JP3086334B2

JP3086334B2 - 永久磁石用異方性希土類合金粉末

Info

Publication number: JP3086334B2
Application number: JP04179075A
Authority: JP
Inventors: 浩之冨澤; 哲広沢
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 2000-09-11
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH05345947A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種モーター、アク
チュエーター等に用いることが可能な高保磁力を有する
R(希土類元素)-T(鉄属元素)-M(添加元素)-B-C系のボン
ド磁石用および焼結磁石用永久磁石合金粉末に係り、特
に本系粗粉砕粉をH₂ガス中で加熱処理、並びに所定雰囲
気で加熱保持する脱H₂処理を行い、結晶粒を0.5μm以下
の極微細再結晶とした、磁気的に高い異方性を有し高保
磁力を有するR-T-M-B-C系永久磁石用合金粉末に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石用希土類合金粉末の、水素処理
法による製造方法は、例えば特開平1-132106号公報に開
示されている。前記水素処理法とは、R-T-M-B系原料合
金インゴットまたは粉末を、H₂ガス雰囲気またはH₂ガス
と不活性ガスの混合雰囲気中で温度500℃〜1000℃に保
持して上記合金のインゴットまたは粉末にH₂を吸蔵させ
た後、H₂ガス圧力13Pa(1×10^-1Torr)以下の真空雰囲気
またはH₂ガス分圧13Pa(1×10^-1Torr)以下の不活性ガス
雰囲気になるまで、温度500℃〜1000℃で脱H₂処理し、
ついで冷却することを特徴とする、R-T-M-B系合金粉末
の製造方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記方法で製造された
R-T-M-B系合金粉末は、大きな保磁力と磁気異方性を有
する。これは、上記処理によって、非常に微細な再結晶
粒径、実質的には0.1〜1μmの平均再結晶粒径を持つ組
織となり、磁気的には正方晶Nd₂Fe₁₄B系化合物の単磁区
臨界粒径に近い結晶粒径となっており、なおかつこれら
の極微細結晶が、ある程度結晶方位を揃えて再結晶して
いるためである。

【０００４】ところが、上記方法で製造されたR-T-M-B
系磁石用合金粉末の磁気的性質は、特に磁気異方性につ
いては不充分であり、原料合金そのものが本質的に有す
る磁気異方性に達しておらず、磁気特性的には残留磁束
密度Brが小さいという欠点があった。

【０００５】この発明は、R-T-M-B系合金粉末の磁気異
方性を向上させて磁石化した際の残留磁束密度Brが高く
すぐれた磁気特性を有するR-T-M-B系永久磁石を提供で
きるR-T-M-B系合金粉末の提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記残留磁束
密度Brを大きくするため、原料組成の検討を行った結
果、大きな磁気異方性を得ることができる置換元素及び
添加元素を見い出したものである。すなわち、Bの一部
をCで置換することによって、安定して大きな磁気異方
性を得ることを知見したものである。さらに、Al,Cr,G
a,Zr,In,Sn.Hf,Ti,V,Nb,Mo,Ta,Wの1種または2種以上を
添加することにより磁気特性を改善向上することを見い
だした。さらに、かかる成分系の組成範囲を限定し、水
素処理法における水素圧力を10kPa以上とし、脱水素工
程の水素圧力を10Pa以下とすることにより、安定して磁
気的異方性を有する粉末を製造することができ、この異
方性粉末をバインダーと結合したボンド磁石用の原料と
して用いることができることを知見し、この発明を完成
した。

【０００７】すなわち、この発明は、R:10〜20原子%(R;
希土類元素の少なくとも1種でかつPrまたはNdの1種また
は2種をRのうち50原子%以上含有)、T:67〜85原子%(T:Fe
またはFeの1部を50原子%以下のCoにて置換)、B,Cの量が
B+C=4〜10原子% C/(B+C)=0.01〜0.8 を満足する値
を有する組成の合金粉末からなり、合金粉末の70vol%以
上が正方晶Nd₂Fe₁₄B型結晶構造を有する化合物で、かつ
該化合物のうち体積比で少なくとも50%以上の再結晶粒
径が0.1〜0.5μmで、平均粒径が10〜1000μmからなり、
その磁化容易方向の残留磁束密度が0.9〜1.6Tの磁気異
方性を有する合金粉末からなることを特徴とする永久磁
石用異方性希土類合金粉末である。

【０００８】また、この発明は、R:10〜20原子%(R;希土
類元素の少なくとも1種でかつPrまたはNdの1種または2
種をRのうち50原子%以上含有)、T:67〜85原子%(T:Feま
たはFeの1部を50原子%以下のCoにて置換)、M;10原子%以
下(M;Al、Ti、V、Cr、Ni、Ga、Zr、Nb、Mo、In、Sn、H
f、Ta、Wのうち1種または2種以上)、B,Cの量が B+C=4
〜10原子% C/(B+C)=0.01〜0.8 を満足する値を有する
組成の合金粉末からなり、合金粉末の70vol%以上が正方
晶Nd₂Fe₁₄B型結晶構造を有する化合物で、かつ該化合物
のうち体積比で少なくとも50%以上の再結晶粒径が0.1〜
0.5μmで、平均粒径が10〜1000μmからなり、その磁化
容易方向の残留磁束密度が0.9〜1.6Tの磁気異方性を有
する合金粉末からなることを特徴とする永久磁石用異方
性希土類合金粉末である。

【０００９】組成の限定理由この発明に使用する原料合金に用いるR、すなわち希土
類元素は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Luが包括され、このうち少なくとも1種以上でか
つPr、Ndのうち少なくとも1種または2種をRのうち50原
子%以上含有し、さらにRの全てがPr、Ndのうち1種また
は2種の場合がある。Rの50原子%以上をPr、Ndのうち少
なくとも1種以上とするのは50原子%未満では充分な磁化
が得られないためである。

【００１０】Rは、10原子%未満ではαFe相の析出により
保磁力が低下し、また20原子%を超えると、目的とする
正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物以外に、Rリッチの第2相が多く
析出し、この第2相が多すぎると合金の磁化を低下させ
る。従って、Rの範囲は10〜20原子%とする。

【００１１】Tは鉄族元素であって、FeまたはFeの1部を
50%以下のCoにて置換できる。Tは、67原子%未満では低
保磁力、低磁化の第2相が析出して磁気的特性が低下
し、85原子%を超えるとαFe相の析出により保磁力、角
型性が低下するため、67〜85原子%とする。また、Coの5
0%以下の添加はキュリー温度の向上に有効であるが、Fe
とCoの原子比においてFeが50%未満となるとNd₂Fe₁₄B型
化合物の飽和磁化そのものの減少量が大きくなってしま
うため、TのうちFeの原子比でFeを50%以上とした。

【００１２】Mのうち、Al、Ni、Ga、Zr、In、Sn、Hf
は、脱H₂処理時の再結晶粒を0.05〜1μmのサイズにまで
成長させ、粉末に磁気異方性を付与するのに有効な元素
であり、C添加時にも磁気異方性を安定して得るために
必要である。Ti、V、Cr、Nb、Mo、Ta、Wは、脱H₂処理時
の再結晶粒が、1μm以上に粗大化するのを防止し、結果
として保磁力が低下するのを抑制する効果を有する。従
って、Mとしては全く加えない場合もあるが、上記の元
素を目的に応じて組み合せて用いることが得策である。
添加量は10原子%を越えると強磁性でない第2相が析出し
て磁化を低下させることから、Mは10原子%以下が望まし
い。

【００１３】Bについては、正方晶Nd₂Fe₁₄B型結晶構造
を安定して析出させるためには必須であるが、一部を後
述のCで置換することが可能である。添加量は、BとCの
和が4原子%以下ではR₂T₁₇相が析出して保磁力を低下さ
せ、また減磁曲線の角型性が著しく損なわれる。また、
10原子%を越えて添加した場合は、磁化の小さい第2相が
析出して粉末の磁化を低下させるので、BとCの和は4〜1
0原子%とした。また、C/(B+C)=0.01〜0.8に限定した理
由は、0.01未満では、水素処理後の合金粉末の磁気的異
方性の改善効果がなく、0.8を越えるとR炭化物が生成し
やすく、かつ高温域でTh₂Zn₁₇型構造が安定化するの恐
れがあり、αFeの析出量が多くなって、鋳塊中の正方晶
比率が低下し、残留磁束密度が減少するだけでなく、水
素処理後の合金粉末の保磁力が大きく低下するので好ま
しくなく、C/(B+C)の好ましい範囲は0.1〜0.5である。

【００１４】合金粉末組織の限定理由この発明において、正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物の存在比率
は、70vol%未満であると、磁気特性、特に残留磁束密度
が低下する。より具体的には、混在する第2相がαFe相
の場合は保磁力を低下させ、Rリッチ相やBリッチ相の場
合には磁化が低下する。従って、正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合
物の存在比を70vol%以上とした。体積比で70%以上の正
方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物を有する粗粉砕粉を得るために
は、望ましくは合金鋳塊の段階で800℃〜1200℃の温度
で1時間以上焼鈍するか、造塊工程で鋳型の冷却速度を
制御するなどの手段を適宜選定すれば良い。この鋳塊に
おける正方晶の存在比率は、水素処理後にもほぼそのま
ま維持される。

【００１５】この発明において、正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合
物は、再結晶粒径0.5μm以下で高保磁力が得られるが、
0.5μmを越える結晶粒径を有するものがあったとして
も、0.5μm以下の結晶が体積比で50%以上存在すれば、
全体としては高保磁力を維持できる。さらに好ましく
は、0.1〜0.5μmの結晶が体積比で80%以上を占めていれ
ばよい。

【００１６】残留磁束密度の限定理由この発明による永久磁石用合金粉末は、磁気的に高い異
方性を有することが特徴である。この合金粉末の主相で
あるNd₂Fe₁₄B型化合物の飽和磁化は1.6Tであり、合金粉
末の残留磁束密度が1.6Tを越えることは不可能である。
一方、残留磁束密度が0.9T未満であると、理論的には0.
8Tの残留磁束密度が得られる等方性永久磁石用希土類合
金粉末に対して、磁気特性的に優位性がなく、実用的な
意味がない。そこで、残留磁束密度の値は、0.9〜1.6T
とした。

【００１７】製造条件の限定理由水素処理法は、所要粒度の粗粉砕粉が外観上その大きさ
を変化させることなく、極微細結晶組織の集合体が得ら
れることを特徴とする。すなわち、正方晶Nd₂Fe₁₄B型化
合物に対し、高温でH₂ガスと反応させると、RH_2〜3、α
Fe、Fe₂Bなどに相分離し、さらにH₂ガスを脱H₂処理によ
り除去すると、再度正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物の再結晶組
織が得られる。

【００１８】出発原料の粗粉砕法は、従来の機械的粉砕
法やガスアトマイズ法の他、H₂吸蔵による、いわゆる水
素粉砕法を用いてもよく、工程の簡略化のためにこの水
素粉砕による粗粉砕工程と、極微細結晶を得るための水
素処理法を同一装置内で連続して行なっても良い。ま
た、得られた粗粉砕粉の平均粒度は50〜1000μmが好ま
しい。

【００１９】この発明において、H₂ガス中での加熱に際
し、H₂ガス圧力が10kPa未満では、前述の分解反応が充
分に進行せず、また1000kPaを超えると処理設備が大き
くなりすぎ、工業的にコスト面、また安全面で好ましく
ないため、圧力範囲を10kPa〜1000kPaとした。さらに好
ましくは50kPa〜150kPaである。

【００２０】H₂ガス中での加熱処理温度は、500℃未満
ではRH_2〜3、αFe、Fe₂Bなどへの分解反応が起こらず、
また900℃を超えるとRH_2〜3が不安定となり、かつ生成
物が粒成長して正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物の極微細結晶組
織を得ることが困難になるため、温度範囲を500℃〜900
℃とする。また、加熱処理保持時間については、上記の
分解反応を充分に行わせるため、15分〜8時間の加熱保
持が必要である。

【００２１】この発明の脱H₂処理時のH₂分圧は、10Paを
超えると下記の温度範囲、すなわち900℃以下ではRH
_2〜3相の分解条件に至らないか、平衡論的には分解条件
に達していたとしても実用的な脱H₂速度が得られないた
め、脱H₂処理時のH₂分圧は10Pa以下とした。

【００２２】この発明において、脱H₂処理の温度が500
℃未満ではRH_2〜3相からのH₂の離脱が起こらず、そのた
め正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物が再結晶しない。また、900
℃を超えると正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物は生成するが、再
結晶粒が粗大に成長し、高い保磁力が得られない。その
ため、脱H₂処理の温度範囲は500℃〜900℃とする。ま
た、加熱処理保持時間は、上記の再結晶反応を充分に行
わせるためには15分〜8時間の加熱保持が必要である。

【００２３】脱H₂処理後の正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物の再
結晶粒径は実質的に0.1μm以下の平均再結晶粒径では磁
気特性上の利点がない。一方、平均再結晶粒径が0.5μm
を超えると、粉末の保磁力が低下するため好ましくな
い。そのため、平均再結晶粒径を0.1〜0.5μmとした。

【００２４】

【作用】この発明はR-T-B系永久磁石粉末において、Bの
一部をCで置換することによって、安定して大きな磁気
異方性が得られて残留磁束密度Brを大きくすることがで
き、さらに、Al,Cr,Ni,Ga,Zr,In,Sn.Hf,Ti,V,Nb,Mo,Ta,
Wの1種または2種以上を添加することにより磁気特性を
改善向上することが可能である。さらに、特定組成範囲
のR-T-M-B-C系合金粗粉砕粉を用いて、水素処理法にお
ける水素圧力を10kPa以上とし、脱水素工程の水素圧力
を10Pa以下とすることにより、平均結晶粒径が0.05〜1
μmの再結晶粒よりなる磁気的に異方性の大きな、高い
保磁力を有する磁粉を安定して得ることができる。

【００２５】

【実施例】実施例1 高周波誘導溶解法によって溶製して得られた、表1に示
すNo.1〜17の組成の鋳塊を、1100℃、24時間、10Pa以下
の真空中で焼鈍して、鋳塊中の正方晶Nd₂Fe₁₄B型化合物
の体積比を90%以上とした。この鋳塊を、Arガス雰囲気
中(O₂量0.5%以下)でスタンプミルにて平均粒度100μmに
粗粉砕した後、この粗粉砕粉を管状炉に入れ、1Pa以下
にまで真空排気した。その後、純度99.9999%以上の100k
PaのH₂ガスを導入しつつ、原料温度800℃にて2時間保持
した。引き続き原料を800℃に保持したまま、H₂ガスの
供給を止め、ロータリーポンプ、油拡散ポンプによって
炉内を真空排気し、1時間保持した。このときの原料処
理室内の圧力は最終的に0.05Paまで低下した。その後炉
内に純度99.999%以上のArガスを導入すると共に原料を
冷却し、原料温度が50℃以下となったところで原料を取
り出した。得られたこの発明による各磁石用粉末は、結
晶粒径が0.05〜1μmのものが体積比で80%〜95%の範囲に
あり、平均粒径は0.3μm〜0.5μmの範囲であり、それぞ
れの保磁力HcJ、磁化I、磁化容易方向の残留磁束密度Br
を測定して表1に示す。なお、磁化の値は外部磁界0.8MA
/mの時の値で、磁界中で配向して測定した。

【００２６】比較例表1に示すNo.18〜23の6種類の組成の粗粉砕粉につい
て、実施例と同様の処理を行い、水素処理による永久磁
石用合金粉末を得た。得られた比較例による磁石用粉末
の保磁力HcJ、磁化I、残留磁束密度Brを測定して表1に
示す。

【００２７】実施例2 基本組成をNd_12.5Fe_70.0Co_11.0Ga_0.5B_6.0とし、Bの1部
を種々のC量で置換した鋳塊(Nd_12.5Fe_70.0Co_11.0Ga_0.5B
_6.0-xC_x)を作製し、その後実施例1と同様の処理を行
い、水素処理による永久磁石用合金粉末を得た。この粉
末の磁気特性を、C置換量C/(B+C)に対して示したものが
図1である。

【００２８】

【表1】

【００２９】

【発明の効果】この発明の組成によるR-T-M-B-C系永久
磁石用粉末は、特定組成範囲のR-T-M-B-C系粗粉砕粉
を、例えば水素吸蔵合金より放出された高純度のH₂ガス
中で、水素圧力を10kPa以上の加熱処理並びに水素圧力
を10Pa以下の所定雰囲気で加熱保持する脱H₂処理を行う
ことで、平均結晶粒径が0.1〜0.5μmの再結晶粒よりな
る磁気的に異方性の大きな、高い保磁力を有する磁性合
金粉末を得ることができ、例えば高性能ボンド磁石を製
造できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｆ 1/06 Ｈ０１Ｆ 1/06 Ａ (56)参考文献特開平３−82744（ＪＰ，Ａ) 特開平１−261801（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−213315（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−98105（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−119903（ＪＰ，Ａ) 特開平１−132106（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 33/02 B22F 1/00 B22F 9/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 R:10〜20原子%(R;希土類元素の少なくと
も1種でかつPrまたはNdの1種または2種をRのうち50原子
%以上含有)、T:67〜85原子%(T:FeまたはFeの1部を50原
子%以下のCoにて置換)、B,Cの量が B+C=4〜10原子% C
/(B+C)=0.01〜0.8 を満足する値を有する組成の合金粉
末からなり、合金粉末の70vol%以上が正方晶Nd₂Fe₁₄B型
結晶構造を有する化合物で、かつ該化合物のうち体積比
で少なくとも50%以上の再結晶粒径が0.1〜0.5μmで、平
均粒径が10〜1000μmからなり、その磁化容易方向の残
留磁束密度が0.9〜1.6Tの磁気異方性を有する合金粉末
からなることを特徴とする永久磁石用異方性希土類合金
粉末。
【請求項２】 R:10〜20原子%(R;希土類元素の少なくと
も1種でかつPrまたはNdの1種または2種をRのうち50原子
%以上含有)、T:67〜85原子%(T:FeまたはFeの1部を50原
子%以下のCoにて置換)、M;10原子%以下(M;Al、Ti、V、C
r、Ni、Ga、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Hf、Ta、Wのうち1種
または2種以上)、B,Cの量が B+C=4〜10原子% C/(B+C)
=0.01〜0.8 を満足する値を有する組成の合金粉末から
なり、合金粉末の70vol%以上が正方晶Nd₂Fe₁₄B型結晶構
造を有する化合物で、かつ該化合物のうち体積比で少な
くとも50%以上の再結晶粒径が0.1〜0.5μmで、平均粒径
が10〜1000μmからなり、その磁化容易方向の残留磁束
密度が0.9〜1.6Tの磁気異方性を有する合金粉末からな
ることを特徴とする永久磁石用異方性希土類合金粉末。