JPH0750646B2

JPH0750646B2 - 希土類・ボロン・鉄系磁気異方性永久磁石用合金粉末

Info

Publication number: JPH0750646B2
Application number: JP59046171A
Authority: JP
Inventors: 三千雄山下; 元春末広
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1984-03-10
Filing date: 1984-03-10
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPS60189902A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、Ｒ（但し、ＲはＹを包含する希土類元素の
うち少なくとも１種）、Ｂ、Feを主成分とする磁気異方
性永久磁石用合金粉末に関する。

従来の技術最近、Fe-B-R系合金が新しい永久磁石合金として注目さ
れているが、その製造方法としては、大別して急冷法と
粉末冶金法の２つの方法が知られている。

急冷法は、溶融紡糸法、ロール法、スパッタリング法
等、一般的に非晶質合金を作製する方法と同様の方法に
よるもので、急速冷却リボンのまま、あるいは非晶質化
した合金を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。

しかし、これらは本質的に等方性であり、結晶組織が微
細であるために、磁気異方性永久磁石としてすぐれた磁
気特性は得られなかった。

また、粉末冶金法による永久磁石として、出願人は先
に、高価なSmやCoを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）磁気異方性永久磁石を提案した（特願昭57-145
072号）。

また、Fe-B-R系の磁気異方性焼結体からなる永久磁石の
温度特性を改良するために、Feの一部をCoで置換するこ
とにより、生成合金のキュリー点を上昇させて温度特性
を改善したFe-Co-B-R系異方性焼結体からなる永久磁石
を提案した（特願昭57-166663号）。

さらに、Fe-B-R系合金粉末とバインダーを混合、結合し
て得られる樹脂磁石についても提案した（特願昭58-171
909号）。

上記の新規なFe-B-R系、Fe-Co-B-R系（ＲはＹを含む希
土類元素のうち少なくとも１種）磁気異方性永久磁石
を、製造するための出発原料の希土類金属は、一般にCa
還元法、電解法により製造される金属塊であり、この希
土類金属塊を用いて、例えば次の工程により、上記の新
規な永久磁石が製造される。

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、純度99.7％以上の希土類金属、あるいは
さらに、純度99.9％の電解Coを高周波溶解し、その後水
冷銅鋳型に鋳造する、スタンプミルにより35メッシュスルーまでに粗粉砕
し、次にボールミルにより、例えば粗粉砕粉300gを６時
間湿式微粉砕して３〜10μｍの微細粉となす、磁界（10kOe）中配向して、成形（1.5t/cm²にて加
圧）する、焼結、1000℃〜1200℃、１時間、Ar中の焼結後に放冷
する。

時効処理、500℃〜1000℃、Ar中。

発明が解決しようとする課題上記の如く、Fe-B-R系磁気異方性永久磁石用合金粉末
は、所要組成の鋳塊を機械的粗粉砕及び微粉砕を行なっ
て得られるが、本系磁気異方性永久磁石用合金粉末は、
非常に粉砕し難く、粗粉砕粉は偏平状になり易く、粉砕
機の負荷が高く摩耗し易い上、次行程の微粉砕工程で必
要な35メッシュスルー粉末を量産的に得るのが困難であ
り、また、粗粉砕粉末の歩留り及び粉砕能率が悪い等の
問題があった。かかる問題を解決するために、本系永久
磁石合金のH₂吸蔵性を利用して、H₂中で自然崩壊させる
方法を提案（特願昭58-171909号、特願昭58-227667号）
したが、水素粉砕した粉末は酸化され易く、脱水素処理
が必要であり、工程が複雑になる等の問題があった。

この発明は、安価で安定した品質でかつすぐれた磁気特
性を有するFe-B-R系永久磁石を得るための該系磁気異方
性永久磁石用合金粉末を目的とし、また、溶融合金を直
接粉末化することにより、造塊工程及び粗粉砕工程を簡
略化して得られるFe-B-R系永久磁石用合金粉末を目的と
している。

課題を解決するための手段この発明は、 R 8原子％〜30原子％（但し、ＲはＹを包含する希土類
元素のうち少なくとも１種）、B 2原子％〜28原子％、F
e 42原子％〜90原子％、を主成分とし、平均粒径50μｍを越え1mm以下、平均結
晶粒径が50μｍを越える複合組織を有し、主相が正方晶
化合物の噴霧粉末であることを特徴とする希土類・ボロ
ン・鉄系磁気異方性永久磁石用合金粉末である。

一般に、溶融合金を噴霧法によって粉末化する方法は、
工具鋼や超硬度合金等の機械的粉砕が困難な合金では、
工業的に実用化された方法であるが、従来の希土類コバ
ルト系磁石合金の粉末化方法としては、希土類コバルト
合金系は機械的粉砕が容易であること、極めて酸化し易
いこと、磁気異方性永久磁石用としてすぐれた特性が得
られないこと等のために、最適の方法とは言い難かっ
た。

本発明者らは、Ｒ（但し、ＲはＹを包含する希土類元素
のうち少なくとも１種）、Ｂ、Feを主成分とする磁気異
方性永久磁石用合金粉末の製造方法を種々検討した結
果、溶融合金を噴霧法によって、結晶粒径が50μｍ以下
の微細複合組織とならない程度に遅い冷却速度で冷却し
て粉末化することにより、噴霧粉末のままではすぐれた
磁気特性は得られないが、さらに微粉砕後に磁場中成
形、焼結することによって製造される磁気異方性焼結磁
石用合金粉末として、非常にすぐれた性質を有している
ことを見出したものである。

作用以下に、この発明を詳述する。

この発明による希土類・ボロン・鉄系磁気異方性永久磁
石用合金粉末の製造方法は、＜溶解→噴霧→微粉砕＞の
工程からなり、前記した水素粉砕法の、＜溶解→インゴット作製→粗粉砕→水素粉砕→脱水素処
理→微粉枠＞この工程と比較すると、大巾に簡略化された製造方法で
ある。

本系合金の溶解は、真空中あるいは不活性ガス中におい
て、例えば、実施例に示すように、出発原料として純
鉄、フェロボロン、希土類鉄合金あるいは電解コバルト
を高周波で溶解し、るつぼの底より、あるいはレードル
に注湯したのち、レードルの底部より、溶湯を落下さ
せ、アルゴンガスのような不活性ガスで噴霧し、真空中
あるいは非酸化性雰囲気のチャンバ中で捕集するが、こ
の際に、噴霧ガスが音速以上の流速であったり、溶湯流
が3mmφ以下であったりして、平均粒径が50μｍ以下と
なると、微細な複合組織となり、磁気異方性永久磁石用
としては好ましくない。

また、捕集した粉末は、必要に応じて、ふるいを掛け
て、次の微粉砕を施した後、磁場中成型、焼結し、磁気
異方性永久磁石に作製する。

ここで、得られた粉末が、平均粒径1mmを越えると、直
径数μｍまで微粉砕することが困難となり、粗粉砕工程
を中間工程として要するので好ましくなく、噴霧後の粉
末平均粒径は、50μｍを越え1mm以下とする必要があ
る。

また、磁気異方性焼結磁石は、平均粒径が２μｍ〜10μ
ｍに微粉砕した粉末を磁場中で配向して成型するが、微
粉砕粉が方位の異なる微細な結晶あるいは複合組織にな
っていると、磁場配向によって結晶の方向が揃わなくな
るために、すぐれた磁気異方性焼結磁石が得られない。

従って、50μｍを越え1mm以下の平均粒径を有する粉末
の複合組織は、少なくとも50μｍを越える平均結晶粒径
を有していることが必要であり、特に、結晶粒径が50μ
ｍ以下では、微粉砕のとき単結晶になり易く、プレス成
型時の磁場配合の際に配合が完全となり、すぐれた磁気
特性が得られるので最も好ましい。また、溶融合金の冷
却速度としては、10-1〜10²℃/secの範囲が好ましい。

噴霧法としては、不活性ガスアトマイズ法を説明した
が、この方法以外に、回転電極を回転させたり、回転デ
ィスクを回転させる遠心アトマイズ法によっても同様の
効果が得られる。

また、この発明粉末の製造において、溶融合金はるつぼ
またはレードルの底から注湯されるため、ノロの巻き込
みのない清浄な粉末が得られ、溶融合金を非酸化性雰囲
気中で直接粉末化するため、従来の機械的粉砕粉や水素
粉砕粉と比較して、酸素含有量の少ない合金粉末を得る
ことができ、酸素含有量は通常0.5wt％以下であり、高
純度不活性ガス雰囲気中では、0.2wt％以下となる。

組成限定理由以下に、この発明における希土類・鉄・ボロン系磁気異
方性永久磁石用原料合金粉末の組成限定理由を説明す
る。

この発明の永久磁石用原料合金粉末に含有される希土類
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る。

Ｒとしては、軽希土類をもって足り、特にNd、Prが好ま
しい。又通例Ｒのうち１種をもって足りるが、実用上は
２種以上の混合物（ミッシュメタル、ジジム等）を入手
上の便宜等の理由により用いることができ、Sm、Ｙ、L
a、Ce、Gd、等は他のＲ、特にNd、Pr等との混合物とし
て用いることができる。なお、このＲは純希土類元素で
なくてもよく、工業上入手可能な範囲で製造上不可避な
不純物を含有するものでも差支えない。

Ｒ（Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種）は、新
規な上記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、新規な上記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
（iHc）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、新規な上記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、Fe-B-R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、 Cu 3.5原子％以下、 Si 8原子％以下、さらに、 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、 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合金の好ましい組成範囲は、Ｒ
の主成分がその50％以上をNd、Pr等の軽希土類金属が占
める場合で、R12原子％〜20原子％、B4原子％〜24原子
％、Fe65原子％〜82原子％、あるいはさらに、Co20原子
％以下、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、1
6Nd-8B-76Feからなる組成に配合し、これらを真空及び
アンゴンガス雰囲気で高周波溶解し、10mmφの溶湯ノズ
ルより、溶湯を落下させ、音速以下の流速のアルゴンガ
スでガスアトマイズして粉末化した。

得られた噴霧粉末のO₂量は800ppm、平均粒度は560μｍ
であった。

得られた合金粉末は、正方晶化合物を主相とする平均結
晶粒径65μｍの合金粉末であった。

ついでこの噴霧粉より採取した500gを振動ミルで１時間
の微粉砕を行ない、平均粒度2.8μｍの合金粉末を得
た。

この合金粉末を用いて、磁界10kOe中で配向し、2t/cm²
にて、直角磁場成型し、その後、Ar中、1060℃、２時間
の条件で焼結し、さらに、Ar中で650℃、１時間の時効
処理を施して永久磁石を作製した。

永久磁石の磁気特性は、 Br＝12.5kG、 iHc＝13.2kOe、（BH）max＝37.5MGOe、_B H_C＝11.6kOeであった。

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、純度99.7％
のPr、Dy金属、純度99.7％の電解コバルト、純度99.9％
のAlを使用し、11Nd-3Pr-1Dy-8B-1A1-2Co-74Feからなる
組成に配合し、これらを実施例１と同様方法で粉末化し
た。

得られた噴霧粉末のO₂量は700ppm、平均粒度は720μｍ
であった。

得られた合金粉末は、正方晶化合物を主相とする平均結
晶粒径55μｍの合金粉末であった。

ついでこの噴霧粉より採取した300gをボールミルで６時
間の微粉砕を行ない、平均粒度2.9μｍの合金粉末を得
た。

永久磁石の磁気特性は、 Br＝12.8kG、 iHc＝16.5kOe、（BH）max＝39.5MGOe、_B H_C＝12.1kOeであった。

比較のため、同一組成の合金を、密閉容器内に挿入し、
H₂ガスを10分間流入させて、空気と置換し、10kg/cm²の
H₂ガス圧力で１時間処理する水素粉砕して35メッシュス
ルーの粗粉砕粉を得たところ、O₂量は1800ppmであっ
た。さらに、脱水素処理後、ボールミルにより３時間の
微粉砕を行ない平均粒度3.0μｍの合金粉末を得た。

この水素粉砕で得た合金粉末を同一製造条件で永久磁石
となし、磁気特性を測定したところ、 Br＝12.5kG、 iHc＝15.8kOe、（BH）max＝38.0MGOe、_B H_C＝11.8kOeを得た。

発明の効果実施例１〜２より明らかなように、この発明による合金
粉末は、希土類・ボロン・鉄系磁気異方性永久磁石用合
金粉末としてすぐれた品質を有し、また、粉末化のプロ
セスも大巾に簡略化されて、工業的実施にきわめて有効
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｆ 1/06 (56)参考文献特開昭59−46008（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−189901（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−17905（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】R 8原子％〜30原子％（但し、ＲはＹを包
含する希土類元素のうち少なくとも１種）、B 2原子％
〜28原子％、Fe 42原子％〜90原子％、を主成分とし、平均粒径が50μｍを越え1mm以下、平均
結晶粒径が50μｍを越える複合組織を有し、主相が正方
晶化合物の噴霧粉末であることを特徴とする希土類・ボ
ロン・鉄系磁気異方性永久磁石用合金粉末。