(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異方性ボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏである）の脱水素処理炉であって、
当該脱水素処理炉が、水素吸蔵処理工程に続く脱水素処理工程における真空度（Ｔｏｒｒ）をｙ、脱水素処理時間（秒）をｘとしたとき、ｘ＝６０〜１０００秒の範囲内において、ｙ＝Ａｘｚ（ただし、Ａは対数グラフ上における近似直線の切片の値であり、ｚは前記近似直線の勾配であり、−０．７０≦ｚ≦−０．３０である）で表わされる指数関数を満足するように制御する制御手段を備えていることを特徴とする異方性ボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の脱水素処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は異方性ボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金(ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏである)の脱水素処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は安価でかつ高い磁気特性を有するものとして注目を集めている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は最終製品の分類からバルク磁石（焼結磁石あるいは温間加工磁石）とボンド磁石に大別される。特にボンド磁石はその形状自由度および価格面の有利性から今後重要度が増すと考えられる。
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石用磁粉は製造方法の違いで幾つかに分類される。例えば、メルトスピニング法により得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系急冷薄片を適当な温度で熱処理し、等方性磁粉とする製造方法が特開昭59−647393号公報に開示されている。また同様のメルトスピニング法で得られた薄片をホットプレスおよびダイアプセットし圧縮方向に異方性を付与した異方性バルク磁石をいったん作製し、次いで同磁石を粉砕することによって異方性磁粉とする製造方法も知られている。その他、近年注目されている手法として、Ｓｍ２Ｆｅ１７合金に窒化処理を施し格子間に窒素元素を侵入させることによって異方性磁界が飛躍的に向上し、その結果異方性ボンド磁石用磁粉として利用できる方法がある。またこの方法と同様の原理でＮｂＦｅ１１Ｔｉ、ＮｄＦｅ１０Ｖ２といったＴｈＭｎ１２タイプの合金にも同様の効果が得られるとの報告がある。
更に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に水素吸蔵処理および脱水素処理を行い、再結晶反応を利用して磁気的に異方性化したＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ型磁粉を得る方法が知られている（特開平1−132106号公報、特開平2−4901号公報等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来法で得られる磁粉の内、メルトスピニング法によるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系急冷薄片は磁気的に等方性であり最終的に得られるボンド磁石の最大エネルギー績は高々10MGOeにすぎず磁気特性面で問題がある。また上記従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁粉を配合してなる異方性ボンド磁石は磁気特性が十分ではなく改良の余地を残していた。
一方、Ｓｍ２Ｆｅ１７型窒化磁粉は主原料としてＳｍを使用するため資源的な面で将来性に不安が残る。ＴｈＭｎ１２型磁粉は使用する希土類元素がＮｄであるため資源的に有利であるが、窒化後の磁気ポテンシャルはＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ型あるいはＳｍ２Ｆｅ１７型より低い。
水素吸蔵処理および脱水素処理を行い、得られるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁粉は製造工程をかなり簡略化できるという特徴を有しているがＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系バルク磁石の理論値から概算して現時点で得られている磁気特性はまだ十分とは言えない。この製造方法は脱水素処理工程における相変態をともなう再結晶反応を利用しており、最終的に得られるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁粉の磁気特性はこの反応速度に大きく依存するものと考えられる。つまりやみくもに強制的脱水素を行っても相変態が進行せず相変態以前の相、つまりＮｄＨ２、α−Ｔ、Ｆｅ２Ｂがそのままあるいは一部残ってしまい理想的なＲ２Ｔ１４Ｂ相が得られないため最終的に得られる磁気特性は低い。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は理想的なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁粉を得るため、相変態反応速度（再結晶反応速度）を脱水素処理工程における真空度でコントロールすることによって、磁気異方性に優れかつ平均結晶粒径が０．０２〜５μｍの微細再結晶粒の集合体を形成した、従来に比べて高い磁気特性を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁粉が得られることを知見した。
上記課題を解決した本発明の異方性ボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の脱水素処理炉は、異方性ボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏである）の脱水素処理炉であって、当該脱水素処理炉が、水素吸蔵処理工程に続く脱水素処理工程における真空度（Ｔｏｒｒ）をｙ、脱水素処理時間（秒）をｘとしたとき、ｘ＝６０〜１０００秒の範囲内において、ｙ＝Ａｘｚ（ただし、Ａは対数グラフ上における近似直線の切片の値であり、ｚは前記近似直線の勾配であり、−０．７０≦ｚ≦−０．３０である）で表わされる指数関数を満足するように制御する制御手段を備えていることを特徴とする。
本発明の脱水素処理炉により脱水素処理を行い、次いで粉砕して得られた異方性ボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は平均結晶粒径０．０２〜５μｍのＲ２Ｔ１４Ｂ微細再結晶粒の集合体を形成しており、残留水素量が２８〜２４０ｐｐｍであり、Ｒを２５〜３５ｗｔ％、Ｂを０．５〜１．５ｗｔ％、Ｃｏを３〜２０ｗｔ％、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、ＳｉおよびＶの群から選択される少なくとも１種をその合計で０．０５〜５ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可壁的不純物からなる組成を有するものが好ましい。このＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は母合金に水素吸蔵処理および脱水素処理を施しＮｄＨ２、α−Ｔ、Ｆｅ２Ｂの三相からＲ２Ｔ１４Ｂ相の微細再結晶粒に変化させる、脱水素処理工程における相変態をともなう再結晶反応により得られるものであり、磁気異方性を有する。
【０００５】
本発明者等は脱水素処理時の相変態速度が磁気異方性化度に影響を与えると考え種々の脱水素処理条件下で実験を繰り返した。その結果、脱水素処理工程には一定の規則性があることを見い出した。つまり脱水素開始後約60〜1000秒の間における一次脱水素処理工程とそれ以降の二次脱水素処理工程からなるものである。特に一次脱水素処理速度によって磁気特性を左右する磁気異方性ポテンシャルが決定されることが分かった。二次脱水素処理は一次脱水素処理終了後、格子間に残った余分な水素を放出させるための脱水素処理であり、不可避ではあるが磁気特性を決定的に左右するほどの大きな影響は与えない。一次脱水素処理における真空度(Torr)をｙ、脱水素処理時間(秒)をｘとした場合、ｘ＝60〜1000秒の範囲内では対数グラフ上でほぼ直線に近似でき  ｙ＝Ａｘｚ  （ただし、Ａは対数グラフ上における近似直線の切片の値であり、ｚは前記近似直線の勾配であり、−0.70≦ｚ≦−0.30である）という指数関数で表現され、二次脱水素処理では急激に真空度が高まることが分かった。ここでxの値を限定した理由はｘが60秒以下では試料以外の炉内水素雰囲気を脱気するための脱水素を含むため、正味のＲ２Ｔ１４Ｂ相生成のための相変態平衡状態ではないからである。上限の1000秒は試料の質量、装置の性能によって若干変動するもののこの範囲内までが一次脱水素処理としてのおおよその目安となるからである。試料の処理量あるいは脱水素時のポンプ容量を調整しｚ値を意図的に変化させたところ、ｚ値が−0.70未満では磁化量および保磁力が極めて低い値を示した。この現象を詳細に説明すると、一次脱水素処理を高速で行うため再結晶、成長に必要な核生成方向がランダム方向に発生し、その状態で成長するため磁気的に等方的になる。更に反応の平衡状態が崩れるため水素吸蔵時に相分解した各相がそのままの形態で、あるいは一部残存し実質的なＲ２Ｔ１４Ｂ相生成量が減少する。したがって最終的に得られる磁粉内には水素が多量に残存するほか保磁力、磁化量等の磁気特性も低下することになる。一方、ｚ値が−0.30を越えると相変態は進行するものの余分な水素を放出するための最終目標真空度（例えば約0.1Torr）に到達するために長時間を要し、再結晶粒の粗大化にともなう保磁力の低下を招く。したがって脱水素速度を  −0.70≦ｚ≦−0.30  の範囲内の速度勾配におさめることによって相変態も適切な速度で進行するため高い磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を得ることが可能となる。
【０００６】
本発明の脱水素処理炉により脱水素処理し、次いで粉砕してなるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は磁気的に高い異方性化度を有しているため、バインダーで結合し、次いで磁場中成形することにより高性能の異方性ボンド磁石になる。
脱水素速度の制御はさほど難しくない。例えば炉内容積およびロータリーポンプ排気能力が決っている場合試料の処理量を調整してもよいし、この条件で対応できない場合炉内とロータリーポンプをつなぐ配管中に圧力コントローラを設置するなどの処置が考えられる。またバルブの開閉によって段階的に脱水素し、平均的な脱水素速度として所定範囲内におさまっていればよい。
【０００７】
【実施例】
（実施例１）
希土類元素Ｎｄ、遷移金属Ｆｅ、Ｃｏ、ホウ素Ｂを主成分とし、他の元素としてＧａあるいはＺｒを添加し、所定組成に真空溶解し鋳造合金を得た。次いで同合金を1100℃で20時間均質化処理して水素処理用試料とした。熱処理炉は6401/分の排気能力を有するロータリーポンプを装備した一定容積の炉を使用し、試料を65g、200g、１kg、２kg、３kgおよび10kgの6段階の処理量に分け同一条件の下で水素処理を行った。水素処理条件としては、まず水素を室温で十分吸蔵させた後、１気圧の水素雰囲気を保ちながら10℃/分の昇温速度で840℃まで加熱した。続いて同温度で３時間保持した後、45分間脱水素処理した。脱水素終了後炉内をアルゴン雰囲気に置換し冷却した。
Ｇａを添加した試料について脱水素開始後１分間経過した時点から45分間炉内真空度を測定し対数グラフ上にプロットした結果を図１に示す。同図に示した通り脱水素開始後約1000秒まではいずれも直線に近似され、以後急激に真空度が高くなることが分かる。この傾向は処理量の低下にともない顕著になる。更にこの近似直線から計算した勾配(ｚ値)は処理量が多くなるほど増大しており、脱水素速度が遅くなることを意味している。
得られた水素処理試料を粉砕し、次いで425μm以下の粒径に分級し、同じ粒度分布になるよう調整した。分級した粉末とエポキシ樹脂とを混合し、得られた混合物を磁場中圧縮成形し異方性ボンド磁石を得た。表１に脱水素処理45分間経過後の到達真空度、水素処理後の試料に残存する水素量、図１の直線部分を指数関数で表現したときのｚ値、および異方性ボンド磁石の磁気特性を示す。この結果よりｚ値が−0.70より小さい（つまり脱水素速度が早い)場合、到達真空度が高くなるにもかかわらず試料内に多量の水素が残存し磁気特性も低い。一方、処理量10kgのｚ値が高い試料でも残存水素量が多く、異方性ボンド磁石の残留磁束密度は高いものの保磁力は低い。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
（実施例２）
Ｇａ添加材について処理量を１kgとし脱水素時間を０秒、1000秒、2000秒、2700秒、3500秒および4000秒の6段階とした以外は他の条件を実施例１と全く同様にして水素処理した。脱水素処理時間と炉内真空度の関係を図２に示す。次いで実施例１と同様に粉砕し、分級して粒度分布を調整し得られた粉末を用いて異方性ボンド磁石を作製した。到達真空度、残存水素量およびボンド磁石の磁気特性を表２に示す。この結果よりボンド磁石の磁気特性は脱水素時間が約1000秒まででほぼ決定されることが分かる。また長時間の脱水素は残存水素量を減少させ残留磁束密度を改善する効果は有るものの保磁力の著しい低下を招く。なお、この際の直線近似式はいずれもｙ＝53ｘ−０．５０  で表現でき、再現性を確認した。
【００１０】
【表２】
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【００１１】
（実施例３）
実施例１の表１に記載した如く、処理量10kgの場合高い残留磁束密度を有するものの試料内に多量の水素が残存していた。そこで排気能力の異なるロータリーポンプを使用し、脱水素効率を上げることによって残存水素量を低下させる実験を試みた。使用したロータリーポンプは排気量640l/分、900l/分、1500l/分、および2000l/分の4種類である。実験条件はロータリーポンプを変更した以外は実施例１と全く同様に行った。脱水素処理時間と炉内真空度の関係を図３に示す。同図より排気能力を高めることによって真空度は徐々に向上し、45分後の到達真空度も改善できることを確認した。更に、脱水素開始後1000秒までのｚ値も徐々に低下し、脱水素速度がやや早くなることが分かる。得られた水素処理試料に対し実施例１と同様の評価を行った結果を表３に示す。表３に示す通り、ロータリーポンプの排気能力を高めることによってｚ値は適正な範囲内に収まり残存水素量も低下し、最終的に高性能の異方性ボンド磁石が得られた。
【００１２】
【表３】
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【００１３】
上記実施例の脱水素処理後の各合金のＮｄ２Ｔ１４Ｂ相の平均結晶粒径はいずれも0.02〜５μｍの範囲内に入っていた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の脱水素処理炉は脱水素処理速度を特定範囲内に制御可能なので従来に比べて磁気特性を向上した高性能の異方性ボンド磁石用Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】脱水素処理時間と炉内真空度の関係の一例を示すグラフである。
【図２】脱水素処理時間と炉内真空度の関係の他の例を示すグラフである。
【図３】脱水素処理時間と炉内真空度の関係の更に他の例を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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