JPH06151127A - 希土類磁石用Ｒ−Ｆｅ系母合金粉末の製造方法 - Google Patents
希土類磁石用Ｒ−Ｆｅ系母合金粉末の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】希土類（Ｒ）−Fe−Ｎおよび／またはＣ系磁石
用母合金粉末を、微粉砕などの機械的応力を用いること
なく製造する方法を提供する。 【構成】希土類酸化物と鉄粉および還元剤を配合し、還
元性あるいは不活性雰囲気で還元拡散反応させることに
よってＲ−Fe系合金を得る還元拡散法において、前記鉄
粉としてカルボニル鉄粉を使用するとともに、還元拡散
反応を650 ℃から880 ℃の温度範囲で行うことを特徴と
する希土類磁石用Ｒ−Fe系母合金粉末の製造方法。 【効果】Ｒ−Fe−Ｎおよび／またはＣ系磁石用母合金粉
末を、機械的粉砕の工程を経ずに球形状の単磁区粒子径
で製造することができる。この母合金粉末を用いた磁石
は残留磁化および保磁力ともに優れている。
用母合金粉末を、微粉砕などの機械的応力を用いること
なく製造する方法を提供する。 【構成】希土類酸化物と鉄粉および還元剤を配合し、還
元性あるいは不活性雰囲気で還元拡散反応させることに
よってＲ−Fe系合金を得る還元拡散法において、前記鉄
粉としてカルボニル鉄粉を使用するとともに、還元拡散
反応を650 ℃から880 ℃の温度範囲で行うことを特徴と
する希土類磁石用Ｒ−Fe系母合金粉末の製造方法。 【効果】Ｒ−Fe−Ｎおよび／またはＣ系磁石用母合金粉
末を、機械的粉砕の工程を経ずに球形状の単磁区粒子径
で製造することができる。この母合金粉末を用いた磁石
は残留磁化および保磁力ともに優れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、単磁区粒子径に近い
磁石粉末の製造を可能ならしめる、希土類（Ｒ）−Fe−
Ｎ（窒素）系、Ｒ−Fe−Ｃ（炭素）系あるいはＲ−Fe−
Ｃ−Ｎ系磁石のためのＲ−Fe系母合金粉末の製造方法に
関する。
磁石粉末の製造を可能ならしめる、希土類（Ｒ）−Fe−
Ｎ（窒素）系、Ｒ−Fe−Ｃ（炭素）系あるいはＲ−Fe−
Ｃ−Ｎ系磁石のためのＲ−Fe系母合金粉末の製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から希土類（以下、単にＲを用いる
こともある）磁石用母合金の製造方法として還元拡散法
と溶解法が知られている。還元拡散法は、希土類酸化物
とFeあるいはCoなどの金属粉末を、Ca、Mgなどの還元剤
とともに混合し、次にArなどの不活性雰囲気あるいはH2
などの還元性雰囲気で1000℃程度に加熱し、このとき溶
融した還元剤によってＲ酸化物を還元して希土類金属を
得ると同時に、これをFe、Coなどの金属中に拡散させ、
Ｒ磁石用母合金を製造する方法である。この方法では、
母合金と還元剤の酸化物などが細かくネットワーク状に
絡みあったケーキが得られるので、これを水洗して母合
金以外の不要物を除去し、必要ならこの母合金を微粉砕
してそのまま、または、さらに窒化処理などを加えて磁
石粉末とする。溶解法は、Ｒ金属と磁石の主要構成元素
であるFeやCoなどの金属を高周波炉、アーク炉などで溶
解して母合金のインゴットとし、これを粉砕する方法で
ある。
こともある）磁石用母合金の製造方法として還元拡散法
と溶解法が知られている。還元拡散法は、希土類酸化物
とFeあるいはCoなどの金属粉末を、Ca、Mgなどの還元剤
とともに混合し、次にArなどの不活性雰囲気あるいはH2
などの還元性雰囲気で1000℃程度に加熱し、このとき溶
融した還元剤によってＲ酸化物を還元して希土類金属を
得ると同時に、これをFe、Coなどの金属中に拡散させ、
Ｒ磁石用母合金を製造する方法である。この方法では、
母合金と還元剤の酸化物などが細かくネットワーク状に
絡みあったケーキが得られるので、これを水洗して母合
金以外の不要物を除去し、必要ならこの母合金を微粉砕
してそのまま、または、さらに窒化処理などを加えて磁
石粉末とする。溶解法は、Ｒ金属と磁石の主要構成元素
であるFeやCoなどの金属を高周波炉、アーク炉などで溶
解して母合金のインゴットとし、これを粉砕する方法で
ある。
【０００３】このいわゆる還元拡散法と呼ばれる磁石用
母合金の製造方法は、もうひとつの代表的な母合金の製
造方法である溶解法と比べて、磁石粉末とするときの粉
砕工程が省略でき、さらに低温で母合金を製造すること
ができる省エネルギープロセスであるという利点をもっ
ている。例えば、特開昭63−105910号公報には、磁石用
のＲ−Fe−Ｂ（ボロン）系合金粉末の製造方法として、
予めアーク炉でFe−Ｂ合金を溶解してインゴットとし、
これを粉砕して得られる平均粒径１〜５μm のFe−Ｂ合
金粉末にＲ酸化物と還元剤を加えた原料を用い、 950℃
前後で還元拡散反応させることにより、微粉砕すること
なく平均粒径３〜７μm の上記系の合金粉末を得る方法
が開示されている。この方法によれば、微粉砕工程で合
金粉末に発生する酸化および歪やクラックによる結晶構
造の乱れが少なくなり、この粉末から得られる磁石は磁
気特性が優れている。
母合金の製造方法は、もうひとつの代表的な母合金の製
造方法である溶解法と比べて、磁石粉末とするときの粉
砕工程が省略でき、さらに低温で母合金を製造すること
ができる省エネルギープロセスであるという利点をもっ
ている。例えば、特開昭63−105910号公報には、磁石用
のＲ−Fe−Ｂ（ボロン）系合金粉末の製造方法として、
予めアーク炉でFe−Ｂ合金を溶解してインゴットとし、
これを粉砕して得られる平均粒径１〜５μm のFe−Ｂ合
金粉末にＲ酸化物と還元剤を加えた原料を用い、 950℃
前後で還元拡散反応させることにより、微粉砕すること
なく平均粒径３〜７μm の上記系の合金粉末を得る方法
が開示されている。この方法によれば、微粉砕工程で合
金粉末に発生する酸化および歪やクラックによる結晶構
造の乱れが少なくなり、この粉末から得られる磁石は磁
気特性が優れている。
【０００４】一方、最近希土類磁石としてＲ−Fe系のも
のが再び見直されてきている。この系は従来から知られ
ていたものであるが、キュリー点が低すぎるため磁石と
しては事実上使用できないと評価されていた。したがっ
て、これまではＲ−Fe系母合金を製造するための還元拡
散法については、特に注目されず、研究報告もなされて
いない。しかし、この合金に窒化処理または炭化処理を
施すことで、キュリー点が150 ℃以上上昇し、前記Ｒ−
Fe−Ｂ系よりもさらに保磁力が高くなる可能性があるこ
と、磁気特性の温度変化が小さく安定していること、お
よび高耐候性があることなど、優れた特性を示すことが
最近見いだされ、開発が進められるようになった。
のが再び見直されてきている。この系は従来から知られ
ていたものであるが、キュリー点が低すぎるため磁石と
しては事実上使用できないと評価されていた。したがっ
て、これまではＲ−Fe系母合金を製造するための還元拡
散法については、特に注目されず、研究報告もなされて
いない。しかし、この合金に窒化処理または炭化処理を
施すことで、キュリー点が150 ℃以上上昇し、前記Ｒ−
Fe−Ｂ系よりもさらに保磁力が高くなる可能性があるこ
と、磁気特性の温度変化が小さく安定していること、お
よび高耐候性があることなど、優れた特性を示すことが
最近見いだされ、開発が進められるようになった。
【０００５】しかし、これらのＲ−Fe−Ｎ、Ｒ−Fe−
Ｃ、Ｒ−Fe−Ｃ−Ｎなどの系には、優れた点も多いが欠
点もあることがわかった。すなわち、異方性磁界が高い
ものの所望の保磁力が得られにくいことであり、充分な
保磁力を得るには微粉砕して３μm 前後の単磁区粒子径
サイズ以下にするか、Znなどの金属をバインダーとする
金属ボンド磁石としなければならない。単磁区粒子径サ
イズ以下にまで微粉砕すると、前記のＲ−Fe−Ｂ系と同
様に、望ましい保磁力は得られても、酸化や歪みなどの
影響で他の磁気特性が低下するという問題が生ずる。ま
た、金属バインダーは通常のボンド磁石に使用されるプ
ラスチックと比較して相当高価であるから、現実的な方
法ではない。
Ｃ、Ｒ−Fe−Ｃ−Ｎなどの系には、優れた点も多いが欠
点もあることがわかった。すなわち、異方性磁界が高い
ものの所望の保磁力が得られにくいことであり、充分な
保磁力を得るには微粉砕して３μm 前後の単磁区粒子径
サイズ以下にするか、Znなどの金属をバインダーとする
金属ボンド磁石としなければならない。単磁区粒子径サ
イズ以下にまで微粉砕すると、前記のＲ−Fe−Ｂ系と同
様に、望ましい保磁力は得られても、酸化や歪みなどの
影響で他の磁気特性が低下するという問題が生ずる。ま
た、金属バインダーは通常のボンド磁石に使用されるプ
ラスチックと比較して相当高価であるから、現実的な方
法ではない。
【０００６】これらの問題を避けるため、前記の特許公
報に示される方法と類似の条件でＲ−Fe系の母合金粉末
を試作したところ以下のような問題があることがわかっ
た。
報に示される方法と類似の条件でＲ−Fe系の母合金粉末
を試作したところ以下のような問題があることがわかっ
た。
【０００７】微粉砕して１〜５μm にした鉄粉をＲ酸化
物 Sm2O3および還元剤Caと混合し、950 ℃前後で還元拡
散反応させると、お互いに焼結してしまい、最終的に粒
子径が数十μm 以上の粒子となってしまった。このサイ
ズは単磁区粒子径よりも遙に大きいため、保磁力は１kO
e 程度で極めて低い。さらに、この焼結した粉末を窒化
した後、単磁区粒子径まで微粉砕し、保磁力が出るよう
にしてからプラスチックボンド磁石としたところ、微粒
子であるので充填率が低く成形体に占める磁石粉末の割
合が制限されるため、得られたボンド磁石の磁化が低い
ことがわかった。さらに、このボンド磁石を磁場配向さ
せるとき、後述の図４に示すような形状と同様に、粉末
の形が粉砕によっていびつな形になっており、配向する
ときに粉末の角や突起部がぶつかり合って充分な配向が
できないこともわかった。その結果、期待される程の磁
気特性を持つボンド磁石にならないことが判明した。
物 Sm2O3および還元剤Caと混合し、950 ℃前後で還元拡
散反応させると、お互いに焼結してしまい、最終的に粒
子径が数十μm 以上の粒子となってしまった。このサイ
ズは単磁区粒子径よりも遙に大きいため、保磁力は１kO
e 程度で極めて低い。さらに、この焼結した粉末を窒化
した後、単磁区粒子径まで微粉砕し、保磁力が出るよう
にしてからプラスチックボンド磁石としたところ、微粒
子であるので充填率が低く成形体に占める磁石粉末の割
合が制限されるため、得られたボンド磁石の磁化が低い
ことがわかった。さらに、このボンド磁石を磁場配向さ
せるとき、後述の図４に示すような形状と同様に、粉末
の形が粉砕によっていびつな形になっており、配向する
ときに粉末の角や突起部がぶつかり合って充分な配向が
できないこともわかった。その結果、期待される程の磁
気特性を持つボンド磁石にならないことが判明した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い保磁力
を得るのに好適な粒径と粒子形状を有するＲ−Fe−（Ｎ
および／またはＣ) 系磁石用母合金粉末を、微粉砕など
の機械的応力を用いることなく製造する方法を提供する
ことを目的とする。
を得るのに好適な粒径と粒子形状を有するＲ−Fe−（Ｎ
および／またはＣ) 系磁石用母合金粉末を、微粉砕など
の機械的応力を用いることなく製造する方法を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の製造
方法にある。
方法にある。
【００１０】希土類酸化物と鉄粉および還元剤を配合
し、還元性雰囲気あるいは不活性雰囲気で還元拡散反応
させることによって希土類（Ｒ）−Fe系合金を得る還元
拡散法において、前記鉄粉としてカルボニル鉄粉を使用
するとともに、還元拡散反応を650 ℃から880 ℃の温度
範囲で行うことを特徴とする希土類磁石用Ｒ−Fe系母合
金粉末の製造方法。
し、還元性雰囲気あるいは不活性雰囲気で還元拡散反応
させることによって希土類（Ｒ）−Fe系合金を得る還元
拡散法において、前記鉄粉としてカルボニル鉄粉を使用
するとともに、還元拡散反応を650 ℃から880 ℃の温度
範囲で行うことを特徴とする希土類磁石用Ｒ−Fe系母合
金粉末の製造方法。
【００１１】本発明者は還元拡散法を用いて、上記系の
磁石用母合金粉末を得る方法について検討した結果、原
料鉄粉の種類と、さらに還元拡散反応の温度を適正範囲
に制御することによって、機械的粉砕によらず、単磁区
粒子径の母合金粉末を効率よく製造できることを見出し
た。単磁区粒子径の母合金粉末が得られれば、比較的低
温での窒化や炭化処理のときにも、合金粉末の粒子が焼
結または成長することはなく、そのまま単磁区粒子径の
磁石母合金粉末となる。
磁石用母合金粉末を得る方法について検討した結果、原
料鉄粉の種類と、さらに還元拡散反応の温度を適正範囲
に制御することによって、機械的粉砕によらず、単磁区
粒子径の母合金粉末を効率よく製造できることを見出し
た。単磁区粒子径の母合金粉末が得られれば、比較的低
温での窒化や炭化処理のときにも、合金粉末の粒子が焼
結または成長することはなく、そのまま単磁区粒子径の
磁石母合金粉末となる。
【００１２】先ず、対象とする合金系であるが、これは
主に（SmあるいはNd) −Fe系がよい。ＲとしてはSmが代
表的であり、Sm2Fe17 がこの系の母合金の基本組成であ
る。
主に（SmあるいはNd) −Fe系がよい。ＲとしてはSmが代
表的であり、Sm2Fe17 がこの系の母合金の基本組成であ
る。
【００１３】この母合金を窒化して得られるSm2Fe17N3
は、次世代磁石として期待されているもので、Ｒとして
Ndを用いたNdTiFe12なども窒化すると強力な磁石とな
り、有望視されている。これらは数年前に発見された新
しい磁石であるが、さらに耐食性を向上させたり、磁気
特性の温度変化を抑制したりして磁石構造の安定化を図
る目的で、窒素以外の含有元素としてCr、Co、Ｖ、Moお
よびＷなどが用いられる場合もある。
は、次世代磁石として期待されているもので、Ｒとして
Ndを用いたNdTiFe12なども窒化すると強力な磁石とな
り、有望視されている。これらは数年前に発見された新
しい磁石であるが、さらに耐食性を向上させたり、磁気
特性の温度変化を抑制したりして磁石構造の安定化を図
る目的で、窒素以外の含有元素としてCr、Co、Ｖ、Moお
よびＷなどが用いられる場合もある。
【００１４】
【作用】本発明の方法を上記のように限定した理由を以
下に説明する。
下に説明する。
【００１５】原料となる鉄粉としては、カルボニル鉄粉
が最適である。
が最適である。
【００１６】このカルボニル鉄粉は、COガスと金属を反
応させると、 Ｍ（金属）＋４CO（気体）＝Ｍ(CO)4(気体) で表されるカルボニル反応により、金属がカルボニルと
なることを利用して製造される微粉末である。この製造
方法については、例えば、70気圧、 180℃程度でカルボ
ニル反応を行わせ、Ni、Co、Feなどの金属をすべて上記
式右の気体カルボニルにし、その後分別蒸留したあと、
各々の金属粉末を回収するＩＰＣ法(INCOPRESSURE CARB
ONYL PROCESS)が代表的であり、Ni、Co、Fe粉末などが
この方法で製造されている。この粉末の特徴は、ガス状
態のカルボニルが分解して金属を析出するため、粒子径
が相当細かく、Ｒ−Fe−（Ｃ、Ｎ）系の単磁区粒子径と
同じレベルにあることである。カルボニル鉄粉の場合、
分級しなくともその90％以上が約３μm の単磁区粒子径
以下であるから、粒度調整などの事前処理は全く不要で
そのまま原料粉末として用いることができる。つまり、
カルボニル鉄粉を焼結させずにそのままＲ酸化物と反応
させて母合金粉末にすることができれば、これを窒化や
炭化処理するのみで、粉砕することなく高保磁力の単磁
区粒子径の磁石粉末が得られる。
応させると、 Ｍ（金属）＋４CO（気体）＝Ｍ(CO)4(気体) で表されるカルボニル反応により、金属がカルボニルと
なることを利用して製造される微粉末である。この製造
方法については、例えば、70気圧、 180℃程度でカルボ
ニル反応を行わせ、Ni、Co、Feなどの金属をすべて上記
式右の気体カルボニルにし、その後分別蒸留したあと、
各々の金属粉末を回収するＩＰＣ法(INCOPRESSURE CARB
ONYL PROCESS)が代表的であり、Ni、Co、Fe粉末などが
この方法で製造されている。この粉末の特徴は、ガス状
態のカルボニルが分解して金属を析出するため、粒子径
が相当細かく、Ｒ−Fe−（Ｃ、Ｎ）系の単磁区粒子径と
同じレベルにあることである。カルボニル鉄粉の場合、
分級しなくともその90％以上が約３μm の単磁区粒子径
以下であるから、粒度調整などの事前処理は全く不要で
そのまま原料粉末として用いることができる。つまり、
カルボニル鉄粉を焼結させずにそのままＲ酸化物と反応
させて母合金粉末にすることができれば、これを窒化や
炭化処理するのみで、粉砕することなく高保磁力の単磁
区粒子径の磁石粉末が得られる。
【００１７】図１は、カルボニル鉄粉の粒子構造（径と
形状) を示す写真（ＳＥＭ像）の複写図である。このよ
うなカルボニル鉄粉には、さらにもう一つの重要な特徴
がある。すなわち、図１に示すように粒子形状が球形を
していることで、この形状が製造後の粉末の充填率や配
向に大きな影響を及ぼす。粒子が細かい場合、不定形の
粒子よりも球形状の方が充填率が向上する。したがっ
て、球形状の粒子粉末を成形すれば磁化の高いボンド磁
石とすることができる。さらに、粒子表面に突起がな
く、粒子同志が接触しても滑りがよいので磁場配向させ
やすい。
形状) を示す写真（ＳＥＭ像）の複写図である。このよ
うなカルボニル鉄粉には、さらにもう一つの重要な特徴
がある。すなわち、図１に示すように粒子形状が球形を
していることで、この形状が製造後の粉末の充填率や配
向に大きな影響を及ぼす。粒子が細かい場合、不定形の
粒子よりも球形状の方が充填率が向上する。したがっ
て、球形状の粒子粉末を成形すれば磁化の高いボンド磁
石とすることができる。さらに、粒子表面に突起がな
く、粒子同志が接触しても滑りがよいので磁場配向させ
やすい。
【００１８】粒子が球形状という点では、ガスアトマイ
ズ法によって製造される鉄粉などもこれに当たる。しか
し、その平均粒径は単磁区粒子径よりも10倍以上も大き
く、充填率や磁場配向に関しては問題がないものの、粒
子が大きすぎて多磁区構造となるから、保磁力が著しく
低く、適当な原料ではない。
ズ法によって製造される鉄粉などもこれに当たる。しか
し、その平均粒径は単磁区粒子径よりも10倍以上も大き
く、充填率や磁場配向に関しては問題がないものの、粒
子が大きすぎて多磁区構造となるから、保磁力が著しく
低く、適当な原料ではない。
【００１９】一方、機械的に破砕した微粒子では、せっ
かく各粒子が単磁区粒子径の微小磁石となっていても、
粒子表面に存在する突起のために配向させにくいので、
単磁区粒子径のメリットを充分発揮することができない
上、粉砕時に入る歪みや酸化が磁気特性に悪影響を及ぼ
す。
かく各粒子が単磁区粒子径の微小磁石となっていても、
粒子表面に存在する突起のために配向させにくいので、
単磁区粒子径のメリットを充分発揮することができない
上、粉砕時に入る歪みや酸化が磁気特性に悪影響を及ぼ
す。
【００２０】次に、このカルボニル鉄粉とSm、Ndなどの
Ｒ酸化物と還元剤である金属Caや金属Mgなどとを混合
し、ステンレスの容器などに入れてArなどの不活性雰囲
気あるいはH2などの還元性雰囲気で加熱し還元拡散反応
させる。本発明の方法では、前記のような細かい球形状
粉末を原料とするので、この還元拡散反応の温度条件が
重要である。
Ｒ酸化物と還元剤である金属Caや金属Mgなどとを混合
し、ステンレスの容器などに入れてArなどの不活性雰囲
気あるいはH2などの還元性雰囲気で加熱し還元拡散反応
させる。本発明の方法では、前記のような細かい球形状
粉末を原料とするので、この還元拡散反応の温度条件が
重要である。
【００２１】Ｒ−Fe−Ｂ系での還元拡散反応の場合、そ
の温度が低くなるとＢの拡散が不均一となり、得られる
合金の品質が低下するので、あまりこの温度を下げるこ
とはできない。このため、この系では通常900 ℃以上、
多くは1000℃前後とされているのである。一方、本発明
の方法のように、カルボニル鉄粉を用いる場合、通常の
温度条件(900〜1200℃) による還元拡散法では、上記の
鉄粉の粒径範囲で所望の単磁区粒子径程度の大きさの母
合金粉末を得ることは難しい。つまり、カルボニル鉄粉
は前記のように粒径が小さいため、他の鉄粉よりかなり
低温で焼結して粒径が大きくなってしまう。そこで、元
の鉄粉の粒径が焼結して成長しないような還元拡散反応
の適正条件について調査した結果、上記の通常の還元拡
散反応温度のような高い温度は好ましくなく、 900℃未
満程度まで温度を下げなければならないことがわかっ
た。
の温度が低くなるとＢの拡散が不均一となり、得られる
合金の品質が低下するので、あまりこの温度を下げるこ
とはできない。このため、この系では通常900 ℃以上、
多くは1000℃前後とされているのである。一方、本発明
の方法のように、カルボニル鉄粉を用いる場合、通常の
温度条件(900〜1200℃) による還元拡散法では、上記の
鉄粉の粒径範囲で所望の単磁区粒子径程度の大きさの母
合金粉末を得ることは難しい。つまり、カルボニル鉄粉
は前記のように粒径が小さいため、他の鉄粉よりかなり
低温で焼結して粒径が大きくなってしまう。そこで、元
の鉄粉の粒径が焼結して成長しないような還元拡散反応
の適正条件について調査した結果、上記の通常の還元拡
散反応温度のような高い温度は好ましくなく、 900℃未
満程度まで温度を下げなければならないことがわかっ
た。
【００２２】図２は、カルボニル鉄粉11.4g 、希土類
（Ｒ) 酸化物としてSm2O3 を５g 、還元剤としてCaを2.
3g配合した場合の還元拡散反応温度と粉末粒子の焼結と
の関係を示す図である。この図は、還元拡散反応後試料
を切り出して顕微鏡観察し、粉末同志の接合状態を観察
した結果であるが、 880〜890 ℃程度が焼結しない上限
温度であることが明らかである。図３は、 900℃で還元
拡散反応させたものの粒子構造（径と形状）の一例を示
す写真（ＳＥＭ像）の複写図であるが、カルボニル鉄粉
同志が焼結し、鉄粒子が元の粒径よりもかなり大きくな
っている。これらの理由から、還元拡散反応温度の上限
を 880℃とした。
（Ｒ) 酸化物としてSm2O3 を５g 、還元剤としてCaを2.
3g配合した場合の還元拡散反応温度と粉末粒子の焼結と
の関係を示す図である。この図は、還元拡散反応後試料
を切り出して顕微鏡観察し、粉末同志の接合状態を観察
した結果であるが、 880〜890 ℃程度が焼結しない上限
温度であることが明らかである。図３は、 900℃で還元
拡散反応させたものの粒子構造（径と形状）の一例を示
す写真（ＳＥＭ像）の複写図であるが、カルボニル鉄粉
同志が焼結し、鉄粒子が元の粒径よりもかなり大きくな
っている。これらの理由から、還元拡散反応温度の上限
を 880℃とした。
【００２３】一方、温度の下限も存在する。この理由
は、還元剤であるCaの融点が 843℃、Mgの融点が 650℃
であるため、 650℃未満ではＲ酸化物と還元剤の接触が
悪く、充分な還元反応を期待することができないからで
ある。還元剤が溶融してＲ酸化物粉末原料に浸透しなけ
れば還元が不均一に起こる。また還元されたＲ金属が溶
融した還元剤に溶け込み、鉄粉の表面に供給される状態
にならなければ、Ｒ金属の拡散による合金化は生じない
から、還元剤が溶融する温度以下で還元拡散反応を起こ
させるのは意味がない。いまのところ、工業的に利用で
きる還元剤で最も融点が低いのは、Mgであり、その融点
は 650℃である。よって、下限を 650℃とした。
は、還元剤であるCaの融点が 843℃、Mgの融点が 650℃
であるため、 650℃未満ではＲ酸化物と還元剤の接触が
悪く、充分な還元反応を期待することができないからで
ある。還元剤が溶融してＲ酸化物粉末原料に浸透しなけ
れば還元が不均一に起こる。また還元されたＲ金属が溶
融した還元剤に溶け込み、鉄粉の表面に供給される状態
にならなければ、Ｒ金属の拡散による合金化は生じない
から、還元剤が溶融する温度以下で還元拡散反応を起こ
させるのは意味がない。いまのところ、工業的に利用で
きる還元剤で最も融点が低いのは、Mgであり、その融点
は 650℃である。よって、下限を 650℃とした。
【００２４】このような鉄粉と還元拡散条件を選定すれ
ば、還元拡散後さらに洗浄して得られるＲ−Fe合金粉末
の粒径を、元の鉄粉の持つ、磁石特性に好都合な単磁区
粒子径サイズで、しかも球形状という状態に留めること
ができる。
ば、還元拡散後さらに洗浄して得られるＲ−Fe合金粉末
の粒径を、元の鉄粉の持つ、磁石特性に好都合な単磁区
粒子径サイズで、しかも球形状という状態に留めること
ができる。
【００２５】
（試験１−溶解法による比較例）純度99.9％のSmおよび
Feを高周波炉で溶解し、さらにAr雰囲気中で1100℃にて
均一化処理し、組成がSm2Fe17 の母合金インゴットを得
た。このインゴットを粒径 106μｍ以下に粉砕したの
ち、 450℃の窒化ガス中で15時間窒化した。この粉末を
450℃のAr雰囲気中で焼鈍したのち、ジェットミルで平
均粒径５μm 程度に微粉砕した。この粉末の窒素含有量
は 3.1wt％であった。
Feを高周波炉で溶解し、さらにAr雰囲気中で1100℃にて
均一化処理し、組成がSm2Fe17 の母合金インゴットを得
た。このインゴットを粒径 106μｍ以下に粉砕したの
ち、 450℃の窒化ガス中で15時間窒化した。この粉末を
450℃のAr雰囲気中で焼鈍したのち、ジェットミルで平
均粒径５μm 程度に微粉砕した。この粉末の窒素含有量
は 3.1wt％であった。
【００２６】磁気特性測定用磁石を作製するため、この
粉末約25mgをパラフィンと混合してカプセルに入れ、加
熱してパラフィンを溶かし、その状態で 15kOeの磁場中
で配向させたのち冷却した。この試料のＢ−Ｈカーブを
試料振動型磁気特性測定装置で測定した。その結果の残
留磁化と保磁力を表１に、ジェットミルで微粉砕した後
の磁石粉末の粒子構造（径と形状）の写真（ＳＥＭ像）
の複写図を図４に、それぞれ示す。これらの結果で保磁
力が低いのは、微粉形状が不定形で表面に鋭く尖った角
状態が認められることから、微粉砕の際に相当な機械的
応力でひきちぎられ、粒子表面の歪やクラック、傷など
が悪影響を及ぼしているためと判断された。
粉末約25mgをパラフィンと混合してカプセルに入れ、加
熱してパラフィンを溶かし、その状態で 15kOeの磁場中
で配向させたのち冷却した。この試料のＢ−Ｈカーブを
試料振動型磁気特性測定装置で測定した。その結果の残
留磁化と保磁力を表１に、ジェットミルで微粉砕した後
の磁石粉末の粒子構造（径と形状）の写真（ＳＥＭ像）
の複写図を図４に、それぞれ示す。これらの結果で保磁
力が低いのは、微粉形状が不定形で表面に鋭く尖った角
状態が認められることから、微粉砕の際に相当な機械的
応力でひきちぎられ、粒子表面の歪やクラック、傷など
が悪影響を及ぼしているためと判断された。
【００２７】
【表１】
【００２８】（試験２）カルボニル鉄粉800g、Ｒ酸化物
としてSm2O3 350gを用い、還元剤として金属Ca160gを加
え、ステンレス製のるつぼに入れてAr雰囲気中で昇温
し、Caの融点付近である 840℃から 900℃まで10℃毎に
保持温度を変えて還元拡散反応させた。このようにして
得られたケーキ状のものを水洗して母合金粉末だけを選
別し、顕微鏡で観察して判定した結果、このときの還元
拡散温度と粉末粒子同志の焼結の有無との関係は、前記
図２の結果と同様であった。これは、上記のように、各
原料の配合比（重量比）を図２の試験とほぼ同じとした
からである。
としてSm2O3 350gを用い、還元剤として金属Ca160gを加
え、ステンレス製のるつぼに入れてAr雰囲気中で昇温
し、Caの融点付近である 840℃から 900℃まで10℃毎に
保持温度を変えて還元拡散反応させた。このようにして
得られたケーキ状のものを水洗して母合金粉末だけを選
別し、顕微鏡で観察して判定した結果、このときの還元
拡散温度と粉末粒子同志の焼結の有無との関係は、前記
図２の結果と同様であった。これは、上記のように、各
原料の配合比（重量比）を図２の試験とほぼ同じとした
からである。
【００２９】900 ℃の場合では、前記図３に示す状態と
同様に大部分の場所でカルボニル鉄粉同志が焼結してネ
ットワークを構成し、鉄粒子の成長が認められた。 890
℃ではこのネットワーク構造がかなり減少していたもの
の、カルボニル鉄粉の原型を失って不定形になっている
部分も多かった。また 840℃ではCaの溶融が十分でな
く、一部未溶解のCa粒子がみられた。このため、一部未
還元のSm酸化物が残留し、母合金が十分生成していなか
った。
同様に大部分の場所でカルボニル鉄粉同志が焼結してネ
ットワークを構成し、鉄粒子の成長が認められた。 890
℃ではこのネットワーク構造がかなり減少していたもの
の、カルボニル鉄粉の原型を失って不定形になっている
部分も多かった。また 840℃ではCaの溶融が十分でな
く、一部未溶解のCa粒子がみられた。このため、一部未
還元のSm酸化物が残留し、母合金が十分生成していなか
った。
【００３０】図６は、還元拡散反応温度が 850〜880 ℃
の場合の処理後の粒子構造（径と形状）の一例を示す写
真（ＳＥＭ像）の複写図である。前記図１に示すカルボ
ニル鉄粉の元の粒径と図６の粒径を比較すれば明らかな
ように、この温度範囲では、還元拡散反応による母合金
粉末と還元剤が合体したケーキを水洗するだけで、粉砕
することなく、原料のカルボニル鉄粉の粒子径と形状を
留めた母合金粉末が得られている。ただし、この温度範
囲のうち、本発明で定める範囲の上限である880 ℃で
は、まれに鉄粉同志が焼結している場所が認められたも
のの、その焼結の程度は軽度であり、問題となるほどの
粒成長ではなかった。
の場合の処理後の粒子構造（径と形状）の一例を示す写
真（ＳＥＭ像）の複写図である。前記図１に示すカルボ
ニル鉄粉の元の粒径と図６の粒径を比較すれば明らかな
ように、この温度範囲では、還元拡散反応による母合金
粉末と還元剤が合体したケーキを水洗するだけで、粉砕
することなく、原料のカルボニル鉄粉の粒子径と形状を
留めた母合金粉末が得られている。ただし、この温度範
囲のうち、本発明で定める範囲の上限である880 ℃で
は、まれに鉄粉同志が焼結している場所が認められたも
のの、その焼結の程度は軽度であり、問題となるほどの
粒成長ではなかった。
【００３１】上記のようにして870 ℃で還元拡散して作
製した母合金粉末を比較例と同様な条件で窒化処理し
た。この時、窒化時間だけを比較例の約1/2 の８時間に
して、窒素含有量が比較例と同じ 3.1wt％になるよう調
節した。この粉末につき比較例と全く同様な条件で磁気
特性を測定した。この結果を表１に併せて示す。
製した母合金粉末を比較例と同様な条件で窒化処理し
た。この時、窒化時間だけを比較例の約1/2 の８時間に
して、窒素含有量が比較例と同じ 3.1wt％になるよう調
節した。この粉末につき比較例と全く同様な条件で磁気
特性を測定した。この結果を表１に併せて示す。
【００３２】本発明の方法により、残留磁化および保磁
力ともに顕著な向上が認められることが明らかである。
この理由は、粉砕などの機械的な応力をかけることな
く、単磁区粒子径の微粉が得られたため、磁気特性を大
きく左右する表面の歪やクラック、傷などが減少した結
果および球形粒子のため磁場配向が容易になった結果に
よると考えられる。図４に示す比較例で得た合金微粉末
と図６に示す本発明の方法で得られたそれを比較する
と、後者がきれいな球形状を呈し、粒子表面の傷や鋭い
突起部等が認められず、粉砕工程を必要としない本発明
の方法の優位性が明らかである。
力ともに顕著な向上が認められることが明らかである。
この理由は、粉砕などの機械的な応力をかけることな
く、単磁区粒子径の微粉が得られたため、磁気特性を大
きく左右する表面の歪やクラック、傷などが減少した結
果および球形粒子のため磁場配向が容易になった結果に
よると考えられる。図４に示す比較例で得た合金微粉末
と図６に示す本発明の方法で得られたそれを比較する
と、後者がきれいな球形状を呈し、粒子表面の傷や鋭い
突起部等が認められず、粉砕工程を必要としない本発明
の方法の優位性が明らかである。
【００３３】（試験３）試験２において、還元剤をMgに
変更し、還元拡散反応の温度もMgの融点付近の640 ℃か
ら 900℃まで変化させて鉄粉の焼結状態を調査した。こ
の場合でも、図５に示すように、焼結状態はCaを還元剤
として用いた場合と大差なく、890 ℃未満で焼結の少な
い母合金粉末が得られた。
変更し、還元拡散反応の温度もMgの融点付近の640 ℃か
ら 900℃まで変化させて鉄粉の焼結状態を調査した。こ
の場合でも、図５に示すように、焼結状態はCaを還元剤
として用いた場合と大差なく、890 ℃未満で焼結の少な
い母合金粉末が得られた。
【００３４】この結果から、カルボニル鉄粉の焼結に関
しては、還元剤の種類はほとんど影響を及ぼさず、還元
拡散の温度が支配的要因であると言える。すなわち、 6
40℃および 650℃ではCaの場合と同様、一部未溶解のMg
が認められ、還元反応が充分ではなかった。低温ほど還
元拡散の所要時間が長くなるものの、 660℃以上ではカ
ルボニル鉄粉の焼結はほとんど認められず、水洗するだ
けで図６に示すものと同様の粒径と粒子形状の母合金粉
末が得られた。
しては、還元剤の種類はほとんど影響を及ぼさず、還元
拡散の温度が支配的要因であると言える。すなわち、 6
40℃および 650℃ではCaの場合と同様、一部未溶解のMg
が認められ、還元反応が充分ではなかった。低温ほど還
元拡散の所要時間が長くなるものの、 660℃以上ではカ
ルボニル鉄粉の焼結はほとんど認められず、水洗するだ
けで図６に示すものと同様の粒径と粒子形状の母合金粉
末が得られた。
【００３５】
【発明の効果】本発明の方法によれば、希土類（Ｒ）−
Fe−（Ｎおよび／またはＣ) 系磁石用母合金粉末を、機
械的粉砕の工程を経ずに球形状の単磁区粒子径で製造す
ることができる。この母合金粉末を用いた磁石は、残留
磁化および保磁力ともに優れている。
Fe−（Ｎおよび／またはＣ) 系磁石用母合金粉末を、機
械的粉砕の工程を経ずに球形状の単磁区粒子径で製造す
ることができる。この母合金粉末を用いた磁石は、残留
磁化および保磁力ともに優れている。
【図１】カルボニル鉄粉の粒子構造（径と形状) を示す
写真（ＳＥＭ像）の複写図である。
写真（ＳＥＭ像）の複写図である。
【図２】還元剤としてCaを用いた場合の還元拡散反応温
度とカルボニル鉄粉同志の焼結との関係を示す図であ
る。
度とカルボニル鉄粉同志の焼結との関係を示す図であ
る。
【図３】還元拡散反応を適正温度より高い温度で行った
時にカルボニル鉄粉同志が焼結した粒子構造を示す写真
（ＳＥＭ像）の複写図である。
時にカルボニル鉄粉同志が焼結した粒子構造を示す写真
（ＳＥＭ像）の複写図である。
【図４】溶解法−微粉砕法で得られたSm−Fe−Ｎ系磁石
合金粉末の粒子構造（径と形状) を示す写真（ＳＥＭ
像）の複写図である。
合金粉末の粒子構造（径と形状) を示す写真（ＳＥＭ
像）の複写図である。
【図５】還元剤としてMgを用いた場合の還元拡散反応温
度とカルボニル鉄粉同志の焼結との関係を示す図であ
る。
度とカルボニル鉄粉同志の焼結との関係を示す図であ
る。
【図６】適正な還元拡散反応温度で反応させた時に得ら
れる母合金粉末の粒子構造（径と形状) を示す写真（Ｓ
ＥＭ像）の複写図である。
れる母合金粉末の粒子構造（径と形状) を示す写真（Ｓ
ＥＭ像）の複写図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ２２Ｆ 9/20 Ａ Ｈ０１Ｆ 1/06
Claims (1)
- 【請求項１】希土類酸化物と鉄粉および還元剤を配合
し、還元性雰囲気あるいは不活性雰囲気で還元拡散反応
させることによって希土類（Ｒ）−Fe系合金を得る還元
拡散法において、前記鉄粉としてカルボニル鉄粉を使用
するとともに、還元拡散反応を650 ℃から880 ℃の温度
範囲で行うことを特徴とする希土類磁石用Ｒ−Fe系母合
金粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4300986A JPH06151127A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 希土類磁石用Ｒ−Ｆｅ系母合金粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4300986A JPH06151127A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 希土類磁石用Ｒ−Ｆｅ系母合金粉末の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151127A true JPH06151127A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=17891456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4300986A Pending JPH06151127A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 希土類磁石用Ｒ−Ｆｅ系母合金粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06151127A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999033597A1 (fr) * | 1997-12-25 | 1999-07-08 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | POUDRE D'ALLIAGE DE Sm-Fe-N ET PROCEDE DE PRODUCTION |
| JP2004115921A (ja) * | 1997-12-25 | 2004-04-15 | Nichia Chem Ind Ltd | Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系合金粉末及びその製造方法 |
| DE102010037838A1 (de) | 2009-09-29 | 2011-03-31 | Minebea Co., Ltd. | Anisotroper Kunstharz-Verbundmagnet auf Seltenerd-Eisen Basis |
| JP2011202225A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Hokkaido Univ | 合金粉末製造方法 |
| CN105671591A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-06-15 | 北京科技大学 | 一种熔盐电解直接制备Sm2Fe17合金方法 |
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1992
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