JPH06220507A - 希土類−鉄−窒化物系永久磁石材料の製造方法 - Google Patents

希土類−鉄−窒化物系永久磁石材料の製造方法

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JPH06220507A
JPH06220507A JP5034794A JP3479493A JPH06220507A JP H06220507 A JPH06220507 A JP H06220507A JP 5034794 A JP5034794 A JP 5034794A JP 3479493 A JP3479493 A JP 3479493A JP H06220507 A JPH06220507 A JP H06220507A
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rare earth
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Yasushi Kawato
康史 川戸
Tsutomu Shimizu
勉 清水
Shinichi Tanioka
真一 谷岡
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Original Assignee
Mazda Motor Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
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    • H01F1/059—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and Va elements, e.g. Sm2Fe17N2

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 希土類−鉄−窒化物系永久磁石材料の磁気特
性を可及的に向上させ得る永久磁石材料の製造方法を提
供する。 【構成】 先ず希土類−鉄系の磁石材料を、予じめ粗粉
又はバルク状の素材に形成し、次に該素材を粗粉又はバ
ルク状の非酸化性雰囲気中で加熱処理することにより同
素材内部に十分なクラックを発生させ、その後該クラッ
ク内に窒素を侵入させることにより、窒化処理した後に
粉砕処理して微粉末化するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、希土類−鉄−窒化物
系永久磁石材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば各種小型モータ用マグネットなど
の永久磁石材料では、高性能、高能率かつ小型軽量であ
ることが要求されている。そして、該要求に応じるため
には、可及的に高い磁気特性を有することが必要であ
る。
【０００３】このような事情から、最近では磁気特性の
高い種々の磁石材料が開発されてきているが、中でもＳ
m−Ｃo(サマリウム−コバルト)系、Ｎd−Ｆe−Ｂ(ネオ
ジウム−鉄−ボロン)系材料に代表される希土類金属間
化合物が特に注目されている(例えば特開昭６０−１７
６２０２号公報参照)。
【０００４】そして、このような永久磁石材料において
は、同公報中に開示されているように当該希土類−鉄化
合物を窒素Ｎ雰囲気中で熱処理(窒化処理)すると、吸蔵
された窒素Ｎが金属間化合物内に侵入し、Ｆe結晶格子
間の空サイトを占有するようになり、磁気特性が大幅に
向上することが見出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、該従来の窒化
処理方法では、先ず母材(母合金)を粉砕して例えば直径
１００μm以下の微粉末にし、その上で窒化処理するよ
うにしており、そのために表面が非常に酸化され易い問
題がある。また、希土類元素は本来活性度が強く、上記
のように微粉末化すると発火の可能性もある。さらに、
微粉末の場合には、取扱いや保管が難しい等の各種の問
題を有している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１および２
記載の発明は、上記の問題を解決することを目的として
なされたもので、各々次のように構成されている。
【０００７】(１) 請求項１記載の発明の構成 請求項１記載の発明の希土類−鉄−窒化物系永久磁石材
料の製造方法は、先ず希土類−鉄系の磁石材料を粗粉又
はバルク状の素材に形成し、次に該素材を非酸化性雰囲
気中で加熱処理することにより同素材にクラックを発生
させ、その後同クラックを利用して窒化処理した後に粉
砕処理するように構成されている。
【０００８】(２) 請求項２記載の発明の構成 請求項２記載の発明の希土類−鉄−窒化物系永久磁石材
料の製造方法は、上記請求項１記載の発明の構成におい
て、加熱処理は加熱温度が２００℃〜５５０℃で、加熱
時間が少なくとも１時間以上に設定されて構成されてい
る。
【０００９】
【作用】本願の請求項１および２記載の発明の希土類−
鉄−窒化物系永久磁石材料の製造方法は、各々上記のよ
うに構成されている結果、それぞれ同構成に対応して次
のような作用を果たす。
【００１０】(１) 請求項１記載の発明の作用 該発明の構成では、先ず希土類−鉄系の磁石材料を粗粉
又はバルク状の素材に形成し、次に該素材を非酸化性雰
囲気中で加熱処理することにより同素材にクラックを発
生させ、その後上記発生したクラックを利用して窒化処
理した後に粉砕処理することによって永久磁石材料を製
造するようになっている。
【００１１】すでに述べたように、希土類−鉄系化合物
材料に窒素を侵入させる場合、従来のように母材を最初
から微粉末化した上で窒化処理すると、表面が非常に酸
化されやすく、また発火の可能性もある。さらに、処理
操作上の取扱いや保管も難しいなどの問題があった。
【００１２】ところが、本発明のように希土類−鉄系の
磁石材料を予じめ粗粉又はバルク状の素材に形成し、次
に該素材を粗粉又はバルク状の非酸化性雰囲気中で加熱
処理することにより同素材にクラックを発生させ、その
後該クラックを利用して窒素を内部まで侵入させること
によって窒化処理した後に粉砕処理して微粉末化するよ
うにすると、酸化度が低減され、また発火の可能性もな
くなり、取扱いや保管も容易となる。
【００１３】(２) 請求項２記載の発明の作用 該発明の構成では、上記請求項１記載の発明の構成にお
いて、加熱処理は加熱温度が２００℃〜５５０℃で、加
熱時間が少なくとも１時間以上の範囲内の値に設定され
ている。
【００１４】後述の実施例から明らかなように加熱温度
は、２００℃未満では母材の内部まで十分にクラックを
生じさせることができないが、２００℃以上では略十分
に内部までクラックを生じさせることができる。一方、
かと言って加熱温度が５５０℃を越えると、α−Ｒeの
折出が懸念される。従って、加熱温度は、２００℃〜５
５０℃の範囲内の値が最適である。
【００１５】また、加熱時間は少なくとも１時間以上は
必要である。１時間未満では、母材に十分なクラックを
生じさせることができない。
【００１６】
【発明の効果】以上の結果、本願発明の希土類−鉄−窒
化物系永久磁石材料の製造方法によると、母材の酸化を
抑制しつつ十分な窒化処理を可能にすることができ、磁
気特性の良好な磁石材料を得ることができる。
【００１７】
【実施例】この発明の実施例に係る希土類−鉄−窒化物
系永久磁石材料の製造方法を以下図面(図１〜図３)に基
づいて詳述する。
【００１８】図１は同希土類−鉄−窒化物系永久磁石磁
石の製造工程を、また図３は同製造工程における窒化処
理パターンを各々示し、先ず図１に示す製造工程図の第
１の工程Ｎo１で、母合金の原料として純度９９．９９
％のＳm(サマリウム)と、純度９９．９９％のＦe(鉄)を
用い、それぞれの原料をＳm−Ｆeの状態図よりＳm2Ｆe
17の化合物が生成できるように、Ｓm(サマリウム)およ
びＦe(鉄)の各原料を所定の比率に秤量し、アーク溶解
炉にて溶解してＳm2Ｆe17の金属間化合物のインゴット
を製造する。
【００１９】次に、第２の工程Ｎo２で、上述のＳm2Ｆe
17のインゴットをＡr(アルゴンガス)雰囲気中で約１０
５０℃(１３２３Ｋ)の温度に約１２時間保持し、Ｓm2Ｆ
e17金属間化合物単相体となるように、当該インゴット
の均質化処理を行う。
【００２０】次に、第３の工程Ｎo３で、Ｎ(窒素)の侵
入を容易にする目的で、上述のＳm2Ｆe17金属間化合物
単相体の均質化処理完了インゴットを、さらにＡr(アル
ゴンガス)雰囲気中で粗粉状態又はバルク状態の素材に
形成する。
【００２１】次に、第４の工程Ｎo４で、上述の素材を
図２に示す製造装置に装入して非酸化性のＡr(アルゴン
ガス)雰囲気中で加熱する共に図３に示す処理パターン
に従って脱気処理を実行した。上述の製造装置は当該第
４工程の加熱および脱気処理とそれに続く第５工程の窒
化処理を行う装置で、図示の如く処理炉１内にチャンバ
ハウジング２で囲繞された処理室３を配置し、上述のチ
ャンバハウジング２外壁に近接配置した熱電対４で炉の
温度を検出し、温度コントローラ５で処理炉１の温度制
御を行なう。
【００２２】またＮ2ボンベ６に対して第１ライン７を
接続し、この第１ライン７に第１バルブ８を介設すると
共に、分岐部９を介して上述の第１ライン７に接続して
第２ライン１０を設け、この第２ライン１０を上述のチ
ャンバハウジング２内部に連通させ、かつ該第２ライン
１０には第２バルブ１１を介設して窒素ガス供給システ
ムを形成している。
【００２３】さらに上述の分岐部９を介して上述の各ラ
イン７,１０に接続される第３ライン１２を設け、この
第３ライン１２には第３バルブ１３、ディフュージョン
ポンプ１４、ロータリポンプ１５を介設すると共に、第
３バルブ１３とディフュージョンポンプ１４との間には
真空度測定手段としての真空ゲージ１６を接続してい
る。さらにまた、上述のチャンバハウジング２における
外部上端には冷却水通路１７を配置する一方、チャンバ
ハウジング２内の耐圧容器１８内に上述の粗粉又はバル
ク状の素材１９を装入している。
【００２４】このように構成した図２の製造装置を用い
て、室温条件下でチャンバハウジング２内の真空度が１
／１０5Ｔorr(但し１Ｐa＝１／１０3・１０１３２５Ｔo
rr)以下になるまで真空引きを行ない、さらに素材１９
表面のＯ2(酸素)を拡散させるために、上述のチャンバ
ハウジング２内を２００℃(４７３Ｋ)の温度条件に約２
時間保持した。この第４の工程Ｎo４では素材１９の酸
化を防止するとともに窒素ガス侵入のためのクラックを
発生させる。
【００２５】次に、第５の工程Ｎo５で、上述の素材１
９に対して例えば３５０〜５５０℃の加熱温度範囲内
で、かつ窒素ガス雰囲気圧力が３０〜１５０atmの条件
下において上記クラック内に十分に窒素ガスを侵入させ
て窒化処理を行なう。
【００２６】すなわち、上述のＮ2ボンベ６から各ライ
ン７,１０を介して処理室３に純度９９．９９９９％の
Ｎ2ガスを置換封入し、上記条件下にて窒化処理を行な
う。
【００２７】その後、該窒化処理の完了した素材１９を
第５工程Ｎo５で粉砕および分級して微粉末化すること
により永久磁石材料を得る。
【００２８】−実験例− 次に本実施例で行なった３つの実験例を示す。
【００２９】該実験では、上記図１の第２工程において
製造されたインゴットから本実験に用いるテストピース
(厚さ１mm×縦３mm×横５mm)１９を切り出し、表面研磨
および超音波洗浄を行なった上で次のように行った。
【００３０】(テスト例１)先ず上記テストピース(試料)
を図２の実験装置に装入した後、同装置内を真空引きし
た(真空度の目標１／１０5Ｔorr以下)。
【００３１】その後、上記テストピース１９が装入して
あるホルダー部分１８を加熱{２５０℃(５２３Ｋ)×３
時間}処理し、ホルダー１８内の雰囲気を窒素ガス雰囲
気にしホルダー１８内を６ＭＰaにした。その後、加熱
処理炉１にて、４７５℃(７４８Ｋ)に加熱し、９６時間
保持した後冷却した。
【００３２】(テスト例２)テストピース１９をホルダー
１８内に装入後、同装置内を真空引きした(真空度１／
１０5Ｔorr以下)。その後、ホルダー１８内をアルゴン
ガス雰囲気にし、加熱{２５０℃(５２３Ｋ)×３時間}処
理した。次にホルダー１８内をＮ2雰囲気にするため、
一端真空引きし、Ｎ2ガスを導入しホルダー１８内の圧
力を６ＭＰaにした。その後、加熱炉にて４７５℃(７４
８Ｋ)に加熱し、９６時間保持した後冷却した。
【００３３】(テスト例３)テストピース１９をホルダー
１８内に装入後、同装置内を真空引きした(真空度１／
１０5Ｔorr)。その後、ホルダー１８内を水素ガス雰囲
気にし、加熱(２７０℃×３時間)処理した。次に窒化処
理を行なうため、アルゴンガスに置換後真空引きし、窒
素ガスを導入し、ホルダー１８内の圧力を６ＭＰaにし
た。そして、加熱炉１にて４７５℃(７４８Ｋ)にホルダ
ー１８を加熱し、９６時間保持した後冷却した。
【００３４】このようにして製造された永久磁石材料
(Ｓm2Ｆe17Ｎx)のα−Ｆeの折出状態、１分子当りの窒
素侵入量、磁気特性、クラック発生状態についてそれぞ
れ測定したデータ及び評価結果を図４および以下の(表
１)に示す。
【００３５】先ず図４の(a)〜(e)は窒素雰囲気圧力をそ
れぞれ異ならせ、加熱温度４７５℃で窒化処理した試料
のα−Ｆeの折出状態を示している。
【００３６】このα−Ｆeの折出状態および窒素侵入の
有無はＸＲＤ(Ｘ−ray Ｄiffractometry、Ｘ線回折法)
により測定した。窒素が侵入するとＦe−Ｆe間の格子が
延長して、窒化前のピーク位置と比較して、ピークの位
置が全体として低角側にシフトする。
【００３７】但し、図４において(a)は窒化前のＳm2Ｆe
17母合金のＸ線回折データを示し、(b)はテスト例２で
の窒化処理によるＸ線回折データを示し、(c)はテスト
例２での窒化処理によるＸ線回折データを示し、(d)は
テスト例３での窒化処理によるＸ線回折データを示し、
(e)は比較例として従来の方法での窒化処理によるＸ線
回折データを示す。また、図４における２θはＸ線回折
時のＸ線の入射角を、１１３,３００,２０４,２２０,３
０３はそれぞれ、結晶方位を示しており、上述のＸ線回
折にはＸ線回折計を用いている。
【００３８】この結果、図４から明らかなように従来の
方法で窒化処理した比較品(図４の(e))に対してテスト
例１〜３で窒化処理した上記本発明の実施例品の(図４
の(b),(c),(d))はα−Ｆeの折出が大幅に抑制されてい
る。さらに上記本実施例品と比較品とにおける１分子当
りの窒素侵入量Ｘ、飽和磁化、異方性磁界、クラックの
有無を下記(表１)に示す。
【００３９】なお、１分子当りの窒素侵入量Ｘ、つまり
Ｓm2Ｆe17Ｎx中のＸは窒化処理後の重量増加により次式
で求める。
【００４０】Ｘ＝(Ｂ−Ａ)／(Ａ×１４．００６７／Ｍ) ここで、Ａは窒化処理前のテストピース重量 Ｂは、窒化処理後のテストピース重量 また、磁化測定にはＶＳＭ(試料振動型磁化測定装置)を
用い、室温にて８０Ｈzの振動数で、試料１．５Ｔ(ここ
にＴは磁束密度)の磁場をかけて測定評価した(但し、１
Ｔ＝１Ｗb／m2＝１０4Ｇ＝１０9γ)。なお、この磁化測
定の試料は、上記テストピースプレートを窒化処理した
後に粉砕した微粉末を用いて測定した。
【００４１】
【表１】
【００４２】この表１の評価結果を見ると、上記テスト
例１〜３のテストピース、プレート材の窒化処理品は、
最初から微粉末を窒化処理したものと比較してもほとん
ど差はない。従って、本発明実施例のように粗粉を用い
ても十分窒化処理が可能であることが分かる。
【００４３】また、異方性磁界の値(外挿値)から見て
も、本発明実施例のものにおいては高い磁気特性を得る
ことができている。
【００４４】さらに、上記テスト例１〜３の各試料の内
特にテスト例１における表面付近および内部(表面から
の0.5mmの深さ)の断面の組織状態を各々ＳＥＭ観察した
結果(組織断面写真)を図５および図６に示す。該写真か
ら明らかなように、同試料では表面部および内部の何れ
にも十分にクラック(黒く糸状に延びている部分)が生じ
ており、有効に窒化がなされていると認められる。
【００４５】なお、これらの試料の窒素の状態をＥＰＭ
Ａにてライン分析した結果いずれの試料でも、実際に十
分な窒素の侵入が確認された。
【００４６】ところで、上記真空および非酸化、還元雰
囲気中での熱処理条件について、検討すると、次の(表
２)のようになった。
【００４７】a)処理温度について 処理温度は、２００℃(４７３Ｋ)未満の温度では母合金
の内部までクラックを十分に生じさせることができず、
窒化処理時の母合金への窒素の侵入量が少ないため、高
い磁気特性が得られない。
【００４８】また、処理温度が、５５０℃(８２３Ｋ)を
越えた場合、α−Ｆeの折出等が懸念されるため好まし
くない。従って、該温度は２００℃〜５５０℃の範囲が
適切である。
【００４９】b)処理時間について 処理時間は、１時間以上の時間以上の処理が好ましい。
同時間が短かすぎると、母合金に十分なクラックを存在
させることができないため、母合金への窒素の侵入量が
低下する。
【００５０】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の実施例に係る希土類−鉄−
窒化物系永久磁石材料の製造工程を示す工程図である。
【図２】図２は、同製造工程において用いられる製造装
置のシステム構成を示す概略図である。
【図３】図３は、上記製造工程における窒化処理パター
ンを示す説明図である。
【図４】図４は、本願発明実施例における各試料のＸ線
回折データを示すチャート図である。
【図５】図５は、同本願発明実施例におけるテスト例１
の試料の表面部のＳＥＭ組織断面写真(×１００)であ
る。
【図６】図６は、同本願発明実施例におけるテスト例１
の試料の内部のＳＥＭ組織断面写真(×１００)である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年８月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の実施例に係る希土類−鉄−
窒化物系永久磁石材料の製造工程を示す工程図である。
【図２】図２は、同製造工程において用いられる製造装
置のシステム構成を示す概略図である。
【図３】図３は、上記製造工程における窒化処理パター
ンを示す説明図である。
【図４】図４は、本願発明実施例における各試料のＸ線
回折データを示すチャート図である。
【図５】図５は、同本願発明実施例におけるテスト例１
の試料の表面部における金属組織の断面写真(×１００)
である。
【図６】図６は、同本願発明実施例におけるテスト例１
の試料の内部における金属組織の断面写真(×１００)で
ある。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年４月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 希土類−鉄−窒化物系永久磁石材料の
製造方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、希土類−鉄−窒化物
系永久磁石材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば各種小型モータ用マグネットなど
の永久磁石材料では、高性能、高能率かつ小型軽量であ
ることが要求されている。そして、該要求に応じるため
には、可及的に高い磁気特性を有することが必要であ
る。
【０００３】このような事情から、最近では磁気特性の
高い種々の磁石材料が開発されてきているが、中でもＳ
m−Ｃo(サマリウム−コバルト)系、Ｎd−Ｆe−Ｂ(ネオ
ジウム−鉄−ボロン)系材料に代表される希土類金属間
化合物が特に注目されている(例えば特開昭６０−１７
６２０２号公報参照)。
【０００４】そして、このような永久磁石材料において
は、同公報中に開示されているように当該希土類−鉄化
合物を窒素Ｎ雰囲気中で熱処理(窒化処理)すると、吸蔵
された窒素Ｎが金属間化合物内に侵入し、Ｆe結晶格子
間の空サイトを占有するようになり、磁気特性が大幅に
向上することが見出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、該従来の窒化
処理方法では、先ず母材(母合金)を粉砕して例えば直径
１００μm以下の微粉末にし、その上で窒化処理するよ
うにしており、そのために表面が非常に酸化され易い問
題がある。また、希土類元素は本来活性度が強く、上記
のように微粉末化すると発火の可能性もある。さらに、
微粉末の場合には、取扱いや保管が難しい等の各種の問
題を有している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１および２
記載の発明は、上記の問題を解決することを目的として
なされたもので、各々次のように構成されている。
【０００７】(１) 請求項１記載の発明の構成 請求項１記載の発明の希土類−鉄−窒化物系永久磁石材
料の製造方法は、先ず希土類−鉄系の磁石材料を粗粉又
はバルク状の素材に形成し、次に該素材を非酸化性雰囲
気中で加熱処理することにより同素材にクラックを発生
させ、その後同クラックを利用して窒化処理した後に粉
砕処理するように構成されている。
【０００８】(２) 請求項２記載の発明の構成 請求項２記載の発明の希土類−鉄−窒化物系永久磁石材
料の製造方法は、上記請求項１記載の発明の構成におい
て、加熱処理は加熱温度が２００℃〜５５０℃で、加熱
時間が少なくとも１時間以上に設定されて構成されてい
る。
【０００９】
【作用】本願の請求項１および２記載の発明の希土類−
鉄−窒化物系永久磁石材料の製造方法は、各々上記のよ
うに構成されている結果、それぞれ同構成に対応して次
のような作用を果たす。
【００１０】(１) 請求項１記載の発明の作用 該発明の構成では、先ず希土類−鉄系の磁石材料を粗粉
又はバルク状の素材に形成し、次に該素材を非酸化性雰
囲気中で加熱処理することにより同素材にクラックを発
生させ、その後上記発生したクラックを利用して窒化処
理した後に粉砕処理することによって永久磁石材料を製
造するようになっている。
【００１１】すでに述べたように、希土類−鉄系化合物
材料に窒素を侵入させる場合、従来のように母材を最初
から微粉末化した上で窒化処理すると、表面が非常に酸
化されやすく、また発火の可能性もある。さらに、処理
操作上の取扱いや保管も難しいなどの問題があった。
【００１２】ところが、本発明のように希土類−鉄系の
磁石材料を予じめ粗粉又はバルク状の素材に形成し、次
に該素材を粗粉又はバルク状の非酸化性雰囲気中で加熱
処理することにより同素材にクラックを発生させ、その
後該クラックを利用して窒素を内部まで侵入させること
によって窒化処理した後に粉砕処理して微粉末化するよ
うにすると、酸化度が低減され、また発火の可能性もな
くなり、取扱いや保管も容易となる。
【００１３】(２) 請求項２記載の発明の作用 該発明の構成では、上記請求項１記載の発明の構成にお
いて、加熱処理は加熱温度が２００℃〜５５０℃で、加
熱時間が少なくとも１時間以上の範囲内の値に設定され
ている。
【００１４】後述の実施例から明らかなように加熱温度
は、２００℃未満では母材の内部まで十分にクラックを
生じさせることができないが、２００℃以上では略十分
に内部までクラックを生じさせることができる。一方、
かと言って加熱温度が５５０℃を越えると、α−Ｆeの
折出が懸念される。従って、加熱温度は、２００℃〜５
５０℃の範囲内の値が最適である。
【００１５】また、加熱時間は少なくとも１時間以上は
必要である。１時間未満では、母材に十分なクラックを
生じさせることができない。
【００１６】
【発明の効果】以上の結果、本願発明の希土類−鉄−窒
化物系永久磁石材料の製造方法によると、母材の酸化を
抑制しつつ十分な窒化処理を可能にすることができ、磁
気特性の良好な磁石材料を得ることができる。
【００１７】
【実施例】この発明の実施例に係る希土類−鉄−窒化物
系永久磁石材料の製造方法を以下図面(図１〜図３)に基
づいて詳述する。
【００１８】図１は同希土類−鉄−窒化物系永久磁石磁
石の製造工程を、また図３は同製造工程における窒化処
理パターンを各々示し、先ず図１に示す製造工程図の第
１の工程Ｎo１で、母合金の原料として純度９９．９９
％のＳm(サマリウム)と、純度９９．９９％のＦe(鉄)を
用い、それぞれの原料をＳm−Ｆeの状態図よりＳm2Ｆe
17の化合物が生成できるように、Ｓm(サマリウム)およ
びＦe(鉄)の各原料を所定の比率に秤量し、アーク溶解
炉にて溶解してＳm2Ｆe17の金属間化合物のインゴット
を製造する。
【００１９】次に、第２の工程Ｎo２で、上述のＳm2Ｆe
17のインゴットをＡr(アルゴンガス)雰囲気中で約１０
５０℃(１３２３Ｋ)の温度に約１２時間保持し、Ｓm2Ｆ
e17金属間化合物単相体となるように、当該インゴット
の均質化処理を行う。
【００２０】次に、第３の工程Ｎo３で、Ｎ(窒素)の侵
入を容易にする目的で、上述のＳm2Ｆe17金属間化合物
単相体の均質化処理完了インゴットを、さらにＡr(アル
ゴンガス)雰囲気中で粗粉状態又はバルク状態の素材に
形成する。
【００２１】次に、第４の工程Ｎo４で、上述の素材を
図２に示す製造装置に装入して真空脱気したのち非酸化
性のＡr(アルゴンガス)雰囲気中で加熱する共に図３に
示す処理パターンに従って脱気処理を実行した。上述の
製造装置は当該第４工程の加熱および脱気処理とそれに
続く第５工程の窒化処理を行う装置で、図示の如く処理
炉１内にチャンバハウジング２で囲繞された処理室３を
配置し、上述のチャンバハウジング２外壁に近接配置し
た熱電対４で炉の温度を検出し、温度コントローラ５で
処理炉１の温度制御を行なう。
【００２２】またＮ2ボンベ６に対して第１ライン７を
接続し、この第１ライン７に第１バルブ８を介設すると
共に、分岐部９を介して上述の第１ライン７に接続して
第２ライン１０を設け、この第２ライン１０を上述のチ
ャンバハウジング２内部に連通させ、かつ該第２ライン
１０には第２バルブ１１を介設して窒素ガス供給システ
ムを形成している。
【００２３】さらに上述の分岐部９を介して上述の各ラ
イン７,１０に接続される第３ライン１２を設け、この
第３ライン１２には第３バルブ１３、ディフュージョン
ポンプ１４、ロータリポンプ１５を介設すると共に、第
３バルブ１３とディフュージョンポンプ１４との間には
真空度測定手段としての真空ゲージ１６を接続してい
る。さらにまた、上述のチャンバハウジング２における
外部上端には冷却水通路１７を配置する一方、チャンバ
ハウジング２内の耐圧容器１８内に上述の粗粉又はバル
ク状の素材１９を装入している。
【００２４】このように構成した図２の製造装置を用い
て、室温条件下でチャンバハウジング２内の真空度が１
０-5Ｔorr(但し１Ｐa＝7.50062×１０-3)以下になるま
で真空引きを行ない、さらに素材１９表面のＯ2(酸素)
を拡散させるために、上述のチャンバハウジング２内を
２００℃(４７３Ｋ)の温度条件に約２時間保持した。こ
の第４の工程Ｎo４では素材１９の酸化を防止するとと
もに窒素ガス侵入のためのクラックを発生させる。
【００２５】次に、第５の工程Ｎo５で、上述の素材１
９に対して例えば３５０〜５５０℃の加熱温度範囲内
で、かつ窒素ガス雰囲気圧力が３０〜１５０atmの条件
下において上記クラック内に十分に窒素ガスを侵入させ
て窒化処理を行なう。
【００２６】すなわち、上述のＮ2ボンベ６から各ライ
ン７,１０を介して処理室３に純度９９．９９９９％の
Ｎ2ガスを置換封入し、上記条件下にて窒化処理を行な
う。
【００２７】その後、該窒化処理の完了した素材１９を
第５工程Ｎo５で粉砕および分級して微粉末化すること
により永久磁石材料を得る。
【００２８】−実験例− 次に本実施例で行なった３つの実験例を示す。
【００２９】該実験では、上記図１の第２工程において
製造されたインゴットから本実験に用いるテストピース
(厚さ１mm×縦３mm×横５mm)１９を切り出し、表面研磨
および超音波洗浄を行なった上で次のように行った。
【００３０】(テスト例１)先ず上記テストピース(試料)
を図２の実験装置に装入した後、同装置内を真空引きし
た(真空度の目標１０-5Ｔorr以下)。
【００３１】その後、上記テストピース１９が装入して
あるホルダー部分１８を加熱{２５０℃(５２３Ｋ)×３
時間}処理し、ホルダー１８内の雰囲気を窒素ガス雰囲
気にしホルダー１８内を６ＭＰaにした。その後、加熱
処理炉１にて、４７５℃(７４８Ｋ)に加熱し、９６時間
保持した後冷却した。
【００３２】(テスト例２)テストピース１９をホルダー
１８内に装入後、同装置内を真空引きした(真空度１０
-5Ｔorr以下)。その後、ホルダー１８内をアルゴンガス
雰囲気にし、加熱{２５０℃(５２３Ｋ)×３時間}処理し
た。次にホルダー１８内をＮ2雰囲気にするため、一端
真空引きし、Ｎ2ガスを導入しホルダー１８内の圧力を
６ＭＰaにした。その後、加熱炉にて４７５℃(７４８
Ｋ)に加熱し、９６時間保持した後冷却した。
【００３３】(テスト例３)テストピース１９をホルダー
１８内に装入後、同装置内を真空引きした(真空度１０
-5Ｔorr)。その後、ホルダー１８内を水素ガス雰囲気に
し、加熱(２７０℃×３時間)処理した。次に窒化処理を
行なうため、アルゴンガスに置換後真空引きし、窒素ガ
スを導入し、ホルダー１８内の圧力を６ＭＰaにした。
そして、加熱炉１にて４７５℃(７４８Ｋ)にホルダー１
８を加熱し、９６時間保持した後冷却した。
【００３４】このようにして製造された永久磁石材料
(Ｓm2Ｆe17Ｎx)のα−Ｆeの折出状態、１分子当りの窒
素侵入量、磁気特性、クラック発生状態についてそれぞ
れ測定したデータ及び評価結果を図４および以下の(表
１)に示す。
【００３５】先ず図４の(a)〜(e)は窒素雰囲気圧力をそ
れぞれ異ならせ、加熱温度４７５℃で窒化処理した試料
のα−Ｆeの折出状態を示している。
【００３６】このα−Ｆeの折出状態および窒素侵入の
有無はＸＲＤ(Ｘ−ray Ｄiffractometry、Ｘ線回折法)
により測定した。窒素が侵入するとＦe−Ｆe間の格子が
延長して、窒化前のピーク位置と比較して、ピークの位
置が全体として低角側にシフトする。
【００３７】但し、図４において(a)は窒化前のＳm2Ｆe
17母合金のＸ線回折データを示し、(b)はテスト例２で
の窒化処理によるＸ線回折データを示し、(c)はテスト
例２での窒化処理によるＸ線回折データを示し、(d)は
テスト例３での窒化処理によるＸ線回折データを示し、
(e)は比較例として従来の方法での窒化処理によるＸ線
回折データを示す。また、図４における２θはＸ線回折
時のＸ線の入射角を、１１３,３００,２０４,２２０,３
０３はそれぞれ、結晶方位を示しており、上述のＸ線回
折にはＸ線回折計を用いている。
【００３８】この結果、図４から明らかなように従来の
方法で窒化処理した比較品(図４の(e))に対してテスト
例１〜３で窒化処理した上記本発明の実施例品の(図４
の(b),(c),(d))はα−Ｆeの折出が大幅に抑制されてい
る。さらに上記本実施例品と比較品とにおける１分子当
りの窒素侵入量Ｘ、飽和磁化、異方性磁界、クラックの
有無を下記(表１)に示す。
【００３９】なお、１分子当りの窒素侵入量Ｘ、つまり
Ｓm2Ｆe17Ｎx中のＸは窒化処理後の重量増加により次式
で求める。
【００４０】Ｘ＝(Ｂ−Ａ)／(Ａ×１４．００６７／Ｍ) ここで、Ａは窒化処理前のテストピース重量 Ｂは、窒化処理後のテストピース重量 また、磁化測定にはＶＳＭ(試料振動型磁化測定装置)を
用い、室温にて８０Ｈzの振動数で、試料１．５Ｔ(ここ
にＴは磁束密度)の磁場をかけて測定評価した。なお、
この磁化測定の試料は、上記テストピースプレートを窒
化処理した後に粉砕した微粉末を用いて測定した。
【００４１】
【表１】
【００４２】この表１の評価結果を見ると、上記テスト
例１〜３のテストピース、プレート材の窒化処理品は、
最初から微粉末を窒化処理したものと比較してもほとん
ど差はない。従って、本発明実施例のように粗粉を用い
ても十分窒化処理が可能であることが分かる。
【００４３】また、異方性磁界の値(外挿値)から見て
も、本発明実施例のものにおいては高い磁気特性を得る
ことができている。
【００４４】さらに、上記テスト例１〜３の各試料の内
特にテスト例１における表面付近および内部(表面から
の0.5mmの深さ)の断面の組織状態を各々ＳＥＭ観察した
結果(組織断面写真)を図５および図６に示す。該写真か
ら明らかなように、同試料では表面部および内部の何れ
にも十分にクラック(黒く糸状に延びている部分)が生じ
ており、有効に窒化がなされていると認められる。
【００４５】なお、これらの試料の窒素の状態をＥＰＭ
Ａにてライン分析した結果いずれの試料でも、実際に十
分な窒素の侵入が確認された。
【００４６】ところで、上記真空および非酸化、還元雰
囲気中での熱処理条件について、検討すると、次の(表
２)のようになった。
【００４７】a)処理温度について 処理温度は、２００℃(４７３Ｋ)未満の温度では母合金
の内部までクラックを十分に生じさせることができず、
窒化処理時の母合金への窒素の侵入量が少ないため、高
い磁気特性が得られない。
【００４８】また、処理温度が、５５０℃(８２３Ｋ)を
越えた場合、α−Ｆeの折出等が懸念されるため好まし
くない。従って、該温度は２００℃〜５５０℃の範囲が
適切である。
【００４９】b)処理時間について 処理時間は、１時間以上の時間以上の処理が好ましい。
同時間が短かすぎると、母合金に十分なクラックを存在
させることができないため、母合金への窒素の侵入量が
低下する。
【００５０】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の実施例に係る希土類−鉄−
窒化物系永久磁石材料の製造工程を示す工程図である。
【図２】図２は、同製造工程において用いられる製造装
置のシステム構成を示す概略図である。
【図３】図３は、上記製造工程における窒化処理パター
ンを示す説明図である。
【図４】図４は、本願発明実施例における各試料のＸ線
回折データを示すチャート図である。
【図５】図５は、同本願発明実施例におけるテスト例１
の試料の表面部における金属組織の断面写真(×１００)
である。
【図６】図６は、同本願発明実施例におけるテスト例１
の試料の内部における金属組織の断面写真(×１００)で
ある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 先ず希土類−鉄系の磁石材料を粗粉又は
    バルク状の素材に形成し、次に該素材を非酸化性雰囲気
    中で加熱処理することにより同素材にクラックを発生さ
    せ、その後同クラックを利用して窒化処理した後に粉砕
    処理するようにしたことを特徴とする希土類−鉄−窒化
    物系永久磁石材料の製造方法。
  2. 【請求項２】 上記請求項１記載の発明の構成におい
    て、加熱処理は加熱温度が２００℃〜５５０℃で、加熱
    時間が少なくとも１時間以上であることを特徴とする希
    土類−鉄−窒化物系永久磁石材料の製造方法。
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