JP2023081336A - 希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石、その製造方法、および水素化プラセオジムの使用 - Google Patents
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Abstract
【課題】保磁力と残留磁気が良好なバランスを達成し、低い残留磁束密度温度係数及び保磁力温度係数を有する希土類焼結Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石及びその製造方法を提供する。【解決手段】希土類焼結Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石の元素組成は、（Ｒ１，Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍであり、希土類焼結Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石磁石は、主相結晶粒及び粒界相を含有する焼結体からなり、主相結晶粒は、（Ｒ１，Ｒ２）２Ｔ１４Ｂ相からなり、主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１は、主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より高く、粒界相のＲ１濃度は、主相結晶粒のＲ１濃度より高く、かつ、粒界相の平均厚さは２０～６０ｎｍである。Ｒ１はＮｄ及びＧｄから選ばれ、Ｒ２はＰｒであり、Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉ元素から選ばれ、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ及びＷから選ばれる。【選択図】図１
Description
本発明は、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石、その製造方法、および水素化プラセオジムの使用を提供する。
ハイブリッド車、電気自動車、省エネエアコンコンプレッサーの需要量が高まるに伴い、高保磁力、低温度係数の永久磁石材料の需要量が高まっている。多量の重希土類元素の使用は、永久磁石材料の保磁力と温度係数を改善できる。しかし、これはコストの大幅な増加をもたらし、残留磁束密度と磁気エネルギー積が一部犠牲になる。各元素の原子組成がＮｄ１４．１Ｃｏ１．３４Ｃｕ０．０４ＦｅｂａｌＢ５．８４である合金シートを製造し、合金シートを粒子径１０～１００μｍの粗粉に水素粉砕した後、粗粉を窒素雰囲気中でジェットミリングにて平均粒子径３．３８μｍの微細粉末とし、平均粒子径１．８μｍのＤｙＨｘ粉末を微細粉末と混合し、１８００ｋＡ／ｍの磁界および３００ＭＰａで静水等方圧成形し、グリーン体を真空条件下で１０４０～１０６０℃で２ｈ焼結し、次にガス冷却して焼入れし、次にそれぞれ９００℃と５００℃で２ｈ焼き戻す。当該方法では、重希土類Ｄｙを使用する必要があり、ＤｙＨｘ粉末を微細粉末と直接混合する。当該方法では、磁石の保磁力を大幅に向上させることができるが、残留磁束密度が低下しすぎて、保磁力と残留磁束密度のバランスが取れなくなる。
Ｃｏ、Ｎｉ元素を添加することで磁石の温度係数を改善できるが、Ｃｏ、Ｎｉ元素の過剰添加は磁石性能の低下につながり、かつ、Ｃｏ、Ｎｉ元素は戦略元素で、価格が比較的高いものである。ＣＮ１１１６９６７４２Ａには、異方性磁石材料（Ｎｄ、Ｐｒ）ｘＦｅ（１００－ｘ－ｙ－ｚ）ＢｙＭｚ、補助相材料ＰｒａＮｉ１００－ｂを用意して、異方性磁石材料と補助相材料を均一に混合して混合磁性粉末とした後、配向プレス成形、焼結および焼戻し処理を順に行って、重希土類を含まない高性能ネオジム－鉄－ボロン材料を得る、重希土類を含まない高性能ネオジム－鉄－ボロン永久磁石材料の製造方法が開示されている。ＣＮ１０４５７５８９９Ａには、主合金粉末と希土類コバルト化合物粉末を直接混合してから成形することにより、得られた磁石の粒界相の平均厚さが大きくなる焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の製造方法が開示されている。これらの方法では、磁石の保磁力を向上させることができるが、残留磁束密度の低下を抑えることができず、保磁力と残留磁束密度のバランスをうまく取ることができない。
一態様において、本発明は、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力と残留磁気が良好なバランスを達成できる、（Ｒ１、Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を提供しる。さらに、本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、低い残留磁束密度温度係数および保磁力温度係数を有する。
もう一つの態様において、本発明は、（Ｒ１、Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の製造方法を提供する。当該製造方法は、従来の方法とは異なり、残留磁束密度の低下を抑えるため、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力と残留磁束密度が良好なバランスを取ることができる。
もう一つの態様において、本発明は、水素化プラセオジムの使用を提供する。
一つの態様において、本発明は、（Ｒ１，Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石であって、
前記希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、主相結晶粒および粒界相を含有する焼結体から構成されており、
前記主相結晶粒は、（Ｒ１，Ｒ２）２Ｔ１４Ｂ相からなり、前記主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１が前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より高く、
前記粒界相のＲ１濃度は、主相結晶粒のＲ１濃度より高く、かつ、前記粒界相の平均厚さが２０～６０ｎｍであり、
Ｒ１は、ＮｄおよびＧｄ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＮｄがＲ１の総原子数の５０ａｔ％以上であり、
Ｒ２はＰｒ元素であり、
Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＣｏとＮｉはＴの総原子数の３ａｔ％以下であり、
Ｂはホウ素元素であり、
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＭの総原子数が前記焼結体の５ａｔ％以下である（Ｒ１，Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を提供する。
前記希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、主相結晶粒および粒界相を含有する焼結体から構成されており、
前記主相結晶粒は、（Ｒ１，Ｒ２）２Ｔ１４Ｂ相からなり、前記主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１が前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より高く、
前記粒界相のＲ１濃度は、主相結晶粒のＲ１濃度より高く、かつ、前記粒界相の平均厚さが２０～６０ｎｍであり、
Ｒ１は、ＮｄおよびＧｄ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＮｄがＲ１の総原子数の５０ａｔ％以上であり、
Ｒ２はＰｒ元素であり、
Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＣｏとＮｉはＴの総原子数の３ａｔ％以下であり、
Ｂはホウ素元素であり、
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＭの総原子数が前記焼結体の５ａｔ％以下である（Ｒ１，Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を提供する。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石によれば、好ましくは、前記主相結晶粒のエッジから前記主相結晶粒の中心に向かってＰｒ濃度が徐々に低下する。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石によれば、好ましくは、前記主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１が前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より０．２５ｗｔ％以上高い。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石によれば、好ましくは、前記焼結体の組成として、Ｒ１：２８～３１ｗｔ％、Ｒ２：０．１～５ｗｔ％、Ｂ：０．６～１．６ｗｔ％、Ｃｏ：０．１～３．９ｗｔ％、Ｃｕ：０．０５～１．０ｗｔ％、Ｚｒ：０．０６～０．２５ｗｔ％、Ｇａ：０．１～０．３ｗｔ％、残部が実質的にＦｅである。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石によれば、好ましくは、前記焼結体におけるＺｒの含有量が０．１～０．１６ｗｔ％であり、Ｇａの含有量が０．１５～０．２５ｗｔ％である。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石によれば、好ましくは、重希土類元素を含有しない。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石によれば、好ましくは、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度が１４．５０ｋＧｓ以上であり、固有保磁力が１４．０ｋＯｅ以上であり、２０～１５０℃範囲内の残留磁束密度温度係数が０．１１３％／℃未満であり、かつ２０～１５０℃範囲内の保磁力温度係数が０．５７３％／℃未満である。
もう一つの態様において、本発明は、
（ａ）希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料である、Ｒ１、Ｔ、ＢおよびＭを溶解して母合金シートを得る工程、
（ｂ）母合金シートを平均粒子度Ｄ５０が２０～５００μｍである合金粗粉に破砕する工程、
（ｃ）合金粗粉をプラセオジム含有粉末とジェットミリングにて平均粒子度Ｄ５０が１～１０μｍである磁性粉末に粉砕工程であって、前記プラセオジム含有粉末は水素化プラセオジムまたはＰｒ－Ｍ合金粉末である工程、
（ｄ）磁性粉末を、磁界に置いてプレスし、静水等方圧プレス処理を経ってグリーン体を得る工程、
（ｅ）グリーン体を真空熱処理および２段階焼戻しを経て、希土類焼結永久磁石を得る工程、
を含む、前記希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の製造方法を提供する。
（ａ）希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料である、Ｒ１、Ｔ、ＢおよびＭを溶解して母合金シートを得る工程、
（ｂ）母合金シートを平均粒子度Ｄ５０が２０～５００μｍである合金粗粉に破砕する工程、
（ｃ）合金粗粉をプラセオジム含有粉末とジェットミリングにて平均粒子度Ｄ５０が１～１０μｍである磁性粉末に粉砕工程であって、前記プラセオジム含有粉末は水素化プラセオジムまたはＰｒ－Ｍ合金粉末である工程、
（ｄ）磁性粉末を、磁界に置いてプレスし、静水等方圧プレス処理を経ってグリーン体を得る工程、
（ｅ）グリーン体を真空熱処理および２段階焼戻しを経て、希土類焼結永久磁石を得る工程、
を含む、前記希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の製造方法を提供する。
本発明に係る製造方法によれば、好ましくは、合金粗粉の質量に基づいて、プラセオジム含有粉末の使用量が０．１～５．０ｗｔ％である。
もう一つの態様において、本発明は、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランス係数を改善するための水素化プラセオジムの使用であって、合金粗粉を、水素化プラセオジム粉末とジェットミリングにて磁性粉末に粉砕し、合金粗粉の質量に基づいて、水素化プラセオジム粉末の使用量が０．１～５．０ｗｔ％であり、
前記合金粗粉の組成がＲ１－Ｔ－Ｂ－Ｍであり、
Ｒ１は、ＮｄおよびＧｄ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＮｄがＲ１の総原子数の５０ａｔ％以上であり、
Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＣｏとＮｉはＴの総原子数の３ａｔ％以下であり、
Ｂはホウ素元素であり、
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＭの総原子数が前記焼結体の５ａｔ％以下であり、
前記残留磁束密度と保磁力とのバランス係数Ｅの計算式は、次のとおりである、
Ｅ＝Ｘ２／Ｘ１
Ｘ１＝（Ｂｒ１－Ｂｒ２）／Ｂｒ１
Ｘ２＝（Ｈｃｊ２－Ｈｃｊ１）／Ｈｃｊ１
（Ｂｒ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｂｒ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｈｃｊ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅであり、
Ｈｃｊ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅである。）
希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランス係数を改善するための水素化プラセオジムの使用を提供する。
前記合金粗粉の組成がＲ１－Ｔ－Ｂ－Ｍであり、
Ｒ１は、ＮｄおよびＧｄ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＮｄがＲ１の総原子数の５０ａｔ％以上であり、
Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＣｏとＮｉはＴの総原子数の３ａｔ％以下であり、
Ｂはホウ素元素であり、
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＭの総原子数が前記焼結体の５ａｔ％以下であり、
前記残留磁束密度と保磁力とのバランス係数Ｅの計算式は、次のとおりである、
Ｅ＝Ｘ２／Ｘ１
Ｘ１＝（Ｂｒ１－Ｂｒ２）／Ｂｒ１
Ｘ２＝（Ｈｃｊ２－Ｈｃｊ１）／Ｈｃｊ１
（Ｂｒ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｂｒ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｈｃｊ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅであり、
Ｈｃｊ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅである。）
希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランス係数を改善するための水素化プラセオジムの使用を提供する。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、比較的に高い保磁力と残留磁束密度を有し、両者の良好なバランスを達成できる。さらに、本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、比較的に低い残留磁束密度温度係数と保磁力温度係数を有する。
以下、本発明をより詳しく説明するが、本発明はこれに限られないものである。
本発明において、残留磁束密度とは、飽和磁気ヒステリシス線におけるゼロの磁界強さに対応する磁束密度の数値を意味し、通常、ＢｒまたはＭｒと表記され、単位は、テスラ（Ｔ）またはガウス（Ｇｓ）である。１Ｇｓ＝０．０００１Ｔ。
本発明において、保磁力は、固有保磁力とも呼ばれ、磁石の飽和磁化状態から磁界をゼロに単調に減少させ、そして逆方向に増加させ、その磁化強さを飽和磁気ヒステリシス線に沿ってゼロまで減少させる時の磁界強さを指し、通常Ｈｃｊと表記され、単位はエルステッド （Ｏｅ）またはアン／メートル（Ａ／ｍ）である。１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ。Ｈｃｊは室温での固有保磁力である。
本発明において、不活性ガスは、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスなどを含む。真空とは絶対真空度を意味し、その数値が小さいほど真空度が高いことを示す。
本発明において、平均粒子度Ｄ５０とは、粒子度分布曲線における累積分布が５０％であるときの最大粒子の等価直径を指す。
本発明において、「ａｔ％」とは、原子百分率を指す。
本発明は、磁石の残留磁束密度と保磁力との良好なバランスを実現することを目的とする。残留磁束密度と保磁力とのバランス係数Ｅの計算式は、以下のとおりである。
Ｅ＝Ｘ２／Ｘ１
Ｘ１＝（Ｂｒ１－Ｂｒ２）／Ｂｒ１
Ｘ２＝（Ｈｃｊ２－Ｈｃｊ１）／Ｈｃｊ１
Ｂｒ１は、改質粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石的残留磁束密度を表し、単位はｋＧｓである。いくつかの実施形態において、Ｂｒ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し，単位はｋＧｓである。
Ｘ１＝（Ｂｒ１－Ｂｒ２）／Ｂｒ１
Ｘ２＝（Ｈｃｊ２－Ｈｃｊ１）／Ｈｃｊ１
Ｂｒ１は、改質粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石的残留磁束密度を表し、単位はｋＧｓである。いくつかの実施形態において、Ｂｒ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し，単位はｋＧｓである。
Ｂｒ２は、改質粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位はｋＧｓである。いくつかの実施形態において、Ｂｒ２は、ジェットミリング工程に水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位はｋＧｓである。
Ｈｃｊ１は、改質粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位はｋＯｅである。いくつかの実施形態において、Ｈｃｊ１は、ジェットミリング工程に添加水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位はｋＯｅである。
Ｈｃｊ２は、改質粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位はｋＯｅである。いくつかの実施形態において、Ｈｃｊ２は、ジェットミリング工程に水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位はｋＯｅである。
本発明では、合金粗粉を微細磁性粉末に粉砕するジェットミリング工程にプラセオジム含有粉末を添加することにより、得られた磁石の粒界相の厚さを一定の範囲に維持し、プラセオジムが主相粒子中に勾配分布を示すため、磁石の残留磁束密度と保磁力との良好なバランスを実現できることを見出した。これに基づき、本発明を完了する。
＜希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石＞
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、下式に示す元素組成を有する。
（Ｒ１，Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、下式に示す元素組成を有する。
（Ｒ１，Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ
希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、主相結晶粒と粒界相を含有する焼結体から構成される。いくつかの実施形態において、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、焼結体と同じ意味を持つ。
Ｒ１は、ＮｄとＧｄ元素から選ばれ１種または複数種である。ＮｄはＲ１総原子数の５０ａｔ％以上であり、好ましくは、ＮｄがＲ１総原子数の８０ａｔ％以上であり、より好ましくはＮｄがＲ１総原子数の９５ａｔ％以上である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｒ１はＮｄである。
Ｒ２はＰｒ元素である。
Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種である。ＣｏとＮｉは、Ｔの総原子数の３ａｔ％以下であり、好ましくはＣｏとＮｉはＴの総原子数の２ａｔ％以下であり、より好ましくはＣｏとＮｉは、Ｔの総原子数の１～１．５ａｔ％である。本発明の１つの実施形態によれば、ＴはＦｅとＣｏである。
Ｂは、ホウ素元素である。
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種である。好ましくはＭがＣｕ、ＺｒおよびＧａである。Ｍの総原子数は、焼結体の５ａｔ％以下であり、好ましくは４ａｔ％以下であり、より好ましくは３ａｔ％以下であり、最も好ましくは０．１～２ａｔ％である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｍの総原子数は焼結体の０．３～１ａｔ％である。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、主相結晶粒が、（Ｒ１，Ｒ２）２Ｔ１４Ｂ相からなる。本発明者らは、主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１が主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より高いことを見出した。主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１は、前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より０．２５ｗｔ％以上高い。好ましくは主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１が前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より０．４０ｗｔ％以上高く、より好ましくは、主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１が前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より０．５０ｗｔ％以上高い。いくつかの実施形態において、主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１と前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２との濃度差（Ｃ１－Ｃ２）は、０．２５～０．７０ｗｔ％の範囲であり、好ましくは０．４０～０．７０ｗｔ％の範囲であり、より好ましくは０．４５～０．６５ｗｔ％の範囲である。本発明の１つの実施形態によれば、主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１と前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２との濃度差（Ｃ１－Ｃ２）は０．５３～０．５７ｗｔ％である。Ｐｒ濃度差が小さすぎると、保磁力の向上に不利であり、Ｐｒ濃度差が大きすぎると、残留磁束密度、残留磁束密度温度係数および保磁力温度係数に不良な影響を与える。前記範囲のＰｒ濃度差は、磁石の保磁力と残留磁束密度が良好なバランスを達成することに有利である。
本発明の１つの実施形態によれば、Ｐｒ濃度は、主相結晶粒のエッジから主相結晶粒の中心に沿って徐々に低下する。したがって、Ｐｒ濃度は、勾配分布を示す。これにより、磁石の保磁力と残留磁束密度の良好なバランスをさらに確保することができる。
粒界相のＲ１濃度Ａ１は、主相結晶粒のＲ１濃度Ａ２より高い。粒界相の平均厚さＬは２０～６０ｎｍであり、好ましくは２０～４０ｎｍであり、より好ましくは２２～２７ｎｍである。粒界相の厚さが小さすぎると、磁石の保磁力は、明らかに向上できず、粒界相の厚さが大きすぎると、残留磁束密度は大幅に低下し、かつ、残留磁束密度温度係数と保磁力温度係数は、明らかに上昇する。前記範囲の粒界相厚さは、磁石の保磁力と残留磁束密度との良好なバランスを達成することに有利である。
本発明に係る焼結体は、Ｒ１、Ｒ２、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、ＧａおよびＦｅなどの元素を含む。いくつかの実施形態において、本発明に係る焼結体は、Ｒ１、Ｒ２、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、ＧａおよびＦｅからなる。
焼結体の質量に基づいて、Ｒ１の含有量は２８～３１ｗｔ％であってもよく、好ましくは２８～３０ｗｔ％であり、より好ましくは２８～２９ｗｔ％である。
焼結体の質量に基づいて、Ｒ２の含有量は０．１～５ｗｔ％であってもよく、好ましくは１．０～３ｗｔ％であり、より好ましくは１．５～２．５ｗｔ％であり、最も好ましくは１．７～２．０ｗｔ％である。
焼結体の質量に基づいて、Ｂの含有量は０．６～１．６ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。
焼結体の質量に基づいて、Ｃｏの含有量は０．１～３．９ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。
焼結体の質量に基づいて、Ｃｕの含有量は０．０５～１．０ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１０～０．７０ｗｔ％であり、より好ましくは０．１２～０．２０ｗｔ％である。
焼結体の質量に基づいて、Ｚｒの含有量は０．０６～０．２５ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１～０．１６ｗｔ％であり、より好ましくは０．１３～０．１５ｗｔ％である。
焼結体の質量に基づいて、Ｇａの含有量は０．１～０．３ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１５～０．２５ｗｔ％であり、より好ましくは０．１８～０．２０ｗｔ％である。
残部はＦｅである。
各元素を上記範囲に制御することにより、保磁力と残留磁束密度とが良好なバランスを達成した希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を得ることに有利である。
本発明の１つの実施形態によれば、本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、重希土類元素を含有しない。重希土類元素は、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ルビジウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルビジウム（Ｌｕ）である。これにより、コストを削減し、かつ保磁力と残留磁束密度との良好なバランスをよりよく確保することができる。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、残留磁束密度が１４．５０ｋＧｓ以上であり、好ましくは１４．６０ｋＧｓ以上であり、より好ましくは１４．６５ｋＧｓ以上である。残留磁束密度は、１６．１ｋＧｓ未満であってもよく、好ましくは１５．８ｋＧｓ未満であり、より好ましくは１５．５ｋＧｓである。固有保磁力は１４．０ｋＯｅ以上であり、好ましくは１６．３ｋＯｅ以上であり、より好ましくは１６．５ｋＯｅ以上である。固有保磁力は、２９ｋＯｅ未満であってもよく、好ましくは２５ｋＯｅ未満であり、より好ましくは１９ｋＯｅ未満である。２０～１５０℃温度範囲内の残留磁束密度温度係数は、０．１１３％／℃未満であり、好ましくは０．１１０％／℃未満であり、より好ましくは０．１０９％／℃未満である。残留磁束密度温度係数は、０を超えてもよく、好ましくは０．０５％／℃を超え、より好ましくは０．０８％／℃を超える。２０～１５０℃範囲内の保磁力温度係数は、０．５７３％／℃未満であり、好ましくは０．５７０％／℃未満であり、より好ましくは０．５６５％／℃未満である。保磁力温度係数は、０を超え、好ましくは０．１％／℃を超え、より好ましくは０．３％／℃を超える。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、残留磁束密度と保磁力とのバランス係数Ｅが２５以上であってもよく、好ましくは３５以上であり、より好ましくは３９以上である。バランス係数Ｅは、１５０以下であってもよく、好ましくは１００以下であり、より好ましくは８０以下である。バランス係数Ｅの定義は、前述したとおりである。
＜希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の製造方法＞
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の製造方法は、（ａ）溶解工程、（ｂ）破砕工程、（ｃ）ジェットミリング工程、（ｄ）成形工程、（ｅ）焼結・時効処理工程を含む。これらについて、以下に詳しく説明する。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の製造方法は、（ａ）溶解工程、（ｂ）破砕工程、（ｃ）ジェットミリング工程、（ｄ）成形工程、（ｅ）焼結・時効処理工程を含む。これらについて、以下に詳しく説明する。
溶解工程
Ｒ１、Ｔ、ＢおよびＭを含む希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料を溶解して母合金シートを得る。好ましくは、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料がＲ１、Ｔ、ＢおよびＭからなる。Ｒ１は、ＮｄとＧｄ元素から選ばれた１種または複数種である。ＮｄはＲ１総原子数の５０ａｔ％以上であり、好ましくはＮｄがＲ１総原子数の８０ａｔ％以上であり、より好ましくはＮｄがＲ１総原子数の９５ａｔ％以上である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｒ１はＮｄである。Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種である。ＣｏとＮｉは、Ｔの総原子数の３ａｔ％以下であり、好ましくはＣｏとＮｉがＴの総原子数の２ａｔ％以下であり、より好ましくはＣｏとＮｉがＴの総原子数の１～１．５ａｔ％である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｔは、ＦｅとＣｏである。Ｂは、ホウ素元素である。Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種である。好ましくはＭがＣｕ、ＺｒおよびＧａである。Ｍの総原子数は、原料の５ａｔ％以下であり、好ましくは４ａｔ％以下であり、より好ましくは３ ａｔ％以下、最も好ましくは０．１～２ａｔ％である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｍの総原子数は、原料の０．３～１ａｔ％である。
Ｒ１、Ｔ、ＢおよびＭを含む希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料を溶解して母合金シートを得る。好ましくは、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料がＲ１、Ｔ、ＢおよびＭからなる。Ｒ１は、ＮｄとＧｄ元素から選ばれた１種または複数種である。ＮｄはＲ１総原子数の５０ａｔ％以上であり、好ましくはＮｄがＲ１総原子数の８０ａｔ％以上であり、より好ましくはＮｄがＲ１総原子数の９５ａｔ％以上である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｒ１はＮｄである。Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種である。ＣｏとＮｉは、Ｔの総原子数の３ａｔ％以下であり、好ましくはＣｏとＮｉがＴの総原子数の２ａｔ％以下であり、より好ましくはＣｏとＮｉがＴの総原子数の１～１．５ａｔ％である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｔは、ＦｅとＣｏである。Ｂは、ホウ素元素である。Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種である。好ましくはＭがＣｕ、ＺｒおよびＧａである。Ｍの総原子数は、原料の５ａｔ％以下であり、好ましくは４ａｔ％以下であり、より好ましくは３ ａｔ％以下、最も好ましくは０．１～２ａｔ％である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｍの総原子数は、原料の０．３～１ａｔ％である。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料は、Ｒ１、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、ＧａおよびＦｅなどの元素を含む。いくつかの実施形態において、本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料は、Ｒ１、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、ＧａおよびＦｅからなる。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料の質量に基づいて、Ｒ１の含有量は、２８～３１ｗｔ％であってもよく、好ましくは２８～３０ｗｔ％であり、より好ましくは２８～２９ｗｔ％である。Ｂの含有量は０．６～１．６ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。Ｃｏの含有量は、０．１～３．９ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。Ｃｕの含有量は０．０５～１．０ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１０～０．７０ｗｔ％であり、より好ましくは０．１２～０．２０ｗｔ％である。Ｚｒの含有量は、０．０６～０．２５ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１～０．１６ｗｔ％であり、より好ましくは０．１３～０．１５ｗｔ％である。Ｇａの含有量は、０．１～０．３ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１５～０．２５ｗｔ％であり、より好ましくは０．１８～０．２０ｗｔ％である。残部はＦｅである。本発明の１つの実施形態によれば、本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料は、重希土類元素を含有しなくもよい。重希土類元素は、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ルビジウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルビジウム（Ｌｕ）である。
希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の組成に応じて原料を配合する。いくつかの実施形態において、原料は、Ｎｄ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、ＧａおよびＦｅからなる。Ｎｄの含有量は２８～３１ｗｔ％であってもよく、好ましくは２８～３０ｗｔ％であり、より好ましくは２８～２９ｗｔ％である。Ｂの含有量は、０．６～１．６ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。Ｃｏの含有量は、０．１～３．９ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。Ｃｕの含有量は、０．０５～１．０ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１０～０．７０ｗｔ％であり、より好ましくは０．１２～０．２０ｗｔ％である。Ｚｒの含有量は、０．０６～０．２５ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１～０．１６ｗｔ％であり、より好ましくは０．１３～０．１５ｗｔ％である。Ｇａの含有量は０．１～０．３ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１５～０．２５ｗｔ％であり、より好ましくは０．１８～０．２０ｗｔ％である。残部はＦｅである。
溶解は、真空溶解炉に行ってもよい。得られた母合金シートの平均厚さは、０．０５～１．００ｍｍであってもよく、好ましくは０．１～０．８ｍｍであり、より好ましくは０．２～０．５ｍｍである。
破砕工程
母合金シートを合金粗粉に破砕する。合金粗粉の平均粒子度Ｄ５０は、２０～５００μｍであり、好ましくは５０～３００μｍであり、より好ましくは８０～１５０μｍである。水素破砕という方法を採用して合金粗粉を得ることができ、例えば、母合金シートを水素破砕炉にて合金粗粉を形成するように水素吸蔵・脱水素処理を行ってもよい。
母合金シートを合金粗粉に破砕する。合金粗粉の平均粒子度Ｄ５０は、２０～５００μｍであり、好ましくは５０～３００μｍであり、より好ましくは８０～１５０μｍである。水素破砕という方法を採用して合金粗粉を得ることができ、例えば、母合金シートを水素破砕炉にて合金粗粉を形成するように水素吸蔵・脱水素処理を行ってもよい。
ジェットミリング工程
伝統的なジェットミリング工程において、合金粗粉を直接合金微細粉末に粉砕する。本発明では、ジェットミリング工程にプラセオジム含有粉末を添加することにより、プラセオジム含有粉末で合金微細粉末の少なくとも一部を被覆することを促進する。合金粗粉とプラセオジム含有粉末をジェットミリングにて磁性粉末に粉砕する。磁性粉末の平均粒子度Ｄ５０は１～１０μｍであり、好ましくは２～７μｍであり、より好ましくは３～５μｍである。
伝統的なジェットミリング工程において、合金粗粉を直接合金微細粉末に粉砕する。本発明では、ジェットミリング工程にプラセオジム含有粉末を添加することにより、プラセオジム含有粉末で合金微細粉末の少なくとも一部を被覆することを促進する。合金粗粉とプラセオジム含有粉末をジェットミリングにて磁性粉末に粉砕する。磁性粉末の平均粒子度Ｄ５０は１～１０μｍであり、好ましくは２～７μｍであり、より好ましくは３～５μｍである。
本発明に係るプラセオジム含有粉末は、水素化プラセオジムまたはＰｒ－Ｍ合金粉末であってもよい。Ｐｒ－Ｍ合金粉末において、Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種である。好ましくはＭがＣｕ、ＺｒおよびＧａである。Ｐｒ－Ｍ合金粉末はＰｒ－Ｎｉ合金粉末またはＰｒ－Ｃｏ合金粉末ではない。これら２種類の合金粉末は、高価である一方、磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランスの改善には効果が顕著ではなく、本発明のＰｒ－Ｍ合金粉末よりもさらに劣っている。
本発明の１つの実施形態によれば、プラセオジム含有粉末は水素化プラセオジム粉末である。このような粉末は、安価で入手しやすいだけでなく、磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランスを改善する効果が非常に顕著である。このような技術的効果は予想できない。
本発明のもう１つの実施形態によれば、Ｐｒ－Ｍ合金粉末は、Ｐｒ－Ｃｕ合金粉末である。Ｐｒ－Ｃｕ合金粉末におけるＰｒは５０ａｔ％以上であり、好ましくは６０ａｔ％以上であり、より好ましくは６５～７５ａｔ％である。
合金粗粉の質量に基づいて、プラセオジム含有粉末の使用量は０．１～５．０ｗｔ％であり、好ましくは１．０～４．０ｗｔ％であり、より好ましくは１．５～２．５ｗｔ％である。
ジェットミリング工程は、窒素雰囲気中で行ってもよい。
成形工程
磁性粉末を磁界に置いてプレスし、そして静水等方圧プレス処理を経ってグリーン体を得る。
磁性粉末を磁界に置いてプレスし、そして静水等方圧プレス処理を経ってグリーン体を得る。
成形工程は、成形プレスでプレス成形してもよい。好ましくは、窒素保護下で行う。
磁界強さは、１．０Ｔを超え、好ましくは１．５Ｔを超え、より好ましくは１．７Ｔを超える。
グリーン体の密度は２．５～５．５ｇ／ｃｍ３であってもよく、好ましくは３．５～５．０ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは４．０～４．５ｇ／ｃｍ３である。
焼結・時効処理工程
グリーン体を真空熱処理および２段階焼き戻し処理を経って希土類焼結永久磁石を得る。
グリーン体を真空熱処理および２段階焼き戻し処理を経って希土類焼結永久磁石を得る。
真空熱処理の真空条件とは、絶対真空度が０．５Ｐａ未満であり、好ましくは０．３Ｐａ未満であり、より好ましくは０．１Ｐａ未満であることを意味する。熱処理温度は、８５０～１３００℃であってもよく、好ましくは９５０～１２００℃であり、より好ましくは１０００～１１００℃である。熱処理時間は、２～１０ｈであってもよく、好ましくは３～８ｈであり、より好ましくは４～７ｈである。
一次焼戻し温度は、６００～１０５０℃であってもよく、好ましくは７００～１０００℃であり、より好ましくは８００～９５０℃である。一次焼戻し時間は、１～６ｈであってもよく、好ましくは２～５ｈであり、より好ましくは３～４ｈである。一次焼戻しは、真空条件で行う。真空条件とは、絶対真空度が０．５Ｐａ未満であることを意味し、好ましくは０．３Ｐａ未満であり、より好ましくは０．１Ｐａ未満である。
二次焼戻し温度は、３００～７００℃であってもよく、好ましくは４００～６００℃であり、より好ましくは４５０～５５０℃である。二次焼戻し時間は、３～１０ｈであってもよく、好ましくは４～８ｈであり、より好ましくは５～７ｈである。二次焼戻しは、真空条件で行う。真空条件とは、絶対真空度が０．５Ｐａ未満であることを意味し、好ましくは０．３Ｐａ未満であり、より好ましくは０．１Ｐａ未満である。
＜水素化プラセオジムの使用＞
本発明は、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランス係数を改善するための水素化プラセオジムの使用を提供する。残留磁束密度と保磁力とのバランス係数は、Ｅとして表すことができ、下記の式で計算される。
本発明は、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランス係数を改善するための水素化プラセオジムの使用を提供する。残留磁束密度と保磁力とのバランス係数は、Ｅとして表すことができ、下記の式で計算される。
Ｅ＝Ｘ２／Ｘ１
Ｘ１＝（Ｂｒ１－Ｂｒ２）／Ｂｒ１
Ｘ２＝（Ｈｃｊ２－Ｈｃｊ１）／Ｈｃｊ１
Ｂｒ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｂｒ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｈｃｊ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅであり、
Ｈｃｊ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅである。
Ｘ１＝（Ｂｒ１－Ｂｒ２）／Ｂｒ１
Ｘ２＝（Ｈｃｊ２－Ｈｃｊ１）／Ｈｃｊ１
Ｂｒ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｂｒ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｈｃｊ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅであり、
Ｈｃｊ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅである。
本発明に係る希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランス係数Ｅは、２５以上であってもよく、好ましくは３５以上であり、より好ましくは３９以上である。バランス係数Ｅは、１５０以下であってもよく、好ましくは１００以下であり、より好ましくは８０以下である。
本発明に係る使用において、合金粗粉と水素化プラセオジム粉末をジェットミリングにて粗粉に粉砕する。合金粗粉の質量に基づいて、水素化プラセオジム粉末の使用量は０．１～５．０ｗｔ％であり、好ましくは１．０～４．０ｗｔ％であり、より好ましくは２．０～３．０ｗｔ％である。ジェットミリング工程の他、本発明に係る使用は、さらに溶解工程、破碎工程、成形工程および焼結・時効処理工程を含んでもよい。具体的なプロセス条件は、前述したとおりである。
本発明に係る合金粗粉の組成は、Ｒ１－Ｔ－Ｂ－Ｍを有し、好ましくはＲ１－Ｔ－Ｂ－Ｍである。
Ｒ１は、ＮｄおよびＧｄ元素から選ばれた１種または複数種である。ＮｄはＲ１総原子数の５０ａｔ％以上であり、好ましくはＮｄがＲ１総原子数の８０ａｔ％以上であり、より好ましくはＮｄがＲ１総原子数の９５ａｔ％以上である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｒ１はＮｄである。
Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種である。ＣｏとＮｉは、Ｔの総原子数の３ａｔ％以下であり、好ましくはＣｏとＮｉがＴの総原子数の２ａｔ％以下であり、より好ましくはＣｏとＮｉがＴの総原子数の１～１．５ａｔ％である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｔは、ＦｅとＣｏである。
Ｂは、ホウ素元素である。
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種である。好ましくはＭがＣｕ、ＺｒおよびＧａである。Ｍの総原子数は、合金粗粉の５ａｔ％以下であり、好ましくは４ａｔ％以下であり、より好ましくは３ ａｔ％以下であり、最も好ましくは０．１～２ａｔ％である。本発明の１つの実施形態によれば、Ｍの総原子数は合金粗粉の０．３～１ａｔ％である。
本発明に係る合金粗粉は、Ｒ１、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、ＧａおよびＦｅなどの元素を含む。いくつかの実施形態において、本発明に係る合金粗粉は、Ｒ１、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、ＧａおよびＦｅからなる。合金粗粉の質量に基づいて、Ｒ１の含有量は、２８～３１ｗｔ％であってもよく、好ましくは２８～３０ｗｔ％であり、より好ましくは２８～２９ｗｔ％である。Ｂの含有量は、０．６～１．６ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。Ｃｏの含有量は、０．１～３．９ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。Ｃｕの含有量は、０．０５～１．０ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１０～０．７０ｗｔ％であり、より好ましくは０．１２～０．２０ｗｔ％である。Ｚｒの含有量は０．０６～０．２５ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１～０．１６ｗｔ％であり、より好ましくは０．１３～０．１５ｗｔ％である。Ｇａの含有量は、０．１～０．３ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１５～０．２５ｗｔ％であり、より好ましくは０．１８～０．２０ｗｔ％である。残部はＦｅである。本発明の１つの実施形態によれば、本発明に係る合金粗粉は、重希土類元素を含有しない。重希土類元素は、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ルビジウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルビジウム（Ｌｕ）である。
本発明の１つの実施形態によれば、合金粗粉は、Ｎｄ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、ＧａおよびＦｅからなってもよい。Ｎｄの含有量は２８～３１ｗｔ％であってもよく、好ましくは２８～３０ｗｔ％であり、より好ましくは２８～２９ｗｔ％である。Ｂの含有量は、０．６～１．６ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。Ｃｏの含有量は、０．１～３．９ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．７～１．３ｗｔ％であり、より好ましくは０．９～１．０ｗｔ％である。Ｃｕの含有量は、０．０５～１．０ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１０～０．７０ｗｔ％であり、より好ましくは０．１２～０．２０ｗｔ％である。Ｚｒの含有量は０．０６～０．２５ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１～０．１６ｗｔ％であり、より好ましくは０．１３～０．１５ｗｔ％である。Ｇａの含有量は、０．１～０．３ｗｔ％であってもよく、好ましくは０．１５～０．２５ｗｔ％であり、より好ましくは０．１８～０．２０ｗｔ％である。残部はＦｅである。
ジェットミリング工程において、合金粗粉と水素化プラセオジム粉末を含む原料をジェットミリングにて磁性粉末に粉砕する。磁性粉末の平均粒子度Ｄ５０は１～１０μｍであってもよく、好ましくは２～７μｍであり、より好ましくは３～５μｍである。ジェットミリング工程は、窒素雰囲気で行ってもよい。
実施例１
溶解工程：質量パーセントで、Ｎｄ ２９．０％、Ｂ １．０％、Ｃｏ １．０％、Ｃｕ ０．１５％、Ｚｒ ０．１５％、Ｇａ０．２％および残量のＦｅで原料を配合し、原料を真空製錬急速凝固炉にて溶解し、平均厚さ０．３ｍｍの合金シートを作製した。
溶解工程：質量パーセントで、Ｎｄ ２９．０％、Ｂ １．０％、Ｃｏ １．０％、Ｃｕ ０．１５％、Ｚｒ ０．１５％、Ｇａ０．２％および残量のＦｅで原料を配合し、原料を真空製錬急速凝固炉にて溶解し、平均厚さ０．３ｍｍの合金シートを作製した。
水素破砕工程：合金シートを水素破砕炉にて水素吸蔵・脱水素処理を行って、平均粒子度Ｄ５０が１００μｍである合金粗粉とした。
ジェットミリング工程：合金粗粉をベースとし、２．０ｗｔ％の水素化プラセオジム粉末を添加し、均一に混合した後、窒素ガスを媒体とするジェットミリングにて平均粒子度Ｄ５０が４．０μｍである磁性粉末に粉砕した。
成形工程：磁性粉末を窒素保護成形プレスに適用して、１．８Ｔ磁場を印加して配向させてグリーン体に成形し、グリーン体の密度は４．３ｇ／ｃｍ３でした。
焼結・時効処理工程：グリーン体を絶対真空度０．１Ｐａ未満の真空焼結炉に入れ、１０７０℃で５ｈ焼結して焼結磁石を得、そして焼結磁石を絶対真空度０．１Ｐａ未満の条件下で９００℃、３ｈの一段焼戻しおよび５００℃、５ｈの二段焼戻しを行って希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を得た。
前記希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石をＤ１０×１０ｍｍの試料柱を加工し、ＢＨテスターで室温と１５０℃での磁石の磁気特性を測定し、かつ、２０～１５０℃範囲内の残留磁束密度温度係数αと保磁力温度係数βを計算した。
前記希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を、ｓｉｇｍａ５００電界放出型走査電子顕微鏡で微細構造を観察し（図１参照）、ＥＤＳ検出器を用いて組成分析を行った。
希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表１と表２に示した。
実施例２～３および比較例１～２
ジェットミリング工程において、水素化プラセオジム粉末の使用量を変更し、他の工程は実施例１と同じとした。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表１と表２に示した。
ジェットミリング工程において、水素化プラセオジム粉末の使用量を変更し、他の工程は実施例１と同じとした。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表１と表２に示した。
実施例４
ジェットミリング工程において、３．０％ｗｔの Ｐｒ６８Ｃｕ３２合金を添加し、他の工程は、実施例１と同じであった。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表１と表２に示した。
ジェットミリング工程において、３．０％ｗｔの Ｐｒ６８Ｃｕ３２合金を添加し、他の工程は、実施例１と同じであった。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表１と表２に示した。
比較例３
溶解工程において、質量パーセントでＮｄ ２９．０％ 、Ｐｒ ２．０％、Ｂ １．０％、Ｃｏ １．０％、Ｃｕ ０．１５％、Ｚｒ ０．１５％、Ｇａ ０．２％および残量のＦｅに従って原料を配合し、ジェットミリング工程において水素化プラセオジム粉末を添加せず、他の工程は、実施例１と同じであった。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表１と表２に示した。
溶解工程において、質量パーセントでＮｄ ２９．０％ 、Ｐｒ ２．０％、Ｂ １．０％、Ｃｏ １．０％、Ｃｕ ０．１５％、Ｚｒ ０．１５％、Ｇａ ０．２％および残量のＦｅに従って原料を配合し、ジェットミリング工程において水素化プラセオジム粉末を添加せず、他の工程は、実施例１と同じであった。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表１と表２に示した。
比較例４～９
ＣＮ１１１６９６７４２Ａの実施例１～実施例６に従って焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を製造した。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表２に示した。
ＣＮ１１１６９６７４２Ａの実施例１～実施例６に従って焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を製造した。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表２に示した。
比較例１０～１３
ＣＮ１０４５７５８９９Ａの実施例一～実施例四に従って焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を製造した。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表２に示した。
ＣＮ１０４５７５８９９Ａの実施例一～実施例四に従って焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を製造した。希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の粒界相の平均厚さＬ、主相結晶粒エッジと主相結晶粒中心とのＰｒ濃度差（Ｃ１－Ｃ２）および磁気性能パラメータを表２に示した。
表１～２から分かるように、本発明は、合金粗粉をプラセオジム含有粉末とジェットミリングにて磁性粉末に粉砕し、そして成形および焼結などの工程を経って希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石を得、これにより、磁石の残留磁束密度と保磁力を両立させることができ、両者の完璧なバランスを達成でき、バランス係数は、２５以上であった。この場合、主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１は、前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より０．２５ｗｔ％以上高く、粒界相の平均厚さは２０～６０ｎｍであった。適切な使用量の水素化プラセオジム粉末を用いると、残留磁束密度と保磁力とのバランス係数は３５以上と高くなる（実施例１を参照）。
表３から分かるように、比較例１～１３の磁石は、以下の条件を同時に満たすことができない。（１）主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１は、前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より０．２５ｗｔ％以上高い。（２）粒界相の平均厚さは２０～６０ｎｍである。
表２から分かるように、比較例１では、水素化プラセオジム粉末を添加しておらず、残留磁束密度よび保磁力が比較的に低くなった。比較例２では、水素化プラセオジム粉末の使用量が多すぎで、残留磁束密度が減少しすぎているため、バランス係数が比較的に低くなった。比較例３では、原料混合工程にてＰｒを添加しても、保磁力が明らかに向上せず、バランス係数が比較的に低くなった。比較例４～９では、ＰｒＮｉ合金粉末を微細磁性粉末と直接混合したものであり、保磁力が大幅に向上したが、残留磁束密度が低下しすぎて、バランス係数が２０未満であった。比較例１１と１２では、（ＰｒＮｄ）Ｃｏ合金粉末を微細磁性粉末と直接混合したものであり、保磁力を向上させることができるが、残留磁束密度が低下しすぎて、バランス係数が１０以下になった。比較例１０と１３では、ＤｙＣｏまたはＴｂＣｏ合金粉末を微細磁性粉末と直接混合したものであり、保磁力が明らかに向上したが、残留磁束密度がさらに低下し、バランス係数が非常に低くなった。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が想到し得るあらゆる変形、改良、置換等が本発明の範囲に含まれるものとする。
Claims (10)
- （Ｒ１，Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石であって、
前記希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石は、主相結晶粒および粒界相を含有する焼結体から構成されており、
前記主相結晶粒は、（Ｒ１，Ｒ２）２Ｔ１４Ｂ相からなり、前記主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１が前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より高く、
前記粒界相のＲ１濃度は、主相結晶粒のＲ１濃度より高く、かつ、前記粒界相の平均厚さが２０～６０ｎｍであり、
Ｒ１は、ＮｄおよびＧｄ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＮｄがＲ１の総原子数の５０ａｔ％以上であり、
Ｒ２はＰｒ元素であり、
Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＣｏとＮｉはＴの総原子数の３ａｔ％以下であり、
Ｂはホウ素元素であり、
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＭの総原子数が前記焼結体の５ａｔ％以下であること
を特徴とする、（Ｒ１，Ｒ２）－Ｔ－Ｂ－Ｍ希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石。 - 前記主相結晶粒のエッジから前記主相結晶粒の中心に向かってＰｒ濃度が徐々に低下することを特徴とする請求項１に記載の希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石。
- 前記主相結晶粒のエッジのＰｒ濃度Ｃ１が前記主相結晶粒の中心のＰｒ濃度Ｃ２より０．２５ｗｔ％以上高いことを特徴とする請求項１に記載の希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石。
- 前記焼結体の組成として、Ｒ１：２８～３１ｗｔ％、Ｒ２：０．１～５ｗｔ％、Ｂ：０．６～１．６ｗｔ％、Ｃｏ：０．１～３．９ｗｔ％、Ｃｕ：０．０５～１．０ｗｔ％、Ｚｒ：０．０６～０．２５ｗｔ％、Ｇａ：０．１～０．３ｗｔ％、残部が実質的にＦｅであることを特徴とする請求項１に記載の希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石。
- 前記焼結体におけるＺｒの含有量が０．１～０．１６ｗｔ％であり、Ｇａの含有量が０．１５～０．２５ｗｔ％であることを特徴とする請求項４に記載の希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石。
- 重希土類元素を含有しないことを特徴とする請求項１～５のいずれの１項に記載の希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石。
- 希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度が１４．５０ｋＧｓ以上であり、固有保磁力が１４．０ｋＯｅ以上であり、２０～１５０℃範囲内の残留磁束密度温度係数が０．１１３％／℃未満であり、かつ２０～１５０℃範囲内の保磁力温度係数が０．５７３％／℃未満であることを特徴とする請求項６に記載の希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石。
- （ａ）希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の原料である、Ｒ１、Ｔ、ＢおよびＭを溶解して母合金シートを得る工程、
（ｂ）母合金シートを平均粒子度Ｄ５０が２０～５００μｍである合金粗粉に粉砕する工程、
（ｃ）合金粗粉をプラセオジム含有粉末とジェットミリングにて平均粒子度Ｄ５０が１～１０μｍである磁性粉末に粉砕工程であって、そのうち、前記プラセオジム含有粉末は水素化プラセオジムまたはＰｒ－Ｍ合金粉末である工程、
（ｄ）磁性粉末を磁界に置いてプレスし、そして、静水等方圧プレス処理を経ってグリーン体を得る工程、および、
（ｅ）グリーン体を真空熱処理および２段階焼戻しを経て希土類焼結永久磁石を得る工程、
を含む、請求項１～７のいずれの１項に記載の希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の製造方法。 - 合金粗粉の質量に基づいてプラセオジム含有粉末の使用量が０．１～５．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
- 希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランス係数を改善するための水素化プラセオジムの使用であって、
合金粗粉を水素化プラセオジム粉末とジェットミリングにて磁性粉末に磨き、合金粗粉の質量に基づいて水素化プラセオジム粉末の使用量が０．１～５．０ｗｔ％であり、
前記合金粗粉の組成がＲ１－Ｔ－Ｂ－Ｍであり、
Ｒ１は、ＮｄおよびＧｄ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＮｄがＲ１の総原子数の５０ａｔ％以上であり、
Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＣｏとＮｉはＴの総原子数の３ａｔ％以下であり、
Ｂはホウ素元素であり、
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏおよびＷ元素から選ばれた１種または複数種であり、かつＭの総原子数が前記焼結体の５ａｔ％以下であり、
前記残留磁束密度と保磁力とのバランス係数Ｅの計算式は、次のとおりである、
Ｅ＝Ｘ２／Ｘ１
Ｘ１＝（Ｂｒ１－Ｂｒ２）／Ｂｒ１
Ｘ２＝（Ｈｃｊ２－Ｈｃｊ１）／Ｈｃｊ１
（Ｂｒ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｂｒ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度を表し、単位がｋＧｓであり、
Ｈｃｊ１は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加せずに得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅであり、
Ｈｃｊ２は、ジェットミリング工程にて水素化プラセオジム粉末を添加して得られた希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の保磁力を表し、単位がｋＯｅである。）
ことを特徴とする、希土類焼結ネオジム－鉄－ボロン磁石の残留磁束密度と保磁力とのバランス係数を改善するための水素化プラセオジムの使用。
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