JP6733871B2 - Magnetic compound and method for producing the same - Google Patents
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Description
本開示は、磁性化合物及びその製造方法に関する。本開示は、特に、α−Fe相の含有量の少ない、磁性化合物及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to magnetic compounds and methods of making the same. The present disclosure particularly relates to a magnetic compound having a low α-Fe phase content and a method for producing the same.
永久磁石の応用は、エレクトロニクス、情報通信、医療、工作機械分野、産業用・自動車用モータなど広範な分野に及んでいる。また、二酸化炭素排出量の抑制の要求が高まっており、ハイブリッドカーの普及、産業分野での省エネ、発電効率の向上などにより、近年、さらに高特性を有する永久磁石開発への期待が高まっている。 Applications of permanent magnets cover a wide range of fields such as electronics, information communication, medical care, machine tools, industrial and automobile motors. In addition, there is an increasing demand for suppression of carbon dioxide emissions, and due to the widespread use of hybrid cars, energy saving in the industrial field, and improvement of power generation efficiency, expectations for the development of permanent magnets with even higher characteristics have increased in recent years. ..
現在、高性能磁石として市場を席巻しているNd−Fe−B系磁石は、HV/EHV用の駆動モータ用磁石にも使用されている。そして、昨今、モータのさらなる小型化、高出力化(磁石の残留磁化の増加)が追求されていることに対応して、新しい永久磁石材料の開発が進められている。 At present, Nd-Fe-B system magnets, which are dominant in the market as high-performance magnets, are also used as drive motor magnets for HV/EHV. In response to the recent pursuit of further downsizing and higher output of motors (increase in remanent magnetization of magnets), development of new permanent magnet materials has been promoted.
Nd−Fe−B系磁石を超える性能を有する材料開発の一つとして、ThMn12型の結晶構造を有する希土類−鉄系磁性化合物の研究が進められている。 As one of the development of materials having performance exceeding that of Nd-Fe-B based magnets, research on rare earth-iron based magnetic compounds having a ThMn 12 type crystal structure is under way.
例えば、特許文献1には、式(R1 (1−x)R2 x)a(Fe(1−y)Coy)bTcMd(R1は、Sm、Pm、Er、Tm、及びYbからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、R2は、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、及びLuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、TはTi、V、Mo、Si、及びWからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、Mは不可避的不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x≦0.7、0≦y≦0.7、4≦a≦20、b=100−a−c−d、0<c<7.7、0≦d≦3)で表される磁性化合物であって、ThMn12型の結晶構造を有し、α(Fe、Co)相の体積分率が12.3%未満である磁性化合物が開示されている。
For example,
永久磁石においては、残留磁化と保磁力の両方が高いことが要求される。残留磁化を低下させずに、保磁力を向上させるには、磁石中の軟磁性相の含有量を少なくすることが重要である。 A permanent magnet is required to have high remanence and coercive force. In order to improve the coercive force without lowering the residual magnetization, it is important to reduce the content of the soft magnetic phase in the magnet.
永久磁石の原材料として、ThMn12型の結晶構造を有する希土類−鉄系磁性化合物を用いる場合には、その磁性化合物中のα−Fe相(軟磁性相)を、可能な限り少なくすることが重要である。 When a rare earth-iron-based magnetic compound having a ThMn 12 type crystal structure is used as a raw material for a permanent magnet, it is important to minimize the α-Fe phase (soft magnetic phase) in the magnetic compound. Is.
特許文献1に開示される磁性化合物においては、α−Fe相の含有量を、一層低減させることが望まれていた。このことから、ThMn12型の結晶構造を有する希土類−鉄系磁性化合物において、α−Fe相の含有量を一層低減させることが望まれている、という課題を、本発明者らは、見出した。
In the magnetic compound disclosed in
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、α−Fe相の含有量の少ない、ThMn12型の結晶構造を有する希土類−鉄系磁性化合物及びその製造方法提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a rare earth-iron-based magnetic compound having a ThMn 12 type crystal structure with a small α-Fe phase content, and a method for producing the same. And
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の磁性化合物及びその製造方法を完成させた。その要旨は次のとおりである。
〈1〉式(Sm(1−x−y)RyZrx)a(Fe(1−z)Coz)bTcMd
(前記式中、RはSm以外の1種以上の希土類元素であり、
TはTi、V、Mo及びWからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
Mは不可避的不純物元素並びにAl、Si、Ni、C、O、N、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、かつ、
0<x≦0.3、
0≦y≦0.1、
0≦z≦0.3、
7.7<a≦9.1、
b=100−a−c−d、
3.8<c≦7.7、及び、
0≦d≦1.0である)
で表される組成を有し、
前記式中、a≧1.0x+7.7及びc≧−2.5x+4.7の関係を満足し、かつ、
ThMn12型の結晶構造を有する、
磁性化合物。
〈2〉10〜100ppmのNを含有する、〈1〉項に記載の磁性化合物。
〈3〉前記式中、3.1≦c≦6.5である、〈1〉項又は〈2〉項に記載の磁性化合物。
〈4〉式(Sm(1−x−y)RyZrx)a(Fe(1−z)Coz)bTcMd
(前記式中、RはSm以外の1種以上の希土類元素であり、
TはTi、V、Mo及びWからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
Mは不可避的不純物元素並びにAl、Si、Ni、C、O、N、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、かつ、
0<x≦0.3、
0≦y≦0.1、
0≦z≦0.3、
7.7≦a≦9.1、
b=100−a−c−d、
3.8<c≦7.7、及び、
0≦d≦1.0である)
で表される組成を有し、かつ、
前記式中、a≧1.0x+7.7及びc≧−2.5x+4.7の関係を満足する溶湯を準備すること、及び、
前記溶湯を、1×102〜1×107K/secの速度で急冷して、薄片を得ること、
を含む、〈1〉項に記載の磁性化合物の製造方法。
〈5〉10〜100ppmのNを含有する、〈4〉項に記載の方法。
〈6〉前記式中、3.1≦c≦6.5である、〈4〉項又は〈5〉項に記載の方法。
〈7〉前記薄片を、800〜1300℃で2〜120時間にわたり熱処理することをさらに含む、〈4〉項〜〈6〉項のいずれか一項に記載の方法。
The present inventors have conducted extensive studies to achieve the above object, and completed the magnetic compound of the present disclosure and a method for producing the same. The summary is as follows.
<1> formula (Sm (1-x-y ) R y Zr x) a (Fe (1-z) Co z) b T c M d
(In the above formula, R is one or more rare earth elements other than Sm,
T is one or more elements selected from the group consisting of Ti, V, Mo and W,
M is an unavoidable impurity element and one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ni, C, O, N, Cr, Cu, Ga, Ag and Au, and
0<x≦0.3,
0≦y≦0.1,
0≦z≦0.3,
7.7<a≦9.1,
b=100-a-c-d,
3.8<c≦7.7, and
0≦d≦1.0)
Has a composition represented by
In the above formula, the relationship of a≧1.0x+7.7 and c≧−2.5x+4.7 is satisfied, and
Has a ThMn 12 type crystal structure,
Magnetic compound.
<2> The magnetic compound according to the item <1>, which contains 10 to 100 ppm of N.
<3> The magnetic compound according to item <1> or <2>, wherein 3.1≦c≦6.5 in the above formula.
<4> formula (Sm (1-x-y ) R y Zr x) a (Fe (1-z) Co z) b T c M d
(In the above formula, R is one or more rare earth elements other than Sm,
T is one or more elements selected from the group consisting of Ti, V, Mo and W,
M is an unavoidable impurity element and one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ni, C, O, N, Cr, Cu, Ga, Ag and Au, and
0<x≦0.3,
0≦y≦0.1,
0≦z≦0.3,
7.7≦a≦9.1,
b=100-a-c-d,
3.8<c≦7.7, and
0≦d≦1.0)
And has a composition represented by
In the above formula, preparing a molten metal satisfying the relationship of a≧1.0x+7.7 and c≧−2.5x+4.7, and
Quenching the molten metal at a rate of 1×10 2 to 1×10 7 K/sec to obtain flakes;
The method for producing a magnetic compound according to the item <1>, comprising:
<5> The method according to <4>, which contains 10 to 100 ppm of N.
<6> The method according to the item <4> or the item <5>, wherein 3.1≦c≦6.5 in the above formula.
<7> The method according to any one of <4> to <6>, further including heat treating the flakes at 800 to 1300° C. for 2 to 120 hours.
本開示によれば、磁性相での成分組成を考慮して、磁性化合物の全体組成を特定することにより、α−Fe相の含有量を極少化した磁性化合物及びその製造方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a magnetic compound in which the content of the α-Fe phase is minimized and a method for producing the same by specifying the overall composition of the magnetic compound in consideration of the component composition in the magnetic phase. it can.
以下、本開示の磁性化合物及びその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示の磁性化合物及びその製造方法を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the magnetic compound and the method for producing the same according to the present disclosure will be described in detail. The embodiments described below do not limit the magnetic compound of the present disclosure and the method for producing the same.
本開示の磁性化合物は、ThMn12型の結晶構造を有する。本開示の磁性化合物は、Sm、Fe、及びTiを主要元素とするため、ThMn12型の結晶構造が安定し易くなる組成を、Sm−Fe−Tiの三元系で説明する。 The magnetic compound of the present disclosure has a ThMn 12 type crystal structure. Since the magnetic compound of the present disclosure contains Sm, Fe, and Ti as main elements, the composition in which the ThMn 12 type crystal structure is easily stabilized will be described in the Sm-Fe-Ti ternary system.
図2は、Sm−Fe−Tiの三元系状態図を示す(出典:A.C.Neiva, et al., Journal of the Less−Common Metals 170, 293 (1991))。図2から分かるように、Sm−Fe−Tiの三元系においては、SmFe12−wTiw相、Sm1Fe9−wTiw相、及びSm2Fe17−wTiw相が存在し得る。これらの相は、図2において、それぞれ、「1−12」、「1−9」、及び「2−17」で表されている。これらの相のうち、SmFe12−wTiw相が、ThMn12型の結晶構造を有する。SmFe12−wTiw相としては、例えば、SmFe11Ti相が挙げられる。なお、以下、SmFe12−wTiw相、SmFe9−wTiw相、及びSm2Fe17−wTiw相を、それぞれ、1−12相、1−9相、及び2−17相と表すことがある。 2 shows a ternary phase diagram of Sm-Fe-Ti (Source: AC Neiva, et al., Journal of the Less-Common Metals 170, 293 (1991)). As it can be seen from Figure 2, in the ternary system of SmFe-Ti, SmFe 12-w Ti w phase, Sm 1 Fe 9-w Ti w -phase, and Sm 2 Fe 17-w Ti w phase are present obtain. These phases are represented by "1-12", "1-9", and "2-17" in FIG. 2, respectively. Among these phases, the SmFe 12-w Ti w phase has a ThMn 12 type crystal structure. Examples of the SmFe 12-w Ti w phase include the SmFe 11 Ti phase. Hereinafter, the SmFe 12-w Ti w phase, the SmFe 9-w Ti w phase, and the Sm 2 Fe 17-w Ti w phase are referred to as 1-12 phase, 1-9 phase, and 2-17 phase, respectively. May be expressed.
これらの相において、FeとTiの含有量を1としたときのSmの含有割合(モル比)は、1−12相、1−9相、及び2−17相について、それぞれ、0.083、0.111、及び0.118である。すなわち、1−9相及び2−17相は、1−12相に比べて、Smの含有割合が高い。 In these phases, the Sm content ratio (molar ratio) when the Fe and Ti contents are 1 is 0.083 for the 1-12 phase, 1-9 phase, and 2-17 phase, respectively. 0.111 and 0.118. That is, the 1-9 phase and the 2-17 phase have a higher Sm content than the 1-12 phase.
図2から分かるように、Sm−Fe−Tiの三元系においては、1−12相、1−9相、及び2−17相の他に、α−Fe相も存在し得る。そして、Smの含有量が7.7原子%のときに、1−12相の安定が最も達成され易く、かつ、α−Fe相の含有量が減少し易い。Smの含有量が7.7原子%よりも少ないと、1−9相及び2−17相等が存在し難く、かつ、α−Fe相の含有量が増加し易い。一方、Smの含有量が7.7原子%よりも多いと、1−9相及び2−17相等の含有量が増加し易く、α−Fe相の含有量が減少し易い。なお、「1−9相及び2−17相等」とは、1−12相と比べて、Smの含有量が多い相の総称を意味する。このような相としては、1−9相及び2−17相の他に、例えば、1−9相及び2−17相で、一部のSmが欠落している相、及び、1−9相及び2−17相に、さらに少数のSm原子が侵入している相を挙げることができる。 As can be seen from FIG. 2, in the Sm-Fe-Ti ternary system, an α-Fe phase may be present in addition to the 1-12 phase, the 1-9 phase, and the 2-17 phase. When the Sm content is 7.7 atomic %, the 1-12 phase is most easily stabilized, and the α-Fe phase content is likely to decrease. When the content of Sm is less than 7.7 atomic %, the 1-9 phase, the 2-17 phase and the like are unlikely to exist, and the content of the α-Fe phase easily increases. On the other hand, when the content of Sm is more than 7.7 atomic %, the contents of the 1-9 phase, the 2-17 phase and the like tend to increase, and the α-Fe phase content tends to decrease. In addition, "1-9 phase, 2-17 phase, etc." means the general term of the phase with a large content of Sm compared with the 1-12 phase. As such a phase, in addition to the 1-9 phase and the 2-17 phase, for example, a phase in which a part of Sm is missing in the 1-9 phase and the 2-17 phase, and a 1-9 phase Examples of the 2-17 phase include a phase in which a smaller number of Sm atoms have penetrated.
図2に示したように、1−12相が安定して存在する組成領域は非常に狭い。このことから、磁性化合物全体で、Smの含有量を少なくすると、1−12相が安定せず、α−Fe相の含有量が多くなり易い。一方、Smの含有量を多くすると、やはり、1−12相が安定せず、1−9相及び2-17相等の含有量が多くなり易い。 As shown in FIG. 2, the composition region in which the 1-12 phase stably exists is very narrow. From this, when the content of Sm is reduced in the whole magnetic compound, the 1-12 phase is not stable and the content of the α-Fe phase tends to increase. On the other hand, if the content of Sm is increased, the 1-12 phase is not stable and the contents of the 1-9 phase, the 2-17 phase, etc. are likely to increase.
1−12相を安定させるために、Sm−Fe−Tiの三元系にZrを加えることは、従来から行われている。しかし、Zrの含有量については、Smの作用効果を阻害しないように、Zrの含有割合(モル比)を、Smの含有割合(モル比)よりも高くしないといった程度の検討しか、従来は行われていなかった。そのため、例えば、特許文献1に開示される磁性化合物では、α−Fe相の含有量を充分に低減することができなかった。
It has been conventionally performed to add Zr to the ternary system of Sm-Fe-Ti in order to stabilize the 1-12 phase. However, with respect to the Zr content, in the past, only studies such that the Zr content ratio (molar ratio) should not be higher than the Sm content ratio (molar ratio) so as not to inhibit the action effect of Sm. I wasn't apprehended. Therefore, for example, the magnetic compound disclosed in
磁性化合物中には、磁性相と粒界相が存在する。粒界相には様々な相が混在しており、複雑である。また、磁性化合物の磁気特性は、磁性相に由来する特性が多い。そこで、先ず、磁性相において、Zrの含有割合を調査した。 A magnetic phase and a grain boundary phase exist in the magnetic compound. The grain boundary phase is complicated because various phases are mixed. In addition, many magnetic properties of magnetic compounds are derived from the magnetic phase. Therefore, first, the content ratio of Zr in the magnetic phase was investigated.
理論に拘束されないが、磁性化合物中のZrの多くは、Smの一部と置換されていると考えられている。そこで、磁性相でのSmとZrの合計含有量を1としたときのZrの含有割合(モル比)x’と、磁性相全体に対するSmとZrの合計含有量(原子%)pとの関係を調査した。 Without being bound by theory, it is believed that most of Zr in the magnetic compound is replaced with a part of Sm. Therefore, the relationship between the Zr content ratio (molar ratio) x′, where the total content of Sm and Zr in the magnetic phase is 1, and the total content (atomic %) p of Sm and Zr with respect to the entire magnetic phase investigated.
その結果、本発明者らは、次のことを知見した。 As a result, the present inventors have found the following.
磁性相における数値である、x’とpは、直線関係(比例関係)にあり、その傾きは正である。このことから、磁性相でのZr比率x’を増加させると、磁性相でのSm(1−x−y)RyZrxで表される希土類サイトの含有量pが増加するといえる。 The numerical value x'and p in the magnetic phase have a linear relationship (proportional relationship), and the slope thereof is positive. From this, it can be said that when the Zr ratio x′ in the magnetic phase is increased, the content p of the rare earth site represented by Sm (1-x−y) R y Zr x in the magnetic phase increases.
また、磁性相でのx’と全体組成でのxは、ほぼ等しい。このことから、全体組成でのSmとZrの合計含有量を1としたときのZrの含有割合(モル比)をx、全体組成でのSmとZrの合計含有量(原子%)をaとして、その関係を調査した。その結果、磁性相の場合と同様に、全体組成でのZr比率xを増加させると、全体組成でのSm(1−x−y)RyZrxで表される希土類サイトの含有量aが増加することがわかった。 Further, x′ in the magnetic phase and x in the overall composition are almost equal. From this, when the total content of Sm and Zr in the overall composition is 1, the Zr content ratio (molar ratio) is x, and the total content of Sm and Zr in the overall composition (atomic %) is a. , Investigated the relationship. As a result, as in the case of magnetic phase, increasing the Zr ratio x of the whole composition, the content a of the rare earth site represented by the whole composition of Sm (1-x-y) R y Zr x is It turned out to increase.
さらに、xとaの関係においては、a<1.0x+7.7であると、磁性相が安定せず、多くのα−Fe相が粒界相に存在することが分かった。これは、図2で示したSm−Fe−Tiの三元系(Zrを含有しない)の状態図で、Smの含有量が少ないと、α−Fe相の含有量が多くなり易いことに相当する。 Further, regarding the relationship between x and a, it was found that when a<1.0x+7.7, the magnetic phase was not stable and many α-Fe phases were present in the grain boundary phase. This is a phase diagram of the Sm-Fe-Ti ternary system (not containing Zr) shown in FIG. 2, and it means that if the Sm content is low, the α-Fe phase content tends to increase. To do.
一方、a≧1.0x+7.7であると、粒界相に存在するα−Fe相の含有量が少なくなる。また、粒界相には、少量の1−9相及び2−17相等が存在することが分かった。これは、図2で示したSm−Fe−Tiの三元系(Zrを含有しない)の状態図で、Smの含有量が多いと、α−Fe相の含有量が少なくなり易く、1−9相及び2−17相が存在し易くなることに相当する。 On the other hand, when a≧1.0x+7.7, the content of the α-Fe phase existing in the grain boundary phase decreases. It was also found that the grain boundary phase contains a small amount of 1-9 phase and 2-17 phase. This is a phase diagram of the ternary system of Sm-Fe-Ti (not containing Zr) shown in FIG. 2, and when the content of Sm is large, the content of the α-Fe phase is apt to decrease, This corresponds to the presence of the 9th phase and the 2-17th phase.
これまで、1−12相を安定させるため、Sm−Fe−Tiの三元系に、Zrを加えたときの知見について説明してきた。1−12相をさらに安定させるため、Tiの含有量を検討して得られた知見について、次に説明する。 Up to now, the knowledge when Zr is added to the ternary system of Sm-Fe-Ti in order to stabilize the 1-12 phase has been described. The findings obtained by examining the Ti content in order to further stabilize the 1-12 phase will be described below.
磁性化合物中には、磁性相と粒界相が存在する。粒界相には様々な相が混在しており、複雑である。また、磁性化合物の磁気特性は、磁性相に由来する特性が多い。そこで、先ず、磁性相において、Zrの含有割合を調査した。 A magnetic phase and a grain boundary phase exist in the magnetic compound. The grain boundary phase is complicated because various phases are mixed. In addition, many magnetic properties of magnetic compounds are derived from the magnetic phase. Therefore, first, the content ratio of Zr in the magnetic phase was investigated.
そこで、磁性相におけるSmとZrの合計含有量を1としたときのZrの含有割合(モル比)x’と、磁性相全体に対するTiの含有量(原子%)qとの関係を調査した。 Therefore, the relationship between the Zr content ratio (molar ratio) x'when the total content of Sm and Zr in the magnetic phase is 1 and the Ti content (atomic %) q with respect to the entire magnetic phase was investigated.
その結果、本発明者らは、次のことを知見した。 As a result, the present inventors have found the following.
磁性相における数値である、x’とqは、直線関係(比例関係)にあり、その傾きは負である。このことから、磁性相でのZr比率x’を増加させると、磁性相でのTiの含有量qが減少するといえる。 The numerical values x'and q in the magnetic phase have a linear relationship (proportional relationship), and the slope thereof is negative. From this, it can be said that when the Zr ratio x′ in the magnetic phase is increased, the Ti content q in the magnetic phase decreases.
また、磁性相でのx’と全体組成でのxは、ほぼ等しい。このことから、全体組成でのSmとZrの合計含有量を1としたときのZrの含有割合(モル比)をx、全体組成でのTiの含有量(原子%)をcとして、その関係を調査した。その結果、全体組成でのZr比率xを増加させると、全体組成でのSm(1−x−y)RyZrxで表される希土類サイトの含有量cが減少することがわかった。 Further, x′ in the magnetic phase and x in the overall composition are almost equal. From this, when the total content of Sm and Zr in the overall composition is 1, the content ratio (molar ratio) of Zr is x, and the content of Ti (atomic %) in the overall composition is c, and the relationship is shown. investigated. As a result, increasing the Zr ratio x of the whole composition, the content c of the rare earth site represented by the whole composition of Sm (1-x-y) R y Zr x was found to be reduced.
さらに、xとcの関係においては、c<−2.5x+4.7であると、磁性相が安定せず、多くのα−Fe相が粒界相に存在することが分かった。これは、図2で示したSm−Fe−Tiの三元系(Zrを含有しない)の状態図で、Smの含有量が少ないと、α−Fe相の含有量が多くなり易いことに相当する。 Furthermore, regarding the relationship between x and c, it was found that when c<−2.5x+4.7, the magnetic phase was not stable and many α-Fe phases were present in the grain boundary phase. This is a phase diagram of the Sm-Fe-Ti ternary system (not containing Zr) shown in FIG. 2, and it means that if the Sm content is low, the α-Fe phase content tends to increase. To do.
一方、c≧−2.5x+4.7であると、粒界相に存在するα−Fe相の含有量が少なくなる。また、粒界相には、少量の1−9相及び2−17相等が存在することが分かった。これは、図2で示したSm−Fe−Tiの三元系(Zrを含有しない)の状態図で、Smの含有量が多いと、α−Fe相の含有量が少なくなり易く、1−9相及び2−17相が存在し易くなることに相当する。 On the other hand, when c≧−2.5x+4.7, the content of the α-Fe phase existing in the grain boundary phase decreases. It was also found that the grain boundary phase contains a small amount of 1-9 phase and 2-17 phase. This is a phase diagram of the ternary system of Sm-Fe-Ti (not containing Zr) shown in FIG. 2, and when the content of Sm is large, the content of the α-Fe phase is apt to decrease, This corresponds to the presence of the 9th phase and the 2-17th phase.
これまで説明してきた知見等によって完成された、本開示の磁性化合物及びその製造方法の構成要件を、次に説明する。 The constituent features of the magnetic compound of the present disclosure and the method for producing the same, which have been completed based on the findings described above, will be described below.
《磁性化合物》
本開示の磁性化合物は、式(Sm(1−x−y)RyZrx)a(Fe(1−z)Coz)bTcMdで表される組成を有する。この式は、本開示の磁性化合物の全体組成を表す。
<Magnetic compound>
Magnetic compounds of the present disclosure, having a composition represented by the formula (Sm (1-x-y ) R y Zr x) a (Fe (1-z) Co z) b T c M d. This formula represents the overall composition of the magnetic compound of the present disclosure.
上記式中、Smはサマリウム、RはSm以外の1種以上の希土類元素、Zrはジルコニウム、Feは鉄、そして、Coはコバルトを示す。TはTi、V、Mo及びWからなる群より選ばれる1種以上の元素である。Tiはチタン、Vはバナジウム、Moはモリブデン、そして、Wはタングステンを示す。Mは、不可避的不純物元素並びにAl、Si、Ni、C、O、N、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素である。Alはアルミニウム、Siはシリコン、Niはニッケル、Cは炭素、Oは酸素、Crはクロム、Cuは銅、Gaはガリウム、Agは銀、そして、Auは金を示す。 In the above formula, Sm is samarium, R is one or more rare earth elements other than Sm, Zr is zirconium, Fe is iron, and Co is cobalt. T is at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Mo and W. Ti is titanium, V is vanadium, Mo is molybdenum, and W is tungsten. M is an unavoidable impurity element and one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ni, C, O, N, Cr, Cu, Ga, Ag and Au. Al is aluminum, Si is silicon, Ni is nickel, C is carbon, O is oxygen, Cr is chromium, Cu is copper, Ga is gallium, Ag is silver, and Au is gold.
x及びyは、それぞれ、Sm(1−x−y)RyZrxで表される希土類サイト全体を1としたときの、Zr及びRの含有割合(モル比)である。希土類サイトで、Smは、R及びZrの残部である。 x and y are each Sm (1-x-y) when set to 1 whole earth site represented by R y Zr x, the content of Zr and R (molar ratio). At rare earth sites, Sm is the balance of R and Zr.
zは、Fe(1−z)Cozで表される鉄族サイト全体を1としたときの、Coの含有割合(モル比)である。鉄族サイトで、Feは、Coの残部である。 z is the content ratio (molar ratio) of Co when the entire iron group site represented by Fe (1-z) Co z is 1. At the iron group site, Fe is the balance of Co.
a、b、c、及びdは、それぞれ、本開示の磁性化合物全体を100原子%としたときの、希土類サイト、鉄族サイト、T、及びMの含有量(原子%)である。上記式で、b=100−a−c−dであるため、磁性化合物全体で、鉄族サイトは、希土類サイト、T、及びMの残部である。 a, b, c, and d are the contents (atomic %) of the rare earth site, the iron group site, T, and M, respectively, when the total amount of the magnetic compound of the present disclosure is 100 atomic %. Since b=100-a-c-d in the above formula, the iron group site is the rest of the rare earth site, T, and M in the entire magnetic compound.
上記式の構成元素について、次に説明する。 The constituent elements of the above formula will be described below.
〈Sm〉
Smは、希土類元素であり、永久磁石特性を発現するため、本開示の磁性化合物に必須の成分である。従来より知られている、ThMn12型の結晶構造を有するNdFe11Nwの組成を有する化合物では、Nにより一軸磁気異方性を発現するため、異方性磁界は高い。しかし、600℃以上の高温でNが脱離して異方性磁界が低くなるため、焼結等のフルデンス化による高性能化は困難であった。一方、上記のようなSmを含むSmFe11Ti化合物は、実質的にNを含まないため、フルデンス化の観点で有利である。
<Sm>
Sm is a rare earth element and expresses permanent magnet characteristics, and is an essential component of the magnetic compound of the present disclosure. A conventionally known compound having a composition of NdFe 11 N w having a ThMn 12 type crystal structure exhibits a uniaxial magnetic anisotropy due to N, and thus has a high anisotropic magnetic field. However, since N is desorbed at a high temperature of 600° C. or higher to reduce the anisotropic magnetic field, it has been difficult to achieve high performance due to full-densification such as sintering. On the other hand, the SmFe 11 Ti compound containing Sm as described above is substantially free of N, and is therefore advantageous in terms of full-densification.
〈R〉
Rは、Sm以外の1種以上の希土類元素である。なお、本明細書において、希土類元素は、特に断りがない限り、Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuである。
<R>
R is one or more rare earth elements other than Sm. In the present specification, unless otherwise specified, the rare earth elements are Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and It is Lu.
本開示の磁性化合物は、磁性化合物中の希土類元素をSmに特定し、そのSmの含有量を特定して、磁性化合物中のα−Fe相の含有量を極少化する。Smの原材料で、Sm以外の希土類元素Rを皆無にすることは難しい。しかし、Sm(1−x−y)RyZrxで表される希土類サイトで、yの値が0〜0.1であれば、本開示の磁性化合物の特性は、Rが皆無であるときと、実質的に同等と考えてよい。 In the magnetic compound of the present disclosure, the rare earth element in the magnetic compound is specified as Sm, the content of Sm is specified, and the content of the α-Fe phase in the magnetic compound is minimized. It is difficult to eliminate the rare earth element R other than Sm from the raw material of Sm. However, in the rare earth site represented by Sm (1-x-y) R y Zr x, if the value of y is 0 to 0.1, the characteristics of the magnetic compounds of the present disclosure, when R is nil And may be considered to be substantially equivalent.
yの値は0であることが理想であるが、Smの原材料の純度を過剰に上昇させることは、製造コストの上昇を招くため、yの値は、0.01以上、0.02以上、0.03以上、0.04以上、又は0.05以上であってよい。一方、yの値は、Smの原材料の純度が過剰に上昇しない限り低い方が好ましいため、yの値は、0.09以下、0.08以下、0.07以下、又は0.06以下であってよい。 Ideally, the value of y is 0, but excessively increasing the purity of the Sm raw material causes an increase in manufacturing cost. Therefore, the value of y is 0.01 or more, 0.02 or more, It may be 0.03 or more, 0.04 or more, or 0.05 or more. On the other hand, the value of y is preferably low as long as the purity of the Sm raw material does not increase excessively. Therefore, the value of y is 0.09 or less, 0.08 or less, 0.07 or less, or 0.06 or less. You can
〈Zr〉
Sm及び/又はRの一部は、Zrで置換されて、ThMn12型の結晶構造の安定に寄与する。ThMn12型の結晶内のSm及び/又はRをZrで置換することによって、結晶格子の収縮が生じる。これにより、磁性化合物を高温(600℃以上)にした場合にも、ThMn12型の結晶構造が維持され易くなる。一方、磁気特性面では、Smの一部がZrで置換されることによって、Smに由来する強い磁気異方性は弱められる。したがって、ThMn12型の結晶構造の安定と磁気特性の両面からZrの含有量を決定する。
<Zr>
A part of Sm and/or R is substituted with Zr and contributes to the stability of the ThMn 12 type crystal structure. Substitution of Sm and/or R in a ThMn 12 type crystal with Zr causes shrinkage of the crystal lattice. As a result, the ThMn 12 type crystal structure is easily maintained even when the magnetic compound is heated to a high temperature (600° C. or higher). On the other hand, in terms of magnetic properties, a strong magnetic anisotropy derived from Sm is weakened by substituting a part of Sm with Zr. Therefore, the Zr content is determined from both aspects of the stability of the ThMn 12 type crystal structure and the magnetic properties.
ThMn12型の結晶構造を安定させ、高温時に磁性化合物の分解を抑制するため、Zrは必須である。Zrは少量でも、その作用効果が認められるため、Sm(1−x−y)RyZrxで表される希土類サイトで、xの値は、0超であればよい。Zrの作用効果を明瞭に享受する観点からは、xの値は、0.02以上、0.04以上、0.06以上、又は0.08以上であってよい。一方、xの値が0.3以下であれば、異方性磁界が著しく低下することはない。また、Fe2Zr相も生成し難い。Fe2Zr相が生成し難ければ、保磁力の発現は阻害され難い。これらの観点からは、xの値は、0.28以下、0.26以下、0.24以下、又は0.22以下であってよい。 Zr is essential because it stabilizes the ThMn 12 type crystal structure and suppresses the decomposition of the magnetic compound at high temperatures. Zr, even a small amount, since the effect can be observed, in the rare earth site represented by Sm (1-x-y) R y Zr x, the value of x may be a 0 than. From the viewpoint of clearly enjoying the effect of Zr, the value of x may be 0.02 or more, 0.04 or more, 0.06 or more, or 0.08 or more. On the other hand, when the value of x is 0.3 or less, the anisotropic magnetic field does not significantly decrease. Further, it is difficult to generate the Fe 2 Zr phase. If the Fe 2 Zr phase is hard to generate, the expression of coercive force is hard to be inhibited. From these viewpoints, the value of x may be 0.28 or less, 0.26 or less, 0.24 or less, or 0.22 or less.
これまで説明してきた、Sm、R、及びZrの合計含有量は、Sm(1−x−y)RyZrxで表される希土類サイトの含有量aで示される。希土類サイトの含有量aが7.7原子%を以上であれば、磁性化合物を高温(600℃以上)にしても、ThMn12型の結晶構造が分解され難くなる。ThMn12型の結晶構造が分解されると、α−Fe相の含有量が増加する。したがって、ThMn12型の結晶構造が分解され難くなれば、α−Fe相の含有量が増加し難くなる。この観点からは、希土類サイトの含有量aは、7.7原子%超が好ましく、7.8原子%以上がより好ましく、7.9原子%以上がより一層好ましく、8.0原子%以上がさらに一層好ましい。一方、希土類サイトの含有量aが9.1原子%以下であれば、磁性化合物の磁気異方性が低下し難い。多量のSmがZrで置換されると、磁性相以外の相が多量に生成され、Smに由来する強い磁気異方性が著しく低下するためである。磁気異方性の低下を抑制する観点からは、希土類サイトの含有量aは、8.9原子%以下が好ましく、8.5原子%以下がより好ましく、8.2原子%以下がより一層好ましい。 So far has been described, Sm, R, and the total content of Zr is represented by Sm (1-x-y) R y Zr content of the rare earth site represented by x a. When the content a of rare earth sites is 7.7 atomic% or more, the ThMn 12 type crystal structure becomes difficult to decompose even when the magnetic compound is heated to a high temperature (600° C. or more). When the ThMn 12 type crystal structure is decomposed, the content of the α-Fe phase increases. Therefore, if it becomes difficult to decompose the ThMn 12 type crystal structure, it becomes difficult to increase the content of the α-Fe phase. From this viewpoint, the content a of rare earth sites is preferably more than 7.7 atom %, more preferably 7.8 atom% or more, still more preferably 7.9 atom% or more, and 8.0 atom% or more. Even more preferred. On the other hand, when the content a of the rare earth site is 9.1 atom% or less, the magnetic anisotropy of the magnetic compound is hard to decrease. This is because when a large amount of Sm is replaced with Zr, a large amount of phases other than the magnetic phase are generated and the strong magnetic anisotropy derived from Sm is significantly reduced. From the viewpoint of suppressing the decrease in magnetic anisotropy, the content a of rare earth sites is preferably 8.9 at% or less, more preferably 8.5 at% or less, and even more preferably 8.2 at% or less. ..
さらに、上述したように、磁性化合物の全体組成において、希土類サイトでのZrの含有割合xと、希土類サイトの含有量aが、a≧1.0x+7.7の関係を満足すると、α−Fe相の含有量を、磁性化合物全体に対して、2体積%以下にすることができる。 Furthermore, as described above, in the overall composition of the magnetic compound, when the Zr content ratio x at the rare earth site and the rare earth site content a satisfy the relationship of a≧1.0x+7.7, the α-Fe phase Content of 2% by volume or less based on the whole magnetic compound.
本明細書において、α−Fe相の含有量は、次の要領で測定した体積%で表す。磁性化合物を樹脂埋め研磨し、それを、光学顕微鏡又はSEM−EDXを用いて、複数個所で観察し、画像解析により、観察面におけるα−Fe相の平均面積率を測定する。平均面積率とは、個々の観察箇所で測定した面積率の平均を意味する。 In this specification, the content of the α-Fe phase is represented by volume% measured according to the following procedure. A magnetic compound is embedded in a resin and polished, and the magnetic compound is observed at a plurality of locations using an optical microscope or SEM-EDX, and the average area ratio of the α-Fe phase on the observed surface is measured by image analysis. The average area ratio means the average of the area ratios measured at individual observation points.
磁性化合物中の組織が、特定の方向に配向していないと仮定すると、平均面積率Sと体積率Vとの間には、S≒Vの関係が成立する。このことから、α−Fe相の含有量については、上述した要領で測定した、α−Fe相の平均面積率(面積%)の値を、α−Fe相の含有量(体積%)とする。 Assuming that the texture in the magnetic compound is not oriented in a specific direction, the relationship of S≈V is established between the average area ratio S and the volume ratio V. From this, regarding the content of the α-Fe phase, the value of the average area ratio (area %) of the α-Fe phase measured in the above-described manner is defined as the content (volume %) of the α-Fe phase. ..
〈T〉
TはTi、V、Mo及びWからなる群より選ばれる1種以上の元素である。Ti、V、Mo及びWは、それぞれ、同様の作用効果を奏すると考えてよい。図3は、R’Fe12−vTv化合物(R’は希土類元素である。)におけるTの安定化領域を示す図である(出典:K.H.J. Buschow, Rep. Prog. Phys. 54, 1123 (1991))。R’−Feの2元系に、第3の元素としてTi、V、Mo、Wを添加することにより、ThMn12型の結晶構造が安定になり、優れた磁気特性を示すことが、図3によって知られている。
<T>
T is at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Mo and W. It can be considered that Ti, V, Mo and W have the same action and effect, respectively. FIG. 3 is a diagram showing a stabilization region of T in an R′Fe 12-v T v compound (R′ is a rare earth element) (Source: KHJ Buschow, Rep. Prog. Phys) 54, 1123 (1991)). By adding Ti, V, Mo and W as the third element to the binary system of R′-Fe, the ThMn 12 type crystal structure becomes stable and excellent magnetic properties are shown in FIG. Known by.
従来、T成分の安定化効果を得るため、必要量以上に多量にTを添加することで、ThMn12型の結晶構造を形成させていた。そのため、磁性化合物を構成するFe成分の含有率が低くなり、かつ、最も磁化に影響するFe原子の占有サイトが、例えば、T原子に置き換わり、全体の磁化を低下させていた。また、Tの含有量が多くなると、Fe2Tが生成され易くなる。 Conventionally, in order to obtain the stabilizing effect of the T component, a ThMn 12 type crystal structure is formed by adding T in an amount larger than necessary. Therefore, the content rate of the Fe component constituting the magnetic compound becomes low, and the occupied site of the Fe atom that most affects the magnetization is replaced with, for example, the T atom, thereby lowering the overall magnetization. Moreover, when the content of T is large, Fe 2 T is easily generated.
Tの含有量cが、7.7原子%未満であれば、磁化が低下し難く、Fe2Tiが生成され難い。これらの観点からは、Tの含有量cは、7.6原子%以下が好ましく、6.0原子%以下がより好ましく、5.6原子%以下がより一層好ましい。 When the content c of T is less than 7.7 atomic %, the magnetization is less likely to decrease and Fe 2 Ti is less likely to be generated. From these viewpoints, the content c of T is preferably 7.6 atom% or less, more preferably 6.0 atom% or less, still more preferably 5.6 atom% or less.
一方、Tの含有量cが、3.8原子%超であれば、ThMn12型の結晶構造が安定し易い。この観点からは、4.2原子%以上が好ましく、4.7原子%以上がより好ましく、5.5原子%以上がより一層好ましい。 On the other hand, when the content c of T exceeds 3.8 atomic %, the ThMn 12 type crystal structure is likely to be stable. From this viewpoint, 4.2 at% or more is preferable, 4.7 at% or more is more preferable, and 5.5 at% or more is even more preferable.
さらに、上述したように、磁性化合物の全体組成において、希土類サイトでのZrの含有割合xと、Tの含有量cが、c≧−2.5x+4.7の関係を満足すると、α−Fe相の含有量を、磁性化合物全体に対して、2体積%以下にすることができる。 Further, as described above, in the overall composition of the magnetic compound, when the content ratio x of Zr at the rare earth site and the content c of T satisfy the relationship of c≧−2.5x+4.7, the α-Fe phase is obtained. Content of 2% by volume or less based on the whole magnetic compound.
〈M〉
Mは、不可避的不純物元素並びにAl、Si、Ni、C、O、N、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素である。不可避的不純物とは、磁性化合物の原材料に含まれる不純物、あるいは、製造工程で混入してしまう不純物等、その含有を回避することが避けられない、あるいは、回避するためには著しい製造コストの上昇を招くような不純物のことをいう。不可避的不純物元素としては、Mn等が挙げられる。
<M>
M is an unavoidable impurity element and one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ni , C, O, N, Cr, Cu, Ga, Ag and Au. The unavoidable impurities are the impurities contained in the raw materials of the magnetic compounds or the impurities that are mixed in the manufacturing process, and it is unavoidable to avoid their inclusion, or in order to avoid them, the manufacturing cost increases significantly. Impurities that cause Examples of the unavoidable impurity element include Mn and the like.
M(不可避的不純物元素を除く)は、ThMn12型の結晶の粒成長の抑制、あるいは、ThMn12型の結晶構造を有する相以外の相(例えば、粒界相)の粘性、融点に寄与するが、本開示の磁性化合物において必須ではない。 M (excluding incidental impurity elements), the viscosity of the suppression of grain growth of the 12-inch ThMn crystal, or a phase other than the phase with the crystal structure of 12-inch ThMn (e.g., the grain boundary phase), which contributes to the melting point However, it is not essential in the magnetic compound of the present disclosure.
Mの含有量dは、1.0原子%以下である。Mの含有量dが1.0原子%以下であれば、磁性化合物を構成するFe成分の含有率が低くなり、その結果、全体の磁化が低下してしまうことが起こり難い。この観点からは、Mの含有量dは、0.8原子%以下が好ましく、0.6原子%以下がより好ましく、0.4原子%以下がより一層好ましい。 The content d of M is 1.0 atomic% or less. When the content d of M is 1.0 atomic% or less, the content rate of the Fe component constituting the magnetic compound becomes low, and as a result, the overall magnetization is unlikely to decrease. From this viewpoint, the content d of M is preferably 0.8 at% or less, more preferably 0.6 at% or less, and even more preferably 0.4 at% or less.
一方、M(不可避的不純物元素を除く)の作用効果を明瞭に享受する観点からは、Mの含有量は、0.1原子%以上が好ましく、0.2原子%以上がより好ましく、0.3原子%以上がより一層好ましい。また、Al、Si、Ni、C、O、N、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素を含有しないとき、Mの含有量dは、不可避的不純物の含有量である。不可避的不純物の含有量は、少ないほど好ましいが、不可避的不純物の含有量を過度に低下させると、製造コストの上昇等を招くため、磁性化合物の磁気特性等に、実質的に影響を与えない範囲で、不可避的不純物を少量含有していてもよい。この観点からは、Mの含有量dの下限は、0.05原子%、0.1原子%、又は0.2原子%であってよい。 On the other hand, from the viewpoint of clearly enjoying the effects of M (excluding inevitable impurity elements), the content of M is preferably 0.1 atom% or more, more preferably 0.2 atom% or more, Even more preferably, it is 3 atomic% or more. Further, when one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ni, C, O, N, Cr, Cu, Ga, Ag and Au is not contained, the content d of M is unavoidable. It is the content. The content of the unavoidable impurities is preferably as small as possible. However, if the content of the unavoidable impurities is excessively reduced, the manufacturing cost is increased, and the magnetic properties of the magnetic compound are not substantially affected. Within the range, a small amount of unavoidable impurities may be contained. From this viewpoint, the lower limit of the content d of M may be 0.05 atom %, 0.1 atom %, or 0.2 atom %.
Sm系のThMn12型の結晶構造を有する磁性化合物において、Nd系のThMn12型の結晶構造を有する磁性化合物のように、Nにより一軸磁気異方性を発現させることはない。Nは粒界相に侵入して、磁気分断性を低下させ、磁性化合物を用いて磁石にしたとき、保磁力を低下させるおそれがある。このことから、Nの含有量は、磁性化合物全体(全体組成)に対して、100ppm以下が好ましく、70ppm以下がより好ましく、40ppm以下がより一層好ましい。一方、Nの含有量を過度に低下させると、製造コストの上昇等を招くため、磁性化合物の磁気特性等に、実質的に影響を与えない範囲で、Nを少量含有していてもよい。この観点からは、Nの含有量の下限は、10ppm、20ppm、又は30ppmであってよい。 In the magnetic compound having the Sm-based ThMn 12 type crystal structure, N does not develop uniaxial magnetic anisotropy unlike the magnetic compound having the Nd-based ThMn 12 type crystal structure. N penetrates into the grain boundary phase to reduce the magnetic decoupling property, and when a magnet is made of a magnetic compound, N may reduce the coercive force. From this, the content of N is preferably 100 ppm or less, more preferably 70 ppm or less, and further preferably 40 ppm or less, based on the entire magnetic compound (overall composition). On the other hand, if the content of N is excessively reduced, the manufacturing cost is increased, and therefore, a small amount of N may be contained within a range that does not substantially affect the magnetic properties of the magnetic compound. From this viewpoint, the lower limit of the N content may be 10 ppm, 20 ppm, or 30 ppm.
〈Fe及びCo〉
本開示の磁性化合物は、上記の元素以外をFeとするが、Feの一部がCoで置換されていてもよい。Feの一部がCoで置換されている場合は、α−Fe相のFeの一部がCoで置換されている。本明細書で、α−Fe相と表記したとき、特に断りがない場合には、α−Fe相には、α−Fe相のFeの一部がCoで置換されている相を含むものとする。
<Fe and Co>
In the magnetic compound of the present disclosure, Fe other than the above elements is Fe, but a part of Fe may be replaced with Co. When part of Fe is replaced with Co, part of Fe in the α-Fe phase is replaced with Co. In the present specification, when expressed as an α-Fe phase, unless otherwise specified, the α-Fe phase includes a phase in which a part of Fe in the α-Fe phase is replaced with Co.
Feの一部がCoで置換されていることにより、スレーターポーリング則により、自発磁化の増大を生じ、異方性磁界、飽和磁化の両特性を向上させる効果がある。また、Feの一部がCoで置換されていることによって、磁性化合物のキューリー点が上昇するため、高温での磁化の低下を抑制する効果がある。 By substituting a part of Fe with Co, the spontaneous magnetization is increased by the Slater-Pauling rule, and both the anisotropic magnetic field and the saturation magnetization are improved. Further, since a part of Fe is replaced by Co, the Curie point of the magnetic compound rises, which has an effect of suppressing a decrease in magnetization at high temperature.
これらの効果を明瞭に享受するためには、Fe(1−z)Cozで表される鉄族サイト全体を1としたときのCoの含有割合(モル比)zは、0.05以上が好ましく、0.10以上が好ましく、0.15以上がより一層好ましい。 In order to clearly enjoy these effects, the Co content ratio (molar ratio) z is 0.05 or more when the whole iron group site represented by Fe (1-z) Co z is 1. Preferably, it is 0.10 or more, more preferably 0.15 or more.
一方、Coの含有量が過剰になっても、スレーターポーリング則による効果を得難くなる。Coの含有割合(モル比)zが0.30以下であれば、スレーターポーリング則の効果が弱まり難い。この観点からは、Coの含有割合(モル比)zは、0.26以下が好ましく、0.24以下がより好ましく、0.20以下がより一層好ましい。 On the other hand, even if the Co content is excessive, it is difficult to obtain the effect according to the Slater Pauling rule. When the Co content ratio (molar ratio) z is 0.30 or less, the effect of the Slater-Pauling rule is not easily weakened. From this viewpoint, the Co content ratio (molar ratio) z is preferably 0.26 or less, more preferably 0.24 or less, and even more preferably 0.20 or less.
〈結晶構造〉
本開示の磁性化合物は、ThMn12型の結晶構造を有する。ThMn12型の結晶構造は正方晶である。Sm系のThMn12型の結晶構造においては、Cu線源のX線回折(XRD)によって、2θが42.46°((321)面)のとき、最も強いX線回折強度を示す。また、2θが33.07°((310)面)のとき、弱いX線回折強度を示す。
<Crystal structure>
The magnetic compound of the present disclosure has a ThMn 12 type crystal structure. The crystal structure of ThMn 12 type is tetragonal. The Sm-based ThMn 12 type crystal structure exhibits the strongest X-ray diffraction intensity when 2θ is 42.46° ((321) plane) by X-ray diffraction (XRD) of a Cu radiation source. Further, when 2θ is 33.07° ((310) plane), weak X-ray diffraction intensity is exhibited.
ThMn12型の結晶構造において、2θが42.46°((321)面)でのX線回折強度をIc(321)、2θが33.07°((310)面)でのX線回折強度をIc(310)で表し、Ic(321)を100とすると、Ic(310)は13.6である。 In the ThMn 12 type crystal structure, the X-ray diffraction intensity at 2θ of 42.46° ((321) plane) was measured by I c (321) and 2θ at 33.07° ((310) plane). When the intensity is represented by I c (310) and I c (321) is 100, I c (310) is 13.6.
Sm系のThMn12型の結晶構造が崩れる(disorderする)と、ThMn9型(1−9型)の結晶構造に変化することが知られている。ThMn9型の結晶構造においては、Cu線源のX線回折(XRD)によって、2θが42.68°((111)面)のとき、最も強いX線回折強度を示す。しかし、2θが33°のときには、X線のピークが発現しない。 It is known that when the Sm-based ThMn 12 type crystal structure collapses (disorders), it changes to a ThMn 9 type (1-9 type) crystal structure. The ThMn 9 type crystal structure shows the strongest X-ray diffraction intensity when 2θ is 42.68° ((111) plane) by X-ray diffraction (XRD) of a Cu radiation source. However, when 2θ is 33°, the X-ray peak does not appear.
これらのことから、磁性化合物についての(310)面でのX線回折強度実測値をIm(310)とすると、ThMn12型結晶度は、Im(310)/Ic(310)で定義することができる。ThMn12型結晶度は、磁性化合物中で、Sm系のThMn12型の結晶構造の占める割合を示す。結晶構造が完全なThMn12型であれば、ThMn12型結晶度は100%になり、結晶構造が完全なThMn9型である場合には、ThMn12型結晶度は0%になる。 From these facts, when the actual measurement value of the X-ray diffraction intensity on the (310) plane of the magnetic compound is Im(310), the ThMn 12 type crystallinity is defined by I m (310)/I c (310). be able to. The ThMn 12 type crystallinity indicates the proportion of the Sm-based ThMn 12 type crystal structure in the magnetic compound. If the crystal structure is perfect ThMn 12 type, the ThMn 12 type crystallinity is 100%, and if the crystal structure is perfect ThMn 9 type, the ThMn 12 type crystallinity is 0%.
本開示の磁性化合物においては、ThMn12型の結晶構造が50%以上を占めていること、すなわち、ThMn12型結晶度が50%以上であることが好ましい。ThMn12型結晶度が50%以上であれば、磁性化合物中で、ThMn12型の結晶構造が安定し、その結果、α−Fe相が増加し難い。ThMn12型の結晶構造の安定の観点からは、ThMn12型結晶度は、高いほど好ましく、60%以上、70%以上、80%以上、又は90%以上が好ましい。一方、ThMn12型結晶度は、100%でなくてもよく、98%以下、96%以下、94%以下、又は92%以下であってよい。 In the magnetic compound of the present disclosure, the ThMn 12 type crystal structure occupies 50% or more, that is, the ThMn 12 type crystallinity is preferably 50% or more. When the ThMn 12 type crystallinity is 50% or more, the ThMn 12 type crystal structure is stabilized in the magnetic compound, and as a result, the α-Fe phase is difficult to increase. From the viewpoint of the stability of the ThMn 12 type crystal structure, the higher the ThMn 12 type crystallinity, the more preferable, and 60% or more, 70% or more, 80% or more, or 90% or more is preferable. On the other hand, the ThMn 12 type crystallinity does not have to be 100% and may be 98% or less, 96% or less, 94% or less, or 92% or less.
これまで説明してきたように、本開示の磁性化合物によれば、磁性化合物中のα−Fe相の含有量を極少化することができる。 As described above, according to the magnetic compound of the present disclosure, the content of the α-Fe phase in the magnetic compound can be minimized.
《製造方法》
本開示の磁性化合物の製造方法は、溶湯準備工程及び溶湯急冷工程を含む。以下、これらの工程ごとに説明する。
"Production method"
The method for producing a magnetic compound according to the present disclosure includes a molten metal preparation step and a molten metal quenching step. Hereinafter, each of these steps will be described.
〈溶湯準備工程〉
本開示の磁性化合物においては、上述したように、磁性化合物の全体組成と、磁性化合物を製造するときに準備する溶湯の組成とが実質的に同一である。溶湯の組成については、溶湯保持及び/又は凝固途中で、蒸発等による溶湯成分が減耗することは考慮していない。製造条件等により、溶湯成分の減耗が生じる場合には、その減耗分を考慮して、原材料を配合してもよい。
<Molten metal preparation process>
In the magnetic compound of the present disclosure, as described above, the overall composition of the magnetic compound and the composition of the molten metal prepared when manufacturing the magnetic compound are substantially the same. Regarding the composition of the molten metal, it is not taken into consideration that the components of the molten metal are depleted due to evaporation during the holding and/or solidification of the molten metal. When the molten metal component is worn out due to manufacturing conditions and the like, the raw materials may be blended in consideration of the amount of wear.
溶湯減耗を考慮しなくてよい場合、式(Sm(1−x−y)RyZrx)a(Fe(1−z)Coz)bTcMdで表される組成を有する溶湯を準備する。上記式で、Sm、R、Zr、Fe、Co、T,及びMは、磁性化合物で説明した内容と同様である。また、x、y、及びz、並びに、a、b、c、及びdは、磁性化合物で説明した内容と同様である。そして、上記式において、a≧1.0x+7.7及びc≧−2.5x+4.7の関係を満足する。 If the melt depletion does not need to be considered, the molten metal having a composition represented by the formula (Sm (1-x-y ) R y Zr x) a (Fe (1-z) Co z) b T c M d prepare. In the above formula, Sm, R, Zr, Fe, Co, T, and M are the same as those described in the magnetic compound. Further, x, y, and z, and a, b, c, and d are the same as those described in the magnetic compound. Then, in the above equation, the relationship of a≧1.0x+7.7 and c≧−2.5x+4.7 is satisfied.
〈溶湯急冷工程〉
上記の組成を有する溶湯を、1×102〜1×107K/secの速度で急冷する。急冷により、ThMn12型の結晶構造を安定させ、かつ、α−Fe相の含有量を極少化し易くなる。
<Melted metal quenching process>
The molten metal having the above composition is rapidly cooled at a rate of 1×10 2 to 1×10 7 K/sec. The rapid cooling stabilizes the ThMn 12 type crystal structure and facilitates minimizing the α-Fe phase content.
急冷法としては、例えば、図4に示すような急冷装置10を用い、ストリップキャスト法によって所定の速度で冷却することができる。急冷装置10において、溶解炉11において原材料が溶解され、上記の組成を有する溶湯12が準備される。溶湯12はタンディッシュ13に一定の供給量で供給される。タンディッシュ13に供給された溶湯12は、タンディッシュ13の端部から自重によって冷却ロール14に供給される。
As the rapid cooling method, for example, a
タンディッシュ13は、セラミックス等で構成され、溶解炉11から所定の流量で連続的に供給される溶湯12を一時的に貯湯し、冷却ロール14への溶湯12の流れを整流することができる。また、タンディッシュ13は、冷却ロール14に達する直前の溶湯12の温度を調整する機能をも有する。
The
冷却ロール14は、銅やクロムなどの熱伝導性の高い材料から形成されており、冷却ロール14の表面は、高温の溶湯との浸食を防止するため、クロムメッキ等が施される。冷却ロール14は、図示していない駆動装置により、所定の回転速度で矢印方向に回転することができる。この回転速度を制御することにより、溶湯の冷却速度を1×102〜1×107K/secの速度に制御することができる。
The
溶湯の冷却速度が1×102K/sec以上であれば、ThMn12型の結晶構造を安定させ、かつ、α−Fe相の含有量を極少化し易くすることができる。この観点からは、溶湯の冷却速度が1×103K/sec以上がより好ましい。一方、溶湯の冷却速度が1×107K/sec以下であれば、急冷によって得られる効果が飽和しているにもかかわらず、必要以上に速い速度で溶湯を冷却するおそれは少ない。溶湯の冷却速度は、1×106K/sec以下又は1×105K/sec以下であってもよい。 When the cooling rate of the molten metal is 1×10 2 K/sec or more, the ThMn 12 type crystal structure can be stabilized, and the α-Fe phase content can be easily minimized. From this viewpoint, the cooling rate of the molten metal is more preferably 1×10 3 K/sec or more. On the other hand, when the cooling rate of the molten metal is 1×10 7 K/sec or less, there is little possibility that the molten metal is cooled at an unnecessarily fast rate, although the effect obtained by the rapid cooling is saturated. The cooling rate of the molten metal may be 1×10 6 K/sec or less or 1×10 5 K/sec or less.
冷却ロール14の外周上で冷却され、凝固された溶湯12は、薄片15となって冷却ロール14から剥離し、回収装置で回収される。必要に応じて、カッターミル等を用いて、薄片15を粉砕し、粉末を得てもよい。
The
〈熱処理工程〉
さらに、本開示の製造方法においては、上記工程で得られた薄片15を、800〜1300℃で2〜120時間にわたり熱処理してもよい。この熱処理により、ThMn12型の結晶構造を有する相(以下、「ThMn12相」ということがある。)が均質化され、異方性磁界及び飽和磁化の両特性がさらに向上する。薄片15の粉砕については、熱処理前に行ってもよいし、熱処理後に行ってもよい。
<Heat treatment process>
Further, in the manufacturing method of the present disclosure, the
熱処理温度が、800℃以上であれば、ThMn12相を均質化することができる。ThMn12相の均質化の観点からは、900℃以上が好ましく、1000℃以上がより好ましく、1100℃以上がより一層好ましい。一方、熱処理温度が1300℃以下であれば、磁性化合物の組織が分解して、α−Fe相が生成するおそれは少ない。この観点からは、1250℃以下が好ましく、1200℃以下がより好ましく、1150℃以下がより一層好ましい。 When the heat treatment temperature is 800° C. or higher, the ThMn 12 phase can be homogenized. From the viewpoint of homogenization of the ThMn 12 phase, 900°C or higher is preferable, 1000°C or higher is more preferable, and 1100°C or higher is even more preferable. On the other hand, when the heat treatment temperature is 1300° C. or lower, there is little possibility that the structure of the magnetic compound is decomposed and the α-Fe phase is generated. From this viewpoint, the temperature is preferably 1250° C. or lower, more preferably 1200° C. or lower, still more preferably 1150° C. or lower.
以下、本開示の磁性化合物及びその製造方法を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示の磁性化合物及びその製造方法は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。 Hereinafter, the magnetic compound of the present disclosure and the method for producing the same will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The magnetic compound and the method for producing the same according to the present disclosure are not limited to the conditions used in the following examples.
《試料の準備》
磁性化合物の試料を、次の要領で準備した。
<<Preparation of sample>>
A sample of magnetic compound was prepared as follows.
表1に示す組成の溶湯を準備し、ストリップキャスト法により、104K/secの速度で急冷し、急冷薄片を準備し、Ar雰囲気において1200℃で4時間にわたり熱処理を実施した。次いで、Ar雰囲気において、カッターミルを用いて薄片を粉砕し、粒径20μm以下の粒子を回収した。 A molten metal having the composition shown in Table 1 was prepared, quenched by a strip casting method at a rate of 10 4 K/sec to prepare a quenched thin piece, and heat-treated at 1200° C. for 4 hours in an Ar atmosphere. Next, in an Ar atmosphere, the flakes were crushed using a cutter mill, and particles having a particle size of 20 μm or less were collected.
《試料の評価》
得られた粒子のSEM像(反射電子像)から、α−Fe相の大きさ及び面積率を測定し、面積率=体積率として、α−Fe相の含有量(体積%)を算出した。また、得られた粒子のX線回折(XRD)を行い、上述した方法で、ThMn12型結晶度を算出した。
<<Evaluation of sample>>
The size and area ratio of the α-Fe phase were measured from the SEM image (backscattered electron image) of the obtained particles, and the content (volume %) of the α-Fe phase was calculated as the area ratio=volume ratio. Further, the obtained particles were subjected to X-ray diffraction (XRD), and the ThMn 12 type crystallinity was calculated by the method described above.
結果を表1に示す。表1において、磁性化合物の全体組成については、磁性化合物からサンプルを採取し、それを、ICP発光分光分析法で分析した。Mとしては、微量の不可避的不純物が検出されたため、Mの含有量の内訳を表2に示した。なお、表2のppmは質量ppmである。表1の分析結果は、溶湯の仕込み組成と、ほぼ同等であった。表1の分析結果から、実施例1〜8及び比較例1〜6の磁性化合物の全体組成について、Zrの含有割合xと、希土類サイトの含有量a及びTi含有量cとの関係を纏めたグラフが、図1である。 The results are shown in Table 1. In Table 1, for the overall composition of the magnetic compound, a sample was taken from the magnetic compound and analyzed by ICP emission spectroscopy. Since a trace amount of unavoidable impurities was detected as M, the content of M is shown in Table 2. In addition, ppm in Table 2 is mass ppm. The analysis results in Table 1 were almost the same as the composition of the molten metal charged. From the analysis results in Table 1, the relationship between the Zr content ratio x and the rare earth site contents a and Ti contents c was summarized for the overall compositions of the magnetic compounds of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 6. The graph is shown in FIG.
表1及び図1から分かるように、実施例1〜8の試料においては、磁性化合物の全体組成が適正範囲になっているため、α−Fe相の含有量が2体積%以下になっていることを確認できた。また、実施例1〜8においては、ThMn12型結晶度が50体積%以上になっていることを確認できた。 As can be seen from Table 1 and FIG. 1, in the samples of Examples 1 to 8, the content of the α-Fe phase was 2% by volume or less because the entire composition of the magnetic compound was in the proper range. I was able to confirm that. Further, in Examples 1 to 8, it was confirmed that the ThMn 12 type crystallinity was 50% by volume or more.
一方、比較例2〜5の試料においては、磁性化合物の全体組成が適正範囲になっていないため、α−Fe相の含有量が2体積%を超えていることを確認できた。 On the other hand, in the samples of Comparative Examples 2 to 5, it was confirmed that the content of the α-Fe phase exceeded 2% by volume because the entire composition of the magnetic compound was not within the proper range.
比較例1の試料においては、α−Fe相の含有量は2体積%以下であるものの、磁性化合物中にZrを含まず(z=0)、磁性化合物を高温(600℃)に暴露したとき、分解して、α−Fe相を生成する可能性がある。 In the sample of Comparative Example 1, although the content of the α-Fe phase was 2% by volume or less, when the magnetic compound did not contain Zr (z=0) and the magnetic compound was exposed to a high temperature (600° C.). , May decompose to form an α-Fe phase.
比較例6の試料においては、Sm(1−x−y)RyZrxで表される希土類サイトで、Zrの含有割合xが、本発明の上限を超えており、Fe2Zr相が生成されていた。 In the sample of Comparative Example 6, a rare earth site represented by Sm (1-x-y) R y Zr x, the proportion x of Zr is exceeded the upper limit of the present invention, Fe 2 Zr phase generation It had been.
磁性化合物の全体組成については、希土類サイト、鉄族サイト、Ti、及びMの含有量それぞれを、原子%で表示する方法と、モル比で表示する方法がある。表3は、参考までに、磁性化合物の全体組成を、両者の方法で示したものである。なお、Mの含有量が非常に少量であるため、モル比表示では、Mの含有量の表示を省略した。 Regarding the overall composition of the magnetic compound, there are a method of displaying the content of each of the rare earth site, the iron group site, Ti, and M in atomic %, and a method of displaying the content in molar ratio. For reference, Table 3 shows the overall composition of the magnetic compound by both methods. Since the content of M is very small, the display of the content of M was omitted in the molar ratio display.
磁性化合物は、磁性相と粒界相を有している。EPMA ZAF法を用いると、磁性相の組成を、粒界相の組成と分離して、測定することができる。表4は、磁性相の組成の測定結果を纏めたものである。表4には、表1で示した、磁性化合物の全体組成を併記してある。また、表4においては、磁性相の組成について、希土類サイト、鉄族サイト、及びTiの含有量を、原子%で表示する方法と、モル比で表示する方法の両方で表示した。なお、Mの含有量が非常に少量であるため、磁性相の組成は、Mの含有量を省略して表示した。 The magnetic compound has a magnetic phase and a grain boundary phase. Using the EPMA ZAF method, the composition of the magnetic phase can be measured separately from the composition of the grain boundary phase. Table 4 is a summary of the measurement results of the composition of the magnetic phase. Table 4 also shows the entire composition of the magnetic compound shown in Table 1. Further, in Table 4, the content of the rare earth site, the iron group site, and Ti with respect to the composition of the magnetic phase is shown by both a method of displaying it in atomic% and a method of displaying it in a molar ratio. Since the content of M is very small, the composition of the magnetic phase is shown by omitting the content of M.
また、表4から、実施例1〜8及び比較例1〜6の磁性相の組成について、Zrの含有割合x’と、希土類サイトの含有量p及びTi含有量qとの関係を纏めたグラフが、図5である。 Further, from Table 4, a graph summarizing the relationship between the Zr content ratio x′, the rare earth site content p, and the Ti content q for the compositions of the magnetic phases of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 6. Is shown in FIG.
図5から分かるように、実施例1〜8及び比較例1〜6の磁性相の組成は、x’とpの間では、直線関係があり、その傾きが正であること、x’とqの間では、直線関係があり、その傾きが負であること、が確認できた。 As can be seen from FIG. 5, the compositions of the magnetic phases of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 6 have a linear relationship between x′ and p, and the inclination is positive, x′ and q It was confirmed that there was a linear relationship between the two and the slope was negative.
これらの結果から、本開示の磁性化合物及びその製造方法の効果を確認できた。 From these results, the effects of the magnetic compound of the present disclosure and the method for producing the same were confirmed.
10 急冷装置
11 溶解炉
12 溶湯
13 タンディッシュ
14 冷却ロール
15 薄片
10 Quenching device 11
Claims (5)
(前記式中、RはSm以外の1種以上の希土類元素であり、
TはTi、V、Mo及びWからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
Mは不可避的不純物元素並びにAl、Si、Ni、C、O、N、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、かつ、
0<x≦0.3、
0≦y≦0.1、
0≦z≦0.3、
7.7<a≦9.1、
b=100−a−c−d、
3.8<c≦5.6、及び、
0≦d≦1.0である)
で表される組成を有し、
前記式中、a≧1.0x+7.7及びc≧−2.5x+4.7の関係を満足し、かつ、
ThMn12型の結晶構造を有する、
磁性化合物。 Formula (Sm (1-x-y ) R y Zr x) a (Fe (1-z) Co z) b T c M d
(In the above formula, R is one or more rare earth elements other than Sm,
T is one or more elements selected from the group consisting of Ti, V, Mo and W,
M is an unavoidable impurity element and one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ni, C, O, N, Cr, Cu, Ga, Ag and Au, and
0<x≦0.3,
0≦y≦0.1,
0≦z≦0.3,
7.7<a≦9.1,
b=100-a-c-d,
3.8<c≦ 5.6 , and
0≦d≦1.0)
Has a composition represented by
In the above formula, the relationship of a≧1.0x+7.7 and c≧−2.5x+4.7 is satisfied, and
Has a ThMn 12 type crystal structure,
Magnetic compound.
(前記式中、RはSm以外の1種以上の希土類元素であり、
TはTi、V、Mo及びWからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
Mは不可避的不純物元素並びにAl、Si、Ni、C、O、N、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、かつ、
0<x≦0.3、
0≦y≦0.1、
0≦z≦0.3、
7.7≦a≦9.1、
b=100−a−c−d、
3.8<c≦5.6、及び、
0≦d≦1.0である)
で表される組成を有し、かつ、
前記式中、a≧1.0x+7.7及びc≧−2.5x+4.7の関係を満足する溶湯を準備すること、及び、
前記溶湯を、1×102〜1×107K/secの速度で急冷して、薄片を得ること、
を含む、請求項1に記載の磁性化合物の製造方法。 Formula (Sm (1-x-y ) R y Zr x) a (Fe (1-z) Co z) b T c M d
(In the above formula, R is one or more rare earth elements other than Sm,
T is one or more elements selected from the group consisting of Ti, V, Mo and W,
M is an unavoidable impurity element and one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ni, C, O, N, Cr, Cu, Ga, Ag and Au, and
0<x≦0.3,
0≦y≦0.1,
0≦z≦0.3,
7.7≦a≦9.1,
b=100-a-c-d,
3.8<c≦ 5.6 , and
0≦d≦1.0)
And has a composition represented by
In the above formula, preparing a molten metal satisfying the relationship of a≧1.0x+7.7 and c≧−2.5x+4.7, and
Quenching the molten metal at a rate of 1×10 2 to 1×10 7 K/sec to obtain flakes;
The method for producing a magnetic compound according to claim 1, comprising:
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