JPWO2018180891A1 - R−t−b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents
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Abstract
14×[B]/10.8≦[T]/55.85≦14×[B]/10.8×2・・・(1)
[B]、[T]は添加合金粉末中のB、Tの含有量(質量%)である。
Description
R :28.5〜33.0質量%(Rは、希土類元素であり、NdおよびPrの少なくとも一方を含む)、
Co:0.2〜0.9質量%、
B :0.85〜0.91質量%、
Cu:0.05〜0.50質量%、
Ga:0.3〜0.7質量%、および
T :63〜70質量%(Tは、FeとCoであり、上記規定したCo以外はFeである)を含むR−T−B系焼結磁石を製造する方法であって、
R :33〜69質量%、
Co:3.5〜8.5質量%、
B :0.2〜0.8質量%、
Cu:0.8〜3.0質量%、
Ga:1.8〜10質量%、および
T :10〜60質量%(Tは、FeとCoであり、上記規定したCo以外はFeである)を含み下記式(1)を満足する添加合金粉末を準備する工程と、
R :28.5〜33.0質量%、
B :0.91〜1.10質量%、
Ga:0.1〜0.4質量%、および
T :64〜70質量%(TはFeであり、Tの0〜10質量%以上をCoで置換できる)を含む主合金粉末を準備する工程と、
前記添加合金粉末を1〜16質量%と、前記主合金粉末を82〜99質量%とを含む混合合金粉末を準備する工程と、
前記混合合金粉末を成形して成形体を得る工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を得る工程と、
前記焼結体を熱処理する工程と、を含むR−T−B系焼結磁石の製造方法である。
14×[B]/10.8≦[T]/55.85≦14×[B]/10.8×2・・・(1)
ただし、[B]および[T]は、それぞれ、上記添加合金粉末に含まれるBおよびTの質量%で示した含有量である。
前記添加合金粉末は、
R :40〜60質量%、
Co:4.5〜8.1質量%、
B :0.2〜0.7質量%、
Cu:1.5〜2.6質量%、
Ga:3〜8質量%、および
T :20〜50質量%を含むことを特徴とする態様1に記載の製造方法である。
ここで、「主合金粉末」とは、混合時に、混合合金粉末を100質量%としたとき、80質量%以上を占める合金粉末のことを指し、「添加合金粉末」とは、主合金粉末以外の後述する本発明の実施形態に記載するような添加合金粉末の組成範囲を有する合金粉末のことを指す。本発明者らは、検討を重ねた結果、添加合金粉末と主合金粉末の組成、特にB量、Ga量およびCo量をそれぞれ所定量に調節することにより、R2T17相、R−T−Ga相、R−Ga相及びR−Cu−Ga相の生成量を調整することが可能であることを知見した。
R−T−Ga相、R−Ga相及びR−Cu−Ga相の生成状態をより詳細に分析した結果、二粒子粒界にR−Ga相及びR−Cu−Ga相が生成するのは主に焼結後の熱処理時であることが分かった。その一方、R−T−Ga相は焼結前の原料合金及び焼結後の熱処理時いずれでも生成し得ることが分かったが、焼結前の原料合金に存在するR−T−Ga相は、二粒子粒界のR−Ga相及びR−Cu−Ga相の生成にほとんど寄与しないことが分かった。
そのため、最終的に得られる焼結磁石の二粒子粒界に、所望量のR−Ga相及びR−Cu−Ga相を確保しつつR−T−Ga相の量を低減するためには、原料合金に存在するR−T−Ga相の量を可能な限り低減することが重要であると考えられる。このような知見に基づいて、本発明者らは、添加合金粉末および主合金粉末の組成を検討した。
本発明の実施形態に係るR−T−B系焼結磁石(単に「焼結磁石」と記載する場合がある)は、
R :28.5〜33.0質量%(Rは、希土類元素であり、NdおよびPrの少なくとも一方を含む)、
Co:0.2〜0.9質量%、
B :0.85〜0.91質量%、
Cu:0.05〜0.50質量%、
Ga:0.3〜0.7質量%、および
T :63〜70質量%、
を含むR−T−B系焼結磁石である。
R−T−B系焼結磁石に含まれる各組成について詳述する。
焼結磁石のRは希土類元素を意味する。ここでは、一種以上の希土類元素を含み、NdおよびPrの少なくとも一方を含む。Rの含有量(R量)は、28.5〜33.0質量%である。Rが28.5質量%未満であると焼結時の緻密化が困難となるおそれがあり、33.0質量%を超えると主相比率が低下して高いBrを得られないおそれがある。
R量は、好ましくは29.0〜31.5質量%である。Rがこのような範囲であれば、より高いBrを得ることができる。
焼結磁石のCoの含有量(Co量)は、0.2〜0.9質量%である。Co量が0.2質量%未満及び0.9質量%を超えると、焼結磁石のHcJが低下するおそれがある。
焼結磁石のBの含有量(B量)は、0.85〜0.91質量%である。B量が0.85質量%未満であるとR2T17相が生成されて高いHcJが得られないおそれがあり、0.91質量%を超えるとR−T−Ga相の生成量が少なすぎて高いHcJが得られないおそれがある。
焼結磁石のCuの含有量(Cu量)は、0.05〜0.50質量%である。Cu量が0.05質量%未満であると高いHcJを得ることができないおそれがあり、0.50質量%を超えると焼結性が悪化して高いHcJが得られないおそれがある。
Cu量は、好ましくは0.1〜0.3質量%である。
焼結磁石のGaの含有量(Ga量)は、0.3〜0.7質量%である。Ga量が0.3質量%未満であると、R−T−Ga相の生成量が少なすぎて、R2T17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おそれがあり、0.7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Brが低下するおそれがある。
焼結磁石のTは、遷移金属元素のうち少なくとも1種であり、FeとCoを必ず含む。Tの含有量(T量)は、63.0質量%〜70質量%である。Tの含有量が63.0質量%未満又は70質量%を超えると、大幅にBrが低下する恐れがある。
なお、上述の通り、T量のうち0.2〜0.9質量%はCoであるので、Fe量の下限は62.1質量%(63−0.9質量%)であり、上限は69.8質量%(70−0.2質量%)である。
さらに、本発明の実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、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としてCr、Mn、Si、La、Ce、Sm、Ca、Mgなどを含有することができる。さらに、製造工程中に混入する不可避的不純物として、O(酸素)、N(窒素)およびC(炭素)などを例示できる。また、本発明の実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、1種以上の他の元素(不可避的不純物以外の意図的に加えた元素)を含んでもよい。例えば、このような元素として、少量(各々0.1質量%程度)のAg、Zn、In、Sn、Ti、Ge、Y、H、F、P、S、V、Ni、Mo、Hf、Ta、W、Nb、Zrなどを含有してもよい。また、上述した不可避的不純物として挙げた元素を意図的に加えてもよい。このような元素は、合計で例えば1.0質量%程度含まれてもよい。この程度であれば、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を得ることが十分に可能である。
上述した本実施形態に係る組成を有するR−T−B系焼結磁石は、主合金粉末と添加合金粉末とを用いて、ブレンド法により製造することができる。具体的には、本発明の実施形態に係るR−T−B系焼結磁石の製造方法は、以下の工程を含む。
(1)添加合金粉末を準備する工程
(2)主合金粉末を準備する工程
(3)混合合金粉末を準備する工程
(4)混合合金粉末を成形して成形体を得る工程
(5)成形体を焼結して焼結体を得る工程
(6)焼結体を熱処理する工程
各工程について詳述する。
この工程では、焼結磁石の製造に使用する添加合金粉末を準備する。
後述する所定の組成からなる添加合金粉末を、既知のR−T−B系焼結磁石の製造方法と同様の方法により製造することができる。例えば、金型鋳造によるインゴット法や、冷却ロールを用いて合金溶湯を急冷するストリップキャスト法等により、フレーク状の合金鋳片を作製する。得られたフレーク状の合金鋳片を水素粉砕し、粗粉砕粉(添加合金の粗粉末)のサイズを例えば1.0mm以下とする。次に、添加合金の粗粉末をジェットミル等により微粉砕することで、例えば粒径D50(気流分散式によるレーザー回折法で得られた体積基準メジアン径)が3〜10μmの微粉砕粉(添加合金粉末)を得る。なお、ジェットミル粉砕前の粗粉砕粉、ジェットミル粉砕中及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使用してもよい。
R :33〜69質量%、
Co:3.5〜8.5質量%、
B :0.2〜0.8質量%、
Cu:0.8〜3.0質量%、
Ga:1.8〜10質量%、および
T :10〜60質量%(Tは、FeとCoであり、上記規定したCo以外はFeである)
14×[B]/10.8≦[T]/55.85≦14×[B]/10.8×2・・・(1)
ただし、[B]および[T]は、それぞれ、上記添加合金粉末に含まれるBおよびTの質量%で示した含有量である。
添加合金粉末のRの含有量(R量)は、33〜69質量%である。R量が33質量%未満であると、R2T14B化学量論組成に対して相対的にR量が少なすぎるため、R−Ga相及びR−Ga−Cu相が生成され難くなる恐れがある。R量が69質量%を超えると、R量が多すぎるため、Rの酸化の問題が発生して、磁気特性の低下や発火の危険等を招き、生産上問題となるおそれがある。
R量は、好ましくは40〜60質量%である。
添加合金粉末のCoの含有量(Co量)は3.5〜8.5質量%である。添加合金粉末に含まれるCoを3.5〜8.5質量%にすることにより、添加合金粉末におけるR−T−Ga相の生成を抑制することができる。添加合金粉末のCo量が3.5質量%未満又は8.5質量%を超えると添加合金におけるR−T−Ga相が多く生成され、最終的に得られた焼結磁石のHcJが低下する。 Coの含有量は、好ましくは4.5〜8.1質量%である。
添加合金粉末のBの含有量(B量)は、0.2〜0.8質量%であり、且つ式(1)満足する。Bは、RおよびTと反応して、主相であるR2T14B型化合物を生成するのに必要な元素である。B量が0.2質量%未満であると、R2T14B型化合物の生成量が少なく、添加合金粉末中にR2T17相が生成される。そのため、最終的に得られる焼結磁石のHcJが低下する。B量が0.8質量%を超えると、主合金粉末中のB量を低減させなくてはならず、主合金粉末中にR2T17相が生成されて、最終的に得られる焼結磁石のHcJが低下するおそれがある。
B量は、好ましくは0.2〜0.7質量%である。
添加合金粉末のCuの含有量(Cu量)は、0.8〜3.0質量%である。Cu量が0.8質量%未満であると、最終的に得られる焼結磁石のCu量が不足して、HcJが低下するおそれがある。Cu量が3.0質量%を超えると、添加合金粉末と主合金粉末とを含む混合合金粉末の焼結性が悪化して、焼結磁石のHcJが低下するおそれがある。
Cuの含有量は、好ましくは1.5〜2.6質量%である。
添加合金粉末のGaの含有量は、1.8〜10質量%である。Ga量が1.8質量%未満であると、主合金粉末中のGa量を増加させなくてはならず、主合金粉末中にR−T−Ga相が生成されて、最終的に得られる焼結磁石のHcJが低下するおそれがある。10質量%を超えると、添加合金粉末中にR−T−Ga相が生成されて、最終的に得られる焼結磁石のHcJが低下するおそれがある。
Gaの含有量は、好ましくは3〜8質量%である。
添加合金粉末のTの含有量は10〜60質量%であり、且つ式(1)を満足する。なお、上述の通り、添加合金粉末のT量のうち3.5〜8.5質量%はCoであるので、Fe量の下限は1.5質量%(10−8.5質量%)であり、上限は56.5質量%(60−3.5質量%)である。
T量は、好ましくは20〜50質量%である。
14×[B]/10.8≦[T]/55.85≦14×[B]/10.8×2・・・(1)
ただし、[B]および[T]は、それぞれ、上記添加合金粉末に含まれるBおよびTの質量%で示した含有量である。
ここで、「14×[B]/10.8=[T]/55.85」であると、BとTのモル比がほぼ1:14となり、主相であるR2T14B相におけるBとTの化学量論比に一致する。このような状態では、Feのほぼ全量が、R2T14B型化合物を形成していると考えられる。
また、「[T]/55.85=14×[B]/10.8×2」であると、BとTのモル比がほぼ1:28となり、R2T14B相におけるBとTの化学量論比(1:14)に対して、B量が半量となっているといえる。このような状態では、Tのほぼ半量が、R2T14B型化合物を形成していると考えられる。
なお、本発明の実施形態に係るR−T−B系焼結磁石におけるTの主成分はFeであるため、Tのモル比を求める際に、Feの原子量(55.85)を用いた。
添加合金粉末は、不可避的不純物としてCr、Mn、Si、La、Ce、Sm、Ca、Mgなどを含有することができる。さらに、製造工程中に混入する不可避的不純物として、O(酸素)、N(窒素)およびC(炭素)などを例示できる。また、本発明の実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、1種以上の他の元素(不可避的不純物以外の意図的に加えた元素)を含んでもよい。例えば、このような元素として、少量(各々0.1質量%程度)のAg、Zn、In、Sn、Ti、Ge、Y、H、F、P、S、V、Ni、Mo、Hf、Ta、W、Nb、Zrなどを含有してもよい。また、上述した不可避的不純物として挙げた元素を意図的に加えてもよい。このような元素は、合計で例えば1.0質量%程度含まれてもよい。この程度であれば、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を得ることが十分に可能である。
この工程では、焼結磁石の製造に使用する主合金粉末を準備する。
主合金粉末は、添加合金粉末と同様の方法により製造することができる。例えば、金型鋳造によるインゴット法や、冷却ロールを用いて合金溶湯を急冷するストリップキャスト法等により、フレーク状の合金鋳片を作製する。得られたフレーク状の合金鋳片を水素粉砕し、粗粉砕粉(主合金の粗粉末)のサイズを例えば1.0mm以下とする。次に、主合金の粗粉末をジェットミル等により微粉砕することで、例えば粒径D50(気流分散式によるレーザー回折法で得られた体積基準メジアン径)が3〜10μmの微粉砕粉(主合金粉末)を得る。なお、ジェットミル粉砕前の粗粉砕粉、ジェットミル粉砕中及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使用してもよい。
R :28.5〜33.0質量%、
B :0.91〜1.10質量%、
Ga:0.1〜0.4質量%、および
T :64〜70質量%(TはFeであり、Tの0〜10質量%以上をCoで置換できる)
主合金粉末のRの含有量(R量)は、28.5〜33.0質量%である。R量が28.5質量%未満であると、HcJが低下するおそれがある。R量が33.0質量%を超えると、Brが低下するおそれがある。
主合金粉末のBの含有量(B量)は、0.91〜1.10質量%である。Bは、RおよびTと反応して、主相であるR2T14B型化合物を生成するのに必要な元素である。B量が0.91質量%未満であると、R2T14B型化合物の生成量が少なく、添加合金粉末中にR2T17相が生成されやすくなる。そのため、最終的に得られる焼結磁石のHcJが低下するおそれがある。B量が1.10質量%を超えると、添加合金粉末中のB量を低減させなくてはならず、添加合金粉末中にR2T17相が生成されて、最終的に得られる焼結磁石のHcJが低下するおそれがある。
主合金粉末のGaの含有量(Ga量)は0.1〜0.4質量%である。Ga量が0.1質量%未満であると、R−Ga相及びR−Ga−Cu相の生成量が少なすぎてHcJが低下するおそれがある。Ga量が0.4質量%を超えると、主合金粉末中にR−T−Ga相が生成されて、最終的に得られる焼結磁石のHcJが低下するおそれがある。
主合金粉末のTの含有量(T量)は64〜70質量%である。T量が64質量%未満であるとHcJが急激に低下するおそれがある。T量が70質量%を超えると、R2T17相が生成してHcJが低下するおそれがある。
なお、Tの全量を100質量%としたときに、Tの0〜10質量%をCoで置換してもよい。つまり、Tの全量のうち90〜100質量%がFeであり、0〜10質量%がCoである。
主合金粉末は、不可避的不純物としてCr、Mn、Si、La、Ce、Sm、Ca、Mgなどを含有することができる。さらに、製造工程中に混入する不可避的不純物として、O(酸素)、N(窒素)およびC(炭素)などを例示できる。また、本発明の実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、1種以上の他の元素(不可避的不純物以外の意図的に加えた元素)を含んでもよい。例えば、このような元素として、少量(各々0.1質量%程度)のAg、Zn、In、Sn、Ti、Ge、Y、H、F、P、S、V、Ni、Mo、Hf、Ta、W、Nb、Zrなどを含有してもよい。また、上述した不可避的不純物として挙げた元素を意図的に加えてもよい。このような元素は、合計で例えば1.0質量%程度含まれてもよい。この程度であれば、高いHcJを有するR−T−B系焼結磁石を得ることが十分に可能である。
添加合金粉末と主合金粉末とを混合し、混合合金粉末を準備する。添加合金粉末と主合金粉末は、所望の焼結磁石の組成となるように混合される。例えば、混合合金粉末を100質量%としたとき、添加合金粉末を1〜16質量%と、主合金粉末を82〜99質量%とを含むように混合される。好ましくは、混合合金粉末を100質量%としたとき、添加合金粉末を1〜16質量%と、主合金粉末を84〜99質量%とを混合する。
添加合金粉末の混合量が1質量%未満であると、添加合金粉末が少なすぎて、R−T−Ga相の生成を抑制できずHcJが低下するおそれがある。添加合金粉末の混合量が16質量%を超えると、Brが低下するおそれがある。混合合金粉末は、添加合金の粗粉末と主合金の粗粉末を混合した混合合金粗粉末を粉砕(微粉砕)することにより準備してもよいし、添加合金の粗粉末と主合金の粗粉末を別々に粉砕(微粉砕)して得た添加合金粉末と主合金粉末を混合することにより準備してもよい。
なお、混合合金粉末は、添加合金粉末と主合金粉末だけでなく、別組成の合金粉末を2質量%程度まで含有してもよい。
得られた混合合金粉末を用いて磁界中成形を行い、成形体を得る。磁界中成形は、金型のキャビティー内に乾燥した合金粉末を挿入し、磁界を印加しながら成形する乾式成形法、金型のキャビティー内にスラリー(分散媒中に合金粉末が分散している)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既知の任意の磁界中成形方法を用いてよい。
成形体を焼結することにより焼結体(焼結磁石)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又は不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン等を用いることが好ましい。
得られた焼結磁石に対し、磁気特性を向上させることを目的とした熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度、熱処理時間などは既知の条件を用いることができる。例えば、比較的低い温度(400℃以上600℃以下)のみでの熱処理(一段熱処理)をしてもよく、あるいは比較的高い温度(700℃以上焼結温度以下(例えば1050℃以下))で熱処理を行った後比較的低い温度(400℃以上600℃以下)で熱処理(二段熱処理)をしてもよい。好ましい条件は、730℃以上1020℃以下で5分から500分程度の熱処理を施し、冷却後(室温まで冷却後、または440℃以上550℃以下まで冷却後)、さらに440℃以上550℃以下で5分から500分程度熱処理をすることが挙げられる。熱処理雰囲気は、真空雰囲気あるいは不活性ガス(ヘリウムやアルゴンなど)で行うことが好ましい。
およそ表1の試料No.1に示すR−T−B系焼結磁石の組成となるように各元素を秤量し、ストリップキャスティング法により合金を作製した。得られた各合金を水素粉砕法により粗粉砕し粗粉砕粉を得た。前記粗粉砕粉をジェットミルにより微粉砕し、粒径D50(気流分散法によるレーザー回折法で得られる体積中心値)が4.5μmの微粉砕粉を作製した。前記微粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉100質量部に対して0.05質量部添加、混合した後、磁界中で成形し、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。得られた成形体を、真空中1050℃(焼結による緻密化が十分起こる温度を選定)で4時間焼結し、R−T−B系焼結磁石を得た。焼結磁石の密度は7.5Mg/m3以上であった。焼結後のR−T−B系焼結磁石に、真空中で900℃で2時間保持した後室温まで急冷し、次いで真空中で500℃で2時間保持した後、室温まで冷却する熱処理を施した。得られたR−T−B系焼結磁石の成分の分析結果を表1に示す。
なお、表2の備考欄に記載された「本発明例」とは、本発明の実施形態に規定する要件を満たす実施例であることを意味する。
なお、表4の備考欄に記載された「本発明例」とは、本発明の実施形態に規定する要件を満たす実施例であることを意味する。
Claims (2)
- R :28.5〜33.0質量%(Rは、希土類元素であり、NdおよびPrの少なくとも一方を含む)、
Co:0.2〜0.9質量%、
B :0.85〜0.91質量%、
Cu:0.05〜0.50質量%、
Ga:0.3〜0.7質量%、および
T :63〜70質量%(Tは、FeとCoであり、上記規定したCo以外はFeである)を含むR−T−B系焼結磁石を製造する方法であって、
R :33〜69質量%、
Co:3.5〜8.5質量%、
B :0.2〜0.8質量%、
Cu:0.8〜3.0質量%、
Ga:1.8〜10質量%、および
T :10〜60質量%(Tは、FeとCoであり、上記規定したCo以外はFeである)を含み下記式(1)を満足する添加合金粉末を準備する工程と、
R :28.5〜33.0質量%、
B :0.91〜1.10質量%、
Ga:0.1〜0.4質量%、および
T :64〜70質量%(TはFeであり、Tの0〜10質量%以上をCoで置換できる)を含む主合金粉末を準備する工程と、
前記添加合金粉末を1〜16質量%と、前記主合金粉末を82〜99質量%とを含む混合合金粉末を準備する工程と、
前記混合合金粉末を成形して成形体を得る工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を得る工程と、
前記焼結体を熱処理する工程と、を含むR−T−B系焼結磁石の製造方法。
14×[B]/10.8≦[T]/55.85≦14×[B]/10.8×2・・・(1)
ただし、[B]および[T]は、それぞれ、上記添加合金粉末に含まれるBおよびTの質量%で示した含有量である。 - 前記添加合金粉末は、
R :40〜60質量%、
Co:4.5〜8.1質量%、
B :0.2〜0.7質量%、
Cu:1.5〜2.6質量%、
Ga:3〜8質量%、および
T :20〜50質量%を含むことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
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