希土類磁石、希土類磁石の製造方法及び回転機
【課題】耐食性に優れた希土類磁石を提供すること。
【解決手段】軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体１０と、磁石素体１０の表面を被覆する保護層２０と、を備え、保護層２０が、ＲＬ、Ｔ及びＡｌを含み、磁石素体１０及び保護層２０が、それぞれＴとしてＦｅを含み、保護層２０におけるＲＬの含有量が、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３１〜４０原子％であり、保護層２０におけるＴの含有量が、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３５〜６４原子％であり、保護層２０におけるＡｌの含有量が、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、５〜２５原子％である、希土類磁石１００。
【解決手段】軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体１０と、磁石素体１０の表面を被覆する保護層２０と、を備え、保護層２０が、ＲＬ、Ｔ及びＡｌを含み、磁石素体１０及び保護層２０が、それぞれＴとしてＦｅを含み、保護層２０におけるＲＬの含有量が、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３１〜４０原子％であり、保護層２０におけるＴの含有量が、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３５〜６４原子％であり、保護層２０におけるＡｌの含有量が、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、５〜２５原子％である、希土類磁石１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類磁石、希土類磁石の製造方法及び回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素Ｒ、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）等の遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石は優れた磁気特性を有する（例えば、特許文献１〜４参照）。しかしながら、希土類磁石は主成分として酸化され易い希土類元素を含有していることから耐食性が低い傾向にある。そのため、希土類磁石の耐食性を向上させるために、磁石素体の表面上に樹脂やめっき等からなる保護層を設けることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９６２１５号公報
【特許文献２】特開昭６２−１９２５６６号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８１２号公報
【特許文献４】国際公開第２００６／１１２４０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、表面に保護層を形成した希土類磁石においても、必ずしも完全な耐食性は得られていない。これは、高温多湿の環境では水蒸気が保護層を透過して磁石素体に到達することにより、磁石素体の腐食が進行することによる。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れた希土類磁石及び希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機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】
【０００６】
本発明は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体と、磁石素体の表面を被覆する保護層と、を備え、保護層が、ＲＬ、Ｔ及びアルミニウム（Ａｌ）を含み、磁石素体及び保護層が、それぞれＴとしてＦｅを含み、保護層におけるＲＬの含有量が、保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３１〜４０原子％であり、保護層におけるＴの含有量が、保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３５〜６４原子％であり、保護層におけるＡｌの含有量が、保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、５〜２５原子％である、希土類磁石を提供する。
【０００７】
上記本発明によれば、希土類磁石の耐食性が向上する。
【０００８】
本発明の回転機は、上記本発明の希土類磁石を備える。耐食性に優れた希土類磁石を備える回転機は、苛酷な環境下で使用しても、長期間に亘って優れた性能を維持することができる。
【０００９】
本発明に係る希土類磁石の製造方法は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌを付着させる工程と、Ａｌを付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する工程と、を備え、磁石素体は、ＴとしてＦｅを含む。これにより、上記のようなＲＬ、Ｔ及びＡｌを所定の含有量で含む保護層を備える本発明の希土類磁石を得ることが可能となる。なお、Ａｌを付着させて加熱する前後で、磁石素体の状態は必ずしも同一ではない。加熱工程において、磁石素体に付着させたＡｌと磁石素体の表面部との反応により保護層が形成されるからである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐食性に優れた希土類磁石及び希土類磁石の製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る希土類磁石の斜視図である。
【図２】図１に示す希土類磁石のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明に係る希土類磁石が備える保護層に含まれる軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びＡｌの３成分の組成比を示す組成図である。
【図４】実施例１の希土類磁石の切断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５】本発明の一実施形態に係る回転機の内部構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付す。
【００１３】
（希土類磁石）
図１及び２に示すように、本実施形態に係る希土類磁石１００は、磁石素体１０と、磁石素体１０の表面を被覆する保護層２０と、を備える。保護層２０は、必ずしも磁石素体１０の表面を完全に被覆している必要はないが、表面を完全に被覆していることが好ましい。表面を完全に被覆していることにより、希土類磁石１００の耐食性をより一層向上させることができる。
【００１４】
磁石素体１０は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石である。磁石素体１０は、ＲＬとして、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）及びユウロピウム（Ｅｕ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む。特に、ＲＬとして、Ｎｄ又はＰｒのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。これにより、希土類磁石１００の残留磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。
【００１５】
磁石素体１０は、上記ＲＬ以外の希土類元素を更に含んでいてもよい。すなわち、磁石素体１０は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を更に含んでいてもよい。特に、磁石素体１０は、Ｄｙ又はＴｂを含むことが好ましい。このとき、磁石素体１０が、Ｄｙ又はＴｂを磁石素体１０全体に対して８重量％以下の割合で含むと、希土類磁石１００の保磁力が更に向上するため、より好ましい。なお、本実施形態において用いる単位「重量％」は「質量％」とほぼ同義である。
【００１６】
磁石素体１０は、Ｔとして、少なくともＦｅを含む。また、磁石素体１０は、ＴとしてＣｏを含むことが好ましい。これにより、希土類磁石１００の残留磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。また、磁石素体１０は、希土類磁石１００の保磁力の更なる向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びバナジウム（Ｖ）等の他の遷移金属元素を含んでもよい。なお、本明細書において、Ｔは、周期表の第３族元素〜第１１族元素に属する元素から上述した全希土類元素（軽希土類元素ＲＬ及び他の希土類元素）を除いた遷移金属元素を意味するものとする。
【００１７】
磁石素体１０におけるＲＬの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは８〜４０重量％であり、より好ましくは１５〜３５重量％である。ＲＬの含有割合が８重量％未満であると、高い保磁力を有する希土類磁石１００が得られ難くなる傾向にある。一方、ＲＬの含有割合が４０重量％を超えると、希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にある。
【００１８】
磁石素体１０中のＴの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは４２〜９０重量％であり、より好ましくは６０〜８０重量％である。Ｔの含有割合が４２重量％未満であると希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にあり、９０重量％を超えると希土類磁石１００の保磁力が低下する傾向にある。
【００１９】
磁石素体１０に含まれるＦｅの割合は、磁石素体１０に含まれるＴ全体に対して、好ましくは８０原子％以上であり、より好ましくは９０原子％以上であり、さらに好ましくは９５原子％以上１００原子％未満である。これによって、製造コストが低く且つ磁気特性に優れる希土類磁石１００とすることができる。また、所望の磁気特性を実現するためには、磁石素体１０がＴとしてＦｅと共にＣｏを含有することが好ましい。
【００２０】
磁石素体１０中のＢの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは０．５〜５重量％である。Ｂの含有割合が０．５重量％未満であると、希土類磁石１００の保磁力が低下する傾向にある。一方、Ｂの含有割合が５重量％を超えると、希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にある。
【００２１】
なお、磁石素体１０は、希土類磁石１００の保磁力の向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）及びビスマス（Ｂｉ）等の他の元素を更に含んでもよい。
【００２２】
磁石素体１０は、不可避的不純物として、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）及びカルシウム（Ｃａ）等から選ばれる少なくとも１種の元素を含んでいてもよい。
【００２３】
磁石素体１０の表面を被覆する保護層２０は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びＡｌを主成分として含む。保護層２０は、ＲＬとしてＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含む。特に、軽希土類元素ＲＬとして、Ｎｄ又はＰｒのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。なお、保護層２０に含まれるＲＬは、磁石素体１０に含まれるＲＬと少なくとも一種以上が一致している。特に、保護層２０と磁石素体１０とに含まれるＲＬの種類が全て一致していることが好ましい。
【００２４】
保護層２０は、Ｔとして、少なくともＦｅを含む。また、保護層２０は、Ｔとして、Ｃｏを含むことが好ましい。Ｃｏを含むことで希土類磁石１００の耐食性がより向上する傾向がある。さらに、保護層２０は、ＲＬ、Ｔ及びＡｌ以外の元素を含んでいてもよい。そのような元素として、例えば、Ｏ、Ｂ及びＣが挙げられる。
【００２５】
保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの３成分の組成比は、図３の組成図における領域Ｅに含まれる。すなわち、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの含有量は、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、ＲＬが３１〜４０原子％であり、Ｔが３５〜６４原子％であり、Ａｌが５〜２５原子％である。好ましくは、ＲＬが３５〜３８原子％である。好ましくは、Ｔが４０〜５０原子％である。好ましくは、Ａｌが８〜２２原子％である。保護層２０に、ＲＬ、Ｔ及びＡｌの３成分がこのような組成で含まれることにより、希土類磁石１００の耐食性（特に、高温、高湿、高圧条件下における耐食性）が顕著に向上する。保護層２０におけるＲＬの含有量が多過ぎる場合、保護層２０が腐食反応で発生した水素を吸蔵しやすくなる傾向がある。保護層２０におけるＲＬの含有量が少な過ぎる場合、保護層２０の密着強度が低くなる傾向がある。保護層２０におけるＴの含有量が多過ぎる場合、保護層２０の被覆性が悪くなる傾向がある。保護層２０におけるＴの含有量が少な過ぎる場合、保護層２０自体が酸化されやすくなる傾向がある。保護層２０におけるＡｌの含有量が多過ぎる場合、保護層２０の表面粗さが粗くなる傾向がある。保護層２０におけるＡｌの含有量が少な過ぎる場合、保護層２０の犠牲防食効果が不十分となる傾向がある。
【００２６】
保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの３成分の合計含有量は、保護層２０全体に対して、５０〜１００原子％であることが好ましい。これにより、希土類磁石１００の耐食性を十分に向上させることができる。また、８０〜１００原子％であることがより好ましい。これにより、希土類磁石１００の耐食性をより一層十分に向上させることができる。
【００２７】
保護層２０の厚みＤは、０．０１〜３０μｍであればよく、０．１〜１５μｍであることが好ましい。厚みＤが上記範囲内にあることで、希土類磁石１００の耐食性と磁石特性が良好なものとなり易い。
【００２８】
図４は、希土類磁石１００の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。磁石素体１０と保護層２０の界面は、磁石素体１０と保護層２０とで組成に差があるため、例えば、電子顕微鏡写真から目視によって判定することができる。また、磁石素体１０と保護層２０の界面は、磁石素体１０（主相）と保護層２０におけるＲＬ又はＡｌの含有量の差により決定することができる。すなわち、ＲＬ又はＡｌの含有量は、保護層２０の方が磁石素体１０（主相）より高くなっているため、これに基づいて判定することができる。さらに、磁石素体１０と保護層２０の界面は、Ｔの含有量の差により決定することもできる。すなわち、Ｔの含有量は、磁石素体１０（主相）の方が保護層２０より高くなっているため、これに基づいて判定することもできる。
【００２９】
なお、磁石素体１０及び保護層２０の各元素の組成の測定は、例えば、電子線マイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析（Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ）、Ｘ線光電子分光（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、オージェ電子分光（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）又はエネルギー分散型蛍光Ｘ線分光（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）等の公知の組成分析法を用いて行うことができる。
【００３０】
さらに、希土類磁石１００は、上述した保護層２０の表面上に、希土類磁石１００を保護するための他の層を更に備えていてもよい。このような層としては、例えば、樹脂層やめっき層等が挙げられる。
【００３１】
希土類磁石１００の寸法は、特に限定されないが、縦の長さが１〜２００ｍｍ、横の長さが１〜２００ｍｍ、高さが１〜３０ｍｍ程度である。なお、希土類磁石１００の形状は、図１及び２に示す直方体に限定されず、リング状や円板状であってもよい。
【００３２】
（希土類磁石の製造方法）
本実施形態に係る希土類磁石の製造方法は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌを付着させる付着工程と、Ａｌを付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する加熱工程と、を少なくとも備える。
【００３３】
付着工程では、まず、ＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体を準備する。なお、この磁石素体はＴとしてＦｅを含む。この磁石素体は、例えば、以下のようにして製造することができる。
【００３４】
原料合金を鋳造し、インゴット（鋳塊）を得る。原料合金としては、ＲＬ、Ｆｅ及びＢを含むものを用いればよい。原料合金は、必要に応じてＦｅ以外のＴ、例えば、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ及びＶ等の元素を更に含んでもよい。更に、原料合金は、必要に応じてＲＬ以外の希土類元素、例えば、Ｓｃ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕ等の元素を含んでもよい。さらに、必要に応じて、Ａｌ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｓｉ及びＢｉ等の元素を含んでも良い。インゴットの化学組成は、最終的に得たい磁石素体の主相の化学組成に応じて調整すればよい。
【００３５】
インゴットを、ディスクミル等により粗粉砕して１０〜１００μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、ジェットミル等により微粉砕して０．５〜５μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、磁場中で加圧成形する。成形時に合金粉末に印加する磁場の強度は８００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。成形時に合金粉末に加える圧力は１０〜５００ＭＰａ程度であることが好ましい。成形方法としては、一軸加圧法又はＣＩＰなどの等方加圧法のいずれを用いてもよい。得られた成形体を焼成して焼結体を形成する。焼成温度は１０００〜１２００℃程度であればよい。焼成時間は０．１〜１００時間程度であればよい。焼成は、複数回行ってもよい。焼成は、真空中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００３６】
焼結体に対して時効処理を施すことが好ましい。時効処理では、焼結体を４５０〜９５０℃程度で加熱すればよい。時効処理では、焼結体を０．１〜１００時間程度加熱すればよい。時効処理は不活性ガス雰囲気中で行えばよい。このような時効処理により希土類磁石の保磁力が更に向上する。なお、時効処理は、多段階の加熱によって施してもよい。例えば、２段階の加熱からなる時効処理では、１段階目で焼結体を７００℃以上焼成温度未満の温度で０．１〜５０時間加熱すればよい。２段階目で焼結体を４５０〜７００℃で０．１〜１００時間加熱すればよい。
【００３７】
以上の処理により得られた焼結体（磁石素体）は、必要に応じて、所望の形状に加工してもよい。加工方法は、例えば、切断、研削などの形状加工や、バレル研磨などの面取り加工などが挙げられる。
【００３８】
このようにして得られた磁石素体に対しては、表面の凹凸や表面に付着した不純物等を除去するため、適宜、前処理を施してもよい。前処理は、焼結体（磁石素体）に施してもよいし、加工後の磁石素体に施してもよい。前処理としては、例えば、酸溶液を用いた酸洗浄（エッチング）、アルカリ溶液を用いた洗浄、ショットブラスト等が挙げられ、中でも酸洗浄が好ましい。酸洗浄によれば、磁石素体の表面の凹凸や不純物を溶解除去して平滑な表面を有する磁石素体が得られ易くなり、後述する保護層の形成を効率よく行える。
【００３９】
酸洗浄において使用する酸としては、水素の発生が少ない酸化性の酸である硝酸が好ましい。処理液中の硝酸濃度は、好ましくは１規定以下、特に好ましくは０．５規定以下である。このような酸洗浄による磁石素体の表面の溶解量は、表面から平均厚みで５μｍ以上、好ましくは１０〜１５μｍとするのが好適である。こうすれば、磁石素体の表面の加工による変質層や酸化層をほぼ完全に除去することができ、後述する保護層の形成を効率よく行える。
【００４０】
また、磁石素体には、上記酸洗浄後、水洗により酸洗浄に用いた処理液を除去した後、表面に残存した少量の未溶解物や残留酸成分を完全に除去するために、超音波を使用した超音波洗浄を実施することが好ましい。この超音波洗浄は、例えば、磁石素体の表面に錆を発生させる塩素イオンが極めて少ない純水中や、アルカリ性溶液中等で行うことができる。この超音波洗浄後には、必要に応じて水洗を行ってもよい。
【００４１】
次に、磁石素体の表面にＡｌ単体、Ａｌ合金又はＡｌ化合物を付着させる。Ａｌの付着方法としては、例えば、Ａｌからなる粒子（Ａｌ粉など）を分散させた塗布液を、磁石素体の表面全体に均一に塗布する方法が挙げられる。Ａｌ粒子の粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。Ａｌ粒子の粒径が大き過ぎる場合、磁石素体との反応による保護層の形成が起こりにくくなることが問題となる。また、塗布液に樹脂バインダーを含有させることが好ましい。樹脂バインダーを含有させることで、粒子の付着強度が増し、表面から脱落しにくくなる。なお、めっき法や気相法などの手法により、磁石素体の表面にＡｌを付着させてもよい。表面に付着させるＡｌの量は、例えば、磁石素体全体に対して０．００１〜５重量％とすることができ、０．０１〜１重量％とすることが好ましい。
【００４２】
加熱工程では、表面にＡｌを付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する。これにより、磁石素体の表面に保護層２０が形成される。保護層２０は、加熱により液相化して磁石素体表面近傍に染み出してきた粒界相成分（Ｒリッチ相）中にＡｌが拡散し、さらにＡｌが拡散したＲリッチ相が磁石素体表面と反応することにより形成される、と本発明者らは考える。加熱温度が高過ぎる場合、Ａｌの融点は約６６０℃であるため、溶融したＡｌ中に磁石素体の成分が過度に拡散することがある。その結果、目的とする組成の保護層が形成されにくくなり、希土類磁石の耐食性及び磁気特性が劣化する。加熱温度が低過ぎる場合、磁石素体表面への粒界相成分の染み出しとＡｌの拡散が十分でなくなり、保護層が形成されにくくなり、希土類磁石の耐食性が劣化する。なお、Ｒリッチ相とは、相を構成する元素の中で最も濃度（原子数の比率）が高い元素がＲである相である。
【００４３】
表面にＡｌを付着させた磁石素体の加熱時間は、１０〜６００分であることが好ましい。加熱時間が短すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、十分な保護層が形成されにくい傾向がある。加熱時間が長すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、Ａｌが磁石素体の表面のみならず磁石素体の深部に熱拡散する傾向がある。ただし、加熱時間が上記の数値範囲外であっても本実施形態の希土類磁石を得ることは可能である。
【００４４】
なお、上記の加熱工程において昇温させた磁石素体を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、保護層が形成され易くなる。なお、冷却速度は５０℃／分以上とすることがより好ましい。
【００４５】
また、希土類磁石に対して、上述した焼結体の場合と同様の時効処理を施すことが好ましい。時効処理により希土類磁石の保磁力が更に向上する。時効処理温度は、Ａｌの熱拡散に要する加熱温度以下であることが好ましい。時効処理において昇温させた希土類磁石を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石の磁気特性が向上し易くなる。なお、冷却速度は５０℃／分以上とすることがより好ましい。
【００４６】
表面にＡｌを付着させた磁石素体を熱処理した後、希土類磁石の表面に残存する未反応のＡｌ等を洗浄やブラストにより除去してもよい。
【００４７】
上述の製造方法によって、磁石素体１０と磁石素体１０を被覆する保護層２０とを備える希土類磁石１００を得ることができる。希土類磁石１００は、保護層２０を備えていることから、耐食性に優れる。このような希土類磁石１００は、腐食性物質が存在する環境下で使用しても、優れた磁気特性を長期間に亘って維持することができる。このような特性を有する本実施形態の希土類磁石１００は、例えば、優れた耐食性を有することが求められる回転機用の永久磁石として好適に用いられる。
【００４８】
（回転機）
図５は、本実施形態の回転機（永久磁石回転機）の内部構造を示す説明図である。本実施形態の回転機２００は、永久磁石同期回転機（ＳＰＭ回転機）であり、円筒状のロータ５０と該ロータ５０の内側に配置されるステータ３０とを備えている。ロータ５０は、円筒状のコア５２と円筒状のコア５２の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互になるように複数の希土類磁石１００が設けられている。ステータ３０は、内周面に沿って設けられた複数のコイル３２を有している。このコイル３２と希土類磁石１００とは互いに対向するように配置されている。
【００４９】
回転機２００は、ロータ５０に、上記実施形態に係る希土類磁石１００を備える。希土類磁石１００は耐食性に優れるため、経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することができる。したがって、回転機２００は優れた性能を長時間に亘って維持することができる。回転機２００は、希土類磁石１００以外の部分について、通常の回転機部品を用いて通常の方法によって製造することができる。
【００５０】
回転機２００は、コイル３２に通電することによって生成する電磁石による界磁と希土類磁石１００による界磁との相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機（モータ）であってもよい。また、回転機２００は、希土類磁石１００による界磁とコイル３２との電磁誘導相互作用により、機械的エネルギーから電気的エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）であってもよい。
【００５１】
電動機（モータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ、ＩＰＭモータ）、往復動モータなどが挙げられる。往復動モータとして機能するモータとしては、例えば、ボイスコイルモータ、振動モータなどが挙げられる。発電機（ジェネレータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、永久磁石交流発電機などが挙げられる。以上に記載した回転機は、自動車、産業機械、家庭用電化製品等に用いられる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例及び比較例を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
粉末冶金法により、組成が２２．５重量％Ｎｄ−５．２重量％Ｐｒ−２．７重量％Ｄｙ−０．５重量％Ｃｏ−０．３重量％Ａｌ−０．０７重量％Ｃｕ−１．０重量％Ｂ−残部Ｆｅである鋳塊を作製した。鋳塊を粗粉砕して得た粗粉末を不活性ガス中でジェットミルにより粉砕して、平均粒径が約３．５μｍの微粉末を得た。微粉末を金型内に充填し、磁場中で加圧成形して成形体を得た。成形体を真空中で焼成した後、時効処理を施して焼結体を得た。焼結体を切り出し加工し、１３ｍｍ×８ｍｍ×２ｍｍの寸法を有する磁石素体を作製した。
【００５４】
磁石素体の表面に対して脱脂処理を施し、次に、２％ＨＮＯ３水溶液中に２分間浸漬し、その後、超音波水洗を施すことで、エッチングを行った。平均粒径１７μｍのＡｌ粉を分散させた塗布液を調製した。エッチング後の磁石素体の表面に塗布液をディップコーティングにより塗布し、塗膜を磁石素体の表面全体に形成した。この塗膜を１２０℃で２０分乾燥させた。なお、磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して０．１２重量％に調整した。
【００５５】
塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において６００℃で６０分加熱した後、５０℃／分で急冷し、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させた。加熱後の磁石素体をＡｒ雰囲気において５５０℃で１時間時効処理した後、５０℃／分で急冷した。時効処理後の磁石素体の表面に残存した未反応Ａｌ粉を超音波洗浄で除去することで、実施例１の希土類磁石を作製した。
【００５６】
（実施例２〜１２）
実施例２〜１２では、磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して、表１に示す値（塗布量）に調整した。実施例２〜１２では、塗膜を有する磁石素体を、Ａｒ雰囲気において、表１に示す温度（拡散温度）で加熱した。また実施例２〜１２では、塗膜を有する磁石素体を加熱する時間（拡散時間）を、表１に示す時間に調整した。実施例６では、塗膜を有する磁石素体を加熱した後、時効処理を行わなかった。以上の事項以外は実施例１と同様の方法で、実施例２〜１２の各希土類磁石を作製した。
【００５７】
（比較例１）
磁石素体の表面のエッチング以降の工程を実施しなかったこと以外は実施例１と同様の方法で比較例１の希土類磁石を作製した。つまり、Ａｌ粉を用いることなく比較例１の希土類磁石を作製した。
【００５８】
（比較例２）
比較例２では拡散温度を５１０℃とした。また比較例２では、塗膜を有する磁石素体を加熱した後、時効処理を行わなかった。これらの事項以外は実施例１と同様の方法で、比較例２の希土類磁石を作製した。
【００５９】
（比較例３）
拡散温度を６８０℃に変えたこと以外は実施例１と同様の方法で、比較例３の希土類磁石を作製した。
【００６０】
（比較例４）
実施例１と同様の方法で作製した磁石素体の表面全体に、スパッタリング法を用いて、Ｎｄ５０原子％−Ａｌ５０原子％の組成を有する被膜（保護層）を形成することにより、比較例４の希土類磁石を作製した。比較例４では、被膜の厚みを５μｍとした。被膜の組成はＥＰＭＡで確認した。
【００６１】
（比較例５）
実施例１と同様の方法で作製した磁石素体の表面全体に、スパッタリング法を用いて、Ｎｄ３０原子％−Ｆｅ７０原子％の組成を有する被膜（保護層）を形成することにより、比較例５の希土類磁石を作製した。比較例５では、被膜の厚みを５μｍとした。被膜の組成はＥＰＭＡで確認した。
【００６２】
（比較例６）
実施例１と同様の方法で作製した磁石素体の表面全体に、スパッタリング法を用いて、Ｎｄ３０原子％−Ｆｅ３５原子％−Ａｌ３５原子％の組成を有する被膜（保護層）を形成することにより、比較例６の希土類磁石を作製した。比較例６では、被膜の厚みを５μｍとした。被膜の組成はＥＰＭＡで確認した。
【００６３】
【表１】
【００６４】
［ＳＥＭ観察］
各実施例及び比較例の希土類磁石を切断し、切断面をクロスセクションポリッシャーで研磨した。研磨面をＳＥＭで観察したところ、各実施例及び比較例３〜６の希土類磁石では、ＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面全体に保護層が形成されていることが確認された。比較例１及び２では保護層が形成されていなかった。図４に、実施例１の希土類磁石の切断面のＳＥＭ写真を示す。なお、図４に記載された実線は、磁石素体と保護層との界面を示すものである。各実施例及び比較例３の希土類磁石が備える保護層の平均厚みＤをＳＥＭを用いて測定した。各保護層の平均厚みＤを表２に示す。
【００６５】
［組成分析］
各実施例及び比較例の希土類磁石を切断し、磁石素体及び保護層における元素組成をＥＰＭＡで確認した。ＥＰＭＡの装置としては、ＪＥＯＬ社製のＪＸＡ−８８００を用いた。全実施例及び比較例の磁石素体はいずれも、鋳塊と同様に、Ｎｄ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｂ及びＦｅを含有することが確認された。各実施例及び比較例３の保護層の元素組成を表２に示す。表２中の「ＲＬ−Ｔ−Ａｌ比率」欄に記載された数値は、保護層に含まれるＲＬ，Ｔ及びＡｌそれぞれの含有量であり、保護層に含まれるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量（１００原子％）に対する比率である。ＲＬとは、Ｎｄ及びＰｒの含有量の合計値である。Ｔとは、Ｃｏ及びＦｅの含有量の合計値である。図３に、全実施例及び比較例３〜６の各保護層の組成をプロットした組成図を示す。組成図の各辺の数値は、保護層に含まれるＲＬ，Ｔ及びＡｌそれぞれの含有量であり、保護層に含まれるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対する比率（単位：原子％）である。なお、図３中、実施例１〜１２に対応する組成を「○」でプロットし、比較例３〜６に対応する組成を「△」でプロットした。
【００６６】
【表２】
【００６７】
［耐食性の評価］
実施例１〜１２及び比較例１〜６の各希土類磁石の耐食性をプレッシャークッカーテスト（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ：ＰＣＴ）により評価した。ＰＣＴでは、２気圧、温度１２０℃、湿度１００％ＲＨである環境下に各希土類磁石を設置してから３００時間後の各希土類磁石の重量の減少量を測定した。各希土類磁石の単位表面積あたりの重量減少量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）を表３にまとめて示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
各実施例の希土類磁石の重量減少量は、各比較例よりも著しく小さいことが確認された。すなわち、各実施例の希土類磁石は、各比較例に比べて、耐食性に著しく優れていることが確認された。
【符号の説明】
【００７０】
１０・・・磁石素体、２０・・・保護層、３０・・・ステータ、３２・・・コイル、５０・・・ロータ、５２・・・コア、１００・・・希土類磁石、２００・・・回転機、Ｄ・・・保護層の厚み。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類磁石、希土類磁石の製造方法及び回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素Ｒ、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）等の遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石は優れた磁気特性を有する（例えば、特許文献１〜４参照）。しかしながら、希土類磁石は主成分として酸化され易い希土類元素を含有していることから耐食性が低い傾向にある。そのため、希土類磁石の耐食性を向上させるために、磁石素体の表面上に樹脂やめっき等からなる保護層を設けることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９６２１５号公報
【特許文献２】特開昭６２−１９２５６６号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８１２号公報
【特許文献４】国際公開第２００６／１１２４０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、表面に保護層を形成した希土類磁石においても、必ずしも完全な耐食性は得られていない。これは、高温多湿の環境では水蒸気が保護層を透過して磁石素体に到達することにより、磁石素体の腐食が進行することによる。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れた希土類磁石及び希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機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】
【０００６】
本発明は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体と、磁石素体の表面を被覆する保護層と、を備え、保護層が、ＲＬ、Ｔ及びアルミニウム（Ａｌ）を含み、磁石素体及び保護層が、それぞれＴとしてＦｅを含み、保護層におけるＲＬの含有量が、保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３１〜４０原子％であり、保護層におけるＴの含有量が、保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３５〜６４原子％であり、保護層におけるＡｌの含有量が、保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、５〜２５原子％である、希土類磁石を提供する。
【０００７】
上記本発明によれば、希土類磁石の耐食性が向上する。
【０００８】
本発明の回転機は、上記本発明の希土類磁石を備える。耐食性に優れた希土類磁石を備える回転機は、苛酷な環境下で使用しても、長期間に亘って優れた性能を維持することができる。
【０００９】
本発明に係る希土類磁石の製造方法は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌを付着させる工程と、Ａｌを付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する工程と、を備え、磁石素体は、ＴとしてＦｅを含む。これにより、上記のようなＲＬ、Ｔ及びＡｌを所定の含有量で含む保護層を備える本発明の希土類磁石を得ることが可能となる。なお、Ａｌを付着させて加熱する前後で、磁石素体の状態は必ずしも同一ではない。加熱工程において、磁石素体に付着させたＡｌと磁石素体の表面部との反応により保護層が形成されるからである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐食性に優れた希土類磁石及び希土類磁石の製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る希土類磁石の斜視図である。
【図２】図１に示す希土類磁石のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明に係る希土類磁石が備える保護層に含まれる軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びＡｌの３成分の組成比を示す組成図である。
【図４】実施例１の希土類磁石の切断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５】本発明の一実施形態に係る回転機の内部構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付す。
【００１３】
（希土類磁石）
図１及び２に示すように、本実施形態に係る希土類磁石１００は、磁石素体１０と、磁石素体１０の表面を被覆する保護層２０と、を備える。保護層２０は、必ずしも磁石素体１０の表面を完全に被覆している必要はないが、表面を完全に被覆していることが好ましい。表面を完全に被覆していることにより、希土類磁石１００の耐食性をより一層向上させることができる。
【００１４】
磁石素体１０は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石である。磁石素体１０は、ＲＬとして、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）及びユウロピウム（Ｅｕ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む。特に、ＲＬとして、Ｎｄ又はＰｒのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。これにより、希土類磁石１００の残留磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。
【００１５】
磁石素体１０は、上記ＲＬ以外の希土類元素を更に含んでいてもよい。すなわち、磁石素体１０は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を更に含んでいてもよい。特に、磁石素体１０は、Ｄｙ又はＴｂを含むことが好ましい。このとき、磁石素体１０が、Ｄｙ又はＴｂを磁石素体１０全体に対して８重量％以下の割合で含むと、希土類磁石１００の保磁力が更に向上するため、より好ましい。なお、本実施形態において用いる単位「重量％」は「質量％」とほぼ同義である。
【００１６】
磁石素体１０は、Ｔとして、少なくともＦｅを含む。また、磁石素体１０は、ＴとしてＣｏを含むことが好ましい。これにより、希土類磁石１００の残留磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。また、磁石素体１０は、希土類磁石１００の保磁力の更なる向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びバナジウム（Ｖ）等の他の遷移金属元素を含んでもよい。なお、本明細書において、Ｔは、周期表の第３族元素〜第１１族元素に属する元素から上述した全希土類元素（軽希土類元素ＲＬ及び他の希土類元素）を除いた遷移金属元素を意味するものとする。
【００１７】
磁石素体１０におけるＲＬの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは８〜４０重量％であり、より好ましくは１５〜３５重量％である。ＲＬの含有割合が８重量％未満であると、高い保磁力を有する希土類磁石１００が得られ難くなる傾向にある。一方、ＲＬの含有割合が４０重量％を超えると、希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にある。
【００１８】
磁石素体１０中のＴの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは４２〜９０重量％であり、より好ましくは６０〜８０重量％である。Ｔの含有割合が４２重量％未満であると希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にあり、９０重量％を超えると希土類磁石１００の保磁力が低下する傾向にある。
【００１９】
磁石素体１０に含まれるＦｅの割合は、磁石素体１０に含まれるＴ全体に対して、好ましくは８０原子％以上であり、より好ましくは９０原子％以上であり、さらに好ましくは９５原子％以上１００原子％未満である。これによって、製造コストが低く且つ磁気特性に優れる希土類磁石１００とすることができる。また、所望の磁気特性を実現するためには、磁石素体１０がＴとしてＦｅと共にＣｏを含有することが好ましい。
【００２０】
磁石素体１０中のＢの含有割合は、磁石素体１０全体に対して、好ましくは０．５〜５重量％である。Ｂの含有割合が０．５重量％未満であると、希土類磁石１００の保磁力が低下する傾向にある。一方、Ｂの含有割合が５重量％を超えると、希土類磁石１００の残留磁束密度が低下する傾向にある。
【００２１】
なお、磁石素体１０は、希土類磁石１００の保磁力の向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）及びビスマス（Ｂｉ）等の他の元素を更に含んでもよい。
【００２２】
磁石素体１０は、不可避的不純物として、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）及びカルシウム（Ｃａ）等から選ばれる少なくとも１種の元素を含んでいてもよい。
【００２３】
磁石素体１０の表面を被覆する保護層２０は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びＡｌを主成分として含む。保護層２０は、ＲＬとしてＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含む。特に、軽希土類元素ＲＬとして、Ｎｄ又はＰｒのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。なお、保護層２０に含まれるＲＬは、磁石素体１０に含まれるＲＬと少なくとも一種以上が一致している。特に、保護層２０と磁石素体１０とに含まれるＲＬの種類が全て一致していることが好ましい。
【００２４】
保護層２０は、Ｔとして、少なくともＦｅを含む。また、保護層２０は、Ｔとして、Ｃｏを含むことが好ましい。Ｃｏを含むことで希土類磁石１００の耐食性がより向上する傾向がある。さらに、保護層２０は、ＲＬ、Ｔ及びＡｌ以外の元素を含んでいてもよい。そのような元素として、例えば、Ｏ、Ｂ及びＣが挙げられる。
【００２５】
保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの３成分の組成比は、図３の組成図における領域Ｅに含まれる。すなわち、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの含有量は、保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、ＲＬが３１〜４０原子％であり、Ｔが３５〜６４原子％であり、Ａｌが５〜２５原子％である。好ましくは、ＲＬが３５〜３８原子％である。好ましくは、Ｔが４０〜５０原子％である。好ましくは、Ａｌが８〜２２原子％である。保護層２０に、ＲＬ、Ｔ及びＡｌの３成分がこのような組成で含まれることにより、希土類磁石１００の耐食性（特に、高温、高湿、高圧条件下における耐食性）が顕著に向上する。保護層２０におけるＲＬの含有量が多過ぎる場合、保護層２０が腐食反応で発生した水素を吸蔵しやすくなる傾向がある。保護層２０におけるＲＬの含有量が少な過ぎる場合、保護層２０の密着強度が低くなる傾向がある。保護層２０におけるＴの含有量が多過ぎる場合、保護層２０の被覆性が悪くなる傾向がある。保護層２０におけるＴの含有量が少な過ぎる場合、保護層２０自体が酸化されやすくなる傾向がある。保護層２０におけるＡｌの含有量が多過ぎる場合、保護層２０の表面粗さが粗くなる傾向がある。保護層２０におけるＡｌの含有量が少な過ぎる場合、保護層２０の犠牲防食効果が不十分となる傾向がある。
【００２６】
保護層２０におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの３成分の合計含有量は、保護層２０全体に対して、５０〜１００原子％であることが好ましい。これにより、希土類磁石１００の耐食性を十分に向上させることができる。また、８０〜１００原子％であることがより好ましい。これにより、希土類磁石１００の耐食性をより一層十分に向上させることができる。
【００２７】
保護層２０の厚みＤは、０．０１〜３０μｍであればよく、０．１〜１５μｍであることが好ましい。厚みＤが上記範囲内にあることで、希土類磁石１００の耐食性と磁石特性が良好なものとなり易い。
【００２８】
図４は、希土類磁石１００の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。磁石素体１０と保護層２０の界面は、磁石素体１０と保護層２０とで組成に差があるため、例えば、電子顕微鏡写真から目視によって判定することができる。また、磁石素体１０と保護層２０の界面は、磁石素体１０（主相）と保護層２０におけるＲＬ又はＡｌの含有量の差により決定することができる。すなわち、ＲＬ又はＡｌの含有量は、保護層２０の方が磁石素体１０（主相）より高くなっているため、これに基づいて判定することができる。さらに、磁石素体１０と保護層２０の界面は、Ｔの含有量の差により決定することもできる。すなわち、Ｔの含有量は、磁石素体１０（主相）の方が保護層２０より高くなっているため、これに基づいて判定することもできる。
【００２９】
なお、磁石素体１０及び保護層２０の各元素の組成の測定は、例えば、電子線マイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析（Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ）、Ｘ線光電子分光（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、オージェ電子分光（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）又はエネルギー分散型蛍光Ｘ線分光（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）等の公知の組成分析法を用いて行うことができる。
【００３０】
さらに、希土類磁石１００は、上述した保護層２０の表面上に、希土類磁石１００を保護するための他の層を更に備えていてもよい。このような層としては、例えば、樹脂層やめっき層等が挙げられる。
【００３１】
希土類磁石１００の寸法は、特に限定されないが、縦の長さが１〜２００ｍｍ、横の長さが１〜２００ｍｍ、高さが１〜３０ｍｍ程度である。なお、希土類磁石１００の形状は、図１及び２に示す直方体に限定されず、リング状や円板状であってもよい。
【００３２】
（希土類磁石の製造方法）
本実施形態に係る希土類磁石の製造方法は、軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌを付着させる付着工程と、Ａｌを付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する加熱工程と、を少なくとも備える。
【００３３】
付着工程では、まず、ＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体を準備する。なお、この磁石素体はＴとしてＦｅを含む。この磁石素体は、例えば、以下のようにして製造することができる。
【００３４】
原料合金を鋳造し、インゴット（鋳塊）を得る。原料合金としては、ＲＬ、Ｆｅ及びＢを含むものを用いればよい。原料合金は、必要に応じてＦｅ以外のＴ、例えば、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ及びＶ等の元素を更に含んでもよい。更に、原料合金は、必要に応じてＲＬ以外の希土類元素、例えば、Ｓｃ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕ等の元素を含んでもよい。さらに、必要に応じて、Ａｌ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｓｉ及びＢｉ等の元素を含んでも良い。インゴットの化学組成は、最終的に得たい磁石素体の主相の化学組成に応じて調整すればよい。
【００３５】
インゴットを、ディスクミル等により粗粉砕して１０〜１００μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、ジェットミル等により微粉砕して０．５〜５μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、磁場中で加圧成形する。成形時に合金粉末に印加する磁場の強度は８００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。成形時に合金粉末に加える圧力は１０〜５００ＭＰａ程度であることが好ましい。成形方法としては、一軸加圧法又はＣＩＰなどの等方加圧法のいずれを用いてもよい。得られた成形体を焼成して焼結体を形成する。焼成温度は１０００〜１２００℃程度であればよい。焼成時間は０．１〜１００時間程度であればよい。焼成は、複数回行ってもよい。焼成は、真空中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００３６】
焼結体に対して時効処理を施すことが好ましい。時効処理では、焼結体を４５０〜９５０℃程度で加熱すればよい。時効処理では、焼結体を０．１〜１００時間程度加熱すればよい。時効処理は不活性ガス雰囲気中で行えばよい。このような時効処理により希土類磁石の保磁力が更に向上する。なお、時効処理は、多段階の加熱によって施してもよい。例えば、２段階の加熱からなる時効処理では、１段階目で焼結体を７００℃以上焼成温度未満の温度で０．１〜５０時間加熱すればよい。２段階目で焼結体を４５０〜７００℃で０．１〜１００時間加熱すればよい。
【００３７】
以上の処理により得られた焼結体（磁石素体）は、必要に応じて、所望の形状に加工してもよい。加工方法は、例えば、切断、研削などの形状加工や、バレル研磨などの面取り加工などが挙げられる。
【００３８】
このようにして得られた磁石素体に対しては、表面の凹凸や表面に付着した不純物等を除去するため、適宜、前処理を施してもよい。前処理は、焼結体（磁石素体）に施してもよいし、加工後の磁石素体に施してもよい。前処理としては、例えば、酸溶液を用いた酸洗浄（エッチング）、アルカリ溶液を用いた洗浄、ショットブラスト等が挙げられ、中でも酸洗浄が好ましい。酸洗浄によれば、磁石素体の表面の凹凸や不純物を溶解除去して平滑な表面を有する磁石素体が得られ易くなり、後述する保護層の形成を効率よく行える。
【００３９】
酸洗浄において使用する酸としては、水素の発生が少ない酸化性の酸である硝酸が好ましい。処理液中の硝酸濃度は、好ましくは１規定以下、特に好ましくは０．５規定以下である。このような酸洗浄による磁石素体の表面の溶解量は、表面から平均厚みで５μｍ以上、好ましくは１０〜１５μｍとするのが好適である。こうすれば、磁石素体の表面の加工による変質層や酸化層をほぼ完全に除去することができ、後述する保護層の形成を効率よく行える。
【００４０】
また、磁石素体には、上記酸洗浄後、水洗により酸洗浄に用いた処理液を除去した後、表面に残存した少量の未溶解物や残留酸成分を完全に除去するために、超音波を使用した超音波洗浄を実施することが好ましい。この超音波洗浄は、例えば、磁石素体の表面に錆を発生させる塩素イオンが極めて少ない純水中や、アルカリ性溶液中等で行うことができる。この超音波洗浄後には、必要に応じて水洗を行ってもよい。
【００４１】
次に、磁石素体の表面にＡｌ単体、Ａｌ合金又はＡｌ化合物を付着させる。Ａｌの付着方法としては、例えば、Ａｌからなる粒子（Ａｌ粉など）を分散させた塗布液を、磁石素体の表面全体に均一に塗布する方法が挙げられる。Ａｌ粒子の粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。Ａｌ粒子の粒径が大き過ぎる場合、磁石素体との反応による保護層の形成が起こりにくくなることが問題となる。また、塗布液に樹脂バインダーを含有させることが好ましい。樹脂バインダーを含有させることで、粒子の付着強度が増し、表面から脱落しにくくなる。なお、めっき法や気相法などの手法により、磁石素体の表面にＡｌを付着させてもよい。表面に付着させるＡｌの量は、例えば、磁石素体全体に対して０．００１〜５重量％とすることができ、０．０１〜１重量％とすることが好ましい。
【００４２】
加熱工程では、表面にＡｌを付着させた磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する。これにより、磁石素体の表面に保護層２０が形成される。保護層２０は、加熱により液相化して磁石素体表面近傍に染み出してきた粒界相成分（Ｒリッチ相）中にＡｌが拡散し、さらにＡｌが拡散したＲリッチ相が磁石素体表面と反応することにより形成される、と本発明者らは考える。加熱温度が高過ぎる場合、Ａｌの融点は約６６０℃であるため、溶融したＡｌ中に磁石素体の成分が過度に拡散することがある。その結果、目的とする組成の保護層が形成されにくくなり、希土類磁石の耐食性及び磁気特性が劣化する。加熱温度が低過ぎる場合、磁石素体表面への粒界相成分の染み出しとＡｌの拡散が十分でなくなり、保護層が形成されにくくなり、希土類磁石の耐食性が劣化する。なお、Ｒリッチ相とは、相を構成する元素の中で最も濃度（原子数の比率）が高い元素がＲである相である。
【００４３】
表面にＡｌを付着させた磁石素体の加熱時間は、１０〜６００分であることが好ましい。加熱時間が短すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、十分な保護層が形成されにくい傾向がある。加熱時間が長すぎる場合、加熱時間が上記の数値範囲内である場合に比べて、Ａｌが磁石素体の表面のみならず磁石素体の深部に熱拡散する傾向がある。ただし、加熱時間が上記の数値範囲外であっても本実施形態の希土類磁石を得ることは可能である。
【００４４】
なお、上記の加熱工程において昇温させた磁石素体を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、保護層が形成され易くなる。なお、冷却速度は５０℃／分以上とすることがより好ましい。
【００４５】
また、希土類磁石に対して、上述した焼結体の場合と同様の時効処理を施すことが好ましい。時効処理により希土類磁石の保磁力が更に向上する。時効処理温度は、Ａｌの熱拡散に要する加熱温度以下であることが好ましい。時効処理において昇温させた希土類磁石を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石の磁気特性が向上し易くなる。なお、冷却速度は５０℃／分以上とすることがより好ましい。
【００４６】
表面にＡｌを付着させた磁石素体を熱処理した後、希土類磁石の表面に残存する未反応のＡｌ等を洗浄やブラストにより除去してもよい。
【００４７】
上述の製造方法によって、磁石素体１０と磁石素体１０を被覆する保護層２０とを備える希土類磁石１００を得ることができる。希土類磁石１００は、保護層２０を備えていることから、耐食性に優れる。このような希土類磁石１００は、腐食性物質が存在する環境下で使用しても、優れた磁気特性を長期間に亘って維持することができる。このような特性を有する本実施形態の希土類磁石１００は、例えば、優れた耐食性を有することが求められる回転機用の永久磁石として好適に用いられる。
【００４８】
（回転機）
図５は、本実施形態の回転機（永久磁石回転機）の内部構造を示す説明図である。本実施形態の回転機２００は、永久磁石同期回転機（ＳＰＭ回転機）であり、円筒状のロータ５０と該ロータ５０の内側に配置されるステータ３０とを備えている。ロータ５０は、円筒状のコア５２と円筒状のコア５２の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互になるように複数の希土類磁石１００が設けられている。ステータ３０は、内周面に沿って設けられた複数のコイル３２を有している。このコイル３２と希土類磁石１００とは互いに対向するように配置されている。
【００４９】
回転機２００は、ロータ５０に、上記実施形態に係る希土類磁石１００を備える。希土類磁石１００は耐食性に優れるため、経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することができる。したがって、回転機２００は優れた性能を長時間に亘って維持することができる。回転機２００は、希土類磁石１００以外の部分について、通常の回転機部品を用いて通常の方法によって製造することができる。
【００５０】
回転機２００は、コイル３２に通電することによって生成する電磁石による界磁と希土類磁石１００による界磁との相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機（モータ）であってもよい。また、回転機２００は、希土類磁石１００による界磁とコイル３２との電磁誘導相互作用により、機械的エネルギーから電気的エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）であってもよい。
【００５１】
電動機（モータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ、ＩＰＭモータ）、往復動モータなどが挙げられる。往復動モータとして機能するモータとしては、例えば、ボイスコイルモータ、振動モータなどが挙げられる。発電機（ジェネレータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、永久磁石交流発電機などが挙げられる。以上に記載した回転機は、自動車、産業機械、家庭用電化製品等に用いられる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例及び比較例を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
粉末冶金法により、組成が２２．５重量％Ｎｄ−５．２重量％Ｐｒ−２．７重量％Ｄｙ−０．５重量％Ｃｏ−０．３重量％Ａｌ−０．０７重量％Ｃｕ−１．０重量％Ｂ−残部Ｆｅである鋳塊を作製した。鋳塊を粗粉砕して得た粗粉末を不活性ガス中でジェットミルにより粉砕して、平均粒径が約３．５μｍの微粉末を得た。微粉末を金型内に充填し、磁場中で加圧成形して成形体を得た。成形体を真空中で焼成した後、時効処理を施して焼結体を得た。焼結体を切り出し加工し、１３ｍｍ×８ｍｍ×２ｍｍの寸法を有する磁石素体を作製した。
【００５４】
磁石素体の表面に対して脱脂処理を施し、次に、２％ＨＮＯ３水溶液中に２分間浸漬し、その後、超音波水洗を施すことで、エッチングを行った。平均粒径１７μｍのＡｌ粉を分散させた塗布液を調製した。エッチング後の磁石素体の表面に塗布液をディップコーティングにより塗布し、塗膜を磁石素体の表面全体に形成した。この塗膜を１２０℃で２０分乾燥させた。なお、磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して０．１２重量％に調整した。
【００５５】
塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において６００℃で６０分加熱した後、５０℃／分で急冷し、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させた。加熱後の磁石素体をＡｒ雰囲気において５５０℃で１時間時効処理した後、５０℃／分で急冷した。時効処理後の磁石素体の表面に残存した未反応Ａｌ粉を超音波洗浄で除去することで、実施例１の希土類磁石を作製した。
【００５６】
（実施例２〜１２）
実施例２〜１２では、磁石素体表面に形成した塗膜中に含まれるＡｌの総量を、磁石素体全体に対して、表１に示す値（塗布量）に調整した。実施例２〜１２では、塗膜を有する磁石素体を、Ａｒ雰囲気において、表１に示す温度（拡散温度）で加熱した。また実施例２〜１２では、塗膜を有する磁石素体を加熱する時間（拡散時間）を、表１に示す時間に調整した。実施例６では、塗膜を有する磁石素体を加熱した後、時効処理を行わなかった。以上の事項以外は実施例１と同様の方法で、実施例２〜１２の各希土類磁石を作製した。
【００５７】
（比較例１）
磁石素体の表面のエッチング以降の工程を実施しなかったこと以外は実施例１と同様の方法で比較例１の希土類磁石を作製した。つまり、Ａｌ粉を用いることなく比較例１の希土類磁石を作製した。
【００５８】
（比較例２）
比較例２では拡散温度を５１０℃とした。また比較例２では、塗膜を有する磁石素体を加熱した後、時効処理を行わなかった。これらの事項以外は実施例１と同様の方法で、比較例２の希土類磁石を作製した。
【００５９】
（比較例３）
拡散温度を６８０℃に変えたこと以外は実施例１と同様の方法で、比較例３の希土類磁石を作製した。
【００６０】
（比較例４）
実施例１と同様の方法で作製した磁石素体の表面全体に、スパッタリング法を用いて、Ｎｄ５０原子％−Ａｌ５０原子％の組成を有する被膜（保護層）を形成することにより、比較例４の希土類磁石を作製した。比較例４では、被膜の厚みを５μｍとした。被膜の組成はＥＰＭＡで確認した。
【００６１】
（比較例５）
実施例１と同様の方法で作製した磁石素体の表面全体に、スパッタリング法を用いて、Ｎｄ３０原子％−Ｆｅ７０原子％の組成を有する被膜（保護層）を形成することにより、比較例５の希土類磁石を作製した。比較例５では、被膜の厚みを５μｍとした。被膜の組成はＥＰＭＡで確認した。
【００６２】
（比較例６）
実施例１と同様の方法で作製した磁石素体の表面全体に、スパッタリング法を用いて、Ｎｄ３０原子％−Ｆｅ３５原子％−Ａｌ３５原子％の組成を有する被膜（保護層）を形成することにより、比較例６の希土類磁石を作製した。比較例６では、被膜の厚みを５μｍとした。被膜の組成はＥＰＭＡで確認した。
【００６３】
【表１】
【００６４】
［ＳＥＭ観察］
各実施例及び比較例の希土類磁石を切断し、切断面をクロスセクションポリッシャーで研磨した。研磨面をＳＥＭで観察したところ、各実施例及び比較例３〜６の希土類磁石では、ＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面全体に保護層が形成されていることが確認された。比較例１及び２では保護層が形成されていなかった。図４に、実施例１の希土類磁石の切断面のＳＥＭ写真を示す。なお、図４に記載された実線は、磁石素体と保護層との界面を示すものである。各実施例及び比較例３の希土類磁石が備える保護層の平均厚みＤをＳＥＭを用いて測定した。各保護層の平均厚みＤを表２に示す。
【００６５】
［組成分析］
各実施例及び比較例の希土類磁石を切断し、磁石素体及び保護層における元素組成をＥＰＭＡで確認した。ＥＰＭＡの装置としては、ＪＥＯＬ社製のＪＸＡ−８８００を用いた。全実施例及び比較例の磁石素体はいずれも、鋳塊と同様に、Ｎｄ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｂ及びＦｅを含有することが確認された。各実施例及び比較例３の保護層の元素組成を表２に示す。表２中の「ＲＬ−Ｔ−Ａｌ比率」欄に記載された数値は、保護層に含まれるＲＬ，Ｔ及びＡｌそれぞれの含有量であり、保護層に含まれるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量（１００原子％）に対する比率である。ＲＬとは、Ｎｄ及びＰｒの含有量の合計値である。Ｔとは、Ｃｏ及びＦｅの含有量の合計値である。図３に、全実施例及び比較例３〜６の各保護層の組成をプロットした組成図を示す。組成図の各辺の数値は、保護層に含まれるＲＬ，Ｔ及びＡｌそれぞれの含有量であり、保護層に含まれるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対する比率（単位：原子％）である。なお、図３中、実施例１〜１２に対応する組成を「○」でプロットし、比較例３〜６に対応する組成を「△」でプロットした。
【００６６】
【表２】
【００６７】
［耐食性の評価］
実施例１〜１２及び比較例１〜６の各希土類磁石の耐食性をプレッシャークッカーテスト（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ：ＰＣＴ）により評価した。ＰＣＴでは、２気圧、温度１２０℃、湿度１００％ＲＨである環境下に各希土類磁石を設置してから３００時間後の各希土類磁石の重量の減少量を測定した。各希土類磁石の単位表面積あたりの重量減少量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）を表３にまとめて示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
各実施例の希土類磁石の重量減少量は、各比較例よりも著しく小さいことが確認された。すなわち、各実施例の希土類磁石は、各比較例に比べて、耐食性に著しく優れていることが確認された。
【符号の説明】
【００７０】
１０・・・磁石素体、２０・・・保護層、３０・・・ステータ、３２・・・コイル、５０・・・ロータ、５２・・・コア、１００・・・希土類磁石、２００・・・回転機、Ｄ・・・保護層の厚み。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体と、該磁石素体の表面を被覆する保護層と、を備え、
前記保護層が、ＲＬ、Ｔ及びＡｌを含み、
前記磁石素体及び保護層が、それぞれＴとしてＦｅを含み、
前記保護層におけるＲＬの含有量が、前記保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３１〜４０原子％であり、
前記保護層におけるＴの含有量が、前記保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３５〜６４原子％であり、
前記保護層におけるＡｌの含有量が、前記保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、５〜２５原子％である、
希土類磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の希土類磁石を備える回転機。
【請求項３】
軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌを付着させる工程と、
Ａｌを付着させた前記磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する工程と、を備え、
前記磁石素体は、ＴとしてＦｅを含む、
希土類磁石の製造方法。
【請求項１】
軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体と、該磁石素体の表面を被覆する保護層と、を備え、
前記保護層が、ＲＬ、Ｔ及びＡｌを含み、
前記磁石素体及び保護層が、それぞれＴとしてＦｅを含み、
前記保護層におけるＲＬの含有量が、前記保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３１〜４０原子％であり、
前記保護層におけるＴの含有量が、前記保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、３５〜６４原子％であり、
前記保護層におけるＡｌの含有量が、前記保護層におけるＲＬ、Ｔ及びＡｌの総量に対して、５〜２５原子％である、
希土類磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の希土類磁石を備える回転機。
【請求項３】
軽希土類元素ＲＬ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを含むＲＬ−Ｔ−Ｂ系の磁石素体の表面にＡｌを付着させる工程と、
Ａｌを付着させた前記磁石素体を５４０〜６３０℃で加熱する工程と、を備え、
前記磁石素体は、ＴとしてＦｅを含む、
希土類磁石の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−９４７６６（Ｐ２０１２−９４７６６Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４２４４６（Ｐ２０１０−２４２４４６）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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