JPH04324906A - 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．Ｔｏｇａｗａ，Ｈ．Ｙａｍａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ｙ
．Ｍａｔｓｕ−　ｕｒａ；Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖ
ｏｌ．５５（６），１５　Ｍａｒｃｈ　１９８４，ｐ２
０８３　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．Ｌｅｔ
ｔ．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．Ｌｅｔ
ｔ．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大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、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、性能的には（１）−（３
）　　に比してやや劣る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
）　の永久磁石の性能面で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。

【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、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
分とする合金の組成がＲｘＦｅｙＢｚＭ１００−ｘ−ｙ
−ｚ（Ｍは希土類元素、Ｆｅ、Ｂ以外の元素の１種以上
で１００−ｘ−ｙ−ｚ＝０　の場合を含む。）と表わさ
れるとき、

【００２３】

【数３】ｘ−２ｚ＞０ ｙ−１４ｚ＞０ ｚ≧４ となる組成域で合金を溶解・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。そして更なる高性能化のためには、合金の組成がＲ
ｘＦｅｙＢｚＭ１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍは希土類元素、
Ｆｅ、Ｂ以外の元素の１種以上で１００−ｘ−ｙ−ｚ＝
０　の場合を含む。）と表わされるとき、

【００２４】

【数４】 ０．７≧（ｙ−１４ｚ）／（１００−１７ｚ）≧０．１
となる組成域で合金を溶解・鋳造することを特徴とする
永久磁石の製造方法である。

【００２５】

【作用】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】そして、上記の好ましい組成範囲の中で更
に、その合金の組成がＲｘＦｅｙＢｚＭ１００−ｘ−ｙ
−ｚ（Ｍは希土類元素、Ｆｅ、Ｂ以外の元素の１種以上
で１００−ｘ−ｙ−ｚ＝０の場合を含む。）と表わされ
るとき、

【００３２】

【数５】ｘ−２ｚ＞０ ｙ−１４ｚ＞０ ｚ≧４ となる組成域であることが好ましい。これは、ｘ−２ｚ
≦０、ｙ−１４Ｚ≦０の組成域では、Ｂ−リッチ相が出
現しこれが熱間加工中の変形を阻害し磁気特性の低下及
び割れ等の問題を引き起こすためである。またｚ＜４の
組成域では磁性相であるＲ２Ｆｅ１４Ｂ　相の比率が少
なくなり、高い残留磁束密度を得ることができない。更
に望ましい組成は、

【００３３】

【数６】 ０．７≧（ｙ−１４ｚ）／（１００−１７ｚ）≧０．１
となる組成域であり、この範囲内で、高保磁力が実現さ
れ、高い最大エネルギー積が得られる。このパラメータ
ーが０．１未満の場合は保磁力および角形性が急減し、
高磁気特性は得られない。またこのパラメーターが０．
７より大きい組成域では軟磁性相であるＲ２Ｆｅ１７相
が出現し、保磁力は低下する。

【００３４】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。

【００３５】そして、熱処理温度は初晶のＦｅを拡散す
るために２５０℃以上が好ましく、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ　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】次に本発明の実施例について述べる。

【００３７】

【実施例】

（実施例１）表１に示す組成の合金を、アルゴン雰囲気
中で誘導加熱溶解炉を用いて溶解し、次いで鋳造した。 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た。

【００３８】次ぎに、この鋳造インゴットを鉄製のカプ
セルに入れ、脱気し、密封した。これに　９５０℃で加
工度３０％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。

【００３９】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向
した。この後、１０００℃において２０時間の熱処理を
施し、次ぎに　４８０℃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。

【００４０】なお、磁気特性はすべて最大印加磁界２５
ｋＯｅでＢ−Ｈトレーサーを用いて測定した。

【００４１】表２にその磁気特性を示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】以上のようにｘ−２ｚ＞０，ｙ−１４ｚ＞
０，ｚ≧４となる組成域にある合金において熱間加工後
熱処理を施すことにより高い磁気特性が得られる。

【００４５】（実施例２）表３に示す組成の合金を、実
施例１と同様な方法で鋳造・熱間圧延・熱処理を施し、
磁気特性を測定した。なお表３に示した合金の組成は全
て、実施例１でその効果を示したｘ−２ｚ＞０，ｙ−１
４ｚ＞０，ｚ≧４となる組成域にある。

【００４６】表４にその磁気特性を示す。

【００４７】

【表３】

【００４８】

【表４】

【００４９】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），Ｆｅ，Ｂを原料
基本成分とし、該基本成分とする合金の組成がＲｘＦｅ
ｙＢｚＭ１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍは希土類元素、Ｆｅ、
Ｂ以外の元素の１種以上で１００−ｘ−ｙ−ｚ＝０の場
合を含む。）と表わされるとき、

【００５０】

【数７】ｙ−１４ｚ＞０、ｘ−２ｚ＞０、ｚ≧４となる
組成域で合金を溶解・鋳造し、次いで鋳造インゴットを
　５００℃以上の温度にて熱間加工し次に　２５０〜１
１００℃の温度において熱処理する事により磁石は高性
能化し、さらに、合金の組成がＲｘＦｅｙＢｚＭ１００
−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍは希土類元素、Ｆｅ、Ｂ以外の元素の
１種以上で１００−ｘ−ｙ−ｚ＝０　の場合を含む。）
と表わされるとき、

【００５１】

【数８】 ０．７≧（ｙ−１４ｚ）／（１００−１７ｚ）≧０．１
となる組成域で合金を溶解・鋳造する場合には更なる高
性能化が達成される。

【００５２】

【発明の効果】叙上のごとく本発明の組成域に於て磁石
合金を溶解・鋳造し、熱間加工後熱処理を施すことによ
って高い磁気特性を持った希土類永久磁石が得られる。 このため従来の焼結法およびメルトスピニング法に比べ
て低コストで高性能が得られるという鋳造・熱間加工法
の利点が更に助長される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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の組成が原子比でＲｘＦｅｙＢｚ
   Ｍ１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍは希土類元素、Ｆｅ、Ｂ以外
   の元素の１種以上で１００−ｘ−ｙ−ｚ＝０　の場合を
   含む。）と表わされるとき、【数１】ｙ−１４ｚ＞０ ｘ−２ｚ＞０ ｚ≧４ となる組成域で合金を溶解・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. 【請求項２】　　合金の組成がＲｘＦｅｙＢｚＭ１００
   −ｘ−ｙ−ｚ（Ｍは希土類元素、Ｆｅ、Ｂ以外の元素の
   １種以上で１００−ｘ−ｙ−ｚ＝０　の場合を含む。）
   と表わされるとき、【数２】 ０．７≧（ｙ−１４ｚ）／（１００−１７ｚ）≧０．１
   となる組成域で合金を溶解・鋳造することを特徴とする
   請求項１記載の永久磁石の製造方法。