JPS586778B2

JPS586778B2 - 異方性永久磁石合金及びその製造方法

Info

Publication number: JPS586778B2
Application number: JP52101521A
Authority: JP
Inventors: 雅夫岩田; 久夫吉沢
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1976-11-01
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1983-02-07
Also published as: US4093477A; JPS5357492A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はＦｅ，Ｃｒ，Ｃｏ及びＳｉを主成分とし、加工
性に優れるとともに熱処理の容易な異方性永久磁石合金
及びその製造方法に係るものである。

永久磁石は、主としてモータ、各種メータ、電気機器に
多く用いられており、要求される磁気特性は用途によっ
て異なっている。

このような永久磁石には、必要な保磁力に応じて、Ｆｅ
−Ｍｎ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ合金、Ｆｅ一Ｎｉ−
Ｃｕ合金、アルニコ合金、希土類コバルト焼結合金など
から適当なものが選択されて用いられている。

Ｆｅ−Ｍｎ−Ｔｉ合金は良好な加工性を有するが、５０
〜６００ｅ（エルステツド）程度の低い保磁力を有して
いる。

周知のように、アルニコ合金は組成に変化を与えること
により、広い磁気特性範囲をカバーすることができるだ
けでなく、入手のきわめて容易なものである。

しかし、アルニコ合金は著しく硬く、かつ脆いため、加
工性で劣るものである。

Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ合金、いわゆるバイカロイは良好な加工
性を有するものとして有名であるが、Ｃｏを５０％以上
、Ｖを１０％以上含むため、高価に過ぎる欠点を有して
いる。

Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏｕ合金、いわゆる“Ｃｕｎｉｆｅ“ は
優れた加工性を有し、かつ高い保磁力を有するにもかか
わらず、残留磁束密度が低い欠点を有するため、その用
途は限定さえている。

本発明は前記の欠点を排除し、その第１番目の発明は、
アルニコ磁石と比較しても優れた磁気特性とくに高い保
磁力を有するとともに良好な加工性を有し、かつ、廉価
である異方性永久磁石合金を提供することを目的とし、
その第２番目の発明はこのような優れた異方性永久磁石
合金の製造方法を提供することを目的とするものである
。

本第１番目の発明の異方性永久磁石合金は重量％でＣｒ
を１７〜４５％、Ｃｏを３〜１４．５％、Ｓｉを０．２
〜５％含み、Ｍｎ，Ｍｏ，Ｍｇ，Ｃａ及びｖなどの不純
物を合計で５％以下とし、残部をＦｅとしたものであっ
て、とくにＣｒを２３〜３５％、Ｃｏを６〜１４．５％
、Ｓｉを０．３〜３％残部をＦｅとしたものが優れた磁
気特性を有し、きわめて良好な加工性、例えば鍛造、圧
延、切断、打抜き、曲げを有し、これらの加工を熱間、
冷間を問わずに行なうことができる。

本第１番目の発明の異方性永久磁石合金において、最大
の磁気特性を得るためには、本第２番目の発明のように
、磁界中処理に続いて時効する必要がある。

磁界中処理に先立って合金は金属組織的な意味で単相で
なければならず、このために溶体化処理が行なわれる場
合がある。

この溶体化処理の温度は通常６５０〜１３００℃であり
、好適には８５０〜１０８５℃である。

しかし、熱間加工は溶体化処理を必要としなくても行な
うことができる。

本第２番目の発明において、磁界中処理は優れた磁気特
性を得るためには必要不町欠である。

溶体化処理又は熱間加工に続いて合金を５７０〜６７０
℃で１０分〜５時間磁界中処理で加熱する。

この磁界中処理にとくに好適な温度範囲は５９０〜６５
０℃であって、この磁界中処理において２相分離反応が
生起する。

さらに、磁界中処理した合金が優れた磁気特性を有する
ためには、引き続き時効する必要がある。

この２次時効は、磁界中処理温度より２００℃以内低い
温度に加熱し、続いて制御冷却するか、その温度範囲に
加熱保持することにより行なわれる。

この両方の熱処理において、処理時間は３０分〜５０時
間である。

２次時効温度に加熱する代りに、磁界中処理終了後直ち
に２次時効温度に冷却してもよい。

好適な２次時効処理は、磁界中処理温度から２００℃以
内の低温度域で連続冷却することであり、より好適な２
次時効処理は、磁界中処理温度より２００℃低い温度範
囲を１０℃以上の温度巾について連続冷却することであ
る。

この連続冷却は、１０℃冷却するのに要する時間が５分
から５０時間の範囲で実施される。

好適な時効処理条件は１０℃冷却するのに要する時間が
１５分から１０時間である。

さらに、より好適な条件は１０℃冷却するに要する時間
が３０分から５時間であって、代表的な２次時効処理で
は６００〜５００℃を冷却するに要する時間は１０〜２
０時間である。

本第１番目の発明の異方性永久磁石合金はＦｅ一Ｃｒ−
Ｃｏを基本にＳｉを含むものである。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金はスピノーダル合金としてよく知
られている。

近年Ｍｏ又はＷを含むＦｅ−Ｏｒ−Ｏｏ合金が永久磁石
として成立することが発見され、そのような合金は米国
特許第３，８０６，３３６号に開示されている。

しかし、この合金は優れた磁気特性を有するものの、高
温で溶体化処理をしなければならない。

なぜなら、このような高温では非磁性オーステナイト相
が安定であって、これが常温にまで持ちきたされる傾向
があるからである。

通常、溶体化処理には１３００℃以上の温度を要するが
、このような高温での真空又は非酸化雰囲気を用いた加
熱作業は工業的に困難である。

また、前記の合金は溶製時に融体の粘性が高く、鋳塊製
造上不利である。

これはＣｒ含有量が多いためである。

本第１番目の発明による異方性永久磁石合金において、
Ｃｒは最も基本的な成分である。

すなわち、Ｃｒが１７％未満では磁気特性発現に必要な
２相分離（スピノーダル分解）が生起しない。

また、Ｃｒが４５％を越えると加工性に明らかな悪影響
が生じる。

このようにＣｒ量を１７〜４５％とすれば、永久磁石と
して十分である。

しかし、磁気特性の点からみると、Ｃｒは２３〜３５％
が最高の結果を生じる。

ＣｏはＣｒとの相互作用によって２相分離に重要な役割
を有するが、γ相とも密接な関係を有する。

２相分離の観点よりすれば、Ｃｏの下限は３％である。

すなわち、Ｃｏ量が３％未満であると保持力は３０００
ｅ以下であるに過ぎない。

保磁力はＣｏ量の増加にともない単調に増大する。

しかし、Ｃｏが１４．５％を越えると、溶体化処理がき
わめて困難になる。

そのため、１３００℃以下の工業的に容易な溶体化処理
によって優れた磁気特性を得ることは困難になる。

このように熱処理が工業的に容易に実施でき、かつ優れ
た磁気特性を得るためにＣｏ量を３〜１４．５％としな
ければならない。

Ｓｉは５％を越えると合金の熱間加工性、冷間加工性を
劣化させる。

磁気特性と加工性の両面よりみて良好なＳｉ量は０．３
〜３％であるが、０．２〜５％の範囲であれぱγ相の析
出防止に有効であり、かつ湯流れもよい。

炉体及び原料より混入するＣ、Ｍｇ及びＣａ、還元剤よ
り混入するＭｎについて、Ｃは０．１％まで、Ｃａ，Ｍ
ｇ及びＭｎについてはそれらの合計が５％まで含有する
ことが許される。

これら不純物の含有は磁気特性及び加工性に悪影響を与
えるため、許容値を越えることは避けなければならない
。

しかし、Ｍｏ及び■の少量含有は悪影響を与えることは
ない。

Ｍｎ，Ｍｏ，Ｃａ，Ｍｇ及びＶの合計が重量比で５％ま
では許容される。

溶体化処理は均質な磁気特性を得るために必要である場
合があるが、上述のようにＳｉの添加は溶体化処理を有
利にする上できわめて有効であるすなわち、Ｓｉを含有
しないＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金は１３００℃以上の高温よ
り水冷するような急冷を必要とするが、Ｓｉを０．２％
以上含有する合金では、高温オーステナイト温度域がき
わめて狭くなるのである。

Ｓｉを０．５〜１％含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金
はきわめて広い温度範囲で溶体化処理することが可能で
あることが実験的に確認されている。

このことは工業的に大きな意味をもつものであり、Ｓｉ
の添加はきわめて有効である。

しかし、Ｓｉ量が５％を越えると明らかに加工性を害し
、磁気特性に悪影響を及ぼす。

本第１番目の発明の合金において、最高の磁気特性を得
るためには、溶体化処理後に磁界中で時効することが必
要である。

そして、さらに、２次時効も必要であり、合金組成と熱
処理条件の適切な組合せによって最高の磁気特性が得ら
れるものである。

本第１番目の発明の合金に最適時効を施すことにより、
きわめて優れた磁気特性が得られる。

この最適時効は５７０〜６７０゜Ｃで１０分以上保持す
ることによって行なわれる。

磁界中処理は５９０〜６５０℃の温度域で行なわれるが
、好適な磁界中処理温度が合金組成に依存することはい
うまでもない。

磁界中処理時間は５時間以下がよく、これより長時間で
は経済的に得策でない。

磁界中処理後、２次時効を行なう。

磁界中処理を施した合金は磁界中処理温度より２００℃
以内の低温度域に加熱し、続いて徐冷する。

必要な徐冷温度域は徐冷開始温度から少くとも１０℃で
ある。

２次時効に要する時間は３０分から５０時間である。

第１図ａ及びｂは合金組成によるＨｃ（保磁力）及びＢ
ｒ（残留磁束密度）の変化を等高線図として描いたもの
であって、一定の溶体化処理及び時効を施したものであ
る。

すなわち、第１図ａ及びｂはＳｉ量を１．５％と一定に
保ち、Ｃｒ及びＣｏの含有量を変化させた合金について
、１０００℃で溶体化処理し、６００℃で１時間、４０
００Ｏｅで磁界中処理を施し、続いて５８０℃より４８
０℃まで６．２５℃／ｈｒで徐冷した場合を示したもの
である。

次に本発明の実施例を説明する。

実施例１Ｗｔ％（重量％）で、３０％Ｃｒ、１０％Ｃｏ、１．５
％Ｓｉ、残部Ｆｅよりなる試料を作成し、１０００℃で
２０分溶体化処理し、続いて各温度で１時間、４０００
Ｏｅで磁界中処理し、これらの試料を５８０℃より４８
０℃まで１００℃／１６ｈｒで徐冷した。

第２図の白丸によるプロットはこの試料のＨｃと磁界中
処理温度との関係を示すものである。

実施例２Ｗｔ％で、３０％Ｃｒ、１４％Ｃｏ、１５％Ｓｉ、残部
Ｆｅよりなる試料を作成し、溶体化処理後、各温度で１
時間、４０００Ｏｅで磁界中処理し、続いて６００℃よ
り５００℃までを１００’Ｃ／１６ｈｒで徐冷した。

この結果を第２図の三角形によるプロットで示す。

実施例３Ｗｔ％で、３５％Ｃｒ、８％ＣＯ、２５％Ｓｉ、残部Ｆ
ｅよりなる試料を作成し、これを溶体化処理した後、各
温度で１時間、４００Ｏｅで磁界中処理し、続いて５６
０℃より４６０℃まで１００’Ｃ／１６ｈｒで２次時効
を行なった。

得られた結果は第２図に四角で示す。

実施例４Ｗｔ％で、２４％Ｃｒ、１２％ＣＯ、０．５％Ｓｉ、残
部よりなる組成の試料を作成し、１３００℃で１０分間
溶体化処理し、続いて６２０℃より５００℃まで１００
℃／１６ｈｒで２次時効を行なった。

得られた結果は第２図黒丸によるプロットで示す。

以上４つの実施例について、第２図をみると、５７０〜
６７０℃で磁界中処理をすることによりきわめて高い保
磁力が得られ、５９０〜６５０℃においてさらに高い保
磁力が得られることがわかる。

実施例５Ｗｔ％で、３０％Ｃｒ、１０％Ｃｏ、１．５％Ｓｉ、残
部Ｆｅよりなる試料を作成し、溶体化処理後、これを４
０００Ｏｅの磁界中で６００℃の温度で各時間保持した
。

続いて５８０℃より４８０℃まで１００℃／１６ｈｒで
徐冷することにより２次時効を行なった。

この際の保磁力を第３図に示す。

第３図には１０分以上の磁界中処理によって３００Ｏｅ
以上の保磁力が得られ、３０分の磁界中処理により、保
磁力はほぼ上限値に達することを示している。

実施例６Ｗｔ％で、３０％Ｃｒ、１０％Ｃｏ、１．５％Ｓｉ、残
部Ｆｅよりなる試料を作成し、これを溶体化処理後、実
施例５と同様に１時間磁界中処理した。

続いてこの試料を５８０℃から４８０℃まで種々の速度
で冷却することにより２次時効を行なった。

このようにして得られた保磁力を第４図に示した。

第４図の横軸は２次時効において１０℃冷却するのに要
する時間を示す。

これより２次時効においては、１０℃冷却するのに要す
る時間は０．５時間以上必要なことがわかる。

実施例７Ｗｔ％で、３０％Ｃｒ１１０％Ｃｏ，１．５％Ｓｉ、
残部Ｆｅからなる合金を１０００℃で２０分溶体化処理
し、６００℃で１時間、４００００ｅ中で磁界中処理し
た。

続いて、５８０℃より４８０℃までを１６時間で冷却す
ることにより、２次時効を行なった。

このようにして得られた異方性磁石はＢｒ（残留磁束
密度）１Ｌ７００Ｇ（ガウス）、Ｈｃ（保磁力）５２０
Ｏｅ（エルステツド）、ＢＨｍａｘ（最大エネルギ積）
４．４×１０６Ｇ・Ｏｅであった。

実施例８Ｗｔ％で、２５％Ｃｒ、８％Ｃｏ、１．５％Ｓｉ、残部
Ｆｅよりなる合金を９００℃で３０分溶体化処理した後
、６２０℃で１時間、４０００Ｏｅ中で時効することに
より磁界中処理した。

続いて、６００℃より５００℃までを１６時間で冷却す
ることにより２次時効を行なった。

このようにして、Ｂｒ＝１２，３００Ｇ，Ｈｃ＝４１０
０ｅ，ＢＨｍａｘ＝３．５Ｘ１０６Ｇ・Ｏｅの磁気特性
を有する異方性永久磁石を得た。

実施例９本発明による熱処理を施した合金は表に示すように優れ
た磁気特性を有する。

これらは１０００℃で２０分溶体化処理し、６００℃で
１時間、４０００Ｏｅで時効することにより磁界中処理
を行ない、５８０℃より４８０℃までを１６時間で冷却
することにより２次時効を行なった。

その結果によると、少量の不純物Ｍｎ，Ｍｏ，Ｃａ，Ｍ
ｇ及びＶは磁気特性に悪影響を及ぼさない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の合金の組成と保磁力との関係を示す
線図、第１図ｂは本発明の合金の組成と残留磁束密度と
の関係を示す線図、第２図は本発明の合金の保磁力と磁
界中処理温度との関係を示す線図、第３図は本発明の合
金の磁界中処理時間と保磁力との関係を示す線図、第４
図は本発明合金の２次時効処理における冷却速度と保磁
力との関係を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃｒ２３〜４５重量％、Ｃｏ３〜１４．５重量％
、Ｓｉ５０．２〜５重量％、不純物中のＣＯ．１重量％
以下、Ｍｎ，Ｍｏ，Ｍｇ，Ｃａ及びＶの合計５重量％以
下、残部Ｆｅよりなり、残留磁束密度７０００ガウス以
上、保磁力３００エルステッド以上を有することを、特
徴とする異方性永久磁石合金。２Ｃｒ２３〜４５重量％、Ｃｏ３〜１４．５重量％、
Ｓｉ０．２〜５重量％、不純物中のＣ０．１重量％以下
、Ｍｎ，Ｍｏ，Ｍｇ，Ｃａ及びＶの合計５重量％以下、
残部Ｆｅよりなる合金を５７０℃〜６７０℃の温度で１
０分〜５時間磁界中で時効し、前記磁界中処理温度より
２００℃以内低い温度で３０分〜５０時間２次時効する
ことを特徴とする残留磁束密度７０００ガウス以上、保
磁力３００エルステッド以上を有する異方性永久磁石合
金の製造方法。