JPWO2015147053A1 - R−t−b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
R2T14B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(R2T14B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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
R−T−B系焼結磁石素材の密度は7.5Mg/m3 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)。
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。
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/m3 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。
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/m3 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。
Claims (3)
- 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。 - 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。 - 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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