(57)【要約】      （修正有）【課題】高熱安定性の等方性希土類磁石粉末を提供する。【解決手段】原子パーセントで表される組成成分が、ＳｍｘＲａＦｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ａＭｙＮｚであり、ここで、ＲはＺｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種であり、ＭはＣｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌのうちの少なくとも１種であり、ｘ＋ａは７％〜１０％であり、ａは０％〜１．５％であり、ｙは０％〜５％であり、ｚは１０％〜１４％である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子パーセントで表される組成成分が、
ＳｍｘＲａＦｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ａＭｙＮｚである希土類永久磁石材料であって、
ここで、ＲはＺｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種であり、ＭはＣｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌのうちの少なくとも１種であり、ｘ＋ａは７％〜１０％であり、ａは０％〜１．５％であり、ｙは０％〜５％であり、ｚは１０％〜１４％であることを特徴とする希土類永久磁石材料。
【請求項２】
ＴｂＣｕ７相、Ｔｈ２Ｚｎ１７相及び軟磁性相α−Ｆｅを含み、
前記希土類永久磁石材料におけるＴｂＣｕ７相の含有量は５０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９５％以上であることが好ましく、
前記希土類永久磁石材料におけるＴｈ２Ｚｎ１７相の含有量は０％〜５０％（０を除く）、好ましくは１％〜２０％であることが好ましく、
前記希土類永久磁石材料における軟磁性相α−Ｆｅの含有量は０％〜５％（０を除く）であることが好ましく、
前記希土類永久磁石材料は、平均サイズが１０ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍである結晶粒からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の希土類永久磁石材料の製造方法であって、
（１）Ｓｍ、Ｒ、Ｆｅ、Ｍを母合金となるように溶製するステップと、
（２）ステップ（１）で得られた母合金を急冷させて焼入れリボンを製造するステップと、
（３）ステップ（２）で得られた焼入れリボンの結晶化処理を行うステップと、
（４）ステップ（３）で結晶化された永久磁石材料の窒化により、前記希土類永久磁石材料を得るステップと、を含む製造方法。
【請求項４】
ステップ（１）における溶製は、中間周波数又はアークにより行われ、
溶製により得られたインゴットは、ミリメートルレベルのインゴットブロックになるように予め粉砕されることが好ましい、
ことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
ステップ（２）における急冷過程は、母合金をノズル付きの石英管に投入し、誘導溶解により溶解させた合金液を、ノズルを通して、回転する水冷される銅製モールドに噴出することにより、焼入れリボンを得るように行われ、
急冷時の車輪速度は２０ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓであり、好ましくは４０ｍ／ｓ〜５０ｍ／ｓであることが好ましい、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の製造方法。
【請求項６】
ステップ（３）における結晶化処理過程は、焼入れリボンを包んで熱処理を行ってから、焼入れ処理を行うように行われ、
前記熱処理は、管状抵抗炉で行われることが好ましく、
前記熱処理は、アルゴン雰囲気で行われることが好ましく、
前記焼入れ処理は、水冷方式を用いて行われることが好ましく、
前記熱処理の温度は７００℃〜９００℃であり、時間は５ｍｉｎ以上、好ましくは１０ｍｉｎ〜９０ｍｉｎであることが好ましく、
ステップ（３）における結晶化処理後の材料に対して粉砕処理を行うことが好ましく、
５０メッシュ以上、好ましくは８０メッシュ以上にまで粉砕されることが好ましい、
ことを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
ステップ（４）における窒化は窒化炉で行われ、
１ａｔｍ〜２ａｔｍ、好ましくは１．４ａｔｍの高純度窒素雰囲気で行われることが好ましく、
窒化の温度は３５０℃〜６００℃、好ましくは４３０℃〜４７０℃、時間は１２ｈ以上、好ましくは２４ｈであることが好ましい、
ことを特徴とする請求項３乃至６のうちいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の希土類永久磁石材料を含むことを特徴とする磁石。
【請求項９】
前記希土類永久磁石材料と接着剤とが結合されてなり、
前記磁石は、本発明の希土類永久磁石材料とエポキシ樹脂とを混合して混合材料を得て、混合材料に潤滑剤を添加して処理することによりボンド磁石を得て、最後に、得られたボンド磁石の熱硬化を行うことにより製造されることが好ましい、
ことを特徴とする請求項８に記載の磁石。
【請求項１０】
希土類永久磁石材料とエポキシ樹脂との重量比は１００：１〜１０、好ましくは１００：４であり、
前記潤滑剤の添加量は０．２ｗｔ％〜１ｗｔ％、好ましくは０．５ｗｔ％であることが好ましく、
前記処理は、モールドプレッシング、注射、圧延又は押出しであることが好ましく、
前記モールディングは、タブレットプレスを用いて行われることが好ましく、
前記熱硬化の温度は１５０℃〜２００℃、好ましくは１７５℃であることが好ましく、時間は０．５ｈ〜５ｈ、好ましくは１．５ｈであることが好ましい、
ことを特徴とする請求項９に記載の磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類永久磁石材料の分野に属し、具体的には、高熱安定性の希土類永久磁石粉末、その製造方法及びそれを含む磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類永久磁石材料とは、希土類金属及び遷移金属で形成された合金から一定のプロセスを経て製造した永久磁石材料である。希土類永久磁石材料は、現在既存の全体性能が最も高い永久磁石材料であり、磁気特性が１９世紀に使用される磁性鋼材よりも１００倍以上高く、フェライト、アルニコに比べ性能が格段に優れており、磁気特性は高価な白金コバルト合金の２倍もある。希土類永久磁石材料の使用により、永久磁石装置の小型化を促進し、製品の性能を向上させると共に、一部の特殊装置の誕生を促進するので、希土類永久磁石材料は、発見されてからすぐに十分な注目を集め、急速な発展を遂げた。希土類永久磁石材料は、機械、電子、器械及び医療等の分野において広く応用されている。
【０００３】
１９９０年、Ｈｏｎg Ｓｕｎ及びＣｏｅｙらは、気相−固相反応によって、極めて高い異方性磁界（１４Ｔ）及び良好な耐熱性を有する格子間原子金属間化合物Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎｘを合成した。また、ＴｂＣｕ７型等方性サマリウム鉄窒素は１９９１年にてドイツのＫａｔｔｅｒらによって初めて発見され、このようなサマリウム鉄窒素の原子近似比はＳｍＦｅ９Ｎｘであり、ＴｂＣｕ７型等方性焼入れサマリウム鉄窒素は、飽和磁化強度が高く（１.７Ｔ）、キュリー温度が高く（７４３Ｋ）、耐食性が良好である等の特徴を有し、且つ焼入れネオジウム鉄ボロンに比べ、プロセスが安定した条件下においてはその包括的なコストがより低く、将来性のある新世代の希土類永久磁石材料であると認められている。等方性サマリウム鉄窒素系磁石粉末から製造されるボンド磁石は、同様に磁気特性が高いだけでなく、必要な磁石体積を小さくすることもでき、そして耐食性が良好であり、マイクロモータ、センサ、スタータ等の各分野に応用可能である。しかしながら、等方性焼入れサマリウム鉄窒素系磁石粉末から製造されるボンド磁石は高温度で使用すると、磁気特性が低下し、磁束損失になる等の問題がある。高熱安定性の等方性サマリウム鉄窒素に対する研究及び開発は実用的な意義を有する。
【０００４】
ＪＰ２００２０５７０１７には、一連の主相がＴｂＣｕ７構造である等方性のサマリウム鉄窒素及びその磁気特性が開示され、溶融急冷によって製造されるサマリウム鉄合金を窒化させた後、磁気エネルギー積は１２〜１８ＭＧＯｅに達するが、磁石粉末保磁力はほとんど１０ｋＯｅ以下のままである。該特許において、５００℃〜９００℃の異なる熱処理温度での処理後に窒化された磁石粉末の磁気特性を取得したが、その相構造の変化及び磁石粉末の熱安定性への影響には関心が及んでいない。また、ＣＮ１０２２０８２３４Ａには、元素をドーピングすることで焼入れＳｍＦｅ合金液体の濡れ性を向上させることが開示され、これにより、非晶質リボンを取得することがより容易になり、ＴｂＣｕ７準安定相の形成に寄与するが、磁石粉末の熱安定性をどのように改善するかについて記載がない。さらに、ＵＳ５７５００４４には、ＮｄＦｅＢに近い磁気特性を有する等方性のＳｍＦｅＣｏＺｒＮ磁石粉末が開示され、このような磁石粉末は、ＴｂＣｕ７、Ｔｈ２Ｚｎ１７、Ｔｈ２Ｎｉ１７、α−Ｆｅのうちの複数の相構造を含むことが可能であるが、Ｔｈ２Ｚｎ１７、Ｔｈ２Ｎｉ１７型相の含有量の磁石粉末の性能に対する影響には関心が及んでいない。
【０００５】
異方性Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ磁石粉末は、保磁力及び磁気エネルギー積が高く、その製造方法は主として、溶融急冷法、機械合金化、ＨＤＤＲ、粉末冶金法及び還元拡散法等がある。異方性Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ磁石粉末は、固有保磁力に優れ、使用温度がより高いが、これらのプロセスはいずれも、まず最初に単一相の母合金を製造してから、窒化を経てＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ磁石粉末を得ることが必要とされ、且つ磁石粉末粒子は、単一ドメインサイズに近づくものでなければ、高い磁気特性を取得することができないため、製造プロセスが複雑であり、高コストである。
【０００６】
ＣＮ１９５３１１０Ａには、結合型サマリウム鉄窒素及びネオジウム鉄窒素の複合永久磁石材料が開示され、良好な磁気特性、耐熱性及び耐酸化性能を有するが、その製造方法は、単に異なる磁石粉末の複合結合だけであり、材料のミクロ構造設計の角度からその熱安定性を改善していない。ＣＮ１０６３１２０７７Ａにおいても、サブミクロン異方性サマリウム鉄窒素系磁石粉末及びそのハイブリッドボンド磁石が開示され、同様に、複合の角度から高性能の単一相異方性サマリウム鉄窒素を用いて磁石及び複合磁石の磁気特性を向上させているが、その単一相粒子のサマリウム鉄窒素系磁石粉末の製造プロセスも複雑であり、高コストであり、且つ複合方式は依然として物理的な混合結合である。
【０００７】
応用物理雑誌“Journal of applied physics”７０．６(１９９１)：３１８８−３１９６において、異なる車輪速度で製造される焼入れＳｍＦｅ合金が開示され、焼入れ窒化処理を経て磁石粉末の磁気特性が得られ、Ｔｈ２Ｚｎ１７型及びＴｂＣｕ７型という２つの結晶構造の磁石粉末を取得した。該文章において、高保磁力のＴｈ２Ｚｎ１７型（２１ｋＯｅ）を選択することをアドバイスしたが、ＴｂＣｕ７型構造は、実用的な磁石にとって、さらに保磁力を向上させ、ＴｂＣｕ７型結晶粒のサイズを低減する必要があると指摘した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このため、本発明の目的の一つは、高熱安定性の等方性希土類永久磁石粉末を提供することにある。本発明に提供される希土類永久磁石粉末は耐熱性、耐食性を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下のような構成となる。
【００１０】
希土類永久磁石材料であって、原子パーセントで表される組成成分は、
ＳｍｘＲａＦｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ａＭｙＮｚであり、
但し、ＲはＺｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種であり、ＭはＣｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌのうちの少なくとも１種であり、ｘ＋ａは７％〜１０％であり、ａは０％〜１．５％であり、ｙは０％〜５％であり、ｚは１０％〜１４％である。上記範囲はいずれも端点の値を含む。Ｎは窒素元素である。
【００１１】
前記希土類永久磁石材料はＴｂＣｕ７相、並びに、オプションとしてＴｈ２Ｚｎ１７相及び軟磁性相α−Ｆｅを含むことが好ましい。
【００１２】
前記希土類永久磁石材料におけるＴｂＣｕ７相の含有量は５０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９５％以上であることが好ましい。
【００１３】
前記希土類永久磁石材料におけるＴｈ２Ｚｎ１７相の含有量は０％〜５０％（０を除く）、好ましくは１％〜５０％であることが好ましい。
【００１４】
前記希土類永久磁石材料における軟磁性相α−Ｆｅの含有量は０％〜５％（０を除く）であることが好ましい。
【００１５】
前記希土類永久磁石材料は、平均サイズが１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍである結晶粒からなることが好ましい。
【００１６】
本発明に提供される希土類永久磁石材料の磁気特性Ｈｃｊは１０ｋＯｅ以上に達し、磁気エネルギー積ＢＨは１４ＭＧＯｅ以上になる。また、本発明の希土類永久磁石材料から製造される磁石の不可逆減磁率は５％未満である（その熱安定性は、１２０℃で空気中に２ｈ暴露された場合のボンド磁石の不可逆減磁率によって特徴付けられる）。
【００１７】
本発明のもう一つの目的は、本発明に記載の希土類永久磁石材料の製造方法を提供することにあり、以下のステップを含む。
【００１８】
（１）Ｓｍ、Ｒ、Ｆｅ、Ｍを母合金となるように溶製する。
【００１９】
（２）ステップ（１）で得られた母合金を急冷させて焼入れリボンを製造する。
【００２０】
（３）ステップ（２）で得られた焼入れリボンの結晶化処理を行う。
【００２１】
（４）ステップ（３）で結晶化された永久磁石材料の窒化により、前記希土類永久磁石材料を得る。
【００２２】
材料自体のミクロ組織構造の設計により、等方性サマリウム鉄窒素系磁石粉末の磁気特性及び熱安定性を改善するために、本発明では、低コストで、プロセスが簡単である結晶化処理方法を研究し開発した。保磁力が高い第２相を導入することで磁石粉末の固有保磁力を向上させ、一定の実用価値を有するサマリウム鉄窒素系磁石粉末を取得する。本発明における等方性サマリウム鉄窒素系磁石粉末は、主として、急冷によって製造されるサマリウム鉄リボンに対して熱処理により合金相構造を調整し、最後に窒化作用によって得られる。
【００２３】
ステップ（１）における溶製は、中間周波数又はアーク等の方式により行われることが好ましい。
【００２４】
溶製により得られたインゴットは、ミリメートルレベルのインゴットブロックになるように予め粉砕されることが好ましい。
【００２５】
ステップ（２）における急冷過程は、母合金をノズル付きの石英管に投入し、誘導溶解により溶解させた合金液を、ノズルを通して、回転する水冷される銅製モールドに噴出することにより、焼入れリボンを得るように行われることが好ましい。
【００２６】
急冷時の車輪速度は２０ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓ、好ましくは４０ｍ／ｓ〜５０ｍ／ｓであることが好ましい。
【００２７】
好ましくは、得られた焼入れリボンの幅は０．５ｍｍ〜８ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍであることが好ましく、厚さは１０ｍｍ〜４０μｍであることが好ましい。
【００２８】
ステップ（３）における結晶化処理過程は、焼入れリボンを包んで熱処理を行ってから、焼入れ処理を行うように行われることが好ましい。
【００２９】
前記熱処理は、管状抵抗炉で行われることが好ましい。
【００３０】
前記熱処理は、アルゴン雰囲気で行われることが好ましい。
【００３１】
前記焼入れ処理は、水冷方式を用いて行われることが好ましい。
【００３２】
前記熱処理の温度は７００℃〜９００℃であり、時間は５ｍｉｎ以上であり、好ましくは１０℃〜９０ｍｉｎであることが好ましい。
【００３３】
ステップ（３）における結晶化処理後の材料に対して粉砕処理を行うことが好ましい。
【００３４】
５０メッシュ以上、好ましくは８０メッシュ以上にまで粉砕されることが好ましい。
【００３５】
ステップ（４）における窒化は窒化炉で行われることが好ましい。
【００３６】
１ａｔｍ〜２ａｔｍ、好ましくは１．４ａｔｍの高純度窒素雰囲気で行われることが好ましい。
【００３７】
窒化の温度は３５０℃〜６００℃、好ましくは４３０℃〜４７０℃であることが好ましく、時間は１２ｈ以上であり、好ましくは２４ｈであることが好ましい。
【００３８】
本発明の希土類永久磁石材料の製造方法は、以下のステップを含むことが好ましい。
【００３９】
（１）一定の比率に従ってサマリウム鉄及びドーピングする元素である金属単体を配合し、中間周波数、アーク等の方式により均一に溶製して母合金インゴットを得て、インゴットを予め粉砕して、若干のｍｍレベルのインゴットブロックを得る。
【００４０】
（２）小さい母合金インゴットをノズル付きの石英管に投入し、誘導溶解により溶解させた合金液を、ノズルを通して、回転する水冷される銅製モールドに、車輪速度４０ｍ／ｓ〜５０ｍ／ｓで噴出して、幅が１ｍｍ〜４ｍｍで、厚さが１０μｍ〜４０μｍである焼入れリボンを得る。
【００４１】
（３）焼入れＳｍＦｅリボンをタンタル薄膜で包んだ後、管状抵抗炉に入れて、アルゴン雰囲気にて熱処理を温度７００℃〜９００℃、熱処理時間１０ｍｉｎ〜９０ｍｉｎで行った後、水冷方式を用いて、焼入れ処理を行う。
【００４２】
（４）ステップ（３）で得られたサンプルを８０メッシュ以上にまで粉砕し、鉄カップに置いておき、窒化炉に入れ、１．４ａｔｍの高純度窒素雰囲気で、温度４３０℃〜４７０℃、時間が２４ｈで窒化処理を行い、それにより目標製品を得る。
【００４３】
本発明の更なる目的は、本発明に記載の希土類永久磁石材料を含む磁石を提供することにある。
【００４４】
前記磁石は、本発明に記載の希土類永久磁石材料と接着剤とが結合されてなることが好ましい。
【００４５】
前記磁石は、本発明の希土類永久磁石材料とエポキシ樹脂とを混合して混合材料を得て、混合材料に潤滑剤を添加して処理し、ボンド磁石を得て、最後に、得られたボンド磁石の熱硬化を行うことにより製造されることが好ましい。
【００４６】
希土類永久磁石材料とエポキシ樹脂との重量比は１００：１〜１０であり、好ましくは１００：４であることが好ましい。
【００４７】
前記潤滑剤の添加量は０．２ｗｔ％〜１ｗｔ％、好ましくは０．５ｗｔ％であることが好ましい。
【００４８】
前記処理は、モールドプレッシング、注射、圧延又は押出し等の方法であることが好ましい。
【００４９】
前記モールドプレッシングは、タブレットプレスを用いて行われることが好ましい。
【００５０】
製造されるボンド磁石は、ブロック状、環状又は他の形状であることができる。例えば、φ１０×７ｍｍのボンド磁石である。
【００５１】
前記熱硬化の温度は１５０℃〜２００℃、好ましくは１７５℃であり、時間は０．５ｈ〜５ｈ、好ましくは１．５ｈであることが好ましい。
【発明の効果】
【００５２】
本発明に提供される希土類永久磁石材料は、優れた耐熱性及び耐食性を有し、装置の更なる小型化に寄与するとともに、特殊環境における装置の使用に寄与する。本発明に提供される希土類永久磁石材料の製造方法は、プロセスが簡単であり、低コストであり、製造される等方性サマリウム鉄窒素系磁性材料の実用価値を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
本発明を理解しやすくするために、本発明では以下のような実施例を挙げる。ここで説明する実施例は、本発明を容易に理解させるためのものに過ぎず、本発明を具体的に制限したものではないことは、当業者が理解されるべきである。
【００５４】
なお、衝突しない限り、本願の実施例及び実施例中の構成要件を組み合わせることができる。以下、実施例と併せて本発明を詳しく説明する。
【００５５】
なお、ここで使用する用語は、あくもでも具体的な実施形態を説明するためのものであって、本発明による例示的な実施形態を限定することは意図していない。ここで使用されるように、文脈上、そうでないとする明確な指示がない限り、単数形が使用されていても、複数形を含むものとする。また、本明細書に「含む」及び／又は「有する」といった用語が使用される場合、その特徴、ステップ、操作、デバイス、アセンブリ及び／又はそれらの組み合わせがあることを示す。
【００５６】
本発明において希土類永久磁石材料が提供され、その原子パーセントで表される組成成分は、ＳｍｘＲａＦｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ａＭｙＮｚであり、
但し、ＲはＺｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種であり、ＭはＣｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌのうちの少なくとも１種であり、ｘ＋ａは７％〜１０％であり、ａは０％〜１．５％であり、ｙは０％〜５％であり、ｚは１０％〜１４％である。上記範囲はいずれも端点の値を含む。Ｎは窒素元素である。
【００５７】
本発明において、希土類元素Ｓｍの含有量は、焼入れＳｍＦｅ合金リボンの相構造に大きな影響を与え、Ｓｍの含有量が７ａｔ％以下である場合、軟磁性相になりがちであり、Ｓｍの含有量が１０ａｔ％以上である場合、サマリウムリッチ相になりがちであり、いずれにしても、主相であるＴｂＣｕ７構造が９５％以上となることが要求される焼入れ合金の製造には不利である。且つＳｍ元素はＺｒ又はＨｆで置換されることができ、置換量が１．５ａｔ％以下であり、Ｆｅ元素がＭ元素で置換されることで、ＴｂＣｕ７を形成するＳｍ／Ｆｅの割合を大きくすることができる。本発明では、Ｓｍの含有量は７ａｔ％〜１０ａｔ％であることが好ましい。
【００５８】
本発明に提供される希土類永久磁石材料の磁気特性Ｈｃｊは１０ｋＯｅ以上に達し、磁気エネルギー積ＢＨは１４ＭＧＯｅ以上になる。また、本発明の希土類永久磁石材料から製造される磁石の不可逆減磁率は５％未満である（その熱安定性は、１２０℃で空気中に２ｈ暴露された場合のボンド磁石の不可逆減磁率によって特徴付けられる）。
【００５９】
本発明において、本発明に記載の希土類永久磁石材料の製造方法がさらに提供され、以下のステップを含む。
【００６０】
（１）Ｓｍ、Ｒ、Ｆｅ、Ｍを母合金となるように溶製する。
【００６１】
（２）ステップ（１）で得られた母合金を急冷させて焼入れリボンを製造する。
【００６２】
（３）ステップ（２）で得られた焼入れリボンの結晶化処理を行う。
【００６３】
（４）ステップ（３）で結晶化された永久磁石材料の窒化により、前記希土類永久磁石材料を得る。
【００６４】
上記製造プロセスにおいて、ステップ（３）における焼入れリボンの結晶化処理が肝心なステップとなり、焼入れＳｍＦｅ合金には、ＴｂＣｕ７型ＳｍＦｅ９相、少量の軟磁性相α−Ｆｅ及び非晶質が含まれており、且つ焼入れＳｍＦｅ合金の組織には、急冷が施されることによって空孔及び欠陥が残される。結晶化熱処理によって、アモルファス組織を結晶組織に変化させる一方、ミクロ組織の均一性を改善する。低温度での結晶化熱処理中、ＴｂＣｕ７型構造が形成されると同時に、軟磁性相α−Ｆｅも少量発生し、組織における結晶粒は比較的小さく、サマリウム鉄窒素系磁石粉末の残留磁気及び磁気エネルギー積は高いものの、その保磁力は低いままである。
【００６５】
本発明者らは、本実験条件下で、結晶化熱処理の温度が低く、時間が短い場合、合金におけるＴｂＣｕ７型準安定相からＴｈ２Ｚｎ１７型斜め六方晶相への転移量が非常に少量であり、温度が高まり、処理時間が増加すると、ＴｂＣｕ７型準安定相からＴｈ２Ｚｎ１７型斜め六方晶相への転移量が増加する一方、軟磁性相α−Ｆｅの割合も増加し、このような磁石粉末からボンド磁石を製造した後には、サマリウム鉄窒素系磁石の不可逆減磁率が減少することを見出した。焼入れＳｍＦｅの結晶化熱処理の温度及び処理時間を調整し、ＴｂＣｕ７型ＳｍＦｅ合金におけるＴｈ２Ｚｎ１７型構造の割合を改善することで、高熱安定性のサマリウム鉄窒素系磁性材料を取得することができる。
【００６６】
本発明において、材料の主相がＴｂＣｕ７型構造であり、該構造を有するサマリウム鉄窒素系磁石粉末の固有磁気特性は焼入れＮｄＦｅＢ磁石粉末よりも高く、耐食性も他の磁石粉末より優れている。一方、ＴｂＣｕ７構造のサマリウム鉄は準安定相であるため、その形成には成分制御及びプロセス条件制御が厳しく要求され、急冷によって形成されることが必要となる。しかし、製造中に他の構造の化合物、例えば、ＴｈＭｎ１２又はＴｈ２Ｎｉ１７又はＴｈ２Ｚｎ１７構造も出てしまうことがある。溶融急冷によって製造されるサマリウム鉄合金は一般的にはＴｈ２Ｚｎ１７構造であり、このような構造の磁石粉末のサイズは、ミクロンレベルでなければならず、そして磁界において配向され成形されていなければ、優れた磁気特性を取得することができない。通常、Ｔｈ２Ｚｎ１７構造の焼入れ磁石粉末の残留磁気及び磁気エネルギー積がとても低く、８ＭＧＯｅよりも低いこともあるが、その保磁力Ｈｃｊは２０ｋＯｅ以上に達することができる。ＴｂＣｕ７構造のサマリウム鉄は準安定相であるが、一定の結晶化熱処理及び窒化処理を経て、Ｔｈ２Ｚｎ１７構造へ転換することができるとともに、軟磁性相α−Ｆｅが発生することもあるため、熱処理温度が高すぎると、安定したＴｈ２Ｚｎ１７構造が過剰に発生し、磁気特性を大幅に低下させる。本発明では、結晶化プロセスの最適化によって、合金におけるＴｈ２Ｚｎ１７構造相及びα−Ｆｅ軟磁性相の含有量を調整し、α−Ｆｅ軟磁性相の含有量を５％以下とし、Ｔｈ２Ｚｎ１７構造相の含有量を１％以上とし、ＴｂＣｕ７構造相を主相とし、含有量を５０％以上とするため、結晶化熱処理の温度が７００℃〜９００℃であることが好ましい。
【００６７】
本発明において、さらに、前記サマリウム鉄窒素系磁性材料の平均厚さを１０μｍ〜４０μｍとし、前記サマリウム鉄窒素系磁性材料は、平均サイズが１０ｎｍ〜２００ｎｍのナノ結晶からなることを規定する。焼入れサマリウム鉄合金の厚さは製造方法に関わっており、ＴｂＣｕ７型構造は大きい冷却速度を必要とするが、しかし、大きすぎる冷却速度はリボンの形成に不利であるため、製造されるサマリウム鉄合金の厚さは、所定の適切な厚さである。また、磁石粉末の結晶粒サイズは、磁気特性に直接影響し、結晶粒が微細で均一な合金の保磁力が高く、磁石粉末の熱安定性が向上されることもでき、一般的には、結晶粒サイズを１０ｎｍ〜１μｍに保持することで、磁石粉末が優れた磁気特性を取得するよう確保することができる。磁石粉末が優れた保磁力レベルに達し、熱安定性を改善するために、磁石粉末の結晶粒サイズは１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００６８】
（実施例１〜１５）
製造方法は以下のステップを含む。
【００６９】
（１）表１における割合に従って、各実施例にリストアップされている金属を混合した後、誘導溶解炉に投入し、Ａｒガスの保護中で溶製して合金インゴットを得る。
【００７０】
（２）合金インゴットを粗粉砕した後、急冷炉に投入して急冷させる。このとき、保護ガスがＡｒガスであり、噴出圧力が８０ｋＰａであり、ノズルの直径が０．８であり、水冷式ローラーの線速が２０ｍ／s〜８０ｍ／sであり、急冷後、フレーク状合金粉末を得る。
【００７１】
（３）上記合金をＡｒガス保護中で熱処理した後、１気圧のＮ２ガスに入れて窒化処理を行い、窒化物磁石粉末を得る。結晶化時の熱処理及び窒化処理条件を表２にまとめる。
【００７２】
（４）得られた窒化物磁石粉末に対して相の割合及び磁気特性の検出を行う。
【００７３】
【表１】
2018157197.tif 000002
【００７４】
【表２】
2018157197.tif 000003
【００７５】
性能試験
実施例１〜１５で得られた永久磁石材料の性能試験を行い、試験結果を下の表３にまとめる。
【００７６】
【表３】
2018157197.tif 000004
【００７７】
2h@120 FL%は、１２０℃の空気中で２ｈ暴露させた不可逆減磁率である。
【００７８】
実施例で製造された磁石粉末の高熱安定性は、ボンド磁石を２５℃〜１２０℃の空気中で２ｈ暴露させた場合の、そのボンド磁石の不可逆減磁率によって特徴付けられる。
【００７９】
表２から明らかなように、実施例１及び９におけるＴｂＣｕ７型相、Ｔｈ２Ｚｎ１７型相、α−Ｆｅ相の割合は本発明の請求項の好適な範囲内のものではなく、性能がやや劣っている。他の実施例で製造された磁石粉末の不可逆減磁率はほとんど５％以下であり、磁気特性Ｈｃｊはほとんど１０ｋＯｅ以上であり、磁気エネルギー積ＢＨは１２ＭＧＯｅ以上である。
【００８０】
上述した実施例は、あくまでも例を明瞭に説明するためのものであり、実施形態を限定するものではないのは明らかである。当業者にとって、上記説明に基づいて、他の様々な形での変化又は変動も可能である。ここで、すべての実施形態を一々と列挙する必要も方法もない。これに基づく自明な変化又は変動も本発明創造の保護範囲に含まれる。