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WO2012002060A1 - Ｒ－ｔ－ｂ系希土類永久磁石、モーター、自動車、発電機、風力発電装置 - Google Patents

Ｒ－ｔ－ｂ系希土類永久磁石、モーター、自動車、発電機、風力発電装置 Download PDF

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WO2012002060A1
WO2012002060A1 PCT/JP2011/061541 JP2011061541W WO2012002060A1 WO 2012002060 A1 WO2012002060 A1 WO 2012002060A1 JP 2011061541 W JP2011061541 W JP 2011061541W WO 2012002060 A1 WO2012002060 A1 WO 2012002060A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
grain boundary
boundary phase
rare earth
rtb
permanent magnet
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2011/061541
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English (en)
French (fr)
Inventor
中島　健一朗
貴司 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
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Priority to EP11800529.7A priority patent/EP2590181B1/en
Priority to US13/807,252 priority patent/US20130092868A1/en
Publication of WO2012002060A1 publication Critical patent/WO2012002060A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
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    • H01F1/0575—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0577—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together sintered
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0266—Moulding; Pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties
    • C22C2202/02—Magnetic

Definitions

  • the present invention relates to an RTB-based rare earth permanent magnet, a motor, an automobile, a generator, and a wind power generator, and in particular, has an excellent magnetic property and is suitably used for a motor or an electric generator.
  • the present invention relates to a B-based rare earth permanent magnet and a motor, automobile, generator, and wind power generator using the same.
  • RTB-based rare earth permanent magnets have been used in various motors and generators.
  • the RTB-based rare earth permanent magnet is composed mainly of Nd, Fe, and B.
  • R is a part of Nd substituted with other rare earth elements such as Pr, Dy, and Tb.
  • T is obtained by substituting a part of Fe with another transition metal such as Co or Ni.
  • B is boron.
  • the existing capacity ratio of the R 2 Fe 14 B phase (where R represents at least one rare earth element) as the main phase component is 87.5 to In the R—Fe—B based magnet alloy in which the abundance ratio of rare earth or rare earth and transition metal oxide is 0.1 to 3%, Zr as a main component in the metal structure of the alloy is 97.5%.
  • a compound in which the maximum distance between compounds selected from a compound, an NbB compound, and a HfB compound is 50 ⁇ m or less and is uniformly dispersed has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • the material used for the R—Fe—B rare earth permanent magnet is R—Fe—Co—B—Al—Cu (where R is one or two of Nd, Pr, Dy, Tb, and Ho).
  • R is one or two of Nd, Pr, Dy, Tb, and Ho.
  • an MB compound, an MB—Cu compound, an MC compound (M is one of Ti, Zr, and Hf) Among these, at least two of the seeds or two or more) and further an R oxide are precipitated in the alloy structure (for example, see Patent Document 2).
  • the motor has a problem in that an electric current is generated inside the motor as the motor rotates, the motor itself generates heat and becomes high temperature, the magnetic force decreases, and the efficiency decreases.
  • a rare earth permanent magnet having a high coercive force at room temperature is required.
  • a method for improving the coercive force of the RTB-based rare earth permanent magnet a method of increasing the Dy concentration in the RTB-based alloy can be considered.
  • a rare earth permanent magnet having a higher coercive force (Hcj) after sintering can be obtained.
  • the magnetization (Br) is lowered. For this reason, it has been difficult for the prior art to sufficiently increase the magnetic characteristics such as the coercive force of the RTB rare earth permanent magnet.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and can achieve a high coercive force (Hcj) and an excellent magnetic property without increasing the Dy concentration in the RTB-based alloy.
  • An object is to provide a -TB rare earth permanent magnet.
  • Another object of the present invention is to provide a motor, an automobile, a generator, and a wind power generator using the RTB rare earth permanent magnet having excellent magnetic properties.
  • the present inventors investigated the relationship among the structure contained in the RTB rare earth permanent magnet, the composition of the grain boundary phase, and the magnetic properties of the RTB rare earth permanent magnet.
  • the grain boundary phase containing more R than the main phase includes the first grain boundary phase, the second grain boundary phase, and the third grain boundary phase having different total atomic concentrations of rare earth elements, and the third grain boundary phase is When the total atomic concentration of the rare earth element is lower than that of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase, and the atomic concentration of Fe is higher than that of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase.
  • a sufficiently high coercive force (Hcj) can be obtained without increasing the Dy concentration as compared with an RTB rare earth permanent magnet containing two or less types of grain boundary phases, and an RTB system.
  • the present inventors have found that the magnetic properties of rare earth permanent magnets are effectively improved and have reached the present invention.
  • the grain boundary phase contained in the RTB-based rare earth permanent magnet has a lower rare earth element concentration than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase, and the first grain boundary phase and the first grain boundary phase. This is presumably due to the inclusion of a third grain boundary phase having a higher atomic concentration of Fe than the two grain boundary phases.
  • the aggregate includes Ga as an essential element
  • the grain boundary phase includes a first grain boundary phase, a second grain boundary phase, and a third grain boundary phase having different total atomic concentrations of rare earth elements, and the third grain boundary
  • the phase is such that the total atomic concentration of the rare earth element is lower than that of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase, and that the atomic concentration of Fe is higher than that of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase.
  • An RTB-based rare earth permanent magnet characterized.
  • the atomic concentration of Fe in the first grain boundary phase is higher than the atomic concentration of Fe in the second grain boundary phase, according to any one of (1) to (4), RTB rare earth permanent magnet.
  • the atomic concentration of oxygen in the second grain boundary phase is higher than the atomic concentration of oxygen in the main phase, the first grain boundary phase, and the third grain boundary phase, (5) or The RTB-based rare earth permanent magnet according to (6).
  • a motor comprising the RTB-based rare earth permanent magnet according to any one of (1) to (7).
  • An automobile comprising the motor according to (8).
  • a generator comprising the RTB-based rare earth permanent magnet according to any one of (1) to (7).
  • a wind turbine generator comprising the generator according to (10).
  • the RTB-based rare earth permanent magnet of the present invention includes a main phase mainly containing R 2 Fe 14 B (where R is a rare earth element containing Nd as an essential element), and grains containing more R than the main phase.
  • the third grain boundary phase has a lower total atomic concentration of the rare earth element than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase, and Fe atoms than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase. Since the concentration is high, a high coercive force (Hcj) can be obtained.
  • the RTB rare earth permanent magnet of the present invention can obtain a sufficiently high coercive force (Hcj) without increasing the Dy concentration, magnetic characteristics such as magnetization (Br) by adding Dy are obtained. Can be suppressed. As a result, the RTB rare earth permanent magnet of the present invention has excellent magnetic properties that are suitably used for motors and generators.
  • FIG. 1 is a photomicrograph of an example of an RTB-based rare earth permanent magnet of the present invention, and a photomicrograph of an RTB-based rare earth permanent magnet of Experimental Example 3.
  • RTB-based rare earth permanent magnet of the present invention (hereinafter abbreviated as “RTTB magnet”), R is a rare earth element containing Nd as an essential element, and T is essential for Fe. B is boron. R preferably contains Dy in order to obtain an RTB-based magnet having a higher coercive force (Hcj).
  • the RTB-based magnet of the present invention is made of a sintered body having a main phase mainly containing R 2 Fe 14 B and a grain boundary phase containing more R than the main phase.
  • the sintered body contains Ga as an essential element.
  • the grain boundary phase constituting the RTB-based magnet of the present invention includes a first grain boundary phase, a second grain boundary phase, and a third grain boundary phase having different total atomic concentrations of rare earth elements.
  • the third grain boundary phase has a lower total atomic concentration of rare earth elements than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase and a higher atomic concentration of Fe than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase. . Therefore, the third grain boundary phase has a composition closer to the main phase than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase.
  • the effect of improving the coercive force (Hcj) obtained in the RTB-based magnet of the present invention is presumed to be due to the formation of a third grain boundary phase containing Fe in a high concentration in the grain boundary phase. Is done.
  • the atomic concentration of Fe in the third grain boundary phase is preferably 50 to 70 at%.
  • the atomic concentration of Fe in the third grain boundary phase is within the above range, the effect of including the third grain boundary phase in the grain boundary phase can be obtained more effectively.
  • the atomic concentration of Fe in the third grain boundary phase is less than the above range, the effect of improving the coercive force (Hcj) due to the inclusion of the third grain boundary phase in the grain boundary phase, There is a risk of becoming insufficient.
  • the atomic concentration of Fe in the third grain boundary phase exceeds the above range, the R 2 T 17 phase or Fe may precipitate and adversely affect the magnetic properties.
  • the volume ratio of the third grain boundary phase in the sintered body is preferably 0.005 to 0.25%.
  • the effect due to the inclusion of the third grain boundary phase in the grain boundary phase can be obtained more effectively.
  • the volume ratio of the third grain boundary phase is less than the above range, the effect of improving the coercive force (Hcj) may be insufficient.
  • a sintered body in which the volume ratio of the third grain boundary phase exceeds the above range is not preferable because the R 2 T 17 phase or Fe precipitates and adversely affects the magnetic properties.
  • the third grain boundary phase in the sintered body preferably has a Ga atomic concentration higher than the Ga atomic concentration of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase.
  • the RTB-based magnet of the present embodiment is composed of a sintered body containing Ga obtained by molding, sintering, and heat-treating a raw material containing an alloy material for permanent magnet containing Ga. .
  • the third grain boundary phase in which the atomic concentration of Ga is higher than that of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase is easily obtained by molding, sintering, and heat-treating a raw material containing an alloy material for permanent magnet containing Ga. Can be manufactured. The reason for this is presumably because Ga contained in the permanent magnet alloy material promotes the generation of the third grain boundary phase.
  • the atomic concentration of Fe is preferably such that the second grain boundary phase ⁇ the first grain boundary phase ⁇ the third grain boundary phase.
  • the main phase particles are magnetically isolated and a high coercive force can be exhibited.
  • the composition of the RTB-based magnet of the present invention includes 27 to 33% by mass, preferably 30 to 32% by mass of R, and 0.85 to 1.3% by mass, preferably 0.87% of B. It is preferable that the content is ⁇ 0.98% by mass, and the balance is T and inevitable impurities.
  • R constituting the RTB-based magnet is less than 27% by mass, the coercive force may be insufficient, and if R exceeds 33% by mass, magnetization may be insufficient. Further, it is preferable that R of the RTB-based magnet has Nd as a main component.
  • Nd As rare earth elements other than Nd contained in R of the RTB-based magnet, Dy, Sc, Y, La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu is mentioned, and Dy is particularly preferably used among them.
  • the atomic concentration of Dy is preferably 2% by mass to 17% by mass, more preferably 2% by mass to 15% by mass, and more preferably 4% by mass. More preferably, it is ⁇ 9.5 mass%.
  • the Dy atomic concentration of the RTB-based magnet exceeds 17% by mass, the magnetization (Br) is significantly reduced. Further, if the Dy atomic concentration of the RTB system magnet is less than 2 mass%, the coercive force of the RTB system magnet may be insufficient for a motor application.
  • T contained in the R-T-B system magnet is a metal indispensable for Fe, and may include other transition metals such as Co and Ni in addition to Fe.
  • Tc Trie temperature
  • B contained in the RTB-based magnet is preferably contained in an amount of 0.85 mass% to 1.3 mass%. If B constituting the RTB-based magnet is less than 0.85% by mass, the coercive force may be insufficient, and if B exceeds 1.3% by mass, the magnetization may be remarkably reduced. is there. B contained in the RTB-based magnet is boron, but a part thereof can be substituted with C or N.
  • the RTB-based magnet contains Ga in order to improve the coercive force.
  • Ga is preferably contained in an amount of 0.03% to 0.3% by mass.
  • the RTB-based magnet preferably contains Al and Cu in order to improve the coercive force.
  • Al is preferably contained in an amount of 0.01% by mass to 0.5% by mass. When Al is contained in an amount of 0.01% by mass or more, the coercive force can be effectively improved. However, if the Al content exceeds 0.5% by mass, the magnetization is not preferable.
  • the oxygen concentration of the RTB-based magnet is preferably as low as possible, preferably 0.5% by mass or less, and more preferably 0.2% by mass or less.
  • the oxygen content is 0.5% by mass or less, sufficient magnetic properties for a motor can be achieved.
  • the oxygen content exceeds 0.5% by mass, the magnetic properties may be remarkably deteriorated.
  • the carbon concentration of the RTB-based magnet is preferably as low as possible, preferably 0.5% by mass or less, and more preferably 0.2% by mass or less.
  • the carbon content is 0.5% by mass or less, sufficient magnetic properties for a motor can be achieved.
  • the magnetic properties may be remarkably deteriorated.
  • the alloy material for Ga-containing permanent magnets used in manufacturing the RTB-based magnet of the present invention has a composition corresponding to the composition of the RTB-based magnet, and includes Ga-containing RT— It is preferable to use one containing a B-based alloy and metal powder.
  • the grain boundary phase can be easily formed by sintering the total number of rare earth elements. Including a first grain boundary phase, a second grain boundary phase, and a third grain boundary phase having different concentrations.
  • the third grain boundary phase has a total atomic concentration of rare earth elements higher than that of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase.
  • an alloy material containing an RTB-based alloy containing Ga and a metal powder is used as the permanent magnet alloy material
  • the amount of the metal powder contained in the permanent magnet alloy material is adjusted to reduce the amount of sintering.
  • An RTB magnet having a higher coercive force (Hcj) can be obtained by easily adjusting the volume ratio of the third grain boundary phase in the compact to a range of 0.005 to 0.25%.
  • the permanent magnet alloy material is preferably a mixture in which a powder made of an RTB-based alloy containing Ga and a metal powder are mixed.
  • the alloy material for permanent magnet is a mixture in which a powder made of an RTB-based alloy containing Ga and a metal powder is mixed, an RTB-based alloy containing Ga powder and the metal powder are mixed. In this way, an alloy material for a permanent magnet with uniform quality can be easily obtained, and an RTB system magnet with uniform quality can be easily obtained by molding and sintering the alloy material.
  • R is one or more selected from Nd, Pr, Dy, and Tb, and Dy or Tb is the above-mentioned RT— It is preferable to contain 4 mass% to 9.5 mass% in the B-based alloy.
  • the average particle size (d50) of the powder made of the RTB-based alloy is preferably 3 to 4.5 ⁇ m.
  • the average particle size (d50) of the metal powder is preferably in the range of 0.01 to 300 ⁇ m.
  • the metal powder contained in the permanent magnet alloy material powders of Al, Si, Ti, Ni, W, Zr, TiAl alloy, Cu, Mo, Co, Fe, Ta, etc. can be used, and particularly limited. However, it is preferable to contain any of Al, Si, Ti, Ni, W, Zr, TiAl alloy, Co, Fe, and Ta, and be any powder of Fe, Ta, and W. More preferred.
  • the metal powder is preferably contained in the alloy material for permanent magnets in an amount of 0.002 to 9% by mass, more preferably 0.02 to 6% by mass, and further 0.6
  • the content is preferably 4% by mass to 4% by mass.
  • the grain boundary phase of the RTB-based magnet is different from the first grain boundary phase, the second grain boundary phase, and the 3 grain boundary phase, the third grain boundary phase has a lower total atomic concentration of rare earth elements than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase, and more Fe than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase Therefore, the coercive force (Hcj) of the RTB-based magnet may not be sufficiently improved.
  • the content of the metal powder exceeds 9% by mass, the magnetic properties such as the magnetization (Br) and the maximum energy product (BHmax) of the RTB-based magnet are remarkably deteriorated.
  • the permanent magnet alloy material used in manufacturing the RTB-based magnet of the present invention can be manufactured by mixing an RTB-based alloy containing Ga and metal powder. It is preferable to be produced by a method of mixing a powder composed of an RTB-based alloy and a metal powder.
  • the powder made of an RTB-based alloy containing Ga is produced, for example, by casting a molten alloy by SC (strip casting) method to produce a cast alloy flake, and the obtained cast alloy flake is obtained by, for example, hydrogen crushing method, etc. It is obtained by a method of pulverizing with a crusher and crushing with a pulverizer.
  • the cast alloy flakes are occluded at room temperature, heat-treated at a temperature of about 300 ° C., degassed by depressurization, and then heat-treated at a temperature of about 500 ° C.
  • a method of removing hydrogen from the inside since the volume of the cast alloy flakes in which hydrogen is occluded expands, a large number of cracks (cracks) are easily generated inside the alloy and crushed.
  • the average particle size of 3 to 4 is obtained by using a high-pressure nitrogen of 0.6 MPa to pulverize the hydrogen-crushed cast alloy flakes with a pulverizer such as a jet mill. And a method of pulverizing to 5 ⁇ m to obtain a powder.
  • an alloy material for permanent magnet is used as a lubricant in an amount of 0.02% by mass to 0.03%.
  • a raw material added with mass% zinc stearate is press-molded using a molding machine in a transverse magnetic field, sintered at 1030 ° C. to 1080 ° C. in a vacuum, and then heat treated at 400 ° C. to 800 ° C. Can be mentioned.
  • the Ga-containing RTB-based alloy used in the present invention is manufactured using the SC method. It is not limited to what is done.
  • an RTB-based alloy containing Ga may be cast using a centrifugal casting method, a book mold method, or the like.
  • the Ga-containing RTB-based alloy and the metal powder may be mixed after the cast alloy flakes are pulverized into a powder comprising the Ga-containing RTB-based alloy.
  • the cast alloy flakes and the metal powder may be mixed to obtain an alloy material for permanent magnets, and then the permanent magnet alloy material containing the cast alloy flakes may be pulverized.
  • the permanent magnet alloy material composed of cast alloy flakes and metal powder is pulverized in the same manner as the cast alloy flake pulverization method, and then molded and sintered as described above. It is preferable to manufacture an RTB-based magnet.
  • the mixing of the RTB-based alloy and the metal powder may be performed after adding a lubricant such as zinc stearate to the powder made of the RTB-based alloy.
  • the metal powder in the permanent magnet alloy material of the present invention may be finely and uniformly distributed, but may not be finely and uniformly distributed.
  • the particle size may be 1 ⁇ m or more, Even if it is aggregated to 5 ⁇ m or more, the effect is exhibited. Further, the effect of improving the coercive force due to the metal powder contained in the permanent magnet alloy material is greater as the Dy concentration is higher, and is even greater when Ga is contained.
  • the grain boundary phase includes a first grain boundary phase, a second grain boundary phase, and a third grain boundary phase having different total atomic concentrations of rare earth elements.
  • the grain boundary phase has a lower total atomic concentration of the rare earth elements than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase, and a higher atomic concentration of Fe than the first grain boundary phase and the second grain boundary phase. Therefore, it is suitable as a motor magnet having a high coercive force (Hcj) and a sufficiently high magnetization (Br).
  • the RTB-based magnet of this embodiment can obtain a sufficiently high coercive force (Hcj) without increasing the Dy concentration in the RTB-based alloy. Since the lowering suppresses the decrease in magnetic properties such as magnetization (Br), it has excellent magnetic properties suitable for use in motors, automobiles, generators, wind power generators and the like.
  • the cast alloy flakes were crushed by the hydrogen crushing method shown below.
  • the cast alloy flakes were roughly pulverized so as to have a diameter of about 5 mm, and inserted into hydrogen at room temperature to occlude hydrogen.
  • heat treatment was performed to heat the cast alloy flakes coarsely pulverized and occluded with hydrogen up to 300 ° C.
  • the pressure was reduced and the hydrogen was deaerated, and further heat treatment was performed to heat to 500 ° C. to release and remove hydrogen in the cast alloy flakes, which were then crushed by cooling to room temperature.
  • the alloy material for permanent magnets was manufactured by adding and mixing at the concentration (mass%) of the metal powder contained in the alloy material.
  • the particle size of the metal powder was measured with a laser diffractometer.
  • the permanent magnet alloy material thus obtained was press-molded at a measured pressure of 0.8 t / cm 2 using a transverse magnetic field molding machine to obtain a green compact. Thereafter, the obtained green compact was sintered in a vacuum. Sintering was performed at 1080 ° C. Thereafter, the RTB system magnets of Experimental Examples 1 to 45 were manufactured by heat treatment at 500 ° C. and cooling.
  • RT-B of Experimental Example 1, Experimental Example 3, Experimental Example 8, Experimental Example 11, Experimental Example 31, Experimental Example 33, Experimental Example 34, Experimental Example 37, and Experimental Example 42 thus obtained was obtained.
  • the volume ratio of the third grain boundary phase of the R-rich phase of the system magnet was examined by the following method. That is, an RTB system magnet having a thickness within ⁇ 10% of the average thickness is embedded in a resin and polished, and this is obtained by photographing a reflected electron image with a scanning electron microscope (JEOL JSM-5310). The volume ratio of the third grain boundary phase of the R-rich phase was calculated using a 300-fold photograph. The results are shown in Table 4.
  • Experimental Examples 1 to 45 Experimental Examples 1 and 31 in which the alloy material for the permanent magnet does not include a metal powder, and Experimental Examples 12 to 30 in which the RTB magnet does not include Ga include the third grains. Almost no boundary phase was observed, and the volume ratio was less than 0.005%. More specifically, in Experimental Examples 1, 31, and 12 to 30, the grain boundary phase was substantially composed of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase. Further, Experimental Examples 12 and 22 included the first grain boundary phase and the third phase in which the atomic concentration of Fe was higher than that of the second grain boundary phase. It was not a grain boundary phase containing a large amount of R, and was not a third grain boundary phase.
  • the grain boundary phase containing more R than the main phase is composed of the first grain boundary phase, the second grain boundary phase, and the third grain boundary phase having different total atomic concentrations of rare earth elements.
  • the total grain concentration of the rare earth elements is lower than that of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase
  • the atomic concentration of Fe is lower than that of the first grain boundary phase and the second grain boundary phase.
  • the coercive force (Hcj) is higher than in Experimental Example 1 that does not include the third grain boundary phase.
  • the RTB magnets of Experimental Examples 32 to 34, Experimental Examples 36 to 39, and Experimental Examples 41 to 45, which are examples of the present invention do not include the third grain boundary phase.
  • the coercive force (Hcj) is higher. This indicates that the coercive force can be increased without increasing the amount of Dy added because the grain boundary phase includes the first grain boundary phase, the second grain boundary phase, and the third grain boundary phase.
  • FIG. 1 is a photomicrograph of the RTB system magnet of Experimental Example 3, which is an example of the RTB system rare earth permanent magnet of the present invention.
  • the dark gray portion close to black is the main phase
  • the light gray portion is the grain boundary phase.
  • the RTB-based magnet shown in FIG. 1 includes a first grain boundary phase (a portion closer to white in the light gray portion of FIG. 1) and a second grain boundary phase, the grain boundary phases having different average atomic weights. It can be seen that it includes a blackish-colored portion in the light gray portion of FIG. 1 and a third grain boundary phase (a darker-colored portion in the light gray portion of FIG. 1).
  • the backscattered electron image was taken at a magnification of 2000 ⁇ and an acceleration voltage of 15 kV.
  • the RTB rare earth permanent magnet of the present invention has excellent magnetic properties that are suitably used for motors and generators, and is extremely useful in industry.

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Abstract

本発明により、Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすることなく、高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られ、しかもＤｙを添加したことによる磁化（Ｂｒ）の低下を抑制でき、優れた磁気特性が得られるＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石が提供される。 本発明は、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂを主として含む主相と、主相よりＲを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなり、ＲはＮｄを必須元素として含む希土類元素であり、前記焼結体はＧａを必須元素として含み、前記粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、前記第３粒界相は、前記第１粒界相および前記第２粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石に関する。

Description

Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石、モーター、自動車、発電機、風力発電装置
　本発明は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石、モーター、自動車、発電機、風力発電装置に係り、特に、優れた磁気特性を有し、モーターや発電機に好適に用いられるＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石およびこれを用いたモーター、自動車、発電機、風力発電装置に関するものである。
本願は、２０１０年６月２９日に、日本に出願された特願２０１０－１４７６２１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来からＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石は、各種モーターや発電機などに使用されている。近年、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の耐熱性向上に加え、省エネルギーへの要望が高まっていることから、自動車を含めたモーター用途の比率が上昇している。
　Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石は、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを主成分とするものである。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石合金においてＲは、Ｎｄの一部をＰｒ、Ｄｙ、Ｔｂ等の他の希土類元素で置換したものである。ＴはＦｅの一部をＣｏ、Ｎｉ等の他の遷移金属で置換したものである。Ｂはホウ素である。
　Ｒ－Ｆｅ－Ｂ系希土類永久磁石に用いられる材料としては、主相成分であるＲ２Ｆｅ１４Ｂ相（但し、Ｒは少なくとも１種の希土類元素を示す）の存在容量割合が８７．５～９７．５％であり、希土類又は希土類と遷移金属の酸化物の存在容量割合が０．１～３％であるＲ－Ｆｅ－Ｂ系磁石合金において、前記合金の金属組織中に主成分としてＺｒとＢとからなるＺｒＢ化合物、ＮｂとＢとからなるＮｂＢ化合物、及びＨｆとＢとからなるＨｆＢ化合物から選ばれる化合物が、平均粒径５μｍ以下で、かつ上記合金中に隣り合って存在するＺｒＢ化合物、ＮｂＢ化合物、及びＨｆＢ化合物から選ばれる化合物間の最大間隔が５０μｍ以下で均一に分散しているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、Ｒ－Ｆｅ－Ｂ系希土類永久磁石に用いられる材料としては、Ｒ－Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ－Ａｌ－Ｃｕ（但し、ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏのうち１種又は２種以上で、Ｎｄを１５～３３質量％含有する）系希土類永久磁石材料において、Ｍ－Ｂ系化合物、Ｍ－Ｂ－Ｃｕ系化合物、Ｍ－Ｃ系化合物（ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうち１種又は２種以上）のうち少なくとも２種と、更にＲ酸化物とが合金組織中に析出しているものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３９５１０９９号公報 特許第３８９１３０７号公報
　しかしながら、近年、より一層高性能なＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石が求められ、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の保磁力などの磁気特性をより一層向上させることが要求されている。特にモーターにおいては回転に伴ってモーター内部に電流が発生してモーター自体が発熱して高温となり、磁力が低下して効率が低下するという問題がある。この問題を克服するために、室温において高い保磁力を有する希土類永久磁石が要求されている。
　Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の保磁力を向上させる方法としては、Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くする方法が考えられる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金中におけるＤｙ濃度を高くするほど、焼結後に保磁力（Ｈｃｊ）の高い希土類永久磁石が得られる。しかし、Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすると、磁化（Ｂｒ）が低下してしまう。
　このため、従来の技術では、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の保磁力などの磁気特性を十分に高くすることは困難であった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすることなく、高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られ、優れた磁気特性が得られるＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石を提供することを目的とする。
　また、優れた磁気特性を有する上記のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石を用いたモーター、自動車、発電機、風力発電装置を提供することを目的とする。
　本発明者らは、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石に含まれる組織と、粒界相の組成と、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の磁気特性との関係を調べた。その結果、主相よりＲを多く含む粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、第３粒界相が、前記第１粒界相および前記第２粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いものである場合、２種類以下の粒界相を含むＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石と比較して、Ｄｙ濃度を高くすることなく、十分に高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られ、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の磁気特性が効果的に向上されることを見出し、本発明に至った。
　この効果は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石に含まれる粒界相が、第１粒界相および第２粒界相より前記希土類元素濃度が低く、かつ前記第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高い第３粒界相を含むことによるものと推定される。
　すなわち本発明は、下記の各発明を提供するものである。
（１）　Ｒ２Ｆｅ１４Ｂを主として含む主相と、主相よりＲを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなり、ＲはＮｄを必須元素として含む希土類元素であり、前記焼結体はＧａを必須元素として含み、前記粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、前記第３粒界相は、前記第１粒界相および前記第２粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いことを特徴とするＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
（２）　前記第３粒界相のＦｅの原子濃度が、５０～７０ａｔ％であることを特徴とする、（１）に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
（３）　前記焼結体における前記第３粒界相の体積比率が、０．００５～０．２５％であることを特徴とする、（１）または（２）に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
（４）　前記第３粒界相のＧａの原子濃度が、第１粒界相および第２粒界相のＧａの原子濃度より高いことを特徴とする、（１）～（３）のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
（５）　前記第１粒界相のＦｅの原子濃度が、前記第２粒界相のＦｅの原子濃度より高いことを特徴とする、（１）～（４）のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
（６）　前記第１粒界相の希土類元素の合計原子濃度が、前記第２粒界相の希土類元素の合計原子濃度より高いことを特徴とする、（５）に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
（７）　前記第２粒界相の酸素の原子濃度が、前記主相、前記第１粒界相および前記第３粒界相の酸素の原子濃度より高いことを特徴とする、（５）または（６）に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
（８）　（１）～（７）のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
（９）　（８）に記載のモーターを備えることを特徴とする自動車。
（１０）　（１）～（７）のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とする発電機。
（１１）　（１０）に記載の発電機を備えることを特徴とする風力発電装置。
　本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石は、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ（ただし、ＲはＮｄを必須元素として含む希土類元素である）を主として含む主相と、主相よりＲを多く含む粒界相とを備えたＧａを含む焼結体からなり、前記粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、前記第３粒界相は、前記第１粒界相および前記第２粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いものであるので、高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られる。
　また、本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石では、Ｄｙ濃度を高くすることなく十分に高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られるので、Ｄｙを添加することによる磁化（Ｂｒ）などの磁気特性の低下を抑制できる。
　その結果、本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石は、モーターや発電機に好適に用いられる優れた磁気特性を有するものとなる。
図１は、本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の一例の顕微鏡写真であり、実験例３のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の顕微鏡写真である。
　以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
　本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石（以下、「Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石」と略記する。）において、ＲはＮｄを必須元素として含む希土類元素であり、ＴはＦｅを必須とする金属であり、Ｂはホウ素である。Ｒは保磁力（Ｈｃｊ）のより優れたＲ－Ｔ－Ｂ系磁石とするために、Ｄｙを含むことが好ましい。
　本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石は、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂを主として含む主相と、主相よりＲを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなるものである。ここで、焼結体はＧａを必須元素として含む。
　本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石を構成する粒界相は、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含むものである。
　第３粒界相は、第１粒界相および第２粒界相より希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ第１粒界相および第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いものである。したがって、第３粒界相は、第１粒界相および第２粒界相より主相に近い組成を有するものとなっている。
　本発明のＲ-Ｔ-Ｂ系磁石において得られる保磁力（Ｈｃｊ）を向上させる効果は、粒界相中にＦｅを高濃度で含む第３粒界相が形成されていることによるものと推定される。
　第３粒界相のＦｅの原子濃度は、５０～７０ａｔ％であることが好ましい。第３粒界相のＦｅの原子濃度が上記範囲内であると、粒界相中に第３粒界相が含まれていることによる効果が、より一層効果的に得られる。これに対し、第３粒界相のＦｅの原子濃度が上記範囲未満であると、粒界相中に第３粒界相が含まれていることによる保磁力（Ｈｃｊ）を向上させる効果が、不十分となる恐れが生じる。また、第３粒界相のＦｅの原子濃度が上記範囲を超えると、Ｒ２Ｔ１７相あるいはＦｅが析出して磁気特性に悪影響を及ぼす恐れがある。
　また、焼結体における第３粒界相の体積比率は、０．００５～０．２５％であることが好ましい。第３粒界相の体積比率が上記範囲内であると、粒界相中に第３粒界相が含まれていることによる効果が、より一層効果的に得られる。これに対し、第３粒界相の体積比率が上記範囲未満であると、保磁力（Ｈｃｊ）を向上させる効果が、不十分となる恐れが生じる。また、第３粒界相の体積比率が上記範囲を超える焼結体は、Ｒ２Ｔ１７相あるいはＦｅが析出して磁気特性に悪影響を及ぼすため、好ましくない。
　また、焼結体における第３粒界相は、Ｇａの原子濃度が、第１粒界相および第２粒界相のＧａの原子濃度より高いことが好ましい。本実施形態のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石は、Ｇａを含む永久磁石用合金材料を含む原料を、成型し、焼結し、熱処理することにより得られるＧａを含む焼結体からなるものである。Ｇａの原子濃度が、第１粒界相および第２粒界相より高い第３粒界相は、Ｇａ含む永久磁石用合金材料を含む原料を、成型し、焼結し、熱処理することにより容易に製造できるものとなる。この理由は、永久磁石用合金材料に含まれるＧａが、第３粒界相の生成を促進しているためと推定される。
　また、本実施形態においては、Ｆｅの原子濃度は、第２粒界相＜第１粒界相＜第３粒界相となっていることが好ましい。このようなＲ－Ｔ－Ｂ系磁石では、主相粒子間への粒界成分の回り込みが良好なため、磁気的に主相粒子が隔離されて高い保磁力が発現できる。
　また、本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石の組成は、Ｒを２７～３３質量％、好ましくは３０～３２質量％含み、Ｂを０．８５～１．３質量％、好ましくは０．８７～０．９８質量％含むものであって、残部がＴと不可避不純物であることが好ましい。
　Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石を構成するＲが２７質量％未満であると、保磁力が不十分となる場合があり、Ｒが３３質量％を超えると磁化が不十分となるおそれがある。
　また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石のＲは、Ｎｄを主成分とすることが好ましい。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石のＲに含まれるＮｄ以外の希土類元素としては、Ｄｙ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが挙げられ、中でも特に、Ｄｙが好ましく用いられる。
　Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石がＤｙを含むものである場合、Ｄｙの原子濃度は、２質量％～１７質量％であることが好ましく、２質量％～１５質量％であることがより好ましく、４質量％～９．５質量％であることがさらに好ましい。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石のＤｙの原子濃度が１７質量％を超えると、磁化（Ｂｒ）の低下が顕著となる。また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石のＤｙの原子濃度が２質量％未満であると、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の保磁力がモーター用途としては不十分となる場合がある。
　Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石に含まれるＴは、Ｆｅを必須とする金属であり、Ｆｅ以外にＣｏ、Ｎｉなどの他の遷移金属を含むものとすることができる。Ｆｅ以外にＣｏを含む場合、Ｔｃ（キュリー温度）を改善することができ好ましい。
　また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石に含まれるＢは０．８５質量％～１．３質量％含まれていることが好ましい。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石を構成するＢが０．８５質量％未満であると、保磁力が不十分となる場合があり、Ｂが１．３質量％を超えると磁化が著しく低下するおそれがある。
　Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石に含まれるＢは、ホウ素であるが、一部をＣまたはＮで置換できる。
　また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石には、保磁力を向上させるために、Ｇａが含まれている。Ｇａは０．０３質量％～０．３質量％含まれていることが好ましい。Ｇａを０．０３質量％以上含む場合、第３粒界相の生成を促進させ、保磁力を効果的に向上させることができる。
しかし、Ｇａの含有量が０．３質量％を超えると磁化が低下するため好ましくない。
　また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石には、保磁力を向上させるために、Ａｌ、Ｃｕが含まれていることが好ましい。Ａｌは０．０１質量％～０．５質量％含まれていることが好ましい。Ａｌを０．０１質量％以上含む場合、保磁力を効果的に向上させることができる。しかし、Ａｌの含有量が０．５質量％を超えると磁化が低下するため好ましくない。
　さらに、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の酸素濃度は低いほど好ましく、０．５質量％以下であることが好ましく、０．２質量％以下であることがより好ましい。酸素の含有量が０．５質量％以下である場合、モーター用として十分な磁気特性を達成できる。酸素の含有量が０．５質量％を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。
　また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の炭素濃度は低いほど好ましく、０．５質量％以下であることが好ましく、０．２質量％以下であることがより好ましい。炭素の含有量が０．５質量％以下である場合、モーター用として十分な磁気特性を達成できる。炭素の含有量が０．５質量％を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。
　次に、本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石の製造方法について説明する。本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石を製造するには、Ｇａ含む永久磁石用合金材料を含む原料を、成型し、焼結し、熱処理する方法などが挙げられる。
　本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石を製造する際に用いられるＧａ含む永久磁石用合金材料としては、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の組成に対応する組成を有し、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金と、金属粉末とを含むものを用いることが好ましい。
　永久磁石用合金材料として、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金と、金属粉末とを含むものを用いた場合、これを成形して焼結することにより容易に粒界相が希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、第３粒界相が、第１粒界相および第２粒界相より希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ第１粒界相および第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いＲ－Ｔ－Ｂ系磁石が得られる。
　また、永久磁石用合金材料として、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金と金属粉末とを含むものを用いた場合、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末の使用量を調節することにより、焼結体における第３粒界相の体積比率を０．００５～０．２５％の範囲に容易に調節でき、より高い保磁力（Ｈｃｊ）を有するＲ－Ｔ－Ｂ系磁石が得られる。
　さらに、永久磁石用合金材料は、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とが、混合されてなる混合物であることが好ましい。永久磁石用合金材料が、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とが混合されてなる混合物である場合、粉末のＧａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金と金属粉末とを混合するだけで、容易に品質の均一な永久磁石用合金材料が得られるとともに、これを成形して焼結することで、容易に品質の均一なＲ－Ｔ－Ｂ系磁石が得られる。
　永久磁石用合金材料に含まれるＧａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金において、ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂから選ばれる１種または２種以上であって、ＤｙまたはＴｂを前記Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金中に４質量％～９．５質量％含むものであることが好ましい。
　Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金からなる粉末の平均粒度（ｄ５０）は、３～４．５μｍであることが好ましい。また、金属粉末の平均粒度（ｄ５０）は、０．０１～３００μｍの範囲であることが好ましい。
　また、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｚｒ、ＴｉＡｌ合金、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔａなどの粉末を用いることができ、特に限定されないが、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｚｒ、ＴｉＡｌ合金、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔａのうちのいずれかを含むことが好ましく、Ｆｅ、Ｔａ、Ｗのうちのいずれかの粉末であることがより好ましい。
　金属粉末は、永久磁石用合金材料中に０．００２質量％～９質量％含まれていることが好ましく、０．０２質量％～６質量％含まれていることがより好ましく、さらに０．６質量％～４質量％含まれていることが好ましい。金属粉末の含有量が０．００２質量％未満であると、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、第３粒界相が、第１粒界相および第２粒界相より希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ第１粒界相および第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いものとならず、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の保磁力（Ｈｃｊ）を十分に向上させることができない恐れがある。また、金属粉末の含有量が９質量％を超えると、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）や最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）などの磁気特性の低下が顕著となるため好ましくない。
　本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石を製造する際に用いられる永久磁石用合金材料は、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金と金属粉末とを混合することにより製造することができるが、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とを混合する方法により製造されたものであることが好ましい。
　Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金からなる粉末は、例えば、ＳＣ（ストリップキャスト）法により合金溶湯を鋳造して鋳造合金薄片を製造し、得られた鋳造合金薄片を、例えば、水素解砕法などにより解砕し、粉砕機により粉砕する方法などによって得られる。
　水素解砕法としては、室温で鋳造合金薄片に水素を吸蔵させ、３００℃程度の温度で熱処理した後、減圧して水素を脱気し、その後、５００℃程度の温度で熱処理して鋳造合金薄片中の水素を除去する方法などが挙げられる。水素解砕法において水素の吸蔵された鋳造合金薄片は、体積が膨張するので、合金内部に容易に多数のひび割れ（クラック）が発生し、解砕される。
　また、水素解砕された鋳造合金薄片を粉砕する方法としては、例えば、ジェットミルなどの粉砕機により、水素解砕された鋳造合金薄片を０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて平均粒度３～４．５μｍに微粉砕して粉末とする方法などが挙げられる。
　このようにして得られた永久磁石用合金材料を用いてＲ－Ｔ－Ｂ系磁石を製造する方法としては、例えば、永久磁石用合金材料に、潤滑剤として０．０２質量％～０．０３質量％のステアリン酸亜鉛を添加した原料を、横磁場中成型機などを用いてプレス成型し、真空中で１０３０℃～１０８０℃で焼結し、その後４００℃～８００℃で熱処理する方法などが挙げられる。
　上述した例においては、ＳＣ法を用いてＧａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金を製造する場合について説明したが、本発明において用いられるＧａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金はＳＣ法を用いて製造されるものに限定されるものではない。例えば、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金を、遠心鋳造法、ブックモールド法などを用いて鋳造してもよい。
　また、Ｇａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金と金属粉末とは、上述したように、鋳造合金薄片を粉砕してＧａ含むＲ－Ｔ－Ｂ系合金からなる粉末としてから混合してもよいが、例えば、鋳造合金薄片を粉砕する前に、鋳造合金薄片と金属粉末とを混合して永久磁石用合金材料とし、その後、鋳造合金薄片の含まれる永久磁石用合金材料を粉砕してもよい。この場合、鋳造合金薄片と金属粉末とからなる永久磁石用合金材料を、鋳造合金薄片の粉砕方法と同様にして粉砕して粉末とし、その後、上記と同様にして成形して焼結することにより、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石を製造することが好ましい。
　また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金と金属粉末との混合は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金からなる粉末に、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を添加した後に行ってもよい。
　本発明の永久磁石用合金材料中の金属粉末は、微細で均一に分布していてもよいが、微細で均一に分布していなくてもよく、例えば、粒度１μｍ以上であってもよいし、５μｍ以上に凝集していても効果を発揮する。また、永久磁石用合金材料中に金属粉末が含まれていることによる保磁力向上の効果は、Ｄｙ濃度が高いほど大きく、Ｇａが含まれているとさらに大きく発現する。
　本実施形態のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石は、粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、前記第３粒界相は、前記第１粒界相および前記第２粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いものであるので、高い保磁力（Ｈｃｊ）を有し、しかも十分に磁化（Ｂｒ）の高いモーター用の磁石として好適なものとなる。
　Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の保磁力（Ｈｃｊ）は、高いほど好ましいが、モーター用の磁石として用いる場合、３０ｋＯｅ以上であることが好ましい。モーター用の磁石において保磁力（Ｈｃｊ）が３０ｋＯｅ未満であると、モーターとしての耐熱性が不足する場合がある。
　また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）も高いほど好ましいが、モーター用の磁石として用いる場合、１０．５ｋＧ以上であることが好ましい。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）が１０．５ｋＧ未満であると、モーターのトルクが不足する恐れがあり、モーター用の磁石として好ましくない。
　本実施形態のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系合金中におけるＤｙ濃度を高くすることなく、十分に高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られるものであり、Ｄｙの添加量を低くしたことにより磁化（Ｂｒ）などの磁気特性の低下が抑制されたものであるので、モーター、自動車、発電機、風力発電装置などに好適に用いられる優れた磁気特性を有するものとなる。
「実験例１」
　Ｎｄメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｐｒメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｄｙメタル（純度９９ｗｔ％以上）、フェロボロン（Ｆｅ８０％、Ｂ２０ｗ％）、Ａｌメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｃｏメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｃｕメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｇａメタル（純度９９ｗｔ％以上）、鉄塊（純度９９％ｗｔ以上）を表１に示す合金Ａ～Ｄの成分組成になるように秤量し、アルミナるつぼに装填した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　その後、アルミナるつぼの入れられた高周波真空誘導炉の炉内をＡｒで置換し、１４５０℃まで加熱して溶融させて水冷銅ロールに溶湯を注ぎ、ロール周速度１．０ｍ／秒、平均厚み０．３ｍｍ程度となるようにＳＣ（ストリップキャスト）法により、鋳造合金薄片を得た。
　次に、鋳造合金薄片を以下に示す水素解砕法により解砕した。まず、鋳造合金薄片を直径５ｍｍ程度になるように粗粉砕し、室温の水素中に挿入して水素を吸蔵させた。続いて、粗粉砕して水素を吸蔵させた鋳造合金薄片を３００℃まで加熱する熱処理を行った。その後、減圧して水素を脱気し、さらに５００℃まで加熱する熱処理を行って鋳造合金薄片中の水素を放出除去し、室温まで冷却する方法により解砕した。
　次に、水素解砕された鋳造合金薄片に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．０２５ｗｔ％を添加し、ジェットミル（ホソカワミクロン１００ＡＦＧ）により、０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて、水素解砕された鋳造合金薄片を平均粒度（ｄ５０）４．５μｍに微粉砕して粉末とした。
　このようにして得られた表１に示す平均粒度のＲ－Ｔ－Ｂ系合金からなる粉末（合金Ａ～Ｄ）に、表２に示す粒度の金属粉末を、表３に示す割合（永久磁石用合金材料中に含まれる金属粉末の濃度（質量％））で添加して混合することにより永久磁石用合金材料を製造した。金属粉末の粒度は、レーザ回析計によって測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　次に、このようにして得られた永久磁石用合金材料を、横磁場中成型機を用いて成計圧力０．８ｔ／ｃｍ２でプレス成型して圧粉体とした。その後、得られた圧粉体を真空中で焼結した。焼結温度は１０８０℃で焼結した。その後５００℃で熱処理して冷却することにより、実験例１～実験例４５のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石を作製した。
　得られた実験例１～実験例４５のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石それぞれの磁気特性をＢＨカーブトレーサー（東英工業ＴＰＭ２－１０）で測定した。その結果を表３に示す。
　表３において「Ｈｃｊ」とは保磁力であり、「Ｂｒ」とは磁化であり、「ＳＲ」とは角形性であり、「ＢＨｍａｘ」とは最大エネルギー積である。また、これらの磁気特性の値は、それぞれ５個のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石の測定値の平均である。
　また、このようにして得られた実験例１、実験例３、実験例８、実験例１１、実験例３１、実験例３３、実験例３４、実験例３７、実験例４２のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石のＲリッチ相の第３粒界相の体積比率を以下に示す方法により調べた。
　すなわち、平均厚みの±１０％以内の厚みのＲ－Ｔ－Ｂ系磁石を樹脂に埋め込んで研磨し、これを走査電子顕微鏡（日本電子ＪＳＭ－５３１０）にて反射電子像を撮影し、得られた３００倍の写真を用いて、Ｒリッチ相の第３粒界相の体積比率を算出した。
　その結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　また、走査電子顕微鏡にて実験例１～実験例４２のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石の反射電子像を２０００～５０００倍で撮影し、そのコントラストによりＲ－Ｔ－Ｂ系磁石の主相、粒界相（第１粒界相～第３粒界相）を判別し、さらにＦＥ－ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー（Electron　Probe　Micro　Analyzer）を用いて主相および粒界相の組成を調べた。
　その結果を表５～表８に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　実験例１～実験例４５のうち、永久磁石用合金材料が金属粉末を含まない実験例１、３１、Ｇａを含まないＲ－Ｔ－Ｂ系磁石である実験例１２～３０は、第３粒界相がほとんど観察されず、その体積率は０．００５％未満であった。
　より詳細には、実験例１、３１、１２～３０は、粒界相がほぼ第１粒界相と第２粒界相とからなるものであった。また、実験例１２、２２は、第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高い第３の相を含むものであったが、この第３の相は、主相よりＲを多く含む粒界相ではなく、第３粒界相ではなかった。
　表３、表５～表８に示すように、主相よりＲを多く含む粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、第３粒界相が、第１粒界相および第２粒界相より希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ第１粒界相および第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高い本発明の実施例である実験例２～実験例１１では、第３粒界相を含まない実験例１と比較して、保磁力（Ｈｃｊ）が高くなっている。また、本発明の実施例である実験例３２～実験例３４、実験例３６～実験例３９、実験例４１～実験例４５のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石では、第３粒界相を含まない実験例３１と比較して、保磁力（Ｈｃｊ）が高くなっている。
　このことより、粒界相が第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相を含むことにより、Ｄｙの添加量を増やすことなく、保磁力を高くできることが分かる。
　また、表３および表４に示すように、焼結体における第３粒界相の体積比率が、０．００５～０．２５％である場合、保磁力（Ｈｃｊ）を効果的に向上させることができることが、確認できた。
　また、図１は、本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石の一例である実験例３のＲ－Ｔ－Ｂ系磁石の顕微鏡写真である。図１に示すＲ－Ｔ－Ｂ系磁石の顕微鏡写真（ＦＥ－ＥＰＭＡの反射電子像）において、黒に近い濃い灰色の部分は主相であり、薄い灰色の部分は粒界相である。図１に示すＲ－Ｔ－Ｂ系磁石は、粒界相が平均原子量の異なる第１粒界相（図１の薄い灰色の部分の中でもより白に近い色の部分）と第２粒界相（図１の薄い灰色の部分の中では黒っぽい色の部分）と第３粒界相（図１の薄い灰色の部分の中ではさらに黒っぽい色の部分）とを含んでいることが分かる。
　反射電子像は倍率２０００倍、加速電圧は１５ｋＶで撮影した。
　本発明のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石は、モーターや発電機に好適に用いられる優れた磁気特性を有するものとなるため、産業上極めて有用である。

Claims (11)

  1. 　Ｒ２Ｆｅ１４Ｂを主として含む主相と、主相よりＲを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなり、
    　ＲはＮｄを必須元素として含む希土類元素であり、前記焼結体はＧａを必須元素として含み、
    　前記粒界相が、希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み、
    　前記第３粒界相は、前記第１粒界相および前記第２粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く、かつ前記第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いことを特徴とするＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
  2. 　前記第３粒界相のＦｅの原子濃度が、５０～７０ａｔ％であることを特徴とする、請求項１に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
  3. 　前記焼結体における前記第３粒界相の体積比率が、０．００５～０．２５％であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
  4. 　前記第３粒界相のＧａの原子濃度が、第１粒界相および第２粒界相のＧａの原子濃度より高いことを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
  5. 　前記第１粒界相のＦｅの原子濃度が、前記第２粒界相のＦｅの原子濃度より高いことを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
  6. 　前記第１粒界相の希土類元素の合計原子濃度が、前記第２粒界相の希土類元素の合計原子濃度より高いことを特徴とする、請求項５に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
  7. 　前記第２粒界相の酸素の原子濃度が、前記主相、前記第１粒界相および前記第３粒界相の酸素の原子濃度より高いことを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石。
  8. 　請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
  9. 　請求項８に記載のモーターを備えることを特徴とする自動車。
  10. 　請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とする発電機。
  11. 　請求項１０に記載の発電機を備えることを特徴とする風力発電装置。
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
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