JPS63115304A - 高性能希土類鋳造磁石 - 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−鉄一ホウ素系永久磁石（以下、Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ系磁石という）に関するものであり、さらに詳し
く述べるならば鋳造によシ高性能を達成したＲ　−Ｆｅ
　−Ｂ系磁石に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、高価なコバルト等を必須成分と
せずにまた安価な工業材料である鉄を多量に用いること
によって、優れた磁石特性を実現する。これまで、よシ
ー層の磁石特性の向上を図シ、よシ安価な元素を使用し
つつ良好な磁石特性［Ｆ］達成し、あるいは加工性を向
上する等の方法によって、従来の一般的永久磁石である
希土類コバルト永久磁石、フェンイト磁石に代替しある
いはこれらの磁石と競合できるＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を提
供するための研究が活発になされている。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石については、各種製造方法が示され
ているが、それらは主に次の２つに大別される。１つは
、特開昭５９−６４７３９号公報で発表された高速急冷
法を用いたものである。この方法では、合金溶湯を、高
速回転する銅や鉄のロールに噴射することにより、１０
５℃／　！ｌｅｅ以上という非常に早い冷却速度を得、
非晶質もしくは非晶質と結晶質が混在した状態の合金を
得る。この場合、適度な冷却速度を選択することにより
て高い保磁力を得ることができる。またさらに高速で急
冷して適度の熱処理をすることによシ高保磁力を得るこ
とができる。得られた合金の形状はリボン状であり、磁
気的には等方性である。この等方性り？ン状合金を永久
磁石として用いる為には、リカンを粉砕し、樹脂と混合
し、成型し樹脂磁石とするか、あるいはホットプレスに
よって高密度化をはかジブロック磁石とする。

特開昭５９−６４７３９号公報の方法では１０ｋＯ・を
越える保磁力（ｆｅｅ　）と溶湯急冷時のロール周速調
整で実現している。この様な高い保磁力が得られる原因
は焼なまし効果によシ微結晶が析出したものと説明され
ている（公報、第２３６頁、右下欄）。この磁石は等方
性磁石としては画期的性能を発揮するものである（日経
マテリアル、１９８６．４−２８、第７９頁）が、高速
急冷法では、どの様にして異方性化するかが高性能磁石
製造のネックになるとの認識はされていた（日経マテリ
アル前掲）。ＧＭ社が特開昭６０−１００４０２号公報
に発表したところによると、ホットプレスブロックを、
ダイアッゾセットという方法によシ、異方性ができると
されている。

第２の方法は特開昭５９−４６００８号公報で発表され
た冶金焼結法で、１、この方法では、従来から一般的に
用いられている粉末冶金法を利用して、溶解鋳造によっ
て得られた合金鋳塊を粉砕し、成型し、焼結し、時効す
る工程を行なって永久磁石を得る。磁界を印加しながら
成型を行なうので異方性化した磁石が得られる。この方
法で保磁力が合金に付与される工程は焼結工程であり、
鋳塊製造工程での磁気特性は磁石としての特性を示して
おらない。この方法において、粉砕されたリボンよシ製
造された焼結磁石は、磁場中プレスによシ異方性を付与
されているため、最大エネルギ積はかなシ高くなってい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、従来高速急冷法
あるいは粉末冶金焼結法の何れかによシ製造されていた
。周知のアルニコ磁石は鋳造法によシ製造されているが
、Ｒ−Ｆａ−Ｂ系磁石を鋳造法で製造し、高性能を付与
する方法は従来知られていなかった。このため、鋳造法
によれば容易に対応できる需要家からの要請に充分に対
応できず、また高速急冷設備、プレス等の設備が必要と
なり、工程が長いなどの問題があった。

アルニコ磁石は、周知のように、Ｆｅ−ＡＡ−Ｎｉ−Ｃ
。

および添加物からなり、合金溶湯を鋳造することによシ
磁石特性を付与されている。場合によっては、高特性化
の為、鋳造体をさらに熱処理する場合もあるが、基本的
磁石特性は鋳造後に具備している。本発明者らは、Ｒ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石にあってもアルニコ磁石と同様に鋳造後
に基本的磁石特性を具備している磁石を提供することを
目的として研究を行なった。

なお、アルニコ磁石は、等方性のもので２．５ＭＧＯｓ
　、　　異方性のものでも１０　菫すｅのエネルギ積し
か有さす、また保磁力については１．５　ＫＯｅ以下と
いう低い値しか有さない。よって、鋳造Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系
磁石の磁気特性はアルニコのものを凌ぐものでなければ
、磁気特性上の優位性はない。ところが従来は鋳造法で
アルニコ磁石に匹敵するＲ−Ｆａ−Ｂ系磁石は得られて
いなかった。すなわち、超高速冷却しなければ磁石特性
は得られなかった。

さらに従来の異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石はホットプレス
もしくは磁場中プレスで異方性が付与されていた。この
ため圧縮プレスが必要になシ、製造設備が大掛かりにな
っていた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、Ｒ−Ｆｓ−Ｂ系磁石の組成限定および添
加物の種類と量の限定によシ鋳造法が適用可能になるこ
とを見出した。

かかる知見に基づいて、本発明は、 ”ｙｌ’”ａＣＯｌ−ａ）１−ｘ−ｙ−ＡＢｚ（ただし
、ＲはＹを含む１種以上の希土類元素、ＭはＡＡ、Ｎｉ
　、Ｔｉ　＋Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ。

Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ＋Ｈｆ　、Ｔａ、Ｗ、Ｃｕからなる群
から選択された少なくとも１種の元素、”　＋　３’　
ｐ　Ｚ　ｖ　＆は原子比であり、０．０３≦ｘ≦０．２
５：０．００５≦ｙ≦０．１５　；　０．０２≦ｚ≦０
．１５：０．５≦ａ≦１であ゛る）なる組成式で表わさ
れかつ異方性を有する高性能希土類鋳造磁石を提供する
。　　。

最初に、本発明が一つ特徴とする組成について説明する
。

上記組成は従来発表されているＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の組
成と一部重複するが、上記組成範囲内にお徴である。す
なわち、これらの添加元素を加えた場合、無添加合金に
比べ溶湯からの冷却過程における粒成長が抑制され、ひ
いては高保磁力が得られかつ異方性化が図れる事を見出
したものである。

このような添加元素を加えた場合、高速急冷法で用いる
１０５℃／　ｓｅｅ以上よシも低い速度で高い保磁力が
得られる。通常の鋳造方法で良いが、冷却金型中にガス
アトマイズ等の方法で溶湯を堆積させブロック会作る高
速鋳造も保磁力ＩＨｅからは好ましい。このため、複雑
な、高速急冷装置も必要とせず又ＩＪｙｈ”ン等の形状
制限もなく、所謂粉末冶金法という何段にも分かれた工
程を必要としないで、永久磁石を製造できるようになっ
た。上記組成式中のＸｐ’／ｌＺの第一の限定理由は、
所定範次に、上記組硬襟のＸ　Ｈ７Ｈ’Ｌの磁気特性面
からの限定理由を説明する。

Ｘ（希土類元素の含有量）が０．０３より小さいと保磁
、力が低下し、一方Ｘが０．２５より大きいと残留磁束
密度（Ｂｒ　）が低下する。ｙ（Ｍ元素−Ａ２．Ｎｉ＋
Ｔｉ、Ｖ＋Ｃｒ、Ｍｎ＋Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ
＋Ｗ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１種の
元素）が０．００５よシ小さいと、高い保磁力が得られ
ず、またｙが０．１５よシ大きいと残留磁束密度（Ｂｒ
　）が低下する。２（ホウ素含有量）が０．０２よシ小
さいと保磁力が低下し、一方２が０．１５よシ大きいと
残留磁束密度（Ｂｒ　）が低下する。このように１，７
゜２が所定範囲外となシ、保磁力もしくは残留磁束密度
（Ｂｒ　）が低下すると、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の磁気特
性は、従来の高速急冷法あるいは粉末冶金焼結法による
磁石の磁気特性よル著しく劣るとともに、アルニコ磁石
の最大エネルギ積を下回ることになる。これに対して、
Ｘ　ｐ　Ｖ　ｒ　Ｚが所定範囲内にあると、鋳造状態の
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の磁気特性は、従来の高速急冷法あ
るいは粉末冶金焼結法で得られたと発表されているそれ
ぞれ１４　ＲＱ）ｅおよび４５　ＭＧＯｅ　の最大エネ
ルギ積の最高値には到達しないものの、各種用途の永久
磁石に要求されている磁気特性を完全に満足している。

本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の上記組成において、Ｆａ
をＣｏ　（コバルト）で置換し、Ｆｅ／（Ｆｅ＋Ｇｏ　
）≧０．５とすると、残留磁束密度の温度特性が改良さ
れる。

Ｃｏの置換量が５０原子チを越えると、残留磁束密度が
低下するため好ましくない。

次に、本発明の他の特徴である異方性について説明する
。

本発明におけるＲ　−Ｆｅ　−Ｂ系磁石の異方性は鋳造
状態で該磁石に付与されているものである。合金溶湯を
凝固させるプロセスにおいて、冷却の方向に溶湯（液体
）から結晶（固体）が析出する。

この析出した結晶の成長方向と、結晶の異方性の方向と
を一致させることによシ、異方性鋳造磁石が得られる。

鋳造鋳凰をチル鋳型、ホットトップ鋳型、もしくはヒー
ターを取シ付けた鋳型、あるいはこれらの組み合わせ鋳
型とすることによシ鋳塊の冷却方向を制御することがで
きる。なお、液体急冷法のように冷却速度が著しく高く
なると冷却方向は冷却基体に垂直方向に斉うが、おそら
く結晶の発達が遅くかつ活発でないために、結晶の成長
方向と磁気異方性の方向は斉わないと考えられる。よっ
て、本発明では通常の鋳造を行なうことが前提となる。

以下、本発明に係るＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造法につい
て説明する。

希土類金属、鉄、ホウ素（またはフェロポロン）、遷移
金属からなる原料群から適量・Σ選択し、非酸化性雰囲
気中で溶解し、合金化し、それに連続して鋳型に鋳造し
、鋳塊を得る。鋳塊の大きさは任意であり、また高性能
磁石が使用されている自動車、コンピューター、モータ
ー用部品を鋳塊から製造することができる。

鋳塊磁石をさらに高性能化する為に３００℃〜９００℃
の温度で熱処理を施す工程、その熱処理中に磁場を印加
する工程、製品形状に加工する工程を、適宜附加するこ
とも選択できる。

得られた磁石はそのままでも、もちろん使用できるが、
−旦適当な粒径に粉砕し、樹脂と混合し成型し、樹脂磁
石とすることも可能である。場合によっては、鋳塊を粉
砕し、磁界中または無磁場中で成型を行ない焼結、時効
を行なうことも可能である。

〔発明の効果〕

合金化と鋳造という工程のみで、高特性の希土類磁石を
作製できるようになったため、工業的に次のような効果
が達成される。

（１）低０２化の実現−特に粉末冶金焼結法によると粉
末を処理する工程が多く、また粉末成形体が高温で加熱
されるため、粉末中の希土類成分の酸化が多く起る。こ
のため酸化を予め見込んで粉末中の希土類成分の量を多
くしなければならない。

ところが本発明によれば、合金化と鋳造という工程のみ
でＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の基本的磁石特性が具備されるた
め、粉末中の希土類成分の酸化が少なくなる（約１００
０　ｐｐｍ以下）。このため酸化による磁石特性の劣化
が少なくなシ、また希土類成分を予め多く配合する必要
がなくなる。また同じ組成で本法と粉末冶金法を比較す
ると本法の方が高い残留磁束密度が得られる。

（２）歩留シの向上−粉末冶金焼結法と比較して工程数
が少なくなったことより歩留が向上する。

さらに、焼結体は反シ、ちぢみなどを伴うので、製品形
状にするためには大きな削シしろを必要とするが、本発
明では、鋳型が設計できる形状であれば加工は極めて僅
かしか必要ではない。

（３）形状の任意性−鋳型の設計は、粉末成型金型や、
ホットプレスの型の設計に比べ任意性があシ、製品の形
状の要求に幅広く対応できる。またリボン形状を得る高
速急冷法のように磁石素材（製品）形状が一種に限られ
ることはない。

（４）鋳造工程で異方性が付与されるため、焼結磁石製
造の場合の磁場中成型が不要にな力またアルニコ磁石製
造の場合の磁場中冷却処理が不要となる。

（５）本出願人が昭和６１年１０月３０日に出願した鋳
造磁石に比較して、異方性化したことにより、優れた磁
気特性が達成される。

以下、実施例によシさらに詳しく本発明を説明する。

〔実施例〕

表１に組成を示す合金を高周波溶解炉により溶解し、金
型に鋳造した。得られた鋳塊の寸法はφ３０　Ｘ　ｔ５
　ｇｌＢであった。端面を水冷した金型によシ凝固中の
冷却を制御した。得られた鋳塊に３００〜９００℃温度
範囲で時効処理を施した。

得られた最高の磁気特性を組成とともに表１に示す。

表１の比較例と本発明例を対比すると分かるように、組
成の限定によシ鋳造後の磁石特性が大幅に異なる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｒ＿ｘ（Ｆｅ＿ａＣｏ＿１＿−＿ａ）＿１＿−＿ｘ
   ＿−＿ｙ＿−＿ｚＭ＿ｙＢ＿ｚ（ただし、ＲはＹを含む
   １種以上の希土類元素、ＭはＡｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
   ｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｕか
   らなる群から選択された少なくとも１種の元素、ｘ、ｙ
   、ｚ、ａは原子比であり、０．０３≦ｘ≦０．２５；０
   ．００５≦ｙ≦０．１５；０．０２≦ｚ≦０．１５；０
   ．５≦ａ≦１．０である）なる組成式で表わされかつ異
   方性を有することを特徴とする高性能希土類鋳造磁石。