JPS61284551A

JPS61284551A - 永久磁石合金

Info

Publication number: JPS61284551A
Application number: JP60125887A
Authority: JP
Inventors: Koji Akioka; 宏治秋岡; Tatsuya Shimoda; 達也下田; Toshiyuki Ishibashi; 利之石橋; Ryuichi Ozaki; 隆一尾崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1985-06-10
Publication date: 1986-12-15

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、永久磁石に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、希土類−鉄系永久磁石において、Ｎ１とｈＬ
の同時添加により、磁気的な硬化機構を変更し、より信
頼性の高い磁石を得んとするものである。

〔従来の技術〕

永久磁石材料は、家庭用の小型電気製品から大型コンビ
エータ一端末機、Ｘ用進行波管まで、非常に幅広い分野
に使用される。非常に重要な機能材料である。そして近
年の傾向である、各種機器の、Ｊ〜型薄型化、高効率化
、いわゆる軽薄煩多の要求により、その特性に対する要
求度はますます高まりている。従来、実用化されている
主な磁石としては、７工２イト磁石、アルニコ磁石、そ
して希土類コバルト磁石がある。アルニコ磁石は長年、
永久磁石の主流をしめてきたが、コバルトショックによ
る原料事情の不安定化、そしてアルニコ磁石よりも高性
能な希土類コバルト磁石の登場により、その需要は低下
し続けている。フェライト磁石は鉄の酸化物を主成分と
するため、原料事情がよく低コストであるため、磁気特
性は低いが多量に用いられ、売り上げ金額及び生産量で
圧倒的に現在の磁石の主流を占めている。希土類コバル
ト磁石はコバルトを５０〜６５ｗｔ％も含むが、非常に
大きな結晶磁気異方性と飽和磁化を合わせ持つため、精
力的な開発が進められ、磁石材料の性能を飛躍的に高め
た。しかし希土類元素として、希土類系磁石に高次数ｗ
ｔ％しか含まれないｓｍを使用するため、Ｓｍの希土類
元素中における資源バランス及びＣｏ含有量の多さから
くる供給不安等の問題をかかえている。ところが最近こ
の希土類コバルト磁石の欠点を解決するため、新たに第
２世代の希土類磁石が開発されている。以下、簡単に説
明すると従来の高性能永久磁石はアルニコ、希土類コバ
ルト磁石を初めとして、一定量のＯｏ量を特徴とする特
に希土類コバルト磁石はその最たるもので希土類（以下
Ｒと略す）とＣＯの金属間化合物、ＲＯＯ５またはＲ２
０ｏｌｔの飽和磁化及び結晶磁気異方性にその特性は依
存している。そこで００を含まない高性能永久磁石を開
発する試みとして、希土類−鉄（Ｋ−ＩＦｅ）２元系合
金が注目された。Ｒ１特に軽希土類と鉄の２元系化合物
は希土類モーメントと鉄モーメントの強磁性的結合によ
り、高い飽和磁化を示すため、希土類コバルト磁石に匹
敵する高性能磁石の有力候補と考えられてきた。しかし
、（１）　　軽希土類からなる希土類鉄化合物のキュリ一
点があまりに低すぎる。

（２）　　軽希土類と鉄は安定な化合物をわずかしか作
らない。

（３）　　希土類と鉄の化合物で一軸異方性を有するも
のはない。

という３つの理由により実用化はなされていなかった。

と０ろがこの３点を解決する試みが１９８１年ごろより
発表された。それは以下の２つ方法に大別できる。

（１）　　希土類と鉄の平衡相のみでなく、準安定相、
非平衡相に着目する。この方法によりてＪ、　Ｊ　、　
０ｒｏａｔ　（Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　
Ｐｈｙｓｉｃｓ、　　　＝　　）、（５ｃ”Ｅｒ　バ１
６　、）１５　　　Ｍａｒｃｈ１９８４　　　Ｆ２０７
８〜２０８２）らは等方性で（ＢＨＪｍａｘ　１４．　
Ｉ　Ｍ　ＧＯｅを示すような高保磁力合金を開発した。

（２）　　希土類と鉄の２元系だけでなく３元系、４元
系へ研究を拡張し、あらたな安定相を探す。佐用（Ｊｏ
ｕｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅａ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　、
　５５（６）１５　　Ｍａｒｃｈ　１９８４　　Ｆ２０
８３〜２０８７）らＢ添加合金に焼結法を採用して異方
性で（ＢＨ）ｍａｘ５５ＭＧＯｅに達する新合金を開発
した。

これら２つの試みは、いづれもメタロイドであ乞Ｂを添
加することによっており、その磁性の根元となる化合物
はＲ２’Ｆ１３１４Ｂ　ですでに多くの物性値も報告さ
れ、温度特性を改善するためにＣＯで？ｅを置換すると
いった試みもなされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし従来技術で述べた希土類−鉄系永久磁石合金は、
高性能永久磁石材料として初めてＣＯばなれを達成した
ものの、同じ高性能永久磁石である８ｍ−Ｃｏ系磁石に
比して大きく温度特性が劣るという欠点を持っていた。

すなわち、磁束密度Ｂｒの温度係数がＳｍ−Ｃｏ糸で約
−０，０３〜０゜０４％／℃であるのに対し、希土類−
鉄では約−α１２％／”Ｃと約４倍、保磁力１Ｈｃの温
度係数はＳｍ−ｃｏ系で約０．２〜ＣＬ　５％／℃であ
るのに対し、希土類−鉄系では約−０６％／℃と約２倍
となる。最近の高性能永久磁石は軽薄煩多化の波に乗っ
て、精密小型モータに使用されることが多い。これらの
モータは要求特性は大型モータに比して、むしろ厳しく
なっており高温での信頼性が要求される。そのため、現
状の希土類−鉄系永久磁石は範囲の小型モータ用磁石と
しては大きな需要を望むことは困難である。本発明の目
的は、希土類−鉄系永久磁石において、磁気的な硬化機
構を変更することにより、温度特性を改善し、信頼性の
高い永久磁石を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による希土類−鉄系永久磁石合金の組成は、原子
百分比において８９〜５０％（但しＲはＹを含む希土類
元素の少なくとも１種）、３５〜２５％、（ｎｉ＋ａｔ
）１ｏ〜２５〜％、但しＡｔを必ず含有し、残部が１０
及び、その他、製造上不可避な１不純物から成るもので
あり、Ｎｉ及びムｔの同時添加により、磁気的な硬化機
構の変更を実現し、温度特性を改善し、信頼性の高い永
久磁石を得ることを特徴とする。永久磁石の生命＆よ、
その保磁力にある。即ち、如何にして高飽和磁化を有す
る材料に保磁力を与えるかにある。そして保磁力機構は
大きくわけると以下の２つに帰せられる。

■単磁区微粒子 ■磁壁移動の困難化現行の希土類磁石では８ｍ０ｏ５と、Ｈａ−？ｅ−Ｂに
代表される。従来の希土類−鉄系永久磁石が単磁区微粒
子による保磁力機構によりてし）る。

この機構によるものは、粒子を単磁区の臨界半径よくま
で粉砕することにより始めて充分な保磁力が得られる。

単磁区の臨界半径は一般に数百１〜数万＾と材料によっ
てその差が大きく、最も大きい部類に属するＦ３ｒｎＯ
ｏＳでも約２００００Ｘ（２μｒｎ　）　、　Ｎａｒｙ
ｅｔａＢ　　では約！１ｏ００Ｘ（０，３μ慣）くらい
である。通常、これらの磁石の製造には、乾式粉砕の場
合、１８２ガス中、湿式粉砕の場合、ヘキサン、等の溶
剤中での粉砕が行なわれている。これは重希土類の？　
ｅ　ＪｐＯＯの合金は非常に酸化２発火しやすいためで
ある。したがって粉砕中のみならず、粉砕後の粉末の保
存にも非常に厳密な管理を必要とし、保磁力を得る機構
は容易ながら、その製造上の７レキシビリテイは極めて
小さい。

一方、磁壁の移動を困難にすることによって保磁力を得
る機構のものには含Ｏｕ　、Ｓｍ２０ｏ１７系磁石があ
る。この系は熱処理によって２相分離を引き起こし、析
出物によって磁壁の移動をビン止めすると考えてられて
いるのでピニングモデルまたは析出硬化モデルとも言わ
れる。この系は前記の単磁区微粒子モデルには見られな
い特徴を有している。即ち、保磁力が粒子の大きさに依
存しないので、数１０μ溝程度の大きさの粒子でも磁石
化が可能である。この程度の粒径になると、酸化・発火
の心配もなく、粉末の保存が非常にしやすくなる。また
保磁力は熱処理によって数十倍〜数百倍に容易に変化す
る。このことは逆に、熱処理によっては磁石化可能な組
成幅が広がるということも意味する。そのため組成、熱
処理と製造上のフレキシビリティは極めて大きい。また
、この系には、もうひとつ重要な特徴がある。最近の軽
薄雑多化の要求は、磁石の特性のみでなく１その形状要
求まで厳しく求めている。つまり一定スゝ−スにモータ
ー等を収容しなければならない制約上、モータ形状も薄
形、４ｓ平となり、その結果、磁石も薄形異形状が要求
されるのである。こういった形状は焼結法では割れやす
くもろいため困難なことが多く、最近ではある程度磁気
特性を犠牲にしても、その形状自由性からプ、ラスナッ
クマグネット（以下プラマグと略す）が使用される例が
多い。しかし非常な微粉砕を要する単磁区微粒子モデル
の磁石では、プラマグ化は困難である。つまり、粒子が
樹脂でくるまれていると言ってもその空孔率は焼結磁石
に比してはるかに大きく、数％以上に達する。この空孔
は粉末酸化の原因となり、高温での温度特性を著しく阻
害する。またプラマグは、焼結磁石のようにその過程で
緻密化が起こり密度、性能が向上するといりたことはな
く、成形時点での密度、性能が最終製品の性能となる。

。一般に粒子は、一定粒度だけのものよりも、ある程度
、粒度分布を有するものの方が緻密化しやすい。つまり
粒度を一定にして、しかも微粉にしなければならない単
磁区微粒子モデルの粒子よりも、保磁力に粒度依存性が
なく、緻密化のために粒度分布を作ることが可能な析出
硬化モデルの粒子の一方が製品の高密度化が行ないやす
いことになる。高密度化が製品の磁束密度に直接影曖す
るので、非常に重要なポイントである。

本発明は以上に述べたような種々の利点を有する、析出
硬化モデルよる保磁力機構が、ＮｉとＡｔを同時添加し
た希土類−鉄系の永久磁石にも可能なことを見い出した
。以下に本発明の組成及びその製造方法について言及す
る。

本発明の永久磁石に用いる希土類元素ＲはＹを包含し、
軽希土類及び重希土類を包含するものであり、そのうち
一種以上を用いる。Ｒとしては軽希土類がよく、特に○
ｅ、Ｎａ、Ｐｒが好ましい。通常Ｒは一種でよいが、実
用上、コスト面等からミッシェメタル、ジジム、セリウ
ムジジムを用いることもできる。またＲは純希土類元素
でなくともよく、工業上入手可能な範囲で製造上不可避
な不純物を含んでも差支えない。７ｅ、Ｎｉ。

Ａｔとしてはスリーナイン以上の純度を有するものであ
ればよく、Ｂは純ボロンがよいが、取り扱い及びコスト
の点から不純物として若干のｈＬ。

８１等を含むフエ四ボロンでも充分である。

製造方法は、通常のＮ　ｄ　−Ｆ　６１−　Ｂ系磁石と
異なり熱処理を必要とする。つまり、高温で・溶体化処
理を行ない単相合金としたのち、低温での時効処理によ
って微細な析出相を得、保磁力を出すわけである。最適
な熱処理の温度１時間等は組成によって異なるが、おお
むね、溶体化処理は９５０〜１１００℃１時効処理は５
５０〜８００℃である。

本発明の永久磁石体は、Ｒ９〜５０ｗ、子％、Ｂ５〜２
５％、（Ｎｉ＋Ａｔ）１０〜２５％、但しｋＡを必ず含
有し、残部がＩＦｅにおいて、保磁力ｉＨｃ≧１．２Ｋ
Ｏｅ、残留磁束密度Ｂｒ）４ＫＧの磁気特性を示し、最
大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘは７工ライト磁石（〜４
ＭＧＯｅ程度］と同程度以上となる。最も好ましくは軽
希土類Ｒを主成分として１２〜１日原子％Ｒ，７〜１５
原子％Ｂ。

１０〜１５原子％（ｘｘ＋ｈｔ）、残部？ｅの組成であ
り、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ≧１５ＭＧｏｓを
示し、（ＢＨ）ｍａｚ　　は最高２５ＭＧＯａ以上に達
し、８ｍ−００系の希土類磁石と同等のレベルに達する
。

〔実施例〕

以下、本発明について実施例に基づき詳細に説明する。

第１表は次の工程によって作製した種々の７θ・Ｎ１−
Ａｔ−Ｂ−Ｒ化合物からなる永久磁石体の特性を示す。

（１）　　まずＲＩＩ？ｅ−Ｎ１・Ａｔ−Ｂ合金を低周
波溶解し、水冷銅鋳型に鋳造する。このときＩＦｅ、Ｎ
ｉ、Ａｔは純度９９．９％のもの、Ｂとしては７工ロボ
ロン合金（１４５２％Ｂ。

α１５％Ａｔ、Ｃ１６８％Ｓｉ　、（１１２％０゜残部
ＩＦｅ）、Ｒとしては純度９５％以上（不純物は主とし
て他の希土類金属で、Ｔｏｔａｌ希土類で９８％以上）
を使用した。

（２）　　粉砕はＮ２ガス中でスタンプミルにより８０
メツシユスルーまで粗粉砕し、次いでディスクミルによ
り、微粉砕（平均粒度２ｏμｍ）但し、Ｎａ１試料のみ
は、ジエン）ミルにより平均粒度５μｍまで粉砕（８）磁界（１５ＫＯｅ）中配向・成形０．５　ｔ／′
ｃ１１にて加圧（４）焼結１０００〜１１００℃　４時間、Ａｒ中（５）溶体化処
理９５０〜１１００℃　４時間　Ａｒ中に保持後、急冷（６）　　時効処理５５０〜８００℃　６時間、Ａｒ中に保持後、炉冷第　　１　　表第１図に第１表の試料Ｎ１１と２の磁化曲線を示す。両
試料で対称的なのは初磁化曲線である。

Ｎ１１Ｌ１ではＳｍ０ｏ、タイプのいわゆるｎｕｃｌｅ
ａｔｉｏｎｍｏｄｅｌの初磁化曲線を示しているが、随
２では初磁化曲線の立ち上がりの非常に遅い、いわゆる
ｐｉｎｎｉｎｇ　ｍｏａｅｌの初磁化曲線を示している
。この型は含ＯｕのＳｍ２００１７磁石にも見られる。

また随２以外の試料でも本発明によれば、同様なｐｉｎ
ｎｉｎｇ　ｍｏａｅｌの初磁化曲線が得られる。以上の
ことから本発明によるＮｉ、Ａｔの同時添加により保磁
力機構の変更が行なわれたことがわかる。

１１ｇ２表に試料隘１及びＮａ２のＢｒとｉＨｃの可逆
温度係数の測定結果（室温から１００℃付近まで）を他
磁石と対比して示す。

第　　２　　表第２表かられかるように、試料随２ではＮ１１Ｌ１に比
して、Ｂｒ、ｉＨｃとも温度係数が小さくなっている。

同様のことは５ｎａＯｓとＳｍ（ＯｏＯｕＦｅｚ　ｒ　
）　ｔ、ｓにも見られ、原因は保磁力機構がｎｕｃｌ−
ｅａｔｉｏｎ　ｍｏａｅｌからｐｉｎｎｉｎｇ　ｍｏｄ
ｅｌ　に変化したためと考えられる。

永久磁石材料としては少くともＩＫＯｅ以上はｉＨｃが
必要であり、これを満たすにはＥｌｍは少なくとも５原
子％以上でなければならない。本発明による永久磁石材
料は組成だけでなく、熱処理によっても、磁束密度と保
磁力の組み合わせができるので、通常の希土類−鉄−ボ
ロン系磁石よりも用途が広い。

ハード７エライトのＢｒ約４ＫＧを越すためにはＢｆｆ
ｉは２５原子％以下でなければならない。Ｒ蓋について
は第１表に示すようにＲｊｌ１１５〜１８原子％にその
ピークがある。特に実用材料を考えてｉ　Ｈｃ　）　Ｉ
　Ｋ　Ｏｅ以上とすると、Ｒ量は９原子％以上必要とな
る。しかしＲａｔの増大とともに粉末の発火性が増すと
ともにコストも高くなる。そこで量産性を考慮してＲｆ
ｆｉは５０原子％以下がよい。（Ｎｉ＋Ａｔ）量は１０
〜１５原子％が最もヨく、それ以下では保磁力機構の変
化が生じない。またそれ以上ではＢｒ　、ｉＨｃ　、と
も徐々に減少して行き、ハードフェライト以上のＢ　ｒ
　、　（ＢＨ）ｍａｘが得られるのは２５原子％以内で
ある。

本−発明において、特に１２〜１８１ＪＸ、子％Ｒ，７
〜１５原子％Ｂ、１０〜１５原子％（Ｎｉ−）−Ａ／。

）、残部ＩＦｅの組成範囲は、（Ｂｉｌｌ）ｍａｘ≧１
５ＭＧＯｅ　　を示す。最適組成範囲である。

第２表は第１表の試料随１とＮ１１２を以下の行程によ
って樹脂結合化した結果を示す。結果はすべ、てサンプ
ル数各５の平均値である。

（１）溶体化処理溶解後のインゴットを１０００〜１１００℃で８時間Ａ
ｒ中に保持後、急冷（２）時効処理５５０℃〜８００℃で１２時間、Ａｒ中に保持後、炉冷以上の熱処理行程はｌ＠２試料にのみ行ない、随１試料
は焼結後、以下の粉砕を行りた。

（８）粉　砕に、ガス中でスタンプミ〃により８０メツシユスルーま
で粗粉砕後、次いでディスクミルにより微粉砕（平均粒
度２０μｍ　）　、但し随１試料のみは、以上の粒度２
０μｍ試料とさらにボールミルによる粉砕を加えた粒度
５μ溝の２試料を準備した。

（４）混　線粉砕上がりの試料にエポキシ樹脂を２．０〜５％混練し
た。

（６）磁界（１５ＫＯｅ　）中配向後、成形４ｔ／−に
て加圧（６）キエア処理１５０℃で約２時間、保持しバインダーＴｔ固化した。

第　　２　　表第２表かられかるように、ＮＩＬｌの試料では粒度変更
によっても樹脂結合化が成功していない。これは両試料
の保磁力機構の違いによる。またＮ１１試料で５μ鶏に
粉砕したものは非常に発火しやすくキュア中に約半数程
度、発火した。つまり１本発明によれば、２０μ溝とい
う発火のしにくい比較的大きな粒度でも保磁力が充分得
られ、粉末の取り扱いも大変しやすいことになる。

以上のように、本発明によるＲＩＦ１３ＮｉＡｔＢ系永
久磁石は、従来の希土類−鉄−ボロン磁石を温度特性で
大きく凌駕し、樹脂結合化もａｍ−Ｃｏ系と同様な工程
で容易にできる。さらにその展開、応用としては、単純
Ｒ７θＢ系磁石糸回様なことが可能である。すなわち７
θの一部をＯｏで置換することにより、キュリ一点の上
昇が可能である。さらに’ｌ’ｉ、Ｖ、Ｏｒ、Ｍｎ、Ｏ
ｕ、Ｚｒ、Ｇａ。

Ｇｏ、ａｓ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ。

Ｉｎ、３ｎ、３ｂ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｉｆ、？ａ、Ｗ、Ｒｅ
、の一種以上を添加することにより、高保磁力化も可能
である。

〔発明の効果〕

以上、述べたように本発明によれば、保磁力機構がピニ
ング機構になったために、従来のＲＰｅＢ系磁石に比し
、温度特性がよくなり、樹脂結合化も容易という効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１表中の試料随１と１＠２の磁化曲線図。以　　上

Claims

【特許請求の範囲】

　原子比百分率においてＲ９〜５０％（但しＲはＹを含
む希土類元素の少なくとも１種）、Ｂ５〜２５％、（Ｎ
ｉ＋Ａｌ）１０〜２５％、但しＮｉ、Ａｌの両元素を必
ず含有し、残部がＦｅ及び、その他、製造上不可避な不
純物から成る、永久磁石合金。