JPH0418708A - 永久磁石の製造方法 - 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、機械的配向による磁気異方性を有する永久磁
石の製造方法、特にＲ（ただしＲはＹを含む希土類元素
のうち少なくとも１種）＋Ｆｅ＋Ｂを原料基本成分とす
る永久磁石の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 永久磁石は、一般家庭の各種電気製品から大型コンピュ
ーターの周辺端末機器まで、幅広い分野で使用されてい
る重要な電気・電子材料の一つであり、最近の電気製品
の小型化、高効率化の要求にともない、永久磁石も益々
高性能化が求められている。

永久磁石は、外部から電気的エネルギーを供給しないで
磁界を発生するための材料であり、保磁力が大きく、ま
た残留磁束密度も高いものが適している。

現在使用されている永久磁石のうち代表的なものはアル
ニコ系鋳造磁石、フェライト磁石及び希土類−遷移金属
系磁石であり、特に希土類−遷移金属系磁石であるＲ−
Ｃｏ系永久磁石やＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、極めて高
い保磁力とエネルギ−積を持つ永久磁石として、従来か
ら多くの研究開発がなされている。

従来、これらＲ−Ｆｅ−Ｂ系の高性能異方性永久磁石の
製造方法には、次のようなものがある。

（１）まず、特開昭５９−４６００８号公報や　Ｍ、Ｓ
ａｇａｗａ。

Ｓ、Ｆｕｊｉｍｕｒａ、Ｎ、Ｔｏｇａｗａ、Ｈ，Ｙａｍ
ａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ｙ、Ｈａｔｓｕｕｒａ；Ｊ、Ａｐ
ｐｌ、、Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、５５（６）、１５　Ｍａｒ
ｃｈ　１９８４．ｐ２０８３等には、原子百分比で８〜
３０％のＲ（ただしＲはＹを含む希土類元素の少なくと
も１種）、２〜２８％のＢ及び残部Ｆｅからなる磁気異
方性焼結体であることを特徴とする永久磁石が粉末冶金
法に基づく焼結によって製造されることが開示されてい
る。

この焼結法では、溶解・鋳造により合金インゴットを作
製し、粉砕して適当な粒度（数μｍ）の磁性粉を得る。

磁性粉は成形助剤のバインダーと混練され、磁場中でプ
レス成形されて成形体が出来上がる。成形体はアルゴン
中で１１００℃前後の温度１時間焼結され、その後室温
まで急冷される。

焼結後、６００℃前後の温度で熱処理する事により永久
磁石はさらに保磁力を向上させる。

また、この焼結磁石の熱処理に関しては特開昭６１−２
１７５４０号公報、特開昭６２−１６５３０５号公報等
に、多段熱処理の効果が開示されている。

（２）特開昭５９−２１１５４９号公報やＲ，Ｗ、Ｌｅ
ｅ；　　ＡｐｐｌＰｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ、４６（
８）、１５　　Ａｐｒｉｌ　　１９８５．ｐ７９０には
、非常に微細な結晶性の磁性相を持つ、メルトスピニン
グされた合金リボンの微細片が樹脂によって接着された
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石が開示されている。

この永久磁石は、アモルファス合金を製造するに用いる
急冷薄帯製造装置で、厚さ３０μｍ程度の急冷薄片を作
り、その薄片を樹脂と混練してプレス成形することによ
り製造される。

（３）特開昭６（］−１１００４０号公報やＲ，Ｗ、Ｌ
ｅｅ；　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ、４６（８）、１５　　Ａ
ｐｒｉｌ　　１９８５．ｐ７９０には、前記（２）の方
法で使用した急冷薄片を、真空中あるいは不活性雰囲気
中で２段階ホットプレス法と呼ばれる方法で緻密で異方
性を有するＲ−ＦｅＢ　ｖＡ石を得ることが開示されて
いる。

（４）特開昭６２−２７６８０３号公報には、Ｒ（ただ
しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種）８〜
３０原子％、Ｂ２〜２８原子％、Ｃｏ５０原子％以下、
Ａ１１５原子％以下、及び残部が鉄及びその他の製造上
不可避な不純物からなる合金を溶解・鋳造後、該鋳造イ
ンゴットを５００℃以上の温度で熱間加工することによ
り結晶粒を微細化しまたその結晶軸を特定の方向に配向
せしめて、該鋳造合金を磁気的に異方性化することを特
徴とする希土類−鉄系永久磁石が開示されている。

また、この熱間加工磁石の鋳造インゴットのマクロ組織
としては、柱状晶であることが高性能化に効果があると
特開昭６３−１１４１０５号公報に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 斜上の（１）〜（４）の従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石
の製造方法は、次のごとき欠点を有している。

（１）の永久磁石の製造方法は、合金を粉末にすること
を必須とするものであるが、Ｒ−Ｆｅ−Ｅ系合金はたい
へん酸素に対して活性を有するので、粉末化すると余計
酸化が激しくなり、焼結体中の酸素濃度はどうしても高
くなってしまう。

また粉末を成形するときに、例えばステアリン酸亜鉛の
様な成形助剤を使用しなければならず、これは焼結工程
で前もって取り除かれるのであるが、成形助剤中の敵側
は、磁石体の中に炭素の形で残ってしまい、この炭素は
著しくＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石の磁気性能を低下させ好ましく
ない。

成形助剤を加えてプレス成形した後の成形体はグリーン
体と言われ、これは大変脆く、ハンドリングが難しい。

従って焼結炉にきれいに並べて入れるのには、相当の手
間が掛かることも大きな欠点である。

これらの欠点があるので、−船釣に言ってＲＦｅ−Ｂ系
の焼結磁石の製造には、高価な設備が必要になるばかり
でなく、その製造方法は生産効率が悪く、結局磁石の製
造コストが高くなってしまう。従って、比較的原料費の
安いＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の長所を活かすことが出来ない
。

次に　（２）並びに（３）の永久磁石の製造方法は、真
空メルトスピニング装置を使用するが、この装置は、現
在では大変生産性が悪くしかも高価であ（２）の永久磁
石は、原理的に等方性であるので低エネルギー積であり
、ヒステリシスループの角形性も悪く、温度特性に対し
ても、使用する面においても不利である。

（３）の永久磁石を製造する方法は、ホットプレスを二
段階に使うというユニークな方法であるが、実際に量産
を考えると非効率であることは否めないであろう。

更にこの方法では、高温例えば８００６Ｃ以上では結晶
粒の粗大化が著しく、それによって保磁力ｉＨｃが極端
に低下し、実用的な永久磁石にはならない。

（４）の永久磁石を製造する方法は、粉末工程を含まず
、ホットプレスも一段階でよいために、最も製造工程が
簡略化されるが、鋳造インゴットのマクロ組織が熱間加
工における変形能や最終的な熱間加工後の磁石の磁気性
能に影響を及ぼすので、厳密な鋳造組織の管理が必要と
なる。特に特開昭６３−１１４１０５に示されるように
マクロ組織として柱状晶を採用するとマクロ組織の制御
の厳密性が重要になり、熱間加工後の磁気特性は高いの
だがその性能の分布が激しく起こることがあった。また
、結晶粒の長径／短径の比が大きな柱状晶インゴットは
マクロ組織が異方性であるために、変形能も異方的で、
良好な変形が難しい方向が存在していた。このために磁
石の形状自由性は劣ってしまうという問題があった。

本発明は、以上の従来技術の欠点特に（４）の永久磁石
の性能面での欠点と形状自由性の欠点を解決するもので
あり、その目的とするところは、高性能かつ低コストの
永久磁石の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の永久磁石の製造方法は、Ｒ（ただしＲはＹを含
む希土類元素のうち少なくとも１種）。

Ｆｅ、Ｂを原料基本成分とし、該基本成分とする合金を
溶解して、Ｒ２Ｆｅ＋４Ｂ　の結晶粒の長径／短径の比
が平均で４以下であり平均粒径が８０μｍ以下で、粒径
分布が平均粒径の０．３〜３．０倍の範囲内に９５％以
上であるように鋳造し、次いで鋳造インゴットを５００
℃以上の温度にて熱間加工し次に２５０〜１１００℃の
温度において熱処理する事を特徴とする。

また更なる高保磁力化、高性能化のためには、熱間加工
後７５０〜１１００℃において熱処理した後に２５０〜
７５０℃の温度において熱処理する事を特徴とする。

以下、本発明における永久磁石の好ましい組成範囲につ
いて説明する。

希土類としては、Ｙ、　　Ｌａ、　　Ｃｅ、　　Ｐｒ、
　　Ｎｄ。

Ｓｍ、　　Ｅｕ、　　Ｇｄ、　　Ｔｂ、　　Ｄｙ、　　
Ｈｏ、　　Ｅｒ、　　Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが候補として挙
げられ、これらのうちの１種あるいは２種以上を組み合
わせて用いる。最も高い磁気性能はＰｒで得られるので
、実用的には　Ｐｒ、Ｐｒ−Ｎｄ合金、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎ
ｄ合金等が用いられる。少量の重希土元素、例えばｐｙ
、’ｒｂ等は保磁力の向上に有効である。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ２Ｆｅ１４Ｂ　　である
。　従ってＲが８以下％未満では、もはや上記化合物を
形成せず高磁気特性は得られない。一方Ｒが３０原子％
を越えると非磁性のＲリッチ相が多くなり磁気特性は著
しく低下する。よってＲの範囲は８〜３０原子％が適当
である。しかし高い残留磁束密度のためには、好ましく
はＲ８〜２５原子％が適当である。

Ｂは、Ｒ２Ｆｅ＋４Ｂ　相を形成するための必須元素で
あり、２原子％未満では菱面体のＲ−Ｆｅ系になるため
に高保磁力は望めない。また２８以下％を越えるとＢに
富む非磁性相が多くなり、残留磁束密度は著しく低下し
てくる。しかじ高保磁力を得るためには、好ましくはＢ
８８原子以下がよく、それ以上では微細なＲ２Ｆｅ１４
Ｂ　相を得ることが困難で、保磁力は小さい。

ＣＯは本系磁石のキュリー点を増加させるのに有効な元
素であるが、保磁力を小さくするので５０原子％以下が
よい。

Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｇａ等のＲリッチ相とともに
存在し、その相の融点を低下させる元素は、保磁力の増
大効果を有する。しかし、これらの元素は非磁性元素で
あるため、その量を増すと残留磁束密度が減少するので
、６原子％以下が好ましい。

熱間加工における温度は再結晶温度以上が望ましく、本
発明Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金においては好ましくは５００℃
以上である。

そして、熱処理温度は粒界の清浄化及び初晶のＦｅを拡
散するために２５０℃以上が好ましく、Ｒ２Ｆｅ＋４Ｂ
　相が１１００℃以上では急激に粒成長して保磁力を失
うのでそれ以下の温度が好ましい また、２段階以上の熱処理を施す場合の温度は、１段目
は初品のＦｅが早く拡散するように７５０℃以上が好ま
しく、２段目は粒界のＲリッチ相の融点付近以下の温度
、すなわち７５０℃以下が好ましく、２５０℃以下では
熱処理の効果に時間が掛かりすぎるのでそれ以上がよい
。

次に本発明の実施例について述べる。

［実施例］ ［実施例１］ 本発明による製造法の工程図を第１図に示す。

この工程に従い、アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用い
て、Ｐｒ＋ｔＦｅ７６５Ｂ５ｃｕ＋、ｓなる組成の合金
を溶解し、欽いで鋳造した。この時、希土類、鉄及び銅
の原料としては９９．９％の純度のものを用い、ボロン
はフェロボロンを用い、注湯温度を１２６０℃とし、注
湯を鉄錆型に接触させるようにしゆっくりと鋳造した。

こうして得られた鋳造インゴットの組織は、Ｒ２Ｆｅ＋
４Ｂ　の結晶粒の長径／短径の比が平均で２．２であり
平均粒径が２１μｍで、粒径分布が７〜６０μｍの範囲
内に９６％であった。

次ぎに、この鋳造インゴットからサンプルを円柱状に切
り出しこれを鉄のリングにはめ込んで側面を拘束する形
で、アルゴン雰囲気中、１０００℃において、加工度８
０％までホットプレスした。この時のプレス圧力は０．
２〜０゜８ｔｏｎ／ｃｍ２であり、歪速度は１０−３〜
１０−　’　／ｓｅｃであった。

またこの熱間加工時においては、合金の押される方向に
平行になるように結晶の磁化容易軸は配置２− 向した。

この後、１０００℃において１０時間の熱処理を施し、
次ぎに４７０℃において４時間の熱処理を施した後、切
断、研磨されて磁気特性が測定された。

この磁石の磁気特性及びその伯の緒特性値を、４７０℃
の熱処理が無い場合（実施例１−２）と、比較例として
、前述の従来法における（１）の焼結磁石（Ｎｄ＋５Ｆ
ｅｖ７Ｂｓ）と　（３）の永久磁石（Ｎｄ＋１Ｆｅｓ２
６Ｂ４．４）における値と共に第１表に示す。

第　　１ 表 実施例１−２：４７０℃の熱処理無しの場合比較例１：
従来法（１）の磁石 比較例２：従来法（３）の磁石 なお、磁気特性はすべて最大印加磁界２５ｋＯｅでＢ−
１（）レーサーを用いて測定した。

第１表に示すごとく、本発明磁石は、４７０　’Ｃの第
２段の熱処理が無い場合でも、従来の（１）の永久磁石
と　（３）の永久磁石らと同等最大エネルギー積が得ら
れており、第２段の熱処理が施されれば、十分な保磁力
が得られる。

また、本発明の永久磁石は、従来の（１）の焼結磁石と
は、Ｏ５Ｃ含有量及び空孔率が異なり、また従来の（２
）の永久磁石とは、結晶粒径が異なり、着磁性が優れて
いる。

［実施例２コ 実施例１と同様に、第１図に示す製造工程に従い、アル
ゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、Ｐｒ＋ｅＦｅ７ｓ
、ｓＢ４．ｓなる組成の合金を溶解し、次いで注湯温度
１２５０℃でゆっくりと鉄錆型に鋳造した。

この時、希土類及び鉄の原料としては、実施例１と同様
に９９．９％の純度のものを用い、ボロンはフェロボロ
ンを用いた。

こうして得られた鋳造インゴットの組織は、Ｒ２Ｆｅ＋
４Ｂ　の結晶粒の長径／短径の比が平均で３．６であり
平均粒径が１７μｍで、粒径分布が６〜５０μｍの範囲
内に９５％であった。

こうして得られたインゴットを鉄製のカプセル−１５＝ に入れ、脱気し、密封した。これに９５０℃で加工度３
０％の熱間圧延を空気中で４回行い、最終的に加工度が
７６％になるようにした。

そして圧延インゴットから切り出されたサンプル２ａに
対しては熱処理を施さず、サンプル２ｂに対しては６５
０℃Ｘ２時間の熱処理を施し、サンプル２ｃに対しては
１０００℃×１０時間と６５０℃Ｘ２時間の熱処理を施
した。

第２表に３種類のサンプルの磁気特性を示す。

第　　２　　表 第２表に示すごとく１段の熱処理だけでも磁気特性、特
に保磁力と最大エネルギー積が向上することは明らかで
ある。更に、高温と低温の熱処理の組合せにより磁気特
性が更に向上することも解る。

［実施例３］ Ｐｒ＋７Ｆｅ７ｓＢｓ、ｓＣｕ＋、ｓなる組成の合金を
、実施例１と同様に、第１図に示す製造工程に従い、ア
ルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて溶解し、次いで注
湯温度１２６０℃でゆっくりと鉄錆型に鋳造した。

これがサンプル３ａである。

次に鋳造条件を変え、注湯温度１６００’Ｃで水冷銅鋳
型に鋳造した。これがサンプル３ｂである。

また鋳造条件を変え、サンプル３ａの鋳造に用いた鉄錆
型の内側にマグネシア板を取り付けてこれに鋳造した。

この時の注湯温度は１２５０　’Ｃであり、ゆっくりと
鋳造した。これがサンプル３ｃである。

これらの３種のインゴットの組織の状態を第３表に示す
。

次ぎに、これらの鋳造インゴットを鉄製のカプセルに入
れ、密封した。これに１０００’Ｃで３パスの熱間圧延
を空気中において行い、最終的に加工度が７６％になる
ようにした。

この後、これらの圧延インゴットに対して１０００℃に
おいて５時間の熱処理を行ない、室温まで空冷後４７５
℃において２時間の熱処理を施した。こうして得られた
圧延磁石の４０箇所からサンプリングして、磁気特性を
測定した。その最大エネルギー積の平均とその分布状況
を第４表に示す。

第　　３　　表 第　　４ 表 この結果から、本発明のサンプル３ａの圧延磁石は、磁
気特性の分布が小さく、磁気的に均一な磁石が得られて
いることが判る。これに対し、結晶粒の長径／短径の比
が大きすぎるサンプル３ｂでは、平均の磁気特性は高い
ものの、磁気的には不均一度が大きい。そして、平均粒
径の大きなサンプル３ｃでは高い磁気特性は得られない
。故に本発明磁石は、ＭＨＩのような高特性でかつ均一
な性能が要求されるような場合に最適である。

［実施例４コ 第５表に示す組成の合金を実施例１と同様に、溶解・鋳
造した。また用いた原料も同様の純度のものを用いた。

ここで得られた鋳造インゴットの組織については、第６
表に結晶粒の長径／短径の比と平均粒径を示す。但し粒
径分布については、いずれのインゴットも粒径分布が平
均粒径の０．３〜３．０倍の範囲内に９５％以上であっ
た。

次ぎに、これらの鋳造インゴットを鉄製のカプセルに入
れ、密封した。これに１０００℃で４パスの熱間圧延を
空気中において行い、最終的に加工度が７５％になるよ
うにした。

この後、これらの圧延インゴットに対して１０００℃に
おいて８時間の熱処理を行ない、室温まで空冷後、第５
表に示すところのＴ２において２時間の熱処理を行なっ
た。こうして得られた圧延磁石の２０箇所からサンプリ
ングして、磁気特性を測定した。その最大エネルギー積
の平均とその分布状況を第６表に示す。

第　　５　　表 第　　６　　表 以上の実施例から、Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素
のうち少なくとも１種Ｌ　　Ｆｅ、Ｂを原料基本成分と
する永久磁石は、Ｒ２ＦｅｘＢ　の結晶粒の長径／短径
の比が平均で４以下であり平均粒径が８０μｍ以下で、
粒径分布が平均粒径の０．３〜３．０倍の範囲内に９５
％以」二であるように鋳造され、５００℃以上で熱間加
工されれば異方性化され、２５０〜７５０℃の熱処理に
より高保磁力を示し、最高の（ＢＨ）ｍａｘは３０１イ
ＧＯｅを越えて、その磁気特性が均一であることは明ら
かである。

［発明の効果］ 以上のごとく本発明の永久磁石の製造方法は、次のごと
き効果を持つ。

（１）Ｃ軸配向率を高めることができ、残留磁束密度Ｂ
ｒを著しく高めることができ、結晶粒を微細化すること
により保磁力ｉＨＣを高めることができ、最大エネルギ
ー積（ＢＨ）ｍａｘを格段に向上させることが出来た。

（２）製造プロセスが簡単なのでコストが安い。

（３）磁石中の０２流度が低い。

（４）従来の焼結法と比較して、加工工数及び生産投資
額を著しく低減させることが出来る。

（５）従来のメルトスピニング法による磁石の製造方法
と比較して、高性能でしかも低コストの磁石を作ること
が出来る。

（６）従来の熱間加工磁石と比較して、磁気特性の均一
度の高めることが出来る。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＲ−Ｆｅ 桿菌である。 Ｂ系磁石の製造工 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
   とも１種），Ｆｅ，Ｂを原料基本成分とし、該基本成分
   とする合金を溶解して、Ｒ＿２Ｆｅ＿１＿４Ｂの結晶粒
   の長径／短径の比が平均で４以下であり平均粒径が８０
   μｍ以下で、粒径分布が平均粒径の０．３〜３．０倍の
   範囲内に９５％以上であるように鋳造し、次いで鋳造イ
   ンゴットを５００℃以上の温度にて熱間加工し次に２５
   ０〜１１００℃の温度において熱処理する事を特徴とす
   る永久磁石の製造方法。
2. （２）熱間加工後の熱処理において７５０〜１１００℃
   において熱処理した後に２５０〜７５０℃の温度におい
   て熱処理する事を特徴とする請求項１記載の永久磁石の
   製造方法。