JPH08500215A - アルニコ系永久磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特有の構成を有するアルニコ系の合金粉末が急速凝固法によって製造され、その結果、粉砕性と成形性に優れ、焼結密度と磁気特性が優れており、単純な製造工程で、製造コストは低くなるような、アルニコ系永久磁石の製造方法が開示されている。アルニコ系合金は、ホイール速度が６〜４０ｍ／ｓｅｃであるスピニング凝固装置により急速凝固を受け、これによって微小結晶性急速凝固粉末が製造される。この粉末を、さらに微細な粉末にし、プレス成形（加圧成形）を施し、次いで、１１００〜１３５０℃の温度で０．５時間〜４時間かけて焼結を行う。そして、単一加熱処理を基にして、外部から１〜１５ｋＯｅ（キロエルステッド）の磁力を加え、６００〜１０００℃の温度で加熱処理を施す。さらに、５００〜７００℃の温度で１時間〜１０時間かけてエージング加熱処理を施し、これによって、成形体の磁化が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 アルニコ系永久磁石の製造方法発明の技術分野 本発明は、アルニコ系永久磁石の製造方法に関するものであり、特にアルニコ 系永久磁石用の磁性合金が、急速凝固法により結晶性微粉末となり、その微粉末 が適当な微粒子大に調製され、それを成形加工し、得られた成形体に熱処理が施 され、それによりアルニコ系永久磁石を完成するような製造方法に関する。発明の背景 主な原料としてＡｌ、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅ又は、Ａｌ、ＮｉおよびＦｅを含 むアルニコ系永久磁石は、一般には溶解鋳造法（日本国特公昭４１−９２８４号 公報および特公昭３９−２４２１３号公報参照）によって製造されている。しか しながら、これらの方法によって製造された永久磁石は、硬く、もろい欠点があ る。したがって、機械加工が、極めて困難である。それ故に、小さく複雑な形の 永久磁石は、粉末冶金法（日本国特開昭５７−２０７１０１号公報および特開昭 ６１−１２７８４８号公報参照）により製造されている。さらに、それを溶解後 、ノズルで回転体に吹きつけ、薄いテープ状にすることもできる（日本国特開昭 ５７−６０８０４号公報参照）。しかしながら、この方法によって製造された永 久磁石は磁気特性が劣るため、実用上有用なものとはいえない。一方、粉末冶金 法によってアルニコ系永久磁石を製造する場合、その原料はそれぞれ適量が測定 され、互いに混合される。そして、プレス成形（加圧成形）、焼結、磁場中での 熱処理が行われる。 ここで、原材料として使用される前駆体粉末は以下のようなものである。 （１）磁石を構成する適当な量の金属要素粉末を一体的に混合する。 （２）ＡｌやＴｉのような容易に酸化される金属は、前もってＦｅと混合さ せてＦｅ−ＡｌやＦｅ−Ｔｉ合金のようにしておき、これを他の金属の粉末と混 合する。 （３）上記の（１）と（２）の粉末と共に、磁気成分を含む合金の溶融物を 吹きつけることによって得られた別の磁石合金粉末が使用される。 しかしながら、上記の粉末を原材料として使用し、アルニコ系永久磁石を製造 する場合には、以下の欠点を伴う。すなわち、（１）項の粉末を使用した場合、 容易に酸化されるＡｌやＴｉ等は独立して存在することになり、酸化によってプ レス成形（加圧成形）や焼結処理が施し難くなる。（２）項の粉末を使用した場 合は、（１）項の粉末を使用した場合と比較して、酸化の程度は減少するが、極 めて硬くなり、可塑変形に対する抵抗が増大し、プレス成形（加圧成形）が困難 となる。（３）項の粉末を使用した場合は、（１）項や（２）項の粉末を使用し た場合と比較して、均整のとれた混合物の焼結構造体が得られるが、水分やガス によって酸化をうけ易い。さらにこの構造体は、極めて硬くなり、プレス成形（ 加圧成形）性または圧縮成形性が劣ることになる。 さらに、上記の粉末を使用してアルニコ系の完全な合金を得る場合、高温で、 長時間の焼結が必要となる。さらに原材料としての適当な粉末粒子サイズは、で きるだけ細かくし、２００メッシュ（７４μｍ）以下にするのが好ましい。しか し、このような微細粉末を使用すると、プレス成形（加圧成形）性が不十分とな り、加工コストも高価になる。また、不十分な成形性を有する粉末が使用された 焼結体は、ミクロ構造相が稠密とはならず、したがって磁気特性の劣ったものに なる。発明の概要 本発明の目的は、上述のような従来技術の欠点を解消しようとするものであり 、本発明者は研究と実験を重ね、それらを基礎として、本発明が提案されたもの である。 従って、本発明の目的は、アルニコ系永久磁石の製造方法を提供することであ り、そこではアルニコ系の適当な成分の合金粉末が、急速凝固法により製造され 、その結果、微粉砕能および成形性に優れ、焼結密度が高くなり、磁気特性が優 れ、また製造コストは低く、製造工程は単純なものとなる。好適な実施例の説明 本発明にかかる方法は以下に詳述される。すなわち、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ 又はＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅを主成分とするアルニコ系永久磁石の製造方法が、以下に 開示される。 アルニコ系の合金を、ホイール速度が６〜４０m/secであるスピニング凝固装 置(Spinning solidifier)によって急速凝固せしめると、微細な結晶性の急速凝 固粉末が得られる。この粉末をさらに微細粉末にし、そしてプレス成形（加圧成 形）を行う。そして、焼結は１１００〜１３５０℃の温度で０．５時間〜４時間 かけて実施される。連続熱処理は、外部の磁力を１〜１５ｋＯｅ（キロエルステ ッド）にし、６００〜１０００℃の温度範囲で行う。この場合、熱処理は磁力を 加えた状態において行われる。その後、エージング加熱処理は５００℃〜７００ ℃の温度で、１時間〜１０時間かけて行われ、それによって、成形体は磁化され る。以上のようにして、異方性のアルニコ永久磁石が製造される。 本発明の他の態様において、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ又はＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅを 主成分とするアルニコ系永久磁石は以下の方法に従って製造される。すなわち、 急速凝固法を基礎として、アルニコ系の合金を細かい結晶性の急速凝固粉末とし 、その粉末をさらに微細な粉末にして、プレス成形（加圧成形）が行われる。そ の後、１１００〜１３５０℃の温度で０．５時間〜４時間かけて焼結を行い、エ ージング加熱処理を５００〜７００℃の温度で１時間〜１０時間かけて行う。こ れにより、等方性のアルニコ系永久磁石が製造される。 以下に、本発明をさらに詳述する。 本発明の急速凝固技術は、韓国特許Ｎｏ．４８３７１に開示された溶融スピニ ング抽出法を基礎としている。ホイール速度６〜５０ｍ／ｓｅｃで凝固が行われ ることにより、微細結晶（１〜３０μｍ）の急速凝固粉末が得られる。 もしも、ホイール速度が６ｍ／ｓｅｃ以下であると、溶融合金を引き出す力が 不足し、粉末を得ることができない。なお、ホイール速度が４０ｍ／ｓｅｃを超 える場合でも良好である。しかしながら、加工性の問題が生じ、従って、ホイー ル速度は６〜４０ｍ／ｓｅｃが好ましい。ここで、粒子形状はフレーク状のよう な特有の形状を有するため、極めて脆い。そのため、粉砕性に富み、へキサン、 アセトン、アルコール等のような有機溶媒中や空気中で容易に粉砕される。この ようにして、２５０メッシュ以下の粒子サイズが得られる。一方、Ａｌ、Ｔｉ、 Ｎｂ等の酸化によるプレス成形（加圧成形）能や焼結性能の低下は生じないため 、成形密度や焼結密度が改善される。さらに、焼結後のミクロ構造が均一化され るため、磁気特性は改善される。 急速凝固粉末は成形用型に詰められ、１−１０ｔ／ｃｍ²の圧力下でプレス成 形（加圧成形）され、成形体製造が行われる。もし、この圧力が１ｔ／ｃｍ²以 下の場合には、成形圧力が低くなりすぎるために、成形に必要な力が得られなく なる。また、圧力が１０ｔ／ｃｍ²以上になると、成形圧力が高すぎるために、 成形用型が損傷を受けてしまう。 上述の方法で形成された成形体は、真空中もしくはアルゴンガスや水素ガス雰 囲気中で焼結せしめられ、さらに密度が上昇せしめられる。焼結は、１１００〜 １３５０℃の温度で、０．５時間〜４時間かけて行われる。もし、この温度が１ １００℃以下の場合には、焼結温度が低すぎるため、十分な密度上昇が起こらず 、従って磁気特性は悪化する。また、温度が１３５０℃以上になると、融解が起 こり、結晶性の粉末の形状および焼結された構造を崩壊せしめる。従って、焼結 の温度は１１００〜１３５０℃が好ましい。その後、焼結された本体に９５０〜 １２５０℃の温度で１０分〜３０分かけて溶媒処理を施し、さらに、１〜１５ｋ Ｏｅ （キロエルステッド）の外部磁力を加えた状態において９５０〜６５０℃ の温度で２分〜３０分かけて熱処理が行われる。 熱処理を磁力下で行うことによって、Ｆｅ−Ｃｏの細かい粉末の凝集物を増加 させ（凝集物は強磁性特性を示す）、これらが整列された配列に成長する。 磁化処理が焼結の直後に行われる場合は、溶媒処理の行程を省くこともできる 。もしも、磁化処理が２分以内に行われた場合には、凝集作用は終了せず、その 結果磁気特性は悪化する。また、磁化処理が３０分以上かけて行われた場合、凝 集物は大きく粗雑になり、その結果磁気特性は悪化する。従って、磁化処理は２ 分〜３０分かけて行われることが好ましい。 等方性のアルニコ磁石を製造する場合には、磁化処理の工程を省くこともでき る。 エージング処理は５００〜７００℃の温度で１時間〜１０時間かけて行うこと が好ましい。 もしも、この温度が５００゜Ｃ以下の場合には、効果が不十分となり、また７ ００℃以上になると、凝集物が大きくなり過ぎ磁化処理の効果が低減される。し たがって、エージング処理の温度は５００〜７００℃の間に限定して行うことが 好ましい。 本発明は、実際の実施例に基づいてさらに詳述される。 ＜実施例 １＞ Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＣｕおよびＦｅのインゴットは、８％Ａｌ−１４％Ｎｉー ２４％Ｃｏ−３％Ｃｕ−５１％Ｆｅというアルニコ５成分で調製されている。こ れらの合金はアルゴンガス雰囲気中においてプラズマアーク法によって完全に溶 解せしめられ、フレーク状の急速凝固粉末が製造された。凝固させる速度、すな わち凝固装置のホイール速度は８．５〜３２．７ｍ／ｓｅｃの間で変化せしめら れた。 以上のようにして得られた急速凝固粉末は、Ｘ線解析が行われ、結晶粒子サイ ズの平均値をとった結果は以下の表の通りであった。 それぞれの急速凝固粉末は、アトリター、すなわちアトリションミキサーを使 用し、アルコール中で微細化された。そして、ＡＳＴＭ Ｅ１１で指定されてい る４００メッシュのふるいにより粉末のふるい分けを行い、３８μｍ以下の粉末 を得た。以上のように微細化された粉末に８ｔ／ｃｍ²の垂直圧をかけ、プレス 成形（加圧成形）を行い、次いで、これに真空中で１時間、１３５０℃の温度で 焼結を行った。その後、１２５０℃の温度で１０分間溶媒処理を行った。次いで 、外部から７ｋＯｅ（キロエルステッド）の磁力を加え、温度を９００℃〜６５ ０℃に下げ、６００℃の温度で４時間エージング処理を実施することにより、永 久磁石の試験片が得られた。 このようにして得られた永久磁石の試験片は、密度や磁気特性が測定され、表 ２のような結果が得られた。表１の磁石合金は融解鋳造法や、粉末冶金法で製造 された従来の永久磁石と共に表２に示されている。 表２に示されるように、実施例１〜４の永久磁石は比較例ａの永久磁石と比較 して、最大エネルギー積が５〜２０％改善されており、また比較例ｂの永久磁石 と比較すると、１５〜３３％改善されていることがわかり、また、焼結密度も増 加していることがわかる。 ＜実施例 ２＞ Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＣｕおよびＦｅのインゴットは、１０％Ａｌ−１７％Ｎｉ −１２．５％Ｃｏ−６％Ｃｕ−５４．５％Ｆｅというアルニコ成分２で調製され ている。これらの合金はアルゴンガス雰囲気中においてプラズマアーク法によっ て完全に溶解される。そして、溶融スピニング抽出装置によってフレーク状の粉 末が製造される。ここで、凝固速度、すなわち凝固装置のホイール速度は、８． ５１ｍ／ｓｅｃであった。Ｘ線解析によって、この粉末がミクロ結晶構造である ことが確認された。 この急速凝固粉末を、アトリターを用いてアルコール中で粉砕し、４００メッ シュのふるいにかけて、粒子サイズ３８μｍの粉末を得た。この粉末に８ｔ／ｃ ｍ²の垂直圧をかけてプレス成形（加圧成形）を施し、これに真空中で１時間、 １３５０℃の温度で焼結を行った。次いで、エージング処理を４時間、６００℃ の温度で施して永久磁石の試験片を得た。 以上の方法で得られた永久磁石の試験片の、密度、磁気特性を測定し、その結 果を鋳造法および従来の粉末法によって製造した、従来の永久磁石と共に表３に 示した。 表３に示すように、本発明による焼結永久磁石（実施例５）は、鋳造法や従来 の粉末法で製造された永久磁石（比較例ｃ、ｄ）と比較して磁気特性が優れてい ることが確認された。 ＜実施例 ３＞ ８％Ａｌ−１４％Ｎｉ−２４％Ｃｏ−３％Ｃｕ−５１％Ｆｅというアルニコ５ 構成が形成され、アルゴンガス雰囲気中においてプラズマアーク法によってこれ らを完全な合金にした。そして、溶融スピニング引出し装置によってフレーク状 の粉末が製造された。この凝固装置のホイール速度は１６．３ｍ／ｓｅｃであっ た。 上述のように製造された急速凝固粉末は、Ｘ線解析によってミクロ結晶構造で あることが確認された。 この急速凝固粉末をアトリターを使用してアルコール中で粉砕し、４００メッ シュのふるいにかけ、３８μｍ以下の微細粉末を得た。 この微細粉末に８ｔ／ｃｍ²の垂直圧をかけ、プレス成形（加圧成形）を施し 、これに１時間にわたり、表４のような温度で焼結を行った。 これらの焼結体は１２５０℃の温度で１０分間溶媒処理を受け、外部から７ｋ Ｏｅ（キロエルステッド）の磁力を加え、９００〜６５０℃の温度範囲に冷却さ れた。次いで、エージング処理が６００℃の温度で４時間施され、永久磁石の試 験片が得られた。 以上の方法で得られた永久磁石の試験片の密度および磁気特性の測定結果は、 表４に示す通りであった。 表４に示したように、本発明の方法によって製造された永久磁石は、高い密度 と、優れた磁気特性を有している。このことは、もしも焼結温度を上昇させると 、密度が高くなり、磁気特性が改善されることを示すものである。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｆ 41/02 Ｇ 8123−5Ｅ (72)発明者 ヤン・チュン・ジン 大韓民国、790―330 キョン・サン・ブク ―ドー、ポハン・シティー、ヒョウジャ― ドン、サン 32、リサーチ・インスティテ ュート・オブ・インダストリアル・サイエ ンス・アンド・テクノロジー内 (72)発明者 チョイ・スン・ドク 大韓民国、790―330 キョン・サン・ブク ―ドー、ポハン・シティー、ヒョウジャ― ドン、サン 32、リサーチインスティテュ ート・オブ・インダストリアル・サイエン ス・アンド・テクノロジー内 (72)発明者 リー・ウー・ヨン 大韓民国、790―330 キョン・ サン・ブ ク―ドー、ポハン・シティー、ヒョウジャ ―ドン、サン 32、リサーチ・インスティ テュート・オブ・インダストリアル・サイ エンス・アンド・テクノロジー内 (72)発明者 ソン・ヨン・ゲン 大韓民国、790―330 キョン・サン・ブク ―ドー、ポハン・シティー、ヒョウジャ― ドン、サン 32、リサーチ・インスティテ ュート・オブ・インダストリアル・サイエ ンス・アンド・テクノロジー内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ又はＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅを主成分とするアルニコ系 永久磁石の製造方法であって、 ホイール速度を６〜４０ｍ／ｓｅｃとしたスピニング凝固装置によってアルニ コ系合金を急速凝固せしめることによりミクロ結晶構造の急速凝固粉末を製造す る工程； 上記粉末をさらに微細に粉砕し、次いでプレス成形（加圧成形）する工程； １１００℃〜１３５０℃の温度において、０．５時間〜４時間にわたり焼結を 施す工程； 持続的な加熱処理を行いつつ、６００℃〜１０００℃の温度範囲で、外部から １〜１５ｋＯｅ（キロエルステッド）の磁力を加え、該磁力下で加熱処理を施す 工程；および ５００℃〜７００℃の温度で、１時間〜１０時間かけてエージング加熱処理を 実施し、成形体を磁化させる工程； から構成されるアルニコ系永久磁石の製造方法。 ２．Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ又はＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅを主成分とするアルニコ系 永久磁石の製造方法であって、 急速凝固法によって、アルニコ系合金をミクロ結晶性急速凝固粉末に変化せし める工程； 前記粉末をさらに微細な粉末に粉砕する工程； プレス成形（加圧成形）する工程； １１００℃〜１３５０℃の温度で０．５時間〜４時間かけて焼結を施す工程； および ５００℃〜７００℃の温度で１時間〜１０時間かけてエージング加熱処理を施 す工程； から構成されるアルニコ系永久磁石の製造方法。