JPS6077959A - 永久磁石材料の製造方法 - 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】 本発明は新規な希土類磁石に係り、ＦｅＢＲをベースと
し特にＳｓなどの涌少島上類金属を必ずしも必要とせず
資源的に豊富でかつ用途が少ないＮｄやＰｒをΦ心とす
る軽希土類とＦｅを主成分とする高性能な永久磁石材料
及びその製造方法に関する。

永久磁石材料は一般家庭の８種電％製品から大η（コン
ピューターの周辺端末機器まで１］広い分野で使用され
ている極めて重要な電気・′電子材料の一つである。近
年電気機器の小型化、高効率化の要求にともない、永久
磁石材料はますます高性能化がめられている。また実用
的にはモーター用発電機用磁気カップリング用など極め
て大きい逆磁界のかかる用途も多く高保磁力を有する磁
石材料もめられている。

現在使用されている永久磁石のうち代表的なものはアル
ニコ、ハードフェライト、および希土類コバルト磁石で
ある。最近の高い磁石特性を満たす永久磁石としては希
」二類コ／ヘルド磁石である。

しかし希土類コバルト磁石は資源的に希少なＳＬｌを必
要とし供給が不安定なＣｏを多帯に使用するため非常に
高価である。

希土類磁石がもっと広い分野で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多量に含まず希土類
金属として鉱石中に多量に含まれている軽希土類を主成
分とすることが必要である。そのような永久磁石材料へ
の一つの試みとしてＲＦｅ系化合物（但しＲは希土類金
属の少なくとも１種）が提案された。クラーク（Ａ、　
Ｅ、　Ｃ１ａｒｋ）はスパッタリングにより得られた非
晶質ＴｂＦｅ　は４．２　°にで２９．５ＭＧＯｅのエ
ネルギー積をもち、これを３００〜５００℃で熱処理す
ると室温で保磁力は３．４ｋＯｅ、最大エネルギー積は
？ＭＧＯｅを示すことを見い出した。同様な研究はＳｍ
Ｆｅ　についても行われ７７°にで９　、２８ＧＯｅを
示すことが報告されている。

しかしこれらのものはどれもスパッタリングにより作成
された薄ＩＰＪであり一般のスピーカーやモーターに使
用できる磁石ではない。またＰｒＦｅ系合金の超急冷に
より作製したリボンが２．８ｋＯｅ　の高保磁力を示す
ことが報告されている。さらにクーン等は（Ｆ　ｅ　Ｉ
Ｂ）Ｏ，’ｌ　Ｔｂ０、ｏｒ　ＬＦ３ｂ、ｏ／’超急冷
により得られた非晶質リボンを６２７°Ｃで焼鈍すると
保磁力が１１ｋＯｅにも達することを見い出した（Ｂｒ
は５ｋＧ）、　Ｌかしこの場合磁化曲線の角形性が悪い
ため最大エネルギー積は低い（Ｎ、　Ｃ，Ｋｏｏｎ他Ａ
ｐｐ１．　Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、　３９（１０）　１９８１．８４０〜８４２
頁）、。

またカバ：Ｉ７　（Ｌ、　Ｋａｂａｃｏｆｆ）等は（Ｆ
ｅＢ）　１−ｚＰｒｘ（×＝０〜０．３原子比）の組成
の超急冷で作成したリボンはＦｅｅＰｒ２成分系で室温
でＫＯｅレベルの保磁力をもつものがあると報告してい
る。これらの超急冷でのリボン又はスパッタリングによ
る薄膜はそれ自体として使用可能な実用永久磁石（体）
ではなく、これらのリボンや薄膜から実用永久磁石を得
ることは出来ない。即ち従来提案されているＦｅＢＲ系
のリボン又はＲＦｅ系の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。又これ
までに報告されたＦｅＢＲ系のリボンの磁化曲線は角形
性が悪〈従来慣用されている磁石に対抗できる実用永久
磁石材料とはみなされない、更には超急冷でのリボン、
スパッタリングによる薄膜はいずれも木質上等方性であ
り、これから磁気異方性の実用永久磁石を得ることは事
実上不可能であった。

本発明の基本的目的は従来の欠点を除去したＳｔａ等の
昂少な希土類を必ずしも用いる必要がなくまた００等資
源的に問題のある成分を多く含まない新規な永久磁石材
料を得ることである。

さらに、本発明は、室温以上の温度で良＆ｒな磁石特性
を崩し磁化曲線の角形性が高い永久磁石材料の製造方法
を提供することを目的とする。本発明はさらに、資源的
に豊富な軽九十類元素を有効に使用可能な高性能永久磁
石材料製造方法を提供せんとするものである。

さらに５本発明は、任意の形状、実用寸法に成形できる
高性能永久磁石材料の実用的製造方法を提供せんとする
。

その他の目的は１本発明の開示全体から明らかとなる。

本発明者らはかかる目的を達成するだめの永久磁石材料
について鋭意研究したところＦｅＢＲ系をベースとしＦ
ｅの一部をＧｏで置換し、少量のＡ１を含むＦｅ＊Ｃｏ
＊ＢｓＲｅＡｌ系の一定の組成範囲の合金粉末を成形し
、焼結し、更に熱処理することにより磁石特性、特に保
磁力と角形性が著し？優れた永久磁石材料が得られるこ
とを見い出し本願発明に至ったものである。

即ち、本発明によれば原子百分率で８〜３０ＸのＲ（但
しＲはＹを包含する右上類元素の少なくとも１種）、　
２〜２８％　（７）Ｂ　、　５０　Ｘ以下（７）Ｇｏ（
但しＣｏ　０％を除＜　）　、　０．１〜３％（７）Ａ
１及び残部Ｆｅ及び不可砒の不純物から成る組成（Ｆｅ
ＣｏＢＲＡＩ組成）を有する焼結体を時効処理して成る
永久磁石材料が提供される。

また本発明によれば上記ＦｅＣｏＢＲＡ　１組成を有し
、平均粒度０．３〜８０　ｐ、、ｍの合金粉末を成形し
、８ｏ。

〜１２００°Ｃで非酸化性又は還元性雰囲気ドにおいて
焼結し、３５０°Ｃ〜当該焼結温度以下で熱処理するこ
とにより、ＦｅＣｏＢＲＡｌ系永久磁石材料が製造でき
る。この永久磁石材料は、上記ＦｅＣｏＢＲＡＩＩＩＪ
成において異方性の場合特に債れた磁％特性を示す。以
下他に明示ない場合、％は原子％を示す。

本発明は、従来のＦｅＢＲ系アモルファスリボンと異な
り磁気異方性の永久磁石体が得られる点で特徴的である
が、等方性のものも従来の等方性永久磁石に比して優れ
たものが得られる。

即ち、本発明は、成形を磁界中で行うことにより磁気異
方性（以下異方性と称する）の永久磁石を製造できるが
、磁界をかけずに成形を行うことにより、等方性の永久
磁石もその他同様にして製造でき、時効処理の効果があ
る。

等方性永久磁石を得る場合、有用な磁気特性は、ＦｅＢ
Ｒベース系において、Ｒ１Ｏ〜２ｏｚ、３３〜２３％、
Ｇｏ　５（Ｈ以下、ＡＩ　０．１〜３％、残部Ｆｅ及び
不純物の組成とすることにより得られる。

本発明のＦｅＢＲ系ベースのＦａの一部をＣＯで置換す
ることにより、永久磁石材料のキュリ一点を上昇させ、
磁気特性の温度依存性を改善する。

また、永久磁石材料へのＡ１の含有は、保磁力を増大さ
せる効果を示し、特に時効処理を施したとき顕著である
。以下、まず主として異方性の場合を基本として説明す
る。

本発明の永久磁石材料は、　ＦｅＢＲ系磁石材料におい
てＦｅ１Ｃｏにより一部置換することにより磁石材料の
温度特性を改善するものであるが更には希土類元素Ｒと
して資源的に豊富なＮｄやＰｒなとの軽希土類を主体と
して用いて高い磁気特性を発現させるものである。

一般にＦｅ合金へのＣＯの添加は添加敬の増大によりキ
ュリ一点Ｔｃが上昇するものと下降するものがあり、一
般的に添加効果を予測することは困難である。本発明に
おいてＦｅのＣＯによる置換の結果はＧｏの置換量の増
大に伴いＴｃは徐々に増大することが明らかとなった。

又磁石材料組成のＨの種類によらず同様な傾向が確認さ
れる。ＣＯの置換量はわずか（例えば１％）でもＴｃ増
大に有効であり、ＣＯの置換量により約３１０〜７５０
℃の任意のＴｃをもつ合金が得られるが、ＣＯ量は１Ｆ
ｌｃ　１ｋｏｅ以上とするため、またＴｃの改善効果と
高価な点とを考慮して５０％とする。

Ｂは保磁力がＩ　ＫＯｅ以上を満たすために２ｚ以上と
し、ハードフェライトの残留磁束密度Ｂｒ約４ＫＧ以上
とするためには２８　Ｘ以Ｆである。希土類元素Ｒは保
磁力１　ｋＯｅ以上とするため８″Ｘ以上必要であり、
また燃え易く工業的取扱・製造上の困難のため、また高
価であることから３０％以下とする。　Ｂとしては純ポ
ロン又はフェロポロンを用いることが出来、不純物とし
てＡＩ、　Ｓｉ、　Ｃなどを含むものを用いることが出
来る。

Ｒとしては資源的に豊富な軽耗」二類を用いることがで
き必ずしも５Ｌ１１を必要とせず或いはＳＩ６を主体と
する必要もないのでその場合、原料が安価でありきわめ
て有用である。本発明の永久磁石は従来のＲｍＣｏ磁石
に比べ資源的、価格的いずれの点においても有利なもの
、或いは磁気特性の上からも一層優れたものが得られる
。本発明で用いる希土類元素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、そのうち一種
以上を用いる。即ちこのＲとしてはＮｄ、　Ｐｒ、　Ｌ
ａ、　Ｃｅ、　Ｔｂ。

Ｄｙ、　）ｔｏ、　Ｅｒ、　Ｅｕ、　５ｆｌｌ、　Ｇｄ
、　Ｐａｄ、　Ｔｍ、　Ｙｂ、　Ｌｕ及びＹが包含され
る。Ｒとしては軽希土類を主体とすることが好ましく、
特にＮｄ、　Ｐｒを主体とすることが好ましい（軽希土
類（Ｎｄ、　Ｐｒ等）をＲのうち５ｏｚ以上（さらに好
ましくは８０　Ｘ以上）とすることが々」゛ましい。）
。また通例Ｒとして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）をスｆ上の
便宜等の理由により用いることができ、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。Ｒとしては純希
土類元素でなくともよく工業」−入手可能な範囲で製造
−Ｆ不Ｏｆ避な不純物を含有するものでも用いることが
出来る。

本発明の永久磁石材料においてＡＩは保磁力を増大させ
る効果をもっている。保磁力の増大は磁石の安定性を増
し、その用途が拡大される。しかしＡＩはその増大につ
れてＢｒが低ドしていき、そのため最大エネルギー積（
ＢＨ）ｗａｘが減少する。ｉＨｃの増大の効果、Ｂｒの
低ド傾向、（ＢＨ）ｍａｗへ与える影響を考慮す６　ト
、ＡＩ　０．１〜３％　（好マシくは０．２〜２χ）が
特に有効である。Ａ１が３ｚを越えるとｉＨｃはさらに
増大するが（ＢＨ）ＩｌａｘがＡＩを含有しない場合よ
り実質上低ドするので、Ａ１は３ｚ以下とし、Ａ１０、
１％未満ではｉＨｃ増大の効果が十分でないのでＡＩ　
０．１　Ｘ以上とする。

第１図はＧｏを含まない基本系（７７−ｘ）Ｆｅ−８８
−＋５Ｎｄ−！Ａ　ｌを示すが、ＡＩ　３％テ３０８Ｇ
Ｏｅ以上の（ＢＨ）ｌｌａｘが得られ、一方ｉＨｃは１
２　ｋｏｅ以上に達するので、Ａｉ３％１３％以下最も
優れた磁気特性を伺与する上で有効と苫える。なお、こ
の傾向はＧｏ金含有場合にも同様に妥当することか確か
められている。

前記ＦｅＣｏＢＲＡＩ組成の範囲内の場合、最大エネル
ギー積（ＢＨ）ｍａｒはハードフェライト磁石（〜４Ｍ
ＧＯｅ）と同等あるいはそれ以上となる。またＦｅＧｏ
ＢＲ成分について、軽希土類元素を全Ｒ中の５０２以上
含有し、カッ１１−２４％　（７）Ｒ１３〜２７％　（
７）Ｂ　、　Ｇｏ　４５　％以下、残部は実質的にＦｅ
の組成範囲の場合、（’ＢＨ）ｍａｘは７ＭＧＯｅ以−
Ｌを与−えるための好ましい範囲となる。ＦｅＣｏＢＲ
成分についてさらに好ましい範囲は軽希土類元素を全Ｒ
中の５０％以上含Ｎｕ、カッ＋２〜２０％　（７）Ｒ１
４−２４％　０’）Ｂ　、　Ｇｏ　３５％以下、残部は
実質的にＦｅの組成範囲の場合、温度特性が良好である
とともに（ＢＨ）ｗａｘは１０ＭＧＯｅ以上十分可能で
あり、最高の最大エネルギー積は３３ＭＧＯｅ以上に達
する。なおＧｏ　５Ｘ以上において８ｒの温度係数（α
）は約０．１　％／’Ｃ以「となり、また本発明のＦｅ
−Ｇｏ−Ｂ−Ｒ−Ａ　Ｉ合金はＣｏを含有しないＦｅ−
Ｂ−Ｒ合金に比較して良好な温度特性を有するのみなら
ず、Ｇｏ添加により減磁曲線線の角形性が改善之れるた
め、最大エネルギー積の向上がはがれる。また、Ｃｏは
Ｆｅに比べて１耐蝕１千をイ１するので、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ
合金にＧｏを添加することにより耐蝕性を付与すること
が可能である。

本発明のＦｅＣｏＢＲＡｌ系焼結体から成る永久磁石は
、Ｆｅ、　Ｇｏ、　Ｂ、　Ｒ，ＡＩの外工業的製造」−
不可避な不純物の存在を許容できる。

即ち本発明の永久磁石材料はＣｕ、　Ｃ；、　Ｓ、　Ｐ
、　Ｇａ。

Ｋｇ、　０．　Ｓｉ等を少量含有することも０■能であ
り、製造−にの利点、低価格化に資す。即ち、Ｃｕ　３
．５％以下、３２．０　％以下、Ｃ４，０％　以下、Ｐ
　３．５　Ｘ以下、Ｃａ　４　％以下、Ｍｇ　４　％　
以下、０　２％以下、５ｉ５ｚ以下の含有（但しその含
量は当該各元素の最−大値以下）は、なおハードフェラ
イトと同程度のＢｒ（４ｋＧ程度）以上であり、有用で
ある。Ｃｕ、　Ｐ。

Ｃａ、　Ｍｇ、　Ｃは安価な原料、有機成形助剤等から
、Ｓ、０は製造工程から混入することがある。

本発明の製造方法は０．３〜８９ｇｍの平均粒度を有す
る前記Ｆｅ　ｍ　Ｃｏ・Ｂ−Ｒ・Ａ１組成の合金粉末を
プレス成形後、還元性または非酸化性雰囲気中（真空な
いし不活性ガス雰囲気中）で９００〜１２００℃の温度
で焼結を行い、さらに３５０°Ｃから当該焼結温度以下
の温度範囲で熱処理を施すことを特徴とする。

以下本発明の製造方法を磁気異方性永久磁石の場合につ
いて説明する。

まず出発原料となる前記Ｆｅ−Ｃ０・Ｂ−Ｒ・Ａ１組成
の合金粉末を得る。これは通常の合金溶解後例えば鋳造
等アモルファス状態とならない条件で冷却して得た合金
鋳塊を粉砕して分級、配合等により供してもよく、ある
いはＦｅ、　Ｃｏ、　ＦｅＢ粉等と共にＣａ等の還元剤
を用いて希土類酸化物から還元法によって得てもよくこ
のＦｅ＠Ｃａａ　Ｂ　＠ＲφＡ１合金粉末は構成元素又
はその合金により組成を調整できる。即ち、本発明の合
金粉末は、予め所定のＦｅ・Ｃｏｏ　Ｂ　＊　Ｒ＊ＡＩ
組成として調製した合金粉末、或いは、所定の組成とな
るよう配合した合金粉末混合物、或いは、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ
ベース合金に補助的に構成元素又はその合金を添加して
所定組成としたもの、等を用いることができる。例えば
、Ｇｏ酸成分Ｉ７ては、Ｒ−Ｃ：ｏ合金等を添加するこ
ともでき、ＡＩについても同様なことが言える。

ＦｅＧｏＢＲＡｌ系化合物は、ＦｅＢＲ系をベースとす
る化合物磁石として、従来のアモルファス薄膜や・超急
冷リボンとは全く異なる結晶性のＸ線回折パターンを丞
し、新規な正方晶系結晶構造を主相として有するもので
ある。このことは、同一出願人の出願に係る特願昭５８
−９４８７６に開示の通りである。

Ｆｅ＊Ｃｏ・Ｂ・Ｒ・Ａ１合金粉末の平均粒度は０．３
〜８０ｇｍのものが用いられる。平均粒度８０ｐ、ｍを
こえるとすぐれた磁石特性が得られない。平均粒度０．
３ｇｍより下では、微粉砕中ないしその後の製造工程に
おいて、粉末の酸化が箸しくなり、焼結後の密度が上が
らず得られる磁石特性も低い。

平均粒度４０〜８０ｐＬ１１の範囲では磁石特性のうち
保磁力がやや低い。優れた磁石特性を得るためには合金
粉末の平均粒度として、１．０〜２０ｇ、ｍが最も望ま
しい。

粉砕は湿式で行うことが好ましイ、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。

次に合金粉末を成形する。成形は通例の粉末冶金法と同
様に行うことができ、加圧成形が好ましく、異方性とす
るためには、磁界中でプレスする。例えば、合金粉末を
、５ｋＯｅ以上の磁界中で０．５〜３．０　Ｔｏｎ／　
ｃｍ’の圧力で加圧することにより成形体と成す。この
磁界中加圧成形は粉末をそのまま成形する方法、アセト
ン、トルエン等有機溶奴中成形する方法いずれもＯｆ能
である。

次に、この成形体を還元性ないし非酸化性雰囲気中で所
定温度（９００〜１２００°Ｃ）にて焼結する。例えば
、この成形体をｔｏ　Ｔｏｒｒ以下の真空中ないし、　
１〜７８Ｑ　Ｔａｒτ、純度９１１１．９％以上−の不
活性ガスないし還元性ガス雰囲気中で９００〜１２００
°Ｃの温度範囲で０１．５〜４時間焼結する。焼結温度
９００°Ｃより下では十分な焼結布゛度が得られず、高
い残留磁束密度も得られない。また１２００℃より上で
は焼結体が変形し結晶粒の配向がくずれるため残留磁束
密度の低下と減磁曲線の角形性が低下する。また焼結時
間は５分以上あればよいが余り長持間になると量産性に
問題があるので、磁石特性の再現性を考慮すると０．５
〜４時間の焼結時間が望ましい。

焼結は、所定の結晶粒径、焼結密度かえられるよう温度
、時間等の条件を調節して行う。なお、焼結に関しては
、本願と同一出願人により出願された特願昭５８−９０
０３９にさらに詳細に開示の通りである。

焼結体の密度は理論密度（比）の９５　％以上が磁気特
性上好ましく、例えば、焼結温度１０６０〜１１６０°
Ｃで密度７．２　ｇ／　ｃｒｎ’以上が得られ、これは
理論密度の８６駕以上に相当する。

更に、■００〜１１８０℃の焼結では、理論密度比９９
　％以上にも達する。

上記焼結例では１１８０°Ｃでは密度は高くても（ＢＦ
Ｉ）ＩＩｌａ！は低下している。これは結晶粒の粗大化
に起因し、１ｌｌｃ角形比が低下するためであると占え
られる。

焼結雰囲気は本合金中の成分であるＲが高温で極めて酸
化しやすいので、非酸化性雰囲気である高真空中あるい
は不活性ガス、還元性ガス雰囲気中にて行うが、不活性
ガス、還元性カスの純度は高い方がよい。不活性ガスを
用いる場合は高い焼結密度を得る方法として１〜７１３
０　Ｔｏｒｒ未猫の減圧雰囲気中で行うことも可能であ
る。

焼結時の智温速度は特に規定しないが、前記湿式プレス
方式の場合には有様溶媒の溶媒除去をおこなうため昇温
速度４０°Ｃ／ｗｉｎ以下で昇温を行うか或いは昇温途
中で２００〜８００°Ｃの温度範囲で０．５時間以上保
持して溶媒除去をおこなうことが望ましい。

焼結後、室温までの冷却速度は２０°０／ｗｉｎ以上が
製品のバラツキを少なくするために好ましく、引却武度
として　１００°Ｏ／＋ｉｎ以上が望ましい（世し、焼
結に続いて直ちに熱処理工程に入ることもできる。）い
ずれの場合にも少なくとも８００°Ｃ以下よで上記冷却
速度で冷却することが好ましい。

時効処理は真空ないし不活性ガスないし還元性ガス雰囲
気中で３５０°Ｃから焼結７ｉ！度以下の温度範囲で、
凡そ５分から４０時間おこなう。時効処理の雰囲気とし
ては合金中の主成分のＲが高温で酸素或いは水分と急激
に反応するので、真空の場合は３ 真空度１０　Ｔｏｒｒ以下、不活性ガス、還元性ガス雰
囲気の場合は雰囲気の純度９９．９９Ｘ以上が望ましい
。

本発明合金の最適焼結温度は組成により異なり、時効処
理は本発明磁石材料の名焼結温度以下で行う必要がある
。例えば５８Ｆｅ２０Ｇｏ５Ｂ　１６Ｎｄ　ｌＡ　Ｉ合
　・金では時効処理の北限温度は１０３０°Ｃである。

一般にＦｅに富むあるいはＢが少ない、あるいはＲが少
ない組成はど上限時効処理温度を高くできる。しかし、
時効処理温度が高すぎると、本発明合金の低下をもたら
すとともに、最適時効処理時間が極めて短時間となり製
造条件の制御が困難となり実用的でない。また３５０°
Ｃより下では時効処理時間に極めて長時間を要するため
実用的でなく、かつ減時曲線の角形性が低下し優れた永
久磁石にならない。なお、焼結体の平均結晶粒径は、１
）Ｉｃ　１ｋＯｅ以上とするためには１〜８９ｇｍとす
ることが好ましい。本発明の永久磁石材料の結晶粒の過
剰成長を起さずに優れた磁石特性を実用的に得るには時
効処理温度として４５０°Ｃから８００°Ｃが望ましく
、５００〜７００’（！が最も望ましい。時効処理は５
分から４０時間おこなうが、時効処理時間が５分未満で
は時効処理の効果はほとんど現れず、また得られる磁石
特性のバラツキも大きい。一方、時効処理が４０時間を
こえると工業的に長時間を要しすぎるため実用的とはい
いがたい。優れた磁石特性を実用的に再現性良く得るに
は時効処理時間として３０分から８時間が望ましい。

また本磁石合金の時効処理の手法として２段以上の多段
時効処理も有効であり、例えば１０３０℃で焼結した［
１９Ｆｅ−１０Ｇｏ−７Ｂ−１３Ｎｄ−ＩＡＩ合金では
１１段目として８２０℃〜９２０℃の温度範囲で３０分
から６時間の初段時効処理を行ったのち、２段目以降は
４００〜７５０°Ｃの温度範囲で２時間から３０時間の
１段以上の時効処理を行うことにより、残留磁束密度、
保磁力、減磁曲線の角形性のともに高い優れた磁石特性
が得られる。とりわけ２段目以降の時効処理は保磁力の
著しい向上に効果がある。また時効処理の別手法として
多段時効処理の代りに時効処理時４００°Ｃから８００
°Ｃの温度範囲を空冷・水冷等の冷却方法により一定の
冷却速度で冷却を行っても同等の磁石特性が得られるが
、その際の冷却速度は０．２°Ｃ／ｍｉｎ　から２０°
Ｃ／ｌｌ１ｉｎであることが必要である。なおこれら時
効処理は焼結後そのまま行っても、焼結後一旦室温まで
冷却後再び昇温しで行ってもよい。

また本発明の製造方法は磁気異方性永久磁石のみならず
、等方性永久磁石にも適用できる。なお等方性永久磁石
の製造方法においては合金粉末を磁界中でなく成形する
ほか他工程はそのまま利用することが出来る。

等方性（７）場合ニハ、　Ｒ１０〜２５％　、　８３〜
２３％、５０　％以下ｒ））Ｇｏ、０．１〜３　％　ノ
ＡＩ、残部Ｆｅ及ヒ不可避の不純物から成る組成におい
て、（ＢＨ）ｓａｗ２８ＧＯｅ以上が得られる。等方性
磁石は元来異方性磁石の磁気特性の１／４〜１／６の低
い特性のものであるが、本発明によれば、それにもかか
わらず、等方性としては極めて有用な高い特性が得られ
る。

等方性の場合も、Ｒｉ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（ＢＨ
）ＩＩａｘ　２ＭＧＯｅ以上を満足するＲ１は１０％以
上でかつ２５％以下である。

またＢ量が増大するに従いｉＨｃは増大するがＢｒは最
大値を経た後減少する。かくて（ＢＨ）Ｉｌａｘ２ＭＧ
Ｏｅ以上を得るには８３〜２３％の範囲でなければなら
ない。

Ｆｅ’、　Ｂ、　Ｒ成分について、好ましくは軽希土類
をＲの主成分（全Ｒ中軽希土類が５０原子２以上）とし
１２〜２０χのＲ，５〜１８駕のＢ、残部Ｆｅの組成で
（ＢＨ）ｗａｘ　４ＭＧＯｅ以上の高い磁気特性を示す
。Ｆｅ。

Ｂ、　Ｒ成分について最も好ましい範囲としてＮｄ、Ｐ
ｒ等の軽希土類をＲの主成分とし１２〜ｔｅｘのＲ１［
１−１８％の８残部Ｆｅ）組成では（ＯＨ）ｗａｘが７
ＭＧＯｅ以上で等方性永久磁石ではかつて無い特性が得
られる。

ＡＩは異方性の場合と同じ範囲が好ましく、時効処理に
よるｉＨｃ増大の効果が大である。等方性の場合も、そ
の添加量の増大と共にＢｒは減少傾向を示す。

結合剤、滑剤は、異方性の場合には、成形の際の配向を
妨げるため一般には用いられないが、等方性磁石の場合
には、結合剤、滑剤等を含むことによりプレス効率の改
善、成形体の強度増大等が可能である。

等方性の場合も工業的製造上不可避な不純物の存在を許
容できる。即ちＲ，Ｇｏ、　Ｂ、　Ｆｅ、　ＡＩの他に
所定範囲内でＣ，Ｐ、　Ｓ、　Ｃｕ、　Ｃａ、　Ｍｇ、
　０．　Ｓｉ等が含有されることもでき、Ｃ４，ＯＸ以
下、Ｐ　３．３Ｘ以下、３２．５％以下、Ｃｕ　３．３
Ｘ以下（Ｃａ、　Ｍｇ、　０．　Ｓｉについては異方性
の場合と同じ）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。

本発明は、さらに高い磁気特性を得るためＡ１を０．１
〜．３％　とし、Ｒを選択し、Ｆｅ、　Ｇｏ、　Ｂ、　
Ｒ，Ｉ成を次の通り選択することにより、さらに高性能
の永久磁石を提供する。

即ち、下記Ｒ１と下記Ｒ２の和をＲ（希土類元素）とし
たとき、原子百分比でＪ　０．０５〜５Ｘ、Ｒ１２，５
〜２０　％　、　８　４〜２０　ｚ、　Ｇｏ　３５　％
　以下（但し　Ｇｏ　０％を除く）、残部Ｆｅ（但し、
Ｒ１はＤｙ。

Ｔｂ、　Ｇｄ、　Ｈａ、　Ｅｒ、　Ｔｍ、　Ｙｂの内一
種以上、Ｒ２はＮｄとＰｒの合計が８０％以上で、残り
がＲ１以外のＹを包含する希土類元素の少なくとも一種
）から成る磁気異方性焼結木矢磁石（Ｆ、ｅ−Ｇｏ−Ｂ
−Ｒ１−Ｊ−ＡＩ系磁石）は極めて高性能である。

この系においても、Ａ１は１）ｌｃ増大の役割を果たし
く第２．３図参照）　、　Ｏｙ等のＲ１の効果と相俟っ
て、極めて高い温度特性を付与する。

この永久磁石は、既述のＲＩＲ，とＲλの合計として原
子百分比テＲ１０，０５〜５％、　Ｒ１２，５〜２０％
。

８４〜２０　Ｌ　Ｃｏ　３５Ｘ以下、Ａｔ　Ｏ，Ｉ　Ｓ
ｍ３　％　、残部Ｆｅの組成において保磁力ｉＨｃ約１
０　ｋＯｅ以上、残留磁束密度Ｂｒ　９ｋＧ以上、最大
エネルギー積（Ｂ）Ｉ）ｗａｘ　２０ＭＧＯｅ以上の高
保磁力・高エネルギー積を示す。

Ｒ１０，２〜３　Ｌ　Ｒ１３〜＋９　Ｌ　Ｂ　５〜ｌｌ
　＄、　（：。

２３％以下、ＡＩＯ，１〜３％、残部Ｆｅｃ７）組成ハ
ｍ　大−ｒ−ネルギー積（ＢＨ）ｗａｘ　２９ＭＧＯｅ
以りを示し、さらに好ましい範囲である。

また、Ｒ１としてはＤｙ、　Ｔｂが特に望ましい。

Ｒの量が１２．５　％　よりも少なくなると水系合金化
合物中にＦｅが析出して保磁力が低下する。Ｒ２０２以
上では保磁力はｌｏｋＯｅ以上の大きい値を示すがＢ「
が低下して（Ｂｌｌ）ｍａｔ　２０ＭＧＯｅ以上に必要
なり「が得られない。

Ｒ１の量はＬ述Ｒに置換することによって捉えられる。

Ｒ（量は僅か０．２ｚの置換でもＨｃが増加し、５らに
減磁曲線の角形性も改善され（ＢＨ）Ｉｌａｘが増加す
る。Ｒ，ｆｆｉはｉＨｃ増加の効果と（ＢＨ）ａ＋ａｘ
増大の効果を考慮して０．０５％以上が好ましい。Ｒ−
が増加するにつれて、　ｉＨｃは上昇していき、（ＢＨ
）ｗａｘは０．４ｚをピークとしてわずかずつ減少する
が、例えば３ｚの置換でも（ＢＨ）ｗａｘは２９　ＭＧ
Ｏｅ以上を示す。

安定性が特に要求される用途にはｉＨｃが高いほど、す
なわちＲ，を多く含有する力が有利であるが、しかしＲ
，を構成する元素は希土類鉱石中にもわずかしか含まれ
ておらず、大変高価である。

従ってＲ１は５ｚ以下が好ましい、Ｂ量は、４を以下に
なるとｉＨｃが１０　ｋＯｅ以下になる。またＢ量の増
力りもＲＨの増加と同じ＜　ｉＨｃを増加させるが、Ｂ
ｒが低下していく。（ＢＨ）ｗａｘ　２０ＭＧＯｅ以」
−であるためには８２０　Ｘ以下が必要である。

この磁石では、３５１以下のＧＯの含有により（Ｂｌ（
）ＩＩｌａｘを高く保持しつつ温度特性が改にされるか
、Ｇｏ添加の効果は、既述のとおりであり、特にＧ。

２３％以下では（Ｂ）Ｉ）　ｗａｘは無含有の場合と同
等以上である。ＣＯ含有量が２５％を越えると（ＢＨ）
ｍａｔは低下していき３５％を越えるとさ・らに低下し
、（Ｂ）ｌ）ＩＩｌａには２０ＭＧＯｅより低くなる。

このＦｅＣｏＢＪ　Ｒ２Ａ　Ｉ系磁石はまた、常温着磁
後の１００°Ｃにおける暴露テストでは、Ｓｍ２　Ｃ０
Ｉ７磁石、或いはＲ成分を含まないＦｅＢＲ磁石と比べ
て極めて僅かな減磁率を示し、安定性が大きく改善され
ている。

Ａ１は時効処理によりｉＨｃを増し、減磁曲線の角形性
を増す効果があるが、一方その添加量が増すに従い、Ｂ
ｒが低下していくため、（ＢＨ）ｗａｘを余り低下させ
ない範囲が有用と考えられ、Ａｌ３Ｘ以下でこの条件を
満足する（第２図参照３０ＧＯｅ以上あり）。

以上詳述の通り本発明の永久磁石材料およびその製造方
法は新規なＦｅ−Ｃｏ＊Ｂ＊Ｒ＊Ａｌ系の高保磁力・高
エネルギー積を備える優れた磁石特性を有する永久磁石
を提供するものである。又ＲとしてＮｄ、　Ｐｒ等の軽
希土類元素を主体として用いることにより資源的φ価格
的などの点においても優れた永久磁石であり工業的利用
性の高いものである。

以下本発明の態様及び効果について、さらに実施例に従
って説明する。但し実施例及び記載の態様は、本発明を
これらに限定するものではない。

表１〜２は、つぎの工程によって作製した種々のＦｅ＊
Ｃｏ−Ｂ＠ＲｅＡｌ系組成から成る永久磁石体の特性を
示す。

（１）出発原料はＦｅとして純度９９．８％　＜重量％
、以下原料純度について同じ）の電解鉄、Ｂとして純度
９ＬＯ％以上の純系゛ロン及び純度８０．Ｏｚ以上のフ
ェロボロン合金（１９，３８２Ｂ、　５．３２ＸＡＩ、
　０．７４＄　Ｓｉ、　０．０３％　Ｇ、残部Ｆｅ）、
Ｒトして純度９Ｈ以上（不純物は主として他の希土類金
属）を使用。

Ｇｏは純度９９．８％の電解ＣＯを使用した。Ａ１とし
ては純度９９．９ＸのＡＩ、及びフェロボロン合金を使
用した。

（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−３５ｍｅｓ
ｈにしたのち更にボールミルにより所定の平均粒度のも
のが得られるように粉砕を行った。

（４）粉末を磁界中で所定の圧力で成形した（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９００〜１２００℃の範囲内の所定の雰
囲気焼結を行い、その後所定の熱処理を行った。

実施例　ｌ 平均粒度２〜１５ｇｌ１１．表１に示す原子百分率組成
を有するＦｅ−Ｇｏ−Ｂ−Ｒ−Ａ１合金粉末を１０ＫＯ
ｅ　ｒｊｉ界中で１．８７ｏｎ／Ｃｍ’の圧力で加圧成
形した後、９９．１１９９％純度の２５０　Ｔｏｒｒ　
Ａｒ中で１０８０℃、２時間焼結し、焼結後は冷却速度
７００°Ｃ／Ｂｉｎで室温まで急速冷却した。さらに６
００　ＴｏｒｒのＡｒ中にて時効処理を７００°Ｃで４
時間行い、本発明磁石を得た。磁石特性およびＢｒの温
度係数α（Ｘ／’Ｃ）の値を表１に示す。

表　１ 実施例　２ 平均粒度１〜１０ｐｍを有する下記原子百分率組成のＦ
ｅ−Ｇｏ−Ｂ−Ｒ−Ａ１合金粉末を無磁界中で１．Ｑ　
Ｔｏｎ／ｃｍ″の圧力で加圧成形した後、９９．９％純
度の１５０Ｔｏｒｒ　Ａｔ中で１０２０℃、１時間焼結
し、焼結後は冷却速度５５０℃／ｌ１ｉｎで室温まで急
速冷却した。さらに６５０　Ｔｏｒｒ　Ａｒ中にて時効
処理を６００℃で４時間行い、本発明磁石を得た。磁石
特性の結果を時効処理なしの焼結後の試料とともに表２
に示す。

表　２ 実施例　３ Ｒとして純度９９．７％以上（不純物は主として他の希
土類金属）を使用し、その他実施例１と同様にして溶解
、ｐ４造してＦｅ−１０Ｇｏ−８Ｂ−１３，５Ｎｄ−１
，５Ｄｙ−１，５ＡＩ　の合金を得た。

スタンプミルにより３５メンシユスルーまでに粗粉砕し
、次いでボールミルにより３時間微粉砕（３〜ＩＬＢ　
）Ｌ、磁界（１０ｋＯｅ）中配向・成形（１，５ｔ／ｃ
ｍ’にて加圧）し、焼結を１０００〜１２００℃１時間
Ａｒ中で行い、焼結後放冷して焼結試料とした。

得られた試料を加工研摩後、電磁石型の磁石特性試験に
よって磁石特性を調べた。さらに、５００〜７００°Ｃ
Ｘ２時間、Ａｒ中において時効処理を行った。その結果
、ｉＨｃ　１４．１ｋＯｅ、　（ＢＨ）ｗａｘ　３０．
８　ＭＧＯｅを示した。

さらに、同様にしてＣＯを含まない系（７７−＋ｗ’）
Ｆｅ−８Ｂ−＋５Ｎｄ−ｘＡＩ、　（７７−＋＋）Ｆｅ
−８Ｂ−１４，８Ｎｄ−０，４Ｄｙ−ｘＡｌ。

（７７−Ｘ）Ｆｅ−８Ｂ−１３，５Ｎｄ−１，５Ｄｙ−
ｒＡｌについてＡ１を　θ〜３　ａｔ　％　に変化させ
て得た結果を第１〜３図に夫々示す６

【図面の簡単な説明】

第１図は（７７−ｘ）Ｆｅ−８Ｂ−１５Ｎｄ−ｉＡｌの
組成の永久磁石（異方性）についてのＡＩ含有量とｉＨ
ｃ、　Ｂｒ。 （ＢＨ）Ｉｌａｘとの関係を示すグラフ、第２．第３図
は、夫々に他の系（７７−ｘ）Ｆｅ−８Ｂ−１４、８Ｎ
ｄ−０、４Ｄｙ−ｘＡ１及び（？８−ｘ）Ｆｅ−８Ｂｉ
３．５Ｎｄ−１，５Ｄｙ−ｘＡ　ｌについての第１図と
同様なグラフ、を夫々示す。 出願人　住友特殊金属株式会社 代理人　弁理士　加　藤　朝　道 １面の浄７Ｙ（内、゛、に亥更なし）　第１　図ＡＭ　
（領　％） 第２図 Ａｆｆ　（ａｔ％） 第３図 Ａｉｌ　（ａｔ％） 一ミＰ表たネ市正書（自発） 昭和５８年１１月２４０ 特許庁長官　若杉和夫　殿 １１１件の表示 昭和５８年特許願第１８４８４３号 （昭和５８年１０月３　日出１１１ｒｌ）２　発明の名
称 永久磁石材料及びその製造方法 ３　柑ｊＥＦをする者 事件との関係　出願人 氏名　住友局殊金属株式会社 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　補正の対象 図面 ８　補正の内容 図面の１＞書（内容に変更なし） 手続補正書（自発） 昭和５９年１２月２８０ 特許庁長官　志賀　学　殿 １　事件の表示　昭和５８年特許願第１８４８４３号（
昭和５８年１０ＪＩ　３１＋出願） ２　発明の名称　永久磁石材料及びその製造方法３　補
ＩＦをする者 事件との関係　特許出願人 氏名　住友特殊金属株式会社 ４　代理人 ５　補正命令の］」伺　自発 ６　補正により増加する発明の数　なし７　補Ｗ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。 ■）第１０頁第６行〜第８行にある［Ｒとしては・・・
・・が出来る６」を削除し、欧文を挿入する。 ［なおＳｍ、Ｌａ、Ｅｒ、Ｔｍは単独で用いることはｉ
Ｈｃが低く好ましくなく、Ｎｄ、Ｐｒ等の軽６土類をＨ
のうちの８０％以−にとすることがｑ）ましい。Ｅｕ、
Ｐｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等は非常に微量にしか存在せず高価で
あるが、Ｎｄ、Ｐｒ等との程合物として用いることかで
きる。なお、このＲは純希土類元素でなくともよく、工
業り入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有する
もので差支えない。このようにＲとしてはＴ楽土入手し
易いものをに体として用いることかできる点で本発明は
極めて有利である。」 以　上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子比で８〜３０％のＲ（但しＲはＹを包含する
   冷土類元素の少なくとも１種）、２〜２８％のＢ、５０
   　％以下ｃ７）Ｃｏ　（但１．　Ｃｏ　０％を除＜）　
   、　０．１〜３ｚのＡＩ、残部Ｆｅ及び不純物から成る
   焼結永久磁石材料。
2. （２）原子比で８〜３０％のＲ（但しＲはＹを包含する
   ｔｊ」−類元素の少なくとも１種）、２〜２８％のＢ、
   ５０　％以下ノＧｏ　（但Ｌ　Ｇｏ　ＯＸを除＜）、０
   ．１〜３ｚのＡ１、残部Ｆｅ及び不純物から成る合金粉
   末を成形し、９００〜１２００°Ｃで焼結し、焼結後３
   ５０°Ｃ〜当該焼結温度以下の温度で熱処理することを
   特徴とする焼結永久磁石材料の製造方法。