JPH0346963B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素のう
ち少なくとも１種）、Ｂ、Feを主成分とする永久
磁石に係り、主成分たるFeまたはＢの一部をSi
で置換し、温度特性及び耐酸化性を改善した希土
類・鉄・ボロン系永久磁石材料に関する。 従来の技術 永久磁石材料は、一般家庭の各種電気製品か
ら、大型コンピユータの周辺端末器まで、幅広い
分野で使用される極めて重要な電気・電子材料の
一つである。近年の電気・電子機器の小形化、高
効率化の要求にともない、永久磁石材料は益々高
性能化が求められるようになつた。 現在の代表的な永久磁石材料は、アルニコ、ハ
ードフエライトおよび希土類コバルト磁石であ
る。近年のコバルトの原料事情の不安定化に伴な
い、コバルトを20〜30wt％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
ードフエライトが磁石材料の主流を占めるように
なつた。 一方、希土類コバルト磁石はコバルトを50〜
60wt％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用さ
れるようになつた。 そこで、本発明者は先に、高価なSmやCoを含
有しない新しい高性能永久磁石としてＲ−Fe−
Ｂ系（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも
１種）永久磁石を提案した（特願昭57−145072
号）。 このＲ−Fe−Ｂ系永久磁石は、ＲとしてNdや
Prを中心とする資源的に豊富な軽希土類を用い、
Ｂを必須成分、Feを主成分としてＲ−Fe−Ｂ系
三元化合物を形成し25MGOe以上の極めて高い
エネルギー積を示すすぐれた永久磁石である。 発明が解決しようとする問題点 永久磁石材料におけるキユリー点の上昇は、磁
気特性の温度変化の減少のための最も重要な要因
とされており、上述したＲ−Fe−Ｂ系永久磁石
材料のキユリー点は、含有される希土類元素によ
つて変化し、ちなみにNd−Ｂ−Fe系で約310℃、
Gd−Ｂ−Fe系で約370℃であつた。 また、上述したＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料は、
希土類元素を含有して活性に富み酸化されやす
く、例えば、磁気回路に組立てた場合の永久磁石
の錆発生は、磁気回路の出力低下を招来するた
め、耐酸化性の向上が望まれる。 この発明は、希土類・鉄・ボロンを主成分とす
る新規な永久磁石の温度特性と共に耐酸化性を改
善した希土類・鉄・ボロンを主成分とする永久磁
石材料の提供を目的としている。 問題点を解決するための手段 この発明は、Ｒ−Fe−Ｂ系永久磁石材料にお
ける温度特性、耐酸化性の各改善向上を目的に、
添加元素について種々検討した結果、Siを添加す
ることにより、Ｒ−Fe−Ｂ系永久磁石材料のキ
ユリー点を上昇させることができ、かつ耐酸化性
が向上することを知見し、この発明を完成したも
のである。 すなわち、この発明は、Ｒ（但しＲはＹを含む
希土類元素のうち少なくとも１種）８原子％〜30
原子％、 B2原子％〜28原子％、 残部Fe及び不可避的不純物からなり、主相が
正方晶であるＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料におい
て、 15原子％以下のSiを含有したことを特徴とする
永久磁石材料である。 作 用 この発明はＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料におい
て、主成分たるFeまたはＢの一部をSiで置換す
ることにより、生成合金のキユリー点を上昇さ
せ、残留磁束密度の温度特性を改善することがで
きる。 Ｒ−Fe−Ｂ系永久磁石において、このSiの置
換量の増大に伴ない、生成合金のキユリー点が上
昇し、残留磁速密度の温度特性が改善され、か
つ、これらの効果は希土類元素の種類を問わず有
効である。 また、この発明は、Ｒ−Fe−Ｂ系永久磁石材
料において、主成分たるFeまたはＢの一部をSi
で置換することにより、永久磁石材料の耐酸化性
を改善することができる。 従つて、この発明の永久磁石材料は、Ｒとして
NdやPrを中心とする資源的に豊富な軽希土類を
主に用い、Feを主成分とすることにより、
25MGOe以上の極めて高いエネルギー積並びに、
高残留磁束密度、高保磁力を有し、かつすぐれた
残留磁束密度の温度特性、並びに耐酸化性のすぐ
れた永久磁石材料を安価に提供することができ
る。 また、Siは、安価な低純度Feまたはフエロボ
ロン中に多量に含有されることがあり、これら不
純物の多い安価な原料を使用することにより、不
純物としてSiが含有されるが、この原料合金中の
Si量を調整することにより、温度特性、耐酸化性
のすぐれた高性能永久磁石材料を安価に提供でき
る。 組成限定理由 以下に、この発明による永久磁石材料の組成限
定理由を説明する。 この発明の永久磁石材料に用いる希土類元素Ｒ
は、イツトリウム（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、これらのう
ち少なくとも１種、好ましくはNd、Pr等の軽希
土類を主体として、あるいはNd、Pr等との混合
物を用いる。 すなわち、Ｒとしては、 ネオジム（Nd）、プラセオジム（Pr）、ランタ
ン（La）、セリウム（Ce）、テルビウム（Tb）、
ジスプロシウム（Dy）、ホルミウム（Ho）、エル
ビウム（Er）、ユウロビウム（Eu）、サマリウム
（Sm）、カドリニウム（Gd）、プロメチウム
（Pm）、ツリウム（Tm）、イツテルビウム
（Yb）、ルテチウム（Lu）、イツトリウム（Ｙ）
が包含される。 又、通例Ｒのうち１種をもつて足りるが、実用
上は２種以上の混合物（ミツシユメタル、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、Sm、Ｙ、La、Ce、Gd、等は他のＲ、特
にNd、Pr等との混合物として用いることができ
る。 なお、このＲは純希土類元素でなくてもよく、
工業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を
含有するものでも差支えない。 Ｒは、新規なＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料にお
ける、必須元素であつて、８原子％未満では、高
磁気特性、特に高保磁力が得られず、30原子％を
越えると、残留磁束密度（Br）が低下して、す
ぐれた特性の永久磁石が得られない。よつて、希
土類元素は、８原子％〜30原子％の範囲とする。 Ｂは、新規なＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料にお
ける、必須元素であつて、２原子％未満では、高
い保磁力（iHc）は得られず、28原子％を越える
と、残留磁束密度（Br）が低下するため、すぐ
れた永久磁石が得られない。よつて、Ｂは、２原
子％〜28原子％の範囲とする。 SiはＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料の温度特性を
改善するため、ＢまたはFeの一部を置換するも
ので、置換量の増大に伴ない生成合金のキユリー
点を上昇させることができるが、15原子％を越え
ると、保磁力が1kOe未満となり、実用磁石材料
として不適であるので、15原子％以下とする。ま
た、高い磁気特性を有する永久磁石材料を得るに
は、10原子％以下のSiが望ましく、好ましい組成
範囲の永久磁石材料の保磁力は4.5kOe以上、最
大エネルギー積は19MGOe以上となる。 Feは、新規なＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料にお
いて、必須元素であり、上記成分を含有した残余
を占める。しかし、65原子％未満では残留磁束密
度（Br）が低下し、82原子％を越えると、高い
保磁力が得られないので、Feは65原子％〜82原
子％が望ましい。 この発明において、高い残留磁束密度と高い保
磁力を共に有するすぐれた永久磁石材料を得るた
めには、R10原子％〜25原子％、B4原子％〜26
原子％、Fe68原子％〜80原子％が好ましい。 また、この発明による永久磁石材料は、Ｒ、
Ｂ、Feの他、工業的生産上不可避的不純物の存
在を許容できるが、FeまたはＢの一部を4.0原子
％以下のＣ、3.5原子％のＰ、2.5原子％以下の
Ｓ、3.5原子％以下のCuのうち少なくとも１種、
合計量で4.0原子％以下で置換することにより、
永久磁石の製造性改善、低価格化が可能である。 さらに、Ｒ−Fe−Ｂ系に、 9.5原子％以下のAl、4.5原子％以下のTi、9.5
原子％以下のＶ、8.5原子％以下のCr、8.0原子％
以下のMn、５原子％以下のBi、12.5原子％以下
のNb、10.5原子％以下のTa、9.5原子％以下の
Mo、9.5原子％以下のＷ、2.5原子％以下のSb、
７原子％以下のGe、35原子％以下のSn、5.5原子
％以下のZr、5.5原子％以下のHfのうち少なくと
も１種を添加含有、但し、２種以上含有する場合
は、その最大含有量は当該添加元素のうち最大値
を有するものの原子百分比％以下を含有させるこ
とにより、永久磁石材料の高保磁力化が可能にな
る。 この発明によるFeまたはＢの一をSiで置換し
てＲ−Fe−Ｂ系三元化合物を形成したＲ−Fe−
Ｂ系永久磁石材料において、結晶相は主相が正方
晶であることが不可欠であり、特に微細で均一な
合金粉末を得て、すぐれた磁気特性を有する焼結
永久磁石を作製するのに効果的である。 この発明によるＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料は、
保磁力iHc≧1kOe、残留磁束密度Br≧4kG、を
示し、最大エネルギー積（BH）maxはハードフ
エライトと同等以上となり、最も好ましい組成範
囲では、（BH）max≧10MGOeを示し、最大値
は25MGOe以上に達する。 また、この発明によるＲ−Fe−Ｂ系永久磁石
材料のＲの主成分が、その50％以上を軽希土類金
属が占める場合で、R12原子％〜20原子％、B4
原子％〜24原子％、Fe65原子％〜82原子％、
Si10原子％以下含有するとき、最もすぐれた磁気
特性を示し、特に軽希土類金属がNdの場合には、
（BH）maxはその最大値が33MGOe以上に達す
る。 実施例 以下に、この発明による実施例を示しその効果
を明らかにする。 実施例 １ 出発原料として、純度99.9％の電解鉄、B19.4
％を含有し、残部はFe、及びAl5.3％、Si0.7％、
C0.03％等の不純物からなるフエロボロン合金、
純度99.7％以上のNd、純度99.9％のSiを使用し、
これらを高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造
した（ただし、出発原料の純度は重量で示す。以
下同様）。 その後、インゴツトを、スタンプミルにより35
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にボールミル
により３時間粉砕し、粒度３〜10μｍの微粉末を
得た。 この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中で
配向し、1.5t／cm²の圧力で成形した。 得られた成形体を、1000℃〜1200℃、１時間、
Ar中、の条件で焼結し、その後放冷し、この発
明による永久磁石を作製した。 このとき、成分組成を、15Nd−8B−77Feと
し、Feの一部をSiで置換し、Si量を種々変化さ
せた各種永久磁石〔15Nd−8B−（77_-x）Fe−
xSi〕のキユリー温度を調べた。結果は第１図に
示す。 キユリー温度の測定は、焼結体から3.5mm×3.5
mm×１mm寸法に切り出し、10kOeの磁場を印加
し、25℃〜500℃の温度範囲で、4ΠIの温度変化
を測定し、4ΠIがほぼ０となる温度とした。 第１図の結果から明らかなように、Si量の増加
に伴なつて、キユリー点が上昇して磁気特性の温
度変化の改善に有効なことがわかる。 実施例 ２ 実施例１と同じ製法で永久磁石を作製し、第１
表の如く基本成分組成を、16Nd−10B−74Feと
し、Feの一部をSiで置換し、Si量を種々変化さ
せた各種永久磁石〔16Nd−10B−（74_-x）Fe−
xSi〕の耐酸化性を調べた。 耐酸化性の試験は、寸法10mm×10mm×15mmの直
方体試料を用い、湿度80％の大気中で60℃で24時
間保持した後、各試料の単位面積当りの重量増加
で評価した。結果は第１表に示すように、Si量の
増加にともない耐酸化性が著しく改善されること
が明らかである。

【表】 実施例 ３ 出発原料として、純度99.9％の電解鉄、B19.4
％を含有し残部はFe、及びAl5.3％、Si0.7％、
C0.03％等の不純物からなるフエロボロン合金、
純度99.7％以上のNd、純度99.9％のSiを使用し、
第２表の成分組成となるように配合し、これらを
高周波容解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより35メ
ツシユスルーまでに粗粉砕し、次にボールミルに
より３時間粉砕し、粒度３〜10μｍの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中で
配向し、1.5t／cm²の圧力で成形した。 得られた成形体を、1000℃〜1200℃、１時間、
Ar中、の条件で焼結し、その後放冷し、この発
明による永久磁石を作製した。 また、比較のため、Siを添加しないＲ−Ｂ−
Fe系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性並びにキユリー温
度を測定した。測定結果を第３表に示す。 第３表から明らかなように、高いエネルギー積
並びに、高残留磁束密度、高保磁力を有し、かつ
キユリー点が改善されたすぐれた永久磁石が得ら
れたことがわかる。 実施例 ４ 実施例１と同じ製法で永久磁石を作製し、成分
組成を、15Nd−8B−5Si−72Feとした永久磁石
の室温における磁化曲線を測定した。第２図の磁
化曲線から明らかなように、初磁化曲線は低磁界
で急峻に立上がり飽和に達し、減磁曲線はきわめ
て角形性が高く、この永久磁石が典型的な高性能
異方性磁石であることがわかる。また、この永久
磁石の保磁力が反転磁区の核発生によつて決定さ
れる、いわゆるニユークリエーシヨン型永久磁石
であることを示している。また、第２表に示すこ
の発明組成の磁石はいずれも第２図と同等の磁化
曲線を示した。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図はSi量とキユリー温度との関係を示すグ
ラフ、第２図は磁化曲線を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少な
   くとも１種）８原子〜30原子、 B2原子％〜28原子％、 残部Fe及び不可避的不純物からなり、主相が
   正方晶であるＲ−Fe−Ｂ系永久磁石材料におい
   て、 15原子％以下のSiを含有したことを特徴とする
   永久磁石材料。