JPH0583627B2

JPH0583627B2 -

Info

Publication number: JPH0583627B2
Application number: JP1029610A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tsudai; Isao Sakai; Tetsuhiko Mizoguchi; Koichiro Inomata
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1993-11-26
Also published as: JPH024942A

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は永久磁石用原料合金に関し、特に希土
類鉄系の永久磁石の製造に使用されるものであ
る。（従来の技術）従来から知られている希土類磁石としては、
RCo₅型、R₂（Co，Cu，Fe，Ｍ）₁₇型（ただし、Ｒ
はSm，Ce等の希土類元素、ＭはTi，Zr，Hf等
の遷移元素）等の希土類コバルト系のものが知ら
れている。しかしながら、この系の永久磁石で
は、最大エネルギー積が30MGOe程度であり、
また比較的高価なCoを大量に使用しなければな
らないという問題点があつた。近年、上記希土類コバルト系の代わりに、比較
的安価な希土類鉄系の永久磁石が研究されている
（特開昭59−46008号、特開昭59−647333号等）。
これはNd−Fe−Ｂ系等の構成元素からなるもの
であり、Fe使用によるコスト低下に加え、最大
エネルギー積が30MGOeを超えるものが得られ
るため非常に有効な材料である。しかしながら、この希土類鉄系永久磁石は製造
条件により磁石特性、特に保磁力が300Oeから
10kOeを超えるものまで現われるというように大
きなバラツキを示し、安定した磁石特性を得るこ
とができないという問題点がある。このことは工
業上非常に重要な問題であり、再現性よく安定な
磁石特性を有する希土類鉄系の永久磁石を得るこ
とができれば、その実用性は大きく向上する。また、高保磁力かつ高（BH）_naxの要求は強く、
より高性能に向けて研究が進められている。（発明が解決しようとする問題点）本発明は以上の点を考慮してなされたものであ
り、出発原料として用いることにより、高い保磁
力、高い（BH）_nax等の良好な磁石特性を有する
永久磁石を再現性良く得ることができる永久磁石
用原料合金を提供することを目的とする。［発明の構成］（問題点を解決するための手段及び作用）本発明者らは上記問題点を解消すべく鋭意研究
を重ねた結果、希土類鉄系の永久磁石を製造する
際、その出発原料である永久磁石用原料合金にお
いてはGaの添加及び酸素重量が磁石特性、特に
保磁力が顕著な影響を与えるという事実を見出し
た。本願発明はこれに基づいてなされたものであ
り、10〜40重量％のＲ（ただし、ＲはＹ及び希土
類元素から選ばれた少なくとも１種）、0.1〜８重
量％の硼素、13重量％以下のガリウム、0.005〜
0.03重量％の酸素及び不可避的不純物を含有し、
残部が主として鉄からなる組成を有することを特
徴とする永久磁石用原料合金である。本願発明において、各元素の含有率を上記範囲
に限定したのはそれぞれ以下のような理由によ
る。Ｒが10重量％未満ではiHcは増大が得られず、
40重量％を超えるとBrが低下するため、いずれ
の場合でも（BH）_naxが低下してしまう。したが
つて、Ｒの含有率は10〜40重量％とする。好まし
くは25〜35重量％である。なお、希土類元素のう
ちでもNd及びPrは特に高い（BH）_naxを得るのに
有効な元素であり、Ｒとしてこの２元素のうち少
なくとも１種を必須元素として含有することが好
ましい。このNd，PrのＲ量中の割合は70％以上
（Ｒ量全部でもよい）であることが望ましい。特
にNdがＲ全体の90重量％以上であることが好ま
しい。硼素（Ｂ）が0.1重量％未満ではiHcが低下し、
８重量％を超えるとBrの低下が顕著となる。よ
つて、硼素の含有率は0.1〜８重量％とする。高
保磁力化のためには1.2重量％以上であることが
好ましい。なお、Ｂの一部をＣ、Ｎ、Si、PGe等
で置換してもよい。これにより焼結性の向上、ひ
いてはBr、（BH）_naxの増大を図ることができる。
この場合の置換量はＢの80％程度までとすること
が望ましい。ガリウム（Ga）は保磁力（iHc）の向上に有
効な元素である。少量の添加で効果があるが、
0.1重量％以上、好ましくは0.2重量％以上でiHc
の増大が顕著である。13重量％を超えるとBrの
低下が顕著となる。よつて、ガリウムの含有率は
13重量％以下とする。このGaの90重量％までを
Alで置換することが可能である。酸素が0.005重量％未満では永久磁石の製造時
に要求される２〜10μm程度の粉砕粉が困難とな
る。このため、粒径が不均一となり磁場中成形時
の配向性が悪くなり、Brの低下、ひいては
（BH）_naxの低下をもたらす。また、製造コストも
大幅に上昇する。一方、0.03重量％を超えると保
磁力が低下し、高（BH）_naxを得ることができな
い。よつて、永久磁石用原料合金中の酸素の含有
率は0.005〜0.03重量％が好ましい。焼結後の永
久磁性中においては若干増量することがある。永久磁石用原料合金中における酸素の働きは明
らかではないものの、以下のような振舞により高
性能の永久磁石を得ることができるものと推測さ
れる。すなわち、溶融合金中の酸素の一部は主成分元
素であるＲ、Fe原子と結合して酸化物となり、
残りの酸素とともに合金結晶粒界等に偏析して存
在していると考えられる。Ｒ−Fe−Ｂ径磁石が
微粒子磁石であり、その保磁力が主として逆磁区
発生磁場により決定されることを考慮すると、酸
化物、偏析等の欠陥が多い場合、これらが逆磁区
発生源として作用することにより保磁力が低下し
てしまうと考えられる。また、欠陥が少ない場合
は粒界破壊等の起りにくくなるため、粉砕性が劣
化すると予想される。永久磁石用原料合金中の酸素量は高純度の原料
を用いるとともに、原料合金溶融時の炉中酸素量
を厳密に調節することにより制御することができ
る。本願発明合金を構成する上記の各元素以外の残
部は主として鉄であるが、Feの一部をCo、Al、
Cr、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Ｖ、Mn、Mo、
Ｗ、Ru、Rh、Re、Pd、Os、Ir等で置換するこ
ともできる。その量は30重量％程度までであり、
多すぎると（BH）_naxの低下等特性劣化の要因と
なる。特にCoはキユリー温度上昇に有効であり、
永久磁石中では１〜30重量％、特に10〜20重量％
の添加が好ましい。その他不可避的不純物が含ま
れることはいうまでもない。本発明合金を用いて各種の方法で永久磁石を製
造することができる。例えば本発明組成を有する
永久磁石を鋳造により得て熱処理する方法、粉砕
粉をバインダーで結合するボンド磁石にする方
法、粉砕粉を焼結する焼結磁石にする方法等が挙
げられる。以下に焼結方法を用いた場合について
説明する。まず、所定量のFe、Ｒ、Ga、Ｂを混合し、酸
素濃度を制御しながら溶解して本発明の永久磁石
用原料合金を製造する。次に、ボールミル等の粉
砕手段を用いて永久磁石用原料合金を粉砕する。
この際、後工程の成形と焼結を容易にし、かつ磁
気特性を良好にするために、粉末の平均粒径が２
〜10μmとなるように微粉砕することが望ましい。
粒径が10μmを超えるとiHcの低下をもたらし、
一方2μm未満にまで粉砕することは困難であるう
えに、Br等の磁気特性の低下を招く。次いで、微粉砕された永久磁石用原料合金粉末
を所望の形状にプレス成形する。成形の際には通
常の焼結磁石を製造することと同様に、例えば
15kOe程度の磁場を印加し、配向処理を行なう。
つづいて、例えば1000〜1140℃、0.5〜５時間程
度の条件で成形体を焼結する。この焼結は合金中
の酸素濃度を増加させないように、Arガス等の
不活性ガス雰囲気中、もしくは真空中で行なうこ
とが望ましい。こうして得られた焼結体に必要に応じ550〜750
℃の温度範囲で0.1〜10時間程度の時効処理を行
なう。時効処理温度が550℃未満又は750℃を超える
と、iHcの減少又は角形性の劣化を招き、磁気特
性は大巾に低下する。よつて、時効処理温度は
550〜750℃の範囲が好ましい。以上のような方法よれば、Br、iHc、（BH）_nax
等の磁気特性に優れた永久磁石を特性のバラツキ
を招くことなく、再現性よく製造することができ
る。（実施例）以下、本発明の実施例を説明する。実施例１所定の組成で原料を混合し、Ar雰囲気中で水
冷銅ボートを用いてアーク溶解した。得られた永
久磁石原料用合金（酸素濃度0.02wt％）をAr雰
囲気中で粗粉砕し、更にジエツトミルにより約
3.0μmの粒度まで微粉砕した。この微粉砕を所定の押型に充填して20kOeの磁
界を印加しつつ、2ton／cm²の圧力で圧縮成形し
た。この成形体をAr雰囲気中、1020〜1120で1h
焼結し、室温まで急冷した後、真空中で550〜750
度・３〜10時間時効処理を行ない、室温まで急冷
した。その結果を第１表に示す。

【表】

【表】実施例２組成がネオジウム30.8重量％、ボロン0.86重量
％、ガリウム1.0重量％、残部鉄となるように各
元素を配合し、２Kgをアルゴン雰囲気下、水冷銅
ボート中でアーク溶融した。その際、炉中の酸素
量を厳密に調節することにより、調整合金中の酸
素を増減させた。得られた永久磁石用原料合金をAr雰囲気中で
粗粉砕し、更にステンレスボールミルにて３〜
5μmの粗径まで微粉砕した。この微粉砕を所定の押し型に充填して20000Oe
の粒界を印加しつつ、2ton／cm²の圧力で圧縮成形
した、得られた成形体をアルゴン雰囲気中、1080
℃で１時間焼結し、室温まで急冷した。その後、
真空中、600℃で１時間時効処理を行ない、室温
まで急冷した。得られた永久磁石について、永久磁石用原料合
金中の酸素濃度と、粗粉を３〜5μmの粒度まで微
粉砕するに必要な時間、残留磁束密度（Br）、保
磁力（iHc）及び最大エネルギー積（（BH）_nax）
との関係を第１図に示す。第１図から明らかなように、合金の粉砕性及び
永久磁石の磁石特性は永久磁石用原料合金中の酸
素濃度に大きく依存している。すなわち、酸素濃
度が0.005重量％未満では粉砕性が極端に悪くな
り、この結果磁場中成形時の配向性も悪くなるた
めBrが低下している。一方、酸素濃度が0.03重量
％を超えると保磁力が極端に低下している。実施例３実施例２と同様な方法により、組成がネオジウ
ム31.0重量％、ボロン0.84重量％、コバルト14.6
重量％、ガリウム1.1重量％、酸素0.03重量％、
残部鉄からなる組成を有する永久磁石用原料合金
を得た。得られた永久磁石用原料合金を用い実施例１と
同様にして粉砕、圧縮成形、焼結を行なつた。焼結後の試料を300〜900℃の各温度で１時間時
効処理した後、急冷して保磁力を調べた。この結
果を第２図に示す。第３図から明らかなように、時効温度は保磁力
に大きく影響し、550〜750℃で最も優れた特性が
得られることがわかる。希土類鉄系永久磁石はNd₂Fe₁₄Ｂの正方晶系の
強磁性Feリツチ相を主相とし、その他Nd₉₇Fe₃、
Nd₉₅Fe₅等のＲ成分を80重量％以上含有する立方
晶系の非磁性Ｒリツチ相、Nd₂Fe₇B₆等の正方晶
の非磁性Ｂリツチ相、更に酸化物等を含有するこ
とが知られている。本願発明のガリウムはＲリツ
チ相に濃縮して存在しているようである。［発明の効果］以上詳述した如く本発明によれば高い保磁力、
（BH）_naxを有する希土類鉄系の永久磁石を安定し
て得ることができ、工業的価値が極めて大なるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の永久磁石における
永久磁石用原料合金中の酸素濃度と、粉砕時間、
残留磁束密度、保磁力及び最大エネルギー積との
関係を示す特性図、第２図本発明の実施例２の永
久磁石における時効温度と保磁力との関係を示す
特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ 10〜40重量％のＲ（ただし、ＲはＹ及び希土
類元素から選ばれた少なくとも１種）、0.1〜８重
量％の硼素、13重量％以下のガリウム、0.005〜
0.03重量％の酸素及び不可避的不純物を含有し、
残部が鉄からなる組成を有することを特徴とする
永久磁石用原料合金。２Ｒの内90重量％以上がNdであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の永久磁石用原
料合金。３ 10〜40重量％のＲ（ただし、ＲはＹ及び希土
類元素から選ばれた少なくとも１種）、0.1〜８重
量％の硼素、13重量％以下のガリウム、30重量％
以下のCo、0.005〜0.03重量％の酸素及び不可避
的不純物を含有し、残部が鉄からなる組成を有す
ることを特徴とする永久磁石用原料合金。４ 10〜40重量％のＲ（ただし、ＲはＹ及び希土
類元素から選ばれた少なくとも１種）、0.1〜８重
量％の硼素、13重量％以下のガリウム、0.005〜
0.03重量％の酸素及び不可避的不純物を含有し、
残部が鉄からなる組成を有し、Gaの90重量％以
下をAlで置換したことを特徴とする永久磁石用
原料合金。