JP3066806B2 - 耐触性に優れた希土類永久磁石 - Google Patents

耐触性に優れた希土類永久磁石

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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、電気、電子分野に有用な希土類永久磁石に
関する。
(従来の技術) R−Fe−B系希度土類永久磁石は、R−Co系希土類永
久磁石より高い磁気特性を有し、最大エネルギー積(以
下、(BH)maxで示す)で見ると基本組成であるNd15Fe
77で35MGOeまでに達し、組成改良したものの量産レベル
で37MGOeの磁石が提供されている。現在(BH)max40MGO
e以上の高特性磁石が開発されつつあり、R−Co系磁石
で得られる33MGOeを大きく上回っている。また、Feの一
部をCoで置換することによりキュリー温度が向上するこ
と、A1、Bi、Zr、Hf、V、W、Mo、Cr、Ta、Sb、Ge、N
b、Ni、Ti、Snなどの添加によりiHcが向上することが知
られている。このような高特性を有するR−Fe−B系希
土類永久磁石でも粉末状態の磁石原料粉は非常に酸化さ
れ易く、インゴットを粉砕して希土類磁石の原料粉末を
調整する場合、酸化防止のため粉砕工程を窒素のような
非酸化性ガス中、あるいはアルゴンのような不活性ガス
中、もしくはヘキサンのような有機溶剤中で実施しなけ
ればならないという不利があった。さらにこれらR−Fe
−B系永久磁石合金焼結体は化学的に不安定であること
が知られており、R−Co系希土類永久磁石に較べて錆を
発生し易い欠点を有していた。
(発明が解決しようとする課題) 前述の欠点を解消するために、合金樹脂を磁石表面に
塗装する方法や、Ni、Cuなどの金属元素をメッキする方
法などが採られている。しかし、磁石素地自体の耐蝕性
は改善されないため、表面処理のみではおのずと限界が
あり、必ずしも満足できる方法ではなかった。
本発明の目的はこれら磁石自体の耐蝕性を改善するた
めに、磁石内部の組織を改良することにより耐蝕性の優
れた永久磁石を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明者は、このような問題を解決するために磁石組
成について研究を重ねた結果、不純物炭素が希土類元素
−炭素の金属間化合物を形成し、これが酸化を促進し、
磁石劣化の原因となっていることを突止め、炭素混入防
止策を検討して本発明を完成させた。本発明の要旨は、 希土類元素R10〜25原子%(ここにRはNdを含む希土
類元素の内少なくとも1種もしくは2種以上の希土類元
素)、ボロンB1〜20原子%、及び残部が鉄からなる合金
の焼結体で、これが強磁性主相R2Fe14B、非磁性Bリッ
チ相および非磁性Rリッチ相の3相組織をとる永久磁石
において、非磁性Rリッチ相の組織中の希土類元素と炭
素との金属間化合物R−Cが1.0重量%以下であり、か
つ該合金中の炭素含有量が0.04重量%以下であることを
特徴とする耐蝕性に優れた希土類永久磁石にある。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の希土類鉄系永久磁石の組成は、希土類元素R
(但し、RはNdを含む希土類元素のうち少なくとも1種
以上の希土類元素)とボロン(B)および残部が鉄(F
e)からなる永久磁石合金の焼結体であって、先ず、磁
石合金成分Rとしては、Ndを含むY,La,Ce,Pr,Pm,Sm,Eu,
Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,YbおよびLuの各希土類元素の内少な
くとも1種以上の希土類元素を10〜25原子%を含有する
ことが必要で、10原子%未満では磁石焼結体中の粒子の
配向を乱すα−Feの析出が起こり、25原子%を越えると
実用的な磁束密度が得られない。Bは1〜20原子%を必
須要件とし、1原子%未満では軟磁性相のR2Fe17化合物
が析出し、磁気特性が低下し、20原子%を超えると非磁
性R1Fe4B4の析出により充分な磁束密度が得られない。
これらR,Bを除く残部はFeとすれば良く、FeをCo,A1,Nb,
Zr,Mo,Ga,Ti,V,Ni,Si,Bi,Hf,W,Cr,Ta,Sb,Ge,Sn等から選
択される少なくとも1種以上の元素で0〜20原子%置換
すること、およびO,N,HC1,F,S等の混入が不可避な不純
物を含むことは磁気特性を損なわない限り任意である。
また、強磁性主相はR2Fe14B、非磁性Bリッチ相はR1+nF
e4B4(ここにn=0〜0.5)、非磁性Rリッチ相はFe含
有量が0〜10重量%の範囲とされる。
R−Fe−B系永久磁石合金は、希土類元素やその他原
料元素に含まれる不純物により、磁石焼結体に様々な影
響を受けることが知られてきた。特に原料元素とする希
土類金属中に含まれる不純物の炭素、その他原料元素で
ある鉄、ボロン元素中に含まれる炭素が多量に混入する
と、保磁力を著しく低下させたり、焼結時に焼結体の密
度を上昇させにくいことが判った。
本発明者は、不純物炭素が希土類永久磁石に与える影
響について、詳細に研究を重ねた結果、不純物炭素が多
量に混入した場合、磁石焼結体中の非磁性Rリッチ相中
には、鉄を含むRリッチ相と炭素を含むRリッチ相とに
分離して存在していることを見出した。この炭素を含む
Rリッチ相を電子線微小探針分析装置により分析した結
果、希土類元素と炭素との金属間化合物R−Cを形成し
ており、その量的なものは焼結体中全炭素含有量に比例
して増加する傾向にある。この金属間化合物は、原料イ
ンゴット中には殆ど観測されず、焼結後の熱処理中に生
成することも判った。さらにこの金属間化合物の耐蝕性
を調べるため磁石の環境試験を行なった結果、この相が
優先的に腐食されること、その腐食は急激に起こること
も判明した。従って、この相が磁石焼結体中に析出する
ことにより磁石素地自体の耐蝕性に大きく関与してお
り、耐蝕性を著しく低下させる最大の要因であることが
判明した。
本発明は、このような問題点を希土類磁石の原料とな
る元素の不純物、特には炭素濃度を所定の限度以下に抑
えた希土類元素、遷移金属元素およびボロンなどを選択
することによって解決した。
この不純物炭素の混入許容量は、磁石の環境試験の結
果、非磁性Rリッチ相の組織中の希土類元素と炭素との
金属間化合物を1.0重量%以下に抑える必要があること
から計算して決定され、永久磁石合金組成中の炭素含有
量を0.04重量%以下に抑えることによって耐蝕性が著し
く改善され、焼結体密度の低下も防止できた。
従って、出発元素に含まれる炭素量は、希土類金属で
は低炭素のもので0.02重量%、高炭素のもので0.08%重
量程度以下のものが好ましく、フェロボロンを用いるな
らば、高炭素のもので約2重量%、低炭素のもので約0.
2重量%程度のものを選択する必要がある。また、電解
鉄は約0.01重量%以下の含有量なので極めて好ましい。
さらに、微粉砕後の磁場中プレス成形時には、成形体の
磁場配向性を改善するために炭素を含んだ潤滑剤を磁石
微粉に混練し用いられる場合があり、この量も考慮して
原料元素中炭素量を抑える必要がある。
これら永久磁石材料は、公知の粉末冶金法によって製
造される。即ち、原料元素インゴットの溶解、粉砕、磁
界中成形、熱処理、加工の工程を経由する。原料元素イ
ンゴットの溶解は、アルゴンまたは真空中で高周波溶解
し、希土類元素は最後に投入する。得られた磁石合金イ
ンゴットの粉砕は粗粉砕と微粉砕にわかれ、粗粉砕はス
タンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等で、
微粉砕はジェットミル、ボールミル等で行なわれる。い
ずれも酸化を防ぐために、非酸化性の雰囲気中で行なう
が、有機溶剤や不活性ガスも用いられる。成形は金型プ
レス成形により、磁場中で行なわれ、この成形体を真空
中、アルゴン、窒素などの不活性ガスあるいは非酸化性
雰囲気中で1,000〜1,200℃の範囲内の所定の温度に30〜
120分間保持して焼結し、さらに、その後350℃〜焼結温
度の範囲内で、30分間〜4時間熱処理することにより耐
蝕性に優れた希土類永久磁石を得ることができる。
以下、本発明の具体的実施態様を実施例と比較例を挙
げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。
(実施例1、比較例1) 出発原料として、純度99.7重量%以上のNd、ここで炭
素含有量は0.082重量%及び0.412重量%の2種類のもの
を用い、純度99.9重量%の電解鉄、純度99.5重量%のボ
ロンを使用した。これら原料を高周波溶解し、その後鋳
型に鋳造し、Nd15Fe77B8なる組成のインゴットを得た。
得られたインゴットの炭素含有量は、非分散型赤外線法
の分析結果から、それぞれ0.030重量%(実施例1とす
る)、0.141重量%(比較例1とする)であった。この
インゴットをジョークラッシャー、ブラウンミルで32メ
ッシュ以下に粗粉砕し、その後ジェットミルにより窒素
気流中で微粉砕し、平均粒径3μm程度の原料磁石粉を
得た。次いで粉末冶金法により磁石焼結体を得た。成形
は金型プレス成形により、磁場中で行なわれ、20mmW×3
0mml×10mmt、見掛け密度4.0gr/ccの成形体を得た。次
にこの成形体を真空中で1,100℃に60分間保持して焼結
し、さらに、その後600℃で120分間熱処理することによ
り希土類永久磁石を得た。これら2種類の炭素含有量を
もつ焼結体を電子微小探針分析装置を用いてRリッチ相
を観察したところ、比較例1はRリッチ相に多量のR−
C金属間化合物と少量のFeを含むRリッチ相が観察さ
れ、実施例1についてはFeを含むRリッチ相のみが観察
された。その写真を図1に実施例1を、図2に比較例1
を示す。ここで、(a)は組成像、(b)は炭素のX線
像である。この写真を説明すると、(a)組成像のコン
トラストはその相の平均原子番号が大きいと白くなり、
小さいと黒く見える。写真中の白い部分はRリッチ相、
その他の部分は主相である。(b)X線像は試料に電子
線を照射した時に放出されるX線を分光して得られたも
のである。従って、この場合、炭素のKα線を分光し、
そのX線のみ得て影像化したものであり、白く光った点
が炭素の存在する部分である。これら焼結体の磁気特性
および環境試験結果を表1に示す。環境試験はこれらの
焼結体を120℃、2気圧、相対湿度100%の条件下に行な
った。炭素含有量が多い比較例1のサンプルは、環境試
験を施すことによりぼろぼろに崩壊した。また、実施例
1では表面に酸化物が浮き出る程度であり崩壊は全く観
測されなかった。
(実施例2、比較例2) 出発原料として、純度99.7重量%以上のNd及びDy、こ
こで希土類元素全体で炭素含有量は0.042重量%(実施
例2とする)及び0.352重量%(比較例2とする)の2
種類のものを用い、純度99.9重量%の電解鉄及びコバル
ト、純度99.5重量%のボロン、A1、Nbを使用し、これら
を高周波溶解して鋳型に鋳造し、Nd14.06Dy0.74Fe72.96
Co3.84B7A11Nb0.4なる組成のインゴットを得た。得られ
たインゴットの炭素含有量は、非分散型赤外線法の分析
結果から、夫々0.021重量%(実施例2)、0.122重量%
(比較例2)であった。このインゴットを実施例1と同
様の工程で処理し、磁石焼結体を得、電子線微小探針分
析装置で組織を観察した結果、焼結体中のRリッチ相中
の相状態は添加元素が種々含まれるためより複雑になっ
たが、実施例2と比較例2の差はR−C金属間化合物の
有無のみである。それぞれの相状態を表2に示す。ま
た、磁気特性及び環境試験の結果を表3に示す。
(発明の効果) 本発明に従って磁石合金インゴットの不純物炭素を少
なくすることによって、粉砕、成形、焼結、熱処理して
作った磁石焼結体の組織中には、耐蝕性の極めて悪いR
−C金属間化合物は1.0重量%以下と少なく、密度及び
配向低下も見られず、磁石素地自体の耐蝕性を改善し、
磁気特性に優れ、且つ品質の一定した希土類永久磁石が
得られ、産業上その利用価値を極めて高い。
【図面の簡単な説明】 図1は本発明実施例1の永久磁石合金の電子線微小探針
分析装置による、(a)Fe含有Rリッチ相を表すX線写
真を示す図面、(b)炭素のX線写真を示す図面であ
る。 図2は本発明比較例1の永久磁石合金の電子線微小探針
分析装置による、(a)Fe含有Rリッチ相を表すX線写
真を示す図面、(b)炭素のX線写真を示す図面であ
る。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】希土類元素R10〜25原子%(ここにRはNd
    を含む希土類元素の内少なくとも1種もしくは2種以上
    の希土類元素)、ボロンB1〜20原子%及び残部が鉄から
    なる合金の焼結体で、これが強磁性主相R2Fe14B、非磁
    性Bリッチ相および非磁性Rリッチ相の3相組織をとる
    永久磁石において、非磁性Rリッチ相の組織中の希土類
    元素と炭素との金属間化合物R−Cが1.0重量%以下で
    あり、かつ該合金中の炭素含有量が0.04重量%以下であ
    ることを特徴とする耐蝕性に優れた希土類永久磁石。
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