JP2720027B2 - 超低温用永久磁石材料 - Google Patents
超低温用永久磁石材料Info
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Description
【発明の詳細な説明】
利用産業分野
この発明は、例えば、150K以下の超低温用、特に核磁
気共鳴断層撮影装置、アンジュレーター装置あるいは高
速荷電粒子線収束装置、磁気ベアリング等に用いられる
超低温用の高保持力、高磁束密度永久磁石材料に係り、
Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、ＲがPrになる特定
組成からなり、150K以下で最大エネルギー積（BH）max
が40MGOe以上である超低温用永久磁石材料に関する。 背景技術 従来、核磁気共鳴断層撮影装置、あるいは高速荷電粒
子線収束装置などの高磁界を発生する装置の磁石には、
液体ヘリウムを使用する超電導磁石が用いられてきた
が、ヘリウムは資源として、今後数十年で枯渇すると言
われており、超電導磁石に代わる高性能磁界発生装置が
求められている。 また、アンジュレーター装置などの用途には、希土類
コバルト磁石が用いられている例があるが、主成分のS
m、Coは共に資源的に不足し、かつ高価であり、今後長
期間にわたって、安定して多量に供給されることは困難
である。 そのため、従来の磁気回路の問題点を解消し、前述の
用途に適した、安価でかつ磁気回路の組立構造及び操作
の容易な超低温用永久磁石材料が切望されてきた。 本出願人は先に、高価なSmやCoを必ずしも含有しない
新しい高性能永久磁石として、原子百分比で８〜30％の
Ｒ（但しＲはＹを包含する希土類元素の少なくとも一
種）、２〜28％のＢ及びFeから成る磁気異方性焼結体で
あることを特徴とするFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石を提案した
（特開昭59−46008号）。 また、本出願人は、上記のFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石のFe
をCoで置換することによって温度特性を改良したFe−Ｂ
−Ｒ系永久磁石として、原子百分比において、R8〜30％
（但しＲはＹを包含する希土類元素の少なくとも一
種）、B2〜28％、Co50％以下（但しCo0％を除く）、及
び残部Fe及び不可避の不純物から成る磁気異方性焼結体
永久磁石を提案した（特開昭59−64733号）。 さらに、本出願人は、前記Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石に添
加元素Ｍを含有させることによって保磁力（iHc）を改
良したFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石として、T14.5％以下、Ni
4.5％以下（Coを含有する場合は8.0％以下）、Bi5％以
下、V9.5％以下、Nb12.5％以下、Ta10.5％以下、Cr8.5
％以下、Mo9.5％以下、W9.5％以下、Mn3.5％以下、Mn3.
5％以下（Coを含有する場合は8.0以下）、Al9.5％以
下、Sb2.5％以下、Ge7％以下、Sn6.5％以下、Zr5.5以
下、及びHf5.5％以下からなる添加元素Ｍの一種または
二種以上（但しＭとして二種以上の前記添加元素を含む
場合において、Ｍ総量は当該添加元素のうち最大値を有
するものの原子百分比以下）を含む永久磁石を提案した
（特開昭59−89401号及び特開昭59−132104号）。 これらのFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石は、ＲとしてNdやPrを
中心とする資源適に豊富な軽希土類を用い、Feを主成分
として25MGOe以上の極めて高いエネルギー積を示すすぐ
れた永久磁石である。 上記のすぐれた磁気特性を有するFe−Ｂ−Ｒ軽磁気異
方性焼結体からなる永久磁石は、残留磁束密度（Br）、
保磁力（iHc）の温度係数が大きく、低温において、特
性が飛躍的に向上することを見出した。 しかし、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石の代表的な組成を有す
る、ＲにNdを用いたFe−Ｂ−Nd系永久磁石は、常温並び
に低温域ではすぐれた特性を示すが、150K以下の超低温
域では、異方性定数（Ku1）、残留磁束密度（Br）、最
大エネルギー積（（BH）max）が低下する問題があっ
た。 発明の目的 この発明は、新規なFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石において、
特に150K以下の超低温域での異方性定数（Ku1）、残留
磁束密度（Br）、最大エネルギー積（（BH）max）を改
善することを目的とし、超低温域での用途として、例え
ば核磁気共鳴断層撮影装置、アンジュレーター装置ある
いは高速荷電粒子線収束装置、磁気ベアリングなどの高
磁界を発生する装置に最適な超低温用永久磁石材料の提
供を目的としている。 発明の構成と効果 この発明は、超低温域での異方性定数、残留磁束密
度、最大エネルギー積が常温時よりすぐれたFe−Ｂ−Ｒ
系超低温用永久磁石を目的に種々検討した結果、ＲにNd
を用いたFe−Ｂ−Nd系永久磁石は、第２図及び第３図に
示す如く、常温並びに低温域ではすぐれた特性を示す
が、例えば150K以下の超低温域では、Nd2Fe14B正方晶相
がスピン再配列転移を示し、磁化容易方向が正方晶のＣ
軸からずれ、異方性定数（Ku1）、残留磁束密度（B
r）、最大エネルギー積（（BH）max）が低下することに
着目し、組成的に解決することを目的に種々検討した結
果、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石のＲの40％以上をPrとするこ
とにより、第１図に示す如く、超低温域での異方性定
数、残留磁束密度、最大エネルギー積が常温時より著し
く向上し、特に最大エネルギー積（（BH）max）が40MGO
e以上の特性を示すことを知見し、この発明を完成し
た。 すなわち、この発明は、 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、 Ｒ（但しＲはPr）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe65原子％〜80原子％であり、 主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以上の
（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久磁石
材料である。 また、この発明は、 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、 Ｒ（但しＲはPr）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe及びCo65原子％〜80原子％（但しCoはFeの20％以下）
であり、 主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以上の
（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久磁石
材料である。 また、この発明は、 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、 Ｒ（但しＲはPr）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe65原子％〜80原子％、 Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、Mo、Ｗ、Sb、Ge、S
n、Zr、Ni、Si、Zn、Hfのうち１種または２種以上が0.1
原子％〜３原子％（但し、Sbは2.5原子％以下、Znは1.1
原子％以下）であり、 主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以上の
（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久磁石
材料である。 さらに、この発明は、 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、 Ｒ（但しＲはPr）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe及びCo65原子％〜80原子％（但しCoはFeの20％以下）
であり、 Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、Mo、Ｗ、Sb、Ge、S
n、Zr、Ni、Si、Zn、Hfのうち１種または２種以上が0.1
原子％〜３原子％（但し、Sbは2.5原子％以下、Znは1.1
原子％以下）であり、 主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以上の
（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久磁石
材料である。 この発明の永久磁石材料は、結晶粒径が２〜40μｍの
範囲にある正方晶系の結晶構造を有する化合物を主相と
し、体積比で１％〜50％の非磁性相（酸化物相を除く）
を含むことを特徴とする。 また、この発明の永久磁石材料は、Ｒとして資源的に
豊富な軽希土類のPrを用いたFe,B,Rを主成分とすること
により、第１図に示す如く、150K以下の超低温域で磁気
特性がすぐれ、40MGOe以上の極めて高いエネルギー積並
びに高残留磁束密度、高保磁力を有するすぐれたFe−Ｂ
−Ｒ系永久磁石を安価に得ることができる。 この発明の永久磁石材料は、液体空気や液体窒素など
の冷媒を用いて、超低温域まで冷却して使用することに
より、実施例に示す如く、最大エネルギー積（（BH）ma
x）が40MGOe以上の特性を示す。 永久磁石材料の限定理由 この発明の永久磁石材料に用いる希土類元素Ｒは、組
成の10原子％〜30原子％を占め、その全量がPrからな
る。 Ｒに占めるPrが少なくなり、特にＲの40％未満ではス
ピン再配列の減少が超低温域にて発生し、超低温域にお
いて40MGOe以上の（BH）maxが得られないため、実施例
の参考例に示すごとく、Ｒの40％以上をPrとする必要が
有り、他はNdを用いることが好ましく、PrとNd以外の希
土類元素はＲの20％未満にすることが好ましいが、この
発明では最も優れた特性を示す組成として、Ｒの全量を
Prとする。 Ｒの原料としては、純希土類元素でなくてもよく、工
業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有する
ものでも差し支えない。また、Ｒの全量をPrとするが、
希土類元素は、化学的性質が似ており、精製に際し完全
に分離することが困難であるため、Pr以外の希土類元
素、特にSm,Tm,Erは不純物レベルで含む場合には差し支
えない。 Ｒは、新規なFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料における必須
元素であって、10原子％未満では結晶構造がα−鉄と同
一構造の立方組織となるため、高磁気特性、特に高保磁
力が得られず、30原子％を超えるとＲリッチな非磁性相
が多くなり、残留磁束密度（Br）が低下して、すぐれた
特性の永久磁石が得られない。よって、希土類元素は、
10原子％〜30原子％とする。 Ｂは、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料における必須元素で
あって、２原子％未満では菱面体組織となり、高い保磁
力（iHc）は得られず、28原子％を超えるとＢリッチな
非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Br）が低下するた
め、すぐれた永久磁石が得られない。よって、Ｂは２原
子％〜28原子％の範囲とする。 Feは、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において必須元素で
あり、65原子％未満では残留磁束密度（Br）が低下し、
80原子％を超えると高い保磁力が得られないので、Feは
65原子％〜80原子％の含有とする。 また、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、Feの一部
をCoで置換することは、得られる磁石の磁気特性を損な
うことなく、温度特性を改善することができるが、Co置
換量がFeの20％を超えると、逆に磁気特性が劣化するた
め好ましくない。Coの置換量がFeとCoの合計量の５原子
％〜15原子％の場合は、Brは置換しない場合に比較して
増加するため、高いBrを得るためには好ましい。 また、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料は、上述した元素の
他に、工業的生産上不可避的不純物の存在を許容できる
が、Ｂの一部を4.0原子％以下のＣ、3.5原子％以下の
Ｐ、2.5原子％以下のＳ、3.5原子％以下のCuのうち少な
くとも１種、合計量で4.0原子％以下で置換することに
より、得られる永久磁石の製造性改善、低価格化が可能
である。 また、Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、Mo、Ｗ、S
b、Ge、Sn、Zr、Ni、Si、Zn、Hfからなる添加元素は、
いずれも保磁力の向上に大きく寄与する。また、それら
の元素を選定することによって、保磁力の向上だけでな
く、減磁曲線の角型性の改善、製造性の改善、低価格化
を図ることもできるという作用効果を有する。特に、添
加元素としてはＶ、Nb、Ta、Mo、Cr、Al、Ｗが好まし
い。 しかし、保磁力改善のための添加に伴い、残留磁束密
度（Br）の低下を招来するので、超低温域において、最
大エネルギー積40MGOeを得るのに必要なBr値を下回らな
い範囲での添加が好ましく、超低温域にて高磁束密度を
得る用途の特殊性を考慮すると、いずれも0.1原子％〜
３原子％が好ましく、特に１原子％以下が望ましい。但
し、Sbは2.5原子％、Znは1.1原子％以下である。なお、
２種以上含有する場合は、その最大含有量は当該添加元
素のうち最大値を有するものの原子％以下で含有させる
ことにより、永久磁石の高保磁力化が可能になる。 また、前記添加元素は、製造工程の原料微粉末を得る
までの工程で添加することができる。例えば、添加元素
を酸化物の形にて、あるいは他の元素との混合酸化物の
形にて直接還元の際に、出発原料に配合することもでき
る。また、微粉砕工程の前に配合添加することもでき
る。 結晶相は主相が正方晶であることが、微細で均一な合
金粉末より、すぐれた磁気特性を有する永久磁石を作製
するのに不可欠である。 また、この発明の永久磁石材料は、磁場中プレス成形
することにより磁気的異方性磁石が得られ、また、無磁
界中でプレス成形することにより、磁気的等方性磁石を
得ることができる。 この発明による永久磁石は、液体空気などの超低温域
において、保持力iHc≧10kOe、残留磁束密度Br＞11kGを
示し、最大エネルギー積（BH）maxは40MGOe以上を示
し、最も好ましい組成範囲ではその最大値は50MGOe以上
に達する。 また、この発明の永久磁石材料のＲの全量をPrが占め
る場合で、R12.5原子％〜21原子％、B5原子％〜15原子
％、Fe74原子％〜80原子％を主成分とするとき、焼結磁
石で超低温域において、（BH）maxが40MGOe以上のすぐ
れた磁気特性を示し、特に軽希土類元素がPrとNdで、Pr
が両者の合計量の40％以上の場合には、（BH）maxは77K
においても、その最大値が40MGOe以上に達する。 実施例 実施例１ 出発原料として、純度99.9％の電解鉄、純度99.5％以
上のＢ、純度99.9％以上の電解Co、純度99.7％以上の希
土類元素を使用し、さらに、純度99.5％以上の添加元素
を使用し、これらを第１表に示す組成合金となる如く配
合し、これらを高周波溶解しその後水冷銅鋳型に鋳造
し、第１表の各組成の鋳塊を得た。なお、第１表におい
て、組成No1,2,3,6,7,8,16,23（＊印）が特許請求の範
囲に限定する範囲のものであり、上記以外は発明者らが
知見した新規な組成を示す参考例である。 その後、インゴットをスタンプミルにより粗粉砕し、
次にボールミルにより微粉砕して粒度２μｍの微粉末を
得た。 この微粉末を金型に挿入して10kOeの磁界中で配向
し、磁界に直角方法に1ton/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1060℃、1.5時間、Ar雰囲気中の
条件で焼結し、その後放冷し、さらにAr中での800℃で
１時間と630℃で1.5時間の２段時効処理を施して、永久
磁石を作製した。 得られた各永久磁石材料のBr、（BH）maxの値を、振
動型磁力計（VSM）を用いて77Kの温度にて測定した。第
１表にその結果を示す。なお、（BH）maxについては室
温時における測定結果を併記する。 また、第１表の本発明組成No.1、No.2及び比較例のN
o.27については、77K〜300Kの温度変化と最大エネルギ
ー積の関係を測定して第４図に示す。なお、第４図に
は、組成No.1は実線●印、組成No.2は実線○印、組成N
o.27は実線△印で表示してある。さらに、第５図には、
本発明組成No.3の永久磁石材料の77Kにおける減磁曲線
を示す。 第１表及び第５図から明らかなように、この発明によ
る永久磁石材料は、超低温域において、磁気特性が大き
く向上し、核磁気共鳴断層撮影装置、アンジュレーター
装置あるいは高速荷電粒子線収束装置、磁気ベアリング
等に用いられる超低温用高保磁力高時速密度永久磁石材
料に最適なことが分かる。
気共鳴断層撮影装置、アンジュレーター装置あるいは高
速荷電粒子線収束装置、磁気ベアリング等に用いられる
超低温用の高保持力、高磁束密度永久磁石材料に係り、
Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、ＲがPrになる特定
組成からなり、150K以下で最大エネルギー積（BH）max
が40MGOe以上である超低温用永久磁石材料に関する。 背景技術 従来、核磁気共鳴断層撮影装置、あるいは高速荷電粒
子線収束装置などの高磁界を発生する装置の磁石には、
液体ヘリウムを使用する超電導磁石が用いられてきた
が、ヘリウムは資源として、今後数十年で枯渇すると言
われており、超電導磁石に代わる高性能磁界発生装置が
求められている。 また、アンジュレーター装置などの用途には、希土類
コバルト磁石が用いられている例があるが、主成分のS
m、Coは共に資源的に不足し、かつ高価であり、今後長
期間にわたって、安定して多量に供給されることは困難
である。 そのため、従来の磁気回路の問題点を解消し、前述の
用途に適した、安価でかつ磁気回路の組立構造及び操作
の容易な超低温用永久磁石材料が切望されてきた。 本出願人は先に、高価なSmやCoを必ずしも含有しない
新しい高性能永久磁石として、原子百分比で８〜30％の
Ｒ（但しＲはＹを包含する希土類元素の少なくとも一
種）、２〜28％のＢ及びFeから成る磁気異方性焼結体で
あることを特徴とするFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石を提案した
（特開昭59−46008号）。 また、本出願人は、上記のFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石のFe
をCoで置換することによって温度特性を改良したFe−Ｂ
−Ｒ系永久磁石として、原子百分比において、R8〜30％
（但しＲはＹを包含する希土類元素の少なくとも一
種）、B2〜28％、Co50％以下（但しCo0％を除く）、及
び残部Fe及び不可避の不純物から成る磁気異方性焼結体
永久磁石を提案した（特開昭59−64733号）。 さらに、本出願人は、前記Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石に添
加元素Ｍを含有させることによって保磁力（iHc）を改
良したFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石として、T14.5％以下、Ni
4.5％以下（Coを含有する場合は8.0％以下）、Bi5％以
下、V9.5％以下、Nb12.5％以下、Ta10.5％以下、Cr8.5
％以下、Mo9.5％以下、W9.5％以下、Mn3.5％以下、Mn3.
5％以下（Coを含有する場合は8.0以下）、Al9.5％以
下、Sb2.5％以下、Ge7％以下、Sn6.5％以下、Zr5.5以
下、及びHf5.5％以下からなる添加元素Ｍの一種または
二種以上（但しＭとして二種以上の前記添加元素を含む
場合において、Ｍ総量は当該添加元素のうち最大値を有
するものの原子百分比以下）を含む永久磁石を提案した
（特開昭59−89401号及び特開昭59−132104号）。 これらのFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石は、ＲとしてNdやPrを
中心とする資源適に豊富な軽希土類を用い、Feを主成分
として25MGOe以上の極めて高いエネルギー積を示すすぐ
れた永久磁石である。 上記のすぐれた磁気特性を有するFe−Ｂ−Ｒ軽磁気異
方性焼結体からなる永久磁石は、残留磁束密度（Br）、
保磁力（iHc）の温度係数が大きく、低温において、特
性が飛躍的に向上することを見出した。 しかし、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石の代表的な組成を有す
る、ＲにNdを用いたFe−Ｂ−Nd系永久磁石は、常温並び
に低温域ではすぐれた特性を示すが、150K以下の超低温
域では、異方性定数（Ku1）、残留磁束密度（Br）、最
大エネルギー積（（BH）max）が低下する問題があっ
た。 発明の目的 この発明は、新規なFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石において、
特に150K以下の超低温域での異方性定数（Ku1）、残留
磁束密度（Br）、最大エネルギー積（（BH）max）を改
善することを目的とし、超低温域での用途として、例え
ば核磁気共鳴断層撮影装置、アンジュレーター装置ある
いは高速荷電粒子線収束装置、磁気ベアリングなどの高
磁界を発生する装置に最適な超低温用永久磁石材料の提
供を目的としている。 発明の構成と効果 この発明は、超低温域での異方性定数、残留磁束密
度、最大エネルギー積が常温時よりすぐれたFe−Ｂ−Ｒ
系超低温用永久磁石を目的に種々検討した結果、ＲにNd
を用いたFe−Ｂ−Nd系永久磁石は、第２図及び第３図に
示す如く、常温並びに低温域ではすぐれた特性を示す
が、例えば150K以下の超低温域では、Nd2Fe14B正方晶相
がスピン再配列転移を示し、磁化容易方向が正方晶のＣ
軸からずれ、異方性定数（Ku1）、残留磁束密度（B
r）、最大エネルギー積（（BH）max）が低下することに
着目し、組成的に解決することを目的に種々検討した結
果、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石のＲの40％以上をPrとするこ
とにより、第１図に示す如く、超低温域での異方性定
数、残留磁束密度、最大エネルギー積が常温時より著し
く向上し、特に最大エネルギー積（（BH）max）が40MGO
e以上の特性を示すことを知見し、この発明を完成し
た。 すなわち、この発明は、 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、 Ｒ（但しＲはPr）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe65原子％〜80原子％であり、 主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以上の
（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久磁石
材料である。 また、この発明は、 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、 Ｒ（但しＲはPr）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe及びCo65原子％〜80原子％（但しCoはFeの20％以下）
であり、 主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以上の
（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久磁石
材料である。 また、この発明は、 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、 Ｒ（但しＲはPr）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe65原子％〜80原子％、 Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、Mo、Ｗ、Sb、Ge、S
n、Zr、Ni、Si、Zn、Hfのうち１種または２種以上が0.1
原子％〜３原子％（但し、Sbは2.5原子％以下、Znは1.1
原子％以下）であり、 主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以上の
（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久磁石
材料である。 さらに、この発明は、 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、 Ｒ（但しＲはPr）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe及びCo65原子％〜80原子％（但しCoはFeの20％以下）
であり、 Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、Mo、Ｗ、Sb、Ge、S
n、Zr、Ni、Si、Zn、Hfのうち１種または２種以上が0.1
原子％〜３原子％（但し、Sbは2.5原子％以下、Znは1.1
原子％以下）であり、 主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以上の
（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久磁石
材料である。 この発明の永久磁石材料は、結晶粒径が２〜40μｍの
範囲にある正方晶系の結晶構造を有する化合物を主相と
し、体積比で１％〜50％の非磁性相（酸化物相を除く）
を含むことを特徴とする。 また、この発明の永久磁石材料は、Ｒとして資源的に
豊富な軽希土類のPrを用いたFe,B,Rを主成分とすること
により、第１図に示す如く、150K以下の超低温域で磁気
特性がすぐれ、40MGOe以上の極めて高いエネルギー積並
びに高残留磁束密度、高保磁力を有するすぐれたFe−Ｂ
−Ｒ系永久磁石を安価に得ることができる。 この発明の永久磁石材料は、液体空気や液体窒素など
の冷媒を用いて、超低温域まで冷却して使用することに
より、実施例に示す如く、最大エネルギー積（（BH）ma
x）が40MGOe以上の特性を示す。 永久磁石材料の限定理由 この発明の永久磁石材料に用いる希土類元素Ｒは、組
成の10原子％〜30原子％を占め、その全量がPrからな
る。 Ｒに占めるPrが少なくなり、特にＲの40％未満ではス
ピン再配列の減少が超低温域にて発生し、超低温域にお
いて40MGOe以上の（BH）maxが得られないため、実施例
の参考例に示すごとく、Ｒの40％以上をPrとする必要が
有り、他はNdを用いることが好ましく、PrとNd以外の希
土類元素はＲの20％未満にすることが好ましいが、この
発明では最も優れた特性を示す組成として、Ｒの全量を
Prとする。 Ｒの原料としては、純希土類元素でなくてもよく、工
業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有する
ものでも差し支えない。また、Ｒの全量をPrとするが、
希土類元素は、化学的性質が似ており、精製に際し完全
に分離することが困難であるため、Pr以外の希土類元
素、特にSm,Tm,Erは不純物レベルで含む場合には差し支
えない。 Ｒは、新規なFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料における必須
元素であって、10原子％未満では結晶構造がα−鉄と同
一構造の立方組織となるため、高磁気特性、特に高保磁
力が得られず、30原子％を超えるとＲリッチな非磁性相
が多くなり、残留磁束密度（Br）が低下して、すぐれた
特性の永久磁石が得られない。よって、希土類元素は、
10原子％〜30原子％とする。 Ｂは、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料における必須元素で
あって、２原子％未満では菱面体組織となり、高い保磁
力（iHc）は得られず、28原子％を超えるとＢリッチな
非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Br）が低下するた
め、すぐれた永久磁石が得られない。よって、Ｂは２原
子％〜28原子％の範囲とする。 Feは、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において必須元素で
あり、65原子％未満では残留磁束密度（Br）が低下し、
80原子％を超えると高い保磁力が得られないので、Feは
65原子％〜80原子％の含有とする。 また、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、Feの一部
をCoで置換することは、得られる磁石の磁気特性を損な
うことなく、温度特性を改善することができるが、Co置
換量がFeの20％を超えると、逆に磁気特性が劣化するた
め好ましくない。Coの置換量がFeとCoの合計量の５原子
％〜15原子％の場合は、Brは置換しない場合に比較して
増加するため、高いBrを得るためには好ましい。 また、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料は、上述した元素の
他に、工業的生産上不可避的不純物の存在を許容できる
が、Ｂの一部を4.0原子％以下のＣ、3.5原子％以下の
Ｐ、2.5原子％以下のＳ、3.5原子％以下のCuのうち少な
くとも１種、合計量で4.0原子％以下で置換することに
より、得られる永久磁石の製造性改善、低価格化が可能
である。 また、Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、Mo、Ｗ、S
b、Ge、Sn、Zr、Ni、Si、Zn、Hfからなる添加元素は、
いずれも保磁力の向上に大きく寄与する。また、それら
の元素を選定することによって、保磁力の向上だけでな
く、減磁曲線の角型性の改善、製造性の改善、低価格化
を図ることもできるという作用効果を有する。特に、添
加元素としてはＶ、Nb、Ta、Mo、Cr、Al、Ｗが好まし
い。 しかし、保磁力改善のための添加に伴い、残留磁束密
度（Br）の低下を招来するので、超低温域において、最
大エネルギー積40MGOeを得るのに必要なBr値を下回らな
い範囲での添加が好ましく、超低温域にて高磁束密度を
得る用途の特殊性を考慮すると、いずれも0.1原子％〜
３原子％が好ましく、特に１原子％以下が望ましい。但
し、Sbは2.5原子％、Znは1.1原子％以下である。なお、
２種以上含有する場合は、その最大含有量は当該添加元
素のうち最大値を有するものの原子％以下で含有させる
ことにより、永久磁石の高保磁力化が可能になる。 また、前記添加元素は、製造工程の原料微粉末を得る
までの工程で添加することができる。例えば、添加元素
を酸化物の形にて、あるいは他の元素との混合酸化物の
形にて直接還元の際に、出発原料に配合することもでき
る。また、微粉砕工程の前に配合添加することもでき
る。 結晶相は主相が正方晶であることが、微細で均一な合
金粉末より、すぐれた磁気特性を有する永久磁石を作製
するのに不可欠である。 また、この発明の永久磁石材料は、磁場中プレス成形
することにより磁気的異方性磁石が得られ、また、無磁
界中でプレス成形することにより、磁気的等方性磁石を
得ることができる。 この発明による永久磁石は、液体空気などの超低温域
において、保持力iHc≧10kOe、残留磁束密度Br＞11kGを
示し、最大エネルギー積（BH）maxは40MGOe以上を示
し、最も好ましい組成範囲ではその最大値は50MGOe以上
に達する。 また、この発明の永久磁石材料のＲの全量をPrが占め
る場合で、R12.5原子％〜21原子％、B5原子％〜15原子
％、Fe74原子％〜80原子％を主成分とするとき、焼結磁
石で超低温域において、（BH）maxが40MGOe以上のすぐ
れた磁気特性を示し、特に軽希土類元素がPrとNdで、Pr
が両者の合計量の40％以上の場合には、（BH）maxは77K
においても、その最大値が40MGOe以上に達する。 実施例 実施例１ 出発原料として、純度99.9％の電解鉄、純度99.5％以
上のＢ、純度99.9％以上の電解Co、純度99.7％以上の希
土類元素を使用し、さらに、純度99.5％以上の添加元素
を使用し、これらを第１表に示す組成合金となる如く配
合し、これらを高周波溶解しその後水冷銅鋳型に鋳造
し、第１表の各組成の鋳塊を得た。なお、第１表におい
て、組成No1,2,3,6,7,8,16,23（＊印）が特許請求の範
囲に限定する範囲のものであり、上記以外は発明者らが
知見した新規な組成を示す参考例である。 その後、インゴットをスタンプミルにより粗粉砕し、
次にボールミルにより微粉砕して粒度２μｍの微粉末を
得た。 この微粉末を金型に挿入して10kOeの磁界中で配向
し、磁界に直角方法に1ton/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1060℃、1.5時間、Ar雰囲気中の
条件で焼結し、その後放冷し、さらにAr中での800℃で
１時間と630℃で1.5時間の２段時効処理を施して、永久
磁石を作製した。 得られた各永久磁石材料のBr、（BH）maxの値を、振
動型磁力計（VSM）を用いて77Kの温度にて測定した。第
１表にその結果を示す。なお、（BH）maxについては室
温時における測定結果を併記する。 また、第１表の本発明組成No.1、No.2及び比較例のN
o.27については、77K〜300Kの温度変化と最大エネルギ
ー積の関係を測定して第４図に示す。なお、第４図に
は、組成No.1は実線●印、組成No.2は実線○印、組成N
o.27は実線△印で表示してある。さらに、第５図には、
本発明組成No.3の永久磁石材料の77Kにおける減磁曲線
を示す。 第１表及び第５図から明らかなように、この発明によ
る永久磁石材料は、超低温域において、磁気特性が大き
く向上し、核磁気共鳴断層撮影装置、アンジュレーター
装置あるいは高速荷電粒子線収束装置、磁気ベアリング
等に用いられる超低温用高保磁力高時速密度永久磁石材
料に最適なことが分かる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明による永久磁石材料の温度変化と磁気
特性の関係を示すグラフである。 第２図は比較永久磁石材料の温度変化と磁気特性の関係
を示すグラフである。 第３図は比較永久磁石材料の温度変化と最大エネルギー
積の関係を示すグラフである。 第４図はこの発明による永久磁石材料及び比較永久磁石
材料の温度変化と最大エネルギー積の関係を示すグラフ
である。 第５図は、第１表の本発明組成No.3の永久磁石材料の77
Kにおける減磁曲線を示すグラフである。
特性の関係を示すグラフである。 第２図は比較永久磁石材料の温度変化と磁気特性の関係
を示すグラフである。 第３図は比較永久磁石材料の温度変化と最大エネルギー
積の関係を示すグラフである。 第４図はこの発明による永久磁石材料及び比較永久磁石
材料の温度変化と最大エネルギー積の関係を示すグラフ
である。 第５図は、第１表の本発明組成No.3の永久磁石材料の77
Kにおける減磁曲線を示すグラフである。
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フロントページの続き
(72)発明者 松浦 裕
大阪府三島郡島本町江川２−15―17 住
友特殊金属株式会社山崎製作所内
(72)発明者 佐川 真人
大阪府三島郡島本町江川２−15―17 住
友特殊金属株式会社山崎製作所内
(56)参考文献 特開 昭60−9852（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−46008（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、Ｒ（但しＲは
Pr）10原子％〜30原子％、B2原子％〜28原子％、Fe65原
子％〜80原子％であり、主相が正方晶相より構成され、
150K以下で40MGOe以上の（BH）maxを有することを特徴
とする超低温用永久磁石材料。 ２．Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、Ｒ（但しＲは
Pr）10原子％〜30原子％、B2原子％〜28原子％、Fe及び
Co65原子％〜80原子％（但しCoはFeの20％以下）であ
り、主相が正方晶相より構成され、150K以下で40MGOe以
上の（BH）maxを有することを特徴とする超低温用永久
磁石材料。 ３．Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、Ｒ（但しＲは
Pr）10原子％〜30原子％、B2原子％〜28原子％、Fe65原
子％〜80原子％、Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、M
o、Ｗ、Sb、Ge、Sn、Zr、Ni、Si、Zn、Hfのうち１種ま
たは２種以上が0.1原子％〜３原子％（但し、Sbは2.5原
子％以下、Znは1.1原子％以下）であり、主相が正方晶
相より構成され、150K以下で40MGOe以上の（BH）maxを
有することを特徴とする超低温用永久磁石材料。 ４．Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料において、Ｒ（但しＲは
Pr）10原子％〜30原子％、B2原子％〜28原子％、Fe及び
Co65原子％〜80原子％（但しCoはFeの20％以下）であ
り、Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、Mo、Ｗ、Sb、G
e、Sn、Zr、Ni、Si、Zn、Hfのうち１種または２種以上
が0.1原子％〜３原子％（但し、Sbは2.5原子％以下、Zn
は1.1原子％以下）であり、主相が正方晶相より構成さ
れ、150K以下で40MGOe以上の（BH）maxを有することを
特徴とする超低温用永久磁石材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60085256A JP2720027B2 (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 超低温用永久磁石材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60085256A JP2720027B2 (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 超低温用永久磁石材料 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8115805A Division JP2983902B2 (ja) | 1996-04-12 | 1996-04-12 | 超低温用永久磁石材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61243153A JPS61243153A (ja) | 1986-10-29 |
| JP2720027B2 true JP2720027B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=13853489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60085256A Expired - Lifetime JP2720027B2 (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 超低温用永久磁石材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2720027B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6472502A (en) * | 1987-09-11 | 1989-03-17 | Hitachi Metals Ltd | Permanent magnet for accelerating particle beam |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5946008A (ja) * | 1982-08-21 | 1984-03-15 | Sumitomo Special Metals Co Ltd | 永久磁石 |
| JPS609852A (ja) * | 1983-06-24 | 1985-01-18 | ゼネラル・モ−タ−ズ・コ−ポレ−シヨン | 高エネルギ−積の稀土類−鉄磁石合金 |
-
1985
- 1985-04-19 JP JP60085256A patent/JP2720027B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61243153A (ja) | 1986-10-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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