JPS648458B2 - - Google Patents

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JPS648458B2
JPS648458B2 JP55184330A JP18433080A JPS648458B2 JP S648458 B2 JPS648458 B2 JP S648458B2 JP 55184330 A JP55184330 A JP 55184330A JP 18433080 A JP18433080 A JP 18433080A JP S648458 B2 JPS648458 B2 JP S648458B2
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JP
Japan
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crystals
alloy
columnar
crystal
magnet
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JP55184330A
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English (en)
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JPS57107007A (en
Inventor
Tatsuya Shimoda
Itaru Okonogi
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPS57107007A publication Critical patent/JPS57107007A/ja
Publication of JPS648458B2 publication Critical patent/JPS648458B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/0555Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0558Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 pressed, sintered or bonded together bonded together

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、希土類元素と遷移金属を主成分とす
る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1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
クロ組織により、磁気性能が大きく変化すること
を見出した。 Sm−Ce−Co−M合金を使用した磁石は、析出
硬化型あるいは、2相分離型磁石の範疇に入る。
これは、マトリツクス中に異相を析出させて磁気
硬化させるためである。本系統の磁石は、最初
Sm−Co−Cu3元系合金で、主にSm2Co17型結晶
を用いた組成で磁石化されて以来、今日広く発展
してきたものである。Cuの代りに、Mn、Cr、
Mo、W、Ni、Ag、Au、Al、Ti、Zr、Hf、V、
Nb、Taのうちの1種あるいは2種以上を複合さ
せて、Sm−Co−Mとして用いれば、合金は同様
に磁気硬化する。Smの一部をCeで置き換える
と、飽和磁化4πIsはCe2Co17型はSm2Co17型より
若干(約8%)低いが、Ceの価格がSmに比べて
半分以下なので、高エネルギー積でしかも価格の
低い磁石の製造が可能となる。また、希土類金属
の資源の確保の観点から言つても、SmとCeの両
方を使用できるので有利である。Sm2Co17型の異
方性磁場は、室温で約100KOe、一方のCe2Co17
型のものは同条件で、約15KOeである。従つて、
Sm2Co17型のSmの一部をCeで置き換えてゆく
と、異方性磁場が低下し、それだけ保磁力iHcは
大きい値が得られにくくなる。それ故、本発明の
一つの目的は、SmをCeで置換したことによる
iHcの低下を、インゴツトを柱状晶化することに
より防ぐことにある。また他の目的の一つには、
SmをCeで置換したことによる若干の4πIsの低下
を、インゴツトの柱状晶化により4πIsを高め、相
殺することにある。このようにして、磁性材料と
しては高価な希土類コバルト磁石のコストを、そ
の性能は低下させないで、コストダウンすること
ができる。それでは、次に金属の凝固について述
べ、何故、柱状晶合金が性能がよいのか明らかに
する。 一般に溶融金属が、るつぼから鋳型に注入され
ると、鋳壁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3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3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、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)。 本系の合金でも、前述したように、チル晶帯、
柱状晶帯、等軸晶帯のうちで柱状晶が磁石にする
のに最もすぐれていることが明らかになつた。チ
ル晶も等軸チル晶と柱状チル晶では、柱状チル晶
の方がすぐれている。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1
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、等軸晶合金と柱状晶合金を
して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かつた。逆に、等軸
晶合金および等軸チル晶合金が性能的に一番劣つ
ている。柱状チル晶合金からは、これらのものの
中間の値の磁石ができる。 これは、柱状晶組織が、該合金を熱処理(溶体
化処理および時効処理)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。 本合金の製造は、鋳壁近傍のチル晶帯域は柱状
チル晶にして、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帯の比率を大きくす
ることにあるのである。また、組成的には柱状晶
化によつて最も効果が期待されるのは原子比を用
いた組成が、 Sm1-xCex(Co1-uMuz (但し、0<x<0.5 0<u<0.2 6.5≦z<9.0 MはMn、Cr、Mo、W、Ni、Ag、Au、Al、
Ti、Zr、Hf、V、Nb、Taのうちの少なくとも
1種からなる元素を示す。) で表わされる合金である。 それでは以下に成分と組成域を限定した理由を
述べる。 本合金系および組成域においては、Sm−Co系
が基本で、中でもSm2Co17型結晶が主体をなす。
MはSm2Co17型合金の保磁力を得るために加えら
れるものであり、Mを入れるとiHcは向上する。
しかし、4πIsは低下するので実用磁石材料として
は、組成式中のuの値は、u<0.2が望ましい。
Mは単独で用いるだけでなく、2種以上を複合し
て加えても良い。zの値が5z8.5の時には
Sm−Co合金は、SmCo5型とSm2Co17型化合物に
分離する。4πIsはSm2Co17型の方が20%程高いの
で、高4πIsの磁石を実現するには、z6.5が望
ましい。またzが9.0以上になるとCo相が多くな
りヒステリシス曲線の角形性が低下し好ましくな
い。また、前述したようにCe2Co17型はSm2Co17
型化合物に比べて、異方性磁場Haが低く保磁力
が得られにくく、しかも4πIsも若干低いので、高
エネルギー積の磁石実現のためには、Sm1-xCex
(CoM)z組成においては、x<0.5が望ましい。 鋳造時のマクロ組織の改良で、インゴツトの磁
気性能が改善されることは前述したが、この事実
を最もよく利用することのできる磁石製造法は、
微粉末結合型磁石である。何故なら、該磁石を製
造するには第1図で示すような工程を取るので、
インゴツトのまま熱処理で磁気硬化させ、その後
粉砕してバインダーと結合する。それ故、インゴ
ツトの状態で磁石にすることができる。この点で
は鋳造磁石と変わらない。バインダーで結合する
目的は、結晶を配向させるためと、実際の製品を
作るときの成形性を向上させ、コストを低下する
ためにあり、磁性の本質は、鋳造磁石と同じであ
る。もしも、磁石を焼結法で製造すると、焼結時
の焼結過程、再結晶過程により、磁石の性能はイ
ンゴツトの鋳造組織に殆ど左右されない。しか
し、微粉末結合法では前述したように鋳造組織に
おおいに影響されるのである。逆に言うと、この
事実を利用して、鋳造組織の改良により微粉末結
合磁石の性能は高められるのである。 以下、実施例に従い本発明を詳細に説明してゆ
く。 実施例 1 高周波溶解炉を用いて、アルゴンガス中で合金
を1Kg溶解した。溶湯は第2図に示される円筒の
鉄製鋳型に鋳造された。鋳造インゴツトの断面の
マクロ組織は、第3図のようであつた。すなわち
A部はチル晶帯、B部は柱状晶帯、C部は等軸晶
帯を示す。鋳造された合金の組成は、第1表に示
すとおりである。
【表】 鋳造インゴツトより、A部、B部そしてC部を
切り出し、第1図に示される磁石製造工程に従い
樹脂結合型磁石を製造した。溶体化処理は、1100
〜1200℃の間の各組成に適した温度で、10時間行
い、時効処理は、800℃で24時間行つた。結果を、
第2表に示す。表中のます目の中で、上段の数字
はB部の柱状晶帯を用いて得たものであり、下段
のものは、C部の等軸晶帯を用いて得たものであ
る。これより、柱状晶帯の方がiHc、4πIsともに
大きいことが分かる。
【表】 実施例 2 実施例1と同様な方法で、第3表に示される組
成の合金を使用して樹脂結合型磁石を製造した。
【表】 その結果を、第4表に示す。表中のます目の中
で、上段の数字はB部の柱状晶帯を用いて得たも
のであり、下段の数字はC部の等軸晶帯を用いて
得たものである。 第4表より分かることは、柱状晶化することに
より、角形性(Hk/iHc)がたいへん上昇して
いることである。ただしHkは、4πI−H減磁曲線
上で、0.9×Brを与える磁場の大きさである。ま
た、これらの合金組成でも、柱状晶の方が等軸晶
よりもiHcがすぐれており、角形性がすぐれてい
ることと相まつて、柱状晶の方が、最大エネルギ
ー積がたいへん大きくなつている。
【表】 実施例 3 実施例1と同様な方法で、第5表、第6表に示
される組成の合金を使用して、樹脂結合型磁石を
製造した。
【表】
【表】 結果を第4図、第5図に示す。この結果より、
SmをCeで置換していつた時にも、柱状晶化によ
り磁気性能は向上することが分かる。また第5図
から、zのどの値に対しても、柱状晶の方が磁気
性能がすぐれていることが分かる。 このようにSm−Co−M合金にCeを入れて価格
を低下せしめ、柱状晶化により保磁力、角形性そ
して飽和磁化まで向上させた合金を使用した微粉
末結合型磁石は、磁気性能、成形性、加工性、コ
スト面においてすぐれ、精密業界のみならず各業
界に与える効用は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、樹脂結合型磁石の製造工程を示す。
第2図は、円筒状の鉄製鋳型を示す。寸法の単位
はmmである。第3図は、第2図で示される鋳型に
鋳込まれたときのインゴツトのマクロ組織を示
す。Aはチル晶帯、Bは柱状晶帯、Cは等軸晶
帯、Dは鋳型の側面の断面である。第4図は、
Sm1-xCex(Co0.95Zr0.058.3の組成において、xを
変化させた時の樹脂結合磁石の磁気性能を示す。
第5図は、Sm0.8Ce0.2(Co0.95Ti0.05zの組成におい
て、zを変化させた時の樹脂結合磁石の磁気性能
を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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、前記合金として原子比を用いた組成
    が、 Sm1-xCex(Co1-uMuz (但し、0<x<0.5 0<u<0.2 6.5≦z<9.0 MはMn、Cr、Mo、W、Ni、Ag、Au、Al、
    Ti、Zr、Hf、V、Nb、Taのうちの少なくとも
    1種からなる元素を示す。) で表わされ、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。
JP55184330A 1980-12-25 1980-12-25 Permanent magnet made of rare-earth cobalt Granted JPS57107007A (en)

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