(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ１６Ｎ２が主成分である窒化鉄磁石であって、窒化鉄磁石中の窒化鉄磁性粒子間にＳｎまたはＳｎ合金を、窒化鉄磁石重量に対して１重量％以上３０重量％以下含むことを特徴とする窒化鉄磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化鉄磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｆｅ１６Ｎ２からなる窒化鉄磁石は、その磁気特性が高いことや、希土類を使用しないという環境への配慮の観点から注目されている。しかしながら、Ｆｅ１６Ｎ２からなる窒化鉄磁石は、Ｆｅ１６Ｎ２相が高温で分解するため焼結することが難しい。このため、窒化鉄磁石として、圧縮成型のみによる圧粉磁石や、樹脂により固化されたボンド磁石が提案されている。
【０００３】
たとえば下記特許文献１では、明細書中にボンド磁石、圧粉磁石と記載されているものの、実施例を含み具体的な記述はされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８０９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｆｅ１６Ｎ２からなる窒化鉄磁石において、Ｆｅ１６Ｎ２は準安定化合物であることから、高温での焼結によってＦｅ４Ｎやα−Ｆｅといった不純物相が生成する場合がある。これにより、保磁力や磁化といった磁気特性が低下する。また、ボンド磁石のように樹脂を添加する場合、高い保磁力を有するＦｅ１６Ｎ２窒化鉄磁石は非常に微細な窒化鉄磁性粒子で構成されることから、多量の樹脂が必要となり、圧粉磁石と比較して磁気特性の低下が生じてしまう。さらに、機械的強度や耐湿性においても十分なものとは言えない。一方、単純な圧縮成型によって緻密化された圧粉磁石の場合、十分な機械的強度が得られないために磁石製品として適さない。
【０００６】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、高い機械的強度と高い磁気特性とを兼ね備えた窒化鉄磁石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】
【０００７】
本発明に係る窒化鉄磁石は、Ｆｅ１６Ｎ２が主成分である窒化鉄磁石であって、窒化鉄磁石中の窒化鉄磁性粒子間にＳｎまたはＳｎ合金を、窒化鉄磁石重量に対して１重量％以上３０重量％以下含むことを特徴とする窒化鉄磁石である。
【０００８】
上記本発明に係る窒化鉄磁石は、ＳｎまたはＳｎ合金の効果によって比較的低温で緻密化することが可能であるため、Ｆｅ１６Ｎ２の特性を損なうことなく、高い機械的強度と高い磁気特性とを兼ね備えることができる。Ｓｎを用いる理由は、加工性や機械的強度に優れ、価格や環境への影響の観点から優れているためである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、Ｆｅ１６Ｎ２からなる窒化鉄磁石を緻密化することが可能となり、高い機械的強度と高い磁気特性とを兼ね備えることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下に記載の実施形態及び実施例の内容により限定されるものではない。また、以下に記載の実施形態及び実施例にて示された構成要素は適宜組み合わせても良いし、適宜選択してもよい。
【００１１】
本実施形態に係る窒化鉄磁石は、Ｆｅ１６Ｎ２が主成分であり、一部にＦｅ４ＮやＦｅ３Ｎ、α−Ｆｅ、酸化鉄、非磁性酸化物、樹脂等を含んでいても良い。窒化鉄磁石を構成する窒化鉄磁性粒子の粒子径は、１０ｎｍから２００ｎｍ程度であり、窒化鉄磁石としても原料である窒化鉄磁性粒子の粒子径を維持している。
【００１２】
本実施形態に係る窒化鉄磁石は、最大磁気エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが３ＭＧＯｅ以上であることが好ましい。より好ましくは、最大磁気エネルギー積が３．５ＭＧＯｅ以上ある。また、機械的強度の指標として、曲げ強度が３０ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましくは、曲げ強度が４０ＭＰａ以上、更に好ましくは、５０ＭＰａ以上である。
【００１３】
本実施形態に係る窒化鉄磁石は、Ｆｅ１６Ｎ２が主成分である窒化鉄磁石であって、窒化鉄磁石中の窒化鉄磁性粒子間にＳｎまたはＳｎ合金を、窒化鉄磁石重量に対して１重量％以上３０重量％以下含んでいる。ＳｎまたはＳｎ合金含有量として、１重量％未満の含有量では十分な緻密化を行なうことができず、十分な機械的強度を得ることができない。一方、ＳｎまたはＳｎ合金含有量が３０重量％を超えると、最大エネルギー積が低下してしまい、満足な磁気特性を得ることができない。
【００１４】
前記Ｓｎ合金としては、Ｓｎと、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｂｉ、ＳｂやＩｎ等の合金を使用することができる。単体での一般的な低融点金属としては、Ｓｎ以外にもＺｎ、Ｇａ、Ｉｎ、ＢｉやＰｂなどが挙げられる。ただし、Ｆｅ１６Ｎ２からなる窒化鉄磁石に用いる場合、これらの低融点金属では融点を下げる効果が不十分であり、価格や環境への影響の観点からも好ましくない。
【００１５】
次に、本実施形態に係る窒化鉄磁石の好適な製造法について述べる。
【００１６】
本実施形態に係る窒化鉄磁性粒子は、酸化鉄を原料として用いて還元処理を行い、続いて窒化処理を行って得ることができる。
【００１７】
原料である酸化鉄は、特に限定されないが、マグネタイト、γ−Ｆｅ２Ｏ３、α−Ｆｅ２Ｏ３、α−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨ、ＦｅＯなどが挙げられる。
【００１８】
原料である酸化鉄の合成方法は、特に限定されないが、共沈法、空気酸化法、水熱合成法、気相法などが挙げられる。
【００１９】
本実施形態においては、必要により、還元処理によって粒子同士が焼結することを抑制するために原料である酸化鉄の表面をＳｉ等の化合物で被覆してもよい。
【００２０】
表面をＳｉで被覆された原料酸化鉄は、酸化鉄粒子を分散して得られる水懸濁液のｐＨを調整した後、Ｓｉ化合物を添加して混合攪拌することにより、又は、必要により、混合攪拌後にｐＨ値を調整し、その後、水洗、乾燥、粉砕することで得られる。
【００２１】
Ｓｉ化合物としては、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、コロイダルシリカ、シランカップリング剤等が使用できる。
【００２２】
Ｓｉ化合物の被覆量は、酸化鉄に対しＳｉ換算で０．１重量％以上２０重量％以下が好ましい。０．１重量％未満の場合には熱処理時に粒子間の焼結を抑制する効果が十分とは言い難い。２０重量％を超える場合には、非磁性成分が増加することとなり好ましくない。より好ましい表面被覆量は０．１５重量％以上１５重量％以下、更により好ましくは０．２重量％以上１０重量％以下である。
【００２３】
還元処理の温度は２００〜６００℃が好ましい。還元処理の温度が２００℃未満の場合には酸化鉄が十分に金属鉄に還元されない。還元処理の温度が６００℃を超える場合には酸化鉄は十分に還元されるが、粒子間の焼結も進行することになり、好ましくない。より好ましい還元温度は２５０〜４５０℃である。
【００２４】
還元処理の時間は特に限定されないが、１〜９６時間が好ましい。９６時間を超えると還元温度によっては焼結が進み後段の窒化処理が進みにくくなってしまう。１時間未満では十分な還元ができない場合が多い。より好ましくは２〜７２時間である。還元処理の雰囲気は、水素雰囲気が好ましい。
【００２５】
還元処理を行った後、窒化処理を行う。窒化処理の温度は１００〜２００℃である。窒化処理の温度が１００℃未満の場合には窒化が十分に進行しない。窒化処理の温度が２００℃を超える場合には、窒化が進行しすぎるため、Ｆｅ１６Ｎ２は得られない。より好ましい窒化温度は１２０〜１８０℃である。
【００２６】
窒化処理の時間は特に限定されないが、１〜４８時間が好ましい。４８時間を超えると窒化温度によってはＦｅ１６Ｎ２化合物相ではない異相の割合が多くなってしまう。１時間未満では十分な窒化ができない場合が多い。より好ましくは３〜２４時間である。
【００２７】
窒化処理の雰囲気は、ＮＨ３雰囲気が望ましく、ＮＨ３の他、Ｎ２、Ｈ２などを混合させてもよい。
【００２８】
次に、本実施形態によって得られた窒化鉄磁性粒子を用いた、窒化鉄磁石の製造方法の一例について説明する。
【００２９】
本実施形態によって得られた窒化鉄磁性粒子の表面に、ＳｎまたはＳｎ合金を窒化鉄磁石重量に対して１重量％以上３０重量％以下被着させる。ＳｎまたはＳｎ合金の被着方法としては、蒸着、めっき、粉末混合、ペースト添加、メカニカルアロイ等が使用できる。
【００３０】
次に、窒化鉄磁性粒子を金型に充填し、１〜３０ｔ／ｃｍ２の圧力で加圧しながら、１５０〜２５０℃の温度で緻密化させる。加圧時間は１〜３６００秒である。なお、成形方法としては、一軸加圧法またはＣＩＰなどの等方加圧法のいずれを用いてもよい。加熱方法としては、ヒーター加熱、マイクロ波加熱、プラズマ加熱等が使用できる。
【００３１】
窒化鉄磁性粒子を目的とする所定の形状に成形する際、磁場を印加しながら成形して、得られる成形体を一定方向に配向させるようにしてもよい。これにより、窒化鉄磁石が特定方向に配向するので、より磁性の強い異方性をもった窒化鉄磁石が得られる。印加する磁場の強度は２０ｋＯｅ以上であることが好ましい。
【００３２】
成形して得られる窒化鉄磁石の形状は特に限定されるものではなく、用いる金型の形状に応じて、例えば平板状、柱状、断面形状がリング状等、変更することができる。また、得られた窒化鉄磁石は、その表面上に酸化層や樹脂層等の劣化を防止するためにめっきや塗装を施してもよい。
【００３３】
以上、本実施形態に係る窒化鉄磁石及びその製造法について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明する。
【００３５】
（実施例１）
＜窒化鉄磁性粒子の作製工程＞
Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社製の酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３（粒子径３０ｎｍ）を用い、熱処理炉にて水素ガス２Ｌ／ｍｉｎ、３５０℃、５０時間の条件で還元し、続いて、アンモニアガスを０．１Ｌ／ｍｉｎ流しながら、１６０℃で１２時間窒化処理を行うことにより窒化鉄磁性粒子を得た。
【００３６】
＜Ｓｎ被着工程＞
得られた窒化鉄磁性粒子に対し、真空蒸着装置を用いてＳｎを被着させた。真空度は１×１０−４Ｐａとし、被着させる重量は、蒸着時間によって調節した。
【００３７】
＜窒化鉄磁石の作製工程＞
得られたＳｎ被着窒化鉄磁性粒子を、９０ｍｍ×１２ｍｍの試料形状の金型に充填し、２５ｋＯｅの横磁場を印加して２０ｔ／ｃｍ２の圧力で油圧プレス成形をおこなった。この加圧成形の間に、窒素雰囲気にて試料の最高到達温度が２００℃となる条件にて緻密化処理を施した。以上の工程により、実施例１の窒化鉄磁石を得た。
【００３８】
＜曲げ強度試験＞
窒化鉄磁石の曲げ強度は、窒化鉄磁石を８０×１０×４ｍｍのサイズに加工し、ＪＩＳ  Ｋ７１７１規格に準じて曲げ強度試験機を用いて測定した。測定試料５点の平均値を曲げ強度とし、測定には、島津製作所製の万能試験機（ＡＧＳ）を用いた。結果を表１に示す。
【００３９】
＜磁気特性評価＞
窒化鉄磁石の磁気特性をＢＨトレーサーにより評価した。磁気特性として、最大エネルギー積を、測定試料５点の平均値により算出した。測定には、玉川製作所製のＢＨトレーサー（ＴＭ−ＢＨ２５）を用いた。結果を表１に示す。
＜添加金属の含有量測定＞
窒化鉄磁石重量に対する添加金属の含有量を島津製作所製のＩＣＰ分析装置（ＩＣＰＳ−８１００ＣＬ）によって測定した。測定回数２回の平均値を算出し、結果を表１に示す。
【００４０】
（実施例２〜１０、比較例４、比較例５）
実施例１と同様に作製した窒化鉄磁性粒子に、表１に示す添加金属を所望の被着量となるように被着させることで、実施例２〜１０および比較例４、比較例５の窒化鉄磁石を得た。
【００４１】
（比較例１〜３）
Ｓｎ被着工程がない以外は、実施例１と同様の作製方法で比較例１の窒化鉄磁石を得た。また、Ｓｎ被着工程にて、Ｓｎ被着量を表１に示す量とすること以外は実施例１と同様の作製方法で比較例２および３の窒化鉄磁石を得た。
【００４２】
実施例１と同様の方法で、実施例２〜１０及び比較例１〜５の各窒化鉄磁石の曲げ強度試験、磁気特性評価、添加金属の含有量を測定した。曲げ強度、磁気特性評価および添加金属の含有量の測定結果を表１に示す。
【００４３】
曲げ強度は、３０ＭＰａ以上、最大エネルギー積は３ＭＧＯｅ以上を良好とした。
【００４４】
【表１】
0006618858.tif 000002
【００４５】
表１に示される結果から、比較例１および２の試料はＳｎが添加されていない、あるいは添加されていても含有量が不足しているために曲げ強度が不十分である。また、比較例３ではＳｎの含有量が過剰であるために最大エネルギー積が不十分である。さらに、比較例４および比較例５では、Ｚｎ、ＢｉがＳｎと比較して融点を下げる効果が低いために十分な緻密化ができておらず、曲げ強度が不十分である。これらに対し、本発明では高い曲げ強度と、最大エネルギー積が良好な試料が得られていることがわかる。