JPH0140482B2 - - Google Patents

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JPH0140482B2
JPH0140482B2 JP55083577A JP8357780A JPH0140482B2 JP H0140482 B2 JPH0140482 B2 JP H0140482B2 JP 55083577 A JP55083577 A JP 55083577A JP 8357780 A JP8357780 A JP 8357780A JP H0140482 B2 JPH0140482 B2 JP H0140482B2
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magnetic
alloy
powder
ingot
permanent magnet
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JP55083577A
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JPS5710210A (en
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Itaru Okonogi
Tatsuya Shimoda
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/0555Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0558Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 pressed, sintered or bonded together bonded together

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、Yを含む希土類金属Rの1種類以上
と遷移金属TMの1種類以上とで構成された
R2TM17型希土類永久磁石材料の製造方法に関す
る。 従来の希土類永久磁石の製造方法としては、例
えば一般式Sm(Cobal Cu0.12 Fe0.2 Zr0.02)7.0
で表わされる金属間化合物を粉砕して、粒度2μ
m〜10μmに粒度調整し、この粉末を磁場中で所
望形状に成形した後焼結する方法が行われてい
る。焼結法は、磁石の磁気特性は(BH)max22
〜30MGOeと大変高い性能が得られている。し
かし希土類永久磁石合金において希土類元素Rの
量は、磁石特性に大きい影響力があるといわれて
いる。すなわち所望の磁気特性を得る条件として
R(TM)zのZの範囲は非常に狭い範囲である
ことが知られている。例えばR=Sm、Ce、Pr、
Yの場合、概算±0.5重量%の変化は、Zが1も
変化することになり少くとも±0.3重%の範囲に
入らなければならない。しかし希土類元素は活性
であり、その蒸気圧も高いので磁石化工程で、組
成変動が大きく所望の磁気性能を安定して維持出
来ない。すなわち溶解によるR元素の蒸発、粉末
化工程における酸化、焼結、溶体化熱処理(以下
SSTと呼称)、時効処理(以下AGEと呼称)、に
よるR元素の蒸発、及び酸化を生じ易い。又焼結
磁石は、硬く脆いため機械加工、あるいは取り扱
い上欠け、割れを生じ易い欠点があつた。一方
RTM5合金、例えばSmCo5合金を微粉砕して樹
脂結合した永久磁石材料も知られているが、最大
磁気エネルギー積は、5〜10MGOeと低いもの
である。 さらに、R2TM17型永久磁石の磁気性能の一番
の決め手である酸化防止に多大な工程技術管理が
要求される。粉末法による焼結磁石は、焼結温度
1150℃〜1200℃で不活性雰囲気中又は遷元性ガス
中で焼結を行なうが、この際粉末表面は極く微量
の空気又は酸素でどうしても酸化を生じ易い欠点
があつた。 この発明は、上述した従来方法の欠点を改善し
たもので希土類元素の酸化、蒸発による変動を押
え所定組成を容易に得られる製造方法を提供する
ことを目的とするものである。以下本発明を工程
に従つて順次詳細に説明する。 本発明において特に好ましい磁性合金は、いず
れも重量比でY、Sm、Pr、Ce、Laなどの希土
類金属の少なくとも1種が20%を越え28%以下、
Feが5%を越え35%以下、Cuが3〜15%、Zr、
Nb、Hf、Ti、Cr、V、Mnの1種又は2種以上
が1〜5%、残部が実質的にCoからなる合金で
ある。 まず上記組成の合金をアルゴンガス中で高周波
溶解してインゴツトに鋳造する。この場合、鋳型
の構造材質は金型とし、冷却速度をコントロール
しながら、柱状晶を現出させることにより、4πIs
(飽和磁化)及びiHC(保磁力)を高められる。更
に該合金インゴツトをアルゴンガスなどの非酸化
性雰囲気中で1100℃〜1220℃に加熱して1時間〜
24時間熱処理を行ない、室温まで冷却する。この
時の冷却速度は、10〜100℃/分に調整すること
により、大きな保磁力が得られる。次に室温まで
冷却した磁性合金を500〜850℃に加熱して、時効
処理によつて、磁気的に硬化をさせる。前記2種
類の熱処理を、磁性合金インゴツトのまま、すな
わち塊状で行なうので、合金組成の変動を極めて
少なく出来る利点がある。すなわち、磁性合金の
表面積は体積に比しインゴツト塊状のまま熱処理
を行なうので、大変小さく出来る。その結果、当
然磁性合金の表面酸化を著るしく減小出来る利点
を有する。溶体化で均一相を、続いて時効によつ
て、析出硬化を促進させ、磁気的に硬化するもの
と考えられる。次に熱処理したインゴツトを、ジ
ヨークラツシヤー、トツプミルなどを用いて粗粉
砕する。この時の粒度は−30メツシユとかなり粗
粒子粉末である。該粗粒子粉末を、ボールミル、
ジユツトミル、などの機械装置を用いて、微粉砕
を行なう。この場合磁石の保磁力は熱処理によ
り、形成された合金中の微細構造組織に起因する
ため、これが破壊されない程度に粉砕する。粉末
の粒度は、3μm〜85μmに粉砕することが望まし
い。なお粒径が3μ以下になると、微細組織が破
壊されるため、飽和磁化、保磁力が減少し易いの
で3μ以上とした。又85μを越えると保磁力、及び
飽和磁化が減少する問題がある。さらに粉末の充
てん率、及び磁場中配向性の低下を来たし易い。
従つて好ましくは、平均粒度10〜15μmで分布が
3μm〜50μmの磁性粉末粒子が良い。このように
して得られた微粉状粒子に有機物バインダー、融
点が400℃以下のメタルバインダーを添加して、
混合した後、非磁性材料からなる金型内に充てん
し、12〜30KGの磁場をかけて、粒子を磁場配向
させながら1〜7ton/cm2の圧力で加圧成形して所
望形状に圧粉成形し、焼成して永久磁石を製造せ
んとするものである。ここで有機物バインダー
は、熱硬化性、熱可塑性のいずれでも良く好まし
くは、エポキシ系樹脂、EVA樹脂、フエノール
系樹脂、ポリエステル系樹脂などがあり、その量
は、0.5%(重量比)〜10%である。有機物バイ
ンダーのさらに好ましい量は、1%〜5%でこの
場合、加圧成形における、磁性粉末の充てん率が
60%以上となり、密度ρは5.0以上を得られる。 又メタルバインダーは、Sn、Pb、In、Bi、
Cd、Tlなどの低融点金属、及びその合金でM.P
(融点)が概ね400℃以下のものを用いる。メタル
バインダー効果は、永久磁石の機械的な強度、靭
性、及び磁気特性のもの温度特性を改良すること
が出来る。 次に本発明の製造方法における好ましい合金組
成の限定理由について述べる。希土類金属の添加
量は20%以下では、R2TM17型結晶からずれて、
Fe−Co相があらわれ、保磁力が低下するためで
あり、28%をこえると、RTM5相が多くなり、
4πISが5000G以下に低下し、最大エネルギー積が
4.5MGOe以下になるからである。希土類金属は
1種に限らず2種以上複合しても同様の効果を得
られる。Cu(銅)は3%未満では、保磁力の増大
が認められず、15%をこえると、4πISが低下す
るからである。Zr、Nb、Hf、Ti、Cr、V、Mn
の1種又は2種以上で1%未満では、保磁力の改
善効果がなく5%をこえると、4πISが低下する。
さらに鉄は5%以下では4πISが高められず、35
%をこえると、保磁力が低下するからである。 次に本発明の実施例について説明する。 実施例 1 以下に示す評量組成からなる合金1Kgを高周波
溶解炉で溶解し、金型に鋳込んだ。 Sm:23.8%、Cu:6.5%、Fe:15.6%、Zr:
3.2%、Co:残部 ここで得られた磁性合金インゴツトは80%以上
柱状晶であつた。この合金の分析値は以下の通り
であつた。 Sm:23.21% Cu: 6.32% Fe:15.51% Zr: 3.15% Co:残
【表】 次に該合金のインゴツトで塊状のもの各100g
を用いて、アルゴンガス中で溶体化処理を行なつ
た。冷却速度は、約200℃/分であつた。続いて
室温まで冷却した合金を別設の熱処理炉で、アル
ゴンガス中で800℃×時間加熱し、時効処理を行
ない100℃/分で冷却した。熱処理上りの合金表
面はほとんど酸化は認められなかつた。次にこの
合金をボールミルを用いて、ダイフロン中で湿式
粉砕し、平均粒径15μmで且つ、3μm〜50μmの
分布の微粉末を得た。この微粉状粒子を液状で粘
度2000CPSのエポキシ樹脂を2重量%加えて乳鉢
中で混和した。なおボールミル上りの粉末は、常
温で真空中乾燥を行なつてある。 エポキシ樹脂と混和した微粉状粒子を、第1図
に示す磁場プレス中で加圧成形した。 1は励磁コイル、2は純鉄製のポールピースで
この間に15KGの磁場を発生させた。5は非磁性
材のステライト、3,4は同材質で上パンチ、下
パンチである。3,4の間に、前記エポキシ樹脂
と混和した粉末8gを装入し、印加磁場15KG中
で7,8から油圧を加え、加圧成形した。この時
の加圧力は2ton/cm2であつた。次に磁場中成形し
たままの状態で成形型を別設の油圧プレスで、一
軸方向に5ton/cm2加え成形し、型より抜き出し
た。この時の試料形状は第2図に示した角柱状試
料である。続いて、150℃×1時間オーブン中で
焼成した成形体の形状寸法は、a=8m/m、b
=14m/m、h=8.0m/mで矢印方向が異方性
の方向である。本発明方法によれば第1表1〜5
に示したように、樹脂結合型磁石として、大変高
い磁気性能が得られた。 No.6は比較例で、インゴツトを微粉砕して粒度
5〜15μm平均粒度7μmとし、本発明方法と同じ
ように磁場成形した。磁場成形の加圧力は1ton/
cm2で第2図に示したのと同形状の仮成形体(グリ
ーンボデイ)を得た。第1表No.6は比較例の焼結
した永久磁石の特性を示す。 実施例 2 実施例1−No.4の条件でn=10ロツト熱処理
し、永久磁石を成形した。続いて150℃×1時間
オーブン中で加熱焼成し室温まで冷却後、測定磁
場強度25KOeで、自記磁束計を用いて磁気性能
を調べた。又比較例1として、SmCo5合金粉末
の平均粒度5μmものを用いて、エポキシ樹脂2
重量%を混和した。同様にn=5ケ磁場中成形
し、焼成(150℃×1時間)後、磁気測定を行な
つた。又比較例2として、第1表No.6と同一条件
で製造し、焼結し熱処理したもの10ロツトについ
て調べた。第2表に以上の結果をまとめて記す。
【表】
【表】 本発明法の樹脂結合型磁石は、磁気性能は、
SmCo5合金のそれより高く、焼結法よりは若干
低い。しかし、磁気性能のバラツキは大変に小さ
いことがわかつた。この理由は本発明法は、合金
インゴツトのまま熱処理を行うので、酸化、Sm
の蒸発等組成に係る問題が極力防止出来るためで
あると考えられる。すなわち焼結法はグリーンボ
デイ(仮成形体)のため内部にガスを吸着してお
り、且つ粉末を成形してあるため、表面積が大き
く、焼結の際Arガス中の酸素ガス、窒素ガスな
どとの反応を生じ性能のバラツキに起因すること
がわかつた。 実施例 3 実施例第1表No.2に示したのと同一の製造条件
の磁性粉末を用いて、含浸法により永久磁石をつ
くつた。先ず磁性粉の粒度は平均粒度15μmと
し、25g中に重量比で0.3%のオレイン酸を加え
乳鉢中で混合した。この混合粉末を第1図に示し
た磁場成形装置で第1表No.2と同様の条件で加圧
成形し、角柱状ブロツク(成形体)を得た。該成
形体を粘度100CPSの1液性エポキシ樹脂液200c.c.
中に浸漬して、常温で2時間放置して、含浸を行
なつた。続いてバインダーであるエポキシ液中よ
り、成形体をとり出し、エチルアルコールで洗浄
後オーブン中で150℃×1時間加熱焼成固化させ
た。該試料を自記磁束計を用いてB−Hカーブを
測定した。その結果を第3図3に示す。1は比較
例1のSmCo5合金粉末を成形したブロツクを同
様に含浸した時に得られたB−Hカーブを示す。
又2は比較例2のSmCo5焼結型磁石量産製造品
の代表的なB−Hカーブをあらわしたものであ
る。
【表】 本発明方法は第2表からもわかるように、従来
から知られているSmCo5合金の樹脂結合型磁石
よりもはるかに磁気特性が高く且つ焼結法で作ら
れたSmCo5磁石と同じ磁気特性が得られた。 実施例 4 第1表No.3と同一の熱処理条件で得られた微粉
末20gを用意した。この磁性粉末にPbとSmが
1:1の組成比からなるハンダ粉末(平均粒度が
2μm)を重量比で6%混合し、窒素ガスを流出
させた、グローボツクス中で1時間混和した。次
に第1図に示した磁場成形装置で第1表No.3の試
料と同様に磁場中加圧成形を行なつた。この時の
最終加圧成形圧力は7ton/cm2であつたが、成形体
の割れ、型からの抜き出しは何等問題なく出来
た。続いて、Arガス雰囲気中で温度325℃×1時
間加熱し、室温まで冷却した。本発明方法で得ら
れた、永久磁石の特性を以に記す。 Br−8300(G) bHc−6500(Oe) iHc−10500(Oe) (BH)max−15.2 MGOe p(g/c.c.)− 7.6 第1表No.3の本発明方法の永久磁石に比べ、本
実施例によれば、さらに磁気特性が改良出来るこ
とがわかつた。又本実施例永久磁石材料は、耐衝
撃性、欠け、割れ等にも大変強いことが判明し
た。磁石成形体を高さ1mの高さからコンクリー
ト床上に落下させても、何ら異状は認められなか
つた。さらに本発明方法は、原料費の高い希土類
金属、及びコバルトを使用するので、原料歩留り
がコストに大きく影響する。本発明法は、直接製
品形状に型を用いて成形出来るので90%以上の歩
留りであつた。一方従来法の焼結磁石は歩留りが
10%〜30%にもなりコストが高くなる欠点があ
る。 本発明は、R2TM17型永久磁石合金の特性を樹
脂結合あるいは、メタルバインダー法によつて、
磁気特性を高めたこと及び量産製造のバラツキを
少く出来るなど、多大の効果を持たらすものであ
る。本発明永久磁石材料の用途は、コアーレスモ
ーター、ステツピングモーター、電磁ブザー、ス
ピーカー、時計用ステツピングモーター、カート
リツヂなど精密機器への応用が拓けているこれら
分野の該デバイスに用いれば、低コスト、高性能
すなわち、コストパフオーマンスの高い商品づく
りに画期的な効果を果すものと信ずる。このよう
に本発明方法は、工業上大変有益なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本実施例で用いた磁場成形装置の断
面概略図。 1……励磁コイル、2……ポールピース、3…
…成形型上パンチ(非磁性ステライト)、4……
成形型下パンチ(非磁性ステライト)、5……成
形型下パンチ(非磁性ステライト)、6……磁性
粉末、7……プレス用台座(上部)、8……プレ
ス用台座(下部)。 第2図は本実施例で磁場中成形したブロツクの
概略図。第3図は、本発明方法の実施例3で得ら
れた、永久磁石材料のB−Hカブを示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Yを含む希土類金属Rの1種類以上と遷移金
    属TMの1種類以上とで構成されたR2TM17型希
    土類永久磁石合金を溶解、鋳造して得られるイン
    ゴツトを塊状のまま熱処理して磁気的に硬化させ
    た後、該インゴツトを粉砕し、バインダーを混合
    して成形することを特徴とする永久磁石の製造方
    法。
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