JP2004043906A

JP2004043906A - Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004043906A
Application number: JP2002204119A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Taketomi; 武富　賢征
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】粉末冶金法によって製造する場合に、焼結性を改善したＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜２０ｗｔ％のＣｏ、１〜３ｗｔ％のＭｏ、１〜３ｗｔ％のＺｒ、および残部が主としてＦｅからなるＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金とする。また、Ｏ（酸素）含有量が０．５ｗｔ％以下であり、かつ、Ｃ（炭素）含有量が０．１ｗｔ％以下であるとよい。また、相対的密度が真密度に対する比率で表して９０％より高いとよい。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高磁石特性を有するＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金は、所定組成のものを溶解鋳造した後、必要に応じて圧延および塑性加工、切削および打ち抜きなどの機械加工を施して所望の形状を付与し、次いで磁気特性を付与する為の溶体化処理、磁場中熱処理および時効処理を行う工程によって製造されている。
【０００３】
このように従来の溶解鋳造法によって複雑な形状や高い寸法精度を持つものを製造する場合には、機械加工や圧延を行う必要があるが、Ｃｒを含有する為に機械加工性は悪く、切削、打抜きなどでは屑が出てしまうこと、また、圧延を行う場合には、工程を数回繰り返し行わないと所望の形状および寸法が得られず、組成によっては圧延の際に割れが生じて所望の厚さまで圧延出来ないこともある。
【０００４】
上記従来の方法で複雑形状のもの、あるいは寸法精度の高いものを製造するには、機械加工での歩留まりを高くできないという問題、あるいは加工工程が複雑となり手間がかかるためにコスト高になるという問題がある。
【０００５】
一方、粉末冶金法（焼結法）には、上述の鋳造、圧延の問題点はなく、工業的に大量のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石を製造するには適している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粉末冶金法（焼結法）による場合、この磁石合金はＣｒを多量に含むので、所定の組成の合金粉末では、焼結性が悪く、焼結後の密度が上がりにくいことが知られている。
【０００７】
一般に、焼結後の密度を上げるには、焼結時間を長くするか、焼結温度を高くしなければならないが、焼結時間を長くすることは製造工程時間の延長を招き、また、焼結温度を高くすると、焼結炉の耐火性の問題から、炉の耐用年数が短かくなりコストの面で好ましくない。
【０００８】
そこで、本発明は、粉末冶金法によって製造する場合において、焼結性を改善したＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金およびその製造方法を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金にＺｒを添加することが焼結性の改善に有効であることに基づいている。
【００１０】
すなわち、本発明のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金は、２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜２０ｗｔ％のＣｏ、１〜３ｗｔ％のＭｏ、１〜３ｗｔ％のＺｒ、および残部が主としてＦｅからなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金は、Ｏ（酸素）含有量が０．５ｗｔ％以下であり、Ｃ（炭素）含有量が０．１ｗｔ％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金の相対的密度は真密度に対する比率で表して９０％より高いことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金の製造方法は、２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜２０ｗｔ％のＣｏ、１〜３ｗｔ％のＭｏ、および残部にＦｅを主として含むＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金の製造方法であって、Ｚｒを加えて、粉末冶金法により合金化することを特徴とする。
【００１４】
次に、本発明における作用を説明する。
【００１５】
上記の合金成分において、Ｃｒを２０〜３０ｗｔ％としたのは、２０ｗｔ％未満および３０ｗｔ％より上ではいずれも実用的な磁石合金として要求される飽和磁束密度と保磁力を得ることが出来ないためである。
【００１６】
また、Ｃｏを５〜２０ｗｔ％としたのは、５ｗｔ％未満では実用的な磁石合金として要求される磁束密度と保磁力を得ることが出来ないためであり、２０ｗｔ％より上では熱処理条件が実施しにくい条件となり、また、コスト的にも高価であるため実用的ではないからである。
【００１７】
また、Ｍｏを１〜３ｗｔ％としたのは、１ｗｔ％未満では強磁性相のＦｅＣｏ相を〈１００〉方向に伸張する効果がなく、３ｗｔ％より上では磁気特性を低下させてしまう為、１〜３ｗｔ％の範囲とした。
【００１８】
また、Ｚｒが１ｗｔ％未満では焼結性改善の効果がなく、３ｗｔ％より上では磁気特性を低下させるので、この範囲とした。
【００１９】
また、焼結体のＯ（酸素）含有量を０．５ｗｔ％以下、Ｃ（炭素）含有量を０．１ｗｔ％以下としたのは、これらの含有量がそれより上では磁気特性を低下させる為である。
【００２０】
さらに、焼結条件としては、焼結中の酸化を防ぐ為、真空中または不活性ガス等の雰囲気中のような非酸化性雰囲気中で焼結するものとし、真空度は１×１０^−４Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−２Ｐａ）程度がよい。また、焼結温度は１２００℃〜１４００℃が好ましい。焼結温度が１２００℃未満では高密度のものが得られず、１４００℃を超えると変形や部分的な融解が生じるので好ましくない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
まず、２０〜３０ｗｔ％Ｃｒ、５〜２０ｗｔ％Ｃｏ、１〜３ｗｔ％Ｍｏ、１〜３ｗｔ％のＺｒ、および残部Ｆｅである組成の合金原料を不活性雰囲気中で溶解し、その後、ロール噴霧法でフレーク状粉末を得て、さらに粉砕して、粒径４５μｍ程度の粉末を得る。他に水アトマイズ法などにより粉末を作製してもよい。
【００２３】
この粉末を７×１０^８Ｐａ程度の圧力で、所定の形状に加圧成形する。
【００２４】
その成形体を真空中または不活性ガス中などの非酸化性雰囲気において、１２００℃〜１４００℃で、３時間程度の焼結を行う。
【００２５】
次に、得られた焼結体の密度を測定する。また、酸素含有量と炭素含有量も測定する。
【００２６】
この焼結体に約１１５０℃で１時間程度の溶体化処理を行う。次に、約６５０℃、磁場強度およそ２４０ｋＡ／ｍで、磁場中等温処理を１時間程度行い、さらに６００℃付近より５００℃付近の間で５℃／ｈ程度の温度勾配による冷却（時効処理）を行い、磁気異方性の形成とスピノーダル分解を行い、磁石合金を得る。そして、磁気特性を測定する。
【００２７】
【実施例】
次いで、本発明の実施例を説明する。
【００２８】
（実施例１）まず、（２５．５ｗｔ％のＣｒ）−（１２．９ｗｔ％のＣｏ）−（３ｗｔ％のＭｏ）−（０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％または４ｗｔ％のＺｒ）−（残部Ｆｅ）である５種類の組成の合金原料を用意した。これをＡｒガス雰囲気中で高周波溶解し、溶湯をφ３ｍｍのノズルからロールの回転数が３０００ｒ．ｐ．ｍの銅製の双ロールに噴出することで厚さ２０〜７０μｍフレーク状粉末を作製した。
【００２９】
このフレーク状粉末を振動ミルにて１０分間の粉砕を行った。この粉砕された粉末を、篩にて４５μｍ以下になるように分級を行った。この時、それぞれの組成の粉末のＯ（酸素）含有量は０．３ｗｔ％以下であり、Ｃ（炭素）含有量は０．０５ｗｔ％以下であった。
【００３０】
この粉末を７ｔｏｎ／ｃｍ^２（６．９×１０^８Ｐａ）の圧力で、φ１３×１０ｍｍの形状に加圧成形した。
【００３１】
次に、この成形体を１×１０^−４Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−２Ｐａ）の真空中で１３００℃で３時間の条件にて焼結し、得られた焼結体の密度を測定した。
【００３２】
結果を、Ｚｒ含有量と焼結体の密度の関係として、図１に示す。なお、密度は相対的密度（焼結体の密度／真密度）を％単位で表した。この時、焼結体のＯ（酸素）含有量とＣ（炭素）含有量は、それぞれ、０．３ｗｔ％、０．０８ｗｔ％であった。
【００３３】
この焼結体を１１５０℃で１時間の溶体化処理を行った後、６５０℃、３０００Ｏｅ（２３８．８ｋＡ／ｍ）で１時間の磁場中等温処理を施し、さらに６００℃より５００℃までの温度勾配５℃／ｈによる冷却を経て、磁石合金を得た。そして、磁気特性を測定した。
【００３４】
図２に、Ｚｒ含有量の保持力Ｈｃに対する結果を、図３に、Ｚｒ含有量の飽和磁束密度に対する結果を示す。
【００３５】
図１、図２および図３より、Ｚｒ含有量は１ｗｔ％以上で焼結体の相対的な密度が９０％より高くなるが、Ｚｒ含有量が３ｗｔ％を超えると磁気特性（飽和磁束密度および保磁力）は大きく低下する。
【００３６】
従って、焼結体の密度を向上させ、磁気特性に悪い影響を及ぼさないＺｒ含有量は１〜３ｗｔ％であることが分かる。
【００３７】
（実施例２）２５．５ｗｔ％Ｃｒ−１２．９ｗｔ％Ｃｏ−３ｗｔ％Ｍｏ−２ｗｔ％Ｚｒ−残部Ｆｅである組成の水アトマイズ粉末（Ｏ含有量０．７ｗｔ％、Ｃ含有量０．１ｗｔ％）に、焼結体におけるＯ含有量とＣ含有量をコントロールする為に、０〜０．５ｗｔ％のＣ（炭素）粉末を添加し、得られた粉末を７ｔｏｎ／ｃｍ^２（６．９×１０^８Ｐａ）の圧力でφ１３×１０ｍｍの形状に加圧成形した。
【００３８】
次に、成形体を１×１０^−４Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−２Ｐａ）の真空中において、１３００℃で３時間の条件にて焼結を行い、１１５０℃で１時間の溶体化処理を行った後、６５０℃、３０００Ｏｅ（２３３．８ｋＡ／ｍ）で１時間の磁場中等温処理を行い、さらに６００℃より５００℃までの温度勾配５℃／ｈによる冷却を行い、磁石合金を得て、磁気特性を測定した。この焼結体のＯ、Ｃの含有量と磁気特性の関係を表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１より、Ｏ含有量が、０．５ｗｔ％を超えると飽和磁束密度が１３００ｍＴより低くなることが分かる。
【００４１】
また、試料▲６▼の結果が示しているように、Ｃ含有量が０．１ｗｔ％を超えるとＯの含有量が０．５ｗｔ％以下であっても磁気特性において大きな低下があることが分かった。
【００４２】
Ｃの含有量と磁気特性の関係をさらに説明する。試料▲４▼においては、Ｃ含有量は０．０８ｗｔ％であり、Ｏ含有量は０．６２ｗｔ％である。このとき、飽和磁束密度が１００５ｍＴとなっている。
【００４３】
それに対して、実施例１の場合には、Ｃ含有量が同じ０．０８ｗｔ％であっても、Ｏ含有量が０．３ｗｔ％と少ないので、Ｚｒ含有量が１〜３ｗｔ％のときに、１３００ｍＴ以上の高い飽和磁束密度が得られている。
【００４４】
また、試料▲６▼においては、Ｃ含有量が０．１３ｗｔ％であり、Ｏ含有量は０．４ｗｔ％のときに、飽和磁束密度は８００ｍＴまで低下している。
【００４５】
これらの結果から、Ｃ含有量が０．１ｗｔ％以下でないと、実用的な磁気特性が得られないと推定できる。なお、焼結後の製造工程においては、Ｃ含有量、Ｏ含有量および密度はほとんど変化しない。
【００４６】
また、表１において、相対的密度が９０％より高い試料については、５２０×８０Ａ／ｍ以上の保持力と１３１０ｍＴ以上の飽和磁束密度が得られている。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石の合金原料に、Ｚｒを添加し、また、Ｏ、Ｃの含有量をそれぞれコントロールすることによって磁気特性に何ら悪い影響を与えること無く、また、粉末冶金法における焼結温度を高くすること無く、さらに、焼結時間を長くすること無く、焼結密度を高めたＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金およびその製造方法の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｚｒ含有量と焼結体の相対的な密度の関係を示す図。
【図２】Ｚｒ含有量と保持力Ｈｃの関係を示す図。
【図３】Ｚｒ含有量と飽和磁束密度の関係を示す図。

Claims

２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜２０ｗｔ％のＣｏ、１〜３ｗｔ％のＭｏ、１〜３ｗｔ％のＺｒ、および残部が主としてＦｅからなることを特徴とするＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金。
Ｏ（酸素）含有量が０．５ｗｔ％以下であり、かつ、Ｃ（炭素）含有量が０．１ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金。
相対的密度が真密度に対する比率で表して９０％より高いことを特徴とする請求項１または２に記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金。
２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜２０ｗｔ％のＣｏ、１〜３ｗｔ％のＭｏ、および残部にＦｅを主として含むＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金の製造方法において、Ｚｒを添加して、粉末冶金法により合金化することを特徴とするＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石合金の製造方法。