JPH06224016A - 希土類永久磁石の製造方法 - Google Patents

希土類永久磁石の製造方法

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JPH06224016A
JPH06224016A JP5010215A JP1021593A JPH06224016A JP H06224016 A JPH06224016 A JP H06224016A JP 5010215 A JP5010215 A JP 5010215A JP 1021593 A JP1021593 A JP 1021593A JP H06224016 A JPH06224016 A JP H06224016A
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rare earth
permanent magnet
cracks
alloy
magnet
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JP5010215A
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Sei Arai
聖 新井
Osamu Kobayashi
理 小林
Fumio Takagi
富美男 高城
Seiji Ihara
清二 伊原
Koji Akioka
宏治 秋岡
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Seiko Epson Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
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    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
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    • H01F1/057Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 合金を特定の組成域で鋳造後熱間圧延し、さ
らに熱処理を施すことによってR−Fe−B系希土類永
久磁石を製造する。 【構成】 R,Fe,B,Cuを基本成分とする合金を
溶解・鋳造後、熱間圧延および熱処理を施す希土類永久
磁石の製法において、合金組成がx≧15、y−14z
>0、z≧4、100−x−y−z<2なる組成域にあ
ることを特徴とする製造方法。 【効果】 本発明のような組成域で合金を鋳造後熱間圧
延を行なうことにより、割れ・クラックがなく量産性に
優れ、かつ高特性で耐食性の良好な磁石を得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、R(ただしRはPr,
Ndを主成分とする希土類元素),Fe,B,Cuを原
料基本成分とする希土類永久磁石の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】R−Fe−B系永久磁石は、極めて高い
保磁力とエネルギー積を持つ永久磁石として、1983年の
発表以来、多くの研究開発がなされている。
【0003】従来、これらR−Fe−B系の高性能異方
性永久磁石の製造方法には、次のようなものがある。
【0004】(1)まず、特開昭59-46008号公報やM.Sagaw
a,S.Fujimura,N.Togawa,H.Yamamotoand Y.Matsuura;J.A
ppl.Phys.Vol.55(6),15 March 1984,p2083 等には、原
子百分比で8〜30%のR(ただしRはYを含む希土類元素
の少なくとも1種)、2〜28%のB及び残部Feからなる
磁気異方性焼結体であることを特徴とする永久磁石が粉
末冶金法に基づく焼結によって製造されることが開示さ
れている。
【0005】この焼結法では、溶解・鋳造により合金イ
ンゴットを作製し、粉砕して適当な粒度(数μm)の磁
性粉を得る。磁性粉は成形助剤のバインダーと混練さ
れ、磁場中でプレス成形されて成形体が出来上がる。成
形体はアルゴン中で1100℃前後の温度で1〜5時間程度
焼結され、その後室温まで急冷される。焼結後、600 ℃
前後の温度で熱処理する事により永久磁石はさらに保磁
力を向上させる。
【0006】また、この焼結磁石の熱処理に関しては特
開昭61-217540 号公報、特開昭62-165305 号公報等に、
多段熱処理の効果が開示されている。
【0007】(2)特開昭59-211549 号公報や R.W.Lee; A
ppl.Phys.Lett.Vol.46(8),15 April1985,p790には、非
常に微細な結晶性の磁性相を持つ、メルトスピニングさ
れた合金リボンの微細片が樹脂によって接着されたR−
Fe−B磁石が開示されている。 この永久磁石は、ア
モルファス合金を製造するに用いる急冷薄帯製造装置
で、厚さ30μm程度の急冷薄片を作り、その薄片を樹脂
と混練してプレス成形することにより製造される。
【0008】(3)特開昭60-100402号公報や R.W.Lee; Ap
pl. Phys.Lett.Vol.46(8),15 April1985,p790には、前
記(2) の方法で使用した急冷薄片を、真空中あるいは不
活性雰囲気中で2段階ホットプレス法と呼ばれる方法で
緻密で異方性を有するR−Fe−B磁石を得ることが開
示されている。
【0009】(4)特開昭64-704号公報には、R,Fe,
B,Cuを基本成分とする合金を溶解・鋳造後、該鋳造
インゴットを 500℃以上の温度で熱間加工することによ
り結晶粒を微細化しまたその結晶軸を特定の方向に配向
せしめて、該鋳造合金を磁気的に異方性化することを特
徴とするいわゆる鋳造・熱間加工法による希土類永久磁
石の製法が開示されている。従来この鋳造・熱間加工法
に於いては他の製法に比べて磁気特性が劣るという欠点
を有していたが、本発明者らが特願平4-115844において
述べているように粒界相としてR6Fe13Cu相を存在
させることにより良好な磁気特性を得ることが可能とな
った。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】叙上の(1)〜(4)の従来
のR−Fe−B系永久磁石の製造方法は、次のごとき欠
点を有している。
【0011】(1)の永久磁石の製造方法は、合金を粉末
にすることを必須とするものであるが、R−Fe−B系
合金はたいへん酸素に対して活性を有するので、粉末化
すると余計酸化が激しくなり、焼結体中の酸素濃度はど
うしても高くなってしまう。
【0012】また粉末を成形するときに、例えばステア
リン酸亜鉛の様な成形助剤を使用しなければならず、こ
れは焼結工程で前もって取り除かれるのであるが、成形
助剤中の数割は、磁石体の中に炭素の形で残ってしま
い、この炭素は著しくR−Fe−B磁石の磁気性能を低
下させ好ましくない。
【0013】成形助剤を加えてプレス成形した後の成形
体はグリーン体と言われ、これは大変脆く、ハンドリン
グが難しい。従って焼結炉にきれいに並べて入れるのに
は、相当の手間が掛かることも大きな欠点である。
【0014】これらの欠点があるので、一般的に言って
R−Fe−B系の焼結磁石の製造には、高価な設備が必
要になるばかりでなく、その製造方法は生産効率が悪
く、結局磁石の製造コストが高くなってしまう。従っ
て、比較的原料費の安いR−Fe−B系磁石の長所を活
かすことが出来ない。
【0015】次に (2)並びに (3)の永久磁石の製造方法
は、真空メルトスピニング装置を使用するが、この装置
は、現在では大変生産性が悪くしかも高価である。
【0016】(2)の永久磁石は、原理的に等方性である
ので低エネルギー積であり、ヒステリシスループの角形
性も悪く、温度特性に対しても、使用する面においても
不利である。
【0017】(3)の永久磁石を製造する方法は、ホット
プレスを二段階に使うというユニークな方法であるが、
実際に量産を考えると非効率であることは否めないであ
ろう。
【0018】更にこの方法では、高温例えば 800℃以上
では結晶粒の粗大化が著しく、それによって保磁力iHc
が極端に低下し、実用的な永久磁石にはならない。
【0019】(4)の永久磁石を製造する方法は粉末工程
を含まず、かつ熱間加工が一段階でよいために、磁石特
性に悪影響を及ぼす酸素濃度を低減できるとともに製造
工程が大幅に簡略化される。熱間加工法にはホットプレ
スなどいくつかの方法はあるが、量産性を考慮した場合
に最適な方法は熱間圧延法である。しかし熱間圧延にお
いては加工時の歪速度が大きい高速加工となり大きなせ
ん断応力が働く。このため合金組成によっては圧延によ
る割れ・クラックなどが多数発生し、量産性に優れると
いう圧延法の本来の長所を生かすことができないという
欠点を有していた。またこのよう割れ・クラックの発生
は含有酸素量の増加を招き、耐食性においても特性を劣
化させるという欠点があった。
【0020】本発明は、以上のような従来の欠点を解決
するものであり、その目的とするところは、高性能かつ
低コストな希土類永久磁石の製造方法を提供することに
ある。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明はR(ただしRは
Pr,Ndを主成分とする希土類元素),Fe,B,C
uを原料基本成分とする合金を溶解・鋳造後、金属カプ
セル中に封入して熱間圧延を行ない、さらに熱処理を施
す希土類永久磁石の製造方法に於て、該合金の組成が原
子比でRxFeyBzCu100-x-y-zと表わされるとき、 x≧15 y−14z>0 z≧4 100−x−y−z<2 なる組成域にあることを特徴とする。
【0022】
【作用】まず本発明の組成域の決定について述べる。前
出の特願平4-115844において述べたように鋳造・熱間加
工法に於いて良好な磁気特性を得るためには粒界相とし
てR6Fe13Cu相を存在させる必要がある。そのため
組成域としては特願平3-095697で述べたような組成域と
することがまず必要となる。具体的には下記のような組
成域である。
【0023】x−2z>0 y−14z>0 z≧4 しかし、この条件を満たすような領域においても組成に
よっては熱間圧延を行なった場合、加工時に多数の割れ
・クラックを発生し、実機に適用できない。具体的には
希土類元素R量が15原子%未満になった場合に圧延材
におけるクラックの発生が激しくなる。これは熱間圧延
時に粒界におけるRリッチ相の存在比が少なくなり、半
凝固加工を容易に行なうために充分な液相量が得られな
いためと考えられる。またCuの添加量も割れ・クラッ
クの発生に大きな影響を及ぼしている。具体的には添加
量が2原子%以上になると割れの量が大幅に増加してし
まう。この原因ははっきりとはしないが、Cuを添加す
ることによって主相結晶粒が微細化することから、圧延
時のせん断応力によるクラックの進展が容易となるため
ではないかと考えられる。
【0024】以上のような条件を満たす組成域でのみ、
割れ・クラックが無く、かつ良好な磁気特性を得ること
ができる。
【0025】また割れ・クラックの発生により磁石中に
存在する酸素濃度が高くなり耐食性に悪影響を及ぼす。
特開平4-62903号公報には磁石中の酸素濃度が1500ppmを
越えた場合には耐食性が劣化することが開示されている
が、割れ・クラックが発生した場合にはそこから酸化が
進行し、酸素濃度が1500ppmを越えて耐食性が劣化す
る。このため合金組成を本発明のような組成域に設定す
ることにより、良好な耐食性を確保できるという二次的
な効果も挙げることができる。
【0026】熱間圧延の条件は既に公知となっている条
件で行なえばよい。具体的には主相の再結晶温度以上と
することが望ましく、本発明の合金に関して言えば500
℃以上とすることが好ましい。
【0027】熱間加工後の熱処理条件はR6Fe13Cu
相を形成できるような条件で行なうことが望ましく、特
願平4-115844にて述べているように400℃以上でかつR6
Fe13Cu相の包晶反応温度以下の温度範囲に於て熱処
理を施すことが望ましい。さらには、この熱処理に先立
って800〜1100℃の温度で熱処理を行なう2段熱処理を
施すことが好ましい。
【0028】次に本発明の実施例について述べる。
【0029】
【実施例】
(実施例1)表1に示す組成の合金を、アルゴン雰囲気
中で高周波誘導加熱溶解炉を用いて溶解し、次いで水冷
銅金型中に鋳造して肉厚20mmのインゴットを得た。なお
希土類、鉄及び銅の原料としては99.9%の純度のものを
用い、ボロンは20wt%ボロンのフェロボロン合金を用い
た。鋳造組織においては肉厚方向に柱状晶組織が発達し
た組織が形成されていた。
【0030】次ぎに、このようにして得られた鋳造イン
ゴットを所定の大きさに切り出し、低炭素鋼(SS41)製
のシースに入れて密封した。これを950℃の大気炉中に
て加熱保持した後、圧下方向が柱状晶の発達方向と垂直
になるように、加工度76%の圧延を行なった。
【0031】圧延終了後空冷し、SS41製シース中から圧
延材を取り出した。得られた圧延材には組成によって割
れ・クラックが発生しているものが見られた。図1に圧
延材における割れ・クラックの発生状況の概観図を示
す。
【0032】得られた圧延材の圧下方向と圧延方向を含
む断面を観察し、割れ・クラックの有無を目視により評
価した。その結果を表2に示す。
【0033】また圧延材について1025℃20h+500℃6hの
熱処理を施した際の磁気特性を表2に併せて示した。こ
の場合の磁気特性はサンプルを40kOeのパルス磁場で着
磁した後、最大印加磁場25kOeでB-Hトレーサーにより測
定した。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】以上のようにx≧15、y−14z>0、
z≧4、100−x−y−z<2なる組成域にある合金
を熱間圧延することによって割れ・クラックが無く、か
つ磁気特性の良好な希土類永久磁石が得られることが明
らかとなった。
【0037】(実施例2)圧延材中に発生した割れ・ク
ラック部分のミクロ組織を光学顕微鏡で観察した場合、
通常の磁石組織とは別に、希土類の酸化物相がかなり存
在していることが確認された。
【0038】そこで表2と同一の磁石サンプルについ
て、サンプル中の含有酸素濃度を測定した。測定結果を
表3に示す。また各磁石サンプルを所望の形状に切断・
研磨し、磁石表面にスプレー法によりエポキシ樹脂で膜
厚が20μmとなるようにコーティングを施し、次いで
耐食性試験を温度60℃、湿度90%の雰囲気条件にて
行い、外観状況を観察して耐食性の評価を行った。表3
にその結果を併せて示す。
【0039】
【表3】
【0040】表から明らかなように、圧延材中に割れ・
クラックが発生している場合には酸素濃度が1500ppmを
越え、樹脂塗膜にもふくれが発生し、耐食性が劣化して
いる。これに対し、割れの無い圧延材においては良好な
耐食性が得られている。
【0041】以上のように圧延材に於て割れ・クラック
の発生しないx≧15、y−14z>0、z≧4、10
0−x−y−z<2なる組成域にある合金においては、
良好な磁気特性を確保しながら、かつ良好な耐食性を持
った磁石を得ることが可能となる。
【0042】
【発明の効果】叙上のごとく本発明の組成域にある磁石
合金を溶解・鋳造し、熱間圧延後熱処理を施すことによ
って、割れ・クラックがなく量産性に優れ、かつ良好な
磁気特性と耐食性を持った希土類永久磁石を製造するこ
とが可能となる。このため従来法に比べて低コストで高
性能が得られるという鋳造・熱間圧延法の利点がさらに
助長される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 圧延材に発生した割れ・クラックの概観図。
【符号の説明】
1 圧延方向 2 圧下方向 3 圧延材中の割れ・クラック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊原 清二 長野県諏訪市大和3丁目3番5号セイコー エプソン株式会社内 (72)発明者 秋岡 宏治 長野県諏訪市大和3丁目3番5号セイコー エプソン株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 R(ただしRはPr,Ndを主成分とす
    る希土類元素),Fe,B,Cuを原料基本成分とする
    合金を溶解・鋳造後、金属カプセル中に封入して熱間圧
    延を行ない、さらに熱処理を施す希土類永久磁石の製造
    方法に於て、該合金の組成が原子比でRxFeyBzCu1
    00-x-y-zと表わされるとき、 x≧15 y−14z>0 z≧4 100−x−y−z<2 なる組成域にあることを特徴とする希土類永久磁石の製
    造方法。
JP5010215A 1993-01-25 1993-01-25 希土類永久磁石の製造方法 Pending JPH06224016A (ja)

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