JP2926161B2 - 永久磁石の製造方法 - Google Patents

永久磁石の製造方法

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JP2926161B2 JP1278359A JP27835989A JP2926161B2 JP 2926161 B2 JP2926161 B2 JP 2926161B2 JP 1278359 A JP1278359 A JP 1278359A JP 27835989 A JP27835989 A JP 27835989A JP 2926161 B2 JP2926161 B2 JP 2926161B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は希土類元素−鉄−窒素系(以下“R−Fe−N
系”という)組成を有する永久磁石の製造方法に関す
る。
[従来の技術] 永久磁石材料は小型モーター、アクチュエーター材料
などとして家庭電化製品、音響製品、自動車部品に利用
される一方、医療機器用大型磁石として使用されるなど
エレクトロニクスの種々の分野で広い用途がある。これ
らの機器の小型化、軽量化の要求にともない、永久磁石
材料の高性能化が望まれている。
高性能磁石として現在Sm-Co系、Nd-Fe-B系磁石が使用
されているが、焼結磁石分野においては、より高磁気特
性を有し、資源の量でも有利なNd-Fe-B系が主流になり
つつある。しかし、Nd-Fe-B系磁石は温度特性に劣り、
耐食性も劣悪であるという大きな欠点を有している。一
方、ボンド磁石は成形性の良いことや脆くないので焼結
磁石よりも優れていることから、近年著しい伸びを示し
ている。高性能ボンド磁石も焼結磁石と同様にSm-Co
系、Nd-Fe-B系の二種があるが、いずれも焼結磁石に比
較して(BH)max値が半分程度であるのが欠点といえ
る。従ってボンド磁石の高性能化が強く望まれている。
すなわち、高性能磁石材料は現状ではかなりの問題点
を有しており、より優れた新しい材料の出現が望まれて
いる。
[発明が解決しようとする課題] 本発明はR−Fe−N系組成からなる永久磁石の製造法
について検討し、高性能磁石を提供しようとするもので
ある。
[課題を解決するための手段] 永久磁石材料の結晶粒径と保磁力には密接な関係があ
る。一般には結晶粒径を細かくし、単磁区粒径に近付け
る程、高い保磁力を得ることができる。そこで高い保磁
力を得るために磁石材料の微粉砕を行い、粒径を細かく
し、その後に成形あるいは焼結を行うというのが一般的
な磁石の製造方法である。
ところで微粉砕後の磁石材料の粒子の中に比較的大き
な粒子径をもつものが存在すれば、その部分は保磁力は
低く磁石材料全体としての特性に悪影響を及ぼすと予想
される。例えば、保磁力の低下、角形比(Br/4πIs)の
低下などが起ると予想される。又逆に非常に小さな粒子
径のものが存在すれば、その部分は酸化されやすく、磁
気特性のみならず、磁石の耐久性に悪影響を及ぼすと考
えられる。この意味から微粉砕後の磁性粒子の粒子径は
適切な大きさでシャープな粒径分布をもつものが好まし
いと予測される。
また、R−Fe−N系材料は一般に希土類元素−鉄合金
(以下“R−Fe"という)を高温下で窒素、水素あるい
は酸素を含むガスと接触させることにより合成するが、
この際、R−Fe合金の粒径が均一な程、均一に窒素、水
素あるいは酸素を吸収せしめることができると予想され
る。
この観点から本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、R
−Fe−N系磁石を製造する際に、微粉砕工程の前に該粗
粒を少くとも二種の粒に分級することにより、高性能化
が達成でき本発明の完成に至った。すなわち微粉砕工程
の前に分級操作を行うことが本発明の特徴である。
磁石材料は通常インゴット→粗粉砕(粒子径10〜500
μm)→微粉砕の順に粉砕を行うが、ここでいう分級と
は粗粉砕により得られた粗粒を粒子径ごとにフルイ分け
を行い分別することをさす。磁気特性の面から見れば分
級後の各粒度における粒子径分布は狭い方が好ましいの
で、なるべく多種に分級した方がよいが、操作上の煩雑
さを考えると、分級は2〜10段階に行うのが適当であ
る。
本発明に使用する材料はR−Fe−N系材料であり、代
表的にはR−Fe−N−H−Oを基本組成とする。また、
Feの一部をCo、Niなどの遷移金属で置換することができ
る。ただしRはYを含む希土類元素のうち少くとも一種
をさす。すなわち、RはNd、Pr、La、Ce、Tb、Dy、Ho、
Er、Eu、Sm、Gd、Tm、Yb、Lu及びYである。また、ジジ
ウムやミッシュメタルのような希土類元素の混合物も含
む。
R−Fe−N−H−Oの各元素の原子百分率はRが5〜
20%、Nが10〜25%、Hが0.01〜5%、Oが0.01〜10%
(残部Fe)であることが好ましい。この範囲外の組成で
は保磁力が非常に小さくなってしまう。
次に本発明の永久磁石の製造方法について説明する
が、特にこの方法に限定するものではない。本発明の永
久磁石は以下の手順に従って製造することができる。
すなわち、(1)母合金の合成(2)粗粉砕(3)窒
化、水素化(4)分級(5)微粉砕(6)成形(あるい
は焼結)である。
以下に各工程について詳細に述べる。
(1) R−Fe母合金の合成 原料合金は高周波炉、アーク溶解炉によっても、また
液体超急冷法によっても作製できる。その組成はRが5
〜25原子%、Feが75〜95原子%の範囲にあることが好ま
しい。Reが5原子%未満では合金中にα−Fe相が多く存
在し、高保磁力が得られない。また、Reが25原子%を越
えると高い飽和磁化が得られない。
高周波炉及びアーク溶解炉を用いた場合、溶融状態か
ら合金が凝固する際にFeが析出し易く、このことは磁気
特性、特に保磁力の低下をひきおこす。Fe単体での相を
消失させ、合金の組成の均一化及び結晶性の向上を目的
として焼鈍を行うことが有効である。この焼鈍は600℃
〜1300℃で1時間〜2週間行う場合に効果が顕著であ
る。
液体超急冷法でも、目的組成の合金を作製できる。し
かも、この方法により作製した合金の結晶粒は微細であ
り、条件によってはサブミクロンの粒子も調製できる。
(2) 粗粉砕 粉砕はジョークラッシャー、スタンプミルなどを用い
て行う。この粉砕は次の段階における窒化、水素化を均
一に行うためのものであり、その条件とあわせて十分な
反応性を有する粉体状態に調製することが重要である。
粗粉砕後の粒径は10〜500μmが好ましく、20〜200μm
が更に好ましい。
粗粉砕の方法として水素を母合金と反応させる方法も
ある。すなわち、水素を含有した母合金は硬化し、粉砕
効率が向上することが認められる。また、水素の構造中
への含浸、脱離をくり返すと、格子の伸縮のため自然に
粉砕を行いうる水素吸蔵・粉砕も可能である。これら水
素の関与した粗粉砕では結晶性の低下をおさえつつ十分
な粉砕を行える。
(3) 窒化、水素化 粉砕された原料母合金中に窒素及び水素を化合もしく
は含浸させる方法としては原料合金粉末をアンモニアガ
ス或いはアンモニアガスを含む還元性の混合ガス中で加
圧あるいは加熱処理する方法が有効である。合金中に含
まれる窒素及び水素量はアンモニアガス含有混合ガスの
混合成分比及び加熱温度、加圧力、処理時間によって制
御し得る。
混合ガスとしては水素、ヘリウム、ネオン、窒素及び
アルゴンのいずれか、もしくは2種以上とアンモニアガ
スを混合したガスが有効である。混合比は処理条件との
関連で変化させ得るが、アンモニアガス分圧としては、
とくに0.02〜0.75atmが有効であり、処理温度は200〜65
0℃の範囲が好ましい。低温では侵入速度が小さく、650
℃以上の高温では鉄の窒化物が生成し、磁気特性は低下
する。加圧処理では10atm程度の加圧でも窒素、水素の
含有量を変化させ得る。
アンモニアガス以外のガスを窒化、水素化雰囲気の主
成分とすると、反応効率は著しく低下する。しかし、例
えば水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用い長時間反応
(通常5〜50時間)を行うと窒素及び水素の導入は可能
である。
この窒化、水素化工程における雰囲気ガス中に酸素が
存在すれば容易に材料は酸素をとり込む。そこで、雰囲
気ガス中の酸素濃度を調整することにより、材料中の酸
素組成を調整することができる。また、このあとの微粉
砕工程における雰囲気中の酸素濃度調整によっても材料
中の酸素組成の調整が可能である。
(4) 分級 この工程が本発明の特徴である。分級工程は(3)の
窒化、水素化工程の前に行っても本発明の効果が得られ
る。
分級はメッシュ数の違うフルイを数種組み合わせてフ
ルイ分けすることにより、簡単に行うことができる。例
えば20〜100μmの粒子径分布をもつ粗粒を20〜60μm
及び60〜100μmの2種の粒度に分級するだけでも、そ
の効果はあらわれる。さらに例を挙げると、20〜106μ
mのR−Fe母合金粗粉体を窒化、水素化し、R−Fe−N
系磁石粉体を調整して、これを74μm未満の粒子径と74
μm以上の粒子径を持つ粉体に分級したのち、それぞれ
をボールミル粉砕するときに後者を前者より長い粉砕時
間を設定することにより、両者とも分級しなかったとき
に比べ、高い磁気特性を得ることができる。よりその効
果を大きくするためには、より多くの粒度に分級すれば
よい。例えば20〜40μm、40〜60μm、60〜80μm及び
80〜100μmの4種類に分級すれば、前例の2種の分級
の場合よりも効果は大きい。ただし分級数をあまり多く
すると、より多くの器具を要し、操作も煩雑になってく
るので、分級は10種類以下の粒度で行うことが実用的で
ある。
分級操作はフルイ分け以外には溶媒中に粗粒を分散さ
せた後、沈降速度の差を利用して行うこともできる。
(5) 微粉砕 分級後、各粒度を微粉砕により微粉化する。微粉砕の
方法としては一般的に行われているボールミルやジェッ
トミルなどがあげられる。微粉砕後の粒子径は1〜10μ
mであることが好ましい。
(6) 成形(あるいは焼結) 微粉砕により得られた微粉を成形することにより磁石
とする。例えばエポキシ樹脂と磁性微粉を混練し、磁場
中で配向させた後、硬化させることによりボンド磁石が
得られる。
また、微粉を磁場中で配向後プレス成形したのち、焼
結を行えば焼結磁石が得られる。
[実施例] 以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。
実施例1 純度99.9%のSm及び純度99.9%のFeを混合し、アルゴ
ン雰囲気下、水冷銅ボート中でアーク溶解し、Sm-Fe合
金インゴットを得た。得られた合金をアルゴン雰囲気
下、800℃で二週間焼鈍し、Sm10.5Fe89.5の組成を有す
る母合金を得た。
次にこの母合金をジョークラッシャー粉砕、ついでコ
ーヒーミル粉砕し、粒子径分布が20〜106μmの粗粒を
得た。得られた粗粒を管状炉中に入れ、450℃においてN
H3ガス0.4atm及びH2ガス0.6atmの混合ガス流を該管状
炉中に2時間流して、窒化、水素化を行った後、そのま
ま室温まで冷却した。
この窒化、水素化工程により得られた磁性粗粒を粗粒
Aとする。粗粒Aをフルイにより74μm未満の粒子径の
粒子と74μm以上の粒子径をもつ粒子の二種に分級し
た。次にそれぞれの粒子を、ステンレス製円筒状容器に
ステンレス性ボール、シクロヘキサンとともに入れた。
そして、回転ボールミルにより74μm以下の粒子は3時
間、74μm以上の粒子は3時間20分微粉砕を行った。
微粉砕後ステンレス製容器ごと、酸素濃度1%に調整
した窒素雰囲気のグローブボックスに入れ、磁性微粉を
容器から取り出し自然乾燥させた。この微粉の組成を分
析した結果、原子百分率でSm8.1Fe69.115.42.0
5.4であった。
次にそれぞれの微粉をイソプレン−トルエン溶液と混
練し、WC製金型(1cm×0.5cmの長方形孔をもつ)に入
れ、横方向に15kOeの磁場をかけながら、1ton/cm2の圧
力でプレスした。次に該金型をそのままプレス機により
12ton/cm2の圧力をかけ、ボンド磁石を作った。VSMによ
り磁気特性を調べた結果を第1表に示す。
実施例2 実施例1における粗粒Aを第2表に示すとおりに分級
した。そして各粒度の粗粉を実施例1と同様の方法で微
粉砕(ボールミル時間は第2表に示す)後、ボンド磁石
を作った。それぞれのボンド磁石の磁気特性を第2表に
示す。
比較例1 実施例1における粗粒Aを分級操作を行うことなく、
実施例1と同様にボンド磁石を作製した。その磁気特性
を第3表に示す。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば簡単な分級操作
を行うことにより高性能の磁石を作製することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−254704(JP,A) 特開 昭62−132303(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01F 1/04 - 1/06 H01F 41/02 C22C 33/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】希土類元素−鉄−窒素系永久磁石を製造す
    る際に微粉砕工程の前に該粗粉粒を少くとも二種の粒度
    に分級し、それぞれを微粉砕し、永久磁石とすることを
    特徴とする永久磁石の製造方法。
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