JPS6089546A - 永久磁石合金およびその製造方法 - 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】 この発明は、Ｉで（ＲはＹを含む希土類元素のうち少な
くとも１種）、Ｂ、Ｆｅを主成分とする永久磁石合金に
係り、すぐれた磁気特性、・特に高い保磁ノｊを有する
希土類・鉄・ボロン系永久磁石合金とその製造方法に関
する。

希土類元素を主成分どする永久１＆Ｕｉ４．Ａ料として
、Ｓｍを主成分とする希土類金属と、ωを主成分とする
遷移金属よりなる全屈間化合物であり、六方晶構造を主
相とするＲ　Ｃｏ　ｓ系、菱面体構造の結晶組織を主相
とするＲ２Ｃ０１７系磁石はすぐれた磁石特性を有して
いる。かかる希土類コバルト磁石はコバル１〜を５０・
−６０ｗｔ％も含むうえ、希土類鉱石中にあまり含まれ
ていないＳｍを使用す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
で付加価値の高い磁気回路に多用されるようになった。

そこで、本発明者は先に、高価なＳｍやω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５希土類元素のうち少なくとも１種）永久磁石を１
ｊｉ案したく特願昭５７−１４５０７２弓）。この永久
磁石は、Ｒとして陶や円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２５Ｍ　Ｇ　Ｏｅ以
上の極めで高いエネルギー偵を示ずすぐれた永久磁石で
ある。

さらに、本発明者は、Ｆｅ　−Ｂ　−Ｒ系合金粉末を、
アトマイズ法によって作製した場合、微細な複合組織を
右し、合金粉末のみてずぐれた磁気特性を有することを
明らかにしたく特願１昭　５８−１２５３４１号）。し
かし、この粉末は、粉砕の過程で保磁力が低下し、熱処
理を施しても、最高１２ＫＯｅ程度の保磁力しか得られ
なかった。

また、Ｆｅ−Ｒ系・ｌ”Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系合金を超急冷法
により、永久磁石化する試みもなされており（特開昭５
７−１４１９０１号、特開昭５７−２１０９３４号）、
非晶質化した合金を粉末化したり、あるいは熱処理する
ことによって高保磁力を示すことが報告されているが、
実用的な磁気特性としＣは十分ではなかった。

この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする上記の
新規な永久磁石材料をさらに発展させることを目的とし
ており、該系合金溶湯を急冷したままの合金粉末のみで
すぐれた磁気特性、特に高保磁力を右し、ボンド磁石用
合金粉末にも適した微細で均質な組織の希土類・ボロン
・鉄を主成分とする永久磁石合金を目的とし、製造工程
で保磁力の低下のない希土類・ボロン・鉄を主成分とす
る永久磁石合金の製造方法を目的としている。

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％、「ｅ４２原子％〜９０原子％
を主成分とし、合金溶湯の急冷のままで、５Ｊ以下の微
細な複合組織より構成され、主相が正方晶化合物である
ことを特徴とする永久磁石合金であり、さらに、製造に
際して、上記組成の合金を、溶融後、少なくとも室温で
の保磁力が１２ＫＯｅ以上を右する微細正方晶化合物を
形成するような速度で急冷することを要旨どづる永久磁
石合金の製造方法である。

この発明の製造方法による永久磁石は、Ｒとして陶や円
を中心とする資源的に豊富な軽希土類を主に用い、Ｒ，
Ｂ、Ｆｅを主成分とし、溶湯より急冷し一’Ｃ５）ｂｎ
以下の微細な上記複合組織を右Ｊるもので、合金粉末の
みでずぐれた磁気特性をイ１し、そのままボンド磁石用
粉末月別にも適用′Ｃき、また、焼結磁石用粉末月利と
しても微細で均質なため、すぐれた磁気特性を右し、か
つづぐれた残留磁束密度の温度特性を示゛す永久磁石材
料を安価に１コることができる。

この発明にｄ３　ＧＪる急冷方法としては、ロール払、
スパッタリング法、スブラッ１−クエンヂ法、回転ディ
スク法など、一般的に非晶質を作製゛する方法が適用で
きるが、溶融合金を回転体に衝突させて急冷Ｊるのみて
、Ｊぐれた保磁ツノを得るためには、急冷速度が重要で
あり、早Ｊきても荏づぎてもよくない。例えば、単ロー
ル法による急冷“Ｃ・は、ロール周速度が５１ｎ／秒か
ら３５ｍ／秒の範囲が好ましい。また、冷却速度の範囲
は、カスアトマイズ法による冷却速度より非晶質を生成
づる冷却速度域までの１０２〜ｂ また、？８融雰囲気としては、不粘性雰囲気中または真
空中である必要があるが、溶湯の冷却雰囲気は大気中で
も可能である。

この発明による永久磁石合金は、急冷したままでづぐれ
た磁気特性を右するために、リボン状や所要の形状に急
冷して永久磁石として使用でき、積層して用いることも
可能であり、また、急冷したリボン状あるいはフレーク
状の細片は、容易に粉砕可能Ｃ・あり、粉砕後ちりぐれ
た磁気特性を右ツるため、ボンド磁石用の３００Ｂ＋以
下の粉末として使用でき、焼結磁石用の原料粉末とじて
用いることができる。

この発明の永久磁石合金は溶湯にす０冷するのみでずぐ
れた磁気特性を右するのは、組織が５　ｉｉｍ以下の微
細な複合組織Ｊ、り構成され、主相が正方晶化合物であ
ることの相乗効果によるちので、この複合組織が５ρ以
下の微頽１な相に分れることにより、１２ＫＯｅ以上の
保磁力が可能となる。

これは、この発明の永久磁石合金が、単軸微粒子型磁石
であることに基づくもので、複合組織が５　、ｃａｍを
越えると、単軸微粒子を構成しなくなり、複合組織内の
各相内に磁壁を右するＪ、うになるため、磁化の反転が
容易に起り、保磁力が小さくなる８゜すなわち、複合組
織が５ｐを越えると、保磁力が１２ＫＯｅ未満に低Ｆし
てしまうので好ましくない。

以下に、この発明による永久磁石合金の組成限定理由を
説明する、。

この発明の永久磁石に用いる希土類元素１（は、イツト
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ども１種、好ま
しく（まＮｄ、ｐｒ等の軽希土類を主体として用いる。

あるいはＮｃｌ、Ｐｒ等の軽い希土類元素にＤＶ等の重
い希土類元素を５原ｆ％以下添加して用いると、さらに
、づぐれた磁気特性が得られる。

Ｒ（Ｙを合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における、必須元素てあつ−で、８
原ｆ％未満では、結晶購造がα−鉄と同〜構迄の立方晶
組織となるため、高磁気特性、特に高保磁力が得られず
、３０原ｆ％を越えると、Ｒリッチな非磁性相が多くな
り、残留磁束密度（Ｂｒ　）が低下して、すぐれた特性
の永久磁石が得られない。よって、希土類元素は、８原
ｆ％〜３０原子％の範囲とする。

Ｂは、新規な上記系永久磁石にｄＢプる、必須元素であ
って、２原ｆ％未渦では、菱面体組織となり、高い保磁
力（１ｔ−１ｃ　）は得られず、２８原ｆ％を越えると
、Ｂリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Ｂｒ
　）が低下づるため、すぐれた永久磁石力＜得られない
。よって、Ｂは、２原ｆ％〜２８原子％の範囲とする、
。

Ｆｅは、新規な上記系永久（ｉ！１石において、必須元
素であり、４２原ｆ％未満Ｃ゛は残留磁束密度（＋３ｒ
）が低下し、９０原ｆ％を越えると、高い保磁力が得ら
れないので、Ｆｅは４２原ｆ％〜９０原子％の含有どす
る。

また、この発明による永久磁石用合金粉末において、Ｆ
ｅの一部を勿で置換することは、得られる磁石の磁気特
性を損うことなく、温度特性を改善することができるが
、ω置換りがＦｅの５０％を越えると、逆に磁気特性が
劣化ブるため、好ましくない。

またさらに、下記添加元素の添加並びに原料や製造工程
から混入Ｊる不純物を含む合金も、ＲｌＥｌ、’Ｆθを
含む正方晶化合物を主相とし、すぐれた磁気特性を示Ｊ
、。

また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、Ｒ−Ｂ−
Ｆｅ系永久磁石に対してその保磁力答を改善あるいは装
造性の改善、低価格化に効果があるため添加り゛る。

ＴＬ　４．５原ｆ％以不、ＮＬ　４．５原ｆ％以下、Ｖ
　９．５原ｆ％以下、　Ｎｂ　１２．５原ｆ％以下、Ｔ
ａ　１０．５原ｆ％以下、　Ｃｒ　８，５原ｆ％以下、
Ｉ′ｌＯ９、！＋７ｊ￥子％以下、　Ｗ　９．５原ｆ％
以下、ｉｌｍ　３．５１ｊｔ子％以下、　Ｍ　９，５原
ｆ％以下、Ｓｂ　２．５原ｆ％以下、　ｃｅ　７　原子
％以下、Ｓｎ　３　、５１ｊｌｔ子％以下、　Ｚｒ　５
．５原ｆ％以下、ＢＬ５１５５％以上、　Ｈｆ５，５原
ｆ％以下、さらに、　（：ＬＬ　３．５原ｆ％以下、Ｓ
　２．０原ｆ％以下、　Ｃ２原ｆ％以下、Ｃａ　８　原
子％以下、　Ｍｇ８＋京了％以下、ＳＬ　８　原子％以
下、　Ｐ　３．５原ｆ％以下、０　２　原子％以下、と
する。

また、１原ｆ％以下のｔ（、ＬＬ　、Ｎａ　、Ｋ　、Ｂ
ｅ　、Ｓｒ、Ｂａ　、ＡＱ　、Ｚｎ　、　Ｎ　、Ｆ　、
Ｓｅ　、Ｓｅ　、Ｔｅ　、Ｐｂ。

この発明による永久磁石合金の好ましい組成範囲は、Ｒ
の主成分がその５０％以上をＦｆ希土類金屈が占める場
合で、１テ１２原ｆ％〜２０原子％、Ｂ４４原ｆ〜２４
原子％、Ｆｅ　Ｇ５５原ｆ〜８２原子％、を主成分どし
、上記の添加元素あるいは不純物の合泪が５原ｆ、　９
６以下の場合である。

以下に、この発明による実施例を示しその効果を明らか
にづる。

実施例１ 出発原わ（とじて、純度９９．９％の電解鉄、Ｂ１’１
１．１１％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、９０％のＭを含有づる
Ｆｅ−Ｎゴ合金、を使用し、１ＧＩＧ−８日−７６「ｅ
の絹］戊のインゴットを作製し、このインゴット・をア
ルゴン雰囲気中で、先端部に０　、５　ｍｍφのノズル
を右りる石英製るつぼ中゛て畠周波溶解し、ついで、冷
２Ｊ］装置を４１段し１：　２００　ｎｕｎφのロール
を、　１０００〜５０００ｒｐｎｌで１転させ、先の溶
湯をロール面に噴出させて、リボン状の永久磁石合金細
片を得た。

１ワられた合金細片に対して、磁気特性測定、Ｘ線回折
、並びに光学顕微鏡（１ｏｏｏ倍）による組織検査を行
なった。なお、磁気特性は、印加磁場が最高１５ＫＯθ
の振動了型磁朱５１で測定し、第１表に示す。

第１表から明らかなＪ：うに、ロール回転数が１ｏｏｏ
〜２０００ｒｐｍの場合にすぐれた保磁ノｊが得られ、
第１図から第３図の顕微鏡写真及び第４図リボン状細片
を１００メンシコスルーの粉末にした場合のＸ線回折結
果からは、明１１１Ｃな正方晶の構造を主相どしている
ことが明らかである。また、ロール回転数が高くなると
非晶貿溝造となり、保磁力が１Ｋ　Ｏｅ以下に低下する
ことが分る１、ちなみに、同組成のインボッ１〜を７ト
マイス゛法により粉化した粉末の場合は、５ＫＯθの保
磁力しか得られず、本発明磁石合金の１５ＫＯｅ以上の
保母ノｊと著しい差異を示した。

また、第５図には、ロール回転数１１０００ｒｐにおけ
る、リボン状細片の表面のＸ線回折結果を示す。

この回折結果より、Ｃ軸異方性を示しており、この発明
により等方性のみならず、異方性磁石材料も１ηられる
ことが明らかである。

実施例２ 出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、Ｂ１９，４
％を含有し残部はＦｅ及び／Ｖ、ＳＬ、Ｃ等の不純物か
らなるノエロボロン合金、９０％の陶を含有するＦｅ−
１モ合金、６７％の隔を含有するＦｅ−ｍ合金、７７％
のＳ（を含有するＦｅ　ＳＬ金合金使用し、１５Ｎｃｌ
−７Ｅｌ−ｉｔも一１Ｓｊ　７６Ｆｅの組成のインゴッ
トを作製し、このインボッ１−をアルゴン雰囲気中で、
先端部に０．５Ｘ１５ｍｍのスリットを右する石英製る
つぼ中で高周波溶解し、ついで、冷ｆｆ１ｌ装置を付設
した２５０ｍ１ｎφの鉄製ロールを、１０ｍ／秒で回転
さけ、先の溶湯をロール面に噴出さけ−（、リボン状の
永久磁石合金細片を１！また。

この合金細片を乳鉢で粉砕して一１００ｍｅｓｌ＋にし
た粉末の磁気特性は、飽和磁化（σＳ）が９２　ｅｍｕ
／ｇ　、保磁力（１ｔ−１ｃ　）は１４ＫＯｅを示した
。

すなわち、本発明にＪ、るど、微粉砕−１１）熱処理、
焼結等の工程を経ることなく、づぐれた磁気特性を承り
永久磁イ」合金が容易に１！１られることが分る。

以下余白 第１表 □ 以下余白

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図はこの発明による（８石合金の組織の
顕微鏡写真でパあり、第１図は［−ｊ−ル回転数か２（
＋００１’１Ｊｎｌのどさ、第２図は１５００ｐｐｍ　
、第３図は１１０００ｐｐの場合を示づ一０第４図と第
５図は同合金のＸ線マイク［１アナライザーによる回折
結架を示ず線図て゛あり、第４図ａ図は１０００１”ｌ
１ｍ　、　ｌｉｌ　ｌ）図は２００（ｌ叩ｎｌ　、ｌｉ
ｉ］　０図は３５０Ｏｒｐｍの場合を示す。 出願人　住友特殊金属株式会社 第１ 自発手続谷１１正書 昭和５８年１１月２９日 特許庁長官　若杉和夫　殿 ２、発明の各駒− 永久磁石合金ｄ３よびその製造り法 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 住所　大阪市東区北浜５丁目２２番地 スミトモ［−クシュキンゾク 名称　住友特殊金属株式会社 ４、代理人 ５、補正の対象 明ｍ１の１、発明の名称」、「特許請求の範囲」、「発
明の詳細な説明」の欄 ６、補正の内容 明　細　吉 １、発明の名称 永久磁石合金およびその製造方法 ２、特許請求の範囲 １　Ｒ（但し１くは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％、Ｆｅ　４２原子％〜地仄原子％を主成分とし、合
金溶湯急冷のままで、５ＡＩｍ以下の微細な複合組織よ
り構成され、主相が正方晶化合物であることを特徴とす
る永久磁石合金。 ２　Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少４ｇりど
も１種）８原子％〜３０原子％、Ｂ　２原子％〜２８原
子％、「ｅ　４２原子％〜隻旦原子％を主成分とする合
金を、溶融後、少なくとも空温での保磁力が１２ＫＯｅ
以上を有する微細正方品化合物を形成するような速度で
急冷することを特徴とり−る永久磁石合金の製造方法。 ３、発明の詳細な説明

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ら少なくとも１
   種〉８原子％〜３０原子％、Ｂ　２原子％・〜２８原子
   ％、Ｆｅ　４’２原子％〜９原子％を主成分とし、合金
   溶湯急冷のままで、５　ｍ＋以下の微細な複合組織より
   （１４成され、主相が正方品化合物であることを特徴と
   する永久磁石合金。 ２　Ｒ（但しＩＲ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％、「Ｃ４２原子％〜９原子％を主成分どする合金を
   、溶融後、少なくとも室温での保磁力が１２ＫＯθ以上
   を右する微細正方品化合物を形成するような速度で急冷
   することを特徴とする永久磁石合金の製造方法。