JPS6014407A - 永久磁石材料 - Google Patents

永久磁石材料

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JPS6014407A
JPS6014407A JP58121406A JP12140683A JPS6014407A JP S6014407 A JPS6014407 A JP S6014407A JP 58121406 A JP58121406 A JP 58121406A JP 12140683 A JP12140683 A JP 12140683A JP S6014407 A JPS6014407 A JP S6014407A
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    • H01F1/0577Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together sintered

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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】 この発明は、R(RはYを含む希土類元素のうち少なく
とも1種)、B、Feを主成分とし、CO及び添加元素
の0有により、永久磁石の温度特性の改善と共に保磁力
並びに減磁曲線の角型性を著しく向上させた希土類・鉄
・ボロン系永久磁石に関する。
永久磁石材料は、一般家庭の各種電気製品から、大型コ
ンピュータの周辺端末器まで、幅広い分野で使用される
極めて重要な電気・電子材料の一つである。近年の電気
・電子機器の小形化、高効甲化の要求にともない、永久
磁石材料は益々高性能化がめられるようになった。
現在の代表的な永久磁石材料は、アルニコ、ハードフエ
ライl−,1シにび希土類コバル1〜磁石ひある。
近年のコバル1〜の原料事情の不安定化に伴ない、コバ
ルトを20〜30wt%含むアルニコ磁石の需要は減り
、鉄の酸化物を主成分とり−る安価なハードフエライ1
〜が磁石(A斜の主流を占めるJ:うになった。
一方、希土類コバル1〜磁石はコバル1へを50〜60
W1%も含むうえ、赤土類鉱石中にあJ:り含まれてい
ないSmを使用覆゛るため大変高価であるが、他の磁石
に比べて、磁気特性が格段に高いため、主として小型で
付加価値の商い磁気回路に多用されるようになった。
また、実用的には、モータ用、発電機用等の如く温度上
昇の発生や大きい逆磁界のかかる用途も多く、残留磁束
密度の温度特性が良りfでかつ高保磁力である永久磁石
材料が切望されている。
そこで、本発明者は先に、高価なSmや0を含有しない
新しい高性能永久磁石としてFe−B−R系(RはYを
含む6土類元素のうち少なくとも1種〉永久磁石を提案
した(特願昭57−145072号)。この永久磁石は
、Rとして陶や門を中心とする資源的に豊富な軽希土類
を用い、Feを主成分として25MGO8以上の極めて
高いエネルギー積を示すすぐれた永久磁石である。
また、さらに、Fe−B−R系永久磁石の温度特性を改
善するため、Feの一部を0で置換することにより、生
成合金のキュリ一点を上昇させて残留磁束密度の温度特
性を改善したFe−Co−E3R系永久磁石材料を提案
した(特願昭57−16G663号)。
この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする新規な
永久磁石の磁気特性とりわけ保磁力並びに減磁曲線の角
型性を改善した希土類・ボロン・鉄を主成分とづる永久
磁7fi材料を目的としている。
また、この発明は、永久磁石材料の温度係数が小さく、
空温以上で良好な磁気特性をイ1し、任意の形状、実用
寸法に成形でき、資源的に豊富な軽希土類を有効に使用
できる永久…右材料を目的としている。
すなわち、この発明は、R(但しRはYを含む希土類元
素のうち少なくとも1種) 8原子%〜30原子%、B
 2原子%〜28原子%、C。
50原子%以下、下記添加元素Mのうち少なくとも1種
く但し、Mとして2種以上の添加元素を含有する場合は
、当該添加元素の上限のうち最大値を添加総量の上限値
とづ−る)、残部Fe及び不可避的不純物からなること
を特徴する永久磁石材料である。
Ca 8,5原子%以下、−8,5原子%以下、Sr 
7.0原子%以下、Ba、7.0原子%以下、Be 7
.017i子%以下。
この発明の永久磁石材料は、ωを含有するため、上記の
新規なFe B R系永久磁石拐料に比較して、その温
度係数が低減され、0.1%/℃以下となる。
添加元素Mは、R[3Co−Fa系永久磁石に対してそ
の保磁力を改善りる効果があり、永久磁石として実用上
十分な保磁力を示し、好ましい態様に85いては、Sm
 −Co系永久磁石と同等以上の保磁力を示ず。
また、添加元素M【よ、R−8−ら−Fe系永久磁石に
対してぞの減磁曲線の角型性を著しく改善する効果を存
する。さらに、Rの脱酸効果があり、RB Co−M−
Fe系永久磁石合金溶解時あるいは焼結時等の製造工程
中におけるRの酸化を抑制できるため、工業的に蛤産し
た本R−8−θ−M−Fe系永久磁石vJ料の磁気特性
のばらつきを低減できる効果がある。
この発明の永久磁石材rttは、IRとして陶や円を中
心どする資源的に9富な軽希土類を主に用い、B 、F
eを主成分とし、■およびわずかな添加元素Mを含有す
ることにより、好ましい態様において、25MGQe以
上の極めて高いエネルギー積並びに、高残留磁束密度、
高保持力を有し、かつすぐれた残留磁束密度の温度特性
を示し、工業的に有用な永久磁石材料を安価に得ること
ができる。
この発明の永久磁石に用いる希土類元素Rは、イン[・
リウム(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、これらのうち少なくとも1種、好ま
しくはNd 、Pr等の軽希土類を主体として、あるい
はNd 、Pr等との混合物を用いる。すなわち、Rと
しては、 ネオジム(Nd)、プラセオジム(Pr)。
ランタン(Lad、レリウム(Ce)。
テルビウム(Tb>、ジスプロシウム(Dy ) 。
ホルミウム(t−1o)、エルビウム(Er)。
ユウロピウム(Etl)、す゛ツリウム(Sm)。
カドリニウム(G(1) 、プロメチウム(Pm)。
ツリウム(Tm>、インテルビウム(Yb)。
ルテチウム(LLI)、イツトリウム(Y)が包含され
る。
又、通例Rのうち1種をもって足りるが、実用上は2種
以上の混合物(ミツシュメタル、ジジム等)を入手上の
便宜等の理由により用いることができ、Sm、 Y、L
a、Ce、Gd、等は他のR1特にNd 、Pr等どの
ン昆合物どして用いることができる1゜ なd3、このRは純希土類元素でなくてもよく、工業上
入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有覆るもの
でも差支えない。
以下に、この発明による永久磁石の組成限定理由を説明
する。
R(Yを含む希土類元素のうち少なくとも1種)は、新
規な上記系永久磁石材料にお(づる、必須元素であって
、8原子%未満では、高磁気特性、特にIKOe以上の
保磁力が得られず、30原子%を越えると、残留磁束密
度(Br’)が低下して、すぐれた特性の永久磁石月別
が1りられず、また、化学的に非常に活性であるため工
業製造上困難となる。
よって、希土類元素は、8原子%〜30原子%の範囲と
する。
Bは、新規な上記系永久磁石材料における、必須元素で
あって、2原子%未満では、IKOe以上の保磁力(i
Hc)は得られず、28原子%を越えると、残留磁束密
度(Br )がハードフェライトの約4KG未渦と低下
”g−るため、すぐれた永久磁石材料が得られない。J
ンフて、Bは、2原子%〜28原子%の範囲どする。
COは、永久磁石の温度特性を改善する効果があるため
、Faの一部を置換するが、50原子%を越える含有は
、保磁力の低下を来たし実用的な磁石材料として好まし
くないため、50原子%以下とする。
添加元素Mは、R−B−Co−Fe系永久磁石に対して
その保磁力を改善する効果があるため添加する。しかし
、添加元素Mの添加に伴ない残留磁束密度(Br )の
低下が招来されるため、従来のハードフェライト磁石の
残留磁束密度と同等以」ニとなる範囲でMを添加するの
が望ましい。
したがって、添加元素MのCa 、P& 、Sr 、B
a 、Be。
の各元素の添加上限は、ハードフェライト磁石の保磁力
の約4KGと同等以上の保磁力を右する範囲とし、 Ca 8.5原子%以下、l−′1g8.5原子%以下
、Sr 7.0原子%以下、Ba 7.0原子%以下、
Be 7,0原子%以下とする。
また、上記添加元素は極めて活性であり、上記上限を越
える添加は工業生産上取り扱いが困難となる。さらに、
2種以上を含有する揚台は、残留磁束密度が4KG以上
を有するためには、当該元素の上限のうち、最大値以下
と1−る必要がある。
Feは、新規な上記系永久磁石において、必須元素であ
り、上記成分を含有した残余を占める。
しかし、65原子%未満では残留磁束密度(Br )が
低下し、82原子%を越えると、高い保磁力が得られな
いので、Feは65原子%−82原子%が望ましい。
また、この発明による永久磁石は、 R,B。
Co 、M、Feの他、工業的生産上不可避的不純物の
存在を許容でき、例えば、Bとして純粋ボロンまたはノ
コ:ロボロンを用いることができ、不純物としてAJ!
 、SL、 C等を含有することができる。
さらに、Bの 一部を4.0原子%以下のC,3,5原
子%のP、2.5原子%以下のS、3.5Fii子%以
下のCuのうち少なくとも1秤、合口員で4 、Olj
R子%以下で置換することにより、永久磁石の製造性改
善、低価格化が可能である。
結晶相は主相が正方品であることが、微細で均一な合金
粉末J:す、すぐれた磁気特性を右Jる焼結永久磁石を
作製するのに望ましい。
この発明による永久磁石は、保磁力■1−IC≧1K 
Oe 、残留磁束密度13r>4KG、を示し、最大エ
ネルギー積(B H) maxはハードフェライトと同
等以上どなり、最もりHニジい組成範囲で(21、(B
H)+++ax≧10MGOeを示し、最大値は25M
G08以上に達する5、また、0の含有により、残留磁
束密度(Br )の湿度係数が0.1%/℃と刃ぐれて
いる。
また、この発明による永久磁石月別は、Rの主成分がそ
の50%以上を軽希土類金属が占める揚台で、R1i原
子%・〜24原子%、B33原子−27原子%に、 Co5〜45原子%、 Ca0.2〜6.5原子%、Mg0,2〜6.5原子%
、Sr O,2〜5.0原子%、Ba O,2” 5.
0原子%、BeO,2〜5.0原子%のうち少なくとも
1種を含有し、Fe 残部、を含有するとぎずぐれた磁
気特性を示し、[3rの温度係数は0.1/℃以下であ
り、(BH)maxは71VIGOe以上に迂する。
また、この発明による永久+’4に石材料は、Rの主成
分がその50%以上を軽希土類金属が占める場合で、R
12原子%〜20@子%、B4原子%〜24原子%に、 Co5〜45原子%、 Ca0.5〜2.5原子%、Mg O,5〜’2.5原
子%、Sr 0.5〜1.5原子%、Ba O,5〜1
.5原子%、BeO,5〜1.5原子%のうち少なくと
も1種を含有し、Fe 残部、を含有するとぎ最も°ジ
ぐれた磁気特性を示し、3rの温度係数は0.1/℃以
下であり、(B I−1) maxは10MGOe以上
でその最大値が33M G Oe以上に達する。
次に、この発明による永久磁石材料の製造方法について
説明する。
一般に摺土類金属は化学的に非常に活性であり、空気中
の#素と結びつきやず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l〔は非酸化性雰囲気中で行なうことが
必要である。
まず、所定組成の合金粉末を調整でる。−例として、上
記組成f&囲内で原料を所定組成に秤但配合した後、高
周波誘導炉等により溶解を行ないインボッ1〜とし、序
で粉砕する。粉末平均粒度0,3〜80.17Inの範
囲で保磁力(iHc )は1)(Qe以上となる。平均
粒度が0.3βm未満となると酸化が急激に進行し、目
的ど゛する合金が得られ難くなるため本発明の永久磁石
月利の高性能品の支定的製造上好ましくない。また粉末
粒径80.、を越えるど保磁力i I−(cは1KOe
J′1.下となり永久磁石材料の性能保持上好ましくな
い。上記範囲内の粒度を右J−るわ)末においてこの発
明の組成範囲内で組成の異なる2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、粉砕は湿式で行なうことがりfましく、アルコー
ル系溶媒、ヘキサン、トリクロルエタン、トリクロルエ
チレン、キシ1ノン、トルエン、弗素系溶媒、パラフィ
ン系溶媒などを用いることができる。
次で、得られた所定の粒度を有する合金粉末を成形づ゛
る。成形時の圧力は0.5へ・8t4の範囲で行なうこ
とが好ましい。0,5 t4未満の圧力では、成形体の
十分な強度が寄られず、永久磁石月利としての実用上、
その取り扱いが極めて回動となる。
また、8t4を越えると成形体の強度は非常に上り、そ
の取り扱いの上で好ましくはなるが、プレスのパンチ、
クイス金型の強度の点で連続的に成形を行なうとぎに問
題となるので好ましくない。
但し成形圧力はこれを限定するものではない。
さらに、加圧成形時、磁気的異方性の磁石材料を製造す
る場合には磁界中で行なうが、そのときの磁界はおよそ
7〜13 K Oeの磁界中で行なうことが好ましい。
得られlζ成形体は、900℃〜1200℃の温度、好
ましくは1000℃〜1180℃で焼結する。
焼結温度が900’C未満では永久磁石材料としての十
分な密度が1シJられず、また所要の磁束密度が寄られ
ない。また、1200℃を越えると焼結体が変形し、配
向がくり゛れ磁束密度の低下と角型性の低下を招来しI
E、lJニジくない。また、焼結時間は5分以上あれば
よいが、あまり長時間どなると量産性に問題があるので
、好ましい焼結時間は30分から8時間である。
焼結は、還元性ないし非酸化性雰m1気で行なう。
焼結雰囲気どして不活性カス雰囲気を用いる場合は常圧
または加圧雰囲気でもよいが、焼結体の緻密化を刷る方
法として減圧雰囲気あるいは減圧不活性雰囲気で行なう
ことも可能である。また焼結効果を上げる別の方法とし
ては、還元性ガスであるH2ガス雰囲気中で行なう方法
も用いられる、2以下に、この発明による実施例を示し
その効果を明らかにする。
実施例1 出発原料として、li[!1999.9%の電解鉄、F
319./1%を含有し残部はFe及びM、SL、C等
の不純物が ′らなるフェロボロン合金、純度99.7
%以上の陶、純度99%の6粉、添加元素として、純度
99%のCaを使用し、第1表の成分組成となるように
配合し、これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、そ
の後水冷銅鋳型に鋳造した。
その後インゴットを、スタンプミルにより4oメツシユ
スルーまでに粗粉砕し、次にジェットミルにより微粉砕
し、粒度0.3〜go77mの微粉末を得た。
この微粉末を金型に挿入し、15KOeの磁界中で配向
し、1.2 t、Jまたは2t42の圧力で成形した。
得られた成形体を、1100°Cまたは11200C,
3時間、 Ar中、の条件で焼結し、その後放冷し、こ
の発明による永久磁石を作製した。
また、比較のため、Caを添加しないR−B −C。
−Fe系永久磁石も同製法で作製した。
得られた永久磁石の磁気特性を測定した3、測定結果を
示す第1表から明らかなように、R−B−Co −Fe
系にCaを含有することにより、高いエネルギー積並び
に、高残留磁束密度、高保磁力を有するづ゛ぐれた永久
磁石材料が得られたことがわかる。
実施例2 出発原料として、純度99.9%の電解2ス、[i19
.4%を含有し残部はFe及び/V、Si C等の不純
物からなるフェロボロン合金、純度99.7%以上のM
l及びPr、純度99%のω粉、添加元素として、純度
99%の1を使用し、第2表の成分組成となるように配
合し、これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、その
後水冷銅鋳型に鋳造した。
その後インゴットを、スタンプミルにより40メツシユ
スルーまでに粗粉砕し、次にジェットミルにより微粉砕
し、粒度0.3〜80燗の微粉末を得た。
この微粉末を金型に挿入し、10KOeの磁界中で配向
し、2.OUJの圧力で成形した。
得られた成形体を、1120℃または1180℃、3時
間、 Ar中、の条件で焼結し、その後放冷し、この発
明による永久磁石を作製した。
また、比較のため、−を添加しないR−B−C。
−Fe系永久磁石も同製法で作製した。
寄られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定結果を示
す第2表から明らかなように、R−B−Co−Fe系に
1を含有することにより、高いエネルギー積並びに、高
残留磁束密度、高保磁力を有するすぐれた永久磁石材料
が得られたことがわかる。
実施例3 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、819.4
%を含有し残部はFe及びAI、Si、C等の不純物か
らなるフェロボロン合金、純度99.7%以上の陶、及
びω、llIi度99%の6粉、添加元素として、純度
99%のSrを使用し、第3表の成分組成となるように
配合し、これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、そ
の後水冷銅鋳型にvj造した。
その後インゴットを、スタンプミルにより40メツシユ
スルーまでに粗粉砕し、次にジェットミルにより微粉砕
し、粒度0.3〜80側の微粉末を得た。
この微粉末を金型に挿入し、12KOθの磁界中で配向
し、1.5 tJの圧力で成形した。
得られた成形体を、1090℃または1170℃、 3
時間、 Ar中、の条件で焼結し、その後放冷し、この
発明による永久磁石を作製した。
また、比較のため、Srを添加しない[く−B−〇−F
e系永久磁石も同製法で作製した。
得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定結果を示
す第3表から明らかなように、R−e−Co −Fe系
にSrを含有することにより、高いエネルギー積並びに
、高残留磁束密度、高保磁力をイjづるすぐれた永久磁
石材料が得られたことがわかる。
実施例4 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、819.4
%を含有し残部はFe及び#、SL、C等の不純物から
なるフェロボロン合金、純度99.7%以上のM、及び
円、純度99%のω粉、添加元素として、純度99%の
Baを使甫い第4表の成分組成となるJ、うに配合し、
これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、その後水冷
銅鋳型に鋳造した。
モの後インボン1−を、スタンプミルにJ、す40メツ
シユスルーまでに粗粉砕し、次にジ、Lツ[−ミルによ
り微粉砕し、粒g 0.3〜80ρの微粉末を得た。
この微粉末を金型に挿入し、10KOeの磁界中で配向
し、1.5 t、Jの圧力で成形した。
得られた成形体を、1060′C73時間、 Ar中、
の条件で焼結し、その後放冷し、この発明による永久磁
石を作製した。
また、比較のため、Baを添加しないR−B−C。
−Fe系永久磁石も同製法で作製した。
得られた永久磁石の磁気特性を測定した1、測定結果を
示ず第4表から明らかなように、R−CI−Co −F
e系にBaを○有することにより、高いエネルギー積並
びに、高残留磁束密度、高保磁ノJを有するすぐれた永
久磁石材料が得られたことがわかる。
実力5例5 出発原わ1として、純度99.9%の電Wl鉄、El 
19,4%を含有し残部はFe及び#、SL、C等の不
純物からなるフェロボロン合金、純度99.7%以上の
M1純度99%のCo粉、添加元素どして、純度99%
の讃を使用し、第5表の成分組成となるように配合しこ
れらをアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、その後水冷銅
鋳型に昌゛造()た。
その後インボッ1〜を、スタンプミルにJ、す40メツ
シユスルーまでに粗粉砕し、次にジェットミルにより微
お)砕し、粒度0.3〜go、、の微粉末を得た、。
この微粉末を金型に挿入し、10KOeの磁界中で配向
し、2.OL<4の圧ツノで成形した5゜得られた成形
体を、1100’C、3R”j間、 Ar中、の条件で
焼結いその後放冷し、この発明による永久磁石を作製し
た。
また、比較のため、F1aを添加しないR−El−ω−
Fe系永久磁石も同製法で作製した。
rlられた永久磁石の磁気特性を測定した。測定結果を
示す第5表から明らかなように、R−El−6−Fe系
にBeを含有することにJ:す、高いエネルギー積並び
に、高残留磁束密度、高保磁力を右するづぐれた永久磁
石材料が得られたことがわかる。
実施例6 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、[119,
4%を含有し残部はFe及びA9.SL、C等の不純物
からなる)Jロボロン合金、純度99.7%以上の陶、
M!度99%のCo紛、添加元素として、純/1J99
%の−を使用し、第6表の成分組成となるように配合い
これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、その後水冷
銅鋳型に鋳造した。
その後インボッ1〜を、スタンプミルにより40メツシ
ユスルーまでに粗粉砕し、次にジェットミルにより微粉
砕し、粒度0.3〜80.unの微粉末を得た。
この微粉末を金型に挿入し、無磁界中で、1.5【4の
圧ツノで成形した。
1!1られた成形体を、1020℃、3時間、 Ar中
、の条件で焼結し、その後放冷し、この発明による永久
磁石を作製した。
また、比較のため、−を添加しないR−B −C。
−Fe系永久磁石も同製法で作製した。
得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定結果を示
す第6表から明らかなように、R−[1−ω−Fe系に
−を含有づ−ることにより、高いエネルギー積並びに、
高残留磁束密度、高保磁力を有するづぐれた永久磁石材
料が得られたことがわかる。
実施例7 実施例1と同じ製法で永久磁石を作製し、成分組成を、
1GI’U −6B −15Co −’5Co−58F
eとした永久磁石の空温におt)る磁化曲線を測定した
。第1図の磁化曲線から明らかなように、初磁化曲線は
イバ磁界でわ峻に立上がり飽和に達し、減磁曲線はきわ
めて角形性が高く、この永久磁石が曹型的な高性能異方
性磁石であることがわかる。また、この永久磁石の保磁
力が反転磁区の核発生によって決定される、いわゆるニ
ュークリエーション型永久磁石であることを示している
。また、第1表から第6表に示すこの発明の組成の磁石
はいずれも第1図と同−傾向初磁化曲線を示した。
1メ下余白
【図面の簡単な説明】
第1図は磁化曲線を示づグラフである。 出願人 住友特殊金属株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 IR(但しRはYを含む希土類元素のうち少なくとも1
    種)8原子%〜30原子%、B 2原子%〜28原子%
    、Co 50原子%以下、下記添加元素Mのうち少なく
    とも1種(但し、Mとし−て2種以上の添加元素を含有
    する場合は、当該添加元素の」二限のうち最大値を添加
    総量の上限値と覆る)、残部Fe及び不可避的不純物か
    らなることを特徴する永久磁石材料。 Ca 8.5原子%以下、Mg 8.5原子%以下、S
    r 7.0原子%以下、Ba 7.0原子%以下、Be
     7.0原子%以下。
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