JP4951703B2 - Ｒ−ｔ−ｂ系希土類永久磁石用合金材料、ｒ−ｔ−ｂ系希土類永久磁石の製造方法およびモーター - Google Patents
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Description
本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法およびモーターに係り、特に、優れた磁気特性を有し、モーターに好適に用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料およびこれを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法およびモーターに関するものである。
従来から、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石（以下、「Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石」という場合がある）は、ハードディスクドライブのボイスコイルモーターなどのモーターに使用されている。ローター中にＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を組み込んだモーターは、高いエネルギー効率を発揮するものである。近年、省エネルギーへの要望が高まっていることや、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の耐熱性が向上したことから、家電、エアコン、自動車などの各種モーター等に用いるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の使用量が増えてきている。
一般に、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを主成分とするＲ−Ｔ−Ｂ系合金を成形して焼結することによって得られる。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金においてＲは、通常、Ｎｄと、Ｎｄの一部をＰｒ、Ｄｙ、Ｔｂ等の他の希土類元素で置換したものである。Ｔは、ＦｅとＦｅの一部をＣｏ、Ｎｉ等の他の遷移金属で置換したものである。Ｂはホウ素であり、一部をＣまたはＮで置換できる。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、普通、Ｒ２Ｔ１４Ｂで構成される主相と、主相の粒界に存在して主相よりもＮｄ濃度の高いＮｄリッチ相の２相から構成されている。Ｎｄリッチ相は粒界相とも呼ばれている。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、普通、Ｒ２Ｔ１４Ｂで構成される主相と、主相の粒界に存在して主相よりもＮｄ濃度の高いＮｄリッチ相の２相から構成されている。Ｎｄリッチ相は粒界相とも呼ばれている。
ハイブリッド自動車や電気自動車などのモーターに用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石は、モーター内で高温に曝されるため、高い保磁力（Ｈｃｊ）が要求される。Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させる技術としては、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲをＮｄからＤｙに置換する技術がある。しかしながら、Ｄｙは資源が偏在しているうえ、産出量も限られているためにその供給に不安が生じている。
このため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＤｙの含有量を多くすることなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させる技術が検討されている。このような技術としては、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の焼結体の外部からＤｙを蒸着し、これを内部の粒界に拡散させる手法（例えば、特許文献１および特許文献２参照）や、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の焼結体表面にＤｙのフッ化物などを塗布する方法（例えば、特許文献３参照）、Ｄｙ濃度の高い原料を添加してコアシェル型構造を得る方法（例えば、非特許文献１参照）等が検討されている。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力の発現機構について、熱処理による効果を調べた結果が報告されている。具体的には、熱処理により粒界に極薄いアモルファス層が形成され、Ｎｄリッチ相とともにＣｕ濃縮相が存在すること（例えば、非特許文献２参照）や、Ｃｕの存在により液相が存在してＮｄ−リッチ相間の濡れ性が向上すること（例えば、非特許文献３参照）などが報告されている。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石を作製する際には、一般に、微細な組織を有する合金をジェットミルなどで４〜６μｍに粉砕し、これを磁場中で配向させながら成形、焼結している。また、合金を粉砕する際に粉末を３μｍ以下まで細かくし、焼結後に得られる磁石粒子の大きさを小さくすることで、保磁力を向上させてＤｙの使用量を削減する取り組みも行われている（例えば、特許文献４参照）。
また、配向率の高い焼結磁石が得られる技術として、組成の異なる第１合金微粉末と第２合金微粉末とを混合し、混合粉末を用意する工程と、配向磁界として反転磁界を印加しながら前記混合粉末を圧縮成形することによって成形体を得る工程と、成形体を焼結することによって焼結体を得る工程とを包含する希土類焼結磁石の製造方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
杉本、粉体及び粉末冶金、Ｖｏｌ．５７、Ｎｏ．６、ｐｐ３９５−４００（２０１０）
Ｗ．Ｆ．Ｌｉ ｅｔ．ａｌ、Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ、５７、ｐｐ１３３７−１３４６（２００９）
松浦ら、電気学会マグネティックス研究会資料、Ｖｏｌ．ＭＡＧ−０９、Ｎｏ．１６８−１８９、ｐｐ７７−８１（２００９）
しかしながら、従来の技術では、以下に示すように、高い保磁力と高い配向率とを備えたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を実現することは困難であった。
すなわち、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中におけるＤｙ濃度を高くすると、焼結後に保磁力（Ｈｃｊ）の高いＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られる。しかしながら、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）が低下してしまう。
すなわち、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中におけるＤｙ濃度を高くすると、焼結後に保磁力（Ｈｃｊ）の高いＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られる。しかしながら、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）が低下してしまう。
また、希土類元素の種類や濃度の異なる合金粉末を混合してなる混合粉末を用いて、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造した場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の配向率を高くすることができるため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）を向上させることができる。しかし、混合粉末を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造した場合であっても、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力（Ｈｃｊ）が不十分であり、高い配向率を確保しつつ、保磁力をより一層向上させることが要求されていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い配向率と高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料およびこれを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。
また、上記のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造された優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を用いたモーターを提供することを目的とする。
また、上記のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造された優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を用いたモーターを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、組成の異なるＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる複数の合金と、金属粉末とを含むＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料とすることで、高い配向率（Ｂｒ／Ｊｓ）と高い保磁力（Ｈｃｊ）を有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料となることを見出した。
この効果は、以下の作用によって得られると推測される。
すなわち、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金を粉砕して合金粉末を製造する場合におけるＲ−Ｔ−Ｂ系合金の粉砕性は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれる希土類の量などによって異なるものとなる。したがって、例えば、組成の異なるＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる複数種の合金を、同時または個別に粉砕して複数種のＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を製造すると、出発合金の微細組織および合金組成により粉砕性が異なるために同一条件で粉砕しても粒度分布の異なる複数種のＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末となる。
すなわち、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金を粉砕して合金粉末を製造する場合におけるＲ−Ｔ−Ｂ系合金の粉砕性は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれる希土類の量などによって異なるものとなる。したがって、例えば、組成の異なるＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる複数種の合金を、同時または個別に粉砕して複数種のＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を製造すると、出発合金の微細組織および合金組成により粉砕性が異なるために同一条件で粉砕しても粒度分布の異なる複数種のＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末となる。
このような複数種のＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を混合してなる混合粉末を、磁場成型して焼結すると、混合粉末に含まれる配向率を低下させる原因となる微小な結晶粒が、それより大きな結晶粒に取り込まれて消失するため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の配向率が向上すると考えられる。さらに、このような混合粉末に希土類元素を含まない金属粉末を添加すると、非磁性相である粒界相の濡れ性が改善されるとともに、磁性粒子自体の固有保磁力を向上させる効果が得られると推定される。
しかし、組成の異なるＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる複数の合金と、金属粉末とを含むＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を用いた場合であっても、これを焼結して得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が十分に得られない場合があった。そこで、本発明者は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる複数の合金に含まれるＤｙ含有量に着目して、鋭意検討を重ねた。
その結果、組成の異なるＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる複数の合金と、金属粉末とを含み、複数の合金に含まれる最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金が１７質量％以上のＤｙを含有し、最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金と最もＤｙ含有量の濃度差の小さい別のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上である場合、Ｄｙ含有量が少ない合金はＤｙ含有量の多い合金に比べて磁場成形時に配向しやすく、高い配向率（Ｂｒ／Ｊｓ）が達成でき、さらに金属粉末を添加することで主相と粒界相の濡れ性が改善されるために十分に高い保磁力（Ｈｃｊ）を有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られることを見出し、本発明を想到した。
すなわち本発明は、下記の各発明を提供するものである。
（１）組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含み、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金が、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち最もＤｙ含有量の多い第１合金が、１７質量％以上のＤｙを含有するものであり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち前記第１合金と最もＤｙ含有量の濃度差の小さい第２合金が、前記第１合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上であることを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（１）組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含み、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金が、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち最もＤｙ含有量の多い第１合金が、１７質量％以上のＤｙを含有するものであり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち前記第１合金と最もＤｙ含有量の濃度差の小さい第２合金が、前記第１合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上であることを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（２）前記金属粉末が、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちから選ばれる１種または２種以上、またはこれらの金属を含む合金であることを特徴とする（１）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（３）前記金属粉末が、０．０２質量％〜６質量％含まれていることを特徴とする（１）または（２）記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（４）前記組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の全てを混合したときの組成におけるＤｙ含有量が２質量％〜２０質量％であることを特徴とする（１）〜（３）いずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（３）前記金属粉末が、０．０２質量％〜６質量％含まれていることを特徴とする（１）または（２）記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（４）前記組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の全てを混合したときの組成におけるＤｙ含有量が２質量％〜２０質量％であることを特徴とする（１）〜（３）いずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結することを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
（６）（５）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
（６）（５）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料は、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含み、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金が、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち最もＤｙ含有量の多い第１合金が、１７質量％以上のＤｙを含有するものであり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち前記第１合金と最もＤｙ含有量の濃度差の小さい第２合金が、前記第１合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上であるので、これを成形して焼結することにより、高い配向率と高い保磁力を有し、モーターに好適に用いられる優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を提供できる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
「Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料」
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料（以下、「永久磁石用合金材料」と略記する）は、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含むものである。永久磁石用合金材料に含まれる各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金は、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂ（ホウ素）および不可避不純物からなるものとされている。
「Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料」
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料（以下、「永久磁石用合金材料」と略記する）は、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含むものである。永久磁石用合金材料に含まれる各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金は、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂ（ホウ素）および不可避不純物からなるものとされている。
本実施形態の永久磁石用合金材料においては、複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち最もＤｙ含有量の多い第１合金が、１７質量％以上のＤｙを含有するものとされている。また、複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち第１合金と最もＤｙ含有量の濃度差の小さい第２合金が、第１合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上であるものとされている。
第１合金のＤｙ含有量が１７質量％未満であったり、第２合金と第１合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％未満であったりすると、配向の不十分な粉末が多数残留することになり配向率の向上が不十分なものとなる。
第１合金のＤｙ含有量が１７質量％未満であったり、第２合金と第１合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％未満であったりすると、配向の不十分な粉末が多数残留することになり配向率の向上が不十分なものとなる。
組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の全てを混合したときの組成（以下、「混合合金組成」という場合がある）は、優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られるものとするために、Ｒが２７〜３５質量％、好ましくは３０〜３２質量％、Ｂが０．８５〜１．３質量％、好ましくは０．８７〜０．９８質量％、Ｔが残部と不可避の不純物からなるものであることが好ましい。
混合合金組成に含まれるＲが２７質量％未満であると、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分となる場合があり、Ｒが３５質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）が不十分となるおそれがある。
また、混合合金組成に含まれるＢが０．８５質量％未満であると、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分となる場合があり、Ｂが１．３質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化が著しく低下するおそれがある。
また、混合合金組成に含まれるＢが０．８５質量％未満であると、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分となる場合があり、Ｂが１．３質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化が著しく低下するおそれがある。
また、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲに含まれるＤｙ以外の希土類元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが挙げられ、中でも特に、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｂが好ましく用いられる。また、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲは、Ｎｄを主成分とすることが好ましい。
また、混合合金組成中に含まれるＤｙの含有量は、２質量％〜２０質量％とされていることが好ましく、２質量％〜１０質量％含まれていることがより好ましく、さらに４質量％〜１０質量％含まれていることが好ましい。混合合金組成中に含まれるＤｙが２０質量％以上であると、金属粉末を含む永久磁石用合金材料であっても、Ｄｙの含有量を増やすことによるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させる効果が得られなくなるとともに、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）の低下が顕著となるため好ましくない。混合合金組成中に含まれるＤｙが２質量％以下であると、Ｄｙを含有することによるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力の向上効果が十分に得られない恐れがある。
各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＴは、Ｆｅを必須とする遷移金属である。各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＴに含まれるＦｅ以外の遷移金属としては、Ｃｏ、Ｎｉなどが挙げられる。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＴがＦｅ以外にＣｏを含む場合、Ｔｃ（キュリー温度）を改善することができ好ましい。
また、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＢは、ホウ素であるが、一部をＣまたはＮで置換できる。
また、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＢは、ホウ素であるが、一部をＣまたはＮで置換できる。
また、混合合金組成には、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させるために、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａから選ばれるいずれか１種または２種以上が含まれていることが好ましい。
Ｇａは混合合金組成中に０．０３質量％〜０．３質量％含まれていることがより好ましい。混合合金組成中にＧａが０．０３質量％以上含まれている場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を効果的に向上させることができ、好ましい。しかし、混合合金組成中のＧａの含有量が０．３質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化が低下するため好ましくない。
Ｇａは混合合金組成中に０．０３質量％〜０．３質量％含まれていることがより好ましい。混合合金組成中にＧａが０．０３質量％以上含まれている場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を効果的に向上させることができ、好ましい。しかし、混合合金組成中のＧａの含有量が０．３質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化が低下するため好ましくない。
また、永久磁石用合金材料中の酸素濃度は、低いほど好ましいが、永久磁石用合金材料中に酸素が０．０３質量％〜０．５質量％含まれていても、十分な磁気特性を達成できる。永久磁石用合金材料中に含まれる酸素含有量が０．５質量％を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。永久磁石用合金材料中に含まれる酸素含有量は、０．０５質量％〜０．２質量％であることが好ましい。
また、永久磁石用合金材料中の炭素濃度は、低いほど好ましいが、永久磁石用合金材料中に炭素が０．００３質量％〜０．５質量％含まれていても、十分な磁気特性を達成できる。永久磁石用合金材料中に含まれる炭素含有量が０．５質量％を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。永久磁石用合金材料中に含まれる炭素含有量は、０．００５質量％〜０．２質量％であることが好ましい。
本実施形態の永久磁石用合金材料は、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含むものであり、第１合金と第２合金と金属粉末のみからなるものであってもよいし、例えば、第１合金と第２合金と金属粉末に加えて、さらに第１合金および第２合金と組成の異なるＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる第３合金を含むものであってもよい。
組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金を構成する各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金は、例えば、ＳＣ（ストリップキャスト）法により合金溶湯を鋳造して鋳造合金薄片を製造し、得られた鋳造合金薄片を、例えば、水素解砕法などにより解砕し、粉砕機により粉砕する方法などによって得られる。
なお、本実施形態においては、ＳＣ法を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系合金を製造する場合について説明したが、本発明において用いられる各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金は、ＳＣ法を用いて製造されるものに限定されるものではない。例えば、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金は、遠心鋳造法、ブックモールド法などを用いて鋳造してもよい。
なお、本実施形態においては、ＳＣ法を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系合金を製造する場合について説明したが、本発明において用いられる各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金は、ＳＣ法を用いて製造されるものに限定されるものではない。例えば、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金は、遠心鋳造法、ブックモールド法などを用いて鋳造してもよい。
水素解砕法としては、室温で鋳造合金薄片に水素を吸蔵させ、３００℃程度の温度で熱処理した後、減圧して水素を脱気し、その後、５００℃程度の温度で熱処理して鋳造合金薄片中の水素を除去する方法などが挙げられる。水素解砕法において水素の吸蔵された鋳造合金薄片は、体積が膨張するので、合金内部に容易に多数のひび割れ（クラック）が発生し、解砕される。
なお、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金である複数種の鋳造合金薄片の解砕は、各組成毎に個別に行ってもよいし、複数種の鋳造合金薄片の一部または全部を混合して複数種の鋳造合金薄片に対して同時に行ってもよい。
なお、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金である複数種の鋳造合金薄片の解砕は、各組成毎に個別に行ってもよいし、複数種の鋳造合金薄片の一部または全部を混合して複数種の鋳造合金薄片に対して同時に行ってもよい。
また、水素解砕された鋳造合金薄片を粉砕する方法としては、ジェットミルなどの粉砕機により、水素解砕された鋳造合金薄片を例えば０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて平均粒度３〜４．５μｍに微粉砕して粉末とする方法などが挙げられる。
なお、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金である水素解砕された複数種の鋳造合金薄片の粉砕は、水素解砕前に、複数種の鋳造合金薄片の一部または全部が混合されている場合、複数種の鋳造合金薄片に対して同時に行うことが好ましいが、各組成毎に個別に行ってもよい。
なお、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金である水素解砕された複数種の鋳造合金薄片の粉砕は、水素解砕前に、複数種の鋳造合金薄片の一部または全部が混合されている場合、複数種の鋳造合金薄片に対して同時に行うことが好ましいが、各組成毎に個別に行ってもよい。
また、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末としては、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちから選ばれる１種または２種以上、またはこれらの金属を含む合金などを用いることができる。また、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末としては、永久磁石用合金材料を用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石における粒界相の濡れ性を効果的に改善して保磁力を向上させるために、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔｉ−Ａｌ合金のうちから選ばれる１種または２種以上を用いることが好ましい。
金属粉末は、他の磁気特性に支障を来たすことなく、保磁力（Ｈｃｊ）を向上させるために、永久磁石用合金材料中に０．０２質量％〜６質量％含まれていることが好ましく、０．２質量％〜６質量％含まれていることがより好ましい。永久磁石用合金材料中の金属粉末の含有量が０．０２質量％未満であると、保磁力（Ｈｃｊ）を向上させる効果が十分に得られない恐れがある。また、金属粉末の含有量が６質量％を超えると、磁化（Ｂｒ）や最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）などの磁気特性の低下が顕著となるため好ましくない。
また、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末の平均粒度（ｄ５０）は、０．０１〜２００μｍの範囲であることが好ましい。なお、永久磁石用合金材料中の金属粉末は、微細で均一に分布していてもよいが、微細で均一に分布していなくてもよく、例えば、粒度１μｍ以上であってもよいし、５μｍ以上に凝集していてもよい。
本実施形態の永久磁石用合金材料は、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の粉末の全てと金属粉末とが混合されてなる混合物であることが好ましい。
なお、永久磁石用合金材料を構成する組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とは、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金が、鋳造合金薄片を粉砕してＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末とされた状態で混合してもよいが、例えば、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金が、鋳造合金薄片である状態で、金属粉末と混合して永久磁石用合金材料とし、その後、鋳造合金薄片の含まれる永久磁石用合金材料を粉砕してもよい。この場合、鋳造合金薄片と金属粉末とからなる永久磁石用合金材料を、鋳造合金薄片の粉砕方法と同様にして粉砕して粉末とすることが好ましい。また、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末との混合は、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の全てと金属粉末とを一度に混合してもよいが、段階的に混合してもよい。例えば、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち一部を鋳造合金薄片の状態で金属粉末と混合し、残部を粉末とされた状態で金属粉末と混合してもよい。
なお、永久磁石用合金材料を構成する組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とは、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金が、鋳造合金薄片を粉砕してＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末とされた状態で混合してもよいが、例えば、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金が、鋳造合金薄片である状態で、金属粉末と混合して永久磁石用合金材料とし、その後、鋳造合金薄片の含まれる永久磁石用合金材料を粉砕してもよい。この場合、鋳造合金薄片と金属粉末とからなる永久磁石用合金材料を、鋳造合金薄片の粉砕方法と同様にして粉砕して粉末とすることが好ましい。また、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末との混合は、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の全てと金属粉末とを一度に混合してもよいが、段階的に混合してもよい。例えば、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち一部を鋳造合金薄片の状態で金属粉末と混合し、残部を粉末とされた状態で金属粉末と混合してもよい。
次に、このようにして得られた永久磁石用合金材料を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を製造する方法を説明する。
「Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法」
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造する方法としては、例えば、上述した永久磁石用合金材料に、潤滑剤として０．０２質量％〜０．０３質量％のステアリン酸亜鉛を添加し、横磁場中成型機などを用いてプレス成形して、真空中で１０３０℃〜１２００℃で焼結し、その後４００℃〜８００℃で熱処理する方法などが挙げられる。
「Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法」
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造する方法としては、例えば、上述した永久磁石用合金材料に、潤滑剤として０．０２質量％〜０．０３質量％のステアリン酸亜鉛を添加し、横磁場中成型機などを用いてプレス成形して、真空中で１０３０℃〜１２００℃で焼結し、その後４００℃〜８００℃で熱処理する方法などが挙げられる。
なお、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末との混合は、上述したように、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金が、鋳造合金薄片である状態や、鋳造合金薄片を粉砕してＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末とされた状態で行ってもよいが、例えば、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末に、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を添加した後に行ってもよい。
本実施形態の永久磁石用合金材料は、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含み、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金が、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち最もＤｙ含有量の多い第１合金が、１７質量％以上のＤｙを含有するものであり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち前記第１合金と最もＤｙ含有量の濃度差の小さい第２合金が、前記第１合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上であるので、これを成形して焼結することにより、高い配向率と高い保磁力を有し、モーターに好適に用いられる優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を実現できる。
また、本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法は、本実施形態の永久磁石用合金材料を成形して焼結することによりＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を製造する方法であるので、優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石が得られる。
Ｎｄメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｄｙメタル（純度９９ｗｔ％以上）、フェロボロン（Ｆｅ８０％、Ｂ２０ｗ％）、Ｃｏメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ａｌメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｃｕメタル（純度９９ｗｔ％以上）、鉄塊（純度９９％ｗｔ以上）を表１に示す合金Ａ〜合金Ｄの成分組成になるように秤量し、アルミナるつぼに装填した。
その後、アルミナるつぼを高周波真空誘導炉の炉内に入れ、炉内をＡｒで置換し、１４５０℃まで加熱して溶融させて溶湯とした。次いで、溶湯を水冷銅ロールに注ぎ、ＳＣ（ストリップキャスト）法を用いて、ロール周速度１．０ｍ／秒で、平均厚み０．３ｍｍ程度、Ｒリッチ相（希土類リッチ相）間隔３〜１５μｍ、Ｒリッチ相以外（主相）の体積率≧（１３８−１．６ｒ）（ただし、ｒは希土類（Ｎｄ、Ｄｙ）の含有量）となるように制御し、鋳造合金薄片を得た。
このようにして得られた鋳造合金薄片のＲリッチ相間隔および主相の体積率は、以下に示す方法により調べた。
すなわち、平均厚みの±１０％以内の鋳造合金薄片を樹脂に埋め込んで研磨し、走査電子顕微鏡（日本電子ＪＳＭ−５３１０）を用いて反射電子像を撮影し、３００倍の写真を得た。そして、得られた鋳造合金薄片の写真を用いて、Ｒリッチ相の間隔を測定するとともに主相の体積率を算出した。その結果、表１に示した合金Ａ〜合金ＤのＲリッチ相間隔は４〜５μｍであり、主相の体積率は９０〜９５％であった。
すなわち、平均厚みの±１０％以内の鋳造合金薄片を樹脂に埋め込んで研磨し、走査電子顕微鏡（日本電子ＪＳＭ−５３１０）を用いて反射電子像を撮影し、３００倍の写真を得た。そして、得られた鋳造合金薄片の写真を用いて、Ｒリッチ相の間隔を測定するとともに主相の体積率を算出した。その結果、表１に示した合金Ａ〜合金ＤのＲリッチ相間隔は４〜５μｍであり、主相の体積率は９０〜９５％であった。
次に、表１に示す合金Ａ〜合金Ｄの鋳造合金薄片を秤量し、Ｖ字状の筒から構成されるＶブレンダーを用いて表２に示す混合比率で混合した。合金Ａ〜合金Ｄの鋳造合金薄片を混合してなる合金１〜合金３の組成（混合後組成）を表２に示す。なお、表２に示す合金４は表１に示す合金Ｃである。
次に、鋳造合金薄片を直径５ｍｍ程度になるように粗粉砕し、室温の水素中に挿入して水素を吸蔵させた。続いて、粗粉砕して水素を吸蔵させた鋳造合金薄片を３００℃において熱処理を行い水素解砕した。その後、減圧して水素を脱気し、さらに５００℃まで加熱する熱処理を行って鋳造合金薄片中の水素を放出除去し、室温まで冷却した。
次に、水素解砕された鋳造合金薄片に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．０２５ｗｔ％を添加し、ジェットミル（ホソカワミクロン１００ＡＦＧ）により、０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて、水素解砕された鋳造合金薄片を平均粒度４．５μｍに微粉砕して粉末とした。
次に、水素解砕された鋳造合金薄片に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．０２５ｗｔ％を添加し、ジェットミル（ホソカワミクロン１００ＡＦＧ）により、０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて、水素解砕された鋳造合金薄片を平均粒度４．５μｍに微粉砕して粉末とした。
このようにして得られたＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末（合金１〜合金４）に、表３に示す平均粒度の金属粉末を、表４に示す割合（永久磁石用合金材料中に含まれる金属粉末の濃度（質量％））で添加して混合することにより、永久磁石用合金材料を製造した。なお、金属粉末の粒度は、レーザ回析計によって測定した。
次に、このようにして得られた永久磁石用合金材料を、横磁場中成型機を用いて圧力０．８ｔ／ｃｍ２でプレス成形して圧粉体とし、真空中で焼結した。焼結温度は、合金によって異なり、合金１は１０５０〜１０６０℃、合金２は１０６０〜１０８０℃、合金３および合金４は１０８０〜１１１０℃で焼結した。その後８００℃および５３０℃で熱処理して冷却することにより、表３に示す実験例１〜実験例２０のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を得た。
そして、得られた実験例１〜実験例２０のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石それぞれの磁気特性をＢＨカーブトレーサー（東英工業ＴＰＭ２−１０）で測定した。その結果を表４に示す。
なお、表３において「Ｈｃｊ」とは保磁力であり、「Ｂｒ」とは磁化であり、「ＳＲ」とは角形性であり、「ＢＨｍａｘ」とは最大エネルギー積である。また、これらの磁気特性の値は、それぞれ５個のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の測定値の平均である。
また、「Ｊｓ」は飽和磁化で物質がその温度で有しうる最大の磁化であり、本例では１０Ｔの磁界を印加して測定したものである。「Ｂｒ／Ｊｓ」は配向率であり、磁石中の結晶がどれだけ磁化容易軸にそろっているかを示す指標である。実験例１〜実験例２０のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の配向率を図１に示す。
また、「Ｊｓ」は飽和磁化で物質がその温度で有しうる最大の磁化であり、本例では１０Ｔの磁界を印加して測定したものである。「Ｂｒ／Ｊｓ」は配向率であり、磁石中の結晶がどれだけ磁化容易軸にそろっているかを示す指標である。実験例１〜実験例２０のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の配向率を図１に示す。
表４に示すように、実験例２は、本発明の比較例であり、最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金（表１の合金Ｂ）のＤｙ含有量が１７質量％未満である合金１に、Ａｌを０．２ｗｔ％添加したものである。また、実験例１６は、本発明の実施例であり、最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金（表１の合金Ｄ）のＤｙ含有量が１７質量％以上であり、２種類のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上である合金３に、Ａｌを０．２ｗｔ％添加したものである。
Ａｌの添加量が同じである実験例２と実験例１６とを比較すると、Ａｌを添加したことによる保磁力（Ｈｃｊ）の向上幅は、実験例２（表２の合金１）が１．３ｋＯｅであるのに対し、実験例１６（表２の合金３）は２．８ｋＯｅとなっている。したがって、Ａｌを添加したことによる保磁力の向上幅は、実験例１６では、実験例２の２倍以上となっている。
また、表４に示すように、実験例７および実験例１９は、ともに金属粉末を含まない本発明の比較例である。表２および表４に示すように、実験例７の合金３と実験例１９の合金４は、ともに混合後組成中のＤｙ濃度が９質量％であるものであり、保磁力は同等である。
また、表４に示すように、実験例８は、本発明の実施例であり、合金３にＦｅを１ｗｔ％添加したものである。また、実験例２０は、本発明の比較例であり、１種類のＲ−Ｔ−Ｂ系合金（表１の合金Ｃ）からなる合金４にＦｅを１ｗｔ％添加したものである。Ｆｅの添加量が同じである実験例８と実験例２０とを比較すると、実験例８では保磁力（Ｈｃｊ）が３４．３ｋＯｅとなっており、金属粉末を含まない実験例７と比較して、保磁力が４．３ｋＯｅ向上している。これに対し、実験例２０では保磁力は３１ｋＯｅであり、金属粉末を含まない実験例１９と比較して、保磁力の向上は１．２ｋＯｅとなっている。
したがって、本発明によれば、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の全てを混合したときの組成中に含まれるＤｙの含有量を多くすることなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させることが可能であることが分かる。
したがって、本発明によれば、組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の全てを混合したときの組成中に含まれるＤｙの含有量を多くすることなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させることが可能であることが分かる。
また、実験例８の配向率（Ｂｒ／Ｊｓ）は９４．８％であり、実験例２０の配向率（Ｂｒ／Ｊｓ）は９３．６％であり、実験例８の方が高い配向率を示している。
このことから、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結することにより、高い保磁力と高い配向率とを備えたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られることが分かる。
このことから、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結することにより、高い保磁力と高い配向率とを備えたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られることが分かる。
また、図１より、１種類のＲ−Ｔ−Ｂ系合金（表１の合金Ｃ）からなる合金４を用いた実験例１９および実験例２０と比較して、２種類のＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる合金１〜合金３を用いた実験例１〜実験例１８は、高い配向率を示していることが分かる。
さらに、最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金（表１の合金Ｂ）のＤｙ含有量が１７質量％未満である合金１を用いた実験例１および実験例２と比較して、最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金（表１の合金Ｂ）のＤｙ含有量が１７質量％以上であり、２種類のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上である合金２および合金３を用いた実験例３〜実験例１８は、高い配向率を示していることが分かる。
さらに、最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金（表１の合金Ｂ）のＤｙ含有量が１７質量％未満である合金１を用いた実験例１および実験例２と比較して、最もＤｙ含有量の多いＲ−Ｔ−Ｂ系合金（表１の合金Ｂ）のＤｙ含有量が１７質量％以上であり、２種類のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上である合金２および合金３を用いた実験例３〜実験例１８は、高い配向率を示していることが分かる。
Claims (6)
- 組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含み、各Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金が、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち最もＤｙ含有量の多い第１合金が、１７質量％以上のＤｙを含有するものであり、前記複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金のうち前記第１合金と最もＤｙ含有量の濃度差の小さい第２合金が、前記第１合金とのＤｙ含有量の濃度差が５質量％以上であることを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
- 前記金属粉末が、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちから選ばれる１種または２種以上、またはこれらの金属を含む合金であることを特徴とする請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
- 前記金属粉末が、０．０２質量％〜６質量％含まれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
- 前記組成の異なる複数のＲ−Ｔ−Ｂ系合金の全てを混合したときの組成におけるＤｙ含有量が２質量％〜２０質量％であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
- 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結することを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
- 請求項５に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
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