JPH01219143A - 焼結永久磁石材料とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、Ｆｅ−Ｂ−Ｒを基本系とじＣｏを含有する
希土類焼結永久磁石とその製造方法に係り、Ｃｕを含有
して磁石特性を著しく改良した永久磁石、並びに熱処理
条件の最適範囲が広く、製造性が極めてよい焼結永久磁
石材料とその製造方法に関する。

背景技術 本出願人は先に、高価なＳｍやＣｏを必須としないＮｄ
やＰｒを中心とし資源的に豊富な軽希土類を用いて、Ｂ
、　Ｆｅを主成分とし、従来の希土類コバルト磁石の最
高特性を大幅に超える新しい高１↓能磁石して、Ｆｅ−
Ｂ−Ｒ系永久磁石を提案したく特公昭６１−３４２４２
号）。

また、これらの磁石材料において、Ｆｅの一部をＣｏで
置換して、キューリー温度が上昇させ、磁石の温度特性
を改善した永久磁石を提案した（特開昭５９−６４７３
３号）。

さらに、今日の永久磁石に要求される苛酷な環境、すな
わち高温雰囲気での使用や、モーターなどに組込まれ時
の電機子反作用による減磁界にさらされる場合等におい
て、安定した保磁力を得るため、添加元素Ｍ（＝Ｎｂ、
　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　ＡＩ等）を添加したもの（特
開昭５９−６４７３３号、特開昭５９−１３２１０４号
）、さらに高保磁力を得るために前記Ｎｄ、　Ｐｒの一
部をＴｂ、　Ｄｙ等の重希土類元素に置換したもの（特
開昭５８−１４１８５０号）、時効処理を行なうことに
より保磁力の向上を図った永久磁石（特開昭５９−２１
７３０４号、特開昭５９−２１８７０４号）を提案した
。

上記の各永久磁石において、Ｃｏを含むＦｅ−Ｃｏ−Ｂ
−Ｒ系磁石は、磁石の温度特性や耐食性を改善するもの
の、高い保磁力を得るためには、熱処理条件の最適温度
範囲が狭く、これを保持することが困難であり、保磁力
及び減磁曲線角型性を低下させる等の影響があった。

また、前記添加元素Ｍや重希土類元素は、高い保磁力を
得るためには、多量に用いなければならず、保磁力は上
がるものの、その分残留磁束密度Ｂｒが低下し、高いエ
ネルギー積が得られない問題があった。

発明の目的 この発明は、Ｃｏを含んだＦｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｒ系永久磁
石旧料において、４０ＭＧＯｅ級の高い磁気特性を発揮
し、高い保磁力と優れた角型性を有する永久磁石材料の
提供と、前記永久磁石を製造性よく得るための製造方法
を目的としている。

発明の概要 この発明は、かかる目的を達成するため、永久磁石材料
の組成について種々検討したところ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−
Ｒ系をベースとし、ごく少量のＣｕを含むＦｅ−Ｃｏ−
Ｂ−Ｒ−Ｃｕ系の一定の組成範囲の合金粉末を成形し、
これを焼結し、さらに特定の温度で熱処理することによ
り、磁石特性、特に残留磁束密度の低下がなく、保磁力
と減磁曲線の角型性が著しく向上した永久磁石材料が得
られることを知見し、この発明を完成したものである。

原子比でＮｄとＰｒの合計が１２〜１７ａｔ％、Ｂ５〜
１４ａｔ％、Ｃｏ　２０ａｔ％以下、Ｃｕ　０．０２〜
０．５ａｔ％、 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする
焼結永久磁石材料であり、 また、 前記組成からなる平均粒度０．５ｐｍ〜１０ｐｍの合金
粉末を成形し、 非酸化性または還元性雰囲気中で、 ９００〜１２００℃で焼結し、 焼結後、４３０〜６００℃の温度で熱処理することを特
徴とする焼結永久磁石材料の製造方法である。

発明の効果 Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｒ−Ｃｕ系永久磁石は、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ
系をベースとする化合物磁石として、従来のアモルファ
ス薄膜や超急冷リボンとは全く異なる結晶性のＸ線解析
パターンを示し、正方品系結晶構造を主相とする。

この発明の特徴である極少量のＣｕの含有は、Ｃｏを含
有するＦｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の熱処理条件
を緩和し、残留磁束密度を低下させることなく、１３ｋ
Ｏｅ以上の高い保磁力と優れた減磁曲線の角型性を得る
ことができ、その結果とじて２５ＭＧＯｅ以上の高い最
大エネルギー積が得ることができる。

この発明においてＣｕは、Ｃｏを含有する従来のＦｅ−
Ｂ−Ｒ系において要求される厳しい熱処理条件、すなわ
ち、狭い最適温度範囲と早い冷却速度条件を緩和し、広
い最適温度と自由な冷却速度を選ぶことが可能となる。

これらは大型の磁石の熱処理や、熱処理後の冷却時の磁
石のヒビ割れに対しても極めて有効である。

永久磁石組成の限定理由 希土類元素Ｒは、永久磁石の保磁力を１２ｋＯｅ以上、
最大エネルギー積を２５ＭＧＯｅ以上とするために１２
ａｔ％以上の添加が必要であり、１７ａｔ％を超えると
、Ｂｒの減少、並びにＢｒの減少に伴ない（ＢＨ）ｍａ
ｘが低下するため、 ＮｄとＰｒの合計は１２ａｔ％〜１７ａｔ％とする必要
があり、より好ましい範囲は、１２．５ａｔ％〜１５ａ
ｔ％である。

なお、水系永久磁石において、ＮｄとＰｒとは元素とし
てその機能はほぼ同等であり、いずれがを単独含有可能
であるが、原料の都合上Ｎｄを添加すると、必ず数％程
度はＰｒが含有され、Ｐｒを積極的に添加するか否かは
原料に応じて適宜選定すればよい。

また、Ｎｄ、　Ｐｒの一部を、Ｄｙ、　Ｔｂなどの重希
土類元素で０．２ａｔ％〜３．Ｏａｔ％置換することに
より、さらに高い保磁力を得ることができる。

さらに、希土類元素中に含まれる不純物の内、Ｌａ＜　
Ｃｅなどは少量、例えば全希土類元素中の５ａｔ％以下
、の範囲で含有してもよい。

水系永久磁石材料において、Ｃｏは、例えばｌａｔ％程
度の少量でも耐酸化性向上に効果があり、また、Ｔｃ増
大に有効であり、Ｃｏの置換量により約３１０〜７５０
℃の任意のＴｃをもつ合金が得られる。

Ｃｏｆｆ１は、永久磁石のｉＨｃを１２ｋＯｅ以上とす
るため添加するが、Ｔｃの改善効果とコストの点を考慮
して、２０ａｔ％以下の含有とする。Ｃｏ成分としては
、Ｒ−Ｃｏ合金等を添加することもできる。Ｃｏｉの好
ましい範囲は１〜８ａｔ％である。

Ｂは、永久磁石の保磁力を１０ｋＯｅ以上とするために
５ａｔ％以上の添加が必要であり、添加につれて１ＩＩ
ｃは増大するが、（ＢＨ）ｍａｘを２０ＭＧＯｅ以上と
するために、１４ａｔ％以下とする必要がある。

この発明においてＣｕは、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｒ系永久磁
石において、他の磁気特性、すなわち残留磁束密度Ｂや
最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを全く低下させること
なく、熱処理条件の緩和が可能であり、その結果として
保磁力を上げ、かつ減磁曲線の角型性を改善し、（ＢＨ
）ｍａｘの向上を図ることが可能となるため添加する。

第１図にＣｕ量と得られた磁気特性の変化を示す如く、
Ｃｕは極僅かの添加でもＣＯを含有するＦｅ−Ｂ−Ｒ系
磁石の磁気特性を大幅に改善する。

この発明において、Ｃｕ量は、磁気特性の改善のため少
なくとも０．０１ａｔ％の添加が必要であるが、０．５
ａｔ％を超えると焼結密度が低下するため、上限は０．
５ａｔ％とする。好ましい範囲は０．０３ａｔ％〜０．
３ａｔ％である。更に好ましくは（ＢＨ）ｍａｘ（７）
　ｆＥｌ１点から０．０５ａｔ％〜０．２ａｔ％である
。

この発明に用いるＣｕは、原料として用いられる鉄やフ
ェロボロンとの混合物でモヨイ。

さらに、使用原料中に含まれ、あるいは製造工程中に混
入する少量のＣ，Ｓ、　Ｐ、　Ｃａ、　Ｍｇ、　Ｏ。

ＡＩ、　Ｓｉの存在はこの発明の効果を損ねるものでは
ない。

製造方法 まず、出発原料となるＦｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｒ−Ｃｕ組成の
合金粉末を得る。

通常の合金溶解後、例えば、鋳造等、アモルファス状態
とならない条件で冷却して得た合金鋳塊を粉砕して分級
、配合等により合金粉末化してもよく、あるいはＦｅ、
　Ｃｏ、　ＦｅＢ粉等と共にＣａ等の還元剤を用いて希
土類酸化物から還元法によって得た合金粉末を用いこと
ができる。

本系合金粉末の平均粒度は、合金粉末の平均粒度が０．
５ｐｍ未満では、微粉砕中あるいはその後の製造工程に
おいて、粉末の酸化が著しくなり、また焼結後の密度が
上らず得られる磁石特性も低くなり、また１０μｍを超
えると、すぐれた磁石特性が得られないため、平均粒度
は０．５〜１０ｐｍの範囲とする。すぐれた磁石特性を
得るためには、平均粒度１、θ〜５ｐｍが最も望ましい
。

微粉砕は湿式、乾式のいずれでも可能であるが、乾式で
行なうことが好ましく、粉末の酸化を防止するために窒
素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行なうことが必
要である。乾式の微粉砕法としては、ディスクミル、ジ
ェットミ′ル等がある。

次に合金粉末を成形するが、成形方法は通常の粉末冶金
法と同様に行なうことができ、加圧成形が好ましく、異
方性とするためには、例えば、合金粉末を５ｋＯｅ以上
の磁界中で０．５〜３．０ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で加圧
する。

成型体の焼結は、通常の還元性ないし非酸化性雰囲気中
で所定）Ｈ度、９００〜１２００℃にて焼結するとよい
。

例えば、この成形体を１０’Ｔｏｒｒ以下の真空中ない
し、１〜７６　Ｔｏｒｒ、純度９９％以上の不活性ガス
ないし還元性ガス雰囲気中で９００〜１２００℃の温度
範囲で０．５〜４時間焼結する。

なお、焼結は、所定の結晶粒径、焼結密度が得られるよ
う温度、時間等の条件を調節して行なう。

焼結体の密度は理論密度（比）の９５％以上が磁気特性
上好ましく、例えば、焼結温度 １０４０〜１１６０℃で、密度７．２ｇ／ｃｍ３以上が
得られ、これは理論密度の９５％以上に相当する。さら
に、１０６０〜１１００℃の焼結では、理論密度比９９
％以上にも達し、特に好ましい。

焼結後、室温までの冷却速度は、Ｃｕを有しない従来の
Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｒ磁石では、焼結後の冷却速度は磁気
特性のばらつきを防ぐために１００℃／ｍｉｎ以上が必
要であった。

ところが、Ｃｕを含有するこの発明においては、実施例
に示す如く、極徐冷、例えば３℃／ｍｉｎ以上もあれば
十分である。このような遅い冷却条件下では前記の４３
０〜６００℃間を十分に長い時間滞留することができ、
−旦室温近くまで冷却することなく、焼結後の徐冷で、
この発明と同等の効果を得ることもできる。

時効処理は、真空ないし不活性ガスないし還元性ガス雰
囲気中で４３０℃〜６００℃の温度範囲で、およそ５分
から４０時間行なう。

時効処理後の徐冷も、Ｃｕを含有しない従来の場合は保
磁力の低下を防止するため、２００℃／ｍｉｎ以上の早
い冷却速度を必要としていた。

しかし、この発明においては、３〜ｂ いう広い範囲の冷却速度で冷却でき、磁石の変形やヒビ
割れを防止でき、また熱処理炉の損傷を防ぐ意味からも
極めて有利である。

また、本系焼結磁石の時効処理として、焼結後−旦６５
０〜９００℃の温度に５分から１０時間保持し、続いて
所定の温度で熱処理を行なう２段以上の多段時効処理も
有効である。

また、保磁力をさらに高めたり、磁石や粉末の耐酸化性
を向上させるために、ｌａｔ％以下のＴｉ、Ｖ、　Ｎｂ
、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　ＡＩ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　
Ｚｎ１Ｃａ、Ｓｉを含有してもよい。

実施例 実施例１ 出発原料として純度９９．９ｗｔ％の電解鉄、銅、純度
９９．７ｗｔ％以上のＣｏ、１９ｗｔ％Ｂを含有するフ
ェロボロン、純度９７ｗｔ％以上のＮｄを使用して、原
子比で Ｆｅ−４Ｃｏ−１４，５Ｎｄ−７Ｂ−ｘＣｕ（ｘ　＝　
０．０１〜０．４ａｔ％）の組成合金を真空及びアルゴ
ン雰囲気で溶製し、鋳塊を得た。

その後、この鋳塊をショークラッシャーで粗粉砕し、さ
らにＮ２ガス気流によるジェットミルで微粉砕シ、平均
粒度３．５ｐｍの微粉砕粉をプレス装置の金型に装入し
、１０ｋＯｅの磁界中で配向、磁界に直角方向に１５ｔ
ｏｎ／ｃｍ２の圧力で成形した。

得られた成形体を、１０６０〜１１００”Ｃ１２時間、
Ａｒ雰囲気中の条件で焼結し、 さらにＡｒ雰囲気中で、５００〜６００”Ｃで熱処理し
、その後、約３０℃／ｍｉｎの速度で冷却した。

得られた種々の永久磁石の保磁力、最大エネルギー積、
焼結密度を測定し、Ｃｕ添加量の変化との関係としてを
第１図に示す。図には各々の組成で得られた最高値をプ
ロットした。

また、この発明の実施例と同様の方法で作製したＣｕを
含有しない場合、並びに少量の添加で保磁力を上昇させ
ることが知られているＡＩを添加した比較例の場合を、
同様に、比較例永久磁石の保磁力、最大エネルギー積を
測定し、ＡＩ添加伍の変化との関係としてを第１図に示
す。

第１図から明らかな如く、比較例のＡＩを添加した場合
、ＡＩの添加増量にともない、保磁力は増加するが、十
分な保磁力の増加を得る程の添加では、逆に最大エネル
ギー積が低下している。

これに対して、この発明によるＣｕの添加場合は、Ｃｕ
は極少量の添加で保磁力、最大エネルギー積が著しく増
加することが分る。

実施例２ 実施例１で得られた、Ｃｕを０．１ａｔ％含有する本発
明試料及びＣｕを全く含有しない比較例試料を用いて、
焼結後、４３０〜６２０℃の種々の温度にて１時間の熱
処理した後、８０℃／ｍｉｎの速度で冷却した場合、各
磁石の保磁力の変化を熱処理温度との関係として第２図
に示す。

比較例の場合、高い保磁力を得るには、最適熱処理温度
範囲が極狭い範囲でしか得られないのに対し、Ｃｕを含
有するこの発明による磁石の場合は、広い温度範囲で高
い保磁力が得られることが分る。

実施例３ 実施例１と同様の製造方法にて、原子比でＦｅ−２Ｃｏ
−１３，５Ｎｄ−１，５Ｄｙ−７Ｂに、０．１ａｔ％Ｃ
ｕを含む本発明試料、及び比較例としてＣｕを含まない
試料を作製した。

製造に際し、焼結後、４３０〜６２０℃の種々の温度に
て１時間の熱処理し、さらに、熱処理後の冷却速度を種
々変化させ、得られた各永久磁石の保磁力を測定し、熱
処理温度と冷却速度と保磁力の関係として、本発明の場
合を第３図、比較例の場合を第４図に示す。なお、図中
の数字は保磁力１Ｈｃ（ｋｏｅ）を示す。

第３図と第４図より明らかな如く、従来は、高い保磁力
を得るには、熱処理後の冷却速度を所要の範囲に保持し
なければならない。

これにｊすして、Ｃｕを含有するこの発明の場合、極徐
冷から急速冷却まで、いずれの冷却速度でもよく、製造
条件に左右されることなく、極めて高い保磁力を有する
永久磁石が得られることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｕ（Ａｌ）の添加量の変化に対する永久磁石
の保磁力、最大エネルギー積、密度の変化を示すグラフ
である。 第２図は熱処理温度と保磁力ｉＨｃとの関係を示すグラ
フである。 第３図と第４図は熱処理温度と冷却速度と保磁力の関係
を示すグラフであり、本発明の場合を第３図、比較例の
場合を第４図に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子比でＮｄとＰｒの合計が１２〜１７ａｔ％、Ｂ５〜
   １４ａｔ％、Ｃｏ２０ａｔ％以下、 Ｃｕ０．０２〜０．５ａｔ％、 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする
   焼結永久磁石材料。 ２ 原子比でＮｄとＰｒの合計が１２〜１７ａｔ％、Ｂ５〜
   １４ａｔ％、Ｃｏ２０ａｔ％以下、 Ｃｕ０．０２〜０．５ａｔ％、 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる合金粉末を成形し
   、 ９００〜１２００℃で焼結し、 焼結後４３０〜６００℃の温度で熱処理することを特徴
   とする焼結永久磁石材料の製造方法。