JPH04177806A

JPH04177806A - 鉄‐希土類‐窒素系永久磁石材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH04177806A
Application number: JP2306593A
Authority: JP
Inventors: Masao Iwata; 雅夫岩田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-11-13
Filing date: 1990-11-13
Publication date: 1992-06-25

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、すぐれた磁気特性を有する鉄−希土類一窒素
系永久磁石材料に関する。

［従来の技＃ｆ］Ｆｅ、Ｃｏ等の３ｄ遷移金属とＲ（Ｙ、Ｔｈおよびすべ
てのランタノイド元素からなる群の中から選ばれた１種
または２種以上の元素の組合せ）とからなる金属間化合
物の中には高い結晶磁気異方性と大きな飽和磁化とを示
すものがあり、高保磁力、高エネルギー積を有する永久
磁石材料として有望である。

しかし、Ｆｅ−Ｒのみの２元系からなる合金では、高い
キュリー点や一軸の結晶磁気異方性を得ることは難しい
場合が多い。このために、第３の元素としてＮを添加す
ることによりその点を改良した材料が、先に本発明者に
より提供されている（特願昭５８−２３９０９０号）。

［発明が解決しようとする課題］しかし、その後の検討により、Ｆｅ−Ｒ−Ｎのみの３元
系からなる材料においては、時として特性が不安定とな
りやすい、すなわち同じ組成の合金を同じように処理し
ても所期の特性が得られない場合があったりする。とい
った問題のあることがわかった。

（以下、余白）［課題を解決するための手段］上記のようにＦｅ−Ｒ−Ｎのみの３元系からなる材料に
おいては、時として特性が不安定となりやすい場合が生
じることの原因につき、本発明者は鋭意検討を重ねた結
果、その原因は、Ｎ（窒素）が合金中で充分に構造安定
化されない場合が生じるらしい点にあることを見いだし
た。そこで。

その問題の解決のためには、Ｎとの親和力の強い元素を
合金中に添加してやればよいのではないかと考えて検討
を進めた結果、本発明を完成するに到ったものである。

すなわち、本発明はＮとの親和力の強い元素として−Ｔ
　ｉｐ　Ｃｒ　ｙ　Ｖ　ｖ　Ｚ　ｒ　ｖＮｂ、ＡＩ、Ｍ
ｏ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＭｇｐＳｉ、Ｓｎ、Ｇｅを
選び、これらからなる群の中から選ばれた１種または２
種以上の元素の組合せをＦ　ｅ　−Ｒ−Ｎ系合金に添加
するものである。

すなわち、本発明の鉄−希土類一窒素系永久磁石材料は
、一般式％式％）ただし、ＲはＹ、Ｔｈおよびすべてのランタノイド元素
からなる群の中から選ばれた１種または２種以上の元素
の組合せ。

ＭはＴｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂｔ　Ａｌ、Ｍｏ＋Ｍｎ
、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗｔ　Ｍｇ、Ｓｉｙ　Ｓｎ、Ｇｅからな
る群の中から選ばれた１種または２種以上の元素の組合
せ、ｒｔａｔｎは、それぞれ原子比率で。

０．０３　　≦　ｒ≦　０．３００．００５　≦　ａ　≦　０．３００．００３　≦　ｎ≦０．５０であることを特徴とする鉄−希土類一窒素系永久磁石材
料。

もしくは一般式％式％ただし、ＲはＹ、Ｔｈおよびすべてのランタノイド元素
からなる群の中から選ばれた１種または２種以上の元素
の組合せ。

ＭはＴｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌｅ　Ｍｏ。

Ｍ　ｎ　ｔ　Ｈｆ　ｐ　Ｔ　ａ　ｙ　Ｗ　ｔ　Ｍ　ｇ　
ｐ　Ｓ　ｘ　ｐ　Ｓ　ｎ　ｔ　Ｇ　ｅからなる群の中か
ら選ばれた１種または２種以上の元素の組合せ。

ｒ、ａ、ｎは、それぞれ原子比率で、０．０３　　≦　ｒ　≦０．３００．００５　≦　ａ　≦０．３００．００３　≦　ｎ≦０．５０であるような鉄−希土類一窒素系永久磁石材料を製造す
る方法において。

予め、Ｎ含有量が所望の量よりは少ないか、Ｎを実質的
に含有しない材料を作製した後、これをＮを含む気体中
で処理して材料中にＮを侵入させることにより、所望の
Ｎ含有量とするようにしたことを特徴とする鉄−希土類
一窒素系永久磁石材料の製造方法である。

以下、本発明の鉄−希土類一窒素系永久磁石材料につき
詳細に説明する。

本発明において、Ｒは、磁気異方性を生み保磁力を発生
させる上で本質的な役割を担う、極めて重要な構成元素
である。Ｒとしては、Ｙ、Ｔｈおよびすべてのランタノ
イド元素、すなわち、Ｙ。

Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄｔ　
Ｔｂ、Ｄｙｔ　Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕおよびＴ
ｈが含まれ、これらからなる群の中から選ばれた１種ま
たは２種以上の元素の組合せとして用いればよい０本発
明の材料においては、ＲとしてＳｍが特に有効である。

Ｒは、原子比率で０．０３〜０．３０、好ましくは０．
０５〜０．１８、さらに好ましくは０．０６〜０．１５
の範囲にあることが必要である。

Ｒが０．０３未満では保磁力が得られないので、Ｒの下
限は０．０３とする。一方、Ｒが０．３０を超えると飽
和磁化が小さくなりすぎるとともに、材料の酸化が激し
く耐食性がきわめて悪くなるので、Ｒの上限は０．３０
とする。安定した磁気特性を得るためには、Ｒの量は通
常０．０５〜０．１８、とりわけ０．０６〜０．１５の
範囲に選ぶことが望ましい、なお、特に高い磁束密度と
大きなエネルギー積とを安定的に得たい時には、Ｒを０
．１０〜０．１２に選択することが有効である。

ＭはＮ（窒素）との親和力が強い元素であり、本発明に
おいて、ＭはＮを合金中で構造安定化させる上に大きな
効果を有している。Ｍとしては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ
、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｈｆ、ＴａｐＷ、Ｍｇｔ　
Ｓｉｔ　Ｓｎ、Ｇｅが含まれ、これらからなる群の中か
ら選ばれた１種または２種以上の元素の組合せとして用
いればよい。Ｎを合金中で構造安定化させるという本発
明の効果を発揮させるためには１Ｍの量は原子比率で０
．００５〜０．３０．好ましくは０．０２〜０．１５の
範囲にあることが必要である。

Ｍが０．００５未満では上記した効果が得られないので
、Ｍの下限は０．００５とする。一方。

Ｍが０．３０を超えると飽和磁化が／ＪＸさくなりすぎ
るので、Ｍの上限は０．３０とする。この内でも、安定
した磁気特性を得るためには、Ｍの量は通常０．０２〜
０．１５の範囲に選ぶことが望ましい。

Ｎ（窒素）は、本発明の材料において、飽和磁化を増す
とともに高保磁力を発生させる本質的に重要な役割を果
たしているところの必須構成成分であるが、その含有量
は、原子比率で０．００３〜０．５０、好ましくは０．
０２〜０．２０、さらに好ましくは０．０５〜０．１５
の範囲にあることが必要である。

Ｎが０．００３未満セはＮの添加効果が認められず飽和
磁化が小さいので、Ｎの下限は０．００３とする。一方
、Ｎが０．５０を超えると飽和磁化がかえって／ｆＸさ
くなりすぎるので、Ｎの上限は０．５０とする。安定し
た磁気特性を得るためには、Ｎの量は通常０．０２〜０
．２０、とりわけ０．０５〜０．１５の範囲に選ぶこと
が望ましい。

ただし、ＮはＭとの窒化物（例えばＭＰＮｑ等、ここで
Ｐｔ　ｑは正の整数）の形で材料中に孤立離散的に存在
するのではなくて、先の出願（特願昭５８−２３９０９
０号）においても説明したごとく格子間侵入型の原子と
して存在する等、Ｎが格子中にほぼ一様に均された形で
存在することによって、ＦｅとＲとから成っていた格子
そのものに変化を与えるように作用しなければならない
。

このためには、Ｎを材料中に含有させる方法としては、
Ｎをもともと含むようなものを原材料として用いるとい
う方法によってもよいが、むしろ、後の工程において、
適宜な気体中もしくは液体中において処理することによ
りＮを材料の中へ侵入させる方法が推奨される。Ｎを侵
入させるために用いる気体としては、Ｎ２ガス、Ｎ２＋
Ｈ２混合ガス、ＮＨ３ガス、およびこれらの混合ガス等
（Ｈ２ガスもしくはその他の不活性ガス等で希釈する場
合を含む）を用いることが出来る。また、その場合の処
理温度としては通常２００〜１０００℃、特に４００〜
７００℃とすればよい、また、その場合の処理時間とし
ては通常０．２〜５０時間程時間上いが、材料の所望特
性に応じて適宜選択すればよい。

特許請求の範囲第１項に記載の鉄−希土類一窒素系永久
磁石材料に、さらにｃｏを添加することにより、材料磁
気特性の温度特性を向上させることができる。このため
にはＧｏの量は原子比率で０．０１〜０．５０、好まし
くは０．０５〜０゜３０の範囲にあることが必要である
。

［実施例］以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明は特にこれらに限定されるものではない。

実施例１重量比でＦｅ７０．１％、Ｓｍ２６．０％。

Ｔｉ３．９４％から成る合金をアルゴン雰囲気中で溶製
した。この合金は原子％でＦｅ８３．１％、Ｓｍ１１．
４％、Ｔｉ５．４５％、すなわちｒ＝０．１１４．ａ＝
０．０５５に相当する。

得られたインゴットを９００℃で７日間焼鈍した後、鉄
製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉
砕し、約１０μｍ径の粉末とした。この粉末にＮを含有
させるために、これをＮ２ガス中はぼ５００℃付近の温
度において処理した。この処理により材料中にＮが２．
９２重量％含有された。計算するとこれは１２．５原子
％。

すなわちｎ＝ｏ、１２５に相当する６得られた粉体を８
ｋＯｅの磁場中においてプレス成形した後、これにバイ
ンダーを含浸させて同化補強した後、磁気特性を測定し
た。

飽和磁束密度（Ｂｓ）は１３．７ｋＧ、保磁力（Ｈｃ）
は５１０００　ｅであった。

実施例２重量比でＦｅ６６．０％、Ｓｍ２６．１％。

Ｔｉ３．９６％、Ｖ４．０１％カラ成ル合金ヲアルゴン
雰囲気中で溶製した。この合金は原子％でＦｅ７７．９
％、ＳｍＩ　１．４％、Ｔｉ５．４５％、Ｖ５．１９％
、すなわちｒ＝０．１１４．ａ＝０．１０６に相当する
。

得られたインゴットを９００”Ｃで７日間焼鈍した後、
鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル
粉砕し、約１０μｍ径の粉末とした。この粉末にＮを含
有させるために、これをＮ２ガス中はぼ５００℃付近の
温度において処理した。この処理により材料中にＮが３
．１７重量％含有された。計算するとこれは１３．４原
子％。

すなわちｎ＝０．１３４に相当する。得られた粉体を８
ｋＯｅの磁場中においてプレス成形した後、これにバイ
ンダーを含浸させて固化補強した後、磁気特性を測定し
た。

飽和磁束密度（Ｂｓ）は１１．２ｋＧ、保磁力（Ｈａ）
は４３０００　ｅであった・実施例３重量比でＦｅ６７．７％、Ｓｍ２５．１％。

Ｚｒ７．２６％から成る合金をアルゴン雰囲気中で溶製
した。この合金は原子％でＦｅ８３．１％、Ｓｍ１１．
４％、Ｚｒ５．４５％、すなわちｒ＝０．１１４．ａ＝
０．０５５に相当する。

得られたインゴットを９００℃で７日間焼鈍した後、鉄
製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉
砕し、約１０μｍ径の粉末とした。この粉末にＮを含有
させるために、これをＮ２ガス中はぼ５００℃付近の温
度において処理した。この処理により材料中にＮが２．
７５重量％含有された。計算するとこれは１２．１原子
％。

すなわちｎ＝０．１２１に相当する。得られた粉体を８
ｋＯｅの磁場中においてプレス成形した後、これにバイ
ンダーを含浸させて固化補強した後、磁気特性を測定し
た。

飽和磁束密度（Ｂｓ）は１１．５ｋＧ、保磁力（Ｈｃ　
）は２５０００ｅであった。

実施例４重量比でＦｅ５６．６％、Ｓｍ２５．８％。

Ｔｉ３．９２％、Ｃｏ１３．８％から成る合金をアルゴ
ン雰囲気中で溶製した。この合金は原子％でＦｅ６７．
５％、Ｓｍ１１．４％、Ｔｉ５．４５％、Ｃｏ１５．６
％、すなわちｒ＝０．１１４、ａ＝０．０５５．ｂ＝０
．１５６に相当する。

得られたインゴットを９００℃で７日間焼鈍した後、鉄
製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉
砕し、約１０μｍ径の粉末とした。この粉末にＮを含有
させるために、これをＮＨ３ガス中はぼ４５０℃付近の
温度において処理した。この処理により材料中にＮが２
．６１重量％含有された。計算するとこれは１１．３原
子％、すなわちｎ＝０．１１３に相当する。得られた粉
体を８ｋＯｅの磁場中においてプレス成形した後、これ
にバインダーを含浸させて固化補強した後、磁気特性を
測定した。

飽和磁束密度（Ｂｓ）は１２．６ｋＧ、保磁力（Ｈｃ）
は４５０００ｅであった。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明による鉄−希土類一窒素
系永久磁石材料によれば、大きな飽和磁束密度と高い保
磁力が安定的に得られるので、永久磁石材料として実用
上きわめて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る永久磁石の結晶構造を説明する図
である。

Claims

【特許請求の範囲】（１）一般式（Ｆｅ（１−ｒ−ａ）ＲｒＭａ）（１−ｎ）Ｎｎ，ただ
し、ＲはＹ，Ｔｈおよびすべてのランタノイド元素から
なる群の中から選ばれた１種または２種以上の元素の組
合せ、ＭはＴｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｍｎ，
Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｇｅからなる群の
中から選ばれた１種または２種以上の元素の組合せ、ｒ，ａ，ｎは、それぞれ原子比率で、０．０３≦ｒ≦０．３００．００５≦ａ≦０．３００．００３≦ｎ≦０．５０であることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材
料。（２）請求項（１）に記載の鉄−希土類−窒素系永久磁
石材料において、Ｆｅの一部をＣｏで置換することにより、一般式（Ｆｅ（１−ｒ−ａ−ｂ）ＲｒＭａＣｏｂ）（１−ｎ）
Ｎｎ，ただし、ｂは原子比率で、０．０１≦ｂ≦０．５
０であるようにしたことを特徴とする鉄−希土類−窒素系
永久磁石材料。（３）請求項（１）ないし（２）に記載の鉄−希土類−
窒素系永久磁石材料において、０．０５≦ｒ≦０．１８であることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材
料。（４）請求項（３）に記載の鉄−希土類−窒素系永久磁
石材料において、０．０６≦ｒ≦０．１５であることを特徴とする鉄−希土類一窒素系永久磁石材
料。（５）請求項（４）に記載の鉄−希土類−窒素系永久磁
石材料において、０．１０≦ｒ≦０．１２であることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材
料。（６）請求項（１）ないし（５）に記載の鉄−希土類−
窒素系永久磁石材料において、０．０２≦ｎ≦０．２０であることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材
料。（７）請求項（６）に記載の鉄−希土類−窒素系永久磁
石材料において、０．０５≦ｎ≦０．１５であることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材
料。（８）請求項（１）ないし（７）に記載の鉄−希土類−
窒素系永久磁石材料において、ＲがＳｍであることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材
料。（９）一般式（Ｆｅ（１−ｒ−ａ）ＲｒＭａ）（１−ｎ）Ｎｎ，ただ
し、ＲはＹ，Ｔｈおよびすべてのランタノイド元素から
なる群の中から選ばれた１種または２種以上の元素の組
合せ、ＭはＴｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｍｎ，
Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｇｅからなる群の
中から選ばれた１種または２種以上の元素の組合せ、ｒ，ａ，ｎは、それぞれ原子比率で、０．０３≦ｒ≦０．３００．００５≦ａ≦０．３００．００３≦ｎ≦０．５０であるような鉄−希土類−窒素系永久磁石材料を製造す
るに際して、予め、Ｎ含有量が所望の量よりは少ない材料を作製した
後、これをＮを含む気体中で処理して材料中にＮを侵入
させることにより、所望のＮ含有量とするようにしたこ
とを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製造
方法。（１０）請求項（９）に記載の鉄−希土類−窒素系永久
磁石材料の製造方法において、該鉄−希土類−窒素系永久磁石材料が、請求項（２）な
いし（８）の何れかの項に記載の鉄−希土類−窒素系永
久磁石材料、であることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材
料の製造方法。（１１）請求項（９）ないし（１０）の何れかの項に記
載の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法におい
て、Ｎを含む気体がＮ２ガスであることを特徴とする鉄−希
土類−窒素系永久磁石材料の製造方法。（１２）請求項（９）ないし（１０）の何れかの項に記
載の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法におい
て、Ｎを含む気体がＮＨ３ガスとＨ２ガスの混合気体である
ことを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製
造方法。（１３）請求項（９）ないし（１０）の何れかの項に記
載の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法におい
て、Ｎを含む気体がＮＨ３ガスであることを特徴とする鉄−
希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法。（１４）一般式（Ｆｅ（１−ｒ−ａ）ＲｒＭａ）（１−ｎ）Ｎｎ，ただ
し、ＲはＹ，Ｔｈおよびすべてのランタノイド元素から
なる群の中から選ばれた１種または２種以上の元素の組
合せ、ＭはＴｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｍｎ，
Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｇｅからなる群の
中から選ばれた１種または２種以上の元素の組合せ、ｒ，ａ，ｎは、それぞれ原子比率で、０．０３≦ｒ≦０．３００．００５≦ａ≦０．３００．００３≦ｎ≦０．５０であるような鉄−希土類−窒素系永久磁石材料を製造す
るに際して、予め、実質的にＮを含有しない材料を作製した後、これ
をＮを含む気体中で処理して材料中にＮを侵入させるこ
とにより、所望のＮ含有量とするようにしたことを特徴
とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法。（１５）請求項（１４）に記載の鉄−希土類−窒素系永
久磁石材料の製造方法において、該鉄−希土類−窒素系
永久磁石材料が、請求項（２）ないし（８）の何れかの
項に記載の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料、であることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材
料の製造方法。（１６）請求項（１４）ないし（１５）の何れかの項に
記載の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法にお
いて、Ｎを含む気体がＮ２ガスであることを特徴とする鉄−希
土類−窒素系永久磁石材料の製造方法。（１７）請求項（１４）ないし（１５）の何れかの項に
記載の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法にお
いて、Ｎを含む気体がＮＨ３ガスとＨ２ガスの混合気体である
ことを特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製
造方法。（１８）請求項（１４）ないし（１５）の何れかの項に
記載の鉄−希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法にお
いて、Ｎを含む気体がＮＨ３ガスであることを特徴とする鉄−
希土類−窒素系永久磁石材料の製造方法。