JPH0559165B2

JPH0559165B2 -

Info

Publication number: JPH0559165B2
Application number: JP59046152A
Authority: JP
Inventors: Michio Yamashita; Motoharu Suehiro
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1993-08-30
Also published as: JPS60189901A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、Ｒ（但し、ＲはＹを包含する希土
類元素のうち少なくとも１種）、Ｂ，Feを主成分
とする永久磁石用合金粉末の製造方法に係り、磁
気特性がすぐれかつ安定した品質の該系永久磁石
が得られる溶融合金より直接粉末化する希土類・
ボロン・鉄系永久磁石用合金粉末の製造方法に関
する。

従来の技術出願人は先に、高価なSmやCoを必ずしも含有
しない新しい高性能永久磁石として、Fe−Ｂ−
Ｒ三元化合物をベースとするFe−Ｂ−Ｒ系（Ｒ
はＹを包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系の永久磁石の温度特性
を改良するために、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系永久磁石を
提案した（特願昭57−166663号）。

このFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石は、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，Ｂ，Ｒを主成分として25MGOe以上の極め
て高いエネルギー積を得ることができるすぐれた
永久磁石である。これらの系においてＢは、従来
より知られていたような非晶質促進元素の一種と
して用いられるのでなく、Fe−Ｂ−Ｒ三元化合
物を形成するための必須不可欠の元素として用い
られる。

また、Fe−Ｂ−Ｒ合金粉末とバインダーを混
合、結合して得られる樹脂磁石についても提案し
た（特願昭58−171909号）。

上記の新規なFe−Ｂ−Ｒ系、Fe−Co−Ｂ−Ｒ
系（ＲはＹを包む希土類元素のうち少なくとも１
種）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
される金属塊であり、この希土類金属塊を用い
て、例えば次の工程により、上記の新規な永久磁
石が製造される。

出発原料として、純度99.9％の電解鉄、
B19.4％を含有し残部はFe及びAl，Si，Ｃ等の
不純物からなるフエロボロン合金、純度99.7％
以上の希土類金属、あるいはさらに、純度99.9
％の電解Coを高周波溶解し、その後水冷銅鋳
型に鋳造する、スタンプミルにより35メツシユスルーまでに
粗粉砕し、次にボールミルにより、例えば粗粉
砕粉300ｇを６時間湿式微粉砕して３〜10μmの
微細粉となす、磁界（10kOe）中配向して、成形（1.5t／cm²
にて加圧）する、焼結、1000℃〜1200℃、１時間、Ar中の焼
結後に放冷する。

時効処理、500℃〜1000℃、Ar中。

発明が解決しようとする課題上記の如く、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石用合金粉
末は、所要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、本系永久磁石用合金粉末
は非常に粉砕し難く、粗粉砕粉は偏平上になり易
く、粉砕機の負荷が高く摩耗し易い上、次行程の
微粉砕工程で必要な35メツシユスルー粉末を量産
的に得るのが困難であり、また、粗粉砕粉末の歩
留り及び粉砕能率が悪い等の問題があつた。

かかる問題を解決するために、本系永久磁石合
金のH₂吸蔵性を利用して、H₂中で自然崩壊させ
る方法を提案（特願昭58−171909号、特願昭58−
227667号）したが、水素粉砕した粉末は酸化され
易く脱水素処理が必要であり、工程が複雑になる
等の問題があつた。

また、出願人はすぐれた磁気特性、特に高保磁
力を有し、ボンド磁石用合金粉末にも適した微細
で均質な組織の希土類・ボロン・鉄を主成分とす
る永久磁石用合金粉末の製造方法として、急冷法
による製造方法を提案した（特願昭58−197790
号）。しかし、すぐれた保磁力を得るためには急
冷速度が重要であり、冷却速度が極めて速くその
正確な制御が困難であつた。

この発明は、安価で安定した品質でかつすぐれ
た磁気特性を有するFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石を得
るための該系永久磁石用合金粉末の製造方法を目
的とし、特に、溶融合金を直接粉末化することに
より、造塊工程及び粗粉砕工程を簡略化できる
Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石用合金粉末の製造方法を
目的としている。

課題を解決するための手段この発明は、Ｒ８原子％〜30原子％（但し、ＲはＹを包含す
る希土類元素のうち少なくとも１種）、Ｂ２原子％〜28原子％、 Fe 42原子％〜90原子％、を主成分とする溶融合金を非酸化性雰囲気中にお
いて、噴霧法により主相が正方晶化合物である粉
末にすることを特徴とする希土類・ボロン・鉄系
永久磁石用合金粉末の製造方法である。

作用一般に、溶融合金を噴霧法によつて粉末化する
方法は、工具鋼や超硬度合金等の機械的粉砕が困
難な合金では、工業的に実用化された方法である
が、従来の希土類コバルト系磁石合金の粉末化方
法としては、希土類コバルト合金系は機械的粉砕
が容易であること、きわめて酸化し易いこと、特
に磁気異方性永久磁石用としてすぐれた特性が得
られないこと等のために、最適の方法とは言い難
かつた。

本発明者らは、Ｒ，Ｂ，Feを主成分とする永
久磁石用合金粉末の製造方法を種々検討した結
果、溶融合金を噴霧法によつて、結晶粒径が5μm
未満の微細複合組織とならない程度に遅い冷却速
度で冷却して粉末化することにより、噴霧粉末の
ままではすぐれた磁気特性は得られないが、特に
微粉砕後に磁場中成形、焼結することによつて製
造される磁気異方性焼結磁石用合金粉末として、
非常にすぐれた性質を有していることを見出した
ものである。

この発明による希土類・ボロン・鉄系永久磁石
用合金粉末の製造方法は、〈溶解→噴霧→微粉砕〉の工程からなり、前記した水素粉砕法の、〈溶解→インゴツト作製→粗粉砕→水素粉砕→脱
水素処理→微粉砕〉の工程と比較すると、大巾に簡略化された製造方
法である。

以下に、この発明方法を詳述する。

本系合金の溶解は、真空中あるいは不活性ガス
中において、例えば、実施例に示すように、出発
原料として純鉄、フエロボロン、希土類鉄合金あ
るいは電解コバルトを高周波で溶解し、るつぼの
底よりあるいはレードルに注湯したのち、レード
ルの底部より溶湯を落下させ、アルゴンガスのよ
うな不活性ガスで噴霧し、真空中あるいは非酸化
性雰囲気のチヤンバ中で捕集するが、この際に、
噴霧ガスが音速以上の流速であつたり、溶湯流が
３mmφ以下であつたりして、平均粒径が50μm未
満となると、微細な複合組織となり、特に磁気異
方性永久磁石用としては好ましくない。

また、捕集した粉末は、必要に応じてふるいを
掛けて、次の微粉砕を施した後、磁場中成形、焼
結し、磁場異方性永久磁石に作製する。

ここで、得られた粉末が、平均粒径１mmを越え
ると、直径数μmまで微粉砕することが困難とな
り、粗粉砕工程を中間工程として要するので好ま
しくなく、噴霧後の粉末平均粒径は、 50μm〜１mmとする必要がある。

また、磁気異方性焼結磁石の場合は、 2μm〜10μmに微粉砕した粉末を磁場中で配向
して成形するが、微粉砕粉が方位の異なる微細な
結晶あるいは複合組織になつていると、磁場配向
によつて結晶の方向が揃わなくなるために、すぐ
れた磁気異方性焼結磁石が得られない。

従つて、50μm〜１mmの平均粒径を有する粉末
の複合組織は、少なくとも5μm以上の結晶粒径を
有していることが必要であり、溶融合金の冷却速
度としては、10^-1〜10²℃／secの範囲が好まし
い。

噴霧法としては、不活性ガスアトマイズ法を説
明したが、この方法以外に、回転電極を回転させ
たり、回転デイスクを回転させる遠心アトマイズ
法によつても同様の効果が得られる。

また、この発明方法によると、溶融合金はるつ
ぼまたはレードルの底から注湯されるため、ノロ
の巻き込みのない清浄な粉末が得られ、溶融合金
を非酸化性雰囲気中で直接粉末化するため、従来
の機械的粉砕粉や水素粉砕粉と比較して、酸素含
有量の少ない合金粉末を得ることができ、酸素含
有量は通常0.5wt％以下であり、高純度不活性ガ
ス雰囲気中では、0.2wt％以下となる。

以下に、この発明における希土類・鉄・ボロン
系磁気異方性永久磁石用原料合金粉末の組成限定
理由を説明する。

この発明の永久磁石用原料合金粉末に含有され
る希土類元素Ｒは、イツトリウム（Ｙ）を包含し
軽希土類及び重希土類を包含する希土類元素であ
る。

Ｒとしては、軽希土類をもつて足り、特にNd、
Pr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）を入手上の便宜等の理由により
用いることができ、Sm，Ｙ，La，Ce，Gd等は
他のＲ、特にNd，Pr等との混合物として用いる
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は、新規な上記系永久磁石における必須元素
であつて、８原子％未満では結晶構造がα−鉄と
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、Ｒは８原子％〜30原子％の範
囲とする。

Ｂは、新規な上記系永久磁石における必須元素
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において必須元
素であり、42原子％未満では残留磁束密度（Br）
が低下し、90原子％を越えると高い保磁力が得ら
れないので、Feは42原子％〜90原子％の含有と
する。

また、この発明による永久磁石用合金粉末にお
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。

またさらに、下記添加元素の添加並びに原料や
製造工程から混入する不純物を含む合金も、Ｒ，
Ｂ，Feを含む正方晶化合物を主相とし、すぐれ
た磁気特性を示す。

また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、
Fe−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。

Ti 4.5原子％以下、 Ni 4.5原子％以下、Ｖ 9.5原子％以下、 Nb 12.5原子％以下、 Ta 10.5原子％以下、Cr 8.5原子％以下、 Mo 9.5原子％以下、Ｗ 9.5原子％以下、 Mn 3.5原子％以下、 Al 9.5原子％以下、 Sb 2.5原子％以下、 Ge ７原子％以下、 Sn 3.5原子％以下、 Zr 5.5原子％以下、 Bi ５原子％以下、 Hf 5.5原子％以下、 Cu 3.5原子％以下、 Si ８原子％以下、さらに、Ｓ 2.0原子％以下、Ｃ２原子％以下、 Ca ８原子％以下、 Mg ８原子％以下、Ｐ 3.5原子％以下、Ｏ２原子％以下、
とする。

また、１原子％以下のＨ，Li，Na，Ｋ，Be，
Sr，Br，Ag，Zn，Ｎ，Ｆ，Se，Te，Pb。

この発明による永久磁石合金の好ましい組成範
囲は、Ｒの主成分がその50％以上をNd，Pr等の
軽希土類金属が占める場合で、R12原子％〜20原
子％、B4原子％〜24原子％、Fe65原子％〜82原
子％、あるいはさらに、Co20原子％以下を主成
分とし、上記の添加元素あるいは不純物の合計が
５原子％以下の場合である。

実施例以下に、この発明による実施例を示しその効果
を明らかにする。

実施例１出発原料として、純度99.9％電解鉄、B19.4％
を含有し残部はFe及びAl，Si，Ｃ等の不純物か
らなるフエロボロン合金、90％のNdを含有する
Fe−Nd合金、を使用し、17Nd−9B−74Feから
なる組成に配合し、底部に溶湯ノズル２を設けた
るつぼ１内に入れ、るつぼ１外周に配置した高周
波コイル３で3kHzの周波数を印加して高周波溶
解した。

ついで、溶湯ノズル２の入口に嵌入しているス
トツパ４を上昇させ、６mmφの溶湯ノズル２先端
より溶湯を噴出させ、噴霧角度α45°で音速以下の
流速のアルゴンガスを不活性ガスノズル５より噴
出させて粉末化した。

得られた噴霧粉末のO₂量は1300ppm、平均粒
度は120μmであつた。

得られた合金粉末は、Ｘ線回折によると、ａ＝8.7Å、ｃ＝12.3Åであり、シヤープなパタ
ーンが得られる正方晶系の金属間化合物を主相と
する結晶粒径20μmの合金粉末であつた。

ついでこの噴霧粉より採取した300ｇをボール
ミルで６時間の微粉砕を行ない、平均粒度3.3μm
の合金粉末を得た。

この合金粉末を用いて、磁界10kOe中で配向
し、2t／cm²にて直角磁場成形し、その後、Ar中、
1060℃、２時間の条件で焼結し、さらにAr中で
650℃、１時間の時効処理を施して永久磁石を作
製した。

永久磁石の磁気特性は、 Br＝11.9kG、 _ＩH_C＝13.0kOe、（BH）max＝34.2MGOe、 H_C＝11.0kOeであつた。

比較のため、同一組成の合金を密閉容器内に挿
入し、H₂ガスを10分間流入させて空気と置換し、
10Kg／cm²のH₂ガス圧力で１時間処理する水素粉
砕して35メツシユスルーの粗粉砕粉を得たとこ
ろ、O₂量は2230ppmであつた。さらに脱水素処
理後、ボールミルにより３時間の微粉砕を行ない
平均粒度3.3μmの合金粉末を得た。

この水素粉砕で得た合金粉末を同一製造条件で
永久磁石となし、磁気特性を測定したところ、 Br＝12.0kG、 _ＩH_C＝12.8kOe、（BH）max＝34.3MGOe、 H_Cｃ＝10.8kOeを得た。

実施例２出発原料として、純度99.9％電解鉄、B19.4％
を含有し残部はFe及びAl，Si，Ｃ等の不純物か
らなるフエロボロン合金、90％のNdを含有する
Fe−Nd合金、67％のNbを含有するFe−Nb合
金、純度99.7％のPr金属、純度99.7％の電解コバ
ルトを使用し、16Nd−1Nb−1Pr−9B−10Co−
63Feからなる組成に配合し、底部に溶湯ノズル
２を設けたるつぼ１内に入れ、るつぼ１外周に配
置した高周波コイル３で3kHzの周波数を印加し
て高周波溶解した。

得られた噴霧粉末のO₂量は950ppm、平均粒度
は150μmであつた。

得られた合金粉末は、Ｘ線回折によると、ａ＝8.8Å、ｃ＝12.2Åであり、シヤープなパタ
ーンが得られる正方晶系の金属間化合物を主相と
する結晶粒径35μmの合金粉末であつた。

この合金粉末を用いて、磁界10kOe中で配向
し、2t／cm²にて直角磁場成形し、その後Ar中、
1060℃、２時間の条件で焼結し、さらにAr中で
650℃、１時間の時効処理を施して永久磁石を作
製した。

永久磁石の磁気特性は、 Br＝10.8kG、 _ＩH_C＝16.8kOe、（BH）max＝28.6MGOe、 H_C＝10.6kOeであつた。

比較のため、同一組成の合金を密閉容器内に挿
入し、H₂ガスを10分間流入させて空気と置換し、
10Kg／cm²のH₂ガス圧力で１時間処理する水素粉
砕して35メツシユスルーの粗粉砕粉を得たとこ
ろ、O₂量は1850ppmであつた。さらに、脱水素
処理後、ボールミルにより３時間の微粉砕を行な
い平均粒度3.3μmの合金粉末を得た。

この水素粉砕で得た合金粉末を同一製造条件で
永久磁石となし、磁気特性を測定したところ、 Br＝11.0kG、 _ＩH_C＝15.7kOe、（BH）max＝28.2MGOe、 H_Cｃ＝10.1kOeを得た。

発明の効果実施例に明らかなように、この発明によると合
金の粉末化のプロセスは大巾に簡略化されると共
に、酸素含有量の低い、すぐれた品質の希土類・
ボロン・鉄系永久磁石用合金粉末が容易に得られ
ることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による製造方法に使用した噴
霧装置を示す説明図である。１……るつぼ、２……溶湯ノズル、３……高周
波コイル、４……ストツパ、５……不活性ガスノ
ズル。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｒ８原子％〜30原子％（但し、ＲはＹを包
含する希土類元素のうち少なくとも１種）、Ｂ２原子％〜28原子％、 Fe 42原子％〜90原子％、を主成分とする溶融合金を非酸化性雰囲気中にお
いて、噴霧法により主相が正方晶化合物である粉
末にすることを特徴とする希土類・ボロン・鉄系
永久磁石用合金粉末の製造方法。