase 10 containing crystal grains based on the Nd 2 Fe 14 B crystal structure, and the main phase 10 has core portions 11c, 12c and shell portions 11s, 12s covering the core portions 11c, 12c, and when R = La, Sm, it has a sub-phase 20 in addition to the first main phase 11 and second main phase 12 of Embodiment 1. The subphase 20 has a crystalline first subphase 21 based on an oxide phase whose main component is (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O, and a crystalline second subphase 22 whose main component is (Nd, Pr, RH, La)-O. The concentration of Sm is higher in the first subphase 21 than in the second subphase 22, and the first subphase 21 has an Sm-enriched region 41 where Sm is selectively distributed. In other words, there are two types of main phase 10 and two types of subphase 20. This makes it possible to provide a rare earth sintered magnet 1 with superior magnetic properties, such as the temperature characteristics of the magnetic properties, compared to conventional magnets. Furthermore, by setting R to La and Sm, the main phase 10 becomes a state in which a first main phase 11 where C(Nd, RH) > CPr and a second main phase 12 where C(Nd, RH) < CPr coexist. In other words, the rare earth sintered magnet 1 has a main phase 10 having two types of first main phases 11 and second main phases 12. Focusing on the core portions 11c and 12c of the two types of main phases 10, it is easy to create a main phase 10 having two types of core-shell structures, where the Nd concentration is higher than the Pr concentration in the first main phase 11, and conversely, the Pr concentration is higher than the Nd concentration in the second main phase 12, and the concentration of heavy rare earth elements RH in the first main phase 11 is higher than the concentration of heavy rare earth elements RH in the second main phase 12. As a result, it is possible to further enhance the effect of improving magnetic properties and having superior magnetization compared to conventional methods while suppressing the use of Nd and heavy rare earth elements RH compared to conventional methods.
また、実施の形態3でも、実施の形態1と同様に、重希土類元素RHの使用を抑えながら、保磁力を従来に比して向上させるとともに残留磁束密度の著しい低下を抑制した希土類焼結磁石1を得ることができる。また、従来の希土類焼結磁石に比して保磁力が大きく向上するため、希土類焼結磁石1に熱負荷を与えたときの磁気特性も従来に比して良好なものとなる。すなわち、従来に比して希土類焼結磁石1の磁気特性を向上させることができるという効果を有する。Furthermore, in Embodiment 3, similar to Embodiment 1, it is possible to obtain a rare-earth sintered magnet 1 that improves coercivity compared to conventional magnets while suppressing a significant decrease in residual magnetic flux density, while minimizing the use of heavy rare-earth elements RH. In addition, because the coercivity is greatly improved compared to conventional rare-earth sintered magnets, the magnetic properties when the rare-earth sintered magnet 1 is subjected to a thermal load are also better than conventional magnets. In other words, it has the effect of improving the magnetic properties of the rare-earth sintered magnet 1 compared to conventional magnets.
実施の形態4.
実施の形態4では、実施の形態1,2,3で説明した希土類焼結磁石1を製造する方法について説明する。図5は、実施の形態4による希土類焼結磁石の製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。図5に示されるように、希土類焼結磁石1の製造方法は、重希土類元素RHを含む希土類焼結磁石1に重希土類元素RHを拡散させる前の焼結体である拡散前駆体の原料となる希土類焼結磁石合金を製造する希土類焼結磁石合金製造工程(ステップS10)と、拡散前駆体を形成する拡散前駆体製造工程(ステップS20)と、拡散前駆体に重希土類元素RHを拡散させる粒界拡散工程(ステップS30)と、重希土類元素RHを拡散させた拡散前駆体を冷却して希土類焼結磁石1を得る冷却工程(ステップS40)と、を含む。
Embodiment 4.
Embodiment 4 describes a method for manufacturing the rare earth sintered magnet 1 described in Embodiments 1, 2, and 3. Figure 5 is a flowchart showing an example of the procedure for manufacturing the rare earth sintered magnet according to Embodiment 4. As shown in Figure 5, the method for manufacturing the rare earth sintered magnet 1 includes a rare earth sintered magnet alloy manufacturing step (step S10) for manufacturing a rare earth sintered magnet alloy that will be used as a raw material for a diffusion precursor, which is a sintered body before the heavy rare earth element RH is diffused into the rare earth sintered magnet 1 containing the heavy rare earth element RH; a diffusion precursor manufacturing step (step S20) for forming the diffusion precursor; a grain boundary diffusion step (step S30) for diffusing the heavy rare earth element RH into the diffusion precursor; and a cooling step (step S40) for cooling the diffusion precursor in which the heavy rare earth element RH has been diffused to obtain the rare earth sintered magnet 1.
まず、ステップS10の希土類焼結磁石合金製造工程の詳細について説明する。図6は、実施の形態4による希土類焼結磁石合金製造工程の手順の一例を示すフローチャートである。まず、図6に示されるように、拡散前駆体の原料となる希土類焼結磁石合金の製造工程は、拡散前駆体を構成する元素を含む希土類焼結磁石合金の原料を1000K以上の温度に加熱して溶融する溶融工程(ステップS11)と、溶融状態の原料を回転する回転体上で冷却して凝固合金を得る第1次冷却工程(ステップS12)と、凝固合金を容器の中でさらに冷却する第2次冷却工程(ステップS13)と、を含む。これにより、希土類焼結磁石合金を製造することができる。以下、各工程について説明する。First, the details of the rare earth sintered magnet alloy manufacturing process in step S10 will be explained. Figure 6 is a flowchart showing an example of the procedure for the rare earth sintered magnet alloy manufacturing process according to Embodiment 4. First, as shown in Figure 6, the manufacturing process for the rare earth sintered magnet alloy, which is the raw material for the diffusion precursor, includes a melting step (step S11) in which the raw material for the rare earth sintered magnet alloy, which contains the elements constituting the diffusion precursor, is heated to a temperature of 1000K or higher to melt it; a first cooling step (step S12) in which the molten raw material is cooled on a rotating body to obtain a solidified alloy; and a second cooling step (step S13) in which the solidified alloy is further cooled in a container. This makes it possible to manufacture a rare earth sintered magnet alloy. Each step will be explained below.
ステップS11の溶融工程では、Ar(アルゴン)などの不活性ガスを含む雰囲気中または真空中で、拡散前駆体の原料を坩堝の中で1000K以上の温度に加熱して溶融する。これによって、希土類焼結磁石合金が溶融した合金溶湯が調製される。実施の形態1,2の希土類焼結磁石1を製造する場合には、原料として、Nd,Pr,RH,R,FeおよびBを用いることができる。実施の形態3の希土類焼結磁石1を製造する場合には、原料として、Nd,Pr,RH,La,Sm,FeおよびBを用いることができる。実施の形態3の場合には、実施の形態1,2で希土類元素RをLaおよびSmとする場合となる。RHとして、Dy,Tbを挙げることができる。また、原料として、Bの代わりにFeBを用いてもよい。このとき、添加元素MとしてGa,Cu,Al,Co,Zr,Ti,NbおよびMnの群から選択される1種類以上の元素を、原料に含めてもよい。In the melting step S11, the raw materials for the diffusion precursor are heated to a temperature of 1000K or higher in a crucible in an atmosphere containing an inert gas such as Ar (argon) or in a vacuum to melt them. This prepares a molten alloy in which the rare earth sintered magnet alloy is molten. When manufacturing the rare earth sintered magnet 1 of Embodiments 1 and 2, Nd, Pr, RH, R, Fe, and B can be used as raw materials. When manufacturing the rare earth sintered magnet 1 of Embodiment 3, Nd, Pr, RH, La, Sm, Fe, and B can be used as raw materials. In the case of Embodiment 3, the rare earth element R is La and Sm as in Embodiments 1 and 2. Examples of RH include Dy and Tb. Also, FeB may be used instead of B as a raw material. In this case, one or more elements selected from the group of Ga, Cu, Al, Co, Zr, Ti, Nb, and Mn may be included as additive element M in the raw materials.
次いで、ステップS12の第1次冷却工程では、溶融工程で調製された合金溶湯を、タンディッシュに流し、続けて、回転体である単ロールの上に流す。これによって、合金溶湯は定められた方向に回転する単ロール上で急速に冷却され、合金溶湯からインゴット合金よりも厚さの薄い凝固合金が単ロール上で調製される。ここでは、回転する回転体として、単ロールを用いたが、これに限定されるものではなく、双ロール、回転ディスク、回転円筒鋳型等に接触させて急速に冷却させてもよい。厚さの薄い凝固合金を効率良く得る観点から、第1次冷却工程における冷却速度は、10℃/秒以上107℃/秒以下とすることが好ましく、103℃/秒以上104℃/秒以下とすることがより好ましい。凝固合金の厚さは、0.03mm以上10mm以下の範囲にある。合金溶湯は、単ロールと接触した部分から凝固が始まり、単ロールとの接触面から厚さ方向に結晶が柱状または針状に成長する。ステップS12の第1次冷却工程は、第1次合金冷却工程に対応する。 Next, in the first cooling step of step S12, the molten alloy prepared in the melting step is poured into a tundish and then onto a single roll, which is a rotating body. As a result, the molten alloy is rapidly cooled on the single roll rotating in a predetermined direction, and a solidified alloy thinner than the ingot alloy is prepared on the single roll from the molten alloy. Here, a single roll is used as the rotating body, but it is not limited to this, and rapid cooling may be achieved by contacting a twin roll, a rotating disk, a rotating cylindrical mold, etc. From the viewpoint of efficiently obtaining a thin solidified alloy, the cooling rate in the first cooling step is preferably 10°C/second or more and 10⁷ °C/second or less, and more preferably 10³ °C/second or more and 10⁴ °C/second or less. The thickness of the solidified alloy is in the range of 0.03 mm or more and 10 mm or less. Solidification of the molten alloy begins from the part that comes into contact with the single roll, and crystals grow in a columnar or needle-like shape in the thickness direction from the contact surface with the single roll. The first cooling step in step S12 corresponds to the first alloy cooling step.
その後、ステップS13の第2次冷却工程では、第1次冷却工程で調製された厚さの薄い凝固合金をトレイ容器の中に入れて冷却する。厚さの薄い凝固合金は、トレイ容器に入る際に砕けて鱗片状の希土類焼結磁石合金となって冷却される。冷却速度によっては、リボン状の希土類焼結磁石合金が得られることもあり、鱗片状に限定されるものではない。磁気特性の温度特性が良好な組織構造を有する希土類焼結磁石合金を得る観点から、第2次冷却工程における冷却速度は、10-2℃/秒以上105℃/秒以下とすることが好ましく、10-1℃/秒以上102℃/秒以下とすることがより好ましい。ステップS13の第2次冷却工程は、第2次合金冷却工程に対応する。 Subsequently, in the second cooling step of step S13, the thin solidified alloy prepared in the first cooling step is placed in a tray container and cooled. The thin solidified alloy breaks down into flake-like rare earth sintered magnet alloy as it enters the tray container and cools. Depending on the cooling rate, ribbon-like rare earth sintered magnet alloy may also be obtained, and it is not limited to flake-like. From the viewpoint of obtaining a rare earth sintered magnet alloy having a microstructure with good temperature characteristics for its magnetic properties, the cooling rate in the second cooling step is preferably 10⁻² °C/second or more and 10⁵ °C/second or less, and more preferably 10⁻¹ °C/second or more and 10⁻² °C/second or less. The second cooling step of step S13 corresponds to the second alloy cooling step.
これらの工程を経て得られる希土類焼結磁石合金は、短軸方向サイズが3μm以上10μm以下であり、かつ長軸方向サイズが10μm以上300μm以下である。実施の形態3の場合、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Fe-B結晶相と、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Oで示される酸化物の結晶性の副相20と、を含有する微細結晶組織を有する。以下では、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Oで示される酸化物の結晶性の副相20は、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-O相と称される。(Nd,Pr,RH,La,Sm)-O相は、希土類元素の濃度が比較的高い酸化物からなる非磁性相である。(Nd,Pr,RH,La,Sm)-O相の厚さは、粒界の幅に相当し、10μm以下である。以上の製造工程によって製造された希土類焼結磁石合金は、急速に冷却される工程を経ているため、鋳型鋳造法によって得られる希土類焼結磁石合金と比較して、組織が微細化されている。The rare earth sintered magnet alloy obtained through these processes has a short-axis size of 3 μm to 10 μm and a long-axis size of 10 μm to 300 μm. In Embodiment 3, it has a fine crystalline structure containing a (Nd, Pr, RH, La, Sm)-Fe-B crystalline phase and a crystalline subphase 20 of an oxide represented by (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O. Hereinafter, the crystalline subphase 20 of an oxide represented by (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O will be referred to as the (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O phase. The (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O phase is a non-magnetic phase consisting of an oxide with a relatively high concentration of rare earth elements. The thickness of the (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O phase corresponds to the width of the grain boundaries and is 10 μm or less. Because the rare earth sintered magnet alloy produced by the above manufacturing process undergoes a rapid cooling process, its microstructure is finer compared to rare earth sintered magnet alloy obtained by the mold casting method.
次に、図5のステップS20の拡散前駆体製造工程について説明する。図7は、実施の形態4による拡散前駆体製造工程の手順の一例を示すフローチャートである。以下では、実施の形態3の希土類焼結磁石1を製造する場合を例に挙げて説明するが、使用する希土類焼結磁石合金の原料を変えることで実施の形態1,2の希土類焼結磁石1を製造することができる。つまり、実施の形態3のLaおよびSmは、Nd,Prおよび重希土類元素RH以外の希土類元素Rとすることができる。図7に示されるように、拡散前駆体製造工程は、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Fe-B結晶相と、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-O相と、を有する希土類焼結磁石合金を粉砕する粉砕工程(ステップS21)と、粉砕された希土類焼結磁石合金の粉末を成形することによって成形体を調製する成形工程(ステップS22)と、定められた温度である焼結温度で成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程(ステップS23)と、希土類焼結磁石1の保磁力等の磁気特性を高めるために焼結体を時効する時効工程(ステップS24)と、時効処理された焼結体を冷却する焼結体冷却工程(ステップS25)と、を含む。以下、各工程について説明する。Next, the diffusion precursor manufacturing process in step S20 of Figure 5 will be described. Figure 7 is a flowchart showing an example of the procedure for the diffusion precursor manufacturing process according to Embodiment 4. In the following description, the case of manufacturing the rare earth sintered magnet 1 of Embodiment 3 will be used as an example, but the rare earth sintered magnet 1 of Embodiments 1 and 2 can be manufactured by changing the raw materials of the rare earth sintered magnet alloy used. In other words, La and Sm in Embodiment 3 can be Nd, Pr, and rare earth elements R other than the heavy rare earth element RH. As shown in Figure 7, the diffusion precursor manufacturing process includes a grinding step (step S21) in which a rare earth sintered magnet alloy having a (Nd,Pr,RH,La,Sm)-Fe-B crystalline phase and a (Nd,Pr,RH,La,Sm)-O phase is ground; a molding step (step S22) in which a molded body is prepared by molding the powder of the ground rare earth sintered magnet alloy; a sintering step (step S23) in which the molded body is sintered at a predetermined sintering temperature to obtain a sintered body; an aging step (step S24) in which the sintered body is aged to enhance the magnetic properties of the rare earth sintered magnet 1, such as coercivity; and a sintered body cooling step (step S25) in which the aged sintered body is cooled. Each step will be described below.
ステップS21の粉砕工程では、図6の希土類焼結磁石合金製造工程に従って製造された(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Fe-B結晶相と、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-O相と、を有する希土類焼結磁石合金を粉砕し、粒径が200μm以下、好ましくは0.5μm以上100μm以下、さらに着磁性能を考慮した場合には、1μm以上10μm以下程度である希土類焼結磁石合金粉末を得る。希土類焼結磁石合金の粉砕は、一例では、めのう乳鉢、スタンプミル、ジョークラッシャまたはジェットミルを用いて行われる。特に、粉末の粒径を小さくする場合には、希土類焼結磁石合金の粉砕を、不活性ガスを含む雰囲気中で行うことが好ましい。希土類焼結磁石合金の粉砕を、不活性ガスを含む雰囲気中で行うことによって、粉末中への酸素の混入を抑制することができる。ただし、粉砕を行う際の雰囲気が磁石の磁気特性に影響を与えない場合には、希土類焼結磁石合金の粉砕を大気中で行ってもよい。なお、実施の形態1,2の希土類焼結磁石1を製造する場合には、実施の形態3の希土類焼結磁石1を製造する際に使用する希土類焼結磁石合金のLaおよびSmを、Nd,Prおよび重希土類元素RH以外の希土類元素Rとすることができる。つまり、(Nd,Pr,RH,R)-Fe-B結晶相と、(Nd,Pr,RH,R)-O相と、を有する希土類焼結磁石合金を粉砕すればよい。In the grinding step S21, a rare earth sintered magnet alloy having a (Nd,Pr,RH,La,Sm)-Fe-B crystalline phase and a (Nd,Pr,RH,La,Sm)-O phase, manufactured according to the rare earth sintered magnet alloy manufacturing process shown in Figure 6, is ground to obtain a rare earth sintered magnet alloy powder with a particle size of 200 μm or less, preferably 0.5 μm to 100 μm, and further, considering magnetization performance, approximately 1 μm to 10 μm. The grinding of the rare earth sintered magnet alloy is carried out using, in one example, an agate mortar and pestle, a stamp mill, a jaw crusher, or a jet mill. In particular, when reducing the particle size of the powder, it is preferable to grind the rare earth sintered magnet alloy in an atmosphere containing an inert gas. Grinding the rare earth sintered magnet alloy in an atmosphere containing an inert gas can suppress the incorporation of oxygen into the powder. However, if the atmosphere during crushing does not affect the magnetic properties of the magnet, the crushing of the rare earth sintered magnet alloy may be carried out in the atmosphere. When manufacturing the rare earth sintered magnet 1 of Embodiments 1 and 2, the La and Sm of the rare earth sintered magnet alloy used when manufacturing the rare earth sintered magnet 1 of Embodiment 3 can be replaced with a rare earth element R other than Nd, Pr and the heavy rare earth element RH. In other words, a rare earth sintered magnet alloy having a (Nd, Pr, RH, R)-Fe-B crystalline phase and a (Nd, Pr, RH, R)-O phase should be crushed.
ステップS22の成形工程では、希土類焼結磁石合金の粉末を、磁場をかけた金型の中で圧縮成形し、成形体を調製する。ここで、印加する磁場は、一例では2Tとすることができる。なお、成形は、磁場中ではなく、磁場を印加せずに行ってもよい。In the molding process of step S22, the powder of the rare-earth sintered magnet alloy is compressed and molded in a mold with a magnetic field applied to it to prepare a molded body. Here, the applied magnetic field can be 2T in one example. Note that molding may be performed without applying a magnetic field.
ステップS23の焼結工程では、圧縮成形された成形体を950℃以上1300℃以下、好ましくは1000℃以上1150℃未満の範囲内の焼結温度で0.1時間以上10時間以下の範囲内の時間、好ましくは1.0時間以上6.0時間以下の範囲内の時間で保持することで、焼結体を得る。焼結は、酸化抑制のために、不活性ガスを含む雰囲気中または真空中で行われることが好ましい。焼結は、磁場を印加しながら行ってもよい。In the sintering step S23, the compression-molded body is held at a sintering temperature of 950°C to 1300°C, preferably 1000°C to less than 1150°C, for a period of 0.1 hours to 10 hours, preferably 1.0 hour to 6.0 hours, to obtain a sintered body. Sintering is preferably carried out in an atmosphere containing an inert gas or in a vacuum to suppress oxidation. Sintering may also be carried out while applying a magnetic field.
ステップS24の時効工程は、図7の場合には、ステップS24-1の第1次時効工程、ステップS24-2の第2次時効工程、ステップS24-3の第3次時効工程、およびステップS24-4の第4次時効工程を含む。時効は、酸化抑制のために、不活性ガスを含む雰囲気中または真空中で行われることが好ましい。In the case of Figure 7, the aging process in step S24 includes the first aging process in step S24-1, the second aging process in step S24-2, the third aging process in step S24-3, and the fourth aging process in step S24-4. The aging is preferably carried out in an atmosphere containing an inert gas or in a vacuum to suppress oxidation.
ステップS24-1の第1次時効工程では、得られた焼結体を焼結温度未満の温度である第1次時効温度で、0.1時間以上10時間以下、好ましくは0.5時間以上5時間以下の範囲内の時間で焼結体を保持する。第1次時効温度は、具体的には700℃以上950℃未満の範囲内の温度であり、焼結温度よりも低い温度である。In the first aging step of step S24-1, the obtained sintered body is held at a first aging temperature, which is below the sintering temperature, for a period of 0.1 hours to 10 hours, preferably 0.5 hours to 5 hours. Specifically, the first aging temperature is a temperature in the range of 700°C to less than 950°C, which is lower than the sintering temperature.
ステップS24-2の第2次時効工程では、第1次時効工程後、第1次時効工程で保持された焼結体を、第1次時効温度未満の温度である第2次時効温度で、0.1時間以上10時間以下、好ましくは1.0時間以上7時間以下の範囲内の時間で保持する。第2次時効温度は、具体的には450℃以上700℃未満の範囲内の温度であり、第1次時効温度よりも低い温度である。In the second aging step of step S24-2, after the first aging step, the sintered body held in the first aging step is held at a second aging temperature, which is lower than the first aging temperature, for a period of 0.1 hours to 10 hours, preferably 1.0 hour to 7 hours. Specifically, the second aging temperature is a temperature in the range of 450°C to less than 700°C, which is lower than the first aging temperature.
ステップS24-3の第3次時効工程では、第2次時効工程後、第2次時効工程で保持された焼結体を、再び第1次時効温度、具体的には700℃以上950℃未満の範囲内の温度に昇温し、第1次時効温度で0.1時間以上10時間以下、好ましくは0.5時間以上5時間以下の範囲内の時間で保持する。In the third aging step of step S24-3, after the second aging step, the sintered body held in the second aging step is raised again to the first aging temperature, specifically a temperature in the range of 700°C or more and less than 950°C, and held at the first aging temperature for a time in the range of 0.1 hours or more and 10 hours or less, preferably 0.5 hours or more and 5 hours or less.
ステップS24-4の第4次時効工程では、第3次時効工程後、第3次時効工程で保持された焼結体を、再び第2次時効温度、具体的には450℃以上700℃未満の範囲内の温度で0.1時間以上10時間以下、好ましくは1.0時間以上7時間以下の範囲内の時間で保持する。In the fourth aging step of step S24-4, after the third aging step, the sintered body held in the third aging step is again held at the second aging temperature, specifically at a temperature in the range of 450°C to less than 700°C, for a period of 0.1 hours to 10 hours, preferably 1.0 hour to 7 hours.
最後に、ステップS25の焼結体冷却工程では、第4次時効工程で保持された焼結体を、200℃以上450℃未満の範囲内の温度である冷却温度で0.1時間以上5時間以下の範囲内の時間で保持する。その後、室温まで冷却することにより、希土類焼結磁石1の拡散前駆体が製造される。冷却も酸化抑制のために、不活性ガスを含む雰囲気中または真空中で行われることが好ましい。Finally, in the sintered body cooling step S25, the sintered body held in the fourth aging step is held at a cooling temperature in the range of 200°C to less than 450°C for a period of 0.1 hours to 5 hours. Afterward, it is cooled to room temperature to produce the diffusion precursor for the rare earth sintered magnet 1. Cooling is preferably carried out in an atmosphere containing an inert gas or in a vacuum to suppress oxidation.
以上のようにして、最終的な希土類焼結磁石1の形状を有する焼結体である拡散前駆体が形成される。In this manner, a diffusion precursor, which is a sintered body having the final shape of the rare-earth sintered magnet 1, is formed.
図5に戻り、ステップS30の粒界拡散工程では、ステップS25で形成された拡散前駆体と重希土類元素RHとが存在する条件下で熱処理を行い、重希土類元素RHを拡散前駆体に粒界拡散させる。一例では、ステップS23の焼結工程における焼結温度未満の温度で拡散前駆体を保持する熱処理が行われる。粒界拡散工程は、ステップS24の時効工程と同時に行ってもよい。粒界拡散工程において、重希土類元素RHが、第1副相21のSm濃化部41の外郭の少なくとも一部に選択的に拡散され、第2副相22に均一に拡散される。粒界拡散工程における処理には、既知の粒界拡散法を用いることができる。粒界拡散法は、重希土類元素RHの供給形態によって種々の技術が提案されており、塗布拡散法、スパッタ拡散法、蒸気拡散法が代表的な方法である。以下ではこれらの代表的な粒界拡散法について説明する。Returning to Figure 5, in the grain boundary diffusion step of step S30, heat treatment is performed under conditions in which the diffusion precursor formed in step S25 and the heavy rare earth element RH are present, causing the heavy rare earth element RH to diffuse into the diffusion precursor at the grain boundaries. In one example, the heat treatment is performed at a temperature below the sintering temperature in the sintering step of step S23 to hold the diffusion precursor. The grain boundary diffusion step may be performed simultaneously with the aging step of step S24. In the grain boundary diffusion step, the heavy rare earth element RH is selectively diffused into at least a portion of the outer edge of the Sm-enriched portion 41 of the first subphase 21 and uniformly diffused into the second subphase 22. Known grain boundary diffusion methods can be used for the treatment in the grain boundary diffusion step. Various techniques have been proposed for grain boundary diffusion methods depending on the supply form of the heavy rare earth element RH, with coating diffusion, sputtering diffusion, and vapor diffusion being typical methods. These typical grain boundary diffusion methods will be described below.
<塗布拡散法>
塗布拡散法では、粒界拡散工程は、重希土類元素RHを含有する材料であり、拡散前駆体への重希土類元素RHの供給源となる重希土類元素供給部を付着させる拡散元素付着工程と、重希土類元素供給部から拡散前駆体へと重希土類元素RHを拡散させるために熱処理を行う拡散熱処理工程と、を含む。拡散元素付着工程では、粉末状の重希土類元素合物を水または有機溶媒などに混合したスラリーを拡散前駆体の表面に付着させる。拡散前駆体の表面に付着したスラリーは、重希土類元素供給部となる。スラリーの付着は、スプレー噴霧、ディップコート、スピンコート、スクリーンプリント、電着等によって行うことができる。拡散熱処理工程では、重希土類元素供給部が付着された拡散前駆体をステップS23の焼結工程における焼結温度未満の拡散温度で熱処理することで、拡散前駆体の内部へ重希土類元素RHを拡散させる。熱処理の条件は、焼結温度未満の拡散温度で、0.1時間以上100時間以下の範囲内の時間とする。拡散温度は、一例では300℃以上1000℃以下の範囲内の温度であり、焼結温度よりも低い温度である。熱処理は酸化抑制のために、不活性ガスを含む雰囲気中または真空中で行われることが好ましい。
<Application and Diffusion Method>
In the coating diffusion method, the grain boundary diffusion step includes a diffusion element attachment step in which a heavy rare earth element supply unit, which is a material containing heavy rare earth elements RH and serves as a source of heavy rare earth elements RH to the diffusion precursor, is attached, and a diffusion heat treatment step in which heat treatment is performed to diffuse the heavy rare earth elements RH from the heavy rare earth element supply unit to the diffusion precursor. In the diffusion element attachment step, a slurry obtained by mixing powdered heavy rare earth element mixture with water or an organic solvent is attached to the surface of the diffusion precursor. The slurry attached to the surface of the diffusion precursor becomes the heavy rare earth element supply unit. The slurry can be attached by spray spraying, dip coating, spin coating, screen printing, electrodeposition, etc. In the diffusion heat treatment step, the diffusion precursor to which the heavy rare earth element supply unit is attached is heat-treated at a diffusion temperature below the sintering temperature in the sintering step of step S23, thereby diffusing the heavy rare earth elements RH into the interior of the diffusion precursor. The heat treatment conditions are a diffusion temperature below the sintering temperature and a time within the range of 0.1 hours to 100 hours. The diffusion temperature is, in one example, in the range of 300°C to 1000°C, and is lower than the sintering temperature. The heat treatment is preferably carried out in an atmosphere containing an inert gas or in a vacuum to suppress oxidation.
<スパッタ拡散法>
スパッタ拡散法でも塗布拡散法と同様に、粒界拡散工程は、拡散元素付着工程と、拡散熱処理工程と、を含む。拡散元素付着工程では、拡散前駆体の表面に乾式環境下で重希土類元素RHの単体金属または合金組成の薄膜を形成する。拡散前駆体の表面に形成される薄膜は、重希土類元素供給部となる。薄膜は、一例ではスパッタ法によって形成される。拡散熱処理工程では、重希土類元素供給部が形成された拡散前駆体をステップS23の焼結工程における焼結温度未満の拡散温度で熱処理することで、拡散前駆体の内部へ重希土類元素RHを拡散させる。熱処理の条件は、焼結温度未満の拡散温度で、0.1時間以上100時間以下の範囲内の時間とする。拡散温度は、一例では300℃以上1000℃以下の範囲内の温度であり、焼結温度よりも低い温度である。熱処理は酸化抑制のために、不活性ガスを含む雰囲気中または真空中で行われることが好ましい。
<Sputter Diffusion Method>
Similar to the coating diffusion method, the sputtering diffusion method includes a grain boundary diffusion step, which comprises a diffusion element deposition step and a diffusion heat treatment step. In the diffusion element deposition step, a thin film of a single metal or alloy composition of heavy rare earth element RH is formed on the surface of the diffusion precursor in a dry environment. The thin film formed on the surface of the diffusion precursor becomes a heavy rare earth element supply section. In one example, the thin film is formed by the sputtering method. In the diffusion heat treatment step, the diffusion precursor on which the heavy rare earth element supply section has been formed is heat-treated at a diffusion temperature below the sintering temperature in the sintering step of step S23, thereby diffusing the heavy rare earth element RH into the interior of the diffusion precursor. The heat treatment conditions are a diffusion temperature below the sintering temperature and a time within the range of 0.1 hours to 100 hours. In one example, the diffusion temperature is within the range of 300°C to 1000°C, which is lower than the sintering temperature. The heat treatment is preferably performed in an atmosphere containing an inert gas or in a vacuum to suppress oxidation.
<蒸気拡散法>
蒸気拡散法では、真空炉内に拡散前駆体と重希土類元素供給部とを設置した後、真空炉内で拡散前駆体をステップS23の焼結工程における焼結温度未満の温度で熱処理することで、拡散前駆体の内部へ重希土類元素RHを拡散させる熱処理を行う。熱処理では、真空加熱によって重希土類元素供給源を気相にし、気相を介して重希土類元素RHを拡散前駆体に供給する。熱処理の条件は、焼結温度未満の拡散温度で、0.1時間以上100時間以下の範囲内の時間とする。拡散温度は、一例では600℃以上900℃以下の範囲内の温度であり、焼結温度よりも低い温度である。また、蒸気拡散法では、塗布拡散法およびスパッタ拡散法のように、重希土類元素供給部を拡散前駆体に付着させる必要がなく、拡散元素付着工程を省略することができるため、粒界拡散工程の時間を短縮することができる。
<Vapor Diffusion Method>
In the vapor diffusion method, after placing the diffusion precursor and the heavy rare earth element supply unit in a vacuum furnace, the diffusion precursor is heat-treated in the vacuum furnace at a temperature lower than the sintering temperature in the sintering process of step S23, thereby diffusing the heavy rare earth element RH into the interior of the diffusion precursor. In the heat treatment, the heavy rare earth element supply source is converted to a gas phase by vacuum heating, and the heavy rare earth element RH is supplied to the diffusion precursor through the gas phase. The conditions for the heat treatment are a diffusion temperature lower than the sintering temperature and a time within the range of 0.1 hours to 100 hours. In one example, the diffusion temperature is within the range of 600°C to 900°C, which is lower than the sintering temperature. Furthermore, in the vapor diffusion method, unlike the coating diffusion method and sputter diffusion method, it is not necessary to attach the heavy rare earth element supply unit to the diffusion precursor, and the diffusion element attachment process can be omitted, thus shortening the time of the grain boundary diffusion process.
図5に戻り、最後のステップS40の冷却工程では、粒界拡散工程で重希土類元素RHが拡散された拡散前駆体を、200℃未満の温度で、0.1時間以上5時間以下の範囲内の時間で保持する。その後、室温まで冷却することにより、実施の形態1から3に示した希土類焼結磁石1が形成される。実施の形態1の場合には、重希土類元素RHを含む主相10の表面の少なくとも一部に重希土類元素RHが存在する希土類焼結磁石1が形成される。実施の形態2の場合には、重希土類元素RHを含む主相10と主相10との間に存在する副相20に重希土類元素RHが拡散した希土類焼結磁石1が形成される。実施の形態3の場合には、重希土類元素RHを含む主相10と、重希土類元素RHがSm濃化部41の外郭を選択的に取り囲むように拡散した第1副相21および重希土類元素RHが均一に拡散した第2副相22と、を含む希土類焼結磁石1が形成される。冷却は酸化抑制のために、不活性ガスを含む雰囲気中または真空中で行われることが好ましい。Returning to Figure 5, in the final step S40, the cooling process, the diffusion precursor in which the heavy rare earth element RH has been diffused in the grain boundary diffusion process is held at a temperature of less than 200°C for a time in the range of 0.1 hours to 5 hours. After that, by cooling to room temperature, the rare earth sintered magnet 1 shown in Embodiments 1 to 3 is formed. In Embodiment 1, a rare earth sintered magnet 1 is formed in which the heavy rare earth element RH is present on at least a portion of the surface of the main phase 10 containing the heavy rare earth element RH. In Embodiment 2, a rare earth sintered magnet 1 is formed in which the heavy rare earth element RH is diffused in the subphase 20 existing between the main phase 10 containing the heavy rare earth element RH. In Embodiment 3, a rare earth sintered magnet 1 is formed comprising a main phase 10 containing the heavy rare earth element RH, a first subphase 21 in which the heavy rare earth element RH is diffused so as to selectively surround the outer edge of the Sm-enriched portion 41, and a second subphase 22 in which the heavy rare earth element RH is uniformly diffused. Cooling is preferably carried out in an atmosphere containing an inert gas or in a vacuum to suppress oxidation.
以上のように、最終的な希土類焼結磁石1の形状を有する拡散前駆体に重希土類元素RHを粒界拡散させることによって、所望の形状の希土類焼結磁石1が得られる。As described above, by diffusing heavy rare earth element RH between grain boundaries into a diffusion precursor having the final shape of the rare earth sintered magnet 1, a rare earth sintered magnet 1 of the desired shape can be obtained.
以上のように、実施の形態4では、(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Fe-B結晶相と(Nd,Pr,RH,La,Sm)-O相とを有する希土類焼結磁石合金を粉砕した希土類焼結磁石合金粉末を成形し、成形した成形体を焼結して焼結体を形成した後に、焼結体を時効して、希土類焼結磁石1を製造する。これによって、実施の形態3で説明した構造を有する希土類焼結磁石1を製造することができる。また、重希土類元素を所望の濃度となるように調製してから希土類焼結磁石合金を製造し、この希土類焼結磁石合金を用いて希土類焼結磁石1を製造するので、主相10の内部に重希土類元素RHが入りやすくなる。As described above, in Embodiment 4, a rare earth sintered magnet alloy powder is obtained by crushing a rare earth sintered magnet alloy having a (Nd,Pr,RH,La,Sm)-Fe-B crystalline phase and a (Nd,Pr,RH,La,Sm)-O phase. The molded body is then sintered to form a sintered body, and the sintered body is then aged to produce a rare earth sintered magnet 1. This makes it possible to produce a rare earth sintered magnet 1 having the structure described in Embodiment 3. Furthermore, since the rare earth sintered magnet alloy is produced after adjusting the heavy rare earth elements to a desired concentration, and the rare earth sintered magnet 1 is produced using this rare earth sintered magnet alloy, the heavy rare earth element RH can easily enter the interior of the main phase 10.
また、実施の形態4では、焼結工程、時効工程および焼結体冷却工程での温度と時間とを制御する。特に、第1次時効工程にて、得られた焼結体を焼結温度未満の温度である第1次時効温度で0.1時間以上10時間以下、好ましくは0.5時間以上5時間以下の範囲内で焼結体を保持する。第2次時効工程にて、第1次時効温度未満の温度である第2次時効温度で0.1時間以上10時間以下、好ましくは1.0時間以上7時間以下の範囲内で焼結体を保持する。第3次時効工程にて、再び第1次時効温度に昇温し、第1次時効温度で0.1時間以上10時間以下、好ましくは0.5時間以上5時間以下の範囲内で焼結体を保持する。第4次時効工程にて、再び第2次時効温度で0.1時間以上10時間以下、好ましくは1.0時間以上7時間以下の範囲内で焼結体を保持する。このように、第1次時効工程および第2次時効工程を2セット実施するように、温度および時間を制御する。これによって、不安定なエネルギ状態の温度域で幾度となく焼結体が保持される状態が作り出される。この結果、CNd>CPrからなる第1主相11と、CNd<CPrからなる第2主相12と、が混在し、第1主相11の重希土類元素RHの濃度を第2主相12の重希土類元素RHの濃度よりも高くさせることが可能となる。言い換えれば、希土類焼結磁石1には第1主相11および第2主相12の2種類の主相10が存在し、2種類の主相10のコア部11c,12cに着目すると、第1主相11はNdの濃度および重希土類元素RHの濃度の和がPrの濃度よりも高く、逆に第2主相12はPrの濃度がNdの濃度および重希土類元素RHの濃度の和よりも高くなる希土類焼結磁石1を選択的に製造することができる。Furthermore, in Embodiment 4, the temperature and time in the sintering process, aging process, and sintered body cooling process are controlled. In particular, in the first aging process, the obtained sintered body is held at a first aging temperature, which is below the sintering temperature, for a range of 0.1 hours to 10 hours, preferably 0.5 hours to 5 hours. In the second aging process, the sintered body is held at a second aging temperature, which is below the first aging temperature, for a range of 0.1 hours to 10 hours, preferably 1.0 hour to 7 hours. In the third aging process, the temperature is raised again to the first aging temperature, and the sintered body is held at the first aging temperature for a range of 0.1 hours to 10 hours, preferably 0.5 hours to 5 hours. In the fourth aging process, the sintered body is again held at the second aging temperature for a range of 0.1 hours to 10 hours, preferably 1.0 hour to 7 hours. In this way, the temperature and time are controlled so that the first aging process and the second aging process are performed in two sets. This creates a state in which the sintered body is repeatedly held in a temperature range with unstable energy states. As a result, a first main phase 11 consisting of CNd > CPr and a second main phase 12 consisting of CNd < CPr coexist, making it possible to make the concentration of heavy rare earth element RH in the first main phase 11 higher than the concentration of heavy rare earth element RH in the second main phase 12. In other words, the rare earth sintered magnet 1 has two types of main phases 10, the first main phase 11 and the second main phase 12. Focusing on the core portions 11c and 12c of the two types of main phases 10, it is possible to selectively manufacture a rare earth sintered magnet 1 in which the sum of the concentration of Nd and the concentration of heavy rare earth element RH in the first main phase 11 is higher than the concentration of Pr, and conversely, the concentration of Pr in the second main phase 12 is higher than the sum of the concentration of Nd and the concentration of heavy rare earth element RH.
さらに、実施の形態1における第1主相11および第2主相12に加え、主成分が(Nd,Pr,RH,La,Sm)-Oで表される酸化物相を基本とする結晶性の第1副相21と、主成分が(Nd,Pr,RH,La)-Oで表される結晶性の第2副相22と、を有し、Smの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高くなり、第1副相21にはSm濃化部41が形成されるという特徴的な組織構造を有する希土類焼結磁石1を選択的に製造することができる。Furthermore, in addition to the first main phase 11 and the second main phase 12 in Embodiment 1, a rare earth sintered magnet 1 having a characteristic microstructure is selectively manufactured, comprising a crystalline first subphase 21 based on an oxide phase whose main component is (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O, and a crystalline second subphase 22 whose main component is (Nd, Pr, RH, La)-O, wherein the concentration of Sm is higher in the first subphase 21 than in the second subphase 22, and an Sm-enriched portion 41 is formed in the first subphase 21.
また、実施の形態4による希土類焼結磁石1の製造方法では、NdおよびPrを含む希土類元素Rとして含有するR-Fe-B系の希土類焼結磁石合金を粉砕し、R-Fe-B系の希土類焼結磁石合金の粉末の成形体を焼結し、時効処理を行うことによって、第1主相11および第2主相12を有し、第1主相11の重希土類元素RHの濃度が第2主相12の重希土類元素RHの濃度よりも高い拡散前駆体を形成する。実施の形態4による希土類焼結磁石1の製造方法では、拡散前駆体に重希土類元素RHを粒界拡散させる熱処理によって、第1主相11および第2主相12の内部に重希土類元素RHが存在するとともに、第1主相11および第2主相12の表面の一部に重希土類元素RHが存在する希土類焼結磁石1、あるいは副相20に重希土類元素RHが存在する希土類焼結磁石1を製造することができる。Furthermore, in the manufacturing method of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 4, an R-Fe-B type rare earth sintered magnet alloy containing Nd and Pr as rare earth element R is pulverized, a molded body of the R-Fe-B type rare earth sintered magnet alloy powder is sintered, and an aging treatment is performed to form a diffusion precursor having a first main phase 11 and a second main phase 12, wherein the concentration of heavy rare earth element RH in the first main phase 11 is higher than the concentration of heavy rare earth element RH in the second main phase 12. In the manufacturing method of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 4, by heat treatment that diffuses heavy rare earth element RH between grain boundaries in the diffusion precursor, it is possible to manufacture a rare earth sintered magnet 1 in which heavy rare earth element RH is present inside the first main phase 11 and the second main phase 12, as well as on a part of the surface of the first main phase 11 and the second main phase 12, or a rare earth sintered magnet 1 in which heavy rare earth element RH is present in the sub-phase 20.
さらに、実施の形態4による希土類焼結磁石1の製造方法では、Nd,Pr,LaおよびSmを含む希土類元素Rとして含有するR-Fe-B系の希土類焼結磁石合金を粉砕し、R-Fe-B系の希土類焼結磁石合金の粉末の成形体を焼結し、時効処理を行うことによって、重希土類元素RHを含む第1主相11および第1主相11よりも重希土類元素RHの濃度が低い第2主相12に加えて、Smが濃化したSm濃化部41を有する第1副相21と、第1副相21よりもSm濃度が低い第2副相22と、を有する拡散前駆体を形成する。実施の形態4による希土類焼結磁石1の製造方法では、拡散前駆体に重希土類元素RHを粒界拡散させる熱処理によって、第1副相21では、Sm濃化部41の外郭を重希土類元素RHが選択的に取り囲み、第2副相22では、重希土類元素RHが均一に分布した希土類焼結磁石1を作製することができる。Furthermore, in the method for manufacturing the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 4, a R-Fe-B type rare earth sintered magnet alloy containing Nd, Pr, La, and Sm as rare earth element R is pulverized, a molded body of the R-Fe-B type rare earth sintered magnet alloy powder is sintered, and an aging treatment is performed to form a diffusion precursor having a first main phase 11 containing the heavy rare earth element RH, a second main phase 12 having a lower concentration of the heavy rare earth element RH than the first main phase 11, a first sub-phase 21 having an Sm-enriched portion 41, and a second sub-phase 22 having a lower Sm concentration than the first sub-phase 21. In the manufacturing method of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 4, by heat treatment to diffuse heavy rare earth elements RH across grain boundaries in the diffusion precursor, a rare earth sintered magnet 1 can be produced in which, in the first sub-phase 21, the outer periphery of the Sm-enriched portion 41 is selectively surrounded by heavy rare earth elements RH, and in the second sub-phase 22, the heavy rare earth elements RH are uniformly distributed.
特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石と比較すると、特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石は、重希土類元素RHを必須とする1種類以上の希土類元素を有し、コア部とシェル部とから構成される1種類の主相粒子を有している。つまり、特許文献1では、すべての主相粒子に重希土類元素RHが含まれることになる。一方、実施の形態1による希土類焼結磁石1の主相10は、重希土類元素RHがコア部11cに含まれる第1主相11と、重希土類元素RHがコア部12cにほとんど含まれない第2主相12と、を混在させている。つまり、2種類の主相10のうち一方の第1主相11に重希土類元素RHが選択的に配置されるようにしている。このように、1種類しかない主相のすべてに重希土類元素RHが含まれるようにしなければならない特許文献1に記載のR-T-B系焼結磁石に比して、2種類の主相10のうち一方の第1主相11に重希土類元素RHが含まれるようにすればよい実施の形態1による希土類焼結磁石1の方が重希土類元素RHの使用量を抑えることが可能となる。また、希土類焼結磁石1の全体の体積に占める副相20の体積の割合は極めて小さいため、副相20に重希土類元素RHが拡散して存在しているとしても、特許文献1の技術に比して重希土類元素RHの使用量を抑制することができる。Compared to the R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1, the R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1 has one or more rare earth elements, with heavy rare earth element RH being essential, and has one type of main phase particle composed of a core portion and a shell portion. In other words, in Patent Document 1, all main phase particles contain the heavy rare earth element RH. On the other hand, the main phase 10 of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 is a mixture of a first main phase 11 in which the heavy rare earth element RH is contained in the core portion 11c, and a second main phase 12 in which the heavy rare earth element RH is hardly contained in the core portion 12c. In other words, the heavy rare earth element RH is selectively arranged in the first main phase 11 of the two types of main phases 10. Thus, compared to the R-T-B sintered magnet described in Patent Document 1, which requires that the heavy rare earth element RH be contained in all of the single type of main phase, the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, which only requires that the heavy rare earth element RH be contained in one of the two types of main phases 10 (the first main phase 11), can reduce the amount of heavy rare earth element RH used. Furthermore, since the volume of the subphase 20 in relation to the total volume of the rare earth sintered magnet 1 is extremely small, even if the heavy rare earth element RH is diffused and present in the subphase 20, the amount of heavy rare earth element RH used can be reduced compared to the technology in Patent Document 1.
また、特許文献2に記載の技術と比較すると、特許文献2に記載の方法で製造した希土類磁石で実施の形態1による希土類焼結磁石1と同等の磁気特性を得ようとする場合には、後述するように、重希土類元素RHを大量に入れなければならない。つまり、同じ磁気特性を得ようとした場合に、特許文献2に記載の技術に比して実施の形態1による希土類焼結磁石1では、重希土類元素RHの使用量を抑えることができる。また、特許文献2に記載の方法は熱間加工を含むが、実施の形態4による希土類焼結磁石1の製造方法は熱間加工を含まない。このため、主相10の粒径が小さくなることが抑えられ、残留磁束密度および着磁性の低下を、特許文献2に記載の技術で製造した希土類磁石に比して抑えることが可能となる。Furthermore, compared to the technology described in Patent Document 2, in order to obtain magnetic properties equivalent to those of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 using the method described in Patent Document 2, a large amount of heavy rare earth element RH must be added, as will be described later. In other words, when trying to obtain the same magnetic properties, the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1 can use less heavy rare earth element RH compared to the technology described in Patent Document 2. Also, the method described in Patent Document 2 includes hot working, but the manufacturing method of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 4 does not include hot working. Therefore, the reduction in particle size of the main phase 10 is suppressed, and the decrease in residual magnetic flux density and magnetization can be suppressed compared to the rare earth magnet manufactured using the technology described in Patent Document 2.
これによって、重希土類元素RHの使用を従来に比して抑制しながら、従来に比して磁気特性を向上させる希土類焼結磁石1を得ることができる。This makes it possible to obtain a rare-earth sintered magnet 1 that improves magnetic properties compared to conventional methods while suppressing the use of heavy rare-earth elements (RH) compared to conventional methods.
実施の形態5.
実施の形態5では、実施の形態4の製造方法で製造された実施の形態1,2,3における希土類焼結磁石1を用いた回転子について説明する。図8は、実施の形態5による希土類焼結磁石を搭載した回転子の構成の一例を模式的に示す断面図である。図8では、回転子100の回転軸RAに垂直な方向の断面を示している。
Embodiment 5.
Embodiment 5 describes a rotor using the rare earth sintered magnet 1 from Embodiments 1, 2, and 3, manufactured by the manufacturing method of Embodiment 4. Figure 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a rotor equipped with a rare earth sintered magnet according to Embodiment 5. Figure 8 shows a cross-section of the rotor 100 in a direction perpendicular to the rotation axis RA.
回転子100は、回転軸RAを中心に回転可能である。回転子100は、回転子鉄心101と、回転子100の周方向に沿って回転子鉄心101に設けられた磁石挿入穴102に挿入される希土類焼結磁石1と、を備える。図8では、4つの磁石挿入穴102を回転子鉄心101に設け、4つの希土類焼結磁石1を磁石挿入穴102に挿入する例を示しているが、磁石挿入穴102および希土類焼結磁石1の数は回転子100の設計に応じて変更してもよい。回転子鉄心101は、円盤形状の電磁鋼板が、回転軸RAの軸線方向に複数積層して形成されている。The rotor 100 is rotatable around the rotation axis RA. The rotor 100 comprises a rotor core 101 and rare earth sintered magnets 1 inserted into magnet insertion holes 102 provided in the rotor core 101 along the circumferential direction of the rotor 100. Figure 8 shows an example in which four magnet insertion holes 102 are provided in the rotor core 101 and four rare earth sintered magnets 1 are inserted into the magnet insertion holes 102, but the number of magnet insertion holes 102 and rare earth sintered magnets 1 may be changed according to the design of the rotor 100. The rotor core 101 is formed by stacking multiple disc-shaped electromagnetic steel sheets in the axial direction of the rotation axis RA.
希土類焼結磁石1は、実施の形態4で説明した製造方法に従って製造されたものである。4つの希土類焼結磁石1は、それぞれ対応する磁石挿入穴102に挿入されている。4つの希土類焼結磁石1は、回転子100の径方向外側における希土類焼結磁石1の磁極が、隣り合う希土類焼結磁石1との間で異なるように、それぞれ着磁されている。The rare earth sintered magnets 1 were manufactured according to the manufacturing method described in Embodiment 4. The four rare earth sintered magnets 1 are each inserted into their corresponding magnet insertion holes 102. The four rare earth sintered magnets 1 are magnetized such that the magnetic poles of the rare earth sintered magnets 1 on the radially outer side of the rotor 100 differ from those of adjacent rare earth sintered magnets 1.
このように、実施の形態5による回転子100は、室温における磁気特性の向上と温度上昇に伴う磁気特性の低下の抑制とを実現することができる実施の形態1、実施の形態2または実施の形態3による希土類焼結磁石1を備える。このように、重希土類元素RHの使用を従来に比して抑制し、高い残留磁束密度と保磁力とを維持しながら、温度上昇に伴う磁気特性の低下を抑制することのできる希土類焼結磁石1であるため、100℃を超えるような高温環境下においても磁気特性の低下が抑制される。これによって、高価で地域偏在性が高く調達リスクがあるNdおよび重希土類元素RHを安価な希土類元素で代替しながら、磁気特性および着磁性を向上させ、100℃を超えるような高温環境下においても、回転子100の動作を安定化することができる。さらに、実施の形態1、実施の形態2または実施の形態3による希土類焼結磁石1は従来に比して優れた着磁性能を有することから、回転子100に希土類焼結磁石1をセットしたアッセンブリ状態での着磁も可能とするため、製造工程の取り扱いが容易になる。さらに、電圧を抑制した着磁工程が実現できるため、省エネルギ化にも寄与する。Thus, the rotor 100 according to Embodiment 5 is equipped with a rare-earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, Embodiment 2, or Embodiment 3, which can achieve improved magnetic properties at room temperature and suppression of the decrease in magnetic properties with increasing temperature. In this way, the rare-earth sintered magnet 1 suppresses the decrease in magnetic properties with increasing temperature while suppressing the use of heavy rare-earth elements RH compared to conventional methods and maintaining high residual magnetic flux density and coercivity. Therefore, the decrease in magnetic properties is suppressed even in high-temperature environments exceeding 100°C. This makes it possible to improve magnetic properties and magnetization while replacing expensive, geographically unevenly distributed, and procurement-risky Nd and heavy rare-earth elements RH with inexpensive rare-earth elements, and to stabilize the operation of the rotor 100 even in high-temperature environments exceeding 100°C. Furthermore, since the rare-earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, Embodiment 2, or Embodiment 3 has superior magnetization performance compared to conventional methods, it is possible to magnetize the rotor 100 in an assembled state with the rare-earth sintered magnet 1 set, thus simplifying the manufacturing process. Furthermore, since a magnetization process with reduced voltage can be achieved, it also contributes to energy saving.
実施の形態6.
実施の形態6では、実施の形態5における回転子100を搭載した回転機について説明する。図9は、実施の形態6による回転機の構成の一例を模式的に示す断面図である。図9では、回転子100の回転軸RAに垂直な方向の断面を示している。
Embodiment 6.
Embodiment 6 describes a rotating machine equipped with the rotor 100 from Embodiment 5. Figure 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the rotating machine according to Embodiment 6. Figure 9 shows a cross-section perpendicular to the rotation axis RA of the rotor 100.
回転機120は、回転軸RAを中心に回転可能な、実施の形態5で説明した回転子100と、回転子100と同軸に設けられ、回転子100に対向配置された環状の固定子130と、を備える。固定子130は、電磁鋼板を回転軸RAの軸線方向に複数積層させることによって形成される。固定子130の構成はこれに限定されるものではなく、既存の構成を採用することもできる。固定子130は、回転子100側に突出したティース131が、固定子130の内面に沿って設けられる。ティース131には巻線132が備え付けられている。巻線132の巻き方は、一例では、集中巻きでもよいし、分布巻きでもよい。つまり、固定子130は、回転子100が配置される側の内面に、回転子100に向かって突出したティース131に備え付けられる巻線132を有し、回転子100に対向配置される環状の構造を有する。回転機120の中にある回転子100の磁極数は2極以上、すなわち、希土類焼結磁石1は、2つ以上であればよい。また、図9では、磁石埋込型の回転子100の例を示したが、希土類焼結磁石1を外周部に接着剤で固定した表面磁石型の回転子100でもよい。The rotating machine 120 comprises a rotor 100, as described in Embodiment 5, which is rotatable around a rotation axis RA, and an annular stator 130 provided coaxially with the rotor 100 and positioned opposite the rotor 100. The stator 130 is formed by stacking multiple electromagnetic steel sheets in the axial direction of the rotation axis RA. The configuration of the stator 130 is not limited to this, and existing configurations can also be adopted. The stator 130 has teeth 131 that protrude toward the rotor 100, provided along the inner surface of the stator 130. Windings 132 are attached to the teeth 131. In one example, the winding method of the windings 132 may be concentrated winding or distributed winding. In other words, the stator 130 has windings 132 attached to teeth 131 that protrude toward the rotor 100 on the inner surface on the side where the rotor 100 is located, and has an annular structure positioned opposite the rotor 100. The rotor 100 inside the rotating machine 120 has two or more magnetic poles; that is, it is sufficient to have two or more rare-earth sintered magnets 1. Also, although Figure 9 shows an example of a magnet-embedded rotor 100, a surface-magnet type rotor 100 in which rare-earth sintered magnets 1 are fixed to the outer circumference with adhesive is also acceptable.
このように、実施の形態6における回転機120は、室温における磁気特性の向上と温度上昇に伴う磁気特性の低下の抑制とを実現することができる実施の形態1、実施の形態2または実施の形態3による希土類焼結磁石1を備える。このように、重希土類元素RHの使用を従来に比して抑制し、高い残留磁束密度と保磁力とを維持しながら、温度上昇に伴う磁気特性の低下を抑制することのできる希土類焼結磁石1であるため、100℃を超えるような高温環境下においても、磁気特性の低下が抑制される。この結果、高価で地域偏在性が高く調達リスクがあるNdおよび重希土類元素RHを安価な希土類元素で代替しながら、磁気特性および着磁性を向上させ、100℃を超えるような高温環境下においても、回転子100を安定的に駆動させ、回転機120の動作を安定化することができる。Thus, the rotating machine 120 in Embodiment 6 is equipped with a rare earth sintered magnet 1 according to Embodiment 1, Embodiment 2, or Embodiment 3, which can achieve improved magnetic properties at room temperature and suppression of the decrease in magnetic properties with increasing temperature. In this way, the rare earth sintered magnet 1 suppresses the decrease in magnetic properties with increasing temperature while suppressing the use of heavy rare earth elements RH compared to conventional methods and maintaining high residual magnetic flux density and coercivity. As a result, the decrease in magnetic properties is suppressed even in high-temperature environments exceeding 100°C. As a result, while substituting Nd and heavy rare earth elements RH, which are expensive, have high regional distribution and procurement risks, with inexpensive rare earth elements, magnetic properties and magnetization are improved, and the rotor 100 can be stably driven and the operation of the rotating machine 120 can be stabilized even in high-temperature environments exceeding 100°C.
以下に、実施例および比較例によって本開示の希土類焼結磁石1の詳細を説明する。The details of the rare-earth sintered magnet 1 of this disclosure will be described below with reference to examples and comparative examples.
実施例1から8では、組成の異なる複数の希土類焼結磁石合金の(Nd,Pr,Dy,La,Sm)-Fe-Bで示される試料を用いて、実施の形態4に示される方法によって希土類焼結磁石1を製造する。実施例1から8では、Nd,Pr,Dy,LaおよびSmの含有量を変更した希土類焼結磁石合金を用いて、拡散前駆体を形成し、重希土類元素RHであるTbが0.10at.%となるように拡散前駆体にTbを粒界拡散させて、希土類焼結磁石1を製造する。つまり、実施例1から8では、(Nd,Pr,Dy,La,Sm)-Fe-Bで示される希土類焼結磁石合金から、実施の形態4で示した製造方法を用いて、重希土類元素RHであるTbが0.10at.%拡散された希土類焼結磁石1を製造する。In Examples 1 to 8, rare earth sintered magnets 1 are manufactured using the method shown in Embodiment 4, with samples of multiple rare earth sintered magnet alloys with different compositions represented as (Nd, Pr, Dy, La, Sm)-Fe-B. In Examples 1 to 8, a diffusion precursor is formed using rare earth sintered magnet alloys with varying Nd, Pr, Dy, La, and Sm content, and the rare earth sintered magnets 1 are manufactured by grain boundary diffusion of Tb, a heavy rare earth element RH, into the diffusion precursor so that Tb is 0.10 at.%. In other words, in Examples 1 to 8, rare earth sintered magnets 1 are manufactured from rare earth sintered magnet alloys represented as (Nd, Pr, Dy, La, Sm)-Fe-B, using the manufacturing method shown in Embodiment 4, with 0.10 at.% of the heavy rare earth element RH Tb diffused into them.
比較例1から14では、組成の異なる複数の希土類焼結磁石合金R-Fe-Bで示される試料を用いて、特許文献1または特許文献2に示されるような一般的な希土類磁石の製造方法によって実験的に重希土類元素RHであるTbを粒界拡散させた希土類焼結磁石1を製造する。比較例1から14による希土類焼結磁石1の試料では、Rの部分を変更している。In Comparative Examples 1 to 14, rare earth sintered magnets 1 were experimentally produced by grain boundary diffusion of the heavy rare earth element RH, Tb, using samples represented by multiple rare earth sintered magnet alloys R-Fe-B with different compositions, using a general rare earth magnet manufacturing method as described in Patent Document 1 or Patent Document 2. In the samples of rare earth sintered magnets 1 from Comparative Examples 1 to 14, the R portion was changed.
比較例1から7では、RがNdである希土類焼結磁石合金から、あるいはRがNdと、Dy,Pr,LaおよびSmの群から選択される1つ以上の元素と、を含む希土類焼結磁石合金から、特許文献1に示される製造方法を用いて重希土類元素RHであるTbが0.15at.%拡散された希土類焼結磁石1を製造する。In Comparative Examples 1 to 7, a rare earth sintered magnet 1 is produced using the manufacturing method described in Patent Document 1, in which 0.15 at.% of the heavy rare earth element RH, Tb, is diffused, either from a rare earth sintered magnet alloy where R is Nd, or from a rare earth sintered magnet alloy containing R = Nd and one or more elements selected from the group consisting of Dy, Pr, La, and Sm.
比較例8から14では、RがNdである希土類焼結磁石合金から、あるいはRがNdと、Dy,Pr,LaおよびSmの群から選択される1つ以上の元素と、を含む希土類焼結磁石合金から、特許文献2に示される製造方法を用いて重希土類元素RHであるTbが0.15at.%拡散された希土類焼結磁石1を製造する。In Comparative Examples 8 to 14, a rare earth sintered magnet 1 is produced using the manufacturing method described in Patent Document 2, in which 0.15 at.% of the heavy rare earth element RH, Tb, is diffused, either from a rare earth sintered magnet alloy where R is Nd, or from a rare earth sintered magnet alloy containing R = Nd and one or more elements selected from the group consisting of Dy, Pr, La, and Sm.
表3は、実施例および比較例による希土類焼結磁石の一般式、Rを構成する元素の含有量、組織形態の分析結果、および磁気特性と着磁性能との判定結果を示す表である。表3には、実施例1から8および比較例1から14の希土類焼結磁石1である各試料の主相10の一般式が示されている。Table 3 shows the general formulas, elemental content, microstructure analysis results, and magnetic properties and magnetization performance of rare earth sintered magnets for the examples and comparative examples. Table 3 shows the general formulas of the main phase 10 for each sample, which is the rare earth sintered magnet 1 of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 14.
次に、実施例1から8および比較例1から14の希土類焼結磁石1の組織を分析する方法について説明する。希土類焼結磁石1の組織形態は、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)およびEPMAを用いた元素分析により決定される。ここでは、SEMおよびEPMAとして、FE-EPMA(日本電子株式会社製、製品名:JXA-8530F)を用いる。元素分析の条件は、加速電圧が15.0kVであり、照射電流が2.271e-008Aであり、照射時間が130msであり、画素数が512ピクセル×512ピクセルであり、倍率が5000倍であり、積算回数が1回である。 Next, a method for analyzing the microstructure of the rare earth sintered magnets 1 of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 14 will be described. The microstructure of the rare earth sintered magnets 1 is determined by elemental analysis using a scanning electron microscope (SEM) and EPMA. Here, an FE-EPMA (manufactured by JEOL Ltd., product name: JXA-8530F) is used as the SEM and EPMA. The conditions for elemental analysis are an acceleration voltage of 15.0 kV, an irradiation current of 2.271 e⁻⁰⁸ A, an irradiation time of 130 ms, a pixel count of 512 pixels × 512 pixels, a magnification of 5000x, and one integration cycle.
次に、実施例1から8および比較例1から14の希土類焼結磁石1の磁気特性の評価方法について説明する。磁気特性の評価は、パルス励磁式のBHトレーサを用いて、複数の試料の保磁力を測定することによって行われる。BHトレーサによる最大印加磁場は、希土類焼結磁石1が完全に着磁された状態となる6T以上である。パルス励磁式のBHトレーサの他に、6T以上の最大印加磁場を発生させることができれば、直流式のBHトレーサとも呼ばれる直流自記磁束計、振動試料型磁力計(Vibrating Sample Magnetometer:VSM)、磁気特性測定装置(Magnetic Property Measurement System:MPMS)、物理特性測定装置(Physical Property Measurement System:PPMS)等を用いてもよい。測定は、窒素等の不活性ガスを含む雰囲気中で行われる。各試料の磁気特性は、印加磁場により着磁された希土類焼結磁石1をサーチコイルまたは磁気センサによってピックアップされた磁化を検出することにより測定される。測定された磁気ヒステリシスであるJ-HカーブまたはB-Hカーブより、磁気特性を測定する。また、各試料の磁気特性は、互いに異なる第1測定温度T1および第2測定温度T2のそれぞれの温度で測定される。残留磁束密度の温度係数α[%/℃]は、第1測定温度T1での残留磁束密度と第2測定温度T2での残留磁束密度との差と、第1測定温度T1での残留磁束密度との比を、温度の差(T2-T1)で割った値である。また、保磁力の温度係数β[%/℃]は、第1測定温度T1での保磁力と第2測定温度T2での保磁力との差と、第1測定温度T1での保磁力との比を、温度の差(T2-T1)で割った値である。したがって、磁気特性の温度係数の絶対値|α|および|β|が小さくなるほど、温度上昇に対する磁石の磁気特性の低下が抑制されることになる。Next, the method for evaluating the magnetic properties of the rare-earth sintered magnets 1 of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 14 will be described. The magnetic properties are evaluated by measuring the coercivity of multiple samples using a pulse-excitation type BH tracer. The maximum applied magnetic field by the BH tracer is 6T or higher, which is the state in which the rare-earth sintered magnet 1 is fully magnetized. In addition to the pulse-excitation type BH tracer, any device that can generate a maximum applied magnetic field of 6T or higher may be used, such as a DC recording magnetometer (also called a DC BH tracer), a vibrating sample magnetometer (VSM), a magnetic property measurement system (MPMS), or a physical property measurement system (PPMS). Measurements are performed in an atmosphere containing an inert gas such as nitrogen. The magnetic properties of each sample are measured by detecting the magnetization picked up by a search coil or magnetic sensor from the rare-earth sintered magnet 1, which has been magnetized by the applied magnetic field. The magnetic properties are measured from the J-H curve or B-H curve, which are the measured magnetic hysteresis curves. The magnetic properties of each sample are measured at two different temperatures, a first measurement temperature T1 and a second measurement temperature T2. The temperature coefficient α [%/°C] of the remanent magnetic flux density is the ratio of the difference between the remanent magnetic flux density at the first measurement temperature T1 and the remanent magnetic flux density at the second measurement temperature T2, divided by the temperature difference (T2-T1). The temperature coefficient β [%/°C] of the coercivity is the ratio of the difference between the coercivity at the first measurement temperature T1 and the coercivity at the second measurement temperature T2, divided by the temperature difference (T2-T1). Therefore, the smaller the absolute values of the temperature coefficients of the magnetic properties, |α| and |β|, the more the decrease in the magnetic properties of the magnet with respect to temperature rise is suppressed.
さらに、着磁性能の測定については、一定のパーミアンス係数において、任意の磁場を印加することにより描かれる磁気ヒステリシスより測定される磁束密度と、飽和する磁場を印加することにより描かれる磁気ヒステリシスより測定される磁束密度と、の比より着磁率を算出することによって求められる。より低い磁場でも高い着磁率が得られれば、着磁性能が高いといえる。Furthermore, the magnetization performance is measured by calculating the susceptibility to magnetization from the ratio of the magnetic flux density measured from the magnetic hysteresis observed when an arbitrary magnetic field is applied at a constant permeance coefficient to the magnetic flux density measured from the magnetic hysteresis observed when a saturating magnetic field is applied. If a high susceptibility to magnetization can be obtained even at lower magnetic fields, it can be said that the magnetization performance is high.
まず、実施例1から8および比較例1から14による各試料における分析結果について説明する。図示は省略するが、実施例1から8の各試料をFE-EPMAで元素マッピングしたところ、RHをDy,Tbとし、RをNd,Pr,RH以外から選択される1種類以上の希土類元素とし、一般式(Nd,Pr,Dy,Tb,R)-Fe-Bを満たし、Nd2Fe14B結晶構造を基本とする結晶粒を含む主相10において、コア部11c,12cとコア部11c,12cを被覆するシェル部11s,12sとを有する主相10が存在することが確認できる。また、主相10には、CNd>CPrである第1主相11と、CNd<CPrである第2主相12と、が混在していることが確認できる。また、第1主相11のDyの濃度をC1Dyとし、第2主相12のDyの濃度をC2Dyとしたときに、C1Dy>C2Dyとなっていることも確認できる。 First, the analytical results for each sample from Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 14 will be explained. Although not shown in the diagram, elemental mapping of each sample from Examples 1 to 8 using FE-EPMA revealed that, with RH set to Dy and Tb, and R set to one or more rare earth elements selected from elements other than Nd, Pr, and RH, the main phase 10 containing crystal grains that satisfy the general formula (Nd, Pr, Dy, Tb, R)-Fe-B and are based on the Nd 2 Fe 14 B crystal structure, has core portions 11c, 12c and shell portions 11s, 12s covering the core portions 11c, 12c. Furthermore, it was confirmed that the main phase 10 contains a mixture of a first main phase 11 where CNd > CPr and a second main phase 12 where CNd < CPr. Furthermore, it can be confirmed that when the concentration of Dy in the first main phase 11 is C1Dy and the concentration of Dy in the second main phase 12 is C2Dy, C1Dy > C2Dy.
ここで「CNd>CPrである第1主相11と、CNd<CPrである第2主相12」に示される濃度差は、EPMAを用いたマッピング分析により、Ndの検出強度とPrの検出強度との間に明確に差が出ていることを意味する。具体的には、第1主相11の場合を例として挙げると、コア部11cのNdの濃度はEPMAの検出強度が平均よりも高く、Prの濃度はEPMAの検出強度が下限付近を示しているということである。第2主相12は第1主相11の場合と逆になっているといえる。Here, the concentration difference shown for "the first main phase 11 where CNd > CPr and the second main phase 12 where CNd < CPr" means that a clear difference is observed between the detection intensity of Nd and the detection intensity of Pr, as determined by mapping analysis using EPMA. Specifically, taking the first main phase 11 as an example, the concentration of Nd in the core portion 11c is detected by EPMA at a higher-than-average level, while the concentration of Pr is detected by EPMA at a level near the lower limit. The second main phase 12 is the opposite of the first main phase 11.
また、「C1Dy>C2Dy」に示される濃度差は、EPMAを用いたマッピング分析により、第1主相11のDyの検出強度と第2主相12のDyの検出強度との間に明確に差が出ていることを意味する。具体的には、第1主相11のDyの濃度はEPMAの検出強度が平均よりも高く、第2主相12のDyの濃度はEPMAの検出強度が下限付近を示しているということである。Furthermore, the concentration difference indicated by "C1Dy > C2Dy" means that, as determined by mapping analysis using EPMA, there is a clear difference between the detection intensity of Dy in the first main phase 11 and the detection intensity of Dy in the second main phase 12. Specifically, the detection intensity of Dy in the first main phase 11 is higher than average according to EPMA, while the detection intensity of Dy in the second main phase 12 is near the lower limit according to EPMA.
また、R=La,Smとしたとき、希土類焼結磁石1は、実施の形態1における第1主相11と第2主相12とに加え、主成分が(Nd,Pr,Dy,Tb,La,Sm)-Oとして表される酸化物相を基本とする結晶性の第1副相21と、主成分が(Nd,Pr,Dy,Tb,La)-Oとして表される結晶性の第2副相22と、を有することも確認できる。さらに、Smの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことが確認できる。Furthermore, when R = La, Sm, it can be confirmed that the rare earth sintered magnet 1, in addition to the first main phase 11 and second main phase 12 in Embodiment 1, also has a crystalline first sub-phase 21 based on an oxide phase whose main component is represented as (Nd, Pr, Dy, Tb, La, Sm)-O, and a crystalline second sub-phase 22 whose main component is represented as (Nd, Pr, Dy, Tb, La)-O. Moreover, it can be confirmed that the concentration of Sm is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22.
表3には、Ndの濃度および重希土類元素RHであるTbの濃度の和をC(Nd,Tb)と表記すると、C(Nd,RH)>CPrである第1主相11、およびC(Nd,RH)<CPrである第2主相12の状態が確認できた試料については、それぞれ第1主相11および第2主相12の欄に「〇」が入力され、確認できなかった試料については、それぞれ第1主相11および第2主相12の欄に「×」が入力されている。不等号の濃度差については、NdおよびDyの検出強度とPrの検出強度との間に明確に差が出ていることを意味する。具体的な例を挙げると、第1主相11の場合においては、Ndの濃度およびDyの濃度はEPMAの検出強度が平均より高いことを示し、Prの濃度はEPMAの検出強度が下限値付近であることを示している。第2主相12の場合においては第1主相11の場合とは逆になっているといえる。第2主相12のようなC(Nd,RH)<CPrしか確認されなかった場合は、第2主相12の欄のみに「〇」が入力され、第1主相11の欄には「×」が入力されている。Table 3 shows that, if the sum of the concentrations of Nd and the heavy rare earth element Tb is denoted as C(Nd, Tb), then for samples where the state of the first main phase 11 (C(Nd, RH) > CPr) and the second main phase 12 (C(Nd, RH) < CPr) was confirmed, "○" is entered in the columns for the first main phase 11 and the second main phase 12, respectively. For samples where this could not be confirmed, "×" is entered in the columns for the first main phase 11 and the second main phase 12, respectively. The inequality sign indicates a concentration difference that clearly shows a difference between the detection intensity of Nd and Dy and the detection intensity of Pr. To give a specific example, in the case of the first main phase 11, the concentrations of Nd and Dy indicate that the detection intensity of EPMA is higher than average, while the concentration of Pr indicates that the detection intensity of EPMA is near the lower limit. In the case of the second main phase 12, the opposite is true compared to the case of the first main phase 11. If only C(Nd,RH) < CPr, as in the second main phase 12, is confirmed, then "○" is entered only in the second main phase 12 column, and "×" is entered in the first main phase 11 column.
さらに、表3には、主成分が(Nd,Pr,Dy,Tb,La,Sm)-Oとして表される酸化物相を基本とする結晶性の第1副相21、主成分が(Nd,Pr,Dy,Tb,La)-Oとして表される結晶性の第2副相22と、を有し、第2副相22に比して第1副相21の方がSmの濃度が高くなることが確認できた試料については、第1副相21および第2副相22の欄のそれぞれに「〇」が入力され、確認できなかった試料については、第1副相21および第2副相22の欄のそれぞれに「×」が入力されている。また、副相20が1つしか存在しない、または、副相20間のSmの濃度差がない状態のものは、第1副相21しか存在しないとして、第1副相21の欄のみに「〇」が入力され、第2副相22の欄には「×」が入力されている。なお、第1副相21と第2副相22との濃度差は、EPMAを用いたマッピング分析により、第2副相22より第1副相21においてSmの検出強度が平均して高いことを意味する。Furthermore, Table 3 shows that for samples having a crystalline first subphase 21 based on an oxide phase whose main component is represented as (Nd, Pr, Dy, Tb, La, Sm)-O, and a crystalline second subphase 22 whose main component is represented as (Nd, Pr, Dy, Tb, La)-O, and where it was confirmed that the concentration of Sm is higher in the first subphase 21 than in the second subphase 22, "○" is entered in both the first subphase 21 and second subphase 22 columns. For samples where this could not be confirmed, "×" is entered in both the first subphase 21 and second subphase 22 columns. Also, for samples where only one subphase 20 exists, or where there is no difference in Sm concentration between the subphases 20, it is assumed that only the first subphase 21 exists, and "○" is entered only in the first subphase 21 column, while "×" is entered in the second subphase 22 column. Furthermore, the concentration difference between the first subphase 21 and the second subphase 22 indicates, based on mapping analysis using EPMA, that the detection intensity of Sm is, on average, higher in the first subphase 21 than in the second subphase 22.
また、FE-EPMAで分析して得られた元素マッピングの強度比から、C(Nd,RH)<CPrである第2主相12の数よりもC(Nd,RH)>CPrである第1主相11の数の方が多く存在していることも確認できる。コア部11c,12cにおけるDyの濃度をCDyとし、シェル部11s,12sにおけるDyの濃度をSDyとし、コアシェル構造のシェル部11s,12sに着目したとき、第1主相11はCNd>SNd、CPr<SPr、CDy>SDyの関係式を満たし、第2主相12はCNd<SNd、CPr>SPr、CDy<SDyの関係式を満たすことも確認できる。Furthermore, from the intensity ratio of the elemental mapping obtained by analysis with FE-EPMA, it can be confirmed that there are more instances of the first main phase 11 where C(Nd,RH) > CPr than instances of the second main phase 12 where C(Nd,RH) < CPr. When focusing on the shell parts 11s and 12s of the core-shell structure, with the concentration of Dy in the core parts 11c and 12c being CDy and the concentration of Dy in the shell parts 11s and 12s being SDy, it can be confirmed that the first main phase 11 satisfies the relationships CNd > SNd, CPr < SPr, CDy > SDy, and the second main phase 12 satisfies the relationships CNd < SNd, CPr > SPr, CDy < SDy.
次に、実施例1から8および比較例1から14による各試料における磁気特性の測定結果について説明する。磁気測定を行う各試料の形状は、縦、横および高さがすべて7mmのブロック形状である。第1測定温度T1は23℃であり、第2測定温度T2は200℃である。23℃は、室温である。第2測定温度T2の200℃は、自動車用モータおよび産業用モータの動作時の環境として、起こり得る温度である。Next, the measurement results of the magnetic properties of each sample in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 14 will be described. The shape of each sample used for magnetic measurement is a block shape with length, width, and height all of 7 mm. The first measurement temperature T1 is 23°C, and the second measurement temperature T2 is 200°C. 23°C is room temperature. The second measurement temperature T2 of 200°C is a temperature that can occur in the operating environment of automotive motors and industrial motors.
まず、実施例1から8および比較例2から14による各試料における残留磁束密度および保磁力の判定は、比較例1と比較して行う。各試料の23℃における残留磁束密度および保磁力の値が、比較例1での値と比較して測定誤差と考えられる1%以内の値を示した場合には、「同等」と判定し、1%以上高い値を示した場合には、「良」と判定し、1%以下の低い値を示した場合には、「不良」と判定する。First, the residual magnetic flux density and coercivity of each sample in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 2 to 14 are determined in comparison with Comparative Example 1. If the residual magnetic flux density and coercivity values of each sample at 23°C are within 1% of the values in Comparative Example 1, which is considered to be within the measurement error, it is judged as "equivalent." If the values are 1% or more higher, it is judged as "good." If the values are 1% or less lower, it is judged as "poor."
次に、残留磁束密度の温度係数αは、第1測定温度T1の23℃における残留磁束密度および第2測定温度T2の200℃における残留磁束密度を用いて算出される。また、保磁力の温度係数βは、第1測定温度T1の23℃における保磁力および第2測定温度T2の200℃における保磁力を用いて算出される。実施例1から8および比較例2から14による各試料における残留磁束密度の温度係数および保磁力の温度係数は、比較例1と比較して判定される。各試料について、比較例1による試料における残留磁束密度の温度係数の絶対値|α|および保磁力の温度係数の絶対値|β|と比較して、測定誤差と考えられる±1%以内の値を示した場合には、「同等」と判定し、-1%より低い値を示した場合には、「良」と判定し、+1%より高い値を示した場合には、「不良」と判定する。「良」と判定された試料については、温度係数がより小さいことから、温度上昇に伴う磁気特性の低下が抑制され、高温環境下においても、安定的な磁気特性を有する希土類焼結磁石1を提供することができる。Next, the temperature coefficient α of the remanent magnetic flux density is calculated using the remanent magnetic flux density at 23°C (first measurement temperature T1) and the remanent magnetic flux density at 200°C (second measurement temperature T2). Similarly, the temperature coefficient β of the coercivity is calculated using the coercivity at 23°C (first measurement temperature T1) and the coercivity at 200°C (second measurement temperature T2). The temperature coefficients of remanent magnetic flux density and coercivity for each sample from Examples 1 to 8 and Comparative Examples 2 to 14 are judged by comparing them with Comparative Example 1. For each sample, if the values are within ±1% of the absolute value of the temperature coefficient of remanent magnetic flux density |α| and the absolute value of the temperature coefficient of coercivity |β| compared with the sample from Comparative Example 1, it is judged as "equivalent" if the values are within ±1% of what is considered a measurement error; if the values are lower than -1%, it is judged as "good"; and if the values are higher than +1%, it is judged as "poor". For samples judged as "good," the temperature coefficient is smaller, which suppresses the decrease in magnetic properties with increasing temperature. This makes it possible to provide a rare-earth sintered magnet 1 that has stable magnetic properties even in high-temperature environments.
次に、着磁性能は、印加磁場20kOeの磁気ヒステリシスとパーミアンス係数Pcとの1の交点である磁束密度と、飽和磁化状態である印加磁場80kOeの磁気ヒステリシスとパーミアンス係数Pcとの1の交点である磁束密度と、の比から着磁率を算出する。実施例1から8および比較例2から14による各試料における着磁性能は、比較例1と比較して判定される。つまり、各試料について、比較例1による試料における着磁率と比較して、測定誤差と考えられる-1%以上の値を示した場合には、「同等以上」と判定し、-1%より低い値を示した場合には、「不良」と判定する。「同等以上」と判定された試料については、着磁性能が高い希土類焼結磁石1を提供することができる。Next, the magnetization performance is calculated from the ratio of the magnetic flux density at the intersection of the magnetic hysteresis and permeance coefficient Pc at an applied magnetic field of 20 kOe to the magnetic flux density at the intersection of the magnetic hysteresis and permeance coefficient Pc at an applied magnetic field of 80 kOe, which is the saturated magnetization state. The magnetization performance of each sample from Examples 1 to 8 and Comparative Examples 2 to 14 is judged in comparison to Comparative Example 1. In other words, for each sample, if the magnetization performance is 1% or more compared to the sample from Comparative Example 1, which is considered to be a measurement error, it is judged as "equivalent or better," and if the value is lower than 1%, it is judged as "poor." For samples judged as "equivalent or better," a rare-earth sintered magnet 1 with high magnetization performance can be provided.
以上の残留磁束密度、保磁力、残留磁束密度の温度係数、保磁力の温度係数および着磁性能の判定結果は、表3に示されている。The results for determining the remanent magnetic flux density, coercivity, temperature coefficient of remanent magnetic flux density, temperature coefficient of coercivity, and magnetization performance are shown in Table 3.
比較例1は、(Nd,Dy)-Fe-Bとなるように、Nd,Dy,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献1に記載されている製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prと、La,Smと、は添加されていないことから、主相10におけるコアシェル構造は確認できず、副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、残留磁束密度は1.25Tであり、保磁力は1900kA/mである。残留磁束密度および保磁力の温度係数は、それぞれ|α|=0.185%/℃、|β|=0.455%/℃である。また着磁率は98.6%である。比較例1のこれらの値がリファレンスとして用いられる。Comparative Example 1 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, prepared according to the manufacturing method described in Patent Document 1, using Nd, Dy, Fe, and FeB as raw materials so that the composition is (Nd, Dy)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, since Pr, La, and Sm are not added, the core-shell structure in the main phase 10 cannot be confirmed, and it cannot be confirmed that the concentration of Sm in the sub-phase 20 is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. Furthermore, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the remanent magnetic flux density is 1.25 T and the coercivity is 1900 kA/m. The temperature coefficients of the remanent magnetic flux density and coercivity are |α| = 0.185%/°C and |β| = 0.455%/°C, respectively. The magnetic attachment rate is 98.6%. These values for Comparative Example 1 are used as a reference.
比較例2は、Nd-Fe-Bとなるように、Nd,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献1に記載されている製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prと、La,Smと、は添加されていないことから、主相10におけるコアシェル構造は確認できず、副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、重希土類元素RHであるDy,Tbが主相10に入っていないため、残留磁束密度は「良」となり、保磁力は「不良」となる。また、残留磁束密度の温度係数は「同等」となり、保磁力の温度係数は「同等」となり、着磁性能は「同等以上」となる。Comparative Example 2 is a sample of a rare earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused into it, prepared according to the manufacturing method described in Patent Document 1, using Nd, Fe, and FeB as raw materials so that it is Nd-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, since Pr, La, and Sm are not added, the core-shell structure in the main phase 10 cannot be confirmed, and it cannot be confirmed that the concentration of Sm in the sub-phase 20 is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. Furthermore, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, since the heavy rare earth elements RH, Dy and Tb, are not present in the main phase 10, the residual magnetic flux density is "good" and the coercivity is "poor". Also, the temperature coefficient of the residual magnetic flux density is "equivalent", the temperature coefficient of the coercivity is "equivalent", and the magnetization performance is "equivalent or better".
比較例3は、(Nd,Pr)-Fe-Bとなるように、Nd,Pr,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献1に記載されている製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prが添加されたことにより、NdおよびPrが混ざり合った主相10は確認できたものの、コアシェル構造を形成していない。また、La,Smが添加されていないことから、副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、重希土類元素RHであるDy,Tbが母材に入っていないため、残留磁束密度は「良」となり、保磁力は「不良」となる。また、Prが添加されたことによって、保磁力の温度係数は「不良」となる。製造方法に熱間加工を含まないので、着磁性能は「同等以上」となる。なお、残留磁束密度の温度係数は「同等」となる。また、重希土類元素RHが入っていない母材である拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 3 is a sample of a rare earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, prepared according to the manufacturing method described in Patent Document 1, using Nd, Pr, Fe, and FeB as raw materials so that it is (Nd, Pr)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, although the main phase 10, which is a mixture of Nd and Pr, can be confirmed due to the addition of Pr, a core-shell structure is not formed. Also, since La and Sm are not added, it cannot be confirmed that the concentration of Sm in the sub-phase 20 is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. When the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the residual magnetic flux density is "good" and the coercivity is "poor" because the heavy rare earth elements RH, Dy and Tb, are not present in the base material. Also, the temperature coefficient of coercivity is "poor" due to the addition of Pr. Since the manufacturing method does not involve hot working, the magnetization performance will be "equivalent or better." Furthermore, the temperature coefficient of the residual magnetic flux density will be "equivalent." In addition, diffusing Tb, which is a heavy rare earth element RH, into a diffusion precursor, which is a base material that does not contain heavy rare earth elements RH, will not improve the magnetic properties.
比較例4は、(Nd,Pr,Dy)-Fe-Bとなるように、Nd,Pr,Dy,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献1に記載されている製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、NdおよびPrが混ざり合った主相10は確認できたものの、コアシェル構造を形成していない。また、La,Smが添加されていないことから、副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、Prを添加し、また重希土類元素RHであるDyの添加が比較例1と同等であることによって、残留磁束密度は「同等」となる。重希土類元素RHであるDyの添加に加えて、Prが添加されたことによって、保磁力は「良」となり、保磁力の温度係数は「不良」となる。製造方法に熱間加工を含まないので、着磁性能は「同等以上」となる。残留磁束密度の温度係数は「同等」となり、これは、TbおよびPrの添加により、主相10の磁気異方性が高まり、保磁力は向上するものの、主相10および副相20における最適な組織形態でないことを反映した結果となっている。Comparative Example 4 is a sample of a rare earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, prepared according to the manufacturing method described in Patent Document 1, using Nd, Pr, Dy, Fe, and FeB as raw materials so that the composition is (Nd, Pr, Dy)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, the main phase 10, which is a mixture of Nd and Pr, can be confirmed, but it does not form a core-shell structure. Also, since La and Sm are not added, it cannot be confirmed that the concentration of Sm in the subphase 20 is higher in the first subphase 21 than in the second subphase 22. Furthermore, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the residual magnetic flux density is "equivalent" because the addition of Pr and the addition of Dy, a heavy rare earth element RH, is the same as in Comparative Example 1. The addition of Pr, in addition to the heavy rare earth element Dy, results in "good" coercivity and a "poor" temperature coefficient of coercivity. Since the manufacturing method does not include hot working, the magnetization performance is "equal to or better." The temperature coefficient of residual magnetic flux density is "equal," which reflects the fact that although the addition of Tb and Pr increases the magnetic anisotropy of the main phase 10 and improves coercivity, it does not result in the optimal microstructure of the main phase 10 and subphase 20.
比較例5は、(Nd,La,Sm)-Fe-Bとなるように、Nd,La,Sm,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献1に記載されている製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prが添加されていないことにより、主相10のコアシェル構造は確認できない。また、LaおよびSmが添加されることにより、Smの濃度は、Laの偏析に伴い、1つの副相20に偏析しているものの、第2副相22は存在しない。さらに、Smの濃度が第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、重希土類元素RHであるDyが母材に入っていないため、残留磁束密度は「良」となり、保磁力は「不良」となる。また、LaおよびSmが添加されることによって、保磁力の温度係数は「良」となる。製造方法に熱間加工を含まないので、着磁性能は「同等以上」となる。残留磁束密度の温度係数は「同等」となる。これは、La,Smが主相10または副相20に存在することにより、磁気特性の温度係数は良好な結果を示しているものの、室温における磁気特性は向上せず、主相10および副相20における最適な組織形態でないことを反映した結果となっている。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 5 is a sample of a rare earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, prepared according to the manufacturing method described in Patent Document 1, using Nd, La, Sm, Fe, and FeB as raw materials so that the composition is (Nd, La, Sm)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, the core-shell structure of the main phase 10 cannot be confirmed because Pr is not added. Also, although the concentration of Sm is segregated into one sub-phase 20 due to the segregation of La, the second sub-phase 22 does not exist. Furthermore, it cannot be confirmed that the concentration of Sm in the first sub-phase 21 is higher than that of the second sub-phase 22. In addition, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the residual magnetic flux density is "good" and the coercivity is "poor" because the heavy rare earth element RH, Dy, is not present in the base material. Furthermore, the addition of La and Sm results in a "good" temperature coefficient of coercivity. Since the manufacturing method does not involve hot working, the magnetization performance is "equal to or better." The temperature coefficient of residual magnetic flux density is "equal." This is because, although the presence of La and Sm in the main phase 10 or sub-phase 20 results in a good temperature coefficient of magnetic properties, the magnetic properties at room temperature do not improve, reflecting that the microstructure of the main phase 10 and sub-phase 20 is not optimal. In addition, since the magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, diffusing the heavy rare earth element RH, Tb, into such a diffusion precursor does not improve the magnetic properties.
比較例6は、(Nd,La,Sm)-Fe-Bとなるように、Nd,La,Sm,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献1に記載されている製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。比較例5とはNd,La,Smの組成比が異なっている。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prが添加されていないことにより、主相10のコアシェル構造は確認できない。また、LaおよびSmが添加されることにより、Smの濃度は、Laの偏析に伴い、1つの副相20に偏析しているものの、第2副相22は存在しない。さらに、Smの濃度が第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、重希土類元素RHであるDyが母材に入っていないため、残留磁束密度は「良」となり、保磁力は「不良」となる。また、LaおよびSmの添加量の最適化によって、残留磁束密度の温度係数は「良」となり、保磁力の温度係数は「良」となる。製造方法に熱間加工を含まないので、着磁性能は「同等以上」となる。これは、La,Smが主相10または副相20に存在することにより、磁気特性の温度係数は良好な結果を示しているものの、重希土類元素RHであるDyが母材に添加されていないので、室温における磁気特性は向上せず、主相10および副相20における最適な組織形態でないことを反映した結果となっている。Nd,La,Smの組成比を変えても、比較例5とほぼ同様の結果が得られる。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 6 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused into it, prepared according to the manufacturing method described in Patent Document 1, using Nd, La, Sm, Fe, and FeB as raw materials so that the composition is (Nd, La, Sm)-Fe-B. The composition ratio of Nd, La, and Sm is different from that of Comparative Example 5. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, the core-shell structure of the main phase 10 cannot be confirmed because Pr is not added. Furthermore, although the concentration of Sm is segregated into one sub-phase 20 due to the segregation of La, the second sub-phase 22 does not exist. Moreover, it cannot be confirmed that the concentration of Sm is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. Furthermore, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the residual magnetic flux density is "good" and the coercivity is "poor" because the heavy rare earth element RH, Dy, is not present in the base material. However, by optimizing the amounts of La and Sm added, the temperature coefficient of the residual magnetic flux density becomes "good" and the temperature coefficient of the coercivity becomes "good". Since the manufacturing method does not include hot working, the magnetization performance is "equal to or better". This is because, although the temperature coefficient of the magnetic properties shows good results due to the presence of La and Sm in the main phase 10 or sub-phase 20, the magnetic properties at room temperature do not improve because the heavy rare earth element RH, Dy, is not added to the base material, reflecting that the microstructure of the main phase 10 and sub-phase 20 is not optimal. Even when the composition ratio of Nd, La, and Sm is changed, results almost the same as in Comparative Example 5 are obtained. Furthermore, since the magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, diffusing the heavy rare earth element RH, Tb, into such a diffusion precursor does not improve its magnetic properties.
比較例7は、(Nd,Pr,La,Sm)-Fe-Bとなるように、Nd,Pr,La,Sm,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献1に記載されている製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prが添加されたことにより、NdおよびPrが混ざり合った主相10は確認できるものの、コアシェル構造を形成していない。また、LaおよびSmが添加されることにより、Smの濃度は、Laの偏析に伴い、1つの副相20に偏析しているものの、第2副相22は存在しない。さらに、Smの濃度が第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、重希土類元素RHであるDyが母材に入っていないため、残留磁束密度は「良」となり、保磁力は「不良」となる。また、LaおよびSmの添加量の最適化によって、残留磁束密度の温度係数および保磁力の温度係数が「良」となるはずであるが、Prが添加されたことによって保磁力の温度係数のみ「同等」に低下している。製造方法に熱間加工を含まないので、着磁性能は「同等以上」となる。Comparative Example 7 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, prepared according to the manufacturing method described in Patent Document 1, using Nd, Pr, La, Sm, Fe, and FeB as raw materials such as (Nd, Pr, La, Sm)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, although a main phase 10 in which Nd and Pr are mixed can be confirmed due to the addition of Pr, it does not form a core-shell structure. Furthermore, although the concentration of Sm is segregated into one sub-phase 20 due to the segregation of La, a second sub-phase 22 does not exist. Moreover, it cannot be confirmed that the concentration of Sm is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. Furthermore, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the residual magnetic flux density is "good" and the coercivity is "poor" because the heavy rare earth element RH, Dy, is not present in the base material. In addition, while the temperature coefficients of the residual magnetic flux density and coercivity should be "good" by optimizing the amounts of La and Sm added, the addition of Pr has reduced only the temperature coefficient of coercivity to "equivalent". Since the manufacturing method does not include hot working, the magnetization performance is "equivalent or better".
比較例8は、(Nd,Dy)-Fe-Bとなるように、Nd,Dy,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献2に記載されている熱間加工を含む製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prと、La,Smと、は添加されていないことから、主相10におけるコアシェル構造は確認できず、副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。しかし、熱間加工で作製される磁石の特徴である組織の微細化が確認される。この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁粉の微細化によって、保磁力は「良」となり、保磁力の温度係数は「同等」となる。また、磁気モーメントが揃いにくいことから、残留磁束密度および着磁性能は「不良」となる。残留磁束密度の温度係数は「同等」となる。これは、熱間加工による磁粉の微細化に伴い、保磁力の絶対値および保磁力の温度係数は向上しているものの、磁気モーメントが揃いにくいことから残留磁束密度の低下と着磁性能の悪化とを反映した結果となっている。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 8 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, manufactured according to a manufacturing method including hot working described in Patent Document 2, using Nd, Dy, Fe, and FeB as raw materials so that the composition is (Nd, Dy)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, since Pr, La, and Sm are not added, the core-shell structure in the main phase 10 cannot be confirmed, and the concentration of Sm in the sub-phase 20 cannot be confirmed as being higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. However, the refinement of the microstructure, which is a characteristic of magnets manufactured by hot working, can be confirmed. When the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the coercivity is "good" due to the refinement of the magnetic powder, and the temperature coefficient of coercivity is "equivalent". Also, because the magnetic moments are difficult to align, the residual magnetic flux density and magnetization performance are "poor". The temperature coefficient of residual magnetic flux density is "equivalent". This result reflects the fact that while the absolute value of coercivity and the temperature coefficient of coercivity improve with the refinement of magnetic powder through hot working, the magnetic moments are less likely to align, leading to a decrease in residual magnetic flux density and deterioration of magnetization performance. Furthermore, since magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, diffusing heavy rare earth element RH, such as Tb, into such a diffusion precursor does not improve its magnetic properties.
比較例9は、Nd-Fe-Bとなるように、Nd,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献2に記載されている熱間加工を含む製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prと、La,Smと、は添加されていないことから、主相10におけるコアシェル構造は確認できず、副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。しかし、熱間加工で作製される磁石の特徴である組織の微細化が確認される。この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁粉の微細化によって、保磁力は「良」となり、保磁力の温度係数は「同等」となる。また、磁気モーメントが揃いにくいことから、残留磁束密度および着磁性能は「不良」となる。残留磁束密度の温度係数は「同等」となる。これは、熱間加工による組織の微細化に伴い、保磁力は向上しているものの、残留磁束密度の低下を反映した結果となっている。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 9 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, manufactured using Nd, Fe, and FeB as raw materials to form Nd-Fe-B, according to a manufacturing method including hot working described in Patent Document 2. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, since Pr, La, and Sm are not added, the core-shell structure in the main phase 10 cannot be confirmed, and the concentration of Sm in the sub-phase 20 cannot be confirmed as being higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. However, the refinement of the microstructure, which is a characteristic of magnets manufactured by hot working, can be confirmed. When the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the coercivity is "good" due to the refinement of the magnetic powder, and the temperature coefficient of coercivity is "equivalent". Also, because the magnetic moments are difficult to align, the residual magnetic flux density and magnetization performance are "poor". The temperature coefficient of residual magnetic flux density is "equivalent". This result reflects a decrease in residual magnetic flux density, although coercivity has improved due to the refinement of the microstructure through hot working. Furthermore, since magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, diffusing the heavy rare earth element RH, Tb, into such a diffusion precursor does not improve its magnetic properties.
比較例10は、(Nd,Pr)-Fe-Bとなるように、Nd,Pr,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献2に記載されている熱間加工を含む製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prの添加に加え、熱間加工により、コアシェル構造が確認されるが、コアシェル構造が確認されるのはコア部のPr濃度が高い1種類の主相10のみである。また、La,Smが添加されていないことから、副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁粉の微細化によって、保磁力は「良」となり、保磁力の温度係数は「同等」となる。また、磁気モーメントが揃いにくいことから、残留磁束密度および着磁性能は「不良」となる。残留磁束密度の温度係数は「同等」となる。これは、コア部のPr濃度が高いコアシェル構造の形成により、Dyを添加している希土類焼結磁石1のレベルまで保磁力が大幅に向上するものの、その他の特性については、組織微細化を反映した結果となっている。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 10 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, manufactured according to a manufacturing method including hot working described in Patent Document 2, using Nd, Pr, Fe, and FeB as raw materials so that the composition is (Nd, Pr)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, a core-shell structure is confirmed due to the addition of Pr and the hot working, but the core-shell structure is confirmed only in one type of main phase 10 where the Pr concentration in the core is high. Also, since La and Sm are not added, it cannot be confirmed that the concentration of Sm in the sub-phase 20 is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. When the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the coercivity is "good" and the temperature coefficient of coercivity is "equal" due to the refinement of the magnetic powder. Also, because the magnetic moments are difficult to align, the residual magnetic flux density and magnetization performance are "poor". The temperature coefficient of the residual magnetic flux density is "equivalent." This is because, although the coercivity is significantly improved to the level of rare-earth sintered magnet 1 with added Dy due to the formation of a core-shell structure with a high Pr concentration in the core, other properties reflect the refinement of the microstructure. Furthermore, since the magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, which is the base material, diffusing Tb, a heavy rare-earth element RH, into such a diffusion precursor does not improve the magnetic properties.
比較例11は、(Nd,Pr,Dy)-Fe-Bとなるように、Nd,Pr,Dy,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献2に記載されている熱間加工を含む製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prの添加に加え、熱間加工により、コアシェル構造が確認されるが、コアシェル構造が確認されるのはコア部のPr濃度が高い1種類の主相10のみである。また、La,Smは添加されていないことから、副相20におけるSmの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁粉の微細化によって、保磁力は「良」となり、保磁力の温度係数は「同等」となる。また、磁気モーメントが揃いにくいことから、残留磁束密度および着磁性能は「不良」となる。残留磁束密度の温度係数は「同等」となる。これは、熱間加工により作製されることに加え、結晶磁気異方性が高いDyがNdの一部と置換されることによって保磁力が大幅に向上するものの、その他の特性については、熱間加工による組織の微細化を反映した結果となっている。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 11 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, manufactured according to a manufacturing method including hot working described in Patent Document 2, using Nd, Pr, Dy, Fe, and FeB as raw materials so that the composition is (Nd, Pr, Dy)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, a core-shell structure is confirmed due to the addition of Pr and the hot working, but the core-shell structure is confirmed only in one type of main phase 10 where the Pr concentration in the core is high. Also, since La and Sm are not added, it cannot be confirmed that the concentration of Sm in the sub-phase 20 is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. Furthermore, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the coercivity is "good" due to the refinement of the magnetic powder, and the temperature coefficient of coercivity is "equivalent". Also, because the magnetic moments are difficult to align, the residual magnetic flux density and magnetization performance are "poor". The temperature coefficient of the residual magnetic flux density is "equivalent." This is because, in addition to being produced by hot working, the coercivity is significantly improved due to the substitution of some of the highly anisotropic Dy with Nd, while other properties reflect the refinement of the microstructure due to hot working. Furthermore, since the magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, diffusing the heavy rare earth element RH Tb into such a diffusion precursor does not improve the magnetic properties.
比較例12は、(Nd,La,Sm)-Fe-Bとなるように、Nd,La,Sm,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献2に記載されている熱間加工を含む製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prが添加されていないことにより、主相10のコアシェル構造は確認できない。また、LaおよびSmが添加されることにより、Smの濃度は、Laの偏析に伴い、1つの副相20に偏析しているものの、第2副相22は存在しない。さらに、Smの濃度が第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁粉の微細化によって、保磁力および保磁力の温度係数は「良」となる。また、磁気モーメントが揃いにくいことから、残留磁束密度および着磁性能は「不良」となる。残留磁束密度の温度係数は「良」となる。これは、La,Smが主相10または副相20に存在することによって、磁気特性の温度係数は良好な結果を示しているものの、磁気モーメントが揃いにくいことから室温における残留磁束密度および着磁性能は向上せず、主相10および副相20における最適な組織形態でないことを反映した結果となっている。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 12 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, prepared according to a manufacturing method including hot working described in Patent Document 2, using Nd, La, Sm, Fe, and FeB as raw materials so that the composition is (Nd, La, Sm)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, the core-shell structure of the main phase 10 cannot be confirmed because Pr is not added. Also, although the concentration of Sm is segregated into one sub-phase 20 due to the segregation of La, the second sub-phase 22 does not exist. Furthermore, it cannot be confirmed that the concentration of Sm in the first sub-phase 21 is higher than that of the second sub-phase 22. Also, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the coercivity and temperature coefficient of coercivity are "good" due to the refinement of the magnetic powder. Furthermore, because the magnetic moments are difficult to align, the residual magnetic flux density and magnetization performance are "poor". The temperature coefficient of the residual magnetic flux density is "good". This is because, although the presence of La and Sm in the main phase 10 or sub-phase 20 results in a good temperature coefficient for the magnetic properties, the residual magnetic flux density and magnetization performance at room temperature do not improve due to the difficulty in aligning the magnetic moments, reflecting that the microstructure of the main phase 10 and sub-phase 20 is not optimal. In addition, since the magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, diffusing Tb, a heavy rare earth element RH, into such a diffusion precursor does not improve the magnetic properties.
比較例13は、(Nd,La,Sm)-Fe-Bとなるように、Nd,La,Sm,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献2に記載されている熱間加工を含む製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。比較例12とはNd,La,Smの組成比が異なっている。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prが添加されていないことにより、主相10のコアシェル構造は確認できない。また、LaおよびSmが添加されることにより、Smの濃度は、Laの偏析に伴い、1つの副相20に偏析しているものの、第2副相22は存在しない。さらに、Smの濃度が第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁粉の微細化によって、保磁力および保磁力の温度係数は「良」となる。また、磁気モーメントが揃いにくいことから、残留磁束密度および着磁性能は「不良」となる。残留磁束密度の温度係数は「良」となる。これは、La,Smが主相10または副相20に存在することにより、磁気特性の温度係数は良好な結果を示しているものの、磁気モーメントが揃いにくいことから室温における残留磁束密度および着磁性能は向上せず、主相10および副相20における最適な組織形態でないことを反映した結果となる。Nd,La,Smの組成比を変えても、比較例12とほぼ同様の結果が得られる。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 13 is a sample of a rare-earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, manufactured according to a manufacturing method including hot working described in Patent Document 2, using Nd, La, Sm, Fe, and FeB as raw materials such as (Nd, La, Sm)-Fe-B. The composition ratio of Nd, La, and Sm is different from that of Comparative Example 12. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, the core-shell structure of the main phase 10 cannot be confirmed due to the absence of Pr addition. Furthermore, although the concentration of Sm is segregated into one sub-phase 20 due to the segregation of La, the second sub-phase 22 does not exist. Moreover, it cannot be confirmed that the concentration of Sm is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. When the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the coercivity and temperature coefficient of coercivity are "good" due to the refinement of the magnetic powder. Furthermore, because the magnetic moments are difficult to align, the residual magnetic flux density and magnetization performance are "poor". The temperature coefficient of the residual magnetic flux density is "good". This is because, although the presence of La and Sm in the main phase 10 or sub-phase 20 results in a good temperature coefficient for the magnetic properties, the residual magnetic flux density and magnetization performance at room temperature do not improve due to the difficulty in aligning the magnetic moments, reflecting that the microstructure of the main phase 10 and sub-phase 20 is not optimal. Even if the composition ratio of Nd, La, and Sm is changed, results almost the same as in Comparative Example 12 are obtained. Also, since the magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor which is the base material, diffusing Tb, a heavy rare earth element RH, into such a diffusion precursor does not improve the magnetic properties.
比較例14は、(Nd,Pr,La,Sm)-Fe-Bとなるように、Nd,Pr,La,Sm,FeおよびFeBを原料として用いて特許文献2に記載されている熱間加工を含む製造方法に従って作製した0.15at.%のTbを拡散させた希土類焼結磁石1の試料である。この試料の組織形態を上述した方法に従って観察すると、Prの添加に加え、熱間加工により、コアシェル構造が確認されるが、コアシェル構造が確認されるのはコア部のPr濃度が高い1種類の主相10のみである。また、LaおよびSmが添加されることにより、Smの濃度は、Laの偏析に伴い、1つの副相20に偏析しているものの、第2副相22は存在しない。さらに、Smの濃度が第2副相22に比して第1副相21の方が高いことも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁粉の微細化によって、保磁力および保磁力の温度係数は「良」となる。また、磁気モーメントが揃いにくいことから、残留磁束密度および着磁性能は「不良」となる。残留磁束密度の温度係数は「良」となる。これは、コア部のPr濃度が高いコアシェル構造の形成により、Dyを添加している希土類焼結磁石1のレベルまで保磁力が大幅に向上し、La,Smが主相10または副相20に存在することにより、磁気特性の温度係数、特に保磁力の温度係数は良好な結果を示している。しかし、磁気モーメントが揃いにくいことから室温における残留磁束密度は向上せず、主相10および副相20における最適な組織形態でないことを反映した結果ともなっている。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、このような拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させても、磁気特性は向上しない。Comparative Example 14 is a sample of a rare earth sintered magnet 1 with 0.15 at.% Tb diffused, prepared according to a manufacturing method including hot working described in Patent Document 2, using Nd, Pr, La, Sm, Fe, and FeB as raw materials such as (Nd, Pr, La, Sm)-Fe-B. When the microstructure of this sample is observed according to the method described above, a core-shell structure is confirmed due to the addition of Pr and the hot working, but the core-shell structure is confirmed only in one type of main phase 10 where the Pr concentration in the core is high. Furthermore, although the concentration of Sm is segregated into one sub-phase 20 due to the segregation of La, a second sub-phase 22 does not exist. Moreover, it cannot be confirmed that the concentration of Sm is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22. Furthermore, when the magnetic properties of this sample are evaluated according to the method described above, the coercivity and temperature coefficient of coercivity are "good" due to the refinement of the magnetic powder. However, the residual magnetic flux density and magnetization performance are "poor" because the magnetic moments are difficult to align. The temperature coefficient of residual magnetic flux density is "good". This is because the formation of a core-shell structure with a high Pr concentration in the core significantly improves the coercivity to the level of rare-earth sintered magnet 1 with added Dy, and the presence of La and Sm in the main phase 10 or sub-phase 20 results in good temperature coefficients of magnetic properties, especially the temperature coefficient of coercivity. However, the residual magnetic flux density at room temperature does not improve because the magnetic moments are difficult to align, which reflects that the microstructure of the main phase 10 and sub-phase 20 is not optimal. Also, since the magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, which is the base material, diffusing Tb, a heavy rare-earth element RH, into such a diffusion precursor does not improve the magnetic properties.
実施例1から8の試料は、重希土類元素RHをDy,Tbとし、RをNd,Pr,Dy,Tb以外から選択される1種類以上の希土類元素とし、一般式(Nd,Pr,RH,R)-Fe-Bを満たし、Nd2Fe14B結晶構造を基本とする結晶粒を含む主相10を有し、主相10は、コア部11c,12cとコア部11c,12cを被覆するシェル部11s,12sとを有し、主相10は、CNd>CPrである第1主相11と、CNd<CPrである第2主相12と、が混在し、第1主相11のコア部11cにおける重希土類元素RHであるDyの濃度は、第2主相12のコア部12cにおけるDyの濃度よりも高い希土類焼結磁石1である。また、実施例1から8の希土類焼結磁石1は、R=La,Smとした場合であり、第1主相11および第2主相12に加え、主成分が(Nd,Pr,Dy,Tb,La,Sm)-Oとして表される酸化物相を基本とする結晶性の第1副相21と、主成分が(Nd,Pr,Dy,Tb,La)-Oとして表される結晶性の第2副相22と、を有し、Smの濃度は、第2副相22に比して第1副相21の方が高く、第1副相21にSm濃化部41を形成していることを特徴としている。実施例1から8の試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、残留磁束密度は「良」となり、保磁力は「良」となり、残留磁束密度の温度係数は「良」となり、保磁力の温度係数は「良」となり、着磁性能は「同等以上」となる。この結果、これらの希土類焼結磁石1は、高価でかつ地域偏在性が高く調達リスクがあるNdおよび重希土類元素Dy,Tbの使用を抑えながら、従来に比して優れた磁気特性を有するという効果を奏する。また、磁気特性は、母材である拡散前駆体の組織構造に依存しているため、磁気特性の良好な拡散前駆体に重希土類元素RHであるTbを拡散させると、さらに磁気特性が向上する。また、実施例1から8では、比較例1から14でのTbの拡散量である0.15at.%よりも低い0.10at.%の拡散量で、磁気特性の良好な希土類焼結磁石1を得ることができる。つまり、比較例1から14に比して、重希土類元素RHの使用量を抑えながら、残留磁束密度を低減させずに、保磁力を大きく向上させることができる希土類焼結磁石1を得ることができる。 The samples of Examples 1 to 8 are rare earth sintered magnets 1 in which the heavy rare earth elements RH are Dy and Tb, R is one or more rare earth elements selected from those other than Nd, Pr, Dy, and Tb, satisfy the general formula (Nd, Pr, RH, R)-Fe-B, and have a main phase 10 containing crystal grains based on the Nd 2 Fe 14 B crystal structure, the main phase 10 has core portions 11c, 12c and shell portions 11s, 12s covering the core portions 11c, 12c, the main phase 10 is a mixture of a first main phase 11 where CNd > CPr and a second main phase 12 where CNd < CPr, and the concentration of the heavy rare earth element RH Dy in the core portion 11c of the first main phase 11 is higher than the concentration of Dy in the core portion 12c of the second main phase 12. Furthermore, the rare earth sintered magnets 1 of Examples 1 to 8 are characterized in that, when R = La, Sm, in addition to the first main phase 11 and the second main phase 12, they have a crystalline first sub-phase 21 based on an oxide phase whose main component is expressed as (Nd, Pr, Dy, Tb, La, Sm)-O, and a crystalline second sub-phase 22 whose main component is expressed as (Nd, Pr, Dy, Tb, La)-O, and the concentration of Sm is higher in the first sub-phase 21 than in the second sub-phase 22, forming an Sm-enriched portion 41 in the first sub-phase 21. When the magnetic properties of the samples of Examples 1 to 8 are evaluated according to the method described above, the remanent magnetic flux density is "good", the coercivity is "good", the temperature coefficient of the remanent magnetic flux density is "good", the temperature coefficient of the coercivity is "good", and the magnetization performance is "equal to or better". As a result, these rare earth sintered magnets 1 exhibit superior magnetic properties compared to conventional magnets, while reducing the use of Nd and heavy rare earth elements Dy and Tb, which are expensive, geographically unevenly distributed, and pose procurement risks. Furthermore, since magnetic properties depend on the microstructure of the diffusion precursor, diffusing Tb, a heavy rare earth element RH, into a diffusion precursor with good magnetic properties further improves the magnetic properties. In addition, in Examples 1 to 8, rare earth sintered magnets 1 with good magnetic properties can be obtained with a diffusion amount of 0.10 at.%, which is lower than the 0.15 at.% diffusion amount of Tb in Comparative Examples 1 to 14. In other words, compared to Comparative Examples 1 to 14, it is possible to obtain rare earth sintered magnets 1 that can significantly improve coercivity without reducing the residual magnetic flux density while reducing the amount of heavy rare earth element RH used.
また、表3からわかるように、実施例1から8の試料では、比較例1,4,8,11の試料に比して一般式の重希土類元素RHであるDyの含有量が少なく、重希土類元素RHであるTbの拡散量も少ないが、磁気特性は、比較例1,4,8,11の試料よりも優れた結果が得られている。特に特許文献2の製造方法で製造される比較例8,11の試料で実施例1から8の試料と同等の磁気特性を得ようとした場合には、Dy,Tbをさらに含有させなければならない。このため、実施の形態1,2,3に係る希土類焼結磁石1は、特許文献2の技術に比して、重希土類元素RHの使用量を低減させることができるという効果を有する。あるいは、特許文献2の製造方法で製造される希土類磁石における重希土類元素RHの含有量を、実施の形態1,2,3に係る希土類焼結磁石1における重希土類元素RHの含有量と同じとした場合には、特許文献2の製造方法で製造される希土類磁石の磁気特性は、実施の形態1,2,3に係る希土類焼結磁石1の磁気特性よりも低いものとなる。また、表3には、特許文献1の製造方法で製造される比較例1,4の試料と比較して、実施例1から8の試料では、一般式の重希土類元素RHであるDyの含有量を少なくするとともに、重希土類元素RHであるTbの拡散量も少なくしながら、磁気特性を向上させることが可能であることが示されている。Furthermore, as can be seen from Table 3, the samples of Examples 1 to 8 have a lower content of Dy, a heavy rare earth element RH in the general formula, and a lower diffusion amount of Tb, another heavy rare earth element RH, compared to the samples of Comparative Examples 1, 4, 8, and 11. However, the magnetic properties are superior to those of the samples of Comparative Examples 1, 4, 8, and 11. In particular, in order to obtain magnetic properties equivalent to those of the samples of Examples 1 to 8 with the samples of Comparative Examples 8 and 11, which are manufactured using the method described in Patent Document 2, it is necessary to include even more Dy and Tb. For this reason, the rare earth sintered magnets 1 according to Embodiments 1, 2, and 3 have the effect of reducing the amount of heavy rare earth elements RH used compared to the technology described in Patent Document 2. Alternatively, if the content of heavy rare earth element RH in the rare earth magnet manufactured by the manufacturing method of Patent Document 2 is the same as the content of heavy rare earth element RH in the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiments 1, 2, and 3, the magnetic properties of the rare earth magnet manufactured by the manufacturing method of Patent Document 2 will be lower than those of the rare earth sintered magnet 1 according to Embodiments 1, 2, and 3. Furthermore, Table 3 shows that, compared to the samples of Comparative Examples 1 and 4 manufactured by the manufacturing method of Patent Document 1, the samples of Examples 1 to 8 can improve magnetic properties while reducing the content of Dy, which is a heavy rare earth element RH in the general formula, and also reducing the diffusion amount of Tb, which is a heavy rare earth element RH.
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。The configurations shown in the above embodiments are merely examples, and can be combined with other known technologies, or the embodiments themselves can be combined. Furthermore, parts of the configuration can be omitted or modified without departing from the spirit of the invention.
1 希土類焼結磁石、10 主相、11 第1主相、11c,12c コア部、11s,12s シェル部、12 第2主相、20 副相、21 第1副相、22 第2副相、31 重希土類元素含有層、41 Sm濃化部、42 重希土類元素含有部、100 回転子、101 回転子鉄心、102 磁石挿入穴、120 回転機、130 固定子、131 ティース、132 巻線。1 Rare earth sintered magnet, 10 Main phase, 11 First main phase, 11c, 12c Core, 11s, 12s Shell, 12 Second main phase, 20 Sub-phase, 21 First sub-phase, 22 Second sub-phase, 31 Heavy rare earth element-containing layer, 41 Sm-enriched section, 42 Heavy rare earth element-containing section, 100 Rotor, 101 Rotor core, 102 Magnet insertion hole, 120 Rotating machine, 130 Stator, 131 Teeth, 132 Winding.
Claims (10)
複数の前記主相の間に存在する副相と、
を備え、
前記主相は、コア部と前記コア部を被覆するシェル部とを有し、
前記主相は、前記コア部のNdの濃度をCNdとし、前記コア部のPrの濃度をCPrとしたとき、CNd>CPrである第1主相と、CNd<CPrである第2主相と、を有し、
前記第1主相の前記コア部における重希土類元素RHの濃度は、前記第2主相の前記コア部における重希土類元素RHの濃度よりも高く、
前記第1主相と前記第2主相とは混在し、
前記第1主相および前記第2主相における表面の少なくとも一部に重希土類元素が存在することを特徴とする希土類焼結磁石。 When RH is a heavy rare earth element containing at least one of Dy and Tb, and R is one or more rare earth elements selected from those other than Nd, Pr, Dy, and Tb, the main phase contains crystal grains that satisfy the general formula (Nd, Pr, RH, R)-Fe-B and are based on the Nd 2 Fe 14 B crystal structure,
Sub-phases existing between multiple main phases,
Equipped with,
The main phase has a core portion and a shell portion that covers the core portion.
The main phase comprises a first main phase where CNd > CPr and a second main phase where CNd < CPr, where the concentration of Nd in the core is CNd and the concentration of Pr in the core is CPr.
The concentration of heavy rare earth elements RH in the core portion of the first main phase is higher than the concentration of heavy rare earth elements RH in the core portion of the second main phase.
The first main phase and the second main phase are mixed together,
A rare earth sintered magnet characterized in that heavy rare earth elements are present on at least a portion of the surfaces of the first main phase and the second main phase.
複数の前記主相の間に存在する副相と、
を備え、
前記主相は、コア部と前記コア部を被覆するシェル部とを有し、
前記主相は、前記コア部のNdの濃度をCNdとし、前記コア部のPrの濃度をCPrとしたとき、CNd>CPrである第1主相と、CNd<CPrである第2主相と、を有し、
前記第1主相の前記コア部における重希土類元素RHの濃度は、前記第2主相の前記コア部における重希土類元素RHの濃度よりも高く、
前記第1主相と前記第2主相とは混在し、
前記副相に重希土類元素が存在することを特徴とする希土類焼結磁石。 When RH is a heavy rare earth element containing at least one of Dy and Tb, and R is one or more rare earth elements selected from those other than Nd, Pr, Dy, and Tb, the main phase contains crystal grains that satisfy the general formula (Nd, Pr, RH, R)-Fe-B and are based on the Nd 2 Fe 14 B crystal structure,
Sub-phases existing between multiple main phases,
Equipped with,
The main phase has a core portion and a shell portion that covers the core portion.
The main phase comprises a first main phase where CNd > CPr and a second main phase where CNd < CPr, where the concentration of Nd in the core is CNd and the concentration of Pr in the core is CPr.
The concentration of heavy rare earth elements RH in the core portion of the first main phase is higher than the concentration of heavy rare earth elements RH in the core portion of the second main phase.
The first main phase and the second main phase are mixed together,
A rare earth sintered magnet characterized by the presence of heavy rare earth elements in the aforementioned subphase.
前記第1主相はCNd>SNd、CPr<SPr、CRH>SRHの関係式を満たし、前記第2主相はCNd<SNd、CPr>SPr、CRH<SRHの関係式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の希土類焼結磁石。 When the concentration of Nd in the shell portion is SNd, the concentration of Pr in the shell portion is SPr, the concentration of heavy rare earth element RH in the core portion of the main phase is CRH, and the concentration of heavy rare earth element RH in the shell portion is SRH,
The rare earth sintered magnet according to claim 1 or 2, characterized in that the first main phase satisfies the relationship CNd > SNd, CPr < SPr, CRH > SRH, and the second main phase satisfies the relationship CNd < SNd, CPr > SPr, CRH < SRH.
Smの濃度は、前記第2副相に比して前記第1副相の方が高いことを特徴とする請求項1または2に記載の希土類焼結磁石。 The aforementioned subphase comprises a crystalline first subphase based on an oxide phase whose main component is represented as (Nd, Pr, RH, La, Sm)-O when R is La, Sm, and a crystalline second subphase whose main component is represented as (Nd, Pr, RH, La)-O.
The rare earth sintered magnet according to claim 1 or 2 , characterized in that the concentration of Sm is higher in the first sub-phase than in the second sub-phase.
前記希土類焼結磁石に前記重希土類元素を拡散させる前の拡散前駆体の原料となる希土類焼結磁石合金を製造する希土類焼結磁石合金製造工程と、
前記拡散前駆体を製造する拡散前駆体製造工程と、
前記拡散前駆体に前記重希土類元素を拡散させる拡散工程と、
前記重希土類元素を拡散させた前記拡散前駆体を冷却する冷却工程と、
を含み、
前記希土類焼結磁石合金製造工程は、
前記拡散前駆体を構成する元素を含む希土類焼結磁石合金の原料を溶融する溶融工程と、
前記溶融工程で溶融状態の前記原料を冷却して凝固合金を得る第1次合金冷却工程と、
前記凝固合金をさらに冷却して希土類焼結磁石合金を得る第2次合金冷却工程と、
を含み、
前記拡散前駆体製造工程は、
(Nd,Pr,RH,R)-Fe-Bを満たす前記希土類焼結磁石合金を粉砕する粉砕工程と、
前記粉砕工程で粉砕された前記希土類焼結磁石合金の粉末を成形することによって成形体を調製する成形工程と、
定められた温度である焼結温度で前記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体を前記焼結温度未満の温度である第1次時効温度で保持する第1次時効工程と、
前記第1次時効工程で保持された前記焼結体を前記第1次時効温度未満の温度である第2次時効温度で保持する第2次時効工程と、
前記第2次時効工程で保持された前記焼結体を再び前記第1次時効温度で保持する第3次時効工程と、
前記第3次時効工程で保持された前記焼結体を前記第2次時効温度で保持する第4次時効工程と、
前記第4次時効工程で保持された前記焼結体を冷却し、前記拡散前駆体を得る焼結体冷却工程と、
を含み、
前記拡散工程では、前記拡散前駆体と前記重希土類元素とが存在する条件下で、前記焼結温度未満の温度で前記拡散前駆体を熱処理することを特徴とする希土類焼結磁石の製造方法。 A method for manufacturing a rare earth sintered magnet according to claim 1 or 2 ,
A rare earth sintered magnet alloy manufacturing process for manufacturing a rare earth sintered magnet alloy that serves as a raw material for a diffusion precursor before diffusing the heavy rare earth elements into the rare earth sintered magnet,
A diffusion precursor manufacturing process for producing the aforementioned diffusion precursor,
A diffusion step of diffusing the heavy rare earth element into the diffusion precursor,
A cooling step of cooling the diffusion precursor in which the heavy rare earth element has been diffused,
Includes,
The aforementioned rare earth sintered magnet alloy manufacturing process is as follows:
A melting step of melting the raw materials for a rare earth sintered magnet alloy containing the elements constituting the diffusion precursor,
A first alloy cooling step is performed in which the molten raw material from the melting step is cooled to obtain a solidified alloy,
A second alloy cooling step is performed to further cool the solidified alloy to obtain a rare earth sintered magnet alloy,
Includes,
The aforementioned diffusion precursor manufacturing process is as follows:
A grinding step for grinding the rare earth sintered magnet alloy satisfying (Nd, Pr, RH, R)-Fe-B,
A molding step is performed to prepare a molded body by molding the powder of the rare earth sintered magnet alloy that has been pulverized in the pulverization step,
A sintering step to obtain a sintered body by sintering the molded body at a predetermined sintering temperature,
A first aging step in which the sintered body is held at a first aging temperature which is below the sintering temperature,
A second aging step is performed in which the sintered body held in the first aging step is held at a second aging temperature which is a temperature lower than the first aging temperature,
A third aging step in which the sintered body held in the second aging step is again held at the first aging temperature,
A fourth aging step in which the sintered body held in the third aging step is held at the second aging temperature,
A sintered body cooling step is performed to cool the sintered body held in the fourth aging step to obtain the diffusion precursor,
Includes,
A method for manufacturing a rare earth sintered magnet, characterized in that, in the diffusion step, the diffusion precursor is heat-treated at a temperature below the sintering temperature under conditions in which the diffusion precursor and the heavy rare earth element are present.
前記回転子鉄心に設けられる請求項1または2に記載の希土類焼結磁石と、
を備えることを特徴とする回転子。 Rotor core and
A rare earth sintered magnet according to claim 1 or 2 is provided in the rotor core,
A rotor characterized by having the following features.
前記回転子が配置される側の内面に、前記回転子に向かって突出したティースに備え付けられる巻線を有し、前記回転子に対向配置される環状の固定子と、
を備えることを特徴とする回転機。 The rotor according to claim 9,
An annular stator is positioned opposite the rotor, having windings attached to teeth protruding toward the rotor on the inner surface of the side where the rotor is located,
A rotating machine characterized by having the following features.
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