JPS6223960A - 高性能永久磁石材料 - 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、Ｆｅ　　ＥＩ　　Ｒ系永久磁石月利の改良
に係り、最大エネルギー積が（ＢＨ）ｍａｘ≧４５８Ｇ
Ｏθの高性能Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石祠判に関づる。

背景技術 現在の代表的な永久磁ＦＡＮ判は、アルニコ、ハードフ
エライ（・および希土類］パルｌ−Ｉｎ　’５である。

このうち希土類コバルト磁石ｔＪ５、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Ｓｍ、　Ｃｏは共に資源的に不足し、かつ高価であ
り、今後長期間に４つたって、安定して多量に供給され
ることは困難である。そのため、磁気特性がづぐれ、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
な組成元素からイ＾る永久磁′ＦＪｖＪ判が切望されて
きた。

本出願人は先に、高価な５ＴＩＩやＣｏ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
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５９−６／１７
３３号、特開昭５９−８９４．０１号、特開昭５９−１
３２１０４号）。

この永久磁５１．Ｊｉ、ＲとしてＮｄやＰｒを中心とす
る資源的に豊富な軽希土類を用い、Ｆｅを主成分とじて
１５ＭＧＯａＪス」二の（かめて高い丁ネル十−情を示
７１すぐれた永久磁石である、。

このＦｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石−に、なお一層のＡ’ｉｎ
ｋ石特・１）１を５える組成どｌノで、Ｒ（ｒで１１Ｎ
ｄ、　Ｐｒ、　Ｄｙ。

Ｈｏ、　Ｔｂのうち少なくども１種あるい１，１ざらに
、ｌ−ａ　。

Ｃｏ、　Ｓｍ、　（、ｃＪ、　Ｅｒ、　［１，１ｍ、　
’ｌ’ｌ）、　Ｌａ、　Ｙのうら少イｒくとも１不重か
らなる）１０．０原子％〜３０原了％、Ｂ２原子％〜２
８原子％、「０６０原了％〜８３原子ソロを主成分とし
、主相か正方晶からひる永久磁ｈ…９１を提案した。こ
の永久磁石は、結晶（１０造的にＩＪｌ、Ｒ２Ｆｅ１４
　Ｂ正方晶の磁″１）１−相が５０ＶＯＩ％Ｊズ上、Ｌ
マリッチ金属相、Ｂリッチ金属相及びＲ２Ｏ３相がら＜
ｉる非磁性相が５０　ｖｏ１％以下から４【す、Ｂ　ｒ
　ｌ；Ｊ、　１０．５ｋＧ以」二、ｌ−Ｉｃ　１ｉｌｏ
　ｋｏθ」ス士、２５ＭＧＤｅｌス」二の１！めで高い
エネルギー積を示ツツぐれた永久磁石で必り、　（Ｂ　
Ｈ）ｍａＸｌ、ｉ：４０８ＧＯｓに達する。

このように、従来とｔａ：比較できないほど、高・Ｉノ
ｌ能（７永久磁石であるが、今日の機器の小型高１’ｌ
　ｆＪＦ化の要求に（は、さらに、　（Ｂ　Ｉ−１）ｍ
ａｘが／ｌ０ＨＧＯｅＪＪ、上の高性能永久磁５シー４
判が求められでいる。

発明の目的 この発明は、Ｆｓ　−Ｂ　−Ｒ系永久磁石祠′Ａ′、ｌ
の磁石特性の向上、特に最大エネルギー積の改善向上を
計ることを目的とし、　（ＢＨ）ｍａｘ≧４０８ＧＯθ
の高性能が１ｑられる「θ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材判を目
的としでいる。

発明の構成と効果 発明者らは、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石祠利の磁石特性、
特に（Ｂ　ｌ−１）ｍａｘの敗色向上を計るため、組成
範囲及び磁性相と非磁性相との磁石特性の相関関係につ
き、Ｆｅ　　Ｂ　　Ｎｄ焼結磁石体について種々検討し
た結果、磁性相と非磁性相との量的関係が、（Ｂ　Ｉ−
１）ｍａｘ等に、特に大きく関与していることを知見し
た。

すなわち、Ｆｅ　　Ｂ　　Ｎｄ焼結磁石体において、Ｒ
リッチ金属相、Ｂリッチ金属相及びＲ２Ｏ３相からなる
非磁性相の量が多くなると、Ｂｒの低下を招来するため
、非磁性相が存在しないことが有効の如く考えられるが
、透過電子顕微鏡による調査結果では、この非磁性相は
、焼結磁石体の結晶粒界面で保磁力発生に重要な作用を
及ぼし、かつ結晶粒界の形成にも大きく関与しでおり、
Ｆｅ　　Ｂ　　Ｎｄ焼結磁Ｕ体において、非磁・［）１
相が存在しなりれぽ、焼結磁石体に「θが析出して、保
磁力の急激イｒ但下をもたらで。しかし、Ｒ２Ｆｅ１４
　Ｂ正方晶の磁′１ノ１相と、Ｒリッチ金属相、Ｂリッ
チ金属相及びＲ２０：＋相からなる非は性相との量比を
特定範囲にづ−ろと、焼結磁石体の磁石特性、特に（Ｂ
Ｈ）ｍａｘが／ｌ５）ＩＧＯｅを越える特性が１ｑられ
ることを知見した。

また、Ｆｅ、　Ｂ、　Ｒの特定範囲において、含有酸素
量を減少させると磁石特性の改善に１１効であることを
知見したが、焼結時に結晶粒の成長を増進させるため、
特性劣化を招来する回顧があり、ざらに、焼結時の結晶
粒の生長を抑ルリするのに、硼化物の添加が有効で必り
、Ｆｅ、Ｂ、Ｒ，硼化物。

０゜の特定範囲並びに磁性相／非磁性相利用比；スエを
好ましい範囲にすると、　（ＢＨ１）ｍａＸの最大値か
５０ＨＧＯθ以上に達することを知見した。

ｔｊなわち、この発明は、 Ｒ１２，０原子％〜１５．Ｏ原子％（ＲはＮｄまたはＰ
ｒの１種または２種、あるいはさらにその１部を１原子
％以下のＤＶ、丁す、　Ｇｄ、　Ｉｌｏ、　Ｅｒ、丁ｆ
ｆｌ、　’ｌ’ｌ）の重希土類元素のうち少なくとも１
種で置換できる）、Ｂ５．５原子％〜８．０原子％、 ＴｉＢ２、ＢＮ　、ＺｒＢ２、ＺｒＢ＋２、’ＨｆＢ２
　、ＶＢ２、ＮｂＢ、ＮｂＢ２、ＴａＢ５ＴａＢ２、Ｃ
ｒＢ２、Ｍｏｔ３゜ＭｏＢ２、Ｍｏ２Ｂ、ＷＢ、Ｗ２　
Ｂ’ｉＪの開化物のうち少なくとも１種０．０５原子％
〜３．０原子％、０２２０００ｐ囲以下、 必要に応じて、Ｔｉ、　Ｚｒ、　ＨＰ、　Ｖ、　Ｎｂ、
　Ｔａ、　Ｍｏ、　Ｗ。

Ａρのう１う少なくとも１種を２原子％以下、残部「ｅ
及び不可避的不純物よりなり、Ｒ２Ｆｅ１１４　Ｂ正方
晶の磁性相と、Ｒリッチ金属相、Ｂリッチ金属相及びＲ
２Ｏ３相からなる非磁性相との回圧が、 磁性相／非磁性相−１５〜３００を満足し、最大エネル
ギー積か（Ｂ　ｌ−１）ｍａｘ≧４５ＭＧＯｅであるこ
とを特徴とする高性能永久磁石（・Δ′１１１である。

この発明において、 Ｒ１２゜５原子％〜１３．５ｆＵ子％（ＲはＮｄまたは
Ｐｒの１種またＬｉ２種、あるいはさらにその１部を１
原子％以下の重希土類元素で置換できる）、［３６，０
原子％〜７．５原子％、 開化物のうち少なくとも１種ｏ、ｉｏ原子％〜０．５０
原子％、 ０２１８００１３１３ｍ以下、残部［ｅ及び不可避的不
純物よりなり、 Ｒ２Ｆｅ１２　Ｂ正方晶の磁性相と、 Ｒリッチ金属相、Ｂリッチ金属相反σＲ２Ｏ３相からな
る非磁性相との担化が、 磁性相／非磁性相−８０〜１５０を満足するど、（！７
られる永久磁石＃Ａ　ｉ’ｊｌの（Ｂ　ｌ−１）ｍａｘ
は４６ＮＧＱｅ以上、最高５２ＮＧＯＢ以上にも達する
。

また、この発明による永久磁石（・′Ａ利の好ましい組
成範囲では、Ｆｅの１部を２原子％以下のＴｉ、　Ｚｒ
。

Ｈｆ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｍｏ、　Ｗ、　／Ｖの
うち少なくとも１種と置換することにより、得られる永
久磁石材わ１の（ＢＲ１）ｍａｘは４６ＭＧＯｅ以上、
最高５２ＮＧＯｅ以上にも達し、かつすぐれた保磁力が
得られる。

永久磁石の成分限定理由 この発明の永久磁石＋１利の希土類元素Ｒは、Ｎｄ。

Ｐｒ、のうち少なくとも１種、あるいはさらに、ＤＶ。

Ｔｂ、　Ｇｄ、　Ｈａ、　Ｅｒ、　Ｔｍ、　Ｙｈの重希
土類元素のうち少なくとも１種で置換できる。

また、通常Ｒのうら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、工業上人
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、このＦｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石ｖＩ別にお（プる、
必須元素であって、１２原子％未満では、結晶構造がα
−鉄と同一構造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、１５原子％を越えると、Ｒリ
ッチな非磁性相が多くなり、保磁力は１０　ｋｏｓ以上
であるか、残菌磁束密度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、１２原子％〜１５原子％の範囲
とする。

−〇　− Ｂは、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石にお（ブる、必須元素で
あって、５．５原子％未満では、焼結磁石体の保Ｉｆ力
及び角型性の低下を招来し、８．０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
下し、（Ｂ　ｌ−１）ｎ＋ａｘが低下してすぐれた永久
磁石が得られない。よって、Ｂ１ユ、５．５原子％〜８
．０原子％の範囲とする。

硼化物のうち少なくとも１種を０．０５原子％〜３．０
原子％含有ざＶるのは、前記した如く、０２量を２００
０ｐｐｍ以下とした時、磁石体の焼結時の結晶粒の成長
を抑制さ−けるためであり、ＴｉＢ２、ＢＮ、ＺｒＢ　
２　、Ｚｒ　Ｂ　１２　、ＨＦ　Ｂ　２　、Ｖ　Ｂ　２
　、ＮｂＢ　５ＮｂＢ　２、ＴａＢｓ　ＴａＢ２、Ｃｒ
Ｂ２、ＭＯＢＳＭＯＢ２、ｒ’４ｏ２Ｂ。

ＷＢ、Ｗ２　Ｂ等の開化物のうち少なくとも１種を添加
する。

この開化物の損が０．０５原子％未渦では、磁石体の焼
結時の結晶粒成長の抑制効果、すなわち、結晶微細化効
果が得られず、また、３．０原子％を越えると、上記の
効果が飽和してＢｒ。

（Ｂｌ−１）ｍａｘが急激に低下するため、０，０５原
子％〜３．０原子％とする。

水系永久ｌａ石材料に含まれる酸素ｔ、ｌＪ：、最イう
酸化しやすい希土類元素と結合して希土類酸化物となり
、永久磁石中に酸化物Ｒ２０３として残留するため好ま
しくなく、０２’ｆｉｆが２０００ｐｐｍを越えると、
３ｒ、）−１ｃ及び（ＢＨ）ｍａｘが共に低下するため
、０２量は２０００１）ｌ）ｍ以下とする。

また、含有炭素量が、ｉｏｏｏｐｐｍを越えると、著し
い保磁力の劣化を生じ、好ましくない。

［ｅは、上記系永久磁石ｖＪ利において、必須元素であ
り、他の必須元素及び添加元素の含有残余とする。

この発明において、Ｒ２Ｆｅ１４　Ｂ正方晶の磁性相と
、Ｒリッチ金属相、Ｂリッチ金属相及びＲ２Ｏ３相から
なる非磁性相との量比を、磁性相／非磁性相−１５〜３
００に限定するが、これは量比が１５未満では、３ｒが
低下して（Ｂ　ｌ−１）ｍａ×≧４５ｔ４ＧＯｅの特性
が得られず、また３００を越えると焼結磁石体をｆ−３
゜ることが非常に困難となり、かつ焼結体内にＦｅが晶
出しやすくなり、磁石特性の劣化を招来するためである
。

また、この発明にｊ、る永久磁石４・、４別（こおいて
、Ｆｅの一部を２原子％以下のＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、
　Ｖ、　Ｎｂ。

Ｔａ、　Ｍｏ、　Ｗ、八ρのうち少なくとも１種と置換
刀ることにより、すぐれた保磁力が得られるが、買換量
が２原子％を越えるとＢｒの低下を招来し好ましくない
。

また、この発明による永久磁石祠］′旧こおいて、Ｆｅ
の一部を１５原子％以下のＣｏで買換することは、得ら
れる磁石の磁気性゛［）１を損うことなく、温度特性を
改善することができる。

この発明ににる永久磁石材４′）１は、溶解鋳造粉砕法
あるいはＣａ３軍元拡散法により得られた合金１４′１
末を原（′３１として製造されるが、合金粉末中に含有
される０２．　Ｃ、Ｃａ、待に０３品を極力少なくする
必要かあり、永久磁石４７１＄１の製造仝工程において
、酸化しないよう、不活性雰囲気中で保管、製造するこ
とにより、高性能が確保される。

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か得られ、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。

実施例 実施例１ 出発原＊）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Ｎｄ金属を使用し、
これらを配合後、Ａｒ雰囲気中で、高周波溶解し、その
後水冷銅鋳型に鋳造し、１３．ＯＮｄ　７．０Ｂ８０．
ＯＦｅなる組成の１０ｋ（］鋳塊を得た。

その後この鋳塊を、Ａｒ雰囲気中にて、スタンプミルに
より粗粉砕し、次にボールミルににる微４ｋ）砕時に、
純度９９．９９％、平均粒度０．５１量ｍのＢＮＯ１１
５原子％、ＴＬＢｚ　０．１５原子％をそれぞれ添加し
て微粉砕し、平均′＠度１．６郁の微粉末を１また。

得られたＮｄ−Ｂ−Ｆｅ合金粉末、Ｎｄ−ｅ−ＢＮ−「
８合金粉末、Ｎｄ　　Ｂ　　ＴＬＢｚ　　Ｆｅ合金粉末
の各合金粉末を酸化しないように保管し、その後Ａｒ雰
囲気中で、各微粉末を金型に挿入し、１５　ｋｏｅの磁
界中で配向し、磁界に垂直方向に、１．２ｔ、Ｊの圧力
で成形した。

ｊｑられた１０ｍｍＸ　８ｍｍＸ１５ｍｍ寸法の成形体
を、１１００℃、４時間、　Ａｒ雰囲気中、の条件で焼
結し、さらにＡｒ中で、８００°Ｃ，２時間と６００’
Ｃ，１時間の２段時効処理を施して磁石化した。

ｉｆられた焼結磁石体の組成、結晶’＋！ａ造相量比相
量比、磁石特性を測定し、その結果を第１表に示す。尚
、結晶構造相量比は、１扁光装置の付属した光学顕微鏡
を用いて、磁性相１はコン１〜ラス１〜の貧化として捕
えることができるが、非磁性相は捕えることができず、
４００倍の倍率の像に画像処理して、算出した。

実施例２ 出発原わ１として、純度９９．９％の電ＶＲ鉄、゛フェ
ロボロン合金、ＰＫＡ度９９．７％以上のＮｄ金属、　
Ｄｙ金属、及びフェロニオブを使用し、これらを配合後
、八で雰囲気中で、高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に
鋳造し、１２．５Ｎｄ　０．５Ｄｙ　６．８Ｂ　０．１
Ｎｂ８０．４Ｆｅなる組成の１０ｋｇ鋳塊を得た。

その後このｖｉ塊を、Ａｒ雰囲気中にて、スタンプミル
により粗粉砕し、次にボールミルによる微粉砕時に、純
度９９．９９％、平均粒度０．５．ｇｍのＢＮＯ９１５
原子％、ＴｉＢ２０．１５原子％をそれぞれ添加して微
粉砕し、平均粒度１．６．ｉａ＋の微１シ）末を得た。

１１ｑられたＮｃ＋−ＤシーＢ−ＮｂＦａ合金粉末、Ｎ
ｄ−Ｂ−ＢＮ−Ｎｂ−Ｆｅ合金粉末、Ｎｄ−ＤシーＢ−
五Ｂ２−Ｎｂ−Ｆｅ合金粉末の各合金粉末を酸化しない
ように保管し、その後Ａｒ雰囲気中で、各微粉末を金型
に挿入し、１６１＜○θの磁界中で配向し、磁界に垂直
方向に、１．５ｔ４の圧力で成形した、。

）ｑられた１０ｍｍＸ　８ｍｒａＸ　１５ｍｍ寸法の成
形体を、１１２０’Ｃ，／１ｌｌｆｆ間、　Ａｒ雰囲気
中、の条イ′ｊで焼結し、さらにＡｒ中で、８００’Ｃ
，１時間と６００’Ｃ，２時間の２段時効処理を施１ノ
で磁石化した。

得られた焼結磁石体の組成、結晶（１４造相量比、Ｏｅ
Ｆ？ｉ、磁石特性を測定し、その結果を第２表に示す。

尚、結晶構造相重比（ｊｏ、実施例１と同方法で算出し
た。

以下余白 第１表 第２表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｒ１２．０原子％〜１５．０原子％（ＲはＮｄまたは
   Ｐｒの１種または２種、あるいはさらにその１部を１原
   子％以下の重希土類元素で置換できる）、 Ｂ５．５原子％〜８．０原子％、 硼化物のうち少なくとも１種０．０５原子％〜３．０原
   子％、 Ｏ＿２２０００ｐｐｍ以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純
   物よりなり、 Ｒ＿２Ｆｅ＿１＿４Ｂ正方晶の磁性相と、 Ｒリッチ金属相、Ｂリッチ金属相及びＲ＿２Ｏ＿３相か
   らなる非磁性相との量比が、 磁性相／非磁性相＝１５〜３００を満足し、最大エネル
   ギー積が（ＢＨ）ｍａｘ≧４５ＭＧＯｅであることを特
   徴とする高性能永久磁石材料。 Ｒ１２．０原子％〜１５．０原子％（ＲはＮｄまたはＰ
   ｒの１種または２種、あるいはさらにその１部を１原子
   ％以下の重希土類元素で置換できる）、 Ｂ５．５原子％〜８．０原子％、 硼化物のうち少なくとも１種０．０５原子％〜３．０原
   子％、 Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌの
   うち少なくとも１種を２原子％以下、 ０＿２２０００ｐｐｍ以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純
   物よりなり、 Ｒ＿２Ｆｅ＿１＿４Ｂ正方晶の磁性相と、 Ｒリッチ金属相、Ｂリッチ金属相及びＲ＿２Ｏ＿３相か
   らなる非磁性相との量比が、 磁性相／非磁性相＝１５〜３００を満足し、最大エネル
   ギー積が（ＢＨ）ｍａｘ≧４５ＭＧＯｅであることを特
   徴とする高性能永久磁石材料。