JPH11335708A - 希土類遷移金属合金粉末の製造方法 - Google Patents

希土類遷移金属合金粉末の製造方法

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JPH11335708A
JPH11335708A JP10138797A JP13879798A JPH11335708A JP H11335708 A JPH11335708 A JP H11335708A JP 10138797 A JP10138797 A JP 10138797A JP 13879798 A JP13879798 A JP 13879798A JP H11335708 A JPH11335708 A JP H11335708A
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powder
rare earth
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oxide
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Nobuyuki Tada
宣行 多田
Takayuki Yamashita
貴之 山下
Michiya Kume
道也 久米
Takaharu Ichinomiya
敬治 一ノ宮
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 還元拡散法を用いる合金粉末或いは金属間化
合物の製造方法を改良し、組成が均質で結晶的にも異相
が少ない合金粉末を得る方法を提供する。 【構成】 原料を還元拡散してR・T系或いはR・T・
X系合金粉末を得る希土類遷移金属合金粉末の製造方法
において、Ra・Tb・Ocの組成式で表される複酸化物
が含まれる原料を使用することを特徴とする希土類遷移
金属合金粉末の製造方法。但し、ここでRはYを含む希
土類元素であり、TはFe、Co、Niの群の中から選
ばれる少なくとも一種の遷移金属元素であり、XはN、
B、Cの群の中から選ばれる少なくとも一種の元素であ
り、a、b、cは複酸化物となりうる任意の値である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類遷移金属合金粉
末のみならず、希土類遷移金属の金属間化合物の新規な
製造方法に係り、特に、良好な磁気特性を有する合金粉
末の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】希土類と遷移金属(鉄、コバルト、ニッ
ケル)からなる合金あるいは化合物は、産業上極めて重
要な材料である。例えばSmCo5は永久磁石、LaN
i5は水素吸蔵合金に使用される。また希土類-遷移金属
-ホウ素からなる化合物、例えばNd2Fe14Bは超強力
磁石としてその市場を急拡大させている。一方、希土類
-遷移金属-窒素からなる化合物(Sm2Fe17N3等)は
次世代の永久磁石材料として期待され、特にボンド磁石
に関連した研究がなされている。
【0003】ところで、これらの希土類と遷移金属から
なる合金あるいは化合物の形態として、数μmの粉末状
が求められることが多い。そのような部粉末を得るため
には、希土類酸化物粉末と遷移金属粉末を混合し、これ
をカルシウム蒸気中で加熱することで希土類酸化物を還
元して、遷移金属中に拡散させる還元拡散法が知られて
いる。還元拡散法は安価な希土類酸化物を使用できるこ
とや、合金が還元と同時に得られるという利点があり、
永久磁石用のSmCo5金属間化合物、又はSm2Co17
系合金の製造には広くこの方法が用いられている。ま
た、希土類元素と遷移金属を原料として還元拡散法を適
用し、さらに引き続き窒化を行うことで窒素を含有した
希土類−遷移金属系合金粉末を提供することができると
している。
【0004】この還元拡散法は本質的に固体反応である
ために、原料の希土類酸化物遷移金属の混合度が悪いと
反応の均質性が低下し、生成物の組成が不均一になった
り、目的外の異相が混入する。一方、希土類遷移金属系
の金属間化合物或いは合金が必要とする機能を発現する
には、組成や結晶の均一性が重大な影響を与えることが
多い。
【0005】特に、永久磁石にはニュークリエイション
と呼ばれる保磁力発現機構を持つ材料は、結晶粒子の均
一性がそのまま保磁力の大きさに結びつく。このため、
還元拡散法において、原料の希土類酸化物粉末と遷移金
属粉末の混合には、粉砕メディアを用いた湿式混合法等
の精密混合の技術が応用されてきた。しかしながら、そ
れでもなお、十分均一な反応生成物が得られているとは
言い難かった。それは、原料粉末の粒子サイズより細か
く混合することはできないという本質的な限界があるた
めである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って本願発明は上述
した課題を解決することを目的とし、すなわち、還元拡
散法を用いる合金粉末或いは金属間化合物の製造方法を
改良し、組成が均質で結晶的にも異相が少ない合金粉末
を得る方法を提供することにある。
【0007】
【発明を解決するための手段】本発明者等は上述した課
題を解決するために、還元拡散法に使用する原料を見直
すことで均質性の改良が可能であると考え、多くの種類
の原料について還元拡散法を適用する試験を鋭意行った
結果、希土類元素と遷移金属の複酸化物を使用すること
で課題を解決することができることを見いだし本発明を
完成した。
【0008】すなわち、本発明の希土類遷移金属合金粉
末の製造方法は、原料を還元してR・T系或いはR・T
・X系合金粉末を得る希土類遷移金属合金粉末の製造方
法において、該酸化物はRの群から選ばれる元素とTの
群から選ばれる元素の複酸化物を少なくとも含むことを
特徴とする希土類遷移金属合金粉末の製造方法。該酸化
物は構成元素の複酸化物を少なくとも含むことを特徴と
する。但し、ここでRはYを含む希土類元素であり、T
はFe、Co、Niの群の中から選ばれる少なくとも一
種の遷移金属元素であり、XはN、B、Cの群の中から
選ばれる少なくとも一種の元素である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法が適用可能であ
る対象の合金粉末は、上述したように、R・Tで表すこ
とができるようなY(イットリウム)を含む希土類元素
と特定の遷移元素(Fe、Co、Ni)からなる合金粉
末、或いはR・T・Xで表すことができるようなR・T
系の合金粉末にさらにX成分としてN(窒素)、B(硼
素)、C(炭素)の中から選ばれる少なくとも一種を含
有もしくは相間物質として導入した合金粉末について適
用することができる。基本的に希土類元素と遷移金属と
を同時に含む磁性材料であれば、本発明の製造方法は効
果を発揮する。
【0010】R・Tで表現できる材料としては、Rは
Y、Nd、Pr、La、Ce、Tb、Dy、Ho、E
r、Eu、Sm、Gd、Er、Tm、Yb、Luのうち
の少なくとも一種であればよく、TはFe、Co、Ni
の群から選ばれる遷移金属なら使用することができる。
これらの組み合わせとして、例えばPr・Ni、Sm・
Co、Nd・FeCo、Ce・Fe等があり、R・T・
Xで表現できる材料としては、組成の一部をB(硼
素)、或いはN(窒素)で置換したような、Nd・Fe
・B、Sm・Fe・N、Nd・Fe・N、Nd・Fe・
NB、Ce・Fe・N、Pr・Fe・N等の合金或いは
金属間化合物に対しても適用可能である。
【0011】本願発明は上記したようなRの群から選ば
れる元素とTの群から選ばれる元素の複酸化物を少なく
とも含むような原料を用いて、これを還元拡散行うこと
により酸化物を金属状態まで還元する。複酸化物として
利用可能なものとして、Ra・Tb・Ocの組成式で表さ
れる。このような式で表される化合物の例として、Sm
FeO3、(a=1、b=1、c=3)、Sm3Fe5O1
2(a=3、b=5、c=12)、Sm2FeO4(a=
2、b=1、c=4)等がある。
【0012】これをもう少し一般的に表現すると、Rの
群の酸化物の形態は主としてR2O3である酸化物からな
り、それ以外にもR4O7、RO2なるもの等もある。T
の群の酸化物の形態はT2O3、T3O4、TO等がある。
本願発明で使用するRの群から選ばれる元素とTの元素
から選ばれる元素の複酸化物はこれら個々の酸化物を任
意の比に結合した化合物ということが可能である。例え
ばR2O3とT2O3を1:1に結合した場合、R2O3・T
2O3→R2T2O6→RTO3と表される複酸化物として表
現される。R2O3とT2O3を3:5に結合した場合、3
R2O3・5T2O3→R6T10O24→R3T5O12と表され
る複酸化物として表現される。これ以外にも、複酸化物
として種々の化合物が使用できるが、RとTの原子比が
所望の合金の原子比と等しい複酸化物は、現実には標準
状態において存在し得ない場合が多い。
【0013】そこで、標準状態で存在しうる復酸化物に
復酸化物に金属或いは酸化物を混合して、所望の合金に
なるように原料粉末の組成を調整する。以下に、R・T
系、或いはR・T・X系の合金粉末を得るための原料と
して、Ra・Tb・Ocで表される複酸化物を使用する方
法を説明する。
【0014】例えば、目的組成としてSm2Fe17の合
金粉末を合成するために本発明を使用する場合、Sm2
O3とFe2O3を2:17に混合した目的のSm4Fe34
O57は得ることができない。この場合、標準状態で安定
に存在し得るSmFeO3、Sm3Fe5O12、Sm2Fe
O4等を複酸化物として使用する。
【0015】目的のSm4Fe34O57が標準状態で得る
ことができず、SmFeO3を複酸化物として使用する
場合、SmFeO3を4モルとFe2O3を15モル混合
した原料を使用することで、原料の調製をすることがで
きる。この場合、原料の調製はそれ以外に、種々の組み
合わせが可能である。SmFeO3複酸化物にFe金属
とFe2O3を混合したものも原料として使用することが
でき、さらに、Sm2O3も原料に加えて目的組成に調製
することができる。換言すれば、標準状態で得られる複
酸化物に対し、目的組成の原料を調製するために組成調
整原料として、遷移金属酸化物、遷移金属、希土類酸化
物を添加混合しても良い。この場合、混合方法は、粉砕
用メディアを用いた混合などの精密混合を行う必要があ
る。複酸化物と十分な混合がされてないと、複酸化物の
効果を発現しないからである。
【0016】原料に使用するRの群の酸化物として、例
えば、Y2O3、Nd2O3、Pr2O3、La2O3、CeO
2、Tb4O7、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Eu2O
3、Sm2O3、Gd2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O
3、Lu2O3等を使用する。
【0017】原料に使用するTの群の酸化物として、例
えば、FeO、Fe3O4、Fe2O3、CoO、Co3O
4、Co2O3、CoO2、NiO等が使用することができ
る。また、遷移金属原料として、加熱すると容易に酸化
物を生成するような化合物も使用することができる。こ
のような化合物として、例えば、Fe、Co、Niの水
酸化物塩、炭酸塩、蓚酸塩、硝酸塩、硫酸塩、塩化物塩
等がある。加熱すれば容易に酸化物を生成するとは、こ
のような複酸化物を得るために加熱する工程における加
熱温度であり、低くとも700℃以上の温度である。
【0018】また、Rの群の酸化物、Tの群の酸化物、
或いは加熱すれば容易に酸化物を生成する化合物は、い
ずれも平均粒子径10μm以下である必要がある。それ
は粒子径が大きいと複酸化物を生成する反応が起こりに
くくなるからである。好ましくは5μm以下であり、さ
らに好ましくは平均粒子径が0.2μmから2μmの範
囲にあることが望ましい。また、最大粒子径は10μm
を超えてはならない。もし平均粒子径が5μm以上であ
れば最終的に得らえれる合金粉末の粒子径も5μmを超
えてしまう。
【0019】このようにして調製された原料に占める複
酸化物の割合は、原料生粉の1wt%以上、好ましくは
5wt%以上必要である。それは1wt%以下だと本発
明の効果が期待できないからである。5wt%以上ある
とその効果は磁気特性等応用特性に歴然と現れる。
【0020】なぜこのような微量の複酸化物が原料中に
存在することで、本発明の効果が発現するのかについて
は、次のように推定している。還元拡散反応は、一般に
還元剤によって金属に還元された希土類金属と遷移金属
がそれぞれ固相のままで、互いに拡散しながら合金を形
成していく反応である。反応が固相間であるため拡散に
は時間がかかるが、長すぎると粒子成長が進み、所望の
粒子径より大きくなるため、反応時間には制限があり、
拡散が十分でない部分が生じ、合金の組成が不均一にな
る。これに対し、複酸化物は、還元された時点で既に互
いに拡散しており、直ちに合金が形成されうる。さらに
残りの希土類金属、遷移金属も複酸化物由来の合金への
拡散になるので、単体間の拡散よりも有利であり、結果
として短時間で拡散、合金化が終了し、径が小さくかつ
組成の均一な合金粒子ができる。
【0021】本発明を実現するためのもう一つの方法と
して、Rの群の酸化物としてR2O3、R4O7、RO2等
と、Tの群から選ばれる元素として、T2O3、T3O4、
TO等の酸化物或いはTの金属を混合して目標組成にな
るように混合し、それを還元拡散工程に供する前に、一
旦加熱して、Rの群から選ばれる元素とTの群から選ば
れる元素の複酸化物を少なくとも含むように原料を調製
することは可能である。この場合の特徴は、複酸化物と
同時に組成調整原料を後から混合する必要がないことで
ある。すなわち、加熱により生成した複酸化物と、その
反応に寄与しなかった未反応物質の混合物として得るこ
とができるからである。
【0022】例えば、Sm2Fe17合金粉末を得ること
を目的とする場合、Sm2O3とFe2O3を2:17の比
率で混合したものを原料として、これを700℃以上の
温度で加熱すると、1100℃程度までの比較的低温で
はSmFeO3が生成しやすく、それより高温になると
それにSm3Fe5O12の複合酸化物が混入するようにな
り、1400℃を超えるとSmFeO3のピークはほと
んど消失し、複酸化物として、Sm3Fe5O12が主成分
となる。このような場合、最初に原料としてSm2Fe1
7になるようにR、Tの原料を添加混合しているため
に、複酸化物以外の原料成分としてFe2O3が主として
残留する。
【0023】複酸化物の定量は、複酸化物を既知量混合
して得た原料のX線回折を測定し、複酸化物に特徴のあ
るピークの高さと複酸化物の混合濃度から検量線を作成
することで行った。
【0024】Rの群の元素の酸化物及びTの群の元素の
酸化物の混合時に十分に精密な混合を行うことにより、
このような反応をより低温で促進することができ、しか
も、還元拡散工程の前に原料の補正をする必要がないた
め、加熱により得られた原料をそのまま還元拡散工程に
供することができる。
【0025】この反応をさらに低温で行わせるには、酸
化物の混合時にフラックスを添加することで可能とな
る。フラックスとしては、B、C、N、P、S等の非金
属元素化合物が使用可能である。またアルカリ金属或い
はアルカリ土類金属のハロゲン化物も反応温度を低下す
る効果があり使用可能である。
【0026】Rの群の酸化物とTの群の酸化物の混合を
ボーミル等による精密混合に依らず、RとTの群の元素
を陽イオンとして溶解した液から、共通に沈殿する陰イ
オンによる塩として沈殿し、それを加熱分解して複酸化
物を得ることも可能である。この方法によると、酸化物
同士の混合度はさらに高くなり、結果として合金粉末の
混合度はさらに改善される。
【0027】本発明に使用する複酸化物を還元拡散工程
に供する前に、予め遷移金属に由来する酸化物を還元し
ておくことが好ましい。それは遷移金属酸化物を含んだ
状態で還元拡散を行うと、還元剤の必要量が過多とな
り、還元反応時の発熱により粒子が粗大化することのみ
ならず、最悪の場合は爆発的な反応により生成物が炉内
に飛散する危険があるからである。
【0028】遷移金属に由来する酸化物を還元する還元
剤として、遷移金属は還元できるが希土類元素は還元で
きない還元力を有するものを使用する。このような還元
剤として、水素ガス、一酸化炭素、及びメタン、エタ
ン、プロパン、ブタン等に代表される炭化水素がこれに
あたる。一般にある物質の還元が容易かどうかは、還元
電位を見れば分かる。例えば、本発明に使用する遷移金
属のFe、Co、Niの還元電位は標準水素電極に対
し、それぞれ、−0.447v、−0.28v、−0.
257vであり、これに対し、希土類元素は、−2.3
〜−2.5vと非常に卑なる元素であり、言い換えれば
還元しにくい元素である。
【0029】従って、H2、CO、及びCH4等炭化水素
ガスによる還元性ガスを炉内に導入し還元雰囲気を形成
して加熱することで十分可能である。この還元反応時、
遷移金属酸化物粉末に含まれる酸素はH2OあるいはC
O2の形で徐々に除去される。この場合の加熱温度は2
00〜1000℃の範囲である。200℃よりも低温で
は遷移金属酸化物の還元は起こりにくく、1000℃よ
り高温では還元条件が強すぎ、生成した複酸化物は分解
してまう。また、温度が高すぎると酸化物粒子が粒子成
長と偏析を起こし、所望の粒子径から逸脱してしまうか
らである。従って、加熱温度は、より好ましくは300
〜900℃の範囲であり、400〜800℃の範囲がさ
らに好ましい。還元拡散前の原料として複酸化物と遷移
金属を混合しているような場合はこのような還元は必要
としない。
【0030】還元拡散の工程では、複酸化物に含有され
る酸素と、残留する希土類元素酸化物を還元することを
目的とする。希土類元素を還元するには、対象の希土類
元素よりも還元電位の低い元素の金属を混合して加熱す
ることで可能となる。例えば、アルカリ金属としてLi
は−3.04、Naは−2.71、Kは−2.93v、
Rbは2.98v、Csは−2.92v、アルカリ土類
金属の中でもMgは−2.372v、Caは−2.87
v、Srは−2.89v、Baは−2.912v、の還
元電位をもち、該金属酸化物に混合して不活性ガス中で
加熱することで、粒子中の希土類元素を金属に還元する
ことができる。取り扱いの安全性及びコストの点から金
属Ca(カルシウム)の使用が最も好適に使用すること
ができる。
【0031】還元拡散反応は、具体的にはRとTの群の
元素の複酸化物を含んだ組成調整した原料に金属カルシ
ウムを添加し、不活性ガス雰囲気もしくは真空中で60
0℃から1300℃の範囲の温度で加熱することで、希
土類酸化物をカルシウム融体もしくはその蒸気と接触せ
しめ、希土類酸化物を金属に還元する。この還元反応に
より、R・T系の合金ブロックを得ることができる。
【0032】前記したアルカリ金属、アルカリ土類金属
の還元剤は、粒状または粉末状の形で使用されるが、特
にコストの点から粒度4メッシュ以下の粒状金属カルシ
ウムが好適である。これらの還元剤は、反応当量(希土
類酸化物を還元するのに必要な化学量論量であり、遷移
金属を酸化物の形で使用した場合には、これを還元する
に必要な分を含む)の 1.1〜3.0倍量、好ましく
は 1.5〜2.0倍量の割合で使用される。
【0033】R・T・X系合金を目的とした場合、特
に、XとしてB(硼素)或いはC(炭素)を導入する場
合、上述したTの群の酸化物とRの群の酸化物の混合時
に、X原料を添加混合することが好ましい。XとしてB
を導入する場合、酸化ホウ素、金属ホウ素あるいはフェ
ロボロンが、Cを導入する場合、カーボン粉末が好まし
く使用することができる。目的組成にするために化学量
論的に必要な量のB或いはCを金属酸化物に十分に混合
する。Xの導入は、第一還元前或いは第一還元後のいず
れも行うことはできるが、前者の方が好ましい。それ
は、B(硼素)には1%程度の酸素を含んでおり、これ
を還元ガスによる還元工程の前に混合しておくことによ
り、このBに含まれる酸素が除去され、次の第二還元反
応が容易に行われるからである。
【0034】R・T・X系合金粉末であって、特にXと
してN(窒素)を導入する場合、還元拡散工程を経た後
に得られるR・T系の合金ブロックを、水洗処理工程に
移行する前に、同じ炉内で引き続き窒素ガス、或いは加
熱により分解して窒素を供給し得るうる化合物ガスを導
入することで窒化することができる。還元拡散工程で希
土類−遷移金属系合金が多孔質塊状で得られるため、粉
砕を行うことなく直ちに窒素雰囲気中で熱処理を行うこ
とができ、これにより窒化が均一に行われ、希土類−遷
移金属−窒素合金を得る。この窒化処理は、上記還元の
ための加熱温度領域から降温させて、150〜800℃
の範囲で行い、300〜600℃の範囲が好ましく、特
に400〜550℃の温度が最適でる。この温度範囲で
雰囲気を窒素雰囲気とすることにより窒化できる。例え
ば、この窒化処理温度が 150℃未満であると、前記
工程で得られた反応生成物である希土類−遷移金属系合
金中への窒素の拡散が不十分となり、窒化を均一且つ有
効に行うことが困難となる。さらに窒化温度が 800
℃を超えると、希土類−遷移金属系合金が希土類−窒素
系化合物と、α−鉄等の遷移金属とに分解するため、得
られる合金粉末の磁気特性が著しく低下するという不都
合を生じる。上記熱処理時間は、窒化が十分に均一に行
われる程度に設定されるが、一般にこの時間は、10分
〜20時間程度である。
【0035】また、XとしてB及び/又はCを既に導入
しているようなものであっても、Nの導入は同様に行う
ことができる。
【0036】還元拡散工程で得る反応生成物は、例えば
還元剤としてカルシウムを選択する場合、副生するCa
O、未反応の過剰カルシウム及び生成合金粉末の混合物
であって、これらが複合した焼結塊状態である。従っ
て、次にこの生成混合物を冷却水中に投入して、CaO
及び金属カルシウムをCa(OH)2懸濁物として合金粉
末から分離する。さらに残留するCa(OH)2は、合金
粉末を酢酸或いは塩酸で洗浄して除去する。生成物の多
孔質塊状の希土類−遷移金属系合金を水中に投入した際
には、金属カルシウムの水による酸化及び副生CaOの
水和反応によって、焼結塊状の生成混合物の崩壊、すな
わち微粉化が進行する。そして、デカンテーション(比
重分離)により希土類−遷移金属系粉末を選別する。ま
た、水洗の後に酢酸等の弱酸を使用してカルシウムの分
離を徹底する。その後真空乾燥等の乾燥処理を経て、目
的とする希土類-遷移金属合金あるいは化合物の微粉末
が得られる。
【0037】本発明により得られた希土類-遷移金属系
粉末は、機械的衝撃力による粉砕作用を受けていないの
で、従来の粉砕法により得られた同粉末に比べて特性面
で優位性を持つ。ここでいう機械的衝撃による粉砕法と
は粉末冶金工業では一般的に採用される方法であって、
ジョークラッシャー、スタンプミル、ロールクラッシャ
ー、ハンマーミル、ピンミル、ボールミル、振動ミル、
アトライタ、サンドミル、ジェットミル、ホモジナイザ
等を指すがこれらに限定されるものではない。なお本発
明は第二還元工程を有し、その結果、高価な金属状希土
類を使用する必要が無いので経済的に有利である。
【0038】
【実施例】以下、本発明を永久磁石材料であるSm・F
e・N合金粉末の製造例に基づいて説明するが、本発明
はこれ以外にも、R・T系の合金粉末にも適用可能であ
り、適用範囲を本実施例により制限されるものではな
い。
【0039】[実施例1]この実施例では複酸化物Sm
FeO3を調製し、それを原料として使用する場合につ
いて示す。平均粒径が0.3μmのSm2O3と平均粒径
1.3μmのα-Fe2O3(ヘマタイト)をモル比で
1:1の比率になるように秤量し、それをイオン交換水
中で湿式ボールミル混合した。得られた混合品をアルミ
ナ坩堝に充填し大気中で1100℃の温度で3時間焼成
し、冷却後、乾式ボールミルを用いて解砕した。得られ
た粉末をCu-Kαを発生源とするX線回折測定を行っ
た結果、2θで22.8゜、31.9゜、32.7゜、
33.1゜、46.7゜、58.9゜の角度にピークを
有するSmFeO3複酸化物が得られた。この複酸化物
の平均粒径はフィッシャーサブシーブサイザーによる測
定で1.5μmであった。
【0040】得られたSmFeO3の粉末509gと平
均粒径5.3μmのカルボニル鉄754gを、窒素雰囲
気の乾式ボールミルで3時間混合し、取り出した粉末を
さらに10mm以下の粒状金属カルシウム457gと混
合した。得られた混合物を鋼製容器に入れ、ガス雰囲気
炉の中でアルゴンガス雰囲気下1000℃の温度で1時
間加熱して還元拡散を行った後、冷却した。引き続き同
じ炉内に窒素ガスを流しながら450℃で20時間加熱
して窒化した後、冷却した。
【0041】得られた反応物をイオン交換水中に投入し
て、攪拌、デカンテーション、上澄み排水、注水、攪拌
を8回繰り返したところ、清澄な上澄み中に合金粉末だ
けが沈降した状態となり、カルシウム分は除去されてい
た。この液を濾過し、固形分を真空乾燥して得られた粉
末を窒素ガスを用いたジェットミルで粉砕して、サマリ
ウム−鉄−窒素系合金の粉末が得られた。
【0042】得られた合金の組成分布を調べるため、E
PMAでサマリウム原子と鉄原子の濃度分布の観察を行
ったところ、両元素とも濃度の偏りは認められなかっ
た。さらに粉末X線回折によると、非常に微弱な回折ピ
ークも含めて主相のサマリウム−鉄−窒素系合金の回折
ピーク以外のピークはなかった。得られた合金粉末の磁
気特性は、残留磁化8.2kG、保磁力9.2kOeで
あった。
【0043】[実施例2]実施例1で使用したSmFe
O3の粉末509gと平均粒径1.3μmのα-Fe2O3
を1077g秤量し、イオン交換水中で30分間湿式ボ
ールミル混合し、乾燥した。得られた混合粉末を水素ガ
スを流通させながら600℃で6時間加熱処理して還元
した。還元物はX線回折の結果、SmFeO3複酸化物
は変化はないが、α-Fe2O3として加えた酸化物の大
半はα−Feに還元され、一部α-Fe2O3が還元され
ずに残留していることが分かった。
【0044】得られた還元粉末全量に対し、10mm以
下の粒状金属カルシウム457gと混合した。得られた
混合物を鋼製容器に入れ、ガス雰囲気炉の中でアルゴン
ガス雰囲気下1000℃の温度で1時間加熱して還元拡
散を行った後、冷却した。引き続き同じ炉内に窒素ガス
を流しながら450℃で20時間加熱して窒化した後、
冷却した。
【0045】得られた反応物をイオン交換水中に投入攪
拌し、実施例1と同様にして、水洗処理を行い合金粉末
を崩壊しカルシウム分を除去し、乾燥し、粉砕してサマ
リウム−鉄−窒素系合金の粉末を得た。
【0046】得られた合金の組成分布を調べるため、E
PMAでサマリウム原子と鉄原子の濃度分布の観察を行
ったところ、両元素とも濃度の偏りは認められなかっ
た。さらに粉末X線回折によると、非常に微弱な回折ピ
ークも含めて主相のサマリウム−鉄−窒素系合金の回折
ピーク以外のピークはなかった。得られた合金粉末の磁
気特性は、残留磁化10.7KG、保磁力11.9KO
eであった。
【0047】[実施例3]この実施例では複酸化物Sm
3Fe5O12を調製し、それを原料として使用する場合に
ついて示す。平均粒径が0.3μmのSm2O3と平均粒
径1.3μmのα-Fe2O3(ヘマタイト)をモル比で
3:5の比率になるように秤量し、それをイオン交換水
中で湿式ボールミル混合した。得られた混合品をアルミ
ナ坩堝に充填し大気中で1450℃の温度で3時間焼成
し、冷却後湿式ボールミルを用いて粉砕した。得られた
粉末をCu-Kαを発生源とするX線回折測定を行った
結果、31.9゜、35.1゜、50.4゜、52.7
゜、54.8゜、68.5゜の角度にピークを有するS
m3Fe5O12複酸化物が得られた。この複酸化物の平均
粒径はフィッシャーサブシーブサイザーによる測定で
2.3μmであった。
【0048】得られたSm3Fe5O12の粉末1015g
とα−Fe2O3の粉末1517gをボールミルを用いて
イオン交換水中で30分湿式混合し、乾燥した。この混
合粉末を水素ガスを流通させながら600℃で6時間加
熱処理して還元した。還元物はX線回折の結果、Sm3
Fe5O12複酸化物は変化はないが、α-Fe2O3として
加えた酸化物の大半はα−Feに還元され、一部α-F
e2O3が還元されずに残留していることが分かった。
【0049】得られた還元粉末全量に10mm以下の粒
状金属カルシウム1206gを混合して、鋼製容器に入
れ、ガス雰囲気炉の中でアルゴンガス雰囲気下1040
℃の温度で30分加熱した後、冷却した。引き続き同じ
炉内に窒素ガスを流しながら450℃で20時間加熱し
た後、冷却した。得られた反応物をイオン交換水中に投
入攪拌し、デカンテーション、上澄み排水、注水、攪拌
を8回繰り返したところ、清澄な上澄み中に合金粉末だ
けが沈降した状態となり、カルシウム分は除去されてい
た。この液を濾過し、固形分を真空乾燥して、サマリウ
ム−鉄−窒素系合金の粉末が得られた。
【0050】得られた合金の組成分布を調べるため、E
PMAでサマリウム原子と鉄原子の濃度分布の観察を行
ったところ、両元素とも濃度の偏りは認められなかっ
た。さらに粉末X線回折によると、非常に微弱な回折ピ
ークも含めて主相のサマリウム−鉄−窒素系合金の回折
ピーク以外のピークはなかった。得られた合金粉末の磁
気特性は、残留磁化10.9KG、保磁力12.5KO
eであった。
【0051】[実施例4]この実施例では、Rの群の酸
化物と、Tの群の酸化物を目標組成になるように混合
し、それを還元拡散工程に供する前に、一旦加熱して、
複酸化物を含む原料を得る方法について示す。但し、S
mはFeに比べ蒸気圧が高い分高温加熱において多く揮
発するためその分を補正するだけ余分に加える。
【0052】平均粒径0.3μmのSm2O3の粉末69
7gと平均粒径1.3μmのα−Fe2O3の粉末231
6g(Sm:Feの原子比は2:14.5)をボールミ
ルを用いてイオン交換水中で2時間湿式混合し、乾燥し
た。この混合物を大気下1450℃で7時間加熱し、冷
却後再度ボールミルを用いてイオン交換水中で8時間湿
式粉砕を行ない乾燥して、複酸化物を含んだ目標組成の
平均粒径3.5μmの原料粉末を得た。得られた粉末
を、Cu−Kαを発生源とするX線回折測定を行った結
果、2θで33.1°のピークからα−Fe2O3が、3
1.9゜、35.1゜、50.4゜、52.7゜、5
4.8゜、68.5゜のピークから、Sm3Fe5O12結
晶が生成していることが確認された。
【0053】この粉砕物を水素ガスを流通させながら6
00℃で4時間加熱処理をし、得られた粉末のX線回折
測定を行った結果、33.1°のα−Fe2O3のピーク
は認められる程度に低下し、代わりに44.7゜にα−
Feのピークが検出された。また、Sm3Fe5O12結晶
に関するピークは変化なかった。このことから、水素中
加熱処理により得られた粉末は、Sm3Fe5O12とα−
Feを主相とし、少量のα−Fe2O3を含んだ粉末であ
ると結論される。
【0054】水素還元されて得た粉末全量に10mm以
下の粒状金属カルシウム684gを混合して、鋼製容器
に入れ、ガス雰囲気炉の中でアルゴンガス雰囲気下10
80℃の温度で10分加熱した後、冷却した。引き続き
同じ炉内に窒素ガスを流しながら450℃で20時間加
熱した後、冷却した。得られた反応物をイオン交換水中
に投入攪拌し、デカンテーション、上澄み排水、注水、
攪拌を8回繰り返したところ、清澄な上澄み中に合金粉
末だけが沈降した状態となり、カルシウム分は除去され
ていた。この液を濾過し、固形分を真空乾燥して、サマ
リウム−鉄−窒素系合金の粉末が得られた。
【0055】得られた合金の組成分布を調べるため、E
PMAでサマリウム原子と鉄原子の濃度分布の観察を行
ったところ、両元素とも濃度の偏りは認められなかっ
た。さらに粉末X線回折によると、非常に微弱な回折ピ
ークも含めて主相のサマリウム−鉄−窒素系合金の回折
ピーク以外のピークはなかった。得られた合金粉末の磁
気特性は、残留磁化11.4KG、保磁力14.5KO
eであった。
【0056】[実施例5]平均粒径0.3μmのSm2
O3の粉末697gと平均粒径1.3μmのα−Fe2O
3の粉末2316g(Sm2O3:α−Fe2O3の比は
2:14.5)をボールミルを用いてイオン交換水中で
2時間湿式混合し、乾燥した。この混合物を大気下11
00℃で7時間加熱し、冷却後再度ボールミルを用いて
イオン交換水中で8時間湿式粉砕を行ない乾燥して、複
酸化物を含んだ目標組成の平均粒径0.9μmの原料粉
末を得た。得られた粉末を、Cu−Kαを発生源とする
X線回折測定を行った結果、2θで35.6°のピーク
からα−Fe2O3が、22.8゜、31.9゜、32.
7゜、33.1゜、46.7゜、58.9゜のピークか
ら、SmFeO3結晶が生成していることが確認され
た。
【0057】この粉砕物を水素ガスを流通させながら6
00℃で4時間加熱処理をし、得られた粉末のX線回折
測定を行った結果、35.6°のα−Fe2O3のピーク
は認められる程度に低下し、代わりに44.7゜にα−
Feのピークが検出された。また、SmFeO3結晶に
関するピークは変化なかった。このことから、水素中加
熱処理により得られた粉末は、SmFeO3とα−Fe
を主相とし、少量のα−Fe2O3を含んだ粉末であると
結論される。
【0058】水素還元されて得た粉末全量に10mm以
下の粒状金属カルシウム684gを混合して、鋼製容器
に入れ、ガス雰囲気炉の中でアルゴンガス雰囲気下10
80℃の温度で10分加熱した後、冷却した。引き続き
同じ炉内に窒素ガスを流しながら450℃で20時間加
熱した後、冷却した。得られた反応物をイオン交換水中
に投入攪拌し、デカンテーション、上澄み排水、注水、
攪拌を8回繰り返したところ、清澄な上澄み中に合金粉
末だけが沈降した状態となり、カルシウム分は除去され
ていた。この液を濾過し、固形分を真空乾燥して、サマ
リウム−鉄−窒素系合金の粉末が得られた。
【0059】得られた合金の組成分布を調べるため、E
PMAでサマリウム原子と鉄原子の濃度分布の観察を行
ったところ、両元素とも濃度の偏りは認められなかっ
た。さらに粉末X線回折によると、非常に微弱な回折ピ
ークも含めて主相のサマリウム−鉄−窒素系合金の回折
ピーク以外のピークはなかった。得られた合金粉末の磁
気特性は、残留磁化11.3KG、保磁力14.2KO
eであった。
【0060】[実施例6]この実施例では、Rの群の酸
化物と、Tの群の酸化物を目標組成になるように混合す
るのに、RとTの群の元素を陽イオンとして溶解した液
から、共通に沈殿する陰イオンによる塩として沈殿し、
それを加熱分解して複酸化物を得る方法を適用した例を
示す。
【0061】硝酸サマリウム六水和物Sm(NO3)3・
6H2Oを513.4g、硝酸鉄9水和物Fe(NO3)
3・9H2Oを3432.3g秤量し、 攪拌しながら1
0リットルのイオン交換水に同時に投入する。完全に溶けた
ことを確認の後、攪拌を続けながら尿素(NH2)2CO
を2992.5g投入した。攪拌を続けながら液温を8
0℃まで上昇させた。この時尿素はアンモニアと炭酸ガ
スに加水分解し金属分は均一反応により沈澱した。
【0062】沈澱生成物を濾紙上にとり、上部よりイオ
ン交換水を供給しながら吸引する。ろ液の比抵抗が50
μS/mを下回るまでこの操作を続ける。洗浄されたケ
ーキは80℃の乾燥機中で乾燥した。乾燥されたケーキ
をアルミナのるつぼに入れ、1100℃の大気中で3時
間焼成した。
【0063】焼成物を手でほぐした後、ハンマーミルで
粉砕した。この粉末の粒子径はフィッシャーサブシーブ
サイザーで1.3ミクロンであった。得られた粉末を、
Cu−Kαを発生源とするX線回折測定を行った結果、
2θで35.6°のピークからα−Fe2O3が、22.
8゜、31.9゜、32.7゜、33.1゜、46.7
゜、58.9゜のピークから、SmFeO3結晶が生成
していることが確認された。
【0064】粉砕粉末を鋼製のトレーに入れ、純度10
0%の水素が20リットル/分で流通している管状炉に置
き、700℃、10時間の熱処理を施した。得られた黒
色粉末の酸素濃度は7.2wt%であった。
【0065】前工程で得られた黒色粉末のうち1000
gと粒径6mm以下の粒状Ca350.7gを混合し、
鋼製のトレーに入れて不活性ガス雰囲気炉にセットす
る。炉内を真空排気した後、アルゴンガスを通じながら
1000℃、1時間加熱する。次いで、加熱を止め、引
き続いてアルゴンガス中で450℃まで冷却して以後こ
の温度で一定に保持する。その後、炉内を再び真空排気
した後、窒素ガスを導入する。大気圧以上の圧力で窒素
ガスを通じながら5時間加熱した後、加熱を停止し放冷
する。
【0066】得られた反応生成物をイオン交換水5リットル
に投入し、これにより、反応生成物が直ちに崩壊し、合
金粉末とCa成分との分離が始まる。水中での撹拌、静
置、上澄み液の除去を繰り返し水洗し、最後に2wt%
酢酸水溶液5リットル中で洗浄し、Ca成分の分離が完了す
る。これを真空乾燥することでSm2Fe17N3合金粉末
を得る。
【0067】得られた粉末は分散性が良く、電子顕微鏡
による観察でも球状の形状を持つものであった。得られ
た合金の組成分布を調べるため、EPMAでサマリウム
原子と鉄原子の濃度分布の観察を行ったところ、両元素
とも濃度の偏りは認められなかった。さらに粉末X線回
折によると、非常に微弱な回折ピークも含めて主相のサ
マリウム−鉄−窒素系合金の回折ピーク以外のピークは
なかった。得られた合金粉末の磁気特性は、残留磁化1
3.8kG、保磁力14.6kOeであった。
【0068】[実施例7]反応タンクに純水30リットル投
入し、その中に97%H2SO4を520g加え、Sm2
O3を484.8g仕込み溶解し、25%アンモニア水
を加えてpHを中性付近に調整し、この水溶液にFeS
O4・7H2Oを5200gを加えて完全に溶解し、Sm
イオンとFeイオンの濃度比が2:13.5に調整され
た水溶液を調製した。別のタンクに純水を12リットルに重
炭酸アンモニウム2524gと25%アンモニア水を1
738gを混合した炭酸イオン溶解液を調製した。反応
タンクを撹拌しながら、炭酸イオン溶解液を徐々に添加
し、全量添加した最終のpHが8.0±0.5になるよ
うに、アンモニア水を添加した。攪拌を止め静置する
と、生成物は容器底部に沈殿した。
【0069】沈澱生成物を濾紙上にとり、上部よりイオ
ン交換水を供給しながら、ろ液の電気導電率が50μS
/mを下回るまで洗浄した。得られた沈殿物ケーキを8
0℃の乾燥機中で乾燥し、乾燥されたケーキをアルミナ
のるつぼに入れ、1100℃の大気中で5時間焼成し、
冷却後ボールミルを用いて1時間乾式粉砕を行なった。
この粉砕物を水素ガスを流通させながら700℃で4時
間加熱処理をした。得られた粉末を、Cu−Kαを発生
源とするX線回折測定を行った結果、図1に示すよう
に、2θで44.7°のピークからα−Feが、22.
8゜、31.9゜、32.7゜、33.1゜、46.7
゜、58.9゜のピークから、SmFeO3結晶が生成
していることが確認された。これらのピーク以外に、強
度は小さいがSm2O3の回折ピークが認められた。
【0070】このことから、水素中加熱処理により得ら
れた粉末は、SmFeO3とα−Feを主相とし、少量
のα−Fe2O3と微量のSm2O3、Sm3Fe5O12を含
んだ粉末であると結論される。このようにして得た粉末
1760gと10mm以下の粒状金属カルシウム828
gを混合して、鋼製容器に入れ、ガス雰囲気炉の中でア
ルゴンガス雰囲気下1100℃の温度で10分加熱し還
元拡散をした後、冷却した。
【0071】引き続き同じ炉内に窒素ガスを流しながら
450℃で20時間加熱した後、冷却した。得られた反
応物をイオン交換水中に投入攪拌し、デカンテーショ
ン、上澄み排水、注水、攪拌を8回繰り返したところ、
清澄な上澄み中に合金粉末だけが沈降した状態となり、
カルシウム分は除去されていた。この液を濾過し、固形
分を真空乾燥して、サマリウム−鉄−窒素系合金の粉末
が得られた。
【0072】得られた合金の組成分布を調べるため、E
PMAでサマリウム原子と鉄原子の濃度分布の観察を行
ったところ、両元素とも濃度の偏りは認められなかっ
た。さらに粉末X線回折によると、非常に微弱な回折ピ
ークも含めて主相のサマリウム−鉄−窒素系合金の回折
ピーク以外のピークはなかった。得られた合金粉末の磁
気特性は、残留磁化13.4KG、保磁力15.7KO
eであった。
【0073】[比較例1]原料として平均粒径0.3μ
mのSm2O3の粉末698gと平均粒径5.3μmのカ
ルボニル鉄1731gを、窒素雰囲気の乾式ボールミル
で3時間混合し、取り出した粉末をさらに10mm以下
の粒状金属カルシウム457gと混合した。得られた混
合物を鋼製容器に入れ、ガス雰囲気炉の中でアルゴンガ
ス雰囲気下1000℃の温度で1時間加熱して還元拡散
を行った後、冷却した。引き続き同じ炉内に窒素ガスを
流しながら450℃で20時間加熱して窒化した後、冷
却した。
【0074】得られた反応物をイオン交換水中に投入攪
拌し、デカンテーション、上澄み排水、注水、攪拌を8
回繰り返したところ、清澄な上澄み中に合金粉末だけが
沈降した状態となり、カルシウム分は除去されていた。
この液を濾過し、固形分を真空乾燥して得られた粉末を
窒素ガスを用いたジェットミルで粉砕して、サマリウム
−鉄−窒素系合金の粉末が得られた。
【0075】得られた合金の組成分布を調べるため、E
PMAでサマリウム原子と鉄原子の濃度分布の観察を行
ったところ、両元素ともに部分により濃度の濃淡が認め
られた。さらに粉末X線回折によると、主相のサマリウ
ム−鉄−窒素系合金の回折ピーク以外に、明確なα−F
eと微弱なSmFe7、SmFe5結晶の回折ピークがあ
った。得られた合金粉末の磁気特性は、残留磁化8.1
KG、保磁力5.2KOeであった。
【0076】[比較例2]原料としてSm2O3の粉末6
98gとα−Fe2O3の粉末2379gをボールミルを
用いてイオン交換水中で30分湿式混合し、乾燥した。
この混合粉末を水素ガスを流通させながら600℃で6
時間加熱処理して還元した。還元物はX線回折の結果、
Sm2O3とα−Feに由来するピークが主であり、α−
Fe2O3も少し残留していたが、複酸化物のピークは見
あたらなかった。これは加熱温度が600℃と低温であ
り、雰囲気が水素気流中の還元雰囲気であったためであ
る。
【0077】得られた還元粉末全量に10mm以下の粒
状金属カルシウム547gを混合して、鋼製容器に入
れ、ガス雰囲気炉の中でアルゴンガス雰囲気下1040
℃の温度で30分加熱した後、冷却した。引き続き同じ
炉内に窒素ガスを流しながら450℃で20時間加熱し
た後、冷却した。得られた反応物をイオン交換水中に投
入攪拌し、デカンテーション、上澄み排水、注水、攪拌
を8回繰り返したところ、清澄な上澄み中に合金粉末だ
けが沈降した状態となり、カルシウム分は除去されてい
た。この液を濾過し、固形分を真空乾燥して、サマリウ
ム−鉄−窒素系合金の粉末が得られた。
【0078】得られた合金の組成分布を調べるため、E
PMAでサマリウム原子と鉄原子の濃度分布の観察を行
ったところ、両元素ともに部分により濃度の濃淡が認め
られた。さらに粉末X線回折によると、主相のサマリウ
ム−鉄−窒素系合金の回折ピーク以外に、明確なα−F
eと微弱な同定不能の回折ピークがあった。得られた合
金粉末の磁気特性は、残留磁化9.1KG、保磁力9.
1KOeであった。
【0079】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従い、希
土類元素と遷移金属元素の複酸化物を少なくとも含む原
料混合物を還元拡散することで、組成的にも結晶的にも
均一な希土類遷移金属系合金粉末を得ることができ、こ
の技術を適用した磁性材料の磁気特性は大幅に改善され
る。これは、複酸化物は、還元された時点で既に互いに
拡散しており、直ちに合金が形成されうる。さらに残り
の希土類金属、遷移金属も複酸化物由来の合金への拡散
になるので、単体間の拡散よりも有利であり、結果とし
て短時間で拡散、合金化が終了し、径が小さくかつ組成
の均一な合金粒子ができるためと推定している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に使用する複酸化物を含む原料
のX線回折図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一ノ宮 敬治 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化 学工業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料を還元拡散してR・T系或いはR・
    T・X系合金粉末を得る希土類遷移金属合金粉末の製造
    方法において、Ra・Tb・Ocの組成式で表される複酸
    化物が含まれる原料を使用することを特徴とする希土類
    遷移金属合金粉末の製造方法。但し、ここでRはYを含
    む希土類元素であり、TはFe、Co、Niの群の中か
    ら選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素であり、Xは
    N、B、Cの群の中から選ばれる少なくとも一種の元素
    であり、a、b、cは複酸化物となりうる任意の値であ
    る。
  2. 【請求項2】 前記R・T系或いはR・T・X系の合金
    粉末を得るための還元拡散反応の原料として、Ra・Tb
    ・Ocで表される複酸化物と、目標組成に調整するため
    に加える金属或いは酸化物の組成調製原料を混合した原
    料を使用することを特徴とする請求項1に記載の希土類
    遷移金属合金粉末の製造方法
  3. 【請求項3】 原料を還元拡散してR・T系或いはR・
    T・X系合金粉末を得る希土類遷移金属合金粉末の製造
    方法において、前記原料として、Rの群から選ばれる元
    素の酸化物と、Tの群から選ばれる元素の酸化物もしく
    は金属を、目標組成になるように混合した原料を、70
    0℃以上の温度で加熱してRa・Tb・Ocの組成式で表
    される複酸化物を含む原料を得る工程と、それより後に
    還元拡散を行う工程を有することを特徴とする請求項1
    に記載の希土類遷移金属合金粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】 Ra・Tb・Ocで表される複酸化物は、
    前記原料全体に対し1wt%以上含まれていることを特
    徴とする請求項1乃至3に記載の希土類遷移金属合金粉
    末の製造方法。
JP10138797A 1998-05-20 1998-05-20 希土類遷移金属合金粉末の製造方法 Pending JPH11335708A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006269637A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 希土類−遷移金属−窒素系磁石粉末、その製造方法及びそれを用いたボンド磁石用組成物、並びにボンド磁石
JP2011202225A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Hokkaido Univ 合金粉末製造方法

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