JPS63190138A

JPS63190138A - 希土類永久磁石材料

Info

Publication number: JPS63190138A
Application number: JP61307147A
Authority: JP
Inventors: Tetsuto Yoneyama; 米山　哲人; Akira Fukuno; 亮福野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-08-05

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】（＊業上の利用分野）本発明は、希土類−鉄−ホウ素系高性能永久磁石材料に
関するものであり、さらに詳しく述べるならばその保磁
力の温度特性の改良に関するものである。

（従来の技術）希土類−鉄−ホウ素永久磁石材料は、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、よシ一層の磁石特性の向上を図り、より安価な
元素を使用しつつ良好な磁石特性の達成し、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、フェライト磁石に代
替しあるいはこれらの磁石と競合できる希土類−鉄一ホ
ウ素系高性能永久磁石材料究を提供するための研究が活
発になきれている。

特開昭６０−６８６０４号公報は、サマリウムのような
希少な希土類元素を使用せず、室温で良好な磁石特性を
有す・る希土類−鉄一ホウ素永久磁石材料を提供するこ
とを目的とした発明に関する。同公報では、Ｆｅ　　Ｒ
Ｂ　　Ｍ　（Ｍ、＋Ｍｇ、ただし、Ｍ、は、Ｖ、　Ｔ　
ａ、　Ｗ、　Ｎ　ｂ、　Ｍｏ、　Ｏｒ、　Ｍ、は、Ｔｉ
。

Ｈｆ、　Ｎｉ　、　８ｎ、　Ｚｒ、　Ｍｎ、Ｇｅ、　Ｂ
ｉ　）を基本組成とする材料は焼結および熱処理により
、磁気特性、特に保磁力と角型性が優れた永久磁石とな
ると説明されている。その実施例では、ネオジウムを希
土類元素とし、焼結後熱処理を行なうむとにより約７〜
１２ｋＯｅの保磁力（ｉＨｃ）が得られている。

本出願人の先願に係る特願昭６０−２５９８１７号にお
いて、２５〜４２重量％の１種または２種以上の希土類
元素、ｏ、　ｓ　’−ｓ重量％のホウ素、０．０２〜１
５％のＭ（但しＭはＡＩ　、　Ｎｂ、　Ｍｎ、　Ｎｉの
少なくとも１種）、残部鉄より実質的になる希土類−鉄
一ホウ素永久磁石材料に０．５〜２．０％のＣｏを添加
することにより保磁力が改善されることを開示した。

本出願人の先願に係る特願昭６０−２５９８１８号にお
いて、２５〜４．４重量％の１種または２種以上の希土
類元素、０．５〜５重量％のホウ素、０．０２〜１５％
のＭ（但し、ＭはＡｌ、Ｎｂ、庵、Ｎｉ。

Ｔａ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｇｅ、　Ｖ、　Ｎｉ　％Ｏｒ、
　Ｃｏ、　Ｂｉの少なくとも１種）、残部鉄よ、りなる
組成の範囲内での極く狭い熱処理温度範囲で加熱後の急
冷を行なうと保磁力がピークを示す狭い範囲がｓｂ、か
つこの範囲と熱処理温度範囲は相互に関連して変化する
ことを開示した。Ｍ元素は保磁力の増大、減磁曲線の角
型性改善に効果があった。

従来の技術では保磁力の測定温度は特記されておらない
か、あるいは室温であることが明示されていた。

また、磁石特性の温度特性を改善するための研究として
、残留磁束密度が温度に対して安定になるようにコバル
トを添加することが知られている。このコバルト添加は
キュリ一点を高めることにより残留磁束密度の温度特性
を改善するものである。

（発明が解決しようとする問題点）希土類−鉄一ホウ素永久磁石材料の諸特性の中で保磁力
は温度に鋭敏であり、希土類コバルト永久磁石の保磁力
（ｉＨｃ）の温度係数がα１５％八であるのに対して、
希土類−鉄−ホウ素永久磁石材料の保磁力（ｉＨｃ）の
温度係数はα３〜１７％７０と４倍以上高いという問題
点があった。したがって、希土類−鉄−ホウ素永久磁石
材料は温度上昇に伴って減磁する危険が大きく、磁気回
路上での限定された設計を余儀なくされていた。さらに
は、例えば、熱帯で使用する自動車のエンジンルーム内
の部品用永久磁石としては使用不可能であった。希土類
−鉄−ホウ素永久磁石材料は保磁力の温度係数が大きい
ところに実用上の問題があることは従来より知られてい
たが、保磁力の絶対値を大きくすること以外に問題点解
決手段はないと考えられていた（日経マテリアル、１９
８６．４−２８ＣＮｎ９　）第８０頁）。ところが、本
発明者は、希土類−鉄一ホウ素永久磁石材料を常温より
かなシ高温まで使用する場合必要になる諸特性について
研究を行なったところ、保磁力の絶対値を増大させる手
段によらず保磁力の温度係数を小さくできることを見出
した。

（問題点を解決するための手段）本゛発明者は、従来知られている希土類−鉄一ホウ素永
久磁石材料の添加元素を添加して保磁力（ｉＨｃ）の温
度係数を測定する多くの実験を行ない、その結果Ｔｉが
他の元素には見られない保磁力を温度不敏感にする作用
を有することを発見しそして本発明を完成した。

本発明は、希土類元素向の少なくとも一種を３〜２０厘
子％、Ｆｅを６５〜８５原子％、Ｂを１〜１５厘子％、
Ｔｉを０．１〜１０原子％含有し、保磁力の温度特性が
優れている希土類−鉄一ホウ素永久磁石材料を提供する
。

以下、第１図を参照して、Ｔｉが保磁力を温度不敏感に
する作用を説明する。

３％Ｔｉ　−ｂａｌＦｅ　（百分率は原子％）の磁石材
料のＴｉ含有量と保磁力の温度係数および残留磁化の関
係を示すグラフである。保磁力の温度係数は２０℃から
１２０℃までの保磁力の変化をｉ度差（ｄＴ）に対する
百分率として求めた。

また：磁石材料は通常の焼結法で成形後１１００°Ｃで
熱処理を行なって作製した。

第１図、第２図よシ、Ｔｉが０．１％以上添加されると
（ｄｉＨｃ／ｄＴ）がＴｉ無添加の場合に比較して４０
％以上低くなるというＴｉの顕著な作用が明らかである
。なお、Ｔｉ以外の元素にはこのような作用はなく、添
加量にかかわらず保磁力の温度係数（ｄ　ｉＨｃ／ｄＴ
）は０．３〜０．７％／℃という希土類−鉄一ホウ素系
組成固有の値に留った。Ｔｉは残留磁化（Ｂｒ）を直線
的に低下させる。このよりなＴｊの作用は、Ｔｉが非磁
性であるからであり、Ｔｉなどの非磁性元素が残留磁化
（Ｂｒ）を低下させることは従来より知られていた。Ｔ
ｉは従来より知られていたように保磁力を向上させる。

第１図、第２図でもＴｉの添加量とともに°保磁力が向
上している。

この様にＴｉは保磁力の温度係数（ｄ　ｉＨｃ／ｄＴ）
を顕著に低下させる。

以下本発明にかかる永久磁石の組成およびその限定理由
を説明する。

希土類元素■は、イツ）　ＩＪウムを含む希土類元素的
の一種以上であって、Ｎｄ、　Ｐｒ、　Ｌａ、　Ｏｅ。

Ｔｂ、　Ｄｙ、　Ｈｏ、　Ｅｒ、　８ｍ、　Ｇｄ、　Ｐ
ＲＥｕ、　Ｇｄ、　Ｌｕ、　Ｙなどを包含する。これら
の元素の選択については、Ｎｄ単独、Ｐｒ単独、Ｎｄと
Ｐｒの組み合わせ、ＮｄとＯｅの組み合わせ、ａｍとＰ
ｒの組み合わせ、ＰｒとＹの組み合わせ、Ｎｄ＊　Ｐｒ
とＬａの組み合わせ、Ｔｂ単独、Ｄｙ単独、Ｈｏ単独、
ＥｒとＴｂの組み合わせなどが可能である。これらの組
み合わせの場合は各元素の量比は任意に定められる。し
かしながらＬａとＯｅの単独使用は磁気特性を損なうた
め、同時に使用しかつその量比はいづれか一方の元素に
偏らないようにすることが望ましい（特開昭６１−１５
９７０８°号参照）。

希土類元素■の含有量が３原子％未満であると、保磁力
が低くなり、一方その含有量が２σ原子％を越えると残
留磁束密度が低くなシ、高性能磁石としての実用性がな
くなるため、希土類元素■の含有量を３原子％未満、２
０厘子％以下とした。また、Ｂの含有量が１原子％未満
であると、保磁力が低くなり、一方その含有量が１５厘
子％を越えると残留磁束密度が低くなる。

本発明が最も特徴とする元素であるＴｉの含有量が０．
１原子％未満あると保磁力を温度不敏感にする作用が十
分でなく、一方その含有量が１０厘子％を越えると残留
磁束密度が低くなるため、Ｔｉの含有量を０．１原子％
以上１０原子％以下とした。Ｔｉの含有量が０．５〜１
原子％であると残留磁束密度の低下が少なく保磁力の温
度特性がほぼ最大限度まで改善される。

本発明は上記組成を基本系としてさらに添加成分を含む
希土類−鉄一ホウ素永久磁石材料を提供する。その一つ
は、希土類元素（Ｒ）の少なくとも一種を３〜２０厘子
％、ＦｅとＣｏを合計で６５〜８５原子％（ただし、Ｆ
ｅとＣｏの合計量に対してＣｏは５０厘子％以下）、Ｂ
を１〜１５厘子％、Ｔｉを０．１〜１０原子％含有する
永久磁石材料である。ｃｏはＦｅを置換して、キュリ一
点（Ｔｃ）を高めることにより残留磁束密度の温度特性
を向上させる作用がある。ｃｏの含有量は磁石全体に対
して最大４０．５％になる。仁の含有量を越えると残留
磁束密度が低下する為ＦｅとＣｏを合計で６５〜８５原
子％のＦｅとｃ。

の合計量九対してｃｏは５０厘子％以下とした。

本発明は上記基本系組成またはｃｏ添加系組成に、Ａ１
、Ｎｂ、　Ｚｒの少なくとも一種を１０％以下を添加す
ることができる。

１４．２％Ｎｄ　−０，５％Ｄｙ−Ｚ５％Ｂ−２％Ｔｉ
−ｂａｌＦｅ　（百分率は原子％）の基本系組成にＡｌ
、　Ｎｈ、　Ｚｒを添加したときの保磁力およびその温
度係数を次表に示す。

表　　１無添加　　−１３，００，５５Ａ７　１．０　’　１７．０　　０４２−一□―μ−特
榊φ−−□岬−−−−□苧−畳−ｔ←−□−１−一一一
や□−慟愉□、シー、、−−Ｚｒ　　Ｏ，７５，１６，
ＯＱ、３０なお、保磁力の温度係数の測定は室温〜１００℃で行な
った。

表１よりＡｌ、　Ｎｂ、　Ｚｒは保磁力の温度係数の改
善も劣化もしないが、保磁力の絶対値を高めることによ
り高温での保磁力を向上することが分かる。

Ａｌ、Ｎｂ、　Ｚｒの添加量が１０原子％を越えると、
残留磁束密度が低下するため、その添加量（２種以上添
加の場合は合計量）を１０原子％以下にした。

゛本発明に係る永久磁石は公知の液体急冷法、液体急冷
一時効法、焼結法、粉末結合法さらに鋳造法などにより
製造可能である。製造方法と条件についても特に保磁力
の温度係数との関連は巷判認められない。熱処理、焼結
法における圧縮、焼結などの条件に磁石特性上の好まし
い範囲があることは、本出題人の特願昭６０−２°ｏｓ
ｏｏｓ号で公知であり、これらの条件を本発明において
適宜採用することができる。

（作　用）４保磁力（Ｄ　温Ｗ　係ａ　（ｄ　ｉＨｃ／ｄＴ）　カ０
．３〜０７％／℃である従来の希土類−鉄一ホウ素永久
磁石材料では、２０℃の室温から１００℃まで温度が上
昇すると約半分に保磁力が低下する。したがって室温に
おける保磁力（ｉＨｃ）が５〜１０ｋｏｅの磁石の保磁
力（ｉＨｃ）は２〜５ｋＯｅとなる。この程度の反磁界
は汎用永久磁石回転機の場合には現実に発生しているの
で、Ｔｉを含有しない永久磁石は消磁によシ磁石として
の機能を失ってしまうか、あるいは消磁を避けようとす
ると限定された磁気回路の設計を余儀なくされる。これ
に対してＴｉを含有する永久磁石は、保磁力の温度係数
の改善により、磁石特性が測定温度の範囲内で安定した
ものとなる。保磁力の温度係数は、Ｔｉの・最良添加範
囲において、約０．５０〜ＣＬ４５％（温度範囲２０℃
〜１２０℃）となる。

以下、本発明の詳細な説明する。

（実施例）表２に組成を示すインゴットを真空溶解法により得、焼
結法および液体急冷法（試料Ｎｎ９゜１４）のそれぞれ
の大きさの粒度にインゴットを粉砕した。液体急冷法で
は溶解るつぼに入る大きさにインゴットを粉砕後、溶解
し、５Ｘ１０５〜１０°０篭の冷却速度で急冷を行ない
、厚さがおよそ２０μｍ、幅が１ｏｚｍのリボンを作製
した。このリボンを６５０℃で熱処理した。焼結法では
インゴットを粗粉砕、微粉砕によって平均粒径２〜１０
μｍの寸法に調整した粉末を１５　ｋｏｅの磁場中で圧
縮成型し、次゛にｉ、　ｏ　ｏ　ｏ〜ｔ１００℃で焼結
後、６００℃で熱処理した。永久磁石の特性を表２に示
す。表中試料１〜９は本発明の実施例、１０〜１４は比
較例である。

これらのデータよりＴｉは保磁力の温度係数を低下させ
るとともにその絶対値を高めることが分かる。

（発明の効果）本発明によると、保磁力の絶対値を高める手段を採用せ
ずに高温での保磁力を高めることができる。保磁力の絶
対値を高める手段を採用する場合、希土類−鉄一ホウ素
永久磁石材料のＴｉ以外の添加金属を用いると相当多量
添加をしなければ高温で保磁力を高める効果がなく、そ
のため残留磁束密度が低下する弊害が生じた。また、重
希土類を使用すると保磁力の絶対値は上昇するが、コス
ト高になる、等の弊害が生じる。

これらの弊害は希土類−鉄一ホウ素永久磁石材料の競争
力を著しく弱める。本発明者が見串したＴｉ添加は、こ
れらの弊害を全く伴わずに、希土類−鉄一ホウ素永久磁
石材料の最大の欠点のひとつとして解決が切望されてい
た保磁力の高い温度係数を解決するものであり、磁石産
業の発展に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はＴｉの添加量と磁石特性の関係を示す
グラフである。図面のｉ＞８（内容に哀更なし］組Ｍ　　１４Ｎｄ　−ＩＩ％−０，５Ａｆ−８Ｂ−Ｔｉ
　−ｂａｌ　Ｉ”ｅ第１図Ｔｉ（ａｔｏ／ｌ、）組Ｆｔ　１４Ｎｄ−ＩＤＩ−８Ｂ−Ｔｉ−ｂａｆ！ＪＦ
ｅ第２図手続補正、１Ｆ　（方式）％式％１、事件の表示　　昭和６１年手持願第３０７１４７号
２、発明の名称　　希土類永久磁石材料３、補正をする
者事件との関係　　特許出願人住所　　　東京都中央区日本橋−丁目１３番１号４、補
正命令の日付（発送日）昭和６２年　３月２４日５、補正の対象「図面」６、＋Ｎ正の内容

Claims

【特許請求の範囲】１、希土類元素（Ｒ）の少なくとも一種を３〜２０原子
％、Ｆｅを６５〜８５原子％、Ｂを１〜１５原子％、Ｔ
ｉを０．１〜１０原子％含有し、保磁力の温度特性が優
れていることを特徴とする希土類永久磁石材料。２、希土類元素（Ｒ）の少なくとも一種を３〜２０原子
％、ＦｅとＣｏを合計で６５〜８５原子％（ただし、Ｆ
ｅとＣｏの合計量に対してＣｏは５０原子％以下）、Ｂ
を１〜１５原子％、Ｔｉを０．１〜１０原子％含有し、
保磁力の温度特性および残留磁束密度の温度特性が優れ
ていることを特徴とする希土類永久磁石材料。３、希土類元素（Ｒ）の少なくとも一種を３〜２０原子
％、Ｆｅを６５〜８５原子％、Ｂを１〜１５原子％、Ｔ
ｉを０．１〜１０原子％、Ａｌ、Ｎｂ、Ｚｒの少なくと
も一種を１０％以下含有し、保磁力の温度特性が優れて
いることを特徴とする希土類永久磁石材料。４、希土類元素（Ｒ）の少なくとも一種を３〜２０原子
％、ＦｅとＣｏを合計で６５〜８５原子％（ただし、Ｆ
ｅとＣｏの合計量に対してＣｏは５０原子％以下）、Ｂ
を１〜１５原子％、Ｔｉを０．１〜１０原子％、Ａｌ、
Ｎｂ、Ｚｒの少なくとも一種を１０％以下含有し、保磁
力の温度特性および残留磁束密度の温度特性が優れてい
ることを特徴とする希土類永久磁石材料。