JP3565513B2 - Alloy for bonded magnet, isotropic magnet powder and anisotropic magnet powder, their production method, and bonded magnet - Google Patents

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Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気特性に優れたボンド磁石を低コストで製造可能とするボンド磁石用合金、その合金から得られる等方性磁石粉末および異方性磁石粉末とそれらの製造方法、さらに、それらの磁石粉末から得られるボンド磁石に関するものである。
【背景技術】
【0002】
硬質磁石(永久磁石)は、モータ等の各種機器に利用されている。中でも、小型で高出力が要求される車両モータ等への需要要求が強い。このような硬質磁石は、磁気特性に関して高性能であることは勿論、世界的な競争力を強化するために、低コストであることが求められる。
【0003】
先ず、高性能という観点から、希土類元素(R)とホウ素(B)と鉄(Fe)とからなるRFeB系磁石(希土類磁石)の開発が従来から盛んに行われてきた。このようなRFeB系磁石として、例えば、米国特許4851058号公報(以下、「特許文献1」という。)、米国特許5411608号公報(以下、「特許文献2」という。)に、磁気等方性を有するRFeB系磁石合金(組成物)が開示されている。
【0004】
具体的にいうと、特許文献1には、約10〜40at%のNd、PrまたはNdおよびPrと、約50〜90at%のFeと、約0.5〜10at%のBとからなる磁石合金が開示されている。特許文献2には、12〜40at%のNd、PrまたはNdおよびPrと、10at%以下のCoと、3〜8at%のBと、残部がFeとからなる磁石合金が開示されている。なお、特許文献2は、Coを添加することで、キュリー温度上昇による耐熱性の向上を図ったものである。これらの特許文献では共に、急冷凝固法の一種であるメルトスパン法により、上記組成からなる磁石粉末を得ている。
【0005】
この磁石粉末(磁粉)は、工業的にはボンド磁石(硬質磁石)の原料粉末として使用されることが多い。ボンド磁石は、例えば、その磁粉とバインダである樹脂からペレットを先ず作製して、そのペレットを成形用の金型へ給粉し、加圧成形することにより得られる。一般的に、ペレットを金型へ給粉する際、その流動度が小さいと、給粉時間も短くなり、ボンド磁石の生産性向上を図れる。また、ペレットの嵩密度が大きいと、金型への均一給粉が可能となり、ボンド磁石の不良率を低減できる。従って、流動度が小さく、嵩密度が大きい程、ボンド磁石の低コスト化を図れ、経済性に優れることになる。そして、この流動度や嵩密度は、磁粉の粒子形状に依存し、それが球形ほど好適な流動度や嵩密度が得られる。
【0006】
ところが、上記特許文献1、2より作製される磁粉の粒子形状は、厚さが20〜50μmの薄片形状であるため、球状の場合に比べて、流動度が大きく、嵩密度が小さい。勿論、その薄片を粉砕して球状にし、流動度を小さく、嵩密度を大きくすることも考えられる。しかし、その分工数も増えるし、仮に球状にしたとしても、実際には、有効に流動度を小さくしたり嵩密度を大きくしたりすることは難しい。何故なら、元の粒子の大きさが最大でも50μmであるところ、一般的に、50μm以下の粉末は、付着・凝集を起こし易いからである。
【0007】
また、上記組成と異なるSmFeN系磁粉についても事情は同じである。磁粉の粒子形状が球形に近くても、平均粒径を1〜5μmと微粉末にすれば、付着・凝集を起こし易く、流動度・嵩密度が悪化する。
【0008】
そこで、上記メルトスパン法に替わる磁粉の製造方法として、HDDR(hydrogenation−disproportionation−desorption−recombination)処理法やd−HDDR処理法を用いたものがある。これらにより得られた磁粉は、略球状の粒子からなるため、上記特許文献1、2により得られる磁粉よりも、流動度や嵩密度に優れる。
【0009】
HDDR処理法は、RFeB系等方性磁石粉末(等方性磁粉)とRFeB系異方性磁石粉末(異方性磁粉)との製造に用いられ、主に2つの工程からなる。すなわち、100kPa(1atm)程度の水素ガス雰囲気中で773〜1273Kに保持し、三相分解不均化反応を起こさせる第1工程(水素化工程)と、その後真空にして脱水素を行う脱水素工程(第2工程)とからなる。
【0010】
一方、d−HDDR処理は、主にRFeB系異方性磁粉の製造に用いられる方法である。公知文献(三嶋ら:日本応用磁気学会誌、24(2000)、p.407)にも詳細に報告されているように、室温から高温にかけて、RFeB系合金と水素との反応速度を制御することによりなされる。具体的には、室温でRFeB系合金に水素を十分に吸収させる低温水素化工程(第1工程)と、低水素圧力下で三相分解不均化反応を起こさせる高温水素化工程(第2工程)と、可能な限り高い水素圧力下で水素を解離させる排気工程(第3工程)と、その後の材料から水素を除去する脱水素工程(第4工程)の4つの工程から主になる。HDDR処理と異なる点は、温度や水素圧力の異なる複数の工程を設けることで、RFeB系合金と水素との反応速度を比較的緩やかに保ち、均質な異方性磁粉が得られるように工夫されている点である。
【0011】
これらの各処理を用いた磁石粉末の製造方法として、次のような特許文献を挙げることができる。
先ず、HDDR処理を用いたRFeB系等方性磁粉の製造方法が特公平7−68561号公報(特許第2041426号:以下、「特許文献3」という。)に開示されている。この特許文献3によると、RとFeとBとを主成分とする合金インゴットに対して、粉砕工程と均質化熱処理工程とを施し、その後に上記HDDR処理を行って磁粉を製造している。ここで、この場合、HDDR処理前の2工程(粉砕工程、均質化熱処理工程)は、磁気特性の大きな等方性磁粉を得る上で不可欠である。特許文献3にもあるように、この2工程を省略し、RFeB系合金の鋳造体に直接HDDR処理して磁粉を製造した場合、得られた磁粉を用いて作製したボンド磁石の保磁力(以下、iHcという)は、最大でも0.76MAm-1という非常に低い値を示すからである。
【0012】
しかし、その2工程はともに高コストであり経済性に劣る。特に、873〜1473Kという高温処理を行う均質化熱処理工程は、HDDR処理の約2倍のコストを必要とし、非常に経済性が悪い。
【0013】
次に、HDDR処理を用いたRFeB系異方性磁粉の製造方法等が特許第2576671号公報(以下、「特許文献4」という。)、特許第2576672号公報(以下、「特許文献5」という。)、特許第2586198号公報(以下、「特許文献6」という。)および特許第2586199号公報(以下、「特許文献7」という。)に開示されている。
【0014】
これらの特許文献に記載された実施例によると、約10〜20at%のRと約5〜20%のBと残部Feと種々の添加元素とからなる合金インゴットに、均質化熱処理工程と粉砕工程とを施し、その後にHDDR処理を行って磁粉を製造している。但し、実施例中に開示された合金のB量は、10.4at%以下では詳細に開示されているが、B量が10.4at%を超える合金は、10.4at%と20at%の合金のみである。そして、B量が10.4at%の磁粉から製作された異方性ボンド磁石の(BH)maxは83〜112kJ/m3、iHcは0.74〜0.97MA/mであり、B量が20at%の磁粉から製作された異方性ボンド磁石の(BH)maxは80〜93kJ/m3、iHcは0.46〜0.75MA/mである。これらの磁気特性はいずれも不十分なものであり、特に、B量が20at%と多くなると、iHcの低下が著しくなっている。
【0015】
しかも、上記特許文献の場合は、1393K〜1413Kと高温で均質化熱処理を行っているため、磁粉の製造コストがより高くなり、さらに経済性が悪い。勿論この場合も、その均質化熱処理を省略すればコスト削減にはなるものの、特許文献3の場合と同様、iHcの劣化は避けられない。
【0016】
ちなみに、特許文献4〜7のような方法を用いて、異方性磁粉を工業的に量産することは現実には困難である。なぜなら、異方性に優れる磁粉を得るためには、HDDR処理中の温度管理を厳格に行う必要がある。具体的には、目的温度に対して約±20Kの温度範囲でHDDR処理をしなければ、高異方性の磁粉は得られない。にも拘わらず、HDDR処理の1バッチ当たりの処理量を多くすると、水素とRFeB系合金との不均化反応時の発熱量や脱水素時の吸熱量が急激に大きくなり、雰囲気温度が所望囲外となってしまうからである。その結果、特許文献4〜7のような方法で量産した磁粉は、磁気特性、特に異方性の小さなものとなる。
【0017】
そこで、RFeB系異方性磁粉の量産を行う場合には、特開2001−148306号公報(以下、「特許文献8」という。)や特開2001−76917号公報(以下、「特許文献9」という。)等に開示されているようにd−HDDR処理を用いることが推奨される。このd−HDDR処理によれば、1バッチ当たりの処理量を多くしても、高い異方性を備えた磁粉が得られる。前述したように、d−HDDR処理の場合、RFeB系合金と水素との反応速度を各工程で緩やかに制御できるため、RFeB系合金と水素との不均化反応時の発熱量や脱水素時の吸熱量を抑制できるからである。
【0018】
しかし、これらの特許文献8、9の場合でも、約12〜15at%のRと約6〜9at%のBと残部Feとからなる合金インゴットを用いて、均質化熱処理工程を施した後に、そのd−HDDR処理を行って異方性磁粉を製造している。このため、上述した製造方法と同様、やはり製造コストが高いという点では同じである。
【0019】
これまでは、高性能な硬質磁石の低コスト化について主に説明してきたが、さらに硬質磁石の実用性を考えると、その硬質磁石が耐蝕性等の経年変化特性に優れていることも重要である。特に、高温環境下で使用される家庭用モータや自動車用モータ等に組込まれる硬質磁石には、モータの信頼性等を確保する観点から、優れた耐熱性等が要求される。
【0020】
ところが、前述した希土類磁石は、その主成分であるFeやRの酸化腐食等により劣化し易く、その高い磁気特性を安定的に確保することは難しい。特に、室温以上で希土類磁石を使用する場合、その磁気特性は急激に低下する傾向にある。このような磁石の経時変化は、通常、永久減磁率(%)により定量的に指標されるが、従来の希土類磁石の場合、この永久減磁率が10%を超えるものがほとんどであった。なお、この永久減磁率は、所定の高温下で長時間(1000時間)経過した後に、再着磁しても復元しない磁束の減少割合である。
【特許文献1】
米国特許4851058号公報
【特許文献2】
米国特許5411608号公報
【特許文献3】
特公平7−68561号公報
【特許文献4】
特許第2576671号公報
【特許文献5】
特許第2576672号公報
【特許文献6】
特許第2586198号公報
【特許文献7】
特許第2586199号公報
【特許文献8】
特開2001−148306号公報
【特許文献9】
特開2001−76917号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。すなわち、コスト高要因となる均質化熱処理工程を行わずに得られる、低コストで磁気特性に優れた、HDDR処理またはd−HDDR処理に供されるRFeB系磁石粉末とその製造方法、さらにはその磁石粉末からなるボンド磁石を提供することを目的とする。また、その磁石粉末の製造に適したRFeB系磁石合金を提供することを目的とする。
【0022】
加えて、低コストで磁気特性に優れるのみならず、経年劣化の少ないボンド磁石、さらに、そのような硬質磁石が得られるRFeB系磁石合金、RFeB系磁石粉末およびその製造方法を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0023】
本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し、各種系統的実験を重ねた結果、従来とB量が異なる新規な磁石合金等を開発し、以下の発明を完成させるに至った。
【0024】
(ボンド磁石用合金)
先ず、本発明のボンド磁石用合金は、主成分である鉄(Fe)と、12〜16原子%(at%)の希土類元素(以下、「R」と称する。)と、10.8〜15 at%のホウ素(B)とからなり、磁石粉末の製造に際して均質化熱処理工程を省略し得ることを特徴とする。
【0025】
なお、このような表現以外に、本発明は、主成分であるFeと、12〜16at%のRと、10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し、水素化処理の一種であるHDDR処理またはd−HDDR処理に供されることを特徴とする磁石合金としても良い。
【0026】
本発明のボンド磁石用合金(以下、適宜、単に「磁石合金」という。)は、これまで開発されてきたRFeB系磁石合金とB量が相違し、B量が比較的多い。このBを多くした磁石合金は、初晶であるα―Feの析出が抑制されることを本発明者は見出した。そして、磁気特性の低下をもたらすα―Feの析出が抑制される結果、従来、磁気特性の向上には不可欠と考えられていた均質化熱処理工程の省略が可能となり、磁石粉末等を低コストで得られるようになった。
【0027】
なお、この理由は、現状、次のように考えることができる。Bを多くしたことで、鋳造初期に、RFeBより融点が10〜30K低いR1Fe1B4相(以下、「Bリッチ相」という。)が形成される。そして、このBリッチ相に初晶であるα―Feがとり込まれるため、そのα―Feの析出が抑制されたと考えられる。
【0028】
この磁石合金(例えば、そのインゴット等)に、前述したHDDR処理やd−HDDR処理を行った結果、高iHcの磁石粉末が得られた。これは次のように考えることができる。本発明の磁石合金へ吸水素させると、前述のBリッチ相および磁石相を担うR2Fe14B相が水素と十分に反応して、α―Fe、Fe2B、R水素化物となる。次にそこから脱水素させると、Bリッチ相が微細かつ密に析出し、それがRFeBの結晶粒成長をピン止めした結果、RFeBの再結晶粒が微細になったためと考えられる。このピン止め効果を有効に得るためには、例えば、吸水素時間を360分間以上とすることが好ましい。
【0029】
このような観点から、Bを10.8at%以上とした。これにより、経済性を著しく損なう均質化熱処理工程を省略でき、iHcの増加を図れる。一方、Bが15at%を超えると、磁石粉末中のBリッチ相の体積分率が高くなり、最大エネルギー積(BH)maxの低下を招くため好ましくない。
【0030】
なお、特許文献4、5、6、7の実施例中には、B量を20at%とした磁石粉末が開示されているが、そのiHc は0.46〜0.75MAm-1と低い。これは、吸水素時間が240分間と短かく、Bリッチ相と水素との反応が不十分であり、その後の脱水素時にBリッチ相が微細かつ密に析出しなかったためと考えられる。
【0031】
また、Rは、12at%未満では、初晶のα―Feが析出し易くなって、iHcの低下を招く。一方、Rが16%を超えると(BH)maxが低くなり好ましくない。
【0032】
このようなRには、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタノイドがある。もっとも、磁気特性に優れる元素として、Rが、Y、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)およびルテチウム(Lu)の少なくとも1種以上からなると好適である。中でも特に、Rは、コスト及び磁気特性の観点から、Pr、NdおよびDyの一種以上からなると好ましい。
【0033】
本発明の磁石合金は、さらに、上記元素以外にも、コバルト(Co)を0.1〜6at%、より望ましくは1〜6at%含むと好適である。Coは、磁石のキュリー温度を高め、耐熱性を向上させる元素だからである。Coが0.1at%未満では実質的な効果がない。一方、Coは高価であるため、工業的なコストの観点から6at%以下が好ましい。
【0034】
本発明の磁石合金は、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)および銅(Cu)(以下、「第1元素群」という。)の少なくとも一種以上を合計で0.1〜2at%含んでいても良い。これらの元素は、磁石の保磁力iHcを向上させる元素だからである。
【0035】
また、本発明の磁石合金は、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)およびニッケル(Ni)(以下、「第2元素群」という。)の少なくとも一種以上を合計で0.1〜2at%含んでいても良い。これらの元素は、磁石の残留磁束密度(Br)を高める元素だからである。
【0036】
第1元素群中の元素と第2元素群中の元素とを両方含む場合には、最大エネルギー積(BH)maxを向上させることができる。いずれの場合も、それらの合計が0.1at%未満では実質的な効果がなく、逆に2at%を超えるとiHc、Brまたは(BH)maxの低下を招き好ましくない。コスト、磁気特性を考慮して、Gaを0.1〜1.0at%、より望ましくは0.2〜0.4at%(0.3at%程度)、Nbを0.1〜1.0at%、より望ましくは0.1〜0.4at%(0.2at%程度)含有させると好適である。
【0037】
なお、いうまでもないが、本発明に係る合金や粉末等は、適宜、不可避不純物を含み得る。それらの組成は、Feでバランスされるが、敢ていうなら、Feは59〜77.2at%である。
【0038】
さらに、本発明の磁石合金は、前記Rとは別に、Laを0.001〜1.0at%含有していると好適である。これにより、その磁石合金からなる磁石粉末や硬質磁石の経年劣化を抑制できる。
【0039】
何故なら、Laは希土類元素(R.E.)中で最も酸化電位の大きな元素である。このため、Laがいわゆる酸素ゲッタとして作用し、前記R(Nd、Dy等)よりもLaが選択的に(優先的に)酸化され、結果的にLaを含有した磁石粉末や硬質磁石の酸化が抑制される。このLaに替えてDy、Tb、Nd、Pr等の使用も考え得るが、これらの元素では、磁石粉末や硬質磁石の酸化抑制を十分には図れない。また、コスト的に観ても、それらの元素よりもLaの使用が好ましい。なお、このときの磁石合金中のRは、La以外の希土類元素である。
【0040】
ここで、Laは、磁石合金中に不可避不純物のレベルを越える微量含有されている程度で、耐蝕性等の向上効果を発揮する。そして、Laの不可避不純物レベル量が、0.001at%未満であることから、本発明では、La量を0.001at%以上とした。一方、Laが1.0at%を超えると、iHcの低下を招き好ましくない。ここで、La量の下限が、0.01at%、0.05at%、さらには0.1at%であると、十分な耐蝕性等の向上効果が発揮されより好ましい。そして、耐蝕性等の向上およびiHcの低下抑制の観点から、La量が0.01〜0.7at%であると一層好ましい。
【0041】
なお、Laを含有する合金組成は、R2Fe141相を単一相若しくはほぼ単一相として存在させ得る合金組成ではなく、R2Fe141相とB−rich相等の多相組織からなる合金組成である。
【0042】
(磁石粉末とその製造方法)
本発明でいう磁石合金は、その形態を問わず、インゴット状でも、粉末状でも良い。また、粉末の場合は、その粒径や粒形状等も問わない。そこで、例えば、本発明の磁石合金を等方性磁石粉末や異方性磁石粉末として把握することもできる。
【0043】
例えば、本発明の等方性磁石粉末は、主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する水素化工程と、該水素化工程後に水素を除去する脱水素工程とからなるHDDR処理を行う製造方法を経て得られる。
【0044】
また、本発明の異方性磁石粉末は、主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを873K以下の水素ガス雰囲気中に保持する低温水素化工程と、該低温水素化工程後に20〜100kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する高温水素化工程と、該高温水素化工程後に0.1〜20kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する第1排気工程と、該第1排気工程後に水素を除去する第2排気工程とからなるd−HDDR処理を行う製造方法を経て得られる。
【0045】
(ボンド磁石)
さらに、それらの磁石粉末を用いると、低コストで高性能なボンド磁石が得られる。
例えば、等方性磁石粉末を用いた場合、本発明のボンド磁石は、主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する水素化工程と該水素化工程後に水素を除去する脱水素工程とからなるHDDR処理により得られた等方性磁石粉と、バインダとを混合し、成形してなることを特徴とする。
【0046】
また、異方性磁石粉末を用いた場合、本発明のボンド磁石は、主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを873K以下の水素ガス雰囲気中に保持する低温水素化工程と、該低温水素化工程後に20〜100kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する高温水素化工程と、該高温水素化工程後に0.1〜20kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する第1排気工程と、該第1排気工程後に水素を除去する第2排気工程とからなるd−HDDR処理により得られた異方性磁石粉末と、バインダとを混合し、加圧成形してなることを特徴とする。
【0047】
なお、前述したR、Co、第1元素群または第2元素群に関する内容は、上記等方性磁石粉末、異方性磁石粉末およびそれらの製造方法並びにボンド磁石についても適宜該当する。さらに、Laの添加についても同様であるが、その詳細は後述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0048】
以下に実施形態を挙げて、本発明をより詳しく説明する。
(1)磁石粉末とその製造方法
本発明の磁石粉末は、上記磁石合金のインゴットや粗粉末(粒子)に、前述したHDDR処理法やd−HDDR処理法を施すことにより得られる。
【0049】
(a)HDDR処理法
本発明に係るHDDR処理は、前述したように、10.8〜15at%のBを組成にもつ合金(インゴット)に、水素化工程および脱水素工程を施してなる。水素化工程の条件は前述した通りである。
【0050】
脱水素工程は、具体的には、例えば、水素圧力を10-1Pa以下の雰囲気にする工程である。また、脱水素工程中の温度は、例えば、1023〜1173Kとすれば良い。なお、本明細書でいう水素圧力は、特に断らない限り水素の分圧を意味する。従って、各工程中の水素分圧が所定値内であれば、真空雰囲気でも不活性ガス等の混合雰囲気でも良い。
【0051】
上記各工程の処理時間は、1バッチあたりの処理量に依る。例えば、1バッチあたりの処理量が10kgの場合なら、水素化工程を360〜1800分、脱水素工程を30〜180分程度行えば良い。その他、HDDR処理自体については、前述の特許文献3等に詳しく開示されているので、適宜参照すれば良い。
【0052】
このHDDR処理法により得られた磁石粉末は、工業的には、等方性磁石粉末として意味をもつ。その磁石粉末は、例えば、iHcが0.8〜1.7(MA/m)で、(BH)maxが60〜120(kJ/m3)の優れた磁気特性を示す。
【0053】
次に、HDDR処理の各工程と、Bリッチな上記組成からなる本発明の磁石合金と関連を説明する。
HDDR処理の第1工程である水素化工程で、水素とRFeB系合金および水素とBリッチ相を十分に反応させる。続く第2工程である脱水素工程では、そのBリッチ相を微細かつ密に析出させる。そして、この微細に析出したBリッチ相は、RFeB結晶粒成長をピン止めして、RFeB結晶粒を微細にする。これにより、高い保磁力(iHc)が得られる。
【0054】
(b)d−HDDR処理法
本発明に係るd−HDDR処理は、前述したように、10.8〜15at%のBを組成にもつ合金(インゴット)に、低温水素化工程、高温水素化工程、第1排気工程および第2排気工程を施してなる。
【0055】
高温水素化工程および第1排気工程の条件は、前述した通りである。低温水素化工程は、例えば、水素圧力が30〜200kPaの雰囲気とする工程である。第2排気工程は、例えば、水素圧力を10-1Pa以下の雰囲気にする工程であり、そのときの温度は、例えば、1023〜1173K程度である。なお、第1排気工程と第2排気工程とを併せて脱水素工程を構成している。
【0056】
上記各工程の処理時間は、1バッチあたりの処理量に依る。例えば、1バッチあたりの処理量が10kgの場合なら、低温水素化工程を30分以上、高温水素化工程を360〜1800分、第1排気工程を10〜240分および第2排気工程を10〜120分程度行えば良い。なお、d−HDDR処理法自体については、前述の特許文献9等に詳しく開示されているので、適宜参照すれば良い。
【0057】
このd−HDDR処理法により得られた磁石粉末は、優れた磁気特性を示す異方性磁石粉末である。その磁気特性は、例えば、iHcが0.8〜1.7(MA/m)で、(BH)maxが190〜290(kJ/m3)ともなる。
【0058】
次に、d−HDDR処理の各工程と、Bリッチな上記組成からなる本発明の磁石合金と関連を説明する。
d−HDDR処理の第1工程である低温水素化工程(水素圧力:30〜200kPa程度)で、水素をRFeB系合金に十分に急増させる。続く第2工程である高温水素化工程(水素圧力:20〜100kPa程度)で、水素とRFeB系合金とを緩やかに反応させる。このとき、異方性の方位転写相となるFe2B相の結晶方位をほぼ一方向に析出させると共に水素とBリッチ相とを十分に反応させる。さらに、第3工程である第1排気工程では、Fe2B相の結晶方位を維持したまま、RFeB結晶を析出させ、かつ、Bリッチ相を微細かつ密に析出させる。この微細かつ密に析出したBリッチ相によって、RFeB結晶粒成長がピン止めされて、RFeB結晶粒が微細となる。最後に第4工程である第2排気工程で、合金内部に残留した水素を取り除く。
【0059】
ここで特に重要なことは、高温水素化工程で、Fe2B相の結晶方位をほぼ一方向に析出させることと、続く第1排気工程で、Fe2B相の結晶方位を維持したまま、微細かつ密に析出したBリッチ相のピン止め効果によってRFeB結晶を微細に析出させることである。これにより、高iHcの異方性磁石粉末が得られる。
【0060】
また、上記いずれの処理を行う場合にも、インゴットを原料合金として使用できるが、粉砕処理した粗粉末を用いると、各処理を効率的に進めることができる。そのインゴットの粉砕や、上記処理後に行う粉末化は、乾式若しくは湿式の機械粉砕(ジョークラッシャ、ディスクミル、ボールミル、振動ミル、ジェットミル等)等を用いて行うことができる。
【0061】
(c)流動度と嵩密度
本発明の磁石合金に対して、上記HDDR処理やd−HDDR処理を施して得た磁石粉末は、粒径が略球状となる。このため、特許文献1、2のようなメルトスパン法によって製造した薄片と異なり、本発明の磁石粉末を用いて製造したペレットの流動度は小さく、嵩密度は大きくなる。その結果、磁石粉末の最も重要な用途であるボンド磁石の製作に際して、成形用金型へのペレットの給粉性を高めることができる。また、本発明の磁石粉末は、平均粒径が50〜200μm程度の適度な大きさであることから、上記流動度や嵩密度の向上のみならず、付着や凝集等を抑制できるので、取扱い性にも優れる。その結果、ボンド磁石等の生産性、品質、歩留まり等も向上し、各種磁石の低コスト化を図れる。
【0062】
具体的にいうと、上記磁石粉末とバインダである有機系樹脂10〜45mass%とを混合して得られたペレットの流動度は0.55〜0.64(s/g)、その嵩密度は3.25〜3.5(g/cm3)ともなる。なお、上記磁石粉末に混合する有機系樹脂量は、圧縮成形用ペレットの場合10〜25mass%、射出成形用ペレットの場合30〜45mass%、押出成形用ペレットの場合20〜35mass%とするとより好ましい。
【0063】
ところで、上記磁石粉末の粒径が略球状となるのは次の理由による。HDDR処理やd−HDDR処理を施して磁石粉末を製造する場合、得られる粒子形状は、その処理前の合金組織に大きな影響を受ける。HDDR処理の水素化工程初期やd−HDDR処理の低温水素化工程において、合金が水素を吸蔵すると、体積膨張を起こして、主に、脆弱な結晶粒界で破断するからである。
【0064】
ここで、磁石合金がインゴットのような鋳造体からなる場合、その中央部の結晶組織は等軸粒状となり、端部の結晶組織はデンドライド状となる。本発明の場合、Bリッチ相の存在により、初晶であるα―Feの晶出または析出が抑制されるため、端部に形成されるデンドライド状の結晶組織も微細となる。その結果、本発明の磁石合金からなる鋳造体にHDDR処理やd−HDDR処理を施した場合、その鋳造体の中央部からは1つの結晶粒がほぼ1つの略球状粒子となって得られると共に、その端部からは複数個のデンドライド状結晶が1つの略球状粒子となって得られる。こうして、従来のメルトスパン法等によって得られる磁石粉末に比べれば、磁石粉末の構成粒子は遙かに球形に近くなる。
【0065】
(2)ボンド磁石とその製造方法
上述のように得られた磁石粉末を用いると、磁気特性に優れるのみならず、その優れた給粉性からボンド磁石を低コストで生産できる。
【0066】
このボンド磁石は、前述の等方性磁石粉末や異方性磁石粉末とバインダとを混合する混合工程と、この混合工程により得られた混合粉末を成形する成形工程とを経て得られる。バインダには、上述したような有機バインダの他、金属バインダ等がある。もっとも、樹脂バインダ等の有機バインダが一般的である。樹脂バインダに使用する樹脂は、熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でも良い。このような樹脂バインダを使用する場合、上記混合工程は、磁石粉末と樹脂バインダとを混練する混練工程としても良い。上記成形工程には、圧縮成形、射出成形、押出成形等がある。磁石粉末として異方性磁粉を使用する場合は、その異方性磁粉を磁場中で成形する。また、樹脂バインダとして熱硬化性樹脂を使用した場合は、成形工程中または成形工程後に加熱(キュア)処理が施される。
【0067】
(3)La系材料の添加
前述したように、Laは希土類元素中で酸化電位が最も大きいことから、Laを含有した磁石粉末や硬質磁石は、その酸化が抑制されて非常に優れた耐蝕性等を発現する。このLaの添加形態として、例えば、次の3形態を考えることができる。
【0068】
(a)溶製段階からLa系材料を添加しておき、Laを含有したRFeB系磁石合金(インゴット)を使用して磁石粉末等を製造する場合、
(b)HDDR処理またはd−HDDR処理により得られたRFeB系磁石粉末にLa系材料を混合し、その磁石粉末にLaを拡散またはコーティングさせる場合、
(c)磁石粉末の製造途中で得られたRFeB系水素化物(RFeBHx)に、La系材料を混合し、その水素化物にLaを拡散またはコーティングさせる場合である。
【0069】
いずれの場合でも、前記Rとは別にLaが存在する限り、磁石粉末や硬質磁石の耐蝕性等の向上を図れるので、本発明ではLaの添加形態等を特に問題にはしていない。
【0070】
もっとも、Laに酸素ゲッタの機能をもたせて磁石粉末等の酸化を一層効果的に抑制する観点からすると、Laが磁石粉末の構成粒子等の表面またはそれらの近傍に存在する方が好ましい。従って、磁石合金中に最初からLaを含有させるよりも、磁石粉末の製造後または製造途中でLa系材料を混合し、磁石粉末の表面または内部にLaを拡散等させる方が有利である。
【0071】
そこで例えば、前述の等方性磁石粉末の製造方法の場合なら、前記脱水素工程後に得られた磁石粉末に、La単体、La合金およびLa化合物の一種以上からなるLa系材料を混合してなるLa混合物を、673〜1123Kに加熱して該磁石粉末の表面および内部にLaを拡散させる拡散熱処理工程を行い、得られた等方性磁石粉末が全体を100at%としたときにLaを0.001〜1.0at%含有するようにすると好適である。
【0072】
また、磁石粉末の製造途中であるRFeBHx粉末等にLa系材料を混合し、Laをその表面および内部に拡散等させることも考えられる。このRFeBHx粉末等は、RFeB系粉末等に比べて、RやFeが非常に酸化され難い状態にある。このため、酸化が抑制された状態でLaの拡散やコーティングがなされ、耐蝕性等に優れた磁石粉末が安定した品質で得られる点で一層好ましい。ところでこの水素化物(RFeBHx)は、水素化工程で三相分解したRH2相から水素が除去され、Fe2B相の結晶方位が転写された多結晶が再結合したものであり、d−HDDR処理の第1排気工程後に得られる。
【0073】
そこで、本発明の異方性磁石粉末の製造方法は、さらに、前記第1排気工程後に得られたRFeB系水素化物へ、La単体、La合金、La化合物またはそれらの水素化物の一種以上からなるLa系材料を混合してなるLa混合物を、673〜1123Kに加熱して該RFeB系水素化物の表面および内部にLaを拡散させる拡散熱処理工程を備え、前記第2排気工程は、該拡散熱処理工程後のLa処理物から水素を除去する工程としたり、若しくは拡散熱処理工程後と前記第2排気工程とを同時に行ったり、または、第2排気工程後に拡散熱処理工程を実施したりするものである。このような方法により得られた異方性磁石粉末が全体を100at%としたときにLaを0.001〜1.0at%含有するものであると好適である。
【0074】
ここで、拡散熱処理工程は、RFeB系磁石粉末またはRFeB系水素化物の表面および内部にLaを拡散(またはコーティング)させる工程である。この拡散熱処理工程は、La系材料の混合後に行っても、その混合と同時に行っても良い。この処理温度が673K未満では、La系材料が液相になり難く拡散処理が困難となる。一方、1123Kを超えると、RFeB系磁石粉末等の結晶粒成長を生じ、iHcの低下を招いて耐蝕性等の向上(永久減磁率の低減)を十分に図れない。また、その処理時間は、0.5〜5時間が好ましい。0.5時間未満ではLaの拡散が不十分となり、磁石粉末の耐蝕性等があまり向上しない。一方、5時間を超えるとiHcの低下を招く。なお、言うまでもないが、この拡散熱処理工程は、酸化防止雰囲気(例えば、真空雰囲気)中で行われるのが好ましい。また、La系材料は、前述した通りであるが、その形態は問わない。もっとも、磁石粉末の製造工程を効率よく確実に行う観点から、それらは粉末状であることが好ましい。La合金やLa化合物は、Laと遷移金属元素(TM)との合金や化合物(金属間化合物を含む)であると好ましい。例えば、LaCo、LaNdCo、LaDyCo等である。特にCoは、磁石粉末のキュリー点をも高め得るの好適である。
【実施例】
【0075】
以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
(実施例1、実施例2)
(1)合金、磁粉およびボンド磁石の製造
本発明に係る磁石合金の実施例として、表1または表2中の試料1〜10に挙げた組成をもつインゴット(磁石合金)を溶解・鋳造して製造した。また、比較例として、各表中の試料C1〜C6に挙げた組成のインゴットを溶解・鋳造して製造した。製造したインゴットは、それぞれ30kg程度である。
【0076】
なお、表1および表2に示した各試料の合金組成はそれぞれ同一である。但し、表1と表2とでは、各試料(インゴット)に施した処理が異なる。すなわち、表1は、各試料にHDDR処理を施した場合であり、表1に示した磁粉は、その処理を経て得られた等方性磁石粉末である。また、表1に示したボンド磁石は、その等方性磁石粉末から製造したものである。以下、これらを実施例1という。
【0077】
表2は、各試料にd−HDDR処理を施した場合であり、表2に示した磁粉は、その処理を経て得られた異方性磁石粉末である。また、表2に示したボンド磁石は、その異方性磁石粉末から製造したものである。以下、これらを実施例2という。
【0078】
次に、表1および表2に示した磁粉およびボンド磁石の具体的な製造条件を説明する。
(a)表1に示した磁粉は、試料No.1〜10およびC1〜C6の合金組成をもつインゴットに、いずれも均質化熱処理を施さずに、水素化工程と脱水素工程とからなるHDDR処理を施して製造した。すなわち、表1に示す温度および水素圧力からなる水素ガス雰囲気下で、360分間の熱処理を行った(水素化工程)。これに引き続いて、60分間、ロータリポンプおよび拡散ポンプで真空引きして、10-1Pa以下の真空雰囲気下で冷却した(脱水素工程)。こうして、1バッチ当たり、各10kg程度の磁粉を作製した。
【0079】
(b)表2に示した磁粉も、試料No.1〜10およびC1〜C6の合金組成をもつインゴットに、いずれも均質化熱処理を施さずに、低温水素化工程、高温水素化工程、第1排気工程および第2排気工程とからなるd−HDDR処理を施して製造した。すなわち、室温、水素圧力100kPaの水素ガス雰囲気下で、各試料合金へ十分に水素を吸収させた(低温水素化工程)。次に、表2に示す温度および水素圧力の水素ガス雰囲気下で、480分間の熱処理を施した(高温水素化工程)。引き続き、表2に示す同温度で、水素圧力0.1〜20kPaの水素ガス雰囲気下で、160分間の熱処理を施した(第1排気工程)。最後に、60分間、ロータリポンプおよび拡散ポンプで真空引きして、10-1Pa以下の真空雰囲気下で冷却した(第2排気工程)。こうして、1バッチ当たり、各10kg程度の磁粉を作製した。
【0080】
(c)次に、こうして得られた表1に示す各種等方性磁粉と表2に示す各種異方性磁粉とを用いて、次のようなボンド磁石をそれぞれ製造した。
【0081】
先ず、各磁粉へ予めブタノンに溶かしたエポキシ樹脂(3wt%)を混合した。そして、真空引きしながらブタノンを揮発させ、ボンド磁石用ペレットを作製した。参考試料として、メルトスピニング法により作製された薄片形状のMQP−B(マグネクエンチインターナショナル製)を原料とした同様のペレットも用意した。そして、このペレットを、2.5Tの磁場中で配向させつつ、7mmの立方体形状に加圧成形してボンド磁石を得た。
【0082】
(2)磁粉およびボンド磁石の磁気測定
(a)得られた各磁粉の磁気測定を行った。磁粉のiHcの測定には、通常のBHトレーサーが使用できないため、次にようにしてiHcを測定した。
【0083】
先ず、磁粉を75〜106μmの粒径に分級した。その分級した磁粉を用いて、反磁場係数が0.2になるように成形し、磁場中で配向後4.57MAm−1で着磁し、VSM(理研電子販売株式会社製、BH−525H)で(BH)maxおよびiHcを測定した。この結果を表1および表2に併せて示す。
【0084】
(b)また、得られた各種ボンド磁石の(BH)maxおよびiHcを、BHトレーサー(理研電子販売株式会社製、BHU−25)で測定した。この結果も表1および表2に併せて示した。
なお、表1および表2中にある「−」は、磁気特性が低かったために未測定であることを示す。
【0085】
(3)評価
(a)表1および表2を概観すると、試料No.C1、C2、C4およびC5のように、B量が10.8at%より低いと、急激に(BH)maxおよびiHcが低下している。また、試料No.C3およびC6のように、Bが15at%より高くても、やはり(BH)maxが低下した。
【0086】
なお、B量が10.8at%より低いときに、iHcが低下しているのは、α―Feが析出したためと考えられる。また、Bが15at%より高いときに、(BH)maxが低下しているのは、Bリッチ相が増加したためと考えられる。
【0087】
従って、(BH)maxとiHcとを高次元でバランスさせるには、本発明でいうように、B量が10.8〜15at%であると好ましいといえる。次に、表1の等方性磁粉およびそのボンド磁石と、表2の異方性磁粉およびそのボンド磁石とについて、具体的に検討する。
【0088】
(b)等方性磁粉およびそのボンド磁石について
Bの組成のみ異なる合金インゴットに同一条件のHDDR処理を施して得た3元系の等方性磁粉について、表1に示す実施例(試料No.1、2)と比較例(試料No.C1〜C3)とを比較すると次のことが解る。
【0089】
比較例のようにB量が少なくても多くても、具体的には、B量が10.8〜15at%の範囲外にあると、磁粉の最大エネルギ積(BH)maxは低下する。これに対し、その範囲内にB量がある実施例の場合、70kJm-3以上もの大きな(BH)maxが得られている。このように、(BH)maxのピーク値は、B:10.8〜15at%の範囲に存在する。
【0090】
磁粉の保磁力iHcは、B量の増加と共に大きくなる傾向を示している。もっとも、B量が10.8at%以上となる範囲では、iHcの増加傾向は非常に緩やかとなり、B量が10.8〜15at%で十分なiHcが得られる。
【0091】
次に、Bの組成のみ異なる合金インゴットに同一条件のHDDR処理を施して得た6元系の等方性磁粉について、表1に示す実施例(試料No.5)と比較例(試料No.C4〜C6)とを比較しても、やはり、上記と同様のことがいえる。つまり、(BH)maxのピーク値は、B:10.8〜15at%の範囲にあり、そのとき得られるiHcもピーク値に近いものである。
これらの等方性磁粉を用いて製造されたボンド磁石についても、同様のことが3元系、6元系を問わずにいえる。
【0092】
さらに、表1より、6元系以上の本実施例に係るボンド磁石は、MQP−Bからなるボンド磁石に比べて、(BH)maxは同程度であるものの、iHcは約50%向上していることも解った。
【0093】
(c)異方性磁粉およびそのボンド磁石について
Bの組成のみ異なる合金インゴットに同一条件のd−HDDR処理を施して得た3元系の異方性磁粉について、表2に示す実施例(試料No.1、2)と比較例(試料No.C1〜C3)とを比較すると次のことが解る。
【0094】
比較例のようにB量が少なくても多くても、具体的にはB量が10.8〜15at%の範囲外にあると、磁粉の最大エネルギ積(BH)maxは低下する。これに対し、その範囲内にB量がある実施例の場合、210kJm-3以上もの大きな(BH)maxが得られている。このように、(BH)maxのピーク値は、B:10.8〜15at%の範囲に存在する。
【0095】
磁粉の保磁力iHcは、B量の増加と共に大きくなる傾向を示している。もっとも、B量が10.8at%以上となる範囲では、iHcの増加傾向は非常に緩やかとなり、B量が10.8〜15at%で十分なiHcが得られる。
【0096】
次に、Bの組成のみ異なる合金インゴットに同一条件のd−HDDR処理を施して得た6元系の異方性磁粉について、表2に示す実施例(試料No.5)と比較例(試料No.C4〜C6)とを比較しても、やはり、上記と同様のことがいえる。つまり、(BH)maxのピーク値は、B:10.8〜15at%の範囲にあり、そのとき得られるiHcもピーク値に近いものである。
【0097】
これらの異方性磁粉を用いて製造されたボンド磁石についても、同様のことが3元系、6元系を問わずにいえる。
【0098】
(実施例3)
表1に示す試料No.2、6のインゴットにHDDR処理を施して得られた等方性磁粉の固有保磁力iHcと、そのHDDR処理の水素化工程の時間(180〜1800分)との関係を調査した。水素化工程の時間を除き、各磁粉の製造条件は実施例1で説明したHDDR処理と同様である。また、磁気特性の測定方法も実施例1、2の場合と同様である。こうして得られた結果を表3に示す。
【0099】
表3より、水素化工程の時間の増加と共にiHcが増加し、360分間を越えるとiHcの増加はほぼ飽和する傾向にあることが解った。
【0100】
(実施例4)
表2に示す試料No.2、6のインゴットにd−HDDR処理を施して得られた異方性磁粉の固有保磁力iHcと、そのd−HDDR処理の高温水素化工程の時間(180〜1800分)との関係を調査した。
【0101】
高温水素化工程の時間を除き、各磁粉の製造条件は実施例2で説明したd−HDDR処理と同様である。また、磁気特性の測定方法も実施例1、2の場合と同様である。こうして得られた結果を表4に示す。
表4より、実施例3の場合と同様に、高温水素化工程の処理時間が360分を超えると、得られる保磁力はほぼ飽和する傾向にあることが解った。
【0102】
(実施例5)
表1に示した試料No.5〜8に係る等方性磁石粉末、表2に示した試料No.1〜4に係る異方性磁石粉末および参考試料(MQP−B)からなるボンド磁石用ペレットを用いて、それぞれの流動度と嵩密度とを調べた。それらの測定結果を図1および図2に示す。
【0103】
なお、ペレットの流動度および嵩密度は、JIS Z8041(JIS規格)により測定した。
図1および図2から解るように、本実施例の場合、参考試料の場合に比べて、流動度が約20%、嵩密度が約10%向上している。これは、本実施例の各磁粉の粒子形状が球形に近いためと考えられる。
【0104】
(実施例6)
表2の試料No.6の合金インゴットに対してd−HDDR処理を施して得られた異方性磁粉のコストパフォーマンスを調べた。
【0105】
先ず、試料No.6のインゴット(30kg程度)を、溶解、鋳造して製作した。このインゴットに、均質化熱処理を施さず、室温、水素圧力100kPaの水素ガス雰囲気下で、試料合金へ十分に水素を吸収させた(低温水素化工程)。次に、温度1073K、水素圧力45kPaの水素ガス雰囲気下で、480分間の熱処理を施した(高温水素化工程)。引き続き、温度1073K、水素圧力0.1〜10kPaの水素ガス雰囲気下で、160分間の熱処理を施した(第1排気工程)。最後に、60分間、ロータリポンプおよび拡散ポンプで真空引きして、10-1Pa以下の真空雰囲気下で冷却した(第2排気工程)。こうして、1バッチ当たり10kg程度の磁粉を作製した。
【0106】
この磁粉を用いて、実施例1、2と同様にボンド磁石を作製し、その(BH)maxを測定した。そして、測定した(BH)maxをd−HDDR処理に供した原料コスト(原料費、溶解・鋳造費)で割った値をコストパフォーマンスとして図3に示した。
【0107】
また、比較試料として、表2の試料C1の合金インゴット(30kg程度)を、溶解、鋳造して製作した。このインゴットを、温度1413KのArガス雰囲気中に40時間保持して均質化熱処理を行った。その後、上記試料6と同様のd−HDDR処理を行った。こうして、1バッチ当たり10kg程度の磁粉を作製した。
【0108】
この磁粉についても、上記試料6と同様にボンド磁石を作製し、その(BH)maxを測定した。そして、測定した(BH)maxをd−HDDR処理に供した原料コスト(原料費、溶解・鋳造費および均質化熱処理費)で割った値をコストパフォーマンスとして図3に併せて示した。
図3より、均質化熱処理を施さなかった試料4は、均質化熱処理を施した試料C1に比べて、コストパフォーマンスが30%程度も向上した。
【0109】
(実施例7)
(1)表1の試料No.1、No.6の合金インゴットに、実施例1と同様のHDDR処理を施して等方性磁粉を製造した。この等方性磁粉に、La80Co20合金粉末(La系材料)を混合し(混合工程)、加熱して(拡散熱処理工程)、表5および表6に示す試料No.11〜15および試料No.16、17の磁粉を得た。表5および表6に示した各試料の組成は、拡散熱処理工程後にICP(高周波プラズマ発光分析装置)で分析した値である。また、各試料毎の拡散熱処理条件も表5に併せて示した。表6中の拡散熱処理条件はすべて1073Kx1hrである。なお、上記混合工程および拡散熱処理工程は、全て10-2Pa以下の真空雰囲気中で行った。表6には一例として、試料No.16、17の等方性磁石粉末とそれを用いたボンド磁石の磁気特性も併せて示した。その測定方法等は前述した通りである。
【0110】
ここで、La80Co20合金は、La:80at%、Co:20at%の合金であり、実施例1の磁石合金(インゴット)の場合と同様に溶製されたものである。その粉末は、そのインゴットを水素粉砕法で粉砕し、振動ミルで微粉化したものであり、平均粒径は10μmであった。
【0111】
拡散熱処理工程後の等方性磁粉を用いて、実施例1と同様に、7mm角形状の等方性ボンド磁石を作製した。このボンド磁石を用いて永久減磁率を測定した。
【0112】
永久減磁率は、ボンド磁石の初期磁束と、100℃または80℃の大気雰囲気中に1000時間保持した後に再着磁して得られた磁束との差から、その減少分の初期磁束に対する割合を求めたものである。このときの着磁は1.1MA/m(45kOe)中で行った。磁束の測定には、フラックスメータを用いた。こうして求めた永久減磁率を表5および表6に併せて示す。
【0113】
(2)比較例として表5に挙げた試料No.C7〜C9に係るボンド磁石を用意した。試料No.C7のボンド磁石はLa量が1.0at%超のものであり、試料No.C8のボンド磁石はLa系材料を混合しなかったものであり、試料No.C9のボンド磁石は拡散熱処理工程中の加熱温度を400℃未満と低くしたものである。それぞれの場合における拡散熱処理条件および永久減磁率も、表5に併せて示した。
【0114】
(3)表5および表6から、本発明に係る等方性ボンド磁石は、いずれも、永久減磁率が小さく、耐熱性に優れ実用性が高いことが分る。なお、永久減磁率が小さいということは、耐蝕性に優れ、経年劣化が小さいということでもある。
【0115】
特に、100℃x1000時間の場合でさえ、永久減磁率がいずれも10%未満と小さい。また、80℃x1000時間の場合なら、永久減磁率が5%前後まで小さくなっている。
【0116】
一方、比較例を観ると、80℃x1000時間の場合には、永久減磁率が10%前後と高く、100℃x1000時間の場合には、永久減磁率が15%前後と非常に高くなっている。ちなみに参考試料として、急冷凝固法で作製した等方性粉末(MQP−B)の永久減磁率も表5に併せて示した。
【0117】
その他、磁粉およびボンド磁石の磁気特性に関しては実施例の表1に示した結果と同等か若しくは最大でも7〜8%程度の磁気特性の低下に留まり、実用上問題のないレベルであった。
【0118】
(実施例8)
(1)表2の試料No.1、No.6の合金インゴットに、実施例2と同様の低温水素化工程、高温水素化工程および第1排気工程を施してNdFeBHX粉末(RFeB系水素化物)を得た。このNdFeBHX粉末に、実施例7と同様のLa80Co20合金粉末を混合し(混合工程)、加熱した(拡散熱処理工程)。これに続いて実施例2と同様の第2排気工程を行った。
【0119】
こうして表7および表8に示す試料No.11〜15および試料No.16、17の磁粉を得た。表7および表8に示した各試料の組成は、実施例7と同様、第2排気工程後にICPで分析した値である。また、各試料毎の拡散熱処理条件も表7に併せて示した。表8中の拡散熱処理条件はすべて1073Kx1hrである。なお、上記混合工程および拡散熱処理工程は、全て10-2Pa以下の真空雰囲気中で行った。表8には一例として、試料No.16、17の異方性磁石粉末とそれを用いたボンド磁石の磁気特性も併せて示した。その測定方法等は前述した通りである。そして、実施例7と同様にして求めた永久減磁率を表7および表8に併せて示した。
【0120】
(2)比較例として用意したボンド磁石は実施例7の場合と同様である。それぞれの場合における拡散熱処理条件および永久減磁率を、表7に併せて示した。
【0121】
(3)表7および表8から、本発明に係る異方性ボンド磁石は、いずれも、永久減磁率が小さく実用性が高い。特に、100℃x1000時間の場合でさえも、永久減磁率がいずれも10%未満と小さい。また、80℃x1000時間の場合なら、永久減磁率が5〜7%と小さいな値となっている。一方、比較例を観ると、80℃x1000時間の場合ですら、永久減磁率が10%以上と高く、100℃x1000時間の場合には、永久減磁率が15%以上と非常に高くなっている。
【0122】
その他、磁石粉末およびボンド磁石の磁気特性に関しては実施例の表2に示した結果と同等か若しくは最大でも7〜8%程度の磁気特性の低下に留まり、実用上問題のないレベルであった。
【0123】
【表1】

Figure 0003565513
【0124】
【表2】
Figure 0003565513
【0125】
【表3】
Figure 0003565513
【0126】
【表4】
Figure 0003565513
【0127】
【表5】
Figure 0003565513
【0128】
【表6】
Figure 0003565513
【0129】
【表7】
Figure 0003565513
【0130】
【表8】
Figure 0003565513

【図面の簡単な説明】
【0131】
【図1】磁石粉末から製造したボンド磁石用ペレットの流動度を対比した棒グラフである。
【図2】磁石粉末から製造したボンド磁石用ペレットの嵩密度を対比した棒グラフである。
【図3】d−HDDR処理して製造した磁石粉末のコストパフォーマンスを対比した棒グラフである。【Technical field】
[0001]
The present invention provides an alloy for bonded magnets capable of producing a bonded magnet having excellent magnetic properties at low cost, an isotropic magnet powder and an anisotropic magnet powder obtained from the alloy, a method for producing the same, and furthermore, The present invention relates to a bonded magnet obtained from magnet powder.
[Background Art]
[0002]
Hard magnets (permanent magnets) are used in various devices such as motors. Above all, there is a strong demand for small size and high output vehicle motors. Such a hard magnet is required not only to have high performance in terms of magnetic properties but also to be low in cost in order to enhance global competitiveness.
[0003]
First, from the viewpoint of high performance, RFeB-based magnets (rare earth magnets) composed of a rare earth element (R), boron (B), and iron (Fe) have been actively developed. As such RFeB-based magnets, for example, U.S. Pat. No. 4,851,058 (hereinafter, referred to as "Patent Document 1") and U.S. Pat. No. 5,411,608 (hereinafter, referred to as "Patent Document 2") have magnetic isotropy. An RFeB-based magnet alloy (composition) having the same is disclosed.
[0004]
Specifically, Patent Document 1 discloses a magnetic alloy comprising about 10 to 40 at% of Nd, Pr or Nd and Pr, about 50 to 90 at% of Fe, and about 0.5 to 10 at% of B. Is disclosed. Patent Document 2 discloses a magnet alloy including 12 to 40 at% of Nd, Pr or Nd and Pr, 10 at% or less of Co, 3 to 8 at% of B, and the balance of Fe. In addition, Patent Literature 2 aims to improve heat resistance due to an increase in Curie temperature by adding Co. In both of these patent documents, a magnet powder having the above composition is obtained by a melt spun method which is a kind of rapid solidification method.
[0005]
This magnet powder (magnetic powder) is often used industrially as a raw material powder for a bonded magnet (hard magnet). The bonded magnet is obtained, for example, by first preparing a pellet from the magnetic powder and a resin serving as a binder, supplying the pellet to a molding die, and performing pressure molding. Generally, when the pellets are fed into a mold, if the fluidity is small, the powder feeding time is also shortened, and the productivity of the bonded magnet can be improved. In addition, when the bulk density of the pellets is large, the powder can be uniformly supplied to the mold, and the defective rate of the bonded magnet can be reduced. Therefore, the lower the fluidity and the higher the bulk density, the lower the cost of the bonded magnet and the better the economic efficiency. The fluidity and bulk density depend on the particle shape of the magnetic powder, and the more spherical the powder, the more favorable the fluidity and bulk density.
[0006]
However, the particle shape of the magnetic powder produced according to Patent Documents 1 and 2 is a flake shape having a thickness of 20 to 50 μm, and therefore has a higher fluidity and a lower bulk density than a spherical case. Of course, it is also conceivable to pulverize the flakes into spheres to reduce the fluidity and increase the bulk density. However, the number of man-hours increases, and even if it is made spherical, it is actually difficult to effectively reduce the fluidity or increase the bulk density. This is because, in the case where the size of the original particles is 50 μm at the maximum, powder having a size of 50 μm or less generally tends to cause adhesion and aggregation.
[0007]
The same applies to SmFeN-based magnetic powder having a different composition. Even if the particle shape of the magnetic powder is close to spherical, if the average particle size is made as fine as 1 to 5 μm, adhesion and agglomeration easily occur, and the fluidity and bulk density deteriorate.
[0008]
Therefore, as a method for producing magnetic powder instead of the above-mentioned melt-span method, there is a method using a HDDR (hydrogenation-diproporation-desorption-recombination) processing method or a d-HDDR processing method. Since the magnetic powder obtained by these methods is composed of substantially spherical particles, the magnetic powder has better fluidity and bulk density than the magnetic powder obtained according to Patent Documents 1 and 2.
[0009]
The HDDR processing method is used for producing an RFeB-based isotropic magnet powder (isotropic magnetic powder) and an RFeB-based anisotropic magnet powder (anisotropic magnetic powder), and mainly includes two steps. That is, the first step (hydrogenation step) of maintaining the temperature at 773 to 1273K in a hydrogen gas atmosphere of about 100 kPa (1 atm) to cause a three-phase decomposition disproportionation reaction, and then performing a dehydrogenation in a vacuum. Step (second step).
[0010]
On the other hand, d-HDDR processing is a method mainly used for producing RFeB-based anisotropic magnetic powder. As described in detail in a well-known document (Mishima et al .: Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, 24 (2000), p. 407), controlling the reaction rate between an RFeB alloy and hydrogen from room temperature to high temperature. Made by Specifically, a low-temperature hydrogenation step (first step) in which the RFeB-based alloy sufficiently absorbs hydrogen at room temperature, and a high-temperature hydrogenation step (second step) in which a three-phase decomposition disproportionation reaction occurs under a low hydrogen pressure. Process), an evacuation process for dissociating hydrogen under the highest possible hydrogen pressure (third process), and a subsequent dehydrogenation process for removing hydrogen from the material (fourth process). The difference from the HDDR process is that by providing a plurality of steps with different temperatures and hydrogen pressures, the reaction rate between the RFeB-based alloy and hydrogen is kept relatively slow, and a homogeneous anisotropic magnetic powder is obtained. That is the point.
[0011]
The following patent documents can be cited as methods for producing magnet powder using each of these treatments.
First, a method for producing RFeB-based isotropic magnetic powder using HDDR processing is disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-68161 (Patent No. 2041426; hereinafter, referred to as “Patent Document 3”). According to Patent Document 3, a magnetic powder is manufactured by subjecting an alloy ingot containing R, Fe, and B as main components to a pulverizing step and a homogenizing heat treatment step, and then performing the HDDR processing. Here, in this case, two steps (a pulverizing step and a homogenizing heat treatment step) before the HDDR processing are indispensable for obtaining isotropic magnetic powder having large magnetic properties. As described in Patent Document 3, when these two steps are omitted and a magnetic powder is produced by directly performing an HDDR treatment on a casting of an RFeB-based alloy, the coercive force (hereinafter, referred to as a bond magnet) produced using the obtained magnetic powder. , IHc) is at most 0.76 MAm -1 This is because it shows a very low value.
[0012]
However, both of these two steps are expensive and economical. In particular, the homogenizing heat treatment step of performing a high-temperature treatment at 873 to 1473 K requires about twice the cost of the HDDR treatment, and is extremely inefficient.
[0013]
Next, a method for producing an RFeB-based anisotropic magnetic powder using HDDR processing is disclosed in Japanese Patent No. 2576671 (hereinafter referred to as “Patent Document 4”) and Japanese Patent No. 2576672 (hereinafter referred to as “Patent Document 5”). ), Japanese Patent No. 2586198 (hereinafter referred to as “Patent Document 6”) and Japanese Patent No. 2586199 (hereinafter referred to as “Patent Document 7”).
[0014]
According to the examples described in these patent documents, an alloy ingot comprising about 10 to 20 at% of R, about 5 to 20% of B, the balance Fe and various additional elements is subjected to a homogenizing heat treatment step and a pulverizing step. And then subject to HDDR processing to produce magnetic powder. However, although the B content of the alloys disclosed in the examples is disclosed in detail at 10.4 at% or less, alloys having a B content exceeding 10.4 at% are alloys of 10.4 at% and 20 at%. Only. The (BH) max of the anisotropic bonded magnet manufactured from magnetic powder having a B content of 10.4 at% is 83 to 112 kJ / m. Three , IHc is 0.74 to 0.97 MA / m, and the (BH) max of an anisotropic bonded magnet manufactured from magnetic powder having a B content of 20 at% is 80 to 93 kJ / m. Three , IHc is 0.46 to 0.75 MA / m. All of these magnetic properties are inadequate. In particular, as the B content increases to 20 at%, the decrease in iHc becomes significant.
[0015]
In addition, in the case of the above-mentioned patent document, since the homogenizing heat treatment is performed at a high temperature of 1393K to 1413K, the production cost of the magnetic powder becomes higher and the economic efficiency is further reduced. Of course, also in this case, if the homogenizing heat treatment is omitted, the cost can be reduced, but the degradation of iHc is inevitable as in the case of Patent Document 3.
[0016]
Incidentally, it is actually difficult to industrially mass-produce anisotropic magnetic powders using the methods as described in Patent Documents 4 to 7. This is because temperature control during HDDR processing must be strictly performed in order to obtain magnetic powder having excellent anisotropy. Specifically, unless the HDDR treatment is performed in a temperature range of about ± 20 K with respect to the target temperature, highly anisotropic magnetic powder cannot be obtained. Nevertheless, when the processing amount per batch of the HDDR processing is increased, the amount of heat generated during the disproportionation reaction between hydrogen and the RFeB-based alloy and the amount of heat absorbed during dehydrogenation increase sharply, and the ambient temperature becomes higher. It is because it becomes outside the enclosure. As a result, the magnetic powder mass-produced by the methods described in Patent Documents 4 to 7 has magnetic characteristics, particularly small anisotropy.
[0017]
Therefore, when mass-producing the RFeB-based anisotropic magnetic powder, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-148306 (hereinafter, referred to as “Patent Document 8”) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-76917 (hereinafter, “Patent Document 9”). It is recommended to use the d-HDDR processing as disclosed in US Pat. According to the d-HDDR processing, a magnetic powder having high anisotropy can be obtained even if the processing amount per batch is increased. As described above, in the case of the d-HDDR treatment, the reaction rate between the RFeB-based alloy and hydrogen can be gently controlled in each step, so that the amount of heat generated during the disproportionation reaction between the RFeB-based alloy and hydrogen and the dehydrogenation This is because the amount of heat absorbed can be suppressed.
[0018]
However, even in the case of Patent Documents 8 and 9, after a homogenizing heat treatment step is performed using an alloy ingot including R of about 12 to 15 at%, B of about 6 to 9 at%, and the balance Fe, The anisotropic magnetic powder is manufactured by performing d-HDDR processing. Therefore, similarly to the above-described manufacturing method, the manufacturing cost is the same.
[0019]
Until now, we have mainly described the cost reduction of high-performance hard magnets, but considering the practicality of hard magnets, it is also important that the hard magnets have excellent aging characteristics such as corrosion resistance. is there. In particular, a hard magnet incorporated in a home motor or an automobile motor used in a high-temperature environment is required to have excellent heat resistance and the like from the viewpoint of ensuring the reliability and the like of the motor.
[0020]
However, the above-mentioned rare earth magnets are liable to be deteriorated by oxidative corrosion of Fe and R, which are main components thereof, and it is difficult to stably secure high magnetic properties. In particular, when a rare-earth magnet is used at room temperature or higher, its magnetic properties tend to sharply decrease. Such a change over time of the magnet is usually quantitatively indexed by a permanent demagnetization rate (%). In the case of conventional rare-earth magnets, the permanent demagnetization rate of most magnets exceeds 10% in most cases. The permanent demagnetization rate is a reduction rate of the magnetic flux that does not recover even after re-magnetization after a long time (1000 hours) at a predetermined high temperature.
[Patent Document 1]
U.S. Pat.
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 5,411,608
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. Hei 7-68561
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 2576671
[Patent Document 5]
Japanese Patent No. 2576672
[Patent Document 6]
Japanese Patent No. 2586198
[Patent Document 7]
Japanese Patent No. 2586199
[Patent Document 8]
JP 2001-148306 A
[Patent Document 9]
JP 2001-76917 A
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0021]
The present invention has been made in view of such circumstances. That is, an RFeB-based magnet powder which is obtained without performing a homogenizing heat treatment step which causes a high cost, has excellent magnetic properties at a low cost, and is subjected to HDDR processing or d-HDDR processing, and a method of manufacturing the same. An object of the present invention is to provide a bonded magnet made of magnet powder. It is another object of the present invention to provide an RFeB-based magnet alloy suitable for producing the magnet powder.
[0022]
In addition, the present invention also provides a bonded magnet which is not only excellent in magnetic properties at low cost, but also has little deterioration over time, and further provides an RFeB-based magnet alloy, an RFeB-based magnet powder, and a method for producing the same, from which such a hard magnet can be obtained. Aim.
[Means for Solving the Problems]
[0023]
The inventor of the present invention has intensively studied to solve this problem, and as a result of various systematic experiments, have developed a novel magnet alloy or the like having a different B content from the conventional one, and have completed the following invention.
[0024]
(Alloy for bonded magnet)
First, the bonded magnet alloy of the present invention comprises iron (Fe) as a main component, 12 to 16 atomic% (at%) of a rare earth element (hereinafter, referred to as “R”), and 10.8 to 15. at% boron (B), so that the homogenizing heat treatment step can be omitted when producing the magnet powder.
[0025]
In addition to the above expressions, the present invention is a type of hydrogenation treatment that contains at least Fe as a main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B. A magnet alloy characterized by being subjected to HDDR processing or d-HDDR processing may be used.
[0026]
The alloy for bonded magnets of the present invention (hereinafter, simply referred to as “magnet alloy” as appropriate) has a different B content from the RFeB-based magnet alloy developed so far, and has a relatively large B content. The present inventor has found that in a magnet alloy containing a large amount of B, precipitation of α-Fe, which is a primary crystal, is suppressed. Then, as a result of suppressing the precipitation of α-Fe which causes a decrease in magnetic properties, it becomes possible to omit the homogenizing heat treatment step which was conventionally considered to be indispensable for improving the magnetic properties, and to reduce the magnet powder and the like at low cost. Can now be obtained.
[0027]
This reason can be considered as follows at present. By increasing B, R1Fe1B whose melting point is lower than RFeB by 10 to 30K in the early stage of casting. Four A phase (hereinafter, referred to as “B-rich phase”) is formed. It is considered that the precipitation of α-Fe was suppressed because α-Fe as the primary crystal was taken into the B-rich phase.
[0028]
As a result of subjecting the magnet alloy (for example, its ingot or the like) to the above-described HDDR treatment or d-HDDR treatment, a magnet powder having a high iHc was obtained. This can be considered as follows. When hydrogen is absorbed by the magnetic alloy of the present invention, the above-described B-rich phase and R Two Fe 14 The phase B reacts sufficiently with hydrogen to form α-Fe, Fe Two It becomes B and R hydride. Next, when dehydrogenation was performed, it is considered that the B-rich phase was finely and densely precipitated, which pinned the crystal grain growth of RFeB, and as a result, the recrystallized grains of RFeB became fine. In order to effectively obtain the pinning effect, for example, the hydrogen absorption time is preferably set to 360 minutes or more.
[0029]
From such a viewpoint, B is set to 10.8 at% or more. As a result, a homogenizing heat treatment step that significantly impairs economic efficiency can be omitted, and iHc can be increased. On the other hand, when B exceeds 15 at%, the volume fraction of the B-rich phase in the magnet powder becomes high, and the maximum energy product (BH) max is undesirably reduced.
[0030]
In Examples of Patent Documents 4, 5, 6, and 7, a magnet powder with a B content of 20 at% is disclosed, and its iHc is 0.46 to 0.75 MAm. -1 And low. This is probably because the hydrogen absorption time was as short as 240 minutes, the reaction between the B-rich phase and hydrogen was insufficient, and the B-rich phase did not precipitate finely and densely during the subsequent dehydrogenation.
[0031]
When R is less than 12 at%, primary crystals of α-Fe are easily precipitated, which causes a decrease in iHc. On the other hand, if R exceeds 16%, (BH) max decreases, which is not preferable.
[0032]
Such R includes scandium (Sc), yttrium (Y), and lanthanoid. However, as elements having excellent magnetic properties, R is Y, lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium. (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm) and lutetium (Lu) are preferable. In particular, R is preferably composed of one or more of Pr, Nd, and Dy from the viewpoint of cost and magnetic characteristics.
[0033]
The magnetic alloy of the present invention preferably further contains 0.1 to 6 at%, more preferably 1 to 6 at%, of cobalt (Co) in addition to the above elements. Co is an element that increases the Curie temperature of the magnet and improves heat resistance. If Co is less than 0.1 at%, there is no substantial effect. On the other hand, since Co is expensive, it is preferably at most 6 at% from the viewpoint of industrial cost.
[0034]
The magnet alloy of the present invention includes gallium (Ga), zirconium (Zr), vanadium (V), aluminum (Al), titanium (Ti), hafnium (Hf), and copper (Cu) (hereinafter referred to as “first element group”). ) May be contained in a total of 0.1 to 2 at%. This is because these elements are elements that improve the coercive force iHc of the magnet.
[0035]
Further, the magnetic alloy of the present invention contains at least one or more of niobium (Nb), tantalum (Ta) and nickel (Ni) (hereinafter, referred to as “second element group”) in a total amount of 0.1 to 2 at%. May be. This is because these elements increase the residual magnetic flux density (Br) of the magnet.
[0036]
When both the elements in the first element group and the elements in the second element group are included, the maximum energy product (BH) max can be improved. In any case, if the total is less than 0.1 at%, there is no substantial effect, and if it exceeds 2 at%, iHc, Br or (BH) max is undesirably reduced. In consideration of cost and magnetic properties, Ga is 0.1 to 1.0 at%, more preferably 0.2 to 0.4 at% (about 0.3 at%), Nb is 0.1 to 1.0 at%, More desirably, the content is preferably 0.1 to 0.4 at% (about 0.2 at%).
[0037]
Needless to say, the alloy, the powder, and the like according to the present invention may appropriately contain unavoidable impurities. Their composition is balanced by Fe, but to put it bluntly, Fe is 59-77.2 at%.
[0038]
Further, it is preferable that the magnet alloy of the present invention contains La in an amount of 0.001 to 1.0 at%, in addition to R. As a result, aging of the magnet powder and the hard magnet made of the magnet alloy can be suppressed.
[0039]
This is because La is the element having the highest oxidation potential among rare earth elements (RE). Therefore, La acts as a so-called oxygen getter, and La is selectively (preferably) oxidized over R (Nd, Dy, etc.), and as a result, oxidation of La-containing magnet powder or hard magnet is prevented. Be suppressed. Use of Dy, Tb, Nd, Pr, or the like may be considered instead of La, but these elements cannot sufficiently suppress the oxidation of the magnet powder and the hard magnet. Also, from the viewpoint of cost, the use of La is preferable to those elements. Note that R in the magnet alloy at this time is a rare earth element other than La.
[0040]
Here, La has an effect of improving corrosion resistance and the like to the extent that La is contained in a small amount exceeding the level of unavoidable impurities in the magnet alloy. Since the unavoidable impurity level of La is less than 0.001 at%, the La content is set to 0.001 at% or more in the present invention. On the other hand, if La exceeds 1.0 at%, iHc is undesirably reduced. Here, it is more preferable that the lower limit of the La content is 0.01 at%, 0.05 at%, and further 0.1 at%, since a sufficient improvement effect such as corrosion resistance is exhibited. And from a viewpoint of improvement of corrosion resistance etc. and suppression of iHc fall, it is more preferable that La content is 0.01-0.7at%.
[0041]
The alloy composition containing La is R Two Fe 14 B 1 Instead of an alloy composition in which the phases can exist as a single phase or near single phase, R Two Fe 14 B 1 It is an alloy composition comprising a phase and a multi-phase structure such as a B-rich phase.
[0042]
(Magnetic powder and its manufacturing method)
The magnetic alloy according to the present invention may be in an ingot or a powder regardless of its form. In the case of powder, the particle size, particle shape and the like are not limited. Therefore, for example, the magnet alloy of the present invention can be understood as isotropic magnet powder or anisotropic magnet powder.
[0043]
For example, the isotropic magnet powder of the present invention is made of an alloy that contains at least Fe, which is the main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B, and has not been subjected to the homogenizing heat treatment step. The ingot is obtained through a manufacturing method of performing a HDDR process including a hydrogenation step of maintaining the ingot in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173K and a dehydrogenation step of removing hydrogen after the hydrogenation step.
[0044]
Further, the anisotropic magnet powder of the present invention is made of an alloy containing at least Fe as a main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B and which has not been subjected to a homogenizing heat treatment step. A low-temperature hydrogenation step of holding the ingot in a hydrogen gas atmosphere of 873K or less, a high-temperature hydrogenation step of holding the ingot in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173K at 20 to 100 kPa after the low-temperature hydrogenation step, and the high-temperature hydrogenation step A manufacturing method of performing a d-HDDR process including a first exhaust step of maintaining a hydrogen gas atmosphere of 0.13 to 1173K at 0.1 to 20 kPa later and a second exhaust step of removing hydrogen after the first exhaust step is described. Obtained through
[0045]
(Bond magnet)
Furthermore, by using these magnet powders, a low-cost, high-performance bonded magnet can be obtained.
For example, when isotropic magnet powder is used, the bonded magnet of the present invention contains at least Fe, which is the main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B, and contains a homogenized heat treatment step. Isotropic magnet powder obtained by HDDR processing comprising a hydrogenation step of holding an ingot of an alloy not subjected to a hydrogen gas atmosphere at 1023 to 1173K and a dehydrogenation step of removing hydrogen after the hydrogenation step And a binder are mixed and molded.
[0046]
When the anisotropic magnet powder is used, the bonded magnet of the present invention contains at least Fe as a main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B, and includes a homogenizing heat treatment step. Low-temperature hydrogenation step of holding the ingot of the alloy not subjected to the above in a hydrogen gas atmosphere of 873K or lower, and high-temperature hydrogenation step of holding the alloy ingot in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173K at 20 to 100 kPa after the low-temperature hydrogenation step A first evacuation step of maintaining a hydrogen gas atmosphere of 0.12 to 1173 K at 0.1 to 20 kPa after the high-temperature hydrogenation step, and a second evacuation step of removing hydrogen after the first evacuation step. It is characterized in that the anisotropic magnet powder obtained by the HDDR process is mixed with a binder and pressed and molded.
[0047]
In addition, the contents regarding R, Co, the first element group, or the second element group described above also apply to the above-described isotropic magnet powder, anisotropic magnet powder, a method for producing them, and a bond magnet as appropriate. The same applies to the addition of La, which will be described later in detail.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0048]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.
(1) Magnet powder and manufacturing method thereof
The magnet powder of the present invention can be obtained by subjecting the ingot or the coarse powder (particles) of the magnet alloy to the above-mentioned HDDR treatment method or d-HDDR treatment method.
[0049]
(a) HDDR processing method
As described above, the HDDR treatment according to the present invention is performed by subjecting an alloy (ingot) having a composition of 10.8 to 15 at% of B to a hydrogenation step and a dehydrogenation step. The conditions for the hydrogenation step are as described above.
[0050]
In the dehydrogenation step, specifically, for example, a hydrogen pressure of 10 -1 This is a step of setting the atmosphere to Pa or less. The temperature during the dehydrogenation step may be, for example, 1023 to 1173K. In addition, the hydrogen pressure referred to in this specification means a partial pressure of hydrogen unless otherwise specified. Therefore, as long as the hydrogen partial pressure in each step is within a predetermined value, a vacuum atmosphere or a mixed atmosphere of an inert gas or the like may be used.
[0051]
The processing time of each of the above steps depends on the processing amount per batch. For example, when the processing amount per batch is 10 kg, the hydrogenation step may be performed for 360 to 1800 minutes, and the dehydrogenation step may be performed for about 30 to 180 minutes. In addition, the HDDR processing itself is disclosed in detail in the above-mentioned Patent Document 3 and the like, and may be appropriately referred to.
[0052]
The magnet powder obtained by the HDDR treatment method is industrially meaningful as an isotropic magnet powder. The magnet powder has, for example, an iHc of 0.8 to 1.7 (MA / m) and a (BH) max of 60 to 120 (kJ / m). Three )).
[0053]
Next, the respective steps of the HDDR treatment and the relation with the magnet alloy of the present invention having the above B-rich composition will be described.
In the hydrogenation step, which is the first step of the HDDR treatment, hydrogen and the RFeB-based alloy and hydrogen and the B-rich phase are sufficiently reacted. In the subsequent dehydrogenation step, which is the second step, the B-rich phase is finely and densely precipitated. The fine B-rich phase precipitates the RFeB crystal grains and makes the RFeB crystal grains fine. Thereby, a high coercive force (iHc) is obtained.
[0054]
(b) d-HDDR processing
As described above, the d-HDDR processing according to the present invention is performed by adding a low-temperature hydrogenation step, a high-temperature hydrogenation step, a first exhaustion step, and a second exhaustion to an alloy (ingot) having a composition of B of 10.8 to 15 at%. An exhaust process is performed.
[0055]
The conditions of the high-temperature hydrogenation step and the first exhaust step are as described above. The low-temperature hydrogenation step is, for example, a step of setting an atmosphere at a hydrogen pressure of 30 to 200 kPa. In the second evacuation step, for example, the hydrogen pressure is set to 10 -1 This is a step of setting the atmosphere to Pa or less, and the temperature at that time is, for example, about 1023 to 1173K. Note that the first exhaust step and the second exhaust step together constitute a dehydrogenation step.
[0056]
The processing time of each of the above steps depends on the processing amount per batch. For example, if the throughput per batch is 10 kg, the low-temperature hydrogenation step is 30 minutes or more, the high-temperature hydrogenation step is 360 to 1800 minutes, the first exhaust step is 10 to 240 minutes, and the second exhaust step is 10 to 240 minutes. It may be performed for about 120 minutes. The d-HDDR processing method itself is disclosed in detail in the above-mentioned Patent Document 9 and the like, and may be appropriately referred to.
[0057]
The magnet powder obtained by this d-HDDR treatment is an anisotropic magnet powder exhibiting excellent magnetic properties. Its magnetic properties are, for example, iHc of 0.8 to 1.7 (MA / m) and (BH) max of 190 to 290 (kJ / m). Three ).
[0058]
Next, the relation between each step of the d-HDDR treatment and the magnet alloy of the present invention having the above B-rich composition will be described.
In the low-temperature hydrogenation step (hydrogen pressure: about 30 to 200 kPa), which is the first step of the d-HDDR process, hydrogen is rapidly increased to the RFeB-based alloy. In the second high-temperature hydrogenation step (hydrogen pressure: about 20 to 100 kPa), hydrogen and the RFeB-based alloy are gently reacted. At this time, the crystal orientation of the Fe2B phase serving as the anisotropic orientation transfer phase is precipitated in almost one direction, and hydrogen and the B-rich phase are sufficiently reacted. Further, in the first evacuation step, which is the third step, the RFeB crystal is precipitated while the crystal orientation of the Fe2B phase is maintained, and the B-rich phase is finely and densely precipitated. By the fine and densely precipitated B-rich phase, the growth of the RFeB crystal grains is pinned, and the RFeB crystal grains become fine. Finally, in a fourth step, a second exhaust step, hydrogen remaining inside the alloy is removed.
[0059]
What is particularly important here is that the crystal orientation of the Fe2B phase is precipitated in almost one direction in the high-temperature hydrogenation step, and that the crystal orientation of the Fe2B phase is finely and densely maintained in the subsequent first exhaust step while maintaining the crystal orientation. The purpose is to finely precipitate the RFeB crystal by the pinning effect of the precipitated B-rich phase. Thereby, a high iHc anisotropic magnet powder is obtained.
[0060]
In addition, in any of the above-described processes, an ingot can be used as a raw material alloy. However, when a coarse powder that has been pulverized is used, each process can be efficiently performed. The pulverization of the ingot and the pulverization performed after the above treatment can be performed using dry or wet mechanical pulverization (such as a jaw crusher, a disk mill, a ball mill, a vibration mill, and a jet mill).
[0061]
(c) Flow rate and bulk density
The magnet powder obtained by subjecting the magnet alloy of the present invention to the above HDDR treatment or d-HDDR treatment has a substantially spherical particle diameter. For this reason, unlike the flakes manufactured by the melt-span method as in Patent Documents 1 and 2, the pellets manufactured using the magnet powder of the present invention have low fluidity and large bulk density. As a result, in producing a bonded magnet, which is the most important use of the magnet powder, it is possible to improve the powder feeding property of the pellet to the molding die. Further, since the magnet powder of the present invention has an appropriate average particle size of about 50 to 200 μm, it can not only improve the fluidity and bulk density, but also suppress adhesion and agglomeration. Also excellent. As a result, the productivity, quality, yield, and the like of the bonded magnet and the like are improved, and the cost of various magnets can be reduced.
[0062]
Specifically, the fluidity of the pellet obtained by mixing the magnet powder and 10 to 45 mass% of the organic resin as the binder is 0.55 to 0.64 (s / g), and the bulk density is 3.25 to 3.5 (g / cm Three ). The amount of the organic resin to be mixed with the magnet powder is more preferably 10 to 25 mass% for compression molding pellets, 30 to 45 mass% for injection molding pellets, and 20 to 35 mass% for extrusion molding pellets. .
[0063]
The magnet powder has a substantially spherical particle size for the following reason. When magnet powder is manufactured by performing the HDDR process or the d-HDDR process, the obtained particle shape is greatly affected by the alloy structure before the process. This is because in the early stage of the hydrogenation process of the HDDR process or the low-temperature hydrogenation process of the d-HDDR process, when the alloy absorbs hydrogen, it causes volume expansion and breaks mainly at fragile crystal grain boundaries.
[0064]
Here, when the magnet alloy is made of a cast such as an ingot, the crystal structure at the center becomes equiaxed granular and the crystal structure at the ends becomes dendritic. In the case of the present invention, the crystallization or precipitation of α-Fe, which is the primary crystal, is suppressed by the presence of the B-rich phase, so that the dendrite-like crystal structure formed at the end becomes fine. As a result, when the caster made of the magnet alloy of the present invention is subjected to the HDDR process or the d-HDDR process, one crystal grain is obtained as one substantially spherical particle from the center of the cast product. A plurality of dendritic crystals are obtained as one substantially spherical particle from the end. Thus, the constituent particles of the magnet powder are much more spherical than the magnet powder obtained by the conventional melt-span method or the like.
[0065]
(2) Bond magnet and manufacturing method thereof
When the magnet powder obtained as described above is used, not only the magnetic properties are excellent, but also the bond magnet can be produced at low cost due to its excellent powdering property.
[0066]
This bonded magnet is obtained through a mixing step of mixing the above-mentioned isotropic magnet powder or anisotropic magnet powder with a binder, and a molding step of molding the mixed powder obtained by this mixing step. The binder includes a metal binder and the like in addition to the organic binder described above. However, an organic binder such as a resin binder is generally used. The resin used for the resin binder may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin. When such a resin binder is used, the mixing step may be a kneading step of kneading the magnet powder and the resin binder. The molding step includes compression molding, injection molding, extrusion molding and the like. When using an anisotropic magnetic powder as the magnet powder, the anisotropic magnetic powder is formed in a magnetic field. When a thermosetting resin is used as the resin binder, a heating (curing) treatment is performed during or after the molding step.
[0067]
(3) Addition of La-based material
As described above, La has the highest oxidation potential among rare earth elements, and therefore, La-containing magnet powder and hard magnets are suppressed from being oxidized and exhibit extremely excellent corrosion resistance and the like. As the addition form of La, for example, the following three forms can be considered.
[0068]
(A) When a La-based material is added from the smelting stage and a magnet powder or the like is manufactured using an RFeB-based magnet alloy (ingot) containing La,
(B) When a La-based material is mixed with the RFeB-based magnet powder obtained by the HDDR process or the d-HDDR process, and La is diffused or coated on the magnet powder,
(C) A case where a La-based material is mixed with an RFeB-based hydride (RFeBHx) obtained during the production of the magnet powder, and La is diffused or coated on the hydride.
[0069]
In any case, as long as La is present separately from R, the corrosion resistance and the like of the magnet powder and the hard magnet can be improved. Therefore, in the present invention, the form of addition of La is not particularly a problem.
[0070]
However, from the viewpoint that La has an oxygen getter function to more effectively suppress oxidation of the magnet powder and the like, it is preferable that La exists on the surface of the constituent particles of the magnet powder and the like or in the vicinity thereof. Therefore, it is more advantageous to mix a La-based material after or during the production of the magnet powder and to diffuse La or the like into the surface or inside of the magnet powder, rather than including La in the magnet alloy from the beginning.
[0071]
Therefore, for example, in the case of the above-mentioned method for producing an isotropic magnet powder, the magnet powder obtained after the dehydrogenation step is mixed with a La-based material composed of at least one of La alone, a La alloy, and a La compound. The La mixture is subjected to a diffusion heat treatment step of heating the La mixture to 673 to 1123 K to diffuse La on the surface and inside of the magnet powder, and when the whole of the obtained isotropic magnet powder is 100 at%, La is set to 0.1%. It is preferable to contain 001 to 1.0 at%.
[0072]
It is also conceivable to mix a La-based material with RFeBHx powder or the like in the course of manufacturing the magnet powder, and to diffuse La into the surface and inside. The RFeBHx powder and the like are in a state where R and Fe are hardly oxidized as compared with the RFeB-based powder and the like. For this reason, La is diffused or coated in a state where oxidation is suppressed, and it is more preferable that a magnet powder having excellent corrosion resistance and the like can be obtained with stable quality. By the way, this hydride (RFeBHx) is RH Two The hydrogen is removed from the phase and Fe Two The polycrystal in which the crystal orientation of the B phase has been transferred is recombined, and is obtained after the first evacuation step of d-HDDR processing.
[0073]
Therefore, the method for producing an anisotropic magnet powder of the present invention further comprises adding one or more of La alone, a La alloy, a La compound, or a hydride thereof to the RFeB-based hydride obtained after the first evacuation step. A diffusion heat treatment step of heating the La mixture obtained by mixing the La-based material to 673 to 1123 K to diffuse La into and out of the RFeB-based hydride; This is a step of removing hydrogen from the La-processed material to be performed later, or the diffusion heat treatment step and the second evacuation step are performed simultaneously, or the diffusion heat treatment step is performed after the second evacuation step. It is preferable that the anisotropic magnet powder obtained by such a method contains La in an amount of 0.001 to 1.0 at% when the whole is 100 at%.
[0074]
Here, the diffusion heat treatment step is a step of diffusing (or coating) La on the surface and inside of the RFeB-based magnet powder or the RFeB-based hydride. This diffusion heat treatment step may be performed after mixing the La-based material, or may be performed simultaneously with the mixing. If the processing temperature is lower than 673K, the La-based material is unlikely to be in a liquid phase, and diffusion processing is difficult. On the other hand, when the temperature exceeds 1123 K, crystal grains of RFeB-based magnet powder and the like are grown, and iHc is reduced, so that improvement of corrosion resistance and the like (reduction of permanent demagnetization rate) cannot be sufficiently achieved. The processing time is preferably 0.5 to 5 hours. If the time is less than 0.5 hour, the diffusion of La becomes insufficient, and the corrosion resistance and the like of the magnet powder are not significantly improved. On the other hand, if it exceeds 5 hours, iHc will decrease. Needless to say, this diffusion heat treatment step is preferably performed in an antioxidant atmosphere (for example, a vacuum atmosphere). The La-based material is as described above, but the form is not limited. However, from the viewpoint of efficiently and reliably performing the manufacturing process of the magnet powder, it is preferable that they are in a powder form. The La alloy or the La compound is preferably an alloy or a compound of La and a transition metal element (TM) (including an intermetallic compound). For example, LaCo, LaNdCo, LaDyCo, etc. In particular, Co is suitable because it can also increase the Curie point of the magnet powder.
【Example】
[0075]
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
(Example 1, Example 2)
(1) Manufacture of alloys, magnetic powders and bonded magnets
Examples of magnet alloys according to the present invention were produced by melting and casting ingots (magnet alloys) having the compositions listed in Samples 1 to 10 in Table 1 or Table 2. In addition, as comparative examples, ingots having the compositions shown in Samples C1 to C6 in the respective tables were produced by melting and casting. Each of the manufactured ingots is about 30 kg.
[0076]
The alloy compositions of the samples shown in Tables 1 and 2 are the same. However, the processing applied to each sample (ingot) is different between Table 1 and Table 2. That is, Table 1 shows a case where each sample was subjected to the HDDR treatment. The magnetic powder shown in Table 1 is an isotropic magnet powder obtained through the treatment. The bonded magnets shown in Table 1 were produced from the isotropic magnet powder. Hereinafter, these are referred to as Example 1.
[0077]
Table 2 shows the case where each sample was subjected to the d-HDDR treatment. The magnetic powder shown in Table 2 is an anisotropic magnet powder obtained through the treatment. The bonded magnets shown in Table 2 were produced from the anisotropic magnet powder. Hereinafter, these are referred to as Example 2.
[0078]
Next, specific manufacturing conditions of the magnetic powder and the bonded magnet shown in Tables 1 and 2 will be described.
(A) The magnetic powders shown in Table 1 correspond to Sample No. Ingots having alloy compositions of 1 to 10 and C1 to C6 were produced by subjecting them to HDDR treatment including a hydrogenation step and a dehydrogenation step without performing any homogenization heat treatment. That is, heat treatment was performed for 360 minutes in a hydrogen gas atmosphere having the temperature and hydrogen pressure shown in Table 1 (hydrogenation step). This was followed by evacuation with a rotary pump and a diffusion pump for 60 minutes. -1 It was cooled under a vacuum atmosphere of Pa or less (dehydrogenation step). Thus, about 10 kg of magnetic powder was produced per batch.
[0079]
(B) The magnetic powders shown in Table 2 were also used for Sample No. A d-HDDR comprising a low-temperature hydrogenation step, a high-temperature hydrogenation step, a first exhaustion step and a second exhaustion step without subjecting any ingots having alloy compositions of 1 to 10 and C1 to C6 to homogenizing heat treatment. Manufactured by processing. That is, in a hydrogen gas atmosphere at room temperature and a hydrogen pressure of 100 kPa, hydrogen was sufficiently absorbed by each sample alloy (low-temperature hydrogenation step). Next, heat treatment was performed for 480 minutes in a hydrogen gas atmosphere at the temperature and the hydrogen pressure shown in Table 2 (high-temperature hydrogenation step). Subsequently, a heat treatment was performed at the same temperature shown in Table 2 under a hydrogen gas atmosphere at a hydrogen pressure of 0.1 to 20 kPa for 160 minutes (first evacuation step). Finally, vacuum was applied for 60 minutes with a rotary pump and a diffusion pump to -1 Cooling was performed in a vacuum atmosphere of Pa or less (second evacuation step). Thus, about 10 kg of magnetic powder was produced per batch.
[0080]
(C) Next, using the obtained various isotropic magnetic powders shown in Table 1 and the various anisotropic magnetic powders shown in Table 2, the following bonded magnets were produced.
[0081]
First, an epoxy resin (3 wt%) previously dissolved in butanone was mixed with each magnetic powder. Then, the butanone was volatilized while evacuating to produce pellets for a bonded magnet. As a reference sample, a similar pellet made from a flaky MQP-B (manufactured by Magnequench International) manufactured by melt spinning was also prepared. Then, the pellet was pressure-molded into a 7 mm cubic shape while being oriented in a magnetic field of 2.5 T to obtain a bonded magnet.
[0082]
(2) Magnetic measurement of magnetic powder and bonded magnet
(A) The magnetic measurement of each obtained magnetic powder was performed. Since a normal BH tracer cannot be used for measuring iHc of the magnetic powder, iHc was measured as follows.
[0083]
First, the magnetic powder was classified to a particle size of 75 to 106 μm. Using the classified magnetic powder, the magnetic powder was molded so that the demagnetizing coefficient was 0.2, and after orientation in a magnetic field, it was magnetized at 4.57 MAm-1 and VSM (manufactured by Riken Electronics Sales Co., Ltd., BH-525H). The (BH) max and iHc were measured with a. The results are shown in Tables 1 and 2.
[0084]
(B) In addition, (BH) max and iHc of the obtained various bond magnets were measured with a BH tracer (BHU-25, manufactured by Riken Electronics Sales Co., Ltd.). The results are also shown in Tables 1 and 2.
Note that “-” in Tables 1 and 2 indicates that the measurement was not performed because the magnetic properties were low.
[0085]
(3) Evaluation
(A) An overview of Tables 1 and 2 shows that sample no. When the amount of B is lower than 10.8 at% as in C1, C2, C4, and C5, (BH) max and iHc sharply decrease. Further, the sample No. As in C3 and C6, (BH) max also decreased when B was higher than 15 at%.
[0086]
The reason why the iHc decreased when the B amount was lower than 10.8 at% is considered to be that α-Fe was precipitated. The reason why (BH) max decreases when B is higher than 15 at% is considered to be that the B-rich phase has increased.
[0087]
Therefore, in order to balance (BH) max and iHc in a high dimension, it can be said that the B amount is preferably 10.8 to 15 at% as described in the present invention. Next, the isotropic magnetic powder and its bonded magnet in Table 1 and the anisotropic magnetic powder and its bonded magnet in Table 2 are specifically examined.
[0088]
(B) Isotropic magnetic powder and its bonded magnet
Examples of ternary isotropic magnetic powder obtained by subjecting an alloy ingot having only the composition of B to HDDR treatment under the same conditions are the examples shown in Table 1 (Sample Nos. 1 and 2) and Comparative Examples (Sample No. C1). -C3), the following can be understood.
[0089]
Even if the B amount is small or large as in the comparative example, specifically, if the B amount is out of the range of 10.8 to 15 at%, the maximum energy product (BH) max of the magnetic powder decreases. On the other hand, in the case of the embodiment in which the amount of B is within the range, 70 kJm -3 As described above, a large (BH) max is obtained. As described above, the peak value of (BH) max exists in the range of B: 10.8 to 15 at%.
[0090]
The coercive force iHc of the magnetic powder shows a tendency to increase as the B amount increases. However, in the range where the B amount is 10.8 at% or more, the increasing tendency of iHc becomes very slow, and sufficient iHc is obtained when the B amount is 10.8 to 15 at%.
[0091]
Next, with respect to hexagonal isotropic magnetic powder obtained by subjecting an alloy ingot having only the composition of B to HDDR treatment under the same conditions, the examples shown in Table 1 (sample No. 5) and the comparative examples (sample No. 5). Even when C4 to C6) are compared, the same can be said as above. That is, the peak value of (BH) max is in the range of B: 10.8 to 15 at%, and the iHc obtained at that time is close to the peak value.
The same can be said for bond magnets manufactured using these isotropic magnetic powders, regardless of whether they are ternary or hexagonal.
[0092]
Furthermore, from Table 1, the bond magnet according to the present example of the six-element system or higher has the same (BH) max as the bond magnet made of MQP-B, but has about 50% improvement in iHc. I understand that
[0093]
(C) Anisotropic magnetic powder and its bonded magnet
Examples of ternary anisotropic magnetic powders obtained by subjecting alloy ingots differing only in the composition of B to d-HDDR treatment under the same conditions and Examples (Sample Nos. 1 and 2) shown in Table 2 and Comparative Examples (Sample Nos. .C1 to C3), the following can be understood.
[0094]
The maximum energy product (BH) max of the magnetic powder decreases when the B amount is outside the range of 10.8 to 15 at% even if the B amount is small or large as in the comparative example. On the other hand, in the case of the embodiment in which the amount of B is within the range, 210 kJm -3 As described above, a large (BH) max is obtained. As described above, the peak value of (BH) max exists in the range of B: 10.8 to 15 at%.
[0095]
The coercive force iHc of the magnetic powder shows a tendency to increase as the B amount increases. However, in the range where the B amount is 10.8 at% or more, the increasing tendency of iHc becomes very slow, and sufficient iHc is obtained when the B amount is 10.8 to 15 at%.
[0096]
Next, with respect to hexagonal anisotropic magnetic powders obtained by subjecting alloy ingots differing only in the composition of B to d-HDDR treatment under the same conditions, the examples shown in Table 2 (sample No. 5) and the comparative examples (samples) No. C4 to No. C6), the same can be said as above. That is, the peak value of (BH) max is in the range of B: 10.8 to 15 at%, and the iHc obtained at that time is close to the peak value.
[0097]
The same applies to bonded magnets manufactured using these anisotropic magnetic powders, regardless of whether they are ternary or hexagonal.
[0098]
(Example 3)
Sample No. shown in Table 1 was used. The relationship between the specific coercive force iHc of the isotropic magnetic powder obtained by subjecting the ingots Nos. 2 and 6 to the HDDR process and the time (180 to 1800 minutes) of the hydrogenation step of the HDDR process were investigated. Except for the time of the hydrogenation step, the production conditions of each magnetic powder are the same as in the HDDR process described in the first embodiment. The method for measuring the magnetic characteristics is the same as in the first and second embodiments. Table 3 shows the results thus obtained.
[0099]
From Table 3, it was found that the iHc increased with an increase in the duration of the hydrogenation step, and that the increase in iHc tended to be substantially saturated after 360 minutes.
[0100]
(Example 4)
Sample No. shown in Table 2 The relationship between the specific coercive force iHc of the anisotropic magnetic powder obtained by subjecting the ingots of Nos. 2 and 6 to d-HDDR treatment and the time (180-1800 minutes) of the high-temperature hydrogenation step of the d-HDDR treatment was investigated. did.
[0101]
Except for the time of the high-temperature hydrogenation step, the production conditions of each magnetic powder are the same as in the d-HDDR treatment described in the second embodiment. The method for measuring the magnetic characteristics is the same as in the first and second embodiments. Table 4 shows the results thus obtained.
From Table 4, it was found that, as in the case of Example 3, when the processing time of the high-temperature hydrogenation step exceeds 360 minutes, the obtained coercive force tends to be almost saturated.
[0102]
(Example 5)
Sample No. shown in Table 1 The isotropic magnet powders according to Sample Nos. 5 to 8 and the sample Nos. The fluidity and bulk density of each of the anisotropic magnet powders according to Examples 1 to 4 and the bonded magnet pellets composed of the reference sample (MQP-B) were examined. The measurement results are shown in FIG. 1 and FIG.
[0103]
The fluidity and bulk density of the pellet were measured according to JIS Z8041 (JIS standard).
As can be seen from FIGS. 1 and 2, in the case of the present embodiment, the fluidity is improved by about 20% and the bulk density is improved by about 10% as compared with the case of the reference sample. It is considered that this is because the particle shape of each magnetic powder of the present embodiment is nearly spherical.
[0104]
(Example 6)
Sample No. of Table 2 The cost performance of the anisotropic magnetic powder obtained by subjecting the alloy ingot of No. 6 to d-HDDR treatment was examined.
[0105]
First, the sample No. Ingot 6 (about 30 kg) was melted and cast. The ingot was not subjected to the heat treatment for homogenization, and hydrogen was sufficiently absorbed by the sample alloy in a hydrogen gas atmosphere at room temperature and a hydrogen pressure of 100 kPa (low-temperature hydrogenation step). Next, heat treatment was performed for 480 minutes in a hydrogen gas atmosphere at a temperature of 1073 K and a hydrogen pressure of 45 kPa (high-temperature hydrogenation step). Subsequently, a heat treatment was performed for 160 minutes in a hydrogen gas atmosphere at a temperature of 1073 K and a hydrogen pressure of 0.1 to 10 kPa (first evacuation step). Finally, vacuum was applied for 60 minutes with a rotary pump and a diffusion pump to -1 Cooling was performed in a vacuum atmosphere of Pa or less (second evacuation step). Thus, about 10 kg of magnetic powder was produced per batch.
[0106]
Bond magnets were prepared using the magnetic powder in the same manner as in Examples 1 and 2, and the (BH) max was measured. FIG. 3 shows a value obtained by dividing the measured (BH) max by the raw material cost (raw material cost, melting / casting cost) used in the d-HDDR process, as cost performance.
[0107]
As a comparative sample, an alloy ingot (about 30 kg) of sample C1 in Table 2 was produced by melting and casting. The ingot was kept in an Ar gas atmosphere at a temperature of 1413 K for 40 hours to perform a homogenizing heat treatment. Thereafter, the same d-HDDR treatment as that of Sample 6 was performed. Thus, about 10 kg of magnetic powder was produced per batch.
[0108]
For this magnetic powder, a bonded magnet was prepared in the same manner as in Sample 6, and the (BH) max was measured. Then, the value obtained by dividing the measured (BH) max by the raw material cost (raw material cost, melting / casting cost, and homogenizing heat treatment cost) subjected to the d-HDDR process is also shown in FIG. 3 as cost performance.
As shown in FIG. 3, the cost performance of Sample 4 not subjected to the homogenization heat treatment was improved by about 30% as compared with Sample C1 subjected to the homogenization heat treatment.
[0109]
(Example 7)
(1) Sample No. of Table 1 1, No. Alloy ingot No. 6 was subjected to the same HDDR treatment as in Example 1 to produce isotropic magnetic powder. To this isotropic magnetic powder, La80Co20 alloy powder (La-based material) was mixed (mixing step) and heated (diffusion heat treatment step). 11 to 15 and sample Nos. 16 and 17 magnetic powders were obtained. The composition of each sample shown in Tables 5 and 6 is a value analyzed by an ICP (high frequency plasma emission analyzer) after the diffusion heat treatment step. Table 5 also shows the diffusion heat treatment conditions for each sample. The diffusion heat treatment conditions in Table 6 are all 1073 K × 1 hr. The mixing step and the diffusion heat treatment step are all performed in 10 steps. -2 The test was performed in a vacuum atmosphere of Pa or less. Table 6 shows, as an example, Sample No. The magnetic properties of the isotropic magnet powders 16 and 17 and the bonded magnets using the same are also shown. The measuring method and the like are as described above.
[0110]
Here, the La80Co20 alloy is an alloy of La: 80 at% and Co: 20 at%, and is produced as in the case of the magnet alloy (ingot) of the first embodiment. The powder was obtained by crushing the ingot by a hydrogen crushing method and pulverizing the powder by a vibration mill, and had an average particle diameter of 10 μm.
[0111]
A 7 mm square isotropic bonded magnet was produced in the same manner as in Example 1 using the isotropic magnetic powder after the diffusion heat treatment step. Using this bonded magnet, the permanent demagnetization rate was measured.
[0112]
Permanent demagnetization rate is calculated from the difference between the initial magnetic flux of the bonded magnet and the magnetic flux obtained by re-magnetizing after holding in an air atmosphere at 100 ° C. or 80 ° C. for 1000 hours, and calculating the ratio of the decrease to the initial magnetic flux. It is what I sought. The magnetization at this time was performed at 1.1 MA / m (45 kOe). A flux meter was used for measuring the magnetic flux. The permanent demagnetization rates thus obtained are shown in Tables 5 and 6.
[0113]
(2) Sample No. shown in Table 5 as a comparative example. Bond magnets for C7 to C9 were prepared. Sample No. The bonded magnet of C7 has a La content of more than 1.0 at%, and the sample No. The bonded magnet of C8 was obtained by mixing no La-based material. The heating temperature during the diffusion heat treatment step of the bonded magnet of C9 is as low as less than 400 ° C. Table 5 also shows the diffusion heat treatment conditions and the permanent demagnetization rate in each case.
[0114]
(3) From Tables 5 and 6, it can be seen that the isotropic bonded magnets according to the present invention have low permanent demagnetization rate, excellent heat resistance, and high practicality. Note that a small permanent demagnetization rate also means that it has excellent corrosion resistance and has little deterioration over time.
[0115]
In particular, even at 100 ° C. for 1000 hours, the permanent demagnetization rate is as small as less than 10%. Further, in the case of 80 ° C. × 1000 hours, the permanent demagnetization rate is reduced to about 5%.
[0116]
On the other hand, in the comparative example, the permanent demagnetization rate is as high as about 10% at 80 ° C. for 1000 hours, and is extremely high at about 15% at 100 ° C. for 1000 hours. . As a reference sample, Table 5 also shows the permanent demagnetization rate of the isotropic powder (MQP-B) produced by the rapid solidification method.
[0117]
In addition, the magnetic properties of the magnetic powder and the bonded magnet were the same as the results shown in Table 1 of the examples, or were reduced by about 7 to 8% at the maximum, and were at a level having no practical problem.
[0118]
(Example 8)
(1) Sample No. of Table 2 1, No. 6 was subjected to the same low-temperature hydrogenation step, high-temperature hydrogenation step and first exhaust step as in Example 2 to obtain NdFeBH X A powder (RFeB-based hydride) was obtained. This NdFeBH X The same La80Co20 alloy powder as in Example 7 was mixed with the powder (mixing step) and heated (diffusion heat treatment step). Subsequently, a second evacuation step similar to that in Example 2 was performed.
[0119]
Thus, the sample No. shown in Tables 7 and 8 was used. 11 to 15 and sample Nos. 16 and 17 magnetic powders were obtained. The composition of each sample shown in Tables 7 and 8 is a value analyzed by ICP after the second evacuation step, as in Example 7. Table 7 also shows the diffusion heat treatment conditions for each sample. The diffusion heat treatment conditions in Table 8 are all 1073 K × 1 hr. The mixing step and the diffusion heat treatment step are all performed in 10 steps. -2 The test was performed in a vacuum atmosphere of Pa or less. Table 8 shows, as an example, Sample No. The magnetic properties of the anisotropic magnet powders Nos. 16 and 17 and the bonded magnets using the same were also shown. The measuring method and the like are as described above. Tables 7 and 8 also show the permanent demagnetization rates obtained in the same manner as in Example 7.
[0120]
(2) The bond magnet prepared as a comparative example is the same as in the case of the seventh embodiment. Table 7 also shows the conditions of the diffusion heat treatment and the permanent demagnetization rate in each case.
[0121]
(3) From Tables 7 and 8, all of the anisotropic bonded magnets according to the present invention have a small permanent demagnetization rate and are highly practical. In particular, even at 100 ° C. for 1000 hours, the permanent demagnetization rate is as small as less than 10%. In the case of 80 ° C. × 1000 hours, the permanent demagnetization rate is a small value of 5 to 7%. On the other hand, in the comparative examples, the permanent demagnetization rate is as high as 10% or more even at 80 ° C. for 1000 hours, and the permanent demagnetization rate is as high as 15% or more at 100 ° C. for 1000 hours. .
[0122]
In addition, the magnetic properties of the magnet powder and the bonded magnet were the same as the results shown in Table 2 of the examples, or were reduced by about 7 to 8% at the maximum, and were at a level having no practical problem.
[0123]
[Table 1]
Figure 0003565513
[0124]
[Table 2]
Figure 0003565513
[0125]
[Table 3]
Figure 0003565513
[0126]
[Table 4]
Figure 0003565513
[0127]
[Table 5]
Figure 0003565513
[0128]
[Table 6]
Figure 0003565513
[0129]
[Table 7]
Figure 0003565513
[0130]
[Table 8]
Figure 0003565513

[Brief description of the drawings]
[0131]
FIG. 1 is a bar graph comparing the fluidity of pellets for bonded magnets manufactured from magnet powder.
FIG. 2 is a bar graph comparing the bulk density of pellets for bonded magnets manufactured from magnet powder.
FIG. 3 is a bar graph comparing cost performance of a magnet powder produced by d-HDDR processing.

Claims (17)

主成分である鉄(Fe)と、
12〜16原子%(at%)の希土類元素(以下、「R」と称する。)と、
10.8〜15 at%のホウ素(B)とからなり、
磁石粉末の製造に際して均質化熱処理工程を省略し得ることを特徴とするボンド磁石用合金。
Iron (Fe) as a main component;
12 to 16 atomic% (at%) of a rare earth element (hereinafter referred to as “R”);
Consisting of 10.8-15 at% boron (B),
An alloy for bonded magnets, wherein a homogenizing heat treatment step can be omitted in the production of magnet powder.
前記Rは、Pr、NdおよびDyの一種以上からなる請求項1に記載のボンド磁石用合金。The alloy for a bonded magnet according to claim 1, wherein the R is at least one of Pr, Nd, and Dy. さらに、コバルト(Co)を0.1〜6at%含む請求項1または2に記載のボンド磁石用合金。The alloy for bonded magnets according to claim 1, further comprising 0.1 to 6 at% of cobalt (Co). さらに、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)および銅(Cu)の少なくとも一種以上を合計で0.1〜2at%含むと共に、
ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、およびニッケル(Ni)の少なくとも一種以上を合計で0.1〜2at%含む請求項1〜3のいずれかに記載のボンド磁石用合金。
Furthermore, at least one of gallium (Ga), zirconium (Zr), vanadium (V), aluminum (Al), titanium (Ti), hafnium (Hf) and copper (Cu) is contained in a total amount of 0.1 to 2 at%. Along with
The alloy for a bonded magnet according to any one of claims 1 to 3, wherein the alloy contains at least one of niobium (Nb), tantalum (Ta), and nickel (Ni) in a total amount of 0.1 to 2 at%.
さらに、0.001〜1.0at%のランタン(La)を含有する請求項1〜4のいずれかに記載のボンド磁石用合金。The alloy for bonded magnets according to any one of claims 1 to 4, further comprising 0.001 to 1.0 at% of lanthanum (La). 主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する水素化工程と、
該水素化工程後に水素を除去する脱水素工程とからなるHDDR処理により得られることを特徴とする等方性磁石粉末。
An ingot of an alloy containing at least the main component Fe, R of 12 to 16 at%, and B of 10.8 to 15 at% and not subjected to the homogenizing heat treatment step is kept in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173 K. Hydrogenation process,
An isotropic magnet powder obtained by an HDDR treatment comprising a dehydrogenation step of removing hydrogen after the hydrogenation step.
さらに、0.001〜1.0at%のLaを含有する請求項6に記載の等方性磁石粉末。7. The isotropic magnet powder according to claim 6, further comprising 0.001 to 1.0 at% La. 主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを873K以下の水素ガス雰囲気中に保持する低温水素化工程と、
該低温水素化工程後に20〜100kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する高温水素化工程と、
該高温水素化工程後に0.1〜20kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する第1排気工程と、
該第1排気工程後に水素を除去する第2排気工程とからなるd−HDDR処理により得られることを特徴とする異方性磁石粉末。
An ingot of an alloy containing at least Fe, which is the main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B and not subjected to the homogenizing heat treatment step is kept in a hydrogen gas atmosphere of 873 K or less. A low-temperature hydrogenation process;
After the low-temperature hydrogenation step, a high-temperature hydrogenation step of maintaining in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173 K at 20 to 100 kPa,
A first evacuation step of maintaining the hydrogen gas atmosphere at 102 to 1173 K at 0.1 to 20 kPa after the high-temperature hydrogenation step;
An anisotropic magnet powder obtained by d-HDDR processing comprising a second evacuation step of removing hydrogen after the first evacuation step.
さらに、0.001〜1.0at%のLaを含有する請求項8に記載の異方性磁石粉末。The anisotropic magnet powder according to claim 8, further comprising 0.001 to 1.0 at% of La. 主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する水素化工程と該水素化工程後に水素を除去する脱水素工程とからなるHDDR処理により得られた等方性磁石粉と、バインダとを混合し、加圧成形してなることを特徴とするボンド磁石。An ingot of an alloy containing at least Fe, which is the main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B and not subjected to the homogenizing heat treatment step is kept in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173 K. Isotropic magnet powder obtained by HDDR processing comprising a hydrogenation step of performing a hydrogenation step and a dehydrogenation step of removing hydrogen after the hydrogenation step, and a binder, and the mixture is subjected to pressure molding. Bond magnet. 前記等方性磁石粉末は、さらに、0.001〜1.0at%のLaを含有する請求項10に記載のボンド磁石。The bonded magnet according to claim 10, wherein the isotropic magnet powder further contains La of 0.001 to 1.0 at%. 主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを873K以下の水素ガス雰囲気中に保持する低温水素化工程と、該低温水素化工程後に20〜100kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する高温水素化工程と、該高温水素化工程後に0.1〜20kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する第1排気工程と、該第1排気工程後に水素を除去する第2排気工程とからなるd−HDDR処理により得られた異方性磁石粉末と、バインダとを混合し、加圧成形してなることを特徴とするボンド磁石。An ingot of an alloy containing at least Fe, which is the main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B and not subjected to the homogenizing heat treatment step is kept in a hydrogen gas atmosphere of 873 K or less. A low-temperature hydrogenation step, a high-temperature hydrogenation step in which the low-temperature hydrogenation step is performed in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173 K at 20 to 100 kPa, and a hydrogen gas of 0.12 to 1173 K at 0.1 to 20 kPa after the high-temperature hydrogenation step Mixing a binder with an anisotropic magnet powder obtained by d-HDDR processing comprising a first evacuation step of keeping in a gas atmosphere and a second evacuation step of removing hydrogen after the first evacuation step; A bonded magnet characterized by being formed by pressure. 前記異方性磁石粉末は、さらに、0.001〜1.0at%のLaを含有する請求項12に記載のボンド磁石。The bonded magnet according to claim 12, wherein the anisotropic magnet powder further contains La of 0.001 to 1.0 at%. 主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する水素化工程と、
該水素化工程後に水素を除去する脱水素工程とからなるHDDR処理を行うことを特徴とする等方性磁石粉末の製造方法。
An ingot of an alloy containing at least the main component Fe, R of 12 to 16 at%, and B of 10.8 to 15 at% and not subjected to the homogenizing heat treatment step is kept in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173 K. Hydrogenation process,
A method for producing isotropic magnet powder, comprising performing an HDDR treatment comprising a dehydrogenation step of removing hydrogen after the hydrogenation step.
さらに、前記脱水素工程後に得られた磁石粉末に、La単体、La合金およびLa化合物の一種以上からなるLa系材料を混合してなるLa混合物を、673〜1123Kに加熱して該磁石粉末の表面および内部にLaを拡散させる拡散熱処理工程を備え、
得られた等方性磁石粉末は全体を100at%としたときにLaを0.001〜1.0at%含有する請求項14に記載の等方性磁石粉末の製造方法。
Further, the magnet powder obtained after the dehydrogenation step is mixed with a La-based material composed of at least one of La alone, a La alloy, and a La compound, and heated to 673 to 1123 K to obtain a La powder. A diffusion heat treatment step for diffusing La into the surface and inside;
The method for producing an isotropic magnet powder according to claim 14, wherein the obtained isotropic magnet powder contains 0.001 to 1.0 at% of La when the whole is 100 at%.
主成分であるFeと12〜16at%のRと10.8〜15 at%のBとを少なくとも含有し均質化熱処理工程の施されていない合金のインゴットを873K以下の水素ガス雰囲気中に保持する低温水素化工程と、
該低温水素化工程後に20〜100kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する高温水素化工程と、
該高温水素化工程後に0.1〜20kPaで1023〜1173Kの水素ガス雰囲気中に保持する第1排気工程と、
該第1排気工程後に水素を除去する第2排気工程とからなるd−HDDR処理を行うことを特徴とする異方性磁石粉末の製造方法。
An ingot of an alloy containing at least Fe, which is the main component, 12 to 16 at% of R, and 10.8 to 15 at% of B and not subjected to the homogenizing heat treatment step is kept in a hydrogen gas atmosphere of 873 K or less. A low-temperature hydrogenation process;
After the low-temperature hydrogenation step, a high-temperature hydrogenation step of maintaining in a hydrogen gas atmosphere of 1023 to 1173 K at 20 to 100 kPa,
A first evacuation step of maintaining the hydrogen gas atmosphere at 102 to 1173 K at 0.1 to 20 kPa after the high-temperature hydrogenation step;
A method for producing anisotropic magnet powder, comprising performing d-HDDR processing comprising a second evacuation step of removing hydrogen after the first evacuation step.
さらに、前記第1排気工程後あるいは前記第2排気工程後に得られたRFeB系粉末へ、La単体、La合金、La化合物またはそれらの水素化物(Laの単体、合金または化合物の水素化物)の一種以上からなるLa系材料を混合してなるLa混合物を、673〜1123Kに加熱して該RFeB系粉末の表面および内部に少なくともLaを拡散させる拡散熱処理工程を備え、
得られた異方性磁石粉末は全体を100at%としたときにLaを0.001〜1.0at%含有する請求項16に記載の異方性磁石粉末の製造方法。
Further, a kind of La alone, a La alloy, a La compound, or a hydride thereof (a simple substance of La, an alloy or a hydride of a compound) is added to the RFeB-based powder obtained after the first evacuation step or the second evacuation step. A diffusion heat treatment step of heating the La mixture obtained by mixing the La-based material composed as described above to 673 to 1123 K to diffuse at least La into the surface and the inside of the RFeB-based powder;
The method for producing anisotropic magnet powder according to claim 16, wherein the obtained anisotropic magnet powder contains 0.001 to 1.0 at% of La when the whole is 100 at%.
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