JPH0689804A - 永久磁石材料の製造方法 - Google Patents

永久磁石材料の製造方法

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JPH0689804A
JPH0689804A JP5099737A JP9973793A JPH0689804A JP H0689804 A JPH0689804 A JP H0689804A JP 5099737 A JP5099737 A JP 5099737A JP 9973793 A JP9973793 A JP 9973793A JP H0689804 A JPH0689804 A JP H0689804A
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JP
Japan
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gas
alloy
nitrogen
nitriding
nitrogen gas
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JP5099737A
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Kurimasa Kobayashi
久理真 小林
Tsutomu Katsumata
勉 勝又
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry 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
    • H01F1/059Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and Va elements, e.g. Sm2Fe17N2
    • H01F1/0593Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and Va elements, e.g. Sm2Fe17N2 of tetragonal ThMn12-structure

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Yを含む希土類元素の少なくとも1種と、F
e、Co、Ni、Mo、V、Tiから選ばれる遷移金属
元素の少なくとも1種を含有し、かつ、ThMn 12型の
結晶構造を有する合金を窒化する際、合金の粒子径、ガ
ス組成および処理温度を制御することで窒化反応を実施
し、高性能の永久磁石材料を製造する。 【効果】 従来の窒化法に比較して、合金が均一に、安
定的に窒化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はThMn12型構造を有す
る永久磁石材料の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ThMn12型構造を有する永久磁石は、
最近とみに注目されている。例えばPrFe11Ti合金
を窒化したPrFe11TiNx 系(x =1.57)は7
20Kと高いキュリー温度を示す。〔日本金属学会春期
大会講演概要、講演番号(293)、p−185(19
92)〕。
【0003】しかしながら、この材料は、窒素の導入反
応時に試料の分解が起こり、磁石特性が十分に引き出さ
れていない。さらに、上記の系統に属する窒化物である
NdFe11MoNx 系もこれらの窒化物の合成時に、同
様に分解、あるいはアモルファス化が発生し、問題とな
っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、これら
の系統の磁石材料の特性を向上させ、工業化を可能にす
るためには上記の分解反応を抑制することが最大の課題
であると考え、さらに詳細に解析した処、従来窒素の導
入に用いられてきた窒素ガスは、合金中に窒素を導入す
る際に合金の分解を引き起こし、その現象が特性低下を
もたらすことが判明した。この現象は、第一にThMn
12型構造中に窒素原子を導入するあために窒素ガスのみ
を用いると、必要量の窒素を導入するまでの時間が長く
なり、そのためガス中の微量の酸素により合金が酸化さ
れること、更に、第二に窒素ガスによる希土類元素- 鉄
系合金の窒化では、窒化時に希土類元素窒化物相や少量
のα−Fe相が生成することによって起き、このために
磁気特性の低下がもたらされることにある。そこで本発
明者らはThMn12型構造を分解させずにその構造中に
窒素を導入する方法を見いだすことを課題として検討し
た。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討した結果、以下の発明に到達
した。即ち、本発明の一つの態様は、Yを含む希土類元
素の少なくとも1種と、Fe、Co、Ni、Mo、V、
Tiから選ばれる遷移金属元素の少なくとも1種を含有
し、かつ、ThMn12型の結晶構造を有する合金の平均
粒子径及び平均結晶粒子径を2〜10μmの範囲に調製
し、窒素ガス中で加熱し窒化反応を行うことを特徴とす
るThMn12型構造窒化物からなる永久磁石材料の製造
方法である。
【0006】また、本発明のもう一つの態様はYを含む
希土類元素の少なくとも1種と、Fe、Co、Ni、M
o、V、Tiから選ばれる遷移金属元素の少なくとも1
種を含有し、かつ、ThMn12型の結晶構造を有する合
金の平均粒子径及び平均結晶粒子径を10〜100μm
の範囲に調製し、(i)水素ガス単独か、水素ガスとアル
ゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスの中から選ばれる1
種以上のガスの混合ガス中で加熱処理したのち、窒素ガ
スまたはアンモニアガスを含有する雰囲気中で加熱し窒
化反応を行うか、(ii)またはアンモニアガスと水素ガス
または窒素ガスと水素ガスの混合雰囲気で加熱して窒化
反応を行うことを特徴とするThMn12型構造窒化物か
らなる永久磁石材料の製造方法である。
【0007】ここで、合金の粒子径とは粉砕した粉体の
粒子の径を指し、結晶粒子径とは多結晶体の微構造に於
ける1つ1つの粒子の径を指す。発明の内容を更に詳し
く説明すると、結晶構造中への窒素の導入に窒素ガスを
用いる場合、窒素の拡散速度は理想的な完全結晶を考え
れば同一組成、同一構造の合金では熱力学的に一定であ
るが、実際の合金インゴットの場合、組成、基本結晶構
造が同一と見なせるものでも、合金の粒子径或いは合金
の微構造上の結晶粒子径が異なる場合には窒化速度の相
違が見られる。この現象は、第一に窒素の結晶粒子境界
の拡散(粒界拡散)が、単結晶中の窒素の拡散とは異な
り、高速であることから、合金中の平均結晶粒子径に相
違があれば、単位体積あたりの粒界の密度が異なり、そ
のために窒素の平均拡散速度が大きくなることに起因す
る。第二には、窒素は粒子表面から内部に拡散するた
め、窒化反応に供する粉体の各粒子の粒子径の相違、あ
るいは、粒子径自体や粒子径の調製法の相違に起因する
粒子表面性状の相違があれば、粒子全体の窒素組成が均
一化する時間に相違がでること等に起因すると考えられ
る。
【0008】従って、窒素ガスによる窒化の場合のよう
に、窒素含有量が所定の値に達するまでに長時間を必要
とする場合には、粒子径の小さな粒子は先に必要な窒化
反応が終了し、必要以上に長時間ガスに曝される事とな
る。その結果、磁気特性にとっては害となる分解等の反
応が進行する。以上述べてきたように、本発明の第一
は、窒素ガス中の窒化反応に供する合金として平均粒子
径及び平均結晶粒子径が2-10μmの範囲にあるように原
料合金を調製して、得られる磁石材料の特性を向上させ
ることに成功した点にある。
【0009】第二に窒素が結晶構造中に侵入する際に、
事前に水素ガス中で合金を熱処理するか、窒素導入反応
時に水素を共存させると、合金の粒子径及び結晶粒子径
を10-100μmに調製した場合、窒素の導入が急速で試料
の分解等を抑制出来ることを見いだし、この方法を用い
ることによって最終的に得られる磁石材料の特性が向上
した点にある。
【0010】さらに、第三として、合金の粒子径及び結
晶粒子径を10-100μmに調製した場合、アンモニアガス
を用いると合金中への窒素の導入反応が高速で進行する
ことを見いだしたが、アンモニアガス単独では窒素の導
入量が多すぎることがわかり、検討の結果、NH3−H2
混合ガスでNH3ガス分圧を0.4atm以下とした条
件の場合が窒素の導入反応は速やかで、かつ、合金構造
を損なわないことを見いだした点にある。
【0011】具体的にはThMn12型構造を有する、R
Fe11M合金〔R(希土類)=Sm、Nd、Pr、M=
Ti、Mo、V)を高周波溶解法で調製し、さらに、合
金組成の均一化のために1373K以下で、10−30
0時間のアニールを行うことにより結晶粒子径を調製す
るが、この出発合金の作成時に、比較的低温で長時間の
アニールで均一化を行うと、微構造中の平均結晶粒子径
を小さく保つことが出来る。各結晶粒子間の界面、いわ
ゆる粒界は、本発明の場合は窒素成分の高速拡散路とし
て働き、結晶構造中への窒素成分の導入は、この粒界の
体積あたりの存在量が大きいほど高速で進行する。この
場合、窒化反応の高効率化が、平均結晶粒子径の制御に
より達成できる。
【0012】平均粒子径の制御では、通常のボールミ
ル、ジェットミル、ハンマーミル、ビ−ズミル等のいず
れの方法を用いることも可能である。窒素ガス中の窒化
反応に供する場合は、まず、10μm以下に粉砕したの
ち、気流分級機等を用いて2−3μm以下の粒子径の粒
子を取り除く、この際、分級が不完全であっても体積分
率で90%以上が2−10μmの範囲にはいる粉体を調
製出来れば、窒化後の粉体の物性は明瞭な向上を示す。
【0013】一方、本発明で言う水素ガスによる前処
理、または窒化時に水素−窒素混合ガス、アンモニア−
水素混合ガスを使用する場合は、粒子径は窒素ガス単独
の窒化の場合よりも大きくする方がよい。すなわち、体
積分率で90%以上が10−100μmの範囲、好まし
くは30−70μmの範囲に粒子径がある場合が好まし
い。水素ガスによる窒化の前処理の条件としては、水素
ガス中で、300℃まで一旦加熱した後、室温まで冷却
すれば十分である。その後の窒化は窒素ガス中300ー
350℃で1−10時間処理すれば必要な窒素量が得ら
れる。一方、窒素−水素混合ガス、アンモニア−水素混
合ガス中で窒化する場合は250−400℃で0.5−
2時間の窒化で必要量の窒素を導入出来る。
【0014】
【実施例】以下実施例で説明する。尚、平均粒子径は乾
式レーザ−回折法〔SYMPATEC HELOS &
RODOS製 Laser Diffraction
Analyser使用〕、平均結晶粒子径はSEM観察
写真に基ずく解析にジェフリー(Jeffry)法〔金
属学ハンドブック(朝倉書店)、昭和36年10月25
日、第297頁参照〕を用いて測定した。
【0015】
【実施例1】NdFe11Mo合金を高周波溶解によって
作製し、1323Kで100時間アニールする。続いて
10μm以下に粉砕したのち、気流分級機の分級点を2
μmとして微細粒子を除去した粉体とする。この合金粉
体を窒素ガス中で673K、5時間熱処理しNdFe11
MoNx窒化物とする。この窒化物のx=1.43とな
った。同粉体を磁場中で成形し圧粉体として、その磁気
特性を振動試料型磁力計(東英工業(株)製 VSM−
3使用、以下VSMという。)で測定し、表1に示し
た。
【0016】
【比較例1】実施例1と同様にして調製し、分級を施さ
ずに10μm以下に粉砕した粉体を窒素ガス中で673
Kで、5時間処理しNdFe11MoNx 窒化物とした。
この窒化物はx=1.75であった。同粉体を磁場中で
成形し圧粉体とし、その磁気特性を振動試料型磁力計
(VSM)で測定し、実施例1の結果と合わせて表1に
示した。
【0017】
【実施例2】NdFe11Mo合金を高周波溶解によって
作製し、1323Kで10時間アニールし平均結晶粒子
径が約50μmの合金を得る。この合金をアンモニア
(0.05atm)−水素(0.95atm)雰囲気で
653K、で2時間加熱処理してNdFe11MoNx窒
化物を得た。この窒化物の磁気特性を実施例1と同様に
測定した結果を表2に示す。
【0018】
【比較例2】NdFe11Mo合金を高周波溶解によって
作製し、1373Kで200時間アニールして、平均結
晶粒子径が約200μmの合金を得た。この合金をアン
モニア(0.05atm)−水素(0.95atm)雰
囲気で653K、2時間加熱処理してNdFe11MoN
x窒化物を得た。この窒化物の磁気特性を実施例1と同
様に測定して得た結果を実施例2の結果と合わせて表2
に示す。
【0019】
【実施例3】NdFe11Mo合金を高周波溶解法によっ
て作製し、1373Kで12時間アニールした。続いて
同合金を20〜100μmに粉砕し、アンモニア(0.
1atm)−水素(0.9atm)混合ガス中で600
K、2時間熱処理した。粉体を磁場成形し、VSMで磁
気特性を測定した結果を表3に示す。
【0020】
【比較例3】実施例3の合金を窒素ガス中623Kで、
10時間熱処理した。この粉体を磁場成形し、実施例1
と同様にVSMで磁気特性を測定した。その結果を実施
例3の結果と合わせて表3に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】上述したように、本願発明によれば、安
定して均一な目的の磁性材料が製造できる。又、作製さ
れた磁性材料は高性能の磁気特性を有しているので、ボ
ンド磁石用を始めとしてその他多くの用途に有用であ
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 C22C 38/00 303 D 38/12 H01F 1/053

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Yを含む希土類元素の少なくとも1種
    と、Fe、Co、Ni、Mo、V、Tiから選ばれる遷
    移金属元素の少なくとも1種を含有し、かつ、ThMn
    12型の結晶構造を有する合金の平均粒子径及び平均結晶
    粒子径を2〜10μmの範囲に調製し、窒素ガス中で加
    熱し窒化反応を行うことを特徴とするThMn12型構造
    窒化物からなる永久磁石材料の製造方法
  2. 【請求項2】 Yを含む希土類元素の少なくとも1種
    と、Fe、Co、Ni、Mo、V、Tiから選ばれる遷
    移金属元素の少なくとも1種を含有し、かつ、ThMn
    12型の結晶構造を有する合金の平均粒子径及び平均結晶
    粒子径を10〜100μmの範囲に調製し、(i)水素ガ
    ス単独か、水素ガスとアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウ
    ムガスの中から選ばれる1種以上のガスの混合ガス中で
    加熱処理したのち、窒素ガスまたはアンモニアガスを含
    有する雰囲気中で加熱し窒化反応を行うか、(ii)または
    アンモニアガスと水素ガスまたは窒素ガスと水素ガスの
    混合雰囲気で加熱して窒化反応を行うことを特徴とする
    ThMn12型構造窒化物からなる永久磁石材料の製造方
JP5099737A 1992-04-27 1993-04-26 永久磁石材料の製造方法 Withdrawn JPH0689804A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018031048A (ja) * 2016-08-24 2018-03-01 トヨタ自動車株式会社 磁性化合物の製造方法
JP2018172739A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 株式会社フジミインコーポレーテッド 粉末積層造形に用いるための造形用材料

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JP2018031048A (ja) * 2016-08-24 2018-03-01 トヨタ自動車株式会社 磁性化合物の製造方法
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