JPH01255620A - 永久磁石材料の製造方法およびボンディッド磁石 - Google Patents

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、Ｙを含む希土類元素と、ＦｅまたはＦｅおよ
びＣｏと、Ｂとを含むＦｅ−Ｒ−Ｂ系（ＲはＹを含む希
土類元素である。以下同じ）およびＦｅ−Ｃｏ−Ｒ−Ｂ
系の永久磁石材料を高速急冷により製造する方法、およ
び、これにより製造された永久磁石材料を、有機または
無機バインダにより結合したボンディッド磁石に関する
。

〈従来の技術〉 高性能な希土類磁石としては、Ｒ−Ｃｏ系磁石が知られ
ている。

しかし、Ｒ−Ｃｏ系磁石は、原料であるｃ。

の価格が高い。　　このため、Ｒ−Ｃｏ系磁石と同等の
磁気特性を有し、しかも、高価なコバルト等を必須成分
とせず安価な工業材料である鉄を多量に用いるＦｅ−Ｒ
−Ｂ系およびＦｅ−Ｃｏ−Ｒ−Ｂ系の永久磁石が提案さ
れている。

Ｆｅ−Ｒ−Ｂ系およびＦｅ−Ｃｏ−Ｒ−Ｂ系永久磁石の
製造方法として高速急冷法を用いて薄帯状の永久磁石を
得る旨が、特開昭５９−６４７３９号公報に開示されて
いる。

高速急冷法により製造された永久磁石は、通常、粉砕さ
れてホットプレスされたり、あるいは粉砕後、樹脂等の
有機バインダ、低融点金属等の無機バインダによって結
合され、ボンディッド磁石として用いられる。

高速急冷により得られた磁石の保磁力、残留磁化および
エネルギー積を高め、より高性能な永久磁石を得るため
に、高速急冷により得られた磁石を異方性化する試みが
種々なされている（特開昭６０−１００４０２号公報、
同６１−１０２０８号公報、同６２−２２２６０５号公
報、同６２−２７６８０２号公報、同６３−２１８０４
号公報、特願昭６１−２３５４８１号）。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、これら各公報に記載されている異方性化方法に
よフても異方性化は不十分である。

すなわち、例えば、特開昭６１−１０２０８号公報、同
６２−２２２６０５号公報にはＸ線回折チャートが記載
されており、これらのチャートから異方性化されている
ことはわかるが、高速急冷磁石に対する異方性化の要求
は高く、これら各公報に記載されている程度の異方性で
は不十分である。

また、特開昭６３−２１８０４号公報には、双ロール法
により急冷圧延するものであるが、この急冷圧延は、同
公報第２頁右下欄第３〜５行目に記載されているように
、「一対の回転冷却体の片方に合金溶湯を噴出して薄片
化し、続いて一対の回転冷却体の間で圧延して急冷圧延
した薄片を得る」ものである。　すなわち、この薄片は
、まず、いわゆる片ロール法により合金溶湯を急冷し、
次いで、双ロールにより圧延を行なって得られるもので
ある。

このように、急冷と圧延とを順次行なう方法では、圧延
時には薄片の温度が低下してしまうため効果的な塑性変
形等が行なえず、異方性化の度合が不十分となるので、
磁気特性の向上も十分ではない。

また、特開昭６０−１００４０２号公報に記載されてい
る異方性化の方法は、高速急冷により得られた薄片をホ
ットプレスし、その後ダイアップセット処理するという
ものであり、特願昭８１−２３５４８１号では、高速急
冷法として片ロール法あるいは双ロール法を用いて薄片
を得、得られた薄片を圧延用のロールで圧下することに
より塑性加工を施し異方性化するものであって、これら
はいずれも異方性化のための付加的な工程を有するもの
であるので、コストアップを招く。

本発明は、異方性が高く、保磁力、残留磁化およびエネ
ルギー積の高い永久磁石材料が低コストで得られる製造
方法、および、この製造方法により得られた永久磁石材
料を用いた異方性が高く磁気特性が高いボンディッド磁
石を提供することを目的とする。

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、Ｒ（ただし、ＲはＹを含む希土類
元素の１種以上）と、ＦｅまたはＦｅおよびＣｏと、Ｂ
とを含む合金溶湯をロール対を用いて高速急冷すること
により永久磁石材料を製造する方法であって、高速急冷
と圧下率２０〜８０％の圧延とを、前記ロール対により
同時に行なう永久磁石材料の製造方法である。

この場合、ロール対の周速が、０．５〜１９ｍ　／　ｓ
　ｅ　ｃであることが好ましい。

また、この場合、前記合金溶湯が、Ｒ：１２〜１９ａｔ
％、Ｂ：４〜２０ａｔ％、ｃｏ：０〜４．５ａｔ％を含
み、残部が実質的にＦｅであることが好ましい。

また、本発明は、上記製造方法により製造された永久磁
石材料を粉砕して得られる扁平粉を、有機または無機バ
インダにより結合したボンディッド磁石であって、前記
扁平粉の平均粒径を平均厚さで除した値が、１．３〜３
０であるボンディッド磁石である。

以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明法では、合金溶湯を高速急冷する方法として、液
体急冷法を用いる。

液体急冷法は、高周波８導加熱等により溶湯とされた原
料金属、合金等を、水冷等により冷却された金属製の回
転体（ロール）の表面にノズルから射出して高速で急冷
凝固させ、薄帯状の金属、合金等を得る方法である。

液体急冷法には、ディスク法、片ロール法、双ロール法
等があるが、本発明の場合には、ロール対を用いる双ロ
ール法、すなわち、回転する２個の冷却ロールの対向す
る周面間の間隙に溶湯を射出し、溶湯を両側から急冷す
る方法を用いる。　また、ピストンアンビル法も、この
概念に属するものである。

そして、本発明法では、双ロールを用いた高速急冷法に
より合金溶湯を急冷・凝固すると同時に、この双ロール
により圧下率２０〜８０％の圧延を行なう。

このような本発明法により得られる永久磁石材料の形状
は、通常、薄片状である。　薄片はその厚さ方向に冷却
されると同時に型性変形を生じ、磁気異方性を生じる。

　この磁気異方性は、永久磁石材料に含まれる結晶の磁
化容易軸が、薄片の厚さ方向に配向することにより生じ
るものである。　磁気異方性の度合は、薄片の厚さ方向
と面内方向との磁気特性の差により、知ることができる
。

圧下率が上記範囲未満となると、高い異方性が得られず
、磁気特性が不十分である。　また、圧下率は８０％を
超えても磁気特性は顕著には向上せず、生産性が低下す
る。

なお、圧下率が４０％以上であると、より好ましい結果
を得る。

本発明法における圧下率ｒとは、片ロール法により得ら
れた薄帯の厚さをｈａ、本発明法により得られた薄片の
厚さをｈとしたとき、ｒ＝（ｈａ　　ｈ）／ｈａ で表わされる。

なお、この場合、溶湯射出量、冷却ロールの周速度等の
条件は、本発明法と片ロール法とで同一とする。

上記範囲の圧下率を得るためには、溶湯射出速度によっ
ても異なるが、双ロールの圧下刃、ロール外径およびロ
ール周速度を、下記の範囲とすることが好ましい。

ロールの圧下刃は、ロール幅ｉｎｍあたり０．５〜５０
ｋｇ、より好ましくは１〜３０ｋｇであることが好まし
い。

ロール外径に特に制限はないが、通常は３０〜４００ｍ
ｍである。

ロールの周速度は製造条件により異なるが、好ましくは
０．５〜１９　ｍ　／　ｓ　、より好ましくは０．７〜
１０　ｍ　／　Ｓ　、さらに好ましくは０．９〜２．９
ｍ／ｓとすることが好ましい。

周速度が上記範囲未満であると、好ましい圧下率が得ら
れにくい他、薄片の大部分の結晶粒が大きくなりすぎる
。

周速度が上記範囲を超えると、好ましい圧下率が得られ
にくい他、薄片の大部分が非晶質となり、配向性が低下
する。

なお、本発明法で用いるロールの材質は、通常の溶湯急
冷用ロールの材質であってよいが、炭素鋼、ステンレス
等を用いることが好ましい。　また、ロールの硬度は、
ＨＲＣで２０以上が好ましく、より好ましくは５０以上
である。

本発明法では、製造する薄片の厚さを３０〜３００μｍ
１より好ましくは５０〜２００μｍとすることが好まし
い。

薄片の厚さが３００μｍを超えると保磁力が低下し、３
０μｍ未満であると配向性が低下する。

また、得られる薄片は、長径０．１〜３０ｍｍ程度、短
径０．１〜１０ｍｍ程度である。

なお、本発明法により製造される永久磁石材料は、上記
したように、通常、薄片状として得られるが、場合によ
っては必ずしも薄片状にて得られるものではなく、薄帯
、扁平条、扁平繊維等の形状にて得られる場合がある。

　あるいは、不定形の粉末、フレーク、短い条または線
の形状となることもある。　しかし、本発明法では、圧
延後の永久磁石材料がこれら種々の形状であっても、異
方性化が良好になされているものである。

本発明法により薄片を製造した後、熱処理を施すことに
より磁気特性を制御してもよい。

熱処理は、不活性７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。

上記のように、合金を溶湯の状態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結晶質の主相
と結晶質および／または非晶質の副相とを有する組織が
得られる。　そして、合金溶湯を急冷凝固させると同時
に圧下率２０〜８０％の圧延を行なうことにより異方性
が付与されて磁気特性はさらに向上し、保磁力ｉＨｃが
約７〜２０　ｋ　Ｏｅ　、残留磁化（Ｂｒ）が約９．５
〜１１ｋＧ程度の磁石が得られる。

また、急冷・圧延後の組織は、適宜用いられる熱処理、
すなわち焼鈍により、その微結晶または非晶質と微結晶
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。

本発明法において、合金溶湯は、Ｒ（ただし、ＲはＹを
含む希土類元素の１種以上）と、ＦｅまたはＦｅおよび
Ｃｏと、Ｂとを含むものであればよく、その他、組成に
特に制限はないが、より高い磁気特性を得るためには、
下記の組成の合金溶湯を用いることが好ましい。

すなわち、本発明法では、合金溶湯の組成が、Ｒ：１２
〜１９ａｔ％、Ｂ：４〜２０ａｔ％、Ｃｏ：０〜４．５
ａｔ％を含み、残部が実質的にＦｅであることが好まし
い。

Ｒが上記範囲内にあれば、上記の圧延による異方性化お
よび結晶粒の異方性化の程度が高くなるが、Ｒが上記範
囲未満であると配向性が低下し、Ｒが上記範囲を超える
と、残留磁化が低下する。

なお、Ｒが１３〜１８ａｔ％であると、さらに好ましい
結果を得る。

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種以上であるが、高い磁気特性を得るためにＲとし
て特にＮｄおよび／またはＰｒを含むことが好ましい。

　　Ｎｄおよび／またはＰｒの含有量は、Ｒ全体の６０
％以上であることが好ましい。

なお、Ｒの一部を、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ。

Ｈｆ％Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ％Ｖ、Ｍｎ％ＡｎおよびＣｒの１
種以上で置換してもよい（以下、これらの置換元素をＭ
と略記する）。　置換量は、１０％以下、特に２〜８％
であるεとが好ましい。　これらを置換することにより
保磁力が高くなる他、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。

Ｂが上記範囲未満となると保磁力が低下し、上記範囲を
超えると残留磁化が低下する。　Ｂが５〜１５ａｔ％で
あると、さらに好ましい結果を得る。

なお、Ｂの一部を、Ｃ％Ｎ％　Ｓｔ、Ｐ。

Ｇａ、Ｇｅ％Ｓで置換してもよい。　また、置換量は、
Ｂの５０％以下であることが好ましい。

Ｃｏは、キュリー点の上昇および耐食性の向上のために
添加されるが、Ｃｏの含有量が上記範囲を超えると、保
磁力が低下し、また、上記圧延による異方性化効果が低
下する。

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。

上記組成の永久磁石材料は、実質的に正方晶系の結晶構
造の主相のみを有するか、このような主相と、非晶質お
よび／または結晶質のＲリッチな副相とを有する。

Ｒ−Ｔ−Ｂ化合物（ただし、ＴはＦｅまたはＦｅおよび
Ｃｏ）として安定な正方晶化合物はＲ２Ｔｌ４Ｂ　（Ｒ
＝１１．７６ａｔ％、　Ｔ＝８２．３６ａｔ％、Ｂ＝５
．８８ａｔ％）であり、主相は実質的にこの化合物から
形成される。　そして、高速急冷と同時に圧延を行なう
ことにより、得られる薄体の厚さ方向へのＲ２Ｔ１４Ｂ
の磁化容易軸（Ｃ軸）の配向度を高めることができる。

　このような配向度の測定は、例えば以下のようにして
行なうことができる。

（１）Ｘ線回折 薄片主面に垂直方向において、Ｒ２Ｔ１４Ｂの（００６
）面の反射強度Ｉ　（００８）を（３３０）面の反射強
度１　（３３０）で除した値Ｉ　（００６）／Ｉ　（３
３０）を求める。　この値が高いものほど、薄片主面の
垂直方向への磁化容易軸の配向性が高い。　本発明法に
より製造された永久磁石材料は、Ｉ　（００６）／１（
３３０）が１４以上、特に２０以上にも達する。

（２）残留磁化（Ｂｒ）の異方性測定 振動試料型磁力計（ＶＳＭ）等により例えばＨ＝２０〜
３０ｋＯｅ程度の磁界を印加し、このときの磁化強度（
４πＭＭ）を測定する。

また、薄片主面に垂直方向の残留磁化（Ｂ　ｒ）を求め
る。　そして、Ｂ　ｒ　／　４πＭＨを求める。　この
値が高いものほど、薄片主面の垂直方向への磁化容易軸
の配向性が高い。

なお、粉体についてＢ　ｒ　／　４πＭＨを求めるため
には、例えば、一方向磁界中でパラフィン内に粉体を分
散して配向、固定し、これについて上記値を測定すれば
よい。

このときのＢ　ｒ　／　４πＭＨは、薄片である場合と
ほぼ同等である。

Ｂ　ｒ　／　４πＭ□は、片ロール法により製造された
薄帯では０．７５程度未満であるのに対し、本発明法に
より製造された薄片では０．８以上、特に０．８５以上
の値が得られる。

本発明法により製造される永久磁石材料の実質的に正方
晶系の結晶構造の主相は、Ｍが含有される場合、過飽和
にＭが固溶した準安定なＲ２Ｔ１４Ｂ相であり、その平
均結晶粒径は０．０１〜３μｍ、好ましくは０．０１〜
１μｍ、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、本発明においては、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リッチである副
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。

副相の組成は、Ｒが約７０ａｔ％、鉄が約３０ａｔ％等
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をこえると、保磁力ｉＨｃが低下するからで
ある。

本発明のボンディッド磁石は、上記の本発明法により得
られた薄片状あるいは上記したような薄片以外の形状の
永久磁石材料を、必要ならばさらに焼鈍処理を施した後
に粉砕して扁平粉とし、これを有機または無機バインダ
により結合したものである。

扁平粉の平均粒径は、１０〜４００μｍ、より好ましく
は２０〜３００μｍであることが好ましく、平均厚さは
５〜１５０μｍ、より好ましくは１０〜１００μｍであ
ることが好ましい。　上記の平均粒径および平均厚さは
、ＳＥＭ等により測定することができる。

そして、本発明では、平均粒径を平均厚さで除した値が
、１．３〜３０、より好ましくは２〜３０とされる。

この値が上記範囲未満であると、配向度が低下する。　
また、上記範囲を超える扁平粉の製造は困難であり、し
かも、上記範囲を超えると、扁平粉の充填および分散が
困難となる。

上記本発明法により得られた薄片状あるいはその他の形
状の永久磁石材料を粉砕するためには、スタンプミル、
振動ミル、ブラウンミル、ビンミル等を用いればよい。

有機または無機パイ・ンダとしては、公知のボンディッ
ド磁石に用いられる通常のものを用いればよく、特に制
限はない。

有機バインダとしては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化
性樹脂等の樹脂、エラストマー等であり、無機バインダ
としては、例えば、半田、Ｓｎ、Ａ１１％Ｚｎ等の低融
点金属等である。

扁平粉とされた永久磁石材料は、粉状の無機バインダあ
るいは粉状または液状の有機バインダと混合された後、
金型に充填され、溶融成形または成形後、溶融固化され
る。

成形時の加圧圧力は、１〜１０　ｔ　／　ｃ　ｍ　２と
することが好ましい。　扁平粉は形状異方性を有するた
め、成形時の加圧により配向し、磁気異方性を有するボ
ンディッド磁石とすることができる。　また、本発明法
により製造された永久磁石材料の扁平粉は、結晶磁気異
方性を有するため、磁場中成形を行なうことにより磁気
異方性を有するボンディッド磁石とすることもできる。

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

［実施例１］ 表１に示す組成（数値は原子百分率を表わす）の合金イ
ンゴットをアーク溶解により作製した。　得られた合金
インゴット２５ｇを、外径２０ｍｍ、ノズル先端穴径的
０．８ｍｍの石英ノズルに入れ、高周波誘導加熱により
溶湯とした。

この溶湯をアルゴンガス圧で高炭素クロム鋼製冷却ロー
ル間に射出し、冷却すると同時に圧延を行なって、長径
０．１〜１０ｍｍ、短径０．１〜３ｍｍ、厚さ６０〜１
２０μｍの薄片を得た。

圧下率およびロール周速度を、表１に示す。

なお、ロール外径は５０ｍｍ、アルゴンガス噴出圧力は
０．２ｋｇ／Ｃゴとした。

得られた薄片サンプルについてＸ線回折を行ない、薄片
主面と垂直方向において、（ＯＯａ）面の反射強度Ｉ（
００６）と（３３０）面の反射強度Ｉ　（３３０）との
比！（００６）／Ｉ　　（３３０）’を求めた。

また、薄片サンプルを１００ｋＯｅのパルス着磁器にて
着磁し、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）で磁気特性（残留
磁化（Ｂｒ）、２０ｋＯｅでの磁化強度（４πＭ２゜ｋ
）および保磁力（ｉ　Ｈｃ））を測定した。　なお、磁
気特性は、サンプルの面内方向とその直角方向の両者に
ついて測定し、形状異方性による効果を補正した。

結果を表１に示す。

［比較例１］ 実施例１に準じて合金溶湯を作製し、片ロール法により
薄片サンプルを得た（サンプルＮｏ、７）。　なお、実
施例１の各サンプルの圧下率は、このサンプルＮｏ、７
を基準として算出した。

サンプルＮ０１７について、実施例１の各サンプルと同
様にして特性を測定した。

結果を表１に示す。

［比較例２］ 特開昭６３−２１８０４号公報に記載の急冷圧延法によ
り薄片を作製し、サンプルＮ０１８とした。

薄片の作製は、同公報第２頁右下欄第３〜５行目に記載
されているように、一対の回転冷却体の片方に合金溶湯
を噴出して薄片化し、続いて一対の回転冷却体の間で圧
延することにより行なった。　なお、石英ノズル、ロー
ル外径、アルゴンガス噴出圧力は、実施例１と同一とし
た。

サンプルＮＯ３８について、実施例１の各サンプルと同
様にして特性を測定した。

結果を表１に示す。

［実施例２コ 実施例１および比較例１および２で得られた薄片サンプ
ルのうち、表２に示すサンプルをスタンプミルにより粉
砕して、扁平粒を得た。

これらの扁平粒をエポキシ樹脂バインダと混合し、加熱
して溶融成形し、ボンディッド磁石サンプルを得た。

扁平粒の平均粒径を平均厚さで除した値（Ａ）および成
形時の加圧圧力を表２に示す。

これらのサンプルについて、実施例１と同様にして磁気
特性を測定した。

結果を表２に示す。

表！および表２に示される結果から、本発明の効果が明
らかである。

すなわち、本発明法により製造された永久磁石材料およ
び本発明のボンディッド磁石はＢｒが高く、永久磁石と
しての優れた特性を有するものである。

〈発明の効果〉 本発明法によれば、異方性が高く、保磁力、残留磁化お
よびエネルギー積が高い永久磁石材料が得られる。　し
かも、異方性化するために独立した工程を必要としない
ため、このような永久磁石材料が低コストで実現する。

また、本発明法により得られた異方性が高い永久磁石材
料の扁平粒を用いた本発明のボンディッド磁石は、扁平
粒が所定の性状を有するため、磁気特性が良好である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｒ（ただし、ＲはＹを含む希土類元素の１種以上
   ）と、ＦｅまたはＦｅおよびＣｏと、Ｂとを含む合金溶
   湯をロール対を用いて高速急冷することにより永久磁石
   材料を製造する方法であって、 高速急冷と圧下率２０〜８０％の圧延とを、前記ロール
   対により同時に行なう永久磁石材料の製造方法。
2. （２）ロール対の周速が、０．５〜１９ｍ／ｓｅｃであ
   る請求項１に記載の永久磁石材料の製造方法。
3. （３）前記合金溶湯が、Ｒ：１２〜１９ａｔ％、Ｂ：４
   〜２０ａｔ％、Ｃｏ：０〜４．５ａｔ％を含み、残部が
   実質的にＦｅである請求項１または２に記載の永久磁石
   材料の製造方法。
4. （４）請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法に
   より製造された永久磁石材料を粉砕して得られる扁平粉
   を、有機または無機バインダにより結合したボンディッ
   ド磁石であって、前記扁平粉の平均粒径を平均厚さで除
   した値が、１．３〜３０であるボンディッド磁石。