JPH0477066B2

JPH0477066B2 -

Info

Publication number: JPH0477066B2
Application number: JP59264875A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Matsura; Masato Sagawa; Setsuo Fujimura; Hitoshi Yamamoto; Satoru Hirozawa
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1992-12-07
Also published as: JPS61143553A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野この発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素のう
ち少なくとも１種），Ｂ，Feを主成分とする永久
磁石材料の製造方法に係り、合金鋳塊製造時の成
分偏析に基づく磁気特性の劣化を、合金鋳塊に特
定温度の焼鈍処理を施すことにより防止して磁石
合金の配向性の改善を図つた永久磁石材料の製造
方法に関する。従来の技術現在の代表的な永久磁石材料は、アルニコ、ハ
ードフエライトおよび希土類コバルト磁石であ
る。近年のコバルトの原料事情の不安定化に伴な
い、コバルトを20〜35wt％含むアルニコ磁石の
需要は減り、鉄の酸化物を主成分とする安価なハ
ードフエライトが磁石材料の主流を占めるように
なつた。一方、希土類コバルト磁石はコバルトを50〜
60wt％も含むうえ、希土類鉱石中にあまり含ま
れていないSmを使用するため大変高価であるが、
他の磁石に比べて、磁気特性が格段に高いため、
主として小型で付加価値の高い磁気回路に多用さ
れるようになつた。そこで、本発明者は先に、高価なSmやCoを含
有しない新しい高性能永久磁石としてFe−Ｂ−
Ｒ系（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも
１種）永久磁石を提案した（特願昭57−145072
号）。さらに、Fe−Ｂ−Ｒ系の磁気異方性焼結体か
らなる永久磁石の温度特性を改善するために、
Feの一部をCoで置換することにより、生成合金
のキユリー点を上昇させて温度特性を改善した
Fe−Co−Ｂ−Ｒ系磁気異方性焼結体からなる永
久磁石を提案した（特願昭57−166663号）。これらの永久磁石は、ＲとしてNdやPrを中心
とする資源的に豊富な軽希土類を用い、Feを主
成分として25MGOe以上の極めて高いエネルギ
ー積を示す、すぐれた永久磁石である。上記の新規なFe−Ｂ−Ｒ系、Fe−Co−Ｂ−Ｒ
系永久磁石を、製造するための出発原料の希土類
金属は、一般にCa還元法、電解法により製造さ
れ、例えば、以下の工程により製造される。出発原料として、前記希土類金属、電解鉄、
フエロボロン合金あるいはさらに電解Coを高
周波溶解して鋳塊を鋳造する。鋳塊をスタンプミルにより粗粉砕後、ボール
ミルにより湿式粉砕して1.5μm〜10μmの微細
粉とする。磁界配向にて成型する。真空中にて焼結後放冷する。 Ar雰囲気中にて時効処理する。発明が解決しようとする課題上記の如く、この永久磁石用合金粉末は、所要
の組成の鋳塊を機械的粗粉砕及び微粉砕を行なつ
て得られるが、例えば、Fe−Nd−Ｂ鋳塊の場
合、その凝固時に組成偏析が起りやすく、Feや
Ndの金属相の析出した状態となり、このような
鋳塊を粉砕して磁界中で配向すると、これらの析
出相により、配向が邪魔され、また鋳塊の鋳型に
接触していた部分は、冷却速度が速いために微細
な結晶粒が生成しやすく、Fe−Nd−Ｂ正方晶は
結晶成長方向が磁化容易方向と一致していないた
め、鋳造合金を粉砕し、磁界中配向すると、配向
方向が不規則な複数個の結晶粒を粉末中に含むた
めに配向度が低下する問題があつた。この発明は、合金鋳塊製造時の成分偏析に基づ
く磁気特性の劣化を防止して磁石合金の配向性の
改善を図つたFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の製造
方法の提供を目的としている。課題を解決するための手段この発明は、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石用合金鋳
塊内の成分偏析防止を目的に種々検討した結果、
合金鋳塊に特定温度の焼鈍処理を施すことによ
り、成分偏析防止と結晶粒の粗大化が得られて、
配向度の改善、磁気特性の向上、機械的性質の向
上に実効あることを知見したものである。すなわち、この発明は、Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
とも１種）10原子％〜30原子％、B2原子％〜28
原子％、Fe65原子％〜82原子％を主成分とする
永久磁石材料の製造方法において、前記組成の合金鋳塊に1000℃〜1150℃の焼鈍処
理を施すことを特徴とする永久磁石材料の製造方
法である。さらに詳述すれば、この発明はFe−Ｂ−Ｒ系
永久磁石材料の製造方法において、Ｒ（但しＲは
Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種）10原
子％〜30原子％、B2原子％〜28原子％、Fe65原
子％〜82原子％を主成分とする合金鋳塊を、1000
℃〜1150℃で0.5〜50時間の焼鈍処理を施した後、
当該Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料及び従来公知の
永久磁石材料の製造方法を適宜選定採用してFe
−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料を得ることを特徴とし、
例えば、該鋳塊を粗粉砕、微粉砕し、得られた平
均粒度が0.3〜80μmの合金粉末を、磁成型後、真
空中にて900℃〜1200℃で焼結し、その後350℃〜
焼結温度の温度範囲にて熱処理を施すものであ
る。合金鋳塊の焼鈍処理条件この発明において、合金鋳塊の焼鈍処理温度を
1000℃〜1150℃としたのは、1000℃未満では拡散
速度が非常に遅くなり、結晶粒の粗大化及び偏析
解消に多大の時間を要し、1150℃を越えると鋳塊
が局部的に溶解し、FeまたはNdの偏析を防止す
ることができないためである。また焼鈍処理時間は、0.5時間未満であると結
晶粒の粗大化及び偏析解消効果が十分得られな
く、50時間を越えると偏析防止、結晶粒の粗大化
に有効であるが、量産性が悪いため、0.5〜50時
間が好ましい。一般に、希土類コバルト磁石合金の製造におい
て、鋳塊の溶体化処理が提案（特開昭58−126944
号公報）されているが、希土類コバルト磁石合金
鋳塊の溶体化処理の効果は、R₂T₁₇型化合物
（Ｒ；希土類元素、Ｔ；遷移金属）において、顕
著であり、R₂T₁₇型永久磁石鋳塊の溶体化処理の
目的は、室温で不安定相（RT₇型構造）を形成さ
せることにあり、溶体化処理後、例えばオイルク
エンチや液化窒素中へ浸漬する急冷が必要であ
る。しかし、この発明における鋳塊の焼鈍処理は、
上記の希土類コバルト磁石の場合と異なり、低温
で安定な化合物であるR₂Fe₁₄化合物の単相状態
を得ることにあり、上記の如き焼鈍処理後の急冷
を必要としない。好ましい実施態様 Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の製造方法におい
て、当該組成の合金鋳塊の焼鈍処理後の合金粉末
の製造方法や成形体を得る方法、焼結方法などに
は、当該Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料及び従来公
知の永久磁石材料の製造方法を適宜選定採用でき
る。例えば出発原料を所要量配合して、真空ないし
不活性ガス雰囲気中で溶解して合金化し、鋳塊と
なしてさらにこの発明の特徴である焼鈍処理を施
し、粉砕するのがよい。粗粉砕はスタンプミル、ジヨークラツシヤー等
の機械的粉砕で行ない、さらにジエツトミル、ボ
ールミル等により微粉砕する。また、微粉砕は不
活性ガス雰囲気中で実施する乾式粉砕あるいはア
セトン、トルエン等の有機溶媒を用いる湿式粉砕
によつて行なう。微粉砕によつて得られる合金粉末の平均粒度
は、0.3μm〜80μmであり、すぐれた磁気特性を
得るためには、平均粒度１〜40μmの微粉末が好
ましく、最も好ましいのは平均粒度２〜20μmの
微粉末である。また、焼結磁石を作製する場合は、10^-2Torr
以下の真空中あるいは１〜760Torrの圧力雰囲気
などの少なくとも非酸化性ないし純度99.9％以上
の不活性あるいは還元性雰囲気中で、900℃〜
1200℃の温度で0.5〜４時間の条件で一次焼結す
るのが好ましい。焼結後の時効処理条件としては、磁石体の結晶
粒の過剰成長を抑制してすぐれた磁気特性を発現
させるために、時効処理温度は450℃〜700℃の範
囲が好ましく、また、時効処理時間は５分〜40時
間が好ましい。時効処理時間は時効処理温度と密
接に関係するが、５分未満では時効処理効果が少
なく、得られた磁石材料の磁気特性のばらつきが
大きくなり、40時間を越えると工業的に長時間を
要しすぎ実用的でない。磁気特性の好ましい発現
と実用的な面から時効処理時間は30分から８時間
が好ましい。また、時効処理は２段以上の多段時効処理を用
いることもできる。例えば、1060℃にて焼結した
焼結体を温度900℃、圧力900気圧にて、熱間静水
圧プレス処理した後、１段目として750℃〜1000
℃で30分ないし６時間の初段時効処理し、さら
に、２段目以降に450℃〜750℃で２〜30時間の１
段以上の時効処理を行なうことにより、残留磁束
密度、保磁力、減磁曲線の角形性のいずれにも極
めてすぐれた磁石特性を有する磁石材料を得るこ
とができる。また、多段時効処理に代えて、450℃〜700℃の
時効処理温度から室温までを空冷あるいは水冷な
どの冷却方法で、0.2℃／min〜20℃／minの冷却
速度で冷却する方法によつても、上記時効処理と
同等の磁気特性を有する永久磁石材料を得ること
ができる。永久磁石材料組成の限定理由この発明の永久磁石材料に用いる希土類元素Ｒ
は、10原子％〜30原子％のNd，Pr，Dy，Ho，
Tbのうち少なくとも１種、あるいはさらに、
La，Ce，Sm，Gd，Er，Eu，Pm，Tm，Yb，
Lu，Ｙのうち少なくとも１種を含むものが好ま
しい。又、通例Ｒのうち１種をもつて足りるが、実用
上は２種以上の混合物（ミツシユメタル、ジジム
等）を入手上の適宜等の理由により用いることが
できる。なお、このＲは純希土類元素でなくてもよく、
工業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を
含有するものでも差支えない。Ｒ（Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種）
は、新規な上記系永久磁石材料における必須元素
であつて、10原子％未満では、結晶構造がａ−
Feと同一構造の立方晶組織となるため、高磁気
特性、特に高保磁力が得られず、30原子％を越え
ると、Ｒリツチな非磁性相が多くなり、残留磁束
密度（Br）が低下して、すぐれた特性の永久磁
石が得られない。よつて希土類元素は10原子％〜
30原子％の範囲とする。Ｂは、新規な上記系永久磁石材料における必須
元素であつて、２原子％未満では菱面体組織とな
り、高い保磁力（iHc）は得られず、28原子％を
越えるとＢリツチな非磁性相が多くなり、残留磁
束密度（Br）が低下するため、すぐれた永久磁
石が得られない。よつてＢは２原子％〜28原子％
の範囲とする。 Feは、新規な上記系永久磁石材料における必
須元素であり、65原子％未満では残留磁束密度
（Br）が低下し、82原子％を越えると高い保磁力
が得られないので、Feは65原子％〜82原子％の
含有とする。また、この発明による永久磁石材料において、
Feの一部をCoで置換することは、得られる磁石
の磁気特性を損うことなく、温度特性を改善する
ことができるが、Co置換量がFeの50％を越える
と、逆に磁気特性が劣化するため、好ましくな
い。この発明の永久磁石材料において、高い残留磁
束密度と高保磁力を得るためには、R12.5原子％
〜15原子％、B6原子％〜14原子％、Fe71原子％
〜82原子％が好ましい。また、この発明による永久磁石材料は、Ｒ，
Ｂ，Feの他、工業的生産上不可避的不純物の存
在を許容できるが、Ｂの一部を2.0原子％以下の
ｃ、2.0原子％以下のＰ、2.0原子％以下のＳ、2.0
原子％以下のCuのうち少なくとも１種、合計量
で2.0原子％以下で置換することにより、永久磁
石の製造性改善、低価格化が可能である。また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、
系あるいはFe−Co−Ｂ−Ｒ系永久磁石に対して
その保磁力等を改善あるいは製造性の改善、低価
格化に効果があるため添加する。しかし、保磁力
改善のための添加に伴ない残留磁束密度（Br）
の低下を招来するので、下記範囲での添加が望ま
しい。 5.0原子％以下のAl、3.0原子％以下のTi、 5.5原子％以下のＶ、4.5原子％以下のCr、 5.0原子％以下のMn、５原子％以下のBi、 9.0原子％以下のNb、7.0原子％以下のTa、 5.2原子％以下のMo、5.0原子％以下のＷ、 1.0原子％以下のSb、3.5原子％以下のGe、 1.5原子％以下のSn、3.3原子％以下のZr、 6.0原子％以下のNi、5.0原子％以下のSi、 3.3原子％以下のHfのうち少なくとも１種を添加
含有、但し、２種以上含有する場合は、その最大
含有量は当該添加元素のうち最大値を有するもの
の原子％以下の含有させることにより、永久磁石
材料の高保磁力化が可能になる。この発明における合金粉末の結晶相は主相が少
なくとも50vol％以上の正方晶、少なくとも1vol
％以上の非磁性金属間化合物であることが、すぐ
れた磁気特性を有する焼結永久磁石を作製するの
に効果的である。また、この発明の永久磁石材料は、磁場中プレ
ス成型することにより磁気的異方性磁石が得ら
れ、また、無磁界中でプレス成型することによ
り、磁気的等方性磁石を得ることができる。この発明による磁気異方性永久磁石材料は、残
留磁束密度Br＞10.5kG、を示し、最大エネルギ
ー積（BH）max≧25MGOeを示し、最大値は
40MGOe以上に達する。また、この発明の永久磁石材料の組成が、R12
原子％〜16原子％、B4原子％〜15原子％、Co45
原子％以下、Fe残部の場合、上記磁石材料と同
等の磁気特性を示し、残留磁束密度の温度係数
が、0.1％／℃以下となり、すぐれた特性が得ら
れる。また、この発明の永久磁石材料のＲの主成分が
その50％以上を軽希土類金属が占める場合で、
R12.5原子％〜15原子％、B6原子％〜14原子％、
Fe71原子％〜82原子％の場合、あるいはさらに
Co5原子％〜45原子％を主成分とするとき、磁気
的異方性焼結磁石の場合に最もすぐれた磁気特性
を示し、特に軽希土類金属がNdの場合には、
（BH）maxはその最大値が40MGOe以上に達す
る。作用この発明は、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料を得
るための合金鋳塊に1000℃〜1150℃の焼鈍処理を
施すことにより、成分偏析防止と結晶粒の粗大化
が得られて、配向度が改善されて磁気特性の向上
し、機械的性質の向上効果もある。実施例１原子百分率で、77Fe8B15Ndの組成からなる１
Kgの合金鋳塊を、出発原料をArガス中で高周波
溶解し、その後水冷銅鋳造して得た。この合金鋳塊は、1050℃で20時間の焼鈍処理し
たのち、ジヨークラツシヤーにて40メツシユスル
ー以下に粗粉砕し、さらにボールミルにて微粉砕
した。得られた平均粒度１〜20μmの合金粉末を、
10kOeの磁界中で2tom／cm²の圧力で加圧成型し
たのち、１×10^-4Torrの真空中で、1100℃、２
時間焼結して焼結体を得た。ついで、600℃で１時間の時効処理を施したの
ち、密度と磁気特性を測定した。その結果は第１
表に示すとおりである。また、比較のため、鋳塊に焼鈍処理を施さない
以外は上記製造方法で製造した比較磁石材料（比
較１）を作製し、同様に密度と磁気特性を測定
し、第１表にその結果を示す。実施例２原子百分率で、79Fe7B0.25Dy13.75Ndの組成
からなる１Kgの合金鋳塊を、出発原料をArガス
中で高周波溶解し、その後水冷銅鋳造して得た。この合金鋳塊を、1100℃で10時間の焼鈍処理し
たのち、ジヨークラツシヤーにて40メツシユスル
ー以下に粗粉砕し、さらにボールミルにて微粉砕
した。得られた平均粒度１〜20μmの合金粉末を、
10kOeの磁界中で、1.8ton／cm²の圧力で加圧成型
したのち、１×10^-4Torrの真空中で、1120℃、
２時間焼結して焼結体を得た。ついで、600℃で２時間の時効処理を施したの
ち、密度と磁気特性を測定した。その結果は第２
表に示すとおりである。また、比較のため、鋳塊に焼鈍処理を施さない
以外は上記製造方法で製造した比較磁石材料（比
較２）を作製し、同様に密度と磁気特性を測定
し、第２表にその結果を示す。

【表】

【表】発明の効果第１表、第２表の結果から明らかなように、合
金鋳塊に焼鈍処理を施したこの発明による永久磁
石材料は組成の偏析防止に伴なつて、磁気特性の
改善向上が得られたことが分る。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少な
くとも１種）10原子％〜30原子％、B2原子％〜
28原子％、Fe65原子％〜82原子％を主成分とす
る永久磁石材料の製造方法において、前記組成の
合金鋳塊に1000℃〜1150℃の焼鈍処理を施すこと
を特徴とする永久磁石材料の製造方法。