(57)【要約】      （修正有）【課題】保磁力の高い磁性材料及び磁石、並びに保磁力の高い磁石の製造方法を提供する。【解決手段】磁性材料は、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子１０を含む粉末状である。Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子１０の内部の拡散部分１２には、Ｚｎが粒界拡散されている。Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子１０の全体体積を１００％としたときのＺｎが粒界拡散している拡散部分１２の体積割合として規定されるＺｎの平均拡散率が４０％以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を含む粉末状の磁性材料であって、
前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の内部には、Ｚｎが粒界拡散されており、
前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の全体体積を１００％としたときのＺｎが粒界拡散している領域の体積割合として規定されるＺｎの平均拡散率が４０％以上であることを特徴とする磁性材料。
【請求項２】
前記平均拡散率が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁性材料。
【請求項３】
前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径が１μｍ以上１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁性材料。
【請求項４】
前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系多結晶体であることを特徴とする請求項３に記載の磁性材料。
【請求項５】
前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体は、主相がＴｂＣｕ７型の結晶構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項６】
Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子が結合された構造を有する磁石であって、
前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の内部には、Ｚｎが粒界拡散されており、
前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の全体体積を１００％としたときのＺｎが粒界拡散している領域の体積割合として規定されるＺｎの平均拡散率が４０％以上であることを特徴とする磁石。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁性材料に含まれる前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を結合することを特徴とする磁石の製造方法。
【請求項８】
前記磁性材料を焼結又は圧縮成形して前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を結合することを特徴とする請求項７に記載の磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性材料、磁石、及び磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素とＦｅを含有する希土類磁石として、Ｓｍ−Ｆｅ系磁石が知られている。例えば、特許文献１には、ＳｍとＦｅとＮとを含有する希土類磁石が開示されている。特許文献１の希土類磁石は、非磁性の金属材料で表面を被覆したＳｍ−Ｆｅ系合金の粒子に対して熱処理及び窒化処理を行うことにより得られた粉末状の磁性材料を磁場中で圧縮成形することにより製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４２１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、ＳｍとＦｅとを含有する磁性材料に関して、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の内部に所定の体積割合でＺｎを粒界拡散させることにより、保磁力が向上することを見出した。本発明の目的は、保磁力の高い磁性材料及び磁石を提供すること、並びに保磁力の高い磁石の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する磁性材料は、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を含む粉末状の磁性材料であって、前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の内部には、Ｚｎが粒界拡散されており、前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の全体体積を１００％としたときのＺｎが粒界拡散している領域の体積割合として規定されるＺｎの平均拡散率が４０％以上である。
【０００６】
上記磁性材料において、前記平均拡散率が８０％以上であることが好ましい。
上記磁性材料において、前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径が１μｍ以上１２０μｍ以下であることが好ましい。
【０００７】
上記磁性材料において、前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系多結晶体であることが好ましい。
上記磁性材料において、前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体は、主相がＴｂＣｕ７型の結晶構造であることが好ましい。
【０００８】
上記課題を解決する磁石は、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子が結合された構造を有する磁石であって、前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の内部には、Ｚｎが粒界拡散されており、前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の全体体積を１００％としたときのＺｎが粒界拡散している領域の体積割合として規定されるＺｎの平均拡散率が４０％以上である。
【０００９】
上記課題を解決する磁石の製造方法は、上記磁性材料に含まれる前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を結合する結合工程を備える。
上記磁石の製造方法において、前記磁性材料を焼結又は圧縮成形して前記Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を結合することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁性材料及び磁石の保磁力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の模式断面図。
【図２】Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の断面写真、及びライン分析より得られるチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した実施形態を詳細に説明する。なお、本明細書において、数値範囲を「〜」を用いて表す場合、その両端の数値を含む。
本実施形態の粉末状の磁性材料は、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を含む。
【００１３】
上記粒子を構成するＳｍ−Ｆｅ系多結晶体は、Ｓｍ及びＦｅを構成元素とする多結晶体であってもよいし、Ｓｍ、Ｆｅ、及びその他元素を構成元素とする多結晶体であってもよい。その他元素としては、例えば、Ｎ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｎｄ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃａ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｔｈが挙げられる。
【００１４】
Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体は、その他元素を一種のみ含有するものであってもよいし、二種以上含有するものであってもよい。その他元素を一種のみ含有するＳｍ−Ｆｅ系多結晶体としては、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系多結晶体が挙げられる。その他元素を二種以上含有するＳｍ−Ｆｅ系多結晶体としては、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ−Ｚｒ系多結晶体、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ−Ｃｏ系多結晶体、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈｆ系多結晶体が挙げられる。これらの中でも、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系多結晶体が好ましい。Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系多結晶体としては、例えば、Ｓｍ２Ｆｅ１７ＮＸ（Ｘは、例えば、１〜６）、Ｓｍ７Ｆｅ９３ＮＸ（Ｘは、例えば、１〜２０）が挙げられる。
【００１５】
Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の結晶構造としては、例えば、ＴｂＣｕ７型の結晶構造、Ｔｈ２Ｚｎ１７型の結晶構造が挙げられる。Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の結晶構造は特に限定されるものではないが、主相がＴｂＣｕ７型の結晶構造であることが好ましい。ここで、「主相がＴｂＣｕ７型の結晶構造」とは、Ｘ線回折装置を用いてＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の回折角度や強度を測定した場合に、ＴｂＣｕ７型の結晶構造のリファレンスと一致する結果が得られることを意味する。
【００１６】
Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の形状は特に限定されるものではなく、例えば、球状、柱状、板状、不定形状等のいずれであってもよい。
Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径（Ｄ９０）は、例えば、１２０μｍ以下であり、７０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径（Ｄ９０）の下限値は、例えば、１μｍである。粒子の粒子径は、例えば、レーザー回折・散乱法を用いた測定装置により測定することができる。また、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体を構成する結晶粒の粒径（定方向平均径）は、例えば、３０〜５００ｎｍである。結晶粒の粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定することができる。
【００１７】
Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の内部には、Ｚｎが粒界拡散されている。すなわち、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子内の結晶粒界にはＺｎが含まれている。Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子において、その全体積を１００％としたときのＺｎが粒界拡散している領域の体積割合をＺｎの平均拡散率と規定したとき、Ｚｎの平均拡散率は４０％以上であり、８０％以上であることが好ましい。
【００１８】
図１に示すように、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子１０の代表的な形態は、その中心側に位置してＺｎが粒界拡散されていない非拡散部分１１と、その表面側に位置してＺｎが粒界拡散されている拡散部分１２とを有している。粒子１０に占める拡散部分１２の体積割合が上記平均拡散率となる。また、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子１０の他の形態として、平均拡散率が１００％である形態、即ち粒子１０全体が拡散部分１２である形態が挙げられる。
【００１９】
Ｚｎの平均拡散率は、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の断面に対して走査型電子顕微鏡を用いたライン分析を行い、所定のライン上における部位毎のＺｎ濃度（ａｔｍ％）を測定することにより求めることができる。表面にＺｎが付着した状態のＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の断面写真と、ライン分析より得られるチャートの一例を図２に示す。図２のチャートの横軸は、分析を行ったライン上の位置に相当する距離（μｍ）を示し、縦軸は、Ｚｎ、Ｓｍ、Ｆｅの各濃度（ａｔｍ％）を示す。
【００２０】
中心側に位置する非拡散部分１１と表面側に位置する拡散部分１２とを有する粒子の場合、図２のチャートに示すように、Ｚｎ濃度は、表面側にて高い値を示し、中心側に向かって徐々に低下するとともに中心部分において略一定値となる。このチャートに基づいて、粒子の表面からＺｎ濃度が略一定値となる位置までの距離Ｌを、所定のライン上の両側について求める。なお、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の表面の位置は、断面写真における色調の違いや、チャートにおけるＳｍ濃度及びＦｅ濃度の変化に基づいて判別できる。
【００２１】
ライン分析を行うラインを変更して、上記距離Ｌを求める処理を複数回（例えば、１０回）行う。そして、複数回のライン分析により得られた距離Ｌの平均値を、粒子の表面からＺｎが拡散している範囲の距離（拡散距離）とする。
【００２２】
次に、粒子を球状と仮定して、粒子径（Ｄ９０）を用いて粒子の全体体積を求める。また、粒子におけるＺｎが拡散している領域（拡散部分１２）を中空球状又は球状と仮定して、粒子径（Ｄ９０）及び拡散距離を用いてＺｎが拡散している領域の体積を求める。そして、下記式にしたがってＺｎの平均拡散率を求める。なお、上記粒子径（Ｄ９０）として、表面に付着したＺｎの部分を除いたＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径を用いる。
【００２３】
Ｚｎの平均拡散率（％）＝（Ｚｎが拡散している領域の体積／粒子の全体体積）×１００
上記方法により求められたＺｎの平均拡散率が４０％以上のＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子は、Ｚｎの平均拡散率が４０％未満のＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子と比較して、高い保磁力を有している。したがって、Ｚｎの平均拡散率が４０％以上のＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を含む磁性材料を結合することにより、保磁力の高い磁石を製造することができる。
【００２４】
磁性材料を結合して磁石を製造する方法としては、例えば、磁性材料を焼結する方法、磁性材料を圧縮成形する方法、バインダーを介して結合してボンド磁石とする方法が挙げられる。これらの中でも、磁性材料を高密度化できる点から、磁性材料を焼結する方法、磁性材料を圧縮成形する方法を用いることが好ましい。
【００２５】
Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の内部にＺｎを粒界拡散させる拡散方法としては、例えば、公知の方法により用意したＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粉末と、Ｚｎ粉末とを混合し、Ａｒ雰囲気下等の不活性ガス雰囲気下又は真空中にて熱処理する方法が挙げられる。上記拡散方法において、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粉末とＺｎ粉末との混合比は、例えば、Ｚｎの含有割合が３〜５０質量％となる混合比であることが好ましい。熱処理の温度は、例えば、２５０〜４４０℃であることが好ましい。熱処理の時間は、熱処理の温度に応じて、Ｚｎの平均拡散率が４０％以上となるように調整する。
【００２６】
上記の拡散方法において、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子として、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系多結晶体等のその他元素を含有するＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を用いた場合には、Ｚｎの平均拡散率が４０％以上であり、その他元素を含有するＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子が得られる。また、その他元素を含有しないＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子に対して、上記の拡散方法による処理を行った後に、その他元素を含有させる処理を行った場合にも、Ｚｎの平均拡散率が４０％以上であり、その他元素を含有するＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子が得られる。
【００２７】
その他元素を含有させる処理としては、公知の処理を用いることができる。例えば、その他元素を含有しないＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子に対して、Ｎ２ガス雰囲気下、４００〜５００℃にて熱処理することにより、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系多結晶体の粒子が得られる。
【００２８】
次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）磁性材料は、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子を含む粉末状である。Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の内部には、Ｚｎが粒界拡散されている。Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の全体体積を１００％としたときのＺｎが粒界拡散している領域の体積割合として規定されるＺｎの平均拡散率が４０％以上である。
【００２９】
上記構成によれば、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子におけるＺｎの平均拡散率が４０％以上であることにより、高い保磁力を有する磁性材料となる。
（２）Ｚｎの平均拡散率が８０％以上である。
【００３０】
上記構成によれば、磁性材料の保磁力が更に向上する。
（３）Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径が１２０μｍ以下である。
上記構成によれば、Ｚｎの平均拡散率を４０％以上に高めることが容易である。
【００３１】
（４）Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径が７０μｍ以下である。
上記構成によれば、Ｚｎの平均拡散率を８０％以上に高めることが容易である。
（５）Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系多結晶体である。
【００３２】
上記構成によれば、Ｚｎの平均拡散率を高めることによる保磁力の向上効果が得られやすい。
（６）Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体は、主相がＴｂＣｕ７型の結晶構造である。
【００３３】
上記構成によれば、Ｚｎの平均拡散率を高めることによる保磁力の向上効果が得られやすい。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００３４】
〇Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子は、その表面にＺｎが付着した状態であってもよいし、Ｚｎが付着していない状態であってもよい。なお、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の表面にＺｎが付着している場合、上記実施形態に記載したＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径は、表面に付着したＺｎの部分を除いたＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子の粒子径となる。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
Ｓｍ−Ｆｅ合金の原料を、底部に細孔を備えた石英製のノズルに入れ、Ａｒ雰囲気下で高周波溶解した後、高速回転している銅製ロール上に溶湯を噴射することにより急冷してリボンを得た。得られたリボンをピンミルで粉砕して粉砕物を得た。得られた粉砕物に対して、Ａｒ雰囲気下、７５０℃で１時間、熱処理した後、窒化処理を行うことにより多結晶体の粒子を得た。窒化処理は、熱処理を経た粉砕物を管状炉に入れ、Ｎ２ガスを通過させつつ、４５０℃に２４時間加熱することにより行なった。
【００３６】
また、レーザー回折・散乱法を用いて、得られた多結晶体の粒子の粒子径（Ｄ９０）を測定した。その結果を表１に示す。
次に、多結晶体の粒子からなる粉末に、粒子径が約１０μｍのＺｎ粉末を混合して、Ｚｎを４０質量％含有する混合物を得た。この混合物をＡｒ雰囲気下にて、表１に示す条件で熱処理することにより粉末状の磁性材料を得た。
【００３７】
（実施例２〜６、比較例７〜１１）
多結晶体の粒子の粒子径、混合物におけるＺｎの含有割合、混合物に対する熱処理の条件のうちの一つ以上を、表１に示すように変更した点を除いて、実施例１と同様にして磁性材料を得た。
【００３８】
（平均拡散率の測定）
各実施例及び各比較例の磁性材料に含まれる多結晶体の粒子の断面に対して、走査型電子顕微鏡を用いたライン分析を行うことにより、所定の線上における部位毎のＺｎ濃度を測定し、多結晶体の粒子における拡散距離を求めた。各実施例及び各比較例の磁性材料の粒子について、異なる１０箇所のライン分析を行い、各ライン分析の結果から得られた拡散距離の平均値を求めた。
【００３９】
多結晶体の粒子の粒子径（Ｄ９０）及び拡散距離の平均値に基づいて、粒子の全体体積、及びＺｎが拡散している領域の体積を算出し、上記式（１）にしたがって平均拡散率を求めた。その結果を表１に示す。
【００４０】
（保磁力の評価）
振動試料型磁力計を用い、磁性材料の真密度を７．７として、各実施例及び各比較例の磁性材料の保磁力を測定した。また、実施例１の製造過程において得られた、Ｚｎを混合する前の多結晶体の粒子からなる粉末の保磁力を同様に測定し、その測定値を基準保磁力とした。各実施例及び各比較例の保磁力の測定値を基準保磁力で除算することにより、各実施例及び各比較例の保磁力の向上率を求めた。その結果を表１の「保磁力の評価」欄に示す。
【００４１】
表１では、保磁力の向上率が１５％以上の場合を「◎」、１０％以上１５％未満の場合を「○」、１０％未満の場合を「△」で示している。また、磁石として利用可能な磁性材料を得ることができず、平均拡散率及び保持力の向上率を求めることができなかった場合を「−」で示している。
【００４２】
【表１】
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表１に示すように、Ｚｎの平均拡散率が４０％未満である比較例７〜９と比較して、Ｚｎの平均拡散率が４０％以上である実施例１〜６は、保磁力の向上率が高いことが分かる。特に、Ｚｎの平均拡散率が８０％以上である実施例１，４〜６は、保磁力の向上率が１５％以上であり、極めて高い保磁力を示した。
【００４３】
これらの結果から、Ｚｎの平均拡散率が４０％以上であるＳｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子は、高い保磁力を有しており、磁性材料として有用であることが分かる。なお、図示は省略するが、実施例１の粒子の断面について、ＥＤＸ分析したところ、Ｚｎが網目状に分布しており、多結晶体の粒子内の結晶粒界にＺｎが拡散していることが確認できた。
【００４４】
実施例１〜６の結果から、粒子径を小さくする（７０μｍ以下とする）ことによりＺｎの平均拡散率が高くなる傾向があることが分かる。
比較例７〜９の結果から、熱処理時の温度が低い又は時間が短い場合には、保磁力を向上させるのに十分な平均拡散率が得られないことが分かる。一方、熱処理時の温度を４５０℃とした比較例１０，１１は、熱処理によって、多結晶体の粒子を構成するＳｍ−Ｆｅ−Ｎ合金が分解してＦｅが析出してしまい、磁石として利用可能な磁性材料を得ることができなかった。これらの結果から、Ｚｎの平均拡散率が４０％以上である磁性材料を、Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子とＺｎとの混合物を熱処理することによって製造する場合には、熱処理条件を厳密に制御する必要があることが分かる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…Ｓｍ−Ｆｅ系多結晶体の粒子、１１…非拡散部分、１２…拡散部分。
【図１】
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【図２】
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