JPH09263913A - 硬磁性合金圧密体およびその製造方法 - Google Patents

硬磁性合金圧密体およびその製造方法

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JPH09263913A
JPH09263913A JP8068821A JP6882196A JPH09263913A JP H09263913 A JPH09263913 A JP H09263913A JP 8068821 A JP8068821 A JP 8068821A JP 6882196 A JP6882196 A JP 6882196A JP H09263913 A JPH09263913 A JP H09263913A
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hard magnetic
magnetic alloy
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amorphous alloy
amorphous
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Application number
JP8068821A
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English (en)
Inventor
Takao Mizushima
隆夫 水嶋
Akinobu Kojima
章伸 小島
Teruhiro Makino
彰宏 牧野
Akihisa Inoue
明久 井上
Takeshi Masumoto
健 増本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い成形密度と良好な硬磁気特性を併せ持つ
硬磁性合金圧密体とその製造方法の提供。 【解決手段】 Fe,Co,Niより選択される1種以
上の元素Tと、Yを含む希土類元素より選択される1種
以上の元素Rと、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,
Mo,Wより選択される1種以上の元素Mと、Bとを含
む非晶質合金を主体とする粉粒体を、放電プラズマ燒結
法により、速度10℃/分以上で昇温して燒結する硬磁
性合金圧密体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はモーター、アクチュ
エータ、スピーカーなどに使用できる硬磁性合金圧密体
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、フェライト磁石よりも優れた性
能を有する磁石材料としては、Nd−Fe−B焼結磁
石、Nd−Fe−B急冷磁石などが知られており、また
さらに高い性能を目指してSm−Fe−N系磁石などの
新しい合金磁石の研究も数多くなされている。
【0003】しかしながら、これらの磁石材料において
は、10at%以上のNd、または8at%以上のSm
が必要であり、高価な希土類元素の使用量が多いことか
らフェライト磁石よりも製造コストが高くなってしまう
という欠点があった。またフェライト磁石は、これらの
希土類磁石に比べてコストは低いが、磁気的特性が不十
分であった。このため、低コストでフェライト磁石以上
の硬磁性特性を示すような磁石材料の出現が望まれてい
た。そこで、このような要望を満足するため、本願発明
者は、Feを主成分とし、Zr,Nb,Ta,Hfのう
ち1種または2種以上からなる元素Mと、希土類元素の
うちの1種または2種以上からなる元素Rと、Bとを含
み、組織のうちの80%以上が平均結晶粒径100nm
以下の微細結晶相であり、残部が非晶質相であり、前記
微細結晶相はbccのFeを主体とし、Fe−Bの化合
物およびR2Fe141を含んでいる硬磁性材料とその製
造方法を見い出し、特願平7−244982号に特許出
願を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
許出願の硬磁性材料は液体冷却法を用いて得られたもの
であるため薄帯状であり、モーターのコアなどに適用す
る際には、高密度のバルク形状に成形したものを用いる
のが有利であるが、前記特許出願の硬磁性材料が固化成
形され、高い成形密度で良好な硬磁気特性を併せ持つ硬
磁性合金圧密体とその製造方法については未だ実現され
ていなかった。
【0005】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、先に本発明者らが特許出願している硬磁性材料に
おいて、高い成形密度と良好な硬磁気特性を併せ持つ硬
磁性合金圧密体とその製造方法を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
Fe,Co,Niより選択される1種以上の元素Tと、
Yを含む希土類元素より選択される1種以上の元素R
と、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wより
選択される1種以上の元素Mと、Bとを含む非晶質合金
を主体とする粉粒体が、放電プラズマ燒結法により、速
度10℃/分以上で昇温されて燒結されてなることを特
徴とする硬磁性合金圧密体を前記課題の解決手段とし
た。
【0007】また、請求項2記載の発明は、前記非晶質
合金が下記組成式を有することを特徴とする請求項1記
載の硬磁性合金圧密体を前記課題の解決手段とした。 T100-a-b-cabc ただし、TはFe,Co,Niより選択される1種以上
の元素を表し、RはYを含む希土類元素より選択される
1種以上の元素を表し、MはTi,Zr,Hf,V,N
b,Ta,Mo,Wより選択される1種以上の元素を表
すとともに組成比を示すa,b,cは原子%で、4≦a
≦20、0≦b≦10、2≦c≦20である。
【0008】また、請求項3記載の発明は、前記非晶質
合金の組成式中のRは希土類元素より選択される1種以
上の元素であり、MはZr,Hf,Nb,Taより選択
される1種以上の元素を表すとともに組成比を示すa,
b,cは原子%で、4≦a≦7、0.5≦b≦3、3≦
c≦7であることを特徴とする請求項2記載の硬磁性合
金圧密体を前記課題の解決手段とした。
【0009】また、請求項4記載の発明は、Fe,C
o,Niより選択される1種以上の元素Tと、Yを含む
希土類元素より選択される1種以上の元素Rと、Ti,
Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wより選択される
1種以上の元素Mと、Bとを含む非晶質合金を主体とす
る粉粒体を、放電プラズマ燒結法により、速度10℃/
分以上で昇温して燒結することを特徴とする硬磁性合金
圧密体の製造方法を前記課題の解決手段とした。
【0010】また、請求項5記載の発明は、前記非晶質
合金は非晶質相を50%以上含んでおり、非晶質合金の
結晶化反応時における軟化現象を利用して固化成形する
ことを特徴とする請求項4記載の硬磁性合金圧密体の製
造方法を前記課題の解決手段とした。また、請求項6記
載の発明は、前記非晶質合金は非晶質相を50%以上含
んでおり、非晶質合金の結晶化温度付近の温度で圧力を
かけることにより固化成形することを特徴とする請求項
4記載の硬磁性合金圧密体の製造方法を前記課題の解決
手段とした。また、請求項7記載の発明は、前記非晶質
合金は非晶質相を50%以上含んでおり、非晶質合金を
結晶化させるのと同時に固化成形することを特徴とする
請求項4記載の硬磁性合金圧密体の製造方法を前記課題
の解決手段とした。
【0011】また、請求項8記載の発明は、放電プラズ
マ燒結法を行う際に、その燒結温度をTとし、非晶質合
金の結晶化開始温度をTxとした場合に、Tx−100℃
≦T≦Tx+100℃の関係を満足する温度範囲で燒結
することを特徴とする請求項4記載の硬磁性合金圧密体
の製造方法を前記課題の解決手段とした。また、請求項
9記載の発明は、前記放電プラズマ焼結法を行う際に、
300MPa以上の圧力で燒結することを特徴とする請
求項4〜8のいずれかに記載の硬磁性合金圧密体の製造
方法を前記課題の解決手段とした。
【0012】また、請求項10記載の発明は、前記放電
プラズマ焼結法により得られた硬磁性合金圧密体をアニ
ールし、組織のうちの80%以上を平均結晶粒径100
nm以下の微細結晶相を析出させることを特徴とする請
求項4〜9のいずれかに記載の硬磁性合金圧密体の製造
方法を前記課題の解決手段とした。また、請求項11記
載の発明は、前記アニールを600〜1000℃の温度
で行うことを特徴とする請求項10記載の硬磁性合金圧
密体の製造方法を前記課題の解決手段とした。
【0013】また、請求項12記載の発明は、請求項4
〜11のいずれかに記載の硬磁性合金圧密体の製造方法
において、下記組成式を有する非晶質合金を用いること
を特徴とする硬磁性合金圧密体の製造方法を前記課題の
解決手段とした。 T100-a-b-cabc ただし、TはFe,Co,Niより選択される1種以上
の元素を表し、RはYを含む希土類元素より選択される
1種以上の元素を表し、MはTi,Zr,Hf,V,N
b,Ta,Mo,Wより選択される1種以上の元素を表
すとともに組成比を示すa,b,cは原子%で、4≦a
≦20、0≦b≦10、2≦c≦20である。
【0014】また、請求項13記載の発明は、請求項1
2記載の記載の硬磁性合金圧密体の製造方法において、
前記非晶質合金の組成式中のRは希土類元素より選択さ
れる1種以上の元素であり、MはZr,Hf,Nb,T
aより選択される1種以上の元素を表すとともに組成比
を示すa,b,cは原子%で、4≦a≦7、0.5≦b
≦3、3≦c≦7であることを特徴とする硬磁性合金圧
密体の製造方法を前記課題の解決手段とした。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図1は本発明に係る硬磁性合金圧密体を製造するために
用いて好適なプラズマ燒結装置の一例の要部を示すもの
で、この例のプラズマ燒結装置は、筒型のダイ1と、こ
のダイ1の内部に挿入される上パンチ2および下パンチ
3と、下パンチ3を支え、後述するパルス電流を流す際
の一方の電極ともなる基台4と、上パンチ2を下側に押
圧し、パルス電流を流す他方の電極となる基台5と、上
下のパンチ2、3に挟まれた粉末原料(粉粒体)6の温
度を測定する熱伝対7を主体として構成されている。
【0016】図3に、前記プラズマ燒結装置の全体構造
を示す。図3に示すプラズマ燒結装置Aは、住友石炭鉱
業株式会社製のモデルSPSー2050と称される放電
プラズマ燒結機の一種であり、図1に示す構造を要部と
するものである。図3に示す装置においては、上部基盤
11と下部基盤12を有し、上部の基盤11に接してチ
ャンバ13が設けられ、このチャンバ13の内部に図1
に示す構造の大部分が収納されて構成され、このチャン
バ13は図示略の真空排気装置および雰囲気ガスの供給
装置に接続されていて、上下のパンチ2、3の間に充填
される原料粉末(粉粒体)6を不活性ガス雰囲気などの
所望の雰囲気下に保持できるように構成されている。な
お、図1と図3では通電装置が省略されているが、上下
のパンチ2、3および基台4、5には別途設けた通電装
置が接続されていてこの通電装置から図2に示すような
パルス電流をパンチ2、3および基台4、5を介して通
電できるように構成されている。
【0017】前記構成のプラズマ燒結装置を用いて硬磁
性合金圧密体を製造するには、成型用の原料粉末(粉粒
体)を用意する。この原料粉末は、後述するFe,C
o,Niより選択される1種以上の元素Tと、Yを含む
希土類元素より選択される1種以上の元素Rと、Ti,
Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wより選択される
1種以上の元素Mと、Bとを含む非晶質合金あるいは多
少の結晶相を含む非晶質合金を溶湯から急冷して薄帯状
あるいは粉末状の状態で得る工程と、前記薄帯状のもの
は粉砕して粉末化する工程により得られる。ここで用い
られる非晶質合金は、非晶質相を50%以上含んでいる
ことが好ましい。前記溶湯から非晶質合金あるいは多少
の結晶質相を含む非晶質合金を得る方法としては、回転
ドラムに溶湯を吹き付けて急冷して薄帯状に形成する方
法、溶湯を冷却用気体中に噴出して液滴状態で急冷して
粉末状に形成する方法、あるいはスパッタリングやCV
D法による方法等を用いることができる。
【0018】本発明において用いる非晶質合金あるいは
多少の結晶質相を含む非晶質合金は、本発明者らが先
に、特願平7−244982号などの特許出願において
明らかにしたものである。
【0019】以下、本発明に係る非晶質合金あるいは多
少の結晶質相を含む非晶質合金の好ましい組成について
述べる。本発明の非晶質合金は、T100-a-b-cabc
で表わすことができる。TはFe,Co,Niより選択
される1種以上の元素を表す。これらの元素は、本発明
に係る非晶質合金の主成分であり、磁性を担う元素であ
る。Tの組成比100-a-b-cを増加させると、それに伴っ
て飽和磁化Isが増加する。120emu/g以上の高
い残留磁化(Ir)を実現するためには、飽和磁化(I
s)が少なくとも130emu/gは必要であり、これ
を満たすにはTの濃度は94at%以上、好ましくは8
6at%以上であることが必要である。
【0020】RはYを含む希土類元素(Sc、Y、L
a、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、T
b、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、およびLu)より
選択される1種以上の元素を表す。また、Rとしては、
希土類元素より選択される1種以上の元素が好ましい。
RとFeとBとを含む非晶質合金を600〜1000℃
の範囲の適切な温度で加熱したときに析出する金属間化
合物R2Fe141は、本発明の硬磁性合金圧電密体に優
れた硬磁性特性を付与するものである。Rの組成比aを
増加させると、それに伴って飽和磁化(Ir)が減少す
る。120emu/g以上の高い残留磁化(Ir)を得
るためには、飽和磁化(Is)が少なくとも130em
u/gは必要であり、これを満たすにはRの濃度(z)
は、20at%以下、好ましくは7at%以下であるこ
とが望ましい。またRは非晶質を形成し易い元素であ
り、非晶質相または微細結晶相を得るためには、Rの濃
度を4at%以上とするのが望ましい。さらにRの一部
または全部をNdおよび/またはPrで構成すると、さ
らに高い硬磁気特性が得られる。
【0021】MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,
Mo,Wより選択される1種以上の元素を表し、これら
の元素は非晶質形成能が高いものである。また、ここで
のMとしては、Zr,Hf,Nb,Taより選択される
1種以上の元素を用いるのが好ましい。本発明に係る非
晶質合金において、Mを添加することにより、Yを含む
希土類元素より選択される1種以上の元素Rが低濃度の
場合も非晶質相を形成することができる。Mの組成比b
を増加させると、それに伴って飽和磁化(Ir)は増加
するが、保磁力(iHc)が低下し、硬磁性特性から軟
磁性特性へと変化する。良好な硬磁性特性を得るため
に、Mの濃度は、0〜10at%、好ましくは0.5〜
3at%の範囲であることが望ましい。
【0022】本発明に係わる非晶質合金にはBが添加さ
れている。Bも非晶質を形成し易い元素である。またF
eとBとを含む非晶質相を後述する600〜1000℃
の範囲の適切な温度で熱処理したときに析出する化合物
Fe−Bは、本発明の硬磁性合金圧電密体に硬磁性特性
を付与するものである。非晶質相または微細結晶相を得
るためには、Bの濃度を2at%以上、好ましくは3a
t%以上とするのが望ましいが、Bの組成比(c)の増
加に伴って飽和磁化(Is)、残留磁化(Ir)、およ
び保磁力(iHc)が減少するので、良好な硬磁性特性
を得るためには、Bの濃度は20at%以下、好ましく
は7at%以下であることが好ましい。
【0023】前記各組成の非晶質合金を主体とする原料
粉末(粉粒体)を用意したならばこれを図1あるいは図
3に示すプラズマ燒結装置の上下のパンチ2、3の間に
投入し、チャンバ13の内部を真空引きするとともに、
パンチ2、3で上下から圧力を加えて成形すると同時
に、例えば図2に示すようなパルス電流を原料粉末6に
印加して加熱、成形し、硬磁性合金圧密体を作製する。
【0024】ここで原料粉末6を加熱する際、昇温速度
は10℃/分以上、好ましくは20℃/分以上とされ
る。昇温速度が10℃/分未満であると、結晶粒が粗大
化するため交換結合力が弱まり、硬磁気特性が劣化する
ため好ましくない。本発明者は、非晶質合金中の非晶質
相が結晶化するときに軟化現象が起り、この軟化した非
晶質合金を固化成形することにより、高密度の硬磁性合
金圧密体を得ることを究明し、これに基づいて、本発明
での放電プラズマ燒結処理においては、非晶質合金の結
晶化反応時における軟化現象を利用して固化成形してい
る。
【0025】放電プラズマ燒結法を行う際に、その燒結
温度をTとし、非晶質合金の結晶化開始温度をTxとし
た場合に、Tx−100℃≦T℃≦Tx+100℃の関係
を満足する温度範囲で燒結することが好ましい。燒結温
度TがTx−100℃未満であると、温度が低すぎて、
焼結体を作製できないため好ましくない。燒結温度Tが
x+100℃を越えると粗大化したα−Fe相が析出
することにより硬磁気特性が劣化し、好ましくない。
【0026】また、放電プラズマ焼結法を行う際に、印
加圧力300MPa以上で燒結することが好ましい。印
加圧力が300MPa未満であると、得られる硬磁性合
金圧密体の空隙率が大きく、成形密度が小さくなるのた
め好ましくない。
【0027】前述の放電プラズマ焼結法では、原料粉末
6を加熱するのと同時に加圧することにより、非晶質合
金を結晶化させると同時に固化成形しているが、原料粉
末6にパルス電流を印加して昇温していき、非晶質合金
の結晶化温度付近の温度でパンチ2、3で上下から圧力
を加えることにより固化成形してもよい。
【0028】この放電プラズマ燒結処理においては、通
電電流により原料粉末6を所定の速度で素早く昇温する
ことができ、また、通電電流の値に応じて原料粉末6の
温度を厳格に管理できるので、ヒータによる加熱などよ
りも遥かに正確に温度管理ができ、これにより予め設計
した通りの理想に近い条件で燒結ができる。このように
すると、非晶質合金を主体とする原料粉末の少なくとも
一部に微細結晶粒を生成させると同時に結晶粒径を粗大
化させることなく微細結晶粒のままの成形体を得ること
ができる。あるいは、非晶質合金が非晶質のままで圧力
をかけて焼結してもよい。また、先に説明した如く前記
組成の非晶質合金を主体とする原料粉末を用いること
で、微細結晶粒の析出を可能にできるので、少なくとも
一部に100nm以下の微細結晶粒を析出させた硬磁性
合金圧密体を得ることができる。また、放電プラズマ燒
結処理を行う際に、非晶質合金の結晶化反応時における
軟化現象を利用して固化成形することによって、非晶質
合金中の非晶質相が結晶化するときに非晶質合金が軟化
し、この軟化した非晶質合金を固化成形しているので、
高い成形密度の硬磁性合金圧密体を得ることができる。
【0029】この後、放電プラズマ焼結法により得られ
た硬磁性合金圧密体をアニールし、組織のうちの80%
以上を平均結晶粒径100nm以下の微細結晶相を析出
させることが好ましい。ここでのアニール温度は600
〜1000℃が好ましく、より好ましくは700℃〜9
00℃程度である。ここでのアニール温度が600℃未
満であると、硬磁気特性を担うR2Fe14B相の析出量
が少ないため充分な硬磁気特性が得られず、好ましくな
い。一方、アニール温度が1000℃を越えると、他の
析出物が析出し硬磁気特性が低下してしまうため好まし
くない。
【0030】このようにして得られた硬磁性合金圧密体
は、組織のうちの80%が平均結晶粒径100nm以下
の微細結晶粒であり、残部が非晶質相であり、前記微細
結晶粒はbcc(体心立方構造)のFeを主体とし、F
e−Bの化合物およびR2Fe141を含んでいるもので
ある。
【0031】また、この硬磁性合金圧密体は、希土類元
素の含有量が20at%以下であるので、比較的低い製
造コストで製造することができる。また希土類元素の含
有量を7at%以下に低くしても、120emu/g以
上の高い残留磁化(Ir)を達成することができる。ま
た、この硬磁性合金圧密体は、微細組織を実現すること
により得られる微細なソフト磁性相とハード磁性相とを
結合させた交換結合磁石特性を示すものであり、かつF
e濃度が従来の希土類磁石より高いため、より高い飽和
磁化(Is)、および残留磁化(Ir)が得られる。ま
たこの非晶質合金の角型比は大きく、各元素の組成比、
および加熱温度によってIr/Is≧0.7のものを得
ることができる。よってこの硬磁性圧密体を、モータ
ー、アクチュエータ、スピーカーなどの各種の装置に使
用される永久磁石として有用であり、製造コストの低減
を図ることができる。
【0032】
【実施例】
(実験例1)FeとZrとNdとBを所望の組成に混合
した原料をるつぼで溶解し、これを回転している銅ロー
ルにるつぼのノズルから噴射して急冷する液体急冷法に
より厚さ20μmのFe86Zr2Nd75の非晶質合金
薄帯を得た。ついで、作製したFe86Zr2Nd75
非晶質合金薄帯に昇温速度0.17Ks-1で加熱し、こ
のときの非晶質合金薄帯の加熱温度(℃)と発熱量との
関係と、非晶質合金薄帯の加熱温度(℃)と伸び率との
関係を調べた。その結果を図4に示す。図4中、曲線
(A)は、非晶質合金薄帯の加熱温度(℃)と発熱量と
の関係を示すDSC曲線であり、曲線(B)は、非晶質
合金薄帯の加熱温度(℃)と伸び率との関係を示すTM
A曲線である。
【0033】図4から明かなようにDSC曲線では、約
527℃付近にbcc−Fe相の析出に伴う発熱ピーク
が認められる。TMA曲線では、結晶化反応が起る温度
である約527℃より約100℃程度低い温度領域以上
では、非晶質合金薄体の伸び率が増加しており、非晶質
合金の結晶化温度付近で非晶質合金薄体が軟化している
ことがわかる。このように非晶質合金が結晶化する時に
起る軟化現象を利用して固化成形することは、高密度化
するために有利である。
【0034】(実験例2)FeとZrとNdとBを所望
の組成に混合した原料をるつぼで溶解し、これを回転し
ている銅ロールにるつぼのノズルから噴射して急冷する
液体急冷法により厚さ20μmのFe86Zr2Nd75
の非晶質合金薄帯を得た。ついで、この非晶質合金薄帯
をロータースピードミルを用いて粉砕し、非晶質合金粉
末を得た。この非晶質合金粉末の中で粒径53〜150
μmのものを選別して後の工程に原料粉末として使用し
た。ついで、約3gの前記原料粉末をWC製のダイスの
内部にハンドプレスを用いて充填した後、図1に示すダ
イ1の内部に装填し、チャンバの内部を1×10-3Pa
の雰囲気で上下のパンチ2、3で加圧するとともに、通
電装置から原料粉末にパルス波を通電して加熱した。パ
ルス波形は図2に示すように12パルス流した後で2パ
ルス休止するものとし、最高4700〜4800Aの電
流で原料粉末を加熱し、硬磁性合金圧密体を得た。この
ときの昇温速度は100℃/分、焼結温度は600℃、
加圧力は637MPaであった。このようにして得られ
た硬磁性合金圧密体の密度は、7.236g/cm3
あった。
【0035】ついで、得られた硬磁性合金圧密体の金属
組織について調べた。その結果を図5に示す。図5は、
硬磁性合金圧密体の金属組織を示す光学顕微鏡写真であ
る。図5に示した結果から明らかなように原料粉末を放
電プラズマ焼結法により焼結する際、非晶質合金の結晶
化反応時における軟化現象を利用して固化成形すること
により、空隙率が少なく、高い成形密度の硬磁性合金圧
密体を成形できることがわかる。
【0036】(実験例3)実験例2と同様にして作製し
た硬磁性合金圧密体について、27℃〜927℃の温度
範囲でアニール後の保磁力(iHc)および飽和磁束密
度(Bs)のアニール温度依存性について調べた。各ア
ニール温度における保持時間は3分であった。その結果
を図6に示す。図6中、曲線(C)はアニール温度と保
磁力との関係を示し、曲線(D)はアニール温度と飽和
磁束密度との関係である。
【0037】図6に示した曲線(C)から明らかなよう
に放電プラズマ焼結法により得られた硬磁性合金圧密体
のアニール温度としては、約700〜900℃とするこ
とにより、保磁力が高いことが分る。また、曲線(D)
から明らかなようにアニール温度が700℃付近まで
は、Fe3Bが析出して飽和磁束密度が上昇している
が、700℃〜850℃の間は、Fe−Bの化合物が急
に析出して飽和磁束密度は一旦低下するが、α−Feが
成長しつづけるため850℃付近を越えると飽和磁束密
度は再度上昇していることが分る。
【0038】(実験例4)放電プラズマ焼結法を用いて
固化成形する際の焼結温度を400℃〜600℃の範囲
で変更した以外は実験例2と同様にして硬磁性合金圧密
体を作製した。図7に焼結したままの状態における硬磁
性合金圧密体のX線回折試験結果を示す。また、実験例
2と同様にして作製したアニールしていないFe86Zr
2Nd75の非晶質合金薄帯のX線回折試験結果を図7
に合わせて示す。なお、Fe86Zr2Nd75の非晶質
合金の結晶化開始温度は、600℃付近である。
【0039】(実験例5)放電プラズマ焼結法を用いて
固化成形する際の焼結温度400℃〜600℃の範囲で
変更した以外は実施例2と同様にして硬磁性合金圧密体
(加圧力637MPaで焼結した硬磁性合金圧密体)を
作製した。図8に硬磁性合金圧密体の密度、残留磁束密
度(Br)、最大磁気エネルギー積((BH)max)、保
磁力(iHc)および飽和磁束密度(Bs)の焼結温度依
存性について調べた結果を示す。
【0040】比較として加圧力が49MPaで、かつ焼
結温度が800℃である焼結体の密度、残留磁束密度
(Br)、最大磁気エネルギー積((BH)max)、保磁
力(iHc)および飽和磁束密度(Bs)について調べた
結果を図8に合わせて示す。また、比較として800℃
で3分アニールした以外は実施例2と同様にして作製し
たFe86Zr2Nd75の非晶質合金薄帯の密度、残留
磁束密度(Br)、最大磁気エネルギー積((BH)ma
x)、保磁力(iHc)および飽和磁束密度(Bs)につい
て調べた結果を図8に合わせて示す。
【0041】図8に示した結果から明かなように放電プ
ラズマ焼結する際の加圧力が637MPaである場合、
結晶化反応が起る温度である約600℃より約100℃
程度低い温度領域以上では、硬磁性合金圧密体の密度、
残留磁束密度(Br)、最大磁気エネルギー積((B
H)max)、保磁力(iHc)および飽和磁束密度(Bs)
が高く、非晶質合金が結晶化する時に起る軟化現象を利
用して固化成形することは、高密度化と磁気特性を向上
させるために有利であることが分る。また、結晶化温度
付近の温度で加圧力637MPaをかけて焼結した硬磁
性合金圧密体は、800℃でアニールした非晶質合金薄
帯と同じ程度の硬磁気特性を有していることが分る。
【0042】(実験例6)放電プラズマ焼結法を用いて
固化成形する際の昇温速度を25℃/分〜100℃/分
の範囲で変更し、かつ得られた圧密体を800℃で3分
アニールした以外は実験例2と同様にして硬磁性合金圧
密体(サンプルNo.1〜3)を作製した。下記表1に
硬磁性合金圧密体の飽和磁束密度(Bs)、保磁力(iH
c)、最大磁気エネルギー積((BH)max)、残留磁束
密度(Br)と、昇温速度との関係について調べた結果
を示す。
【0043】
【表1】
【0044】表1に示した結果から明かなように、原料
粉末を放電プラズマ焼結法を用いて固化成形する際の昇
温速度を25℃/分、50℃/分、100℃/分とした
ものは、磁気特性が優れていることが分る。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、F
e,Co,Niより選択される1種以上の元素Tと、Y
を含む希土類元素より選択される1種以上の元素Rと、
Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wより選択
される1種以上の元素Mと、Bとを含む非晶質合金を主
体とする粉粒体を、放電プラズマ燒結法により燒結する
ことにより、通電電流により粉粒体を速度10℃/分以
上で素早く昇温することができ、また、通電電流の値に
応じて粉粒体の温度を厳格に管理できるので、ヒータに
よる加熱などよりも遥かに正確に温度管理ができ、これ
により予め設計した通りの理想に近い条件で燒結ができ
る。このようにすると、非晶質合金を主体とする粉粒体
の少なくとも一部に微細結晶粒を生成させると同時に結
晶粒径を粗大化させることなく微細結晶粒のままの成形
体を得ることができる。前記組成の非晶質合金を主体と
する粉粒体を用いることで、微細結晶粒の析出を可能に
できるので、少なくとも一部に100nm以下の微細結
晶粒を析出させた硬磁性合金圧密体を得ることができ
る。
【0046】また、放電プラズマ燒結処理を行う際に、
非晶質合金の結晶化反応時における軟化現象を利用して
固化成形することによって、非晶質合金中の非晶質相が
結晶化するときに非晶質合金が軟化し、この軟化した非
晶質合金を固化成形しているので、高い成形密度の硬磁
性合金圧密体を得ることができる。また、放電プラズマ
焼結法を行う際に、印加圧力300MPa以上で燒結す
ることによって、空隙率が小さく、高密度の硬磁性合金
圧密体を得ることができる。また、放電プラズマ燒結法
を行う際に、その燒結温度をTとし、非晶質合金の結晶
化開始温度をTxとした場合に、Tx−100℃≦T≦T
x+100℃の関係を満足する温度範囲で燒結すること
により、硬磁気特性が優れた硬磁性合金圧密体を得るこ
とができる。
【0047】さらに、放電プラズマ焼結法により得られ
た硬磁性合金圧密体をアニールすることにより、組織の
うちの80%が平均結晶粒径100nm以下の微細結晶
粒であり、残部が非晶質相であり、前記微細結晶粒はb
cc(体心立方構造)のFeを主体とし、Fe−Bの化
合物およびR2Fe141を含む硬磁性合金圧密体が得ら
れるので、より硬磁気特性が優れた硬磁性合金圧密体の
提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施するために用いるプラズマ燒
結装置の一例の要部構造を示す断面図である。
【図2】図1に示すプラズマ燒結装置で原料粉末に印加
するパルス電流波形の一例を示す図である。
【図3】プラズマ燒結装置一例の全体構成を示す正面図
である。
【図4】Fe86Zr2Nd75の非晶質合金薄帯のDS
C曲線およびTMA曲線を示す図である。
【図5】本発明に係わる硬磁性合金圧密体の例の金属組
織を示す光学顕微鏡写真である。
【図6】硬磁性合金圧密体のアニール後の飽和磁束密度
および保磁力の熱処理温度依存性を示す図である。
【図7】Fe86Zr2Nd75の非晶質合金薄帯のX線
回折試験結果と、400℃〜600℃で焼結した時の、
焼結したままの状態の硬磁性合金圧密体のX線回折試験
結果を示す図である。
【図8】硬磁性合金圧密体の密度、残留磁束密度(B
r)、最大磁気エネルギー積((BH)max)、保磁力
(iHc)および飽和磁束密度(Bs)の焼結温度依存性
について調べた結果と、非晶質合金薄帯について密度、
残留磁束密度(Br)、最大磁気エネルギー積((B
H)max)、保磁力(iHc)および飽和磁束密度(Bs)
を調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
A 放電プラズマ燒結装置 1 ダイ 2、3 パンチ 6 粉末原料(粉粒体) 4、5 基台 7 熱伝対 11 基盤 12 基盤 13 チャンバ
フロントページの続き (72)発明者 水嶋 隆夫 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 小島 章伸 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 牧野 彰宏 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地 川内住宅 11−806 (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉3丁目8番22号

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe,Co,Niより選択される1種以
    上の元素Tと、Yを含む希土類元素より選択される1種
    以上の元素Rと、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,
    Mo,Wより選択される1種以上の元素Mと、Bとを含
    む非晶質合金を主体とする粉粒体が、放電プラズマ燒結
    法により、速度10℃/分以上で昇温されて燒結されて
    なることを特徴とする硬磁性合金圧密体。
  2. 【請求項2】 前記非晶質合金が下記組成式を有するこ
    とを特徴とする請求項1記載の硬磁性合金圧密体。 T100-a-b-cabc ただし、TはFe,Co,Niより選択される1種以上
    の元素を表し、RはYを含む希土類元素より選択される
    1種以上の元素を表し、MはTi,Zr,Hf,V,N
    b,Ta,Mo,Wより選択される1種以上の元素を表
    すとともに組成比を示すa,b,cは原子%で、 4≦a≦20、0≦b≦10、2≦c≦20である。
  3. 【請求項3】 前記非晶質合金の組成式中のRは希土類
    元素より選択される1種以上の元素であり、MはZr,
    Hf,Nb,Taより選択される1種以上の元素を表す
    とともに組成比を示すa,b,cは原子%で、 4≦a≦7、0.5≦b≦3、3≦c≦7であることを
    特徴とする請求項2記載の硬磁性合金圧密体。
  4. 【請求項4】 Fe,Co,Niより選択される1種以
    上の元素Tと、Yを含む希土類元素より選択される1種
    以上の元素Rと、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,
    Mo,Wより選択される1種以上の元素Mと、Bとを含
    む非晶質合金を主体とする粉粒体を、放電プラズマ燒結
    法により、速度10℃/分以上で昇温して燒結すること
    を特徴とする硬磁性合金圧密体の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記非晶質合金は非晶質相を50%以上
    含んでおり、非晶質合金の結晶化反応時における軟化現
    象を利用して固化成形することを特徴とする請求項4記
    載の硬磁性合金圧密体の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記非晶質合金は非晶質相を50%以上
    含んでおり、非晶質合金の結晶化温度付近の温度で圧力
    をかけることにより固化成形することを特徴とする請求
    項4記載の硬磁性合金圧密体の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記非晶質合金は非晶質相を50%以上
    含んでおり、非晶質合金を結晶化させるのと同時に固化
    成形することを特徴とする請求項4記載の硬磁性合金圧
    密体の製造方法。
  8. 【請求項8】 放電プラズマ燒結法を行う際に、その燒
    結温度をTとし、非晶質合金の結晶化開始温度をTxと
    した場合に、Tx−100℃≦T≦Tx+100℃の関係
    を満足する温度範囲で燒結することを特徴とする請求項
    4記載の硬磁性合金圧密体の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記放電プラズマ焼結法を行う際に、3
    00MPa以上の圧力で燒結することを特徴とする請求
    項4〜8のいずれかに記載の硬磁性合金圧密体の製造方
    法。
  10. 【請求項10】 前記放電プラズマ焼結法により得られ
    た硬磁性合金圧密体をアニールし、組織のうちの80%
    以上を平均結晶粒径100nm以下の微細結晶相を析出
    させることを特徴とする請求項4〜9のいずれかに記載
    の硬磁性合金圧密体の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記アニールを600〜1000℃の
    温度で行うことを特徴とする請求項10記載の硬磁性合
    金圧密体の製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項4〜11のいずれかに記載の硬
    磁性合金圧密体の製造方法において、下記組成式を有す
    る非晶質合金を主体とする粉粒体を用いることを特徴と
    する硬磁性合金圧密体の製造方法。 T100-a-b-cabc ただし、TはFe,Co,Niより選択される1種以上
    の元素を表し、RはYを含む希土類元素より選択される
    1種以上の元素を表し、MはTi,Zr,Hf,V,N
    b,Ta,Mo,Wより選択される1種以上の元素を表
    すとともに組成比を示すa,b,cは原子%で、 4≦a≦20、0≦b≦10、2≦c≦20である。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の記載の硬磁性合金圧
    密体の製造方法において、前記非晶質合金の組成式中の
    Rは希土類元素より選択される1種以上の元素であり、
    MはZr,Hf,Nb,Taより選択される1種以上の
    元素を表すとともに組成比を示すa,b,cは原子%
    で、4≦a≦7、0.5≦b≦3、3≦c≦7であるこ
    とを特徴とする硬磁性合金圧密体の製造方法。
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