JPH03198304A - 希土類永久磁石用原料粉の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は例えば５ｓ−Ｃｏ系若しくはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
のような希土類永久磁石用の原料粉を製造する方法に関
するものであり、特に磁気特性に優れた希土類永久磁石
の製造が可能であると共に、製造コストが安価である原
料粉の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

希土類永久磁石はＳ＋５−Ｃｏ系のものが開発されて以
来、物性的研究の進展と相俟って磁気的特性が逐次向上
し、近年におけるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系のものも含めてこれ
らが適用される機器、装置の小型軽量化、高性能化に大
きく貢献すると共に、更に新分野の開拓にも寄与してい
る。上記希土類永久磁石を製造する場合には、粉末冶金
手段によるものが通常であり、まず原料粉を製造する必
要がある。

最も一般的なＳｍＣｏＢ型の希土類コバルト永久磁石の
場合に例をとると、まず５−３８重量％、　　Ｃ。

６２重量％からなる合金をＡｒ雰囲気中において高周波
溶解し、鋳造手段を経て得たインゴットを粗粉砕した後
、保護雰囲気中においてボールミル等によって微粉砕し
て平均粒径５μｍ程度の原料粉を作製する。上記のよう
にして得た原料粉に適量の焼結助剤を添加し、磁場中に
配設した成形型によって圧縮成形し、この成形体を１１
００°Ｃ以上で焼結する。焼結体に９００°Ｃで約１時
間以内の熱処理を施すことにより、高エネルギー積を有
する希土類永久磁石を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような希土類永久磁石用の原料粉を溶解および鋳
造手段によって製造する場合には、出発原料として金属
ＳＩＩを使用する必要があるが、この金属Ｓｓは極めて
高価であるため、原料粉もまた高価にならざるを得ない
という問題点がある。

一方希土類永久磁石の適用分野からの要求は、小型軽量
化および高性能化に加えて低コスト化に対しても次第に
厳しさを増してきている。

一方上記原料粉の製造方法として還元拡散法若しくはＲ
／Ｄ法と称される方法がある。この方法においては例え
ばＳ＋ｓ、０．　、　　Ｃｏ　、　　Ｆｅ　、　　Ｃｕ
　。

Ｚｒおよび金属Ｃａを粉体状態で混合した後。

９５０〜１１００°Ｃで数時間加熱してＳ　ａｔ　Ｏｓ
を還元拡散するものである。すなわち２−１７系の希土
ｗ４磁石の場合に例をとると。

Ｓｎ＋ｚＯｓ　＋Ｃｏ　＋Ｆｅ　＋Ｃｕ　＋Ｚｒ　＋Ｃ
ａ＝Ｓｓ（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ）ｘ　＋Ｃａ　Ｏの
反応により５ｓ（Ｃｏ、　Ｆｅ、　Ｃｕ、　Ｚｒ）、を
得るのである。この方法においては高価な金属ＳＩｌに
代えて、比較的安価な５Ｉ１１．０３を使用できるため
、原料粉の製造コストを低減できるという利点がある。

しかしながら上記Ｒ／Ｄ法による原料粉を使用して製造
した場合には、永久磁石の磁気特性が低下するという問
題点がある。すなわち、まず還元拡散反応が完全に進行
せずに、＆Ｉｌ成が不均一になるという欠点がある。ま
た還元剤として添加した非磁性のＣａが合金中に不純物
として混入する。

更にこのＣａが例えば合金組成となるべきＣｕと反応し
てＣａ−Ｃｕ合金を生成し１組成変動を惹起する場合が
あると共に、Ｃａの挙動を完全に制御できないという欠
点がある。また更に合金組成中に０２が混入する。上記
のような諸要因の存在により、永久磁石として要求され
る磁気特性を低下させるという問題点がある。

次に希土類永久磁石の製造工程において発生した不良品
等はそのまま廃棄することなく、粉砕工程を経て戻り屑
として再使用するのであるが、この戻り屑中には通常８
，０００〜１０，０００　ｐｐ−程度の０□を含有して
いる。前記のように合金組成中にＯｘが混入すると、磁
気特性を低下させることとなるため、０□の混入を極力
回避しなければならない。

従って特に高性能を要求される希土類永久磁石において
は上記のような多量の０．を含有する戻り屑を使用する
ことができず、また上記以外の一般の希土類永久磁石製
造工程においても上記戻り屑の使用が制約されるという
問題点がある。従って例えば再溶解等の手段を経て戻り
屑を再生する場合、戻り屑の０．が多いため、溶解歩留
が低く。

処理コストの高騰を招来することとなる。

上記希土類永久磁石用原料粉を安価に製造する方法とし
て、希土類金属酸化物と、金属Ｍと、金属Ｃａとを混合
した後、加熱還元してＲＭ、合金を製造し、この合金を
溶融状態の金属Ｍ中に添加した後粉化することを内容と
する提案が開示されている（特開昭６０−２３８４０３
号公報参照）。上記合金の添加手段としては例えばＳｓ
　Ｃｏ５ペレットをＦｅ−Ｃｕ−Ｚｒ系合金溶湯中に添
加する旨の記載がある。しかしながら上記のように５Ｉ
ＩＣｏｓを粉体状態から単に成形したペレットとして添
加した場合には、このペレットが多孔質体であることお
よび０２を内封しているため、高温溶湯により容易に酸
化されるのみならず、０□が混入する原因ともなる。従
って溶解歩留が大幅に低下すると共に磁気特性を低下さ
せる懸念もあり、Ｖｉ磁気特性保持しつつ原料粉の製造
コストを低減させるという要求を満足することが困難で
あるという問題点がある。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、希土
類永久磁石としての本来固有の磁気特性を充分に保持す
ると共に、製造コストの大幅な低減が可能である希土類
永久磁石用原料粉の製造方法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〕

上記目的を達成するために、まず第１の発明においては
、希土類金属の酸化物、弗化物、硫化物。

塩化物、窒化物、炭酸塩の１種若しくは２種以上と、金
属Ｍ（但し２ＭはＣｏ（必須成分）、Ｆｅ。

Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｌ、Ｈｆ、ＮｂＴａ、Ｖ、
Ｗ、ＡＮ、Ｃ，Ｇｅ、　　■ｒ、Ｍｇ。

Ｍｎ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｂのうちの１種または
２種以上）と、金属Ｃａとを混合した後。

加熱還元してＲＭ系合金（但し、ＲはＳｃ、Ｙ。

Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、ＰＩｌ、Ｓｓ、Ｅｕ。

Ｃｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｎ＋、Ｙｂ。

Ｌｕのうちの１種または２種以上）を生成し、このＲＭ
系合金を粒径１０μｍ以上のものが９０重量％以上存在
するように分級した後、　　０．３　ｔ／ｃｍ２以上の
成形圧力にてブロック状の成形体に成形し。

この成形体中のＲ，Ｍを含めて所定成分のＲＭ系合金と
なるように配合したＲおよび／またはＭからなる原材料
中に前記成形体の少なくとも一部が接触するように装入
し、前記原材料を溶解し３次いで前記成形体を溶解した
後、ＲＭ系合金を粉体化する。という技術的手段を採用
した。

次に第２の発明においては、希土類永久磁石材料からな
る戻り屑を粗粉砕し、金属Ｃａを添加混合した後、加熱
還元してＲＭ系合金を生成し、このＲＭ系合金を粒径１
０μｍ以上のものが９０重量％以上存在するように分級
した後、　　０．３　ｔ／ｃｆｆ１以上の成形圧力にて
ブロック状の成形体に成形し。

この成形体中のＲ，Ｍを含めて所定成分のＲＭ系合金と
なるように配合したＲおよび／またはＭからなる原材料
中に前記成形体の少なくとも一部が接触するように装入
し、前記原材料を溶解し３次いで前記成形体を溶解した
後、ＲＭ系合金を粉体化する。という技術的手段を採用
した。

上記両発明において、ブロック状の成形体を形成すべき
ＲＭ系合金の粒径が小であると溶解した場合のＲＭ系合
金の溶解歩留を著しく低下させ原料粉の製造コストを増
大させることとなるため不都合である。従って粒径１０
μｍ以上のものが９０重量％以上存在するように分級す
るか、若しくは還元拡散処理前の出発原料の粒度分布を
制御する必要がある。

次に成形圧力がＱ、３ｔ／ｃｍ２未満であると、成形体
の崩壊を招来して表面積の増大を招来し１表面酸化層が
増加すると共に、成形体の密度が低下し内封空気量が増
加するため、前記同様ＲＭ系合金の溶解歩留を著しく低
下させ、更には希土類永久磁石としての磁気特性を低下
させるため好ましくない。一方成形圧力を増加するとＲ
Ｍ系合金の溶解歩留が逐次向上するが、３．５ｔ／ｃｍ
２を超えると殆ど飽和するため、必要以上に成形圧力を
増加しても不経済である。

〔作　用〕

上記の構成により、まずＲおよび／またはＭからなる原
材料が溶解し２次いでＲＭ系合金からなるブロック状の
成形体が溶解し、所定のＲＭ系合金溶湯が得られる。こ
の場合ＲＭ系合金からなるブロック状の成形体に含有さ
れるＣａ　Ｏはスラグとなって浮上し、ＲＭ系合金熔湯
中にＣａ、Ｏ。

が侵入することがない。また成形体の外殻に存在する表
面酸化層もまた殻状を呈してスラグと共に浮上するから
、非所望な０□の侵入を防止することができる。

〔実施例〕

Ｓｍ１０３　　　３８．４重量％ 金属Ｃｏ　　　　６１．６重量％ 金属Ｃａ　　理論量Ｘ　１．２５ 上記出発原料を混合した後、ステンレス鋼製のレトルト
内において１２００°ＣＸ２時間の加熱還元処理によっ
てＳｍ　Ｃｏ５を生成する０次にこの生成物を３２メツ
シユの篩によって分級した。粒度分布を測定した結果２
重量％で４６５〜１５０μｍ１％１５０〜７５μ慨２５
％、７５〜ＩＯμｍ　７０％、１０μｍ未満４％であっ
た。次に上記分級後の生成物を冷間静水圧プレスにより
、２．５ｔ／ｃｔｉの成形圧力で直径５２■の円柱ブロ
ック状（重量３７８０　ｇ　）に成形した。一方真空誘
導溶解炉（容量１０ｋｇ）内に原材料としてＣｏ　　：
　９００ｇ、　Ｃｕ　　：　　２４０ｇ。

Ｚｒ　　：　　１２０ｇ、　　Ｆｅ　　：　　９６０ｇ
を装入し、これらの原材料の略中央部に前記成形体を直
立状態に埋設した０次に上記溶解炉を密封して炉内を１
０−’Ｔｏｒｒの真空状態に保持して通電し、成形体を
包囲するＣｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｆｅからなる原材料を溶解
した。これらの原材料溶解後、Ａｒガスを封入して一３
０ｃｍＨｇの状態に保持して更に通電することにより、
成形体を溶解した。上記溶解完了後通電を停止して合金
溶湯を金型に鋳造して重量５７００　ｇのインゴットを
得た。得られたインゴットを分析した結果Ｓ＋ｗｚ４．
ｓ　Ｆｅ＋ａ、＋　Ｃｕａ、ａＺｒｚ、ｈＣｏ　ｂａｔ
であることを確認した。次にこのインゴットをショーク
ラッシャにて粗粉砕後、ボールミルによって平均粒径５
μｍの原料粉を作成した。この原料粉に適量の焼結助剤
を添加混合し、縦磁場成形、焼結、熱処理して永久磁石
を形成した。磁気特性を測定した結果を表に示す。なお
比較例として従来のＲ／Ｄ法によって作製した原料粉に
よるものを併記した。

表から明らかなように、比較例においては。

ＩＨＣにおいて若干大なる値を示すものの、　　Ｂｒ。

ＩＨｃの値が低く、　　（ＢＨ）、、、の値が低下して
いる。これに対して実施例においてはＢｒ、　１）ＩＣ
の値が大であると共に、　　（ＢＨ）、、、の値が大で
あり、これらの値は金属Ｓ−と金属Ｃｏとを溶解して作
製した原料粉によるものと路間−である。

なお原料粉の製造コストは上記溶製原料粉の場合と比較
して２０〜３０％低減させ得ることを確認した。

次に希土類永久磁石材料からなる戻り屑についての実施
例について記述する。まずＳｓ　Ｃｏｓ系材料からなる
永久磁石不良品をショークラッシャによって粗粉砕し、
これに金属Ｃａを添加混合し、前記実施例と同様な加熱
還元処理によってＳｓ＋　Ｃｏ５を生成する。この生成
物を３２メツシユの篩によって分級し、微粉を除去し３
粒径１０μｍ以上のものが９００重量以上となるように
する。以下前記実施例と同様にしてブロック状の成形体
を成形し、他の原材料と共に溶解し、平均粒径５μ■の
原料粉を得た０作製した原料粉中の０、量を分析したと
ころ、戻り屑の状態で８，０００〜１０，０００　ｐｐ
−であったものが２．ＯＯＯ〜３，０００　ｐｐｍに減
少しており、従来のＲ／Ｄ法による原料粉と同程度であ
ることを確認した。なお従来戻り屑の再生に使用されて
いる直接溶解手段と比較して溶解歩留が大幅に向上し、
かつ含有０８量も大幅に低下することを確認した。

本実施例においては希土類金属がＳｓである場合の例に
ついて記述したが、Ｓｓ以外の他の希土類金属（前記Ｒ
参照）であっても作用は同一である、また出発原料とし
て希土類金属の酸化物を使用した例を示したが、酸化物
のみならず弗化物。

硫化物、塩化物、窒化物、炭酸塩の１種若しくは２種以
上としてもよい。更に金属Ｃｏの一部を前記他の金属Ｍ
で置換した場合であっても同様に適用できる。なお溶解
炉への装入時の成形体の外形は円柱状以外のブロック状
としても支障はなく。

成形手段もまた冷間静水圧プレス以外のものを適用でき
ることは勿論である。更に粉体化手段としては溶融状態
からのアトマイズ手段を使用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
下記の効果を奏し得る。

（１）ブロック状の成形体を構成するＲＭ系合金の還元
拡散が若干不充分であっても、その後の溶解手段により
組成の均一化が図れる。

（２）還元処理用の金属Ｃａは溶解工程においてスラグ
として浮上するから、ＲＭ系合金に混入することがな（
、またＲＭ系合金を構成するＣｕの抽出等がなく１組成
変動を防止できる。

（３）出発原料中に存在する０、も溶解工程においてス
ラグ中に吸収除去され、ＲＭ系合金中への侵入を防止で
きる。

（４）以上のことからＲＭ系合金の組成を均一に確保し
、非磁性材料からなる不純物の侵入を防止し得るため、
希土類永久磁石とした場合の磁気特性を溶解材を原料と
するものと同等のレベルまで向上させ得る。

（５）成形体をブロック状に形成し、しかもその構成材
料の粒度および成形圧力を限定したことにより、溶解工
程における滅失が少なく、溶解歩留を大幅に向上させ得
るため、原料粉の製造コストの大幅な低減が可能である
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類金属の酸化物，弗化物，硫化物，塩化物，
   窒化物，炭酸塩の１種若しくは２種以上と，金属Ｍ（但
   し，ＭはＣｏ（必須成分），Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，
   Ｚｒ，Ｔｌ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｗ，Ａｌ，Ｃ，Ｇ
   ｅ，Ｉｒ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｓｅ，Ｓｉ，Ｔｅ，Ｚｎ，Ｂの
   うちの１種または２種以上）と，金属Ｃａとを混合した
   後，加熱還元してＲＭ系合金（但し，ＲはＳｃ，Ｙ，Ｌ
   ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ
   ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕのうちの１種ま
   たは２種以上）を生成し，このＲＭ系合金を粒径１０μ
   ｍ以上のものが９０重量％以上存在するように分級した
   後，０．３ｔ／ｃｍ＾２以上の成形圧力にてブロック状
   の成形体に成形し，この成形体中のＲ，Ｍを含めて所定
   成分のＲＭ系合金となるように配合したＲおよび／また
   はＭからなる原材料中に前記成形体の少なくとも一部が
   接触するように装入し，前記原材料を溶解し，次いで前
   記成形体を溶解した後，ＲＭ系合金を粉体化することを
   特徴とする希土類永久磁石用原料粉の製造方法。
2. （２）希土類永久磁石材料からなる戻り屑を粗粉砕し，
   金属Ｃａを添加混合した後，加熱還元してＲＭ系合金を
   生成し，このＲＭ系合金を粒径１０μｍ以上のものが９
   ０重量％以上存在するように分級した後，０．３ｔ／ｃ
   ｍ＾２以上の成形圧力にてブロック状の成形体に成形し
   ，この成形体中のＲ，Ｍを含めて所定成分のＲＭ系合金
   となるように配合したＲおよび／またはＭからなる原材
   料中に前記成形体の少なくとも一部が接触するように装
   入し，前記原材料を溶解し，次いで前記成形体を溶解し
   た後，ＲＭ系合金を粉体化することを特徴とする希土類
   永久磁石用原料粉の製造方法。