JPH05258928A - 永久磁石および永久磁石粉末および製造方法 - Google Patents

永久磁石および永久磁石粉末および製造方法

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JPH05258928A
JPH05258928A JP4051267A JP5126792A JPH05258928A JP H05258928 A JPH05258928 A JP H05258928A JP 4051267 A JP4051267 A JP 4051267A JP 5126792 A JP5126792 A JP 5126792A JP H05258928 A JPH05258928 A JP H05258928A
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boron
particles
iron
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JP4051267A
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Munehisa Hasegawa
統久 長谷川
Shigeo Tanigawa
茂穂 谷川
Masaaki Tokunaga
雅亮 徳永
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 保磁力とHkが大きく、かつ残留磁束密度も
大きい希土類−鉄−ボロン永久磁石を工業的に安定に供
給すること。 【構成】 希土類−鉄−ボロン磁石の製造方法におい
て、微粉砕工程でバッチ方式あるいは連続方式で粉砕粉
の粗粒側を循環粉砕することにより、3〜7μmの平均
粒子径に粒径分布を制御し、最適な焼結体組織を得るこ
とを特徴とする永久磁石合金および製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は希土類−鉄−ボロン系の
永久磁石および、その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年電子機器や精密機器の小型化や軽量
化の市場傾向に伴い、永久磁石においては従来のアルニ
コやフェライト磁石に代わり希土類永久磁石が多くの分
野で利用されるようになった。希土類永久磁石の中で
も、高いエネルギ−積が得られる希土類−鉄−ボロン磁
石の需要が増加している。希土類−鉄−ボロン磁石に対
しては従来以上に、高エネルギ−積でかつ高保磁力が要
求される傾向にある。希土類−鉄−ボロン磁石の磁気特
性を改善する試みは、種々検討提案されており、種々添
加元素による発明は多数開示されている。また、従来の
粉末冶金法による製法に代わる手法として、超急冷法に
よる希土類−鉄−ボロン磁石の発明も多数開示されてい
る。超急冷法により、高いエネルギ−積を得るためには
熱間での据え込み加工や押し出し加工などの塑性加工を
必要とし製造コストがかさむために実用的ではない。現
在市場で実用化されているエネルギ−積で30MGOe
以上の特性を有する希土類−鉄−ボロン磁石のほとんど
は、鋳造インゴットを粉砕し磁界中で成形し焼結する粉
末冶金法を利用し製造されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】粉末冶金法により高い
保磁力を得るためには特開昭59−215460に開示
されているようにインゴットを平均粒子径で0.3〜8
0μmに粉砕する必要がある。しかし、ここで開示され
ている0.3〜80μmの平均粒径は一般的な制限であ
り例えば平均粒子径70μmの粒子の保磁力は3kOe
以下であり、このような粒子を原料とし用い焼結を行っ
ても、焼結時の緻密化が充分でなく、工業材料として必
要な機械強度を具備した焼結体は得られない。実用的な
保磁力を有する永久磁石とするためには、少なくとも平
均粒子径で20μm以下に粉砕を行う必要がある。さら
に一般的には結晶磁気異方性により高い保磁力を得る、
希土類−鉄−ボロン磁石においては、焼結体の平均粒子
径を小さくすればある臨界粒子径までは保磁力が理論的
には大きくなる。しかし希土類−鉄−ボロン磁石は酸素
に対する親和力が強く粉砕時に原料粉末が酸化するとい
う欠点を有する。原料粉末の酸化は、保磁力の低下と酸
化物の生成による残留磁束密度の低下をもたらすために
好ましくはない。特に平均粒子径が3μm未満の微粉に
おいては、粒子の比表面積の増加により吸着酸素量が増
大するばかりでなく、発火爆発等の危険を伴う。このよ
うな工業上の問題点を解決する手段として、特開平3−
167803においては粉砕時あるいは粉砕後に微粉お
よび粗粉を分級除去する手段が開示されている。しか
し、この微粉を分級除去する手段は工業的には問題があ
る。なぜならば、分級除去した微粉および粗粉は原料粉
末としては利用できないため、スクラップとしての工業
的価値しか得られないため結果的には原料歩留りを10
〜30%も低下させることになる。さらに、希土類−鉄
−ボロン磁石合金の粉砕前のインゴットは、多相組織と
なっており各々の相の機械的性質が異なる。このような
インゴットを機械的に粉砕し得られた粉末の組成は粒径
により成分の偏析がみられる。表1に成分偏析の1例を
示すが、第2相であるNdリッチ相は微粉側に偏在して
おり、Feリッチな主相は粗粉側に偏在している。した
がって、粉砕粉の一部を分級除去した場合には所定の配
合組成に対する組成のずれが 避けられないために目的
とする磁気特性が得られないという問題点や安定な組成
制御が困難であるという問題点がある。
【0004】
【表1】 分級粉平均粒径 Nd Dy B Al Nb Fe (wt%) (μm) 2.53 36.73 1.76 0.91 0.23 0.62 bal 3.67 32.76 1.94 1.01 0.20 0.78 bal 4.65 31.22 2.02 1.06 0.21 0.77 bal 6.55 30.07 2.07 1.07 0.20 0.74 bal 7.96 27.48 2.17 1.10 0.20 0.74 bal 8.91 26.89 2.19 1.09 0.20 0.67 bal 13.40 25.55 2.14 1.04 0.20 0.51 bal 未分級粉 29.87 2.06 1.05 0.20 0.72 bal
【0005】
【課題を解決するための手段】このような問題点を解決
するために本発明は微粉および粗粉の分級除去という工
業的に不安定な手段を用いずに、高い磁気特性を得るた
めの粉砕法を見いだした。
【0006】以下、本発明の詳細を説明する。先ず、本
発明の対象となる磁石合金組成は希土類元素としてN
d、Pr、Dyのうち少なくとも1種もしくは2種以上
を含み、ボロンを必須元素として1〜12原子%含み残
部がFeを主成分とし,Feの一部を必要に応じてC
o,Ni,Mn,Al,Nb,Zr,Ti,W,Mo,
V,Ga,Zn,Si他の元素で0〜15原子%の範囲
で置換した希土類−鉄−ボロン系の永久磁石合金であ
る。インゴットをあらかじめ500μm以下に機械的あ
るいは水素ガスを使用し予備粉砕した後、アルゴンや窒
素ガス等の非酸化雰囲気中での乾式粉砕あるいはトルエ
ンやシクロヘキサン等の有機溶媒中での湿式粉砕により
原料粉末の平均粒子径を3〜8μmに粉砕する。この状
態では平均粒子径は3〜8μmであるが、9μm以上の
粗粉が通常10%以上、最大50%程度存在する。この
粗粉が大量に存在する粉砕粉を篩、湿式分級機あるいは
風力分級機を用いて分級し9μm以上の粗粉を回収す
る。つぎに回収した粗粉を粉砕機中で繰り返し粉砕し最
終的に得られた粉砕粉中の10μm以上の粗粉の存在確
率を10%以下とする。本発明に使用する乾式粉砕機と
しては、ジェットミルが適しており、ジェットミルを使
用した場合には1次サイクロンで製品となる微粉を回収
し2次サイクロンで粗粉を回収し、回収した粗粉をイン
ラインで粉砕機の供給口にもどし繰り返し循環粉砕する
ことにより、効率的に目的とする平均粒径が3〜7μm
で9μm以上の粗粉の存在確率を10%以下とすること
が可能である。また粉砕機の排出口に風力分級機を接続
し分級効率を上げることも極めて有効な手段である。一
方、粉砕機に湿式粉砕を適用する場合にはボ−ルミルや
振動ミルあるいは湿式アトライタ−等が適している。湿
式アトライタ−を使用する場合にはスラリ−を循環させ
ることにより、粗粉の循環粉砕が可能である。このよう
にして得られた微粉を原料として使用し従来公知の粉末
冶金法により焼結して得られる焼結体の平均粒子径は
3.5〜10μmの範囲にあり焼結体中の10μm以上
の粒子の存在確率を10%以下とすることが可能であ
る。得られた焼結体を熱処理して得られる永久磁石の磁
気特性は結晶粒径が均一なため、逆磁界を印加した場合
のニュ−クリエ−ション磁界が均一であり、Hkを保磁
力(iHc)で除した値が95%以上となり熱安定性に
優れた永久磁石が得られる。本発明において、粉砕平均
粒子径を3〜7μmと規定した理由は平均粒子径が3μ
m未満では、焼結体の酸素量が10000ppm以上と
なり磁気特性の低下もたらすためであり、平均粒子径が
7μm以上の場合には焼結体中の平均粒子径が10μm
以上となり保磁力とHkの著しい低下をもたらすためで
ある。Hkを保磁力で除した値が95%以下の場合に
は、永久磁石の動作点が0.6以下の場合に単体着磁を
行った場合には自己減磁等の問題が生じる場合があり好
ましくない。
【0007】
【実施例】以下実施例により発明の詳細を説明する。
【0008】(実施例1)Nd30.5wt%、Dy
1.5wt%、Al0.3%,Nb0.5wt%,B1
Wt%残部Feよりなる磁石合金を不活性雰囲気中で高
周波溶解し、鋳造しインゴットを得た。このインゴット
をあらかじめ水素雰囲気中に暴露し崩壊させた後、脱水
素処理し500μm以下の粉末を得た。この粉末を窒素
雰囲気中でジェットミルし平均粒子径5.5μmの粉砕
粉Aを得た。この微粉を風力分級機により分級し、10
μm以上の粗粉と10μm以下の微粉Bに分離した。分
離した粗粉と微粉の重量比率は約20:80であった。
回収した粗粉を再びジェットミル中に投入し粉砕を行
い、平均粒径6.5μmの粉砕粉Cを得た。粉砕粉Cと
BをV型混合機により混合し、その粒径分布を測定し表
2の結果を得た。
【0009】
【表2】 平均粒径(μm) D90値(μm) 本発明 粉砕粉B+C 4.7 8.5 比較例 粉砕粉A 5.5 11.4 注:D90値は個数で90%の粉が存在する最大粒子径を示す。 本発明による、粉砕粉B+Cと比較例の粉砕粉を10k
Oeの磁界中で成形し、1100℃真空中で焼結し、6
00℃で熱処理した後磁気特性を比較した。その結果を
表3に示す。また焼結体の粒径分布を調べた結果、粉砕
粉B+Cによる焼結体の平均粒子径は5.4μmであり
10μm以上の粗大粒子の存在比率は約5%であった。
一方、粉砕粉Aによる焼結体の平均粒子径は6.5μm
であり、10μm以上の粗大粒子の存在比率は19%で
あった。
【0010】
【表3】 Br(G) iHc(Oe) Hk(Oe) Hk/iHc(%) 本発明 13000 17500 17150 98 比較例 12800 14500 13450 92.8 本発明による粒径分布を制御した、原料粉末を使用する
ことにより高い磁気特性が得られた。
【0011】(実施例2)Nd32wt%,Dy2.9
wt%,Al0.3wt%,V2wt%,Nb0.8w
t%,B1.1wt%,残部Feからなる合金を実施例
1と同様に溶製した。この合金を水素で処理し500μ
m以下の粉末とした後、アルゴン雰囲気中でジェットミ
ルを行った。ジェットミルにおいては微粉回収用の1次
サイクロンと粗粉回収用の2次サイクロンを設け、2次
サイクロンの排出口から粗粉を原料供給フィダ−を通じ
てジェットミルに繰り返し供給し巡回粉砕行った。2次
サイクロンへフィ−ドバックされる粗粉が最終的に、ほ
とんど無くなった段階で粉砕を停止し得られた粉砕粉D
の粒径分布を測定したところ第4表の結果を得た。
【0012】
【表4】 平均粒径(μm) D90値(μm) 本発明 粉砕粉D 循環粉砕あり 4.2 7.1 比較例 粉砕粉E 循環粉砕なし 4.5 10.5 粉砕粉DとEを用いて、実施例1と同様に焼結体を作製
しその磁気特性を比較した。結果を表5に示す。
【0013】
【表5】 Br(G) iHc(Oe) Hk(Oe) Hk/iHc(%) 本発明(D) 12000 25000 24700 99 比較例(E) 11600 22000 20400 92.7 表5に示すように循環粉砕を適用することにより、Hk
および保磁力の著しい改善がみられた。
【0014】(実施例3)Nd25wt%,Pr5wt
%,Dy0.5wt%,Co2.5wt%,Al0.2
wt%,Zr0.2wt%,B1.05wt%,残部F
eからなる合金を溶製し、実施例1および2と同様に処
理し、500μm以下の粗粉を得た。この粗粉をシクロ
ヘキサン中でアトライタ−を用いて6時間粉砕し、平均
粒子径4.5μmの粉砕粉Fを得た。得られた粉砕粉を
真空中で乾燥し溶媒を除去した後、風力分級機により分
級し、10μm以下の微粉Gと10μm以上の粗粉に分
離した。分離した粗粉をジェットミルで再粉砕し平均粒
径4.0μmの微粉Hを得た。さらに微粉HとGをV型
混合機 にて混合し微粉G+Hを得た。粒度分布測定機
により測定した、粉砕粉G+HおよびFの粒径分布を表
6に示す。
【0015】
【表6】 平均粒径(μm) D90値(μm) 本発明 粉砕粉G+H 4.0 6.5 比較例 粉砕粉F 4.5 12.5 風力分級した後の、微粉と粗粉の重量比率は75:25
であった。微粉F,G,Hの組成分析を行った結果、表
7の結果を得た。
【0016】
【表7】
(wt%) Nd Pr Dy B Co Fe Al Zr 本発明(G+H) 24.8 4.9 0.5 1.04 2.5 65.8 0.2 0.2 比較例1(G) 27.8 5.5 0.3 0.98 1.7 63.4 0.2 0.1 2(F) 24.9 5.0 0.5 1.05 2.4 65.9 0.2 0.2 粉砕後粗粉側を分級除去した比較例1においては、配合
組成に対する組成の大幅なずれが見られたのに対し、本
発明の微粉においては配合組成に対するずれは、ほとん
どみられなかった。表7に示す、3種類の微粉を実施例
1と同様に焼結し測定した磁気特性の結果を表8に示
す。
【0017】
【表8】 Br(G) iHc(Oe) Hk(Oe) Hk/iHc(%) 本発明(G+H) 13400 15000 14650 97.7 比較例1(G) 12500 15000 14500 96.7 比較例2(F) 13200 12400 11160 90 表8に示すように、本発明によるとBr,iHc、Hk
のいずれの値においても優れた磁気特性を得ることが可
能である。
【0018】(実施例4)実施例2と同様の合金インゴ
ットを実施例2と同様の乾式循環粉砕システムを利用し
て粉砕圧力を変化させ、種々の平均粒径の微粉を得た。
これらの微粉を、焼結温度を1040〜1120℃で変
化させ焼結し焼結体の平均粒径、10μm以上の粗大粒
子の存在確率、磁気特性を調べた。結果を表9に示す。
【0019】
【表9】 微粉粒径 焼結体平均粒径 粗大粒存在確率 焼結温度 iHc Hk/iHc (μm) (μm) (%) (℃) (Oe) (%) 2.5 6.8 25 1040 28000 82.8 3.3 4.2 5 1040 28000 97 3.8 4.5 3.5 1060 27500 98.5 4.2 4.8 4 1080 27000 98 4.8 5.5 6 1080 24800 96.5 5.5 7.0 8 1100 22000 96 6.3 8.5 8.5 1100 21000 95 7.3 10.2 50 1120 16500 75.8
【0020】
【発明の効果】本発明により原料粉末の粒度分布を適正
に制御し得られた磁石は、極めて高い保磁力とHkを示
し、工業的に安定に高性能の磁石を製造することが可能
となり産業上の利用値は極めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 1/06 1/08 B

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希土類−鉄−ボロンを主たる構成元素と
    する溶解鋳造インゴットを粉砕成形、焼結して得られる
    永久磁石において焼結体の平均結晶粒径が3.5μmか
    ら10μmで、かつ焼結体中の10μmを越える粒子の
    存在確率が10%未満であることを特徴とする希土類−
    鉄−ボロン磁石。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の永久磁石において、Hk
    を固有保磁力で除した値が95%以上であることを特徴
    とする希土類−鉄−ボロン永久磁石。
  3. 【請求項3】 請求項1および2記載の永久磁石の製造
    方法において成形前の原料粉末の平均粒子径を3から7
    μmとし、かつ9ミクロン以上の粒子の存在確立を10
    %未満としたことを特徴とする希土類−鉄−ボロン系、
    永久磁石の合金粉末。
  4. 【請求項4】 請求項1から3項記載の永久磁石の製造
    方法において、粉砕時に10μm以上の粗粉を分級し循
    環粉砕することを特徴とする希土類−鉄−ボロン永久磁
    石の製造方法。
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