JP2000114017A - 永久磁石材料および永久磁石 - Google Patents

永久磁石材料および永久磁石

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JP2000114017A
JP2000114017A JP10278215A JP27821598A JP2000114017A JP 2000114017 A JP2000114017 A JP 2000114017A JP 10278215 A JP10278215 A JP 10278215A JP 27821598 A JP27821598 A JP 27821598A JP 2000114017 A JP2000114017 A JP 2000114017A
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JP10278215A
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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
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • 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
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ThMn12型結晶構造を維持したまま、S
i,Geの量を低減して高飽和磁化、高残留密度で高い
最大エネルギー積を有する焼結磁石材料を提供する。 【解決手段】 一般式(R1-uu )(Fe1-v-w Co
vwxy …(I)にて表わされ、主たる硬磁性相
がThMn12型結晶構造を有する。前記一般式中の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つの元素、M:Ti,Nb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,Mnから選ばれる少なくと
も1つの元素、A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれ
る少なくとも1つの元素、であり、u,v,w,xおよ
び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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な永久磁石材
料および永久磁石に関する。
【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】また、各種電気機器の小形化、省エネルギ
ー化の要求が高まり、これら機器のキー部品材料である
永久磁石にも一層の高最大エネルギー積[(BH)ma
x]化と温度特性の改善が求められている。
【0006】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。例えば、特開昭60−14
4909号公報および特開昭60−254707号公報
にはR1−αーβーγFeαMβXγ(R;希土類元素
から選ばれる少なくとも1つの元素、M;Ti,Zr,
Hf,V,Nb,Ta,Cr,MoおよびWから選ばれ
る少なくとも1つの元素、X;B,C,N,Siおよび
Pから選ばれる少なくとも1つの元素、α、β、γはそ
れぞれ0.6≦α≦0.85,0.01≦β≦0.1,
γ<0.15)にてあらわされる永久磁石およびその製
造方法が開示されている。
【0007】一方、Sm2 Fe17を基本とする金属間化
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
注目されているが、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、焼結磁石の実現は困難であった。また、磁
石特性の改善が必要であり、特に高い飽和磁化と高い保
磁力が求められている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、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、特に使用環境温度における高保磁力と高飽
和磁化(高残留磁化)が要求されている。これに対し
て、NdFeB磁石では保磁力の温度特性が劣り、使用
温度範囲が規制される。また、特開昭60−14490
6号公報等に開示された焼結磁石材料または焼結磁石は
保磁力が約10kOeと良好であるものの、残留磁束密
度が略12kGと比較的低いため磁石として特性的に不
十分であった。
【0009】TbCu7 相が得られるSmFe合金系は
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い。
【0010】一方、ThMn12結晶構造を有する磁性材
料は、3元系のSmFe10Si2 ,SmFe10Mo2
SmFe102 ,SmFe10Cr2 ,SmFe102
SmFe11Ti1 等で形成されることが知られている
が、いづれも飽和磁化が低いことが課題であり、保磁力
も小さく、実用化には至っていない。これらの合金系で
はThMn12相を安定化させるための非磁性元素置換量
の割合が多く、飽和磁化を下げる要因になっている。ま
た、最近Th2 Zn17相とThMn12相からなる2相分
離磁石に関して特開平1―298704に開示されてい
るが、室温の保磁力、温度特性を改善する必要があっ
た。
【0011】本発明は、これらの点に鑑み鋭意研究を重
ねた結果、Ti,Nbを希土類元素に対して置換するこ
とで、SiなどThMn12相を安定化する元素量を低減
しても同一結晶構造を保持することを見出し、高飽和磁
化で、高い最大エネルギー積を有する永久磁石材料およ
び永久磁石、さらには保磁力の温度特性に優れた永久磁
石をを提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る永久磁石材
料は、一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy …(I) 式中の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つの
元素、 M:Ti,Nb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、 A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1
つの元素、であり、 u,v,w,xおよび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ThMn12
結晶構造であることを特徴とするものである。
【0013】本発明に係る別の永久磁石材料は、一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II) 式中の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つの
元素、 M:Ti,Nb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、 A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1
つの元素、 X:C、N,O,B,SおよびPから選ばれる少なくと
も1つの元素、であり、 u,v,w,x,yおよび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ThMn12
型結晶構造であることを特徴とするものである。
【0014】前記、一般式(I)、(II)で表される本
発明の永久磁石材料において、CuKα線を用いたX線
回折法により測定した主相とFe(Co)を主体とする
bcc相のそれぞれの主回折線の回折強度をI(main),
I(bcc) とした場合、回折強度比I(bcc) /I(main)が
0.3以下であることが好ましい。
【0015】本発明に係る永久磁石は、一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy …(I) 式中の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つの
元素、 M:Ti,Nb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、 A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1
つの元素、であり、 u,v,w,xおよび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ThMn12
結晶構造である合金を磁場中成形して、焼結してなるこ
とを特徴とするものである。
【0016】本発明に係る別の永久磁石は、一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II) 式中の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つの
元素、 M:Ti,Nb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、 A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1
つの元素、 X:C、N,O,B,SおよびPから選ばれる少なくと
も1つの元素、であり、 u,v,w,x,yおよび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ThMn12
型結晶構造である合金を磁場中成形して、焼結してなる
ことを特徴とするものである。
【0017】本発明の永久磁石において、前記一般式
(I)(II)で表される永久磁石材料は、CuKα線を
用いたX線回折法により測定した主相とFe(Co)を
主体とするbcc相のそれぞれの主回折線の回折強度を
I(main),I(bcc) とした場合、回折強度比I(bcc) /
I(main)が0.3以下であることが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る2つの永久磁
石材料を詳細に説明する。 (永久磁石材料1)この永久磁石材料は、一般式(R
1-uu )(Fe1-v-w Covwxy…(I)に
て表わされ、主たる硬磁性相がThMn12型結晶構造を
有する。
【0019】前記一般式中の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つ
の元素、M:Ti,Nb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,Mnから選ばれる少なくとも1つの元素、A:S
i,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1つの元
素、であり、u,v,w,xおよび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。
【0020】ここで「主たる硬磁性相がThMn12型結
晶構造」とは主磁性相として高保磁力化に寄与する場合
と主相の粒界での保磁力発生機構としてピンニング相と
して存在する場合があり、いずれも高保磁力化に寄与す
るものである。前者の場合、Cukα線によるX線回折
法で得られた回折ピークがThMn12型結晶構造に一致
し、かつThMn12型結晶構造の2θ=33〜34°
付近にある(310)面のピーク強度I(310)が、
I(310)/I(main)の値として0.02以上であ
ることを意味する。また後者の場合は組成によってはX
線回折では評価出来にくい場合も有り、EDX,EPM
A,TEMなどの組成分析によってその存在が確認して
もよい。
【0021】次に、前記一般式(I)の永久磁石材料を
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,G
d,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yが
挙げられ、これらは1種または2種以上の混合物の形態
で用いることができる。特に磁気異方性を考慮するとS
m,Nd,Prを50%以上含有する希土類元素から選
択されることが好ましい。また、高温での高保磁力実現
にはRの一部をGd,Dy,ErTbから選ばれる元素
が少なくとも1種含有されることが好ましい。 (2) M元素 M元素であるNb,Tiは、前記R元素を置換すること
によりThMn12相の安定化元素であるSi,Geな
どの量を低減でき、飽和磁化の改善ができる。M元素の
量(u)を0.1 未満にするとThMn12相が得られ
ない、あるいは得られたとしても多量の安定化元素置換
が必要となり飽和磁化が低下する。一方、0.7を超え
ると十分な磁気異方性を有する永久磁石材料を得るのが
困難になる。好ましくは0.12≦u≦0.6であり、
さらに好ましくは0.15 ≦u≦0.5である。 (3)Co Coは、Feとの置換によりキュリー温度の改善、飽和
磁化の改善を図ることが出来る。Coの置換量が0.8
を超えると高い磁気異方性と飽和磁化を得ることが困難
となる。好ましい範囲は0.7以下であり、さらに好ま
しくは0.6以下である。 (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つの元素であり保磁
力の温度特性改善に有効である。
【0022】T元素の量(w)が0.1を超えると永久
磁石材料の飽和磁化が低下する恐れがある。より好まし
い上限値は0.08である。前記一般式(I)中のx
は、(R1-uu )(Fe1-v-w Covw )の比であ
り、飽和磁化、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あり、5 〜12の範囲にするこ
とが必要である。xを5未満にすると飽和磁化が低下
し、強い磁石が得られにくくなる。一方、xの値が12
を超えるとFe(Co)の析出量が極めて多くなり、磁
石特性を阻害する恐れがある。より好ましい範囲は5.
5≦x≦12である。 (5) A元素 A元素は、Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なく
とも1つの元素であり、ThMn12相の安定化に必須
の元素である。 A元素の量(y)を0.1未満にする
とThMn12相が得られず、磁石特性が低下する。一
方、A元素の量(y)が1.5を超えると、高い飽和磁
化を有する永久磁石材が得られにくくなる。好ましい範
囲は0.3≦y≦1.3である。
【0023】前記一般式(I)で表わされる永久磁石材
料において、CuKα線を用いたX線回折法により測定
したThMn12型結晶構造をもつ主相とFeCoを主
体とするbcc相のそれぞれの主回折線の回折強度をI
(main),I(bcc) とした場合、回折強度比I(bcc) /I
(main)が0.3以下にすることが好ましい。この回折強
度比が0.3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阻害されてしまう恐れがある。より
好ましい前記回折強度比は0.2以下である。
【0024】(永久磁石材料2)この永久磁石材料は、
一般式(R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy
z …(II)にて表わされ、主たる硬磁性相がThMn
12型結晶構造を有する。
【0025】前記一般式中の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つの元素、M:Ti,Nbから選ばれる少なくとも1
つの元素、T:Ni、Cu,Sn,V、Ta,Cr,M
o.W,Mnから選ばれる少なくとも1つの元素、A:
Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1つの
元素、X:C、N,O,B,SおよびPから選ばれる少
なくとも1つの元素、であり、u,v,w,x,yおよ
びzは、それぞれ0.1≦u≦0.7、0≦v≦0.
8、0≦w≦0.15≦x≦12、0.1≦y≦1.
5、0<z≦3、である。
【0026】ここで「主たる硬磁性相がThMn12型結
晶構造」とは主磁性相として高保磁力化に寄与する場合
と主相の粒界での保磁力発生機構としてピンニング相と
して存在する場合があり、いずれも高保磁力化に寄与す
るものである。前者の場合、Cukα線によるX線回折
法で得られた回折ピークがThMn12型結晶構造に一致
し、かつThMn12型結晶構造の2θ=33〜34°付
近にある(310)面のピーク強度I(310)の比が
I(211)/I(main),I(310)/I(mai
n)の値で0.02 以上であることを意味する。また
後者の場合は組成によってはX線回折では評価出来にく
い場合も有り、EDX,EPMA,TEMなどの組成分
析によってその存在を確認してもよい。
【0027】次に、前記一般式(II)の永久磁石材料を
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、C
o,T元素およびA元素の作用およびそれら元素の量規
定は前記永久磁石材料1と同様である。
【0028】前記X元素はC,N,O,B,S,Pから
選ばれる少なくとも1つの元素であり、これらのX元素
はThMn12結晶構造の格子間位置に存在して、主相の
キュリー温度、磁気異方性を改善するのに有効な元素で
ある。好ましい範囲はzが3以下であり、これを超える
とFe(Co)の析出が著しくなり、磁石特性の低下を
招く。好ましい範囲は0.2≦z≦2.5である。
【0029】前記一般式(II)で表わされる永久磁石材
料において、CuKα線を用いたX線回折法により測定
した主相とFeCoを主体とするbcc相のそれぞれの
主回折線の回折強度をI(main),I(bcc) とした場合、
回折強度比I(bcc) /I(main)が0.3以下にすること
が好ましい。この回折強度比が0.3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阻害されて
しまう恐れがある。より好ましい前記回折強度比は0.
2以下である。
【0030】なお、本発明の磁石材料は、酸化物、窒化
物、炭化物などX元素に基づく化合物の含有も許容する
ものである。次に、本発明に係る永久磁石材料の製造方
法を説明する。
【0031】まず、所定の組成になるように、R、M、
Fe,Co,Si他を調製し、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。得られた合金はそのまま
粉砕し焼結することもできる。また、得られた合金を9
00℃から融点直下の範囲で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
いは徐冷することにより、一般式(I)(II)で表わさ
れる永久磁石材料を製造してもよい。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。熱処理後、合金をジョークラッシャーなどで粗粉砕
後、ボールミル、ハンマーミル、ジェットミル等で平均
粒径1μm〜数100μmに微粉砕する。
【0032】なお、X元素として窒素、または炭素をガ
ス雰囲気中から合金に導入する場合には次のような方法
が採用される。窒化処理の場合には窒素を用いて、炭化
処理の場合にはメタンガス、エタンガスなどを用いて、
粉砕した試料をガスを用いて、それぞれ0.001〜1
00気圧の範囲の圧力下とし、200℃から1000℃
の範囲で、前述した方法で調製したX元素を含まない母
合金粉末を0.1〜300時間熱処理するとX元素を格
子間位置に導入された母合金を導入することが出来、磁
気異方性の改善、キュリー温度の向上を達成できる。な
お、窒化、炭化の場合は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。
【0033】本発明の合金は、溶融状態の合金を移動す
る冷却体上に射出することにより、同様のThMn12
結晶構造を得ることもできる。この方法は単ロール法、
双ロール法、ストリップキャスト法など特に限定されな
い。この場合、作製条件は特に限定しないが、焼結タイ
プの永久磁石用にはロールの周速は0.1〜20m/s
が好ましく、また作製時の雰囲気はAr、Heなど不活
性雰囲気中が好ましい。ロール材質は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、BeCu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50μm〜1mmであり、
好ましくは70μmから0.8mm、さらに好ましくは
100μm〜500μmである。
【0034】少量のbcc―FeCo相を含む永久磁石
材料において、FeCoは前記冷却法によって主相、あ
るいは硬磁性相に取り込むことができ、高飽和磁化、高
保磁力が得られやすくなる。
【0035】次に、永久磁石の製造方法を説明する。前
述した方法で得られた永久磁石材料を熱処理なしで、あ
るいは熱処理後ジョークラッシャーなどで粗粉砕後、ボ
ールミル、ハンマーミル、ジェットミル等で平均粒径1
μm〜数100μmに微粉砕する。この微粉末を磁場中
でプレス成形し、焼結することにより、永久磁石を製造
する。
【0036】前記永久磁石材料は磁石特性の優れた永久
磁石を得る観点から、主相とFeCoを主体とするbc
c相を有し、CuKα線を用いたX線回折法により測定
したこれらの相の主回折線の回折強度をそれぞれI(mai
n),I(bcc) とした場合、回折強度比I(bcc) /I(mai
n)が0.3以下であることが好ましい。
【0037】前記焼結工程において、硬磁性相の融点よ
りも低い、例えばRAl,RGa,RCu(Rは希土類
元素)のような希土類元素化合物を焼結助剤として添加
してもよい。
【0038】また、熱処理で一旦ほぼ単相化したのち、
400〜1000℃の範囲で0.1から100時間時効
することにより、2相分離型永久磁石にもなる。この場
合にはCu添加が特に好ましい。この時効処理は複数回
行ってもよい。その多段時効は低温側から徐々に温度を
上げていってもよいが、好ましくは温度を徐々に下げな
がら行うのが好ましい。この場合、主たる硬磁性相はT
hMn12相であり、主相はTh2 Ni17相あるいはTb
Cu7 相が好ましい。
【0039】以上説明した本発明に係る永久磁石材料
は、一般式(R1-uu )(Fe1-v-w Covwx
y …(I)または一般式(R1-uu )(Fe1-v-w
Covwxyz …(II)で表わされ、主たる硬
磁性相がThMn12型結晶構造を有するため、高飽和磁
化、高残留磁束密度で高い最大エネルギー積を有し、さ
らに保磁力の温度依存性(温度に対する保磁力の低下)
が改善される。
【0040】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 …(I
I)で表わされるようなRである希土類元素の一部をM
元素であるTiおよびNbから選ばれる少なくとも1つ
の元素で置換し、かつその置換量(u)を0.1≦u≦
0.7の範囲に特定することによって、ThMn12相を
維持したまま低減できる。その結果、高飽和磁化、高残
留磁束密度で高い最大エネルギー積を有する永久磁石を
得ることが出来る。
【0041】特に、一般式(II)に示すようにN,Cの
ようなX元素を導入することにより、ThMn12型結晶
構造がより安定し、前記結晶構造を持つ硬磁性相のキュ
リー温度および磁気異方性が改善された永久磁石材料を
得ることが出来る。
【0042】また、前記一般式(I)(II)で表わされ
る永久磁石材料においてCuKα線を用いたX線回折法
により測定したThMn12型結晶構造をもつ主相とFe
Coを主体とするbcc相のそれぞれの主回折線の回折
強度をI(ThMn12) ,I(bcc) とした時に、回折強度比
I(bcc) /I(ThMn12) を0.3以下にすることによっ
て、磁石特性をより一層向上することができる。
【0043】さらに、本発明に係る永久磁石材料は熱的
に安定化されたThMn12型結晶構造を有するため、保
磁力の温度依存性(温度変化に対する保磁力の低下)を
改善することができ、高い使用環境温度での使用が可能
である。
【0044】本発明に係わる永久磁石は、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ThM
12型結晶構造を有する永久磁石材料を微粉砕し、これ
を磁場中配向、成形、焼結することにより、高飽和磁
化、高残留磁束密度で高い最大エネルギー積を有し、さ
らに保磁力の温度依存性が改善される。
【0045】特に、CuKα線を用いたX線回折法によ
り測定した主相とFeCoを主体としたbcc相のそれ
ぞれの主回折線の回折強度をI(main),I(bcc) とした
場合、回折強度比I(bcc) /I(main)が0.3以下にす
ることによって、磁石特性をより一層向上することがで
きる。
【0046】
【実施例】以下、本発明を実施例で説明する。 (実施例1〜12および比較例1〜4)下記表1に示し
た合金組成につき所定量計り取り、Ar雰囲気中で高周
波溶解炉を用いて母合金を溶解し、鋳型に鋳込んだ。こ
れらの合金を1200℃、 5時間Ar雰囲気中で熱処理
し、約100℃/時の冷却速度で冷却した後、合金をA
r雰囲気中でジョークラッシャーにて粗粉砕し、次いで
Ar雰囲気中でハンマーミルにて平均粒径3μmになる
ように粉砕した。
【0047】得られた実施例1〜12および比較例1〜
4の粉末(永久磁石材料)について、CuKα線を用い
たX線回折測定を行った。その結果、実施例1〜12お
よび比較例2、3の合金粉末はいずれも主たる硬磁性相
がThMn12型結晶構造であることが確認された。これ
に対して、比較例1は主たる硬磁性相がNd2 Fe14
1 型結晶構造、比較例4は主たる硬磁性相はTh2 Zn
17型結晶構造であった。
【0048】実施例1〜5についてはSmAl、SmC
u、SmGaなどの低融点合金を焼結助剤として3〜5
wt%添加し、焼結した。一方、実施例6〜12につい
ては焼結後、800℃で10時間時効処理を行った。主
相はTh2 Ni17相でありピンニング相はThMn12
である。
【0049】得られた試料の磁気特性をBHトレーサー
で評価した。この結果を下記表1 に示す。なお、X線回
折の結果から主相と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(main),I(bcc) とした
時、回折強度比I(bcc) /I(main)を下記表1に併記す
る。
【0050】
【表1】
【0051】前記表1から明らかなように実施例1〜1
2の永久磁石材料は高飽和磁化と高保磁力で優れた磁石
特性を有することがわかる。これに対して比較例1は主
たる硬磁性相がNd2 Fe141 型結晶構造であり、保
磁力の温度特性が劣る。
【0052】比較例2の永久磁石材料はTh2 Zn17
とThMn12相からなる組織になっているため、保磁力
が小さく、温度特性も十分でない。比較例3の永久磁石
材料はTiの希土類元素に対する置換量が多いため、磁
気異方性が小さくなり、結果として保磁力が小さくな
る。
【0053】比較例4の永久磁石材料は主たる硬磁性相
がTh2 Zn17型結晶構造であり、前記X線回折強度比
が大きく、保磁力が大幅に低下する。 (実施例1 3〜28および比較例5〜9 )下記表2, 表
3に示す合金組成につき所定量計り取り、Ar雰囲気中
で高周波溶解炉を用いて母合金を溶解し、鋳型に鋳込ん
だ。これらの合金を1200℃、5時間Ar雰囲気中で
熱処理し、約100℃/時の冷却速度で冷却した後、合
金をAr雰囲気中でジョークラッシャーにて粗粉砕し、
次いでAr雰囲気中でハンマーミルにて平均粒径3μm
になるように粉砕した。なお、実施例23〜24の永久
磁石材料は同様に溶解、熱処理、粉砕を行った後、窒
化、炭化処理を行なった。
【0054】得られた実施例13〜28および比較例5
〜9の粉末(永久磁石材料)について、CuKα線を用
いたX線回折測定を行った。その結果、実施例13〜2
8および比較例6、7の合金粉末はいずれも主たる硬磁
性相がThMn12型結晶構造であることが確認された。
これに対して、比較例5は主たる硬磁性相がNd2 Fe
141 型結晶構造、比較例8は主たる硬磁性相はTh2
Zn17型結晶構造であった。
【0055】実施例13〜28および比較例5〜9の粉
末(永久磁石材料)をSmAl、SmCuなどの低融点
合金を焼結助剤として3〜5wt%添加し、磁場中プレ
ス成形後、焼結した。なお、実施例19〜22、比較例
7については焼結後、800℃で10時間時効処理を行
った。
【0056】得られた試料の主相は、Th2 Ni17相で
あり、ThMn12相も析出している。得られた試料の磁
気特性をデジタルBHトレーサーで測定した。その結果
を下記表2,表3に示す。
【0057】保磁力の温度係数を下記の式にしたがって
求めた。 保磁力の温度係数={[(iHc(150℃)―iHc
(20℃)/iHc(20℃))/130]}×10
0。
【0058】ここで、iHc(20℃)は20℃の保磁
力、iHc(150℃)は150℃での保磁力を表わ
す。X線回折の結果から主相と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(main),I(b
cc) とした場合、回折強度比I(bcc) /I(main)を表
2, 表3に併記する。
【0059】
【表2】
【0060】
【表3】
【0061】前記表2および表3から明らかなように実
施例13から28の永久磁石は、高残留磁束密度と高保
磁力、さらにはその優れた温度特性をもち、優れた磁石
特性を有することがわかる。
【0062】これに対して、比較例5の永久磁石はSi
が多いため、飽和磁化が小さくなる。比較例6は主たる
硬磁性相がNd2 Fe141 型結晶構造であり、保磁力
の温度特性が劣る。比較例7の永久磁石はTh2 Zn17
相とThMn12相の2相からなるため、室温の残留磁束
密度が低く、保磁力の温度特性も悪い。比較例9の永久
磁石はTiの希土類元素に対する置換量が多いため、F
eCoの析出が大きく、保磁力が低下する。
【0063】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わる永
久磁石材料は従来の永久磁石材料に比べて飽和磁化と保
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、本発明に係る永久磁石材料は従来の永久
磁石材料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、本発明に係る永久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の使用が可能
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 BD01 CA01 HB03 NN01 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、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、 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、 A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1
    つの元素、 であり、 u,v,w,xおよび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ThMn12
    結晶構造であることを特徴とする永久磁石材料。
  2. 【請求項2】 一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II) 式中のR,M,T、A、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つの
    元素、 M:Ti,Nb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、 A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1
    つの元素、 X:C、N,O,B,SおよびPから選ばれる少なくと
    も1つの元素、 であり、 u,v,w,x,yおよび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ThMn12
    型結晶構造であることを特徴とする永久磁石材料
  3. 【請求項3】 CuKα線を用いたX線回折法により測
    定した主相とFe(Co)を主体とするbcc相のそれ
    ぞれの主回折線の回折強度をI(main),I(bcc) とした
    場合、回折強度比I(bcc) /I(main)が0.3以下であ
    ることを特徴とする請求項1または2記載の永久磁石材
    料。
  4. 【請求項4】 一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxy …(I) 式中の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つの
    元素、 M:Ti,Nb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、 A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1
    つの元素、 であり、 u,v,w,xおよび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ThMn12
    結晶構造である合金を磁場中成形して、焼結してなるこ
    とを特徴とする永久磁石。
  5. 【請求項5】 一般式 (R1-uu )(Fe1-v-w Covwxyz …(II) 式中の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つの
    元素、 M:Ti,Nb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、 A:Si,Ge,Al,Gaから選ばれる少なくとも1
    つの元素、 X:C、N,O,B,SおよびPから選ばれる少なくと
    も1つの元素、 であり、 u,v,w,x,yおよび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ThMn12
    結晶構造である合金を磁場中成形して、焼結してなるこ
    とを特徴とする永久磁石。
  6. 【請求項6】 前記合金は、CuKα線を用いたX線回
    折法により測定した主相とFe(Co)を主体とするb
    cc相のそれぞれの主回折線の回折強度をI(main),I
    (bcc) とした場合、回折強度比I(bcc) /I(main)が
    0.3以下であることを特徴とする請求項4または5記
    載の永久磁石。
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