JP2643329B2

JP2643329B2 - 磁気特性および機械的強度に優れた希土類−コバルト系焼結磁石

Info

Publication number: JP2643329B2
Application number: JP63182976A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎森本; 拓夫武下
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1988-07-22
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH0232503A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、磁気特性だけでなく機械的強度にも優れ
た、Ｙを含む希土類元素のうち１種または２種以上を組
合せたもの（以下、Ｒで示す）とコバルトを主成分とす
る焼結磁石に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、高い磁気特性を有するＲ−Co系焼結磁石とし
て、R₂Co₁₇系焼結磁石があることは知られており、この
R₂Co₁₇系焼結磁石は、電気および電子機器の部品として
広く用いられている。

上記R₂Co₁₇系焼結磁石の成分組成は、重量％で、 R :20〜30％、 Fe:5〜30％、 Cu:2〜15％、 Ni:0.05〜1.5％、 Ti,Zr,Hf,V,Nb,Taのうち１種または２種以上:1.0〜5.5
％、残部:Coおよび不可避不純物、からなるものである。

さらに最近、上記R₂Co₁₇系焼結磁石にＣを0.005〜1.0
％添加して保磁力を向上させたものも提供されている。

これらR₂Co₁₇系焼結磁石は、次のようにして製造され
ている。

まず、所定の成分組成を有する溶製合金インゴットを
粉砕して微粉末にし、これを磁界中プレスにより磁気異
方性を有する圧粉体とした後、この圧粉体に液相が発生
する温度域で焼結を施し、その後、溶体化処理および時
効処理の熱処理を行って製造される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記Ｃ含有のR₂Co₁₇系焼結磁石を上記従来
の製造方法で製造すると、焼結過程の初期に、上記Ｃは
合金成分のうちでも主としてIV aおよびV a族金属と反
応して炭化物を形成するが、この炭化物は金属融液との
ぬれ性が悪いために液相焼結過程で凝集粗大化し、この
ぬれ性の悪い粗大化炭化物が液相焼結による磁石焼結体
の高密度化を阻害する。そのため上記Ｃ含有R₂Co₁₇系焼
結磁石マトリックスの結晶粒も著しく成長する。

このように、結晶粒が著しく成長した粗密な焼結体の
組成を均一化するために溶体化処理を行うと、結晶粒が
大きく粒界密度が小さいために、粒界成分が結晶粒内部
に拡散するに要する時間、すなわち溶体化時間が長くな
る。

長時間の溶体化処理（例えば、８時間以上）を行え
ば、粗大化した結晶粒を有する焼結体であっても、組成
の溶体化は可能であるけれども、生産効率を落すことは
勿論のこと、酸素との親和力が強く蒸気圧の高い希土類
元素の酸化および蒸発を招き、かえって磁気特性を低下
させる結果となっていた。

また、上記磁石焼結体の低密度化および結晶粒の粗大
化は、磁石を脆化し、加工性の低下、最終製品の欠けま
たは割れの原因となっており、さらに残留磁束密度の低
下、ひいては最大エネルギー積の低下をもたらすという
問題点も生じていた。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本発明者等は、このような問題点を解決すべく
研究を行なった結果、Ｃ含有R₂Co₁₇系焼結磁石に、さらにＮを添加すると、（１）焼結初期に成分元素のIV aおよびV a族金属と
反応して、これら金属の成分数に応じて単元炭窒化物な
いし多元複合炭窒化物を形成し、このような炭窒化物
は、従来のＣ単独添加による磁石中で形成される炭化物
に比べて液相とのぬれ性が良好なために、磁石圧粉体の
液相焼結を阻害することなく、高密度で残留磁石密度の
高いR₂Co₁₇系焼結体が得られ、また、ぬれ性の良い炭窒
化物は焼結工程で凝集粗大化することなく微細に保たれ
る。

（２）上記微細炭窒化物は、磁石マトリックスの結晶
粒界をピンニングし、結晶粒の成長を抑制することか
ら、成分元素の拡散行程の減少および粒界拡散の寄与の
増大により、溶体化工程での組成の均一化が短時間に効
率よく完全に行なわれ、もって磁壁に対するピンニング
力がより均一であるために角型性の改善された磁石が得
られる。

（３）磁石マトリックスの結晶粒が微細であるため
に、機械的特性の面においても、靭性の顕著な向上が見
られる。

という知見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいてなされたもので
あって、重量％で R :20〜30％、 Fe:5〜30％、 Cu:2〜15％、 Ni:0.05〜1.5％、 Ti,Zr,Hf,V,Nb,Taのうち１種または２種以上:1.0〜5.5
％、を含有し、さらに C:0.008〜0.5％、 N:0.002〜0.2％、を含有し、残部:Coおよび不可避不純物からなる組成
（以上、重量％）を有し、さらに好ましくは、Ｃ≧Ｎなる関係を有する磁気特性および機械的強度に
優れた希土類−コバルト系焼結磁石に特徴を有するもの
である。

つぎに、この発明において、R₂Co₁₇系焼結磁石の成分
組成を上記の如く限定した理由について述べる。

（１）Ｒ成分、Ｒ成分が20％未満では保磁力が低下し一方30％を越え
含有させると残留磁束密度が低下することからその含有
量を20〜30％と定めた。

（２） Fe成分、 Fe成分には、残留磁束密度を改善する作用があるがそ
の含有量が５％未満では所望の効果が得られず、一方30
％を越えて含有させると保磁力が低下するようになるこ
とからその含有量を５〜30％と定めた。

（３） Cu成分、 Cu成分には保磁力を向上させる作用があるがその含有
量が２％未満では所望の高保磁力を確保することができ
ず、一方15％を越えて含有させると残留磁束密度が低下
するようになることからその含有量を２〜15％と定め
た。

（４） Ni成分、 Ni成分には磁石の角型性を改善し、最大エネルギー積
を向上させる作用があるが、その含有量が0.05未満では
所望の効果が得られず一方1.5％を越えて含有させると
保磁力が低下するようになることから、その含有量を0.
05〜1.5％と定めた。

（５） Ti,Zr,Hf,V,Ta,Nbのうち１種または２種以上、これら成分は、炭窒化物を形成し結晶粒成長を抑制す
る効果があるがその含有量が1.0％未満では炭窒化物の
析出量が不十分であり所望の結果が得られず、一方5.5
％を越えて含有させると炭窒化物の析出量が過剰になり
残留磁束密度を低下させることからその含有量を1.0〜
5.5％と定めた。

（６）Ｃ成分、Ｃ成分は炭窒化物を形成し、粒成長抑制の効果がある
が、その含有量が0.008％未満では炭窒化物の析出量が
不十分であり、所望の効果が得られず、一方0.5％を越
えて含有させると炭窒化物の析出量が過剰になり残留磁
束密度が低下するようになることからその含有量を0.00
8〜0.5％と定めた。Ｃは、ボールミル、振動ミル、アト
ライターミル等による合金インゴットの粉砕の工程で粉
末の酸化を防止するために用いられる有機溶媒あるい
は、微粉末のプレス成形性を改善するために添加される
各種助剤（潤滑剤、結合剤）の形で製品中に添加される
が、さらに磁石粉末にＣ粉末を添加するなどの方法によ
り含有Ｃ量を前記範囲内に調整することができる。

（７）Ｎ成分、Ｎ成分は炭窒化物を形成し、焼結性を改善しまた結晶
粒成長を抑制する効果があるが、その含有量が0.002％
未満では、所望の効果が得られず、一方0.5％を越えて
含有させると、炭窒化物の析出量が過剰となり、残留磁
束密度が低下するようになることから、その含有量を0.
002〜0.2％と定めた。

（８）Ｃ≧Ｎ、Ｃ量とＮ量の関係については、Ｎ量がＣ量を上回る
と、IV a,V a族金属と反応しない遊離Ｎを一部生じ、こ
の遊離Ｎがマトリックスに固溶し、その結晶磁気異方性
を低下させ、もって磁石の保磁力を低下させるため、Ｃ
量≧Ｎ量と定めた。

Ｎは、成分元素の窒化物として添加してもよいが、焼
結雰囲気にN₂ガスを加えることにより磁石中に添加する
こともでき、雰囲気中のN₂ガスの体積分率を適切に選定
することにより磁石の含有Ｎ量を上記範囲内に調整する
こともできる。

〔実施例〕

つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体的に説明
する。

（１）実施例１〜９および比較例１〜５、高周波溶解炉を用い、Ar雰囲気中にて、 Sm:25.3％、 Fe:15.0％、 Cu: 8.0％、 Ni: 1.4％、 Zr: 2.3％、 Hf: 0.2％、残部:Coおよび不可避不純物からなる組成（以上、重量
％）を有する合金を溶製し、インゴットに鋳造した。

このインゴットをスタンプミルにてArガス雰囲気中で
粉砕し、さらに振動ミルを用いてダイフロン中で粉砕し
て平均粒径：約４μｍの合金粉末を得た。

この合金粉末にプレス成形性を改善する目的で潤滑剤
としてステアリン酸を0.05％添加し、さらに磁石のＣ含
有量を変化させるために第１表の実施例１〜９、比較例
１〜５および従来例１に示される量のＣ粉末を添加して
原料粉末とした。

このようにして得られたＣ含有量の異なる原料粉末を
12KOeの磁界中で配向させた状態で配向方向と直角方向
に1.5ton/cm²の圧力で圧縮し、たて:10mm×横:10mm×高
さ:10mmの圧粉体を作製した。

これら圧粉体を、第１表の実施例１〜９および比較例
１〜５に示されるN₂ガス含有Arガス雰囲気中、温度:121
0℃、１時間保持の条件で焼結した。さらに比較のため
に、純Arガス雰囲気中で上記条件と同一条件にて焼結
し、従来例１として第１表に示した。

上記条件で焼結して得られた実施例１〜９、比較例１
〜５および従来例１の焼結体を、純Arガス雰囲気中、温
度:1180℃、２時間保持の条件で溶体化処理を施した
後、Arガス吹付けによる急冷を行い、ついで純Arガス雰
囲気中、温度:800℃、２時間保持の条件で加熱後、冷却
速度:30℃／時間で温度:400℃まで連続冷却を行うとい
う時効処理を施した。

このようにして製造された磁石に含まれるＣおよびＮ
を分析し、さらに上記製造された磁石の密度、抗折強度
および磁気特性を測定し、それらの結果を第１表に示し
た。

なお、磁気特性における角型比とは、減磁曲線におけ
るひざ磁場H_K（磁化の強さが残留磁束密度の90％になる
逆磁場の強さ）と保磁力iHcの比で示される値である。

（２）実施例10〜18および比較例６〜10、高周波溶解炉を用い、Arガス雰囲気中にて、 Sm:17.9％、 Ce:7.6％、 Fe:20.0％、 Cu:6.0％、 Ni: 0.5％、 Ti:1.9％、 V : 0.3％、残部:Coおよび不可避不純物からなる組成（以上、重量
％）を有する合金を溶解し、インゴットに鋳造した。

この合金粉末に、プレス成形性を改善する目的で潤滑
剤としてステアリン酸を0.05％添加し、さらに磁石の含
有Ｃ量を変化させるために、Ｃ粉末を第２表の実施例10
〜18、比較例６〜10および従来例２の割合で添加し原料
粉末を得た。

このようにして得られた原料粉末を実施例１と同一条
件で圧縮し、たて:10mm×横:10mm×高さ:10mmの圧粉体
を作製し、これら圧粉体を第２表の実施例10〜18、比較
例６〜10および従来例２に示されるN₂ガス含有量の異っ
たArガスおよび純Arガス雰囲気中、温度:1185℃、１時
間保持の条件で焼結を行った。

これら焼結体を純Arガス雰囲気中、温度:1120℃、２
時間保持の条件で溶体化処理を施した後、Arガス吹付け
による急冷を行い、ついでArガス雰囲気中、温度:830
℃、２時間保持の条件で加熱後、冷却速度:30℃／時間
で400℃まで連続冷却を行う時効処理を施した。

このようにして製造された磁石に含まれるＣおよびＮ
を分析し、さらに密度、抗折強度、残留磁束密度、保磁力、最大エネルギー積および角型比
を測定し、それらの結果を第１表に示した。

第１表および第２表の結果から、比較例および従来例
よりも、この発明の実施例の方が機械的特性および磁気
的特性が優れていることから、重量％で C:0.008〜0.5％、 N:0.002〜0.2％、を同時に含有することが必要であることがわかり、さら
に第１表の実施例８〜９よりも実施例１〜７の方が機械
的特性および磁気的特性が優れており、さらに第１表の
実施例17〜18よりも実施例10〜16の方が同様に優れてい
ることから、Ｃ≧Ｎなる関係を満足すると一層優れた結果が得られることが
わかる。

〔発明の効果〕

従来公知のＣ含有R₂Co₁₇系磁石に、さらにＮを適量含
有せしめることにより一層優れたR₂Co₁₇系磁石を提供す
ることができ、産業上優れた効果をもたらすものであ
る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｙを含む希土類元素のうち１種または２種
以上を組合せたもの:20〜30％、 Fe:5〜30％、 Cu:2〜15％、 Ni:0.05〜1.5％、 Ti,Zr,Hf,V,Nb,Taのうち１種または２種以上:1.0〜5.5
％、を含有し、さらに C:0.008〜0.5％、 N:0.002〜0.2％、を含有し、残部:Coおよび不可避不純物からなる組成
（以上、重量％）を有することを特徴とする磁気特性お
よび機械的強度に優れた希土類−コバルト系焼結磁石。
【請求項２】上記ＣおよびＮは、Ｃ≧Ｎなる関係を有す
ることを特徴とする請求項１記載の磁気特性および機械
的強度に優れた希土類−コバルト系焼結磁石。