JP3652751B2

JP3652751B2 - 異方性ボンド磁石

Info

Publication number: JP3652751B2
Application number: JP27347195A
Authority: JP
Inventors: 修嗣三野; 正宏浅野; 秀治辻本
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: JPH0992515A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、耐熱性、耐候性と共に磁気特性、特に残留磁束密度（以下Ｂｒという）、最大磁気エネルギー積（以下（ＢＨ）ｍａｘという）および角型性のすぐれた異方性ボンド磁石に係り、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金鋳塊あるいは前記鋳塊を粉砕して得られた粗粉砕粉を特定の熱処理条件のＨ₂処理法により、特定の平均再結晶粒径を有する正方晶のＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相の再結晶粒集合組織を有する異方性磁石粉末となし、これに特定量の微細なフェライト磁石粉末およびバインダーの樹脂を配合混合後、成形して得られた耐熱性、耐候性並びにＢｒ、（ＢＨ）ｍａｘ、角型性のすぐれた異方性ボンド磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にボンド磁石は焼結磁石に比して、磁気特性では劣るにもかかわらず、機械的強度にすぐれ、且つ形状の自由度が高いこと等より、近年、その利用範囲が急速に拡大している。かかるボンド磁石は、磁石粉末と有機バインダー、金属バインダー等により結合して成形されるが、ボンド磁石の磁気特性は使用する磁石粉末の磁気特性に左右される。
【０００３】
ボンド磁石用磁石粉末としては、（１）Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系鋳塊を機械的粉砕法、あるいはＨ₂吸蔵崩壊法により得られた磁石粉末や、あるいは、（２）液体急冷法やアトマイズ法によって、溶融合金から超急冷して得られた磁石粉末が利用されている。
【０００４】
前者の（１）磁石粉末では、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相が粒内破壊して粉砕されるので、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相がＲリッチ相で囲まれた組織にならず、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相の一部にＲリッチ相が一部付着した組織となり、また、粉砕時に磁石粉末に歪が残留するため、粉砕のままでは保磁力ｉＨｃは３ｋＯｅ以下に低下し、歪取り熱処理した磁石粉末やＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相粒界部にＲリッチ相を形成させる集合粉末とした磁石粉末でも、ボンド磁石用粉末として使用した場合、成型圧力の増加に伴って、ボンド磁石のｉＨｃは大幅に低下し、また、バインダーの硬化時にも磁気特性が低下する欠点がある。
【０００５】
一方、後者の（２）磁石粉末の場合は、個々のＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相の結晶粒の結晶方向が任意で粉末の磁気特性が等方性であるため、ボンド磁石自体も等方性であるため、高磁気特性が望めず、実用的には用途が制限される問題がある。
【０００６】
また、低価格かつ、高性能なボンド磁石を得るためにフェライト磁石粉末に高性能のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を添加配合した高性能ボンド磁石が提案されているが、前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末は超急冷粉、あるいは鋳塊粉砕粉の等方性の磁石粉末であり、磁気特性の改善向上は小さかった（特開昭６１−２８４９０６号、特開昭６３−２８７００３号、特開平２−７８２０４号、特開平３−１８１１０４号、特開平３−２２２３０３号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、最近、異方性ボンド用磁石粉末として、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金鋳塊あるいは粉砕後の粗粉砕粉を特定の熱処理条件のＨ₂処理法により、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ正方晶相からなる再結晶集合組織となした異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末が提案されている（特開平１−１３２１０６号）。
【０００８】
前記異方性磁石粉末を用いて異方性ボンド磁石を製造する方法としては、前記磁石粉末にバインダーとして溶剤にて液状化した樹脂を添加配合後、溶剤を蒸発させて前記粉末を乾燥後、圧縮成形し、さらにバインダー硬化のためのキュア熱処理する工程などが一般に知られている。
【０００９】
しかし、原料粉末の異方性磁石粉末は非常に酸化され易いうえ、予め磁石粉末をカップリング処理等で粉末表面を被覆しても、成形時の応力によって磁石粉末には割れが発生し、活性な金属面が露出してより酸化され易くなり、また、成形したボンド磁石は密度が低くて空孔部が多く、前記空孔部にＯ₂、Ｈ₂Ｏが容易に侵入してボンド磁石が酸化し、磁気特性が時間とともに劣化する問題があった。さらに成形時に磁石粉末が割れることは、磁石粉末へ多量の歪を導入することを意味し、保磁力および角型性の劣化を生じる関点からも好ましくなかった。
【００１０】
この発明は、上述の異方性ボンド磁石の問題を解消し、成形時に磁石粉末に割れを生ずることなく、耐熱性、耐候性と共に磁気特性、特にＢｒ、（ＢＨ）ｍａｘおよび角型性のすぐれた異方性ボンド磁石の提供を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
従来の異方性ボンド磁石の問題点を解決すべく、発明者らは、成形したボンド磁石中の空孔部を減少させる方法について、種々検討を加えた結果、前記磁石粉末にバインダーとして樹脂を配合混合する前、もしくは配合混合と同時に、あるいは配合混合した後に、特定量の微細なフェライト磁石粉末を配合混合することにより、フェライト磁石粉末は成形時に磁石粉末間隙、あるいは薄く樹脂にて被覆された磁石粉末間隙に優先的に充填され、かかる現象により、ボンド磁石中の空孔率が減少すること、また、磁石粉末間隙を占めるフェライト磁石粉末は成形時に生じる磁石粉末局部への応力集中を緩和し、磁石粉末の割れを抑制することを知見した。
【００１２】
また、発明者らは、１）空孔部の減少によって、磁石内部へのＯ₂、Ｈ₂Ｏの侵入が防止され、耐熱性、耐候性が顕著に向上すること、２）従来空孔部であった部分がフェライト磁石粉末によって、置換されるため、そのため磁気特性、とくにＢｒ、（ＢＨ）ｍａｘが向上すること、３）さらに磁石粉末の割れ抑制によって、ボンド磁石中の非常に活性な金属破面が減少するので、耐熱性、耐候性は一段と向上し、４）また、歪の導入も抑制されるので、磁気特性、特に角型性が向上すること、５）かかる作用効果が相乗され、ボンド磁石の耐熱性、耐候性の向上、および磁気特性の改善向上に有効なることを知見し、この発明を完成した。
【００１３】
すなわち、この発明は、平均再結晶粒径が０．０５μｍ〜５０μｍのＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ正方晶相からなる再結晶粒の集合組織を有する、平均粒度１０μｍ〜３００μｍの異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末と、前記磁石粉末との合計に対して平均粒度０．５μｍ〜５μｍのフェライト磁石粉末２ｗｔ％〜３０ｗｔ％と、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の樹脂とからなり、異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末間隙にフェライト磁石粉末が充填されており、ボンド磁石中の空孔率が６．１％以下であり、かつ大気中にて１００℃に１０００時間放置後の減磁率が６．４％以下である異方性ボンド磁石である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明において、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ正方晶相からなる再結晶集合組織の磁石粉末は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金鋳塊あるいは前記鋳塊を粗粉砕して得られた粗粒を均質化処理するか、または、均質化処理せずにＨ₂ガス雰囲気中で昇温し、温度７５０℃〜９５０℃に３０分〜８時間のＨ₂ガス雰囲気中に保持した後、引き続いて温度７５０℃〜９５０℃に５分〜４時間の真空雰囲気中に保持した後、冷却し、粉砕して得られるものである。
【００１５】
かかる異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の平均粒度を５μｍ〜５００μｍに限定した理由は、５μｍ未満では酸化し易く作業中に燃える恐れがあり、また、５００μｍを超えると磁石粉末として実用的ではないので好ましくないことにあり、好ましい平均粒度は１０μｍ〜３００μｍである。
【００１６】
また、異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の平均再結晶粒径は、０．０５μｍ未満では着磁が困難となり、５０μｍを超えるとｉＨｃ（保磁力）が５ｋＯｅ以下となり、磁気特性が低下するため、０．０５μｍ〜５０μｍの範囲とし、好ましい平均再結晶粒径は０．１μｍ〜１０μｍである。
【００１７】
この発明において、磁石粉末に配合混合するフェライト磁石粉末の平均粒度は、０．５μｍ未満では実際の製造上困難であり、また、１０μｍを超えるとフェライト磁石粉末の磁気特性低下が大きく、また、成形時の空孔低減効果や、応力緩和効果、すなわち磁石粉末の割れ抑制効果が少なく、耐熱性、耐候性並びに磁気特性向上の効果が少ないので好ましくなく、フェライト磁石粉末の粒度は０．５μｍ〜１０μｍとする。好ましいフェライト磁石粉末の粒度は０．５μｍ〜５μｍである。
【００１８】
また、フェライト磁石粉末の配合量は、磁石粉末との合計に対して、０．５ｗｔ％未満では空孔率低減効果、すなわち耐熱性、耐候性ならびに磁気特性の改善効果が得られず、また５０ｗｔ％を超えるとボンド磁石の磁気特性を劣化するので、０．５ｗｔ％〜５０ｗｔ％とする。好ましいフェライト磁石粉末の配合量は２ｗｔ％〜３０ｗｔ％である。
【００１９】
また、バインダーとしての樹脂の配合量は、１ｗｔ％未満ではボンド磁石の強度が十分に得られず、また１０ｗｔ％を超えると磁気特性の劣化を招来するので好ましくないため、樹脂の配合量は１ｗｔ％〜１０ｗｔ％とする。
樹脂としては、熱硬化性あるいは熱可塑性の公知の樹脂で良く、固状の樹脂は溶媒にて液状化バインダーとして使用してもよく、溶媒はボンド磁石の成型前に加熱揮発してもよい。また、ボンド磁石の成形は圧縮成形の他、射出成形や押し出し成形など公知の方法いずれでも良い。
【００２０】
この発明の磁石粉末に用いる希土類元素Ｒは、組成の１０原子％〜３０原子％を占めるが、Ｎｄ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｂのうち少なくとも１種、あるいはさらに、Ｌａ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙのうち少なくとも１種を含むものが好ましい。また、通常Ｒのうち１種をもって足りるが、実用上は２種以上の混合物（ミッシュメタル、シジム等）を入手上の便宜等の理由により用いることができる。なお、このＲは純希土類元素でなくてもよく、工業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有するものでも差し支えない。
【００２１】
Ｒは、上記系磁石粉末における必須元素であって、１０原子％未満では結晶構造がα−鉄と同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特性、特に高保磁力が得られず、３０原子％を超えるとＲリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Ｂｒ）が低下してすぐれた特性の永久磁石が得られない。よって、Ｒは、１０原子％〜３０原子％の範囲が望ましい。
【００２２】
Ｂは、上記系磁石粉末における必須元素であって、２原子％未満では菱面体構造が主相となり、高い保磁力（ｉＨｃ）は得られず、２８原子％を超えるとＢリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Ｂｒ）が低下するため、すぐれた永久磁石が得られない。よって、Ｂは２原子％〜２８原子％の範囲が望ましい。
【００２３】
Ｆｅは、上記系磁石粉末において必須元素であり、６５原子％未満では残留磁束密度（Ｂｒ）が低下し、８０原子％を超えると高い保磁力が得られないので、Ｆｅは６５原子％〜８０原子％の含有が望ましい。
また、Ｆｅの一部をＣｏで置換することは、得られる磁石の磁気特性を損なうことなく、温度特性を改善することができるが、Ｃｏ置換量がＦｅの２０％を超えると、逆に磁気特性が劣化するため、好ましくない。Ｃｏの置換量がＦｅとＣｏの合計量で５原子％〜１５原子％の場合は、（Ｂｒ）は置換しない場合に比較して増加するため、高磁束密度を得るために好ましい。
【００２４】
また、Ｒ，Ｂ，Ｆｅのほか、工業的生産上不可避的不純物の存在を許容でき、例えば、Ｂの一部を４．０ｗｔ％以下のＣ、２．０ｗｔ％以下のＰ、２．０ｗｔ％以下のＳ、２．０ｗｔ％以下のＣｕのうち少なくとも１種、合計量で２．０ｗｔ％以下で置換することにより、永久磁石の製造性改善、低価格化が可能である。
【００２５】
さらに、Ａｌ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｇａ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｈｆのうち少なくとも１種は、磁石粉末に対してその保磁力、減磁曲線の角型性を改善あるいは製造性の改善、低価格化に効果があるため添加することができる。なお、添加量の上限は、ボンド磁石の（ＢＨ）ｍａｘを１４ＭＧＯｅ以上とするには、（Ｂｒ）が少なくとも８ｋＧ以上必要となるため、該条件を満たす範囲が望ましい。
配合混合に用いるフェライト磁石粉末は、化学式ＭＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃（Ｍ＝Ｂａ．Ｓｒ，Ｐｂ）で表されるＭ型、及び化学式２ＭＯ・ＢａＯ・８Ｆｅ₂Ｏ₃で表されるＷ型などいずれであってもよい。なお、この発明においては、フェライト磁石の他に、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系超急冷磁石粉末、Ｒ−Ｃｏ系磁石粉末、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末を複合混合してもよい。
【００２６】
【実施例】
実施例１
原料として真空溶解炉にて溶解鋳造し、表１に組成を表すＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石用合金鋳塊を得た。これらの合金鋳塊を温度１１２０℃、時間１０時間でＡｒ雰囲気中にて均質化処理を行った。
前記鋳塊を加熱炉に挿入し、７６０ＴｏｒｒのＨ₂ガスとして、加熱炉内の温度を室温から温度８５０℃に上昇し、引き続いて温度８５０℃に３時間保持した後、８５０℃に１時間保持して脱Ｈ₂を行って、真空度１×１０^-5Ｔｏｒｒになるまで排気冷却した。
【００２７】
その後、鋳塊をＡｒ雰囲気中で３００μｍ以下になるまで粉砕して、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を得た。得られた磁石粉末は平均結晶粒径０．５μｍのＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ正方晶相からなる再結晶粒の集合組織を有する異方性磁石粉末であった。得られた平均粒径１５０μｍの前記異方性磁石粉末に平均粒度１．４μｍのストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃）粉末を前記磁石粉末との合計に対して１０ｗｔ％配合後、Ｖ型混合器にて３０分間混合し、さらに、バインダーとして３ｗｔ％のエポキシ樹脂を配合混合後、真空乾燥し、１２ｋＯｅの磁場中で成形圧７ｔｏｎ／ｃｍ²で成形後、温度１７０℃に１時間保持して硬化し、異方性ボンド磁石を得た。
【００２８】
得られた異方性ボンド磁石の磁気特性、角型性および空孔率と耐候性試験結果を表２に表す。
ここで、空孔率は、磁石粉末、フェライト磁石粉末ならびに樹脂の密度と配合比、および成形したボンド磁石の実測密度から計算によって求めた。
また、耐熱性、耐候性試験の試験条件は大気中で１００℃×１０００時間の条件で、試験中の磁束の経時変化を測定した。なお、磁束の経時変化試験方法は試験片を着磁した後、磁束を測定し、ついで大気中にて１００℃に１０００時間放置後、再び試験片を着磁し磁束を測定し、再着磁によっても復元しない減磁率、すなわち永久的な減磁率を算出した。この永久的な減磁は磁石の腐食等による変質に起因するものであり、耐熱性、耐候性向上の判定指標となり得る。
【００２９】
実施例２
実施例１にて得られた磁石粉末にバインダーとして３ｗｔ％のエポキシ樹脂を配合混合後、真空乾燥し、次いで、実施例１に記載のストロンチウムフェライト磁石粉末を前記磁石粉末との合計に対して１０ｗｔ％配合混合する以外は、実施例１と同一の製造条件にて異方性ボンド磁石を作製し、得られた異方性ボンド磁石の磁気特性、空孔率および耐候性試験結果を表２に表す。
【００３０】
実施例３
実施例１にて得られた組成Ｎｏ．２の磁石粉末に、実施例１に記載のストロンチウムフェライト磁石粉末を、前記磁石粉末との合計に対して０〜５０ｗｔ％の範囲で配合量を変えて混合する以外は実施例１と同一の製造条件にて異方性ボンド磁石を作成し、得られた異方性ボンド磁石の磁気特性を図１に、空孔率および耐候性試験結果を図２に表す。
【００３１】
実施例４
実施例１にて得られた組成Ｎｏ．２の磁石粉末に、ボールミル粉砕時間を変えて作成した０．５μｍ、０．９μｍ、１．４μｍ、２．５μｍ、５．１μｍ、７．９μｍ、１０．７μｍの各平均粒径のストロンチウムフェライト磁石粉末をそれぞれ、前記磁石粉末との合計に対して１０ｗｔ％配合混合する以外は実施例１と同一の製造条件にて異方性ボンド磁石を作成し、得られた異方性ボンド磁石の磁気特性を図３に、空孔率と耐候性試験結果を図４に示す。
【００３２】
比較例１
実施例１にて得られた磁石粉末にフェライト磁石粉末を配合混合しない以外は実施例１と同一の製造条件にて異方性ボンド磁石を作成し、得られた異方性ボンド磁石の磁気特性、角型性および空孔率と耐候性試験結果を表２に表す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
【発明の効果】
この発明による異方性ボンド磁石は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金鋳塊あるいは前記鋳塊を粉砕して得られた粗粉砕粉を、特定の熱処理条件のＨ₂処理法により、特定の平均再結晶粒径を有する正方晶のＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相の再結晶粒集合組織を有する異方性磁石粉末となし、所定量の微細なフェライト磁石粉末とバインダーの樹脂を配合混合後、成形して得られたもので、実施例に明らかなように、耐熱性、耐候性並びに磁気特性にすぐれている。
【図面の簡単な説明】
【図１】混合したフェライト磁石粉末（平均粒度４．４μｍ）の量（ｗｔ％）と得られ
たボンド磁石の磁気特性との関係を示すグラフである。
【図２】混合したフェライト磁石粉末（平均粒度４．４μｍ）の量（ｗｔ％）と得られ
たボンド磁石の空孔率（％）及び耐候性試験後の永久減磁率（％）との関係を示
すグラフである。
【図３】１０ｗｔ％混合したフェライト磁石粉末の平均粒径（μｍ）と得られたボンド
磁石の磁気特性との関係を示すグラフである。
【図４】１０ｗｔ％混合したフェライト磁石粉末の平均粒径（μｍ）と得られたボンド
磁石の空孔率（％）及び耐候性試験後の永久減磁率（％）との関係を示すグラフ
である。

Claims

平均再結晶粒径が０．０５μｍ〜５０μｍのＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ正方晶相からなる再結晶粒の集合組織を有する、平均粒度１０μｍ〜３００μｍの異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末と、前記磁石粉末との合計に対して平均粒度０．５μｍ〜５μｍのフェライト磁石粉末２ｗｔ％〜３０ｗｔ％と、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の樹脂とからなり、異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末間隙にフェライト磁石粉末が充填されており、ボンド磁石中の空孔率が６．１％以下であり、かつ大気中にて１００℃に１０００時間放置後の減磁率が６．４％以下である異方性ボンド磁石。