JPWO2015147053A1 - R−t−b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents

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Abstract

式uRwBxGayCuzAlqM(100−u−w−x−y−z−q)Tによって表され、前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、29.5≦u≦32.0、0.86≦w≦0.93、0.2≦x≦1.0、0.3≦y≦1.0、0.05≦z≦0.5、0≦q≦0.1であり、かつ、p=[B]/10.811×14−[Fe]/55.847−[Co]/58.933のとき、p<0の関係を満足するR−T−B系焼結磁石素材を準備する工程と、前記R−T−B系焼結磁石素材を450℃以上470℃以下の温度で4時間以上12時間以下加熱する熱処理工程と、を含むR−T−B系焼結磁石の製造方法である。

Description

本発明は、R−T−B系焼結磁石の製造方法に関する。
14B型化合物を主相とするR−T−B系焼結磁石(Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含む)は、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハイブリッド自動車用、電気自動車用や家電製品用の各種モータ等に使用されている。
R−T−B系焼結磁石は、特にハイブリッド自動車用や電気自動車用モータに使用される場合、高い保磁力HcJ(以下、単に「HcJ」と記載する場合がある)が要求されており、従来、HcJ向上のために、R−T−B系焼結磁石に重希土類元素(主としてDy)が多量に添加されていた。
しかし、重希土類元素、特に、Dyなどは資源存在量が少ないうえ産出地が限定されているなどの理由から供給が安定しておらず、価格が大きく変動するなどの問題を有している。そのため、近年、ユーザーからDyなどの重希土類元素をできるだけ使用することなくBを低下させずにHcJを向上させることが求められている。
特許文献1〜3に、R−T−B系焼結磁石において、B量を一般的に含有されるB量よりも低く(R14B型化合物の化学量論比のB量よりも低く)したうえで、Ga等を添加することにより、Dyなどの重希土類元素をできるだけ使用せず、Bの低下を抑制しつつ、高いHcJを得ることが提案されている。
特許文献1は、通常のR−T−B系合金よりもB量を低くするとともに、Al、Ga、Cuのうちから選ばれる1種以上の金属元素を含有させることによりR17相を生成させ、該R17相を原料として生成させた遷移金属リッチ相(R13M)の体積率を充分に確保することにより、保磁力の高いR−T−B系希土類焼結磁石が得られることが記載されている。
また、特許文献2は、従来のR−T−B系永久磁石の硼素の臨界含有量を下回るとともに、Co、Cu及びGaを含有した合金は従来の合金に比べ同じ残留磁化Bで高い抗磁力HcJを有することが記載されている。
また、特許文献3は、通常のR−T−B系合金よりもB量を低くするとともに、B、Al、Cu、Co、Ga、C、Oの量を所定の範囲にし、さらにBに対するNd及びPr、並びにGaおよびCの原子比がそれぞれ特定の関係を満たすことによって高い残留磁束密度および保磁力が得られることが記載されている。
国際公開第2013/008756号 特表2003−510467号公報 国際公開第2013/191276号
R−T−B系焼結磁石は、通常、高いHcJを得るために、焼結後の焼結磁石に対し、熱処理を行う。生産設備として一般的に用いられるような容量の大きい熱処理炉においては、炉内の位置により昇温速度が異なる場合があることから、大量のR−T−B系焼結磁石素材を熱処理する場合、R−T−B系焼結磁石素材の載置位置によって熱処理温度に到達するまでの時間が異なる場合があり、それに伴い載置位置によって熱処理温度での保持時間が異なる場合がある。例えば、熱処理炉の構造などによっては、載置位置によって熱処理温度での保持時間が2時間程度異なる場合もあり得る。通常、熱処理温度での保持時間は約1時間は必要である。従って、昇温速度が遅く、熱処理温度での保持時間が短い載置位置のR−T−B系焼結磁石素材にも高いHcJを付与するために必要な保持時間(約1時間)を確保し、載置位置によるHcJの変動を抑制するためには3時間以上の熱処理を行う必要がある。
14B型化合物の化学量論比以上のB量を有する一般的なR−T−B系焼結磁石は、図3に示す通り、3時間以上熱処理を行っても、HcJは大きく変動しない。しかし、発明者らが検討の結果、特許文献1〜3に記載されているような一般的なR−T−B系焼結磁石よりもB量を低く(R14B型化合物の化学量論比のB量よりも低く)し、Ga等を添加した組成の焼結磁石は、2時間以上の熱処理を行うとHcJが大きく低下することが分かった。この現象は上述したように、一般的なR−T−B系焼結磁石では見られないものである。その結果、特許文献1〜3に記載の組成の焼結磁石を容量の大きい熱処理炉で大量に処理すると、載置位置よって焼結磁石のHcJが大きく変動してしまう場合がある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、Dyなどの重希土類元素をできるだけ使用せず、高いHcJを得ることができる特許文献1〜3に記載されたような、一般的なR−T−B系焼結磁石よりもB量を低くし、Ga等を添加した組成のR−T−B系焼結磁石において、大量生産時においても熱処理時間によるHcJの変動を抑制して、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石の製造方法の提供を目的とする。
本発明の態様1は、
式uRwBxGayCuzAlqM(100−u−w−x−y−z−q)T(Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含む、MはNbおよび/またはZrであり、u、w、x、y、z、qおよび100−u−w−x−y−z−qは質量%を示す)によって表され、
前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、
29.5≦u≦32.0、
0.86≦w≦0.93、
0.2≦x≦1.0、
0.3≦y≦1.0、
0.05≦z≦0.5、
0≦q≦0.1であり、かつ、
p=[B]/10.811×14−([Fe]/55.847+[Co]/58.933)([B]、[Fe]、[Co]は、それぞれB、Fe、Coの質量%を示す)のとき、
p<0の関係を満足するR−T−B系焼結磁石素材を準備する工程と、
前記R−T−B系焼結磁石素材を450℃以上470℃以下の温度で4時間以上12時間以下加熱する熱処理工程と、
を含むR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
本発明の態様2は、態様1において、
0.3≦x≦0.7、
0.5≦y≦0.7である、R−T−B系焼結磁石の製造方法である。
本発明の態様3は、態様1または態様2において、
前記熱処理工程は、前記R−T−B系焼結磁石素材を450℃以上470℃以下の温度で4時間以上8時間以下加熱するR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
本発明により、特許文献1〜3に記載されたような、一般的なR−T−B系焼結磁石よりもB量を低くし、Ga等を添加した組成のR−T−B系焼結磁石において、大量生産時においても熱処理時間によるHcJの変動を抑制して、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石の製造方法を提供することができる。
試料No.1−3のR−T−B系焼結磁石におけるHcJと熱処理時間の関係を示す説明図である。 試料No.1−1のR−T−B系焼結磁石におけるHcJと熱処理時間の関係を示す説明図である。 一般的なB量を有するR−T−B系焼結磁石におけるHcJと熱処理時間の関係を示す説明図である。
本発明者は、上記問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、前記本発明の態様1に示す、R14B型化合物の化学量論比以上のB量を有する一般的なR−T−B系焼結磁石よりもB量を低くし、Ga等を添加した組成において、Cu量を0.3〜1.0質量%にするとともに450℃以上470℃以下で4時間以上12時間以下の熱処理を行うことにより、大量生産時においても熱処理時間によるHcJの変動を抑制して、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を製造することができることを見出した。
特許文献1は、Cu量が0〜0.31質量%の組成の焼結磁石に対し、800℃と500℃の2段階の熱処理をおこなっているが、熱処理時間についての記載はない。また、特許文献2は、Cu量が0.1〜0.19質量%の組成の焼結磁石に対し、特許文献2の図3や図4に記載されるような熱処理パターンで440℃〜550℃の熱処理を1時間〜2時間行っている。しかし、前記の通り、熱処理の時間が1時間〜2時間と短いため、生産設備として一般的に用いられるような容量の大きい熱処理炉を用いた場合、載置位置よって焼結磁石のHcJが大きく変動する可能性がある。
さらに、特許文献3は、実施例にCu量が0.6質量%の組成の焼結磁石に対し、850℃で1時間及び540℃で2時間の熱処理をおこなっている。しかし、当該熱処理温度は組成に応じた最適な温度とは言えず、そのため、高いHcJが得られないだけでなく、生産設備として一般的に用いられるような容量の大きい熱処理炉を用いた場合、載置位置よって焼結磁石のHcJが大きく変動する可能性がある。
以下、本発明について説明する。以下の説明において、熱処理工程前のR−T−B系焼結磁石を「R−T−B系焼結磁石素材」といい、熱処理工程後のR−T−B系焼結磁石を単に「R−T−B系焼結磁石」という。
[R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程]
R−T−B系焼結磁石素材を準備する工程は、まず、R−T−B系焼結磁石素材が以下に詳述する組成となるようにそれぞれの元素の金属または合金を準備し、ストリップキャスティング法等によりフレーク状の原料合金を作製する。次に、前記フレーク状の原料合金から合金粉末を作製し、前記合金粉末を成形、焼結することによりR−T−B系焼結磁石素材を準備する。合金粉末の作製、成形、焼結は、一例として以下のようにして行う。得られたフレーク状の原料合金を水素粉砕し、例えば1.0mm以下の粗粉砕粉を得る。次に、粗粉砕粉を不活性ガス中でジェットミル等により微粉砕し、例えば粒径D50(気流分散式レーザー回折法による測定で得られる体積中心値(体積基準メジアン径))が3〜5μmの微粉砕粉(合金粉末)を得る。合金粉末は、1種類の合金粉末(単合金粉末)を用いてもよいし、2種類以上の合金粉末を混合することにより合金粉末(混合合金粉末)を得る、いわゆる2合金法を用いてもよく、公知の方法などを用いて本発明の組成となるように合金粉末を作製すればよい。ジェットミル粉砕前の粗粉砕粉、ジェットミル粉砕中およびジェットミル粉砕後の合金粉末に助剤として公知の潤滑剤を添加してもよい。次に得られた合金粉末を磁界中で成形し、成形体を得る。成形は、金型のキャビティー内に乾燥した合金粉末を挿入し、成形する乾式成形法、金型のキャビティー内に分散媒と分散媒中に分散した合金粉末とを含むスラリーを注入し、スラリーの分散媒を排出しながら成形する湿式成形法を含む公知の任意の成形方法を用いてよい。そして、成形体を焼結することによりR−T−B系焼結磁石素材を得る。成形体の焼結は公知の方法を用いることができる。なお、焼結時の雰囲気による酸化を防止するために、焼結は真空雰囲気中または雰囲気ガス中で行うことが好ましい。雰囲気ガスは、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを用いることが好ましい。
なお、上記の説明ではフレーク状の原料合金を用いて合金粉末を得る方法を説明したが、フレーク状の原料合金に代えて、フレーク状以外の形状の鋳造材を含む任意の形態の原料合金を用いてよい。
本発明におけるR−T−B系焼結磁石素材の組成は、
式uRwBxGayCuzAlqM(100−u−w−x−y−z−q)T (1)
(Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含む、MはNbおよび/またはZrであり、u、w、x、y、z、qおよび100−u−w−x−y−z−qは質量%を示す)によって表され、
前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、
29.5≦u≦32.0 (2)
0.86≦w≦0.93 (3)
0.2≦x≦1.0 (4)
0.3≦y≦1.0 (5)
0.05≦z≦0.5 (6)
0≦q≦0.1 (7)
であり、かつ、
p=[B]/10.811×14−([Fe]/55.847+[Co]/58.933) (8)
([B]、[Fe]、[Co]は、それぞれB、Fe、Coの質量%を示す)のとき、
p<0 (9)
の関係を満足する。
本発明のR−T−B系焼結磁石は不可避的不純物を含むことができる。例えば、ジジム合金(Nd−Pr)、電解鉄、フェロボロンなどに通常含有される不可避的不純物を含有していても本発明の効果を奏することができる。不可避的不純物は、例えば、La、Ce、Cr、Mn、Siなどである。
上記組成により、一般的なR−T−B系焼結磁石よりもB量を低くするとともに、Ga等を含有させているので、上述した特許文献1〜3と同様に、粒界にR−T−Ga相(およびR−T−Ga−Cu相)が生成される。その結果、Dyなどの重希土類元素をできるだけ使用せず、高いHcJを得ることができる。
上述の式(1)において、Tの含有量が「(100−u−w−x−y−z−q)」で示されていることからも分かるように、不可避的不純物(Alを除く不可避的不純物)は、Tの含有量の中に含まれる。本発明において、式(1)〜(7)を満足するかどうかの判断は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を用いて、R、B、Ga、Cu、AlおよびM(NbおよびZr)、それぞれの含有量を測定し、u、w、x、y、zおよびqを求め、式「100−u−w−x−y−z−q」によりTの含有量を求めることにより行ってよい。また、式(8)および(9)を満足しているかは、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を用いて、B、FeおよびCo、それぞれの含有量を求めてよい。
本発明のR−T−B系焼結磁石におけるRは、軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr(すなわち、RLは、NdおよびPrを意味し、本発明のR−T−B系焼結磁石はNdおよびPrの少なくとも一方を含んでよい。)、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり(すなわち、RHは、Dy、Tb、GdおよびHoを意味し、本発明のR−T−B系焼結磁石はDy、Tb、GdおよびHoの少なくとも1つを含んでよい。)、RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下である。本発明は重希土類元素を使用しなくても高いBと高いHcJを得ることができるため、より高いHcJを求められる場合でもRHの添加量を削減でき、典型的には2.5質量%以下とすることができる。また、R量(u)は29.5質量%未満では焼結時の液相が不足するために十分に緻密化できないので高いBが得られず、32.0質量%を超えると主相比率が低下してやはり高いBを得ることができない。好ましくは30.0質量%以上31.5質量%以下である。Tは遷移金属元素でありFeを必ず含む。Fe以外の遷移金属元素としては例えばCoが挙げられる。但し、Coの置換量は、2.5質量%以下が好ましく、Coの置換量(含有量)が、10質量%を超えるとBが低下するため好ましくない。さらに少量のV、Cr、Mn、Mo、Hf、Ta、Wなどを含有してもよい。Bはボロンであり、B量は0.86質量%以上0.93質量%以下である。B量(w)が0.86質量%未満ではR17相が析出して高いHcJが得られなかったり主相比率が低下して高いBを得ることができず、0.93質量%を超えるとR−T−Ga相が少なくなり高いHcJが得られない。好ましくは0.88質量%以上0.91質量%以下である。
Ga量(x)は、0.2質量%以上1.0質量%以下である。Gaの含有量が0.2質量%未満であると、R−T−Ga相の生成量が少なすぎて、R17相を消失させることができず、高いHcJを得ることができない恐れがある。Gaの含有量が1.0質量%を超えると、不要なGaが存在することになり、主相比率が低下してBが低下する恐れがある。好ましいGaの含有量は0.3質量%以上0.7質量%以下である。
Cu量(y)は、0.3質量%以上1.0質量%以下である。Cu量を本発明の範囲とし、後述する特定範囲の温度と時間で熱処理を行うことで、熱処理時間によるHcの変動を抑制することができる。Cu量(y)が0.3質量%未満のときは、熱処理時間によるHcJの変動を抑制することができず、上述したように生産設備として一般的に用いられるような容量の大きい熱処理炉を用いた場合、載置位置よってR−T−B系焼結磁石のHcJが大きく変化する。Cu量が1.0質量%を超えると、不要なCuが存在することになり、主相比率が低下してBが低下する恐れがある。好ましいCu量は、0.5質量%以上0.7質量%以下である。
Al量(z)は、0.05質量%以上0.5質量%以下である。Alを含有することにより、HcJを向上させることができる。Alは不可避的不純物として含有されてもよいし、積極的に添加して含有させてもよい。不可避的不純物で含有される量と積極的に添加した量の合計で0.05質量%以上0.5質量%以下含有させる。
また、一般的に、R−T−B系焼結磁石において、Nbおよび/またはZrを含有することにより焼結時における結晶粒の異常粒成長が抑制されることが知られている。本発明においても、Nbおよび/またはZrを合計で0.1質量%以下含有してもよい(すなわち、NbおよびZrの少なくとも一方を含有してよく、Nb量およびZr量の合計で0.1質量%以下である。)。Nbおよび/またはZrの含有量が合計で0.1質量%を超えると不要なNbやZrが存在することにより、主相比率が低下してBが低下する恐れがある。
さらに、本発明におけるR−T−B系焼結磁石素材の組成は、一般的なR−T−B系焼結磁石よりもB量を低くする。一般的なR−T−B系焼結磁石は、主相であるR14B相以外に軟磁性相であるR17相が析出しないよう([B]/10.811(Bの原子量)×14)が([Fe]/55.847(Feの原子量)+[Co]/58.933(Coの原子量))を下回らない組成となっている。本発明のR−T−B系焼結磁石は、一般的なR−T−B系焼結磁石と異なり、([B]/10.811(Bの原子量)×14)が([Fe]/55.847(Feの原子量)+[Co]/58.933(Coの原子量))を下回るようにp=[B]/10.811×14−[Fe]/55.847−[Co]/58.933([B]、[Fe]、[Co]は、それぞれB、Fe、Coの質量%を示す)のとき、p<0となる組成とし、且つGa、Cuを含むことでR−T−Ga相やR−Ga相やR−Ga−Cu相を析出させる。これにより、Dyなどの重希土類元素をできるだけ使用せず、高いHcJを得ることができる。なお、図3に記載の組成は、([B]/10.811(Bの原子量)×14)が([Fe]/55.847(Feの原子量)+[Co]/58.933(Coの原子量))を下回らない組成(p>0)となっている。
本発明において、R−T−Ga相とは、R含有量が15質量%以上65質量%以下、T含有量が20質量%以上80質量%以下、Ga含有量が2質量%以上20質量%以下の組成を有するものであって、代表的にはLaCo11Ga型結晶構造を有する化合物であり、具体的にはR13−αGa1+α化合物である。なお、R−T−Ga相は、R−T−B系焼結磁石中にAlやCu、Siが含有される場合R13(Ga1-x-y-zCuAlSi1+α化合物になっている可能性がある。
[熱処理工程]
得られたR−T−B系焼結磁石素材を、450℃以上470℃以下の温度で4時間以上12時間以下加熱する。本発明の範囲で熱処理を行うことで、高いHcJが得られるとともに、熱処理時間によるHcJの変動を抑制することができる。熱処理温度や時間が本発明の範囲からはずれると、高いHcJが得られなかったり、熱処理時間が長すぎて生産性が低下する。特に熱処理時間が4時間未満であると、熱処理炉の記載位置によりHcJが変動する恐れがあり、さらに、高いHcJが得られない恐れもある。また熱処理時間が8時間を超えると生産効率が低下し、さらに、HcJが低下する恐れがある。好ましくは4時間以上8時間以下である。熱処理時間によるHcJの変動幅をよりいっそう抑制し、高いHcJを得ることができるからである。
好ましくは、熱処理工程前のR−T−B系焼結磁石素材に対して、600℃以上1020℃以下の加熱処理を行った後に、上記熱処理工程を行う。前記加熱処理を行うことにより、より高いHcJを得ることができる。
さらに、前記加熱処理および前記熱処理工程は、焼結後に連続的に行ってもよい。例えば、成形体を1100℃で焼結後、460℃まで冷却した後、つづけて、460℃で6時間保持して熱処理工程を行ったり、成形体を1100℃で焼結後、800℃まで冷却した後、つづけて、800℃で2時間保持して加熱処理を行い、その後460℃まで冷却した後、さらにつづけて、460℃で6時間保持して熱処理工程を行ってもよい。
得られた焼結磁石に磁石寸法の調整のため、研削などの機械加工を施してもよい。その場合、熱処理は機械加工前でも機械加工後でもよい。さらに、得られた焼結磁石に、表面処理を施してもよい。表面処理は、公知の表面処理で良く、例えばAl蒸着や電気Niめっきや樹脂塗装などの表面処理を行うことができる。
本発明の実施形態の例として説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
<実験例1>
Ndメタル、Prメタル、電解Co、Alメタル、Cuメタル、Gaメタル、電解鉄(いずれも純度99%以上)およびフェロボロン合金を用いて、焼結後の組成が表1の組成となるように配合し、それらの原料を溶解してストリップキャスト法により鋳造し、厚み0.2〜0.4mmのフレーク状の原料合金を得た。得られたフレーク状の原料合金を水素加圧雰囲気で水素脆化させた後、550℃まで真空中で加熱、冷却する脱水素処理を施し、粗粉砕粉を得た。次に、得られた粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉100質量%に対して0.04質量%添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径D50が4.0〜4.6μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。なお、本検討では、粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度は50ppm以下とすることにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.1質量%前後となるようにした。なお、粒径D50は、気流分散式レーザー回折法による測定で得られる体積中心値(体積基準メジアン径)である。
前記微粉砕粉を油に分散させてスラリーを作製した。そして、金型のキャビティー内にスラリーを注入し、油を排出しながら成形する湿式成形法により成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交する、いわゆる直角磁界成形装置(横磁界成形装置)を用いた。
得られた成形体に対し脱油処理を行った後、真空中、1040℃〜1070℃で4時間焼結した後急冷し、R−T−B系焼結磁石素材を得た。
R−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m 以上であった。得られたR−T−B系焼結磁石素材の成分、ガス分析(O(酸素)、N(窒素)、C(炭素))の結果を表1に示す。なお、表1における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)を使用して測定した。また、O(酸素)はガス融解−赤外線吸収法、N(窒素)はガス融解−熱伝導法、C(炭素)は燃焼−赤外線吸収法によるガス分析装置を使用して測定した。また、表1において、Nd、Prの量を合計した値がR量(u)である。以下の全ての表も同様である。また、表1には「q」を記載していないが、Nb量とZr量の合計がM量(q)である(後述する表7、13および19も同じ)。
Figure 2015147053
得られたR−T−B系焼結磁石素材を加熱し、真空中にて800℃で2時間保持した後室温まで冷却し、次いで真空中で表2〜表6に記載の条件で熱処理した後室温まで冷却した。すなわち、素材No.1−1は、表2の熱処理条件(熱処理温度、熱処理時間)で、素材No.1−2は、表3の熱処理条件で、同様に、素材No.1−3〜1−5は、表4〜表6の熱処理条件でそれぞれ熱処理を行った。この際、表2〜表6に記載の条件での熱処理は容量の小さな実験用の熱処理炉でおこなっており、昇温時の試料温度の遅れはほとんど起こらないため、記載の熱処理時間は実際にR−T−B系焼結磁石素材が熱処理温度で保持された時間に相当する。熱処理後のR−T−B系焼結磁石に機械加工を施し、縦7mm、横7mm、厚み7mmの試料を作製し、3.2MA/mのパルス磁界で着磁した後、B−Hトレーサによって各試料のB及びHcJを測定した。測定結果を表2〜表6に示す。なお、熱処理後のR−T−B系焼結磁石の組成は表1に示すR−T−B系焼結素材の組成と同様(実質的に同じ)であることを高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)により分析し確認した。
さらに、表2(素材No.1−1)〜表6(素材No.1−5)についてHcJの変動幅を求めた。HcJの変動幅はつぎのようにして求める。まず、各表(各素材No.)における熱処理温度および熱処理時間のうち、HcJが一番高い最適な温度、時間を基準とする。次に、前記最適な温度における4時間〜12時間の熱処理時間で、HcJが一番低い値と基準のHcJの値との差を求め、その差をHcJの変動幅として求める。表中の△HcJは、この差を示している。なお、以下いずれの実験例も4時間〜12時間全ての熱処理時間で実験を行ってはいないため、4時間〜12時間の範囲内で実験した測定結果の中で、HcJが一番低い値を使用して、前記基準との差を求めている。例えば、表2(素材No.1−1)において、HcJが一番高い最適な温度、時間は、比較例7(1450kA/m)である。比較例7の温度(480℃)を基準として、比較例7の温度における4時間〜12時間の熱処理時間の範囲でHcJが一番低い値は、比較例8(熱処理時間:4時間、HcJ:1360kA/m)である。比較例8と基準(比較例7)の差を求めると、HcJの変動幅は、90kA/mとなる。同様にして表3(素材No.1−2)〜表6(素材No.1−5)についても求めた。HcJの変動幅を求めるのに使用した比較例、実施例には下線が引いてある。また、本発明では、生産上問題ない範囲として、HcJの変動幅が60kA/m以下をHcJの変動幅が抑制されているとして本発明とする。
Figure 2015147053
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Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
本発明の組成の条件を満足しているR−T−B系焼結磁石(素材No.1−2、1−3、1−4、1−5)は、表3〜表6に示すように、本発明の熱処理時間、熱処理温度において、HcJの変動幅が17〜57kA/mと、60kA/mより小さい。なお、表3〜表6のHcJの変動幅は、上述したように、HcJが一番高い最適な温度を基準として求めているが、それ以外の本発明の熱処理温度、熱処理時間においても、HcJの変動幅は60kA/mより小さい。(例えば、実施例4〜6(450℃)のHcJ変動幅は、20kA/mであり、実施例10〜13(470℃)のHcJ変動幅は、52kA/mである)これに対し、Cu量が本発明の組成範囲外であるR−T−B系焼結石(素材No.1−1)は、表2に示すように、本発明の熱処理温度、熱処理時間であってもHcJの変動幅が90kA/mと、60kA/mを超えている。さらに、表3〜表6に示すように、本発明の組成の条件を満足していても、本発明の熱処理温度からはずれると、熱処理時間が2時間を超えた場合、HcJが低下している。なお、本発明の熱処理温度から外れていても、熱処理時間が2時間以内であると、高いHcJが得られている場合(例えば、表3の比較例18や表4の比較例31)があるが、熱処理時間が短かすぎるため、生産設備として一般的に用いられるような容量の大きい熱処理炉を用いた場合、炉内の載置位置よってR−T−B系焼結磁石の磁気特性が大きく変動すると考えられる。さらに、補足のため、表4および表2の熱処理時間とHcJの関係について図1および図2に示す。図2に示すように、Cu量が本発明の組成範囲外である素材No.1−1は、HcJの変動幅が大きく、いずれの熱処理温度でも、熱処理時間が2時間を超えるとHcJが急激に低下している。これに対し、本発明の条件を満足している組成(素材No.1−3)は、図1に示すように、HcJの変動幅が抑制されており、更に本発明の温度範囲(450℃〜470℃)では、高いHcJが得られている。
<実験例2>
Ndメタル、Prメタル、電解Co、Alメタル、Cuメタル、Gaメタル、電解鉄(いずれも純度99%以上)およびフェロボロン合金を用いて、焼結後の組成が表7の組成となるように配合し、実験例1と同様の方法で粗粉砕粉を作製した。得られた粗粉砕粉に対し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉100質量%に対して0.04質量%添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径D50が4.0〜4.6μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。このとき粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を制御することにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.1質量%前後となるようにした。なお、粒径D50は、気流分散式レーザー回折法による測定で得られる体積中心値(体積基準メジアン径)である。
前記微粉砕粉を実験例1と同様の方法で成形、焼結し、R−T−B系焼結磁石素材を得た。R−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m 以上であった。得られたR−T−B系焼結磁石素材の成分、ガス分析(O(酸素)、N(窒素)、C(炭素))を実験例1と同様の方法で行った。その結果を表7に示す。
Figure 2015147053
得られたR−T−B系焼結磁石素材を加熱し、真空中にて800℃で2時間保持した後室温まで冷却し、次いで真空中で表8〜表12に記載の条件で熱処理した後室温まで冷却した。すなわち、素材No.2−1は、表8の熱処理条件(熱処理温度、熱処理時間)で、同様に、素材No.2−2〜2−5は、表9〜表12の熱処理条件でそれぞれ熱処理を行った。この際、表8〜表12に記載の条件での熱処理は容量の小さな実験用の熱処理炉でおこなっており、昇温時の試料温度の遅れはほとんど起こらないため、記載の熱処理時間は実際にR−T−B系焼結磁石素材が熱処理温度で保持された時間に相当する。熱処理後のR−T−B系焼結磁石を実験例1と同様の方法でBおよびHcJを測定した。なお、熱処理後のR−T−B系焼結磁石の組成は表7に示すR−T−B系焼結素材の組成と同様(実質的に同じ)であることを高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)により分析し確認した。さらに、実験例1と同様の方法でHcJの変動幅を評価した。測定結果およびHcJの変動幅(△HcJ)を表8〜表12に示す。
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
本発明の組成の条件を満足しているR−T−B系焼結磁石(素材No.2−2、2−3、2−4、2−5)は、表9〜表12に示すように、本発明の熱処理温度、熱処理時間において、HcJの変動幅が6〜33kA/mと、60kA/mより小さい。これに対し、Cu量が本発明の組成範囲外であるR−T−B系焼結石(素材No.2−1)は、表8に示すように、HcJの変動幅が68kA/mと、60kA/mを超えている。さらに、表9〜表12に示すように、本発明の組成の条件を満足していても、本発明の熱処理温度からはずれると、熱処理時間が2時間を超えた場合、HcJが低下している。
<実験例3>
Ndメタル、Prメタル、電解Co、Alメタル、Cuメタル、Gaメタル、電解鉄(いずれも純度99%以上)およびフェロボロン合金を用いて、焼結後の組成が表13の組成となるように配合し、実験例1と同様の方法で粗粉砕粉を作製した。得られた粗粉砕粉に対し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉100質量%に対して0.04質量%添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径D50が4.1〜4.7μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。このとき粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を制御することにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.1質量%前後となるようにした。なお、粒径D50は、気流分散式レーザー回折法による測定で得られる体積中心値(体積基準メジアン径)である。
前記微粉砕粉を実験例1と同様の方法で成形、焼結し、R−T−B系焼結磁石素材を得た。R−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m 以上であった。得られたR−T−B系焼結磁石素材の成分、ガス分析(O(酸素)、N(窒素)、C(炭素))を実験例1と同様の方法で行った。その結果を表13に示す。
Figure 2015147053
得られたR−T−B系焼結磁石素材を加熱し、真空中にて800℃で2時間保持した後室温まで冷却し、次いで真空中で表14〜表18に記載の条件で熱処理した後室温まで冷却した。すなわち、素材No.3−1は、表14の熱処理条件(熱処理温度、熱処理時間)で、同様に、素材No.3−2〜3−5は、表15〜表18の熱処理条件でそれぞれ熱処理を行った。この際、表14〜表18に記載の条件での熱処理は容量の小さな実験用の熱処理炉でおこなっており、昇温時の試料温度の遅れはほとんど起こらないため、記載の熱処理時間は実際にR−T−B系焼結磁石素材が熱処理温度で保持された時間に相当する。熱処理後のR−T−B系焼結磁石を実験例1と同様の方法でBおよびHcJを測定した。なお、熱処理後のR−T−B系焼結磁石の組成は表13に示すR−T−B系焼結素材の組成と同様(実質的に同じ)であることを高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)により分析し確認した。さらに、実験例1と同様の方法でHcJの変動幅を評価した。測定結果およびHcJの変動幅(△HcJ)を表14〜表18に示す。
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
本発明の組成の条件を満足しているR−T−B系焼結磁石(素材No.3−2、3−3、3−4、3−5)は、表15〜表18に示すように、本発明の熱処理温度、熱処理時間において、HcJの変動幅が8〜49kA/mと、60kA/mより小さい。これに対し、Cu量が本発明の組成範囲外であるR−T−B系焼結石(試料No.3−1)は、表14に示すように、HcJの変動幅が102kA/mと、60kA/mを超えている。さらに、表15〜表18に示すように、本発明の組成の条件を満足していても、本発明の熱処理温度からはずれると、熱処理時間が2時間を超えた場合、HcJが低下している。
<実験例4>
Ndメタル、Prメタル、電解Co、Alメタル、Cuメタル、Gaメタル、電解鉄(いずれも純度99%以上)およびフェロボロン合金、フェロニオブ合金、フェロジルコニウム合金を用いて、焼結後の組成が表19の組成となるように配合し、実験例1と同様の方法で粗粉砕粉を作製した。得られた粗粉砕粉に対し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉100質量%に対して0.04質量%添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素気流中で乾式粉砕し、粒径D50が4.0〜4.5μmの微粉砕粉(合金粉末)を得た。このとき粉砕時の窒素ガス中の酸素濃度を制御することにより、最終的に得られる焼結磁石の酸素量が0.1質量%前後となるようにした。なお、粒径D50は、気流分散式レーザー回折法による測定で得られる体積中心値(体積基準メジアン径)である。
前記微粉砕粉を実験例1と同様の方法で成形、焼結し、R−T−B系焼結磁石素材を得た。R−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m 以上であった。得られたR−T−B系焼結磁石素材の成分、ガス分析(O(酸素)、N(窒素)、C(炭素))を実験例1と同様の方法で行った。その結果を表19に示す。
Figure 2015147053
得られたR−T−B系焼結磁石素材を加熱し、真空中にて800℃で2時間保持した後室温まで冷却し、次いで真空中で表20〜表24に記載の条件で熱処理した後室温まで冷却した。すなわち、素材No.4−1は、表20の熱処理条件(熱処理温度、熱処理時間)で、同様に、素材No.4−2〜4−5は、表21〜表24の熱処理条件でそれぞれ熱処理を行った。この際、表20〜表24に記載の条件での熱処理は容量の小さな実験用の熱処理炉でおこなっており、昇温時の試料温度の遅れはほとんど起こらないため、記載の熱処理時間は実際にR−T−B系焼結磁石素材が熱処理温度で保持された時間に相当する。熱処理後のR−T−B系焼結磁石を実験例1と同様の方法でBおよびHcJを測定した。なお、熱処理後のR−T−B系焼結磁石の組成は表19に示すR−T−B系焼結素材の組成と同様(実質的に同じ)であることを高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)により分析し確認した。さらに、実験例1と同様の方法でHcJの変動幅を評価した。測定結果およびHcJの変動幅を表20〜表24に示す。
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
Figure 2015147053
本発明の組成の条件を満足しているR−T−B系焼結磁石(素材No.4−3)は、表22に示すように、本発明の熱処理温度、熱処理時間において、HcJの変動幅が15kA/mと、60kA/mより小さい。これに対し、R量、B量またはGa量が本発明の組成範囲外であるR−T−B系焼結磁石(素材No.4−1はR量が、素材No.4−2はB量が、素材No.4−4および素材No.4−5はGa量がそれぞれ本発明の組成範囲外)は、一般的なR−T−B系焼結磁石よりもB量を低くし(p=[B]/10.811×14−[Fe]/55.847−[Co]/58.933([B]、[Fe]、[Co]は、それぞれB、Fe、Coの質量%を示す)のとき、p<0の関係を満たす)、かつ、Cuがいずれも本発明の範囲内であるため、表20、表21、表23、表24に示すように、HcJの変動幅が15〜34kA/mと、60kA/m以下であるものの、HcJの値が全ての熱処理温度、熱処理時間において、1300kA/m以下であり、HcJが低下している。
本出願は、出願日が2014年3月26日である日本国特許出願、特願第2014-063451号を基礎出願とする優先権主張を伴う。特願第2014-063451号は参照することにより、その全てが本明細書に取り込まれる。
本発明により得られたR−T−B系焼結磁石は、ハイブリッド自動車用、電気自動車用や家電製品用の各種モータなどに好適に利用することができる。

Claims (3)

  1. 式uRwBxGayCuzAlqM(100−u−w−x−y−z−q)T(Rは軽希土類元素RLと重希土類元素RHからなり、RLはNdおよび/またはPr、RHはDy、Tb、GdおよびHoのうち少なくとも一種であり、Tは遷移金属元素でありFeを必ず含む、MはNbおよび/またはZrであり、u、w、x、y、z、qおよび100−u−w−x−y−z−qは質量%を示す)によって表され、
    前記RHはR−T−B系焼結磁石の5質量%以下であり、
    29.5≦u≦32.0、
    0.86≦w≦0.93、
    0.2≦x≦1.0、
    0.3≦y≦1.0、
    0.05≦z≦0.5、
    0≦q≦0.1であり、かつ、
    p=[B]/10.811×14−[Fe]/55.847−[Co]/58.933([B]、[Fe]、[Co]は、それぞれB、Fe、Coの質量%を示す)のとき、
    p<0の関係を満足するR−T−B系焼結磁石素材を準備する工程と、
    前記R−T−B系焼結磁石素材を450℃以上470℃以下の温度で4時間以上12時間以下加熱する熱処理工程と、
    を含むR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  2. 0.3≦x≦0.7、
    0.5≦y≦0.7である、
    請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  3. 前記熱処理工程は、前記R−T−B系焼結磁石素材を450℃以上470℃以下の温度で4時間以上8時間以下加熱する請求項1または2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
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