JPS63287006A - 永久磁石及びその製造方法 - 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、希土類元素と遷移金属とボロンを主成分とす
る永久磁石及びその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

永久磁石は、一般家庭の各種電気製品から大型コンピュ
ーターの周辺端末機器まで幅広い分野で使用されている
重要な電気−電子材料の一つである。

最近の電気製品の小型化、高効率化の要求にともない、
永久磁石も益々高性能化が求められている。現在使用さ
れている永久磁石のうち代表的なものはアルニコ、ハー
ドフェライト及び布上類二遷移金属系磁石である。特に
希土類−遷移金属系磁石であるＲ−Ｃｏ系永久磁石やＲ
−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、高い磁気性能が得られるので
従来から多くの研究開発が成されている。

従来、これら　Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の製造方法に関
しては以下の文献に示すような方法がある。

０）　粉末冶金法に基づく焼結による方法。

（文献１、文献２） ■　アモルファス合金を製造するに用いる急冷薄帯“製
造装置で、厚さ３０μｍ程度の急冷薄片を作り、その薄
片を樹脂結合法で磁石にするメルトスピニング法による
急冷薄片を用いた樹脂結合方法。（文献３、文献４） （３）　　上述の■の方法で使用した急冷薄片を、２段
階のホットプレス法で機械的配向処理を行う方法。（文
献４、文献５） ここで、 文献１：特開昭５９−４１３００８号公報；文献２：Ｍ
、Ｓａｇａｗａ、Ｓ、Ｆｕｊ　ｉｍｕｒａ、Ｎ、Ｔｏｇ
ａｗａ、　　Ｈ，Ｙａｍａｍｏ　ｔｏ、ａｎｄ　　Ｙ、
Ｍａｔｓｕｕｒａ；Ｊ−ＡｐＰｌ、Ｐｈｙｓ、Ｖｏ　１
，５５　（８）１５Ｍａｒ。

ｈ　　１９８４，１）２０８３゜ 文献３：特開昭５９−２１１５４９号公報；文献４：Ｒ
，Ｗ、Ｌｅｅ：　　Ａｐｐｔ、ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖ
ｏｌ、４６　（８）、１５Ａｐｒｉｆ　　１９８５．Ｐ
２Ｏ３； 文献５：特開昭６０−１００４０２号公報次に上記の従
来方法について説明する。

先ず（１）の焼結法では、溶解・鋳造により合金インゴ
ットを作製し、　粉砕して適当な粒度（数μｍ）の磁石
粉を得る。磁石粉は成形助剤のバインダーと混練し、磁
場中でプレス成形されて成形体力出来上がる。成形体は
アルゴン中で１１００’Ｃ前後の温度で１時間焼結され
、その後室温で急冷される。焼結後、６００℃前後の温
度で熱処理することにより保磁力が向上される。

■のメルトスピニング法による急冷薄片を用いた樹脂結
合方法では、　先ず急冷薄帯製造装置の最適な回転数で
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ合金の急冷薄帯を作る。得られた厚さ３０
μｍのリボン状薄帯は、直径が１０００λ以下の結晶の
集合体であり、脆くて割れ易く、　結晶粒は等方向に分
布しているので、磁気的にも等方性である。　との薄帯
を適当な粒度に粉砕して、樹脂と混練してプレス成形す
る。

（３）の製造方法は、■におけるリボン状急冷薄帯ある
いは薄片を、真空中あるいは不活性雰囲気中で二段階ホ
ットプレス法と呼ばれる方法で緻密で異方性を育するＲ
−Ｆｅ−Ｂ磁石を得るものである。

このプレス過程では一軸性の圧力が加えられ、磁化容易
軸がプレス方向と平行に配向して、合金は異方性化する
。

尚、最初のメルトスピニング法で作られるリボン状薄帯
の結晶粒は、それが最大の保磁力を示す時の粒径よりも
小さめにしておき、後のホットプレス中に結晶粒の粗大
化が生じて最適の粒径になるようにしておく。

〔発明が解決しようとする問題点〕

叙上の従来技術で一応希土類元素と鉄とボロンを主成分
とする永久磁石は製造出来るが、これらの製造方法には
次の如き欠点を有している。

（１）の焼結法は、合金を粉末にするのが必須であるが
、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金は大変酸素に対して活性であるの
で、粉末化すると余計酸化が激しくなり、焼結体中の酸
素濃度はどうしても高くなってしまう。（このため、酸
化が起こりやすく耐候性が劣っている。〕例えばステア
リン酸亜鉛のような成形助剤を使用しなければならず、
これは焼結工程で前もって取り除かれるのであるが、成
形助剤中の散開は、磁石体の中に炭素の形で残ってしま
う。この炭素は著しくＲ−Ｆｅ−Ｂ合金の磁気性能〔特
に保磁力〕を低下させ好ましくない。

成形助剤を加えてプレス成形した後の成形体はグリーン
体と言われ、これは大変脆（、ハンドリングが難しい、
従って焼結炉にきれいに並べて入れるのには、相当の手
間が掛かることも大きな欠点である。これらの欠点があ
るので、一般的に言ってＲ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石の製
造には、高価な設備が必要になるばかりでなく、生産効
率が悪（、結局磁石の製造コストが高（なってしまう。

従って、比較的原料費の安いＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の長所
を活かすことが出来る方法とは言い難い。

次に（２）並びに（３）の方法は、真空メルトスピニン
グ装置を使用するがこの装置は現在では、大変生産性が
悪（しかも高価である。

（２）の樹脂結合による方法は、原理的に等方性である
ので低エネルギー積であり、　ヒステリシスループの角
形性もよくないので温度特性に対しても、使用する面に
おいても不利である。

（３）の方法は、ホットプレスを二段階に使うというユ
ニークな方法であるが、実際にｆｆｉ産を考えると大変
非効率になることは否めないであろう。

更にこの方法では、高温例えば８００℃以上では結晶粒
の粗大化が著しく、それによって保磁力ｉＨｃが極端に
低下し、実用的な永久磁石にはならない。また（１）〜
（３）の方法による永久磁石はＲ−Ｃｏ系磁石に比べる
と温度特性が劣っているという問題があった。

本発明は、以上の従来技術の欠点を解決するものであり
、その目的とするところは〔温度特性、耐候性を優れ〕
高性能且つ低コストな希土類−鉄系永久磁・石及びその
製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の永久磁石は、希土類元素（但しＹを含む）と遷
移金属とボロンを基本成分とする永久磁石において、含
育炭素及び酸素が夫々３００９ｆ）ｍ以下、６００ｐｐ
ｍ以下であることを特徴とする。

しかして、その製造方法の第１は、溶解・鋳造後、２５
０℃以上の温度で熱処理を施し、磁気的に硬化せしめる
ことを特徴とする永久磁石の製造方法であり、その製造
方法のｔＪ２は、溶解・鋳造後、５００℃以上の温度で
熱間加工することにより、結晶粒の結晶軸を特定の方向
へ配向せしめ該磁石を異方性化することを特徴とする永
久磁石の製造方法であり、更にその製造方法の第３は、
前記第２の製造方法の熱間加工後、２５０℃以上の温度
で熱処理することにより磁気的に硬化せしめることを特
徴とする永久磁石の製造方法である。

〔作用〕

前記のように従来の希土類−鉄系磁石の製造方法である
焼結法、急冷法は夫々粉砕による粉末管理の困難さ、生
産性の悪さ、そして共に耐候性、温度特性の悪さといっ
た欠点を育している。

本発明者等は、これらの欠点を改良するため、バルク伏
皿での磁石化の研究に着手し、先ず前記希土類元素、遷
移金属及びボロンを基本成分とする磁石の組成域で鋳造
後熱間加工するることにより異方化し、次に熱処理を施
せば充分な保磁力と良好な耐候性と温度特性が得られる
ことを知見した。

この方法では、管理困難な粉末状臼を経過せずとも高性
能の磁石が製造出来るので、熱処理も厳密な雰囲気管理
が必要なくなり、磁石の生産性が高まり、設備費も大き
く低減出来る。

従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の組成は、文献２に代表され
るようなＲｓ　ｈ　Ｆｅｗ　ｔ　Ｂａが最適とされてい
た。

この組成は主相Ｒ＊　Ｆｅｓ　ａ　Ｂ化合物を原子百分
率にした組成Ｒｓｓ、ｔＦｅｓ＊、ａＢａ、＊に比して
Ｒ，Ｈに富む側に移行している。このことは保磁力を得
るためには、主相のみでなくＲリッチ相、Ｂリッチ相と
いう非磁性相が必要であるという点から説明されている
。

ところが本発明による適切組成では逆にＢが少ない側に
移行したところに保磁力のピーク値が存在する。この組
成域では、焼結法の場合、保磁力が激減するので、これ
まであまり問題にされていなかった。

しかし鋳造法を用いると、化学量論組成より低、Ｂ側の
方が保磁力が得られやす（、高Ｂ側では得難い。

これらの点は以下のように考えられる。先ず焼結法を用
いても鋳造法を用いても、保磁力機構そのものはｎｕｃ
ｌｅａｔｉｏｎ　　ｍｏｄｅｌに従っている。　これは
、両者の切破化曲線がＳｍＣ０６のように急峻な立上が
りを示すことかられかる。

このタイプの磁石の保磁力は基本的には単磁区モデルに
よっている。即ちこの場合、大きな結晶磁気異方性を有
する。Ｒ＊Ｆｅｍ４Ｂ化合物が、大きすぎると、粒内に
磁壁を有するようになるため、磁化の反転は磁壁の移動
によって容易に起きで、保磁力は小さい。

一方、粒子が小さくなって、ある寸法以下になると、粒
子内に磁壁ををさなくなり、磁化の反転は回゛転のみに
よって進行するため、保磁力は大きくなる。

つまり適切な保持力を得るためにはＲｓＦｅｓ、Ｂ相が
適切な粒径を有することが必要である。

この粒径としては１０μｍ前後が適当であり、焼結タイ
プの場合は、焼結前の粉末粒度の調整によって粒径を適
合させることが出来る。

ところが鋳造法の場合、Ｒｓ　Ｆｅ＋　ａ　Ｂ化合物の
結晶粒の大きさは溶湯から凝固する段階で決定されるた
め、組成と凝固過程に注意を払う必要がある。　特に組
成の意味合いは大きく、Ｂが８原子％以上含むと、鋳造
上がりのＲｓ　Ｆｅｗ　ａ　Ｂ相の大きさが粗大化とや
す（冷却スピードを通常より早くしないと保磁力を得る
ことは困難である。

これに対して、低ボロン領域では、鋳型・鋳込温度等の
工夫で容易に結晶を微細化出来る。この領域は、見方を
変えれば、Ｒ＊Ｆｅ＊ａＢに比してＦｅリッチな相とも
言え、凝固段階では先ず初晶としてＦｅが出現し、　続
いて包晶反応によって、Ｒ＊Ｆｅ５ａＢ相が現れる。こ
のとき冷却スピードは平衡反応に比して遥かに速いため
、初晶ＦｅのまわりにＲｓＦｅｘａＢ相が取り囲むよう
な形で凝固する。この組成域ではＢがより少ない領域で
あるため、当然のことながら焼結タイプの代表組成Ｒ＋
　ｓ　Ｆ　ｅｔ　ｔ　Ｂｅのようなりリッチな相は量的
にほとんど無視出来る。熱処理は初晶Ｆｅを拡散させ、
平衡状部に到達させるためのもので保磁力は、とのＦｅ
相の拡散に大きく依存している。

また、鋳造時のマクロ組織としては柱状晶組織が好まし
い。この柱伏晶を用いることにより、鋳造時の面内異方
性化、更に熱間加工時の高性能化が可能となる。

本発明の永久磁石の製造方法において、磁石合金は溶解
後金てバルク状態で処理されるのでその酸素及び炭素濃
度は原料時の濃度とほとんど変わらない。そのため、炭
素′ａ度、酸素濃度が夫々３ｏｏｐｐｍ以下、６００ｐ
ｐｍ以下の原料金属及び合金を用いれば永久磁石として
も同様の炭素濃度、酸素濃度のものが得られる。酸素濃
度が低いほど酸化しにくいため耐候性が向上し、また酸
素濃度及び炭素濃度が低いほど保磁力が向上する。

そして、含有炭素及び酸素が夫々３００ｐｐｍ。

６００ｐｐｍを越えるとＳｍ−Ｃｏ系磁石の１５０℃ま
で可逆温度係数を大幅に上回って悪化するのでその含有
炭素及び酸素濃度は夫々３００ｐＩ）ｍ以下、６００Ｐ
ｐｍ以下が望ましい。

以下、本発明による永久磁石の好ましい組成範囲につい
て説明する。

布上頴としては、　Ｙ＊Ｌａ＠Ｃｅ＊Ｐｒ＊Ｎｄ５５ｍ
＊Ｅｕ＠Ｇｄ＠Ｔｂ５ＤｙｅＨｏｓ　　ＥｒｓＴｍ＊Ｙ
ｂ＠Ｌｕが候補として挙げられ、これらのうちのｘｍあ
るいは２１１以上を組合わせて用いられる。　最も高い
磁気性能はＰｒで得られる。

従って実用的にはＰｒ＠Ｐｒ−Ｎｄ合金、Ｃｅ−Ｐｒ−
Ｎｄ合金等が用いられる。　また少量の添加元素、例え
ば重希土元素のＤＦ％Ｔｂ等やＡｌｔＭｏｌＳｉ等は保
磁力の向上にを効である。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ，Ｆｅ、ａ　Ｂである。

従ってＲが８原子％未溝では、もはや上記化合物を形成
せずａ−鉄と同一構造の立方晶組織となるため高磁気特
性は得られない。

一方Ｒが３０原子％を越えると非磁性のＲリッチ相が多
くなり磁気特性は著しく低下する。よってＲの範囲８〜
３０原子％が適当である。　しかし鋳造磁石とするため
、好ましくはＲ８〜２５原子％が適当である。

Ｂは、Ｒ＊ＦｅｘａＢ相を形成するための必須元素であ
り、２原子％未溝では菱面体のＲ−Ｆｅ系になるため高
保磁力は望めない。　また２８原子％を越えるとＢに富
む非磁性相が多くなり、残留磁束密度は著しく低下して
くる。しかし鋳造磁石としては好ましくはＢ８８原子以
下がよく、それ以上で微細なＲ１Ｆｅ＋　ａ　Ｂ相を得
ることが困難で、保磁力は小さくなる。

Ｃｏは本系磁石にキュリ一点を増加させるのに有効な元
素であり、基本的にＦｅのサイトを置換しＲ＊Ｃ０ｔ４
Ｂを形成するのでか、この化合物は結晶異方性磁界が小
さく、その量が増すにつれて磁石全体としての保磁力は
小さくなる。そのため永久磁石として考えられるＩＫＯ
ｅ以上の保磁力を与えるには５０原子％以内がよい。

Ａ】は、保磁力の増大効果を有する。　　（文献７：Ｚ
ｈａｎｇ　　Ｍａｏｃａｉ他＊　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
ｓｏｆｔｈｅ　　８ｔｈ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌ　　Ｗｏｒｋｓｈｏｌ）　　ｏｎ　　Ｒａｒｅ−Ｆａ
ｒｔｈ　　Ｍａｇｎｅｔｓ、１９８５．Ｉ）この文献７
は焼結磁石に対する効果を示したものであるが、その効
果は鋳造磁石でも同様に存在する。　しかしＡＩは非磁
性元素であるため、その添加量を増すと残留磁束密度が
低下し、１５原子％を越えるとハードフェライト以下の
残留磁束密度になってしまうので希土類磁石としての目
的を果たし得ない、　よってＡＩの添加量は１５原子％
以下がよい。

次に本発明の実施例について述べる。

（実施例〕 （実施例１） 第１表に示すような組成の合金を誘導炉で溶解し鉄鋳型
に鋳造し、柱吠晶を形成せしめる。この時、原料金属及
び合金の炭素濃度、　酸素濃度は夫々１１００ｐｐ以下
、５００ｐｐｍ以下となるものであった。

次にインゴットを磁気的に硬化させるため、１０００℃
Ｘ２４時間のアニール処理を施した。

鋳造タイプの場合は、この段階で切断・研削を施せば、
柱吠晶の異方性を利用した面内異方性磁石となる。

異方性タイプの場合は、アニール処理前に先ず熱間加工
を施し次いでアニールする。

本実施例では、熱間加工法としてはホットプレスを用い
た。

加工温度は１０００℃で行なった。

またいずれのサンプルも、炭素濃度ｆｌＩ素濃度は夫々
１５０ｐｐｍ以下、８００ｐＰｍ以下であった。

第１表 第２表 （実施例２） 実施例１と同様の方法でＰ　ｒｔ　＊　ＤＶｔ　Ｆｅ５
ｔｃｏｔ。Ａ１．Ｂ、の組成の永久磁石をその含有炭素
及び酸素の量が変わるように原料のグレードを変えて作
製した。そのホットプレスを施し、さらに１０００℃Ｘ
２４ｈのアニール処理を施こしたサンプルの２０〜１５
０℃における可逆温度係数と含有炭素及び酸素を第３表
に示す。

第３表 ことにおいてＮｏ、６の試料（Ｎｄｍ　ｈ　ＦｅｙｔＳ
ａ組成）゛とＮｏ、７　（Ｐ　ｒｓ　、ＤＶｔ　Ｆｅ５
１　Ｃｏｔ　Ｉ　Ａｆｔ　Ｂａ組成）は比較例であり、
焼結法によって作製された。

この表から明らかなように含有炭素及び酸素が夫々３０
０ｐｐｍ以下、６００ＰＰｍ以下であればＳｍ−Ｃｏ系
磁石の可逆湯度係数−４００（Ｐｐｍ／’Ｃ）と同程度
とすることができ良好な温度特性となる。

（実施例３） 実施例２において作製した試料、　Ｎｏ、１゜３．５と
比較例のＮｏ、、６．７の試料を６０℃×９５％の恒温
恒湿槽に入れて、その表面の腐食吠況を調べた。その結
果を第４表に示す。

１ｉ！４表 この結果かられかる様に、酸素濃度を低くすることによ
り耐候性を大幅に向上させることができる。

〔発明の効果〕

叙上の如く本発明の永久磁石及びその製造方法によれば
、鋳造インゴットを粉砕することなくバルク状態で保磁
力が得られるので、製造工程を著しく単純化でき、　低
コストで高性能でかつ耐候性、温度特性も良好な永久磁
石の製造が可能になる。

以　　上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類元素（但しＹを含む）と遷移金属とボロン
   を基本成分とする永久磁石において、含有炭素及び酸素
   が夫々３００ｐｐｍ以下、６００ｐｐｍ以下であること
   を特徴とする永久磁石。
2. （２）希土類元素（但しＹを含む）と遷移金属とボロン
   を基本成分とする永久磁石の製造方法において、溶解・
   鋳造後、２５０℃以上の温度で熱処理を施し、磁気的に
   硬化せしめたことを特徴とする永久磁石の製造方法。
3. （３）希土類元素（但しＹを含む）と遷移金属とボロン
   を基本成分とする永久磁石の製造方法において、溶解・
   鋳造後、５００℃以上の温度で熱間加工することにより
   、結晶粒の結晶軸を特定の方向に配向せしめて該磁石を
   磁気的に異方性化することを特徴とする永久磁石の製造
   方法。
4. （４）希土類元素（但しＹを含む）と鉄とボロンを基本
   成分とする永久磁石の製造方法において、溶解・鋳造後
   、５００℃以上の温度で熱間加工し、次に２５０℃以上
   の温度で熱処理することにより磁気的に硬化したことを
   特徴とする永久磁石の製造方法。