JPS6227505A - 希土類合金粉末の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、希土類合金粉末の製造方法に関し。

特に合金粉末の微粉砕時に微粉末に炭素、酸素の拡散、
侵入がないような希土類合金粉末の製造方法に関する。

本発明はまた殊にＲ（但し、ＲはＮｄ、Ｐｒ。

Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂの少なくとも１種、或いは更にＬａ、
Ｃｅ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ。

Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙの少なくとも１種からなる）、Ｂ。

Ｆｅを主成分とする永久磁石用合金粉末の製造方法に関
する。

［従来の技術］ 現代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磁石である。近
年のコバルトの原料事情の不安定化に伴な（１，コバル
トを２０〜３ｏｗｔ％含むアルニコ磁石の需要は減り、
鉄の酸化物を主成分とする安価な）蔦−ドフェライトが
磁石材料の主流を占めるようになった。一方、希土類コ
バルト磁石はコバルトを５０〜６０　ｖ　ｔ　９６も含
むうえ２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９本発明者は先に、高価なＳｍ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５９−４８００８号。

特開昭５９４４７３３号、特開昭５９−８９４０１号、
特開昭５９−１３２１０４号）。

上記の新規なＦｅ−Ｂ−Ｒ系、Ｆｅ−Ｃｏ−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（以下置換元素、添加元素を含む場合を含めて「Ｆｅ
−Ｂ−Ｒ系」と総称する）を、製造するための出発原料
の希土類金属は、一般にＣａ還元法、電解法により製造
され、この希土類１３λ料を用いて１例えば次の工程に
より、上記の新規な永久磁石が製造される。

■　出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、Ｂ１０
．４％を含有し残部はＦｅ及びＡＪ、Ｓｉ。

Ｃ等の不純物からなるフェロボロン合金、純度９９．７
％以上の希土類金属、あるいはさらに、純度９９．９％
の電解ＣＯを高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造す
る。

■　スタンプミルにより３５メツシユスルーまでに粗粉
砕し１次にボールミルにより、乾式或いは湿式法により
例えば粗粉砕粉３００ｇを６時間粉砕して３〜１０μｍ
の微細粉となす。

■　磁界（１０ｋｏｅ）中配向して、成形（１，５ｔ／
Ｃ−にて加圧）する。

■　焼結、　１０００℃〜１２００℃、１時間、Ａｒ中
の焼結後に放冷する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の如く、この永久磁石用合金粉末は、一般的には所
要組成の鋳塊を機械的粉砕及び微粉砕を行なって得られ
る。しかしＦｅ−Ｂ−Ｒ系磁石用合会（一般に希土類合
金粉末もそうであるが）は非常に粉砕し難く、特に微粉
砕を乾式法による機械粉砕を行うと粉砕時に発熱して、
粉砕粉が酸化してしまい、又フロン等溶媒中で湿式の機
械粉砕を行うと、７８媒中のＣ１０゜が粉砕粉末と反応
し。

拡散して、粉砕粉末中のｃ、ｏ２ｉは増加して。

製品の永久磁石の特性を劣化して製品価値の低下を招来
すると共にフロン等溶媒中での合金粗粉末の粉砕は安全
上、多くの問題を惹起する等の欠点があった。またこの
ようにして粉砕した粉末は粒度分布が悪く反応性に富ん
だ超微粉（１μｍ以下）が多く発生し酸化され易いこと
、さらに０．１μｍ以下の粒子では超常磁性のふるまい
によって磁気特性低下の原因となる。

本発明は上述の問題点を解消することを基本的目的とす
る。本発明はさらに、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系合金による焼結永
久磁石用として適した改良された出発原料合金粉末を提
供することを具体的課題とする。

［発明による問題点の解決手段］ 本発明の希土類合金粉末の製造方法は、希土類合金の機
械的粗粉砕粉を室温〜−１９７℃の不活性ガス中にて微
粉砕した後、前記微粉末を気流粉砕機のガス送入管内に
装入し、該ガス送入管内の超音速不活性ガスにより粉砕
室内に噴射して、微粉末に粉砕すると共に分級すること
を特徴とする。

［作用及び効果コ 粗粉砕粉は通例−３５メツシユ（約３００μｍ）であり
、第１段の低温不活性ガス中での微粉砕工程では、凡そ
４〜７μｍまで粉砕されるが、低温粉砕のため合金粉末
の酸素との結合が防止される。

次いで超音速不活性ガスにより搬送された微粉末は２粒
子同志の高速衝突によりさらに微粉砕される。

粉砕室はガス気流が循環する構造（ループ状ないしドー
ナツ型）であり、超音速不活性ガスが噴出される。微粉
末の分級も同時に行われ、結果的に超微粉末を含まず、
微粉末の凝集のない単一粒子からなり粒度分布の巾の狭
い微細粉末が得られる。

本発明は希土類合金Ｆｅ、Ｒ，Ｂを主成分とするＦｅ−
Ｂ−Ｒ系合金の鋳塊を機械的粗粉砕の後。

室温以下の低温で不活性ガス中での微粉砕及び超音速不
活性ガスによるジェット粉砕することによリ、粉砕粉末
ひいては成型体の酸素、炭素との反応を防止する。永久
磁石の製造に際してはこれにより磁気特性の低下を防止
すると共に、超微粉末がｌｌ−粒子の形で存在したり、
単一粉末が複数個凝集した状態で存在することを防止し
て、加圧成形時の成形性の改善、磁界中配向の際におけ
る配向度の向り、更には生成磁石の減磁曲線の角形性向
上を図った永久磁石用合金粉末の製造方法を提供する。

すなわち、この発明は希土類合金として特にＲ（但し、
ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ。

Ｔｂの少くとも１種、或いは更にＬａ、Ｃｅ。

Ｓｍ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙの少な
くとも１種からなる）１０原子％〜３０原子％。

Ｂ２原子％〜２８原子％、Ｆｅ８５原子％〜８０原子％
を主成分とする合金を粉末化することにより優れたＦｅ
−Ｂ−Ｒ系永久磁石用合金粉末を提供する。

鋳塊をディスクミル、スタンプミル等にて機械的に粗粉
砕した後、前記粗粉砕を室温〜−１９７℃の低温の不活
性ガスを充満した粉砕機に供給して乾式にて微粉砕する
が、前記低温粉砕粉には粗粉が混入しているため、磁石
特性向上のために更に前記微粉末を気流粉砕機のガス送
入管内に装入し。

該ガス送入管の超音速不活性ガスにより粉砕室内に噴射
して、　１０μｍ以下の微粉末に粉砕すると共に分級し
て均一粒径にする。

［実施の態様］ 以下に、この発明による希土類合金粉末の製造方法をＦ
ｅ−Ｂ−Ｒ系磁石用合金粉末の製造方法の場合に基づき
詳述する。

水系永久磁石合金の鋳塊は１例えば、実施例に示すよう
に、出発原料として、？！を解鉄、フェロボロン合金、
希土類金属、あるいはさらに、電解Ｃｏを高周波溶解し
、その後水冷銅鋳型に鋳造することにより得られる。得
られた鋳塊をスタンプミル、或いはディスクミルにより
３５メツシユスルーまでに微粉砕した後、粗粉砕粉を低
温粉砕及びジェットミル粉砕してＦｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁
石用合金粉末を製造する。

あるいは前記構成元素の金属粉２合金粉、酸化物粉末等
と、カルシウムやマグネシウムの金属や水素化物なとの
還元剤とを混合し、９００〜１２００℃の温度範囲で還
元・拡散反応を行なうことによって得られる合金粉末を
用いてもよい。

本発明において、粗粉砕粉の低温粉砕工程及びジェット
ミル粉砕工程について、第１図により説明する。

粗粉砕粉（１）を密閉式供給部（２）を備えた貯蔵槽（
３）に貯蔵後、槽下部に配設したフィーダ（４）より粗
粉砕粉を切出して、低温粉砕機（５）に装入する。前記
低温粉砕機（５）は液体窒素及び液体窒素を気化した窒
素ガスを適当な比率に配合して。

室温〜−１９７°Ｃに調整した窒素ガスが充満され、該
粉砕機内のロータ（６）に周設した粉砕＠（７）により
、前記粗粉砕粉を微粉砕し、微粉砕粉中の超微粉砕粉は
サイクロン（８）により分級され、所要粒度の微粉末は
ホッパ（９）、定量供給器（１０）を介してジェットミ
ル（１１）に装入される。さらにサイクロン（１２）で
製品粉末（原料粉）が回収され、もっと微細な粉は微粉
捕集器（１３）で捕集され清浄ガスが排気される。一方
サイクロン（８）の排気口から出たガスは一部は排気さ
れ、一部は低温粉砕機（５）に循環使用される。低温粉
砕条件として不活性ガス温度を室温〜−１９７℃に限定
した理由は室温以上では粉砕された粉が酸素と結合しや
すくなるため好ましくなく、又−１９７℃以下では液体
窒素よりも低い沸点を存する高価なアルゴンやヘリウム
の液体を用いなくてはならず好ましくない。

次に第２図に示すジェットミルを使って、この発明を実
施する場合の作用について説明する。

前記低温粉砕粉末（２２）は原料ホッパ（２１）からガ
ス供給本管（２３）より分岐したガス送入管（２４）の
途中に装入される。すると該ガス送入管（２４）を流れ
る超音速不活性ガスによって、原料粉末は粉砕室（２５
）に噴射される。この際原料粉末と超音速ガスとの衝撃
、粉末同志の衝突、粉末と粉砕室壁との衝突、摩砕によ
り、微粉砕される。

そして、極微粉末はサイクロン（２６）の中央で浮遊旋
回し、上方へ開口した排出管（２７）を通って排出不活
性ガスと共に外部へ排出され分級される。

一方極微粉末を分離除去した微粉末（２８）はサイクロ
ン（２６）の底部から排出される。そして、不活性ガス
の吹き込みを停止した状態で底開口部のストッパ（２９
）を開き製品として微粉末（２８）を回収す′る。

以下に、この発明に適用するに適したＦｅ−Ｂ−Ｒ系永
久磁石合金用鋳塊の組成限定理由を説明する。

この発明の永久磁石合金用鋳塊に含有される希土類元素
ＲはｌＯ原子％〜３０原子％のＮｄ、Ｐｒ。

Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうち少なくとも１種、あるい　・は
更にＬａ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ。

Ｐｍ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｙのうち少なくとも１種を含むもの
が好ましい。又通例ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ。

Ｈｏ、Ｔｂのうち１種をもって足りるが、実用上はこれ
らの１以上と他のＲの２種以上の混合物を用いることが
でき、Ｒの出発原料としてはミツシュメタル、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としては、Ｐｒが好ましく、Ｎｄ、Ｐｒ
の１以−ＬにＤｙ、Ｈｏ、Ｔｂの１以」二〇〇５〜５原
子％を含むことが高保持力（温度特性）、高エネルギー
積の上で特に好ましい。

Ｒ（Ｙを含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を製造する合金鋳塊の必須元素であ
って、１０原子％未満では、高磁気特性、特に高保磁力
が得られず、３０原子％を越えると、残留磁束密度（Ｂ
ｒ）か低下して、すく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、新規な上記系永久磁石を製造する合金鋳塊の必須
元素であって、２原子％未満では１高い保磁力（ｉＨｃ
）は得られず、２８原子％を越えると、残留磁束密度（
Ｂ　ｒ）が低下するため、すく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を製造する合金鋳塊の必
須元素であるが、６５原子％未満では残留磁束密度（Ｂ
　ｒ）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、Ｆｅは６５原子％〜８０
原子％に限定する。

また、Ｆｅの一部をＣｏで置換することができる。その
理由は永久磁石の温度特性（キュリ一温度Ｔｃ）を向上
させる効果が得られるためであるが、Ｃｏは合金中で５
０原子％を越えると、高い保磁力が得られず、すぐれた
永久磁石が得られない。

よって、Ｃｏは５０原子％を上限とする。

この発明の合金鋳塊において、高い残留磁束密度と高い
保磁力を共に有するすぐれた永久磁石を得るためには、
Ｒ１２原子％〜２０原子％、Ｂ４原子％〜２４原子％、
Ｆｅ６５原子％〜８０原子％が好ましい。

また、この発明による合金鋳塊は、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、少量のＰ、Ｓ、Ｃｕの含有は許容される。但し本発
明の粉末製造工程ではＣの混入を少くできるので有意義
である。Ｐ、Ｃｕ各３．５原子％、　　Ｓ　　２．５原
子％、合計３．５原子％をこえるとＢｒが実用レベル以
下となる。但しこれらの不純物は少ないにこしたことは
ない。

さらに、前記Ｒ，Ｂ、Ｆｅ合金あるいはＣｏを言付する
Ｒ、Ｂ、Ｆｅ合金に、Ｆｅの一部に代えて下記の添加元
素のうち少なくとも１種を添加含有させることにより、
永久磁石合金の高保磁力化が可能になる： ９．５原子％以下のＡｊｌ！、　　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Ｍｎ、５　　原子％以下のＢｉ。

１２．５原子％以下のＮｂ、１０．５原子％以下のＴａ
。

９．５原子％以下のＭｏ、　　９．５原子％以下のＷ。

２．５原子％以下のＳｂ、　　７　　原子％以下のＧｅ
。

３５原子％以下のＳｎ、　　５．５原子％以下のＺｒ。

５．５原子％以下のＩｆ、　　５．０原子％以下のＳｉ
。

結晶相は主相（５０ｖｏ１％以上）かＦｅ−Ｂ−Ｒ系正
方晶であることが、微細で均一な合金粉末を得るのに不
可欠である。この正方晶相は多い程粉末化か容易になる
。好ましくは９０ｖｏ１％以上とする。

この発明による合金の微粉砕粉末の粒度は２手均拉度か
８０μｍを越えると、永久磁石の作製時にすぐれた磁気
特性、とりわけ高い保磁力が得られず、また１平均粒度
が１μｍ未満では、永久磁石の製作工程、すなわち、プ
レス成形、焼結２時効処理工程における酸化が著しく、
すぐれた磁気特性が得られないため、１〜８０μｍの平
均粒度とする。さらに、すぐれた磁気特性を得るには、
平均粉度２〜１０μｍの合金粉末が最も望ましい。

この発明による永久磁石用合金粉末を使用して得られる
磁気異方性永久磁石合金は、保磁力ｉＨｃ≧１ｋＯｅ、
残留磁束密度Ｂｒ＞４ｋＧ。

を示し、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘはハートフェ
ライトと同等以上となり、好ましい組成範囲では、（Ｂ
Ｈ）ｍａｘ≧ｌＯＭＧＯｅを示し、最大値は３５Ｍ　Ｇ
　Ｏｅ以上から４０Ｍ　Ｇ　Ｏｅ以上に達する。

また、この発明による合金粉末の組成が、Ｒ１０原子９
６〜３０原子％、Ｂ２２原子〜２８原子％、　　Ｃ。

４５原子％以下、ＦｅＧ５原子％〜８０原子％の場合。

得られる磁気異方性永久磁石合金は、上記磁石合金と同
等の磁気特性を示す。残留磁束密度の温度係数が、Ｃｏ
５原子％以上で０．１％／℃以下となり、すぐれた特性
が得られる。

また１合金粉末のＲの主成分がその５０％以上をＮｄ、
Ｐｒの和が占める場合で、Ｒ１２原子％〜２０原子％、
Ｂ４４原子〜２４原子％、Ｆｅ６５原子％〜８０原子％
の場合、あるいはさらにＣｏ５原子％〜４５原子％を含
有するときさらにすぐれた磁気特性を示し、特にＮｄの
場合には、（ＢＨ）ｍａｘはその最大値が３５Ｍ　Ｇ　
Ｏｅ以上に達する。

また、この発明による合金粉末は、無磁界中で加圧成形
することにより等方性永久磁石を製造することができる
。

以上Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系合金について説明したが。

本発明の合金粉末製造方法は従来の希土類合金磁石１例
えばＳｍＣｏ系合金や、Ｒ−Ｆｅ系合金の粉末製造にも
用いることができる。

［実施例］ 以下に実施例を説明する。

実施例１ 出発原ｒ４として、純度（重量比、以下同じ）９９９％
の電解鉄、　　８１９．４％を含有し残部はＦｅ及びＣ
等の不純物からなるフェロボロン合金、純度９９．７９
６以」二のＮｄを高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳
造し、　１４．５Ｎ　ｄ　　１．５Ｄ　ｙ　８　Ｂ７６
Ｆ　ｅ　（原子０６）なる組成の鋳塊１　ｋｇを得た。

得られた鋳塊をスタンプミルにより一３５メッンユに粗
粉砕した後、前記粗粒粉を低温粉砕機を使用し、粉砕条
件として粉砕温度−１２０℃、ローター周ａ　８０ｒｎ
　／　ｓｅｅ、液体Ｎ２消費ｆｆｉ　１．５ｋｇ／原料
１ｋｇ、粉砕歯ステンレス製にし原料粉末として２９ｋ
ｇ処理し、得られた粉末粒度は６．５μｍであった。

ｒＦｊ記低温粉砕扮をジエツｌ−ミル（ＰＪＭ−１００
型メーカー　日本ニューマチック社製）を装入し。

Ｎ２ガス圧力８．５ｋｇ／ｃＪの超音速Ｎ２ガスにて。

ジェット粉砕して、第１表の如き、微粉末を得た。

（以下余白） 第１表 この３種の合金微粉末を用いて、磁界１０ｋ　Ｏｅ中で
配向し、　　１．５ｔ／ｃＪにて加圧成型し、その後。

１１００℃、１時間の条件で焼結し、更にＡｒ中で焼結
後６００℃に１時間の時効処理を行って永久磁石を作製
した。その時の永久磁石の磁石特性を比較のために、実
施例１と同一組成の鋳塊を同一条件で粗粉砕後、ボール
ミルにて微粉砕して得られた永久磁石の磁石特性、及び
実施例１のジェット粉砕を施さない以外は同一組成、同
一条件にて得られた永久磁石の磁石特性を第２表に表す
。

第２表 本発明方法によりＣｌＯ２等の不純物が少なく結晶粒径
が均一で磁石特性を有する永久磁石が得られることは明
らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は夫々本発明の実施例に用いる装置を示
す。 出願人　　　住友特殊金属株式会社 代理人　　　弁理士　加藤朝道（他１名）第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）希土類合金の機械的粗粉砕粉を室温〜−１９７℃の
   不活性ガス中にて微粉砕した後、前記微粉末を気流粉砕
   機のガス送入管内に装入し、該ガス送入管内の超音速不
   活性ガスにより粉砕室内に噴射して、微粉末に粉砕する
   と共に分級することを特徴とする希土類合金粉末の製造
   方法。 ２）前記希土類合金がＲ（但し、ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ
   、Ｈｏ、Ｔｂの少くとも１種、或いは更にＬａ、Ｃｅ、
   Ｓｍ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙの少く
   とも１種からなる）１０原子％〜３０原子％、Ｂ２原子
   ％〜２８原子％、Ｆｅ６５原子％〜８０原子％を主成分
   とする希土類・ボロン・鉄系永久磁石用合金であること
   を特徴とする請求の範囲第１項記載の製造方法。