(57)【要約】【課題】熱間強加工をすることなく異方性を確保できる、希土類磁石の製造方法を提供する。【解決手段】一方向凝固ナノ結晶組織を有するＦｅ−Ｂ系軟磁性材を準備すること、希土類元素と希土類元素以外の金属元素との合金を含有する浸透材を準備すること、前記Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と前記浸透材を互いに接触させて、接触体を得ること、及び、前記接触体を不活性ガス雰囲気中で熱処理して、前記Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材中に、前記浸透材を浸透させること、を含む、希土類磁石の製造方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向凝固ナノ結晶組織を有するＦｅ−Ｂ系軟磁性材を準備すること、
希土類元素と希土類元素以外の金属元素との合金を含有する浸透材を準備すること、
前記Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と前記浸透材を互いに接触させて、接触体を得ること、及び
前記接触体を不活性ガス雰囲気中で熱処理して、前記Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材中に、前記浸透材を浸透させること、を含む、希土類磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、希土類磁石の製造方法に関する。本開示は、熱間強加工をすることなく異方性を確保することができる希土類磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類磁石は、高い磁束密度を有する高性能磁石である。そのため、希土類磁石は、ハードディスク及びＭＲＩ（磁気共鳴画像）装置等を構成するモータのほか、ハイブリッド車及び電気自動車等の駆動用モータに用いられている。
【０００３】
希土類磁石の中でも、ナノ結晶組織を有する希土類磁石は、保磁力に優れる。希土類磁石のナノ結晶組織は、その組織中に、５０〜５００ｎｍ程度の磁性結晶粒を有している。
【０００４】
ナノ結晶組織は、希土類磁石の組成を有する溶湯を、液体急冷等することによって得られる。このようにして得られたナノ結晶組織は、一般的に、磁石相の結晶方位がランダムな等方性を有していることが知られている。
【０００５】
希土類磁石が異方性を有するためには、希土類磁石中の個々の磁性結晶粒が、可能な限り同一方向に配向しているとよい。等方性のナノ結晶組織中で、磁性結晶粒の磁化容易軸の配向性を高めるため、従来から、焼結体の熱間強加工が行われている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、希土類磁石の組成を有する溶湯を液体急冷して、ナノ結晶組織を有する薄帯を作製し、その薄帯を粉砕して得た粉末から焼結体を作製し、次いで、その焼結体を熱間強加工する、希土類磁石の製造方法が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、特許文献１に開示された希土類磁石と同様に、焼結体を熱間強加工した後、さらに改質合金を浸透させる、希土類磁石の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１２７１１２号公報
【特許文献２】特開２０１２−０２３１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
熱間強加工において、焼結体の加工率は、３０〜９０％であることが一般的であり、多くの場合、７０％以上である。このような高い加工率を得るため、熱間強加工は、高温かつ高圧下で行われる。そのため、熱間強加工をする際には、特別な加工装置を必要とする。また、インコネル等の耐熱材料で、熱間強加工用の金型を製作しても、金型の寿命は短かった。
【００１０】
６００〜１０００℃の高温で熱間強加工すると、焼結体の塑性流動性が良好になる一方で、ナノ結晶組織中の磁性結晶粒が粗大化して、磁性結晶粒が回転し難くなり、ナノ結晶組織が配向し難い。その結果、高い加工率に見合った配向度が得られない。
【００１１】
さらに、ナノ結晶組織を有する薄帯を作製するとき、ナノ結晶組織のほかに、少量ではあっても、非晶質組織、及び柱状晶組織が生成される。ナノ結晶組織、非晶質組織、及び柱状晶組織は、それぞれ、粒成長速度が異なる。それにより、これらの組織が混合した焼結体を熱間強加工すると、部分的に磁性結晶粒が粗大化して、磁性結晶粒が一層回転し難くなる。その結果、所望の配向度が得られない。
【００１２】
これらのことから、熱間強加工を行うことなく、ナノ結晶組織中の個々の磁性結晶粒の磁化容易化軸方向を、可能な限り同一の方向に配向させる方法が求められている、という課題を、本発明者らは見出した。
【００１３】
本開示の希土類磁石の製造方法は、上記課題を解決するために完成されたものでり、本開示は、熱間強加工をすることなく異方性を確保できる、希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の希土類磁石の製造方法を完成させた。その要旨は、次のとおりである。
〈１〉一方向凝固ナノ結晶組織を有するＦｅ−Ｂ系軟磁性材を準備すること、
希土類元素と希土類元素以外の金属元素との合金を含有する浸透材を準備すること、
前記Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と前記浸透材を互いに接触させて、接触体を得ること、及び
前記接触体を不活性ガス雰囲気中で熱処理して、前記Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材中に、前記浸透材を浸透させること、
を含む、希土類磁石の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、一方向凝固ナノ結晶組織を有するＦｅ−Ｂ系軟磁性材中に、希土類元素と希土類元素以外の金属元素との合金の融液を浸透させることにより、熱間強加工することなく異方性を確保できる、希土類磁石の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触の一態様を模式的に示す図である。
【図２】図２は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触体を熱処理した後の試料について、Ｘ線回折分析した結果を示す図である。
【図３】図３は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触体を熱処理した後の試料について、熱処理時間（保持時間）と保磁力の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触体を熱処理した後の試料について、試料の肉厚方向断面を透過型電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本開示に係る希土類磁石の製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示に係る希土類磁石の製造方法を限定するものではない。
【００１８】
本発明者らは、希土類磁石の組成を有する溶湯を急冷すると、等方性のナノ結晶組織が得られるのに対し、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の組成を有する溶湯を急冷すると、一方向凝固ナノ結晶組織を得られることを知見した。また、本発明者らは、一方向凝固ナノ組織を有するＦｅ−Ｂ系軟磁性材に、希土類元素と希土類元素以外の金属元素との合金を含有する浸透材の融液を浸透させると、一方向凝固ナノ結晶に沿って、磁性結晶粒を得られることを知見した。さらに、本発明者らは、この磁性結晶粒は、磁化容易軸方向に配向していることを知見した。
【００１９】
これらの知見に基づく、本開示の希土類磁石の製造方法（以下、「本開示の製造方法」という。）の構成を、次に説明する。
【００２０】
〈Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の準備〉
本開示の製造方法のＦｅ−Ｂ系軟磁性材は、一方向凝固ナノ結晶組織を有する。このようなＦｅ−Ｂ系軟磁性材を準備するに際しては、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材が一方向凝固ナノ結晶組織を有していれば、その方法は、特に制限されない。
【００２１】
一方向凝固ナノ結晶組織を得る方法としては、例えば、液体急冷法、及びブックモールドを用いた鋳造法等が挙げられる。
【００２２】
液体急冷法としては、例えば、回転する冷却ロールの表面に溶湯を吐出する、ロール冷却法が挙げられる。ロール冷却法としては、例えば、単ロール法及び双ロール法等が挙げられる。本開示の製造方法では、一方向凝固ナノ結晶組織が得られ易いという観点から、単ロール法が好ましい。
【００２３】
単ロール法においては、ノズルから、冷却ロールの外周面に、溶湯が吐出されると、冷却ロールによって溶湯が急冷されて凝固し、冷却ロールの回転方向に沿って、冷却ロールの外周面から、薄帯が放出される。溶湯は、溶湯と冷却ロールとの接触面から、その接触面の反対側へ向かって冷却される。
【００２４】
双ロール法においては、ノズルから、一対の冷却ロールそれぞれの外周面で形成された隙間に、溶湯が吐出されると、双方の冷却ロールによって溶湯が冷却されて凝固し、双方の冷却ロールの回転方向に沿って、双方の冷却ロールの隙間から、薄帯が放出される。
【００２５】
溶湯は、双方の冷却ロールから冷却され、単ロールとは異なる両側から冷却された薄帯が得られる。この場合も冷却方向は単ロールと同様に薄帯の厚さ方向であるために、単ロールの場合と同様に結晶方位が薄帯の厚さ方向に異方性を有する組織となる。
【００２６】
ブックモールドを用いた鋳造法（以下、「ブックモールド法」ということがある。）は、板状のキャビティを有する鋳型（ブックモールド）に、重力によって溶湯を注入（重力鋳造）する方法である。ブックモールド法でも、板厚方向に、一方向凝固ナノ凝固組織が得られる。
【００２７】
次に、一方向凝固ナノ結晶組織を有するＦｅ−Ｂ系軟磁性材（以下、単に「Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材」という。）の厚さについて説明する。
【００２８】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の厚さは、それが単ロール法で作製された場合、典型的には、１０μｍ以上、１５μｍ以上、又は２０μｍ以上であってよく、５０μｍ以下、４０μｍ以下、又は３０μｍ以下であってよい。
【００２９】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の厚さは、それが双ロール法で作製された場合、典型的には、１０μｍ以上、又は１５μｍ以上であってよく、４５μｍ以下、３５μｍ以下、又は２５μｍ以下であってよい。
【００３０】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の厚さは、それがブックモールド法で作製された場合、典型的には、１００μｍ以上であってよく、５００μｍ以下であってよい。
【００３１】
単ロール法の条件は、得られた薄帯が、一方向凝固ナノ結晶組織を有するように適宜決定すればよい。ノズル径は、典型的には、０．３ｍｍ以上、０．４ｍｍ以上、又は０．５ｍｍ以上であってよく、０．９ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下、又は０．７ｍｍ以下であってよい。
【００３２】
溶湯の吐出圧力は、典型的には、０．１ｋｇ／ｃｍ２（１０ｋＰａ）以上、０．２ｋｇ／ｃｍ２（２０ｋＰａ）以上、又は０．３ｋｇ／ｃｍ２（２９ｋＰａ）以上であってよい。一方、溶湯の吐出圧力は、典型的には、０．９ｋｇ／ｃｍ２（８８ｋＰａ）以下、０．８ｋｇ／ｃｍ２（７８ｋＰａ）以下、又は０．７ｋｇ／ｃｍ２（６８ｋＰａ）以下であってよい。
【００３３】
冷却ロールの周速は、典型的には、２０ｍ／ｓ以上、２１ｍ／ｓ以上、２２ｍ／ｓ以上、又は２３ｍ／ｓ以上であってよく、５０ｍ／ｓ以下、３０ｍ／ｓ以下、２９ｍ／ｓ以下、２８ｍ／ｓ以下、又は２７ｍ／ｓ以下であってよい。
【００３４】
溶湯吐出温度は、典型的には、１３００℃以上、１３４０℃以上、又は１３８０℃以上であってよく、１６００℃以下、１５６０℃以下、又は１５２０℃以下であってよい。
【００３５】
なお、ここで示した典型例は、冷却ロールが銅又は銅合金でできている場合に好適である。
【００３６】
双ロール法の条件は、単ロール法の条件に準拠すればよい。例えば、一方の冷却ロールを銅製とし、他方の冷却ロールをステンレス鋼製とすること等が挙げられる。
【００３７】
ブックモールド法の条件としては、注湯温度がある。不廻り不良防止のため、ブックモールド法における注湯温度は、液体急冷法における吐出時の溶湯温度よりも高いことが好ましい。ブックモールド法における注湯温度は、典型的には、１４００℃以上、１４４０℃以上、又は１４８０℃以上であってよく、１７００℃以下、１６６０℃以下、又は１６２０℃以下であってよい。
【００３８】
次に、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の組成について説明する。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、Ｆｅ及びＢを含有する。
【００３９】
後述する浸透材の融液を、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材中に浸透させると、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材中のＦｅ及びＢと、浸透材中の希土類元素とで、磁性結晶粒を生成する。磁性結晶粒の組成は、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ（Ｒは希土類元素）で表される。以下、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂで表される組成を有する磁性結晶粒を、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒ということがある。
【００４０】
Ｂの含有量が５原子％以上であれば、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の生成量が少な過ぎることはなく、かつ、薄帯中に非晶質組織が発生し難い。したがって、Ｂの含有量は、５原子％以上が好ましく、１０原子％以上がより好ましく、１５原子％以上がより一層好ましい。
【００４１】
α−ＦｅとＦｅＢが析出する領域は、Ｂの含有量が５０原子％以下の領域であり、Ｂの含有量が５０原子％を超えるとＢが析出する。そのため、Ｂの含有量が５０原子％以下であれば、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材中で、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の生成に寄与しないＢの量を少なくすることができる。したがって、Ｂの含有量は、５０原子％以下であることが好ましい。
【００４２】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、任意で、Ｃｏを含有してもよい。ＦｅとＣｏは、ともに鉄族元素に分類され、それぞれの性質は、常温及び常圧で強磁性を示す点で共通する。Ｃｏが含有することによって、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒に代って、Ｒ２Ｃｏ１４Ｂ結晶粒を形成する。また、Ｃｏが含有することにより、磁化が向上し、キュリー点が上昇する。この効果は、Ｃｏ含有量が０．１原子％以上で発現する。したがって、Ｃｏの含有量は０．１原子％以上が好ましく、１原子％がより好ましく、３原子％以上がより一層このましい。一方、Ｃｏは高価であるため、Ｃｏの含有量は、１０原子％以下が好ましく、８原子％以下がより好ましい。
【００４３】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、任意で、Ｓｉ及びＰを含有してもよい。Ｓｉ及びＰを、それぞれ、適量含有することによって、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材中のナノ結晶組織のばらつきを低減することができる。それにより、希土類磁石の異方性も向上する。このような効果は、Ｓｉ及びＰの含有量が、それぞれ、０．１原子％以上で発現する。したがって、Ｓｉ及びＰの含有量は、それぞれ、０．１原子％以上が好ましく、１原子％以上がより好ましく、２原子％以上がより一層好ましい。一方、Ｓｉ及びＰの含有量が、それぞれ、５原子％以下であれば、希土類磁石の特性を実質的に低下させない。したがって、Ｓｉ及びＰの含有量は、それぞれ、５原子％以下が好ましく、４原子％以下がより好ましい。
【００４４】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、任意で、Ｇａ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｃ、Ｍｇ、Ｈｇ、Ａｇ、及びＡｕから選ばれる１種以上の元素を含有してもよい。これらの元素の合計含有量が３原子％以下であれば、希土類磁石の特性を損なうことはない。したがって、これらの元素の合計含有量が３原子％以下が好ましく、１原子％以下がより好ましい。
【００４５】
また、これらの元素の他に、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、不可避的不純物を含有してもよい。不可避的不純物の含有量は、上述した合計含有量に含まれる。なお、不可避的不純物とは、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の原材料に含まれる不純物等、その含有を回避することが避けられない、あるいは、回避するためには著しい製造コストの上昇を招くような不純物のことをいう。
【００４６】
典型的には、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、Ｂを５〜５０原子％含有し、かつ、任意で、Ｃｏを０．１〜１０原子％、Ｓｉを０．１〜５原子％、Ｐを０．１〜５原子％、Ｇａ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｃ、Ｍｇ、Ｈｇ、Ａｇ、及びＡｕから選ばれる１種以上の元素を３原子％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。
【００４７】
〈浸透材の準備〉
浸透材は、希土類元素と希土類元素以外の金属元素の合金を含有する。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材への浸透及び希土類磁石の特性に支障のない範囲であれば、浸透材は、合金以外に酸化物及び窒化物等を含んでもよい。酸化物及び窒化物等は、合金の製造時等に発生するものであってよい。酸化物及び地化物等の含有量は、浸透材全体に対して、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下がより一層好ましい。
【００４８】
浸透材中の希土類元素は、上述したように、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材のＦｅ及びＢと合金化することによって、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒を形成する。一方、浸透材中の希土類元素以外の金属元素は、希土類元素と合金化することによって、浸透材中の合金の融点を低下させる。これによって、熱処理時に、薄帯の内部まで、浸透材の希土類元素が浸透する。典型的には、熱処理時に、浸透材が溶融することで、薄帯の内部まで、浸透材の希土類元素が浸透する。
【００４９】
浸透材に含まれる合金としては、希土類元素との合金化で融点が下がるＮｄ−Ｃｕ合金、Ｐｒ−Ｃｕ合金、Ｔｂ−Ｃｕ合金、Ｄｙ−Ｃｕ合金、Ｌａ−Ｃｕ合金、Ｃｅ−Ｃｕ合金、Ｎｄ−Ｐｒ−Ｃｕ合金、Ｎｄ−Ａｌ合金、Ｐｒ−Ａｌ合金、Ｎｄ−Ｐｒ−Ａｌ合金、Ｎｄ−Ｃｏ合金、Ｐｒ−Ｃｏ合金、及びＮｄ−Ｐｒ−Ｃｏ合金等が挙げられる。
【００５０】
次に、浸透材内に含有している合金の希土類元素の含有量（以下、単に「希土類元素の含有量」ということがある。）について説明する。合金全体を１００原子％としたとき、希土類元素の含有量が５０原子％以上であれば、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の生成量を多くし易い。その結果、希土類磁石の磁化を高くし易い。この観点から、希土類元素の含有量は、５０原子％以上が好ましく、６０原子％以上がより好ましく、６５原子％以上がより一層好ましい。
【００５１】
一方、希土類元素の含有量が９０原子％以下であれば、合金の融点が高すぎることはなく、浸透材が溶融し難いことはない。共晶組成よりも、希土類元素の含有量が多い場合でも、合金の溶融が一旦開始されると、希土類元素は速やかにＦｅ−Ｂ系軟磁性材に浸透していく。その結果、合金中の希土類元素濃度は低下して、未溶融部分の組成は共晶組成に近づくため、未溶融部分の融点は低下する。この観点から、希土類元素の含有量は、９０原子％以下であればよい。８０原子％以下がより好ましく、７５原子％以下がより一層好ましい。
【００５２】
典型的には、浸透材は、Ｃｕを１０〜４０原子％含有し、残部が、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｌａ、及びＣｅからなる群より選ばれる１種以上、並びに不可避的不純物からなる合金を含有する。
【００５３】
浸透材を準備するに際しては、その方法は特に制限されず、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材を準備する方法に準拠する。すなわち、浸透材を準備する方法としては、液体急冷法、及びブックモールド法等が挙げられる。また、液体急冷法は、単ロール法及び双ロール法が挙げられる。
【００５４】
単ロール法、双ロール法、及びブックモールド法の条件は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の場合に準拠する。
【００５５】
浸透材は、熱処理時に溶融するため、浸透材の厚さは、特に制限されない。また、浸透材は粉末であってもよく、その粉末は、薄帯を粉砕することによって得られる。粉砕の方法に特に制限はなく、例えば、ジェットミル、ボールミル、ジョークラッシャ、及びハンマミルを用いる方法が挙げられる。
【００５６】
〈接触体の作製〉
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材を互いに接触させて、接触体を得る。接触の態様に特に制限はないが、例えば、次のような態様がある。図１は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触の一態様を模式的に示す図である。
【００５７】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０と浸透材２０が、ともに薄帯である場合には、図１に示したように、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０の一方の面と、浸透材２０の一方の面を互いに接触させて、接触体３０を得てもよい。あるいは、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０の両方の面に、浸透材２０の一方の面を互いに接触させて接触体３０を得てもよい。
【００５８】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０の厚さは、厚くても数百μｍである。一方、浸透材２０の融液は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０の中を、数ｍｍにわたって浸透することができる。
【００５９】
浸透材２０中の希土類元素濃度が充分に高い場合、及び／又は、浸透材２０の量が充分に多い場合、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０の一方の面と、浸透材２０の一方の面を互いに接触させることによって、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０全体に浸透材の融液が行きわたる。
【００６０】
浸透材２０中の希土類元素濃度が低い場合、及び／又は、浸透材２０の量が少ない場合、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０全体に浸透材２０の融液を行きわたらせるのに、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０の両方の面に、浸透材２０の一方の面を互いに接触させることは有効である。浸透材２０中の希土類元素濃度が充分に高い場合、及び／又は、浸透材２０の量が充分に多い場合であっても、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０の両方の面に、浸透材２０の一方の面を互いに接触させることは、浸透時間の短縮に有効である。
【００６１】
熱処理前の接触体３０において、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０と浸透材２０を仮固定しておいてもよい。浸透材２０が、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材１０に浸透することを妨げなければ、仮固定の方法に、特に制限はない。仮固定の方法としては、部分的に溶接すること（点溶接）、あるいは、部分的にろう付けすること等が挙げられる。
【００６２】
接触の別態様としては、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の一方の面に、浸透材の粉末を載置して、接触体を得ること、あるいは、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材を、浸透材の粉末中に埋設して、接触体を得ることが挙げられる。いずれの場合にも、浸透材の粉末を、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と一緒に圧縮して圧粉体を得て、この圧粉体を接触体としてもよい。また、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材を、浸透材の粉末中に埋設する場合、複数のＦｅ−Ｂ系軟磁性材と、浸透材の粉末とを混合して混合体を得て、次いで、混合体を圧縮して圧粉体を得て、この圧粉体を接触体としてもよい。
【００６３】
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の一方の面に、浸透材の粉末を載置する場合には、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の一方の面から、浸透材の融液が浸透する。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材を、浸透材の粉末中に埋設する場合には、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の両方の面から、浸透材の融液が浸透する。いずれの場合にも、充分な量の浸透材の粉末を準備する。浸透材の粉末は、上述したように、浸透材の薄帯を粉砕することによって、準備される。
【００６４】
〈熱処理〉
接触体を不活性ガス雰囲気中で熱処理する。不活性ガスには、窒素ガスも含む。不活性ガス雰囲気中で熱処理することによって、接触体の酸化を防止することができる。
【００６５】
接触体を熱処理することによって、Ｆｅ−Ｂ軟磁性材に、浸透材の融液が浸透する。この浸透によって、Ｆｅ−Ｂ結晶粒と浸透材中の希土類元素と反応することで、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が生成される。Ｆｅ−Ｂ軟磁性材は、一方向凝固ナノ結晶組織を有するため、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒は、一方向凝固ナノ結晶組織に沿って生成される。
【００６６】
浸透材中の希土類元素のうち、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の生成に寄与しなかった希土類元素は、浸透材中の希土類元素以外の金属元素と、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の周囲に残留し、粒界相を形成する。粒界相は、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒同士を磁気的に分断することで、磁石保磁力の担保に寄与する。
【００６７】
例えば、浸透材がＮｄ−Ｃｕ合金を含有する場合には、肉厚方向に伸長したＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が得られ、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の周囲には、ＮｄとＣｕとで粒界相を形成する。粒界相は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒同士を磁気的に分断する。
【００６８】
次に熱処理条件について説明する。熱処理条件には、熱処理温度、熱処理時間、及び浸透材の量などがある。
【００６９】
熱処理温度は、浸透材が溶融し、かつ、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材が溶融しない温度であればよい。浸透材中の合金の種類、及び合金の組成によって、熱処理温度を適宜決定すればよい。熱処理温度は、典型的には、保持温度で、６００℃以上、６５０℃以上、又は７００℃以上であってよく、９００℃以下、８５０℃以下、又は８００℃以下であってよい。
【００７０】
熱処理温度は一定である必要はない。上述したように、浸透材中の合金の溶融が一旦開始されると、希土類元素は速やかにＦｅ−Ｂ系軟磁性材に浸透していく。その結果、合金中の希土類元素濃度は急激に低下して、未溶融部分の組成は共晶組成に近づくため、未溶融部分の融点は低下する。このことから、熱処理初期は高温にして、浸透が開始したら、熱処理温度を低温にしてもよい。例えば、熱処理初期は、熱処理温度を８５０℃にして、浸透が開始したら、熱処理時間を６５０℃にしてもよい。このようにすることで、熱処理中に、α−Ｆｅ及び／又はＲ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が粗大化することを抑制できる。
【００７１】
熱処理時間は、浸透材の量などによって、適宜決定すればよいが、過度に長時間にわたって熱処理しても、浸透が完了した後も加熱を続行することになり、好ましくない。熱処理時間は、典型的には、保持時間で、３０分以上、４０分以上、又は５０分以上であってよく、８０分以下、７０分以下、又は６０分以下であってよい。なお、保持時間には、保持温度に到達するまでの昇温時間を含まない。
【００７２】
浸透材の量は、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の所望量、及び浸透材中の合金組成等によって、適宜決定すればよい。浸透材中の合金が、希土類元素を８０〜９０原子％含有する場合、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材に対して、浸透材の量は、１０質量％以上、３０質量％以上、又は５０質量％以下であってよい。一方、浸透材の量は、５００質量％以下、３００質量％以下、２００質量％以下であってよい。
【００７３】
これまで説明してきた熱処理条件のほかに、上述したように、圧粉体を接触体とした場合には、熱処理は、圧粉体を加圧しながら加熱する焼結としてもよい。焼結の場合、焼結温度、焼結時間、及び浸透材の量は、それぞれ、通常の熱処理の場合に準拠する。焼結圧力は、圧粉体の強度等によって、適宜決定すればよい。焼結圧力は、典型的には、２００．１ＭＰａ以上、３０ＭＰａ以上、又は４０ＭＰａ以上であってよく、８０ＭＰａ以下、７０ＭＰａ以下、又は６０ＭＰａ以下であってよい。
【実施例】
【００７４】
以下、本開示の希土類磁石の製造方法を実施例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示の希土類磁石の製造方法は、これらに限定されるものではない。
【００７５】
〈実施例１〉
Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の組成がＦｅ８３Ｂ１７になるように、１５．３０ｇのＦｅと４．７０ｇのＦｅ−Ｂ合金を秤量した。Ｆｅ及びＦｅ−Ｂ合金ともに、（株）高純度化学製を用いた。これらの原材料をアーク溶解して、合金塊を得た。
【００７６】
アルゴンガスで置換した減圧雰囲気中で、合金塊を高周波溶解し、単ロール法で急冷薄帯を得た。単ロール法の条件としては、ノズル径を０．６ｍｍ、吐出圧力を３９ｋＰａ（０．４ｋｇｆ／ｃｍ２）、銅ロール周速を２４〜２５ｍ／ｓ、そして、溶湯吐出温度を１４００〜１５００℃とした。
【００７７】
浸透材が含有する合金の組成が、Ｎｄ１００−ｘＣｕｘ（ただし、ｘは、１０、３０、又は４０）になるように、原材料を秤量し、それをアーク溶解して、合金塊を得た。この合金塊を、Ｆｅ−Ｂ軟磁性材と同様に、単ロール法で急冷薄帯を得た。
【００７８】
Ｆｅ−Ｂ系残磁性材の急冷薄帯と、浸透材の急冷薄帯とを、互いに重ね合せ、数か所を点溶接して、接触体を得た。
【００７９】
アルゴンガス雰囲気の加熱炉に接触体を装入し、接触体を熱処理した。昇温速度を４０℃／分、熱処理温度（保持温度）を５７１〜９３３℃、熱処理時間（保持時間）を０〜１２０分とした。熱処理時間（保持時間）が０分とは、接触体を昇温し、接触体の温度が熱処理温度（保持温度）に到達したら、接触体の加熱を停止することをいう。なお、熱処理温度（保持温度）の範囲は、Ｆｅ８３Ｂ１７の組成を有するＦｅ−Ｂ系軟磁性材の融点（１１７４℃）の７／１２〜５／６倍の範囲である。
【００８０】
熱処理後の接触体（試料）について、熱処理前に浸透材であった側を研磨し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ  Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析した。また、振動試料型磁力計（ＶＳＭ：Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて、磁気特性を測定した。さらに、一部の試料については、試料の厚さ方向断面を透過型電子顕微鏡で観察した。
【００８１】
図２は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触体を熱処理した後の試料について、Ｘ線回折分析した結果を示す図である。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、Ｆｅ８３Ｂ１７の組成を有する。浸透材は、Ｎｄ１００−ｘＣｕｘ（ただし、ｘは３０）の組成を有する合金を含有する。
【００８２】
図２から分かるように、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂのピークが認められることから、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が生成されていることを確認できた。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒は、保磁力を有するため、以下の評価では、保磁力の有無で、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の生成を確認する。
【００８３】
図３は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触体を熱処理した後の試料について、熱処理時間（保持時間）と保磁力の関係を示すグラフである。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、Ｆｅ８３Ｂ１７の組成を有する。浸透材は、Ｎｄ９０Ｃｕ１０の組成を有する合金を含有する。なお、熱処理温度は、保持温度で、６９２℃であった。
【００８４】
図３から分かるように、熱処理時間（保持時間）が３０分以上であれば、保磁力が充分に増加することが確認できた。また、熱処理時間（保持時間）が６０分以上になると、保磁力が飽和することを確認できた。
【００８５】
表１は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触体を熱処理した後の試料について、保磁力を測定した結果を示す。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、Ｆｅ８３Ｂ１７の組成を有する。浸透材は、Ｎｄ１００−ｘＣｕｘ（ただし、ｘは、１０、３０、及び４０）の組成を有する合金を含有する。なお、熱処理温度は、保持温度で、６９２℃及び８１２℃であった。
【００８６】
【表１】
2018113333.tif 000003
【００８７】
表１から分かるように、すべての試料について保磁力が発現しており、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が生成されていることを確認できた。
【００８８】
図４は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材と浸透材との接触体を熱処理した後の試料について、試料の肉厚方向断面を透過型電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材は、Ｆｅ８３Ｂ１７の組成を有する。浸透材は、Ｎｄ９０Ｃｕ１０の組成を有する合金を含有する。なお、図４の上下方向が、試料の肉厚方向である。
【００８９】
図４から分かるように、肉厚方向に伸長したＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が認められる。また、図４に示したＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の配向度は、０．９８９であった。一方、熱間強加工して得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の配向度は、０．９９３であった。これらにより、本開示の製造方法で得られた希土類磁石のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の配向度は、熱間強加工して得られた希土類磁石のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の配向度と同等であることが確認できた。
【００９０】
なお、配向度は次のようにして求めた。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒の短軸方向は、〈００１〉軸（ｃ軸）である。ｉ番目のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒について、ｃ軸と、肉厚に対して垂直な方向とのずれ角θｉを測定した。透過型電子顕微鏡像の複数の視野からθｉを測定し、ｃｏｓθｉの集合が正規分布すると仮定して、すべてのｃｏｓθｉの平均値を求め、それを配向度とした。
【００９１】
〈実施例２〉
試料の作製条件を、次のようにしたこと以外、実施例１と同様に試料を作製した。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の組成は、Ｆｅ８３Ｂ１７にした。浸透材が含有する合金の組成は、Ｎｄ９０Ｃｕ１０、及びＮｄ８０Ｃｕ２０にした。熱処理温度は、保持温度で、６５０〜８１２℃にした。浸透材の量は、１０〜５０質量％にした。そして、それぞれの試料について、保磁力を測定した。なお、浸透材の量は、Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材に対する質量％である。
【００９２】
結果を表２及び３に示す。表２及び３から分かるように、浸透量が少なくとも１０質量％で、保磁力が発現していることを確認できた。
【００９３】
【表２】
2018113333.tif 000004
【００９４】
【表３】
2018113333.tif 000005
【００９５】
〈実施例３〉
試料の作製条件を、次のようにしたこと以外、実施例１と同様に試料を作製した。浸透材が含有する合金の組成は、Ｌａ９０Ｃｕ１０、Ｃｅ９０Ｃｕ１０、Ｐｒ９０Ｃｕ１０、及びＮｄ９０Ｃｕ１０にした。熱処理温度は、保持温度で、６９２℃にした。熱処理時間は、保持時間で、６０分にした。そして、それぞれの試料について、保磁力を測定した。
【００９６】
結果を表４に示す。表４から分かるように、合金の組成が、Ｌａ９０Ｃｕ１０、Ｃｅ９０Ｃｕ１０、Ｐｒ９０Ｃｕ１０、及びＮｄ９０Ｃｕ１０のいずれかである浸透材を用いた場合、すべての試料について保磁力が発現していることを確認できた。このことから、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が生成されていることを確認できた。
【００９７】
【表４】
2018113333.tif 000006
【００９８】
〈実施例４〉
試料の作製条件を、次のようにしたこと以外、実施例１と同様に試料を作製した。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の組成は、Ｆｅ８３Ｂ１７、Ｆｅ８８Ｂ１２、及びＦｅ９３Ｂ７にした。浸透材が含有する合金の組成は、Ｎｄ８０Ｃｕ２０及びＮｄ９０Ｃｕ１０にした。熱処理温度は、保持温度で、６９２〜７００℃にした。熱処理時間は、保持時間で、６０〜１２０分にした。そして、それぞれの試料について、保磁力を測定した。
【００９９】
結果を表５に示す。表７のうち、「−」は、保磁力測定を行わなかったことを示す。表５から分かるように、保磁力測定を行ったすべての試料について、保磁力が発現しており、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が生成されていることを確認できた。
【０１００】
【表５】
2018113333.tif 000007
【０１０１】
〈実施例５〉
試料の作製条件を、次のようにしたこと以外、実施例１と同様に、試料を作製した。Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材の組成は、Ｆｅ８５Ｂ９Ｐ４Ｓｉ２にした。浸透材が含有する合金の組成は、Ｎｄ９０Ｃｕ１０にした。熱処理温度は、保持温度で、６５０〜８１２℃にした。熱処理時間は、保持時間で、６０分にした。そして、それぞれの試料について、保磁力を測定した。
【０１０２】
結果を表６に示す。表６から分かるように、すべての試料について、保磁力が発現しており、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が生成されていることを確認できた。
【０１０３】
【表６】
2018113333.tif 000008
【０１０４】
〈実施例６〉
Ｆｅ８６Ｂ１４の組成を有する急冷薄帯と、Ｎｄ９０Ｃｕ１０の組成を有する急冷薄帯とを、単ロール法で作製した。単ロール法の条件は、実施例１と同様にした。Ｎｄ９０Ｃｕ１０の組成を有する急冷薄帯を粉砕して粉末にした。この粉末を浸透材とした。
【０１０５】
Ｆｅ８６Ｂ１４の組成を有する急冷薄帯と、Ｎｄ９０Ｃｕ１０の組成を有する粉末とを、それぞれ、等量秤量した。これらを混合した後、圧粉し、圧粉体を得た。この圧粉体を接触体とした。次いで、この接触体を焼結した。焼結温度は６９２℃、焼結圧力は５０ＭＰａとした。焼結時間は０〜１２０分とした。焼結時間が０分とは、焼結を開始し、接触体の温度が６９２℃になったときに、焼結を終了することを意味する。なお、焼結温度及び焼結時間は、それぞれ、実施例１の熱処理温度（保持温度）及び熱処理時間（保持時間）に相当する。
【０１０６】
このようにして得た試料それぞれの保磁力を測定した結果を表７に示す。
【０１０７】
【表７】
2018113333.tif 000009
【０１０８】
表７から分かるように、すべての試料について、保磁力が発現しており、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒が生成されていることを確認できた。
【０１０９】
すなわち、以上の結果から、本開示の希土類磁石の製造方法の効果を確認できた。
【符号の説明】
【０１１０】
１０    Ｆｅ−Ｂ系軟磁性材
２０    浸透材
３０    接触体
【図１】
2018113333.tif 000010
【図２】
2018113333.tif 000011
【図３】
2018113333.tif 000012
【図４】
2018113333.tif 000013