JPH031502A

JPH031502A - 永久磁石

Info

Publication number: JPH031502A
Application number: JP2008373A
Authority: JP
Inventors: Masato Sagawa; 眞人佐川; Norio Fujimura; 藤村　範夫; Yutaka Matsuura; 裕松浦
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1991-01-08
Also published as: JPH044725B2

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】本発明は高価で資源希少なコバルトを全く使用しない、
希土類・鉄・ホウ素系永久磁石材料に関する。

永久磁石材料は一般家庭の各種電気製品から。

大型コンピュータの周辺末端機まで９幅広い分野で使用
されるきわめて重要な電気・電子材料の一つである。近
年の電気、電子機器の小型化、高効率化の要求にともな
い、永久磁石材料はますます高性能が求められるように
なった。

現在の代表的な永久磁石材料はアルニコ、ハードフェラ
イトおよび希土類コバルト磁石である。

最近のコバルトの原料事情の不安定化にともない、コバ
ルトを２０〜３０重量％含むアルニコ磁石の需要は減り
、鉄の酸化物を主成分とする安価なハードフェライトが
磁石材料の主流を占めるようになった。一方、希土類コ
バルト磁石はコバルトを５０〜６５重量％も含むうえ、
希土類鉱石中にあまり含まれていないＳｍを使用するた
め大変高価であるが、他の磁石に比べて、磁気特性が格
段に高いため、主として小型で、付加価値の高い磁気回
路に多く使われるようになった。

希土類磁石がもっと広い分野で安価に、かつ多量に使わ
れるようになるためには、高価なコバルトを含まず、か
つ希土類金属として、鉱石中に多量に含まれている軽希
土類を主成分とすることが必要である。このような永久
磁石材料の一つの試みとして、ＲＦｅｚ系化合物（ただ
しＲは希土類金属の少くとも一種）が検討された。クラ
ーク（Ａ、　Ｅ、　Ｃ１ａｒｋ）はスパッタしたアモル
ファスＴｂＦｅ２は３００〜５００℃で熱処理すると。

室温で保磁力Ｈｃ　−３，４ｋＯｅ　、最大エネルギ積
（ＤＨ）ｍａｘ　−７ＭＧＯｅを示すことを見い出した
。同様な報告はＳｍＦｅ２についても行なわれているが
、これらの材料はどれもスパッタリングにより作製され
る薄膜であり、一般の磁石（体）ではない。また、Ｐｒ
Ｆｅ系合金の超急冷リボンが。

Ｈｃ　−２，８ｋＯｅの高保磁力を示すことも報告され
た。

さらに、クーン等は（Ｆ　ｅ　Ｏ，８２Ｂ　ｏ、＋ｓ　
）　０．９Ｔ　ｂ　ｏ、。、Ｌ　ａ　（、、。、の超急
冷アモルファスリボンを６２７℃で焼鈍するとＨｃ　−
９ｋｏｅにも達することを見い出した（Ｂｒ−５ｋＧ）
。但し、この場合。

磁化曲線の角形性が悪いため（ＢＨ）ｌｌｌａｘは低い
（Ｎ。

Ｃ，Ｋｏｏｎ他、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ
、　３９（１０）、　１９８１゜８４０〜８４２頁）。

また、カバコツ（Ｌ、　Ｋａｂａｃｏｆｆ’）等は（Ｆ
ｅ０．１ｌＢ０．２　）　Ｉ−Ｘ　Ｐ　ｒｙ　　（ｘ−
ｏ〜ｏ、ａ原子比）の組成の超急冷リボンを作製し、Ｆ
ｅ−Ｐｒ二成分系で室温にてｋｏｅレベルのＨｃをもつ
ものがあると報告している。

これらの超急冷リボン又はスパッタ薄膜はそれ事態とし
て使用可能な実用永久磁石（体）ではなく、これらのリ
ボンや薄膜から実用永久磁石を得ることはできない。

即ち、従来のＦｅ−Ｂ−Ｒ系超急冷リボン又はＲＦｅ系
スパッタ薄膜からは、任意の形状・寸法を有するバルク
永久磁石体を得ることができない。なお、これまでに報
告されたＦｅｅＢｅＲ系リボンの磁化曲線は角形性が悪
く、従来慣用の磁石に対抗できる実用永久磁石材料とは
みなされえない。また、上記スパッタ薄膜及び超急冷リ
ボンは、いずれも本質上等方性であり、これらから磁気
異方性の実用永久磁石を得ることは、事実上不可能であ
る。

従って１本発明の基本的な目的は上述の従来法の欠点を
除去した。Ｃｏ等の高価な物質を含まない新規な実用永
久磁石体を得ることにある。即ち９本発明は、室温以上
で良好な磁気特性を有し、任意の形状・実用寸法に成形
でき、磁化曲線の角形性が高く、さらに磁気異方性を有
する実用永久磁石体であって、しかもＲとして資源的に
豊富な軽希土類元素を有効に使用できるのを得ることを
目的とし、磁気特性としてはハードフェライトと同等以
上のものを提供せんとするものであり、なお、好ましく
は希土類コバルト磁石に匹敵する磁気特性を有するもの
を提供せんとするものである。

本発明者らは高価な希土類と高価なコバルトを全く含有
しないＦｅ−Ｂ−Ｒ系磁気異方性焼結体から成る永久磁
石を見出し、特願昭５７−１４５０７２号において今ま
での希土類コバルト磁石の欠点であった製品価格を飛躍
的に改善するとともに磁気特性的にも希土類コバルトと
ほぼ同等またはそれ以上の特性を存する永久磁石を提案
した。

このＦｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石はそれ自体として有用であ
るが２本発明により、さらにこの三元素ＦｅｅＢ−Ｒに
他の少量元素Ｘ　（Ｃｕ、Ｐ、Ｃ。

Ｓの１種以上）を含有してもその含有量を所定値以下に
限定することにより　／Ｘ−ドフエライトと同等以上の
磁気特性を有する磁気異方性焼結体永久磁石が得られる
ことが明らかとなった。

即ち１本発明の永久磁石は２式ＦｅＲＢＸで表わされる
組成を有し原子百分比において８〜３０％のＲ（但しＲ
はＹを包含する希土類元素の少くとも一種）、２〜２８
％のＢ、下記元素Ｘの１種又は２種以上（但し２種以上
含有の場合合計４．０％以下）、及び残部Ｆｅ及び製造
上不可避の不純物から成る磁気異方性焼結体であり、Ｘ
は、　　Ｃｕ　　３．５％以下、　　Ｓ　　２．５％以
下、　　Ｃ４，０％以下、及びＰ３．５％以下の１種以
上から成る。

少量元素ＸのＣｕ、Ｓ、Ｃ，Ｐ等は、工業的にＦｅＢＲ
系磁石を製造する場合原料、製造工程等に起因して含有
されることが多々ある。例えばＦｅＢを原料に用いた場
合Ｓ、Ｐが含有されることが多く、Ｃは粉末冶金プロセ
スにおける有機バインダ（成形助剤）の残滓として含有
されることが多い。これらの少量元素Ｘの影響は２本発
明により、第１図に示す通りその含有量の増大に伴なっ
て残留磁束密度Ｂ「が低下する傾向を示すことが認めら
れた。その結果、原子百分比（以下他に明記ない場合同
じ）にてＳ２．５％以下、　　Ｃ４，０％以下、　　Ｐ
　　３．０％以下且つＳ、Ｐ、Ｃ合計で４％以下におい
てハードフェライト（Ｂｒの約４　ｋＧ）と同等以上の
特性が得られる。

また、Ｘとして、Ｃｕは純度の低い安価な原料鉄中に多
量に含まれておりＣｕは３，５％以下含むことができ、
かつＸ　（Ｓ、Ｃ，Ｐ、Ｃｕ）の合計は４９６以下とす
ることにより、ハードフェライトと同等以上のＢｒが得
られる。

本発明のＦｅＢＲＸ組成の中Ｆｅ、Ｂ、Ｒは。

同一出願人の出願になる特願昭５７−１４５０７２号に
提案のＦｅＢＲ基本三元系から成る永久磁石の組成と基
本的に同じ範囲を有する。即ち、Ｂは２％未満では保磁
力ｉＨｃは１　ｋｏｅ以上が得られず又Ｂは２８％をこ
えるとハードフェライトの残留磁束密度Ｂｒ約４ｋＧ以
上にすることはできない。Ｒ８％未満では保磁力を１　
ｋｏｅ以上とすることができず、またＲは３０％をこえ
ると燃えやすく工業的取扱い製造上困難となり、且つ製
品コストの上昇を招来するので好ましくない。

又本発明のＦ　ｅ　ＢＲＸ永久磁石の温度特性を改善す
るためＦｅの１部をＣｏ５０％以下に置き換えてもよい
。ＣＯの含有は、ＲｅＢＲＸ系合金のキュリー点を上昇
させる効果がある。

さらに１本発明の好ましい態様として、Ｂｒ７ｋＧ以上
の範囲が、　Ｓ　　Ｌ、５％以下、　Ｃ３，０％以下。

Ｐ２．０％以下、Ｃｕ２．３％以下、か−）Ｓ、　　Ｃ
。

Ｐ、Ｃｕ合計３．０％以下の場合（ＸをＸ、Ｃ。

Ｐ、Ｃｕの２種以上とした場合）、に夫々得られる。

また、この合金は、溶解、鋳造、粉砕、成形。

焼結の方法によって処理することにより、良好な磁気特
性を有する実用永久磁石体となる。しかし、従来慣用の
他の方法１例えば、アルニコ磁石等の製造に用いられる
溶解、鋳造１時効処理の方法によっては保磁力が全く出
現せず、他の多くの方法でも目的とする結果は得られな
い。

本発明の永久磁石はＦｅ−Ｂ−Ｒ−Ｘ系であり、必ずし
もＣＯを含む必要がなく、またＲとしては資源的に豊富
な軽希土類を用いることができ、必ずしもＳｍを必要と
せず或いはＳｍを主体とする必要もないので原料が安価
であり、きわめて有用である。

本発明の永久磁石に用いる希土類元素ＲはＹを包含し、
軽希土類及び重希土類を包含する希土類元素であり、そ
のうち一種以上を用いる。即ちこのＲとしては、Ｎｄ、
Ｐｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｂ。

Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｐｍ。

Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹが包含される。Ｒとしては、軽
希土類をもって足り、特にＮｄ、Ｐｒが好ましい。また
通例Ｒのうち一種をもって足りるが、実用上は二種以上
の混合物（ミツシュメタル、ジジム等）を入手上の便宜
等の理由により用いることができる。なお、このＲは純
希土類元素でなくともよく、工業上入手可能な範囲で製
造上不可避な不純物を含有するもので差支えない。

Ｂ（ホウ素）としては、純ボロン又はフェロボロンを用
いることができ、不純物としてＡ１５ｔ、Ｃ等を含むも
のも用いることができる。

本発明の永久磁石体は、記述の８〜３０％Ｒ，２〜２８
％Ｂ、残部Ｆｅ（原子百分率）において、保磁力Ｈｅ≧
１　ｋＯｅ　、残留磁束密度Ｂ　ｒ　＞　４　ｋＧの磁
気特性を示し、最大エネルギ積（ＢＨ）ｗａｘはハード
フェライト（〜４　ＭＧＯｅ程度）と同等以上となる。

軽希土類をＲの主成分（即ち全Ｒ中希土類５０原子％以
上）とし、　１１〜２４％Ｒ，３〜２７％Ｂ。

ｘ２．５％以下（Ｃｕ２．０％以下、　　３　１．５％
以下。

Ｃ２，５％以下、　　Ｐ　　２．０％以下）、残部Ｆｅ
の組成は、最大エネルギ積（ＢＨ）ａ＋ａｘ≧７　ＭＧ
Ｏｅを示し、好ましい範囲である。

最も好ましくは、軽希土類をＲの主成分とし。

１２〜２０％Ｒ，４〜２４％Ｂ、　Ｘ　２．０％以下（
Ｓ　　１．０２６以下、　　Ｃ２，０％以下、　　Ｐ　
　Ｌ、５％以下、（１：ｕｌ、０％以下）、残部Ｆｅの
組成であり、最大エネルギ積（ＢＨ）ｍａｘ≧ｌＯＭＧ
Ｏｅを示し、　＜Ｂｉｔ）ｍａｘは最高２５ＭＧＯｅ以
上に達する。

本発明の永久磁石は、良好な角形性を示しく第２図参照
）、既述の通り好ましい範囲内においては、希土類コバ
ルト磁石に匹敵する高い磁気特性を示すものである。

本発明の上記少量元素Ｘのうち、ｐ、ｓについては、焼
結時の焼結温度を下げる効果があって焼結が容易となり
１本発明の範囲内での含有により、ハードフェライト以
上の磁気特性が確保され有利である。Ｃの含有は焼結温
度をやや上昇気味であるが、既述の通り、粉末冶金法で
一般的に用いられる有機バインダーからのカーボンが完
全に焼失しなくてもよいので製造工程上有利である。

さらに１本発明のＦｅＢＲＸ系永久磁石においてはＴｉ
４．５％以下、Ｎｉ４．５％以下、Ｂｉ５％以下、　Ｖ
　９．５％以下、Ｎｂ１２．５％以下、Ｔａ１０．５％
以下、Ｃｒ８．５％以下、　Ｍｏ　　９．５９６以下、
Ｗ９．５％以下、Ｍｎ３．５％以下、Ａｌ１．５％以下
。

Ｓｂ２．５％以下、Ｇｅ７％以下、　　Ｓｎ３．５％以
下、Ｚｒ５．５％以下及びＨｆ５．５％以下の少くとも
１種以上を含有してもよい。

なお、上記少量元素Ｘの所定の含有は、純度の低い原料
の使用を可能とし、かつ安価に製造可能・とするので工
業上極めて有利であり、少量元素Ｘの制御によって、Ｆ
ｅＢＲＸ系の高残留磁化、高保磁力、高エネルギー積を
有する磁気異方性焼結体永久磁石が安定した品質をもっ
て提供される。

以下本発明の態様及び効果について、実施例に従って説
明する。但し実施例及び記載の態様は。

本発明をこれらに限定するものではない。

実施例原料として、下記のものを用い、永久磁石の原子組成が
第１，２表になるように原料を秤量したあと高周波誘導
炉により溶解を行い得られた１ｋｇインゴットを粗粉砕
しさらにボールミルにより１〜３０μｌに粉砕した。

Ｆｅ：純度９９．９重量％以上の電解鉄Ｂ：　フェロボ
ロン合金ＣＢ　１９．４重量％含有）及び純度９９．９
重量％の純ボロンＲ：　純度９９．７重量％以上Ｓ：　純度９９重量％以上Ｐ：　フェロＰ（Ｐ２Ｏ，７重量％含有）Ｃ：　純度９
９重量％以上Ｃｕ：純度９９．９重量％以上の電解Ｃｕこの粉末を約
１０ｋｏｅの磁界中で配向し　１．５Ｔｏｎ／ｃＪ圧力
で成形したのち１０００℃〜１２００℃の不活性ガス雰
囲気中または真空中で１〜２時間焼結し、放冷を行った
後得られた磁石の特性を第１〜２表に示す。第１，２表
において試料Ｎｏ、　１〜３６は本発明例であり、試料
Ｎα３７〜４０は比較例である。

さらに原子百分率でＮ　ｄ　１５原子％、Ｂ８原子％残
部Ｆｅから成る磁石合金組成において配合原料を変えて
、磁石合金中の少量元素Ｘ　（Ｐ、Ｃ。

Ｓ、Ｃｕ）を変化させて、磁石合金中のｐ、ｃ。

Ｓ、Ｃｕ量と残留磁束密度との関係を第１図に示す。

第１．２表、第１図よりＢｒはＸの増大に伴なって低下
するが、Ｃ４％、　　Ｐ　　３．５％、　　Ｓ　　２．
５％、Ｃｕ３．５％をこえるとＢｒが４　ｋＧ　（／−
−ドフエライトのＢｒに相当）より小さくなることが分
かる。

なお第１，２表には軽希土類であるＮｄについて多数掲
げであるが希土類としては２種以上含有しても有用であ
るということはいうまでもない。

次に少量元素ＸとしてＰ、Ｃ，Ｓ、Ｃｕが夫々０，５原
子％人ったＮ　ｄ１５　Ｆ　Ｃ７６，５Ｂ８　ｐｏ、、
。

Ｎｄ＋ｓＦ　　ｅ　　７ａ、５　　Ｂｓ　　　Ｓｏ、ｓ
　　　＋　　　Ｎｄ＋ｓＦ　　ｅ　　ワｅ、ｓ　　　Ｂ
ｓＣ０，Ｓ及びＮ　ｄ１５　Ｆ　６７６．５８８　Ｃｕ
　Ｏ，５合金の初磁化・減磁曲線を第２図に示す。いず
れも良好な角形性を示す。

（以下余白）部表第表

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の実施例Ｎ　ｄ　１５　Ｆ　ｅ　７７
−ａ　Ｂ　１１ＸａにおいてＸの原子百分率ａ（横軸）
に対する残留磁化Ｂｒ（縦軸ｋＧ）の変化を示すグラフ
。第２図は本発明の実施例の初磁化・減磁曲線を示すグラ
フ（横軸磁界ｋＯｅ　、縦軸磁化ｋＧ）を夫々示す。出願人　　住友特殊金属株式会社代理人　　　弁理士　　加　藤　朝　道第１図第２図磁界（ｋへ）ａ　原手百Δす阜（％）手続補正書平成２年２月１６日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原子百分比で，希土類元素（Ｒ）としてＮｄ，Ｐ
ｒ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｂのうち少なくとも一種８〜３０％
，Ｂ２〜２８％，下記所定％以下（０％を除く）の元素
Ｘの一種又は二種以上（但し元素Ｘが二種以上のときは
，Ｘ合量は４．０％以下），及び残部実質的にＦｅから
成る磁気異方性焼結体であることを特徴とする永久磁石
；Ｃｕ３．５％，Ｓ２．５％，Ｃ４．０％，及びＰ３．５％。
（２）原子百分比で，前記希土類元素（Ｒ）１２〜２０
％（但し前記希土類元素（Ｒ）の５０％以上はＮｄとＰ
ｒの一種又は二種），Ｂ４〜２４％，前記所定％以下の
元素Ｘ，及び残部実質的にＦｅから成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の永久磁石。
（３）原子百分比で，希土類元素（Ｒ）としてＮｄ，Ｐ
ｒ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｂのうち少なくとも一種とＬａ，Ｃ
ｅ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ
，Ｙのうち少なくとも一種の合計８〜３０％，Ｂ２〜２
８％，下記所定％以下（０％を除く）の元素Ｘの一種又
は二種以上（但し元素Ｘが二種以上のときは，Ｘ合量は
４．０％以下），及び残部実質的にＦｅから成る磁気異
方性焼結体であることを特徴とする永久磁石；Ｃｕ３．５％，Ｓ２．５％，Ｃ４．０％，及びＰ３．５％。
（４）原子百分比で，前記希土類元素（Ｒ）１２〜２０
％（但し前記希土類元素（Ｒ）の５０％以上はＮｄとＰ
ｒの一種又は二種），Ｂ４〜２４％，前記所定％以下の
元素Ｘ，及び残部実質的にＦｅから成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第３項記載の永久磁石。