JPS60211032A - 永久磁石として使用するのに適当なＳｍ↓２Ｃｏ↓１↓７合金 - Google Patents

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】 本発明は永久磁石として使用するのに適当なＳｍ１Ｃｏ
１７合金に関するものである。

希土類コバルト合金磁石の利点は今日良く知られている
。かかる磁石はＤＣサーボモーターのようなモーターに
使用するのに特に適している。またＳｍｚＣｏ＋を合金
は永久磁石として使用する場合にはＳｍＣｏ５合金（１
）　より極めて優れた利点を有することも知られている
。例えば、ＳｍｚＣｏ１７合金磁石を使用するＤＣモー
ターは、ＳＭＣＯ５合金磁石を使用する場合より、重量
および慣性が小さくかつトルクおよび加速が大きい。

高エネルギー積（ＢＨ）□８および高固有保持力ｉＨｃ
を有する永久磁石を形成できるＳｍ、Ｃｏ、？合金を得
ようとする種々の試みが従来から行われている。

代表的な従来技術は、例えば、米国特許第４．１７２゜
７１７号（１）、同第４，２１３，８０３号（３）、同
第４．２２１゜６１３号（４）および同第４．３７５．
９９６号（５）　に示されている。他の従来技術は刊行
物（６＋　？＋　８＋　９＋　ｌ　Ｏ）に示されている
。

上述の従来技術に開示されているように、２２〜３０Ｍ
ＧＯｅのエネルギー積（ＢＨ）ｍ−Ｘおよび５．８〜６
．３ＫＯｅの固有保持力（６・７）を有する磁石を形成
することができる５ＩＩＩＣｏｌ？合金が知られている
。その後の開発によって高保持磁力を有する磁石を生成
することができるＳｍ、Ｃｏ１ｇ合金が得られたが、こ
の利点はエネルギー積の低下によって相殺されている。

例えば、２６　Ｍ　Ｇ　Ｏｅのエネルギー積（ＢＨ）、
、、および１５．０ＫＯｅの固有保持磁力ｉＨｃを有す
る磁石を生成することができるあるＳ＋＊ｚＣｏ＋を合
金（７）　が今日知られている。上述の米国特許第４，
３７５．９９６号（５）に記載されているように、２７
ＭＧＯｅのエネルギー積（ＢＨ）、、、および１０．０
ＫＯｅの固有保磁力ｉＨｃを有する他のＳｍ、Ｇｏ、、
合金が今日知られている。

また、ＳｍｚＣＯ＋を合金は磁気硬化機構が異なるため
未磁化状態から磁化するのが５ＬｌＩＣＯＳより困難で
あることが知られている。例えば、モーターを構成する
場合には、未磁化磁石を使用して界磁アセンブリまたは
固定子アセンブリを構成し、次いで単一ユニットとして
仕上げたアセンブリを磁化するのが好ましい実施方法で
ある。この好ましい工業的実施方法では代表的アセンブ
リの未磁化磁石にかけことのできる磁界強さに対して約
２５ＫＯｅの上限が課せられている。従って、実用でき
るようにするには、未磁化磁石は２５ＫＯｅの磁界にお
いてその特定の特性を得ることができる必要がある。

今日まで、３０ＭＧＯｅより大きいエネルギー積を有す
るＳｍ、Ｃｏ、ｆｆ合金の場合にはかかる必要条件を達
成することができなかった（６）　。

従って、５ｍｇＣｏ、７合金はＳ＋ｗＣｏｓ合金のよう
な他の希土Ｉｆ／遷移金属合金より著しく優れた利点を
有することが認められているが、ＳｍｚＣｏ＋を合金は
未だ実用できるものとはなっていない。この理由は、優
れた保磁力がエネルギー積を犠牲にしてはじめて得られ
るからであり、またかかる合金が約２５ＫＯｅ以下の磁
界においてその特定の特性を得ることができなかったか
らである。

従って、本発明の目的は上述の欠点を克服できるＳｍｚ
Ｃｏｌｖ合金を提供することにある。

本発明においては、Ｓｎ、Ｇｏ＋を合金は重量％でＳｍ
　有効量として２２．５〜２３．５％Ｆｅ　２０．０〜
２５．０％ Ｃｕ　３．０〜５．０％ Ｚｒ　有効量として１．４〜２．０％ を含有する。

さらに、実際上存在が不可避である少量の酸素および炭
素を相殺するためには、ｓｍ追加量を存在させて酸素含
量を相殺する必要があり、かつＺｒ追加量を存在させて
炭素含量を相殺する必要があることが分かった。従って
、本発明の合金はまた合金の酸素含量の約４〜約９倍、
好ましくは酸素含量の６．２６５倍の５追加量、および
合金の炭素含量の約５〜約１０倍、好ましくは炭素含量
の７．５９５倍のＺｒ追加量を含有する。合金含量の残
部はコバルトである。

「有効サマリウム」の作用は２−１７　Ｓｍ−Ｃｏ菱面
体相のセルとこれを取囲む１−５３ｍ−Ｃｏ六面体相の
連続網状組織とからなる所望の結晶組織を発達させるこ
とである＋ｌｌ＋１！・１３ゝ。所望の第２象限のルー
プの角形性、すなわち■ヤの最大値を得るには１−５網
状組織が連続していることが必要であり、これは存在す
る「有効サマリウム」によって左右される。このために
は十分なサマリウムが存在する必要があるが、サマリウ
ムが多すぎると２−１７菱面体相の破壊および残留磁化
Ｂ、、の低下が生じる。従って、存在する「有効サマリ
ウム」の作用は高残留磁化Ｂ、を有する２−１７３ｍ−
Ｃｏ菱面体相を発達させかつ完全な１−５５Ｌｌｌ−Ｃ
ｏ六面体相の網状組成を発達させて保磁力または磁気硬
化を発現させることである。サマリウムが少なすぎると
不完全な１−５３ｍ−Ｃｏ網状組織および不完全な硬化
、すなわち低い■、が生じ、サマリウムが多すぎると２
−１７３ｍ−Ｃｏ相の破壊および永久磁化Ｂ、、および
エネルギー積（Ｂｌ（）□８の低下が生じる。「有効サ
マリウム」含量の精密制御が最適特性を得るのに必要で
あり、これは本発明により達成することができる。

「有効ジルコニウム」の作用はプロセスの固溶体熱処理
段階において１個の単−相固溶体中への全所望成分の溶
解を容易にすることである。これが達成された場合にの
み、所望の出発点として完全な均質性を確保して後のエ
ージング熱処理において２−１７５ＩＩｌ−Ｃｏセルと
これを取囲む１−５３ｓ−Ｃｏ境界相の連続網状組織と
からなる所望の組織を発達させることができる。ジルコ
ニウムの存在はＳｍ−Ｃｏ格子をひずませて六面体単位
セルのｃ／ａ比を減少する＋１４１゜この結果１１４０
〜１１７０℃での固溶体の熱処理中において所望の元素
が単−相固溶体中に容易に収容される。２−１７３ｓ−
Ｃｏ組成物は高い温度では大方晶格子を有するが、これ
は常温では菱面体晶格子に転移する。これらの２種の結
晶系は密接に関連しており、菱面体晶格子は積重ね欠陥
を含む不完全な六方晶格子と見做すことができる。

常温における所望の平衡構造は２−１７３ｍ−Ｃｏ菱面
体相のセルとこれを取囲む１−５５ｍ−Ｃｏの六面体相
の連続網状＆ｌ１ｌｌｉとからなる。また、銅含量が一
定の場合には、固有保磁力はジルコニウム含量と共に増
大することが観察されている。従って、容易な磁化とい
う目的を達成するには、単一相固溶体に関する上述の必
要条件に対応する最小量にジルコニウム含量を維持する
必要がある。「有効ジルコニウム」含量の所望の精密制
御は本発明により達成することができる。

本発明のＳｍｚＣＯ＋を合金を使用することにより、特
定の特性を約２５ＫＯｅの磁界において達成し、少なく
とも３０ＭＧＯｅのエネルギー積（ＢＨ）、、、を有し
、かつ１４〜１６ＫＯｅの満足な保磁力ｉＨｃを有する
永久磁石を作ることができる。また、本発明に係る磁石
は少なくとも１１．５ＫＧのの満足な残留磁化Ｂ、、お
よび第２象限における一層良好なループの角形性、すな
わち約９．０ＫＯｅのＨ，を有することができる。

合金の酸素含量は約０．６重量％以下であり、合金の炭
素含有量は約０．１重量％以下であるのが好ましい。

また、合金は Ｓｍ　有効量として２３．０％ Ｆｅ　２２．０％ Ｃｕ　４．６％ Ｚｒ　有効量として１．５％ 酸素および炭素　少量 Ｓｎ＋追加量　前記の量 Ｚｒ追加量　前記の量 残部　コバルト を含有するのが好ましい。

本発明は、合金の製造に用いられかつ合金の磁気特性に
悪影響を及ぼす多くの元素中に存在する痕跡量の炭素を
相殺できることを実現することに好ましい値は１．５％
に規定する。従って、本発明においては、従来技術の教
示する値より著しく狭いジルコニウム範囲に規定するこ
とができる。

また、鉄および銅の含量を最適にできることが分かった
。鉄、銅およびジルコニウムの組成限界は相互に関連し
ていて、各元素は単−相組織の存在に重大な影響を及ぼ
す。組織が単一２−１７３ＩＩｌ−Ｃ。

相として維持できる場合には、鉄を２−１７５ＩＩＩ−
Ｃｏ系に添加すると残留磁化が増大することが知られて
いる。最適鉄含量を越えている場合には、合金は低い残
留磁化を有するＦｅに富んだ共析組織になる。

銅含量は合金の保磁力または磁気硬化を増大する作用を
する。

銅はエージング温度からの冷却中に１−５３ｓ−Ｃ。

綱網状組織中で濃度を高めかつ１−５　Ｓｍ−Ｃｏ相綱
網状組織内おける２−ＩＴ　５ｓ−Ｃｏ相領域の整合核
形成を高め、これにより格子歪および磁気硬化または保
磁力を生ずるＨ　Ｓ）。

鉄含量は２０．０〜２５．０％、好ましくは２２．０％
に規定し、かつ銅含量は３．０〜５．０％好ましくは４
．６％に規定する。また、鉄含量は従来技術の教示より
狭い範囲内に規定する。同様の事が銅含量に対しても適
用される。上述のように、コバルトは組成物の残部を形
成する。

本発明のＳａ＋ｚＣｏ＋ｑ合金は次のようにして製造す
るのが好ましい。溶融して流込んだ合金を粒径３〜８Ｉ
ｌｌの粒子に粉砕することにより所望組成の合金を生成
する。次いで、フェロジルコニウムおよび母合金に類似
する組成を有するサマリウムに冨んだ合金を少量添加し
、混和して存在する痕跡量の炭素および酸素の有害作用
を本発明により相殺する。混和粉末を１２ｋＯｅの横方
向磁界下でダイ内に配置し、４２１８ｋｇ／ｃｍ”　（
６０ｋｐｓ　ｉ）の圧力下に圧縮成形する。この圧粉体
（グリーンコンパクト）を水素中で１１５０℃において
３０分間焼結する。次いで、雰囲気をアルゴンに変え、
この焼結体を４〜ｂ分の速度で１２０５℃に加熱し、１
２０５℃において１０分間保持し、次いで２℃／分の速
度で１１６０℃に冷却する。次いで、この試料を１１４
０〜１１６０℃において２時間溶体化し、１０℃／秒で
１１４０〜８００℃に急冷し、８００℃から常温に空冷
する。次いで、この試料を８４５±５℃に再加熱し、こ
の温度に２０時間保持し、約り℃／分で８４５℃から約
６００℃に冷却し、さらに約り℃／分で約６００℃から
４１０℃に冷却し、４１０℃に１０時間保持し、次いで
常温に冷却する。

上述の好ましい組成を有し、かつ上述のようにして製造
される本発明のＳｍｇＣｏｒ？合金は次に示す特性を有
していた。

（ＢＨ）＋ｅｍｘ　Ｂｒ　ｉＨｃ　ｎｃ　ｏｘＭＧＯｅ
　ＫＧ　ＫＯｅ　ＫＯｅ　ＫＯｅ３０．８　１１．７　
１５．８　１１．０　９．０本発明の利点は上表から容
易に認めることができる。

また、上述の望ましい特性を低下することなく、本発明
の合金中のサマリウムをプラセオジムで部分置換するこ
とができることが分かった。所要の２−１７５ｍ−Ｃｏ
菱面体結晶組織を保持するために、プラセオジム置換を
原子基準で行う必要がある。すなわち、プラセオジムは
サマリウムより小さい原子量を有しているから、重量パ
ーセント基準において合金に必要なのは置換されるサマ
リウムの重量パーセントより少量のプラセオジムである
。後述の例では、最適特性は標準合金中の有効サマリウ
ムが２３．０％の場合に得られるのに対し、サマリウム
とプラセオジムとを組合わせて用いる場合には最適特性
は（ＳＬｌｌ＋　Ｐｒ）の有効量が２２．５％で５ＩＩ
１２０．０％＋Ｐｒ　２．５％からなる場合に得られる
ことが分かった。さらに、酸素と結合することにより効
果的でなくなる分量に関して存在させるプラセオジムの
有効量を計算する場合には、酸化プラセオジムの分子量
を考慮する必要があり、サマリウムの場合における酸素
含量の６．２６５倍の補正係数は、プラセオジム添加の
場合には５．８７１に変える必要がある。

同時出願の明細書には、本発明組成物の高強度２−１７
　Ｓｎ＋−Ｇｏｏ久磁石の製造方法が記載されている。

特に重要なのは溶体化温度の選択であって、この温度は
特定の合金組成物においては液相プラス固相変態温度よ
り僅かに低い。液相プラス固相変態温度は標準サマリウ
ム合金よりプラセオジム置換レベルに依存する分量だけ
低くなるので、サマリウムをプラセオジムで部分置換す
る場合には注意を払う必要がある。次の例はサマリウム
をプラセオジムで部分置換した場合を示す。有効量であ
る２０．３％のＳＬＩ＋および２．１７％のＰｒを含有
する合金は、溶体化段階を１１３０〜１１５０℃の範囲
で行う点を除き、先に説明したと同様にして製造した。

次の特性が得られたので、希土類元素としてサマリウム
のみを含有する類（以の合金の特性と比較した。

また、他の、ＩＶＢまたはＶＢ族の遷移元素で本発明の
合金中のジルコニウムを全部または部分的に置換するこ
とができることが分った。ＩＶＢまたはＶＢ族の遷移元
素の作用は２−１７Ｓ＋５−Ｃｏ六面体単位セルのｃ／
ａ比を減少することであるから、他の元素によるジルコ
ニウムの置換は原子基準で行う必要がある。さらに炭素
と組み合せられることによって無効になる分量に関して
存在する遷移金属の有効量を計算する場合には、遷移金
属炭化物の分子量を考慮に入れる必要があり、従って合
金の炭素含量の７．５９５倍の補正係数で調整する必要
がある。例えば、ハフニウムの場合には補正係数は合金
の炭素含量の１４．８６２倍である。同時出願の明細書
には、高強度２−１７３ｍ−Ｃｏ永久磁石の製造方法が
記載されており、ここにはエージング温度がジルコニウ
ム含量に決定的に依存していることが記載されている。

他のＩＶＢまたはＶＢ族の遷移元素で本発明の合金中の
ジルコニウムを置換する場合には、最適エージング温度
および時間が相違することがある。次の例は本発明合金
中のジルコニウムをハフニウムで置換した場合を示す。

有効量であるジルコニウムを有効量であるハフニウムに
よって置換する点を除き、標準合金について先に説明し
たと同様にして合金を製造した。有効量に到達するのに
必要なハフニウム追加量を計算するに際しては、合金の
炭素含量に係数１４．８６２を掛ける。

固溶体温度から常温まで冷却した後に、合金を８４５±
５℃のエージング温度まで再加熱しかつこの温度に２４
時間保持する点を除き、標準合金について先に説明した
と同様にして合金を処理する。

次表に有効量であるハフニウムでジルコニウムを置換し
た場合を示す。

（１）上表に示す結果は平行に配列した磁石に関するも
のである。横切るように配列した同一磁石に関する残留
磁化（Ｂｒ）は約１．０ｋＧ高く、すなわち１１．６〜
１１．９ｋＧであった。

従って本発明はまた鉄、銅およびジルコニウムまたは顕
像のＩＶＢまたはＶＢ族の遷移金属を含有するＳｍｔＣ
ｏ＋を合金永久磁石を提供し、前記合金は、このプロセ
スのエージング段階の後で合金結晶組織が１−５３＋＋
＋−Ｃｏ相の連続網状組織を含有する単−相２−１７２
−１７Ｓ菱面体構造から構成されるような、酸素と結合
したサマリウムのほかの有効量のサマリウム、プロセス
の固溶体熱処理段階中に２−１７３＋ａ−Ｃｏ結晶格子
を変形して均一な単−相固溶体中への前記合金の全成分
の溶解を容易にするような、炭素と結合したジルコニウ
ムのほかの有効量のジルコニウム、前記合金の残留磁化
を最大にできかつプロセスの固溶体熱処理段階中に単−
相２−１７３ａ＋−Ｃｏ均−固溶体を維持できるできる
限り多量の鉄、エージング温度からの冷却段階中に１−
５３ｍ−Ｃｏ相綱網組織中の２−１７Ｓ■−Ｃｏの整合
核形成を高めて格子歪および保磁力を生じさせるような
分量の銅を含有しており、ジルコニウムおよび銅の両者
のレベルは鉄レベルを最適にすることができ、かつ固溶
体熱処理段階において均一な固溶体を維持できるように
制御する必要がある。

組成物の最適化は全合金元素を先ず均一な固溶体中に入
れるという必要条件に基づいて行う必要がある。Ｆｅ、
　ＣｕおよびＺｒの組成変化の研究において、最適有効
サマリウム含量は２３±０．５χで一定であることが分
かった。しかし、有効サマリウム含量はプラセオジムで
部分置換できることが分り、さらに最適特性を得るには
僅かに少量の（Ｓｍ　＋　Ｐｒ）が必要であることが観
察された。

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・シー、ウォリンス・ニス・エイチ、ウイシェキエルス
キー・ニーおよびロウレス・ケイ・アール、［ミクロ組
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よびトマス・ジー＋　［ＳｍＣ０ｔ、ａ型磁石における
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１４、レイ・ニー・イー＋　ｒｓｍ（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ
、Ｚｒ）　１１合金の金相学的挙動」ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジクス（Ｊ、＾ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、
）５５（６）、１９８４年３月１５日。

第１頁の続き ０発　明　者　モーリス・ニー・フレ　カナラグ　ンド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　永久磁石として使用するのに適当なＳｍｚＣＯ＋
   を合金において、 重量％で Ｓｓ　有効量として２２．５〜２３．５％Ｆｅ　２０．
   ０〜２５．０％ Ｃｕ　３．０〜５．０％ Ｚｒ　有効量として１．４〜２．０％ 酸素および炭素　少量 ５ＬＩｌ追加量　合金の酸素含量の約４〜９倍Ｚｒ追加
   量　合金の炭素含量の約５〜１０倍残部　コバルト を含有し、かつ２−１７３ｍ−Ｃｏ菱面体相のセルとこ
   れを取囲む１−５３ｓ−Ｃｏ六方体相の連続網状組織と
   からなる結晶組織を有することを特徴とする永久磁石と
   して使用するのに適当なＳ＋＋＋ｚＣｏ＋を合金。 ２、　３＋ｗ追加量が合金の酸素含量の約６．２６５倍
   である特許請求の範囲第１項記載の合金。 ３、　合金の酸素含量が約０．６重量％以下である特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の合金。 ４、Ｚｒ追加量が合金の炭素含量の約７．５９５倍であ
   る特許請求の範囲第１項記載の合金。 ５、合金の炭素含量が約０．１重量％以下である特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の合金。 ６、重量％で、Ｓｍ　有効量として２３．０％、Ｆｅ２
   ２％、Ｃｕ　４．６％、Ｚｒ　有効量として１．５％、
   酸素および炭素　少量、　５Ｉ１１追加量　前記の量、
   Ｚｒ追加量　前記の量、残部　コバルトを含有する特許
   請求の範囲第１項記載の合金。 ７、　３＋＋追加量が合金の酸素含量の約６．２６５倍
   である特許請求の範囲第６項記載の合金。 ８、　合金の酸素含量が約０．６重量％以下である特許
   請求の範囲第６項または第７項の合金。 ９、Ｚｒ追加量が合金の炭素含量の約７．５９５倍であ
   る特許請求の範囲第６項記載の合金。 １０１合金の炭素含量が約０．１゛重量％以下である特
   許請求の範囲第６項または第９項記載の合金。 １１、サマリウムがプラセオジムで部分置換されている
   特許請求の範囲第１項記載の合金。 １２、ジルコニウムが少なくとも部分的に他のＩＶＢま
   たはＶＢ族の遷移元素で置換されている特許請求の範囲
   第１項記載の合金。 １３、有効量としての１．４〜２．０％の５Ｉ１１が有
   効量としての２．７〜４．０％のＨｆで置換され、Ｚｒ
   追加量が合金の炭素含量の約１０〜約２０倍のＨｆ追加
   量で置換されている特許請求の範囲第１２項記載の合金
   。