JPH08167515A - R−Fe−B系永久磁石材料の製造方法 - Google Patents
R−Fe−B系永久磁石材料の製造方法Info
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Abstract
優れ、しかも磁石の結晶粒の微細化により高いiHcを
発現し、さらに各結晶粒の磁化容易方向の配向度を高め
て、(BH)max値(MGOe);AとiHc値(k
Oe);Bの合計値、A+B≧60の値を示す高性能R
−Fe−B系永久磁石材料の製造方法の提供。 【構成】 R−Fe−B系合金溶湯をストリップキャス
ティングにて特定板厚の鋳片となし、H2吸蔵させて自
然崩壊させ、脱H2処理して安定化させた合金粉末を特
定の潤滑剤を添加配合してジェットミル微粉砕し、粒度
分布が均一な粉末を、従来の約2倍程度の効率で作製す
ることができ、粉砕時にRリッチ相とR2Fe14B相も
微細化され、一方向あるいは反転パルス磁界を用いて静
水圧プレスすることにより、目的を達成する。
Description
む希土類元素のうち、少なくとも1種を含有)、Fe、
Bを主成分とする永久磁石用原料粉末の製造方法に係
り、R、Fe、Bを主成分とする合金溶湯を単ロール法
あるいは双ロール法等のストリップキャスティング法に
て特定板厚のRリッチ相が微細に分離した均質組織を有
する鋳片を得、これをR含有Fe合金のH2吸蔵性を利
用して鋳片を自然崩壊させ、さらに脱H2処理して安定
化させた後、潤滑剤を添加配合後、微粉末化することに
より、効率のよい微粉砕を可能にし、微粉末にパルス磁
界をかけて配向させた後、成形して焼結することによ
り、すぐれた配向性を有し、磁石特性の1つである最大
エネルギー積値(BH)max(MGOe);Aと保磁
力iHc(kOe)の特性値:Bの合計値A+Bが60
以上の値を示す高性能R−Fe−B系永久磁石材料を得
る製造方法に関する。
−Fe−B系永久磁石(特開昭59−46008号)
は、三元系正方晶化合物の主相とRリッチ相を有する組
織にて高い磁石特性が得られ、一般家庭の各種電器製品
から大型コンピュータの周辺機器まで幅広い分野で使用
され、用途に応じた種々の磁石特性を発揮するよう種々
の組成のR−Fe−B系永久磁石が提案されている。し
かしながら、電気・電子機器の小型・軽量化ならびに高
機能化の要求は強く、R−Fe−B系永久磁石のより一
層の高性能化とコストダウンが要求されている。
(Br)を高めるためには、1)強磁性相であり、主相
のR2Fe14B相の存在量を多くすること、2)焼結体
の密度を主相の理論密度まで高めること、3)さらに主
相結晶粒の磁化容易軸方向の配向度を高めることが要求
される。すなわち、前記1)項の達成のためには、磁石
の組成を上記R2Fe14Bの化学量論的組成に近づける
ことが重要であるが、上記組成の合金を溶解し、鋳型に
鋳造した合金塊を、出発原料としてR−Fe−B系焼結
磁石を作製しようとすると、合金塊に晶出したα−Fe
や、Rリッチ相が局部的に遍在していることなどから、
特に微粉砕時に粉砕が困難となり、組成ずれを生ずる等
の問題があった。
処理して機械的微粉砕を行う場合(特開昭60−633
04号、特開昭63−33505号)、合金塊に晶出し
たα−Feはそのまま粉砕時に残留し、その展延性の性
質のために粉砕を妨げ、また局部的に遍在したRリッチ
相はH2吸蔵処理によって、水素化物を生成し、微細な
粉末となるため、機械的な微粉砕時に酸化が促進された
り、またジェットミルを用いた粉砕では優先的に飛散す
ることにより組成ずれを生ずる。
るR−Fe−B系合金粉末の欠点たる結晶粒の粗大化、
α−Feの残留、偏析を防止するために、R−Fe−B
系合金溶湯を双ロール法により、特定厚の鋳片となし、
前記鋳片を通常の粉末冶金法に従って、鋳片をスタンン
プミル・ジョークラッシャーなどで粗粉砕後、さらにデ
ィスクミル、ボールミル、アトライター、ジェットミル
などの粉砕法により平均粒径が3〜5μmの粉末に微粉
砕後、磁場中プレス、焼結、時効処理する製造方法が提
案(特開昭63−317643号公報)されている。
た鋳塊粉砕法の場合に比し、微粉砕時の粉砕能率の飛躍
的な向上は望めず、また微粉砕時、粒界粉砕のみなら
ず、粒内粉砕も起こるため、磁気特性の大幅の向上も達
成できなかった。また、Rリッチ相が酸化に対して安定
なRH2になっていないため、さらにRリッチ相の微細
で表面積が大きいために耐酸化性に劣り、工程中に酸化
が進み高磁石特性が得られない。また、R−Fe−B系
永久磁石材料に対するコストダウンの要求が強く、効率
よく高性能永久磁石用原料粉末を製造することが極めて
重要になっている。このため、極限に近い特性を引き出
すための製造条件の改良が必要となっている。
を可能にし、かつ耐酸化性に優れ、しかも磁石の結晶粒
の微細化により高いiHcを発現し、さらに各結晶粒の
磁化容易方向の配向度を高めて、(BH)max値(M
GOe);Aと、iHc値(kOe);Bの合計値、A
+B≧60の値を示す高性能R−Fe−B系永久磁石材
料の製造方法の提供を目的に、ストリップキャスティン
グ法により得られた特定板厚のR−Fe−B系合金鋳片
をH2吸蔵崩壊法により得られた粗粉砕粉を不活性ガス
気流中でジェットミル粉砕して得られた微粉末を成型型
内に特定の充填密度に充填後、瞬間的に特定のパルス磁
界を付加して、配向後、成型、焼結、時効処理して高性
能のR−Fe−B系永久磁石を得る製造方法を提案(特
願平5−192886号)した。
化を目的に、モールド内への充填性の向上、配向性の向
上等を図るために粒子の流動性改善を狙いとして、例え
ば、前記方法で得られた微粉末にプレス成型前に潤滑剤
を添加配合しても、微粉末表面に均一に潤滑剤を被覆す
ることは極めて困難であり、また、プレス成型時の単位
当たりの重量バラツキや割れなどの不良を発生する恐れ
があった。
磁石材料の製造方法における問題点を解消し、微粉砕前
に潤滑剤を添加配合して効率よい微粉砕を可能にし、か
つ耐酸化性に優れ、しかも磁石の結晶粒の微細化により
高いiHcを発現し、さらに各結晶粒の磁化容易方向の
配向度を高めて、(BH)max値(MGOe);Aと
iHc値(kOe);Bの合計値、A+B≧60の値を
示す高性能R−Fe−B系永久磁石材料の製造方法の提
供を目的としている。
e−B系合金を出発原料として微粉砕能率の向上、かつ
耐酸化性にすぐれ、磁石合金の磁気特性、特にiHcの
向上を目的に、粉砕方法について種々検討した結果、組
織が微細かつ均等なR−Fe−B系合金を水素吸蔵させ
た後、脱H2処理して安定化させた合金粉末に潤滑剤を
添加配合後、微粉砕した場合、微粉砕能は従来の約2倍
にも向上し、かつ微粉末にパルス磁界をかけて配向させ
た後、成形して焼結することにより、(BH)max値
とiHc値の合計値が60以上の値を有し、かつ焼結磁
石のiHcが向上することを知見した。すなわち、スト
リップキャスティングされた特定板厚のRリッチ相が微
細に分離した組織を有する特定組成のR−Fe−B系合
金にH2吸蔵させると、微細に分散されたRリッチ相が
水素化物を生成して体積膨張することにより、前記合金
を自然崩壊させることができ、しかも微粉砕前に潤滑剤
を添加配合してから微粉砕することによって、合金塊を
構成している主相の結晶粒を細分化することが可能とな
り、粒度分布が均一で、しかも流動性に優れた粉末を作
製することができる。
れ、しかもR2Fe14B相が微細であることが重要であ
る。しかし、通常の鋳型を用いて合金塊を溶製する方法
では、合金組成をR2Fe14Bの化学量論的組成に近づ
けた場合、Fe初晶の晶出が避け難く、次工程の微粉砕
能を大きく低下させる要因になってしまう。そのため、
合金塊を均質化させる目的で熱処理を加えて、α−Fe
を消失させる手段がとられるが、主相結晶粒の粗大化
と、Rリッチ相の偏析も進むため、焼結磁石のiHc向
上を図ることが困難となる。また、主相結晶粒の磁化容
易軸方向を揃える、すなわち、配向度を高めることも高
Br化を達成するための必須条件である。そのため、粉
末冶金的手法で製造される永久磁石材料、たとえば、ハ
ードフェライト磁石、Sm−Co磁石ならびにR−Fe
−B磁石では、その粉末を磁界中でプレスする方式が採
られている。
常のプレス装置(油圧プレス、機械プレス)に配置され
ているコイルおよび電源では、高々10kOe〜20k
Oeの磁界しか発生することしかできず、より高い磁界
を発生させるためには、コイルの巻数を多くする必要が
あり、また高い電源を必要とするための装置の大型化を
必要とする。本発明者らは、プレス時の磁界強度と焼結
体のBrとの関係を解析したところ、磁界強度を高くす
ればする程、高Br化でき、瞬間的に強磁界を発生させ
ることが可能なパルス磁界を用いることによって、より
一層高Br化できることを知見した。
ルド内への充填性の向上、配向性の向上について検討を
加えた結果、H2吸蔵、脱H2処理したストリップキャス
ト薄帯より得られた粗粉砕粉に、固状潤滑剤あるいは液
状潤滑剤を添加配合後、平均粒径1〜5μmに微粉砕す
ることにより、モールド内への充填性及び磁気配向性の
すぐれた微粉末が得られることを知見し、さらに、この
微粉末を用いて、パルス磁界で瞬間的に配向させるとよ
り一層高Br化でき、また、粉末を静水圧プレスによっ
て成形したり、パルス磁界と電磁石による静磁界との組
み合せによって、磁界中プレス成形することにより、最
大エネルギー積値(BH)max(MGOe);Aと保
磁力iHc(kOe)の特性値:Bの合計値A+Bが6
0以上の値を示す高性能R−Fe−B系永久磁石材料を
得ることが可能であることを知見し、この発明を完成し
た。
含む希土類元素のうち、少なくとも1種)10at%〜
30at%、B2at%〜28at%、残部Fe(但し
Feの1部をCo、Niの1種または2種にて置換でき
る)及び不可避的不純物からなる合金溶湯を、ストリッ
プキャスティング法にて板厚0.03mm〜10mmの
薄板で、Rリッチ相が5μm以下に微細に分離した組織
を有する鋳片に鋳造後、前記鋳片を吸排気可能な容器に
収容し、該容器内の空気をH2ガスにて置換し、該容器
内に200Torr〜50kg/mm2のH2ガスを供給
して得られた崩壊合金粉を脱H2処理した後、得られた
平均粒度10〜500μmの粗粉砕粉に液状潤滑剤また
は固状潤滑剤を0.02〜5.0wt%添加混合後、微
粉砕して得た平均粒径1〜10μmの微粉末をモールド
内に充填密度1.4〜3.5g/cm3に充填し、瞬間
的に10kOe以上のパルス磁界をかけて配向させた
後、成形し、焼結、時効処理することを特徴とするR−
Fe−B系永久磁石材料の製造方法である。また、この
発明は、上記構成において、水素吸蔵により得られた崩
壊合金粉末を100℃〜750℃に加熱して脱H2処理
するR−Fe−B系永久磁石材料の製造方法を併せて提
案する。
液状潤滑剤に少なくとも1種の脂肪酸エステルを溶剤に
て溶解したものを使用したR−Fe−B系永久磁石材料
の製造方法、固状潤滑剤にステアリン酸亜鉛、ステアリ
ン酸銅、ステアリン酸アルミニウム、エチレンビニアマ
イドの少なくとも1種を使用したR−Fe−B系永久磁
石材料の製造方法を併せて提案する。
て、印加するパルス磁界は磁界方向を同一方向に印加す
るR−Fe−B系永久磁石材料の製造方法、印加するパ
ルス磁界は磁界方向を繰り返し反転させて印加するR−
Fe−B系永久磁石材料の製造方法、冷間静水圧プレス
にて成型するR−Fe−B系永久磁石材料の製造方法、
冷間静水圧プレスを静磁界中で行うR−Fe−B系永久
磁石材料の製造方法を併せて提案する。
磁気特性は、BH(max)が50MGOe以上の場合
は、iHcは10kOe以上であり、又BH(max)
が45MGOe以上の場合は、iHcは15kOe以上
で、組成、製造条件等を適宜選択することにより所要の
磁気特性を得ることができる。
分離した組織を有する磁石材料の鋳片は、特定組成の合
金溶湯を単ロール法、あるいは双ロール法によるストリ
ップキャスティング法にて製造される。得られた鋳片は
板厚が0.03mm〜10mmの薄板材であり、所望の
鋳片板厚により、単ロール法と双ロール法を使い分ける
が、板厚が厚い場合は双ロール法を、また板厚が薄い場
合は単ロール法を採用したほうが好ましい。鋳片の板厚
を0.03mm〜10mmに限定した理由は、0.03
mm未満では急冷効果が大となり、結晶粒径が3μmよ
り小となり、粉末化した際に酸化しやすくなるため、磁
気特性の劣化を招来するので好ましくなく、また10m
mを超えると、冷却速度が遅くなり、α−Feが晶出し
やすく、結晶粒径が大となり、Ndリッチ相の偏在も生
じるため、磁気特性が低下するので好ましくないことに
よる。
より得られた特定組成のR−Fe−B系合金の断面組織
は主相のR2Fe14B結晶が従来の鋳型に鋳造して得ら
れた鋳塊のものに比べて、約1/10以上も微細であ
り、例えば、その短軸方向の寸法は0.1μm〜50μ
m、長軸方向は5μm〜200μmの微細結晶であり、
かつその主相結晶粒を取り囲むようにRリッチ相が微細
に分散されており、局部的に偏在している領域において
も、その大きさは20μm以下である。Rリッチ相が5
μm以下に微細に分離することによって、H2吸蔵処理
時にRリッチ相が水素化物を生成した際の体積膨張が均
一に発生して細分化されるため、微粉砕にて主相の結晶
粒が細分化されて粒度分布の均一な微粉末が得られる。
前記鋳片はそのままでH2吸蔵処理してもよいが、所要
の大きさに破断して、金属面を露出させてH2吸蔵処理
したほうが好ましい。
破断した0.03mm〜10mm厚みの鋳片を原料ケー
ス内に挿入し、上記原料ケースを蓋を締めて密閉できる
容器内に装入して密閉したのち、容器内を十分に真空引
きした後、200Torr〜50kg/cm2の圧力の
H2ガスを供給して、該鋳片にH2を吸蔵させる。このH
2吸蔵反応は、発熱反応であるため、容器の外周には冷
却水を供給する冷却配管が周設して容器内の昇温を防止
しながら、所定圧力のH2ガスを一定時間供給すること
により、H2ガスが吸収されて該鋳片は自然崩壊して粉
化する。さらに、粉化した合金を冷却したのち、真空中
で脱H2ガス処理する。前記処理の合金粉末は粒内に微
細亀裂が内在するので、ボール・ミル、ジェットミル等
で短時間で微粉砕され、1μm〜10μmの所要粒度の
合金粉末を得ることができる。
不活性ガスで空気を置換し、その後H2ガスで不活性ガ
スを置換してもよい。また、鋳塊の破断大きさは、小さ
いほど、H2粉砕の圧力を小さくでき、また、H2ガス圧
力は、減圧下でも破断した鋳塊はH2吸収し粉化される
が、圧力が大気圧より高くなるほど、粉化されやすくな
る。しかし、200Torr未満では粉化性が悪くな
り、50kg/cm2を超えるとH2吸収による粉化の点
では好ましいが、装置や作業の安全性からは好ましくな
いため、H2ガス圧力は200Torr〜50kg/c
m2とする。量産性からは、2kg/cm2〜10kg/
cm2が好ましい。この発明において、H2吸蔵による粉
化の処理時間は、前記密閉容器の大きさ、破断塊の大き
さ、H2ガス圧力により変動するが、5分以上は必要で
ある。
後、真空中で1次の脱H2ガス処理する。さらに、真空
中またはアルゴンガス中において、粉化合金を100℃
〜750℃に加熱し、0.5時間以上の2次脱H2ガス
処理すると、粉化合金中のH2ガスは完全に除去できる
とともに、長期保存に伴う粉末あるいはプレス成形体の
酸化を防止して、得られる永久磁石の磁気特性の低下を
防止できる。この発明による100℃以上に加熱する脱
水素処理は、すぐれた脱水素効果を有しているために上
記の真空中での1次脱水素処理を省略し、崩壊粉を直接
100℃以上の真空中またはアルゴンガス雰囲気中で脱
水素処理してもよい。
でH2吸蔵・崩壊反応させた後、得られた崩壊粉を続い
て同容器の雰囲気中で100℃以上に加熱する脱水素処
理を行うことができる。あるいは、真空中での脱水素処
理後、処理容器から取り出して崩壊粉を微粉砕したの
ち、再度処理容器で100℃以上に加熱するこの発明の
脱水素処理を施してもよい。上記の脱水素処理における
加熱温度は、100℃未満では崩壊合金粉内に残存する
H2を除去するのに長時間を要して量産的でない。ま
た、750℃を超える温度では液相が出現し、粉末が固
化してしまうため、微粉砕が困難になったり、プレス時
の成形性を悪化させるので、焼結磁石の製造の場合には
好ましくない。また、焼結磁石の焼結性を考慮すると、
好ましい脱水素処理温度は200℃〜600℃である。
また、処理時間は処理量によって変動するが0.5時間
以上は必要である。
2吸蔵、崩壊反応により得られた崩壊粉をさらに脱水素
処理して得られた平均粒径10μm〜500μmの粗粉
砕粉に液状潤滑剤または液状潤滑剤を0.02〜5wt
%添加混合後、特に、不活性気流中にてジェットミル粉
砕して、平均粒径1〜10μmの微粉末を得ることにあ
る。この発明における液状潤滑剤としては、飽和あるい
は不飽和脂肪酸エステル、ならびに酸性塩としてほう酸
エステルなどを用いることが可能で、石油系溶剤やアル
コール系の溶剤に分散させたものである。液状油滑剤中
の脂肪酸エステル量は5wt%〜50wt%が好まし
い。
は、一般式 R=CnH2n (アルケン) RCOOR′ または R=CnH2n-2 (アルキン) で示される。
亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸アルミニウム、エ
チレンビニアマイドなどの少なくとも1種であり、固状
潤滑剤の平均粒度は1μm未満では工業的に生産するこ
とが困難で、また、50μmを超えると粗粉砕粉と均一
に混合することが難しいので、平均粒度としては1μm
〜50μmが好ましい。
潤滑剤の添加量は、0.02wt%未満では粉末粒子へ
の均一な被覆が十分でなく、モールド充填性や磁気配向
性の改善向上が認められず、また、5wt%を超えると
潤滑剤中の不揮発残分が焼結体中に残存して、焼結密度
の低下を生じ、磁気特性の劣化を招来するので好ましく
なく、潤滑剤の添加量は0.02wt%〜5wt%とす
る。
限定した理由は、平均粒度が10μm未満では原料粉末
を大気中で安全に取り扱うことが困難であり、原料粉末
の酸化により磁気特性が劣化するので好ましくなく、ま
た、500μmを超えるとジェットミル粉砕機への原料
粉末の供給が困難となり、粉砕能率を著しく低下するの
で好ましくないため、粗粉砕粉の平均粒度は10μm〜
500μmとする。
2、Ar)によるジェット・ミルにて微粉砕を行う。勿
論、有機溶媒(例えば、ベンゼンやトルエン等)を用い
たボールミルや、アトライター粉砕を用いることも可能
である。
は、1μm未満では粉末は極めて活性となり、プレス成
形などの工程において発火する危険性があり、磁気特性
の劣化を生じ好ましくなく、また、10μmを超えると
焼結により得られる永久磁石の結晶粒が大きくなり、容
易に磁化反転が起こり、保磁力の低下を招来し、好まし
くないため、1μm〜10μmの平均粒度とする。好ま
しい平均粒度は2.5μm〜4μmである。
提案する。微粉砕した粉末を不活性ガス雰囲気中でモー
ルドに充填する。モールドは非磁性の金属、酸化物、セ
ラミックスなどから作製したもののほか、プラスチック
やゴムなどの有機化合物でもよい。粉末の充填密度は、
その粉末の静止状態の嵩密度(充填密度1.4g/cm
3)から、タッピング後の固め嵩密度(充填密度3.5
g/cm3)の範囲が好ましい。従って充填密度1.4
〜3.5g/cm3に限定する。これを、空心コイル、
コンデンサー電源によるパルス磁界を加えて粉末の配向
を行う。配向の際、上下パンチを用いて圧縮を行いなが
ら、パルス磁界を加えて実施する。パルス磁界の強度は
大きければ大きいほど良く、最低10kOe以上は必要
とする。好ましいパルス磁界強度は20kOe〜60k
Oeである。また、パルス磁界による配向とプレスとを
連続的に行うためには、ダイス内部にパルス磁界を発生
させるコイルを埋め込み、パルス磁界を用いて配向させ
た後、通常の磁界中プレス方法で成形することが可能で
ある。
するほか、繰り返し印加することができる。繰り返し印
加する場合、磁界方向が所要方向のみほか、磁界方向を
交互に反転させて印加することにより配向性を一層向上
させることが可能となり、さらには、同一の磁界強度で
繰り返し印加するほか、磁界強度を漸次減少させて印加
することができ、磁界方向を交互に反転させて印加する
場合に強度を漸次減少させることにより、成形体を見掛
け上、脱滋することができ、成形体の取扱いが容易にな
る利点がある。パルス磁界の時間は、1μsec〜10
secが好ましく、さらには5μsec〜100mse
cが好ましく、パルス磁界の印加回数は1〜10回、さ
らに、好ましくは1〜5回である。
配向性の向上度合いを考慮して、上記印加方法、印加回
数、パルス磁界強度、印加時間を適宜選定する必要があ
る。例えば、この発明による製造方法において、印加す
るパルス磁界が1回である場合、最大エネルギー積値
(BH)max(MGOe);Aと保磁力iHc(kO
e)の特性値:Bの合計値A+Bが60以上の値を示す
高性能R−Fe−B系永久磁石材料を得ることが可能で
あり、複数回交互に反転する場合は前記特性値の合計値
A+Bが61以上、複数回交互に反転し、磁界強度が漸
次減少させる場合は前記特性値の合計値A+Bが60.
5以上の値を示す高性能R−Fe−B系永久磁石材料を
得ることが可能である。
プレスにて圧縮成形で行なうことが最も好ましく、この
際、可塑性のあるモールドの硬度や厚みを適宜選定する
必要があり、種々の形状品をはじめとして大型磁石材料
の製造も可能である。静水圧プレス条件としては、1.
0ton/cm2〜3.0ton/cm2の加圧力が好ま
しく、モールドの硬度はHs=20〜80が好ましい。
その場合の静磁場の磁場強度は、5〜20kOeが好ま
しい。また、静水圧プレスを静磁界中で行うこともで
き、例えば、配向に際して、同一の磁界強度で繰り返し
反転させて印加した後、配向後の粉体に静磁界中で静水
圧プレスを施すことにより、前記特性値の合計値A+B
が61以上の値を示す高性能R−Fe−B系永久磁石材
料を得ることが可能である。
ど条件、方法は公知のいずれの粉末冶金的手段を採用す
ることができる。以下に好ましい条件の一例を示す。焼
結前には、真空中で加熱する一般的な方法や、水素流気
中で100〜200℃/時間で昇温し、300〜600
℃で1〜2時間程度保持する方法などにより脱バインダ
ー処理を行なうことが好ましい。脱バインダー処理を施
すことにより、バインダー中のほぼ全炭素が脱炭され、
磁気特性の向上に繋がる。なお、R元素を含む合金粉末
は、水素を吸蔵しやすいために、水素流気中での脱バイ
ンダー処理後には脱水素処理工程を行なうことが好まし
い。脱水素処理は、真空中で昇温速度は、50〜200
℃/時間で昇温し、500〜800℃で1〜2時間程度
保持することにより、吸蔵されていた水素はほぼ完全に
除去される。また、脱水素処理後は、引き続いて昇温加
熱して焼結を行うことが好ましく、500℃を超えてか
らの昇温速度は任意に選定すればよく、例えば100〜
300℃/時間など、焼結に際して取られる公知の昇温
方法を採用できる。配向後の成形品の焼結並びに焼結後
の熱処理条件は、選定した合金組成に応じて適宜選定さ
れるが、焼結並びに焼結後の熱処理条件としては、10
00〜1180℃、1〜2時間保持する焼結工程、45
0〜800℃、1〜8時間保持する時効処理工程などが
好ましい。
ン・鉄系永久磁石合金用鋳片の組成限定理由を説明す
る。この発明の永久磁石合金用鋳片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。また通
常Rのうち1種もって足りるが、実用上は2種以上の混
合物(ミッシユメタル、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,La,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し支えない。
合金鋳片の必須元素であって、10原子%未満では高磁
気特性、特に高保磁力が得られず、30原子%を越える
と残留磁束密度(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10原子%〜30原
子%の範囲とする。
合金鋳片の必須元素であって、2原子%未満では高い保
磁力(iHc)は得られず、28%原子を越えると残留
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。
(Br)が低下し、88%原子を超えると高い保磁力が
得られないので、Feは42原子%〜88原子%に限定
する。また、Feの一部をCo、Niの1種又は2種で
置換する理由は、永久磁石の温度特性を向上させる効果
及び耐食性を向上させる効果が得られるためであるが、
Co、Niの1種又は2種はFeの50%を越えると高
い保磁力が得られず、すぐれた永久磁石が得られない。
よって、CoはFeの50%を上限とする。
束密度と高い保磁力を共に有するすぐれた永久磁石を得
るためには、R12原子%〜16原子%、B4原子%〜
12原子%、Fe72原子%〜84原子%が好ましい。
また、この発明による合金鋳塊は、R、B、Feの他、
工業的生産上不可避的不純物の存在を許容できるが、B
の一部を4.0原子%以下のC、3.5原子%以下の
P、2.5原子%以下のS、3.5原子%以下のCuの
うち少なくとも1種、合計量で4.0原子%以下で置換
することにより、磁石合金の製造性改善、低価格化が可
能である。
oを含有するR−Fe−B合金に、9.5原子%以下の
Al、4.5原子%以下のTi、9.5原子%以下の
V、8.5原子%以下のCr、8.0原子%以下のM
n、5原子%以下のBi、12.5原子%以下のNb、
10.5原子%以下のTa、9.5原子%以下のMo、
9.5原子%以下のW、2.5原子%以下のSb、7原
子%以下のGe、3.5原子%以下のSn、5.5原子
%以下のZr、5.5原子%以下のHfのうち少なくと
も1種添加含有させることにより、永久磁石合金の高保
磁力が可能になる。この発明のR−B−Fe系永久磁石
において、結晶相は主相が正方晶であることが不可欠で
あり、特に、微細で均一な合金粉末を得て、すぐれた磁
気特性を有する焼結永久磁石を作成するのに効果的であ
る。
特定板厚の特定組成を有するR−Fe−B系合金にH2
吸蔵させることにより、微細に分散されたRリッチ相が
水素化物を生成して体積膨張させて前記合金を自然崩壊
させ、その後粗粉砕粉に特定の潤滑剤を添加後、ジェッ
トミル微粉砕にて合金塊を構成している主相の結晶粒を
細分化することが可能となり、粒度分布が均一な粉末を
作製することができ、この際Rリッチ相が微細に分散さ
れ、かつR2Fe14B相も微細化され、脱H2処理して安
定化させた合金粉末に潤滑剤を添加配合後微粉砕した場
合、微粉砕能は従来の約2倍にも向上するため、製造効
率が大幅に向上するとともに、前記微粉末を型内にてパ
ルス磁界を用いて瞬間的に配向した後、プレス、焼結す
ることにより、モールド充填性及び磁気配向性が改善さ
れ、磁石合金の磁気特性、Br、(BH)max及び特
にiHcが向上したR−Fe−B系永久磁石が得られ
る。
0.6Dy−6.4B−2.0Co−77.5Feの合
金溶湯を直径200mmの銅製ロール2本を併設した双
ロール式ストリップキャスターを用い、板厚約1mmの
薄板状鋳片を得た。前記鋳片内の結晶粒径は短軸方向の
寸法0.5μm〜15μm、長軸方向寸法は5μm〜8
0μmであり、Rリッチ相は主相を取り囲むように3μ
m程度に微細に分離して存在する。前記鋳片を50mm
角以下に破断後、前記破断片1000gを吸排気可能な
密閉容器内に収容し、前記容器内にN2ガスを30分間
流入して、空気と置換した後、該容器内に3kg/cm
2のH2ガスを2時間供給してH2吸蔵により鋳片を自然
崩壊させて、その後真空中で脱H2処理した後、室温ま
で冷却し、さらに100メッシュまで粗粉砕した。
gに液状潤滑剤として脂肪酸エステル(有効成分50%
シクロヘキアン50%)を1wt%添加後、ジェット
ミルで粉砕して平均粒度3.5μmの合金粉末を得た。
得られた粉末を硬度Hs=40のウレタン製のゴム型
(内径φ25×高さ20mm)に3.3g/cm3の充
填密度になるように充填後、パルス磁界の強度40kO
eで、1回、8/100秒間で印加して配向させた後、
配向後の試料をプレス圧1.2ton/cm2にて冷間
静水圧プレスして成型体を得た。型から取り出した成形
体を1090℃で3時間に条件にて焼結し、600℃で
1時間の時効処理を行って、永久磁石を得た。得られた
永久磁石の磁気特性を表1に表す。
3.5μmの合金微粉末を、実施例1と同一条件で永久
磁石を製造する際に、パルス磁界を20kOe〜80k
Oeと種々変化させた場合、得られた永久磁石の最大エ
ネルギー積値(BH)max(MGOe)を調べ、パル
ス磁界強度との関係として図2に破線にて示す。
実施例1と同一条件にてH2吸蔵処理して得られた崩壊
合金粉末を真空中で500℃に5時間加熱保持して、脱
H2処理した後、20μmの粗粉砕粉に固状潤滑剤とし
てステアリン酸亜鉛を0.1wt%添加配合後、7kg
/cm2のArガス中にてジェットミル微粉砕、実施例
1と同様に約40kOeのパルス磁界を1回、8/10
0秒間で印加して配向後、冷間静水圧成形した後、焼
結、時効処理を行って永久磁石を得た。得られた永久磁
石の磁気特性を表1に表す。
mm×200mmの鋳型に鋳込んで得られた鋳塊を50
mm角以下に破断した後、前記破断片を実施例1と同一
条件のH2吸蔵処理、脱H2処理を行った後、潤滑剤を添
加することなく、実施例1と同一条件にて微粉砕、磁界
中プレス、焼結、時効処理を行って、永久磁石を得た。
鋳塊の結晶粒径は短軸方向30μm、長軸方向300μ
mであり、Rリッチ相は局部的に60μm程度の大きさ
で点在した。得られた磁気特性の結果を表1に表す。ま
た、得られた微粉砕粉の粒度分布を図1に示す。
後、前記破断片を実施例3と同一条件の加熱脱H2処理
を行った後、実施例1と同一の潤滑剤を添加し、同一条
件の微粉砕後に、磁界中プレス、焼結、時効処理を行っ
て、永久磁石を得た。得られた磁気特性の結果を表1に
表す。また、得られた微粉砕粉の粒度分布を図1に示
す。
実施例1と同一条件にてH2吸蔵処理して得られた崩合
金粉末を真空中で400℃に3時間加熱保持して、脱H
2処理した後、20μmの粗粉砕粉に潤滑剤を添加する
ことなく、ジェットミルにて微粉砕して平均粒度3.5
μmの合金粉末を得、これを約40kOeのパルス磁界
を1回、8/100秒間で印加して配向後、圧縮成形し
た後、焼結、時効処理を行って永久磁石を得た。得られ
た磁気特性の結果を表1に表す。
8/100秒間で4回印加して配向する以外は全く同一
条件で永久磁石を製造した。4回印加して得られた磁気
特性の結果を表2に表す。また、得られた永久磁石の最
大エネルギー積値(BH)max(MGOe)とパルス
磁界回数、1回目、2回目、3回目、4回目との関係を
図3に示す。
8/100秒間で4回交互に磁界方向を反転させて印加
して配向する以外は全く同一条件で永久磁石を製造し
た。4回印加して得られた得られた磁気特性の結果を表
2に表す。また、得られた永久磁石の最大エネルギー積
値(BH)max(MGOe)とパルス磁界回数、1回
目、2回目、3回目、4回目との関係を図3に示す。さ
らに、上記同一条件で永久磁石を製造する際に、パルス
磁界回数を4回としパルス磁界を20kOe〜80kO
eと種々変化させた場合、得られた永久磁石の最大エネ
ルギー積値(BH)max(MGOe)を調べ、パルス
磁界強度との関係として図2に実線にて示す。
互にパルス磁界方向を反転させて印加する際に、パルス
磁界を40kOe、30kOe、20kOe、10kO
eと漸次減少させて配向する以外は全く同一条件で永久
磁石を製造した。得られた磁気特性の結果を表2に表
す。
し、4回交互にパルス磁界方向を反転させて印加して配
向した後、静水圧プレス装置にて約12kOeの磁界中
で2.5T/cm2の圧力で冷間静水圧プレスする以外
は全く同一条件で永久磁石を製造した。得られた磁気特
性の結果を表2に表す。
kOeの同一方向のパルス磁界を1回、10/100秒
間で4回印加して配向する以外は同一条件にて圧縮成形
した後、焼結、時効処理を行って永久磁石を得た。得ら
れた磁気特性の結果を表2に表す。
有するR−Fe−B系合金溶湯をストリップキャスティ
ングにて特定板厚の鋳片となし、この鋳片にH2吸蔵さ
せて自然崩壊させることにより、その後、脱H2処理し
て安定化させた合金粉末を特定の潤滑剤を添加配合して
ジェットミル微粉砕にて合金塊を構成している主相の結
晶粒を細分化することが可能となり、実施例に明らかな
ように粒度分布が均一な粉末を、従来の約2倍程度の効
率で作製することができ、粉砕時にRリッチ相とR2F
e14B相も微細化され、一方向あるいは反転パルス磁界
を用いて静水圧プレスすることにより、磁石化すると耐
酸化性にすぐれ、磁石合金の磁気特性、特に最大エネル
ギー積値(BH)max(MGOe);Aと保磁力iH
c(kOe)の特性値;Bの合計値A+Bが60以上の
値を示す高性能R−Fe−B系永久磁石が得られる。
フである。
を示すグラフである。
を示すグラフである。
含む希土類元素のうち、少なくとも1種)10at%〜
30at%、B2at%〜28at%、残部Fe(但し
Feの1部をCo、Niの1種または2種にて置換でき
る)及び不可避的不純物からなる合金溶湯を、ストリッ
プキャスティング法にて板厚0.03mm〜10mmの
薄板で、Rリッチ相が5μm以下に微細に分離した組織
を有する鋳片に鋳造後、前記鋳片を吸排気可能な容器に
収容し、該容器内の空気をH2ガスにて置換し、該容器
内に200Torr〜50kg/cm2 のH2ガスを供給
して得られた崩壊合金粉を脱H2処理した後、得られた
平均粒度10〜500μmの粗粉砕粉に液状潤滑剤また
は固状潤滑剤を0.02〜5.0wt%添加混合後、微
粉砕して得た平均粒径1〜10μmの微粉末をモールド
内に充填密度1.4〜3.5g/cm3に充填し、瞬間
的に10kOe以上のパルス磁界をかけて配向させた
後、成形し、焼結、時効処理することを特徴とするR−
Fe−B系永久磁石材料の製造方法である。また、この
発明は、上記構成において、水素吸蔵により得られた崩
壊合金粉末を100℃〜750℃に加熱して脱H2処理
するR−Fe−B系永久磁石材料の製造方法を併せて提
案する。
2吸蔵、崩壊反応により得られた崩壊粉をさらに脱水素
処理して得られた平均粒径10μm〜500μmの粗粉
砕粉に液状潤滑剤または液状潤滑剤を0.02〜5wt
%添加混合後、特に、不活性気流中にてジェットミル粉
砕して、平均粒径1〜10μmの微粉末を得ることにあ
る。この発明における液状潤滑剤としては、飽和あるい
は不飽和脂肪酸エステル、ならびに酸性塩としてほう酸
エステルなどを用いることが可能で、石油系溶剤やアル
コール系の溶剤に分散させたものである。液状潤滑剤中
の脂肪酸エステル量は5wt%〜50wt%が好まし
い。
COOR′ 、R=CnH2n+2 (アルカン)で表される
エステルで、不飽和脂肪酸エステルとしては、一般式
RCOOR′ 、R=CnH2n (アルケン)、または
R=CnH2n-2 (アルキン)で示される。
(Br)が低下し、88%原子を超えると高い保磁力が
得られないので、Feは42原子%〜88原子%に限定
する。また、Feの一部をCo、Niの1種又は2種で
置換する理由は、永久磁石の温度特性を向上させる効果
及び耐食性を向上させる効果が得られるためであるが、
Co、Niの1種又は2種はFeの50%を越えると高
い保磁力が得られず、すぐれた永久磁石が得られない。
よって、Co,Niの1種または2種はFeの50%を
上限とする。
8/100秒間で4回印加して配向する以外は全く同一
条件で永久磁石を製造した。4回印加して得られた磁気
特性の結果を表2に表す。また、得られた永久磁石の最
大エネルギー積値(BH)max(MGOe)とパルス
磁界回数、1回目、2回目、4回目との関係を図3に示
す。
8/100秒間で4回交互に磁界方向を反転させて印加
して配向する以外は全く同一条件で永久磁石を製造し
た。4回印加して得られた得られた磁気特性の結果を表
2に表す。また、得られた永久磁石の最大エネルギー積
値(BH)max(MGOe)とパルス磁界回数、2回
目、4回目との関係を図3に示す。さらに、上記同一条
件で永久磁石を製造する際に、パルス磁界回数を4回と
しパルス磁界を20kOe〜80kOeと種々変化させ
た場合、得られた永久磁石の最大エネルギー積値(B
H)max(MGOe)を調べ、パルス磁界強度との関
係として図2に実線にて示す。
し、4回交互にパルス磁界方向を反転させて印加して配
向した後、静水圧プレス装置にて約12kOeの磁界中
で2.5T/cm2の圧力で冷間静水圧プレスする以外
は全く同一条件で永久磁石を製造した。得られた磁気特
性の結果を表2に表す。
Claims (8)
- 【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)10at%〜30at%、B2a
t%〜28at%、残部Fe(但しFeの1部をCo、
Niの1種または2種にて置換できる)及び不可避的不
純物からなる合金溶湯を、ストリップキャスティング法
にて板厚0.03mm〜10mmの薄板で、Rリッチ相
が5μm以下に微細に分離した組織を有する鋳片に鋳造
後、前記鋳片を吸排気可能な容器に収容し、該容器内の
空気をH2ガスにて置換し、該容器内に200Torr
〜50kg/mm2のH2ガスを供給して得られた崩壊合
金粉を脱H2処理した後、得られた平均粒度10〜50
0μmの粗粉砕粉に液状潤滑剤または固状潤滑剤を0.
02〜5.0wt%添加混合後、微粉砕して得た平均粒
径1〜10μmの微粉末をモールド内に充填密度1.4
〜3.5g/cm3に充填し、瞬間的に10kOe以上
のパルス磁界をかけて配向させた後、成形、焼結、時効
処理することを特徴とするR−Fe−B系永久磁石材料
の製造方法。 - 【請求項2】 水素吸蔵により得られた崩壊合金粉末を
100℃〜750℃に加熱して脱H2処理することを特
徴とする請求項1に記載のR−Fe−B系永久磁石材料
の製造方法。 - 【請求項3】 液状潤滑剤は少なくとも1種の脂肪酸エ
ステルを溶解したことを特徴とする請求項1に記載のR
−Fe−B系永久磁石材料の製造方法。 - 【請求項4】 固状潤滑剤はステアリン酸亜鉛、ステア
リン酸銅、ステアリン酸アルミニウム、エチレンビニア
マイドの少なくとも1種からなることを特徴とする請求
項1に記載のR−Fe−B系永久磁石材料の製造方法。 - 【請求項5】 印加するパルス磁界は磁界方向が同一方
向である請求項1記載のR−Fe−B系永久磁石材料の
製造方法。 - 【請求項6】 印加するパルス磁界は磁界方向を繰り返
し反転させて印加する請求項1に記載のR−Fe−B系
永久磁石材料の製造方法。 - 【請求項7】 冷間静水圧プレスにて成型することを特
徴とする請求項1、請求項5、または請求項6に記載の
R−Fe−B系永久磁石材料の製造方法。 - 【請求項8】 冷間静水圧プレスを静磁界中で行うこと
を特徴とする請求項7に記載のR−Fe−B系永久磁石
材料の製造方法。
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- 1994-12-09 JP JP33169894A patent/JP3777199B2/ja not_active Expired - Lifetime
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