(57)【要約】【課題】磁気特性に優れる板状磁性部材の製造方法を提供する。【解決手段】希土類元素及び鉄を主成分とする希土類元素−鉄系合金から構成される原料粉末を準備する準備工程と、前記原料粉末に、水素元素を含む雰囲気中、前記希土類元素−鉄系合金の不均化温度以上の温度で水素化処理を施して、水素化粉末を得る水素化工程と、前記水素化粉末に、圧延ロールにより粉末圧延を行って、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び直交方向の少なくとも一方の方向に配向した組織を有する板状圧延材を得る圧延工程と、前記板状圧延材に、不活性雰囲気中又は減圧雰囲気中、当該板状圧延材の再結合温度以上の温度で脱水素処理を施して、板状磁性部材を得る脱水素工程とを備える板状磁性部材の製造方法。【選択図】図１
2018012891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素及び鉄を主成分とする希土類元素−鉄系合金から構成される原料粉末を準備する準備工程と、
前記原料粉末に、水素元素を含む雰囲気中、前記希土類元素−鉄系合金の不均化温度以上の温度で水素化処理を施して、水素化粉末を得る水素化工程と、
前記水素化粉末に、圧延ロールにより粉末圧延を行って、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び直交方向の少なくとも一方の方向に配向した組織を有する板状圧延材を得る圧延工程と、
前記板状圧延材に、不活性雰囲気中又は減圧雰囲気中、当該板状圧延材の再結合温度以上の温度で脱水素処理を施して、板状磁性部材を得る脱水素工程とを備える板状磁性部材の製造方法。
【請求項２】
前記希土類元素は、ネオジム、セリウム、及びプラセオジムから選択される少なくとも１種であり、
前記希土類元素−鉄系合金は、ホウ素を０．５質量％以上３質量％以下含有する請求項１に記載の板状磁性部材の製造方法。
【請求項３】
前記希土類元素は、サマリウムであり、
前記脱水素工程を経た脱水素材に、窒素元素を含む雰囲気中、当該脱水素材の窒化温度以上窒素不均化温度以下の温度で窒化処理を施して、サマリウム−鉄−窒素系合金から構成される板状磁性部材を得る窒化工程を備える請求項１に記載の板状磁性部材の製造方法。
【請求項４】
前記圧延工程では、得られる板状圧延材の相対密度が８０％以上９０％以下となるように粉末圧延を行う請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の板状磁性部材の製造方法。
【請求項５】
前記圧延工程では、得られる板状圧延材の厚さが２ｍｍ以下となるように粉末圧延を行う請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の板状磁性部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状磁性部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、希土類−鉄系合金粉末に水素不均化温度以上で水素化処理⇒圧縮成形⇒再結合温度以上で脱水素処理⇒窒化温度以上窒素不均化温度以下で窒化処理を施して、希土類磁石に用いられる希土類−鉄−窒素系合金材を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３７２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
板状の磁性部材の開発が望まれている。特許文献１に開示の製造方法では、粉末を圧縮成形しているため、厚さが比較的薄い板状に成形し難い上に、結晶方向がある程度揃った集合組織とすることが難しく、磁気特性に優れる板状磁性部材を得ることが難しい。
【０００５】
そこで、磁気特性に優れる板状磁性部材の製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る板状磁性部材の製造方法は、
希土類元素及び鉄を主成分とする希土類元素−鉄系合金から構成される原料粉末を準備する準備工程と、
前記原料粉末に、水素元素を含む雰囲気中、前記希土類元素−鉄系合金の不均化温度以上の温度で水素化処理を施して、水素化粉末を得る水素化工程と、
前記水素化粉末に、圧延ロールにより粉末圧延を行って、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び直交方向の少なくとも一方の方向に配向した組織を有する板状圧延材を得る圧延工程と、
前記板状圧延材に、不活性雰囲気中又は減圧雰囲気中、当該板状圧延材の再結合温度以上の温度で脱水素処理を施して、板状磁性部材を得る脱水素工程とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記板状磁性部材の製造方法は、磁気特性に優れる板状磁性部材を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】試験例２における試料Ｎｏ．２−５のＥＢＳＤ法による鉄結晶の配向状態を示す極点図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１０】
（１）本発明の実施形態に係る板状磁性部材の製造方法は、
希土類元素及び鉄を主成分とする希土類元素−鉄系合金から構成される原料粉末を準備する準備工程と、
前記原料粉末に、水素元素を含む雰囲気中、前記希土類元素−鉄系合金の不均化温度以上の温度で水素化処理を施して、水素化粉末を得る水素化工程と、
前記水素化粉末に、圧延ロールにより粉末圧延を行って、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び直交方向の少なくとも一方の方向に配向した組織を有する板状圧延材を得る圧延工程と、
前記板状圧延材に、不活性雰囲気中又は減圧雰囲気中、当該板状圧延材の再結合温度以上の温度で脱水素処理を施して、板状磁性部材を得る脱水素工程とを備える。
【００１１】
上記板状磁性部材の製造方法は、粉末圧延を行うにあたり、鉄結晶の｛１１０｝面を圧延面と平行方向及び直交する方向の少なくとも一方の方向に配向させることで、脱水素処理後の希土類−鉄系合金から構成される脱水素材（板状磁性部材）において優れる磁気特性を発現できる。粉末圧延によって鉄結晶の｛１１０｝面を特定方向に配向させることで、脱水素処理後の希土類−鉄系合金において磁化容易軸であるｃ軸を特定方向に配向させることができるからである。具体的には、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向に配向していると、脱水素処理後の希土類−鉄系合金において圧延面と平行方向のいずれかにｃ軸が配向し、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と直交方向に配向していると、脱水素処理後の希土類−鉄系合金において圧延面と直交方向のいずれかにｃ軸が配向する。なお、鉄結晶は立方晶であり、鉄結晶の｛１１０｝面は、（１１０）面、（１０１）面、（０１１）面、（１−１０）面、（１０−１）面、（０１−１）面の結晶学的に等価な面を含む。
【００１２】
上記板状磁性部材の製造方法は、水素化処理を施した水素化粉末に粉末圧延を行っているため、原料粉末に粉末圧延を行うよりも、厚さが比較的薄い板状圧延材を容易に得ることができる。水素化粉末は、水素化処理によって相分解した鉄含有物の相を有することで、原料粉末に比べて変形し易いためである。水素化粉末に粉末圧延を行って得られた板状圧延材に脱水素処理を行うことで、水素の吸収・放出反応によってサブミクロンサイズにまで結晶粒が微細化し易く、磁気特性に優れる板状磁性部材、特に保磁力に優れる板状磁性部材を得ることができる。
【００１３】
（２）上記板状磁性部材の製造方法の一例として、
前記希土類元素は、ネオジム、セリウム、及びプラセオジムから選択される少なくとも１種であり、
前記希土類元素−鉄系合金は、ホウ素を０．５質量％以上３質量％以下含有することが挙げられる。
【００１４】
上記希土類元素から構成される希土類−鉄−ホウ素系合金は、磁気特性に優れる板状磁性部材を得ることができる。
【００１５】
（３）上記磁性部材の製造方法の一例として、
前記希土類元素は、サマリウムであり、
前記脱水素工程を経た脱水素材に、窒素元素を含む雰囲気中、当該脱水素材の窒化温度以上窒素不均化温度以下の温度で窒化処理を施して、サマリウム−鉄−窒素系合金から構成される板状磁性部材を得る窒化工程を備えることが挙げられる。
【００１６】
サマリウム−鉄系合金を窒化したサマリウム−鉄−窒素系合金は、磁気特性に優れる板状磁性部材を得ることができる。
【００１７】
（４）上記板状磁性部材の製造方法の一例として、前記圧延工程では、得られる板状圧延材の相対密度が８０％以上９０％以下となるように粉末圧延を行うことが挙げられる。
【００１８】
板状圧延材の相対密度が上記範囲となるように粉末圧延を行うことで、鉄結晶の｛１１０｝面を圧延面と平行方向及び直交する方向の少なくとも一方の方向に配向させ易い。板状圧延材の相対密度が８０％未満となるような粉末圧延では、結晶面のばらつきを低減し難い。一方、板状圧延材の相対密度が９０％超となるような粉末圧延では、別の結晶面、例えば（１１１）面が配向され易く、脱水素処理後のサマリウム−鉄系合金においてｃ軸がランダムな状態となり易い。
【００１９】
（５）上記板状磁性部材の製造方法の一例として、前記圧延工程では、得られる板状圧延材の厚さが２ｍｍ以下となるように粉末圧延を行うことが挙げられる。
【００２０】
水素化処理を施した水素化粉末に粉末圧延を行うことで、得られる板状圧延材の厚さを２ｍｍ以下まで薄くできる。板状圧延材の厚さが薄い方が、厚さ方向の応力分布が小さく、｛１１０｝面を特定方向に配向させ易い。この板状圧延材を脱水素処理、更に窒化処理することで、厚さが２ｍｍ以下と薄く、かつ磁気特性に優れる板状磁性部材を得ることができる。
【００２１】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態の詳細を、以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２２】
〔板状磁性部材の製造方法〕
実施形態に係る板状磁性部材の製造方法は、水素化粉末を粉末圧延して得られた板状圧延材に脱水素処理を行う方法である。実施形態の板状磁性部材の製造方法は、水素化粉末に粉末圧延を行って、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び直交方向の少なくとも一方の方向に配向した組織を有する板状圧延材とすることを特徴の一つとする。鉄結晶の｛１１０｝面が特定方向に配向した板状圧延材とすることで、角形性がよく、磁気特性に優れる板状磁性部材を得ることができる。
【００２３】
実施形態の板状磁性部材の製造方法は、原料粉末を準備する準備工程と、原料粉末に水素化処理を施す水素化工程と、水素化粉末に粉末圧延を行って特定の集合組織を有する板状圧延材を得る圧延工程と、板状圧延材に脱水素処理を施す脱水素工程と、材質によっては脱水素材に窒化処理を施す窒化工程とを備える。以下、工程ごとに詳細に説明する。
【００２４】
≪準備工程≫
準備工程は、希土類元素及び鉄（Ｆｅ）を主成分とする希土類元素−鉄系合金から構成される原料粉末を準備する工程である。
【００２５】
希土類元素は、ネオジム（Ｎｄ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、及びサマリウム（Ｓｍ）から選択される少なくとも１種の元素が挙げられる。特に、希土類元素として、Ｎｄ又はＳｍを含むと、磁気特性に優れる板状磁性部材が得られて好ましい。Ｎｄを含む組成では、Ｎｄの含有量は、２８質量％以上３５質量%以下であることが挙げられる。Ｎｄの含有量が上記範囲内であれば、理想的な化学量論組成であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ等のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金とすることができる。Ｓｍを含む組成では、Ｓｍの含有量は、２４質量％以上２６．５質量％以下であることが挙げられる。Ｓｍの含有量が上記範囲内であれば、理想的な化学量論組成であるＳｍ２Ｆｅ１７やＳｍ１Ｆｅ１１Ｔｉ１等のＳｍ−Ｆｅ系合金とすることができる。Ｆｅの一部をコバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等に置換してもよい。
【００２６】
希土類元素−鉄系合金は、希土類元素及び鉄系元素以外の元素として、特にＮｄを含む組成の場合、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、及び窒素（Ｎ）から選択される少なくとも１種の元素を含むことが挙げられる。Ｂ，Ｃ，Ｎの含有量（複数の場合には合計含有量）は、０．１質量％以上５．０質量％以下であることが挙げられる。特にＢを含有する場合、Ｂの含有量は、０．５質量％以上３．０質量％以下であることが挙げられる。
【００２７】
希土類元素−鉄系合金は、更に、遷移金属元素、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び珪素（Ｓｉ）から選択される１種以上の元素を含むことができる。遷移金属元素は、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニオブ（Ｎｂ）等が挙げられる。これらの添加元素の含有量（複数の場合には合計含有量）は、０．１質量％以上２０質量％以下、更に０．１質量％以上５質量％以下とすることが挙げられる。これらの元素を含有すれば、保磁力の向上等の効果が望める。これらの添加元素は、例えばＦｅの一部に置換されて存在する。その他、希土類元素−鉄系合金は、不可避不純物の含有を許容する。
【００２８】
希土類元素−鉄系合金から構成される原料粉末の大きさは適宜選択できる。例えば、原料粉末の平均粒径を１０μｍ以上３００μｍ以下とすることが挙げられる。原料粉末の平均粒径が１０μｍ以上であることで、後述する圧延工程において、圧延ロールへの投入を均一にするための粉末の流動性を確保できる。また、圧延ロールによって印加される応力の方向が粉末内で均一になり、Ｆｅ結晶の｛１１０｝面を圧延面と平行方向及び直交する方向の少なくとも一方の方向に配向させ易い。一方、原料粉末の平均粒径が３００μｍ以下であることで、後述する水素化処理や窒化処理を短時間でより確実に行い易い。原料粉末の平均粒径は、更に２０μｍ以上２００μｍ以下とすることが挙げられる。平均粒径は、市販のレーザ回折式粒度分布測定装置を用いて体積基準の粒度分布を求め、小径側からの累積が５０％となる粒径値（Ｄ５０粒径）とする。
【００２９】
原料粉末の形状は、球状、棒状、薄片状等の種々の形状とすることが挙げられる。原料粉末は、アスペクト比（最大径と最小径との比）が小さい、例えばアスペクト比が３以下であることが好ましい。特に、原料粉末の形状が球状であることが好ましい。そうすることで、後述する圧延工程において、Ｆｅ結晶の｛１１０｝面を圧延面と平行方向及び直交する方向の少なくとも一方の方向に配向させ易い。
【００３０】
原料粉末は、還元拡散法、急冷凝固法（ストリップキャスト法やメルトスパン法）、溶解鋳造法、ガスアトマイズ法等により作製した所望の希土類元素−鉄系合金の原料合金を必要に応じて粉砕装置により粉砕することで製造できる。粉砕装置は、例えば、ジェットミル、ジョークラッシャー等が挙げられる。希土類元素−鉄系合金の原料粉末の製造には、公知の製造方法を利用できる。粉砕条件や製造条件を適宜変更することで、原料粉末の粒径や形状等を調整することができる。
【００３１】
≪水素化工程≫
水素化工程は、上述の原料粉末に、水素元素を含む雰囲気中、希土類元素−鉄系合金の不均化温度以上の温度で水素化処理を施して、水素化粉末を得る工程である。
【００３２】
水素化粉末は、希土類元素−鉄系合金が希土類元素の水素化合物の相と、鉄を含有する鉄含有物の相とに相分解した組織を有する水素化合金によって構成される。希土類元素の水素化合物の相は、ＮｄＨ２やＳｍＨ２等が挙げられる。鉄含有物の相は、純鉄等が挙げられる。水素化合金は、相分解前の希土類元素−鉄系合金よりも柔らかく、かつ希土類元素の水素化合物の相よりも柔らかい鉄含有物（純鉄）の相が存在するため、塑性変形性に優れる。このような水素化粉末を後述する圧延工程で粉末圧延すると、粉末粒子同士を塑性変形によって結合できる。
【００３３】
水素化合金は、１０体積％以上４０体積％未満の希土類元素の水素化合物の相と、残部が鉄含有物の相とからなる組織を有すると、鉄含有物の相が主成分（６０体積％以上９０体積％以下）であるため、塑性変形性に優れて好ましい。
【００３４】
水素化処理において、水素元素を含む雰囲気は、水素（Ｈ２）のみの単一雰囲気、Ｈ２とアルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）等の不活性ガスとの混合雰囲気が挙げられる。水素化処理の熱処理温度は、水素化処理に供する希土類元素−鉄系合金の不均化反応が進行する温度、即ち不均化温度以上とする。不均化反応が進行することで、希土類元素の優先水素化により、上記希土類元素の水素化合物の相と、鉄含有物の相とに相分解する。この不均化温度は、材質にもよるが、６００℃以上とすることが挙げられる。水素化処理の熱処理温度は、高いほど鉄含有物の相を出現させ易く、粉末の塑性変形性を高められるが、高過ぎると粉末の溶融固着等の不具合が発生するため、１１００℃以下が好ましい。水素化処理の熱処理温度は、更に７００℃以上９００℃以下とすることが挙げられる。この熱処理の保持時間は、３０分以上３００分以下とすることが挙げられる。
【００３５】
水素化粉末の形状、大きさは、原料粉末の形状、大きさを実質的に維持する。よって、水素化粉末が所望の形状、大きさ等となるように原料粉末の形状、大きさ等を調整するとよい。水素化粉末を製造するまでの工程は、公知の技術を適宜参照できる。
【００３６】
≪圧延工程≫
圧延工程は、上述の水素化粉末に、圧延ロールにより粉末圧延を行って、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び直交方向の少なくとも一方の方向に配向した組織を有する板状圧延材を得る工程である。
【００３７】
粉末圧延とは、一対の圧延ロールの軸が平行するように配置され、圧延ロール間の間隔を狭める方向に所定の圧力が印加された状態で、圧延ロール間に粉末を供給することで、粉末粒子同士が塑性変形によって結合された板状材を製造可能な加工法である。粉末圧延を行うことで、水素化合金から構成される板状材を連続して容易に製造でき、薄くかつ長尺な板状材も製造できる。粉末圧延には、市販の装置を利用できる。粉末圧延の雰囲気は適宜選択できるが、不活性雰囲気とすると、水素化粉末や得られる板状圧延材の酸化を防止できて好ましい。
【００３８】
なお、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向に配向した組織とは、圧延面を基準面として、鉄結晶の｛１１０｝面が以下の二つの条件を満たすことを言う。一つ目の条件は、｛１１０｝面が基準面から±１０°以内の角度で傾斜して存在する鉄結晶の個数が、｛１１０｝面が基準面から±（１０〜２０）°の角度で傾斜して存在する鉄結晶の個数の５倍以上となっている。二つ目の条件は、｛１１０｝面が基準面から±（２０〜７０）°の角度で傾斜する鉄結晶は実質的に存在しない。同様に、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と直交方向に配向した組織とは、圧延面を基準面として、鉄結晶の｛１１０｝面が以下の二つの条件を満たすことを言う。一つ目の条件は、｛１１０｝面が基準面から±８０°以上の角度で傾斜して存在する鉄結晶の個数が、｛１１０｝面が基準面から±（７０〜８０）°の角度で傾斜して存在する鉄結晶の個数の５倍以上となっている。二つ目の条件は、｛１１０｝面が基準面から±（２０〜７０）°の角度で傾斜する鉄結晶は実質的に存在しない。なお、板状圧延材における鉄結晶を電子線後方散乱解析法（ＥＢＳＤ）により分析することで、それぞれの鉄結晶の｛１１０｝面と基準面との傾斜角度を導出でき、各傾斜角度を有する鉄結晶の数を測定できる。ここで、傾斜角度は、鉄結晶の等価な面の各方向のなかで、その方向と圧延面の法線方向との立体角が最も小さい方向について、その立体角と定義する。
【００３９】
粉末圧延は、得られる板状圧延材の相対密度が８０％以上９０％以下となるように行うことが好ましい。板状圧延材の相対密度が上記範囲となるように粉末圧延を行うことで、鉄結晶の｛１１０｝面を上記特定の方向に配向させ易い。板状圧延材の相対密度が８０％以上となるような粉末圧延では、板状圧延材の内部まで均質に塑性変形し易く、また水素化粉末の変形量が大きくなり、結晶面のばらつきを上記特定の方向に揃え易く、｛１１０｝面を上記特定の方向に配向させ易い。板状圧延材の相対密度が大きくなるような粉末圧延ほど水素化粉末の変形量を大きくでき、結晶面のばらつきを上記特定の方向により揃え易いが、水素化粉末の変形量が大き過ぎると、（１１１）面が配向され易い。よって、板状圧延材の相対密度が９０％以下となるような粉末圧延とすることで、｛１１０｝面を上記特定の方向に配向できる。粉末圧延は、得られる板状圧延材の相対密度が更に８２％以上８９％以下、特に８５％以上８８％以下となるように行うことが好ましい。
【００４０】
粉末圧延において、水素化粉末の変形量に影響を及ぼすパラメータとして、圧下力・パス数・圧延速度等が挙げられる。よって、これらのパラメータを変えることによって、得られる板状圧延材の相対密度を変えることができる。
【００４１】
粉末圧延は、１パス当たりの圧下力を０．５ｔｏｎ以上７ｔｏｎ以下で行うことが挙げられる。０．５ｔｏｎ／パス以上で粉末圧延を行うことで、水素化粉末の変形に寄与することができる。一方、７ｔｏｎ／パス以下で粉末圧延を行うことで、水素化粉末の変形量を適切にでき、鉄結晶の｛１１０｝面を上記特定の方向に配向させ易い。
【００４２】
粉末圧延は、例えば、１パス当たりの圧下力を５ｔｏｎで行う場合、５パス以上７パス以下で行うことが挙げられる。つまり、粉末圧延は、水素化粉末に作用する合計圧下力（１パス当たりの圧下力×パス数）が２５ｔｏｎ以上３５ｔｏｎ以下となるように行うことが挙げられる。粉末圧延は、複数パス行うことが好ましく、水素化粉末に作用する合計圧下力は、更に２７ｔｏｎ以上３３ｔｏｎ以下、特に２８ｔｏｎ以上３２ｔｏｎ以下とすることが挙げられる。粉末圧延は、圧延速度を０．１ｍ／ｍｉｎ以上５ｍ／ｍｉｎ以下、更に０．５ｍ／ｍｉｎ以上２ｍ／ｍｉｎ以下で行うことが挙げられる。
【００４３】
得られる板状圧延材は、代表的には、板状圧延材の厚さ方向に複数の水素化粉末の粉末粒子が積層され、かつ粉末圧延材の圧延方向（長手方向）に各粉末粒子が塑性変形した構造を有する。そして、板状圧延材の相対密度が８０％以上９０％以下であり、鉄結晶の｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び直交方向の少なくとも一方の方向に配向した組織を有する。この構造及び組織は、後述する脱水素処理後の脱水素材、窒化処理後の窒化材（板状磁性部材）に実質的に維持される。板状圧延材の相対密度は、理論密度（真密度）に対する実測密度の比率（％）である。実測密度は、粉末圧延材の面積及び厚さから導出した体積と、重量測定により測定した重量とにより求められる。
【００４４】
板状圧延材の厚さは、水素化粉末の大きさにもよるが、例えば２ｍｍ以下、更に１ｍｍ以下、特に０．５ｍｍ以下と薄板状とすることができる。また、板状圧延材の長さは、連続的に製造されることから任意の長さを得ることができる。
【００４５】
≪脱水素工程≫
脱水素工程は、上述の板状圧延材に、不活性雰囲気中又は減圧雰囲気中、当該板状圧延材の再結合温度以上の温度で脱水素処理を施して、脱水素材を得る工程である。
【００４６】
脱水素材は、上述の水素化処理によって希土類元素の水素化合物の相と鉄含有物の相とに分解された水素化合金が再結合されて、原料粉末と同じ希土類元素−鉄系化合物を主相とする希土類元素−鉄系合金で構成される。水素化処理及び脱水素処理を行うことで、水素の吸収・放出反応によってサブミクロンサイズにまで結晶粒が微細化し易く、磁気特性に優れる板状磁性部材、特に保磁力に優れる板状磁性部材を得ることができる。
【００４７】
脱水素材は、脱水素処理の前後で体積の変化度合い（熱処理後の収縮量）が少なく、例えば、脱水素処理前の板状圧延材との体積変化率が５％以下である。
【００４８】
脱水素処理は、上記希土類元素の水素化合物の相から水素を除去するため、非水素雰囲気で行う。非水素雰囲気は、上述のように不活性雰囲気や減圧雰囲気が挙げられる。不活性雰囲気は、例えばＡｒやＮ２等が挙げられる。減圧雰囲気は、標準の大気圧よりも圧力が低い真空雰囲気であり、最終真空度が１０Ｐａ以下であることが好ましい。減圧雰囲気とすることで、上記希土類元素の水素化合物が残存し難く、希土類元素−鉄系合金化を完全に起させることができ、磁気特性に優れる板状磁性部材を得ることができる。
【００４９】
脱水素処理の熱処理温度は、脱水素処理に供する板状圧延材の再結合温度以上とする。この再結合温度は、板状圧延材の組成にもよるが、６００℃以上とすることが挙げられる。脱水素処理の熱処理温度は、高いほど水素を十分に除去できるが、高過ぎると希土類元素が揮発して減少したり、希土類元素−鉄系合金の結晶の粗大化により板状磁性部材の保磁力が低下したりする虞があるため、１０００℃以下が好ましい。脱水素処理の熱処理温度は、更に７００℃以上９００℃以下、特に７５０℃以上８５０℃以下とすることが挙げられる。この熱処理の保持時間は、１０分以上６００分以下とすることが挙げられる。脱水素工程は、公知の技術を適宜参照できる。
【００５０】
≪窒化工程≫
窒化工程は、上述の脱水素材が、例えばサマリウム−鉄系合金である場合、その脱水素材に、窒素元素を含む雰囲気中、当該脱水素材の窒化温度以上窒素不均化温度以下の温度で窒化処理を施して、サマリウム−鉄−窒素系合金から構成される板状磁性部材を得る工程である。
【００５１】
板状磁性部材は、サマリウム−鉄−窒素系合金によって構成される。主相の例としては、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３や、Ｓｍ１Ｆｅ１１Ｔｉ１Ｎ２等が挙げられる。板状磁性部材は、上述の板状圧延材を脱水素処理⇒窒化処理して製造することで、窒化処理の前後で体積の変化度合いが少なく、例えば、窒化処理前の脱水素材との体積変化率が５％以下である。
【００５２】
窒化処理において、窒素元素を含む雰囲気は、窒素（Ｎ２）のみの単一雰囲気、アンモニア（ＮＨ３）雰囲気、窒素（Ｎ２）やアンモニアといった窒素元素を含むガスとＡｒといった不活性ガスとの混合ガス雰囲気、上記窒素元素を含むガスと水素（Ｈ２）との混合ガス雰囲気等が挙げられる。窒化処理の熱処理温度は、窒化処理に供する脱水素材の窒化温度（サマリウム−鉄系合金が窒素元素と反応する温度）以上、窒素不均化温度（鉄含有物とサマリウムとがそれぞれ分離・独立して、窒素元素と反応する温度）以下とする。この窒化温度や不均化温度は、サマリウム−鉄系合金の組成にもよるが、２００℃以上５５０℃以下とすることが挙げられる。窒化処理の熱処理温度は、更に３００℃以上４５０℃以下とすることが挙げられる。この熱処理の保持時間は、１０分以上６００分以下とすることが挙げられる。窒化工程は、公知の技術を適宜参照できる。
【００５３】
≪効果≫
実施形態の板状磁性部材の製造方法では、粉末圧延時に鉄結晶の｛１１０｝面を圧延面と平行方向及び直交する方向の少なくとも一方の方向に配向させることで、脱水素処理後の脱水素材、更にこの脱水素材に窒化処理を施した窒化材において磁化容易軸であるｃ軸を特定方向に配向させることができ、角形性に優れる板状磁性部材を得ることができる。角形性がよいとは、残留磁化Ｂｒの９０％に対応する磁場Ｈ（９０％Ｂｒ）と、保磁力Ｈｃｊとの比：Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが大きいことを言う。例えば、Ｓｍを含有する希土類元素−鉄系合金の板状磁性部材の場合、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが６０％以上、更に６５％以上、特に７０％以上を有する。Ｎｄを含有する希土類元素−鉄系合金の板状磁性部材の場合、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが４０％以上、更に４５％以上、特に５０％以上を有する。また、実施形態の板状磁性部材の製造方法では、水素化処理⇒粉末圧延⇒脱水素処理を行っていることで、結晶粒を微細化でき、保磁力に優れる板状磁性部材を得ることができる。例えば、Ｓｍを含有する希土類元素−鉄系合金の板状磁性部材の場合、保磁力が９００ｋＡ／ｍ以上、更に９１０ｋＡ／ｍ以上、特に９３０ｋＡ／ｍ以上を有する。Ｎｄを含有する希土類元素−鉄系合金の板状磁性部材の場合、保磁力が１０００ｋＡ／ｍ以上、更に１１００Ａ／ｍ以上、特に１２００ｋＡ／ｍ以上を有する。なお、板状磁性部材におけるｃ軸配向は、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により分析できる。
【００５４】
上述の板状磁性部材を適宜着磁することで、板状磁石が得られる。この板状磁石は、磁化容易軸であるｃ軸が特定方向（圧延面と平行方向や直交方向のいずれか）に配向した板状磁性部材を用いているため、磁気特性、特に角形性に優れる。
【００５５】
［試験例１］
サマリウム（Ｓｍ）を含有する希土類元素−鉄系合金の板状磁性部材を、以下の準備工程⇒水素化工程⇒圧延工程⇒脱水素工程⇒窒化工程という手順で作製し（試料Ｎｏ．１−１〜１−５）、得られた板状磁性部材の磁気特性を調べた。また、比較例として、上記手順とは異なる手順で板状磁性部材を作製し（試料Ｎｏ．１−１１）、得られた板状磁性部材の磁気特性を調べた。
【００５６】
≪試料の作製≫
・試料Ｎｏ．１−１〜１−５
準備工程では、２４質量％のＳｍを含有するＳｍ２Ｆｅ１７合金から構成される原料粉末を還元拡散法により準備した。原料粉末の平均粒径（Ｄ５０粒径）は３０μｍであり、この原料粉末を構成する粉末粒子は、球状であった。
【００５７】
水素化工程では、上記原料粉末に、水素雰囲気中、８５０℃×１２０分の水素化処理を施して、水素化粉末を作製した。
【００５８】
圧延工程では、上記水素化粉末に、市販の粉末圧延機（圧延幅４０ｍｍ）を用いて、表１に示す板厚及び相対密度（理論密度／実測密度）となるように、パス数を変えて粉末圧延を行い、２００〜５００ｍｍの長さの板状圧延材を作製した。粉末圧延の条件は、１パス当たりの圧下力を５ｔｏｎ、圧延速度を０．５ｍ／ｍｉｎとした。
【００５９】
脱水素工程では、上記板状圧延材に、真空雰囲気中、７００℃×１５０分の脱水素処理を施して、板状の脱水素材を作製した。
【００６０】
窒化工程では、上記板状の脱水素材に、ＮＨ３ガスとＨ２ガスとの混合ガス雰囲気（ＮＨ３ガスとＨ２ガスとの混合比は、体積比で１：２）中、３５０℃×３６０分の窒化処理を施して、板状の窒化材（板状磁性部材）を作製した。
【００６１】
・試料Ｎｏ．１−１１
以下の準備工程⇒窒化工程⇒粉砕工程⇒樹脂混練工程⇒シート化工程という手順で板状磁性部材を作製した。準備工程では、試料Ｎｏ．１−１と同様の原料粉末を準備した。窒化工程では、上記原料粉末に、ＮＨ３ガスとＨ２ガスとの混合ガス雰囲気（ＮＨ３ガスとＨ２ガスとの混合比は、体積比で１：２）中、３５０℃×３６０分の窒化処理を施した。粉砕工程では、市販の粉砕機を用いて、窒化処理を施した粉末を平均粒径が２〜５μｍを満たすように粉砕した。樹脂混練工程では、粉砕した粉末と、ナイロン樹脂の粉末とを十分に混練し、混合物を作製した。シート化工程では、上記混合物に、０．５Ｔの磁場を印加した状態でロール処理を施し、厚さ１ｍｍ×長さ２５０ｍｍの板状磁性部材を作製した。
【００６２】
≪磁気特性の評価≫
各試料について、板状磁性部材を１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさにカットし、合計厚さが約１０ｍｍとなるように積層した積層物を作製し、積層方向に磁束密度３Ｔのパルス磁場を印加して着磁した。着磁した各試料について、ＢＨトレーサ（理研電子株式会社製ＤＣＢＨトレーサ）を用いてＢ−Ｈ曲線を測定して、残留磁化Ｂｒ及び保磁力Ｈｃｊを求めた。また、残留磁化Ｂｒの９０％に対応する磁場Ｈ（９０％Ｂｒ）、及びこの磁場Ｈ（９０％Ｂｒ）と保磁力との比：Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊを求めた。その結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2018012891.tif 000003
【００６４】
表１に示すように、相対密度が８０％以上９０％以下となるように粉末圧延を行った試料Ｎｏ．１−４，１−５の板状磁性部材は、相対密度が８０％未満となるような粉末圧延を行った試料Ｎｏ．１−１，１−２，１−３や、粉末圧延を行っていない試料Ｎｏ．１−１１の板状磁性部材と比較して、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが６５％以上と角形性に優れることがわかる。特に、相対密度が８５％以上となるように粉末圧延を行った試料Ｎｏ．１−５の板状磁性部材は、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが７０％以上と非常に角形性に優れることがわかる。これは、粉末圧延によって、鉄結晶の｛１１０｝面を特定方向に配向させることで、磁化容易軸であるｃ軸を特定方向に配向させることができたためと考えられる。一方、相対密度が８０％未満となるような粉末圧延を行った試料Ｎｏ．１−１，１−２，１−３や、粉末圧延を行っていない試料Ｎｏ．１−１１の板状磁性部材は、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが５０％未満と角形性に劣ることがわかる。これは、粉末圧延のパス数が少ないため、水素化粉末の変形量が少なく、鉄結晶の｛１１０｝面を特定方向に配向させることができなかったためと考えられる。
【００６５】
［試験例２］
ネオジム（Ｎｄ）を含有する希土類元素−鉄系合金の板状磁性部材を、以下の準備工程⇒水素化工程⇒圧延工程⇒脱水素工程という手順で作製し（試料Ｎｏ．２−１〜２−５）、得られた板状磁性部材の磁気特性を調べた。また、比較例として、上記手順とは異なる手順で板状磁性部材を作製し（試料Ｎｏ．２−１１）、得られた板状磁性部材の磁気特性を調べた。
【００６６】
≪試料の作製≫
・試料Ｎｏ．２−１〜２−５
準備工程では、３０質量％のＮｄ及び１質量％のホウ素（Ｂ）を含有するＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金をストリップキャスト法により作製、その合金を粉砕して平均粒径（Ｄ５０粒径）が１００〜３００μｍの原料粉末を準備した。この原料粉末を構成する粉末粒子は、アスペクト比が小さい（３以下である）粒状であった。
【００６７】
水素化工程では、上記原料粉末に、水素雰囲気中、８５０℃×１２０分の水素化処理を施して、水素化粉末を作製した。
【００６８】
圧延工程では、上記水素化粉末に、市販の粉末圧延機（圧延幅４０ｍｍ）を用いて、表２に示す板厚及び相対密度（理論密度／実測密度）となるように、パス数を変えて粉末圧延を行い、２００〜５００ｍｍの長さの板状圧延材を作製した。粉末圧延の条件は、１パス当たりの圧下力を５ｔｏｎ、圧延速度を０．５ｍ／ｍｉｎとした。
【００６９】
脱水素工程では、上記板状圧延材に、真空雰囲気中、８００℃×１５０分の脱水素処理を施して、板状の脱水素材（板状磁性部材）を作製した。
【００７０】
・試料Ｎｏ．２−１１
以下の準備工程⇒水素化工程⇒脱水素工程⇒粉砕工程⇒樹脂混練工程⇒シート化工程という手順で板状磁性部材を作製した。準備工程では、試料Ｎｏ．１−１と同様の原料粉末を準備した。水素化工程では、上記原料粉末に、水素雰囲気中、８５０℃×１２０分の水素化処理を施して、水素化粉末を作製した。脱水素工程では、上記水素化粉末に、真空雰囲気中、８００℃×１５０分の脱水素処理を施して、脱水素粉末を作製した。粉砕工程では、市販の粉砕機を用いて、上記脱水素粉末を平均粒径が５０〜１００μｍを満たすように粉砕した。樹脂混練工程では、粉砕した粉末と、ナイロン樹脂の粉末とを十分に混練し、混合物を作製した。シート化工程では、上記混合物に、０．５Ｔの磁場を印加した状態でロール処理を施し、厚さ１ｍｍ×長さ２５０ｍｍの板状磁性部材を作製した。
【００７１】
≪磁気特性の評価≫
各試料について、試験例１と同様に、板状磁性部材を１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさにカットし、合計厚さが約１０ｍｍとなるように積層した積層物を作製し、積層方向に磁束密度３Ｔのパルス磁場を印加して着磁した。着磁した各試料について、ＢＨトレーサを用いてＢ−Ｈ曲線を測定して、残留磁化Ｂｒ、保磁力Ｈｃｊ、磁場Ｈ（９０％Ｂｒ）、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊを求めた。その結果を表２に示す。
【００７２】
【表２】
2018012891.tif 000004
【００７３】
表２に示すように、相対密度が８０％以上９０％以下となるように粉末圧延を行った試料Ｎｏ．２−４，２−５の板状磁性部材は、相対密度が８０％未満となるような粉末圧延を行った試料Ｎｏ．２−１，２−２，２−３や、粉末圧延を行っていない試料Ｎｏ．２−１１の板状磁性部材と比較して、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが４５％以上と角形性に優れることがわかる。特に、相対密度が８５％以上となるように粉末圧延を行った試料Ｎｏ．２−５の板状磁性部材は、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが５０％以上と非常に角形性に優れることがわかる。これは、粉末圧延によって、鉄結晶の｛１１０｝面を特定方向に配向させることで、磁化容易軸であるｃ軸を特定方向に配向させることができたためと考えられる。一方、相対密度が８０％未満となるような粉末圧延を行った試料Ｎｏ．２−１，２−２，２−３や、粉末圧延を行っていない試料Ｎｏ．２−１１の板状磁性部材は、Ｈ（９０％Ｂｒ）／Ｈｃｊが４０％未満と角形性に劣ることがわかる。これは、粉末圧延のパス数が少ないため、水素化粉末の変形量が少なく、鉄結晶の｛１１０｝面を特定方向に配向させることができなかったためと考えられる。
【００７４】
≪鉄結晶の｛１１０｝面の配向状態≫
試料Ｎｏ．２−５の板状磁性部材について、ＥＢＳＤ法により鉄結晶の｛１１０｝面の極点図を採取し、その配向状態を調べた。その極点図を図１に示す。この極点図は、｛１１０｝面の結晶方位の分布状態（極密度の大きさ）を色別（極密度が大きい順に、赤、橙、黄、緑、青）で表す。図１は、グレースケールで示すが、実際には上記色別がある。ここでは、｛１１０｝面が強く配向しているほど赤色になり、その他の面（例えば（１１１）面）が強く配向しているほど青色になる。この極点図の中心は、板表面に対して０°、すなわち圧延面と平行方向を示し、円周上は、板表面に対して９０°、すなわち圧延面と直交方向を示す。
【００７５】
図１に示すように、試料Ｎｏ．２−５は、中心付近及び円周付近に赤色が多く、その間には赤色が実質的に存在しないことがわかる。つまり、試料Ｎｏ．２−５は、｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び圧延面と直交方向に強く配向した組織を有することがわかる。このように、｛１１０｝面が特定方向に配向していることで、試料Ｎｏ．２−５の板状磁性部材は、角形性に優れる結果となったと考えられる。
【００７６】
なお、試料Ｎｏ．２−４における鉄結晶の｛１１０｝面の極点図は図示していないが、試料Ｎｏ．２−４も角形性に優れる結果となったことから、試料Ｎｏ．２−４も、図１に示す試料Ｎｏ．２−５と同様の組織を有していると考えられる。一方、試料Ｎｏ．２−１，２−２，２−３，２−１１は、角形性に劣る結果となったことから、試料Ｎｏ．２−５とは異なる組織を有していると考えられる。つまり、試料Ｎｏ．２−１，２−２，２−３，２−１１の板状磁性部材は、｛１１０｝面が圧延面と平行方向及び圧延面と直交方向に配向しておらず、｛１１０｝面以外の例えば（１１１）面が配向した組織を有すると考えらえる。
【図１】
2018012891.tif 000005