ネオジム・鉄・ホウ素 Nd-Fe-B（ネオジム-鉄-ボロン）は、最も代表的な希土類永久磁石材料です。主な成分はネオジム（Nd）、鉄（Fe）、ホウ素（B）で、希土類元素は約25～35%、鉄は約65～75%、ホウ素は約1%を占めています。NdFeBは現在、世界で最も高い磁気エネルギー積を有する永久磁石材料であり、「現代永久磁石の王様」として知られています。これは、NdFeB材料が最小の体積で同等の磁束を実現できることも意味します。
応用分野: 永久磁石モーター、医療機器、風力発電、新エネルギー車など
製造プロセスに応じて、NdFeB 磁石は焼結型、結合型、ホットプレス型に分類されますが、その中で焼結 NdFeB が最も広く使用されています。
製造プロセスの概要
焼結NdFeB永久磁石は、基本的に粉末冶金法によって製造されます。
主なプロセス フローは次のとおりです。
原料混合→溶解・ストリップ鋳造→水素分解→ ジェットミリング → 配向成形 → 焼結・熱処理 → 機械加工 → 表面処理 → 磁化
詳細なプロセスの説明
原材料の前処理と混合
バッチ処理の前に、原材料から破片、酸化物、ほこりを取り除き、不純物を最小限に抑える必要があります。
要求される磁石特性に応じて、Nd、Fe、Bおよび微量添加物（Dy、Tb、Co、Alなど）の比率が正確に計算されます。
溶解/ストリップ鋳造
溶解は真空誘導炉で約 1460℃不活性ガスの保護下で原材料を溶かして合金にします。
次に、溶融合金は高速回転する銅製冷却ロール上に鋳造され、薄く均一な厚さの急冷ストリップ（ストリップキャストリボン）が形成されます。
この急速凝固により、α-Fe の形成が防止され、均一な合金組成と高い結晶配向が保証されます。
主要管理ポイント
- Fe や Nd などの高融点材料の完全な溶融を保証します。
- 正確な合金組成（揮発および酸化損失を回避）。
- 合金の均一性が高い。
- 介在物やガス汚染を避けてください。
水素デクレピテーション（HD）
希土類化合物の水素吸収特性を利用して、ストリップキャストリボンを水素環境に置きます。
水素はNdに富む相に沿って浸透し、膨張と亀裂を引き起こし、合金を粗い粉末に砕きます。
これは、水素デクレピテーション炉で行われる。 700～800℃酸化を防ぎ、安全性を確保するために厳格な管理を行っています。
コントロールポイント
- 水素漏れ防止
- 水素吸収前の真空レベル
- 水素吸収時間
- 脱水素化の温度と期間
- 冷却および排出温度
ジェットミル
HDから得られた粗粉末は、ジェットミルでさらに粉砕されます。高圧ガス（窒素など）によって粒子は超音速まで加速され、粒子同士の衝突によって粒子径は3～4μmにまで微細化されます。このプロセスは不活性雰囲気下で行われ、酸素含有量は50ppm未満に維持されます。
の利点 ジェットミリング
- 自己衝突ミリング→汚染なし
- 低発熱、低内部応力
- 不活性ガス保護→酸化を防ぐ
- 素晴らしい 粒子サイズ 分布
焼結と熱処理
焼結は真空炉で行われる。 1000～1100℃圧縮粉末を緻密化し、Nd₂Fe₁₄B主相を形成します。粒成長を抑制しながら、粒子の結合を促進し、気孔を除去するには、正確な加熱曲線と保持時間が必要です。
焼結の3つの重要な要素
- 真空レベル
- 焼結温度
- 保持時間
重要な考慮事項
- 炉室の温度均一性
- 温度安定性
- 温度測定の遅れ
熱処理
焼結後、通常は 2 段階の焼き戻しプロセスが使用されます。
- ステージ1: 約900℃±50℃
- ステージ2：480～560℃
焼き戻しにより粒界構造が最適化され、内部応力が解放され、保磁力と熱安定性が大幅に向上します。
機械加工
焼結ブロックは指定された寸法に機械加工（切断、研削、穴あけなど）されます。
NdFeB は硬くて脆いため、特殊な機械 (ワイヤー切断機、表面研削機) が必要です。
割れや欠けを防ぐために冷却を制御する必要があります。
一般的な処理方法は次のとおりです。
- 研削
- スライス
- ワイヤー放電加工
- 穴あけと皿穴加工
- 面取り
- 電気めっきプロセス
磁化とパッケージング
磁化は、磁化装置を使用して強い磁場（多くの場合、飽和磁化を超える）を適用することで行われ、磁石に必要な極パターンを与えます。
梱包では磁気干渉、振動、破損を防ぐ必要があります。
強力な磁石は特別に隔離する必要があるため、通常は海上輸送または陸上輸送が好まれます。
技術革新とトレンド
粒界拡散 (GBD)
粒界拡散は、高性能 NdFeB 磁石を製造するための重要な技術です。
による コーティング 磁石表面に重希土類元素含有化合物（Dy/Tb）を塗布し、真空下で熱処理すると、重希土類元素原子が粒界に沿って拡散し、Nd₂Fe₁₄B粒子の周囲にシェル層を形成します。
利点：
- 保磁力は 8～11 kOe
- 温度安定性が大幅に向上
- 残留磁化はわずかに減少する
- 希土類元素の使用量を削減 30–70% （0.05～4 wt%）
- 材料コストの低減
一般的な GBD 方法:
- 表面コーティング
- マグネトロンスパッタリング
- 蒸着拡散
熱間変形技術
異方性 NdFeB 磁石の高度な製造には以下が含まれます。
ホットプレス（550～750℃、50～300MPa）
急冷粉末を真空ホットプレスしてプリフォームを作ります。
熱間変形（600～750℃、20～100MPa）
50～80%の変形を実現し、高度に配向した微細構造と優れた磁気性能を実現します。
開発動向
業界は、希少かつ高価な重希土類元素（Dy、Tb）への依存を減らすことに重点を置いた、資源節約およびコスト削減技術へと移行しています。
アプローチには次のものが含まれます。
- 粒界拡散によるDy/Tb使用量の削減
- 豊富なCe/Laによる部分置換
- Moなどの元素を使用して粒界を最適化する
例えば、「モリブデンボックス技術」は、Moを豊富に含むナノ拡散層を作り出し、Tbベースの方法よりもはるかに低コストで保磁力と耐熱性を向上させます。
これらのイノベーションにより、NdFeB 材料は高性能、低コスト、環境に優しい製造へと推進され、戦略的な重希土類資源への圧力が軽減されます。
アプリケーションの見通し
NdFeB永久磁石市場の可能性は広大です。
需要は、従来の電子機器や産業用モーターから、次のような戦略的な新興分野へと拡大し続けています。
- 新エネルギー車
- ヒューマノイドロボット
- 低高度飛行
性能と信頼性の要件が高まるにつれて、高性能、高一貫性、高付加価値の NdFeB 磁石が市場の成長を支配し、材料と処理技術のさらなる革新を推進するでしょう。
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— 投稿者 エミリー・チェン