WO1992020081A1

WO1992020081A1 - Method of producing a rare earth permanent magnet

Info

Publication number: WO1992020081A1
Application number: PCT/JP1992/000521
Authority: WO
Inventors: Fumio Takagi; Osamu Kobayashi; Akira Arai; Seiji Ihara; Koji Akioka
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1992-11-12
Also published as: EP0536421B1; DE69221245D1; EP0536421A1; US5352302A; DE69221245T2; JP3084748B2; EP0536421A4

Description

明細害

希土類永久磁石の製造方法

技術分野

本発明は、希土類永久磁石の製造方法、特に錶造合金を熱間で塑性加工を施して磁気的に異方性化する R— F e— B系希土類永久磁石の製造方法に関するものである。背景技術

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系錶造磁石、フェライト磁石及び希土類一遷移金属系磁石である。特に、 R— F e— B系永久磁石は、極めて高い保磁力とエネルギー積を持つ永久磁石として、従来から多くの研究開発がなされている。

従来、これら希土類一鉄（遷移金属）系の高性能永久磁石の製造方法には、次のようなものがある。

( 1 ) まず、特開昭 59— 46008号公報や M. S a g a w a, S. Γ u - j i mu r a, N. T o g aw a, H. Yamam o t o an d Y. Ma— t s u u r a; J. A p 1. P hy s. V o l. 5 5 ( 6 ) , 1 5 M a r c h 1 984, P 2083、等には、原子百分比で 8 ~ 30 %の R (但し Rは Yを包含する希土類元素の少なくとも 1種）、 2〜 28 %の Β及び残部 F eから成る磁気異方性焼結体であることを特徴とする永久磁石及びそれが粉末冶金法に基づく焼結によって製造されることが開示されている。この焼結法では、溶解 ' 鎳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 m) の磁性粉を得る。磁性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 1 1 00°C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°C前後の温度で熱処理する事により保磁力が向上する。この焼結磁石の熱処理に関しては特開昭 6 1— 2 1 7540号公報、特開昭 62— 1 65305号公報等に、多段熱処理の効果が開示されている。

( 2 ) また、特開昭 59— 2 1 1 549号公報や、： R. W. L e e; A p 1. P h y s. L e t t. Vo l. 6 (8 ) ， 15 A r i l 1 985， P 790には、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メルトスビニング法を用い、厚さ 30 程度の急冷薄片を作り、その薄片を樹脂結合法で成形することにより、希土類一鉄系磁石が製造されることが開示されている。

( 3 ) さらに、特開昭 60— 100402号公報や前述の R. W. L e eの論文には、高温処理によって異方性の永久磁石を作る方法において、永久磁石が鉄一希土類金属であり、方法が、鉄，ネオジムおよび Zあるいはプラセオジムおよびホウ素を含む無定形ないし微細な結晶性の固体材料を高温処理し、次いで塑性的に変形された物体を作り、その物体を冷却し、得られる物体が磁気的に異方性であり、永久磁石特性を示すようにすることからなることを特徴とする永久磁石の製造方法が開示されている。

この磁石の製造方法は、前記（ 2 ) におけるリボン状急冷薄帯あるいは薄帯の片を、真空中あるいは不活性雰囲気中で約 700°Cでホッ卜ブレスを行なって高密度化し、次いで最初の厚みの 1 2になるまで据え込み加工（ダイァヅブセット）を行なうことにより、磁化容易軸がプレス方向と平行に E向し、異方性化するものである。また、特開平 2— 3085 12号公報には、超急冷法で作成した R— F e— B系合金粉末を圧密化した後、温間で塑性変形させて異方性化し、再度温間でアーク状に成形する方法が開示されている。

( ) また、特開昭 62— 276803号公報には、 R (ただし Rは Yを含む希土類元素のうち少なくとも 1種） 8原子％〜30原子％、 B 2原子％〜28 原子％、 C o 50原子％以下、 A 1 15原子％以下、及び残部が鉄及びその他の製造上不可避な不純物からなる合金を溶解および铸造後、該錶造合金を夫々 500°C以上の温度で、押出し加工、圧延加工、スタンプ加工等の熱間加工を行うことにより、結晶粒を微細化しまたその結晶軸を特定の方向に配向せしめて、該铸造合金を磁気的に異方性化することを特徴とする希土類一鉄系永久磁石が開示されている。また、特開平 2— 2509 18号公報には、 R—： F e— Bの鎊塊を金属カブセルに封入し熱間圧延を施すことにより、板厚方向に高い配向性を有する永久磁石をつくることができることが示されている。

さらに、特開平 2— 252222号公報、特願平 2— 3 15397には、（4) の方法でつくられた板状の該磁石材料を熱間で曲げ加工を行うことによって成形する方法が示されている。また、特開平 2— 2 9 7 9 1 0号公報には、鏟造合金を熱間圧延を行なって配向させた後、プレスにより円弧状に成形し、ラジアル異方性磁石をつくる方法が開示されている。

叙上の（ 1 ) 〜（ 4 ) の従来の R - : F e— B系永久磁石の製造方法は、次の如き欠点を有している。

( 1 ) の永久磁石の製造方法は、合金を粉末にすることを必須とするものであるが、 R— : F e— B系合金は大変酸素に対して活性を有するので、粉末化すると余計酸化が激しくなり、焼結体中の酸素港度はどうしても高くなつてしまう。又粉末を磁場中で配向させて成形するときに、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、成形助剤中の数割は、磁石体の中に炭素の形で残ってしまい、この炭素は著しく R— F e— B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、これは大変脆く、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— F e— B系の焼結磁石の製造には、高価な設備が必要になるばかりでなく、その製造方法は生産効率が悪く、結局磁石の製造コストが高くなつてしまう。従って、比較的原料黄の安い R — F e 一 B系磁石の長所を活かすことが出来ない。

さらに、磁場中成形の工程において、ラジアル異方性を付与することも可能であるが、次の焼結工程で収縮がおこるため、寸法精度が低い。また同じ理由で、割れが起こりやすく歩留まりが非常に悪いという欠点があった。

次に（ 2 ) 及び（ 3 ) の永久磁石の製造方法は、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 ) の永久磁石は、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 ) の永久磁石を製造する方法は、ホットプレスを二段階に使うというュニ —クな方法であるが、実際に量産を考えると能率的でないことは否めないであろう。また、特開平 2— 3 0 8 5 1 2号公報には、超急冷法で作成した R— F e— B系合金粉末を圧密化した後、温間で塑性変形させて異方性化し、再度温間でァーク状に成形する方法が開示されているが、これは 3段階のホヅトブレスを行なうことになり非効率的である。更にこの方法では、高温で結晶粒の粗大化が著しく、それによつて保磁力 i H cが極端に低下し、実用的な永久磁石にはならない。また、別の方法として、ホットブレスの後に後方押出しと呼ばれる方法でラジアル異方性化することが可能である。しかしながら、この方法は生産効率が悪い上に、つくられた磁石の機械的強度が低いという欠点を有する。

このように、従来の粉末工程を含む製造方法では、品質 ' コストの面で、特にラジアル異方性を有する高性能希土類磁石の分野において、十分なレベルの磁石をつくることができないという問題があった。

( ) の永久磁石を製造する方法は、磁石合金をカプセルに密封して熱間加工するので大気中で加工できるため、加工時の雰囲気制御が不要で高価な設備を必要としない。製造工程全体が簡略なため、製造コストが低い。また、粉末工程を含まないため含有酸素 «度が低く耐食性がよい。さらに、機械的強度が高く大型の磁石が製造可能である等、多くの長所を有する。特に熱間加工の手段として圧延を用いることにより、量産性が向上する。しかしながら、このような製造方法は大型磁石の大量生産には適しているが、複雑形状や円形 ' リング形状などは、切削 ·研削等の加工コストがかかる上に歩留まりが低く、全体の製造コストが高くなつてしまうという問題があった。

この問題に対し特開平 2 - 2 5 2 2 2 2号公報、特願平 2— 3 1 5 3 9 7には板状の該磁石材料を熱間で曲げ加工を行うことによって成形する方法が示されている。これは、該磁石材料がきわめて脆い R ₂ F e 金属間化合物を主相としてもちながら、低融点の粒界相を含み、高温において半溶融状態にあるため、塑性変形しやすいという性質を利用したものである。この曲げ加工は、寸法精度の高い成形が可能であり、焼結法やダイアップセッ卜法で困難だった高性能ラジアル異方性磁石の効率的生産が可能である。この方法によってつくられた磁石は、高性能で機械的強度が高いという铸造及び熱間加工でつくられる磁石の特教をそのまま受け継いでいる。

しかしながら、これらの発明に関して追試した結果、上記曲げ加工は曲げ歪 - 歪速度 · 加工温度 · 板厚に依存し、しばしば割れを生じゃすいということがわかつた。また、高い磁気特性を得るためには、曲げ歪量 · 組成 ' 熱処理などの条件を規定する必要があることがわかった。割れが発生しないように曲げ加工を行なうためには、 600〜 1050 °Cの加工温度で、かつ歪速度を 0. 5Zs以下にしなければならないことが特願平 2— 3 1539 7に示されているが、特開平 2 - 252222号公報には、曲げ加工条件と割れや磁気特性との関連について詳細な記述がない。特開平 2— 29 79 10号公報には、錄造合金に熱間圧延を施して配向させた後、プレスにより円弧状に成形し、ラジアル異方性磁石をつくる方法が開示されているが、この中で最適とされている条件について追試した結果、熱間圧延時と曲げ加工時に割れが多く発生した。原因は圧延時にシースを用いていないこと、圧下率が大きすぎること（ 80 % ) 、加工温度が低いこと（ 800 °C ) である。

本発明は、以上のような従来の希土類永久磁石の曲げ加工の欠点、特に曲げ加ェ条件や磁石合金の組織 · 組成を詳細に規定することによって、磁気特性の劣化や割れの問題を解決するものであり、その目的とするところは、高性能かつ低コストの永久磁石を提供することにある。発明の開示

本発明は、 R ( Rは Yを含む希土類元素のうち少なくとも 1種）、 F e (鉄）、 B (ポロン）を基本構成成分とする合金を、溶解 ' 鎵造し、次いで熱間加工を行なって異方性化した後、板状の該永久磁石材料を熱間で曲げ加工を行う際、

( 1 ) 内周の曲率半径 r、板厚 tに対し、 s_max= t/ ( 2 r + t ) で表わされる最大曲げ歪 ε _{ma x}が 0. 2以下となるように成形すること。

( 2 ) 900〜： I 050°Cの温度において、歪速度が 1 X 10_³/ s以下となるような加工速度で、最大歪量 £_{na x}が 0. 05〜 0. 2となるように成形すること。

( 3 ) 曲面の径方向と板厚方向を一致させることにより、ラジアル異方性を付与すること。

(4 ) 永久磁石合金の組成が原子％で、

R F β _yB :M 1 B B- x - y-z

(但し、 Mは F e以外の遷移金属元素及び A 1、 Ga、 I n、 S i、 S nの内少なくとも 1種で、 1 00— x— y— z = 0である場合を含む）

で表わされるとき、その組成が、

X - 2 z > 0

y - 14 z > 0

5≤ 100 - 1 7 z≤ 35

で規定されること。

( 5 ) 永久磁石合金の曲げ加工前の平均結晶粒径が 40 m以下であること。

( 6 ) 曲げ加工後、 250〜： L 100 °Cにおいて熱処理すること。

( 7 ) 曲げ加工後、冷却することなく 500〜 1 100°Cで 2 ~24時間、

200〜 700°( で2~24時間熱処理を行い、そのときの冷却速度が 20 °CZ分以下であること。

( 8 ) 永久磁石材料に酎酸化性コ一ティング用潤滑剤を塗布すること。

を特钹とするものである。

以下、本発明である熱間で曲げ加工を施して円弧状磁石を作製するにあたり、割れのない高性能磁石を作製するための詳細な条件について説明する。

第 1に、曲げ加工で成形可能な磁石形状を規定する必要がある。曲げ加工では、板厚の中央に中立面があり、その内側で圧縮変形、外側で引っ張り変形が起こつている。板幅方向の歪は無視できるほど小さいとすれば、中立面に対する圧縮歪 •伸び歪が曲げ歪に相当すると考えられる。曲げ歪は板材の内側と外側の表面で最大となり、内周の曲率半径 r、板厚 tに対し、最大曲げ歪 £»_axは、

£ _{Ba x} = t / ( 2 Γ + t )

で表わされる。割れが発生する最大曲げ歪の限界値は、加工温度と歪速度に依存する。温度は 1050 °Cを上限とし高いほど、また歪速度は小さいほど、最大曲げ歪の限界値は大きくなる。多くの実験を行なった結果、最大曲げ歪は 0. 2が限界であることがわかった。これよりも大きな歪に達すると割れが発生しゃすくなるばかりか、曲げ歪により、圧延やプレスで得られた高い配向性が乱されてしまう。

第 2に、曲げ歪が大きい場合、特に £ _maxが 0. 05以上の場合には、加工温度、歪速度が限定される。本発明の R— F e - B系永久磁石は、主に主相である R₂ F e₁₄B金属間化合物と Rリツチ相から成り立つている。熱間で塑性変形を起こす際には通常の金属や合金と異なり、ほとんど粒界すベりによるものと考えられる。均一な変形のためには歪速度が十分に小さいこと、なるべく高温で変形抵抗を小さくすることが必要である。すなわち、最大曲げ歪が 0. 05以上である場合には、加工温度が少なくとも 900。C以上必要である。上限は 1 050°Cで、それを越えると粒成長が起こり、磁気特性が著しく低下する。

円弧状の型曲げ加工では、パンチの下降速度が一定の場合には、加工初期において歪速度は最大になる。この段階においては、 3点曲げと同じ状況であるので簡単に歪速度を計算することができる。その歪速度は、板厚を t、加工速度（パンチの下降速度）を v、 3点曲げのスパンを Lとすると、

6 t V / L ²

で表わされる。この歪速度が 1 X 10_³/s以下であればクラヅクはほとんど生じない。ただし、このような条件下であっても、歪が 0. 2を越えるとクラヅクが生じるようになり、歩留まりが著しく低下する。

第 3に、熱間加工によって異方性化した方向が、曲げ加工によってできる円弧形状の径方向に一致させることによってラジアル異方性磁石ができる。熱間加工方法として、圧延を採用することにより大型の板状磁石が大量に製造できるため、その後の曲げ加工によりラジアル異方性磁石の大量生産が可能で製造コス卜が低くなる。また、圧延により板厚方向に一旦配向させ、その後、曲げ加工によって円弧等の形状に成形するため、配向性がよい。そのため、磁気特性が高く、 25 MGO eを越える（ B H) maxが得られる。

第 4に、本発明の曲げ加工による R— F e— B系永久磁石の組成を規定する。希土類としては、 Y, L a, C e, P r, N d， S m, E u, G d, T b， D y, H o, E r, T m, Y b, L uが候補として挙げられ、これらのうちの 1種あるいは 2種以上を組み合わせて用いる。最も高い磁気性能は P rで得られるので、実用的には P r， P r— N d合金， C e— P r - N d合金等が用いられる。少量の重希土元素、例えば D y, T b等は保磁力の向上に有効である。

R—： F e— B系磁石の主相は R₂F e ₁₄B である。従って Rが 8原子％未満では、もはや上記化合物を形成せず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 の範囲は 8 ~ 30原子％が適当である。しかし高い残留磁束密度のためには、好ましくは R 8 ~25原子％が適当である。

Bは、 R₂F e ₁₄B 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— F e系になるために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。しかし高保磁力を得るためには、好ましくは Bは 8原子％以下がよく、それ以上では微細な R₂F e i 4 B 相を得ることが困難で、保磁力は小さい。

金属元素 Mとしては、以下のものが好ましい。 C oは本系磁石のキュリー点を増加させるのに有効な元素であるが、保磁力を小さくするので 50原子％以下がよい。 C u, A s, A u, P d, G a等の Rリヅチ相とともに存在し、その相の融点を低下させる元素は、保磁力の増大効果を有する。しかし、これらの元素は非磁性元素であるため、その量を増すと残留磁束密度が減少するので、 6原子％以下が好ましい。

上記の好ましい組成範囲の中でも、さらに、その合金の組成が

(但し、 Mは F e以外の遷移金属元素及び A 1、 G a、 I n、 S i、 S nの内少なくとも 1種で、 100— X — y— z = 0である場合を含む）

で表わされるとき、

- 2 z > 0

y - 1 z > 0

5≤ 100 - 1 7 z≤ 35

で規定される組成域であることが望ましい。 X — 2 z≤ 0、 y — 14 z≤ 0となる組成域では、 Bリッチ相が出現し、これが熱間加工中の変形を阻害し、熱閭加ェ中および曲げ加工中の割れを引き起こす。また、磁気特性低下の原因にもなる。磁性相である R₂F e ι Β相は硬くてもろいため塑性変形が困難であり、熱間で曲げ加工を行なうためには低融点の粒界相の存在が必要である。しかし、 1 00 — 1 7 z > 35である場合には、粒界相の比率が高過ぎる状態であり、 R₂ F e 相の比率が少なく、高い残留磁束密度を得ることができなくなり、磁気性能が低下する。また、 1 00— 1 7 z < 5の場合には、粒界相量が塑性変形を行なうのに十分ではなく、変形が阻害されるため、曲げ加工時に割れを起こす原因となる。従って、板状の磁石合金に対し割れを起こすことなく熱間での曲げ加ェを行なうためには、 5 ^ 100— 1 7 z 35となる組成域であることが更に望ましい。

第 5に、曲げ加工に用いる永久磁石合金の平均粒径を規定する。すなわち、曲げ加工前の磁石合金の平均結晶粒径が 40 m以下であれば容易に、しかも割れが生じることなく加工を行なうことができる。また、熱間加工後に粒成長を起こすような工程、例えば圧延後に 1 1 00 °C以上で長時間熱処理するような工程を含まないようにすることで、結晶粒の成長による加工性の低下を防ぎ、曲げ加工を容易にし、割れの発生を抑えることができる。

第 6に、曲げ加工後の熱処理によって、高い磁気特性が得られる。曲げ加工後の熱処理温度は、残留歪の緩和や、粒界の清浄化及び初晶の F eを拡散させることにより高い保磁力を得るために、 250°C以上が好ましい。また、 1 100°C を超える温度では、 EsF e wB 相が急激に粒成長して保磁力を失うのでそれ以下の温度が好ましい。熱処理時、合金の酸化を防ぐため、雰囲気はアルゴン等の不活性ガスであることが望ましい。

第 7に、曲げ加工後、 2段階の熱処理を行なうことにより、さらに高い保磁力とエネルギー積が得られる。また、その時の冷却速度を 20°C/分以下にすることにより熱収縮による割れの発生が抑えられる。まず、 1段目の熱処理は 500 〜 1 100 °Cで 2〜 24時間必要である。この段階で、粒界の清浄化や初晶の F eの ¾散が起こる。 500 °C未満では十分な拡散が起こらず、 1 100°Cを超えると粒成長が起こって、保磁力が低下する。 2段目は 200〜 700 °Cで 2〜 24時間必要である。この段階で粒界に非磁性相が析出し、高い保磁力が得られるようになる。最適な熱処理温度は添加元素の有無またはその種類により異なるが、 C uを添加した場合、 450〜 550 °Cで最も効果がある。曲げ加工後の冷却速度は 20 °Cノ分以下であることが望ましい。これよりも速いと、熱収縮により割れが発生しゃすくなる。

第 8に、酎酸化性コーティング用潤滑剤を用いることにより、高温 · 大気中においても材料の酸化を抑える効果があり、該磁石材料の大気中での曲げ加工を可能にし、その結果曲げ加工コストを低く抑えることができる。耐酸化性コ一ティング用潤滑剤はグラフアイト系とガラス系の 2種類がある。いずれも高温で安定した潤滑の効果を持ち、歪の集中を防止しクラヅクの発生を抑えるとともに、雜型剤としての効果もある。グラフアイ卜は高温で用いる場合はガラスを混ぜて使用する。グラフアイトはその表面に酸素を吸着することにより、材料への酸素の洪給を抑える。ガラス系潤滑剤は高温で溶融し材料を覆うことによって外気と遮断することで酸化を抑える。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施例における圧延加工の概略図であり、図 2は、本発明の実施例における曲げ加工によりラジアル異方性が付与される場合の概略図。図 2 ( a ) は曲げ加工前、図 2 ( b ) は曲げ加工後の状態を表わす図である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説明するために、いくつかの実施例にについて述べる。

(実施例 1 )

先ずアルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、 P r wF eTe.sBsC U Lsなる組成の合金を溶解し、次いで錶造し、柱状晶組緣から成る平均粒径 1 5 の、長さ 15 Omm x高さ 140 mm x厚さ 20 mmの鎵造インゴヅトを得た。この時、希土類、鉄及び銅の原料としては 99. 9 %の純度のものを用い、ボロンはフエロボロンを用いた。

次に、この鑲造インゴヅ卜から、長さ 145 mm x高さ 38 mm x厚さ 18 mmのビレットを切断 · 研削加工により切り出し、図 1に示すように、このビレヅ卜 3を S S 4 1製のシース 2に入れて脱気し溶接により密封し、これを 9 50 °Cの炉で 1時間加熱し、直径 300 mmのロール 1が取り付けられた圧延機で、 1パスの圧下率が 30 %の圧延を 4回行なった。ロール周速度は 10 mZin i n、圧延による総加工度は 76 %であった。この圧延加工により、板厚方向と平行に磁化容易軸が配向した。冷却後シース 2をとり除き、機械加工により幅 10 mm X長さ 40 mm x厚さ t ( t = 2, 3， 4, 5， 6 mm) の板状サンプル 5を作製した。

この板状サンプルをアルゴン雰囲気中において 1000°Cに加熱した後、同温度に加熱した曲げ加工金型を用いてプレス曲げ加工を行い、内周の曲げ半径 10 mmの円弧状磁石を得た。歪速度は 1 X 10— ⁴ノ sとした。

加工後、サンプルは 1000°Cにて 2時間、 500°Cにて 2時間、それぞれァルゴン雰囲気中で熱処理を行った後、所望の形状に切り出し 4テスラのパルス磁界で着磁を行い、 V S M及び BH トレ一サにより磁気特性を測定した。

その結果を表 1に示す。

N o. 0…曲げ加工なし

最大曲げ歪が 0. 2を越えるような加工においては、割れが生じることがわかる。また、 E向性の乱れにより磁気特性も低くなつている。

(実施例 2 )

実施例 1と同様な方法で作製した圧延材を用いて、機械加工により、幅 1 0 mm x長さ 30mm x厚さ 2 m mの板状サンプルを作製した。

この板状サンプルを 850， 900, 1 000 °Cに加熱しアルゴン雰囲気中で、プレス曲げ加工を行い、歪量 2， 5, 15, 25 %の円弧状磁石に成形した。その結果を表 2に示す。ここで、成功数とは全試験数のうち割れが生じることなく加工が完了したサンプルの数である。

さらにアルゴン雰囲気中において、 1000°Cで 2時間、 500°Cで 2時間熱処理をした後、切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で着磁し、 V S Mにて板厚方向の磁気特性を測定した。その結果を同表に示す。

表 2

No . 歪内径温度成功数 (BH)max

(¾) (mm) (。c) /試験数 (MGOe)

1 0.02 196.0 850 5/5 31.0 2 0.05 76.0 850 2/5 30.5

3 0.15 22.7 850 0/3 32.4

4 0.25 12.0 850 0/2 27.2

5 0.02 196.0 900 5/5 33.0

6 0.05 76.0 900 5/5 31.5

7 0.15 22.7 900 3/5 29.5

8 0.25 12.0 900 0/5 26.1

9 0.02 196.0 1000 5/5 29.7

10 0.05 76.0 1000 5/5 30.0

11 0.15 22.7 1000 5/5 31.2

12 0.25 12.0 1000 0/5 25.5 この表から加工温度は少なくとも 900 °C以上、好ましくは 1000。(：以上必必要であることがわかる。ただし、歪量が 0. 2を越える場合は、加工温度とは無関係に割れが発生している。また、磁気特性に関しては加工温度の影簪はほとんど見られないが、歪量が 0. 2を超えると配向性の乱れにより磁気特性は著しく劣化することがわかる。

(実施例 3 )

実施例 1と同様の方法で作製した圧延材を用いて機械加工により幅 1 O mm x 長さ 30 mm x厚さ 4 m mの板状サンプルを作製した。この板状サンプルをアルゴン雰囲気中で 1000°Cに加熱し、歪速度を変えてプレス曲げ加工を行い、歪量が 2 %、 5 %、 1 5 %、 25 %の円弧状磁石に成形した。その結果を表 3に示す。ここで、成功数とは全試験数のうち割れが生じることなく加工が完了したサンプルの数である。

さらに、アルゴン雰囲気中において、 1000°Cで 2時間、 500°Cで 2時間熱処理をした後、切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で板厚（ラジアル）方向に着磁し、 V S Mにて磁気特性を測定した。その結果を同表に示す。

表 3

歪量が 0. 0 5以上の場合、歪速度が 1 X 1 0— ³以下であれば、割れを起こすことなく曲げ加工が可能である。ただし、歪量が 0. 2を越える場合は、歪速度を遅くした効果がほとんど見られず、磁気特性の劣化も大きくなつている。 (実施例 4 )

実施例 1 と同様の方法で作製した圧延材を用いて機械加工により幅 1 O m m x 長さ 3 0 m m X厚さ 4 m mの板状サンブルを作製した。図 2に示すように、この板状サンプル 5をアルゴン雰囲気中で 1 0 0 0 °Cに加熱し、同温度に加熱した円弧状の金型 4の径方向と板厚方向が一致するように曲げ加工を行い、内径 3 8 2 5 1 8 m mの円弧状磁石 6に成形した。この時の歪速度は 3 x 1 0—⁴Z sとした。その結果、割れのない良好な円弧状磁石が成形できた。これをアルゴン雰囲気中において、 1000°Cで 2時間、 500 °Cで 2時間熱処理をした後、切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で着磁し、 V S M にて 3方向の磁気特性を測定した。その結果を以下に示す。ここで、板厚（ラジアル）方向を r方向、長さ（円周）方向を 0方向、板幅方向を z方向、とした。

表 4

3方向の 4 ττ Ι sの値から、これらの磁石がラジアル異方性を有していることがわかる。また、その配向性はきわめて良好なものである。

(実施例 5 )

アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、表 5に示す組成の合金を溶解 · 鑲造し、長さ 15 O mm x高さ 140 mm x厚さ 20 mmの鎵造ィンゴヅトを得た。以後実施例 1 と同様に熱間圧延を行うことによって、板厚方向に異方性化させた幅 10 X長さ 40 X厚さ 5 mmの板状の磁石を得た。図 2に示すように、この板状サンプル 5をアルゴン雰囲気中で 1000 °Cに加熱し、同温度に加熱した円弧状の金型 4の径方向と板厚方向が一致するように曲げ加工を行い、内径 40 mm の円弧状磁石 6に成形した。この時の歪速度は 3 X 1 0— ⁴/sとした。その結果、割れのない良好な円弧状磁石が成形できた。これをアルゴン雰囲気中において、 1000°Cで 2時間、 500°Cで 2時間熱処理をした後、切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で着磁し、 BHトレーサにて径方向の磁気特性を測定した。その結果を以下に示す。

表 5

N o. 1 5のどの組成においても、ラジアル方向に高い磁気特性を有していることがわかる。

(実施例 6 )

アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、表 6に示す組成の合金を溶解し、窗造した。表 6

ここで、 x、 y、 zは本発明における合金組成を規定するための式、

に準ずるものである。

以後実施例 1と同様に熱間圧延を行うことによって得られた圧延磁石から、幅 1 O mm x長さ 40 mm x厚さ 4 mmのサンプルを切り出した。この板状サンプルをアルゴン雰囲気中で 1 000°Cに加熱した後、加工速度 0. 4 mm/m i n (歪速度 1 x 1 0 -⁴/ s ) でプレス曲げ加工を行ない、外径 2 8 m m、内径 24 m mの円弧状磁石に成形した。その結果を表 7に示す。ここで成功数とは、曲げ加工完了後、割れが観察されなかったものの数である。さらに、これをアルゴン雰囲気中において、 1 0 0 0 °Cで 2時間、 5 0 0 °Cで 2時間熱処理をした後、切断機にて 2 m m角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で着磁し V S M にて径方向の磁気特性を測定した。その結果を同表に示す。

表 7

表 7の結果から、上記組成式で表わされる永久磁石において、その組成が、

X - 2 z ≥ 0

y - 1 4 z ≥ 0 で規定された範囲内にある N o. 3 ~8は、曲げ加工時に割れが発生しないのに対し、この範囲を外れている N o. 1〜 2は、曲げ加工時に割れが発生し、また磁気性能も低い。

(実施例 7 )

アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、表 8に示す組成の合金を溶解し、鏡造した。

表 8

で、 zは本発明における合金組成を規定するための式、

R F e i, B z M 100- x - v - z

(但し、 Mは F e以外の遷移金属元素及び A 1、 G a、 I n、 S S nの内少なくとも 1種で、 1 0 0 - x - y - z = 0である場合を含む）

に準ずるものである。これらの組成は、実施例 6 において曲げ加工中の割れの発生を抑える効果が確認された、

X - 2 z ≥ 0

y— 1 4 z ≥ 0

の範囲を満たしている。

以後実施例 1 と同様に熱間圧延を行うことによって得られた圧延磁石から、幅 1 O m m x長さ 4 0 m ni x厚さ 2 m m及び 4 m mの板状サンプルを切り出した。この板状サンプルをアルゴン雰囲気中で 1 0 0 0 °Cに加熱した後、加工時の歪速度が 1 x 1 0 ⁴/ sでプレス曲げ加工を行ない、曲げ歪 8 %の円弧状磁石に成形した。曲げ加工においては、同一条件で 6サンプルの加工を行なった。その結果を表 9 に示す。ここで成功数とは、同一条件で曲げ加工を行なった 6サンブルの内、割れが生じることなく加工が完了したサンブルの数である。

さらに、これをアルゴン雰囲気中において、 1 0 0 0 ^eCで 2時間、 5 0 0 °Cで 2時間熱処理をした後、切断機にて 2 m m角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で着磁し、 V S Mにて径方向の磁気特性を測定した。その結果を同表に示す。

9 組成 No. 板厚加工速度曲げ半径成功数 (BH)max

(mm/min) (mm) (MGOe)

2 m m 2.40 13.5 0 24.6

1

m m 1.20 27.0 0 25.8

2 m m 2.40 13.5 6 27.9

2

4 m m 1.20 27.0 6 28.8

2 m m 2.40 13.5 6 31.5

3

m m 1.20 27.0 6 32.6

2 m m 2.40 13.5 6 28.8

4

4 m m 1.20 27.0 6 30.1

2 m m 2.40 13.5 6 28.9

5

m m 1.20 27.0 6 30.4

2 m m 2.40 13.5 6 29.5

6

4 m m 1.20 27.0 6 31.5

表 9の結果から、上記組成式で表わされる永久磁石において、その組成が、

5≤ 1 00 - 1 7 z≤ 35

で規定された範囲内にある N o. 2〜 7は、曲げ加工時における割れの発生を防ぐことができ、かつ高い磁気特性が得られている。

(実施例 8 )

アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、表 10に示す組成の合金を溶解し、铸造した。

o

で、 x y zは本発明における合金組成を規定するための式、

R F e ^ B M 100 -2

(但し、 Mは F e以外の遷移金属元素及び A 1 G a I n S i S nの内少なくとも 1種で、 1 00— X— y— z = 0である場合を含む）に準ずるものである。

以後実施例 1と同様に熱間圧延を行うことによって得られた圧延磁石から、幅 1 O mm x長さ 40 mm x厚さ 4mmのサンプルを切り出した。この板状サンプルをアルゴン雰囲気中で 1000°Cに加熱した後、加工速度 0. 4mmZm i n (歪速度 1 X 10 -⁴Zs ) でブレス曲げ加工を行い、外径 28 mm、内径 24 mmの円弧状磁石に成形した。曲げ加工後のサンプルは、クラックの有無にかかわらず、

a ) 1025°Cx 6時間 + 500°Cx 2時間の熱処理を行なって、

b ) そのまま熱処理はせず、

切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス着磁で着磁し、 VSMにて径方向の磁気特性を測定した。その結果を表 1 1に示す。

の結果より、上記組成式で表わされる永久磁石において、その組成が、

X - 2 z ≥ 0 y - 1 z≥ 0

5≤ 1 00 - 1 7 z≤ 35

で規定された範囲内にある N o. 4〜9は、曲げ加工後でも高い磁気特性をもつ _c さらに、曲げ加工後 250°C〜 1 100 °Cの温度範囲内の温度で熱処理することにより、保磁力、最大エネルギー積は向上していることがわかる。

(実施例 9 )

アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、表 12に示す組成の合金を溶解し、錶造した。

表 12

以後実施例 1と同様に熱間圧延を行うことによって得られた圧延磁石に対し、 a) 熱処理を施さずに、 b ) 1080°C X 24時間の熱処理を施した後、幅 10 mm x長さ 40 mmx厚さ 4 mmのサンプルを切り出した。この板状サンブルをアルゴン雰囲気中で 1000°Cに加熱した後、加工速度 1. 20 mm/m i n ( 歪速度 3 x 10— ⁴Zs ) でブレス曲げ加工を行ない、外径 25 mm、内径 2 1 mmの円弧状磁石に成形した。その結果を表 13に示す。ここで、成功数とは加ェによりクラヅクが発生することなく曲げ加工が完了したサンブルの数である。表 1 3

この結果より、熱間加工後の結晶粒径が 4 0〃m以上のものは、加工性が悪く、曲げ加工で割れが生じていることがわかる。また、熱処理を行なうことにより結晶粒が成長し、加工性の劣化を招いていることがわかる。

(実施例 1 0 ) アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、 P r w. s F e Ts.sBsj Cu uなる組成の合金を溶解し、铸造した。以後実施例 1と同様に熱間圧延を行うことによつて得られた圧延磁石から、幅 l O mm x長さ 40mm x厚さ 2mn！〜 6 mmの板状サンブルを切り出した。この板状サンプルをアルゴン雰囲気中で 1000 °C に加熱した後、加工時の歪速度を変化させてブレス曲げ加工を行ない、曲げ歪 7. 5 %の円弧状磁石に成形した。この時、 1条件につき 6サンブルの加工を行ない、次の 2種類の工程をとつた。

a) 熱間圧延後、熱処理を施さずにサンプルを切り出し、曲げ加工を行なつた。さらに、 1050°Cx 12時間 + 500°Cx 6時間の熱処理を行なつた。このときの曲げ加工前の平均粒径は 10. 2 mであった。

b ) 熱閭圧延後、 1 100 °Cx 12時間の熱処理を行なった後、サンプルを切り出し、曲げ加工を行なった。さらに、 500 °C X 6時間の熱処理を行なった。このときの曲げ加工前の平均粒径は 45. O ^mであった。その結果を表 14に示す。ここで、成功数とは、同一条件で加工を行なった 6サンブルのうち、割れが発生することなく曲げ加工が完了したサンブルの数である。さらに、切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で着磁し、 V S Mにて径方向の磁気特性を測定した。その結果を同表に示す。

表 1 4 板厚曲げ加工速度速度工程 a 工程 b

半径

成功数 (BH)max 成功数 (BH)max

(mm) (.mm) (mm/min) Us) (MGOe) (MGOe)

X

1.20 1.5x 10"⁴ 6 28.8 6 27.9

2.40 3. Ox 10"⁴ 6 28.3 3 27.8

2 14.3

4.00 5. Ox 10" 6 29.1 1 28.5

8.00 l.Ox 10"³ 6 29.2 1 27.7

0.60 1.5x 10"⁴ 6 30.5 6 29.6

1.20 6 30.5 1 30.3

4 28.5

2.00 5. Ox 10"⁴ 6 30.8 1 29.9

4.00 l.Ox 10- ³ 6 30.7 0 29.5

この結果より、曲げ加工前に粒成長を起こすような工程を含まないようにして熱間で曲げ加工することにより、結晶粒の成長による加工性の劣化が起こらず、曲げ加工時における割れの発生を防ぐことができ、また、高い磁気特性が得られることは明らかである。

(実施例 1 1 )

アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、 P r wF e .TB s.i C uuなる組成の合金を溶解 * 鐯造し、以後実施例 1 と同様に熱間圧延を行った。さらに、

1 ) 熱処理を施さずに、

2 ) 1 0 5 0 ^eC X 1 2時間の熱処理を施し、

得られた圧延磁石から、幅 l O mm x長さ 40 mm x厚さ 4 mmの板状サンブルを切り出した。この板状サンプルをアルゴン雰囲気中で 1 00 0°Cに加熱した後、歪速度 1. 0 X 1 0—⁴/sでブレス曲げ加工を行い、曲げ歪 7. 5 %の円弧状磁石に成形した。曲げ加工後のサンプルは、クラックの有無にかかわらず、

a ) 1 0 25 °C X 6時間 + 5 00 °C x 2時間の熱処理を行なって、

b ) そのまま熱処理はせず、

切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス着磁で着磁し、 V S Mにて径方向の磁気特性を測定した。その結果を表 1 5に示す。表 1 5

この結果より、曲げ加工前に粒成長を起こすような工程を含まないようにして熱間で曲げ加工したものについては、高い磁気特性が得られている。さらに、曲げ加工後に 250° (：〜 1 100 °Cの温度範囲内の温度で熱処理することにより、保磁力、最大エネルギー積は向上していることがわかる。

(実施例 12 )

アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、表 1 6に示す組成の合金を溶解し、鏟造した。以後実施例 1と同様に熱間圧延を行うことによって得られた圧延磁石を用いて機械加工により幅 l O mm x長さ 40 mm x厚さ 2 mmの板状サンプルを作製した。この板状サンプルをアルゴン雰囲気中において 1000 °Cに加熱した後、プレス曲げ加工を行い、内周の曲げ半径 30 mmの円弧状磁石に成形した。加工後、冷却することなく 1 00 O^eCで 2時間熱処理し、表 2に示す冷却速度で 500°Cまで冷却し、 500 °Cで 2時間熱処理した後、同じ冷却速度で室温まで下げた。それを、切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で着磁し、 V S Mにて径方向の磁気特性を測定した。サンプルの割れの有無と磁気特性を表 16に示す。表 16

サンブルの割れは、冷却速度に強く依存し、 20°CZ分以下の速度であれば、クラヅクは発生しないことがわかる。

(実施例 13 )

実施例 1と同様の方法でつくられた圧延材を用いて、機械加工により幅 10 mm x長さ 40mm x厚さ 2 m mの板状サンブルを作製し、そのいくつかにグラフアイト系及びガラス系の耐酸化コ一ティング用潤滑剤をスプレーによって塗布した。次に、大気中において 1000°Cに加熱し、ブレス曲げ加工行なって、内周の曲げ半径が 30 mmの円弧状磁石を作製した。加工後、サンプル表面の酸化膜を除去し、その重量変化を測定した。また、 1000°Cにて 2時間、 500°Cにて 2時間、アルゴン雰囲気中で熱処理を行つた後、切断機にて 2 mm角の立方体状に切り出し、 4テスラのパルス磁界で着磁し、 V S Mにて径方向の磁気特性を測定した。その結果を表 1 7に示す。

表 1 7

耐酸化コーティングにより、磁石材料の酸化は著しく抑えられ、また磁気特性の劣化も防止する効果が見られる。また、潤滑及び雜型の効果も良好で、金型の損傷もほとんどなかった。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の希土類永久磁石の製造方法は、次の如き効果を奏するものである。

( 1 ) 従来の焼結法、メルトスビニング及びダイアップセット法と比較して、製造プロセスが簡単であり、加工工数及び生産投資額を著しく低滅させることが出来るため、低コストの磁石をつくることができる。

( 2 ) 従来の焼結法、メルトスビニング及びダイァヅブセヅ卜法でつくられる円弧状磁石と比較して、寸法精度、機械的強度、ラジアル異方性の高い髙性能磁石ができる。また、粉末工程を含まないため、酸素含有量が少なく酎食性にすぐれている。

( 3 ) 歪量 · 加工温度 · 歪速度 · 加工後の冷却速度等の曲げ加工条件や、磁石合金の組成 · 粒径を詳細に規定することによって、割れのない成形が可能である。

( 4 ) 本発明により、寸法精度の高い高性能ラジアル異方性磁石をつくることができる。

( 5 ) 曲げ加工後の熱処理を最適化することにより、高い保磁力とエネルギー積が得られる。

( 6 ) 耐酸化性コ一ティング剤の使用により、高温 · 大気中での曲げ加工が可能になるため、炉ゃ加工機の雰囲気管理が不要となり、加工コストを下げることができる。

Claims

請求の範囲

1. R ( Rは Yを含む希土類元素のうち少なくとも 1種）、 F e (鉄）、 B (ボロン）を基本構成成分とする合金を、溶解 '鍩造し、次いで熱間加工を行なつて異方性化した後、板状の該永久磁石材料を熱間で曲げ加工を行うことにより、内周の曲率半径 r、板厚 tに対し、

ε t / ( 2 r + t )

で表わされる最大曲げ歪 e_naxが 0. 2以下となるように成形することを特徴とする希土類永久磁石の製造方法。

2. 上記の曲げ加工工程で、 900〜 1050°Cの温度において、歪速度が I X 1 0—^sZs以下となるような加工速度で曲げ加工を行なうことにより、内周の曲率半径 r、板厚 tに対し、

£ « a x = t / ( 2 Γ + t )

で表わされる最大歪量 £,_axが、 0. 05〜0. 2となるように成形することを特徴とする請求項 1記載の希土類永久磁石の製造方法。

3. 上記永久磁石合金を、溶解 '鍩造し、熱間圧延によって板厚方向に異方性化し、次いで熱閭で曲げ加工により成形する際、曲面の径方向と板厚方向を一致させることにより、ラジアル異方性を付与することを特教とする請求項 1記載の希土類永久磁石の製造方法。

4. 上記曲げ加工に用いる永久磁石合金の組成が原子％で、

(但し、 Mは F e以外の遷移金属元素及び A 1、 G a、 I n、 S i、 S nの内少なくとも 1種で、 100— x— y— z = 0である場合を含む）

で表わされるとき、

X - 2 z > 0

y - 1 z > 0

5≤ 100 - 1 7 z≤ 35

で規定されることを特徴とする請求項 1記載の希土類永久磁石の製造方法。

5. 上記永久磁石合金の曲げ加工前の平均結晶粒径が 4 0 m以下であることを特徴とする請求項 1記載の希土類永久磁石の製造方法。

6. 上記曲げ加工後、 2 5 0 ~ 1 1 0 0 °Cにおいて熱処理する事を特徴とする請求項 4及び 5記載の希土類永久磁石の製造方法。

7. 上記曲げ加工後、冷却することなく 5 0 0〜 1 1 0 0 °Cで 2 ~ 2 4時間、

2 0 0〜 7 0 0 で 2〜 2 4時間熱処理を行い、そのときの冷却速度が 2 0 °C /分以下であることを特徴とする請求項 1記載の希土類永久磁石の製造方法。

8. 上記曲げ加工を行なう際、板状の該永久磁石材料に耐酸化性コーティング用潤滑剤を塗布することを特徴とする請求項 1記載の希土類永久磁石の製造方法。