JPH04346607A - 永久磁石粉末の製造方法 - 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】この発明は、各種モーター、アク
チュエーターなどに用いられる高保磁力を有するＲ（希
土類元素）−Ｔ（鉄族元素）−Ｃ−Ｎ系のボンド磁石用
および焼結磁石用永久磁石粉末の製造方法に係り、本系
粗粉砕粉にＨ２ガス単独または不活性ガス（Ｎ２ガスを
除く）との混合気中での加熱処理並びに所定雰囲気で加
熱保持する脱Ｈ２処理を行い、微小結晶粒径を有する集
合組織粉体となし、さらに窒化処理することにより、粉
末の取扱いが容易でかつ高保磁力を得る永久磁石粉末の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石用粉末として
は、超急冷法、メカニカルアロイング法などにより得ら
れた超微細組織を有する磁石用粉末が用いられてきた。

【０００３】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石用粉末は、キュ
ーリ点（Ｔｃ）が３００℃前後と低くＢｒ、ｉＨｃの温
度係数が大きいため、Ｃｏ等の添加によりＴｃを上昇さ
せてＢｒの温度係数を高めることが可能であるが、Ｂｒ
の温度係数αはせいぜい−０．０８／ｄｅｇ程度が限度
であった。

【０００４】最近、Ｒ２Ｆｅ１７化合物はＮ２を吸蔵す
ることにより、Ｔｃが絶対温度で２倍近く高くなり、Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系のＴｃよりも１６０℃も高く、さらにＳ
ｍ２Ｆｅ１７窒化物ではＲ２Ｆｅ１４Ｂの異方性を上回
る異方性磁界が得られることが報告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記Ｓｍ２Ｆｅ１７窒
化物は、通常の製造方法では実用上必要とされるｉＨｃ
が６ｋＯｅ以上得られる磁石用粉末が製造できず、必要
な超微細結晶の該磁石用粉末はメカニカルアロイング法
などの特殊な製造方法でのみ得られるため、工業的規模
の量産上問題があった。

【０００６】また、Ｓｍ２Ｆｅ１７窒化物を得るための
窒化反応は、反応速度が遅いため窒化処理前に原料粉を
予め１０μｍ以下に微粉砕しておかないと、Ｎ原子が粉
末の内部まで拡散せず、しかも前記の１０μｍ以下の微
粉砕粉は後工程での取扱いが困難で、細心の注意をはら
わないと、発火あるいは容易に酸化して特性が劣化、さ
らには腐食する問題があった。

【０００７】この発明は、Ｒ−Ｔ−Ｎ系永久磁石におい
て、６ｋＯｅ以上の保磁力が得られる超微細結晶の該磁
石用粉末を容易に製造でき、かつその後の粉末の取り扱
いが容易な永久磁石粉末の製造方法の提供を目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、Ｒ　　９〜
１２ａｔ％（Ｒ：希土類元素の少なくとも１種でかつＳ
ｍを３０％以上含有）、Ｔ　　８８〜９１ａｔ％（Ｔ：
ＦｅあるいはＦｅの一部を５０％以下のＣｏ、Ｎｉにて
置換）、Ｃ　　０．１〜５ａｔ％からなる鋳塊を、粗粉
砕あるいは８００℃〜１２００℃で１時間〜１００時間
の溶体化処理を行い、金属組織中に含まれるＦｅ基の初
晶相を２０ｖｏｌ％以下にした後、粗粉砕して、平均粒
度が５０〜５００μｍの粗粉砕粉となした後、前記粗粉
砕粉を０．１〜１０ａｔｍ（常温換算）のＨ２ガスまた
はそれに等しいＨ２分圧を有する不活性ガス（Ｎ２ガス
を除く）中（但し全圧力は常温換算で１０ａｔｍ以下）
で、５００〜９００℃に３０分〜８時間加熱保持し、さ
らにＨ２分圧１×１０−２Ｔｏｒｒ以下の真空中または
Ｎ２を除く不活性ガスとの混合気中にて５００〜９００
℃に３０分〜８時間保持する脱Ｈ２処理を行い、平均結
晶粒径が０．０５〜０．５μｍの集合組織を有する粉体
となし、次に前記粉体をＮ２圧力（常温）０．５〜５０
ａｔｍのＮ２ガス中で３５０〜６５０℃に３０分〜６時
間保持した後、冷却して、Ｒ　　９〜１２ａｔ％、Ｔ　
　８８〜９１ａｔ％、Ｃ　　０．１〜５ａｔ％、Ｎ　　
９．５〜１３．６ａｔ％を含有し高保磁力を有する永久
磁石粉末を得ることを特徴とする永久磁石粉末の製造方
法である。

【０００９】

【作用】この発明は、Ｒ−Ｔ−Ｎ系永久磁石において、
粉体の取扱いが容易で、６ｋＯｅ以上の保磁力が得られ
る超微細結晶からなる該磁石用粉末の製造方法を目的に
種々検討した結果、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ２■３に代表され
るＲ−Ｔ−Ｎ化合物は母体であるＲ−Ｔ化合物を約０．
３μｍの単磁区粒子臨界径程度の微結晶の集合組織を有
する粉体にした後、窒化処理することにより高保磁力を
有するＲ−Ｔ−Ｎ系永久磁石用粉末が得られることを知
見し、この発明を完成した。

【００１０】すなわち、発明者らはＨ２ガス中でＲ−Ｔ
合金を加熱すると、Ｒ−Ｔ化合物はＲＨ２■３とαＦｅ
等に分解してさらに脱Ｈ２処理により以前と同じＲ−Ｔ
化合物が生成されること、さらにその際、Ｈ２ガス中加
熱及び脱Ｈ２処理の温度、保持時間を制御することによ
り生成するＲ−Ｔ化合物の結晶粒径を制御でき、その後
窒化処理することにより高保磁力を発現する超微細組織
を有するＲ−Ｔ−Ｎ系永久磁石用粉末が得られることを
知見した。

【００１１】また、Ｒ２Ｆｅ１７化合物のみならず、鉄
族元素の希土類化合物は上述の如く、特定の条件のＨ２
ガス中加熱及び脱Ｈ２処理を行うことにより、超微細結
晶の集合組織にすることができ、後続のＮ２拡散処理に
より磁石特性を制御できることを知見した。

【００１２】さらに、ＣはＮと同様に、Ｒ２Ｔ１７化合
物の格子間に入り磁石特性を向上させ、特にＮと併用し
た場合に良好な磁石特性が得られ、特定の条件のＨ２ガ
ス中加熱及び脱Ｈ２処理して超微細結晶の集合組織にし
、その後窒化処理することにより高保磁力を有し、温度
特性にすぐれた超微細組織を有するＲ−Ｔ−Ｎ−Ｃ系永
久磁石用粉末が得られることを知見した。この発明によ
るＲ−Ｔ−Ｃ−Ｎ系永久磁石用粉末は、所要平均粒度の
粗粉砕粉のままで平均結晶粒径が０．０５〜０．５μｍ
の集合組織を有する粉体となすことができ、６ｋＯｅ以
上の保磁力が得られるのみならず、後工程での粉末の取
扱いが極めて容易になる利点がある。

【００１３】製造条件の限定理由 この発明は、所要粒度の粗粉砕粉が外観上その大きさを
変化させることなく、微細結晶組織の集合体が得られる
ことを特徴とし、この点が従来のＨ２吸蔵粉砕法と本質
的に異なるものである。出発原料の粗粉砕方法は従来の
機械的な粉砕方法やガスアト　　マイズ法のほか、Ｈ２
吸蔵粉砕法で粗粉砕してもよく、工程の簡略化のために
このＨ２吸蔵による粗粉砕法とこの発明による超微細結
晶化のためのＨ２ガス中加熱処理を組み合せて、同一装
置内で連続的に処理する方法を採用することも好ましい
。 この発明において、粗粉砕粉の平均粒度を５０〜５００
μｍに限定したのは、５０μｍ未満では粉末の酸化によ
る磁性劣化の恐れがあり、また５００μｍを超えると窒
化処理に長時間を要して好ましくないためである。

【００１４】この発明において、Ｈ２ガス単独または不
活性ガス（Ｎ２ガスを除く）との混合気中での加熱に際
し、Ｈ２分圧が０．１ａｔｍ（常温換算）未満では前述
の分解生成の十分な効果が得られず、１０ａｔｍを超え
ると処理設備が大きくなりすぎ、工業生産コスト的に好
ましくないため、Ｈ２分圧を０．１〜１０ａｔｍとする
。さらに好ましい範囲は０．５〜１．５ａｔｍである。 また、Ｎ２ガスを除く不活性ガスとＨ２ガスとの混合気
を前記Ｈ２分圧で用いる場合も、同様の理由により最大
圧力は１０ａｔｍ以下とする。

【００１５】Ｈ２ガス単独または不活性ガス（Ｎ２ガス
を除く）とＨ２ガスとの混合気中での加熱処理温度は、
５００℃未満ではＲ−Ｔ化合物がＨ２吸蔵するのみで、
ＲＨ２■３とαＦｅ等への分解が行われず、また９００
℃を超えるとＲＨ２■３が不安定となりかつ生成物が粒
成長して脱Ｈ２後、超微細組織を有するＲ−Ｔ化合物に
することが困難となるため、５００〜９００℃の範囲と
する。 また、加熱処理保持時間は上記の分解反応を十分に行わ
せるためには、３０分〜８時間の加熱保持が必要である
。

【００１６】この発明において、Ｈ２ガスの脱Ｈ２処理
の温度が５００℃未満ではＲＨ２■３の分解が進行せず
、９００℃を超えると粒成長のため粗大な組織となり、
すぐれた高保磁力が得られないため、５００〜９００℃
の範囲とする。また、加熱処理保持時間は上記の分解反
応を十分に行わせるためには、３０分〜８時間の加熱保
持が必要である。

【００１７】脱Ｈ２処理時のＨ２分圧は、１×１０−２
Ｔｏｒｒを超えると処理に長時間を要し好ましくないた
め、１×１０−２Ｔｏｒｒ以下とする。Ｈ２分圧がこの
範囲であれば、Ｎ２ガスを除く不活性ガス中でこの処理
を行ってもよく、これにより高気圧に耐える真空容器設
備が不要になり、設備が簡素化でき経済的である。

【００１８】脱Ｈ２処理後の粉末の平均結晶粒径を０．
０５〜０．５μｍに限定した理由は、０．０５μｍ未満
では実際上生成が困難であり、０．０５μｍ未満の結晶
が得られたとしても特性上の利点がなく、また０．５μ
ｍを超えると単磁区粒子臨界径より大きくなり、粉末の
保磁力が減少して永久磁石用粉末として好ましくないた
めである。

【００１９】窒化処理時の温度を３５０〜６５０℃に限
定した理由は、３５０℃未満では窒化が進行せず、６５
０℃を超えるとＲＮが生成してＲ−Ｔ化合物が分解して
磁石特性の劣化を招来するためである。窒化処理時の保
持時間は３０分未満で十分な窒化が進行せず、また６時
間を超えると分解が起こり磁石特性の劣化を招来するた
め、３０分〜６時間とする。

【００２０】窒化処理時のＮ２圧力（常温）を０．５〜
５０ａｔｍに限定した理由は、０．５ａｔｍ未満では窒
化反応速度が遅く、圧力を上げると反応は速やかに進行
するが、５０ａｔｍを超えると、処理設備が大きくなり
すぎ、工業生産コスト的に好ましくないためである。

【００２１】この発明において、出発原料である合金粗
粉砕粉の金属組織が実質的にＲ２Ｔ１７化合物で占めら
れることが必要であり、初晶として晶出するα−Ｆｅや
Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ合金の残存量が全体の２０ｖｏ
ｌ％以下であることが好ましい。前記の初晶相は成分と
してＲ元素を含まないため、Ｈ２処理によって変化を受
けず、さらに後工程のＮ２処理においても磁気的性質が
変化せず、軟質磁性層として残存するため、得られる粉
末の磁石特性は劣化する。従って、α−Ｆｅ等の初晶相
の存在量は体積比で２０％以下にする必要があり、その
ために真空中またはＮ２ガスを除いた不活性ガス中での
溶体化処理が行われるが、溶体化処理を８００℃未満で
行うと、十分なる拡散反応が進行しないため初晶相の消
失に長時間を要し、また１２００℃を超える温度では速
やかな溶体化が可能であるが、必須成分であるＳｍが蒸
発して組成ずれを起こす上、合金の化学的反応性が増大
して、合金　　コンテナや炉壁に悪影響を与えるため、
溶体化処理温度は８００℃〜１２００℃とする。この発
明の組成範囲では初晶相はＲを実質的に含まない合金相
であるが、この合金相の存在量は溶体化処理時間と共に
減少してゆく、またその減少速度は温度に依存して高温
ほど速くなるが、溶体化処理温度が１２００℃の場合で
も、１時間以上の溶体化を行わないと初晶相の存在量を
体積比で２０％以下にできず、また処理温度が８００℃
で拡散速度が遅い場合でも、初晶相の存在量を体積比で
２０％以下にするには１００時間以下で十分であり、そ
れ以上の溶体化は不要である。

【００２２】粉末組成の限定理由 この発明の粉末組成において、希土類元素ＲはＹ、Ｌａ
、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、
Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕが包含され、これらのうち１種以上を
含有し、かつ少なくともＳｍをＲの３０％以上含有する
もので、さらにＳｍがＲの１００％を占める場合もある
。Ｒの３０％以上をＳｍとするのは、Ｓｍが３０％未満
では一軸異方性が弱まり保磁力が減少するためである。 Ｒは、９ａｔ％未満ではＦｅの析出により保磁力が低下
し、また１２ａｔ％を超えると低保磁力でしかもキュリ
ー点の低い他の化合物が生成して磁石特性が劣化するた
め、９〜１２ａｔ％とする。

【００２３】鉄族元素ＴはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくと
も１種を包含し、ＦｅをＴの５０％以上含有することが
重要である。すなわち、Ｔ中のＦｅが５０％未満ではコ
スト高となるとともに磁化が減少して好ましくない。Ｔ
は、８８ａｔ％未満ではＳｍ２Ｆｅ１７化合物以外のＲ
リッチ相が現れて保磁力、キューリー点が低下し、９０
ａｔ％を超えるとα−Ｆｅ析出により保磁力が低下する
ため、８８〜９１ａｔ％とする。

【００２４】Ｃは、Ｒ２Ｔ１７化合物の格子間に介在し
て磁石特性の向上に有効であるが、０．１ａｔ％未満で
はその効果が顕著でなく、また５ａｔ％を超えるとＦｅ
３Ｃなどの有害な化合物を生成して磁石特性を劣化させ
るため、０．１〜５ａｔ％とする。

【００２５】また窒化処理後の粉体に含有されるＮは、
９．５ａｔ％未満ではキューリー点、保磁力ともに元の
Ｓｍ２Ｆｅ１７化合物と大差がなく、１３．６ａｔ％を
超えるとＲ−Ｎ化合物の析出によりＲ２Ｆｅ１７ＮＸ化
合物が分解して好ましくないため、９．５〜１３．６ａ
ｔ％とする。

【００２６】

【実施例】実施例 高周波溶解炉にて溶製して得られた表１に示すＮｏ．１
〜６の組成の鋳塊を、Ａｒガス雰囲気中でスタンプミル
にて平均粒度１００μｍに粗粉砕した後、この粗粉砕粉
をＨ２分圧が１０ａｔｍ（常温換算）のＨ２ガス中で８
００℃に加熱し２時間保持した後、Ｈ２分圧が１×１０
−４Ｔｏｒｒの雰囲気で８００℃、１時間の脱Ｈ２処理
を行い、表１に示す平均結晶粒径の集合組織を有する粉
体を得た。その後、Ｎ２分圧が１０ａｔｍのＮ２ガス中
で４５０℃、２時間の窒化処理したのち冷却して表１に
示す性状のＲ−Ｔ−Ｃ−Ｎ磁石粉末を得た。表１におい
て、αは２０℃〜１２０℃におけるＢｒの温度係数であ
る。

【００２７】Ｒ−Ｔ−Ｎ磁石粉末に２．０ｗｔ％のエポ
キシ樹脂を混合したのち、１０ｋＯｅの磁場中で３．０
ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で圧縮成型し、さらに温度１５０
℃、３０分の条件で樹脂硬化させてボンド　　磁石を作
製した。得られたボンド　　磁石の磁石特性を表２に示
す。

【００２８】比較例 表１の組成Ｎｏ．１と同一の粗粉砕粉を用いて、Ｈ２分
圧が２．０ａｔｍ（常温換算）のＨ２ガス中で２時間保
持した後、余剰のＨ２ガスを排気してから加熱し、９２
０℃、２時間、Ｈ２分圧１×１０−４Ｔｏｒｒで脱Ｈ２
処理して粉砕粉を得た。このときの平均結晶粒径を表１
に示す。さらに実施例と同一の窒化処理を施したのちの
Ｒ−Ｔ−Ｃ−Ｎ磁石粉末の性状を表１に示す。その後実
施例と同一の条件でボンド　　磁石を作製し、その磁石
特性を表２に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】この発明によるＲ−Ｔ−Ｃ−Ｎ系永久磁
石粉末は、Ｒ−Ｔ系粗粉砕粉をＨ２ガス単独または不活
性ガス（Ｎ２ガスを除く）とＨ２ガスとの混合気中での
加熱処理並びに所定雰囲気で加熱保持する脱Ｈ２処理を
行い、所要平均粒度の粗粉砕粉のままで平均結晶粒径が
０．０５〜０．５μｍの集合組織を有する粉体となすこ
とができ、後工程での粉末の取扱いが極めて容易になり
、その後窒化処理して実施例に明らかなように６ｋＯｅ
以上の保磁力が得られる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｒ　　９〜１２ａｔ％（Ｒ：希土類元
   素の少なくとも１種でかつＳｍを３０％以上含有）、Ｔ
   　　８８〜９１ａｔ％（Ｔ：ＦｅあるいはＦｅの一部を
   ５０％以下のＣｏ、Ｎｉにて置換）、Ｃ　　０．１〜５
   ａｔ％からなる鋳塊を粗粉砕して、平均粒度が５０〜５
   ００μｍの粗粉砕粉となした後、前記粗粉砕粉を０．１
   〜１０ａｔｍ（常温換算）のＨ２ガスまたはそれに等し
   いＨ２分圧を有する不活性ガス（Ｎ２ガスを除く）中（
   但し全圧力は常温換算で１０ａｔｍ以下）で、５００〜
   ９００℃に３０分〜８時間加熱保持し、さらにＨ２分圧
   １×１０−２Ｔｏｒｒ以下にて５００〜９００℃に３０
   分〜８時間保持する脱Ｈ２処理を行い、平均結晶粒径が
   ０．０５〜０．５μｍの集合組織を有する粉体となし、
   次に前記粉体をＮ２圧力（常温）０．５〜５０ａｔｍの
   Ｎ２ガス中で３５０〜６５０℃に３０分〜６時間保持し
   た後、冷却することを特徴とする永久磁石粉末の製造方
   法。
2. 【請求項２】　　鋳塊を８００℃〜１２００℃で１時間
   〜１００時間の溶体化処理を行い、金属組織中に含まれ
   るＦｅ基の初晶相を２０ｖｏｌ％以下にした後、粗粉砕
   することを特徴とする請求項１記載の永久磁石粉末の製
   造方法。