JPH0147543B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、希土類元素と遷移金属を主成分とす
る希土類永久磁石に関する。さらに詳しくのべれ
ば、Sm_zCo₁₇型結晶を主体とする合金に、Ｃおよ
びＭ（ＭはＳ，Se，Te，Ce，Pb，Cd，Bi，Siの
中の少なくとも１種以上を示す。）を添加するこ
とにより、この合金の溶解鋳造時、このＣと特殊
元素Ｍの効果により、この合金の鋳造インゴツト
のマクロ組織の柱状晶化を促進させた永久磁石に
関するものである。 我々は、先に特願昭55−3226号において、希土
類合金の鋳造インゴツトのマクロ組織を柱状晶に
することにより、等軸晶およびチル晶に比べて格
段の磁気性能がよくなることを示した。本発明
は、このような合金にＣおよび特殊元素Ｍを添加
すると、柱状晶化が促進され、このような元素を
添加してもより磁気性能が向上することを示した
ものである。 本発明は、鋳造インゴツトの塊をそのまま熱処
理し、粉砕、バインダーとの混合、磁場中成形、
バインダーを結合強化して磁石を製造する、樹
脂、メタル、またはセラミツク結合型磁石の高性
能化に極めて有効である。すなわち、粉砕前まで
の工程は鋳造磁石と変らず、鋳造インゴツトの結
晶状態をそのまま用いるので、前記したような高
性能な磁気特性が得られる柱状晶を、鋳造インゴ
ツトに微量添加した炭素Ｃと特殊元素Ｍの効果に
よりできるだけ多く生成させれば高性能の磁石を
得ることは可能である。 一般に溶融金属が、るつぼから鋳型に注入され
ると、鋳型から凝固が開始する。これは、固体異
物質と接解したエンプリオ（晶芽）は、接触しな
いで融液中に漂つているものに比べて、安定核生
成に対するエネルギー障壁が小さくなるからと説
明されている。鋳型に生成した結晶は、隣の結晶
と相互に競争しつつ溶湯中に成長する。第１図に
示すような、鋳塊最外層の結晶の競争成長領域を
チル晶と呼んでいる。結晶は成長速度に異方性が
あるため、最大成長速度をもつ方向が熱流の方向
に平行であるような結晶が隣接の結晶成長を抑え
て優先的に成長する。結晶の成長中、優先方位が
熱流に近い程長く生き残り、他の結晶は濁汰され
る結果、結晶の数は鋳塊内部にゆくに従つて少な
くなり、柱状晶帯が形成される。条件が整えば柱
状晶帯がぶつかり合い凝固は完了するが、通常第
１図に示すように、柱状晶の内部に等軸晶が生成
する。等軸晶の生因については、以前はよく知ら
れていなおつたが、現在では鋳壁とか冷却された
湯面で形成された結晶が遊離して自由晶となり、
この自由晶が等軸晶帯を形成することが明らかに
なつている（Ａ。Ohno，T.Motegi and Ｈ。
Soda：Trans.ISIJ。11（1971）18）。 Sm−Co−Cu−Fe−Ta−Ｃ−Ｍ系の７元合金
を使用した磁石は、析出硬化型、あるいは２相分
離型磁石と呼ばれる。これは、マトリツクス中に
異相を析出させ、磁気硬化させるためである。本
系統の磁石は、最初Sm−Co−Cu3元系合金で、
主にSm₂Co₁₇結晶を用いた組成で磁石化されて以
来、今日広く発展してきたものである。CoをFe
と置換してゆくと、ある量まで飽和磁化4πIsが増
加することが知られている。4πIsが増大する範囲
でしかも、結晶が一軸易方性を示すのは、Sm₂
（Co_l-xFex）₁₇で示すと、Ｘが０〜0.6の範囲であ
る。この事実はCoにCuをある程度置換しても変
らない。Sm₂（Co Cu Fe）₁₇に、さらにTaを加え
ると、Taの量は微量でもたいへん磁気性能の向
上がはかれる。すなわち、Taを加えると、Cuの
量が少なくなつても、また鉄の量が多くなつて
も、実用磁石として充分な保磁力iHcが得られ高
エネルギー積の磁石の作製が可能になつた。 本合金では前述したように、チル晶帯、柱状晶
帯、そして等軸晶帯のうちで柱状晶帯が磁石にす
るのに最も優れていることが明らかになつた。ま
た合金に炭素Ｃと特殊元素Ｍを微量添加して、イ
ンゴツト中の柱状晶帯域を増大させたものの方
が、同一条件で鋳込んだインゴツトと比較して優
れている。 今、例を樹脂結合型希土類コバルト磁石にとつ
て説明する。この磁石は第２図に示すような方法
で磁石合金を磁石にする。製法を全く同じにし
て、等軸晶合金、柱状晶合金とチル晶合金を磁石
にしてみると、柱状晶合金が、飽和磁化4πIs、保
磁力iHc，bHcあるいはヒステリシスループの角
型性にと、全ての性能にわたつてすぐれているこ
とが分つた。逆に、等軸晶合金およびチル晶合金
性能的に劣つている。また、同一条件で鋳込んだ
もので、炭素Ｃと特殊元素Ｍを微量添加して柱状
晶帯域を増大させたインゴツトと、炭素Ｃと特殊
元素Ｍを添加しないインゴツトでは、炭素Ｃと特
殊元素Ｍを添加して柱状晶帯域を増大させたもの
の方が性能が優れている。 これは、柱状晶組織が、該合金を熱処理（溶体
化処理及び時効処理）する時に有効に作用するた
めであると考えられる。すなわち、柱状晶によつ
てマトリツクス中に析出する異相の析出物の分布
の均一化を促進するものと考えられ、そのために
ヒステリシスの角形性がよくなる。また同時に析
出物の結晶構造、形態もiHcを高める方向に形成
する作用も及ぼすものと考えられ、そのためiHc
も向上する。 このため、本合金を鋳壁近傍のチル晶帯は柱状
チル晶にして、他の部分は柱状晶にする製造法が
よい磁石を得るために大切である。チル晶帯は合
金全体では量が少いので、製造上最も大切なこと
は、等軸晶帯を防ぎ柱状晶帯の比率を大きくする
ことである。このようなことから、Sm−Co−Cu
−Fe−Ti系合金に、炭素ＣとＳ，Se，Te，Ce，
Pb，Cd，Bi，Si等を微量添加して鋳造すること
により、融体から結晶化の核生成を促進させる酸
化物や、窒化物等を炭化物、硫化物等で包み込ん
で核作用を不活性化させたり、炭素Ｃ、特殊元素
Ｍと、融体中の酸素、窒素等が結合して、結晶生
成の核となる酸化物、窒化物等の発生を少くし
て、等軸晶の形成をできるだけ抑えている。この
場合、添加元素によりその効果は必ずしも同等で
はないが、柱状晶を促進させるのに果す役割りは
同じである。 なお、本発明において特に好ましい合金組成
は、原子比を用いた組成式で、 Sm（Co_l-u-v-w-x-yCu_uFe_vTa_wC_xM_y）ｚで 表わしたとき、 ０＜ｕ＜0.2 ０＜ｖ＜0.5 ０＜ｗ＜0.005 ０＜ｘ＜0.05 ０＜ｙ＜0.1 6.5≦ｚ≦9.0 である。それでは以下に各成分の組成分の組成範
囲の限定理由を述べる。 本合金系およびその組成域においては、Sm−
Co系が基本である。CuはSm₂Co₁₇型合金で保磁
力を得るために加えられるものであり、Cuを入
れることでiHcは向上する。しかし、4πIsは低下
する。このため、実用磁石材料としては、Sm
（Col−uCuu）ｚ中のＵの値は、0.2までが限度で
ある。Ｚの値が５Ｚ8.5の間にある時には、
Sm−Co合金はSmCo₅型化合物とSm₂Co₁₇型化合
物に分離する。4πIsの値は、Sm₂Co₁₇の方が20％
高い。依つて、高4πIsを実現するためには、Ｚは
6.5以上が望ましい。 一方Ｚが9.0を越えると、iHcは著しく低下する
とともに、Co−Fe相が多く出て来てしまいヒス
テリシスループの角形性を悪くするので好ましく
ない。Taは著しく合金の4πIsを低下させるので、
0.05以上入れると、Feを増やしCuを低減して
4πIsを高めた意味がなくなる。Ｃは、多くなるに
従つて4πIs、iHcが低下するので、その限界を考
慮して上限を0.05とした。Ｍは、添加元素により
多少効果は異なるが、ある量以上になると4πIs，
iHcが低下するので、その限界を考慮して上限を
0.1とした。尚、これらは複合添加の合計量を示
しており、その比率は特に規定しない。 バインダーは各種ポリマー、例えば、エポキ
シ、フエノール、ゴム、ポリエステルなど又はメ
タルバインダーで、融点が400℃以下の低融点合
金が好ましい。 以下実施例に従つて本発明を説明する。 実施例 １ 鋳造後Sm（Co0.59 Cu0.07 Fe0.3 Ta0.01
C0.02 S0.01）8.2の組成になるよう原料を調合
し、全部で１Kgの合金を、高周波炉を用いてAr
ガス雰囲気中で溶解し、第３図に示されるような
鉄製の鋳型に湯温1550℃で鋳込んだ。溶湯は主に
側壁から冷却され、第１図に示すような組織形態
をとつた。第１図はインゴツトを中心で切断した
ときの組織を示す。これらの部分で、チル晶を
Ａ、柱状晶をＢそして等軸晶をＣとする。合金イ
ンゴツトのＡ，Ｂ，Ｃ部よりそれぞれの鋳造塊を
切り出し、第２図に示す製法１に従い樹脂結合磁
石を作製した。溶体化処理は、1150℃で24時間、
時効処理は800℃で20時間アルゴン雰囲気中で行
つた。ボールミル法により平均粒度10μに粉砕さ
れた磁石微粉末に、バインダーとしてのエポキシ
樹脂1.8wt％を混錬した。この混錬した混合物を
16KG磁場中でプレス成形し、成形体に適度な熱
を加えて樹脂を硬化させ（キユア処理）、磁石を
完成させた。結果を第１表に示す。表より分かる
ように、Ｂ部の柱状晶帯より得た磁気性能は、Ｃ
部の等軸晶帯より得たものより、たいへん優れて
いる。Ａ部のチル晶帯は、Ｂ部のものと比べて低
いとはいえ、Ｃ部よりも優れている。

【表】 ただし、SQとはヒステリシスループの角形性
を示す指標で、 SQ＝HK／iHc で与えられる。HKは、4πI−Ｈ減磁曲線上で
0.9Brで与える磁場の大きさである。これらの結
果より、Ｂ部の柱状晶の部分が最も性能が優れて
いることが明らかになつた。Ａ部のチル晶帯は、
鋳壁のごとく近傍のみに生成するもので、インゴ
ツト全体ではごくわずかであるから、インゴツト
製造上最も大切なことは、いかにして等軸晶の生
成を抑え、柱状晶を発達させるかである。尚本実
施例に用いたＡ部には、Ａ部の発生状況からし
て、ある程度の柱状晶Ｂの部分が入つていると思
われる。 実施例 ２ 実施例１と同様な方法で、第２表に示されてい
る組成の合金から樹脂結合磁石を製造した。但
し、溶体化処理は1120〜1180℃の間で最も適切な
温度で20時間行つた。

【表】 本実施例は、Ｂ，Ｃ部のインゴツトに対して行
なつた。結果を第４図に示す。Feの量が増加し
ていつても、柱状晶帯Ｂの方が良い磁気性能が得
られる。これにより、ある程度Feの量を高めて
も、ある程度のiHcが得られることが明らかにな
つた。 実施例 ３ 実施例２と全く同じ方法で、第３表の組成の合
金から樹脂結合磁石を製造した。結果を第５図に
示す。Sm（CoCuFeTaCM）₁₇型の合金では、Cu
の量が低くなると、iHcは低下するが柱状晶のも
のでは、等軸晶のもの比べて、低Cu組成までiHc
は高い値が得られることが分かる。また、角形性
も柱状晶部の方が優れている。

【表】 実施例 ４ 実施例２と全く同じ方法で、第４表の組成の合
金から樹脂結合磁石を製造した。合金鋳造時の湯
温は1650℃である。鋳造インゴツトは第１図に示
すような断面マクロ組織になつている。Ｂの柱状
晶組織の割合は、合金No.１では約60％、合金No.２
〜４では78〜85％、合金No.５〜６では68〜75％で
あつた。柱状晶組織の割合はインゴツト断面を顕
微鏡で観察し、メツシユ法で推定した。

【表】 結果を第５表に示す。第５表から分かる通り、
柱状晶組織が最も多いものが、最も磁気性能が優
れている。このように、合金組成に、ＣとＳ，
Se，Te，Ce，Pb，Cd，Bi，Si等の特殊元素Ｍ
を複合添加して、柱状晶組織をできるだけ促進さ
せるようにすることにより、磁気性能の向上がは
かられていることが分かる。

【表】

【表】 実施例 ５ 第６表に示す組成の合金を、実施例２と全く同
じ方法で樹脂結合磁石を製造した。結果を第７表
に示す。

【表】

【表】 上記のごとく、Ｚの値を変化させても充分高い
磁気性能を有する磁石を得ることができた。 このように、Sm−Co−Cu−Fe−Ta合金に、
炭素ＣとＳ，Se，Te，Ce，Pb，Cd，Bi，Si等
を複合添加することにより、合金インゴツトの柱
状晶化を一層促進させ、樹脂、メタル、またはセ
ラミツク結合のSm₂Co₁₇型磁石の高性能化がなさ
れた。本発明の高性能磁石は、時計用ステツプモ
ータ−、マイクロスピーカー、コアレスモータ
ー、磁気センサーなど広く工業的用途を持つもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳型に鋳込んだインゴツトの中心を
縦方向に切断したときの断面である。Ａ，Ｂ，Ｃ
はそれぞれチル晶、柱状晶、等軸晶を示す。Ｄは
金型の断面である。第２図は樹脂結合型磁石の製
造工程を示す。第３図は鉄製鋳型を示す。肉厚は
すべて15mmである。長さの単位はmmである。第４
図は、Sm（Co0.89−
VCu0.07FevTa0.01C0.02S0.01）8.1の組成におい
て、Ｖを変化させた時の樹脂結合磁石の磁気性能
を示す。第５図は、Sm（Co0.73−
uCuuFe0.22Ta0.02C0.02S0.01）8.3の組成におい
て、Ｕを変化させた時の樹脂結合磁石の磁気性能
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Sm₂Co₁₇型結晶を主体とする合金の粉末にバ
   インダーを混錬して成形してなる希土類永久磁石
   において、前記合金として原子比を用いた組成
   が、 Sm（Co_l-u-v-w-x-yCu_uFe_vTa_wC_xM_y）_z （但し、０＜ｕ＜0.2 ０＜ｖ＜0.5 ０＜ｗ＜0.05 ０＜ｘ＜0.05 ０＜ｙ＜0.1 6.5≦ｚ≦9.0 ＭはＳ，Se，Te，Ce，Pb，Cd，Bi，Siの
   うちの少なくとも１種からなる元素を示す。） で表わされ、かつマクロ組織が主に柱状晶組織で
   ある合金を使用したことを特徴とする希土類永久
   磁石。