JP2648422B2 - 永久磁石 - Google Patents

永久磁石

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JP2648422B2 JP4251652A JP25165292A JP2648422B2 JP 2648422 B2 JP2648422 B2 JP 2648422B2 JP 4251652 A JP4251652 A JP 4251652A JP 25165292 A JP25165292 A JP 25165292A JP 2648422 B2 JP2648422 B2 JP 2648422B2
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宮 照 夫 清
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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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な永久磁石、特に鉄
‐M‐炭素系(以下「Fe−M−C系」という)永久磁
石に関する。
【0002】
【従来の技術】永久磁石としては従来Fe−Cr−Co
磁石、Al、Ni、Co、Cu、Feを主成分とするア
ルニコ磁石、Feの酸化物を主成分とするハードフェラ
イト磁石、Smを含む希土類コバルト磁石、Ndを含む
Nd−Fe−B磁石が代表的なものとして知られてい
る。
【0003】但し、Fe−Cr−Co磁石、アルニコ磁
石及び希土類コバルト磁石に使用されるCoの原料事情
が不安定化しまた希土類磁石に使用される希土類元素の
埋蔵量は少なく極めて高価である等の理由によりハード
フェライト磁石が永久磁石の主流を占めている。
【0004】フェライト磁石は最も一般的に使用されて
いる磁石である。残留磁束密度(Br)が最大4KG、
保磁力(iHc)が最大4KOeである(特公昭58−
41645)。
【0005】高価なCoを15〜35重量%含むFe−
Cr−Co磁石、アルニコ磁石のBrは10KG以上、
iHcは1KOe程度である(特公昭57−2374
7、特公昭54−43450)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したフェライト磁
石はiHcは大きいが、Brが4KGと小さい。Fe−
Cr−Co磁石、アルニコ磁石は高価なCoを15〜3
5重量%も含み、Brは10KG以上と大きいが、iH
cが1KOe程度と小さい。希土類磁石は非常に高価な
希土類元素を含む。
【0007】本発明の目的は、原料供給の面から或は経
済的な面から難点を有するコバルトや希土類元素を含ま
ず、フェライト磁石のBr以上つまり4KG以上、アル
ニコ磁石のiHc以上つまり1KOe以上の磁気特性を
有し、実用的な永久磁石を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は8〜28at%の
C、23〜35at%のM(MはZr、Hf、Nb、T
a、Mo、Wの1種または2種以上)、Fe残部からな
ることを特徴とする永久磁石を提供することである。
【0009】近年、Fe系化合物にC、N、Bのような
侵入型元素が入ると磁気特性が向上することがわかって
きた。
【0010】そこで本発明者らは多くのFe化合物にC
とともに種々の元素を加えて研究を重ねたところ、特に
ラーベス相を形成する特定の元素を加えることにより4
KG以上の残留磁束密度と1KOe以上の保磁力という
高磁気特性を有する実用的な永久磁石が得られ上記目的
を達成しうることを見出したのである。
【0011】本発明では上記特定の元素(M)としては
Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Wが挙げられ、これら
を1種用いてもよく、2種以上適宜組合わせて用いるこ
ともできる。これらの中ではZr、Nb、が特に好んで
用いられる。これらの元素はいずれもコバルトや希土類
元素と比較して安定的に入手することができる。
【0012】本発明に係る永久磁石(Fe−M−C系永
久磁石)においては上述した組成領域で高磁気特性が発
生する。
【0013】このような作用を確保するためには各成分
を上記の量含有させることが必要であり順にその理由を
述べればまずCの含有量は8〜28at%必要である。C
の含有量が少なくなり過ぎると保磁力(iHc)、残留
磁束密度(Br)、最大エネルギー積((BH)max
が低下する。一方Cの含有量が多くなり過ぎてもBr、
(BH)max が減少してしまうためCは8〜28at%と
する必要がある。好ましくは11〜25at%である。
【0014】またMの含有量が少なくなり過ぎるとiH
c、Br、(BH)max が低下する。一方Mの含有量が
多くなり過ぎてもBr、(BH)max が低下してしまう
ためMは23〜35at%とする必要がある。好ましくは
24〜32at%である。
【0015】このような本発明にかかるFe−M−C永
久磁石は通常の磁石の製造法に従って製造される。即ち
まず第1工程では必要とする合金元素(Fe、M、C)
材料を溶解炉で溶解して所定の組成の合金を作製しこれ
を粉砕機で平均粒径2〜3ミクロンの大きさに粉砕す
る。えられた微粉砕を磁場中で加圧成形する。ついで第
2工程ではその成型体をアルゴンガス等の不活性雰囲気
中でまず1250〜1350℃の温度で数時間加熱して
焼結し、更に同じ不活性雰囲気中で約700℃で数時間
熱処理して製品とする。
【0016】焼結時の条件は組成元素の種類及び含有量
によって上記範囲で変動するが、後段の熱処理条件はそ
れらに関係なくほぼ一定である。
【0017】このような特定の組成を採用することによ
って、高価で供給不安定なCoや希土類元素を使用せず
に安定的に入手し得る材料で実用的な磁気特性を有する
Fe−M−C系の永久磁石を得ることができる。この磁
石はたとえばPM型ステッピングモーターその他に有効
に用いることができる。
【0018】
【実施例】以下に本発明の永久磁石の実施例をあげる。
しかし本発明がこの実施例によって限定されると解され
るべきではない。 〔実施例1〕下記の第1工程(前工程)、第2工程(熱
処理工程)を経てNbを21〜37at%の範囲内で第1
表に示すように種々変化させ、C:17at%、Fe:残
部の組成を有する本発明に係るFe−Nb−C系永久磁
石を調製した。
【0019】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Fe、Nb、C)をアーク溶解炉
で溶解し、その後粉砕機で平均粒径約3μに粉砕した。
【0020】次にその粉体を15KOeの磁場中で3t
/cm2 で成形した。
【0021】第2工程(熱処理工程) 第1工程で得た成形体をNb含有量に応じてArガス中
1270〜1330℃で4時間焼結した。その後Arガ
ス中で700℃、2時間の熱処理を行った。
【0022】以上のようにして得られた本発明に係るF
e−Nb−C系永久磁石のiHc、Br、(BH)max
を測定し、その結果をNb含有量との対比で第1表に示
した。
【0023】 第 1 表 Nb含有量(at%) 21 23 24 26 29 32 35 37 iHc(KOe) 0.4 1.3 2.0 2.6 2.6 2.4 2.2 1.9 Br(KG) 1.4 6.2 7.0 7.8 8.2 7.4 5.0 2.7 (BH)max (MGOe) 0.1 3.0 6.0 8.0 8.0 7.0 4.0 1.3 第1表から明らかなようにNb含有量が23at%未満で
はiHc、Br、(BH)max が小さく、Nb含有量が
35at%を超えるとBr、(BH)max が小さくなって
しまう。しかしNb含有量が23〜35%の範囲内の磁
石は4KG以上の残留磁束密度と1KOe以上の保磁力
をともに有しており、かくて本発明によればコバルトや
希土類元素を用いずに高磁気特性の磁石が得られている
ことが明らかである。 〔実施例2〕下記の第1工程(前工程)、第2工程(熱
処理工程)を経て、Cを6〜30at%の範囲内で第2表
に示すように種々変化させ、Zr:29at%、Fe:残
部の組成を有する本発明に係るFe−Zr−C系永久磁
石を調製した。
【0024】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Fe、Zr、C)をアーク溶解炉
で溶解し、その後粉砕機で平均粒径約3μに粉砕した。
【0025】次にその粉体を15KOeの磁場中で3t
/cm2 で成形した。
【0026】第2工程(熱処理工程) 第1工程で得た成形体をC含有量に応じてArガス中1
270〜1320℃で4時間焼結した。その後Arガス
中で700℃、2時間の熱処理を行った。
【0027】以上のようにして得られた本発明に係るF
e−Zr−C系永久磁石のiHc、Br、(BH)max
を測定し、その結果をC含有量との対比で第2表に示し
た。
【0028】 第 2 表 C含有量(at%) 6 8 11 14 17 21 25 28 30 iHc(KOe) 0.7 1.3 1.9 2.3 2.4 2.4 2.4 2.2 2.0 Br(KG) 3.9 7.0 8.1 8.3 8.1 7.3 6.0 4.6 3.1 (BH)max (MGOe) 0.7 3.0 5.5 8.0 8.0 7.0 5.5 4.0 2.0 第2表から明らかなように、C含有量が8at%未満では
iHc、Br、(BH)max が小さく、C含有量が28
at%を超えるとBr、(BH)max が小さくなってしま
う。しかし、Cが8〜28at%の場合は保磁力、残留磁
束密度、最大エネルギー積ともに良好である。 〔実施例3〕下記の第1工程(前工程)、第2工程(熱
処理工程)を経て、Mとして第3表に示すものを使用
し、C:17at%、M:29at%、Fe:残部の組成を
有する本発明に係るFe−M−C系永久磁石を調製し
た。
【0029】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Fe、M、C)をアーク溶解炉で
溶解し、その後粉砕機で平均粒径約3μに粉砕した。次
にその粉体を15KOeの磁場中3t/cm2 で成形し
た。
【0030】第2工程(熱処理工程) 第1工程で得た成形体をMに応じてArガス中1280
〜1300℃で4時間焼結した。その後Arガス中で7
00℃、2時間の熱処理を行った。
【0031】以上のようにして得られた本発明に係るF
e−M−C系永久磁石のiHc、Br、(BH)max
測定し、その結果をMとの対比で第3表に示した。
【0032】 第 3 表 M Zr Hf Nb Ta Mo W iHc(KOe) 2.4 2.2 2.6 2.1 2.1 2.0 Br(KG) 8.1 8.0 7.8 7.8 8.0 7.5 (BH)max (MGOe) 8.0 8.0 8.0 7.5 7.5 7.0 第3表から明らかなように、Mの種類が変わると磁気特
性も変化するが、いずれの種類であってもかるく1KO
e以上の保磁力、4KG以上の残留磁束密度を有してお
り、実用上充分な磁気特性が得られることが判る。 〔実施例4〕下記の第1工程(前工程)、第2工程(熱
処理工程)を経て、Mを第4表に示すように種々組合せ
C:17at%、M:29at%、Fe:残部の組成を有す
るFe−M−C系永久磁石を調製した。
【0033】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Fe、M、C)をアーク溶解炉で
溶解し、その後粉砕機で平均粒径約3μに粉砕した。次
にその粉体を15KOeの磁場中3t/cm2 で成形し
た。
【0034】第2工程(熱処理工程) 第1工程で得た成形体をMの組合せに応じてArガス中
1280〜1300℃で4時間焼結した。その後Arガ
ス中で700℃、2時間の熱処理を行った。
【0035】以上のようにして得られた本発明に係るF
e−M−C系永久磁石のiHc、Br、(BH)max
測定し、その結果をMの組合せとの対比で第4表に示し
た。
【0036】 第 4 表 Zr:14at% Hf:14at% Mo:16at% Hf:16at% Zr:11at% Mo: 9at% Mの組合せ Nb:15at% W :15at% Nb: 6at% Ta: 6at% Nb: 7at% Hf: 5at% (29at%) Ta: 7at% W : 7at% Ta: 5at% Nb: 5at% W : 6at% Ta: 5at% W : 5at% iHc(KOe) 2.5 2.2 2.3 2.0 2.1 2.2 Br(KG) 8.2 7.8 8.2 8.0 7.8 7.9 (BH)max 8.0 6.5 7.0 6.5 6.5 7.0 (MGOe) 第4表から明らかなようにMの組合せが変わると磁気特
性も変化するが、いずれの組合せであっても実用上充分
な磁気特性が得られることが判る。このことはMをどの
ように組合せても有効であることを明示するものであ
る。
【0037】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るFe−
M−C系永久磁石によれば従来のもののように高価で供
給不安定なCoや希土類元素を含まなくても実用的な磁
気特性を確保することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清 宮 照 夫 東京都港区新橋五丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−39451(JP,A) 特開 昭61−235537(JP,A) 特開 平5−43989(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】8〜28at%のC、23〜35at%のM
    (MはZr、Hf、Nb、Ta、Mo、Wの1種または
    2種以上)、残部Feからなることを特徴とする永久磁
    石。
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