JPH068488B2

JPH068488B2 - 永久磁石合金

Info

Publication number: JPH068488B2
Application number: JP60135505A
Authority: JP
Inventors: 節夫藤村; 日登志山本; 裕松浦; 哲広沢; 眞人佐川
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1985-06-21
Filing date: 1985-06-21
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPS61295355A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は焼結磁石の少なくとも１主面を研削加工等に
より加工した場合にも磁石特性の低下しない薄物用永久
磁石合金，特に厚みが約３mm以下の薄物用永久磁石合金
に関する。

［従来の技術］現在の代表的永久磁石材料は、アルニコ，ハードフェラ
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ェライトが磁石材料の主流を占める
ようになった。

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った。

本発明者は先に，高価なSmやCoを含有しない新しい高性
能永久磁石として磁気異方性を有するFe−Ｂ−Ｒ系３元
化合物に基づく永久磁石を提案した（特開昭59-4600
8）。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。さらに，FeBR基本系の展開として，上記Fe−
Ｂ−Ｒ系３元化合物に基づくFe−Ｂ−Ｒ系合金のFeの一
部をCoで置換してキュリー温度を上昇させた（Fe,Co）
−Ｂ−Ｒ系４元化合物に基づき磁気異方性を有するもの
（特開昭59-64733），添加元素Ｍ（Al,Ti,V等）の含有
により保持力増大を計ったもの（特開昭59-89401),Co,M
両方を含むもの（特開昭59-132104）等の一連の永久磁
石（合金）が本出願人により開発されている。

最近，磁気回路の高性能化，小型化に伴って，Fe−Ｂ−
Ｒ系永久磁石は益々注目を浴び、厚みが３mm以下の薄小
物用磁石が要望されてきた。

［発明が解決しようとする問題点］そのため、成形焼結した薄小の焼結磁石体表面の凹凸面
および歪み面を除去して平坦化し、且つ表面の酸化層除
去のため，研削加工する必要があるが，前記Fe−Ｂ−Ｒ
系焼結磁石を例へば素材厚み10mmより製品厚み１mm，２
mm，４mm，６mm，８mmに研削加工すると製品厚みが小さ
くなる程，第１図に示す如く，磁石特性は劣化すること
が判った。

本発明は，上述の問題点を解消することを目的とする。

［発明による解決手段］本発明の第１の態様に係る永久磁石合金は，原子％に
て，硼化物のうち少なくとも１種を硼化物分子１個を１
原子と換算して0.05〜3.0％含有し，10〜24％Ｒ（ＲはN
d,Pr,Dy,Ho,Tbの少なくとも１種，或いはこれらの１種
以上と更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、Tm、Yb,La、Ｙの少なくと
も１種とからなる），４〜24％Ｂ，（但し、前記硼化物
中のＢを除く）65〜81%Feを主成分とし，主相がFeＢＲ
系正方晶相からなり，主相の平均結晶粒径が9.0μｍ以
下であることを特徴とする。（但し、前記硼化物はFeＢ
Ｒ系３元化合物を含まない）本発明の第２の態様として，第１の態様（FeBR基本系）
をベースとし，Feの50％以下を置換してCo(Co０％を除
く）を含有すること，第３の態様としてFeの一部に代え
て後述のＭ元素を所定％以下含有（Ｍ０％を除く）する
こと，さらに第４の態様としてFeの50％以下をCo(Co０
％を除く）で置換すること，及びFeの一部に代えて上記
Ｍ元素を所定％含有すること，が夫々特徴とされる。

Ｍ元素はFeの一部に代り下記の所定％以下のＭ元素（Ｍ
０％を除く）を１種以上含有するものである： 5.0％ Al， 3.0％ Ti， 5.5％ V， 6.0％ Ni， 4.5％ Cr， 5.0％ Mn， 5.0％ Bi， 9.0％ Nb， 7.0％ Ta， 5.2％ Mo， 5.0％ W， 1.0％ Sb， 3.5％ Ge， 1.5％ Sn， 3.3％ Zr， 3.3％ Hf，及
び5.0％Ｓｉ（但しＭ元素の合量は当該添加元素のうち
最大値を有するものの上記所定％以下）。

［好適な実施の態様及び作用効果］本発明者はFe−Ｂ−Ｒ系焼結磁石の磁石特性の低下原因
について種々研究した結果，加工されたFe−Ｂ−Ｒ系焼
結磁石の表面第一層の結晶群の保磁力低下の理由は高保
磁力を出現するための必要且つ最適な粒界相が存在しな
いためであることを知見した。

然しながら，加工された表面の結晶群に必要且つ最適の
粒界相を付与することは容易でなく，保磁力の低い表面
層の結晶群の体積比を小さくするためには焼結体の結晶
粒径を極力小さくすることが有効なることを知り得た。

一般に焼結体の結晶粒径を小さくするためには，成形前
の微粉砕粉末の粒度を小にすることで可能となる。厚み
３mm以下の薄小物用焼結磁石の磁石特性の劣化を極力少
なくし，且つ安定して量産化するためには原料粉末粒度
を２μｍ以下に抑える必要があるが，Fe−Ｂ−Ｒ系焼結
磁石用原料粉末には希土類元素を多量に含有するため，
粉末粒度２μｍ以下の微粉末では化学的に活性で，取扱
いが困難であり，安定した量産化には適しない。

発明者は種々研究した結果，Fe−Ｂ−Ｒ系焼結磁石内に
特定量の硼化物を含有せしめることにより，焼結時にお
ける粒成長を抑制してiHcの増大（１〜２KOe上昇）を図
るとともに，加工により厚み約３mm以下に薄物化した場
合にも焼結磁石の磁石特性が低下することのないすぐれ
た特性を有する永久磁石材料を提供するものである。

本発明は，硼化物の少なくとも１種を添加することに特
徴がある。硼化物としては，Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,
Ｗ，希土類（Ｒ）等の金属の硼化物，BN等がある。これ
らの硼化物のうち，ZrＢ_２，ZrＢ₁₂，HfＢ_２，ＶＢ_２，
NbＢ，NbＢ_２，TaＢ，TaＢ_２，TiＢ_２，CrＢ_２，MoＢ，
MoＢ_２Ｂ，Mo_２Ｂ，ＷＢ，Ｗ_２Ｂ，BN，NdＢ_６，PrＢ_６
等が実用的である。かかる硼化物は融点が高く、非常に
安定な化合物である。例えばZrB₂の融点は約３０００℃
である。

この発明の永久磁石材料は平均結晶粒径が9.0μｍ以下
の範囲にある正方晶系の結晶構造をし磁気異方性を有す
るFeＢＲ系ないしFeCoＢＲ系化合物を少なくとも50Vo1
％以上と体積比で１％〜50％の非磁性相（酸化物相を除
く）を含むことを特徴とする。この発明磁石において、
平均結晶粒径が９μｍを越える場合は保磁力の低い表面
の結晶群の体積比を増加させるので好ましくない。平均
結晶粒径は好ましくは７μｍ以下，さらに３〜５μｍで
ある。

したがって、この発明の永久磁石は，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主に用い，硼化物
を含有し，Fe，Ｂ，Ｒを主成分とすることにより，20MG
Oe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，かつ加工による特性低下を防止し
た，すぐれた永久磁石を安価に得ることができる。

この発明の永久磁石に用いる希土類元素Ｒは，Nb,Pr,D
y,Ho,Tbのうち少なくとも１種を含み，あるいはこれら
の１種以上にさらに，La,Ce,Sm,Gd,Er,Eu,Pm,Tm,Yb,Ｙ
のうち少なくとも１種を含むものが好ましい。又，通例
Ｒ（特にNd,Pr,Dy,Ho,Tb等）のうち１種をもって足り，
特にNd,Prが好ましいが，実用上は２種以上の混合物
（ミッシュメタル，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る。但し主相を構成する合金の
Ｒ中のSm，Laはできるだけ少ない方がよい（例えばSm１
原子％以下，さらに0.5％以下）。Ｒ混合系としては特
にNd,Pr,又はこれらと少量（全合金中0.05〜５原子％，
特に0.2〜３原子％）のDy,Ho,Tb等の組合せが温度特性
上好ましい。ＲとしてはNd,Prの合計50原子％以上（さ
らに好ましくは80原子％）以上とすることが特性，コス
ト，資源的観点から好ましい。

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，新規な上記系永久磁石における，必須元素であっ
て、10原子％未満では，結晶構造がα−鉄と同一構造の
立方晶組織が多く生成するため，高磁気特性，特に高保
磁力が得られず，24原子％を越えると，Ｒリッチな非磁
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。よって，希土類元素Ｒ
は，10原子％〜24原子％の範囲とする。

Ｂは，新規な上記系永久磁石における，必須元素であっ
て，４原子％未満では，菱面体組織が多く生成し，高い
保磁力(iHc)は得られず，24原子％を越えると，Ｂリッ
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。よって，Ｂは，
４原子％〜24原子％の範囲とする。

Feは，FeＢＲ基本系永久磁石において，必須元素であ
り，65原子％未満では残留磁束密度(Br)が低下し，81原
子％を越えると，高い保磁力が得られないので，FeはFe
ＢＲ基本系において65原子％〜81原子％の含有とする。

この発明において，特徴の硼化物は焼結磁石の結晶粒微
細化に重要であるが，0.05原子％未満では結晶粒微細化
の効果が少なく，焼結体の主面加工時に磁石特性の低下
を防止する効果が少なく，又3.0原子％を越えると残留
磁束密度並びに最大エネルギー積が低下するため，好ま
しくない。硼化物は好ましくは0.3〜１原子％とする。

また，この発明による磁気異方性を有するFeＢＲ系３元
化合物に基づく永久磁石用合金において，Feの一部をCo
で置換する（(Fe、Co)−Ｂ−Ｒ系４元化合物にする）こ
とは，得られる磁石の磁気特性を損なうことなく，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，逆に磁気特性が低下するため，好ましくない。

なお合金中のCo５原子％以上でBrの温度係数が0.1％／
℃以下となり，25原子％以下では他の特性を本質上劣化
させることなくキュリー温度Tcの増大に寄与する。また
Coは少量（0.1〜１原子％）でも含量に応じて有効であ
り，含有量にほゞ対応してキュリー温度TcをFeＢＲ基本
系のTc300〜370℃に対し増大させる。Co20％前後でもiH
cも増大させる。また角形性の改善効果もある。

また，下記添加元素のうち少なくと１種は，Fe−Ｂ−Ｒ
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，(BH)max20MGOe以上とするためBrは
少くとも９KG以上が必要であり，この範囲での添加が望
ましい。

また，下記添加元素Ｍのうち少なくとも１種は，Fe−Ｂ
−Ｒ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一般に残留磁束密
度(Br)の低下を招来するので，Br９KG以上を得るため下
記範囲での添加が望ましい。

5.0原子％以下のAl， 3.0原子％以下のTi， 5.5原子％以下のＶ， 6.0原子％以下のN
i， 4.5原子％以下のCr， 5.0原子％以下のMu， 5.0原子％以下のBi， 9.0原子％以下のNb， 7.0原子％以下のTa， 5,2原子％以下のMo， 5.0原子％以下のＷ， 1.0原子％以下のS
b， 3.5原子％以下のGe， 1.5原子％以下のSn， 3.3原子％以下のZr， 3.3原子％以下のHf， 5.0原子％以下のSi，のうち少なくとも１種を添加含有（但し，２種以上含有
する場合は，その最大含有量は当該添加元素のうち最大
値を有するものの原子％以下の含有）させることによ
り，永久磁石の高保磁力化が可能になる。なおNi,Mnの
限度はiHcから定められる。但し上記添加元素Ｍの含有
量は一般にBrの所望地に応じて適宜上記範囲内で選択で
き，一般に0.1〜３原子％以下（特に１％以下）が有効
である。このＭはまた，粒界相成分中に合金化して添加
することもできる。添加元素ＭとしてはＶ，Nb,Ta,Mo,
Ｗ，Cr,Alが好ましい。

この発明における合金粉末の結晶相は主相が少なくとも
50vo1％以上（好ましくは80vo1％以上）の正方晶であ
り，少なくとも非磁性相により主相の粒界が囲まれてい
ることが，すぐれた磁気特性を有する焼結永久磁石を作
製するのに不可欠である。非磁性相は主としてＲリッチ
相（Ｒ90原子％以上の金属）或いはさらにＢリッチ相
（Ｒ_２Fe_７Ｂ_６ないしＲ_１Fe_４Ｂ_４等）から構成されほ
んのわずかでも有効であり，例えば１vo1％以上は十分
な量である。正方晶格子のパラメータはａ約8.8Å，ｃ
約12.2Åでありその中心組成はＲ_２Fe₁₄Ｂであると考え
られる。Coを含むFeCoＢＲ系の場合にもFeＢＲ基本系に
準じFeは部分的にCoにより置換されて同様の結晶構造を
とる。Ｍ元素の添加（所定範囲内）では，基本的結晶構
造は変らないと考えられる。

本発明のFeＢＲ基本系において，高い残留磁束密度と高
保磁力を得るためには，Ｒ12.0〜20原子％，Ｂ５〜15原
子％，Fe65〜83原子％の場合，最大エネルギー積(BH)ma
x25MGOe以上がえられるのが好ましい範囲である。さら
にＲ12.0〜19原子％、Ｂ5.5〜12原子％では(BH)max30MG
Oe以上が得られる。

Ｒ12.0〜16原子％，Ｂ5.5〜10原子％では35MGOe以上，
さらにＲ12〜14.5原子％，Ｂ5.8〜８原子％では40MGOe
以上（最高44MGOe）が達成される。

合金中のCoは（原子％にて）35％以下で25MGOe以上，25
％以下で30MGOe以上，23％以下で35MGOe以上，15％以下
で40MGOe以上が可能である。

また、この発明の永久磁石は一般的に粉末治金的方法に
より製造可能であり，磁場中加圧成形することにより磁
気的異方性磁石が得られ，また，無磁界中で加圧成形す
るとにより，磁気的等方性磁石を得ることができる。焼
結は常圧又は加圧条件下に行うことができるが、減圧雰
囲気中や真空中など公知の条件下（例えば特開昭５９−
２１５４６０）においても行うことができる。

また，この発明による合金は，Ｒ，Ｂ，Fe（或いはCo，
Ｍ元素）の他，工業的生産上不可避的不純物の存在を許
容できる。例えば，２原子％以下のＰ，２原子％以下の
Ｓ，２原子％以下のCu，合計量で２原子％以下を含有す
ることもでき，磁石合金の製造性改善，低価格化が可能
である。但しこれらの元素は一般にBrを低下させるので
少ないほうがよく，上記範囲はBr９KG以上とするためで
あり，さらに所要Brに従いその許容限度は少くなる（合
計１％又は0.5％以下）。

［実施例］実施例１出発原料として，電解鉄，フェロボロン合金，及びNd金
属を使用し，最終の組成が14Nd8B78Feとなるよう，Nd,F
e，Ｂをまず高周波溶解し，その後，水冷銅鋳型に鋳造
し、１Kgの鋳塊を得た。

その後，鋳塊をスタンプミルにり，粗粉砕し，次にボー
ルミルにより微粉砕時に粒度50μｍ以下の純度99.5％以
上のBN，純度99％以上のTiB_２を夫々最終組成が13.93Nd
7.96B77.61FeO.50BN（又はTiB_２）になるよう添加配合
して微粉砕して，粒度3.0μｍの微分砕粉を得た。

前記Nd−Ｂ−Feの合金粉末，BN含有Nd−Ｂ−Fe合金粉末
及びTiB_２含有のNd−Ｂ−Fe合金粉末を夫々型に装入
し，10KOeの磁界中で配向し，磁界と直交方向に２Ｔ／c
m²の圧力で成型した。

得られた成型体を1100℃，１時間，Ar中の条件で焼結
し，その後，放冷し，更にAr中で600℃，２時間の時効
処理を施して，10mm×５mm×厚み10mm寸法の試験片を得
た。

磁石の組成，結晶粒径を第１表に，前記試験片の厚みを
６mm，４mm，２mm，１mmに研削加工（両面）した時の磁
気特性の結果を第２図に表す。尚この発明磁石におい
て，BN,TiB₂等硼化物は実施例の如く原料粉末の微粉砕
時に配合添加してもよいが，配合原料の溶解時に溶湯中
にTiB_２等の硼化物を生成せしめ，鋳塊内に硼化物を含
有せしめてもよい。

実施例２実施例１と同様の方法で得られた第２表に記載のNd₁₅Ｂ
_８Fe_76.7（添加剤）0.3の焼結磁石から10mm×10mm×厚
み10mm寸法の試験片を得た。さらにこの磁石の厚みを1.
5mmに研磨（両面）したときの磁気特性並びに平均結晶
粒径（Ｄ）を第２表に挙げる。

［発明の効果］本発明によれば、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石合金内に所定量
の硼化物を含有せしめ、焼結時における粒成長を抑制し
てiHcの増大（１〜２kOe上昇）を図ることができるとと
もに、加工により厚み約３mm以下に薄物化した場合にも
焼結磁石の磁石特性が低下することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は14Nd−７Ｂ−Fe磁石の厚さｔと磁気特性の関係
を示すグラフ，第２図は本発明の実施例たる14Nd８Ｂ77.5Fe0.5(Ti
Ｂ_２）及び14Nd８Ｂ77.5Fe0.5(BN)の磁石の厚さｔと磁
気特性の関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者広沢哲大阪府三島郡島本町江川２丁目15―17 住友特殊金属株式会社山崎製作所内 (72)発明者佐川眞人大阪府三島郡島本町江川２丁目15―17 住友特殊金属株式会社山崎製作所内 (56)参考文献特開昭60−119701（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−91601（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−63903（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子％にて、硼化物のうち少なくとも１種
を硼化物分子１個を１原子と換算して0.05〜3.0％含有
し、10〜24％Ｒ（ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbの少なくとも１
種、或いはこれらの１種以上と更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、
Tm、Yb,La、Ｙの少なくとも１種とからなる）、４〜24％
Ｂ（但し、前記硼化物中のＢを除く）、65〜81%Feを主
成分とし、主相がFeＢＲ系正方晶相からなり、主相の平
均結晶粒径が9.0μｍ以下であることを特徴とする永久
磁石合金（但し、前記硼化物はFeＢＲ系３元化合物を含
まない）。
【請求項２】原子％にて、硼化物のうち少なくとも１種
を硼化物分子１個を１原子と換算して0.05〜3.0％含有
し、10〜24％Ｒ（ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbの少なくとも１
種、或いはこれらの１種以上と更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、
Tm、Yb,La、Ｙの少なくとも１種とからなる）、４〜24％
Ｂ（但し、前記硼化物中のＢを除く）、65〜81%Feを主
成分とし、Feの50％以下をCo（０％を除く）で置換し、
主相がFeCoＢＲ系正方晶相からなり、主相の平均結晶粒
径が9.0μｍ以下であることを特徴とする永久磁石合金
（但し、前記硼化物はFeCoＢ系４元化合物を含まな
い）。
【請求項３】原子％にて、硼化物のうち少なくとも１種
を硼化物分子１個を１原子と換算して0.05〜3.0％含有
し、10〜24％Ｒ（ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbの少なくとも１
種、或いはこれらの１種以上と更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、
Tm、Yb,La、Ｙの少なくとも１種とからなる）、４〜24％
Ｂ（但し、前記硼化物中のＢを除く）、65〜81%Feを主
成分とし、Feの一部に代り下記の所定％以下のＭ元素
（Ｍ０％を除く）を１種以上含有し、主相がFeＢＲ系正
方晶相からなり、主相の平均結晶粒径が9.0μｍ以下で
あることを特徴とする永久磁石合金（但し、前記硼化物
はFeＢＲ系３元化合物を含まない）。（Ｍ元素） 5.0％ Al， 3.0％ Ti， 5.5％ V， 6.0％ Ni， 4.5％ Cr， 5.0％ Mn， 5.0％ Bi， 9.0％ Nb， 7.0％ Ta， 5.2％ Mo， 5.0％ W， 1.0％ S
b， 3.5％ Ge， 1.5％ Sn， 3.3％ Zr， 3.3％ Hf， 5.0％ Si（但しＭ元素の合量は当該添
加元素のうち最大値を有するものの上記所定％以下）
【請求項４】原子％にて、硼化物のうち少なくとも１種を硼化物分子
１個を１原子と換算して0.05〜3.0％含有し、10〜24％
Ｒ（ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbの少なくとも１種、或いはこれ
らの１種以上と更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、Tm、Yb,La、Ｙの
少なくとも１種とからなる）、４〜24％Ｂ（但し、前記
硼化物中のＢを除く）、65〜81%Feを主成分とし、Feの5
0％以下をCoで置換（Co０％を除く）すると共にFeの一
部に代り下記の所定％以下のＭ元素（Ｍ０％を除く）を
１種以上含有し、主相がFecoＢＲ系正方晶相からなり、
主相の平均結晶粒径が9.0μｍ以下であることを特徴と
する永久磁石合金（但し、前記硼化物はFeCoＢＲ系４元
化合物を含まない）。（Ｍ元素） 5.0％ Al， 3.0％ Ti， 5.5％ V， 6.0％ Ni， 4.5％ Cr， 5.0％ Mn， 5.0％ Bi， 9.0％ Nb， 7.0％ Ta， 5.2％ Mo， 5.0％ W， 1.0％ Sb， 3.5％ Ge， 1.5％ Sn， 3.3％ Zr， 3.3％ Hf， 5.0％ Si（但しＭ元素の合量は当該添
加元素のうち最大値を有するものの上記所定％以下）