JP3312908B2 - 鉄―希土類―窒素系永久磁石材料 - Google Patents

鉄―希土類―窒素系永久磁石材料

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、すぐれた磁気特性を有する鉄−希土類−窒
素系永久磁石材料に関する。
[従来の技術] Fe等の3d遷移金属とR(Y,Thおよびすべてのランタノ
イド元素からなる群の中から選ばれた1種または2種以
上の元素の組合せ)とからなる金属間化合物の中には高
い結晶磁気異方性と大きな飽和磁化とを示すものがあ
り、高保磁力、高エネルギー積を有する永久磁石材料と
して有望である。
しかし、Fe−Rのみの2元系からなる合金では、高い
キュリー点や一軸の結晶磁気異方性を得ることは難しい
場合が多い。このために、第3の元素としてNを添加す
ることによりその点を改良した材料が、先に本発明者に
より提供されている(特願昭58−239090号)。
[発明が解決しようとする課題] しかし、その後の検討により、Fe−R−Nのみの3元
系からなる材料においては、Nを含有させる際の熱処理
条件の変動によってN含有量のバラツキが大きい。その
ため、飽和磁束密度、保磁力にバラツキが生じ特性が不
安定となりやすいことがわかった。
[課題を解決するための手段] 上記のようにFe−R−Nのみの3元系からなる材料に
おいては、飽和磁束密度、保磁力にバラツキが生じるこ
との原因につき、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、そ
の原因は、N(窒素)が合金中で充分に構造安定化され
ない場合が生じるらしい点にあることを見いだした。そ
こで、その問題の解決のためには、Nとの親和力の強い
元素を合金中に添加してやればよいのではないかと考え
て検討を進めた結果、本発明を完成するに至ったもので
ある。
すなわち、本発明はNとの親和力の強い元素として、
Ti,Cr,V,Zr,Nb,Al,Mo,Mn,Hf,Ta,W,Mg,Si,を選び、これ
らからなる群の中から選ばれた1種または2種以上の元
素の組合せをFe−R−N系合金に添加するものである。
即ち、本発明の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料は、
一般式; (Fe(1−r−a)RrMa)(1−n)Nn (ただし、RはY,Thおよびすべてのランタノイド元素か
らなる群の中から選ばれた1種または2種以上の元素の
組合せ、 MはTi,Cr,V,Zr,Nb,Al,Mo,Mn,Hf,Ta,W,Mg,Siからなる
群の中から選ばれた1種または2種以上の元素の組合
せ、 r,a,nは、それぞれ原子比率で、 0.03≦r≦0.30, 0.005≦a≦0.30, 0.02≦n≦0.30)で表されるとともに、 前記Nは実質的にNを含まない合金をNを含む気体中
もしくは液体中での熱処理により格子間に侵入させたこ
とを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料、もし
くは、 一般式; (Fe(1−r−a−b)RrMaCob)(1−n)Nn (ただし、RはY,Thおよびすべてのランタノイド元素か
らなる群の中から選ばれた1種または2種以上の元素の
組合せ、 MはTi,Cr,V,Zr,Nb,Al,Mo,Mn,Hf,Ta,W,Mg,Siからなる
群の中から選ばれた1種または2種以上の元素の組合
せ、 r,a,b,nは、それぞれ原子比率で、 0.03≦r≦0.30, 0.005≦a≦0.30, 0.01≦b≦0.50, 0.02≦n≦0.30)で表されるとともに、 前記Nは実質的にNを含まない合金をNを含む気体中
もしくは液体中での熱処理により格子間に侵入させたこ
とを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料であ
る。
以下、本発明の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料につ
き詳細に説明する。
本発明において、Rは、磁気異方性を生み保磁力を発
生させる上で本質的な役割を担う、極めて重要な構成元
素である。Rとしては、Y,Thおよびすべてのランタノイ
ド元素、すなわち、Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,
Ho,Er,Tm,Yb,LuおよびThが含まれ、これらからなる群の
中から選ばれた1種または2種以上の元素の組合せとし
て用いればよい。本発明の材料においては、RとしてSm
が特に有効である。Rは、原子比率で0.03〜0.30、好ま
しくは0.05〜0.18、さらに好ましくは0.06〜0.12の範囲
にあることが必要である。
Rが0.03未満では保磁力が得られないので、Rの下限は
0.03とする。一方、Rが0.30を超えると飽和磁化が小さ
くなりすぎるとともに、材料の酸化が激しく耐食性がき
わめて悪くなるので、Rの上限は0.30とする。安定した
磁気特性を得るためには、Rの量は通常0.05〜0.18、と
りわけ0.06〜0.12の範囲に選ぶことが望ましい。なお、
特に高い磁束密度と大きなエネルギー積とを得たい時に
は、Rを0.07〜0.09に選択することが有効である。
MはN(窒素)との親和力が強い元素であり、本発明
において、MはNを合金中で構造安定化させる上に大き
な効果を有している。Mとしては、Ti,Cr,V,Zr,Nb,Al,M
o,Mn,Hf,Ta,W,Mg,Siが含まれ、これらからなる群の中か
ら選ばれた1種または2種以上の元素の組合せとして用
いればよい。Nを合金中で構造安定化させるという本発
明の効果を発揮させるためには、Mの量は原子比率で0.
005〜0.30、好ましくは0.02〜0.15の範囲にあることが
必要である。
Mが0.005未満では上記した効果が得られないので、M
の下限は0.005とする。一方、Mが0.30を超えると飽和
磁化が小さくなりすぎるので、Mの上限は0.30とする。
この内でも、安定した磁気特性を得るためには、Mの量
は通常0.02〜0.15の範囲に選ぶことが望ましい。
N(窒素)は、本発明の材料において、飽和磁化を増
すとともに高い保磁力を発生させる本質的に重要な役割
を果たしているところの必須構成成分であるが、その含
有量は、原子比率で0.02〜0.30、好ましくは0.02〜0.2
0、さらに好ましくは0.05〜0.15の範囲にあることが必
要である。Nが0.02未満ではNの添加効果が認められず
飽和磁化が小さいので、Nの下限は0.02とする。一方、
Nが0.30を超えると飽和磁化がかえって小さくなりすぎ
るので、Nの上限は0.30とする。安定した磁気特性を得
るためには、Nの量は通常0.02〜0.20、とりわけ0.05〜
0.15の範囲に選ぶことが望ましい。ただし、Nは、材料
中においてMもしくはRもしくはFeもしくはCoとの窒化
物、すなわち、MpNq,RpNq,FepNq,CopNq、ここでp,qは一
般的には正の整数、等といった形の窒素化合物の形で存
在するのでは、本発明の効果は得られない。本発明の効
果を得るためには、Nは、先の出願(特願昭58−239090
号)においても説明したごとく、Nが存在することによ
ってFeどうしの原子間隔を押し拡げるように作用しなけ
ればならない。すなわち、Nは材料中において格子間侵
入型の原子として存在するか、もしくは、少なくともFe
とRとを共に含む形での窒化物、すなわち、FepRqNs,Fe
pRqMsNt,FepRqCosNt,FepRqMsCotNu、ここでp,q,s,t,uは
一般的には正の整数、等といった形の窒素化合物の状態
で存在しなければならない。
このためには、Nを材料中に含有させる方法として
は、Nをもともと含むようなものを原材料として用いる
という方法によってもよいが、むしろ、後の工程におい
て、適宜な気体中もしくは液体中において処理すること
によりNを材料の中へ侵入させる方法が推奨される。N
を侵入させるために用いる気体としては、N2ガス、N2+
H2混合ガス、NH3ガス、およびこれらの混合ガス等(H2
ガス若しくはその他の不活性ガス等で希釈する場合を含
む)を用いることが出来る。また、その場合の処理温度
としては通常200〜1000℃、特に400〜700℃とすればよ
い。また、その場合の処理時間としては通常0.2〜50時
間程度でよいが、材料の所望特性に応じて適宜選択すれ
ばよい。
本発明の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料に、さらに
Coを添加することにより、材料磁気特性の温度特性を向
上させることができる。このためにはCoの量は原子比率
で0.01〜0.50、好ましくは0.05〜0.30の範囲にあること
が必要である。
[実施例] 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明は特にこれらに限定されるものではない。
(実施例1) 重量比でFe75.6%,Sm18.5%,Ti5.89%から成る合金を
アルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原子%でFe8
4.6%,Sm7.69%,Ti7.69%,すなわちr=0.077,a=0.07
7に相当する。
得られたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄
製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉
砕し、約20μm径の粉末とした。この粉末にNを含有さ
せるために、これをN2ガス中、ほぼ600℃付近の温度に
おいて処理した。この処理により材料中にNが2.68重量
%含有された。計算するとこれは10.96原子%,すなわ
ちn=0.110に相当する。得られた粉体を8kOeの磁場中
においてプレス成形した後、これにバインダーを含浸さ
せて固化補強した後、磁気特性を測定した。
飽和磁束密度(Bs)は14.5kG,保磁力(Hc)は8.3kOe
であった。
(実施例2) 実施例1においては、粉末にNを含有させるための処
理はN2ガス中ほぼ600℃付近の温度において行われた
が、これをほぼ500℃付近の温度において行った他は実
施例1と同様にして、同組成の合金粉末を処理した。こ
の処理により材料中にNが1.53重量%含有された。計算
するとこれは6.48原子%,すなわちn=0.065に相当す
る。得られた粉体を8kOeの磁場中においてプレス成形し
た後、これにバインダーを含浸させて固化補強した後、
磁気特性を測定した。
飽和磁束密度(Bs)は13.2kG,保磁力(Hc)は4.3kOe
であった。
(実施例3) 重量比でFe75.3%,Sm18.4%,V6.25%から成る合金を
アルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原子%でFe8
4.6%,Sm7.69%,V7.69%、すなわちr=0.077,a=0.077
に相当する。
得られたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄
製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉
砕し、約20μm径の粉末とした。この粉末にNを含有さ
せるために、これをN2ガス中、ほぼ600℃付近の温度に
おいて処理した。この処理により材料中にNが2.51重量
%含有された。計算するとこれは10.35原子%,すなわ
ちn=0.104に相当する。得られた粉体を8kOeの磁場中
においてプレス成形した後、これにバインダーを含浸さ
せて固化補強した後、磁気特性を測定した。
飽和磁束密度(Bs)は13.8kG,保磁力(Hc)は5.0kOe
であった。
(実施例4) 重量比でFe67.9%,Sm24.4%,Ti7.76%から成る合金を
アルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原子%でFe7
9.0%,Sm10.5%,Ti10.5%、すなわちr=0.105,a=0.10
5に相当する。
得られたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄
製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉
砕し、約20μm径の粉末とした。この粉末にNを含有さ
せるために、これをNH3+H2混合ガス中、ほぼ600℃付近
の温度において処理した。この処理により材料中にNが
2.22重量%含有された。計算するとこれは9.52原子%,
すなわちn=0.095に相当する。得られた粉体を8kOeの
磁場中においてプレス成形した後、これにバインダーを
含浸させて固化補強した後、磁気特性を測定した。
飽和磁束密度(Bs)は14.5kG,保磁力(Hc)は5.3kOe
であった。
(実施例5) 重量比でFe58.9%,Nd21.7%,Dy12.2%,Ti7.21%から
成る合金をアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原
子%でFe73.7%,Nd10.5%,Dy5.26%,Ti10.5%、すなわ
ちr=0.158,a=0.105に相当する。
得られたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄
製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉
砕し、約20μm径の粉末とした。この粉末にNを含有さ
せるために、これをNH2+H2混合ガス中、ほぼ600℃付近
の温度において処理した。この処理により材料中にNが
2.57重量%含有された。計算するとこれは11.6原子%,
すなわちn=0.116に相当する。得られた粉体を8kOeの
磁場中においてプレス成形した後、これにバインダーを
含浸させて固化補強した後、磁気特性を測定した。
飽和磁束密度(Bs)は11.7kG,保磁力(Hc)は3.6kOe
であった。
[発明の効果] 以上に説明したように、本発明による鉄−希土類−窒
素系永久磁石材料によれば、大きな飽和磁束密度と高い
保磁力が安定的に得られるので、永久磁石材料として実
用上きわめて有用なものである。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式;(Fe(1−r−a)RrMa)(1−
    n)Nn (ただし、RはY,Thおよびすべてのランタノイド元素か
    らなる群の中から選ばれた1種または2種以上の元素の
    組合せ、 MはTi,Cr,V,Zr,Nb,Al,Mo,Mn,Hf,Ta,W,Mg,Siからなる群
    の中から選ばれた1種または2種以上の元素の組合せ、 r,a,nは、それぞれ原子比率で、 0.03≦r≦0.30, 0.005≦a≦0.30, 0.02≦n≦0.30)で表されるとともに、 前記Nは実質的にNを含まない合金をNを含む気体中も
    しくは液体中での熱処理により格子間に侵入させたこと
    を特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料。
  2. 【請求項2】一般式;(Fe(1−r−a−b)RrMaCo
    b)(1−n)Nn (ただし、RはY,Thおよびすべてのランタノイド元素か
    らなる群の中から選ばれた1種または2種以上の元素の
    組合せ、 MはTi,Cr,V,Zr,Nb,Al,Mo,Mn,Hf,Ta,W,Mg,Siからなる群
    の中から選ばれた1種または2種以上の元素の組合せ、 r,a,b,nは、それぞれ原子比率で、 0.03≦r≦0.30, 0.005≦a≦0.30, 0.01≦b≦0.50, 0.02≦n≦0.30)で表されるとともに、 前記Nは実質的にNを含まない合金をNを含む気体中も
    しくは液体中での熱処理により格子間に侵入させたこと
    を特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の鉄−希土類−窒
    素系永久磁石材料において、 0.05≦r≦0.18であることを特徴とする鉄−希土類−窒
    素系永久磁石材料。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の鉄−希土類−窒素系永久
    磁石材料において、 0.06≦r≦0.12であることを特徴とする鉄−希土類−窒
    素系永久磁石材料。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の鉄−希土類−窒素系永久
    磁石材料において、 0.07≦r≦0.09であることを特徴とする鉄−希土類−窒
    素系永久磁石材料。
  6. 【請求項6】請求項1乃至5のいずれかに記載の鉄−希
    土類−窒素系永久磁石材料において、 0.02≦n≦0.20であることを特徴とする鉄−希土類−窒
    素系永久磁石材料。
  7. 【請求項7】請求項6に記載の鉄−希土類−窒素系永久
    磁石材料において、 0.05≦n≦0.15であることを特徴とする鉄−希土類−窒
    素系永久磁石材料。
  8. 【請求項8】請求項1乃至7のいずれかに記載の鉄−希
    土類−窒素系永久磁石材料において、RがSmであること
    を特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料。
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