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JP7555871B2 - R-T-B based permanent magnet and its manufacturing method - Google Patents
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JP7555871B2 - R-T-B based permanent magnet and its manufacturing method - Google Patents

R-T-B based permanent magnet and its manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、粒界拡散工程を経てR-T-B系永久磁石を製造する方法、および、当該方法で製造されたR-T-B系永久磁石に関する。 The present invention relates to a method for producing an R-T-B system permanent magnet through a grain boundary diffusion process, and to an R-T-B system permanent magnet produced by this method.

R-T-B系の組成を有する希土類磁石は、他の永久磁石よりも優れた磁気特性を有しており、近年、その磁気特性のさらなる向上を目指して様々な検討がなされている。たとえば、特許文献1では、R-T-B系永久磁石を作製した後に、表面に重希土類元素を付着させて加熱することにより、粒界を通じて重希土類元素を拡散させる方法(粒界拡散法)を開示している。当該方法を用いることにより、磁気特性、特に保磁力を向上させることができる。 Rare earth magnets with an R-T-B system composition have superior magnetic properties to other permanent magnets, and in recent years, various studies have been conducted with the aim of further improving these magnetic properties. For example, Patent Document 1 discloses a method (grain boundary diffusion method) in which, after producing an R-T-B system permanent magnet, a heavy rare earth element is attached to the surface and heated to diffuse the heavy rare earth element through the grain boundaries. By using this method, it is possible to improve the magnetic properties, particularly the coercive force.

ただし、現在では、多くの磁性部品(モータなど)でより一層の小型化、軽量化、高性能化、高効率化が求められており、これらの要求に応えるためには、R-T-B系永久磁石の残留磁束密度と保磁力とを両立してさらに向上させる必要がある。 However, today, there is a demand for many magnetic components (such as motors) to be even smaller, lighter, and more powerful and efficient. To meet these demands, it is necessary to further improve both the residual magnetic flux density and coercive force of R-T-B permanent magnets.

国際公開第2016/121790号International Publication No. 2016/121790

本発明は、上記の実情を鑑みてなされ、その目的は、高い残留磁束密度と高い保磁力とを兼ね備えるR-T-B系永久磁石、および、当該R-T-B系永久磁石を製造する方法を提供することである。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide an R-T-B system permanent magnet that combines high residual magnetic flux density and high coercive force, and a method for manufacturing said R-T-B system permanent magnet.

上記の目的を達成するために、本発明に係るR-T-B系永久磁石の製造方法は、
R-T-B系合金を含む磁石基材を準備する工程と、
少なくとも1種の軽希土類元素を含む第1拡散材を、前記磁石基材の少なくとも一部の表面に付着させ、前記第1拡散材が付着した前記磁石基材を加熱する第1拡散工程と、
前記第1拡散工程の後に、少なくとも1種の重希土類元素を含む第2拡散材を、前記磁石基材の少なくとも一部の前記表面に付着させ、前記第2拡散材が付着した前記磁石基材を加熱する第2拡散工程と、を有する。
In order to achieve the above object, the method for producing an R-T-B system permanent magnet according to the present invention comprises the steps of:
preparing a magnet substrate containing an R-T-B based alloy;
a first diffusion step of attaching a first diffusion material containing at least one light rare earth element to at least a part of a surface of the magnet base material, and heating the magnet base material to which the first diffusion material is attached;
After the first diffusion step, a second diffusion material containing at least one heavy rare earth element is adhered to at least a portion of the surface of the magnet base material, and the magnet base material to which the second diffusion material is adhered is heated.

上記のとおり、軽希土類元素を拡散させた後に重希土類元素を拡散させる二段階の粒界拡散を実施することにより、高い残留磁束密度と高い保磁力とを兼ね備えるR-T-B系永久磁石が得られる。 As described above, by carrying out a two-stage grain boundary diffusion process in which the light rare earth elements are diffused first, followed by the heavy rare earth elements, an R-T-B permanent magnet that combines high residual magnetic flux density and high coercivity can be obtained.

好ましくは、前記第1拡散材は、前記軽希土類元素として、NdおよびPrからなる群から選択される1種以上の元素を含む。 Preferably, the first diffusion material contains one or more elements selected from the group consisting of Nd and Pr as the light rare earth element.

また、好ましくは、前記第1拡散材は、前記軽希土類元素とMとを含有するRL-M合金を含み、前記RL-M合金において、RLが、前記軽希土類元素であり、Mが、RLとの共晶温度が800℃以下の元素である。 Also, preferably, the first diffusion material includes an RL-M alloy containing the light rare earth element and M, and in the RL-M alloy, RL is the light rare earth element, and M is an element whose eutectic temperature with RL is 800°C or less.

また、好ましくは、前記第1拡散材における重希土類元素の含有率が10質量%以下であり、より好ましくは、重希土類元素が前記第1拡散材に実質的に含有されていない。 In addition, preferably, the content of heavy rare earth elements in the first diffusion material is 10 mass % or less, and more preferably, the first diffusion material is substantially free of heavy rare earth elements.

一方、前記第2拡散材については、好ましくは、前記重希土類元素として、TbおよびDyからなる群から選択される1種以上の元素を含む。 On the other hand, the second diffusion material preferably contains one or more elements selected from the group consisting of Tb and Dy as the heavy rare earth element.

好ましくは、前記磁石基材に含まれる前記R-T-B系合金は、RとしてNdを必須とする1種以上の希土類元素と、TとしてFeを必須とする1種以上の鉄族元素と、ホウ素と、Cuと、を含む。そして、好ましくは、前記R-T-B系合金において、Rの合計含有率が、27.5質量%以上、30.8質量%以下であり、Cuの含有率が、0.05質量%以上、0.5質量%以下であり、Bの含有率が、0.92質量%以上、1.03質量%以下である。
磁石基材が上記の組成を満たすことで、残留磁束密度および保磁力の向上効果がより顕著となる。
Preferably, the R-T-B based alloy contained in the magnet base material contains one or more rare earth elements, with Nd being essential as R, one or more iron group elements, with Fe being essential as T, boron, and Cu. And, preferably, in the R-T-B based alloy, the total content of R is 27.5 mass% or more and 30.8 mass% or less, the content of Cu is 0.05 mass% or more and 0.5 mass% or less, and the content of B is 0.92 mass% or more and 1.03 mass% or less.
When the magnet base material satisfies the above composition, the effects of improving the residual magnetic flux density and the coercive force become more pronounced.

本発明に係るR-T-B系永久磁石は、たとえば、上述した製造方法で得ることが可能であり、
RがNdを必須とする1種以上の軽希土類元素および1種以上の重希土類元素であり、TがFeを必須とする1種以上の鉄族元素であり、Bがホウ素であるR-T-B系永久磁石であって、
前記R-T-B系永久磁石には、複数のコアシェル粒子が含まれ、
複数の前記コアシェル粒子は、それぞれ、R14B結晶を含むコア部と、前記コア部を被覆しており前記コア部よりも前記重希土類元素の含有比が高いシェル部と、を有し、
前記R-T-B系永久磁石の表面から深さ100μmの位置における断面では、前記シェル部の最大厚みが、平均で、0.5μm以下であり、
前記R-T-B系永久磁石の前記表面から深さ方向に向かって、前記軽希土類元素の含有率、および、前記重希土類元素の含有率が、いずれも、低下する濃度分布を有するR-T-B系永久磁石。
The R-T-B system permanent magnet according to the present invention can be obtained, for example, by the above-mentioned manufacturing method,
An R-T-B system permanent magnet in which R is one or more light rare earth elements essentially consisting of Nd and one or more heavy rare earth elements, T is one or more iron group elements essentially consisting of Fe, and B is boron,
The R-T-B based permanent magnet includes a plurality of core-shell particles,
Each of the core-shell particles has a core portion containing an R 2 T 14 B crystal and a shell portion covering the core portion and having a higher content of the heavy rare earth element than the core portion,
In a cross section at a depth of 100 μm from the surface of the R-T-B system permanent magnet, the maximum thickness of the shell portion is, on average, 0.5 μm or less,
An R-T-B system permanent magnet having a concentration distribution in which the content of the light rare earth element and the content of the heavy rare earth element both decrease in the depth direction from the surface of the R-T-B system permanent magnet.

R-T-B系永久磁石が上記の特徴を有することで、残留磁束密度および保磁力を両立して向上させることができる。 The above characteristics of R-T-B permanent magnets enable both residual magnetic flux density and coercive force to be improved.

好ましくは、本発明のR-T-B系永久磁石には、前記軽希土類元素との共晶温度が800℃以下であるM元素が含まれ、
前記R-T-B系永久磁石の前記表面から深さ方向に向かって、前記M元素の含有率が低下する濃度分布を有する。
Preferably, the R-T-B system permanent magnet of the present invention contains an M element having a eutectic temperature with the light rare earth element of 800° C. or lower,
The RTB system permanent magnet has a concentration distribution in which the content of the M element decreases from the surface toward the depth direction.

また、好ましくは、前記R-T-B系永久磁石には、さらに、Cuが含まれ、Rの合計含有率が、28.4質量%以上、32.0質量%以下、Cuの含有率が、0.2質量%以上、0.7質量%以下、Bの含有率が、0.92質量%以上、1.03質量%以下である。
R-T-B系永久磁石が上記の組成を満たすことで、磁気特性(特に保磁力)がより向上する。
Also, preferably, the R-T-B system permanent magnet further contains Cu, the total content of R being 28.4 mass% or more and 32.0 mass% or less, the Cu content being 0.2 mass% or more and 0.7 mass% or less, and the B content being 0.92 mass% or more and 1.03 mass% or less.
When the RTB based permanent magnet satisfies the above composition, the magnetic properties (particularly the coercive force) are further improved.

好ましくは、前記R-T-B系永久磁石に含まれる前記重希土類元素が、Tbまたは/およびDyである。また、好ましくは、前記R-T-B系永久磁石には、前記軽希土類元素として、さらにPrが含まれる。 Preferably, the heavy rare earth element contained in the R-T-B system permanent magnet is Tb and/or Dy. Also, preferably, the R-T-B system permanent magnet further contains Pr as the light rare earth element.

また、前記R-T-B系永久磁石は、残留磁束密度が1450mT以上で、かつ、保磁力が1800kA/m以上であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the R-T-B system permanent magnet has a residual magnetic flux density of 1450 mT or more and a coercive force of 1800 kA/m or more.

本発明のR-T-B系永久磁石は、モータ、発電機、コンプレッサ、アクチュエータ、磁気センサ、スピーカなどの構成部材として利用することができ、特にモータの構成部材として好適である。また、本発明のR-T-B系永久磁石を含むモータは、様々な電子機器や産業機器等に搭載することができ、特に自動車用モータ(EV,HV,PHVなど)としての利用が好適である。 The R-T-B system permanent magnet of the present invention can be used as a component of motors, generators, compressors, actuators, magnetic sensors, speakers, etc., and is particularly suitable as a component of motors. Furthermore, motors containing the R-T-B system permanent magnet of the present invention can be mounted in various electronic devices, industrial equipment, etc., and are particularly suitable for use as automobile motors (EV, HV, PHV, etc.).

図1は、磁石基材の一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a magnet substrate. 図2は、第1および第2拡散工程の流れを概略的に示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the flow of the first and second diffusion steps. 図3Aは、磁石基材の断面を拡大して示す断面模式図である。FIG. 3A is an enlarged schematic cross-sectional view of a cross section of a magnet substrate. 図3Bは、第2拡散工程後のR-T-B系永久磁石の断面を拡大して示す断面模式図である。FIG. 3B is an enlarged schematic cross-sectional view of the RTB system permanent magnet after the second diffusion step. 図4Aは、R-T-B系永久磁石の一例を示す斜視図である。FIG. 4A is a perspective view showing an example of an RTB system permanent magnet. 図4Bは、図4Aに示すVB-VB線に沿う断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line VB-VB shown in FIG. 4A. 図5は、コアシェル粒子の断面を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross section of a core-shell particle. 図6は、実施例(試料1)に係るR-T-B系永久磁石のSEM断面写真である。FIG. 6 is a SEM cross-sectional photograph of an RTB system permanent magnet according to an example (sample 1). 図7は、比較例1に係るR-T-B系永久磁石のSEM断面写真である。FIG. 7 is a SEM cross-sectional photograph of the RTB system permanent magnet according to Comparative Example 1. 図8は、本発明のR-T-B系永久磁石を利用したIPMモータの概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram of an IPM motor using the RTB system permanent magnet of the present invention. 図9は、図8に示すIPMモータを利用した自動車を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing an automobile utilizing the IPM motor shown in FIG.

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき詳細に説明する。 The present invention will now be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings.

本実施形態では、まず、R-T-B系永久磁石の製造方法について説明し、その後、当該製造方法で得られたR-T-B系永久磁石の特徴について説明する。本実施形態のR-T-B系永久磁石の製造方法は、磁石基材を準備する工程と、磁石基材に軽希土類元素を拡散させる第1拡散工程と、第1拡散工程後の磁石基材にさらに重希土類元素を拡散させる第2拡散工程と、を有する。以下、各工程について、順を追って説明する。 In this embodiment, we will first explain the manufacturing method of an R-T-B system permanent magnet, and then explain the characteristics of the R-T-B system permanent magnet obtained by this manufacturing method. The manufacturing method of an R-T-B system permanent magnet in this embodiment includes a step of preparing a magnet base material, a first diffusion step of diffusing a light rare earth element into the magnet base material, and a second diffusion step of further diffusing a heavy rare earth element into the magnet base material after the first diffusion step. Each step will be explained in order below.

(磁石基材の準備工程)
本工程では、図1に示す磁石基材20を製造する。まず、磁石基材20の特徴について詳述する。磁石基材20は、R-T-B系合金の焼結体であり、後述する拡散工程を実施する前の素材である。図1において、当該磁石基材20は、Z軸と垂直な2つの主面20aと、X軸またはY軸と垂直な4つの側面20bとを有する直方体である。ただし、磁石基材20の形状は特に限定されず、たとえば、多角形状、円筒状、中空円筒状、もしくは、主面が円弧状に湾曲したアークセグメント形状であってもよい。なお、図面においてX軸、Y軸、およびZ軸は、相互に略垂直である。
(Magnetic substrate preparation process)
In this process, the magnet base material 20 shown in FIG. 1 is manufactured. First, the features of the magnet base material 20 will be described in detail. The magnet base material 20 is a sintered body of an R-T-B alloy, and is a material before the diffusion process described later is performed. In FIG. 1, the magnet base material 20 is a rectangular parallelepiped having two main surfaces 20a perpendicular to the Z axis and four side surfaces 20b perpendicular to the X axis or the Y axis. However, the shape of the magnet base material 20 is not particularly limited, and may be, for example, a polygonal shape, a cylindrical shape, a hollow cylindrical shape, or an arc segment shape in which the main surfaces are curved in an arc shape. In the drawings, the X axis, the Y axis, and the Z axis are approximately perpendicular to each other.

本実施形態では、磁石基材20の2つの主面20aを磁極面にする。磁極面とは、磁束が主として通過する面であって、永久磁石における正極(N極)または負極(S極)である。製造するR-T-B系永久磁石を異方性磁石とする場合、磁極面は、後述する成形工程で印可する磁場の向きにより決定することができる。なお、磁石基材20のいずれの面を磁極面とするかは、特に限定されず、1つの主面20aと1つの側面20bとを磁極面としてもよいし、対向する2つの側面20bを磁極面としてもよい。 In this embodiment, the two main surfaces 20a of the magnet base material 20 are magnetic pole surfaces. A magnetic pole surface is a surface through which magnetic flux mainly passes, and is the positive pole (N pole) or negative pole (S pole) of a permanent magnet. When the R-T-B system permanent magnet to be manufactured is an anisotropic magnet, the magnetic pole surface can be determined by the direction of the magnetic field applied in the molding process described below. There is no particular limit to which surface of the magnet base material 20 is to be the magnetic pole surface, and one main surface 20a and one side surface 20b may be the magnetic pole surface, or the two opposing side surfaces 20b may be the magnetic pole surfaces.

磁石基材20を構成するR-T-B系合金において、Rは、Nd(ネオジウム)を必須とする1種以上の希土類元素であり、Tは、Fe(鉄)を必須とする1種以上の鉄族元素であり、Bはホウ素である。ここで、希土類元素とは、長周期型周期表の第3族に属するScとYとランタノイド元素を意味し、希土類元素のうち、Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luを重希土類元素(RH)と称し、RH以外の希土類元素を軽希土類元素(RL)と称する。また、鉄族元素とは、Fe,Co,およびNiを指す。 In the R-T-B alloy constituting the magnet base material 20, R is one or more rare earth elements, of which Nd (neodymium) is essential, T is one or more iron group elements, of which Fe (iron) is essential, and B is boron. Here, the rare earth elements refer to Sc, Y, and lanthanoid elements, which belong to Group 3 of the long-form periodic table. Among the rare earth elements, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu are referred to as heavy rare earth elements (RH), and rare earth elements other than RH are referred to as light rare earth elements (RL). In addition, the iron group elements refer to Fe, Co, and Ni.

磁石基材20に含まれるRの合計含有率は、25質量%~35質量%とすることができ、27.5質量%以上、30.8質量%以下とすることが好ましい。Rの合計含有率が上記の組成範囲を満たすことで、軟磁性を示すα-Feなどの析出が抑制され、R14B結晶がより生成されやすくなる。ここで、本実施形態において、「磁石基材20に含まれる所定元素の含有率」とは、磁石基材20の単位質量あたりの含有率であって、磁石基材100質量%に対する所定元素の比率を意味する。すなわち、上記のRの合計含有率は、磁石基材100質量%に対する希土類元素の合計質量の比として算出する。なお、後述する永久磁石2における所定元素の含有率も、上記と同様の方法で表記することとする。 The total content of R contained in the magnet base material 20 can be 25% by mass to 35% by mass, and is preferably 27.5% by mass or more and 30.8% by mass or less. When the total content of R satisfies the above composition range, the precipitation of α-Fe and the like exhibiting soft magnetism is suppressed, and R 2 T 14 B crystals are more likely to be generated. Here, in this embodiment, the "content of the predetermined element contained in the magnet base material 20" is the content per unit mass of the magnet base material 20, and means the ratio of the predetermined element to 100% by mass of the magnet base material. That is, the total content of R is calculated as the ratio of the total mass of the rare earth elements to 100% by mass of the magnet base material. The content of the predetermined element in the permanent magnet 2 described later will also be expressed in the same manner as above.

Rとして複数の希土類元素が含まれる場合、磁石基材20に含まれるNdの含有率は、特に限定されないが、22質量%以上とすることが好ましい。また、この場合、Nd以外の希土類元素として、Pr,Tb,Dyが磁石基材20に含まれることが好ましい。Nd以外のRとして、TbやDyなどの重希土類元素(RH)を添加する場合には、磁石基材20に含まれるRHの合計含有率は、2.5質量%以下であることが好ましい。 When multiple rare earth elements are included as R, the content of Nd included in the magnet base material 20 is not particularly limited, but is preferably 22 mass% or more. In this case, it is preferable that Pr, Tb, and Dy are included in the magnet base material 20 as rare earth elements other than Nd. When heavy rare earth elements (RH) such as Tb and Dy are added as R other than Nd, it is preferable that the total content of RH included in the magnet base material 20 is 2.5 mass% or less.

磁石基材20に含まれるBの含有率は、0.5質量%~1.5質量%とすることができ、0.92質量%~1.03質量%とすることが好ましい。 The B content of the magnet base material 20 can be 0.5% to 1.5% by mass, and is preferably 0.92% to 1.03% by mass.

一方、磁石基材20に含まれるTの含有率については、残部として表記され、他の元素の含有率に応じて適宜決定すればよい。Tは、Fe単独であってもよく、Feの一部がCoで置換されていてもよい。この場合、Coの含有率は、特に限定されず、たとえば、4質量%以下とすることができ、1質量%以下とすることが好ましい。 On the other hand, the content of T contained in the magnet base material 20 is expressed as the balance and may be appropriately determined according to the content of other elements. T may be Fe alone, or a portion of Fe may be substituted with Co. In this case, the content of Co is not particularly limited, and may be, for example, 4 mass% or less, and preferably 1 mass% or less.

また、磁石基材20には、上述したR,T,B以外に、Cu,Ga,Al,Zrからなる群から選択される1種以上のm元素が含まれていることが好ましい。m元素としては、上記のなかでも特にCuが含まれていることがより好ましい。 In addition to the above-mentioned R, T, and B, the magnet base material 20 preferably contains one or more m elements selected from the group consisting of Cu, Ga, Al, and Zr. It is more preferable that the m element contains Cu among the above.

磁石基材20に含まれるCuの含有率は、0.05質量%以上、0.50質量%以下であることが好ましい。また、m元素としてGa,Al,Zrが含まれる場合、これら元素の含有率は、特に限定されず、たとえば、Gaの含有率は0.08質量%以上0.30質量%以下、Alの含有率は0.10質量%以上0.30質量%以下、Zrの含有率は0.10質量%以上0.30質量%以下とすることが好ましい。 The content of Cu contained in the magnet base material 20 is preferably 0.05% by mass or more and 0.50% by mass or less. In addition, when Ga, Al, and Zr are contained as the m elements, the contents of these elements are not particularly limited, and for example, it is preferable that the Ga content be 0.08% by mass or more and 0.30% by mass or less, the Al content be 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less, and the Zr content be 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less.

また、磁石基材20には、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)も含まれ得る。磁石基材20における炭素の含有率は、1100質量ppm以下であることが好ましく、900質量ppm以下であることがより好ましい。磁石基材20における窒素の含有率は、1000質量ppm以下であることが好ましく、600質量ppm以下であることがより好ましい。磁石基材20における酸素の含有率は、1200ppm以下であることが好ましく、800ppm以下であることがより好ましい。 The magnet base material 20 may also contain carbon (C), nitrogen (N), and oxygen (O). The carbon content in the magnet base material 20 is preferably 1100 ppm by mass or less, and more preferably 900 ppm by mass or less. The nitrogen content in the magnet base material 20 is preferably 1000 ppm by mass or less, and more preferably 600 ppm by mass or less. The oxygen content in the magnet base material 20 is preferably 1200 ppm by mass or less, and more preferably 800 ppm by mass or less.

さらに、磁石基材20には、上述した元素の他に、Mn,Ca,Cl,S,Fなどの不可避不純物が含まれていてもよく、不可避不純物の合計含有率は、たとえば、0.001質量%~1.0質量%程度である。 Furthermore, in addition to the above-mentioned elements, the magnet base material 20 may contain inevitable impurities such as Mn, Ca, Cl, S, and F, and the total content of the inevitable impurities is, for example, approximately 0.001% to 1.0% by mass.

なお、磁石基材20の組成は、従来から一般的に知られている方法により分析することができる。たとえば、R,T,Bなどの各種元素の含有率については、蛍光X線分析(XRF)または誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP)などにより測定できる。また、たとえば、酸素の含有率は、不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法により測定でき、炭素の含有率は、酸素気流中燃焼-赤外線吸収法により測定でき、窒素の含有率は、不活性ガス融解-熱伝導度法により測定できる。 The composition of the magnet substrate 20 can be analyzed by methods that are generally known in the art. For example, the content of various elements such as R, T, and B can be measured by X-ray fluorescence analysis (XRF) or inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP). For example, the oxygen content can be measured by inert gas fusion-non-dispersive infrared absorption method, the carbon content can be measured by combustion in an oxygen stream-infrared absorption method, and the nitrogen content can be measured by inert gas fusion-thermal conductivity method.

図3Aに示すように、磁石基材20は、R14B結晶からなる主相粒子4と、当該主相粒子4の間に位置する粒界6と、を含み、その他、磁気特性を害さない程度に副相が存在していてもよい。 As shown in FIG. 3A , the magnet base material 20 includes main phase grains 4 made of R 2 T 14 B crystals and grain boundaries 6 located between the main phase grains 4, and may also include subphases to the extent that they do not impair the magnetic properties.

主相粒子4の平均粒径は、特に限定されず、たとえば、円相当径換算で、1.0μm~10μmとすることができ、2.5μm~6.0μmとすることが好ましい。なお、主相粒子4の平均粒径は、各種電子顕微鏡(SEM,STEM、TEM)で図3Aに示すような磁石基材20の断面を観察し、当該断面に含まれる少なくとも20個の主相粒子4の円相当径を計測することで測定できる。 The average particle size of the main phase particles 4 is not particularly limited, and can be, for example, 1.0 μm to 10 μm, preferably 2.5 μm to 6.0 μm, in terms of the circle-equivalent diameter. The average particle size of the main phase particles 4 can be measured by observing a cross section of the magnet substrate 20 as shown in FIG. 3A with various electron microscopes (SEM, STEM, TEM) and measuring the circle-equivalent diameters of at least 20 main phase particles 4 contained in the cross section.

なお、主相粒子4を構成しているR14B結晶では、鉄族元素であるTの一部が、m元素などの遷移金属元素で置換されていてもよい。 In the R 2 T 14 B crystal constituting the main phase grains 4, part of the iron group element T may be substituted with a transition metal element such as an m element.

粒界6としては、隣り合う2つの主相粒子4の間に位置する二粒子粒界6aと、3つ以上の主相粒子4に囲まれた粒界多重点6bと、が存在する。また、粒界6は、主相粒子4以外のその他の相(すなわちR14B結晶相以外の相)で構成してあり、粒界6を構成する相の種類や割合は、特に限定されない。粒界6を構成するその他の相としては、たとえば、Rの濃度が主相粒子4よりも高い相(Rリッチ層)、T(鉄族元素)やGaなどの遷移金属元素の濃度が高い相、希土類元素の酸化物層、R-O-C相などが挙げられる。 The grain boundaries 6 include two-particle boundaries 6a located between two adjacent main phase particles 4, and grain boundary multiple points 6b surrounded by three or more main phase particles 4. The grain boundaries 6 are composed of phases other than the main phase particles 4 (i.e., phases other than the R 2 T 14 B crystal phase), and the types and proportions of the phases constituting the grain boundaries 6 are not particularly limited. Examples of the other phases constituting the grain boundaries 6 include a phase (R-rich layer) in which the concentration of R is higher than that of the main phase particles 4, a phase in which the concentration of transition metal elements such as T (iron group elements) and Ga is high, an oxide layer of a rare earth element, and an R-O-C phase.

上述した特徴を有する磁石基材20は、原料合金の製造工程と、原料合金を粉砕する工程(粉砕工程)と、原料合金粉末を成形する工程(成形工程)と、成形体を焼結する工程(焼結工程)と、を経て製造することができる。 The magnet base material 20 having the above-mentioned characteristics can be manufactured through a process of producing a raw alloy, a process of crushing the raw alloy (crushing process), a process of molding the raw alloy powder (molding process), and a process of sintering the molded body (sintering process).

まず、上述したR-T-B系合金の組成に対応する原料金属を準備し、真空またはArガスなどの不活性ガス雰囲気中で準備した原料金属を溶解する。その後、溶解した原料金属を鋳造することによって、原料合金を得る。 First, a raw metal corresponding to the composition of the R-T-B alloy described above is prepared, and the prepared raw metal is melted in a vacuum or in an inert gas atmosphere such as Ar gas. The molten raw metal is then cast to obtain the raw alloy.

この際、原料金属の種類には特に制限はなく、たとえば、希土類金属あるいは希土類合金、純鉄、純コバルト、フェロボロン、さらにはこれらの合金や化合物等を使用することができる。また、原料金属を鋳造する方法についても、特に制限はなく、たとえば、インゴット鋳造法、ストリップキャスト法、ブックモールド法、もしくは、遠心鋳造法などが挙げられる。また、鋳造後の原料合金は、凝固偏析がある場合は必要に応じて均質化処理(溶体化処理)を行ってもよい。 In this case, there is no particular restriction on the type of raw metal, and for example, rare earth metals or rare earth alloys, pure iron, pure cobalt, ferroboron, and further alloys and compounds thereof can be used. In addition, there is no particular restriction on the method for casting the raw metal, and examples include ingot casting, strip casting, book molding, and centrifugal casting. In addition, if the raw alloy after casting has solidification segregation, it may be subjected to homogenization treatment (solution treatment) as necessary.

次に、上記工程で得られた原料合金を粉砕する。なお、粉砕工程から焼結工程までの各工程の雰囲気は、高い磁気特性を得る観点から、低酸素濃度の雰囲気とすることが好ましい。低酸素濃度の雰囲気とは、たとえば、酸素の濃度が200ppm以下の雰囲気である。各工程の酸素濃度を制御することで、磁石基材20や最終的に得られる永久磁石2に含まれる酸素量を制御することができる。 Next, the raw alloy obtained in the above process is crushed. In order to obtain high magnetic properties, it is preferable that the atmosphere in each process from the crushing process to the sintering process be an atmosphere with a low oxygen concentration. An atmosphere with a low oxygen concentration is, for example, an atmosphere with an oxygen concentration of 200 ppm or less. By controlling the oxygen concentration in each process, the amount of oxygen contained in the magnet base material 20 and the final permanent magnet 2 can be controlled.

粉砕工程は、粗粉砕と、微粉砕の2段階で実施する。ただし、微粉砕工程のみの1段階で原料合金を粉砕してもよい。 The crushing process is carried out in two stages: coarse crushing and fine crushing. However, the raw alloy may be crushed in a single stage, the fine crushing process alone.

粗粉砕工程では、粒径が数百μm~数mm程度になるまで粗粉砕し、粗粉砕粉末を得る。粗粉砕の方法は、特に限定されず、たとえば、水素吸蔵粉砕を行う方法や粗粉砕機を用いる方法などを採用することができる。水素吸蔵粉砕を行う場合、脱水素処理時の雰囲気中窒素ガス濃度の制御を行うことで、磁石基材20や最終的に得られる永久磁石2に含まれる窒素量を制御することができる。 In the coarse pulverization process, the material is coarsely pulverized until the particle size is on the order of several hundred μm to several mm, to obtain a coarsely pulverized powder. The method of coarse pulverization is not particularly limited, and for example, a method of performing hydrogen absorption pulverization or a method using a coarse pulverizer can be adopted. When performing hydrogen absorption pulverization, the amount of nitrogen contained in the magnet base material 20 and the final permanent magnet 2 can be controlled by controlling the nitrogen gas concentration in the atmosphere during the dehydrogenation process.

次に、得られた粗粉砕粉末を平均粒子径が数μm程度になるまで微粉砕し、微粉砕粉末(原料合金粉末)を得る。前記微粉砕粉末の平均粒径は、特に限定されないが、たとえば、1μm以上10μm以下とすることができ、2μm以上6μm以下とすることが好ましい。微粉砕工程において、雰囲気中窒素ガス濃度の制御を行うことで、磁石基材20や最終的に得られる永久磁石2に含まれる窒素量を制御することができる。 Next, the obtained coarsely pulverized powder is pulverized until the average particle size is about several μm to obtain a pulverized powder (raw alloy powder). The average particle size of the pulverized powder is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 10 μm, and preferably 2 μm to 6 μm. In the pulverization process, the amount of nitrogen contained in the magnet base material 20 and the final permanent magnet 2 can be controlled by controlling the nitrogen gas concentration in the atmosphere.

微粉砕の方法は、特に限定されず、各種微粉砕機を用いることができる。また、微粉砕の際には、粉砕助剤を添加することが好ましく、粉砕助剤としては、ラウリン酸アミド、オレイン酸アミド等が挙げられる。粉砕助剤を使用することで、成形時に配向性の高い微粉砕粉末を得ることができる。なお、粉砕助剤の添加量を変化させることにより、磁石基材20や最終的に得られる永久磁石2に含まれる炭素量を制御することができる。 The method of fine grinding is not particularly limited, and various fine grinding machines can be used. In addition, it is preferable to add a grinding aid during fine grinding, and examples of the grinding aid include lauric acid amide and oleic acid amide. By using the grinding aid, it is possible to obtain a finely ground powder with high orientation during molding. Note that the amount of carbon contained in the magnet base material 20 and the final permanent magnet 2 can be controlled by changing the amount of grinding aid added.

なお、上記の工程(原料合金の準備工程~粉砕工程)では、1合金法で原料合金粉末を得たが、第1合金と第2合金との2合金を混合して原料合金粉末を作製する2合金法を採用してもよい。 In the above steps (from the raw alloy preparation step to the crushing step), the raw alloy powder was obtained using the one-alloy method, but the two-alloy method may also be used to prepare the raw alloy powder by mixing two alloys, a first alloy and a second alloy.

次に、得られた原料合金粉末を、所定の形状に成形する。成形の方法は、特に限定されず、乾式成形であっても湿式成形であってもよい。本実施形態では、原料合金粉末を金型内に充填し、磁場中において加圧する(乾式成形)。 Next, the obtained raw alloy powder is molded into a predetermined shape. The molding method is not particularly limited, and may be dry molding or wet molding. In this embodiment, the raw alloy powder is filled into a die and pressurized in a magnetic field (dry molding).

成形時の圧力は、たとえば、20MPa~300MPaとすることができ、印加する磁場は、950kA/m~1600kA/mとすることができる。印加する磁場は静磁場に制限されず、パルス状磁場とすることもでき、静磁場とパルス状磁場を併用することもできる。なお、湿式成形を採用する場合は、原料合金粉末を油等の溶媒に分散させスラリーとし、当該スラリーを用いて、上記と同様の方法でプレス成形すればよい。 The pressure during compaction can be, for example, 20 MPa to 300 MPa, and the applied magnetic field can be 950 kA/m to 1600 kA/m. The applied magnetic field is not limited to a static magnetic field, but can also be a pulsed magnetic field, or a combination of a static magnetic field and a pulsed magnetic field. When wet compaction is used, the raw alloy powder is dispersed in a solvent such as oil to form a slurry, and the slurry is used for press compaction in the same manner as above.

次に、上記の成形体を、真空または不活性ガス中で焼結し、焼結体を得る。焼結の条件は、組成、粉砕方法、原料合金粉末の粒度など、諸条件に応じて適宜決定すればよい。たとえば、成形体を、真空中または不活性ガス中において、1000℃~1200℃の温度で、1時間~10時間保持することで、成形体を焼結できる。 Next, the above-mentioned compact is sintered in a vacuum or in an inert gas to obtain a sintered body. The sintering conditions may be appropriately determined depending on various conditions such as the composition, the crushing method, and the particle size of the raw alloy powder. For example, the compact can be sintered by holding it in a vacuum or in an inert gas at a temperature of 1000°C to 1200°C for 1 to 10 hours.

なお、焼結工程の後には、必要に応じて、焼結体に脱炭素処理を施してもよい。脱炭素処理の方法は、特に限定されず公知の方法を採用すればよい。たとえば、焼結体に所定の金属Sを付着させて熱処理することで焼結体中の炭素含有量を低減できる。上記において、所定の金属Sとは、金属から金属炭化物を生成するための標準生成ギブスエネルギーが、焼結体中の希土類元素(特にNd)よりも低い金属である。当該金属Sを焼結体に付着させて熱処理することで、焼結体中の炭素が金属Sと反応して炭化物となる。なお、付着させた金属Sは、焼結体中にはほとんど侵入せずに焼結体表面に留まる。上記のように脱炭素処理を実施することで、磁石基材20や最終的に得られる永久磁石2に含まれる炭素量を低減することができる。 After the sintering process, the sintered body may be decarbonized as necessary. The method of decarbonization is not particularly limited, and any known method may be used. For example, the carbon content in the sintered body can be reduced by attaching a specific metal S to the sintered body and heat treating it. In the above, the specific metal S is a metal whose standard Gibbs energy of formation for producing metal carbide from the metal is lower than that of the rare earth elements (especially Nd) in the sintered body. By attaching the metal S to the sintered body and heat treating it, the carbon in the sintered body reacts with the metal S to become carbide. The attached metal S hardly penetrates into the sintered body and remains on the surface of the sintered body. By performing the decarbonization process as described above, the amount of carbon contained in the magnet base material 20 and the final permanent magnet 2 can be reduced.

さらに、焼結体には、必要に応じて、切断や研削などの形状加工や、バレル研磨などの面取り加工などを施してもよい。これらの加工は、後述する拡散工程の前に実施する。 Furthermore, the sintered body may be subjected to shaping processes such as cutting and grinding, or chamfering processes such as barrel polishing, as necessary. These processes are carried out before the diffusion process described below.

上記の方法により、図1および図3Aに示す磁石基材20が得られる。 The above method results in the magnet substrate 20 shown in Figures 1 and 3A.

(粒界拡散工程)
続いて、粒界拡散処理(第1拡散工程および第2拡散工程)について説明する。本実施形態では、前述したように、主に軽希土類元素を磁石基材20に拡散させる第1拡散工程と、主に重希土類元素を磁石基材20に拡散させる第2拡散工程とを実施する(図2参照)。
(Grain boundary diffusion process)
Next, the grain boundary diffusion process (first diffusion process and second diffusion process) will be described. As described above, in this embodiment, the first diffusion process in which mainly light rare earth elements are diffused into the magnet base material 20 and the second diffusion process in which mainly heavy rare earth elements are diffused into the magnet base material 20 are carried out (see FIG. 2 ).

拡散材の準備
まず、第1拡散工程で使用する第1拡散材11と、第2拡散工程で使用する第2拡散材12と、を準備する。
Preparation of Diffusion Material First, the first diffusion material 11 used in the first diffusion step and the second diffusion material 12 used in the second diffusion step are prepared.

第1拡散材11には、少なくとも1種の軽希土類元素(RL)が含まれており、添加するRLとしては、NdおよびPrからなる群から選択される1種以上の元素であることが好ましい。当該第1拡散材11は、純金属、合金、もしくは、水素化物などのRLを含む化合物とすることができ、特に、RLと所定のM元素とを含むRL-M合金であることが好ましい。 The first diffusion material 11 contains at least one type of light rare earth element (RL), and the added RL is preferably one or more elements selected from the group consisting of Nd and Pr. The first diffusion material 11 can be a pure metal, an alloy, or a compound containing RL, such as a hydride, and is preferably an RL-M alloy containing RL and a specified M element.

上記において、M元素は、MとRLとの共晶温度が800℃以下となる元素であり、具体的に、Al,Mg,Fe,Mn,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Ru,Rh,Pd,Ag,Sn,Sb,Pt,Au,Hg,Bi,Si,Clからなる群から選択される1種以上の元素とすることができる。好ましくは、M元素は、MとRLとの共晶温度が700℃以下となる元素であり、具体的に、Al,Mg,Fe,Mn,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ag,Au,Hg,Si,Clからなる群から選択される1種以上の元素である。より好ましくは、M元素は、MとRLとの共晶温度が600℃以下となる元素であり、具体的に、Mg,Co,Ni,Cu,Clである。さらに好ましくは、M元素は、CuまたはCoである。 In the above, the M element is an element whose eutectic temperature with M and RL is 800°C or less, and specifically, one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Ru, Rh, Pd, Ag, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Bi, Si, and Cl. Preferably, the M element is an element whose eutectic temperature with M and RL is 700°C or less, and specifically, one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ag, Au, Hg, Si, and Cl. More preferably, the M element is an element whose eutectic temperature with M and RL is 600°C or less, and specifically, Mg, Co, Ni, Cu, and Cl. More preferably, the M element is Cu or Co.

また、第1拡散材11に含まれる希土類元素RとM元素との含有量の和(すなわちR+MもしくはRH+RL+M)を100質量%とすると、第1拡散材11(RL-M合金)におけるM元素の合計含有率は、選択するM元素の種類にもよるが、たとえば、5質量%~20質量%とすることが好ましい。特にM元素としてCuを添加する場合、第1拡散材11(RL-M合金)におけるCuの含有率は、10質量%~15質量%であることが好ましい。なお、上記の含有率は、第1拡散材100質量%に対するM元素の比率である。第1拡散材11に上記のM元素が含まれることで、第1拡散材11の融点が低下し、磁石基材20にRLが拡散しやすくなる。 If the sum of the contents of the rare earth element R and the M element contained in the first diffusion material 11 (i.e., R+M or RH+RL+M) is 100% by mass, the total content of the M element in the first diffusion material 11 (RL-M alloy) is preferably, for example, 5% to 20% by mass, depending on the type of M element selected. In particular, when Cu is added as the M element, the content of Cu in the first diffusion material 11 (RL-M alloy) is preferably 10% to 15% by mass. Note that the above content is the ratio of the M element to 100% by mass of the first diffusion material. By including the above M element in the first diffusion material 11, the melting point of the first diffusion material 11 is lowered, and RL is more easily diffused into the magnet base material 20.

なお、第1拡散材11には、重希土類元素(RH)が含まれていてもよいが、第1拡散材におけるRとM元素との含有量の和100質量%に対して、RHの含有率は、10質量%以下であることが好ましい。ただし、第1拡散材11には、RHが実質的に含まれないことがより好ましい。「RHが実質的に含まれない」とは、より具体的に、RHの含有率が0.5質量%未満であることを意味する。 The first diffusion material 11 may contain a heavy rare earth element (RH), but the RH content is preferably 10 mass% or less relative to 100 mass% of the sum of the contents of R and M elements in the first diffusion material. However, it is more preferable that the first diffusion material 11 does not substantially contain RH. "Substantially does not contain RH" more specifically means that the RH content is less than 0.5 mass%.

一方、第2拡散材12には、少なくとも1種の重希土類元素RHが含まれており、添加するRHとしては、TbおよびDyからなる群から選択される1種以上の元素であることが好ましい。当該第2拡散材12は、純金属、合金、またはTbHなどのRHを含む化合物とすることができ、特に、RHとM元素とを含むRH-M合金であることが好ましい。なお、第2拡散材12におけるM元素としては、第1拡散材11におけるM元素と同様であり、M元素の添加量も第1拡散材11と同様とすることができる。なお、第1拡散材11と第2拡散材12とで、選択するM元素の種類は異なっていてもよく、同じであってもよい。 On the other hand, the second diffusion material 12 contains at least one heavy rare earth element RH, and the added RH is preferably one or more elements selected from the group consisting of Tb and Dy. The second diffusion material 12 can be a pure metal, an alloy, or a compound containing RH such as TbH2 , and is preferably an RH-M alloy containing RH and an M element. The M element in the second diffusion material 12 is the same as the M element in the first diffusion material 11, and the amount of the M element added can be the same as that of the first diffusion material 11. The types of M elements selected for the first diffusion material 11 and the second diffusion material 12 may be different or the same.

また、第2拡散材12には、RH、M元素以外に、RLが含まれていてもよく、この場合、第2拡散材に含まれるRとM元素との含有量の和(すなわちR+MもしくはRH+RL+M)100質量%に対して、RLの含有率が22.5質量%以下であることが好ましい。また、第2拡散材12では、RHの含有率が60質量%以上となるように、RLおよびM元素の添加量を調整することが好ましい。 The second diffusing material 12 may contain RL in addition to the elements RH and M. In this case, it is preferable that the content of RL is 22.5 mass% or less relative to 100 mass% of the sum of the contents of R and M elements contained in the second diffusing material (i.e., R+M or RH+RL+M). It is also preferable to adjust the amounts of RL and M elements added to the second diffusing material 12 so that the content of RH is 60 mass% or more.

第1拡散工程
第1拡散工程では、上述した第1拡散材11を磁石基材20の少なくとも一部の表面に付着させた後、磁石基材20を所定の条件で熱処理することで、第1拡散材11中のRLやM元素を磁石基材20の内部に拡散させる。
First diffusion process In the first diffusion process, the above-mentioned first diffusion material 11 is attached to at least a portion of the surface of the magnet base material 20, and then the magnet base material 20 is heat-treated under predetermined conditions, thereby diffusing the RL and M elements in the first diffusion material 11 into the interior of the magnet base material 20.

第1拡散材11を付着させる磁石基材20の表面は、磁極面とする主面20aの少なくとも一部であることが好ましい。この場合、一対の主面20aのうち一方の主面20aのみに第1拡散材11を付着させてもよいし、両方の主面20aに第1拡散材11を付着させてもよい。磁石基材20のZ軸方向の厚み(磁極面間の距離)が2mm以下と薄い場合は、一方の主面20aにのみ第1拡散材11を付着させることが好ましい。また、非磁極面となる側面20bの少なくとも一部に第1拡散材11を付着させてもよい。第1拡散材11を付着させる面の数やその付着面積は、磁石基材20の寸法や目的物であるR-T-B系永久磁石2の用途に応じて適宜決定すればよい。本実施形態では、例示として、Z軸上方の主面20aの全面に第1拡散材11を付着させたこととする。 The surface of the magnet base material 20 to which the first diffusion material 11 is attached is preferably at least a part of the main surface 20a that is the magnetic pole surface. In this case, the first diffusion material 11 may be attached to only one of the pair of main surfaces 20a, or the first diffusion material 11 may be attached to both main surfaces 20a. When the thickness of the magnet base material 20 in the Z-axis direction (the distance between the magnetic pole surfaces) is as thin as 2 mm or less, it is preferable to attach the first diffusion material 11 only to one of the main surfaces 20a. The first diffusion material 11 may also be attached to at least a part of the side surface 20b that is the non-magnetic pole surface. The number of surfaces to which the first diffusion material 11 is attached and the attachment area thereof may be appropriately determined depending on the dimensions of the magnet base material 20 and the application of the R-T-B system permanent magnet 2 that is the target. In this embodiment, as an example, the first diffusion material 11 is attached to the entire surface of the main surface 20a above the Z axis.

また、磁石基材20の表面に第1拡散材11を付着させる方法は、特に限定されず、たとえば、蒸着法、スパッタリング法、電着法、塗布法、印刷法(スクリーン印刷やスキージ印刷など)、シート工法などを用いることができる。 The method for attaching the first diffusion material 11 to the surface of the magnet substrate 20 is not particularly limited, and for example, a vapor deposition method, a sputtering method, an electrodeposition method, a coating method, a printing method (such as screen printing or squeegee printing), a sheet method, etc. can be used.

シート工法を採用する場合、粉末状の第1拡散材11とバインダとを混ぜ合わせて、図2に示すような第1拡散材のシート11aを作製し、当該シート11aを磁石基材20の表面に密着させる。シート11aを磁石基材20に密着させる際には、アルコール、アルデヒド、またはケトンなどの有機溶剤を、シート11aの表面または磁石基材20の表面に塗布してもよい。 When using the sheet method, the powdered first diffusion material 11 is mixed with a binder to produce a sheet 11a of the first diffusion material as shown in FIG. 2, and the sheet 11a is adhered to the surface of the magnetic substrate 20. When adhering the sheet 11a to the magnetic substrate 20, an organic solvent such as alcohol, aldehyde, or ketone may be applied to the surface of the sheet 11a or the surface of the magnetic substrate 20.

また、塗布法を採用する場合は、粉末状の第1拡散材11をアルコール、アルデヒド、またはケトンなどの有機溶剤に分散させたスラリーを作製する。そして、当該スラリーをスプレー、刷毛、ジェットディスペンサ、ノズルなどを利用して磁石基材20の表面に塗布する。なお、スラリーには、第1拡散材11が磁石基材20の表面に付着し易いように、バインダを添加してもよい。また、第1拡散材11を用いてスラリーよりも高い粘性を有するペーストを作製し、当該ペーストを磁石基材20の表面に塗布してもよい。各種印刷法では、上記のペーストを磁石基材20の表面に印刷すればよい。 When the coating method is used, a slurry is prepared by dispersing the powdered first diffusion material 11 in an organic solvent such as alcohol, aldehyde, or ketone. The slurry is then applied to the surface of the magnet substrate 20 using a spray, a brush, a jet dispenser, a nozzle, or the like. A binder may be added to the slurry so that the first diffusion material 11 can easily adhere to the surface of the magnet substrate 20. A paste having a higher viscosity than the slurry may be prepared using the first diffusion material 11, and the paste may be applied to the surface of the magnet substrate 20. In various printing methods, the paste may be printed on the surface of the magnet substrate 20.

上述のとおり、第1拡散材11は、複数の方法で磁石基材20に付着させることができるが、いずれの方法を採用する場合においても、第1拡散材11の付着量が所定の条件を満たすように制御してあることが好ましい。すなわち、付着させるRLの総量が、磁石基材100質量部に対して、0.1質量部~2.0質量部(より好ましくは、0.4質量部~1.5質量部)となるように、第1拡散材11の付着量を制御することが好ましい。 As described above, the first diffusion material 11 can be attached to the magnet substrate 20 by a number of methods, but whichever method is used, it is preferable to control the amount of the first diffusion material 11 attached to satisfy a predetermined condition. In other words, it is preferable to control the amount of the first diffusion material 11 attached so that the total amount of RL to be attached is 0.1 to 2.0 parts by mass (more preferably 0.4 to 1.5 parts by mass) per 100 parts by mass of the magnet substrate.

第1拡散工程における熱処理の条件は、熱処理雰囲気を真空中または不活性ガス中とし、保持温度を700℃超過1000℃以下とすることが好ましく、温度保持時間を1時間以上24時間以下とすることが好ましい。また、所定の保持時間が経過した後は、磁石基材20を急冷することが好ましく、たとえば、急冷時の冷却速度は、50℃/min以上であることが好ましい。上記の条件で熱処理することで、第1拡散材11に含まれるRL(M元素を含む場合はRLとM元素)が磁石基材20の粒界6に拡散する。 The conditions for the heat treatment in the first diffusion step are that the heat treatment atmosphere is in a vacuum or in an inert gas, the holding temperature is preferably above 700°C and below 1000°C, and the temperature holding time is preferably 1 hour to 24 hours. After the specified holding time has elapsed, it is preferable to rapidly cool the magnet base material 20, and for example, the cooling rate during rapid cooling is preferably 50°C/min or more. By performing heat treatment under the above conditions, the RL (RL and M element if M element is included) contained in the first diffusion material 11 diffuses into the grain boundaries 6 of the magnet base material 20.

第1拡散工程でRLを磁石基材20の内部に拡散させることで、粒界6(特に二粒子粒界6a)が拡がり、後述する第2拡散工程でRHが磁石基材20の内部中央付近まで拡散しやすくなると考えられる。なお、磁石基材20にRとしてNdのみが含まれ、かつ、第1拡散材11にPrなどのNd以外のRLが含まれている場合は、第1拡散工程により、主相粒子4の外周縁にNd以外のRLを含むシェルが形成されることがある。当該シェルはR14B結晶におけるR(Nd)の一部が、Nd以外のRLで置換されたことにより生成すると考えられる。 It is believed that by diffusing RL into the magnet base material 20 in the first diffusion step, the grain boundaries 6 (particularly the two-particle grain boundaries 6a) expand, and RH is more likely to diffuse to the vicinity of the center of the interior of the magnet base material 20 in the second diffusion step described below. When the magnet base material 20 contains only Nd as R and the first diffusion material 11 contains RL other than Nd, such as Pr, a shell containing RL other than Nd may be formed on the outer periphery of the main phase grains 4 by the first diffusion step. It is believed that the shell is generated by replacing a part of R (Nd) in the R2T14B crystal with RL other than Nd.

なお、第1拡散工程後、磁石基材20の表面には、酸化被膜などの残渣が存在している場合がある。そのため、第1拡散工程の後には、当該残渣を除去する加工工程を実施することが好ましい。残渣の除去方法としては、特に限定されず、たとえば、エッチングなどの化学的な除去、物理的な切断、研削などの形状加工、もしくは、バレル研磨などの面取り加工を実施すればよい。 After the first diffusion step, residues such as an oxide film may remain on the surface of the magnet base material 20. Therefore, after the first diffusion step, it is preferable to carry out a processing step to remove the residues. There are no particular limitations on the method for removing the residues, and for example, chemical removal such as etching, physical cutting, shaping such as grinding, or chamfering such as barrel polishing may be carried out.

第2拡散工程
次に、前述した第2拡散材12を用いて第2拡散工程を実施する。第2拡散工程では、第2拡散材12を磁石基材20の少なくとも一部の表面に付着させた後、磁石基材20を所定の条件で熱処理することで、第2拡散材12中のRHやM元素を磁石基材20の内部に拡散させる。
Second Diffusion Step Next, the second diffusion step is carried out using the above-mentioned second diffusion material 12. In the second diffusion step, the second diffusion material 12 is attached to at least a part of the surface of the magnet base material 20, and then the magnet base material 20 is heat-treated under predetermined conditions, thereby diffusing the RH and M elements in the second diffusion material 12 into the inside of the magnet base material 20.

第2拡散材12は、磁石基材20の表面(主面20aおよび側面20b)のうち、第1拡散工程で第1拡散材11を付着させた表面に、付着させることが好ましい。たとえば、図2に示すように、Z軸上方の主面20a(磁極面)に第1拡散材11を付着させた場合には、第2拡散材12も第1拡散材11と同様にZ軸上方の主面20aに付着させることが好ましい。第2拡散材12の付着面積は、第1拡散材11の付着面積よりも、大きくともよいし、小さくともよいが、同程度であることが好ましい。なお、第2拡散材12の付着面積を小さくする場合、第2拡散材12は、得られる永久磁石において特に保磁力HcJを向上させたい箇所に付着させることが好ましい。 The second diffusion material 12 is preferably attached to the surface (principal surface 20a and side surface 20b) of the magnet base material 20 to which the first diffusion material 11 was attached in the first diffusion step. For example, as shown in FIG. 2, when the first diffusion material 11 is attached to the principal surface 20a (pole surface) above the Z axis, the second diffusion material 12 is preferably attached to the principal surface 20a above the Z axis in the same manner as the first diffusion material 11. The attachment area of the second diffusion material 12 may be larger or smaller than the attachment area of the first diffusion material 11, but is preferably about the same. When the attachment area of the second diffusion material 12 is reduced, the second diffusion material 12 is preferably attached to a location in the resulting permanent magnet where it is desired to improve the coercive force HcJ in particular.

また、第2拡散材12を付着させる方法は、特に限定されず、第1拡散工程と同様に、蒸着法、スパッタリング法、電着法、塗布法、印刷法(スクリーン印刷やスキージ印刷など)、シート工法などを用いることができる。図2では、例示として、第2拡散材のシート12aを用いる様子を示しており、当該シート12aは、粉末状の第2拡散材12とバインダとを混ぜ合わせてシート化することで得られる。 The method for attaching the second diffusion material 12 is not particularly limited, and similar to the first diffusion process, vapor deposition, sputtering, electrodeposition, coating, printing (screen printing, squeegee printing, etc.), sheeting, etc. can be used. FIG. 2 shows, as an example, the use of a sheet 12a of the second diffusion material, which is obtained by mixing the powdered second diffusion material 12 with a binder and forming the mixture into a sheet.

また、第2拡散材の付着量は、所定の条件を満たすように制御してあることが好ましい。すなわち、付着させるRHの総量が、磁石基材100質量部に対して、0.3質量部~2.0質量部(より好ましくは、0.4質量部~1.0質量部)となるように、第2拡散材12の付着量を制御することが好ましい。 The amount of the second diffusion material attached is preferably controlled to satisfy a predetermined condition. In other words, it is preferable to control the amount of the second diffusion material 12 attached so that the total amount of RH attached is 0.3 parts by mass to 2.0 parts by mass (more preferably 0.4 parts by mass to 1.0 parts by mass) per 100 parts by mass of the magnet base material.

第2拡散工程における熱処理の条件は、熱処理雰囲気を真空中または不活性ガス中とし、保持温度を700℃超過1000℃以下とすることが好ましく、温度保持時間を1時間以上24時間以下とすることが好ましい。また、所定の保持時間が経過した後は、磁石基材20を急冷することが好ましく、たとえば、急冷時の冷却速度は、50℃/min以上であることが好ましい。上記の条件で熱処理することで、第2拡散材12に含まれるRH(M元素を含む場合はRHとM元素)が磁石基材20の粒界6に拡散する。なお、第2拡散工程では、時効工程を含んでいてもよい。当該時効工程は、上記の急冷後に、真空中または不活性ガス中で、磁石基材20を450℃~700℃の温度で0.2時間~3時間保持することで実施することが好ましく、保持時間経過後は、急冷することが好ましい。 The conditions of the heat treatment in the second diffusion step are that the heat treatment atmosphere is in a vacuum or in an inert gas, the holding temperature is preferably more than 700°C and less than 1000°C, and the temperature holding time is preferably 1 hour to 24 hours. After the predetermined holding time has elapsed, it is preferable to rapidly cool the magnet base material 20, and for example, the cooling rate during rapid cooling is preferably 50°C/min or more. By performing heat treatment under the above conditions, the RH contained in the second diffusion material 12 (RH and M element if M element is included) diffuses to the grain boundary 6 of the magnet base material 20. The second diffusion step may include an aging step. The aging step is preferably performed by holding the magnet base material 20 at a temperature of 450°C to 700°C for 0.2 hours to 3 hours in a vacuum or in an inert gas after the above rapid cooling, and it is preferable to rapidly cool it after the holding time has elapsed.

第2拡散工程で粒界6に拡散したRHは、主相粒子4の外周縁で、R14B結晶の一部と反応し、濃化する。すなわち、第2拡散工程の後では、図3Bに示すように、RHが拡散した領域の主相粒子4に、RHの含有率が高いシェル部42が形成され、当該主相粒子4が、コアシェル粒子4aとなる。なお、コアシェル粒子4aについては、後段のR-T-B系永久磁石2の説明の中で、詳述する。 The RH diffused to the grain boundaries 6 in the second diffusion step reacts with a part of the R 2 T 14 B crystals and becomes concentrated at the outer periphery of the main phase grains 4. That is, after the second diffusion step, as shown in Fig. 3B, a shell portion 42 with a high RH content is formed in the main phase grain 4 in the region where RH has diffused, and the main phase grain 4 becomes a core-shell grain 4a. The core-shell grains 4a will be described in detail later in the explanation of the R-T-B system permanent magnet 2.

なお、第2拡散工程の後においても、第1拡散工程後と同様に、残渣を除去する処理を施すことが好ましい。残渣の除去方法としては、特に限定されず、たとえば、エッチングなどの化学的な除去、物理的な切断、研削などの形状加工、もしくは、バレル研磨などの面取り加工を実施すればよい。 After the second diffusion step, it is preferable to carry out a process to remove residues, as in the case of the first diffusion step. The method for removing residues is not particularly limited, and may be, for example, chemical removal such as etching, physical cutting, shaping such as grinding, or chamfering such as barrel polishing.

以上の方法により、高い残留磁束密度と高い保磁力とを兼ね備えるR-T-B系永久磁石2(図4A)が得られる。以下、本実施形態の製造方法で得られたR-T-B系永久磁石2の特徴について説明する。 By using the above method, an R-T-B system permanent magnet 2 (Figure 4A) that combines high residual magnetic flux density and high coercivity is obtained. Below, we will explain the characteristics of the R-T-B system permanent magnet 2 obtained by the manufacturing method of this embodiment.

(R-T-B系永久磁石2)
図4Aに示す本実施形態のR-T-B系永久磁石2(以下、永久磁石2と称する)では、一対の主面2aが磁極面となっており、この一対の主面2aのうちZ軸上方の主面2aが、第1拡散材11および第2拡散材12を付着させた面である。なお、図4Aでは、図1の磁石基材20の形状に合わせて、永久磁石2が直方体状の形状を有している。ただし、永久磁石2の形状および寸法は、特に限定されず、たとえば、多角形状、円筒状、中空円筒状、もしくは、主面が円弧状に湾曲したアークセグメント形状であってもよい。
(RTB system permanent magnet 2)
In the R-T-B system permanent magnet 2 (hereinafter referred to as permanent magnet 2) of this embodiment shown in FIG. 4A, a pair of main surfaces 2a are magnetic pole surfaces, and of the pair of main surfaces 2a, The main surface 2a above the axis is the surface to which the first diffusion material 11 and the second diffusion material 12 are attached. In FIG. 4A, the permanent magnet 2 is arranged in such a manner as to match the shape of the magnet base material 20 in FIG. However, the shape and dimensions of the permanent magnet 2 are not particularly limited, and may be, for example, a polygonal shape, a cylindrical shape, a hollow cylindrical shape, or an arc segment shape whose main surface is curved in an arc shape. It may be a shape.

永久磁石2は、製造過程でRLとRHとをこの順で粒界拡散させたことにより、製造時に使用した磁石基材20の組成とは若干異なる組成を有する。 The permanent magnet 2 has a composition that is slightly different from the composition of the magnet base material 20 used during manufacture, due to the grain boundary diffusion of RL and RH in that order during the manufacturing process.

具体的に、永久磁石2では、Rとして、Ndを必須とする1種以上の軽希土類元素(RL)と、1種以上の重希土類元素(RH)とが含まれる。Nd以外のRLとしては、Prが含まれることが好ましく、RHとしては、Tbまたは/およびDyが含まれることが好ましい。 Specifically, in the permanent magnet 2, R includes one or more light rare earth elements (RL), of which Nd is an essential element, and one or more heavy rare earth elements (RH). RL other than Nd preferably includes Pr, and RH preferably includes Tb and/or Dy.

そして、永久磁石100質量%に対するRの合計含有率は、25質量%~35質量%とすることができ、28.4質量%以上32.0質量%以下であることが好ましい。また、永久磁石100質量%に対して、RLの合計含有率は、26.0質量%以上、31.5質量%以下であることが好ましく、RHの合計含有率は、0.3質量%以上3.0質量%以下であることが好ましい。加えて、永久磁石100質量%に対するNdの含有率は、22.4質量%以上31.5質量%以下とすることが好ましい。 The total content of R relative to 100% by mass of the permanent magnet can be 25% to 35% by mass, and is preferably 28.4% by mass or more and 32.0% by mass or less. Furthermore, the total content of RL relative to 100% by mass of the permanent magnet is preferably 26.0% by mass or more and 31.5% by mass or less, and the total content of RH is preferably 0.3% by mass or more and 3.0% by mass or less. In addition, the content of Nd relative to 100% by mass of the permanent magnet is preferably 22.4% by mass or more and 31.5% by mass or less.

上記のとおり永久磁石2では、拡散材(11,12)によるRLおよびRHの拡散量に応じて、Rの含有率が、磁石基材20におけるRの含有率よりも増加する。一方で、永久磁石2におけるBの含有率は、磁石基材20におけるBの含有率と同程度とすることができる。すなわち、永久磁石100質量%に対するBの含有率は、0.5質量%~1.5質量%とすることができ、0.92質量%~1.03質量%とすることが好ましい。Bの含有率が上記の組成範囲を満たすことで、永久磁石2の磁気特性(Br,HcJ,角型比Hk/HcJなど)がより向上する傾向となる。 As described above, in the permanent magnet 2, the R content increases compared to the R content in the magnet base material 20 depending on the amount of RL and RH diffused by the diffusion materials (11, 12). On the other hand, the B content in the permanent magnet 2 can be made approximately the same as the B content in the magnet base material 20. In other words, the B content relative to 100% by mass of the permanent magnet can be 0.5% to 1.5% by mass, and is preferably 0.92% to 1.03% by mass. When the B content satisfies the above composition range, the magnetic properties (Br, HcJ, squareness ratio Hk/HcJ, etc.) of the permanent magnet 2 tend to be further improved.

また、永久磁石2には、第1拡散材11または/および第2拡散材12に添加したM元素が含まれていることが好ましい。拡散材(11,12)に起因するM元素の含有率Cは、永久磁石100質量%に対して、0.5質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以上0.2質量%以下であることがより好ましい。たとえば、拡散材に添加するM元素として、磁石基材20に実質的に含有されていない元素MNO(Ag,Auなど)を選択した場合、上記の含有率Cが、永久磁石2における元素MNOの含有率となる。一方で、拡散材に添加するM元素として、元々磁石基材20に含まれていた元素MINを選択した場合、永久磁石2における元素MINの含有率は、磁石基材20における含有量に、上記の含有率Cが加算された範囲となる。 In addition, the permanent magnet 2 preferably contains the M element added to the first diffusion material 11 and/or the second diffusion material 12. The content C M of the M element resulting from the diffusion material (11, 12) is preferably 0.5 mass% or less, and more preferably 0.05 mass% or more and 0.2 mass% or less, relative to 100 mass% of the permanent magnet. For example, when an element M NO (Ag, Au, etc.) that is not substantially contained in the magnet base material 20 is selected as the M element to be added to the diffusion material, the above content C M becomes the content of the element M NO in the permanent magnet 2. On the other hand, when an element M IN originally contained in the magnet base material 20 is selected as the M element to be added to the diffusion material, the content of the element M IN in the permanent magnet 2 is in the range obtained by adding the above content C M to the content in the magnet base material 20.

たとえば、第1拡散材11または/および第2拡散材12に、Fe、Co、またはNiを添加した場合、永久磁石2におけるTの含有率が、製造過程における磁石基材20よりも若干増加する(上記の含有率Cが加算される)。なお、永久磁石2におけるTの含有率は、残部として表記される。永久磁石2のTは、Fe単独であってもよく、Feの一部がCoで置換されていてもよい。この場合、Coの含有率は、特に限定されず、たとえば、4質量%以下とすることができ、1質量%以下とすることが好ましい。Coが含まれることで、永久磁石2の耐食性が向上する。 For example, when Fe, Co, or Ni is added to the first diffusion material 11 and/or the second diffusion material 12, the content of T in the permanent magnet 2 increases slightly compared to that of the magnet base material 20 in the manufacturing process (the above-mentioned content C M is added). The content of T in the permanent magnet 2 is expressed as the remainder. T in the permanent magnet 2 may be Fe alone, or a part of Fe may be substituted with Co. In this case, the content of Co is not particularly limited, and may be, for example, 4 mass% or less, and preferably 1 mass% or less. The inclusion of Co improves the corrosion resistance of the permanent magnet 2.

また、永久磁石2には、Cu,Ga,Al,Zrからなる群から選択される1種以上のm元素が含まれていることが好ましく、特にm元素としてCuが含まれていることがより好ましい。このm元素は、磁石基材20または/および拡散材(11,12)を起因として永久磁石2に添加される。永久磁石100質量%に対するm元素の合計含有率は、0.05質量%以上1.5質量%以下とすることが好ましく、0.5質量%以上1.0質量%以下とすることがより好ましい。 The permanent magnet 2 preferably contains one or more m elements selected from the group consisting of Cu, Ga, Al, and Zr, and more preferably contains Cu as the m element. The m elements are added to the permanent magnet 2 by the magnet base material 20 and/or the diffusion material (11, 12). The total content of the m elements relative to 100% by mass of the permanent magnet is preferably 0.05% by mass to 1.5% by mass, and more preferably 0.5% by mass to 1.0% by mass.

より具体的に、永久磁石100質量%に対するCuの含有率は、0.05質量%以上0.70質量%以下とすることができ、0.20質量%以上0.70質量であることが好ましい。Cuが上記の比率で含有してあることで、永久磁石2の磁気特性や耐食性がより向上する。また、m元素としてGa,Al,Zrが含まれる場合、これら元素の含有率は、特に限定されない。たとえば、Gaの含有率は、0.08質量%以上0.50質量%以下とすることができ、0.08質量%以上0.3質量%以下とすることが好ましい。Alの含有率およびZrの含有率は、いずれも、0.10質量%以上0.50質量%以下とすることができ、0.10質量%以上0.30質量%以下とすることが好ましい。Ga,Al,Zrなどが上記の所定量含まれることで、磁気特性(Br,HcJ,Hk/HcJなど)の更なる向上や、特性のばらつき低減や、製造安定性の向上などが図れる。 More specifically, the content of Cu relative to 100% by mass of the permanent magnet can be 0.05% by mass or more and 0.70% by mass or less, and preferably 0.20% by mass or more and 0.70% by mass or less. By containing Cu in the above ratio, the magnetic properties and corrosion resistance of the permanent magnet 2 are further improved. In addition, when Ga, Al, and Zr are included as the m element, the contents of these elements are not particularly limited. For example, the content of Ga can be 0.08% by mass or more and 0.50% by mass or less, and preferably 0.08% by mass or more and 0.3% by mass or less. The content of Al and the content of Zr can both be 0.10% by mass or more and 0.50% by mass or less, and preferably 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less. By containing Ga, Al, Zr, etc. in the above-mentioned predetermined amounts, it is possible to further improve the magnetic properties (Br, HcJ, Hk/HcJ, etc.), reduce the variation in properties, and improve the manufacturing stability.

また、永久磁石2には、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)も含まれ得る。永久磁石2における炭素の含有率は、1100質量ppm以下であることが好ましく、900質量ppm以下であることがより好ましい。永久磁石2における窒素の含有率は、1000質量ppm以下であることが好ましく、600質量ppm以下であることがより好ましい。炭素の含有率や窒素の含有率が少ないほど、保磁力HcJが向上する傾向となる。永久磁石2における酸素の含有率は、1200ppm以下であることが好ましく、800ppm以下であることがより好ましい。酸素の含有率が少ないほど、耐食性が向上する傾向となる。 The permanent magnet 2 may also contain carbon (C), nitrogen (N), and oxygen (O). The carbon content in the permanent magnet 2 is preferably 1100 ppm by mass or less, and more preferably 900 ppm by mass or less. The nitrogen content in the permanent magnet 2 is preferably 1000 ppm by mass or less, and more preferably 600 ppm by mass or less. The lower the carbon content and nitrogen content, the more the coercive force HcJ tends to improve. The oxygen content in the permanent magnet 2 is preferably 1200 ppm by mass or less, and more preferably 800 ppm by mass or less. The lower the oxygen content, the more the corrosion resistance tends to improve.

さらに、永久磁石2には、上述した元素の他に、Mn,Ca,Cl,S,Fなどの不可避不純物が含まれていてもよく、不可避不純物の合計含有率は、たとえば、0.001質量%~1.0質量%程度である。 Furthermore, in addition to the above elements, the permanent magnet 2 may contain unavoidable impurities such as Mn, Ca, Cl, S, and F, and the total content of the unavoidable impurities is, for example, approximately 0.001% to 1.0% by mass.

なお、永久磁石2の組成は、磁石基材20の組成分析と同様に、XRF、ICP、不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法、酸素気流中燃焼-赤外線吸収法、不活性ガス融解-熱伝導度法などにより測定できる。 The composition of the permanent magnet 2 can be measured by XRF, ICP, inert gas fusion - non-dispersive infrared absorption method, combustion in oxygen flow - infrared absorption method, inert gas fusion - thermal conductivity method, etc., in the same manner as the composition analysis of the magnet substrate 20.

本実施形態における永久磁石2の内部では、所定元素の濃度分布が生じている。具体的に、RLの合計含有率が、主面2a(磁極面)から深さ方向に向かって(すなわち永久磁石2の表面から内部に向かって)連続的に減少している。このようなRLの濃度分布は、第1拡散工程でRLが粒界拡散することにより生じる。また、永久磁石2では、RHの合計含有率が、主面2a(磁極面)から深さ方向に向かって連続的に減少している。このRHの濃度分布は、第2拡散工程でRHが粒界拡散することにより生じる。 In this embodiment, a concentration distribution of a specific element occurs inside the permanent magnet 2. Specifically, the total content of RL decreases continuously from the main surface 2a (pole surface) toward the depth direction (i.e., from the surface of the permanent magnet 2 toward the inside). This concentration distribution of RL occurs due to grain boundary diffusion of RL in the first diffusion process. Also, in the permanent magnet 2, the total content of RH decreases continuously from the main surface 2a (pole surface) toward the depth direction. This concentration distribution of RH occurs due to grain boundary diffusion of RH in the second diffusion process.

さらに、永久磁石2では、M元素(好ましくはCu,Al,Fe,Coから選択される1種以上)の含有率が、主面2a(磁極面)から深さ方向に向かって連続的に減少していることが好ましい。このようなM元素の濃度分布は、第1拡散工程または/および第2拡散工程で、拡散材(11,12)中のM元素が粒界拡散することで生じる。なお、拡散材(11,12)において、M元素として、鉄族元素(Fe,Co,またはNi)を添加した場合、上述したM元素の濃度分布は、すなわちTの濃度分布となる。したがって、拡散材のM元素として鉄族元素を選択した場合は、Tの含有率が、主面2a(磁極面)から深さ方向に向かって連続的に減少していることが好ましい。 Furthermore, in the permanent magnet 2, it is preferable that the content of the M element (preferably one or more selected from Cu, Al, Fe, and Co) continuously decreases from the main surface 2a (pole surface) toward the depth direction. Such a concentration distribution of the M element is generated by the grain boundary diffusion of the M element in the diffusion material (11, 12) in the first diffusion step and/or the second diffusion step. Note that, when an iron group element (Fe, Co, or Ni) is added as the M element in the diffusion material (11, 12), the above-mentioned concentration distribution of the M element becomes the concentration distribution of T. Therefore, when an iron group element is selected as the M element of the diffusion material, it is preferable that the content of T continuously decreases from the main surface 2a (pole surface) toward the depth direction.

なお、上述した各元素(RL,RH,M元素)の濃度分布は、図4Bに示す複数のサンプルβを用いて確認することができる。具体的に、所定幅Tβ(Z軸方向の幅)のサンプルβを、主面2aから深さ方向(永久磁石2の内側方向)に沿って連続的に採取していき、採取した複数のサンプルβを、それぞれ、ICPを用いて成分分析する。この際、所定幅Tβは、1mm以下とすることが好ましく、もしくは、Tβ<(1/10)×T0とすることが好ましい。 The concentration distribution of each of the above-mentioned elements (RL, RH, M elements) can be confirmed using multiple samples β shown in FIG. 4B. Specifically, samples β of a predetermined width Tβ (width in the Z-axis direction) are continuously collected from the main surface 2a along the depth direction (toward the inside of the permanent magnet 2), and each of the collected multiple samples β is subjected to component analysis using ICP. In this case, it is preferable that the predetermined width Tβ is 1 mm or less, or that Tβ<(1/10)×T0.

本実施形態の永久磁石2では、上記の分析の結果、サンプルβの採取箇所が深くなるにつれてRLの合計含有率、RHの合計含有率、Mの含有率が連続的に徐々に低下していく傾向が確認できる。特に、最表面側のサンプルβ1と、中央部のサンプルβcenter(主面2aから深さ1/2T0で採取したサンプルβ)とで、所定元素の含有率の差(β1-βcenter)を測定した場合、RLの合計含有率の差が、0.1質量%~0.5質量%程度であることが好ましく、RHの合計含有率の差が、0.1質量%~0.5質量%程度であることが好ましく、M元素の含有率の差が、0.1質量%~0.3質量%程度であることが好ましい。 In the permanent magnet 2 of this embodiment, the results of the above analysis show that the total content of RL, the total content of RH, and the content of M tend to decrease continuously and gradually as the location where sample β is taken increases in depth. In particular, when the difference (β1-β center ) in the content of a given element is measured between the outermost sample β1 and the central sample β center (sample β taken at a depth of 1/2T0 from the main surface 2a), the difference in the total content of RL is preferably about 0.1% to 0.5% by mass, the difference in the total content of RH is preferably about 0.1% to 0.5% by mass, and the difference in the content of M element is preferably about 0.1% to 0.3% by mass.

なお、各元素(RL,RH,M元素)の濃度分布は、上記の測定方法の他に、図4Bに示すような断面で、EDXやEPMAによるライン分析やマッピング分析、またはレーザーアブレーション-ICP質量分析(LA-ICP-MS)を実施することによっても確認することができる。 In addition to the above measurement methods, the concentration distribution of each element (RL, RH, M elements) can also be confirmed by performing line analysis or mapping analysis using EDX or EPMA, or laser ablation-ICP mass spectrometry (LA-ICP-MS) on a cross section such as that shown in Figure 4B.

図3Bは、本実施形態における永久磁石2の断面を拡大した模式図である。前述したように、永久磁石2では、RHが拡散した領域において主相粒子4がコアシェル粒子4aとなっている。このコアシェル粒子4aは、R14B結晶からなるコア部41と、コア部41を被覆しておりコア部41よりも重希土類元素の含有比が高いシェル部42とを有する。コアシェル粒子4aの平均粒径は、特に限定されず、たとえば、円相当径換算で、1.0μm~10μmとすることができ、2.5μm~6.0μmとすることが好ましい。 3B is a schematic diagram showing an enlarged cross section of the permanent magnet 2 in this embodiment. As described above, in the permanent magnet 2, the main phase particles 4 are core-shell particles 4a in the region where RH is diffused. The core-shell particles 4a have a core portion 41 made of an R 2 T 14 B crystal and a shell portion 42 that covers the core portion 41 and has a higher content of heavy rare earth elements than the core portion 41. The average particle size of the core-shell particles 4a is not particularly limited, and can be, for example, 1.0 μm to 10 μm, and preferably 2.5 μm to 6.0 μm, in terms of the circle-equivalent diameter.

なお、シェル部42は、コア部41の全周を覆っている必要はなく、コア部41の少なくとも一部を覆っていればよい。シェル部42によるコア部41の被覆率は、特に限定されないが、たとえば、コア部41の外周縁のうち50%以上をシェル部42が覆っていることが好ましい。また、図3Bに示すような断面において、全ての主相粒子4がコアシェル粒子4aである必要はなく、コアシェル構造を有していない主相粒子4が存在していてもよい。 The shell portion 42 does not need to cover the entire circumference of the core portion 41, but only needs to cover at least a portion of the core portion 41. The coverage of the core portion 41 by the shell portion 42 is not particularly limited, but for example, it is preferable that the shell portion 42 covers 50% or more of the outer periphery of the core portion 41. In addition, in the cross section shown in FIG. 3B, it is not necessary for all main phase particles 4 to be core-shell particles 4a, and there may be main phase particles 4 that do not have a core-shell structure.

上記のように、主相粒子4の外周にRHが濃化したシェル部42が形成されることにより、粒界近傍に磁化反転の核が生じることが抑制され、保磁力HcJを向上させることができる。 As described above, the formation of a shell portion 42 with concentrated RH on the outer periphery of the main phase grains 4 suppresses the generation of nuclei of magnetization reversal near the grain boundaries, thereby improving the coercive force HcJ.

また、本実施形態の永久磁石2では、1段階のみの粒界拡散処理でRHを拡散させた従来の永久磁石と比べて、RHを拡散させた表面近傍(本実施形態では、主面2aの近傍)におけるコアシェル粒子4aのシェル厚みを薄くすることができる。実際に、図6は、2段階の粒界拡散処理を実施した本実施形態の永久磁石2の断面写真であり、図7は、1段階のみの粒界拡散処理を実施した従来の永久磁石の断面写真である。なお、図6および図7は、いずれも、拡散材を付着させた表面(主面2a)と垂直な断面であり、かつ、当該表面から所定の深さまでの範囲を観察した断面である。また、図6および図7において、最もコントラストが明るい箇所は、粒界相であり、コントラストが暗い箇所がコア部41(主相粒子4)であり、コア部41を囲っている灰色のコントラストがシェル部42である。 In addition, in the permanent magnet 2 of this embodiment, the shell thickness of the core-shell particles 4a near the surface where RH is diffused (in this embodiment, near the main surface 2a) can be made thinner than in a conventional permanent magnet in which RH is diffused by only one stage of grain boundary diffusion treatment. In fact, FIG. 6 is a cross-sectional photograph of the permanent magnet 2 of this embodiment in which two stages of grain boundary diffusion treatment have been performed, and FIG. 7 is a cross-sectional photograph of a conventional permanent magnet in which only one stage of grain boundary diffusion treatment has been performed. Note that both FIG. 6 and FIG. 7 are cross sections perpendicular to the surface (main surface 2a) to which the diffusion material is attached, and are cross sections observed in a range from the surface to a predetermined depth. In addition, in FIG. 6 and FIG. 7, the area with the brightest contrast is the grain boundary phase, the area with the darkest contrast is the core portion 41 (main phase particles 4), and the gray contrast surrounding the core portion 41 is the shell portion 42.

図7に示す従来の永久磁石では、コア部の周囲に灰色のシェル部が存在していることがはっきりと認識でき、表面近傍(深さ100μmまでの範囲)においてサブミクロンオーダーからミクロンオーダーの厚いシェル部が形成されていることが確認できる。一方、図6に示す本実施形態の永久磁石2の断面では、表面近傍におけるシェル部42の厚みが、図7の従来の永久磁石と比べて、明らかに薄くなっていることがわかる。 In the conventional permanent magnet shown in Figure 7, the presence of a gray shell portion around the core portion can be clearly seen, and it can be confirmed that a thick shell portion on the order of submicrons to microns is formed near the surface (up to a depth of 100 μm). On the other hand, in the cross section of the permanent magnet 2 of this embodiment shown in Figure 6, it can be seen that the thickness of the shell portion 42 near the surface is clearly thinner than that of the conventional permanent magnet in Figure 7.

より具体的に、本実施形態の永久磁石2では、表面(主面2a)から深さ100μmの断面Aにおいて、シェル部42の最大厚みt1が、平均で、0.5μm以下であり、0.2μm以下であることが好ましく、0.1μm以下であることがより好ましい。永久磁石2の表面近傍において、シェル部42の最大厚みt1を上記の範囲内に制御することで、図7に示すような従来の永久磁石よりも、高い残留磁束密度Brと高い保磁力HcJとが得られる。このように磁気特性が向上する理由は、必ずしも明らかではないが、シェル部42におけるRH濃度が関係していると考えられる。具体的に、シェル部42の厚みを薄くすることで、シェル部42におけるRH濃度が従来の永久磁石(図7)よりも高くなると考えられる。その結果、本実施形態の永久磁石2では、Brを低下させることなく、より効率的にHcJの向上が図れていると考えられる。 More specifically, in the permanent magnet 2 of this embodiment, in the cross section A at a depth of 100 μm from the surface (main surface 2a), the maximum thickness t1 of the shell portion 42 is, on average, 0.5 μm or less, preferably 0.2 μm or less, and more preferably 0.1 μm or less. By controlling the maximum thickness t1 of the shell portion 42 within the above range near the surface of the permanent magnet 2, a higher residual magnetic flux density Br and a higher coercive force HcJ can be obtained than in the conventional permanent magnet as shown in FIG. 7. The reason why the magnetic properties are improved in this way is not necessarily clear, but it is thought to be related to the RH concentration in the shell portion 42. Specifically, it is thought that by reducing the thickness of the shell portion 42, the RH concentration in the shell portion 42 becomes higher than that of the conventional permanent magnet (FIG. 7). As a result, it is thought that the permanent magnet 2 of this embodiment improves HcJ more efficiently without reducing Br.

また、本実施形態の永久磁石2では、上記のように表面近傍でシェル部42の厚みが薄くなると共に、RHが、永久磁石2の内部まで、より深く拡散している。具体的に、永久磁石2では、片側の主面2aにのみ拡散材(11,12)を付着させた場合であっても、当該主面2aから深さ3.5mmの範囲まで、コアシェル粒子4aが存在していることが確認でき、深さ3.5mmの範囲までHcJの向上効果が期待できる。 In addition, in the permanent magnet 2 of this embodiment, as described above, the thickness of the shell portion 42 is thinner near the surface, and RH is diffused deeper into the interior of the permanent magnet 2. Specifically, even when the diffusion material (11, 12) is attached only to one of the main surfaces 2a of the permanent magnet 2, it can be confirmed that the core-shell particles 4a are present from the main surface 2a to a depth of 3.5 mm, and an improvement in HcJ can be expected up to a depth of 3.5 mm.

なお、シェル部42の最大厚みt1は、たとえば、STEM-EDSによる解析に基づいて算出する。まず、拡散材(11,12)を付着させた主面2aから深さ100μmの位置において、断面A(たとえば、図4Bにおいて一点鎖線で示すX-Y面)を露出させ、当該断面からSTEM用の観察試料を採取する。試料採取の方法は、FIB加工によるマイクロサンプリング法などを採用すればよい。 The maximum thickness t1 of the shell portion 42 is calculated, for example, based on an analysis using STEM-EDS. First, cross section A (for example, the XY plane shown by the dashed line in FIG. 4B) is exposed at a depth of 100 μm from the main surface 2a to which the diffusion material (11, 12) is attached, and an observation sample for STEM is taken from the cross section. The method of taking the sample may be a microsampling method using FIB processing.

そして、採取した観察試料(観察断面)中に含まれる主相粒子4(コアシェル粒子4a)を、STEM-EDSにより分析する。本実施形態では、コア部41とシェル部42とを、重希土類元素の濃度差Dc、および、重希土類元素の濃化度Eに基づいて判別する。具体的に、断面解析に際して、測定対象である主相粒子4を内包しつつ主相粒子4に対して面積が最小となる仮想の長方形VR(図5参照)を拵え、当該長方形VRの対角線の交点を粒子中心41cとする。そして、EDSにより、主相粒子4におけるRHの濃度分布およびRLの濃度分布を得たうえで、所定箇所のRH濃度(Ch)と粒子中心41cのRH濃度(Chcenter)との差(Ch-Chcenter)を、RHの濃度差Dc(単位:wt%)とする。また、所定箇所におけるRLに対するRHのモル比をMH/L とし、粒子中心41cにおけるRLに対するRHのモル比をMH/L centerとし、MH/L centerに対するMH/L の比を、RHの濃化度E(単位:なし)とする。 Then, the main phase grains 4 (core-shell grains 4a) contained in the collected observation sample (observation cross section) are analyzed by STEM-EDS. In this embodiment, the core portion 41 and the shell portion 42 are distinguished based on the concentration difference Dc of the heavy rare earth element and the concentration degree E of the heavy rare earth element. Specifically, in the cross section analysis, a virtual rectangle VR (see FIG. 5) is prepared that contains the main phase grain 4 to be measured and has the smallest area relative to the main phase grain 4, and the intersection of the diagonals of the rectangle VR is set as the grain center 41c. Then, the RH concentration distribution and the RL concentration distribution in the main phase grain 4 are obtained by EDS, and the difference (Ch n -Ch center ) between the RH concentration at a predetermined location (Ch n ) and the RH concentration at the grain center 41c is set as the RH concentration difference Dc (unit: wt%). The molar ratio of RH to RL at a given location is defined as M H/L n , the molar ratio of RH to RL at the particle center 41c is defined as M H/L center , and the ratio of M H/L n to M H/L center is defined as the concentration degree E of RH (no unit).

本実施形態では、シェル部42は、上記の濃度差Dcが0.7wt%以上であって、かつ、上記の濃化度Eが1.25以上である。すなわち、断面解析において、当該2つの要件を満足する領域をシェル部42と認定し、主相粒子4のシェル部42以外の領域をコア部41と認定する。ただし、粒子中心41cで検出されるRH濃度が0.2wt%未満である場合があり得る。この場合は、測定ノイズを鑑みて粒子中心41cでは実質的にRHが検出されていないこととみなし(すなわちChcenter≒0)、RH濃度が0.7wt%以上(すなわち濃度差Dcが0.7wt%以上)である領域をシェル部42と識別すればよい。なお、断面試料をHAADF像などで観察した場合は、コントラストの違いにより、簡易的にコア部41とシェル部42とを識別することも可能である。 In this embodiment, the shell portion 42 has the concentration difference Dc of 0.7 wt% or more and the enrichment degree E of 1.25 or more. That is, in the cross-sectional analysis, the region satisfying these two requirements is recognized as the shell portion 42, and the region of the main phase particle 4 other than the shell portion 42 is recognized as the core portion 41. However, there may be cases where the RH concentration detected at the particle center 41c is less than 0.2 wt%. In this case, in consideration of the measurement noise, it is assumed that RH is not substantially detected at the particle center 41c (i.e., Ch center ≒0), and the region with the RH concentration of 0.7 wt% or more (i.e., the concentration difference Dc is 0.7 wt% or more) may be identified as the shell portion 42. In addition, when the cross-sectional sample is observed using a HAADF image or the like, it is also possible to simply distinguish the core portion 41 from the shell portion 42 based on the difference in contrast.

上述した方法でコア部41とシェル部42との境界を規定した後、図5に示すように、単位粒子内でシェル部42が最も厚い箇所の厚みを測定する。当該測定を少なくとも20個のコアシェル粒子4aに対して実施し、その平均値を上述した最大厚みt1とする。なお、シェル厚みは、三次元アトムプローブ(3DAP)を用いて解析することも可能である。 After defining the boundary between the core portion 41 and the shell portion 42 by the above-mentioned method, the thickness of the thickest part of the shell portion 42 within the unit particle is measured as shown in FIG. 5. This measurement is performed on at least 20 core-shell particles 4a, and the average value is taken as the maximum thickness t1 mentioned above. The shell thickness can also be analyzed using a three-dimensional atom probe (3DAP).

また、RHの拡散深さについては、永久磁石2の表面(主面2a)から深さ方向に沿って連続的に採取したサンプルβ(図4B)を分析することで測定できる。たとえば、複数のサンプルβの断面をSTEMで観察し、コアシェル粒子4aの存在有無を確認することで、どの程度の深さまでRHが拡散したかを測定できる。また、採取した複数のサンプルβの磁気特性を各種BHトレーサなどで測定することで、どの程度の深さまでHcJの増加が認められるかを測定できる。 The diffusion depth of RH can be measured by analyzing samples β (FIG. 4B) taken continuously from the surface (principal surface 2a) of the permanent magnet 2 along the depth direction. For example, the cross sections of multiple samples β can be observed with an STEM to confirm the presence or absence of core-shell particles 4a, thereby measuring the depth to which RH has diffused. Furthermore, the magnetic properties of multiple samples β taken can be measured with various BH tracers, etc., to measure the depth to which an increase in HcJ can be observed.

なお、永久磁石2の磁気特性は、具体的に、Brが1450mT以上であり、かつ、HcJが1800kA/m以上であることが好ましい。永久磁石2が当該磁気特性を満たすことで、永久磁石2を有するモータの高性能化や高効率化を図ることができる。 Specifically, the magnetic properties of the permanent magnet 2 are preferably Br of 1450 mT or more and HcJ of 1800 kA/m or more. By making the permanent magnet 2 satisfy these magnetic properties, the motor having the permanent magnet 2 can be made to have high performance and high efficiency.

(R-T-B系永久磁石2の利用分野)
本実施形態のR-T-B系永久磁石2は、モータ、発電機、コンプレッサ、アクチュエータ、磁気センサ、スピーカなどの構成部材として利用することができ、特にモータの構成部材として好適である。
(Field of application of R-T-B system permanent magnet 2)
The RTB system permanent magnet 2 of this embodiment can be used as a component of motors, generators, compressors, actuators, magnetic sensors, speakers, etc., and is particularly suitable as a component of motors.

永久磁石2を利用したモータとしては、たとえば、図8に示すようなIPMモータ50が挙げられる。IPMモータ50は、回転子51と、ステータコア52とを有しており、本実施形態の永久磁石2は、回転子51に埋め込んである。そして、回転子51中の永久磁石2は、ギャップ53を介してステータに存在するコイル54と向き合っている。なお、本実施形態の永久磁石2は、図8のIPMモータに限定されず、SPMモータなどの各種モータに適用できる。 An example of a motor that uses a permanent magnet 2 is an IPM motor 50 as shown in FIG. 8. The IPM motor 50 has a rotor 51 and a stator core 52, and the permanent magnet 2 of this embodiment is embedded in the rotor 51. The permanent magnet 2 in the rotor 51 faces a coil 54 in the stator via a gap 53. Note that the permanent magnet 2 of this embodiment is not limited to the IPM motor of FIG. 8, and can be applied to various motors such as an SPM motor.

また、本実施形態の永久磁石2を含むモータは、様々な電子機器や産業機器等に搭載することができ、特に図9に示すような自動車用モータ50(EV,HV,PHVなど)としての利用が好適である。図9では、一般的なEV車101とHV102とを簡単な模式図で示しているが、永久磁石2を含むモータの用途は、図9に示す様態に何ら限定されない。なお、図9において、符号60がインバータ、符号70がバッテリ、符号80がエンジン、符号90が発電機である。 Motors including the permanent magnet 2 of this embodiment can be mounted on various electronic devices and industrial equipment, and are particularly suitable for use as automobile motors 50 (EV, HV, PHV, etc.) as shown in FIG. 9. In FIG. 9, a typical EV vehicle 101 and HV 102 are shown in a simple schematic diagram, but the use of motors including the permanent magnet 2 is not limited to the form shown in FIG. 9. In FIG. 9, reference numeral 60 denotes an inverter, reference numeral 70 denotes a battery, reference numeral 80 denotes an engine, and reference numeral 90 denotes a generator.

(実施形態のまとめ)
本実施形態におけるR-T-B系永久磁石2の製造方法では、軽希土類元素(RL)を含む第1拡散材11で第1拡散工程を実施した後、重希土類元素(RH)を含む第2拡散材12で第2拡散工程を実施する。すなわち、RLを拡散させた後にRHを拡散させる二段階の粒界拡散を実施する。
(Summary of the embodiment)
In the manufacturing method of the R-T-B system permanent magnet 2 in this embodiment, a first diffusion step is carried out in a first diffusion material 11 containing a light rare earth element (RL), and then a second diffusion step is carried out in a second diffusion material 12 containing a heavy rare earth element (RH). In other words, a two-stage grain boundary diffusion is carried out in which RL is diffused and then RH is diffused.

当該方法で得られたR-T-B系永久磁石2では、磁石の表面から深さ100μmの箇所におけるシェル部42の最大厚みt1が薄く、t1≦0.5μm、好ましくはt1≦0.2、より好ましくはt1≦0.1である。このように、表面近傍におけるシェル部42の厚みを薄くすることで、シェル部42におけるRH濃度をより高めることができるとともに、RHが磁石の内部まで好適に拡散すると考えられる。その結果、R-T-B系永久磁石2では、BrとHcJとが従来よりも両立して向上する。換言すると、本実施形態の2段階の粒界拡散処理では、従来の1段階の粒界拡散処理を実施する場合に比べて、より高い残留磁束密度Brとより高い保磁力HcJとを兼ね備えた永久磁石2が得られる。 In the R-T-B system permanent magnet 2 obtained by this method, the maximum thickness t1 of the shell portion 42 at a depth of 100 μm from the surface of the magnet is thin, t1≦0.5 μm, preferably t1≦0.2, and more preferably t1≦0.1. In this way, by reducing the thickness of the shell portion 42 near the surface, it is possible to further increase the RH concentration in the shell portion 42, and it is believed that RH is favorably diffused to the inside of the magnet. As a result, in the R-T-B system permanent magnet 2, Br and HcJ are both improved more than in the past. In other words, the two-stage grain boundary diffusion process of this embodiment produces a permanent magnet 2 that has both a higher residual magnetic flux density Br and a higher coercive force HcJ compared to the case of performing the conventional one-stage grain boundary diffusion process.

2段階の粒界拡散処理で上記の効果が得られる理由は、必ずしも明らかではないが、たとえば、以下に示す事由が考えられる。 The reason why the above effects are achieved by the two-stage grain boundary diffusion treatment is not entirely clear, but the following reasons are considered, for example:

まず、RHによるR14B結晶(主相)の分解抑制が関係していると考えられる。粒界拡散処理において、RHが粒界に沿って浸透し、加熱状態でR14B結晶と接すると、R14B結晶(特にNdFe14B結晶)の外周縁がRHと反応し、主相とは異なる結晶相や液相(たとえば、RFe相やRFe相など)に分解されると考えられる。そして、この分解によって生じた異なる結晶相や液相が再結晶化することで、RHが濃化したシェル部が形成されると考えられる。 First, it is believed that the suppression of decomposition of R2T14B crystals (main phase) by RH is related. In the grain boundary diffusion treatment, when RH penetrates along the grain boundaries and contacts the R2T14B crystals in a heated state , the outer periphery of the R2T14B crystals (particularly Nd2Fe14B crystals ) reacts with RH and is decomposed into a crystal phase or liquid phase (e.g., RFe2 phase or RFe4B4 phase ) different from the main phase. Then, it is believed that the different crystal phases and liquid phases generated by this decomposition are recrystallized to form a shell portion in which RH is concentrated.

従来のように、1段階の拡散工程で、RHを粒界拡散させた場合には、磁石の表面近傍で、高濃度のRHが、R14B結晶と接することとなり、上述したR14B結晶の分解反応が活発に起こると考えられる。その結果、従来の粒界拡散処理では、磁石の表面近傍に厚みのあるシェルが形成される。RHが濃化したシェル部は、HcJを向上させる効果があるものの、HcJの向上に必要なシェルの厚みは数ナノメートル程度あればよく、過剰な厚みのシェルは、反ってBrの低下を招くと考えられる。また、従来の各段工程では、磁石の表面近傍で、付着させたRHが多く消費され、磁石の内部まで十分に拡散し難くなり、HcJの向上効果が弱まると考えられる。 When RH is diffused through grain boundaries in a single diffusion step as in the past, it is believed that a high concentration of RH comes into contact with the R 2 T 14 B crystals near the surface of the magnet, and the decomposition reaction of the R 2 T 14 B crystals described above occurs actively. As a result, in the conventional grain boundary diffusion treatment, a thick shell is formed near the surface of the magnet. Although the shell part where RH is concentrated has the effect of improving HcJ, the thickness of the shell required to improve HcJ is only a few nanometers, and it is believed that an excessively thick shell will warp and cause a decrease in Br. Furthermore, in the conventional each step process, a lot of the attached RH is consumed near the surface of the magnet, making it difficult to sufficiently diffuse into the inside of the magnet, and the effect of improving HcJ is weakened.

一方、本実施形態における2段階の粒界拡散処理では、RHを拡散させる前に、RLを拡散させている。RLとR14B結晶との間(具体的に、NdFe14B結晶とNdやPrとの間)では、R14B以外の金属化合物相が生じないため、本実施形態の第1拡散工程では、RHとR14B結晶との間で生じるような主相の分解反応が発生しないと考えられる。そのため、第1拡散工程の後では、粒界6においてRLが濃化され、RLの濃度が第1拡散工程の前よりも高い状態となっていると考えられる。この状態で、RHを拡散させると(第2拡散工程)、粒界6における全希土類元素に対するRHの比率を相対的に低減できると考えられる。 On the other hand, in the two-stage grain boundary diffusion process in this embodiment, RL is diffused before RH is diffused. Since no metal compound phase other than R 2 T 14 B occurs between RL and R 2 T 14 B crystal (specifically, between Nd 2 Fe 14 B crystal and Nd or Pr), it is considered that the decomposition reaction of the main phase that occurs between RH and R 2 T 14 B crystal does not occur in the first diffusion step of this embodiment. Therefore, it is considered that after the first diffusion step, RL is concentrated in the grain boundary 6, and the concentration of RL is higher than that before the first diffusion step. It is considered that if RH is diffused in this state (second diffusion step), the ratio of RH to all rare earth elements in the grain boundary 6 can be relatively reduced.

つまり、本実施形態における2段階の粒界拡散処理では、従来の1段階拡散に比べて、低濃度の状態でRHがR14B結晶に接することとなり、主相の分解反応が抑制されると考えられる。これにより、本実施形態では、従来の1段階拡散に比べて、シェル部42の厚みを薄くでき、厚みが薄くなった分シェル部42におけるRH濃度を高めることができると考えられ、高いBrを維持できる。また、本実施形態では、主相の分解反応が抑制されたことで、磁石の表面近傍におけるRHの消費が抑制され、RHが磁石の内部まで拡散されやすくなると考えられる。その結果、RHの拡散によるHcJの向上効果が高まり、高いHcJと高いBrとを両立できると考えられる。 That is, in the two-stage grain boundary diffusion process of this embodiment, RH comes into contact with the R2T14B crystal at a lower concentration than in the conventional one-stage diffusion, and it is believed that the decomposition reaction of the main phase is suppressed. As a result, in this embodiment, the thickness of the shell portion 42 can be made thinner than in the conventional one-stage diffusion, and the RH concentration in the shell portion 42 can be increased by the reduced thickness, and a high Br can be maintained. In addition, in this embodiment, the suppression of the decomposition reaction of the main phase is believed to suppress the consumption of RH near the surface of the magnet, and RH is believed to be more easily diffused to the inside of the magnet. As a result, the effect of improving HcJ by the diffusion of RH is enhanced, and it is believed that both high HcJ and high Br can be achieved.

また、RHが内部まで拡散し易くなる理由としては、第1拡散工程によるRLの拡散により、二粒子粒界6aが拡張したことが考えられる。RLによる粒界6の拡張により、第2拡散工程でRHが磁石内部まで浸透し易くなり、従来工法よりも高いHcJが得られると考えられる。さらに、本実施形態の製造方法では、RHの拡散前にRLを拡散させたことにより、第2拡散工程における主相粒子4の粒成長が抑制されると考えられ、当該粒成長の抑制効果が磁気特性の向上に寄与したと考えられる。 The reason why RH is more likely to diffuse into the magnet is thought to be that the diffusion of RL in the first diffusion step expands the two-particle grain boundary 6a. The expansion of the grain boundary 6 by RL makes it easier for RH to penetrate into the magnet in the second diffusion step, and it is thought that a higher HcJ can be obtained than with conventional methods. Furthermore, in the manufacturing method of this embodiment, RL is diffused before the diffusion of RH, which is thought to suppress the grain growth of the main phase particles 4 in the second diffusion step, and it is thought that the effect of suppressing this grain growth contributes to improving the magnetic properties.

なお、上記の粒界6の改質(分解反応の抑制、および、拡張)に関する原理は、あくまでも、推論であって、本願発明の効果は上記に限定されない。また、本実施形態の製造方法(2段階の粒界拡散処理)では、従来の永久磁石と同程度の磁気特性(特にHcJ)を得るために必要なRHの使用量を、削減することができる。前述したように、本実施形態の2段階の粒界拡散処理では、表面近傍のシェル厚みを薄くできると共に、RHを磁石内部のより深くまで拡散することができるためである。 The above-mentioned principle regarding the modification of the grain boundary 6 (suppression and expansion of the decomposition reaction) is merely speculation, and the effects of the present invention are not limited to the above. Furthermore, the manufacturing method of this embodiment (two-stage grain boundary diffusion treatment) can reduce the amount of RH required to obtain magnetic properties (particularly HcJ) equivalent to those of conventional permanent magnets. As described above, the two-stage grain boundary diffusion treatment of this embodiment can reduce the shell thickness near the surface and can diffuse RH deeper inside the magnet.

なお、製造時に使用する磁石基材20が所定の組成を有する場合、上述したBrやHcJの向上効果がより顕著となる。すなわち、磁石基材20(R-T-B系合金)において、Rの合計含有率が、27.5質量%以上、30.8質量%以下であり、Cuの含有率が、0.05質量%以上、0.5質量%以下であり、Bの含有率が、0.92質量%以上、1.03質量%以下である。当該組成では、一般的なR-T-B系合金の組成範囲に比べて、Rの合計含有率が低くなっている。このように、Rの含有率が低い磁石基材20を使用することで、2段階の粒界拡散処理によるBrやHcJの向上効果がより高くなる。 When the magnet base material 20 used during manufacturing has a specified composition, the above-mentioned effect of improving Br and HcJ becomes more pronounced. That is, in the magnet base material 20 (R-T-B alloy), the total content of R is 27.5 mass% or more and 30.8 mass% or less, the content of Cu is 0.05 mass% or more and 0.5 mass% or less, and the content of B is 0.92 mass% or more and 1.03 mass% or less. In this composition, the total content of R is lower than the composition range of a general R-T-B alloy. In this way, by using a magnet base material 20 with a low content of R, the effect of improving Br and HcJ by the two-stage grain boundary diffusion treatment becomes even greater.

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and can be modified in various ways within the scope of the present invention.

以下、実施例および比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below using examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

実験1
実験1では、磁石基材20の組成を振ると共に2段階の粒界拡散処理を実施して試料1~21に係るR-T-B系永久磁石を製造し、これら試料の磁気特性を評価した。
Experiment 1
In experiment 1, the composition of the magnet base material 20 was varied and a two-stage grain boundary diffusion treatment was carried out to produce RTB system permanent magnets according to samples 1 to 21, and the magnetic properties of these samples were evaluated.

(試料1~試料21)
まず、原料として、Nd,Pr,Tb,DyFe,電解鉄,低炭素フェロボロン合金を準備した。また、Al,Ga,Cu,Co,Zrを、純金属またはFeとの合金の形で準備した。そして、磁石基材20の組成が表2に示す組成となるように、上記の原料を秤量し、ストリップキャスト法により、原料合金を作製した。ここで得られた原料合金の厚みは、0.2mm~0.6mmであった。
(Samples 1 to 21)
First, Nd, Pr, Tb, DyFe, electrolytic iron, and a low carbon ferroboron alloy were prepared as raw materials. Furthermore, Al, Ga, Cu, Co, and Zr were prepared in the form of pure metal or alloy with Fe. Then, the above raw materials were weighed so that the composition of the magnet substrate 20 would be as shown in Table 2, and a raw material alloy was produced by a strip casting method. The thickness of the raw material alloy obtained here was 0.2 mm to 0.6 mm.

次いで、前記原料合金に対して室温で1時間、水素ガスをフローさせて水素を吸蔵させた。その後、雰囲気を水素ガスからArガスに切り替え、450℃で1時間、脱水素処理を行い、原料合金を水素粉砕した。粉砕後の原料合金については、冷却後にふるいを用いて分級し、400μm以下の粒度の粉末(粗粉砕材)とした。なお、試料20を除く他の試料の製造では、この水素吸蔵粉砕から後述する焼結工程までは、常に酸素濃度が200ppm以下の低酸素雰囲気とした。一方、試料20については、磁石基材20の酸素含有量が所定の量となるように各工程における酸素濃度を調整した。 Next, hydrogen gas was flowed through the raw alloy at room temperature for one hour to allow hydrogen to be absorbed. After that, the atmosphere was switched from hydrogen gas to Ar gas, and dehydrogenation was performed at 450°C for one hour, and the raw alloy was hydrogen-pulverized. After the pulverization, the raw alloy was cooled and classified using a sieve to obtain a powder (coarsely pulverized material) with a particle size of 400 μm or less. In the manufacture of the samples other than sample 20, a low-oxygen atmosphere with an oxygen concentration of 200 ppm or less was always used from this hydrogen absorption and pulverization to the sintering process described below. Meanwhile, for sample 20, the oxygen concentration was adjusted in each process so that the oxygen content of the magnet base material 20 was a predetermined amount.

次いで、前記粗粉砕材に対して、粉砕助剤としてオレイン酸アミドを添加して混合した。そして、この粗粉砕材を衝突板式のジェットミル装置を用いて窒素気流中で微粉砕し、平均粒径が3.9μm~4.2μm程度の微粉(原料合金粉末)を得た。当該微粉砕工程において、オレイン酸アミドの添加量は、磁石基材20中の炭素含有量が所望の範囲内となるように調整した。なお、上記の平均粒径は、レーザ回折式の粒度分布計で測定した平均粒径D50である。 Next, oleic acid amide was added as a grinding aid to the coarsely ground material and mixed. This coarsely ground material was then finely ground in a nitrogen gas flow using a collision plate type jet mill device to obtain fine powder (raw alloy powder) with an average particle size of approximately 3.9 μm to 4.2 μm. In this fine grinding process, the amount of oleic acid amide added was adjusted so that the carbon content in the magnet base material 20 was within the desired range. The above average particle size is the average particle size D50 measured using a laser diffraction type particle size distribution analyzer.

次いで、前記原料合金粉末を磁界中で成形して成形体を作製した。この際、印加磁場は1200kA/mの静磁界とし、成形時の加圧力は120MPaとして、磁界印加方向と加圧方向とを直交させるようにした。なお、この成形工程で得られた成形体の密度を測定したところ、全ての成形体の密度が4.10Mg/m以上4.25Mg/m以下の範囲内であった。 Next, the raw alloy powder was molded in a magnetic field to produce a compact. At this time, the applied magnetic field was a static magnetic field of 1200 kA/m, the pressing force during molding was 120 MPa, and the magnetic field application direction and the pressing direction were perpendicular to each other. When the density of the compacts obtained in this molding process was measured, the density of all the compacts was in the range of 4.10 Mg/ m3 to 4.25 Mg/ m3 .

次に、前記成形体を焼結し、R-T-B系合金からなる焼結体を得た。焼結条件は、組成により若干異なるが、真空中の雰囲気で、1040℃~1100℃の温度で4時間保持した。この焼結工程で得られた焼結密度は、すべての試料において、7.45Mg/m~7.55Mg/m以下の範囲であった。その後、前記焼結体をバーチカルにより15mm×10mm×5mm(磁化容易軸方向の厚み5mm)に加工して、磁石基材20を得た。 Next, the compact was sintered to obtain a sintered body made of an R-T-B alloy. The sintering conditions, which differed slightly depending on the composition, were maintained in a vacuum atmosphere at a temperature of 1040°C to 1100°C for 4 hours. The sintered density obtained in this sintering process was in the range of 7.45 Mg/ m3 to 7.55 Mg/ m3 for all samples. After that, the sintered body was vertically processed into a size of 15 mm x 10 mm x 5 mm (thickness in the direction of easy magnetization 5 mm) to obtain a magnet base material 20.

ここで、各試料における磁石基材20の平均組成を測定した。分析用のサンプルは、各試料をスタンプミルにより平均粒子径1mm程度の大きさに粉砕し、当該粉砕物を無作為に抽出することで得た。各種金属元素の含有率については、XRFおよびICPを用いて測定した。また、酸素の含有率は、不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法により測定し、炭素の含有率は、酸素気流中燃焼-赤外線吸収法により測定し、窒素の含有率は、不活性ガス融解-熱伝導度法により測定した。各試料の測定結果を表2に示す。なお、Feの含有率を残部としているのは、表2には記載していない元素の含有量をFeの含有量に含めてR,T,Bおよびmの合計を100質量%としているという意味である。 Here, the average composition of the magnet base material 20 in each sample was measured. Samples for analysis were obtained by crushing each sample to a size of about 1 mm average particle diameter using a stamp mill and randomly selecting the crushed material. The contents of various metal elements were measured using XRF and ICP. The oxygen content was measured by inert gas fusion-non-dispersive infrared absorption method, the carbon content was measured by combustion in oxygen gas flow-infrared absorption method, and the nitrogen content was measured by inert gas fusion-thermal conductivity method. The measurement results of each sample are shown in Table 2. The Fe content is the remainder, meaning that the contents of elements not listed in Table 2 are included in the Fe content, and the sum of R, T, B, and m is 100 mass%.

続いて、前記磁石基材20に対して、以下に示す流れで2段階の粒界拡散処理を施した。まず、表1に示す組成で、Nd(RL)を含む第1拡散材1Aと、Tb(RH)を含む第2拡散材2Kを作製した。これら拡散材は、いずれも、合金粉末とした。 Then, the magnet base material 20 was subjected to a two-stage grain boundary diffusion treatment in the following manner. First, a first diffusion material 1A containing Nd (RL) and a second diffusion material 2K containing Tb (RH) were prepared with the compositions shown in Table 1. Both of these diffusion materials were alloy powders.

次に、粒界拡散を行う前処理として、磁石基材20にエッチング処理を施した。具体的に、エタノール100質量%に対し硝酸3質量%とした混合溶液を準備し、磁石基材20を当該混合溶液に3分間浸漬させてエッチングした後、エタノールに1分間浸漬させて洗浄した。なお、上記のエッチングは、各試料につき2回実施した。 Next, as a pretreatment for grain boundary diffusion, the magnet substrate 20 was etched. Specifically, a mixed solution of 100% ethanol and 3% nitric acid by mass was prepared, and the magnet substrate 20 was immersed in the mixed solution for 3 minutes for etching, and then immersed in ethanol for 1 minute for cleaning. The above etching was performed twice for each sample.

次に、Ndを含む第1拡散材1A:75質量部と、アルコール:23質量部と、アクリル樹脂:2質量部と、を混錬し、第1ペーストを得た。この際使用したアルコールは溶媒であり、アクリル樹脂はバインダである。そして、当該第1ペーストを、磁石基材20の一対の磁極面の両方に塗布した。この際、第1ペーストの塗布量は、磁石基材20に付着するNdの総量が、磁石基材100質量部に対して、1.0質量部となるように調整した。第1拡散材1Aの塗布後、磁石基材20を、大気圧のAr雰囲気において、900℃で、10時間保持し、その後、急冷した(第1拡散工程)。なお、当該第1拡散工程の後には、1200番の研磨紙を用いて、磁石基材20の表面に存在する残渣が除去されるまで研磨した。 Next, 75 parts by mass of the first diffusion material 1A containing Nd, 23 parts by mass of alcohol, and 2 parts by mass of acrylic resin were kneaded to obtain a first paste. The alcohol used here was a solvent, and the acrylic resin was a binder. The first paste was then applied to both of the pair of magnetic pole faces of the magnet base material 20. The amount of the first paste applied was adjusted so that the total amount of Nd attached to the magnet base material 20 was 1.0 part by mass relative to 100 parts by mass of the magnet base material. After application of the first diffusion material 1A, the magnet base material 20 was held at 900°C for 10 hours in an Ar atmosphere at atmospheric pressure, and then rapidly cooled (first diffusion process). After the first diffusion process, the magnet base material 20 was polished with 1200 grit abrasive paper until the residue present on the surface of the magnet base material 20 was removed.

次に、Tbを含む第2拡散材2K:75質量部と、アルコール(溶媒):23質量部と、アクリル樹脂(バインダ):2質量部と、を混錬し、第2ペーストを得た。そして、当該第2ペーストを、磁石基材20の一対の磁極面の両方に塗布した。この際、第2ペーストの塗布量は、磁石基材20に付着するTbの総量が、磁石基材100質量部に対して、0.5質量部となるように調整した。第2拡散材2Kの塗布後、磁石基材20を、大気圧のAr雰囲気において、900℃で、10時間保持し、その後、急冷した(第2拡散工程)。そして、上記熱処理の後、磁石基材20を、大気圧のAr雰囲気中において、600℃で1時間熱処理し、その後、急冷した(時効工程)。なお、当該時効工程の後には、1200番の研磨紙を用いて、磁石基材20の表面に存在する残渣が除去されるまで研磨した。 Next, 75 parts by mass of the second diffusion material 2K containing Tb, 23 parts by mass of alcohol (solvent), and 2 parts by mass of acrylic resin (binder) were kneaded to obtain a second paste. The second paste was then applied to both of the pair of magnetic pole faces of the magnet base material 20. At this time, the amount of the second paste applied was adjusted so that the total amount of Tb attached to the magnet base material 20 was 0.5 parts by mass relative to 100 parts by mass of the magnet base material. After application of the second diffusion material 2K, the magnet base material 20 was held at 900°C for 10 hours in an Ar atmosphere at atmospheric pressure, and then quenched (second diffusion process). After the above heat treatment, the magnet base material 20 was heat treated at 600°C for 1 hour in an Ar atmosphere at atmospheric pressure, and then quenched (aging process). After the aging process, the magnet base material 20 was polished using 1200 grit abrasive paper until the residue present on the surface of the magnet base material 20 was removed.

以上の工程により試料1~21に係るR-T-B系永久磁石2を得た。当該R-T-B系永久磁石2の平均組成は、上述した磁石基材20の平均組成と同様の方法で測定した。測定した結果を表4に示す。 The above steps resulted in the R-T-B system permanent magnets 2 relating to samples 1 to 21. The average composition of the R-T-B system permanent magnets 2 was measured in the same manner as the average composition of the magnet substrate 20 described above. The measurement results are shown in Table 4.

また、実施形態で述べた方法により、磁極面から深さ100μmの断面におけるシェル部42の最大厚みt1(20個粒子を計測した結果の平均値)を測定した。測定結果を表4に示す。 In addition, the maximum thickness t1 (average value of the results of measuring 20 particles) of the shell portion 42 at a cross section 100 μm deep from the magnetic pole surface was measured using the method described in the embodiment. The measurement results are shown in Table 4.

さらに、得られたR-T-B系永久磁石2については、4000kA/mのパルス磁場により着磁し、その後、BHトレーサを用いて各試料の残留磁束密度Br(mT)と、保磁力HcJ(kA/m)と、角型比Hk/HcJ(%)とを測定した。なお、本実施例において、Hk/HcJは、磁化JがBrの90%となったときの磁場の大きさをHk(kA/m)として測定した。Brは、1450mT以上を特に良好と判断し、HcJは、1800以上を特に良好と判断し、Hk/HcJは、95%以上を特に良好と判断した。各試料1~21の測定結果を表4に示す。 The obtained R-T-B system permanent magnet 2 was further magnetized in a pulsed magnetic field of 4000 kA/m, and then the residual magnetic flux density Br (mT), coercive force HcJ (kA/m), and squareness ratio Hk/HcJ (%) of each sample were measured using a BH tracer. In this example, Hk/HcJ was measured by taking the magnitude of the magnetic field Hk (kA/m) when the magnetization J was 90% of Br. Br was judged to be particularly good when it was 1450 mT or more, HcJ was judged to be particularly good when it was 1800 or more, and Hk/HcJ was judged to be particularly good when it was 95% or more. The measurement results for each of samples 1 to 21 are shown in Table 4.

なお、表4には、記載していないが、各試料の内部におけるRH(Tb)、RL(Nd)、M(Cu)の濃度分布の有無を調査した。その結果、すべての試料1~21において、Ndの含有率、Tbの含有率、Cuの含有率が、磁極面から深さ方向に向かって漸減していることが確認できた。 Although not shown in Table 4, the presence or absence of concentration distribution of RH (Tb), RL (Nd), and M (Cu) inside each sample was investigated. As a result, it was confirmed that in all samples 1 to 21, the Nd content, Tb content, and Cu content gradually decreased from the pole surface toward the depth direction.

(比較例)
実験1では、表3,表4に示すように、比較例1,2,6,7,10,11,14,16,17,20,21,22に係るR-T-B系永久磁石を製造した。具体的に、比較例1,2,6,7,10,11,14,16,17,20,21では、それぞれ、上記の試料1,2,6,7,10,11,14,16,17,20,21と同様の組成で磁石基材を作製し、当該磁石基材に対して、Tbを含む拡散材2Kのみを用いて1段階のみの粒界拡散処理を施した。なお、比較例1~21と試料1~21とで、番号が対応しており、同じ番号の試料と比較例とは、磁石基材の組成が同程度となっている。
Comparative Example
In experiment 1, as shown in Tables 3 and 4, R-T-B system permanent magnets according to comparative examples 1, 2, 6, 7, 10, 11, 14, 16, 17, 20, 21, and 22 were manufactured. Specifically, in comparative examples 1, 2, 6, 7, 10, 11, 14, 16, 17, 20, and 21, magnet base materials were manufactured with the same compositions as the above-mentioned samples 1, 2, 6, 7, 10, 11, 14, 16, 17, 20, and 21, respectively, and the magnet base materials were subjected to only one stage of grain boundary diffusion treatment using only the diffusion material 2K containing Tb. Note that numbers correspond to comparative examples 1 to 21 and samples 1 to 21, and the compositions of the magnet base materials of the samples and comparative examples with the same numbers are approximately the same.

また、比較例22では、試料1と同じ組成Aの磁石基材を作製した後、第1拡散工程でTb(RH)を含む拡散材2Kを拡散させ、第2工程でNd(RL)を含む拡散材1Aを拡散させた。すなわち、比較例22では、RHとRLの拡散の順序が試料1とは逆である。 In addition, in Comparative Example 22, a magnet base material with the same composition A as Sample 1 was produced, and then a diffusion material 2K containing Tb (RH) was diffused in the first diffusion step, and a diffusion material 1A containing Nd (RL) was diffused in the second diffusion step. That is, in Comparative Example 22, the order of diffusion of RH and RL is reversed from that of Sample 1.

上記の比較例において、上述した以外の実験条件は、試料1~21と共通しており、試料1~21と同様の評価を行った。比較例の評価結果を表3および表5に示す。 In the above comparative example, the experimental conditions other than those mentioned above were the same as those of samples 1 to 21, and evaluations were performed in the same manner as samples 1 to 21. The evaluation results of the comparative example are shown in Tables 3 and 5.

Figure 0007555871000001
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Figure 0007555871000002
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Figure 0007555871000003
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Figure 0007555871000004
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Figure 0007555871000005
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表4と表5の結果に示すように、対応する番号の試料1~21と比較例1~21とを対比すると、2段階の粒界拡散処理を実施した試料1~21では、対応する番号の比較例よりも磁気特性が向上していることが確認でき、特にBrを維持しつつHcJが向上していることが確認できる。この結果から、2段階の粒界拡散処理により、高いBrと高いHcJとが得られることが確認できた。 As shown in the results of Tables 4 and 5, when comparing Samples 1 to 21 with Comparative Examples 1 to 21 of the corresponding numbers, it can be confirmed that Samples 1 to 21, which underwent a two-stage grain boundary diffusion treatment, have improved magnetic properties compared to the Comparative Examples of the corresponding numbers, and in particular that HcJ is improved while maintaining Br. From these results, it can be confirmed that a high Br and a high HcJ can be obtained by the two-stage grain boundary diffusion treatment.

また、1段階の粒界拡散処理のみを実施した比較例1~21では、表面近傍のシェル部の最大厚みt1が0.5μmを超過しており、2段階の粒界拡散処理をした試料1~21では、t1が0.5μm以下となっていることが確認できた。実際に図6が、試料1で得られたR-T-B系永久磁石2のSEM写真であり、図7が比較例1で得られたR-T-B系永久磁石のSEM写真である。 In addition, it was confirmed that in Comparative Examples 1 to 21, in which only one stage of grain boundary diffusion treatment was performed, the maximum thickness t1 of the shell portion near the surface exceeded 0.5 μm, while in Samples 1 to 21, in which two stages of grain boundary diffusion treatment were performed, t1 was 0.5 μm or less. In fact, Figure 6 is an SEM photograph of the R-T-B system permanent magnet 2 obtained in Sample 1, and Figure 7 is an SEM photograph of the R-T-B system permanent magnet obtained in Comparative Example 1.

図7の比較例1のSEM写真では、図6のSEM写真よりも厚いシェルが形成されていることが確認でき、特に表面側でシェルが厚くなっていることがわかる。これに対して、図6に示す試料1のSEM写真では、比較例1よりも明らかにシェル部42の厚みが薄くなっていることが確認できた。この結果から、2段階の粒界拡散処理により、RHが濃化しているシェル部42の厚みを薄くすることができ、表面近傍のシェル部42の厚みを所定の厚み以下(t1≦0.5μm)とすることで、高いBrと高いHcJとを両立して実現できることがわかった。 In the SEM photograph of Comparative Example 1 in FIG. 7, it can be seen that a thicker shell is formed than in the SEM photograph of FIG. 6, and that the shell is particularly thick on the surface side. In contrast, in the SEM photograph of Sample 1 shown in FIG. 6, it can be seen that the thickness of shell portion 42 is clearly thinner than in Comparative Example 1. From this result, it was found that the thickness of shell portion 42, where RH is concentrated, can be reduced by the two-stage grain boundary diffusion treatment, and that by setting the thickness of shell portion 42 near the surface to a predetermined thickness or less (t1≦0.5 μm), it is possible to achieve both high Br and high HcJ.

なお、試料1~21の評価結果を対比すると、磁石基材20およびR-T-B系永久磁石2が所定の組成範囲にある場合に、1450mT≦Brで、かつ、1800kA/m≦HcJを満足しており、よりBrおよびHcJが向上する傾向となった。 Comparing the evaluation results of samples 1 to 21, when the magnet base material 20 and the R-T-B permanent magnet 2 were within a specified composition range, 1450 mT≦Br and 1800 kA/m≦HcJ were satisfied, and Br and HcJ tended to improve.

すなわち、磁石基材20の平均組成としては、Rの合計含有率が、27.5質量%以上、30.8質量%以下であることが好ましく、Cuの含有率が、0.05質量%以上、0.5質量%以下であることが好ましく、Bの含有率が、0.92質量%以上、1.03質量%以下であることが好ましいことがわかった。 That is, it was found that the average composition of the magnet base material 20 is preferably such that the total content of R is 27.5 mass% or more and 30.8 mass% or less, the content of Cu is preferably 0.05 mass% or more and 0.5 mass% or less, and the content of B is preferably 0.92 mass% or more and 1.03 mass% or less.

また、粒界拡散後のR-T-B系永久磁石2の平均組成としては、Rの合計含有率が、28.4質量%以上、31.9質量%以下であることが好ましく、Cuの含有率が、0.2質量%以上、0.7質量%以下であることが好ましく、Bの含有率が、0.92質量%以上、1.03質量%以下であることが好ましいことがわかった。 In addition, it was found that the average composition of the R-T-B system permanent magnet 2 after grain boundary diffusion is preferably such that the total R content is 28.4 mass% or more and 31.9 mass% or less, the Cu content is preferably 0.2 mass% or more and 0.7 mass% or less, and the B content is preferably 0.92 mass% or more and 1.03 mass% or less.

なお、比較例22では、表層近傍におけるシェル部の最大厚みが、0.5μm超過であり、磁気特性が十分に向上していない結果となった。この結果から、2段階でRHとRLとを粒界拡散させたとしても、RHを粒界拡散させた後に、RLを粒界拡散させた場合には、厚いシェル部の生成を抑制できず、十分な磁気特性が得られないことがわかった。 In Comparative Example 22, the maximum thickness of the shell portion near the surface exceeded 0.5 μm, resulting in insufficient improvement in magnetic properties. From these results, it was found that even if RH and RL are subjected to grain boundary diffusion in two stages, if RL is subjected to grain boundary diffusion after RH, the generation of a thick shell portion cannot be suppressed, and sufficient magnetic properties cannot be obtained.

比較例22のようにRLよりも前にRHを拡散させた場合に十分な磁気特性の向上が得られなかった理由は、必ずしも明らかではないが、以下の事由が考えられる。まず、1段階のみの粒界拡散(比較例1)と同様に、RLの拡散の前にRHを拡散させた際に、高濃度のRHが、R14B結晶と接し、R14B結晶の分解反応が活発に起こったと考えられる。これにより表面近傍に厚いシェル部が形成され、Brの低下を招いたと考えられる。また、RHの拡散後にRLを拡散させたことで、1段階目の拡散工程で形成されたRHを含むシェル部が部分的に破壊され、HcJの向上効果が弱まったと考えられる。さらに、RLを拡散させたことにより、RHを含むシェル部の厚みが増すとともに、シェル部におけるRH濃度が低下し、HcJの向上効果が弱まったと考えられる。 The reason why the magnetic properties were not sufficiently improved when RH was diffused before RL as in Comparative Example 22 is not necessarily clear, but the following reasons are considered. First, as in the case of the grain boundary diffusion with only one stage (Comparative Example 1), when RH was diffused before the diffusion of RL, it is considered that the high concentration of RH came into contact with the R 2 T 14 B crystal, and the decomposition reaction of the R 2 T 14 B crystal actively occurred. This is considered to have formed a thick shell portion near the surface, leading to a decrease in Br. In addition, it is considered that the shell portion including RH formed in the first diffusion step was partially destroyed by diffusing RL after the diffusion of RH, and the improvement effect of HcJ was weakened. Furthermore, it is considered that the thickness of the shell portion including RH increased and the RH concentration in the shell portion decreased due to the diffusion of RL, thereby weakening the improvement effect of HcJ.

以上のとおり、RHを先に拡散させる2段階拡散(比較例22)では、シェル部の厚みが増すと共に、シェル部におけるRH濃度が低下すると考えられる。その結果、Brが低下すると共に、十分なHcJの向上が図れなかったと考えられる。 As described above, in the two-stage diffusion (Comparative Example 22) where RH is diffused first, it is believed that as the thickness of the shell increases, the RH concentration in the shell decreases. As a result, it is believed that Br decreases and sufficient improvement in HcJ cannot be achieved.

(実験2)
実験2では、表6に示す複数種の拡散材を作製し、表7に示す拡散材の組み合わせで2段階の粒界拡散処理を実施した。実験2では、磁石基材20の組成を実験1における試料1の組成Aと共通としており、拡散材の組成を変更した以外は、実験1と同様の条件でR-T-B系永久磁石2を作製した。実験2における各試料25~36の評価結果を表7に示す。
(Experiment 2)
In experiment 2, several types of diffusion materials shown in Table 6 were prepared, and a two-stage grain boundary diffusion process was carried out using the combinations of diffusion materials shown in Table 7. In experiment 2, the composition of magnet base material 20 was the same as composition A of sample 1 in experiment 1, and R-T-B system permanent magnet 2 was prepared under the same conditions as in experiment 1, except that the composition of the diffusion material was changed. The evaluation results of samples 25 to 36 in experiment 2 are shown in Table 7.

Figure 0007555871000006
Figure 0007555871000006

Figure 0007555871000007
Figure 0007555871000007

表7に示すように実験2の試料25~36では、いずれも、シェル部42の最大厚みt1が0.2μm以下と薄くなり、1450mT≦Brで、かつ、1800kA/m≦HcJであった。この結果から、拡散材(11,12)が表6に示す組成の範囲にある場合、BrとHcJとを両立して向上できることがわかった。なお、表7には記していないが、実験2の全ての試料25~36において、RLの含有率、RHの含有率、M元素の含有率が、磁極面から深さ方向に向かって漸減していることが確認できた。 As shown in Table 7, in all of samples 25 to 36 in experiment 2, the maximum thickness t1 of the shell portion 42 was thin, at 0.2 μm or less, and 1450 mT≦Br and 1800 kA/m≦HcJ. From these results, it was found that when the diffusion material (11, 12) is within the composition range shown in Table 6, it is possible to improve both Br and HcJ. Although not shown in Table 7, it was confirmed that in all of samples 25 to 36 in experiment 2, the RL content, RH content, and M element content gradually decreased from the pole face toward the depth direction.

また、試料35と試料36とを対比すると、拡散させるRHとしては、DyよりもTbがより効果的であることがわかった。なお、Dyを拡散させた試料36では、Tbを拡散させた他の試料(25~35)に比べてHcJが低いが、1段階のみの粒界拡散処理でDyを拡散させた場合よりも高いHcJが得られることが確認できた。 In addition, comparing sample 35 and sample 36, it was found that Tb was more effective than Dy as the RH to be diffused. It was also confirmed that sample 36, in which Dy was diffused, had a lower HcJ than the other samples (25-35) in which Tb was diffused, but that a higher HcJ was obtained than when Dy was diffused in only one grain boundary diffusion process.

2 … R-T-B系永久磁石
2a … 主面(磁極面)
2b … 側面
4 … 主相粒子
4a … コアシェル粒子
41 … コア部
42 … シェル部
6 … 粒界
6a … 二粒子粒界
6b … 粒界多重点
20 … 磁石基材
20a … 主面
20b … 側面
50 … IPMモータ
51 … 回転子
52 … ステータコア
53 … ギャップ
54 … コイル
101 … EV車
102 … HV車
60 … インバータ
70 … バッテリ
80 … エンジン
90 … 発電機
2... RTB system permanent magnet 2a... Principal surface (magnetic pole surface)
2b ... side surface 4 ... main phase grain 4a ... core-shell grain 41 ... core portion 42 ... shell portion 6 ... grain boundary 6a ... two-particle grain boundary 6b ... grain boundary multiple point 20 ... magnet substrate 20a ... main surface 20b ... side surface 50 ... DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS IPM motor 51 rotor 52 stator core 53 gap 54 coil 101 EV vehicle 102 HV vehicle 60 inverter 70 battery 80 engine 90 generator

Claims (12)

R-T-B系合金を含む磁石基材を準備する工程と、
少なくとも1種の軽希土類元素を含む第1拡散材を、前記磁石基材の少なくとも一部の表面に付着させ、前記第1拡散材が付着した前記磁石基材を加熱する第1拡散工程と、
前記第1拡散工程の後に、少なくとも1種の重希土類元素を含む第2拡散材を、前記磁石基材の少なくとも一部の前記表面に付着させ、前記第2拡散材が付着した前記磁石基材を加熱する第2拡散工程と、を有するR-T-B系永久磁石の製造方法であって、
前記磁石基材に含まれる前記R-T-B系合金は、RとしてNdを必須とする1種以上の希土類元素と、TとしてFeを必須とする1種以上の鉄族元素と、ホウ素と、Cuと、を含み、
前記R-T-B系合金において、
Rの合計含有率が、27.5質量%以上、30.8質量%以下であり、
Cuの含有率が、0.05質量%以上、0.5質量%以下であり、
Bの含有率が、0.92質量%以上、1.03質量%以下であり、
前記第1拡散材は、前記軽希土類元素として、NdおよびPrからなる群から選択される1種以上の元素を含み、
前記第2拡散材が前記重希土類元素とMとを含むRH-M合金であり、
前記Mが、前記軽希土類元素との共晶温度が800℃以下となる元素であり、
前記第2拡散材に含まれ、かつ、前記軽希土類元素との共晶温度が800℃以下となる元素がMg,Co,Ni,Cu,Clから選択される1種以上であり、
前記RH-M合金に含まれる前記軽希土類元素の含有率が0質量%以上22.5質量%以下であるR-T-B系永久磁石の製造方法。
preparing a magnet substrate containing an R-T-B based alloy;
a first diffusion step of attaching a first diffusion material containing at least one light rare earth element to at least a part of a surface of the magnet base material, and heating the magnet base material to which the first diffusion material is attached;
a second diffusion step of adhering a second diffusion material containing at least one heavy rare earth element to at least a part of the surface of the magnet base material after the first diffusion step, and heating the magnet base material to which the second diffusion material is adhered,
The R-T-B based alloy contained in the magnet base material contains one or more rare earth elements as R, with Nd being essential, one or more iron group elements as T, with Fe being essential, boron, and Cu;
In the R-T-B based alloy,
The total content of R is 27.5 mass% or more and 30.8 mass% or less,
The Cu content is 0.05 mass% or more and 0.5 mass% or less,
The content of B is 0.92 mass% or more and 1.03 mass% or less,
The first diffusing material contains one or more elements selected from the group consisting of Nd and Pr as the light rare earth element,
the second diffusible material is an RH-M alloy containing the heavy rare earth element and M,
The M is an element having a eutectic temperature with the light rare earth element of 800° C. or less,
the second diffusive material includes one or more elements having a eutectic temperature with the light rare earth element of 800° C. or less selected from the group consisting of Mg, Co, Ni, Cu, and Cl;
The method for producing an RTB system permanent magnet, in which the content of the light rare earth element contained in the RH-M alloy is 0 mass % or more and 22.5 mass % or less.
前記第2拡散材は、前記重希土類元素として、TbおよびDyからなる群から選択される1種以上の元素を含む請求項1に記載のR-T-B系永久磁石の製造方法。 The method for manufacturing an R-T-B system permanent magnet according to claim 1, wherein the second diffusion material contains one or more elements selected from the group consisting of Tb and Dy as the heavy rare earth element. 前記第1拡散材は、前記軽希土類元素と前記Mとを含有するRL-M合金を含み、
前記RL-M合金において、
RLが、前記軽希土類元素である請求項1または2に記載のR-T-B系永久磁石の製造方法。
the first diffusible material includes an RL-M alloy containing the light rare earth element and the M,
In the RL-M alloy,
3. The method for producing an RTB system permanent magnet according to claim 1, wherein RL is the light rare earth element.
R-T-B系合金を含む磁石基材を準備する工程と、
少なくとも1種の軽希土類元素を含む第1拡散材を、前記磁石基材の少なくとも一部の表面に付着させ、前記第1拡散材が付着した前記磁石基材を加熱する第1拡散工程と、
前記第1拡散工程の後に、少なくとも1種の重希土類元素を含む第2拡散材を、前記磁石基材の少なくとも一部の前記表面に付着させ、前記第2拡散材が付着した前記磁石基材を加熱する第2拡散工程と、を有するR-T-B系永久磁石の製造方法であって、
前記磁石基材に含まれる前記R-T-B系合金は、RとしてNdを必須とする1種以上の希土類元素と、TとしてFeを必須とする1種以上の鉄族元素と、ホウ素と、Cuと、を含み、
前記R-T-B系合金において、
Rの合計含有率が、27.5質量%以上、30.8質量%以下であり、
Cuの含有率が、0.05質量%以上、0.5質量%以下であり、
Bの含有率が、0.92質量%以上、1.03質量%以下であり、
前記第1拡散材は、前記軽希土類元素とMとを含有するRL-M合金を含み、
前記RL-M合金において、
RLが、前記軽希土類元素であり、
前記Mが、前記RLとの共晶温度が800℃以下の元素であり、
前記第1拡散材は、前記軽希土類元素として、NdおよびPrからなる群から選択される1種以上の元素を含み、
前記第2拡散材がTbH2、Tbの純金属、または、Dyの純金属であるR-T-B系永久磁石の製造方法。
preparing a magnet substrate containing an R-T-B based alloy;
a first diffusion step of attaching a first diffusion material containing at least one light rare earth element to at least a part of a surface of the magnet base material, and heating the magnet base material to which the first diffusion material is attached;
a second diffusion step of adhering a second diffusion material containing at least one heavy rare earth element to at least a part of the surface of the magnet base material after the first diffusion step, and heating the magnet base material to which the second diffusion material is adhered,
The R-T-B based alloy contained in the magnet base material contains one or more rare earth elements as R, with Nd being essential, one or more iron group elements as T, with Fe being essential, boron, and Cu;
In the R-T-B based alloy,
The total content of R is 27.5 mass% or more and 30.8 mass% or less,
The Cu content is 0.05 mass% or more and 0.5 mass% or less,
The content of B is 0.92 mass% or more and 1.03 mass% or less,
the first diffusible material includes an RL-M alloy containing the light rare earth element and M,
In the RL-M alloy,
R is the light rare earth element,
The M is an element having a eutectic temperature with the RL of 800° C. or less,
The first diffusing material contains one or more elements selected from the group consisting of Nd and Pr as the light rare earth element,
A method for producing an RTB system permanent magnet, wherein the second diffusible material is TbH 2 , pure Tb metal, or pure Dy metal.
前記第1拡散材には、重希土類元素が実質的に含有されていない請求項1~のいずれかに記載のR-T-B系永久磁石の製造方法。 5. The method for producing an RTB system permanent magnet according to claim 1, wherein the first diffusion material does not substantially contain a heavy rare earth element. RがNdを必須とする1種以上の軽希土類元素および1種以上の重希土類元素であり、TがFeを必須とする1種以上の鉄族元素であり、Bがホウ素であるR-T-B系永久磁石であって、
前記R-T-B系永久磁石には、複数のコアシェル粒子が含まれ、
複数の前記コアシェル粒子は、それぞれ、R214B結晶を含むコア部と、前記コア部を被覆しており前記コア部よりも前記重希土類元素の含有比が高いシェル部と、を有し、
前記R-T-B系永久磁石の表面から深さ100μmの位置における断面では、前記シェル部の最大厚みが、平均で、0.5μm以下であり、
前記R-T-B系永久磁石の前記表面から深さ方向に向かって、前記軽希土類元素の含有率、および、前記重希土類元素の含有率が、いずれも低下する濃度分布を有し、
残留磁束密度が1450mT以上で、かつ、保磁力が1800kA/m以上であるR-T-B系永久磁石。
An R-T-B system permanent magnet in which R is one or more light rare earth elements essentially consisting of Nd and one or more heavy rare earth elements, T is one or more iron group elements essentially consisting of Fe, and B is boron,
The R-T-B based permanent magnet includes a plurality of core-shell particles,
Each of the core-shell particles has a core portion containing an R2T14B crystal and a shell portion covering the core portion and having a higher content of the heavy rare earth element than the core portion,
In a cross section at a depth of 100 μm from the surface of the R-T-B system permanent magnet, the maximum thickness of the shell portion is, on average, 0.5 μm or less,
the R-T-B system permanent magnet has a concentration distribution in which the content of the light rare earth element and the content of the heavy rare earth element both decrease from the surface toward the depth direction,
An RTB system permanent magnet having a residual magnetic flux density of 1450 mT or more and a coercive force of 1800 kA/m or more.
前記軽希土類元素との共晶温度が800℃以下であるMが含まれ、
前記R-T-B系永久磁石の前記表面から深さ方向に向かって、前記Mの含有率が低下する濃度分布を有する請求項に記載のR-T-B系永久磁石。
M having a eutectic temperature with the light rare earth element of 800° C. or less is included,
7. The R-T-B system permanent magnet according to claim 6 , having a concentration distribution in which the M content decreases from the surface toward the depth direction of the R-T-B system permanent magnet.
前記R-T-B系永久磁石には、さらに、Cuが含まれ、
Rの合計含有率が、28.4質量%以上、32.0質量%以下、
Cuの含有率が、0.2質量%以上、0.7質量%以下、
Bの含有率が、0.92質量%以上、1.03質量%以下である請求項6または7に記載のR-T-B系永久磁石。
The R-T-B system permanent magnet further contains Cu,
The total content of R is 28.4 mass% or more and 32.0 mass% or less,
The content of Cu is 0.2% by mass or more and 0.7% by mass or less,
8. The R-T-B system permanent magnet according to claim 6 , wherein the B content is 0.92 mass % or more and 1.03 mass % or less.
前記重希土類元素が、Tbまたは/およびDyである請求項6~8のいずれかに記載のR-T-B系永久磁石。 9. The RTB system permanent magnet according to claim 6 , wherein the heavy rare earth element is Tb and/or Dy. 前記軽希土類元素として、さらにPrが含まれる請求項6~9のいずれかに記載のR-T-B系永久磁石。 10. The RTB system permanent magnet according to claim 6 , further comprising Pr as the light rare earth element. 請求項6~10のいずれかに記載のR-T-B系永久磁石を有するモータ。 A motor having the RTB system permanent magnet according to any one of claims 6 to 10 . 請求項11に記載のモータを有する自動車。
A motor vehicle comprising the motor according to claim 11 .
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