JP2020129679A - R-Fe-B system sintered magnet - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(R’,HR)2(Fe,(Co))14B(R’はYを含み、Dy,Tb及びHoを除く希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、Ndを必須とし、HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素)で表されるHRリッチ相を含む主相と、25〜35原子%の(R’,HR)、2〜8原子%のM1(M1はSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素)、8原子%以下のCo及び残部のFeの組成を有する(R’,HR)−Fe(Co)−M1相を、アモルファス相及び微結晶相の一方又は双方の形態で含む粒界相とを有し、HRリッチ相中のHRの含有量が主相の中心部におけるHRの含有量より高いR−Fe−B系焼結磁石。【効果】本発明のR−Fe−B系焼結磁石は、Dy,Tb及びHoの含有量が少なくても、高い保磁力を与える。【選択図】図1SOLUTION: (R', HR) 2 (Fe, (Co)) 14B (R'is one or more elements selected from rare earth elements excluding Dy, Tb and Ho, including Y, and is Nd. HR is a main phase containing an HR rich phase represented by (one or more elements selected from Dy, Tb and Ho) and 25 to 35 atomic% (R', HR), 2 to 8 atoms. % M1 (M1 is one or more selected from Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. Element), grain boundary phase containing (R', HR) -Fe (Co) -M1 phase having a composition of Co of 8 atomic% or less and Fe of the balance in one or both forms of an amorphous phase and a microcrystalline phase. An R-Fe-B based sintered magnet having a high HR content in the HR rich phase and higher than the HR content in the central part of the main phase. [Effect] The R-Fe-B-based sintered magnet of the present invention gives a high coercive force even if the contents of Dy, Tb and Ho are small. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、高い保磁力を有するR−Fe−B系焼結磁石に関するものである。 The present invention relates to an R-Fe-B based sintered magnet having a high coercive force.
Nd−Fe−B系焼結磁石(以下、Nd磁石という場合がある)は、省エネや高機能化に必要不可欠な機能性材料として、その応用範囲と生産量は年々拡大している。例えば、自動車用途では、高温環境下での使用が想定されることから、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータや電動パワーステアリング用モータなどに組み込まれるNd磁石には、高い残留磁束密度と同時に、高い保磁力が求められている。その一方、Nd磁石は、保磁力が、高温になると著しく低下し易く、その使用温度での保磁力を確保するため、予め室温での保磁力を十分に高めておく必要がある。 Nd-Fe-B system sintered magnets (hereinafter sometimes referred to as Nd magnets) have been expanding their application range and production year by year as functional materials indispensable for energy saving and high functionality. For example, since it is expected to be used in a high temperature environment for automobile applications, for example, an Nd magnet incorporated in a drive motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle or an electric power steering motor has a high residual magnetic flux density. At the same time, high coercive force is required. On the other hand, the coercive force of the Nd magnet tends to be remarkably reduced at high temperatures, and in order to secure the coercive force at the operating temperature, it is necessary to sufficiently increase the coercive force at room temperature in advance.
Nd磁石の保磁力を高める手法として、主相であるNd2Fe14B化合物のNdの一部をDy又はTbに置換することが有効であるが、これらの元素は、資源埋蔵量が少ないだけでなく、商業的に成立する生産地域が限定され、かつその安定供給には地政学的要素が影響するため、価格が不安定で変動が大きいといったリスクがある。このような背景から、高温使用に対応したR−Fe−B系磁石が大きな市場を獲得するためには、DyやTbの添加量を極力抑制した上で、保磁力を増大させる新しい方法又はR−Fe−B磁石組成の開発が必要である。このような点から、従来、種々の手法が提案されている。 As a method of increasing the coercive force of the Nd magnet, it is effective to substitute a part of Nd of the main phase Nd 2 Fe 14 B compound with Dy or Tb, but these elements have a small resource reserve. Rather, there is a risk that prices will be unstable and fluctuations will be large because the commercially viable production areas will be limited and the stable supply will be affected by geopolitical factors. From such a background, in order to obtain a large market for R-Fe-B based magnets that can be used at high temperatures, a new method of increasing the coercive force after suppressing the addition amount of Dy or Tb as much as possible or R -Fe-B magnet composition needs to be developed. From this point of view, various methods have been conventionally proposed.
例えば、特許第3997413号公報(特許文献1)には、原子百分率で12〜17%のR(RはYを含む希土類元素のうち少なくとも2種以上で、かつNd及びPrを必須とする)、0.1〜3%のSi、5〜5.9%のB、10%以下のCo及び残部Fe(但し、Feは3原子%以下の置換量でAl,Ti,V,Cr,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,In,Sn,Sb,Hf,Ta,W,Pt,Au,Hg,Pb,Biから選ばれる1種以上の元素で置換されていてもよい)の組成を有し、R2(Fe,(Co),Si)14B金属間化合物を主相とする、少なくとも10kOe以上の保磁力を有するR−Fe−B系焼結磁石において、Bリッチ相を含まず、かつ原子百分率で25〜35%のR、2〜8%のSi、8%以下のCo、残部FeからなるR−Fe(Co)−Si粒界相を体積率で少なくとも磁石全体の1%以上有するR−Fe−B系焼結磁石が開示されている。この焼結磁石は、その製造の、焼結時又は焼結後の熱処理時における冷却工程において、少なくとも700〜500℃までの間を0.1〜5℃/分の速度に制御して冷却するか、又は冷却途中で少なくとも30分以上一定温度を保持して多段で冷却することによって、組織中にR−Fe(Co)−Si粒界相を形成させたものである。 For example, in Japanese Patent No. 3997413 (Patent Document 1), R of 12 to 17% in atomic percentage (R is at least two or more of rare earth elements including Y, and Nd and Pr are essential), 0.1 to 3% Si, 5 to 5.9% B, 10% or less Co and the balance Fe (provided that Fe is Al, Ti, V, Cr, Mn, Ni with a substitution amount of 3 at% or less). , Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, even if it is substituted with one or more elements. In a sintered R—Fe—B based magnet having a coercive force of at least 10 kOe or more and having a composition of R 2 (Fe, (Co), Si) 14 B as a main phase, The R-Fe(Co)-Si grain boundary phase, which does not include a rich phase and is composed of 25 to 35% R in atomic percentage, 2 to 8% Si, 8% or less Co, and the balance Fe, is at least in volume ratio. An R-Fe-B based sintered magnet having 1% or more of the entire magnet is disclosed. This sintered magnet is cooled at a rate of 0.1 to 5° C./minute during at least 700 to 500° C. in a cooling step during the sintering or the heat treatment after the sintering of its manufacture. Alternatively, the R-Fe(Co)-Si grain boundary phase is formed in the structure by maintaining a constant temperature for at least 30 minutes or more and cooling in multiple stages during cooling.
特表2003−510467号公報(特許文献2)には、硼素分の少ないNd−Fe−B合金、この合金による焼結磁石及びその製造方法が開示されており、この合金から焼結磁石を製造する方法として、原材料を焼結後、300℃以下に冷却する際、800℃までの平均冷却速度をΔT1/Δt1<5K/分で冷却することが記載されている。 Japanese Patent Publication No. 2003-510467 (Patent Document 2) discloses an Nd-Fe-B alloy having a low boron content, a sintered magnet using this alloy, and a method for manufacturing the same, and a sintered magnet is manufactured from this alloy. As a method to do so, when the raw material is cooled to 300° C. or lower after sintering, the average cooling rate up to 800° C. is cooled at ΔT 1 /Δt 1 <5 K/min.
特許第5572673号公報(特許文献3)には、R2Fe14B主相と粒界相とを含むR−T−B磁石が記載されている。この粒界相の一部は、主相よりRを多く含むRリッチ相であり、他の粒界相は、主相よりも希土類元素濃度が低く、遷移金属元素濃度が高い遷移金属リッチ相である。そして、このR−T−B希土類焼結磁石は、焼結を800℃〜1,200℃で行った後、400℃〜800℃で熱処理を行うことで製造されることが記載されている。 Japanese Patent No. 5572673 (Patent Document 3), R-T-B magnet and a R 2 Fe 14 B main phase and a grain boundary phase is described. Part of this grain boundary phase is an R-rich phase containing more R than the main phase, and the other grain boundary phases are transition metal-rich phases having a lower rare earth element concentration and a higher transition metal element concentration than the main phase. is there. It is described that the R-T-B rare earth sintered magnet is manufactured by performing sintering at 800°C to 1200°C and then performing heat treatment at 400°C to 800°C.
特開2014−132628号公報(特許文献4)には、粒界相が、希土類元素の合計原子濃度が70原子%以上のRリッチ相と、希土類元素の合計原子濃度が25〜35原子%であって強磁性である遷移金属リッチ相とを含み、粒界相中の遷移金属リッチ相の面積率が40%以上であるR−T−B系希土類焼結磁石が記載され、磁石合金の圧粉成形体を800℃〜1,200℃で焼結する工程と、第1の熱処理工程を650℃〜900℃で行った後、200℃以下まで冷却し、更に、第2の熱処理工程を450℃〜600℃で行う複数の熱処理工程とにより製造することが記載されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2014-132628 (Patent Document 4), the grain boundary phase is an R-rich phase in which the total atomic concentration of rare earth elements is 70 atomic% or more, and the total atomic concentration of rare earth elements is 25 to 35 atomic %. And an R-T-B rare earth sintered magnet having an area ratio of the transition metal-rich phase in the grain boundary phase of 40% or more, which includes a transition metal-rich phase that is ferromagnetic, and describes the magnetic alloy pressure. After performing the step of sintering the powder compact at 800° C. to 1,200° C. and the first heat treatment step at 650° C. to 900° C., cooling to 200° C. or lower, and further performing the second heat treatment step at 450 It is described to be manufactured by a plurality of heat treatment steps performed at a temperature of from 600°C to 600°C.
特開2014−146788号公報(特許文献5)には、R2Fe14Bからなる主相と、主相よりRを多く含む粒界相とを備えたR−T−B希土類焼結磁石として、R2Fe14B主相の磁化容易軸がc軸と平行であり、R2Fe14B主相の結晶粒子形状がc軸方向と直交する方向に伸長する楕円状であり、粒界相が、希土類元素の合計原子濃度が70原子%以上のRリッチ相と、希土類元素の合計原子濃度が25〜35原子%である遷移金属リッチ相とを含むR−T−B系希土類焼結磁石が記載されている。また、その製造において、焼結を800℃〜1,200℃で行うこと、焼結後、アルゴン雰囲気中で400℃〜800℃にて熱処理を行うことが記載されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-146788 (Patent Document 5) discloses an R-T-B rare earth sintered magnet including a main phase made of R 2 Fe 14 B and a grain boundary phase containing more R than the main phase. , The easy axis of magnetization of the R 2 Fe 14 B main phase is parallel to the c-axis, and the crystal grain shape of the R 2 Fe 14 B main phase is an elliptical shape extending in the direction orthogonal to the c-axis direction, and the grain boundary phase , An R-T-B rare earth sintered magnet containing an R-rich phase in which the total atomic concentration of rare earth elements is 70 atomic% or more, and a transition metal-rich phase in which the total atomic concentration of rare earth elements is 25 to 35 atomic %. Is listed. Further, in the production, it is described that sintering is performed at 800° C. to 1,200° C., and after sintering, heat treatment is performed at 400° C. to 800° C. in an argon atmosphere.
特開2014−209546号公報(特許文献6)には、R2T14B主相と、隣接する二つのR2T14B主相の結晶粒子間の二粒子粒界相とを含み、該二粒子粒界相の厚みは5nm以上500nm以下であり、かつ強磁性体とは異なる磁性を有する相からなる希土類磁石が開示されている。この希土類磁石は、二粒子粒界相としてT元素を含みつつも強磁性とはならない化合物から形成されており、そのためこの相は、遷移金属元素を含むものであって、Al、Ge、Si、Sn、GaなどのM元素を含んでいる。更に、希土類磁石にCuを加えることで、二粒子粒界相としてLa6Co11Ga3型結晶構造を有する結晶相を均一に幅広く形成できると共に、La6Co11Ga3型二粒子粒界相とR2T14B主相の結晶粒子との界面にR−Cu薄層を形成でき、これによって主相の界面を不動態化し、格子不整合に起因する歪みの発生を抑制し、逆磁区の発生核となるのを抑制できることが記載されている。そして、その製造において、500℃〜900℃で焼結後熱処理を行い、冷却速度100℃/分以上、特に300℃/分以上で冷却することが記載されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-209546 (Patent Document 6) includes a R 2 T 14 B main phase and a two-particle grain boundary phase between two adjacent R 2 T 14 B main phase crystal grains. A rare-earth magnet is disclosed which has a thickness of the two-grain grain boundary phase of 5 nm or more and 500 nm or less and which has a magnetic property different from that of a ferromagnetic material. This rare earth magnet is formed from a compound that contains T element as a two-grain grain boundary phase but does not become ferromagnetic. Therefore, this phase contains a transition metal element and is composed of Al, Ge, Si, It contains M elements such as Sn and Ga. Further, by adding Cu to the rare earth magnet, a crystal phase having a La 6 Co 11 Ga 3 type crystal structure can be uniformly and widely formed as a two-grain grain boundary phase, and at the same time, a La 6 Co 11 Ga 3 type two-grain grain boundary phase can be formed. A thin R-Cu layer can be formed at the interface between the R 2 T 14 B and the crystal grains of the R 2 T 14 B main phase, thereby passivating the interface of the main phase, suppressing the occurrence of strain due to lattice mismatch, and suppressing the reverse magnetic domain. It is described that it can be suppressed to become the nucleus of generation of. Then, in the production thereof, post-sintering heat treatment is performed at 500° C. to 900° C., and cooling is performed at a cooling rate of 100° C./min or more, particularly 300° C./min or more.
国際公開第2014/157448号(特許文献7)及び国際公開第2014/157451号(特許文献8)には、Nd2Fe14B型化合物を主相とし、二つの主相間に囲まれ、厚みが5〜30nmである二粒子粒界と、三つ以上の主相によって囲まれた粒界三重点とを有するR−T−B系焼結磁石が開示されている。 In International Publication No. 2014/157448 (Patent Document 7) and International Publication No. 2014/157451 (Patent Document 8), an Nd 2 Fe 14 B type compound is used as a main phase, and it is surrounded by two main phases and has a thickness. An RTB-based sintered magnet having a two-grain grain boundary of 5 to 30 nm and a grain boundary triple point surrounded by three or more main phases is disclosed.
上述した事情から、Dy、Tb、Hoの含有量が少なくても、高い保磁力を発揮するR−Fe−B系焼結磁石が要望される。 From the above-mentioned circumstances, there is a demand for an R—Fe—B based sintered magnet that exhibits a high coercive force even if the contents of Dy, Tb, and Ho are small.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高い保磁力を有する新規なR−Fe−B系焼結磁石を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a novel R-Fe-B based sintered magnet having a high coercive force.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、12〜17原子%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とする)、0.1〜3原子%のM1(M1はSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素)、0.05〜0.5原子%のM2(M2はTi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta及びWから選ばれる1種以上の元素)、(4.8+2×m〜5.9+2×m)原子%(mはM2で表される元素の含有率(原子%))のB、10原子%以下のCo、0.5原子%以下のC、1.5原子%以下のO、0.5原子%以下のN、及び残部のFeの組成を有し、R2(Fe,(Co))14B金属間化合物を主相とするR−Fe−B系焼結磁石であって、主相と、主相の結晶粒間に形成され、25〜35原子%の(R’,HR)、2〜8原子%のM1、8原子%以下のCo、及び残部のFeの組成を有する(R’,HR)−Fe(Co)−M1相(R’はYを含み、Dy,Tb及びHoを除く希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とし、HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素)を、アモルファス相及び粒径10nm以下の微結晶相の一方又は双方の形態で含む粒界相とを有し、主相が、その表面部に、(R’,HR)2(Fe,(Co))14Bで表されるHRリッチ相を含み、HRリッチ相中のHRの含有量が、主相の中心部におけるHRの含有量より高いR−Fe−B系焼結磁石が、高い保磁力を有するR−Fe−B系焼結磁石であることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that 12 to 17 atom% of R (R is one or more elements selected from rare earth elements including Y, and Nd is 0.1 to 3 atomic% of M 1 (M 1 is Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au). , Hg, Pb and Bi), 0.05 to 0.5 atomic% of M 2 (M 2 is Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W). One or more elements selected), (4.8+2×m to 5.9+2×m) atomic% (m is the content (atomic %) of the element represented by M 2 ) B, 10 atomic% or less R 2 (Fe, (Co)) 14 B having a composition of Co, C of 0.5 atomic% or less, O of 1.5 atomic% or less, N of 0.5 atomic% or less, and the balance of Fe. It is an R-Fe-B type|system|group sintered magnet which uses an intermetallic compound as a main phase, is formed between the main phase and the crystal grain of a main phase, and is 25-35 atomic% of (R', HR), 2-. (R′,HR)—Fe(Co)—M 1 phase (R′ contains Y, Dy, Tb and Ho) having a composition of 8 atomic% M 1 , 8 atomic% or less Co, and the balance Fe. , Which is one or more elements selected from rare earth elements other than Nd, and Nd is essential, and HR is one or more elements selected from Dy, Tb, and Ho), an amorphous phase, and a fine particle having a particle size of 10 nm or less. An HR-rich phase represented by (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 14 B on the surface thereof, which has a grain boundary phase contained in one or both of the crystal phases. The R-Fe-B system sintered magnet containing HR in the HR rich phase has a higher HR content than the HR content in the central portion of the main phase is an R-Fe-B system sintered body having a high coercive force. It was found to be a magnet.
そして、このようなR−Fe−B系焼結磁石が、所定の組成を有する合金微粉を調製する工程、合金微粉を磁場印加中で圧粉成形して成形体を得る工程、成形体を900〜1,250℃の範囲の温度で焼結して焼結体を得る工程、焼結体を400℃以下の温度まで冷却する工程、HR(HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素)を含有する金属、化合物又は金属間化合物を焼結体の表面に配置し、950℃を超えて1,100℃以下の範囲の温度で加熱して、HRを焼結体に粒界拡散させ、400℃以下まで冷却する高温熱処理工程、及び高温熱処理後に、400〜600℃の範囲の温度で加熱して、300℃以下まで冷却する低温熱処理工程を含む方法により製造できることを見出し、本発明をなすに至った。 Then, in such an R—Fe—B system sintered magnet, a step of preparing a fine alloy powder having a predetermined composition, a step of compacting the fine alloy powder in a magnetic field to obtain a compact, a compact 900 ˜1,250° C. sintering to obtain a sintered body, cooling the sintered body to a temperature of 400° C. or lower, HR (HR is one or more selected from Dy, Tb and Ho) A metal, a compound or an intermetallic compound containing the element) is heated on the surface of the sintered body at a temperature in the range of more than 950° C. and not more than 1,100° C. It was found that it can be produced by a method including a high temperature heat treatment step of diffusing and cooling to 400° C. or lower, and a low temperature heat treatment step of cooling to 300° C. or lower by heating at a temperature in the range of 400 to 600° C. after high temperature heat treatment, Invented.
従って、本発明は、下記のR−Fe−B系焼結磁石を提供する。
[1] 12〜17原子%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とする)、0.1〜3原子%のM1(M1はSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素)、0.05〜0.5原子%のM2(M2はTi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta及びWから選ばれる1種以上の元素)、(4.8+2×m〜5.9+2×m)原子%(mはM2で表される元素の含有率(原子%))のB、10原子%以下のCo、0.5原子%以下のC、1.5原子%以下のO、0.5原子%以下のN、及び残部のFeの組成を有し、R2(Fe,(Co))14B金属間化合物を主相とするR−Fe−B系焼結磁石であって、
上記主相と、該主相の結晶粒間に形成され、25〜35原子%の(R’,HR)、2〜8原子%のM1、8原子%以下のCo、及び残部のFeの組成を有する(R’,HR)−Fe(Co)−M1相(R’はYを含み、Dy,Tb及びHoを除く希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とし、HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素)を、アモルファス相及び粒径10nm以下の微結晶相の一方又は双方の形態で含む粒界相とを有し、
(R’,HR)−Fe(Co)−M1相におけるM1が、
0.5〜50原子%がSi、残部がAl,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素、
1.0〜80原子%がGa、残部がSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素、又は
0.5〜50原子%がAl、残部がSi,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素
であり、
上記主相が、その表面部に、(R’,HR)2(Fe,(Co))14Bで表されるHRリッチ相を含み、上記HRリッチ相中のHRの含有量が、上記主相の中心部におけるHRの含有量より高いことを特徴とするR−Fe−B系焼結磁石。
[2] 上記HRリッチ相が、上記主相の表面部に不均一に形成されていることを特徴とする[1]記載のR−Fe−B系焼結磁石。
[3] 上記HRリッチ相中のNdの含有量が、上記主相の中心部におけるNdの含有量の0.8倍以下であることを特徴とする[1]又は[2]記載のR−Fe−B系焼結磁石。
[4] 上記R−Fe−B系焼結磁石の表面から200μm内部の断面において評価されるHRリッチ相の面積が、主相全体の面積に対して2%以上であることを特徴とする[1]乃至[3]のいずれかに記載のR−Fe−B系焼結磁石。
[5] 磁石の組織中、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が、体積率で1%以上20%以下存在することを特徴とする[1]乃至[4]のいずれかに記載のR−Fe−B系焼結磁石。
[6] 上記(R’,HR)−Fe(Co)−M1相におけるM1が、
0.5〜50原子%がSi、残部がAl,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素、又は
1.0〜80原子%がGa、残部がSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素
であることを特徴とする[1]乃至[5]のいずれかに記載のR−Fe−B系焼結磁石。
[7] 残留磁束密度Brが、23℃で13.2kG以上であり、かつ保磁力Hcjが、23℃で26.2kOe以上であることを特徴とする[1]乃至[6]のいずれかに記載のR−Fe−B系焼結磁石。
また、本発明は、下記のR−Fe−B系焼結磁石が関連する。
〔1〕 12〜17原子%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とする)、0.1〜3原子%のM1(M1はSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素)、0.05〜0.5原子%のM2(M2はTi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta及びWから選ばれる1種以上の元素)、(4.8+2×m〜5.9+2×m)原子%(mはM2で表される元素の含有率(原子%))のB、10原子%以下のCo、0.5原子%以下のC、1.5原子%以下のO、0.5原子%以下のN、及び残部のFeの組成を有し、R2(Fe,(Co))14B金属間化合物を主相とするR−Fe−B系焼結磁石であって、
上記主相と、該主相の結晶粒間に形成され、25〜35原子%の(R’,HR)、2〜8原子%のM1、8原子%以下のCo、及び残部のFeの組成を有する(R’,HR)−Fe(Co)−M1相(R’はYを含み、Dy,Tb及びHoを除く希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とし、HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素)を、アモルファス相及び粒径10nm以下の微結晶相の一方又は双方の形態で含む粒界相とを有し、
上記主相が、その表面部に、(R’,HR)2(Fe,(Co))14Bで表されるHRリッチ相を含み、
上記HRリッチ相中のHRの含有量が、上記主相の中心部におけるHRの含有量より高いことを特徴とするR−Fe−B系焼結磁石。
〔2〕 上記HRリッチ相が、上記主相の表面部に不均一に形成されていることを特徴とする〔1〕記載のR−Fe−B系焼結磁石。
〔3〕 上記HRリッチ相中のNdの含有量が、上記主相の中心部におけるNdの含有量の0.8倍以下であることを特徴とする〔1〕又は〔2〕記載のR−Fe−B系焼結磁石。
〔4〕 R−Fe−B系焼結磁石の表面から200μm内部の断面において評価されるHRリッチ相の面積が、主相全体の面積に対して2%以上であることを特徴とする〔1〕乃至〔3〕のいずれかに記載のR−Fe−B系焼結磁石。
〔5〕 12〜17原子%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とする)、0.1〜3原子%のM1(M1はSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素)、0.05〜0.5原子%のM2(M2はTi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta及びWから選ばれる1種以上の元素)、(4.8+2×m〜5.9+2×m)原子%(mはM2で表される元素の含有率(原子%))のB、10原子%以下のCo、0.5原子%以下のC、1.5原子%以下のO、0.5原子%以下のN、及び残部のFeの組成を有する合金微粉を調製する工程、
該合金微粉を磁場印加中で圧粉成形して成形体を得る工程、
該成形体を900〜1,250℃の範囲の温度で焼結して焼結体を得る工程、
該焼結体を400℃以下の温度まで冷却する工程、
HR(HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素)を含有する金属、化合物又は金属間化合物を上記焼結体の表面に配置し、950℃を超えて1,100℃以下の範囲の温度で加熱して、HRを焼結体に粒界拡散させ、400℃以下まで冷却する高温熱処理工程、及び
上記高温熱処理後に、400〜600℃の範囲の温度で加熱して、300℃以下まで冷却する低温熱処理工程
を含む製造方法により得られたことを特徴とするR−Fe−B系焼結磁石。
Therefore, the present invention provides the following R-Fe-B system sintered magnet.
[1] 12 to 17 atomic% of R (R is one or more elements selected from rare earth elements including Y, and Nd is essential), 0.1 to 3 atomic% of M 1 ( M 1 is one or more elements selected from Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi), 0.05 to 0.5 atomic% of M 2 (M 2 is one or more elements selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W), (4.8+2×m 5.9+2×m) atomic% (m is the content (atomic %) of the element represented by M 2 ) B, 10 atomic% or less Co, 0.5 atomic% or less C, 1.5 atomic% R-Fe-B based sintering having the following composition of O, N of 0.5 atomic% or less, and the balance of Fe, and having R 2 (Fe, (Co)) 14 B intermetallic compound as a main phase. A magnet,
Formed between the main phase and the crystal grains of the main phase, 25 to 35 atomic% of (R′, HR), 2 to 8 atomic% of M 1 , 8 atomic% or less of Co, and the balance of Fe (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase having a composition (R′ includes Y, and is one or more elements selected from rare earth elements other than Dy, Tb and Ho, and Nd. HR has a grain boundary phase containing one or both of an amorphous phase and a microcrystalline phase having a grain size of 10 nm or less, and HR has one or more elements selected from Dy, Tb and Ho.
(R ', HR) M 1 in -Fe (Co) -M 1 phase,
0.5 to 50 atomic% is Si, and the balance is selected from Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. One or more elements,
1.0 to 80 atomic% is Ga, and the rest is Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. One or more elements, or 0.5 to 50 atomic% of Al and the balance of Si, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg. , One or more elements selected from Pb and Bi,
The main phase includes an HR rich phase represented by (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 14 B on the surface thereof, and the content of HR in the HR rich phase is An R-Fe-B based sintered magnet having a higher HR content in the center of the phase.
[2] The R-Fe-B based sintered magnet according to [1], wherein the HR-rich phase is unevenly formed on the surface of the main phase.
[3] The content of Nd in the HR-rich phase is 0.8 times or less the content of Nd in the central portion of the main phase, R- according to [1] or [2]. Fe-B system sintered magnet.
[4] The area of the HR rich phase evaluated in a cross section within 200 μm from the surface of the R—Fe—B system sintered magnet is 2% or more with respect to the area of the entire main phase [ 1] to the R-Fe-B system sintered magnet according to any one of [3].
[5] Any of [1] to [4], wherein the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase is present in the structure of the magnet in a volume ratio of 1% or more and 20% or less. The R-Fe-B type|system|group sintered magnet of crab.
[6] above (R ', HR) M 1 in -Fe (Co) -M 1 phase,
0.5 to 50 atomic% is Si, and the balance is selected from Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. One or more elements, or 1.0 to 80 atomic% Ga, the balance Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg , Pb and Bi are one or more elements, and the R-Fe-B system sintered magnet according to any one of [1] to [5] is characterized.
[7] In any one of [1] to [6], the residual magnetic flux density Br is 13.2 kG or more at 23° C., and the coercive force Hcj is 26.2 kOe or more at 23° C. The described R-Fe-B based sintered magnet.
The present invention also relates to the following R-Fe-B based sintered magnet.
[1] 12 to 17 atomic% of R (R is one or more elements selected from rare earth elements including Y, and Nd is essential), 0.1 to 3 atomic% of M 1 ( M 1 is one or more elements selected from Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi), 0.05 to 0.5 atomic% of M 2 (M 2 is one or more elements selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W), (4.8+2×m 5.9+2×m) atomic% (m is the content (atomic %) of the element represented by M 2 ) B, 10 atomic% or less Co, 0.5 atomic% or less C, 1.5 atomic% R-Fe-B based sintering having the following composition of O, N of 0.5 atomic% or less, and the balance of Fe, and having R 2 (Fe, (Co)) 14 B intermetallic compound as a main phase. A magnet,
Formed between the main phase and the crystal grains of the main phase, 25 to 35 atomic% of (R′, HR), 2 to 8 atomic% of M 1 , 8 atomic% or less of Co, and the balance of Fe (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase having a composition (R′ includes Y, and is one or more elements selected from rare earth elements other than Dy, Tb and Ho, and Nd. HR has a grain boundary phase containing one or both of an amorphous phase and a microcrystalline phase having a particle size of 10 nm or less), and HR has one or more elements selected from Dy, Tb and Ho.
The main phase contains an HR rich phase represented by (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 14 B in its surface portion,
The R-Fe-B based sintered magnet, wherein the content of HR in the HR-rich phase is higher than the content of HR in the central portion of the main phase.
[2] The R-Fe-B based sintered magnet according to [1], wherein the HR-rich phase is formed unevenly on the surface of the main phase.
[3] The content of Nd in the HR-rich phase is 0.8 times or less the content of Nd in the central portion of the main phase, R- according to [1] or [2]. Fe-B system sintered magnet.
[4] The area of the HR rich phase evaluated in a cross section within 200 μm from the surface of the R—Fe—B system sintered magnet is 2% or more with respect to the area of the entire main phase [1. ] The R-Fe-B type|system|group sintered magnet in any one of [3].
[5] 12 to 17 atom% of R (R is one or more elements selected from rare earth elements including Y, and Nd is essential), 0.1 to 3 atom% of M 1 ( M 1 is one or more elements selected from Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi), 0.05 to 0.5 atomic% of M 2 (M 2 is one or more elements selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W), (4.8+2×m-5) .9+2×m) atomic% (m is the content (atomic %) of the element represented by M 2 ) B, 10 atomic% or less Co, 0.5 atomic% or less C, 1.5 atomic% or less Of O, 0.5 atomic% or less of N, and the balance of Fe having a composition of:
A step of compacting the alloy fine powder in a magnetic field to obtain a compact,
A step of sintering the molded body at a temperature in the range of 900 to 1,250° C. to obtain a sintered body,
Cooling the sintered body to a temperature of 400° C. or lower,
A metal, compound or intermetallic compound containing HR (HR is one or more elements selected from Dy, Tb and Ho) is arranged on the surface of the above-mentioned sintered body, and the temperature is higher than 950°C and lower than 1,100°C. After the high temperature heat treatment step of heating at a temperature in the range to diffuse the HR into the sintered body at the grain boundaries and cooling to 400° C. or less, and after the high temperature heat treatment, the temperature is in the range of 400 to 600° C. An R-Fe-B based sintered magnet obtained by a manufacturing method including a low temperature heat treatment step of cooling to the following.
本発明のR−Fe−B系焼結磁石は、Dy,Tb及びHoの含有量が少なくても、高い保磁力を与える。 The R-Fe-B system sintered magnet of the present invention gives a high coercive force even if the contents of Dy, Tb and Ho are small.
以下、本発明を更に詳細に説明する。
まず、本発明の磁石組成について説明すると、本発明のR−Fe−B系焼結磁石は、12〜17原子%のR、0.1〜3原子%のM1、0.05〜0.5原子%のM2、(4.8+2×m〜5.9+2×m)原子%(mはM2で表される元素の含有率(原子%))のB、10原子%以下のCo、0.5原子%以下のC(炭素)、1.5原子%以下のO(酸素)、0.5原子%以下のN(窒素)、及び残部Feからなる組成を有し、不可避不純物を含んでいてもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
First, to describe the magnet composition of the present invention, R-Fe-B based sintered magnet of the present invention, 12 to 17 atomic% of R, 0.1 to 3 atomic% of M 1, 0.05 to 0. 5 atomic% of M 2 , B of (4.8+2×m to 5.9+2×m) atomic% (m is the content rate (atomic %) of the element represented by M 2 ) and 10 atomic% or less of Co, It has a composition of C (carbon) of 0.5 atomic% or less, O (oxygen) of 1.5 atomic% or less, N (nitrogen) of 0.5 atomic% or less, and the balance Fe, and contains inevitable impurities. You can leave.
RはYを含む希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とする。Nd以外の希土類元素としては、Pr,La,Ce,Gd,Dy,Tb,Hoが好ましく、特にPr,Dy,Tb,Ho、とりわけPrが好ましい。Rの含有率は、12〜17原子%であり、13原子%以上であることが好ましく、また、16原子%以下であることが好ましい。Rの含有率は、12原子%未満では、磁石の保磁力が極端に低下し、17原子%を超えると残留磁束密度Brが低下する。Rのうち、必須成分であるNdの比率は、Rの全体の60%原子以上、特に70原子%以上であることが好ましい。また、Nd以外の希土類元素として、Pr,La,Ce及びGdから選ばれる1種以上の元素を含む場合、Ndと、Pr,La,Ce及びGdから選ばれる1種以上の元素との比率(原子比)は、Nd/(Pr,La,Ce及びGdから選ばれる1種以上の元素)が、75/25以上85/15以下が好ましい。特に、Nd以外の希土類元素としてPrを用いる場合、NdとPrとの混合物であるジジムを用いることができ、その場合、NdとPrとの比率Nd/Pr(原子比)を、例えば、77/23以上83/17以下とすることができる。 R is one or more elements selected from rare earth elements including Y, and Nd is essential. As the rare earth element other than Nd, Pr, La, Ce, Gd, Dy, Tb and Ho are preferable, and Pr, Dy, Tb and Ho are particularly preferable, and Pr is particularly preferable. The content of R is 12 to 17 atomic %, preferably 13 atomic% or more, and 16 atomic% or less. When the content of R is less than 12 atom %, the coercive force of the magnet is extremely reduced, and when it exceeds 17 atom %, the residual magnetic flux density Br is reduced. In R, the ratio of Nd, which is an essential component, is preferably 60% by atom or more, and particularly preferably 70% by atom or more of the entire R. When one or more elements selected from Pr, La, Ce and Gd are contained as rare earth elements other than Nd, the ratio of Nd to one or more elements selected from Pr, La, Ce and Gd ( The atomic ratio of Nd/(one or more elements selected from Pr, La, Ce and Gd) is preferably 75/25 or more and 85/15 or less. In particular, when Pr is used as the rare earth element other than Nd, it is possible to use didymium which is a mixture of Nd and Pr, and in that case, the ratio Nd/Pr (atomic ratio) of Nd and Pr is, for example, 77/ It can be 23 or more and 83/17 or less.
Dy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素の含有率は、Dy、Tb及びHoの合計として、R全体の20原子%以下であることが好ましく、より好ましくは10原子%以下、更に好ましくは5原子%以下、特に好ましくは3原子%以下であり、0.06原子%以上であることが好ましい。一方、磁石全体の組成に対するDy,Tb及びHoの合計の含有率は、3原子%以下であることが好ましく、より好ましくは1.5原子%以下、更に好ましくは1原子%以下、特に好ましくは0.4原子%以下であり、0.01原子%以上であることが好ましい。粒界拡散によってDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素を拡散させる場合は、その拡散量は0.7原子%以下、特に0.4原子%以下が好ましく、0.05原子%以上であることがより好ましい。 The content of one or more elements selected from Dy, Tb and Ho is preferably 20 atom% or less of the total R, more preferably 10 atom% or less, further preferably as the total of Dy, Tb and Ho. Is 5 atomic% or less, particularly preferably 3 atomic% or less, and preferably 0.06 atomic% or more. On the other hand, the total content of Dy, Tb and Ho with respect to the composition of the entire magnet is preferably 3 atom% or less, more preferably 1.5 atom% or less, further preferably 1 atom% or less, particularly preferably It is 0.4 atom% or less, preferably 0.01 atom% or more. When one or more elements selected from Dy, Tb and Ho are diffused by grain boundary diffusion, the amount of diffusion is preferably 0.7 atom% or less, particularly 0.4 atom% or less, and 0.05 atom% or more. Is more preferable.
M1は、Si,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素で構成される。M1は後述する(R’,HR)−Fe(Co)−M1相の形成に必要な元素であり、M1を所定の含有率で添加することによって、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相を安定的に形成することができる。M1の含有率は、0.1〜3原子%であり、0.5原子%以上であることが好ましく、また、2.5原子%以下であることが好ましい。M1の含有率は、0.1原子%未満では、粒界相における(R’,HR)−Fe(Co)−M1相の存在比率が低すぎるために、保磁力が十分に向上せず、3原子%を超えると、磁石の角形性が悪化し、更に、残留磁束密度Brが低下するため好ましくない。 M 1 is one or more elements selected from Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. Composed. M 1 is an element necessary for forming a (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase described later, and by adding M 1 at a predetermined content, (R′,HR)-Fe The (Co)-M 1 phase can be stably formed. The content of M 1 is 0.1 to 3 atom %, preferably 0.5 atom% or more, and preferably 2.5 atom% or less. When the content of M 1 is less than 0.1 atomic %, the coercive force is sufficiently improved because the abundance ratio of the (R′,HR)—Fe(Co)—M 1 phase in the grain boundary phase is too low. However, if it exceeds 3 atomic %, the squareness of the magnet is deteriorated and the residual magnetic flux density Br is lowered, which is not preferable.
M2は、Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta及びWから選ばれる1種以上の元素で構成される。M2は、焼結時の異常粒成長を抑制することを目的とし、ホウ化物を安定して形成する元素として添加される。M2の含有率は、0.05〜0.5原子%である。M2の添加により、製造時、比較的高温で焼結することが可能となり、角形性の改善と磁気特性の向上につながる。 M 2 is composed of at least one element selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W. M 2 is added as an element for stably forming boride for the purpose of suppressing abnormal grain growth during sintering. The content rate of M 2 is 0.05 to 0.5 atom %. By adding M 2 , it becomes possible to sinter at a relatively high temperature during manufacturing, which leads to improvement of squareness and improvement of magnetic properties.
B(ホウ素)の含有率は、(4.8+2×m)〜(5.9+2×m)原子%(mはM2で表される元素の含有率(原子%)、以下同じ)であり、(4.9+2×m)原子%以上であることが好ましく、また、(5.7+2×m)原子%以下であることが好ましい。換言すれば、本発明の磁石の組成におけるM2元素の含有率は0.05〜0.5原子%であるから、上記範囲内で特定されたM2元素の含有率によってBの含有率の範囲が異なることになるが、Bの含有率は、4.9〜6.9原子%であり、5.0原子%以上であることが好ましく、また、6.7原子%以下であることが好ましい。Bの含有率の上限値は、重要な要素である。Bの含有率が(5.9+2×m)原子%を超えると、後述する(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が粒界に形成されず、R1.1Fe4B4化合物相又は(R’,HR)1.1Fe4B4化合物相、いわゆるBリッチ相が形成される。このBリッチ相が磁石内に存在するときには、磁石の保磁力が十分に増大しない。一方、Bの含有率が(4.8+2×m)原子%未満では、主相の体積率が低下して、磁気特性が低下する。 The content rate of B (boron) is (4.8+2×m) to (5.9+2×m) atomic% (m is the content rate of the element represented by M 2 (atomic %), the same applies hereinafter), It is preferably (4.9+2×m) atom% or more, and preferably (5.7+2×m) atom% or less. In other words, since the content of the M 2 element in the composition of the magnet of the present invention is from 0.05 to 0.5 atomic%, the content of B by the content of the M 2 element identified in the above range Although the ranges will be different, the B content is 4.9 to 6.9 atomic %, preferably 5.0 atomic% or more, and 6.7 atomic% or less. preferable. The upper limit of the B content is an important factor. When the content ratio of B exceeds (5.9+2×m) atom %, the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase described later is not formed at the grain boundary, and the R 1.1 Fe 4 B 4 compound is formed. Phase or (R′,HR) 1.1 Fe 4 B 4 compound phase, so-called B-rich phase is formed. When this B-rich phase exists in the magnet, the coercive force of the magnet does not increase sufficiently. On the other hand, when the content ratio of B is less than (4.8+2×m) atom %, the volume ratio of the main phase is lowered and the magnetic properties are lowered.
Coは、含有していても、含有していなくてもよいが、キュリー温度及び耐食性の向上を目的として、FeをCoで置換することができ、Coを含有している場合、Coの含有率は、10原子%以下、特に5原子%以下であることが好ましい。Coの含有率が10原子%を超えると、保磁力の大幅な低下を招くおそれがある。Coの含有率は、FeとCoとの合計に対し、10原子%以下、特に5原子%以下であることがより好ましい。なお、本発明ではCoを含有している場合と、含有しない場合との双方が含まれることを意味する表記として、『Fe,(Co)』又は『Fe(Co)』を用いる。 Co may or may not be contained, but for the purpose of improving the Curie temperature and the corrosion resistance, Fe can be replaced by Co. When Co is contained, the Co content rate is Is preferably 10 atomic% or less, and particularly preferably 5 atomic% or less. If the Co content exceeds 10 atomic %, the coercive force may be significantly reduced. The content ratio of Co is more preferably 10 atom% or less, and particularly preferably 5 atom% or less with respect to the total of Fe and Co. In the present invention, “Fe, (Co)” or “Fe(Co)” is used as a notation that means that both the case of containing Co and the case of not containing Co are included.
炭素、酸素及び窒素の含有率は、より低い方が好ましく、含有していないことがより好ましいが、製造工程上、混入を完全に避けることができない。これらの元素の含有率は、C(炭素)の含有率は0.5原子%以下、特に0.4原子%以下、O(酸素)の含有率は1.5原子%以下、特に1.2原子%以下、N(窒素)の含有率は0.5原子%以下、特に0.3原子%以下まで許容し得る。Feの含有率は、磁石全体の組成に対して、残部であるが、好ましくは70原子%以上、特に75原子%以上で、85原子%以下、特に80原子%以下である。 The carbon, oxygen and nitrogen contents are preferably lower and more preferably not contained, but in the manufacturing process, contamination cannot be completely avoided. Regarding the content of these elements, the content of C (carbon) is 0.5 atom% or less, particularly 0.4 atom% or less, and the content of O (oxygen) is 1.5 atom% or less, particularly 1.2. The content of N (nitrogen) is 0.5 atomic% or less, and especially 0.3 atomic% or less is acceptable. The content of Fe, which is the balance with respect to the composition of the entire magnet, is preferably 70 atom% or more, particularly 75 atom% or more, and 85 atom% or less, particularly 80 atom% or less.
これらの元素以外、不可避不純物として、H,F,Mg,P,S,Cl,Caなどの元素の含有を、上述した磁石の構成元素と、不可避不純物との合計に対し、不可避不純物の合計として0.1質量%以下まで許容するが、これらの不可避不純物の含有も少ないほうが好ましい。 In addition to these elements, the inclusion of elements such as H, F, Mg, P, S, Cl, and Ca as unavoidable impurities as the total of the unavoidable impurities with respect to the total of the constituent elements of the magnet and the unavoidable impurities described above. Although it is allowed up to 0.1% by mass or less, it is preferable that the content of these unavoidable impurities is small.
本発明のR−Fe−B系焼結磁石の結晶粒の平均径は6μm以下、特に5.5μm以下、とりわけ5μm以下であることが好ましく、1.5μm以上、特に2μm以上であることがより好ましい。結晶粒の平均径の制御は、微粉砕時の合金微粉末の平均粒径を調整することで可能である。結晶粒の平均径の測定は、例えば次の手順で行うことができる。まず、焼結磁石の断面を鏡面になるまで研磨した後、例えばビレラ液(例えば、混合比がグリセリン:硝酸:塩酸=3:1:2の混合液)などのエッチング液に浸漬して粒界相を選択的にエッチングした断面を、レーザー顕微鏡にて観察する。次に、得られた観察像をもとに、画像解析にて個々の粒子の断面積を測定し、等価な円としての直径を算出する。そして、各粒度の占める面積分率のデータを基に、平均径を求める。なお、平均径は、例えば、異なる20個所の画像における合計約2,000個の粒子の平均とすればよい。 The average diameter of the crystal grains of the R—Fe—B system sintered magnet of the present invention is preferably 6 μm or less, particularly 5.5 μm or less, especially 5 μm or less, and more preferably 1.5 μm or more, especially 2 μm or more. preferable. The average diameter of the crystal grains can be controlled by adjusting the average particle diameter of the fine alloy powder during fine pulverization. The average diameter of crystal grains can be measured, for example, by the following procedure. First, after polishing the cross section of the sintered magnet to a mirror surface, it is immersed in an etching solution such as a villera solution (for example, a mixture solution of glycerin:nitric acid:hydrochloric acid=3:1:2) for grain boundaries. The cross section in which the phases are selectively etched is observed with a laser microscope. Next, based on the obtained observation image, the cross-sectional area of each particle is measured by image analysis, and the diameter as an equivalent circle is calculated. Then, the average diameter is obtained based on the data of the area fraction occupied by each particle size. The average diameter may be, for example, the average of a total of about 2,000 particles in 20 different images.
本発明のR−Fe−B系焼結磁石の残留磁束密度Brは、室温(約23℃)で11kG(1.1T)以上、特に11.5kG(1.15T)以上、とりわけ12kG(1.2T)以上であることが好ましい。一方、本発明のR−Fe−B系焼結磁石の保磁力Hcjは、室温(約23℃)で10kOe(796kA/m)以上、特に14kOe(1,114kA/m)以上、とりわけ16kOe(1,274kA/m)以上であることが好ましい。 The residual magnetic flux density Br of the R-Fe-B system sintered magnet of the present invention is 11 kG (1.1 T) or more, particularly 11.5 kG (1.15 T) or more, especially 12 kG (1. It is preferably 2T) or more. On the other hand, the coercive force Hcj of the R—Fe—B system sintered magnet of the present invention is 10 kOe (796 kA/m) or more at room temperature (about 23° C.), particularly 14 kOe (1,114 kA/m) or more, and particularly 16 kOe (1 , 274 kA/m) or more.
本発明の磁石の組織には、主相(結晶粒)と、粒界相とが存在する。結晶粒を構成する主相には、R2(Fe,(Co))14B金属間化合物の相が含まれる。ここで、Coを含まない場合をR2Fe14B、Coを含む場合をR2(Fe,Co)14Bと表記することができる。 The structure of the magnet of the present invention has a main phase (crystal grains) and a grain boundary phase. The main phase forming the crystal grains includes a phase of R 2 (Fe,(Co)) 14 B intermetallic compound. Here, a case not containing Co can be expressed as R 2 Fe 14 B, and a case containing Co can be expressed as R 2 (Fe,Co) 14 B.
一方、主相に含まれるHRリッチ相には、(R’,HR)2(Fe,(Co))14B(R’はYを含み、Dy,Tb及びHoを除く希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とし(以下同じ)、HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素である(以下同じ))で表される相が含まれる。ここで、Coを含まない場合を(R’,HR)2Fe14B、Coを含む場合を(R’,HR)2(Fe,Co)14Bと表記することができる。HRリッチ相は、HRの含有量が、主相の中心部におけるHRの含有量より高い金属間化合物の相である。R’中のNd以外の希土類元素としては、Pr,La,Ce,Gdが好ましく、特にPrが好ましい。このHRリッチ相は、主相の表面部に形成されている。 On the other hand, the HR-rich phase contained in the main phase contains (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 14 B (R′ includes Y and is selected from rare earth elements other than Dy, Tb and Ho 1 A phase represented by one kind or two or more kinds of elements, Nd being essential (hereinafter the same), and HR being one or more kinds of elements selected from Dy, Tb and Ho (the same below) is included. Here, a case not containing Co can be expressed as (R′,HR) 2 Fe 14 B, and a case containing Co can be expressed as (R′,HR) 2 (Fe,Co) 14 B. The HR-rich phase is an intermetallic compound phase having a higher HR content than the HR content in the central portion of the main phase. As the rare earth element other than Nd in R′, Pr, La, Ce and Gd are preferable, and Pr is particularly preferable. The HR rich phase is formed on the surface of the main phase.
HRリッチ相は、主相の表面部に不均一に形成されていることが好ましい。HRリッチ相は、主相の表面部全体に形成されていてもよく、例えば、主相のHRリッチ相以外の部分(即ち、内部)の全体を被覆するように形成されていてもよいが、その場合、HRリッチ相の厚さは均一ではなく、最厚部と最薄部とを有していることが好ましい。この場合、最薄部に対する最厚部の比が、1.5倍以上、特に2倍以上、とりわけ3倍以上であることが好ましい。 The HR rich phase is preferably formed nonuniformly on the surface of the main phase. The HR-rich phase may be formed on the entire surface of the main phase, for example, may be formed so as to cover the entire part of the main phase other than the HR-rich phase (ie, the inside). In that case, the thickness of the HR rich phase is not uniform and preferably has the thickest part and the thinnest part. In this case, the ratio of the thickest part to the thinnest part is preferably 1.5 times or more, particularly 2 times or more, and more preferably 3 times or more.
また、HRリッチ相は、主相の表面部の一部のみに形成されていてもよく、例えば、主相のHRリッチ相以外の部分の一部のみを被覆するように形成されていてもよい。この場合、HRリッチ相の最厚部の厚さは、主相の結晶粒の粒径の0.5%以上、特に1%以上、とりわけ2%以上で、40%以下、特に30%以下、とりわけ25%以下であることが好ましい。 Further, the HR rich phase may be formed only on a part of the surface portion of the main phase, for example, may be formed so as to cover only a part of the portion of the main phase other than the HR rich phase. .. In this case, the thickness of the thickest part of the HR-rich phase is 0.5% or more, particularly 1% or more, especially 2% or more, and 40% or less, especially 30% or less of the grain size of the crystal grains of the main phase, It is particularly preferably 25% or less.
HRリッチ相の最薄部の厚さは、0.01μm以上、特に0.02μm以上であることが好ましく、また、HRリッチ相の最厚部の厚さは、2μm以下、特に1μm以下であることが好ましい。HRリッチ相の最薄部の厚さが0.01μm未満の場合、保磁力の増大効果が十分でない場合があり、また、HRリッチ相の最厚部の厚みが2μmを超えると、残留磁束密度Brが低下するおそれがある。 The thickness of the thinnest portion of the HR-rich phase is preferably 0.01 μm or more, particularly preferably 0.02 μm or more, and the thickness of the thickest portion of the HR-rich phase is 2 μm or less, particularly 1 μm or less. It is preferable. When the thickness of the thinnest part of the HR rich phase is less than 0.01 μm, the effect of increasing the coercive force may not be sufficient, and when the thickness of the thickest part of the HR rich phase exceeds 2 μm, the residual magnetic flux density Br may decrease.
HRリッチ相において、HRはRの占有サイトを置換する。HRリッチ相中のNdの含有量は、主相の中心部におけるNdの含有量の0.8倍(80%)以下、特に0.75倍(75%)以下、とりわけ0.7倍(70%)以下であることが好ましい。この比率が、上記範囲を上回ると、HRによる保磁力の増大効果が十分でない場合がある。 In the HR-rich phase, HR replaces the occupied site of R. The content of Nd in the HR-rich phase is 0.8 times (80%) or less, particularly 0.75 times (75%) or less, and particularly 0.7 times (70%) the content of Nd in the central portion of the main phase. %) or less is preferable. If this ratio exceeds the above range, the effect of increasing the coercive force by HR may not be sufficient.
また、HRリッチ相は、焼結磁石の表面(例えば、後述する粒界拡散処理における拡散面)から200μm内部の断面において評価されるHRリッチ相の面積が、主相全体の面積に対して2%以上、特に4%以上、とりわけ5%以上であることが好ましい。HRリッチ相の割合が上記範囲未満であると、保磁力の増大効果が十分でない場合がある。このHRリッチ相の割合は、40%以下、特に30%以下、とりわけ25%以下であることが好ましい。HRリッチ相の割合が上記範囲を超えると、残留磁束密度Brが低下するおそれがある。 In the HR-rich phase, the area of the HR-rich phase evaluated in a cross section within 200 μm from the surface of the sintered magnet (for example, the diffusion surface in the grain boundary diffusion treatment described later) is 2 with respect to the area of the entire main phase. % Or more, particularly 4% or more, and particularly preferably 5% or more. If the ratio of the HR rich phase is less than the above range, the effect of increasing the coercive force may not be sufficient. The proportion of this HR-rich phase is preferably 40% or less, particularly 30% or less, and especially 25% or less. If the ratio of the HR rich phase exceeds the above range, the residual magnetic flux density Br may decrease.
更に、HRリッチ相中のHRの含有量は、主相の中心部におけるHRの含有量の1.5倍(150%)以上、特に2倍(200%)以上、とりわけ3倍(300%)以上であることが好ましい。この比率が上記範囲を下回ると、保磁力の増大効果が十分でない場合がある。 Furthermore, the content of HR in the HR-rich phase is 1.5 times (150%) or more, particularly 2 times (200%) or more, and especially 3 times (300%) the content of HR in the central portion of the main phase. The above is preferable. If this ratio is below the above range, the effect of increasing the coercive force may not be sufficient.
一方、HRリッチ相中のR’及びHRの合計に対するHRの含有率は、20原子%以上、特に25原子%以上、とりわけ30原子%以上であることが好ましい。この範囲は、更に好ましくは30原子%超、特に31原子%以上である。HRリッチ相中のHRの含有率が、上記範囲を下回ると保磁力の増大効果が十分でない場合がある。 On the other hand, the content of HR with respect to the sum of R'and HR in the HR-rich phase is preferably 20 atom% or more, particularly 25 atom% or more, and particularly 30 atom% or more. This range is more preferably more than 30 atomic %, particularly 31 atomic% or more. If the content of HR in the HR rich phase is less than the above range, the effect of increasing the coercive force may not be sufficient.
更に、本発明の磁石の組織には、主相の結晶粒間に形成された粒界相が含まれる。粒界相には、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が含まれている。ここで、Coを含まない場合を(R’,HR)−Fe−M1、Coを含む場合を(R’,HR)−FeCo−M1と表記することができる。 Further, the structure of the magnet of the present invention includes a grain boundary phase formed between crystal grains of the main phase. The grain boundary phase contains the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase. Here, the case not containing Co can be expressed as (R′,HR)-Fe-M 1 , and the case containing Co can be expressed as (R′,HR)-FeCo-M 1 .
粒界相には、(R’,HR)−M1相、好ましくはR’及びHRの合計が50原子%以上の(R’,HR)−M1相や、M2ホウ化物相などが含まれていてもよく、特に、粒界三重点には、M2ホウ化物相が存在していることが好ましい。更に、本発明の磁石の組織は、粒界相に、Rリッチ相又は(R’,HR)リッチ相が含まれていてもよく、また、R炭化物又は(R’,HR)炭化物、R酸化物又は(R’,HR)酸化物、R窒化物又は(R’,HR)窒化物や、Rハロゲン化物又は(R’,HR)ハロゲン化物、R酸ハロゲン化物又は(R’,HR)酸ハロゲン化物などの製造工程上で混入する不可避不純物の化合物の相が含まれていてもよいが、少なくとも粒界三重点、好ましくは二粒子間粒界及び粒界三重点の全体(粒界相全体)に、R2(Fe,(Co))17相又は(R’,HR)2(Fe,(Co))17相、R1.1(Fe,(Co))4B4相又は(R’,HR)1.1(Fe,(Co))4B4相が存在しないことが好ましい。 The grain boundary phase, (R ', HR) -M 1 phase, preferably R' and HR total 50 atomic% or more of (R ', HR) -M 1 phase and, like M 2 boride phase It may be contained, and it is particularly preferable that the M 2 boride phase be present at the grain boundary triple point. Furthermore, in the structure of the magnet of the present invention, the grain boundary phase may include an R-rich phase or an (R′,HR)-rich phase, and an R carbide or an (R′,HR) carbide or an R oxide. Compound or (R′,HR) oxide, R nitride or (R′,HR) nitride, R halide or (R′,HR) halide, R acid halide or (R′,HR) acid The phase of the compound of unavoidable impurities mixed in during the manufacturing process such as a halide may be contained, but at least the grain boundary triple point, preferably the whole intergranular grain boundary and the grain boundary triple point (the whole grain boundary phase). ), R 2 (Fe,(Co)) 17 phase or (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 17 phase, R 1.1 (Fe,(Co)) 4 B 4 phase or (R′, It is preferred that the HR) 1.1 (Fe, (Co)) 4 B 4 phase not be present.
粒界相は、主相の結晶粒の外側に形成され、磁石の組織中、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が、体積率で1%以上存在することが好ましい。(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が1体積%未満であると、十分に高い保磁力が得られないおそれがある。この(R’,HR)−Fe(Co)−M1相の体積率は20%以下、特に10%以下であることが好ましい。(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が20体積%を超える場合、残留磁束密度Brの大きな低下を伴うおそれがある。 The grain boundary phase is formed outside the crystal grains of the main phase, and the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase is preferably present in the structure of the magnet in a volume ratio of 1% or more. If the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase is less than 1% by volume, a sufficiently high coercive force may not be obtained. The volume ratio of the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase is preferably 20% or less, particularly preferably 10% or less. When the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase exceeds 20% by volume, the residual magnetic flux density Br may be significantly reduced.
(R’,HR)−Fe(Co)−M1相は、Coを含有しない場合はFeのみを、Coを含有する場合はFe及びCoを含有する化合物の相であり、空間群I4/mcmなる結晶構造をもつ金属間化合物の相であると考えられ、例えば、(R’,HR)6(Fe,(Co))13Si相、(R’,HR)6(Fe,(Co))13Ga相、(R’,HR)6(Fe,(Co))13Al相などの(R’,HR)6(Fe,(Co))13(M1)相などが挙げられる。(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が、主相の結晶粒を取り囲んで分布することで、隣接する主相が磁気的に分断された結果、保磁力が向上する。 The (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase is a phase of Fe alone when it does not contain Co, and Fe and a compound containing Co when it contains Co, and has a space group I4/mcm. It is considered to be a phase of an intermetallic compound having a crystal structure of, for example, (R′,HR) 6 (Fe,(Co)) 13 Si phase, (R′,HR) 6 (Fe,(Co)) 13 Ga phase, (R′,HR) 6 (Fe,(Co)) 13 Al phase, and other (R′,HR) 6 (Fe,(Co)) 13 (M 1 ) phases. The (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase is distributed so as to surround the crystal grains of the main phase, so that the adjacent main phases are magnetically separated, and as a result, the coercive force is improved.
(R’,HR)−Fe(Co)−M1相は、R−Fe(Co)−M1で表される相において、Rの一部がHRである相ということができる。(R’,HR)−Fe(Co)−M1相中のR’及びHRの合計に対するHRの含有率は、30原子%以下であることが好ましい。一般に、R−Fe(Co)−M1相は、La,Pr,Ndのような軽希土類と安定した化合物相を形成することができ、希土類元素の一部がDy,Tb及びHoのような重希土類元素(HR)で置換されると、HRの上記含有率が、30原子%までは安定相を形成する。これを超えると、例えば後述する低温熱処理工程において、例えば(R’,HR)1Fe3相のような強磁性相が生成し、保磁力及び角形性の低下を招くおそれがある。この範囲の下限は、特に限定されるものではないが、通常0.1原子%以上である。 It can be said that the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase is a phase in which a part of R is HR in the phase represented by R-Fe(Co)-M 1 . (R content of HR for and total HR ', HR) -Fe (Co ) R 1 phase -M' is preferably not more than 30 atomic%. In general, R-Fe (Co) -M 1 phase, La, Pr, it is possible to form the compound phase, such light rare earth and a stable as Nd, such as a portion of the rare earth element is Dy, Tb and Ho When it is replaced with a heavy rare earth element (HR), a stable phase is formed up to the above HR content of 30 atomic %. If it exceeds this, a ferromagnetic phase such as the (R′,HR) 1 Fe 3 phase is generated in the low temperature heat treatment step described later, for example, and the coercive force and the squareness may be deteriorated. The lower limit of this range is not particularly limited, but is usually 0.1 atom% or more.
なお、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相におけるM1は、
0.5〜50原子%がSi、残部がAl,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素であること、
1.0〜80原子%がGa、残部がSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素であること、又は
0.5〜50原子%がAl、残部がSi,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素
であることが好ましい。
Incidentally, M 1 in the (R ', HR) -Fe ( Co) -M 1 phase,
0.5 to 50 atomic% is Si, and the balance is selected from Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. Be one or more elements,
1.0 to 80 atomic% is Ga, and the rest is Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. One or more elements, or 0.5 to 50 atomic% of Al and the balance of Si, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, It is preferably one or more elements selected from Au, Hg, Pb and Bi.
これらの元素は上述の金属間化合物((R’,HR)6(Fe,(Co))13Si相、(R’,HR)6(Fe,(Co))13Ga相、(R’,HR)6(Fe,(Co))13Al相などの(R’,HR)6(Fe,(Co))13(M1)相など)を安定的に形成し、かつM1サイトを相互に置換できる。M1サイトの元素を複合化しても磁気特性に顕著な差は認められないが、実用上、磁気特性のバラツキの低減による品質の安定化や、高価な元素添加量の低減による低コスト化が図られる。 These elements are the above-mentioned intermetallic compound ((R',HR) 6 (Fe,(Co)) 13 Si phase, (R',HR) 6 (Fe,(Co)) 13 Ga phase, (R', HR) 6 (Fe, (Co)) 13 Al phase and the like (R′, HR) 6 (Fe, (Co)) 13 (M 1 ) phase and the like are stably formed, and the M 1 sites are mutually formed. Can be replaced with Even if the elements of the M 1 site are compounded, no significant difference is found in the magnetic characteristics, but in practice, the variation in the magnetic characteristics is reduced to stabilize the quality, and the cost is reduced by reducing the amount of expensive elements added. Planned.
本発明のR−Fe−B系焼結磁石においては、粒界相が、二粒子間粒界及び粒界三重点で、主相の結晶粒を個々に取り囲むように分布していることが好ましく、個々の結晶粒が、粒界相によって、近接する他の結晶粒と隔離されていること、例えば、個々の結晶粒に着目した場合、結晶粒をコアとすると、粒界相がシェルとして結晶粒を被覆しているような構造(いわゆるコア/シェル構造に類似した構造)を有していることがより好ましい。これにより、近接する主相の結晶粒が磁気的に分断され、保磁力がより向上する。主相の磁気的な分断を確実にするためには、近接する2つの結晶粒に挟まれた粒界相の最狭部の厚みが、10nm以上、特に20nm以上であることが好ましく、500nm以下、特に300nm以下であることが更に好ましい。粒界相の幅が10nmより狭いと、磁気分断による十分な保磁力向上効果が得られないおそれがある。また、近接する2つの結晶粒に挟まれた粒界相の最狭部の厚みの平均が50nm以上、特に60nm以上であることが好ましく、300nm以下、特に200nm以下であることが更に好ましい。 In the R-Fe-B system sintered magnet of the present invention, it is preferable that the grain boundary phase is distributed so as to individually surround the crystal grains of the main phase at the inter-grain boundary and the grain boundary triple point. , That each grain is separated from other neighboring grains by the grain boundary phase, for example, when focusing on each grain, if the grain is the core, the grain boundary phase forms a crystal as a shell. It is more preferable to have a structure covering the grains (structure similar to so-called core/shell structure). As a result, the crystal grains of the adjacent main phase are magnetically separated, and the coercive force is further improved. In order to ensure magnetic separation of the main phase, the thickness of the narrowest part of the grain boundary phase sandwiched between two adjacent crystal grains is preferably 10 nm or more, particularly preferably 20 nm or more, and 500 nm or less. More preferably, it is particularly preferably 300 nm or less. When the width of the grain boundary phase is narrower than 10 nm, there is a possibility that a sufficient coercive force improving effect due to magnetic separation cannot be obtained. Further, the average thickness of the narrowest part of the grain boundary phase sandwiched between two adjacent crystal grains is preferably 50 nm or more, particularly 60 nm or more, and more preferably 300 nm or less, particularly 200 nm or less.
主相の結晶粒の表面の粒界相による被覆率は50%以上、特に60%以上、とりわけ70%以上であることが好ましく、結晶粒の表面の全体を被覆していてもよい。なお、粒界相の残部は、例えば、R’及びHRの合計が50原子%以上の(R’,HR)−M1相や、M2ホウ化物相などが挙げられる。 The coverage of the surface of the crystal grains of the main phase with the grain boundary phase is preferably 50% or more, particularly 60% or more, and especially 70% or more, and the entire surface of the crystal grains may be coated. The rest of the grain boundary phase may be, for example, a (R′,HR)-M 1 phase in which the sum of R′ and HR is 50 atomic% or more, a M 2 boride phase, or the like.
粒界相には、25〜35原子%のR、2〜8原子%のM1、8原子%以下(即ち、0原子%又は0原子%を超えて8原子%以下)のCo、及び残部のFeの組成を有している(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が含まれていることが好ましい。この組成は、電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)などにより定量が可能である。このM1のサイトは、複数種の元素によって相互に置換することができる。(R’,HR)−Fe(Co)−M1相は、アモルファス相及び粒径10nm以下、好ましくは10nm未満の微結晶相の一方又は双方の形態で存在することが好ましい。(R’,HR)−Fe(Co)−M1相の結晶化が進行すると、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が粒界三重点に凝集し、その結果、二粒子間粒界相の幅が狭くなったり、不連続になったりして磁石の保磁力が低下するおそれがある。また、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相の結晶化の進行と共に、Rリッチ相又は(R’,HR)リッチ相が、主相の結晶粒と、粒界相との界面に生成する場合があるが、Rリッチ相又は(R’,HR)リッチ相の形成自体で保磁力が大きく向上することはない。 The grain boundary phase contains 25 to 35 atomic% R, 2 to 8 atomic% M 1 , 8 atomic% or less (that is, 0 atomic% or more than 0 atomic% and 8 atomic% or less) Co, and the balance. It is preferable that the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase having the composition of Fe is included. This composition can be quantified by an electron probe microanalyzer (EPMA) or the like. The M 1 sites can be mutually substituted by plural kinds of elements. The (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase is preferably present in the form of one or both of an amorphous phase and a microcrystalline phase having a grain size of 10 nm or less, preferably less than 10 nm. When the crystallization of the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase proceeds, the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase aggregates at the grain boundary triple points, and as a result, There is a risk that the coercive force of the magnet will decrease due to the narrow width of the intergranular phase and the discontinuity. In addition, as the crystallization of the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase progresses, the R-rich phase or the (R′,HR)-rich phase becomes a main phase crystal grain and a grain boundary phase. Although it may be generated at the interface, the coercive force is not significantly improved by the formation of the R-rich phase or the (R′,HR)-rich phase itself.
一方、(R’,HR)−M1相や、M2ホウ化物相が存在する場合、これらの相も、アモルファス相及び粒径10nm以下、好ましくは10nm未満の微結晶相の一方又は双方の形態で存在することが好ましい。 On the other hand, when the (R′,HR)-M 1 phase and the M 2 boride phase are present, these phases also include one or both of the amorphous phase and the microcrystalline phase having a grain size of 10 nm or less, preferably less than 10 nm. It is preferably present in the form.
次に、本発明のR−Fe−B系焼結磁石を製造する方法について、以下に説明する。
R−Fe−B系焼結磁石の製造における各工程は、基本的には、通常の粉末冶金法と同様であり、所定の組成を有する合金微粉を調製する工程(この工程には、原料を溶解して原料合金を得る溶融工程と、原料合金を粉砕する粉砕工程とが含まれる)、合金微粉を磁場印加中で圧粉成形し成形体を得る工程、成形体を焼結し焼結体を得る焼結工程、及び焼結後の冷却工程を含む。
Next, a method for producing the R-Fe-B system sintered magnet of the present invention will be described below.
Each step in the production of the R-Fe-B system sintered magnet is basically the same as the ordinary powder metallurgy method, and a step of preparing an alloy fine powder having a predetermined composition (the raw material is used in this step). A melting step of melting to obtain a raw material alloy and a pulverizing step of pulverizing the raw material alloy), a step of compacting and molding an alloy fine powder in a magnetic field to obtain a compact, a sintered compact of a compact And a cooling step after sintering.
溶融工程においては、所定の組成、例えば、12〜17原子%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とし、好ましくはPrを含む)、0.1〜3原子%のM1(M1はSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素)、0.05〜0.5原子%のM2(M2はTi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta及びWから選ばれる1種以上の元素)、(4.8+2×m〜5.9+2×m)原子%(mはM2で表される元素の含有率(原子%))のB、10原子%以下のCo、0.5原子%以下のC、1.5原子%以下のO、0.5原子%以下のN、及び残部のFeの組成、通常は、C,O及びNを含まない組成に合わせて、原料の金属又は合金を秤量し、例えば、真空中又は不活性ガス雰囲気、好ましくはArガスなどの不活性ガス雰囲気で、例えば高周波溶融により原料を溶解し、冷却して、原料合金を製造する。この原料の金属又は合金の組成においては、Rに、Dy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素(HR)が含まれていても、含まれていなくてもよい。原料合金の鋳造は、平型やブックモールドに鋳込む通常の溶解鋳造法を用いても、ストリップキャスト法を用いてもよい。α−Feの初晶が鋳造合金中に残る場合、この合金を、例えば、真空中又はArガスなどの不活性ガス雰囲気中で700〜1,200℃において1時間以上熱処理して、微細組織を均一化し、α−Fe相を消去することができる。 In the melting step, a predetermined composition, for example, 12 to 17 atomic% of R (R is one or more elements selected from rare earth elements including Y, and Nd is essential, and preferably Pr is contained. ), 0.1 to 3 atomic% of M 1 (M 1 is Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, One or more elements selected from Pb and Bi), 0.05 to 0.5 atomic% of M 2 (M 2 is 1 selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W) Or more elements), (4.8+2×m to 5.9+2×m) atomic% (m is the content (atomic %) of the element represented by M 2 ) B, 10 atomic% or less Co, 0 0.5% by atom or less of C, 1.5% by atom or less of O, 0.5% by atom or less of N, and the balance of Fe, usually a raw material according to a composition not containing C, O and N. The metal or alloy of (1) is weighed, and the raw material is manufactured by melting the raw material by, for example, high-frequency melting in a vacuum or in an inert gas atmosphere, preferably an inert gas atmosphere such as Ar gas, and cooling. In the composition of the metal or alloy of this raw material, R may or may not contain at least one element (HR) selected from Dy, Tb and Ho. The raw material alloy may be cast by a normal melting casting method in which it is cast in a flat mold or a book mold, or by a strip casting method. When the α-Fe primary crystal remains in the cast alloy, this alloy is heat-treated at 700 to 1,200° C. for 1 hour or more in vacuum or in an inert gas atmosphere such as Ar gas to form a fine structure. It is possible to homogenize and eliminate the α-Fe phase.
粉砕工程は、まず、原料合金を、ブラウンミルなどの機械粉砕、水素化粉砕などによる粗粉砕工程で、一旦、好ましくは平均粒径0.05mm以上で、3mm以下、特に1.5mm以下に粉砕する。この粗粉砕工程は、ストリップキャストにより作製された合金の場合は水素化粉砕が好ましい。粗粉砕した後は、更に、例えば高圧窒素などを用いたジェットミル粉砕などによる微粉砕工程により、好ましくは平均粒径0.2μm以上、特に0.5μm以上で、30μm以下、特に20μm以下、とりわけ10μm以下の合金微粉を製造する。なお、原料合金の粗粉砕又は微粉砕の一方又は双方の工程において、必要に応じて潤滑剤等の添加剤を添加してもよい。 The crushing step is a coarse crushing step in which a raw material alloy is mechanically crushed by a brown mill or the like, hydrogenated, etc., and preferably once crushed to an average particle size of 0.05 mm or more and 3 mm or less, particularly 1.5 mm or less. To do. In the case of an alloy produced by strip casting, this coarse pulverization step is preferably hydrogenation pulverization. After the coarse pulverization, further, by a fine pulverization process such as jet mill pulverization using high pressure nitrogen, etc., preferably the average particle size is 0.2 μm or more, particularly 0.5 μm or more, 30 μm or less, particularly 20 μm or less, and especially An alloy fine powder having a size of 10 μm or less is manufactured. Incidentally, an additive such as a lubricant may be added, if necessary, in one or both of the steps of coarse pulverization and fine pulverization of the raw material alloy.
合金微粉の製造には、二合金法を適用してもよい。この方法は、R2−T14−B1(Tは、通常Fe又はFe及びCoを表わす)に近い組成を有する母合金と、希土類(R)リッチな組成の焼結助剤合金とをそれぞれ製造し、粗粉砕し、次いで得られた母合金と焼結助剤の混合粉を上記の手法で粉砕するものである。なお、焼結助剤合金を得るために、上記の鋳造法やメルトスパン法を採用し得る。 The two-alloy method may be applied to the production of the alloy fine powder. According to this method, a mother alloy having a composition close to R 2 —T 14 —B 1 (T usually represents Fe or Fe and Co) and a sintering aid alloy having a rare earth (R)-rich composition are respectively prepared. It is manufactured, coarsely crushed, and then the mixed powder of the mother alloy and the sintering aid obtained is crushed by the above method. The above-mentioned casting method or melt-span method may be employed to obtain the sintering aid alloy.
成形工程においては、微粉砕された合金微粉を、磁界印加中、例えば5kOe(398kA/m)〜20kOe(1,592kA/m)の磁界印加中で、合金粉末の磁化容易軸方向を配向させながら、圧縮成形機で圧粉成形する。成形は、合金微粉の酸化を抑制するため、真空中、窒素ガス雰囲気、Arガスなどの不活性ガス雰囲気などで行うことが好ましい。焼結工程においては、成形工程で得られた成形体を焼結する。焼結温度は、900℃以上、特に1,000℃以上、とりわけ1,050℃以上で、1,250℃以下、特に1,150℃以下、とりわけ1,100℃以下が好ましく、焼結時間は、通常0.5〜5時間である。焼結後の焼結体は、好ましくは400℃以下、より好ましくは300℃以下、更に好ましくは200℃以下の温度まで冷却される。この冷却速度は、特に制限されないが、上記範囲の上限に到達するまでは、1℃/分以上、特に5℃/分以上が好ましく、100℃/分以下、特に50℃/分以下がより好ましい。焼結後の焼結体は、必要に応じて時効処理(例えば、400〜600℃で、0.5〜50時間)を実施して、その後、通常、常温まで冷却される。 In the forming step, while finely pulverized alloy fine powder is being applied with a magnetic field, for example, while applying a magnetic field of 5 kOe (398 kA/m) to 20 kOe (1,592 kA/m), the easy axis direction of magnetization of the alloy powder is oriented. , Compacting with a compression molding machine. The forming is preferably performed in a vacuum, a nitrogen gas atmosphere, an inert gas atmosphere such as Ar gas, or the like in order to suppress the oxidation of the fine alloy powder. In the sintering step, the molded body obtained in the molding step is sintered. The sintering temperature is 900° C. or higher, particularly 1,000° C. or higher, especially 1,050° C. or higher, and 1,250° C. or lower, particularly 1,150° C. or lower, particularly 1,100° C. or lower, and the sintering time is , Usually 0.5 to 5 hours. The sintered body after sintering is cooled to a temperature of preferably 400° C. or lower, more preferably 300° C. or lower, and further preferably 200° C. or lower. The cooling rate is not particularly limited, but is preferably 1° C./minute or higher, particularly preferably 5° C./minute or higher, more preferably 100° C./minute or lower, and particularly preferably 50° C./minute or lower until the upper limit of the above range is reached. .. The sintered body after sintering is subjected to an aging treatment (for example, at 400 to 600° C. for 0.5 to 50 hours) as necessary, and then usually cooled to room temperature.
ここで、得られた焼結体(焼結磁石体)に対して熱処理工程を実施してもよい。この熱処理工程は、400℃以下の温度まで冷却された焼結体を700℃以上、特に800℃以上で、1,100℃以下、特に1,050℃以下の温度で加熱し、400℃以下まで再び冷却する高温熱処理工程、及び高温熱処理工程後に、400〜600℃の範囲の温度で加熱して、300℃以下、好ましくは200℃以下まで冷却する低温熱処理工程の、2段の熱処理工程を実施することが好ましい。熱処理雰囲気は、真空中又はArガスなどの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。 Here, a heat treatment step may be performed on the obtained sintered body (sintered magnet body). In this heat treatment step, the sintered body cooled to a temperature of 400° C. or lower is heated to 700° C. or higher, particularly 800° C. or higher, 1,100° C. or lower, particularly 1,050° C. or lower, and is heated to 400° C. or lower. After the high temperature heat treatment step of cooling again and the high temperature heat treatment step, a two-stage heat treatment step of heating at a temperature in the range of 400 to 600° C. and cooling to 300° C. or lower, preferably 200° C. or lower is performed. Preferably. The heat treatment atmosphere is preferably vacuum or an inert gas atmosphere such as Ar gas.
高温熱処理の昇温速度は、特に限定されないが、1℃/分以上、特に2℃/分以上で、20℃/分以下、特に10℃/分以下が好ましい。高温熱処理温度での保持時間は、1時間以上が好ましく、通常10時間以下、好ましくは5時間以下である。加熱後は、好ましくは400℃以下、より好ましくは300℃以下、更に好ましくは200℃以下まで冷却する。この冷却速度は、特に制限されないが、上記範囲の上限に到達するまでは、1℃/分以上、特に5℃/分以上が好ましく、100℃/分以下、特に50℃/分以下がより好ましい。 The heating rate of the high temperature heat treatment is not particularly limited, but is preferably 1° C./min or more, particularly 2° C./min or more, and 20° C./min or less, particularly 10° C./min or less. The holding time at the high temperature heat treatment temperature is preferably 1 hour or longer, usually 10 hours or shorter, and preferably 5 hours or shorter. After heating, it is cooled to preferably 400°C or lower, more preferably 300°C or lower, and further preferably 200°C or lower. The cooling rate is not particularly limited, but is preferably 1° C./minute or higher, particularly preferably 5° C./minute or higher, more preferably 100° C./minute or lower, and particularly preferably 50° C./minute or lower until the upper limit of the above range is reached. ..
高温熱処理に続く低温熱処理においては、冷却した焼結体を、400℃以上、好ましくは450℃以上で、600℃以下、好ましくは550℃以下の範囲の温度で加熱する。低温熱処理の昇温速度は、特に限定されないが、1℃/分以上、特に2℃/分以上で、20℃/分以下、特に10℃/分以下が好ましい。低温熱処理温度での昇温後の保持時間は、0.5時間以上、特に1時間以上で、50時間以下、特に20時間以下が好ましい。加熱後の冷却速度は、特に制限されないが、上記範囲の上限に到達するまでは、1℃/分以上、特に5℃/分以上が好ましく、100℃/分以下、特に80℃/分以下、とりわけ50℃/分以下がより好ましい。熱処理後の焼結体は、その後、通常、常温まで冷却される。 In the low temperature heat treatment subsequent to the high temperature heat treatment, the cooled sintered body is heated at a temperature in the range of 400°C or higher, preferably 450°C or higher and 600°C or lower, preferably 550°C or lower. The heating rate of the low temperature heat treatment is not particularly limited, but is preferably 1° C./min or more, particularly 2° C./min or more, and 20° C./min or less, particularly 10° C./min or less. The holding time after heating at the low temperature heat treatment temperature is 0.5 hours or more, particularly 1 hour or more, and preferably 50 hours or less, particularly preferably 20 hours or less. The cooling rate after heating is not particularly limited, but is preferably 1° C./min or more, particularly preferably 5° C./min or more, 100° C./min or less, particularly 80° C./min or less until reaching the upper limit of the above range. Particularly, 50° C./min or less is more preferable. After the heat treatment, the sintered body is usually cooled to room temperature.
なお、高温熱処理及び低温熱処理における諸条件は、M1元素の種類及び含有率などの組成や、不純物、特に、製造時の雰囲気ガスに起因する不純物の濃度、焼結条件など、高温熱処理及び低温熱処理以外の製造工程に起因する変動に応じて、上述した範囲内で、適宜調整することができる。 Various conditions in the high-temperature heat treatment and the low-temperature heat treatment include the composition such as the type and content of the M 1 element, the concentration of impurities, particularly the concentration of impurities caused by the atmospheric gas at the time of manufacturing, the sintering conditions, and the like. It can be appropriately adjusted within the above-mentioned range according to the variation caused by the manufacturing process other than the heat treatment.
本発明において、(R’,HR)2(Fe,(Co))14B相を含むHRリッチ相及び(R’,HR)−Fe(Co)−M1相を含む粒界相は、粒界拡散法によって形成することができる。この粒界拡散処理としては、焼結体を、必要に応じて、例えば、最終製品形状に近い所定の形状及びサイズの焼結体に、切断や表面研削などにより加工し、次いで、例えば、HR(HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素)で表される元素(HR元素)を含む、金属、化合物又は金属間化合物を、例えば粉末や薄膜状で、焼結体の表面に配置し、焼結体を包囲した、金属、化合物又は金属間化合物からHR元素を焼結体表面から粒界相を介して焼結体内部に導入する処理を適用することができる。なお、主相のHRリッチ相以外の部分には、粒界拡散により、HRで表される元素が固溶してもよいが、特に、主相の中心部には、固溶していないことが好ましい。一方、主相には、いずれも、粒界拡散により、HRで表される元素以外の他の希土類元素は固溶しないことが好ましい。 In the present invention, the HR rich phase containing the (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 14 B phase and the grain boundary phase containing the (R′,HR)—Fe(Co)—M 1 phase are It can be formed by the field diffusion method. As the grain boundary diffusion treatment, the sintered body is processed into, for example, a sintered body having a predetermined shape and size close to the final product shape by cutting or surface grinding, and then, for example, HR. The surface of the sintered body is a metal, compound or intermetallic compound containing an element (HR element) represented by (HR is one or more elements selected from Dy, Tb and Ho), for example, in the form of powder or thin film. Can be applied to the inside of the sintered body from the surface of the sintered body through the grain boundary phase from the metal, compound or intermetallic compound that surrounds the sintered body. It should be noted that an element represented by HR may be solid-solved in a portion other than the HR-rich phase of the main phase due to grain boundary diffusion, but in particular, it should not be solid-soluted in the central portion of the main phase. Is preferred. On the other hand, it is preferable that no rare earth element other than the element represented by HR forms a solid solution in the main phase due to grain boundary diffusion.
焼結体表面からHR元素を、粒界相を介して焼結体内部に導入する粒界拡散法としては、
(1)HR元素を含有する、金属、化合物又は金属間化合物からなる粉末を焼結体表面に配置し、真空中又は不活性ガス雰囲気中で熱処理する方法(例えばディップコーティング法)、
(2)HR元素を含有する、金属、化合物又は金属間化合物の薄膜を、高真空中で焼結体表面に形成し、真空中又は不活性ガス雰囲気中で熱処理する方法(例えばスパッタ法)、
(3)HR元素を含有する金属、化合物又は金属間化合物を高真空中で加熱し、HR元素を含有する蒸気相を形成し、蒸気相を介して焼結体にHR元素を供給、拡散させる方法(例えば蒸気拡散法)
などが挙げられ、特に(1)又は(2)、とりわけ(1)の方法が好適である。
As a grain boundary diffusion method of introducing the HR element from the surface of the sintered body into the sintered body through the grain boundary phase,
(1) A method in which a powder containing a metal, a compound, or an intermetallic compound containing an HR element is placed on the surface of a sintered body and heat-treated in a vacuum or an inert gas atmosphere (for example, a dip coating method),
(2) A method of forming a thin film of a metal, a compound, or an intermetallic compound containing an HR element on the surface of a sintered body in a high vacuum, and performing heat treatment in a vacuum or in an inert gas atmosphere (for example, a sputtering method),
(3) A metal, compound or intermetallic compound containing an HR element is heated in a high vacuum to form a vapor phase containing the HR element, and the HR element is supplied and diffused into the sintered body through the vapor phase. Method (eg vapor diffusion method)
And the like, and the method of (1) or (2), especially (1) is particularly preferable.
好適なHR元素を含有する、金属、化合物又は金属間化合物としては、例えばHR元素の単体金属又は合金、HR元素の酸化物、ハロゲン化物、酸ハロゲン化物、水酸化物、炭化物、炭酸塩、窒化物、水素化物、ホウ化物、及びそれらの混合物、HR元素とFe,Co,Niなどの遷移金属との金属間化合物(遷移金属の一部をSi,Al,Ti,V,Cr,Mn,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,Zr,Nb,Mo,In,Sn,Sb,Hf,Ta,W,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素で置換することもできる)などが挙げられる。 Suitable metal, compound or intermetallic compound containing HR element includes, for example, elemental metal or alloy of HR element, oxide of HR element, halide, acid halide, hydroxide, carbide, carbonate, nitride. Compounds, hydrides, borides, and mixtures thereof, intermetallic compounds of HR elements and transition metals such as Fe, Co, and Ni (a part of the transition metals is Si, Al, Ti, V, Cr, Mn, Cu. , Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. Can also be).
HRリッチ相の厚みは、HR元素の添加量若しくはHR元素の焼結体内部への拡散量、又は粒界拡散処理における処理温度若しくは処理時間を調整することで制御することができる。 The thickness of the HR rich phase can be controlled by adjusting the addition amount of the HR element, the diffusion amount of the HR element into the sintered body, or the treatment temperature or treatment time in the grain boundary diffusion treatment.
本発明において、(R’,HR)2(Fe,(Co))14B相を含むHRリッチ相及び(R’,HR)−Fe(Co)−M1相を含む粒界相を粒界拡散により形成するためには、焼結後又は粒界拡散処理前の熱処理後に冷却された焼結体の表面に、金属、化合物又は金属間化合物を、例えば粉末や薄膜状で配置し、まず、950℃超、特に960℃以上、とりわけ975℃以上で、1,100℃以下、特に1,050℃以下、とりわけ1,030℃以下の温度に加熱してHR元素を焼結体に粒界拡散させ、次いで、400℃以下、好ましくは300℃以下、より好ましくは200℃以下まで冷却する高温熱処理工程を実施する。熱処理雰囲気は、真空中又はArガスなどの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。 In the present invention, the HR rich phase containing the (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 14 B phase and the grain boundary phase containing the (R′,HR)—Fe(Co)—M 1 phase are used as the grain boundaries. In order to form by diffusion, on the surface of the sintered body cooled after the sintering or after the heat treatment before the grain boundary diffusion treatment, a metal, a compound or an intermetallic compound, for example, is arranged in the form of a powder or a thin film, first, Grain boundary diffusion of the HR element into the sintered body by heating to a temperature higher than 950°C, particularly 960°C or higher, especially 975°C or higher, and 1,100°C or lower, particularly 1,050°C or lower, especially 1,030°C or lower. Then, a high temperature heat treatment step of cooling to 400° C. or lower, preferably 300° C. or lower, and more preferably 200° C. or lower is performed. The heat treatment atmosphere is preferably vacuum or an inert gas atmosphere such as Ar gas.
この加熱温度が上記範囲を下回ると、保磁力の増大効果が十分でない場合があり、上記範囲を上回ると、粒成長による保磁力の低下が起こるおそれがある。また、この加熱温度は、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相の包晶温度(分解温度)以上であることが有効である。(R’,HR)−Fe(Co)−M1相は、M1の種類によって、高温安定性が変化し、M1の種類によって、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相を形成する包晶温度が異なる。包晶温度は、例えば、M1がCuのときは640℃、M1がAlのときは750℃、M1がGaのときは850℃、M1がSiのときは890℃、M1がGeのときは960℃、M1がInのときは890℃である。この場合の昇温速度は、特に限定されないが、1℃/分以上、特に2℃/分以上で、20℃/分以下、10℃/分以下が好ましい。加熱時間は、0.5時間以上、特に1時間以上で、50時間以下、特に20時間以下が好ましい。 If the heating temperature is lower than the above range, the effect of increasing the coercive force may not be sufficient, and if it exceeds the above range, the coercive force may decrease due to grain growth. Further, it is effective that the heating temperature is equal to or higher than the peritectic temperature (decomposition temperature) of the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase. (R ', HR) -Fe ( Co) -M 1 phase, depending on the type of M 1, high temperature stability is changed, depending on the type of M 1, (R', HR) -Fe ( Co) -M 1 The peritectic temperatures forming the phases are different. The peritectic temperature is, for example, 640° C. when M 1 is Cu, 750° C. when M 1 is Al, 850° C. when M 1 is Ga, 890° C. when M 1 is Si, and M 1 is The temperature is 960° C. for Ge and 890° C. for M 1 is In. The heating rate in this case is not particularly limited, but is preferably 1° C./min or more, particularly 2° C./min or more, 20° C./min or less, 10° C./min or less. The heating time is 0.5 hours or longer, particularly 1 hour or longer, preferably 50 hours or shorter, particularly preferably 20 hours or shorter.
加熱後の冷却速度は、特に制限されないが、上記範囲の上限に到達するまでは、1℃/分以上、特に5℃/分以上が好ましく、100℃/分以下、特に50℃/分以下がより好ましい。冷却速度が上記範囲未満の場合、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相が粒界三重点に偏析するため、磁気特性が悪化するおそれがある。一方、冷却速度が100℃/分を超える場合、冷却過程における(R’,HR)−Fe(Co)−M1相の偏析を抑制することはできるが、特に、焼結磁石の角形性が悪化するおそれがある。 The cooling rate after heating is not particularly limited, but is preferably 1° C./min or more, particularly 5° C./min or more, 100° C./min or less, and particularly 50° C./min or less until the upper limit of the above range is reached. More preferable. If the cooling rate is less than the above range, (R ', HR) for -Fe (Co) -M 1 phase is segregated at the grain boundary triple point, there is a possibility that magnetic characteristics deteriorate. On the other hand, when the cooling rate exceeds 100° C./min, segregation of the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase in the cooling process can be suppressed, but the squareness of the sintered magnet is particularly high. May get worse.
高温熱処理後は、400℃以上、特に430℃以上で、600℃以下、特に550℃以下の温度に加熱し、次いで、300℃以下、好ましくは、200℃以下の温度まで冷却する低温熱処理工程を実施する。熱処理雰囲気は、真空中又はArガスなどの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。 After the high temperature heat treatment, a low temperature heat treatment step of heating at 400° C. or higher, particularly 430° C. or higher, to 600° C. or lower, particularly 550° C. or lower, and then cooling to a temperature of 300° C. or lower, preferably 200° C. or lower is performed. carry out. The heat treatment atmosphere is preferably vacuum or an inert gas atmosphere such as Ar gas.
この加熱温度は、粒界相に(R’,HR)−Fe(Co)−M1相を形成するため、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相の包晶温度未満とすることが有効である。この加熱温度が400℃未満では(R’,HR)−Fe(Co)−M1を形成する反応速度が非常に遅くなる場合がある。一方、この加熱温度が600℃を超えると(R’,HR)−Fe(Co)−M1を形成する反応速度が非常に速く、(R’,HR)−Fe(Co)−M1粒界相が粒界三重点に大きく偏析して、磁気特性が低下するおそれがある。 The heating temperature is, the grain boundary phase (R ', HR) -Fe ( Co) to form a -M 1 phase, (R' and, HR) -Fe (Co) 1 phase of less than the peritectic temperature -M It is effective to do. If this heating temperature is lower than 400° C., the reaction rate of forming (R′,HR)—Fe(Co)—M 1 may be very slow. On the other hand, when the heating temperature exceeds 600° C., the reaction rate of forming (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 is very fast, and (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 particles The boundary phase may be largely segregated at the grain boundary triple points, and the magnetic properties may be deteriorated.
低温熱処理の昇温速度は、特に限定されないが、1℃/分以上、特に2℃/分以上で、20℃/分以下、特に10℃/分以下が好ましい。低温熱処理温度での昇温後の保持時間は、0.5時間以上、特に1時間以上で、50時間以下、特に20時間以下が好ましい。加熱後の冷却速度は、特に制限されないが、上記範囲の上限に到達するまでは、1℃/分以上、特に5℃/分以上が好ましく、100℃/分以下、特に80℃/分以下、とりわけ50℃/分以下がより好ましい。熱処理後の焼結体は、その後、通常、常温まで冷却される。 The heating rate of the low temperature heat treatment is not particularly limited, but is preferably 1° C./min or more, particularly 2° C./min or more, and 20° C./min or less, particularly 10° C./min or less. The holding time after heating at the low temperature heat treatment temperature is 0.5 hours or more, particularly 1 hour or more, and preferably 50 hours or less, particularly preferably 20 hours or less. The cooling rate after heating is not particularly limited, but is preferably 1° C./min or more, particularly preferably 5° C./min or more, 100° C./min or less, particularly 80° C./min or less until reaching the upper limit of the above range. Particularly, 50° C./min or less is more preferable. After the heat treatment, the sintered body is usually cooled to room temperature.
以下、参考例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Reference Examples, Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[参考例1、2]
希土類金属(Nd又はジジム(NdとPrとの混合物))、電解鉄、Co、M1元素及びM2元素の金属又は合金、及びFe−B合金(フェロボロン)を使用して所定の組成となるように秤量し、Arガス雰囲気中、高周波誘導炉で溶解し、水冷銅ロール上で溶融合金をストリップキャストすることによって合金薄帯を製造した。得られた合金薄帯の厚さは約0.2〜0.3mmであった。
[Reference Examples 1 and 2]
Rare earth metal (Nd or didymium (mixture of Nd and Pr)), electrolytic iron, Co, metal or alloy of M 1 element and M 2 element, and Fe-B alloy (ferroboron) to obtain a predetermined composition. Thus, the alloy ribbon was manufactured by melting in an Ar gas atmosphere in a high frequency induction furnace and strip casting the molten alloy on a water-cooled copper roll. The thickness of the obtained alloy ribbon was about 0.2 to 0.3 mm.
次に、作製した合金薄帯に、常温で水素吸蔵処理を行った後、真空中600℃で加熱し、脱水素化を行って合金を粉末化した。得られた粗粉末に潤滑剤としてステアリン酸を0.07質量%加えて混合した。次に、粗粉末と潤滑剤との混合物を、窒素気流中のジェットミルで粉砕して平均粒径3μm程度の微粉末を作製した。 Next, the produced alloy ribbon was subjected to hydrogen occlusion treatment at room temperature and then heated at 600° C. in vacuum for dehydrogenation to powder the alloy. 0.07% by mass of stearic acid as a lubricant was added to and mixed with the obtained coarse powder. Next, the mixture of the coarse powder and the lubricant was pulverized by a jet mill in a nitrogen stream to produce fine powder having an average particle size of about 3 μm.
次に、作製した微粉末を、不活性ガス雰囲気中で成形装置の金型に充填し、15kOe(1.19MA/m)の磁界中で配向させながら、磁界に対して垂直方向に加圧成形した。次に、得られた圧粉成形体を真空中において1,050〜1,100℃で3時間焼結し、200℃以下まで冷却した後、450〜530℃で2時間の時効処理を行って、焼結体(焼結磁石体)を得た。得られた焼結体の組成を表1に、その磁気特性を表2に示す。なお、磁気特性は、得られた焼結体の中心部を6mm×6mm×2mmのサイズの直方体形状に切り出して評価した。 Next, the prepared fine powder was filled in a mold of a molding apparatus in an inert gas atmosphere, and while being oriented in a magnetic field of 15 kOe (1.19 MA/m), pressure molding was performed in a direction perpendicular to the magnetic field. did. Next, the obtained green compact is sintered in vacuum at 1,050 to 1,100° C. for 3 hours, cooled to 200° C. or lower, and then aged at 450 to 530° C. for 2 hours. A sintered body (sintered magnet body) was obtained. The composition of the obtained sintered body is shown in Table 1, and its magnetic properties are shown in Table 2. The magnetic characteristics were evaluated by cutting the center of the obtained sintered body into a rectangular parallelepiped shape having a size of 6 mm×6 mm×2 mm.
[実施例1〜6、比較例1〜3]
参考例1で得た焼結体を20mm×20mm×2.2mmのサイズの直方体形状に加工後、平均粒径0.5μmの酸化テルビウム粒子を質量分率50%でエタノールと混合したスラリー中に浸漬し、乾燥させ、焼結体表面に酸化テルビウムの塗膜を形成した。次に、塗膜が形成された焼結体を真空中で、表2に示される保持温度、保持時間で加熱した後、200℃まで表2に示される冷却速度で冷却する高温熱処理を実施し、次いで、表2に示される保持温度で2時間加熱した後、200℃まで表2に示される冷却速度で冷却する低温熱処理を実施して、焼結磁石を得た。得られた焼結磁石の組成を表1に、その磁気特性を表2に示す。なお、磁気特性は、得られた焼結磁石の中心部を6mm×6mm×2mmのサイズの直方体形状に切り出して評価した。
[Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 3]
The sintered body obtained in Reference Example 1 was processed into a rectangular parallelepiped shape having a size of 20 mm×20 mm×2.2 mm, and then terbium oxide particles having an average particle diameter of 0.5 μm were mixed with ethanol in a mass fraction of 50%. It was dipped and dried to form a coating film of terbium oxide on the surface of the sintered body. Next, the sintered body on which the coating film was formed was heated in vacuum at the holding temperature and holding time shown in Table 2 and then subjected to high temperature heat treatment of cooling to 200° C. at the cooling rate shown in Table 2. Then, after heating for 2 hours at the holding temperature shown in Table 2, low temperature heat treatment of cooling to 200° C. at the cooling rate shown in Table 2 was performed to obtain a sintered magnet. The composition of the obtained sintered magnet is shown in Table 1, and its magnetic properties are shown in Table 2. The magnetic characteristics were evaluated by cutting out the center of the obtained sintered magnet into a rectangular parallelepiped shape having a size of 6 mm×6 mm×2 mm.
図1は、実施例2で作製した焼結磁石の拡散面から200μm内部の元素分布を、電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)にて観察したNdの元素分布(A)及びTbの元素分布(B)の画像である。Tbが粒界相を介して拡散して、HRリッチ相が主相の表面部に不均一に生成している様子が見られる。このHRリッチ相は、(R’,HR)2(Fe,(Co))14B相であることが確認され、二粒子間粒界及び粒界三重点に存在し、特に、粒界三重点の部分に厚く存在していた。一方、粒界相には、(R’,HR)−Fe(Co)−M1相及び(R’,HR)リッチ相が含まれていることが確認され、更に、(R’,HR)酸化物相が、主に粒界三重点に偏析していることが確認された。 FIG. 1 is an element distribution of Nd (A) and an element distribution of Tb (B) obtained by observing the element distribution within 200 μm from the diffusion surface of the sintered magnet manufactured in Example 2 with an electron probe microanalyzer (EPMA). ) Image. It can be seen that Tb is diffused through the grain boundary phase and the HR rich phase is nonuniformly generated on the surface of the main phase. This HR-rich phase was confirmed to be the (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 14 B phase, and it existed at the inter-grain grain boundary and the grain boundary triple point, and in particular, the grain boundary triple point. Was thickly present in the part. On the other hand, it was confirmed that the grain boundary phase contained the (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase and the (R′,HR) rich phase, and further (R′,HR). It was confirmed that the oxide phase was segregated mainly at the grain boundary triple points.
一方、図2は、比較例2で作製した焼結磁石の拡散面から200μm内部の元素分布を、電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)にて観察したNdの元素分布(A)及びTbの元素分布(B)の画像である。この場合もTbが粒界相を介して拡散して、HRリッチ相が主相の表面部に生成している様子が見られるが、HRリッチ相は、主相の表面部に均一に生成している。 On the other hand, FIG. 2 shows the element distribution within 200 μm from the diffusion surface of the sintered magnet prepared in Comparative Example 2 observed with an electron probe microanalyzer (EPMA), the element distribution of Nd (A) and the element distribution of Tb. It is an image of (B). Also in this case, it can be seen that Tb diffuses through the grain boundary phase and the HR rich phase is generated on the surface portion of the main phase, but the HR rich phase is uniformly generated on the surface portion of the main phase. ing.
Tbの元素分布の画像では、Tbの元素分布からはHRリッチ相と、(R’,HR)リッチ相及び(R’,HR)酸化物相との区別は鮮明ではないが、Ndの元素分布の画像に着目すると、Nd含有量は、主相の中心部に比べて、(R’,HR)リッチ相及び(R’,HR)酸化物相は高く、HRリッチ相は低くなっており、区別が可能である。実施例及び比較例のR−Fe−B系焼結磁石の断面において、主相の中心部におけるNdの含有量に比べてNd含有量が80%以下の部分をHRリッチ相とし、その部分面積の主相全体の面積に対する割合を評価した結果を表2に示す。比較例の焼結磁石に比べて、実施例の焼結磁石のHRリッチ相の割合が高く、このR−Fe−B系焼結磁石が、高い保磁力を有していることがわかった。 In the image of the Tb element distribution, the Tb element distribution does not clearly distinguish the HR-rich phase from the (R′,HR)-rich phase and the (R′,HR)oxide phase, but the Nd-element distribution. Focusing on the image of, the Nd content is higher in the (R′,HR) rich phase and the (R′,HR) oxide phase and lower in the HR rich phase than in the central portion of the main phase, It is possible to distinguish. In the cross sections of the R-Fe-B system sintered magnets of Examples and Comparative Examples, a portion having an Nd content of 80% or less compared to the Nd content in the central portion of the main phase was defined as an HR rich phase, and its partial area Table 2 shows the result of evaluation of the ratio of the main phase to the total area of the main phase. It was found that the ratio of the HR rich phase of the sintered magnet of the example was higher than that of the sintered magnet of the comparative example, and this R—Fe—B based sintered magnet had a high coercive force.
[実施例7〜9、比較例4]
参考例2で得た焼結体を20mm×20mm×2.2mmのサイズの直方体形状に加工後、平均粒径0.5μmの酸化テルビウム粒子を質量分率50%でエタノールと混合したスラリー中に浸漬し、乾燥させ、焼結体表面に酸化テルビウムの塗膜を形成した。次に、塗膜が形成された焼結体を真空中で、表2に示される保持温度、保持時間で加熱した後、200℃まで表2に示される冷却速度で冷却する高温熱処理を実施し、次いで、表2に示される保持温度で2時間加熱した後、200℃まで表2に示される冷却速度で冷却する低温熱処理を実施して、焼結磁石を得た。得られた焼結磁石の組成を表1に、その磁気特性を表2に示す。なお、磁気特性は、得られた焼結磁石の中心部を6mm×6mm×2mmのサイズの直方体形状に切り出して評価した。また、上述した方法により評価したHRリッチ相の割合を表2に示す。比較例の焼結磁石に比べて、実施例の焼結磁石のHRリッチ相の割合が高く、このR−Fe−B系焼結磁石が、高い保磁力を有していることがわかった。
[Examples 7 to 9 and Comparative Example 4]
The sintered body obtained in Reference Example 2 was processed into a rectangular parallelepiped shape having a size of 20 mm×20 mm×2.2 mm, and then terbium oxide particles having an average particle diameter of 0.5 μm were mixed with ethanol in a mass fraction of 50%. It was dipped and dried to form a coating film of terbium oxide on the surface of the sintered body. Next, the sintered body on which the coating film was formed was heated in vacuum at the holding temperature and holding time shown in Table 2 and then subjected to high temperature heat treatment of cooling to 200° C. at the cooling rate shown in Table 2. Then, after heating for 2 hours at the holding temperature shown in Table 2, low temperature heat treatment of cooling to 200° C. at the cooling rate shown in Table 2 was performed to obtain a sintered magnet. The composition of the obtained sintered magnet is shown in Table 1, and its magnetic properties are shown in Table 2. The magnetic characteristics were evaluated by cutting out the center of the obtained sintered magnet into a rectangular parallelepiped shape having a size of 6 mm×6 mm×2 mm. Table 2 shows the ratio of the HR rich phase evaluated by the above method. It was found that the ratio of the HR rich phase of the sintered magnet of the example was higher than that of the sintered magnet of the comparative example, and this R—Fe—B based sintered magnet had a high coercive force.
[実施例10、比較例5]
参考例1で得た焼結体を20mm×20mm×2.2mmのサイズの直方体形状に加工後、平均粒径0.5μmの酸化ジスプロシウム粒子を質量分率50%でエタノールと混合したスラリー中に浸漬し、乾燥させ、焼結体表面に酸化ジスプロシウムの塗膜を形成した。次に、塗膜が形成された焼結体を真空中で、表2に示される保持温度、保持時間で加熱した後、200℃まで表2に示される冷却速度で冷却する高温熱処理を実施し、次いで、表2に示される保持温度で2時間加熱した後、200℃まで表2に示される冷却速度で冷却する低温熱処理を実施して、焼結磁石を得た。得られた焼結磁石の組成を表1に、その磁気特性を表2に示す。なお、磁気特性は、得られた焼結磁石の中心部を6mm×6mm×2mmのサイズの直方体形状に切り出して評価した。また、上述した方法により評価したHRリッチ相の割合を表2に示す。比較例の焼結磁石に比べて、実施例の焼結磁石のHRリッチ相の割合が高く、このR−Fe−B系焼結磁石が、高い保磁力を有していることがわかった。
[Example 10, Comparative Example 5]
The sintered body obtained in Reference Example 1 was processed into a rectangular parallelepiped shape having a size of 20 mm×20 mm×2.2 mm, and then dysprosium oxide particles having an average particle diameter of 0.5 μm were mixed with ethanol at a mass fraction of 50%. It was dipped and dried to form a coating film of dysprosium oxide on the surface of the sintered body. Next, the sintered body on which the coating film was formed was heated in vacuum at the holding temperature and holding time shown in Table 2 and then subjected to high temperature heat treatment of cooling to 200° C. at the cooling rate shown in Table 2. Then, after heating for 2 hours at the holding temperature shown in Table 2, low temperature heat treatment of cooling to 200° C. at the cooling rate shown in Table 2 was performed to obtain a sintered magnet. The composition of the obtained sintered magnet is shown in Table 1, and its magnetic properties are shown in Table 2. The magnetic characteristics were evaluated by cutting out the center of the obtained sintered magnet into a rectangular parallelepiped shape having a size of 6 mm×6 mm×2 mm. Table 2 shows the ratio of the HR rich phase evaluated by the above method. It was found that the ratio of the HR rich phase of the sintered magnet of the example was higher than that of the sintered magnet of the comparative example, and this R—Fe—B based sintered magnet had a high coercive force.
Claims (7)
上記主相と、該主相の結晶粒間に形成され、25〜35原子%の(R’,HR)、2〜8原子%のM1、8原子%以下のCo、及び残部のFeの組成を有する(R’,HR)−Fe(Co)−M1相(R’はYを含み、Dy,Tb及びHoを除く希土類元素から選ばれる1種又は2種以上の元素で、かつNdを必須とし、HRはDy,Tb及びHoから選ばれる1種以上の元素)を、アモルファス相及び粒径10nm以下の微結晶相の一方又は双方の形態で含む粒界相とを有し、
(R’,HR)−Fe(Co)−M1相におけるM1が、
0.5〜50原子%がSi、残部がAl,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素、
1.0〜80原子%がGa、残部がSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素、又は
0.5〜50原子%がAl、残部がSi,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素
であり、
上記主相が、その表面部に、(R’,HR)2(Fe,(Co))14Bで表されるHRリッチ相を含み、上記HRリッチ相中のHRの含有量が、上記主相の中心部におけるHRの含有量より高いことを特徴とするR−Fe−B系焼結磁石。 12 to 17 atomic% of R (R is one or more elements selected from rare earth elements including Y, and Nd is essential), 0.1 to 3 atomic% of M 1 (M 1 is One or more elements selected from Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi), 0.05 ˜0.5 atomic% of M 2 (M 2 is one or more elements selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W), (4.8+2×m to 5.9+2) Xm) B of atomic% (m is the content (atomic %) of the element represented by M 2 ), 10 atomic% or less of Co, 0.5 atomic% or less of C, and 1.5 atomic% or less of O , R of 0.5 atomic% or less, and the balance of Fe, and an R-Fe-B based sintered magnet having an R 2 (Fe, (Co)) 14 B intermetallic compound as a main phase. hand,
Formed between the main phase and the crystal grains of the main phase, 25 to 35 atomic% of (R′, HR), 2 to 8 atomic% of M 1 , 8 atomic% or less of Co, and the balance of Fe (R′,HR)-Fe(Co)-M 1 phase having a composition (R′ includes Y, and is one or more elements selected from rare earth elements other than Dy, Tb and Ho, and Nd. HR has a grain boundary phase containing one or both of an amorphous phase and a microcrystalline phase having a grain size of 10 nm or less, and HR has one or more elements selected from Dy, Tb and Ho.
(R ', HR) M 1 in -Fe (Co) -M 1 phase,
0.5 to 50 atomic% is Si, and the balance is selected from Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. One or more elements,
1.0 to 80 atomic% is Ga, and the rest is Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. One or more elements, or 0.5 to 50 atomic% of Al and the balance of Si, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg. , One or more elements selected from Pb and Bi,
The main phase includes an HR rich phase represented by (R′,HR) 2 (Fe,(Co)) 14 B on the surface thereof, and the content of HR in the HR rich phase is An R-Fe-B based sintered magnet having a higher HR content in the center of the phase.
0.5〜50原子%がSi、残部がAl,Mn,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素、又は
1.0〜80原子%がGa、残部がSi,Al,Mn,Ni,Cu,Zn,Ge,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Pb及びBiから選ばれる1種以上の元素
であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のR−Fe−B系焼結磁石。 The (R ', HR) M 1 in -Fe (Co) -M 1 phase,
0.5 to 50 atomic% is Si, and the balance is selected from Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi. One or more elements, or 1.0 to 80 atomic% Ga, the balance Si, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Ge, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Pt, Au, Hg The R-Fe-B system sintered magnet according to any one of claims 1 to 5, wherein the R-Fe-B based sintered magnet is one or more elements selected from the group consisting of Pb, Pb and Bi.
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