JPH0888110A - 永久磁石材料 - Google Patents

永久磁石材料

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JPH0888110A
JPH0888110A JP6248705A JP24870594A JPH0888110A JP H0888110 A JPH0888110 A JP H0888110A JP 6248705 A JP6248705 A JP 6248705A JP 24870594 A JP24870594 A JP 24870594A JP H0888110 A JPH0888110 A JP H0888110A
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JP
Japan
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phase
atomic
magnet material
earth elements
magnetic phase
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JP6248705A
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English (en)
Inventor
Akimasa Sakuma
昭正 佐久間
Minoru Endo
実 遠藤
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな磁化を持つことで大きな最大エネルギ
−積を有する優れた永久磁石材料を提供する。 【構成】 約5〜約100nmの径のFeNX(0.0
2≦X≦0.2)を約1〜約20nmの厚さのRaTMb
cADde(Rは希土類元素のうち少なくとも一種,
TMはFe,Co,Niのうち少なくとも一種、MはS
i、Ti,V,Cr,Mo,W、のうち少なくとも一
種、ADはAl、Zn,Cu,Ga,Ge,Zr,N
b,Sn,Sb,Hf,Taのうち少なくとも一種、N
は窒素で、5≦a≦18at%、65≦b≦85at
%、0≦c≦20at%、0≦d≦8at%、0≦e≦
15at%)の相がかこんだ結晶粒を主相とする永久磁
石材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスピーカー、VCM、回
転器等に使用される磁石材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在実用化されている希土類磁石は大別
してSm−Co系とNd−Fe−B系がある。前者は保
磁力は高く温度特性にも優れているが、飽和磁化Mが低
いという難点があった。これは元来飽和磁化Mの大きい
Feをベースに用いたNd−Fe−B系の開発によって
解決され、高価なCoを含まないことも手伝って、産業
的にはNd−Fe−B系磁石に移行しつつある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】今後需要の増大が予想
されるエレクトロニクス機器の磁石にはより小型、軽量
化および高性能化が求められるため、現在のNd−Fe
−B系磁石より更に大きな飽和磁化Mが要求されるよう
になり、その対策のための開発あるいは新しい磁石の探
索が進められている。本発明は、大きな磁化を持つこと
で大きな最大エネルギ−積を有する優れた永久磁石材料
を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、約5〜約10
0nmの径のFeNX(0.02≦X≦0.2)を約1
〜約20nmの厚さのRaTMbcADde(RはYを
含む希土類元素のうち少なくとも一種,TMはFe,C
o,Niのうち少なくとも一種、MはSi、Ti,V,
Cr,Mo,W、のうち少なくとも一種、ADはAl、
Zn,Cu,Ga,Ge,Zr,Nb,Sn,Sb,H
f,Taのうち少なくとも一種、Nは窒素で、5≦a≦
18at%、65≦b≦85at%、0≦c≦20at
%、0≦d≦8at%、0≦e≦15at%)なる組成
の希土類を含む相がとりかこんだ構造の結晶粒を主相と
する永久磁石材料を提供する。上記希土類を含む相は、
ThMn12型、Th2Zn17型あるいはTh2Ni17型結
晶構造の何れか一つあるいはこれらの複合相とすること
が出来る。上記永久磁石材料は結合材と共にボンド磁石
材料とすることが出来る。
【0005】
【作用】硬磁性相と軟磁性相の二相からなる超微細結晶
組織で構成される永久磁石は Coehoorn 等(J.dePhys.
vol.49,p669(1988))や Kneller 等(IEEE Trans. Mag.v
ol.27,p3588(1991))によって提案され、交換スプリング
磁石と呼ばれている。これは、一般に磁化の大きい軟磁
性相と保磁力の大きい硬磁性相とを組み合わせ、これら
を交換相互作用により磁気的に結合させることで高いエ
ネルギ−積を得ようというものである。一般に永久磁石
材において、硬磁性相と交換結合する軟磁性相がある
と、逆磁界下で軟磁性相から先に磁化反転が始まり、保
磁力低下の主要因となる。しかし、軟磁性相のサイズを
磁壁幅以下に抑えると、逆磁界下における不均一磁化反
転が抑制される。その結果、保磁力は主に硬磁性相の磁
気異方性に支配され低下は抑えられる。
【0006】一方、軟磁性相からより高い磁束密度Bを
得るためには、軟磁性相の体積比を上げる必要があり、
このためには一つの硬磁性相のサイズをできる限り小さ
くすればよい。硬磁性相のサイズはやはり磁壁幅以下で
あればよいが、あまり狭いと保磁力を維持するのが困難
になるため磁壁幅程度に抑えるのが好ましい。磁壁幅は
π(A/K)1/2(A:交換スティッフネス定数、K:
磁気異方性エネルギ−)で見積もられるので、軟磁性相
をFe、硬磁性相をNd2Fe14Bとすると、それぞれ
60nmおよび数nm程度となる。 R.Skomski andJ.
M.D.Coey (Phys.Rev.B48(1993)p15812)によると交換ス
プリング磁石において、最大エネルギ−積(BH)max
が最も大きくなるときの硬磁性相の体積比fhは近似的
【0007】
【数1】 で与えられ、このときの最大エネルギ−積は
【0008】
【数2】 となる。
【0009】一般に、Sm−CoやNd−Fe−B磁石
の磁気異方性エネルギ−Khは107J/m3程度である
のに対し、Fe等の軟磁性体のμ0s 2/4は106J/
3程度であるので、硬磁性相の体積比fhは10%程度
あればよいことになる。従って、(BH)maxは主に軟
磁性相の特性に支配され定量的にはμ0s 2/4に僅か
な補正が加わる形となる。以上より、(BH)maxの主
要項はμ0s 2/4であるので、より大きなエネルギ−
積を得るためにはより大きなMsを持った軟磁性体を採
用すればよいことが分かる。一方、物質の磁化の起源は
原子当たりの磁気モーメントであるが、これは有名なス
レーターポーリング曲線にみられるように磁性元素のい
かなる組み合わせによてもFe−Co合金の2.4μB
(μB:ボーア磁子)を最大値としてこれを越えること
はないと考えられてきた。
【0010】しかし、T.K.Kim and M.Takahashi(Appl.P
hys.Lett.20(1972)p701)や、Y.Sugita, K.Mitsuoka, M.
Komuro, H.Hoshiya, Y.Kozono and M.Hanazono(J.Appl.
Phys.70(1991)p5977) はFe162なる物質が室温でス
レーターポリング曲線をはるかに上回る2.8μB以上
の磁気モーメントを有することを報告し、最近の他の多
くの研究はこれを裏付けるか或いは支持する結果を報告
している。上記の Sugita 等によればFe162は室温
で2.9Tの磁化を示すことから、これを上述した軟磁
性相に用い、硬磁性相としてSm2Fe173を考えれ
ば、最大の(BH)maxを与える硬磁性相の体積比fh
14%で、このとき(BH)max=1.46MJ/m
3(182.7MGOe)となる。
【0011】Nd2Fe14Bを硬磁性相とした場合に
は、fh=33%で、(BH)max=1.18MJ/m3
(147.0MGOe)が期待される。但し、Fe16
2のA及びKの値はFeと同じと仮定した。従って、F
162の磁壁幅は60nm程度と見積もられ、この相
の大きさもせいぜい100nm以下である必要がある。
一方、硬磁性相がThMn12型、Th2Zn17型あるい
はTh2Ni17型結晶構造の希土類金属間化合物もしく
はこれらの格子間に窒素を侵入させた化合物の場合、磁
壁幅は約1nm〜10nm程度であり、体積比fhから
考えても硬磁性相の大きさはせいぜい1nm〜20nm
が望ましい。硬磁性相の大きさが最低の1nmの場合に
は、Fe162相の大きさが5nm程度で最大の(B
H)maxが得られることから、Fe162相の大きさの範
囲としては5nm〜100nmが導かれる。
【0012】本発明者は上記の考察結果に基づき(R−
(Fe、Co)−M−N)1-X(FeNyX(M:V,
Cr,Mo、Si、W,Ti)を作成し、磁気特性の評
価を行ったところ、何れにおいても0.4≦X≦0.
8、0.02≦y≦0.2の範囲において良好な一軸異
方性を有する永久磁石特性が確認された。X>0.8で
は一軸異方性は得られない。また、X<0.4ではFe
yの効果は認められなかった。また、y<0.02で
は窒化の効果は認められず、y>0.2ではFeNy
磁化はFeより小さくなる。
【0013】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 (実施例1)表1の投入組成で各元素粉末を秤量し、A
rガス雰囲気のボールミル容器にいれ、100時間の機
械的合金化(メカニカルアロイング)を行った。
【0014】
【表1】
【0015】得られた合金粉末を700〜900℃で1
時間真空中熱処理した。これらの試料をNH3とH2の混
合ガス(NH3:H2=6:4)で窒化処理した。窒化の
条件は1気圧、630℃、12時間であった。得られた
磁石粉末をエポキシ樹脂と混練し、造粒した後、6t/
cm2の圧力で成形し、ボンド磁石とした。得られた磁
気特性を表1に示す。得られた磁石は磁気的に等方的で
あるが、充分実用可能な特性である。得られた磁気特性
を表1に示す。
【0016】
【発明の効果】本発明の特定合金組成によれば大きな最
大エネルギ−積を有する優れた永久磁石材料が得られ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 約5〜約100nmの径のFeN
    X(0.02≦X≦0.2)を約1〜約20nmの厚さ
    のRaTMbcADde(RはYを含む希土類元素のう
    ち少なくとも一種,TMはFe,Co,Niのうち少な
    くとも一種、MはSi、Ti,V,Cr,Mo,W、の
    うち少なくとも一種、ADはAl、Zn,Cu,Ga,
    Ge,Zr,Nb,Sn,Sb,Hf,Taのうち少な
    くとも一種、Nは窒素で、5≦a≦18at%、65≦
    b≦85at%、0≦c≦20at%、0≦d≦8at
    %、0≦e≦15at%)なる組成の希土類を含む相が
    とりかこんだ構造の結晶粒を主相とすることを特徴とす
    る永久磁石材料。
  2. 【請求項2】 請求項1において希土類を含む相は、T
    hMn12型、Th2Zn17型あるいはTh2Ni17型結晶
    構造の何れか一つあるいはこれらの複合相とする永久磁
    石材料。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の永久磁石材料と結合材と
    から構成されるボンド磁石材料。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012099202A1 (ja) * 2011-01-21 2012-07-26 戸田工業株式会社 強磁性粒子粉末及びその製造方法、並びに異方性磁石、ボンド磁石及び圧粉磁石

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