JPH0561345B2

JPH0561345B2 -

Info

Publication number: JPH0561345B2
Application number: JP60162826A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Matsura; Setsuo Fujimura; Hitoshi Yamamoto; Satoru Hirozawa; Masato Sagawa
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1985-07-25
Filing date: 1985-07-25
Publication date: 1993-09-06
Also published as: JPS6223959A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は（BH）max45MGOe以上を有する
Fe・Ｂ・Ｒ系高性能永久磁石材料に関する。（従来の技術）現代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20〜30wt％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。本願発明者は先に、高価なSmとCoを含まない
か又は必須としない新しい高性能永久磁石として
（FeBR系特開昭59−46008号、FeBRM系特開昭
59−89401号）。またＲとしてSmを必須とせず少
量のCoによりこれらのFe−Ｂ−Ｒ系のキユリー
温度を上昇させることも提案した（FeCoBR系特
開昭59−64733号、FeCoBRM系特開昭59−
132104号）。以下「Fe−Ｂ−Ｒ系」の語は一般に広義に用
い、基本的にFe−Ｂ−Ｒ正方晶系を主体とする
系（部分的置換、添加物元素を含むもの）を総称
するものとする。この永久磁石はＲとして、NdやPrを中心とし
て資源的に豊富な軽希土類元素を主成分として用
い、R10at％〜30at％（ＲはNd，Pr，Dy，Ho，
Tbの少くとも１種、あるいは更にLa，Ce，Sm，
Gd，Er，Eu，Tm，Yb，La，Ｙの少くとも１種
からなる）、B₂at％〜28at％，Fe65at％〜80at％
を主成分とし、結晶構造的にはR₂Fe₁₄Ｂ正方晶
の磁性相が50vol％以上とＲリツチ金属相、Ｂリ
ツチ金属相及びR₂O₃相からなる非磁性相が50vol
％以下からなり、磁石特性としてはBrは10.5kG
以上、Hcは10kOe以上、（BH）maxは25MGOe
以上、最高40MGOeの極めて高いエネルギー積
を示す磁石特性のすぐれた磁石材料である。一方従来のSmCo系磁石ではエネルギー積
30MGOe以上とすることは困難な課題とされて
いたものである。本発明は上述のFeBR系永久磁石材料をさらに
磁石特性において改善することを目的とする。（発明による問題点を解決するための手段）発明者は前記Fe・Ｂ・Ｒ系永久磁石材料の磁
石特性特に（BH）maxの改善向上を図るため、
組成範囲及び量的関係について特にFe・Nd・Ｂ
焼結磁石体について、種々検討した。その結果、
Fe・Nd・Ｂ焼結磁石体においては、前記非磁性
相の量が多くなるとBrの低下を招来するので、
一見前記非磁性相が存在しないことが有効かのご
とく思われるが、発明者による透過電子顕微鏡に
よる調査結果では焼結磁石体の結晶粒界面で保磁
力発生に重要な作用を及ぼし、且つ結晶粒界の形
成にNdリツチ金属相及びＢリツチ金属相等の非
磁性相が大きく関与しており、Fe・Nd・Ｂ焼結
磁石体において、非磁性相が存在しなければ、焼
結磁石体にFe相が析出して、前記磁石体の保持
力は急激に低下するものであり、Fe，Ｂ，Ｒの
特定の組成範囲内において、含有するO₂量を特
定量以下とし、且つ磁性相のR₂Fe₁₄Ｂの正方晶
相と非磁性相のＲリツチ金属相、Ｂリツチ金属相
及びR₂O₃の量比を特定範囲内にしたとき、焼結
磁石体の磁石特性、特に（BH）maxは今まで想
像もされなかつた45MGOe以上の焼結磁石体が
得られ、特に好ましいFe，Ｂ，Ｒの組成範囲、
O₂量及び磁性相と非磁性相の最適量比範囲にお
いては（BH）maxは50MGOe以上のものが得ら
れることを知見した。即ち、本発明の第１の態様たる高性能永久磁石
材料は、12.0〜15.0at％Ｒ（ＲはNd又はPrの１種
又は２種、或いはその１部を1at％以下の重希土
類元素（Dy，Tb，Ho）の少くとも１種にて置
換できる）、5.5〜8.0at％Ｂ，残部はFe及び不可
避的不純物からなり、O₂量2500ppm以下であり
（以下Fe−Ｂ−Ｒ基本組成と称す）、結晶構造的
にR₂Fe₁₄Ｂ正方晶の磁性相のＲリツチ金属相、
Ｂリツチ金属相及びR₂O₃相からなる比磁性相に
対する体積比が15〜300であり、（BH）
max45MGOe以上を有することを特徴とする。更に本発明の第２の態様においては、Fe−Ｂ
−Ｒ基本組成のうちFeの一部を合金に対し23.0原
子％以下のCoで置換することにより、Fe−Ｂ−
Ｒ正方晶系合金のキユリー温度Tcを増大できる。本発明の第３の態様として上記Fe−Ｂ−Ｒ基
本組成において、Feの一部に代わり2at％以下の
Ti，Cr，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Mo，Ｗ，Al，
Siの少くとも１種（以下添加元素と称す）を含有
せしめた組成とすることにより、（BH）
max45MGOe以上でありかつさらに保磁力の向
上した永久磁石材料を得ることができる。本発明の第４の態様は、第２、第３の態様の組
合せから成り、キユリー温度が増大されかつ保磁
力が増大した永久磁石材料が得られる。（好適な実施の態様及び作用効果）本発明のFe−Ｂ−Ｒ系合金のFe−Ｂ−Ｒ正方
晶構造については、既にEP公開No.101552，No.
106948等に開示され、さらにジボール他
（Givord，Ｄ；Li，H.S.；Moreau，J.M.，So1.
Stat.Commun.，50（1984）P497−499“Magnetic
Properties and Crystal Structure of Nd₂Fe₁₄
Ｂ”），或いは佐川他（M.Sagawa，s.Fujimura，
H.Yamamoto，Y.Matsuura and K.Hiraga，
IEEE Trans.Magn.MAG−20 No.５（1984）
pp.1584−1589 “PERMANENT MAGNET MATERIALS
BASED ON THE RARE EARTH−IRON−
BORON TETRAGONAL COMPOUNDS”）
に開示の通りである。本発明は高い磁気特性を付与するため、磁気異
方性の焼結永久磁石を提供するが、同様な条件を
等方性磁石に適用することにより、やはり優れた
等方性磁石が得られる。等方性の場合、磁界中で
の粒子の配向を省く以外同様な条件を適用でき
る。以下磁気異方性永久磁石について詳述する。本発明においては、12.5〜13.5at％Ｒ（ＲはNd
又はPrの１種又は２種、或いはその１部を１％
以下の前記重希土類元素の少くとも１種にて置換
できる）、6.0〜7.5at％Ｂ，O₂1800ppm，残部Fe
及び不可避的不純物からなり、（好ましいFe−Ｂ
−Ｒ基本組成）、R₂，Fe₁₄Ｂ正方晶の磁性相とＲ
リツチ金属相、Ｂリツチ金属相及びR₂O₃の非磁
性相の体積比を25〜150にすることにより、
（BH）maxは46MGOe以上、最高52MGOeにも
達する。（なおこの場合不純物レベルは可及的に
少くすることが好ましいことは言うまでもない。）好ましいFe−Ｂ−Ｒ基本組成を第２〜４の態
様に適用することにより、夫々所定の効果がさら
に付加される。第２の態様の詳述は次の通りである。即ち、Feの１部を23.0原子％以下、（対合金全
体）のCoで置換することにより、焼結磁石体の
キユリー点Tcの上昇と共に温度特性の改善に有
効である。Coは少量でも有効（例えば0.1〜1at
％）でありCo量にほゞ対応してキユリー点は上
昇する。Co5at％以上でBrの温度係数は0.1％／
℃以下となり、Co23at％以下では他の磁気特性
に悪影響を与えずにキユリー点を上昇させる。
Co10〜20at％ではiHcの増大もある。Coにより
角形性の改善も生ずる。本発明の第３，４の態様としては上記好ましい
Fe−Ｂ−Ｒの基本組成において、主成分のFeの
１部を2at％以下の添加元素の少くとも１種にて
置換することにより前記と同様（BH）
max46MGOe以上、最高52MGOeに達し、すぐ
れた保磁力が得られる。この発明の永久磁石材料の主成分たる希土類元
素ＲはNd又はPrの１種又は２種、或いは保磁力
向上のため、更にその１部を1at％以下のDy，
Tb，Hoの重希土類元素の少くとも１種と置換す
ることができる。またコスト低減のため2at％以
下のCe，Laで置換することも可能である。なお、
このＲは純希土類元素でなくてもよく、工業上入
手可能範囲で製造上、不可避な不純物（他の希土
類元素等）を含有するもの（例えばミツシユメタ
ル等を部分的に用いること）でもよい。但しSm
は可及的に少いことが好ましい。Ｒは12.0at％未満では、焼結磁石体に1vol％以
上のFeが析出するようになり、保磁力は急激に
低下し、又15at％を越えると残留磁束密度（Br）
が低下するので、所要のすぐれた特性が得られな
い。よつてＲは12.0at％〜15.0at％とする。又Ｂは5.5at％未満では焼結磁石体の保磁力及
び角形性の低下を招来し、又8.0at％を越えると
Brが低下して、すぐれた磁石特性が得られない
ので、Ｂは5.5at％〜8.0at％とする。本発明においてはFeの１部を保磁力向上のた
め2at％以下の添加元素Ti，Cr，Zr，Hf，Ｖ，
Nb，Ta，Mo，Ｗ，Al，Siの少くとも１種にて
置換できるが、置換量が2at％を越えるとBrの低
下が顕著になるのでそれ以下とする。添加元素の
含有量に対応してBrは低下するのでBrが余り低
下せずかつ保磁力増大に有効な微小量（1at％以
下さらに0.5at％以下）の含有が好ましい。これ
らの添加元素は特にある種の不純物（Ｃ等）に対
しその無害化を促すことにより保磁力増大に寄与
するものと考えられる。 O₂量が2500ppmを越えるとBr，Hc及び（BH）
max共に低下するので、O₂量は2500ppm以下に
する必要がある。エネルギー積46MGOe以上と
するためにはO₂1800ppm以下が必要である。本発明において、R₂Fe₁₄Ｂ正方晶の磁性相
（強磁性を示す）のＲリツチ金属相、Ｂリツチ金
属相及びR₂O₃相からなる非磁性相に対する体積
比が15未満ではBrが低下して、（BH）
max45MGOe以上の特性が得られず、又300を越
えると、そのような焼結磁石体を得ることが非常
に困難であると共に焼結体内にFeが晶出しやす
くなり（1vol％以上に達する）、磁石特性の劣化
を招来するので、前記体積比は15〜300にする必
要がある。この体積比は既述の通り25〜150が
46MGOe以上とするために必要である。本発明の焼結磁石体の平均結晶粒径は所定の保
磁力を付与するため約1μm以上となる（２〜
10μmでは一般に保磁力iHc 8kOe以上が達成さ
れる）。本発明の磁石材料は典型的には鋳塊粉砕法、或
いはCa還元拡散法により得られた合金粉末より
製造されるが、合金粉末中に含有されるO₂量は
極力少なくする必要があり、本発明の磁石材料の
製造の全工程において、酸化しない様、不活性雰
囲気中にて保管及び作業する必要がある。他の不
純物Cu，Ｓ，Ｃ，Ca，Mg等も可及的に少ない
ことが好ましい。特にCu，Ｓ，ＣはBrを低下さ
せる。（実施例）（実施例１）出発原料として純度99.9％の電解鉄、B19.4％
を含有して残部はFeからなり、Al，Si，Ｃ等を
不純物として含有するフエロボロン合金、純度
99.7％以上のNdを高周波溶解し、その後水冷銅
鋳型に鋳造し、冷却速度2000℃／minにて第１表
の如き組成の１Kgの鋳塊を得た。その後鋳塊をア
ルゴン雰囲気中にて粗粉砕、さらに湿式微粉砕し
て、平均粒度2.6μmの微粉末を得た。得られた微
粉末を酸化しない様保管後、アルゴン雰囲気中に
て15kOeの磁界中で配向し、1.5T／cm²の加圧力に
て成型した15mm×16mm×10mm寸法の成型体を
60Torrのアルゴン雰囲気中にて1080℃×1Hrの
条件にて焼結後、更に60Torrのアルゴン雰囲気
中にて800℃×1Hrと600℃×1Hrの２段時効処理
を行つて磁石化した後、焼結磁石体の結晶構造相
体積比、O₂量、磁石特性を測定し、その結果を
第１表に表わす。尚、第１表において、結晶構造相の体積比は電
子顕微鏡及び光学顕微鏡により、夫々の磁性相及
び非磁性相を判定後算出した。磁性相の比磁性相に対する体積比の算出は例え
ば以下のようにして行なつた。偏光装置の付属した光学顕微鏡を用いれば、磁
性相にはコントラストの変化として捉えることが
できるが、非磁性相ではこのようなことはない。
第１図はこのようにして得られた焼結体の400倍
の像に画像処理を施した例で黒い部分が磁性相、
白い部分が非磁性相に相当する。この場合面積比
は89.16：10.84，体積比はこの面積比を２分の３
乗した体積比として算出されこの場合23.6と求ま
る。焼結磁石体に1vol％以下のFe相の含有は磁
石特性を低下させないが体積比の算出からはFe
相は除く。又、比較のため、出発原料として、前記と同一
の原料を使用し、アルゴン雰囲気中にて高周波溶
解して第１表のNo.１と同一組成及び15Nd77Fe8B
（at％）なる組成の鋳塊を得た。その後鋳塊を大
気中にて粗粉砕、微粉砕して、平均粒度2.6μmの
微粉末を得た。得られた微粉末を大気中にプレス
する以外は、焼結条件及び時効処理条件は実施例
１と同一条件にて磁石化し、焼結磁石体の結晶構
造相体積比、O₂量、磁石特性を測定し、その結
果を第１表に併記した。

【表】
＊比較例

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の結晶構造を示す顕
微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１ 12.0〜15.0at％Ｒ（ＲはNd又はPrの１種又は
２種、或いは更にその１部を1at％以下のDy，
Tb，Hoの１以上にて置換できる）、5.5〜8.0at％
Ｂ、残部Fe及び不可避的不純物からなり、O₂
2500ppm以下であり、R₂Fe₁₄Ｂ正方晶の磁性相
のＲリツチ金属相、Ｂリツチ金属相及びR₂O₃相
からなる非磁性相に対する体積比が15〜300であ
り、（BH）max45MGOe以上を有することを特
徴とする高性能永久磁石材料。２ 12.0〜15.0at％Ｒ（ＲはNd又はPrの１種又は
２種、或いは更にその１部を1at％以下のDy，
Tb，Hoの１以上にて置換できる）、5.5〜8.0at％
Ｂ、23at％以下のCo（但しCo0％を除く）、残部
Fe及び不可避的不純物からなり、O₂2500ppm以
下であり、R₂Fe₁₄Ｂ正方晶の磁性相のＲリツチ
金属相、Ｂリツチ金属相及びR₂O₃相からなる非
磁性相に対する体積比が15〜300であり、（BH）
max45MGOe以上を有することを特徴とする高
性能永久磁石材料。３ 12.0〜15.0at％Ｒ（ＲはNd又はPrの１種又は
２種、或いは更にその１部を1at％以下のDy，
Tb，Hoの１以上にて置換できる）、5.5〜8.0at％
Ｂ、2at％以下のTi，Cr，Zr，Hf，Ｖ，Nb，
Ta，Mo，Ｗ，Al，Siの少くとも１種の添加元
素（０％を除く）、残部Fe及び不可避的不純物か
らなり、O₂2500ppm以下であり、R₂Fe₁₄Ｂ正方
晶の磁性相のＲリツチ金属相、Ｂリツチ金属相及
びR₂O₃相からなる非磁性相に対する体積比が15
〜300からなり、（BH）max45MGOe以上を有す
ることを特徴とする高性能永久磁石材料。４ 12.0〜15.0at％Ｒ（ＲはNd又はPrの１種又は
２種、或いは更にその１部を1at％以下のDy，
Tb，Hoの１以上にて置換できる）、5.5〜8.0at％
Ｂ、23at％以下のCo（但しCo0％を除く）、2at％
以下のTi，Cr，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Mo，
Ｗ，Al，Siの少くとも１種の添加元素（０％を
除く）、残部Fe及び不可避的不純物からなり、O₂
2500ppm以下であり、R₂Fe₁₄Ｂ正方晶の磁性相
のＲリツチ金属相、Ｂリツチ金属相及びR₂O₃相
からなる非磁性相に対する体積比が15〜300から
なり、（BH）max45MGOe以上を有することを
特徴とする高性能永久磁石材料。