2010B1783

BL25SU

軟Ｘ線 MCD によるネオジム磁石結晶粒界の選択的磁気構造解析
Magnetic properties of grain boundary in neodymium-iron-based magnets
using soft x-ray MCD technique
広沢 哲 a, 深川 智樹 a, 西内 武司 a, 中村 哲也 b
Satoshi Hirosawaa, Tomoki Fukagawaa, Takeshi Nishiuchia, and Tetsuya Nakamuraba

日立金属株式会社 NEOMAX カンパニー磁性材料研究所, b(財）高輝度光科学研究センターaMagnetic Materials Laboratories, NEOMAX Co., Hitachi Metals, Ltd.
bJapan Synchrotron Radiation Research Institute/SPring-8

キーワード：

磁石材料、保磁力、表面敏感磁気測定、XMCD

背景と研究目的：
ネオジム磁石は現在利用可能な最も高性能な永久磁石であり、世界の年間生産量は 10 年前の約7 倍（国内生産量は約 2 倍の 1 万トン）に達している。最近では特に CO2 排出量低減化の切り札としてのハイブリッド自動車に搭載される高トルクモーターやエアコンのコンプレッサモータ、風力発電機等への需要増大が著しい。一般にエンジンの高温環境下では Dy 添加磁石が用いられるが、原材料を中国からの輸入に頼らざるを得ない上に中国国内の需要急増が重なり、特にこの１年間で数倍もの価格上昇を被ることとなった。価格はなおも急激に上昇しており、このままでは現状の性能を維持した製品を生産できなくなる危機にある。そこで、現状のネオジム磁石の性能を維持したまま可能な限り Dy を減らした製品開発を行うことが急務となっている[1]。
永久磁石の性能を向上させる場合には Dy 添加の場合のように電子レベルで磁気異方性に作用を及ぼす方法以外にも、強磁性粒子サイズやその粒子を凝集させる際の粒界物質の磁気特性を制御する方法がある。後者は常温での基本性能を向上させて、高温で性能劣化があっても使用基準を満たせるようにするアプローチである。この組織制御で特に重要な要素は、直径約 5μm のNd2Fe14B 結晶粒子を隣接する同粒子から磁気的に孤立させることにある。それには磁石としての強さを低下させる「逆磁区」の 3 次元的な伝搬を孤立化により抑制する効果があると考えられている。これらの理解に従って、希少元素を減らす分、組織制御で性能を維持する方向で研究が進められている[2]。
このとき隣接する結晶粒を磁気的に切り離す役目を担うのが粒界物質である。粒界物質は材料内部に泡の膜のように分布し材料の切断面を観察すると網の目状に見えるが、これまでの透過型電子顕微鏡㻔TEM㻕による調査から粒界の厚さは数 nm に分布していることが分かっている[3]。また、
電子プローブ局所分析㻔EPMA㻕やマイクロオージェ分光㻔μ-AES㻕、三次元アトムプローブ分析
㻔3DAPM㻕等により粒界物質（粒界相）が Nd2Fe14B（主相）より Nd 含有量の多い相であると報告されている[4]。しかし、粒界物質の組成や厚さが分かっても、その物質が磁気的な壁になっているかどうかの直接的な証拠が得られていないことが課題である。一方、本系材料では、試料を破断した際際の破断面がが粒界面にななる粒界破断断が支配的でであることがが経験的に知 られている。
。すなわ
ち、試料料劣化の少なない超高真空空下で破断ししたうえで表表面敏感な手法で磁気分析析すれば、粒粒界の磁性を直接接的に調べるることができきる可能性ががある。
そこでで本研究課題
題では、破断断によって露露出すると予予測される粒界物質を、表表面敏感性のの高い全CD（以下、単電子収量量法を用いたた軟 X 線 MC
単に XMCD と書く）により選択的 に明らかにすすることを目的ととした。
実験：
XMCD
D 実験は BL
L25SU に既設設の電磁石式式 XMCD 装置
置㻔±1.9 T㻕をを用いて行っった。本実験で用いたm のサイ
試料は、全体の組成成比が Nd14Fee80B6 となるる焼結合金でである。試料はは事前に約 2 x 2 x 10mmズに加工工し、超高真真空状態の測測定チャンババー内で破断断した。磁場は磁化容易軸軸または困難難軸方向
MCD に対す る寄与を段階的に変に印加すする 2 通りのの実験を行っった。また、破破断面にあるる粒界の XM
化 さ せ る 目 的 で 、 破 断 試 料 表 面 を イ オ ン ス パ ッ タ 㻔 条 件 ： ஺௥஺

1.0100ିଶ , ஻0.5,60.  にて 1 回、および、2 回処理を施 し、それぞれCD スペクトルとそのれの場合におおける XMCD強度の磁磁場依存性（元素選択磁磁気ヒステリ シス）を調査した。
結果およよび考察：
ges と Nd M4,5
図 1 に Fe L2,3-edg
おける X 線吸吸収スペクト
トル㻔XAS㻕の スパッタ依存存性を示
4 -edges にお
Nd の XAS は、プリエッす。Fe, N
はッジ領域の吸吸収量がゼロロになるようにバックグ ラウンド処理理を施してあり、さらに、Fee, Nd ともにに吸収強度はは Fe のエッジ
ジジャンプでで規格化済でである。

図 1．破破断後およびび Ar イオンス
スパッタ処理理時間 60 分と 120 分とににおけるF L2,3-edges と Nd M4,5-eedges におけ
Feける吸収スペクトル㻔XASS㻕の比較
N 濃度の割
図1よより、スパッッタ処理によより、Fe 濃度度に対する Nd割合が減少し たことが分かる。この結果はは現状で一義義的には解釈釈できず、主主に次の 2 通りの可能性通性が示唆されれる。① Nd-rrich な表面粒界層層がスパッタタにより除去去された、ま たは、②主相（粒内相））における Nd の選択ススパッタが生じたた。
MCD 強度を、
図 2 は Fe と Nd の XAS におおける共鳴吸吸収強度で規格化した Fee、Nd の XM
、それぞれ、スパパッタ時間にに対してプロロットしたもものである。これらは、近似的に各元元素の磁気モモーメントに比例例した量と見見なせる。ままた、図 2 ででは各強度ははスパッタを行う前の試料料における実実験値を1 としてて示した。前
前述の①を仮仮定する場合
合、スパッタ時間が増すと常磁性の粒粒界層が除去去されて1 原子いくのでで、Fe、Nd ともにと子あたりの磁磁気モーメンントは増大すすると予測さ れるが、図 2 では挙動が異ななる。一方、②を仮定す
すると、選択択スパッタににより結晶がが破壊されて アモルファスス化すると予想さされるため、Fe、Nd とももに磁気モーーメントが減減少すると考考えられるがが、図 2 では 60min ス
パッタ試
試料の Fe 磁気気モーメントは増大してており、単調調減少の予想想と矛盾するる。

d の XAS に おける共鳴吸収強度で規図 2．Fe と Nd規格化した FFe、Nd のXMCD 強度のスパ ッタ時間依存存性
今後の課課題：
CD 強度のス
上述でで示した結果
果では、XMCスパッタ時間間依存性が、Fe、Nd と もに単純なモモデルでは説明でできないこととが解釈上のの大きな問題題となっていいる。今後も引き続き、粒粒界相の寄与
与につい
MCD 測定・解ての統合合的な理解にに向けた XM
解析を行うこことが必要でであるが、そそのなかで、ス
スパッタ処理条件件の最適化やや粒界相を観観測しているる証拠となる判断基準を見いだすこ とが具体的な課題である。ままた、スパッッタ処理 による方法と相相補的な意味味をもつ別のの方法についいても検討ししており、今後はそその有効性にについても確確認する必要要がある。
参考文献
献：[1] 杉本本 諭、日本金金属学会誌,71,㻌㻔2007㻕 8850.

[2] 杉本011㻕 81.
本 諭、日本磁磁気学会会会員誌（まぐぐね）63, 㻔20[3] W. F.. Li, T. Ohku
ubo, T. Akiyaa, H. Kato, K
K. Hono, J. Mater.
M
Res. 244, 㻔2009㻕 4133.

[4] W. F.. Li, H. Sepeehri-Amin, T. Ohkubo, N . Hase, K. Hono,HActa Mater.
M59, 㻔20 11㻕 3061.