WO2016093174A1 - R-t-b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents

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三野 修嗣
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an RTB-based sintered magnet (R is a rare earth element and T is Fe or Fe and Co) having an R 2 T 14 B type compound as a main phase.
  • An RTB-based sintered magnet mainly composed of an R 2 T 14 B-type compound is known as the most powerful magnet among permanent magnets, such as a voice coil motor (VCM) of a hard disk drive, It is used for various motors such as motors for hybrid vehicles and home appliances.
  • VCM voice coil motor
  • H cJ the intrinsic coercive force H cJ
  • H cJ the intrinsic coercive force
  • the RTB-based sintered magnet is known to improve H cJ when a part of R in the R 2 T 14 B-type compound phase is substituted with a heavy rare earth element RH (Dy, Tb). .
  • a heavy rare earth element RH Dy, Tb
  • the light rare earth element RL Nd, Pr
  • B r residual magnetic flux density
  • Patent Documents 1 to 4 disclose RH oxides or RH fluorides and various metals M or M alloys. RH and M are efficiently absorbed by the RTB-based sintered magnet by heat treatment in the state where the mixed powder is present on the surface of the RTB-based sintered magnet. A method for increasing H cJ of a B-based sintered magnet is disclosed.
  • Patent Document 1 discloses using a mixed powder of a powder containing M (where M is one or more selected from Al, Cu, and Zn) and an RH fluoride powder.
  • Patent Document 2 discloses RTMAH that becomes a liquid phase at a heat treatment temperature (where M is one or more selected from Al, Cu, Zn, In, Si, P, etc., A is boron or carbon, H Is used, and it is disclosed that a mixed powder of the alloy powder and a powder such as RH fluoride may be used.
  • RM alloy where M is one or more selected from Al, Si, C, P, Ti, etc.
  • M1M2 alloy M1 and M2 are Al, Si, RH oxide is partially reduced by RM alloy or M1M2 alloy during heat treatment by using a mixed powder of RH oxide and one or more powders selected from C, P, Ti, etc. It is disclosed that a large amount of R can be introduced into the magnet.
  • Patent Documents 1 to 4 are notable in that a larger amount of RH can be diffused into the magnet.
  • RH present on the magnet surface cannot be effectively linked to improvement of H cJ , and there is room for improvement.
  • Patent Document 3 uses a mixed powder of RM alloy and RH oxide, but as far as the examples are concerned, the improvement of H cJ due to diffusion of the RM alloy itself is large, and the effect of using RH oxide is slight. Therefore, it seems that the reduction effect of the RH oxide by the RM alloy is not so much exhibited.
  • Patent Documents 1 to 4 have the following problems regarding the presence of the mixed powder containing the RH oxide powder on the magnet surface. That is, in these methods, in the specific disclosure, the magnet is dipped in a slurry in which the mixed powder is dispersed in water or an organic solvent and pulled up (immersion pulling method). In that case, hot air drying or natural drying is performed on the magnet pulled up from the slurry. In addition, instead of immersing a magnet in such a slurry, spraying the slurry onto a magnet is disclosed (spray coating method). However, in the immersion pulling method, the slurry is inevitably biased to the lower part of the magnet due to gravity.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and by reducing the amount of RH present on the magnet surface and effectively diffusing it inside the magnet, RTB -based sintering having high H cJ is achieved.
  • a method of manufacturing a magnetized magnet is provided. Further, the present invention provides a method for producing an RTB -based sintered magnet having a high H cJ without causing a variation in H cJ by performing heat treatment with RH uniformly present on the magnet surface.
  • an RLM alloy (RL is Nd and / or Pr, M) is provided on the surface of the prepared RTB-based sintered magnet.
  • RL is Nd and / or Pr, M
  • RH is Dy and / or Tb
  • the method including the step of performing a heat treatment at a temperature equal to or lower than the sintering temperature of the B-based sintered magnet, at least the RH oxide is present in the state of a sheet-like molded body containing RH oxide powder and a resin component.
  • the RLM alloy contains 50 atomic% or more of RL and has a melting point equal to or lower than the temperature of the heat treatment.
  • the amount of RH in the sheet-like molded article containing the RH oxide powder and the resin component present on the surface of the RTB-based sintered magnet is 0.03 to 0 per 1 mm 2 of the surface. .35 mg.
  • the method includes a step of coating and forming an RLM alloy powder particle layer on a surface of an RTB-based sintered magnet, and disposing a sheet-like molded body containing the RH oxide thereon.
  • a sheet-like molded body including an RLM alloy powder and a resin component is disposed on the surface of an RTB-based sintered magnet, and a sheet-shaped molded body including an RH oxide powder and a resin component is disposed thereon. Including the step of arranging.
  • the method includes a step of arranging a sheet-like molded body containing a mixed powder of RLM alloy powder and RH oxide powder and a resin component on the surface of an RTB-based sintered magnet.
  • the RLM alloy can reduce the RH oxide with higher efficiency than before and diffuse the RH into the RTB-based sintered magnet.
  • the amount of HcJ can be improved without any variation by the same amount as that of the prior art.
  • (A)-(c) is sectional drawing which shows the example of the arrangement
  • (A)-(c) is a perspective view which shows an example of the process of providing a sheet-like molded object on a sintered magnet.
  • an RLM alloy (RL is Nd and / or Pr, M) is provided on the surface of the prepared RTB-based sintered magnet.
  • RH is Dy and / or Tb
  • at least the RH oxide is present in the form of a sheet-like molded body containing RH oxide powder and a resin component.
  • the RLM alloy contains 50 atomic% or more of RL, and its melting point is lower than the temperature of the heat treatment.
  • the present inventor has proposed a diffusion aid for reducing RH oxide on the surface of an RTB -based sintered magnet and reducing the RH oxide during heat treatment. It was thought that the method of heat-treating them together was effective.
  • an RLM alloy having a specific combination of RL and M (RLM alloy) containing 50 atomic% or more of RL and having a melting point equal to or lower than the heat treatment temperature is present on the magnet surface. It was found that the reducing ability of the RH oxide was excellent.
  • the RH oxide is present in the form of a sheet-like molded body containing the RH oxide powder and the resin component, so that the RH oxide can be uniformly distributed on the magnet surface without being affected by gravity or surface tension.
  • H cJ the improvement of H cJ .
  • the RH oxide can be present uniformly, and the lower surface of the magnet is simultaneously wrapped in a sheet-like molded body, so that there is no inconvenience such as twice coating, It turned out that it can process by a very simple method.
  • a substance containing RH is referred to as a “diffusion agent”, and a substance that reduces the RH of the diffusing agent to a state where it can diffuse is referred to as a “diffusion aid”.
  • RTB-based sintered magnet base material First, in the present invention, an RTB-based sintered magnet base material to be diffused of heavy rare earth element RH is prepared.
  • an RTB-based sintered magnet that is a target of diffusion of the heavy rare earth element RH may be strictly referred to as an RTB-based sintered magnet base material.
  • the term “RTB system sintered magnet” includes such “RTB system sintered magnet base material”.
  • a known material can be used, for example, having the following composition.
  • Rare earth element R 12 to 17 atomic% B (a part of B (boron) may be substituted with C (carbon)): 5 to 8 atomic%
  • Additive element M ′ selected from the group consisting of Al, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Hf, Ta, W, Pb, and Bi At least one kind): 0 to 2 atomic% T (a transition metal element mainly composed of Fe and may contain Co) and inevitable impurities: balance
  • the rare earth element R is mainly a light rare earth element RL (Nd and / or Pr), but may contain a heavy rare earth element.
  • a heavy rare earth element it is preferable that at least one of Dy and Tb is included.
  • the RTB-based sintered magnet base material having the above composition is manufactured by an arbitrary manufacturing method.
  • the diffusion aid As the diffusion aid, RLM alloy powder is used.
  • the RL a light rare earth element having a high effect of reducing the RH oxide is suitable, and the RL is Nd and / or Pr. M is at least one selected from Cu, Fe, Ga, Co, Ni, and Al. Among them, it is preferable to use an Nd—Cu alloy or an Nd—Al alloy because the reducing ability of the RH oxide by Nd is effectively exhibited and the effect of improving H cJ is higher.
  • the RLM alloy uses an alloy containing RL at 50 atomic% or more and having a melting point equal to or lower than the heat treatment temperature.
  • the RLM alloy preferably contains 65 atomic% or more of RL.
  • An RLM alloy having a content ratio of RL of 50 atomic% or more has a high ability of RL to reduce RH oxide, and since the melting point is equal to or lower than the heat treatment temperature, it melts during heat treatment and efficiently reduces RH oxide, The RH reduced at a higher rate diffuses into the RTB -based sintered magnet, and the H cJ of the RTB -based sintered magnet can be improved efficiently even with a small amount.
  • the RLM alloy powder may be present on the magnet surface by applying a slurry prepared by mixing the RLM alloy powder and a binder and / or a solvent such as pure water or an organic solvent, or the RLM alloy powder and resin.
  • the particle size of the RLM alloy powder is preferably 500 ⁇ m or less from the viewpoint of realizing uniform application and ease of forming a sheet-like molded body.
  • the particle size of the RLM alloy powder is preferably 150 ⁇ m or less, and more preferably 100 ⁇ m or less. If the particle size of the RLM alloy powder is too small, it is easy to oxidize. From the viewpoint of preventing oxidation, the lower limit of the particle size of the RLM alloy powder is about 5 ⁇ m.
  • a typical example of the particle size of the RLM alloy powder is 20 to 100 ⁇ m.
  • the diffusing agent powder of RH oxide (RH is Dy and / or Tb) is used. Since the RH oxide powder is equal to or less in mass ratio than the RLM alloy powder, the particle size of the RH oxide powder is preferably small in order to uniformly apply the RH oxide powder. According to the study of the present inventors, the particle size of the RH oxide powder is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, in the size of the aggregated secondary particles. Small ones are about 1 ⁇ m in primary particles.
  • the RH oxide powder as the diffusing agent is disposed on the surface of the magnet together with the RLM alloy powder as the diffusion aid as a sheet-like molded body containing itself and a resin component.
  • a method of disposing a sheet-like molded body containing an RH oxide and a resin component on the magnet surface together with the RLM alloy powder is formed by applying an RLM alloy powder particle layer on the magnet surface and forming the sheet containing the RH oxide thereon. Including arranging the shaped body.
  • this method may include disposing a sheet-like molded body containing the RLM alloy powder and the resin component on the magnet surface, and placing a sheet-like molded body containing the RH oxide powder and the resin component thereon.
  • the method may include disposing a sheet-like molded body containing a mixed powder of RLM alloy powder and RH oxide powder and a resin component on the magnet surface.
  • FIG. 1A shows an RLM alloy powder particle layer 30 formed by applying an RLM alloy powder on the upper surface of an RTB-based sintered magnet 10, on which an RH oxide powder and a resin component are formed.
  • the sheet-like molded object 20 containing these is shown.
  • a sheet-like molded body 20a containing an RLM alloy powder and a resin component is placed on the upper surface of the RTB-based sintered magnet 10, and an RH oxide powder and a resin component are placed thereon.
  • the sheet-like molded object 20b containing is shown. That is, the sheet-like molded body 20 in this example has a laminated structure of the sheet-like molded body 20a and the sheet-like molded body 20b.
  • FIG. 1 (c) shows a state where the sheet-like molded body 20 containing the RLM alloy powder, the RH oxide powder, and the resin component is placed on the upper surface of the RTB-based sintered magnet 10.
  • the RLM alloy powder and the RH oxide powder are typically mixed, but the mixed state does not need to be uniform.
  • the density of the RLM alloy powder and the density of the RH oxide powder in the sheet-like molded body 20 do not have to be uniform in the direction perpendicular to the magnet surface and may have a distribution.
  • the sheet-like molded body 20 is provided on the upper surface of the RTB-based sintered magnet 10, but this is merely an example.
  • One sheet-like molded body 20 may cover the entire RTB-based sintered magnet 10 (including the lower surface and side surfaces) or only a part thereof, or a plurality of sheet-like molded bodies 20 may be sintered. The whole or part of the magnet 10 may be covered.
  • an RTB-based sintered magnet 10 having an upper surface 10a and a lower surface 10b as shown in FIG. 2A will be described as an example.
  • the upper surface 10a and the lower surface 10b of the sintered magnet 10 are described as being flat, but at least one of the upper surface 10a and the lower surface 10b of the RTB-based sintered magnet 10 is It may be a curved surface or may have irregularities or steps.
  • FIG. 2B two sheet-like molded bodies 20 are prepared for one RTB-based sintered magnet 10, and FIG. 2, the two sheet-like molded bodies 20 are brought into contact with the upper surface 10 a and the lower surface 10 b of the RTB-based sintered magnet 10, respectively. And the diffusion heat processing mentioned later is performed in this state.
  • 2A to 2C show only the positional relationship between the two sheet-like molded bodies 20.
  • the RLM alloy powder particle layer 30 is formed by applying the RLM alloy powder to the upper surface of the RTB-based sintered magnet 10.
  • the sheet-like molded body 20 containing the RH oxide powder and the resin component may be placed thereon.
  • a sheet-like molded body 20a containing an RLM alloy powder and a resin component is placed on the upper surface of the RTB-based sintered magnet 10, and a sheet-like molded article containing an RH oxide powder and a resin component thereon.
  • the body 20b may be placed.
  • the sheet-like molded body 20 containing the RLM alloy powder, the RH oxide powder, and the resin component may be placed on the upper surface of the RTB-based sintered magnet 10.
  • the sheet-like molded body can be produced, for example, as follows. That is, the RH oxide powder and / or the RLM alloy powder and the resin component are mixed with a solvent such as water or an organic solvent and applied to a polyethylene terephthalate (PET) film, a polytetrafluoroethylene (fluororesin) film, or the like. And after drying and removing a solvent, it peels from a PET film or a fluororesin film. Thereafter, the sheet-like molded body can be cut according to the size of the magnet surface.
  • a solvent such as water or an organic solvent
  • the resin component is formed on the surface of the RTB-based sintered magnet by thermal decomposition or evaporation at a temperature lower than the melting point of the diffusion aid in the temperature rising process of the heat treatment performed in a state where the sheet-like molded body is in contact with the magnet.
  • the kind of the resin component is not particularly limited, but a binder that is easily soluble in a highly volatile solvent such as polyvinyl acetal resin such as polyvinyl butyral (PVB) is preferable. It is because it becomes easy to obtain a sheet-like molded object by using these.
  • a plasticizer may be added to give flexibility to the sheet-like molded body.
  • the thickness of the sheet-like compact, the ratio of the RH oxide powder and / or the RLM alloy powder and the resin component are not directly related to the improvement of H cJ and are not particularly limited.
  • the amount of the RH oxide powder and / or the RLM alloy powder is more important than the amount of the resin component.
  • the thickness of the sheet-like molded product is preferably 10 to 300 ⁇ m from the viewpoints of ease of sheet forming, ease of placement work, and residual impurities.
  • the ratio of the RH oxide powder and / or the RLM alloy powder to the resin component is preferably 30 to 50% by volume when the total volume is 100% by volume.
  • the sheet-like molded body may be disposed on each surface of the magnet, or a part or all of the magnet may be wrapped with the sheet-shaped molded body.
  • the sheet-like molded body is preferable if it has a sticky surface so that it can be easily placed on the magnet surface.
  • the RLM alloy powder particle layer is formed by coating, a slurry prepared by uniformly mixing the RLM alloy powder and a binder and / or solvent may be applied to the magnet surface and then dried, or the RLM alloy powder may be pure water. Alternatively, the RTB-based sintered magnet may be dipped in a solution dispersed in a solvent such as organic solvent or lifted and dried. Since the coating amount of the RLM alloy powder is not directly related to the degree of improvement in HcJ, there is no problem even if it varies slightly due to gravity or surface tension.
  • the binder and the solvent may be any ones that can be removed from the surface of the RTB-based sintered magnet by thermal decomposition or evaporation at a temperature lower than the melting point of the RLM alloy in the subsequent temperature increase process of the heat treatment. There is no particular limitation.
  • the RLM alloy since the RLM alloy has a melting point lower than the heat treatment temperature, it melts during the heat treatment, and thereby RH reduced with high efficiency diffuses into the RTB-based sintered magnet. It becomes easy to do. Therefore, before the RLM alloy powder and the RH oxide powder are present on the surface of the RTB-based sintered magnet, the surface of the RTB-based sintered magnet is subjected to special pickling or the like. It is not necessary to perform a cleaning process. Of course, it does not exclude performing such a cleaning process.
  • the present invention exists on the surface of the RTB-based sintered magnet by applying a powder (third powder) other than the RLM alloy and RH oxide powder or by being included in a sheet-like molded body. However, it should be noted that the third powder does not hinder the diffusion of RH in the RH oxide into the RTB-based sintered magnet.
  • the mass ratio of the “RLM alloy and RH oxide” powder in the entire powder existing on the surface of the RTB-based sintered magnet is desirably 70% or more.
  • the amount of RH in the sheet-like molded body present on the surface of the RTB-based sintered magnet is preferably 0.03 to 0.35 mg per 1 mm 2 of the magnet surface, and 0.05 to 0.25 mg. More preferably.
  • Heat treatment is performed in a state where the RLM alloy powder and the RH oxide powder are present on the surface of the RTB-based sintered magnet. Since the RLM alloy powder melts after the start of the heat treatment, it is not necessary for the RLM alloy to always maintain a “powder” state during the heat treatment.
  • the atmosphere for the heat treatment is preferably a vacuum or an inert gas atmosphere.
  • the heat treatment temperature is not higher than the sintering temperature of the RTB-based sintered magnet (specifically, for example, 1000 ° C. or lower) and higher than the melting point of the RLM alloy.
  • the heat treatment time is, for example, 10 minutes to 72 hours. Further, after the heat treatment, if necessary, a heat treatment for improving magnetic properties at 400 to 700 ° C. for 10 minutes to 72 hours may be performed.
  • the magnetic properties of the RTB-based sintered magnet after the heat treatment are measured after the surface of the RTB-based sintered magnet is removed by machining.
  • the surface of the B-based sintered magnet base material was further removed by machining by 0.2 mm, and the measurement was performed after measuring 6.5 mm ⁇ 7.0 mm ⁇ 7.0 mm.
  • oxygen was 760 mass ppm
  • nitrogen was 490 mass ppm
  • carbon was 905 mass ppm.
  • a sheet-like molded body containing the RH oxide was produced as follows. First, 50 g of Tb 4 O 7 powder having a particle size of 10 ⁇ m or less, a mixed solvent of ethanol and butanol, and 1 kg of ⁇ 5 mm zirconia balls as media are put into a ball mill, crushed and mixed for 7 hours, and Tb 4 O 7 is 45 wt%. A slurry was prepared. A mixed resin of PVB and a plasticizer is mixed into a slurry so that the Tb 4 O 7 powder is 60% by volume and the mixed resin is 40% by volume, stirred at 50 to 60 ° C. for 15 hours, and then vacuum degassed.
  • a molding slurry was prepared.
  • the prepared molding slurry is thinly spread on a PET film, dried and then peeled off.
  • Example 1 A diffusion aid having the composition shown in Table 1 was prepared.
  • a spherical powder having a particle size of 100 ⁇ m or less prepared by a centrifugal atomization method (particles having a particle size exceeding 100 ⁇ m removed by sieving) was used.
  • the diffusion aid powder and polyvinyl alcohol 5 mass% aqueous solution were mixed with the diffusion aid and polyvinyl alcohol aqueous solution in a weight ratio of 2: 1 to obtain a slurry.
  • This slurry was spread on two surfaces of an RTB-based sintered magnet base material of 7.4 mm ⁇ 7.4 mm and a diffusion aid in the slurry and a diffusion agent in the Tb 4 O 7 sheet or Dy 2 O 3 sheet.
  • the amount in which the mass ratio was the value shown in Table 1 was applied. Specifically, the slurry was applied to the 7.4 mm ⁇ 7.4 mm upper surface of the RTB-based sintered magnet base material and dried at 85 ° C. for 1 hour. Thereafter, the RTB-based sintered magnet base material was turned upside down, and the slurry was similarly applied and dried.
  • the melting point of the diffusion aid shown in this example is the value shown in the binary phase diagram of the RLM alloy.
  • sample 9 in which no RH oxide sheet is arranged, sample 10 in which only a 50 ⁇ m Tb 4 O 7 sheet is arranged without applying a slurry containing a diffusion aid, Sample 11 in which only the Dy 2 O 3 sheet was arranged was also prepared.
  • RTB-based sintered magnet base materials were placed on a Mo plate, accommodated in a processing container, and covered. This lid does not prevent the gas from entering or leaving the container.
  • This was accommodated in a heat treatment furnace and heat-treated at 900 ° C. for 4 hours in an Ar atmosphere of 100 Pa.
  • the heat treatment was carried out under the above conditions after the temperature was raised while evacuating from room temperature and the atmospheric pressure and temperature reached the above conditions. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, and then the Mo plate was taken out to collect the RTB-based sintered magnet.
  • the recovered RTB-based sintered magnet was returned to the processing vessel and housed again in a heat treatment furnace, and heat treatment was performed at 500 ° C. for 2 hours in a vacuum of 10 Pa or less. This heat treatment was also performed under the above conditions after the temperature was raised while evacuating from room temperature and the atmospheric pressure and temperature reached the above conditions. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, and the RTB-based sintered magnet was recovered.
  • Each surface of the obtained RTB-based sintered magnet was removed by machining by 0.2 mm to obtain samples 1 to 11 of 6.5 mm ⁇ 7.0 mm ⁇ 7.0 mm.
  • Magnetic characteristics of Samples 1 to 11 obtained were measured by the B-H tracer was determined the amount of change in H cJ and B r for R-T-B based sintered magnet base material ([Delta] H cJ and .DELTA.B r). The results are shown in Table 2.
  • Example 3 A diffusion aid having the composition shown in Table 5 was used and applied such that the mass ratio of the diffusion aid to the diffusion agent was the value shown in Table 5, and the RH oxide sheets listed in Table 5 were listed in Table 5.
  • Samples 20 to 25 were obtained in the same manner as in Experimental Example 1 except that the same number of sheets were arranged.
  • Sample 23 had the same diffusion aid and diffusing agent and mass ratio as those of Sample 1 (which had a larger diffusing agent than the mass ratio defined in the present invention), which did not give favorable results in Experimental Example 1.
  • Table 5 shows the amount of RH per mm 2 of the RTB-based sintered magnet surface (diffusion surface) in the same ratio of diffusion aid to diffusing agent and mass ratio as those using a diffusion aid of less than atomic%).
  • the sample 25 is obtained by using an RHM alloy as a diffusion aid.
  • the magnetic properties of the samples 20-25 obtained in the same manner as in Experimental Example 1 were measured by B-H tracer was determined the amount of change in H cJ and B r. The results are shown in Table 6. Each table shows the value of Sample 5 as an example for comparison.
  • H cJ could be improved in the same manner as the RTB -based sintered magnet produced by the production method of the present invention.
  • the amount of RH per 1 mm 2 of the surface of the RTB -based sintered magnet (diffusion surface) is larger than that of the RTB -based sintered magnet of the present invention. More RH was required than the invention, and the effect of improving H cJ with a small amount of RH was not obtained.
  • the amount of RH per 1 mm 2 of the sintered magnet surface (diffusion surface) is much larger than that of the RTB -based sintered magnet of the present invention, and in order to improve H cJ equally, more RH than the present invention. The effect of improving H cJ with a small amount of RH was not obtained.
  • Example 4 A diffusion aid having a composition of Nd 70 Cu 30 (atomic%) was applied so that the mass ratio of the diffusion aid to the diffusion agent was 9: 1, and one Tb 4 O 7 sheet having a thickness of 25 ⁇ m was disposed.
  • Samples 26 to 28 were obtained in the same manner as in Experimental Example 1 except that the heat treatment was performed under the conditions shown in Table 7. Magnetic properties of the obtained samples 26-28 the in the same manner as in Experimental Example 1 were measured by B-H tracer was determined the amount of change in H cJ and B r. The results are shown in Table 8.
  • the RTB-based sintered magnet according to the manufacturing method of the present invention has a Br of It was found that H cJ was greatly improved without decreasing.
  • Example 6 A sheet containing the same RH oxide as used in Experimental Example 1 was prepared. Specifically, it is a sheet containing Tb 4 O 7 and Dy 2 O 3 having an RH amount of 0.08 mg per 1 mm 2 .
  • the sheet-like molded object containing RLM alloy powder was produced as follows.
  • RLM alloy powder (diffusion aid) having the composition shown in Table 11 was prepared.
  • the RLM alloy powder is a spherical powder having a particle size of 100 ⁇ m or less (particles having a particle size exceeding 100 ⁇ m removed by sieving) prepared by a centrifugal atomization method.
  • seat of RLM alloy powder was produced similarly to preparation of the sheet-like molded object containing RH oxide so that the mass ratio of RLM alloy powder and RH oxide might become the value of Table 11.
  • the RH oxide sheet and RLM alloy powder sheet prepared were cut to 7.4 mm x 7.4 mm, and the RLM from the magnet side on the two sides of the 7.4 mm x 7.4 mm of the sintered magnet base material.
  • the alloy sheet and the RH oxide sheet were placed in this order. After a small amount of ethanol was sprayed from the upper part, it was dried with hot air with a dryer, and each sheet was brought into close contact with the magnet surface.
  • These RTB-based sintered magnet base materials were heat-treated and processed in the same manner as in Experimental Example 1 to obtain Samples 35 to 37.
  • RLM alloy powder (diffusion aid) having the composition shown in Table 13 was prepared.
  • the RLM alloy powder is a spherical powder having a particle size of 100 ⁇ m or less (particles having a particle size exceeding 100 ⁇ m removed by sieving) prepared by a centrifugal atomization method.
  • the obtained RLM alloy powder, Tb 4 O 7 powder and Dy 2 O 3 powder having a particle size of 20 ⁇ m or less were mixed at a mixing ratio shown in Table 13 to obtain a mixed powder.
  • a sheet of mixed powder was produced in the same manner as in the production of a sheet-like molded body containing RH oxide.
  • a sheet of mixed powder cut to 7.4 mm ⁇ 7.4 mm was placed on two surfaces of 7.4 mm ⁇ 7.4 mm of the R-T-B system sintered magnet base material. After a small amount of ethanol was sprayed from the top of the sheet, it was dried with hot air with a dryer, and each sheet was brought into close contact with the magnet surface.
  • Example 8 A sheet containing the same RH oxide as used in Experimental Example 1 was prepared. Specifically, it is a sheet containing Tb 4 O 7 and Dy 2 O 3 having an RH amount of 0.08 mg per 1 mm 2 . These sheets were cut into two sheets of 7.4 mm ⁇ 30 mm and 7.4 mm ⁇ 6.9 mm.
  • RLM alloy powder having the composition shown in Table 15 was prepared, and a slurry of the RLM alloy powder was obtained in the same manner as in Experimental Example 1. This slurry was applied to the entire surface of the R-T-B system sintered magnet base material in such an amount that the mass ratio of the RLM alloy in the slurry to the RH oxide in the RH oxide sheet was a value shown in Table 15.
  • the method for producing an RTB-based sintered magnet according to the present invention can provide an RTB -based sintered magnet in which HcJ is improved by a smaller amount of heavy rare earth element RH.

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Abstract

R-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上の元素)の粉末と、RH酸化物(RHはDyおよび/またはTb)の粉末とを存在させた状態において、R-T-B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理を行う工程を含む。RLM合金はRLを50原子%以上含み、かつ、前記RLM合金の融点は前記熱処理の温度以下である。熱処理は、RLM合金の粉末とRH酸化物の粉末とが、RLM合金:RH酸化物=9.6:0.4~5:5の質量比率でR-T-B系焼結磁石の表面に存在する状態で行われる。

Description

R-T-B系焼結磁石の製造方法
 本発明は、R214B型化合物を主相として有するR-T-B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)の製造方法に関する。
 R214B型化合物を主相とするR-T-B系焼結磁石は、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ(VCM)や、ハイブリッド車搭載用モータ等の各種モータや家電製品等に使用されている。
 R-T-B系焼結磁石は、高温で固有保磁力HcJ(以下、単に「HcJ」と表記する)が低下するため、不可逆熱減磁が起こる。不可逆熱減磁を回避するため、モータ用等に使用する場合、高温下でも高いHcJを維持することが要求されている。
 R-T-B系焼結磁石は、R214B型化合物相中のRの一部を重希土類元素RH(Dy、Tb)で置換すると、HcJが向上することが知られている。高温で高いHcJを得るためには、R-T-B系焼結磁石中に重希土類元素RHを多く添加することが有効である。しかし、R-T-B系焼結磁石において、Rとして軽希土類元素RL(Nd、Pr)を重希土類元素RHで置換すると、HcJが向上する一方、残留磁束密度Br(以下、単に「Br」と表記する)が低下してしまうという問題がある。また、重希土類元素RHは希少資源であるため、その使用量を削減することが求められている。
 そこで、近年、Brを低下させないようにより少ない重希土類元素RHによってR-T-B系焼結磁石のHcJを向上させることが検討されている。例えば、重希土類元素RHを効果的にR-T-B系焼結磁石に供給し拡散させる方法として、特許文献1~4にRH酸化物またはRHフッ化物と、各種金属MまたはMの合金との混合粉末をR-T-B系焼結磁石の表面に存在させた状態で熱処理することによって、RHやMを効率よくR-T-B系焼結磁石に吸収させて、R-T-B系焼結磁石のHcJを高める方法が開示されている。
 特許文献1には、M(ここでMはAl、Cu、Znから選ばれる1種又は2種以上)を含有する粉末とRHフッ化物の粉末の混合粉末を用いることが開示されている。また、特許文献2には、熱処理温度で液相となるRTMAH(ここでMはAl、Cu、Zn、In、Si、Pなどから選ばれる1種または2種以上、Aはホウ素または炭素、Hは水素)からなる合金の粉末を用いることが開示されており、この合金の粉末とRHフッ化物などの粉末との混合粉末でも良いと開示されている。
 特許文献3、特許文献4では、RM合金(ここでMはAl、Si、C、P、Tiなどから選ばれる1種または2種以上)の粉末またはM1M2合金(M1およびM2はAl、Si、C、P、Tiなどから選ばれる1種または2種以上)の粉末と、RH酸化物との混合粉末を用いることによって熱処理時にRM合金やM1M2合金によりRH酸化物を部分的に還元し、より多量のRを磁石内に導入することが可能であると開示されている。
特開2007-287874号公報 特開2007-287875号公報 特開2012-248827号公報 特開2012-248828号公報
 特許文献1~4に記載の方法は、より多量のRHを磁石内に拡散させることができるという点で注目に値する。しかしながら、これらの方法によれば、磁石表面に存在させたRHを有効にHcJの向上に結びつけることができず、改良の余地がある。特に特許文献3では、RM合金とRH酸化物の混合粉末を用いているが、その実施例を見る限り、RM合金の拡散によるHcJの向上自体が大きく、RH酸化物を用いた効果はわずかであり、RM合金によるRH酸化物の還元効果はあまり発揮されていないと思われる。
 さらに、特許文献1~4に記載の方法においては、RH酸化物の粉末を含む混合粉末を磁石表面に存在させることについて、以下の問題がある。すなわち、これらの方法では、その具体的開示において、上記混合粉末を水や有機溶媒に分散させたスラリーに磁石を浸漬して引き上げている(浸漬引上げ法)。その場合、スラリーから引き上げられた磁石に対して熱風乾燥または自然乾燥を行っている。また、このようなスラリーに磁石を浸漬する代わりに、前記スラリーを磁石にスプレー塗布することが開示されている(スプレー塗布法)。しかしながら、浸漬引上げ法においては、どうしても重力によってスラリーが磁石下部に偏ってしまう。また、スプレー塗布法においては、表面張力によって磁石端部の塗布厚さが厚くなる。いずれの方法もRH酸化物を磁石表面に均一に存在させるのが困難である。その結果、熱処理後のHcJが大きくばらついてしまうという問題が生じる。
 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁石表面に存在させるRHの量を少なくし、かつ効果的に磁石内部に拡散させることによって、高いHcJを有するR-T-B系焼結磁石を製造する方法を提供する。また、RHを磁石表面に均一に存在させて熱処理することにより、HcJの向上がばらつきなく、高いHcJを有するR-T-B系焼結磁石を製造する方法を提供する。
 本発明のR-T-B系焼結磁石の製造方法は、例示的な一態様において、用意したR-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上の元素)粉末と、RH酸化物(RHはDyおよび/またはTb)粉末と、を存在させた状態で前記R-T-B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理する工程を含む方法において、少なくとも前記RH酸化物は、RH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体の状態で存在させる。RLM合金はRLを50原子%以上含み、その融点が前記熱処理の温度以下であり、RLM合金の粉末とRH酸化物の粉末を、RLM合金:RH酸化物=9.6:0.4~5:5の質量比率でR-T-B系焼結磁石の表面に存在させて熱処理を行う。
 好ましい実施形態において、R-T-B系焼結磁石の表面に存在させる前記RH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体中のRHの量が前記表面の1mm2あたり0.03~0.35mgである。
 ある実施形態において、R-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末粒子層を塗布形成し、その上に前記RH酸化物を含むシート状成形体を配置する工程を含む。
 ある実施形態において、R-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置し、その上にRH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置する工程を含む。
 ある実施形態において、R-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末とRH酸化物粉末の混合粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置する工程を含む。
 本発明の実施形態によれば、RLM合金がRH酸化物を従来より高い効率で還元してRHをR-T-B系焼結磁石内部に拡散させることができるので、従来技術よりも少ないRH量で従来技術と同等以上にHcJをばらつきなく向上させることができる。
(a)~(c)は、それぞれ、焼結磁石とシート状成形体との配置関係の例を示す断面図である。 (a)~(c)は、焼結磁石上にシート状成形体を設ける工程の一例を示す斜視図である。
 本発明のR-T-B系焼結磁石の製造方法は、例示的な一態様において、用意したR-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上の元素)粉末と、RH酸化物(RHはDyおよび/またはTb)粉末と、を存在させた状態でR-T-B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理する工程を含む。この方法において、少なくとも前記RH酸化物は、RH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体の状態で存在させる。RLM合金はRLを50原子%以上含み、その融点が前記熱処理の温度以下である。本発明の実施形態において、RLM合金の粉末とRH酸化物の粉末とを、RLM合金:RH酸化物=9.6:0.4~5:5の質量比率でR-T-B系焼結磁石の表面に存在させて熱処理を行う。
 本発明者は、より少ないRHを有効に利用してHcJを向上させる方法として、R-T-B系焼結磁石表面にRH酸化物を、熱処理中にRH酸化物を還元する拡散助剤とともに存在させて熱処理する方法が有効であると考えた。本発明者の検討の結果、特定のRLとMの組み合わせの合金(RLM合金)であって、RLを50原子%以上含み、その融点が熱処理温度以下であるRLM合金が、磁石表面に存在させたRH酸化物の還元能力に優れていることが見出された。さらに、少なくとも前記RH酸化物は、RH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体の状態で存在させることにより、重力や表面張力の影響を受けることなく、磁石表面にRH酸化物を均一に存在させることができ、その結果、HcJの向上のばらつきがないことがわかった。加えて、磁石表面が曲面であってもRH酸化物を均一に存在させることができること、磁石の下面も同時にシート状成形体で包み込んで処理することにより、2回塗布などの煩雑性がなく、非常に簡易な方法で処理できることがわかった。
 なお、本明細書において、RHを含有する物質を「拡散剤」、拡散剤のRHを還元して拡散し得る状態にする物質を「拡散助剤」と称する。
 以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
 [R-T-B系焼結磁石母材]
 まず、本発明では、重希土類元素RHの拡散の対象とするR-T-B系焼結磁石母材を準備する。なお、本明細書では、わかりやすさのため、重希土類元素RHの拡散の対象とするR-T-B系焼結磁石をR-T-B系焼結磁石母材と厳密に称することがあるが、「R-T-B系焼結磁石」の用語はそのような「R-T-B系焼結磁石母材」を含むものとする。このR-T-B系焼結磁石母材は公知のものが使用でき、例えば以下の組成を有する。
 希土類元素R:12~17原子%
 B(B(ボロン)の一部はC(カーボン)で置換されていてもよい):5~8原子%
 添加元素M´(Al、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Pb、およびBiからなる群から選択された少なくとも1種):0~2原子%
 T(Feを主とする遷移金属元素であって、Coを含んでもよい)および不可避不純物:残部
 ここで、希土類元素Rは、主として軽希土類元素RL(Ndおよび/またはPr)であるが、重希土類元素を含有していてもよい。なお、重希土類元素を含有する場合は、DyおよびTbの少なくとも一方を含むことが好ましい。
 上記組成のR-T-B系焼結磁石母材は、任意の製造方法によって製造される。
 [拡散助剤]
 拡散助剤としては、RLM合金の粉末を用いる。RLとしてはRH酸化物を還元する効果の高い軽希土類元素が適しており、RLはNdおよび/またはPrとする。またMはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上とする。中でもNd-Cu合金やNd-Al合金を用いると、NdによるRH酸化物の還元能力が効果的に発揮され、HcJの向上効果がより高いので好ましい。また、RLM合金はRLを50原子%以上含み、かつ、その融点が熱処理温度以下の合金を用いる。RLM合金はRLを65原子%以上含むことが好ましい。RLの含有割合が50原子%以上のRLM合金は、RLがRH酸化物を還元する能力が高く、かつ、融点が熱処理温度以下であるので熱処理時に溶融してRH酸化物を効率よく還元し、より高い割合で還元されたRHがR-T-B系焼結磁石中に拡散して少量でも効率よくR-T-B系焼結磁石のHcJを向上させることができる。RLM合金の粉末を磁石表面に存在させる方法は、RLM合金粉末とバインダーおよび/または純水や有機溶剤などの溶媒を混合して作製したスラリーを塗布してもよいし、RLM合金の粉末と樹脂成分またはRLM合金の粉末とRH酸化物の粉末と樹脂成分を含むシート状成形体として磁石表面に配置してもよい。RLM合金の粉末の粒度は、均一塗布の実現やシート状成形体の成形しやすさの観点から、500μm以下が好ましい。RLM合金の粉末の粒度は150μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。RLM合金粉末の粒度が小さすぎると酸化しやすく、酸化防止の観点から、RLM合金粉末の粒度の下限は5μm程度である。RLM合金の粉末の粒度の典型例は、20~100μmである。
 [拡散剤]
 拡散剤としては、RH酸化物(RHはDyおよび/またはTb)の粉末を用いる。RH酸化物粉末はRLM合金粉末よりも質量比で等しいか少ないため、RH酸化物粉末を均一に塗布するには、RH酸化物粉末の粒度が小さいことが好ましい。本発明者の検討によれば、RH酸化物の粉末の粒度は凝集した2次粒子の大きさにおいて20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。小さいものは1次粒子で数μm程度である。
 [シート状成形体とその配置]
 拡散剤であるRH酸化物の粉末は、それ自身と樹脂成分とを含むシート状成形体として、拡散助剤であるRLM合金粉末とともに磁石表面に配置される。RH酸化物と樹脂成分とを含むシート状成形体をRLM合金粉末と共に磁石表面に配置する方法は、磁石表面にRLM合金粉末粒子層を塗布形成し、その上に前記RH酸化物を含むシート状成形体を配置することを含む。また、この方法は、磁石表面にRLM合金粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体を配置し、その上にRH酸化物粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体を配置することを含み得る。更に、この方法は、磁石表面にRLM合金粉末とRH酸化物粉末の混合粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体を配置することを含み得る。
 図1(a)は、R-T-B系焼結磁石10の上面にRLM合金の粉末が塗布されてRLM合金粉末粒子層30が形成されており、その上にRH酸化物粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体20が置かれた状態を示している。
 図1(b)は、R-T-B系焼結磁石10の上面にRLM合金粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体20aが置かれ、その上に、RH酸化物粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体20bが置かれた状態を示している。すなわち、この例におけるシート状成形体20は、シート状成形体20aおよびシート状成形体20bの積層構造を有している。
 図1(c)は、RLM合金粉末、RH酸化物粉末、および樹脂成分を含むシート状成形体20がR-T-B系焼結磁石10の上面に置かれた状態を示している。この例のシート状成形体20においては、典型的には、RLM合金粉末とRH酸化物粉末とが混合された状態にあるが、混合状態は均一である必要はない。シート状成形体20におけるRLM合金粉末の密度およびRH酸化物粉末の密度は、磁石表面に垂直な方向において、一様である必要はなく分布を持っていてもよい。
 図1に示す例では、シート状成形体20は、R-T-B系焼結磁石10の上面に設けられているが、これは単なる一例に過ぎない。1つのシート状成形体20がR-T-B系焼結磁石10の全体(下面および側面を含む)、または一部のみを覆っていてもよいし、複数のシート状成形体20が焼結磁石10の全体または一部のみを覆っていてもよい。
 次に、図2(a)に示すように上面10aおよび下面10bを有するR-T-B系焼結磁石10を用意した場合を一例として説明する。図では、簡単のため、焼結磁石10の上面10aおよび下面10bを平面であるように記載しているが、R-T-B系焼結磁石10の上面10aおよび下面10bの少なくとも一方は、曲面であってもよいし、凹凸または段差を有していてもよい。
 ここで説明する例においては、図2(b)に示すように、1つのR-T-B系焼結磁石10に対して2枚のシート状成形体20を用意し、図2(c)に示すように、2枚のシート状成形体20を、それぞれ、R-T-B系焼結磁石10の上面10aおよび下面10bに接触させる。そして、この状態で後述する拡散熱処理を行う。なお、図2(a)~(c)においては2枚のシート状成形体20の位置関係のみを示している。この場合においても、図1(a)~(c)に示したように、R-T-B系焼結磁石10の上面にRLM合金の粉末が塗布されてRLM合金粉末粒子層30が形成され、その上にRH酸化物粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体20を置いてもよい。また、R-T-B系焼結磁石10の上面にRLM合金粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体20aが置かれ、その上に、RH酸化物粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体20bを置いてもよい。あるいは、RLM合金粉末、RH酸化物粉末、および樹脂成分を含むシート状成形体20をR-T-B系焼結磁石10の上面に置いてもよい。
 シート状成形体は、例えば、次のようにして作製され得る。すなわち、RH酸化物の粉末および/またはRLM合金粉末と樹脂成分を水や有機溶媒などの溶剤と混合し、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムやポリテトラフルオロエチレン(フッ素樹脂)フィルムなどに塗布する。そして、乾燥して溶剤を除去した後、PETフィルムやフッ素樹脂フィルムから剥離される。その後、シート状成形体は、磁石表面の大きさに合わせて切断され得る。
 樹脂成分は、シート状成形体が磁石に接触した状態で行われる熱処理の昇温過程において、拡散助剤の融点以下の温度で熱分解や蒸発などでR-T-B系焼結磁石の表面から除去される。そのため、樹脂成分の種類は、特に限定されるものではないが、ポリビニルブチラール(PVB)などのポリビニルアセタール樹脂のような揮発性の高い溶媒に易溶であるバインダーが好ましい。これらを用いることでシート状成形体を得るのが容易となるからである。またシート状成形体に可撓性を与えるために可塑剤を添加してもよい。
 シート状成形体の厚さ、RH酸化物の粉末および/またはRLM合金粉末と樹脂成分との割合も、HcJ向上には直接関与するものではなく、特に限定されない。樹脂成分の量よりもRH酸化物の粉末および/またはRLM合金粉末の量が重要である。シート成形のしやすさ、配置作業のしやすさや、不純物残留の観点から、シート状成形体の厚みは10~300μmが好ましい。また、同様の理由から、RH酸化物の粉末および/またはRLM合金粉末と樹脂成分との割合は合計体積を100体積%としたとき、樹脂成分を30~50体積%とすることが好ましい。
 シート状成形体は、磁石の一面ずつに配置してもよいし、シート状成形体で磁石の一部または全部を包んでもよい。シート状成形体はその表面が粘着性を持つものであれば磁石表面に配置しやすく好ましい。また、シート状成形体を磁石表面に配置した後、そのまま熱処理を行っても問題はないが、エタノールなどの溶剤を噴霧して樹脂成分の一部を溶解させ磁石表面に密着させてハンドリングしやすくすることもできる。
 RLM合金粉末粒子層を塗布形成する場合、RLM合金の粉末とバインダーおよび/または溶媒を均一に混合して作製したスラリーを磁石表面に塗布後乾燥してもよいし、RLM合金の粉末を純水や有機溶剤などの溶媒に分散させた溶液にR-T-B系焼結磁石を浸漬して引き上げて乾燥してもよい。RLM合金粉末の塗布量はHcJ向上の程度に直接関与しないため、重力や表面張力によって多少ばらついても問題はない。なお、バインダーや溶媒は、その後の熱処理の昇温過程において、RLM合金の融点以下の温度で熱分解や蒸発などでR-T-B系焼結磁石の表面から除去されるものであればよく、特に限定されない。
 なお、本発明の方法においては、RLM合金はその融点が熱処理温度以下であるため熱処理の際に溶融し、それによって高い効率で還元されたRHがR-T-B系焼結磁石内部に拡散しやすい状態になる。したがって、RLM合金の粉末とRH酸化物の粉末とをR-T-B系焼結磁石の表面に存在させる前にR-T-B系焼結磁石の表面に対して酸洗などの特段の清浄化処理を行う必要はない。もちろん、そのような清浄化処理を行うことを排除するものではない。
 塗布されるかシート状成形体に含まれるRLM合金およびシート状成形体に含まれるRH酸化物のR-T-B系焼結磁石の表面における存在比率(熱処理前)は、質量比率でRLM合金:RH酸化物=9.6:0.4~5:5とする。さらに好ましい存在比率はRLM合金:RH酸化物=9.5:0.5~6:4である。本発明は、RLM合金およびRH酸化物の粉末以外の粉末(第三の粉末)が塗布されたりシート状成形体に含まれるなどしてR-T-B系焼結磁石の表面に存在することを必ずしも排除しないが、第三の粉末がRH酸化物中のRHをR-T-B系焼結磁石の内部に拡散することを阻害しないように留意する必要がある。R-T-B系焼結磁石の表面に存在する粉末の全体に占める「RLM合金およびRH酸化物」の粉末の質量比率は、70%以上であることが望ましい。
 本発明によれば、少ない量のRHで、効率的にR-T-B系焼結磁石のHcJを向上させることが可能である。R-T-B系焼結磁石の表面に存在させるシート状成形体中のRHの量は、磁石表面1mm2あたり0.03~0.35mgであることが好ましく、0.05~0.25mgであることが更に好ましい。
 [拡散熱処理]
 RLM合金の粉末とRH酸化物の粉末とをR-T-B系焼結磁石の表面に存在させた状態で熱処理を行う。なお、熱処理の開始後、RLM合金の粉末は溶融するため、RLM合金が熱処理中に常に「粉末」の状態を維持する必要は無い。熱処理の雰囲気は真空または不活性ガス雰囲気が好ましい。熱処理温度はR-T-B系焼結磁石の焼結温度以下(具体的には例えば1000℃以下)であり、かつ、RLM合金の融点よりも高い温度である。熱処理時間は例えば10分~72時間である。また前記熱処理の後必要に応じてさらに400~700℃で10分~72時間の磁気特性向上のための熱処理を行ってもよい。
 [R-T-B系焼結磁石母材の作製]
 まず、公知の方法で、組成比Nd=13.4、B=5.8、Al=0.5、Cu=0.1、Co=1.1、残部=Fe(原子%)のR-T-B系焼結磁石を作製した。これを機械加工することにより、6.9mm×7.4mm×7.4mmのR-T-B系焼結磁石母材を得た。得られたR-T-B系焼結磁石母材の磁気特性をB-Hトレーサーによって測定したところ、HcJは1035kA/m、Brは1.45Tであった。なお、後述の通り、熱処理後のR-T-B系焼結磁石の磁気特性は、R-T-B系焼結磁石の表面を機械加工にて除去してから測定するので、R-T-B系焼結磁石母材もそれに合わせて、表面をさらにそれぞれ0.2mmずつ機械加工にて除去し、大きさ6.5mm×7.0mm×7.0mmとしてから測定した。なお、別途R-T-B系焼結磁石母材の不純物量をガス分析装置によって測定したところ、酸素が760質量ppm、窒素が490質量ppm、炭素が905質量ppmであった。
 以下、種々の組成のR-T-B系焼結磁石母材を用いた実験例5以外はこのR-T-B系焼結磁石母材を用いて実験を行った。
 [RH酸化物を含むシート状成形体の作製]
 RH酸化物を含むシート状成形体は以下のようにして作製した。まず、粒度10μm以下のTb47粉末50g、エタノールとブタノールの混合溶媒、メディアとしてφ5mmのジルコニアボール1kgをボールミルに投入し、7時間解砕、混合して、Tb47が45重量%となるスラリーを調整した。PVBと可塑剤の混合樹脂を、Tb47粉末が60体積%、前記混合樹脂が40体積%となるようにスラリーに混合し、50~60℃で15時間撹拌した後真空脱泡して成形用スラリーを作製した。作製した成形用スラリーをPETフィルム上に薄く延ばし、乾燥後PETフィルムを剥がして、厚みが50μm(1mm2あたりのTb量=0.14mg、Tb47量=0.18mg)、25μm(1mm2あたりのTb量=0.07mg、Tb47量=0.09mg)、15μm(1mm2あたりのTb量=0.04mg、Tb47量=0.05mg)のTb47シートを作製した。同じ方法で、厚みが50μm(1mm2あたりのDy量=0.14mg)、25μm(1mm2あたりのDy量=0.07mg)のDy23シートも作製した。
 [実験例1]
 表1に示す組成の拡散助剤を用意した。拡散助剤は遠心アトマイズ法によって作製した粒度100μm以下の球状粉末(ふるいにより粒度100μm超の粒子を除去したもの)を用いた。この拡散助剤の粉末とポリビニルアルコール5質量%水溶液を拡散助剤とポリビニルアルコール水溶液を重量比2:1で混合してスラリーを得た。
 このスラリーを、R-T-B系焼結磁石母材の7.4mm×7.4mmの2面に、スラリー中の拡散助剤とTb47シートまたはDy23シート中の拡散剤の質量比が表1の値となる量を塗布した。具体的には、R-T-B系焼結磁石母材の7.4mm×7.4mmの上面にスラリーを塗布し、85℃で1時間乾燥した。その後R-T-B系焼結磁石母材を上下反転させ、同様にスラリーを塗布、乾燥した。なお、以下本実施例で示す拡散助剤の融点は、RLM合金の二元系状態図で示される値を記載する。
 次に、スラリーを塗布、乾燥した磁石表面に7.4mm×7.4mmにカットした表1に記載のTb47シート、Dy23シートを載せ、上部からエタノールを少量噴霧した後ドライヤーで熱風乾燥し、それぞれのシートを磁石表面に密着させた。(サンプル1~8)なお、比較例として、RH酸化物シートを配置していないサンプル9、拡散助剤を含むスラリーを塗布せずに50μmのTb47シートのみを配置したサンプル10、同じくDy23シートのみを配置したサンプル11も用意した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 これらのR-T-B系焼結磁石母材をMo板上に配置し、処理容器に収容して蓋をした。この蓋は容器内外のガスの出入りを妨げるものではない。これを熱処理炉に収容し、100PaのAr雰囲気中、900℃で4時間の熱処理を行った。熱処理は、室温から真空排気しながら昇温し、雰囲気圧力および温度が上記条件に達してから上記条件で行った。その後いったん室温まで降温してからMo板を取り出してR-T-B系焼結磁石を回収した。回収したR-T-B系焼結磁石を処理容器に戻して再び熱処理炉に収容し、10Pa以下の真空中、500℃で2時間の熱処理を行った。この熱処理も室温から真空排気しながら昇温し、雰囲気圧力および温度が上記条件に達してから上記条件で行った。その後いったん室温まで降温してからR-T-B系焼結磁石を回収した。
 得られたR-T-B系焼結磁石の表面をそれぞれ0.2mmずつ機械加工にて除去し、6.5mm×7.0mm×7.0mmのサンプル1~11を得た。得られたサンプル1~11の磁気特性をB-Hトレーサーによって測定し、R-T-B系焼結磁石母材に対するHcJとBrの変化量(ΔHcJとΔBr)を求めた。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2からわかるように、本発明の製造方法によるR-T-B系焼結磁石はBrが低下することなくHcJが大きく向上しているが、本発明で規定する混合質量比率よりも拡散剤が多いサンプル1はHcJの向上は本発明に及ばないことがわかった。また、拡散助剤の層のみのサンプル9、拡散剤のみのサンプル10、11もHcJの向上が本発明に及ばないことがわかった。
 [実験例2]
 表3に示す組成の拡散助剤を使用し、拡散助剤と拡散剤の質量比が表3の値となるように塗布したこと以外は実験例1と同様にしてサンプル12~19、およびサンプル33、34を得た。得られたサンプル12~19、およびサンプル33、34の磁気特性を実験例1と同様にしてB-Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4からわかるように、実験例1で使用した拡散助剤と組成が異なる拡散助剤を使用した場合も、本発明の製造方法によるR-T-B系焼結磁石(サンプル13、14、16~19、33、34)ではBrがほとんど低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。しかしながら、RLM合金の融点が熱処理温度(900℃)を超えるサンプル12、およびRLが50原子%未満の拡散助剤を使用したサンプル15のHcJの向上は本発明に及ばないことがわかった。
 [実験例3]
 表5に示す組成の拡散助剤を使用し、拡散助剤と拡散剤の質量比が表5の値となるように塗布し、RH酸化物シートを表5に記載のものを表5に記載の枚数だけ配置したこと以外は実験例1と同様にしてサンプル20~25を得た。サンプル23は、実験例1において好ましい結果が得られなかったサンプル1(本発明で規定する質量比率よりも拡散剤が多いもの)と同じ拡散助剤と拡散剤、質量比で、R-T-B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量を表5に示す値に増やしたものであり、サンプル24は、実験例2において好ましい結果が得られなかったサンプル15(RLが50原子%未満の拡散助剤を使用したもの)と同じ拡散助剤と拡散剤、質量比で、R-T-B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量を表5に示す値に増やしたものであり、サンプル25は拡散助剤としてRHM合金を用いたものである。得られたサンプル20~25の磁気特性を実験例1と同様にしてB-Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表6に示す。なお、それぞれの表には比較対象の実施例としてサンプル5の値を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表6からわかるように、R-T-B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が表5で示した値となるように、拡散助剤を塗布し、RH酸化物シートを配置した場合にも本発明の製造方法によるR-T-B系焼結磁石ではBrが低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。
 また、本発明で規定する質量比率よりも拡散剤が多いサンプル23では、本発明の製造方法によるR-T-B系焼結磁石と同等にHcJを向上させることができた。しかし、R-T-B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が本発明のR-T-B系焼結磁石よりも大きく、同等にHcJを向上させるためには本発明よりも多くのRHを要し、少量のRHでHcJを向上させるという効果が得られなかった。また、RLが50原子%未満の拡散助剤を使用したサンプル24では、拡散助剤のRLの割合が少ないため、R-T-B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量を増やしても本発明の製造方法によるR-T-B系焼結磁石と同等にHcJを向上させることができなかった。また、拡散助剤としてRHM合金を用いたサンプル25では、本発明の製造方法によるR-T-B系焼結磁石と同等にHcJを向上させることができたが、R-T-B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量が本発明のR-T-B系焼結磁石よりも格段に大きく、同等にHcJを向上させるためには本発明よりも多くのRHを要し、少量のRHでHcJを向上させるという効果が得られなかった。
 [実験例4]
 組成がNd70Cu30(原子%)の拡散助剤を拡散助剤と拡散剤の質量比が9:1となるように塗布し、厚みが25μmのTb47シートを1枚配置し、表7に示す条件で熱処理を行ったこと以外は、実験例1と同様にしてサンプル26~28を得た。得られたサンプル26~28の磁気特性を実験例1と同様にしてB-Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表8に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表8からわかるように、表7で示した様々な熱処理条件で熱処理を行った場合も、本発明の製造方法によるR-T-B系焼結磁石ではBrが低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。
 [実験例5]
 R-T-B系焼結磁石母材を表9に示す組成、焼結温度、不純物量、および磁気特性のものとしたこと以外はサンプル5と同様にしてサンプル29~32を得た。得られたサンプル29~32の磁気特性を実験例1と同様にしてB-Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表10に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 表10からわかるように、表9で示した様々なR-T-B系焼結磁石母材を使用した場合も、本発明の製造方法によるR-T-B系焼結磁石はBrが低下することなくHcJが大きく向上することがわかった。
 [実験例6]
 実験例1で使用したものと同じRH酸化物を含有するシートを準備した。具体的には、1mm2あたりのRH量が0.08mgのTb47およびDy23を含むシートである。
 RLM合金粉末を含むシート状成形体を以下のようにして作製した。
 まず、表11に示す組成のRLM合金粉末(拡散助剤)を用意した。RLM合金粉末は遠心アトマイズ法によって作製した粒度100μm以下の球状粉末(ふるいにより粒度100μm超の粒子を除去したもの)である。
 RH酸化物を含むシート状成形体の作製と同様にして、RLM合金粉末とRH酸化物の質量比が表11の値となるようにRLM合金粉末のシートを作製した。
 用意したRH酸化物シートおよびRLM合金粉末シートを7.4mm×7.4mmにカットしたR-T-B系焼結磁石母材の7.4mm×7.4mmの2面にそれぞれ磁石側からRLM合金シート、RH酸化物シートの順番で載せた。これらの上部からエタノールを少量噴霧した後、ドライヤーで熱風乾燥し、それぞれのシートを磁石表面に密着させた。これらのR-T-B系焼結磁石母材を実験例1と同様に熱処理、加工を行って、サンプル35~37を得た。
 得られたサンプルの磁気特性をB-Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表12に示す。表12から、拡散助剤のシートと拡散剤のシートを用いたサンプルにおいても、HcJが向上していることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 [実験例7]
 表13に示す組成のRLM合金粉末(拡散助剤)を用意した。RLM合金粉末は遠心アトマイズ法によって作製した粒度100μm以下の球状粉末(ふるいにより粒度100μm超の粒子を除去したもの)である。
 得られたRLM合金の粉末と粒度20μm以下のTb47粉末およびDy23粉末を表13に示す混合比で混合し、混合粉末を得た。この混合粉末を使用し、RH酸化物を含むシート状成形体の作製と同様にして、混合粉末のシートを作製した。
 R-T-B系焼結磁石母材の7.4mm×7.4mmの2面に7.4mm×7.4mmにカットした混合粉末のシートを載せた。シートの上部からエタノールを少量噴霧した後、ドライヤーで熱風乾燥し、それぞれのシートを磁石表面に密着させた。
 これらのR-T-B系焼結磁石母材を実験例1と同様に熱処理、加工を行って、サンプル38~40を得た。得られたサンプルの磁気特性をB-Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表14に示す。
 表14から、混合粉末のシートを用いたサンプルにおいても、HcJが向上していることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 [実験例8]
 実験例1で使用したものと同じRH酸化物を含有するシートを準備した。具体的には、1mm2あたりのRH量が0.08mgのTb47およびDy23を含むシートである。これらのシートを7.4mm×30mmおよび7.4mm×6.9mmの2枚、にカットした。
 表15に示す組成のRLM合金粉末を用意し、実験例1と同じ方法でRLM合金粉末のスラリーを得た。このスラリーをR-T-B系焼結磁石母材の全面に、スラリー中のRLM合金とRH酸化物シート中のRH酸化物の質量比が表15の値となる量を塗布した。
 スラリーを塗布、乾燥した磁石表面の、7.4mm×7.4mmの面、および7.4mm×6.9mmの面の4面を7.4mm×30mmにカットしたRH酸化物シートでぴったりと包み、余分なシートをカットした。包んだシートの上部からエタノールを少量噴霧した後ドライヤーで熱風乾燥し、それぞれのシートを磁石表面に密着させた。シートでくるまれていない残りの2面にも7.4mm×6.9mmのシートを載せ、シートの上部からエタノールを少量噴霧した後ドライヤーで熱風乾燥し、それぞれのシートを磁石表面に密着させた。
 これらのR-T-B系焼結磁石母材を実験例1と同様に熱処理、加工を行って、サンプル41~43を得た。得られたサンプルの磁気特性をB-Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表16に示す。
 表16から、シートを包んで熱処理したサンプルにおいても、HcJが向上していることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
 本発明によるR-T-B系焼結磁石の製造方法は、より少ない重希土類元素RHによってHcJを向上させたR-T-B系焼結磁石が提供し得る。
10  R-T-B系焼結磁石
20、20a、20b  シート状成形体
30  RLM合金粉末粒子層

Claims (5)

  1.  R-T-B系焼結磁石を用意する工程と、
     前記R-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上の元素)粉末と、RH酸化物(RHはDyおよび/またはTb)粉末と、を存在させた状態で前記R-T-B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理する工程を含み、
     少なくとも前記RH酸化物は、RH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体の状態で存在させ、
     前記RLM合金はRLを50原子%以上含み、かつ、前記RLM合金の融点は前記熱処理の温度以下であり、
     前記熱処理は、前記RLM合金の粉末と前記RH酸化物の粉末とが、RLM合金:RH酸化物=9.6:0.4~5:5の質量比率で前記R-T-B系焼結磁石の表面に存在する状態で行われる、R-T-B系焼結磁石の製造方法。
  2.  前記R-T-B系焼結磁石の表面に存在させる前記RH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体中のRHの質量は、前記表面の1mm2あたりで0.03~0.35mg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R-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末粒子層を塗布形成し、その上に前記RH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置する工程を含む、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。
  4.  前記R-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置し、その上にRH酸化物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置する工程を含む、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。
  5.  前記R-T-B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末とRH酸化物粉末の混合粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置する工程を含む、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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