JPH0565603A - 鉄−希土類系永久磁石材料およびその製造方法 - Google Patents
鉄−希土類系永久磁石材料およびその製造方法Info
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Abstract
きな飽和磁化と高い保磁力とを安定的に得られる鉄−希
土類系永久磁石材料の製造方法を提供し、よって新規な
希土類系永久磁石材料を安定的に提供すること。 【構成】 RをY,Thおよびすべてのランタノイド元
素からなる群の中から選ばれた1種または2種以上の元
素の組合せ、XをN(窒素)もしくはB(硼素)もしくはC
(炭素)またはこれらの元素の組合せとするとき、原子百
分率で、R:3〜30%、X:0.3〜50%を含み、
残部が実質的にFeから成り、主相が体心正方晶構造を
有することを特徴とする鉄−希土類系永久磁石材料であ
る。MをTi,Cr,V,Zr,Nb,Al,Mo,M
n,Hf,Ta,W,Mg,Si,Sn,Geからなる
群の中から選ばれた1種または2種以上の元素の組合せ
とするとき、Feの一部をMで置換することにより、原
子百分率で、M:0.5〜30%を含むようにしたもの
も含む。
Description
する鉄−希土類系永久磁石材料およびその製造方法に関
する。
Thおよびすべてのランタノイド元素からなる群の中か
ら選ばれた1種または2種以上の元素の組合せ)とから
なる金属間化合物の中には高い結晶磁気異方性と大きな
飽和磁化とを示すものがあり、高保磁力、高エネルギ−
積を有する永久磁石材料として有望である。しかし、F
e−Rのみの2元系からなる合金では、高いキュリー点
や一軸の結晶磁気異方性を得ることは難しい場合が多
い。このために、第3の元素としてN(窒素)を添加する
ことによりその点を改良した材料が、先に本発明者によ
り提供されている(特開昭60−131944号)。ま
た、Sm−Feの2元系合金もキュリー点・結晶磁気異
方性の両面から見て永久磁石材料としては適さないが、
近年、これに第3の元素としてTi,V,Cr,Al,
Si,Mo,Wを添加することにより特性の改善を計る
試みが行われている( K.H.J.Buschow: Journal of App
lied Physics, 63巻, 3130頁, 1988年発行)。 すなわ
ち、GをTi,V,Cr,Al,Si,Mo,Wとする
とき、Sm(Fe1-XGx)12なる組成の合金では体心正
方晶構造が安定化され、これが優れた永久磁石特性を示
す、というものである。中でも、SmFe11Tiが優れ
ている、とされる。
1-xGx)12なる組成の合金において、体心正方晶構造を
生成させ所望の特性を得るためには超急冷法やメカニカ
ルアロイング法,等の特殊な製法を必要としているのが
現状である。しかも、その場合でも所期の特性が必ずし
も安定的には得られにくい、すなわち、同じ組成の合金
を同じように処理しても所期の特性は得られない場合が
あったりする、といった問題もある。
e1-xGx)12なる合金において体心正方晶構造を生成さ
せ所望の特性を得るためには超急冷法やメカニカルアロ
イング法等の特殊な製法を必要とすること、また、その
場合でも所期の特性が必ずしも安定的には得られにくい
こと、の理由につき、本発明者は鋭意検討を重ねた結
果、これらの問題の解決のためには、いわゆる「準安定
・非平衡な状態」の関与に着目することが重要であるら
しいことがわかった。すなわち、超急冷法においてはそ
の急速なる冷却により原子拡散が抑制されることから、
また、メカニカルアロイング法では処理そのものの特質
から、いずれも「準安定・非平衡な状態」が出現しやす
い状況にあるが、目的とする体心正方晶構造が形成され
るためには、その生成過程においてこのような「準安定
・非平衡な状態」の出現することが必須要件であるらし
いことがわかった。
衡な状態」は、元来が安定ではないところの "準安定・
非平衡" な状態のものなのであるから、わずかな微妙な
条件の違いにより、該相が生成されたり生成されなかっ
たりする場合があることは、むしろ当然とも言える。そ
こで、上記問題を解決して、体心正方晶構造が安定的に
生成されるようにするためには、合金中に格子間侵入型
原子であるN(窒素)もしくはB(硼素)もしくはC(炭素)
またはこれらの元素の組合せを含有させるようにすれ
ば、局所的な格子の乱れ、すなわち、本来の熱力学的完
全安定な状態とは異なったいわば準安定・非平衡な状態
がより容易に惹起されやすくなるようになり、効果的で
あるのではないかと考えて、この面からの検討を進めた
結果、本発明を完成するに到ったものである。
すべてのランタノイド元素からなる群の中から選ばれた
1種または2種以上の元素の組合せ、XをN(窒素)もし
くはB(硼素)もしくはC(炭素)またはこれらの元素の組
合せとするとき、原子百分率で、R:3〜30%、X:
0.3〜50%を含み、残部が実質的にFeから成り、
主相が体心正方晶構造を有することを特徴とする鉄−希
土類系永久磁石材料、または、RをY,Thおよびすべ
てのランタノイド元素からなる群の中から選ばれた1種
または2種以上の元素の組合せ、XをN(窒素)またはN
とB(硼素)もしくはC(炭素)もしくはそれら両方の元素
との組合せとするとき、原子百分率で、R:3〜30
%、X:0.3〜50%を含み、残部が実質的にFeか
ら成り、主相が体心正方晶構造を有するような鉄−希土
類系永久磁石材料を製造するに際して、予め、N含有量
が所望の量よりは少ない材料もしくは実質的にNを含有
しない材料を作製した後、これをNを含む気体中で処理
して材料中にNを侵入させることにより、所望のN含有
量にするようにしたことを特徴とする鉄−希土類系永久
磁石材料の製造方法である。
き詳細に説明する。本発明において、Rは、磁気異方性
を生み保磁力を発生させる上で本質的な役割を担う、極
めて重要な構成元素である。Rとしては、Y,Thおよ
びすべてのランタノイド元素、すなわち、Y,La,C
e,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,LuおよびThが含ま
れ、これらからなる群の中から選ばれた1種または2種
以上の元素の組合せとして用いればよい。Rは、原子百
分率で3〜30%、好ましくは5〜18%、さらに好ま
しくは6〜12%の範囲にあることが必要である。Rが
3%未満では保磁力が得られないので、Rの下限は3%
とする。一方、Rが30%を超えると飽和磁化が小さく
なりすぎるとともに、材料の酸化が激しく耐食性がきわ
めて悪くなるので、Rの上限は30%とする。安定した
磁気特性を得るためには、Rの量は通常5〜18%の範
囲に選ぶことが望ましい。とりわけRの量を6〜12%
とするときは体心正方晶構造が安定に得られやすい。な
お、特に高い磁束密度と大きなエネルギ−積とを得たい
時には、Rを7〜9%に選択することが有効である。
な効果を持つ元素である。Mとしては、Ti,Cr,
V,Zr,Nb,Al,Mo,Mn,Hf,Ta,W,
Mg,Si,Sn,Geが含まれ、これらからなる群の
中から選ばれた1種または2種以上の元素の組合せとし
て用いればよい。Mの中の多くの元素は、また一方、本
発明構成元素の中のXとの親和力が強い元素でもあるの
で、本発明においては、特に比較的不安定なNを合金中
で安定化させる上でもMがまた大きな効果を有してい
る。そして、後述のようにX自体もまた体心正方晶構造
を安定化させる効果を有しているので、結局、MとXと
は相乗的に作用して体心正方晶構造を安定化する上に大
いに効果がある。これらの効果を発揮させるためには、
Mの量は原子百分率で0.5〜30%であればよいが、
通常は1〜15%であることが好ましい。Mが0.5%
未満では上記した効果が得られないので、Mの下限は
0.5%とする。一方、Mが30%を超えると飽和磁化
が小さくなりすぎるので、Mの上限は30%とする。こ
の内でも、安定した磁気特性を得るためには、Mの量は
通常1〜15%の範囲に選ぶことが望ましい。特にMが
Tiの場合には、その含有量が重量百分率で10%を超
えるように選ぶことにより、いっそう安定なThMn12
型体心正方晶構造を生成させることができ、材料の熱的
安定性をも増すことができる。上記したMは、いずれも
保磁力Hcを発生させる上で効果があるが、それらの中
でAl,Si,Sn,Geには飽和磁化を低下させやす
い欠点がある。
はC(炭素)またはこれらの元素の組合せ,は、本発明に
おいて、合金中に準安定・非平衡な状態を惹起すること
により体心正方晶構造を生成する上でのいわば一種の駆
動力としての作用を発揮するとともに、磁気特性面から
いうと飽和磁化を増すとともに高保磁力を発生させる本
質的に重要な役割を果たしているところの必須構成成分
であるが、その含有量は、原子百分率で0.3〜50
%、好ましくは2〜20%、さらに好ましくは5〜15
%の範囲にあることが必要である。Xが0.3%未満で
はXの添加効果が認められず飽和磁化が小さいので、X
の下限は0.3%とする。一方、Xが50%を超えると
飽和磁化がかえって小さくなりすぎるので、Xの上限は
50%とする。体心正方晶構造を安定的に生成させるた
めには、Xの量は通常2〜20%、とりわけ5〜15%
の範囲に選ぶことが望ましい。
は、格子間侵入型の原子として存在する必要がある。そ
うすることによって、Xは合金中に局所的な格子の乱れ
を生じ一種の準安定・非平衡な状態を惹起し、これが体
心正方晶構造を生成する上でのいわば「活性化された状
態」として作用し得る。
れを材料中に含有させる方法としては、Nをもともと含
むようなものを原材料として用いるという方法によって
もよいが、むしろ、後の工程において、適宜な気体中も
しくは液体中において処理することによりNを材料の中
へ侵入させる方法が推奨される。Nを侵入させるために
用いる気体としては、N2ガス、N2+H2混合ガス、N
H3ガス、およびこれらの混合ガス等(H2ガスもしくは
その他の不活性ガス等で希釈する場合を含む)を用いる
ことが出来る。また、その場合の処理温度としては通常
200〜1000℃、特に400〜700℃とすればよ
い。また、その場合の処理時間としては通常0.2〜5
0時間程度でよいが、材料の所望特性に応じて適宜選択
すればよい。
は、B,Cをもともと含むようなものを原材料として用
いることが通常に可能である。ただし、この場合でも、
もしB,Cの化合物の形のものを用いる場合には、極め
て安定な化合物,例えばM元素との硼化物,R元素との
硼化物,M元素との炭化物,R元素との炭化物,等は合
金中においてB,C原子単体の形に解離せず、従って格
子間侵入型の原子として存在させることが困難な場合が
多いので、あまり好ましくない。B,Cの原材料として
は、金属ボロン,黒鉛等の純元素,または比較的安定度
の低い化合物,例えばフェロボロン,Fe3C等Feと
の炭化物,等が推奨される。本発明において、Bは他の
2つの格子間侵入型元素N,Cに比較して、原材料から
合金中に添加することは最も容易である点が特長であ
る。B,Cは、本発明の鉄−希土類系永久磁石材料の中
でMを含有しないような鉄−希土類系永久磁石材料に対
しては特に効果的である。これは、B,CはNと異なり
最初から材料中に存在させておくことが容易に可能であ
るためであると考えられる。
せることにより体心正方晶構造が安定化される理由につ
いては、正確なところは未だ不明であり鋭意検討中の段
階であるが、一応次のように推定される。例えばSmF
e12では体心正方晶構造が生成されないが、これはTh
(+4価のイオン半径=1.02 )対 Mn(+2価のイ
オン半径=0.80 ),Sm(+3価のイオン半径=1.00
)対 Fe(+3価のイオン半径=0.60 )で比較し
た場合、Feの大きさがSmに比べて小さすぎるためで
あると考えられる。そして、この中のFeの一部を例え
ばTi(+3価のイオン半径=0.69 )等で置換して前
記SmFe11Ti等とすることにより体心正方晶ThM
n12型構造が生成されるようになるのであるが、Ti等
は図1に示す体心正方晶ThMn12型構造において8i
サイトに存在するといわれている。従って、このときの
Ti等の役割は、その原子径がFeよりも大きいこと等
に由来して8iサイトにおいて格子を拡張している点に
あると考えられ、このことからSm原子径に見合うよう
な格子の整合が実現され体心正方晶構造の生成が可能に
なってくるものと考えられる。そうであるとするなら
ば、格子を伸長する上で大いに効果のある格子間侵入型
原子のXを上記Tiに代えて,あるいは上記Tiと併せ
用いることにより、いっそう安定的にThMn12型構造
の生成を実現することが可能になる。
しくはB(硼素)もしくはC(炭素)の各々を単独で用いて
もよいが、それらを組み合わせて用いるといっそう効果
的である場合もある。合金が元素Mを含まない場合に
は、特にNとB,ならびにCとBの組み合わせが効果的
である。N,Cが占める格子間位置サイトとBが占める
格子間位置サイトとはおそらく異なると思われる点にそ
の理由があるものと考えられる。また、NならびにB,
Cはいずれも格子間侵入型に存在し得る原子であるとい
う点では共通点を有するのであるが、前記のように、N
は気体から、B,Cは原材料から、というふうに敢えて
異なった機構を通じて合金中に含有させるようにすれ
ば、それらの各々の機構で占めやすい格子間位置を各々
に占めさせ得ることから、性格の異なる両機構をともに
利用することにより格子間侵入型構造の形成をより確実
なものとするようにできることが期待される。また、そ
のような機構の違いに由来して、NとB,Cとの間には
メカニズム細部については当然差異があることが予想さ
れ、また、BとCとの間にも原子径・原子価(即ち,電
子構造)等の違いに由来して当然差異があることも予想
される。
実なものとし、所望の特性を得るために、本発明と超急
冷法やメカニカルアロイング法等の処理を組み合わせて
もよいことは言うまでもない。
て、Feの一部をCoで置換することにより、保磁力を
向上させると共に材料磁気特性の温度特性を向上させる
ことができる。このためにはCoの量は原子百分率で1
〜50%、好ましくは5〜30%の範囲にあることが望
ましい。Co含有量が1%未満では保磁力を向上する効
果が小さく、また50%を越えると飽和磁束密度が次第
に低下してくる。Coの量を5〜30%に選ぶことによ
り材料磁気特性の温度特性が向上する。
て、Feの一部をNiで置換することにより、材料の耐
食性を改善させることができる。このためにはNiの量
は原子百分率で0.5〜30%、好ましくは2〜10%
の範囲にあることが望ましい。0.5%未満では耐食性
の向上効果が少なく、また30%を越えると飽和磁束密
度が低下する。
明するが、本発明は特にこれらに限定されるものではな
い。
d21.5%,Ti5.48%,Cr5.95%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe76.1%,Nd9.42
%,Ti7.25%,Cr7.25%に相当する。得ら
れたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳
鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミルで粉砕して、約3
0μm径の粉体とした。この粉体にNを含有させるため
に、これをN2ガス中ほぼ500℃付近の温度において
処理した。この処理により材料中にNが1.31重量%
含有された。したがって材料全体としての組成は、重量
%でFe66.2%,Nd21.2%,Ti5.41
%,Cr5.87%,N 1.31%、すなわち原子%
ではFe71.8%,Nd8.89%,Ti6.84
%,Cr6.84%,N 5.67%に相当する。この
粉体をジェットミルでさらに微粉砕した後、20kOeの
磁場中において配向させワックスで固化して磁気特性を
測定したところ、飽和磁化(4πIs)は105emu/
g,保磁力(iHc)は5300 Oeであった。また、得
られた粉体をCuKα線を用いてX線回折したところ、
その多くが体心正方晶ThMn12型の結晶構造であると
認められた。
d21.6%,Ti11.0%となるように原料を秤量
し、これをアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原
子%でFe76.1%,Nd9.42%,Ti14.5
%に相当する。得られたインゴットを900℃で7日間
焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミ
ルで粉砕して、約30μm径の粉体とした。この粉体に
Nを含有させるために、これをN2ガス中ほぼ500℃
付近の温度において処理した。この処理により材料中に
Nが1.26重量%含有された。したがって材料全体と
しての組成は、重量%でFe66.6%,Nd21.3
%,Ti10.9%,N1.26%、すなわち原子%で
はFe72.0%,Nd8.91%,Ti13.7%,
N 5.42%に相当する。この粉体をジェットミルで
さらに微粉砕した後、20kOeの磁場中において配向さ
せワックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和
磁化(4πIs)は124emu/g,保磁力(iHc)は
7800 Oeであった。また、得られた粉体をCuKα
線を用いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶
ThMn12型の結晶構造であると認められた。
d21.7%,Ti7.20%となるように原料を秤量
し、これをアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原
子%でFe80.9%,Nd9.56%,Ti9.56
%に相当する。得られたインゴットを900℃で7日間
焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミ
ルで粉砕して、約30μm径の粉体とした。この粉体に
Nを含有させるために、これをN2ガス中ほぼ500℃
付近の温度において処理した。この処理により材料中に
Nが1.15重量%含有された。したがって材料全体と
しての組成は、重量%でFe70.3%,Nd21.5
%,Ti7.12%,N1.15%、すなわち原子%で
はFe76.8%,Nd9.08%,Ti9.08%,
N 5.03%に相当する。この粉体をジェットミルで
さらに微粉砕した後、20kOeの磁場中において配向さ
せワックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和
磁化(4πIs)は75emu/g,保磁力(iHc)は2
700 Oeであった。また、得られた粉体をCuKα線
を用いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶T
hMn12型の結晶構造であると認められた。
m23.5%,B 2.60%となるように原料を秤量
し、これをアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原
子%でFe76.9%,Sm9.09%,B 14.0
%に相当する。得られたインゴットを900℃で7日間
焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミ
ルで粉砕して、約30μm径の粉体とした。この粉体に
Nを含有させるために、これをN2+H2ガス中ほぼ50
0℃付近の温度において処理した。この処理により材料
中にNが1.58重量%含有された。したがって材料全
体としての組成は、重量%でFe72.7%,Sm2
3.1%,B 2.56%,N 1.58%、すなわち原
子%ではFe72.1%,Sm8.53%,B 13.
1%,N 6.23%に相当する。この粉体をジェット
ミルでさらに微粉砕した後、20kOeの磁場中において
配向させワックスで固化して磁気特性を測定したとこ
ろ、飽和磁化(4πIs)は72emu/g,保磁力(iH
c)は2400 Oeであった。また、得られた粉体をC
uKα線を用いてX線回折したところ、その多くが体心
正方晶ThMn12型の結晶構造であると認められた。
d22.5%,C 1.01%,B 2.60%となるよ
うに原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe73.3%,Nd8.67
%,C4.67%,B 13.3%に相当する。得られ
たインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳鉢
中で粗粉砕し、さらにディスクミルで粉砕して、約30
μm径の粉体とした。この粉体をジェットミルでさらに
微粉砕した後、20kOeの磁場中において配向させワッ
クスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和磁化
(4πIs)は72emu/g,保磁力(iHc)は220
0 Oeであった。また、得られた粉体をCuKα線を用
いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶ThM
n12型の結晶構造であると認められた。
d20.8%,Ti10.6%,Co13.0%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe62.9%,Nd9.09
%,Ti14.0%,Co14.0%に相当する。得ら
れたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳
鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミルで粉砕して、約3
0μm径の粉体とした。この粉体にNを含有させるため
に、これをNH3ガス中ほぼ450℃付近の温度におい
て処理した。この処理により材料中にNが1.63重量
%含有された。したがって材料全体としての組成は、重
量%でFe54.7%,Nd20.4%,Ti10.4
%,Co12.8%,N 1.63%、すなわち原子%
ではFe58.6%,Nd8.46%,Ti13.0
%,Co13.0%,N 6.96%に相当する。この
粉体をジェットミルでさらに微粉砕した後、20kOeの
磁場中において配向させワックスで固化して磁気特性を
測定したところ、飽和磁化(4πIs)は90emu/g,
保磁力(iHc)は3300 Oeであった。また、得ら
れた粉体をCuKα線を用いてX線回折したところ、そ
の多くが体心正方晶ThMn12型の結晶構造であると認
められた。
m21.5%,Ti10.5%,Ni6.46%から成
る合金をアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原子
%でFe69.9%,Sm9.09%,Ti14.0
%,Ni6.99%に相当する。得られたインゴットを
900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、
さらにディスクミルで粉砕して、約30μm径の粉体と
した。この粉体にNを含有させるために、これをN2ガ
ス中ほぼ450℃付近の温度において処理した。この処
理により材料中にNが0.292重量%含有された。し
たがって材料全体としての組成は、重量%でFe61.
3%,Sm21.5%,Ti10.5%,Ni6.44
%,N 0.292%、すなわち原子%ではFe69.
0%,Sm8.97%,Ti13.8%,Ni6.90
%,N 1.31%に相当する。この粉体をジェットミ
ルでさらに微粉砕した後、20kOeの磁場中において配
向させワックスで固化して磁気特性を測定したところ、
飽和磁化(4πIs)は71emu/g,保磁力(iHc)
は2200 Oeであった。また、得られた粉体をCuK
α線を用いてX線回折したところ、その多くが体心正方
晶ThMn12型の結晶構造であると認められた。
m21.9%,Ti10.7%,B 1.81%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe68.6%,Sm8.50
%,Ti13.1%,B 9.80%に相当する。この
粉体をジェットミルでさらに微粉砕した後、20kOeの
磁場中において配向させワックスで固化して磁気特性を
測定したところ、飽和磁化(4πIs)は88emu/g,
保磁力(iHc)は4500 Oeであった。また、得ら
れた粉体をCuKα線を用いてX線回折したところ、そ
の多くが体心正方晶ThMn12型の結晶構造であると認
められた。
d21.3%,Ti10.9%,C 1.36%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe70.9%,Nd8.78
%,Ti13.5%,C 6.76%に相当する。得ら
れたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳
鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミルで粉砕して、約3
0μm径の粉体とした。この粉体をジェットミルでさら
に微粉砕した後、20kOeの磁場中において配向させワ
ックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和磁化
(4πIs)は85emu/g,保磁力(iHc)は320
0 Oeであった。また、得られた粉体をCuKα線を用
いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶ThM
n12型の結晶構造であると認められた。
〜2(表2は表1の続き)に示すような組成の合金を作
製したところ、本発明の効果が得られることが確認され
た。
に示すような組成の合金を作製したところ、本発明の効
果が得られることが確認された。
−希土類系永久磁石材料によれば、Feを主体とする希
土類磁石でありながら大きな飽和磁化と高い保磁力とを
安定的に得ることができるので、実用上きわめて有用な
ものである。また、本発明による鉄−希土類系永久磁石
材料の製造方法によれば、N(窒素)を含むような本発明
の鉄−希土類系永久磁石材料を安定的に製造し得るの
で、実用上きわめて有用なものである。
である。
する鉄−希土類系永久磁石材料およびその製造方法に関
する。
Thおよびすべてのランタノイド元素からなる群の中か
ら選ばれた1種または2種以上の元素の組合せ)とから
なる金属間化合物の中には高い結晶磁気異方性と大きな
飽和磁化とを示すものがあり、高保磁力、高エネルギ−
積を有する永久磁石材料として有望である。しかし、F
e−Rのみの2元系からなる合金では、高いキュリー点
や一軸の結晶磁気異方性を得ることは難しい場合が多
い。このために、第3の元素としてN(窒素)を添加する
ことによりその点を改良した材料が、先に本発明者によ
り提供されている(特開昭60−131944号)。ま
た、Sm−Feの2元系合金もキュリー点・結晶磁気異
方性の両面から見て永久磁石材料としては適さないが、
近年、これに第3の元素としてTi,V,Cr,Al,
Si,Mo,Wを添加することにより特性の改善を計る
試みが行われている( K.H.J.Buschow: Journal of App
lied Physics, 63巻, 3130頁, 1988年発行)。 すなわ
ち、GをTi,V,Cr,Al,Si,Mo,Wとする
とき、Sm(Fe1-xGx)12なる組成の合金では体心正
方晶構造が安定化され、これが優れた永久磁石特性を示
す、というものである。中でも、SmFe11Tiが優れ
ている、とされる。
1-xGx)12なる組成の合金において、体心正方晶構造を
生成させ所望の特性を得るためには超急冷法やメカニカ
ルアロイング法,等の特殊な製法を必要としているのが
現状である。しかも、その場合でも所期の特性が必ずし
も安定的には得られにくい、すなわち、同じ組成の合金
を同じように処理しても所期の特性は得られない場合が
あったりする、といった問題もある。
e1-xGx)12なる合金において体心正方晶構造を生成さ
せ所望の特性を得るためには超急冷法やメカニカルアロ
イング法等の特殊な製法を必要とすること、また、その
場合でも所期の特性が必ずしも安定的には得られにくい
こと、の理由につき、本発明者は鋭意検討を重ねた結
果、これらの問題の解決のためには、いわゆる「準安定
・非平衡な状態」の関与に着目することが重要であるら
しいことがわかった。すなわち、超急冷法においてはそ
の急速なる冷却により原子拡散が抑制されることから、
また、メカニカルアロイング法では処理そのものの特質
から、いずれも「準安定・非平衡な状態」が出現しやす
い状況にあるが、目的とする体心正方晶構造が形成され
るためには、その生成過程においてこのような「準安定
・非平衡な状態」の出現することが必須要件であるらし
いことがわかった。
衡な状態」は、元来が安定ではないところの "準安定・
非平衡" な状態のものなのであるから、わずかな微妙な
条件の違いにより、該相が生成されたり生成されなかっ
たりする場合があることは、むしろ当然とも言える。そ
こで、上記問題を解決して、体心正方晶構造が安定的に
生成されるようにするためには、合金中に格子間侵入型
原子であるN(窒素)もしくはB(硼素)もしくはC(炭素)
またはこれらの元素の組合せを含有させるようにすれ
ば、局所的な格子の乱れ、すなわち、本来の熱力学的完
全安定な状態とは異なったいわば準安定・非平衡な状態
がより容易に惹起されやすくなるようになり、効果的で
あるのではないかと考えて、この面からの検討を進めた
結果、本発明を完成するに到ったものである。
すべてのランタノイド元素からなる群の中から選ばれた
1種または2種以上の元素の組合せ、XをN(窒素)もし
くはB(硼素)もしくはC(炭素)またはこれらの元素の組
合せとするとき、原子百分率で、R:3〜30%、X:
0.3〜50%を含み、残部が実質的にFeから成り、
主相が体心正方晶構造を有することを特徴とする鉄−希
土類系永久磁石材料、または、RをY,Thおよびすべ
てのランタノイド元素からなる群の中から選ばれた1種
または2種以上の元素の組合せ、XをN(窒素)またはN
とB(硼素)もしくはC(炭素)もしくはそれら両方の元素
との組合せとするとき、原子百分率で、R:3〜30
%、X:0.3〜50%を含み、残部が実質的にFeか
ら成り、主相が体心正方晶構造を有するような鉄−希土
類系永久磁石材料を製造するに際して、予め、N含有量
が所望の量よりは少ない材料もしくは実質的にNを含有
しない材料を作製した後、これをNを含む気体中で処理
して材料中にNを侵入させることにより、所望のN含有
量にするようにしたことを特徴とする鉄−希土類系永久
磁石材料の製造方法である。
き詳細に説明する。本発明において、Rは、磁気異方性
を生み保磁力を発生させる上で本質的な役割を担う、極
めて重要な構成元素である。Rとしては、Y,Thおよ
びすべてのランタノイド元素、すなわち、Y,La,C
e,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,LuおよびThが含ま
れ、これらからなる群の中から選ばれた1種または2種
以上の元素の組合せとして用いればよい。Rは、原子百
分率で3〜30%、好ましくは5〜18%、さらに好ま
しくは6〜12%の範囲にあることが必要である。Rが
3%未満では保磁力が得られないので、Rの下限は3%
とする。一方、Rが30%を超えると飽和磁化が小さく
なりすぎるとともに、材料の酸化が激しく耐食性がきわ
めて悪くなるので、Rの上限は30%とする。安定した
磁気特性を得るためには、Rの量は通常5〜18%の範
囲に選ぶことが望ましい。とりわけRの量を6〜12%
とするときは体心正方晶構造が安定に得られやすい。な
お、特に高い磁束密度と大きなエネルギ−積とを得たい
時には、Rを7〜9%に選択することが有効である。
な効果を持つ元素である。Mとしては、Ti,Cr,
V,Zr,Nb,Al,Mo,Mn,Hf,Ta,W,
Mg,Si,Sn,Geが含まれ、これらからなる群の
中から選ばれた1種または2種以上の元素の組合せとし
て用いればよい。Mの中の多くの元素は、また一方、本
発明構成元素の中のXとの親和力が強い元素でもあるの
で、本発明においては、特に比較的不安定なNを合金中
で安定化させる上でもMがまた大きな効果を有してい
る。そして、後述のようにX自体もまた体心正方晶構造
を安定化させる効果を有しているので、結局、MとXと
は相乗的に作用して体心正方晶構造を安定化する上に大
いに効果がある。これらの効果を発揮させるためには、
Mの量は原子百分率で0.5〜30%であればよいが、
通常は1〜15%であることが好ましい。Mが0.5%
未満では上記した効果が得られないので、Mの下限は
0.5%とする。一方、Mが30%を超えると飽和磁化
が小さくなりすぎるので、Mの上限は30%とする。こ
の内でも、安定した磁気特性を得るためには、Mの量は
通常1〜15%の範囲に選ぶことが望ましい。特にMが
Tiの場合には、その含有量が重量百分率で10%を超
えるように選ぶことにより、いっそう安定なThMn12
型体心正方晶構造を生成させることができ、材料の熱的
安定性をも増すことができる。上記したMは、いずれも
保磁力Hcを発生させる上で効果があるが、それらの中
でAl,Si,Sn,Geには飽和磁化を低下させやす
い欠点がある。
はC(炭素)またはこれらの元素の組合せ,は、本発明に
おいて、合金中に準安定・非平衡な状態を惹起すること
により体心正方晶構造を生成する上でのいわば一種の駆
動力としての作用を発揮するとともに、磁気特性面から
いうと飽和磁化を増すとともに高保磁力を発生させる本
質的に重要な役割を果たしているところの必須構成成分
であるが、その含有量は、原子百分率で0.3〜50
%、好ましくは2〜20%、さらに好ましくは5〜15
%の範囲にあることが必要である。Xが0.3%未満で
はXの添加効果が認められず飽和磁化が小さいので、X
の下限は0.3%とする。一方、Xが50%を超えると
飽和磁化がかえって小さくなりすぎるので、Xの上限は
50%とする。体心正方晶構造を安定的に生成させるた
めには、Xの量は通常2〜20%、とりわけ5〜15%
の範囲に選ぶことが望ましい。
は、格子間侵入型の原子として存在する必要がある。そ
うすることによって、Xは合金中に局所的な格子の乱れ
を生じ一種の準安定・非平衡な状態を惹起し、これが体
心正方晶構造を生成する上でのいわば「活性化された状
態」として作用し得る。
れを材料中に含有させる方法としては、Nをもともと含
むようなものを原材料として用いるという方法によって
もよいが、むしろ、後の工程において、適宜な気体中も
しくは液体中において処理することによりNを材料の中
へ侵入させる方法が推奨される。Nを侵入させるために
用いる気体としては、N2ガス、N2+H2混合ガス、N
H3ガス、およびこれらの混合ガス等(H2ガスもしくは
その他の不活性ガス等で希釈する場合を含む)を用いる
ことが出来る。また、その場合の処理温度としては通常
200〜1000℃、特に400〜700℃とすればよ
い。また、その場合の処理時間としては通常0.2〜5
0時間程度でよいが、材料の所望特性に応じて適宜選択
すればよい。
は、B,Cをもともと含むようなものを原材料として用
いることが通常に可能である。ただし、この場合でも、
もしB,Cの化合物の形のものを用いる場合には、極め
て安定な化合物,例えばM元素との硼化物,R元素との
硼化物,M元素との炭化物,R元素との炭化物,等は合
金中においてB,C原子単体の形に解離せず、従って格
子間侵入型の原子として存在させることが困難な場合が
多いので、あまり好ましくない。B,Cの原材料として
は、金属ボロン,黒鉛等の純元素,または比較的安定度
の低い化合物,例えばフェロボロン,Fe3C等Feと
の炭化物,等が推奨される。本発明において、Bは他の
2つの格子間侵入型元素N,Cに比較して、原材料から
合金中に添加することは最も容易である点が特長であ
る。B,Cは、本発明の鉄−希土類系永久磁石材料の中
でMを含有しないような鉄−希土類系永久磁石材料に対
しては特に効果的である。これは、B,CはNと異なり
最初から材料中に存在させておくことが容易に可能であ
るためであると考えられる。
せることにより体心正方晶構造が安定化される理由につ
いては、正確なところは未だ不明であり鋭意検討中の段
階であるが、一応次のように推定される。例えばSmF
e12では体心正方晶構造が生成されないが、これはTh
(+4価のイオン半径=1.02 )対 Mn(+2価のイ
オン半径=0.80 ),Sm(+3価のイオン半径=1.00
)対 Fe(+3価のイオン半径=0.60 )で比較し
た場合、Feの大きさがSmに比べて小さすぎるためで
あると考えられる。そして、この中のFeの一部を例え
ばTi(+3価のイオン半径=0.69 )等で置換して前
記SmFe11Ti等とすることにより体心正方晶ThM
n12型構造が生成されるようになるのであるが、Ti等
は図1に示す体心正方晶ThMn12型構造において8i
サイトに存在するといわれている。従って、このときの
Ti等の役割は、その原子径がFeよりも大きいこと等
に由来して8iサイトにおいて格子を拡張している点に
あると考えられ、このことからSm原子径に見合うよう
な格子の整合が実現され体心正方晶構造の生成が可能に
なってくるものと考えられる。そうであるとするなら
ば、格子を伸長する上で大いに効果のある格子間侵入型
原子のXを上記Tiに代えて,あるいは上記Tiと併せ
用いることにより、いっそう安定的にThMn12型構造
の生成を実現することが可能になる。
しくはB(硼素)もしくはC(炭素)の各々を単独で用いて
もよいが、それらを組み合わせて用いるといっそう効果
的である場合もある。合金が元素Mを含まない場合に
は、特にNとB,ならびにCとBの組み合わせが効果的
である。N,Cが占める格子間位置サイトとBが占める
格子間位置サイトとはおそらく異なると思われる点にそ
の理由があるものと考えられる。また、NならびにB,
Cはいずれも格子間侵入型に存在し得る原子であるとい
う点では共通点を有するのであるが、前記のように、N
は気体から、B,Cは原材料から、というふうに敢えて
異なった機構を通じて合金中に含有させるようにすれ
ば、それらの各々の機構で占めやすい格子間位置を各々
に占めさせ得ることから、性格の異なる両機構をともに
利用することにより格子間侵入型構造の形成をより確実
なものとするようにできることが期待される。また、そ
のような機構の違いに由来して、NとB,Cとの間には
メカニズム細部については当然差異があることが予想さ
れ、また、BとCとの間にも原子径・原子価(即ち,電
子構造)等の違いに由来して当然差異があることも予想
される。
実なものとし、所望の特性を得るために、本発明と超急
冷法やメカニカルアロイング法等の処理を組み合わせて
もよいことは言うまでもない。
て、Feの一部をCoで置換することにより、保磁力を
向上させると共に材料磁気特性の温度特性を向上させる
ことができる。このためにはCoの量は原子百分率で1
〜50%、好ましくは5〜30%の範囲にあることが望
ましい。Co含有量が1%未満では保磁力を向上する効
果が小さく、また50%を越えると飽和磁束密度が次第
に低下してくる。Coの量を5〜30%に選ぶことによ
り材料磁気特性の温度特性が向上する。
て、Feの一部をNiで置換することにより、材料の耐
食性を改善させることができる。このためにはNiの量
は原子百分率で0.5〜30%、好ましくは2〜10%
の範囲にあることが望ましい。0.5%未満では耐食性
の向上効果が少なく、また30%を越えると飽和磁束密
度が低下する。
明するが、本発明は特にこれらに限定されるものではな
い。
d21.5%,Ti5.48%,Cr5.95%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe76.1%,Nd9.42
%,Ti7.25%,Cr7.25%に相当する。得ら
れたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳
鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミルで粉砕して、約3
0μm径の粉体とした。この粉体にNを含有させるため
に、これをN2ガス中ほぼ500℃付近の温度において
処理した。この処理により材料中にNが1.31重量%
含有された。したがって材料全体としての組成は、重量
%でFe66.2%,Nd21.2%,Ti5.41
%,Cr5.87%,N 1.31%、すなわち原子%
ではFe71.8%,Nd8.89%,Ti6.84
%,Cr6.84%,N 5.67%に相当する。この
粉体をジェットミルでさらに微粉砕した後、20kOeの
磁場中において配向させワックスで固化して磁気特性を
測定したところ、飽和磁化(4πIs)は137emu/
g,保磁力(iHc)は5300 Oeであった。また、得
られた粉体をCuKα線を用いてX線回折したところ、
その多くが体心正方晶ThMn12型の結晶構造であると
認められた。
d21.6%,Ti11.0%となるように原料を秤量
し、これをアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原
子%でFe76.1%,Nd9.42%,Ti14.5
%に相当する。得られたインゴットを900℃で7日間
焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミ
ルで粉砕して、約30μm径の粉体とした。この粉体に
Nを含有させるために、これをN2ガス中ほぼ500℃
付近の温度において処理した。この処理により材料中に
Nが1.26重量%含有された。したがって材料全体と
しての組成は、重量%でFe66.6%,Nd21.3
%,Ti10.9%,N1.26%、すなわち原子%で
はFe72.0%,Nd8.91%,Ti13.7%,
N 5.42%に相当する。この粉体をジェットミルで
さらに微粉砕した後、20kOeの磁場中において配向さ
せワックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和
磁化(4πIs)は143emu/g,保磁力(iHc)は
7800 Oeであった。また、得られた粉体をCuKα
線を用いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶
ThMn12型の結晶構造であると認められた。
d21.7%,Ti7.20%となるように原料を秤量
し、これをアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原
子%でFe80.9%,Nd9.56%,Ti9.56
%に相当する。得られたインゴットを900℃で7日間
焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミ
ルで粉砕して、約30μm径の粉体とした。この粉体に
Nを含有させるために、これをN2ガス中ほぼ500℃
付近の温度において処理した。この処理により材料中に
Nが1.15重量%含有された。したがって材料全体と
しての組成は、重量%でFe70.3%,Nd21.5
%,Ti7.12%,N1.15%、すなわち原子%で
はFe76.8%,Nd9.08%,Ti9.08%,
N 5.03%に相当する。この粉体をジェットミルで
さらに微粉砕した後、20kOeの磁場中において配向さ
せワックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和
磁化(4πIs)は98emu/g,保磁力(iHc)は3
100 Oeであった。また、得られた粉体をCuKα線
を用いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶T
hMn12型の結晶構造であると認められた。
m23.5%,B 2.60%となるように原料を秤量
し、これをアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原
子%でFe76.9%,Sm9.09%,B 14.0
%に相当する。得られたインゴットを900℃で7日間
焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミ
ルで粉砕して、約30μm径の粉体とした。この粉体に
Nを含有させるために、これをN2+H2ガス中ほぼ50
0℃付近の温度において処理した。この処理により材料
中にNが1.58重量%含有された。したがって材料全
体としての組成は、重量%でFe72.7%,Sm2
3.1%,B 2.56%,N 1.58%、すなわち原
子%ではFe72.1%,Sm8.53%,B 13.
1%,N 6.23%に相当する。この粉体をジェット
ミルでさらに微粉砕した後、20kOeの磁場中において
配向させワックスで固化して磁気特性を測定したとこ
ろ、飽和磁化(4πIs)は115emu/g,保磁力(i
Hc)は3100 Oeであった。また、得られた粉体を
CuKα線を用いてX線回折したところ、その多くが体
心正方晶ThMn12型の結晶構造であると認められた。
d22.5%,C 1.01%,B 2.60%となるよ
うに原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe73.3%,Nd8.67
%,C4.67%,B 13.3%に相当する。得られ
たインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳鉢
中で粗粉砕し、さらにディスクミルで粉砕して、約30
μm径の粉体とした。この粉体をジェットミルでさらに
微粉砕した後、20kOeの磁場中において配向させワッ
クスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和磁化
(4πIs)は110emu/g,保磁力(iHc)は25
00 Oeであった。また、得られた粉体をCuKα線を
用いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶Th
Mn12型の結晶構造であると認められた。
d20.8%,Ti10.6%,Co13.0%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe62.9%,Nd9.09
%,Ti14.0%,Co14.0%に相当する。得ら
れたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳
鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミルで粉砕して、約3
0μm径の粉体とした。この粉体にNを含有させるため
に、これをNH3ガス中ほぼ450℃付近の温度におい
て処理した。この処理により材料中にNが1.63重量
%含有された。したがって材料全体としての組成は、重
量%でFe54.7%,Nd20.4%,Ti10.4
%,Co12.8%,N 1.63%、すなわち原子%
ではFe58.6%,Nd8.46%,Ti13.0
%,Co13.0%,N 6.96%に相当する。この
粉体をジェットミルでさらに微粉砕した後、20kOeの
磁場中において配向させワックスで固化して磁気特性を
測定したところ、飽和磁化(4πIs)は117emu/
g,保磁力(iHc)は4300 Oeであった。また、得
られた粉体をCuKα線を用いてX線回折したところ、
その多くが体心正方晶ThMn12型の結晶構造であると
認められた。
m21.5%,Ti10.5%,Ni6.46%から成
る合金をアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原子
%でFe69.9%,Sm9.09%,Ti14.0
%,Ni6.99%に相当する。得られたインゴットを
900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、
さらにディスクミルで粉砕して、約30μm径の粉体と
した。この粉体にNを含有させるために、これをN2ガ
ス中ほぼ450℃付近の温度において処理した。この処
理により材料中にNが0.292重量%含有された。し
たがって材料全体としての組成は、重量%でFe61.
3%,Sm21.5%,Ti10.5%,Ni6.44
%,N 0.292%、すなわち原子%ではFe69.
0%,Sm8.97%,Ti13.8%,Ni6.90
%,N 1.31%に相当する。この粉体をジェットミ
ルでさらに微粉砕した後、20kOeの磁場中において配
向させワックスで固化して磁気特性を測定したところ、
飽和磁化(4πIs)は105emu/g,保磁力(iH
c)は2900 Oeであった。また、得られた粉体をC
uKα線を用いてX線回折したところ、その多くが体心
正方晶ThMn12型の結晶構造であると認められた。
m21.9%,Ti10.7%,B 1.81%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe68.6%,Sm8.50
%,Ti13.1%,B 9.80%に相当する。この
粉体をジェットミルでさらに微粉砕した後、20kOeの
磁場中において配向させワックスで固化して磁気特性を
測定したところ、飽和磁化(4πIs)は114emu/
g,保磁力(iHc)は5900 Oeであった。また、得
られた粉体をCuKα線を用いてX線回折したところ、
その多くが体心正方晶ThMn12型の結晶構造であると
認められた。
d21.3%,Ti10.9%,C 1.36%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe70.9%,Nd8.78
%,Ti13.5%,C 6.76%に相当する。得ら
れたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳
鉢中で粗粉砕し、さらにディスクミルで粉砕して、約3
0μm径の粉体とした。この粉体をジェットミルでさら
に微粉砕した後、20kOeの磁場中において配向させワ
ックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽和磁化
(4πIs)は111emu/g,保磁力(iHc)は42
00 Oeであった。また、得られた粉体をCuKα線を
用いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶Th
Mn12型の結晶構造であると認められた。
Sm19.9%,Ti6.06%から成る合金をアルゴ
ン雰囲気中で溶製した。この合金は原子%でFe83.
7%,Sm8.37%,Ti7.98%に相当する。得
られたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製
乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉砕
し、約10μm径の粉末とした。この粉末にNを含有さ
せるために、これをN2ガス中ほぼ550℃付近の温度
において処理した。この処理により材料中にNが2.2
0重量%含有された。したがって材料全体としての組成
は、重量%でFe72.4%,Sm19.5%,Ti
5.92%,N 2.20%、すなわち原子%ではFe
76.0%,Sm7.60%,Ti7.25%,N
9.19%に相当する。この粉体を20kOeの磁場中に
おいて配向させた後、ワックスで固化して磁気特性を測
定したところ、飽和磁化(4πIs)は122emu/g,
保磁力(iHc)は5000 Oeであった。また、得ら
れた粉体をCuKα線を用いてX線回折したところ、そ
の多くが体心正方晶ThMn12型の結晶構造であると認
められた。
Sm20.1%,Ti6.09%,V 6.17%から
成る合金をアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金は原
子%でFe76.1%,Sm8.37%,Ti7.98
%,V 7.60%に相当する。得られたインゴットを
900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、
さらに有機溶媒中でボールミル粉砕し、約10μm径の
粉末とした。この粉末にNを含有させるために、これを
N2ガス中ほぼ550℃付近の温度において処理した。
この処理により材料中にNが2.37重量%含有され
た。したがって材料全体としての組成は、重量%でFe
66.1%,Sm19.6%,Ti5.95%,V
6.03%,N 2.37%、すなわち原子%ではFe
68.6%,Sm7.55%,Ti7.20%,V
6.86%,N 9.81%に相当する。この粉体を2
0kOeの磁場中において配向させた後、ワックスで固化
して磁気特性を測定したところ、飽和磁化(4πIs)
は106emu/g,保磁力(iHc)は6200 Oeであっ
た。また、得られた粉体をCuKα線を用いてX線回折
したところ、その多くが体心正方晶ThMn12型の結晶
構造であると認められた。
Sm19.9%,Cr6.25%から成る合金をアルゴ
ン雰囲気中で溶製した。この合金は原子%でFe84.
0%,Sm8.40%,Cr7.63%に相当する。得
られたインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製
乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉砕
し、約10μm径の粉末とした。この粉末にNを含有さ
せるために、これをN2ガス中ほぼ550℃付近の温度
において処理した。この処理により材料中にNが1.9
7重量%含有された。したがって材料全体としての組成
は重量%でFe72.4%,Sm19.5%,Cr6.
13%,N 1.97%、すなわち原子%では、Fe7
7.0%,Sm7.70%,Cr7.00%,N 8.
33%に相当する。この粉体を20kOeの磁場中におい
て配向させた後、ワックスで固化して磁気特性を測定し
たところ、飽和磁化(4πIs)は97emu/g,保磁力
(iHc)は3000 Oeであった。また、得られた粉
体をCuKα線を用いてX線回折したところ、その多く
が体心正方晶ThMn12型の結晶構造であると認められ
た。
Sm19.8%から成る合金をアルゴン雰囲気中で溶製
した。この合金は原子%でFe91.6%,Sm8.4
0%に相当する。得られたインゴットを900℃で7日
間焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒
中でボールミル粉砕し、約10μm径の粉末とした。こ
の粉末にNを含有させるために、これをNH3ガス中ほ
ぼ450℃付近の温度において処理した。この処理によ
り材料中にNが2.52重量%含有された。したがって
材料全体としての組成は、重量%でFe78.2%,S
m19.3%,N 2.52%、すなわち原子%ではF
e82.0%,Sm7.51%,N 10.5%に相当
する。この粉体を20kOeの磁場中において配向させた
後、ワックスで固化して磁気特性を測定したところ、飽
和磁化(4πIs)は121emu/g,保磁力(iHc)
は5700Oeであった。また、得られた粉体をCuKα
線を用いてX線回折したところ、その多くが体心正方晶
ThMn12型の結晶構造であると認められた。
Sm19.8%,Ti6.01%,C 0.43%,B
0.39%となるように原料を秤量し、これをアルゴン
雰囲気中で溶製した。この合金は原子%でFe80.0
%,Sm8.00%,Ti7.64%,C2.18%,
B 2.18%に相当する。得られたインゴットを90
0℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さら
に有機溶媒中でボールミル粉砕し、約10μm径の粉末
とした。この粉末にNを含有させるために、これをN2
ガス中ほぼ550℃付近の温度において処理した。この
処理により材料中にNが1.68重量%含有された。し
たがって材料全体としての組成は、重量%でFe72.
2%,Sm19.4%,Ti5.91%,C 0.42
3%,B 0.381%,N 1.68%、すなわち原子
%ではFe74.5%,Sm7.45%,Ti7.11
%,C 2.03%,B 2.03%,N 6.91%に
相当する。この粉体を20kOeの磁場中において配向さ
せた後、ワックスで固化して磁気特性を測定したとこ
ろ、飽和磁化(4πIs)は126emu/g,保磁力(i
Hc)は5600 Oeであった。また、得られた粉体を
CuKα線を用いてX線回折したところ、その多くが体
心正方晶ThMn12型の結晶構造であると認められた。
Sm19.7%,Ti5.97%,V 6.05%,C
0.428%,B 1.54%となるように原料を秤量
し、これをアルゴン雰囲気中で溶製した。。この合金は
原子%でFe68.3%,Sm7.51%,Ti7.1
7%,V 6.83%,C 2.05%,B 8.19%
に相当する。得られたインゴットを900℃で7日間焼
鈍した後、鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中で
ボールミル粉砕し、約10μm径の粉末とした。この粉
末をアルゴンガス中ほぼ500℃付近の温度において処
理した。この粉体を20kOeの磁場中において配向させ
た後、ワックスで固化して磁気特性を測定したところ、
飽和磁化(4πIs)は99emu/g,保磁力(iHc)
は6700 Oeであった。また、得られた粉体をCuK
α線を用いてX線回折したところ、その多くが体心正方
晶ThMn12型の結晶構造であると認められた。
Sm19.5%,C 0.71%,B 0.64%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe85.1%,Sm7.80
%,C 3.55%,B 3.55%に相当する。得られ
たインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳鉢
中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉砕し、
約10μm径の粉末とした。この粉末にNを含有させる
ために、これをN2ガス中ほぼ550℃付近の温度にお
いて処理した。この処理により材料中にNが1.03重
量%含有された。したがって材料全体としての組成は、
重量%でFe78.3%,Sm19.3%,C 0.7
02%,B 0.632%,N 1.03%、すなわち原
子%ではFe81.5%,Sm7.47%,C 3.3
9%,B 3.39%,N 4.28%に相当する。この
粉体を20kOeの磁場中において配向させた後、ワック
スで固化して磁気特性を測定したところ、飽和磁化(4
πIs)は126emu/g,保磁力(iHc)は4900
Oeであった。また、得られた粉体をCuKα線を用いて
X線回折したところ、その多くが体心正方晶ThMn12
型の結晶構造であると認められた。
Sm19.4%,C 0.99%,B 0.89%となる
ように原料を秤量し、これをアルゴン雰囲気中で溶製し
た。この合金は原子%でFe82.8%,Sm7.59
%,C 4.83%,B 4.83%に相当する。得られ
たインゴットを900℃で7日間焼鈍した後、鉄製乳鉢
中で粗粉砕し、さらに有機溶媒中でボールミル粉砕し、
約10μm径の粉末とした。この粉末をアルゴンガス中
ほぼ500℃付近の温度において処理した。この粉体を
20kOeの磁場中において配向させた後、ワックスで固
化して磁気特性を測定したところ、飽和磁化(4πI
s)は120emu/g,保磁力(iHc)は5000 Oeで
あった。また、得られた粉体をCuKα線を用いてX線
回折したところ、その多くが体心正方晶ThMn12型の
結晶構造であると認められた。
〜3に示すような組成の合金を作製したところ、本発明
の効果が得られることが確認された。
に示すような組成の合金を作製したところ、本発明の効
果が得られることが確認された。
−希土類系永久磁石材料によれば、Feを主体とする希
土類磁石でありながら、大きな飽和磁化と高い保磁力と
を安定的に得ることができるので、実用上きわめて有用
なものである。また、本発明による鉄−希土類系永久磁
石材料の製造方法によれば、N(窒素)を含むような本発
明の鉄−希土類系永久磁石材料を安定的に製造し得るの
で、実用上きわめて有用なものである。
Claims (22)
- 【請求項1】 RをY,Thおよびすべてのランタノイ
ド元素からなる群の中から選ばれた1種または2種以上
の元素の組合せ、XをN(窒素)もしくはB(硼素)もしく
はC(炭素)またはこれらの元素の組合せとするとき、原
子百分率で、R:3〜30%、X:0.3〜50%を含
み、残部が実質的にFeから成り、主相が体心正方晶構
造を有することを特徴とする鉄−希土類系永久磁石材
料。 - 【請求項2】 MをTi,Cr,V,Zr,Nb,A
l,Mo,Mn,Hf,Ta,W,Mg,Si,Sn,
Ge,Gaからなる群の中から選ばれた1種または2種
以上の元素の組合せとするとき、Feの一部をMで置換
することにより、原子百分率で、M:0.5〜30%を
含むようにしたことを特徴とする請求項1に記載の鉄−
希土類系永久磁石材料。 - 【請求項3】 Feの一部をCoで置換することによ
り、原子百分率で、Co:1〜50%を含むようにした
ことを特徴とする請求項1または2に記載の鉄−希土類
系永久磁石材料。 - 【請求項4】 Feの一部をNiで置換することによ
り、原子百分率で、Ni:0.5〜30%を含むように
したことを特徴とする請求項1ないし3の何れかの項に
記載の鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項5】 原子百分率で、R:5〜18%を含むこ
とを特徴とする請求項1ないし4の何れかの項に記載の
鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項6】 原子百分率で、R:6〜12%を含むこ
とを特徴とする請求項5に記載の鉄−希土類系永久磁石
材料。 - 【請求項7】 原子百分率で、R:7〜9%を含むこと
を特徴とする請求項6に記載の鉄−希土類系永久磁石材
料。 - 【請求項8】 MがTiであり、その含有量が重量百分
率で10%を超えることを特徴とする請求項2ないし7
の何れかの項に記載の鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項9】 XがN(窒素)であることを特徴とする請
求項1ないし8の何れかの項に記載の鉄−希土類系永久
磁石材料。 - 【請求項10】 XがN(窒素)とB(硼素)の複合添加で
あることを特徴とする請求項1ないし8の何れかの項に
記載の鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項11】 XがN(窒素)とB(硼素)とC(炭素)の
組み合わせであることを特徴とする請求項1ないし8の
何れかの項に記載の鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項12】 XがN(窒素)とC(炭素)の組み合わせ
であることを特徴とする請求項1ないし8の何れかの項
に記載の鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項13】 請求項1に記載の鉄−希土類系永久磁
石材料または請求項3ないし7の何れかの項に記載の鉄
−希土類系永久磁石材料の中でMを含有しないような鉄
−希土類系永久磁石材料において、XがB(硼素)である
ことを特徴とする鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項14】 請求項1に記載の鉄−希土類系永久磁
石材料または請求項3ないし7の何れかの項に記載の鉄
−希土類系永久磁石材料の中でMを含有しないような鉄
−希土類系永久磁石材料において、XがC(炭素)である
ことを特徴とする鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項15】 XがB(硼素)とC(炭素)の組み合わせ
であることを特徴とする請求項1記載、またはMを含有
しない請求項3ないし7の何れかの項に記載の鉄−希土
類系永久磁石材料。 - 【請求項16】 予め、N含有量が所望の量よりは少な
い材料を作製した後、これをNを含む気体中で処理して
材料中にNを侵入させることにより、所望のN含有量に
するようにしたことを特徴とする請求項9ないし12の
何れかの項に記載の鉄−希土類系永久磁石材料の製造方
法。 - 【請求項17】 予め、実質的にNを含有しない材料を
作製した後、これをNを含む気体中で処理して材料中に
Nを侵入させることにより、所望のN含有量にするよう
にしたことを特徴とする請求項9ないし12の何れかの
項に記載の鉄−希土類系永久磁石材料の製造方法。 - 【請求項18】 Nを含む気体がN2ガスであることを
特徴とする請求項16または17の何れかの項に記載の
鉄−希土類系永久磁石材料の製造方法。 - 【請求項19】 Nを含む気体がN2ガスとH2ガスの混
合気体であることを特徴とする請求項16または17に
記載の鉄−希土類系永久磁石材料の製造方法。 - 【請求項20】 Nを含む気体がNH3ガスであること
を特徴とする請求項16または17に記載の鉄−希土類
系永久磁石材料の製造方法。 - 【請求項21】 該体心正方晶構造がThMn12型であ
ることを特徴とする請求項1ないし15の何れかの項に
記載の鉄−希土類系永久磁石材料。 - 【請求項22】 該体心正方晶構造がThMn12型であ
ることを特徴とする請求項16ないし20の何れかの項
に記載の鉄−希土類系永久磁石材料の製造方法。
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---|---|---|---|
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JP2-306591 | 1990-11-13 | ||
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JP2-306590 | 1990-11-13 | ||
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