JP5105038B2 - 粉末永久磁石材料の製造方法及び粉末永久磁石材料 - Google Patents
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Description
本発明は、新しい永久磁石材料として有用なコバルトと亜鉛をベースとした材料を提供する。
サマリウム・コバルト磁石やネオジウム・鉄・ボロン磁石などの希土類磁石は、高性能磁石としてコンピュータ周辺機器、民生用電子機器、計測・通信機器から自動車、医療機器まで幅広く使用されており、その生産量は年々増加している。また、フェライト磁石は、高性能なネオジウム・鉄・ボロン磁石に比べて磁気特性は劣るが、酸化物磁石であるため価格が安く、また化学的にも安定であり、画鋲磁石からモータ類まで最も幅広く大量に使用されている磁石である。また、アルニコ磁石がその温度特性の良さから計測器などに使用されている。上記の希土類磁石やフェライト磁石は固体の磁石（焼結磁石）としてだけではなく、磁石粉末をエポキシ樹脂などで結合したボンド磁石（プラスチック磁石）としても冷蔵庫のパッキンやモータ類に使用されており、軽量であり割れ欠けがないなどの特徴により、磁石全体に占めるボンド磁石の使用量の割合は年々増加している。
なお、永久磁石用の粉末の製造方法として、一般的には金属やセラミックの塊（バルク）を機械的に粉砕する物理的な方法がある。また、一部、希土類磁石では急冷凝固法により薄帯（リボン）を作製した後、粉砕するという方法もとられている（例えば特許文献１参照）。しかし、これらの機械的な粉砕方法では形状や粒度が揃った粉末を作製するのが難しく、特に球形の微粉末の製造は難しい。
また、ガスアトマイズ法などで球状の粉末を作製する（例えば特許文献２参照）ことが可能であるが、ガスアトマイズ法は金属を溶解した後ガスで急冷するため、工程が複雑で、また微粉末の製造には向かない。
特開平１０−３１７１１０号公報
特開２００５−０６４０９６号公報
なお、永久磁石用の粉末の製造方法として、一般的には金属やセラミックの塊（バルク）を機械的に粉砕する物理的な方法がある。また、一部、希土類磁石では急冷凝固法により薄帯（リボン）を作製した後、粉砕するという方法もとられている（例えば特許文献１参照）。しかし、これらの機械的な粉砕方法では形状や粒度が揃った粉末を作製するのが難しく、特に球形の微粉末の製造は難しい。
また、ガスアトマイズ法などで球状の粉末を作製する（例えば特許文献２参照）ことが可能であるが、ガスアトマイズ法は金属を溶解した後ガスで急冷するため、工程が複雑で、また微粉末の製造には向かない。
発明者は、現在広く使用されている希土類磁石やフェライト磁石などの永久磁石材料に関して、以下の問題点があることを知見した。
現在生産量が著しく増加している高性能なサマリウム・コバルト磁石やネオジウム・鉄・ボロン磁石などの希土類磁石は、サマリウムやネオジウムなどの希土類金属を主成分の一つとするため価格が高く、耐食性が悪い。また、フェライト磁石は、酸化物からなるため、耐食性はよいが、酸化物であるため遷移金属の量が少なく、そのため飽和磁化が小さいという欠点がある。
本発明は、従来の永久磁石材料とは異なる組成で、形状や粒度が揃った粉末磁石材料を、従来と異なる方法により製造する。すなわち、本発明は、コバルトと亜鉛をベースとした新しい粉末磁石材料を製造する。
現在生産量が著しく増加している高性能なサマリウム・コバルト磁石やネオジウム・鉄・ボロン磁石などの希土類磁石は、サマリウムやネオジウムなどの希土類金属を主成分の一つとするため価格が高く、耐食性が悪い。また、フェライト磁石は、酸化物からなるため、耐食性はよいが、酸化物であるため遷移金属の量が少なく、そのため飽和磁化が小さいという欠点がある。
本発明は、従来の永久磁石材料とは異なる組成で、形状や粒度が揃った粉末磁石材料を、従来と異なる方法により製造する。すなわち、本発明は、コバルトと亜鉛をベースとした新しい粉末磁石材料を製造する。
発明者は、希土類金属を含まない新しい合金の永久磁石化について鋭意検討した結果、コバルト粉末が化学還元法で製造できることを見いだした。さらに、永久磁石として必須の保磁力が亜鉛を添加して同時に化学還元することにより生じることを見出した。
これらの合金粉末は金属であり、高い飽和磁化を有し、そのまま永久磁石として使用可能な磁気特性を示す。また、化学還元法により作製したコバルト亜鉛合金粉末は樹脂などで結合することによりボンド磁石としても使用できる。
これらの合金粉末は金属であり、高い飽和磁化を有し、そのまま永久磁石として使用可能な磁気特性を示す。また、化学還元法により作製したコバルト亜鉛合金粉末は樹脂などで結合することによりボンド磁石としても使用できる。
本発明の永久磁石材料は、化学還元法により作製したコバルト亜鉛合金粉末であり、形状や粒度が揃っており、形状の自由度が大きく、また比較的安価に得られる。
本発明を実施するための最良の形態を以下に説明する。
まず、化学還元法によるコバルト亜鉛合金粉末の製造例として、塩化コバルト６水和物と硫酸亜鉛7水和物を原料とし、ホスフィン酸塩として次亜リン酸ナトリウムを還元剤に用いた場合を示す。塩化コバルト６水和物に錯化剤としてのクエン酸３ナトリウム２水和物を加えた溶液を攪拌しながら、次亜リン酸ナトリウムを添加することにより、試料を作製した。なお、溶液のpHはホウ酸と水酸化ナトリウムで調整した。また、溶液の温度は90℃に加熱した。
得られた試料の外観を走査型電子顕微鏡(SEM)で調べた。その結果を図1に示す。化学還元法で作製したコバルト亜鉛合金粉末の粒径はｐＨ濃度を変化させても大きく変化せず約１μmであることが、またその形状は球状であることがわかった。また、コバルトは磁性材料であるが、亜鉛は非磁性であるため、亜鉛を多く含むコバルト亜鉛合金は高い磁化を示さない。そこで、コバルト亜鉛合金粉末の亜鉛量は25％以下の範囲で変化させたが、この範囲では亜鉛量によらず球状の粉末が得られることがわかった。なお、磁気特性は主にコバルト量に依存し、亜鉛量の増加とともに飽和磁化が減少することがわかった。実用的な磁気特性が得られる範囲としてコバルト亜鉛合金粉末の亜鉛量は25％以下とした。
次に、化学還元法で作製したコバルト亜鉛合金粉末（亜鉛量４ｗｔ％）の試料の磁気ヒステリシス曲線を図２に示す。横軸は合金に印加した磁界を、縦軸は合金に生じた磁化を表す。なお、飽和磁化は最大の磁化の値、保磁力は磁化がゼロになった時の磁界、すなわちヒステリシス曲線と横軸との交点の値である。図２に示すように、化学還元法で作製したコバルト亜鉛合金粉末の飽和磁化は125emu/gと大きく、有望な磁性材料であること、また永久磁石として重要な保磁力も1.6ｋOeとアルニコ磁石よりも高い保磁力を示すことがわかった。
なお、化学還元法で作製したコバルト亜鉛合金粉末の組成を分析したところ、この試料はリンを5-8wt%含むことがわかった。これは還元剤として次亜リン酸ナトリウムを用いたためである。化学還元法で作製した粉末は用いた還元剤によりリンやボロンなどを数％含むのが一般的である。
次に、化学還元法によるコバルト亜鉛合金粉末の製造例として、硫酸コバルト７水和物と硫酸亜鉛７水和物を原料とし、次亜リン酸ナトリウムを還元剤に用いた場合を示す。硫酸コバルト7水和物に錯化剤としてはクエン酸３ナトリウム２水和物を加えた溶液を攪拌しながら、次亜リン酸ナトリウムを添加することにより、試料を作製した。なお、溶液のpHはホウ酸と水酸化ナトリウムで調整した。また、溶液の温度は90℃に加熱した。
得られたコバルト亜鉛合金粉末の粒径や磁気特性は原料に塩化コバルト６水和物を用いた場合とほぼ同様に球状の粉末が得られることが、また得られたコバルト亜鉛合金粉末の磁気特性も高い保磁力を有することがわかった。
ホスフィン酸塩では原料に依らず球状で保磁力を有する粉末が化学還元法で得られることがわかったので、次にテトラヒドロホウ酸塩を用いた化学還元について例を示す。ここでは、硫酸コバルト７水和物と硫酸亜鉛７水和物を原料とし、テトラヒドロホウ酸塩として水素化ホウ素ナトリウムを還元剤に用いた場合を示す。化学還元は、硫酸コバルト7水和物に硫酸亜鉛7水和物を加えた溶液を攪拌しながら、還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加することにより行い、試料を作製した。なお、反応液のpHは塩酸と水酸化ナトリウムで調整した。また、反応液の温度は室温とした。
得られた試料の外観を走査型電子顕微鏡(SEM)で調べた。その結果を図３に示す。なお、比較のため図1と同じ倍率で撮影した写真を示す。テトラヒドロホウ酸塩を用いた化学還元法で作製したコバルト亜鉛合金粉末の粒径はホスフィン酸塩を用いた場合よりも、非常に微細であり、その粒径はその拡大写真より約0.1μmであることがわかった。
しかし、テトラヒドロホウ酸塩を用いた化学還元法で作製したコバルト亜鉛合金粉末の飽和磁化は120emu/gと大きく、また永久磁石として重要な保磁力も1.5ｋOeとほぼホスフィン酸塩を用いた場合と同様であることがわかった。
なお、化学還元法で作製したコバルト亜鉛合金粉末の組成を分析したところ，この試料はボロンを5-8wt%含むことがわかった。これは還元剤としてテトラヒドロホウ酸塩を用いたためである。このように化学還元法で作製した粉末は用いた還元剤によりリンやボロンなどを数％含むことがわかった。
この発明の永久磁石材料は、コンピュータ周辺機器、民生用電子機器、計測・通信機器から自動車、医療機器まで幅広く利用可能である。
Claims (5)
- コバルト塩水溶液と亜鉛塩水溶液の混合液に還元剤水溶液を混合して、コバルトイオンと亜鉛イオンを同時に還元することにより、形状が球形で、平均粒径が0.1-2.0μｍのコバルト亜鉛合金粉末からなる永久磁石材料を得ることを特徴とする粉末永久磁石材料の製造方法。
- 前記還元剤水溶液に含まれる還元剤が、ホスフィン酸塩であることを特徴とする請求項１に記載の粉末永久磁石材料の製造方法。
- 前記還元剤水溶液に含まれる還元剤が、テトラヒドロホウ酸塩であることを特徴とする請求項１に記載の粉末永久磁石材料の製造方法。
- 請求項１ないし３のいずれかに記載の方法により製造された粉末永久磁石材料であって、形状が球形であり、平均粒径が0.1-2.0μｍであることを特徴とする粉末永久磁石材料。
- 組成が、Co1-mZnmX で表現される請求項４に記載の粉末永久磁石材料(ただし、Xは還元剤から来るPまたはB、組成比率は0＜ｍ≦25原子％である。)。
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