JPH0963820A - 永久磁石粉末 - Google Patents

永久磁石粉末

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JPH0963820A
JPH0963820A JP7215593A JP21559395A JPH0963820A JP H0963820 A JPH0963820 A JP H0963820A JP 7215593 A JP7215593 A JP 7215593A JP 21559395 A JP21559395 A JP 21559395A JP H0963820 A JPH0963820 A JP H0963820A
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JP
Japan
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permanent magnet
phase
flux density
magnetic flux
ribbon
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JP7215593A
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Inventor
Tadataka Yanagida
忠孝 柳田
Shinya Sakurada
新哉 桜田
Takatomo Hirai
隆大 平井
Akihiko Tsudai
昭彦 津田井
Masashi Sahashi
政司 佐橋
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大磁気エネルギー積が向上された高性能の
永久磁石粉末を提供しようとするものである。 【解決手段】 一般式Rxy100-x-y …(I)
(ただし、RはYを含む希土類元素、Sc、Hfおよび
Zrから選ばれる少なくとも1種の元素、MはFeまた
は原子比で50%以上がFeであるFeおよびCoから
なり、x、yはそれぞれ2≦x≦20、1≦y≦15を
示す)にて表され、かつα−Fe相を50体積%以上含
み、厚さが1nm〜1μmであるα−Fe層が表面に形
成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石粉末に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、高性能希土類永久磁石としては、
Sm−Co系磁石やNd−Fe−B系磁石などが知られ
ている。これらの磁石は、現在、量産化が進めら、非常
に多くの分野で使用されている。前記各磁石は、Feま
たはCoが多量に含まれ、飽和磁束密度(Bs )の増大
に寄与している。また、前記各磁石はSm、Ndなどの
希土類元素が含まれているため、前記希土類元素により
結晶場中における4f電子の挙動に由来する非常に大き
な磁気異方性をもたらす。その結果、保磁力(iHc
の増大が図られ、高性能な磁石が実現されている。この
ような前記高性能磁石は、主としてスピーカ、モータ、
計測器などの電気機器に使用されている。
【0003】近年、各種電気機器の小形化の要求が高ま
り、それに応えるために前記永久磁石の最大磁気エネル
ギー積[(BH)max ]を向上し、より高性能の永久磁
石が求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、最大磁気エ
ネルギー積の向上された高性能の永久磁石粉末を提供し
ようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる永久磁石
粉末は、一般式 Rxy100-x-y …(I) (ただし、RはYを含む希土類元素、Sc、Hfおよび
Zrから選ばれる少なくとも1種の元素、MはFeまた
は原子比で50%以上がFeであるFeおよびCoから
なり、x、yはそれぞれ2≦x≦20、1≦y≦15を
示す)にて表され、かつα−Fe相を50体積%以上含
み、厚さが1nm〜1μmであるα−Fe層が表面に形
成されていることを特徴とするものである。
【0006】以下、前記一般式(I)の磁性材料を構成
する各成分の働きおよび各成分の配合量を規定した理由
ついて詳細に説明する。なお、以下の説明で挙げられる
主相とは化合物中の各結晶相および非晶質相のうちで最
大の体積占有率を有する相を意味するものである。
【0007】(1)R元素 R元素である希土類元素としては、La、Ce、Pr、
Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、T
m、Yb、Lu、Yが挙げられ、これらは1種または2
種以上の混合物の形態で用いることができる。このよう
なR元素は、前記永久磁石に大きな磁気異方性をもたら
し、高い保磁力を付与する。
【0008】前記R元素を2原子%未満にすると、保磁
力の低下により磁気特性が劣化する。一方、前記R元素
が20原子%を超えると、後述するFeを初めとするM
元素が相対的に低下して飽和磁束密度が低下する。より
好ましいR元素の量は、4〜12原子%の範囲である。
特に、前記R元素中にSm、Nd、Prが総量で50%
以上占めることが望ましい。また、R元素の一部をS
c、HfおよびZrのうちの少なくとも1種以上の元素
で置換することを許容する。Scのような元素は、Rサ
イトに占有し、希土類サイトの平均原子半径を小さくす
る効果を持ち、単位体積当たりの主相中のM原子の濃度
を高める働きを有する。しかも、前記Scのような元素
は、例えばTbCu7 型結晶構造を有する相、つまり主
相の生成を促進する働きを有する。
【0009】RをR1x R2y (R1はYおよび希土類
元素から選ばれる少なくとも1種、R2はSc、Hfお
よびZrから選ばれる少なくとも1種)にて表した時、
x、yは原子比で4≦x+y≦20であり、好ましくは
4≦x+y≦16、4≦x≦16、0.1≦y≦10
(yは1≦y≦3が更に好ましい)である。
【0010】(2)N元素 N元素は、主として結晶内のインタースティシャル位置
に存在し、磁気異方性の向上に寄与する。N原子の量を
2原子%未満にすると、十分な保磁力を持つ永久磁石も
しくは最大磁気エネルギー積[(BH)max ]の大きな
永久磁石が得られなくなる。一方、N元素の量が15原
子%を越えると、窒素過剰となって分解を起こし易くな
る。より好ましいN元素の量は、5〜15原子%であ
る。なお、N元素の一部をC、Pで置換することを許容
する。このようなC、Pによる置換量が多いと磁気異方
性の低下を招くことから、前記置換量を80%以下にす
ることが好ましい。
【0011】(3)M元素 M元素であるFeは、永久磁石の飽和磁束密度を増大さ
せる働きを有する。また、Feの一部をCoで置換する
と、主相中のFeおよびCo濃度を増大させ、飽和磁束
密度をより増大させることが可能になる。その上、Co
は主相の熱的安定性を向上させる働きを有する。ただ
し、CoでFeを過剰に置換すると、かえって飽和磁束
密度の低下を招く。このため、Feに対するCoの置換
量は50原子%未満にすることが好ましい。
【0012】前記M元素の一部をT元素(TはSi、T
i、Cr、V、Mo、W、Mn、Ni、Ga、Al、N
b、Taの群から選ばれる1種以上の元素)で置換する
ことを許容する。前記M元素に対して前記T元素を20
%を越える量で置換すると、磁化の低下を招くことか
ら、その置換量を20%以下にすることが好ましい。
【0013】また、R2 Fe14B相を生成しない程度に
B(ボロン)を添加することが可能である。前記Bの添
加量は、例えば10原子%以下程度である。前記一般式
(I)の永久磁石中には、酸化物等の不可避的不純物を
含有することを許容する。
【0014】本発明に係わる永久磁石粉末は、軟磁性相
中のα−Fe相または(Fe,Co)相と主相とが交換
結合されている。この永久磁石は、リコイル透磁率が大
きく、逆磁場に対して不可逆的減磁率が小さい。特に、
等方性磁石の場合には飽和磁束密度(4πMs)に対す
る残留磁束密度(4πMr)の比率(4πMr/4πM
s)が0.5を越えるという特徴を有する。ただし、通
常の等方性磁石は4πMr/4πMs=0.5である。
このため、逆磁場下での永久減磁の心配がなく、かつ残
留磁束密度が大きく、高い最大磁気エネルギー積[(B
H)max ]を有する永久磁石を得ることが可能になる。
このような特性の永久磁石粉末は、表面にα−Fe相を
50体積%以上含み、厚さが1nm〜1μmであるα−
Fe層で覆われていることにより得られる。ここで、α
−Fe層とは、α−Fe相、α−Fe相を50体積%以
上含むα−(Fe,Co)相(Coの一部がTi、V、
Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Nb、Mo、R
u、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Al、Si
の群から選ばれる1種以上の元素で置換されることを許
容する)からなるものである。前記α−Fe層の厚さを
1nm未満にすると、残留飽和密度を増大させることが
できなくなる。一方、前記α−Fe層の厚さが1μmを
越えると主相との交換結合状態が弱くなり、かえって残
留磁束密度の低下を招く。より好ましい前記α−Fe層
の厚さは、20〜250nmである。
【0015】前記一般式(I)の永久磁石は、例えば次
のような方法により製造される。まず、所定量のR、
M、窒素以外のN元素の各元素および必要に応じて前記
M元素の一部を置換するT元素の粉末を混合し、アーク
溶解または高周波溶解により合金を調製する。つづい
て、前記合金を溶湯とし、高速で回転する単ロールまた
は双ロールに噴射することにより急冷する。この急冷工
程は溶湯が酸化により磁気特性の劣化を防止する観点か
ら、Ar、Heなどの不活性ガス雰囲気で行うことが好
ましい。ひきつづき、得られた急冷材を適当な粒径に粉
砕し、300〜1000℃、Ar、Heなどの不活性ガ
スまたは真空中で熱処理した後、窒素ガス等の雰囲気中
で熱処理(窒化処理)することにより、前述した表面に
α−Fe相を50体積%以上含み、厚さが1nm〜1μ
mであるα−Fe層で覆われた永久磁石粉末を製造す
る。
【0016】前記窒化処理は、窒素ガスの代わりにアン
モニアを用いてもよい。また、前記窒化処理は当初、最
適窒化温度より2〜100℃高い温度で1〜120分間
処理し、その後通常の窒化処理を行ってもよい。
【0017】このような方法において、不活性ガスまた
は真空中で熱処理と窒化処理の温度および時間を調節す
るにより、前述したα−Fe層の生成および膜厚を制御
することができる。
【0018】このような方法により得られた永久磁石粉
末をエポキシ樹脂、ナイロン系などの樹脂と混合した
後、成形することによりボンド磁石を製造する。また、
得られた永久磁石粉末を焼結磁石を製造できる。さら
に、得られた永久磁石粉末をホットプレスまたは熱間静
水圧プレス(HIP)により高密度の永久磁石を製造す
ることができる。前記加圧時に磁場を印加して結晶方位
を揃えることにより高磁束密度を有する永久磁石を製造
することも可能である。
【0019】以上説明した本発明によれば、一般式Rx
y100-x-y にて表され、かつα−Fe相を50体積
%以上含み、厚さが1nm〜1μmであるα−Fe層を
表面に形成することによって、交換結合が有効に導入さ
れ、前記α−Fe層が存在しない場合に比べて最大磁気
エネルギー積[(BH)max ]が向上された大きな磁気
特性を有する永久磁石粉末を得ることができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例1 まず、高純度のSm、Zr、Feの粉末を下記表1に示
す組成に調合し、Ar雰囲気中でアーク溶解し、インゴ
ットを調製した。つづいて、インゴットを溶融し、単ロ
ール法によりリボン状合金を作製した。さらに、リボン
状合金を700℃、20分間真空処理した後、粉砕して
合金粉末とした。この合金粉末の結晶構造をX線回折法
により測定した。その結果、TbCu7 型結晶構造が主
相であることを確認した。
【0021】次いで、前記合金粉末を480℃で20分
間窒化処理し、さらに460℃で12時間窒化処理を行
った。得られた合金粉末にエポキシ樹脂を2重量%添加
し、混合した後、8トン/cm2 の圧力で圧縮成形し、
150℃の温度で2.5時間キュア処理を行うことによ
りボンド磁石を製造した。
【0022】(比較例1)実施例1と同様なリボン状合
金を700℃、15分間真空処理し、粉砕した後、46
0℃で12時間窒化処理を行なうことにより得られた合
金粉末を用い、以下実施例1と同様な方法によリボンド
磁石を製造した。
【0023】(比較例2)実施例1と同様にリボン状合
金を真空処理し、粉砕した後、2段階の窒化処理を施
し、さらに0.3規定の塩酸で表面を15〜30分間酸
洗することにより得られた合金粉末を用いた以外、実施
例1と同様な方法によリボンド磁石を製造した。
【0024】(比較例3)実施例1と同様なリボン状合
金を900℃、20分間真空処理し、粉砕した後、47
0℃で10分間窒化処理し、さらに460℃で12時間
窒化処理を行なうことにより得られた合金粉末を用いた
以外、実施例1と同様な方法によリボンド磁石を製造し
た。
【0025】実施例1および比較例1〜3のボンド磁石
について残留磁束密度、飽和磁束密度および最大磁気エ
ネルギー積を測定した。また、残留磁束密度および飽和
磁束密度からBr/Bsを値を得た。さらに、前記実施
例1および比較例1〜3の各合金粉末をTEM分析を行
うことにより表面のα−Fe層の厚さを測定した。これ
らの結果を下記表1に併記した。
【0026】
【表1】
【0027】前記表1から明らかなように本実施例1の
ボンド磁石は、比較例1〜3に比べてBr/Bs、残留
磁束密度および最大磁気エネルギー積がいずれも大き
く、優れた磁気特性を有することがわかる。
【0028】(実施例2)まず、高純度のSm、Zr、
Mo、Fe、Coの粉末を下記表2に示す組成に調合
し、Ar雰囲気中でアーク溶解し、インゴットを調製し
た。つづいて、インゴットを溶融し、単ロール法により
リボン状合金を作製した。さらに、リボン状合金を70
0℃、20分間真空処理した後、粉砕して合金粉末とし
た。この合金粉末の結晶構造をX線回折法により測定し
た。その結果、TbCu7 型結晶構造が主相であること
を確認した。
【0029】次いで、前記合金粉末を420℃で20分
間窒化処理し、さらに400℃で40時間窒化処理を行
った。得られた合金粉末にエポキシ樹脂を2重量%添加
し、混合した後、8トン/cm2 の圧力で圧縮成形し、
150℃の温度で2.5時間キュア処理を行うことによ
りボンド磁石を製造した。
【0030】(比較例4)実施例2と同様なリボン状合
金を700℃、15分間真空処理し、粉砕した後、40
0℃で40時間窒化処理を行なうことにより得られた合
金粉末を用いた以外、実施例2と同様な方法によリボン
ド磁石を製造した。
【0031】(比較例5)実施例2と同様にリボン状合
金を真空処理し、粉砕した後、2段階の窒化処理を施
し、さらに0.3規定の塩酸で表面を15〜30分間酸
洗することにより得られた合金粉末を用いた以外、実施
例2と同様な方法によリボンド磁石を製造した。
【0032】(比較例6)実施例2と同様なリボン状合
金を900℃、20分間真空処理し、粉砕した後、42
0℃で20分間窒化処理し、さらに400℃で40時間
窒化処理を行なうことにより得られた合金粉末を用いた
以外、実施例2と同様な方法によリボンド磁石を製造し
た。
【0033】実施例2および比較例4〜6のボンド磁石
について残留磁束密度、飽和磁束密度および最大磁気エ
ネルギー積を測定した。また、残留磁束密度および飽和
磁束密度からBr/Bsを値を得た。さらに、前記実施
例2および比較例4〜6の各合金粉末をTEM分析を行
うことにより表面のα−Fe層の厚さを測定した。これ
らの結果を下記表2に併記した。
【0034】
【表2】
【0035】前記表2から明らかなように本実施例2の
ボンド磁石は、比較例4〜6に比べてBr/Bs、残留
磁束密度および最大磁気エネルギー積がいずれも大き
く、優れた磁気特性を有することがわかる。
【0036】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば最
大磁気エネルギー積が向上されたボンド磁石等に有用な
高性能の永久磁石粉末を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田井 昭彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式 Rxy100-x-y …(I) (ただし、RはYを含む希土類元素、Sc、Hfおよび
    Zrから選ばれる少なくとも1種の元素、MはFeまた
    は原子比で50%以上がFeであるFeおよびCoから
    なり、x、yはそれぞれ2≦x≦20、1≦y≦15を
    示す)にて表され、かつα−Fe相を50体積%以上含
    み、厚さが1nm〜1μmであるα−Fe層が表面に形
    成されていることを特徴とする永久磁石粉末。
  2. 【請求項2】 主相は、TbCu7 型結晶構造を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の永久磁石粉末。
JP7215593A 1995-08-24 1995-08-24 永久磁石粉末 Pending JPH0963820A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002057017A (ja) * 2000-05-29 2002-02-22 Daido Steel Co Ltd 等方性の粉末磁石材料、その製造方法およびボンド磁石

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