物質・材料研究機構 元素戦略磁性材料研究拠点の宝野和博フェローのグループは、ハイブリッド自動車の駆動モータとして使われているネオジム磁石よりも少ないレアアース濃度で、同等以上の優れた磁気特性を持つ、新規磁石化合物 NdFe12Nx の合成に成功した。
 
物質・材料研究機構、レアアース量の少ない新規磁石化合物の合成に成功
Nd2Fe14Bと新規磁性化合物NdFe12Nxの(a) 異方性磁界と(b) 飽和磁化の温度依存性

ハイブリッド自動車用モーターには、ジスプロシウムを8%程度含むネオジム磁石が使用されているが、ジスプロシウムやネオジムなどのレアアースは、原料の地政学的リスクが高い。ネオジム磁石は1982年に佐川眞人氏により発明された最強の磁石であり、ネオジム2:鉄14:ホウ素1という磁石化合物(Nd2Fe14B)を主成分とした磁石。Nd2Fe14B 化合物の高い異方性磁界と高い磁化のために、ネオジム磁石は優れた磁石になる。

新たに合成に成功した新規磁石化合物 NdFe12Nx は、この Nd2Fe14B 化合物のレアアース量よりも10%低い量で、同等以上の磁気特性を持つ。


NdFe11TiN は安定に合成できるが、磁性を持たない Ti が添加されているために、磁化は Nd2Fe14B より劣る。今回の研究では Ti を使わずに NdFe12Nx 化合物の比較的厚い膜の合成に成功し、その固有物性値を測定したところ、これまで最強の Nd2Fe14B を凌ぐ磁気特性、つまり、室温でより高い異方性磁界(約8テスラ)、より高い飽和磁化(5%の誤差で1.66テスラ)を持つことを発見した。

この化合物の磁気特性は高温で Nd2Fe14B を凌ぐことから、この化合物で磁石をつくることができれば、ハイブリッド自動車用磁石で大量に使われているジスプロシウムがなくても優れた磁石特性が得られると期待される。

また Nd2Fe14B では Nd の質量比が27%であるのに対し、NdFe12Nx では Nd の質量比が17%で済むために、レアアースの使用を大幅に削減でき、さらに高価なホウ素を必要としないために、資源的/価格的に有利な化合物と言える。

今後、NdFe12Nx を粉で大量に作る方法や、その粉を磁石の形に固めていくプロセスを開発していくという。