Small angle neutron scattering study of interface nanostructure in sintered Nd-Fe-B magnets processed under high magnetic fields

高磁場処理をしたNd-Fe-B焼結磁石の界面ナノ構造の中性子小角散乱法を用いた研究

秋屋 貴博*; 加藤 宏朗*; 武田 全康  ; 鈴木 淳市; 山口 大輔; 小泉 智; 佐川 眞人*; 小山 佳一*

Akiya, Takahiro*; Kato, Hiroaki*; Takeda, Masayasu; Suzuki, Junichi; Yamaguchi, Daisuke; Koizumi, Satoshi; Sagawa, Masato*; Koyama, Keiichi*

Nd-Fe-B焼結磁石はハイブリッド自動車(HV)の駆動モータ用磁石材料として最も有望である。一般的に永久磁石の保磁力は温度の上昇とともに低下するが、HVに使う場合には、磁石周囲の温度が450K(180C)以上になることが考えられるため、できるだけ大きな保磁力を持つことが必要である。Nd-Fe-B焼結磁石では、大きな保磁力を持たせるために、Ndの一部をDyで置き換えることでこの問題に対処してきた。しかし、Dyは稀少金属であり、このままでは近い将来に資源が枯渇してしまう危険があり、将来にわたっての安定的な供給が確保されていない。われわれは、Nd-Fe-B焼結磁石で、NdをDyで置換しなくても、磁場中熱処理を行うことで保磁力が向上することを見いだした。そのメカニズムを明らかにするために、JAEAの研究用原子炉JRR-3に設置されている2台の中性子小角散乱装置、SANS-JとPNOを使って内部の磁気構造を非破壊的に調べた。Cuを添加していない試料とCuを添加した試料に対して同じ磁場中熱処理を施し、両者の小角散乱パターンを比較したところ、で明確な差が現れた。これは、磁場中熱処理時に液層となっていると考えられるCuを含む粒界層が保磁力の向上と強い相関を持つことを示唆している。

Sintered Nd-Fe-B magnets are the most promising materials for a driving motor of the hybrid electric vehicles(HV). In this application, a large value of coecivity is required because of the high operating temperature beyond 450 K. As a symptomatic treatment, Nd has been replaced partly by Dy to enhance . But the problem is an estimated short supply of Dy in the HV mass-production stage due to its low natural abundance. We have recently shown that of Nd-Fe-B magnets can be enhanced by applying a high magnetic field during the annealing. In order to elucidate the reason for the increase, we performed a small angle neutron scattering (SANS) study using SANS-J and PNO at JRR-3 of JAEA. We observed a marked deviation from the simple relation above for in the sample with Al and Cu additives. SANS results suggest that an existence of the Cu-containing liquid phases is strongly correlated with the enhancement by the high field annealing.