JPH04317304A - 鉄−希土類−酸素系磁性材料およびその製造方法 - Google Patents

鉄−希土類−酸素系磁性材料およびその製造方法

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JPH04317304A
JPH04317304A JP3111006A JP11100691A JPH04317304A JP H04317304 A JPH04317304 A JP H04317304A JP 3111006 A JP3111006 A JP 3111006A JP 11100691 A JP11100691 A JP 11100691A JP H04317304 A JPH04317304 A JP H04317304A
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JP
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iron
magnetic material
rare earth
oxygen
oxygen magnetic
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JP3111006A
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Masao Iwata
雅夫 岩田
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、すぐれた磁気特性,特
に大きな飽和磁化を有する鉄−希土類−酸素系磁性材料
に関する。
【0002】
【従来の技術】Co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)とからなる合金の中には高い結
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−積を有する磁性材料,すなわち永
久磁石材料として有望である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Coは高価で
あるので、工業的見地からはなるべくその使用量を抑え
たい。また、Coの飽和磁化よりもFeの飽和磁化の方
が大きいので、Fe系合金の方がCo系合金よりも大き
な飽和磁化が得られる可能性がある。しかし、FeとR
とからなる合金の場合、Fe−Rのみの2元系からなる
合金では高いキュリー点や大きな飽和磁化を得ることは
難しい場合が多い。特に「飽和磁化」は、磁性材料が磁
性材料として機能するための根幹特性であるから、この
値が少しでも大きいことが切望される。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、この点の改良
を計るためになされたものであり、第3の元素としてO
(酸素)を添加することにより、Fe−Rのみの2元系
合金よりも大きな飽和磁化,高いキュリー点を得られる
ようにしたものである。すなわち、本発明は、Rを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すると
き、原子百分率で、R:3〜28%,O(酸素):3〜
35%を含み、残部が実質的にFeから成ることを特徴
とする鉄−希土類−酸素系磁性材料、または、Rを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すると
き、原子百分率で、R:3〜28%,O(酸素):3〜
35%を含み、残部が実質的にFeから成るような鉄−
希土類−酸素系磁性材料を製造するに際して、予め、O
含有量が所望の量よりは少ない材料,もしくは実質的に
Oを含有しない材料,を作製した後、これをOを含む気
体中で処理して材料中にOを侵入させることにより、所
望のO含有量にするようにしたことを特徴とする鉄−希
土類−酸素系磁性材料の製造方法である。
【0005】以下、本発明の鉄−希土類−酸素系磁性材
料につき詳細に説明する。本発明において、Rは、本発
明の材料を永久磁石材料として用いる場合に、磁気異方
性を生み保磁力を発生させる上で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,S
m,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb
,LuおよびTh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。本発明の材料においては、RとしてSm,N
d,Pr,Dy,Ceの中から選ばれた1種または2種
以上の元素が特に有効である。Rは、原子百分率で3〜
28%、好ましくは5〜20%、さらに好ましくは7〜
15%の範囲にあることが必要である。Rが3%未満で
は保磁力が得られないので、Rの下限は3%とする。 一方、Rが28%を超えると飽和磁化が小さくなりすぎ
るとともに、耐食性がきわめて悪くなるので、Rの上限
は28%とする。安定した永久磁石特性を得るためには
、Rの量は通常5〜20%の範囲に選ぶことが望ましい
。とりわけRの量を7〜15%とするときは大きな飽和
磁化を得やすい。なお、特に大きな磁気異方性を得たい
時には、Rを7〜10%に選択することが有効である。
【0006】O(酸素)は、本発明の材料において、飽
和磁化を増大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、原子百
分率で3〜35%、好ましくは5〜25%、さらに好ま
しくは7〜15%の範囲にあることが必要である。Oが
3%未満ではOの添加効果が認められず飽和磁化が小さ
いので、Oの下限は3%とする。一方、Oが35%を超
えると飽和磁化がかえって小さくなりすぎるので、Oの
上限は35%とする。安定した磁気特性を得るためには
、Oの量は通常5〜25%、とりわけ7〜15%の範囲
に選ぶことが望ましい。ただし、本発明においては、後
述するように、OはR,Fe等との酸化物の形で材料中
に局在するのではなくて、格子間侵入型原子として存在
する等,Oが格子中にほぼ一様に均された形で存在する
ことにより、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する場合に効果がいっそう大き
い。このためには、Oを材料中に含有させる方法として
は、O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Oを材料の中へ侵入させる方法が推奨される。 Oを侵入させるために用いる気体としては、大気、O2
+N2混合ガス、O2ガス、およびこれらの混合ガス等
(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100
〜600℃、特に150〜400℃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
度でよいが、材料の所望特性に応じて適宜選択すればよ
い。
【0007】Mは、体心正方晶構造を生成する上で大き
な効果を持つ元素である。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
ることが難しい場合が多いことは前述した通りであるが
、Sm−Feの2元系合金もキュリー点,結晶磁気異方
性の両面から見て永久磁石材料としては適さない。しか
し、近年、これに第3の元素としてTi,V,Cr,A
l,Si,Mo,Wを添加することにより特性の改善を
計る試みが行われている( K.H.J.Buscho
w: Journal of Applied Phy
sics, 63巻, 3130頁, 1988年発行
)。すなわち、GをTi,V,Cr,Al,Si,Mo
,Wとするとき、Sm(FeG)12なる組成の合金で
は体心正方晶構造が安定化され、これが優れた永久磁石
特性を示す、というものである。中でも、SmFe11
Tiが優れている、とされる。Mは、この体心正方晶構
造を生成する上で大きな効果を持つ元素である。Mとし
ては、Ti,Cr,V,Zr,Nb,Al,Mo,Mn
,Hf,Ta,W,Mg,Si,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。
【0008】これらの効果を発揮させるためには、Mの
量は原子百分率で0.5〜30%であればよいが、通常
は1〜15%であることが好ましい。Mが0.5%未満
では上記した効果が得られないので、Mの下限は0.5
%とする。一方、Mが30%を超えると飽和磁化が小さ
くなりすぎるので、Mの上限は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1
〜15%の範囲に選ぶことが望ましい。しかし、Fe−
R−M系合金において、体心正方晶構造を生成させ所望
の特性を得るためには超急冷法やメカニカルアロイング
法,等の特殊な製法を必要としているのが現状である。 しかも、その場合でも所期の特性が必ずしも安定的には
得られにくい、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は得られない場合があったりする
、といった問題もある。
【0009】上記のようにFe−R−M系合金において
体心正方晶構造を生成させ所望の特性を得るためには超
急冷法やメカニカルアロイング法等の特殊な製法を必要
とすること、また、その場合でも所期の特性が必ずしも
安定的には得られにくいこと、の理由につき、本発明者
は鋭意検討を重ねた結果、これらの問題の解決のために
は、いわゆる「準安定・非平衡な状態」の関与に着目す
ることが重要であるらしいことがわかってきた。すなわ
ち、超急冷法においてはその急速なる冷却により原子拡
散が抑制されることから、また、メカニカルアロイング
法では処理そのものの特質から、いずれも「準安定・非
平衡な状態」が出現しやすい状況にあるが、目的とする
体心正方晶構造が形成されるためには、その生成過程に
おいてこのような「準安定・非平衡な状態」の出現する
ことが必須要件であるらしいことがわかった。しかし、
これらのいわゆる「準安定・非平衡な状態」は、元来が
安定ではないところの ”準安定・非平衡” な状態の
ものなのであるから、わずかな微妙な条件の違いにより
、該相が生成されたり生成されなかったりする場合があ
ることは、むしろ当然とも言える。
【0010】そこで、上記問題を解決して、Fe−R−
M系合金において体心正方晶構造が安定的に生成される
ようにするためには、合金中にO(酸素)を含有させる
ようにすれば、これが格子間侵入型原子として作用し、
局所的な格子の乱れ、すなわち、本来の熱力学的完全安
定な状態とは異なったいわば準安定・非平衡な状態がよ
り容易に惹起されやすくなるようになり、効果的である
のではないかと考えて、この面からの検討を進めた結果
、本発明の有効性を確認したものである。本発明におい
て、鉄−希土類−酸素系磁性材料のFeの一部をCoで
置換することにより、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Coの量は原子百分率
で1〜47%、好ましくは5〜30%の範囲にあること
が望ましい。ただし、本発明はCo−R系合金の欠点を
補うものとしてのFe−R系合金を提供するものであり
、Coの含有量はFeの含有量を超えないことが望まし
い。Co含有量が1%未満では保磁力を向上する効果が
小さく、また47%を越えると飽和磁束密度が次第に低
下してくるとともに合金原材料費が高くなり経済的見地
から好ましくない。Coの量を5〜30%に選ぶことに
より材料磁気特性の温度特性が向上する。また、本発明
において鉄−希土類−酸素系磁性材料のFeの一部をN
iで置換することにより、材料の耐食性を改善させるこ
とができる。このためにはNiの量は原子百分率で0.
5〜30%、好ましくは2〜10%の範囲にあることが
望ましい。0.5%未満では耐食性の向上効果が少なく
、また30%を越えると飽和磁束密度が低下する。
【0011】
【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Fe65.7%,Sm23.0%
,Ti11.3%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Fe75.2%,Sm9.
77%,Ti15.0%に相当する。得られたインゴッ
トを1050℃で5h焼鈍した後、鉄製乳鉢およびディ
スクミルを用いて粉砕し約20μm径の粉末とした。こ
の粉末にOを含有させるために、これを大気中400℃
の温度において処理した。この処理により材料中にOが
9.98重量%含有された。計算するとこれは30.6
原子%に相当する。したがって材料全体としての組成は
、原子%でFe52.0%,Sm6.76%,Ti10
.4%,O30.6%に相当する。この粉体をCoKα
線を用いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶
ThMn12型の結晶構造であると認められた。また、
得られた粉体を20kOeの磁場中において配向させた
後、ワックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽
和磁化(4πIs)は53.0emu/gであった。な
お、比較のため、Oを含有させる処理を行わなかったも
のは、飽和磁化(4πIs)は26.2emu/gであ
った。従って、上記Oを含有させる処理により飽和磁化
が102%増加したことになる。
【0012】(実施例2)実施例1で用いたのと同じ合
金から同様にして約20μm径の粉末を得た。この粉末
にOを含有させるために、これを大気中300℃の温度
において処理した。この処理により材料中にOが4.0
7重量%含有された。計算するとこれは14.5原子%
に相当する。したがって材料全体としての組成は、原子
%でFe64.3%,Sm8.35%,Ti12.9%
,O14.5%に相当する。得られた粉体を20kOe
の磁場中において配向させた後、ワックスで固化して磁
気特性を測定したところ、飽和磁化(4πIs)は51
.0emu/gであった。なお、比較のため、Oを含有
させる処理を行わなかったものの飽和磁化(4πIs)
は26.2emu/gであったから、上記Oを含有させ
る処理により飽和磁化が95%増加したことになる。
【0013】(実施例3)実施例1で用いたのと同じ合
金から同様にして約20μm径の粉末を得た。この粉末
にOを含有させるために、これを大気中200℃の温度
において処理した。この処理により材料中にOが1.4
4重量%含有された。計算するとこれは5.50原子%
に相当する。したがって材料全体としての組成は、原子
%でFe71.0%,Sm9.23%,Ti14.2%
,O5.50%に相当する。得られた粉体を20kOe
の磁場中において配向させた後、ワックスで固化して磁
気特性を測定したところ、飽和磁化(4πIs)は32
.5emu/gであった。なお、比較のため、Oを含有
させる処理を行わなかったものの飽和磁化(4πIs)
は26.2emu/gであったから、上記Oを含有させ
る処理により飽和磁化が24%増加したことになる。
【0014】(実施例4)重量比でFe68.2%,S
m31.8%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Fe85.2%,Sm14.8
%に相当する。得られたインゴットを1050℃で5h
焼鈍した後、鉄製乳鉢およびディスクミルを用いて粉砕
し約20μm径の粉末とした。この粉末にOを含有させ
るために、これを大気中300℃の温度において処理し
た。この処理により材料中にOが5.12重量%含有さ
れた。計算するとこれは18.9原子%に相当する。し
たがって材料全体としての組成は、原子%でFe68.
4%,Sm11.9%,O18.9%に相当する。得ら
れた粉体を20kOeの磁場中において配向させた後、
ワックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和磁
化(4πIs)は111emu/gであった。なお、比
較のため、Oを含有させる処理を行わなかったものは、
飽和磁化(4πIs)は98emu/gであった。
【0015】(実施例5)実施例2で用いたのと同じ合
金から同様にして約20μm径の粉末を得た。この粉末
にOを含有させるために、これを大気中200℃の温度
において処理した。この処理により材料中にOが1.6
2重量%含有された。計算するとこれは6.70原子%
に相当する。したがって材料全体としての組成は、原子
%でFe79.5%,Sm13.8%,O6.70%に
相当する。得られた粉体を20kOeの磁場中において
配向させた後、ワックスで固化して磁気特性を測定した
ところ、飽和磁化(4πIs)は105emu/gであ
った。なお、比較のため、Oを含有させる処理を行わな
かったものは、飽和磁化(4πIs)は98emu/g
であった。
【0016】(実施例6)重量比でFe70.8%,S
m29.2%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Fe86.7%,Sm13.3
%に相当する。得られたインゴットを1050℃で5h
焼鈍した後、鉄製乳鉢およびディスクミルを用いて粉砕
し約20μm径の粉末とした。この粉末にOを含有させ
るために、これを大気中200℃の温度において処理し
た。この処理により材料中にOが2.60重量%含有さ
れた。計算するとこれは10.2原子%に相当する。し
たがって材料全体としての組成は、原子%でFe77.
8%,Sm11.9%,O10.2%に相当する。得ら
れた粉体を20kOeの磁場中において配向させた後、
ワックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和磁
化(4πIs)は110emu/gであった。なお、比
較のため、Oを含有させる処理を行わなかったものは、
飽和磁化(4πIs)は102emu/gであった。
【0017】
【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−酸素系磁性材料は大きな飽和磁化の値を示す
ので、優れた永久磁石材料となり得るための最も重要な
基本的要件を満たしており、磁性材料として実用上きわ
めて有用なものである。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  Rを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するとき、原子百分率で、R:3〜
    28%、O(酸素):3〜35%を含み、残部が実質的
    にFeから成ることを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁
    性材料。
  2. 【請求項2】  請求項(1)に記載の鉄−希土類−酸
    素系磁性材料において、MをTi,Cr,V,Zr,N
    b,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とするとき、Feの一部をMで置換
    することにより、原子百分率でM:0.5〜30%を含
    有することを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性材料。
  3. 【請求項3】  請求項(1)または(2)の何れかの
    項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料において、Fe
    の一部をCoで置換することにより、原子百分率でCo
    :1〜47%を含む(ただし、Coの含有量はFeの含
    有量を超えないものとする)ようにしたことを特徴とす
    る鉄−希土類−酸素系磁性材料。
  4. 【請求項4】  請求項(1)ないし(3)の何れかの
    項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料において、Fe
    の一部をNiで置換することにより、原子百分率でNi
    :0.5〜30%を含むようにしたことを特徴とする鉄
    −希土類−酸素系磁性材料。
  5. 【請求項5】  請求項(1)ないし(4)の何れかの
    項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料において、原子
    百分率でR:5〜20%を含有することを特徴とする鉄
    −希土類−酸素系磁性材料。
  6. 【請求項6】  請求項(5)に記載の鉄−希土類−酸
    素系磁性材料において、原子百分率でR:7〜15%を
    含有することを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性材料
  7. 【請求項7】  請求項(6)に記載の鉄−希土類−酸
    素系磁性材料において、原子百分率でR:7〜10%を
    含有することを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性材料
  8. 【請求項8】  請求項(1)ないし(7)の何れかの
    項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料において、原子
    百分率でO:5〜25%を含有することを特徴とする鉄
    −希土類−酸素系磁性材料。
  9. 【請求項9】  請求項(8)に記載の鉄−希土類−酸
    素系磁性材料において、原子百分率でO:7〜15%を
    含有することを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性材料
  10. 【請求項10】  請求項(1)ないし(9)の何れか
    の項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料において、R
    が Sm,Nd,Pr,Dy,Ceの中から選ばれた1
    種または2種以上の元素であることを特徴とする鉄−希
    土類−酸素系磁性材料。
  11. 【請求項11】  請求項(1)ないし(10)の何れ
    かの項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料において、
    該鉄−希土類−酸素系磁性材料の主相が正方晶構造であ
    ることを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性材料。
  12. 【請求項12】  請求項(11)に記載の鉄−希土類
    −酸素系磁性材料において、該正方晶構造がThMn1
    2型の体心正方晶構造であることを特徴とする鉄−希土
    類−酸素系磁性材料。
  13. 【請求項13】  Rを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するとき、原子百分率でR:3〜
    28%、O(酸素):3〜35%を含み、残部が実質的
    にFeから成るような鉄−希土類−酸素系磁性材料を製
    造するに際して、予め、O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Oを含む気体中で処理して
    材料中にOを侵入させることにより、所望のO含有量に
    するようにしたことを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁
    性材料の製造方法。
  14. 【請求項14】  請求項(13)に記載の鉄−希土類
    −酸素系磁性材料の製造方法において、該 鉄−希土類
    −酸素系磁性材料が、請求項(2)ないし(12)の何
    れかの項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料であるこ
    とを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性材料の製造方法
  15. 【請求項15】  Rを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するとき、原子百分率でR:3〜
    28%、O(酸素):3〜35%を含み、残部が実質的
    にFeから成るような鉄−希土類−酸素系磁性材料を製
    造するに際して、予め、実質的にOを含有しない材料を
    作製した後、これをOを含む気体中で処理して材料中に
    Oを侵入させることにより、所望のO含有量にするよう
    にしたことを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性材料の
    製造方法。
  16. 【請求項16】  請求項(15)に記載の鉄−希土類
    −酸素系磁性材料の製造方法において、該 鉄−希土類
    −酸素系磁性材料が、請求項(2)ないし(12)の何
    れかの項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料であるこ
    とを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性材料の製造方法
  17. 【請求項17】  請求項(13)ないし(16)の何
    れかの項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料の製造方
    法において、該Oを含む気体が大気であることを特徴と
    する鉄−希土類−酸素系磁性材料の製造方法。
  18. 【請求項18】  請求項(13)ないし(16)の何
    れかの項に記載の鉄−希土類−酸素系磁性材料の製造方
    法において、該Oを含む気体がO2ガスとN2ガスの混
    合気体であることを特徴とする鉄−希土類−酸素系磁性
    材料の製造方法。
JP3111006A 1991-04-16 1991-04-16 鉄−希土類−酸素系磁性材料およびその製造方法 Pending JPH04317304A (ja)

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US10250085B2 (en) 2016-08-24 2019-04-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnet material, permanent magnet, rotary electrical machine, and vehicle
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