JPH02208902A - 温間加工磁石の製造方法 - Google Patents

温間加工磁石の製造方法

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JPH02208902A
JPH02208902A JP1030164A JP3016489A JPH02208902A JP H02208902 A JPH02208902 A JP H02208902A JP 1030164 A JP1030164 A JP 1030164A JP 3016489 A JP3016489 A JP 3016489A JP H02208902 A JPH02208902 A JP H02208902A
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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〕 本発明は希土類、遷移金属、硼素から実質的になる永久
磁石であって温間又は熱間加工によって磁気異方性を付
与する異方性永久磁石の改良に関し、とくに希土類元素
の炭化物を加えることによって加工性を改善して割れが
無く、且つ磁化容易軸の結晶配向を向上して磁気特性を
向上させた永久磁石とその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
希土類、遷移金属、硼素から実質的になる永久磁石(以
下R−T−B系永久磁石と呼ぶ)は正方品系の結晶構造
を持つRzT+Jで表わされる金属間加工物が高い飽和
磁化と結晶磁気異方性を有することから、従来の希土類
、コバルトより実質的になる永久磁石より安価で且つ高
い永久磁石特性を発現することから注目を集めている。
この金属間化合物は、室温で正方形の一辺が0.878
nsで、その面に垂直なC軸方向の格子定数がC=1.
218nmである。然して、この系の磁石の工業的な製
造方法としては焼結法と超急冷法に大別される。焼結法
とは、一般には粉末冶金法とも呼ばれる製造方法であり
、インゴットを粉砕して得られた平均粒径2〜4μmの
磁石微粉末を、冷間で磁場を印加しつつ成形し、所望の
磁気異方性を付与した後、1000℃以上の高冷で焼結
することによりち密化した永久磁石体を得る方法である
。一方、超急冷法とは所望の構成の合金溶湯をメルトス
ピニング法やガスアトマイズ法等により、超急冷して得
られた粉末又は薄帯を600〜1000℃で温間あるい
は熱間加工によりち密化し異方性化の付与を行う方法で
あり、磁気異方性化は、温間又は熱間の塑性加工により
結晶軸を所望の方向に揃えることにより、付与される。
′ 焼結磁石の場合は、磁石内に炭素粉末あるいはTi、 
Zr、 Hf等の炭化物形成成分粉末を含有して金属炭
化物を形成させることによって、焼結時の結晶粒成長を
抑制すると共に密度を高める発明が知られている(特開
昭63−98105号公報参照)、この発明では炭素粉
末の潤滑作用については言及していない。
しかし、焼結磁石において磁気的異方性を得ようとする
場合は、磁場の中で成形するという面倒な工程が必須で
あり形状に制約を受ける。
従って、磁場中の成形が不要な急冷磁石、とりわけR−
T−B系の溶湯を超急冷法によって凝固し、薄帯又は薄
片を得て粉砕しホットプレス(高温処理)した後、温間
で塑性加工して磁気異方性を付与した永久磁石(以下「
温間加工磁石」と呼ぶ)が注目されている(特開昭60
−100402号公報参照)。超急冷法で得られる薄帯
または薄片は、更にその内部が無数の微細結晶粒力すら
なっている。
従って、超急冷法によって得られる薄帯又は薄片は厚さ
30μm程度で一辺の長さが500μm以下の板状の不
定形をしているものの、その内部に含まれる結晶粒が焼
結磁石(例えば特公昭61−34242号参照)の1〜
90μmと比べて0.02〜0.5μと微細であり、こ
の系の磁石の単磁区の口R異寸法0.3μmに近く本質
的に優れた磁気特性が得られるからでもある。
温間加工磁石においては塑性流動と直角な方向の磁気的
配列状態との密接な相関が重要である。
塑性流動を被加工物の全体に均一に充分行わせることが
磁気特性に関係する配向度の向上に必要である。また、
不均一変形は塑性加工における被加工物のバルジ現象(
端縁部が樽型に変形する。)によって端縁部に大きなり
ランクを生じてしまう。
このことは、製品としての磁石を得ようとする場合には
大きな問題点がある。
ここで、温間あるいは熱間加工の際に印加される加工力
の大部分は塑性仕事に使われるが、一部摩擦仕事として
浪費される。このことは、前記のバルジ現象を生起する
ことにもなっている。
従って、温間加工の加工性を向上させ、クランクのない
温間加工磁石を得る為に、特開昭60−100402号
公報には温間据込み加工に用いるダイス表面に黒鉛を外
部潤滑剤としてライニングした例が記載されている。な
お、この場合は磁石体内部ヘの作用効果に関する言及は
見られない。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上述べた従来発明において、超急冷法で得られる薄帯
または厚さ30μm程度で一辺の長さが500μm以下
の板状の不定形をした薄片には、ダイスに塗布された黒
鉛が一部は付着するにしても、はとんど薄片等には付着
せず、ましてや内部の無数の微細結晶粒が添加剤に覆わ
れるわけではない。
なお、焼結磁石に炭素粉末あるいはTi、 Zr、 H
f等の炭化物形成成分粉末を添加する場合、添加する粉
末形状、混合方法を工夫することによって個々の磁性粉
末間に比較的分散されやすいことが予測される。これは
焼結磁石の場合には使用される磁性粉末が合金鋳塊(イ
ンゴット)を粉砕して得られた比較的球体に近い形状を
しているためと考えられる。
しかし、室温で成形が行われる粉末冶金法による焼結磁
石と異なり、温間加工の場合は通常600〜850℃の
温間で据込み加工を施すため、個々の薄片間に添加した
添加剤の役割りが基本的に異なるものと考えられるが、
従来の発明では何らその点が検討されていない。
更に外部潤滑剤をダイス表面に塗布する従来の技術は、
温間加工磁石に特有の作用効果を呈するものではなく、
ダイス表面と被加工材表面間の摩擦係数を若干低下する
という通常の金属加工に於ける潤滑剤以上の効果を発揮
するものではない。
事実、それによって顕著な割れのない加工性の向上、均
一な配向性の向上は報告されていない。
従って、本発明はR−TM−B系の温間加工磁石に於い
て塑性加工を容易にして割れのないものを得るとともに
、均一な配向を得て磁気特性が良好なものを提供するこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は先ず、遷移金属Tを主成分とし、イツトリウム
を含む希土類元素Rおよび硼素Bを含有するR−T−B
系合金の溶湯を超急冷凝固して薄帯又は薄片を得て、粉
砕して磁性粉末を得た後、温間加工により磁気異方性を
付与する温間加工磁石の製造方法において、前記磁性粉
末に希土類元素の炭化物を混合することを特徴とする温
間加工磁石の製造方法である。
従来の温間加工磁石における常識では、加工後に炭素や
酸素等を残留させる添加剤を混合することは磁気特性に
有害であると信じられてきた。
しかし、本発明者は固定概念に把ねれない発想から、特
に炭素を単体で添加するのではなく希土類元素の炭化物
を適量添加することによって、成形性と磁気特性の両方
を顕著に向上するという効果を見出したものである。
本発明の温間加工磁石の加工温度は600〜850℃の
範囲内が適当である。つまり600℃以下では、添加剤
の有無にかかわらず、塑性変形に必要なNdリッチ相が
発生しにくくその結果、割れが多数発生するからである
。添加剤の投入量を増加することによって加工温度は若
干高温側に推移するが850℃までは磁気特性をさほど
低下させず容易に加工することができる。850℃を越
えると結晶粒の粗大化により著しく磁気特性が低下し、
また割れも多数発生する。
本発明において、希土類元素の炭化物の投入量が0.1
wt%未満では高温処理中の残留炭素成分が少なすぎ結
晶粒の配向向上と磁気特性の両方を向上する本発明の効
果が得られず、5wt%を越える場合は、磁気特性が低
下して好ましくない。
本発明はその結果物として、遷移金属Tを主成分とし、
イツトリウムを含む希土類元素Rおよび硼素Bを含有す
るR−T−B系合金であって、磁気的異方性を有する平
均結晶粒径が0.02〜0.5μ僧の微細な結晶粒を有
する温間加工磁石において、粒界の炭素含有量が0.0
5〜0.8重量%であることを特徴とする異方性重量%
である。
本発明は前述の希土類元素の炭化物を適量添加すること
によって、単に炭素を添加したものでは得られない独特
の粒界組織を生じるものである。
即ち、第1図にNd炭化物を0.5wt%添加した場合
の結晶粒の模式図を示す、第2図はNd炭化物を添加し
ない場合のものである。第1図及び第2図は据え込み方
向から見たものである0本発明に係る異方性磁石の結晶
は、掘え込み方向と垂直方向から見た場合は薄く均一に
偏平に変形し、据え込み方向から見た場合は結晶粒界が
ハツキリと見えることが分かる。結晶粒界に何が存在す
るのかは現時点では必ずしも明らかではないが、主相を
取り囲む希土類リッチ(富化)相からなる粒界に炭化物
の濃縮が認められることから、添加した希土類炭化物が
ここに濃縮することによって磁気特性の向上になんらか
の寄与をしているものと思われる。
なお、第1図及び第2図に対応する顕微鏡写真を参考図
1及び参考図2に添付する。
本発明において炭素含有量が0.8重量%を超えると磁
気特性は低下し、同じく酸素含有量が0.8重量%を超
えると被加工物の変形抵抗が著しく大きくなり加工性が
悪化して好ましくない。
本発明に係る合金は、遷移金属を主成分とし、イツトリ
ウムを含む希土類元素R及び硼素Bを含有する。組成範
囲は特開昭60−100402号公報で公知の温間加工
磁石に準する。但し本発明で遷移金属とは、鉄を主体と
し、一部Co、 Ni+ Ru、 Rh、 Pd。
Os、Ir、 pjの狭義の遷移金属のみならず、原子
番号21〜29.39〜47.72〜79.89以上の
元素を全て含む広義の遷移金属をいう。
また、Gaの添加は本発明者らが既に発表したように温
間加工磁石において保磁力を顕著に向上する効果がある
ため、必要に応じて添加すると効果的である。更に、公
知の添加元素を目的に応じて添加することも本発明の効
果を逸脱するものではない。
希土類元素RもNd、 Prを主体とし、公知の通り、
コスト低減の目的にはCe、  シジム等による一部置
換、温度特性を改善する目的にはDy、↑b等による一
部置換ができることは言うまでもない。
本発明において、平均結晶粒径は超急冷法による磁石の
特徴として微細である。0.02μI未満の超微結晶を
工業的に安定して得ることは現時点の技術では困難であ
り、0.5μmを超える場合は保磁力が低下して好まし
くない。
ここで平均結晶粒径の測定は、顕微鏡写真における切断
法による。すなわち、写真に任意に直線を引いたとき線
分を切断する結晶粒の数で線分長さを除した値を結晶粒
径とし、少なくとも20個所以上について求めた平均値
を平均粒径とする。
ここで注意すべきことは本発明による異方性磁石におい
ては結晶のC軸に垂直な面に偏平な形状をしており、C
軸を含む面で切断するときは平板の厚み方向となる。従
って、前述の平均結晶粒径はC軸に垂直な面上のものを
いう。
また本発明に係るR−T−B系永久磁石の磁性発現の要
はR27,4B金金属化合物の正方晶結晶である。この
結晶は室温での格子定数がa =0.878 。
C=1.218 鶴付近(c/a=約1.4)である。
更に温間加工磁石においては、これら結晶の混合体が塑
性流動の作用の下にその方向に垂直方向に磁気的異方性
を発生する特異な性質を積極的に利用したものである。
すなわち、焼結磁石においては結晶構造は前述の正方晶
のままであるが、本発明に係る温間加工においては希土
類炭化物が内部潤滑剤としても作用することから、成形
性を向上でき従来の温間塑性加工よりも加工率を高く取
ることができる。従って、結晶も強く変形され本発明に
かかる異方性磁石ではc / a値は2以上とすること
ができる。このことは、磁石体に強い塑性流動を引き起
こし良好な磁気異方性を付与する結果になる0本発明者
の実験によるとc / a値が2以上であると残留磁束
密度は8kG以上のものが得られるので産業上の利用性
が高い。
本発明に係る希土類元素の炭化物の添加は、結晶粒界に
おける炭化物の:a縮効果とともに、潤滑作用によって
結晶粒の配向を顕著に向上し良好な磁気特性が得られる
ものである。
ここに配向度はX線回折によって測定することができる
。即ち、まず等方性の試料においてデイフラクトメータ
で各回折面のX線回折強度を測定し、次いで異方性化し
た温間加工磁石から切り出した試料の各回折面のX線回
折強度を測定し、その強度を等方性試料の強度で規格化
する。次いで、規格した値を各回折面が0面となす角度
についてプロットし、ガウス分布で近似して、その分散
で結晶配向性を評価出来る。
本発明は結晶のC軸からの結晶配向の角度分散が磁石表
面において30”未満という顕著な配向度の向上をもた
らせるものである。従来の温間加工による異方性磁石に
おいては30°以上となるため、磁気配向が揃わず十分
な配向を得ることが出来ず磁気特性が不十分であった。
本発明の温間加工による異方性磁石は温間での塑性加工
によって得られ、その手段として押出し、スェージング
、圧延、スピニング、据込み加工等の塑性加工が用いら
れる。特に据込み加工が異方性付与の効率が良い。応力
分布と歪み速度を優れた温間加工磁石を得るように選べ
るからである。
本発明に係る希土類元素の炭化物を添加した温間塑性加
工による異方性磁石の特徴は、変形が均一であってその
結果、断面内における歪分布が均一であることである。
従来の温間塑性加工による異方性磁石においては、歪分
布が不均一であり、またその結果、クランクが多く入り
実際の製品としてそのまま使用できるものではなかった
。特に周縁のバルジ部分のクランクは後工程での切削加
工を必須とし産業上の利用性を下げるものであった。
歪分布を測定する方法はX線応力測定法、硬度分布測定
法等による。
更に、従来の温間塑性加工による異方性磁石においては
試料の端部表面は塑性流動が起こりにくく結晶の配向度
が低いという欠点を有していたが、本発明によると温間
加工時の塑性流動が著しく改善されるためにX線側定に
よる結晶のC軸からの結晶配向の角度分散が磁石表面に
おいて30”以下のものを得ることができる。
また本発明は異方性磁石のみならず、超急冷によって得
られた薄片等を単にホットプレスしただけの圧密磁石に
おいても、その圧縮性を顕著に向上する効果がある。ホ
ットプレスの場合には、本発明で用いる温間加工法、主
として据え込み加工、のように特定方向の塑性流動を超
すものではな(、等方向な変形ではあるが、本発明に係
る希土類炭化物の添加は圧縮性の向上、結晶粒界での炭
化物の濃縮等の効果によって磁気特性を顕著に向上する
ものである。
又、本発明に係る永久磁石体を粉砕して磁性粉とし、樹
脂や低融点金属等のバインダと混練してボンド磁石にす
ることができる0本発明に係る温間加工磁石は、焼結磁
石の場合(結晶粒径が1〜90μm程度)と異なり結晶
粒径が0.02〜0.5μlと1〜2桁微細であり、粉
砕による磁気特性の劣化も実質的にないからである。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
〔実施例〕
(実施例1) Nd (Fee、 l tcOo、 tBe、 etG
ao、 1)l)!1.4なる組成の合金をアーク溶解
にて作製した。本合金をAr雰囲気中で周速が30m/
秒で回転する単ロール上に射出して約30μlの厚さを
持った不定形のフレーク状薄片を作製した。X線回折の
結果、非晶質と結晶質の混合物であることがわかった。
次いで、フレーク状の薄片500μ翔以下に粉砕した磁
性粉末にNdの炭化物を段階的に添加、混合したものと
、無添加のものを各々、成形圧6トン/cI11で磁場
を印加せずに金型成形をして密度が5.7 g /cc
で直径28鶴、高さ47鶴の成形体を作製した。
得られた成形体を740℃、2トン/−でホットプレス
し、密度が7.4 g /ccと高密度の直径30m、
高さ3011mの成形体を得た0次いで高密度化された
成形体を更に740℃で圧縮比(据込み前の高さ30m
を据込み後の高さ7.5鶴で除した値)が4となるよう
に据込み加工によって温間加工して磁気異方性を付与し
た。得られた磁気異方性温間加工磁石の磁気特性を測定
した後、同磁石内に残留する炭素含有量と酸素濃度を分
析した。
Ndの炭化物の各投入量に対する残留炭素含有量、酸素
濃度及び磁気特性を第3図に示す。第3図からNdの炭
化物の投入量とともに残留炭素含有量は直線的に増加し
、更に無添加の場合に比べてわずか0.01%1t%の
Ndの炭化物の添加が磁気特性が顕著に向上することが
わかる。磁気特性は特に4πIrが向上し、(BH)w
axは無添加の場合に比べて8 MGOeも向上する。
(実施例2) 実施例1と同様の温間加工方法により、据込み加工温度
を600℃、680℃、740℃、850℃の5段階に
変化させ、それぞれの温度の下でNdの炭化物の投入量
毎に据え込み加工を行なった。
加工時の記録紙より変形抵抗(圧縮公称応力)と歪の関
係を算出し、まとめた結果を第1表を示す。
ここで、圧縮比4まで加工した後温間加工磁石の周縁部
の割れ発生数が14を越えるものには×印とし、それ以
外のものについては歪が0.3(圧縮比約1.43)の
時の公称応力(ton /cd)とした。
加工温度600℃ではいずれも割れが多数発生し中には
座屈するものもあった。一方850℃においても応力が
著しく増大し多数の割れが発生した。
従って、本発明に係る温間加工は600〜850℃が好
ましい。
全体的な傾向としてはNdの炭化物の投入量とともに最
適な温間加工温度が高温側に推移した。第1表中の大枠
で囲んだ温間加工磁石については圧縮比まで成形し最終
温間加工磁石の周縁部に割れ第1表 発生が4以下の極めて加工性の良い物を示す。
(実施例3) Nd(Fee、 113811. ovGae、 oυ
2.、なる組成の合金をアーク溶解にて作製した0本合
金をAr雰囲気中で周速30m/秒で回転する単ロール
上に射出して約30μmの厚さを持った不定形のフレー
ク状薄片を作製した。
次いで上記薄片を500μm以下に粉砕した磁性粉末に
Ndの炭化物を0.5wt%添加したもの(本発明)と
無添加のもの(比較例)を各々成形圧6トン/−で金型
成形し密度が57g/ccで直径28m、高さ47mの
成形体を作製した。得られた成形体を720℃でホット
プレスしち密化した後、圧縮比が4.0となるように据
込み加工によって温間加工し磁気異方性を付与した。
得られた磁気異方性温間加工磁石の磁気特性と磁石各部
から切りだした試料の結晶配向度をX線により測定し結
晶のC軸からの結晶配向の分散の深さ方向および径方向
の分布を比較した。磁気特性を第3表に、結晶配向分布
を第4図に、比較例を第5図に示す、第4図並びに第5
図は温間加工磁石の据え込み方向を含む面で切断した断
面図を示す。
第4図並びに第5図の中の円錐体は結晶の配向の角度分
散を概念的に図式したものであり、傍らに記載した数値
は角度分散値である。即ち、配向方向のC軸からのズレ
の角度の統計学的な分散である。ここで、角度分散が例
えば18度の場合は、正方晶のC軸を基準として18度
の立体角の中に試料内の全結晶が存在することを示し、
この数値が小さいほど結晶の配向度は高いことを示す。
第3表及び第4図並びに第5図より明らかなようにNd
の炭化物の添加により塑性加工時の流動性が大幅に改善
され、結晶配向度が改善され、結晶粒界での炭化物のt
M縮とあいまって磁気特性が顕著に向上することがわか
る。
第3表 (実施例5) 実施例1と同様の方法で、Nd炭化物の添加量を1.0
set%に固定して、圧縮比を段階的に変え、その時の
結晶粒径と磁気特性の関係を澗べた。加工時の歪速度は
0.001(1/秒)とした。
結果は、c / a値が2以上の時に残留磁束密度が8
kG以上になった。なお、圧縮比とは据え込み加工前の
試料の高さり、を据え込み加工後の試料の高さhで除し
た値である。圧縮比1とは温間加工を開始する前の状態
を示す。
なお、以上の実施例は温間加工磁石の場合を示したが、
圧密磁石についても本発明の効果はある。
〔発明の効果〕 本発明によると温間加工磁石に希土類炭化物を添加する
ことによって加工性を向上して割れがなく且つ配向性が
良好で磁気特性の優れた温間加工磁石を簡単に得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る温間加工磁石の金属組織の顕微鏡
写真の模式図、第2図は従来の温間加工磁石の金属組織
の顕微鏡写真の模式図、第3図は本発明の一実施例の場
合の添加剤の添加量と炭素含有量、酸素含有量、及び磁
気特性の関係を示す図、第4図は本発明に係る温間加工
磁石の断面における結晶C軸に対する結晶配向度の分布
を示す図、第5図は本発明に係る温間加工磁石の断面に
おける結晶C軸に対する結晶配向度の分布を示す図であ
る。 第1図 第3図 第2図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)遷移金属Tを主成分とし、イットリウムを含む希
    土類元素R及び硼素Bを含有するR−T−B系合金であ
    って、磁気的異方性を有する平均結晶粒径が0.02〜
    0.5μmの微細な結晶粒を有し、磁気的な異方性が温
    間又は熱間での塑性加工により付与されて結晶軸のC軸
    に垂直な方向の平均径(c)とC軸方向の平均径(a)
    との比c/aが2以上であり、炭素含有量が0.05〜
    0.8重量%であることを特徴とする異方性永久磁石合
    金。
  2. (2)遷移金属Tを主成分とし、イットリウムを含む希
    土類元素R及び硼素Bを含有するR−T−B系合金であ
    って、磁気異方性を有する平均結晶粒径が0.02〜0
    .5μmの微細な結晶粒を有する永久磁石において、結
    晶軸のC軸に垂直な方向の平均径(c)とC軸方向の平
    均径(a)との比c/aが2以上であり、残留歪分布が
    実質的に均一であり、残留磁束密度同一磁石体中でばら
    つきが5%以下であることを特徴とする異方性永久磁石
    合金。
  3. (3)遷移金属Tを主成分とし、イットリウムを含む希
    土類元素R及び硼素Bを含有するR−T−B系合金であ
    って、磁気異方性を有する平均結晶粒径が0.02〜0
    .5μmの微細な結晶粒を有する異方性永久磁石におい
    て、結晶軸のC軸に垂直な方向の平均粒(c)とC軸方
    向の平均径(a)との比c/aが2以上であり、X線側
    定による結晶のC軸からの結晶配向の角度分散が磁石表
    面において30度未満であることを特徴とする異方性永
    久磁石。
  4. (4)遷移金属Tを主成分とし、イットリウムを含む希
    土類元素R及び硼素Bを含有するR−T−B系合金の溶
    湯を超急冷凝固して薄帯又は薄片を得て、粉砕して磁性
    粉末を得た後、温間又は熱間加工により磁気異方性を付
    与する異方性永久磁石の製造方法において、前記磁性粉
    末に希土類炭化物を混合することを特徴とする異方性永
    久磁石の製造方法。
  5. (5)希土類元素がNd,Ce,Pr,Tb,Dyの1
    種または2種以上の組み合わせであることを特徴とする
    請求項4に記載の異方性永久磁石の製造方法。
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