JP2001189204A - 磁石材料、その製造方法およびボンド磁石 - Google Patents
磁石材料、その製造方法およびボンド磁石Info
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Abstract
材料、その製造方法、およびボンド磁石を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 下記一般式で表され、主相がTbCu7
相と、Th2 Ni17相とを含むことを特徴とする。 (R1)x(R2)yT100−x−y−z−α−βM
zXαAβ (式中、R1は、少なくとも1種以上の希土類元素(Y
を含む)、R2は、Ti、Zr、HfおよびNbからな
る群から選ばれる少なくとも1種、Tは、Fe、Coお
よびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、M
は、V、Cr、Mn、Ta、Mo、W、Sn、Ga、A
l、GeおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも
1種、Xは、C、N、H、OおよびFからなる群から選
ばれる少なくとも1種、Aは、BおよびPからなる群か
ら選ばれた少なくとも1種であり、x、y、z、α、β
は、式2≦x≦20、0.1≦y≦20、0≦z≦1
0、0.1≦α≦20、0≦β≦5(原子%)を満たす
正の数である。)
Description
用な磁石材料、その製造方法、およびそのような磁石材
料を用いて得たボンド磁石に関する。
mCo系磁石、NdFeB磁石などが知られており、各
種用途に用いられている。これらの磁石にはFe、Co
が多量に含まれているが、Fe、Coは飽和磁束密度の
増大に寄与している。また、これらの磁石にはNd、S
mなどの希土類元素が含まれており、希土類元素は結晶
場中における4f電子の挙動に由来して、非常に大きな
磁気異方性をもたらす。これにより保磁力の増大が図ら
れ、高性能な磁石が実現されている。
タ、計測器、スピーカーなどの電子機器、電気機器に使
用されている。特に、ハードディスクドライブ用にはN
dFeB急冷粉を用いたボンド磁石が多用されている。
高まり、これに対応できる大きな最大磁気エネルギー積
をもつ永久磁石の出現が求められている。
る合金が開発されている。例えば、特開平6−1729
36号公報には、TbCu7相からなる磁性材料が、特
開平7−66021号公報にはTbCu7相とFeCo
相からなる磁性材料が、特開平8−316018号公報
にはTbCu7相、Th2 Zn17相、Th2 Ni1 7
相のいずれかとbcc相10〜60体積%からなる磁石
材料がそれぞれ開示されている。
eを主体とする磁性材料、磁石材料は、NdFeB急冷
粉を上回る高エネルギー積をもつ新しい磁石材料とし
て、特にボンド磁石に適したものとして開発されてき
た。しかしながら、最近の電子機器では、高密度実装に
よる熱対策が要求されており、また、車搭載用の磁石は
特に使用環境温度が高く、これらの用途には高エネルギ
ー積化に加え、磁石特性の高耐熱性、すなわち高保磁力
化が重要となっているが、上述の磁石材料は、これらの
特性をすべて満たすものではない。
材料は、いずれも高保磁力化および耐熱性に問題があ
る。本発明は、このような課題に対処するためになされ
たもので、高エネルギー積と高耐熱性を併せ有する磁石
材料、その製造方法、およびボンド磁石を提供すること
を目的とする。
め、本発明は、下記一般式で表され、主相がTbCu7
相と、Th2 Ni17相おとを含むことを特徴とする磁
石材料を提供する。
100−x−y−z−α−βMzXαAβ (式中、R1は、少なくとも1種以上の希土類元素(Y
を含む)、R2は、Ti、Zr、HfおよびNbからな
る群から選ばれる少なくとも1種、Tは、Fe、Coお
よびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、M
は、V、Cr、Mn、Ta、Mo、W、Sn、Ga、A
l、GeおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも
1種、Xは、C、N、H、OおよびFからなる群から選
ばれる少なくとも1種、Aは、BおよびPからなる群か
ら選ばれる少なくとも1種であり、x、y、z、α、β
は、式2≦x≦20、0.1≦y≦20、0≦z≦1
0、0.1≦α≦20、0≦β≦5(原子%)を満たす
正の数である。) また、本発明は、下記一般式で表され、主相がTbCu
7相と、Th2 Ni1 7相とを含み、更に副相としてF
eまたはFeCo相を10体積%まで含むことを特徴と
する磁石材料を提供する。
100−x−y−z−α−βMzXαAβ (式中、R1は、少なくとも1種以上の希土類元素(Y
を含む)、R2は、Ti、Zr、HfおよびNbからな
る群から選ばれる少なくとも1種、Tは、Fe、Coお
よびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、M
は、V、Cr、Mn、Ta、Mo、W、Sn、Ga、A
l、GeおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも
1種、Xは、C、N、H、OおよびFからなる群から選
ばれる少なくとも1種、Aは、BおよびPからなる群か
ら選ばれた少なくとも1種であり、x、y、z、α、β
は、式2≦x≦20、0.1≦y≦20、0≦z≦1
0、0.1≦α≦20、0≦β≦5(原子%)を満たす
正の数である。) 更に、本発明は、上述の磁石材料の粉末と樹脂との混合
物を成形してなることを特徴とするボンド磁石を提供す
る。
1は、磁性材料に大きな磁気異方性をもたらし、ひいて
は高い保磁力を与えるのに有効な元素である。La、C
e、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、H
o、Er、Tm、Lu、およびYからなる群から選ばれ
る希土類元素である。
a、Ce、Pr、Nd、Smが好ましく、特に高保磁力
の点からはSmが好ましい。その量は、2原子%未満で
は磁気異方性が小さくなりすぎ、高保磁力が得られな
い。一方、20原子%を越えると飽和磁束密度が小さく
なり、高エネルギー積化が困難である。好ましくは3〜
18原子%であり、さらに好ましくは4〜16原子%で
ある。
元素であるとともに、結晶構造の希土類サイトに入り、
Th2 Ni17相の安定化に寄与する。更に、磁気異方
性の調整を行い、特に等方性ボンド磁石材料の実現に有
効である。R2は、Zr、Hf、Ti、Nbから選ばれ
る少なくとも1種であり、特にZrが好ましい。その量
は、0.1原子%未満ではTbCu7相、あるいはTh
2 Ni17相の形成が困難であり、一方20原子%を越
えると飽和磁束密度が低下してしまい、高エネルギー積
が得られにくくなる。好ましくは0.5〜18原子%で
あり、さらに好ましくは1〜16原子%である。
現するための基本元素であり、Fe、Coから選ばれる
少なくとも1種である。特に、Feを主体にすることが
好ましく、Tの中で50%以上がFeからなるのが基本
である。Coは、Feの40%までを置換することが可
能である。
V、Cr、Mn、Ta、Mo、W、Sn、Ga、Al、
Ge、およびSiからなる群から選ばれる少なくとも1
種である。その量が増えると飽和磁束密度が低下するた
め、10原子%以下が好ましい。さらに好ましくは8原
子%以下である。
種以上であり、主として主相の格子間位置に存在し、主
相のキュリー温度、磁化、磁気異方性を向上させる働き
を有する。その量は、0.1原子%未満では上記効果が
十分には得られず、一方、20原子%を超えると保磁力
が低下してしまう。なお、より好ましくは1原子%以上
である。
好ましく、窒素の導入にあたりH(水素)も同時に格子
間に侵入することが多い。また、Aは、急冷時のアモル
ファス化、熱処理時の微細な結晶粒析出に有効な元素で
あり、特にBが好ましい。その量は、5原子%以下であ
る。
材料は、酸化物などの不可避不純物を含有することを許
容する。また、Feの析出もその量によって許容され
る。その量は、X線回折で主相の主回折線の強度に対し
て20%までのFeの主回折線である。
Cu7相と、Th2 Ni17相とを含む。その割合は、
Th2 Ni17相が、0を含まず100%未満の範囲で
ある。Th2 Ni17相の割合が増えると、高い保磁力
が実現しやすくなり、耐熱性が改善される。
の範囲にあることが望ましい。主相の平均結晶粒径が1
0nm未満では高保磁力が得られにくく、100nmを
超えると残留磁束密度が低下し、最大エネルギー積が低
くなる。ここで、TbCu7相とTh2 Ni17相の割
合は、TEM写真から得られる結晶粒10個以上に対し
て、個別に回折パターンをとり、区別する方法、あるい
は粉末X線回折をとり、TbCu7相のみのパターンに
対してその強度比から算出する方法のいずれでもよい。
れた主相粒について最も大きい径と小さい径の平均をそ
の粒の粒径とし、これを10個以上とり、平均した値で
代表するか、あるいはScheererの式を用いて粉
末X線パターンの半値幅から求めてもよい。
含む)と遷移金属とを含む合金溶湯を、高速移動する冷
却体上に射出して冷却し、アモルファス相を含む金属体
を形成する工程、前記金属体を熱処理することにより、
平均結晶粒径が10〜100nmである、TbCu7相
と、Th2 Ni17相とを含む金属組織体を形成する工
程、および前記金属組織体に、窒素、水素、炭素、フッ
素及び炭素からなる群から選ばれた少なくとも1種を導
入する工程を具備することを特徴とする磁石材料の製造
方法を提供する。ここで、高速移動とは、典型的には、
10m/s以上の速さを意味する。
て、以下、より詳細に説明する。上記式でXを除く(た
だしCは含んでいてもよい)合金を溶解した後、図1に
示す装置を用いて、液体急冷法(たとえば単ロール法)
により急冷し、薄帯状あるいはフレーク状の試料を作製
する。
に合金を導入して、誘導加熱コイル3により合金を溶解
した後、容器2の下端のノズル4から、回転するロール
1上に溶解した合金を供給し急冷し、合金薄帯5を得
る。この際、50%以上をアモルファス相にするのが好
ましいが、急冷時点で50%以上微細結晶が析出してい
てもよい。
も、アトマイズ法、回転ディスク法、メカニカルアロイ
ング法、メカニカルグライディング法により、アモルフ
ァス相を含む合金組織を作製することも可能である。な
お、急速冷却の雰囲気は、不活性雰囲気または真空中で
ある。
u7相とTh2 Ni17相との混相組織にする。その熱
処理温度は、組成、あるいは急冷状態の結晶相の析出状
態にもよるが、700〜1000℃で10分〜10時間
程度が好ましい。
雰囲気中350〜600℃で、10分から5時間処理
し、X元素を導入する。なお、B、O、C、Pについて
は、予め合金溶解時点で導入することが可能である。
得られた薄帯状あるいはフレーク状試料を粉砕し、数十
μm〜数mmの大きさの粉末とする。窒素を導入する場
合、この粉末を窒素雰囲気中、あるいはアンモニアと水
素の混合ガス中で300〜600℃の範囲で10分から
5時間、処理を行う。また、炭素を導入する場合には、
メタン、エタン、プロパンガスなどの炭素を含むガス雰
囲気中で処理する。この時、Ar或いは窒素雰囲気中で
〜5時間熱処理を追加してもよい。
の粉末を、エポキシ系、ナイロン系などの樹脂と混合
し、成形することにより、ボンド磁石を製造することが
出来る。樹脂としてエポキシ系のような熱硬化性樹脂を
用いる場合には、圧縮成形したあとに、373〜473
K程度の温度でキュア処理をすることが望ましく、また
樹脂としてナイロン系のような熱可塑性樹脂を用いる場
合は、射出成形法を用いることが好ましい。
には、加圧時に磁場を印加して結晶方位を揃えることに
より、高磁束密度を有する永久磁石を製造することがで
きる。
の種々の実施例および比較例を示し、本発明について、
より具体的に説明する。
法により薄帯状試料を得た。即ち、高純度のSm、Z
r、Co、Fe、Bの各原料を、誘導加熱コイル3を備
えた容器2内に導入して、 Ar雰囲気中で誘導加熱コ
イル3により溶解した後、容器2の下端のノズル4か
ら、40m/sのロール周速で回転するロール1上に溶
解した合金を供給して超急冷し、合金薄帯5を得た。
分析したところ、アモルファス相のみであることを確認
した。得られた合金薄帯5を850℃、30分間熱処理
し、TbCu7相とTh2 Ni17相の両者を析出させ
た。X線回折強度から、Th 2 Ni17相の割合は50
%であった。
Coの各原料を、1m/sのロール周速を用いたことを
除いて、実施例1と同様の単ロール法を用い、溶解し、
冷却し、合金薄帯を得た。この合金薄帯をX線回折によ
り分析したところ、Th2 Ni17相単相であることを
確認した。
り得た合金薄帯を粉砕し、粒径(300μm以下)の合
金粉末とし、これを460℃で4時間、アンモニアガス
と水素ガスの流量比を1:15として窒化を行った。実
施例1の試料を試料振動型磁力計(VSM)で測定した
ところ、保磁力は15kOeで、(BH)maxは17M
GOeであった。
6.0Zr2.6Fe61.1Co15.2B1.3N13.8であった。ま
た、比較例1の試料では、保磁力7.0kOe、(B
H)max10.8MGOeであった。
粒径を求めたところ、それぞれ30nm、400nmで
あった。また、実施例1のFeあるいはFeCo相の析
出量は、8体積%であり、比較例1では25体積%であ
った。
で微粉砕し、エポキシ樹脂を2重量%添加し、混合した
後、150℃で2時間キュアし、ボンド磁石とした。得
られたボンド磁石を室温でBHトレーサーにより磁石特
性を評価したところ、実施例1の試料がHc=15.4
kOe、(BH)max=12.8MGOeであり、比較
例1の試料がHc=6.8kOe、(BH)max=7.
9MGOeであった。
ころ、実施例1の試料が7.8kOe、比較例1の試料
が3.2kOeであり、本発明に係るボンド磁石が耐熱
性に優れていることが確認できた。
す組成の合金を作製した。ただし、Bを除くXの各元素
は、溶解、急冷、熱処理の後に導入した。急冷条件は4
0m/sとし、熱処理条件は表に記した通りである。実
施例1と同様に、ボンド磁石を作製し、BHトレーサー
で磁石特性を評価した。
保磁力を測定し、耐熱性の評価を行なったところ、下記
表1に示すような結果を得た。X線回折結果から得られ
た平均結晶粒径(Scheererの式)とTh2 Ni
17相の割合、FeあるいはFeCo相の析出割合も、
併せて表1に示した。
例では高(BH)max、高保磁力、および高耐熱性のボ
ンド磁石が得られていることがわかる。
4に係る合金についても同様の検討を行った。比較例に
ついては1m/sのロール周速で急冷し、予めTh2 N
i1 7相のみの状態を得た。この合金を粉砕後窒化し、
実施例1と同様にボンド磁石化した。なお、結晶粒径は
TEM評価の結果、500nmであった。
が、表1から、比較例に係る合金は、残留磁束密度が低
く、高(BH)maxが達成されず、また、保磁力も不十
分であることがわかる。
高エネルギー積と高耐熱性を併せ有する磁石材料、その
製造方法、およびボンド磁石を得ることが可能であり、
工業上極めて有効である。
図。
Claims (7)
- 【請求項1】下記一般式で表され、主相がTbCu7相
と、Th2 Ni17相とを含むことを特徴とする磁石材
料。 (R1)x(R2)yT100−x−y−z−α−βM
zXαAβ (式中、R1は、少なくとも1種以上の希土類元素(Y
を含む)、R2は、Ti、Zr、HfおよびNbからな
る群から選ばれる少なくとも1種、Tは、Fe、Coお
よびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、M
は、V、Cr、Mn、Ta、Mo、W、Sn、Ga、A
l、GeおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも
1種、Xは、C、N、H、OおよびFからなる群から選
ばれる少なくとも1種、Aは、BおよびPからなる群か
ら選ばれる少なくとも1種であり、x、y、z、α、β
は、式2≦x≦20、0.1≦y≦20、0≦z≦1
0、0.1≦α≦20、0≦β≦5(原子%)を満たす
正の数である。) - 【請求項2】下記一般式で表され、主相がTbCu7相
と、Th2 Ni17相とを含み、更に副相としてFeま
たはFeCo相を10体積%まで含むことを特徴とする
磁石材料。 (R1)x(R2)yT100−x−y−z−α−βM
zXαAβ (式中、R1は、少なくとも1種以上の希土類元素(Y
を含む)、R2は、Ti、Zr、HfおよびNbからな
る群から選ばれる少なくとも1種、Tは、Fe、Coお
よびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、M
は、V、Cr、Mn、Ta、Mo、W、Sn、Ga、A
l、GeおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも
1種、Xは、C、N、H、OおよびFからなる群から選
ばれる少なくとも1種、Aは、BおよびPからなる群か
ら選ばれる少なくとも1種であり、x、y、z、α、β
は、式2≦x≦20、0.1≦y≦20、0≦z≦1
0、0.1≦α≦20、0≦β≦5(原子%)を満たす
正の数である。) - 【請求項3】平均結晶粒径が10〜100nmの範囲に
あることを特徴とする請求項1または2に記載の磁石材
料。 - 【請求項4】請求項1〜3に記載の磁石材料の粉末と樹
脂との混合物を成形してなることを特徴とするボンド磁
石。 - 【請求項5】希土類元素(Yを含む)と遷移金属とを含
む合金溶湯を、高速移動する回転体上に射出して冷却
し、少なくとも一部にアモルファス相を含む金属体を形
成する工程、 前記金属体を熱処理することにより、平均結晶粒径が1
0〜100nmである、TbCu7相と、Th2 Ni
17相および/またはTh2 Zn17相とを含む金属組
織体を形成する工程、および前記金属組織体に、窒素、
水素、炭素、フッ素及び酸素からなる群から選ばれた少
なくとも1種を導入する工程を具備することを特徴とす
る磁石材料の製造方法。 - 【請求項6】前記合金溶湯は、下記一般式で表されるこ
とを特徴とする請求項5に記載の磁石材料の製造方法。 (R1)x(R2)yT100−x−y−z−γM
zA'γ (式中、R1は、少なくとも1種以上の希土類元素(Y
を含む)、R2は、Ti、Zr、HfおよびNbからな
る群から選ばれる少なくとも1種、Tは、Fe、Coお
よびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、M
は、V、Cr、Mn、Ta、Mo、W、Sn、Ga、A
l、GeおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも
1種、Aは、B、CおよびPからなる群から選ばれる少
なくとも1種であり、x、y、z、γは、式2≦x≦2
0、0.1≦y≦20、0≦z≦10、0≦γ≦5(原
子%)を満たす正の数である。) - 【請求項7】前記合金溶湯を高速移動する回転体上に射
出して冷却することにより、アモルファス相を50%以
上含む金属体を得ることを特徴とする請求項5または6
に記載の磁石材料の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37503799A JP3735502B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 磁石材料の製造方法 |
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---|---|---|---|
JP37503799A JP3735502B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 磁石材料の製造方法 |
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JP2001189204A true JP2001189204A (ja) | 2001-07-10 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011014600A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Hitachi Ltd | 希土類磁石 |
WO2011068107A1 (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-09 | 株式会社日立製作所 | 軽希土類磁石及び磁気デバイス |
WO2012020617A1 (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | 株式会社日立製作所 | 磁石材料,磁石成形品及び回転機 |
-
1999
- 1999-12-28 JP JP37503799A patent/JP3735502B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2011068107A1 (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-09 | 株式会社日立製作所 | 軽希土類磁石及び磁気デバイス |
WO2012020617A1 (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | 株式会社日立製作所 | 磁石材料,磁石成形品及び回転機 |
JP2012039017A (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | Hitachi Ltd | 磁石材料,磁石成形品及び回転機 |
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