JP6586451B2

JP6586451B2 - 合金材料、ボンド磁石および希土類永久磁石粉末の変性方法

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Publication number: JP6586451B2
Application number: JP2017245749A
Authority: JP
Inventors: ルオ，ヤン; ユアン，チャオ; メン，クオ; チュアン，ニンタオ; ジャン，ホォンビン; イェン，ウエンロォン; ユィ，ドゥンボ; ヤン，ユアンフェイ
Original assignee: Grirem Advanced Materials Co Ltd
Current assignee: Grirem Advanced Materials Co Ltd
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: MY183116A; JP2018104818A; CN108220732B; CN108220732A; DE102017222815A1; ZA201708586B; US10811175B2; US20180182517A1; KR102068232B1; KR20180073444A

Description

本発明は、希土類材料の製造分野に関し、具体的には、合金材料、ボンド磁石および希土類永久磁石粉末の変性方法に関する。

希土類永久磁石材料は、希土類金属と遷移金属とで構成される合金を一定の加工プロセスで加工してなるものであり、現代工業社会の発展を支援する重要な基礎材料であり、ネオジム鉄ボロンを代表とする希土類永久磁石は、現在、応用性が最も高い永久磁石合金であり、焼結、接合及び熱圧着といった３種類の希土類永久磁石合金材料として発展している。ネオジム鉄ボロンの応用範囲の拡大及びその需要量の増加に伴い、ネオジム鉄ボロン合金性能への期待が高まる一方である。磁気エネルギー積及び保磁力は、永久磁石材料の最も重要な２つの評価基準であり、現在、応用されているネオジム鉄ボロン合金材料の磁気エネルギー積は、最大磁気エネルギー積の理論値に近づいているが、保磁力はその最大理論値には程遠い状態にある。永久磁石材料の保磁力が低いと、磁石の安定性が劣り、特に温度が変化したりする特別な応用環境において、磁石の磁気特性は急速に減衰してしまう。このため、保磁力の向上は、磁石の高温性能の向上及びその温度安定性の改善のために有効な方法である。

Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ又はＰｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ希土類永久磁石合金は、その保磁力を高めるために、一方では、主相結晶粒の異方性磁界から考えれば、例えば、合金の溶解中にＮｄ又はＰｒの代わりに重希土類Ｄｙ、Ｔｂを添加することで、保磁力を高めることができ、これは、形成された（Ｄｙ，Ｔｂ）_２Ｆｅ_１４Ｂ相がより大きい異方性磁界を有するためであるが、しかし、Ｎｄ又はＰｒの代わりに重希土類Ｄｙ、Ｔｂを用いる方法では、磁気エネルギー積が大幅に低下する。他方では、重希土類Ｄｙ、Ｔｂの粒界拡散から考えれば、粒界近傍の磁化反転ドメインの核発生磁界を大きくすることで、或いは、粒界の強磁性を低減することで、隣接する結晶粒の磁性交換結合を低減し、保磁力の向上を図る。例えば、日本の愛知製鋼社は、異方性ＨＤＤＲネオジム鉄ボロン磁石粉末の表面（中国特許出願公開第１３４５０７３号明細書）においてＤｙを水素化物で拡散させることで、磁石粉末の保磁力を高め、その使用温度及び磁石粉末の熱安定性を向上させる。重希土類Ｄｙ、Ｔｂ等を用いて、置き換え又は粒界拡散の方法による保磁力を高める効果は顕著ではあるが、重希土類資源が不足しているため、上記方法は高コストになる等の問題がある。

非重希土類の粒界拡散は、非重希土類及び他の合金元素からなる低融点合金を、ネオジム鉄ボロン主相結晶粒界領域に侵入させることで、磁性交換結合を低減又は阻止し、磁石粉末の保磁力を高める目的を達成する。非重希土類の粒界拡散、例えば、ＰｒＣｕ、ＮｄＣｕ合金を熱圧着、焼結等によるブロック状磁石の表面にて拡散させる等によって、保磁力を大幅に高めることができ、重希土類が添加されない高保磁力の磁石を実現し、磁石のサービス性を改善する。ボンド磁石も同様に、若干の特別な応用環境において磁気特性が減衰する問題があり、保磁力の向上もその磁性安定性を改善するために大切な方法である。しかし、粒界拡散は、ボンド磁石への応用がまだ少なく、主な理由は、粒界拡散がボンド磁石粉末に作用すると、磁石粉末は保磁力が高められながらも、もう１つの基準である磁気エネルギー積が著しく低下し（Zhong Lin, Jingzhi Han, Shunquan Liu, et al. Journal of Applied Physics 2012, 111: 07A722）、一方、ボンド磁石は磁石粉末に対して均一性を高く求めるが、粒界拡散には拡散が不均一である問題があり、普及しにくいことにある。また、高性能の磁石粉末は、通常、微細結晶粒組織特徴を有することがさらに要求されるが、従来技術によれば、低い温度での拡散効果が好適ではない一方、高温での長時間にわたる処理を行うと、結晶粒が成長しやすいため、磁石粉末の磁気特性が低下してしまう。

本発明は、従来技術における磁石の高温性能が劣る方法問題を解決するために、合金材料、ボンド磁石および希土類永久磁石粉末の変性方法を提供することを主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、合金材料が提供され、合金材料の融点が６００℃よりも低く、合金材料の組成が原子分率でＲＥ_{１００−ｘ−ｙ}Ｍ_ｘＮ_ｙであり、ただし、ＲＥは、非重希土類Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅのうちの１種又は複数種であり、Ｍは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇのうちの１種又は複数種であり、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのうちの１種又は複数種であり、ｘ＝１０〜３５で、ｙ＝１〜１５である。

さらに、上記合金材料が合金粉末であり、好ましくは合金粉末の粒度が１６０〜４０μｍである。

本発明の他の一態様によれば、希土類永久磁石粉末の変性方法が提供され、この変性方法は、上記いずれかの合金材料と希土類永久磁石粉末とを混合して混合粉末を得て、混合粉末における合金材料の質量の割合が１〜１０％であり、好ましくは２〜５％であるステップＳ１と、第１の不活性雰囲気又は真空状態において、混合粉末の熱処理を行って、変性希土類永久磁石粉末を得るステップＳ２と、を含む。

さらに、上記ステップＳ２は、第１の不活性雰囲気又は真空状態において、混合粉末を６７５〜９００℃で５〜３０ｍｉｎ処理し、前処理粉末を得るステップＳ２１と、前処理粉末を５００〜６００℃で２〜１２ｈ処理し、変性希土類永久磁石粉末を得るステップＳ２２と、を含む。

さらに、上記合金材料は、粒度が１６０〜４０μｍの合金粉末であり、好ましくは希土類永久磁石粉末の粒度が４００〜５０μｍである。

さらに、上記真空状態の真空度は１０^−２〜１０^−４Ｐａであり、好ましくは不活性雰囲気はアルゴン雰囲気である。

さらに、上記ステップＳ２１に先立って、ステップＳ２は、１５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で６７５〜９００℃まで昇温させることをさらに含む。

さらに、上記ステップＳ２１の後かつステップＳ２２の前に、ステップＳ２は、１５℃／ｍｉｎ以上の降温速度で５００〜６００℃まで降温させることをさらに含む。

さらに、上記希土類永久磁石粉末の磁性主相は、ＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有し、ただし、ＲＥ’はＮｄ及び／又はＰｒであり、Ｎｄ又はＰｒの一部はＤｙ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅで置き換えられることができ、希土類永久磁石粉末における希土類総原子比は、９〜１２．０％である。

さらに、上記変性方法は、合金材料の製造方法をさらに含み、製造方法は、各原料を合金材料の組成に従って量り取り、誘導溶解又はアーク溶解により各原料から母合金を製造することと、ストリップキャスト法（急結鋳片法）又は高速回転焼入れ法により母合金から合金薄片を製造することと、第２の不活性雰囲気において機械的粉砕又は水素粉砕により、合金薄片を粒度が１６０〜４０μｍの合金粉末となるように粉砕し、好ましくは第２の不活性雰囲気はアルゴン雰囲気であることと、を含む。

本発明の更なる一態様によれば、希土類永久磁石粉末から製造され、この希土類永久磁石粉末は、上記いずれかの変性方法で得られた変性希土類永久磁石粉末であるボンド磁石が提供される。

本発明の技術案によれば、合金材料において非重希土類又は多量で存在する希土類元素Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅのうちの任意の１種又は複数種を用い、低コストであり、そして、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇのうちの１種又は複数種の非希土類金属元素を加えるとともに、その含有量を調整することで、低融点の共晶合金を形成することができ、この共晶合金は、低い温度での液相拡散が可能である。また、低融点金属Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのうちの１種又は複数種の元素を適量加えることで、合金材料の融点をさらに低くすることができるとともに、合金材料と希土類永久磁石粉末との濡れ性を高めることができ、これにより、希土類永久磁石粉末への元素の拡散の均一性を改善し、低温での拡散を実現し、長時間にわたる高温での熱処理によって磁石粉末の磁気特性が劣化することを回避することができる。同時に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎは、ネオジム鉄ボロン合金において粒界偏析特徴が目立っており、粒界拡散を強化して保磁力を向上させることができる。このように、本願における上記合金材料を希土類永久磁石粉末の変性に応用する場合、低温での拡散が可能であるとともに、希土類永久磁石粉末の保磁力を強化することができ、変性された希土類永久磁石粉末から構成される磁石は高温性能が良好である。

なお、重複しない限り、本願の実施例及び実施例中の構成要件を互いに組み合わせることができる。以下、実施例と合わせて本発明を詳しく説明する。

背景技術欄で分析したように、従来技術における希土類永久磁石粉末の様々な変性方法は、いずれも何かが不足しているため、希土類永久磁石粉末の高温性能を低コストで向上させる目的を達成しにくいことが分かり、この問題を解決するために、本願は、合金材料、ボンド磁石および希土類永久磁石粉末の変性方法を提供する。

本願の例示的な一実施形態において、合金材料が提供され、該合金材料の融点が６００℃よりも低く、合金材料の組成が原子分率でＲＥ_{１００−ｘ−ｙ}Ｍ_ｘＮ_ｙであり、ただし、ＲＥは、非重希土類Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅのうちの１種又は複数種であり、Ｍは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇのうちの１種又は複数種であり、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのうちの１種又は複数種であり、ｘ＝１０〜３５で、ｙ＝１〜１５である。

本願の上記合金材料は、非重希土類又は多量で存在する希土類元素Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅのうちの任意の１種又は複数種を利用し、低コストであり、そして、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇのうちの１種又は複数種の非希土類金属元素を加えるとともに、その含有量を調整することで、低融点の共晶合金を形成することができ、この共晶合金は、低い温度での液相拡散が可能である。また、低融点金属Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのうちの１種又は複数種の元素を適量加えることで、合金材料の融点をさらに低くすることができるとともに、合金材料と希土類永久磁石粉末との濡れ性を高めることができ、これにより、希土類永久磁石粉末への元素の拡散の均一性を改善し、低温での拡散を実現し、長時間にわたる高温での熱処理によって磁石粉末の磁気特性が劣化することを回避することができる。同時に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎは、ネオジム鉄ボロン合金において粒界偏析特徴が顕著であり、粒界拡散を強化して保磁力を向上させることができる。このように、本願における上記合金材料を希土類永久磁石粉末の変性に応用する場合、低温での拡散が可能であるとともに、希土類永久磁石粉末の保磁力を強化することができ、変性された希土類永久磁石粉末から構成される磁石は高温性能が良好である。

上記合金材料をシートとして保存することができ、使用を容易にするために、上記合金材料は、合金粉末であることが好ましく、粒度が１６０〜４０μｍの合金粉末であることがより好ましい。上記合金粉末を用いると、希土類永久磁石粉末の変性への直接の応用に寄与する。

本願の他の例示的な一実施形態において、希土類永久磁石粉末の変性方法が提供され、この変性方法は、以下のステップを含む。ステップＳ１：上記いずれかの合金材料と希土類永久磁石粉末とを混合して混合粉末を得て、混合粉末における合金材料の質量の割合が１〜１０％であり、好ましくは２〜５％である。ステップＳ２：第１の不活性雰囲気又は真空状態において、混合粉末の熱処理を行って、変性希土類永久磁石粉末を得る。

上述したように、本願において提供される合金材料は、融点が低いことがその特徴であり、希土類永久磁石粉末との濡れ性が高いため、低い温度での液相拡散が可能であり、長時間にわたる高温での熱処理によって磁石粉末の磁気特性が劣化することを回避する。また、上記合金材料はＧａ、Ｉｎ、及び／又はＳｎを含むため、ネオジム鉄ボロン合金において粒界偏析特徴が顕著であり、粒界拡散を強化して保磁力を向上させることができ、それゆえ、得られた変性希土類永久磁石粉末から構成される磁石は高温性能が良好である。

上記熱処理の目的は、合金材料における元素を希土類永久磁石粉末に拡散させることであるため、その処理温度は少なくとも合金材料の融点であり、合金材料中の元素の拡散をよりよく促進するとともに、熱処理の温度によって希土類永久磁石粉末の性能が損なわれることを回避するために、上記ステップＳ２は、第１の不活性雰囲気又は真空状態において、混合粉末を６７５〜９００℃で５〜３０ｍｉｎ処理し、前処理粉末を得るステップＳ２１と、前処理粉末を５００〜６００℃で２〜１２ｈ処理し、変性希土類永久磁石粉末を得るステップＳ２２と、を含むことが好ましい。

上記高温、低温の２段階の拡散熱処理プロセスの具体的な条件は、上記範囲内であれば、拡散合金成分に合わせて調整することができ、まず、高い温度での短時間の熱処理によって、希土類永久磁石粉末の液相が拡散合金で均一に被覆されることを実現し、そして、低温での長時間にわたる熱処理によって、合金が磁石粉末内部の粒界領域に均一に拡散し侵入する。このため、長時間にわたる高温での熱処理によって磁石粉末の磁気特性が劣化することを回避することができるだけでなく、均一に拡散させる目的を実現することもでき、最終的に保磁力を向上させ、温度安定性を改善する目的を達成し、均一に拡散した変性希土類永久磁石粉末を取得する。

合金材料は高温段階で溶解し、均一な拡散や変性の目的を達成するために、上記合金材料は、粒度が１６０〜４０μｍの合金粉末であることが好ましい。同時に、合金材料の粒度が粗すぎると、不均一な拡散になりやすく、粒度が小さすぎると、酸素を吸収して極めて酸化しやすい。希土類永久磁石粉末の粒度は４００〜５０μｍであることがさらに好ましく、これにより、合金材料との均一な混合を実現する。

上述したように、合金材料は粒度が小さすぎると、酸化しやすく、その酸化を回避するために、上記真空状態の真空度は１０^−２〜１０^−４Ｐａであることが好ましく、或いは、不活性雰囲気はアルゴン雰囲気であることが好ましい。

本願の好適な一実施例において、ステップＳ２１に先立って、上記ステップＳ２は、１５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で６７５〜９００℃まで昇温させることをさらに含む。昇温速度を制御することで、反応物が短時間で所定温度に達することができ、長時間にわたる高温によって希土類永久磁石粉末の構造が損なわれることを回避する。急速に昇温させるために、上記昇温速度の最大値を従来技術で実現できる前提において、大きくした方が望ましい。

本願の他の好適な一実施例において、ステップＳ２１の後かつステップＳ２２の前に、ステップＳ２は、１５℃／ｍｉｎ以上の降温速度で５００〜６００℃まで降温させることをさらに含む。上記降温速度により、前処理粉末を急速に低温まで降温させ、長時間にわたって高温から影響を受けることを回避する。急速に降温させるために、上記降温速度の最大値を従来技術で実現できる前提において、大きくした方が望ましい。

本願の変性方法は、理論上、あらゆるタイプの希土類永久磁石粉末に適用されることができ、特に、全希土類含有量が、主相である硬磁性相ＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂにおける希土類総原子比１１．８％よりも低いか、やや高いネオジム鉄ボロン系希土類永久磁石粉末に適用される。希土類永久磁石粉末の磁性主相は、ＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有し、ただし、ＲＥ’はＮｄ及び／又はＰｒであり、Ｎｄ又はＰｒの一部はＤｙ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅで置き換えられることができ、好ましくは上記希土類永久磁石粉末における希土類総原子比は、９〜１２．０％である。この希土類永久磁石粉末材料は内部に微細ナノ結晶粒組織を有し、材料内部のナノ結晶粒同士が結合することで、高い残留磁気及び磁気エネルギー積を有することを実現し、その磁気特性は結晶粒組織に密に関わっている。しかし、その希土類含有量が低く、結晶粒組織は熱処理プロセスから影響を受けやすく、長時間にわたる高温処理が施されると、結晶粒が成長しやすいため、磁気特性が著しく低下する。これに対し、上記合金材料で変性させることで、低い温度で均一に拡散させ、その保磁力を向上させる目的を実現することができるとともに、長時間にわたる高温での熱処理によって磁気特性が低下する問題を回避することができる。

本願の変性方法を容易に実施するために、上記変性方法は、合金材料の製造方法をさらに含むことが好ましく、この製造方法は、各原料を合金材料の組成に従って量り取り、誘導溶解又はアーク溶解により各原料から母合金を製造することと、ストリップキャスト法又は高速回転焼入れ法により母合金から合金薄片を製造することと、第２の不活性雰囲気において機械的粉砕又は水素粉砕により、合金薄片を粒度が１６０〜４０μｍの合金粉末となるように粉砕することと、を含み、好ましくは第２の不活性雰囲気はアルゴン雰囲気である。上記誘導溶解、アーク溶解、ストリップキャスト及び高速回転焼入れはいずれも本分野の一般的な方法であり、本願に応用される場合、その条件についても従来技術を参照することができ、ここではその説明を省略する。

本願の更なる例示的な一実施形態において、ボンド磁石が提供され、希土類永久磁石粉末から製造され、この希土類永久磁石粉末は、上記いずれかの変性方法で得られた変性希土類永久磁石粉末である。本願の希土類永久磁石粉末のメリットに基づいて、得られたボンド磁石も、高温での保磁力等の磁気特性に優れ、従来技術で得られた希土類永久磁石粉末から構成されるボンド磁石は高温性能が劣る問題を解消する。

以下、実施例及び比較例を合わせて、本願の有益な効果をさらに説明する。

以下の実施例では、磁石粉末の拡散前後の磁気特性（最大磁気エネルギー積ＢＨｍ及び保磁力Ｈｃｊ）を振動試料型磁力計（ＶＳＭ）で測定する。熱安定性は、ボンド磁石の磁束減衰を測定することで特徴付けられ、拡散前後の磁石粉末からボンド磁石を製造し、磁石を大気環境下で１２０℃にて１００ｈ保温し、その表面の磁束量の減衰を測定する。

（実施例１）
ネオジムプラセオジム系Ｎｄ_７．６Ｐｒ_２．５Ｆｅ_８４．１Ｂ_５．８永久磁石粉末を、下記ステップによって処理する。
１）原料を設計成分に基づき配合し、真空誘導溶解により低融点合金Ｎｄ_６６Ｃｕ_２８Ｇａ_６の母合金を製造し、得られた母合金を用いて高速単ロール回転焼入れ方法により、２５ｍ／ｓの急冷速度で拡散合金焼入れリボンを製造し、Ａｒガス保護雰囲気において機械研磨方法で粉末となるように粉砕し、粉末粒度が１６０〜４０μｍである合金粉末Ｎｄ_６６Ｃｕ_２８Ｇａ_６を得る。
２）粒度４００〜５０μｍの希土類永久磁石粉末（希土類ＲＥの総原子比は１０．１％であり、磁性主相はＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する）と合金粉末Ｎｄ_６６Ｃｕ_２８Ｇａ_６とを機械的に均一に混合して混合物を形成し、混合物における合金粉末の質量分率が３％である。
３）混合物に対して５×１０^−３Ｐａの真空条件で２段階の拡散熱処理を行い、熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で７２５℃まで急速に昇温させ、２５ｍｉｎ保温し、その後、約２０℃／ｍｉｎの降温速度で６００℃まで急冷させ、引き続き６００℃にて５ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却し、実施例１の変性希土類永久磁石粉末を得る。

（実施例２）
Ｃｅを含有するプラセオジムネオジム系Ｎｄ_３．２Ｐｒ_７．６Ｃｅ_１．２Ｆｅ_８１．８Ｂ_６．２永久磁石粉末を、下記ステップによって処理する。
１）真空誘導溶解により低融点合金Ｃｅ_８５Ａｌ_９Ｍｇ_３Ｓｎ_３の母合金を製造し、Ａｒガス保護雰囲気においてストリップキャストＳＣ技術により、８ｍ／ｓで拡散合金薄片を製造し、そしてＡｒガス保護雰囲気において気流研磨方法で粉末となるように機械的に粉砕し、粉末粒度が１２０〜５０μｍである合金粉末Ｃｅ_８５Ａｌ_９Ｍｇ_３Ｓｎ_３を得る。
２）粒度４００〜８０μｍの希土類永久磁石粉末（希土類ＲＥの総原子比は１２．０％であり、磁性主相はＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する）と合金粉末Ｃｅ_８５Ａｌ_９Ｍｇ_３Ｓｎ_３とを機械的に均一に混合して混合物を形成し、混合物における拡散合金粉末の質量分率が４％である。
３）混合物に対して２×１０^−３Ｐａの真空条件で拡散熱処理を行い、熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で７７５℃まで急速に昇温させ、３０ｍｉｎ保温し、その後、約２０℃／ｍｉｎで５８０℃まで急冷させ、引き続き５８０℃にて６ｈ保温し拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却し、実施例２の変性希土類永久磁石粉末を得る。

（実施例３）
Ｃｅ、Ｌａを含有するネオジム系Ｎｄ_７．２Ｌａ_１．５Ｃｅ_０．３Ｆｅ_８４Ｎｂ_１．２Ｂ_５．８永久磁石粉末を、下記ステップによって処理する。
１）誘導溶解により低融点合金Ｌａ_７０Ｃｕ_２９Ｓｎ_１を製造し、単ロール高速回転焼入れ方法により、２０ｍ／ｓの急冷速度で拡散合金焼入れリボンを製造し、Ａｒガス保護雰囲気において機械研磨方法で粉末となるように粉砕し、粉末粒度が１６０〜６０μｍである合金粉末Ｌａ_７０Ｃｕ_２９Ｓｎ_１を得る。
２）粒度３００〜７０μｍの希土類永久磁石粉末（希土類ＲＥの総原子比は９．０％であり、磁性主相はＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する）と合金粉末Ｌａ_７０Ｃｕ_２９Ｓｎ_１とを機械的に均一に混合して混合物を形成し、混合物における拡散合金粉末の質量分率が２％である。
３）混合物に対して１×１０^−３Ｐａの真空条件で拡散熱処理を行い、熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で６７５℃まで急速に昇温させ、３０ｍｉｎ保温し、その後、約２０℃／ｍｉｎで５００℃まで急冷させ、引き続き５００℃にて１２ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却し、実施例３の変性希土類永久磁石粉末を得る。

（実施例４）
ネオジム系Ｎｄ_１１．３Ｆｅ_８０．８Ｃｏ_２．０Ｂ_５．９希土類永久磁石粉末を、下記ステップによって処理する。
１）誘導溶解により低融点合金Ｎｄ_７８Ａｌ_１２Ｃｕ_２Ｉｎ_８を製造し、高速回転焼入れ方法により、３０ｍ／ｓの急冷速度で拡散合金焼入れリボンを製造し、そしてＡｒガス保護雰囲気において機械研磨方法で粉末となるように粉砕し、粉末粒度が１００〜４０μｍである合金粉末Ｎｄ_７８Ａｌ_１２Ｃｕ_２Ｉｎ_８を得る。
２）粒度２００〜８０μｍの希土類永久磁石粉末（希土類ＲＥの総原子比は１１．３％である）と合金粉末Ｎｄ_７８Ａｌ_１２Ｃｕ_２Ｉｎ_８とを機械的に均一に混合して混合物を形成し、混合物における拡散合金粉末の質量分率が３％である。
３）混合物に対して真空度が５×１０^−３Ｐａ未満の真空条件で拡散熱処理を行い、熱処理プロセスは、３０℃／ｍｉｎで８５０℃まで急速に昇温させ、１０ｍｉｎ保温し、その後、約１８℃／ｍｉｎで５６０℃まで急冷させ、引き続き５６０℃にて５ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却し、実施例４の変性希土類永久磁石粉末を得る。

（実施例５）
プラセオジム系Ｐｒ_９．３Ｆｅ_８５．２Ｎｂ_０．２Ｂ_５．３永久磁石粉末を、下記ステップによって処理する。
１）誘導溶解により低融点合金Ｐｒ_６６Ｚｎ_１９Ｇａ_１５の母合金インゴットを製造し、合金インゴットをＡｒガス保護雰囲気において均一化処理した後、水素粉砕方法で拡散合金粉末を製造し、粉末粒度が１２０〜５０μｍである合金粉末Ｐｒ_６６Ｚｎ_１９Ｇａ_１５を得る。
２）粒度３００〜１００μｍの希土類永久磁石粉末（希土類ＲＥの総原子比は９．３％であり、磁性主相はＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する）と合金粉末Ｐｒ_６６Ｚｎ_１９Ｇａ_１５とを機械的に均一に混合して混合物を形成し、混合物における拡散合金粉末の質量分率が５％である。
３）混合物を高純度のＡｒガス保護雰囲気において拡散熱処理し、熱処理プロセスは、３５℃／ｍｉｎで９００℃まで急速に昇温させ、５ｍｉｎ保温し、その後、約３０℃／ｍｉｎで６００℃まで急冷させ、引き続き６００℃にて２ｈ保温し、熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却し、実施例５の変性希土類永久磁石粉末を得る。

（実施例６）
ネオジムプラセオジム系Ｐｒ_８．２Ｎｄ_２．５Ｆｅ_８１．９Ｃｏ_１．５Ｂ_５．９永久磁石粉末を、下記ステップによって処理する。
１）誘導溶解により低融点合金Ｐｒ_６２Ｃｕ_２８Ａｌ_７Ｇａ_３を製造し、ストリップキャスト技術により、１０ｍ／ｓで拡散合金薄片を製造し、Ａｒガス保護雰囲気において気流研磨方法で粉末となるように機械的に粉砕し、粉末粒度が１２０〜５０μｍである合金粉末Ｐｒ_６２Ｃｕ_２８Ａｌ_７Ｇａ_３を得る。
２）粒度３００〜５０μｍの希土類永久磁石粉末（希土類ＲＥの総原子比は１０．７％であり、磁性主相はＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有する）と合金粉末Ｐｒ_６２Ｃｕ_２８Ａｌ_７Ｇａ_３とを機械的に均一に混合して混合物を形成し、混合物における合金粉末の質量分率が３％である。
３）混合物に対して５×１０^−３Ｐａの真空条件で２段階の拡散熱処理を行い、熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で７２５℃まで急速に昇温させ、１５ｍｉｎ保温し、その後、約３０℃／ｍｉｎの降温速度で５２０℃まで急冷させ、引き続き５２０℃にて８ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却し、実施例６の変性希土類永久磁石粉末を得る。

（実施例７）
希土類永久磁石粉末Ｎｄ_７．６Ｐｒ_２．５Ｆｅ_８４．１Ｂ_５．８の粒度が３００〜５００μｍである点で、実施例１と相違する。

（実施例８）
合金粉末Ｎｄ_６６Ｃｕ_２８Ｇａ_６の粒度が１００〜２００μｍである点で、実施例１と相違する。

（実施例９）
２段階の拡散熱処理を０．０２Ｐａの真空条件で行う点で、実施例１と相違する。

（実施例１０）
熱処理プロセスは、１２℃／ｍｉｎの昇温速度で７２５℃まで急速に昇温させ、２５ｍｉｎ保温し、その後、約２０℃／ｍｉｎの降温速度で６００℃まで急冷させ、引き続き６００℃にて５ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却する点で、実施例１と相違する。

（実施例１１）
熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で６５０℃まで急速に昇温させ、２５ｍｉｎ保温し、その後、約２０℃／ｍｉｎの降温速度で６００℃まで急冷させ、引き続き６００℃にて５ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却する点で、実施例１と相違する。

（実施例１２）
熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で７２５℃まで急速に昇温させ、３５ｍｉｎ保温し、その後、約２０℃／ｍｉｎの降温速度で６００℃まで急冷させ、引き続き６００℃にて５ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却する点で、実施例１と相違する。

（実施例１３）
熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で７２５℃まで急速に昇温させ、２５ｍｉｎ保温し、その後、約１２℃／ｍｉｎの降温速度で６００℃まで急冷させ、引き続き６００℃にて５ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却する点で、実施例１と相違する。

（実施例１４）
熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で７２５℃まで急速に昇温させ、２５ｍｉｎ保温し、その後、約２０℃／ｍｉｎの降温速度で６５０℃まで急冷させ、引き続き６５０℃にて５ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却する点で、実施例１と相違する。

（実施例１５）
熱処理プロセスは、２５℃／ｍｉｎの昇温速度で７２５℃まで急速に昇温させ、２５ｍｉｎ保温し、その後、約２０℃／ｍｉｎの降温速度で６００℃まで急冷させ、引き続き６００℃にて１５ｈ保温し、拡散熱処理が終了した後、サンプルを空気で室温まで冷却する点で、実施例１と相違する。

（比較例１）
混合物における合金粉末の質量分率が１２％である点で、実施例１と相違する。

上述した方法を用いて、各実施例及び比較例の希土類永久磁石粉末の変性前後の磁気エネルギー積、保磁力、及び得られたボンド磁石の磁束減衰を測定し、測定結果を表１に示す。

以上の表における実施例１〜１５から分かるように、本発明の方法によって提供される低融点合金粉末は、提供される熱処理プロセスを用いて対応する希土類永久磁石粉末の拡散熱処理を行うことで、磁気エネルギー積の低下がわずかであり、保磁力が著しく高められ、拡散処理した粉末で製造されたボンド磁石は、高温環境において磁束減衰が著しく低減した。また、実施例１に比べ、実施例７及び８においては、粒度分布を制御することで、より均一に拡散させ、保磁力及び磁気エネルギー積をより適切な大きさにすることができ、拡散後の磁石粉末の熱安定性に寄与することが示された。実施例９の結果から、真空度を高めることで、磁石粉末及び拡散源の酸化を抑制し、磁気特性をさらに向上させることができることが示された。実施例１０〜１５の結果から、拡散熱処理中の昇温／降温速度、熱処理温度及び時間をさらに制御することで、熱処理中の拡散源の凝集、結晶粒の成長等をよりよく回避できるとともに、磁気特性をさらに向上させることができることが示された。また、比較例１においては、合金粉末を過剰に添加したため、保磁力及び熱安定性が著しく上がったが、磁石粉末の磁気エネルギー積を大幅に低下させたとともに、希土類含有量が顕著に増加し、原材料のコストを高めたので、磁石粉末の応用に不利であることが示されている。

以上で説明したように、本発明の上述した実施例は、以下の技術効果を達成している。

以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定することは意図していない。当業者であれば、本発明に様々な変更や変形が可能である。本発明の思想や原則内の如何なる修正、均等の置き換え、改良なども、本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims

希土類永久磁石粉末の変性方法であって、
合金材料と希土類永久磁石粉末とを混合して混合粉末を得、前記混合粉末における前記合金材料の質量の割合が１〜１０％であり、前記合金材料の融点が６００℃よりも低く、前記合金材料の組成が原子分率でＲＥ _{１００−ｘ−ｙ} Ｍ _ｘＮ _ｙであり、ただし、ＲＥは、非重希土類Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅのうちの１種又は複数種であり、Ｍは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇのうちの１種又は複数種であり、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのうちの１種又は複数種であり、ｘ＝１０〜３５で、ｙ＝１〜１５であり、かつ前記合金材料が合金粉末であるステップＳ１と、
第１の不活性雰囲気又は真空状態において、前記混合粉末の熱処理を行って、変性された希土類永久磁石粉末を得るステップＳ２と、
を含み、
前記ステップＳ２は、
第１の不活性雰囲気又は真空状態において、前記混合粉末を６７５℃〜９００℃で５ｍｉｎ〜３０ｍｉｎ処理し、前処理粉末を得るステップＳ２１と、
前記前処理粉末を５００℃〜６００℃で２ｈ〜１２ｈ処理し、前記変性された希土類永久磁石粉末を得るステップＳ２２と、を含む、ことを特徴とする変性方法。
前記混合粉末における前記合金材料の質量の割合が２〜５％である、ことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記合金材料は、粒度が１６０μｍ〜４０μｍの合金粉末である、ことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記希土類永久磁石粉末の粒度が４００μｍ〜５０μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記真空状態の真空度は１０^−２Ｐａ〜１０^−４Ｐａである、ことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記不活性雰囲気はアルゴン雰囲気である、ことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記ステップＳ２１に先立って、前記ステップＳ２は、１５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で６７５℃〜９００℃まで昇温させることをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記ステップＳ２１の後かつステップＳ２２の前に、前記ステップＳ２は、１５℃／ｍｉｎ以上の降温速度で５００℃〜６００℃まで降温させることをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記ステップＳ１における希土類永久磁石粉末の磁性主相は、ＲＥ’_２Ｆｅ_１４Ｂ構造を有し、ただし、ＲＥ’はＮｄ及び／又はＰｒであり、Ｎｄ又はＰｒの一部はＤｙ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅで置き換えられることができ、前記希土類永久磁石粉末における希土類の総原子比は、９〜１２．０％である、ことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記合金材料の製造方法をさらに含み、前記製造方法は、
各原料を前記合金材料の組成に従ってはかり取り、誘導溶解又はアーク溶解により前記各原料から母合金を製造することと、
ストリップキャスト法又は高速回転焼入れ法により前記母合金から合金薄片を製造することと、
第２の不活性雰囲気において機械的粉砕又は水素粉砕により、前記合金薄片を粒度が１６０μｍ〜４０μｍの合金粉末となるように粉砕することと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の変性方法。
前記第２の不活性雰囲気はアルゴン雰囲気である、ことを特徴とする請求項１０に記載の変性方法。