JP2001254159A - 高ガラス形成能を有する鉄基永久磁石合金 - Google Patents
高ガラス形成能を有する鉄基永久磁石合金Info
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Abstract
質磁気特性を兼ね備えたFe基永久磁石合金を提供する。 【構成】 Feを主成分とし、希土類元素(RE)のうちか
ら選択される1種または2種以上の元素と遷移金属(TM)
のV,Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta,Hf,Zrのうちから選択
される1種または2種以上の元素と、ホウ素(B)を含
み、△Tx=Tx-Tg(ただし、Txは、結晶化開始温度、Tg
はガラス遷移温度を示す。)の式で表される過冷却液体
領域の温度間隔△Txが35℃以上であることを特徴とす
る金属ガラス合金。単ロール液体急冷法により厚さ30
0μm以下、非晶質相の体積比率90%以上の薄板材が
得られる。熱処理した後、残留磁束密度(Br)=1. 00T
以上、保磁力(iHc)=150kA/m以上、最大エネルギー積
(BH)max が60kJ/m3以上の磁気特性が得られる。
Description
能、優れた加工性および熱処理による結晶化後に残存ア
モルファス相を含むナノ結晶組織を有し、高い硬質磁気
特性を示す永久磁石合金に関するものである。
液体領域および大きな換算ガラス化温度(Tg/Tm)を有
する非晶質合金では、結晶化に対する高い安定性を示し
て、大きなガラス形成能を有することが知られている。
液体急冷法により厚肉リボンおよびバルク状非晶質材を
作製することが可能である。
金系では結晶化する前に、過冷却液体状態に遷移し、急
激な粘性低下を示すことが知られている。このような過
冷却液体状態では、合金の粘性が低下しているために閉
塞鍛造などの方法により任意形状の非晶質合金形成体を
作製することが可能である。したがって、過冷却液体領
域および大きな換算ガラス温度(Tg/Tm)を有する非晶
質合金では、大きな非晶質形成能および優れた加工性を
備えていると言える。
型でかつ高性能、形状複雑な永久磁石が要求される用途
において、希土類焼結磁石を極小物に切断、研削加工す
るか、希土類ボンド磁石を小型に形成できるが、切断、
研削加工法により、作製された高密度の永久磁石は高性
能ではあるものの、コスト高となる欠点があり、さらに
加工肉厚は0.2mm程度の限界がある。その外、形状複
雑な形状には切断、研削加工法によりできない。
0μm程度の磁性粉末を樹脂と共に加圧形成するため、
100μm程度の肉厚を有する成形品の製造は困難であ
る。特に、リング磁石では肉厚と直角方向にパンチで圧
縮する方法では肉厚0.8mm程度が限界である。
体急冷法にて製造されるFe-Nd-B系等方性磁性粉末が
多く使用されているが、この材料は液体急冷法により、
微細結晶質からなる薄片として得られるため、極めて脆
く、弾性的に曲げる加工や打ち抜き加工をするなどし
て、任意形状とすることは不可能であり、ボンド磁石用
磁性粉末としての用途に限られる。
4B18近傍の組成の磁石材料が提案(R. Coehoornなど、
J.de Phys, C8, 1988, 669-670頁)され、その技術内容
は、米国特許4、402,770号等に開示されている。しかし
ながら、そのガラス形成能が低いので、肉厚50μm以
下のアモルファスリボンしか得られない。単ロール液体
急冷法により直接的に肉厚50-150μm程度のリボン
状磁石が作製されるものの、結晶化組織が不均一、磁気
特性はばらつきが大きいので、応用は困難である。そし
て、過冷却液体領域を示さなく、優れた加工性を備えて
いなかった。
(特開平11−40448)の溶湯を回転するCuロール
に噴射して厚さ10-100μmで90%以上非晶質相組
成からなる薄帯を熱処理することにより、残留磁束密度
(Br) ≧0.8T、保磁力(iHc)≧160kA/mの薄肉永久磁
石材料が開発されることを報告している。しかしなが
ら、この材料は過冷却液体領域を示さなく、優れた加工
性を備えていなかった。そして、大きなガラス形成能を
有しておらず、さらに、もっと厚い薄帯永久磁石材料を
作製するのは困難である。
は、スパッタ蒸発法を用いることも提案されているが、
数μmの膜を作製するだけでも数時間を要するなど、製
造コストが高くて実用的でない。
では、ガラス形成能が低く、肉厚100μm以下の非晶
質リボン材しか得られない。そして、過冷却液体領域を
示さなく、大きなガラス形成能および優れた加工性を備
えていなかった。焼結磁石からの切り出し、研削加工、
あるいは希土類磁石粉末を使用したボンド磁石のいずれ
であっても、肉厚の薄いものは製造困難で、加工に伴う
磁気特性の劣化、磁性粉末の大きさに起因する制約によ
り、肉厚0.50mmの永久磁石が限界である。ボンド磁
石の場合は、磁気特性の高い磁性粉末を用いても、磁性
粉末の充填率を80%以上にすることは困難なため、ボ
ンド磁石として高磁気特性は期待できない。
み、大ガラス形成能、優れた加工性および高い硬質磁気
特性を兼ね備えたFe基永久磁石合金を提供することを目
的としている。
上述の課題を解決するために、最適組成について研究し
た結果、4at%以下の希土類元素と20at%以上のホウ素
および10at%以上の遷移金属(V,Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,
Mo,W,Ta,Hf,Zrなど)の特定組成の合金を溶融し、液体
状態から急冷固化させることにより作製した35℃以上
の過冷却液体領域を示す肉厚300μm以下の非晶質相
薄帯に熱処理を施し、RE2Fe14B、Fe3B、α-Fe結晶相お
よび残存アモルファス相からなるナノ組織が得られ、良
好な硬質磁気特性を有する大ガラス形成能、優れた加工
性を兼ね備えたFe基永久磁石合金が得られることを見出
し、本発明を完成するに至った。
土類元素(RE)のうちから選択される1種または2種以上
の元素と遷移金属(TM)のV,Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta,
Hf,またはZrのうちから選択される1種または2種以上
の元素と、ホウ素(B)を含み、△Tx=Tx-Tg(ただしTx
は、結晶化開始温度、Tgはガラス遷移温度を示す。)の
式で表される過冷却液体領域の温度間隔△Txが35℃以
上であることを特徴とする金属ガラス合金である。
合金の融解温度を示す。)の式で表される換算ガラス化
温度が0.55以上であることを特徴とする上記の金属
ガラス合金である。
ことを特徴とする上記の金属ガラス合金である。Fe
100-x-y-zTMxREyBz ただし、組成比示すx、y、zは原子%で、10原子%≦x
<30原子%、 2.5原子%<y<4.0原子%、19
原子%<z<25原子%である。
W,Ta,Hf,Zrは、10原子%以下では、ガラス形成能、結
晶化組織の微細化および減磁曲線の角形性が明瞭に改善
される効果が得られず、30原子%以上では、60kJ/m
3以上の(BH)max が得られない。希土類元素(RE)は、Nd,
Pr,Dy,Tb,La,Ce,Gdであり、2.5原子%以下では、35
℃以上の過冷却液体領域△Txが得られない。そして、1
50kA/m以上のiHcが得られず、4.0原子%以上で
は、ガラス遷移現象が消失し、ガラス形成能が低下す
る。ホウ素は、19原子%以下では、ガラス遷移温度を
示さず、25原子%以上では、減磁曲線の角形性が低下
し、1.00T以上のBrが得られない。
により厚さ300μm以下、非晶質相の体積比率90%
以上の薄板材が得られる。
磁束密度(Br)=1. 00T以上、保磁力(iHc)=150kA/m
以上、最大エネルギー積(BH)max が60kJ/m3以上の磁
気特性が得られる。
RE2Fe14B、Fe3B、α-Fe結晶相および残存アモルファス
相からなる平均粒径50nm以下の組織が得られる。
0分間程度行うのが好ましい。550℃より低いと、保
持力の発現に必要であるRE2Fe14B型結晶構造を有する化
合物の析出ができなくなり、150kA/m以上のiHcが得
られず、650℃を超えると、結晶化組織が粗大化し、
減磁曲線の角形性が劣化する。
は、毎分40℃の加熱速度で示差走査熱量分析を行うこ
とにより得られるガラス遷移温度と結晶化温度の差で定
義されるものである。「過冷却液体領域」は結晶化に対
する抵抗力、すなわち非晶質の安定性および加工性を示
す数値である。本発明の合金は35℃以上の過冷却液体
領域を有する。
1に示す合金組成からなる材料(実施例1〜15、比較
例1〜3)について、アーク溶解法により母合金を溶製
した後、単ロール液体急冷法によりロール回転速度3m
/sで厚さ200−250μmの非晶質相の体積比率9
0%以上からなる薄帯を作製した。
(Tg)、結晶化開始温度(Tx)を示差走査熱量計(DSC)よ
り測定した。これらの値より過冷却液体領域(Tx-Tg)を
算出した。融解点(Tm)の測定は、示差熱分析(DTA)に
より測定した。これらの値より換算ガラス化温度(Tg/T
m)を算出した。作製された薄帯の非晶質化の確認はX
線回折法により行った。また、試料中に含まれる非晶質
相の体積比率(Vf−amo.)は、DSCを用いて結晶化
の際の発熱量を完全非晶質化した厚さ20μmの薄帯と
の比較により評価した。
50〜650℃の温度において600s間熱処理を施し
た。磁気特性は振動型磁力計(VSM)を用いて1256k
A/mの印加磁場で測定した。評価結果を表2に示す。
磁石合金組成の溶湯を、液体急冷法により、300μm
以下の非晶質薄帯が作製される。この晶質薄帯は35℃
以上の過冷却液体領域を示すとともに、最適熱処理が施
されて、RE2Fe14B、Fe3B、α-Fe結晶相および残存アモ
ルファス相からなる平均粒径50nm以下のナノ組織が得
られ、 Br≧1.0T、iHc≧150kA/m、(BH)max≧60k
J/m3の硬質磁気特性を有する。これらのことから、本
発明は、大きな非晶質形成能、優れた加工性および良好
な硬質磁気特性を兼備した実用上有用な鉄基永久磁石合
金を提供することができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 Feを主成分とし、希土類元素(RE)のう
ちから選択される1種または2種以上の元素と遷移金属
(TM)のV,Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta,Hf,またはZrのう
ちから選択される1種または2種以上の元素と、ホウ素
(B)を含み、△Tx=Tx-Tg(ただし、Txは、結晶化開始温
度、Tgは、ガラス遷移温度を示す。)の式で表される過
冷却液体領域の温度間隔△Txが35℃以上であることを
特徴とする金属ガラス合金。 - 【請求項2】 Tg/Tm(ただし、Tmは、合金の融解温度
を示す。)の式で表される換算ガラス化温度が0.55
以上であることを特徴とする請求項1に記載の金属ガラ
ス合金。 - 【請求項3】 下記の組成式で表されることを特徴とす
る請求項1または2に記載の金属ガラス合金。 Fe100-x-y-zTMxREyBz ただし、組成比を示すx、y、zは原子%で、10原子%
≦x<30原子%、 2.5原子%<y<4.0原子%、
19原子%<z<25原子%である。 - 【請求項4】 単ロール液体急冷法により得られた厚さ
300μm以下、非晶質相の体積比率90%以上の薄板
材からなる請求項1,2,3のいずれかに記載の金属ガ
ラス合金。 - 【請求項5】 請求項1,2,3,4のいずれかに記載の
金属ガラス合金を熱処理した合金であって、残留磁束密
度(Br)=1. 00T以上、保磁力(iHc)=150kA/m以上、
最大エネルギー積(BH)max が60kJ/m3以上の磁気特性
を有する鉄基永久磁石合金。 - 【請求項6】 請求項1,2,3,4のいずれかに記載の
金属ガラス合金を熱処理した合金であって、RE2Fe14B、
Fe3B、α-Fe結晶相および残存アモルファス相からなる
平均粒径50nm以下の組織を有することを特徴とする鉄
基永久磁石合金。 - 【請求項7】 前記熱処理は、前記合金が550〜65
0℃でなされていることを特徴とする請求項5または6
に記載の鉄基永久磁石合金。
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