JPH06333715A - 希土類磁石材料および希土類ボンド磁石 - Google Patents

希土類磁石材料および希土類ボンド磁石

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JPH06333715A
JPH06333715A JP5177196A JP17719693A JPH06333715A JP H06333715 A JPH06333715 A JP H06333715A JP 5177196 A JP5177196 A JP 5177196A JP 17719693 A JP17719693 A JP 17719693A JP H06333715 A JPH06333715 A JP H06333715A
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JP
Japan
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rare earth
phase
magnetic
magnet material
magnet
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JP5177196A
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Naomi Inoue
尚実 井上
Toshiharu Suzuki
俊治 鈴木
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Minebea Co Ltd
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Minebea Co Ltd
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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
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない希土類金属を含みかつ等方性であるに
もかかわらず優れた磁気特性を確保できるようにする。 【構成】 原子%で、Y,ランタニド元素の希土類金属
R2〜7、残部Co からなり、少なくとも硬磁性の希土
類化合物相と軟磁性のコバルト相との2相の金属組織を
有し、かつ前記相のそれぞれが500nm以下の結晶粒
サイズを有し、硬磁性相と軟磁性相との交換相互作用に
より保磁力が発生するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、粉末状の希土類磁石材
料およびその磁石材料を用いた希土類ボンド磁石に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、各種電子機器の小型化にともなっ
て、Nd −Fe −B系永久磁石が広く使用されている。
そして、この種の永久磁石の中でも、超急冷法により得
たNd−Fe −B系合金粉末を樹脂バインダで結合し
た、いわゆるネオジボンド磁石の需要が拡大している
が、その磁気特性は、最大磁気エネルギー積BHmax が
約10MGOe、残留磁束密度Br が約7kGであり、今日の市
場の要求を満たすには不十分なものとなっている。
【0003】一方、上記Nd −Fe −B系永久磁石より
優れた磁気特性を有するものとして、Sm −Co 系ボン
ド磁石が知られている。このボンド磁石は、異方性で最
大磁気エネルギー積BHmax が約17MGOe、残留磁束密度
Br が約9kGの高値となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記S
m −Co 系ボンド磁石材料は、高価なSm を多量に含む
(10原子%以上)ばかりか、異方性とするための磁場成
形が必要となって製造に多くの工数を要し、コストの増
大が避けられないという問題があった。また、前記磁場
成形を行う都合上、成形形状にも制約を受けるという問
題もあった。
【0005】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、少ない希土類金属を含みかつ等方性である
にもかかわらず優れた磁気特性を確保できる粉末状の希
土類磁石材料およびその磁石材料を用いた希土類ボンド
磁石を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】磁石材料が硬磁性相と軟
磁性相とを含む場合に、両相が交換相互作用で結合する
ことにより保磁力が発生するという、交換スプリング磁
石(Exchange SpringMagnet)と呼ばれる新しい概念の
磁石が提案され(E.F.Kneller and R.Hawing:IEEE Tran
s. Magn.,27,3588(1991))、その実用化が図られてい
る。この磁石において、保磁力は軟磁性相の結晶粒サイ
ズが軟磁性相中に存在できる磁壁の幅よりも十分に小さ
くなると発現する。また、硬磁性相は保磁力を担うため
に高い異方性磁界を持つことが望まれ、一方、軟磁性相
は高い残留磁束密度を与えるために高い飽和磁束密度を
持つことが望ましいとされている。代表的なものとし
て、Nd2Fe14 B化合物相とFe3B化合物相との混合相
を有する磁石材料が知られているが、本発明者等は、S
m2Co17 やSm Co5の方がNd2Fe14 Bよりも異方性磁
界が大きく、かつコバルトまたはコバルト合金の方がF
e3Bよりも飽和磁束密度が高いことに着目し、従来のS
m −Co 系磁石材料において、コバルトまたはコバルト
合金相を過剰とすることにより上記目的を達成したもの
である。
【0007】その希土類磁石材料の具体的構成は、原子
%で、Y,ランタニド元素の1種または2種以上の希土
類金属(R)2〜7%、残部Co からなり、少なくとも
硬磁性の希土類化合物相と軟磁性のコバルト相との2相
の金属組織を有し、かつ前記それぞれの相が500 nm以下
の結晶粒サイズを有することを特徴とする。
【0008】本発明において、上記ランタニド元素とし
ては、Ce ,Sm , Pr , Nd , Dy を選択するのが望
ましく、これら元素の選択またはYの選択により優れた
磁気特性を得ることができる。また、これら希土類金属
Rの含有量としては2〜7原子%とする必要がある。こ
れは、2原子%未満では軟磁性相の結晶粒サイズが磁壁
の幅よりも大きくなりすぎて所望の保磁力が得られず、
一方、7原子%を越えると従来のR−Co 系磁石材料と
同じになって、希土類金属の含有量を少なくしようとす
る本発明の目的からはずれるためである。また、上記希
土類化合物相はTh2Zn17 型、Th Ni17 型またはTb
Cu7型の結晶構造をもつことを特徴とする。
【0009】また、本発明においては、合金中のCo の
一部をFe で置換することにより、さらに残留磁束密度
キュリー温度を高めることができる。但し、合金組成に
占めるFe の置換率が30原子%を越えると硬磁性相の結
晶磁気異方性が低下し、これにともない保磁力が低下し
てしまうため、置換率は合金組成中30原子%以下とする
のが良い。さらに上記Co の一部をNi ,Ti ,V,C
r ,Mn ,Cu ,Ga ,Zr ,Nb ,Mo ,Sn ,Hf
,Ta ,W,B,Al ,Si ,Pの繊維元素などで置
換することも磁気特性の改良調整のために有効である。
【0010】本発明にかゝる磁石材料は、上記したよう
に各相の結晶粒サイズを500 nm以下としたことを特徴と
するが、各相の結晶粒サイズを500 nm以下とするには、
合金溶湯を回転するロール表面へ射出する単ロール法に
代表される超急冷法、合金各成分を機械的に攪拌、混練
粉砕するメカニカルアロイング法、あるいはメカニカル
グラインディング法等を用いることができる。この場
合、前記各法の条件を制御することにより直接微細結晶
粒を得るようにしても、あるいは一旦非晶質とした合金
粉末を400 〜800 ℃で熱処理して再結晶化するようにし
ても良い。
【0011】本発明にかゝる希土類ボンド磁石は、上記
希土類磁石材料を樹脂、純金属、合金等のバインダーで
結合してなるものである。この場合、樹脂バインダーと
してはエポキシやフェノールなどの熱硬化性樹脂、ある
いはナイロン等の熱可塑性樹脂を、金属または合金バイ
ンダーとしては亜鉛や錫などをそれぞれ用いることがで
きる。また、成形方法としては圧縮、射出、押出し、ホ
ットプレスなどの各種方法を用いることができる。
【0012】
【作用】上記のように構成した希土類磁石材料において
は、硬磁性相と軟磁性相との交換相互作用が効果的に発
揮されて優れた磁気特性を確保できるようになる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0014】実施例1 金属サマリウムおよび電解コバルトを所定の比率で配合
し、高周波溶解してSm4.4Co95.6 組成(各元素に付し
た数値は原子%を表す)の合金インゴットを製作した。
次に、このインゴットを石英射出管に充填して高周波溶
解し、アルゴンガス圧力によって石英管下部の内径0.5m
m の細孔から、周速度35m/sec で高速回転する、クロム
メッキされた直径400mm の水冷銅ロール表面に射出急冷
し、非晶質合金薄帯を得た。次に、この合金薄帯を100
μm以下に粉砕し、電気炉に装入してアルゴンガス雰囲
気中で700 ℃に1時間保持して再結晶化させた。
【0015】上記のようにして得た合金粉末(磁石材
料)について、走査型電子顕微鏡(SEM )およびX線回
折法によって組織の解析を行った結果、それぞれが500n
m 以下の微細結晶粒であるTh2Zn17 型結晶構造の希土
類化合物相とコバルト相との混合組織であることが分か
った。また、得られた磁石材料の磁気特性を振動試料型
磁力計(VSM )によって測定した結果、残留磁束密度B
r は10.9kG、保磁力 iHc は8.1kOe、最大磁気エネルギ
ー積BHmax は14.0MGOeであり、優れた磁気特性が得ら
れることが確認できた。
【0016】実施例2 金属サマリウムおよび電解コバルトを所定の比率で配合
し、実施例1と同様に溶解、再溶解、急冷射出してSm
4.1Co95.9 組成の非晶質の合金薄帯を得、続いてこの
薄帯を100 μm以下に粉砕し、電気炉に装入してアルゴ
ンガス雰囲気中で570 ℃に6時間保持して再結晶化させ
た。
【0017】上記のようにして得た合金粉末について、
実施例1と同様の方法で組織の解析を行い、併せて磁気
特性を測定した。この結果、それぞれが500nm 以下の微
細結晶粒であるTb Cu7型結晶構造の希土類化合物相と
コバルト相との混合組織であることが分かった。また残
留磁束密度Br は9.9kG 、保磁力 iHc が5.9kOe、最大
磁気エネルギー積BHmax が11.0MGOeであり、優れた磁
気特性が得られることが確認できた。
【0018】実施例3 金属サマリウムおよび電解コバルトを所定の比率で配合
し、実施例1と同様に溶解、再溶解、急冷射出してSm
4.4Co95.6 組成の非晶質の合金薄帯を得た。ただし、
銅ロールの周速度は18m/sec に制御した。次に、得られ
た合金薄帯を100μm以下に粉砕した。
【0019】上記のようにして得た磁石材料について、
実施例1と同様の方法で組織の解析を行い、併せて磁気
特性を測定した。この結果、それぞれが10〜50nm以下の
微細結晶粒であるTh2Ni17 型結晶構造の希土類化合物
相とコバルト相との混合状態であることが分かった。ま
た残留磁束密度Br は10.1kG、保磁力 iHc は5.7kOe、
最大磁気エネルギー積BHmax は13.2MGOeであり、優れ
た磁気特性が得られることが確認できた。
【0020】実施例4 金属サマリウムおよび電解コバルトを所定の比率で配合
し、高周波溶解してSm2Co17 化合物相からなる合金イ
ンゴットを得、次に、この合金インゴットを150 μm以
下に粉砕して、この合金粉末を−200 メッシュのコバル
ト粉末に対して種々の割合(x重量%)で配合し、アル
ゴンガス雰囲気下、振動ミル中で12時間機械的に攪拌粉
砕して非晶質合金粉末を得た。次に、この非晶質合金粉
末を電気炉に装入し、アルゴンガス雰囲気中で700 ℃に
1時間保持して再結晶化させ、これを実施例1と同様の
磁気特性の測定試験に供した。
【0021】図1は、磁石材料中に占めるSm2Co17
合物相(x)の各種磁気特性に及ぼす影響をみたもので
ある。なお、同図にはSm2Co17 含有量に対応するSm
含有量(原子%)を併記している。これより、最大磁気
エネルギー積BHmax および残留磁束密度Br は、Sm2
Co17 含有量が40重量%付近(Sm 4原子%付近)でピ
ークを示すが、本発明の希土類金属の範囲2〜7原子%
では高値となっている。なお、Sm 含有量が2原子%未
満ではBHmax 、Br 、 iHc 共に著しく小さくなって
いるが、これは、軟磁性相の結晶粒サイズが磁壁の幅よ
りも大きくなりすぎたためと推量される。
【0022】実施例5 金属サマリウム、電解コバルトおよび電解鉄を所定の比
率で配合し、実施例1と同様に溶解、再溶解、急冷射
出、粉砕、再結晶化処理を行って、Sm4.4(Fe,Co
95.6組成の磁石材料を得、これを実施例1と同様の
磁気特性の測定試験に供した。
【0023】図2は、種々の磁気特定に及ぼすFe 含有
量の影響を示したものである。これより、Fe 含有量が
30原子%までは、残留磁束密度Br が向上する効果が認
められ、これを越えると保磁力 iHc が著しく低下する
ようになる。したがってCoをFe で置換する場合は、
Fe 含有量を総量の30原子%内に抑えるのが望ましいこ
とが分かる。
【0024】実施例6 希土類金属としてCe ,Se , Pr , Nd のいずれか
と、電解コバルトと、電解鉄とCu ,Ti ,Cr ,Mn
,Zr ,Hf ,Nb のいずれかの純金属あるいはフェ
ロアロイとを原料として、実施例1と同様に溶解、急冷
射出、粉砕、再結晶化処理を行って、表1に示す組成の
磁石材料1〜9を得、これらを実施例1と同様の磁気特
性の測定試験に供した。表1に、磁気特性の測定結果を
示す。これより本発明にかゝる磁石材料はいずれも、残
留磁束密度Br 、保磁力 iHc 、最大磁気エネルギー積
BHmax 共に高い値となり、Co の一部をこれら金属で
置換しても優れた磁気特性が得られることが明らかとな
った。
【0025】
【表1】
【0026】実施例7 実施例1と同様にして得たSm4.4Co95.6 組成の磁石材
料に、バインダーとして一液性エポキシ樹脂2重量%
と、潤滑剤として機能するオレイン0.2 重量%とを混合
した。次に、この混合粉末を金型に充填して5ton/cm2
の圧力で成形し、その後、窒素ガス雰囲気中で150 ℃に
1時間保持するキュア処理を行って磁石体を得、この磁
石体の磁気特性をB−Hカーブトレーサーによって測定
した。この結果、残留磁束密度Br は9.2kG 、保磁力 i
Hc は6.5kOe、最大磁気エネルギー積BHmax は13.3MG
Oeであり、優れた磁気特性が得られることが確認でき
た。
【0027】実施例8 実施例1と同様にして得たSm4.4Co95.6 組成の磁石材
料に、−200 メッシュの亜鉛粉末10重量%を混合し、こ
の混合粉末を金型に充填して5ton/cm2 の圧力で成形
し、その後、アルゴンガス雰囲気中で450 ℃に4時間保
持する熱処理を行って磁石体を得、この磁石体の磁気特
性をB−Hカーブトトレーサーによって測定した。この
結果、残留磁束密度Br は8.2kG 、保磁力 iHc は10.3
kOe 、最大磁気エネルギー積BHmax は11.9MGOeであ
り、優れた磁気特性が得られることが確認できた。
【0027】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かかる希土類磁石材料および希土類ボンド磁石によれ
ば、希土類金属の含有量を低く抑え、しかも等方性とし
たにもかかわらず優れた磁気特性を得ることができ、大
幅なコスト低減が達成できる効果がある。また、異方性
とする特別の処理が不要になるって形状的な自由度が高
まる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】磁気特性に及ぼす希土類化合物相の含有量の影
響を示すグラフである。
【図2】磁気特性に及ぼすCo 置換Fe 量の影響を示す
グラフである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子%で、Y,ランタニド元素の1種ま
    たは2種以上の希土類金属(R)2〜7%、残部Co か
    らなり、少なくとも硬磁性の希土類化合物相と軟磁性の
    コバルト相との2相の金属組織を有し、かつ前記相のそ
    れぞれが500nm以下の結晶粒サイズを有することを特徴
    とする粉末状の希土類磁石材料。
  2. 【請求項2】 Co の一部を総量の0.2 〜30原子%の範
    囲内でFe ,Ni ,Ti ,V,Cr ,Mn ,Cu ,Ga
    ,Zr ,Nb ,Mo ,Sn ,Hf ,Ta ,W,B,Al
    ,Si ,Pの1種または2種以上と置換したことを特
    徴とする請求項1に記載の希土類磁石材料。
  3. 【請求項3】 希土類化合物相がTh2Zn17 型、Th N
    i17 型またはTb Cu7型の結晶構造をもつことを特徴と
    する請求項1または2に記載の希土類磁石材料。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3に記載の希土類磁
    石材料を樹脂、純金属または合金のバインダーにより結
    合してなる希土類ボンド磁石。
JP5177196A 1993-05-24 1993-05-24 希土類磁石材料および希土類ボンド磁石 Pending JPH06333715A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5750044A (en) * 1994-07-12 1998-05-12 Tdk Corporation Magnet and bonded magnet
CN102403118A (zh) * 2011-11-23 2012-04-04 北京航空航天大学 一种各向异性钐钴基纳米晶稀土永磁体制备方法

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