JPH09268351A - 希土類−鉄系永久磁石合金 - Google Patents
希土類−鉄系永久磁石合金Info
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- JPH09268351A JPH09268351A JP8322034A JP32203496A JPH09268351A JP H09268351 A JPH09268351 A JP H09268351A JP 8322034 A JP8322034 A JP 8322034A JP 32203496 A JP32203496 A JP 32203496A JP H09268351 A JPH09268351 A JP H09268351A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets 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
- H01F1/04—Magnets 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
- H01F1/047—Alloys characterised by their composition
- H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
- H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
- H01F1/059—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and Va elements, e.g. Sm2Fe17N2
Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石において、省ボロン化、脱
ボロン化して製造コスト下げるとともに、耐食性に優
れ、高保磁力化を可能にすること。 【解決手段】希土類元素と窒素と鉄とを組成とする希土
類−鉄系永久磁石合金。従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石と
は異なり、Ｂの代わりに安価なＮを組成として含有する
ことにより、コストが下がり、また、一軸異方性化する
ので高保磁力を有し、腐食の原因となる酸素とも結合し
にくくなるので耐候性に優れる。
ボロン化して製造コスト下げるとともに、耐食性に優
れ、高保磁力化を可能にすること。 【解決手段】希土類元素と窒素と鉄とを組成とする希土
類−鉄系永久磁石合金。従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石と
は異なり、Ｂの代わりに安価なＮを組成として含有する
ことにより、コストが下がり、また、一軸異方性化する
ので高保磁力を有し、腐食の原因となる酸素とも結合し
にくくなるので耐候性に優れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、希土類−鉄系永久
磁石に関する。
磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石材料は、家庭用の小型電気製品
から大型コンピューター端末機、軍用進行波管まで、非
常に幅広い分野に使用される。非常に重要な機能材料で
ある。そして近年の傾向である、各種機器の小型薄型
化、高効率化、いわゆる軽薄短少の要求により、その特
性に対する要求度はますます高まっている。従来、実用
化されている主な磁石としては、フエライト磁石、アル
ニコ磁石、そして希土類コバルト磁石がある。アルニコ
磁石は長年永久磁石の主流をしめてきたが、コバルトシ
ョックによる原料事情の不安定化、そしてアルニコ磁石
よりも高性能な希土類コバルト磁石の登場により、その
需要は低下し続けている。フエライト磁石は鉄の酸化物
を主成分とするため、原料事情がよく低コストであるた
め、磁気特性は低いが多量に用いられ、売上金額及び生
産量で圧倒的に現在の磁石の主流を占めている。希土類
コバルト磁石はコバルトを５０〜６５ｗｔ％も含むが、
非常に大きな結晶磁気異方性と飽和磁化を合わせ持つた
め、精力的な開発が進められ、磁石材料の性能を飛躍的
に高めた。しかし希土類元素として、希土類原鉱石に高
々数ｗｔ％しか含まれないＳｍを使用するため、Ｓｍの
希土類元素中における資源バランス及びＣｏ含有量の多
さからくる供給不安等の問題をかかえている。ところ
が、最近この希土類コバルト磁石の欠点を解決するた
め、新たに第２世代の希土類磁石が開発されている。以
下、簡単に説明すると従来の高性能永久磁石はアルニ
コ、希土類コバルト磁石を始めとして、一定量のＣｏ量
を必要とする。特に希土類コバルト磁石はその最たるも
ので希土類（以下Ｒと略す）とＣｏの金属間化合物、Ｒ
Ｃｏ5またはＲ2Cｏ17の飽和磁化及び結晶磁気異方性に
その特性は依存している。そこでＣｏを含まない高性能
永久磁石を開発する試みとして、希土類−鉄（Ｒ−Ｆ
ｅ）２元系合金が注目された。Ｒ、特に軽希土類と鉄の
２元系化合物は希土類モーメントと鉄モーメントの強磁
性的結合により、高い飽和磁化を示すため、希土類コバ
ルト磁石に匹敵する高性能磁石の有力候補と考えられて
きた。しかし、 （１）軽希土類からなる希土類鉄化合物のキュリー点が
あまりに低すぎる。
から大型コンピューター端末機、軍用進行波管まで、非
常に幅広い分野に使用される。非常に重要な機能材料で
ある。そして近年の傾向である、各種機器の小型薄型
化、高効率化、いわゆる軽薄短少の要求により、その特
性に対する要求度はますます高まっている。従来、実用
化されている主な磁石としては、フエライト磁石、アル
ニコ磁石、そして希土類コバルト磁石がある。アルニコ
磁石は長年永久磁石の主流をしめてきたが、コバルトシ
ョックによる原料事情の不安定化、そしてアルニコ磁石
よりも高性能な希土類コバルト磁石の登場により、その
需要は低下し続けている。フエライト磁石は鉄の酸化物
を主成分とするため、原料事情がよく低コストであるた
め、磁気特性は低いが多量に用いられ、売上金額及び生
産量で圧倒的に現在の磁石の主流を占めている。希土類
コバルト磁石はコバルトを５０〜６５ｗｔ％も含むが、
非常に大きな結晶磁気異方性と飽和磁化を合わせ持つた
め、精力的な開発が進められ、磁石材料の性能を飛躍的
に高めた。しかし希土類元素として、希土類原鉱石に高
々数ｗｔ％しか含まれないＳｍを使用するため、Ｓｍの
希土類元素中における資源バランス及びＣｏ含有量の多
さからくる供給不安等の問題をかかえている。ところ
が、最近この希土類コバルト磁石の欠点を解決するた
め、新たに第２世代の希土類磁石が開発されている。以
下、簡単に説明すると従来の高性能永久磁石はアルニ
コ、希土類コバルト磁石を始めとして、一定量のＣｏ量
を必要とする。特に希土類コバルト磁石はその最たるも
ので希土類（以下Ｒと略す）とＣｏの金属間化合物、Ｒ
Ｃｏ5またはＲ2Cｏ17の飽和磁化及び結晶磁気異方性に
その特性は依存している。そこでＣｏを含まない高性能
永久磁石を開発する試みとして、希土類−鉄（Ｒ−Ｆ
ｅ）２元系合金が注目された。Ｒ、特に軽希土類と鉄の
２元系化合物は希土類モーメントと鉄モーメントの強磁
性的結合により、高い飽和磁化を示すため、希土類コバ
ルト磁石に匹敵する高性能磁石の有力候補と考えられて
きた。しかし、 （１）軽希土類からなる希土類鉄化合物のキュリー点が
あまりに低すぎる。
【０００３】（２）軽希土類と鉄は安定な化合物をわず
かしか作らない。
かしか作らない。
【０００４】（３）希土類と鉄の化合物で一軸異方性を
有するものはない。
有するものはない。
【０００５】という３つの理由により実用化はなされて
いなかった。ところがこの３点を解決する試みが１９８
１年ごろより発表された。それは以下の２つ方法に大別
できる。
いなかった。ところがこの３点を解決する試みが１９８
１年ごろより発表された。それは以下の２つ方法に大別
できる。
【０００６】（１）希土類と鉄の平衡相のみでなく、準
安定相、非平衡相に着目する。この方法によってＪ．
Ｊ．ｃｒｏａｔ（Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ５５（６）１５ Ｍａｒｅｈ １９
８４ Ｐ２０７８〜２０８２）らは等方性で（ＢＨ）ｍ
ａｘ１４．１ＭＧＯｅを示すような高保磁力合金を開発
した。
安定相、非平衡相に着目する。この方法によってＪ．
Ｊ．ｃｒｏａｔ（Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ５５（６）１５ Ｍａｒｅｈ １９
８４ Ｐ２０７８〜２０８２）らは等方性で（ＢＨ）ｍ
ａｘ１４．１ＭＧＯｅを示すような高保磁力合金を開発
した。
【０００７】（２）希土類と鉄の２元系だけでなく３元
系、４元系へ研究を拡張し、あらたな安定相を探す。佐
川（Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ．５５（６）１５ Ｍａｒｃｈ １９８４ Ｐ２０
８３〜２０８７）らＢ添加合金に焼結法を採用して異方
性で（ＢＨ）max３５ＭＧＯｅに達する新合金を開発し
た。
系、４元系へ研究を拡張し、あらたな安定相を探す。佐
川（Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ．５５（６）１５ Ｍａｒｃｈ １９８４ Ｐ２０
８３〜２０８７）らＢ添加合金に焼結法を採用して異方
性で（ＢＨ）max３５ＭＧＯｅに達する新合金を開発し
た。
【０００８】これら２つの試みは、いずれもメタロイド
であるＢを添加することよっており、その磁性の根元と
なる化合物はＲ2Fｅ14Bですでに多くの物性値が報告さ
れ、温度特性を改善するためにＣｏでＦｅを置換すると
いった試みも報告されている。
であるＢを添加することよっており、その磁性の根元と
なる化合物はＲ2Fｅ14Bですでに多くの物性値が報告さ
れ、温度特性を改善するためにＣｏでＦｅを置換すると
いった試みも報告されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術の希土類−鉄系永久磁石合金は、温度特性の改善を要
求しなければ高性能永久磁石材料として初めてＣｏばな
れを達成したものの、Ｂという新たに供給不安を伴う元
素をどうしても必要とするようになった。ボロンの地殻
における平均存在量は１０ｐｐｍ程度で、コバルトの２
５ｐｐｍ、鉛の１２．５ｐｐｍと同程度である。ただし
工業原料になりうるＢ2O3品位４０％以上の鉱石はアメ
リカ西部、トルコなどごく限られた地域に偏在してい
る。ボロンの用途は従来、大半がガラス、陶磁器向けが
ほとんどであったが最近、化学工業の還元剤、トランス
用鉄心への大巾な代替えが期待されるアモルファス合
金、そして今回の希土類−鉄系水久磁石材料と、その用
途は年々、拡大しており市場の伸び率は年率１０％近く
に達している。寿命的には、磁性材料への用途が大幅に
増しても、今後１００年以上の寿命が期待できるので数
字的にはまず心配ないと言える。むしろ前述の資源偏在
が問題で、特に鉄心への需要が伸び、ケイ素鋼の代替が
進めば、我が国での自給が全く見込めないため鉄鉱輸出
自主規制を強要し得る元素となる可能性もあり、海外開
発に積極的に乗り出すことも必要である。以上、ボロン
元素の問題点について述べた。本発明の目的はこの点を
解決するもので、Ｂを安価なＮで置換することにより、
省ボロン化あるいは脱ボロンを実現しより低コストで高
性能な永久磁石合金を提供することにある。
術の希土類−鉄系永久磁石合金は、温度特性の改善を要
求しなければ高性能永久磁石材料として初めてＣｏばな
れを達成したものの、Ｂという新たに供給不安を伴う元
素をどうしても必要とするようになった。ボロンの地殻
における平均存在量は１０ｐｐｍ程度で、コバルトの２
５ｐｐｍ、鉛の１２．５ｐｐｍと同程度である。ただし
工業原料になりうるＢ2O3品位４０％以上の鉱石はアメ
リカ西部、トルコなどごく限られた地域に偏在してい
る。ボロンの用途は従来、大半がガラス、陶磁器向けが
ほとんどであったが最近、化学工業の還元剤、トランス
用鉄心への大巾な代替えが期待されるアモルファス合
金、そして今回の希土類−鉄系水久磁石材料と、その用
途は年々、拡大しており市場の伸び率は年率１０％近く
に達している。寿命的には、磁性材料への用途が大幅に
増しても、今後１００年以上の寿命が期待できるので数
字的にはまず心配ないと言える。むしろ前述の資源偏在
が問題で、特に鉄心への需要が伸び、ケイ素鋼の代替が
進めば、我が国での自給が全く見込めないため鉄鉱輸出
自主規制を強要し得る元素となる可能性もあり、海外開
発に積極的に乗り出すことも必要である。以上、ボロン
元素の問題点について述べた。本発明の目的はこの点を
解決するもので、Ｂを安価なＮで置換することにより、
省ボロン化あるいは脱ボロンを実現しより低コストで高
性能な永久磁石合金を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による希土類−鉄
系永久磁石合金の組成は、 Ｒ（ただし、ＲはＹを含む
希土類元素のうち、少なくとも１種以上）と鉄と窒素と
からなることを特徴とする。
系永久磁石合金の組成は、 Ｒ（ただし、ＲはＹを含む
希土類元素のうち、少なくとも１種以上）と鉄と窒素と
からなることを特徴とする。
【００１１】従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂに代表される従来の
希土類−鉄系磁石合金の磁性の源となっている。Ｆ2Fｅ
14B化合物の構造はすでにＸ線回折及び中性子回折によ
り明らかにされ、Ｂ原子は格子間に侵入して原子間距離
を拡げる役割を果たしている。そしてこれがａ0＝8．８
２Å，ｃ0＝１２．２４Åというかなり大きな正方晶構
造を有し、単純な希土類−鉄の２元系化合物に比して高
いキュリー点を要する原因と考えられている。そこで本
発明者らは、鉄に固溶して侵入型固溶体を形成する元素
に着目し、研究を始めた。鉄に固溶して侵入型固溶体を
形成する元素は周期律表の原子番号の小さなもの、すな
わち、Ｈ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏである。このうちＨはＦｅに
対する固溶度が小さく取り扱いも困難である。またＯは
電気的に陰性なため安定な酸化物を形成し、固溶度も小
さく不純物分量に影響されやすい。Ｃは固溶体としては
最も期侍できるものであるが、従来の希土類磁石の研究
で磁性に対して著しく悪影響を与えることが知られてい
る。こういった観点より、発明者らはＮに的を絞って研
究を進めた。鉄の窒化物はＦｅ4Nに代表されるように、
純鉄に近い飽和磁化とともに硬度が高く、耐候性が高い
ため大きな注目を集めている。磁気的にもｒ'−Ｆｅ4N
はＴｃが４８８℃で磁気モーメントも約９μＢ／Ｆｅ4N
と大きい、また準安定相のａ''−Ｆｅ16N2はα−Ｆｅよ
り大きな飽和磁化を持つとの報告もあり、Ｂを置換する
元素として最適なものである。しかし、窒素は鉄中に単
一原子として溶け込み、１気圧で鉄に接触している状態
では完全に２原子分子となっているため溶解度が小さ
い。そこで本発明者らはアンモニア分解ガスを高圧で作
用することを用いた。アンモニアが鉄の表面に接触して
いる場合には、 ２ＮＨ3 (気相）＝Ｎ2 (気相）＋３Ｈ2 (気相) …（１） ２ＮＨ3 (気相）＝２Ｎ（α鉄中）＋３Ｈ2 (気相） …（２） の反応が可能で、（１）と（２）を組み合わせると、 Ｎ2(気体）＝２Ｎ（α鉄中） となり、鉄中の窒素の溶解度が√Ｐ（Ｐは圧力）に比例
することより、溶解度は（Ｐ2 NH3／P3 NH2)1/2 に比例す
ることになる。さらに窒素の溶解度はγ鉄中ではα鉄、
δ鉄より大きいことを利用して、高温域で溶解度を高め
ようとしたのである。これらの方法はすべて単純な鉄−
窒素系から導かれるものであるが、本発明者らは、あら
かじめ鋳造後粉砕しておいたＲ−Ｆｅ合金を成形焼結す
る過程において、先に述べた条件の応用が可能であり、
充分に高い保磁力を有するあらたな実用永久磁石か得ら
れることを見い出した。以下に本発明の組成について言
及する。
希土類−鉄系磁石合金の磁性の源となっている。Ｆ2Fｅ
14B化合物の構造はすでにＸ線回折及び中性子回折によ
り明らかにされ、Ｂ原子は格子間に侵入して原子間距離
を拡げる役割を果たしている。そしてこれがａ0＝8．８
２Å，ｃ0＝１２．２４Åというかなり大きな正方晶構
造を有し、単純な希土類−鉄の２元系化合物に比して高
いキュリー点を要する原因と考えられている。そこで本
発明者らは、鉄に固溶して侵入型固溶体を形成する元素
に着目し、研究を始めた。鉄に固溶して侵入型固溶体を
形成する元素は周期律表の原子番号の小さなもの、すな
わち、Ｈ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏである。このうちＨはＦｅに
対する固溶度が小さく取り扱いも困難である。またＯは
電気的に陰性なため安定な酸化物を形成し、固溶度も小
さく不純物分量に影響されやすい。Ｃは固溶体としては
最も期侍できるものであるが、従来の希土類磁石の研究
で磁性に対して著しく悪影響を与えることが知られてい
る。こういった観点より、発明者らはＮに的を絞って研
究を進めた。鉄の窒化物はＦｅ4Nに代表されるように、
純鉄に近い飽和磁化とともに硬度が高く、耐候性が高い
ため大きな注目を集めている。磁気的にもｒ'−Ｆｅ4N
はＴｃが４８８℃で磁気モーメントも約９μＢ／Ｆｅ4N
と大きい、また準安定相のａ''−Ｆｅ16N2はα−Ｆｅよ
り大きな飽和磁化を持つとの報告もあり、Ｂを置換する
元素として最適なものである。しかし、窒素は鉄中に単
一原子として溶け込み、１気圧で鉄に接触している状態
では完全に２原子分子となっているため溶解度が小さ
い。そこで本発明者らはアンモニア分解ガスを高圧で作
用することを用いた。アンモニアが鉄の表面に接触して
いる場合には、 ２ＮＨ3 (気相）＝Ｎ2 (気相）＋３Ｈ2 (気相) …（１） ２ＮＨ3 (気相）＝２Ｎ（α鉄中）＋３Ｈ2 (気相） …（２） の反応が可能で、（１）と（２）を組み合わせると、 Ｎ2(気体）＝２Ｎ（α鉄中） となり、鉄中の窒素の溶解度が√Ｐ（Ｐは圧力）に比例
することより、溶解度は（Ｐ2 NH3／P3 NH2)1/2 に比例す
ることになる。さらに窒素の溶解度はγ鉄中ではα鉄、
δ鉄より大きいことを利用して、高温域で溶解度を高め
ようとしたのである。これらの方法はすべて単純な鉄−
窒素系から導かれるものであるが、本発明者らは、あら
かじめ鋳造後粉砕しておいたＲ−Ｆｅ合金を成形焼結す
る過程において、先に述べた条件の応用が可能であり、
充分に高い保磁力を有するあらたな実用永久磁石か得ら
れることを見い出した。以下に本発明の組成について言
及する。
【００１２】本発明の永久磁石に用いる希土類元素Ｒは
Ｙを包含し、軽希土類及び重希土類を包含するものであ
り、そのうち一種以上を用いる。Ｒとしては軽希土類が
よく、特にＣｅ，Ｎｄ，Ｐｒが好ましい。通常Ｒは一種
でよいが、実用上、コスト面等からミッシュメタル、ジ
ジム、セリウムジジムを用いることもできる。またＲは
純希土類元素でなくともよく、工業上入手可能な範囲で
製造上不可避な不純物を含んでも差し支えない。Ｎとし
てはスリーナイン以上の純度を有するものであればよ
く、Ｂは純ボロンがよいが、取り扱い及びコストの点か
ら不純物として若干のＡｌ，Ｓｉ等を含むフェロボロン
でも充分である。
Ｙを包含し、軽希土類及び重希土類を包含するものであ
り、そのうち一種以上を用いる。Ｒとしては軽希土類が
よく、特にＣｅ，Ｎｄ，Ｐｒが好ましい。通常Ｒは一種
でよいが、実用上、コスト面等からミッシュメタル、ジ
ジム、セリウムジジムを用いることもできる。またＲは
純希土類元素でなくともよく、工業上入手可能な範囲で
製造上不可避な不純物を含んでも差し支えない。Ｎとし
てはスリーナイン以上の純度を有するものであればよ
く、Ｂは純ボロンがよいが、取り扱い及びコストの点か
ら不純物として若干のＡｌ，Ｓｉ等を含むフェロボロン
でも充分である。
【００１３】本発明の永久磁石体は前述のＲ１０〜３０
原子％、（Ｂ＋Ｎ）５〜２５原子％、但し必ずＮを含有
し、残部がＦｅ（原子百分率）において、保磁力ｉＨｃ
≧１．２kＯｅ、残留磁束密度Ｂｒ＞４ＫＧの磁気特性
を示し、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘはフエライト
磁石（〜４ＭＧＯｅ程度）と同程度以上となる。最も好
ましくは軽希土類Ｒを主成分として１２〜１８原子％
Ｒ、７〜２０原子％（Ｂ＋Ｎ）残部Ｆｅの組成であり、
最大エネルギー積（ＢＨ）max≧２０ＭＧＯｅを示し
（ＢＨ）maxは最高４０ＭＧＯｅ以上に達し、従来の希
土類コバルト磁石及び希土類鉄磁石を凌駕するものとな
る。
原子％、（Ｂ＋Ｎ）５〜２５原子％、但し必ずＮを含有
し、残部がＦｅ（原子百分率）において、保磁力ｉＨｃ
≧１．２kＯｅ、残留磁束密度Ｂｒ＞４ＫＧの磁気特性
を示し、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘはフエライト
磁石（〜４ＭＧＯｅ程度）と同程度以上となる。最も好
ましくは軽希土類Ｒを主成分として１２〜１８原子％
Ｒ、７〜２０原子％（Ｂ＋Ｎ）残部Ｆｅの組成であり、
最大エネルギー積（ＢＨ）max≧２０ＭＧＯｅを示し
（ＢＨ）maxは最高４０ＭＧＯｅ以上に達し、従来の希
土類コバルト磁石及び希土類鉄磁石を凌駕するものとな
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき詳細に説明する。
づき詳細に説明する。
【００１５】表１は次の工程によって作製した種々のＦ
ｅ・Ｂ・Ｎ・Ｒ化合物からなる永久磁石体の特性を示
す。
ｅ・Ｂ・Ｎ・Ｒ化合物からなる永久磁石体の特性を示
す。
【００１６】（１）まずＲ・Ｆｅ・Ｂ合金（このときＢ
は含まれない場合もある。）を低周波溶解し、水冷銅鋳
型に鋳造する。このときＦｅは純度９９．９％の電解
鉄、Ｂとしてフェロボロン合金（１６．３２％Ｂ，０．
１５％Ａｌ，０．６８％Ｓｉ，０．１２％Ｃ，残部Ｆ
ｅ）、Ｒとしては純度９５％以上（不純物は主として他
の希土類金属で、ｔｏｔａｌ希土類で９８％以上）を使
用した。
は含まれない場合もある。）を低周波溶解し、水冷銅鋳
型に鋳造する。このときＦｅは純度９９．９％の電解
鉄、Ｂとしてフェロボロン合金（１６．３２％Ｂ，０．
１５％Ａｌ，０．６８％Ｓｉ，０．１２％Ｃ，残部Ｆ
ｅ）、Ｒとしては純度９５％以上（不純物は主として他
の希土類金属で、ｔｏｔａｌ希土類で９８％以上）を使
用した。
【００１７】（２）粉砕スタンプミルにより８０メッシ
ュスルーまでに粗粉砕し、次いでジェットミルにより微
粉砕（２〜５μｍ）。
ュスルーまでに粗粉砕し、次いでジェットミルにより微
粉砕（２〜５μｍ）。
【００１８】（３）磁界（１５ｋＯｅ）中配向・成形
０．５ｔ／ｃｍ２にて加圧。
０．５ｔ／ｃｍ２にて加圧。
【００１９】（４）窒素導入。
【００２０】成形体をアンモニア中に封じ込め３気圧の
状態で９５０℃、３時間保持後、急冷し１５０〜３００
℃の温度で５時間保持した。
状態で９５０℃、３時間保持後、急冷し１５０〜３００
℃の温度で５時間保持した。
【００２１】（５）焼結 １０００〜１２００℃２時間Ａ2中。
【００２２】
【表１】
【００２３】永久磁石材料としては少なくとも１ｋＯｅ
以上はｉＨｃが必要であり、これを満たすには（Ｂ＋
Ｎ）量は少なくとも５原子％以上でなければならない。
本発明による永久磁石材料は組成を変化させることによ
り、磁束密度と保磁力の組み合わせが比較的自由であ
り、その用途は広い。
以上はｉＨｃが必要であり、これを満たすには（Ｂ＋
Ｎ）量は少なくとも５原子％以上でなければならない。
本発明による永久磁石材料は組成を変化させることによ
り、磁束密度と保磁力の組み合わせが比較的自由であ
り、その用途は広い。
【００２４】ハードフェライトのＢｒ約４ｋＧを越すた
めには（Ｂ＋Ｎ）量は２５原子％以上でなければならな
い。
めには（Ｂ＋Ｎ）量は２５原子％以上でなければならな
い。
【００２５】Ｒ量については表２に示すようにＲ量が多
いほどｉＨｃが高くなる。特に実用材料を考えてｉＨｃ
＞１ｋＯｅ以上とすると、Ｒ量は１０原子％以上必要と
なる。しかしＲ量の増大とともに粉末の発火性が増すと
ともにコストも高くなる。そこで量産の見地から、Ｒ量
は３０原子％以下がよい。
いほどｉＨｃが高くなる。特に実用材料を考えてｉＨｃ
＞１ｋＯｅ以上とすると、Ｒ量は１０原子％以上必要と
なる。しかしＲ量の増大とともに粉末の発火性が増すと
ともにコストも高くなる。そこで量産の見地から、Ｒ量
は３０原子％以下がよい。
【００２６】本発明において、特に１２〜１，８原子％
Ｒ、７〜２０原子％（Ｂ＋Ｎ）、残部Ｆｅの組成範囲は
（ＢＨ）max≧２０ＭＧＯｅを示す、最適組成域であ
る。
Ｒ、７〜２０原子％（Ｂ＋Ｎ）、残部Ｆｅの組成範囲は
（ＢＨ）max≧２０ＭＧＯｅを示す、最適組成域であ
る。
【００２７】以上のように、本発明によるＲ−Ｆｅ−Ｎ
系永久磁石は、従来の希土類コバルト磁石及び希土類鉄
磁石を凌駕するものである。さらにその展開、応用とし
ては単純ＲＦｅＢ系磁石と同様なことが可能である。す
なわちＦｅの一部をＣｏ，Ｎｉで置換することによりキ
ュリー点の上昇が可能である。さらにＡｌ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｒ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｂ
ａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅの一種以上を添加することに
より、高保磁力化も可能である。
系永久磁石は、従来の希土類コバルト磁石及び希土類鉄
磁石を凌駕するものである。さらにその展開、応用とし
ては単純ＲＦｅＢ系磁石と同様なことが可能である。す
なわちＦｅの一部をＣｏ，Ｎｉで置換することによりキ
ュリー点の上昇が可能である。さらにＡｌ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｒ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｂ
ａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅの一種以上を添加することに
より、高保磁力化も可能である。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系
磁石に対して省ボロン化又は脱ボロン化、さらに高性能
化、低コスト化が可能という効果を有する。さらに、Ｒ
−Ｆｅ系合金にＮを添加することにより、一軸異方性化
するので、強い保磁力を有し、キュリー温度も高くな
る。また、ＦｅとＮとが結合することによって、酸素等
の金属を劣化させる物質が結合しにくくなるので、耐食
性が良くなるという優れた効果を奏する。
磁石に対して省ボロン化又は脱ボロン化、さらに高性能
化、低コスト化が可能という効果を有する。さらに、Ｒ
−Ｆｅ系合金にＮを添加することにより、一軸異方性化
するので、強い保磁力を有し、キュリー温度も高くな
る。また、ＦｅとＮとが結合することによって、酸素等
の金属を劣化させる物質が結合しにくくなるので、耐食
性が良くなるという優れた効果を奏する。
【手続補正書】
【提出日】平成８年１２月２５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】（１）希土類と鉄の平衡相のみでなく、準
安定相、非平衡相に着目する。この方法によってＪ．
Ｊ．Cｒｏａｔ（Ｊｏｕrｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ５５（６）１５ Ｍａｒcｈ １９
８４ Ｐ２０７８〜２０８２）らは等方性で（ＢＨ）ｍ
ａｘ１４．１ＭＧＯｅを示すような高保磁力合金を開発
した。
安定相、非平衡相に着目する。この方法によってＪ．
Ｊ．Cｒｏａｔ（Ｊｏｕrｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ５５（６）１５ Ｍａｒcｈ １９
８４ Ｐ２０７８〜２０８２）らは等方性で（ＢＨ）ｍ
ａｘ１４．１ＭＧＯｅを示すような高保磁力合金を開発
した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】（２）希土類と鉄の２元系だけでなく３元
系、４元系へ研究を拡張し、あらたな安定相を探す。佐
川（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ．５５（６）１５ Ｍａｒｃｈ １９８４ Ｐ２
０８３〜２０８７）らＢ添加合金に焼結法を採用して異
方性で（ＢＨ）ｍａｘ３５ＭＧＯｅに達する新合金を開
発した。
系、４元系へ研究を拡張し、あらたな安定相を探す。佐
川（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ．５５（６）１５ Ｍａｒｃｈ １９８４ Ｐ２
０８３〜２０８７）らＢ添加合金に焼結法を採用して異
方性で（ＢＨ）ｍａｘ３５ＭＧＯｅに達する新合金を開
発した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂに代表される従来の
希土類−鉄系磁石合金の磁性の源となっている。Ｒ２Ｆ
ｅ１４Ｂ化合物の構造はすでにＸ線回折及び中性子回折
により明らかにされ、Ｂ原子は格子間に侵入して原子間
距離を拡げる役割を果たしている。そしてこれがａ０＝
8．８２Å，ｃ０＝１２．２４Åというかなり大きな正
方晶構造を有し、単純な希土類−鉄の２元系化合物に比
して高いキュリー点を要する原因と考えられている。そ
こで本発明者らは、鉄に固溶して侵入型固溶体を形成す
る元素に着目し、研究を始めた。鉄に固溶して侵入型固
溶体を形成する元素は周期律表の原子番号の小さなも
の、すなわち、Ｈ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏである。このうちＨ
はＦｅに対する固溶度が小さく取り扱いも困難である。
またＯは電気的に陰性なため安定な酸化物を形成し、固
溶度も小さく不純物分量に影響されやすい。Ｃは固溶体
としては最も期侍できるものであるが、従来の希土類磁
石の研究で磁性に対して著しく悪影響を与えることが知
られている。こういった観点より、発明者らはＮに的を
絞って研究を進めた。鉄の窒化物はＦｅ４Ｎに代表され
るように、純鉄に近い飽和磁化とともに硬度が高く、耐
候性が高いため大きな注目を集めている。磁気的にも
ｒ'−Ｆｅ４ＮはＴｃが４８８℃で磁気モーメントも約
９μＢ／Ｆｅ４Ｎと大きい、また準安定相のａ''−Ｆｅ
１６Ｎ２はα−Ｆｅより大きな飽和磁化を持つとの報告
もあり、Ｂを置換する元素として最適なものである。し
かし、窒素は鉄中に単一原子として溶け込み、１気圧で
鉄に接触している状態では完全に２原子分子となってい
るため溶解度が小さい。そこで本発明者らはアンモニア
分解ガスを高圧で作用することを用いた。アンモニアが
鉄の表面に接触している場合には、 ２ＮＨ３ (気相）＝Ｎ２ (気相）＋３Ｈ２ (気相) …（１） ２ＮＨ３ (気相）＝２Ｎ（α鉄中）＋３Ｈ２ (気相） …（２） の反応が可能で、（１）と（２）を組み合わせると、 Ｎ２(気体）＝２Ｎ（α鉄中） となり、鉄中の窒素の溶解度が√Ｐ（Ｐは圧力）に比例
することより、溶解度は（Ｐ２NH３／Ｐ３ H２）1/2 に
比例することになる。さらに窒素の溶解度はγ鉄中では
α鉄、δ鉄より大きいことを利用して、高温域で溶解度
を高めようとしたのである。これらの方法はすべて単純
な鉄−窒素系から導かれるものであるが、本発明者ら
は、あらかじめ鋳造後粉砕しておいたＲ−Ｆｅ合金を成
形焼結する過程において、先に述べた条件の応用が可能
であり、充分に高い保磁力を有するあらたな実用永久磁
石か得られることを見い出した。以下に本発明の組成に
ついて言及する。
希土類−鉄系磁石合金の磁性の源となっている。Ｒ２Ｆ
ｅ１４Ｂ化合物の構造はすでにＸ線回折及び中性子回折
により明らかにされ、Ｂ原子は格子間に侵入して原子間
距離を拡げる役割を果たしている。そしてこれがａ０＝
8．８２Å，ｃ０＝１２．２４Åというかなり大きな正
方晶構造を有し、単純な希土類−鉄の２元系化合物に比
して高いキュリー点を要する原因と考えられている。そ
こで本発明者らは、鉄に固溶して侵入型固溶体を形成す
る元素に着目し、研究を始めた。鉄に固溶して侵入型固
溶体を形成する元素は周期律表の原子番号の小さなも
の、すなわち、Ｈ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏである。このうちＨ
はＦｅに対する固溶度が小さく取り扱いも困難である。
またＯは電気的に陰性なため安定な酸化物を形成し、固
溶度も小さく不純物分量に影響されやすい。Ｃは固溶体
としては最も期侍できるものであるが、従来の希土類磁
石の研究で磁性に対して著しく悪影響を与えることが知
られている。こういった観点より、発明者らはＮに的を
絞って研究を進めた。鉄の窒化物はＦｅ４Ｎに代表され
るように、純鉄に近い飽和磁化とともに硬度が高く、耐
候性が高いため大きな注目を集めている。磁気的にも
ｒ'−Ｆｅ４ＮはＴｃが４８８℃で磁気モーメントも約
９μＢ／Ｆｅ４Ｎと大きい、また準安定相のａ''−Ｆｅ
１６Ｎ２はα−Ｆｅより大きな飽和磁化を持つとの報告
もあり、Ｂを置換する元素として最適なものである。し
かし、窒素は鉄中に単一原子として溶け込み、１気圧で
鉄に接触している状態では完全に２原子分子となってい
るため溶解度が小さい。そこで本発明者らはアンモニア
分解ガスを高圧で作用することを用いた。アンモニアが
鉄の表面に接触している場合には、 ２ＮＨ３ (気相）＝Ｎ２ (気相）＋３Ｈ２ (気相) …（１） ２ＮＨ３ (気相）＝２Ｎ（α鉄中）＋３Ｈ２ (気相） …（２） の反応が可能で、（１）と（２）を組み合わせると、 Ｎ２(気体）＝２Ｎ（α鉄中） となり、鉄中の窒素の溶解度が√Ｐ（Ｐは圧力）に比例
することより、溶解度は（Ｐ２NH３／Ｐ３ H２）1/2 に
比例することになる。さらに窒素の溶解度はγ鉄中では
α鉄、δ鉄より大きいことを利用して、高温域で溶解度
を高めようとしたのである。これらの方法はすべて単純
な鉄−窒素系から導かれるものであるが、本発明者ら
は、あらかじめ鋳造後粉砕しておいたＲ−Ｆｅ合金を成
形焼結する過程において、先に述べた条件の応用が可能
であり、充分に高い保磁力を有するあらたな実用永久磁
石か得られることを見い出した。以下に本発明の組成に
ついて言及する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 利之 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 株式会 社諏訪精工舎内
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｒ（ただし、ＲはＹを含む希土類元素の
うち、少なくとも１種以上）と鉄と窒素とからなること
を特徴とする希土類−鉄系永久磁石合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8322034A JPH09268351A (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 希土類−鉄系永久磁石合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8322034A JPH09268351A (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 希土類−鉄系永久磁石合金 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60005381A Division JPS61166945A (ja) | 1985-01-16 | 1985-01-16 | 希土類−鉄系永久磁石合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09268351A true JPH09268351A (ja) | 1997-10-14 |
Family
ID=18139191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8322034A Pending JPH09268351A (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 希土類−鉄系永久磁石合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09268351A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005183932A (ja) * | 2003-11-27 | 2005-07-07 | Dowa Mining Co Ltd | 窒化鉄系磁性粉末およびその製造法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131949A (ja) * | 1983-12-19 | 1985-07-13 | Hitachi Metals Ltd | 鉄−希土類−窒素系永久磁石 |
-
1996
- 1996-12-02 JP JP8322034A patent/JPH09268351A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131949A (ja) * | 1983-12-19 | 1985-07-13 | Hitachi Metals Ltd | 鉄−希土類−窒素系永久磁石 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005183932A (ja) * | 2003-11-27 | 2005-07-07 | Dowa Mining Co Ltd | 窒化鉄系磁性粉末およびその製造法 |
| JP4599574B2 (ja) * | 2003-11-27 | 2010-12-15 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 窒化鉄系磁性粉末 |
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