JP3143396B2

JP3143396B2 - 焼結希土類磁石の製造方法

Info

Publication number: JP3143396B2
Application number: JP08169377A
Authority: JP
Inventors: 健大橋
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: JPH1022154A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，コンピューター周
辺機器のモーター、アクチュエーター等に用いて、小型
薄型化、高特性化に寄与する焼結希土類磁石の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Nd−Fe−Ｂ系焼結希土類磁石は、高磁気
特性、原料の相対的豊富さ（原料不足問題が起きにくい
こと・原料費の相対的な低さ）の点から、生産される希
土類磁石の大半を占めるようになっているが、達成可能
な最大エネルギー積の理論値が64ＭＧOeであるため、現
在の磁気特性は更に向上させる余地がある。しかし、19
83年にNd₂ Fe₁₄Ｂ化合物が発見されてから組成・製造方
法ともに種々の改良が行われた結果、実験室レベルで54
ＭＧOeを超える磁気特性が得られている。このため、磁
気特性の向上は徐々に難しくなり、単なる組成の工夫程
度では磁気特性のあまり大きな改善は期待できない。

【０００３】Nd−Fe−Ｂ系焼結希土類磁石の磁気特性向
上の要点は、組成を化学量論比に近づけ、低酸素量の焼
結体で、保磁力を保ちつつ粒子の配向度を向上させるこ
とである。これを実現するため、具体的には下記のよう
な点を改良しなければならない。１）高飽和磁化のための、高Fe量・低Nd量組成２）保磁力増大のための、添加物とその量・組み合わ
せ３）焼結体の低酸素含有量のための、添加物と量４）微粉粒度分布の制御５）焼結体の低酸素含有量のための、微粉取り扱い工
程６）磁場中成形での微粉配向度の向上７）焼結での微細焼結組織の実現これらの各項目は互いに関連し合っているため、各項目
・工程を独立に実行すればよいというものではない。例
えば、高Fe量・低Nd量組成を実現するには、磁石微粉の
酸化を制御しなければならない。また微粉酸化の抑制に
はCoなどの元素が有効であることがわかっているが、Co
は保磁力を低下させる。このため、大量にCoを添加する
ことができない。このように、いくつかの要因を同時に
両立するように解決しなければならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】NdFeＢ系焼結磁石の高
特性化のために、組成面で必須なものは、１）の高Fe量
組成であり、これを実現するために工程面では５）の焼
結体の低酸素含有量を実現しなければならない。例え
ば、Nd₁₄Fe₈₀Ｂ₆ より更に高Fe量・低Nd量組成を磁石化
しようとすると、焼結体酸素量は 0.4wt％以下、好まし
くは 0.3wt％以下にしなければ、安定した特性は得られ
ない。従来、これを実現するために試行されていたの
は、不活性ガス雰囲気下で微粉を取り扱い、微粉を酸化
させないようにすることであった。合金の粉砕・微粉の
プレス成形の過程の粉末酸化により、焼結体の酸素量が
ほぼ決まるので、これらの工程の酸化抑制が必須であ
る。特にプレス成形時の酸化抑制が難しく、プレス機を
囲い、機内を不活性ガスで充填する必要があった。しか
し窒素ガス使用では空気より比重が軽いため、微粉の不
活性ガスシールが十分ではない。Arガスを使用すれば、
微粉のシール性能は向上するが、ガスが高価であるた
め、量産規模で使用するのは難しい。これらのことか
ら、微粉の酸化を効果的に抑制し、量産規模で焼結体の
低酸素量化を実現する手法が望まれていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題点
に鑑み、微粉の酸化メカニズムを鋭意研究し、本発明に
至った。すなわち本発明は、原子百分比でＲ（Ｙを含む
希土類元素の１種以上）１２％〜１４％、Ｂ５％〜７
％、Ｃｏ０．３％〜８％、残部Ｍ（Ｆｅを主体とする
遷移金属の１種以上）からなる焼結希土類磁石の製造方
法において、磁石合金の粉砕、成形、焼結熱処理が完了
するまでの間、希土類磁石の粉末を絶対湿度が露点−５
℃以下の雰囲気下で連続して保持することを要旨とする
ものである。以下に、これをさらに詳述する。

【０００６】

【発明の実施の形態】NdFeＢ系焼結磁石は焼結体のまま
では錆が発生し、放置しておけば錆が内部に進行してい
くことはよく知られている。特に焼結体組織の中でもNd
リッチ相と呼ばれる希土類含有量の多い相の耐食性が低
く、Nd₂ Fe₁₄Ｂ磁性相との間で局部電池を形成するので
はないかと考えられている。特に錆の発生・進行は高温
多湿環境で加速され、錆の進行は表面に止まらず、内部
に進行する。一方、高温下では、Nd系磁石のごく表面は
酸化されるが、錆はあまり内部には進行しない。このよ
うな高温加速条件では湿度が概ね低いためであり、これ
によっても、水分が錆の発生に本質的に重要であること
がわかった。

【０００７】Nd系焼結体の酸化・錆の発生とNd系磁性微
粉の酸化は基本的に同一の現象であり、本発明者は、Nd
FeＢ系磁石微粉の酸化に及ぼす湿度の影響を更に詳細に
調べた。温度を室温（22±２℃）に固定し、磁石微粉を
空気中各湿度の環境に放置して、微粉の酸化の程度を調
べた。実験の結果、酸化の程度は焼結体とは異なるが、
微粉の酸化においても湿度（水分量）の影響が大きいこ
とが判明した。本発明者はこの原因を次のように考えて
いる。Nd系微粉の酸化の進んでいない新鮮な表面は非常
に活性であり、表面は急速に酸化されるが、必ずしも酸
化は内部に進行しない。しかし、水分の存在により表面
酸化膜は水酸化物などの形態に変化し、表面被覆性が崩
れて、内部が酸化される。このような繰り返しにより、
存在する水分が微粉の酸化を促進するものと考えられ
る。したがって、雰囲気中の水分量を抑制できれば、微
粉は、たとえ表面が酸化したとしても、その量は僅かに
止まるはずである。逆に、不活性ガス中といえども湿度
に配慮せずに微粉を取り扱うと、Nd系の酸化の進んでい
ない活性な微粉が、水分を分解して酸化するおそれがあ
ることがわかる。

【０００８】微粉の酸化を抑制するために、低湿度のAr
のような不活性ガス中で微粉を取り扱うことが最善では
ある。しかし工程コストの問題から、不活性ガスを大量
に使用することが困難なことは既に述べた通りである。
本発明者は前記実験の結果を踏まえて、Nd系微粉の取り
扱いにおいて、湿度・水分の制御を厳密に行うならば、
必ずしも不活性ガス中で微粉を取り扱う必要のないこと
を見出した。

【０００９】本発明の実施の形態について、以下に説明
する。本発明における磁石組成は、原子百分比でＲ（Ｙ
を含む希土類元素の１種以上）12％〜14％、Ｂ５％〜
７％、Co 0.3 ％〜８％、残部Ｍ（Feを主体とする遷移
金属の１種以上）である。Ｒは、Ｙを含むLa、Ce、Pr、
Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luから
選択される希土類元素である。Ｒが14％を超える組成で
は、微粉取り扱い雰囲気に通常大気程度の水分量が含ま
れていても、普通の磁気特性は得られる。したがって、
酸化の影響が顕著となるＲ量14％以下、かつ化学量論比
組成より上の12％以上を範囲とする必要がある。またＢ
量は７％を超えると通常工程でも磁気特性を得られやす
く、また５％未満では保磁力を低下させるため、５％〜
７％の範囲とすることが必要である。Coは微粉や焼結体
の酸化を抑制する働きがあるため、添加する必要があ
る。しかし0.3 ％未満では酸化抑制効果が低く、８％を
超えると保磁力を低下させる度合いが大きいので、0.3
％〜８％の範囲とすることが必要で、好ましくは0.5 ％
〜５％の範囲がよい。残部Ｍは、Feを主体とするAl、S
i、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、S
n、Hf、Ta、Ｗから選択される遷移金属である。残部Ｍ
中のFeをこれらの遷移金属で一部置換することにより、
保磁力を増大させることができる。

【００１０】本発明における磁石粗粉砕から焼結熱処理
完了までの間の雰囲気の絶対湿度は、露点−５℃を超え
ると微粉の酸化が増加するため、露点−５℃以下に保つ
必要がある。また、下限は実用的に達成可能な露点でよ
い。雰囲気は、大気または不活性ガス（希ガス、窒素ガ
ス）のいずれでもよい。また、焼結炉等の装置において
は希ガス減圧、真空化してもよい。

【００１１】粉末冶金の工程では、粉末または成形体
を扱う、粉砕から、プレス成形、焼結・熱処理が完了す
るまでの間で、希土類磁石の粉末または成形体を絶対湿
度が露点−５℃以下の雰囲気下で連続して保持すること
が、本発明の主眼である。Ｒ-Ｆｅ-Ｂ系インゴットを粗
粉砕・微粉砕する各々の装置内（ブラウンミルやジェッ
トミル）はもともと窒素ガス等の不活性ガスで満たされ
ているので、インゴットや粉末を酸化する恐れはあまり
ないが、装置内の水分量は露点−５℃以下に保つ必要が
ある。既に述べたように使用するガス中の水分量には留
意する必要があるが、液体窒素などからの蒸発により不
活性ガスを得ている場合には、ガス中の水分量はほとん
ど０に近いので問題はない。しかし、ジェットミルなど
で、系内に酸素を少し導入して、ジェットミル中で得ら
れる微粉をある程度まで強制的に酸化させるようなこと
は避けるべきである。

【００１２】有機溶媒等で湿式粉砕を行う場合は溶媒中
の水分量を削減することが必要である。水分量は５００
ｐｐｍを超えると酸化抑制効果が減少し、１０ｐｐｍ未
満は乾燥剤などで実現しにくいので、１０ｐｐｍ〜５０
０ｐｐｍが好ましい。有機溶媒としてはトルエン、ｎ−
ヘキサン、エタノール等が例示される。

【００１３】粉末冶金法の工程で最も酸化が問題となる
のは、プレス成形である。プレス成形工程では、粉末の
取り扱いや金型交換・機械の保全等の問題から、完全無
人化は難しい。したがって、部屋全体を不活性ガスで充
填するようなことは困難である。従来はプレス成形機の
成形金型回りを密封し、不活性ガスを注入することによ
り微粉酸化を防いでいたが、完全に密閉シールすること
は容易ではない。本発明では、除湿器等によりプレス成
形機の置かれた部屋全体の大気中の水分除去を行い、好
ましくは、プレス成形機の金型回りを密封して、プレス
成形機の微粉の存在する場所を含有水分量の非常に少な
い雰囲気（好ましくは不活性ガス充填）として、絶対湿
度を露点−５℃以下に保てばよい。もちろん建家内全体
の水分量を露点−５℃以下にできるのであれば、プレス
成形機への対策はしなくてもよい。

【００１４】プレスの終了した成形体は、焼結炉に挿入
されるまで露点−５℃以下の水分量雰囲気中で保存され
る必要がある。焼結炉内は一般的にArなどの不活性ガス
で満たされており、かつ水分量はほとんどないと考えら
れる。焼結して高密度化してしまえば、空孔はあっても
孤立化して大気と接する恐れはないので、表面以外の酸
化は問題にならない。

【００１５】以上のように、粉砕、成形、焼結の各工程
において、水分量低減制御を行い、場合によっては不活
性ガスシールと併用することにより、高Fe量・低Ｒ量組
成でも、微粉の酸化を抑えて焼結体の低酸素量化を実現
でき、良好な磁気特性を得ることができる。本発明は、
微粉の完全密閉化による酸化抑制法と比較して、格段に
簡単でかつ費用のかからない方法である。

【００１６】

【実施例】次に、本発明を実施例、比較例を挙げて説明
する。実施例１原子百分比で12％のNd、15％のDy、４％のCo、６％の
Ｂ、残部Feからなるメタルを秤量し、高周波真空溶解炉
にてArガス減圧雰囲気下で溶解し、インゴットを作製し
た。該インゴットを大気中で、ブラウンミルを使用して
20メッシュ以下に粗粉砕した。その後、窒素ガスを使用
したジェットミルで、平均粒径３μｍに微粉砕した。該
微粉を大気中で、磁場配向プレス装置の金型に充填し、
12ｋOeの水平磁場中で配向させ、磁場をかけたまま磁場
と直角方向のプレス圧１t/cm² にてプレス成形を行っ
た。この間、該微粉は空気中に曝されていた。該成形体
を成形後直ちに、焼結炉で真空中1120℃の温度で１時間
30分焼結した後、引き続き550 ℃の温度で１時間熱処理
を行い、焼結体磁石を製造した。ただし、インゴットの
粗粉砕から熱処理の終了まで、露点温度は除湿器により
−10℃に保った。この焼結体磁石の特性をBHトレーサー
で測定し、酸素含有量を湿式分析で測定した結果を表１
に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】比較例１インゴットの粗粉砕から熱処理終了までの工程において
湿度を制御しなかった以外は実施例１と同様の組成と工
程で、焼結体磁石を製造した。このとき平均露点は５℃
であった。特性の測定結果を表１に併記する。

【００１９】実施例２インゴットの粉砕工程において、実施例１に用いた粗粉
を、水分量５０ｐｐｍのｎ−ヘキサン中でボールミルで
平均粒径４μｍに微粉砕した以外は、実施例１と同様の
組成と工程で焼結体磁石を製造した。特性の測定結果を
表１に併記する。

【００２０】比較例２インゴットの粉砕工程において、ｎ−ヘキサンの水分量
を1000ｐｐｍとした以外は実施例２と同様の組成と工程
で、焼結体磁石を製造した。特性の測定結果を表１に併
記する。表１から、大気中または溶媒中水分量の多い比
較例では、本組成のような低Ｒ量組成は高密度化でき
ず、十分な保磁力や角形比も得られないことがわかる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、微粉の酸化を抑えるこ
とができるので、高Ｆｅ量・低Ｒ量のＲ-Ｆｅ-Ｂ系焼結
磁石で良好な磁気特性を得ることが可能となった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 41/02 B22F 1/00 C22C 38/00 H01F 1/053 H01F 1/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原子百分比でＲ（Ｙを含む希土類元素の
１種以上）１２％〜１４％、Ｂ５％〜７％、Ｃｏ
０．３％〜８％、残部Ｍ（Ｆｅを主体とする遷移金属の
１種以上）からなる焼結希土類磁石の製造方法におい
て、磁石合金の粉砕、成形、焼結熱処理が完了するまで
の間、希土類磁石の粉末を絶対湿度が露点−５℃以下の
雰囲気下で連続して保持することを特徴とする焼結希土
類磁石の製造方法。
【請求項２】前記粉砕が、有機溶媒中の湿式粉砕であ
る場合、有機溶媒中の水分を５００ｐｐｍ以下とする請
求項１に記載の焼結希土類磁石の製造方法。