JPH062929B2 - 永久磁石材料 - Google Patents

永久磁石材料

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JPH062929B2
JPH062929B2 JP58197790A JP19779083A JPH062929B2 JP H062929 B2 JPH062929 B2 JP H062929B2 JP 58197790 A JP58197790 A JP 58197790A JP 19779083 A JP19779083 A JP 19779083A JP H062929 B2 JPH062929 B2 JP H062929B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、R(RはYを含む希土類元素のうち少なく
とも1種)、B、Feを主成分とする永久磁石材料に係
り、すぐれた磁気特性、特に高い保磁力を有する希土類
・鉄・ボロン系永久磁石材料に関する。
従来の技術 希土類元素を主成分とする永久磁石材料として、Smを主
成分とする希土類金属とCoを主成分とする遷移金属より
なる金属間化合物であり、六方晶構造を主相とするRCo5
系、菱面体構造の結晶組織を主相とするR2Co17系磁石は
すぐれた磁石特性を有している。
かかる希土類コバルト磁石はコバルトを50〜60wt%も含
むうえ、希土類鉱石中にあまり含まれていないSmを使用
するため大変高価であるが、他の磁石に比べて、磁気特
性が格段に高いため、主として小型で付加価値の高い磁
気回路に多用されるようになった。
そこで、本発明者は先に、高価となりSmやCoを必ずしも
含有しない新しい高性能永久磁石としてFe-B-R系(Rは
Yを含む希土類元素のうち少なくとも1種)永久磁石材
料を提案(特願昭57-145072号)した。
このFe-B-R系永久磁石材料は、RとしてNdやPrを中心と
する資源的に豊富な軽希土類を用い、Feを主成分として
25MGOe以上の極めて高いエネルギー積を示すすぐれた永
久磁石材料である。
発明が解決しようとする課題 さらに、本発明者は、Fe-B-R系合金粉末をアトマイズ法
によって作製した場合、微細な複合組織を有し合金粉末
のみですぐれた磁気特性を有することを明らかにした
(特願昭58-125341号)。しかし、この粉末は粉砕の過程
で保磁力が低下し、熱処理を施しても、最高12kOe程度
の保磁力しか得られなかった。
また、Fe-R系やFe-B-R系合金を超急冷法により、永久磁
石化する試みもなされており(特開昭57-141901号、特開
昭57-210934号)、非晶質化した合金を粉末化したり、あ
るいは熱処理することによって高保磁力を示すことが報
告されているが、実用的な磁気特性としては十分ではな
かった。
この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする上記の
新規な永久磁石材料をさらに発展させることを目的とし
ており、該系合金溶湯を急冷したままの合金粉末のみで
すぐれた磁気特性、特に高保磁力を有し、ボンド磁石用
合金粉末にも適した微細で均質な組織の希土類・ボロン
・鉄を主成分とする永久磁石材料の提供を目的としてい
る。
課題を解決するための手段 この発明は、 R(但しRはYを含む希土類元素のうち少なくとも1種)
8原子%〜30原子%、 B2原子%〜28原子%、 Fe42原子%〜90原子%を主成分とし、 合金溶湯の急冷のままで、5μm以下の微細な結晶質か
らなる磁気異方性を有する複合組織より構成され、主相
が正方晶化合物であることを特徴とする永久磁石材料で
ある。
作 用 この発明による永久磁石材料は、RとしてNdやPrを中心
とする資源的に豊富な軽希土類を主に用い、R、B、Fe
を主成分とし、溶湯より急冷して5μm以下の微細な結
晶質からなる磁気異方性を有する複合組織を有するもの
で、合金粉末のみですぐれた磁気特性を有し、そのまま
ボンド磁石用粉末材料にも適用でき、また、焼結磁石用
粉末材料としても微細で均質なため、すぐれた磁気特性
を有し、かつすぐれた残留磁束密度の温度特性を示す永
久磁石材料である。
この発明による永久磁石材料は、急冷したままですぐれ
た磁気特性を有するために、リボン状や所要の形状に急
冷して永久磁石として使用でき、積層して用いることも
可能であり、また、急冷したリボン状あるいはフレーク
状の細片は、容易に粉砕可能であり、粉砕後もすぐれた
磁気特性を有するため、ボンド磁石用の300μm以下の
粉末として使用でき、焼結磁石用の原料粉末として用い
ることができる。
この発明の永久磁石材料が合金を溶湯より急冷するのみ
ですぐれた磁気特性を有するのは、組織が5μm以下の
微細な結晶質からなる磁気異方性を有する複合組織より
構成され、複合組織の50vol%以上、すなわち、主相が
正方晶化合物であることの相乗効果によるもので、この
複合組織が5μm以下の微細な結晶相に分れることによ
り、12kOe以上の保磁力発現が可能となる。
これは、この発明の永久磁石材料が、単磁区微粒子型磁
石であることに基づくもので、複合組織が5μmを越え
ると、単磁区微粒子を構成しなくなり、複合組織内の各
相内に磁壁を有するようになるため、磁化の反転が容易
に起り、保磁力が小さくなる。すなわち、複合組織が5
μmを越えると、保磁力が12kOe未満に低下してしまう
ので好ましくない。
この発明による永久磁石材料を得る急冷方法としては、
ロール法、スパッタリング法、スプラットクエンチ法、
回転デイスク法など、一般的に非晶質を作製する方法が
適用できるが、溶融合金を回転体に衝突させて急冷する
のみで、すぐれた保磁力を得るためには、急冷速度が重
要であり、早すぎても遅すぎてもよくない。例えば、実
施例に示す単ロール法による急冷では、ロール周速度が
5m/秒から35m/秒の範囲が好ましく、さらに好ましく
は、10m/秒〜25m/秒の範囲である。また、冷却速度の
範囲は、ガスアトマイズ法による冷却速度より非晶質を
生成する冷却速度域までの 102〜106℃/秒が好ましい。
すなわち、実施例に示す単ロール法においても、銅、鉄
などのロール材質、ロールを冷却するか否かのロール構
造、あるいはロールの冷却方法、溶湯の噴出ノズル径、
単位時間当たりの噴出量、噴出ノズルとロール表面との
ギャップ等の実施条件により、急冷速度は種々変化する
もので、使用するロール条件に応じて、急冷速度が決定
される。
換言すれば、この発明の永久磁石材料が合金を溶湯より
急冷するのみですぐれた磁気特性を有するのは、組織が
5μm以下の微細な結晶質からなる磁気異方性を有する
複合組織より構成され、複合組織の50vol%以上、すな
わち、主相が正方晶化合物であることの相乗効果による
ものであることから、全ての組織が5μm以下の微細な
結晶質からなる磁気異方性を有する複合組織より構成さ
れるよう、すなわち全て結晶質化するように、採用した
急冷方法とその実施条件に応じて急冷速度を選定する必
要がある。
また、溶融雰囲気としては、不活性雰囲気中または真空
中である必要があるが、溶湯の冷却雰囲気は大気中でも
可能である。
この発明の永久磁石材料は、合金溶湯を適切な速度、例
えば上述した好ましい範囲内等で急冷すると、第5図の
X線回折結果に代表される如く、C軸異方性を示す(00
6)のX線強度が顕著に強くなり、これは、この発明の永
久磁石材料が磁気異方性を有することを示唆する。
この発明の永久磁石材料は、R、Fe、Bを含み主相が正
方晶化合物からなることと、上述の如く複合組織が磁気
異方性を有し、かつ該複合組織が5μm以下の微細な結
晶質であることとの相乗効果により、すぐれた磁気特性
を有し、特に高い保磁力を発現するため、ボンド磁石用
合金粉末あるいは焼結磁石用合金粉末に最適である。
組成限定理由 以下に、この発明による永久磁石材料の組成限定理由を
説明する。
この発明の永久磁石材料に用いる希土類元素Rは、イッ
トリウム(Y)を包含し軽希土類及び重希土類を包含する
希土類元素であり、これらのうち少なくとも1種、好ま
しくはNd、Pr等の軽希土類を主体として用いる。あるい
はNd、Pr等の軽い希土類元素にDy等の重い希土類元素を
5原子%以下添加して用いると、さらにすぐれた磁気特
性が得られる。
Rは、新規なR-B-Fe系永久磁石における必須元素であっ
て、8原子%未満では結晶構造がα‐鉄と同一構造の立
方晶組織となるため、高磁気特性、特に高保磁力が得ら
れず、30原子%を越えるとRリッチな非磁性相が多くな
り、残留磁束密度(Br)が低下してすぐれた特性の永久磁
石材料が得られない。よって、Rは8原子%〜30原子%
の範囲とする。
Bは、新規なR-B-Fe系永久磁石における必須元素であっ
て、2原子%未満では菱面体組織となり、高い保磁力(i
Hc)は得られず、28原子%を越えるとBリッチな非磁性
相が多くなり、残留磁束密度(Br)が低下するため、すぐ
れた永久磁石が得られない。よって、Bは2原子%〜28
原子%の範囲とする。
Feは、新規なR-B-Fe系系永久磁石において必須元素であ
り、42原子%未満では残留磁束密度(Br)が低下し、90原
子%を越えると高い保磁力が得られないので、Feは42原
子%〜90原子%の含有とする。
また、この発明による永久磁石材料用合金粉末におい
て、Feの一部をCoで置換することは、得られる磁石の磁
気特性を損うことなく、温度特性を改善することができ
るが、Co置換量がFeの50%を越えると、逆に磁気特性が
劣化するため、好ましくない。
またさらに、下記添加元素の添加並びに原料や製造工程
から混入する不純物を含む合金も、R、B、Feを含む正
方晶化合物を主相とし、すぐれた磁気特性を示す。
また、下記添加元素のうち少なくとも1種は、R-B-Fe系
永久磁石に対してその保磁力等を改善あるいは製造性の
改善、低価格化に効果があるため添加する。
Ti 4.5原子%以下、 Ni 4.5原子%以下、 V 9.5原子%以下、 Nb 12.5原子%以下、 Ta 10.5原子%以下、 Cr 8.5原子%以下、 Mo 9.5原子%以下、 W 9.5原子%以下、 Mn 3.5原子%以下、 Al 9.5原子%以下、 Sb 2.5原子%以下、 Ge 7原子%以下、 Sn 3.5原子%以下、 Zr 5.5原子%以下、 Bi 5原子%以下、 Hf 5.5原子%以下、 さらに、Cu 3.5原子%以下、 S 2.0原子%以下、 C 2原子%以下、 Ca 8原子%以下、 Mg 8原子%以下、 Si 8原子%以下、 P 3.5原子%以下、 O 2原子%以下、とする。
また、1原子%以下のH、Li、Na、K、Be、Sr、Ba、A
g、Zn、N、F、Se、Te、Pb。
この発明による永久磁石材料の好ましい組成範囲は、R
の主成分がその50%以上を軽希土類金属が占める場合
で、R12原子%〜20原子%、B4原子%〜24原子%、Fe65
原子%〜82原子%、を主成分とし、上記の添加元素ある
いは不純物の合計が5原子%以下の場合である。
実 施 例 以下に、この発明による実施例を示しその効果を明らか
にする。
実施例1 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4%を含有
し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物からなるフェロボ
ロン合金、90%のNdを含有するFe-Nd合金を使用し、16N
d-8B-76Feの組成のインゴットを作製し、このインゴッ
トをアルゴン雰囲気中で、先端部に0.5mmφのノズルを
有する石英製るつぼ中で高周波溶解し、ついで、冷却装
置を付設した200mmφのロールを、1000〜5000rpmで回転
させ、先の溶湯をロール面に噴出させて、リボン状の永
久磁石合金細片を得た。
得られた合金細片に対して、磁気特性測定、X線回折、
並びに光学顕微鏡(1000倍)による組織検査を行なつた。
なお、磁気特性は、印加磁場が最高15kOeの振動子型磁
束計で測定し、第1表に示す。
第1表から明らかなように、ロール回転数が1000〜2000
rpmの場合にすぐれた保磁力が得られた。また、第1図
から第3図の顕微鏡写真及び第4図リボン状細片を100
メッシュスルーの粉末にした場合のX線回折結果から
は、明確な正方晶の構造を主相としていることが明らか
である。
また、ロール回転数が高くなると非晶質構造となり、保
磁力が1kOe以下に低下することが分る。ちなみに、同組
成のインゴットをアトマイズ法により粉化した粉末の場
合は、5kOeの保磁力しか得られず、本発明磁石合金の15
kOe以上の保磁力と著しい差異を示した。
また、第5図には、ロール回転数1000rpmにおける、リ
ボン状細片の表面のX線回折結果を示す。
この回折結果より、c軸異方性を示しており、この発明
により磁気等方性磁石材料のみならず、磁気異方性磁石
材料も得られることが明らかである。
実施例2 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4%を含有
し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物からなるフェロボ
ロン合金、90%のNdを含有するFe-Nd合金、67%のNdを
含有するFe-Nd合金、77%のSiを含有するFe-Si合金を使
用し、15Nd-7B-1Nb-1Si-76Feの組成のインゴットを作製
し、このインゴットをアルゴン雰囲気中で、先端部に0.
5×15mmのスリットを有する石英製るつぼ中で高周波溶
解し、ついで、冷却装置を付設した250mmφの鉄製ロー
ルを、10m/秒で回転させ、先の溶湯をロール面に噴出
させて、リボン状の永久磁石合金細片を得た。
この合金細片を乳鉢で粉砕して−100meshにした粉末の
磁気特性は、飽和磁化(σs)が92emu/g、保磁力(iHc)は1
4kOeを示した。
すなわち、本発明によると、微粉砕や熱処理、焼結等の
工程を経ることなく、すぐれた磁気特性を示す永久磁石
合金が容易に得られることが分る。
実施例3 実施例1で得られたロール回転数1000、1500、2000(rp
m)の3種類の粉末を用いて、各々の粉末50gに対して、
重量比で3%の液状エポキシ樹脂(商品名ペルノックスX
M-5861)と希釈剤としてアセトン5gを添加し、ビーカ
ー中で混合・攪拌した後、ステンレスパイプに該混合粉
を充填して、10kOeのパルス磁場中で10回配向した混合
粉を、直径10mm高さ10mmの円柱状に成形し、150℃×1
時間の硬化処理を施したボンド磁石を得た。
また、比較のため、パルス磁場中での配向しないで、上
記と同条件で磁石化したボンド磁石を得た。
上記のそれぞれのボンド磁石の磁気特性を第2表に示
す。
第2表から明らかなように、パルス磁場中で配向したも
のは、配向しないものに比べ、特に、残留磁束密度(Br)
と最大エネルギー積((BH)max)の値が向上していること
がわかる。
上記の結果より、この発明の永久磁石材料が、磁気異方
性を有することが明らかとなる。
発明の効果 この発明による永久磁石材料は、RとしてNdやPrを中心
とする資源的に豊富な軽希土類を主に用い、R、B、Fe
を主成分とし、溶湯より急冷して5μm以下の微細な結
晶質からなる磁気異方性を有する複合組織を有するもの
で、合金粉末のみですぐれた磁気特性を有し、そのまま
ボンド磁石用粉末材料にも適用でき、また、焼結磁石用
粉末材料としても微細で均質なため、すぐれた磁気特性
を有し、かつすぐれた残留磁束密度の温度特性を示す永
久磁石材料を安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図から第3図はこの発明による磁石合金の組織の顕
微鏡写真であり、第1図はロール回転数が2000rpmのと
き、第2図は1500rpm、第3図は1000rpmの場合を示す。 第4図と第5図は同合金のX線マイクロアナライザーに
よる回折結果を示す線図であり、第4図a図は1000rp
m、同b図は2000rpm、同c図は3500rpmの場合を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】R(但しRはYを含む希土類元素のうち少
    なくとも1種)8原子%〜30原子%、 B2原子%〜28原子%、 Fe42原子%〜90原子%を主成分とし、 合金溶湯急冷のままで、5μm以下の微細な結晶質から
    なる磁気異方性を有する複合組織より構成され、主相が
    正方晶化合物であることを特徴とする永久磁石材料。
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