JP2922615B2 - 永久磁石の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素である）と、
FeまたはFeおよびCoと、Ｂとを含むＲ−Fe−Ｂ系の永久
磁石の製造方法に関する。

＜従来の技術＞ 高性能を有する希土類元素としては、粉末冶金法によ
るSm−Co系磁石でエネルギー積32MGOeのものが量産され
ている。

しかし、このものは、Sm、Coの原料価格が高いという
欠点を有する。希土類元素の中では原子量の小さい元
素、例えば、CeやPr、Ndは、Smよりも豊富にあり価格が
安い。また、FeはCoに比べ安価である。

そこで、近年Nd−Fe−Ｂ磁石等のＲ−Fe−Ｂ系磁石が
開発され、特開昭59−46008号公報では焼結磁石が、ま
た特開昭60−9852号公報では高速急冷法によるものが開
示されている。

焼結法による磁石の製造には、従来のSm−Co系の粉末
冶金プロセス（溶解→鋳造→インゴット粗粉砕→微粉砕
→プレス→焼結→磁石）を適用でき、しかも高い磁石特
性が得られる。しかし、インゴット粉砕に手間がかかる
ため生産性が低い。

インゴットの粉砕を容易に行なうために、従来、水素
吸蔵粉砕が利用されている。

水素吸蔵粉砕では、まず、インゴットを扱い易い大き
さ、例えば30mm角程度に粉砕して原料合金塊とし、これ
を密閉容器内に封入する。

次いで、容器内を排気した後、合金を加熱することに
より表面を活性化して水素を吸蔵し易い状態とし、大気
圧程度の水素ガス圧力下で水素を吸蔵させ、その後、真
空中または不活性ガス雰囲気中で熱処理を施し、吸蔵さ
せた水素を放出させる。

この方法によれば、水素を吸蔵した合金にクラックが
生じて粉末化し、また、合金の耐酸化性が向上する。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、静止した容器中において30mm角程度の原料合
金塊に水素を吸蔵させ、次いで熱処理を施した場合、表
面付近は粉末化するが、中心部付近まで粉末化すること
は難しい。このため塊状の合金が残ってしまい、続く粉
砕工程において、粉砕機へ安定して供給することが困難
となり、また、粉砕の際に大きな機械的力が必要とされ
るという問題がある。

さらに、複数の合金塊を同時に処理する場合、水素吸
蔵工程および熱処理工程において合金塊を均等に加熱す
ることが難しく、合金の処理温度にばらつきが生じる。
また、従来の装置では、処理用の容器への合金塊の出し
入れが必要なため、自動化ライン内へのこれらの処理の
組み込みが難しい。

本発明はこのような事情からなされたものであり、Ｒ
−Fe−Ｂ系永久磁石を焼結法により製造する際に、容易
かつ迅速であって、しかも大量同時処理の可能な水素吸
蔵粉砕が行なえる方法を提供することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ このような目的は、下記（１）〜（６）の本発明によ
って達成される。

（１）Ｒ（ただし、Ｒは、Ｙを含む希土類元素の１種以
上である）、ＢおよびＴ（ただし、Ｔは、Fe、またはFe
およびCoである）を主成分とする複数の合金塊が封入さ
れた容器内を水素ガスを含有する雰囲気とし、前記合金
塊に水素を吸蔵させる水素吸蔵工程と、 前記容器内をほぼ真空または不活性ガス雰囲気とし
て、水素を吸蔵させた前記合金塊に真空中または不活性
ガス雰囲気中で熱処理を施す熱処理工程とを有し、 前記水素吸蔵工程および前記熱処理工程において、前
記合金塊が封入された容器に運動を与えることにより、
前記合金塊同士や前記合金塊と前記容器の内壁とを衝突
させて、前記合金塊の破砕ないし粉砕を行なうことを特
徴とする永久磁石の製造方法。

（２）前記容器に与える運動が、回転、揺動および振動
から選択される少なくとも１種である上記（１）に記載
の永久磁石の製造方法。

（３）前記容器に与える回転が１〜1000回転／分であ
り、前記容器に与える揺動ないし振動の周期が0.05ミリ
秒〜１分、振幅が10μｍ〜1mである上記（２）に記載の
永久磁石の製造方法。

（４）前記水素吸蔵工程の前に、前記合金塊が封入され
た容器内をほぼ真空状態とし、前記容器に前記運動を与
えながら前記合金塊の温度を０〜600℃に保持する前処
理工程を有し、 前記水素吸蔵工程において、前記合金塊の温度を０〜
600℃に保持し、 前記熱処理工程において、前記合金塊の温度を200〜8
00℃に保持する上記（１）ないし（３）のいずれかに記
載の永久磁石の製造方法。

（５）前記熱処理工程後に、前記合金塊が平均粒径20〜
1000μｍの粒子から構成される粉末状態となっている上
記（１）ないし（４）のいずれかに記載の永久磁石の製
造方法。

（６）前記熱処理工程の後に、合金を粉砕する粉砕工
程、粉砕された合金を成形する成形工程および成形工程
により得られた成形体を焼結する焼結工程を有する上記
（１）ないし（５）のいずれかに記載の永久磁石の製造
方法。

＜作用＞ 本発明では、まず、Ｒ−Fe−Ｂ系合金のインゴットを
作製し、これを粉砕して30mm角程度の合金塊とする。

次いで、水素吸蔵工程において合金塊に水素を吸蔵さ
せて粉末化を進め、続く熱処理工程において合金から水
素を放出させて合金を安定化する。

本発明では、水素吸蔵工程および熱処理工程におい
て、合金塊が封入された容器に運動を与える。

水素吸蔵工程において、合金塊は水素ガスと接触する
表面付近にクラックを生じ、表面付近が粉末化する。運
動している容器内の合金塊は、互いに衝突したり容器の
壁に衝突して衝撃を受け、その表面から粉末化した部分
が崩落するため、合金塊表面は常に水素ガスにさらされ
ることになる。水素吸蔵工程では、このようにして水素
吸蔵、表面粉末化およびその崩落が進行し、合金塊の破
砕ないし粉砕が進む。

熱処理工程においても容器は運動しており、合金塊や
崩落した粉末には加速度が与えられているので、これら
は容器中において頻繁に移動して相互に接触ないし衝突
し、また、容器の壁とも接触ないし衝突するため、容器
内において合金の占める割合が高くても、合金塊や合金
粉末は均一に加熱される。このため、装置の大きさに対
して処理能力を大幅に向上させることができる。

また、この熱処理工程においても合金の破砕ないし粉
砕はさらに進行し、合金塊をほぼ完全に粉末化すること
が可能である。これらの工程において得られる粉末を構
成する合金粒子には、結晶粒界を構成する希土類リッチ
相およびその周辺にクラックが生じており、機械的力を
殆どかけることなく粗粉砕が可能である。

このため、熱処理工程に続く粗粉砕工程において、粉
砕機への合金の供給を安定して行なうことができ、ま
た、極めて小さい粉砕力しか必要としない。さらに、場
合によっては粗粉砕工程を省いて直接微粉砕することも
可能である。

なお、本発明では、通常、水素吸蔵工程および熱処理
工程を同一容器内で連続して行なうため、高い生産性が
得られる。

＜具体的構成＞ 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明は、Ｒ（ただし、Ｒは、Ｙを含む希土類元素の
１種以上である）、ＢおよびＴ（ただし、Ｔは、Fe、ま
たはFeおよびCoである）を主成分とする複数の合金塊が
封入された容器内を水素ガスを含有する雰囲気とし、前
記合金塊に水素を吸蔵させる水素吸蔵工程と、前記容器
内をほぼ真空または不活性ガス雰囲気として、水素を吸
蔵させた前記合金塊に真空中または不活性ガス雰囲気中
で熱処理を施す熱処理工程とを有し、前記水素吸蔵工程
および前記熱処理工程において、前記合金塊が封入され
た容器に運動を与えることにより、前記合金塊同士や前
記合金塊と前記容器の内壁とを衝突させて、前記合金塊
の破砕ないし粉砕を行なうことを特徴とする永久磁石の
製造方法である。

水素を吸蔵させる合金塊の寸法および形状に特に制限
はないが、好ましくは合金インゴットを５〜100mm角程
度まで粉砕した合金塊を用いる。この粉砕は、ジョーク
ラッシャー等により行なえばよい。

このような合金塊を、密閉可能な容器中に複数個封入
する。容器の形状および寸法に特に制限はなく、形状と
しては円筒状や方形状等のいずれであってもよく、寸法
は、一回に処理される合金塊の個数や合計体積にもよる
が、通常、径が10〜200cm程度、高さないし長さが10〜1
000cm程度のものを用いればよい。

容器に与える運動としては、合金塊に加速度を与えて
合金塊同士を衝突させたり合金塊と容器の内壁とを衝突
させたりできる運動であれば特に制限はなく、例えば回
転、揺動、振動等のいずれであってもよい。

回転としては自転および公転のいずれであってもよ
く、また、これらが複合された運動であってよい。例え
ば、円筒状の容器を、その軸方向と鉛直方向とが一致し
ないように傾けて容器自身を自転させたり、さらにこれ
に公転運動を加えたり、あるいは円筒状の容器を直立さ
せて容器の軸と一致しない回転軸の回りを公転させた
り、さらにこれに容器自身の自転運動を加えたりするこ
とにより、容器中の合金塊に加速度を与えることができ
る。なお、公転の際の容器の軌跡は、円および楕円のい
ずれであってもよい。

また、揺動や振動をさせる場合、加速度の向きはいず
れの方向であってもよく、例えば、鉛直方向の加速度を
有する運動や水平方向の加速度を有する運動、あるいは
これらが複合された運動等のいずれであってもよい。な
お、容器を超音波により振動させる場合、ホーンを容器
に密着させて振動を与えればよい。

さらに、回転、揺動および振動の２種以上を含む複合
運動であってもよい。

本発明では、容器に与える運動が回転運動を含むと
き、回転数は１〜1000回転／分であることが好ましい。
また、容器に与える運動が揺動運動や振動運動を含むと
き、周期は0.05ミリ秒〜１分、振幅は10μｍ〜1mである
ことが好ましい。

また、単純な回転や揺動、振動等の他、容器の軌跡が
８の字やその他の幾何学的な図形となる運動など、容器
内の合金塊に加速度を与え得る運動であればどのような
ものであってもよい。

さらに、容器内に硬質のボールなどを充填し、合金に
与える衝撃力を高めることも可能である。

容器の材質は特に限定されないが、水素吸蔵工程や熱
処理工程では容器内の合金を加熱する必要があり、これ
らの加熱は、通常、容器外に設けられるヒータにより行
なわれるので、合金の昇温や降温を速やかに行なうため
に容器は金属製であることが好ましく、例えばステンレ
ス鋼等を用いることが好ましい。

合金塊を封入した後、容器内をほぼ真空状態となるま
で排気し、次いで合金塊を加熱する。

この加熱は、合金塊の表面を活性化して水素を扱い易
い状態とするためのものであり、水素吸蔵の前処理とな
るものである。

前処理工程における合金の保持温度は０〜600℃とす
ることが好ましく、また、温度保持時間は0.1〜５時間
程度とすることが好ましい。

加熱手段に特に制限はないが、通常、容器を包囲する
ようにヒータを設け、これにより容器とその中の合金を
加熱する構成とすることが好ましい。

このような前処理工程においても、容器に前述したよ
うな運動をさせて合金塊同士を接触ないし衝突させた
り、合金塊と容器の内壁とを接触ないし衝突させたりす
ることが好ましい。このように運動する容器中において
前処理を施すことにより、後述する熱処理工程と同様に
合金を迅速かつ均一に加熱することが可能となる。

このような前処理工程の後、ほぼ真空の容器内に水素
ガスを導入し、合金塊に水素を吸蔵させて破砕ないし粉
砕を進める。水素ガスの圧力は、0.05〜20気圧程度、通
常は大気圧程度でよい。また、容器内に導入するガス
は、水素ガスだけに限らず、水素ガスに加え、He、Ar等
の不活性ガスおよびその他の非酸化性ガスを含んだ混合
ガスでもよい。

水素吸蔵工程における合金塊の保持温度は０〜600℃
とすることが好ましい。

水素吸蔵工程の処理時間は特に限定されないが、通
常、0.5〜５時間程度とすることが好ましい。

水素吸蔵工程後に、熱処理工程が設けられる。

熱処理工程は、合金から水素を放出させる工程であ
り、吸蔵した水素の50〜90％程度を放出するような熱処
理を行なうことが好ましい。

熱処理工程は、水素吸蔵工程に用いた容器内におい
て、水素吸蔵工程に引き続いて行なうことが好ましい。
この熱処理工程においても、合金が封入された容器に前
述したような運動を行なわせ、破砕ないし粉砕が進行し
ている合金塊や崩落した合金粉末を均一に加熱する。

熱処理工程における雰囲気は、真空または不活性ガス
雰囲気とすることが好ましい。

熱処理条件に特に制限はないが、合金からの水素除去
を効率的に行なうためには、200〜800℃にて0.5〜５時
間の熱処理を行なうことが好ましい。

熱処理工程における加熱手段には、前述した前処理工
程および水素吸蔵工程に用いた加熱手段を利用すること
ができる。

熱処理工程後に、粉砕工程が設けられる。

本発明において、水素吸蔵工程と熱処理工程とを経た
合金は、ほぼ粉末状態となっており、粉末を構成する合
金粒子の平均粒径は20〜1000μｍ程度である。

粉砕工程では、合金に機械的力を加えることにより、
さらに粉砕を進める。この工程における粉砕は、いわゆ
る粗粉砕および微粉砕である。

粉砕に用いる手段に特に制限はなく、ジェットミル、
アトライター、ボールミル等の通常の粉砕機により行な
うことができるが、鋭い粒度分布が得られ易いことか
ら、特にジェットミル等の気流式粉砕機を用いることが
好ましい。

粉砕条件に特に制限はなく、熱処理工程後の合金粒子
の寸法、組成等の各種条件に応じて適当に設定すればよ
い。

なお、粉砕は、粗粉砕とこれに続いて微粉砕を行なっ
てもよく、熱処理工程後の合金が粒度の揃った粉末状態
あれば、直接微粉砕を行なうこともできる。

粉砕工程後には、合金粉末構成粒子の平均粒径は１〜
10μｍ程度であることが好ましい。

粉砕工程の後、成形工程が設けられる。この工程で
は、粉砕工程により得られた合金粉末を所望の形状に成
形する。

成形は磁場中にて行なわれることが好ましく、磁場強
度に特に制限はないが、例えば10kOe以上とすることが
好ましい。

また、成形圧力にも特に制限はないが、例えば１〜5t
/cm²程度であることが好ましい。

成形工程により得られた成形体を、焼結工程において
焼結し、永久磁石とする。

焼結時の各種条件に特に制限はないが、例えば1000〜
1200℃で0.5〜24時間焼結し、その後、急冷することが
好ましい。なお、焼結雰囲気は、真空またはArガス等の
不活性ガス雰囲気であることが好ましい。

この後、好ましくは不活性ガス雰囲気中で、500〜900
℃にて１〜５時間時効処理を行なう。

本発明に用いる原料合金の組成は、Ｒ、ＢおよびＴを
主成分とするものであり、その他に特に制限はないが、
良好な磁気特性を得るためには下記組成とすることが好
ましい。

Ｒ、ＢおよびＴの含有量は、 R:27〜40重量％ B:0.8〜1.5重量％および T:残部 であることが好ましく、特に、 R:27.5〜33.5重量％ B:0.8〜1.2重量％および T:残部 であることが好ましい。

本発明において希土類元素Ｒとは、Ｙ、ランタニドお
よびアクチニドであり、Ｒとしては、Nd、Pr、Ho、Tbの
うち少なくとも１種、あるいはさらに、La、Sm、Ce、G
d、Er、Eu、Pm、Tm、Yb、Ｙのうち１種以上を含むもの
が好ましい。

なお、Ｒとして２種以上の元素を用いる場合、原料と
してミッシュメタル等の混合物を用いることもできる。

Ｒの含有量が上記範囲未満では、結晶構造が立方晶組
織となるため、高い保磁力iHcが得られず、上記範囲を
超えるとＲリッチな非磁性相が多くなり、残留磁化Brが
低下する。

Ｔの含有量が上記範囲未満であるとBrが低下し、上記
範囲を超えるとiHcが低下する。

なお、Coを含有させることにより、磁気特性を損うこ
となく温度特性を改善することができる。ただし、Coが
Ｔの50％を超えると磁気特性が劣化するため、CoはＴの
50％以下とすることが好ましい。

Ｂの含有量が上記範囲未満であるとiHcが不十分であ
り、上記範囲を超えるとＢリッチな非磁性相が多くなる
ため、Brが低下する。

また、Ｒ、ＴおよびＢの他、不可避的不純物としてN
i、Si、Cu、Ca等が全体の２重量％以下含有されていて
もよい。

さらに、Ｂの一部を、Ｃ、Ｐ、ＳおよびＮのうちの１
種以上で置換することにより、生産性の向上および低コ
スト化が実現できる。この場合、置換量は全体の0.4重
量％以下であることが好ましい。

また、保磁力の向上、生産性の向上、低コスト化のた
めに、Al、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Bi、Nb、Ta、Mo、Ｗ、Sb、
Ge、Ga、Sn、Zr、Ni、Si、Hf等の１種以上を添加しても
よい。この場合、添加量は総計で５重量％以下とするこ
とが好ましい。

このような組成を有する永久磁石は、実質的な正方晶
系の結晶構造の主相を有する。

＜実施例＞ 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに
詳細に説明する。

重量百分率で、（Nd31.5％、Dy1.5％、B1.1％、Al0.3
％、Fe残部）の組成を有する合金インゴットを粉砕し、
約30mm角の合金塊を作製した。

［前処理工程］ 合金塊を円筒状のステンレス製容器に封入し、ほぼ真
空にまで排気した後、容器の軸を水平に保ってこの軸を
中心にして15回転／分で回転させながら、容器を包囲す
る電熱ヒータにより容器を加熱し、容器内の合金塊に熱
処理を施した。

なお、容器の寸法は、直径30cm、高さ120cmとし、容
器には50kgの合金塊を封入した。

合金塊の温度は100℃とし、温度保持時間は２時間と
した。

［水素吸蔵工程］ 前処理後、容器内に水素ガスを導入し、容器内の圧力
を１気圧とした。そして、容器を前処理工程と同様に運
動させ、また、同様に加熱しながら１時間保ち、合金塊
に水素を吸蔵させながら破砕ないし粉砕を進めた。

［熱処理工程］ 水素吸蔵工程の後、容器内の水素ガスを排気してほぼ
真空状態とし、容器内の合金の温度が600℃になるよう
にヒータで加熱して合金から水素ガスを放出させた。

このときも容器には水素吸蔵工程と同様な運動をさせ
た。なお、処理時間は１時間とした。

熱処理工程後の合金は、粒径10〜500μｍ程度の粒子
から構成される粉末となっていた。

一方、上記各工程において、容器を静止させたまま処
理した合金塊は、熱処理工程後に粒径の揃った粉末状態
となっておらず、合金塊の中心部であったと思われる15
mm径程度の粗大粒子が多数認められた。これは、容器内
において合金塊中心部が露出されず、水素吸蔵が不十分
であったためと考えられる。

以上の実施例から、本発明の効果が明らかである。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、Ｒ−Fe−Ｂ系焼結永久磁石を作製す
る際に、容易かつ迅速に水素吸蔵粉砕を行なうことがで
きる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−119701（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−4901（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−132304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−131503（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22F 9/04 H01F 1/04 - 1/053

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｒ（ただし、Ｒは、Ｙを含む希土類元素の
   １種以上である）、ＢおよびＴ（ただし、Ｔは、Fe、ま
   たはFeおよびCoである）を主成分とする複数の合金塊が
   封入された容器内を水素ガスを含有する雰囲気とし、前
   記合金塊に水素を吸蔵させる水素吸蔵工程と、 前記容器内をほぼ真空または不活性ガス雰囲気として、
   水素を吸蔵させた前記合金塊に真空中または不活性ガス
   雰囲気中で熱処理を施す熱処理工程とを有し、 前記水素吸蔵工程および前記熱処理工程において、前記
   合金塊が封入された容器に運動を与えることにより、前
   記合金塊同士や前記合金塊と前記容器の内壁とを衝突さ
   せて、前記合金塊の破砕ないし粉砕を行なうことを特徴
   とする永久磁石の製造方法。
2. 【請求項２】前記容器に与える運動が、回転、揺動およ
   び振動から選択される少なくとも１種である請求項１に
   記載の永久磁石の製造方法。
3. 【請求項３】前記容器に与える回転が１〜1000回転／分
   であり、前記容器に与える揺動ないし振動の周期が0.05
   ミリ秒〜１分、振幅が10μｍ〜1mである請求項２に記載
   の永久磁石の製造方法。
4. 【請求項４】前記水素吸蔵工程の前に、前記合金塊が封
   入された容器内をほぼ真空状態とし、前記容器に前記運
   動を与えながら前記合金塊の温度を０〜600℃に保持す
   る前処理工程を有し、 前記水素吸蔵工程において、前記合金塊の温度を０〜60
   0℃に保持し、 前記熱処理工程において、前記合金塊の温度を200〜800
   ℃に保持する請求項１ないし３のいずれかに記載の永久
   磁石の製造方法。
5. 【請求項５】前記熱処理工程後に、前記合金塊が平均粒
   径20〜1000μｍの粒子から構成される粉末状態となって
   いる請求項１ないし４のいずれかに記載の永久磁石の製
   造方法。
6. 【請求項６】前記熱処理工程の後に、合金を粉砕する粉
   砕工程、粉砕された合金を成形する成形工程および成形
   工程により得られた成形体を焼結する焼結工程を有する
   請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石の製造方
   法。