(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石の熱安定性および高温での磁気特性を改善するために、希少で高価な材料である、ＤｙまたはＴｂ等の重希土類金属を添加するのではなく、Ｄｙの使用量を低減するために粒界に沿ってＤｙ分布を増大させ、Ｄｙ分布の均一性を向上するための方法を提供する。【解決手段】２つの粉末を混合し、ＤｙまたはＴｂの粒界拡散を最適化することによって、ホットプレスもしくはダイアプセットまたはその両方を使用して、永久磁石のための磁性材料を製造する。Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末と、合金の形態でＤｙまたはＴｂを含有する表面粉末と、を使用するホットプレスを使用し、それらの材料を混合し、真空かつ磁界下で、成形金型内で固体材料を形成し、固体材料を加熱し、それをホットプレスして金型内で磁性材料を形成し、必要に応じてそれを熱処理し、そして、それを冷却する。【選択図】図１
2014195072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホットプレスを使用して、永久磁石のための磁性材料を製造する方法であって、
Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末の形態の第１の材料と、
合金の形態でＤｙ，Ｔｂまたはその両方を含有する表面粉末の形態の第２の材料と
を用意する工程と、
前記第２の材料を構成するＤｙまたはＴｂの分布が不均一な状態で、被覆された混合物状の材料が形成されるように、前記第１の材料を前記第２の材料と混合する工程と、
真空かつ磁界下において成形金型内で前記磁性材料を形成する工程と、
約５℃から約３５度までの第１の範囲から、約５００℃から約８５０℃までの第２の範囲まで、前記磁性材料を加熱する工程と、
前記磁性材料を金型内でホットプレスする工程と、
真空かつ不活性雰囲気で約１から約５時間、前記磁性材料を冷却する工程と
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記磁界は、約１〜約２．５テスラ（Ｔ）である
方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記磁性材料を加熱する工程は、前記磁性材料を加熱し、約５００℃から約８５０℃までの前記第２の範囲内で、約０．５から約２時間の間、温度を維持する工程を備える
方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記真空は、約１０から約２トールを含む
方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記不活性雰囲気は、ＡｒまたはＮ２を含む
方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記ホットプレスは、約３０から約９０メガパスカル（ＭＰａ）を含む
方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
前記ホットプレスは、約５０から約８０メガパスカル（ＭＰａ）を含む
方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記冷却は、約１から約５時間である
方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記第２の材料は、約５から約８０ｗｔ％のジスプロシウムを含む
方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
前記粉末は、フレーク状である
方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
さらに、被覆しなかった前記フレーク状の粉末を、前記磁性材料を形成する前に、篩い分けによって取り除く工程を備える
方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、
前記冷却する工程は、約５℃から約３５℃までの冷却を含む
方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、
さらに、前記ホットプレスの後であって、前記冷却の前のエージング熱処理工程を備え、
前記エージング熱処理工程は、約１０から約２トールの真空、かつ、ＡｒまたはＮ２を含有する不活性雰囲気で、約５００℃から約１０００℃で約０．５から約８時間の間、加熱する工程を備える
方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の材料と前記第２の材料との混合の後、前記第２の材料は、約１から約１００マイクロメータの層厚を形成する
方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の材料と前記第２の材料との混合の後、前記第２の材料は、約１０から約５００マイクロメータの層厚を形成する
方法。
【請求項１６】
ダイアプセットを使用して、永久磁石のための磁性材料を製造する方法であって、
Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末の形態の第１の材料と、
合金の形態でＤｙ，Ｔｂまたはその両方を含有する表面粉末の形態の第２の材料と
を用意する工程と、
前記第２の材料を構成するＤｙまたはＴｂの分布が不均一な状態で、被覆された混合物状の材料が形成されるように、前記第１の材料を前記第２の材料と混合する工程と、
成形金型内で固体材料を形成する工程と、
約５℃から約３５度までの第１の範囲から、約５５０℃から約９００℃までの第２の範囲まで、前記固体材料を加熱する工程と、
前記固体材料を約２０から約８０パーセント変形させて磁性材料を形成する工程と、
真空かつ不活性雰囲気で約１から約５時間、前記磁性材料を冷却する工程と
を備える方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
前記第２の加熱範囲は、約７００℃から約８５０℃までを含む
方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、
前記第２の加熱範囲は、約６５０℃から約７５０℃までを含む
方法。
【請求項１９】
ホットプレスおよびダイアプセットを使用して、永久磁石のための磁性材料を製造する方法であって、
Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末の形態の第１の材料と、
合金の形態でＤｙを含有する表面粉末の形態の第２の材料と
を用意する工程と、
前記第２の材料を構成するＤｙの分布が不均一な状態で、被覆された混合物状の材料が形成されるように、前記第１の材料を前記第２の材料と混合する工程と、
成形金型内で固体材料を形成する工程と、
約５℃から約３５度までの第１の範囲から、約５００℃から約８５０℃までの第２の範囲まで、前記固体材料を加熱する工程と、
前記固体材料を金型内でホットプレスする工程と、
前記ホットプレスする工程の後に、約５５０℃から約９００℃までの第３の範囲まで前記固体材料を加熱する工程であって、該加熱が前記前記ホットプレスの後に実施される工程と、
前記固体材料を約２０から約８０パーセント変形させて磁性材料を形成する工程と、
真空かつ不活性雰囲気で約１から約５時間、前記磁性材料を冷却する工程と
を備える方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
さらに、前記固形材料をホットプレスする工程の後であって、前記固形材料を変形させる工程の前に、真空かつ不活性雰囲気で約１から約５時間、前記磁性材料を冷却する工程を備える
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願６１／７９３，１６７号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
［0001］本願は、概して、２つの粉末を混合してＤｙの粒界拡散を最適化することによって、ホットプレス法もしくはダイアプセット法、または、その両方を使用して、永久磁石のための磁性材料を製造する方法に関する。また、この方法は、Ｎｄ，Ｆｅ，およびＢを含有するコア粉末と、金属合金の形態でＤｙおよび／またはＴｂを含有する表面粉末と、を用いたホットプレスを使用して、磁性材料を製造する工程と、これらの材料を混合する工程と、真空での磁界の存在下の成形金型（mold）内で磁性材料を形成する工程と、磁性材料を加熱する工程と、金型（die）内で磁性材料をホットプレスする工程と、磁性材料を冷却する工程と、必要な場合に磁性材料を熱処理する工程と、を備え得る。
【０００３】
［0002］永久磁石は、ハイブリッド車両または電気車両用の電気トラクションモータ、風力タービン、空調ユニット、小さな容積と高い出力密度とを組み合わせることが有益となり得る他の用途を含む様々なデバイスで使用されている。焼結ネオジム−鉄−ホウ素（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）永久磁石は、低温での磁気特性が非常に優れている。しかしながら、そのような磁石のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相はキュリー温度が低いので、温度上昇に従って残留磁気および固有保磁力が急速に減少する。熱安定性および高温での磁気特性を改善するために、２つの一般的な方法がある。１つは、コバルト（Ｃｏ）を添加することによってキュリー温度を上げることである。コバルトは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相に完全に溶解可能である。しかしながら、Ｃｏを使用すると、おそらく、逆磁区についての核形成部位（nucleation sites）によって、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の保磁力が低減する。２つ目の方法は、ジスプロシウム（Ｄｙ）もしくはテルビウム（Ｔｂ）またはその両方などの重希土類（ＲＥ）元素を添加することである。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石のＮｄまたはＦｅの代わりにＤｙを使用すると、異方性磁界および固有保磁力が増大し、飽和磁化が減少することが知られている。例えば、C.S. Herget, Metal, Poed. Rep. V. 42, P.438 (1987)、W. Rodewald, J. Less-Common Met., V111, P77 (1985)、D. Plusa, J. J. Wystocki, Less-Common Met., V. 133, P. 231 (1987)を参照されたい。溶融し合金化する前に、ＤｙまたはＴｂ等の重希土類金属を、混合された金属に添加するのが一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】C.S. Herget, Metal, Poed. Rep. V. 42, P.438 (1987)
【非特許文献２】W. Rodewald, J. Less-Common Met, V111, P77 (1985)
【非特許文献３】D. Plusa, J. J. Wystocki, Less-Common Met, V. 133, P. 231 (1987)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
［0003］しかしながら、ＤｙおよびＴｂは、非常に希少であり、高価な材料である。世界の希土類鉱床のほんの僅かしか重希土類を含まない。今日、Ｄｙの価格は急激に上昇している。Ｄｙによって提供できる磁気特性よりも高い磁気特性が必要とされる場合に必要となるＴｂは、Ｄｙよりも遥かに高価である。さらに、これらの金属は、比較的純粋な形態で機能することが困難な場合があり、例えば、純粋なＤｙは、粉末状に形成するには柔らか過ぎ、また、容易に酸化される。
【０００６】
［0004］ハイブリッド電気自動車およびトラックの電気トラクションモータのための代表的な磁石は、要求される磁気特性を満たすために、Ｄｙを約６重量％ないし約１０重量％含有する。一方、上述した風力タービンや空調機などといった他の用途や、他の車両構成（自動車やトラックほど高い動作温度環境を有していなくてもよいオートバイなど）では、Ｄｙの必要性が低い場合がある。永久磁石片の重量が１つの電気トラクションモータにつき１〜１．５ｋｇであるとし、典型的には約５５〜６５％の加工片の収率であるとすると、１つのモータにつき２〜３ｋｇの永久磁石が必要になる。しかも、他の産業は限りあるＤｙ源について永久磁石と競合する（それによって、そのような材料に関してすでに高価なコストがいっそう高くなる）ので、永久磁石でのＤｙの使用量を低減することは、コストに多大なインパクトを与えるであろう。このことは、Ｔｂについても言える。
【０００７】
［0005］Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の微細構造は、主に強磁性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相および非磁性Ｎｄリッチ相によって構成されるそのような磁石の磁気特性を改善するために、広く調査されてきた。保磁力は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粒子同士間の界相の形態によって大きな影響を受けることが知られている。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の磁気特性は、磁石の大きさが小さくなると悪化する。これは、加工面が逆磁区の核形成を生じさせるからである。さらに、「小サイズ磁石の改善された磁気特性、および、それらのブラスレスＤＣマイクロモータのための用途」との表題の研究（Coll. Abstr. Magn. Soc. Jpn. 142 (2005), 25-30）において、Machidaらは、小サイズのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の保磁力の悪化は、形成された磁石の外側にＤｙまたはＴｂコーティングが均一に分布されるように、形成された磁石をＤｙおよびＴｂ金属蒸気蒸着によって表面処理することによって改善され得ることを見出した。このような方法は、ＤｙまたはＴｂを使用して処理された磁石の特性を改善するのに役立つものの、これらの貴重な材料を使用することによって非常に高価に実施される。
【０００８】
［0006］本実施形態は、焼結方法に勝る利点を提供するとともに、粒界に沿ってＤｙ分布を増大させ、Ｄｙ分布の均一性を向上するためのホットプレス法および／またはダイアプセット法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［0007］本明細書で提供される特定の実施形態は、ホットプレスを使用して永久磁石のための磁性材料を製造する方法を説明している。この方法は、Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末の形態の第１の材料と、金属合金の形態でＤｙ，Ｔｂまたはこれらの両方を含有する表面粉末の形態の第２の材料と、を用意する工程と、第２の材料を構成するＤｙまたはＴｂが不均一な分布となる状態で、被覆された混合物状（composite-like）の材料が形成されるように第１の材料と第２の材料とを混合する工程と、真空かつ磁界下で成形金型内で磁性材料を形成する工程と、約５℃から約３５℃までの第１の範囲から、約５００℃から約８５０℃までの第２の範囲まで、磁性材料を加熱する工程と、金型内で磁性材料をホットプレスする工程と、不活性雰囲気かつ真空で磁性材料を約１時間から約５時間冷却する工程と、を備えている。
【００１０】
［0008］本明細書で提供されるさらなる特定の実施形態は、ダイアプセットを使用して永久磁石のための磁性材料を製造する方法を説明している。この方法は、Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末の形態の第１の材料と、金属合金の形態でＤｙ，Ｔｂまたはこれらの両方を含有する表面粉末の形態の第２の材料と、を用意する工程と、第２の材料を構成するＤｙまたはＴｂが不均一な分布となる状態で、被覆された混合物状の材料が形成されるように第１の材料と第２の材料とを混合する工程と、成形金型内で固形材料を形成する工程と、約５℃から約３５℃までの第１の範囲から、約５５０℃から約９００℃までの第２の範囲まで、固形材料を加熱する工程と、固形材料を約２０パーセントから約８０パーセントまで変形させて磁性材料を形成する工程と、不活性雰囲気かつ真空で磁性材料を約１時間から約５時間冷却する工程と、を備えている。
【００１１】
［0009］本明細書で提供されるさらなる特定の実施形態は、ホットプレスおよびダイアプセットを使用して永久磁石のための磁性材料を製造する方法を説明している。この方法は、Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末の形態の第１の材料と、金属合金の形態でＤｙを含有する表面粉末の形態の第２の材料と、を用意する工程と、第２の材料を構成するＤｙが不均一な分布となる状態で、被覆された混合物状の材料が形成されるように第１の材料と第２の材料とを混合する工程と、成形金型内で固形材料を形成する工程と、約５℃から約３５℃までの第１の範囲から、約５００℃から約８５０℃までの第２の範囲まで、固形材料を加熱する工程と、金型内で固形材料をホットプレスする工程と、ホットプレスの後に約５５０℃から約９００℃までの第３の範囲まで固形材料を加熱する工程と、固形材料を約２０パーセントから約８０パーセントまで変形させて磁性材料を形成する工程と、不活性雰囲気かつ真空で磁性材料を約１時間から約５時間冷却する工程と、を備えている。加熱工程は、ホットプレス工程の後に実施される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】［0010］機械式ミルの概略図である。
【図２】［0011］放電加工に基づく粒子銃の概略図である。
【図３】［0012］高圧スパッタリングに基づく粒子銃の概略図である。
【図４】［0013］渦コータの概略図である。
【図５】［0014］磁性材料の粒子であり、コアシェルおよび粒界ならびに制限されたバルク拡散を示している。
【図６】［0015］元素拡散を示している。
【図７】［0016］粒界拡散および磁気相を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［0017］次に、本開示の特定の実施形態について説明する。ただし、本発明は、様々な形態で実施されることができ、本明細書で説明される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全であるように提供されるものであり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるであろう。
【００１４】
［0018］特に定義されなければ、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明の実施形態が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有している。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するものに過ぎず、本発明を限定することは意図されていない。明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「the」は、それとは逆の明示がない限り、複数形を含むことが意図されている。
【００１５】
［0019］逆の明示がなければ、明細書および特許請求の範囲で使用される材料の量、分子量などの特性、反応条件などを表現する全ての数値は、「約」という用語によって全ての場合において変更されるものと理解されるべきである。「約」という用語は、示される値の±１０％までを意味するものとして意図されている。さらに、明細書および特許請求の範囲における任意の範囲の開示は、範囲そのもの、および、そこに含まれる任意のもの、さらには、終点を含むものとして理解されるべきである。逆の明示がなければ、明細書および特許請求の範囲で説明される数値的な特性は、本発明の実施形態において得ようとする所望の特性に応じて変化することができる近似値である。本発明の実施形態の広い範囲を説明する数値的な範囲およびパラメータは近似値であるものの、特定の例で説明される数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、任意の数値は、本来、所定のそれらのそれぞれの測定において見られる誤差から必然的に生じる所定の誤差を含んでいる。
【００１６】
［0020］本明細書で使用される場合、「室温」との用語は、約５℃から約３５℃の範囲をいう。特定の実施形態では、フレークの表面は、丸みがあってもよい。
【００１７】
［0021］本明細書で使用される場合、「フレーク状の粉末」との用語は、約５から約４０までの、厚みに対する幅のアスペクト比を有するフレークをいう。
【００１８】
［0022］本発明は、磁性材料における最終的な微細構造および化学的一様性へのプロセスの影響によって、希土類／遷移金属／ホウ素（Ｎｄ２Ｆｅ１４ＢなどのＲＥ２ＴＭ１４Ｂ）ベースの磁石における過剰な量のＤｙまたは他の重希土類（ＨＲＥ）の必要性を低減する製造プロセスを含む。従来の方法で製造される磁石は、ハイブリッド電気自動車のモータに使用される磁石によって見られる高温（約１５０℃）での大きな磁束（残留磁気誘導「Ｂｒ」）が与えられた状態で消磁への十分な耐性（保磁力，「Ｈｃ」）を維持するために、１０重量％までのＨＲＥを必要とする。より少ないＨＲＥで必要なＨｃおよびＢｒをもたらすコスト効率の良い製造プロセスを実施可能である。これは、（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）粒子の境界のみに対して個々の（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）粒子の磁気分離を示す少量のＨＲＥを選択的に富化することによって達成される。
【００１９】
［0023］本願で開発された製造プロセスは、低温（約５００℃から約１０００℃）安定化および熱間変形に基づいている。本明細書で使用される低温ホットプレス、または、低温ホットプレスおよび熱間変形製造方法は、従来の焼結方法と異なっている（短い処理時間、必要な圧力での低い処理温度）。ＨＲＥの面線源からの拡散に基づくＨＲＥ粒界富化プロセスが実証されてきた（いわゆる粒界拡散プロセス）。本明細書の製造方法は、非効率な面線源拡散プロセスを必要とすることなく、粒界富化と磁気分離とを同時に生じさせるためのバルク材製造方法である点で革新的である。本明細書でとられる方法は、ホットプレスし、その後、焼結および熱処理プロセスに必要な温度および時間を低減するためにエージングして、粒界拡散を増進させ、Ｄｙおよび／またはＴｂの低減を最大化するためにＤｙおよび／またはＴｂのバルク拡散を最小化して、同一の所望の磁気特性を達成する方法を採用している。また、この新たな方法は、ホットプレスおよび熱間変形プロセスにおいて効果のある沈殿溶解プロセスを支配する、熱力学（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）−（ＲＥリッチ共晶）系、動力学および物理学、ならびに、微細構造が高温での消磁に対する耐性を保持する（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）永久磁石をもたらすことができる程度に関する知識体系への重要な付加をもたらす。
【００２０】
［0024］本発明は、概して、電動機およびそれらの製造に関し、より詳細には、電動機の出力密度を改善するための希土類（ＲＥ）元素、特に、高温磁気特性を改善するためのＤｙ，Ｔｂなどといった重希土類元素を使用する永久磁石を形成するための方法に関する。
【００２１】
［0025］「ＤｙまたはＴｂを有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の製造方法」という表題の２０１１年１月１４日に出願された米国出願第１３／００７，２０３（以下では、’２０３出願と呼ぶ、現在は米国特許第８，４８０，８１５号）は、同様の磁気特性を得つつ、従来の方法を使用して製造されるよりも遙かに少ないＤｙまたはＴｂを使用する磁石およびそれらを製造する３つの方法を説明している。’２０３出願は、本出願の譲受人に譲渡されており、その全体が参照によって本願に組み入れられる。本願発明者は、微細構造をさらに改善するとともに、ホットプレスおよび熱処理プロセスによってＨＲＥをさらに低減しつつ磁気特性を改善する方法を発見した。
【００２２】
［0026］焼結（希土類）−Ｆｅ−Ｂ永久磁石は、ハイブリッド電気車両（ＨＥＶｓ）および電気車両（ＥＶｓ）のための電動機において必須の構成要素である。それは、他の磁石と比べて、それらが、高い最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘおよび高い保磁力を有するからである。保磁力（Ｈｃ）およびＢＨの直角度のカーブは、重要考慮事項である。なぜなら、電動機の動作中の反磁界は重要であるからである。焼結磁石の室温適用のための標準的な化学的構造は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの定比性（stoichiometry）を有する主要相を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ三元に基づいている。残念ながら、車両における永久磁石のための動作温度は、約１６０℃であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ化学的構造のためのＢＨ積は、低キュリー温度（３１３℃）によって１００℃（２）よりも大きく大幅に低下し、それによって、温度の上昇にしたがって飽和磁化および保磁力の低下を招く。
【００２３】
［0027］Ｄｙ２Ｆｅ１４ＢおよびＴｂ２Ｆｅ１４Ｂは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂよりも高いキュリー温度および高い異方性定数を有している。キュリー温度は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ、Ｄｙ２Ｆｅ１４ＢおよびＴｂ２Ｆｅ１４Ｂについて、それぞれ５８５Ｋ，６０２Ｋ，６３９Ｋである。ハイブリッド電気車両エンジンのような高温の動作温度環境で高い保磁力を維持するために、Ｎｄに代えて、多量のＤｙなどの重希土類元素が付加され、（ＤｙｘＮｄ（１−ｘ））２Ｆｅ１４Ｂ合金が作り出され、それによって、キュリー温度および保磁力が上昇する。しかしながら、Ｎｄを重希土類（ＲＥ）元素で置き換えることには、磁石の残留磁気が低減されるという不利益がある。これは、それらがＲＥ２ＦＥ１４Ｂ格子と反強磁性的に結合するからである。さらに、自由市場での重希土類元素の入手性は、現在、脅かされている。したがって、高い保磁力を有するとともに、良質で高温のエネルギー積を有する重希土類が少ない磁石を生産するための努力が開始されている。
【００２４】
［0028］磁石性能の高温破壊は、クラック、酸化物粒子、三重会合点（triple junctions）、および、低い磁気異方性を有するとともに逆磁区の核形成部位として作用する粒界などの欠陥によって悪化する。米国特許８，４８０，８１５号および日立プロセス（米国特許８２０６５１６）は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂベースの永久磁石の粒界でＤｙ成分を局所的に増加させるように構成されており、最も必要な場所に重希土類が配置されている。プロセス手段の違いがあり、それによって生じる提案される方法と日立プロセスとの間での微細構造の均一性の違いがあるものの、この２つの方法は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粒界を重希土類（Ｄｙ）で富化することの科学的根拠が共通している。磁気モーメントの逆転は、逆磁区の粒界核形成によって開始される。Ｎｄ２Ｆｅ１４ＢにＤｙを添加することによって、特に高温において保磁力が増大された（Ｎｄ，Ｄｙ）２Ｆｅ１４Ｂ合金を生産することができる。Ｄｙは、（Ｎｄ，Ｄｙ）２Ｆｅ１４Ｂ合金の形成が粒界のみで生じる場合に、高保磁力磁石を生産しつつ節約することができる。Ｄｙは、高価な元素であり、高温磁石のコストを低減するために節約される必要がある。
【００２５】
［0029］保磁力と微細構造との間の相関関係は、構造の詳細な分析や微小磁気理論（H. Kronmueller and M. Faehnle，強磁性体固体の微少磁気および微細構造、ケンブリッジ大学報、ケンブリッジ，２００３，H. Kronmueller, K.-D. DurstおよびSagawa,J. Magn.Mater. 74,291 1988）を使用して１９８０年代に広く研究された。焼成磁石の室温での逆磁化の原因となるメカニズムは、核形成タイプであることが見出された。保磁力Ｈｃｉすなわち不整合粒子、磁気的に結合された粒子、磁気的に不安定化された粒子表面、および、多面体粒子の鋭利な角および端部での大きな局所的消磁化漂遊磁界に対する微細構造の損傷効果は、磁場反転に応じた磁区の核形成の助けとなる現象として考えられていた。
【００２６】
［0030］この種の「コアシェル」構造は、比較的少ないＤｙ添加量でＨｃｉを改善する利点を提案する多数の様々な著者によって近年研究されている。これらの研究の大多数は、バルクＮｄ２Ｆｅ１４Ｂベースの磁石の表面からの境界に沿ったＤｙの拡散を使用して、Ｄｙ粒子表面が富化された微細構造を生産する。
【００２７】
［0031］日立プロセス（米国特許８，２０６，５１６号）は、バルク磁石の表面からの拡散によって重希土類の粒界富化を作り出す。これは、蒸着システムで生じる後焼成プロセスである。バルク磁石の表面からのＤｙの拡散は、粒界に集中する。それは、境界の拡散係数がバルクよりも多桁大きいからである。ＧＭが提案するプロセスは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂベースの磁性材料の粒界でのＤｙ成分を増大させる経済的に優れた方法としての、日立プロセスの代替策を提供するように構成される。本方法は、粒界でのＤｙ拡散が粉末冶金および加熱形成プロセス中に、外部Ｄｙ源による後熱処理（日立）ではなく、内部Ｄｙ源によって生じるので、また、多数の過剰な設備または非常に長い追加的なプロセス工程を必要としないので、経済的に有利である。
【００２８】
［0032］粒界富化アプローチの有効性は、日立特許（米国特許８，２０６，５１６号）によって支持されている。日立の調査員は、まず、気相蒸着／粒界拡散プロセスを使用して保磁力の増加を実証し、その後、生じた厚みが取り除かれると保磁力がどのようにして低減するのかを示した。著者は、これは、９００℃、２４０分でのＤｙ侵入深さの表れであり、粒界Ｄｙ組成、ひいては、深さ約１ｍｍまでの磁気的挙動に影響を与えるものであると提唱した。日立プロセスは、処理できる磁石厚の限界値を有している。
【００２９】
［0033］本明細書の発明は、ホットプレス（粒子の整合配列のための磁界下）、および／または、ホットプレスおよび熱間変形製造プロセス（ダイアプセット）を発展させる体系立てられた方法を含む。この方法は、微細構造、および、（ＲＥ２ＴＭ１４Ｂ）−（ＲＥリッチ共晶）系における熱力学、動力学および磁気現象の定比性依存を利用して、高温での大きなＨｃおよびＢｒを保持しさらには増大させる磁石中のＤｙおよび他のＨＲＥの必要性を急激に低減する。バルク材中の個々のＮｄＥ２Ｆｅ１４Ｂ粒子を磁気分離する共晶相によって、Ｈｃが劇的に増大する。
【００３０】
［0034］本発明の一態様は、永久磁石のための磁性材料を製造する方法である。一実施形態では、この方法は、Ｎｄ、ＦｅおよびＢを含有する第１の材料（コア粉末の形態であってもよい）と、ＤｙおよびＴｂの一方または両方を合金の形態で含有する第２の材料（表面粉末またはフレークの形態であってもよい）と、を混合する工程を備える。混合は、第２の材料を構成するＤｙまたはＴｂの不均質な（不均一な）分布を有する、被覆された、混合物状の材料が形成されるように行われる。これによって、使用量全体を少なく保ちつつ、バルク濃度が過剰なＤｙ，Ｔｂの一方または両方の表面濃度の存在が確保される。特定の実施形態では、Ｄｙおよび／またはＴｂ濃度は、粒子表面において、バルク内よりもはるかに高い。特定の実施形態では、Ｄｙおよび／またはＴｂ濃度は、粒子表面において、約１０重量パーセントから約５０重量パーセントであり、すなわち、粒子表面において、バルク内よりもはるかに高い。本明細書の特定の実施形態では、本明細書で説明される方法から生じる最終生産物は、かかる態様を有し得る。
【００３１】
［0035］本文脈内において、不均一すなわち不均質分布とは、第２の材料が第１の材料の離散位置、例えば、界面すなわち粒界または表面上の他の位置に分布または集約され、第１の材料を構成する粒子の内側にはほとんどまたは全くない（例えば、拡散、化学結合などによる）ことをいう。
【００３２】
［0036］一形態では、ＤｙまたはＴｂ含有合金は、小さい粉末形態であってもよく、他の形態では、材料は、より大きいフレークベースの形態であってもよい。これらのサイズの違いに関連する詳細は、以下でより詳細に説明する。この形態にかかわらず、これらは、混合（blending, mixing）、および機械的被覆のために使用されて、混合物状の材料を生産することができる。粉末およびフレーク状の粉末は、微粒子化（高圧不活性ガス（例えばアルゴン）と接触して粒子を形成する溶融金属）を使用することによって、あるいは、スリップキャスティングし、それに続いて水素粉砕および脱水素化することによって、製造され得る。
【００３３】
［0037］重要なことに、本明細書にしたがって生産される磁性材料は、拡散を低く保ち、それによって、粒界領域（本明細書では粒界表面とも呼ばれる）のまわりのＤｙおよびＴｂの一方または両方の所望の不均質な成分を維持するようにホットプレスされ得る。一形態では、磁性材料および／または永久磁石は、約１０重量パーセントから約５０重量パーセントのＤｙ，Ｔｂまたはその両方の粒界表面濃度を有している。
【００３４】
［0038］本明細書で説明される実施形態は、ＤｙおよびＴｂ、ならびに、Ｎｄ，Ｐｒ，ガリウム（Ｇａ），Ｂ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｃｕなどといった様々な他の元素の拡散または関連する輸送特性を変えるために、温度、圧力、時間、空間的構成および化学的性質の変化を採用する。１つの特定の形態では、これらのパラメータを調節することによって、被覆された材料の周りの被覆材料の機械的ラッピングが生じ得る。そこでは、より高いエネルギー準位で、より完全なラッピングが達成される。とはいえ、ラッピングは、改善された性能を示すために完全である必要はない。かかる場合、所定の環境では、高温および高圧での上記の元素の１つ以上の拡散によって部分的なラッピングもまた許容される。粉砕および混合動態を制御することによって、新たな異なる材料相を形成し得る。プロセス中にいくつかの元素を個別に添加する（個々の形態で、または、二元もしくは三元合金の一部として）結果として、さらなる改善が生じ得る。そのような改善は、特に、新たな相、すなわち、上記のような異なる元素成分を有する相の選択的な形成を促進するのに役立つ。これらの相は、上述した様々な元素の１つ以上を有する、粒界の周りの共晶相、例えば、ＮｄおよびＤｙリッチ三重会合相を含んでいてもよい。これらの相（これらは、状態図から、ほとんどが多数の元素を有する共晶相である）は、保磁力（ＨｃＪ）または他の磁気特性を改善する（すなわち増大させる）上で重要な役割を担い得る。これらの形態から、それらは、三重（または多重）会合相と呼ぶことができる。なぜなら、それらは、粒界の周り、特に、３つ（または多数）の粒子が接触する会合領域の周りに位置するからである。
【００３５】
［0039］本明細書の実施形態の第２の態様は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂを含有する粉末ベースの材料と、ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方を含有するフレークベースの材料と、を粉末ベースの材料がフレークベースの材料の層によって実質的に被覆されるように機械的に粉砕することによって、ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方が不均質に分散されたＮｄベースの永久磁石を製造する方法を含む。粉砕の後、被覆された粉末ベースの材料を被覆しなかったフレークベースの材料の余剰部分は、篩い分けによって取り除くことができる。その後、被覆された混合物状材料は、粉末の整合配列のための磁界下で所定の形状に形成される。この成形された部品は、次に、当該部品が、下層の粉末ベースの材料を被覆するのに使用されるフレークベースの材料が材料内に残留することができ不均一な態様で分布されて形成されるように、高温でプレスされる。一形態では、そのような不均一性は、下層の粉末ベースの材料の粒界での優先的な蓄積によるか、熱処理中の共晶層形成による。
【００３６】
［0040］本明細書の実施形態の第３の態様は、ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方が不均質に分散されたＮｄベースの永久磁石の製造方法を含む。この方法は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂを含有する第１の粉末ベースの材料と、ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方を含有する第２の粉末ベースの材料と、を第１の粉末ベースの材料が第２の粉末ベースの材料の層によって実質的に混合され被覆されるように機械的に粉砕する工程を備える。次に、この被覆された粉末は、磁界下で所定の形状に形成され、次いで、第２の粉末ベースの材料が第１の粉末ベースの材料の表面に不均一な態様で分布した状態で磁石部品が形成されるように、加熱されプレスされる。そのような不均一性は、元素、特にＤｙ，Ｔｂおよび／または他のＲＥ元素の粒界での優先的な蓄積によるか、共晶層形成によることができる。本明細書で生産される磁性材料または永久磁石の実施形態は、小さくてもよく、大きくてもよい。特定の実施形態では、磁性材料または永久磁石は、僅かな立方インチのサイズから１または数立方インチのサイズまでであることができ、あるいは、約１以上の立方フィートのサイズからであることができる。特定の実施形態では、磁性材料または永久磁石は、電動機に配置されることができ、ロータまたはステータに配置されることができる。特定の実施形態では、その形状は、例えば、丸くてもよく、長方形でもよく、ディスク形状でもよく、あるいは、当該技術分野で公知の材料のための他の形状であってもよい。
【００３７】
［0041］本プロセスを使用して製造される磁石は、同様の磁気特性を得つつ、従来の方法を使用して製造される磁石よりも遙かに少ないＤｙまたはＴｂを使用する。本プロセスでは、ＤｙまたはＴｂによって被覆されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末は、磁石を製造するのに使用される。これは、磁石中のＤｙまたはＴｂの不均一な分布をもたらす。これは、マイクルプローブを有する走査型電子顕微鏡を使用して見ることができ、計測することができる。これによって、本プロセスは、同様の磁気特性のための遙かに少ないＤｙまたはＴｂを使用することが可能になる。例えば、Ｄｙおよび／またはＴｂの量は、従来のプロセスと比べて約２０％以上、約３０％以上、約４０％以上、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、または、約９０％以上低減され得る。不均一な分布によって、Ｄｙおよび／またはＴｂは、粉末粒子の界面に分布または集中され、粒子の内側には、ほとんどまたは全くない。
【００３８】
［0042］これらの方法を使用して、Ｄｙおよび／またはＴｂの被覆厚は、約１μｍから約１００μｍまで、例えば、約２から約１００μｍまで、約５から約９０μｍまで、約５から約８０μｍまで、約５から約７０μｍまで、約５から約６０μｍまで、または、約１０から約５０μｍまでとすることができる。
【００３９】
［0043］粉末被覆プロセスによって、Ｄｙおよび／またはＴｂ平均濃度を低減することができ、粉末被覆プロセスは、磁石中のＤｙおよび／またはＴｂの分布を変化させる。磁石のＤｙおよび／またはＴｂ平均濃度は、同様の高い磁気特性を有する従来の磁石についての約６から９ｗｔ％と比べて、約０．３〜約６ｗｔ％、約０．３〜約５ｗｔ％、約０．３〜約４ｗｔ％、または、約０．３〜約３ｗｔ％の範囲とすることができる。被覆プロセスは、約５から約８０ｗｔ％以上のＤｙおよび／またはＴｂ表面濃度、および、低いＤｙおよび／またはＴｂバルク濃度（すなわち粒子の内部）を有する粉末粒子を作り出す。Ｄｙおよび／またはＴｂは、必要に応じて、意図的に添加されてもよく、粒子表面から粉末粒子へ部分的に拡散されてもよい。しかしながら、粒子内部のＤｙおよび／またはＴｂのバルク濃度は、Ｄｙおよび／またはＴｂの表面濃度よりも低い。被覆プロセスは、追加的な工程としての粉末冶金プロセスのための本準備（preparation）に導入される。
【００４０】
［0044］ＤｙもしくはＴｂまたはその両方は、必要に応じて使用され得る。Ｔｂが含まれる場合、Ｄｙはそれほど必要ではない。例えば、ＤｙとＴｂとの合計は、約６ｗｔ％よりも少なくてもよい。Ｔｂは、磁気特性を改善する上で、Ｄｙよりも遙かに効果的になり得る。しかしながら、Ｔｂの非常に高いコストとバランスされるべきである。必要に応じて、約１０までの、Ｔｂに対するＤｙの割合が使用され得る。
【００４１】
［0045］ＤｙまたはＴｂ濃度分散構成は、磁石の様々な熱処理、特にアニーリングスケジュールによって操作され得る。時間をより長くすること、または、温度をより高くすることによって、粒子表面において、分布をより広くすることができ、より分散させることができる。
【００４２】
［0046］さまざまな実施形態では、次の工程の一部または全部を使用することができる。この磁石製造プロセスは、１）溶融およびストリップキャスティング工程と、２）水素粉砕（水素化および脱水素化）と、３）微粉砕工程（窒素を使用）と、４）合金粉末を混合して、化学組成を調節し、オプションとして篩い分けする工程と、５）粉末をＤｙおよび／またはＴｂリッチ粉末で被覆する工程と、６）オプションとしての篩い分け工程と、を備え得る。特定の実施形態では、篩い分けには、過剰な粉末を取り除くために、１つ以上のサイズの単一または複数のメッシュが含まれてもよい。この後に、磁界下での形成およびホットプレスプロセスおよび磁石片への加工が続いてもよい。最後に、磁石は、表面処理されてもよい（例えば、リン酸塩、無電解Ｎｉめっき、エポキシ被覆など）。
【００４３】
［0047］上述の３つの被覆方法については、より詳細に説明する。
【００４４】
［0048］機械的合金化は、高エネルギーボールミルでの粉末粒子の繰り返しの溶着、破砕、再溶着を含む固体粉末処理技術である。それは、混合された成分の粉末または予め合金化された粉末から開始される様々な合金平衡相および合金非平衡相を合成するのに使用され得る。合成された非平衡相には、過飽和の固溶体と、準安定結晶質相および準結晶相と、ナノ構造と、アモルファス合金と、が含まれる。
【００４５】
［0049］機械的合金化は、高エネルギーミルを使用して、冷間圧接に必要な塑性変形を助け、処理時間を低減する。それによって、使用されるべき成分粉末およびマスター合金粉末の混合を可能にする。マスター合金粉末を使用することによって、成分の活性を低減する。それは、合金または化合物の活性は、純金属よりも桁違いに低いことが公知であるからである。機械的合金化によって、微細な自然発火粉末を生成し粉末を汚染するであろう界面活性剤を使用する必要がなくなる。通常生産される非常に微細な粉末に特有であるが、比較的粗く、したがって安定的な全体粒子サイズを有する微細な内部構造を有する粉末の生産は、溶着と破砕との一定の相互作用に依存する。
【００４６】
［0050］機械的合金化プロセスは、粉末を所望の割合で混合することで開始される。粉末混合物は、粉砕媒体（例えば、鋼球）を有するボールミルに投入される。次に、粉末混合物は、所望の時間の間、粉砕される。機械的合金化プロセスの重要な構成要素は、原材料、ミルおよびプロセス変数である。パラメータには、ミルの種類、粉砕容器、粉砕速度（一般的には約５０から約４００ｒｐｍ、典型的には約２５０ｒｐｍ）、粉砕時間（一般的には約０．５から約１２時間）、種類、サイズ、および粉砕媒体（例えば、硬化鋼、ステンレス鋼など）のサイズ分布、粉末に対するボールの重量比（一般的には約１：１から約２２０：１であり、典型的には約１０：１）、バイアルの充填の程度、粉砕雰囲気（例えば、真空、窒素またはアルゴン）、粉砕温度（一般的には約室温から約２５０℃）が含まれる。
【００４７】
［0051］機械的合金化に使用される原材料は、直径で約１から約２００マイクロメータ（μｍ）の範囲の粒子サイズを有し得る。粉末粒子サイズは、粉砕ボールサイズよりも小さくすべきである点を除いて重要ではない。なぜなら、粉末粒子サイズは、時間と共に急激に減少し、わずか数分の粉砕の後には数ミクロンに達するからである。原料粉末は、純金属、マスター合金、または、予め合金化された粉末であってもよい。
【００４８】
［0052］機械的合金化粉末を生産するために、様々な種類の高エネルギー粉砕設備を使用することができる。それらは、その生産能力、粉砕効率、および、冷却、加熱等のための追加的な構成などが異なる。従来のボールミル１０は、図１に示すように、小さな鋼球２０で部分的に満たされた回転水平ドラム１５を備えている。ドラム１５が回転すると、ボール２０は、粉砕されている金属粉末状に落下する。粉砕タンクすなわち容器は、ステンレス鋼、または、内部が例えばアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素などで被覆されたステンレス鋼で使用できる。ボールミル１０は、回転インペラ２５を備えている。冷却液は、ドラム１５のジャケットを通って入口３０から出口３５まで流れ、粉砕中の粉末の温度を制御する。
【００４９】
［0053］他の方法は、物理蒸着（ＰＶＤ）を使用してＮｄ−Ｆｅ−Ｂベースの粉末をＤｙまたはＴｂ金属で被覆することを含む。放電加工およびスパッタリングに基づく粒子銃を使用するＰＶＤ法は、図２，３に示されている。とはいうものの、必要に応じて他のＰＶＤプロセスを使用することもできる。「基板」が底部に配置され得る。基板は、基本的には、被覆されるべきＮｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末を収容する容器である。必要に応じて、粉末をかき回して粉末への均一な被覆を確保するために、容器内に混合器（図示せず）があってもよい。
【００５０】
［0054］図２は、放電加工ＰＶＤプロセスを示している。固定電極ホルダ１００と、移動電極ホルダ１０５と、がある。固定電極ホルダ１００は、電力供給部（図示せず）に接続される。移動電極ホルダ１０５は、電力供給部および機械的振動子（図示せず）に接続される。固定電極ホルダ１００および移動電極ホルダ１０５は、電極１１０を有している。キャリアガス入口１１５は、キャリアガスを導入する。処理ガス入口１２０は、処理ガスをキャリアガスに導入し、構造１３０は、ガス入口１２０に隣接して示されている。被覆材料は、基板１３５に向けられる。
【００５１】
［0055］スパッタリングＰＶＤ被覆プロセスが図３に示されている。２つのマグネトロンスパッタ源１５０が、底部の回転基板テーブル１５５に向けられて、頂部にある。スパッタリングでは、プラズマの高エネルギー粒子（例えば、窒素イオン）の衝突によって、ターゲット材料（Ｄｙおよび／またはＴｂ、または、合金）の表面から原子が放出される。放出された原子は、薄い膜を形成する基板の表面上で凝結する。
【００５２】
［0056］第３の被覆方法は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂベースの粉末を、溶媒と混合された、ＤｙまたはＴｂ金属および／または合金の非常に微細な金属粉末で被覆することを含む。高速ジェット（約３０から約６０フィート／秒）が、空気または不活性ガスの流れを、渦式加速器（swirl accelerator）で加速させることによって達成される。空気／ガスの流れの流速および圧力を調節することによって、乱流が通常生じるレイノルズ数で層流パターンを確立することができる。このガスは、「被覆チューブ」に向けられる。渦式加速器は、例えば、コロンビアＭＤ２１０４５のGEA Process Engineering Inc.,から入手可能である。
【００５３】
［0057］図４に示すように、「下降流ベッド（bed）」２００の領域内で被膜されるべき粉末の貯留槽は、被覆チューブ２０５を取り囲み、底部から粉末ベッドに入る低速ガス流２１０によって軽く通気された状態に維持される。この領域には、低容積流が存在する。湿潤・接触域２２５よりも下方の、入口流動プレート２２０と被覆チューブ２０５の底部との間の隙間２１５によって、粉末が高速ガス流に曝される。粉末の粒子は、この接触面で捕捉され、ガス流によって加速される。
【００５４】
［0058］ＤｙもしくはＴｂ金属または合金を含有する被覆の微粒子スプレー２３０は、スプレーノズル２３５を通って高速ガス流の底部に導入される。被覆スプレー２３０は、固体粒子よりも速く移動し、その結果、接触が生じて、被覆が付着する。
【００５５】
［0059］境界層効果によって、チューブの中央のところでの速いガス流速から、壁のところでのゼロ流速までの、速度勾配が生じる。この勾配によって、粉末は、ガス流によって、全ての粒子の表面が被覆スプレーに曝されるように転がる。被覆が施されると、被覆された粒子は、被覆チューブを上方に移動する。粒子速度は、通常、ガス速度よりも遅く、その結果、通常、粒子表面に亘ってガスが移動する。このガスの移動は、溶媒を蒸発させ、乾燥域２４０において被覆を乾燥させる。粒子は、被覆チューブ２０５の端部に到達する時間によって、実質的に乾燥される。
【００５６】
［0060］チューブの端部では、粒子は、高速流から離れて、収容領域（holding area）（図示せず）に落ちて戻る。
【００５７】
［0061］図５は、粉末被覆の２つの方法を示している。１つの方法２４５は、図５の左上に示すコアシェル構造で被覆される。シェルは、Ｄｙリッチ材料で被覆され、内側部分は、Ｎｄ／Ｆｅ／Ｂリッチである。被覆されたコアの直径の例が２５５として示されている。被覆は、使用される粒子が全く様々なサイズであり、コアの周りが実質的に完全に被覆される方法を使用して達成される。特定の場合では、図５の左側に示すように約１００パーセント被覆され、他の場合では、コアの約７５パーセントから約１００パーセント被覆されるか、約５０パーセントから約７５パーセント被覆される。図５の右側では、混合粉末方法２５０が示されており、粒子は、部分的な被覆が生じるように様々なサイズである。特定の実施形態では、約０から約５０パーセント被覆され、他の実施形態では、約０から約２５パーセント、または、約２５から約５０パーセント被覆される。大きな円および小さな円は、それぞれ、大きな粉末、小さな粉末を表している。小さな粉末は、Ｄｙリッチであり、大きな粉末は、Ｎｄ／Ｆｅ／Ｂリッチである。コアシェルおよび混合粉末方法の両方は、本明細書で説明される実施形態で使用され得る。コアシェル方法によれば、各Ｎｅ／Ｆｅ／Ｂ粒子の周りでＤｙリッチ材料がより均一に分布される。粒子の幾何学的配置の例における１つの小さな粒子から他の小さな粒子までの距離２６０が、図５の右に矢印によって示されている。
【００５８】
［0062］図６は、図５の右欄からの画像の拡大図である。多数の粒（grains）を有する粉末の１つの粒子が示されている。粒子は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粒子２７０であり、Ｄｙリッチ粉末２６５がこの周りに示されている（重希土類リッチ粉末は、外側である）。粒は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粒子の内部に示されている。加熱されると、Ｄｙは、粒に沿って粒を通って固体拡散によって分布される。特定の実施形態では、粉末２６５は、ＤｙもしくはＴｂまたはその両方である。
【００５９】
［0063］図７は、各相、すなわち、三重会合相、軟磁性相、硬磁石相および粒界相を示している。図７は、粒界の非常に複雑な様子を示している。軟磁性相（α−Ｆｅ）２７５が、硬磁石相（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）２８０、端部２８５、Ｄｙ粒子２９０、粒界相（Ｎｄリッチ）２９５，および、三重会合相（Ｎｄリッチ）３００とともに示されている。２つの粉末を使用するホットプレス法を使用して、中核温度は、使用される圧力によって低くすることができ、それは、Ｄｙの不均質な分布を促進する。Ｄｙ（Ｄｙリッチ層）の高密度領域は、本明細書に説明される方法にしたがってさらに加熱されさらにプレスされる際に分散され、Ｄｙ粒子のより均一な分布が達成される。その結果、同じ結果を成し遂げるために、より少ないＤｙを使用することができる。ホットプレスによって、Ｄｙは、粒界に沿って分布し、理想的には、各粒内のＤｙは、最小化される。
【００６０】
ホットプレスプロセスおよび熱処理プロセスの例：
［0064］ホットプレス法は、所望の組成の粉末混合物を使用する工程と、成形金型内において磁界（約１から２．５テスラ（Ｔ））下、かつ、真空（約１０から２０トール）または不活性雰囲気（ＡｒまたはＮ２）で磁石部品を形成する工程と、部品を室温からホットプレス温度までゆっくりと加熱する工程と、約０．５から約２時間の間、約５００℃から約８５０℃の温度を維持する工程と、を備えている。特定の実施形態では、室温での加熱の開始から、約５００℃から約８５０℃の範囲内での加熱の終了までの時間、また、他の実施形態では、約５００℃から約８５０℃の範囲に到達する時間は、１．５から２時間である（約０．５から約２時間の追加的な加熱が行われてもよい）。ホットプレスの時間は、特定の実施形態では、約３０分、約４０分または約５０分から約１時間まで、または、約１時間から約２時間までであってもよい。金型内でのホットプレスは、約３から約２０分の間、約３０から約９０メガパスカル（ＭＰａ）（典型的には、約５０〜約８０ＭＰａ）で行われ、特定の実施形態では、約５から約１０分であってもよい。特定の実施形態では、８５％を超える理論密度の部品密度が達成される（理論密度：７．６ｇ／ｃｍ３）。これは、真空（約１０から約２トール）、または、不活性雰囲気（ＡｒまたはＮ２）で行われる。１から５時間ゆっくりと冷却されるか、エージング熱処理が継続される。エージング熱処理温度は、約６００℃から約１０００℃である（時間は、例えば、約０．５から約８時間）。冷却は、エージング工程の前に実施されてもよいし、エージングは、ホットプレスの直後に、冷却工程を挟むことなく実施されてもよい。これは、真空（約１０から約２トール）、または、不活性雰囲気（ＡｒまたはＮ２）で行われる。これは、粒界拡散を最大化し、Ｄｙまたは他のＨＲＥｓのバルク拡散を最小化するための様々な温度および時間での多数工程を含んでもよい。
【００６１】
［0065］部品について、熱間変形またはダイアプセットが行われる。粒子の調整（alignment）は、熱間変形またはダイアプセット中に実現されるので、部品形成中の磁界は、必要ではない。熱間変形温度は、約５５０℃から約９００℃であり、特定の実施形態では、その範囲は、約７００℃から約８５０℃である。
【００６２】
［0066］実施例：混合されたＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ＋Ｄｙ２Ｆｅ１４Ｂリボンの真空ホットップレス／ダイアプセットは、不均一なＤｙ分布（混合されたＤｙ２．３７Ｆｅ＋Ｎｄ２．７Ｆｅ１４Ｂ粉末）を示す。この混合粉末ホットプレス法は、ホットプレス／ダイアプセットプロセスと並行して行われる。
【００６３】
［0067］特定の実施形態では、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂベースの磁性材料の各粒子は、Ｃｏ，Ｇａ，Ｃｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂなどの他の元素を含有してもよい。粒子は、Ｄｙおよび／またはＴｂが富化された粒子、例えば、Ｄｙ−Ｆｅ，Ｄｙ−Ｔｂ−Ｆｅ，Ｄｙ−Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ，Ｄｙ−Ｔｂ−Ｎｄ−Ｐｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ−Ｂなどによって取り囲まれる。ＨＲＥが富化された粒子は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂベースの粒子とともに機械的に混合され粉砕されることができ、あるいは、ＰＶＤ，ＣＶＤまたは他の方法（コアシェル）によって被覆されることができる。加熱およびプレスによってさらなる安定化が達成され、それによって、バルク拡散（Ｄ）が限定された粒界拡散（ＤＢ）が促進される。
【００６４】
［0068］コアシェル法は、個々にＤｙ被覆されたＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を必要とするが、混合粉末法は、機械的に混合された粉末を使用して実施可能である。各々の場合において、Ｄｙリッチ領域同士間の固有長Ｌが発達する。この拡散長さは、ＤおよびＤＢとともに、重要な粒表面のＤｙ富化を制御する上で非常に重要である。
【００６５】
［0069］Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ永久磁石は、ホットプレスおよびエージング熱処理プロセスを使用して製造することができる。それには、所望の化学組成の粉末を製造する工程が含まれる。典型的なプロセスには、粉末の調整およびエージングのために、磁界下で秤量しプレスする工程が含まれる。特に、粉末は、磁化手段が備えられた第１プレスにおいて、部分的に圧縮され、磁気的に調節される。次に、第２プレスに移送され、そこでは、加熱され、高負荷でプレスされる。あるいは、そのように形成された部品は、さらにプレスされて、調整された粒構造を有する特定の形状を形成してもよい。この場合、磁界下での形成は必要ではない。
【００６６】
ダイアプセット実施例
［0070］さらに別の実施例では、磁石を製造するのにダイアプセットが使用される。ダイアプセットの非限定的な方法では、粉末は、約２０から約８０パーセント変形される。特定の実施形態では、変形は、約４０から約８０パーセントである。特定の実施形態では、変形は、約５０パーセントから約６０パーセント、約６０パーセントから約７０パーセント、または、約７０パーセントから約８０パーセントである。通常のホットプレスでは、変形は、多くても１０パーセントであり、通常、２〜３パーセント程度よりも少ない。ダイアプセット法の特定の実施例では、プレスに先立って磁界下で粉末を事前調整しなくてもよいように、高変形プロセスが使用される。そのような大きな変形が生じる場合（約２０パーセントから約８０パーセント）、粒は、磁界下にあるかのように、磁気的に調整される。したがって、この方法は、驚くべき利点を提供する。特定の実施形態では、粉末（単数または複数）は、ゆっくりと一緒にプレスされて、柱状などの形状を形成する。次に、この柱状物は、加熱され、柱状物がより平坦になるようにプレスされる。この形状は、変えることができ、粒は、再調整される。
【００６７】
［0071］「好ましくは」、「通常は」、「典型的には」といった用語は、本明細書では、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を限定するためには使用されず、あるいは、特定の特徴が重要な意味を持ち、必須であり、または、特許請求の範囲に記載された発明の構造もしくは機能にとっていっそう重要であることを暗示するためには使用されないことに留意されたい。むしろ、これらの用語は、本発明の特定の実施形態において利用されることもあり、利用されないこともある、代替的または追加的な構成を単に強調する意図である。
【００６８】
［0072］本発明を説明し、定義する目的で、「デバイス」との用語は、本明細書では、構成部品が他の構成部品と組み合わされるか否かにかかわりなく、複数の構成部品と個々の構成部品との組み合わせを表すために使用されることに留意されたい。例えば、本発明による「デバイス」は、電気化学的転換アセンブリ、または、本発明による電気化学的転換アセンブリが組み込まれた車両などを備え得る。
【００６９】
［0073］本発明を説明し、定義する目的で、「実質的に」との用語は、本明細書では、定量的な比較、値、測定、または、他の表現に寄与することがある固有の不確定の程度を表すために使用されることに留意されたい。また、「実質的に」との用語は、本明細書では、問題となっている主題の基本的な機能が変わることなく、述べられた基準から代わり得る定量的な表現によって程度を表すために使用される。
【００７０】
［0074］本発明を詳細に、また、特定の実施形態を参照して説明したが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、変形や変更が可能であることは明らかである。より具体的には、本発明の幾つかの態様が本明細書で、好ましい、または、特別な利点として特定されているが、本発明は、本発明のこれらの好ましい態様に必ずしも限定されないと考えられる。
【００７１】
［0075］特定の実施形態では、方法、磁性材料、または、永久磁石のうちの１つ以上は、以下の１つ以上を含むことができ、あるいは、以下の１つ以上によって生産されることができる：約１から約２．５テスラ（Ｔ）の磁界；磁性材料の加熱工程と、約０．５から約２時間の間、約５００℃から約８５０℃までの第２の範囲内で温度を維持する工程と、を備える磁性材料の加熱工程；約１０から約２トールの真空；不活性ガスは、ＡｒまたはＮ２を含むことができる；約３０から約９０メガパスカル（ＭＰａ）でのホットプレス；約５０から約８０メガパスカル（ＭＰａ）でのホットプレス；約１から約５時間の冷却；ジスプロシウムが約５から約８０ｗｔ％の粉末材料；フレーク状の粉末；磁性材料の形成前の、被覆しなかったフレーク状の粉末の篩い分けによる除去工程；約５℃から約３５℃の冷却；ホットプレスの後であって冷却の前のエージング熱処理（約１０から約２トールの真空、かつ、ＡｒまたはＮ２を含有する不活性雰囲気での約５５０℃から約１０００℃で約０．５から約８時間の加熱を含む）；方法は、第１の材料を第２の材料と混合した後に、第２の材料が約１から約１００μｍの層厚を形成する工程を備え得る；第１の材料と、約１０から約５０μｍの層厚を形成する第２の材料との混合；第２の加熱は、約７００℃から約８５０℃、または、約６５０℃から約７５０℃の範囲で行い得る；および／または、方法は、固体材料をプレスした後であって、固体材料を変形させる前に、真空かつ不活性雰囲気で約１時間から約５時間、固体材料を冷却する工程を備え得る。
【符号の説明】
【００７２】
１０…ボールミル
１５…回転水平ドラム
２０…鋼球
２５…回転インペラ
３０…入口
３５…出口
１００…固定電極ホルダ
１０５…移動電極ホルダ
１１０…電極
１１５…キャリアガス入口
１２０…処理ガス入口
１３０…構造
１３５…基板
１５０…マグネトロンスパッタ源
１５５…回転基板テーブル
２０５…被覆チューブ
２１０…低速ガス流
２１５…隙間
２２０…入口流動プレート
２２５…湿潤・接触域
２３０…微粒子スプレー
２３５…スプレーノズル
２４０…乾燥域
２４５…方法
２５０…混合粉末方法
２６０…距離
２６５…粉末
２７５…軟磁性相
２８０…硬磁石相
２８５…端部
２９０…Ｄｙ粒子
２９５…粒界相
３００…三重会合相
【図１】
2014195072.tif 000003
【図２】
2014195072.tif 000004
【図３】
2014195072.tif 000005
【図４】
2014195072.tif 000006
【図５】
2014195072.tif 000007
【図６】
2014195072.tif 000008
【図７】
2014195072.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月16日(2014.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホットプレスを使用して、永久磁石のための磁性材料を製造する方法であって、
Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末の形態の第１の材料と、
合金の形態でＤｙ，Ｔｂまたはその両方を含有する表面粉末の形態の第２の材料と
を用意する工程と、
前記第２の材料を構成するＤｙまたはＴｂの分布が不均一な状態で、被覆された混合物状の材料が形成されるように、前記第１の材料を前記第２の材料と混合する工程と、
真空かつ磁界下において成形金型内で前記磁性材料を形成する工程と、
約５℃から約３５度までの第１の範囲から、約５００℃から約８５０℃までの第２の範囲まで、前記磁性材料を加熱する工程と、
前記磁性材料を金型内でホットプレスする工程と、
真空かつ不活性雰囲気で約１から約５時間、前記磁性材料を冷却する工程と
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記磁界は、約１〜約２．５テスラ（Ｔ）である
方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記磁性材料を加熱する工程は、前記磁性材料を加熱し、約５００℃から約８５０℃までの前記第２の範囲内で、約０．５から約２時間の間、温度を維持する工程を備える
方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記真空は、約１０から約２トールを含む
方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記第２の材料は、約５から約８０ｗｔ％のジスプロシウムを含む
方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記粉末は、フレーク状である
方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
さらに、被覆しなかった前記フレーク状の粉末を、前記磁性材料を形成する前に、篩い分けによって取り除く工程を備える
方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記冷却する工程は、約５℃から約３５℃までの冷却を含む
方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
さらに、前記ホットプレスの後であって、前記冷却の前のエージング熱処理工程を備え、
前記エージング熱処理工程は、約１０から約２トールの真空、かつ、ＡｒまたはＮ２を含有する不活性雰囲気で、約５００℃から約１０００℃で約０．５から約８時間の間、加熱する工程を備える
方法。
【請求項１０】
ダイアプセットを使用して、永久磁石のための磁性材料を製造する方法であって、
Ｎｄ，ＦｅおよびＢを含有するコア粉末の形態の第１の材料と、
合金の形態でＤｙ，Ｔｂまたはその両方を含有する表面粉末の形態の第２の材料と
を用意する工程と、
前記第２の材料を構成するＤｙまたはＴｂの分布が不均一な状態で、被覆された混合物状の材料が形成されるように、前記第１の材料を前記第２の材料と混合する工程と、
成形金型内で固体材料を形成する工程と、
約５℃から約３５度までの第１の範囲から、約５５０℃から約９００℃までの第２の範囲まで、前記固体材料を加熱する工程と、
前記固体材料を約２０から約８０パーセント変形させて磁性材料を形成する工程と、
真空かつ不活性雰囲気で約１から約５時間、前記磁性材料を冷却する工程と
を備える方法。
【外国語明細書】
2014195072000001.pdf