JPS59215460A - 永久磁石材料の製造方法 - Google Patents

永久磁石材料の製造方法

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JPS59215460A
JPS59215460A JP58088372A JP8837283A JPS59215460A JP S59215460 A JPS59215460 A JP S59215460A JP 58088372 A JP58088372 A JP 58088372A JP 8837283 A JP8837283 A JP 8837283A JP S59215460 A JPS59215460 A JP S59215460A
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molding
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裕 松浦
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眞人 佐川
Setsuo Fujimura
藤村 節夫
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はFeBR系永久磁石材料の製造方法に関する。
永久磁石(材料)は一般家庭用の各種電気製品から大型
コンピュータの周辺機器に至るまで巾広い分野で使用さ
れている極めて重要な電気関連部材の一つである。特に
近年の電気・電子機器の小型化・高性能化の要求に伴い
永久磁石材料も益々高性能化が求められている。
現在の代表的な永久磁石材料としてはアルニコ・フェラ
イトおよび希土類φコバルト磁石がある。
高残留磁束密度、高保磁力を有する永久磁石材料として
開発された希土類コバルト磁石ではあるがコバルトを5
0〜60重量2も含むうえ希土類鉱石中にあまり含まれ
ていないサマリウムSmを使用するため大変高価である
。このため用途が限定されてしまい特に磁気特性から小
型では付加価値の高いところに使用されているにすぎな
い。
希土類磁石がもっと広い分野で安価に、かつ多量に使用
されるようになるためには高価なコバルトを含まず、希
土類元素として鉱石中に比較的多量に含有されているN
d、 Pr、 Ce、 Laなどのような軽希土類元素
を主成分とすることが必要である。
このような軽希土類元素を用いる永久磁石材料の開発が
試みられている。その一つとしてRFe4系化合物(こ
こでRは希土類金属の少なくとも一種)が検討された。
クラーク(A、 E、 C1ark)は、スパッタリン
グにより非晶質TbFezを作成したところ4.2°に
で29.5MGOeのエネルギー積をもち、更にこれを
 300〜500°Cで熱処理すると、室温で保磁力1
Hc=3.4KOe、最大エネルギー積(BH)n+a
x=7MGOeを示すことを見い出した。同様な研究は
SmFe2.につぃても行われ、77°にで9.2MG
Oeの最大エネルギー積を示すことが報告されている。
また、クー7 (N、 C,Koon)等は(Fe、 
B)g、q Tbo、osLao、o5 のリボンを超
急冷法により作成した後、875 °に付近で焼鈍する
と保磁力Heが8KOeをこえることを見い出した。し
かしこの場合磁化曲線の角形性と当然のことながら配向
性が悪く、その結果最大エネルギー積(BH)maxは
低い(N、 C。
Koon外App1. Phys、 Lett、 39
(10)、IHI、 840〜842頁、IEEE T
ransaction on Magnetics。
Vol、 MAG−18,No、8.1882.144
8〜1450頁)。
さらにフロート(J、 J、 Croat)およびカパ
コフ(L、 Kabacoff)等はPrFeおよびN
dFe組成のリボンを超急冷法により作製し、室温にお
いて8KOeに近い保磁力i Hcを報告している(L
、 Kabacoff他、J、  Appl、  Ph
ys、  53(3)IHI、  2255〜2257
頁、J、 J、 Croat IEEE Vol、18
 No、61442〜1447)。
これらの超急冷リボン又はスパッタ薄膜はそれ自体とし
て使用可能な実用永久磁石材料ではなく、これらのリボ
ンや薄膜からは実用永久磁石を得ることは出来ない。
即ち、従来のFeΦB・R系超急冷リボン又はRFe系
スパッタ薄膜からは任意の形状・寸法を有するバルク永
久磁石体を得ることは出来ない。これまでに報告された
FeBR系リボンの磁化曲線は角形性が悪く、従来慣用
の磁石に対抗できる実用永久磁石とはみなされなかった
。また、上記スパッタ薄膜及び超急冷リボンは、いずれ
も本質上等方性であり、これらから磁気異方性の実用永
久磁石を得ることは、事実上不可能である。
このように、これまで希土類、鉄系合金の永久磁石をイ
IIるため多くの研究者によって試みられた製造方法は
どれも実用永久磁石を得るには不適当であった。
従って本発明の目的は上述の従来提案されている永久磁
石材料の製造方法の欠点を解消し、新規な実用的永久磁
石材料及びその工業的に可能な製造方法を提供すること
を目的とする。
さらに本発明は、室温以ヒで良好な磁気特性を有し、任
意の形状・寸法に成形可能であり、磁化曲線の角形性が
高くさらに磁気異方性又は等方性を有する実用永久磁石
材料であってしかもRとして資源的に豊富な軽希土類元
素を主として有効に使用できるものを得ることを併せて
目的とする。
即ち本発明によれば、 原子比において8〜30%のR1(但しRはYを包含す
る希土類元素の少なくとも一種)、2〜2HのB、およ
び残部Feおよび不ロエ避の不純物からなる組成である
0、3〜8Qgmの粒径の合金粉末を成形し、還元性又
は非酸化性雰囲気において800〜1200℃の温度で
焼結することにより、FeBR系の永久磁石材料が得ら
れる。
以下本発明について詳述する。
本発明は実用的なFeBR系永久磁石材料及びこれを工
業的に生産するための方法である。本発明の磁石は必ず
しもCOを含有する必要がなく又Rとしては資源的に豊
富な軽希土類元素を用いることができ必ずしもSmを必
要とせずあるいはSmを主体とする必要もないので原料
が安価でありきわめて有用である。
本発明において、まずFeBR系の上記組成の合金粉末
を調整する。
以下磁気異方性の場合を基本として説明する。
本発明においてホウ素BはFexB15Ndの例を第1
図に示すようにまず永久磁石材料として必要な保磁力i
HcがIKOe以上であることからこれを満たすために
は2%(以下%は合金中の原子百分率を示す)以しでな
ければならずハードフェアイトの残留磁束密度Br 4
KGを越えるためには28%以下でなければならない。
又Rは量が多いほどHeが高くなり永久磁石として好ま
しいが(92−++)Fe・8B・xNdの例な第2図
に示すようにiHcをIKOe以上とするには8z以上
でなければならない。しかしRは非常に酸化されやすい
ため高R含有合金の粉末は燃えやすく又取扱いが困難ど
なることから30%以下が望ましい。
本発明で用いられるB(ホウ素)としては純ボロン又は
フェロボロンがあるが不純物としてAl。
Si、 C等を含むものも用いることが出来る。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希
土類元素であり、そのうちの一種以上を用いる。即ちR
としてはNd、 Pr、 La、 Ce、 Tb。
Dy、 Ha、 Er、 Eu、 Sm、 Gd、 P
m、 Tm、 Yb、 Lu、及びYが包含される。通
常Rは軽希土類をもって足り特にNd、 Prなどが好
ましい。またRのうち一種をもって足りるが実用上は二
種以上の混合物(ミツシュメタル、ジジム等)を入手の
便宜等から用いることもでき、Sm、 Y、 La、 
Ce、 Gd等は他のR1特にNd、 Pr等との混合
物として用いることができる。なおRは純希土類元素で
なくとも良く工業上人手可能な範囲で製造上不可避な不
純物を含有するものも用いることが出来る。
本発明の永久磁石材料には製造」二不可避な不純物の存
在を許容できる。C,S、 P、 Cu等を所定限度内
で含むこともでき製造上の便宜、低価格化に資する。C
は有機結合剤からS、 P、 Cu等は原料、製造工程
からも含有されることがある。C4,0%以下、P 3
.Fd以下、S 2.5%以下、Cu 3.5X以下、
但しこれらの合計は、各成分のうち最大値以下では実用
可能である。(なお等方性の場合P、 Cu 3.3%
以下が好ましい。) 本発明の永久磁石材料は原子百分率で8〜30%のR(
但しRはYを包含する希土類元素の少なくとも一種)、
2〜28%のB、残部Feおよび不可避の不純物におい
て保磁力iHcはIKOe以上、残留磁束密度Brが4
KG以上の磁気特性を示し最大エネルギー積(BH)m
axはハード7エライト(〜4MGOe程度)と少なく
とも同等以上となる。軽希土類をRの主成分(即ち全R
中、軽希」二類50%以上)とし11〜24% (7)
R13〜27% (7)B、残部Fe及び不可避の不純
物の組成において最大エネルギー積(BH)maにが7
MGOe以−ヒを示し好ましい範囲である。最も好まし
くは軽希土類をHの主成分とし12〜20%のR14〜
24%のB、残部Feおよび不可避の不純物の組成であ
り最大エネルギー積(BH)+++axは10MGOe
以上を示し、最高338GOe以上に達する。
本発明の永久磁石材料は焼結体として得られ、その製造
方法は基本的に粉末冶金法的方法である。焼結体の密度
は理論密度の95%以上が磁気特性」二好ましく、さら
に好ましくは914以上であり、最高H%以上にも達す
る(第4図参照)。
第3図にFeBR系磁石材料の代表例として75Fel
OB15Nd  (異方性)の動磁化曲線1、および第
1、第2両象限の減磁曲線2を示す動磁曲線lは低磁界
で急激に立ち上がり飽和に達する。減磁的vj2はきわ
めて角形性が高い。動磁曲線lの形から本磁石の保磁力
が反転磁区の核発生によって決まる、いわゆるニューク
リエーション型永久磁石であることがわかる。また減磁
曲線2の高い角形性は本磁石が典型的な高性能磁石であ
ることを示している。
参考までに従来知られているFeBR系の例として70
.5Fe・15.5B・77b・7Laのアモルファス
合金のリボンの減磁曲線3を示すが角形性を全く示さな
い。
本発明に係る永久磁石材料の高特性を発現させるにはそ
の製造方法が肝要である。
以下本発明の製造方法について詳細に説明する。
一般に希土類金属は化学的に非常に活性であり空気中の
酸素と結びつきやすく容易に酸素と反応し希土類酸化物
をつくるので、溶解、粉砕、成形、焼結等の各工程を還
元性雰囲気または非酸化性雰囲気中で行うことが必要で
ある。
まず、所定組成の合金組成の合金粉末を調製する。−例
として、上記組成範囲内で原料を所定の組成に秤量配合
した後、高周波誘導炉等により溶解を行いインボッ]・
とじ、次いで粉砕する。粉末平均粒度0.3〜80pL
mの範囲で保磁力(iHc)はI KOe以上となる。
平均粒度0.311.mより小さくなると酸化が急激に
進行し、目的とする合金が得られ難くなるため本発明の
永久磁石材料の高性能品の安定的製造上好ましくない。
また粉末粒径804mを越えると保磁力iHcはI K
Oe以下となり磁石材料の性能保持上好ましくない。」
−記範囲内の粒度を有する粉末において本発明の組成範
囲内で組成の異なる二種類以上の粉末を組成の調整また
は焼結時の緻密化を促進させるために混合して用いるこ
ともできる。なお粉砕は溶媒中で湿式で行うことが好ま
しく、アルコール系溶媒、ヘキサノ、トリクロルエタン
、トリクロルエチレン、キシレン、トルエン、フッ素系
溶媒、パラフィン系溶媒などを用いることができる。
次いで得られた所定の粒度を有する合金粉末を成形する
。成形時の圧力は0.5〜$7(Irl/crn’の範
囲で行うことが好ましい。0.5Ton/crn’未満
の圧力では、成形体の充分な強度が得られず永久磁石材
料としての実用上その取扱いが極めて困難となる。
また8Ton/crn’をこえると成形体の強度は非常
にあがりその取扱いの上で好ましくはなるが、プレスの
パンチ、ダイス金型の強度の点で連続的に成形を行う時
に問題となるので好ましくない。但しこの成形圧力は限
定的ではない。さらに加圧成形時、磁気的異方性の磁石
の材料を製造する場合には加圧成形を行う時には磁界中
で行うのであるがその時の磁界は凡そ7〜13XOeの
磁界中で行うことが好ましい。(また、等方性の永久磁
石材料を製造する場合は磁界をかけずに加圧成形を行う
。) 得られた成形体は800〜1200℃の温度、好ましく
は1000〜1180℃で焼結する。
焼結温度が800 ′c未満では永久磁石材料としての
十分な密度が得られず又所要の磁束密度が得られない。
また1200°Cを越えると焼結体が変形し、配向がく
ずれ磁束密度の低下と角形性の低下を来たし好ましくな
い。また焼結時間は5分以上あればよいが余り長時間に
なると量産性に問題があるので好ましい焼結時間は30
分〜8時間である。
焼結は還元性ないし非酸化性雰囲気で行う。焼結雰囲気
として不活性ガス雰囲気を用いる場合は定圧又は加圧雰
囲気でもよいが焼結体の緻密化を図る方法として減圧雰
囲気或いは減圧不活性雰囲気で行うことも可能である。
また焼結密度を上げる別の方法としては、還元性ガスで
あるH2ガス雰囲気中で行うことも用いられる。以上の
各工程を経て高磁束密度で磁気特性のすぐれた磁気的に
異方性(又は等方性)の永久磁石材料を得ることができ
る。なお焼結温度と磁気特性の関連についての一例を第
4図に示す。
以上主として異方性の場合について説明したが、本発明
は等方性の場合をも含みその場合には、磁気特性が異方
性の場合よりは低いが、従来の等方性磁気材料と比べて
極めて優れた特性を有するものが得られる。
すなわち、等方性永久磁石材料の場合、合金粉末は、1
0〜25%(7)R13〜23%(7)B、および残部
Feおよび不可避の不純物からなるものが好ましい特性
を付与できる。
本発明において、「等方性」とは、実質的に等方性であ
ること即ち、成形中に磁場を印加しないという点で等方
性であることを意味し、プレスなどによって現れること
のある異方性を示すものも包含する。
等方性の場合も、R量が増加するに従って iHcは増
加するが、Brは最大値を経た後減少する。かくて(B
H)max2MGOe以上を満足するR量は10%以と
でかつ25%以下である。またBiが増大するに従い 
iHcは増大するがBrは最大値を経た後減少する。か
くて(BH)max 2MGOe以上は、83〜23%
の範囲である。
好ましくは軽希土類をHの主成分(全R中軽希土類が5
0原子2以上)とし12〜20%のR25〜18%のB
、残部Fe+7)組成で(BH)max 48GOe以
」二ノ高い磁気特性を示す。最も好ましい範囲としてN
d。
Pr等の軽希土類をRの主成分とし12〜16羞のR1
6〜18% (7)B残部Feの組成では(BH)ln
axが7以りで等方性永久磁石ではかつて無い高い特性
が得られる。
以下本発明の実施例について説明する。但し本発明は実
施例によって限定されるものではない。
実施例で用いる試料を次に製造工程により作成した。
(1)原料は希土類として88%以上のもの(不純物は
主として他の希土類金属、重量% 以下原料純度ついて
同じ)を用いた。鉄は純度9F3.9%の電解鉄を用い
、ポロンとしては819.4%を含有し残部がFeと不
純物としてAI、 Siを含有するフェロボロン合金を
用い所定の組成になるよう秤量配合を行った。
(2)磁石原料を高周波誘導を用いて溶解を行った。そ
の際ルツボとしてはアルミナルツボを用い水冷銅鋳型中
に鋳込みインゴットを使った。
(3)溶解で得られたインゴットを搗砕し一35mes
hにしたのち、更にボールミルにより0.3〜80JL
mのものが得られるように粉砕を行った。
(4)粉末を7〜13KOeの磁界中でQ、5〜8To
n/cm’の圧力で成形した。(但し等方性磁石を製造
する場合は磁界をかけないで成形した。) (5)成形体は800°C〜1200°Cの温度で焼結
を行った。その際の雰囲気は還元性のガス、不活性ガス
、又は真空中で行った。
焼結時間は15分〜8時間の範囲で行った。
以下に上記工程により得られた焼結体から成る実施例を
示す。
実施例 1 原子百分率組成で??Fe8B2ONdなる合金を」−
記工程により平均粉末粒度3.3 p−mに粉砕し約1
0KOeの磁界中で3 Ton/cm′の圧力で成形体
をっくりAr大気圧雰囲気中、各温度で1時間焼結を行
った時の焼結密度と特性は次のようになった。
実施例 2 ?7Fe9B9Nd5Prなる合金を上記工程により平
均粉末粒度2.8pmに粉砕し10KOeの磁界中で1
.5Ton/ cm’(7)圧力で成形体をつくりAr
 200Torr雰囲気中、各温度で4時間焼結を行っ
た時の焼結密度と特性は次のようになった。
実施例 3 77Fe7B18Prなる合金を平均粉末粒度4.8 
p、mに粉砕し10KOeの磁界中で57on/cm’
の圧力をかけ成形体をつくりI X 10 Torrの
真空中で、各温度で2時間焼結を行った時の焼結密度と
特性は次のようになった。
実施例 4 79Fe7B13Ndなる合金を平均粉末粒度5.2J
J、Il+に粉砕し10 KOeの磁界中で1.5 T
on/ cm’c7)圧力をかけ成形体をつくりAr雰
囲気中で各温度、1時間焼結を行った時の焼結密度と特
性は次のようになった。
実施例 5 68Fel?B15Ndなる合金を平均粉末粒′度1.
8gmに粉砕し10 KOeの磁界中テ27on/cm
’の圧力で成形体をつくり、Ar200 Torr雰囲
気中で各温度、2時間焼結を行った時の焼結密度と特性
は次のようになった。
実施例 6 ?7Fe8B15Ndなる合金を平均粉末粒度1.5g
mに粉砕し磁界中配向せずに成形を行い、得られた成形
体をAr雰囲気中で各温度、1時間焼結を行った時の焼
結密度と特性は次のようになった。
以上の実施例にみられるごとく、FeBR系永久磁石は
本発明の粉末冶金的焼結法によって高性能かつ任意の大
きさの製品を作りだすことができる。
従来のスパッタリングや超急冷法などの製造方法によっ
てはかかる高特性の付与および任意の形状を作ることは
不可能なものである。したがって本発明はFeBR系に
おいて、任意の形状の製品を安価かつ高性能永久磁石材
料として提供できるものであり工業的に非常に有用であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は(85−x)Fe IIXB 晦15NdノB
量(x)と磁気特性Br、 iHcの変化を示すグラフ
、第2図は(92−x)Fe e 8B 6 xNdの
Nd蓋(K)と磁気特性Br、 iHcの変化を示すグ
ラフ、第3図は?7Fe・IOB @15Ndの場合の
磁化曲線を示すグラフ、 第4図は焼結温度と磁気特性の関連を示すグラフ、 第5図は合金粉末の平均粒度(gm)と保磁力1Hc(
KOe)との関係を示すグラフである。 出願人   住友特殊金属株式会社 代理人   弁理士 加藤 朝道 第1図 xBt(原子%) 第2図 x  Nd号 (原子%) 手続補正書(方式) 昭和58年9月26日 特許庁長官 若杉和夫 殿 ■ 事件の表示 昭和58年特許願$88372号 (昭和58年5月21日 出願) 2 発明の名称 永久磁石材料及びその製造方法 3 補止をする者 事件との関係  特許出願人 5 補止命令の日付  昭和58年8月1o日(昭和5
8年8月30日発送) 手続補正書(自発) 昭和58年9月26日 特許庁長官 若杉和夫 殿 1 事件の表示 昭和58年特許願第88372号 (昭和58年5月21日 出願) 2 発明の名称 永久磁石材料及びその製造方法 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 5 補正命令の日付    自発 6 補正により増加する発明の数    なし7 補圧
の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 8 補正の内容 別紙の通り 明細書の発明の詳細な説明の欄を次の通り補正する。 明細書第10頁4行目、「ない。」の後に欧文を挿入す
る。 「このアモル77スリポンは、J、 J、 BeCke
r、IEEE Transaction on Mag
netics  Vol、MAG−18No、8 18
82 .1451〜+453頁の記載に従い13fiO
’0XI5分間熱処理したものである。」手続補正書(
自発) 昭和59年2月28日 特許庁長官 若杉和夫 殿 昭和58年特許願第88372号 (昭和58年5月21日出願) 2 発明の名称 永久磁石材料及びその製造方法 3 補正をする者 事件との関係  出願人 5 補正命令の日付   自発 6 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 7NI正の内容 81W″;cn4″、−T−き、 、7第1、明細書の
発明の詳細な説明の欄を次の通り補正する。 (1)第16Jt9行目にr77Fe8B2ONdJと
あるをr72Fe8B2ONdJに補止する。 (2)第18頁第2行目にr79Fe7B13NdJと
あるをr79Fe7B14NdJに補正する。 (3)第7頁20行、「不純物」の後に[(他の希土類
元素、Ca、Mg、Fe、Ti 、c、。 等)」を加入する。 (4)第8頁3行及び5行、r等」の前に「tCa、M
g、0.SiJを加入する。 (5)同頁7行、「但」の前にr Ca 、 M g各
4%以下、02%以下、Si  5%以下」を加入する
。 (6)同頁19行、「11」を「12」に訂正する。 以  上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)原子百分率において8〜30%のR12〜28%
    のB、および残部Feおよび不可避の不純物からなる組
    成で平均粒度0.3〜llQgmの合金粉末を成形し、
    還元性又は非酸化性雰囲気において800〜1200℃
    で焼結して得られるFeBR系永久磁石材料。
  2. (2)原子百分率において8〜30%のR12〜28%
    のB、および残部Feおよび不可避の不純物からなる組
    成で平均粒度0.3〜80pmの合金粉末を成形し、還
    元性又は非酸化性雰囲気において900〜1200°C
    の温度で焼結することを特徴とするFeBR系永久磁石
    材料の製造方法。
JP58088372A 1983-05-21 1983-05-21 永久磁石材料の製造方法 Granted JPS59215460A (ja)

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US07/051,370 US4975130A (en) 1983-05-21 1987-05-19 Permanent magnet materials
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61139641A (ja) * 1984-12-10 1986-06-26 クル−シブル マテリアルス コ−ポレイシヨン 永久磁石合金
JPS61287107A (ja) * 1985-06-13 1986-12-17 Hitachi Metals Ltd 永久磁石合金粉の成形方法
JPS62242316A (ja) * 1986-04-15 1987-10-22 Tohoku Metal Ind Ltd 希土類磁石の製造方法
US4837109A (en) * 1986-07-21 1989-06-06 Hitachi Metals, Ltd. Method of producing neodymium-iron-boron permanent magnet

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