(57)【要約】【課題】急冷速度が比較的低い急冷装置を用いて、高性能ナノコンポジット磁石用の急冷合金を安定して生産する。【解決手段】鉄基希土類磁石用合金の溶湯を急冷することにより、溶湯を凝固する過程で結晶化を開始させる第１急冷工程を行う。この後、第１急冷工程によって結晶化を開始した合金を冷却媒体に接触させ、それによって合金を更に急冷し、結晶相の粒成長を抑制する第２急冷工程を行い、冷却経路１を辿るように合金温度を変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄基希土類磁石用合金の溶湯を急冷することにより、前記溶湯を凝固する過程で結晶化を開始させる第１急冷工程と、
前記第１急冷工程によって結晶化を開始した合金を冷却媒体に接触させ、それによって前記合金を更に急冷し、結晶相の粒成長を抑制する第２急冷工程と、
を包含する鉄基希土類磁石用合金の製造方法。
【請求項２】
前記第１急冷工程は、双ロール急冷法によって前記合金の溶湯を急冷する工程を含む請求項１に記載の鉄基希土類磁石用合金の製造方法。
【請求項３】
前記冷却媒体は、相互に反対方向に回転する一対の金属ロールである請求項１または２に記載の鉄基希土類磁石用合金の製造方法。
【請求項４】
前記第１急冷工程による結晶化で発現する前記結晶相は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶構造を有する硬磁性相である請求項１から３のいずれかに記載の鉄基希土類磁石用合金の製造方法。
【請求項５】
前記第１急冷工程で前記冷却媒体に前記合金を接触させるときの前記合金の温度を７００℃以上８５０℃以下の範囲に設定する請求項１から４のいずれかに記載の鉄基希土類磁石用合金の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の鉄基希土類磁石用合金の製造方法によって鉄基希土類磁石用合金を作製する工程と、
前記鉄基希土類磁石用合金に対する熱処理を行う工程と、
を包含する鉄基希土類永久磁石の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理を行う工程によって硬磁性相と軟磁性相とが磁気的に結合したナノコンポジット磁石組織を形成する請求項６に記載の鉄基希土類永久磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細結晶組織を有する鉄基希土類磁石用合金の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボンド磁石に好適に用いられる鉄基希土類磁石として、ナノコンポジット磁石が注目されている。ナノコンポジット磁石は、２種類以上の微細結晶相を含み、硬磁性相と軟磁性相とが磁気的に結合した磁石である。鉄基希土類系のナノコンポジット磁石は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相を主相とする単相型磁石を凌駕する高性能を発揮することが理論的に予測されているが、現在のところ、そのように優れた性能を持つナノコンポジット磁石は量産されていない。
【０００３】
ナノコンポジット磁石などの急冷磁石を製造する方法としては、メルトスピニング法やストリップキャスティング法があり、これらの従来技術は、例えば特許文献１に開示されている。従来技術によって急冷磁石を製造する場合、まず、メルトスピニング法などの液体超急冷法によって合金溶湯から非晶質状態の急冷合金、または、非晶質相および微細結晶相の両方を含む急冷合金を作製する。その後、これらの急冷合金を加熱することによって結晶化を引き起こす工程が行われる。
【０００４】
メルトスピニング法やストリップキャスティング法では、回転する冷却ロールの表面に合金溶湯を供給し、合金溶湯の熱を急速に奪い取ることによって急冷し、凝固することができる。このような冷却ロールを用いて合金溶湯を急冷する場合、急冷時における冷却速度は、合金溶湯の供給レートや急冷ロールの表面速度を制御することによって調節される。
【０００５】
合金が急冷ロールに接触している時間は極めて短い。このため、まだ高温状態（例えば７００〜９００℃）にある合金が急冷ロールとの接触領域から連続的に吐き出されることになる。高温状態の合金は、帯状に長く延びた状態にあり、周囲の雰囲気ガスに熱を奪われながら室温程度まで更に冷えてゆく（自然放冷）。
【０００６】
従来、硬磁性を担うＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相と軟磁性を担うα−Ｆｅ相や鉄基硼化物相とが均一かつ微細に分散した組織を有するナノコンポジット磁石は、特定組成の合金溶湯を急冷することによって非晶質相が大半を占める急冷凝固合金を作製した後、その急冷凝固合金を加熱し、結晶化させる方法で作製されていた。この場合、急冷工程における冷却レートを低下させると、急冷直後の合金中にα−Ｆｅなどが析出した結晶組織が形成され、その後の熱処理によって軟磁性のα−Ｆｅなどが粗大化してしまう問題があった。
【０００７】
しかし、本出願人は、合金組成にＴｉを加えることにより、合金溶湯の冷却過程でα−Ｆｅの析出・成長を抑制し、それによってＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相を多く含む急冷合金を作製できることを見いだし、特許文献１および特許文献２に開示している。Ｔｉの添加は、急冷工程における冷却レートを低下させることを可能にしたため、冷却レートが相対的に低く量産性に優れたストリップキャスティング法を用いてナノコンポジット磁石を製造することが可能になった。
【０００８】
一方、本出願人は、急冷合金の組織構成を制御する技術として、合金溶湯を急冷することによって金属ガラス状態を形成した後、金属ガラス状態にある合金を加熱または冷却する方法を特許文献３に開示している。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１７５９０８号公報
【特許文献２】
ＷＯ  ０２／３９４６５  Ａ１パンフレット
【特許文献３】
特開２００１−３１９８２１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ストリップキャスティング法による場合、ロールへの単位時間当たりの溶湯の供給量を一定に保つことが難しく、単位時間当たりの溶湯供給量が多くなりすぎると、冷却ロールでの冷却が不十分となる問題がある。冷却が不十分になると、Ｔｉが添加された組成であっても、急冷合金中の結晶組織が粗大化し、結果として磁気特性に優れた鉄基希土類永久磁石を得ることが困難な場合がある。このような問題は、急冷合金が充分に冷却されない状態で装置の回収槽に堆積するような場合に顕著に生じる。
【００１１】
一方、本発明者の一人が双ロール急冷法による急冷合金の作製を検討した結果、急冷速度を上げようとしてロール周速度を高くすると、急冷薄帯がロールに巻きついてしまい、薄帯を安定して得ることができなかった。その結果、急冷薄帯を安定して得るためにはストリップキャスティングよりも更に遅い急冷速度で急冷を行う必要があり、結果として磁気特性に優れた鉄基希土類永久磁石を得ることができないという問題もあった。
【００１２】
本発明は、かかる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ストリップキャスティング法や双ロール急冷法のように急冷速度が比較的低い急冷方法を用いても、最終的に磁気特性の優れたナノコンポジット磁石が得られる鉄基希土類磁石用合金の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の鉄基希土類磁石用合金の製造方法は、鉄基希土類磁石用合金の溶湯を急冷することにより、前記溶湯を凝固する過程で結晶化を開始させる第１急冷工程と、前記第１急冷工程によって結晶化を開始した合金を冷却媒体に接触させ、それによって前記合金を更に急冷し、結晶相の粒成長を抑制する第２急冷工程とを包含する。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記第１急冷工程は、双ロール急冷法によって前記合金の溶湯を急冷する工程を含む。
【００１５】
好ましい実施形態において、前記冷却媒体は、相互に反対方向に回転する一対の金属ロールである。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記第１急冷工程による結晶化で発現する前記結晶相は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶構造を有する硬磁性相である。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記第１急冷工程で前記冷却媒体に前記合金を接触させるときの前記合金の温度を７００℃以上８５０℃以下の範囲に設定する。
【００１８】
本発明の鉄基希土類永久磁石の製造方法は、上記いずれかの鉄基希土類磁石用合金の製造方法によって鉄基希土類磁石用合金を作製する工程と、前記鉄基希土類磁石用合金に対する熱処理を行う工程と、
を包含する。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記熱処理を行う工程によって硬磁性相と軟磁性相とが磁気的に結合したナノコンポジット磁石組織を形成する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明による鉄基希土類磁石用合金の製造方法は、鉄基希土類磁石用合金の溶湯を急冷することにより、合金溶湯を凝固する過程で結晶化を開始させる第１急冷工程と、この第１急冷工程で結晶化を開始した合金を「冷却媒体」に接触させることによって合金を更に急冷し、結晶相の粒成長を抑制する第２急冷工程とを包含する。
【００２１】
本発明では、上述のように、合金溶湯を第１急冷工程で急冷し、それによって合金温度を低下させ、合金の状態を液相から固相へ変化させる。そして、合金の凝固過程において結晶化が開始した後、結晶化発熱によって合金温度が上昇しないように第２急冷工程を行う点に大きな特徴を有している。この第２急冷工程を実行することにより、雰囲気ガスを媒介した自然な放熱によっては得られない微細組織を安定して得ることが可能になる。
【００２２】
以下、図１および図２を参照しながら、本発明の基本的な概念を説明する。
【００２３】
図１は、合金溶湯を急冷し、その状態を液相から固相に変化させる場合における合金温度の時間変化を示すグラフである。グラフの縦軸は合金温度を示し、横軸は合金溶湯と急冷ロールとの接触からの経過時間（対数表示）を示している。
【００２４】
図１のグラフには、冷却経路１〜３と結晶相Ａ〜Ｃの生成領域とが模式的に示されている。本発明による２段階の急冷を行うと、合金溶湯は、冷却経路１を経て液相から固相に変化し、凝固する。この例における第１急冷工程は、合金溶湯を冷却ロールの表面に接触させることによって行っている。冷却経路１の始点は、第１急冷工程において合金溶湯が冷却ロールの表面に接触する時に対応し、冷却経路上の点ａは、合金が冷却ロールの表面から離れる時点に対応している。
【００２５】
合金温度は、冷却ロールと接触している極めて短い間に低下する。図１に示す例では、冷却経路１の点ａにおける状態（以下、「状態ａ」と称する。）で、結晶相Ａの核が生成するものとする。この状態ａにおける合金の組織を図２（ａ）に示す。
【００２６】
Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型化合物を硬磁性相として含むナノコンポジット磁石用合金を作製する場合、結晶相Ａは、例えばＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ型化合物である。この場合、図２（ａ）に示される小さな白い点は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型化合物の結晶成長の核を模式的に示している。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ型化合物（＝結晶相Ａ）は、これらの核を中心にして成長してゆくことになる。現実には、結晶相Ａの析出・成長は、冷却経路の点ａで示される時点よりも早くに開始することもあれば、遅くに開始する場合もある。ここでは、簡単のため、合金が第１急冷工程のための冷却手段（冷却ロール）を離れたタイミングで結晶化が開始すると仮定して、本発明を説明することとする。
【００２７】
本発明では、合金溶湯の第１急冷工程によって結晶相Ａの核が生成し、結晶化が開始した後、合金の冷却を自由放冷に委ねることなく、第２急冷工程を行うことにより、合金の熱を積極的に奪う。このため、結晶相Ａが成長しつつあるときも合金温度が低下し、結晶相Ｂの生成温度領域を速やかに通過する（図１の冷却経路１）。その結果、最終的な状態ｂ−１では、図２（ｂ−１）に示すように、微細な結晶相Ａおよび結晶相Ｂが分散した組織構造が得られ、ナノコンポジット磁石の優れた特性を最大限に発揮させることが可能となる。
【００２８】
次に、図１の冷却経路２を経て冷却される場合を説明する。この例では、第１急冷工程の後に第２急冷工程を行わない。その結果、結晶相Ａの結晶化開始とともに放出される結晶化反応熱により、合金温度は速やかに低下せず、図１に示す冷却経路２を辿ることになり、結晶相Ａが析出・成長しやすい領域の滞在時間が長くなる。このため、結晶核の再溶解と成長過程とが進行し、結晶相Ａの生成が完了した後に結晶相Ｂの結晶化が開始する。このため、最終的な状態Ｂ−２では、図２（ｂ−２）に示すように、結晶相Ａが粗大化した組織が得られる。
【００２９】
次に、図１の冷却経路３を経て冷却される場合を説明する。この場合も、第１急冷工程の後に第２急冷工程を行わないが、この例では、結晶相Ａの結晶化開始とともに放出される結晶化反応熱の量が多く、合金温度が一時的に上昇する。そのため、結晶相Ａの核が再融解し、目的としない結晶相Ｃ（ナノコンポジット磁石にとって不用な相）が生成されてしまう。このようにして結晶相Ｃが生成した後、結晶相Ａおよび結晶相Ｂがこの順序で成長する。このため、最終的な状態Ｂ−３では、図２（ｂ−３）に示すように、粗大な結晶相Ｃの存在により、結晶相Ａおよび結晶相Ｂが磁気的に結合したナノコンポジット磁石組織が得られない。
【００３０】
このように、冷却経路２および３では、第２急冷工程を実行せず、冷却例路上の点ａの時点以降における合金温度の低下は、自由放冷によって生じる。これに対して、本発明では、冷却途上で結晶化が開始した後、第２急冷工程を行い、更に合金を急冷することによって、冷却過程における結晶相の成長を抑制する。
【００３１】
なお、本明細書における「自由放冷」とは、急冷ロールなどの急冷手段の冷却部表面から離れた合金薄帯が雰囲気ガスを介して熱を奪われ、それによって自然に冷却されること意味する。また、「急冷」とは、「自由放冷」によって雰囲気ガスが合金から熱を奪うレートよりも速いレートで合金の熱を奪い、自由放冷による冷却速度よりも速い冷却速度で合金温度を低下させることを意味するものとする。
【００３２】
本発明による場合、第２急冷工程における急冷が実際に行われる期間は、第１急冷工程による急冷が完了し、結晶化が開始する時点よりも後に始まる。第２急冷工程の役割として重要な点は、合金内で結晶化が開始し、結晶化反応熱が発生しているとき、その熱を速やかに奪うことにより、冷却途中における結晶成長を適切に抑制することにある。
【００３３】
なお、特許文献３には、第１急冷工程の後、合金内で結晶化が開始する前における金属ガラスの温度を制御する技術が開示されているが、結晶化発熱によって生じた熱を奪うことにより、結晶成長を抑制することは教示されていない。
【００３４】
以下、本発明による鉄基合金磁石の好ましい実施形態を説明する。
【００３５】
［組成］
本発明の製造方法は、特に第１および第２急冷工程中および／または急冷工程後の結晶化で発現する結晶相がＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶構造を有する硬磁性相と、鉄や鉄基硼化物の軟磁性相である場合に好適に採用される。
【００３６】
好ましい実施形態において、例えば特許文献２に記載されている組成を採用すことができる。この組成は、（Ｆｅ１−ｍＴｍ）１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｎ（Ｂ１−ｐＣｐ）ｘＲｙＴｉｚＭｎで表現される。ここで、ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１種以上の元素、ＲはＹ（イットリウム）および希土類金属からなる群から選択された１種以上の元素、Ｍは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、およびＰｂからなる群から選択された１種以上の元素である。組成比率（原子比率）ｘ、ｙ、ｚ、ｍ、ｎ、およびｐが、それぞれ、１０＜ｘ≦２５原子％、７≦ｙ＜１０原子％、０．５≦ｚ≦１２原子％、０≦ｍ≦０．５、０≦ｎ≦１０原子％、および０≦ｐ≦０．２５である。
【００３７】
［製造装置］
図３は、本発明による鉄基希土類磁石用合金の製造方法に好適に用いられ得る装置の一構成例を示す図である。図示されている装置は、合金溶湯１をヒータ２によって加熱しながら放出するノズル３と、合金溶湯１を冷却するための１対の急冷ロール４と、急冷ロール４によって冷却された合金５に対して第２の急冷工程を行うための２次ロール６と、２次ロール６の表面を所定範囲の温度に保持するヒータ７とを備えている。１対の急冷ロール４の間には、合金溶湯１の湯溜まり９が形成される。
【００３８】
図示されている装置においては、急冷ロール４による抜熱で第１急冷工程の急冷が行われ、２次ロール６による抜熱で第２急冷工程の急冷が行われる。すなわち本実施形態では、２次ロール６が「冷却媒体」として機能する。
【００３９】
なお、図３には、合金５の温度変化を測定するための赤外線熱画像計測装置１０が模式的に示されている。この装置１０によれば、合金各部の温度を測定することができ、それによって合金温度の時間変化を求めることが可能になる。また、２次ロール６のみを取り除いた状態で、合金５の温度を測定することにより、２次ロール６と合金５とを接触させるべき位置における合金５の温度を測定することができる。このようにして測定した合金温度に基づいて、２次ロール６と合金５とを接触させるべき位置を適切に決定することが可能になる。
【００４０】
前述したように、本発明では、第１急冷工程の急冷時に結晶化を開始した合金、あるいは第１急冷工程の急冷直後に結晶化を開始した合金に対して、第２急冷工程の急冷を行い、結晶相の成長を抑制する。もし第２急冷工程の急冷を行わなかったとしたならば結晶相の成長が進み、最終的な磁石特性の劣化につながるところ、本発明によれば、そのような結晶相の成長を抑制できるため、優れた磁石特性を発現し得る急冷合金を作製することが可能になる。この結晶化を開始した後、適確に第２急冷工程を行うためには、低下しつつある合金温度が所定範囲に入ったタイミングを逃すことなく、第２急冷工程を開始する必要がある。ある好ましい実施形態では、合金温度が７００℃以上８５０℃以下の範囲内にある状態の合金を２次ロール６と接触させる。急冷ロール４を離れた合金が２次ロール６に接触するタイミングは、合金が急冷ロール４を離れてから０．０１〜０．２秒の範囲内にあることが好ましい。
【００４１】
図３の構成例では、冷却媒体として機能する２次ロール４を用いて合金５を急冷しているが、このようなロールを用いる代わりに、あるいは、ロールと組み合わせて、他の冷却媒体を用いても良い。本明細書における「冷却媒体」とは、通常の略静止した室温程度の雰囲気ガスに比べて抜熱効果を高めたガス、例えば、冷却効果を高めるために所定値以上の流速を与えられたガスや冷却されたガスなど）であってもよい。
【００４２】
冷却媒体と接触させる急冷合金の温度は、合金組成によって適宜選択される。具体的には、先述した赤外線熱画像計測装置などを用いて決定すればよいが、典型的には急冷合金の温度が７００℃から８５０℃のときに冷却媒体と接触させればよい。
【００４３】
［製造方法］
以下、本発明による鉄基希土類磁石用合金の製造方法の実施形態を説明する。
【００４４】
本実施形態では、まず、前述した組成を有する合金溶湯を作製し、図３に示す装置を用いて第１急冷工程を実行し、合金の温度を低下させ、結晶化を開始させる。その後、表面温度が５００℃以下に保持された２次ロール（双ロール）６を用いて第２急冷工程を行う。
【００４５】
本実施形態では、急冷を行うために、回転ロールを用いた単ロール急冷法および双ロール急冷法を好適に採用することができる。双ロール急冷法を用いて上記の冷却を実行するには、ロール表面速度を２ｍ／秒以上１８ｍ／秒以下にすれば良い。
【００４６】
急冷は、７０ｋＰａ以下の不活性ガス雰囲気中または真空中で行うことが好ましい。雰囲気圧力が７０ｋＰａを超える場合、回転ロールの表面と合金溶湯との間に雰囲気ガスが巻き込まれやすくなる。そのような雰囲気ガスの巻き込みが発生すると、合金帯の表面にガスポケットが生じ、均一な急冷が達成されず、急冷組織が不均一化するため、急冷を安定的に行うことが困難になる。不活性ガス雰囲気中で急冷を行う場合のガス圧力の好ましい範囲は、３５ｋＰａ以下、特に１．５ｋＰａ程度である。
【００４７】
２次ロールの表面は、例えば、図１における結晶相Ｂの生成領域の下限温度以下、より具体的には５００℃以下の温度に設定することが好ましい。２次ロールの表面温度が５００℃を超える場合、第２急冷工程での抜熱が不十分になり、結晶相の成長を充分に抑制できなくなるので好ましくない。
【００４８】
急冷に用いる回転ロールの材質としては、熱伝導性の観点から、純銅、銅合金、鉄、真鍮、タングステン、および青銅を採用することが好ましい。これらの中でも、銅、鉄、または銅および鉄を主成分とする合金を用いることが、機械的強度および経済性の点から好ましい。
【００４９】
２次ロールのロール材質としては、熱膨張係数が小さく、加熱時の硬度が高い材料が好ましい。例えば、炭素鋼、ダイス鋼、ハイスピード鋼、Ｗ−Ｃ、モリブデン、セラミック等を採用することができる。
【００５０】
［熱処理］
上記の２段階急冷工程を経て凝固した急冷合金に対しては、磁気特性を向上させることを目的に、公知の熱処理装置を用いた熱処理を行うことが好ましい。この熱処理は、急冷合金を粗く粉砕したあとに行ってよい。この熱処理により、特性の優れたナノコンポジット磁石が得られる。
【００５１】
好ましい実施形態では、急冷合金は真空中またはアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中において５００℃〜９００℃の温度で熱処理される。このような熱処理により、急冷合金中に残存した非晶質相の結晶化を進行させ、より優れた磁気特性を有する鉄基希土類永磁石を得ることができる。
【００５２】
［結晶構造］
本発明の製造方法によって作製された鉄基希土類磁石の金属組織は、鉄や鉄基硼化物の軟磁性相とＲ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶構造を有する硬磁性相とが混在し、これらの相が交換相互作用によって磁気的に結合しているナノコンポジット構造を有している。軟磁性相および硬磁性相の平均結晶粒径は、いずれも、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、特に軟磁性相の平均結晶粒径は３０ｎｍ以下と小さい。最も好ましい形態では、軟磁性相が厚さ５ｎｍ程度のフイルム状の層を形成し、硬磁性相を取り囲んでいる。このような形態の組織は、Ｔｉを添加した場合に好適に形成される。
【００５３】
以上の方法で作製された鉄基希土類磁石は、種々の態様で各種の装置に応用され得る。以下、本発明の製造方法によって作製した鉄基希土類磁石の粉末を用いてボンド磁石を製造する方法を簡単に説明する。
【００５４】
まず、上記の鉄基希土類磁石の粉末にエポキシ樹脂からなるバインダーと添加剤とを加え、混練することによってコンパウンドを作製する。次に、コンパウンドを成形装置によって配向磁場中でプレス成形した後、加熱硬化工程、洗浄工程、コーティング工程、検査工程、着磁工程を経て、最終的なボンド磁石を得ることができる。このボンド磁石は、種々のモータやアクチュエータに好適に用いられる。
【００５５】
【実施例】
（実施例と比較例）
以下に説明する実施例では、図３に示す装置の第１段目の双ロール（鉄製）を用いた第１急冷工程で合金溶湯を急冷した後、下段に配した双ロール（熱間工具鋼ＳＫＤ６１製）によって第２急冷工程を行った。これに対し、比較例では、同一の装置を用いながら、双ロールによる第２急冷工程のみを省略し、他の工程は実施例における工程と同様にして行った。
【００５６】
以下、実施例および比較例を詳細に説明する。
【００５７】
まず、直径が１ｍｍのオリフィスを低部に有する石英製の坩堝を用いて組成式がＮｄ９Ｆｅ７３Ｂ１２．６Ｃ１．４Ｎｂ１Ｔｉ３で表現される原料合金を溶解した。溶解雰囲気は０．０７Ｐａ以下の真空とした。原料合金溶湯の温度が１３５０℃になった時、表１に示す周速度で回転する一次ロールの表面に溶湯を滴下し、第１急冷工程を実行した。
【００５８】
この後、実施例では、更に冷却媒体として機能する１対の２次ロール間を通過させて急冷凝固合金を作製した。急冷時の雰囲気は０．０７Ｐａ以下の真空雰囲気で行った。一方、比較例では、２次ロールを用いず、第１急冷工程の後、自然放冷を行った。
【００５９】
なお、実施例では、冷却媒体として機能するロールのロール間ギャップを８０μｍに設定した。冷却媒体として機能する第２ロールの温度は、表１に示すように設定し、ロール周速度は１段目と同一に設定した。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
こうして得られた急冷合金の薄帯についてＸ線回折を行った結果、いずれの試料についても、結晶相としては、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相と若干のＦｅ２３Ｂ６相およびＴｉＢ２相とが存在することを確認した。
【００６２】
得られた急冷合金をアルゴン雰囲気中７００℃で６分間加熱した後の合金の磁気特性を試料振動型磁力計（ＶＳＭ）で測定した。結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
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【００６４】
表２に示す結果から、冷却媒体による第２急冷工程を実行しなかった試料Ａ−１、試料Ｂ−１の急冷合金薄帯では、磁気特性が相対的に低下していた。これは、１段目のロール通過後の冷却が不十分であったため、結晶化潜熱の開放が起こり、急冷直後における薄帯で既に結晶成長が進んでしまったためであると考えられる。
【００６５】
一方、冷却媒体による第２急冷工程を実行した試料Ａ−２、試料Ｂ−２、試料Ｂ−３の急冷合金薄帯は、熱処理を行うことにより優れた磁石特性を示すことがわかった。第１急冷工程による結晶化が開始した後、結晶相の成長を抑制する第２急冷工程で合金が十分に冷却されたため、急冷直後における薄帯でも、結晶成長が抑制されており、その後の熱処理により、優れた磁気特性を示す組織が形成されたと考えられる。
【００６６】
次に、図４（ａ）および（ｂ）を参照しながら、上記の試料のうち、試料Ｂ−２（実施例）および試料Ｂ−１（比較例）について測定した減磁曲線を説明する。図４（ａ）は、急冷後における減磁曲線を示しており、実線が試料Ｂ−２（実施例）に関するものであり、破線が試料Ｂ−１（比較例）に関するものである。一方、図４（ｂ）は、熱処理後における減磁曲線を示しており、実線が試料Ｂ−２（実施例）に関するものであり、破実線が試料Ｂ−１（比較例）に関するものである。
【００６７】
図４（ａ）および（ｂ）から明らかなように、急冷直後における試料Ｂ−２（実施例）の減磁曲線は、緩やかに傾斜したＳ文字カーブを描いているが、熱処理後、角形性に優れた減磁曲線に変化している。
【００６８】
図５（ａ）および（ｂ）は、試料Ｂ−１（比較例）および試料Ｂ−２（実施例）の各々について、上記熱処理の前後で減磁曲線がどのように変化するかを示すグラフである。図５（ａ）と図５（ｂ）とを比較してわかるように、比較例では熱処理の前後で減磁曲線に大きな変化はみられず、熱処理によってむしろ磁気特性が低下している。これに対して、実施例では、熱処理後に特性の向上が顕著に生じていることがわかる。２段階急冷を行うことにより、最終的に優れた特性を示し得る急冷組織が形成されることがわかる。
【００６９】
なお、急冷後における試料（熱処理前）のＸ線回折パターンを図６および図７に示す。図６および図７に示される回折パターン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、および（ｆ）は、それぞれ、試料Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ａ−１、およびＡ−２の結晶性を表している。図６および図７から明らかなように、試料Ｂ−１およびＡ−１の比較例では、熱処理を行う前においても結晶相比率が高い結晶組織が生成されている。これに対して、試料Ｂ−２、Ｂ−３、およびＡ−２の実施例では、非晶質相を示すバックグランドのレベルが高く、またピークの半値幅が試料Ａ−１、Ｂ−１に比べて大きいことから、結晶相の成長が抑制されていることがわかる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明では、第１急冷工程の急冷による結晶化が始まった後、結晶化初期状態の合金に対して第２急冷工程の急冷を行う。このため、合金溶湯を急冷・凝固する過程において、結晶化反応が最も高速に進行する温度範囲で合金が急冷されるため、結晶化のプロセスを最適に制御されるすることが可能になる。その結果、第１急冷工程における急冷速度を相対的に低下させても、結晶粒の粗大化を抑制できるので、急冷速度が比較的低い量産性に優れた急冷装置を用いても、高性能ナノコンポジット磁石用の急冷合金を安定して生産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】合金溶湯から急冷合金を形成する場合における合金温度の時間変化（冷却経路１〜３）を示すグラフである。
【図２】（ａ）は、状態ａにおける合金組織を模式的に示す図であり、（ｂ−１）は、状態ｂ−１における合金組織を模式的に示す図であり、（ｂ−２）は、状態ｂ−２における合金組織を模式的に示す図であり、（ｂ−３）は、状態ｂ−３における合金組織を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態で好適に用いられる急冷装置の構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、熱処理前の減磁曲線を示すグラフであり、（ｂ）は、熱処理後の減磁曲線を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、試料Ｂ−１（比較例）について熱処理前後における減磁曲線を示すグラフであり、（ｂ）は、試料Ｂ−２（実施例）について熱処理前後における減磁曲線を示すグラフである。
【図６】試料Ｂ−１、Ｂ−２、およびＢ−３の急冷後におけるＸ線回線パターンを示すグラフである。
【図７】試料Ａ−１およびＡ−２の急冷後におけるＸ線回線パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
１    合金溶湯
２    ヒータ
３    ノズル
４    急冷ロール
５    合金の過冷却液体
６    ２次ロール
８    急冷合金
９    合金溶湯の湯溜まり
【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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【図６】
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【図７】
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