JP2000294415A - 希土類永久磁石とその製造方法 - Google Patents
希土類永久磁石とその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ 相を主体とするバルク状
の希土類永久磁石とその製造方法を提供する。 【解決手段】不可避の不純物を除いて、Ｒ（Ｙを含む希
土類元素のうちＳｍを主体とする１種又は２種以上），
Ｆｅ（又はＦｅ＋Ｃｏ），Ｎよりなり、主相がＴｈ２
Ｚｎ１７型菱面体晶構造を有し、相対密度が９０％以上
であって、温間一軸又は二軸加圧してバルク化すること
で得られる。
の希土類永久磁石とその製造方法を提供する。 【解決手段】不可避の不純物を除いて、Ｒ（Ｙを含む希
土類元素のうちＳｍを主体とする１種又は２種以上），
Ｆｅ（又はＦｅ＋Ｃｏ），Ｎよりなり、主相がＴｈ２
Ｚｎ１７型菱面体晶構造を有し、相対密度が９０％以上
であって、温間一軸又は二軸加圧してバルク化すること
で得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器、特にハ
ードディスクドライブのヘッド駆動用アクチュエータに
使用すると最適な希土類永久磁石とその製造方法に関す
る。
ードディスクドライブのヘッド駆動用アクチュエータに
使用すると最適な希土類永久磁石とその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】Ｒ２ Ｆｅ１７（ＲはＹを含む希土類元
素を表わす）は、Ｔｈ２ Ｚｎ１７型菱面体晶構造ある
いはＴｈ２ Ｎｉ１７型六方晶構造を有する金属間化合
物である。このＲ２ Ｆｅ１７は、永久磁石材料に要求
される３つの条件、すなわち、飽和磁化が高いこと、
キュリー温度が高いこと、結晶磁気異方性定数が大
きいことのうち、の飽和磁化が高いこと以外の条件を
充足していないため、永久磁石材料として有用であると
は考えられていなかった。しかしながら、１９９０年前
後に、コーイー（Ｃｏｅｙ）や入山らは、Ｒ２Ｆｅ１７
の格子間に窒素原子を侵入させると、磁気的性質が著し
く改善されることを発見した。その内容は、Ｒ２ Ｆｅ
１７Ｎｘ 組成式当たり、ｘ＝最大３個までの窒素原子
を、希土類原子の周囲に侵入させることができ、窒素原
子の侵入により、ａ，ｃ軸の格子定数が共に大きくなっ
て、体積が数％以上膨張し、キュリー温度が著しく上昇
するというものである。また、結晶磁気異方性定数につ
いても、窒素原子を格子間に侵入させたＳｍ２Ｆｅ１７
Ｎ３ は、窒素原子侵入前の負の値から、１０７ ｅｒｇ
／ｃｍ３ 台の正の値を示すようになり、窒素原子の侵
入により、結晶磁気異方性定数は著しく上昇する。ただ
し、Ｒ２ Ｆｅ１７がＮｄ系やＰｒ系である場合は、磁
性を担う希土類原子の４ｆ電子の軌道が、Ｓｍ系のよう
に葉巻型ではなく偏平な形をしているため、窒素原子を
導入しても結晶磁気異方性定数は負の値のままであり、
著しい上昇は見られない。さらに、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ
３ は、飽和磁化も１５．６ｋＧであり、１６ｋＧであ
るＮｄ２ Ｆｅ１４Ｂに匹敵する値を示す。したがっ
て、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３の中では、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３
だけが永久磁石材料に要求される前記３つの条件を充
足しており、優れた永久磁石材料となる可能性をもって
いる。
素を表わす）は、Ｔｈ２ Ｚｎ１７型菱面体晶構造ある
いはＴｈ２ Ｎｉ１７型六方晶構造を有する金属間化合
物である。このＲ２ Ｆｅ１７は、永久磁石材料に要求
される３つの条件、すなわち、飽和磁化が高いこと、
キュリー温度が高いこと、結晶磁気異方性定数が大
きいことのうち、の飽和磁化が高いこと以外の条件を
充足していないため、永久磁石材料として有用であると
は考えられていなかった。しかしながら、１９９０年前
後に、コーイー（Ｃｏｅｙ）や入山らは、Ｒ２Ｆｅ１７
の格子間に窒素原子を侵入させると、磁気的性質が著し
く改善されることを発見した。その内容は、Ｒ２ Ｆｅ
１７Ｎｘ 組成式当たり、ｘ＝最大３個までの窒素原子
を、希土類原子の周囲に侵入させることができ、窒素原
子の侵入により、ａ，ｃ軸の格子定数が共に大きくなっ
て、体積が数％以上膨張し、キュリー温度が著しく上昇
するというものである。また、結晶磁気異方性定数につ
いても、窒素原子を格子間に侵入させたＳｍ２Ｆｅ１７
Ｎ３ は、窒素原子侵入前の負の値から、１０７ ｅｒｇ
／ｃｍ３ 台の正の値を示すようになり、窒素原子の侵
入により、結晶磁気異方性定数は著しく上昇する。ただ
し、Ｒ２ Ｆｅ１７がＮｄ系やＰｒ系である場合は、磁
性を担う希土類原子の４ｆ電子の軌道が、Ｓｍ系のよう
に葉巻型ではなく偏平な形をしているため、窒素原子を
導入しても結晶磁気異方性定数は負の値のままであり、
著しい上昇は見られない。さらに、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ
３ は、飽和磁化も１５．６ｋＧであり、１６ｋＧであ
るＮｄ２ Ｆｅ１４Ｂに匹敵する値を示す。したがっ
て、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３の中では、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３
だけが永久磁石材料に要求される前記３つの条件を充
足しており、優れた永久磁石材料となる可能性をもって
いる。
【０００３】Ｒ２ Ｆｅ１７の格子間に窒素原子を侵入
させる方法としては、Ｒ２ Ｆｅ１７粉末を分解温度以
下にまで昇温し、Ｎ２ ガス雰囲気で窒化するのが一般
的である。Ｎ２ ガスの代わりに、Ｎ２ ガス（又はＮＨ
３ ガス）とＨ２ ガスの混合ガスを使用する場合もあ
る。混合ガスを使用した場合は、混合ガス中のＨ２ ガ
スをＲ２ Ｆｅ１７が吸蔵するため、格子間が膨張して
マイクロクラックが生じ、このマイクロクラックを通じ
て、Ｎ２ ガス（又はＮＨ３ ガス）の表面拡散が促進さ
れる。そのため、混合ガスを使用すると粉末全体を十分
に、かつ早く窒化することができる。その他、高圧のＮ
２ ガスを使用して窒化する場合もある。なお、Ｒ２ Ｆ
ｅ１７を粉末状態ではなく溶解インゴットの状態で窒化
することも考えられるが、窒化はＮ２ ガスの表面拡散
により進行するので、インゴットの状態で内部まで窒化
することは困難である。
させる方法としては、Ｒ２ Ｆｅ１７粉末を分解温度以
下にまで昇温し、Ｎ２ ガス雰囲気で窒化するのが一般
的である。Ｎ２ ガスの代わりに、Ｎ２ ガス（又はＮＨ
３ ガス）とＨ２ ガスの混合ガスを使用する場合もあ
る。混合ガスを使用した場合は、混合ガス中のＨ２ ガ
スをＲ２ Ｆｅ１７が吸蔵するため、格子間が膨張して
マイクロクラックが生じ、このマイクロクラックを通じ
て、Ｎ２ ガス（又はＮＨ３ ガス）の表面拡散が促進さ
れる。そのため、混合ガスを使用すると粉末全体を十分
に、かつ早く窒化することができる。その他、高圧のＮ
２ ガスを使用して窒化する場合もある。なお、Ｒ２ Ｆ
ｅ１７を粉末状態ではなく溶解インゴットの状態で窒化
することも考えられるが、窒化はＮ２ ガスの表面拡散
により進行するので、インゴットの状態で内部まで窒化
することは困難である。
【０００４】Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を磁石材料として用い
る上での問題点は、約６００℃以上の温度で分解するこ
とである。式Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ →２ＲＮｘ ＋１７Ｆ
ｅで表わされるように、約６００℃以上でＲＮｘ とＦ
ｅに分解する。図２にＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３ 粉末をＮ２
ガス雰囲気中で昇降温して得られたガス吸収曲線を示
す。この図２からわかるように、５００℃を超えた温度
で既に少しずつ分解が始まっている。そのため、希土類
永久磁石の製造において、粉末冶金法によりＲ２ Ｆｅ
１７Ｎ３ 粉末を焼結する場合、焼結温度は通常１１０
０℃以上となるので、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ は分解してし
まい、バルク状に磁石化することは困難であった。そこ
で、上記問題点を克服するため、各種添加物をＲ２ Ｆ
ｅ１７Ｎ３ に配合してその分解温度を上昇させる試み
がなされたが、分解温度の上昇は１００℃以内に止まる
にすぎなかった。
る上での問題点は、約６００℃以上の温度で分解するこ
とである。式Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ →２ＲＮｘ ＋１７Ｆ
ｅで表わされるように、約６００℃以上でＲＮｘ とＦ
ｅに分解する。図２にＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３ 粉末をＮ２
ガス雰囲気中で昇降温して得られたガス吸収曲線を示
す。この図２からわかるように、５００℃を超えた温度
で既に少しずつ分解が始まっている。そのため、希土類
永久磁石の製造において、粉末冶金法によりＲ２ Ｆｅ
１７Ｎ３ 粉末を焼結する場合、焼結温度は通常１１０
０℃以上となるので、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ は分解してし
まい、バルク状に磁石化することは困難であった。そこ
で、上記問題点を克服するため、各種添加物をＲ２ Ｆ
ｅ１７Ｎ３ に配合してその分解温度を上昇させる試み
がなされたが、分解温度の上昇は１００℃以内に止まる
にすぎなかった。
【０００５】以上の理由から、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を
主体とするＲ２ Ｆｅ１７Ｎ３ は、粉末のままで使用で
きるボンド磁石の原料として利用されている。Ｓｍ２
Ｆｅ １７Ｎ３ は異方性磁場が大きいため、微粉末の状
態でも実用上十分な保磁力が得られ、該微粉末を磁場中
で配向することにより異方性ボンド磁石が製造できる。
実験室レベルでは（ＢＨ）ｍａｘ として２０ＭＧＯｅ
（１６０ｋＪ／ｍ３ ）前後の値をもつＳｍ２ Ｆｅ１７
Ｎ３ 異方性ボンド磁石が報告されている。しかし、圧
縮成形法によるボンド磁石では、微粉が酸化し劣化が起
きやすいため、微粉が樹脂で封止される射出成形法によ
るボンド磁石が実用可能と考えられている。射出成形で
のボンド磁石特性は、圧縮成形のそれより低い。
主体とするＲ２ Ｆｅ１７Ｎ３ は、粉末のままで使用で
きるボンド磁石の原料として利用されている。Ｓｍ２
Ｆｅ １７Ｎ３ は異方性磁場が大きいため、微粉末の状
態でも実用上十分な保磁力が得られ、該微粉末を磁場中
で配向することにより異方性ボンド磁石が製造できる。
実験室レベルでは（ＢＨ）ｍａｘ として２０ＭＧＯｅ
（１６０ｋＪ／ｍ３ ）前後の値をもつＳｍ２ Ｆｅ１７
Ｎ３ 異方性ボンド磁石が報告されている。しかし、圧
縮成形法によるボンド磁石では、微粉が酸化し劣化が起
きやすいため、微粉が樹脂で封止される射出成形法によ
るボンド磁石が実用可能と考えられている。射出成形で
のボンド磁石特性は、圧縮成形のそれより低い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３
を主体とするＲ２ Ｆｅ１７Ｎ３ は、これまで述べたよ
うに、異方性ボンド磁石として、ある程度の磁気特性を
発現することはできるものの、実用的な方法でバルク化
することができないため、用途が限定されていた。そこ
で、本発明は、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ 相を主体とするバ
ルク状の希土類永久磁石とその製造方法を提供すること
を目的とする。
を主体とするＲ２ Ｆｅ１７Ｎ３ は、これまで述べたよ
うに、異方性ボンド磁石として、ある程度の磁気特性を
発現することはできるものの、実用的な方法でバルク化
することができないため、用途が限定されていた。そこ
で、本発明は、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ 相を主体とするバ
ルク状の希土類永久磁石とその製造方法を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するに
は、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ の分解温度を焼結温度以上に
上昇させるか、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ の分解温度以下で
バルク化させるか、あるいは急激に昇温と降温を行い
短時間にバルク化を終了させるかのいずれかの方法に基
づいて、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ 粉末をバルク化することが
考えられる。しかしながら、上記の方法は既に述べた
ように、分解温度と焼結温度の差は５００℃以上あり、
分解温度を５００℃以上も上昇させることは容易なこと
ではなく、の方法については、例えばＳｍ２ Ｆｅ
１７Ｎ３ 系の場合、分解温度である６００℃以下でバ
ルク化できる可能性が全くないとは言えないものの、実
際に行われた報告は今までされていない。また、の方
法はパルス超高圧法がありえるが、実用性には乏しいと
考えられていた。結局、いずれの方法を採用しても、本
願発明の目的を達成することは困難であるように思われ
たが、今回、本発明者は上記の方法に着目した。すな
わち、本発明者は、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を主体とする
Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ ３ を対象にして、高温での分解過程を
検討したところ、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ の分解は瞬時に起
こるのではなく、６００℃以上でも数分〜数十分の時間
（温度が高いほど分解時間は短い）が必要であることが
わかった。したがって、分解温度以上であっても短時間
のうちに昇温と降温を行えば、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ の分
解前にバルク化できる可能性があることを見いだした。
しかし、焼結による高密度化が瞬時に完了するわけでは
ないので、単純にＲ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を急激に昇温して
降温すればよいというものではない。そこで、上記の
方法について、高密度化する方法や好適条件について更
に検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、不可避の不純物を除いて、Ｒ（Ｙを含む
希土類元素のうちＳｍを主体とする１種又は２種以
上），Ｆｅ（又はＦｅ＋Ｃｏ），Ｎよりなり、主相がＴ
ｈ２ Ｚｎ１７型菱面体晶構造を有し、相対密度が９０
％以上であることを特徴とするバルク状の希土類永久磁
石である。また、別の本発明は、温間一軸又は二軸加圧
しながらバルク化することを特徴とする上記希土類永久
磁石の製造方法である。
は、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ の分解温度を焼結温度以上に
上昇させるか、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ の分解温度以下で
バルク化させるか、あるいは急激に昇温と降温を行い
短時間にバルク化を終了させるかのいずれかの方法に基
づいて、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ 粉末をバルク化することが
考えられる。しかしながら、上記の方法は既に述べた
ように、分解温度と焼結温度の差は５００℃以上あり、
分解温度を５００℃以上も上昇させることは容易なこと
ではなく、の方法については、例えばＳｍ２ Ｆｅ
１７Ｎ３ 系の場合、分解温度である６００℃以下でバ
ルク化できる可能性が全くないとは言えないものの、実
際に行われた報告は今までされていない。また、の方
法はパルス超高圧法がありえるが、実用性には乏しいと
考えられていた。結局、いずれの方法を採用しても、本
願発明の目的を達成することは困難であるように思われ
たが、今回、本発明者は上記の方法に着目した。すな
わち、本発明者は、Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を主体とする
Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ ３ を対象にして、高温での分解過程を
検討したところ、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ の分解は瞬時に起
こるのではなく、６００℃以上でも数分〜数十分の時間
（温度が高いほど分解時間は短い）が必要であることが
わかった。したがって、分解温度以上であっても短時間
のうちに昇温と降温を行えば、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ の分
解前にバルク化できる可能性があることを見いだした。
しかし、焼結による高密度化が瞬時に完了するわけでは
ないので、単純にＲ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を急激に昇温して
降温すればよいというものではない。そこで、上記の
方法について、高密度化する方法や好適条件について更
に検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、不可避の不純物を除いて、Ｒ（Ｙを含む
希土類元素のうちＳｍを主体とする１種又は２種以
上），Ｆｅ（又はＦｅ＋Ｃｏ），Ｎよりなり、主相がＴ
ｈ２ Ｚｎ１７型菱面体晶構造を有し、相対密度が９０
％以上であることを特徴とするバルク状の希土類永久磁
石である。また、別の本発明は、温間一軸又は二軸加圧
しながらバルク化することを特徴とする上記希土類永久
磁石の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の希土類永久磁石は、不可
避の不純物を除いて、Ｒ（Ｙを含む希土類元素のうちＳ
ｍを主体とする１種又は２種以上），Ｆｅ（又はＦｅ＋
Ｃｏ），Ｎよりなり、主相がＴｈ２ Ｚｎ１７型菱面体
晶構造を有し、相対密度が９０％以上であることを特徴
とするバルク状磁石である。ＲとしてはＳｍが望ましい
が、Ｓｍを主体とするのであれば、ＳｍとＣｅ，Ｐｒ，
Ｎｄなどの希土類元素からなる２種以上の組み合わせで
もよい。Ｐｒ，Ｎｄには飽和磁化を増加させる効果が認
められるものの、Ｓｍの量に対して過剰になると、保磁
力を低下させるので、全希土類元素量の３０ａｔ％以下
に抑えるのが望ましい。また、ＣｅはＳｍよりも資源量
が豊富で安価であるため、コスト的に有利であるが、配
合量にほぼ比例して飽和磁化を低下させるので、やはり
全希土類元素量の３０ａｔ％以下に抑えるのが望まし
い。
避の不純物を除いて、Ｒ（Ｙを含む希土類元素のうちＳ
ｍを主体とする１種又は２種以上），Ｆｅ（又はＦｅ＋
Ｃｏ），Ｎよりなり、主相がＴｈ２ Ｚｎ１７型菱面体
晶構造を有し、相対密度が９０％以上であることを特徴
とするバルク状磁石である。ＲとしてはＳｍが望ましい
が、Ｓｍを主体とするのであれば、ＳｍとＣｅ，Ｐｒ，
Ｎｄなどの希土類元素からなる２種以上の組み合わせで
もよい。Ｐｒ，Ｎｄには飽和磁化を増加させる効果が認
められるものの、Ｓｍの量に対して過剰になると、保磁
力を低下させるので、全希土類元素量の３０ａｔ％以下
に抑えるのが望ましい。また、ＣｅはＳｍよりも資源量
が豊富で安価であるため、コスト的に有利であるが、配
合量にほぼ比例して飽和磁化を低下させるので、やはり
全希土類元素量の３０ａｔ％以下に抑えるのが望まし
い。
【０００９】本発明の希土類永久磁石は、組成式Ｒ（Ｆ
ｅ１−ｙ Ｃｏｙ ）ｚ Ｎｘ で表すことができ、この組
成式に示されるように、Ｆｅの一部をＣｏで置換するこ
とにより、キュリー温度を上昇させ、かつ飽和磁化も少
し増加させることができる。しかし置換しすぎると保磁
力を低下させるので、ｙの値は０≦ｙ≦０．３となるよ
うにするのが望ましい。希土類元素と遷移金属の比を示
すｚの値は、必ずしも化学量論比である８．５にする必
要はないが、ｚ＜８及び９＜ｚの領域では磁気特性が安
定しないので、８≦ｚ≦９とするのがよい。また、格子
間に侵入させる窒素原子は上記組成式当たり、結晶学的
には３原子が最大であり、その場合に最も磁気特性が高
くなるが、正規の格子間以外に余分に侵入させても、あ
るいは少し足りなくても２〜３．５の範囲にあれば、ｘ
＝３の場合に比較して磁気特性はそれほど低下しないの
で、２≦ｘ≦３．５であれば問題はない。
ｅ１−ｙ Ｃｏｙ ）ｚ Ｎｘ で表すことができ、この組
成式に示されるように、Ｆｅの一部をＣｏで置換するこ
とにより、キュリー温度を上昇させ、かつ飽和磁化も少
し増加させることができる。しかし置換しすぎると保磁
力を低下させるので、ｙの値は０≦ｙ≦０．３となるよ
うにするのが望ましい。希土類元素と遷移金属の比を示
すｚの値は、必ずしも化学量論比である８．５にする必
要はないが、ｚ＜８及び９＜ｚの領域では磁気特性が安
定しないので、８≦ｚ≦９とするのがよい。また、格子
間に侵入させる窒素原子は上記組成式当たり、結晶学的
には３原子が最大であり、その場合に最も磁気特性が高
くなるが、正規の格子間以外に余分に侵入させても、あ
るいは少し足りなくても２〜３．５の範囲にあれば、ｘ
＝３の場合に比較して磁気特性はそれほど低下しないの
で、２≦ｘ≦３．５であれば問題はない。
【００１０】本発明の希土類永久磁石には、保磁力を向
上させるため、添加物としてＴｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔａ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｗ等の遷移金属やＡｌ，Ｓｉなどを配合して
もよいが、添加しすぎると飽和磁化の急激な低下や、保
磁力の低下を招くので、ＦｅとＣｏの合計量の５ａｔ％
以下とするのが望ましい。なお、原料の粉砕や熱処理の
過程における酸化や炭化により生じる不純物や原料自体
に含まれている不純物が混入することは不可避である
が、その混入量は少ないほど望ましい。
上させるため、添加物としてＴｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔａ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｗ等の遷移金属やＡｌ，Ｓｉなどを配合して
もよいが、添加しすぎると飽和磁化の急激な低下や、保
磁力の低下を招くので、ＦｅとＣｏの合計量の５ａｔ％
以下とするのが望ましい。なお、原料の粉砕や熱処理の
過程における酸化や炭化により生じる不純物や原料自体
に含まれている不純物が混入することは不可避である
が、その混入量は少ないほど望ましい。
【００１１】本発明の希土類永久磁石は、上記した組成
の原料粉末にＮ２ ガスを導入して窒化し、窒化した原
料粉末を温間一軸又は二軸加圧しながらバルク化するこ
とにより得られる。原料粉末の圧縮部位のみ加熱し、加
圧、成形、加温を同時に行うことにより、原料粉末間の
原子移動を促進させ、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を分解させる
ことなくバルク化、高密度化することができる。温間一
軸又は二軸加圧しながらバルク化する過程は、Ｒ２ Ｆ
ｅ１７Ｎ３ の分解を極力避けるため、加圧する保持温
度までの昇温を２秒以上５分以内に行い、かつ保持温度
から３００℃以下までの降温は５秒以上１０分以内に行
うことが好ましい。このような短時間の高速昇温と降温
を行う方法としては、普通のホットプレスやその類似装
置を使用する方法が考えられるが、高速な昇降温は難し
い。そこで、本発明の、具体的方法の一例として、通電
粉末圧延法が挙げられる。この方法は、図１に示したよ
うに機械粉砕した原料粉末１をホッパー２上部よりロー
ル３内に投入し、被圧延粉末を介して大電流を通電する
とロール出口が最高温度となるので、このロール３で原
料粉末１を加圧することにより、温間一軸加圧する方法
である。通電粉末圧延法は、ロール３による圧縮が始ま
るまでは、原料粉末は粉末状であるため通電しても電源
５からは電流が流れず、したがって、ほとんど昇温が起
こらない。ロール３間において、原料粉末が、ある程度
圧縮されることによって初めて通電し、通電量が最大と
なるのは、ロール３間隙が最小となる位置でありロール
３から離れると急激に通電量は減少する。そのため、原
料であるＲ２ Ｆｅ１７Ｎ３ に通電されるのは、ロール
３間隙が最小となる位置の前後で、時間的には短時間で
ある。すなわち、被圧延体４がロール３を出た時点で通
電しなくなって降温フェーズに入るため、分解温度以上
に加熱されている時間は極めて短時間である。
の原料粉末にＮ２ ガスを導入して窒化し、窒化した原
料粉末を温間一軸又は二軸加圧しながらバルク化するこ
とにより得られる。原料粉末の圧縮部位のみ加熱し、加
圧、成形、加温を同時に行うことにより、原料粉末間の
原子移動を促進させ、Ｒ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を分解させる
ことなくバルク化、高密度化することができる。温間一
軸又は二軸加圧しながらバルク化する過程は、Ｒ２ Ｆ
ｅ１７Ｎ３ の分解を極力避けるため、加圧する保持温
度までの昇温を２秒以上５分以内に行い、かつ保持温度
から３００℃以下までの降温は５秒以上１０分以内に行
うことが好ましい。このような短時間の高速昇温と降温
を行う方法としては、普通のホットプレスやその類似装
置を使用する方法が考えられるが、高速な昇降温は難し
い。そこで、本発明の、具体的方法の一例として、通電
粉末圧延法が挙げられる。この方法は、図１に示したよ
うに機械粉砕した原料粉末１をホッパー２上部よりロー
ル３内に投入し、被圧延粉末を介して大電流を通電する
とロール出口が最高温度となるので、このロール３で原
料粉末１を加圧することにより、温間一軸加圧する方法
である。通電粉末圧延法は、ロール３による圧縮が始ま
るまでは、原料粉末は粉末状であるため通電しても電源
５からは電流が流れず、したがって、ほとんど昇温が起
こらない。ロール３間において、原料粉末が、ある程度
圧縮されることによって初めて通電し、通電量が最大と
なるのは、ロール３間隙が最小となる位置でありロール
３から離れると急激に通電量は減少する。そのため、原
料であるＲ２ Ｆｅ１７Ｎ３ に通電されるのは、ロール
３間隙が最小となる位置の前後で、時間的には短時間で
ある。すなわち、被圧延体４がロール３を出た時点で通
電しなくなって降温フェーズに入るため、分解温度以上
に加熱されている時間は極めて短時間である。
【００１２】通電粉末圧延法により、温間一軸加圧を行
う保持温度及び昇温・降温の速度はロール間に通電する
電流値とロール回転数で調節し、加圧度合はロール間の
圧力と間隔を調節することで最適化することができる。
通電圧延部は被圧延体の酸化劣化を防止するため、不活
性ガス雰囲気又は真空雰囲気であることが望ましい。ロ
ールは１段でも多段でもよい。なお、温間加圧を行う方
法は、上記方法に限定されるものではなく、加圧放電焼
結法等の同様な機能を有し、急速な昇降温が可能な方法
であれば、いずれでもよい。
う保持温度及び昇温・降温の速度はロール間に通電する
電流値とロール回転数で調節し、加圧度合はロール間の
圧力と間隔を調節することで最適化することができる。
通電圧延部は被圧延体の酸化劣化を防止するため、不活
性ガス雰囲気又は真空雰囲気であることが望ましい。ロ
ールは１段でも多段でもよい。なお、温間加圧を行う方
法は、上記方法に限定されるものではなく、加圧放電焼
結法等の同様な機能を有し、急速な昇降温が可能な方法
であれば、いずれでもよい。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されるものではない。 （実施例１）純度９９．６％のＳｍと９９．９％のＦｅ
を所定比に秤量し、真空高周波炉で溶解させて、組成式
ＳｍＦｅ８．３ で表される溶解合金を作製した。該溶
解合金をジョークラッシャー、ブラウンミルにより機械
粉砕して、１００メッシュ以下に粗粉砕した。得られた
粗粉を、真空中で５８０℃に加熱した後、１気圧のＮ２
ガスを導入して１２時間保持した。その後、窒化した
粗粉の重量増、粉末Ｘ線回折、偏光顕微鏡により磁区観
察を行ったところ、該粗粉内部まで十分窒化しており、
かつ、組成式ＲＦｅ８．３ Ｎ３ で表されることがわか
った。次に、窒化した粗粉に対して、Ａｒガス雰囲気内
で、通電粉末圧延法を実施した。その際、一軸圧は平均
で５００ｋｇ／ｃｍ２ 、電流は８ｋＡ、ロール周速は
１ｍｍ／秒であり、温間加圧保持温度まで約３０秒で昇
温し、約４０秒で３００℃以下に降温した。なお、加圧
部自体の温度は、測定することができないので、ロール
周速と温度測定可能な領域から推測した。作製された２
０ｍｍ幅で１ｍｍ厚の薄板のうち、中央部１５ｍｍ幅の
薄板を観察したところ、空孔は少なく、相対密度は９５
％であった。また、磁気特性を測定したところ、Ｂｒ＝
０．７５Ｔ、ｉＨｃ＝４２０ｋＡ／ｍであった。
れに限定されるものではない。 （実施例１）純度９９．６％のＳｍと９９．９％のＦｅ
を所定比に秤量し、真空高周波炉で溶解させて、組成式
ＳｍＦｅ８．３ で表される溶解合金を作製した。該溶
解合金をジョークラッシャー、ブラウンミルにより機械
粉砕して、１００メッシュ以下に粗粉砕した。得られた
粗粉を、真空中で５８０℃に加熱した後、１気圧のＮ２
ガスを導入して１２時間保持した。その後、窒化した
粗粉の重量増、粉末Ｘ線回折、偏光顕微鏡により磁区観
察を行ったところ、該粗粉内部まで十分窒化しており、
かつ、組成式ＲＦｅ８．３ Ｎ３ で表されることがわか
った。次に、窒化した粗粉に対して、Ａｒガス雰囲気内
で、通電粉末圧延法を実施した。その際、一軸圧は平均
で５００ｋｇ／ｃｍ２ 、電流は８ｋＡ、ロール周速は
１ｍｍ／秒であり、温間加圧保持温度まで約３０秒で昇
温し、約４０秒で３００℃以下に降温した。なお、加圧
部自体の温度は、測定することができないので、ロール
周速と温度測定可能な領域から推測した。作製された２
０ｍｍ幅で１ｍｍ厚の薄板のうち、中央部１５ｍｍ幅の
薄板を観察したところ、空孔は少なく、相対密度は９５
％であった。また、磁気特性を測定したところ、Ｂｒ＝
０．７５Ｔ、ｉＨｃ＝４２０ｋＡ／ｍであった。
【００１４】（実施例２）純度９９．６％のＳｍ，Ｎｄ
と９９．９％のＦｅ，Ｃｏを所定比に秤量し、真空高周
波炉で溶解させて、組成式（Ｓｍ０．８ Ｎｄ０．２ ）
（Ｆｅ０．９ Ｃｏ０．１ ）８．７ で表される溶解合
金を作製した。そして、実施例１と同様に処理して、窒
化した粗粉を得た。窒化した粗粉の重量増、粉末Ｘ線回
折、偏光顕微鏡により磁区観察を行ったところ、該粗粉
内部まで十分窒化しており、かつ、組成式（Ｓｍ０．８
Ｎｄ０．２ ）（Ｆｅ０．９ Ｃｏ０．１ ）８．７ Ｎ
３ で表されることがわかった。次に、窒化した粗粉に
対して、Ａｒガス雰囲気内で、通電粉末圧延法を実施し
た。その際、一軸圧は平均で７００ｋｇ／ｃｍ２ 、電
流は１２ｋＡ、ロール周速は０．８ｍｍ／秒であり、温
間加圧保持温度まで約７５秒で昇温し、約１２０秒で３
００℃以下に降温した。作製された２０ｍｍ幅で１ｍｍ
厚の薄板のうち、中央部１５ｍｍ幅の薄板を観察したと
ころ、空孔は少なく、相対密度は９７％であった。ま
た、磁気特性を測定したところ、Ｂｒ＝０．８２Ｔ、ｉ
Ｈｃ＝３１０ｋＡ／ｍであった。
と９９．９％のＦｅ，Ｃｏを所定比に秤量し、真空高周
波炉で溶解させて、組成式（Ｓｍ０．８ Ｎｄ０．２ ）
（Ｆｅ０．９ Ｃｏ０．１ ）８．７ で表される溶解合
金を作製した。そして、実施例１と同様に処理して、窒
化した粗粉を得た。窒化した粗粉の重量増、粉末Ｘ線回
折、偏光顕微鏡により磁区観察を行ったところ、該粗粉
内部まで十分窒化しており、かつ、組成式（Ｓｍ０．８
Ｎｄ０．２ ）（Ｆｅ０．９ Ｃｏ０．１ ）８．７ Ｎ
３ で表されることがわかった。次に、窒化した粗粉に
対して、Ａｒガス雰囲気内で、通電粉末圧延法を実施し
た。その際、一軸圧は平均で７００ｋｇ／ｃｍ２ 、電
流は１２ｋＡ、ロール周速は０．８ｍｍ／秒であり、温
間加圧保持温度まで約７５秒で昇温し、約１２０秒で３
００℃以下に降温した。作製された２０ｍｍ幅で１ｍｍ
厚の薄板のうち、中央部１５ｍｍ幅の薄板を観察したと
ころ、空孔は少なく、相対密度は９７％であった。ま
た、磁気特性を測定したところ、Ｂｒ＝０．８２Ｔ、ｉ
Ｈｃ＝３１０ｋＡ／ｍであった。
【００１５】（実施例３）純度９９．６％のＳｍ，Ｃｅ
と９９．９％のＦｅ，Ｃｏを所定比に秤量し、真空高周
波炉で溶解させて、組成式（Ｓｍ０．８ Ｃｅ０．２ ）
（Ｆｅ０．９ Ｃｏ０．１ ）８．１ で表される溶解合
金を作製した。そして、窒化時間を８時間とした以外
は、実施例１と同様に処理して、窒化した粗粉を得た。
窒化した粗粉の重量増、粉末Ｘ線回折、偏光顕微鏡によ
り磁区観察を行ったところ、該粗粉内部まで十分窒化し
ており、かつ、組成式（Ｓｍ０．８ Ｃｅ０．２ ）（Ｆ
ｅ０． ９ Ｃｏ０．１ ）８．１ Ｎ２．８ で表されるこ
とがわかった。次に、窒化した粗粉に対して、Ａｒガス
雰囲気内で、通電粉末圧延法を実施した。その際、一軸
圧は平均で７００ｋｇ／ｃｍ２ 、電流は１２ｋＡ、ロ
ール周速は０．８ｍｍ／秒であり、温間加圧保持温度ま
で約７５秒で昇温し、約１２０秒で３００℃以下に降温
した。作製された２０ｍｍ幅で１ｍｍ厚の薄板のうち、
中央部１５ｍｍ幅の薄板を観察したところ、空孔は少な
く、相対密度は９８％であった。また、磁気特性を測定
したところ、Ｂｒ＝０．７１Ｔ、ｉＨｃ＝３３０ｋＡ／
ｍであった。
と９９．９％のＦｅ，Ｃｏを所定比に秤量し、真空高周
波炉で溶解させて、組成式（Ｓｍ０．８ Ｃｅ０．２ ）
（Ｆｅ０．９ Ｃｏ０．１ ）８．１ で表される溶解合
金を作製した。そして、窒化時間を８時間とした以外
は、実施例１と同様に処理して、窒化した粗粉を得た。
窒化した粗粉の重量増、粉末Ｘ線回折、偏光顕微鏡によ
り磁区観察を行ったところ、該粗粉内部まで十分窒化し
ており、かつ、組成式（Ｓｍ０．８ Ｃｅ０．２ ）（Ｆ
ｅ０． ９ Ｃｏ０．１ ）８．１ Ｎ２．８ で表されるこ
とがわかった。次に、窒化した粗粉に対して、Ａｒガス
雰囲気内で、通電粉末圧延法を実施した。その際、一軸
圧は平均で７００ｋｇ／ｃｍ２ 、電流は１２ｋＡ、ロ
ール周速は０．８ｍｍ／秒であり、温間加圧保持温度ま
で約７５秒で昇温し、約１２０秒で３００℃以下に降温
した。作製された２０ｍｍ幅で１ｍｍ厚の薄板のうち、
中央部１５ｍｍ幅の薄板を観察したところ、空孔は少な
く、相対密度は９８％であった。また、磁気特性を測定
したところ、Ｂｒ＝０．７１Ｔ、ｉＨｃ＝３３０ｋＡ／
ｍであった。
【００１６】
【発明の効果】本発明により、今までバルク化が困難で
あったＳｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を主体とするＲ２ Ｆｅ
１７Ｎ３ に対して、簡単な方法でバルク化することが
可能となり、高密度の希土類永久磁石が得られるので、
工業上極めて有意義である。
あったＳｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ を主体とするＲ２ Ｆｅ
１７Ｎ３ に対して、簡単な方法でバルク化することが
可能となり、高密度の希土類永久磁石が得られるので、
工業上極めて有意義である。
【図１】通電粉末圧延法の概念図である。
【図２】Ｓｍ２ Ｆｅ１７Ｎ３ 粉末をＮ２ ガス雰囲気
中で昇降温して得られたガス吸収曲線を示す図である。
中で昇降温して得られたガス吸収曲線を示す図である。
１ 原料粉末 ４ 被圧延体 ２ ホッパー ５ 電源 ３ ロール
Claims (4)
- 【請求項１】 不可避の不純物を除いて、Ｒ（Ｙを含む
希土類元素のうちＳｍを主体とする１種又は２種以
上），Ｆｅ（又はＦｅ＋Ｃｏ），Ｎよりなり、主相がＴ
ｈ２ Ｚｎ１７型菱面体晶構造を有し、相対密度が９０
％以上であることを特徴とするバルク状の希土類永久磁
石。 - 【請求項２】 ＲがＳｍ，Ｃｅ，Ｐｒ，ＮｄのうちＳｍ
を主体とする１種又は２種以上であり、組成式Ｒ（Ｆｅ
１−ｙ Ｃｏｙ ）ｚ Ｎｘ （２≦ｘ≦３．５、０≦ｙ≦
０．３、８≦ｚ≦９）で表される請求項１記載の希土類
永久磁石。 - 【請求項３】 温間一軸又は二軸加圧してバルク化する
ことを特徴とする請求項１記載の希土類永久磁石の製造
方法。 - 【請求項４】 温間一軸又は二軸加圧する過程におい
て、保持温度までの昇温を２秒以上５分以内に行い、か
つ、保持温度から３００℃以下までの降温を５秒以上１
０分以内に行うことを特徴とする請求項３記載の希土類
永久磁石の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11097355A JP2000294415A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 希土類永久磁石とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11097355A JP2000294415A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 希土類永久磁石とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294415A true JP2000294415A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14190197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11097355A Pending JP2000294415A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 希土類永久磁石とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000294415A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1241687A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-18 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Bulk anisotropic rare earth permanent magnet and preparation method |
| US6926963B2 (en) | 2000-11-13 | 2005-08-09 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Highly weather-resistant magnet powder and magnet produced by using the same |
| CN110970187A (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-07 | Tdk 株式会社 | 钐-铁-铋-氮系磁铁粉末和钐-铁-铋-氮系烧结磁铁 |
-
1999
- 1999-04-05 JP JP11097355A patent/JP2000294415A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6926963B2 (en) | 2000-11-13 | 2005-08-09 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Highly weather-resistant magnet powder and magnet produced by using the same |
| EP1241687A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-18 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Bulk anisotropic rare earth permanent magnet and preparation method |
| US6863742B2 (en) | 2001-03-14 | 2005-03-08 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Bulk anisotropic rare earth permanent magnet and preparation method |
| CN110970187A (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-07 | Tdk 株式会社 | 钐-铁-铋-氮系磁铁粉末和钐-铁-铋-氮系烧结磁铁 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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| A977 | Report on retrieval |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070514 |
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| A02 | Decision of refusal |
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