JPS63296317A

JPS63296317A - 永久磁石及びその製造方法

Info

Publication number: JPS63296317A
Application number: JP62132629A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kobayashi; 理小林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1988-12-02

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／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！ｌ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二フ・ハー
ドフェライト及び希土類−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（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。

（１）　　粉末冶金法に基づく焼結による方法。

（文献１、文献２）（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（２）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５９−４６ｉ００８号公報：文献２：Ｍ
、Ｓａｇａｗａ、　　Ｓ、Ｆｕｊ　ｉｍｕｒａ、　　Ｎ
、Ｔｏｇａｗａ、　　Ｈ，Ｙａｍａｍｏｔｏ、　　ａｎ
ｄ　　Ｙ、Ｍａｔｓｕｕｒａ；Ｊ、ＡＰｐＩ、Ｐｈｙｓ
、Ｖｏ　１．　５５　（６）１５Ｍａｒｏｈ　　１９８
４．ｐ２０８３゜文献３：特開昭５９−２１１５４９号
公報；文献４　：　　Ｒ，Ｗ、Ｌｅｅ　；Ａｐｐｌ、Ｐ
ｈｙｓ、　　Ｌｅｔｔ、　　Ｖｏｌ、　　４１３（８）
、１５Ａ　ｐ　ｒｉｌ　　　１９８５．　　　　ｆ）７
９０；文献５：特開昭８０−１００４０２号公報次に上
記の従来方法について説明スる。

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され、
磁場中でプレス成形されて成形体が出来上がる。　成形
体はアルゴン中で１１００℃前後の温度で１時間焼結さ
れ、その後室温まで急冷される。焼結後、６００℃前後
の温度で熱処理することにより保磁力を向上させる。

（２）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
３０μｍのリボ７伏薄帯は、直径が１０００λ以下の結
晶の集合体であり、脆くて割れ易く、　結晶粒は等方的
に分布しているので、磁気的にも等方性である。この薄
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有する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−Ｆ　ｅ　−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。又粉末を成
形するときに、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、成形助剤中の敵側は、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
−Ｆｃ−Ｒ合金の磁気性能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、これは大変跪く、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■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、大変生産性が悪く
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、実際に量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ｉ　Ｈｃが極端
に低下し、実用的な永久磁石にはならない。

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耐候性に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、Ｒ（Ｙを含む希土類元素）、鉄、
ボロンからなる磁石において、第１図に示すように点Ａ
、Ｂ、Ｃ１Ｄで囲まれる範囲内のＲ，Ｆｅ１Ｂ及び製造
上不可避の不純物からなり、その含有炭素及び酸素が夫
々４００ＰＰｍ以下、１１０００ｐＰ以下であることを
特徴とし、更なる高性能のためには、第１図に示すよう
に点Ｅ１Ｆ、Ｇ、Ｃ，Ｈ，Ｉで囲まれる範囲内の組成で
あることを特徴とする。

しかして、その永久磁石の製造方法の第１は、Ｒ（Ｙを
含む希土類元素）、鉄、ボロンからなる磁石の製造方法
において、第１図に示すように点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄで囲ま
れる範囲内のＲ１Ｆｅ５　Ｂ及び製造上不可避な不純物
からなる合金を溶解・鋳造後、２５０℃以上の熱処理を
施すことにより磁気的に硬化させることを特徴とし、そ
の永久磁石の製造方法の第２は、溶解・鋳造後、５００
℃以上の温度で熱間加工することにより異方性化するこ
とを特徴とし、その永久磁石の製造方法の第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させることを特徴とし
、更にその永久磁石の製造方法の第４は、　前記第３の
製造方法の熱処理後、　該合金を粉砕しその合金粉末を
有機パインダーと共に混錬し、加圧成形することを特徴
とする。

〔作用〕

前記のように希土類−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
悪さといった大きな欠点を仔している。

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

本発明の方法では、管理困難な粉末状態を経過せずとも
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Ｒ＋５ＦｅｔｔＢａが最適とされていた。

この組成は主相Ｒ＊　Ｆｅ１ａ　Ｂ化合物を原子百分率
にした組成Ｒｔｉ、ｙＦｅｓ＊、ａＢｓ、＊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く、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
、両者の切目化曲線がＳｍＣｏ５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Ｒｘ　Ｆｅｔ　ａ　Ｂ化合物が、大きすぎると粒内
に磁壁を存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て、保磁力は小さい。

一方、粒が小さくなって、ある寸法以下になると、粒子
内に磁壁を有さな（なり、磁化の反転は回転のみによっ
て進行するため、保磁力は太き（なる。

つまり適切な保持力を得るためにはＲｙＦｅ＋ＪＢ相が
適切な粒径を存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ＦＡ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、Ｒ＊　Ｆ　ｅ　ｓ　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Ｒｘ　Ｆｅｔ　ａ　Ｂ相の大きさが粗大化
しやすく冷却スピードを通常より大巾に早くしないと保
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・切込温度等の
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、Ｒ５Ｆｅ＋ａＢに比してＦｅリッチな相とも
言え、凝固段階では先ず初品としてＦｅが出現し、　続
いて包晶反応によって、Ｒ１Ｆｅ１．Ｂ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Ｒｘ　Ｆｅｔ　ａ　Ｂ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＋５ＦｅｔｙＢｓのようなりリッチな相は量的にほ
とんど無視出来る。熱処理は初品Ｆｅを拡散させ、平衡
伏皿に到達させるためのもので保磁力は、とのＦｅ相の
拡散に太き（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、この柱状晶を用いることにより、鋳遣時の面内異方
性化、更に熱間加工時の高性能化が可能になる。

本発明の永久磁石の製造方法において、磁石合金は溶解
後金てバルク状聾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
素濃度、酸素濃度が夫々４００ｐｐｍ以下、１１０００
ｐｐ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。

次に、樹脂結合化であるが前記文献４の急冷法でも確か
に樹脂結合磁石は作成出来る。

しかし、急冷法で作成される粉末は、直径が１０００λ
０以下の多結晶が等方的に集合したものであるため磁気
的にも等方性であり、異方性磁石は作成出来ず、Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ系の低コスト、高性能という特徴が生かせない０
本系の場合、水素粉砕によって機械的な歪みの小さな粉
砕を行えば、保持力がかなり維持出来るので樹脂結合化
を行なえる。この方法の最大のメリットは、文ｉ＃４と
異なり、異方性磁石の作成が可能な点にある。

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。

希土類としては、　Ｙ、ＬｈｌＣｅｌＰ　ｒＮ　Ｎｄ、
Ｓｍ１Ｅｕ１Ｇｄｓ　ＴｂｌＤｙｌＨＯ％　　Ｅｒ　１
Ｔ　ｍ　ＳＹ　ｂ　１Ｌ　ｕが候補として挙げられ、こ
れらのうちの１８１あるいは２Ｎ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Ｐｒｓ　Ｐｒ−Ｎｄ合金、Ｃｅ−Ｐｒ
−Ｎｄ合金等が用いられる。また少量の重希土元素のＤ
ｙ１Ｔｂ等の添加は保磁力の向上に育効である。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ１Ｆ　ｅ　１　ａ　Ｂで
ある。従ってＲが８原子％未清では、もはや上記化合物
を形成せずα−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２５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〜
２５原子％が適当である。

Ｂは、Ｒｔ　Ｆｅｔ　ａ　Ｂ相を形成するための必須元
素であり、２原子％未満では菱面体の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。しかし本発明の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Ｒｔ　Ｆｅ
ｔ　ａ　Ｂ相を°得ることが困難で、保磁力は小さくな
る。

以上のことをＲ−Ｆｅ−Ｈの３元組成図で図示すると第
１図に示すところの点Ａ、Ｂ、Ｃ１Ｄで囲まれる範囲内
である。更に高性能化のためには第１図に示すところの
点Ｅ１Ｆ、Ｇ１Ｃ，Ｈ，１で囲まれる範囲内が好ましい
。

又、本発明において、熱間加工とは冷間加工に対する概
念であり、塑性加工によって生じる加工歪みの大半を加
工中に取除きながら加工する高嵩での塑性加工を指す。

従って、熱間加工中には、再結晶による結晶粒の微細化
及びそれに続く結晶粒の成長も起り、これらの現象も熱
間加工には含まれることは明らかである。

熱間加工における温度は再結晶温度以上が望ましく、本
発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金においては好ましくは５００
℃以上である。

次に本発明の実施例について述べる。

〔実施例１〕第１表に示すような組成の合金を誘４炉で溶解し鉄鋳型
に鋳造し、柱状晶を形成せしめる。

次にインゴットに、１０００℃×２４時間のアニール処
理を施して磁気的に硬化させ、切断・研削を施し、柱状
晶の異方性を利用した面内異方性磁石とした。この磁石
の特性をｆＪ２表に鋳造タイプとして示した。

また、先の柱状晶インゴットを１０００℃においててホ
ットプレスし、次に１０００℃×２４時間のアニール処
理を施した磁石の特性を第２表に異方性タイプとして示
す、この時いずれの磁石サンプルも炭素濃度、酸素濃度
は夫々３００ｐｐｍ以下、９００ｐｐｍ以下であった。

次にこの中で最も性能の高かったＰｒ＋ａＦｅ、、Ｂ、
と文献２の焼結法の最適組成であるＮｄ＋５ＦｅｖｙＢ
ｓについて、鉄鋳型を利用して柱状晶を形成せしめたも
のと、振動鋳型を用いて等軸品を形成せしめたもの、　
更にセラミック鋳型を用いて粗大粒を形成させたものの
３者を比較した。その結果を第３表に示す。

第１表第２表第３表〔実施例２〕第４表に示すような組成の合金を透４炉で溶解し鉄鋳型
に鋳造した。次に第４表中に併記した加工法によって、
１０００℃において熱間加工を施した。それを１０００
℃×２４時間のアニール処理して磁気特性を測定した。

　結果を！５表に示す。

第５表より、押出し、圧延・スタンプのすべての熱間加
工法で磁気的に異方性化され、磁気特性が向上したこと
がわかる。

第４表第５表〔実施例３〕先ず第６表のような組成の合金を誘導炉で溶解し鉄鋳型
にて鋳造し、１０００℃におけるホットプレスの後イン
ゴットを磁気的に硬化させるため１０００℃×２４時間
のアニール処理を施した。

このときアニール後の平均粒径は約１５μｍであった。

この階段で切断・研削を施せば、異方性磁石となる。

樹脂結合タイプの磁石の場合は、室ムにおいて１８−８
ステンレス鋼製容器中、１０気圧程度の水素ガス雰囲気
のもとでの水素の吸蔵と１０−′″ｔｏｒｒでの脱水素
をくりかえし行ない粉砕後、エポキシ樹脂を４重量％混
練した、１０ＫＯｅの磁場で横磁場成形を行った。

以上の結果を第７表に示す。

第６表第７表〔実施例４〕実施例１において作製した異方性タイプの磁石試料Ｎｏ
、２．３．６．８と比較例としてＮｄ。

、Ｆｅ１ｌＢ＠組成の焼結磁石を６０℃Ｘ　９５　％の
恒温恒湿槽に入れてその表面の腐食状況を調べた。その
結果を第８表に示す。

ｉ８表〔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熱処理するだけで
、耐候性の優れた高性能な磁石を得ることが出来、生産
性を高めることが出来るという効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石の組成範囲図。以　　上Ａ　　Ｒ＊Ｔ−ａｍ　ＢｙＦ３ＲｓＦｔ軸お２Ｃ１ｓＦｔｔａ　ｆｉｘ）λＪｔ−−７Ｂｌｉ　　ＲＢ　Ｆｔｚａ　Ｂｔ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｒ（Ｙを含む希土類元素）、鉄、ボロンからなる
永久磁石において、第１図に示すように点Ａ（Ｒ８ａｔ
％、Ｆｅ８４ａｔ％、Ｂ８ａｔ％）、Ｂ（Ｒ８ａｔ％、
Ｆｅ９０ａｔ％、Ｂ２ａｔ％）、Ｃ（Ｒ２５ａｔ％、Ｆ
ｅ７３ａｔ％、Ｂ２ａｔ％）、Ｄ（Ｒ２５ａｔ％、Ｆｅ
６７ａｔ％、Ｂ８ａｔ％）でかこまれる範囲内のＲ・Ｆ
ｅ・Ｂおよび製造上不可避の不純物からなり、その含有
炭素及び酸素が夫々４００ｐｐｍ以下、１０００ｐｐｍ
以下であることを特徴とする永久磁石。
（２）前記磁石の組成範囲が、第１図に示すように点Ｅ
（Ｒ１２ａｔ％、Ｆｅ８２ａｔ％、Ｂ６ａｔ％）、Ｆ（
Ｒ１２ａｔ％、Ｆｅ８４ａｔ％、Ｂ４ａｔ％）、Ｇ（Ｒ
１４ａｔ％、Ｆｅ８４ａｔ％、Ｂ２ａｔ％）、Ｃ（Ｒ２
５ａｔ％、Ｆｅ１３ａｔ％、Ｂ２ａｔ％）、Ｈ（Ｒ２５
ａｔ％、Ｆｅ７２ａｔ％、Ｂ３ａｔ％）、Ｉ（Ｒ２２ａ
ｔ％、Ｆｅ１２ａｔ％、Ｂ６ａｔ％）で囲まれる範囲内
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の永
久磁石。
（３）Ｒ（Ｙを含む希土類元素）、鉄、ボロンからなる
永久磁石の製造方法において、第１図に示すように点Ａ
、Ｂ、Ｃ、Ｄで囲まれる範囲内のＲ、Ｆｅ、Ｂ及び製造
上不可避な不純物からなる合金を溶解・鋳造後、２５０
℃以上の熱処理を施すことにより磁気的に硬化させるこ
とを特徴とする永久磁石の製造方法。
（４）Ｒ（Ｙを含む希土類元素）、鉄、ボロンからなる
永久磁石の製造方法において、第１図に示すように点Ａ
、Ｂ、Ｃ、Ｄで囲まれる範囲内のＲ、Ｆｅ、Ｂ及び製造
上不可避な不純物からなる合金を溶解・鋳造し、次に５
００℃以上の温度で熱間加工することにより異方性化す
ることを特徴とする永久磁石の製造方法。
（５）Ｒ（Ｙを含む希土類元素）、鉄、ボロンからなる
永久磁石の製造方法において、第１図に示すように点Ａ
、Ｂ、Ｃ、Ｄで囲まれる範囲内のＲ、Ｆｅ、Ｂ及び製造
上不可避な不純物からなる合金を溶解・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させることを特徴と
する永久磁石の製造方法。
（６）Ｒ（Ｙを含む希土類元素）、鉄、ボロンからなる
永久磁石の製造方法において、第１図に示すように点Ａ
、Ｂ、Ｃ、Ｄで囲まれる範囲内のＲ、Ｆｅ、Ｂ及び製造
上不可避な不純物からなる合金を溶解・鋳造後、５００
℃以上の温度で熱間加工し、次に２５０℃以上の温度で
熱処理後粉砕し、その合金粉末を有機バインダーと共に
混練し加圧成形することを特徴とする永久磁石の製造方
法。