(57)【要約】      （修正有）【課題】高い保磁力ＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法を提供する。【解決手段】Ｒ２（Ｒ２は、Ｎｄ及びＰｒの少なくとも１種を含む）：２７質量％以上３３質量％以下を含む第１合金１０の準備工程と、Ｒ３：８０〜９５質量％（Ｒ３は、希土類元素のうち少なくとも１種）、Ｇａ：５〜２０質量％（Ｇａの５０質量％以下をＣｕで置換できる）、Ｆｅ：０〜１質量％を含む第２合金２０の準備工程と、第１、第２合金を回転又は搖動する容器１００内で第２合金の融点以上かつ焼結工程における焼結温度未満の温度範囲に加熱することにより、第２合金の少なくとも一部を加熱して溶融させ、溶融した第２合金の少なくとも一部を第１合金の表面に接触させて第２合金の層を第１合金の表面の少なくとも一部に形成した第３合金の準備工程と、第３合金粉末を得る工程を含み、第３合金粉末の質量に対する第２合金の質量の比が、１〜５％である。【選択図】図１
2020155658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ１：２８．５質量％以上３３．５質量％以下（Ｒ１は、希土類元素のうち少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を含む）、
Ｂ：０．８４質量％以上０．９２質量％以下、
Ｇａ：０．３質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｕ：０．０５質量％以上０．３５質量％以下、
Ｔ：６１．５質量％以上７０．０質量％以下（ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏであり、Ｔの９０質量％以上がＦｅである）を含み、
下記式（１）を満足するＲ１−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法であって、
１４［Ｂ］／１０．８＜［Ｔ］／５５．８５      （１）
（［Ｂ］は質量％で示すＢの含有量であり、［Ｔ］は質量％で示すＴの含有量である）
Ｒ２（Ｒ２は、希土類元素のうち少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を含む）：２７質量％以上３３質量％以下、を含む第１合金を準備する工程と、
Ｒ３：８０〜９５質量％（Ｒ３は、希土類元素のうち少なくとも１種）、
Ｇａ：５〜２０質量％（Ｇａの５０質量％以下をＣｕで置換できる）、
Ｆｅ：０〜１質量％、を含む第２合金を準備する工程と、
前記第１合金と前記第２合金を回転または搖動する容器内で、前記第２合金の融点以上かつ焼結工程における焼結温度未満の温度範囲に加熱することにより、前記第２合金の少なくとも一部を加熱して溶融させ、溶融した前記第２合金の少なくとも一部を前記第１合金の表面に接触させて第２合金の層を前記第１合金の表面の少なくとも一部に形成して第３合金を準備する工程と、
前記第３合金を粉砕して第３合金粉末を得る工程と、
前記第３合金粉末を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼結し焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体に熱処理を施す熱処理工程と、
を含み、
前記第３合金粉末の質量に対する前記第２合金の質量の比が、１〜５％である、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【請求項２】
前記第１合金を準備する工程は、第１合金の溶湯を急冷して厚さ２ｍｍ以下の複数の第１合金鋳片を作製する工程を含み、
前記第３合金を準備する工程において、前記複数の第１合金鋳片の表面の少なくとも一部に前記第２合金の層を形成する、請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【請求項３】
前記容器は回転バレルである、請求項１又は２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【請求項４】
前記複数の第１合金鋳片は、厚さ２ｍｍ以下のストリップキャスト合金から形成されている、請求項２又は３に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素のうち少なくとも一種であり、ＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を含む、ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏであり、Ｔの９０質量％以上がＦｅである）は、Ｒ２Ｔ１４Ｂ型結晶構造を有する化合物からなる主相と、この主相の粒界部分に位置する粒界相とから構成されており、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られている。
【０００３】
このため、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、電気自動車（ＥＶ、ＨＶ、ＰＨＶ）用モータ、産業機器用モータなどの各種モータや家電製品など多種多様な用途に用いられている。
【０００４】
このように用途が広がるにつれ、例えば電気自動車用モータで用いられた場合は、１００℃程度の高温下に曝される場合があり、高温下においても安定した動作が要求されている。
【０００５】
しかし、従来のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、高温になると保磁力ＨｃＪ（以下、単に「ＨｃＪ」と記載する場合がある）が低下し、不可逆熱減磁が起こるという問題がある。例えば電気自動車用モータにＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が使用される場合、高温下での使用によりＨｃＪが低下し、モータの安定した動作が得られない可能性がある。そのため、室温において高いＨｃＪを有し、かつ高温においても高いＨｃＪを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が求められている。
【０００６】
従来ＨｃＪ向上のために、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に重希土類元素ＲＨ（主としてＤｙ）を添加していたが、残留磁束密度Ｂｒ（以下、単に「Ｂｒ」と記載する場合がある）が低下するという問題があった。さらに、Ｄｙは、産出地が限定されている等の理由から、供給が不安定であり、また価格が大きく変動することがあるなどの問題を有している。そのため、Ｄｙなどの重希土類元素ＲＨをできるだけ使用せずにＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石のＨｃＪを向上させる技術が求められている。
【０００７】
このような技術として、例えば特許文献１は、通常のＲ−Ｔ−Ｂ系合金よりもＢ量を低くするとともに、Ａｌ、ＧａおよびＣｕのうちから選ばれる１種以上である金属元素Ｍを含有させることによりＲ２Ｔ１７相を生成させ、当該Ｒ２Ｔ１７相を原料として生成させた遷移金属リッチ相（Ｒ−Ｔ−Ｇａ相）の体積率を充分に確保することにより、Ｄｙの含有量を抑制しつつ、保磁力の高いＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が得られることを開示している。
【０００８】
また、上述の通りＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が最も利用される用途はモータであり、特に電気自動車用モータなどの用途で高温安定性を確保するためにＨｃＪの向上は大変有効であるが、それらの特性とともに角形比Ｈｋ/ＨｃＪ(以下、単にＨｋ/ＨｃＪという場合がある)も高くなければならない。Ｈｋ/ＨｃＪが低いと減磁しやすくなるという問題を引き起こす。そのため、高いＨｃＪを有するとともに、高いＨｋ/ＨｃＪを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が求められている。なお、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の分野においては、一般に、Ｈｋ/ＨｃＪを求めるために測定するパラメータであるＨｋは、Ｊ(磁化の強さ)−Ｈ(磁界の強さ)曲線の第２象限において、Ｊが０．９×Ｊｒ(Ｊｒは残留磁化、Ｊｒ＝Ｂｒ)の値になる位置のＨ軸の読み値が用いられている。このＨｋを減磁曲線のＨｃＪで除した値  Ｈｋ/ＨｃＪ＝Ｈｋ(ｋＡ/ｍ)/ＨｃＪ(ｋＡ/ｍ)×１００（％）)が角形比として定義される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１３／００８７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載されているＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石では、Ｄｙの含有量を低減しつつ高いＨｃＪが得られるものの、一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石(Ｒ２Ｔ１４Ｂ型化合物の化学量論比よりもＢ量が多い)と比べてＨｋ/ＨｃＪが低下するという問題点があった。具体的には、一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石では、Ｈｋは、ＨｃＪの９０％以上の値（つまりＨｋ/ＨｃＪは９０％以上）となる。これに対し、特許文献１に記載されているＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石では、高いＨｃＪが得られるため、一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石よりもＨｋの値は高くなるものの、一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石と比べて、ＨｃＪの値に対するＨｋの値が相対的に低下し、Ｈｋ/ＨｃＪが９０％未満となる場合があるという問題があった。
【００１１】
そこで本開示は、ＲＨの含有量を低減しつつ、高いＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造するための方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法は、例示的な実施形態において、Ｒ１：２８．５質量％以上３３．５質量％以下（Ｒ１は、希土類元素のうち少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を含む）、Ｂ：０．８４質量％以上０．９２質量％以下、Ｇａ：０．３質量％以上１．０質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．３５質量％以下、Ｔ：６１．５質量％以上７０．０質量％以下（ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏであり、Ｔの９０質量％以上がＦｅである）を含み、下記式（１）を満足するＲ１−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法であって、  
１４［Ｂ］／１０．８＜［Ｔ］／５５．８５      （１）
（［Ｂ］は質量％で示すＢの含有量であり、［Ｔ］は質量％で示すＴの含有量である）  Ｒ２（Ｒ２は、希土類元素のうち少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を含む）：２７質量％以上３３質量％以下、を含む第１合金を準備する工程と、Ｒ３：８０〜９５質量％（Ｒ３は、希土類元素のうち少なくとも１種）、Ｇａ：５〜２０質量％（Ｇａの５０質量％以下をＣｕで置換できる）、Ｆｅ：０〜１質量％、を含む第２合金を準備する工程と、前記第１合金と前記第２合金を回転または搖動する容器内で、前記第２合金の融点以上かつ焼結工程における焼結温度未満の温度範囲に加熱することにより、前記第２合金の少なくとも一部を加熱して溶融させ、溶融した前記第２合金の少なくとも一部を前記第１合金の表面に接触させて第２合金の層を前記第１合金の表面の少なくとも一部に形成して第３合金を準備する工程と、前記第３合金を粉砕して第３合金粉末を得る工程と、前記第３合金粉末を成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を焼結し焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体に熱処理を施す熱処理工程と、を含み、前記第３合金粉末の質量に対する前記第２合金の質量の比が、１〜５％である。
【００１３】
ある実施形態において、前記第１合金を準備する工程は、第１合金の溶湯を急冷して厚さ２ｍｍ以下の複数の第１合金鋳片を作製する工程を含み、前記第３合金を準備する工程において、前記複数の第１合金鋳片の表面の少なくとも一部に前記第２合金の層を形成する。
【００１４】
ある実施形態において、前記容器は回転バレルである。
【００１５】
ある実施形態において、前記複数の第１合金鋳片は、厚さ２ｍｍ以下のストリップキャスト合金から形成されている。
【発明の効果】
【００１６】
本開示の実施形態によれば、ＲＨの含有量を低減しつつ、高いＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造するための方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本開示の実施形態で使用され得る熱処理装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、主合金１０の鋳片の表面にＲ−Ｇａ合金の層２０Ａが形成された第３合金を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に示す実施形態は、本開示の技術思想を具体化するためのＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法を例示するものであって、本開示を以下に限定するものではない。
【００１９】
特許文献１に記載されているように一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石よりもＢ量を少なく（Ｒ２Ｔ１４Ｂ型化合物の化学量論比のＢ量よりも少なく）し、Ｇａ等を添加することにより、遷移金属リッチ相（Ｒ−Ｔ−Ｇａ相）を生成させてＨｃＪを向上させることができる。しかし、本発明者らが鋭意検討した結果、Ｒ−Ｔ−Ｇａ相は若干の磁化を有しており、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石における２つの主相間に存在する第一の粒界（以下、「二粒子粒界」と記載する場合がある）と、３つ以上の主相間に存在する第二の粒界（以下、「三重点粒界」と記載する場合がある）のうち、特に二粒子粒界にＲ−Ｔ−Ｇａ相が多く存在すると、Ｈｋ向上の妨げになることが分かった。また、Ｒ−Ｔ−Ｇａ相の生成とともに、二粒子粒界にＲ−Ｔ−Ｇａ相よりも磁化が低いと考えられるＲ−Ｇａ相が生成されていることが分かった。そのため、Ｒ−Ｔ−Ｇａ相を生成する必要はあるものの、高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得るためには、二粒子粒界にＲ−Ｇａ相を多く生成させることが重要であると想定した。
【００２０】
本発明者らは、二粒子粒界にＲ−Ｇａ相を多く生成させるためには、Ｒ−Ｇａ合金粉末と主合金粉末とを準備し、それらの合金粉末を混合する、いわゆるブレンド法によりＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造することが有効であると考えた。
【００２１】
しかし、Ｒ−Ｇａ合金は粉砕性が悪く、ブレンド法において、Ｒ−Ｇａ合金粉末を得るために通常の水素粉砕等の方法を用いて粉砕しても、Ｄ５０（気流分散式レーザー回折法による測定で得られる体積中心値（体積基準メジアン径）をいう。以下において同じ。）が２０μｍ程度の大きさまでしか粉砕することができなかった。このような大きさのＲ−Ｇａ合金を用いてブレンド法によりＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造した場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の二粒子粒界にＲ−Ｇａ相を十分に生成させることができず、さらには、そもそも粒径が大きすぎる（高いＨｃＪを得るには８μｍ以下に粉砕する必要がある）ため高い保磁力ＨｃＪを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることができなかった。Ｒ−Ｇａ合金に対してＦｅを過多に添加することにより粉砕性を高めることができたが、この場合、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の二粒子粒界において、磁化を有するＦｅ濃度が上昇し、やはり高いＨｃＪを得ることができなかった。
【００２２】
本発明者らはさらに鋭意検討した結果、高いＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得る新たな製造方法を見出した。
【００２３】
以下に本開示の実施形態に係る製造方法について詳述する。
【００２４】
［Ｒ１−Ｔ−Ｂ系焼結磁石］（Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石）
まず、本開示の実施形態に係る製造方法により得られるＲ１−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石）について説明する。
【００２５】
［Ｒ１−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組成］
本実施形態に係るＲ１−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組成は、
Ｒ１：２８．５〜３３．５質量％（Ｒ１は、希土類元素のうち少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を含む）、
Ｂ：０．８４〜０．９２質量％、
Ｇａ：０．３〜１．０質量％、
Ｃｕ：０．０５〜０．３５質量％、
Ｔ：６１．５質量％以上７０．０質量％以下（ＴはＦｅ又はＦｅとＣｏであり、Ｔの９０質量％以上がＦｅである）、含み、下記式（１）を満足する。
１４［Ｂ］／１０．８＜［Ｔ］／５５．８５      （１）
（［Ｂ］は質量％で示すＢの含有量であり、［Ｔ］は質量％で示すＴの含有量である。）
【００２６】
上記組成により、一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石よりもＢ量を少なくするとともに、Ｇａ等を含有させているので、二粒子粒界にＲ−Ｔ−Ｇａ相が生成して、高いＨｃＪを有することができる。ここで、Ｒ−Ｔ−Ｇａ相とは、代表的にはＮｄ６Ｆｅ１３Ｇａ化合物である。Ｒ６Ｔ１３Ｇａ化合物は、Ｌａ６Ｃｏ１１Ｇａ３型結晶構造を有する。また、Ｒ６Ｔ１３Ｇａ化合物は、その状態によっては、Ｒ６Ｔ１３−δＧａ１＋δ化合物（δは典型的には２以下）になっている場合がある。例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石中に比較的多くＣｕ、Ａｌが含有される場合、Ｒ６Ｔ１３−δ（Ｇａ１−ｘ−ｙＣｕｘＡｌｙ）１＋δになっている場合がある。
【００２７】
以下に、各組成について詳述する。
【００２８】
（Ｒ１：２８．５〜３３．５質量％）
Ｒ１は、希土類元素のうち少なくとも１種であり、ＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を含む。Ｒ１の含有量は、２８．５〜３３．５質量％である。Ｒ１が２８．５質量％未満であると焼結時の緻密化が困難となるおそれがあり、３３．５質量％を超えると主相比率が低下して高いＢｒを得られない可能性がある。Ｒ１の含有量は、好ましくは２９．５〜３２．５質量％である。Ｒ１がこのような範囲であれば、より高いＢｒを得ることができる。
【００２９】
（Ｂ：０．８４〜０．９２質量％）
Ｂの含有量は、０．８４〜０．９２質量％である。Ｂが０．８４質量％未満であるとＲ２Ｔ１７相が生成されて高いＨｃＪが得られないおそれがあり、０．９２質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｇａ相の生成量が少なすぎて高いＨｃＪが得られない可能性がある。Ｂの含有量は、好ましくは０．８５〜０．９２質量％である。Ｂの一部はＣと置換することができる。
【００３０】
Ｂの含有量は下記式（１）を満たす。
１４［Ｂ］／１０．８＜［Ｔ］／５５．８５      （１）
【００３１】
式（１）を満足することにより、Ｂの含有量が一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石よりも少なくなる。一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、主相であるＲ２Ｔ１４Ｂ相以外に軟磁性相であるＲ２Ｔ１７相が生成しないように、［Ｔ］／５５．８５（Ｆｅの原子量）は１４［Ｂ］／１０．８（Ｂの原子量）よりも少ない組成となっている（［Ｔ］は、質量％で示すＴの含有量である）。本開示のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、一般的なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石と異なり、［Ｔ］／５５．８５が１４［Ｂ］／１０．８よりも多くなるように式（１）で規定している。なお、本開示のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石におけるＴの主成分はＦｅであるため、Ｆｅの原子量を用いた。
【００３２】
（Ｇａ：０．３〜１．０質量％）
Ｇａの含有量は、０．３〜１．０質量％である。Ｇａが０．３質量％未満であると、Ｒ−Ｔ−Ｇａ相の生成量が少なすぎて、Ｒ２Ｔ１７相を消失させることができず、高いＨｃＪを得ることができないおそれがあり、１．０質量％を超えると不要なＧａが存在することになり、主相比率が低下してＢｒが低下する可能性がある。
【００３３】
（Ｃｕ：０．０５〜０．３５質量％）
Ｃｕの含有量は、０．０５〜０．３５質量％である。Ｃｕが０．０５質量％未満であると高いＨｃＪを得ることができないおそれがあり、０．３５質量％を超えると焼結性が悪化して高いＨｃＪが得られない可能性がある。
【００３４】
（Ｔ：６１．５質量％以上７０．０質量％以下（Ｔは、ＦｅとＣｏでありＴの９０質量％以上がＦｅ））
Ｔは、遷移金属元素のうち少なくとも１種でありＦｅを必ず含む。また、Ｆｅの１０質量％以下をＣｏで置換できる。つまり、Ｔの９０質量％以上がＦｅである。Ｃｏを含有することにより耐食性を向上させることができるが、Ｃｏの置換量がＦｅの１０質量％を超えると、高いＢｒが得られない可能性がある。Ｔの含有量は、６１．５質量％以上であり、且つ、上述した式（１）を満足する。Ｔの含有量が６１．５質量％未満であると、大幅にＢｒが低下する可能性がある。好ましくは、Ｔが残部である。
【００３５】
（Ａｌ：０〜０．５０質量％）
Ａｌを含有してもよい。Ａｌの含有量は、０〜０．５０質量％である。Ａｌを含有することによりＨｃＪを向上させることができる。Ａｌは通常、製造工程で不可避的不純物として０．０２質量％以上含有されるが、不可避的不純物で含有される量と意図的に添加した量の合計で０．５０質量％以下含有してもよい。
【００３６】
さらに、本開示のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、ジジム合金（Ｎｄ−Ｐｒ）、電解鉄、フェロボロンなどに通常含有される不可避的不純物としてＣｒ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｍｇなどを含有することができる。さらに、製造工程中の不可避的不純物として、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）およびＣ（炭素）などを例示できる。また、本開示のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、１種以上の他の元素（不可避的不純物以外の意図的に加えた元素）を含んでもよい。例えば、このような元素として、少量（各々０．１質量％程度）のＡｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｙ、Ｈ、Ｆ、Ｐ、Ｓ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｚｒなどを含有してもよい。また、上述した不可避的不純物として挙げた元素を意図的に加えてもよい。このような元素は、合計で例えば１．０質量％程度含まれてもよい。この程度であれば、高いＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることが十分に可能である。
【００３７】
上述した本実施形態に係る組成を有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、具体的には、主合金(第１合金)とＲ−Ｇａ合金(第２合金)とを準備する工程、主合金(第１合金)とＲ−Ｇａ合金(第２合金)から第３合金を準備する工程、第３合金の粉末を得る工程、粉末を成形して成形体を得る成形工程、成形体を焼結し焼結体を得る焼結工程、焼結体に熱処理を施す熱処理工程を含んで製造される。
【００３８】
以下に、本開示の実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法の詳細を説明する。
【００３９】
１．主合金およびＲ−Ｇａ合金を準備する工程
［主合金(第１合金)］
本開示の態様に係る主合金は、Ｒ２（Ｒ２は、希土類元素の少なくとも１種であり、ＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を含む）が２７質量％以上３３質量％以下である。Ｒ２は、後述するＲ−Ｇａ合金と混合して上述した組成を有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石となるように調整した任意の組成であってよい。典型的には、Ｒ２が２７質量％以上３３質量％以下の既知のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石用合金を用いることができる。Ｒ２が２７質量％未満であると本開示のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の焼結時における緻密化が困難となる可能性がある。Ｒ２が３３質量％を超えると、Ｂｒが低下する可能性がある。なお、主合金は１種の合金でもよいし、組成が異なる２種以上の合金から構成されていてもよい。
【００４０】
上述した組成からなる主合金は、例えば、金型鋳造によるインゴット法や、冷却ロールを用いて合金溶湯を急冷するストリップキャスト法等により得ることができる。このようにして形成された主合金は、厚さ２ｍｍ以下(好ましくは１ｍｍ以下)のフレーク状の合金鋳片である。合金鋳片の幅および長さは、それぞれ、例えば１〜５ｍｍである。
【００４１】
［Ｒ−Ｇａ合金(第２合金)］
本開示の態様に係るＲ−Ｇａ合金の組成は、
Ｒ３：８０〜９５質量％（Ｒ３は、希土類元素のうち少なくとも１種）、
Ｇａ：５〜２０質量％（Ｇａの５０質量％以下をＣｕで置換できる）、
Ｆｅ：０〜１質量％を含む。
【００４２】
このような組成を有するＲ−Ｇａ合金(第２合金)は、主合金(第２合金)の表面に薄い層を形成させるために用いられる。そのため、Ｒ−Ｇａ合金を細かく（例えばＤ５０で８μｍ以下）粉砕する必要がない。後述するように、第１合金の鋳片の表面の少なくとも一部に第２合金の層を形成して第３合金を準備する工程と、第３合金を粉砕して第３合金粉末を得る工程とを行った後、第３合金粉末を、成形、焼結および熱処理することにより、高いＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることができる。
【００４３】
以下に、各元素の限定理由を記載する。
【００４４】
（Ｒ３：８０〜９５質量％）
Ｒ３は、希土類元素の少なくとも１種である。Ｒ３の含有量は、８０〜９５質量％である。Ｒ３が８０質量％未満であると、高いＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることができないおそれがあり、９５質量％を超えるとＲ３量が多すぎるため、酸化の問題が発生して、磁気特性の低下や発火の危険等を招き、生産上問題となる可能性がある。
【００４５】
（Ｇａ：５〜２０質量％）
Ｇａの含有量は、５〜２０質量％である。Ｇａが５質量％未満であると、高いＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることができないおそれがあり、２０質量％を超えるとＨｃＪが低下する可能性がある。Ｇａの５０質量％以下をＣｕで置換できる。
【００４６】
（Ｆｅ：０〜１質量％）
Ｆｅの含有量は０〜１質量％である。Ｆｅが１質量％を超えると高いＨｃＪを得ることができない。Ｒ−Ｇａ合金は、Ｒ３、ＧａおよびＦｅを上述した範囲で含み、残部が不可避的不純物からなることが好ましい。不可避的不純物としては、例えばＣｒ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｍｇなどを含有することができる。さらに、製造工程中の不可避的不純物として、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）およびＣ（炭素）などを例示できる。また、少量（０．１質量％程度）のＶ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｚｒなどを含有してもよい。
【００４７】
上述した組成からなるＲ−Ｇａ合金は、既知のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に用いられる合金の製造方法と同様の方法により製造することができる。例えば、金型鋳造によるインゴット法や、冷却ロールを用いて合金溶湯を急冷するストリップキャスト法等によりフレーク状の合金鋳片(第１合金鋳片)を作製する。フレーク状の合金鋳片の厚さは、主相合金鋳片の厚さよりも小さく設定されることが好ましく、例えば１００〜５００μｍである。合金鋳片の幅および長さは、それぞれ、例えば５００μｍである。なお、Ｒ−Ｇａ合金は１種の合金でもよいし、組成が異なる２種以上の合金から構成されていてもよい。
【００４８】
２．第３合金を準備する工程
次に、主合金(第１合金)とＲ−Ｇａ合金(第２合金)を、回転または搖動する容器内に投入し、Ｒ−Ｇａ合金の融点以上かつ焼結工程における焼結温度未満の温度範囲に加熱する。図１は、この容器を有する熱処理装置の構成例を模式的に示す図である。図１の熱処理装置は、モータによって駆動される回転バレルを備えている。回転バレルは不図示のヒータによって５００〜９００℃(好ましくは６５０〜８５０℃)に加熱されながら矢印の方向に回転する。回転の方向は一定である必要はなく、また回転の速度も一定である必要はない。
【００４９】
図１には、多数の主合金１０の鋳片(ストリップキャスト合金)、およびＲ−Ｇａ合金２０の鋳片(または粉末粒子)が混在した状態で熱処理されて撹拌される。熱処理中にＲ−Ｇａ合金２０の多数の鋳片のうちの少なくとも一部の温度が融点(例えば５００℃)を超えて溶融する。溶融したＲ−Ｇａ合金２０の少なくとも一部は主合金の表面に接触する。撹拌を続けるうちに、図２に示すように、主合金１０の鋳片の表面にＲ−Ｇａ合金の層２０Ａが形成される。上記の熱処理中、Ｒ−Ｇａ合金２０の層２０Ａは溶融状態にあるが、熱処理後の冷却により、固体化する。こうして、主合金１０の表面にＲ−Ｇａ合金２０の層２０Ａが形成された第３合金３０が得られる。Ｒ−Ｇａ合金２０の層２０Ａは、主合金１０の鋳片の表面全体を覆っている必要はない。このように本実施形態によれば、主合金１０の表面にＲ−Ｇａ相が濃化した層を形成することができる。
【００５０】
こうして作製された第３合金３０を次に説明する粉砕工程に供することにより、第３合金３０の粉末を得ることができる。第３合金３０は、第３合金粉末の質量に対する第２合金の質量の比が１〜５％になるように調整されることが好ましい。１％未満では、第２合金（Ｒ−Ｇａ合金）の量が少なすぎて、最終的な焼結磁石内においてＲ−Ｇａ相が均一に分散しない可能性があり、５％を超えると、主合金１０の鋳片の表面に第２合金（Ｒ−Ｇａ合金）が均一に付着しない可能性がある。
【００５１】
３．第３合金の粉末を準備する工程
次に、第３合金に対する粉砕工程を行う。具体的には、例えば、水素吸蔵による粗粉砕工程と、ジェットミル等による微粉砕工程（例えば、Ｄ５０が８μｍ以下）とを行う。第３合金はＲ−Ｇａ合金が濃化した相を含んでいるが、ほとんどが主合金であるためＲ−Ｇａ合金単体のように粉砕性が悪くない。そのため、容易に微粉砕工程を行うことができる。ジェットミル粉砕前の粗粉砕粉、ジェットミル粉砕中およびジェットミル粉砕後の合金粉末に助剤として既知の潤滑剤を添加してもよい。第３合金の粉砕により、表面にＲ−Ｇａ相が濃化した層を有する主合金の粉末粒子が得られる。このような粉末粒子は、主合金の粉末とＲ−Ｇａ合金の粉末とを混合した混合粉末よりも、Ｒ−Ｇａ相が細かく空間的に分散した状態にあるため、最終的な焼結磁石内においてもＲ−Ｇａ相が均一に分散しやすくなると考えられる。
【００５２】
このようにして得られた粉末を用いることにより、二粒子粒界に多くのＲ−Ｇａ相が存在し、高いＨｃＪと高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることができる。ここで、Ｒ−Ｇａ相とは、Ｒ：７０質量％以上９５質量％以下、Ｇａ：５質量％以上３０質量％以下、Ｔ（Ｆｅ）：２０質量％以下（０を含む）を含むものである。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石中にＣｕを比較的多く含む場合は、Ｇａの一部がＣｕで置換されるため、例えばＲ３（Ｇａ，Ｃｕ）１化合物になっている場合がある。
【００５３】
４．成形工程
得られた混合合金粉末を用いて磁界中成形を行い、成形体を得る。磁界中成形は、金型のキャビティー内に乾燥した合金粉末を挿入し、磁界を印加しながら成形する乾式成形法、金型のキャビティー内にスラリーを注入し、スラリーの分散媒を排出しながら成形する湿式成形法を含む既知の任意の磁界中成形方法を用いてよい。
【００５４】
５．焼結工程
成形体を焼結することにより焼結体（焼結磁石）を得る。成形体の焼結は既知の方法を用いることができる。なお、焼結時の雰囲気による酸化を防止するために、焼結は真空雰囲気中または不活性ガス中で行うことが好ましい。不活性ガスは、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを用いることが好ましい。
【００５５】
６．熱処理工程
得られた焼結磁石に対し、磁気特性を向上させることを目的とした熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度、熱処理時間などは既知の条件を用いることができる。例えば、比較的低い温度（４００℃以上６００℃以下）のみでの熱処理（一段熱処理）をしてもよく、あるいは比較的高い温度（７００℃以上焼結温度以下（例えば１０５０℃以下））で熱処理を行った後比較的低い温度（４００℃以上６００℃以下）で熱処理（二段熱処理）をしてもよい。好ましい条件は、７３０℃以上１０２０℃以下で５分から５００分程度の熱処理を施し、冷却後（室温まで冷却後、または４４０℃以上５５０℃以下まで冷却後）、さらに４４０℃以上５５０℃以下で５分から５００分程度熱処理をすることが挙げられる。熱処理雰囲気は、真空雰囲気あるいは不活性ガス（ヘリウムやアルゴンなど）で行うことが好ましい。
【００５６】
最終的な製品形状にするなどの目的で、得られた焼結磁石に研削などの機械加工を施してもよい。その場合、熱処理は機械加工前でも機械加工後でもよい。さらに、得られた焼結磁石に、表面処理を施してもよい。表面処理は、既知の表面処理であってもよく、例えばＡｌ蒸着や電気Ｎｉめっきや樹脂塗料などの表面処理を行うことができる。
【実施例】
【００５７】
本開示を実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はそれらに限定されるものではない。
【００５８】
・実験例１
およそ表１の試料Ｎｏ．１〜５に示すＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組成となるように各元素を秤量し、ストリップキャスティング法により合金を作製した。得られた各合金を水素粉砕法により粗粉砕し粗粉砕粉を得た。前記粗粉砕粉をジェットミルにより微粉砕し、粒径Ｄ５０（気流分散法によるレーザー回折法で得られる体積中心値）が４.５μｍの微粉砕粉を作製した。前記微粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉１００質量部に対して０．０５質量部添加、混合した後、磁界中で成形し、成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交する、いわゆる直角磁界成形装置（横磁界成形装置）を用いた。得られた成形体を、真空中１０５０℃（焼結による緻密化が十分起こる温度を選定）で４時間焼結し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。焼結磁石の密度は７．５Ｍｇ／ｍ３以上であった。焼結後のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に、真空中で９００℃で２時間保持した後室温まで急冷し、次いで真空中で５００℃で２時間保持した後、室温まで冷却する熱処理を施した。得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の成分の分析結果を表１に示す。
【００５９】
表１におけるＯ（酸素量）、Ｎ（窒素量）、Ｃ（炭素量）以外の各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＯＥＳ）を使用して測定した。また、Ｏ（酸素量）は、ガス融解−赤外線吸収法、Ｎ（窒素量）は、ガス融解−熱伝導法、Ｃ（炭素量）は、燃焼−赤外線吸収法、によるガス分析装置を使用して測定した。以下の表も同様である。
【００６０】
【表１】
2020155658.tif 000003
【００６１】
更に、表２に示す主合金（第１合金）およびＲ−Ｇａ合金（第２合金）の組成となるように各元素を秤量し、ストリップキャスト法により合金を作製した。得られた主合金およびＲ−Ｇａ合金の成分の分析結果を表２に示す。得られた合金を乳鉢を用いてアルゴン雰囲気中で粉砕し、主合金（第１合金）は、厚さ１μｍ程度、Ｒ−Ｇａ合金（第２合金）は、目開き４２５μｍの篩を通過させてそれぞれ準備した。
【００６２】
【表２】
2020155658.tif 000004
【００６３】
前記主合金及びＲ−Ｇａ合金を表３に示す条件で図１の回転バレルに投入し、８００℃（Ｒ−Ｇａ合金の融点以上かつ焼結工程における焼結温度未満）で加熱することにより、溶融したＲ−Ｇａ合金の少なくとも一部を主合金の表面に接触させてＲ−Ｇａ合金の層を主合金の表面の少なくとも一部に形成して第３合金を作製した。
【００６４】
【表３】
2020155658.tif 000005
【００６５】
得られた第３合金を水素粉砕法により粗粉砕し粗粉砕粉を得た。前記粗粉砕粉をジェットミルにより微粉砕し、粒径Ｄ５０（気流分散法によるレーザー回折法で得られる体積中心値）が４.５μｍの第３合金粉末を作製した。前記第３合金粉末に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を微粉砕粉１００質量部に対して０．０５質量部添加、混合した後、磁界中で成形し、成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交する、いわゆる直角磁界成形装置（横磁界成形装置）を用いた。得られた成形体を、真空中１０５０℃（焼結による緻密化が十分起こる温度を選定）で４時間焼結し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。焼結磁石の密度は７．５Ｍｇ／ｍ３以上であった。焼結後のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に、真空中で９００℃で２時間保持した後室温まで急冷し、次いで真空中で５００℃で２時間保持した後、室温まで冷却する熱処理を施した。得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の成分の分析結果を表４に示す。
【００６６】
【表４】
2020155658.tif 000006
【００６７】
得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５）にそれぞれ機械加工を施し、縦７ｍｍ、横７ｍｍ、厚み７ｍｍの試料を作製し、Ｂ−Ｈトレーサによって室温下（２０℃±１０℃）で各試料の磁気特性（Ｂｒ、ＨｃＪ、Ｈｋ、）を測定した。測定結果を表５に示す。
【００６８】
【表５】
2020155658.tif 000007
【００６９】
Ｎｏ．２とＮｏ．７、Ｎｏ．３とＮｏ．８とＮｏ．１０とＮｏ．１１、Ｎｏ．４とＮｏ．９とＮｏ．１３〜１５、Ｎｏ．５とＮｏ．１２は、近い組成のため、磁気特性を比較できる。これらを比較すると本発明例はいずれも、比較例と同等の高いＨｃＪが得られている上で、さらにＨｋが向上している。また、Ｎｏ．１とＮｏ．６はいずれも本開示のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組成範囲外であるが、第３合金を用いて作製したＮｏ．６と、第３合金を用いていない（シングル材）Ｎｏ．１とでは、Ｎｏ．６の方がＨｋが若干低下している。そのため、本開示の組成範囲において第３合金を用いることが有効である。また、第２合金の組成がはずれているＮｏ．１５は、本発明例（Ｎｏ．１３及び１４）とくらべてＨｋが低下している。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本開示のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法は、高いＨｃＪ及び高いＨｋを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造に広く利用され得る。
【符号の説明】
【００７１】
１０・・・主合金(第１合金)
２０・・・Ｒ−ＧＡ合金(第２合金)
３０・・・主合金の表面にＲ−ＧＡ合金の層が形成された第３合金
【図１】
2020155658.tif 000008
【図２】
2020155658.tif 000009