JP2000114015A - ボンド磁石材料およびボンド磁石 - Google Patents

ボンド磁石材料およびボンド磁石

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JP2000114015A
JP2000114015A JP10277846A JP27784698A JP2000114015A JP 2000114015 A JP2000114015 A JP 2000114015A JP 10277846 A JP10277846 A JP 10277846A JP 27784698 A JP27784698 A JP 27784698A JP 2000114015 A JP2000114015 A JP 2000114015A
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Toshiya Sakamoto
敏也 坂本
Fumiyuki Kawashima
史行 川島
Takao Sawa
孝雄 沢
Katsutoshi Nakagawa
勝利 中川
Akihiko Tsudai
昭彦 津田井
Masashi Sahashi
政司 佐橋
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Toshiba Corp
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    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて熱的に安定なTbCu7 型結晶構造を
もち、高保磁力、高飽和磁化(高残留磁化)で、さらに
保磁力の温度安定性(温度変化に対する保磁力の変動)
を改善した磁石材料を提供する。 【解決手段】 一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w
vwxy …(I)、式中のR,M,TおよびA
は、それぞれR:Yを含む希土類元素から選ばれる少な
くとも1つの元素、M:Ti、Nbから選ばれる少なく
とも1つの元素、A:Si,Al,Ga,Geから選ば
れる少なくとも1つの元素、であり、u,v,w,x,
yは、それぞれ0.1≦u≦0.7、0≦v≦0.8、
0≦w≦0.1、5≦x≦12、.1≦y≦1.5、で
ある、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7 型結
晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmであることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は新規な磁石材料およ
びボンド磁石に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高性能永久磁石としてはSm−C
o磁石、Nd−Fe−B磁石などが知られており、VC
M、スピンドルモータなどの各種モータ、計測器、スピ
ーカーまた医療用MRI他、各種電気機器のキー部品と
して使用されている。
【0003】これらの磁石は、多量のFeまたはCoと
希土類元素が含まれている。Fe、Coは飽和磁束密度
の増大に寄与し、一方希土類元素は結晶場中の4f電子
の挙動に由来する非常に大きな磁気異方性をもたらすた
め、保磁力の増大に寄与し、良好な磁石特性を実現して
いる。
【0004】近年、電気機器の小型化、省エネ化の要求
が高まってきており、これら機器のキー部品材料である
永久磁石にも一層の最大磁気エネルギー積の改善が望ま
れている。
【0005】これに対し、様々な観点から新しい磁石材
料の検討が進められている。特にSmZrFeCoを基
本とするTh2 Ni17型結晶構造をもつ金属間化合物へ
のNあるいはCの導入はキュリー温度の上昇、磁気異方
性の改善などの効果を生じ、新規磁石材料として注目さ
れている。しかし、熱的安定性に課題があり、700℃
付近で希土類窒化物、あるいは炭化物とFeに分解して
しまうため、焼結磁石の実現は不可能であり、ボンド磁
石用として検討されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の通り、電気機
器、電子機器の小型化、高効率化に対しては、一層の高
保磁力、高飽和磁化(高残留磁化)をもつ磁石の出現が
望まれており、特に使用環境温度での高保磁力、高飽和
磁化(残留磁束密度)が要求されていた。これに対して
Nd−Fe−B磁石では保磁力の温度特性が悪く、使用
温度範囲が限られていた。またTbCu7相は通常、液
体急冷法あるいはメカニカルアロイングといったいわゆ
る非平衡相を創出する方法で得られたものを活用するに
とどまっていた。従って、N、Cなどの元素を格子間位
置に導入した場合、比較的優れた磁気特性は得られても
熱安定性が十分ではなかった。
【0007】本発明は、これらの点に鑑み鋭意研究を重
ねた結果、特定の元素を希土類元素に対して置換した場
合に極めて熱的に安定なTbCu7 相を見出し、特に好
ましくは一部にR3 (Fe,M)29相の析出により、高
保磁力で高い残留磁化をもち、さらに保磁力の温度特性
を改善した磁石材料、ボンド磁石を見出し、本発明の完
成に至った。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる磁石材料
は一般式、 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy …(I) 式中のR,M,TおよびAは、それぞれ R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1つの
元素、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1つの元素、 A:Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも1
つの元素、であり、u,v,w,x,yは、それぞれ 0.1≦u≦0.7、 0≦v≦0.8、 0≦w≦0.1、 5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5、 である、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7
結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmであること
を特徴とするものである。
【0009】本発明に係る別の磁石材料は、一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II ) 式中のR,M,T,AおよびXは、それぞれ R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種以
上、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1種以上、 A: Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも
1つの元素、 T:Ni,Cu,Sn,V,Ta,Cr,Mo,W,M
nから選ばれる少なくとも1つの元素、 X:C、N、O、B、S、Pから選ばれる少なくとも1
種以上、であり、u,v,w,x,y,zは、それぞれ 0.1≦u≦0.7、 0≦v≦0.8、 0≦w≦0.1、 5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5、 0<z≦3、 である、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7
結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmであること
を特徴とするものである。
【0010】前記一般式(I)(II)で表わされる本発
明の磁石材料において、CuKα線を用いたX線回折法
により測定したTbCu7 型結晶構造をもつ主相とFe
Coを主体とするbcc相との主回折線の回折強度をそ
れぞれI(TbCu 7 ) 、I(bcc) とした時、それら回折強
度比[I(bcc) /I(TbCu 7 ) ]が2以下であることが
好ましい。
【0011】本発明に係るボンド磁石は、一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy …(I) 式中のR,M,TおよびAは、それぞれ R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1つの
元素、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1つの元素、 A:Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも1
つの元素、であり、u,v,w,x,yは、それぞれ 0.1≦u≦0.7、 0≦v≦0.8、 0≦w≦0.1、 5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5、 である、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7
結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmである合金
とバインダからなることを特徴とするものである。
【0012】本発明に係る別のボンド磁石は、一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II ) 式中のR,M,T,AおよびXは、それぞれ R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種以
上、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1種以上、 A: Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも
1つの元素、 T:Ni,Cu,Sn,V,Ta,Cr,Mo,W,M
nから選ばれる少なくとも1つの元素、 X:C、N、O、B、S、Pから選ばれる少なくとも1
種以上、であり、u,v,w,x,y,zは、それぞれ 0.1≦u≦0.7、 0≦v≦0.8、 0≦w≦0.1、 5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5、 0<z≦3、 である、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7
結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmである合金
とバインダからなることを特徴とするものである。
【0013】本発明に係わるボンド磁石において、前記
一般式(I)、(II)で表わされる磁石合金はCuKα
線を用いたX線回折法により測定したTbCu7 型結晶
構造をもつ主相とFeCoを主体とするbcc相との主
回折線の回折強度をそれぞれI(TbCu 7 ) 、I(bcc) と
した時、それら回折強度比[I(bcc) /I(TbCu 7 )]
が2以下であることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る磁石材料およ
びボンド磁石を詳細に説明する。 (磁石材料1)この磁石材料は、一般式(R1-uu
(Fe1-v-w Covwxy …(I)で表わされ、
かつ主たる硬磁性相がTbCu7 型結晶構造で平均結晶
粒径が5〜200nmであることを特徴とするものであ
る。
【0015】前記一般式(I)のR,M,A,Tはそれ
ぞれ、R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも
1種以上、M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1種
以上、 A: Si,Al,Ga,Geから選ばれる少
なくとも1つの元素、T:Ni,Cu,Sn,V,T
a,Cr,Mo,W,Mnから選ばれる少なくとも1つ
の元素、u,v,w,x,yはそれぞれ、0.1≦u≦
0.7、0≦v≦0.8、0≦w≦0.1、5≦x≦1
2、0.1≦y≦1.5を示す。
【0016】ここで「主たる硬磁性相がTbCu7 型結
晶構造」とはCuKα線を用いたX線回折法により測定
したTbCu7 型結晶構造をもつ主相とTh2 Ni
17相、ThMn12相、Th2 Zn17相のそれぞれの特徴
ある回折線の主回折線に対する回折強度がその相単相に
おける回折強度比に比べ1/5以下であることを示す。
例えば、Th2 Zn17相であれば(024)面、Th2
Ni17相であれば(203)面の回折線である。
【0017】また、平均結晶粒径はX線回折から各回折
線の半値幅(あるいは半価幅)からシェラーの式を用い
て算出する、あるいはTEM観察を行い、観測された結
晶粒を平均して求めることができる。
【0018】次に前記一般式(I)の磁石材料を構成す
る各成分の働きおよび各成分の量を規定した理由につい
て詳細に説明する。 (1)R元素 R元素は磁石にとって必要な磁気異方性を発現する元素
であり、La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,
Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yが挙げ
られる。特に磁気異方性を考慮するとSmを50%以上
含有する希土類元素から選択されるが、高飽和磁化はP
r,Ndの一部置換が有効であり、保磁力の温度特性改
善にはDy,Tb,Er,Gdの一部置換が好ましい。 (2)M元素 M元素は、TbCu7 型結晶構造を実現するのに最も有
効な元素であり、Mで希土類元素の一部を置換すること
により、はじめて熱的に安定なTbCu7型結晶構造が
得られる。xは0.1から0.7の範囲であり、0.1
未満ではTh2Zn17型に変わるとともに飽和磁束密度
が小さくなる。一方、0.7を超えると磁気異方性が十
分でなくなり、磁石としての特性が低下する。好ましく
は0.15≦x≦0.6である。 (3)Co CoはFeとの置換によりキュリー温度の改善、磁気異
方性の改善を達成できるものであるが、その置換量yが
0.8を超えると飽和磁束密度が低下してしまう。従っ
て、飽和磁化と磁気異方性の2つの磁気特性との兼ね合
いで発明の範囲で設定できる。好ましくは0.75以下
であり、さらに好ましくは0.7以下である。
【0019】zは、(R1−xMx)(Fe1−yCo
y)の比であり、飽和磁束密度、磁気異方性などの全て
の磁石特性を左右する点で最も重要な値で、5〜12の
範囲にすることが重要である。zを5未満にすると飽和
磁束密度の高いボンド磁石材料を得ることが困難にな
る。一方zが12以上になるとFeCoの析出が多くな
り、磁石特性を阻害する要因になる。好ましい範囲は6
≦z≦11である。 (4)T元素 T元素はNi,Cu,Sn,V,Ta,Cr,Mo,
W,Mnから選ばれる少なくとも1つの元素であり、こ
れらの元素は保磁力の温度特性改善に有効である。その
範囲は0.1以下であり好ましくは0.08以下であ
る。
【0020】前記一般式(I)で表わされる磁石材料に
おいて、合金結晶粒は残留磁束密度、保磁力および最大
エネルギー積に大きな影響を与える。特に、ボンド磁石
においては合金結晶粒の微細化は保磁力を向上させる効
果を発揮する。前記磁石材料の平均粒径が200nmを
超えると保磁力を向上させることが困難になる。より好
ましい前記磁石材料の平均結晶粒径は5〜150nmで
あり、さらに好ましくは10〜100nmである。
【0021】前記一般式(I)で表わされる磁石材料に
おいて、CuKα線を用いたX線回折法により測定した
TbCu7 型結晶構造をもつ主相とFeCoを主体とす
るbcc相の主回折線の回折強度をそれぞれI(TbCu
7 ) 、I(bcc) とした時、それら回折強度比[I(bcc)
/I(TbCu 7 ) ]が2以下であることが好ましい。この
回折強度比が2を超えるとbcc相が本来持つ軟磁気特
性によって磁石特性が劣化する恐れがある。より好まし
い前記回折強度比は1以下である。
【0022】前記一般式(I)の磁石材料中には、酸化
物、窒化物、炭化物などの前記X元素に基づく化合物を
含有することを許容する。 (磁石材料2)この磁石材料は、一般式(R1-uu
(Fe1-v-w Covwxy…(II )で表
わされ主たる硬磁性相がTbCu7型結晶構造で、平均
結晶粒径が5〜200nmである。
【0023】前記一般式(II)の中のR,M,T,A,
XはそれぞれR:Yを含む希土類元素から選ばれる少な
くとも1種以上、M:Ti、Nbから選ばれる少なくと
も1種以上、 T:Ni,Cu,Sn,V,Ta,C
r,Mo,W,Mnから選ばれる少なくとも1つの元
素、A: Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なく
とも1つの元素、X:C、N、O、B、S、Pから選ば
れる少なくとも1種以上であり、u,v,w,x,y,
zはそれぞれ0.1≦u≦0.7、0≦v≦0.8、0
≦w≦0.1、5≦x≦12、0.1≦y≦1.5,0
<z≦3で表わされる。
【0024】ここで「主たる硬磁性相がTbCu7 型結
晶構造」とはCuKα線を用いたX線回折法により測定
したTbCu7 型結晶構造をもつ主相とTh2 Ni
17相、Th2 Zn17相のそれぞれの特徴ある回折線の主
回折線に対する回折強度がその相単相における回折強度
比に比べ1/5以下であることを示す。例えば、Th2
Zn17相であれば(024)面、Th2 Ni17相であれ
ば(203)面の回折線である。
【0025】また、平均結晶粒径はX線回折から各回折
線の半値幅(あるいは半価幅)からシェラーの式を用い
て算出する、あるいはTEM観察を行い、観測された結
晶粒を平均して求めることができる。
【0026】また、平均結晶粒径はX線回折法により測
定した各回折線の半値幅(または半価幅)からシェラー
の式を用いて算出した、またはTEM観察を行って観察
された結晶粒を平均する方法により求めることができ
る。
【0027】前記一般式(II)の磁石材料を構成する各
成分の働きおよび各成分の量を規定した理由について詳
細に説明する。ただし、R元素、M元素、Co、T元
素、A元素の作用およびそれらの元素量規定は前述した
磁石材料1と同様である。
【0028】X元素はC,N,O,B,SおよびPであ
り、これらのX元素は主としてTbCu7型結晶構造の
格子間位置に存在し、硬磁性相のキュリー温度および磁
気異方性を改善するのに有効な元素である。
【0029】X元素の量が3を超えると磁石がX元素過
剰になって分解を起こしやすくなる。より好ましいX元
素の量は0.2≦z≦2.5である。前記一般式(II)
で表わされる磁石材料において、前記磁石材料1で説明
したのと同様な理由により、前記磁石材料の平均結晶粒
径を200nm以下にすることが必要である。より好ま
しい磁石材料の平均結晶粒径は5〜150nm、さらに
好ましくは10〜100nmである。
【0030】前記一般式(II)で表わされる磁石材料に
おいて、CuKα線を用いたX線回折法により測定した
TbCu7 型結晶構造をもつ主相とFeCoを主体とす
るbcc相の主回折線の回折強度をそれぞれI(TbCu
7 ) 、I(bcc) とした時、それら回折強度比[I(bcc)
/I(TbCu 7 ) ]が2以下であることが好ましい。この
回折強度比が2を超えるとbcc相が本来持つ軟磁気特
性によって磁石特性が劣化する恐れがある。より好まし
い前記回折強度比は1以下である。
【0031】前記一般式(II)の磁石材料中には、酸化
物、窒化物、炭化物などの前記X元素に基づく化合物を
含有することを許容する。次に、本発明に係る磁石材料
の製造方法を説明する。
【0032】まず、所定の組成になるように、R、M、
Fe,Co、T,A、Xの各元素を調製し、高周波溶解
炉、あるいはアーク溶解炉で母合金を作製する。なお、
XとしてC、P,S、Bを選択した場合には、素材その
ものあるいはFeC,FeP、FeB、FeSなどの化
合物を用いて同時に溶解することができる。
【0033】得られた合金を、900℃から1150℃
の範囲で0.1〜100時間、不活性雰囲気中あるいは
真空中で熱処理したのち、急冷あるいは徐冷し、一般式
(I)、(II)で表わされるボンド磁石母合金を製造す
る。その冷却速度は特に限定しないが、好ましくは20
〜500℃/時間である。
【0034】得られた合金を再度溶解し、溶融状態の合
金を高速回転する冷却体上に射出する、すなわち液体急
冷法によりTbCu7 型結晶構造を得ることができる。
液体急冷法は単ロール法、双ロール法、アトマイズ法な
ど特に限定されないが、量産性を考慮すると単ロールが
もっとも好ましい。この場合、作製条件は特に限定しな
いが、特にボンド磁石用には10〜50m/sが好まし
い。ロール材質もCu基、Fe基合金のいずれでもよい
が、特に冷却能を考慮すると高硬度のCu基合金(例え
ばTiCu、CrCuなど)が好ましい。得られる試料
はフレーク状、あるいは薄帯状であるが、その板厚は5
〜100μmであり、好ましくは10〜80μm、さら
に好ましくは12〜60μmである。なお、量産を考慮
すると母合金を作製せず、調製した合金をノズル付きる
つぼで溶解し、そのまま急冷する方法でもよい。急冷状
態は出来るだけアモルファス化されているのが好ましい
が、一部結晶質が混在しても問題ない。
【0035】この場合結晶粒が微細になるため、特にボ
ンド磁石用として適している。また、本発明の合金には
少量のα―Fe(Co)を含むが、急冷すると主相中に
取り込まれるか、あるいは極めて微細な結晶粒径とな
り、ボンド磁石用として重要な特性を担う。α―Fe
(Co)の微細な結晶粒は急冷後の400〜900℃で
0.1〜10時間の熱処理によっても得ることができ
る。
【0036】本発明では急冷によりアモルファス化、あ
るいは一部結晶質混在状態の試料を作製し、その後の熱
処理でTbCu7 相が得られるが、この際高めの熱処理
温度に設定することにより、R3 (Fe,M)29相が混
在してもよい。特に温度特性の改善には有効である。
【0037】一方、粉砕した試料をガスを用いて窒化、
炭化などX元素を格子間位置に導入することにより、磁
気異方性の改善、キュリー温度の向上を達成できる。こ
の方法を詳細に述べると下記の通りである。
【0038】導入させるX元素を含むガス、例えば窒化
の場合は窒素、炭化の場合はメタンガスを0.001〜
100気圧の範囲の圧力下とし、200℃から1000
℃の範囲で0.1〜300時間行えばよい。また、キャ
リアーガスとしてアンモニアガスを用いて窒素ガス、メ
タンガスなどと混合したガスとして使用してもX元素の
導入を図ることができる。
【0039】また、この急冷した材料に水素の吸脱蔵を
行わせることにより、異方性ボンド磁石用材料に適した
試料にすることができる。これは、300〜1000℃
の範囲で0.1〜10時間水素加圧状態(0.1〜10
atm)で試料に水素を吸蔵させると希土類金属水素化
物と遷移金属合金に分解する。この際、水素ガスはこれ
単独でも、不活性ガスとの混合ガスでもよい。不活性ガ
スはHe,Arが好ましい。次に、減圧状態として30
0〜1000℃で1分から10時間熱処理を行うと、吸
蔵した水素を放出し、TbCu7 型を主とする結晶相と
FeCo相が生成される。X元素は予め合金中に入れた
状態で水素を吸蔵放出させてもよく、また水素吸蔵放出
後にガスを用いて導入してもよい。
【0040】次に、本発明に係るボンド磁石について説
明する。このボンド磁石は、一般式(R1-uu )(F
1-v-w Covwxy (I)で表わされ、かつ主
たる硬磁性相がTbCu7 型結晶構造で平均結晶粒径が
5〜200nmである合金とバインダーを含有する。
【0041】ここで、R,M,T, Aはそれぞれ、R:
Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種以上、
M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1種以上、T:
Ni,Cu,Sn,V,Ta,Cr,Mo,W,Mnか
ら選ばれる少なくとも1つの元素、 A: Si,A
l,Ga,Geから選ばれる少なくとも1つの元素であ
り、u,v,w,x,yはそれぞれ、0.1≦u≦0.
7、0≦v≦0.8、0≦w≦0.1、5≦x≦12、
0.1≦y≦1.5で表わされる。
【0042】本発明に係る別のボンド磁石は、一般式
(R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz
(II)で表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7 型結晶
構造で、平均結晶粒径が5〜200nmである合金とバ
インダーを含有する。
【0043】ここで、R,M,T,A,Xはそれぞれ
R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種以
上、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1種以
上、T:Ni,Cu,Sn,V,Ta,Cr,Mo,
W,Mnから選ばれる少なくとも1つの元素、A: S
i,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも1つの元
素、X:C、N、O、B、S、Pから選ばれる少なくと
も1種以上 である。また、u,v,w,x,y,zは
それぞれ0.1≦u≦0.7、0≦v≦0.8、0≦w
≦0.1、5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5, 0
<z≦3である。
【0044】前記一般式(I),(II)における各元素
の効果、限定理由は、前述したのと同じである。また、
前記一般式(I)(II)で表わされる磁石合金におい
て、CuKα線を用いたX線回折法により測定したTb
Cu7 型結晶構造をもつ主相とFeCoを主体とするb
cc相の主回折線の回折強度をそれぞれI(TbCu 7 ) 、
I(bcc)とした時、それら回折強度比[I(bcc) /I(Tb
Cu 7 ) ]が2以下であることが好ましい。この回折強
度比が2を超えるとbcc相が本来持つ軟磁気特性によ
って磁石特性が劣化する恐れがある。より好ましい前記
回折強度比は1以下である。
【0045】次に、ボンド磁石の製造方法を説明する。
前述した方法により得られたボンド磁石材料をハンマー
ミル、ジェットミルなどによって数μm〜数mmにまで
粉砕する。場合によっては、急冷材料を粗粉砕する程度
でもよく、例えば窒素を含むと格子が膨張することによ
り微粉化する。
【0046】本発明の合金粉末をバインダーと混合し、
圧縮成形、または射出成形することによりボンド磁石を
製造する。前記合金粉末としては粒径2.8μm以下の
微細な粉末の含有量が5vol.%以下、より好ましく
は2vol.%以下である。このような微粉末の除去に
は、例えば気流分散機を用いて分散する方法、または前
記合金粉末を溶媒中に分散させ、浮遊粒子を除去する方
法等を採用することができる。
【0047】前記バインダーは例えばエポキシ樹脂、ナ
イロンなどの合成樹脂を用いることができる。前記合成
樹脂エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いる場合に
は圧縮成形後に100〜200℃の温度でキュア処理す
ることが好ましい。前記合成樹脂としてナイロンのよう
な熱可塑性樹脂を用いる場合には、射出成形法を用いる
ことが望ましい。
【0048】以上説明した本発明に係わる磁石材料は
(R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy
(I)または一般式(R1-uu )(Fe1-v-w Cov
wxyz …(II )で表わされ、主たる硬磁性相
が極めて熱的に安定なTbCu7 型結晶構造を有し、か
つ平均結晶粒径が5〜200nmであるため、高保磁
力、高飽和磁化(高残留磁化)で、さらに保磁力の温度
依存性を改善することができる。
【0049】すなわち、一般式(R1-uu )(Fe
1-v-w Covwxy …(I)または一般式(R
1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II
)で表わされるようにRである希土類元素の一部をM
元素で置換し、かつその置換量を0.10≦x≦0.6
の範囲に特定することにより、主たる硬磁性相の熱的安
定性を極めて高めたTbCu7型結晶構造を有するボン
ド磁石を実現できる。その結果、保磁力、飽和磁化(高
残留磁化)を向上でき、さらに保磁力の温度依存性を改
善することができる。特に、一般式(II)に示すように
Feの一部をCoの他にT元素で置換することにより、
保磁力の温度依存性をより一層効果的に改善することが
できる。
【0050】また、前記一般式(I)、(II)で表わさ
れる磁石材料において、CuKα線を用いたX線回折法
により測定したTbCu7 型結晶構造をもつ主相とFe
Coを主体とするbcc相とのそれぞれの主回折線の回
折強度をI(TbCu 7 ) 、I(bcc) とした時、それら回折
強度比[I(bcc) /I(TbCu 7 ) ]が2以下にすること
によって、磁石特性を一層向上することができる。
【0051】本発明に係わるボンド磁石は一般式(R
1-uu )(Fe1-v-w Covwxy …(I)ま
たは一般式(R1-uu )(Fe1-v-w Covwx
yz …(II )で表わされ主たる硬磁性相がTbCu
7 型結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmである
合金粉とバインダーと混合し、成形することによって、
高保磁力、高飽和磁化(高残留磁化)で、さらに保磁力
の温度依存性が改善され、高い環境温度下での使用が可
能になる。前記一般式(I)、(II)で表わされる磁石
合金を有するボンド磁石において、CuKα線を用いた
X線回折法により測定したTbCu7 型結晶構造をもつ
主相とFeCoを主体とするbcc相とのそれぞれの主
回折線の回折強度をI(TbCu 7 ) 、I(bcc) とした時、
それら回折強度比[I(bcc) /I(TbCu 7 ) ]が2以下
にすると磁石特性を一層向上することができる。
【0052】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 (実施例1〜12および比較例1〜4)下記表1に示し
た実施例1〜12、比較例1〜4の合金組成につき所定
量計り取り、Ar雰囲気中の単ロール法によって板厚が
20μmの急冷合金を作製した。ここでは直径300m
mのCuCr製ロールを使用し、ロール周速は35m/
sに設定し、射出圧は0. 8kg/ cm2 とした。得ら
れた粉末についてX線回折測定を行い、いずれの合金も
主たる硬磁性相がTbCu7 相であることを確認した。
【0053】下記表2にこの粉末をVSMで150kO
eの磁場で磁気特性を評価した結果を示す。保磁力の温
度変化は、25℃、100℃での保磁力をそれぞれiH
c(25℃)、iHc(100℃)とした時、{ [(i
Hc(100℃)―iHc(25℃))/75]/iH
c(25℃)} ×100から求めた。
【0054】なお、結晶粒径はシェラーの式より回折線
の半価幅から求めた。さらに、X線回折法により測定し
た主たる硬磁性相とFeCoを主体とするbcc相の主
回折線の回折強度をそれぞれI(main)、I(bcc) とした
時、それらの回折強度比[ I(bcc) /I(main)]を下
記表2 に併記する。
【0055】
【表1】
【0056】
【表2】
【0057】前記表1および表2から明らかなように実
施例1〜12の磁石材料は、比較例1〜4の磁石材料に
比べて高残留磁束密度、高保磁力であり、かつ保磁力の
温度係数が小さいことが判る。比較例1の磁石材料にお
いて保磁力の温度係数が大きくなるのは、主たる硬磁性
相が正方晶のNd2 Fe141 型結晶構造を有すること
による。また、比較例2、3において残留磁束密度、保
磁力が低いのは希土類元素の置換元素であるNb,Ti
の量がそれぞれ前記一般式(I),(II)で規定した範
囲を外れるためである。
【0058】(実施例13〜22および比較例5〜7)
まず、高純度の元素を調製し、下記表3に示す合金を作
製した。これらの母合金インゴットをArガス雰囲気中
で高周波誘導加熱により再溶解した後、溶湯を35m/
sで回転する直径300mmのCuBe製ロール上に圧
力0.8kg/cm2 で射出することにより、厚さ21
μmの急冷合金薄帯を作製した。引き続き、これらの合
金薄帯を750℃で1時間熱処理したのち、窒化、ある
いは炭化を行った。
【0059】得られた実施例13〜22および比較例5
〜7の粉末についてX線回折測定を行った。その結果、
全ての実施例と比較例6、7はいずれも主たる硬磁性相
がTbCu7 型結晶構造であることが確認できた。これ
に対して比較例5は主たる硬磁性相が正方晶のNd2
141 型結晶構造である。
【0060】この粉末に2重量%の熱硬化性エポキシ樹
脂を混練し、8ton/cm2の圧力により圧縮成形し
た。そして、150℃で2.5時間キュア処理してボン
ド磁石を製造した。
【0061】下記表4に作製したボンド磁石の磁気特性
を評価した結果を示す。保磁力の温度変化は25℃、1
00℃での保磁力をそれぞれiHc(25℃)、iHc
(100℃)とした時、{ [(iHc(100℃)―i
Hc(25℃))/75]/iHc(25℃)} ×10
0から求めた。
【0062】結晶粒径は、シェラーの式より回折線の半
価幅から求めた。X線回折法により測定した主たる硬磁
性相とFeCoを主体とするbcc相の主回折線の回折
強度をそれぞれI(main)、I(bcc) とした時、それらの
回折強度比[I(bcc) /I(main)]、および主相とR3
(Fe,M)29相の回折強度比を下記表4に併記する。
【0063】
【表3】
【0064】
【表4】
【0065】前記表3、表4から明らかなように実施例
13〜22のボンド磁石は、比較例5〜7のボンド磁石
に比べて高残留磁束密度、高保磁力が得られており、さ
らに保磁力の温度係数が小さいことが判る。特に、R3
(Fe,M)29相が析出しているものは保磁力の温度特
性に優れる。
【0066】比較例5のボンド磁石において、保磁力の
温度係数が大きくなるのは主たる硬磁性相がNd2 Fe
141 型であるためである。また、比較例6、7におい
て残留磁束密度、保磁力が低いのは希土類元素の置換元
素であるNb,Ti量がそれぞれ前記一般式(I)、
(II)で規定した範囲外である。
【0067】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る磁石
材料は従来の磁石材料に比べて飽和磁化(残留磁化)と
保磁力が向上され、さらに保磁力の温度特性が改善され
る。その結果、本発明に係わるボンド磁石は従来のボン
ド磁石の応用分野において機器の小型化、省エネルギー
化を図ることができるなど顕著な効果を奏する。また、
本発明に係わるボンド磁石は温度特性が改善された磁石
材料を用いるため、より高い温度環境下で使用が可能に
なる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢 孝雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中川 勝利 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 津田井 昭彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 Fターム(参考) 5E040 AA03 AA19 CA01 NN01 NN06 NN17

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy …(I) 式中のR,M,TおよびAは、それぞれ R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1つの
    元素、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1つの元素、 A:Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも1
    つの元素、 であり、 u,v,w,x,yは、それぞれ 0.1≦u≦0.7、 0≦v≦0.8、 0≦w≦0.1、 5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5、 である、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7
    結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmであること
    を特徴とする磁石材料。
  2. 【請求項2】 一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II ) 式中のR,M,T,AおよびXは、それぞれ R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種以
    上、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1種以上、 A: Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも
    1つの元素、 T:Ni,Cu,Sn,V,Ta,Cr,Mo,W,M
    nから選ばれる少なくとも1つの元素、 X:C、N、O、B、S、Pから選ばれる少なくとも1
    種以上、 であり、 u,v,w,x,y,zは、それぞれ 0.1≦u≦0.7、 0≦v≦0.8、 0≦w≦0.1、 5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5、 0<z≦3、 である、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7
    結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmであること
    を特徴とする磁石材料。
  3. 【請求項3】 CuKα線を用いたX線回折において主
    たる硬磁性相のTbCu7 型結晶構造とFeCoを主体
    とするbcc相の主回折線の回折強度をそれぞれI(TbC
    u 7 ) 、I(bcc) とした時、それら回折強度比[I(bc
    c) /I(TbCu7 ) ]が2以下であること特徴とする請求
    項2または3記載のボンド磁石。
  4. 【請求項4】 一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy …(I) 式中のR,M,TおよびAは、それぞれ R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1つの
    元素、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1つの元素、 A:Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも1
    つの元素、 であり、 u,v,w,x,yは、それぞれ 0.1≦u≦0.7、 0≦v≦0.8、 0≦w≦0.1、 5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5、 である、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7
    結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmである合金
    とバインダからなることを特徴とするボンド磁石。
  5. 【請求項5】 一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II ) 式中のR,M,T,AおよびXは、それぞれ R:Yを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種以
    上、 M:Ti、Nbから選ばれる少なくとも1種以上、 A: Si,Al,Ga,Geから選ばれる少なくとも
    1つの元素、 T:Ni,Cu,Sn,V,Ta,Cr,Mo,W,M
    nから選ばれる少なくとも1つの元素、 X:C、N、O、B、S、Pから選ばれる少なくとも1
    種以上、 であり、 u,v,w,x,y,zは、それぞれ 0.1≦u≦0.7、 0≦v≦0.8、 0≦w≦0.1、 5≦x≦12、 0.1≦y≦1.5、 0<z≦3、 である、にて表わされ、主たる硬磁性相がTbCu7
    結晶構造で、平均結晶粒径が5〜200nmである合金
    とバインダからなることを特徴とするボンド磁石。
  6. 【請求項6】 前記合金は、CuKα線を用いたX線回
    折において主たる硬磁性相のTbCu7 型結晶構造とF
    eCoを主体とするbcc相の主回折線の回折強度をそ
    れぞれI(TbCu 7 ) 、I(bcc) とした時、それら回折強
    度比[I(bcc) /I(TbCu 7 ) ]が2以下であること特
    徴とする請求項4または5記載のボンド磁石。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7449538B2 (ja) 2020-09-10 2024-03-14 国立大学法人東北大学 希土類鉄炭素系磁性粉末及びその製造方法

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