JP3298220B2 - 希土類―Fe―Nb―Ga―Al―B系焼結磁石 - Google Patents
希土類―Fe―Nb―Ga―Al―B系焼結磁石Info
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Description
よび耐熱性を有する希土類―Fe―Nb―Ga―Al―
B系焼結磁石に関するものである。
5系焼結磁石或いはSm2Co17系焼結磁石と比較して高
いエネルギー積(BH)maxを有することから、種々
の用途に使用されるようになっている。しかしながら、
Nd−Fe−B系焼結磁石は、これらSm−Co系焼結
磁石に比較して熱安定性に劣ることから、その熱安定性
を増すために種々の試みが提案されている。その一例と
して特開昭64−7503号公報には、熱安定性の良好
な永久磁石として一般式: R(Fe1-x-y-zCoxByGaz)A (但し、Rは希土類元素から選ばれた少なくとも1種で
あり、0≦x≦0.7、0.02≦y≦0.3、0.001
≦z≦0.15、4.0≦A≦7.5である)、及び、 R(Fe1-x-y-zCoxByGazMu)A (但し、Rは希土類元素から選ばれた少なくとも1種で
あり、MはNb,W,V,Ta及びMoから選ばれた1
種または2種以上の元素であり、0≦x≦0.7、0.0
2≦y≦0.3、0.001≦z≦0.15、u≦0.1、
4.0≦A≦7.5である。)により表されるものが開示
されている。
装置のより一層の小型化が要求されており、それにとも
ない優れた熱安定性を有し、かつ高エネルギー積を兼備
する永久磁石の登場が望まれている。前記特開昭64−
7503号に記載の永久磁石は、Gaを添加することに
より保磁力iHcを向上し優れた熱安定性を実現してい
るが、エネルギー積に関しては前記要求を満足すること
ができない。すなわち、実用上、保磁力iHcは12K
Oe以上有することが要求されるが、このレベルの保磁
力を有する磁石のエネルギ−積(BH)maxは40M
GOe以下である。そこで本発明は、含有するGaが所
定量以上希土類リッチ相中に濃縮されることにより、常
温において42MGOe以上の高い最大エネルギー積
(BH)max、および12KOe以上の実用に耐える
保磁力iHcを有する希土類―Fe―Nb―Ga―Al
―B系焼結磁石を提供することを課題とする。
を解決するためにNd−Fe−B系磁石の組成を詳細に
検討したところ以下の知見を得た。 (1)Nd含有量を少なくすればエネルギ−積(BH)
maxは向上するが、その反面保磁力iHcは低下す
る。 (2)Nd含有量を少なくすることによる保磁力iHc
の低下を補うためにGaを添加することは有効である
が、Gaの保磁力iHc向上効果は一定量の添加で飽和
してしまい前記保磁力iHcの低下を十分に補うことが
できない。 (3)Gaの添加で補えない保磁力iHcの向上にはD
yの添加が有効であり、残留磁束密度Brをあまり低下
しない範囲で添加することにより、常温において42M
GOe以上の高いエネルギー積(BH)max、および
12KOe以上の実用に耐える保磁力iHcを有するも
のが得られる。ここで重要なことは、前記の良好な磁気
特性は含有されるGaが希土類リッチ相中に所定量以上
濃縮される場合に実現されることである。本発明は以上
の知見に基づきなされたものであり、実質的にNdおよ
びDyまたはNd、DyおよびPrからなる希土類元素
28〜32wt%(ただしDyは0.4〜3wt%)、B0.9
〜1.3wt%、Nb0.1〜2.0wt%、Ga0.02〜0.
5wt%、Al0.30%以下(0を含まず)、酸素500
ppm〜5000ppm、残部Feおよび不可避的不純
物からなり、常温において保磁力iHcが12kOe以
上、最大エネルギー積(BH)maxが42MGOe以
上である希土類―Fe―Nb―Ga―Al―B系焼結磁
石であって、希土類リッチ相中の平均Ga含有量が前記
焼結磁石の全Ga含有量の2倍以上であることを特徴と
する希土類―Fe―Nb―Ga―Al―B系焼結磁石で
ある。
記載する。NdおよびDy、またはNd、DyおよびP
r本発明においてNdおよびDy、またはNd、Dyお
よびPrは28〜32wt%の範囲(ただしDyは0.4〜
3wt%)で含有される。後述の実施例に示されるよう
に、Nd量が少ないほど(BH)max、残留磁束密度
Brの向上に有効であるが、保磁力iHcを低下させ
る。本発明は保磁力iHcを向上するためにDyを添加
する。このDyは、キュリー点Tcを上昇させるととも
に異方性磁場(HA)を増大して保磁力iHcの向上に
寄与する。しかし、含有量が多くなると、残留磁束密度
Brが低下し最大エネルギー積(BH)maxも低下さ
せる。したがってDyの含有量は0.4〜3.0wt%の範
囲とする。Dyの最も望ましい量は、0.7〜1.5wt%
である。Ndの含有量が少なくなるとインゴット中にα
−Feが発生することにより(BH)maxの増大は期
待しにくく、一方多くなるとNdリッチ相が増大するこ
とにより(BH)maxが低下する。以上よりNdおよ
びDyの合計量を28〜32wt%とする。なお、Ndの
一部をPr等の他の希土類元素(Dyを除く)で置換す
ることもできる。
の元素である。Bが0.9wt%未満の場合には高保磁力が
得られず、一方、1.3wt%を越えると、Bに富む非磁性
相が増加し、残留磁束密度Brが低下する。そのため、
0.9〜1.3wt%とする。好ましいBの含有量は0.95
〜1.1wt%である。
ず、保磁力iHcを向上する効果がある。Ga含有量が
0.02wt%未満の場合は保磁力iHc向上効果が十分で
ない。Ga含有量が0.5wt%を超えると、保磁力iHc
向上の効果が飽和するとともに残留磁束密度Brが低下
し、所望の高エネルギー積が得られない。よって、Ga
含有量は0.02〜0.5wt%とする。Gaの望ましい範
囲は、0.03〜0.2wt%である。Gaは磁石体中のN
dに富むNdリッチ相中に存在することによりその効果
が発揮され、特に、Ndリッチ相中の平均Ga量が全G
a添加量の2倍以上である場合にその効果が著しい。な
お、Ndリッチ相中のGa量は焼結条件、熱処理条件に
よって変動する。
として含まれ、保磁力を向上させる効果があるが、残留
磁束密度を低下させるため、可能な限り抑制することが
好ましい。具体的には、0.30%以下(0を含まず)
に抑制する。本発明の焼結磁石は、上記成分の他に0.
1〜2.0wt%のNbを含有する。Nbは焼結時に結晶粒
が粗大化することを抑制する効果がある。この効果によ
り、保磁力iHcが向上し、ヒステリシスカーブの角型
性が良好になる。また、着磁性の良好なNd−Fe−B
系磁石は優れた耐熱性を有するが、焼結体の結晶粒を微
細にすると着磁性が向上する。よって、Nbは耐熱性向
上に有効な元素である。Nbの含有量が0.1wt%未満の
場合、粗大粒を抑制する効果が不十分である。一方、N
bの含有量が2.0wt%を超える場合には、Nbもしくは
Nb−Feの非磁性ホウ化物が多く発生し、残留磁束密
度Br及びキュリー点Tcが著しく低下し好ましくな
い。よって、Nbの含有量は0.1〜2.0wt%とする。
好ましくは、0.1〜1.0wt%である。
pm〜5000ppmとする。酸素が500ppmより
少ない場合には磁石粉、及びその圧密体が発火しやすく
工業生産上危険がある。一方、5000ppmより多い
場合には酸素がNd、DyまたはNd、DyおよびPr
と酸化物を形成することにより磁性に有効に作用するN
d、DyまたはNd、DyおよびPrの量が減少し、高
保磁力及び高エネルギー積の磁石を得るのが困難にな
る。
することができる。即ち、一定の成分組成を有するイン
ゴットを真空溶解で製作し、次にこのインゴットを粗粉
砕することにより粒径500μm程度の粗粉を得る。こ
の粗粉をジェットミルを用い、不活性ガス雰囲気で微粉
砕し平均粒径3.0〜6.0μm(F.S.S.S.)の微粉
を得る。次にこの微粉を配向磁場15kOe、成形圧力
1.5ton/cm2の条件下で磁場中プレス成形後、1
000〜1150℃の温度範囲で焼結する。
ができる。成形体を焼結して得た焼結体をいったん室温
まで冷却する。焼結後の冷却速度は最終製品の保磁力i
Hcに殆ど影響を与えない。次いで、800〜1000
℃の温度に加熱し、0.2〜5時間保持する。これを第
1次熱処理とする。加熱温度が800℃未満または10
00℃を超える場合、充分な高保磁力が得られない。加
熱保持の後で0.3〜50℃/分の冷却速度で室温ない
し600℃の温度まで冷却する。冷却速度が50℃/分
を超える場合は、時効のために必要な平衡相が得られ
ず、充分な高保磁力が得られない。また、0.3℃/分
未満の冷却速度は熱処理に時間を要し、工業生産上経済
的でない。好ましくは、0.6〜2.0℃/分の冷却速度
が選ばれる。冷却終了温度は室温が望ましいが、多少保
磁力iHcを犠牲にすれば600℃までとし、その温度
以下は急冷してもよい。好ましくは、常温〜400℃の
温度まで冷却する。
0.2〜3時間行う。これを第2次熱処理とする。組成
によって異なるが、好ましくは540〜640℃での熱
処理が有効である。熱処理温度が500℃未満の場合及
び650℃より高い場合は、高保磁力が得られても不可
逆減磁率の低下がおきる。熱処理後は第1次熱処理と同
様、0.3〜400℃/分の冷却速度で冷却する。冷却
は水中、シリコンオイル中、アルゴン気流中等で行うこ
とができる。冷却速度が400℃/分を越える場合、急
冷により試料に亀裂が入り、工業的に価値のある永久磁
石材料が得られない。また、0.3℃/分未満の場合、
冷却過程で保磁力iHcに好ましくない相が出現する。
する。 (実施例1) 金属Nd、金属Dy、Fe、ferro−B、ferr
o−Nb、金属Gaを所定の重量秤量し、これを真空溶
解して重量10kgのインゴットを作製した。このイン
ゴットの成分分析を行なうと重量比で以下のような組成
であった。 Nda−Dyb−B1.05−Nb0.60−GaC−Al0.20−Febal. (wt% )
さらに粗粉砕機を用い不活性ガス雰囲気中での粗粉砕を
行い500μm以下の粒度の粗粉を得た。この粗粉を同
じくジェットミルを用い不活性ガス雰囲気中で微粉砕を
して微粉を得た。この微粉は平均粒径4.0μm(F.
S.S.S.)であり、含有酸素量が5200ppmであ
った。次に、この微粉を配向磁場強度15kOe、成形
圧力1.5ton/cm2の条件下で磁場中プレス成形
し、20×20×15の成形体を作製した。この成形体
は実質的に真空の条件で1080℃×3hrの焼結を行
い、得られた焼結体に900℃×2hrの第1次熱処
理、次いで530℃×2hrの第2次熱処理を施した。
得られた焼結体の密度は7.55〜7.58g/cc、ま
た含有酸素量は1100〜4000ppmであった。
し、図1、図2及び図3に示すような結果を得た。図1
はDy=1.0wt%、Ga=0.06wt%としてNd量と磁
気特性の関係を示したグラフである。Nd量の増加にと
もなって保磁力iHcは向上するが、逆に残留磁束密度
Brは低下する傾向にある。図2はDy=1.0wt%、N
d=29wt%としてGa量と磁気特性の関係を示したグ
ラフである。Ga量の増加に伴い保磁力iHcは向上す
るが、0.08wt%程度でその効果は飽和する。また、こ
の間における残留磁束密度Brの低下はわずかである。
図3はNd=29wt%、Ga=0.06wt%としてDy量
と磁気特性の関係を示したグラフである。Dy量の増加
に伴い保磁力iHcは向上するが、残留磁束密度Brの
低下が顕著となり、最大エネルギ−積(BH)maxも劣
化する。以上図1〜図3から、優れた最大エネルギ−積
(BH)maxおよび保磁力iHcを兼備するためには、
Nd量を最適化するとともに、DyおよびGaを適量複
合添加する必要があることがわかる。
o−Nb、金属Gaを所定の重量秤量し、これを真空溶
解して重量10kgのインゴットを作製した。このイン
ゴットの成分分析を行なうと重量比で以下のような組成
であった。組成 : Nd29.5−Dy1.2−B1.02−N
b0.33−Ga0.08−Al0.18−Febal.(wt%)このイ
ンゴットをハンマーで解砕した後、さらに粗粉砕機を用
い不活性ガス雰囲気中での粗粉砕を行い500μm以下
の粒度の粗粉を得た。この粗粉を同じくジェットミルを
用い不活性ガス雰囲気中で微粉砕をして微粉を得た。こ
の際不活性ガス中に微量の酸素を混入せしめることによ
り、種々の酸素量の微粉を得た。なお、微粉は平均粒径
4.0μm(F.S.S.S.)であった。次に、この微粉
を配向磁場強度15kOe、成形圧力1.5ton/c
m2の条件下で磁場中プレス成形し、20×20×15
の成形体を作製した。この成形体は実質的に真空の条件
で1080℃×3hrの焼結を行い、得られた焼結体に
900℃×2hrの第1次熱処理、次いで530℃×2
hrの第2次熱処理を施した。得られた焼結体の密度は
7.55〜7.58g/cc、また含有酸素量は1000
〜6000ppmであった。
た。結果を図4に示すが、含有酸素量が5000ppm
を越えると保磁力iHcの減少が著しくなるため、酸素
量は1000〜5000ppmとする。図5に含有酸素
量が5600ppmと2000ppmと異なる2つの焼
結体のNdおよび酸素のEPMA(電子線マイクロアナ
ライザ)の線分析の結果を示す。含有酸素量の多い焼結
体はほとんどのNdのピークと酸素のピークが重なって
おり、多量のNd酸化物が形成されているものと考えら
れる。一方、含有酸素量の少ない焼結体は、Ndのピー
クと酸素のピークの重なりも観察されるが、単独で存在
するNdのピークもかなり観察される。すなわち、含有
酸素量が多い焼結体はNdが磁気特性に寄与しない酸化
物として多く存在するのに対し、含有酸素量が少ない焼
結体は磁気特性に有効に寄与するNdが多く存在するの
である。なお、図5中○が施された部分がNdが酸素と
独立して存在するピークである。
y、Fe、ferro−B、ferro−Nb、金属G
aを所定の重量秤量し、これを真空溶解して重量10k
gのインゴットを作製した。このインゴットの成分分析
を行なうと重量比で以下のような組成であった。 組成 : (Nd+Pr)28.5−Dy0.8−B1.10 −Nbx−Ga0.07−Al0.23−Febal.(wt%)
さらに粗粉砕機を用い不活性ガス雰囲気中での粗粉砕を
行い500μm以下の粒度の粗粉を得た。この粗粉を同
じくジェットミルを用い不活性ガス雰囲気中で微粉砕を
して微粉を得た。この際不活性ガス中に微量の酸素を混
入せしめることにより、種々の酸素量の微粉を得た。な
お、微粉は平均粒径4.0μm(F.S.S.S.)であっ
た。次に、この微粉を配向磁場強度15kOe、成形圧
力1.5ton/cm2の条件下で磁場中プレス成形し、
20×20×15の成形体を作製した。この成形体は実
質的に真空の条件で1080℃×3hrの焼結を行い、
得られた焼結体に900℃×2hrの第1次熱処理、次
いで530℃×2hrの第2次熱処理を施した。得られ
た焼結体の密度は7.55〜7.58g/cc、また含有
酸素量は2600〜4500ppmであった。
び平均粒径を測定し、図6に示すような結果を得た。図
6に示されるようにNbを含有させることにより焼結時
の結晶粒成長を抑制でき、その結果焼結体平均結晶粒径
を小さくできる。また、この効果により保磁力iHcの
向上を期待できる。2.0wt%超の含有によっても平均結
晶粒径の減少をさほど期待出来ず、また最大エネルギ−
積(BH)maxの低下も大きくなるので0.1〜2.0
wt%の添加が適量である。
o−Nb、金属Gaを所定の重量秤量し、これを真空溶
解して重量10kgのインゴットを作製した。このイン
ゴットの成分分析を行なうと重量比で以下のような組成
であった。 Nd28.5−Dy0.75−B1.20−Nb1.10−Gac −Al0.16−Febal. (wt%) このインゴットをハンマーで解砕した後、さらに粗粉砕
機を用い不活性ガス雰囲気中での粗粉砕を行い500μ
m以下の粒度の粗粉を得た。この粗粉を同じくジェット
ミルを用い不活性ガス雰囲気中で微粉砕をして微粉を得
た。この微粉は平均粒径4.0μm(F.S.S.S.)で
あり、含有酸素量が4400ppmであった。次に、こ
の微粉を配向磁場強度15kOe、成形圧力1.5to
n/cm2の条件下で磁場中プレス成形し、20×20
×15の成形体を作製した。 この成形体は実質的に真
空の条件で1070℃×3hrの焼結を行い、得られた
焼結体に930℃×2hrの第1次熱処理、次いで52
0℃×2hrの第2次熱処理を施した。得られた焼結体
の密度は7.54〜7.57g/cc、また含有酸素量は
1000〜3500ppmであった。これら試料につい
て、Ndリッチ相中のGa量と保磁力iHcの関係を調
査した。結果を表1に示す。
o−Nb、金属Gaを所定の重量秤量し、これを真空溶
解して重量10kgのインゴットを作製した。このイン
ゴットの成分分析を行なうと重量比で以下のような組成
であった。 Nd28.0−Dy1.0−B1.10−Nb0.65−Ga0.1 −Al0.24−Febal. (wt%) このインゴットをハンマーで解砕した後、さらに粗粉砕
機を用い不活性ガス雰囲気中での粗粉砕を行い500μ
m以下の粒度の粗粉を得た。この粗粉を同じくジェット
ミルを用い不活性ガス雰囲気中で微粉砕をして微粉を得
た。この微粉は平均粒径4.0μm(F.S.S.S.)で
あり、含有酸素量が4700ppmであった。次に、こ
の微粉を配向磁場強度15kOe、成形圧力1.5to
n/cm2の条件下で磁場中プレス成形し、20×20
×15の成形体を作製した。この成形体は実質的に真空
の条件で1080℃×3hrの焼結を行い、得られた焼
結体に900℃×2hrの第1次熱処理、次いで530
℃×2hrの第2次熱処理を施した。得られた焼結体の
密度は7.55〜7.58g/cc、また含有酸素量は1
000〜3700ppmであった。これら試料につい
て、Ndリッチ相中の平均Ga量と保磁力iHcおよび
Hkの関係を調査した。結果を表2に示すが、Ndリッ
チ相中の平均Ga量がGa含有量の1.8倍では保磁力
iHcが11.6KOeと12KOeには達していない
ことがわかる。
o−Nb、金属Gaを所定の重量秤量し、これを真空溶
解して重量10kgのインゴットを作製した。このイン
ゴットの成分分析を行なうと重量比で以下のような組成
であった。Nd27.5−Dy1.9−B1.1/1.4−Nb1.5−
Ga0.06−Al0.15−Febal.このインゴットをハンマ
ーで解砕した後、さらに粗粉砕機を用い不活性ガス雰囲
気中での粗粉砕を行い500μm以下の粒度の粗粉を得
た。この粗粉を同じくジェットミルを用い不活性ガス雰
囲気中で微粉砕をして微粉を得た。この微粉は平均粒径
4.0μm(F.S.S.S.)であり、含有酸素量が48
00ppmであった。次に、この微粉を配向磁場強度1
5kOe、成形圧力1.5ton/cm2の条件下で磁場
中プレス成形し、20×20×15の成形体を作製し
た。 この成形体は実質的に真空の条件で1080℃
×3hrの焼結を行い、得られた焼結体に900℃×2
hrの第1次熱処理、次いで530℃×2hrの第2次
熱処理を施した。得られた焼結体の密度は7.55〜7.
58g/cc、また含有酸素量は1000〜3700p
pmであった。これら試料について、Bリッチ相の体積
%と残留磁束密度Br、最大エネルギ−積(BH)ma
xの関係を調査した。結果を表3に示すが、Bリッチ相
が増加するにつれ残留磁束密度Br、最大エネルギ−積
(BH)maxが減少し、2.5体積%となると最大エ
ネルギ−積(BH)maxが42MGOe未満となる。
含有するGaが希土類リッチ相中に所定量以上濃縮され
ることにより、常温において42MGOe以上の高いエ
ネルギー積(BH)maxおよび実用に耐える12KO
e以上の保磁力(iHc)を有する極めて有用な希土類
―Fe―Nb―Ga―Al―B系焼結磁石が得られる。
ギ−積(BH)max、残留磁束密度Brおよび保磁力
iHcとの相関の一例を示すグラフである。
ギ−積(BH)max、残留磁束密度Brおよび保磁力
iHcとの相関の一例を示すグラフである。
ギ−積(BH)max、残留磁束密度Brおよび保磁力
iHcとの相関の一例を示すグラフである。
ギ−積(BH)max、残留磁束密度Br、および保磁
力iHcとの相関の一例を示すグラフである。
mと異なる2つの焼結体のNdおよび酸素のEPMA
(電子線マイクロアナライザ)の線分析の結果を示すグ
ラフである。
体平均結晶粒径の変化を示したグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】実質的にNdおよびDyまたはNd、Dy
およびPrからなる希土類元素28〜32wt%(ただし
Dyは0.4〜3wt%)、B0.9〜1.3wt%、Nb0.1
〜2.0wt%、Ga0.02〜0.5wt%、Al0.30%以
下(0を含まず)、酸素500ppm〜5000pp
m、残部Feおよび不可避的不純物からなり、常温にお
いて保磁力iHcが12kOe以上、最大エネルギー積
(BH)maxが42MGOe以上である希土類―Fe
―Nb―Ga―Al―B系焼結磁石であって、希土類リ
ッチ相中の平均Ga含有量が前記焼結磁石の全Ga含有
量の2倍以上であることを特徴とする希土類―Fe―N
b―Ga―Al―B系焼結磁石。 - 【請求項2】Bリッチ相が2vol.%以下である請求
項1に記載の希土類―Fe―Nb―Ga―Al―B系焼
結磁石。
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06275415A JPH06275415A (ja) | 1994-09-30 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP08256493A Expired - Lifetime JP3298220B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-03-17 | 希土類―Fe―Nb―Ga―Al―B系焼結磁石 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10497497B2 (en) | 2012-02-02 | 2019-12-03 | Santoku Corporation | R-T-B—Ga-based magnet material alloy and method of producing the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP6773150B2 (ja) * | 2019-02-15 | 2020-10-21 | Tdk株式会社 | R−t−b系希土類焼結磁石用合金、r−t−b系希土類焼結磁石 |
-
1993
- 1993-03-17 JP JP08256493A patent/JP3298220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10497497B2 (en) | 2012-02-02 | 2019-12-03 | Santoku Corporation | R-T-B—Ga-based magnet material alloy and method of producing the same |
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