JPS60230957A

JPS60230957A - 永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JPS60230957A
Application number: JP59085375A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Tawara; 田原　一憲; Koichi Oda; 光一小田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1985-11-16

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】本発明は粉末冶金法によってａられるアルニコ系永久磁
石材別に係るものであり、更に詳しくは該永久磁石粉末
とバインダーとからなる混練物を射出成形法により高寸
法精度の成形体となし、特定の元素を含有させて高密度
の焼結性を得ると共に、優れた磁気特性を有する永久磁
石の製造方法に関する。

アルニコ系永久磁石は、一般には鋳造法Ｃ製造される。

製造条件は、組成によって異るが、例えは小串社で△（
え　７・−１２？４、Ｎ１１０・へ・２０％、にｏ２８
〜３６％、Ｃ１，ｌ　１・〜・１％か二１：成介（あり
、同１１，１に添加物どし′ＣＣ０，０２へ・０．２％
、Ｓ　Ｏ，１−１，１，０％、Ｎｂ０．５〜３．０％、
Ｔｉ４．０〜・５．５％を含み、残部が実質的に［ｅか
ら成るｊフルニ］磁石では、注一点より約１０〜５０℃
低い一定温度で磁場中保持をおこない、更に５５０℃前
後で時効処理をおこなうことにより磁？’：ｉ　ｔｊＪ
　１’Ｍを得ている。

一方、一般金属部品の製造法として粉体冶金技術が開発
され、自動車部品、電機部品、機械部品等に広く適用さ
れており、その効果は周知のとおりである。アルニコ系
合金（以下本系合金と記す）に粉末冶金法すなわち焼結
法を適用するならば、溶解材の溶体化処理までの工程が
粉末混合、成形、焼結の極めて簡＠慣な工程どなり、所
望の形状をした磁石材料を得ることができるか、または
それに近い形状のものとして仕上げ加］を施すことかで
きる。

しかしながら、水系合金の永久磁石月別を溶解鋳造法は
勿論のこと、通常のプレス成形法による焼結法を用いた
場合でも形状の複雑な製品や高度な寸法精度が要求され
る製品を製造する場合には素材を仕−Ｖげ加■する必要
がある１゜したがって、かかる複雑な形状の製品および
高度な寸法精度が要求される製品とするために、成形工
程に射出成形法を適用することが考えられる。

周知の如く、射出成形法はプラスデックの成形分野にお
いて、ぞの威力を発揮しており、公差±０．０１　ｍｎ
＋程度の成形精度まで得ることが−（きる。水系合金に
射出成形法を適用していくために（よ、金属粉の含有率
の高いモールディングミックス（］コンパウンドを作成
することが肝要であり、このためには以下の知見が必要
である。’ｊ”、ｒ　；ｌっち、（１）理論密度に対し
て６５〜８５重早％の高充填を有する金属粉末の作成、
（２）良好なδ１１動性、成形強麿、脱脂性にマツチし
たバインダーの選定、および（３）これらの条件を満量
させるその地温加物の選定について種々検討をおこない
射出成形に適した］ンバウンドを得ることが重要である
３゜しかしながら、従来の射出成形法においては、次に
述べる即山によりこれらの条件を満足するコンパウンド
を得ることができなかった。

射出成形用バインダーとしては、脱バインダー（脱脂）
工程において分解ないしは揮散する必要があり、そのた
めに有機化合物を用いる。従来のバインダーは高分子樹
脂の範晴に属するものが用いられている。バインダー樹
脂は一種でもよいが、脱バインダー−Ｌ稈を円滑におこ
なうためには、結合剤、ｉｌｌ剤、可塑４Ａなどの役割
を果すバインダーを複数種準備して、予め示差熱分析等
により、加熱減早曲４ｊ！の測定をａ３こない、然る後
、これら複数のバインダーを適宜組合１士ることによっ
て、加熱温度勾配に対して略一定吊宛脱脂するＪ：うに
混合する必要がある。

高分子樹脂どバインダーとして用いる射出成形法の欠点
として以下のことが箔げられる。

（イ）射出成形を円滑におこなうためには、原ｉ１３＋
粉末とバインダーとの比率が体積比較で６０＋４０にも
及ぶため、比較例ｒ後述Ｊ−るように’ｊ？−？Ｒ１３
３ｊ以は極めて遅く、脱脂１稈に多大の１１５間を必要
とする。

また、価格面でｂ高価Ｃ゛ある。

（ロ）金属粉末は酸化され易いため、通常脱バインダー
は、′）ｙ元雰囲気中又は真空中でＪ３こなう必要があ
るが、上述のように多重のバインダーを含有するため、
ｍ’ｔバインダー後に多量のカーボンが残存づる。これ
が焼結時にカーパイ１〜を形成し磁気特性を低下〇Ｕる
１、（ハ）脱脂時の温度、雰囲気にバラッにが生じるどき、
成形体に一ル、キレッが発１ニする。脱脂ｉ、ｌ。

の昇温速度が大であるときも同様である。

（ニ）原オ“１の金属ないし合金粉末（２，１親水１１
１であるが、樹脂は一般に疎水性である。従って寵れ性
を改善するために、場合にょっＣは心機ヂタネー　１〜
、有機シリグー１へなどの高価な表面の改貿拐を用いる
場合がある。　一本発明の目的は、上述しｌｃ従来技術の欠点を解消し、
高性能のアルニコ磁石を射出成形により容易に得ること
のできる製造方法を提供することである、。

本ｙ？明のｌｋ久Ｉｆｉ＆　’４．ｊ　Ｏ）　ｌ！ｌ　
７ｊｉ方法は、アルニコ系永久磁りを）１響１成ｉ；る
ｌ１ｉｊ　Ｊｉ々１粉末をパインターと共に混、紳ｌ刀
ごのち、ｒＪＪ出成形成形ｊない、次いて脱バイングー
、焼結ａシよび熱処理を施してなる永久磁石の製造８２
人においＣ１前記バイングーの構成成分どしてメヂルセ
ルローズを用いることを特徴とするも）のしある。

水系合金を永久を餞？’ｉ　４ＡＪｕｌどＪるためには
、射出成形法に、よる高ｔｑイい１法１′１′１度を得
るだけでなく、磁気’ｌ”ｉ　１４１的にも１ワれＣい
ることが必要である。一般に、焼結法により製造された
磁性材料においては、見掛り密１９と磁気特性との間に
は密接な関係があり、例えば残留磁束密度（Ｂｒ　）は
密度に比例づる３、従って帰れた磁気特性をもつ材料を
得るためには、密度をできるだけ理論密度に近づけるこ
とが肝要“Ｃある。

水系合金の組成は、特に限定されるものでは無く、公知
のアルニコ系磁石の基本組成および添加物系を包含する
。すなわち、重量比で／１６〜１２％、Ｎ１１０・〜・
２８％、Ｇｏ”〜３６％、Ｃ１１０・〜２７％、１１　
〇−・・８％、他に添加物として、ＣＯ〜０．２％、Ｓ
叶〜１％、Ｎ１）０・〜４％を含む場合があり、残部は
ｌ二ｃてあり、優れた磁気特性を４１することは公知で
ある３、更に、■を０，１・−０，５％添加りることに
より、保磁力Ｈｃおよび最大ｆ＆工気エネルギー槓（Ｂ
　Ｈ）ｍを茗しく増加すること（特公昭４７−４４４０
９号）にｂ報告されている。

本合金系による永久磁石の製造は、焼結後溶体化処理、
磁場中熱処理および時効処理といった従来の技術が利用
−できる。勿論、焼結後にできる限り高い焼結密度が得
られるよう適切な粒子形状および粒度分布を右する合金
粉末を選択使用することは必要である。そのためには、
アンドリアぜンの式１）＝（Ｘ／Ｄ戸（ここでＰはある
粒子径Ｘ以下の含有率、ｌ〕は存在する最大の粒子径、
ｍ＝１／２〜１／３）に近い粒度分布を取ることが望ま
しい。

次にバインダーとしてメチルセルロース′を用いること
による効果を述べる。

メチル〔ルローズは、下記（１）式に承り水に不溶のセ
ルロースに、メ１〜キシ阜−ＯＣ＋−１：］を導入した
ものであり、その構造式を下記（２）式に示す。

０）従って用途に応じて適量のメトキシ基を導入するため、
分子箱が同程度であっても粘度等は異なる。第１図は種
々の粘度を有するメチルセルローズの２％水溶液（信越
化学製メ［〜ローズカタログより）の粘度の温度変化を
示したもぐある。メチルしルローズの水への溶解現象は
他の水溶性樹脂（例えばポリビニルアルコール）と苫し
く様相を異にする。すなわち、比較的低温の水には溶解
するが、水の温度が上昇するに従って粘度は低下し、つ
いには成る温度以上でゲル化する。第１図のグラフで点
線で示づ領域がゲル化領域である。熱ゲル化する温度は
、メチルセルローズによっても異なるが、第１図から略
７０℃以上であることがわかる。

本発明者等は、この現象に着目し、原料金属粉末とメチ
ルセルローズ水溶液とを室温付近で混練し、次いで、室
温近傍で射出成形機により１、金型空間内へ射出成形を
おこなった。次いで金型を７０℃以上に昇温することに
より、得られた成形体を、メチルセルローズのゲル化に
伴って同化せしめることができた。次いで、型開きによ
り成形体をヒビ、キレツなどの発生しない状態で容易に
取出すことができた。バインダー中に含まれるメチルセ
ルローズ量は、２％程度と極めて少量で高粘度が得られ
るため、金属粉末：バインダー（メチルセルローズ水溶
液）を体積比率で６０：４０で混練した場合でも、脱脂
二に秒時に揮散づる有機化合物は通常の高分子樹脂バイ
ンダーに比較してその量は、略１／２０にまで低下覆る
ため、長時間の脱脂工程は不要となり、残存カーボン量
も著しく減少する。

また、射出成形後に金型内で更に硬化を進めるために、
少量のグリセリン等を添加してもよい。

以下、実施例により本発明の詳細を述べるが、これによ
り本発明が限定されるものではない。

実施例１重量％で／１７、Ｎｉ１５、Ｃｏ　３０．　Ｃｕ　４、
Ｔ１５、Ｎｂ　Ｏｌｌ、■０．１、残部実質的にＦｅか
ら成る２００メツシユ以下の粉末を８５％、次に、バイ
ンダーとしてメチルセルローズ（信越化学５Ｍ８０００
）　２．０％、硬化剤としてグリセリン０．６％、純水
１２．４％の比率になるように秤取したのち、室温で双
腕バッチ式ニーダ−により混線をおこなった。

混線重量は１０ｋｇである。次いでスクリューインライ
ン方式の射出成形機により圧力１０００ｂａｒで外径φ
５０、内径φ２０．１９さ５（Ｉｌｌｍ）のリング形状
に射出成形をおこなった。成形サイクルは６０ｓｅｃ　
／５ｈＯｔである。

射出成形時の金型温度は８５℃に設定した。次いで型開
をおこないゲル化した成形体を取出した。

Ｈ２中１００℃で乾燥後２５０℃まで１００℃／ｈで昇
温をおこない、２５０℃で１ｈ保持をおこなった。

その後真空中で２００℃／ｈで昇温し１３００℃で２ｈ
保持して焼結をおこなった。この時の真空度は１Ｏ−４
Ｔｏｒｒ程度であった。焼結後２００００　ｅの磁場中
において１２５０℃で溶体化処理を施した後急冷し、そ
の後６００℃で長時間時効処理をおこなった。

得られた磁気特性は、Ｂ　ｒ　＝　７５９０Ｇ　、　Ｈ
ｃ　＝　１’３３０Ｑｅ　、＜ＢＨ）　ｍａｙ＋　＝　
３．２ＭＧＯｅ　テｔｏツだ。また、４０個の試料数に
対する寸法精度は±０．０５ｍｍ以下、残存カーボン量
は０．０１ｗｔ以下であり、クラック等の発生はなかっ
た。

比較例１実施例１と同様の合金粉末を重量で８５％と、ＨＤＰＥ
、ＡＰＰ　（高分子量）及びＡＰＰ　（低分子量）の比
率を５：　９：　３としたバインダー１５％とを加熱混
練したのち、実施例１と同様の射出成形機により２５０
℃で射出成形をおこない、キュア後実施例１と同寸法の
成形体を得た。

次いで１４０℃より３℃／ｈの昇温速度で脱脂をおこな
った。第１表に脱脂の温度に対する割合を示す。

次いで真空中ｒ　１１００℃ｘ　３０ｍ１ｎ　＋　１３
００℃Ｘ２ｈで焼結をおこなった。この時の真空度は１
ｏ−４ｔｏｒｒ程度以下であった。１１００℃ｘ３０ｍ
ｉｎの保持は粉末中にごく微量残存すると考えられるバ
インターからのＣと粉末中の０２との反応を促進除去す
るためである。焼結後実施例１と同様の条件で熱処理を
施した後に得られた磁気特性は、Ｂ　ｒ　＝　７４５０
Ｇ　。

）ＩＣ＝１３０００ｅ　、（ＢＨ）　ｍ　＝　２．５Ｍ
ＧＯｅであった。４０個の試料数に対する寸法精度はタ
ラツクの発生を伴なわないものではほぼ±０．０７　ｍ
以下を満足するが、内１０個にクラックが発生し、残存
カーボン量は０．０６ｗｔ％程度であった。

実施例２重量％でＡＱ１８、Ｎｉ１４、ＧＯ２４、Ｃｕ　３、残
部実質的にＦｅより成る１００メツシユ以下の合金粉末
を実施例１と類似の工程で処理して得た磁石材料の磁気
特性は、Ｂｒ　＝１２ＫＧ、　Ｈｃ　＝　６０００ｅ、
（Ｂ　Ｈ）　ｍａｘ　＝　５．０ＭＧＯｅであった。又
、４０個の試料に対する寸法精度は、同様に±０．５ｍ
ｍ以下であった。

比較例２実施例２と同組成の合金粉末と、比較例１に示すバイン
ダーとを比較例１に示す割合で混線後、比較例１と略同
様の工程を経て永久磁石を作成した。ｉｉ　ラｈ　タ磁
気特性は、Ｂｒ　、　＝１１．５ＫＧ、　ＨＣ＝　５５
０Ｑｅ　、（３Ｈ）　ｍ　＝　４．０ＭＧＯｅであった
。しかしながら、寸法精度は、±０．０６ｍｍ程度（ク
ラック発生量を除く）であるが残存カーボン量は０．０
７　ｗｔ％であり、実施例２に比較して多く、磁気特性
も低下し１＝　、また４０個中８個にクラックが発生し
た。

以上詳述の如く本発明により、磁気特性に優れたアルニ
コ磁石を射出成形法により、長時間の脱脂工程を必要と
することなしに得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種メチルセルロー１２％水溶液の温度による
精度の変化を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１、アルニコ系永久磁石を構成り−る原料粉末をバイン
ダーと共に混練したのち、射出成形をおこない、次いで
脱バインダー、焼結および熱処理を施してなる永久磁石
の製造方法において、前記バインダーの構成成分どして
メヂルセルローズを用いることを特徴とするアルニコ系
永久磁石の製造方法。