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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023077265
(43)【公開日】2023-06-05
(54)【発明の名称】希土類磁石及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01F 41/02 20060101AFI20230529BHJP
H01F 1/059 20060101ALI20230529BHJP
B22F 3/00 20210101ALI20230529BHJP
B22F 1/17 20220101ALI20230529BHJP
B22F 1/05 20220101ALI20230529BHJP
B22F 3/24 20060101ALI20230529BHJP
B22F 1/00 20220101ALI20230529BHJP
C22C 18/00 20060101ALN20230529BHJP
【ＦＩ】
H01F41/02 G
H01F1/059 160
B22F3/00 F
B22F1/17 100
B22F1/05
B22F3/24 B
B22F1/00 Y
C22C18/00
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021190510
(22)【出願日】2021-11-24
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100147555
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 公一
(74)【代理人】
【識別番号】100123593
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 宣夫
(74)【代理人】
【識別番号】100133835
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 努
(74)【代理人】
【識別番号】100186912
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 淳浩
(72)【発明者】
【氏名】伊東 正朗
(72)【発明者】
【氏名】平岡 基記
(72)【発明者】
【氏名】田渕 麗美
(72)【発明者】
【氏名】前原 永
(72)【発明者】
【氏名】久米 道也
【テーマコード（参考）】
4K018
5E040
5E062
【Ｆターム（参考）】
4K018AA27
4K018BA18
4K018BB04
4K018BB06
4K018BC22
4K018BD01
4K018CA04
4K018CA11
4K018EA01
4K018EA21
4K018FA08
4K018KA45
5E040AA03
5E040BD01
5E040CA01
5E040NN01
5E040NN06
5E040NN18
5E062CD04
5E062CG02
5E062CG03
5E062CG05
(57)【要約】 （修正有）
【課題】外部磁場が印加されている環境下で、特に高温において、従来よりも減磁し難いＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石及びその製造方法を提供する。
【解決手段】希土類磁石の製造方法は、被覆磁性粉末を準備すること、被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形して磁場成形体を得ること、磁場成形体を加圧焼結して焼結体を得ること、及び、焼結体を熱処理することと、を含む。希土類磁石において、被覆磁性粉末中の磁性粉末のＤ５０は、１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合は、３質量％以上１５質量％以下であり、かつ、熱処理温度は、３５０℃以上４１０℃以下である。
【選択図】図６
【解決手段】希土類磁石の製造方法は、被覆磁性粉末を準備すること、被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形して磁場成形体を得ること、磁場成形体を加圧焼結して焼結体を得ること、及び、焼結体を熱処理することと、を含む。希土類磁石において、被覆磁性粉末中の磁性粉末のＤ５０は、１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合は、３質量％以上１５質量％以下であり、かつ、熱処理温度は、３５０℃以上４１０℃以下である。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、少なくとも一部がＴｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備える磁性粉末の粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成して、被覆磁性粉末を得ること、
前記被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形して、磁場成形体を得ること、
前記磁場成形体を加圧焼結して、焼結体を得ること、及び
前記焼結体を、熱処理すること、
を含み、
前記磁性粉末のＤ５０が１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、
前記被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、前記被覆磁性粉末に対して、３質量％以上１５質量％以下であり、かつ、
前記熱処理を、３５０℃以上４１０℃以下で行う、
希土類磁石の製造方法。
前記被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形して、磁場成形体を得ること、
前記磁場成形体を加圧焼結して、焼結体を得ること、及び
前記焼結体を、熱処理すること、
を含み、
前記磁性粉末のＤ５０が１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、
前記被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、前記被覆磁性粉末に対して、３質量％以上１５質量％以下であり、かつ、
前記熱処理を、３５０℃以上４１０℃以下で行う、
希土類磁石の製造方法。
【請求項2】
前記磁性粉末中で、１．００μｍ以下の粒径を有する磁性粉末粒子の割合が、前記磁性粉末の全磁性粉末粒子数に対して、１．５０％以下であり、かつ、前記被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、前記被覆磁性粉末に対して、３質量％以上１０質量％以下である、請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項3】
前記焼結体中の前記磁性粉末の粒子の表面の９０％以上に、Ｆｅ－Ｚｎ合金相を形成するまで熱処理する、請求項１又は２に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項4】
前記熱処理を、３５０℃以上４００℃以下で行う、請求項１～３のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項5】
前記熱処理を、３時間以上４０時間以下にわたって行う、請求項１～４のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項6】
前記磁場成形体を、２００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下の圧力及び３００℃以上４００℃以下の温度で、１分以上３０分以下にわたり加圧焼結する、請求項１～５のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項7】
磁性粉末の粒子の表面に亜鉛を含有する被膜が形成されている被覆磁性粉末が焼結されている希土類磁石であって、
前記磁性粉末が、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、
前記磁性粉末の少なくとも一部が、Ｔｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備えており、
前記希土類磁石が、３質量％以上１５質量％以下の亜鉛成分を含有し、
前記磁性粉末のＤ５０が１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、かつ
前記磁性粉末の粒子の表面の９０％以上に、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成されている、
希土類磁石。
前記磁性粉末が、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、
前記磁性粉末の少なくとも一部が、Ｔｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備えており、
前記希土類磁石が、３質量％以上１５質量％以下の亜鉛成分を含有し、
前記磁性粉末のＤ５０が１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、かつ
前記磁性粉末の粒子の表面の９０％以上に、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成されている、
希土類磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、希土類磁石及びその製造方法に関する。本開示は、特に、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、少なくとも一部がＴｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備える希土類磁石及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高性能希土類磁石としては、Ｓｍ－Ｃｏ系希土類磁石及びＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系希土類磁石が実用化されているが、近年、これら以外の希土類磁石が検討されている。
【0003】
例えば、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有する希土類磁石（以下、「Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石」ということがある。）が検討されている。Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石は、例えば、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有する磁性粉末（以下、「ＳｍＦｅＮ粉末」ということがある。）を用いて製造される。
【0004】
ＳｍＦｅＮ粉末は、Ｔｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備える。この磁性相は、Ｓｍ－Ｆｅ結晶にＮが侵入型で固溶していると考えられている。そのため、ＳｍＦｅＮ粉末は、熱によってＮが乖離して分解され易い。このことから、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石は、ＳｍＦｅＮ粉末を樹脂及び／又はゴム等を用いて成形して製造されることが多い。
【0005】
それ以外のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石の製造方法としては、例えば、特許文献１に開示されている製造方法が挙げられる。この製造方法は、ＳｍＦｅＮ粉末と金属亜鉛を含有する粉末（以下、「金属亜鉛粉末」ということがある。）を混合し、その混合粉末を磁場中で成形し、その磁場成形体を焼結（液相焼結を含む）する。また、特許文献２には、表面に亜鉛成分を被覆したＳｍＦｅＮ粉末を、磁場中で成形し、その磁場成形体を焼結する希土類磁石の製造方法が開示されている。
【0006】
ＳｍＦｅＮ粉末の製造方法は、例えば、特許文献３及び４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】国際公開第２０１５／１９９０９６号
【特許文献2】特開２０２０－１６１７０４号公報
【特許文献3】特開２０１７－１１７９３７号公報
【特許文献4】特開２０２０－１０２６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
磁場成形体の焼結方法には、大別して、無加圧焼結法と加圧焼結法がある。いずれの焼結法においても、磁場成形体を焼結することによって、高密度の希土類磁石（焼結体）が得られる。無加圧焼結法においては、焼結中の磁場成形体に圧力を付与しないため、高密度の焼結体を得るには、９００℃以上の高温で６時間以上の長時間にわたり磁場成形体を焼結することが一般的である。一方、加圧焼結法においては、焼結中の磁場成形体に圧力を付与するため、６００～８００℃の低温でも０．１～５時間の短時間で磁場成形体を焼結しても、高密度の焼結体を得られることが一般的である。
【0009】
ＳｍＦｅＮ粉末と金属亜鉛粉末の混合粉末の磁場成形体を焼結する場合、ＳｍＦｅＮ粉末の熱による分解を避けるため、加圧焼結を採用するが、通常の加圧焼結の焼結温度よりもさらに低温かつ短時間で焼結する。このような低温かつ短時間でも焼結が可能であるのは、焼結時に金属亜鉛粉末中の亜鉛成分が磁性粉末の表面に拡散して、焼結（固化）するためである。このように、磁場成形体中の金属亜鉛粉末は、バインダとしての機能を有する。また、磁場成形体中の金属亜鉛粉末は、ＳｍＦｅＮ粉末中のα－Ｆｅ相を改質するとともに、ＳｍＦｅＮ粉末中の酸素を吸収して保磁力を向上させる、改質材としての機能も有する。以下、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石の製造時に用いられ、バインダとしての機能と、改質材としての機能の両方を有する粉末を、「改質材粉末」ということがある。
【0010】
また、改質材粉末の成分、主として亜鉛成分を、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に予め被覆して被覆磁性粉末を得ておき、その被覆磁性粉末を加圧焼結しても同様のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石を製造することができる。
【0011】
Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石をはじめとする永久磁石がモータに使用される場合、永久磁石は周期的に変化する外部磁場環境下に配置される。そのため、永久磁石は外部磁場の影響を受ける。これについて、図面を用いて説明する。
【0012】
図１は、理想的な永久磁石の減磁曲線を模式的に示した説明図である。Ｂｒは残留磁束密度、Ｈｃは保磁力を示す。図１の「モータ動作領域」で示される範囲（図１の破線の範囲）の外部磁場環境下で、モータ中の永久磁石は使用される。モータ動作領域では、ステータからの磁界の影響を受ける。理想的な永久磁石では、モータ動作領域で、外部磁場によって、磁化が低下しない。しかし、実際の永久磁石では、モータ動作領域で、外部磁場によって、磁化が低下する。
【0013】
図２は、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石及びＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系希土類磁石の減磁曲線を模式的に示した説明図である。破線はモータ動作領域を示す。図２に示したように、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系希土類磁石と比較して、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石においては、保磁力（Ｈｃ）は大きいが、モータ動作領域で、外部磁場に対して磁化の低下（減磁）が大きい。モータ動作領域で、外部磁場に対して磁化の低下（減磁）が大きいと、モータのステータ側の電流制御が複雑になり、モータに接続するインバータの負荷が大きくなる。インバータの負荷を緩和するには、容量の大きなインバータが必要になり、経済性を損なう。このことは、モータが高出力で動作して、モータ内の永久磁石が高温になったときに顕著である。なお、本明細書において、特に断りのない限り、磁気特性に関し、「高温」とは、１００～２００℃を意味する。
【0014】
これらのことから、モータ動作領域で、特に高温において、従来よりも減磁し難いＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石及びその製造方法が望まれている、という課題を、本発明者らは見出した。
【0015】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本開示は、外部磁場が印加されている環境下で、特に高温において、従来よりも減磁し難いＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の希土類磁石及びその製造方法を完成させた。本開示の希土類磁石及びその製造方法は、次の態様を含む。
〈１〉Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、少なくとも一部がＴｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備える磁性粉末の粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成して、被覆磁性粉末を得ること、
前記被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形して、磁場成形体を得ること、
前記磁場成形体を加圧焼結して、焼結体を得ること、及び
前記焼結体を、熱処理すること、
を含み、
前記磁性粉末のＤ５０が１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、
前記被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、前記被覆磁性粉末に対して、３質量％以上１５質量％以下であり、かつ、
前記熱処理を、３５０℃以上４１０℃で行う、
希土類磁石の製造方法。
〈２〉前記磁性粉末中で、１．００μｍ以下の粒径を有する磁性粉末粒子の割合が、前記磁性粉末の全磁性粉末粒子数に対して、１．５０％以下であり、かつ、前記被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、前記被覆磁性粉末に対して、３質量％以上１０質量％以下である、〈１〉項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈３〉前記焼結体中の前記磁性粉末の粒子の表面の９０％以上に、Ｆｅ－Ｚｎ合金相を形成するまで熱処理する、〈１〉又は〈２〉項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈４〉前記熱処理を、３５０℃以上４００℃以下で行う、〈１〉～〈３〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈５〉前記熱処理を、３時間以上４０時間以下にわたって行う、〈１〉～〈４〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈６〉前記磁場成形体を、２００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下の圧力及び３００℃以上４００℃以下の温度で、１分以上３０分以下にわたり加圧焼結する、〈１〉～〈５〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈７〉磁性粉末の粒子の表面に亜鉛を含有する被膜が形成されている被覆磁性粉末が焼結されている希土類磁石であって、
前記磁性粉末が、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、
前記磁性粉末の少なくとも一部が、Ｔｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備えており、
前記希土類磁石が、３質量％以上１５質量％以下の亜鉛成分を含有し、
前記磁性粉末のＤ５０が１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、かつ
前記磁性粉末の粒子の表面の９０％以上に、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成されている、
希土類磁石。
〈１〉Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、少なくとも一部がＴｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備える磁性粉末の粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成して、被覆磁性粉末を得ること、
前記被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形して、磁場成形体を得ること、
前記磁場成形体を加圧焼結して、焼結体を得ること、及び
前記焼結体を、熱処理すること、
を含み、
前記磁性粉末のＤ５０が１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、
前記被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、前記被覆磁性粉末に対して、３質量％以上１５質量％以下であり、かつ、
前記熱処理を、３５０℃以上４１０℃で行う、
希土類磁石の製造方法。
〈２〉前記磁性粉末中で、１．００μｍ以下の粒径を有する磁性粉末粒子の割合が、前記磁性粉末の全磁性粉末粒子数に対して、１．５０％以下であり、かつ、前記被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、前記被覆磁性粉末に対して、３質量％以上１０質量％以下である、〈１〉項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈３〉前記焼結体中の前記磁性粉末の粒子の表面の９０％以上に、Ｆｅ－Ｚｎ合金相を形成するまで熱処理する、〈１〉又は〈２〉項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈４〉前記熱処理を、３５０℃以上４００℃以下で行う、〈１〉～〈３〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈５〉前記熱処理を、３時間以上４０時間以下にわたって行う、〈１〉～〈４〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈６〉前記磁場成形体を、２００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下の圧力及び３００℃以上４００℃以下の温度で、１分以上３０分以下にわたり加圧焼結する、〈１〉～〈５〉項のいずれか一項に記載の希土類磁石の製造方法。
〈７〉磁性粉末の粒子の表面に亜鉛を含有する被膜が形成されている被覆磁性粉末が焼結されている希土類磁石であって、
前記磁性粉末が、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、
前記磁性粉末の少なくとも一部が、Ｔｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備えており、
前記希土類磁石が、３質量％以上１５質量％以下の亜鉛成分を含有し、
前記磁性粉末のＤ５０が１．５０μｍ以上３．００μｍ以下であり、かつ
前記磁性粉末の粒子の表面の９０％以上に、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成されている、
希土類磁石。
【発明の効果】
【0017】
本開示によれば、所定のＤ５０を有する磁性粉末の粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成した被覆磁性粉末の焼結体を、所定条件で熱処理することによって、外部磁場が印加されている環境下で、特に高温において、従来よりも減磁し難いＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系希土類磁石及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本開示の希土類磁石及びその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示の希土類磁石及びその製造方法を限定するものではない。
【0020】
本開示の希土類磁石が、従来よりも減磁し難い理由について、その製造方法と併せて、図面を用いて説明する。
【0021】
本開示の希土類磁石は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を形成して被覆磁性粉末を準備し、その被覆磁性粉末を焼結して得られる。用いるＳｍＦｅＮ粉末粒子の多くが、単磁区を有していると、減磁の低下を抑制することができる。ＳｍＦｅＮ粉末粒子が、多磁区を有していると、磁区と磁区の間に磁壁が存在する。ＳｍＦｅＮ粉末粒子が多磁区を有することにより、得られる希土類磁石が減磁し易くなる。そのため、磁性粉末粒子の多くが、単磁区を有するように、磁性粉末粒子を所定の粒径以下にする。
【0022】
また、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面は、磁性相の構成に寄与しなかったα－Ｆｅ相の存在によって、磁化反転の起点となり易い。これを抑制するためには、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面を改質することが有用である。図３Ａは、表面に充分な改質相が形成されているＳｍＦｅＮ粉末粒子を模式的に示す説明図である。図３Ｂは、表面に充分な改質相が形成されていないＳｍＦｅＮ粉末粒子を模式的に示す説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、熱処理後の焼結体、すなわち、本開示の希土類磁石（本開示の希土類磁石の製造方法で得られた希土類磁石）中のＳｍＦｅＮ粉末粒子等を示す。
【0023】
図３Ａ及び図３Ｂに示したように、改質相２０は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子１０の表面に形成されている。改質相２０は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子１０の表面に存在しているα－Ｆｅ相と、被覆磁性粉末粒子の被膜中のＺｎとが合金化することによって形成されたＦｅ－Ｚｎ合金相である。すなわち、改質相２０はＦｅ－Ｚｎ合金相である。α－Ｆｅ相が軟磁性相であるのに対して、Ｆｅ－Ｚｎ合金相は非磁性相であるため、磁化反転の起点となることを回避でき、その結果、減磁を抑制することができる。
【0024】
図３Ａに示したように、ＳｍＦｅＮ粉末粒子１０の表面に改質相２０が充分に形成され、改質相２０が、所定の被覆率以上でＳｍＦｅＮ粉末粒子１０の表面を被覆していると、減磁を充分に抑制することができる。一方、図３Ｂに示したように、ＳｍＦｅＮ粉末粒子１０の表面に改質相２０が充分に形成されておらず、改質相２０が、所定の被覆率未満でしかＳｍＦｅＮ粉末粒子１０の表面を被覆していないと、減磁を充分に抑制することができない。これは、図３Ｂに示したように、改質相２０の一部に空隙２２が存在し、空隙２２の部分においては、ＳｍＦｅＮ粉末粒子１０の表面が、未改質のまま露出しているためである。
【0025】
図３Ａに示したような改質相２０は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子１０の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成した被覆磁性粉末の焼結体を、所定の条件で熱処理することによって得られる。
【0026】
これまで述べてきた知見等によって完成された、本開示の希土類磁石及びその製造方法の構成要件を、次に説明する。
【0027】
《希土類磁石の製造方法》
本開示の希土類磁石の製造方法（以下、単に「本開示の製造方法」ということがある。）は、被覆磁性粉末準備工程、磁場成形工程、加圧焼結工程、及び熱処理工程を含む。以下、各工程について説明する。
本開示の希土類磁石の製造方法（以下、単に「本開示の製造方法」ということがある。）は、被覆磁性粉末準備工程、磁場成形工程、加圧焼結工程、及び熱処理工程を含む。以下、各工程について説明する。
【0028】
〈被覆磁性粉末準備工程〉
ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を形成して、被覆磁性粉末を得る。亜鉛を含有する被膜とは、金属亜鉛を含有する被膜及び亜鉛合金を含有する被膜の少なくともいずれかを意味する。金属亜鉛とは、合金化していない亜鉛を意味する。
ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を形成して、被覆磁性粉末を得る。亜鉛を含有する被膜とは、金属亜鉛を含有する被膜及び亜鉛合金を含有する被膜の少なくともいずれかを意味する。金属亜鉛とは、合金化していない亜鉛を意味する。
【0029】
ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成することができれば、その形成方法は特に限定されない。後述する加圧焼結工程及び熱処理工程で、被覆磁性粉末粒子の表面の被膜によって、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面と被膜との界面近傍は改質され、上述した改質相が形成される（図３Ａ、参照）。被覆磁性粉末を得る段階では、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面と被膜との界面近傍は、改質されていてもよいし、改質されていなくてもよい。典型的には、被覆磁性粉末を得る段階では、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面と被膜との界面近傍は、改質されていない。
【0030】
被膜の形成方法としては、例えば、ロータリーキルン炉を用いる方法及び蒸着法等が挙げられる。これらの方法それぞれについて、簡単に説明する。
【0031】
［ロータリーキルン炉を用いる方法］
図４は、ロータリーキルン炉を用いて、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を形成する方法の一例を示す説明図である。
図４は、ロータリーキルン炉を用いて、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を形成する方法の一例を示す説明図である。
【0032】
ロータリーキルン炉１００は、攪拌ドラム１１０を備える。攪拌ドラム１１０は、材料格納部１２０、回転軸１３０、攪拌板１４０を有している。回転軸１３０には、電動機等の回転手段（図示しない）が連結されている。
【0033】
材料格納部１２０に、ＳｍＦｅＮ粉末１５０と亜鉛を含有する粉末１６０を装入する。その後、攪拌ドラム１１０を回転しながら、材料格納部１２０をヒータ（図示しない）で加熱する。
【0034】
亜鉛を含有する粉末１６０の融点よりも低い温度に材料格納部１２０を加熱すれば、ＳｍＦｅＮ粉末１５０の粒子の表面に、亜鉛を含有する粉末１６０の亜鉛成分が固相拡散する。その結果、ＳｍＦｅＮ粉末１５０の粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成する。亜鉛を含有する粉末１６０の融点以上に材料格納部１２０を加熱すれば、亜鉛を含有する粉末１６０の融液を得て、その融液とＳｍＦｅＮ粉末１５０とが接触し、その状態で材料格納部１２０を冷却すれば、ＳｍＦｅＮ粉末１５０の粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成する。
【0035】
ロータリーキルン炉の操作条件は、所望の被膜を得られるよう、適宜決定すればよい。
【0036】
材料格納部の加熱温度は、亜鉛を含有する粉末の融点をＴとしたとき、例えば、（Ｔ－５０）℃以上、（Ｔ－４０）℃以上、（Ｔ－３０）℃以上、（Ｔ－２０）℃以上、（Ｔ－１０）℃以上、又はＴ℃以上であってよく、（Ｔ＋５０）℃以下、（Ｔ＋４０）℃以下、（Ｔ＋３０）℃以下、（Ｔ＋２０）℃以下、又は（Ｔ＋１０）℃以下であってよい。なお、亜鉛を含有する粉末が金属亜鉛を含有する粉末である場合、Ｔは亜鉛の融点である。また、亜鉛を含有する粉末が亜鉛合金を含有する粉末である場合、Ｔは亜鉛合金の融点である。
【0037】
攪拌ドラムの回転速度（回転数）は、例えば、５ｒｐｍ以上、１０ｒｐｍ以上、又は２０ｒｐｍ以上であってよく、２００ｒｐｍ以下、１００ｒｐｍ以下、又は５０ｒｐｍ以下であってよい。回転時の雰囲気は、粉末及び形成した被膜等の酸化を防止するため、不活性ガス雰囲気が好ましい。不活性ガス雰囲気には、窒素ガス雰囲気も含まれる。攪拌ドラムの回転時間（被覆処理時間）は、所望の亜鉛を含有する被膜を形成するよう、適宜決定することがえきる。攪拌ドラムの回転時間（被覆処理時間）は、例えば、１５分以上、３０分以上、４５分以上、又は６０分以上であってよく、２４０分以下、２１０分以下、１８０分以下、１５０分以下、１２０分以下、又は９０分以下であってよい。
【0038】
ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を形成した後、被覆磁性粉末の粒子同士が結合している場合には、その結合体を粉砕してもよい。粉砕方法は、特に限定されず、例えば、ボールミル、ジョークラッシャー、ジェットミル、及びカッターミル並びにこれらの組合せを用いて粉砕する方法等が挙げられる。
【0039】
［蒸着法］
図５は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を蒸着法で形成する方法の一例を示す説明図である。
図５は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を蒸着法で形成する方法の一例を示す説明図である。
【0040】
ＳｍＦｅＮ粉末１５０を第１容器１８１に格納し、亜鉛を含有する粉末１６０を第２容器１８２に格納する。第１容器１８１を第１熱処理炉１７１に格納し、第２容器１８２を第２熱処理炉１７２に格納する。第１熱処理炉１７１と第２熱処理炉１７２を、連結路１７３で連結する。第１熱処理炉１７１及び第２熱処理炉１７２並びに連結路１７３は、気密性を備えており、第２熱処理炉１７２には、真空ポンプ１８０を連結する。
【0041】
真空ポンプ１８０で第１熱処理炉１７１及び第２熱処理炉１７２並びに連結路１７３の内部を減圧した後、これらの内部を加熱する。そうすると、第２容器１８２に格納した亜鉛を含有する粉末１６０から亜鉛を含有する蒸気が発生する。亜鉛を含有する蒸気は、図５の実線矢印で示したように、第２容器１８２の内部から、第１容器１８１の内部に移動する。
【0042】
第１容器１８１の内部に移動した亜鉛を含有する蒸気は、冷却されて、ＳｍＦｅＮ粉末１５０の粒子表面に被膜を形成（蒸着）する。
【0043】
第１容器１８１を回転容器とすることにより、ロータリーキルン炉のようにすることができ、ＳｍＦｅＮ粉末１５０の粒子表面に形成される被膜の被覆百分率を一層高めることができる。被覆百分率については後述する。
【0044】
図５に示した方法で被膜を形成する場合の諸条件は、所望の被膜を得られるよう、適宜決定すればよい。
【0045】
第１熱処理炉の温度（ＳｍＦｅＮ粉末の加熱温度）は、例えば、１２０℃以上、１４０℃以上、１６０℃以上、１８０℃以上、２００℃以上、又は２２０℃以上であってよく、３００℃以下、２８０℃以下、又は２６０℃以下であってよい。
【0046】
第２熱処理炉の温度（亜鉛を含有する粉末の加熱温度）は、亜鉛を含有する粉末の融点をＴとしたとき、例えば、Ｔ℃以上、（Ｔ＋２０）℃以上、（Ｔ＋４０）℃以上、（Ｔ＋６０）℃以上、（Ｔ＋８０）℃以上、（Ｔ＋１００）℃以上、又は（Ｔ＋１２０）℃以上であってよく、（Ｔ＋２００）℃以下、（Ｔ＋１８０）℃以下、（Ｔ＋１６０）℃以下、又は（Ｔ＋１４０）℃以下であってよい。なお、亜鉛を含有する粉末が金属亜鉛を含有する粉末である場合、Ｔは亜鉛の融点である。また、亜鉛を含有する粉末が亜鉛合金を含有する粉末である場合、Ｔは亜鉛合金の融点である。第２容器１８２には亜鉛を含有するバルク材を格納してもよいが、第２容器１８２の装入物を迅速に溶融し、その融液から亜鉛を含有する蒸気を発生させる観点からは、第２容器１８２には亜鉛を含有する粉末を格納することが好ましい。
【0047】
第１熱処理炉１７１及び第２熱処理炉１７２は、亜鉛を含有する蒸気の発生を促進し、かつ、粉末及び形成した被膜等の酸化を防止するため、減圧雰囲気とする。雰囲気圧力としては、例えば、１×１０－５ＭＰａ以下が好ましく、１×１０－６ＭＰａ以下がより好ましく、１×１０－７ＭＰａ以下がより一層好ましい。一方、過度に減圧しなくても、実用上問題はなく、前述した雰囲気圧力を満足すれば、雰囲気圧力は１×１０－８ＭＰａ以上であってよい。
【0048】
第１容器１８１が回転容器である場合には、その回転速度（回転数）は、例えば、５ｒｐｍ以上、１０ｒｐｍ以上、又は２０ｒｐｍ以上であってよく、２００ｒｐｍ以下、１００ｒｐｍ以下、又は５０ｒｐｍ以下であってよい。
【0049】
蒸着法においても、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を形成した後、被覆磁性粉末の粒子同士が結合している場合には、その結合体を粉砕してもよい。粉砕方法は、特に限定されず、例えば、ボールミル、ジョークラッシャー、ジェットミル、及びカッターミル並びにこれらの組合せを用いて粉砕する方法等が挙げられる。
【0050】
ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に被膜をいずれの方法で形成する場合においても、被覆磁性粉末の、亜鉛成分の被覆率は高い方が、後述する熱処理工程後に、希土類磁石中のＳｍＦｅＮ粉末粒子の改質相の被覆率が高くなる。次に、被覆百分率の求め方について説明する。
【0051】
［亜鉛成分の被覆率］
被覆磁性粉末において、亜鉛成分の被覆率は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面全体に対して、亜鉛成分が被覆している割合（百分率）である。亜鉛成分の被覆率（％）は、次のようにして求める。
被覆磁性粉末において、亜鉛成分の被覆率は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面全体に対して、亜鉛成分が被覆している割合（百分率）である。亜鉛成分の被覆率（％）は、次のようにして求める。
【0052】
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、被覆磁性粉末に関し、ＳｍＦｅＮ粉末及び被膜の構成元素について、組成情報を取得する。そして、次の式で、被覆率（％）を算出する。
【0053】
被覆率（％）＝〔（被膜の構成元素それぞれについての組成情報の合計）／｛（ＳｍＦｅＮ粉末の構成元素それぞれについての組成情報の合計）＋（被膜の構成元素それぞれについての組成情報の合計）｝〕×１００
【0054】
ＳｍＦｅＮ粉末が、例えば、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮからなる場合には、ＳｍＦｅＮ粉末の構成元素それぞれについての組成情報の合計は、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮそれぞれについての組成情報の合計を意味する。ＳｍＦｅＮ粉末が、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮ以外の元素を含有する場合でも、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮ以外の元素の含有割合は小さい。したがって、ＳｍＦｅＮ粉末が、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮ以外の元素を含有する場合でも、ＳｍＦｅＮ粉末の構成元素それぞれについての組成情報の合計は、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮそれぞれについての組成情報の合計で近似してよい。また、被膜が、例えば、亜鉛の場合には、被膜の構成元素それぞれについての組成情報の合計は、Ｚｎについての組成情報を意味する。被膜が、例えば、亜鉛合金の場合には、被膜の構成元素それぞれについての組成情報の合計は、Ｚｎと合金元素それぞれについての組成情報の合計を意味する。亜鉛合金が、例えば、Ｚｎ－Ａｌ合金である場合には、被膜の構成元素それぞれについての組成情報の合計は、Ｚｎ及びＡｌそれぞれについての組成情報の合計を意味する。
【0055】
例えば、Ｚｎについての組成情報とは、被覆磁性粉末粒子のＸＰＳスペクトルを測定し、得られたＸＰＳスペクトルのピーク強度から求めたＺｎの存在質量を意味する。磁性粉末が、例えば、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮからなり、被膜が、例えば、亜鉛の場合には、被覆率（％）は、次のように算出される。
亜鉛成分の被覆率（％）＝（Ｚｎの存在質量）／（Ｓｍ、Ｆｅ、Ｎ、及びＺｎの存在質量の合計）×１００
亜鉛成分の被覆率（％）＝（Ｚｎの存在質量）／（Ｓｍ、Ｆｅ、Ｎ、及びＺｎの存在質量の合計）×１００
【0056】
このようにして求めた亜鉛成分の被覆率は、８０％以上、８３％以上、９０％以上、又は９４％以上が好ましく、１００％が理想である。
【0057】
ＳｍＦｅＮ粉末の粒子は非常に硬い。これに比較して、亜鉛を含有する粉末の粒子は、一般的に軟質である。このことから、ＳｍＦｅＮ粉末と亜鉛を含有する粉末を混合しただけで、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に、変形した亜鉛を含有する粉末の粒子が付着し、被膜を形成することがある。しかし、混合しただけでは、安定して被覆百分率を８０％以上にすることは難しい。そのため、被覆磁性粉末の準備に際しては、上述したような、ロータリーキルン炉を用いる方法又は蒸着法等を採用することが好ましい。
【0058】
［ＳｍＦｅＮ粉末］
本開示の製造方法に用いるＳｍＦｅＮ粉末は、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、少なくとも一部がＴｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備えていれば、特に制限はない。磁性相の結晶構造としては、前述の構造のほかに、ＴｂＣｕ７型の結晶構造を有する相等が挙げられる。なお、Ｓｍはサマリウム、Ｆｅは鉄、そして、Ｎは窒素である。また、Ｔｈはトリウム、Ｚｎは亜鉛、Ｎｉはニッケル、Ｔｂはテルビウム、そして、Ｃｕは銅である。
本開示の製造方法に用いるＳｍＦｅＮ粉末は、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、少なくとも一部がＴｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備えていれば、特に制限はない。磁性相の結晶構造としては、前述の構造のほかに、ＴｂＣｕ７型の結晶構造を有する相等が挙げられる。なお、Ｓｍはサマリウム、Ｆｅは鉄、そして、Ｎは窒素である。また、Ｔｈはトリウム、Ｚｎは亜鉛、Ｎｉはニッケル、Ｔｂはテルビウム、そして、Ｃｕは銅である。
【0059】
ＳｍＦｅＮ粉末中には、例えば、組成式（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈで表される磁性相を含有してもよい。本開示の製造方法で得られる希土類磁石（以下、「成果物」ということがある。）は、ＳｍＦｅＮ粉末中の磁性相に由来して、磁化を発現する。なお、ｉ、ｊ、及びｈは、モル比である。
【0060】
ＳｍＦｅＮ粉末中の磁性相には、本開示の製造方法の効果及びその成果物の磁気特性を阻害しない範囲で、Ｒを含有していてもよい。このような範囲は、上記組成式のｉで表される。ｉは、例えば、０以上、０．１０以上、又は０．２０以上であってよく、０．５０以下、０．４０以下、又は０．３０以下であってよい。Ｒは、Ｓｍ以外の希土類元素及びＺｒから選ばれる１種以上である。本明細書で、希土類元素とは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕである。なお、Ｚｒはジルコニウム、Ｓｃはスカンジウム、Ｙはイットリウム、Ｌａはランタン、Ｃｅはセリウム、Ｐｒはプラセオジム、Ｎｄはネオジム、Ｐｍはプロメチウム、Ｓｍはサマリウム、Ｅｕはユウロピウム、Ｇｄはガドリニウム、Ｔｂはテルビウム、Ｄｙはジスプロシウム、Ｈｏはホルミウム、Ｅｒはエルビウム、Ｔｍはツリウム、Ｙｂはイッテルビウム、そして、Ｌｕはルテチウムである。
【0061】
（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈについては、典型的には、Ｓｍ２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７ＮｈのＳｍの位置にＲが置換しているが、これに限られない。例えば、Ｓｍ２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈに、侵入型でＲの一部が配置されていてもよい。
【0062】
ＳｍＦｅＮ粉末中の磁性相には、本開示の製造方法の効果及びその成果物の磁気特性を阻害しない範囲で、Ｃｏを含有してもよい。このような範囲は、上記組成式で、ｊで表される。ｊは、０以上、０．１０以上、又は０．２０以上であってよく、０．５２以下、０．５０以下、０．４０以下、又は０．３０以下であってよい。
【0063】
（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈについては、典型的には、（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２Ｆｅ１７ＮｈのＦｅの位置にＣｏが置換しているが、これに限られない。例えば、（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２Ｆｅ１７Ｎｈに、侵入型でＣｏの一部が配置されていてもよい。
【0064】
ＳｍＦｅＮ粉末中の磁性相は、（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７で表される結晶粒に、Ｎが侵入型で存在することによって、磁気特性の発現及び向上に寄与する。
【0065】
（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈについては、ｈは１．５～４．５をとり得るが、典型的には、（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎ３である。ｈは、１．８以上、２．０以上、又は２．５以上であってもよく、４．２以下、４．０以下、又は３．５以下であってもよい。（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈ全体に対する（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎ３の含有量は、７０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましく、９０質量％がより一層好ましい。一方、（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈのすべてが（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎ３でなくてもよい。（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈ全体に対する（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎ３の含有量は、９８質量％以下、９５質量％以下、又は９２質量％以下であってよい。
【0066】
ＳｍＦｅＮ粉末は、（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈで表される磁性相のほかに、本開示の製造方法の効果及びその成果物の磁気特性を実質的に阻害しない範囲で、酸素及びＭ１並びに不可避的不純物元素を含有してもよい。成果物の磁気特性を確保する観点からは、ＳｍＦｅＮ粉末全体に対する、（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈで表される磁性相の含有量は、８０質量％以上、８５質量％以上、又は９０質量％以上であってよい。一方、ＳｍＦｅＮ粉末全体に対して、（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈで表される磁性相の含有量を過度に高くしなくとも、実用上問題はない。したがって、その含有量は、９７質量％以下、９５質量％以下、又は９３質量％以下であってもよい。（Ｓｍ（１－ｉ）Ｒｉ）２（Ｆｅ（１－ｊ）Ｃｏｊ）１７Ｎｈで表される磁性相の残部が、酸素及びＭ１の含有量となる。また、酸素及びＭ１の一部は、侵入型及び／又は置換型で、磁性相に存在していてもよい。
【0067】
上述のＭ１としては、Ｇａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃａ、Ｂ、Ｎｉ、及びＣから選ばれる１種以上が挙げられる。不可避的不純物元素とは、原材料及び／又は磁性粉末を製造等するに際し、その含有を回避することができない、あるいは、回避するためには著しい製造コストの上昇を招くような不純物元素のことをいう。これらの元素は、置換型及び／又は侵入型で上述した磁性相に存在していてもよいし、上述した磁性相以外の相に存在していてもよい。あるいは、これらの相の粒界に存在していてもよい。なお、Ｇａはガリウム、Ｔｉはチタン、Ｃｒはクロム、Ｚｎは亜鉛、Ｍｎはマンガン、Ｖはバナジウム、Ｍｏはモリブデン、Ｗはタングステン、Ｓｉはシリコン、Ｒｅはレニウム、Ｃｕは銅、Ａｌはアルミニウム、Ｃａはカルシウム、Ｂはホウ素、Ｎｉはニッケル、そして、Ｃは炭素である。
【0068】
ＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０が３．００μｍ以下であれば、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の多くが、単磁区を有する。この観点からは、ＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０は、２．９０μｍ以下、２．８０μｍ以下、２．７０μｍ以下、２．６０μｍ以下、２．５０μｍ以下、２．４０μｍ以下、２．３０μｍ以下、２．２０μｍ以下、又は２．１０μｍ以下であってもよい。一方、単磁区を有する磁性粉末粒子を製造する都合上、ＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０は、１．５０μｍ以上、１．６０μｍ以上、１．７０μｍ以上、１．８０μｍ以上、１．９０μｍ以上、又は２．００μｍ以上である。
【0069】
ＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０は、ＳｍＦｅＮ粉末の粒度分布から算出される。また、ＳｍＦｅＮ粉末の粒度分布は、次のような方法で測定（調査）される。本明細書において、特に断りのない限り、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子の大きさ（粒径）に関する記載は、次の測定方法（調査方法）に基づくものとする。なお、Ｄ５０は、メジアン径を意味する。
【0070】
ＳｍＦｅＮ粉末を樹脂埋めした試料を準備し、その試料の表面を研磨して、光学顕微鏡で観察する。そして、光学顕微鏡像に直線を引き、直線がＳｍＦｅＮ粒子（明視野）で区切られる線分の長さを測定し、線分の長さの度数分布から、ＳｍＦｅＮ粉末の粒度分布を求めた。この方法で求めた粒度分布は、交線法又は乾式レーザ回折・散乱法で求めた粒度分布にほぼ等しい。
【0071】
ＳｍＦｅＮ粉末には、製造上の都合等から、微粉粒子が存在することがある。本明細書では、特に断りのない限り、「微粉粒子」とは、１．０μｍ以下の粒径を有する磁性粉末粒子を意味する。ＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０が、上述した範囲を満足する限り、ＳｍＦｅＮ粉末中の１．０μｍ以下の粒径を有する磁性粉末粒子（微粉粒子）の割合に、特に制限はない。ＳｍＦｅＮ粉末中の１．０μｍ以下の粒径を有する磁性粉末粒子（微粉粒子）の割合は、成形体（希土類磁石）の機械的強度を確保する観点から可能な限り低い方が好ましい。ＳｍＦｅＮ粉末中の全磁性粉末粒子数に対して、微粉粒子の割合は、１５．００％以下、１３．４０％以下、１０．００％以下、８．００％以下、６．００％以下、４．００％以下、３．００％以下、２．５０％以下、２．００％以下、１．５０％以下、１．４３％以下、又は１．４０％以下が好ましい。ＳｍＦｅＮ粉末の製造上の都合の観点等から、微粉粒子は皆無（０％）でなくてもよく、微粉粒子の割合の下限が、０．５０％、１．００％、又は１．２０％であっても、実用上問題ない。
【0072】
本開示の製造方法では、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜を形成して、被覆磁性粉末を得る。ＳｍＦｅＮ粉末中の酸素は、被覆磁性粉末の被膜中の亜鉛成分に吸収されることで、成果物の磁気特性、特に保磁力を向上させることができる。ＳｍＦｅＮ粉末中の酸素の含有量は、本開示の製造方法の工程中で、被膜中の亜鉛成分が、ＳｍＦｅＮ粉末中の酸素を吸収する量を考慮して決定すればよい。ＳｍＦｅＮ粉末の酸素含有量は、ＳｍＦｅＮ粉末全体に対して、低い方が好ましい。ＳｍＦｅＮ粉末の酸素含有量は、ＳｍＦｅＮ粉末全体に対して、２．０質量％以下が好ましく、１．５質量％以下がより好ましく、１．０質量％以下がより一層好ましい。一方、ＳｍＦｅＮ粉末中の酸素の含有量を極度に低減することは、製造コストの増大を招く。このことから、ＳｍＦｅＮ粉末の酸素の含有量は、ＳｍＦｅＮ粉末全体に対して、０．１質量％以上、０．２質量％以上、又は０．３質量％以上であってもよい。
【0073】
ＳｍＦｅＮ粉末は、これまで説明してきたことを満足すれば、その製造方法に特に制限はなく、市販品を用いてもよい。ＳｍＦｅＮ粉末の製造方法としては、例えば、サマリウム酸化物及び鉄粉から還元拡散法でＳｍ－Ｆｅ粉末を製造し、窒素と水素の混合ガス、窒素ガス、及びアンモニアガス等の雰囲気中で６００℃以下の加熱処理をして、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ粉末を得る方法等が挙げられる。あるいは、例えば、溶解法でＳｍ－Ｆｅ合金を製造し、その合金を粗粉砕して得た粗粉砕粒を窒化し、それを所望の粒径になるまで、さらに粉砕する方法等が挙げられる。粉砕には、例えば、乾式ジェットミル、乾式ボールミル、湿式ボールミル、又は湿式ビーズミル等を用いることができる。これらを組み合わせて用いてもよい。
【0074】
ＳｍＦｅＮ粉末は、前述の製造方法の他に、例えば、ＳｍとＦｅを含む酸化物を、還元性ガス含有雰囲気下で熱処理することにより、部分酸化物を得る前処理工程、前記部分酸化物を、還元剤の存在下で熱処理することにより、合金粒子を得る工程、及び、前記合金粒子を窒素又はアンモニア含有雰囲気下、４００℃以上４７０℃以下の第一温度で熱処理した後、４８０℃以上６１０℃以下の第二温度で熱処理して窒化物を得る工程を含む製造方法により得られる。特に粒子径の大きい合金粒子、例えばＬａを含む合金粒子では、窒化が酸化物粒子の内部にまで充分に進行しないことがあるが、二段階の温度で窒化すると、酸化物粒子の内部も充分に窒化され、粒度分布が狭く、高残留磁化の異方性のＳｍＦｅＮ粉末を得ることができる。
【0075】
［酸化物準備工程］
後述の前処理工程で使用するＳｍとＦｅを含む酸化物は、例えば、Ｓｍ酸化物とＦｅ酸化物を混合することにより作製してもよいが、ＳｍとＦｅを含む溶液と沈殿剤を混合し、ＳｍとＦｅとを含む沈殿物を得る工程（沈殿工程）、及び、前記沈殿物を焼成することにより、ＳｍとＦｅを含む酸化物を得る工程（酸化工程）によって、製造することが好ましい。
後述の前処理工程で使用するＳｍとＦｅを含む酸化物は、例えば、Ｓｍ酸化物とＦｅ酸化物を混合することにより作製してもよいが、ＳｍとＦｅを含む溶液と沈殿剤を混合し、ＳｍとＦｅとを含む沈殿物を得る工程（沈殿工程）、及び、前記沈殿物を焼成することにより、ＳｍとＦｅを含む酸化物を得る工程（酸化工程）によって、製造することが好ましい。
【0076】
［沈殿工程］
沈殿工程では、強酸性の溶液にＳｍ原料、Ｆｅ原料を溶解して、ＳｍとＦｅを含む溶液を調製する。Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３を磁性相として得る場合、Ｓｍ及びＦｅのモル比（Ｓｍ：Ｆｅ）は１．５：１７～３．０：１７が好ましく、２．０：１７～２．５：１７がより好ましい。Ｌａ、Ｗ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及び／又はＬｕ等の原料を上述した溶液に加えてもよい。残留磁束密度の点で、Ｌａを含むことが好ましい。保磁力と角型比の点で、Ｗを含むことが好ましい。温度特性の点で、Ｃｏ及び／又はＴｉを含むことが好ましい。
沈殿工程では、強酸性の溶液にＳｍ原料、Ｆｅ原料を溶解して、ＳｍとＦｅを含む溶液を調製する。Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３を磁性相として得る場合、Ｓｍ及びＦｅのモル比（Ｓｍ：Ｆｅ）は１．５：１７～３．０：１７が好ましく、２．０：１７～２．５：１７がより好ましい。Ｌａ、Ｗ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及び／又はＬｕ等の原料を上述した溶液に加えてもよい。残留磁束密度の点で、Ｌａを含むことが好ましい。保磁力と角型比の点で、Ｗを含むことが好ましい。温度特性の点で、Ｃｏ及び／又はＴｉを含むことが好ましい。
【0077】
Ｓｍ原料、Ｆｅ原料としては、強酸性の溶液に溶解できるものであれば限定されない。例えば、入手のし易さの点で、Ｓｍ原料としては酸化サマリウムが、Ｆｅ原料としてはＦｅＳＯ４が挙げられる。ＳｍとＦｅを含む溶液の濃度は、Ｓｍ原料とＦｅ原料が実質的に酸性溶液に溶解する範囲で適宜調整することができる。酸性溶液としては溶解性の点で硫酸などが挙げられる。
【0078】
ＳｍとＦｅを含む溶液と沈殿剤を反応させることにより、ＳｍとＦｅを含む不溶性の沈殿物を得る。ここで、ＳｍとＦｅを含む溶液は、沈殿剤との反応時にＳｍとＦｅを含む溶液となっていればよく、例えばＳｍとＦｅを含む原料を別々の溶液として調製し、各々の溶液を滴下して沈殿剤と反応させてもよい。別々の溶液として調製する場合においても各原料が実質的に酸性溶液に溶解する範囲で適宜調整する。沈殿剤としては、アルカリ性の溶液でＳｍとＦｅを含む溶液と反応して沈殿物が得られるものであれば限定されず、アンモニア水、苛性ソーダなどが挙げられ、苛性ソーダが好ましい。
【0079】
沈殿反応は、沈殿物の粒子の性状を容易に調整できる点から、ＳｍとＦｅを含む溶液と、沈殿剤を、それぞれ水等の溶媒に滴下する方法が好ましい。ＳｍとＦｅを含む溶液と沈殿剤との供給速度、反応温度、反応液濃度、反応時のｐＨ等を適宜制御することにより、構成元素の分布が均質で、粒度分布が狭く、粉末形状の整った沈殿物が得られる。このような沈殿物を使用することによって、最終製品であるＳｍＦｅＮ粉末の磁気特性が向上する。反応温度は、０℃以上５０℃以下とすることができ、３５℃以上４５℃以下が好ましい。反応液濃度は、金属イオンの総濃度として０．６５ｍｏｌ／Ｌ以上０．８５ｍｏｌ／Ｌ以下が好ましく、０．７ｍｏｌ／Ｌ以上０．８５ｍｏｌ／Ｌ以下がより好ましい。反応ｐＨは、５以上９以下が好ましく、６．５以上８以下がより好ましい。
【0080】
ＳｍとＦｅを含む溶液は、磁気特性の点で、さらにＬａ、Ｗ、Ｃｏ、及びＴｉからなる群から選ばれる１種以上の金属を含むことが好ましい。例えば、残留磁束密度の点で、Ｌａを含むことが好ましく、保磁力と角型比の点で、Ｗを含むことが好ましく、温度特性の点で、Ｃｏ及び／又はＴｉを含むことが好ましい。Ｌａ原料としては、強酸性の溶液に溶解できるものであれば限定されず、例えば、入手のし易さの点で、Ｌａ２Ｏ３、ＬａＣｌ３などが挙げられる。Ｓｍ原料とＦｅ原料とともに、Ｌａ原料、Ｗ原料、Ｃｏ原料、Ｔｉ原料が実質的に酸性溶液に溶解する範囲で適宜調整し、酸性溶液としては溶解性の点で硫酸が挙げられる。Ｗ原料としては、タングステン酸アンモニウムが挙げられ、Ｃｏ原料としては、硫酸コバルトが挙げられ、チタン原料としては硫酸チタニアが挙げられる。
【0081】
ＳｍとＦｅを含む溶液が、さらにＬａ、Ｗ、Ｃｏ、及びＴｉからなる群から選ばれる１種以上の金属を含む場合、Ｓｍ、Ｆｅと、Ｌａ、Ｗ、Ｃｏ、及びＴｉからなる群から選ばれる１種以上を含む不溶性の沈殿物を得る。ここで、該溶液は、沈殿剤との反応時にＬａ、Ｗ、ＣｏおよびＴｉからなる群から選ばれる１種以上を含んでいればよく、例えば各原料を別々の溶液として調製し、各々の溶液を滴下して沈殿剤と反応させてもよいし、ＳｍとＦｅを含む溶液と一緒に調整してもよい。
【0082】
沈殿工程で得られた粉末により、最終的に得られるＳｍＦｅＮ粉末の粉末粒子径、粉末形状、粒度分布がおよそ決定される。得られた粉末の粒子径をレーザ回折式湿式粒度分布計により測定した場合、全粉末が０．０５μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にほぼ入るような大きさと分布であることが好ましい。
【0083】
沈殿物を分離した後は、続く酸化工程の熱処理において残存する溶媒に沈殿物が再溶解して、溶媒が蒸発する際に沈殿物が凝集したり、粒度分布、粉末粒子径等が変化したりすることを抑制するために、分離物を脱溶媒しておくことが好ましい。脱溶媒する方法として、具体的には、例えば溶媒として水を使用する場合、７０℃以上２００℃以下のオーブン中で５時間以上１２時間以下の時間、乾燥する方法が挙げられる。
【0084】
沈殿工程の後に、得られる沈殿物を分離洗浄する工程を含んでもよい。洗浄する工程は上澄み溶液の導電率が５ｍＳ／ｍ２以下となるまで適宜行う。沈殿物を分離する工程としては、例えば、得られた沈殿物に溶媒（好ましくは水）を加えて混合した後、濾過法、デカンテーション法等を用いることができる。
【0085】
［酸化工程］
酸化工程とは、沈殿工程で形成された沈殿物を焼成することにより、ＳｍとＦｅとを含む酸化物を得る工程である。例えば、熱処理により沈殿物を酸化物に変換することができる。沈殿物を熱処理する場合、酸素の存在下で行われる必要があり、例えば、大気雰囲気下で行うことができる。また、酸素存在下で行われる必要があるため、沈殿物中の非金属部分に酸素原子を含むことが好ましい。
酸化工程とは、沈殿工程で形成された沈殿物を焼成することにより、ＳｍとＦｅとを含む酸化物を得る工程である。例えば、熱処理により沈殿物を酸化物に変換することができる。沈殿物を熱処理する場合、酸素の存在下で行われる必要があり、例えば、大気雰囲気下で行うことができる。また、酸素存在下で行われる必要があるため、沈殿物中の非金属部分に酸素原子を含むことが好ましい。
【0086】
酸化工程における熱処理温度（以下、「酸化温度」ということがある。）は特に限定されないが、７００℃以上１３００℃以下が好ましく、９００℃以上１２００℃以下がより好ましい。７００℃未満では酸化が不十分となり、１３００℃を超えると、目的とするＳｍＦｅＮ粉末の形状、平均粒子径および粒度分布が得られない傾向にある。熱処理時間も特に限定されないが、１時間以上３時間以下が好ましい。
【0087】
得られる酸化物は、酸化物粒子内においてＳｍ及びＦｅの微視的な混合が充分になされ、沈殿物の形状、粒度分布等が反映された酸化物粒子である。
【0088】
［前処理工程］
前処理工程とは、上述のＳｍとＦｅを含む酸化物を、還元性ガス含有雰囲気下で熱処理することにより、酸化物の一部が還元された部分酸化物を得る工程である。
前処理工程とは、上述のＳｍとＦｅを含む酸化物を、還元性ガス含有雰囲気下で熱処理することにより、酸化物の一部が還元された部分酸化物を得る工程である。
【0089】
ここで、部分酸化物とは、酸化物の一部が還元された酸化物をいう。部分酸化物の酸素濃度は特に限定されないが、１０質量％以下が好ましく、８質量％以下がより好ましい。１０質量％を超えると、還元工程においてＣａとの還元発熱が大きくなり、焼成温度が高くなることで異常な粒子成長をした粒子ができてしまう傾向がある。ここで、部分酸化物の酸素濃度は、非分散赤外吸収法（ＮＤ－ＩＲ）により測定することができる。
【0090】
還元性ガスは、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）等の炭化水素ガスなどから適宜選択されるが、コストの点で水素ガスが好ましく、ガスの流量は、酸化物が飛散しない範囲で適宜調整される。前処理工程における熱処理温度（以下、「前処理温度」ということがある。）は、３００℃以上９５０℃以下が好ましく、下限は４００℃以上がより好ましく、７５０℃以上がさらに好ましい。上限は９００℃未満がより好ましい。前処理温度が３００℃以上であるとＳｍとＦｅを含む酸化物の還元が効率的に進行する。また９５０℃以下であると酸化物粒子が粒子成長、偏析することが抑制され、所望の粒子径を維持することができる。熱処理時間は、特に限定されないが、１時間以上５０時間以下とすることができる。また、還元性ガスとして水素を用いる場合、使用する酸化物層の厚みを２０ｍｍ以下に調整し、更に反応炉内の露点を－１０℃以下に調整することが好ましい。
【0091】
［還元工程］
還元工程とは、前記部分酸化物を、還元剤の存在下で熱処理することにより、合金粒子を得る工程であり、例えば部分酸化物をカルシウム融体またはカルシウムの蒸気と接触することで還元が行われる。熱処理温度は、磁気特性の点より、９２０℃以上１２００℃以下が好ましく、９５０℃以上１１５０℃以下がより好ましく、９８０℃以上１１００℃以下がさらに好ましい。
還元工程とは、前記部分酸化物を、還元剤の存在下で熱処理することにより、合金粒子を得る工程であり、例えば部分酸化物をカルシウム融体またはカルシウムの蒸気と接触することで還元が行われる。熱処理温度は、磁気特性の点より、９２０℃以上１２００℃以下が好ましく、９５０℃以上１１５０℃以下がより好ましく、９８０℃以上１１００℃以下がさらに好ましい。
【0092】
還元剤である金属カルシウムは、粒状又は粉末状の形で使用されるが、その粒子径は１０ｍｍ以下が好ましい。これにより還元反応時における凝集をより効果的に抑制することができる。また、金属カルシウムは、反応当量（希土類酸化物を還元するのに必要な化学量論量であり、Ｆｅ成分が酸化物の形である場合には、これを還元するために必要な分を含む）の１．１～３．０倍量の割合で添加することが好ましく、１．５～２．５倍量がより好ましい。
【0093】
還元工程では、還元剤である金属カルシウムとともに、必要に応じて崩壊促進剤を使用することができる。この崩壊促進剤は、後述する後処理工程に際して、生成物の崩壊、粒状化を促進させるために適宜使用されるものであり、例えば、塩化カルシウム等のアルカリ土類金属塩、酸化カルシウム等のアルカリ土類酸化物などが挙げられる。これらの崩壊促進剤は、サマリウム酸化物当り１質量％以上３０質量％以下、好ましくは５質量％以上３０質量％以下の割合で使用される。
【0094】
［窒化工程］
窒化工程とは、還元工程で得られた合金粒子を、窒素又はアンモニア含有雰囲気下、４００℃以上４７０℃以下の第一温度で熱処理した後、４８０℃以上６１０℃以下の第二温度で熱処理して窒化処理することにより、異方性の磁性粉末粒子を得る工程である。上述の沈殿工程で得られる粒子状の沈殿物を用いていることから、還元工程にて多孔質塊状の合金粒子が得られる。これにより、粉砕処理を行うことなく直ちに窒素雰囲気中で熱処理して窒化することができるため、窒化を均一に行うことができる。第一温度で窒化することなく、第二温度の高温で熱処理すると、窒化が急激に進行することにより異常発熱が生じ、ＳｍＦｅＮが分解し、磁気特性が大きく低下することがある。また、窒化工程における雰囲気は窒化の進行をより遅くできることから、実質的に窒素含有雰囲気下であることが好ましい。ここでいう実質的にとは、不純物の混入等に起因して不可避的に窒素以外の元素が含まれることを考慮して使用しており、例えば、雰囲気における窒素の割合が９５％以上であり、９７％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。
窒化工程とは、還元工程で得られた合金粒子を、窒素又はアンモニア含有雰囲気下、４００℃以上４７０℃以下の第一温度で熱処理した後、４８０℃以上６１０℃以下の第二温度で熱処理して窒化処理することにより、異方性の磁性粉末粒子を得る工程である。上述の沈殿工程で得られる粒子状の沈殿物を用いていることから、還元工程にて多孔質塊状の合金粒子が得られる。これにより、粉砕処理を行うことなく直ちに窒素雰囲気中で熱処理して窒化することができるため、窒化を均一に行うことができる。第一温度で窒化することなく、第二温度の高温で熱処理すると、窒化が急激に進行することにより異常発熱が生じ、ＳｍＦｅＮが分解し、磁気特性が大きく低下することがある。また、窒化工程における雰囲気は窒化の進行をより遅くできることから、実質的に窒素含有雰囲気下であることが好ましい。ここでいう実質的にとは、不純物の混入等に起因して不可避的に窒素以外の元素が含まれることを考慮して使用しており、例えば、雰囲気における窒素の割合が９５％以上であり、９７％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。
【0095】
窒化工程における第一温度は、４００℃以上４７０℃以下であるが、４１０℃以上４５０℃以下が好ましい。４００℃未満では、窒化の進行が非常に遅く、４７０℃を超えると、発熱によって過窒化又は分解が起こりやすくなる。第一温度での熱処理時間は、特に限定されないが、１時間以上４０時間以下が好ましく、２０時間以下がより好ましい。１時間未満では、窒化が十分に進行しない場合があり、４０時間を超えると、生産性が低下する。
【0096】
第二温度は、４８０℃以上６１０℃以下であるが、５００℃以上５５０℃以下が好ましい。４８０℃未満では、粒子が大きいと窒化が十分に進行しない場合があり、６１０℃を超えると、過窒化又は分解が起こりやすい。第二温度での熱処理時間は、１５分以上５時間以下が好ましく、３０分以上２時間以下がより好ましい。１５分未満では、窒化が十分に進行しない場合があり、５時間を超えると、生産性が低下する。
【0097】
第一温度による熱処理と第二温度による熱処理は連続で行ってもよく、これらの熱処理間において、第二温度より低い温度での熱処理を含むこともできるが、生産性の点で、連続で行うことが好ましい。
【0098】
［後処理工程］
窒化工程後に得られる生成物には、磁性粉末粒子に加えて、副生するＣａＯ、未反応の金属カルシウム等が含まれ、これらが複合した焼結塊状態となっている場合がある。窒化工程後に得られる生成物を冷却水中に投入して、ＣａＯ及び金属カルシウムを水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)２）懸濁物として分離することができる。さらに残留する水酸化カルシウムは、磁性粉末を酢酸等で洗浄して充分に除去してもよい。生成物を水中に投入した際には、金属カルシウムの水による酸化及び副生ＣａＯの水和反応によって、複合した焼結塊状の反応生成物の崩壊、すなわち微粉化が進行する。
窒化工程後に得られる生成物には、磁性粉末粒子に加えて、副生するＣａＯ、未反応の金属カルシウム等が含まれ、これらが複合した焼結塊状態となっている場合がある。窒化工程後に得られる生成物を冷却水中に投入して、ＣａＯ及び金属カルシウムを水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)２）懸濁物として分離することができる。さらに残留する水酸化カルシウムは、磁性粉末を酢酸等で洗浄して充分に除去してもよい。生成物を水中に投入した際には、金属カルシウムの水による酸化及び副生ＣａＯの水和反応によって、複合した焼結塊状の反応生成物の崩壊、すなわち微粉化が進行する。
【0099】
［アルカリ処理工程］
窒化工程後に得られる生成物をアルカリ溶液中に投入してもよい。アルカリ処理工程に用いるアルカリ溶液としては、たとえば水酸化カルシウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水溶液などが挙げられる。なかでも、排水処理、高ｐＨの点で、水酸化カルシウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。生成物のアルカリ処理により、酸素をある程度含有するＳｍリッチ層が残存して保護層として機能するため、アルカリ処理による酸素濃度が増大することを抑制している。
窒化工程後に得られる生成物をアルカリ溶液中に投入してもよい。アルカリ処理工程に用いるアルカリ溶液としては、たとえば水酸化カルシウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水溶液などが挙げられる。なかでも、排水処理、高ｐＨの点で、水酸化カルシウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。生成物のアルカリ処理により、酸素をある程度含有するＳｍリッチ層が残存して保護層として機能するため、アルカリ処理による酸素濃度が増大することを抑制している。
【0100】
アルカリ処理工程に用いるアルカリ溶液のｐＨは特に限定されないが、９以上が好ましく、１０以上がより好ましい。ｐＨが９未満では、水酸化カルシウムになる際の反応速度が速く、発熱が大きくなるため、最終的に得られるＳｍＦｅＮ粉末の酸素濃度が高くなる傾向がある。
【0101】
アルカリ処理工程において、アルカリ溶液で処理した後に得られたＳｍＦｅＮ粉末は、必要によりデカンテーションなどの方法で水分を低減することもできる。
【0102】
［酸処理工程］
アルカリ処理工程の後に、さらに酸で処理する酸処理工程を含んでもよい。酸処理工程では、前述のＳｍリッチ層の少なくとも一部を除去して、ＳｍＦｅＮ粉末全体中の酸素濃度を低減する。また、本発明の実施形態にある製造方法では、粉砕等を行わないため、ＳｍＦｅＮ粉末の平均粒子径が小さく、粒度分布が狭く、また粉砕等で生じる微粉を含まないため、酸素濃度の増加を抑制することが可能となる。
アルカリ処理工程の後に、さらに酸で処理する酸処理工程を含んでもよい。酸処理工程では、前述のＳｍリッチ層の少なくとも一部を除去して、ＳｍＦｅＮ粉末全体中の酸素濃度を低減する。また、本発明の実施形態にある製造方法では、粉砕等を行わないため、ＳｍＦｅＮ粉末の平均粒子径が小さく、粒度分布が狭く、また粉砕等で生じる微粉を含まないため、酸素濃度の増加を抑制することが可能となる。
【0103】
酸処理工程に用いる酸としては、特に限定されず、たとえば塩化水素、硝酸、硫酸、酢酸などが挙げられる。なかでも、不純物が残留しない点で、塩化水素、硝酸が好ましい。
【0104】
酸処理工程に用いる酸の使用量は、ＳｍＦｅＮ粉末１００質量部に対して３．５質量部以上１３．５質量部以下が好ましく、４質量部以上１０質量部以下がより好ましい。３．５質量部未満では、ＳｍＦｅＮ粉末の表面の酸化物が残り、酸素濃度が高くなり、１３．５質量部を超えると、大気に暴露した際に再酸化が起こりやすく、また、ＳｍＦｅＮ粉末を溶解するため、コストも高くなる傾向がある。酸の量をＳｍＦｅＮ粉末１００質量部に対して３．５質量部以上１３．５質量部以下とすることにより、酸処理後に大気に暴露した際に再酸化が起こりにくい程度に酸化されたＳｍリッチ層がＳｍＦｅＮ粉末表面を覆うようにすることができるので、酸素濃度が低く、平均粒子径が小さく、粒度分布の狭いＳｍＦｅＮ粉末が得られる。
【0105】
酸処理工程において、酸で処理した後に得られたＳｍＦｅＮ粉末は、必要によりデカンテーションなどの方法で水分を低減することもできる。
【0106】
［脱水工程］
酸処理工程の後に、脱水処理する工程を含むことが好ましい。脱水処理によって、真空乾燥前の固形分中の水分を低減させ、真空乾燥前の固形分が水分をより多く含むことにより生じる乾燥時の酸化の進行を抑制することができる。ここで、脱水処理は、圧力や遠心力を加えることで、処理前の固形分に対して処理後の固形分に含まれる水分値を低減する処理のことを意味し、単なるデカンテーションや濾過や乾燥は含まない。脱水処理方法は特に限定されないが、圧搾、遠心分離などが挙げられる。
酸処理工程の後に、脱水処理する工程を含むことが好ましい。脱水処理によって、真空乾燥前の固形分中の水分を低減させ、真空乾燥前の固形分が水分をより多く含むことにより生じる乾燥時の酸化の進行を抑制することができる。ここで、脱水処理は、圧力や遠心力を加えることで、処理前の固形分に対して処理後の固形分に含まれる水分値を低減する処理のことを意味し、単なるデカンテーションや濾過や乾燥は含まない。脱水処理方法は特に限定されないが、圧搾、遠心分離などが挙げられる。
【0107】
脱水処理後のＳｍＦｅＮ粉末に含まれる水分量は特に限定されないが、酸化の進行を抑制する点から１３質量％以下が好ましく、１０質量％以下がより好ましい。
【0108】
酸処理して得られたＳｍＦｅＮ粉末、又は、酸処理後、脱水処理して得られたＳｍＦｅＮ粉末は、真空乾燥することが好ましい。乾燥温度は特に限定されないが、７０℃以上が好ましく、７５℃以上がより好ましい。乾燥時間も特に限定されないが、１時間以上が好ましく、３時間以上がより好ましい。
【0109】
これまで説明してきた方法等で準備されたＳｍＦｅＮ粉末を分級して、ＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０を調整する。分級方法は、周知の方法を用いることができる。分級方法としては、例えば、篩の使用、重力分級、慣性分級、及び遠心分級等が挙げられる。
【0110】
［亜鉛を含有する粉末］
本開示の製造方法で用いる亜鉛を含有する粉末は、金属亜鉛及び亜鉛合金の少なくともいずれかを含有する。金属亜鉛とは、合金化されていない亜鉛のことを意味する。亜鉛を含有する粉末中の亜鉛成分によって、後述する加圧焼結工程及び／又は熱処理工程で、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子を改質及び結合する。また、ＳｍＦｅＮ粉末粒子が、微粉粒子を含む場合、磁気的特性に関して、微粉粒子を無害化する。
本開示の製造方法で用いる亜鉛を含有する粉末は、金属亜鉛及び亜鉛合金の少なくともいずれかを含有する。金属亜鉛とは、合金化されていない亜鉛のことを意味する。亜鉛を含有する粉末中の亜鉛成分によって、後述する加圧焼結工程及び／又は熱処理工程で、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子を改質及び結合する。また、ＳｍＦｅＮ粉末粒子が、微粉粒子を含む場合、磁気的特性に関して、微粉粒子を無害化する。
【0111】
主として、後述する熱処理工程で、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に、改質材粉末の亜鉛成分が拡散して、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成される。「主として」とは、熱処理工程に先行する加圧焼結工程でも、ＳｍＦｅＮ粉末粒子同士が結合して固化する程度に前記拡散は発生するが、前記拡散の大部分が、熱処理工程で発生することを意味する。ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面には、Ｔｈ２Ｚｎ１７型及び／又はＴｈ２Ｎｉ１７型等の結晶構造が完全でない部分があり、その部分にはα－Ｆｅ相が存在しており、減磁の原因となる。熱処理工程で、このα－Ｆｅ相が、亜鉛を含有する粉末の亜鉛成分とＦｅ－Ｚｎ合金相を形成し、減磁を抑制する。すなわち、ＳｍＦｅＮ粉末粒子と改質材粉末粒子との間で、ＦｅとＺｎが相互に拡散して、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成される。また、亜鉛を含有する粉末によって、ＳｍＦｅＮ粉末粒子同士を強固に結合することができる。つまり、亜鉛を含有する粉末は、バインダとしても機能する。
【0112】
ＳｍＦｅＮ粉末中には、微粉粒子が存在する場合があるが、そのような場合でも、焼結体を熱処理することによって、微粉粒子に由来する微細なＦｅ－Ｚｎ合金相が概ね認められなくなる。その理由は、次のとおりであると考えられる。ＳｍＦｅＮ粉末中の微粉粒子は、その粒子表面だけでなく、その粒子のほぼ全体で、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成される。これは、微粉粒子においては、Ｔｈ２Ｚｎ１７型及び／又はＴｈ２Ｎｉ１７型等の結晶構造が完全でない部分の割合が大きいためである。そして、微粉粒子に由来するＦｅ－Ｚｎ合金相の多くは、粒径が比較的大きいＳｍＦｅＮ粒子（微粉粒子以外の粒子）の表面に形成されたＦｅ－Ｚｎ合金相と一体化される。
【0113】
本開示の製造方法では、ＳｍＦｅＮ粉末と亜鉛を含有する粉末とを単純に混合するのではなく、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に亜鉛を含有する被膜を形成した被覆磁性粉末を得て、その被覆磁性粉末を、磁場成形、加圧焼結、そして熱処理する。そのため、被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が比較的低くても、図３Ａに示したような改質相が得られる。具体的には、被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、被覆磁性粉末に対して、３質量％以上、４質量％以上、５質量％以上、６質量％以上、７質量％以上、又は８質量％以上であれば、図３Ａに示したように、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面の大部分が改質相で覆われ、減磁を抑制できる。すなわち、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面には、改質相としてのＦｅ－Ｚｎ合金相が被膜状に形成される。
【0114】
一方、被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が、被覆磁性粉末に対して、１５質量％以下であれば、亜鉛成分の使用による磁化の低下を抑制することができる。この観点からは、被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合は、被覆磁性粉末に対して、１４質量％以下、１３質量％以下、１２質量％以下、１１質量％以下、１０質量％以下、又は９質量％以下であってもよい。
【0115】
また、本開示の製造方法では、上述した範囲のＤ５０を有しているＳｍＦｅＮ粉末を用いるため、比較的少量の亜鉛成分でも、焼結体を熱処理した後、図３Ａに示したように、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面の大部分を改質相で被覆することができる。この観点からは、改質材粉末中の亜鉛成分の含有割合が、混合粉末に対して、１０質量％以下、１０質量％未満、又は９質量％以下であってよい。
【0116】
亜鉛合金をＺｎ－Ｍ２で表すと、Ｍ２は、Ｚｎ（亜鉛）と合金化して、亜鉛合金の溶融開始温度を、Ｚｎの融点よりも降下させる元素及び不可避的不純物元素を選択してもよい。これにより、後述する加圧焼結工程で、焼結性が向上する。Ｚｎの融点よりも降下させるＭ２としては、ＺｎとＭ２とで共晶合金を形成する元素等が挙げられる。このようなＭ２としては、典型的には、Ｓｎ、Ｍｇ、及びＡｌ並びにこれらの組み合せ等が挙げられる。Ｓｎはスズ、Ｍｇはマグネシウム、そして、Ａｌはアルミニウムである。これらの元素による融点降下作用、及び、成果物の特性を阻害しない元素についても、Ｍ２として選択することができる。また、不可避的不純物元素とは、亜鉛を含有する粉末の原材料に含まれる不純物等、その含有を回避することができない、あるいは、回避するためには著しい製造コストの上昇を招くような不純物元素のことをいう。
【0117】
Ｚｎ－Ｍ２で表される亜鉛合金において、Ｚｎ及びＭ２の割合（モル比）は、焼結温度が適正になるように適宜決定すればよい。亜鉛合金全体に対するＭ２の割合（モル比）は、例えば、０．０５以上、０．１０以上、又は０．２０以上であってよく、０．９０以下、０．８０以下、０．７０以下、０．６０以下、０．５０以下、０．４０以下、又は０．３０以下であってよい。
【0118】
亜鉛を含有する粉末は、金属亜鉛及び／又は亜鉛合金のほかに、本発明の効果を損なわない限りにおいて、任意で、バインダ機能及び／又は改質機能並びにその他の機能を有する物質を含有してもよい。その他の機能としては、例えば、耐食性の向上機能等が挙げられる。
【0119】
亜鉛を含有する粉末の粒径は、特に制限されないが、ＳｍＦｅＮ粉末の粒径よりも細かい方が好ましい。これにより、特にロータリーキルン炉を用いる場合、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子間に、改質材粉末の粒子が行き渡り易い。亜鉛を含有する粉末の粒径は、例えば、Ｄ５０（メジアン径）で、０．１μｍ以上、０．５μｍ以上、又は１．０μｍ以上であってよく、１２．０μｍ以下、１１．０μｍ以下、１０．０μｍ以下、９．０μｍ以下、８．０μｍ以下、７．０μｍ以下、６．０μｍ以下、５．０μｍ以下、４．０μｍ以下、又は２．０μｍ以下であってよい。また、亜鉛を含有する粉末の粒径Ｄ５０（メジアン径）は、例えば、乾式レーザ回折・散乱法によって測定される。
【0120】
また、特にロータリーキルン炉を用いる場合、亜鉛を含有する粉末の酸素含有量が少ないと、ＳｍＦｅＮ粉末中の酸素を多く吸収できて好ましい。この観点からは、亜鉛を含有する粉末の酸素含有量は、亜鉛を含有する粉末全体に対し、５．０質量％以下が好ましく、３．０質量％以下がより好ましく、１．０質量％以下がより一層好ましい。一方、改質材粉末の酸素の含有量を極度に低減することは、製造コストの増大を招く。このことから、亜鉛を含有する粉末の酸素の含有量は、亜鉛を含有する粉末全体に対して、０．１質量％以上、０．２質量％以上、又は０．３質量％以上であってもよい。
【0121】
〈磁場成形工程〉
被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形して、磁場成形体を得る。これにより、磁場成形体に配向性を付与することができ、成果物（希土類磁石）に異方性を付与して残留磁化を向上させることができる。
被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形して、磁場成形体を得る。これにより、磁場成形体に配向性を付与することができ、成果物（希土類磁石）に異方性を付与して残留磁化を向上させることができる。
【0122】
磁場成形方法は、周囲に磁場発生装置を設置した成形型を用いて、混合粉末を圧縮成形する方法等、周知の方法でよい。成形圧力は、例えば、１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以上、３０ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、又は１５０ＭＰａ以上であってよく、１５００ＭＰａ以下、１０００ＭＰａ以下、又は５００ＭＰａ以下であってよい。前述の成形圧力を印加する時間は、例えば、０．５分以上、１分以上、又は３分以上であってよく、１０分以下、７分以下、又は５分以下であってよい。印加する磁場の大きさは、例えば、５００ｋＡ／ｍ以上、１０００ｋＡ／ｍ以上、１５００ｋＡ／ｍ以上、又は１６００ｋＡ／ｍ以上であってよく、２００００ｋＡ／ｍ以下、１５０００ｋＡ／ｍ以下、１００００ｋＡ／ｍ以下、５０００ｋＡ／ｍ以下、３０００ｋＡ／ｍ以下、又は２０００ｋＡ／ｍ以下であってよい。磁場の印加方法としては、電磁石を用いた静磁場を印加する方法、及び交流を用いたパルス磁場を印加する方法等が挙げられる。また、混合粉末の酸化を抑制するため、磁場成形は、不活性ガス雰囲気中で行われることが好ましい。不活性ガス雰囲気には、窒素ガス雰囲気が含まれる。
【0123】
〈加圧焼結工程〉
磁場成形体を加圧焼結して、焼結体を得る。加圧焼結の方法は、特に限定されず、周知の方法を適用することができる。加圧焼結方法としては、例えば、キャビティを有するダイスと、キャビティの内部を摺動可能なパンチを準備し、キャビティの内部に磁場成形体を挿入し、パンチで磁場成形体に圧力を付加しつつ、磁場成形体を焼結する方法等が挙げられる。この方法の場合、典型的には、高周波誘導コイルを用いてダイスを加熱する。あるいは、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）法を用いてもよい。
磁場成形体を加圧焼結して、焼結体を得る。加圧焼結の方法は、特に限定されず、周知の方法を適用することができる。加圧焼結方法としては、例えば、キャビティを有するダイスと、キャビティの内部を摺動可能なパンチを準備し、キャビティの内部に磁場成形体を挿入し、パンチで磁場成形体に圧力を付加しつつ、磁場成形体を焼結する方法等が挙げられる。この方法の場合、典型的には、高周波誘導コイルを用いてダイスを加熱する。あるいは、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）法を用いてもよい。
【0124】
磁場成形体に圧力を付与しつつ、磁場成形体を焼結（以下、「加圧焼結する」ということがある。）できるように、加圧焼結条件を適宜選択すればよい。
【0125】
焼結温度が３００℃以上であれば、磁場成形体中で、被覆磁性粉末粒子中のＳｍＦｅＮ粉末粒子表面のＦｅと被覆磁性粉末の被膜中の亜鉛成分とが僅かに相互拡散して、焼結に寄与する。相互拡散は、固相拡散でもよいし、液相拡散でもよい。この観点からは、焼結温度は、例えば、３１０℃以上、３２０℃以上、３４０℃以上、又は３５０℃以上であってよい。一方、焼結温度が４３０℃以下であれば、被覆磁性粉末中のＳｍＦｅＮ粉末粒子表面のＦｅと被覆磁性粉末の被膜中の亜鉛成分とが過剰に相互拡散することはなく、後述する熱処理工程に支障を生じたり、得られた焼結体の磁気特性に悪影響を及ぼしたりすることはない。これらの観点からは、焼結温度は、４２０℃以下、４１０℃以下、４００℃以下、３９０℃以下、３８０℃以下、３７０℃以下、又は３６０℃以下であってよい。
【0126】
焼結圧力については、焼結体の密度を高めることができる焼結圧力を、適宜選択すればよい。焼結圧力は、典型的には、１００ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以上、４００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以上、又は１０００ＭＰａ以上であってよく、２０００ＭＰａ以下、１８００ＭＰａ以下、１６００ＭＰａ以下、１５００ＭＰａ以下、１３００ＭＰａ以下、又は１２００ＭＰａ以下であってよい。
【0127】
焼結時間は、被覆磁性粉末中のＳｍＦｅＮ粉末粒子表面のＦｅと被覆磁性粉末の被膜中の亜鉛成分とが僅かに相互拡散するよう、適宜決定すればよい。焼結時間には、熱処理温度に達するまでの昇温時間は含まない。焼結時間は、例えば、１分以上、２分以上、又は３分以上であってよく、３０分以下、２０分以下、１０分以下、又は５分以下であってよい。
【0128】
焼結時間が経過したら、焼結体を冷却して、焼結を終了する。冷却速度は、速い方が、焼結体の酸化等を抑制することができる。冷却速度は、例えば、０．５～２００℃／秒であってよい。
【0129】
焼結雰囲気については、磁場成形体及び焼結体の酸化を抑制するため、不活性ガス雰囲気が好ましい。不活性ガス雰囲気には、アルゴンガス雰囲気及び窒素ガス雰囲気を含む。あるいは、真空中で焼結してもよい。
【0130】
〈熱処理工程〉
焼結体を熱処理する。これにより、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面で、被膜状にＦｅ－Ｚｎ合金相が形成され、ＳｍＦｅＮ粉末粒子同士をより一層強固に結合する（以下、これを「固化する」又は「固化」ということがある。）と同時に、改質が促進される。そして、この改質により、減磁を抑制することができる。また、ＳｍＦｅＮ粉末が微粉粒子を含む場合には、その微粉粒子のほぼ全体で、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成され、そのＦｅ－Ｚｎ合金相の多くは、粒径が比較的大きい粒子（微粉粒子以外の粒子）の表面に形成された被膜状のＦｅ－Ｚｎ合金相と一体化される。
焼結体を熱処理する。これにより、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面で、被膜状にＦｅ－Ｚｎ合金相が形成され、ＳｍＦｅＮ粉末粒子同士をより一層強固に結合する（以下、これを「固化する」又は「固化」ということがある。）と同時に、改質が促進される。そして、この改質により、減磁を抑制することができる。また、ＳｍＦｅＮ粉末が微粉粒子を含む場合には、その微粉粒子のほぼ全体で、Ｆｅ－Ｚｎ合金相が形成され、そのＦｅ－Ｚｎ合金相の多くは、粒径が比較的大きい粒子（微粉粒子以外の粒子）の表面に形成された被膜状のＦｅ－Ｚｎ合金相と一体化される。
【0131】
熱処理温度が、３５０℃以上であれば、図３Ａに示したような、改質相２０を得ることができる。この観点からは、熱処理温度は、３６０℃以上、３７０℃以上、又は３８０℃以上であってもよい。
【0132】
一方、熱処理温度が、４１０℃以下であれば、ＦｅとＺｎとが過剰に相互拡散することはない。ただし、熱処理温度が４１０℃では、固化及び改質並びに微粉粒子の無害化が達成できるものの、クニックが発生することから、熱処理温度は、４００℃以下又は３９０℃以下であることが好ましい。なお、クニックとは、磁化－磁場曲線（Ｍ－Ｈ曲線）の保磁力を示す領域以外の領域において、磁場の僅かな減少に対して、磁化が急激に低下することをいう。
【0133】
熱処理時間に特に制限はないが、熱処理温度をｘ℃及び熱処理時間をｙ時間として、次の式（１）及び式（２）を用いて、熱処理時間を決定してもよい。
ｙ≧－０．３２ｘ＋１３６ ・・・式（１）
３５０≦ｘ≦４１０ ・・・式（２）
ｙ≧－０．３２ｘ＋１３６ ・・・式（１）
３５０≦ｘ≦４１０ ・・・式（２）
【0134】
上式（１）及び式（２）は、実験によって確認されたものであり、固化及び図３Ａに示したような改質相２０の形成に関し、熱処理温度が高いほど熱処理時間は短いことを、具体的に示すものである。
【0135】
図３Ａに示したような改質相２０の形成に関し、ＳｍＦｅＮ粉末粒子表面の全てを改質相２０で被覆するまで、すなわち、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子表面の１００％を改質相２０で被覆する（改質相被覆率１００％）まで熱処理することが理想である。しかし、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子表面の９０％以上、９２％以上、９４％以上、９５％以上、９６％以上、又は９８％以上を改質相２０で被覆するまで熱処理すれば、実質的に、ＳｍＦｅＮ粉末粒子表面の全てを改質相２０で被覆したのと同等である。改質相２０の被覆率の測定方法については、「《希土類磁石》」で説明する。
【0136】
改質相２０の被覆率を可能な限り向上する観点からは、上述の式（１）は、ｙ≧－０．３２ｘ＋１３７がより好ましく、ｙ≧－０．３２ｘ＋１４０がより一層好ましく、ｙ≧－０．３２ｘ＋１４５がさらに一層好ましい。
【0137】
上述したように、図３Ａに示した改質相２０は、被覆磁性粉末中のＳｍＦｅＮ粉末粒子表面に存在するα－Ｆｅ相と被覆磁性粉末の被膜中の亜鉛成分とが合金化して形成される。改質相２０を形成するため、熱処理時間は、典型的には、３時間以上、４時間以上、５時間以上、８時間以上、１０時間以上、１２時間以上、１５時間以上、１７時間以上、又は２０時間以上であってよい。一方、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に存在するα－Ｆｅ相の量は限られており、また、被覆磁性粉末の被膜中の亜鉛成分がＳｍＦｅＮ粉末粒子に拡散する深さも限られている。そのため、過剰に長時間にわたって熱処理しても、改質相２０の形成は飽和する。この観点から、熱処理時間ｙ（時間）は、４０時間以下、３５時間以下、３０時間以下、２５時間以下、又は２４時間以下であることが好ましい。
【0138】
焼結体の酸化を抑制するため、真空中又は不活性ガス雰囲気中で焼結体を熱処理することが好ましい、不活性ガス雰囲気には、窒素ガス雰囲気を含む。焼結体の熱処理は、加圧焼結に用いた型内で行ってもよいが、その場合には、熱処理中は焼結体に圧力を負荷しない。上述した熱処理条件を満足すれば、正常な磁性相が分解してα－Ｆｅ相を生成し、その生成の結果、ＦｅとＺｎとが過剰に相互拡散することはない。熱処理を真空中で行う場合には、雰囲気の絶対圧は、１×１０－７Ｐａ以上、１×１０－６Ｐａ以上、又は１×１０－５Ｐａ以下であってよく、１×１０－２Ｐａ以下、１×１０－３Ｐａ以下、又は１×１０－４Ｐａ以下であってよい。
【0139】
これまで説明してきた本開示の製造方法で得られた希土類磁石について、以下に説明する。
【0140】
《希土類磁石》
本開示の希土類磁石は、上述したように、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜が形成されている被覆磁性粉末が焼結されている。ＳｍＦｅＮ粉末は、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、少なくとも一部がＴｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備えている。磁性相の組成等は、「《希土類磁石の製造方法》」で説明したとおりである。
本開示の希土類磁石は、上述したように、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子の表面に、亜鉛を含有する被膜が形成されている被覆磁性粉末が焼結されている。ＳｍＦｅＮ粉末は、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮを含有し、少なくとも一部がＴｈ２Ｚｎ１７型及びＴｈ２Ｎｉ１７型のいずれかの結晶構造を有する磁性相を備えている。磁性相の組成等は、「《希土類磁石の製造方法》」で説明したとおりである。
【0141】
本開示の希土類磁石は、被覆磁性粉末が焼結されているため、本開示の希土類磁石の亜鉛成分の含有割合は、被覆磁性粉末に対する、被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合と、実質的に等しい。また、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面に形成されている改質相は薄いため、本開示の希土類磁石中のＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０は、焼結前のＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０と、実質的に等しい。これらの具体的数値範囲等は、「《希土類磁石の製造方法》」で説明したとおりである。
【0142】
本開示の希土類磁石において、ＳｍＦｅＮ粉末の粒子の表面には、改質相が形成されており、その改質相は、Ｆｅ－Ｚｎ合金相である。改質相は、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面の９０％以上、９２％以上、９４％以上、９５％以上、９６％以上、又は９８％以上を被覆している。このような改質相により、減磁を抑制することができる。
【0143】
改質相の被覆率は、次のような方法で測定（調査）する。本明細書において、特に断りのない限り、改質相の被覆率に関する記載は、次の測定方法（調査方法）に基づくものとする。
【0144】
熱処理後の焼結体の断面を研磨して、その研磨面を、Ｆｅ及びＺｎのそれぞれについて成分分析（面分析）して、Ｆｅマッピング画像及びＺｎマッピング画像を取得する。Ｆｅマッピング画像とＺｎマッピング画像を重ね合わせて、統合マッピング画像を取得する。統合マッピング画像において、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の領域を同定し、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の外周長さＬを測定する。統合マッピング画像において、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の外周のうち、Ｆｅ検出領域とＺｎ検出領域で挟まれている部分の長さＬｃと、Ｆｅ検出領域と非検出領域で挟まれている部分の長さＬｇを測定する。非検出領域とは、Ｆｅ及びＺｎのいずれについても検出されない領域を意味する。そして、次の式（３）から改質相の被覆率（％）を算出する。
改質相の被覆率（％）＝Ｌｃ／（Ｌｃ＋Ｌｇ）×１００ ・・・式（３）
改質相の被覆率（％）＝Ｌｃ／（Ｌｃ＋Ｌｇ）×１００ ・・・式（３）
【0145】
上記の式（３）において、（Ｌｃ＋Ｌｇ）は、断面における、ＳｍＦｅＮ粉末粒子の表面の全周長さを意味し、そして、Ｌｃは、ＳｍＦｅＮ粉末粒子表面の被覆長さを意味する。
【0146】
《変形》
これまで説明してきたこと以外でも、本開示の希土類磁石及びその製造方法は、特許請求の範囲に記載した内容の範囲内で種々の変形を加えることができる。
これまで説明してきたこと以外でも、本開示の希土類磁石及びその製造方法は、特許請求の範囲に記載した内容の範囲内で種々の変形を加えることができる。
【0147】
例えば、磁性粉末が微粉粒子を含む場合、磁場成形前に、磁性粉末のＤ５０が上述した範囲を満足する限りにおいて、微粉粒子の一部又は全部を、予め除去しておいてもよい。微粉粒子除去操作（微粉粒子除去方法）に、特に制限はない。微粉除去操作（微粉除去方法）としては、サイクロン（登録商標）分級装置を用いる方法、ふるいを用いる方法、磁場を利用する方法、及び静電気を利用する方法等が挙げられる。これらの組合せであってもよい。微粉粒子除去によって、成形体（希土類磁石）の密度を一層高め、磁化をさらに高めることができる。
【実施例0148】
以下、本開示の希土類磁石及びその製造方法を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示の希土類磁石及びその製造方法は、以下の実施例で用いた条件に限定されない。
【0149】
《試料の準備》
実施例１～４及び比較例１～３の試料を次の要領で準備した。
実施例１～４及び比較例１～３の試料を次の要領で準備した。
【0150】
純水２．０ｋｇにＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ５．０ｋｇを混合溶解した。さらにＳｍ２Ｏ３ ０．４９ｋｇ、７０％硫酸 ０．７４ｋｇ、Ｌａ２Ｏ３ ０．０３５ｋｇを加えてよく攪拌し、完全に溶解させた。次に、得られた溶液に純水を加え、最終的にＦｅ濃度が０．７２６ｍｏｌ／Ｌ、Ｓｍ濃度が０．１１２ｍｏｌ／Ｌとなるように調整し、ＳｍＦｅＬａ硫酸溶液とした。
【0151】
［沈殿工程］
温度が４０℃に保たれた純水２０ｋｇ中に、調製したＳｍＦｅＬａ硫酸溶液全量を反応開始から７０分間で攪拌しながら滴下し、同時に１５％アンモニア液を滴下させ、ｐＨを７～８に調整した。これにより、ＳｍＦｅＬａ水酸化物を含むスラリーを得た。得られたスラリーをデカンテーションにより純水で洗浄した後、水酸化物を固液分離した。分離した水酸化物を１００℃のオーブン中で１０時間乾燥した。
温度が４０℃に保たれた純水２０ｋｇ中に、調製したＳｍＦｅＬａ硫酸溶液全量を反応開始から７０分間で攪拌しながら滴下し、同時に１５％アンモニア液を滴下させ、ｐＨを７～８に調整した。これにより、ＳｍＦｅＬａ水酸化物を含むスラリーを得た。得られたスラリーをデカンテーションにより純水で洗浄した後、水酸化物を固液分離した。分離した水酸化物を１００℃のオーブン中で１０時間乾燥した。
【0152】
［酸化工程］
沈殿工程で得られた水酸化物を大気中１０００℃で１時間、焼成処理した。冷却後、原料粉末として赤色のＳｍＦｅＬａ酸化物を得た。
沈殿工程で得られた水酸化物を大気中１０００℃で１時間、焼成処理した。冷却後、原料粉末として赤色のＳｍＦｅＬａ酸化物を得た。
【0153】
［前処理工程］
ＳｍＦｅＬａ酸化物１００ｇを、嵩厚１０ｍｍとなるように鋼製容器に入れた。容器を炉内に入れ、１００Ｐａまで減圧した後、水素ガスを導入しながら、前処理温度の８５０℃まで昇温し、そのまま１５時間保持した。非分散赤外吸収法（ＮＤ－ＩＲ）（株式会社堀場製作所製のＥＭＧＡ－８２０）により酸素濃度を測定したところ、５質量％であった。これにより、Ｓｍと結合している酸素は還元されず、Ｆｅと結合している酸素のうち、９５％が還元される黒色の部分酸化物を得たことがわかった。
ＳｍＦｅＬａ酸化物１００ｇを、嵩厚１０ｍｍとなるように鋼製容器に入れた。容器を炉内に入れ、１００Ｐａまで減圧した後、水素ガスを導入しながら、前処理温度の８５０℃まで昇温し、そのまま１５時間保持した。非分散赤外吸収法（ＮＤ－ＩＲ）（株式会社堀場製作所製のＥＭＧＡ－８２０）により酸素濃度を測定したところ、５質量％であった。これにより、Ｓｍと結合している酸素は還元されず、Ｆｅと結合している酸素のうち、９５％が還元される黒色の部分酸化物を得たことがわかった。
【0154】
［還元工程］
前処理工程で得られた部分酸化物６０ｇと平均粒子径約６ｍｍの金属カルシウム１９．２ｇとを混合して炉内に入れた。炉内を真空排気した後、アルゴンガス（Ａｒガス）を導入した。１０９０℃まで上昇させて、４５分間保持し、その後、冷却してＳｍＦｅ粉末粒子を得た。
前処理工程で得られた部分酸化物６０ｇと平均粒子径約６ｍｍの金属カルシウム１９．２ｇとを混合して炉内に入れた。炉内を真空排気した後、アルゴンガス（Ａｒガス）を導入した。１０９０℃まで上昇させて、４５分間保持し、その後、冷却してＳｍＦｅ粉末粒子を得た。
【0155】
［窒化工程］
引き続き、炉内温度を１００℃まで冷却した後、真空排気を行い、窒素ガスを導入しながら、第一温度の４３０℃まで上昇させて、３時間保持した。続いて第二温度の５００℃まで上昇させて１時間保持した後、冷却して磁性粉末粒子を含む塊状の生成物を得た。
引き続き、炉内温度を１００℃まで冷却した後、真空排気を行い、窒素ガスを導入しながら、第一温度の４３０℃まで上昇させて、３時間保持した。続いて第二温度の５００℃まで上昇させて１時間保持した後、冷却して磁性粉末粒子を含む塊状の生成物を得た。
【0156】
［後処理工程］
窒化工程で得られた塊状の生成物を純水３ｋｇに投入し、３０分間攪拌した。静置した後デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを１０回繰り返した。次いで９９．９％酢酸２．５ｇを投入して１５分間攪拌した。静置した後、デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを２回繰り返した。
窒化工程で得られた塊状の生成物を純水３ｋｇに投入し、３０分間攪拌した。静置した後デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを１０回繰り返した。次いで９９．９％酢酸２．５ｇを投入して１５分間攪拌した。静置した後、デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを２回繰り返した。
【0157】
［酸処理工程］
後処理工程で得られた粉末１００質量部に対して、塩化水素として４．３質量部となるように、６％塩酸水溶液を添加して、１分間、攪拌した。静置した後、デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを２回繰り返した。固液分離した後８０℃で真空乾燥を３時間行い、Ｓｍ９．２Ｆｅ７７．１Ｎ１３．５９Ｌａ０．１１を組成とするＳｍＦｅＮ粉末を得た。
後処理工程で得られた粉末１００質量部に対して、塩化水素として４．３質量部となるように、６％塩酸水溶液を添加して、１分間、攪拌した。静置した後、デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを２回繰り返した。固液分離した後８０℃で真空乾燥を３時間行い、Ｓｍ９．２Ｆｅ７７．１Ｎ１３．５９Ｌａ０．１１を組成とするＳｍＦｅＮ粉末を得た。
【0158】
ＳｍＦｅＮ粉末をパラフィンワックスと共に試料容器に詰め、ドライヤーにてパラフィンワックスを溶融させた後、１６ｋＡ／ｍの配向磁場にてその磁化容易軸を揃えた。この磁場配向した試料を３２ｋＡ／ｍの着磁磁場でパルス着磁し、最大磁場１６ｋＡ／ｍのＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて、室温にて磁気特性を測定したところ、残留磁化１．４４Ｔ、保磁力７５０ｋＡ／ｍであった。
【0159】
上述のようにして得たＳｍＦｅＮ粉末を分級し、ＳｍＦｅＮ粉末のＤ５０を、２．００μｍ、３．００μｍ、３．０８μｍ、及び３．７０μｍに調整した。図６は、分級後のＳｍＦｅＮ粉末の粒度分布を示すグラフである。分級は、半自由渦式分級機（日清エンジニアリング株式会社製Ａ－２０）を使用して行った。各試料のＤ５０を表１－１に示す。また、表１－１には、各試料について、１．００μｍ以下の粒径を有するＳｍＦｅＮ粉末粒子（微粉粒子）の割合を併記した。１．００μｍ以下の粒径を有するＳｍＦｅＮ粉末粒子（微粉粒子）の割合は、全ＳｍＦｅＮ粉末粒子数に対する割合である。
【0160】
図４に示した方法で、被覆磁性粉末を準備した。亜鉛を含有する粉末として、金属亜鉛粉末を準備した。金属亜鉛粉末のＤ５０は０．５μｍであった。また、金属亜鉛粉末の純度は９９．５質量％であった。
【0161】
被覆磁性粉末全体に対する亜鉛成分含有割合、すなわち、ＳｍＦｅＮ粉末とともに、ロータリーキルン炉に装入した金属亜鉛粉末の配合量は、ＳｍＦｅＮ粉末と金属亜鉛粉末の合計質量に対して、表１－１に示すとおりであった。また、ロータリーキルン炉での処理条件（雰囲気、処理温度、処理時間、及び回転数）は、表１－１に示すとおりであった。そして、このようにして得られた被覆磁性粉末粒子の亜鉛成分被覆率を表１－１に併記した。
【0162】
被覆磁性粉末を磁場中で圧縮成形し磁場成形体を得た。圧縮成形の圧力は５０ＭＰａであった。この圧力の印加時間は１分であった。印加した磁場は１６００ｋＡ／ｍであった。また、圧縮成形は、窒素雰囲気中で行った。
【0163】
磁場成形体を加圧焼結した。高周波誘導コイルを用いて、アルゴンガス雰囲気中（９７０００Ｐａ）で加圧焼結を行った。焼結温度は３８０℃、焼結圧力は５００ＭＰａ、そして、焼結圧力の印加時間は５分であった。
【0164】
焼結体を真空中（１０－２Ｐａ）で熱処理した。熱処理温度は３８０℃、そして、熱処理時間は２４時間であった。
【0165】
《評価》
各試料について、被覆率及び磁気特性を測定した。磁気特性は、室温及び１２０℃で、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した。減磁は、１２０℃において、残留磁化Ｂｒから１０％磁化が減少したときの磁場Ｈｋで評価した。
各試料について、被覆率及び磁気特性を測定した。磁気特性は、室温及び１２０℃で、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した。減磁は、１２０℃において、残留磁化Ｂｒから１０％磁化が減少したときの磁場Ｈｋで評価した。
【0166】
評価結果を表１－１～表１－２に示す。表１－２において、残留磁化及び保磁力は室温での測定結果である。
【0167】
【表1-1】
【0168】
【表1-2】
【0169】
表１－１及び表１－２から、全ての実施例の試料において、１２０℃でのＨｋが７００ｋＡ／ｍ以上であり、本開示の製造方法で得られた希土類磁石（本開示の希土類磁石）は、減磁が抑制できていることを理解できる。
【0170】
一方、比較例１の試料においては、被覆磁性粉末中の亜鉛成分の含有割合が低いため、熱処理後の改質相の被覆率が低く、その結果、減磁が抑制できていない。比較例２及び比較例３の試料においては、熱処理後の改質相の被覆率は高いものの、減磁が抑制できていない。これは、ＳｍＦｅＮ粉末粒子のＤ５０が大きいことから、ＳｍＦｅＮ粉末粒子が多数の磁区を有しており、その結果、磁気特性の劣化を招く磁壁が、ＳｍＦｅＮ粉末粒子中に多く存在するためと考えられる。
【0171】
以上の結果から、本開示の希土類磁石及びその製造方法の効果を確認できた。
【符号の説明】
【0172】
１０ ＳｍＦｅＮ粉末粒子
２０ 改質相
２２ 空隙
１００ ロータリーキルン炉
１１０ 攪拌ドラム
１２０ 材料格納部
１３０ 回転軸
１４０ 攪拌板
１５０ ＳｍＦｅＮ粉末
１６０ 亜鉛を含有する粉末
１７１ 第１熱処理炉
１７２ 第２熱処理炉
１７３ 連結路
１８０ 真空ポンプ
１８１ 第１容器
１８２ 第２容器
２０ 改質相
２２ 空隙
１００ ロータリーキルン炉
１１０ 攪拌ドラム
１２０ 材料格納部
１３０ 回転軸
１４０ 攪拌板
１５０ ＳｍＦｅＮ粉末
１６０ 亜鉛を含有する粉末
１７１ 第１熱処理炉
１７２ 第２熱処理炉
１７３ 連結路
１８０ 真空ポンプ
１８１ 第１容器
１８２ 第２容器
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】