レアアースフリー磁石（レアアースフリーじしゃく）は、希土類元素を使用しない永久磁石である。既存のフェライト磁石やアルニコ磁石のほか、窒化鉄、鉄ニッケル規則合金、マンガン系合金などが、希土類磁石を代替する材料として研究されている。
概要 高性能なレアアースフリー磁石の開発では、安価なフェライト磁石と、最大エネルギー積の大きい希土類磁石との間を埋める材料が求められている。永久磁石の性能は、材料の組成だけでなく、結晶粒や粒界などの微細組織にも左右される。鉄を主成分とする材料は、資源の豊富さと大きな飽和磁化から、代替材料の候補として研究されている。
希土類元素を全く使用しない磁石と、ジスプロシウムなどの重希土類元素を使用しない重希土類フリー磁石は区別される。例えば、ジスプロシウムを使用しないネオジム磁石も、希土類元素であるネオジムを含む。サマリウム鉄窒素磁石も、重希土類を使用しない材料として開発されているが、軽希土類元素のサマリウムを含む希土類磁石である。
経緯 希土類磁石の開発以前から、希土類元素を使用しない永久磁石が利用されてきた。1930年には、東京工業大学の加藤与五郎と武井武によってフェライトが開発された。1950年代以降には、フィリップスによるバリウムフェライトの開発を経て、フェライト磁石が量産されるようになった。その後、1960年代にサマリウムコバルト磁石、1980年代にネオジム磁石が開発され、高性能な永久磁石として利用されるようになった。
希土類元素の供給不安や価格高騰は、希土類磁石を代替する材料やモーターの研究開発を促す要因となった。2011年の電気学会の解説では、希土類の産出の偏在、輸出規制、価格高騰を背景に、希土類磁石を使用しないモーターの開発が求められていると説明されている。
日本では、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が2024年に、重希土類フリー磁石およびレアアースフリー磁石の製造プロセスと、次世代磁石の特性に適したモーターの設計開発に着手した。
種類 フェライト磁石 酸化鉄を主成分とする酸化物磁石で、代表的な材料にバリウムフェライトとストロンチウムフェライトがある。安価で化学的に安定しており、家電機器や自動車などのモーターに使用されている。ただし、希土類磁石と比較して最大エネルギー積が小さく、駆動用モーターへの利用では、磁石の特性を補うモーター構造の研究が行われている。
フェライト磁石には、性能向上のために希土類元素のランタンとコバルトを添加する組成もある。例えば、TDKは1997年に、ストロンチウムフェライトにランタンとコバルトを添加した材料を開発した。一方、ランタンとコバルトを使用しないフェライト磁石も開発されている。
アルニコ磁石 鉄にアルミニウム、ニッケル、コバルトなどを加えた合金磁石である。温度に対する磁気特性の安定性に優れる一方、希土類磁石と比較して保磁力が小さいことが課題となる。保磁力は、非磁性の母相中に形成される鉄・コバルトに富む微細な棒状の相の形状に関係し、組成や熱処理による組織の制御が研究されている。
窒化鉄磁石 窒化鉄のうち、α″-Fe16N2は、大きな飽和磁化を持つ永久磁石材料の候補である。ただし、約200℃を超える温度での相の安定性が製造上の制約となり、磁気特性を得るためには窒素濃度、ひずみ、微細組織などの制御が必要となる。2016年には、鉄箔への窒素イオン注入によって作製した試料について、室温で最大20 MGOeの最大エネルギー積が報告された。
鉄ニッケル超格子磁石 鉄とニッケルが規則的に配列したL10型の合金で、天然ではテトラテーナイトとして隕石中に見いだされる。希土類元素を使用しない磁性材料として研究されている。
2017年には、デンソー、東北大学、筑波大学などの研究グループが、窒化と脱窒素を組み合わせたNITE法によって、単一相のL10-FeNi粉末を合成した。発表時点では、モーター用永久磁石への適用に向けて、粒子の配向、材料形状、成形法などの検討が課題とされていた。
マンガンビスマス磁石 マンガンとビスマスからなるMnBiを用いた磁石で、MnBiから製造された永久磁石にはビスマノールという名称がある。MnBiの低温相は、温度の上昇に伴って保磁力が増加する温度域を持つため、高温用途の永久磁石材料として研究されている。2018年の報告では、MnBiのボンド磁石について、室温で70 kJ/m3、400 Kで40 kJ/m3の最大エネルギー積が示されている。
マンガンアルミニウム系磁石 マンガンとアルミニウムからなるMnAl合金のうち、強磁性を示すτ相を利用する磁石である。τ相は準安定相であり、非磁性の相への変化を抑えながら形成・維持する必要がある。炭素を添加したMnAl-C合金では、τ相の安定性や加工性の改善が図られている。
性能の比較 永久磁石の性能は、残留磁束密度、保磁力、最大エネルギー積などによって評価される。下表は、特定の製品等級または研究試料について報告された最大エネルギー積の例である。材料一般の代表値や理論上限値を示すものではなく、製品と研究試料では組成や製造条件が異なる。MGOeからkJ/m3への換算値は、1 MGOeを約7.96 kJ/m3として丸めている。
+ 最大エネルギー積の報告例 磁石材料 製品・試料 最大エネルギー積（MGOe） 最大エネルギー積（kJ/m3） 出典・報告時期 フェライト Sr-8B 3.8 約30 2018年の総説に掲載された2016年の値 アルニコ 鋳造アルニコ9 10.5 約84 2018年の総説に掲載された市販材料の値 α″-Fe16N2 窒素イオン注入によって作製した箔試料（室温） 最大20 最大約159 2016年 MnBi ボンド磁石（室温） 8.9 70 2018年 τ-MnAl 炭素を添加していない粉末試料（室温） 3.1 約25 2018年 ネオジム磁石（比較用、希土類を含む） ジスプロシウムを含むNH42SH 40–42 約318–334 2018年の総説に掲載された2016年の値
関連する技術 高温超伝導体を用いて磁場を捕捉する磁石も研究されている。2014年には、ガドリニウム・バリウム・銅の酸化物系超伝導体（GdBCO）を用いた試料で、26 Kにおける17.6 Tの捕捉磁場が報告された。この値は冷却した超伝導体に保持された磁場の値であり、材料には希土類元素のガドリニウムが含まれる。
脚注
関連項目 永久磁石 希土類磁石 希土類元素 保磁力