JP4120035B2 - 磁石合金 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、すぐれた高エネルギー積を有する磁気特性の良い永久磁石として適用されうる磁石合金及び磁石素材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、残留磁束密度(Br)および保磁力(Hc)が良好であってすぐれた高エネルギー積((BH)max)を有する磁気特性の良い永久磁石として、R(希土類金属)−Fe−B系の磁石合金が多用されるようになってきている。
【0003】
このR−Fe−B系の磁石合金は、熱間で塑性加工を施すことによって結晶粒を特定の方向に配向させることにより、磁気的に異方性を付与した磁気特性の優れた永久磁石となる。
【0004】
このR−Fe−B系の磁石合金は、この合金溶湯を急冷することによって非晶質または微細結晶質の薄片を得たのち破砕して微粉末とし、これを冷間や熱間で成形したのち熱間で塑性加工したり、あるいはまた、前記合金溶湯を鋳造したのち鋳造体を熱間で塑性加工したりすることにより製造される。
【0005】
そして、この種の熱間塑性加工法によるR−Fe−B系の磁石合金において、R(希土類金属)の含有量を30重量%未満にすると、磁気特性のうち残留磁束密度(Br)が向上するが、磁気特性のうち保磁力(iHc)が著しく低下するため実用上好ましくないという問題があった。
【0006】
また、R含有量を減らすと熱間塑性加工性も低下し、加工中にクラックを生じたり加工に長時間を要したりすることがあって生産上の障害を伴うこともありうるという問題があった。
【0007】
そのため、現在は、残留磁束密度(Br)がおよそ12.6kG以下程度しか得ることができないR含有量30.0〜31.5重量%の範囲内のものが生産されているにすぎないことから、このような状況を改善し、熱間塑性加工性に優れていると共に、残留磁束密度(Br)および保磁力(iHc)により優れた最大エネルギー積((BH)max)がさらに良好である磁石合金を提供することが課題としてあった。
【0008】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、R−Fe−B系の磁石合金において、熱間塑性加工性により一層優れていると共に、残留磁束密度(Br)がより大きな値を有し、保磁力(iHc)も良好な値を有し、最大エネルギー積((BH)max)のより一層優れた磁石合金を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
R−Fe−B系の磁石合金において、先に、Rの一部をCeに特定することによって熱間変形能の優れた磁石合金を得ることができることを見い出したが、さらに、Nd:27.0〜29.5重量%、Ce:0.5〜2.0重量%、Nd+Ce:30重量%未満とした場合において、Ceには変形能を高める(割れを発生しにくくする)作用を有することに加えて、変形抵抗を下げる(熱間塑性加工時間を短くする)作用を有することを見い出し、さらには、このような低Nd+Ce含有量(すなわち、30重量%未満)において保磁力(iHc)をかなり向上させる作用があることを見い出した。
【0010】
さらにまた、Ga含有量およびB含有量についても熱間塑性加工性および磁気特性の両方に及ぼす影響を検討することによって好ましい組成範囲の磁石合金を見い出した。
【0011】
すなわち、本発明による熱間塑性加工性および磁気特性に優れた磁石合金は、請求項1に記載しているように、Nd−Ce−T−Ga−Bの成分系を有し、Nd:27.0〜29.5重量%、Ce:0.5〜2.0重量%、Nd+Ce:30重量%未満、Nd、Ceを除くその他の希土類金属が1.0重量%以下、Ga:0.2〜1.0重量%、B:0.82〜0.96重量%、Tは鉄族遷移金属の1種または2種以上で残部が不可避的不純物であるものとしたことを特徴としている。
【0012】
同じく、本発明に係わる熱間塑性加工性および磁気特性に優れた磁石合金の実施態様においては,請求項2に記載しているように、請求項1に係る磁石合金を溶製し、この合金溶湯を急冷することによって薄帯としたのちこの薄帯を破砕して粉末を得、該粉末を冷間でプレス成形し、ホットプレスを行い、このホットプレス成形体に対し、熱間押出し加工を行うことによって結晶方位をそろえた磁石素材とすることができる。
【0013】
【発明の作用】
本発明による熱間塑性加工性および磁気特性に優れた磁石合金の成分組成(重量%)の限定理由は次のとおりである。
【0014】
Nd:27.0〜29.5%
Nd含有量が少ないと保磁力(iHc)が低下するので、27.0%以上、より好ましくは28.0%以上とすることが必要であるが、Nd含有量が多いと残留磁束密度(Br)が低下するので、29.5%以下、より好ましくは29.0%以下とすることが必要である。
【0015】
Ce:0.5〜2.0重量%
Ce含有量が少ないとNd+Ce含有量が30%未満の低(Nd+Ce)領域において熱間塑性加工性の向上作用が小さく、例えば熱間押出し加工に要する時間が長くなると共に、保磁力(iHc)の向上作用も小さくなるので、このような低(Nd+Ce)領域において熱間塑性加工性および保磁力(iHc)を良好なものにするためには、0.5%以上とする。
【0016】
しかし、Ce含有量が多くなると、保磁力(iHc)や残留磁束密度(Br)が低下する傾向となるので、2.0%以下、望ましくは1.5%以下とする。
【0017】
Nd+Ce:30%未満
Nd+Ce量が多いと残留磁束密度(Br)が大きく低下するので、Nd+Ce量を30%未満、場合によって29.5%以下、ないしは29.0%以下とすることによって残留磁束密度(Br)がかなり向上するものとし、最大エネルギー積((BH)max)のさらに優れた磁石合金が得られるようにする。
【0018】
Ga:0.2〜1.0%
Gaはこの種の磁石合金の保磁力(iHc)および残留磁束密度(Br)を向上させる作用を有するが、このGa含有量が少ないと保磁力(iHc)および残留磁束密度(Br)が低下するので、0.2%以上とするのが良いが、多すぎると残留磁束密度(Br)が低下することとなるので、1.0%以下、より望ましくは0.8%以下とするのが良い。
【0019】
B:0.82〜0.96%
Bはこの種の磁石合金の保磁力(iHc)および残留磁束密度(Br)を向上させる作用を有するが、このB含有量が少ないと保磁力(iHc)および残留磁束密度(Br)の向上作用が小さいので0.82%以上、望ましくは0.84%以上とするのが良いが、多すぎると残留磁束密度(Br)を逆に低下させる傾向になると共に、変形抵抗を急激に増大させて例えば熱間押出し加工の際の加工時間を多く必要とすることになるので、0.96%以下とするのが良い。
【0020】
そして、他のPr,Dy等の希土類金属は1.0%以下とする。
【0021】
このような成分組成の磁石合金とすることによって、熱間塑性加工の際の変形能を良好なものとすることが可能であって加工中にクラック等の不具合が発生するのを防止することが可能であると共に変形抵抗を小さなものとすることが可能であって塑性加工時間を短かくすることが可能であり、加えて、磁束密度(Br)が13.0kG以上、保磁力(iHc)が12.0kOe以上の磁気特性に優れたラジアル異方性高ネルギー積磁石合金が得られることとなる。
【0022】
【実施例】
(実施例1)Nd:26〜29重量%、Ce:0〜3重量%、Fe:残部、Co:6重量%、Ga:0.6重量%、B:0.9重量%の組成からなる合金を溶製し、この合金溶湯を単ロール法にて超急冷することによって薄帯としたのちこの薄帯を破砕して粉末を得た。
【0023】
なお、この粉末は、不純物として、Pr:0.2重量%、C:0.02重量%、Si:0.15重量%、Al:0.11重量%を含有していた。
【0024】
次いで、上記粉末を冷間でプレス成形した後、Arガス雰囲気中において温度800℃でホットプレスを行った。
【0025】
続いて、このホットプレス成形体に対し、温度820℃で熱間押出し加工を行うことによって結晶方位をそろえたカップ状の磁石素材にした。
【0026】
次いで、このカップ状磁石素材の外壁から試料を切り出してラジアル方向の磁気特性を調査した。
【0027】
また、熱間での変形抵抗の評価として、ある深さのカップ形状となるまでの所要加工時間を計測した。
【0028】
これらの特性評価結果を図1ないし図3に示す。
【0029】
図1ないし図3に示すように、R(Nd)+Ce含有量が30重量%を超えると磁気特性のうち残留磁束密度(Br)がかなり低下し、Ce含有量が少ないとR(Nd)+Ce含有量が30%未満の領域において保磁力(iHc)の向上作用がかなり小さく、Ce含有量が多いとR(Nd)+Ce含有量が30%未満の領域であっても押出し時間がR(Nd)+Ce含有量が30%以上の領域と同様に短かくなって熱間塑性加工性には優れたものになっているものの、保磁力(iHc)や残留磁束密度(Br)などの磁気特性が低下する傾向となることが認められた。
【0030】
(実施例2)Nd:28重量%、Ce:1重量%、Fe:残部、Co:6重量%、Ga:0.6重量%、B:0.8〜1.0重量%の組成からなる合金を溶製し、この合金溶湯を単ロール法にて超急冷することによって薄帯を得たのちこの薄帯を破砕して粉末を得た。
【0031】
なお、この粉末は、不純物として、Pr:0.2重量%、C:0.02重量%、Si:0.15重量%、Al:0.11重量%を含有していた。
【0032】
次いで、上記粉末を冷間でプレス成形した後、Arガス雰囲気中において温度800℃でホットプレスを行った。
【0033】
続いて、このホットプレス成形体に対し、温度820℃で熱間押出し加工を行うことによって結晶方位をそろえたカップ状の磁石素材にした。
【0034】
次いで、このカップ状磁石素材の外壁から試料を切り出してラジアル方向の磁気特性を調査した。
【0035】
また、熱間での変形抵抗の評価として、ある深さのカップ形状となるまでの所要加工時間を計測した。
【0036】
これらの特性評価結果を図4ないし図6に示す。
【0037】
図4ないし図6に示すように、B含有量が多くなるにしたがって残留磁束密度(Br)および保磁力(iHc)が向上するが、B含有量が多くなると押出し時間が長くなって熱間塑性加工性が低下すると共に、残留磁束密度(Br)も低下することが認められた。
【0038】
(実施例3)Nd:28重量%、Ce:1重量%、Fe:残部、Co:6重量%、Ga:0〜1.0重量%、B:0.92重量%の組成からなる合金を溶製し、この合金溶湯を単ロール法にて超急冷することによって薄帯としたのちこの薄帯を破砕して粉末を得た。
【0039】
なお、この粉末は、不純物として、Pr:0.2重量%、C:0.02重量%、Si:0.15重量%、Al:0.11重量%を含有していた。
【0040】
次いで、上記粉末を冷間でプレス成形した後、Arガス雰囲気中において温度800℃でホットプレスを行った。
【0041】
続いて、このホットプレス成形体に対し、温度820℃で熱間押出し加工を行うことによって結晶方位をそろえたカップ状の磁石素材にした。
【0042】
次いで、このカップ状磁石素材の外壁から試料を切り出してラジアル方向の磁気特性を調査した。
【0043】
また、熱間での変形抵抗の評価として、ある深さのカップ形状となるまでの所要加工時間を計測した。
【0044】
これらの特性評価結果を図7ないし図9に示す。
【0045】
図7ないし図9に示すように、Ga含有量が多くなると残留磁束密度(Br)および保磁力(iHc)が向上してくるが、Ga含有量が多くなりすぎると残留磁束密度(Br)が低下することが認められた。
【0046】
【発明の効果】
本発明による磁石合金は、請求項1に記載しているように、Nd−Ce−T−Ga−Bの成分系を有し、Nd:27.0〜29.5重量%、Ce:0.5〜2.0重量%、Nd+Ce:30重量%未満、Nd、Ceを除くその他の希土類金属が1.0重量%以下、Ga:0.2〜1.0重量%、B:0.82〜0.96重量%、Tは鉄族遷移金属の1種または2種以上で残部が不可避的不純物であるものとしたから、熱間塑性加工性に優れ、所要形状を熱間塑性加工によって得るに際して良好な変形能を有していることからクラック等の不具合を生じがたくすることが可能であると共に変形抵抗が小さいことから塑性加工時間をより短かくすることが可能であり、また、残留磁束密度(Br)がより大きな値を有し、保磁力(iHc)も良好な値を有していて、最大エネルギー積((BH)max)の優れた磁石合金を提供することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【0047】
そして、熱間塑性加工に優れ、保磁力(iHc)および残留磁束密度(Br)が大であって磁気特性にも優れた磁石合金を提供することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【0048】
また、請求項2に記載しているように、熱間塑性加工は熱間押出し加工であるものとすることによって、熱間押出し加工の際にクラック等の不具合を生じがたいと共に熱間押出し加工時間を短縮することが可能であり、熱間押出し加工によって磁気特性の優れたラジアル異方性磁石を得ることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1において、Co:6重量%、Ga:0.6重量%、B:0.9重量%と一定にし、Nd:26〜29重量%、Ce:0〜3重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のNd+Ce含有量およびCe含有量による残留磁束密度(Br)への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図2】本発明の実施例1において、Co:6重量%、Ga:0.6重量%、B:0.9重量%と一定にし、Nd:26〜29重量%、Ce:0〜3重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のNd+Ce含有量およびCe含有量による保磁力(iHc)への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図3】本発明の実施例1において、Co:6重量%、Ga:0.6重量%、B:0.9重量%と一定にし、Nd:26〜29重量%、Ce:0〜3重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のNd+Ce含有量およびCe含有量による熱間押出し時間への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図4】本発明の実施例2において、Nd:28重量%、Ce:1重量%、Co:6重量%、Ga:0.6重量%と一定にし、B:0.8〜1.0重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のB含有量による残留磁束密度(Br)への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図5】本発明の実施例2において、Nd:28重量%、Ce:1重量%、Co:6重量%、Ga:0.6重量%と一定にし、B:0.8〜1.0重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のB含有量による保磁力(iHc)への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図6】本発明の実施例2において、Nd:28重量%、Ce:1重量%、Co:6重量%、Ga:0.6重量%と一定にし、B:0.8〜1.0重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のB含有量による熱間押出し時間への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図7】本発明の実施例3において、Nd:28重量%、Ce:1重量%、Co:6重量%、B:0.92重量%と一定にし、Ga:0〜1.0重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のGa含有量による残留磁束密度(Br)への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図8】本発明の実施例3において、Nd:28重量%、Ce:1重量%、Co:6重量%、B:0.92重量%と一定にし、Ga:0〜1.0重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のGa含有量による保磁力(iHc)への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図9】本発明の実施例3において、Nd:28重量%、Ce:1重量%、Co:6重量%、B:0.92重量%と一定にし、Ga:0〜1.0重量%と変化させ、Fe:残部とした磁石合金を熱間押出し加工により成形した際のGa含有量による熱間押出し時間への影響を調べた結果を例示するグラフである。
Claims (2)
- Nd−Ce−T−Ga−Bの成分系を有し、Nd:27.0〜29.5重量%、Ce:0.5〜2.0重量%、Nd+Ce:30重量%未満、Nd、Ceを除くその他の希土類金属が1.0重量%以下、Ga:0.2〜1.0重量%、B:0.82〜0.96重量%、Tは鉄族遷移金属の1種または2種以上で残部が不可避的不純物であることを特徴とする熱間塑性加工性および磁気特性に優れた磁石合金。
- 請求項1に係る磁石合金を溶製し、この合金溶湯を急冷することによって薄帯としたのちこの薄帯を破砕して粉末を得、該粉末を冷間でプレス成形し、ホットプレスを行い、このホットプレス成形体に対し、熱間押出し加工を行うことによって結晶方位をそろえた磁石素材。
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