JPH024941A - 二ホウ化ハフニウムを含有した鉄―ネオジム―ホウ素基永久磁石合金及び製法 - Google Patents

二ホウ化ハフニウムを含有した鉄―ネオジム―ホウ素基永久磁石合金及び製法

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JPH024941A
JPH024941A JP63318881A JP31888188A JPH024941A JP H024941 A JPH024941 A JP H024941A JP 63318881 A JP63318881 A JP 63318881A JP 31888188 A JP31888188 A JP 31888188A JP H024941 A JPH024941 A JP H024941A
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ランジャン レイ
Yan Chiyonnjin
チョン―ジン ヤン
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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、添加剤として加えられる少量のニホウ化ハフ
ニウムを含み、急冷固化(raltidly 5oli
dified)l、た鉄−ネオジム−ホウ素基合金に関
する。
本発明は、更に又、急冷固化した合金から粉末を作り、
この粉末を熱間押出しによって圧縮固化(consol
 1dation)することにより、エネルギー積値の
高い高密度塊状磁石の製法に関する。
(従来技術の説明) 永久磁石材料はミクロ構造組織によって区別することが
できる。このミクロi造組織には、例えばアルニコ及び
Fe−Cr−C0合金のように極めて微小なスケールに
おいて磁気的に相違する2つの相をもつもの、Co−3
m及びバリウムフェライトのように高い磁気結晶異方性
を有するもの、更には、Co量の異なるCu−コバルト
−希土類合金及びそれらの誘導体のように磁気的に相違
する2つの相と高い磁気結晶異方性を備えるものがある
これらのミクロ組織は、加工及び熱処理の種々の組合せ
によって得られるし、非晶質の合金、即ちアモルファス
合金を結晶化させたり、或は直接急冷することによって
も得ることができる。しかし、これらの加工によって、
ミクロ構造は不均一になり、平衡に近い状態では不安定
なFe2Bの如き相が生成されることが報告されている
(J、J、R1+yne他、Pl+ysical Re
view BIo、 1974.4672頁)、この不
安定な相は対称性が低いため、磁気結晶異方性が高くな
っていると考えられる。このため、アモルファスを結晶
化した材料は潜在的に永久磁石としての特性を備えてい
ると考えられていた。
市販の永久磁石材料の中にあっては、コバルトサマリウ
ム合金が、最も高い保持力とエネルギー1v[(BH)
#axを示すものとして知られている。
高い保持力は、非常に高い磁気結晶異方性によるもので
、この磁気結晶異方性は遷移金属及び希土類を含有する
金属間化合物の中で発生する。
コバルト及びサマリウムを含まない永久磁石材料に関す
る初期の文献に、急冷によって得られたアモルファス合
金RF 2(Rは希土類)は極低温において大きな保持
力を具備することを記載したものがある(R,C,Ta
ylor、 J、^ppl 、 pHysics 47
.1976、1164頁)。その後、他の希土類元素に
ついても同様な研究が報告されている(C1ark、^
I)Ill、 Pbysics Letter 23.
1973.642頁他)。この技術的思想は、コントロ
ールされた速度で急冷することによって得られる広範囲
にわたる準安定なミクロ構造組織を利用することにある
。なお、急冷の後に必要に応して熱処理が施される。こ
れらアモルファス材料の硬質磁気特性は結晶化が進むに
つれて向上することは既に観察されており、Clark
氏は室温にて、3.4KOeの保磁磁界と9 N11O
eのエネルギー積を有するTlzFe2が得られたこと
を報告している。
もっと最近では、アモルファス状態から結晶化した(F
 eeoB 2o)qoLasTI+5合金の中に高い
保磁磁界を作り出している(Koon他、^ppln 
、 Pl+ysics Letter 39.1981
.840頁)。Croat氏等はこの研究を継承し、急
冷固化したR4゜Fes。合金のリボンの中に高い保磁
磁界を作り出した(Croat、^pplnPl+ys
ics 53.1982.3161頁)、 Hadji
panyis氏等は、広範囲の化学的組成からなるFe
RM合金(RはLa、Y、Pr、Nd、Gdであり、M
はB、Si、AG a 、G eである)を急冷して得
られたリボンの磁気的特性に関する研究を行なっている
。これらの合金の場合、急冷したままの(as−que
nched)アモルファス状態では、一般的に磁気的に
軟質である。
磁気的に硬化させるには、700℃に加熱してアモルフ
ァス相を結晶化さぜるすることによって行なわれる。鉄
−ネオジム−ホウ素系合金及び鉄プラセオジムーホウ素
系合金の場合に最もすぐれた特性が得られる。これらの
材料が硬質の磁気特性を具備できるのは異方性の高い相
によるためである。X線回折や透過電子顕微鏡(TEN
)を用いて調べると、アモルファス状態から結晶化させ
たRFe−B系のエネルギー積の高い合金は結晶粒が極
めて微細化された平衡相からなることがわかる。この相
は、Croat氏等によればR2Fe、、Bである。一
方、Hadjipanysis氏等によれば、定量論的
にこの相はR5Fe+6B 、RyFe2oB又はR、
F e21Bであるとしている(Hadjipanys
is他、^ppln、P1+ys、Lett、43.1
983.797頁)。硬質の磁気相は、格子定数がa=
8.8^、c=12.2への正方晶i造を有している。
この相のキュリー温度は600にである。TEMでの結
果によれば、R−Fe−B合金の場合、磁気的に硬い試
料を構成する結晶粒は、直径的20〜1100nである
。Croat氏等は、観察しなキュリー温度並びに交換
エネルギー及び異方性エネルギーの推定値に基づいて、
単磁区粒子直径を80〜1100nであると推定した。
高保磁力が得られるメカニズムは単磁区粒子の効果によ
るものである。熱処理条件の影響に関する数少ない研究
の中で、磁気硬度焼きなまし温度に敏感に左右される特
性であることに言及しているものがある。これによれば
、高温で合金を結晶化させると、結晶化した合金の硬い
磁気相の結晶粒度は大きくなり、多磁区効果によって保
磁力は小さくなると記載している。
種々の急速冷却技術を用いて、軽希土類−鉄ホウ素系合
金のフィルム又はリボンを作ることはできるが、このよ
うな合金を実際の技術的用途に適用していくには、十分
な強度と改善された磁気特性を備える塊状体に成形せね
ばならず、その加工技術を開発する必要がある。しかし
ながら、現在のところ急冷によって固化したフィルム又
はリボンを、構造的に高度に一体化させた高密度の塊状
体に成形する技術開発に努力が払われていないのが実状
である。最も重要なことは、急冷しなアモルファス合金
のフィルム、リボン、粒状物(part icu fa
tes)を圧縮固化して塊状にしたとき、硬質の磁気相
が、磁気方向の整えられた極めて微細な結晶粒として残
るような技術を開発することにある。
(技術的手段及び作用) 本発明の塊状の永久磁石合金は、FeaCo、 NdR
MB  を主成分とし、0.3〜3重量%clef のニホウ化ハフニウムを含有し、主結晶粒(pri輸a
ry grains)の平均的なサイズが5ミクロンよ
りも小さく、ニホウ化ハフニウムの平均的な粒サイズが
0.5ミクロンよりも小さく、微細なニホウ化ハフニウ
ムは主結晶粒の内部及び境界に沿って略均−に分散して
いることを特徴としている。
但し、Feは鉄、Coはコバルト、Ndはネオジム、B
はホウ素であり、Rは、ランタン、イツトリウム、セリ
ウム、ディスプロシウム、テルビウム、プラセオジム及
びそれらの混合物からなる群から選ばれた1種の元素で
あり、Mは、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガ
リウム及びそれらの混合物からなる群から選ばれた1種
の元素であり、a、1)、c、d、 e及びfは、a+
b+c+d+e+f−100であることを条件として、
原子%にて、aは65〜84、bは0〜25、cは5〜
20、dは0〜10、eはO〜5及びfは3〜10であ
る。
本発明にかかる塊状永久磁石合金の製法は、Fe  C
o  Nd  RM  B  の溶湯に、該溶湯のa 
  b   cdef 0.3〜3重量%に相当するニホウ化ハフニウムを添加
した合金溶湯を形成し、合金溶湯を迅速移動する冷却表
面に接触させ、該溶湯を105〜b 単一のアモルファス構造からなるフィラメント、リボン
(断面V字型リボンを含む)又は粒状物を形成し、フィ
ラメント、リボン、又は粒状物を粉砕して粉末状にし、
該粉末に熱と圧力を同時に作用させる工程から構成され
る。
但し、Feは鉄、Coはコバルト、Ndはネオジム、B
はホウ素であり、Rは、ランタン、イツトリウム、セリ
ウム、ディスプロシウム、テルビウム、プラセオジム及
びそれらの混合物からなる群から選ばれた1種の元素で
あり、Mは、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガ
リウム及びそれらの混合物からなる群から選ばれた1種
の元素てあり、a、1)、c、d、 e及びfは、a 
+ l) + c +d + e 十f−100である
ことを条件として、原子%にて、aは65〜84、bは
0〜25、Cは5〜20、dは0〜10、eは0〜5及
びfは3〜10である。。
本発明にかかる塊状の永久磁石合金は、主結晶粒の平均
的なサイズが5ミクロンよりも小さく、ニホウ化ハフニ
ウムの平均的な粒サイズが0.5ミクロンよりも小さく
、ニホウ化ハフニウムは主結晶粒の内部及び境界に沿っ
て略均−に分散しており、エネルギー積値が高く、構造
的に高度の一体性を備えている。 永久磁石の特性はそ
の残留磁化、即ちレマネンスと外因性保磁力とによって
決定される。レマネンスと外因性保磁力の値が大きくな
ると永久磁石のエネルギー積値は高くなる。
本発明によれば、合金元素の添加、急速固化及び粉末冶
金処理技術をコントロールすることにより、外因性保磁
力及びレマネンスが向上した磁石を製造することがてき
る。
本発明者は、所定の鉄−ネオジム−ホウ素基合金に該合
金の03〜3重量%のニホウ化ハフニウムを添加するこ
とにより、該合金から作られる塊状磁石は最も望ましい
特性が得られることを見い出した。ハフニウムとホウ素
は、急冷固化した非晶質相の中で固溶状態に維持される
。その後の熱処理において、非晶質相は再結晶して微結
晶相の凝集物を生成する。ハフニウムとホウ素はニホウ
化ハフニウム(HfB2)の超微粒子を形成し、これが
鉄−ネオジム−ホウ素基合金の磁性相の結晶粒を微細化
させる働きをする。急冷固化した粉末を熱間押出しする
と、押出し作用中に微細なHfB2が分散することによ
って、鉄−ネオジム−ホウ素基き金の結晶粒の狙大化が
防止される。これは、急冷固化した粉末を冷開成形した
後、焼結することによっても同様である。
なお、前述した急冷固化は、溶融スピニングのチル鋳造
法により行なうことができる。この溶融スピニング法は
、単一ロールのチルブロック鋳造、複ロールによる急冷
、溶湯の引抜き、溶湯のドラグ等の任意のプロセスを含
んでおり、合金溶湯の薄い層が高速で運動する冷却用の
固体物質又は液体物質と接触させるものである。合金溶
湯は105乃至107°C/秒のオーダーの冷却速度に
て急冷固化し、金属ガラスを主体としたリボン、フィラ
メント、又は平均粒子サイズが60メツシユ(米国標準
)よりも小さい粗粉末が形成される。溶融スピニングに
より作られたリボン又はフィラメントは、粉砕して粒子
サイズが60メツシユよりも小さな粗粉末にすることが
出来る。粗粉末は平均厚さが100μl11(マイクロ
メータ)よりも小さな平たい断片又は断面V字型の断片
からなり、各断片は不規則形状の輪郭を有していること
に特徴がある。
HfB2の含有量が少ないとき、合金中に分散したHf
B2の容積分率は小さすぎて合金の結晶粒を効果的に微
細化することが出来ない。合金中の■]f B xの含
有量が多すぎると、合金中にHf B 2は過剰に分散
され、圧縮固化した磁石は非常に脆くなり、機械的性質
が低下する。このため、HfB2の添加量は03〜3重
量%とする。
800〜1100℃の温度範囲において、非晶質粉末か
ら圧縮固化することにより、微細化結晶を有する鉄−ネ
オジム−ホウ素磁石合金は、5ミクロン未満、望ましく
は2ミクロン未満の結晶粒からなる母相中に、最大直径
が0.5ミクロン未満、望ましくは平均的な粒の大きさ
が0.2ミクロン未満のニホウ化ハフニウムの結晶をラ
ンダムに介在させた構造を有すると共に、前記ニホウ化
ハフニウムはその大部分が粒界及び粒界の接合部に位置
している。
ニホウ化ハフニウムを含まない一鉄一ネオジムホウ素合
金を、800〜1000℃の温度範囲で圧縮固化すると
、15〜20ミクロンのオーダの比較的大きな結晶粒と
なる。
結晶粒を微細化させる目的は、磁石の外因性保磁力を増
大させるためである。磁区は、一般的には結晶粒界のよ
うな不均一領域において核を形成する。結晶粒界におい
て核形成された磁区は、微絹に分散したニホウ化ハフニ
ウムによって固定され、磁区の成長に必要な磁区壁の運
動がより困難となって、より高い磁化力が必要となる。
圧縮固化は前述したように、熱間押出し法によって行な
うことができる。熱間押出し法によって、レマネンスを
高め、磁気特性にすぐれた磁石き金を得ることができる
ことを見いだした。熱間押出し法によれば、、製造コス
トを著しく低減させることかできるので有利である。
熱間押出し工程において、非晶質粉末は結晶化して、長
い正方晶系の結晶構造を有する鉄−ネオジム−ホウ素合
金の基質用(Base Phase)が形成される。結
晶粒界では超微細なニホウ化ハフニウl\の分散物が形
成されるから、個々の結晶は成長が抑制されて非常に微
細な結晶状態が維持される。
又、押出し工程中における応力境界条件によって、鉄−
ネオジム−ホウ素合金の基質用の結晶の方向は、押出し
によって形成されたバーの中で望ましい方向に整えられ
る。これ等結晶の大部分は、押出し軸に平行なその(0
01)面の方向になっている。鉄−ネオジム−ホウ素結
晶のC軸は、その大部分が押出し軸に垂直である。鉄−
ネオジムホウ素合金の結晶相のC軸は、その方向に沿っ
て正方晶系結晶相を容易に磁化させることが出来る。従
って、結晶のC軸が押出し軸に直交するように結晶を多
数配列させれば、塊状磁石の全体的な残留磁化特性は高
められることになる。
急冷したアモルファス粉末を熱間押出しによって磁石を
作り、該磁石を650〜750℃にて1時間時効処理し
た後、室温まで空冷する。熱間押出しによってNd、、
Fe、の組成を有するネオンムリッチの相が、F e−
N d −Bをベースにした硬い磁性相の一時結晶の粒
界に形成され、これは走査型電子顕微鏡によって観察す
ることができる。時効処理すると、Ndl7Fe3相の
組織は不連続な結晶から連続フィルムに変化し、圧縮固
化した磁石の外因性保磁力が向上する。
(実施例〉 実施例1 0〜25原子%のCo、O〜10原子%のLa、Y、C
e、Dy、Tb及びP「の1種又は2種以上を含むF 
e−N d−Bをベースにした合金を選択し、該合金に
0.3乃至3重量%のニホウ化ハフニウムを加えた。こ
のニホウ化ハフニウム含有自金を溶融スピニング法にて
、厚さ25〜・75ミクロン、幅400〜500ミクロ
ンのフィラメントを作った。なお、溶融スピニング法の
急速固化条件は、表面の冷却速度が6000フイ一ト/
分にて回転する銅−ベリリウムのシリンダーを用いた。
得られたフィラメントの試料No、1〜No、10をX
線回折分析すると、主体はアモルファス相であることが
確認された。
試料No、1〜No、10の合金組成を第1表に示す。
(以下余白) 実施例2 熱間押出しによる加工例を実施例2に示す。
試料No、11及び12の合金を、高純度<99.9%
以上)の成分元素から、アルゴン雰囲気中にてアーク溶
解法により調製した。次にその合金から溶融スピニング
にて、単一のアモルファス相を主体とするフィラメント
を作った。フィラメントを粉砕して60メツシユ(米国
標準)の粉末を作った。
各合金の約2ボンドの粉砕粉末を軟鋼製の缶の中に装填
し、冷間状態にて50KSIの圧力を加えた。
次いで0.5X 10−’torrの真空に達するまで
400℃の温度にて減圧した後、缶をシールした。ゲッ
ターとしてタンタルの箔を含有する密封缶を850〜1
000℃の温度にて1.5時間加熱し、断面減少率12
:1乃至16:lの範囲内で熱間押出しを行ない、断面
が四角形のバー材を作った。試料No、11および12
の合金の組成及び押出し条件を第2表に示す。
(以下余白〉 第2表 実施例3 熱間押出し後におけるFe−Nd−B合金の主要な磁気
特性を、バー材の縦軸及び横軸に沿って調べた。合金の
残留磁気(Br)並びに外因性保磁力及び固有保磁力は
、押出し成形したバーの横軸に沿って調べた測定値が、
縦軸の場合よりも高いことを示している。試料No、1
3及びNo、14の合金について、エネルギー積値(B
 H)mayを第3表に示している。
第3表 (以下余白) 実施例4 F e ? It N d + 68 gと、1重量%
のHfB2を含有するF e7sNd+6B 6の組成
の2種類の合金(試料No、15及びNo、16)を溶
融スピニングによりアモルファス粉末として調製した。
得られた粉末を軟鋼缶に冷間状態で圧縮し、400℃に
て熱間状態で減圧した後、缶をシールした。密封缶を1
000℃にて1.5時間加熱し、断面減少率16:1に
て熱間押出しを行ない、断面が四角形のバー材を作った
白金の主な磁気特性をバー材の横軸に沿って測定した。
その結果を第4表に示す。ニホウ化物を含有する合金(
試料No、16)のエネルギー積値は、ニホウ化物を含
有しない合金(試料No、15)よりも著しく高いこと
を示している。
(以下余白) 第4表 実施例5 高純度(99,9%以上〉の原材料からアーク溶融によ
って幾つかのP e −N d −Bベースの合金(試
料No、17〜No、19)を調製した。合金を溶融ス
ピニングし、アモルファス粉末を得た。粉末を軟鋼缶の
中に冷間状態で圧縮し、400℃にて熱間減圧をして缶
をシールした。シールした缶は800”Cにて1,5時
間加熱した後、断面減少率12・1にて熱間押出しを行
ない、断面が矩形のバーを作った。
押出しを行なった侭の状態の合金と、時効処理した合金
との主な磁気特性を、押出しバーの横軸及び縦軸方向に
ついて測定し、その結果を第5表に示す。
(以下余白) 〈発明の効果) 鉄−ネオジム−ホウ素合金にニホウ化ハフニウムを添加
した本発明の塊状磁石は、微細な結晶構造であり、エネ
ルギー積値が高い。又、密度が高く、構造的に高い一体
性を備えている。更に、熱間押出し法によれば、安いコ
ストで磁石を製造てきる利点がある。
本発明は上記の例示的な説明及び実施例に限定されるも
のでなく、特許請求の範囲に記載の技術範囲内で種々の
変形が可能であるのは勿論である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Fe_aCo_bNd_cR_dM_eB_fを
    主成分とし、0.3〜3重量%の二ホウ化ハフニウムを
    含有する鉄−ネオジム−ホウ素基永久磁石合金であって
    、該合金は、主結晶粒の平均的なサイズが5ミクロンよ
    りも小さく、二ホウ化ハフニウムの平均的な粒サイズが
    0.5ミクロンよりも小さく、微細な二ホウ化ハフニウ
    ムは主結晶粒の内部及び境界に沿って略均一に分散して
    いることを特徴とする塊状の永久磁石合金。 但し、Feは鉄、Coはコバルト、Ndはネオジム、B
    はホウ素であり、Rは、ランタン、イットリウム、セリ
    ウム、ディスプロシウム、テルビウム、プラセオジム及
    びそれらの混合物からなる群から選ばれた1種の元素で
    あり、Mは、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガ
    リウム及びそれらの混合物からなる群から選ばれた1種
    の元素であり、a、b、c、d、e及びfは、a+b+
    c+d+e+f=100であることを条件として、原子
    %にて、aは65〜84、bは0〜25、cは5〜20
    、dは0〜10、eは0〜5及びfは3〜10である。
  2. (2)Fe_aCo_bNd_cR_dM_eB_fの
    溶湯に、該溶湯の0.3〜3重量%に相当する二ホウ化
    ハフニウムを添加した合金溶湯を形成し、 合金溶湯を迅速移動する冷却表面に接触させ、該溶湯を
    10^5〜10^7℃/秒の速度にて急冷して固化し、
    略全体が単一のアモルファス構造からなるフィラメント
    、リボン又は粒状物を形成し、フィラメント、リボン又
    は粒状物を粉砕して粉末にし、及び 粉末に熱と圧力を同時に作用させる、 工程から構成され、硬質磁性を備え、主結晶粒の平均的
    なサイズが5ミクロンよりも小さく、二ホウ化ハフニウ
    ムの平均的な粒サイズが0.5ミクロンよりも小さく、
    微細な二ホウ化ハフニウムは主結晶粒の内部及び境界に
    沿って略均一に分散している永久磁石合金の製法。 但し、Feは鉄、Coはコバルト、Ndはネオジム、B
    はホウ素であり、Rは、ランタン、イットリウム、セリ
    ウム、ディスプロシウム、テルビウム、プラセオジム及
    びそれらの混合物からなる群から選ばれた1種の元素で
    あり、Mは、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガ
    リウム及びそれらの混合物からなる群から選ばれた1種
    の元素であり、a、b、c、d、e及びfは、a+b+
    c+d+e+f=100であることを条件として、原子
    %にて、aは65〜84、bは0〜25、cは5〜20
    、dは0〜10、eは0〜5及びfは3〜10である。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03219041A (ja) * 1988-07-01 1991-09-26 Seiko Electronic Components Ltd 異方性ボンド磁石用合金粉末の製造方法
WO2010106964A1 (ja) 2009-03-19 2010-09-23 本田技研工業株式会社 希土類永久磁石およびその製造方法
CN112086256A (zh) * 2020-09-30 2020-12-15 福建省长汀金龙稀土有限公司 一种R-Fe-B系稀土烧结磁铁及制备方法

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