JPH0518242B2

JPH0518242B2 -

Info

Publication number: JPH0518242B2
Application number: JP58125341A
Authority: JP
Inventors: Michio Yamashita; Masato Sagawa
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1983-07-08
Filing date: 1983-07-08
Publication date: 1993-03-11
Also published as: JPS6017905A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野この発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素のう
ち少なくとも１種）、Ｂ、Feを主成分とする永久
磁石用合金粉末に係り、すぐれた磁気特性を有
し、例えば、ボンド磁石としても利用できる希土
類・鉄・ボロン系永久磁石用合金粉末に関する。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、Smを主成分とする希土類金属と、Coを
主成分とする遷移金属よりなる金属間化合物であ
り、六方晶構造を主相とするRCo₅系、菱面体構
造の結晶組織を主相とするR₂Co₁₇系磁石はすぐ
れた磁石特性を有している。かかる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。また、Fe−Ｒ系やFe−Ｂ−Ｒ系合金を永久磁
石化する試みもなされているが（特開昭57−
141901号、特開昭57−210934号）、いずれも超急
速冷却リボンやスパツタ薄膜により、非晶質化し
た合金を粉末化したりあるいは熱処理することに
よつて高保磁力を示すことが報告されている。発明が解決しようとする課題しかし、これら超急速冷却リボンやスパツタ薄
膜は、それ自体使用可能な実用永久磁石ではな
く、磁石特性としての角形性が悪く、本質的に等
方性であり、従来慣用されている磁石に対抗でき
る任意の形状、寸法を有する実用永久磁石材料と
は言えない。さらに、前記粉末を例えばボンド磁
石としても極めて低い磁気特性しか示さず実用的
なものではなかつた。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
Fe−Ｂ−Ｒ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）。この永久磁石は、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。この発明は、希土類・鉄・ボロンを主成分とす
る上記の新規な永久磁石材料をさらに発展させる
ことを目的としており、合金粉末のみですぐれた
磁気特性を有し、例えばボンド磁石用合金粉末に
適した微細で均質な組織の希土類・鉄・ボロンを
主成分とする永久磁石用合金粉末の提供を目的と
している。また、この発明は、等方性あるいは異方性焼結
永久磁石用原料粉末として容易にすぐれた磁石特
性が得られる微細で均質な組織の希土類・鉄・ボ
ロンを主成分とする永久磁石用合金粉末の提供を
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を含む希土類元素のうち少なく
とも１種）８原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe42原子％〜90原子％を主成分とし、実質的にFeとＲとの原子比が５以下のＲリツ
チ（rich）な相とFeとＲとの原子比が５を超える
Ｒプア（poor）な相からなり、50μｍ以下の微細
な複合組織を有し、主相が正方晶化合物であるこ
とを特徴とする永久磁石用合金粉末である。作用この発明の永久磁石用合金粉末は、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
主に用い、Ｒ、Ｂ、Feを主成分とし、溶湯より
噴霧し急冷して微細な特定複合組織を有するもの
で、合金粉末のみですぐれた磁気特性を有し、そ
のままボンド磁石用粉末材料に適しており、ま
た、焼結磁石用粉末材料として微細で均質なた
め、25MGOe以上の極めて高いエネルギー積並
びに、高残留磁束密度、高保磁力を有し、かつす
ぐれた残留磁束密度の温度特性を示す永久磁石材
料を安価に得ることができる。この発明の合金粉末の複合組織は、実施例１に
おける第１図から第３図にて明らかにする如く、
実質的にＲリツチな相とＲプアな相からなり、主
相が正方晶化合物であるが、Ｒリツチな相とし
て、FeとＲとの原子比が１以下の相と１を超え
て５以下の相とが存在し、Ｒプアな相として、
FeとＲの原子比が５を超えて８未満の相と８以
上の相が存在し、また複合組織にはＢリツチな相
や酸化物相も含まれる。組成限定理由以下に、この発明による永久磁石用合金粉末の
組成限定理由を説明する。この発明の永久磁石用合金粉末に用いる希土類
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り、これ
らのうち少なくとも１種、好ましくはNd、Pr等
の軽希土類を主体として、あるいはNd、Pr等と
の混合物を用いる。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）、カドリニウム（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。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−Fe−Ｂ系永久磁石用合金粉
末における必須元素であつて、８原子％未満では
結晶構造がα−鉄と同一構造の立方晶組織となる
ため、高磁気特性、特に高保磁力が得られず、30
原子％を越えるとＲリツチな非磁性相が多くな
り、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８原
子％〜30原子％の範囲とする。Ｂは、新規なＲ−Fe−Ｂ系永久磁石用合金粉
末における必須元素であつて、２原子％未満では
菱面体組織となり、高い保磁力（iHc）は得られ
ず、28原子％を越えるとＢリツチな非磁性相が多
くなり、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−Fe−Ｂ系系永久磁石用合金
粉末における必須元素であり、42原子％未満では
残留磁束密度（Br）が低下し、90原子％を越え
ると高い保磁力が得られないので、Feは42原子
％〜90原子％の含有とする。また、この発明による永久磁石用合金粉末にお
いて、Feの一部をCoで置換することは、得られ
る磁石の磁気特性を損うことなく、温度特性を改
善することができるが、Co置換量がFeの50％を
越えると、逆に磁気特性が劣化するため、好まし
くない。またさらに、下記添加元素の添加並びに原料や
製造工程から混入する不純物を含む合金粉末も、
Ｒ、Ｂ、Feを含む正方晶化合物を主相とし、す
ぐれた磁気特性を示す。また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、
Ｒ−Fe−Ｂ系永久磁石に対してその保磁力等を
改善あるいは製造性の改善、低価格化に効果があ
るため添加する。しかし、保磁力改善のための添
加に伴ない残留磁束密度（Br）の低下を招来す
るので、従来のハードフエライト磁石の残留磁束
密度と同等以上となる範囲での添加が望ましい。 Ti4.5原子％以下、Ni4.5原子％以下、 V9.5原子％以下、Nb12.5原子％以下、 Ta10.5原子％以下、Cr8.5原子％以下、 Mo9.5原子％以下、W9.5原子％以下、 Mn3.5原子％以下、Al9.5原子％以下、 Sb2.5原子％以下、Ge7原子％以下、 Sn3.5原子％以下、Zr5.5原子％以下、 Bi5原子％以下、Hf5.5原子％以下、さらに、Cu3.5原子％以下、 S2.0原子％以下、C2原子％以下、 Ca8原子％以下、Mg8原子％以下、 Si8原子％以下、P3.5原子％以下、 O2原子％以下、また、１原子％以下のＨ、Li、Na、Ｋ、Be、
Sr、Ba、Ag、Zn、Ｎ、Ｆ、Se、Te、Pb。また、上記添加元素を２種以上含有する場合
は、残留磁束密度が4kG以上を有するためには、
当該元素の上限のうち最大値以下とする必要があ
る。複合組織この発明の磁石時借用合金粉末は、実質的にＲ
リツチな相とＲプアな相からなる50μｍ以下の微
細な複合組織を有し、主相が正方晶化合物である
ことを特徴とするもので、合金粉末がＲリツチな
相とＲプアな相からなる微細な複合組織より構成
されていること、主相が正方晶化合物であること
の相乗効果により、特にすぐれた磁気特性が得ら
れ、この場合、該複合組織が50μｍ以下の微細な
相に分れていることが必須である。すなわち、複合組織が50μｍを越えると、保磁
力が低下して永久磁石用合金粉末として実用的で
なくなる。しかし、粉末の粒径が数百μｍであつ
ても、複合組織が50μｍ以下であればすぐれた磁
気特性が得られる。これは、この発明の合金粉末
が、単軸微粒子型磁石であることに基づくもの
で、複合組織が50μｍを越えると、単軸微粒子を
構成しなくなり、複合組織内の各相内に磁壁を有
するようになるため、磁化の反転が容易に起り、
保磁力が小さくなる。また、上記組織内に少量の酸化物相およびＢリ
ツチな相が存在しても、良好な磁気特性を示す。また、この発明による合金粉末を20μｍ以下に
微粉砕することにより、磁場中成形において、配
向度が向上して磁気異方性となり、すぐれた特性
の磁石が得られる。製造方法この発明による永久磁石用合金粉末は、従来の
インゴツトを粉砕して得られものではなく、溶湯
より急冷して作られる。例えば、水や液体N₂、
液体Arなどの液体を用いた液体急冷アトマイズ
法や不活性ガスアトマイズ法、回転電極法等の公
知の方法によつて、溶湯より噴霧し急冷して目的
とする合金粉末を得ることができる。また、超音
速ガスアトマイズ法を用いることができる。このような方法で粉末化した場合、粉末の形状
は自由落下中に凝固するため、球形の粉末が得ら
れることが多いが、必ずしも球形である必要はな
く、不規則な形状でもよい。焼結永久磁石この発明による合金粉末を使用した焼結永久磁
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、この発明による永久磁石用合金粉末の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％〜82原子％を主成分とし、
焼結磁石の場合に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30MGOe以上に達する。実施例以下、この発明による実施例を示しその効果を
明らかにする。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
Ndを使用し、16Nd−8B−76Feの組成に配合し
（ただし、出発原料の純度は重量で示す。以下同
様）、これらを真空及びアルゴン雰囲気中で高周
波溶解し、３mmΦのノズルより溶湯を落下させ、
音速以上の高速アルゴンガスでアトマイズして、
300μｍ以下の実質的に球形粉末を作製した。得られた合金粉末に対して、ｘ線回折、ｘ線マ
イクロアナライザーによる解析並びに光学顕微鏡
（400倍）による組織検査を行なつた。第１図の顕微鏡写真及び第２図のｘ線マイクロ
アナライザーの組成像（第２図において、１はＲ
プア相、２はＲリツチ相、３はＲリツチ相、４は
Ｒプア相である）に明らかなように、この発明の
合金粉末は微細な複合組織であり、第３図のｘ線
回折結果からは、明確な正方晶の構造を示してい
ることが明らかであり、各ピークの指数は格子定
数がａ＝8.8Å、ｃ＝12.2Åの正方晶の面指数を
示していることが分る。さらに、成分解析からは上記複合組織は多相組
織で、Ｒリツチな相とＲプアな相からなり、Ｂリ
ツチな相や酸化物相も含まれるが、上記の如く、
ｘ線回折でのピークは主として正方晶であり、実
質的に正方晶化合物を主相としていることが明ら
かである。また、得られた実質的に球状合金粉末を、50μ
ｍ以下にふるい分けした粉末の磁気特性は、飽和
磁化（σs）が85emu／ｇ、保磁力（iHc）は
5.2kOeであり、同粉末を真空中で600℃、30分の
熱処理を施したとき、飽和磁化（σs）が88emu／
ｇ、保磁力（iHc）は12kOeの磁気特性を示し
た。なお、同様組成からなる従来のインゴツト粉砕
の保磁力は3kOe以下の値であり、本発明合金粉
末の磁気特性のすぐれていることが明らかであ
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
Nd、Nbを使用し、16Nd−1Nb−7B−76Feの組
成に配合し、これらを真空及びアルゴン雰囲気中
で高周波溶解し、３mmΦのノズルより溶湯を落下
させ、音速以上の高速アルゴンガスでアトマイズ
して粉末を作製した。その後合金粉末を、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３時間粉砕して平均粒度3μｍの微粉末を得た。この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中あ
るいは無磁界中で、2ton／cm²の圧力で成形した。得られた成形体を、1100℃、２時間、Ar中の
条件で焼結し、その後650℃、30分の時効処理し
てこの発明による永久磁石を作製した。得られた焼結永久磁石の磁気特性を測定した。
結果は第１表に示すとおり、著しく高性能の異方
性磁石あるいは等方性磁石が得られた。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
Nd、添加元素として、純度99.9％のAlを使用し、
17Nd−8B−1Al−74Feの組成に配合し、これら
を真空及びアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、３
mmΦのノズルより溶湯を落下させ、音速以上の高
速アルゴンガスでアトマイズして粒度300μｍ以
下の実質的に球状粉末を作製した。その後得られた粉末をそのまま600℃、30分の
真空中熱処理した。熱処理した粉末に重量比で５
％のエポキシ樹脂を加え、十分に混練したのち、
5ton／cm²の圧力で成型し、100℃、１時間の条件
で加熱固化させてボンド磁石を作製した。得られた等方性ボンド磁石の磁気特性を第２表
に示す。また、実施例２と同方法で得た平均粒度２〜
3μｍの微細粉を、金型に入れて10kOeの磁場中で
配向し、成形圧力5ton／cm²で圧縮成形し、この成
形体を600℃、30分の真空中熱処理を施したのち、
エポキシ樹脂を真空含浸させて得たボンド磁石の
磁気特性を測定し、第２表に合せて示す。この発明による合金粉末がすぐれた磁気特性を
示すため、そのままボンド磁石用素材として使用
できることが分る。

【表】

【表】発明の効果実施例に明らかな如く、この発明による永久磁
石用合金粉末は、Ｒ、Fe、Ｂを主成分とし、溶
湯より噴霧し急冷して実質的にＲリツチな相とＲ
プアな相からなる微細な複合組織を有するため、
すぐれた磁気特性を示しそのままボンド磁石用素
材として使用でき、また、この合金粉末を使用し
て焼結磁石化することにより、著しく高性能の異
方性磁石あるいは等方性磁石が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による合金粉末の組織の顕微
鏡写真であり、第２図は同合金粉末のｘ線マイク
ロアナライザーの組成像写真、第３図は同合金粉
末のｘ線マイクロアナライザーによる回折結果を
示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少な
くとも１種）８原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 Fe42原子％〜90原子％を主成分とし、実質的にFeとＲとの原子比が５以下のＲリツ
チな相とFeとＲとの原子比が５を超えるＲプア
な相からなり、50μｍ以下の微細な複合組織を有
し、主相が正方晶化合物であることを特徴とする
永久磁石用合金粉末。