JP7779184B2 - Method for manufacturing RTB based sintered magnet - Google Patents
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Description
本願は、R-T-B系焼結磁石の製造方法に関する。 This application relates to a method for producing R-T-B based sintered magnets.
R-T-B系焼結磁石(Rは希土類元素であり、Nd、PrおよびCeからなる群から選択される少なくとも1つを必ず含み、Tは遷移金属の少なくとも1つでありFeを必ず含む、Bはホウ素である)は、R2Fe14B型結晶構造を有する化合物の主相と、この主相の粒界部分に位置する粒界相および微量添加元素や不純物の影響により生成する化合物相とから構成されている。R-T-B系焼結磁石は、高い残留磁束密度Br(以下、単に「Br」と記載する場合がある)と、高い保磁力HcJ(以下、単に「HcJ」と記載する場合がある)を示し、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られている。このため、R-T-B系焼結磁石は、電気自動車(EV、HV、PHV)等の自動車分野、風力発電等の再生可能エネルギー分野、家電分野、産業分野等のさまざまなモーターに使用されている。R-T-B系焼結磁石は、これらモーターの小型・軽量化、高効率・省エネルギー化(エネルギー効率の改善)に欠かせない材料である。また、R-T-B系焼結磁石は、電気自動車用の駆動モーターに使用されており、内燃機関エンジン自動車から電気自動車へ代替されることで、二酸化炭素等の温室効果ガスの削減(燃料・排ガスの削減)による地球温暖化防止にも寄与している。このように、R-T-B系焼結磁石は、クリーンエネルギー社会の実現に大きく貢献している。 R-T-B based sintered magnets (R is a rare earth element that must contain at least one selected from the group consisting of Nd, Pr, and Ce; T is at least one transition metal that must contain Fe; and B is boron) are composed of a main phase of a compound having an R2Fe14B crystal structure, a grain boundary phase located at the grain boundaries of this main phase, and a compound phase formed by the influence of trace additive elements and impurities. R-T-B based sintered magnets exhibit high remanence B r (hereinafter sometimes simply referred to as "B r ") and high coercivity H cJ (hereinafter sometimes simply referred to as "H cJ "), and are known as the highest-performance permanent magnets. For this reason, R-T-B based sintered magnets are used in a variety of motors in the automotive field, such as electric vehicles (EVs, HVs, PHVs), renewable energy fields such as wind power generation, home appliances, and industrial fields. R-T-B based sintered magnets are an essential material for making these motors smaller, lighter, more efficient, and more energy-efficient (improving energy efficiency). Furthermore, R-T-B based sintered magnets are used in the drive motors of electric vehicles, and the replacement of internal combustion engine vehicles with electric vehicles contributes to the prevention of global warming by reducing greenhouse gases such as carbon dioxide (reducing fuel and exhaust gases). In this way, R-T-B based sintered magnets are making a significant contribution to the realization of a clean energy society.
このようなR-T-B系焼結磁石は、合金粉末を準備する工程、合金粉末をプレス成形して粉末成形体を作製する工程、粉末成形体を焼結する工程などの工程を経て製造される。 Such R-T-B based sintered magnets are manufactured through processes such as preparing alloy powder, press-molding the alloy powder to create a powder compact, and sintering the powder compact.
特許文献1は、このようなR-T-B系焼結磁石の一例を開示している。 Patent Document 1 discloses an example of such an R-T-B based sintered magnet.
近年、R-T-B系焼結磁石の材料開発および製造方法の改良により、HcJおよび角型比Hk/HcJは上昇してきたが、製造条件のばらつきによって予期せず低下する場合がある。本発明者の検討の結果、このようなHcJおよび角型比Hk/HcJの変動は、焼結工程後に行う熱処理の仕方に依存することがわかった。 In recent years, HcJ and the squareness ratio Hk / HcJ have increased thanks to the development of materials and improvements in manufacturing methods for R-T-B based sintered magnets, but variations in manufacturing conditions can sometimes cause unexpected decreases. As a result of the inventors' investigations, it has been found that such fluctuations in HcJ and the squareness ratio Hk / HcJ depend on the method of heat treatment performed after the sintering process.
本開示の実施形態は、上記の課題を解決することが可能なR-T-B系焼結磁石の製造方法を提供する。 Embodiments of the present disclosure provide a method for producing R-T-B based sintered magnets that can solve the above problems.
本開示のR-T-B系焼結磁石の製造方法は、例示的な実施形態において、希土類元素を含む合金粉末の成形体を準備する工程と、前記成形体を焼結して焼結体を作製する焼結工程と、熱処理炉内において、前記焼結体を300℃以上400℃未満の第1温度で、30分以上900分以下の間、熱処理する第1熱処理工程と、前記熱処理炉内において、前記焼結体を400℃以上500℃以下の第2温度で、30分以上900分以下の間、熱処理する第2熱処理工程と、を含む。前記第1温度と前記第2温度との差は、50℃以上である。前記合金粉末の組成は、R(Rは希土類元素であり、Nd、PrおよびCeからなる群から選択された少なくとも1つを必ず含む)、T(TはFe、Co、Al、Mn、およびSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含む)、B並びにCu、Ga、Ni、Ag、Zn、Snからなる群から選択された少なくとも1つを含有し、Bに対するTのmol比[T]/[B]は14.0超である。 In an exemplary embodiment, the method for producing an R-T-B based sintered magnet disclosed herein includes the steps of: preparing a compact of alloy powder containing a rare earth element; sintering the compact to produce a sintered body; a first heat treatment step of heat-treating the sintered body in a heat treatment furnace at a first temperature of 300°C or higher but lower than 400°C for 30 minutes or higher but not exceeding 900 minutes; and a second heat treatment step of heat-treating the sintered body in the heat treatment furnace at a second temperature of 400°C or higher but not exceeding 500°C for 30 minutes or higher but not exceeding 900 minutes. The difference between the first temperature and the second temperature is 50°C or higher. The alloy powder has a composition containing R (R is a rare earth element and must contain at least one selected from the group consisting of Nd, Pr, and Ce), T (T is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Al, Mn, and Si and must contain Fe), B, and at least one selected from the group consisting of Cu, Ga, Ni, Ag, Zn, and Sn, and the molar ratio of T to B [T]/[B] is greater than 14.0.
ある実施形態において、前記第1温度は、390℃未満であり、前記第2温度は、460℃以上である。 In one embodiment, the first temperature is less than 390°C and the second temperature is 460°C or higher.
ある実施形態において、前記第1温度から前記第2温度までの昇温レートは、0.5℃/分以上30℃/分以下である。 In one embodiment, the rate of temperature rise from the first temperature to the second temperature is 0.5°C/min or more and 30°C/min or less.
本開示の実施形態によれば、焼結工程後に行う熱処理工程によるHcJおよび角型比Hk/HcJのばらつきを抑制し、高性能なR-T-B系焼結磁石を安定して製造することが可能になる。 According to the embodiments of the present disclosure, it is possible to suppress variations in H cJ and squareness ratio H k /H cJ due to the heat treatment process carried out after the sintering process, and to stably produce high-performance RTB based sintered magnets.
以下、本開示によるR-T-B系焼結磁石の製造方法の実施形態を説明する。 Below, an embodiment of a method for producing an R-T-B based sintered magnet according to the present disclosure will be described.
本実施形態に係るR-T-B系焼結磁石において、Rは希土類元素であり、Nd、PrおよびCeからなる群から選択される少なくとも1つを必ず含む。また、Tは遷移金属の少なくとも1つでありFeを必ず含む。 In the R-T-B based sintered magnet according to this embodiment, R is a rare earth element and always contains at least one element selected from the group consisting of Nd, Pr, and Ce. Furthermore, T is at least one transition metal and always contains Fe.
本実施形態におけるR-T-B系焼結磁石の製造は、図1に示すように、
・希土類元素を含む合金粉末の成形体を準備する工程(S10)と、
・成形体を焼結して焼結体を作製する焼結工程(S20)と、
・熱処理炉内において、焼結体を300℃以上400℃未満の第1温度で、30分以上900分以下の間、熱処理する第1熱処理工程(S30)と、
・熱処理炉内において、焼結体を400℃以上500℃以下の第2温度で、30分以上900分以下の間、熱処理する第2熱処理工程(S40)と、
を含む。
The RTB based sintered magnet of this embodiment is produced as shown in FIG.
A step (S10) of preparing a compact of alloy powder containing a rare earth element;
A sintering step (S20) of sintering the compact to produce a sintered body;
A first heat treatment step (S30) of heat treating the sintered body in a heat treatment furnace at a first temperature of 300 ° C. or higher and lower than 400 ° C. for 30 minutes or longer and 900 minutes or shorter;
A second heat treatment step (S40) of heat treating the sintered body in a heat treatment furnace at a second temperature of 400°C or higher and 500°C or lower for 30 minutes or higher and 900 minutes or lower;
Includes.
ここで、第1温度と第2温度との差は、50℃以上である。以下、第1熱処理工程(S30)および第2熱処理工程(S40)を全体として「低温熱処理工程」または「2段階低温熱処理工程」と称する場合がある。この「低温」の用語は、焼結工程(S20)における熱処理温度(例えば950℃以上1100℃以下)よりも十分に低い温度であることを意味している。 Here, the difference between the first temperature and the second temperature is 50°C or more. Hereinafter, the first heat treatment step (S30) and the second heat treatment step (S40) may be collectively referred to as the "low-temperature heat treatment step" or the "two-stage low-temperature heat treatment step." The term "low temperature" here refers to a temperature that is sufficiently lower than the heat treatment temperature (e.g., 950°C or higher and 1100°C or lower) in the sintering step (S20).
本開示の実施形態における合金粉末の組成は、R、T、B並びにCu、Ga、Ni、Ag、Zn、Snからなる群から選択された少なくとも1つを含有し、Bに対するTのmol比[T]/[B]は14.0超である。ここで、Rは希土類元素であり、Nd、PrおよびCeからなる群から選択された少なくとも1つを必ず含む。また、TはFe、Co、
Al、Mn、およびSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含む。
The composition of the alloy powder in the embodiment of the present disclosure contains R, T, B, and at least one selected from the group consisting of Cu, Ga, Ni, Ag, Zn, and Sn, and the molar ratio of T to B [T]/[B] is greater than 14.0. Here, R is a rare earth element and always contains at least one selected from the group consisting of Nd, Pr, and Ce. T is Fe, Co,
The element is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, and Si, and always contains Fe.
R-T-B系焼結磁石は、主相であるNd2Fe14B相(強磁性)の結晶粒、および、主相結晶粒の粒界に位置する、ホウ素(B)に富むB-rich相およびNd-rich相などの金属間化合物などから構成される。焼結反応は、成形体を構成する粉末粒子に含まれた、これらの相が関与した液相の生成によって進行する。液相の量が不足している段階では緻密化の反応は生じないが、温度の上昇に伴って液相量が増加すると、緻密化の反応が進行する。焼結過程中に粉末粒子内の金属間化合物の一部が溶融して生じた液相が、主相結晶粒の表面を改質または酸化物の還元を引き起こしながら、粒子の結合および緻密化が進行していく。 R-T-B based sintered magnets are composed of crystal grains of the Nd 2 Fe 14 B phase (ferromagnetic), which is the main phase, and intermetallic compounds such as boron (B)-rich B-phase and Nd-rich phases located at the grain boundaries of the main phase crystal grains. The sintering reaction proceeds through the formation of a liquid phase involving these phases contained in the powder particles that make up the compact. While the densification reaction does not occur when the amount of liquid phase is insufficient, it progresses as the amount of liquid phase increases with increasing temperature. During the sintering process, the liquid phase, which is generated when part of the intermetallic compounds in the powder particles melts, modifies the surfaces of the main phase crystal grains or reduces oxides, thereby promoting particle bonding and densification.
また、各種の元素を原料に添加したり、焼結体の外部から内部に拡散させたりすることにより、焼結体の粒界を改質して、HcJおよび角型比Hk/HcJを高めることが行われている。例えば粒界を改質するなどしてHcJおよび角型比Hk/HcJを向上させることの成否は、粒界に存在する化合物相の種類や量に依存し、これらは焼結工程後に行う低温熱処理工程の条件に左右される。本発明者の検討によると、焼結工程後に行う低温熱処理工程によって、HcJおよび角型比Hk/HcJが予期せずに変動する場合があり、この現象は特にR-T-B系焼結磁石におけるBに対するTのmol比[T]/[B]が14.0を超え、かつ、CuやGaなどの元素を添加して粒界改質を行う場合に顕著に生じ得ることがわかった。Tのmol比[T]/[B]が14.0を超えという条件は、主相(R2T14B化合物)形成に使われるT量に対して相対的にB量が少ないことを示している。このように通常のR-T-B系焼結磁石のB量よりも低Bにした上で、CuやGaなどの元素を添加することで高いHcJを得ることが出来る。しかし、上述したように、焼結工程後に行う低温熱処理工程によって、HcJおよび角型比Hk/HcJが予期せずに変動するという問題点があった。更に、本発明者が鋭意検討した結果、HcJおよび角型比Hk/HcJが変動する原因が、低温熱処理工程を行うときの熱処理炉内において、焼結体の位置によって焼結体の温度分布が変動することにあることがわかった。 Furthermore, various elements have been added to the raw materials or diffused from the outside to the inside of the sintered body to modify the grain boundaries of the sintered body, thereby increasing HcJ and the squareness ratio Hk / HcJ . For example, the success of improving HcJ and the squareness ratio Hk / HcJ by modifying the grain boundaries depends on the type and amount of compound phases present at the grain boundaries, which in turn depend on the conditions of the low-temperature heat treatment step performed after the sintering process. The inventors' studies have found that the low-temperature heat treatment step performed after the sintering process can cause unexpected fluctuations in HcJ and the squareness ratio Hk / HcJ , and this phenomenon is particularly pronounced when the molar ratio of T to B [T]/[B] in an R-T-B based sintered magnet exceeds 14.0 and elements such as Cu and Ga are added to modify the grain boundaries. The condition that the molar ratio of T [T]/[B] exceeds 14.0 indicates that the amount of B is relatively small compared to the amount of T used to form the main phase (R 2 T 14 B compound). In this way, by lowering the B content compared to that of a typical R-T-B based sintered magnet and then adding elements such as Cu and Ga, a high H cJ can be obtained. However, as mentioned above, there was a problem in that the low-temperature heat treatment performed after the sintering process caused unexpected fluctuations in H cJ and squareness ratio H k /H cJ . Furthermore, as a result of extensive research by the present inventors, it was found that the fluctuations in H cJ and squareness ratio H k /H cJ were caused by fluctuations in the temperature distribution of the sintered body depending on the position of the sintered body in the heat treatment furnace during the low-temperature heat treatment process.
本開示の製造方法では、焼結工程後に行う低温熱処理工程の仕方を工夫することにより、熱処理炉内の温度分布の均一性を向上させ、それによって高いHcJおよび角型比Hk/HcJを実現できる熱処理温度範囲を拡大することでこの課題を解決することが可能になった。具体的には、第1熱処理工程(S30)において、焼結体を300℃以上400℃未満の第1温度で、30分以上900分以下の間、熱処理することにより、熱処理炉内における焼結体の温度分布の均一度を高める。高いHcJおよび角型比Hk/HcJを高めるために必要な低温熱処理の温度は、400℃以上である。したがって、第1熱処理工程(S30)における300℃以上400℃未満の第1温度では、本来の低温熱処理によって焼結体内で生じ得る各種の反応は抑制され、ほとんど進行しない。このため、第1熱処理工程(S30)は、焼結体のHcJおよび角型比Hk/HcJの値を変動させることなく、熱処理炉内の温度分布の均一に近づける機能を果たす。好ましくは、第1熱処理工程(S30)の温度は、350℃以上400℃未満である。次に、HcJおよび角型比Hk/HcJを高めるための本来の低温熱処理である第2熱処理工程(S40)では、焼結体を400℃以上500℃以下の第2温度で、30分以上900分以下の間、熱処理することにより、低温熱処理工程に求められる各種の作用を焼結体に及ぼし、HcJおよび角型比Hk/HcJの値を高めることが可能になる。 In the manufacturing method disclosed herein, by devising a low-temperature heat treatment step performed after the sintering step, the uniformity of the temperature distribution in the heat treatment furnace is improved, thereby expanding the heat treatment temperature range in which high HcJ and squareness ratio Hk / HcJ can be achieved, thereby solving this problem. Specifically, in the first heat treatment step (S30), the sintered body is heat-treated at a first temperature of 300°C or higher but lower than 400°C for 30 minutes or longer but 900 minutes or shorter, thereby improving the uniformity of the temperature distribution of the sintered body in the heat treatment furnace. The low-temperature heat treatment temperature required to achieve high HcJ and squareness ratio Hk / HcJ is 400°C or higher. Therefore, at the first temperature of 300°C or higher but lower than 400°C in the first heat treatment step (S30), various reactions that would normally occur in the sintered body due to low-temperature heat treatment are suppressed and hardly proceed. Therefore, the first heat treatment step (S30) functions to make the temperature distribution in the heat treatment furnace more uniform without changing the values of HcJ and squareness ratio Hk / HcJ of the sintered body. Preferably, the temperature in the first heat treatment step (S30) is 350°C or higher and lower than 400°C. Next, in the second heat treatment step (S40), which is the original low-temperature heat treatment for increasing HcJ and squareness ratio Hk / HcJ , the sintered body is heat-treated at a second temperature of 400°C or higher and 500°C or lower for 30 minutes or longer and 900 minutes or shorter, thereby exerting the various effects required in the low-temperature heat treatment step on the sintered body and making it possible to increase the values of HcJ and squareness ratio Hk / HcJ .
このように低温熱処理工程を2段階に分けることにより、低温熱処理に要する時間を短縮することも可能になることもわかった。これは、従来の、温度分布が不均一な熱処理炉内で低温熱処理を実行する場合は、熱処理炉内で温度が高すぎたり低すぎたりする位置があり、そのような位置にある焼結体のHcJおよび角型比Hk/HcJは、熱処理炉内の設定温度が目標値から外れた場合、顕著に低下しやすい。そのため、従来の低温熱処理工程では、制御目標となる熱処理温度の幅(マージン)を狭くして、熱処理温度を目標温度に対して精密に制御する必要があった。しかし、本開示の2段階低温熱処理工程によれば、HcJおよび角型比Hk/HcJの値が熱処理炉内の位置によってばらつきにくいため、目標温度を中心とする温度の幅(マージン)を広くすることが可能になる。また、熱処理炉内の温度ばらつきが小さい状況で第2熱処理工程(S40)を実行できるため、第2熱処理工程(S40)の熱処理温度、すなわち、第2温度を、400℃以上500℃以下の範囲内において、相対的に高い温度(例えば470℃以上、あるいは480℃以上)に設定しても、HcJおよび角型比Hk/HcJの低下が抑制される。第2温度を高めることは、第2熱処理工程(S40)に要する時間の短縮を可能にする。これらのことは、工場での量産化に適している。 It has also been found that dividing the low-temperature heat treatment process into two stages in this way makes it possible to shorten the time required for the low-temperature heat treatment. This is because, when low-temperature heat treatment is performed in a conventional heat treatment furnace with an uneven temperature distribution, there are positions in the heat treatment furnace where the temperature is too high or too low, and the H cJ and squareness ratio H k /H cJ of the sintered body at such positions tend to decrease significantly if the set temperature in the heat treatment furnace deviates from the target value. Therefore, in conventional low-temperature heat treatment processes, it was necessary to narrow the range (margin) of the heat treatment temperature that serves as the control target and precisely control the heat treatment temperature relative to the target temperature. However, according to the two-stage low-temperature heat treatment process of the present disclosure, the values of H cJ and squareness ratio H k /H cJ are less likely to vary depending on the position in the heat treatment furnace, making it possible to widen the temperature range (margin) centered on the target temperature. Furthermore, since the second heat treatment step (S40) can be performed under conditions where the temperature variation in the heat treatment furnace is small, even if the heat treatment temperature of the second heat treatment step (S40), i.e., the second temperature, is set to a relatively high temperature (e.g., 470°C or higher or 480°C or higher) within the range of 400°C or higher and 500°C or lower, a decrease in HcJ and squareness ratio Hk / HcJ is suppressed. Increasing the second temperature makes it possible to shorten the time required for the second heat treatment step (S40). These features are suitable for mass production in factories.
なお、前記低温熱処理工程の前に、低温熱処理よりも相対的に高い温度(700℃以上焼結温度以下)で熱処理する高温熱処理工程を行ってもよい。特にTのmol比[T]/[B]が14.0を超え、かつ、CuやGaなどの元素を添加したR-T-B系焼結磁石を製造する場合、低温熱処理工程の前(すなわち、第1熱処理工程(S30)および第2熱処理工程(S40)の前)に高温熱処理を行うことが好ましい。より確実に高いHcJを得ることができる。高温熱処理工程の時間は、30分以上900分以下が好ましい。この「高温」の用語は、低温熱処理における第1熱処理工程(S30)および第2熱処理工程(S40)よりも十分に高い温度であることを意味している。 Before the low-temperature heat treatment step, a high-temperature heat treatment step may be performed at a temperature relatively higher than that of the low-temperature heat treatment (700°C or higher and the sintering temperature or lower). In particular, when manufacturing an R-T-B based sintered magnet in which the molar ratio [T]/[B] of T exceeds 14.0 and elements such as Cu and Ga are added, it is preferable to perform high-temperature heat treatment before the low-temperature heat treatment step (i.e., before the first heat treatment step (S30) and the second heat treatment step (S40)). This allows for a more reliable attainment of a high HcJ . The time period for the high-temperature heat treatment step is preferably 30 minutes or longer and 900 minutes or shorter. The term "high temperature" here refers to a temperature that is sufficiently higher than that of the first heat treatment step (S30) and the second heat treatment step (S40) in the low-temperature heat treatment.
なお、R-T-B系焼結磁石の分野においては、一般に、角型比Hk/HcJを規定するパラメータのひとつであるHkは、次のようにして決定される。すなわち、磁化の強さを「J」、残留磁化を「Jr(=Br)」、磁界の強さを「H」とするとき、J-H曲線の第2象限において、Jが0.9×Jrの値になる位置のH軸の読み値が用いられている。このHkを減磁曲線のHcJで除した値、Hk/HcJ=Hk(kA/m)/HcJ(kA/m)×100(%)が角形比として定義される。 In the field of R-T-B based sintered magnets, Hk , which is one of the parameters that define the squareness ratio Hk / HcJ , is generally determined as follows. That is, if the strength of magnetization is "J," the remanent magnetization is " Jr (= Br )," and the magnetic field strength is "H," the reading on the H axis in the second quadrant of the J-H curve at the position where J is 0.9× Jr is used. The value obtained by dividing Hk by HcJ on the demagnetization curve, Hk / HcJ = Hk (kA/m)/ HcJ (kA/m)×100(%), is defined as the squareness ratio.
次に、図2および図3を参照して、上記の各工程S30、およびS40の例をより詳細に説明する。これらの図は、横軸が時間、縦軸が温度のグラフを示す図であり、低温熱処理工程における熱処理炉の温度プロファイル(ヒートパターン)の例を模式的に示している。熱処理炉の温度は、熱処理装置に設けられた熱電対などの温度計によって測定される。焼結体の実際の温度(物温)は、焼結炉内の温度計が示す読み(温度計測値)と一致していることが好ましいが、必ずしも厳密に一致している必要はない。両者(物温)と焼結炉内の温度計測値の差が±10℃程度のずれであれば許容され、本開示の効果を得ることができる。 Next, examples of the above steps S30 and S40 will be described in more detail with reference to Figures 2 and 3. These figures are graphs with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing temperature, and schematically show examples of the temperature profile (heat pattern) of a heat treatment furnace in a low-temperature heat treatment process. The temperature of the heat treatment furnace is measured using a thermometer such as a thermocouple installed in the heat treatment device. It is preferable that the actual temperature of the sintered body (object temperature) matches the reading (measured temperature value) shown by the thermometer inside the sintering furnace, but this does not necessarily have to match exactly. A difference of about ±10°C between the two (object temperature) and the measured temperature value inside the sintering furnace is acceptable, and the effects of the present disclosure can be obtained.
まず、図2を参照する。図2は、本実施形態の低温熱処理工程における熱処理炉の温度プロファイル(ヒートパターン)の例を模式的に示す図である。図2において、太い実線が温度と時間との関係を示している。時間は、低温熱処理工程開始からの経過時間である。経過時間の単位は、例えば時間(hour)であるが、分または秒であってもよい。温度は、熱処理炉の温度計計測値であるが、実質的には温度制御プログラムによって指定される設定温度に等しい。図中の太い実線は、直線的な線分によって構成されているが、実際の温度または設定温度は、曲線的に変動してもよい。 First, let's look at Figure 2. Figure 2 is a diagram that schematically illustrates an example of the temperature profile (heat pattern) of the heat treatment furnace in the low-temperature heat treatment process of this embodiment. In Figure 2, the thick solid line indicates the relationship between temperature and time. Time is the elapsed time from the start of the low-temperature heat treatment process. The elapsed time is measured in hours, for example, but can also be measured in minutes or seconds. The temperature is the value measured by the thermometer in the heat treatment furnace, but is essentially equal to the set temperature specified by the temperature control program. The thick solid line in the diagram is composed of straight line segments, but the actual temperature or set temperature may fluctuate in a curved manner.
図2の例において、「温度」は、室温から第1温度T1まで直線的に単調に増加し、昇温レートは一定である。しかし、昇温レートは、一定である必要はない。 In the example of Figure 2, "temperature" increases linearly and monotonically from room temperature to the first temperature T1, and the temperature increase rate is constant. However, the temperature increase rate does not have to be constant.
第1熱処理工程(S30)では、第1温度T1で第1時間t1の間、熱処理が行われる。この熱処理は、「準備加熱」と呼んでもよい。第1熱処理工程(S30)の後、第1温
度T1から第2温度T2に昇温する。そして、第2熱処理工程(S40)では、第2温度T2で第2時間t2の間、熱処理が行われる。ここで、第1温度T1は300℃以上400℃未満であり、第2温度T2は400℃以上500℃以下である。第1温度T1と第2温度T2との差(T2-T1)は、50℃以上である。第1時間t1および第2時間t2は、それぞれ、30分以上900分以下である。
In the first heat treatment step (S30), heat treatment is performed at a first temperature T1 for a first time t1. This heat treatment may be referred to as "preparatory heating." After the first heat treatment step (S30), the temperature is raised from the first temperature T1 to a second temperature T2. Then, in the second heat treatment step (S40), heat treatment is performed at the second temperature T2 for a second time t2. Here, the first temperature T1 is equal to or higher than 300°C and lower than 400°C, and the second temperature T2 is equal to or higher than 400°C and lower than 500°C. The difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 (T2 - T1) is equal to or higher than 50°C. The first time t1 and the second time t2 are each equal to or higher than 30 minutes and equal to or lower than 900 minutes.
次に図3を参照する。図3は、従来例の低温熱処理工程における熱処理炉の温度プロファイル(ヒートパターン)の例を模式的に示す図である。図3の例において、熱処理炉の温度は、例えば室温から低温処理工程の温度T0まで昇温され、その後、時間t0の間、熱処理炉の温度を温度T0に維持して低温熱処理工程が実行される。熱処理炉の温度を上昇させる過程において、熱処理炉内の温度は必ずしも一様ではなく、位置によって温度が大きく異なり得る。このような温度分布のばらつきは、昇温時間が長くなるほど大きくなり、また、昇温レートが高くなるほど大きくなる。したがって、図3の例では、熱処理炉の設定温度が目標の温度T0に達したはずの時間において、現実の熱処理炉内の温度は一様ではなく、目標の温度T0に達している部分もあれば、温度T0に比べて高い温度、あるいは低い温度の部分が存在している。このような温度のばらつきは、低温熱処理工程が進行するうちに減少すると考えられるが、温度ばらつきが大きな時点において温度T0が例えば450℃のように400℃以上の温度であるため、焼結体内でHcJおよび角型比Hk/HcJを高める各種の反応が不均一に生じることになる。 Next, let us refer to FIG. 3 . FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a temperature profile (heat pattern) of a heat treatment furnace in a conventional low-temperature heat treatment process. In the example of FIG. 3 , the temperature of the heat treatment furnace is raised, for example, from room temperature to a temperature T0 for the low-temperature heat treatment process. Thereafter, the low-temperature heat treatment process is performed by maintaining the temperature of the heat treatment furnace at temperature T0 for a time t0. During the process of raising the temperature of the heat treatment furnace, the temperature inside the heat treatment furnace is not necessarily uniform and may vary significantly depending on the position. Such variations in temperature distribution increase as the temperature rise time increases and as the temperature rise rate increases. Therefore, in the example of FIG. 3 , at the time when the set temperature of the heat treatment furnace should have reached the target temperature T0, the actual temperature inside the heat treatment furnace is not uniform, with some parts reaching the target temperature T0 and others being higher or lower than temperature T0. Such temperature variations are expected to decrease as the low-temperature heat treatment process progresses, but when the temperature variations are large, the temperature T0 is 400°C or higher, for example, 450°C, and therefore various reactions that increase HcJ and the squareness ratio Hk / HcJ occur non-uniformly within the sintered body.
しかしながら、本開示の実施形態によれば、例えば図2に示すように、室温から第1温度T1に昇温する工程のあと、実質的な低温熱処理工程である第1熱処理工程(S40)の前に、400℃未満の第1温度T1で第1熱処理工程(S30)を実行するため、熱処理炉内の温度、言い換えると、熱処理炉内に配置された複数の焼結体における温度のばらつきを低減することができる。そして、400℃に近い第1温度T1から400℃以上の第2温度T2に昇温するときには、昇温の幅が小さく、さらなる温度のばらつきは生じにくい。 However, according to an embodiment of the present disclosure, as shown in FIG. 2, after the step of raising the temperature from room temperature to the first temperature T1, a first heat treatment step (S30) is performed at the first temperature T1 below 400°C before the first heat treatment step (S40), which is essentially a low-temperature heat treatment step. This reduces the temperature variation within the heat treatment furnace, in other words, the temperature variation among multiple sintered bodies placed in the heat treatment furnace. Furthermore, when raising the temperature from the first temperature T1 close to 400°C to the second temperature T2 above 400°C, the temperature rise is small, making it unlikely that further temperature variation will occur.
本発明者の実験によると、第1温度T1から第2温度T2までの昇温に要する時間は、5分以上30分以下であることが好ましい。この時間は、T2-T1の大きさに依存して適宜決定され得る。また、第1温度T1から第2温度T2までの昇温レートは、0.5℃/分以上30℃/分以下であることが好ましい。こうして、第2熱処理工程(S40)を開始するときには、熱処理炉内の各焼結体は、略同じ温度(目標温度)に達しており、その後の第2熱処理工程(S40)における低温熱処理を適切に実行することが可能になる。このため、最終的に得られる焼結体のHcJおよび角型比Hk/HcJでは、焼結体ごとのばらつきや、各焼結体内でのばらつきが小さくなる。 According to experiments conducted by the inventors, the time required for the temperature rise from the first temperature T1 to the second temperature T2 is preferably 5 minutes or more and 30 minutes or less. This time can be appropriately determined depending on the magnitude of T2-T1. Furthermore, the temperature rise rate from the first temperature T1 to the second temperature T2 is preferably 0.5°C/min or more and 30°C/min or less. In this way, when the second heat treatment step (S40) is started, each sintered body in the heat treatment furnace has reached approximately the same temperature (target temperature), making it possible to appropriately perform the subsequent low-temperature heat treatment in the second heat treatment step (S40). Therefore, the HcJ and squareness ratio Hk / HcJ of the finally obtained sintered bodies have small variations between sintered bodies and within each sintered body.
本発明者の検討によると、第1温度は390℃未満であり、第2温度は460℃以上であることが好ましい。このような温度で熱処理を行う場合、第1熱処理工程(S30)は30分以上90分以下の比較的短い時間で、第2熱処理工程(S40)における熱処理炉内の温度分布を十分に均一化することが可能になる。また、第2温度が460℃以上であれば、第2熱処理工程(S40)の時間が30分以上90分以下という比較的短い時間であっても、HcJおよび角型比Hk/HcJを上昇させるという低温熱処理の効果が十分に発揮される。第1熱処理工程(S30)および第2熱処理工程(S40)における熱処理は、減圧雰囲気中に実行されることが望ましい。熱処理中に焼結体が酸化したり、窒化したりすることを抑制できるからである。第2熱処理工程(S40)の後、第2温度から例えば室温まで降温される。このとき、例えば5℃/分以上の降温レートで焼結体を冷却する工程が行われ得る。 According to the inventors' investigations, the first temperature is preferably less than 390°C, and the second temperature is preferably 460°C or higher. When heat treatment is performed at such temperatures, the first heat treatment step (S30) can be performed for a relatively short time of 30 to 90 minutes, enabling the temperature distribution in the heat treatment furnace in the second heat treatment step (S40) to be sufficiently uniform. Furthermore, if the second temperature is 460°C or higher, the effect of low-temperature heat treatment, which increases HcJ and the squareness ratio Hk / HcJ , can be fully achieved even with a relatively short time of 30 to 90 minutes. The heat treatments in the first heat treatment step (S30) and the second heat treatment step (S40) are preferably performed in a reduced-pressure atmosphere. This is because this can prevent the sintered body from being oxidized or nitrided during the heat treatment. After the second heat treatment step (S40), the temperature is lowered from the second temperature to, for example, room temperature. At this time, a step of cooling the sintered body at a temperature lowering rate of, for example, 5°C/min or higher may be performed.
<R-T-B系焼結磁石>
Rは希土類元素であり、Nd、PrおよびCeからなる群から選択される少なくとも1つを必ず含む。好ましくは、Nd-Dy、Nd-Tb、Nd-Dy-Tb、Nd-Pr-Dy、Nd-Pr-Tb、Nd-Pr-Dy-Tb、Nd-Pr―Ce-Dy、Nd-Pr―Ce-Tb、Nd-Pr-Ce-Dy-Tbで示される希土類元素の組合せを用いる。
<RTB-based sintered magnet>
R is a rare earth element and must contain at least one element selected from the group consisting of Nd, Pr, and Ce. Preferably, a combination of rare earth elements represented by Nd-Dy, Nd-Tb, Nd-Dy-Tb, Nd-Pr-Dy, Nd-Pr-Tb, Nd-Pr-Dy-Tb, Nd-Pr-Ce-Dy, Nd-Pr-Ce-Tb, or Nd-Pr-Ce-Dy-Tb is used.
Rのうち、DyおよびTbは、特にHcJの向上に効果を発揮する。上記元素以外にはLaなど他の希土類元素を含有してもよく、ミッシュメタルやジジムを用いることもできる。また、Rは純元素でなくてもよく、工業上入手可能な範囲で、製造上不可避な不純物を含有するものでもよい。含有量は、例えば、28量%以上35質量%以下である。好ましくは、R-T-B系焼結磁石のR含有量は31質量%以下(27質量%以上31質量%以下、好ましくは、29質量%以上31質量%以下)である。 Among the R elements, Dy and Tb are particularly effective in improving HcJ . In addition to the above elements, other rare earth elements such as La may be contained, and misch metal or didymium may also be used. Furthermore, R does not have to be a pure element, and may contain impurities unavoidable during production within the industrially available range. The content is, for example, 28% by mass or more and 35% by mass or less. Preferably, the R content of the R-T-B based sintered magnet is 31% by mass or less (27% by mass or more and 31% by mass or less, preferably 29% by mass or more and 31% by mass or less).
Tは、鉄を含み(Tが実質的に鉄から成る場合も含む)、質量比でその50%以下をコバルト(Co)で置換してもよい(Tが実質的に鉄とコバルトとから成る場合を含む)。Coは温度特性の向上、耐食性の向上に有効であり、合金粉末は10質量%以下のCoを含んでよい。Tの含有量は、RとBあるいはRとBと後述するMとの残部を占めてよい。 T contains iron (including cases where T consists essentially of iron), and up to 50% by mass of this iron may be replaced with cobalt (Co) (including cases where T consists essentially of iron and cobalt). Co is effective in improving temperature characteristics and corrosion resistance, and the alloy powder may contain up to 10% by mass of Co. The content of T may account for the remainder of R and B, or R, B, and M, which will be described later.
Bの含有量についても公知の含有量で差し支えなく、例えば、0.9質量%~1.2質量%が好ましい範囲である。0.9質量%未満では高いHcJが得られない場合があり、1.2質量%を超えるとBrが低下する場合がある。なお、Bの一部はC(炭素)で置換することができる。 The B content may be any known content, and a preferred range is, for example, 0.9% to 1.2% by mass. If it is less than 0.9% by mass, a high HcJ may not be obtained, and if it exceeds 1.2% by mass, Br may decrease. Note that a portion of B can be substituted with C (carbon).
上記元素に加え、HcJ向上のためにM元素を添加することができる。M元素は、例えば、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Hf、TaおよびWからなる群から選択される一種以上である。M元素の添加量は5.0質量%以下が好ましい。5.0質量%を超えるとBrが低下する場合があるためである。また、不可避的不純物も許容することができる。 In addition to the above elements, an M element can be added to improve HcJ . The M element is, for example, one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Hf, Ta, and W. The amount of M element added is preferably 5.0 mass% or less. This is because if it exceeds 5.0 mass%, Br may decrease. In addition, unavoidable impurities are also acceptable.
本実施形態におけるR-T-B系焼結磁石の組成は、R(Rは希土類元素であり、Nd、PrおよびCeからなる群から選択された少なくとも1つを必ず含む)、T(TはFe、Co、Al、Mn、およびSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含む)、B並びにCu、Ga、Ni、Ag、Zn、Snからなる群から選択された少なくとも1つを含有し、Bに対するTのmol比[T]/[B]は14.0超である。 The composition of the R-T-B based sintered magnet in this embodiment contains R (R is a rare earth element and must contain at least one selected from the group consisting of Nd, Pr, and Ce), T (T is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Al, Mn, and Si and must contain Fe), B, and at least one selected from the group consisting of Cu, Ga, Ni, Ag, Zn, and Sn, and the molar ratio of T to B [T]/[B] is greater than 14.0.
<(1)R-T-B系焼結磁石用合金の粗粉砕粉を準備する工程の例>
本実施形態におけるR-T-B系焼結磁石用合金の粗粉砕粉を準備する工程は、R-T-B系焼結磁石用合金を準備する工程と、この合金を例えば水素粉砕法などによって粗く粉砕する工程とを含み得る。
<(1) Example of a process for preparing coarsely pulverized powder of an RTB-based sintered magnet alloy>
In this embodiment, the process of preparing a coarsely pulverized powder of an alloy for an R-T-B based sintered magnet can include a process of preparing an alloy for an R-T-B based sintered magnet and a process of coarsely pulverizing this alloy by, for example, a hydrogen pulverization method.
以下にR-T-B系焼結磁石用合金の製造方法を例示する。 The following is an example of a method for producing an alloy for R-T-B based sintered magnets.
まず、上述した組成となるように事前に調整した金属または合金を溶解し、鋳型に入れるインゴット鋳造法により合金インゴットを得ることができる。また、溶湯を単ロール、双ロール、回転ディスクまたは回転円筒鋳型等に接触させて急冷し、インゴット法で作られた合金よりも薄い凝固合金を作製するストリップキャスト法または遠心鋳造法に代表される急冷法により合金フレークを製造することができる。 First, an alloy ingot can be obtained by ingot casting, in which a metal or alloy previously prepared to have the composition described above is melted and poured into a mold. Alternatively, alloy flakes can be produced by a rapid cooling method, typically strip casting or centrifugal casting, in which the molten metal is brought into contact with a single roll, twin rolls, rotating disk, or rotating cylindrical mold, and rapidly cooled, producing a solidified alloy that is thinner than the alloy produced by the ingot method.
本開示の実施形態においては、インゴット法と急冷法のどちらの方法により製造された材料も使用可能であるが、ストリップキャスト法などの急冷法により製造されることが好ましい。急冷法によって作製した急冷合金の厚さは、通常0.03mm~1mmの範囲にあり、フレーク形状である。合金溶湯は冷却ロールの接触した面(ロール接触面)から凝固し始め、ロール接触面から厚さ方向に結晶が柱状に成長してゆく。急冷合金は、従来のインゴット鋳造法(金型鋳造法)によって作製された合金(インゴット合金)と比較して、短時間で冷却されているため、組織が微細化され、結晶粒径が小さい。また粒界の面積が広い。Rリッチ相は粒界内に大きく広がるため、急冷法はRリッチ相の分散性に優れる。このため水素粉砕法により粒界で破断し易い。急冷合金を水素粉砕することで、水素粉砕粉(粗粉砕粉)のサイズ(平均粒度)を、例えば1.0mm以下、好ましくは10μm以上500μm以下にすることができる。 In embodiments of the present disclosure, materials produced by either the ingot method or the quenching method can be used, but production by a quenching method such as strip casting is preferred. The thickness of quenched alloys produced by the quenching method is typically in the range of 0.03 mm to 1 mm and in the form of flakes. The molten alloy begins to solidify at the surface where it contacts the chill roll (the roll contact surface), and crystals grow columnarly from the roll contact surface in the thickness direction. Compared to alloys (ingot alloys) produced by conventional ingot casting (mold casting), quenched alloys are cooled in a shorter time, resulting in a finer structure and smaller crystal grain size. They also have a larger grain boundary area. Because the R-rich phase spreads widely within the grain boundaries, the quenching method provides excellent dispersion of the R-rich phase. Therefore, hydrogen pulverization makes it easier for the alloy to fracture at the grain boundaries. By hydrogen pulverizing the quenched alloy, the size (average particle size) of the hydrogen pulverized powder (coarsely pulverized powder) can be reduced to, for example, 1.0 mm or less, preferably 10 μm to 500 μm.
<(2)微粉末を得る工程の例>
本実施形態における微粉末を得る工程では、粉砕室が不活性ガスで満たされたジェットミル装置に前記粗粉砕粉を供給して前記粗粉砕粉の粉砕を行い、微粉末を得る。この工程では、例えば、平均粒度が2.0μm以上4.5μm以下の微粉末を得ることができる。このような微粉末を得る工程は、例えば、ジェットミル粉砕システムを用いて実行することができる。
<(2) Example of a process for obtaining fine powder>
In the process of obtaining a fine powder in this embodiment, the coarsely pulverized powder is supplied to a jet mill device whose pulverization chamber is filled with an inert gas, and the coarsely pulverized powder is pulverized to obtain a fine powder. In this process, for example, a fine powder having an average particle size of 2.0 μm to 4.5 μm can be obtained. The process of obtaining such a fine powder can be carried out, for example, using a jet mill pulverization system.
<(3)微粉末の成形体を作製する工程の例>
好ましい実施形態において、微粉末の焼結体を作製する工程は、磁場中プレスによって前記微粉末から粉末成形体を作製する工程と、この粉末成形体を焼結する工程とを含む。磁場中プレスでは酸化抑制の観点から不活性ガス雰囲気中によるプレスまたは湿式プレスによって粉末成形体を形成する方が好ましい。この成形体を焼結して焼結体を得る。
<(3) Example of a process for producing a compact of fine powder>
In a preferred embodiment, the step of producing a sintered body of fine powder includes the steps of producing a powder compact from the fine powder by pressing in a magnetic field and sintering the powder compact. When pressing in a magnetic field, it is preferable to form the powder compact by pressing in an inert gas atmosphere or wet pressing from the viewpoint of suppressing oxidation. The compact is then sintered to obtain a sintered body.
<(4)焼結工程の例>
次に、成形体を焼結して希土類焼結磁石体(焼結体)を得る。本実施形態における焼結工程では、950℃以上1100℃以下の温度で成形体を焼結し、その後、例えば10℃/分以下で例えば室温程度まで降温する。焼結温度が950℃を下回ると、焼結密度が不足し、高いBrを得ることができない。従って、本発明の実施形態に係る成形体の焼結温度は、1000℃以上であり、1020℃以上であることが好ましい。また焼結温度が1100℃を超えると、主相の急激な粒成長が起こり、その後の熱処理によって、高いHcJと高いHk/HcJとを有するR-T-B系焼結磁石を得ることができない。従って、本実施形態における成形体の焼結温度は1100℃以下であり、1080℃以下であることが好ましい。
<(4) Example of sintering process>
The compact is then sintered to obtain a rare earth sintered magnet body (sintered body). In the sintering process of this embodiment, the compact is sintered at a temperature of 950°C or higher and 1100°C or lower, and then cooled to, for example, room temperature, at a rate of 10°C/min or lower. If the sintering temperature is lower than 950°C, the sintered density will be insufficient and a high B r will not be obtained. Therefore, the sintering temperature for the compact according to this embodiment is 1000°C or higher, and preferably 1020°C or higher. Furthermore, if the sintering temperature exceeds 1100°C, rapid grain growth of the main phase will occur, making it impossible to obtain an R-T-B based sintered magnet with a high H cJ and a high H k /H cJ through subsequent heat treatment. Therefore, the sintering temperature for the compact according to this embodiment is 1100°C or lower, and preferably 1080°C or lower.
なお、成形体の焼結は公知の方法を用いることができる。成形体の焼結は、好ましくは、0.13Pa(10-3Torr)以下、より好ましくは0.07Pa(5.0×10-4Torr)以下の圧力下で行う。焼結による酸化を防止するために、雰囲気の残留ガスは、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスにより置換され得る。 The sintering of the compact can be performed by a known method. The sintering of the compact is preferably performed under a pressure of 0.13 Pa (10 −3 Torr) or less, more preferably 0.07 Pa (5.0×10 −4 Torr) or less. To prevent oxidation during sintering, residual gas in the atmosphere can be replaced with an inert gas such as helium or argon.
<(5)低温熱処理工程の例>
図3を参照しながら説明したように、本実施形態における低温熱処理工程は、
・熱処理炉内において、焼結体を300℃以上400℃未満の第1温度で、30分以上900分以下の間、熱処理する第1熱処理工程(S30)と、
・熱処理炉内において、焼結体を400℃以上500℃以下の第2温度で、30分以上900分以下の間、熱処理する第2熱処理工程(S40)と、
を含む。
<(5) Example of low-temperature heat treatment process>
As described with reference to FIG. 3, the low-temperature heat treatment step in this embodiment is as follows:
A first heat treatment step (S30) of heat treating the sintered body in a heat treatment furnace at a first temperature of 300 ° C. or higher and lower than 400 ° C. for 30 minutes or longer and 900 minutes or shorter;
A second heat treatment step (S40) of heat treating the sintered body in a heat treatment furnace at a second temperature of 400°C or higher and 500°C or lower for 30 minutes or higher and 900 minutes or lower;
Includes.
このような2段階低温熱処理工程を行うことにより、図3の例に示す温度プロファイルで熱処理炉の温度を制御する場合に比べ、高いHcJと高いHk/HcJとを有するR-T-B系焼結磁石を歩留りよく得ることができる。 By performing this two-stage low-temperature heat treatment process, it is possible to obtain R-T-B based sintered magnets with high H cJ and high H k /H cJ in a good yield, compared to when the temperature of the heat treatment furnace is controlled using the temperature profile shown in the example of Figure 3.
なお、低温熱処理工程は、連続炉またはバッジ炉のいずれの熱処理装置を用いても実行可能である。 The low-temperature heat treatment process can be performed using either a continuous furnace or a batch furnace.
こうして得た希土類焼結磁石体に対しては、必要に応じて、研削・研磨工程、表面処理工程、および着磁工程が施され、最終的な希土類焼結磁石が完成する。 The rare earth sintered magnet body obtained in this way is then subjected to grinding and polishing processes, surface treatment processes, and magnetization processes as necessary to produce the final rare earth sintered magnet.
ある好ましい実施形態では、本開示のR-T-B系焼結磁石の製造方法は、重希土類元素RH(RHは、Tb、Dy、Hoの少なくとも1つ)を焼結体の表面から内部に拡散する拡散工程を含む。重希土類元素RHを焼結体の表面から内部に拡散すると、保磁力を効率的に高めることができる。 In a preferred embodiment, the method for producing an R-T-B based sintered magnet disclosed herein includes a diffusion step in which a heavy rare earth element RH (RH is at least one of Tb, Dy, and Ho) is diffused from the surface to the interior of the sintered body. Diffusing the heavy rare earth element RH from the surface to the interior of the sintered body can efficiently increase the coercive force.
本開示を実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はそれらに限定されるものではない。 The present disclosure will be explained in more detail using examples, but the present disclosure is not limited thereto.
実験例1
Nd:24.0質量%、Pr:7.0質量%、B:0.89質量%、Cu:0.1質量%、Ga:0.5質量%、Co:0.9質量%、残部FeのR-T-B系焼結磁石の組成(狙い組成)となるように、金属または合金を準備し、ストリップキャスト法により合金フレークを得た。次に、得られた合金フレークを水素粉砕することで、粗粉砕紛を得た。次に、ジェットミル装置に前記粗粉砕粉を供給して前記粗粉砕粉の粉砕を行い、微粉末(希土類元素を含む合金粉末)を得た。次に、前記微粉末(希土類元素を含む合金粉末)を磁界中で成形し、成形体を得た。なお、成形装置には、磁界印加方向と加圧方向とが直交する、いわゆる直角磁界成形装置(横磁界成形装置)を用いた。
Experimental Example 1
A metal or alloy was prepared to achieve the target composition of an R-T-B based sintered magnet: 24.0% by mass Nd, 7.0% by mass Pr, 0.89% by mass B, 0.1% by mass Cu, 0.5% by mass Ga, 0.9% by mass Co, and the remainder Fe. Alloy flakes were obtained by strip casting. The obtained alloy flakes were then subjected to hydrogen pulverization to obtain coarsely pulverized powder. The coarsely pulverized powder was then fed to a jet mill and pulverized to obtain a fine powder (alloy powder containing rare earth elements). The fine powder (alloy powder containing rare earth elements) was then compacted in a magnetic field to obtain a compact. The compacting device used was a so-called perpendicular magnetic field compacting device (horizontal magnetic field compacting device), in which the magnetic field application direction and the pressure direction are perpendicular to each other.
次に、得られた成形体を焼結(焼結による緻密化が十分起こる温度を選定(1000℃程度))して成形体から焼結体を作製した。次に、得られた焼結体に対して高温熱処理を行った。高温熱処理は900℃で120分の間熱処理を行った。次に、高温熱処理後の焼結体に対して、表1に示す条件で低温熱処理を行った。表1における条件Aは、熱処理炉内において、焼結体を380℃の第1温度で、90分の間、熱処理する第1熱処理工程と、熱処理炉内において、第1熱処理後の焼結体を460℃の第2温度で、90分の間、熱処理する第2熱処理工程を行ったものである。前記第1温度と前記第2温度との差は、80℃である。条件BおよびCも同様に記載している。なお、第1温度から第2温度までの昇温レートは、10℃/分であった。また、条件D~Fは、従来の低温熱処理工程として、460℃~490℃でそれぞれ180分の間、熱処理を行ったものである。 The resulting compact was then sintered (a temperature sufficient to cause densification by sintering was selected (approximately 1000°C)) to produce a sintered compact. The resulting sintered compact was then subjected to high-temperature heat treatment. The high-temperature heat treatment was performed at 900°C for 120 minutes. The sintered compact after the high-temperature heat treatment was then subjected to low-temperature heat treatment under the conditions shown in Table 1. Condition A in Table 1 refers to a first heat treatment step in which the sintered compact was heat-treated in a heat treatment furnace at a first temperature of 380°C for 90 minutes, and a second heat treatment step in which the sintered compact after the first heat treatment was heat-treated in a heat treatment furnace at a second temperature of 460°C for 90 minutes. The difference between the first and second temperatures was 80°C. Conditions B and C are similarly described. The temperature rise rate from the first temperature to the second temperature was 10°C/min. Conditions D to F were conventional low-temperature heat treatment processes, with heat treatment carried out at 460°C to 490°C for 180 minutes each.
得られた焼結体(試料No.1~6)の成分分析を行った所、前記狙い組成と同等(Tのmol比[T]/[B]が14.0を超)であった。なお、各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-OES)を使用して測定した。さらに、焼結体(No.1~6)に機械加工を施した後、B-Hトレーサによって各試料の特性(Br及びHcJ)を測定し、測定結果をもとに角型比Hk/HcJを求めた。HcJおよび角型比Hk/HcJの結果を表2に示す。 The obtained sintered bodies (samples No. 1 to 6) were subjected to a component analysis, and the results were equivalent to the target composition (the molar ratio of T [T]/[B] exceeded 14.0). The components were measured using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). Furthermore, after machining the sintered bodies (No. 1 to 6), the properties (B r and H cJ ) of each sample were measured using a B-H tracer, and the squareness ratio H k /H cJ was calculated based on the measurement results. The results of H cJ and squareness ratio H k /H cJ are shown in Table 2.
表2に示すように、本開示の条件A~C(第1熱処理後の第2熱処理工程の温度が460℃~490℃)の試料No.1~3は、全ての熱処理温度(460℃~490℃)において、いずれも高いHcJおよび角型比Hk/HcJが得られている。これに対し、比較例の条件D~F(第1熱処理なしの低温熱処理工程の温度が460℃~490℃)の試料No.4~6は、試料No.4(熱処理温度が460℃)は高いHcJおよび角型比Hk/HcJが得られているものの、試料No.5および6(熱処理温度が475℃や490℃)のように変化すると、本発明例と異なり、HcJおよび角型比Hk/HcJが低下している。これらのことから、本開示の製造方法は、高いHcJおよび角型比Hk/HcJを実現できる熱処理温度範囲を拡大することができており、熱処理工程によるHcJおよび角型比Hk/HcJのばらつきを抑制し、高性能なR-T-B系焼結磁石を安定して製造することが可能となっている。 As shown in Table 2, Samples No. 1 to 3 under conditions A to C of the present disclosure (the temperature of the second heat treatment step after the first heat treatment was 460°C to 490°C) all exhibited high HcJ and squareness ratio Hk / HcJ at all heat treatment temperatures (460°C to 490°C). In contrast, Samples No. 4 to 6 under conditions D to F of the comparative examples (the temperature of the low-temperature heat treatment step without the first heat treatment was 460°C to 490°C) exhibited high HcJ and squareness ratio Hk / HcJ for Sample No. 4 (heat treatment temperature 460°C), but when the heat treatment temperature changed to 475°C or 490°C for Samples No. 5 and 6, the HcJ and squareness ratio Hk / HcJ decreased, unlike the present invention examples. For these reasons, the manufacturing method of the present disclosure can expand the heat treatment temperature range in which high HcJ and squareness ratio Hk / HcJ can be achieved, suppressing variations in HcJ and squareness ratio Hk/ HcJ due to the heat treatment process, and enabling the stable production of high-performance R-T-B based sintered magnets.
実験例2
実施例1と同様にして成形体を得た。次に、得られた成形体を焼結(焼結による緻密化が十分起こる温度を選定(1000℃程度))して成形体から焼結体を作製した。次に、得られた焼結体に対して実施例1と同様にして高温熱処理を行った。次に、高温熱処理後の焼結体に対して、表1に示す条件で低温熱処理を行った。なお、第1温度から第2温度までの昇温レートは、10℃/分であった。
Experimental Example 2
A molded body was obtained in the same manner as in Example 1. Next, the obtained molded body was sintered (a temperature at which sufficient densification by sintering occurred (approximately 1000°C) was selected) to produce a sintered body from the molded body. Next, the obtained sintered body was subjected to high-temperature heat treatment in the same manner as in Example 1. Next, the sintered body after the high-temperature heat treatment was subjected to low-temperature heat treatment under the conditions shown in Table 1. The temperature rise rate from the first temperature to the second temperature was 10°C/min.
得られた焼結体(試料No.7~10)の成分分析を行った所、前記狙い組成と同等(Tのmol比[T]/[B]が14.0を超)であった。なお、各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-OES)を使用して測定した。さらに、焼結体(No.7~10)に機械加工を施した後、B-Hトレーサによって各試料の特性(Br及びHcJ)を測定し、測定結果をもとに角型比Hk/HcJを求めた。HcJおよび角型比Hk/HcJの結果を表2に示す。 The obtained sintered bodies (samples No. 7 to 10) were subjected to a component analysis, and the results were equivalent to the target composition (the molar ratio of T [T]/[B] exceeded 14.0). The components were measured using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). Furthermore, after machining the sintered bodies (samples No. 7 to 10), the properties (B r and H cJ ) of each sample were measured using a B-H tracer, and the squareness ratio H k /H cJ was calculated based on the measurement results. The results of H cJ and squareness ratio H k /H cJ are shown in Table 2.
表4に示すように、本開示の条件において第1熱処理工程の時間(30分~90分)や温度(380℃および350℃)を変化させても、いずれも高いHcJおよび角型比Hk/HcJが得られている。 As shown in Table 4, even when the time (30 to 90 minutes) or temperature (380° C. and 350° C.) of the first heat treatment step was changed under the conditions of the present disclosure, high H cJ and squareness ratio H k /H cJ were obtained in all cases.
本開示のR-T-B系焼結磁石の製造方法は、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ(VCM)、電気自動車(EV、HV、PHV)用モーター、産業機器用モーターなどの各種モーターや家電製品など多種多様な用途で使用される永久磁石として利用可能である。 The manufacturing method for R-T-B based sintered magnets disclosed herein can be used to produce permanent magnets for a wide variety of applications, including voice coil motors (VCMs) for hard disk drives, motors for electric vehicles (EVs, HVs, PHVs), motors for industrial equipment, and various other motors, as well as home appliances.
Claims (3)
前記成形体を焼結して焼結体を作製する焼結工程と、
熱処理炉内において、前記焼結体を300℃以上400℃未満の第1温度で、30分以上900分以下の間、熱処理する第1熱処理工程と、
前記熱処理炉内において、前記焼結体を400℃以上500℃以下の第2温度で、30分以上900分以下の間、熱処理する第2熱処理工程と、
を含み、
前記第1温度と前記第2温度との差は、50℃以上であり、
前記合金粉末の組成は、
R(Rは希土類元素であり、Nd、PrおよびCeからなる群から選択された少なくとも1つを必ず含む)、T(TはFe、Co、Al、Mn、およびSiからなる群から選択された少なくとも1つであり、必ずFeを含む)、B並びにCu、Ga、Ni、Ag、Zn、Snからなる群から選択された少なくとも1つを含有し、Bに対するTのmol比[T]/[B]は14.0超である、
R-T-B系焼結磁石の製造方法。 preparing a compact of alloy powder containing a rare earth element;
a sintering step of sintering the compact to produce a sintered body;
a first heat treatment step of heat treating the sintered body in a heat treatment furnace at a first temperature of 300°C or higher and lower than 400°C for 30 minutes or longer and 900 minutes or shorter;
a second heat treatment step of heat treating the sintered body in the heat treatment furnace at a second temperature of 400°C or higher and 500°C or lower for 30 minutes or higher and 900 minutes or lower;
Including,
a difference between the first temperature and the second temperature is 50°C or more;
The composition of the alloy powder is
R (R is a rare earth element and necessarily includes at least one selected from the group consisting of Nd, Pr, and Ce), T (T is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Al, Mn, and Si and necessarily includes Fe), B, and at least one selected from the group consisting of Cu, Ga, Ni, Ag, Zn, and Sn, and the molar ratio of T to B, [T]/[B], is greater than 14.0;
A method for producing an RTB based sintered magnet.
前記第2温度は、460℃以上である、
請求項1に記載のR-T-B系焼結磁石の製造方法。 the first temperature is less than 390°C;
The second temperature is 460°C or higher.
The method for producing the RTB based sintered magnet according to claim 1.
請求項1または2に記載のR-T-B系焼結磁石の製造方法。
The temperature rise rate from the first temperature to the second temperature is 0.5°C/min or more and 30°C/min or less.
The method for producing the RTB based sintered magnet according to claim 1 or 2.
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