(57)【要約】【課題】アトマイズ法を用いて磁化の高い希土類焼結磁石を提供する。【解決手段】本発明の希土類焼結磁石の製造方法では、まず、Ｒ−Ｔ−Ｑ系希土類磁石合金のアトマイズ粉を用意する。ここで、Ｒは少なくとも１種の希土類元素、Ｔは少なくとも１種の遷移金属元素、Ｑは硼素および／または炭素である。そして、水素雰囲気中においてアトマイズ粉に対して外部から熱を供給し、それによって水素化反応を促進し、アトマイズ粉を脆化させる水素脆化処理工程を行う。次に、アトマイズ粉を粉砕することによって平均粒径１０μｍ以下の微粉末を作製する粉砕工程と、微粉末を成形し、粉末成形体を作製する工程と、粉末成形体を焼結する工程とを行う。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ−Ｔ−Ｑ系希土類磁石合金（Ｒは少なくとも１種の希土類元素、Ｔは少なくとも１種の遷移金属元素、Ｑは硼素および／または炭素）のアトマイズ粉を用意する工程と、
水素雰囲気中において前記アトマイズ粉に対して外部から熱を供給し、それによって前記アトマイズ粉を脆化させる水素脆化処理工程と、
前記アトマイズ粉を粉砕することによって平均粒径１０μｍ以下の微粉末を作製する粉砕工程と、
前記微粉末を成形し、粉末成形体を作製する工程と、
前記粉末成形体を焼結する工程と、
を含む、希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項２】
前記水素脆化処理工程は、前記アトマイズ粉に対して外部から熱を与え、前記アトマイズ粉の温度を１５０℃以上５５０℃以下に上昇させる工程を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記水素脆化処理工程は、前記アトマイズ粉の温度を２００℃以上に上昇させる工程を含んでいる請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記水素脆化処理工程は、前記アトマイズ粉の温度を２５０℃以上に上昇させる工程を含んでいる請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記水素脆化処理工程は、少なくとも水素脆化処理の開始時点において前記水素雰囲気の圧力を常圧、または、それ以下とする工程を含んでいる請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
前記水素脆化処理工程は、前記水素雰囲気の圧力を１ｋＰａ以上１０００ｋＰａ未満の範囲に設定した後、前記アトマイズ粉の加熱を開始する工程を含んでいる請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記アトマイズ粉は、水素脆化処理工程の前において、表面に酸化皮膜が形成されている、請求項１から６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記水素脆化処理工程は、１分以上８時間の間、前記アトマイズ粉の温度を１５０℃以上５５０℃以下に保持する、請求項１から７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記水素脆化処理工程は、水素雰囲気または不活性ガス雰囲気における昇温工程と、水素雰囲気または不活性ガス雰囲気における冷却工程とを含んでいる、請求項１から８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記水素脆化処理工程を行った後、前記アトマイズ粉に対して３００℃以上６００℃以下の温度範囲で熱処理を施す請求項１から９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１１】
前記の熱処理は、不活性ガスまたは真空中で実行する請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
粉末成形体を作製する工程は、前記微粉末を成形する過程で前記微粉末に対して配向磁界を印加する工程を含む請求項１から１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに製造方法によって作製された焼結磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種モータ、アクチュエータに好適に使用される希土類焼結磁石およびその製造方法に関し、特に、アトマイズ粉を微粉砕した粉末から希土類焼結磁石を作製する方法に関している。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁性合金は、原料合金の溶湯をインゴット法やストリップキャスト法によって冷却凝固し、それによってＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ型正方晶相を主相として含む組織を形成する技術を用いて量産化されている。
【０００３】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石では、焼結組織において結晶粒径を均一微細にすることが保磁力を向上させるためには有利である。ストリップキャスト法で作製した合金を母合金として用いると、インゴット法で作製した合金を母合金として用いる場合に比べて焼結組織を微細化でき、大きな保磁力が得られることが知られている。
【０００４】
このストリップキャスト法を採用する場合において、焼結組織を更に微細化し、保磁力をいっそう高めてゆくには、合金溶湯の急冷速度を更に高める必要がある。しかし、このように急冷速度の大きな条件では、急冷合金の冷却面に結晶方位のランダムな極微細組織（チル晶）が生成される。チル晶は組織が極めて微細であるため、チル晶から形成される個々の粉末粒子が単結晶的な組織構造を持つようにすることは、母合金を極めて細かく粉砕する必要があり、通常は不可能である。このため、粉末内にチル晶から形成された粒子が混在していると、最終的に得られる焼結磁石の磁化が低下する原因となる。
【０００５】
上記のストリップキャスト法やインゴット法など以外に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁性合金の粉末をアトマイズ法によって製造する技術が存在する。アトマイズ法は、不活性な雰囲気ガス中に原料合金溶湯を噴霧することにより、その溶融金属の液滴から粉末粒子を作製する方法である。アトマイズ法では、溶融金属の液滴が自由落下中に凝固するため、ほぼ球形の粉末粒子が得られるが、アトマイズ法で作製された粉末粒子（以下、「アトマイズ粉」と略記する場合がある。）には、チル晶がほとんど存在しないという利点がある。このようなアトマイズ法によってＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石粉末を作製する方法が、例えば、特許文献１から特許文献６に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−１７９０５号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１８９９０１号公報
【特許文献３】
特開昭６０−１８９９０２号公報
【特許文献４】
特開昭６２−７４０４５号公報
【特許文献５】
特開平７−４８６１０号公報
【特許文献６】
特開２００２−６０８０６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
アトマイズ粉は、合金溶湯の液滴が不活性ガス中に噴霧された後、液滴の周囲から等方的に冷却されるため、粉末粒子内に生成する主相（Ｒ２Ｔ１４Ｂ化合物）の結晶方位はランダムとなる。このため、アトマイズ粉を原料として異方性焼結磁石を製造するには、アトマイズ粉を更に粉砕して各粉末粒子が略単結晶になるように小さくする。しかし、現実には、略単結晶状態の粒子が得られるまでアトマイズ粉を細かくボールミルなどで機械的に粉砕することは不可能であるため、粉末粒子内の主相の配向度は低下し、磁気特性に優れた異方性焼結磁石を製造することは困難である。
【０００８】
このような問題を解決するため、特許文献６には、加圧水素雰囲気（室温）を用いてアトマイズ粉を脆化する技術が開示されている。この技術によれば、水素脆化処理によってアトマイズ粉が脆化するため、その後に行う機械的粉砕（ジェッミル粉砕などの粉砕）工程により、個々の粉末粒子が単結晶的な組織を持つような微粉末を作製することが可能である。アトマイズ粉は多結晶組織を有しているが、各粒子内の結晶粒界には水素を吸蔵しやすい希土類リッチ相が存在している。この希土類リッチ相は水素吸蔵によって膨張し、その部分にクラックが入ることによって脆化する。このため、アトマイズ粉を構成している主相部分が水素脆化処理によってバラバラに分離し、単結晶粒子となりやすく、脆化処理後に微粉砕工程を行えば、異方性焼結磁石の製造に適した微粉末を容易に得ることができる。
【０００９】
上記従来技術において、加圧された水素雰囲気（室温）でアトマイズ粉を処理する理由の１つは、水素脆化処理装置内でアトマイズ粉による水素吸蔵が始まると、その後、水素脆化処理装置内のガス圧が急激に低下し、大気に対して負圧となるため、大気中の酸素が水素脆化処理装置内に進入して水素爆発を引き起こす危険を避けるためである。
【００１０】
しかし、上記の水素脆化処理方法には、アトマイズ粉を充分に脆化することが困難であるという問題がある。本発明者の検討によると、その理由は、アトマイズ粉の粒子表面状態が必ずしも一様ではなく、粒子の表面部分では結晶組織の乱れや酸化被膜や窒化被膜が存在するためであると考えれる。アトマイズ粉の粒子表面に被膜が存在する原因は、原料合金の溶湯を噴霧し、急冷する際に、その冷却用の雰囲気ガス中に微量の酸素や窒素が混入しているためであると考えられる。このような被膜は、アトマイズ粉の水素脆化に対して大きな支障となる。なお、アトマイズ法で用いる急冷室は容積が大きく、その内部を完全に不活性雰囲気で満たすことは難しく、どうしても酸素や窒素などの大気成分が混入する。
【００１１】
一方、上記の水素脆化処理方法では、水素ガスを加圧して使用しているが、そのような加圧水素を用いるには、水素ガス用の耐圧容器が必要となり、設備が大がかりになるという問題もある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アトマイズ粉に対する充分な水素脆化を実現し、特性の優れた焼結磁石を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による希土類焼結磁石の製造方法は、Ｒ−Ｔ−Ｑ系希土類磁石合金（Ｒは少なくとも１種の希土類元素、Ｔは少なくとも１種の遷移金属元素、Ｑは硼素および／または炭素）のアトマイズ粉を用意する工程と、水素雰囲気中において前記アトマイズ粉に対して外部から熱を供給し、それによって前記アトマイズ粉を脆化させる水素脆化処理工程と、前記アトマイズ粉を粉砕することによって平均粒径１０μｍ以下の微粉末を作製する粉砕工程と、前記微粉末を成形し、粉末成形体を作製する工程と、前記粉末成形体を焼結する工程とを含む。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記水素脆化処理工程は、前記アトマイズ粉に対して外部から熱を与え、前記アトマイズ粉の温度を１５０℃以上５５０℃以下に上昇させる工程を含んでいる。
【００１５】
好ましい実施形態において、前記水素脆化処理工程は、前記アトマイズ粉の温度を２００℃以上に上昇させる工程を含んでいる。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記水素脆化処理工程は、前記アトマイズ粉の温度を２５０℃以上に上昇させる工程を含んでいる。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記水素脆化処理工程は、少なくとも水素脆化処理の開始時点において前記水素雰囲気の圧力を常圧、または、それ以下とする工程を含んでいる。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記水素脆化処理工程は、前記水素雰囲気の圧力を１ｋＰａ以上１０００ｋＰａ未満の範囲に設定した後、前記アトマイズ粉の加熱を開始する工程を含んでいる。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記アトマイズ粉は、水素脆化処理工程の前において、表面に酸化皮膜および／または窒化被膜が形成されている。
【００２０】
前記水素脆化処理工程は、１分以上８時間の間、前記アトマイズ粉の温度を１５０℃以上５５０℃以下に保持する。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記水素脆化処理工程は、水素雰囲気または不活性ガス雰囲気における昇温工程と、水素雰囲気または不活性ガス雰囲気における冷却工程とを含んでいる。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記水素脆化処理工程を行った後、前記アトマイズ粉に対して３００℃以上６００℃以下の温度範囲で熱処理を施す。
【００２３】
好ましい実施形態において、前記の熱処理は、不活性ガスまたは真空中で実行する。
【００２４】
好ましい実施形態において、粉末成形体を作製する工程は、前記微粉末を成形する過程で前記微粉末に対して配向磁界を印加する工程を含む。
【００２５】
本発明の焼結磁石は、上記いずれかの製造方法によって作製されたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明による希土類焼結磁石の製造方法では、まず、Ｒ−Ｔ−Ｑ系希土類磁石合金のアトマイズ粉を用意する。ここで、Ｒは少なくとも１種の希土類元素、Ｔは少なくとも１種の遷移金属元素、Ｑは硼素および／または炭素である。
【００２７】
Ｒ−Ｔ−Ｑ系希土類磁石合金の好ましい組成は、Ｒが２８質量％以上３５質量％以下、Ｑが０．９質量％以上１．２質量％以下であり、残余がＴである。また、Ｒ、Ｔ、およびＱ以外の元素として、後述するように他の金属元素が添加されていても良い。
【００２８】
アトマイズ粉は、上記組成を有する合金原料を１４００℃程度に加熱溶融した後、アルゴンガスなどの不活性ガス中に噴霧する。こうして得られるアトマイズ粉の平均粒径は、好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下である。
【００２９】
本発明では、このようなアトマイズ粉に対して、水素雰囲気中で外部から熱を供給し、それによって水素化反応を促進する水素脆化処理工程を行う。前述したように、アトマイズ粉の表面には自然酸化膜が存在するため、加圧された水素雰囲気（室温）内でアトマイズ粉に対する水素脆化処理を行っても、水素がアトマイズ粉の内部の深い部分にまでは充分に拡散せず、水素脆化が不充分であった。しかし、本発明では、水素雰囲気中のアトマイズ粉に対してヒータなどを用いて外部から熱を供給するため、粒子表面に存在する酸化被膜が水素拡散の障壁として働く機能が低下し、その結果、アトマイズ粉の内部において充分な脆化を達成することが可能である。水素ガスおよびアトマイズ粉を加熱することによって水素脆化が促進される理由は、アトマイズ粉の粒子表面に存在する酸化被膜の緻密性が加熱によるアトマイズ粉の熱膨張によって大きく低下するためであると考えられる。
【００３０】
水素雰囲気の温度は、１５０℃以上に設定されることが好ましく、２００℃以上に設定されることが更に好ましい。１５０℃未満では、アトマイズ粉の粒子表面の状態によって、水素脆化の程度が大きくばらつくからである。なお、水素脆化処理時間をできるだけ短縮するには、水素雰囲気の温度を２５０℃以上に設定することが好ましい。しかし、水素雰囲気ガスの温度が６００度以上になると、ＨＤＤＲ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ−Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎ−Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ−Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）Ｒ反応による組織分解が開始し、水素吸蔵量が低下するため、水素雰囲気ガスの温度は５５０℃以下に設定することが好ましい。なお、「ＨＤＤＲ」は、水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ）、不均化（Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎ）、脱水素化（Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）、および再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を意味している。
【００３１】
水素は４００℃以上で爆発しやすくなるため、安全性を考慮すれば、水素雰囲気ガスの温度は４００℃以下に設定されることが望ましい。
【００３２】
次に、水素脆化処理によって脆化したアトマイズ粉を機械的に粉砕することにより、平均粒径１０μｍ以下（典型的には１μｍ以上５μｍ以下）の微粉末を作製する。本発明では、水素脆化反応が適正に行われているため、アトマイズ粉の主相粒界には十分な量のクラックが入り、微粉砕のための工程が簡単になる。例えば、解砕程度の処理によって充分な微粉砕を達成することができる。なお、本明細書における粉末の「平均粒径」は、ＦＳＳＳ粒径による平均粒径である。
【００３３】
こうして得られた微粉末をプレス成形し、粉末成形体を作製し、焼結する。本発明によれば、母合金としてアトマイズ粉を用いるため、粉末粒子中に希土類リッチ相が微細に分散しており、焼結時に液相が生成されやすい。このため、焼結温度を低くしても、充分な焼結密度を得ることができる。焼結温度の低化により、焼結中の粒成長を抑制できるため、焼結体組織を微細化し、保磁力を向上させることが可能となる。本発明によって最終的に得られる焼結磁石は、好ましくは、平均粒径が２〜７μｍの主相結晶粒径を有し、ストリップキャスト法を用いて作製した母合金を用いた場合に比べて高い保磁力を達成することができる。
【００３４】
また本発明によれば、微粉砕の主相が実質的に単結晶組織を持つようになるため、磁界配向に適した粉末を提供でき、磁化の向上した異方性焼結磁石を作製することが可能となる。
【００３５】
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００３６】
［アトマイズ装置］
図１は、本実施形態で好適に使用され得るアトマイズ装置の構成例を示している。図示されている装置は、傾動可能な溶解炉１、およびタンディッシュなどの貯湯容器２を備えた溶解室３、ならびに、アトマイズによって磁粉４が形成される急冷室５を備えている。溶解室３および急冷室５の内部は、いずれも、好適には不活性ガス雰囲気（アルゴンまたはヘリウム）で満たされている。
【００３７】
溶解炉１では、上記の組成を有する合金の溶湯６が作製され、貯湯容器２へ注湯される。貯湯容器３の底部にはノズル７があり、ノズル７を介して合金溶湯６の溶融金属流８が急冷室５の内部に噴射される。急冷室８では、溶融金属流８に対してジェット９が吹き付けられ、それによって形成された溶融金属の小滴が自由落下中に雰囲気ガスによって熱を奪われつつ急冷される。急冷により凝固した金属の小滴は、アトマイズ装置内の底部において磁粉４として集められる。
【００３８】
［水素脆化処理］
次に、上記の方法で得られたアトマイズ粉に対して水素脆化処理工程を行う。水素脆化処理工程は、アトマイズ粉に対して外部から熱を与え、アトマイズ粉の温度を１５０℃以上５５０℃以下に上昇させる工程を含んでいる。アトマイズ粉の温度は、２００℃以上に上昇させることが好ましく、２５０℃以上に上昇させることが更に好ましい。
【００３９】
好ましい実施形態においては、少なくとも水素脆化処理の開始時点において水素雰囲気の圧力を適切な値に設定する。具体的には、水素雰囲気の圧力を１ｋＰａ以上１０００ｋＰａ未満の範囲に設定した後、アトマイズ粉の加熱を開始する。あるいは、１５０℃以上５５０℃以下の温度に上昇させてから、水素ガスを処理装置内に導入してもよい。
【００４０】
このような水素脆化処理により、アトマイズ粉の粒子表面に酸化被膜が形成されていても、粒子の内部深くにまで水素を充分に拡散させ、必要な脆化を完了することができる。また、アトマイズ粉に対して水素脆化処理を行う際、水素脆化処理とともに攪拌処理を行ってもよい。これにより、アトマイズ粉表面に存在する酸化被膜にクラックが入りやすくなり、水素吸蔵を促進できる場合がある。
【００４１】
［熱処理］
水素脆化処理の後、焼結工程を行う前に、３００℃以上６００℃以下（典型的には４００℃以上５５０℃以下）の温度範囲で熱処理を付加的に行うことが好ましい。熱処理の時間は２０分以上８時間の範囲内で設定される。この熱処理により、水素脆化処理によってアトマイズ粉に吸蔵されていた水素の一部が粉末内部から外方へ拡散し、離脱する（脱水素脆化処理）。また、この熱処理は、水素脆化処理後、同一設備内において引き続いて実行しても良い。この場合、アトマイズ粉を冷却する工程を、水素脆化処理と熱処理との間に挿入する必要が無くなるため、処理工程時間を短縮できる。
【００４２】
このような脱水素脆化処理を焼結工程の前に行うことにより、粉末の化学的安定度が増し、酸化などによる磁石特性の劣化を抑制できる。
【００４３】
［微粉砕］
次に、水素脆化処理されたアトマイズ粉に対して、ジェットミル装置などの粉砕装置を用いて微粉砕を実行する。微粉砕に際して、好ましくは、粒径が１μｍ以下の超微粉を除去する。このような超微粉除去を行うには、通常のジェットミル装置にサイクロン分級機などの装置を接続すればよい。
【００４４】
本実施形態によれば、平均粒径（ＦＳＳＳ粒径）が１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上４μｍ以下の微粉砕粉が得られる。上記の分級機により、粒径１．０μｍ以下の超微粉の体積が粉末全体の体積の１０％以下である合金粉末を得ることができる。
【００４５】
粉砕工程における酸化をできる限り抑制するためには、微粉砕を行う際に用いる高速気流ガス（不活性ガス）中の酸素量を、例えば１０００〜２００００体積ｐｐｍ程度の範囲内に抑えることが好ましく、５０００体積ｐｐｍ程度に低く抑えることが更に好ましい。
【００４６】
なお、ジェットミル装置に代えて、他の微粉砕装置（例えばアトライタやボールミル粉砕機）を用いてもよい。
【００４７】
［潤滑剤の添加］
成形工程の前に、上記微粉末に対して脂肪酸エステルなどを主成分とする液体潤滑剤やバインダを添加してもよい。例えばロッキングミキサーなどの装置を用い、不活性雰囲気中で潤滑剤を例えば０．１５〜５．０質量％添加・混合することが好ましい。脂肪酸エステルとしては、カプロン酸メチル、カプリル酸メチル、ラウリン酸メチルなどが挙げられる。重要な点は、後の工程で潤滑剤が揮発し、除去され得ることにある。また、潤滑剤それ自体が合金粉末と均一に混合しにくい固形状のものである場合は、溶剤で希釈して用いれば良い。溶剤としては、イソパラフィンに代表される石油系溶剤やナフテン系溶剤等を用いることができる。潤滑剤添加のタイミングは任意であり、微粉砕前、微粉砕中、微粉砕後の何れであっても良い。液体潤滑剤は、粉末粒子の表面を被覆し、粒子の酸化防止効果を発揮する。また、液体潤滑剤は、プレスに際して成形体の密度を均一化して粉末粒子間の摩擦を低減し、圧縮性を改善するとともに、配向の乱れを抑制する機能をも発揮する。また、ステアリン酸亜鉛などの固体潤滑剤を用いる場合、微粉砕前に添加し、粉砕時に混合することができる。この混合は、微粉砕後にロッキングミキサーで行ってもよい。
【００４８】
［プレス成形］
次に、公知のプレス装置を用い、上述の方法で作製した微粉末を配向磁界中で成形する。本実施形態では、磁界中での配向性を高めるため、プレス圧力を５〜２００ＭＰａ、好ましくは１５〜１００ＭＰａの範囲内に調節する。プレス成形が終了した後、粉末の成形体は下パンチによって押し上げられ、プレス装置の外部へ取り出される。
【００４９】
次に、成形体は、例えば焼結用台板に載せられて台板とともに焼結ケースへ搭載される。焼結体を搭載した焼結ケースは焼結炉内に移送され、その炉内で焼結工程を行う。
【００５０】
本実施形態における焼結工程は、バッチ炉や連続炉の何れを用いて行っても良い。焼結温度における保持時間を短くして主相の粒成長を抑制するため、焼結温度に達する前に８００℃前後の温度で所定時間（例えば０．５〜６時間）だけ脱水素工程を行ってもよい。
【００５１】
焼結のための熱処理を行うときの炉内の雰囲気は、成形体の粉末と反応しにくいガス（アルゴンガスなどの不活性ガス）が用いられる。また、雰囲気ガスの圧力は大気圧よりも低く設定されることが好ましく、例えば５００Ｐａ以下に減圧される。
【００５２】
本実施形態では、焼結温度を９５０℃以上１０５０℃以下の温度に設定することができるため、焼結中の粒成長を抑制し、その結果、保磁力を向上できる。
【００５３】
本実施形態の焼結工程の後、最終的に室温レベルまで冷却された焼結体に対しては、その後、時効熱処理、切断加工、研磨加工、保護膜堆積などの処理が適宜実施される。
【００５４】
［合金組成］
希土類元素Ｒとして、具体的には、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕの少なくとも一種類の元素を用いることが好ましい。充分な磁化を得るには、希土類元素Ｒのうちの５０原子％以上がＰｒまたはＮｄの何れかまたは両方によって占められることが好ましい。
【００５５】
希土類元素Ｒが２８質量％を下回ると、α−Ｆｅ相の析出によって保磁力が低下するおそれがある。また、希土類元素Ｒが３５質量％を超えると、目的とする正方晶Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ型化合物以外にＲリッチの第２相が多く析出し、磁化が低下するおそれがある。このため、希土類元素Ｒは、全体の２８〜３５質量％の範囲内にあることが好ましい。
【００５６】
磁石特性向上のため、Ｆｅの一部をＣｏで置換しても良い。Ｆｅと置換する遷移金属元素として、Ｃｏ以外に、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｍｂ、Ｍｏなどの遷移金属元素が用いられ得る。遷移金属元素全体のうち、Ｆｅの占める割合は５０原子％以上であることが好ましい。Ｆｅの割合が５０原子％を下回ると、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型化合物の飽和磁化そのものが減少するからである。
【００５７】
Ｂおよび／またはＣは、正方晶Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶構造を安定的に析出するために必須である（特にＢは必須である）。Ｂおよび／またはＣの添加量が０．９質量％未満ではＲ２Ｔ１７相が析出するため保磁力が低下し、減磁曲線の角型性が著しく損なわれる。また、Ｂおよび／またはＣの添加量が１．２質量％を超えると、磁化の小さな第２相が析出してしまう。
【００５８】
粉末の磁気的な異方性をより高めるためには、他の添加元素Ｍを付与してもよい。添加元素Ｍとしては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗからなる群から選択された少なくとも１種類の元素が好適に使用される。このような添加元素Ｍは全く添加されなくても良い。添加する場合は、添加量を３質量％以下にすることが好ましい。添加量が３質量％を超えると、強磁性ではない第２相が析出して磁化が低下するからである。
【００５９】
【実施例】
まず、図１に示す構成を備えた装置を用いて、質量比率で３１．５％Ｎｄ−ｂａｌ．Ｆｅ−０．２％Ａｌ−１．０％Ｂ組成のアトマイズ粉を作製した。上記組成の合金溶湯をＡｒガスなどの不活性ガス中に噴霧し、急冷した。こうして得られた粉末から粒径が３００μｍ以上の粉末粒子を除外し、粒径３００μｍ以下のアトマイズ粉を用意した。また、比較例として、ストリップキャスト法で作製した合金鋳片およびインゴット法で作製した合金鋳片を用意した。
【００６０】
次に、下記の表１に示す条件に従い、上記アトマイズ粉や合金鋳片を水素雰囲気中で加熱した後、アルゴン流気中で冷却した。
【００６１】
【表１】
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【００６２】
表１における「水素脆化条件」の欄に記載されている「１００ｋＰａ　６００℃−２ｈｒ」は、１００ｋＰａの水素雰囲気ガス中においてアトマイズ粉などを６００℃に加熱し、その温度で２時間保持したことを意味している。
【００６３】
表１からわかるように、試料Ｎｏ．１〜１８はアトマイズ粉を用いているが、試料Ｎｏ．１９〜２０はストリップキャスト法で作製した合金を用い、試料Ｎｏ．２１〜２２はインゴット法で作製した合金を用いたものである。
【００６４】
試料Ｎｏ．１では、水素脆化処理を行わず、アトマイズ粉に対して直ちにジェットミル粉砕を行った。試料Ｎｏ．２〜３では、外部から熱を供給することなく、室温で水素脆化処理を開始した。これらの試料Ｎｏ．１〜３は比較例である。
【００６５】
なお、室温で水素脆化処理を開始した場合でも、水素吸蔵が発熱を伴なう反応であるため、外部から熱を供給しない状況でも、水素化反応に伴なう自己発熱によって２００〜４００℃程度にアトマイズ粉の温度が上昇する場合がある。
【００６６】
試料Ｎｏ．４〜１６は、本発明の実施例に相当するが、試料Ｎｏ．１７〜２１は比較例である。比較例のうち、試料Ｎｏ．１７〜１８では、アトマイズ粉を用いているが、６００℃という高温で水素脆化処理を行っているため、水素化・分解反応により、母合金主相の一部が分解した。
【００６７】
実施例のうち、試料Ｎｏ．１１〜１３では、水素吸蔵工程の後、冷却を行うことなく引き続いて４００〜６００℃で脱水素工程を行った。また、試料Ｎｏ．１４〜１６では、アルゴンガス雰囲気中または真空中で炉内温度を所定温度に上昇させた後、水素ガスを炉内に供給する方法で水素脆化処理を実行した。他の試料では、炉内に水素を供給した後、水素雰囲気中で炉内温度を所定温度に上昇させた。
【００６８】
図２から図４に水素脆化処理前後におけるアトマイズ粉の断面ＳＥＭ写真を示す。図２は、水素脆化処理前の段階におけるアトマイズ粉の断面を示している。図３および図４は、それぞれ、試料Ｎｏ．３（比較例）および試料Ｎｏ．５（実施例）の水素脆化処理後におけるアトマイズ粉の断面を示している。
【００６９】
これらの写真からわかるように、アトマイズ粉に対する水素脆化処理を行った試料では、水素脆化処理の前後で粉末粒子の外観形状は大きく変化せず、略球形である。図３からわかるように、実施例の水素脆化処理後は、粉末粒子を構成する結晶相の粒界に亀裂が発生し、脆化が充分に進行している。これに対して、比較例では、図４からわかるように水素脆化処理前の状態とほとんど変化しておらず、脆化が不充分である。図３に示す実施例は、アトマイズ粉を１００ｋＰａの水素中で２００℃に加熱し、その温度で２時間保持したものであるのに対し、図４に示す比較例は、アトマイズ粉を１．０ＭＰａの加圧水素中で４時間保持したものである。
【００７０】
このように加圧した水素を用いる場合に比較して、加熱した水素を用いる場合の方がアトマイズ粉の水素脆化を格段に促進できた。
【００７１】
次に、窒素ガスを粉砕ガスとして用いるジェットミルにより、水素脆化後のアトマイズ粉および合金鋳片に対して微粉砕を行った。微粉砕の条件は、水素脆化処理条件にかかわらず一定とした。得られた微粉末の粒度（ＦＳＳＳ粒度）を表１に示す。
【００７２】
この後、上記微粉末を８００ｋＡ／ｍの磁界中でプレス成形し、成形密度４．２ｇ／ｃｍ３の成形体を作製した。なお、配向磁界の印加は、加圧方向に対して直交する方向に行った。こうして得られた成形体を真空焼結炉において焼結した。焼結条件は、表１に示すとおりである。
【００７３】
焼結後、焼結密度Ｐおよび磁気特性を測定した。磁気特性としては、Ｂ−Ｈトレーサを用いて残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力ＨｃＪを測定した。測定結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
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【００７５】
アトマイズ粉を用いた試料の磁気特性を比較すると、加熱した状態（ただし、６００℃以下）で水素脆化処理を行った場合、残留磁束密度Ｂｒが大きく向上することがわかる。特に、２００〜５００℃の温度で水素脆化処理した場合は、焼結温度を１０００℃未満に設定しても、従来のアトマイズ粉では得られなかった優れた磁気特性が得られた。実施例における残留磁束密度Ｂｒの向上は、微粉末を構成する粒子の主相が略単結晶的なため、磁界配向しやすく、異方性の高い焼結磁石を作製するのに適しているためである。また、焼結温度を９６０℃に設定しても、約７．５ｇ／ｃｍ３の焼結密度を達成できることを確認した。
【００７６】
図５は、この比較例と実施例に関する焼結密度の焼結温度依存性を示すグラフである。図５のグラフからわかるように、本発明の実施例（アトマイズ粉）によれば、相対的に低い温度で高い焼結密度を得ることができる。
【００７７】
アトマイズ粉によれば、このように焼結性に優れた粉末が得られる理由は、アトマイズ粉の組織が他の合金鋳片に比べて微細かつ均質に分散した希土類リッチ相を含んでおり、かつ、チル晶を含んでいないことにある。希土類リッチ相は焼結工程で液相化しやすく、このような希土類リッチ相が細かく分散しているほど、焼結しやすい粉末が得られる。
【００７８】
また、このように希土類リッチ相が細かく分散した組織を有するアトマイズ粉に対して水素脆化処理を充分に行うと、希土類リッチ相の部分からクラックが生じやすいため、表面に希土類リッチな部分が露出した微粉末を生成することができ、よりいっそう、焼結性が向上する。そして、粉末の焼結性が向上するほど、焼結温度を低減しても密度の高い焼結磁石が得られ、また、焼結温度の低減の効果として粒成長を抑制し、磁気特性（特に保磁力）を向上させることが可能となる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、アトマイズ粉を用いるため、粉末粒子はチル晶を含まず、希土類リッチ相の分散した極微細結晶組織が得られる。その結果、焼結温度を低下しても充分な密度の異方性焼結磁石が提供される。また、アトマイズ粉に対する充分な水素脆化を再現性良く実現し、特性の優れた焼結磁石を提供することができる。また、本発明によれば、脆化処理工程で水素雰囲気を加圧する必要が無いため、水素脆化処理装置を小型化しやすく、量産化に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に好適に用いることができるアトマイズ装置を示す断面図である。
【図２】水素脆化処理前におけるアトマイズ粉の粒子断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】水素脆化処理後におけるアトマイズ粉（実施例）の粒子断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図４】水素脆化処理後におけるアトマイズ粉（比較例）の粒子断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５】実施例および比較例に関する焼結密度の焼結温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１　溶解炉
２　貯湯容器
３　溶解室
４　磁粉
５　急冷室
６　合金溶湯
７　ノズル
８　溶融金属流
９　ジェット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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