JP2010182827A - 高保磁力ＮｄＦｅＢＧａ磁石の製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏなどの希少金属を多量添加することなく焼結によりバルク化して高温保磁力を有する新規なＮｄＦｅＢ系磁石の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）の急冷リボン作製し、これを加圧焼結することを特徴とする高保磁力ＮｄＦｅＢＧａ磁石の製造法。
【選択図】なし

Description

本発明は、高保磁力ＮｄＦｅＢＧａ磁石の製造法に関し、さらに詳しくはＤｙ、Ｔｂ、Ｃｏなどの希少金属を多量添加することなく高保磁力を確保し得る高保磁力ＮｄＦｅＢ系磁石の製造法に関する。

磁性材料としては大きく分けると硬磁性材料と軟磁性材料とがあり、両者の対比において硬磁性材料は高保磁力であることが求められ、軟磁性材料は保磁力は小さくても高い最大磁化が求められる。
この硬磁性材料に特徴的な保磁力は磁石の安定性に関係した特性であり、高保磁力であるほど高温での使用が可能となりまた磁石の寿命が長い。

硬磁性材料の磁石の１つとしてＮｄＦｅＢ系の磁石が知られている。このＮｄＦｅＢ系の磁石は微細集合組織を含み得ることが知られている。そして、この微細集合組織を含む高保磁力の急冷リボンは、温度特性を改善し得て高温保磁力を改善し得ることが知られている。しかし、ＮｄＦｅＢ系の磁石はバルク化のために焼結すると保磁力が低下してしまう。
このＮｄＦｅＢ系磁石について、保磁力などの特性を改良するために種々の提案がされている。

例えば、特開２０００−２５２１０７号公報には、Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ_ｘＲ_ｙＭ_ｚ（Ｆｅは鉄、Ｂはボロン、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびＳｍからなる群から選択された少なくとも１種の希土類元素、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、およびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素）の組成式で表される半硬質磁性材料であって、前記組成式中のｘ、ｙ、ｚが、７原子％≦ｘ＜１５原子％、０．５原子％≦ｙ≦４原子％、および０．１原子％≦ｚ≦７原子％の関係を満足し、かつ構成相として、平均結晶粒径が１００ｎｍ以下であるα−Ｆｅ微結晶を含んでいる半硬質磁性材料が記載されている。そして、具体例として保磁力が硬磁性材料であるＮｄＦｅＢ系磁石の１０％未満である半硬質材料が示されている。

さらに、再公表２００２−０３０５９５号公報には、Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}Ｒ_ｘＱ_ｙＭ_ｚ（但しＲはＰｒ、Ｎｄ、Ｄｙ又はＴｂの１種又は２種以上、ＱはＢ又はＣの１種又は２種以上で、ＭはＣｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＧａＺｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂの１種又は２種以上で、式中のｘ、ｙ、ｚがそれぞれ１原子％≦ｘ＜６原子％、１５原子％≦ｙ≦３０原子％、０原子％≦ｚ≦７原子％）の合金溶湯を作製する工程と、これを冷却ロールを用いたストリップキャスト法で急冷して薄帯状の合金を形成し、これを熱処理してナノコンポジット型永久磁石粉末の製造方法が記載されている。

特開２０００−２５２１０７号公報 再公表２００２−０３０５９５号公報

しかし、これら公知の技術ではＤｙ、Ｔｂ、Ｃｏなどの希少金属を多量添加することが必要であったり焼結によりバルク化して高温保磁力を有するＮｄＦｅＢ系磁石を得ることができない。
従って、本発明の目的は、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏなどの希少金属を多量添加することなく焼結によりバルク化して高温保磁力を有する新規なＮｄＦｅＢ系磁石の製造方法を提供することである。

本発明者らは、前記目的を達成することを目的として鋭意研究を行った結果、ＮｄＦｅＢ系磁石では多磁区粒子のみでは保磁力が発現せず、磁壁の移動、発生を妨げる磁界相が必要で、３元素のみでは保磁力の温度特性が改善しないこと、そしてそれは焼結時に主相Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂと粒界相（Ｎｄ_１．１Ｆｅ_４Ｂ_４やＮｄＯなど）の間で元素が拡散することなどにより、主相の孤立性が低下（結晶粒成長、粒界相の薄肉化など）してしまうことによるとの結論に達しさらに検討を行った結果、本発明を完成した。
本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇａ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）の急冷リボン作製し、これを加圧焼結することを特徴とする高保磁力ＮｄＦｅＢＧａ磁石の製造法に関する。

本発明によれば、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏなどの希少金属を多量添加することなく焼結によりバルク化して高温保磁力を有するＮｄＦｅＢ系磁石を得ることができる。

図１は、本発明の実施態様における急冷リボンおよび焼結体と比較例における急冷リボンの保磁力の温度特性を示すグラフである。 図２は、本発明の実施態様における急冷リボンおよび焼結体と比較例における急冷リボンおよび焼結体の磁気特性を示すグラフである。 図３は、本発明の実施例において急冷リボンの作製に用いられる単ロール炉の模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。
図１および図２を参照すると、ＮｄＦｅＢ焼結体はＮｄＦｅＢ急冷リボンの有する保磁力の温度特性および高温保磁力が大幅に低下しているのに対して、本発明の実施態様により得られるＮｄＦｅＢＧａ焼結体はＮｄＦｅＢＧａ急冷リボンの保磁力の温度特性および高温保磁力が維持されていることが理解される。
さらに、図１を参照すると、本発明の実施態様におけるＮｄＦｅＢＧａ_１の急冷リボンはＮｄＦｅＢＣｏ_１０の急冷リボンと比較して同等以上の保磁力の温度特性を有している。
このＮｄＦｅＢＧａ焼結体における高温保磁力の維持は、孤立微細集合組織もしくは微細集合組織を有する急冷リボンを焼結によりバルク化することで保磁力の温度特性に優れた焼結体が得られることによると考えられる。

本発明においては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇａ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）の急冷リボンを作製することが必要である。
この急冷リボンの作製において、単磁区粒子径以下の孤立微細集合組織、もしくは等方性微細集合組織を作製することで、コヒーレントローテーションモデルに基づいた高保磁力化が実現され得る。
前記のための方法としては、メルトスピニングなどによる液体急冷による単磁区粒子化による微細組織化が挙げられる。
そして、そのための具体的な手段として、ロールを用いて冷却リボンを作製する方法が挙げられる。

本発明におけるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇａ_Ｘとは、ＮｄとＦｅとＢとＧａとの４元合金であってＧを除く他の成分はＮｄとＦｅとＢとの３元合金の組成であって、これらのうちのいずれか１種、例えばＢのｘ（１〜３）、好適には１〜２、特に１原子数比の原子をＧａで置換した合金である。

特に本発明においては、ＮｄＦｅＢ系急冷リボンのＮｄおよびＢ量をストイキオメトリ領域（Ｎｄ_１２Ｆｅ_８２Ｂ_６）よりもＮｄ又はＢがリッチな組成にすることで、保磁力の良好な温度特性を有する急冷リボンを得ることができる。このため、前記のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇ_Ｘとしては、好適にはＮｄ_ｙ−Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}−Ｂ_ｚ−Ｇａ_Ｘ（ｘ、ｙおよびｚは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３、１２＜ｙおよび／又は６＜ｚ）、その中でも、Ｎｄ_ｙ−Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}−Ｂ_Ｚ−Ｇ_Ｘ（１≦ｘ≦３、１２＜ｙ≦２４および／又は６＜ｚ≦１２）、特にＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｇ_１を挙げることができる。

本発明におけるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇａ_Ｘの急冷リボンは、例えば前記の原子数比を与える割合のＮｄ、Ｆｅ、ＦｅＢおよびＧａの所定量を用いて、溶解炉、例えばアーク溶解炉を用いて合金インゴットを作製し、得られた合金インゴットを鋳造装置、例えば合金融液を貯留する融液貯留器、融液を供給するノズル、冷却ロール、巻き取り機、冷却ロール用モータ、巻き取り機モータ、冷却ロール用冷却装置等を備えたロール炉を用いて得ることができる。

本発明においては、前記のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇａ_Ｘの急冷リボンを加圧焼結することが必要である。
この急冷リボンの加圧焼結の方法としては、例えば前記の急冷リボンから柱状晶組織を除いた後、残部を粉砕して、ダイス、温度センサ、制御装置、電源装置、発熱体、電極、断熱材、金属サポート、真空チャンバ等を備えた通電加熱焼結装置を用いて通電加熱焼結する方法が挙げられる。

前記の加圧焼結は、例えば１０〜１０００ＭＰａの焼結時の面圧、５５０℃以上６００℃以下の温度で１０^−２ＭＰａ以下の真空下に５〜１００分間の条件で、通電加熱焼結によって行うことできる。
前記の加圧焼結によって、ＮｄＦｅＢＧａ_Ｘ急冷リボンの保磁力の温度特性および高温保磁力が維持されたバルク体を得ることができる。

以下、本発明の実施例を示す。
以下の各例において焼結体の磁気特性は振動試料型磁力計：Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍによって、装置としてＬａｋｅ Ｓｈｏｒｃ社製のＶＳＭ測定装置を用いて測定したものである。
以下の実施例において、急冷リボンの作製は図５に模式図を示す単ロール炉を用いて行った。

実施例１
１．急冷リボンの作製
Ｎｄ、Ｆｅ、ＢおよびＧａの原子数比が１５：７７：７：１となる割合でＮｄ、Ｆｅ、ＦｅＢおよびＧａの所定量秤量し、アーク溶解炉にて合金インゴットを作製した。次いで、単ロール炉にて合金インゴットを高周波で溶解し、次の単ロール炉使用条件で銅ロールに噴射し急冷リボンを作製した。
単ロール炉使用条件
ノズル径 ０．６ｍｍ
クリアランス ０．７ｍｍ又は１．０ｍｍ
噴射圧力 ０．４ｋｇ／ｃｍ^３
ロール速度 ２０００ｒｐｍ又は２３５０ｒｐｍ
溶解温度 １４５０℃
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｇａ_１急冷リボンを回収し、高温ＶＳＭで磁気特性を評価した。結果をまとめて図１に示す。

２．焼結体の作製
回収した急冷リボンから目視、磁選にて柱状晶組織化した急冷リボンの部分を除き、残部をビニールにつめて手で粉砕し、通電加熱焼結装置のカーボンダイスに充填した。次いで、次の条件で焼結体を作製した。
焼結条件
雰囲気 真空（１０^−３ＭＰａ）
熱処理温度 ５７０℃
昇温速度 ２０℃／分
保持時間 １５分
成形面圧 ４０ＭＰａ
焼結時面圧 １００ＭＰａ
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｇａ_１焼結体を回収し、所定寸法（およそ２ｘ２ｘ２ｍｍ）に切断し、ＶＳＭにて磁気特性を評価した。結果をまとめて図２に示す。

比較例１
１．急冷リボンの作製
Ｎｄ、ＦｅおよびＢの原子数比が１５：６９：１６となる割合でＮｄ、ＦｅおよびＦｅＢの所定量秤量し、アーク溶解炉にて合金インゴットを作製した。次いで、単ロール炉にて合金インゴットを高周波で溶解し、銅ロールに噴射し前記の条件で急冷リボンを作製した。
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_６９Ｂ_１６急冷リボンを回収し、高温ＶＳＭで磁気特性を評価した。結果をまとめて図１に示す。

２．焼結体の作製
回収した急冷リボンから熱処理温度を６００℃に変えた他は実施例１と同様にして、焼結体を作製した。
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_６９Ｂ_１６焼結体を回収し、所定寸法（およそ２ｘ２ｘ２ｍｍ）に切断し、ＶＳＭにて磁気特性を評価した。結果をまとめて図２に示す。

比較例２
１．急冷リボンの作製
Ｎｄ、Ｆｅ、ＣｏおよびＢの原子数比が１５：６７：１０：８となる割合でＮｄ、Ｆｅ、ＦｅＢおよびＣｏの所定量秤量し、アーク溶解炉にて合金インゴットを作製した。次いで実施例１と同様にして、急冷リボンを作製した。
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_６７Ｃｏ_１０Ｂ_７急冷リボンを回収し、高温ＶＳＭで磁気特性を評価した。結果をまとめて図１に示す。

２．焼結体の作製
回収した急冷リボンから目視、磁選にて柱状晶組織化した急冷リボンの部分を除き、残部をビニールにつめて手で粉砕し、通電加熱焼結装置のカーボンダイスに充填した。次いで、実施例１と同様にして焼結体を作製した。
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_６７Ｃｏ_１０Ｂ_７焼結体を回収し、所定寸法（およそ２ｘ２ｘ２ｍｍ）に切断し、ＶＳＭにて磁気特性を評価した。

比較例３
１．急冷リボンの作製
Ｎｄ、ＦｅおよびＢの原子数比が１５：７７：８となる割合でＮｄ、ＦｅおよびＦｅＢの所定量秤量し、アーク溶解炉にて合金インゴットを作製した。次いで実施例１と同様にして、急冷リボンを作製した。
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_８急冷リボンを回収し、高温ＶＳＭで磁気特性を評価した。結果をまとめて図１に示す。

２．焼結体の作製
回収した急冷リボンから熱処理温度を６００℃に変えた他は実施例１と同様にして、焼結体を作製した。
得られたＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_８焼結体を回収し、所定寸法（およそ２ｘ２ｘ２ｍｍ）に切断し、ＶＳＭにて磁気特性を評価した。結果をまとめて図２に示す。

＜実施例と比較例との比較＞
以上のＶＳＭの評価結果から、急冷リボンおよび焼結体の保磁力をまとめると次のようになる。
Ｎｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｇａ_１急冷リボン 保磁力（ｋＯｅ）＝２１．０
Ｎｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｇａ_１焼結体 保磁力（ｋＯｅ）＝２１．６
Ｎｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_８急冷リボン 保磁力（ｋＯｅ）＝１８．６
Ｎｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_８焼結体 保磁力（ｋＯｅ）＝１５．２
Ｎｄ_１５Ｆｅ_６７Ｃｏ_１０Ｂ_７急冷リボン 保磁力（ｋＯｅ）＝１８．５
Ｎｄ_１５Ｆｅ_６７Ｃｏ_１０Ｂ_７焼結体 保磁力（ｋＯｅ）＝１７．６

また、以上の結果から、３元系のＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_８では、急冷リボンから焼結体にすると室温保磁力が低下してしまうが、Ｂの一部をＧａで置換して４元系のＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｇａ_１にすることにより、急冷リボンと同等以上の室温保磁力を有する焼結体を得ることができた。
さらに、Ｂの一部をＧａで置換して４元系のＮｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｇａ_１にすることにより、急冷リボンと同等の保磁力の温度特性を有する焼結体を得ることが可能となり、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏなどの希少金属を多量添加しないで保磁力の温度特性に優れた焼結体を作製することが可能となった。

本発明によって、保磁力の温度特性に優れた焼結体を作製することが可能となり高保磁力ＮｄＦｅＢＧａ磁石を提供し得る。

Claims (5)

1. Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇａ_Ｘ（ｘは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３）の急冷リボンを作製し、これを加圧焼結して焼結体を得ることを特徴とする高保磁力ＮｄＦｅＢＧａ磁石の製造法。
2. Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇａ_Ｘが、Ｎｄ_ｙ−Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}−Ｂ_ｚ−Ｇ_Ｘ（ｘ、ｙおよびｚは原子数比を表示する数であり、１≦ｘ≦３、１２＜ｙ、および／又は６＜ｚ）である請求項１に記載の製造法。
3. Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｇａ_Ｘが、Ｎｄ_１５Ｆｅ_７７Ｂ_７Ｇａ_１である請求項１に記載の製造法。
4. 加圧焼結が、通電加熱焼結によって行われる請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造法。
5. 加圧焼結が、１０〜１０００ＭＰａの焼結時の面圧、５５０℃以上６００℃以下の温度で１０^−２ＭＰａ以下の真空下に５〜１００分間の条件で、通電加熱焼結によって行われる請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造法。

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