JPH01127606A

JPH01127606A - 永久磁石材料用原料粉末の製造方法

Info

Publication number: JPH01127606A
Application number: JP62284483A
Authority: JP
Inventors: Akira Makita; 槙田　顕; Masato Sagawa; 佐川　真人; Satoru Hirozawa; 哲広沢
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1987-11-11
Publication date: 1989-05-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の原料用粉末
を製造する方法に係り、特に、取扱いが安全であり、か
つ大気中でのプレス成形が可能で安定したＦｅ−Ｂ−Ｒ
系永久磁石材料用原料粉末の製造方法に関する。

背景技術出願人は先に、高価なＳｍやＣｏを含有しない新しい高
性能永久磁石としてＦｅ−Ｂ−Ｒ系（ＲはＹを含む希土
類元素のうち少なくとも１種）永久磁石を提案した（特
開昭５９−４６００８号、特開昭５９−６４７３３号、
特開昭５９−８９４０１号、特開昭５９−１３２１０４
号）。

この永久磁石は、ＲとしてＮｄやＰｒを中心とする資源
的に豊富な軽希土類を用い、Ｆｅを主成分として２０Ｍ
ＧＯｅ以上の極めて高いエネルギー積を有するすぐれた
永久磁石である。

上記の新規なＦｅ−Ｂ−Ｒ系（ＲはＹを含む希土類元素
のうち少なくとも１種）永久磁石は、例えば、■出発原
料を高周波溶解し、その接水冷鋼鋳型に鋳造する、■鋳
塊を粗粉砕し、さらに微細粉となす、■磁界中配向して
、成形し、■焼結、時効処理を施す工程により製造され
る。

上記の如く、この永久磁石用合金粉末は、所要組成の鋳
塊を機械的粗粉砕及び微粉砕を行なって得られるが、Ｆ
ｅ−Ｂ−Ｒ系系磁石用合金は非常に粉砕し難く、粗粉砕
粉は偏平状になりゃすく、粉砕機の負荷が高く摩耗しゃ
すい上、次工程の微粉砕工程で必要な３５メツシユスル
ー粉末を量産的に得ることは困難であり、また、粗粉砕
粉末の歩留及び粉砕能率が悪い等の問題があった。

そこで、出願人は先に、特定組成のＦｅ−Ｂ−Ｒ系合金
鋳塊を破断して金属面を露出させたのち、この破断塊を
密閉容器内に収容し、特定圧力のＨ２ガスを吸蔵させ、
自然崩壊による合金粉となし、脱水素処理後、微細なり
ラックを有する粗粉砕粉をボールミルにて微粉砕して原
料粉末を得る方法を提案（特開昭６０−６３３０４号公
報、特開昭６０−１１９７０１号公報）した。

上記製造方法において、微粉砕はボールミル、アトライ
ター等の湿式粉砕にて行なわれるが、通常アトライター
等の密閉容器内に有機溶媒とともに原料粉末が投入、微
粉砕され、得られた微粉砕粉には、有機溶媒によりＣｌ
Ｏ２が含有され、また、ボールの摩耗による異物の混入
等の問題を生じるため、最近では、乾式粉砕法へと移行
しつつある。

しかし、乾式粉砕のジェットミルによる微粉砕粉は、そ
の表面が非常に活性化するため、粉砕機から取り出す際
あるいは大気中でプレス成形する場合に酸化に伴なう発
火が懸念され、その取扱いが困難でかつプレス成形がで
きない問題があった。

この対策として、ジェットミル粉砕粉をプレス成形前に
、微量の０２含有雰囲気中で徐々に酸化させたり、ある
いは０２含有の有機溶剤中で、前記微粉末の安定化処理
を図るなどの手段が取られるが、前記方法では、微粉末
の安定化処理後の表面に強固な酸化被膜が形成され難く
、粉末安定化に難があり、製造コストが嵩むなどの間層
を有していた。

発明の目的この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする永久磁
石材料用原料粉末の製造において、粉末安定化の方法を
改善し、より安定した微粉末を得て、大気中でのプレス
成形を可能となし、プレス能率の向上、製品品質の低下
防止、並びにすぐれた磁石特性を有するＦｅ−Ｂ−Ｒ系
永久磁石材料用原料粉末の製造方法を目的としている。

発明の構成と効果この発明は、微粉砕後の大気中での発火防止、あるいは
大気中でのプレス成形が可能となると共に安定した磁石
特性を有する永久磁石材料原料粉末を得る方法について
種々検討した結果、前記した鋳塊を破砕した後Ｈ２を吸
蔵させ自然崩壊にて得た特定粒度の粗粉砕粉を、超音速
不活性ガス気流中にて微粉末に微粉砕し、直ちに、表面
に有機物被膜を被覆した微粉末は、粉砕機より取り出し
た際、あるいは大気中にてプレス成形するときの発火が
防止され、また被覆した有機物被膜が潤滑剤として作用
するため、安定したプレス成形が可能で、プレス能率が
向上、製品の磁石特性、形状、寸法的ばらつきが減少し
、製品歩留向上に多大の効果を有することを知見し、こ
の発明を完成したものである。

すなわち、この発明は、Ｒ（Ｒは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種からなる）１２原子％〜２０原子
％、Ｂ４４原子〜２０原子％、Ｆｅ６５原子％〜８１原子％、を主成分とする希土類磁石用合金粉末の製造方法におい
て、鋳塊を破砕した後、Ｈ２を吸蔵させ自然崩壊にて得た平
均粒度５００μｍ＝１０μｍの粗粉砕粉を、超音速不活
性ガス気流粉砕用粉砕室内に噴射し、平均粒度１．５μ
ｍ〜５μｍの微粉末に微粉砕し、直ちに、微粉末表面に
有機物被膜を被覆することを特徴とする永久磁石材料用
原料粉末の製造方法である。

上記の製造方法で得られる永久磁石材料は、平均結晶粒
径が１〜８０μｍの範囲にある正方晶系の結晶構造を有
する化合物を主相とし、体積比で１％〜５０％の非磁性
相（酸化物相を除く）を含むことを特徴とし、Ｒとして
ＮｄあるいはさらにＰｒを中心とする資源的に豊富な軽
希土類を主に用い、Ｆｅ、Ｂ、　Ｒを主成分とすること
により、２０ＭＧＯｅ以上の極めて高いエネルギー積並
びに、高残留磁束密度、高保磁力を有したＦｅ−Ｂ−Ｒ
系永久磁石材料を安価に得ることができる。

発明の好ましい実施態様この発明において、超音速不活性ガス中に含まれる０２
ガスは、微粉砕中の微粉末表面の酸化を防ぐために、５
００ｐμｍ以下であることが好ましく、さらに好ましい
上限値は５０ｐμｍ以下である。

また、この発明において、Ｈ２吸蔵、自然崩壊による粗
粉砕粉は、平均粒度が１０μｍ未満では、原料を大気中
で安全に取扱うことが困難であり、原料粉末の酸化によ
り磁石特性が劣化するため好ましくなく、平均粒度が５
００μｍを超えると、粉砕機の粉砕能率が著しく低下す
るため好ましくなく、粗粉砕粉の平均粒度は、１０μｍ
〜５００μｍとする。

この発明による微粉砕粉の平均粒度が、１．５μｍ未満
では、粉末の酸化度が大きくなるため、磁石特性の劣化
を生じ好ましくなく、また、５μｍを超えると、焼結後
得られた永久磁石の粒子径が大きくなり、容易に磁化反
転が起り、保磁力の低下を招来し好ましくないため、１
．５μｍ〜５μｍの平均粒度とする。

この発明において、微粉砕粉に直ちに被膜として用いる
有機物被覆剤は、微粉砕粉の表面全体を１００Å以下の
単分子膜で被覆する作用を持ったステアリン酸等の脂肪
酸が好ましい。

微粉砕粉への被膜の形成方法としては、有機溶媒中に前
記被覆剤を溶解し、微粉砕後の微粉砕粉を直ちに上記溶
媒中に常温で短時間浸漬し、その後に溶媒を蒸発させる
ことにより、表面に均一な被膜を有する乾燥した微粉砕
粉を得る浸漬被覆法が好ましい。乾燥方法としては、Ｎ
２ガス流気中に晒して乾燥する方法、ペンセルミキサー
による乾燥が好ましい。

浸漬被覆法に用いる有機溶媒としては、被覆剤を容易に
固溶し、揮発性のよいシクロヘキサン等が好ましい。

被覆剤の量は微粉砕粉の０．０１重量％未満では、微粉
砕粉の全表面を被覆することができず、粉末の酸化度が
大きくなるために好ましくなく、また１重量％を超える
と焼結後の永久磁石中に被覆剤が残留するため磁石特性
の劣化を生じ好ましくないため、０．０１重量％〜１重
量％とする。

また、この発明において、前記微粉砕粉を、所要形状、
寸法に磁場中成形する際の磁場条件は、７ｋＯｅ〜２０
ｋＯｅが好ましく、プレス条件は、０．５υｅｍ２〜８
υＣｍ２が好ましい。

また、焼結における温度条件は９００℃〜１２００℃が好ましく、さらに好ましくは、
１０００℃〜１１５０℃で、時間４よ３０分から８時間
が好ましい。焼結温度が９００℃未満で、は、焼結磁石
体として充分な強度が得られず、１２００℃を超えると
、焼結体が変形し、配向が崩れ、磁束密度の低下、角型
性の低下を将来し、また結晶粒の粗大化が進行して保磁
力を低下するため好ましくない。

また、この発明において、磁石材料の残留磁束密度、保
磁力、減磁曲線の角型性を改善向上させるため、３５０
℃〜焼結温度の時効処理することが好ましい。時効処理
温度が３５０℃未満では拡散速度低下のため効果がなく
、焼結温度を超えると再焼結が起り過焼結となる。

さらには、時効処理温度は４５０℃〜８００℃の範囲が
好ましく、また、時効処理時間は５分〜４０分が好まし
い。処理時間が５分未満では時効処理効果が少なく、得
られる磁石材料の磁石特性のばらつきが大きくなり、４
０時間を超えると工業的に長時間を要しすぎ実用的でな
い。磁石特性の好ましい発現と実用的な面から時効処理
時間は３０分から８時間が好ましい。また、時効処理は
２段以上の多段時効処理を用いることもできる。

また、多段時効処理に代えて、４００℃〜焼結温度の時
効処理温度から室温までを空冷あるいは水冷などの冷却
方法で、０．２℃／ｍｉｎ〜２０℃／ｍｉｎの冷却速度
で冷却する方法によっても、上記時効処理と同等の磁石
特性を有する永久磁石材料を得ることができる。

永久磁石材料用原料粉末の成分限定理由この発明の永久
磁石材料用原料粉末に用いる希土類元素Ｒは、組成の１
２原子％〜２０原子％を占めるが、Ｎｄ、　Ｐｒ、　Ｄ
ｙ、　Ｈｏ、　Ｔｂのうち少なくとも１種、あるいはさ
らに、Ｌａ、　Ｃｅ、　８ｍ、　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（好ましくはＮｄ、　Ｐｒ、Ｄ
ｙ、　Ｈｏ、　Ｔｂ等）をもって足りるが、実用上は２
種以上の混合物（ミツシュメタル、ジジム等）を入手上
の便宜等の理由により用いることができる。

また、主相を構成するＲ中のＳｍ、　Ｌａはできるだけ
少ないほうが好ましく、例えば、ｓｍは、１原子％以下
、さらに好ましくは０．５原子％以下である。

また、温度特性の向上のためには、Ｒ混合系として、Ｎ
ｄ、　Ｐｒの組み合せまたは、これらに０．００５原子
％〜５原子％、好ましくは０．２原子％〜３原子％のＤ
ｙ、　Ｈｏ、　Ｔｂ等の組み合せが望ましい。

さらに、特性、コスト、資源的観点から、Ｒとしては、
Ｎｄ、　Ｐｒが、全Ｒの５０％以上、さらには８０％以
上であることが好ましい。

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
も差支えない。

Ｒは、新規な上記系永久磁石材料用原料粉末における、
必須元素であって、１２原子％未満では、結晶構造がα
、鉄と同一構造の立方晶組織が析出するため、高磁気特
性、特に高保磁力が得られず、２０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、希土類元素は、１２原子％〜２０原子％の範囲と
する。

Ｂは、この発明による永久磁石材料用原料粉末における
、必須元素であって、４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、２０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、４原子％〜２０原子％の範
囲とする。

Ｆｅは、新規な上記系永久磁石材料用原料粉末において
、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、８１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％〜８１原子％の含有
とする。

また、この発明による永久磁石材料用原料粉末において
、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、粉末や製品の耐酸化性向上の効果も付与するこが
できるが、Ｃｏ置換量がＦｅの２５％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の原子比
率がＦｅとＣｏの合計量に対して５％〜１５％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は好ましい。

また、この発明による永久磁石材料は、Ｒ，Ｂ、Ｆｅの
他、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４．０原子％以下のＣ１２，０原子％
以下のＰ、２．０原子％以下のＳ、２．０原子％以下の
Ｃｕのうち少なくとも１種、合計量で２．０原子％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。

また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、Ｆｅ−Ｂ
−Ｒ系永久磁石材料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。

５．０原子％以下のＡＩ、３．０原子％以下のＴｉ、５
．５原子％以下の■、４．５原子％以下のＣｒ、５．０
原子％以下のＭｎ、５．０原子％以下のＢｉ、９゜０原
子％以下のＮｂ、７．０原子％以下の〒ａ、５．２原子
％以下のＭｏ、５．０原子％以下のＷ、１．０原子％以
下のｓｂ、３．５原子％以下のＧｅ、１．５原子％以下
のＳｎ、３．３原子％以下のＺｒ、６．０原子％以下の
Ｎｄ、　５．０原子％以下のＳｉ、１．１原子％以下の
Ｚｎ、３．０原子％以下のＨｆ。

のうち少なくとも１種を添加含有、但し、２種以上含有
する場合は、その最大含有量は当該添加元素のうち最大
値を有するものの原子％以下の量を含有させることによ
り、永久磁石の高保磁力化が可能になる。なお、添加量
の上限は、磁石材料の（ＢＨ）ｍａｘを２０ＭＧＯｅ以
上とするには、（Ｂｒ）が少なくとも９ｋＧ以上必要と
なるため、該条件を満す範囲とした。

結晶相が正方晶であることが、微細で均一な合金粉末よ
り、すぐれた磁気特性を有する焼結永久磁石を作製する
のに不可欠である。

この発明による永久磁石材料は、保磁力ｉＨｃ≧５ｋＯ
ｅ、残留磁束密度Ｂｒ＞９ｋＧ、を示し、最大エネルギ
ー積（ＢＨ）ｍａｘは、２０ＭＧＯｅ以上を示し、好ま
しい組成範囲では、最大値は３０ＭＧＯｅ以上に達する
。

また、この発明の永久磁石材料用原料粉末のＲの主成分
がその５０％以上をＮｄ及びＰｒを主とする軽希土類金
属が占める場合で、Ｒ１２原子％〜１５原子％、Ｂ６６
原子〜９原子％、Ｆｅ７８原子％〜８ｏ原子％、Ｃｏの
置換量が２０原子％以下の組成範囲のとき、（ＢＨ）ｍ
ａｘ　３５ＭＧＯｅ以上のすぐれた磁気特性を示し、特
に軽希土類金属がＮｄの場合には、その最大値が４５Ｍ
ＧＯｅ以上に達する。

実施例出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、フェロボロ
ン合金、純度９８％以上のＮｄを使用し、これらを配合
後高周波溶解し、その抜水冷鋼鋳型に鋳造し、重量％で
３２Ｎｄ−１，２Ｂ−６６，８Ｆｅ（原子％で１４．５
Ｎｄ−７，３Ｂ−７８，２Ｆｅ）なる組成の鋳塊を得た
。

その後この鋳塊を破断し、密閉容器内に収納し、１０ｋ
ｇ／ｃｍ２のＨ２ガス圧力で１時間処理し、Ｈ２吸蔵・
自然崩壊により、粒度２００μｍ〜５０μｍの粗粉砕粉
を得た。

この粗粉砕粉を、ジェットミルを使用し、不活性ガス；
Ｎ２ガス、ガス圧；７ｋｇ／ｃｍ２ガス速度；マツハ２．５゜Ｎ２ガス消費量；２ｍ３／ｍｉｎの条件にて、ジェット粉砕し、粉砕粒度；３．１μｍ粉末０２含有量；２０００ｐμｍの性状を有する微粉末を得た。

この微粉末を直らに微粉重量の０．１重量のステアリン
酸を溶解したシクロヘキサン中に常温にて５分間浸漬し
、Ｎ２ガスを流気してシクロヘキサンを蒸発させ、乾燥
微粉末を得た。

この微粉末をプレス装置の金型に装入し、１２１ｃＯｅ
の磁界中で配向し、磁界に水平方向に、２．５ｔ／ｃｍ
２の圧力で成形して、２０ｍｍＸ　１５ｍｍＸ　１５ｍ
ｍ寸法の成型体を得た。

得られた成型体を、１１００℃、１時間、Ａｒ雰囲気中
の条件で焼結し、さらに、Ａｒ雰囲気中で、５７０℃、
１時間の時効処理した。

得られた永久磁石材料の磁石特性を測定し、その結果を
クルツブ式で測定した原料微粉末の発火温度、及びプレ
ス能率と共に第１表に示す。

なお、第１表の比較例は、有機物被膜による被覆を行な
わなかったこと以外は、この発明の実施例と同一条件に
て作製した永久磁石の磁石特性と、原料微粉末の発火温
度を示す。

第１表

Claims

【特許請求の範囲】１Ｒ（Ｒは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種か
らなる）１２原子％〜２０原子％、Ｂ４原子％〜２０原子％、Ｆｅ６５原子％〜８１原子％、を主成分とする希土類磁石用合金粉末の製造方法におい
て、鋳塊を破砕した後、Ｈ＿２を吸蔵させ自然崩壊にて得た
平均粒度５００μｍ〜１０μｍの粗粉砕粉を、超音速不
活性ガス気流粉砕用粉砕室内に噴射し、微粉砕した平均
粒度１．５μｍ〜５μｍの微粉末表面に、直ちに、有機
物被膜を被覆することを特徴とする永久磁石材料用原料
粉末の製造方法。