希土類異方性磁石の製造方法
【課題】高い異方性を付与することにより磁化を高めた希土類異方性磁石を製造する方法を提供する。
【解決手段】Ｙを含む希土類元素Ｒの水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末に、更にＲ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を混合し、得られた混合粉末を磁場中で圧粉成形した後、脱水素処理を行なうことを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法が提供される。
【解決手段】Ｙを含む希土類元素Ｒの水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末に、更にＲ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を混合し、得られた混合粉末を磁場中で圧粉成形した後、脱水素処理を行なうことを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化を向上させた希土類異方性磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）で代表される希土類磁石は、磁束密度が高く極めて強力な永久磁石として種々の用途に用いられている。優れた磁気特性を得るために、微細な結晶粒径を確保する製法が行なわれている。
【０００３】
特許文献１には、磁石材料の結晶粒径を微細化するためにＨＤＤＲ技術を使用した製造方法が開示されている。ＨＤＤＲ技術は、ＨＤ(hydrogenation-decomposition：水素化・相分解)とＤＲ(desorption-recombination：脱水素化・再結合)の２工程に分かれる。上記方法は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の製造方法であり、Ｒ（Ｙを含む希土類元素の１種以上）の水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末を原料とし、これらの混合粉末を高温で脱水素処理することにより再結合反応を起こし、磁石粉末を製造する。すなわち、ＨＤＤＲ技術のＤＲ工程を利用して、下記反応により希土類磁石を合成する。
【０００４】
ＲＨ２＋Ｆｅ２Ｂ＋Ｆｅ→Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ
しかし、上記方法は微細な結晶粒を実現できるものの、異方性を利用した磁化向上が行なわれていない。すなわち、ボールミル混合後にペレット状に圧粉してから脱水素をおこなってＮｄＦｅＢ磁石を作製しているが、この方法ではペレット内のＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂ、Ｆｅの結晶方位がバラバラになっているため、最終的に製造されるＮｄＦｅＢ磁石の結晶方位もバラバラで配向が弱い。すなわち、異方性が低く大きな磁化が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平５−７９７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高い異方性を付与することにより磁化を高めた希土類異方性磁石を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、Ｙを含む希土類元素Ｒの水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末に、更にＲ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を混合し、得られた混合粉末を磁場中で圧粉成形した後、脱水素処理を行なうことを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、脱水素処理の前に核となるＲ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を混合し、磁場中でＲ２Ｆｅ１４Ｂを配向させてから脱水素処理を行なうことによって、脱水素処理時に新たに生成される核の結晶方位が最初に混合したＲ２Ｆｅ１４Ｂとの相互作用で揃い、最終的に得られるＮｄＦｅＢ磁石の異方性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明による希土類異方性磁石の磁化曲線を従来法によるものと比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
従来は、下記の方法により希土類磁石を製造していた。
【００１１】
<従来の製造方法>
（１）原料粉末
希土類元素水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末を混合
（２）圧粉成形
（３）高温で脱水素・再結合
これに対して本発明では、下記の方法により製造する。
【００１２】
（１）原料粉末
希土類元素水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末に加えて、更に製造対象とする希土類磁石粉末を混合
（２）磁場中で圧粉成形
（３）高温で脱水素・再結合
すなわち、本発明の特徴として、従来の原料粉末に加えて更に希土類磁石粉末を混合し、混合粉末の圧粉成形を磁場中で行なう。
本願において「希土類元素」とは、ランタノイド元素に加えＹも含まれる用語として使用する。
【００１３】
以下に、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ磁石の製造を典型例として説明する。
【００１４】
（１）原料粉末の調製
ＮｄＨ２（希土類元素水素化物）粉末、Ｆｅ２Ｂ（フェロボロン）粉末、Ｆｅ（鉄）粉末、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ（製造対象とする希土類磁石）粉末をボールミルで混合して、混合粉末とする。
【００１５】
このとき添加したＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ（以下「添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ」と呼ぶ）が、後工程の脱水素処理時に核となり再結合反応が起きる。新たに生成される核の方位が、ボールミル時に混合した添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂとの相互作用で揃う。
【００１６】
添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ（希土類磁石）粉末の配合割合は、１０wt％〜３０wt％が望ましい。１０wt％未満であると、添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂによる異方化の効果が少なく、磁気特性にバラツキが生じる。３０wt％を超えると、添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを核とした粗大な相が多くなり、保磁力が低下する。
【００１７】
ボールミル処理時間は、１０分〜６０分が望ましい。１０分より短いと、粉末の混合が不十分であり、磁気特性にバラツキが生ずる。６０分より長いと不純物混合の虞がある。
【００１８】
（２）磁場中での圧粉・成形
磁場中で圧粉・成形することにより、後工程の脱水素処理時に添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを核として生成粉末が配向し、製造される磁石の異方性が高まる。
磁場の強さとしては１０００Ｏｅ以上、好ましくは５０００Ｏｅ以上を印加する。
【００１９】
添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂは結晶磁気異方性が高いので、磁化容易軸であるｃ軸が磁場方向に向いた配向状態になる。
【００２０】
（３）高温での脱水素・再結合
脱水素処理温度は、６００℃〜９００℃が望ましい。６００℃未満では脱水素されず、再結合反応が起きない。９００℃を超えると結晶粒の粗大化が起きて保磁力が低下する。
【００２１】
脱水素処理時間は、水上捕集等の方法を用いて放出量を測定し、水素が完全に抜けるまで行なう。残留水素量が多いと再結合反応が不十分になり、保磁力が低下する。
【実施例】
【００２２】
本発明の方法により、下記の条件および手順によりＮｄＦｅＢ希土類磁石を製造した。
【００２３】
（Ａ）Ｎｄ水素化物の作製
室温において、水素圧力１ＭＰａでＮｄ１０ｇを水素化してＮｄＨ２とした。
（Ｎｄ：高純度化学社製）
【００２４】
（Ｂ）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの作製
Ｎｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８の配合で秤量した試薬をアーク溶解してインゴットを得た。
インゴットの均質化処理を、Ａｒ雰囲気、昇温速度２００℃／ｈ、１０００℃×２０ｈ、高温速度２００℃／ｈで行なった。
次いで、カッターミル、乳鉢などにより５０〜１００μmに粉砕した。
【００２５】
（Ｃ）混合処理
<配合>
ＮｄＨ２ ＦｅＢ Ｆｅ Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ
０．６ｇ ０．１５ｇ ０．９ｇ ０．３ｇ
（ＦｅＢ、Ｆｅ：高純度化学社製）
<ボールミル処理>
４００ｒｐｍ、６０分間（FRITCH社製 遊星型ボールミル）
【００２６】
（Ｄ）磁場中での圧粉・成形
１０００Ｏｅの磁場をかけながら手動プレスにて圧粉・成形した。
【００２７】
（Ｅ）脱水素処理
反応容器に試料を装入し１×１０−４Ｐａに真空引きした。
昇温速度２５℃／ｍｉｎで７５０℃に昇温して保持した。
放出水素量を水上捕集で測定し、水素が出なくなったところで炉冷した。
【００２８】
（Ｆ）粉砕
得られた希土類磁石試料を乳鉢で５０〜１００μmに粉砕した。
【００２９】
〔従来例〕
比較のために従来法によりＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ希土類磁石を作製した。
実施例とは下記の操作が異なる。
上記の操作（Ｂ）は行なわなかった。
上記（Ｃ）混合処理において、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂは用いなかった。
上記（Ｄ）圧粉・成形処理において、磁場は用いなかった。
その他の操作は実施例と同様に行った。
【００３０】
<磁気特性の評価>
実施例および従来例の試料を粉末測定用ケース内に液体状に溶かしたパラフィンと共に装入した。
試料に５０００Ｏｅの磁場をかけながらパラフィンを温めて溶かし試料を配向させた。
この状態で振動式磁束計（ＶＳＭ）を用いて磁化曲線を測定した。
【００３１】
図１に、実施例および従来例について、測定した磁化曲線を示す。
図１から分かるように、本発明の実施例による試料は、従来例による試料と比較すると、保磁力は同等（約７ｋＧ）であり、飽和磁化が９７．６ｅｍｕ／ｇ→１１５．８ｅｍｕ／ｇに向上し、残留磁化が６７．５ｅｍｕ／ｇ→８１．４ｅｍｕ／ｇに向上した。
【００３２】
従来は、核となるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂが脱水素処理時に生成されるため、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの方位を制御することができなかった。本発明によれば、脱水素処理の前に、核となるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを添加し、この添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを磁場中で配向させてから脱水素処理を行なうことによって、脱水素処理時の再結合反応により新たに生成される核の結晶方位が添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂとの相互作用により揃い、最終的に得られるＮｄＦｅＢ磁石の異方性が向上し、飽和磁化、残留磁化が向上した。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、高い異方性を付与することにより磁化を高めた希土類異方性磁石を製造する方法が提供される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化を向上させた希土類異方性磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）で代表される希土類磁石は、磁束密度が高く極めて強力な永久磁石として種々の用途に用いられている。優れた磁気特性を得るために、微細な結晶粒径を確保する製法が行なわれている。
【０００３】
特許文献１には、磁石材料の結晶粒径を微細化するためにＨＤＤＲ技術を使用した製造方法が開示されている。ＨＤＤＲ技術は、ＨＤ(hydrogenation-decomposition：水素化・相分解)とＤＲ(desorption-recombination：脱水素化・再結合)の２工程に分かれる。上記方法は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の製造方法であり、Ｒ（Ｙを含む希土類元素の１種以上）の水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末を原料とし、これらの混合粉末を高温で脱水素処理することにより再結合反応を起こし、磁石粉末を製造する。すなわち、ＨＤＤＲ技術のＤＲ工程を利用して、下記反応により希土類磁石を合成する。
【０００４】
ＲＨ２＋Ｆｅ２Ｂ＋Ｆｅ→Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ
しかし、上記方法は微細な結晶粒を実現できるものの、異方性を利用した磁化向上が行なわれていない。すなわち、ボールミル混合後にペレット状に圧粉してから脱水素をおこなってＮｄＦｅＢ磁石を作製しているが、この方法ではペレット内のＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂ、Ｆｅの結晶方位がバラバラになっているため、最終的に製造されるＮｄＦｅＢ磁石の結晶方位もバラバラで配向が弱い。すなわち、異方性が低く大きな磁化が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平５−７９７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高い異方性を付与することにより磁化を高めた希土類異方性磁石を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、Ｙを含む希土類元素Ｒの水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末に、更にＲ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を混合し、得られた混合粉末を磁場中で圧粉成形した後、脱水素処理を行なうことを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、脱水素処理の前に核となるＲ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を混合し、磁場中でＲ２Ｆｅ１４Ｂを配向させてから脱水素処理を行なうことによって、脱水素処理時に新たに生成される核の結晶方位が最初に混合したＲ２Ｆｅ１４Ｂとの相互作用で揃い、最終的に得られるＮｄＦｅＢ磁石の異方性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明による希土類異方性磁石の磁化曲線を従来法によるものと比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
従来は、下記の方法により希土類磁石を製造していた。
【００１１】
<従来の製造方法>
（１）原料粉末
希土類元素水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末を混合
（２）圧粉成形
（３）高温で脱水素・再結合
これに対して本発明では、下記の方法により製造する。
【００１２】
（１）原料粉末
希土類元素水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末に加えて、更に製造対象とする希土類磁石粉末を混合
（２）磁場中で圧粉成形
（３）高温で脱水素・再結合
すなわち、本発明の特徴として、従来の原料粉末に加えて更に希土類磁石粉末を混合し、混合粉末の圧粉成形を磁場中で行なう。
本願において「希土類元素」とは、ランタノイド元素に加えＹも含まれる用語として使用する。
【００１３】
以下に、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ磁石の製造を典型例として説明する。
【００１４】
（１）原料粉末の調製
ＮｄＨ２（希土類元素水素化物）粉末、Ｆｅ２Ｂ（フェロボロン）粉末、Ｆｅ（鉄）粉末、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ（製造対象とする希土類磁石）粉末をボールミルで混合して、混合粉末とする。
【００１５】
このとき添加したＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ（以下「添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ」と呼ぶ）が、後工程の脱水素処理時に核となり再結合反応が起きる。新たに生成される核の方位が、ボールミル時に混合した添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂとの相互作用で揃う。
【００１６】
添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ（希土類磁石）粉末の配合割合は、１０wt％〜３０wt％が望ましい。１０wt％未満であると、添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂによる異方化の効果が少なく、磁気特性にバラツキが生じる。３０wt％を超えると、添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを核とした粗大な相が多くなり、保磁力が低下する。
【００１７】
ボールミル処理時間は、１０分〜６０分が望ましい。１０分より短いと、粉末の混合が不十分であり、磁気特性にバラツキが生ずる。６０分より長いと不純物混合の虞がある。
【００１８】
（２）磁場中での圧粉・成形
磁場中で圧粉・成形することにより、後工程の脱水素処理時に添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを核として生成粉末が配向し、製造される磁石の異方性が高まる。
磁場の強さとしては１０００Ｏｅ以上、好ましくは５０００Ｏｅ以上を印加する。
【００１９】
添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂは結晶磁気異方性が高いので、磁化容易軸であるｃ軸が磁場方向に向いた配向状態になる。
【００２０】
（３）高温での脱水素・再結合
脱水素処理温度は、６００℃〜９００℃が望ましい。６００℃未満では脱水素されず、再結合反応が起きない。９００℃を超えると結晶粒の粗大化が起きて保磁力が低下する。
【００２１】
脱水素処理時間は、水上捕集等の方法を用いて放出量を測定し、水素が完全に抜けるまで行なう。残留水素量が多いと再結合反応が不十分になり、保磁力が低下する。
【実施例】
【００２２】
本発明の方法により、下記の条件および手順によりＮｄＦｅＢ希土類磁石を製造した。
【００２３】
（Ａ）Ｎｄ水素化物の作製
室温において、水素圧力１ＭＰａでＮｄ１０ｇを水素化してＮｄＨ２とした。
（Ｎｄ：高純度化学社製）
【００２４】
（Ｂ）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの作製
Ｎｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８の配合で秤量した試薬をアーク溶解してインゴットを得た。
インゴットの均質化処理を、Ａｒ雰囲気、昇温速度２００℃／ｈ、１０００℃×２０ｈ、高温速度２００℃／ｈで行なった。
次いで、カッターミル、乳鉢などにより５０〜１００μmに粉砕した。
【００２５】
（Ｃ）混合処理
<配合>
ＮｄＨ２ ＦｅＢ Ｆｅ Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ
０．６ｇ ０．１５ｇ ０．９ｇ ０．３ｇ
（ＦｅＢ、Ｆｅ：高純度化学社製）
<ボールミル処理>
４００ｒｐｍ、６０分間（FRITCH社製 遊星型ボールミル）
【００２６】
（Ｄ）磁場中での圧粉・成形
１０００Ｏｅの磁場をかけながら手動プレスにて圧粉・成形した。
【００２７】
（Ｅ）脱水素処理
反応容器に試料を装入し１×１０−４Ｐａに真空引きした。
昇温速度２５℃／ｍｉｎで７５０℃に昇温して保持した。
放出水素量を水上捕集で測定し、水素が出なくなったところで炉冷した。
【００２８】
（Ｆ）粉砕
得られた希土類磁石試料を乳鉢で５０〜１００μmに粉砕した。
【００２９】
〔従来例〕
比較のために従来法によりＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ希土類磁石を作製した。
実施例とは下記の操作が異なる。
上記の操作（Ｂ）は行なわなかった。
上記（Ｃ）混合処理において、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂは用いなかった。
上記（Ｄ）圧粉・成形処理において、磁場は用いなかった。
その他の操作は実施例と同様に行った。
【００３０】
<磁気特性の評価>
実施例および従来例の試料を粉末測定用ケース内に液体状に溶かしたパラフィンと共に装入した。
試料に５０００Ｏｅの磁場をかけながらパラフィンを温めて溶かし試料を配向させた。
この状態で振動式磁束計（ＶＳＭ）を用いて磁化曲線を測定した。
【００３１】
図１に、実施例および従来例について、測定した磁化曲線を示す。
図１から分かるように、本発明の実施例による試料は、従来例による試料と比較すると、保磁力は同等（約７ｋＧ）であり、飽和磁化が９７．６ｅｍｕ／ｇ→１１５．８ｅｍｕ／ｇに向上し、残留磁化が６７．５ｅｍｕ／ｇ→８１．４ｅｍｕ／ｇに向上した。
【００３２】
従来は、核となるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂが脱水素処理時に生成されるため、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの方位を制御することができなかった。本発明によれば、脱水素処理の前に、核となるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを添加し、この添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを磁場中で配向させてから脱水素処理を行なうことによって、脱水素処理時の再結合反応により新たに生成される核の結晶方位が添加Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂとの相互作用により揃い、最終的に得られるＮｄＦｅＢ磁石の異方性が向上し、飽和磁化、残留磁化が向上した。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、高い異方性を付与することにより磁化を高めた希土類異方性磁石を製造する方法が提供される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙを含む希土類元素Ｒの水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末に、更にＲ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を混合し、得られた混合粉末を磁場中で圧粉成形した後、脱水素処理を行なうことを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を上記混合粉末全体の重量に対して１０〜３０wt％の割合で混合することを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、上記脱水素処理を６００〜９００℃の温度で行なうことを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法。
【請求項１】
Ｙを含む希土類元素Ｒの水素化物粉末、フェロボロン粉末、鉄粉末に、更にＲ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を混合し、得られた混合粉末を磁場中で圧粉成形した後、脱水素処理を行なうことを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を上記混合粉末全体の重量に対して１０〜３０wt％の割合で混合することを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、上記脱水素処理を６００〜９００℃の温度で行なうことを特徴とする希土類異方性磁石の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１４６６４５（Ｐ２０１１−１４６６４５Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３０６（Ｐ２０１０−８３０６）
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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