JPH0340082B2

JPH0340082B2 -

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Publication number: JPH0340082B2
Application number: JP58171909A
Authority: JP
Priority date: 1983-09-17
Filing date: 1983-09-17
Publication date: 1991-06-17
Also published as: JPS6063304A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、Ｒ（但し、ＲはＹを包含する希土
類元素のうち少なくとも１種）、Ｂ、Feを主成分
とする永久磁石用合金粉末の製造方法に係り、Ｒ
−Ｂ−Fe系磁石用合金鋳塊のH₂吸蔵性を利用し
て、H₂雰囲気中で自然崩壊させ、効率よく短時
間で合金粉末が得られる希土類・ボロン・鉄系永
久磁石合金粉末の製造方法に関する。

従来の技術永久磁石材料は、一般家庭の各種電気製品から
大型コンピユータの周辺端末機器まで、幅広い分
野で使用される極めて重要な電気・電子材料の一
つである。近年の電気・電子機器の小形化、高効
率化の要求にともない、永久磁石材料は益々高性
能化が求められるようになつた。

現在の代表的な永久磁石材料は、アルニコ、ハ
ードフエライトおよび希土類コバルト磁石であ
る。近年のコバルトの原料事情の不安定化に伴な
い、コバルトを20〜30wt％含むアルニコ磁石の
需要は減り、鉄の酸化物を主成分とする安価なハ
ードフエライトが磁石材料の主流を占めるように
なつた。

一方、希土類コバルト磁石はコバルトを50〜
60wt％も含むうえ、希土類鉱石中にあまり含ま
れていないSmを使用するため大変高価であるが、
他の磁石に比べて、磁気特性が格段に高いため、
主として小型で付加価値の高い磁気回路に多用さ
れるようになつた。

そこで、本発明者は先に、高価なSmやCoを必
ずしも含有しない新しい高性能永久磁石としてＲ
−Ｂ−Fe系（ＲはＹを含む希土類元素のうち少
なくとも１種）永久磁石を提案した（特願昭57−
145072号）。

また、さらに、Ｒ−Ｂ−Fe系の磁気異方性焼
結体からなる永久磁石の温度特性を改良するため
に、Feの一部をCoで置換することにより、生成
合金のキユリー点を上昇させて温度特性を改善し
たＲ−Ｂ−Fe−Co系異方性焼結体からなる永久
磁石を提案した（特願昭57−166663号）。

これらＲ−Ｂ−Fe系永久磁石は、ＲとしてNd
やPrを中心とする資源的に豊富な軽希土類を用
い、Feを主成分として25MGOe以上の極めて高
いエネルギー積を示すすぐれた永久磁石である。

発明が解決しようとする課題上記の新規なＲ−Ｂ−Fe系、Ｒ−Ｂ−Fe−Co
系（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１
種）永久磁石を、製造するための出発原料の希土
類金属は、一般にCa還元法、電解法により製造
される金属塊であり、この希土類金属塊を用い
て、例えば次の工程により、上記の新規な永久磁
石が製造される。

出発原料として、純度99.9％の電解鉄、
B19.4％を含有し残部はFe及びAl、Si、Ｃ等の
不純物からなるフエロボロン合金、純度99.7％
以上の希土類金属、あるいはさらに純度99.9％
の電解Coを高周波溶解し、その後水冷銅鋳型
に鋳造する、スタンプミルにより35メツシユスルーまでに
粗粉砕し、次にボールミルにより、例えば粗粉
砕を６時間粉砕して３〜10μｍの微細粉とな
す、磁界（10kOe）中配向して、成形（1.5t／cm²
にて加圧）する、焼結、例えば1000℃〜1200℃、１時間Ar中
の焼結後に放冷する。

上記の如く、この発明の永久磁石用合金粉末
は、所要組成の鋳塊を機械的粉砕及び微粉砕を行
なつて得られるが、本系磁石用合金は非常に粉砕
し難く、粗粉砕は偏平状になりやすく、粉砕機の
負荷が高く摩耗しやすい上、次工程の微粉砕工程
で必要な35メツシユスルー粉末を量産的に得るの
が困難であり、また、粗粉砕粉末の歩留及び粉砕
能率が悪い等の問題があつた。

この発明は、Ｒ−Ｂ−Fe系永久磁石用合金を
効率よく短時間で粉砕が可能で、安価にかつ粉末
歩留よく製造できるＲ−Ｂ−Fe系永久磁石用合
金粉末の製造方法を目的としている。

課題を解決するための手段この発明は、Ｒ（但し、ＲはＹを包含する希土類元素のうち
少なくとも１種）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe65原子％〜82原子％を主成分として正方晶
構造を有する鋳塊を、金属面が露出するように破断したのち、破断塊
を密閉容器に収容し、該容器内の空気をH₂ガスにて置換した後、該
容器内に200Torr〜50Kg／cm²のH₂ガスを供給し
て該破断塊を自然崩壊させ、得られた自然崩壊合金粉を脱水素処理したの
ち、さらに微粉砕することを特徴とする希土類・
ボロン・鉄系永久磁石用合金粉末の製造方法であ
る。

作用この発明は、Ｒ、Ｂ、Feを主成分とする永久
磁石用合金粉末を効率よく短時間で得ることがで
きる製造方法を種々検討した結果、２原子％以上
のＢを含有することにより、Ｒ−Ｂ−Fe系磁石
用合金鋳塊がH₂吸蔵性を有し、H₂雰囲気中で自
然崩壊して容易にＲ−Ｂ−Fe系系磁石用合金粗
粉砕粉を得ることができることを見い出したもの
である。

以下に、この発明による磁石用合金粉末の製造
方法を詳述する。第１図はこの発明による製造方
法に使用するH₂吸蔵反応用の密閉容器を示す説
明図である。

本系永久磁石合金の鋳塊は、例えば、実施例に
示すように出発原料として、電解鉄、フエロボロ
ン合金、希土類金属、あるいはさらに電解Coを
高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造すること
により得られる。

この鋳塊は、その表面が酸化膜で覆われると
H₂吸蔵反応が進行し難いため、金属面が露出す
るように、例えば所定大きさのブロツクに破断し
てからH₂吸蔵させる。

H₂吸蔵には、例えば第１図に示す密閉容器を
使用する。すなわち、所定大きさに破断した破断
塊３を原料ケース２内に挿入し、H₂ガスの供給
管４及び排気管５を付設し蓋を締て密閉できる容
器１内の所定位置に、上記原料ケース２を装入
し、密閉したのち、H₂ガスを供給しながら排気
し、容器１内の空気を十分に置換後、 200Torr〜50Kg／cm²の圧力のH₂ガスを供給し
て、破断塊３にH₂を吸蔵させる。

このH₂吸蔵反応は、発熱反応であるため、容
器１の外周には冷却水を供給する冷却配管６が周
設してあり、容器１内の昇温を防止しながら、所
定圧力のH₂ガスを一定時間供給することにより、
H₂ガスが吸収され、破断塊３は自然崩壊して粉
化する。

さらに、粉化した合金を冷却したのち、真空中
で脱H₂ガス処理する。前記処理の合金粉末は粒
内に微細亀裂が内在するので、ボール・ミル等で
短時間に微粉砕され、1μｍ〜80μｍの所要粒度の
合金粉末を得ることができる。

この発明において、密閉容器内の空気の置換
は、H₂ガスによる置換のほか、予め不活性ガス
で空気を置換し、その後H₂ガスで不活性ガスを
置換してもよい。

また、鋳塊の破断大きさは、小さい程、H₂粉
砕の圧力を小さくでき、また、H₂ガス圧力は、
減圧下でも破断した鋳塊はH₂吸収し粉化される
が、圧力が大気圧より高くなるほど、粉化されや
すくなる。しかし、200Torr未満では粉化性が悪
くなる。また、50Kg／cm²を越えるとH₂吸収によ
る粉化の点では好ましいが、装置や作業の安全性
からは好ましくないため、200Torr〜50Kg／cm²と
する。量産性からは、２Kg／cm²〜10Kg／cm²が好ま
しい。

この発明において、H₂吸蔵による粉化の処理
時間は、前記密閉容器の大きさ、破断塊の大き
さ、H₂ガス圧力により変動するが、５分以上は
必要である。

組成限定理由以下に、この発明における希土類・ボロン・鉄
系永久磁石合金用鋳塊の組成限定理由を説明す
る。

この発明の永久磁石合金用鋳塊に含有される希
土類元素Ｒは、イツトリウム（Ｙ）を包含し軽希
土類及び重希土類を包含する希土類元素である。

すなわち、Ｒとしては、ネオジム（Nd）、プラセオジム（Pr）、ランタン（La）、セリウム（Ce）、テルビウム（Tb）、ジスプロシウム（Dy）、ホルミウム（Ho）、エルビウム（Er）、ユウロビウム（Eu）、サマリウム（Sm）、ガドリニウム（Gd）、プロメチウム（Pm）、ツリウム（Tm）、イツテルビウム（Yb）、ルテチウム（Lu）、イツトリウム（Ｙ）が包含
される。

Ｒとしては軽希土類をもつて足り、特にNd、
Prが好ましい。又通例Ｒのうち１種をもつて足
りるが、実用上は２種以上の混合物（ミツシユメ
タル、ジジム等）を入手上の便宜等の理由により
用いることができ、Sm、Ｙ、La、Ce、Gd、等
は他のＲ、特にNd、Pr等との混合物として用い
ることができる。なお、このＲは純希土類元素で
なくてもよく、工業上入手可能な範囲で製造上不
可避な不純物を含有するものでも差支えない。

Ｒは、新規なＲ−Ｂ−Fe系永久磁石を製造す
る合金鋳塊として必須元素であつて、10原子％未
満では高磁気特性、特に高保磁力が得られず、且
つH₂吸蔵性がないためH₂粉化できず、30原子％
を越えると残留磁束密度（Br）が低下して、す
ぐれた特性の永久磁石が得られない。よつて、Ｒ
は10原子％〜30原子％の範囲とする。

Ｂは、新規なＲ−Ｂ−Fe系永久磁石を製造す
る合金鋳塊として必須元素であつて、２原子％未
満では高い保磁力（iHc）は得られず、且つH₂吸
蔵性がないためH₂粉化できず、28原子％を越え
ると残留磁束密度（Br）が低下するため、すぐ
れた永久磁石が得られない。よつて、Ｂは２原子
％〜28原子％の範囲とする。

Feは、新規なＲ−Ｂ−Fe系永久磁石を製造す
る合金鋳塊として必須元素であるが、65原子％未
満では残留磁束密度（Br）が低下し、82原子％
を越えると高い保磁力が得られないので、Feは
65原子％〜82原子％に限定する。

また、Feの一部をCoで置換する理由は、永久
磁石の温度特性を向上させる効果が得られるため
であるが、CoはFeの50％を越えると高い保磁力
が得られず、すぐれた永久磁石が得られない。よ
つて、Coの置換量はFeの50％を上限とする。

この発明の合金鋳塊において、高い残留磁束密
度と高い保磁力を共に有するすぐれた永久磁石を
得るためには、R10原子％〜25原子％、B4原子
％〜26原子％、Fe68原子％〜80原子％が好まし
い。

また、この発明による合金鋳塊は、Ｒ、Ｒ、
Feの他、工業的生産上不可避的不純物の存在を
許容できるが、FeまたはＢの一部を4.0原子％以
下のＣ、3.5原子％のＰ、2.5原子％以下のＳ、3.5
原子％以下のCuのうち少なくとも１種、合計量
で4.0原子％以下で置換することにより、磁石合
金の製造性改善、低価格化が可能である。

さらに、前記Ｒ、Ｂ、Fe合金あるいはCoを含
有するＲ、Ｂ、Fe合金に、 9.5原子％以下のAl、4.5原子％以下のTi 9.5原子％以下のＶ、8.5原子％以下のCr、 8.0原子％以下のMn、５原子％以下のBi、 12.5原子％以下のNb、10.5原子％以下のTa、 9.5原子％以下のMo、9.5原子％以下のＷ、 2.5原子％以下のSb、７原子％以下のGe、 3.5原子％以下のSn、5.5原子％以下のZr、 5.5原子％以下のHfのうち少なくとも１種を添
加含有させることにより、永久磁石合金の高保磁
力化が可能になる。

この発明のＲ−Ｂ−Fe系永久磁石において、
結晶相は主相が正方晶であることが不可欠であ
り、特に微細で均一な合金粉末を得て、すぐれた
磁気特性を有する焼結永久磁石を作製するのに効
果的である。

この発明によつて微粉砕工程で必要な35メツシ
ユスルーの粉末が歩留りよく短時間で得られ、そ
の後微粉砕工程を経て所要粒度の微粉末を得る
が、平均粒度が80μｍを越えると永久磁石の作製
時にすぐれた磁気特性、とりわけ高い保磁力が得
られず、また、平均粒度が1μｍ未満では永久磁
石の作製工程、すなわちプレス成形、焼結、時効
処理工程における酸化が著しく、すぐれた磁気特
性が得られないため、１〜80μｍの平均粒度とす
る。さらに、すぐれた磁気特性を得るには、平均
粒度２〜10μｍの合金粉末が最も望ましい。

永久磁石特性この発明による永久磁石用合金粉末を使用して
得られるＲ−Ｂ−Fe系永久磁石は、保磁力iHc≧
1kOe、残留磁束密度Br＞4kG、を示し、最大エ
ネルギー積（BH）maxはハードフエライトと同
等以上となり、最も好ましい組成範囲では、
（BH）max≧10MGOeを示し、最大値は
25MGOe以上に達する。

また、この発明による合金粉末の組成が、R10
原子％〜30原子％、B2原子％〜28原子％、Co45
原子％以下、Fe65原子％〜82原子％の場合、得
られる磁気異方性永久磁石合金は、上記磁石合金
と同等の磁気特性を示し、残留磁束密度の温度係
数が、0.1％／℃以下となり、すぐれた特性が得
られる。

また、合金粉末のＲの主成分がその50％以上を
軽希土類金属が占める場合で、R12原子％〜20原
子％、B4原子％〜24原子％、Fe65原子％〜28原
子％の場合、あるいはさらにCo5原子％〜45原子
％を含有するとき最もすぐれた磁気特性を示し、
特に軽希土類金属がNdの場合には、（BH）max
はその最大値が33MGOe以上に達する。

また、この発明による永久磁石用合金粉末は、
無磁界中で加圧成型することにより、等方性永久
磁石を製造することができる。

実施例以下に実施例を説明する。

実施例１出発原料として、純度99.9％の電解鉄、B19.4
％を含有し残部はFe及びＣ等の不純物からなる
フエロボロン合金、純度99.7％以上のNdを高周
波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し、15Nd−
8B−77Fe（at％）なる組成の鋳塊１Kgを得た。

この鋳塊を50mm以下に破断したのち、破断塊
900ｇを、前記した第１図の密閉容器内に挿入し、
H₂ガスを10分間流入させて、空気と置換し、2.5
Kg／cm²のH₂ガス圧力で10時間処理した。

H₂吸蔵により自然崩壊させてその後冷却した
粗粒粉を、真空中で３時間脱水素処理し、35メツ
シユスルーまでに粗粉砕した。ついで、粗粉砕粉
より採取した300ｇをボールミルで３時間の微粉
砕を行ない、平均粒度3.4μｍの合金粉末を得た。

得られた合金粉末は、Ｘ線回折によると、ａ＝12.45Å、ｃ＝8.65Åを有する正方晶系の
金属間化合物を主相とする合金粉末であつた。

この合金粉末を用いて、磁界10kOe中で配向
し、1.5t／cm²にて加圧成型し、その後1100℃、１
時間の条件で焼結し、さらにAr中で焼結後放冷
し、永久磁石を作製した。

永久磁石の磁気特性は、 Br＝12.2kG iHc＝12.0kOe、（BH）max＝34.2MGOe、 Hc＝10.9KOeであつた。

比較のため、同一組成の鋳塊を、20mm以下に粗
大粉砕後、スタンプミルにより粗大粉300ｇを24
時間粉砕して35メツシユスルーの粗粉砕粉とな
し、さらに、ボールミルにより６時間の微粉砕を
行ない平均粒度3.65μｍの合金粉末を得た。

この従来の機械的粉砕のみで得た合金粉末を同
一製造条件で永久磁石となし、磁気特性を測定し
たところ、 Br＝12.1kG iHc＝11.0kOe、（BH）max＝33.5MGOe、 Hc＝10.7KOeを得た。

すなわち、H₂吸蔵による鋳塊の粉化を特徴と
するこの発明による製造方法は、従来の機械的粉
砕のみの製造方法と比較すると、同量比較で、半
分程度の時間で所定粒度の微粉砕粉を得ることが
でき、粉砕時間の短縮とともに、粉砕歩留、粉砕
能率が向上することが分る。

実施例２出発原料として、純度99.9％の電解鉄、B19.4
％を含有し残部はFe及びＣ等の不純物からなる
フエロボロン合金、純度99.7％以上のNdを高周
波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し、 15Nd1.5Dy8B75.5Fe（at％）なる組成の鋳塊１
Kgを得た。

この鋳塊を50mm以下に破断したのち、破断塊
900ｇを、前記した第１図の密閉容器内に挿入し、
H₂ガスを10分間流入させて、空気と置換し、10
Kg／cm²のH₂ガス圧力で１時間処理した。

得られたH₂吸蔵により自然崩壊し、冷却した
粗粒粉を、真空中で２時間脱水素処理し、35メツ
シユスルーまでに粗粉砕した。ついで、粗粉砕粉
より採取した300ｇをボールミルで３時間の微粉
砕を行ない、平均粒度3.3μｍの合金粉末を得た。

得られた合金粉末は、Ｘ線回折によると、ａ＝12.47Å、ｃ＝8.65Åを有する正方晶系の
金属間化合物を主相とする合金粉末であつた。

この合金粉末を用いて、磁界12kOe中で配向
し、1.6t／cm²にて加圧成型し、その後1120℃、１
時間の条件で焼結し、さらにAr中で焼結後放冷
し、永久磁石を作製した。

永久磁石の磁気特性は、 Br＝11.5kG、 iHc＝18.5kOe、（BH）max＝30.6MGOe、 Hc＝10.8KOeであつた。

比較のため、同一組成の鋳塊を、20mm以下に粗
大粉砕後、スタンプミルにより粗大粉300ｇを24
時間粉砕して35メツシユスルーの粗粉砕粉とな
し、さらに、ボールミルにより６時間の微粉砕を
行ない平均粒度37μｍの合金粉末を得た。

この従来の機械的粉砕のみで得た合金粉末を同
一製造条件で永久磁石となし、磁気特性を測定し
たところ、 Br＝11.4kG、 iHc＝18.4kOe、（BH）max＝30.0MGOe、 Hc＝10.7KOeでを得た。

すなわち、H₂吸蔵による鋳塊の粉化を特徴と
するこの発明による製造方法は、従来の機械的粉
砕のみの製造方法と比較すると、同量比較で、約
１／５程度の時間で所定粒度の微粉砕粉を得ること
ができ、粉砕時間の短縮とともに、粉砕歩留、粉
砕能率が向上することが分る。

実施例３出発原料として、純度99.9％の電解鉄、B19.4
％を含有し残部はFe及びＣ等の不純物からなる
フエロボロン合金、純度99.7％以上のPrを高周波
溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し、15Pr−8B
−77Fe（at％）なる組成の鋳塊１Kgを得た。

この鋳塊を50mm以下に破断したのち、破断塊
900ｇを、前記した第１図の密閉容器内に挿入し、
H₂ガスを10分間流入させて、空気と置換し、７
Kg／cm²のH₂ガス圧力で２時間処理した。

H₂吸蔵により自然崩壊させたのち冷却した粗
粒粉を、真空中で２時間脱水素処理し、35メツシ
ユスルーまでに粗粉砕した。ついで、粗粉砕粉よ
り採取した300ｇをボールミルで３時間の微粉砕
を行ない、平均粒度3.1μｍの合金粉末を得た。

得られた合金粉末は、Ｘ線回折によると、ａ＝12.50Å、ｃ＝8.70Åを有する正方晶系の
金属間化合物を主相とする合金粉末であつた。

この合金粉末を用いて、磁界11kOe中で配向
し、1.4t／cm²にて加圧成型し、その後1100℃、１
時間の条件で焼結し、さらにAr中で焼結後放冷
し、永久磁石を作製した。

永久磁石の磁気特性は、 Br＝11.4kG、 iHc＝9.0kOe、（BH）max＝26.9MGOe、 Hc＝8.3KOeであつた。

比較のため、同一組成の鋳塊を、20mm以下に粗
大粉砕後、スタンプミルにより粗大粉300ｇを24
時間粉砕して35メツシユスルーの粗粉砕粉とな
し、さらに、ボールミルにより６時間の微粉砕を
行ない平均粒度3.4μｍの合金粉末を得た。

この従来の機械的粉砕のみで得た合金粉末を同
一製造条件で永久磁石となし、磁気特性を測定し
たところ、 Br＝11.3kG、 iHc＝8.8kOe、（BH）max＝26.5MGOe、 Hc＝8.2KOeを得た。

発明の効果実施例より明らかなように、H₂吸蔵による鋳
塊の粉化を特徴とするこの発明によるＲ−Ｂ−
Fe系永久磁石用合金粉末の製造方法は、従来の
機械的粉砕のみの製造方法と比較すると、同量比
較で、約1/4程度の時間で所定粒度の微粉砕粉を
得ることができ、粉砕時間の短縮とともに、粉砕
歩留、粉砕能率が向上することが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による製造方法に使用する
H₂吸蔵反応用の密閉容器を示す説明図である。１……容器、２……原料ケース、３……破断
塊、４……H₂ガス供給管、５……排気管、６…
…冷却配管。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｒ（但し、ＲはＹを包含する希土類元素のう
ち少なくとも１種）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe65原子％〜82原子％を主成分とする鋳塊を、金属面が露出するように破断したのち、破断塊
を密閉容器に収容し、該容器内の空気をH₂ガスにて置換した後、該
容器内に200Torr〜50Kg／cm²のH₂ガスを供給し
て該破断塊を自然崩壊させ、得られた自然崩壊合金粉を脱水素処理したの
ち、さらに微粉砕することを特徴とする希土類・
ボロン・鉄系永久磁石用合金粉末の製造方法。