JPS60131949A - 鉄−希土類−窒素系永久磁石 - Google Patents

鉄−希土類−窒素系永久磁石

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JPS60131949A
JPS60131949A JP58239090A JP23909083A JPS60131949A JP S60131949 A JPS60131949 A JP S60131949A JP 58239090 A JP58239090 A JP 58239090A JP 23909083 A JP23909083 A JP 23909083A JP S60131949 A JPS60131949 A JP S60131949A
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    • 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

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、鉄−希土類一窒素系永名磁石に関するもので
あり、特に従来の技術では困難であった高性能化を容易
に、しかも高価な雰囲気ガスの使用を極力少なくした上
で実現し得るものに関するものである。
鉄と希土類元素(R)とから成る金属間化合物は大きな
結晶磁気異方性と高い飽和磁束密度を示し、高保磁力、
高エネルギー梢を右する永久磁石材料として有望である
。特に、希土類・コバルトから成る材料に比して廉価で
ある点と高飽和磁束密度である点で、永久磁石材料とし
て有望である。
最近になり、Bを添加したFe −Nd −B系などの
材料が知られている。
しかしながら、これまでの鉄−希土類系磁石は、永久磁
石材料として要求される緒特性が必ずしも充分満足でき
るほどには得られCいない。しかもそれらの製造には、
Ar 、 H2、真空などの高価な雰囲気ガスの使用が
不可欠であった。鉄−希土類系合金を永久磁石材料とし
て応用するためには実用性力点から、磁気特性その他の
諸性性、製造コストの面から一層の改善が要求される。
本発明はこのような問題点を改善し、鉄−希土類系合金
において、高性能化を実現できる永久磁石を提供覆るも
のである。
具体的には、本発明は窒素(N)を含有させることによ
り、磁気特性を改善すると共に製造コスト・を低減させ
た永久磁石材料を提供するものである。
本発明の材料の組成は、 (Fe1−× Rメ )I−yNン ただし、RはY、’Thおよびすべてのランタノイド元
素から成る群の中から選ばれた1種または2種以上の元
素。
0.07 ≦x ≦0.30 0.001≦V ≦、 0.20 であることを特徴とする。
本発明は、永久磁石材料として基本的に重要なことは、
高い飽和磁束密度を有する材料をベースにすべきである
との観点からなされたものである。
Feは弗型的な強磁性金属であり、実用磁性材料として
古くから使用されている。Feの磁性については特開昭
58−141510号公報にも述べられている如く、依
然として不思議な点が多い。たとえば、S 1ater
 −P aulill(]曲線から外挿すれば、面心立
方晶構1(fcc、以下7・と略す)を有するF8は2
.8〜3.0μsの磁気モーメントを持つことが予想で
きる。実際、中性子回折実験によればFe−Jli系合
金、Fe−Pd系合金中のFe原子の磁気モーメントは
2.8〜3.0μsである。7”Fe−N1−Qr元系
合金中鉄原子あるいはQu中に析出させたγFeでは磁
気モーメンt−0,5〜0.6μs、ネール温度50〜
60K及び内部磁場20〜30に0eの反強磁性スピン
構造となっている。このようにγ相中のFeは2種類の
相反するスピン構造、つまり2.8〜3.0μsの磁気
モーメン[・を持つ強磁性結合及び0.5〜0.6μs
の磁気モーメン1〜を持つ反強磁性結合を形成する可能
性がある。この点についでは現在もなお未解決で、Fe
−Ni系合金にみられる゛インバー効果″の原因がその
一例とじ−C挙げられる。Feは室温で体心立方晶構造
(bcc、以下αと略す)となっており、2,2μsの
磁気モーメントをもっている。
前述した通りの多くの不思議な現象を示すFeを用いて
、次に述べるようにS 1ater −Paulir+
曲線の限界以上に飽和磁化を増大でさる可能性がある。
第一はK im ancIr’ akabas旧らは窒
素ガス雰囲気中C蒸着したFeR9膜の磁化がαFeに
比べて20〜30%も増加することを見出し、この原因
がF ’816N2化合物の生成によることを明らかに
した。116N2化合物は体心正方晶構造(bCt、以
下α−と略す)を持ち、−軸方向にひずんでいる。
第二はαFeの圧力効果の実験である。αFeの磁化及
び格子定数の圧力依存性はそれぞれ次のような関係にあ
る。
ここに、θは磁化(emu/a ) 、Pは圧力(kb
ar)及びaは格子定数(A)である。この二式から判
るように、もしαFeに′負の圧力″を加えることがで
されば格子の膨張が生じ、単位体積の増加に伴って第1
図に示すように磁化が増えると期待できる。
第三は第二の可能性を支持づるものどじて、△nder
son el alのバンドJ1算がある。彼らは、5
p−d構成軌道を無視し、dバンドのみスピン分極が生
じるど仮定しC,遍歴モデルを使ってスピン分極を51
停した。その結果、格子定数が人さくなるにつれて磁気
モーメン1−は増加する。
以上の三点から類Jtkでさるように、αFeの格子が
膨張又は変形すると磁化は増加すると期待できる。
このαFeの格子を膨服させ得る元素としでは、侵入型
原子としてよく知られているB、CおよびNを利用覆る
ことができる。この中、CおよびNはFe中に浸入しや
すい。しかし、Cは希土類元素と共存させた場合には容
易に炭化物を形成しやすく、本発明の目的にそぐわない
点がある。そこで本発明では1つの理由としてFeの格
子を膨張させる元素としてNを選んだ。また、Nを選ん
だもう1つの大きな理由、この場合には製造工程にお1
ノる雰囲気ガスとして安価なNを主体としたガスを用い
ることができるからである。
さて、RをY、Thおよびランタノイド元素から成る群
の中から選ばれた1種または2種以上の元素とするとき
、Rと鉄との金属間化合物の中には、高い飽和磁化と大
きな磁気異方性を有するものがあるので、RFe系化合
物は、RCO系に代わる高性能永久磁石材料として近年
注目されている。
これまでにT、bFe系、NdFe系、 Pr Fe系
、 Fe BLa Tb系などが、高い保磁力をもつ永
久磁石合金として見出されている。しかし、これらの永
久磁石は、いずれも液体急冷法などにより作製した非晶
質合金を適度に結晶化させることにより永久磁石化する
というものであった。これに対し、最近、防用らはNd
−Fe系合金にBを添加することにより、バルク材でも
優れた永久磁石特性を有する合金を見出した(日本金属
学会1983年秋期1演大会講演概要集p、551.)
本願発明者らは種々検討した結果、R−Fe系合金にN
を含有させた場合に、永久磁石材料として優れた緒特性
を有することを見出し、本願を完成させたものである。
そのポイントは、前述のようにNを侵入型原子として作
用させることによりFeの格子を膨張させた点にある。
本発明の合金組成は以下の理由により規定される。
本発明の合金組成は、 (FeR)N 1−メ ス 1−y / で表わされる。ここで、RはY、Thおよびすべでのラ
ンクメイド元素からなる群の中から選ばれた1種または
2種以上の元素であり、Feと組合せて高保磁力を発生
させるために必要である。これらの中で、Nd 、 l
)rは本発明の目的に対して最も効果的な元素である。
また、Ce、Laもこれについで効果が大きい。(の他
のR元素は、上記した元素と適宜組合せることにより、
所望の特性を実現するために効果がある。
窒素NはFeの格子を膨張させることにより、飽和磁化
を高めると共に、高保磁力を発生させる点でも不可欠で
あり、重要な元素である。Nが保磁)〕を高める上に顕
著な効果を有することは、実験の途上において確認され
たものであるが、ぞの理由についてはまだ不明な点が多
く、現在、鋭意検問中である。Nの石はyが0.001
未満ではその効果が発現されず、一方yが0.20を越
えると、Feの格子間中に侵入型原子として存在するこ
とは困難である。この中でもyが0.02以上になるど
効果が顕著であり、好ましくはyの値は0.04以上、
さらに好ましくは0.05以上に選ぶようにするとよい
また、■が0.15を越えるとRまたはFeとの窒化物
が現われる場合があるので、熱処理条件等を極めて厳密
に管理覆る必要がある。遊離窒化物が現われると、特性
の低下をきたすのでyの値は0.12以下、好ましくは
0.10以下に選択するようにするとよい。
Xの蛤は、磁気特性に大きく影響する。Xの値が0.0
7未満では保磁力が極めて小さくなってしまう。一方、
Xが0.30を越えると保磁力、飽和磁束密度とも小さ
くなりすぎてしまって、永久磁石材料となり得ない。×
が0.10未満では、Fe−rich相が出現して磁気
特性を損いやすいので、各工程の条件管理を充分厳重に
行う必要がある。
この点から、高い保磁力を安定して得’JtC・めには
、Xの値は0.12以上、好ましくは0114政゛上、
さらに好ましくは0.15以上に選ぶことが望ましい。
また、満足な飽和磁束密度を得るためには×の値を0.
23以下、好ましくは0.20以下、さらに好ましくは
0.11以下に選択することが望ましい。
以下、実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明
はこの実施例に限定されるものではない。
実施例1 純度99.9%のFed3よび純[99,9%のNdを
用いて、重量比でFe61.0%、 Nd 33.0%
から成る合金をアルゴン雰囲気中で溶製した。この合金
は原子%でFe84.0%、 Nd 16.0%づなわ
ちX=O016に相当する。
このインボッ1−を鉄製乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機
溶媒中でボールミル粉砕し、約5μm径の粉末とした。
この粉にNを侵入させるために、これをN H3ガスと
N2ガス中、はぼ700℃付近の湿度において処理した
。この処理により窒素3.7゜5.8. 7.2原子%
を侵入させた。すケわら、これらは各々V = 0.0
37. 0.058. 0.072に相当する。
得られた粉体を8kOeの磁場中において10ton 
/cm2でN磁場成型した。これにバインダーを含浸さ
せて同化補強した後、磁気特性を測定した。なJ3、比
較のためにNを侵入させる処理を行わなかったものにつ
いても同様のプレスを行い磁気特性を測定した。結果を
第1表に示す。(4πlsについては、磁粉のつめ率で
補正した値を示しである。) 第1表 比較してNを含有さけたものでは、4πISが高くなっ
ているのみならず LHCも向上して(する点が注目さ
れる。
実施例2 粉体を8 k Oeの磁場中において10ton /c
m2の圧力で縦磁場成型するところまでは実施例1と同
゛し方法Cブレス圧粉体を得た。しかし、今度(まこれ
にバインダーを含浸することなく、1150℃で211
゜N2ガス中において焼結を行った。この試料の11気
特性を第2表に示す。
第2表 第2表から判る通り、焼結の工程を加えることにより、
格段の特性向上が実現されることがわかる。N含有処理
を施さなかった試料NO,1に比較しくN@有処理を施
した試料NO,2〜4では著しく優れた特性が示されて
いることがわかる。
実施例3 実施例2と同様に作製した焼結材に対し−C1その後に
時効熱処理を施した場合を検討した。時効熱処理は、6
50℃で2h、N2ガス中で行った。この試料の磁気特
性を第3表に示す。
第3表 この時効熱処理によりN含有処理を施した試料N O,
2−〜4では特性の向上が認められることがわかる。
実施例4 純度99.9%のFeおよび純度99.9%のprを用
いて重量圧で、Fe70.9%、 pr 29.1%か
ら成る合金をN2カス中において溶製した。この合金【
よ原子%では、−Feae、o%、 Pr 14,0%
すなわちX= 0.14に相当する。得られたインボッ
1−を実施例1ど同様な方法で粉砕することにより、約
5μl径の粉末を得た。
この粉にNを侵入させるために、これをNHaガス中、
はぼ500℃付近の温度において処理した。
特許庁長官殿 ’J 明ノ名称 鉄−希土類一罵素糸永久磁石補正をす
る者 名 称 (■8)1」立金属株式会社 代表者河野 典夫 代 理 人 図面の清書(内容に変更なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、材料の組成が次式の関係にあることを特徴とする鉄
    −希土類−窒素系永久磁石。 (Fe 卜X RX )1−y Ny ただし、RはY、Thおよびす へてのランタノイド元素から成 る群の中から選ばれた1種また は2種以上の元素。 0.01≦X≦0.30 o、ooi≦y≦0.20 2、特許請求の範囲第1項記載の鉄−希土類−窒素系永
    久磁石において、RがNd、l〕r、Ce。 しaから選ばれた1種または2種以上の元素であること
    を特徴とする鉄−希土類−窒素系永久磁石。 3、特許請求の範囲第2項記載の鉄−希土類−窒素系永
    久磁石において、RがNd、prの1種またはこれらの
    組み合せであることを特徴とする鉄−希土類−窒素系永
    久磁石。
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