JP3174442B2

JP3174442B2 - Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JP3174442B2
Application number: JP29746093A
Authority: JP
Inventors: 治山下; 恒和西郷
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: JPH07130515A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、粉末冶金法によりＲ
−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石を製造する方法に係
り、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末をメチルセルロースおよび
／またはポリアクリルアミドと水とからなるバインダー
にて混練して配向、乾燥し、特定粒度に造粒した造粒粉
を用いることにより、特に成形時の粉体の流動性、潤滑
性を向上させて、成形サイクルの向上、成形体の寸法精
度を向上させ、薄肉形状や複雑形状の焼結磁石を提供す
ることができるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、家電製品を初めコンピュータの周
辺機器や自動車等用途に用いられる小型モーターやアク
チュエータ等には、小型化、軽量化とともに高性能化が
求められており、その磁石材料も小型化、軽量化、薄肉
化からさらに磁石材料表面の所定位置に凹凸を設けた
り、貫通孔を設ける等、複雑な形状製品が要求されてい
る。代表的な高性能永久磁石としては、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系
（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種）焼結永久
磁石が提案（特公昭６１−３４２４２号等）されてお
り、各種用途に用いられている。

【０００３】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石は、最大エネ
ルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）が４０ＭＧＯｅを超える極
めて優れた磁気特性を有するが、その優れた磁気特性を
発現させるためには、所要組成からなる合金を１〜１０
μｍ程度の平均粒度に粉砕することが必要となる。合金
粉末の粒度を小さくすると、成形時の粉末の流動性が悪
くなり、成形体密度のバラツキや成形機の寿命を低下さ
せるとともに、焼結後の寸法精度にもバラツキを生じる
こととなり、特に薄肉形状や小型形状の製品を得るのが
困難であった。また、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石は、
大気中で酸化し易い希土類元素や鉄を主成分として含有
するため、合金粉末の粒度を小さくすると、酸化により
磁気特性が劣化する問題もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのため、特に成形性
を改良するために、成形前の合金粉末に、ポリオキシエ
チレンアルキルエーテル等を添加したもの（特公平４−
８０９６１号）、それらにさらにパラフィンやステアリ
ン酸塩を添加したもの（特公平４−８０９６２号、特公
平５−５３８４２号）、またオレイン酸を添加したもの
（特公昭６２−３６３６５）等が提案された。しかし、
ある程度の成形性は向上できるものの、その改善効果に
も限界があり、近年要求される薄肉形状や小型形状の成
形は依然困難であった。

【０００５】また、上記のバインダーや潤滑剤の添加と
ともに、さらに成形性を改良し、薄肉形状品や小型形状
品を製造する方法として、成形前の合金粉末に飽和脂肪
族カルボン酸や不飽和脂肪族カルボン酸にミリスチル酸
エチルやオレイン酸からなる滑剤を添加して混練した
後、造粒を行なって成形する方法（特開昭６２−２４５
６０４号）、あるいはパラフィン混合物に飽和脂肪族カ
ルボン酸や不飽和脂肪族カルボン酸等添加、混練後、造
粒した後成形する方法（特開昭６３−２３７４０２号）
も提案されている。

【０００６】しかし、上記の方法では、粉末粒子の結合
力が十分でなく、造粒粉が壊れやすいために、十分な粉
末の流動性を実現することが困難であった。成形性を向
上させたり、粉末粒子の結合力を高めるためには、種々
バインダーや潤滑剤の添加量を増やすことが考えられる
が、多量に添加すると、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末中のＲ
成分とバインダーとの反応により、焼結後の焼結体の残
留酸素量、残留炭素量が増加し、磁気特性の劣化を招く
ことになるので、添加量にも制限があった。

【０００７】このように、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石
の製造方法において、成形前の合金粉末に、種々のバイ
ンダーや潤滑剤を添加したり、さらに造粒を行なって、
成形性を改良する試みが種々提案されてはいるが、いず
れの方法によっても、近年要求されるような、薄肉形状
や小型形状でかつ優れた磁気特性を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ
系焼結異方性永久磁石を製造するのは困難であった。

【０００８】この発明は、粉末冶金法によりＲ−Ｆｅ−
Ｂ系焼結異方性永久磁石を製造する方法において、合金
粉末とバインダーとの反応を抑制し、焼結体の残留酸素
量、残留炭素量を低減させるとともに、成形時の粉体の
流動性、潤滑性を向上させて、成形体の寸法精度の向上
及び生産性の向上を図った、薄肉形状や複雑形状でかつ
優れた磁気特性を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久
磁石の製造方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らは、Ｒ−Ｆｅ−
Ｂ系合金粉末とバインダーとの反応を抑制でき、焼結体
の残留酸素量、残留炭素量を低減させる方法を種々検討
した結果、バインダーとして、所定温度によりゾル・ゲ
ル変態を起こすメチルセルロースおよび／またはポリア
クリルアミドと水とからなるバインダーを用いることに
より、焼結前の工程におけるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末と
バインダーとの反応を抑制することができ、焼結後の焼
結体の残留酸素量、残留炭素量を大幅に低減できること
を知見した。

【００１０】また、上記バインダーが、メチルセルロー
ス単独の場合、その添加量を０．５ｗｔ％以下として
も、十分な流動性と成形体強度を得ることができるこ
と、ポリアクリルアミド単独の場合にも、その量を０．
４ｗｔ％としても十分な流動性と成形体強度が得られる
こと、また、それらを複合した場合においても同様な作
用効果が得られること、さらに、必要に応じて使用する
滑剤も０．３ｗｔ％以下と極少量でよく、総バインダー
中の炭素含有量を大幅低減できることを知見した。

【００１１】さらに、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末と上記の
バインダーとを混練した混練物を、予め磁場中で配向し
た後、乾燥させ、さらに平均粒度が５０μｍ〜５００μ
ｍになるように粉砕して得られた造粒粉を用いて成形す
ることにより、造粒粉は結合力が十分強く壊れ難いた
め、バインダー自体のすぐれた流動性とも相まって、粉
体の流動性が格段に向上し、成形体密度のバラツキや成
形機の寿命を低下させることもなく、焼結後の寸法精度
にもすぐれる、薄肉形状や複雑形状でかつ優れた磁気特
性を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石が効率よ
く得られることを知見し、この発明を完成した。

【００１２】すなわち、この発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合
金粉末（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種）
に、メチルセルロースおよび／またはポリアクリルアミ
ドと水とからなるバインダーを添加して混練し、該混練
物を磁場中で配向した後、乾燥させ、さらに平均粒度が
５０μｍ〜５００μｍになるように粉砕して得られた異
方性の造粒粉を用いて、成形、焼結する粉末冶金法によ
りＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石を製造することを
特徴とするＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石の製造方
法である。

【００１３】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末この発明において、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末（但しＲは
Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種）としては、
所要組成からなる単一の合金を粉砕した粉末や、異なる
組成の合金を粉砕した後、混合して所要組成に調整した
粉末、保磁力の向上や製造性を改善するため添加元素を
加えたものなど、公知のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末を用い
ることができる。Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末の製造方法
も、溶解・粉化法、超急冷法、直接還元拡散法、水素含
有崩壊法、アトマイズ法等の公知の方法を適宜選定する
ことができる。

【００１４】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末の粒度は特に限定
しないが、合金粉末の平均粒径が１μｍ未満では混練物
とするためのバインダー添加量を、合金粉末の表面積を
増大させるため、合金粉末との容積比で、１：１．２に
増加させる必要があり、成形後の焼結品の焼結密度が９
５％程度と低下するため好ましくなく、また、１０μｍ
を超える平均粒径では粒径が大きすぎて焼結密度が９５
％程度で飽和し、該密度の向上が望めないため好ましく
ない。よって１〜１０μｍの平均粒度が好ましい範囲で
ある。特に好ましくは１〜６μｍである。

【００１５】バインダー成分この発明において、バインダーには、所定温度によりゾ
ル・ゲル変態を起こすメチルセルロースおよび／または
ポリアクリルアミドに水を添加したものを用いる。バイ
ンダーとして、メチルセルロースを単独で用いる場合の
含有量は、０．０５ｗｔ％未満では造粒粉内の粒子間の
結合力が弱く、成形前の給粉時に造粒粉が壊れるととも
に粉体の流動性が著しく低下し、また、０．５ｗｔ％を
越えると、焼結体における残留炭素量と酸素量が増加し
て保磁力が下がり磁気特性が劣化するので、０．０５ｗ
ｔ％〜０．５ｗｔ％の含有量がこれらの点で好ましい。
ポリアクリルアミドを単独で用いる場合の含有量も、上
記のメチルセルロースを単独で用いる場合と同様に、
０．０５ｗｔ％未満では造粒粉内の粒子間の結合力が弱
く、成形前の給粉時に造粒粉が壊れるとともに粉体の流
動性が著しく低下し、また、０．４ｗｔ％を越えると、
焼結体における残留炭素量と酸素量が増加して保磁力が
下がり磁気特性が劣化するので、０．０５ｗｔ％〜０．
４ｗｔ％の含有量が好ましい範囲である。またメチルセ
ルロースとポリアクリルアミドを複合して用いる場合も
同様な理由により、０．０５ｗｔ％〜０．４ｗｔ％が好
ましい範囲である。

【００１６】この発明において、メチルセルロースおよ
び／またはポリアクリルアミドに加える水の含有量は、
５ｗｔ％未満では合金粉末とバインダーとの混練が均一
にできず、混練の不十分な部分が生じ好ましくなく、ま
た、１５ｗｔ％を越えると混練物の磁場配向後の配向状
態が保持でき難くなるとともに、配向後の乾燥に時間が
かかることとなるので、５〜１５ｗｔ％が好ましい範囲
である。また、水は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末のＲ成分
との反応を極力抑制するために、脱酸素処理した純水を
用いることが望ましい。

【００１７】また、上述したバインダーにグリセリン、
ワックスエマルジョン、ステアリン酸等の滑剤のうち少
なくとも１種を添加することも有効であり、添加する場
合は、０．０３ｗｔ％未満の含有量では造粒粉を成形後
の離型性改善に効果がなく、また０．３ｗｔ％を超える
と焼結体における残留炭素量と酸素量が増加して保磁力
が下がり磁気特性が劣化するので、０．０３ｗｔ％〜
０．３ｗｔ％の含有量が好ましい。

【００１８】磁場中配向この発明において、磁場中での配向は、バインダーの添
加成分によっても変動するが、メチルセルロースを単独
で用いる場合は、混練物の温度を７０〜９０℃に昇温し
ゲル化させながら磁場中配向してもよいし、また、室温
での磁場中配向でもよい。また、ポリアクリルアミドを
単独で用いる場合及びメチルセルロースとポリアクリル
アミドを複合して用いる場合は、混練物の温度を８０〜
９０℃に昇温しゲル化させながら磁場中配向してもよい
し、また、室温での磁場中配向でもよい。なお、室温で
の磁場中配向の場合は、脱磁時に配向度が低下しないよ
うに予め混練物の粘度を高くして配向し、配向後に配向
状態が変わらないように乾燥することが好ましい。磁場
の強度は、１０ｋＯｅ未満では配向が不十分となるた
め、１０ｋＯｅ以上の磁場の強度で配向することが望ま
しい。また、磁場も従来の連続した磁場のほか、パルス
磁界を用いることも可能で、強度、時間、回数を適宜選
定して配向を行うことができる。また、後工程での取扱
いを考慮し、配向中あるいは配向後に、配向度を低下さ
せない程度の低圧力でプレスして成形体となしてもよ
く、例えば、通常用いる磁場プレスや、磁場押出成形機
などを用いることもできる。

【００１９】乾燥乾燥方法は特に限定しないが、例えば、昇温乾燥方法や
冷凍真空乾燥方法などが適用できる。昇温乾燥方法で行
う場合、昇温温度は選定した水の添加量に応じて変動す
るが、少なくとも２０℃〜１００℃までの昇温速度を３
０〜６０℃／ｈｒにすることが好ましく、３０℃／ｈｒ
未満では混練物が酸化する恐れがあり、６０℃／ｈｒを
超えると水の急激な気化蒸発のため、混練物の配向状態
が乱れることがあるため好ましくない。また、乾燥雰囲
気は、混練物の酸化を抑制するために、１×１０^-3Ｔｏ
ｒｒより高真空が好ましい。

【００２０】冷凍真空乾燥方法で行なう場合は、冷却速
度は特に限定しないが、冷却速度が遅いと冷却途中に成
形体の酸化が進行する恐れがあるため、冷却速度は早い
方が好ましい。また冷却温度は、−５℃以下〜−１００
℃が好ましい。−５℃よりも高温では乾燥に長時間を有
するため好ましくなく、また、−１００℃より低温では
冷凍に要する電力量が急激に増大するため好ましくない
ためである。さらに、真空乾燥時の真空度は酸化を抑制
するためには、１×１０^-3Ｔｏｒｒより高真空が好まし
く、また冷凍真空乾燥後は処理品をゆっくりと室温まで
戻すとよい。

【００２１】なお、配向後の混練物を室温で長時間放置
すると、時間の経過とともに合金粉末とバインダー中の
水とが反応し、混練物が酸化する恐れがあるので、乾燥
は配向後にできるだけ早く行なうのが最も望ましいが、
保存する場合は、配向後の混練物を０℃以下の温度に冷
凍して保存することが望ましい。冷凍保存であれば、合
金粉末と氷とは反応し難いため、時間の経過に関係なく
混練物の酸素量はほとんど増加しないので、円滑な工程
進行に有効である。

【００２２】粉砕乾燥後の混練物は、配向した状態でバインダーによって
固化されているため、造粒粉を得るために粉砕する必要
がある。粉砕方法は特に限定しないが、微粉の発生が少
なく、粉砕後の粒子の形状が比較的球形に近くなるよう
に粉砕できる方法、例えば、ヘンシェルミキサーやディ
スクミルといった比較的ソフトな粉砕方法が好ましい。
粉砕後の造粒粉の平均粒径は、５００μｍ未満では後の
成形工程での流動性が低下するため好ましくなく、また
５００μｍを超えると成形後の成形体密度にバラツキを
生じる恐れがあるとともに焼結後の焼結密度が低下する
恐れがあり、よって５０μｍ〜５００μｍが最も望まし
い。また、ふるいによりアンダーカット、オーバーカッ
トを行なうことにより、さらに極めて流動性に富んだ造
粒粉を得ることができる。

【００２３】造粒後の工程、すなわち、成形、焼結、熱
処理など条件、方法は公知のいずれの粉末冶金的手段を
採用することができる。以下に好ましい条件の一例を示
す。成形は、公知のいずれの成形方法も採用できるが、
圧縮成形で行なうことが最も好ましい。焼結前には、真
空中で加熱する一般的な方法や、水素流気中で１００〜
２００℃／時間で昇温し、３００〜６００℃で１〜２時
間程度保持する方法などにより脱バインダー処理を行な
うことが好ましい。脱バインダー処理を施すことによ
り、バインダー中のほぼ全炭素が脱炭され、磁気特性の
向上に繋がる。なお、Ｒ元素を含む合金粉末は、水素を
吸蔵しやすいために、水素流気中での脱バインダー処理
後には脱水素処理工程を行なうことが好ましい。脱水素
処理は、真空中で昇温速度は、５０〜２００℃／時間で
昇温し、５００〜８００℃で１〜２時間程度保持するこ
とにより、吸蔵されていた水素はほぼ完全に除去され
る。なお脱水素処理後は、引き続いて昇温加熱して焼結
を行うことが好ましく、５００℃を超えてからの昇温速
度は任意に選定すればよく、例えば１００〜３００℃／
時間など、焼結に際して取られる公知の昇温方法を採用
できる。

【００２４】脱バインダー処理後の成形品の焼結並びに
焼結後の熱処理条件は、選定した合金粉末組成に応じて
適宜選定されるが、焼結並びに焼結後の熱処理条件とし
ては、１０００〜１１８０℃、１〜２時間保持する焼結
工程、４５０〜８００℃、１〜８時間保持する時効処理
工程などが好ましい。

【００２５】

【作用】この発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末に、所定
温度によりゾル・ゲル変態を起こすメチルセルロースお
よび／またはポリアクリルアミドと水とからなるバイン
ダーを添加、混練した、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末とバイ
ンダーとの反応を抑制するとともに混練物に十分な流動
性を付与し、かつ総バインダー中の炭素含有量を大幅に
低減した混練物を、予め磁場中で配向した後、乾燥さ
せ、さらに平均粒度が５０μｍ〜５００μｍになるよう
に粉砕して造粒粉となし、該造粒粉を用いて、成形、焼
結、熱処理することにより、造粒粉は結合力が十分強く
壊れ難いため、バインダー自体のすぐれた流動性とも相
まって、粉体の流動性が格段に向上し、成形サイクルが
向上するとともに、成形体密度のバラツキや成形機の寿
命を低下させることもなく、焼結後の寸法精度にもすぐ
れる、薄肉形状や複雑形状でかつ優れた磁気特性を有す
るＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石が得られる。

【００２６】

【実施例】実施例１Ｒとして、Ｎｄ１３．３原子％、Ｐｒ０．３１原子％、
Ｄｙ０．２８原子％、Ｃｏ３．４原子％、Ｂ６．５原子
％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる原料を、Ａｒ
ガス雰囲気中で高周波溶解して、ボタン状溶製合金を得
た。次に、該合金を粗粉砕した後、ジョークラッシャー
などにより平均粒度約１５μｍに粉砕し、さらに、ジェ
ットミルにより平均粒度３μｍの粉末を得た。該粉末に
表１に示す種類及び添加量のバインダー、水、滑剤を添
加して室温で混練し、得られた混練物を磁場プレス機を
用いて、磁場強度１５ｋＯｅ、圧力１００ｋｇ／ｃｍ²
で直径５０ｍｍ×厚み１０ｍｍの形状に成形して混練物
を磁場配向した後、磁場配向方向の逆方向に２ｋＯｅの
磁場強度をかけて脱磁を行なった。得られた成形体を真
空中で２０℃〜１００℃までの昇温速度を５０℃／時で
加熱して乾燥させ、冷却後、乾燥した混練物を解砕し
て、さらにディスクミルにより粉砕した後、＃２８０の
ふるいにより微粒子をアンダーカットし、また＃３５の
ふるいにより粗粒子をオーバーカットして、表１に示す
平均粒度の異方性の造粒粉を得た。この時、＃２８０か
ら＃３５の歩留りは７８ｗｔ％であった。該造粒粉を圧
縮磁場プレス機を用いて、磁場強度１５ｋＯｅ、圧力１
ｔ／ｃｍ²で１０ｍｍ×１５ｍｍ×厚み１０ｍｍの形状
に成形した後、水素雰囲気中で室温から３００℃までを
昇温速度１００℃／時で加熱する脱バインダー処理を行
ない、引き続いて真空中で１１００℃まで昇温し１時間
保持する焼結を行ない、さらに焼結完了後、Ａｒガスを
導入して７℃／分の速度で８００℃まで冷却し、その後
１００℃／時の速度で冷却して５５０℃で２時間保持し
て時効処理を施した。成形時の造粒粉の流れ性、成形体
の寸法及び密度及び得られた焼結磁石の残留酸素量、残
留炭素量、磁気特性を表２に示す。なお、流れ性は、内
径８ｍｍのロートの管を１００ｇの原料粉が自然落下し
通過するまでに要した時間で測定した。また、得られた
焼結体には、ワレ、ヒビ、変形などは全く見られなかっ
た。

【００２７】比較例１実施例と同じ３μｍ粉末を用いて、造粒を行なわず、そ
のまま実施例と同一の磁場プレス機により、磁場強度１
５ｋＯｅ、圧力１ｔ／ｃｍ²で１０ｍｍ×１５ｍｍ×厚
み１０ｍｍの形状に成形した後、真空中で１１００℃で
１時間保持する焼結を行ない、さらに焼結完了後、Ａｒ
ガスを導入して７℃／分の速度で８００℃まで冷却し、
その後１００℃／時の速度で冷却して５５０℃で２時間
保持して時効処理を施して、焼結磁石を得た。成形時の
造粒粉の流れ性、成形体の寸法及び密度及び得られた焼
結磁石の残留酸素量、残留炭素量、磁気特性を実施例と
共に表２に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】この発明によれば、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金
粉末に、所定温度によりゾル・ゲル変態を起こすメチル
セルロースおよび／またはポリアクリルアミドと水とか
らなるバインダーを添加、混練することにより、Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ系合金粉末とバインダーとの反応を抑制するとと
もに混練物に十分な流動性を付与し、かつ総バインダー
中の炭素含有量を大幅に低減した混練物を、予め磁場中
で配向した後、乾燥させ、さらに平均粒度が５０μｍ〜
５００μｍになるように粉砕して造粒粉となし、該造粒
粉を用いて、成形、焼結、熱処理するため、造粒粉は結
合力が十分強く壊れ難いため、バインダー自体のすぐれ
た流動性とも相まって、粉体の流動性が格段に向上し、
成形サイクルが向上するとともに、成形体密度のバラツ
キや成形機の寿命を低下させることもなく、焼結後の寸
法精度にもすぐれる、薄肉形状や複雑形状でかつ優れた
磁気特性を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石が
効率よく得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 1/08 B22F 1/00 C22C 33/02 H01F 41/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末（ＲはＹを含む
希土類元素の少なくとも１種）に、メチルセルロースお
よび／またはポリアクリルアミドと水とからなるバイン
ダーを添加して混練し、該混練物を磁場中で配向した
後、乾燥させ、さらに平均粒度が５０μｍ〜５００μｍ
になるように粉砕して得られた異方性の造粒粉を用い
て、成形、焼結する粉末冶金法によりＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼
結異方性永久磁石を製造することを特徴とするＲ−Ｆｅ
−Ｂ系焼結異方性永久磁石の製造方法。