JPS63238215A - 異方性磁性材料の製造方法 - 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〕 この発明は、所望の成分組成を示す合金融体の３、速凝
固とそれに続く磁気異方性生成処理によって少な（とも
鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）および希土類金属（ＳＲ）の
３成分から成る異方性磁性材料の製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） この種の方法の一例は欧州特許出願公開第１４４１１２
号明細書に記載されている。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ１１ｆｆ性材料はＳｍ−Ｃｏ系の公知合
金よりも著しく大きくなる残留磁気値とエネルギー密度
を示すから、多くの用途において従来のＳｍ−Ｃｏ材料
に取って替わることが予期される。

この３成分系の優れた磁気特性は正方晶系の金属間相Ｎ
　ｄ　ｚ　Ｆ　ｅ　＋ａＢに基づくものである。この相
は時にはθ相と呼ばれる一軸結晶異方性を示すもので、
その異方性磁場ＨＡは３００Ｋにおいて約７５ｋＯｅで
ある。

異方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁性材料の製造は多くの場合粉
末冶金法による（欧州特許出願公開第０１２１７９号明
細書参考）、この方法ではまず所望の成分組成の合金を
磨砕して各粉粒を単一区域粒子の大きさにする。二〇粒
径が２ないし４μｍの粉粒を磁場内に置いて配向させ、
例えばアイソスタティック加圧により予備的に緻密化し
た後高密度の物体に焼結する。これに続く熱処理により
その磁気特性を最適化する。

冒頭に挙げた欧州特許出願公開第１４４１１２号明細書
による方法では最初に所望組成の合金融体の急速凝固に
より等方性のテープが作られる。

この微細結晶組織を示すテープは７００　’Ｃ付近の温
度において圧縮されて等方性の緻密体となり、続いて約
７００℃の温度で５０％の熱間変形により加熱方向に平
行する磁化容易方向の異方性組織となる（「アプライド
・フィツクス・レターズ（Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅ
ｔｔ、）　Ｊ王立（８）、１９８５年４月１５日、７９
０〜７９１頁）。

工業的磁石は通常Ｎｄ１ｓＦｅ？ｄ３ｓの組成であり、
硬磁性のＮｄｇＦｅ＋４Ｂ相、Ｂの豊富なＮｄ＋、＋ａ
Ｆｅ４Ｂ４およびＮｄ豊富混合結晶の間の３相平衡状態
内にある。この場合異物質相は一部は組織に関係する抗
磁力特性の最適化のために必要がある。

優れた磁気特性値にも拘らずＮｄ−Ｆｅ−Ｂ材料の使用
はキュリー温度が約３１５°Ｃと低く、温度が上昇する
と残留磁気の外に特に保磁力が著しく低下し、最適化さ
れたＳｍ　−Ｃｏ磁性材料以下となるため使用が限定さ
れる。この点を考えてＦｅの一部をＣｏで置き換えるこ
とによりキュリー温度を高め、キュリー温度とカットオ
フ温度の間の間隔を拡げることが試みられた（前記文献
３０８〜３１０頁参照）が、焼結磁石の場合Ｃｏ添加と
同時に保磁力が低下し、Ｃｏ添加によるポジティブの効
果は認められなかった（「アイ・イー・イー・イー・ト
ランサクシ四ンズ・オン・マグネチフス（ＩＥＥＥ　Ｔ
ｒａｎｓ、　Ｍａｇｎ）　Ｊ　ＭＡＧ−２１，１９８５
年、１９５２〜１９５４頁参照）。

（発明が解決しようとするｉＪ［） この発明の目的は、明細書の冒頭に挙げた種類の方法を
改良して高い保磁力を持つＦｅとＢと希土類金属から成
る異方性磁性材料の製造方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的はこの発明によれば、 対応する無定形材料系の結晶化の温度がこの材料系の結
晶化したＳＥｚ　（Ｆｅ、Ｃｏ）＋４Ｂ相のキュリー温
度以下になるような量のコバルトを追加成分として含む
マスター合金を最初に作ること、次いでこのマスター合
金の融体から急速凝固技術を利用して無定形組織の中間
製品を形成すること、 その後結晶化温度より高く、キュリー温度より低い温度
においての熱処理により５Ｅｉ（Ｆｅ。

Ｃｏ）＋ａＢ相を形成させながら外部直流磁場の下で磁
気異方性を発生させること によって達成される。

〔作用効果〕

Ｎｄ−Ｆｅ−８３成分系においては、最初無定形であっ
た合金を磁場中で熱処理することにより約５５０℃の結
晶化温度に比べて低い約３１５°Ｃのキュリー温度にお
いて優先的な異方性を示すようにすることは不可能であ
る。粉末冶金法によって作られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁
石の場合Ｃｏの添加によりキュリー温度が高くなること
は公知であるが、これによって保磁力が悪化するからＣ
。

だけで温度安定性を改善することは不可能である。

この発明は結晶化の初期段階において対応する無定形合
金を形成するＮｄｌ　（Ｆ　ｅ＋−＊　Ｃｏｗ　）　Ｉ
ａＢ相が平衡相に比較し得るキュリー温度Ｔｃをもつと
いう知見に基づくものである。これは自明の事柄でない
。何となれば最初準安定状態にあった相の結晶化過程に
おいて別の構造又は別の成分組成を持ち熱力学的平衡状
態にある相とは別の物理的特性を示す構造が形成され得
るからである。ｃ。

が実際にＮｄ、Ｆｅ＋ａＢ相に組み込まれることは、Ｃ
ｏｌの増大と共に反射位置の高角度側への特性的な移動
が起こるＸ線スペクトルによって示される。このことは
Ｃｏの組込みにより正方晶系相の格子定数の低下から予
期されるものである。その上この発明の方法ではＣＯの
添加は全体の組成が適当に選定されているとき焼結材料
と異なり保磁力と場合により残留磁気の上昇効果が達成
される。

例えば最初無定形であったＮｄ＋ｙ、ｓ　（Ｆ　ｅｏ、
ｔ　Ｃ。

。、＋　）ｂｔ、ｓＢ１４材料において６３０℃におい
ての結晶化後２０ｋＯｅの保磁力が達成される。これに
比べてＣｏを含まない対応材料では約１６ｋＯｅに過ぎ
ない。

〔実施例〕

図面を参照し実施例についてこの発明を更に詳細に説明
する。第１図にＮｄ−（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｂ系に対してキ
ュリー温度および結晶化温度とＣＯ濃度の関係を示す、
この系の保磁力と残留磁気のＣ。

濃度に対する関係は第２図に示される。

実施例は４成分系ＳＥ−（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｂ系の磁性材
料を基本にするもので、希土類金属ＳＨにはＮｄが選ば
れる。　Ｎ　ｄ　１４（Ｆ　ｅ　ｌ−１１１ＣＯ＊　）
ｙ。

Ｂ、、０．１≦ｘ≦０，６組成の磁性材料、例えばＮｄ
１４　（Ｆｅｏ、ｙ　ＣＯｏ、ｓ　）？、Ｂｓの合金を
この発明の方法によって製造する際には、充分な純度の
出発材料を所定の比率でＴｉを除いたアルゴン雰囲気中
誘導加熱により溶融しマスター合金とする。

名つぼとしては耐熱性のＢＮまたはＡｆｆｉｔＯ，るつ
ぼを使用する。アーク炉で溶融することも可能である。

溶融合金の急速凝固によって無定形構造を形成させるこ
とは、融体スピンニングと呼ばれている無定形合金製造
法による。これについては文献「ツァイトシュリフト・
フユア・メタルクンデ（Ｚｅ１ｔｓｃｈｒｉｆｔ　ｆｕ
ｒ　Ｍｅｔａｌｌｋｕｎｄｇ）」６９　　（４）　　１
９７８年、２１１−２２０頁に記載されている。この方
法ではマスター合金を石英るつぼに入れ、例えばアルゴ
ンのような保護ガス又は真空中で溶融した後ノズルを通
して高速回転する銅のドラムに吹き付ける。基板速度即
ち銅ドラムの回転速度は３９　ｍ　／　ｓ以上とする。

これによってＩＯ’に／ｓ以上の必要な冷却速度が達成
され、この冷却により結晶化が抑えられ所望の無定形状
態が得られる。

この無定形相は拡散Ｘ線回折像と１０００ｅ以下の保磁
力の対称形ヒステリシスループによって示される。

このようにして得られた条帯形の中間製品は小帯片又は
粉末に破砕される。この粒子を例えば石英管に入れ、例
えば残留酸素除去用のゲッター材・の存在の下に溶融す
る。

このように準備された粒子の形の中間製品の結晶化は続
く熱処理による。その温度は結晶化温度Ｔ、以下、キュ
リー温度Ｔｃ以下と選ぶ、−例としてＮｄ５ｓ　（Ｆ　
ｅｏ、ｙ　ＣＯｅ、＊　）ｙ７Ｂｓ合金ではキュリー温
度が５２５℃であるから、熱処理は約５００℃で例えば
１２０分とする。この熱処理は直流磁場中で行い所望の
磁気異方性が達成されるようにする。磁場の強さは０．
５ないし１００ｋＯｅに選ぶ、この場合選ばれる処理温
度は一軸性の優先方向が１つの優先平面内で向きを変え
る温度Ｔ。

以下にしなければならないことは当然である。（文献「
ジャーナル・オブ・マグネチック・アンド・マグネチッ
ク・マテリアルズ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇ、　
ｎｅｔｉｓｓ　ａｎｄ　Ｍａｇｎ、　Ｍａｔ）　Ｊ　Ｖ
ａｔ　６５．１９８７年、１３９〜１４４頁参照）。

最後に結晶化された粉末を別の外部直流磁場に入れて配
向させる。この配向磁場の強さは結晶化のための磁場に
比べて遥かに小さく、最低１　ｋｏｅ特に５　ｋｏｅ以
上とする。結晶粉末の配向と同時に例えば急速硬化性の
合成樹脂を注いで機械的に固める。このようにして作ら
れた異方性を磁性材料から対応する磁石が構成される。

上記の実施例と異なり磁場による結晶粉末の配向と同時
に緻密物体への圧縮を機械的なプレッシングによること
も可能である。この場合最初に所望形状の加工品を無定
形材料からプレスして作り、それから磁場による結晶化
を実施する。これにより例えば特殊の磁場構成により加
工品に複雑な形態を与えることができるという利点が得
られる。

例えば半径方向の優先方向をもつ環状磁性体を作ること
も可能となる。

この発明の方法は、結晶化に際して少なくとも大部分が
硬磁性相Ｎｄ＊　（Ｆｅ、Ｃｏ）　ＩａＢから成るもの
であれば任意の合金成分組成に対して採用される。Ｆｅ
成分の濃度はこの場合０．１から０゜６０の間、特に０
．１５から０．５の間であることが必要で、キュリー温
度は４３０ないし６３０℃となる＊　Ｎｄ＋ａ　（Ｆ　
ｅ＋−ｘ　Ｃｏｗ　）ｖｄ３ｍ材料に対するこの温度関
係は第１図に示されている。第１図の横軸には置換され
たＦｅ分としてのＣｏ濃度Ｘをとり、縦軸には温度（’
Ｃ）をとる。曲線■は結晶化されたＮｄｇ　（Ｆｅ、Ｃ
ｏ）１４Ｂ相のキュリー温度Ｔｃであり、曲線■は対応
する。無定形条帯の加熱温度上昇が４０に／ｓｉｎのと
きの結晶化温度Ｔ、である。結晶化のための熱処理はこ
の発明により結晶化温度Ｔ１以上キュリー温度Ｔｃ以下
の温度で行われるから、ダイヤグラムによれば上記の熱
処理条件の下で０．３以上のＸ値のＣ。

濃度だけが可能である。加熱速度をこれにより低く選び
結晶化を長い時間をかけて等温状態で行うと曲線■は更
に下方に移動するから、Ｃｏ濃度を低くして必要な温度
情況が保持されるようにする。

この発明の方法において４成分系ＳＥ、（Ｆｅ。

Ｃｏ）ｙＢｚの組成を１０≦ｘ≦３０，６０≦ｙ≦８５
．３≦２≦２０が満たされるように選ぶとき、要求され
るθ相が発生することは極めて一般に成立することであ
る。特にχ、ｙｌｚは条件１１≦ｘ≦２０，６５≦ｙ≦
８０．５≦２≦２０を満たすのが有利である。ここでＳ
Ｅは元素周期表の５８番から６６番までの希土類金属で
ある。

第２図のダイアグラムには、この発明の方法によって達
成可能の急速凝固Ｎ　ｄ　＋５（Ｆｅ＋−、Ｃｏ−）ｖ
ｔＢｓ条帯の保磁力ＨＫと残留磁気Ｊ、、の値とＣ。

濃度との関係が示される。ここで曲線■は保磁力の変化
、曲線■は残留磁気の変化である０図から分かるように
焼結磁石の場合と異なり、Ｆｅの約５０％までをＣｏで
置換しても保磁力の低下にはならない、ｃｏ量が３０％
のとき２５ｋＯｅのＨ０値が測定された。これに反して
曲線■の残留磁気値は、Ｃｏを多量に含むサンプルの場
合飽和磁化の低下に基づき０．２以上のＣｏ濃度におい
て約１０％低下する。

上記の実施例は希土類台ＩＥＳＥとしてＮｄを選んだも
のであるが、その他の希土類金属例えばプラセオジム（
Ｐｒ）を選ぶことも可能である。更に軽い希土類金属を
重い希土類金属例えばジスプロシウム（Ｄｙ）で少な（
とも部分的に置き換えて保磁力を高くすることも可能で
ある。

Ｆｅ成分に関しても場合によってその一部を他の金属、
例えばアルミニウム（Ａε）で置き換えることができる
。

中間製品の無定形組織の形成には別の急速凝固技術、例
えばスパッタリングによる薄膜の形成あるいはスプレー
による無定形金属粉末の形成を利用することができる。

最後に挙げた方法では無定形条帯を作る場合のような粉
砕工程段は必要無くなる。

この発明の方法は粒子又は粒子の形の中間製品に限定さ
れるものではなく、例えばこの発明の方法によって作ら
れた薄膜をデータメモリ装置の磁気ヘッドの構成に使用
することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮｄ−（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｂ系のＣｏ濃度に対す
るキュリー温度と結晶化温度の関係、第２図は同じ系の
ＣｏｆｌＪ度に対する保磁力と残留磁気の関係を示す。 Ｔ、・・・キュリー温度 Ｔｋ・・・結晶化温度 Ｘ・・・Ｃｏ濃度 ＨＫ・・・保磁力 Ｊ、、・・・残留磁気

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定成分組成の合金の融体の急速凝固と磁気異方性
   生成処理によって少なくとも鉄（Ｆｅ）とホウ素（Ｂ）
   と希土類金属（ＳＥ）との３つの成分から成る異方性磁
   性材料を製造する方法において、 対応する無定形材料系の結晶化の温度（Ｔ＿ｋ）がこの
   材料系の結晶化したＳＥ＿２（Ｆｅ、Ｃｏ）＿１＿４Ｂ
   相のキュリー温度（Ｔ＿ｃ）以下になるような量のコバ
   ルト（Ｃｏ）を追加成分として含むマスター合金を最初
   に作ること、 次いでこのマスター合金の融体から急速凝 固技術を利用して無定形組織の中間製品を形成すること
   、 その後結晶化温度（Ｔ＿ｋ）より高く、キュリー温度（
   Ｔ＿ｃ）より低い温度においての熱処理によりＳＥ＿２
   （Ｆｅ、Ｃｏ）＿１＿４Ｂ相を形成させながら外部直流
   磁場の下で磁気異方性を発生させること を特徴とする異方性磁性材料の製造方法。 ２）希土類軽金層ネオジム（Ｎｄ）とプラセオジム（Ｐ
   ｒ）の双方又は一方を含むマスター合金を作ることを特
   徴とする請求項１記載の方法。 ３）Ｆｅ成分に対するＣｏ濃度が０．１と０．６の間、
   特に０．１５と０．５の間に選ばれることを特徴とする
   請求項１又は２記載の方法。 ４）マスター合金において希土類金属（ＳＥ）が少なく
   とも部分的に別の希土類金属で置き換えられることを特
   徴とする請求項１ないし３の１つに記載の方法。 ５）別の希土類金属としてジプロシウム（Ｄｙ）が使用
   されることを特徴とする請求項４記載の方法。 ６）マスター合金においてＦｅの一部が他の金属で置き
   換えられることを特徴とする請求項１ないし５の１つに
   記載の方法。 ７）他の金属としてアルミニウム（Ａｌ）が使用される
   ことを特徴とする請求項６記載の方法。 ８）１０≦ｘ≦３０、６０≦ｙ≦８５および３≦ｚ≦２
   ０としてＳＥ＿ｘ（Ｆｅ、ＣＯ）＿ｙＢ＿ｚで表される
   材料系が作られることを特徴とする請求項１ないし７の
   １つに記載の方法。 ９）材料系全体の組成が１１≦ｘ≦２０、６５≦ｙ≦８
   ０および５≦ｚ≦２０となることを特徴とする請求項８
   記載の方法。 １０）外部磁場の強さが０、５ｋＯｅと１００ｋＯｅの
   間に選ばれることを特徴とする請求項１ないし９の１つ
   に記載の方法。 １１）無定形組織の中間製品がテープ、薄層又は金属粉
   末の形に作られることを特徴とする請求項１ないし１０
   の１つに記載の方法。 １２）中間製品が粒子の形に粉砕されることを特徴とす
   る請求項１１記載の方法。 １３）材料系が粒状化の後に配向され機械的に一体化さ
   れ保持されることを特徴とする請求項１ないし１２の１
   つに記載の方法。 １４）粒子の配向が別の外部直流磁場中で行われること
   を特徴とする請求項１３記載の方法。 １５）配向磁場の強さが最低１ｋＯｅ、特に５ｋＯｅ以
   上に選定されることを特徴とする請求項１４記載の方法
   。 １６）粒子が硬化性樹脂により機械的に固められること
   を特徴とする請求項１３ないし１５の１つに記載の方法
   。 １７）粒子が圧縮により機械的に固められることを特徴
   とする請求項１３ないし１５の１つに記載の方法。