JP6476640B2 - R-T-B sintered magnet - Google Patents
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Description
本発明は、R−T−B系焼結磁石に関し、さらに詳しくは高保磁力と優れた耐食性とを併せ持ったR−T−B系焼結磁石に関する。 The present invention relates to an RTB-based sintered magnet, and more particularly to an RTB-based sintered magnet having both high coercive force and excellent corrosion resistance.
Nd−Fe−B系焼結磁石に代表されるR−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeを必須元素とした一種以上の鉄族元素、Bはホウ素を示す)は、高い飽和磁束密度を有することから、使用機器の小型化・高効率化に有利であり、ハードディスクドライブのボイスコイルモーター等に利用されている。近年では、各種産業用モーターやハイブリッド自動車の駆動モーター等にも適用されつつあり、エネルギー保全等の観点からこれらの分野への更なる普及が望まれている。ところで、ハイブリッド自動車等へのR−T−B系焼結磁石の適用においては、磁石は比較的高温に晒されることになるため、熱による高温減磁を抑制することが重要となる。この高温減磁を抑制するには、R−T−B系焼結磁石の室温における保磁力(Hcj)を充分高めておく手法が有効であることは良く知られている。 An RTB-based sintered magnet represented by an Nd-Fe-B-based sintered magnet (R is a rare earth element, T is one or more iron group elements having Fe as an essential element, and B is boron) Since it has a high saturation magnetic flux density, it is advantageous for miniaturization and high efficiency of equipment used, and is used for a voice coil motor of a hard disk drive. In recent years, it is being applied to various industrial motors and drive motors for hybrid vehicles, and further spread to these fields is desired from the viewpoint of energy conservation. By the way, in application of the RTB-based sintered magnet to a hybrid vehicle or the like, since the magnet is exposed to a relatively high temperature, it is important to suppress high temperature demagnetization due to heat. It is well known that a technique of sufficiently increasing the coercive force (Hcj) at room temperature of an RTB-based sintered magnet is effective for suppressing this high temperature demagnetization.
例えば、Nd−Fe−B系焼結磁石の室温における保磁力を高める手法として、主相であるNd2Fe14B化合物のNdの一部を、Dy、Tbといった重希土類元素で置換する手法が知られている。Ndの一部を重希土類元素で置換することにより、結晶磁気異方性を高め、その結果、Nd−Fe−B系焼結磁石の室温における保磁力を充分に高めることができる。重希土類元素による置換以外にも、Cu元素等の添加も室温における保磁力向上に効果があるとされている(特許文献1)。Cu元素を添加することにより、該Cu元素が粒界において例えばNd−Cu液相を形成し、これにより粒界が滑らかとなり、逆磁区の発生を抑制するものと考えられている。 For example, as a technique for increasing the coercive force at room temperature of an Nd—Fe—B based sintered magnet, there is a technique in which a part of Nd of the Nd 2 Fe 14 B compound as a main phase is replaced with a heavy rare earth element such as Dy or Tb. Are known. By substituting a part of Nd with a heavy rare earth element, the magnetocrystalline anisotropy is increased, and as a result, the coercive force at room temperature of the Nd—Fe—B based sintered magnet can be sufficiently increased. In addition to substitution with heavy rare earth elements, addition of Cu element or the like is said to be effective in improving coercivity at room temperature (Patent Document 1). By adding Cu element, it is considered that the Cu element forms, for example, an Nd—Cu liquid phase at the grain boundary, thereby smoothing the grain boundary and suppressing the occurrence of reverse magnetic domains.
特許文献2には、希土類磁石の微細構造である粒界相を制御して保磁力を向上させる技術が開示されている。ここに開示の磁石は、いわゆるナノコンポジット磁性組織をもつ磁石であるが、非磁性相(例えばNd−Cu合金)を磁性組織間に粒界拡散させ、偏在した粒界相を作ることなく、粒界相が磁性組織を均質に取り囲み、保磁力を向上させることができるとされている。特に、ナノコンポジット磁石としての特性を向上させるには、この粒界相の厚みを0.5nm〜10nmとすることが好ましいとされている。 Patent Document 2 discloses a technique for improving the coercive force by controlling the grain boundary phase, which is a microstructure of a rare earth magnet. Although the magnet disclosed herein is a magnet having a so-called nanocomposite magnetic structure, a nonmagnetic phase (for example, an Nd—Cu alloy) is diffused between the magnetic structures to form a grain boundary phase without creating an uneven grain boundary phase. It is said that the field phase can uniformly surround the magnetic structure and improve the coercive force. In particular, in order to improve the properties as a nanocomposite magnet, the thickness of the grain boundary phase is preferably 0.5 nm to 10 nm.
R−T−B系焼結磁石の保磁力を向上させるには、上記したように、主相であるR2T14BのRの一部を、TbやDyといった重希土類元素で置換することが最も簡便である。しかしながら、Dy、Tbといった重希土類元素は産出地、産出量が限られているので、資源的な問題がある。置換に伴い、例えばNdとDyとの反強磁性的な結合により残留磁束密度(Br)の減少も避けられない。さらには、これら重希土類元素を含んだ化合物は、保磁力の源となる異方性磁場が、温度とともに急激に減少することが知られており、高温での保磁力の大きな変化が予測される。上記のCu元素の添加等も保磁力の向上に有効な方法ではあるが、R−T−B系焼結磁石の適用領域の拡大のためには、保磁力の更なる向上が望まれる。 In order to improve the coercive force of the RTB-based sintered magnet, as described above, a part of R of the main phase R 2 T 14 B is replaced with a heavy rare earth element such as Tb or Dy. Is the simplest. However, heavy rare earth elements such as Dy and Tb have a resource problem because their origin and production are limited. With the replacement, for example, a decrease in the residual magnetic flux density (Br) is unavoidable due to the antiferromagnetic coupling between Nd and Dy. Furthermore, compounds containing these heavy rare earth elements are known to have a sudden decrease in the anisotropic magnetic field that becomes the source of coercive force with temperature, and a large change in coercive force at high temperatures is expected. . Although the addition of the above Cu element is an effective method for improving the coercive force, further enhancement of the coercive force is desired in order to expand the application area of the RTB-based sintered magnet.
R−T−B系焼結磁石の保磁力を向上させるには、主相であるR2T14B結晶粒子間の磁気的結合を分断することが重要である。各主相結晶粒子を磁気的に孤立させることができれば、ある結晶粒子に逆磁区が発生したとしても、隣接結晶粒子に影響を及ぼすことがなく、よって保磁力を向上させることができる。 In order to improve the coercive force of the RTB-based sintered magnet, it is important to break the magnetic coupling between the R 2 T 14 B crystal grains that are the main phase. If each main phase crystal particle can be magnetically isolated, even if a reverse magnetic domain is generated in a certain crystal particle, the adjacent crystal particle is not affected, and the coercive force can be improved.
従来、R−T−B系焼結磁石は、R2T14B主相結晶粒子と、該主相結晶粒子よりもRの濃度が高いRリッチ相と、前記主相結晶粒子よりもB濃度の高いBリッチ相と、これらの相の間に存在する粒界相とからなることが知られていた。これらのうち、Rリッチ相とBリッチ相とは、磁気特性上は特に重要ではなく、残留磁束密度Brの向上の観点からは少ないほうが好ましいとされてきた。粒界相に関しては、近年、高保磁力化のために重要であることが指摘され、隣接する主相結晶粒子間の磁気的分断効果を高めるため、厚く均質な粒界相を形成することが重要であると認識されるようになっている。 Conventionally, an RTB-based sintered magnet includes R 2 T 14 B main phase crystal particles, an R rich phase having a higher R concentration than the main phase crystal particles, and a B concentration higher than the main phase crystal particles. It has been known that it consists of a high B rich phase and a grain boundary phase existing between these phases. Among these, the R-rich phase and the B-rich phase are not particularly important in terms of magnetic properties, and it has been considered preferable to be smaller from the viewpoint of improving the residual magnetic flux density Br. In recent years, it has been pointed out that the grain boundary phase is important for increasing the coercive force, and it is important to form a thick and homogeneous grain boundary phase in order to enhance the magnetic separation effect between adjacent main phase crystal grains. It has been recognized that.
R−T−B系焼結磁石を構成する結晶粒子間に厚い粒界相を形成するには、合金原料をRリッチな組成にすることが考えられる。こうすることにより、主相であるR2T14B化合物を形成するのに費やされない余剰のR元素が、厚い粒界相を形成することが期待される。しかしながら、本発明者等の実験によれば、合金原料をRリッチな組成とすることで、粒界相を厚くすることができる一方、R元素が偏在した、いわゆる粒子状のRリッチ相が形成されてしまい、このRリッチ相が、R元素を多く含むことから極めて耐食性に劣るという新たな課題が顕在化することが明らかとなった。 In order to form a thick grain boundary phase between crystal grains constituting the RTB-based sintered magnet, it is conceivable to make the alloy raw material an R-rich composition. Thereby, excess R element that is not spent for forming the main phase R 2 T 14 B compound is, it is expected to form a thick grain boundary phase. However, according to the experiments by the present inventors, the grain boundary phase can be increased by making the alloy raw material an R-rich composition, while a so-called particulate R-rich phase in which R elements are unevenly distributed is formed. As a result, it has been clarified that the R-rich phase contains a large amount of R element, and thus a new problem of extremely inferior corrosion resistance becomes apparent.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、R−T−B系焼結磁石において、粒子状のRリッチ相の耐食性を向上させることにより、高保磁力と優れた耐食性とを併せ持ったR−T−B系焼結磁石を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in an R-T-B system sintered magnet, by improving the corrosion resistance of the particulate R-rich phase, R having both high coercive force and excellent corrosion resistance. An object is to provide a TB sintered magnet.
そこで、本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、以下の発明を完成させるに到った。 Therefore, the present inventors have intensively studied to solve the above problems, and as a result, have come to complete the following invention.
すなわち、本発明に係るR−T−B系焼結磁石は、R2T14B主相結晶粒子と、該R2T14B主相結晶粒子よりもR元素の濃度が高いRリッチ相結晶粒子と、粒界相と、を少なくとも含み、前記Rリッチ相結晶粒子には、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子を含むことを特徴としている。 That is, the RTB-based sintered magnet according to the present invention includes an R 2 T 14 B main phase crystal particle and an R rich phase crystal having a higher concentration of R element than the R 2 T 14 B main phase crystal particle. The R-rich phase crystal particles include at least particles and a grain boundary phase, and the R-rich phase crystal particles include R-rich phase crystal particles having a crystal habit.
上記のように、R−T−B系焼結磁石の中に形成されるRリッチ相結晶粒子を、晶癖を有する結晶粒子とすることで、Rリッチ相結晶粒子を結晶性の高い安定な化合物として存在させることができる。この結果、この化合物は酸素、水分等との反応性が極めて低いものへと改質されるので、耐食性を向上させることができる。R−T−B系焼結磁石の腐食の要因となる前記酸素、水分等は焼結体の表面から侵入してくるので、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子は、焼結体の表面近傍にあると良い。ここで表面近傍とは、焼結体表面から500μm以内の範囲を意味する。 As described above, the R-rich phase crystal particles formed in the R-T-B system sintered magnet are crystal particles having crystal habits, so that the R-rich phase crystal particles are stable with high crystallinity. It can be present as a compound. As a result, this compound is modified to have a very low reactivity with oxygen, moisture, and the like, so that the corrosion resistance can be improved. Since the oxygen, moisture, and the like that cause corrosion of the R-T-B system sintered magnet enter from the surface of the sintered body, the R-rich phase crystal particles having crystal habits are near the surface of the sintered body. Good to be. Here, the vicinity of the surface means a range within 500 μm from the surface of the sintered body.
上記晶癖を有するRリッチ相結晶粒子は、Rの酸化物相であることが好ましい。このようにすることで、R−T−B系焼結磁石に不可避的に存在する酸素を、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子内で消費してやることにより、主相結晶粒子から酸素を追い出し、よって焼結体の磁気特性を向上させることができる。 The R-rich phase crystal particles having the crystal habit are preferably R oxide phases. By doing so, oxygen inevitably present in the R-T-B system sintered magnet is consumed in the R-rich phase crystal particles having crystal habits, thereby driving out oxygen from the main phase crystal particles, Therefore, the magnetic properties of the sintered body can be improved.
さらに、上記晶癖を有するRリッチ相結晶粒子は、R−O−C−N化合物であると良い。R−T−B系焼結磁石は、一般に粉末冶金法で製造されるが、この粉末冶金工程においては、例えば原料合金の一部に若干の酸素、窒素、炭素を混入させるほうが工程の安定化のために好ましいことが知られている。粉砕工程は窒素雰囲気で行われることが多く、ここでも原料合金へ窒素が混入される。また、成形工程においては、成形の容易性のためステアリン酸亜鉛等の潤滑剤が添加されており、焼結体への炭素の混入がなされる。従って、上記晶癖を有するRリッチ相結晶粒子が、前記R−O−C−N化合物であると、これらC、Nといった不可避的な混入不純物が、Rリッチ相結晶粒子内に固定、消費されるので、焼結体の磁気特性を向上させることができると同時に、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子が生成しやすくなる。尚、この晶癖を有するRリッチ相結晶粒子は、R−O−C化合物であっても、R−O−N化合物であってもよい。すなわち、本明細書でいうR−O−C−N化合物とは、R−O酸化物を基本構成として、これにC、Nが付加されたものをいう。 Further, the R-rich phase crystal particles having the crystal habit are preferably R—O—C—N compounds. R-T-B sintered magnets are generally manufactured by powder metallurgy. In this powder metallurgy process, for example, it is more stable to mix some oxygen, nitrogen and carbon into a part of the raw material alloy. It is known to be preferred for. The pulverization step is often performed in a nitrogen atmosphere, and here again nitrogen is mixed into the raw material alloy. In the molding process, a lubricant such as zinc stearate is added for ease of molding, and carbon is mixed into the sintered body. Therefore, if the R-rich phase crystal particle having the crystal habit is the R—O—C—N compound, inevitable mixed impurities such as C and N are fixed and consumed in the R-rich phase crystal particle. Therefore, the magnetic properties of the sintered body can be improved, and at the same time, R-rich phase crystal particles having a crystal habit can be easily generated. The R-rich phase crystal particles having the crystal habit may be R—O—C compounds or R—O—N compounds. That is, the R—O—C—N compound referred to in this specification refers to a compound in which C—N is added to a R—O oxide as a basic structure.
本発明に係るR−T−B系焼結磁石は、RとしてはNdまたはPr、あるいはNdとPrをともに含むものであることが好ましい。Rとしてこのような元素を用いることにより、R−T−B系焼結磁石を低コストなものとすることができる。Rの極一部を重希土類元素で置換することもできる。 In the RTB-based sintered magnet according to the present invention, it is preferable that R includes Nd or Pr, or Nd and Pr. By using such an element as R, the RTB-based sintered magnet can be made at low cost. It is also possible to replace a very small part of R with heavy rare earth elements.
本明細書でいう「晶癖を有する」Rリッチ相結晶粒子とは、焼結後の再結晶化により、Rリッチ相の結晶粒子の断面外形が、Rリッチ相を構成する化合物の結晶構造に起因した不等辺多角形状となっているものをいう。結晶が成長する場合、結晶学的に等価な面は同じ成長速度をもつものと考えられるが、局所的な結晶成長条件の差異により、結晶形に変化があらわれ、結果として結晶粒子の断面形状が不等辺多角形状となる。このような結晶粒子の成長様式を、一般に、晶癖を有する結晶粒子と称する。Rリッチ相を構成する化合物の好ましい形態としてRの酸化物相R−O化合物があげられる。この化合物は立方晶を呈するが、結晶成長時の局所環境により、結果として現れるRリッチ相の晶癖は様々な形状を呈する。が、その断面外形が、直線部分を多く含む不等辺多角形状を呈していることにより、晶癖を有していることを認めることができ、安定な化合物が形成されていることを確認できる。Rリッチ相結晶粒子が晶癖を有しているかどうかは、後述のような結晶粒子の成長面の結晶方位の解析を行うことによっても確認できる。 As used herein, “having a habit” R-rich phase crystal particle means that the cross-sectional outer shape of the R-rich phase crystal particle becomes a crystal structure of the compound constituting the R-rich phase by recrystallization after sintering. This refers to the resulting unequal polygonal shape. When a crystal grows, crystallographically equivalent surfaces are considered to have the same growth rate, but the crystal shape changes due to differences in local crystal growth conditions, resulting in a cross-sectional shape of the crystal grain. It becomes an unequal side polygonal shape. Such a growth mode of crystal grains is generally referred to as crystal grains having a crystal habit. A preferred form of the compound constituting the R-rich phase is an R oxide phase R—O compound. Although this compound exhibits a cubic crystal, the resulting R-rich crystal habit exhibits various shapes depending on the local environment during crystal growth. However, since the cross-sectional outer shape exhibits an unequal side polygonal shape including many straight portions, it can be recognized that it has crystal habit, and it can be confirmed that a stable compound is formed. Whether or not the R-rich phase crystal grains have crystal habits can also be confirmed by analyzing the crystal orientation of the growth surface of the crystal grains as described below.
直線部分を多く含む不等辺多角形状とは、丸みをおびた角部を有さないか、あるいは角部の丸みが小さいことを意味し、このことは、円形度係数を用いても評価できる。本発明における晶癖を有するRリッチ相の断面形状の円形度係数は、0.80未満である。断面形状の円形度係数が0.80未満であれば、結晶性の高いRリッチ相が成長しているということができ、Rリッチ相が安定な化合物に改質できているということができる。尚、円形度係数については後述する。 The unequal polygonal shape including many straight portions means that there are no rounded corners or that the corners are less rounded, and this can be evaluated using a circularity coefficient. The circularity coefficient of the cross-sectional shape of the R-rich phase having crystal habit in the present invention is less than 0.80. If the circularity coefficient of the cross-sectional shape is less than 0.80, it can be said that the R-rich phase with high crystallinity is growing, and that the R-rich phase can be modified into a stable compound. The circularity coefficient will be described later.
本発明によれば、高い保磁力を有しつつ、耐食性にも優れたR−T−B系焼結磁石を提供でき、よって高温環境下で使用されるモーター等にも適用できるR−T−B系焼結磁石を提供できる。 According to the present invention, an RTB-based sintered magnet having a high coercive force and excellent corrosion resistance can be provided, and thus can be applied to a motor or the like used in a high temperature environment. A B-based sintered magnet can be provided.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。尚、本発明でいうR−T−B系焼結磁石とは、R2T14B主相結晶粒子とRリッチ相結晶粒子と、粒界相と、を含む焼結磁石であり、Rは一種以上の希土類元素を含み、TはFeを必須元素とした一種以上の鉄族元素を含み、Bを含み、さらには各種公知の添加元素が添加されたものをも含むものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The RTB-based sintered magnet referred to in the present invention is a sintered magnet including R 2 T 14 B main phase crystal particles, R-rich phase crystal particles, and a grain boundary phase. It contains one or more rare earth elements, T contains one or more iron group elements containing Fe as an essential element, contains B, and further includes those added with various known additive elements.
図1は、本発明に係る実施形態のR−T−B系焼結磁石の断面構造を示す図である。本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、R2T14B主相結晶粒子1と、Rリッチ相結晶粒子2と、2個以上の隣接する結晶粒子間に形成される粒界相3とを含み、前記Rリッチ相結晶粒子2には、図1に示すような晶癖を有するRリッチ相結晶粒子2を含むことを特徴としている。 FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of an RTB-based sintered magnet according to an embodiment of the present invention. The RTB-based sintered magnet according to the present embodiment includes R 2 T 14 B main phase crystal particles 1, R-rich phase crystal particles 2, and grains formed between two or more adjacent crystal particles. The R-rich phase crystal particles 2 including the boundary phase 3 include the R-rich phase crystal particles 2 having a crystal habit as shown in FIG.
本実施形態における晶癖を有するRリッチ相結晶粒子2は、Rの酸化物であり、さらに詳しくはR−O−C−N化合物により構成する。Rリッチ相結晶粒子を、このように安定な化合物、すなわち晶癖を有するRリッチ相結晶粒子として形成することにより、焼結体の耐食性を向上させることができる。 The R-rich phase crystal particle 2 having crystal habit in the present embodiment is an oxide of R, and more specifically is composed of an R—O—C—N compound. By forming the R-rich phase crystal particles as R-rich phase crystal particles having a stable compound, that is, a crystal habit, the corrosion resistance of the sintered body can be improved.
結晶粒子が晶癖を有するとは、結晶粒子の断面形状が丸みを持たず、あるいは丸みの少ない不等辺多角形状となることである。一般に、粒子は球形すなわち断面形状で円形である方が同じ体積での表面積(比表面積)が少なく、よって表面エネルギーが低く抑えられる。従って、液相状態から急激に固相へと変化させると、形成される粒子は丸みを帯びたものとなる。しかしながらこの場合、急激な相変化に伴い、格子欠陥、歪等を内包することになり、化学的に活性の高いものとなり、その結果耐食性が低下してしまう。一方、本実施形態における晶癖を有するRリッチ相結晶粒子では、焼結体に含有される、あるいは粒界拡散により焼結体表面から導入されるO、C、NがRと化合し形成されたRリッチ相結晶粒子の少なくとも表面近傍を再溶融、再結晶成長させ安定な化合物とするので、結晶性の高いRリッチ相結晶粒子とすることができ、Rリッチ組成であるにも拘わらず耐食性を向上させることができる。逆に、Rリッチ相結晶粒子を結晶性のよい安定な化合物とすることにより、Rリッチ相結晶粒子が晶癖を有するということもできる。 The term “crystal grains have crystal habit” means that the cross-sectional shape of the crystal grains does not have roundness or becomes an unequal polygonal shape with little roundness. Generally, particles having a spherical shape, that is, a circular shape with a cross-sectional shape, have a smaller surface area (specific surface area) in the same volume, so that the surface energy can be kept low. Accordingly, when the liquid phase is rapidly changed to the solid phase, the formed particles are rounded. However, in this case, lattice defects, strains, and the like are included along with the rapid phase change, resulting in high chemical activity, resulting in a decrease in corrosion resistance. On the other hand, in the R-rich phase crystal particles having crystal habits in the present embodiment, O, C, and N contained in the sintered body or introduced from the surface of the sintered body by grain boundary diffusion are combined with R and formed. In addition, at least the vicinity of the surface of the R-rich phase crystal particle is remelted and recrystallized to form a stable compound, so that it can be made into an R-rich phase crystal particle having high crystallinity, and it has a corrosion resistance despite its R-rich composition. Can be improved. Conversely, it can be said that the R-rich phase crystal particles have crystal habits by making the R-rich phase crystal particles a stable compound with good crystallinity.
ここで、本明細書における「円形度係数」について説明する。上記したように、晶癖を有する結晶粒子は、その属する晶系と結晶成長速度の局所的な差異を反映して、結晶粒子断面形状が不等辺多角形状となる。すなわち、丸みを帯びた角部が無いか、若しくは角部に小さな丸みしかないような不等辺多角形状となる。よって、この結晶粒子の丸み度合いを評価すれば、それはこの粒子の晶癖の現れ度合いと関連付けられることになる。本明細書においては、この結晶粒子断面形状の丸み度合いを、以下の(1)式で定義される円形度係数により評価する。
円形度係数=(L1/L2)2 =4πS/ L22 (1)
ここで、 L1 :対象粒子の断面積に等しい面積をもつ円の周長
L2 :対象粒子の周長
S :対象粒子の断面積
周長比を二乗しているのは、円形度係数の評価において平方根の計算を回避するためである。電子顕微鏡等を用いて、対象とする結晶粒子断面の面積とその面積を囲む周長を測定することにより上記円形度係数は容易に評価することができる。結晶粒子の断面形状が真円となると円形度係数は最大値1となり、異方的な結晶成長により真円からずれて不等辺多角形状になるに従い小さくなる。本実施形態のRリッチ相結晶粒子の場合、この円形度係数が0.8未満であると、晶癖を有する結晶成長をしているということができ、化学的に安定な化合物が形成されているといえる。
Here, the “circularity coefficient” in this specification will be described. As described above, a crystal grain having a crystal habit has an unequal polygonal cross-sectional shape reflecting the local difference between the crystal system to which it belongs and the crystal growth rate. That is, it becomes an unequal side polygonal shape with no rounded corners or only a small roundness at the corners. Therefore, if the degree of roundness of the crystal grains is evaluated, it is related to the degree of appearance of crystal habits of the grains. In the present specification, the degree of roundness of the crystal grain cross-sectional shape is evaluated by a circularity coefficient defined by the following equation (1).
Circularity coefficient = (L1 / L2) 2 = 4πS / L2 2 (1)
Here, L1: circumference of a circle having an area equal to the cross-sectional area of the target particle
L2: Perimeter of the target particle
S: The reason why the cross-sectional area ratio of the target particles is squared is to avoid the calculation of the square root in the evaluation of the circularity coefficient. The circularity coefficient can be easily evaluated by measuring the area of the cross section of the target crystal grain and the circumference surrounding the area using an electron microscope or the like. When the cross-sectional shape of the crystal grain becomes a perfect circle, the circularity coefficient has a maximum value of 1, and becomes smaller as the crystal becomes an unequal polygonal shape by shifting from the perfect circle due to anisotropic crystal growth. In the case of the R-rich phase crystal particles of the present embodiment, when the circularity coefficient is less than 0.8, it can be said that the crystal has a crystal habit, and a chemically stable compound is formed. It can be said that.
本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石を構成するR2T14B主相結晶粒子においては、希土類Rとしては軽希土類元素、重希土類、あるいは両者の組み合わせのいずれであっても良いが、材料コストの観点からNd、Prあるいはこれら両者の組み合わせが好ましい。鉄族元素Tとしては、FeあるいはFeとCoの組み合わせが好ましいが、これらに限定されない。また、Bはホウ素を示す。本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石を構成するRリッチ相結晶粒子においては、希土類元素Rとしては、材料コストの観点からNd、Prあるいはこれら両者の組み合わせが好ましい。本実施形態の焼結磁石において、全質量に対する各元素の含有量は、それぞれ以下の通りである。なお、本明細書においては、質量%は重量%と同じ単位であるとみなすこととする。
R:29.5〜33質量%、
B:0.7〜0.95質量%、
M:0.03〜1.5質量%、
Cu:0.01〜1.5質量%、及び、
Fe:実質的に残部、及び、
残部を占める元素のうちのFe以外の元素の合計含有量:5質量%以下
In the R 2 T 14 B main phase crystal particles constituting the RTB-based sintered magnet according to this embodiment, the rare earth R may be any of a light rare earth element, a heavy rare earth element, or a combination of both. Although good, Nd, Pr, or a combination of both is preferred from the viewpoint of material cost. The iron group element T is preferably Fe or a combination of Fe and Co, but is not limited thereto. B represents boron. In the R-rich phase crystal particles constituting the RTB-based sintered magnet according to this embodiment, the rare earth element R is preferably Nd, Pr, or a combination of both from the viewpoint of material cost. In the sintered magnet of this embodiment, the content of each element with respect to the total mass is as follows. In this specification, mass% is regarded as the same unit as weight%.
R: 29.5 to 33% by mass,
B: 0.7-0.95 mass%,
M: 0.03-1.5 mass%,
Cu: 0.01 to 1.5% by mass, and
Fe: substantially the balance, and
The total content of elements other than Fe among the elements occupying the balance: 5% by mass or less
以下、各元素の含有量や原子比等の条件について更に詳細に説明する。 Hereinafter, conditions such as the content of each element and the atomic ratio will be described in more detail.
本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石中のRの含有量は、29.5〜33質量%である。Rとして重希土類元素を含む場合は、重希土類元素も含めた希土類元素の合計の含有量がこの範囲となる。重希土類元素とは、希土類元素のうちの原子番号が大きいものをいい、一般に64Gdから71Luまでの希土類元素がこれに該当する。Rの含有量がこの範囲であると、高い残留磁束密度及び保磁力が得られる傾向にある。Rの含有量がこれよりも小さいと、主相であるR2T14B相が形成され難くなって、軟磁性を有するα−Fe相が形成され易くなり、その結果保磁力が低下する。一方、Rの含有量がこれよりも大きいとR2T14B相の体積比率が低くなり、残留磁束密度が低下する。Rの含有量は、30.0〜32.5質量%であることが好ましい。このような範囲であると、主相であるR2T14B相の体積比率が特に高くなり、更に良好な残留磁束密度が得られるようになる。 The content of R in the RTB-based sintered magnet according to this embodiment is 29.5 to 33% by mass. When heavy rare earth elements are included as R, the total content of rare earth elements including heavy rare earth elements falls within this range. The heavy rare earth element refers to a rare earth element having a large atomic number, and generally corresponds to a rare earth element from 64 Gd to 71 Lu. When the content of R is within this range, high residual magnetic flux density and coercive force tend to be obtained. If the content of R is smaller than this, the R 2 T 14 B phase, which is the main phase, is difficult to form, and an α-Fe phase having soft magnetism is easily formed, resulting in a decrease in coercive force. On the other hand, when the content of R is larger than this, the volume ratio of the R 2 T 14 B phase is lowered, and the residual magnetic flux density is lowered. The content of R is preferably 30.0 to 32.5% by mass. Within such a range, the volume ratio of the R 2 T 14 B phase, which is the main phase, is particularly high, and a better residual magnetic flux density can be obtained.
Rとしては、Nd及びPrのいずれか一方を必ず含むが、R中のNd及びPrの割合は、Nd及びPrの合計で80〜100原子%であることが好ましく、更に好ましくは95〜100原子%である。このような範囲であると、さらに良好な残留磁束密度及び保磁力が得られるようになる R always contains either Nd or Pr, but the ratio of Nd and Pr in R is preferably 80 to 100 atom% in total of Nd and Pr, more preferably 95 to 100 atoms. %. Within such a range, better residual magnetic flux density and coercive force can be obtained.
上記のように、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、RとしてDy、Tb等の重希土類元素を含んでいてもよいが、その場合、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石の全質量中の重希土類元素の含有量は、重希土類元素の合計で1.0質量%以下であり、0.5質量%以下であると好ましく、0.1質量%以下であるとより好ましい。本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石によれば、このように重希土類元素の含有量を少なくしても、他の元素の含有量及び原子比が特定の条件を満たすことによって、良好な高い保磁力を得ることができる。 As described above, the RTB-based sintered magnet according to the present embodiment may include heavy rare earth elements such as Dy and Tb as R. In this case, the RT-T according to the present embodiment is included. The content of heavy rare earth elements in the total mass of the -B based sintered magnet is 1.0% by mass or less in total of heavy rare earth elements, preferably 0.5% by mass or less, and 0.1% by mass The following is more preferable. According to the RTB-based sintered magnet according to the present embodiment, even if the content of heavy rare earth elements is reduced in this way, the content and atomic ratio of other elements satisfy a specific condition. A good high coercive force can be obtained.
本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、さらに微量の添加元素を含む。添加元素としては周知のものを用いることができる。添加元素は、R2T14B主相結晶粒子の構成要素であるR元素およびRリッチ相結晶粒子の構成要素であるR元素と状態図上に共晶点を有するものが好ましい。この点から、添加元素としてはCu等が好ましいが、他の元素であっても良い。Cuの添加量としては、全体の0.01〜1.5質量%である。 The RTB-based sintered magnet according to this embodiment further includes a trace amount of additive elements. Known elements can be used as the additive element. The additive element preferably has an eutectic point on the phase diagram with the R element which is a constituent element of the R 2 T 14 B main phase crystal particles and the R element which is a constituent element of the R rich phase crystal particles. In this respect, the additive element is preferably Cu or the like, but may be other elements. As addition amount of Cu, it is 0.01-1.5 mass% of the whole.
本発明において、上記R元素と状態図上に共晶点を有する添加元素は、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子を形成するうえで重要な役割を果たす。この添加元素は、Rリッチ相結晶粒子の近傍の粒界相に存在することで、少なくともRリッチ相結晶粒子の表面層を粒界相と反応させ、これによってRリッチ相結晶粒子の少なくとも表面層を再結晶成長させ、安定な化合物例えばR−O−C−N化合物を形成するものと考える。このとき、添加元素、例えばCuは、このRリッチ相結晶粒子には取り込まれずに、粒界相中に残るものと思われる。すなわち、元素Cuの添加により、R−O−C−N化合物の結晶成長において、その反応を促進する触媒的な役割を果たさせることができると考える。Cu元素の具体的な添加方法の一事例については後述する。 In the present invention, the R element and an additive element having a eutectic point on the phase diagram play an important role in forming R-rich phase crystal grains having crystal habit. The additive element is present in the grain boundary phase in the vicinity of the R-rich phase crystal particles, thereby causing at least the surface layer of the R-rich phase crystal particles to react with the grain boundary phase, thereby at least the surface layer of the R-rich phase crystal particles. Is recrystallized to form a stable compound such as an R—O—C—N compound. At this time, it is considered that an additive element such as Cu is not taken into the R-rich phase crystal particles but remains in the grain boundary phase. That is, it is considered that the addition of the element Cu can play a catalytic role in promoting the reaction in the crystal growth of the R—O—C—N compound. An example of a specific method for adding Cu element will be described later.
本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、さらに粒界相においてRおよびT元素を含んで化合物を形成するための元素を含む。この目的のためには、Al、Ge、Si、Sn、GaなどのM元素を添加することが好ましい。R−T−B系焼結磁石に、上記Cuに加えてこれらの元素を添加することで、Rリッチな原料合金のR元素を消費して、幅の広い均一な粒界相を形成できる。余剰なR元素を粒界相における化合物として消費することにより、幅の広い粒界相が形成され、これによって主相結晶粒子の磁気的分断効果が奏され、保磁力を向上させることができると同時に、R元素の一部を化合物として消費することにより耐食性も向上できる。本実施形態のR−T−B系焼結磁石において、Mの含有量は、0.03〜1.5質量%である。Mの含有量がこの範囲よりも小さいと、幅の広い粒界相が形成されず保磁力が不十分となり、この範囲よりも大きいと、飽和磁化が低くなって、残留磁束密度が不十分となる。保磁力及び残留磁束密度をより良好に得るために、Mの含有量は、0.13〜0.8質量%であることが好ましい。 The RTB-based sintered magnet according to the present embodiment further includes an element for forming a compound containing R and T elements in the grain boundary phase. For this purpose, it is preferable to add M element such as Al, Ge, Si, Sn, and Ga. By adding these elements to the RTB-based sintered magnet in addition to the above-mentioned Cu, it is possible to consume the R element of the R-rich raw material alloy and form a wide and uniform grain boundary phase. By consuming excess R element as a compound in the grain boundary phase, a wide grain boundary phase is formed, and thereby the magnetic fragmentation effect of the main phase crystal grains can be achieved and the coercive force can be improved. At the same time, corrosion resistance can be improved by consuming part of the R element as a compound. In the RTB-based sintered magnet of this embodiment, the content of M is 0.03 to 1.5% by mass. When the content of M is smaller than this range, a wide grain boundary phase is not formed and the coercive force becomes insufficient. When larger than this range, the saturation magnetization becomes low and the residual magnetic flux density is insufficient. Become. In order to obtain better coercive force and residual magnetic flux density, the M content is preferably 0.13 to 0.8 mass%.
本実施形態のR−T−B系焼結磁石は、上述した各元素に加え、Fe及びその他の元素を含み、Fe及びその他の元素が、焼結磁石の全質量中、上記各元素を合計した含有量を除いた残部を占める。ただし、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石が十分に磁石として機能するためには、残部を占める元素のうち、Fe以外の元素の合計含有量は、焼結磁石の全質量に対し、5質量%以下であることが好ましい。 The RTB-based sintered magnet of this embodiment includes Fe and other elements in addition to the above-described elements, and the Fe and other elements are the total of the above elements in the total mass of the sintered magnet. Occupy the remainder excluding the content. However, in order for the RTB-based sintered magnet according to this embodiment to sufficiently function as a magnet, the total content of elements other than Fe among the elements occupying the balance is the total mass of the sintered magnet. The content is preferably 5% by mass or less.
またCoは、Feと同様、R2T14Bの基本組成におけるTで表される元素であり、Feと同様の相を形成する。本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、Coを含むことができる。その場合、Coの含有量は0質量%を超え、3.0質量%以下であることが好ましい。R−T−B系焼結磁石にCoを含む相を含むことにより、キュリー温度が向上するほか、粒界相にもCoを残存させることにより、粒界相の耐食性が向上するため、全体として高い耐食性を有するものとなる。このような効果をより良好に得るために、より好ましくは、Coの含有量は、0.3〜2.5質量%である。 Co, like Fe, is an element represented by T in the basic composition of R 2 T 14 B, and forms the same phase as Fe. The RTB-based sintered magnet according to the present embodiment can contain Co. In that case, the Co content is preferably more than 0% by mass and 3.0% by mass or less. By including a Co-containing phase in the RTB-based sintered magnet, the Curie temperature is improved, and by leaving Co in the grain boundary phase, the corrosion resistance of the grain boundary phase is improved. It has high corrosion resistance. In order to obtain such an effect better, the content of Co is more preferably 0.3 to 2.5% by mass.
また、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石のCの含有量は、0.05〜0.3質量%である。Cの含有量がこの範囲よりも小さいと、保磁力が不十分となり、この範囲よりも大きいと、保磁力に対する、磁化が残留磁束密度の90%であるときの磁界の値(Hk)の比率、いわゆる角形比(Hk/保磁力)が不十分となる。保磁力及び角形比をより良好に得るために、より好ましくは、Cの含有量は、0.1〜0.25質量%である。Cの一部はRリッチ相結晶粒子であるR−O−C−Nに取り込まれ安定な化合物を形成する。 Further, the content of C in the RTB-based sintered magnet according to the present embodiment is 0.05 to 0.3% by mass. If the C content is smaller than this range, the coercive force becomes insufficient. If it is larger than this range, the ratio of the magnetic field value (Hk) when the magnetization is 90% of the residual magnetic flux density to the coercive force. In other words, the so-called squareness ratio (Hk / coercive force) becomes insufficient. In order to obtain better coercive force and squareness ratio, the C content is more preferably 0.1 to 0.25% by mass. Part of C is taken into R—O—C—N, which is R-rich phase crystal particles, to form a stable compound.
また、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石のOの含有量は、0.03〜0.4質量%である。Oの含有量がこの範囲よりも小さいと、焼結磁石の耐食性が不十分となり、この範囲よりも大きいと、焼結磁石中に液相が十分に形成されなくなり、保磁力が低下する。耐食性及び保磁力をより良好に得るために、Oの含有量は、0.05〜0.3質量%であることが好ましく、より好ましくは0.05〜0.25質量%である。Oの一部はRリッチ相結晶粒子であるR−O−C−N化合物に取り込まれ安定な化合物を形成する。 Moreover, content of O of the RTB-type sintered magnet which concerns on this embodiment is 0.03-0.4 mass%. When the content of O is smaller than this range, the corrosion resistance of the sintered magnet becomes insufficient. When it is larger than this range, a liquid phase is not sufficiently formed in the sintered magnet, and the coercive force is lowered. In order to obtain better corrosion resistance and coercive force, the content of O is preferably 0.05 to 0.3% by mass, and more preferably 0.05 to 0.25% by mass. A part of O is taken into the R—O—C—N compound which is R-rich phase crystal particles to form a stable compound.
本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、その他の元素として、例えばZrを含むことができる。その場合、Zrの含有量は、焼結磁石の全質量中、0.25質量%以下であると好ましい。Zrは、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石の製造過程での結晶粒の異常成長を抑制することができ、得られる焼結体(焼結磁石)の組織を均一且つ微細にして、磁気特性を向上することができる。そのような効果をより良好に得るために、より好ましくは、Zrの含有量は、0.03〜0.25質量%である。 The RTB-based sintered magnet according to the present embodiment can contain, for example, Zr as another element. In that case, the Zr content is preferably 0.25% by mass or less in the total mass of the sintered magnet. Zr can suppress abnormal growth of crystal grains in the manufacturing process of the RTB-based sintered magnet according to this embodiment, and the structure of the obtained sintered body (sintered magnet) is uniform and fine. Thus, the magnetic characteristics can be improved. In order to obtain such an effect better, the content of Zr is more preferably 0.03 to 0.25% by mass.
本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は、上記以外の構成元素として、Mn、Ca、Ni、Cl、S、F等の不可避不純物を、0.001〜0.5質量%程度含んでいてもよい。 The RTB-based sintered magnet according to the present embodiment contains unavoidable impurities such as Mn, Ca, Ni, Cl, S, and F as constituent elements other than those described above, about 0.001 to 0.5 mass%. May be included.
また、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石において、Nの含有量は、0.15質量%以下であると好ましい。Nの一部はRリッチ相結晶粒子であるR−O−C−N化合物に取り込まれ安定な化合物を形成する。 In the RTB-based sintered magnet according to this embodiment, the N content is preferably 0.15% by mass or less. A part of N is taken into the R—O—C—N compound which is R-rich phase crystal particles to form a stable compound.
次に、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石の製造方法の一例を説明する。本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石は通常の粉末冶金法により製造することができ、該粉末冶金法は、原料合金を調製する調製工程、原料合金を粉砕して原料微粉末を得る粉砕工程、原料微粉末を成形して成形体を作製する成形工程、成形体を焼成して焼結体を得る焼結工程、及び焼結体に時効処理を施す熱処理工程を有する。本実施形態においては、前記熱処理工程の前に添加元素の拡散工程を有する。 Next, an example of the manufacturing method of the RTB system sintered magnet which concerns on this embodiment is demonstrated. The RTB-based sintered magnet according to the present embodiment can be manufactured by an ordinary powder metallurgy method. The powder metallurgy method includes a preparation process for preparing a raw material alloy, a raw material alloy is pulverized, and a raw fine powder There are a pulverizing step, a forming step of forming a raw material powder to form a molded body, a sintering step of firing the molded body to obtain a sintered body, and a heat treatment step of subjecting the sintered body to an aging treatment. In the present embodiment, an additive element diffusion step is included before the heat treatment step.
調製工程は、本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石に含まれる各元素を有する原料合金を調製する工程である。まず、所定の元素を有する原料金属を準備し、これらを用いてストリップキャスティング法等を行う。これによって原料合金を調製することができる。原料金属としては、例えば、希土類金属や希土類合金、純鉄、純コバルト、フェロボロン、またはこれらの合金が挙げられる。これらの原料金属を用い、所望の組成を有するR−T−B系焼結磁石が得られるような原料合金を調製する。尚、原料合金の調製においては、主に主相を形成する原料合金と、主に粒界相およびRリッチ相を形成する原料合金とを別に調製する二合金法を用いることもできる。上記したR元素と状態図上で共晶点を有する添加元素の一部は、この原料合金に含ませる。二合金法を用いる場合は、この添加元素の一部を、粒界相およびRリッチ相を形成する原料合金に含ませるとよい。 A preparation process is a process of preparing the raw material alloy which has each element contained in the RTB system sintered magnet concerning this embodiment. First, a raw metal having a predetermined element is prepared, and a strip casting method or the like is performed using these. Thereby, a raw material alloy can be prepared. Examples of the raw metal include rare earth metals, rare earth alloys, pure iron, pure cobalt, ferroboron, and alloys thereof. Using these raw material metals, a raw material alloy is prepared so that an RTB-based sintered magnet having a desired composition can be obtained. In the preparation of the raw material alloy, a two-alloy method in which a raw material alloy that mainly forms a main phase and a raw material alloy that mainly forms a grain boundary phase and an R-rich phase can be separately used. A part of the additive element having the eutectic point on the R element and the phase diagram described above is included in this raw material alloy. When the two-alloy method is used, a part of this additive element is preferably included in the raw material alloy that forms the grain boundary phase and the R-rich phase.
粉砕工程は、調製工程で得られた原料合金を粉砕して原料微粉末を得る工程である。この工程は、粗粉砕工程及び微粉砕工程の2段階で行うことが好ましいが、1段階としても良い。粗粉砕工程は、例えばスタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中で行うことができる。水素を吸蔵させた後、粉砕を行う水素吸蔵粉砕を行うこともできる。粗粉砕工程においては、原料合金を、粒径が数百μmから数mm程度となるまで粉砕を行う。 The pulverization step is a step of pulverizing the raw material alloy obtained in the preparation step to obtain a raw material fine powder. This process is preferably performed in two stages, a coarse pulverization process and a fine pulverization process, but may be performed in one stage. The coarse pulverization step can be performed in an inert gas atmosphere using, for example, a stamp mill, a jaw crusher, a brown mill, or the like. It is also possible to perform hydrogen occlusion and pulverization in which hydrogen is occluded and then pulverized. In the coarse pulverization step, the raw material alloy is pulverized until the particle size becomes several hundred μm to several mm.
微粉砕工程は、粗粉砕工程で得られた粗粉末を微粉砕して、平均粒径が数μm程度の原料微粉末を調製する。原料微粉末の平均粒径は、焼結後の結晶粒の成長度合を勘案して設定すればよい。微粉砕は、例えば、ジェットミルを用いて行うことができる。Rリッチ相結晶粒子の形成に有用な酸素、炭素、窒素を材料中に導入するのに、粒界拡散法の代わりに微粉砕工程を用いることができる。例えば、粉砕時の不活性雰囲気中に微量の酸素を導入することにより、材料中の酸素量を制御できる。また、例えば、粉砕時の不活性雰囲気を窒素とすることにより、材料中の窒素量を増やすことができる。さらに、ステアリン酸亜鉛、オレイン酸アミド等の粉砕助剤を添加することにより、次の成形工程で微粉末の高い配向性を得ることができるが、これらの粉砕助剤を炭素源に用いてもよい。導入された酸素、炭素、窒素によるRリッチ相結晶粒子は、この後の成形後の焼結工程で生成される。前もって再結晶を促進するための添加物を添加しておけば、熱処理工程において、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子を得やすい。 In the fine pulverization step, the coarse powder obtained in the coarse pulverization step is finely pulverized to prepare a raw material fine powder having an average particle size of about several μm. The average particle size of the raw material fine powder may be set in consideration of the degree of crystal grain growth after sintering. The fine pulverization can be performed using, for example, a jet mill. A fine pulverization step can be used instead of the grain boundary diffusion method to introduce oxygen, carbon, and nitrogen useful for the formation of R-rich phase crystal grains into the material. For example, the amount of oxygen in the material can be controlled by introducing a small amount of oxygen into an inert atmosphere during pulverization. For example, the amount of nitrogen in the material can be increased by setting the inert atmosphere during pulverization to nitrogen. Furthermore, by adding grinding aids such as zinc stearate and oleic acid amide, it is possible to obtain high orientation of fine powders in the next molding step, but these grinding aids can be used as a carbon source. Good. The R-rich phase crystal particles due to the introduced oxygen, carbon, and nitrogen are produced in the subsequent sintering step after molding. If an additive for promoting recrystallization is added in advance, it is easy to obtain R-rich phase crystal particles having crystal habits in the heat treatment step.
成形工程は、原料微粉末を磁場中で成形して成形体を作製する工程である。具体的には、原料微粉末を電磁石中に配置された金型内に充填した後、電磁石により磁場を印加して原料微粉末の結晶軸を配向させながら、原料微粉末を加圧することにより成形を行う。この磁場中の成形は、例えば、1000〜1600kA/mの磁場中、30〜300MPa程度の圧力で行えばよい。 The forming step is a step of forming a compact by forming the raw material fine powder in a magnetic field. Specifically, after forming the raw material fine powder into a mold arranged in an electromagnet, molding is performed by applying a magnetic field with an electromagnet and pressing the raw material fine powder while orienting the crystal axis of the raw material fine powder. I do. The molding in the magnetic field may be performed at a pressure of about 30 to 300 MPa in a magnetic field of 1000 to 1600 kA / m, for example.
焼結工程は、成形体を焼成して焼結体を得る工程である。磁場中成形後、成形体を真空もしくは不活性ガス雰囲気中で焼成し、焼結体を得ることができる。焼成条件は、成形体の組成、原料微粉末の粉砕方法、粒度等の条件に応じて適宜設定することが好ましいが、例えば、1000℃〜1100℃で1〜10時間程度行えばよい。 A sintering process is a process of baking a molded object and obtaining a sintered compact. After molding in a magnetic field, the compact can be fired in a vacuum or an inert gas atmosphere to obtain a sintered compact. Firing conditions are preferably set as appropriate according to conditions such as the composition of the molded body, the method of pulverizing the raw material fine powder, and the particle size, but may be performed at 1000 to 1100 ° C. for about 1 to 10 hours, for example.
粒界拡散工程は、上記で得られた焼結体の表面から、Rリッチ相結晶粒子の生成に必要なO、C、Nおよび晶癖を有するRリッチ相結晶粒子の形成に有効と考えられる添加元素、例えばCuを焼結体内に拡散させる。添加元素としてCuを用いる場合は、拡散材として、例えば共晶組成のNd−Cu合金粉末を作製する。前記微粉砕工程における酸素量、窒素量の制御は行わなくとも、拡散材合金粉末の微粉砕時に拡散材合金に酸素、窒素を含有させてもよい。また、微粉砕工程における添加剤を炭素源とする代わりに、拡散材を焼結体表面に付着させるためのバインダー樹脂を炭素源として用いてもよい。 The grain boundary diffusion process is considered to be effective for forming R-rich phase crystal particles having O, C, N and crystal habits necessary for the generation of R-rich phase crystal particles from the surface of the sintered body obtained above. An additive element such as Cu is diffused into the sintered body. When Cu is used as the additive element, for example, an eutectic Nd—Cu alloy powder is produced as the diffusion material. Even if the oxygen amount and the nitrogen amount are not controlled in the fine pulverization step, the diffusion material alloy may contain oxygen and nitrogen during the fine pulverization of the diffusion material alloy powder. Further, instead of using the additive in the pulverization step as a carbon source, a binder resin for attaching the diffusing material to the surface of the sintered body may be used as the carbon source.
拡散材を焼結体表面に付着させた後、550℃〜650℃の温度で1時間から50時間程度加熱すればよい。これにより酸素、炭素、窒素およびCuが粒界相を通して焼結体内に導入される。焼結体内に拡散材成分を導入するためには、まず焼結体を加熱することにより、焼結体の三重点および二粒子粒界を含む粒界部分から十分な量の液相を生じさせ、液相を焼結体表面に染み出させる必要がある。その液相に拡散成分が溶出し焼結体内へ拡散が可能となる。加熱温度が低すぎると液相量が少なく、十分に拡散材の成分を焼結体に拡散させることができない。例えば、Nd−Cuの共晶合金を拡散材に用いた場合、520℃で拡散材自身が熔融するため、550℃の液相が不足するような比較的低温からの拡散が可能となる。一方、650℃を超える温度で加熱を行うと、十分な液相の染み出しがあるのに加え、熔融した拡散材により焼結体表面付近がRリッチになりすぎ、R2T14B結晶粒子が異常粒成長を起こして磁気特性低下につながるおそれがある。 After adhering the diffusing material to the surface of the sintered body, it may be heated at a temperature of 550 ° C. to 650 ° C. for about 1 hour to 50 hours. As a result, oxygen, carbon, nitrogen and Cu are introduced into the sintered body through the grain boundary phase. In order to introduce the diffusing material component into the sintered body, first, the sintered body is heated to generate a sufficient amount of liquid phase from the grain boundary portion including the triple point and the two-particle grain boundary of the sintered body. The liquid phase must be oozed out on the surface of the sintered body. Diffusion components are eluted in the liquid phase and can diffuse into the sintered body. If the heating temperature is too low, the amount of liquid phase is small and the components of the diffusing material cannot be sufficiently diffused into the sintered body. For example, when an eutectic alloy of Nd—Cu is used as the diffusion material, the diffusion material itself melts at 520 ° C., so that diffusion from a relatively low temperature that lacks the liquid phase at 550 ° C. is possible. On the other hand, when heating at a temperature exceeding 650 ° C., in addition to sufficient liquid phase seepage, the surface of the sintered body becomes too R-rich due to the melted diffusion material, and R 2 T 14 B crystal particles May cause abnormal grain growth and decrease in magnetic properties.
熱処理工程は、焼結体を時効処理する工程である。この工程を経た後、R−T−B系焼結磁石内部の組織・微細構造が確定する。例えば再結晶化を促進するCuなどが添加されていれば、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子が形成されやすい。晶癖を有するRリッチ相結晶粒子を得るには再結晶化を促進できる適度な温度で熱処理を行う必要があり、そのために、熱処理工程は500℃〜900℃の温度範囲で行えばよいが、800℃近傍での熱処理を行った後550℃近傍での熱処理を行うというふうに2段階に分けて行ってもよい。 The heat treatment step is a step of aging the sintered body. After this step, the structure and microstructure within the RTB-based sintered magnet are determined. For example, if Cu or the like that promotes recrystallization is added, R-rich phase crystal particles having crystal habits are easily formed. In order to obtain R-rich phase crystal particles having crystal habit, it is necessary to perform heat treatment at an appropriate temperature that can promote recrystallization. For this reason, the heat treatment step may be performed in a temperature range of 500 ° C. to 900 ° C., The heat treatment may be performed in two stages, such as the heat treatment at about 550 ° C. after the heat treatment at about 800 ° C.
本実施形態に係るR−T−B系焼結磁石の微細構造、すなわちRリッチ相結晶粒子の晶癖、断面形状等は、電子顕微鏡により評価することができる。倍率は観測対象の観測対象の粒子径に応じて適宜設定すればよい。R−T−B系焼結磁石の耐食性を上げるには、腐食性因子が侵入する焼結磁石表面近傍の耐食性を上げることが重要である。酸素等の侵入を考えると焼結磁石表面から500μm程度の深さまでの耐食性が重要であり、本明細書では、この領域を表面近傍と称している。よって、前記したRリッチ相結晶粒子の評価は、この領域で行えば足りる。 The microstructure of the RTB-based sintered magnet according to the present embodiment, that is, the crystal habit, cross-sectional shape, etc., of the R-rich phase crystal particles can be evaluated with an electron microscope. What is necessary is just to set a magnification suitably according to the particle diameter of the observation object of observation object. In order to increase the corrosion resistance of the R-T-B system sintered magnet, it is important to increase the corrosion resistance in the vicinity of the surface of the sintered magnet in which a corrosive factor enters. Considering the penetration of oxygen or the like, corrosion resistance from the sintered magnet surface to a depth of about 500 μm is important, and in this specification, this region is referred to as the vicinity of the surface. Therefore, it is sufficient to evaluate the R-rich phase crystal particles described above in this region.
次に、本発明を具体的な実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されない。 Next, the present invention will be described in more detail based on specific examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(焼結体の作製)
焼結体の作製は、二合金法で行った。まず、表1に示す磁石組成の焼結磁石が得られるように、ストリップキャスティング法により原料合金を準備した。原料合金としては、主に磁石の主相を形成する主相系合金Aと、主に粒界を形成する粒界相系合金Bの2種類を作製して準備した。なお、表1では、bal.は、各合金の全体組成を100質量%とした場合の残りを示し、(T.RE)は、希土類の合計質量%を示す。
(Production of sintered body)
The sintered body was produced by a two alloy method. First, a raw material alloy was prepared by a strip casting method so that a sintered magnet having a magnet composition shown in Table 1 was obtained. As the raw material alloys, two types of main phase alloys A mainly forming the main phase of the magnet and grain boundary phase alloys B mainly forming the grain boundaries were prepared and prepared. In Table 1, bal. Indicates the remainder when the total composition of each alloy is 100% by mass, and (T.RE) indicates the total mass% of the rare earth.
次いで、合金に対してそれぞれ室温で水素を吸蔵させた後、Ar雰囲気下で、600℃、1時間の脱水素を行う水素粉砕処理(粗粉砕)を行った。 Next, hydrogen was occluded in each alloy at room temperature, and then hydrogen pulverization treatment (coarse pulverization) in which dehydrogenation was performed at 600 ° C. for 1 hour in an Ar atmosphere was performed.
なお、本実施例では、この水素粉砕処理から焼結までの各工程(微粉砕および成形)を、50ppm未満の酸素濃度のAr雰囲気下で行った(以下の実施例および比較例において同じ)。 In this example, each process (fine pulverization and molding) from hydrogen pulverization to sintering was performed in an Ar atmosphere having an oxygen concentration of less than 50 ppm (the same applies to the following examples and comparative examples).
次に、各合金に対して、水素粉砕後微粉砕を行う前に粗粉末に粉砕助剤として、ステアリン酸亜鉛0.1質量%を添加し、ナウタミキサを用いて混合した。その後、ジェットミルを用いて微粉砕を行い、平均粒径が4.0μm程度の原料微粉末とした。 Next, for each alloy, 0.1 mass% of zinc stearate was added to the coarse powder as a grinding aid before fine grinding after hydrogen grinding and mixed using a Nauta mixer. Thereafter, fine pulverization was performed using a jet mill to obtain a raw material fine powder having an average particle size of about 4.0 μm.
その後、ナウタミキサを用いて、主相系合金の原料微粉末と粒界相系合金の原料微粉末を95:5の質量割合で混合し、R−T−B系焼結磁石の原料粉末である混合粉末を調製した。 Thereafter, using a Nauta mixer, the raw material powder of the main phase alloy and the raw material powder of the grain boundary phase alloy are mixed at a mass ratio of 95: 5 to obtain the raw material powder of the R-T-B system sintered magnet. A mixed powder was prepared.
得られた混合粉末を、電磁石中に配置された金型内に充填し、1200kA/mの磁場を印加しながら120MPaの圧力を加える磁場中成形を行い、成形体を得た。 The obtained mixed powder was filled in a mold placed in an electromagnet, and molded in a magnetic field in which a pressure of 120 MPa was applied while applying a magnetic field of 1200 kA / m, to obtain a molded body.
その後、得られた成形体を、真空中1060℃で4時間保持して焼成した後、急冷して、表1に示す磁石組成の焼結体(R−T−B系焼結磁石)を得た。その後、バーチカル研磨による加工を行い、20.2mm×20.2mm×4.2mmの直方体とした。R2T14B結晶粒のc軸の配向方向は4.2mmの厚さの方向となるようにした。 Thereafter, the obtained compact was fired by holding at 1060 ° C. for 4 hours in a vacuum, and then rapidly cooled to obtain a sintered body (R-T-B system sintered magnet) having the magnet composition shown in Table 1. It was. Then, the process by vertical grinding | polishing was performed and it was set as the rectangular parallelepiped of 20.2 mm x 20.2 mm x 4.2 mm. The orientation direction of the c axis of the R 2 T 14 B crystal grains was set to be 4.2 mm thick.
(拡散材粉末の準備)
拡散材粉末を用いた粒界拡散法により焼結体内にCuなどの元素を導入するための拡散材には、市販のCuの試薬粉末(平均粒径13μm)と、NdとCuが原子比で70:30のNd−Cu共晶合金粉末を準備した。Nd−Cu共晶合金粉末の作製については、まずNdとCu単体金属を秤量してアーク溶解炉で溶解・鋳造を3回繰り返した。得られた合金を高周波誘導加熱で熔解し、熔湯をロール急冷することにより急冷薄帯とした。得られた急冷薄帯を窒素雰囲気で粗粉砕した後、ステンレス製メディアとともに窒素で雰囲気置換された密閉容器に封入して粉砕し、平均粒径10〜20μmの粉末を得た。得られた粉末は、そのまま大気中に曝すと発火する危険性があるため、窒素雰囲気のグローブボックス内のバットに置き、グローブボックスに徐々に空気を導入する徐酸化処理を行った。このようにして得られたNd−Cu合金粉末の酸素量は3500ppm、炭素量は250ppm、窒素量は500ppmであった。一方、Cu粉末の酸素量は1200ppm、炭素量は280ppmであり、窒素は検出されなかった。Cuまたは作製したNd−Cu粉末にバインダー樹脂を添加し、アルコールを溶媒として拡散材の塗料を作製した。混合の比率は拡散材粉末の質量を100とした場合、バインダー樹脂としてのブチラール微粉末を2、アルコールを100とした。Ar雰囲気中で樹脂製の円筒形フタ付き容器に前記混合物を入れてフタを閉め、ボールミル架台に置き24時間120rpmで回転させて塗料化した。
(Preparation of diffusion material powder)
For the diffusion material for introducing elements such as Cu into the sintered body by the grain boundary diffusion method using the diffusion material powder, commercially available Cu reagent powder (average particle size 13 μm), and Nd and Cu in atomic ratio A 70:30 Nd-Cu eutectic alloy powder was prepared. Regarding the production of the Nd—Cu eutectic alloy powder, first, Nd and Cu simple metal were weighed and melted and casted three times in an arc melting furnace. The obtained alloy was melted by high frequency induction heating, and the molten metal was quenched and rolled to form a quenched ribbon. The obtained quenched ribbon was roughly pulverized in a nitrogen atmosphere, and then enclosed in a sealed container purged with nitrogen with a stainless steel medium and pulverized to obtain a powder having an average particle size of 10 to 20 μm. Since the obtained powder may ignite when exposed to the air as it is, it was placed on a bat in a glove box in a nitrogen atmosphere and subjected to a gradual oxidation treatment in which air was gradually introduced into the glove box. The Nd—Cu alloy powder thus obtained had an oxygen content of 3500 ppm, a carbon content of 250 ppm, and a nitrogen content of 500 ppm. On the other hand, the oxygen content of the Cu powder was 1200 ppm, the carbon content was 280 ppm, and nitrogen was not detected. A binder resin was added to Cu or the produced Nd—Cu powder, and a diffusing material paint was produced using alcohol as a solvent. As for the mixing ratio, when the mass of the diffusing material powder is 100, butyral fine powder as a binder resin is 2, and alcohol is 100. The mixture was put in a resin-made cylindrical lidded container in an Ar atmosphere, the lid was closed, and the mixture was placed on a ball mill frame and rotated at 120 rpm for 24 hours to form a paint.
加工後の焼結体を前記拡散材の塗料に完全に浸し、引き上げて乾燥する操作を繰り返し、焼結体に拡散材を付着させた。拡散材については、比較例1以外は、Nd−Cu粉末を付着させることにより作製した。焼結体への拡散材の付着量は、焼結体の質量を基準とし、Cu粉末の場合は、0.72%、Nd−Cu粉末の場合は4.5%の質量とした。両者で付着量が異なるのは、焼結体にCu元素が同じ量付着するようにしたためである。その後、Ar雰囲気で表2の拡散熱処理の欄に示した安定温度、安定時間で拡散熱処理を行った。安定温度からArガス吹き付けによる急冷後、炉から取り出し、焼結体表面に残った拡散材の残渣をサンドペーパーで落とした。 The sintered body after processing was completely immersed in the diffusing material paint, and the operation of lifting and drying was repeated to attach the diffusing material to the sintered body. About the diffusing material, except for the comparative example 1, it produced by making Nd-Cu powder adhere. The adhering amount of the diffusion material to the sintered body was based on the mass of the sintered body, and was 0.72% for Cu powder and 4.5% for Nd—Cu powder. The reason why the adhesion amount differs between the two is that the same amount of Cu element is adhered to the sintered body. Thereafter, diffusion heat treatment was performed in an Ar atmosphere at the stable temperature and stable time shown in the column of diffusion heat treatment in Table 2. After quenching from the stable temperature by blowing Ar gas, it was taken out from the furnace and the residue of the diffusion material remaining on the surface of the sintered body was dropped with sandpaper.
その後、得られた試料を再度炉に投入し、安定温度および時間を表2の熱処理1の欄に示した条件で熱処理を施した。表2の熱処理2の欄に条件の記載のないものは冷却後に炉から取り出し、条件の記載のあるものは、引き続き熱処理2の条件で熱処理を施し、冷却後炉から取り出した。なお、熱処理1、熱処理2のどちらも、安定温度からArガス吹き付けによる急冷を行った。 Thereafter, the obtained sample was put into the furnace again and subjected to heat treatment under the conditions shown in the column of heat treatment 1 in Table 2 for the stable temperature and time. Those having no description of conditions in the column of heat treatment 2 in Table 2 were removed from the furnace after cooling, and those having conditions described were subsequently heat treated under the conditions of heat treatment 2 and removed from the furnace after cooling. Both heat treatment 1 and heat treatment 2 were quenched by blowing Ar gas from a stable temperature.
表2に記載した条件で拡散熱処理、熱処理1、熱処理2の各熱処理を終えた後、全ての試料の直方体の6面をなるべく均等な研削量で加工し、20mm×20mm×4.0mmの直方体形状とし、拡散材の残渣の影響が出ないようにした。各実施例および比較例ともに、前記直方体形状の試料をそれぞれ四個準備し、一個を微細構造観察用、残り三個を耐食性の評価用として供した。 After finishing each of the heat treatments of diffusion heat treatment, heat treatment 1 and heat treatment 2 under the conditions shown in Table 2, all six samples of the rectangular parallelepiped were processed with as even a grinding amount as possible to obtain a rectangular parallelepiped of 20 mm × 20 mm × 4.0 mm. The shape is made so that the influence of the residue of the diffusion material does not appear. In each Example and Comparative Example, four rectangular parallelepiped samples were prepared, one for fine structure observation and the other three for corrosion resistance evaluation.
各試料の組成分析結果を表3に示す。焼結体に元々含まれていたCu量は0.03質量%であるのに対し、比較例1、3および5のCu量は0.03〜0.1質量%とほとんど増えていないが、それ以外の試料では0.5〜0.6質量%と増加している。O、CおよびNの含有量についても比較例1、3および5が他の試料に比べて少ない傾向にある。このことから、比較例1、3および5以外では拡散材の各成分Cu、O、CおよびNが焼結体に十分に導入されたと考えられる。一方、Ndは拡散材の84質量%を占めるが、もともと焼結体の粒界相にはNdが多く含まれるため、拡散の駆動力となる濃度勾配が得られず、Ndはほとんど焼結体内にとりこまれていないことが分かった。 Table 3 shows the composition analysis results of each sample. The amount of Cu originally contained in the sintered body was 0.03% by mass, whereas the amount of Cu in Comparative Examples 1, 3 and 5 was not increased as much as 0.03 to 0.1% by mass. In other samples, it is increased to 0.5 to 0.6% by mass. As for the contents of O, C and N, Comparative Examples 1, 3 and 5 tend to be less than other samples. From this, it is considered that the components Cu, O, C and N of the diffusing material were sufficiently introduced into the sintered body except for Comparative Examples 1, 3 and 5. On the other hand, Nd occupies 84% by mass of the diffusing material. However, since the grain boundary phase of the sintered body originally contains a large amount of Nd, a concentration gradient serving as a driving force for diffusion cannot be obtained. I found out that I was not obsessed with it.
各試料の表面から500μmの領域でEPMAによる観察を行い、Rリッチ相結晶粒子の形状と組成の評価を行った結果を表4に示す。それぞれの試料において、同一試料内の五個のRリッチ相結晶粒子について評価した。Rリッチ相結晶粒子の形状評価において、電子顕微鏡像による確認で、不等辺多角形の形状を呈し、晶癖を有していると判断される場合は晶癖の欄に有と示し、丸みを帯びている場合は無と示す。実施例1〜4では、いずれのRリッチ相結晶粒子も図1に見られるような不等辺多角形をしていることから晶癖を有していることが認められ、円形度係数を調べると0.8未満のものが存在する。一方、比較例2、3、4のRリッチ相結晶粒子の形状については丸みを帯びて晶癖が認められず、結晶粒子断面の円形度係数も実施例に比べて高い。比較例1および比較例5にはRリッチ相結晶粒子の存在が確認されなかった。比較例3ではRリッチ相結晶粒子の存在が確認はされたものの、実施例に比べ著しく数が少なかった。Rリッチ相結晶粒子の組成はほぼR(NdとPr)、O、C、Nで構成されており、実施例、比較例で組成差は見られなかった。 Table 4 shows the results of observation by EPMA in the region of 500 μm from the surface of each sample and evaluation of the shape and composition of the R-rich phase crystal particles. In each sample, five R-rich phase crystal particles in the same sample were evaluated. In the evaluation of the shape of the R-rich phase crystal particle, it is confirmed by an electron microscopic image that the shape of an unequal polygon is exhibited, and when it is judged that it has crystal habit, it is indicated in the column of crystal habit and rounded. When it is tinged, it is indicated as nothing. In Examples 1 to 4, it is recognized that any R-rich phase crystal particle has an unequal side polygon as shown in FIG. 1 and thus has a crystal habit, and the circularity coefficient is examined. Some are less than 0.8. On the other hand, the shapes of the R-rich phase crystal particles of Comparative Examples 2, 3, and 4 are rounded and no crystal habit is observed, and the circularity coefficient of the crystal particle cross section is higher than that of the example. In Comparative Example 1 and Comparative Example 5, the presence of R-rich phase crystal particles was not confirmed. In Comparative Example 3, although the presence of R-rich phase crystal particles was confirmed, the number was remarkably small as compared with the Example. The composition of the R-rich phase crystal particles is almost composed of R (Nd and Pr), O, C, and N, and no difference in composition was found between the examples and comparative examples.
耐食性の評価は、120℃、2気圧、相対湿度100%の飽和水蒸気雰囲気中に200時間放置し、腐食による質量減少量を評価した。R−T−B系焼結磁石の場合、腐食が発生すると粒界相の溶出、結晶粒子の脱離等により焼結体の質量が減少する。よって、この質量の減少量を評価することにより耐食性を評価できる。具体的には、上記した20mm×20mm×4.0mm(2.0cm×2.0cm×0.40cm)の直方体形状試料を用い、該直方体形状の総表面積を基準とした質量減少量(mg/cm2)で評価した。すなわち、この総表面積を基準とした質量減少量が少ないほど、耐食性が向上しているということができる。各実施例、比較例において、それぞれ三個の試料について行った耐食性試験の評価結果の平均値を表4に合わせて示す。実施例1〜4では、比較例1〜5に比べ、質量減少量が明らかに低減しており、耐食性が大幅に改善されている。 Evaluation of corrosion resistance was performed by leaving it in a saturated water vapor atmosphere at 120 ° C., 2 atm and relative humidity of 100% for 200 hours, and evaluating the amount of mass loss due to corrosion. In the case of an RTB-based sintered magnet, when corrosion occurs, the mass of the sintered body decreases due to elution of grain boundary phases, detachment of crystal particles, and the like. Therefore, corrosion resistance can be evaluated by evaluating the decrease in mass. Specifically, the above-described 20 mm × 20 mm × 4.0 mm (2.0 cm × 2.0 cm × 0.40 cm) rectangular parallelepiped sample was used, and the amount of mass decrease (mg / kg) based on the total surface area of the rectangular parallelepiped shape. cm 2 ). That is, it can be said that the smaller the amount of mass reduction based on the total surface area, the better the corrosion resistance. In each Example and Comparative Example, the average values of the evaluation results of the corrosion resistance tests performed on three samples are shown together in Table 4. In Examples 1-4, compared with Comparative Examples 1-5, the amount of mass reduction is reducing clearly, and corrosion resistance is improved significantly.
尚、確認のため、前記耐食性の評価に供した試料についても、Rリッチ相結晶粒子の観察を行った。その結果、実施例1〜4に属する耐食性の良好な試料においては、表面近傍にあるRリッチ相結晶粒子は、晶癖を有する結晶粒子があることを確認できた。一方、比較例1〜5に属する試料においては、表面層が溶出脱落したことも相俟って、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子の存在は確認できなかった。以上の結果から、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子を含むR−T−B系焼結磁石で耐食性が大幅に向上することが認められた。 For confirmation, R rich phase crystal particles were also observed for the samples subjected to the corrosion resistance evaluation. As a result, in the samples having good corrosion resistance belonging to Examples 1 to 4, it was confirmed that the R-rich phase crystal particles near the surface had crystal grains having crystal habit. On the other hand, in the samples belonging to Comparative Examples 1 to 5, the presence of R-rich phase crystal particles having crystal habits could not be confirmed due to the elution and dropping of the surface layer. From the above results, it was confirmed that the corrosion resistance was significantly improved in the R-T-B system sintered magnet including the R-rich phase crystal particles having crystal habit.
比較例1では、熱処理条件が実施例1と同じであったにもかかわらず、Rリッチ相結晶粒子が確認されなかった。Cu粉末は含有するO、Nも少ないことと、焼結体から染み出た液相との反応性が低いためと考えられる。また、比較例3および比較例5においては、Nd−Cu共晶合金の拡散材を用いたにも関わらずCu、O、CおよびNの各成分の導入が不十分となった。比較例5においては拡散温度が低すぎたためにNd−Cu粉末が熔融できず、Rリッチ相結晶粒子の形成に必要なO、CおよびNが焼結体内部に導入されなかったためと考えられる。比較例3においては、拡散温度は適正であるが、熱処理の時間が短すぎると考えられる。よって、比較例1、3、5の試料においては、R元素が粒界相に多く存在し、耐食性を劣化させているものと考える。 In Comparative Example 1, although the heat treatment conditions were the same as in Example 1, R-rich phase crystal particles were not confirmed. It is considered that Cu powder contains less O and N and low reactivity with the liquid phase oozing out from the sintered body. In Comparative Example 3 and Comparative Example 5, introduction of Cu, O, C, and N components was insufficient despite the use of a Nd—Cu eutectic alloy diffusing material. In Comparative Example 5, it is considered that the Nd—Cu powder could not be melted because the diffusion temperature was too low, and O, C, and N necessary for forming R-rich phase crystal particles were not introduced into the sintered body. In Comparative Example 3, the diffusion temperature is appropriate, but the heat treatment time is considered to be too short. Therefore, in the samples of Comparative Examples 1, 3, and 5, it is considered that a large amount of R element is present in the grain boundary phase, and the corrosion resistance is deteriorated.
比較例2、4および実施例1では、晶癖の有無が異なるが、製造プロセスにおいて、熱処理1の条件のみが異なる。Rリッチ相結晶粒子は570℃10hの拡散熱処理では晶癖を有しておらず、熱処理1で晶癖を有すると考えられる。実施例1は熱処理1が適切な熱処理条件で行われたが、比較例2では熱処理の温度が低すぎ、比較例4では高すぎると考えられる。 Comparative Examples 2 and 4 and Example 1 differ in the presence or absence of crystal habits, but differ only in the conditions of heat treatment 1 in the manufacturing process. The R-rich phase crystal grains are considered to have no crystal habit in the diffusion heat treatment at 570 ° C. for 10 hours, and have the crystal habit in the heat treatment 1. In Example 1, the heat treatment 1 was performed under appropriate heat treatment conditions, but the heat treatment temperature was considered to be too low in the comparative example 2 and too high in the comparative example 4.
晶癖を有するRリッチ相結晶粒子を含む実施例1、2、4では、拡散熱処理に適した温度域550〜650℃よりも比較的高い温度で熱処理1が行われている。したがって、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子は750〜900℃で得られ易いと考えられる。しかしながら、実施例3においては、熱処理1の温度は540℃2hと低温短時間でかつ熱処理を2段に分けなくても晶癖を有するRリッチ相結晶粒子が得られている。同じく熱処理1のみを同条件で行っている比較例4との比較から、実施例3は、拡散熱処理工程においてRリッチ相結晶粒子の生成と晶癖の獲得が行われたと考えられる。これは、拡散熱処理が長時間で比較的高温であったためと考えられる。 In Examples 1, 2, and 4 including R-rich phase crystal particles having crystal habit, heat treatment 1 is performed at a temperature relatively higher than a temperature range of 550 to 650 ° C. suitable for diffusion heat treatment. Therefore, it is considered that R-rich phase crystal particles having crystal habit can be easily obtained at 750 to 900 ° C. However, in Example 3, the temperature of the heat treatment 1 is 540 ° C. for 2 hours at a low temperature in a short time, and R-rich phase crystal particles having crystal habits are obtained even if the heat treatment is not divided into two stages. From the comparison with Comparative Example 4 in which only heat treatment 1 is performed under the same conditions, it is considered that Example 3 produced R-rich phase crystal grains and acquired crystal habits in the diffusion heat treatment step. This is presumably because the diffusion heat treatment was a long time and a relatively high temperature.
晶癖を有するRリッチ相結晶粒子の表面に現われる結晶面を調べた。一例を図2および図3に示す。図2は実施例2の試料断面の電子顕微鏡像であり、Rリッチ相粒子2の呈する不等辺多角形の各辺の接線を実線、一点鎖線、二点鎖線で書き加えた。図3にはこれらの接線を方向を変えずに示した。図3の中央にある立方体は、Rリッチ相結晶粒子2の結晶の向きを示す。前述のようにRリッチ相結晶粒子は立方晶を呈し、その向きを電子線後方散乱回折法で確認して立方体で示した。立方体の各辺が結晶軸の向きを示す。Rリッチ相結晶粒子が呈する不等辺多角形の各辺の接線は、立方晶の<111>方向を示す3本の矢印か<100>を示す1本の矢印のいずれかと垂直に交わった。<111>方向と垂直に交わる接線は{111}面内に含まれることから、{111}面がRリッチ相結晶粒子の表面に現われている可能性がある。実施例の複数の粒子に同じ方法で解析を試みたところ、Rリッチ相結晶粒子が呈する不等辺多角形のほとんどの接線が<111>方向と垂直に交わり、<100>や<120>と垂直に交わるものも見られたがまれであった。これらの結果から、晶癖を有するRリッチ相結晶粒子の表面には{111}面が現われ易いと考えられる。 The crystal plane appearing on the surface of the R-rich phase crystal grains having crystal habit was examined. An example is shown in FIGS. FIG. 2 is an electron microscopic image of the cross section of the sample of Example 2, and the tangents of each side of the unequal side polygon exhibited by the R-rich phase particle 2 are added as a solid line, a one-dot chain line, and a two-dot chain line. FIG. 3 shows these tangents without changing the direction. The cube in the center of FIG. 3 indicates the crystal orientation of the R-rich phase crystal particle 2. As described above, the R-rich phase crystal particles have a cubic shape, and the direction thereof is confirmed by an electron beam backscattering diffraction method and is indicated by a cube. Each side of the cube indicates the direction of the crystal axis. The tangent of each side of the unequal polygon formed by the R-rich crystal grains intersected either one of three arrows indicating the <111> direction of the cubic crystal or one arrow indicating <100>. Since the tangent line perpendicular to the <111> direction is included in the {111} plane, the {111} plane may appear on the surface of the R-rich phase crystal grain. When the same method was used to analyze the plurality of particles in the example, most tangents of the unequal polygons exhibited by the R-rich phase crystal particles intersected perpendicularly to the <111> direction, and perpendicular to <100> and <120>. It was rare to see anything that crossed. From these results, it is considered that {111} planes are likely to appear on the surface of the R-rich phase crystal particles having crystal habit.
以上はNd−Cu合金を用いた場合の効果の確認であるが40原子%Nd−30原子%Pr−30原子%Cu合金および60原子%Nd−10原子%Dy−30原子%Cu合金についても、Nd−Cu合金と同様に拡散材の塗料を作製した。その後、焼結体に前述の実施例、比較例と同様に塗布を行った。塗布量も同様に4.5wt%とした。表5に示す条件で熱処理を行い、残渣の除去、加工についても前述と同じ方法で行った。表6の各試料の分析結果から、前述の各実施例と同様にCuが導入されていることが確認された。 The above is the confirmation of the effect when using the Nd-Cu alloy, but also for the 40 atomic% Nd-30 atomic% Pr-30 atomic% Cu alloy and the 60 atomic% Nd-10 atomic% Dy-30 atomic% Cu alloy. A diffusing material paint was prepared in the same manner as the Nd-Cu alloy. Then, it apply | coated to the sintered compact similarly to the above-mentioned Example and comparative example. Similarly, the coating amount was 4.5 wt%. Heat treatment was performed under the conditions shown in Table 5, and the removal and processing of the residue were performed in the same manner as described above. From the analysis results of each sample in Table 6, it was confirmed that Cu was introduced in the same manner as in each of the previous examples.
Rリッチ相結晶粒子の形状と組成の評価を行った結果を表7に示す。40原子%Nd−30原子%Pr−30原子%Cu合金および60原子%Nd−10原子%Dy−30原子%Cu合金のいずれを拡散材に用いた場合にもRリッチ相結晶粒子が晶壁を有することが認められる。また、耐食性についても良好な結果が得られた。 Table 7 shows the results of evaluation of the shape and composition of the R-rich phase crystal particles. R-rich phase crystal grains are crystallized regardless of whether 40 atomic% Nd-30 atomic% Pr-30 atomic% Cu alloy or 60 atomic% Nd-10 atomic% Dy-30 atomic% Cu alloy is used as the diffusing material. It is recognized that Also, good results were obtained with respect to corrosion resistance.
以上、実施例をもとに説明したように、Rリッチ相結晶粒子を効率的に生成するには、原料合金をRリッチ組成とするとともに、R元素に加えて酸素、炭素、窒素を粒界に導入すると良い。比較例5以外において、いずれもRリッチ相結晶粒子が形成されたのは、拡散材粉末の含有するOとN、およびバインダーが含有するCが粒界に適性に供給されたことによると考える。さらに、実施例1、比較例2、比較例4の比較から、晶癖を有するRリッチ相を得るには、熱処理条件が重要であり、さらに再結晶成長促進のためにCuなどを添加することが望ましい。すなわち、Rリッチ相結晶粒子の生成およびその結晶性、化学的安定性を制御するには、O、C、NとRリッチ相結晶粒子の再結晶成長を促進する添加材を焼結体内の粒界に導入および熱処理を適正に行うと良い。 As described above based on the examples, in order to efficiently generate R-rich phase crystal grains, the raw material alloy has an R-rich composition and oxygen, carbon, and nitrogen are added to the grain boundaries in addition to the R element. It is good to introduce to. In all cases other than Comparative Example 5, it was considered that the R-rich phase crystal particles were formed because O and N contained in the diffusing material powder and C contained in the binder were appropriately supplied to the grain boundaries. Further, from the comparison of Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 4, in order to obtain an R-rich phase having crystal habit, heat treatment conditions are important, and Cu or the like is added to promote recrystallization growth. Is desirable. That is, in order to control the formation of R-rich phase crystal grains and their crystallinity and chemical stability, additives that promote recrystallization growth of O, C, N and R-rich phase crystal grains are added to the grains in the sintered body. Proper introduction and heat treatment to the boundary is recommended.
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、Rリッチ相結晶粒子は、Rの酸化物R−O化合物を主成分としていれば良く、R−O−N化合物であってもR−O−C化合物であっても良い。焼結により生成されたRリッチ相結晶粒子が、焼結後の熱処理により再結晶成長させられ、その結果、晶癖を有するほどに結晶性を高められれば、耐食性を向上させることができる。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。 The present invention has been described based on the embodiments. It will be understood by those skilled in the art that the embodiments are illustrative, and that various modifications and changes are possible within the scope of the claims of the present invention, and that such modifications and changes are also within the scope of the claims of the present invention. By the way. For example, the R-rich phase crystal particles only need to have an R oxide R—O compound as a main component, and may be a R—O—N compound or a R—O—C compound. If the R-rich phase crystal particles produced by sintering are recrystallized and grown by the heat treatment after sintering, and as a result, the crystallinity can be enhanced to the extent that the crystal habit has, the corrosion resistance can be improved. Accordingly, the description and drawings herein are to be regarded as illustrative rather than restrictive.
本発明によれば、保磁力を高めるために焼結体をRリッチな組成としても、耐食性の良好なR−T−B系焼結磁石を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if a sintered compact is made into R rich composition in order to raise a coercive force, an R-T-B type sintered magnet with favorable corrosion resistance can be provided.
1 主相結晶粒子
2 Rリッチ相結晶粒子
3 粒界相
1 Main phase crystal particle 2 R rich phase crystal particle 3 Grain boundary phase
Claims (5)
円形度係数=(L1/L2)2 =4πS/ L22 (1)
ここで、 L1 :対象粒子の断面積に等しい面積をもつ円の周長
L2 :対象粒子の周長
S :対象粒子の断面積 When the cross-sectional shape of the R-rich phase crystal particles having the crystal habit is evaluated by the circularity coefficient represented by the following formula (1), the R-rich phase crystal particles having a circularity coefficient of less than 0.8 are sintered. 4. The RTB-based sintered magnet according to claim 3, wherein the sintered magnet is included in a range of 500 [mu] m from the surface of the magnet.
Circularity coefficient = (L1 / L2) 2 = 4πS / L2 2 (1)
Here, L1: circumference of a circle having an area equal to the cross-sectional area of the target particle
L2: Perimeter of the target particle
S: Cross-sectional area of the target particle
The R 2 T 14 B main phase crystal particle and R, which is a constituent element of the R rich phase crystal particle, contain Nd or Pr, or Nd and Pr. The RTB-based sintered magnet described.
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