JP3202830B2 - 希土類焼結磁石およびその製造方法 - Google Patents

希土類焼結磁石およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気特性に優れ耐食性
の良好なCe を主要構成元素の1つとする特に鉄比率の
高い希土類焼結磁石であり、主として自動車用の電装モ
ーターに適用される。
【0002】
【従来の技術】自動車電装用モータにはモータ効率の上
から15〜20MGOe前後の磁気特性を持つ永久磁石が望まし
いとされている。この要求を満たす材質として、温度安
定性と耐食性に優れ、安価なCe を主成分とするCe-C
o 系磁石が最適なものの一つである。しかし、問題点は
Co 比率が高いため値段がNd-Fe-B系永久磁石と比較
して高く、磁気特性が少し不足していることである。こ
の点が改良されるならばCe-Co 系磁石は電装用モータ
に最適な材料となる。従来、Ce(Co-Fe-Cu)z 系磁石
の組成は、希土類元素と遷移金属元素の比率(Z値)が
5程度で低く、鉄量も高々遷移金属の10%(原子百分
比)程度であった。焼結磁石として得られる磁気特性
は、せいぜい10〜14MGOe程度であった。希土類焼結磁石
としては磁気特性が低く、Co 量の比率が高い。等方性
Nd-Fe-B系急冷薄帯ボンド磁石と比較して磁気特性で
は勝っているが、価格的には高いため、実用面での使用
例は限定されていた。
【0003】Ce 系磁石の磁気特性を向上させるための
試みは幾つかなされており、添加物(M:Zr、Ti、Mn、
Zn 等)を加えたり、Ce をSm で置換することが報告
されている。通常、添加物MはFe 量を増やしZ値を高
くできるので、磁気特性の向上に有効である。Sm(Co-
Fe-Cu-M)z系(z≧7)の場合には、このような添加
物が非常に有効であった。しかし、Ce 系では種々の元
素の添加が試行されたにも関わらず、十分な保磁力が確
保できないため、従来組成に比較し大幅な特性向上は実
現されていない。
【0004】この原因は次の点にあると考えられる。即
ち、添加物を用いた組成ではz値を高め、Ce2Co17
成に近づける必要がある。Sm2Co17 化合物の結晶磁気
異方性は正で、しかもその値は 107erg/ccオーダーの高
い値を有している。しかし、Ce2Co17 化合物の結晶磁
気異方性が負であるため、添加物を用いてz値を高くし
ても、十分な保磁力が得られないと考えられる。一方、
Ce をSm で置換することは、Sm2Co17 の結晶磁気異
方性を利用できるため、磁気特性、特に保磁力の向上に
大変効果的である。しかし、Sm を使用することにより
原料コストが上がるため、コスト単位当たりの磁気特性
を等方性Nd-Fe-B系急冷薄帯ボンド磁石と比較した時
実用価値は低下する。原料コストの増加を伴わずに磁気
特性を向上させるには、Co のFe による置換量を増や
すことが有効である。
【0005】本発明者等は、先にCe 系磁石において、
Fe 量の大幅な増大の可能な組成と製造方法(特開平 0
1-225101号参照)を提案した。しかし、その発明におい
てはFe 量を増やすと同時にCu 量も増やさなければな
らなかった。何故なら、Fe量のみの増加では1−5相
が安定に存在し得なくなるためである。したがって、F
e 量増加による飽和磁化の増加と、Cu 量増加による飽
和磁化の減少が相殺されてしまい、磁気特性の向上即ち
飽和磁化の増加は実現されなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ce 系磁石
のCo 量を低減し、Sm を使用することなくFe 量を増
やして十分な保磁力を確保し、コストの低減と磁気特性
の向上とを両立させることを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
を解決するために、Ce(Co Fe Cu)5 系磁石組成を徹
底的に見直し、構成元素比率を見極めて本発明を完成し
たものでその要旨は、R( Co1-x-y-a-bFexCuya
b)z (但し、RはCe を含む軽希土類の少なくとも1種
以上、MはZr、Ti の少なくとも1種以上、0.20≦x≦
0.35、0.10≦у≦0.20、 0.005≦a≦0.03、0.001≦b≦
0.02、4.8≦z≦ 6.0は原子比を表す)で表される希土類
焼結磁石であって、Co、Fe、Cu、MおよびB中のCo の
比率が60原子%以下で、焼結磁石の主相が六方晶Ca C
u5構造を有し、15MGOe以上の最大エネルギー積を有する
ことを特徴とする希土類焼結磁石、および前記組成合金
粉末を粉末焼結法により焼結して焼結体とした後、該焼
結体を900 〜1,000 ℃の温度で溶体化熱処理することを
特徴とする希土類焼結磁石の製造方法にある。
【0008】以下、本発明を詳細に説明する。Ce(Co
Fe Cu)5 系磁石で典型的な組成は次の(1)式で表さ
れる。 Ce(Co0.76 Fe0.12 Cu0.12)5 ・・・・・(1) (1)式のような組成で単純にFe 量を増やすと、Cu
リッチな1−5相とFe 相が析出して2相状態となり、
良好な磁気特性は得られない。Fe の固溶量を増やす1
つの方法はCu 量を同時に増やすことで、Ce(Co0.60
Fe0.20 Cu0.20)5 が典型的な組成であり、本発明者等
が開発し特許出願(特開平 01-225101号参照)したこと
は前述したが、この組成ではCu 量が増えたため、固液
共存相が低温側に移動しているので、焼結温度より 100
℃以上低温で溶体化処理をしてインゴットを均質化する
必要がある。しかも、この組成ではFe 量とCu 量の増
大による効果が相殺されて、磁気特性の向上は望めな
い。
【0009】本発明では、下記(2)式の様にB元素を
微量添加することにより、Fe 量の増加がCu 量の増大
を伴わずに可能であることを見出したものである。 Ce(Co1-x-y-a-bFexCuyab )Z ・・・(2) B量は微量なので、EPMA(Electron Probe Micro Analys
is) などを用いた微少分析を行っても、硼化物( Co
B、Fe B等)の析出は観察できなかった。合金粉末の
X線回析測定を行ったところ、結晶構造は六方晶Ca C
u5構造であり、B元素を添加しているにも関わらず、正
方晶Nd2Fe14 B構造に相当するピークは観測できなか
った。したがって、B元素は主相(1−5相)に固溶し
ており、Cu 元素が存在するため、Ca Cu5構造の方が
生成し易いものと考えられる。B元素を添加することに
より、(2)式でCu 量を増やさずにFe 量を0.15以上
に増やすことが可能である。
【0010】以下(2)式を基に組成範囲について述べ
る。B量が、 0.001未満ではFe 量を増大させる効果は
小さく、0.02を越えるとCe Fe14 B相の析出が見られ
磁気特性に悪影響を及ぼすので、B量は 0.001以上0.02
以下が良い。Fe 量の増大効果はB元素単独でも見られ
るが、M元素 (Zr、Ti)を複合して用いる時その効果は
大きい。M元素としては、Mn、V、 Nb、Hf、Ta 等も効
果があるが、Zr とTi が特に良好であった。BとZr
やTi の複合添加により、Fe 量が0.20を越えた組成で
も良好な磁気特性(特に保磁力)を得ることが可能とな
った。M元素の添加量は 0.005未満ではFe 量の増大効
果が小さく飽和磁化の減少が少ないが、0.03を越えると
飽和磁化の減少が大きくなるのでこの範囲内であること
が好ましい。
【0011】Fe(0.20≦x≦0.35) とCu (0.10 ≦у≦
0.20) の量はこの範囲を越えると磁気特性の低下が著し
く2相状態となり、十分な磁気特性が得られなくなるの
で、この範囲内であることが好ましい。Fe 量の増加に
伴いz値も5以上の値を取ることが可能である。しか
し、Sm 系のように7以上の値は不可能で、高々6まで
である。6以上では合金の熱処理を行っても均質になら
ず、良好な磁気特性が得られない。
【0012】Fe リッチなCe 系焼結磁石の製造方法
は、希土類磁石で一般的に用いられている粉末焼結法で
良い。しかし、Fe 量が増加するのに伴い固液共存の領
域が低温側に移動するため(Cu 量を増やした時と同じ
現象)、溶解による溶湯をチル鋳造したのみでは均質な
合金インゴットを得ることができない。したがって、鋳
造インゴットをそのまま粉砕したのでは良好な磁気特性
が得られないため、インゴットを溶体化熱処理すること
により均質化する必要があり、凡そ 900℃〜 1,000℃で
5時間以上熱処理すれば良い。焼結は 1,000℃〜 1,100
℃で真空もしくは不活性ガス中(例えば、Ar ガス)で
行うので、焼結に引き続き合金の溶体化熱処理と同じ温
度域で、焼結体に溶体化熱処理を施す必要がある。この
ようにB元素を添加することによりCu 量の増加なしに
Fe 量を増やすことが可能となり、Ce 系磁石の磁気特
性の向上が可能となった。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施態様を実施例を挙げて具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 (実施例1)組成式Ce(CoresFexCuyZrab)z に従
って純度99%のCe メタルとほう素B、純度99.9%のC
o、Fe、Cu、Zr メタルを所定比率に秤量し、高周波真空
溶解炉にて真空もしくは不活性ガス中で溶解して銅鋳型
に傾鋳して4種類の合金を作製した。該合金をAr ガス
雰囲気中で 950℃で8時間の溶体化熱処理を行った。該
合金を分析したところ組成は表1のようであった。 該
合金をジョークラッシャーとブラウンミルで20メッシュ
未満の粗粉とした後、高圧窒素ガス気流を使用したジェ
ットミルで平均粒径4μmに微粉砕した。該微粉を 15k
Oeの静磁場中で磁場方向に配向させたまま、1.5Ton/cm2
の圧力でプレス成形を行って成形体を作製した。該成形
体を 250TorrのAr ガス中で、 1,050℃〜1,100 ℃の温
度で1時間焼結を行った後、引き続き 970℃〜 1,000℃
の温度で2時間溶体化熱処理を行った。該焼結体を 500
℃〜 600℃の温度で3時間熱処理した後、 200℃以下ま
で連続的に冷却した。該焼結体の磁気特性をBHトレー
サーで測定した結果を表1に併記した。B元素の添加に
より高いFe 量組成でも良好な磁気特性の得られること
が分かる。
【0014】(比較例1)Bを無添加とした以外は実施
例1と同様に処理して磁石合金とし、磁気特性を測定し
て表1に併記した。
【0015】
【表1】
【0016】(実施例2)組成式Ce(CoresFexCuy
iaZrbc)z に従って、純度99%のCe とBメタル、純
度99.9%のCo、Fe、Cu、Ti、Zr メタルを所定比率に秤
量し、実施例1と同じように溶解、溶体化処理を行って
4種類の合金を作製した。該合金を分析したところ、組
成は表2のようであった。該合金を実施例1と同じよう
に粉砕、磁場中配向、焼結、熱処理を行い、焼結体を作
製した。該焼結体の磁気特性を測定して表2のような結
果を得た。添加物や希土類元素の組み合わせが異なって
も高Fe 領域で良好な磁気特性の得られることが判る。
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】Ce Co 系磁石合金に数量のB元素を添
加することにより、Cu 量の増大を伴わずにFe 量を増
加させ、磁気特性の向上とコストの低減を実現すること
ができ、産業上その利用価値は極めて高い。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】R( Co1-x-y-a-bFexCuyab)z (但
    し、RはCe を含む軽希土類の少なくとも1種以上。M
    はZr、Ti の少なくとも1種以上。0.20≦x≦0.35、0.
    10≦у≦0.20、 0.005≦a≦0.03、 0.001≦b≦0.02、
    4.8≦z≦ 6.0は原子比を表す)で表される希土類焼結
    磁石。
  2. 【請求項2】請求項1において、Co、Fe、Cu、Mおよび
    B中のCo の比率が60原子%以下で、焼結磁石の主相が
    六方晶Ca Cu5構造を有し、15MGOe以上の最大エネルギ
    ー積を有することを特徴とする希土類焼結磁石。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の組成合金粉末を
    粉末焼結法により焼結して焼結体とした後、該焼結体を
    900 〜1,000 ℃の温度で溶体化熱処理することを特徴と
    する希土類焼結磁石の製造方法。
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