JPH01192105A

JPH01192105A - 永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JPH01192105A
Application number: JP63017585A
Authority: JP
Inventors: Tetsuto Yoneyama; 米山　哲人
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1988-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1989-08-02

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、高速急冷法により製造され、Ｒ（ただし、Ｒ
は、Ｙを含む希土類元素の１種以上）、ＦｅおよびＢを
含有する永久磁石材料を用いた永久磁石の製造方法に関
する。

〈従来の技術〉高性能を有する希土類磁石としては、粉末冶金法による
Ｓｍ−Ｃｏ系磁石でエネルギー積として３２ＭＧＯｅの
ものが量産されている。

しかし、このものは、Ｓｍ、Ｃｏの原料価格が高いとい
う欠点を有する。　希土類元素の中では、原子量の小さ
い希土類元素、例えば、セリウム、プラセオジム、ネオ
ジムは、サマリウムよりも豊富にあり価格が安い、　ま
た、Ｆｅは安価である。

そこで、近年Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が開発され、特開昭
５９−４６００８号公報では、焼結磁石が、また特開昭
６０−９８５２号公報では、高速急冷法によるものが開
示されている。

焼結法による磁石では、従来のＳｍ−Ｃｏ系の粉末冶金
プロセスを適用出来るものの、酸化しゃすいＮｄ−Ｆｅ
系合金インゴットを２〜１０μｍ程度に微粉末化する工
程を有するため取り扱いが難かしいこと、あるいは粉末
冶金プロセスは工程数が多い（溶解−鋳造−インゴット
粗粉砕→微粉砕→ブレス−焼結−磁石）ため安価な原料
を用いるという特徴をいかせない面がある。

一方、高速急冷法による磁石では、微粉砕を必要とせず
、工程が簡素化［溶解−高速急冷→粗粉砕−加圧成形（
温間または冷間ブレス）−磁石コされるという利点があ
る。　そして加圧成形に温間ブレスとしてホットプレス
（ＨＰ）法を用い、高密度の永久磁石を得る永久磁石の
製造方法が提案されている（特開昭６０−１００４０２
号公報）。

一方、本発明者等は、このような特徴を有する高速急冷
法を用いて、磁気特性の良好な組成および組織を有する
永久磁石材料から形成された永久磁石を提案している（
特願昭６２−２５９３７３号）。

〈発明が解決しようとする課題〉上記のように、高速急冷法によれば製造工程が簡素化さ
れるが、加圧成形にＨＰ法を用いた場合、６００〜８５
０℃程度にて昇降温も含め約３０分間を必要とするため
、生産性向上の点から、この加圧成形工程の短縮化が要
望されている。　また、設備コストの面から、より安価
な製造方法が要望されている。

また、上記した特願昭６２−２５９３７３号に開示され
ている永久磁石材料を上記のような条件にてＨＰ法によ
り加圧成形すると、磁気特性向上に与る組織が変化し、
所定の磁気特性を有する永久磁石が得られないという問
題点がある。

さらに、加圧成形して得られた永久磁石にＨＰ法等の温
間ブレスにより塑性加工を施して異方性化することも行
なわれているが、この場合も、上記と同様な問題が生じ
る。

本発明は、このような問題点を解消するためになされた
ものであり、高密度で磁気特性が良好な永久磁石が得ら
れ、しかも生産性に優れた永久磁石の製造方法を提供す
ることをその目的とする。

く課題を解決するための手段〉このような目的は、下記の本発明によって達成される。

すなわち、本発明は、高速急冷法により製造されたＲ（
ただし、Ｒは、Ｙを含む希土類元素の１種以上）、Ｆｅ
およびＢを含有する永久磁石材料の粉体を加熱しながら
衝撃力を加えて加圧成形し、高密度の永久磁石を得る永
久磁石の製造方法である。

また、本発明は、上記製造方法により得た永久磁石を衝
撃力により加圧して、異方性化した永久磁石を得る永久
磁石の製造方法である。

さらに、これらの製造方法において、加熱は高周波誘導
により行なわれることが好ましい。

以下、本発明の具体的構成を詳細に説明する。

本発明では上記組成の永久磁石材料を用いて効果が実現
するものであり、その他、組成に特に制限はないが、良
好な磁気特性の永久磁石を得るためには、用いる永久磁
石材料は以下に示す組成であることが好ましい。

すなわち、ＲＸＴ＋ｏａ−ｘ−ｙ−ｇＢＹＭＺ　（ただ
し、ＲはＹを含む希土類元素の１種以上、Ｔは、Ｆｅま
たはＦｅおよびＣｏ％Ｍは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ。

Ｚｒ％Ｎｂ、Ｍｏ％Ｈｆ、ＴａおよびＷの少なくとも１
種以上）において、５．５≦ｘく１１．７６．２≦ｙ〈
１５、Ｏ≦２≦１０である。

Ｒについてさらに説明すれば、ＲはＹを含む希土類元素の１種以上で、特に（Ｒ’、（ＣａｂＬａ＋−ｂ）　Ｉ−ａ　）で表わされ
るものであることが好ましい。

この場合Ｒ′はＣｅ、Ｌａを除き、Ｙを含む希土類元素
の１種以上、０．８０≦ａ≦１．００．０≦ｂ≦１であ
る。

前記のような組成とするのは、希土類元素の］ｔｘの値
は５．５以上１１．７６未満であるが、Ｘが５．５未満
では保磁力ｉＨｃが低下する傾向があり、Ｘの値が１１
．７６以上となると、残留磁化Ｂｒが著しく減少するか
らである。

なお、Ｘが５．５〜１１となると、より一層好ましい結
果を得る。

また１−ａが０．２をこえると最大エネルギー積が低下
する。　さらにはＲＩ中にＳｍを含有させることもでき
る。　ただし、Ｓｍの量は、Ｘの２０％以下とする。　
これは異方性化定数を低下させるからである。

なお、ＲとしてはＮｄ％　ＰｒおよびＤｙが好適である
。

Ｂの量ｙの値は、２以上１５未満であるが、ｙが２未満
では保磁力ｉＨｃが小さく、１５以上ではＢｒが低下す
る。

この場合ｙは２〜１４であることが好ましい。

ＴはＦｅ阜独であってもよいが、ＣＯでＦｅを置換する
ことで磁気性能が改善し、かつキュリー温度も改良され
る。　しかし、ＴをＦｅｄ−ｃＣｏｃとしたとき、置換
量Ｃは０．７をこえると保磁力の低下をまねく。　この
ためＣは０〜０．７であることが好ましい。

ＭはＺｒ％Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ％Ｔａ、Ｗ。

Ｔｉ、ＶおよびＣｒの１種以上であるが、これらを添加
することにより結晶成長が抑制され、高温、長時間でも
保磁力が劣化せず高い保磁力が得られる。

さらに、Ｃｕ％Ｎｉ％ＭｎおよびＡｇの１種以上を添加
することによって、磁気特性を劣化させることなく、塑
性加工時の加工性を改善することか可能となる。

しかし、これらＭの総計２ｔＺが１０を超えると、磁化
の急激な減少をまねく。

またｉＨｃの増加のためには０．１以上の２が好ましく
、耐食性を上昇させるためには０．５以上、より好まし
くは１以上が良好である。

Ｍ元素を２種以上複合添加すると、単独添加の場合より
も保磁力ｉＨｃ向上効果が大きい。　なお複合添加の場
合の添加量上限は前記したとおり１０％である。

なお、Ｂの５０％以下をＳｔ、Ｃ，Ｇａ。

Ａｆ！、、Ｐ、Ｎ、Ｓｅ、Ｓ等で置換してもＢ単独と同
様な効果を有する。

また、製造上不可避不純物として混入する酸素は、２．
５ａｔ％程度まで許容できる。

このような組成は、原子吸光法、蛍光Ｘ線法、ガス分析
法等によって容易に測定できる。

このような永久磁石材料は、実質的に正方晶系の結晶構
造の主相を有し、この主相は過飽和にＭが固溶した準安
定なＲ２Ｔ、４Ｂ相であり、その平均結晶粒径は０．０
１〜３μｍ、好ましくは０．０１〜１μｍであり、より
好ましくは０．０１〜０．３μｍ未満である。　このよ
うな粒径とするのは、０．０１μｍ未満では結晶の不完
全性のために保磁力ｉＨｃがほとんど発生しなくなり、
３μｍをこえると、保磁力−ｉＨｃが低下するからであ
る。

また、このような主相のみならず、さらに非晶質および
／または結晶質のＲブアな副相を有してもよく、副相を
有する方が好ましい。

副相は主相の粒界層として存在する。

Ｒブアな副相としてはαＦｅ％Ｆｅ−Ｍ−Ｂ。

Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−ＭおよびＭ−Ｂ系の非晶質または結晶
質等が挙げられる。

この場合副相の粒界層の平均中は０．３μｍ以下、好ま
しくは０．００１〜０．２μｍであるとよい。

０．３μｍを超えると、保磁力ｉＨｃが低下するからで
ある。

このような永久磁石材料は、前記組成のＲ−Ｆｅ−Ｂ系
あるいはＲ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系の合金溶湯を、いわゆる
高速急冷法によって高速で冷却凝固させることにより得
られる。

高速急冷法としては、液体急冷法を用いることが好まし
い。

この液体急冷法は、水冷等により冷却された金属製の回
転体の表面に、ノズルから溶湯を射出して高速で急冷凝
固させ、薄帯状の材料を得る方法であり、ディスク法、
片ロール法、双ロール法等があるが、本発明に用いる場
合、片ロール法、すなわち１個の回転ロールの周面上に
溶湯を射出する方法が最も適当である。

なお、このような液体急冷法の他、アトマイズ法、溶射
等の高速急冷法あるいはメカニカルアロイ後時効処理を
行なって得た粉末を用いてもよい。

片ロール法を用いる場合、回転冷却ロールの周速度は２
〜５０　ｍ　／　Ｓ　、より好ましくは３〜２０　ｍ　
／　ｓとすることが好ましい。

このような周速度とするのは、２　ｍ　／　ｓ未満では
得られる薄帯の大部分が結晶化しており、平均結晶粒径
も３μｍと大きくなりすぎるからであり、５０ｍ／ｓを
超えると薄帯のほとんどが非晶質化し、配向度が低下す
るからである。

また、本発明においては、高速急冷により薄帯を製造し
た後、熱処理により磁気特性を制御してもよい。

熱処理は、不活性雰囲気もしくは真空中において４００
〜８５０℃の温度範囲にて０．０１〜１００時間程度焼
鈍する。

このようにして、前記組成の合金溶湯を急冷凝固させる
ことによって、保磁力Ｈ１ｃが約２０００００　ｅまで
、磁化σが８５〜１５０　ｅｍｕ／ｇｒの永久磁石材料
が得られる。　このように溶湯から直接急冷凝固させれ
ば、極めて微細な結晶質の組織あるいはこのような主相
と結晶質および／または非晶質の副相とを有する組織が
得られ、その結果前述のように磁石特性が優れた永久磁
石材料が得られるのである。

このようにして得られる薄帯は、一般に２０〜８０μｍ
程度の厚さのものである。

急冷後の組織は、急冷条件により異なるが、微結晶また
はこれと非晶質との混合組織からなり、さらには適宜用
いられる熱処理、すなわち焼鈍により、その微結晶また
はこれと非晶質とからなる組織およびサイズをさらにコ
ントロールでき、より高い磁気特性が得られる。

液体急冷法によって急冷凝固された薄帯は、場合によっ
て前述のように熱処理、すなわち焼鈍する。　このよう
な焼鈍熱処理を施すことによフて、さらに安定した特性
が容易に得られる。

本発明では、このような永久磁石材料を粉砕して粉体と
するが、アトマイズ法等により永久磁石材料の粉体を直
接得て、これを用いてもよい。

粉体の粒径は、３０〜５００ｕｍ程度であることが好ま
しい。

このようにして得られた永久磁石材料の粉体を、加熱し
ながら衝撃力を加えて加圧成形する。

ＩＩＩ力を加えるためには、エアーハンマーを用いるこ
とが好ましい。

エアーハンマーは加圧装置の１種であり、例えば８ｔｈ
　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　Ｏ
ｎ　ＲａｒｅＥａｒｔｈ−Ｃｏｂａｌｔ　Ｐｅｒｍａｎ
ｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｓ　ａｎｄ　ＴｈｅｉｒＡｐｐＨ
ｃａｔｉｏｎｓ；Ｄａｙｔｏｎ、ＯＨ，Ｍａｙ　１９８
５のｐａｐｅｒＮｏ、　ｒＶ−７（ｐ　、　２８７〜２
９５）に記載されている。

第１図に本発明で用いることのできるエアーハンマーの
好適例を示す。

第１図に示すエアーハンマー１は、ハンマー部１０とダ
イ部２０とから構成される。

ハンマ一部１０は、シリンダ１１内の一方の端ｓ付近に
飛翔体１２を、他方の端部付近にプランジャ１３を有し
、シリンダ１１の飛翔体１２側には、エアーバルブ１４
を介してエアータンク１５、リリーフパルプ１６および
コンプレッサー１７が接続される。

また、ダイ部２０は、ダイアセンブリ２１とこのダイア
センブリ２１を包囲して設けられる高周波誘導コイル２
４から構成される。

エアーハンマー１の作用は、以下のようなものである。

まず、コンプレッサー１７によりエアータンク１５内に
圧搾空気等の圧搾気体が充填される。　空気圧が所定の
圧となると、エアーバルブ１４が開放されシリンダ１１
内にこの圧搾空気が導入される。　導入された圧搾空気
によりシリンダ１１内の飛翔体１２が加速され、飛翔体
１２はプランジャ１３に衝突する。

プランジャ１３は、飛翔体１２から受けた衝撃力をダイ
アセンブリ２１のアッパーパンチ２２に伝達する。

ダイアセンブリ２１によって形成されるキャビティ内に
充填され、高周波誘導コイル２４によりあらかじめ加熱
された永久磁石材料の粉体２５は、アッパーパンチ２２
から伝達されたこの衝撃力により加圧成形される。

この衝撃力により粉体２５に印加される圧力の最大値は
０．５〜１０ｔ／ｃｍ２、特に２〜６　ｔ　／　ｃ　ｍ
　２であることが好ましく、また、この圧力の持続時間
は半値幅で０．０１〜５００ｍ５ｅｃ、特に１〜１００
　ｍ　ｓ　ｅ　ｃであることが好ましい。　なお、この
ような衝撃力を加える手段としては、エアーハンマーに
限らず、爆発や電磁力を利用した衝撃力発生装置を用い
ることができる。　　このような装置の例は、例えば日
経サイエンス１９８７年１０月号２．２６〜３７に記載
されている。　ただし、取り扱いの容易さの点で、エア
ーハンマーを用いることが好ましい。

また、加熱温度は１５０〜８５０℃、より好ましくは３
００〜８００℃であることが好ましい。　なお、永久磁
石材料の磁気特性の劣化を防ぐために、加熱時間はでき
るだけ短いことが好ましく、加熱保持時間０．０１〜３
分、特に０．０１〜２分、昇温速度は１００〜ｂ／分、
降温速度は１００℃／分以上とすることが好ましい。　
なお、金型自体を直接所望の温度に予熱しておくことに
より、粉体役人後、４０秒〜３分程度のサイクルにて衝
撃力を連続して加えることができる。　また、降温は、
ガス冷却あるいはパンチアウトして急冷することが好ま
しい。

このような加熱には、第１図に示すように高周波誘導を
利用することが加熱時間の短縮および粉体の均一な加熱
の点で好ましいが、高周波誘導の他、被加熱体に直接通
電するジュール・ヒーティングも用いることができ、ま
た、被加熱体が小さい場合、赤外線加熱も用いることが
できる。

なお、永久磁石材料の粉体を、樹脂等のバインダで結合
、あるいは金属等と混合していわゆるボンディッド磁石
とし、このボンディッド磁石をダイ部２０のキャビティ
内に充填して加圧成形し、ボンディッド磁石の高密度化
をはかることもできる。　また、樹脂等を後から含浸し
てもよい。　バインダとして樹脂を用いる場合、加熱温
度は１５０〜６００℃程度とすることが好ましい。

このようにして得られる永久磁石は、高密度で磁気特性
が良好であり、特に、上記組成および組織を有する永久
磁石材料を用いた場合、組織が変化することなく良好な
磁気特性が維持される。

さらに、本発明により得られた永久磁石に塑性加工を施
し、異方性化することもできる。

塑性加工は、ホットプレス、押出し、圧延、鍛造等によ
り行なうことができるが、永久磁石の磁気特性の劣化を
防ぐためには、上記のエアーハンマーを用いて一方向か
ら加圧することが好ましい。

この場合、加熱しながら加圧することが好ましく、加熱
温度は６００〜８５０℃、加熱時間は０．０１〜３分、
特に０．０１〜２分とすることが好ましい。

なお、本発明により得られた永久磁石を粉砕して粉体と
し、この粉体を用いて上記のボンデイラド磁石を製造す
ることもできる。

〈実施例〉以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに詳
細に説明する。

［実施例１］本発明により永久磁石サンプルＮｏ、　　１−１および
サンプルＮｏ、１−２を製造した。

サンプルＮｏ、１−１では１３Ｎｄ−６Ｂ−８１Ｆｅの
組成、サンプルＮｏ、１−２では９．７Ｎｄ−７，５Ｂ
−２，３Ｚｒ−８０，５Ｆｅの組成（数値は原子百分率
を表わすρの合金をアーク溶解により作製し、これらの
合金の溶湯を片ロール法により高速急冷し、サンプルＮ
ｏ、１−１では２０〜４０μｍ厚に、サンプルＮｏ、１
−２では３０〜５０μｍ厚に薄帯化した。　ロールの周
速度はサンプルＮｏ、１−１では２０　ｍ　／　ｓ　ｅ
　ｃ　、サンプルＮｏ、　　１−２では１５ｍ／ｓｅｃ
とした。

得られた薄帯の断面を電解研磨し、走査型電子顕微鏡に
より観察したところ、主相および副相からなる組織を有
することが確認された。

これらの薄帯を粒径１５０μｍに粉砕して粉体とし、こ
の粉体を第１図に示すエアーハンマー１のダイ部２０の
キャビティ内に充填し、加熱しながら加圧成形を行ない
、永久磁石サンプルＮｏ、１−１および１−２を製造し
た。

印加圧力は、最大値３ｔ／ｃｍ”、加圧時間は、半値幅
５ｍ５ｅｃとした。

また、加熱温度は７５０℃、加熱保持時間は１分とし、
昇温速度および降温速度は、それぞれ５００℃／分およ
び６００℃／分とした。

これらのサンプルの密度および磁気特性を、表１に示す
。

［比較例１］実施例１で得られた粉体をホットプレス法により加熱・
加圧成形し、サンプルＮｏ、１−１および１−２にそれ
ぞれ対応する永久磁石サンプルＮｏ、２−１および２−
２を得た。

ホットプレスの加圧条件は、加圧圧力２．５ｔ　／　ｃ
　ｍ　’　、加圧時間５分とし、加熱条件は、温度７５
０℃にて５分、昇温速度および降温速度ば、共に５０℃
／分とした。

これらのサンプルの密度および磁気特性を、表１に示す
。

［実施例２］実施例１で得られた永久磁石サンプルＮｏ。

１−１を、実ｔｌｘ例ｓで用いたエアーハンマーにより
加圧し、異方性化した永久磁石サンプルＮｏ、３を得た
。

なお、印加圧力は、最大値４ｔ／ｃｍ２、加圧時間は、
半値幅１０ｍ５ｅｃとし、圧力が一方向、すなわちアッ
パーパンチ２２側からのみ加わるように、ダイアセンブ
リ２１を内径の大きなものに交換して用いた。

サンプルＮ０１３の密度および磁気特性を、表１に示す
。

Ｃ実施例３Ｊ実施例１で得られた薄帯を粒径１００μｍに粉砕して粉
体とし、これを熱硬化性樹脂と混合した。　この混合物
を実施例１で用いたエアーハンマーのキャビティ内に充
填し、加熱して加圧成形し、サンプルＮｏ、１−１およ
び１−２の組成にそれぞれ対応するボンディッド磁石サ
ンプルＮｏ、４−１および４−２を得た。

印加圧力は、最大値５ｔ／ａｍ”、加圧時間は、半値幅
ｔｏｍｓｅｃとした。

また、加熱温度は２５０’ｅ、加熱保持時間は１分とし
、昇温速度および降温速度は、それぞれ５００℃／分お
よび６００℃／分とした。

サンプルＮｏ、４−１および４−２の密度および磁気特
性を、表１に示す。

［比較例２］実施例３で得られた粉体と熱硬化性樹脂との混合物を加
圧成形し、サンプルＮｏ、４−１および４−２の組成に
それぞれ対応する組成のボンディッド磁石サンプルＮｏ
、５−１および５−２を得た。

加圧条件は、加圧圧力５／Ｃｍ２、加圧時間３分とした
。　　また、その後、１５０℃にて１時間熱硬化を行な
った。

これらのサンプルの密度および磁気特性を、表１に示す
。

表１に示される結果から、本発明により得られる永久磁
石は、磁気特性が良好であり、高密度でしかもこのよう
な永久磁石が、従来より短時間で得られることが明らか
である。

〈発明の効果〉本発明によれば、高密度で磁気特性が良好な永久磁石が
得られ、しかも、その生産性が高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いるエアーハンマーの１例を模式
的に示す側面断面図である。符号の説明１・−・エアーハンマー、１０・・・ハンマ一部、１１・・・シリンダ、１２・・・飛翔体、１３・・・プランジャ、１４・・・エアーバルブ、１５・・・エアータンク、１６・・・リリーフバルブ、１７・・・コンプレッサー、２０・・・ダイ部、２１・・・ダイアセンブリ、２２・・・アッパーパンチ、２４・・・高周波誘導コイル、２５・・・粉体

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高速急冷法により製造されたＲ（ただし、Ｒは、
Ｙを含む希土類元素の１種以上）、ＦｅおよびＢを含有
する永久磁石材料の粉体を加熱しながら衝撃力を加えて
加圧成形し、高密度の永久磁石を得る永久磁石の製造方
法。
（２）請求項１に記載の製造方法により得た永久磁石を
衝撃力により加圧して、異方性化した永久磁石を得る永
久磁石の製造方法。
（３）加熱が高周波誘導により行なわれる請求項１また
は２に記載の永久磁石の製造方法。