(57)【要約】【課題】希土類磁石を結晶配向させるための熱間塑性加工を積極的に利用して、磁束密度を高めながら、同時に、保磁力も高めることができる、希土類磁石の製造方法を提供する。【解決手段】Ｒ−Ｔ−Ｂ（Ｒ：希土類元素、Ｔ：ＦｅまたはＦｅ＋Ｃｏ）の組成を有する希土類磁石材料の粉末に、金属または合金のフッ化物を添加混合し、得られた混合粉末を成形加工してバルク体とした後、熱間塑性加工を行なう方法であって、  Ｒの含有量を２８〜３３質量％とし、熱間塑性加工を５５０〜８００℃で行なうことを特徴とする希土類磁石の製造方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ−Ｔ−Ｂ（Ｒ：希土類元素、Ｔ：ＦｅまたはＦｅ＋Ｃｏ）の組成を有する希土類磁石材料の粉末に、金属または合金のフッ化物を添加混合し、得られた混合粉末を成形加工してバルク体とした後、熱間塑性加工を行なう方法であって、
Ｒの含有量を２８〜３３質量％とし、熱間塑性加工を５５０〜８００℃で行なうことを特徴とする希土類磁石の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記金属または合金のフッ化物が、（１）希土類金属のフッ化物、（２）遷移金属または典型族の単体または合金のフッ化物、（３）希土類金属と、遷移金属または典型族との合金のフッ化物のいずれかであることを特徴とする希土類磁石の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
（１）希土類金属のフッ化物が、ＤｙＦ３、ＴｂＦ３、ＨｏＦ３、ＮｄＦ３、ＰｒＦ３の少なくとも１種、
（２）遷移金属または典型族の単体または合金のフッ化物が、ＣｕＦ２、ＡｌＦ２、ＣｕＡｌＦｘ、ＭｎＦ２の少なくとも１種、
（３）希土類金属と、遷移金属または典型族との合金のフッ化物が、ＮｄＡｌＦ３、ＮｄＣｕＦ３、ＮｄＡｌＦｘ、ＮｄＣｕＦｘ、ＰｒＣｕＦｘ、ＰｒＡｌＦｘ、ＮｄＭｎＦｘ、ＰｒＭｎＦｘの少なくとも１種
のいずれかであることを特徴とする希土類磁石の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記金属または合金のフッ化物の添加量が、該金属または合金に換算して上記混合粉末の０．４質量％以上であることを特徴とする希土類磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネオジム磁石に代表される希土類磁石の製造方法に関し、詳しくは、高い磁束密度を確保しつつ保磁力を高めた希土類磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）で代表される希土類磁石は、磁束密度が高く極めて強力な永久磁石として種々の用途に用いられている。高い磁束密度を実現するために、熱間塑性加工を行ない磁化容易軸を配向させることが必要である。しかし、熱間塑性加工を行なうと、保磁力が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
特許文献１には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ等の合金粉末と、ＤｙＦ３と、Ｃａ等の単体または水素化物との混合粉末を成形した後、熱間塑性加工を行なう磁石の製造方法が開示されている。熱間塑性加工により、重希土類元素（Ｄｙ）が結晶粒界に拡散して、温度上昇による保磁力と残留磁束密度の低下が抑えられるとされている。しかし、実際に磁石を製造した実施例が開示されておらず、具体的に示されていない。
【０００４】
特許文献２には、Ｒ−Ｔ−Ｂ（Ｒ：希土類元素、Ｔ：Ｆｅ（またはＦｅ＋Ｃｏ））希土類合金粉末に重希土類元素のフッ化物とアルカリ土類金属の水素化物を混合し、熱間成形した後に熱処理を行なう希土類磁石の製造方法が開示されている。熱間成形と熱処理によってＲリッチ粒界相に重希土類元素が拡散して、高保磁力を実現するとされている。しかし、熱による拡散であるため、粒界に十分にいきわたらせることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０３３４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２７８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、希土類磁石を結晶配向させるための熱間塑性加工を積極的に利用して、磁束密度を高めながら、同時に、保磁力も高めることができる、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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、Ｒ−Ｔ−Ｂ（Ｒ：希土類元素、Ｔ：ＦｅまたはＦｅ＋Ｃｏ）の組成を有する希土類磁石材料の粉末に、金属または合金のフッ化物の粉末を添加混合し、得られた混合粉末を成形加工してバルク体とした後、熱間塑性加工を行なう方法であって、
希土類磁石材料のＲの含有量を２８〜３３質量％とし、熱間塑性加工を５５０〜８００℃で行なうことを特徴とする希土類磁石の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱間塑性加工により金属または合金のフッ化物が結晶粒界および変形すべり面に沿って磁石材料中に深く浸透し、磁気分断作用により磁気的な実効粒径を微細化するため、高い保磁力が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の熱間塑性加工による結晶組織および結晶粒界の変化を模式的に示す。
【図２】図２は、本発明の実施例において、熱間成形プレスおよび熱間塑性加工を行なう状態を模式的に示す。
【図３】図３は、熱間塑性加工温度に対する保磁力の変化を示す。
【図４】図４は、希土類磁石材料のＮｄ量に対する保磁力（バルク化後および熱間塑性加工後）の変化を示す。
【図５】図５は、ＤｙＦ３の添加量に対する保磁力（バルク化後および熱間塑性加工後）の変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の製造プロセスの典型的な構成を説明する。
＜希土類磁石合金粉末の準備＞
本発明の方法では、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石合金の粉末を用いる。
【００１１】
Ｒは希土類金属であり、望ましくはＮｄやＰｒ、あるいはそれらの中間生成物であるＤｉ（ジジム）である。更に、Ｄｙ等の重希土類元素が含まれてもよい。磁気特性の評価指標となる保磁力と残留磁束密度の両立という観点から、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類合金においてＲ（希土類元素）の含有量は２８〜３４質量％であることが望ましい。本明細書中において、特に断らない限り、含有量を表す「％」は「質量％」の意味である。
【００１２】
Ｒ含有量が２８質量％未満では、結晶すべりによるＲリッチ相の浸透メカニズムが得られず、保磁力の明瞭な向上が得られない。Ｒ含有量が３４質量％を超えると主相率が低下し、高い残留磁束密度が得られない。
【００１３】
粉末粒径は一般に２ｍｍ以下程度でよいが、２００μｍ以下が望ましい。
【００１４】
粉末の製造方法は特に限定しないが、一般に下記の方法による。
【００１５】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石合金組成に配合した合金原料をＡｒ等の不活性雰囲気中で溶解する。この溶湯を回転冷却ロール表面に射出して急冷し、合金薄片を得る。得られた合金薄片をＡｒ、Ｎ２等の不活性雰囲気中でカッターミル等にて粉砕し所望の粒径とする。
＜添加する金属または合金のフッ化物＞
上記のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石合金粉末に添加する金属または合金のフッ化物としては、下記（１）〜（３）を用いることができる。
【００１６】
（１）希土類金属のフッ化物、特に、ＤｙＦ３、ＴｂＦ３、ＨｏＦ３、ＮｄＦ３、ＰｒＦ３の少なくとも１種が望ましい。
【００１７】
（２）遷移金属または典型族の単体または合金のフッ化物、特に、ＣｕＦ２、ＡｌＦ２、ＣｕＡｌＦｘ、ＭｎＦ２の少なくとも１種が望ましい。
【００１８】
（３）希土類金属と、遷移金属または典型族との合金のフッ化物、特に、ＮｄＡｌＦ３、ＮｄＣｕＦ３、ＮｄＡｌＦｘ、ＮｄＣｕＦｘ、ＰｒＣｕＦｘ、ＰｒＡｌＦｘ、ＮｄＭｎＦｘ、ＰｒＭｎＦｘの少なくとも１種が望ましい。
【００１９】
上記金属または合金のフッ化物の添加量は、該金属または合金に換算した量で、上記混合粉末の０．４質量％以上であることが望ましい。
＜バルク体に成形＞
上記のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石合金粉末に、上記の金属または合金のフッ化物の粉末を添加した混合粉末を成形加工してバルク体とする。この成形加工は、粉末をバルク体化することを目的とし、減圧雰囲気、Ａｒ雰囲気等の非酸化性雰囲気中において、５００〜７００℃で熱間プレス加工等により行なう。加工量は５０％未満とし、実質的に結晶粒の配向が起きない程度とする。
＜熱間塑性加工＞
成形加工により得られたバルク体を熱間塑性加工する。この塑性加工は、結晶粒をＣ軸（磁化容易軸）方向に配向させることを目的とし、減圧雰囲気、Ａｒ雰囲気等の非酸化性雰囲気中において、５５０〜８００℃で熱間据え込み加工等により行なう。加工量は、５０％以上とし、Ｃ軸配向を確保し、同時に、金属Ｒを含むＲリッチ相を結晶粒界および変形すべり面に浸透させて、保磁力を向上させる。
【００２０】
図１を参照して、本発明による保磁力向上のメカニズムを説明する。
【００２１】
図１（１）は、熱間塑性加工前の結晶粒および結晶粒界の状態を示す。典型例として、結晶相はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石合金であり、添加したフッ化物ＤｙＦ３が粒界相中に存在している。結晶粒の方位は矢印で示したようにランダムな状態である。材料の周囲から誘導加熱等により所定温度に加熱した状態で、上下から圧縮して据え込み加工による熱間塑性加工を行なう。
【００２２】
図１（２）は、熱間塑性加工後（据え込み加工後）の結晶粒および結晶粒界の状態を示す。矢印で示したように、結晶粒が圧縮方向にＣ軸配向している。このＣ軸配向により、高い残留磁束密度が得られる。
【００２３】
図１（３）は、１個の結晶粒について、熱間塑性加工の進行（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）に伴う変形の状態を示す。加工の進行に伴い結晶粒がすべり面（（Ａ）の破線）に沿って変形し、結晶粒を取り巻くフッ化物がすべり面にも浸透していく。このように結晶粒と変形すべり面とをフッ化物が被覆して、磁気分断作用により磁気的な実効粒径を微細化するため、高い保磁力が達成できる。
【実施例】
【００２４】
〔実施例１〕
下記の手順および条件にてＮｄ−（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｂ希土類磁石を製造した。
【００２５】
＜Ｎｄ−（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｂ希土類磁石合金粉末の準備＞
２７〜３４Ｎｄ−３．５Ｃｏ−０．９Ｂ−０．６Ｇａ−残部Ｆｅの組成を有する希土類磁石合金の原料を所定量配合し、Ａｒ雰囲気中で溶解した。０．６質量％のＧａは保磁力確保のため添加した。得られた溶湯を溶解炉のオリフィスから、Ｃｒめっきした銅製回転冷却ロールのロール面に射出して急冷し、合金薄片を製造した。
【００２６】
この合金薄片をＡｒ雰囲気中でカッターミルで粉砕および篩分けし、粉末粒径２ｍｍ以下の希土類合金粉末を得た。この粉末の酸素量は８００ｐｐｍであった。
【００２７】
＜フッ化物の添加＞
上記の希土類合金粉末９ｇに、平均粒径が約１０μｍ以下のＤｙＦ３粉末をＤｙ換算で０〜１．２質量％の種々の量を粉末混合機で３０分混ぜ合わせた。
【００２８】
＜バルク体に成形＞
先ず、図２(１)に示すように、得られた混合粉末を、内径φ１０ｍｍ、高さ１７ｍｍの容積の超硬合金製金型内に装入し、上下を超硬合金製ポンチで封止した。
【００２９】
次に、図２(２)に示すように、このアセンブリを真空チャンバ内の高周波コイル内にセットし、１０−２Ｐａに減圧し、高周波コイルで加熱して６００℃に達したらすぐに１００ＭＰａでプレスした。加圧した状態で３０秒保持した後、真空チャンバ外で金型からバルク体を取り出した。得られたバルク体は直径φ１０ｍｍ×高さ１０ｍｍであった。
【００３０】
＜熱間塑性加工＞
次に、図２(３)(Ａ)に示すように、上記のバルク体を内径φ２０ｍｍの超硬合金製金型内に装入し、上下を超硬合金製ポンチで封止した。このアセンブリを、図２(２)の場合と同様に真空チャンバ内の高周波コイル内にセットした。そして、図２(３)(Ｂ)に示すように、高周波コイルで５５０〜８５０℃の範囲の温度まで加熱し、加工率６０％で熱間据え込み加工を行なった。
【００３１】
バルク化後および熱間塑性加工後に保磁力および残留磁束密度を測定した。
【００３２】
表１に、製造条件として、希土類合金粉末のＮｄ量、ＤｙＦ３の添加量、バルク化温度、熱間塑性加工温度を示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表２に、バルク化後および熱間塑性加工後の保磁力および残留磁束密度を示す。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
図３に熱間塑性加工温度と保磁力の関係を、図４に希土類磁石材料のＮｄ量に対する保磁力（バルク化後および熱間塑性加工後）の変化を、図５にＤｙＦ３の添加量に対する保磁力（バルク化後および熱間塑性加工後）の変化を、それぞれ示す。
【００３７】
これらの結果から、バルク化後に比べて熱間塑性加工後の方が、保磁力が向上していることが分かる。
【００３８】
更に図３から、熱間塑性加工温度Ｔは５５０℃＜Ｔ≦８００℃が適当であることが分かる。
【００３９】
図４から、希土類磁石材料のＮｄ量を２８質量％以上とすることにより、バルク化後に比べて熱間塑性加工後の保磁力が特に顕著に向上することが分かる。
【００４０】
図５から、ＤｙＦ３の添加により、バルク化後に対する熱間塑性加工後の保磁力の優位性が顕著になり、添加量が多いほどその傾向は大きくなることが分かる。特に、ＤｙＦ３の添加量が０．４％以上になると、熱間塑性加工の作用効果が明瞭になる。
【００４１】
〔実施例２〕
添加フッ化物としてＣｕＦ２＋ＡｌＦ３を用いた場合をＤｙＦ３の場合と比較した。
【００４２】
３１Ｎｄ−３Ｃｏ−１Ｂ−０．４Ｇａ−残部Ｆｅの組成（一定）を有する希土類磁石合金の原料を所定量配合し、Ａｒ雰囲気中で溶解した。０．４質量％のＧａは保磁力確保のため添加した。フッ化物の添加量は金属量換算で０．８質量％（一定）とし、熱間塑性加工温度は６８０℃（一定）とした以外は、実施例１と同様の手順および条件とした。
【００４３】
表３に製造条件を、表４に保磁力および残留磁束密度を、それぞれ示す。
【００４４】
【表３】
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【００４５】
【表４】
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【００４６】
本発明はフッ化物の添加量が少ないにもかかわらず、大きな効果が得られている。これは適正なＮｄリッチ相の量と、熱間塑性加工の適正な温度による結晶すべりを有効に利用したことによる。結晶すべりによって、すべり面に重希土類のような結晶磁気異方性を大きくする元素やＮｄＣｕのように結晶粒間の磁気分断を促進する元素を浸透させることができたためである。すべり時にこれら元素の供給源となる適正なＮｄリッチ相が無いとこの作用効果は得られない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、希土類磁石を結晶配向させるための熱間塑性加工を積極的に利用して、磁束密度を高めながら、同時に、保磁力も高めることができる、希土類磁石の製造方法が提供される。
【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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