JPH08508853A

JPH08508853A - 希土類元素−金属−水素−ホウ素永久磁石およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08508853A
Application number: JP7520586A
Authority: JP
Inventors: ボガティン，ジェイコブ・ジー; ベローフ，アンドレイ
Original assignee: ワイビーエム・テクノロジーズ・インコーポレーテッド
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 1996-09-17
Also published as: EP0696379A1; AU1082395A; WO1995021452A1; US5454998A; US5567891A; CA2159463A1

Abstract

(57)【要約】原子％で、１０〜２４％Ｒと、２〜２８％ホウ素と、０.１〜１８.１２％水素と、残部のＭを含有する永久磁石が提供される。ここでＲは、Ｌa、Ｃe、Ｐr、Ｎd、Ｐm、Ｓm、Ｅu、Ｇd、Ｔb、Ｄy、Ｈo、Ｅr、Ｔm、Ｙb、Ｌu、Ｙ、およびＳcから選択される少なくとも１種の元素であり、Ｍは、Ｆe、Ｃo、Ｎi、Ｌi、Ｂe、Ｍg、Ａe、Ｓi、Ｔi、Ｖ、Ｃr、Ｍn、Ｃu、Ｚn、Ｇa、Ｇe、Ｚn、Ｎb、Ｍo、Ｒu、Ｒh、Ｐd、Ａg、Ｓb、Ｔe、Ｍf、Ｔa、Ｗ、Ｒe、Ｏs、Ｉr、Ｐt、Ａu、およびＢiから選択される少なくとも１種の金属である。同時に開示される希土類元素−金属−水素−ホウ素磁石の製造方法においては、磁性材料は、焼結の前に、水素含有ガスの分圧を有する雰囲気中で、希土類元素−金属水素化物の相転移温度以下の温度で処理される。

Description

【発明の詳細な説明】希土類元素−金属−水素−ホウ素永久磁石およびその製造方法発明の分野本発明は一般に磁性材料に関し、より詳しくは、水素を含有する希土類元素含有粉末および永久磁石、およびその製造方法に関する。背景技術現在使用されている永久磁石材料には、アルニコ磁石、硬質フェライト磁石、および希土類元素−コバルト磁石がある。最近、鉄と種々の希土類元素とホウ素を含有する新しい磁性材料が導入された。そのような磁石は、液体急冷リボンから、あるいは圧縮成形と焼結による粉末冶金法によって製造されているが、これは以前はサマリウム−コバルト磁石を製造するのに採用された。希土類元素永久磁石とその製造方法についての先行技術における教示は米国特許第４,５９７,９３８号（Matsuura他）明細書の中にあり、それはＦe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の製造方法を開示していて、その製造工程は：０.３〜８０ミクロンの平均粒子サイズと、本質的に原子％でＹを含む希土類元素の少なくとも１種を示している８〜３０％Ｒと２〜２８％Ｂと残部のＦeからなる組成とを有する金属粉末を調製し：次いで圧縮成形して、その成形体を９００〜１２００℃の温度で還元性または非酸化性雰囲気中で焼結することからなる。５０原子％以下のＣoを含んでいてもよい。さらに元素Ｍ（Ｔi、Ｎi、Ｂi、Ｖ、Ｂb、Ｔa、Ｃr 、Ｍo、Ｗ、Ｍn、Ａl、Ｓb、Ｇe、Ｓn、Ｚr、Ｈf）を含んでいてもよい。この製造方法は異方性および等方性の磁石材料に適用できる。さらに、米国特許第４, ６８４,４０６号（Matsuura他）明細書は、焼結によって得られる特定のＦe−Ｂ −Ｒ系永久磁石材料を開示していて、それは上述の方法によって製造される。また、米国特許第４,６０１,８７５号（Yamamoto他）明細書は、Ｆe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料を教示していて、その製造工程は：０.３〜８０ミクロンの平均粒子サイズと、原子％でＹを含む希土類元素の少なくとも１種を示している８〜３０％Ｒと２〜２８％Ｂと残部のＦeからなる組成とを有する金属粉末を調製し：次いで圧縮成形し：９００〜１２００℃の温度で焼結し：次いで焼結体を焼結温度と３５０℃の間の温度で熱処理することからなる。Ｃoとその他の元素Ｍ（Ｔi、Ｎi、Ｂi、Ｖ、Ｎb、Ｔa、Ｃr、Ｍo、Ｗ、Ｍn、Ａl、Ｓb、Ｇe、Ｓn、Ｚ r、Ｈf）を含んでいてもよい。さらに、米国特許第４,８０２,９３１号（Croat ）は、硬質磁気特性を有していて基本式ＲＥ_1-x（ＴＭ_1-yＢ_y）_xで表される合金を開示している。この式において、ＲＥは周期表のIIIＡ族のスカンジウムとイットリウムおよび原子番号５７（ランタン）から７１（ルテチウム）までの元素を含む１種または２種以上の希土類元素を表している。この式におけるＴＭは、鉄、コバルトを混合した鉄、または鉄と少量の他の金属（例えばニッケル、クロム、マンガン）からなる群から選択される遷移金属を表している。希土類元素−鉄−ホウ素系および希土類元素−鉄−水素化ホウ素系の磁性材料の別の例は、米国特許第４,６６３,０６６号（Fruchart他）明細書に示されている。このFruchart他の特許は、０.１〜５原子％の範囲の量のＨを含有する新規な水素含有合金を教示している。Fruchart他の合金は、室温にある希土類元素− 鉄−ホウ素化合物を１０bar（１０×１０⁵Ｐａ）以上で５００bar（５００×１０⁵Pa）以下の水素圧力下で水素化する工程を含む方法によって製造される。水素化工程の後、化合物は１５０℃〜６００℃の範囲の温度にさらすことによって脱水素化サイクルに供されて、それによって全ての水素が除去される。希土類元素−鉄−ホウ素系磁性材料のさらに別の例は、米国特許第４,５８８, ４３９号（Narasimhan他）明細書に示されていて、そこには６,０００〜３５,０００ppmの酸素を含有する希土類元素−鉄−ホウ素化合物の永久磁石材料が記載されている。しかし、粉末冶金法を利用して希土類元素−鉄−ホウ素化合物を含有する永久磁石を製造する先行技術における試みは、本質的な欠点を有している。特に、これらの発明は、希土類元素−鉄−ホウ素系磁性材料は水素に対して非常に高い選択性を有している、と教示している。その結果、商業的な用途において、通常の湿り大気中に存在する水素がこの磁石合金に容易に吸収されて、破壊が生じる。発明の目的希土類元素−鉄−ホウ素合金が水素化条件下にさらされたときに従来明らかとなった上記の欠点に鑑みて、本発明の目的は、高い磁気特性と高い耐腐食性を有する希土類元素−金属（例えば鉄）−水素−ホウ素合金を含むタイプの永久磁石を提供することである。本発明のさらなる目的は、合金、粉末、圧粉体、または永久磁石材料のような希土類元素−金属−ホウ素材料を、希土類元素−金属水素化物の相転移温度以下の温度（室温以下の温度を含む）で水素雰囲気中で処理することによって永久磁石を製造するための方法を提供することである。発明の要約原子％で、１０〜２４％Ｒ、２〜２８％ホウ素、０.１〜１８.１２％水素、および残部のＭを含有する永久磁石が提供される。Ｒは、Ｌa、Ｃe、Ｐr、Ｎd、Ｐ m、Ｓm、Ｅu、Ｇd、Ｔb、Ｄy、Ｈo、Ｅr、Ｔm、Ｙb、Ｌu、Ｙ）およびＳcからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、Ｍは、Ｆe、Ｃo、Ｎi、Ｌi、Ｂe、Ｍg、Ａe、Ｓi、Ｔi、Ｖ、Ｃr、Ｍn、Ｃu、Ｚn、Ｇa、Ｇe、Ｚn、Ｎb、Ｍo 、Ｒu、Ｒh、Ｐd、Ａg、Ｓb、Ｔe、Ｍf、Ｔa、Ｗ、Ｒe、Ｏs、Ｉr、Ｐt、Ａu、およびＢiからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。本発明に従って製造される磁石は、０.１〜１８.１２原子％の水素を含有する永久磁石であり、高い磁気特性、例えば１４.７kＧ以下の残留磁気（Ｂｒ）と５２.５ＭＧＯe 以下の最大エネルギー積（ＢＨmax）を有する。さらに、本発明による永久磁石は高い耐腐食性を有する。本発明の希土類元素−金属−水素−ホウ素磁石を形成するための好ましい方法においては、希土類元素の１種またはこれらの組み合わせ、金属、およびホウ素が、合金、粉末状、圧粉体、または永久磁石材料のいずれかの状態で、（もしこれが圧縮成形されていなければ）最初に圧縮成形される。圧縮された試料は、少なくとも試料の完全なガス抜きが達成されるのに必要な温度まで加熱され、そしてガス抜きが完了するまで高い真空内に保持される。次いで水素含有ガスの分圧が試料に適用され、そして試料は水素雰囲気中で金属水素化物の相転移温度以下の温度まで加熱され、次いでこの温度に、試料が水素で飽和して試料内で水素が必要原子％の量になるのに必要な時間保持される。この加熱の最後において、水素をアルゴンと置換し、次いで、試料を再び、磁石の必要とされる密度を達成するのに必要な時間、焼結温度まで加熱する。焼結の後に、得られた磁石を、３００℃〜９００℃で約３時間アルゴンの分圧下において処理する。これをもって、成形および処理工程が終了する。好ましい実施態様の詳細な説明本発明のその他の目的およびそれに付随する多くの利点は、以下に記載する詳細な説明によってよりよく理解することによって容易に評価されるであろう。特に、本発明は、希土類元素−金属−水素−ホウ素系の永久磁石に関する。これらの磁石は、磁気特性さらには耐食性において改善を示す。好ましい実施態様において、永久磁石は、１０〜２４原子％の少なくとも１種の希土類元素、２〜２８原子％のホウ素、０.１〜１８.１２原子％の水素を含み、残部は少なくとも１種の金属からなる。希土類元素（Ｒ）には、Ｌa、Ｃe、Ｐr、Ｎd、Ｐm、Ｓm、Ｅu 、Ｇd、Ｔb、Ｄy、Ｈo、Ｅr、Ｔm、Ｙb、Ｌu、Ｙ、およびＳcから選択される少なくとも１種の元素またはそれらの組み合わせがある。金属（Ｍ）には、Ｆe、Ｃo、Ｎi、Ｌi、Ｂe、Ｍg、Ａe、Ｓi、Ｔi、Ｖ、Ｃr、Ｍn、Ｃu、Ｚn、Ｇa、Ｇe 、Ｚn、Ｎb、Ｍo、Ｒu、Ｒh、Ｐd、Ａg、Ｓb、Ｔe、Ｍf、Ｔa、Ｗ、Ｒｅ、Ｏs、Ｉr、Ｐt、Ａu、およびＢiからなる群から選択される少なくとも１種の元素があるが、好ましくは鉄である。選択された量の水素を希土類元素−金属−ホウ素結晶格子に導入すると、希土類元素と金属水素化物とからなる化学的組成物が形成され、これによって、磁気特性の核形成と成長とをもたらす結晶粒界での特殊な構造条件が形成される。この材料の結晶格子内部で拡散した水素の有効性は、不純物の量とそれらの有害な影響を減少させることができ、その結果、高い耐食性が得られることである。少なくとも１種の希土類元素、少なくとも１種の金属、水素、およびホウ素を含有する永久磁石は、水素の含有無くしては存在しないであろうレベルの磁気特性を有する。ここで開示されている選択量の水素の含有によって、磁気特性のレベルが向上し、特に残留磁気と最大エネルギー積がそれぞれ１４.７kＧおよび５２.５ＭＧＯe程度の高さとなる。さらに、永久磁石は向上した耐食性を示し、例えば、本発明に従って製造した永久磁石のうちの一つを９５％の相対湿度において５００時間８５℃で処理した後は、重量増加は０.０００８g/cm²以下となった。本発明による永久磁石はまた、良好な加工性もしくは成形性をも有していて、０.５mmの範囲の非常に小さな磁石を良好な結果をもって製造することを可能にする。このことは水素を含有しない磁石の通常の加工性と比較されるべきであり、そのような磁石は通常非常に脆く、そのような小さなサイズに成形するのは困難である。本発明による磁石は脆さがずっと少なく、このような所望の小さなサイズにもっと容易に成形することができる。本発明の希土類元素−金属−水素−ホウ素磁石を成形するための好ましい方法において、成形材料は以下のようにして製造される。希土類元素またはこれらの組み合わせ、金属（またはこれらの組み合わせ）、およびホウ素（合金、粉末、圧粉体、または永久磁石として用意される）が、（まだ圧縮されていなければ）最初に圧縮される。圧縮された試料は、試料の完全なガス抜きが達成されるのに必要な温度まで真空中で加熱される。この場合、試料は２００℃に加熱され、１０^-6Torrの真空中に４５分間保持される。次いで水素含有ガスの分圧が試料に適用され、そして試料は、水素含有ガス中で金属水素化物の相転移温度以下の温度に、試料が水素で飽和されるのに必要な時間すなわち試料内で水素が必要原子％の量になるのに必要な時間、加熱される。（後に示されるように、得られる磁石の磁気特性は、水素含有ガスの分圧を変化させることによって変化する試料中で得られる水素の原子％に応じて、変えることができる。）本発明においては、試料を、９５０℃まで加熱し、これを３11 間、分圧水素雰囲気中に保持するのが好ましい。この３０分間の最後に、水素はアルゴン（好ましくは５"Ｈｇ）と置換され、次いで試料は焼結温度に、最終磁石製品の所望の密度を得るのに必要な時間、加熱される。この実施態様において、試料は５"Ｈgでアルゴンにさらされ、１０９０℃で３時間以上焼結される。焼結後、得られた磁石は３００℃〜９００℃の間の温度で３時間、アルゴンの分圧下で熱処理される。好ましい実施態様において、焼結された後の磁石は、９００℃で１時間、さらに６５０℃で２時間、１"Ｈgのアルゴンの分圧下で処理される。この最終熱処理工程の最後で、永久磁石の形成と処理が完了する。以下の実施例は上述した手順に従って製造された。各々の実施例において、出発材料である希土類元素−金属−ホウ素粉末は、重量％で、３１％Ｎd＋３％Ｄy と１.１％ホウ素を含有し、残部は鉄であった。各々の実施例における変数は、圧縮された試料を処理するのに用いられる水素の分圧である。実施例１第１の実施例において、製造工程は４×１０^-5Torrの分圧を有する水素含有ガスを使用して実施された。空気に暴露する前の磁石中の最終水素濃度は、０.１a t％（原子％）であった。４×１０^-5Torrの分圧での水素を使用した処理の結果を表１に示す。さらに、８５℃で５００時間、９５％の相対湿度に暴露した後の磁石の平均の重量増加は０.０１５g/cm²であった。実施例２第２の実施例において、試料は０.５Torrの分圧を有する水素含有ガスにさらされた。表２に示すように、第２実施例の磁石中の水素濃度は、空気に暴露する前は、０.４１〜０.５４at％（原子％）の範囲であった。さらに、８５℃で５００時間、９５％の相対湿度に暴露した後の平均の重量増加は０.０００９g/cm²であった。実施例３第３の実施例において、試料は０.７５Torrの分圧を有する水素含有ガスにさらされた。表３に示すように、空気に暴露する前の磁石中の水素濃度は、０.７８〜０.８８at％（原子％）の範囲であった。さらに、８５℃で５００時間、９５％の相対湿度に暴露した後の平均の重量増加は０.００１１g/cm²であった。実施例４第４の実施例において、試料は１.１Torrの分圧を有する水素含有ガスにさらされた。表４に示すように、空気に暴露する前の磁石中の水素濃度は、１.２０〜１.２９at％（原子％）の範囲であった。さらに、８５℃で５００時間、９５％の相対湿度に暴露した後の平均の重量増加は０.００２５g/cm²であった。実施例５第５の実施例において、試料は１.５Torrの分圧を有する水素含有ガスにさらされた。表５に示すように、空気に暴露する前の磁石中の水素濃度は、１.９４〜２.０２at％（原子％）の範囲であった。さらに、８５℃で５００時間、９５％の相対湿度に暴露した後の平均の重量増加は０.００３２g/cm²であった。実施例６第６の実施例において、試料は５Torrの分圧を有する水素含有ガスにさらされた。表６に示すように、空気に暴露する前の磁石中の水素濃度は、１７.９８〜１８.１２at％（原子％）の範囲であった。さらに、８５℃で５００時間、９５％の相対湿度に暴露した後の平均の重量増加は０.００５１g/cm²であった。上述したデータから理解されるように、本発明の製造方法による希土類元素− 金属−水素−ホウ素磁石材料中の水素が増大することによって、磁気特性が向上し、耐食性が改善される。さらに詳細な記載を行わずとも、上の説明によって本発明は十分に説明されていて、当業者は、現在または将来の知識を適用することによって、様々な条件下において本発明を用いることができよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＫ，ＵＡ，ＶＮ (72)発明者ベローフ，アンドレイハンガリー国エイチ―ブダペスト，フォーティーン・カッサイ・テラス 13，アパートメント・フォー 10

Claims

【特許請求の範囲】１．原子％で、１０〜２４％Ｒと、２〜２８％ホウ素と、０.１〜１８.１２％水素と、残部のＭから成り、ここでＲは、Ｌa、Ｃe、ｐr、Ｎd、Ｐm、Ｓm、ＥU、Ｇd、Ｔb、Ｄy、Ｈo、Ｅr、Ｔm、Ｙb、Ｌu、Ｙ、およびＳcからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、Ｍは、Ｆe、Ｃo、Ｎi、Ｌi、Ｂe、Ｍg、Ａ e、Ｓi、Ｔi、Ｖ、Ｃr、Ｍn、ＣU、Ｚn、Ｇa、Ｇe、Ｚn、Ｎb、Ｍo、Ｒu、Ｒh、Ｐd、Ａg、Ｓb、Ｔe、Ｍf、Ｔa、Ｗ、Ｒe、Ｏs、Ｉr、Ｐt、Ａu、およびＢiからなる群から選択される少なくとも１種の金属であることを特徴とする永久磁石。２．水素を０.５〜１.９４原子％含有することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の永久磁石。３．水素を０.８５〜１.２５原子％含有することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の永久磁石。４．ＭはＦeであることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の永久磁石。５．ＲはＮdとＤyの組み合わせであることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の永久磁石。６．永久磁石の製造方法であって：少なくとも１種の希土類元素と少なくとも１種の金属とホウ素とを含有する試料を、粉末、合金、圧粉体、または永久磁石から圧縮された形で用意する工程と；圧縮された試料を、真空中で、試料からのガス抜きが十分に行われる温度まで加熱する工程と；ガス抜きを行った後、試料に水素含有ガスの分圧を供給する工程と；試料を、前記水素含有ガス中で、金属水素化物の相転移温度以下の温度に、試料中の水素濃度が所望の値になるまで加熱する工程と；水素含有ガスをアルゴンと置換し、次いで試料を、磁石の所望の密度が得られるのに必要な時間、焼結する工程と；焼結後、アルゴンの分圧を減少させ、そして磁石の周囲の温度を３００℃〜９００℃に１〜３時間低下させ、それによって水素含有永久磁石の成形と処理を完了させる工程；を有することを特徴とする方法。７．前記圧縮された試料が２００℃で１０^-6Torrの真空中でガス抜きされ；前記水素含有ガスの前記分圧は０.５〜５Torrの範囲であり；前記試料は、前記水素含有ガス中で９５０℃まで加熱されて、そして３０分間保持され; 前記水素含有ガスは５"Ｈgのアルゴンの分圧と置換されて、そして試料は１０９０℃で３時間焼結され；そして焼結後、アルゴンの分圧を１"Ｈgに減少させ、そして磁石の周囲の温度を９００℃に１時間低下させ、次いで温度を６５０℃に２時間低下させて、その間１" Ｈgのアルゴンの分圧を保持する；ことを特徴とする、請求の範囲第６項に記載の永久磁石の製造方法。８．水素含有ガスは０.７５〜１.５Torrの分圧を有することを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の永久磁石の製造方法。