JP4680357B2

JP4680357B2 - 希土類永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JP4680357B2
Application number: JP2000272760A
Authority: JP
Inventors: 悦夫大槻; 謙治小西; 貞晃中松
Original assignee: Santoku Corp
Current assignee: Santoku Corp
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: JP2002083728A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結法によるＳｍ−Ｃｏ系２−１７型希土類永久磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓｍ−Ｃｏ系２−１７型焼結希土類永久磁石は、Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒを必須成分とする。この焼結希土類永久磁石は、該成分元素を所定量配合して真空又は不活性ガス雰囲気で溶解して鋳型に鋳込みして得られた合金鋳塊を、所定粒度まで粉砕し、該粉末を磁界印加下に加圧成形した後、得られた成形体を真空又は不活性ガス雰囲気下で液相を出現させる焼結を行ない、更に成分相を１−７型不規則構造高温相の単相にする焼結をした後、溶体化処理及び時効熱処理を行なうことにより製造されている。
前記焼結及び溶体化処理によって得られる合金は、保磁力が１ｋＯｅ以下の軟磁性を示す。しかし、時効熱処理を行なうことにより、Ｃｕが濃縮した１−５相が網目上に析出してなるセル構造が、２−１７母相に形成されて保磁力が増大し永久磁石持性が発現する。従って、従来においては、焼結及び溶体化処理以降の工程における組織変化に注目して磁石特性の改善がなされており、現在では(ＢＨ)max＝３０ＭＧＯｅの高エネルギー積磁石が生産されようになっている。
ところで、近年、磁石を用いた機器の小型化、省エネルギー化の要求が益々厳しくなっており、さらに高エネルギー積あるいは高保磁力を有するＳｍ−Ｃｏ系永久磁石の開発が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高エネルギー積及び高保磁力を安定に発現できる希土類永久磁石を、容易に得ることができる希土類永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。まず、Ｓｍ−Ｃｏ系２−１７型焼結希土類永久磁石の製造過程における各合金組織を、光学顕微鏡レベルから透過型電子顕微鏡レベルまで調べ、磁石特性と合金組織との関係を探求した。その結果、溶解合金組織に存在するＺｒリッチ相(成分組成分析ではＳｍＣｏ₃相またはＳｍ₂Ｃｏ₇相に近い)が最終工程の時効処理後でも存在し、結果的に２−１７母相のＺｒ含有量の不足にともなう保磁力低下をきたしていることが判った。そこで、高保磁力を有する希土類永久磁石を得るために、凝固合金組織中、あるいは焼結後、溶体化処理前の合金組織中にＺｒリッチ相が出現しない方法について検討し、各種溶解鋳造法を試みた。その結果、合金溶湯をある冷却速度以上の範囲で鋳造することによりＺｒリッチ相の出現が抑制され、さらに冷却速度が速すぎると結晶粒が微細化しすぎて磁場成形時の結晶配向が不十分となり残留磁化を劣化させることをがわかった。そこで、このような条件を容易に満たすことが可能な方法として、溶湯を一定の速度で冷却することができ、しかも効率良く連続的な生産が可能なストリップキャスト法による条件を見出した。
更に、ストリップキャスト法により得られた合金粉末成形体の焼結実験を試み、その焼結挙動及び組織挙動を観察した。その結果、従来の液相を出現させる焼結から溶体化処理までの工程において、液相を出現させる焼結過程における組織粗大化が、得られる磁石の保磁力及び角型性の低減要因になっていることを突き止めた。そして、焼結緻密化を固相焼結によって行なうことにより、２−１７単相組織が得られ、高保磁力及び角型性の改善が可能であることを見出し本発明を完成した。
【０００５】
すなわち本発明によれば、Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒを含む焼結型Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系希土類永久磁石原料用の合金溶湯を、周速０．１〜２０ｍ／秒で回転する冷却ロールに傾注し、連続的に厚さ１ｍｍ以下に凝固させた薄帯を、粉砕し、磁場成形した後、合金の液相出現温度より３〜２０℃低い温度で焼結し、時効熱処理する工程を含むことを特徴とする希土類永久磁石の製造方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の製造方法は、焼結型Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系希土類永久磁石原料用の合金溶湯を、特定条件下に凝固させて薄帯を得、該薄体を粉砕し、磁場成形した後、液相出現温度より３〜２０℃低い温度で焼結し、時効熱処理する工程を含み、本発明の目的を損なわない範囲で、通常の永久磁石の製造において行なわれるその他の工程を含んでいても良い。
本発明の製造方法により得られる希土類永久磁石は、Ｓｍ−Ｃｏ系２−１７型希土類永久磁石であって、Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒを必須成分として含有する。
【０００７】
本発明の製造方法において、原料となる薄帯は、Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒを含む焼結型Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系希土類永久磁石原料用の合金溶湯を、周速０．１〜２０ｍ／秒で回転する冷却ロールに傾注し、連続的に厚さ１ｍｍ以下、好ましくは０．０１〜１．０ｍｍに凝固させて得られた薄帯を用いる。薄帯の厚さが１．０ｍｍを超えると、フリーサーフェース面(冷却ロールに接触しない側)で冷却速度低下に起囚するＺr量の増大が生じる。
合金溶湯の組成は、Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒを含み、焼結型Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系が得られるものであれば、特に限定されず、公知の組成等を参照して適宜決定することができる。
【０００８】
合金溶湯の冷却は、周速０．１〜２０ｍ／秒で回転する冷却ロールに傾注し、連続的に上記厚さとなるように行なう、特定条件のストリップキャスト法を採用する。この際、Ｃｕ鋳型への鋳造法により、厚い鋳型壁を用いて薄い鋳塊を製造する方法も考えられるが、効率が悪く、しかも特定な冷却条件を保持することが困難であるため、本発明の方法により得られる永久磁石と同様な永久磁石は得られ難い。
合金溶湯を回転する冷却ロールに傾注する場合、冷却条件を一定にし、ロールへの供給量を一定にするために、例えば、タンディッシュ又はノズル等を介して冷却ロールに傾注することが好ましい。この際、冷却ロールの材質は熱伝導度の高い金属であればよく、Ｃｕ、Ｍｏ等が最適である。
【０００９】
本発明の製造方法において、上記合金薄帯を粉砕するには、公知の方法で良く、例えば、機械的な粗粉砕及びジェットミル等を用いた微粉砕等により行なうことができる。粉砕して得られる粉末の平均粒径は、特に限定されないが、通常、平均粒径１〜５μｍ程度とすることができる。
また、磁場成形は、所望の磁界印加による粉末配向及び加圧成形を行なう公知の方法に基づき実施でき、その条件等は適宜決定することができる。
【００１０】
本発明の製造方法において、焼結は、液相出現温度より３〜２０℃低い温度で焼結(固相焼結)し、溶体化処理を行なう。このような焼結を行なうことにより、合金組織が均一化し、磁気特性が全体的に向上して、例えば、(ＢＨ)max＞３２ＭＧＯｅを示す永久磁石を安定的に得ることもできる。
【００１１】
本発明の製造方法において、時効熱処理は、上記焼結による溶体化処理合金の組成等を勘案して、通常の条件等から適宜選択して行なうことができる。例えば、８００〜９００℃において、１〜１０時間程度の範囲から適宜選択することができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の希土類永久磁石の製造方法は、特に、特定の条件下において合金溶湯を冷却させて特定厚さに凝固させた薄帯を、粉砕し、磁場成形した後、焼結し、時効熱処理する工程を含むので、高エネルギー積及び高保磁力を安定に発現できる希土類永久磁石を、容易に得ることができる。更に、焼結温度を、磁場成形した合金の液相出現温度以下とすることにより、より優れた高エネルギー積及び高保磁力を有する希土類永久磁石を得ることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが本発明はこれらに限定されない。
参考例
Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒ原料金属を所定組成に秤量し、減圧アルゴン雰囲気下１４５０℃に溶解した。得られた合金溶湯を、周速１．５ｍ／秒で回転するＣｕ製ロールにタンディッシュを介して傾注し、平均厚さ０．３ｍｍの薄片を連続的に調製した。得られた合金薄帯の組成は、Ｓｍ２４質量％、Ｆｅ１４．５質量％、Ｃｕ４．６質量％、Ｚｒ２．９質量％及びＣｏ残量であった。
次いで、得られた合金薄帯を、解砕、アトライター粉砕して平均粒径４．５μｍの粉未を得た。この微粉末を磁界１５ｋＯｅに印加しながら圧力１．２トン／ｃｍ²で成形し、直径１．２ｃｍ、高さ１．５ｃｍの粉末成形体を得た。次に、成形体を真空中１２２０℃まで加熱後、アルゴンを導入し６００torr減圧下に１時間保持して焼結した。続いて、１１８０℃で５時間溶体化処理後急冷した。得られた焼結体をアルゴン雰囲気中８５０℃で５時間保持した後、徐冷して時効熱処理を加え、永久磁石サンプルを得た。サンプルの密度、残留磁化(Ｂｒ)、保磁力(Ｈｃｊ)、エネルギー積((ＢＨ)max)及び着磁性([Ｂｒ(２５ｋＯｅ着磁)／Ｂｒ(６０ｋＯｅ着磁)]×１００)を常法に従い測定した。結果を表１に示す。
【００１４】
比較例１
合金薄帯の代わりに、参考例と同様な合金溶湯を、水冷Ｃｕ鋳型に鋳込み厚さ５０ｍｍの鋳片を用いた以外は、参考例と同様に永久磁石サンプルを調製し、各特性を測定した。結果を表１に示す。なお、得られた鋳片の組成は、参考例と同様であった。
【００１５】
【表１】

【００１６】
実施例２
成形体を真空中１２２０℃まで加熱後、アルゴンを導入し６００torr減圧下に１時間保持して行なった焼結を、成形体を真空中１１９０℃まで加熱後、アルゴンを導入し６００torr減圧下に５時間保持して行なう焼結に代えた以外は、参考例と同様に永久磁石サンプルを調製し、各特性を測定した。結果を表２に示す。なお、成形体の合金組成の液相出現温度は１２００〜１２１０℃であった。
【００１７】
比較例２
合金薄帯の代わりに、比較例１で調製した鋳片を用いた以外は、実施例２と同様に永久磁石サンプルを調製し、各特性を測定した。結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】

【００１９】
表２の結果より、実施例２における焼結温度１１９０℃は、この合金組成の液相出現温度(１２００〜１２１０℃)以下であり、従って固相焼結に相当するが、残留磁化を高い値に維持しながら高保磁力が達成できることが判る。また着磁性も改善されており、最大エネルギー積も向上していることから、減磁曲線の角型性も改善されていることが予想できる。
【００２０】
実施例３
Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒ原料金属を所定組成に秤量し、減圧アルゴン雰囲気下１４５０℃に溶解した。得られた合金溶湯を、表３に示す周速のＣｕ製ロールにタンディッシュを介して傾注し、平均厚さ０．３ｍｍの各種薄片を連続的に調製した。得られた各薄片の合金組成は、分析誤差の範囲内で参考例と同様であった。得られた各薄片を、実施例２で調製した薄片の代わりに用いた以外は、実施例２と同様に各種永久磁石サンプルを調製した。得られた各種永久磁石サンプルの残留磁化(Ｂｒ)及び保磁力(Ｈｃｊ)を常法により測定した。結果を表３に示す。
【００２１】
比較例３
薄片を調製する際のＣｕ製ロールの周速を、表３に示すとおり代えた以外は、実施例３と同様に永久磁石サンプルを調製し、各特性を測定した。結果を表３に示す。
【００２２】
【表３】

【００２３】
表３の結果より、残留磁化Ｂｒはストリップキャストのロール周速が高速の範囲で低下することが判る。これは主に薄帯の組織微細化に伴い磁場プレス工程での結晶配向度の低下に起因すると予想される。一方、保磁力Ｈｃｊはロール周速が低速域で低下することが判る。以上のことからロール周速に最適領域があることが判る。
【００２４】
実施例４
Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒ原料金属を所定組成に秤量し、減圧アルゴン雰囲気下１４５０℃に溶解した。得られた合金溶湯を、周速５ｍ／秒のＣｕ製ロールにタンディッシュを介して傾注し、表４に示す平均厚さの各種薄片を連続的に調製した。得られた各薄片の合金組成は、分析誤差の範囲内で参考例と同様であった。得られた各薄片を、実施例２で調製した薄片の代わりに用いた以外は、実施例２と同様に各種永久磁石サンプルを調製した。得られた各種永久磁石サンプルの角型性((Ｈｋ／Ｈｃｊ)×１００％)を測定した。結果を表４に示す。
【００２５】
比較例４
薄片の平均厚さを表４に示すとおり代えた以外は、実施例４と同様に永久磁石サンプルを調製し、角型性を測定した。結果を表４に示す。
【００２６】
【表４】

【００２７】
表４の結果より、薄片が一定範囲より厚くなると薄片内のロール面からフリーサーフェースに向かって組織ばらつきが大きくなり、その結果、焼結体組織のばらつきに反映され角型性が低下すると推定される。

Claims

Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｒを含む焼結型Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系希土類永久磁石原料用の合金溶湯を、周速０．１〜２０ｍ／秒で回転する冷却ロールに傾注し、連続的に厚さ１ｍｍ以下に凝固させた薄帯を、粉砕し、磁場成形した後、合金の液相出現温度より３〜２０℃低い温度で焼結し、時効熱処理する工程を含むことを特徴とする希土類永久磁石の製造方法。