(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系溶解鋳造合金（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＴはFeおよびCoである）を900〜1200 ℃で均質化処理中にα(Fe,Co)が分散するように10 kgf/cm2以上の応力を付与して塑性加工し、次に650〜900 ℃で水素吸蔵処理し、次いで650〜900 ℃で脱水素処理することによりα(Fe,Co)の含有量を体積比で1.2〜３％にしたことを特徴とするボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉の製造方法。
【請求項２】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系溶解鋳造合金（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＴはFeおよびCoである）を650〜900 ℃で水素吸蔵処理中にα(Fe,Co)が分散するように10 kgf/cm2以上の応力を付与して塑性加工し、次いで650〜900 ℃で脱水素処理することによりα(Fe,Co)の含有量を体積比で1.2〜３％にしたことを特徴とするボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は希土類元素（Ｒ）、遷移金属（Ｔ）、およびホウ素（Ｂ）から実質的になるとともにα(Fe,Co)が少なく、磁気異方性に優れたボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類元素（Ｒ）、遷移金属（Ｔ）、およびホウ素（Ｂ）からなるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は安価でかつ高磁気特性を有するものとして注目を集めている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は最終製品の分類からバルク磁石（焼結磁石あるいは温間加工磁石）とボンド磁石に大別される。特にボンド磁石は形状自由度および価格面の有利性から今後重要度が増すと考えられる。
【０００３】
Nd−Fe−Ｂ系ボンド磁石用磁粉は製造方法の違いで幾つかに分類される。例えば等方性磁粉の製造方法としては、メルトスピニング法によりNd−Fe−Ｂ系急冷薄片とした後、適当な温度で熱処理する方法が特開昭59−647393号公報に開示されている。更に同様のメルトスピニング法で得られた薄片をホットプレスとダイアプセットで圧縮方向に異方性を付与した異方性バルク磁石をいったん作製し、次いで同磁石を粉砕することによって異方性磁粉とする方法も知られている。その他、近年注目されている手法として、Sm2Fe17合金に窒化処理を施し格子間に窒素元素を侵入させることによって異方性磁界が飛躍的に向上し、その結果異方性ボンド磁石用磁粉として利用できる方法がある。またこの方法と同様の原理でNdFe11Ti、NdFe10V2といったThMn12型構造の合金にも同様の効果が得られるとの報告がある。更に、Nd−Fe−Ｂ系合金に水素吸蔵、脱水素処理を行い、再結晶反応を利用して磁気的に異方性化したNd2Fe14B系磁粉を得る方法が知られている（特開平1−132106号公報、特開平2−4901号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来法で得られるNd−Fe−B系磁粉の内、メルトスピニング法によるNd−Fe−Ｂ系急冷薄片は磁気的に等方性で最終的に得られる最大エネルギ−積は高々10 MGOeにすぎず本系磁石の理論値を考慮した場合磁気特性面で問題がある。
次にメルトスピニング法によるNd−Fe−Ｂ系急冷薄片を出発原料とする異方性ボンド磁石では十分満足できる磁気特性を示すものの、いったん作製したバルク磁石を粉砕するため工程が長くコスト的に若干不利である。
次にSm2Fe17系窒化磁粉は主原料としてSmを使用するため資源的な面で将来性に不安が残る。ThMn12型構造の合金磁粉は使用希土類元素がNdであるため資源的には有利だが、窒化後の磁気ポテンシャルはNd2Fe14B系あるいはSm2Fe17系よりかなり低い。
次に従来の水素吸蔵、脱水素処理によるNd−Fe−Ｂ系異方性磁粉は工程が簡単なうえ資源的に有利であるという特徴を有しているがNd−Fe−Ｂ系磁石の最大の欠点である熱安定性に問題があり、その要因として保磁力が若干低い点があげられる。またNd−Fe−Ｂ系バルク磁石の理論値から概算しても現時点で得られている磁気特性はまだ十分とはいえない。
従って本発明は保磁力が高く磁気異方性に優れたボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉の製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはボンド磁石用の理想的なNd−Fe−Ｂ系異方性磁粉を得るため鋭意検討した結果、従来の水素吸蔵、脱水素処理法における前工程または水素吸蔵処理中にNd−Fe−Ｂ系合金にα(Fe,Co)を低減するための塑性加工を施すことによって結晶粒を微細化し、磁気異方性を向上できることを知見した。
本発明のボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉の製造方法は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系溶解鋳造合金（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＴはFeおよびCoである）を900〜1200 ℃で均質化処理中にα(Fe,Co)が分散するように10 kgf/cm2以上の応力を付与して塑性加工し、次に650〜900 ℃で水素吸蔵処理し、次いで650〜900 ℃で脱水素処理することによりα(Fe,Co)の含有量を体積比で1.2〜３％にしたことを特徴とする。
また本発明のボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉の製造方法は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系溶解鋳造合金（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＴはFeおよびCoである）を650〜900 ℃で水素吸蔵処理中にα(Fe,Co)が分散するように10 kgf/cm2以上の応力を付与して塑性加工し、次いで650〜900 ℃で脱水素処理することによりα(Fe,Co)の含有量を体積比で1.2〜３％にしたことを特徴とする。
【０００６】
高性能のＲ−Ｔ−Ｂ系異方性ボンド磁石を作製するには個々の異方性磁粉粒子を磁気的に異方性化する必要が有り、磁化容易軸方向と困難軸方向での磁化の差が大きい程異方性化の度合いも大きくなる。よって、前記異方性磁粉の磁化容易軸方向の磁化が130 emu/g以上でかつ困難軸方向の磁化が60emu/g以下であれば、得られる異方性ボンド磁石は十分異方性化した磁石であると考えられる。異方性ボンド磁石を作製する場合、本発明による異方性磁粉のみを磁粉として用いるのが最も望ましいが、全磁粉の60％以上を本発明による異方性磁粉が占めていれば高性能の異方性ボンド磁石が得られる。磁気特性の重要な指標である保磁力は本発明による異方性磁粉の結晶粒径と密接な関係があり、Nd−Fe−Ｂ系磁石の単磁区粒子径に近い平均結晶粒径値が必要であり0.02〜５μmが望ましい。
【０００７】
本発明による異方性磁粉はＲ：25〜35wt％、Ｂ：0.5〜1.5 wt％、Co：３〜20 wt％、Ga、Zr、Nb、Hf、Ta、Al、SiおよびＶのうちの少なくとも一種：0.05〜５wt％、残部：Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、α(Fe,Co)の含有量が体積比で1.2〜３％に制御されたＲ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉であり、従来法に比べて高い磁気特性を有する。本発明による異方性磁粉はR2T14Bを主相とする微細結晶粒の集合体であるが、製造過程でα(Fe,Co)といった軟磁性相の生成を伴う。脱水素後の異方性磁粉中にα(Fe,Co)相が３％を越えて残存した場合、後述の実施例に示すように高い磁気特性が得られない。したがって上記組成範囲内で製造方法を吟味してα(Fe,Co)を３％以下にすべきである。
【０００８】
本発明による異方性磁粉は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系溶解鋳造合金を均質化処理中に10 kgf/cm2以上の応力で塑性加工し、次に水素吸蔵処理し、次いで脱水素処理することにより得ることができる。Ｒ−Ｔ−Ｂ系溶解鋳造合金は主相であるNd2Fe14Bの他α(Fe,Co)、Ndリッチ相、Ｂリッチ相といった軟磁性相の複合組織を有するためその後均質化処理を施す。この均質化処理過程であえて強制的に塑性加工を施しそれら軟磁性相を分散させるとともに方向性を付与する。塑性加工は10 kgf/cm2以上の応力でなければ分散性に乏しい。応力を付与する手段としては鍛造、ロ−ル圧延などの方法が望ましい。均質化処理中に応力を付与されたＲ−Ｔ−Ｂ系溶解鋳造合金は、特に液相状態に近いNdリッチ相が分散する他α(Fe,Co)といった相が塑性変形に近い形で微細に分散される。この影響で水素吸蔵、脱水素処理後の結晶粒がかなり微細になり保磁力向上につながる。更に詳細な原因は明確ではないが微細にしかも方向性を与えられたα(Fe,Co)が脱水素中のNd2Fe14B再結晶過程で包晶反応の核になって成長するため強力な異方性を有することになるものと考えられる。均質化処理は900〜1200 ℃、水素吸蔵、脱水素処理は650〜900 ℃といずれも一般的な温度で行えばよい。
【０００９】
また塑性加工は水素吸蔵処理中に行うことも効果的である。具体的には、その昇温過程、または加熱保持過程で10 kgf/cm2以上の応力で塑性加工を施せばよい。水素吸蔵処理の昇温過程で塑性加工を施すと次のような作用効果が得られる。室温付近で急激に水素吸引した後、温度上昇に伴い主相からの自然脱水素、次いでNdリッチ相からの脱水素現象が認められる。この過程では各相とも体積の膨張、収縮に伴う不安定状態になっており、10 kgf/cm2以上の応力で塑性加工を行うことで水素化物の微細分散析出により高密度転位が発生し、後工程の再結晶の核生成が促進される。また特定の方向性をも付与するため結果的に結晶粒が微細化されかつ異方性にも優れることになる。
【００１０】
また水素吸蔵処理の加熱保持過程で塑性加工を施すと次のような作用効果が得られる。この過程では、大別してα(Fe,Co)、Ndの水素化物およびFe2Bに分解されるが10 kgf/cm2以上の応力を強制的に付与することで分散を促進できる。したがって本発明の製造方法において脱水素の再結晶過程で微細結晶粒生成核が多くなり微細化および方向性付与による異方性化度の向上につながる。
【００１１】
また、熱的サイクルを付与する方法を組み合わせることによって相乗効果で更に高い保磁力および高い異方性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉が得られる。つまりＲ−Ｔ−Ｂ系溶解鋳造合金を水素吸蔵処理し、次いで脱水素処理を施す熱サイクルを２回以上繰り返すことにより、相対的に再結晶核を多く発生させ微細化された再結晶粒を析出できる。これにより高い保磁力が得られる。
【００１２】
【実施例】
以下実施例により本発明を説明するが、それら実施例により本発明が限定されるものではない。
（実施例１）
希土類元素Nd、遷移金属Fe,Co、ホウ素Ｂを主成分とし、他の添加元素としてGaあるいはZrを含む所定組成に真空溶解し鋳造合金を得た。これらの鋳造合金を一部を除いて1100 ℃、20時間アルゴン雰囲気中で均質化処理し、水素吸蔵、脱水素処理用実験材料に供した。各鋳造溶解合金の組成および水素吸蔵、脱水素処理に伴う処理方法を表１に示す。ただし基本的な水素吸蔵、脱水素処理としては、水素を室温から吸蔵させ水素雰囲気中10 ℃／分の昇温速度で840 ℃まで加熱。続いて２時間同温度で保持した後、同温度で脱水素処理を１時間行った。脱水素終了後Ar置換により急冷した。また、熱間加工時の応力は2000 kg/cm2である。
【００１３】
【表１】
0003649291.tif 000002
【００１４】
表１に示したそれぞれの組成の鋳造合金に対して同表の処理を施した後平均結晶粒径およびα(Fe,Co)の体積比を調べた。更に水素吸蔵、脱水素処理後の磁粉の磁化容易軸、困難軸方向の磁化をVSM（振動試料型磁力計）で測定した結果を表２に示す。α(Fe,Co)量の評価はSEM分析で同相を同定後、面積比から体積比に換算して求めた。一つの試料に対して10視野を無作為に選び行い平均値を代表値とした。また磁化の測定方法は、425μm以下に粗粉砕した各磁粉をそれぞれVSM用カプセルにワックスとともに詰め、磁場中配向させた後ワックスを固めることによって異方性化方向を固定して測定した。また、425μm以下に粗粉砕して得られた全磁粉に対する、磁化容易軸方向の磁化量が130 emu/g以上、磁化困難軸方向の磁化量が60 emu/g以下である磁粉の含有率は300〜425μmの磁粉を取り出し、測定した。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
表２より、本発明の実施例のものはいずれも磁化が容易軸方向130 emu/g以上、困難軸方向60 emu/g以下になっている。
【００１７】
（実施例２）
表１に示した組成および処理を行った各異方性磁粉によりそれぞれ異方性ボンド磁石を作製し磁気特性評価を行った。異方性ボンド磁石は425μm以下に粗粉砕した各異方性磁粉をそれぞれ所定比率で熱硬化性樹脂と混合した後磁場中圧縮成形して作製した。磁気特性の一覧を表３に示す。表３より、本発明による異方性磁粉を用いた異方性ボンド磁石は4πIrが8.9 kG以上、iHcが12 kOe以上、(BH)maxが18 MGOe以上であり高い磁気特性が得られたことがわかる。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
（実施例３）
No.１、２および10の磁粉をそれぞれ用い、φ８−10極の極異方性ステッピングモ−タ用の異方性ボンド磁石製ロ−タを２kOeの磁場中で射出成形後、表面磁束を測定した結果を図１に示す。この結果本発明によるボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉を用いて製造された異方性ボンド磁石製ロータの表面磁束は最大2800Ｇの高特性を達成した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、保磁力が高く磁気異方性に優れたボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系異方性磁粉の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による異方性磁粉を樹脂で結合した異方性ボンド磁石の表面磁束を表す図である。
【図１】
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