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成果報告書詳細
管理番号20170000000275
タイトル平成27年度ー平成28年度成果報告書 次世代自動車向け高効率モーター用磁性材料技術開発 新規高性能磁石材料の探索に関する検討 高Fe含有REーFeーC、N系磁石に関する検討
公開日2017/5/9
報告書年度2015 - 2016
委託先名国立研究開発法人産業技術総合研究所 株式会社村田製作所
プロジェクト番号P14015
部署名材料・ナノテクノロジー部
和文要約件名:平成27年度ー平成28年度成果報告書 次世代自動車向け高効率モーター用磁性材料技術開発 新規高性能磁石材料の探索に関する検討 「高Fe含有REーFeーC,N系磁石に関する検討」

資源リスクの低減を目指して、軽希土類元素の低減と有効利用を図るととともに高磁化を有する磁石開発を目的として、超急冷凝固プロセス、固相合成プロセス、化学的合成プロセス、超高圧プロセス、熱プラズマプロセス、水素化プロセスなど様々なプロセスによって、非平衡相であるFe含有量の多いRE-Fe-C,N合金粉末を合成し、高温でネオジム磁石を凌駕する可能性のある材料探索を行った。検討する基本的な組成として、軽希土類元素、鉄、ならびに炭素もしくは窒素からなる、RE-Fe-C,N合金を取り上げ、以下のテーマについて、調査研究を行った。[1]Re1Fe9-C,N異方性磁石粉末の開発 磁気異方性磁界が大きくかつ磁化が高いために高性能磁石として期待されているSm1Fe9Nの異方性粉末の合成を行った。すでに等方性のSm1Fe9N粉末の焼結体は作製することができ、その熱特性が従来ネオジム磁石より優れていることがわかっている。そこで、異方性粉末を開発することができれば、従来ネオジム磁石を凌駕することができることが予想できる。しかし、Sm1Fe9NはTbCu7亜結晶型の準安定相であり、現時点では超急冷凝固プロセスしか形成できないため、等方性粉末しか作製できていない。そこで、本研究では、HDDR法による安定したSm1Fe9単相形成を目指すとともに、高度な微粉化技術の開発によってSm1Fe9-C,N相を単結晶粉末として取り出し、異方性粉末の開発を目指した。[2]Re1Fe13-C,N合金の磁気特性の調査 La1(Fe-Si)13-H合金は大きな磁気熱量特性を有する機能性磁性材料である。この材料の基本となるLa1(Fe-Si)13合金は、Si量の増加によってcubicからtetragonal(τ2相)に変化する。平衡状態ではFe1-xSixとした時にxが0.25以上でこのτ2相が現れる。磁石に不可欠な高い磁気異方性の発現にはtetoragonal のような異方的な格子対称が必要であるが、一般的にSi量が増加することにより磁化が減少する。したがって、磁化と異方性の両方を向上させるためには、低Si領域においてτ2相を得ることが必要である。そこで、超高加圧により低Si量(x<0.2)で高磁化なτ2相を出現できる可能性を調べた。[3]Fe系合金への元素添加とC,N化による磁気特性の調査 Slater-Pauling 曲線の頂上に位置されるFe-Co合金は、最も高い磁化を有する合金として知られている。これまで多くの磁石の研究がFe-Co合金を磁石化することを試みているが、結果的にNd2(Fe-Co)14Bのように大量の軽希土類元素との組み合わせになっている。そこで本研究では、希土類元素を少なくすることによる磁気特性への影響を調べた。特に、Re-Fe系ナノコンポジット磁石の可能性について検討した。
英文要約Title : Development of magnetic material technology for high-efficiency motors/ Research for new high performance permanent magnets/ Research for Fe rich RE-Fe-C,N permanent magnet (FY2015-FY2016)

High performance permanent magnetic materials require high coercivity and high remanence. The remanence depends on saturated magnetic flux density. Then, magnetic materials with high saturated magnetic flux density have the potential for a high performance permanent magnet. In general, content of iron in alloys affects the saturated flux density, and the latter increases with increasing the former. This research shows that intermetallic compounds with high content of iron or alloys with it have a high performance as a permanent magnet or not, and that the materials have the higher performance than Nd2Fe14B at high temperature or not. The following three themes were researched. 1. The magnetic powder with TbCu7 structure is known for preparing by a rapid quench process. Because the powder consists of fine crystals and has isotropic, it is difficult to produce anisotropic permanent magnet. If the crystal size becomes larger, anisotropic powder can be prepared by pulverizing the isotropic powder. However, the rapid quench process is difficult to control the cooling speed. Then, the crystal size scarcely grows. On the other hand, the powder with TbCu7 structure can be also prepared by HDDR process. Then, it was researched that the RE1Fe9 intermetallic compound by the process. In some conditions of the HDDR process, the RE1Fe9 phase was partially appeared. Additionally, doping some elements stabilized the crystal structure of the RE1Fe9. 2. RE1Fe13 system has large amount of Fe, and high saturated magnetic flux density is expected. However, this system is unstable without Si. Then, the magnetic flux is not large, but the crystal structure is cubic. The structure of the material with larger amount of Si transforms into tetragonal t2 phase. If the t2 phase can be stabilized in less amount of Si, it is expected that the material has high saturated magnetic flux density with relatively large anisotropy magnetic moment. In order to prepare t2 phase with less amount of Si, ultrahigh-pressure technique was used. Consequently under the ultrahigh-pressure at high temperature, t2 phase was appeared in less amount of Si than that under normal atmospheric pressure. 3. Rapid-quenched Fe rich Nd-Fe-B magnets are well-known as the exchange-coupled material. As a start material, Re-Fe system by rapidly quenching process was analyzed. By heat treatment, it was discovered that the alloy has high coercivity.
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