JPS61270308A - 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】 利用産業分野 この発明は、Ｆａ　−Ｂ　−Ｒ系永久磁石材料の製造方
法に係り、焼結永久磁石表面の少なくとも１主面に残存
する黒皮、あるいはｖｉｉ石表面表面削加工等に伴なう
磁石特性の劣化を防止し、ざらに１６石材料の耐食性を
改善したＦａ−Ｂ−Ｒ系永久Ｆｊ１石材料の製造方法に
関する。

背景技術 現在の代表的な永久磁石材料は、アルニコ、ハードフェ
ライトおよび希土類コバルト’１ｌｉＥである。

この希土類コバルト磁石は、磁気特性が格段にすぐれて
いるため、多種用途に利用されているが、主成分のＳｒ
ｎ、Ｃｏは共に資源的に不足し、かつ高価で必り、今後
長期間にわたって、安定して多Ｈに供給されることは困
難でおる。

そのため、磁気特性がすぐれ、かつ安価で、さらに資源
的に豊富で今後の安定供給が可能な組成元素からなる永
久磁石材料が切望されてきた。

本出願人は先に、高価なＳｍ　ｆ’　Ｃｏを含有しない
新しい高性能永久磁石としてＦａ−Ｅｉｌ−Ｒ系（Ｒは
Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種）永久磁石を
提案した（特開昭５９−４６００８号、特開昭５９−６
４７３３＠、特開昭５９−８９４０１号、特開昭５９−
１３２１０４号）。

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、Ｂ、Ｆａを主成分として２５８
ＧＯｓ以上、最高では４５８ＧＯｅ以上にも達する極め
て高いエネルギー積を示す、すぐれた永久磁石である。

最近、磁気回路の高性能化、小形化に伴ない、Ｆｅ−Ｅ
ｌ−Ｒ系永久磁石材料が益々注目されてきた。

かかる用途の永久磁石材料を製造するには、成形焼結し
た焼結磁石体表面の凹凸や歪みを除去するため、あるい
は表面酸化層を除去するため、ざらには磁気回路に組込
むために、磁石体の全面あるいは所要表面を切削加工す
る必要があり、加工には外周刃切断機、内周刃切断機２
表面研削機、センタレスグラインダー、ラッピングマシ
ン等が使用される。

しかしながら、上記装置にてＦａ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材
料を研削加工すると、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料は、
主成分として、空気中で極めて酸化しやすく、直ちに安
定な酸化物を生成する希土類元素及び鉄を含有するため
、発熱したり大気と加工面との接触により酸化層が生成
し、磁気特性の劣化を招来する問題があった。

また、Ｆｓ　−Ｂ　−Ｒ系磁気異方性焼結体からなる永
久磁石を、磁気回路に組込んだ場合に、磁石表面に生成
する酸化物により、磁気回路の出力低下及び磁気回路間
のばらつきを惹起し、また、表面酸化物の脱落による周
辺機器への汚染の問題があった。

そこで、出願人は先に、上記のＦｅ−Ｂ　　Ｒ％永久磁
石の耐食性の改善のため、ｖｉｉ石体表体表面電・解め
っき法あるいは電解めっき法により耐食性金属めっき層
を被覆した永久磁石（特願昭５８−１６２３５０号）及
び磁石体表面にスプレー法あるいは浸漬法によって耐食
性樹脂層を被覆した永久磁石を提案（特願昭５８−１７
１９０７丹）した。

しかし、前者のめっき法では永久磁石体が焼結体であり
有孔性のため、この孔内にめっき前処理で酸性溶液また
はアルカリ性溶液が残昭し、経年変化とともに発錆する
恐れがあり、また磁石体の耐薬品性が劣るため、めっき
時に磁石表面が腐食されて密着性・防食性が劣る問題が
あった。

また後者のスプレー法による樹脂の塗装には方向性があ
るため、被処理物表面全体に均一な樹脂被膜を施すのに
多大の工程２手間を要し、特に形状が複雑な異形磁石体
に均一厚みの被膜を施すことは困難であり、また浸漬法
では樹脂被膜厚みが不均一になり、製品寸法精度が悪い
問題があった。

発明の目的 この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする新規な
永久１ａ５材料において、焼結磁石体の切削加工に伴な
う磁気特性の劣化を改善し、ざらに、腐蝕性薬品等を使
用あるいは接触させることなく、密善性、防蝕性にすぐ
れた耐食性薄ｍ層を被着させた永久磁石材料の製造方法
を目的としている。

発明の構成と効果 この発明は、 Ｒ（Ｒはｍ、　Ｐｒ、　Ｄｙ、　Ｈｏ、　Ｔｂのうち少
なくとも１種あるいはさらに、Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｓｍ、
　ｃｄ、　Ｅｒ、　Ｅｕ、丁ｍ。

Ｙｂ、　Ｌ、ｔ、　Ｙのうち少なくとも１種からなる）
１０％〜３０原子％、 Ｂ２原子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８０原子％を主成分とし、主相が正方
晶相からなる焼結永久磁石体の表面に、平均粒径２０１
Ａ〜３５０ｍ１．モース硬度５以上の粉末の少なくとも
１種からなる硬質粉末を、圧力１．０ｋｇ４〜６．　ｏ
ｋｇ着の加圧気体とともに、０．５分〜６０分間噴射し
、上記磁石体の表面層を除去したのら、 上記磁石体表面にＭ薄膜層を被着したことを特徴する永
久磁石材料の製造方法である。

詳述すれば、この発明は、焼結磁石体表面に、所要性状
からなる硬質粉末を、加圧気体とともに、噴射し、焼結
磁石体の黒皮、酸化層や加工歪層等の表面層を除去した
のち、清浄化された磁石体表面にＭ薄膜層を被着し、酸
化や切削加工にともなう磁石特性の劣化を改善し、ざら
に、材料と表面ｗｊ膜層との密着性の改善ならびに材料
の耐食性の改善を図ったものである。

また、この発明の永久磁石材料は平均精品粒径が１〜８
０．ａの範囲にある正方品系の結晶構造を有する化合物
を主相とし、体積比で１％〜５０％の非磁性相（酸化物
相を除く〉を含むことを特徴とする。

この発明の製造方法は、Ｒとして南や円を中心とする資
源的に豊富な軽希土類を用い、Ｂ、Ｆａを主成分として
２５８ＧＯｅ以上、最高では４５８ＧＯａ以上にも達す
る極めて高いエネルギー積並びに、高残密磁束密度、高
保磁力を示す、すぐれた永久磁石であり、かつ研削加工
及び酸化層による磁気特性の劣化を防止し、かつ防蝕性
にすぐれたＭ薄膜を表面に安定被着したＦｅ　−Ｂ　−
Ｒ系永久磁石材料を、安価に得ることができる。

この発明において、モース硬度５以上の硬質粉末として
は、Ｎ１２０３系、炭化けい素光、　ＺｒＯ２系。

炭化硼素系、ガーネット系等の粉末があり、硬度の高い
Ｎ２Ｏ３系粉末が好ましい。

硬質粉末のモース硬度が、５未満では、研削力が小さす
ぎて、研削処理時間に長時間を要して好ましくない。

また、硬質粉末の平均粒度を２０ｉ〜３５０Ａｔｍとす
るのは、２０μｍ未満では、研削力が小さすぎて研削に
長時間を要し、また、３５０１ｉｍを越えると、焼結磁
石体表面の面粗度が粗くなりすぎ、研削量が不均一とな
り、好ましくないためである。

硬質粉末の噴射条件として、圧力１．０＠４未満では、
研削処理に長時間を要し、また、圧力６．０ｋｑＪを越
えると磁石体表面の研削量が不均一となり、面粗度の劣
化が懸念される。

さらに、噴射時間が０．５分間未満では、研削量が小さ
くかつ不均一であり、また、６０分を越えると磁石体表
面の研削量が多くなり、面粗度が悪化して好ましくない
。

また、硬質粉末の噴射用加圧流体としては、空気あるい
はＡｒ、　　Ｎ２ガス等の不活性ガスが利用できるが、
ｖｉ１石体の酸化防止のためには、不活性ガスが好まし
く、また、空気を用いる場合は、除湿を行なった空気が
望ましい。

この発明において、焼結磁石体の酸化表面相を除去した
清浄表面に、Ａ［を被着させるには、真空蒸着、スパッ
タリング、イオンブレーティング等の薄膜形成方法が適
宜選定利用できる。また、薄膜層の厚みは、薄膜層の剥
離あるいは閤械的強度の低下並びに防蝕性の確保等を考
慮して、３０Ｉ以下の厚みが好ましく、最も好ましくは
５加〜２５μｍの層厚みでおる。

永久磁石材料の成分限定理由 この発明の永久磁石材料に用いる希土類元素Ｒは、組成
の１０原子％〜３０原子％を占めるが、Ｍ。

Ｐｒ、　Ｄｙ、　Ｈｏ、　Ｔｂのうち少なくとも１種、
あるいはさらに、Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｓｍ、　Ｃｄ、　Ｅ
ｒ、　Ｅｕ、丁ｍ、　ｙｂ、　ＬＪ。

Ｙのうち少なくとも１種を含むものが好ましい。

また、通常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る。

なお、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するもので
も差支えない。

Ｒ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、１０原子％未満では、結晶構造がα−鉄と同一
構造の立方品組織となるため、高磁気特性、特に高保磁
力が得られず、３０原子％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、１０原子％〜３０原子％の範囲とする。

Ｂは、この発明による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、菱面体構造が主相となり
、高い保磁力（ｉＨＣ）は得られず、２８原子％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）が低下するため、すぐれた永久磁石が得られない
。よって、Ｂは、２原子％〜２８原子％の範囲とする。

Ｆｅは、新規な上記系永久磁石において、必須元素であ
り、６５原子％未満では残留磁束密度（Ｂｒ）が低下し
、８０原子％を越えると、高い保磁力が得られないので
、ＦＢは６５原子％〜８０原子％の含有とする。

また、この発明による永久磁石材料において、Ｆｅの一
部をらて置換することは、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、ＣＯ
麗換量がＦｅの２０％を越えると、逆に磁気特性が劣化
するため、好ましくない。Ｇの置換最がＦｅとらの合計
量で５原子％〜１５原子％の場合は、（Ｂｒ）は置換し
ない場合に比較して増加するため、高磁束密度を得るた
めに好ましい。

また、この発明による永久磁石材料は、Ｒ，Ｂ。

Ｆｅの他、工業的生産上不可避的不純物の存在を許容で
きるが、Ｂの一部を４．０原子％以下のＣ１３，５原子
％以下のＰ、２．５原子％以下のＳ、３．５原子％以下
のムのうち少なくとも１種、合計量で４、Ｏ原子％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。

また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、ＲＢ　　
Ｆｅ系永久磁石に対してその保磁力、減磁曲線の角型性
を改善あるいは製造性の改善、低価格化に効果があるた
め添加することができる。しかし、保磁力改善のための
添加に伴ない残留磁束密度（Ｓｒ）の低下を招来するの
で、従来のハードフェライト磁石の残留磁束密度と同等
以上となる範囲での添加が望ましい。

９．５原子％以下のＡ１．４．５原子％以下のＴｉ、９
．５原子％以下のＶ、８，５原子％以下のＣｒ。

８．０原子％以下のＨｎ、　　５．０原子％以下の８１
．９．５原子％以下のＮｂ、９．５原子％以下の丁ａ１
９．５原子％以下のＩ（０，９，５原子％以下の４．２
．５原子％以下のＳｂ、　　７　　原子％以下のＧｅ。

３．５原子％以下のＳｎ、　　５．５原子％以下の１ｒ
１９．０原子％以下のＮｉ、　　９．０原子％以下のＳ
ｉ、１．１原子％以下のＺｎ、５．５原子％以下のＨｆ
、のうち少なくとも１種を添加含有、但し、２種以上含
有する場合は、その最大含有量は当該添加元素のうち最
大値を有するものの原子％以下の含有させることにより
、永久磁石の高保磁力化が可能になる。

結晶相は主相が正方品であることが、微細で均一な合金
粉末より、すぐれた磁気特性を有する焼結永久磁石を作
製するのに不可欠である。

また、この発明の永久磁石は、磁場中プレス成型するこ
とにより磁気的異方性磁石が得られ、また、無磁界中で
プレス成型することにより、磁気的等方性磁石を得るこ
とができる。

この発明による永久磁石材料は、保磁力ｉＨｃ≧１　ｋ
ｏａ、残留磁束密度１３ｒ＞　４　ｋＱ、を示し、最大
エネルギー積（ＢＨ）ｍａＸは、最も好ましい組成範囲
では、（ＢＨ）ｍａｘ≧１０阿Ｇｏｓを示し、最大値は
２５ＨＧＯａ以上に達する。

また、この発明永久磁石材料のＲの主成分がその５０％
以上を陶及び円を主とする軽希土類金属で占める場合で
、Ｒ１２原子％〜２０［子％、Ｂ４４原子〜２４原子％
、Ｆｅ　　７４原子％〜８０原子％、を主成分とすると
き、（Ｂｔｌ）ｍａｘ　３５８ＧＯｅ以上のすぐれた磁
気特性を示し、特に軽希土類金属が陶の場合には、その
最大値が４５８ＧＯｅ以上に達する。

実施例 実茄北ロー 出発原お１として、純度９９．９％の電解鉄、フェロボ
ロン合金、純度９９．７％以上の陶を使用し、これらを
配合後高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し、１６
．　ＯＮｄ　７．　ＯＢ　７７、０Ｆａなる組成の鋳塊
を１ｑだ。

その後このインゴットを、スタンプミルにより粗粉砕し
、次にボールミルにより微粉砕し、平均粒度２．８．の
微粉末を得た。

この微粉末を金型に挿入し、１５　ｋｏａの磁界中で配
向し、磁界に平行方向に、１．２ｔ４の圧力で成形した
。

得られた成形体を、１１００℃、１時間、　Ａｒ雰囲気
中、の条件で焼結し、長さ２５＋ｒ＋ｍＸ幅４０ｍｍＸ
厚み３０ｍｍ寸法の焼結体を得た。

ざらにＡｒ中での８００℃、１時間と６３０’Ｃ，１，
５時間の２段時効処理を施した。

上記の永久磁石体を、大気中で、ダイヤモンド１１２０
０番を砥石として、回転数２４０Ｏｒｐｍ　、送り速度
５ｍｍ／ｍｉｎで、長さ５ｍｍＸ幅１０ｍｍＸ厚み３ｍ
ｍ寸法に切出した。

ざらに、この切出し試料に、平均粒径５０１１ｍ、モー
ス硬度１２のＮｌ　２０３硬質粉末を用いて、圧力３．
０に９４、Ｎ２ガスの加圧気体とともに、１５分間噴射
する条件のグリッドブラストを施し、上記１ｉｆｉ５体
の表面層を除去した。

次に、真空度５ｘ　１０−５　Ｔｏｒｒの真空容器内に
、上記試料を入れ、Ａｒガスを送入し、１×１０″’２
　ｒｏｒｒのＡｒガス中、　４００　Ｖの電圧で２０分
間の放電を行なった後、引続き、コーティング材料とし
て、純度９９．９９％のＭ板を用い、これを加熱し、蒸
発ＡＩをイオン化し、これらイオン化粒子が電界に引か
れて、陰極を構成する前記試験片に付着し、Ｍ薄膜を形
成した。試験片表面に形成した薄膜厚みは２０−であっ
た。

上記イオン・ブレーティング条件は、電圧１，５ｋＶ、
　１５分間処理であった。

この試験片に耐食性試験と耐食性試験後の薄膜の密着強
度試験を行なった。また、耐食性試験前後の磁気特性を
測定した。試験結果及び測定結果は第１表に示す。

また、比較のため、上記試験片に、トリクレンにて３分
間溶剤脱脂し、５％ＮａＯＨにて６０℃、　３分間のア
ルカリ脱脂した後、２％Ｈ（Ｊにて室温、１゜秒間の酸
洗しワット浴にて、電流密度４Ａ／ｄｍ”。

浴温度６０°Ｃ９２０分間の条件にて、電気ニッケルめ
っきを行ない表面に２０＃厚みのニッケルめっき層を有
する比較試験片（比較例）を得た。この試験片に上記の
実施例１と同一の試験及び測定を行ない、その結果を同
様に第１表に示す。

耐食性試験は、上記試験片を６０℃の温度９０％の湿度
の雰囲気に、５００時間放置した場合の試験片外観状況
でもって評価した。

また、密着強度試験は、耐食性試験後の上記試験片を、
破断して破断面を観察することで評価した。

以下余白 第」表より明らかなように、この発明方法により、切削
加工あるいは切削加工による磁気特性の劣化が改善され
、さらに、耐良性にすぐれた永久磁石が得られ、その効
果が著しいことが分る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｒ（ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうち少な
   くとも１種あるいはさらに、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｇｄ、
   Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｙのうち少なくとも１
   種からなる）１０％〜３０原子％、 Ｂ２原子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８０原子％を主成分とし、主相が正方
   晶相からなる焼結永久磁石体の表面に、 平均粒径２０μｍ〜３５０μｍ、モース硬度５以上の粉
   末の少なくとも１種からなる硬質粉末を、 圧力１．０ｋｇ／ｃｍ＾２〜６．０ｋｇ／ｃｍ＾２の加
   圧気体とともに、０．５分〜６０分間噴射し、上記磁石
   体の表面層を除去したのち、 上記磁石体表面にＡｌ薄膜層を被着したことを特徴する
   永久磁石材料の製造方法。