JPH058562B2

JPH058562B2 -

Info

Publication number: JPH058562B2
Application number: JP57068640A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sahashi; Tetsuhiko Mizoguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-04-26
Filing date: 1982-04-26
Publication date: 1993-02-02
Also published as: JPS58186906A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、希土類−コバルト系永久磁石の製造
方法に関し、更に詳しくは、磁気特性に優れた、
とりわけ保磁力（IHc）の大きい希土類−コバル
ト系永久磁石の製造方法に関する。〔発明の技術的背景及びその問題点〕従来Sm₂Co₁₇系永久磁石としては、各種組成の
ものが提案されているが、Coの一部をCu、Fe及
びＭ（Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Cr、Mn、
Mo、Ｗ、Si、Al）で置換することにより保磁力
（IHc）、残留磁束密度（Br）および最大エネルギ
ー積（（BH）max）あるいは耐酸化性の改善が
図られている。本発明は、このようなSm₂（Co、
Cu、Fe、Ｍ）₁₇系の永久磁石の改良に関するもの
である。前記の特性のうちでも（BH）max及び
Brが、モータ等の用途においては特に重要で、
可能な限り大きいことが望まれるが、IHcがある
一定値以上ないと（BH）max、Brを高めること
は困難である。従つて（BH）max、Brの大きい
永久磁石を得るためには、IHcを大きくすること
も必要となる。ところで、Sm₂（Co、Cu、Fe、Ｍ）₁₇系の磁石
では、Fe含量を増したり、Cu含量を減らすと残
留磁束密度を増加させ得ることが知られている。
しかし、Fe含量を増したり、Cu含量を減らすと
保磁力が低下して来るため、単純にFe含量を増
しCu含量を減らすことによつて残留磁束密度や
最大エネルギー績の向上を図ることはできない。
そのため、従来のSm₂（Co、Cu、Fe、Ｍ）₁₇系の
磁石は、保磁力をある値以上に維持しながら、残
留磁束密度を可能な限り大きくすることを目的と
してその組成が決定された。例えば、特公昭55−
15096号公報記載のSm₂（Co、Cu、Fe、Ｍ）₁₇系の
磁石では、Cu5〜20重量％、Fe2〜15重量％であ
る。また特開昭52−109191号公報記載の磁石で
は、Cu9〜13重量％、Fe3〜12重量％である。こ
れらの組成は、Cu含量及びFe含量の変動に伴つ
て起る、残留磁束密度と保持力の変化を妥協的に
適合させた結果であるから、必ずしも十分なもの
とは言えないものであつた。さて、希土類系永久磁石、とりわけSm₂Co₁₇系
永久磁石においては、その磁気特性を向上させる
ために、希土類元素以外の元素としてコバルト
（Co）の外に銅（Cu）、鉄（Fe）、チタニウム
（Ti）、ジルコニウム（Zr）、ハフニウム（Hf）、
ニオブ（Nb）、マンガン（Mn）などを組成成分
とする磁性合金に、1000℃以上融点以下の高温域
で溶体化処理を施していわゆる２−17型単相状態
とし、しかる後に所定の時効処理を施して上記し
た２−17型相の中に１−５型相と呼ばれるSm、
Cuに富んだ相を微細に析出させるという方法が
知られている。一方、永久磁石の磁気特性、とりわけIHcを更
に向上せしめるためには、飽和磁束密度（Bs）
の増大に有効なFeの組成比を高めることが必要
である。しかしながら、磁性合金中のFe濃度が大きく
なると、上記した高温域における液体化処理温度
の範囲が極めて狭小となり、従来の製造方法、と
りわけ、磁性合金を溶融状態から急冷するときに
適用される空冷、水冷、若しくは強制ガス冷却に
よる冷却速度では上記した高温単一相を過冷却す
ることが困難となる。その結果、好適な磁気特
性、とりわけ大きなIHcを得ることができない。また、高周波誘導加熱手段を用いた溶解法で磁
性合金を調製し、ついで該磁性合金を粉砕して微
粉末とした後、該微粉末を磁場中で成形してから
得られた成形体を焼結し、その後、液体化処理及
び時効処理を施すという製造方法にあつては、成
形体を焼結した後、あるいは焼結と同時に溶体化
処理するために適用される冷却速度は該成形体の
耐熱衝撃性をも勘案して決定されなければならな
いという問題も生ずる。〔発明の目的〕本発明の目的は、磁気特性に優れた、とりわけ
保磁力（IHc）の大きい希土類−コバルト系永久
磁石の製造方法を提供することにある。〔発明の概要〕本発明者らは、２−17型磁石の保磁力機構は
SmCu₆−Sm₂Co₁₇擬二元系状態図におけるスピノ
ーダル分解に依拠し、しかも、スピノーダル分解
前の磁性合金相は単相状態でなければならないと
いう事実を基礎にして、前記した問題点を解決す
べく鋭意研究を重ね、単相状態に関し詳細な検討
を加えたところ、２−17型相の該単相状態は合金
の組成及び温度によつて３種類の異なる結晶構
造、すなわちTbCu₇型六方晶、Th₂Ni₁₇型六方晶
及びTh₂Zn₁₇型斜方晶をとり、しかもこれらの結
晶構造のうちTbCu₇型相及びTh₂Ni₁₇型相を高温
状態から少くともスピノーダル分解温度以下の温
度にまで単相状態で引き抜き出すと、IHcの大き
い優れた磁気特性が得られるという新たな知見を
得、本発明方法を完成するに到つた。まず、本発明者らが見出したSmCu₆−Sm₂Co₁₇
擬二元系の高温状態図の１例を第１図に示す。こ
の状態図から明らかなように、曲線ABCDの右
側に存在するSm₂Co₁₇の固相は、合金組成、温度
によつて、TbCu₇型相とTh₂Ni₁₇型相及び
Th₂Zn₁₇型相を有することがわかる。また、Cuの
組成比が減少する（逆にいえばFeの組成比が増
大する）と、TbCu₇型相、Th₂Ni₁₇型相の範囲は
漸次せばまり、ついにはTbCu₁₇型相は消滅して
幅の狭いTh₂Ni₁₇型相のみが存在することとな
る。これらのTbCu₇型、Th₂Ni₁₇型相はいずれも六
方晶（hexagonal）であつて、これらの高温単一
相をそのまま単相処理して少くともスピノーダル
分解温度以下の引き抜き出すと、得られた合金の
磁気特性は向上する。本発明の効果は、磁石を構成する金属元素の組
成と、製造方法、なかでも高温単一相を室温にま
で効果的に引き抜き出す急冷方法との結合によつ
て奏されるものである。即ち、本発明の永久磁石の製造方法は、重量百
分率で、20〜28％のＲ（希土類元素の１種又は２
種以上を表わす。）；１〜９％のCu；14〜40％の
Fe；0.5〜７％のＭ（Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、
Cr、Mn、Mo、Ｗ、Si、Alからなる群より選ば
れる１種又は２種以上を表わす。）；残部が主とし
てCoからなる磁性合金を溶融し、つぎに、溶融
した該磁性合金を1000℃／sec以上の冷却速度で
室温以下の温度に急冷し、ついで、350〜900℃の
温度域で0.1〜500時間、時効処理を施すことを特
徴とする、前記結晶構造を有するR₂Co₁₇金属間
化合物からなる永久磁石の製造方法である。本発明方法に用いる磁性合金において、Ｒで表
わされる希土類元素としては、Sm、Ce、Pr、
Se、Ｙ、La、Nd、Pm、Eu、Gd、Dy、Ho、
Er、Yb、Lu、Tb、Tm等があげられる。Ｒは
R₂Co₁₇相を形成するための必須成分で、その含
有量が20重量％未満の場合、IHcが増大せず、28
重量％を超えると、Brが低下し、かつ、（BH）
maxも増大しない。 Cuは、溶体化した磁性合金の高温相（TbCu₇
型、Th₂Ni₁₇六方晶）を安定化する元素であると
共に、スピノーダル分解に有効な元素である。
Cuの含有量が１重量％未満の場合、Th₂Zn₁₇型相
を安定化するため、IHcは増大せず、９重量％を
超えるとBrが低下すると共に、（BH）maxも増
大しない。 Feは、Brの増大に有効な元素であるが、その
含有量が14重量％未満の場合には、Br及び
（BH）maxの向上が顕著でなく、40重量％を超
えるとTh₂Zn₁₇型相を安定化するため、IHcが著
しく減少し、かつ、（BH）maxも減少する。Ｍ（前記と同様の意味する。）は、Cuと同様に、
磁性合金の高温相（Tb、Cu₇型、Th₂Ni₁₇型六方
晶）を安定化する元素である。Ｍの含有量が0.5
重量％未満の場合は、Th₂Zn₁₇型相が混在するよ
うになるため、IHcの増大が顕著でなくなり、７
重量％を超えると、Brが低下すると共に、（BH）
maxの増大も達成できない。本発明方法では、まず、磁性合金を溶融する。
溶融は、前記した元素の粉末又は塊を所定の組成
比になるように配合し、これを例えば石英容器の
中に収容した後、高周波誘導コイルによる加熱；
カーボンや金属発熱体を用いた抵抗加熱；キセノ
ンランプ等の赤外線による加熱；電子ビームによ
る加熱；アーク放電による加熱などの加熱方法を
適用して行なわれる。このとき、希土類元素は酸
化又は蒸発し易いので、全体を真空にした後、系
にアルゴンなどの不活性ガスを導入した雰囲気下
で溶融することが必要となる。さて、本発明方法の第１の特徴は、上記したよ
うな方法で溶融した磁性合金を、急冷して高温相
からTbCu₇型相又はTb₂Ni₁₇型相を単相状態で室
温にまで引き抜き出すことである。第１図の高温状態図から明らかなように、Fe
組成比が大きくなる（Cu組成比が小さくなる）
と、TbCu₇型相、Th₂Ni₇型相の溶体化処理温度
の範囲は極めて狭くなるので、これらTbCu₇型
相、Th₂Ni₁₇型相を単相状態で室温にまで引き抜
き出すためには、極めて大きな冷却速度を必要と
することがわかる。このため、本発明方法においては、上記した
TbCu₇型相又はTh₂Ni₁₇型相の引き抜きのために
は、溶融状態にある上記した合金を、高速で回転
する熱伝導性の良好なドラム又はロールの回転面
に噴出させる方法、いわゆる溶湯急冷法を適用す
ることが好ましい。本発明方法で適用される冷却速度は、通常、
1000℃／sec以上であつて、これより小さい冷却
速度の場合には、凝固偏析が起り、TbCu₇型相又
はTh₂Ni₁₇型相を単相として室温まで引き抜き出
すことが困難となつて、本発明の目的と合致しな
くなる。この冷却速度は、回転体の材質、その回
転速度などによつて規定されるが、回転体の材質
としては、通常、Al、Ag、Cu、Fe又はこれらの
合金のように熱伝導性に優れるもの、また回転速
度としては100rpm以上であることが好ましい。このようにして、大部分がTbCu₇型相又は
Th₂Ni₁₇型相から構成される過冷却合金の薄帯、
薄片（フレーク）、又は粉末が得られる。本発明方法の第２の特徴は、上記した過冷却合
金の薄帯、薄片、又は粉末に時効処理を施すこと
である。このときの時効処理温度は、350〜900℃の範囲
にあることが必要で、この範囲を外れると、IHc
の増大が図れない。また、同様の理由から、時効
処理時間は、0.1〜500時間の範囲にあることが必
要である。本発明における好ましい時効処理の態様の１例
としては、850℃で30分間時効後、以後100℃間隔
で１時間、２時間、４時間の４段時効処理であ
る。このようにして得られた磁性合金を用い、常法
にしたがつた方法で本発明にかかる永久磁石が製
造される。すなわち、その方法の１例としては、
上記の時効処理を施した材料を粉砕して微粉末と
し、これを磁気的に配列せしめて加圧形成する方
法が好んで適用される。例えば、得られた磁性合金を、窒素、アルゴン
若しくは液体エチルアルコールなどの非酸化性雰
囲気中で、酸化物の生成を防止しながら、微粉砕
する。この場合、磁石のIHcは時効処理によつて
形成された合金中の微細組織に基づくので、この
組織が破壊されない程度に、すなわち２〜10μm
の粒径になるように粉砕することが好ましい。粒
径が2μm未満の場合には上記した微細組織が破壊
されているのでIHcは減少し、また、10μmを超
えるとIHc、Brがいずれも減少する。得られた微粉末に、有機バインダー（例えばナ
イロンをメチルアルコールに溶解したもの）をや
や湿り気を与える程度に添加して混和し、これを
非磁性材料（例えば、しんちゆう）の金型内に充
填し10000〜30000Gの磁場をかけて微粉末を磁気
的に配列せしめながら、２〜6ton／cm²の圧力でプ
レス成形して所定形状の永久磁石とする。更に必要に応じては、上記の永久磁石をプラス
チツク又はゴムなどの不透水性の可撓容器内に収
納して３〜6ton／cm²の圧力で静水圧プレスして三
次元的に均一な応力を負荷することにより、磁気
歪みがなく、機械的強度に優れた永久磁石とする
こともできる。このようにして得られた永久磁石は、TbCu₇型
もしくはTh₂Ni₁₇型又はこれらの型が混在した結
晶構造を有するR₂Co₁₇金属間化合物からなるも
のであり、磁気特性、とりわけ保磁力に優れた性
質を有する。〔発明の実施例〕実施例１〜13 表に示す実施例１〜13の組成から成る合金の材
料を先端にノズルを備えた石英容器中に入れ、高
周波誘導加熱法によつて、アルゴン雰囲気中で溶
融した。融点より50℃高い温度に保持し、溶融合金を
1000rpmで回転する直径300mmの銅製片ロールの
回転面上に噴出した。この急冷処理の冷却速度は
約10⁵℃／secであつた。フレーク状の薄片が得ら
れた。この薄片の結晶構造をＸ線回折法で調べた。そ
の回折パターンの１例を第２図に示した。第２図
から明らかなように、薄片は大部分がTbCu₇型相
の六方晶から構成されており、2θ＝38〜39度近辺
にあるTh₂Zn₁₇の斜方晶の（024）のピークはほ
とんど認められなかつた。すなわち、薄片におい
てはTbCu₇型相が単相状態で引き抜き出されてい
ることが確認された。次に上記薄片を、(a)；850℃で30分時効処理後、
100℃間隔で１時間、２時間、４時間の４段時効
処理をした。得られた薄片の結晶構造をＸ線回折
法により固定し、表に示した。次に、この薄片を20メツシユタイラー篩通過程
度に粗粉砕した後、更にジエツトミルで粉砕して
平均粒径4μmの微粉末とした。この微粉末を４％
ナイロン−メタノール溶液と混和した後、所定の
押し型に充填し、20000エルステツドの磁界をか
けながら2ton／cm²の圧力で圧縮成形した。この圧
粉体をゴム容器にいれ更に5ton／cm²で静水圧プレ
スした。得られた永久磁石の残留磁束密度（Br）保磁
力（IHc）、最大エネルギー積（（BH）max）を
表に併記した。比較例１〜３表に示す比較例１〜３の組成の合金について
は、実施例１〜13の場合と同一の条件で溶湯急冷
法を用いて薄片を作成後、(b)；980℃で30分時効
処理後、100℃間隔で１時間、２時間、４時間の
４段時効処理、(c)；750℃で750時間の時効処理
(d)；300℃で500時間の時効処理を施した後、この
薄片を実施例１〜13と同様粗粉砕、微粉砕して平
均粒径4μmの微粉末とし、以下実施例１〜13の場
合と同一の条件で永久磁石を得た。比較例４〜８比較例４〜８の組成の合金については、合金の
材料20ｇをアルゴン中で1200℃、１時間加熱処理
した後、1000℃／minの冷却速度で急冷した。冷
却後の該合金材料につきＸ線回折したところ、そ
の回折パターンは2θ＝38〜39度近辺にある特徴的
なTh₂Zn₁₇型の斜方晶の（024）のピークを示し
た。ついで、この合金は実施例１〜８と同様の時
効処理を施した後、同様の粉砕、圧粉成形をして
永久磁石とした。比較例９〜23 比較例９〜23の組成の合金については、実施例
１〜13の場合と同一条件で永久磁石とした。以上の比較例につき、組成、製造条件、結晶構
造、Br、IHc、（BH）maxを表に併記した。

【表】

〔発明の効果〕

以上のように、本発明方法はFe組成比が大き
くCu組成比が小さくても、IHcの大きい希土類系
永久磁石を製造することができるのでその工業的
価値は極めて大である。また、得られた永久磁石
は従来の焼結法による磁石に比べてその機械加工
法に優れるので有用である。更に、本発明は
Sm₂Co₁₇相中のTbCu₇型相又はTh₂Ni₁₇型相を単
相状態で引き抜き出すので、高価な希土類元素、
Coの組成比を小さくすることができて得られる
磁石は安価となる。また、前記したような耐熱衝
撃性を勘案することなく製造することができるこ
とも効果の１つである。

【図面の簡単な説明】

第１図はSmCu₆−Sm₂Co₁₇擬二元素の高温状態
図、第２図は本発明の実施例にかかる薄片のＸ線
回折パターンの１例である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量百分率で、20〜28％のＲ（希土類元素の
１種又は２種以上を表わす。）；１〜９％のCu；
14〜40％のFe；0.5〜７％のＭ（Ti、Zr、Hf、Ｖ、
Nb、Ta、Cr、Mn、Mo、Ｗ、Si、Alからなる
群より選ばれる１種又は２種以上を表わす。）；残
部が主としてCoからなる磁性合金を溶融し、つ
ぎに、溶融した該磁性合金を1000℃／sec以上の冷却
速度で室温以下の温度に急冷し、ついで、 350〜900℃の温度域で0.1〜500時間、時効処理
を施すことを特徴とする、TbCu₇型もしくは
Th₂Ni₁₇型又はこれらの型が混在した結晶構造を
有するR₂Co₁₇金属間化合物からなる永久磁石の
製造方法。