過冷メルトからの希土類系磁石のニアネットシェイプキャスティング

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206081
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 栗林 一彦 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 教授 (70092195)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 広沢 哲 住友特殊金属株式会社, 開発本部, 主席研究員
• Keywords: Nd-Fe-B / 無容器プロセス / 過冷凝固 / 準安定相 / ニアネットシェイプキャスティング

Research Abstract

Nd-Fe-B磁石は、コンピュータや音響機器など、現在もっとも重要な材料の一つである。この磁石の優れた磁気特性は、高い飽和磁化と磁気異方性を有するNd_2Fe_<14>Bハード磁性相に起因する。Nd-Fe-B擬二元系状態図によるばNd_2Fe_<14>B相は初晶γ-Fe相と液相から包晶反応によって生成する。したがって、通常の溶解凝固法では、初晶γ-Fe相が変態したα-Fe相がソフト磁性相としてインゴット中に残存し、Nd-Fe-B磁石のハード磁気特性を低下させる問題がある。
近年この問題を解決するための新しい方法として無容器凝固を利用した研究がいくつか報告されている。そこではNd_2Fe_<14>B相が、包晶反応を経ずに過冷メルトから直接成長することが期待されている。本研究では、この方法を応用することによりNd-Fe-B合金の過冷融液からさまざまな形状の磁石に、直接成型するニアネットシェイプキャスティング技術の確立を目指している。
平成15年度はまず合金組成の選択と急冷に依って生じる相の選択挙動を明らかにすることを目的に、25mドロップチューブにより凝固挙動を調べた。その結果以下のことを明らかにした。
(1)直径1200mmの試料は、準安定相およびその固相分解反応によって生成するNd_2Fe_<14>B相とNdリッチ相の微細なラメラ組織から構成される。
(2)直径が800mm以下の試料は、準安定相とNdリッチ相の粒界から構成される。
(3)準安定相はNd_2Fe_<17>相とよく似た結晶構造とインゴットに近い組成を持つ。
(4)準安定相は820Kから1020Kの間でNd_2Fe_<14>B相に変態する。
上記の結果は、Nd_<11.8>Fe_<82.3>B_<5.9>の化学量論組成およびNd_<14>Fe_<79>B_7のNd、Bが過剰な組成の試料のいずれにおいても同様であるが、化学量論組成ではα-Fe相の生成および結晶粒の粗大化の抑制が困難なことが明らかとなった。次年度はNd、Bが過剰な組成の試料において準安定相の生成・分解挙動を明らかにし、α-Fe相の抑制と併せて結晶粒の微細化の方策を探る。

Research Products

• [Publications] M.Li, K.Kuribayashi: "Growth kinetics of highly undercooled Al2O3 melts"Journal of Applied Physics. 95. 2342-2347 (2004)
• [Publications] T.Aoyama, K.Kuribayashi: "Novel criterion for splitting of plate-like crystal growing in undercooled silicon melts"Acta materialia. 51. 2297-2303 (2003)
• [Publications] M.Li, K.Kuribayashi: "Further discussion on the free growth behavior in the solidification of undercooled eutectic melts"Metallurgical and Materials Transactions A. 34A. 1393-1396 (2003)
• [Publications] K.Nagashio, M.Li, K.Kuribayashi: "Containerless solidification and net shaping by splat quenching of undercooled Nd_2Fe_<14>B melts"Materials Transaction. 44. 853-860 (2003)
• [Publications] S.Ozawa, M.Li, S.Sugiyama, I.Jimbo, K.Kuribayashi: "Direct crystallization of the Nd_2Fe_<14>B peritectic phase by containerless solidification in a drop tube"Materials Transaction. 44. 806-810 (2003)
• [Publications] M.Li, K.Nagashio, K.Kuribayashi: "Nucleation behaviour and anomalous eutectic formation in highly undercooled Fe2O3-La2O3 eutectic melts"Philosophical Magazine. 83. 1095-1109 (2003)