JPS6261665B2

JPS6261665B2 -

Info

Publication number: JPS6261665B2
Application number: JP58026859A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yamashita; Kazuo Sato; Yoshio Kato
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1983-02-19
Filing date: 1983-02-19
Publication date: 1987-12-22
Also published as: JPS59153873A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景技術分野本発明は、セリウム族、イツトリウム族の１種
以上からなる希土類元素ＲとCoとの金属間化合
物を主体としたR₂Co₁₇系Cu置換析出硬化型の永
久磁石材料の熱処理方法に関する。先行技術とその問題点重量百分比で、22〜28％のＲ（Ｒは希土類元素
の一種以上）と、Coと、Cuと、Fe，Ni，Mn，
およびCrのうちの１種以上と、Zr，Ti，Hf，
Nb，ＶおよびTaのうちの１種以上とからなる組
成を有する希土類コバルト系のR₂Co₁₇系Cu置換
析出硬化型の永久磁石が知られている。この磁石は、残留磁束密度（Br）、保磁力
（bHc，iHc）が大きく、エネルギー積（Ｂ・Ｈ）
maxが大きく、しかもキユリー温度が高く、温度
特性のすぐれた永久磁石である。このような永久磁石を製造するには、公知のい
わゆる還元拡散法あるいは溶解法によつて化合物
を作製したのち、これに溶体化処理、時効処理を
施して粉砕し、磁場配向を施して、ゴムやプラス
チツク樹脂をバインダーとして粉末成型磁石とし
たり、あるいは、化合物を粉砕後、磁場成型し、
その後焼結と溶体化処理を行い、次いで時効処理
を施して焼結磁石としたりしている。このような場合、R₂Co₁₇系のCu置換型磁石の
時効処理は、スピノーダル分解を利用して、マト
リツクス中に微細な析出物を分散析出させ、この
相分離を制御して保磁力を高めるための熱処理で
ある。そして、この析出および相分離の状態が磁
石の性能を大きく左右するため、この時効処理を
最適な条件下で実施することが、製造上きわめて
重要なポイントとなるものである。従来、R₂Co₁₇系Cu置換析出硬化型磁石の時効
処理としては、700〜900℃の温度から400℃近傍
まで多段時効する方法（特開昭50−133106号公
報）や、700〜900℃の温度から400℃近傍まで徐
冷する方法（特開昭53−106624号公報）が知られ
ている。しかし、これら従来の方法による時効処理で
は、保磁力、残留磁束密度、エネルギー積、履歴
曲線の角形比、着磁特性等の磁気特性の点で、未
だ十分満足できる特性が得られるには至つておら
ず、特に、10wt％以下、とりわけ8wt％以下の低
Cu量、および6wt％以上、とりわけ10wt％以上
の高Fe量の低価格の実用磁石材料組成において
の、磁気特性の改良が望まれている。すなわち、より具体的に説明するならば、これ
ら低Cu量、高Fe量の実用磁石材料組成では、従
来公知の時効処理を施すことにより、12KG程度
のBrが得られ、30MGOe以上の（Ｂ・Ｈ）max値
が期待されるにもかかわらず、角形性が悪く、所
期の（Ｂ・Ｈ）max値が得られない。この場合、
10wt％よりわずかに小さいCu量の組成では、所
期の（Ｂ・Ｈ）max値より１〜2MGOe程度小さ
いのみの（Ｂ・Ｈ）max値は得られるが、従来の
時効処理では、この１〜2MGOeのエネルギー積
の増大を実現することができず、実用上大きな不
都合を生じている。なお、Cu量を２〜3wt％程度にまで減少させた
ときには、従来の時効処理方法では、Brもきわ
めて低下してしまい、まつたく実用に耐える磁石
は実現しない。さらには、従来の希土類コバルト系材料の時効
処理は、時効の開始温度および終了温度における
保持時間を長くとる必要があり、時効所要時間が
長いという欠点もある。なお、従来の希土類コバルト系材料の時効処理
では、冷却の制御のしかたのみが着目されてお
り、くりかえし複数回の加熱冷却を行う例はな
い。さらには、特開昭57−161044号公報には、１次
焼結および２次焼結を施し、等温処理後それより
高い温度から冷却する旨が開示されている。しか
しこの方法は、２回の焼結を行わなければならな
い点できわめて煩瑣であり、製品のコストアツプ
につながるものである。また減磁曲線の角形比が
十分でない。さらに、時効処理方法も、低温での
等温処理の後、温度を上げて次の時効処理を行な
う点で本発明の時効処理方法とは異なるものであ
る。発明の目的本発明は、このような実状に鑑みなされたもの
であつて、その主たる目的は、保磁力、残留磁束
密度、エネルギー積、角形比、着磁特性等の磁気
特性が、高Fe量、低Cu量において、従来の時効
処理と比較して格段と向上し、実用上十分満足で
きる磁石特性をもつ実用磁石が実現し、しかも、
時効処理時間も短縮できるR₂Co₁₇系Cu置換型永
久磁石材料の熱処理方法を提供することにある。このような目的は、下記の本発明によつて達成
される。すなわち、本発明は、重量百分比で、22〜28％Ｒ（Ｒは希土類元素
の一種以上）、２〜10％ Cu、６〜35％Ｔ（Ｔ
はFe、MnおよびCrのうちの１種以上）、0.5〜６
％Ｍ（ＭはZrおよび／またはHf）、残部Coを主
体とする組成を有する希土類コバルト系金属間化
合物を焼結および溶体化処理した後、角冷し、次
いで、750〜950℃の温度から700℃以下の温度ま
で冷却する熱処理を２回以上くりかえし施すこと
を特徴とする永久磁石材料の熱処理方法である。なお、本出願の先願である特開昭58−219704号
に記載された永久磁石の製造方法は、本発明と同
種の多段時効を行うものであるが、R₂Co₁₇系材
料がNiを必須とする点で本発明と異なるもので
あり、しかもその出願当初の明細書中には、Ni
＝０の組成のものは開示されていない。発明の具体的構成以下、本発明の具体的構成について詳細に説明
する。本発明の熱処理方法において、時効のための複
数回の熱処理に先だつては、焼結合金に対し、溶
体化処理が施される。溶体化処理に際しては、焼結後溶体化処理を行
つても、溶体化処理と焼結とを同時にかねさせて
も、いずれでもよい。焼結および溶体化処理は、1000℃以上で行うこ
とが好ましい。これは、1000℃未満では、履歴曲
線の角形性と保磁力とが低下するからである。このような場合、溶体化処理は、通常、1000℃
〜1200℃にて、0.5〜10時間程度施される。溶体化処理ののち、材料は急冷される。この急冷は、一般に１〜300℃／min程度の冷
却速度で行われる。そして、急冷は、第１回目の
750〜950℃の冷却開始温度以下の任意の温度まで
行えばよい。この後、必要に応じ所定の熱処理の冷却開始温
度までの加熱を行つたのち、複数回の熱処理が施
される。すなわち、複数回施される各回の熱処理は、
750〜950℃の冷却開始温度から、700℃以下の冷
却終了温度までの冷却工程からなる。そして、このような熱処理を２回以上くりかえ
すことによつて、本発明所定の効果が実現するも
のである。この場合、くりかえし回数は、２回以上であれ
ば任意の回数であつてよいが、時効処理時間を短
縮化する上では、２〜４回であることが好まし
い。各回の冷却開始温度は、それぞれ互いに異なつ
ていてもよいが、750〜950℃、好ましくは780〜
920℃である。冷却開始温度が750℃未満となると析出硬化が
不十分となり、また950℃をこえると析出粒子が
粗大化して、ともに保磁力が低下してしまい不適
当である。各回の冷却終了温度は、それぞれ異なつていて
もよいが、700℃以下である。冷却終了温度が700℃をこえると、析出粒子が
粗大化したり、あるいは析出硬化が不十分とな
り、保磁力が低下してしまい好ましくない。この場合、冷却終了温度は、600℃から室温ま
の範囲、特に500℃から室温までの範囲とする
と、磁気特性向上の点で、より好ましい結果をう
る。なお、このような特性向上は、冷却終了温度
を下げるほど大きくなるが、400℃以下ではほと
んど効果はかわらない。各回の冷却速度については特に制限はないが、
通常は、0.05〜15℃／min、より好ましくは２〜
10℃／min程度とする。この場合、冷却プロフイールは、一旦温度を保
持する多段冷却としてもよく、必要に応じ途中で
冷却速度を変える連続冷却であつてもよい。た
だ、時効処理時間を短縮する上では、連続冷却で
あることが好ましく、特に、初期より終期の冷却
速度を減少させることが好ましい。なお、冷却プロフイールの最適条件は、組成等
の違いに応じ、実験から容易に求めることができ
る。さらに、各回の熱処理時間の加熱プロフイール
は任意であるが、通常は２〜10℃／min程度とす
る。なお、冷却開始温度においては、保持時間を設
けることが好ましい。保持時間は、通常、５分〜
20時間程度であるが、好ましくは10分〜６時間が
よい。この保持時間は、くりかえしの回数、冷却
速度等の組合せにより経験的に定める。一方、冷却終了温度では、必ずしも保持時間を
設ける必要はない。このような複数回の熱処理を施す永久磁石材料
の組成は、上記のものである。この場合、22〜28wt％含有される希土類元素
Ｒは、セリウム系、イツトリウム系いずれの１種
以上であつてもよいが、特に好ましいのは、サマ
リウムまたはセリウムを含む場合である。また、Cuの含有量は、２〜10wt％である。そ
れ以外では、本発明の実効が小さくなる。この場
合、Cu含有量が、2.5〜8wt％、特に３〜7.5wt％
となると、従来の時効処理に対する磁気特性の増
大率はきわめて大きいものとなる。そして、きわ
めて良好な磁気特性をもつ磁石が実現する。さら
に、Fe，Mn，Crの１種以上のＴは、６〜35wt％
含有される。Ｔが、これ以外の含有量となると、
本発明の実効が小さくなる。この場合、Ｔは必須元素してFeを含み、必要
に応じ、Mn，Crの１種以上を含有すると、より
好ましい結果をうる。そして、Fe含有量が10〜
25wt％、特に14〜25wt％となると、従来の時効
処理に対する磁気特性の増大率はきわめて大きい
ものとなり、きわめて良好な磁気特性をもつ磁石
が実現する。なお、Ｔ中にNiは含有されない。Niが含有さ
れるとBr，iHcが低下し（Ｂ・Ｈ）maxが悪化す
る。特にiHcの低下が著しく好ましくない。加えて、本発明における永久磁石材料中には、
Zrおよび／またはHfのＭが0.5〜6wt％含有され
る。Ｍがこれ以外の含有量となると、磁気特性が
劣化してしまう。このような本発明の熱処理方法を用いて、永久
磁石を製造するには、化合物を粉砕後、磁場成型
し、その後焼結と溶体化処理を行い、急冷したの
ち、本発明の複数回の熱処理を施す。これによつ
て焼結磁石が形成される。発明の具体的作用効果本発明によれば、従来の時効処理を行うときと
比較して、保磁力、残留磁束密度、エネルギー
積、角形比、着磁特性等の磁気特性が向上する。すなわち、10wt％以下の低Cu量、高Fe量の実
用磁石材料組成において、実用上十分満足できる
磁気特性が得られる。この場合、比較的10wt％に近いCu量範囲、例
えば４〜10wt％、特に４〜8wt％においては、従
来の時効処理と比較して、Brを同等以上とした
上で、角形性が向上し、保磁力が向上するので、
所期の（Ｂ・Ｈ）max値が得られ、実用上十分満
足できる特性を示す。また、従来の時効処理ではまつたく実用に耐え
なかつた、より低Cu組成、例えば２〜4wt％、特
に2.5〜4wt％では、Br、保磁力ともきわめて高
い増大率で増大する結果、やはり実用上十分満足
できる特性を示す。また、各回の冷却過程において、冷却開始ない
し終了温度等での保持時間は従来より短かくする
ことができ、総体として、時効処理時間は、従来
より短縮することができる。さらには２回の焼結を行う必要がない。発明の具体的実施例以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説
明する。実施例１重量百分比で、24.5％Sm、５％Cu、15％Fe、
２％Zr、残Coからなる合金を高周波誘導溶解に
より作製した。次いで、これをジヨークラツシヤーで粗粉砕
し、ジエツトミルで微粉砕した。これを磁場成型
して、真空中で1200℃、１時間焼結、溶体化処理
し、室温まで冷却した。これを第１図のようなプローフイールにて、冷
却開始温度T₁、冷却終了温度t₁として、T₁とt₁を
変化させて熱処理を２回くりかえした。第３図に、iHcとT₁との関係、第４図にiHcと
t₁との関係を実線にて示す。なお、第３図、第４図には、第２図で示した従
来法である１回のみの多段時効処理のプロフイー
ルにおいて、保持時間をａ＝2Hr、ｂ＝1Hr、Ｃ
＝1Hrとした場合の結果が破線で示される。これらの結果から、２回以上の所定の時効熱処
理を施す本発明の効果があきらかである。また、T₁は750〜950℃、t₁は700℃以下が好ま
しいこともわかる。さらには、トータル時効処理時間も短縮されて
いることがわかる。実施例２実施例１と同様に、表１に示される合金N0.1
〜10を得た。また、合金N0.11（比較）も得た。これを実施例１と同様に粉砕、焼結、溶体化処
理したのち、下記熱処理Ａ、Ｂ、Ｃを施して、サ
ンプル1A〜11Cを得た。Ａ：第１図のプロフイールにおいて、 T₁＝850℃、t₁＝400℃ Ｂ：第５図の３回のプロフイールにおいて、 T₁＝900℃、T₂＝850℃、 T₃＝800℃、t₁＝500℃、 t₂＝450℃、t₃＝400℃ Ｃ：第２図の１回のみのプロフイールにおいて、
T₁＝850℃、t₁＝400℃、ａ＝6Hr、ｂ＝1Hr、
ｃ＝4Hrとした場合サンプル 1A〜11Cの磁気特性、Br、iHc、
（Ｂ・Ｈ）maxおよび着磁率を表２に示す。この
場合、着磁率は、15KOe印加着磁時のBrの値
を、完全着磁時のBrで除した値である。また、表２には、これら各特性の、処理Ｃに対
する増大率が示される。

【表】

【表】表２の結果から、本発明の効果があきらかであ
る。なお、サンプルN0.2と11の比較からNiゼロの
ものはNiを含むものよりも磁気特性が良好であ
ることがわかる。比較例実施例１と同じ組成の合金粉末を磁場プレスが
成形し、これをアルゴン気流中においてCuの含
有量に応じ1180〜1210℃で30分間、ついで1190〜
1220℃で１時間焼結し、次に650℃で１時間等温
処理をしてから800℃を開始温度として３℃〜0.1
℃／分の冷却速度で400℃まで連続的に冷却し、
このようにして特開昭57−161044号に従い得られ
た合金（比較例）について角形比を測定した。角
形比はＨ_k／1Hcで表わし、Ｈ_kはBr×0.9の点での
Ｉ―Ｈ曲線上のＨの値である。本発明のサンプル
とともに結果を以下に示す。

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱処理方法の１例を示す温
度―時間プロフイールのグラフである。第２図
は、従来の熱処理方法の例を示す温度―時間プロ
フイールのグラフである。第３図および第４図
は、それぞれ第１図および第２図のプロフイール
のT₁およびt₁をかえたときの保磁力―T₁および
保磁力―t₁のグラフである。この場合、第３図お
よび第４図において、実線が第１図のプロフイー
ルによる、破線が第２図のプロフイールによる場
合である。第５図は、本発明の熱処理方法の他の
例を示す温度―時間プロフイールのグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１重量百分比で、22〜28％Ｒ（Ｒは希土類元
素の一種以上）、２〜10％ Cu、６〜35％Ｔ
（ＴはFe，MnおよびCrのうちの１種以上）、0.5
〜６％Ｍ（ＭはZrおよび／またはHf）、残部Co
を主体とする組成を有する希土類コバルト系金属
間化合物を焼結および溶体化処理した後、急冷
し、次いで、750〜950℃の温度から700℃以下の
温度まで冷却する熱処理を２回以上くりかえし施
すことを特徴とする永久磁石材料の熱処理方法。２ Cu含有量が2.5〜８％である特許請求の範囲
第１項に記載の永久磁石材料の熱処理方法。３ＴがFe、またはFeとMnおよびCrのうちの
１種以上との組合せからなり、Fe含有量が10〜
25％である特許請求の範囲第１項または第２項に
記載の永久磁石材料の熱処理方法。４焼結および溶体化処理温度が1000℃以上であ
る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
に記載の永久磁石材料の熱処理方法。５焼結および溶体化処理後の急冷終了温度が、
第１回目の750〜950℃の冷却開始温度から室温ま
での温度範囲内にある特許請求の範囲第１項ない
し第４項のいずれかに記載の永久磁石材料の熱処
理方法。６各回の冷却終了温度が、650℃から室温まで
の温度範囲内にある特許請求の範囲第１項ないし
第５項のいずれかに記載の永久磁石材料の熱処理
方法。７熱処理のくりかえし回数が２〜４回である特
許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記
載の永久磁石材料の熱処理方法。８各回の冷却開始温度にて、５分〜20時間の保
持時間を設ける特許請求の範囲第１項ないし第７
項のいずれかに記載の永久磁石材料の熱処理方
法。９各回の冷却速度が0.05〜15℃／minである特
許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記
載の永久磁石材料の熱処理方法。