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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-09
(45)【発行日】2024-01-17
(54)【発明の名称】磁石製造
(51)【国際特許分類】
H01F 41/02 20060101AFI20240110BHJP
H01F 1/057 20060101ALI20240110BHJP
C21D 9/00 20060101ALI20240110BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20240110BHJP
【ＦＩ】
H01F41/02 G
H01F1/057 130
H01F1/057 160
H01F1/057 170
C21D9/00 S
C22C38/00 303D
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2022162707
(22)【出願日】2022-10-07
(62)【分割の表示】P 2020167313の分割
【原出願日】2016-07-01
(65)【公開番号】P2022191358
(43)【公開日】2022-12-27
【審査請求日】2022-11-04
(31)【優先権主張番号】1511553.8
(32)【優先日】2015-07-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】305031567
【氏名又は名称】ザ ユニバーシティ オブ バーミンガム
(74)【代理人】
【識別番号】100075557
【弁理士】
【氏名又は名称】西教 圭一郎
(72)【発明者】
【氏名】ハリス，アイヴァー レックス
(72)【発明者】
【氏名】ウォルトン，アラン
(72)【発明者】
【氏名】ブルックス，オリバー ピーター
【審査官】秋山 直人
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０２６７９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２１６８０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１４３５１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－００７２７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１０４７１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１５２１１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５２７２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００３２１４７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】YU YUN-PING; LIU YING; LI JUN; ET AL，DESORPTION-RECOMBINATION BEHAVIOR OF AS-DISPROPORTIONATED NDFECOB COMPACTS BY REACTIVE DEFORMATION，RARE METALS，2015年01月08日，VOL:34, NR:2，PAGE(S):89 - 94，http://dx.doi.org/10.1007/s12598-014-0429-6
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ４１／０２
Ｈ０１Ｆ １／０５７
Ｃ２１Ｄ ９／００
Ｃ２２Ｃ ３８／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ばらばらになって粉末になることなく希土類磁石を製造するための方法であって、高温に予め加熱された希土類合金を水素ガスに曝して、該合金の解砕なしで水素化および不均化を行う工程と、
不均化された合金を機械的に加工する工程と、
加工された合金を脱気して、該合金の水素脱離と再結合とを行う工程とを含み、
前記希土類合金は、ＮｄＦｅＢ、Ｓｍ ２ Ｆｅ １７、およびＳｒＦｅ１２Ｏ１９から選択され、
前記希土類合金は、鋳造インゴット、固体焼結磁石またはストリップキャスト薄片であることを特徴とする方法。
【請求項2】
前記高温は、少なくとも４００℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記高温は、少なくとも６００℃であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記高温は、少なくとも６５０℃であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記高温は、約９１５℃であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記希土類合金は、真空下で高温に予め加熱されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記希土類合金は、不活性雰囲気下で高温に予め加熱されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
前記希土類合金は、ＮｄＦｅＢであることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
前記水素ガスの圧力は、１ｍｂａｒ～２０ｂａｒであることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項10】
前記合金は、３０分間～４８時間の期間にわたって水素ガスに曝されることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項11】
前記希土類合金は、該合金を水素ガスに曝す工程の間、拘束されることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
前記希土類合金は、鋳型、チューブ、スリーブ、またはリングから選択される拘束要素内に拘束されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
溶融した希土類合金を、水素ガスに曝す前に、鋳型に鋳込み、該合金を凝固させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項14】
鋳造合金は、該合金を水素ガスに曝す工程の間、鋳型内に残っていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記高温は、１０００℃以下であることを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項16】
不均化された合金を機械的に加工することは、該不均化された合金を、プレス、圧延、圧縮、成形、および／または押出することを含むことを特徴とする請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項17】
不均化された合金を機械的に加工することは、該合金をシートに形成することを含むことを特徴とする請求項１～１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項18】
加工された不均化合金は、１００ｍＢａｒ以下の圧力で脱気されることを特徴とする請求項１～１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項19】
加工された不均化合金は、６００～７００℃の温度で脱気されることを特徴とする請求項１～１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項20】
不均化合金を少なくとも９００℃で少なくとも６時間にわたって水素ガスに曝すことによって、不均化された合金を均質化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１～１９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁石を製造するための方法に関する。特に、本発明は、希土類磁石を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
希土類磁石、特にＮｄＦｅＢタイプの永久磁石（ネオジム鉄ホウ素磁石）は、従来の磁石より高い飽和保磁力（減磁抵抗）で知られている。このような磁石は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、電気およびハイブリッド自動車（ＥＨＶ）および風力タービン発電機（ＷＴＧ）における電気モータ（ＥＭ）など、広範囲の電気部品に適用されている。
【0003】
十分に緻密な、または焼結されたＮｄＦｅＢ磁石は、典型的には、ＮｄＦｅＢタイプの合金を鋳造して、または使用済みの電子装置から回収された焼結ＮｄＦｅＢ磁石を再利用することによって、複合粉体加工経路を介して製造される。たとえば、十分に確立された水素粉砕（ＨＤ）処理において、鋳造ＮｄＦｅＢ合金、または回収されたＮｄＦｅＢ磁石は、バルク材料を脆い粉末に焙焼するために、水素ガス（典型的には、室温、および１～１０ｂａｒ）と反応させられる。鋳造合金と回収された磁石とは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂマトリックス相およびＮｄリッチ境界層からなる。Ｎｄリッチ境界相は、最初に水素と反応し、発熱反応でＮｄＨ２．７を形成する。この発熱反応は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂマトリックス相を水素と反応させ、Ｎｄ２Ｆｅ１４ＢＨｘ（ｘ≒３）の侵入型水素化物溶液を形成させるために十分である。この水素化物形成は、結晶構造および脆性構造破壊の差分体積膨張（～５％）をもたらし、脆い粉末を形成する。
【0004】
脆化粉末は、（水素化物成分の存在が原因で）空気感受性であり、空気中で水分と反応し、酸素含有量の望ましくない増加と、（たとえば、Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄ（ＯＨ）３）とを形成する三重点において）希土類酸化物および水酸化物の形成とをもたらす。脆化焙焼粉末の、その後の処理および取扱いは、したがって、不活性雰囲気中で実施されなければならない。また、限られた供給であるので高価であるジスプロシウム（Ｄｙ）などの添加物の使用が、製造されたＮｄＦｅＢ磁石において高い保磁力を得るために必要とされる。
【0005】
必要であれば、脆化粉末は、たとえばジェットミリングなどによってさらに微粉末に変えることが可能である。粉砕後、粉末化材料の粒子を整列させ、異方性をもたらすために磁場が加えられる。続いて、材料は、磁石を製造するために約１０００℃で押圧および焼結される。回収された希土類磁材料の場合、十分な密度まで焼結するために不可欠である一定量の純粋な金属希土類リッチ相をもたらすために、ＮｄＨ２などの少量の配合剤を添加する必要があり得る。
【0006】
焼結された希土類磁石は脆く、したがって成形するのが極めて困難である。特定の用途（たとえば、自動車分野の高速モータなど）では、絶縁シート間とともに層内に配置可能である薄いシート状の希土類磁石を製造することが望ましく、これによって渦電流損失を減少させることによって磁石の性能が高まる。現在、そのような薄い磁石を製造する唯一の方法は、固体の焼結ブロックからシートを切り出すことである。しかし、この加工は、非常に時間がかかり、廃棄物として失われる大量の磁石材料をもたらす。
【0007】
実際には、脆い希土類磁石を成形する際の困難性を克服する試みにおいて、磁石材料のナノ結晶粒からなる溶融紡糸リボン粒子は、多くの場合、結合剤と混合され、ある範囲のボンド磁石をもたらす。しかし、これらの結合剤は、非強磁性であるので、磁石の強度を弱める。この影響は、異方性ＨＤＤＲ系粉末を採用することによって低減することができる。
【0008】
ＨＤＤＲ（水素化、不均化、脱離、および再結合）は、ＮｄＦｅＢなどの粉末状合金における粒子の微調整および整列を達成するために使用される周知の方法である。ＨＤＤＲの主な目的は、粗い粒状構造を、微粉末であり、異方性ポリマーボンド磁石の製造に使用するための高保磁力粉末に変換することである。この加工は、典型的には、Ｈ２内においてＮｄＦｅＢ粉末を高温（一般的には、約７５０～９００℃）まで加熱し、続いて高温のままで、注意深く制御された条件下においてＨ２を脱着することを含む。水素化および不均化段階の間において、Ｎｄリッチ粒界材料は、最初にＨ２と反応し、水素化物を形成し、その後、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂのマトリックス粒界は、一般的な反応に従って、ＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂ、およびα－Ｆｅの均質混合物を形成するために、不均化される。
【化1】
【0009】
その後圧力が低下したとき（たとえば、真空適用によって）、水素は、不均化材料から脱離され、３つの構成要素は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの粒子をもたらすために再結合されるが、粒子サイズは非常に小さくなる。粒子サイズは、典型的には出発材料における約５～５００ミクロンから、ＨＤＤＲ材料における約３００ｎｍまで減少し、この減少は、磁石の保磁力の実質的な改善をもたらす。
【発明の概要】
【0010】
本発明は、従来技術の少なくとも１つの課題を克服または改善するために、または有用な代替物を提供するために、希土類磁石の改良された製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
本発明は、希土類磁石の製造のための改良された方法を提供すること、または先行技術の方法の問題の少なくとも１つを克服または改善すること、または有用な代替物を提供することを目的とする。
【0012】
本発明の第１の態様に従えば、希土類磁石の製造のための方法が提供され、この方法は、希土類合金を高温で水素ガスに曝して希土類合金の水素化および不均化を行う工程と、
不均化された合金を機械的に加工する工程と、および
加工された合金を脱気して、該合金の水素脱離と再結合とを行う工程とを含む。
不均化された合金を機械的に加工する工程と、および
加工された合金を脱気して、該合金の水素脱離と再結合とを行う工程とを含む。
【0013】
驚くべきことに、不均化されたＮｄＦｅＢ合金は、同じ材料の水素解砕によって生成された粉末と比較すると改善された延性を有することがわかった。理論に縛られることなく、不均化されたＮｄＦｅＢの改善された延性は、不均化された材料中に大量に存在する遊離鉄成分に関連している可能性があると考えられる。改善された延性に起因する利点は、合金をより容易に機械的に加工して、破砕することなく成形することができることである。本発明は、中間の不均化された状態における材料の機械加工と、水素化－不均化－脱水素－再結合（ＨＤＤＲ）プロセスを組み合わせることによって、その中間の不均化された状態における材料の改善された延性を活用するものである。したがって、本発明は、希土類磁石の製造と成形を容易にし、特に、薄い磁気シートの製造に適用可能である方法を提供する。
【0014】
いくつかの実施形態では、希土類合金は、ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣｏ５、Ｓｍ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７、およびＳｒＦｅ１２Ｏ１９から選択される。当業者に知られているように、Ｓｍ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７の遷移金属成分は、典型的にはコバルトが豊富であるだけでなく、鉄、銅および／または亜鉛などの他の金属も含まれている。
【0015】
いくつかの実施形態では、希土類合金はＮｄＦｅＢである。
【0016】
希土類合金は、純粋な水素ガスに曝されてもよく、またはたとえば水素ガスと、窒素もしくはアルゴンなどの１種以上の不活性ガスとの混合物に曝されてもよい。「不活性」とは、ガスが、使用条件下において、希土類磁石と非反応であると理解される。いくつかの実施形態では、希土類合金は、８０％以下の水素、５０％以下の水素、または３０％以下の水素を含む雰囲気に曝される。いくつかの実施形態では、希土類合金は、少なくとも１０％の水素、少なくとも４０％の水素、少なくとも７０％の水素、または少なくとも９０の水素を含む雰囲気に曝される。非爆発性ガス混合物の使用は、加工装置を単純化し、ガスの取り扱いをより安全にする。
【0017】
いくつかの実施形態では、水素ガスの圧力（または、ガス混合物が使用される場合は分圧）は、１ｍｂａｒ～２０ｂａｒ、０．１ｂａｒ～１０ｂａｒ、０．５ｂａｒ～５ｂａｒ、または１ｂａｒ～３ｂａｒである。いくつかの実施形態では、水素ガスの圧力（または、ガス混合物が使用される場合は分圧）は、約１ｂａｒである。広い温度範囲にわたって、ＮｄＨ２の平衡圧力は非常に低く、したがって、不均化反応は、広範囲の圧力および温度にわたって達成され得る。水素の圧力が高いほど、不均化反応が速くなる。
【0018】
いくつかの実施形態では、水素ガス（または使用される場合にはガス混合物）は、１０～２０ｍｂａｒ／ｍｉｎの速度で導入される。
【0019】
希土類合金は、合金の不均化を行う必要がある時間の間水素ガスに曝される。不均化を行うのに必要な時間は、合金のバッチサイズ、水素ガスの圧力、およびその方法が行われる温度を含む各因子に依存することが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、合金は、３０分～４８時間、１時間～２４時間、１時間～１２時間、１時間～５時間、または２時間～４時間水素ガスに曝される。
【0020】
本発明の方法に従って水素に希土類合金を曝すことによって、水素化および不均化がもたらされる。当業者に知られているように、「不均化」は、合金の化合物とは異なる少なくとも２つの成分に分離するが、それらは、その同じ要素から合金として形成される反応である。
【0021】
たとえば、前記希土類合金が、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂマトリックス相およびＮｄリッチ相境界を有するＮｄＦｅＢである実施形態において、不均化合金は、水素化ネオジウム（ＮｄＨ２）、フェロボロン（Ｆｅ２Ｂ）および主に鉄（α－Ｆｅ）の成分を含む。不均化材料は、発明者らによって、遊離鉄（α‐Ｆｅ）成分に起因すると考えられる大幅に改善された延性を有することが発見された。延性が改善されると、合金を外的破砕を行わずに、より容易に機械加工することが可能となる。
【0022】
不均化された構成成分の形成は、不均化された材料について走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による研究を行うことによって観察可能である。
【0023】
不均化は、完全であっても部分的であってもよい。不均化が完了すると、当初の合金化合物は全く存在しない。すなわち、不均化された成分だけが存在することになる。不均化が部分的である場合、少なくとも２つの不均化成分に加えて、当初の合金化合物が存在することになる。実質的に不完全な不均化は、脆性マトリックス相の存在につながるので、延性を低下させることになる。
【0024】
いくつかの実施形態では、希土類合金は、完全な不均化を実行するために水素ガスに曝される。
【0025】
このプロセスで使用される希土類合金は、バルク固体（たとえば鋳造インゴット、固体焼結磁石、溶融紡糸またはストリップキャスト薄片）であってもよく、または粉末（たとえば溶融紡糸リボンの破壊から生じる粉末、水素解砕された粉末または再生磁石粉末）。いくつかの実施形態では、希土類合金はバルク固体である。
【0026】
粉末状希土類材料は、通常空気に敏感であり、典型的には不活性囲気中で取り扱う必要があるので、バルク固体合金の使用が好ましい。水素が高温で合金に導入されるならば、試料の完全性が維持され、外部破壊を回避可能である。
【0027】
したがって、本発明の特定の実施形態の利点は、非粉末経路を介して整列された磁石が製造される点である。したがって、従来の製造経路のいくつかと比較して、本発明のいくつかの実施形態では、得られる磁石の酸素含有量を比較的低いレベルに保ちながら、（たとえば、不活性ガス雰囲気下において）たとえば空気感受性粉末の注意深い取り扱いの必要性を回避している。
【0028】
いくつかの実施形態では、この方法は、合金を水素ガスに曝す前に、溶融希土類合金を鋳型内に鋳込み、合金を凝固させることをさらに含む。合金は、合金を水素に曝す前に鋳型から取り除かれてもよく、または水素化および不均化工程の間、鋳型内に残っていてもよい。
【0029】
驚くべきことに、発明者らは、バルク固体希土類合金材料は、物理的に拘束されている時（たとえば、金属パイプ内で）、広範囲の条件にわたって、水素ガスに曝されている間、たとえば合金がばらばらになって粉末になることなく、水素化が起こることを発見した。
【0030】
したがって、いくつかの実施形態では、希土類合金は、合金を水素ガスに曝されて水素化および不均化を行う工程中、拘束されている。
【0031】
「拘束」とは、希土類合金が、少なくとも部分的に拘束要素内に閉じ込められていることと理解されるであろう。いくつかの実施形態では、希土類合金は、拘束要素内で密封される。拘束要素は、鋳型、チューブ、スリーブ、またはリングであってもよいが、しかしそれらに限定されるわけではない。拘束要素は、部分的にまたは全体的に、銅またはステンレス鋼などの金属で形成されてもよい。
【0032】
いくつかの実施形態では、拘束要素は、延性材料で形成される。本明細書で使用される「延性材料」は、周囲条件（すなわち、標準的な温度および圧力）下で塑性変形することができる金属または合金である。適当な延性材料の例は銅である。延性材料内に合金を拘束すると、その後の変形プロセスが容易になり、結果的に拘束要素を形成する材料からなる薄いコーティングを有する完成した磁石が得られる。これは、機械的安定性および腐食安定性の双方を提供する。
【0033】
この方法は、希土類合金を水素に曝す前に拘束要素内に配置することをさらに含んでもよい。
【0034】
いくつかの実施形態では、この方法は、希土類合金を高温で水素ガスに暴露することを含み、希土類合金は鋳型内で拘束される。
【0035】
いくつかの実施形態では、この方法は、溶融希土類合金を鋳型内に鋳込み、該合金を固化し、かかる鋳造合金を鋳型内に残したままで、該鋳造合金を水素ガスに曝すことを含む。
【0036】
このような実施形態では、鋳造合金を、鋳造工程の直後に、鋳造物がまだ熱いうちに水素ガスに曝してもよい。こうすることは、鋳造合金を、水素化および不均化を達成するのに十分な高温に加熱するために必要なエネルギーを節約する。
【0037】
さらに、本発明者らは驚くべきことに、拘束された希土類合金は、拘束されていない合金の水素化および不均化を行うのに必要な温度と比較して、より低い温度で水素化および不均化を受けることを見出した。理論に束縛されることなく、拘束されたサンプルの性質に起因する局所的温度上昇と、水素化および不均化反応の発熱性とによって、通常の反応論的議論から推定されるものよりもずっと低い反応温度が可能になると思われる。したがって、本発明のいくつかの実施形態におけるさらなる利点は、水素化および不均化が、先行技術のＨＤＤＲ方法よりも低い温度で実施してもよいことである。
【0038】
希土類合金が水素に曝される高温は、合金の水素化および不均化を達成するのに十分でなければならないことが理解されよう。
【0039】
希土類合金が拘束される実施形態においては、高温は、少なくとも４００℃、少なくとも４５０℃、少なくとも５００℃、または少なくとも５５０℃である。
【0040】
いくつかの実施形態では、高温は、少なくとも６００℃、少なくとも６５０℃、少なくとも７００℃、少なくとも７５０℃、または少なくとも８００℃である。
【0041】
いくつかの実施形態では、希土類合金は、１０００℃以下、９００℃以下、または８００℃以下の高温で水素ガスに曝される。
【0042】
いくつかの実施形態では、希土類合金は、拘束され、高温は、７００℃以下、６００℃以下、または５００℃以下である。
【0043】
使用される正確な温度は、また、たとえば、合金のバッチサイズおよび／または合金の組成などの、多くの要因に依存することが理解されよう。より大きなバッチの合金では、発熱水素化および不均化反応がより大きくなり、したがって、より低い温度が不均化反応を開始するために使用され得ることが予想される。
【0044】
いくつかの実施形態では、この方法は、不均化合金を均質化する工程をさらに含む。均質化はＨ２下で行われる。いくつかの実施形態では、均質化は、少なくとも８００℃、または少なくとも９００℃の温度で、たとえば約９５０℃で実施される。均質化は、少なくとも２時間、少なくとも４時間、少なくとも６時間、少なくとも８時間、少なくとも１０時間、または少なくとも１２時間行うことができる。いくつかの実施形態では、均質化は、１～１２時間、２～８時間、または３～５時間実施される。
【0045】
いくつかの実施形態では、希土類合金を約９５０℃で１ｂａｒの水素ガスに暴露して不均化を行い、次いで不均化された材料を約９５０℃で約６時間均質化する。
【0046】
均質化は、たとえば、化学量論組成でキャビテーションを減少させることによって、再結合された合金材料の微細構造を最適化するのに役立ち得る。均質化工程を含むことは、希土類合金出発材料が鋳造合金である場合に、特に有利である。高い保磁力を有する非常に細かい粒子を生成するために多相合金を再結合する際のキャビテーションの程度を最小にするためには、非常に近い化学量論（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）組成ＮｄＨ２を採用することが必要である、またはＮｄＣｕ４Ａｌ４を後で添加してもよい。このことは、完全に均質化された状態においては、顆粒内Ｎｄリッチ相は非常に限られているか、または存在しないことを意味している。しかしながら、合金は包晶反応によって形成されるので、鋳放し条件下では、有意量の遊離鉄が、Ｎｄリッチ組成の対応する領域と共に存在することになる。このことは、溶融紡糸および／もしくはストリップ鋳造合金のような急速鋳造合金、または少量の二ホウ化物添加物を含む鋳造合金の場合には当てはまらない。ブックキャスト合金の場合、均質化処理は、非均質な遊離ＦｅおよびＮｄリッチ領域を低減または排除するのに役立ち得る。化学量論的組成物の使用は、また、永久磁石成分の割合を最大にし、キャビテーションを排除する。
【0047】
代替的に、キャビテーションは、再結合プロセス中に合金に機械的な力を加えることによって減少させてもよい。
【0048】
いくつかの実施形態では、この方法は、
溶融した希土類合金を鋳型に鋳込み、希土類合金を固化させて、鋳造合金を提供する工程と、
鋳造合金が鋳型内で拘束されている間、鋳造合金を、合金の水素化と不均化を行うように、少なくとも４００℃の温度で水素ガスに曝させる工程と；
不均化された合金を機械的に加工する工程と、
加工された合金の水素脱離と再結合をもたらすように加工された合金を脱気する工程とを含む。
溶融した希土類合金を鋳型に鋳込み、希土類合金を固化させて、鋳造合金を提供する工程と、
鋳造合金が鋳型内で拘束されている間、鋳造合金を、合金の水素化と不均化を行うように、少なくとも４００℃の温度で水素ガスに曝させる工程と；
不均化された合金を機械的に加工する工程と、
加工された合金の水素脱離と再結合をもたらすように加工された合金を脱気する工程とを含む。
【0049】
この方法は、拘束要素（たとえば鋳型）から再結合された合金を抜出す工程をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、拘束要素からの抜出しは、脱気の前または後に行えばよい。
【0050】
いくつかの実施形態では、機械的に不均化合金を加工する工程は、不均化合金のプレス、圧延、圧縮、成形、および／または押出を含む。これらの加工は、合金が熱い間に、または合金が冷めている時に行うことができる。いくつかの実施形態では、不均化合金は、鋳型（たとえば、合金を鋳造した鋳型）内でホットプレスされる。不均化は、粉末の冷間圧縮もより容易にしてくれる。
【0051】
いくつかの実施形態では、機械的に不均化合金を加工する工程は、合金をシートに成形することを含む。いくつかの実施形態において、シートは、２ｃｍ以下、１ｃｍ以下、０．５ｃｍ以下、または０．１ｃｍ以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、シートは、少なくとも０．０１ｍｍ、少なくとも０．０５ｍｍ、少なくとも０．１ｍｍまたは少なくとも０．５ｍｍの厚さを有する。
【0052】
この方法はさらに、（パンチング、スタンピングまたは切断によって）希土類合金シートから個別の各ピースを形成して、各磁石を提供する工程を含む。シートから個別のピースを形成する工程は、脱気の前または後に実施することができる。
【0053】
不均化鋳造合金の機械的加工は、粒子の好ましい結晶方位を生じさせ、異方性磁石を形成するために役立つことが可能である材料組織を生じさせることが可能である。これとは対照的に、非不均化した材料は、脆いので、機械的加工をすることができない。
【0054】
この方法の脱気する工程中には、加工された不均化材料中の不均化成分の少なくとも１つから水素が脱着されて、これらの成分が再結合して元の合金化合物を再形成することが理解されるであろう。たとえば、合金がＮｄＦｅＢである実施形態では、不均化材料は、ＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂおよびα－Ｆｅを含み、水素脱離後に再結合してＮｄＦｅＢを与える。不均化粉末はよりコンパクトであり、従って再結合の前に完全に高密度の成形体を形成するために冷間鍛造することができる。
【0055】
脱気手順を注意深く制御することにより、再結合中の粒子の整列を助け、したがって残留磁気（磁力）および／または（ＢＨ）ｍａｘを有する異方性磁石を製造することができる。
【0056】
いくつかの実施形態では、加工された合金は１０００℃以下、９００℃以下、８００℃以下、７００℃以下、６５０℃以下、６００℃以下、５５０℃以下、５００℃以下、または４５０℃以下の温度で脱気される。いくつかの実施形態では、加工された不均化合金は、少なくとも２５℃、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、または４００℃の温度で脱気される。いくつかの実施形態では、加工された不均化材料は、２００～９００℃、３００～８００℃、３５０～８５０℃、または４００～８００℃の温度で脱気される。いくつかの実施形態では、脱気は６００～７００℃、たとえば約６５０℃の温度で行われる。
【0057】
いくつかの実施形態では、加工された不均化合金は、真空を適用して脱気される。いくつかの実施形態で加工された合金は、少なくとも６ｍｂａｒ、少なくとも１０ｍｂａｒ、または少なくとも５０ｍｂａｒの圧力で脱気される。いくつかの実施形態では、加工された合金は１ｂａｒ以下、０．５ｂａｒ以下、または１００ｂａｒ以下の圧力で脱気される。
【0058】
いくつかの実施形態において、減圧速度は、１ｂａｒ／ｍｉｎ以下、０．５ｂａｒ／ｍｉｎ以下、０．１ｂａｒ／ｍｉｎ以下、または０．０５ｂａｒ／ｍｉｎ以下である。いくつかの実施形態では、圧力低下の速度は、少なくとも０．１ｍｂａｒ／ｍｉｎ、少なくとも０．５ｍｂａｒ／ｍｉｎ、または少なくとも１ｍｂａｒ／ｍｉｎである。
【0059】
いくつかの実施形態において、加工された合金は、３０分間～４８時間、１時間～２４時間、１時間～１２時間、１時間～５時間、１時間～４時間、または２時間～４時間の期間にわたって脱気される。
【0060】
再結合された合金は、元の合金の粒子と比べて減少したサイズの粒子を含んでいてもよい。不均化前に、希土類合金は、１（最小）～５００μｍ（最大）、２～１００μｍ、または５～５０μｍの範囲の粒子サイズを有してもよい。再結合された合金（すなわち、脱気後）は、１μｍ未満、または５００ｎｍ未満、たとえば約３００ｎｍの最大粒子サイズを有してもよい。減少した粒子サイズは、より高い保磁力（消磁に対する抵抗）をもたらし、必要とされる高価なジスプロシウム（Ｄｙ）添加剤の量が減少することを意味する。
【0061】
いくつかの実施形態において、加工は、合金を冷却する工程をさらに含む。冷却は、脱気前および／または脱気中および／または脱気後に実施されてもよい。不均化後および脱気前に冷却を実施するいくつかの実施形態において、冷却は、水素の存在下で実施されてもよい。０．３～０．８ｂａｒ（たとえば、約０．５ｂａｒ）の範囲の水素圧が使用されてもよい。このことは、材料を不均衡状態に維持するのに役立つ。
【0062】
十分に緻密な焼結磁石を製造するための従来法と比較して、本発明の方法は、製造方法に含まれる工程数を減少させる。また、このことは、生産コストを削減する。
【0063】
本発明の第２の態様によれば、希土類合金を処理する方法が提供され、この方法は、拘束された希土類合金を、該合金の水素化および不均化を行うために、高温で水素ガスに曝す工程を含む。
【0064】
本発明の第１の態様に関連して上述した実施形態は、適宜、本発明の第２の態様に等しく適用することができることが理解されるであろう。
【0065】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、単なる例示として記載される。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】焼結ＮｄＦｅＢ磁石を製造するための従来の製造経路の概略フロー図を示す。
【図2】本発明の実施形態に係るＮｄＦｅＢ磁石を製造するための方法の概略フロー図を示す。
【図3】本発明の別の実施形態に係るＮｄＦｅＢ磁石を製造するための方法の概略フロー図を示す。
【図4】本発明のさらなる実施形態に係るＮｄＦｅＢ磁石を製造するための方法の概略フロー図を示す。
【図5】図５ａは、ＮｄＦｅＢタイプの合金を、従来の水素化および不均化条件下において水素ガスに曝した後、部分的に不均化した材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。図５ｂは、本発明の一実施形態に係る、水素化および不均化条件下において、拘束されたＮｄＦｅＢタイプの合金を水素ガスに曝した後、部分的に不均化された材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図7】不均化および圧縮後における、処理されたＮｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ５合金の領域の後方散乱ＳＥＭ画像である。
【図8】圧縮後における、処理されたＮｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５合金の領域の後方散乱ＳＥＭ画像であり、圧縮軸は、矢印で示される。
【図9】圧縮後における処理されたＮｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８合金の領域の後方散乱ＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【0067】
比較例１：従来の製造経路
図１は、十分に緻密な焼結ＮｄＦｅＢ磁石を製造する従来の製造方法の概略フロー図を示す。溶融したＮｄＦｅＢタイプの合金は、ブックモールディング、またはストリップキャスティングなどの標準的な鋳造手順を用いて鋳造されてもよい。ブックモールディングでは、溶融合金は、適切な鋳型に注ぎ、インゴットを形成するために冷却される。遊離鉄（α－Ｆｅ）は、鋳型の表面に形成され、インゴット加工の容易性が低下し得る。合金の熱処理は、２４時間までの期間にわたって、したがって遊離の鉄を除去するために必要であってもよい。また、ストリップキャスティングにおいて、溶融したＮｄＦｅＢタイプの合金は、冷却された銅ホイールに注がれ、ＮｄＦｅＢ型合金は、フレークに凝固する。ストリップキャスティングは、遊離鉄の形成を抑制する。なぜなら、遊離鉄が形成される時間がないからである。
図１は、十分に緻密な焼結ＮｄＦｅＢ磁石を製造する従来の製造方法の概略フロー図を示す。溶融したＮｄＦｅＢタイプの合金は、ブックモールディング、またはストリップキャスティングなどの標準的な鋳造手順を用いて鋳造されてもよい。ブックモールディングでは、溶融合金は、適切な鋳型に注ぎ、インゴットを形成するために冷却される。遊離鉄（α－Ｆｅ）は、鋳型の表面に形成され、インゴット加工の容易性が低下し得る。合金の熱処理は、２４時間までの期間にわたって、したがって遊離の鉄を除去するために必要であってもよい。また、ストリップキャスティングにおいて、溶融したＮｄＦｅＢタイプの合金は、冷却された銅ホイールに注がれ、ＮｄＦｅＢ型合金は、フレークに凝固する。ストリップキャスティングは、遊離鉄の形成を抑制する。なぜなら、遊離鉄が形成される時間がないからである。
【0068】
鋳造されたＮｄＦｅＢタイプの合金は、脆い粉末への合金の脆化を行うために、続いて室温において水素ガスを用いて反応させる。脆化粉末は、空気感受性であるので、粉末は、貯蔵され、不活性雰囲気（たとえば、アルゴン）下に輸送され、不活性雰囲気中において、工程の全ての後続の段階を実施することが好ましい。脆い粉末は、続いて粉末粒子のサイズを減少させるためにジェットミルされる。
【0069】
粉砕粉末の粒子は、次いで磁場に整列し、未焼結成形体を提供するために実質的に押圧される。このようにして製造された成形体は、典型的には、完成した磁石の理論密度の約６９％の密度を有する。
【0070】
押圧された未焼結成形体は、続いて約１０００℃の温度で焼結される。焼結工程は、未焼結成形体の密度をさらに増加させ、十分に緻密なＮｄＦｅＢタイプの磁石を提供するために必要である。
【0071】
実施例２：ＨＤＤＲ方法を用いる製造経路
図２は、本発明の実施形態に係る十分に緻密なＮｄＦｅＢ磁石を製造するための製造経路の概略フロー図を示す。溶融したＮｄＦｅＢタイプの合金は、通常の鋳造方法を用いて、鋳型に鋳造され、凝固される。鋳造されたＮｄＦｅＢタイプの合金は、続いて、粗いブロックに切断され、ＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂ、および主にα－Ｆｅへの合金の水素化および不均化を行うために、６５０℃を超える温度において、純粋な水素ガス（１ｂａｒ）に曝される。
図２は、本発明の実施形態に係る十分に緻密なＮｄＦｅＢ磁石を製造するための製造経路の概略フロー図を示す。溶融したＮｄＦｅＢタイプの合金は、通常の鋳造方法を用いて、鋳型に鋳造され、凝固される。鋳造されたＮｄＦｅＢタイプの合金は、続いて、粗いブロックに切断され、ＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂ、および主にα－Ｆｅへの合金の水素化および不均化を行うために、６５０℃を超える温度において、純粋な水素ガス（１ｂａｒ）に曝される。
【0072】
不均化材料は、材料の微細構造を最適化するために、３～５時間などの１２時間まで、～９５０℃において水素ガス（１ｂａｒ）下で均質化される。材料は、未焼結成形体を形成するために、ホットプレスまたは冷間圧縮することによって、続いて機械的に加工される。この方法で製造された成形体は、典型的には最終的な磁石の理論的密度の約９４％の密度を有する。
【0073】
別の実施形態において、不均化材料は、薄いシートに押出成形されるか、または熱間圧延された後、薄いシートが打ち抜かれ、最終的に個々の磁石を形成する別個の材料片を提供することができる。
【0074】
ホットプレスの後、加工された不均化材料は、ＮｄＦｅＢタイプの合金の、水素脱着および再結合を行うために、約６５０℃の温度において、真空下で脱気される。得られた磁石は、続いてモータなどの装置内に配置することができる。
【0075】
図３および図４について、本発明の実施形態に係る方法は、再利用された磁粉、溶融紡糸もしくはストリップキャストリボンもしくはフレーク、固体焼結磁石、または鋳造インゴットの水素粉砕（ＨＤ）によって得られた粉末を用いて同様に適用可能である。鋳造合金と同様に、これらの材料は、６５０℃を超える温度において水素に曝すことによって最初に不均化された。必要に応じて、不均化材料は、均質化された（図４）。不均化材料は、続いて成形されるコンパクトを製造するために、たとえば、ホットプレスまたはコールドプレスによって続いて圧縮される。成形された材料は、次いで約６５０℃で真空下において脱気される。
【0076】
これらの方法は、空気感受性粉末を製造する必要なしに、十分に緻密に配列された希土類磁石の製造をもたらす。本発明に係る方法は、加工工程と材料損失との数が顕著に減少することによる希土類磁石の製造を可能にする。中間不均化材料の増大した延性は、所望の合金の成形を可能にする。
【0077】
実施例３：不均化試験
不均化構成要素の形成は、不均化材料におけるＳＥＭ試験を実施することによって観察可能である。図５ａは、８８０℃で水素ガスにＮｄＦｅＢタイプの合金を曝した後、すなわち従来の水素化および不均化条件下において、部分的に不均化された材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。灰色領域は、ＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂ、およびα－Ｆｅの非常に微細な混合物が形成された領域である。
不均化構成要素の形成は、不均化材料におけるＳＥＭ試験を実施することによって観察可能である。図５ａは、８８０℃で水素ガスにＮｄＦｅＢタイプの合金を曝した後、すなわち従来の水素化および不均化条件下において、部分的に不均化された材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。灰色領域は、ＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂ、およびα－Ｆｅの非常に微細な混合物が形成された領域である。
【0078】
図５ｂは、拘束されたＮｄＦｅＢタイプの合金を水素ガスに曝した後、部分的に不均化された材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。ＮｄＦｅＢ試料は、６時間にわたって４００℃で水素ガス（１ｂａｒ）に曝された銅スリーブ内に配置された。ＳＥＭ画像における灰色領域の存在は、元の結晶粒界における不均化反応の開始が、通常の運動係数から予期されるものよりも非常に低い温度で起こることを示す。これは、ＮｄＦｅＢタイプの合金の拘束された性質と水素化および不均化反応の付随する発熱性とによる温度の局所的上昇の結果であるかもしれない。
【0079】
実施例４：延性試験
ＮｄＦｅＢの水素化および不均化から得られる固体バルク不均化材料の延性は、不均化材料を押圧することによって得られる未焼結成形体の密度を測定することによって評価された。
ＮｄＦｅＢの水素化および不均化から得られる固体バルク不均化材料の延性は、不均化材料を押圧することによって得られる未焼結成形体の密度を測定することによって評価された。
【0080】
粉末状のＮｄＦｅＢは、８７５℃の温度で、１０ｍｂａｒ／分の速度で１２００ｍｂａｒまで水素に曝され、水素化および不均化を行うために１時間保持された。ＳＥＭは、不均化が完了し、ＮｄＦｅＢが成分ＮｄＨ２、Ｆｅ２Ｂ、およびα－Ｆｅに十分に変換されたことを測定するために使用された。
【0081】
未焼結成形体を形成するために、１０トンの一軸成形圧力が、不均化材料を含む１ｃｍ径ダイセットに加えられた。固体バルク不均化材料から形成された未焼結成形体は、６．９５ｇ／ｃｃの密度を有し、その形状を保持していることが見出された。製造された完成磁石の理論密度は、７．５ｇ／ｃｃであると計算された。したがって、固体バルク不均化材料は、約９４％密度まで圧縮された。
【0082】
これに対して、ＮｄＦｅＢの水素粉砕から得られた、脆く、砕けやすいＮｄ２Ｆｅ１４ＢＨ３粉末を押圧することによって、未焼結成形体が５．１３ｇ／ｃｃの密度を有することが見出された。したがって、脆く、砕けやすい粉末は、約６９％の密度まで圧縮された。
【0083】
さらなる実験において、固体鋳造ＮｄＦｅＢは、９８０ｍｂａｒ、８００℃まで１０ｍｂａｒ／分の速度で水素に曝され、固体水素化および不均化を行うために温度および圧力を２時間にわたって保持された。また、ＳＥＭは、不均化が、完了したことを決定するために使用され、密度は、６．８７ｇ／ｃｃであると測定された。
【0084】
２０トンの一軸成形圧力は、固体不均化材料を含む２ｃｍ径のダイセットに加えられた。固体不均化材料から形成された成形体は、７．２６ｇ／ｃｃの密度と、０．４１ｃｍから０．１３ｃｍまで高さが変化することが見出された。したがって、固体不均化材料は、約９７％の密度まで圧縮された。
【0085】
脆化材料に比べて、非常に高い不均化材料の密度と、固体不均化材料の高さの大きな変化とは、不均化材料が、顕著に改良された延性を有することを示す。
【0086】
実施例５：不均化試験
本試験において、鋳込材料成分Ｎｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５およびＮｄ１５Ｆｅ７８Ｂ７が採用された。材料は、放電加工を用いて、～９．５ｍｍの直径および～５ｍｍの高さの円柱、または～５×５×５ｍｍの立方体に切断された。なぜなら、この技術は、不均化反応に影響を与えることができる酸化の機会を制限するからである。
本試験において、鋳込材料成分Ｎｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５およびＮｄ１５Ｆｅ７８Ｂ７が採用された。材料は、放電加工を用いて、～９．５ｍｍの直径および～５ｍｍの高さの円柱、または～５×５×５ｍｍの立方体に切断された。なぜなら、この技術は、不均化反応に影響を与えることができる酸化の機会を制限するからである。
【0087】
不均化技術
不均化を達成するために、試料は、９１５℃の真空下で加熱され、水素は、６時間までの期間にわたって変化する１２００ｍｂａｒの圧力に導入された。この技術は、低い温度で生じる水素不均化工程を回避するので、粉体よりも完全固体材料を製造し、圧縮、応力－ひずみ測定を実施することを可能にする。また、条件は、真空下において室温まで迅速に冷却し、続いてＨ２を除去するために３０分間保持して３５０℃まで加熱することによって、より反応性の高いＮｄＨ２．７成分の形成を回避するために調整された。１００％の不均化を達成するために十分な期間（約５時間）の後、材料は、次いで不均化状態を維持するために水素中（１２００ｍｂａｒ）で冷却された。
不均化を達成するために、試料は、９１５℃の真空下で加熱され、水素は、６時間までの期間にわたって変化する１２００ｍｂａｒの圧力に導入された。この技術は、低い温度で生じる水素不均化工程を回避するので、粉体よりも完全固体材料を製造し、圧縮、応力－ひずみ測定を実施することを可能にする。また、条件は、真空下において室温まで迅速に冷却し、続いてＨ２を除去するために３０分間保持して３５０℃まで加熱することによって、より反応性の高いＮｄＨ２．７成分の形成を回避するために調整された。１００％の不均化を達成するために十分な期間（約５時間）の後、材料は、次いで不均化状態を維持するために水素中（１２００ｍｂａｒ）で冷却された。
【0088】
圧縮試験
不均化から得られる機械的挙動における任意の急激な変化があったかどうかを評価するために、処理試料および未処理試料の両方は、２０トンまでの負荷が可能なＡｔｌａｓＴ２５プレスを用いて１０ｍｍ径ｓｐｅｃａｃ製ダイセット中で圧縮された。
不均化から得られる機械的挙動における任意の急激な変化があったかどうかを評価するために、処理試料および未処理試料の両方は、２０トンまでの負荷が可能なＡｔｌａｓＴ２５プレスを用いて１０ｍｍ径ｓｐｅｃａｃ製ダイセット中で圧縮された。
【0089】
顕微鏡
Ｊｏｅｌ６０６０およびＪｏｅｌ７０００走査型電子顕微鏡は、機械的挙動を微細構造における任意の変化に関連させる試みにおいて、変化前後で不均化材料の構造を調べるために、２０ｋＶの加速電圧を用いて後方散乱モードで採用された。
Ｊｏｅｌ６０６０およびＪｏｅｌ７０００走査型電子顕微鏡は、機械的挙動を微細構造における任意の変化に関連させる試みにおいて、変化前後で不均化材料の構造を調べるために、２０ｋＶの加速電圧を用いて後方散乱モードで採用された。
【0090】
磁気測定
１．５Ｔまで可能である、レイクショア振動試料型磁力計（ＶＳＭ）は、圧縮前後の材料の磁気特性を測定するために使用された。
１．５Ｔまで可能である、レイクショア振動試料型磁力計（ＶＳＭ）は、圧縮前後の材料の磁気特性を測定するために使用された。
【0091】
結果および考察
最初の試験は、合金Ｎｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５に実施され、この合金の試験片は、初期状態と、上述の方法による固体水素不均化処理後との両方において迅速圧縮試験にさらされた。試料は、１５９１５トン／ｍ２の最大荷重までダイセット内で圧縮された。このことは、より詳細な応力／歪み測定の前に、機械的挙動における水素処理の任意の影響を評価する迅速な手段を提供する。
最初の試験は、合金Ｎｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５に実施され、この合金の試験片は、初期状態と、上述の方法による固体水素不均化処理後との両方において迅速圧縮試験にさらされた。試料は、１５９１５トン／ｍ２の最大荷重までダイセット内で圧縮された。このことは、より詳細な応力／歪み測定の前に、機械的挙動における水素処理の任意の影響を評価する迅速な手段を提供する。
【0092】
ＳＥＭの結果
出発材料Ｎｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５のＳＥＭ分析は、材料中の３つの相、すなわちいくつかの大きく暗い領域、いくつかの明るい点、および大きな灰色の領域を明らかにした。合金の組成は、化学量論のものと似ていたので、２／１４／１相（大きな灰色領域）領域が包晶反応によって形成され、次いで遊離Ｆｅの一部のデンドライトが共に見られた（暗い領域）。ＮｄＦｅ４Ｂ４の不可視相も、材料中に存在し得る。
出発材料Ｎｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５のＳＥＭ分析は、材料中の３つの相、すなわちいくつかの大きく暗い領域、いくつかの明るい点、および大きな灰色の領域を明らかにした。合金の組成は、化学量論のものと似ていたので、２／１４／１相（大きな灰色領域）領域が包晶反応によって形成され、次いで遊離Ｆｅの一部のデンドライトが共に見られた（暗い領域）。ＮｄＦｅ４Ｂ４の不可視相も、材料中に存在し得る。
【0093】
Ｎｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８出発材料のＳＥＭ分析は、Ｎｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５出発材料とは異なり、材料が、Ｆｅデンドライトの暗い領域を有さないことを明らかにした。明るくＮｄが豊富ないくつかの大きな領域と、２／１４／１相の大きな領域とが観察された。Ｆｅデンドライトを除去することは、再結合材料の磁気特性を大幅に向上させる。
【0094】
Ｎｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５材料の水素処理後、２／１４／１の大きな主相は、不均化構造に非常に微細に変換された。Ｆｅデンドライトの暗い領域が残った。なぜなら、それらは、水素と反応しないが、それらの周囲に粗い不均化構造を有するからである。Ｎｄが豊富な小さな明るい領域は、依然として処理後に残る。これと同様に、新しい相が現れ、ＮｄＦｅ４Ｂ４であることがＥＤＸによって確認された。これらの実験において採用された条件下において、この相と水素との反応の証拠は全く存在しなかった。
【0095】
同一の水素処理が、Ｎｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８材料に適用された。２／１４／１材料の大部分は、不均化相に変換され、Ｎｄが豊富な明るい領域は、依然として存在し、不均化マトリックスの形成後、より明確になったＮｄリッチ粒界に沿ってＮｄＦｅ４Ｂ４材料の相も存在した。
【0096】
初期圧縮試験
ＮｄＦｅＢ材料の円柱は、～９ｍｍの直径の寸法まで放電加工法によって切断され、４．１～５．４ｍｍの高さに変化する（図６ａ）。これらの試料は、続いて、空気中で、７トン（～１０９５ＭＰａ）の負荷まで２０ｍｍ径のダイセットに圧縮され、未処理試料の、大規模クラッキングと、不均化とをもたらす。不均化試料において、１．５％の高さの軽微な変化のみが観察され、直径の目立った変化は観察されなかった。
ＮｄＦｅＢ材料の円柱は、～９ｍｍの直径の寸法まで放電加工法によって切断され、４．１～５．４ｍｍの高さに変化する（図６ａ）。これらの試料は、続いて、空気中で、７トン（～１０９５ＭＰａ）の負荷まで２０ｍｍ径のダイセットに圧縮され、未処理試料の、大規模クラッキングと、不均化とをもたらす。不均化試料において、１．５％の高さの軽微な変化のみが観察され、直径の目立った変化は観察されなかった。
【0097】
次いで負荷は、２０トンの最大設定値まで増加した（～３１３０ＭＰａ）。処理された試料の場合、圧縮は、７０％までの高さの変化を経た材料の形状を劇的に変化させた。薄い成形体は、ほとんど粉末になることなく取り扱うことができ、圧縮試験後、粉末は残らなかった（図６ｂ）。これに対して、未処理試料は、割れ、ばらばらになった（図６ｃ）。
【0098】
これらの単純な試験は、非常に少ない延性を示す未処理材料を用いる水素処理後、機械的挙動における劇的な変化を強調する。この劇的な変化は、その後、より慎重に制御され、圧縮試験によって確認された。
【0099】
高秩序のＮｄＦｅ４Ｂ４が、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂと同様の脆い性質であると推測可能である。このことは、図７に示されるように、圧縮後、処理されたＮｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５の領域のさらなるＳＥＭ分析によって確認された。この微細構造の重要な特徴は、全てのクラッキングが、ＮｄＦｅ４Ｂ４としてＥＤＸ（エネルギー分散型Ａ線分析）によって特定された相に限定されるというものである。この試料の大きな延性は、したがって、完全に不均化混合物の挙動に帰し得る。
【0100】
圧縮試料のＳＥＭ分析は、不均化混合物が、鉄デンドライトとの界面において粗大化した場合、マイナー軸が圧縮方向に対して垂直であるように、鉄成分の延性を識別することが可能であった（図８）ということを明らかにした。このことは、不均化材料の延性の性質をさらに裏付けた。
【0101】
ｓ－ＨＤ材料の密度は、空気中で、続いてジエチルフタレート中で試料を秤量することによって決定された。未処理の鋳造材料は、密度７．５４８ｇｃｍ－３を示した。不均化後、材料の密度は、７．１５４ｇｃｍ－３であると測定され、一度２０トンで圧縮され、この値は、７．０６７ｇｃｍ－３であると測定された。化学量論的な不均化Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの最大可能密度は、７．１８ｇｃｍ－３である。この値と測定された値との間の相違は、ブックモールド材料中に存在するＦｅデンドライトおよびＮｄＦｅＢ４相が原因である。
【0102】
図９は、圧縮後の水素処理されたＮｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８材料を示す。多くの化学量論的材料のように、ＮｄＦｅ４Ｂ４材料は、破断し始めるが、不均化構造は、完全に無傷のままである。
【0103】
機械的試験
不均化された鋳造材料の円柱（～９ｍｍの直径および～５ｍｍの高さ）は、様々な試料の詳細な応力－歪み挙動を確かめるために圧縮された。図１０ａは、水素処理されたＮｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５鋳造材料についての曲線を示す。
不均化された鋳造材料の円柱（～９ｍｍの直径および～５ｍｍの高さ）は、様々な試料の詳細な応力－歪み挙動を確かめるために圧縮された。図１０ａは、水素処理されたＮｄ１２．２Ｆｅ８１．３Ｂ６．５鋳造材料についての曲線を示す。
【0104】
図１０ｂは、処理されたＮｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８および未処理のＮｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８についての応力－歪み曲線を示す。水素処理された材料および未反応材料についての見掛けの降伏点は、９８３ＭＰａ～４４６ＭＰａ、つまり本来の応力のほぼ５０％減に劇的に減少する。Ｎｅｏｍａｘ合金についての弾性域における顕著な減少も存在する。この点の後、応力緩和が依然として存在し、これは、厚さの約６７％の変化における応力の迅速な増加になる。図１０ｂの顕著な特徴は、約７５％の厚さの全体的な減少であり、このうち６５％までは、非常に低い応力レベルにおいて達成可能である。
【0105】
再結合方法
圧縮試験後、試料の一部は、１０℃／分の速度で、真空下で９００℃まで加熱することによって再結合され、次いで室温まで急速に冷却された。この処理は、粉体破損のない固体試料を製造し、これは、密度を７．２７８ｇｃｍ－３までわずかに上昇させることになった。これは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂへの転換に帰すると考えることができる。ＳＥＭによって示されるようなキャビテーションの形成は、全体の密度を低下させ、ＮｄＦｅ４Ｂ４相の広範囲のクラッキング生じるであろう。微細構造の別の区別的特徴は、部分的な均質化工程を示すＦｅデンドライトとの凹凸界面である。
圧縮試験後、試料の一部は、１０℃／分の速度で、真空下で９００℃まで加熱することによって再結合され、次いで室温まで急速に冷却された。この処理は、粉体破損のない固体試料を製造し、これは、密度を７．２７８ｇｃｍ－３までわずかに上昇させることになった。これは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂへの転換に帰すると考えることができる。ＳＥＭによって示されるようなキャビテーションの形成は、全体の密度を低下させ、ＮｄＦｅ４Ｂ４相の広範囲のクラッキング生じるであろう。微細構造の別の区別的特徴は、部分的な均質化工程を示すＦｅデンドライトとの凹凸界面である。
【0106】
磁気測定
図１１ａは、圧縮および再結合された、処理されたＮｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８試料について磁気ヒステリシスループを示す。ｚ方向は、圧縮の方向であり、これらの結果は、圧縮が、磁化容易軸を製造する材料の配向に影響を与えることを示唆する。
図１１ａは、圧縮および再結合された、処理されたＮｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８試料について磁気ヒステリシスループを示す。ｚ方向は、圧縮の方向であり、これらの結果は、圧縮が、磁化容易軸を製造する材料の配向に影響を与えることを示唆する。
【0107】
図１１ｂにおいて、再結合されたＮｄ１５Ｆｅ７７Ｂ８試料についての磁気ヒステリシスループを示す。この試料は、圧縮されず、磁気アライメントの兆候を示さない。代わりに、試料の保磁力が実際に減少することが分かる。
【0108】
結論
現在の研究は、通常非常に脆いＮｄＦｅＢ系合金が、固体不均化方法の適応によって延性形式に変換することができることを非常に明確に示した。本研究は、主にＦｅおよびＮｄＨ２の密接な混合物が、実質的な延性を示し、任意の脆性は、圧縮処理後、広範囲に粉砕されるＮｄＦｅ４Ｂ４の存在に由来することを示した。本条件下において、再結合材料で得られた予備的な磁気データは、圧縮によって材料に異方性を導入することが可能であることを示した。
したがって、本発明の方法の実施形態は、以下の利点の１つ以上を提供し得る。
・従来の成形技術によってもたらされるような材料損失なく、所望の形状（たとえば、薄いシート）で磁石を提供する能力。本発明は、不均化材料が、再結合前に不均化状態にある間に、プレス、圧延、押出、または希土類合金を形成する他の方法によって延性が増加するという驚くべき知見を使用する。変形は、特にｚ方向における粒子の配向をもたらし、磁気特性を向上させる。
・水素粉砕に基づく公知の方法とは対照的に空気感受性粉末の使用を回避した、十分に緻密で整列した希土類磁石を製造する方法の提供。
・公知の方法よりも少ない工程を含む、十分に緻密で整列した希土類磁石を製造する方法の提供。特に、拘束された合金を水素に曝すことが、水素化および不均化手段に必要な温度を減少させるという知見は、本発明の特定の実施形態が、エネルギー要求を低減させることを意味する。
現在の研究は、通常非常に脆いＮｄＦｅＢ系合金が、固体不均化方法の適応によって延性形式に変換することができることを非常に明確に示した。本研究は、主にＦｅおよびＮｄＨ２の密接な混合物が、実質的な延性を示し、任意の脆性は、圧縮処理後、広範囲に粉砕されるＮｄＦｅ４Ｂ４の存在に由来することを示した。本条件下において、再結合材料で得られた予備的な磁気データは、圧縮によって材料に異方性を導入することが可能であることを示した。
したがって、本発明の方法の実施形態は、以下の利点の１つ以上を提供し得る。
・従来の成形技術によってもたらされるような材料損失なく、所望の形状（たとえば、薄いシート）で磁石を提供する能力。本発明は、不均化材料が、再結合前に不均化状態にある間に、プレス、圧延、押出、または希土類合金を形成する他の方法によって延性が増加するという驚くべき知見を使用する。変形は、特にｚ方向における粒子の配向をもたらし、磁気特性を向上させる。
・水素粉砕に基づく公知の方法とは対照的に空気感受性粉末の使用を回避した、十分に緻密で整列した希土類磁石を製造する方法の提供。
・公知の方法よりも少ない工程を含む、十分に緻密で整列した希土類磁石を製造する方法の提供。特に、拘束された合金を水素に曝すことが、水素化および不均化手段に必要な温度を減少させるという知見は、本発明の特定の実施形態が、エネルギー要求を低減させることを意味する。
【0109】
本発明は、以下の実施形態が可能である。
（ａ）希土類合金を高温で水素ガスに曝して、該合金の水素化および不均化を行う工程と、
不均化された合金を機械的に加工する工程と、
加工された合金を脱気して、該合金の水素脱離と再結合とを行う工程とを含むことを特徴とする希土類磁石の製造のための方法。
（ｂ）前記希土類合金は、ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣｏ５、Ｓｍ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７、およびＳｒＦｅ１２Ｏ１９から選択されることを特徴とする方法。
（ｃ）前記希土類合金は、ＮｄＦｅＢであることを特徴とする方法。
（ｄ）前記水素ガスの圧力は、１ｍｂａｒ～２０ｂａｒであることを特徴とする方法。
（ｅ）前記合金は、３０分間～４８時間の期間にわたって水素ガスに曝されることを特徴とする方法。
（ｆ）前記希土類合金は、バルク固体であることを特徴とする方法。
（ｇ）前記希土類合金は、該合金を水素ガスに曝す工程の間、拘束されることを特徴とする方法。
（ｈ）前記希土類合金は、鋳型、チューブ、スリーブ、またはリングから選択される拘束要素内に拘束されることを特徴とする方法。
（ｉ）溶融した希土類合金を、水素ガスに曝す前に、鋳型に鋳込み、該合金を凝固させる工程をさらに含むことを特徴とする方法。
（ｊ）鋳造合金は、該合金を水素ガスに曝す工程の間、鋳型内に残っていることを特徴とする方法。
（ｋ）前記高温は、少なくとも４００℃であることを特徴とする方法。
（ｌ）前記高温は、少なくとも６００℃であることを特徴とする方法。
（ｍ）前記高温は、１０００℃以下であることを特徴とする方法。
（ｏ）不均化された合金を機械的に加工することは、該不均化された合金を、プレス、圧延、圧縮、成形、および／または押出することを含むことを特徴とする方法。
（ｐ）不均化された合金を機械的に加工することは、該合金をシートに形成することを含むことを特徴とする方法。
（ｑ）加工された不均化合金は、１００ｍＢａｒ以下の圧力で脱気されることを特徴とする方法。
（ｒ）加工された不均化合金は、６００～７００℃の温度で脱気されることを特徴とする方法。
（ｓ）不均化合金を少なくとも９００℃で少なくとも６時間にわたって水素ガスに曝すことによって、不均化された合金を均質化する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
（ｔ）拘束された希土類合金を高温で水素ガスに曝し、該合金の水素化および不均化を行うことを含むことを特徴とする希土類合金の処理方法。
（ａ）希土類合金を高温で水素ガスに曝して、該合金の水素化および不均化を行う工程と、
不均化された合金を機械的に加工する工程と、
加工された合金を脱気して、該合金の水素脱離と再結合とを行う工程とを含むことを特徴とする希土類磁石の製造のための方法。
（ｂ）前記希土類合金は、ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣｏ５、Ｓｍ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７、およびＳｒＦｅ１２Ｏ１９から選択されることを特徴とする方法。
（ｃ）前記希土類合金は、ＮｄＦｅＢであることを特徴とする方法。
（ｄ）前記水素ガスの圧力は、１ｍｂａｒ～２０ｂａｒであることを特徴とする方法。
（ｅ）前記合金は、３０分間～４８時間の期間にわたって水素ガスに曝されることを特徴とする方法。
（ｆ）前記希土類合金は、バルク固体であることを特徴とする方法。
（ｇ）前記希土類合金は、該合金を水素ガスに曝す工程の間、拘束されることを特徴とする方法。
（ｈ）前記希土類合金は、鋳型、チューブ、スリーブ、またはリングから選択される拘束要素内に拘束されることを特徴とする方法。
（ｉ）溶融した希土類合金を、水素ガスに曝す前に、鋳型に鋳込み、該合金を凝固させる工程をさらに含むことを特徴とする方法。
（ｊ）鋳造合金は、該合金を水素ガスに曝す工程の間、鋳型内に残っていることを特徴とする方法。
（ｋ）前記高温は、少なくとも４００℃であることを特徴とする方法。
（ｌ）前記高温は、少なくとも６００℃であることを特徴とする方法。
（ｍ）前記高温は、１０００℃以下であることを特徴とする方法。
（ｏ）不均化された合金を機械的に加工することは、該不均化された合金を、プレス、圧延、圧縮、成形、および／または押出することを含むことを特徴とする方法。
（ｐ）不均化された合金を機械的に加工することは、該合金をシートに形成することを含むことを特徴とする方法。
（ｑ）加工された不均化合金は、１００ｍＢａｒ以下の圧力で脱気されることを特徴とする方法。
（ｒ）加工された不均化合金は、６００～７００℃の温度で脱気されることを特徴とする方法。
（ｓ）不均化合金を少なくとも９００℃で少なくとも６時間にわたって水素ガスに曝すことによって、不均化された合金を均質化する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
（ｔ）拘束された希土類合金を高温で水素ガスに曝し、該合金の水素化および不均化を行うことを含むことを特徴とする希土類合金の処理方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
