WO2002103719A1 - Materiau magnetique durable en metal du groupe des terres rares - Google Patents

Description

明 糸田 希土類永久磁石材料 技術分野

本発 明 は、 磁気特性 を著 し く 向 上 さ せた 希土類永久磁 石材料 に 関す る 。 背景技術

希土類永久磁石 は、そ の 優れた磁気特性 と 経済性か ら 、 電気 · 電子機器 の分野で多用 さ れてお り 、 近年、 益 々 高 性能化が要求 さ れて い る 。 希土類永久磁石 の う ち 、 R —

F e — B 系希土類永久磁石 は、 希土類 コ バル ト 磁石 に 比 ベて 、 主要元素で あ る N d が S m よ り 豊富 に 存在 し 、 か つ C o を多量 に使用 し な い こ と か ら 原材料費が安価で あ り 、 磁気特性 も 希土類 コ バル ト 磁石 を遥か に凌 ぐ極め て 優れた永久磁石で あ る 。

従来、 こ の R — F e — B 系希土類永久磁石 の磁気特性 を 向上 さ せ る た め 、 種 々 の 試みがな さ れて い る 。 具体的 に は、 C o を添加す る こ と に よ り キ ュ リ ー温度が上昇 し た例 （特開 昭 5 9 — 6 4 7 3 3 号公報参照） 、 安定 し た 保磁力 を得 る た め に 、 T i 、 V 、 N i 、 B i な ど を添加 し た例 （特開 昭 5 9 — 1 3 2 1 0 4 号公報参照） 、 0 . 0 2 〜 0 . 5 原子 ％ の じ u を添加す る こ と に よ り 保磁力 が 向上 し 、 か つ 熱処理 の最適温度 の 幅が広 く な り 、 製造 効率が改善 さ れ る 例 （特 開 平 1 一 2 1 9 1 4 3 号公報参 照） 、 0 . 2 〜 0 . 5 原子 ％ の C r を添カ卩す る こ と に よ り 、 耐食性 を 向上 さ せた例 （特 開 平 1 — 2 1 9 1 4 2 号 公報参照） な どが報告 さ れて い る 。

前記 の 報告で は 、 い ずれ も R — F e — B 系 希土類永久 磁石 に 、 新たな元 素 を添加す る こ と に よ り 、 磁気特性 を さ ら に 向 上 さ せ よ う と し た 。 し か し 、 新た に別 の元素 を 添加す る と 、 ほ と ん ど の 場合、 保磁力 （ i H c ) が増加 し て も 残留磁束密度 （ B r ) が低下す る 。 し た が っ て 、 実質的 な意味 に お い て 、 磁気特性の 向上 を 図 る こ と は難 し か っ た。

本発 明 は、 高 い 保磁力 お よ び残留磁束密度 を も つ 希土 類永久磁石材料 を 提供す る こ と を 目 的 と す る 。 発 明 の 開示

R 一 F e — B 系 希土類永久磁石 にお い て 、 膨大な元素 の 中 か ら 新た に添加す る 元素 の 種類 と そ の量 を 鋭意検討 し た結果、 P を添加 し た 一定範 囲 の組成 に お い て 、 保磁 力 お よ び残留磁束密度が共 に増加す る こ と を見 い 出 し 、 本発 明 を完成す る に至 つ た 。

すな わ ち 、 本発 明 の 第 1 の永久磁石材料 は、 2 8 〜 3 5 重量 % の ネ オ ジ ゥ ム N d 、 プ ラ セ ォ ジ ゥ ム P r 、 ジ ス プ ロ ミ ゥ ム D y 、 テル ビ ゥ ム T b お よ びホル ミ ウ ム H o か ら な る 群よ り 選択 さ れた 1 種以上の希土類元素 、 0 . 9 〜 1 • 3 里 , の B 、 0 . 2 5 〜 3 重量 ％ の ？ 、 お よ び、 F e を含む希土類永久磁石材料 に 関す る 。

本発明 の第 2 の 永久磁石材料 は、 第 1 の永久磁石材料 に お い て 、 さ ら に 、 0 . 1 〜 3 . 6 重量 ％ の コ バル ト C o お よ び 0 . 0 2 〜 0 . 2 5 重量 ％ の銅 C u を含む希土 類永久磁石材料 に 関す る

本発明 の第 3 の 永久磁石材料 は、 第 1 の永久磁石材料 に お い て 、 リ ン P の含有量が 0 . 3 〜 2 . 5 重量 ％ で あ る 希土類永久磁石材料 に 関す る

本発 明 の第 4 の 永久磁石材料 は、 第 2 の 永久磁石材料 に お い て 、 リ ン P の含有量が 0 . 3 〜 2 . 5 重量 ％ で あ る 希土類永久磁石材料 に 関す る

本発 明 の第 5 の 永久磁石材料 は、 第 1 の 永久磁石材料 に お い て 、 主相が正方晶構造 の 金属 間化合物で あ る 希土 類永久磁石材料 に 関す る 。

本発 明 の第 6 の 永久磁石材料 は 、 第 2 の 永久磁石材料 に お い て 、 主相 が正方晶構造 の 金属 間化合物で あ る 希土 類永久磁石材料 に 関す る 。

本発 明 の第 7 の 永久磁石材料 は、 第 3 の 永久磁石材料 に お い て 、 主相が正方晶構造の 金属 間化合物で あ る 希土 類永久磁石材料 に 関す る 。

本発 明 の第 8 の 永久磁石材料 は、 第 4 の 永久磁石材料 に お い て 、 主相が正方晶構造 の 金属間化合物で あ る 希土 類永久磁石材料 に 関す る 。 図面 の 簡単な 説明

図 1 は P 含有量 と 保磁 力 （ i H c ) お よ び残留磁束密 度 （ B r ) と の 関係 を 示す 図で あ る 。

図 2 は本発明 の 実施例 2 に お け る 希土類永久磁石材料 の X 線回折図で あ る 。

. 発明 を 実施す る た め の 最良 の 形態

本発 明 の希土類永久磁石材料 は、 希土類元素 、 ボ ロ ン B 、 リ ン P 、 鉄 F e お よ び不可避 の 不純物か ら な り 、 F e の 一部 を コ ノ ル 卜 C o お よ び銅 C u で置換す る こ と が で き る 。 本発 明 の 希土類永久磁石材料 は、 こ の よ う な特 定 の 組成 に 由 来 し て 、 高 い残留磁束密度お よ び保持力 を 有 し て い る

本発 明 の希土類永久磁石 は、 ネ オ ジ ゥ ム N d 、 プ ラ セ ォ ジ ゥ ム P r 、 ン ス プ ミ ゥ ム D y 、 テル ビ ゥ ム T b お よ びホ ル ミ ゥ ム H o か ら な る 群 よ り 選択 さ れた 1 種以上 の 希土類元素 （以下 、 R と も い う 。 ) を含み、 そ の含有 量 は 2 8 〜 3 5 重量 ％ の 範 囲 で あ る 。 の含有量が 2 8

¾ % 术 ϊ¾で あ る と 保磁力 が著 し く 減少 し 、 ま た 、 3 5 重量 ％ を こ え る と 残留磁束密度が著 し く 減少す る 。 よ り 好 ま し く は、 R の含有量 の 上限 は 3 3 重量 % 、 下限 は 3 0 重量 % で め る

本発 明 の永久磁石 を構成す る B の含有量 は 0 . 9 〜 1 . 3 重量 % の範囲で あ る 。 0 . 9 重量 % 朱 で あ る と 保磁 力 が著 し く 減少 し 、 ま た 、 1 . 3 重量 ％ を こ え る と 残留 磁束密度が著 し く 減少す る 。 よ り 好 ま し く は、 B の含有 量 の 上限は 1 . 2 % 、 下限は 1 . 0 重量 ％ で あ る 。

本発 明 の永久磁石 を構成す る P の含有量 は 0 . 2 5 〜 3 重量 % の範囲で あ る 。 0 . 2 5 重里 7 満で あ る と 残 留磁束密度が著 し く 減少 し 、 ま た 、 3 重量 % を こ-える と 保磁力 が著 し く 減少す る 。 さ ら に 、 含有量が 3 重量 ％ を し ん る と 正 ネ再造が安定 し て得 ら れず、 正方 晶構造 の 割合が減少 し て 、 好 ま し く な い 。 こ れ ら の 理 由 力、 ら 0 . 3 〜 2 . 5 重量 ％ 添加す る こ と が よ り 好 ま し い 。

本発 明 の永久磁石 を構成す る F e の含有量は、 5 8 〜 8 0 重 で あ る こ と が好 ま し い 。 F e の含有量が 5 8 重量 ％ 禾満で は残留磁束密度が大 き く 減少す る 傾 向が あ

Ό 、 8 0 重量 ％ を こ え る と 保磁力 が著 し く 減少す る 傾 向 が あ る 。 よ り 好 ま し く は、 F e の含有量の 上限は 7 5 重 と く に は 7 2 重量 ％ 、 下限 は 6 2 重量 ％ で あ る 。

F e の 一部 を C o お よ び C u で置換す る 場合 は、 F e の 含有量 は 5 4 〜 7 8 重量 ％ と す る こ と がで き る 。

本発 明 の 永久磁石 を構成す る F e の一部 を C o で置換 す る と 、 キ ュ リ ー温度 （ T c ) の 改善が見 ら れ る 。 本発 明 で は、 C o の含有量 は 0 . 1 〜 3 . 6 重量 ％ の 範 囲 と す る こ と ができ る 。 0 . 1 重量 ％ 未満で あ る と キ ュ リ ー 温度 の 改善効果があ ま り 認め ら れず、 ま た 、 3 . 6 重量 ％ を こ え る と コ ス ト 的 に不禾 IJ と な る 。 よ り 好 ま し く は、 C o の含有量 の上限 は 3 . 2 重量 ％ 、 下限 は 0 . 5 重量 ％ で あ る

本発 明 の永久磁石 を構成す る C u は、前記 し た よ う に 、 R - F e — B 系希土類永久磁石 に 高 い磁気特性 を 付与す る 。 本発明 で は、 C u の含有量 は 0 . 0 2 〜 0 . 2 5 重 量 ％ の 範囲 とす る こ と がで き る 。 0 . 0 2 重量 ％ 未満で あ る と 保磁力 が ほ と ん ど増加 し な く な り 、 ま た 、 0 . 2 5 重量 % を こ え る と 残留磁束密度が大 き く 減少す る 。 よ り 好 ま し く は、 C u の含有量の 上限は 0 . 2 重量 ％ 、 下 限 は 0 . 0 6 重量 % で あ る 。

本発 明 の永久磁石 に含 ま れ る 正方晶構造 の割合 は、 全 体 の 5 0 重量 ％ 、 と く に は 7 0 重量 ％ 以上で あ る こ と が 好 ま し い 正方晶構造 の割合が 5 0 重量 ％ 未満で は保磁 力 が小 さ く な る 傾向があ る 。

本発 明 の永久磁石 は、 通常 、 3 8 0 〜 6 0 0 °C の.キ ュ リ 一温度 （ T c ) を 有 し 、 2 5 °C にお い て 1 1 〜 1 8 k G の 残 留磁束密度 ( B r ) , 1 4 〜 2 1 k O e の 保磁力 ( i H ) を有す る 本発 明 の 希土類永久磁石材料 を 製造す る に は 、 N d 系 磁石 の 一般的な製造方法 に し た が っ て製造すれ ばよ い 。 そ の 一例 を 以下 に示す。

ま ず 、 原料 と な る N d 、 F e 、 B 、 P お よ び添加元 素 ( C o , C u な ど） を所定 の割合 に配合 し 、 高周 波溶解 し て合金 を铸造す る 。 こ の 場合 、 製造 に用 い る C o 、 C u は、 原料 と し て用 い る F e と の 混合物で も よ い 。

そ し て 、 得 ら れた 合金 を ジ ョ ー ク ラ ッ シ ャ ーや ブ ラ ウ ン ミ ル な どで粗粉砕 し 、 そ の の ち 、 ア ト ラ イ タ ー や ポ ー ル ミ ル な ど を用 い た有機溶媒 に よ る 湿式法や 、 チ ッ 素 ガ ス に よ る ジエ ツ ト ミ ルのよ う な乾式法 によ り 微粉砕する 。 微粉の 粒径 は と く に 限定 し な い が、 平均 0 . 5 〜 5 m が好 ま し い 。

得 ら れた微粉末 は約 1 0 k O e 程度の磁場 中 で磁場方 向 に 配 向 さ せ、 約 0 . 2 〜 2 ト ン Z c m ² の圧 力 で プ レ ス 成形 す る 。 そ し て 、 プ レ ス 成形 し てで き た成形体 を 、 高真空 中 ま た は不活性ガ ス 中 で 1 0 0 0 〜 1 4 0 0 、 1 〜 2 時間焼結 し 、 さ ら に 焼結温度よ り も 低 い温度 （ 8 0 0 〜 1 2 0 0 °C 程度） で熱処理す る 。 こ れ に よ り 、 本 発 明 の 希土類永久磁石材料が得 ら れ る 。

そ し て 、 前記記希土類永久磁石材料 に対 し て 、 さ ら に 加工、 表面処理 を 施せ ば、 希土類永久磁石が得 ら れ る 。

な お 、本発明 の記希土類永久磁石材料 の 製造 に お い て 、 使用 原料 中 に含 ま れ る 、 ま た は、 製造工程 中 に 混入す る 不可避な不純物で あ る 0 . 2 重量 ％ 以下 の微量 の L a 、 C e 、 S m、 N i 、 M n 、 S i 、 C a 、 M g 、 S は、 本 発 明 の効果 を損ね る も の で はな い 。

以下 、本発明 を実施例 に 基づ い て具体的 に 説 明 す る が 、 本発 明 は こ れ ら に 限定 さ れ る も の で はな い 。

実施例 1 〜 3 お よ び比較例 1 〜 3

出発 原料 と し て 、 N d 、 電解鉄 、 フ ヱ ロ ボ ロ ン 、 リ ン 化鉄 を 使用 し た 。 そ し て 、 こ れ ら の原料 を 、 重量百分率 ( % ) が 3 0 N d — B A L . F e - l B - X P ( X は 0 〜 5 の 数値） の組成 に配合 し た の ち 、 ア ル ミ る つ ぼ 中 で 高周 波溶解 し 、水冷銅錶型 に注入 し て各種組成 の錡塊（ ィ ン ゴ ッ ト ） を得た 。 つ ぎ に 、 こ れ ら の铸塊 を ブ ラ ウ ン ミ ルで粗粉砕 し 、 さ ら に チ ッ 素気流 中 の ジ ェ ッ ト ミ ルで微 粉砕 し て平均粒径 1 m程度 の微粉末 を得 、 こ の 微粉末 と 潤 滑効果 の あ る ス テ ア リ ン酸 を 0 . 0 7 重量 ％ チ ッ 素 雰囲気 中 の V 型 ミ キサー で混合 し た。

そ の の ち 、 こ れ ら の微粉末 を 成形装置 の金型 に充填 し 、 1 0 k O e の磁界中 で配向 さ せ、 磁界 に対 し て垂直方 向 に 1 . 2 ト ン / c m ² の 圧 力 で プ レ ス 成形 し た 。 得 ら れ た成形体 を 1 2 0 0 °C で 2 時間 、 A r 雰 囲 気 中 で焼成 し た の ち 、 冷却 し 、 さ ら に 8 0 0 °C で 1 時間 A r 雰 囲気 中 で熱処理 し て、 P 含有量が異な る 各種組成 の希土類永久 磁石材料 を作製 し た 。

な お 、 铸塊か ら 焼結 ま で の工程 間 はすべ てチ ッ 素雰 囲 気 中 で移動 を行な い 、 酸素含有量 の低減 に 努 め た 。

こ れ ら の希土類永久磁石材料 に つ い て 、キ ュ リ 一温度 、 保磁力 （ i H c ) お よ び残留磁束密度 （ B r ) を測定 し 、 得 ら れ た結果 を 図 1 お よ び表 1 に示 し た 。 そ の結果、 表 1 力 ら ゎ 力 る よ う に 、 F e の一部 を C o で置換す る こ と に よ り 、 キ ュ リ ー温度 （ T c ) が改善 さ れた 。 ま た 、 図 1 お よ び表 1 カゝ ら わ か る よ う に 、 P の含有量が 3 重量 ％ ま で は 、 無添加 の も の に 比べて残留磁束密度 を低下 さ せ る こ と な く 、 保磁力 を 増カ卩 さ せ る こ と がで き た 。 P の 添 加量が 3 重量 ％ を こ え る と 、 P を 添カ卩 し な レゝ も の に 比 べ て 、 残留磁束密度、 保磁力 両方 と も 減少 し た 。 さ ら に 、 P の含有量が 2 重量 ％ の 場合 は 、 残留磁束密度 を 3 . 6 k G 、 保磁力 を 4 . 5 k O e 増カ卩 さ せ る こ と がで き 、 磁 気特性が大幅 に 向上 し た 。 残量磁束 キュリー

保磁力

組 成 密度 温度

(kOe)

(kG) (。c) 比較例 1 30Nd— 69Fe - IB 14. 8 305 実施例 1 30Nd- 68Fe- IB— IP 14. 9 18. 4 402 実施例 2 30Nd- 67Fe— IB— 2P 15. 6 19. 3 425 実施例 3 30Nd- 66 F e— IB— 3P 11. 8 16. 6 297 比較例 2 30Nd- 65Fe - IB— 4P 2. 2

比較例 3 30Nd— 64Fe— IB— 5P ま た 、図 2 に は、得 ら れた試料（ P の含有量が 2 重量 ％ ) の結 晶構造 を 、 C u Κ α 線 を 用 い X 線回折 を し た 結果 を 示す。 の 回折結果 よ り 、 主相 が N d 。 F e B 型正方 晶 の 結 晶構造で あ る こ と が確認 さ れた 。

実施例 4

出発原料 と し て 、 N d 、 D y 、 電解鉄、 C o 、 フ エ 口 ボ ロ ン 、 燐化鉄、 C u を使用 し た 。 そ し て 、 こ れ ら の 原 料 を 、 実施例 1 と 同 様 の方法 に よ り 、 重量比 ( % ) が 3

0 N d - 1 D y - 6 2 . 8 F e _ 3 C o — I B — 0 . 2

C u - 2 P の組成 に 配合 し 、 希土類永久磁石材料 を 作製 し た 。

こ の 希土類永久磁石材料 に つ い て、 キ ュ リ ー温度 （ T c ) 、 保磁力 （ i H c ) お よ び残留磁束密度 （ B r ) を 測定 し た と こ ろ 、 キ ュ リ ー温度が 4 5 0 °C 、 残留磁束密 度が 1 6 . 2 k G 、 保磁力 が 2 0 . 3 k O e で あ り 、 大 幅な磁気特性の 向上 を 達成す る こ と がで き た 。

ま た 、 得 ら れた試料 の結 晶構造 を 、 C u Κ α 線 を 用 い

X 線 回 折 し た結果、 主相 が N d ₂ F e ₄ Β 型正 方 晶 の 結 晶構造 の 回折図 を示す こ と を確認 し た 。 産業上 の 利用 可能性

本発 明 の 第 1 〜 8 の 永久磁石 に よ れ ば、 高 い 保磁力 お よび残 留磁束密度 を も つ希土類永久磁石材料が得 ら れる。

Claims

言青 求 の 範 囲 2 8 3 5 重量 ％ の ネ オ ジ ゥ ム N d 、 プ ラ セ ォ ジ ゥ ム P r 、 ジス プ ロ ミ ゥ ム D y 、 テリレ ビ ゥ ム T b お よ び ホ ル ミ ゥ ム H o か ら な る 群 よ り 選択 さ れた 1 種以上 の 希土類元素、 0 . 9 〜 1 . 3 重量 ％ の ボ ロ ン B 、 0 .

2 5 3 重量 % の リ ン P 、 お よ び、 鉄 F e を含む希土 類永久磁 材料。

さ ら 1 . 6 重量 ％ の コ ノ ル ト C o お よ び 0 . 0 2 0 . 2 5 里 % の 銅 C u を含む請求 の 範 囲第 1 ¾記載の希土類永久磁石材料。

リ ン P の含有量が 0 . 3 〜 2 . 5 重量 ％ で あ る 請求 の 範 囲第 1 項記載 の希土類永久磁石材料。

リ ン P の含有量が 0 . 〜 2 . 5 重量 ％ で あ る 請求 の 範 囲第 2 項記載 の 希土類永久磁石材料。

主相 が正方晶構造 の 金属 間化合物で あ る 請求 の 範 囲 第 1 項記載の希土類永久磁石材料。

主相 が正方晶構造 の 金属 間化合物で あ る 請求 の 範 囲 第 2 項記載の希土類永久磁石材料。

主相 が正方晶構造 の金属 間化合物で あ る 請求 の 範 囲 第 3 項記載の希土類永久磁石材料。

主相が正方晶構造 の金属 間化合物で あ る 請求 の 範 囲 第 4 項記載の希土類永久磁石材料。