JPH0621324B2

JPH0621324B2 - 希土類永久磁石合金用組成物

Info

Publication number: JPH0621324B2
Application number: JP61236886A
Authority: JP
Inventors: 敏一横山; 健大橋; 好夫俵
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1986-10-04
Filing date: 1986-10-04
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPS6393841A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、各種電気・電子機器材料として有用な磁気特
性、とくには飽和磁化と保磁力にすぐれた希土類永久磁
石合金用組成物に関する。

（従来技術とその問題点）近年、Ｃｏを必要としない希土類永久磁石としてＮｄ・
Ｆｅ・Ｂ系磁石が開発され、粉末や金法により残留磁束
密度Ｂｒが12.3kG、最大エネルギー積（ＢＨ）_maxが35M
G・Oeの特性を持つ磁石が量産されている。ところが、こ
の磁石の磁性をになう筈のＮｄ_２Ｆｅ₁₄Ｂ相の飽和磁化
４πＭｓは16kGであるのに対し、上記のＮｄ・Ｆｅ・Ｂ
系磁石ではこれに比べてかなり低い値となっている。そ
の理由は実際の磁石組成が化学量論比組成のＮｄ_２Ｆｅ
₁₄ＢよりもＮｄ、Ｂが多く、Ｆｅが少ない組成、例えば
Ｎｄ₁₅Ｆｅ₇₇Ｂ_８になっているためである。このＮｄが
多くなる要因には２つあって、その１はこの磁石がＮｄ
の多い液相を必要とする駅相焼結によってち密化されて
いることであり、他の１は製造工程中にＮｄが酸化して
無駄になる量を見越してあらかじめＮｄを多くしている
ためである。したがって、より高い磁気特性のものを得
るには工程中における合金粉の酸化を最小限に抑え、組
成を本来のＮｄ_２Ｆｅ₁₄Ｂに近付けることが必要とな
る。ところでＮｄ・Ｆｅ・Ｂ系磁石の製造工程中におけ
る酸化の大きな原因は合金粉中に体積百分比で約20％存
在するＮｄに富んだ部分が非常に酸化され易いことにあ
る。そこでＮｄ_２Ｆｅ₁₄Ｂ相とＮｄに富んだ相とを別々
の工程により製造することが考えられるが、Ｎｄに富ん
だ相は磁石粉以上に酸化され易いため、これを抑制する
方法を見出すことが先決となる。

一方、Ｎｄ・Ｆｅ・Ｂ系磁石はキュリー点Ｔｃが約 310
℃と低いため、磁気特性の温度による影響が大きく、使
用温度に制約がある。とりわけ保磁力ｉＨの温度による
影響は-0.6％／℃と大きく、最も問題になっている。こ
のため、高温時に保磁力の値が低下しても使用に耐えら
れるように、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏなどの重希土類元素やＴ
ｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏなどの遷移金属やＡｌの添加
によって、室温での保磁力の値を高める方法が提案され
ている。しかし、これらの保磁力増大元素の配合量が増
加すると、得られる磁石の飽和磁化を減少させるので、
その添加量には限界がある。このため少量で保磁力増大
の効果のある添加元素を見出し、実用的な希土類永久磁
石合金用組成物を開発することが必要である。

（問題点を解決するための手段）本発明は、高い飽和磁化を有し、室温においても高い保
磁力を保持する希土類永久磁石合金用組成物の提供を目
的とし、（ａ）原子百分比で8.5 〜16.5％のＲ（ただ
し、ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種以上）
と、４〜8.5 ％のＢと、残部Ｍ（ただし、ＭはＦｅまた
はＦｅとＣｏとの混合物）からなる合金Ｉ 80〜99.9重
量部と、（ｂ）原子百分比で17.5〜60％のＲ（ただし、
Ｒは上記と同じ）と残部Ｘ（ただし、ＸはＦｅまたはＦ
ｅとＢ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏの内
の少なくとも１種以上との混合物）からなる溶融物の急
冷により得られた合金II 20〜0.1 重量部とからなる希
土類永久磁石合金用組成物に関するものである。

これを説明すると、本発明者らは前記問題点の解決のた
め種々検討の結果、（１）ＦｅまたはＦｅとＣｏとの混
合物を主成分とし母相を形成する前記合金Ｉと、Ｙを含
む希土類元素を主成分とする焼結助剤としての前記合金
ＩＩとを個別に溶融・固化・粉砕したのち混合・焼結す
る。いわゆる二合金法により永久磁石合金の製造を行な
うと、焼結助剤としての合金ＩＩが母相を形成する合金
ＩのＲ_２Ｍ₁₄Ｂ相の結晶粒内の粒界近傍とＲリッチ相内
に偏在して分布する不均一組織を形成することを、電子
プローブ微小分析器による結晶粒組織中の元素分布の測
定によって確認し、そのことによって保磁力を従来以上
に効果的に向上させるとともに、添加元素としての重希
土類元素や遷移金属の使用量が少なくて済むことのため
に、これらの使用によってもたらされる飽和磁化の低下
を抑制できること、また（２）溶融合金IIを急冷固化す
ることによって製造工程中にある希土類元素の酸化を抑
制し、全磁石合金中の酸素量を低減させて、従来のもの
よりも化学量論比に近い組成のものとし、飽和磁化の向
上が図れること、さらには（３）この永久磁石合金に用
いられる希土類元素として、前述したＮｄ以外のすべて
の希土類元素とＹにも同様に適用し得ることを見出し、
本発明に到達したものである。

本発明において用いられる合金Ｉは前述したように、原
子百分比で8.5〜16.5％のＲで示されるＹを含む希土類
元素の少なくとも１種以上と、４〜8.5％のＢと、残部
ＭがＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物とから構成される
ものであるが、この組成においてＲが8.5％以下では保
磁力が低く、またＲが16.5％以上であるか、Ｂが上記範
囲外のときは、一合金法で得られた磁石と同等の保磁力
および飽和磁化の低いものしか得られない。

この希土類元素としてはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｅｕの内の少なくとも１種以上の軽希土類元素とく
にはＮｄまたはＰｒ元素を選択することが好ましく、そ
れにより最終製品としての永久磁石の飽和磁化を一層向
上させるという利点がある。

この合金Ｉの調製は成分中に占める希土類元素の割合が
低く、この酸化による影響が少ないため、上記成分を通
常採用されている高周波炉への投入、溶解、鋳型への鋳
込み、粗粉砕、微粉砕等を行なうことにより達成され
る。

一方、合金IIは重量百分比17.5〜60％のＲで示されるＹ
を含む希土類元素の少なくとも１種以上と、残部ＸがＦ
ｅまたはＦｅとＢ、ＡＩ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏの内の少なくとも１種以上との混合物とから構
成されるが、ここでＲが17.5％以下では焼結温度域での
液相量が少なく焼結助剤としての効果が小さくなり、ま
た60％以上では急冷時においても酸化が激しく取扱いが
困難となる。

さらに、この合金IIにおいて希土類元素として前述した
のと同様の軽希土類元素を選択するときは、これが時石
組織内において焼結助剤として機能し、酸素量の低下を
もたらすので、飽和磁化の高い磁石を与える。

一方この希土類元素としてＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕおよびＹの少なくも１種以上の重
希土類元素を選択するときは、焼結助剤としての効果の
ほかに保磁力増大効果を有する。

また、前述のＸて定義される成分はＦｅまたはＦｅと
Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏの内の少
なくも１種以上の混合物が用いられ、これにより磁気特
性としてのの保磁力を増大する効果がある。

この酸化し易い希土類元素を多く含有する焼結助剤とし
ての溶融合金は、粉砕をし易くするためと、表面に耐酸
化性を付与することによって希土類元素の酸化を抑制す
るために、急冷固化することが必要であるが、この場合
の冷却速度としては1000℃／sec 以上が好ましく、また
薄帯状または粉末状に固化することが望ましい。冷却速
度がこれ未満のときは薄帯が厚くなったり、粉末が粗く
なったりするほか、粉砕または合金Ｉとの混合の際の吸
着酸素量が増大するため好ましくない。

上記急冷による薄帯状または粉末状への固化は、単ロー
ル法、双ロール法等により薄帯状に、またガスアトマイ
ズ法、ロールによる粉体化法等により粉末状に、いずれ
も容易に達成することができる。

このようにして得られる合金IIは焼結温度領域で溶融
し、焼結助剤として働くので合金Ｉと同程度（〜３μ
ｍ）の微粒にする必要はなく、その粉末粒度が合金Ｉよ
りも粗くてもよいために、合金IIの酸化を抑制できると
いう利点がある。

また合金ＩおよびIIは、99.9：0.1〜80：20の重量割合
で配合し、常法により粉砕混合、成形、焼結して永久磁
石とすることができる。この配合の際の合金IIの添加量
が0.1重量％以下では焼結助剤としての効率がなく、ま
た20重量％以上では飽和磁化が大きく低下するため好ま
しくない。

合金Ｉ、IIの割合に当って、合金IIが薄帯状物のとき
は、まず粗粉砕により粗粒状にしたのち合金Ｉの粉末と
混合するか、薄帯状のまま合金Ｉの粉末と混合したのち
（または混合しながら）粉砕すればよく、また合金IIが
粒径約20メッシュ以下の粉末状物のときは、そのまま合
金Ｉの粉末と混合すれば良く、この場合には改めて粉砕
の必要がないためそれだけ酸素の吸着を抑制できる利点
がある。

（発明の効果）本発明によれば、「 1. 二合金法による母相形成合金中における焼結助剤
合金の偏在組織の形成によって、 1)得られる永久磁石の保磁力を従来以上に効果的に向上
できる。

2)添加元素としの重希土類元素や遷移金属の使用量が少
なく、飽和磁化の低下を抑制できる。

2. 製造工程中の酸化量を低減することによって、 1)永久磁石合金の組成を化学量論組成のＲ_２Ｍ₁₄Ｂ相に
近ずけることを可能とし、その結果飽和磁化を高め、よ
り高い最大エネルギー積を持つ永久磁石が得られる。

2)Ｒ、Ｆｅ、Ｂの主要３元素の内、最も高価なＲ元素の
酸化によるロスが減少する。

3)従来、合金粉を空気中で取扱う時間の成約が緩和さ
れ、製造コストが下がる。

4)合金粉の着火の危険性が低くなり、歩留りが向上す
る。」等の効果を奏する。

（実施例）次に、本発明の具体的態様を実施例により説明する。

実施例１出発原料として電解鉄、純度99.5％以上のＢまたはフエ
ロボロン、純度99.5％以上のＮｄを用い、それぞれ第１
表に示す合金ＩおよびIIの組成および混合比となるよう
に秤量し、それぞれの合金を高周波溶解炉に投入し、真
空またはＡｒ雰囲気中で溶解し、銅鋳型に流して冷却し
てインゴットを得た。ここに合金Ｉはディスクミルによ
り 500μｍ以下の粒状にし、ボールミル粉砕用とした。
合金IIは同様にして溶解後、約30m/sec の速度で回転し
ている銅ロール上に噴出させて急速に急冷し、（急冷速
度：約10,000℃/sec）薄帯状にした。こうして得られた
合金ＩおよびIIの平均粒径がそれぞれ 1〜10μｍおよび
1〜 500μｍになるように、合金Ｉの粉砕途中で合金II
を加えてそれぞれの粉砕時間を調製しながら、ｎ−ヘキ
サン中でボールミルにて混合粉砕した。ｎ−ヘキサンを
除去乾燥後、 10kOeの磁場中で1t/cm²のプレス圧にて成
形し、1000〜1200℃で焼結し、さらに 600℃にて１時間
熱処理を加えて永久磁石とし、それぞれの磁気特性を測
定したところ、表に示す結果が得られた。

同表において実験No. １〜３は本発明、No. ４〜５は組
成の異なる比較例、No. ６〜７は合金IIを急冷しなかっ
たときの比較例、No. ８〜９は表に示す組成のものを一
合金法により上記の合金Ｉと同様の条件で溶解、固化、
粉砕後、上記と同様にして永久磁石とした比較例であ
る。なお、表中の組成は原子百分率、混合比は重量百
分率を表わす。

実施例２出発原料として電解鉄、純度99.5％以上のＢ、Ｃｏ、Ａ
ｌ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｔｄ、Ｄｙの各成分を用
い、それぞれ第２表に示す合金ＩおよびIIの組成および
混合比となるように秤量し、実施例１と同様にして溶
解、固化、混合粉砕して得られた微粉を用いて、異方性
焼結体（実験No.10 〜14）を作成した。それぞれの焼結
体の磁気特性を測定したところ、同表に示す結果が得ら
れた。

比較のため、実験No.13 の焼結体の最終組成（Ｎｄ_13.3
Ｆｅ_72.8Co_８．０B_5.9）と同一の組成のインゴットを作
り、一合金法によりｎ−ヘキサン中でボールミルを用い
て湿式粉砕し、平均粒3.5 μｍの粉末とした。これを実
験例１と同じ条件でプレス、焼結、熱処理し、磁気特性
を調べたところ、残留磁化が1.5kG 以下、保磁力が0.2
kG以下、最大エネルギー積が1MG.Oe未満と非常に低い値
であった。この原因は一合金法で作成した試料は充分に
焼き締っておらず見掛密度が6.2g/cc以下と低いためと
考えられる。これに対し２合金法で作成した実験No.13
による試料は、その見掛密度が7.43g/ccで、真密度の98
％以上まで焼き締っていることが確認された。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）原子百分比で8.5 〜16.5％のＲ（た
だし、ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種以上）
と、４〜8.5 ％のＢと、残部Ｍ（ただし、ＭはＦｅまた
はＦｅとＣｏとの混合物）からなる合金Ｉ 80〜99.9重
量部と、（ｂ）原子百分比で17.5〜60％のＲ（ただし、Ｒは上記
と同じ）と残部Ｘ（ただし、ＸはＦｅまたはＦｅとＢ、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏの内の少なく
とも１種以上との混合物）からなる溶融物の急冷により
得られた合金II 20〜0.1 重量部とからなる希土類永久
磁石合金用組成物。