JPS6217153A

JPS6217153A - 永久磁石合金

Info

Publication number: JPS6217153A
Application number: JP60156666A
Authority: JP
Inventors: Koji Akioka; 宏治秋岡; Tatsuya Shimoda; 達也下田; Ryuichi Ozaki; 隆一尾崎; Toshiyuki Ishibashi; 利之石橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1985-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1987-01-26

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、ＣＯとＣｒ
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１！気製品から大型コン
ピュータ一端末機９軍用進行波管まで、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、各種機器の小型薄型化、高効率化、
いわゆる軽薄短少の要求により、その特性に対する要求
度はますます高まっている。従来、実用化されている主
な磁石としては、フェライト磁石、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、コバルトシフツクによる
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
は低いが多麓に用いられ、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〜．５５ｗｔ％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、希土類原鉱石に高々数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ＣＯ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、Ｒｅ
Ｏ２またはＲ２００１７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ＣＯ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（Ｒ−’
Ｉ！ｅ）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。

（８）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。

ところがこの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。この方法によってＪ。

、Ｔ　、　Ｃｒｏａｔ　（Ｊｏｕｎａｌｏｆ　Ａｐｐｌ
ｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　。

５５（６）１５Ｍａｒｃｈ１９Ｂ４　　Ｆ２０７８〜２
０８２）らは等方性で（Ｂ　Ｈ）　ｍａｘ　１４．ＩＭ
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（Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ　、　５５　（６）１５　Ｍａｒｃｈ　１９８４
　　Ｆ２０８５〜２０８７　）らＢ添加合金に焼結法を
採用して異方性で（Ｂ　Ｈ）ｍａｘ！１５ＭＧＯｅに達
する新合金を開発した。

これら２つの試みは、いづれもンタロイドである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ｕｚｙ６ｚ４Ｂ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はなれを達成した
ものの、同じ高性能永久磁石であるａｍ−００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系で約
−ｎ、ｏ　５〜Ｇ。

０４％／℃であるのに対し、希土類−鉄では約−０，１
２％／℃と約４倍、保磁力１Ｈａの温度係数はＳｍ−ｏ
ｏ系で約０．２〜０．５％／℃であるのに対し、希土類
−鉄系では約−Ｑ、６％／℃と約２倍となる。最近の高
性能永久磁石は軽薄短少化の波に乗りて、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８９〜３０％（但Ｌ　ＲハＹを含む希土
類元素の少なくとも１種）、３５〜２５％、　Ｃｒ　９
〜２０％、０ｏ１０−３０％、残部Ｆｅ及び、その他製
造上不可避な不純物から成るものであり、Ｃｒ及びＣＯ
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。永久磁石の生命は、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Ｓｍ０ｏｓと、Ｎ　ｄ　−？　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っている。

この機構によるものは、粒子を単磁区の臨界半径近くま
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〜数万１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Ｓｍ０ｏＳ
でも約２００００１（２μｍ　）　、　ＩＪｃ１２１Ｆ
ｅｔ４Ｂでは約５ｏｏｏＸ（α５μｍ　）　＜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、
Ｎ２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７０や０・
の合金は非常に酸化１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、その製造上のフレキシビリティは極めて小さい。

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、Ｓｍ２，０ｏ１７系磁石が
ある。この糸は熱処理によって２相分離を引き起こし、
析出物によって磁壁の移動をピ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１０μｍ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９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りて数十倍〜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７レキシピリテイは極めて大きい。ま
た、この系には、もうひとつ重要な特徴がある。最近の
軽薄短少化の要求は、磁石の特性のみでなく、その形状
要求まで厳しく求めている。つまり一定スペースにモー
ター等を収容しなければならない制約上、モーター形状
も薄形、偏平となり、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チ
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、プラマグ化は囚°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Ｖ゛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った
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
響するので、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
硬化モデルより保磁力機構が、ＣｒとＣＯ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Ｏ
ｓ、Ｈａ、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。７θ、Ｃｒ。

ＣＯ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等を含むフェロボロンでも充分である。

製造方法は、通常のＮ　ｄ　−Ｔ！　ｅ　−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、時間等は組成によって異なるが、おおむ
ね、溶体化処理９５０〜１１００℃時効処理は５５０〜
８００℃である。

本発明による永久磁石体は原子百分率においてＲ９−５
０％、Ｅ５〜２５％、　Ｃｒ　９〜２０％。

００１０〜５０％、残部がＦｅにおいて、保磁力ｉＨｃ
≧１．２ＫＯｅ、残留磁束密度Ｂ　ｒ　、＞　４　Ｋ　
Ｇの磁気特性を示し、最大エネルギー積（Ｂ　Ｈ）ｍａ
ｘはフェライト磁石（〜４ＭＧＯｅ程度）と同程度以上
になる。最も好ましくは軽希土類Ｒを主成分として１２
〜１８原子％Ｒ，７〜１５原子％Ｂ、９〜１２原子％Ｃ
ｒ、１０〜２５原子％ＣＯ０残部７θの組成であり、最
大エネルギー積（Ｂ　Ｈ）　ｍａｘ≧１５ＭＧＯｅを示
し、（Ｂ　Ｈ）　ｍａｘは最高２５　ＭＧＯθ以上に達
し、Ｓ＋ｎ−Ｃｏ系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表は以下の工程によって作製した種々のＩＦｅ、Ｃ
ｒ、（！Ｏ，Ｂ、Ｒ化合物からなる永久磁石体の特性を
示す。

（１）　　まずＲ，Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｂ合金を低周波
溶解し、水冷銅鋳型に鋳造する。このときＩＦ　ｅ　＠
　Ｎ　ｉ　＋　Ａｔは純度９９．９％のもの、Ｂとして
は７工ロボロン合金（１＆３２％Ｂ。

０．１５％Ａｔ、０．６８％Ｓｉ　、　０．１２％Ｃ９
残部Ｆｅ）、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、’Ｉ’ｏｔａｌ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２０μｍ）但し、Ｎｌ１１試料の
みは、ジェットミルにより平均粒度５μｍまで粉砕。

（３）磁界（１５ＫＯθ）中配向・成形α５を肩にて加
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　　表注、※は比較試料第１図に第１表の試料Ｎ［Ｌｌ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。随１ではＳｍ
０ｏＳタイプのいわゆるｍｕｃｌｅａｔｉｏｎｍｏｄｅ
ｌの初磁化曲線を示しているが、Ｎ［１２では初磁化曲
線の立ち上がりの非常に遅い、いわゆるｐｉｎｎｉｎｇ
　ｍｏｄｅｌの初磁化曲線を示している。この型は含Ｃ
ｕ　Ｕ）　Ｓｍ２０ｏｔ　７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ｐｉｎｎｉｎ
ｇ　ｍｏｄｅｌ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。

第２表に試料Ｎｌ１１及びＮ１２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ＮＩＩＬ２ではＮ１Ｌ１
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Ｆ３ｍＣＯ５とＳｍ（Ｃｏ（！ｕ
？ｅＺｒ）７．８にも見られ、原因は保磁力機構がｎｕ
ｃｌｅａｔｌｏｒｍｏａｅｌからｐｉｎｎｉｎｇ　ｍｏ
ｄｅｌ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Ｂｔ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、熱処理によりても、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−鉄一
ボロン系磁石よりも用途が広い。

ハードフェライトのＢｒ約４ＫＧを越すためにはＢ１１
１は２５原子％以下でなければならない。Ｒ量について
は第１表に示すようにＲｆｉ１５〜１８原子％にそのピ
原子炉ある。特に実用材料を考えて１Ｈａ）ＩＫＯａ　
　以上とすると、Ｒ量は９原子％以上必要となる。しか
しＲ量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。そこで盪産性を考慮してＲ量は３０原子
％以下がよい。Ｃｒ盪は９〜１２原子％、ＣＯ量は１０
〜２５原子％が最もよく、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Ｂ　ｒ　、　ｉＨｃと
も徐々に減少して行き、ハード７エライト以上のＢ　ｒ
　、　（ＢＨ）ｍａｘが得られるのはＣｒ２Ｏ原子％、
０ｏＳＯ原子％以内である。

本発明において、特に１２〜１８原子％Ｒ，７〜１５原
子％Ｂ、９〜１２原子％Ｃｒ、１０〜２５原子％００．
残部Ｆｅの組成範囲は、（Ｂ　Ｈ）　ｍａｗ≧１５ＭＧ
Ｏθ　を示す。最適組成域である。

第２表は第１表の試料随１と随２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名
５の平均値である。

（１）溶体化処理溶解後のインボッ）：Ｅ−１０００〜１１００℃で８時
間Ａｒ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’＆Ｌ２試料にのみ行ない、随１
試料は焼結後、以下の粉砕を行った。

（３）粉　砕Ｎ２ガス中でスタンプミルにより８０メツシエスルーま
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２０μ
溪試料とさらにボールミルによる粉砕を加えた粒度５μ
ｍの２試料を準備した。

（４）混練粉砕上がりの試料にエポキシ樹脂を２．０〜５％混練し
た。

（５）磁界（１５ＫＯｅ）中配向後、成形４ｔ／ｃｄに
て加圧（６）キュア処理１５０℃で約２時間、保持しバインダーを固化した。

第　　２　　表＃！２表かられかるように、随１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５μｍ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、木切によれば、２０μｍ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ＲＩＦｅＭｉＡＬＢ　　系
永久磁石は、従来の希土類−鉄一ボロン磁石を温度特性
で大きく凌駕し、樹脂結合化もＳｍ−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Ｒ１１’ｅＢ　　系磁石と同様なこ
とが可能である。すなわち１ｅの一部をＣＯ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Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｏｕ、Ｚｒ。

Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ。

Ａｇ、工ｎ、＋３ｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｈｆ。

Ｔ　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。

〔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
ング機構に変化したために、従来のＲ−？　ｅ　−Ｂ系
磁石に比して、■温度特性の向上■保磁力１Ｈｃ　　が
粒径に依存しないので、樹脂結合磁石化が容易　■粉末
の経時劣化が少なく、管理が容易といった効果を有する
。

【図面の簡単な説明】

ｔａ１図は第１表中の試料Ｎ１１とＮ１２の磁化曲線図
を示す。以上

Claims

【特許請求の範囲】

　原子比百分率においてＲ９〜３０％（但しＲはＹを含
む希土類元素の少なくとも１種）、Ｂ５〜２５％、Ｃｒ
９〜２０％、Ｃｏ１０〜３０％、残部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。