JPS648451B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は析出型の希土類永久磁石に関する。 本発明の希土類永久磁石の製造方法を第２図に
示す。この磁石の磁気性能は、合金組成、熱処
理、粉末の粒度ならびに形状、バインダーの種
類、成形法などにより左右されることが以前から
知られていたが、今回新たに鋳造インゴツトのマ
クロ組成により、磁気性能が大きく変化すること
を見出した。 合金に微量添加した特殊元素の効果により、鋳
造マクロ組織をできるだけ多く柱状晶化すれば、
熱処理、紛砕、バインダーとの混合磁場中成形し
てなす、樹脂又はメタル結合型磁石の高性能化に
極めて有効である。すなわち、該磁石は、インゴ
ツトの結晶状態をそのまま用いるので、焼結磁石
とは大きく異なり、鋳造組織が特性に重要な影響
を及ぼす。 一般に溶融金属が、るつぼから鋳型に注入され
ると、鋳型から凝固が開始する。これは、固体異
物質と接触したエンブリオ（晶芽）は、接触しな
いで融液中に漂つているものに比べて、安定核生
成に対するエネルギー障壁が小さくなるからと説
明されている。鋳壁に生成した結晶は、隣の結晶
と相互に競争しつつ溶湯中に成長する。第１図に
示すような、鋳塊最外層の結晶の競争成長領域を
チル晶帯と呼んでいる。結晶は成長速度に異方性
があるため、最大成長速度をもつ方向が熱流の方
向に平行であるような結晶が、隣接の結晶成長を
抑えて優先的に成長する。結晶の成長中、優先方
位が熱流に近い程長く生き残り、他の結晶は淘汰
される結果、結晶の数は鋳塊内部にゆくに従つて
少なくなり、柱状晶帯が形成される。条件が整え
ば柱状晶帯がぶつかり合い凝固は完了するが、通
常第１図に示すように、柱状晶の内部に等軸晶が
生成する。等軸晶の生因については、以前はよく
知られていなかつたが、現在では鋳壁とか冷却さ
れた湯面で形成された結晶が遊離して自由晶とな
り、溶湯の中に浮遊し、インゴツトの中央部に凝
集し、この自由晶が等軸晶体を形成することが明
らかになつている（A.Ohno、T.Motegi and H.
Soda：Trans.ISIJ.11（1971）18）。 Sm−Co−Cu−Fe系の４元合金を使用した磁
石は、析出硬化型、あるいは２相分離型磁石と呼
ばれる。これは、マトリツクス中に異相を析出さ
せ、磁気硬化させるためである。 本合金では前述したように、チル晶帯、柱状晶
帯、そして等軸晶帯のうちで柱状晶帯が磁石にす
るのに最も優れていることが明らかになつた。ま
た、合金に特殊元素を微量添加して、インゴツト
中の柱状晶帯域を増大させたものの方が、同一条
件で鋳込んだインゴツトと比較して優れている。
今、例を樹脂結合型希土類コバルト磁石にとつて
説明する。この磁石は第２図に示すような方法で
磁石合金を磁石にする。製法を全く同じにして、
等軸晶合金、柱状晶合金とチル晶合金を磁石にし
てみると、柱状晶合金が、飽和磁化4πIs、保磁力
iHc、bHcあるいはヒステリシスループの角形性
にと、全ての性能にわたつてすぐれていることが
分つた。逆に、等軸晶合金およびチル晶合金が性
能的に一番劣つている。また、同一組成、同一条
件で鋳込んだもので、特殊元素を微量添加して柱
状晶帯域を増大させたインゴツトと、特殊元素を
添加しないインゴツトでは、特殊元素を添加して
柱状晶帯域を増大させたものの方が性能が優れて
いる。 これは、柱状晶組織が、該合金を熱処理（溶体
化処理及び時効処理）する時に有効に作用するた
めであると考えられる。すなわち、柱状晶によつ
てマトリツクス中に析出する異相の析出物の分布
の均一化を促進するものと考えられ、そのために
ヒステリシスの角形性がよくなる。また同時に析
出物の結晶構造、形態もiHcを高める方向に形成
する作用も及ぼすものと考えられ、そのためiHc
も向上する。 このため、本合金を鋳型近傍のチル晶体は柱状
チル晶として、他の部分は柱状晶にする製造法が
よい磁石を得るために大切である。チル晶帯は合
金全体では量が少ないので、製造上最も大切なこ
とは、等軸晶帯を防ぎ柱状晶体の比率を大きくす
ることである。このようなことから、本合金は鋳
造インゴツトに等軸晶帯の形成を極力減らすため
にＳ、Se、Te、Biのうちの少なくとも１種から
なる特殊元素を微量添加して鋳造することによ
り、融体から結晶化の核生成を促進させるための
酸化物や窒化物等を硫化物等で包み込んで核作用
を不活性化させ、等軸晶の形成をできるだけ少な
くしている。 この場合、添加元素によりその効果は必ずしも
同等ではないが、柱状晶を促進させるのに果たす
役割りは同じである。これらの元素はおよそ
0.05wt％でその効果が現れるが、多くなるに従つ
て4πIsを低下させるので、その限界を考慮して
0.05〜4wt％とする。尚これらは複合添加の合計
量を示しており、その比率に限定されない。 また、組成的には柱状晶化によつて最も効果が
顕著に現れたのは、Smの含有量が21〜28wt％の
Sm₂Co₁₇型の結晶構造を有する組成であつた。
Smが21％未満および28％を越えると、Sm₂Co₁₇
型とは異なる相が出て性能が著しく低下する。 バインダーは各種ポリマー、例えば、エポキシ
フエノール、ゴム、ポリエステルなど、又はメタ
ルバインダーで、融点が400℃以下の低融点合金
が好ましい。 以下実施例に従い本発明を説明する。 実施例 １ Sm25.0wt％、Co46.5wt％、Cu6.2wt％、
Fe21.7wt％、S0.6wt％の組成になるよう原料を
調合し、全部で１Kgの合金を、高周波溶解炉を用
いてArガス雰囲気中で溶解し、第３図に示すよ
うな鉄製鋳型に湯温1600℃で鋳込んだ。溶湯は主
に側壁から冷却され、第１図に示すような組織形
態をとつた。第１図はインゴツトを中心で切断し
たときの組織を示す。これらの部分で、チル晶組
織をＡ、柱状晶組織をＢ、そして等軸晶組織をＣ
とする。本実施例では合金の鋳造塊のＡ、Ｂ、Ｃ
からそれぞれインゴツトを切り出し、それを1140
〜1180℃の間の最適温度で溶体化処理を行い、続
いて850℃で時効処理をし、磁気硬化させた。そ
れを粗紛砕し、ボールミル法により平均粒度12μ
の粉末にした後、有機バインダー1.8wt％と混練
した。この混練した混合物を14KGの磁場中でプ
レス成形し、成形体の中の樹脂を適度な熱を加え
て硬化させ（キユア処理）て、磁石を完成させ
た。磁気性能と合金組織との関係を第４，５図に
示す。第４図は、保磁力iHcと850℃における時
効時間との関係を示し、図中のＡ，Ｂ，Ｃの記号
はそれぞれ、チル晶組織、柱状晶組織、等軸晶組
織の部分を示す。 第５図は、飽和磁化4πIsと時効時間の関係を示
す。 第４，５図から分かるように柱状晶組織が等軸
晶部分よりも高い磁気性能が得られた。 実施例 ２ 第１表に示された合金No.１〜No.６を実施例１と
同じ方法で溶解し、湯温1650℃で鋳込んだ。鋳造
インゴツトは第１図に示すような断面マクロ組織
になつている。Ｂの柱状晶組織の割合は、合金No.
１では40〜50％、合金No.２〜４では75〜85％、合
金No.５〜６では60〜75％であつた。柱状晶組織の
割合はインゴツト断面を顕微鏡で観察し、メツシ
ユ法で推定した。合金No.１〜６のそれぞれのイン
ゴツトを1130〜1180℃の間で最適の条件で溶体化
処理し、続いて800℃で24時間時効硬化処理を行
つた。

【表】 そして実施例１と同様な方法で樹脂結合磁石を
製造した。その結果を第２表に示す。 第２表から判る通り、ほぼ同一組成においては
柱状晶組織の最も多いものが最も磁気特性が優れ
ている。このように、合金組成にＳ、Se、Te、
Biのうち少なくとも１種からなる特殊元素を微
量添加して、柱状晶組織できるだけ促進させるよ
うにすることにより、磁気性能の向上がはかられ
た。

【表】 以上説明してきたように、柱状晶組織をできる
たけ多く生成させることにより、樹脂または、メ
タル結合のSm₂CO₁₇型磁石の高性能化がなされ
た。本発明の高性能磁石は、時計ステツプモータ
ー、マイクロスピーカー、コアレスモーター、磁
気センサーなど広く工業的用途を持つものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳型に鋳込んだインゴツトの中心を
縦方向に切断したときの断面である。Ａ，Ｂ，Ｃ
はそれぞれチル晶、柱状晶そして等軸晶を示す。
Ｄは金型の断面である。第２図は、樹脂結合型磁
石の製造工程を示す。第３図は、鉄製の鋳型を示
す、肉厚で全て10mmである。長さの単位はmmであ
る。第４図は、チル晶Ａ、柱状晶Ｂと等軸晶Ｃの
インゴツトから得た磁石の磁気性能で、時効時間
と保磁力（iHc）の関係を示す。第５図は、第４
図と同様の磁石における時効時間と飽和磁化
（4πIs）の関係を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Sm₂CO₁₇型結晶を主体とする合金の粉末に
   バインダーを混練して成形してなる希土類永久磁
   石において、前記合金としてSm、Co、Cu、Fe
   およびＭ（但し、ＭはＳ、Se、Te、Biのうちの
   少なくとも１種からなる元素を示す。）からなり、
   Smの含有量が重量比で21〜28％の範囲にあり、
   かつマクロ組織が主に柱状晶組織である合金を使
   用したことを特徴とする希土類永久磁石。