JPH04324904A - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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ー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。

【０００５】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。

【０００６】（１）まず、特開昭５９−４６００８号公
報やＭ．Ｓａｇａｗａ，Ｓ．Ｆｕｊｉｍｕｒａ，Ｎ．Ｔ
ｏｇａｗａ，Ｈ．Ｙａｍａｍｏｔｏａｎｄ　Ｙ．Ｍａｔ
ｓｕ−ｕｒａ；Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．５５
（６），１５　Ｍａｒｃｈ　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。

【０００７】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。

【０００８】また、この焼結磁石の熱処理に関しては特
開昭６１−２１７５４０　号公報、特開昭６２−１６５
３０５　号公報等に、多段熱処理の効果が開示されてい
る。

【０００９】（２）特開昭５９−２１１５４９　号公報
や　Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ；　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ
．Ｖｏｌ．４６（８），１５　Ａｐｒｉｌ１９８５，　
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。

【００１０】（３）特開昭６０−１００４０２　号公報
や　Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ；　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ
．Ｖｏｌ．４６（８），１５　Ａｐｒｉｌ１９８５，　
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−Ｆｅ−
Ｂ磁石を得ることが開示されている。

【００１１】（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％，Ｂ　２〜２８原子％，Ｃｏ
　５０原子％以下，Ａｌ１５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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】叙上の（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。

【００１３】（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−Ｂ
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。

【００１４】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
助剤中の数割は、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。

【００１５】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。

【００１６】これらの欠点があるので、一般的に言って
Ｒ−Ｆｅ−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。

【００１７】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
る。

【００１８】（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。

【００１９】（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　８００℃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。

【００２０】（４）の永久磁石を製造する方法は、粉末
工程を含まず、熱間加工も一段階でよいために、最も製
造工程が簡略化され量産コストの低減が図れる製造法で
あるが、磁気特性が焼結法に比べるとやや低く、特に希
土類元素としてＮｄを主に含むものは結晶粒が粗大であ
り、保磁力が低いという問題があった。

【００２１】本発明は、以上の従来技術の欠点特に（４
）　の希土類元素としてＮｄを主に含む永久磁石に関す
る性能面での欠点、特に保磁力の問題を解決するもので
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。

【００２２】

【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、Ｎｄ，Ｒ（ただしＲはＮｄ以外で、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、Ｎｄ量が

【００２３】

【数２】Ｎｄ／（Ｎｄ＋Ｒ）≧０．４ で規定される合金を溶解して鋳造し、次いで鋳造インゴ
ットを　５００℃以上の温度にて、１回の圧延における
高さの減少量が圧延前の高さの３０％を越える圧延を１
回以上行い、総加工量が５０％以上となるように熱間加
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、鋳造インゴットを　５００℃
以上の温度において、１回の圧延における高さの減少量
が圧延前の高さの３０％〜４０％となる圧延を複数回行
い、総加工量が６０〜８０％となるように熱間加工し、
次に　２５０〜１１００℃の温度において熱処理する事
を特徴とする。

【００２４】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。

【００２５】前記のように、鋳造インゴットに熱間加工
を施して得られた磁石で、特に希土類元素中のＮｄの割
合が４０％以上である場合、結晶粒が粗大であり、磁気
性能、特に保磁力が低いという欠点があった。本発明で
は、熱間圧延加工において一回の圧延における加工度を
大きくとることにより、組織が微細化され、保磁力が高
まることを見いだした。

【００２６】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。

【００２７】希土類としては、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，
Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，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−Ｎｄ合金等が用いられる
。 少量の重希土元素、例えばＤｙ，Ｔｂ等は保磁力の向上
に有効である。

【００２８】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ２Ｆｅ１４
Ｂ　である。従ってＲが８原子％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３
０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。

【００２９】Ｂは、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ　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原子％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。しかし高保磁力を得るためには、
好ましくはＢ８原子％以下がよく、それ以上では微細な
Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ　相を得ることが困難で、保磁力は小さ
い。

【００３０】Ｃｏは本系磁石のキュリ−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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】熱間圧延における１回の圧延での高さの減
少量及び、圧延の総加工量は、本発明の磁石の製造方法
において重要な因子となっている。熱間加工の工程にお
いては、結晶軸の配向と結晶粒の微細化の二つの効果が
もたらされるわけであるが、一回の圧延での加工度を大
きくすることにより、結晶粒の微細化にはより良好な結
果をもたらすが、大きすぎると結晶粒の配向が乱れ、配
向度が低下する。一回の圧延での加工度が小さい場合、
性能が総加工量が小さいところでピークを迎えてしまう
ため、十分な配向が得られず、低性能である。また、結
晶粒の成長も激しく起こり始め、保磁力も低下する。特
に希土類元素としてＮｄを主に含む場合、これが著しい
。このため、一回の圧延での高さの減少量が３０％を越
える圧延を１回以上行なうことが望ましい。また、圧延
の総加工量は、結晶を十分に配向させるためには、５０
％以上が望ましい。

【００３４】一回の圧延での高さの減少量が圧延前の高
さの３０〜４０％の圧延においては、総加工量が６０〜
８０％の範囲で最も配向度が高く、それ未満では配向が
不十分であり、それを越えるとかえって配向が乱され、
どちらの場合も配向度が低下するので、この範囲が最も
望ましい。

【００３５】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、Ｒ
２Ｆｅ１４Ｂ　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。

【００３６】また、２段階以上の熱処理を施す場合の温
度は、１段目は初晶の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、２５
０℃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。

【００３７】次に本発明の実施例について述べる。

【００３８】

【実施例】

（実施例１）アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、
Ｎｄ１７Ｆｅ７６．５Ｂ５Ｃｕ１．５なる組成の合金を
溶解し、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
ボロンを用いた。

【００３９】こうして得られた鋳造インゴットを鉄製の
カプセルに入れ、脱気し、密封して、加工温度　９５０
℃で熱間圧延を施した。この時、一回の圧延での高さの
減少量が２０％，３０％，４０％のそれぞれの場合につ
いて、総加工量が９０％に達するまでの範囲で各種の繰
り返し圧延を行なった。

【００４０】またこの熱間加工時においては、合金の圧
下方向に平行になるように結晶の磁化容易軸は配向した
。この後、１０００℃において２４時間の熱処理を施し
、次に　５１５℃において　２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。なお、磁気
特性はすべて最大印加磁界２５ｋＯｅ　でＢ−Ｈ　トレ
ーサーを用いて測定した。

【００４１】図１に熱間加工時の総加工量に対する最大
エネルギー積　（ＢＨ）ｍａｘを示す。この図からわか
るように、２０％／パスの圧延では　（ＢＨ）ｍａｘが
総加工量６０％の時点でピークに達するが、その値は低
く、十分な配向が得られていないことがわかる。それに
対し、３０％／パス及び４０％／パスの場合には、総加
工量が５０％以上になると、　（ＢＨ）ｍａｘが２０Ｍ
ＧＯｅを超え、十分に配向していることがわかる。また
、３０％／パス，４０％／パスと、一回の圧延での高さ
の減少量が大きくなるに従って、　（ＢＨ）ｍａｘの値
のピークは、高加工度側に現われるようになる。３０％
／パスでは総加工量７５％，４０％／パスでは総加工量
７８％の時点で最も高い磁気性能が得られ、それらの値
は３０ＭＧＯｅを超える高い値を示している。

【００４２】図２に圧延総加工量が７５％の場合におけ
るに一回の圧延での高さの減少量に対する　（ＢＨ）ｍ
ａｘを示す。３０％／パス〜４０％／パスの場合が最も
高い　（ＢＨ）ｍａｘの値を示す。この図からわかるよ
うに、希土類元素としてＮｄを主に含む磁石合金の場合
、一回の圧延での高さの減少量が３０％〜４０％が適し
ている。

【００４３】（実施例２）実施例１と同様に、アルゴン
雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、表１に示す組成の合金
を溶解し、鋳造した。この時、希土類、鉄及び銅の原料
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。

【００４４】こうして得られた鋳造インゴットを鉄製の
カプセルに入れ、脱気し、密封して、熱間圧延を施した
。この時、加工温度は　９５０℃で、一回の圧延での高
さの減少量を４０％とし、最終的な加工度が７８％にな
るようにした。

【００４５】この後、１０００℃において２４時間の熱
処理を施し、次に　５２５℃において　４時間の熱処理
を施した。

【００４６】こうして得られた圧延磁石の最大エネルギ
ー積　（ＢＨ）ｍａｘの値を２０％／パスで同様に７８
％まで加工した場合と比較した。その結果を表２に示す
。希土類元素中のＮｄの割合が４０％以上のものは、４
０％／パスで加工することにより、２０％／パスで加工
した場合と比較して、最大エネルギー積の向上が見られ
る。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】以上の実施例から、Ｎｄ，Ｒ（ただしＲは
Ｎｄ以外で、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は、　５０
０℃以上で１回の圧延における高さの減少量が圧延前の
高さの３０％を越える圧延を１回以上行い、総加工量が
５０％以上となるように加工することにより、十分に異
方性化し、熱間加工後の結晶粒が微細化され、　２５０
〜１１００℃の温度において熱処理することにより、高
保磁力を示し、その磁気特性が大幅に向上することは明
らかである。

【００５０】

【発明の効果】叙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。

【００５１】（１）ｃ軸配向率を高めることができ、残
留磁束密度Ｂｒを高めることができ、結晶粒を微細化で
き、それにより保磁力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。

【００５２】（２）製造プロセスが簡単であり、コスト
が安い。

【００５３】（３）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。

【００５４】（４）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。

【００５５】（５）従来の熱間加工法による磁石の製造
方法と比較して、特に希土類元素としてＮｄを主に含む
磁石の磁気特性を向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　熱間圧延時の一回の圧延での高さの減少量
が２０％，３０％，４０％の場合の圧延総加工量と最大
エネルギー積　（ＢＨ）ｍａｘの関係を示す図。

【図２】　　圧延総加工量が７５％の場合の一回の圧延
での高さの減少量と最大エネルギー積　（ＢＨ）ｍａｘ
の関係を示す図。

【符号の説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎｄ，Ｒ（ただしＲはＮｄ以外で、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、Ｎｄ量が、 【数１】Ｎｄ／（Ｎｄ＋Ｒ）≧０．４ で規定される合金を溶解・鋳造し、次いで鋳造インゴッ
   トを　５００℃以上の温度において１回の圧延における
   高さの減少量が圧延前の高さの３０％を越える圧延を１
   回以上行い、総加工量が５０％以上となるように熱間加
   工し、次に２５０〜１１００℃の温度において熱処理す
   る事を特徴とする永久磁石の製造方法。
2. 【請求項２】鋳造インゴットを　５００℃以上の温度に
   おいて、１回の圧延における高さの減少量が圧延前の高
   さの３０％〜４０％となる圧延を複数回行い、総加工量
   が６０〜８０％となるように熱間加工し、次に　２５０
   〜１１００℃の温度において熱処理する事を特徴とする
   永久磁石の製造方法。
3. 【請求項３】熱間加工後の熱処理において　７５０〜１
   １００℃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又は請求
   項２記載の永久磁石の製造方法。