JPH07120575B2 - 永久磁石及びその製造方法 - Google Patents

永久磁石及びその製造方法

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JPH07120575B2
JPH07120575B2 JP60198529A JP19852985A JPH07120575B2 JP H07120575 B2 JPH07120575 B2 JP H07120575B2 JP 60198529 A JP60198529 A JP 60198529A JP 19852985 A JP19852985 A JP 19852985A JP H07120575 B2 JPH07120575 B2 JP H07120575B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は永久磁石及びその製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
R2(CoCuFeM)17型等の希土類コバルト系磁石は高性能
磁石として良く知られている。この希土類コバルト系磁
石は、最大エネルギー積BHmaxが大きくても30MGOe程度
である。近年の各種電子機器における小型化,高性能化
の要求は強く、さらに大きいBHmaxを有する等の高性能
磁石の開発が望まれていた。またこの希土類コバルト系
磁石は比較的高価なCoを大量に用いるため、コスト的に
も問題があった。
このような要望に答えて近年鉄を主体とした希土類磁石
の研究が各所で行なわれている(特開昭59−46008号
等)。その永久磁石は、Nd,Pr等の希土類元素及び硼素
を含み残部実質的に鉄からなるものであり、BHmaxが30M
GOeを越えるものを得ることができ、また、Coに比べ安
価なFeを主体としているため、高性能磁石を低コストで
得ることができ、非常に有望な材料である。より優れた
特性を得るため、Coの添加(特開昭59−64733号)、Al,
Ti,V,Cr,Mn,Zr,Hf,Nb,Ta,Mo,Ge,Sb,Sn,Bi,Ni,W添加(特
開昭59−89401号,特開昭59−132104号)、Cu,S,C,Pの
添加(特開昭59−132105号,特開昭59−163803号)さら
にそれらの組合せ(特開昭59−163804号,特開昭59−16
3805号)等の組成面からの研究がなされている。
しかしながらこの希土類鉄系永久磁石に対しても、より
高いBHmax等、高性能化への要求は強く、各所で開発が
進められている。
〔発明の目的〕
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、より優れ
た磁気特性、特に保持力特性に優れた永久磁石及びその
製造方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
従来から希土類鉄系磁石は、強磁性Ferich相,Rrich相及
びBrich相の3相組織をとっていることが知られている
(IEEE Trans Magn・MAG−20,1584(1984))。各相の
量は組成,製造条件等で変化する。本発明者等はこの組
織及び添加元素と磁気特性との関係に着目して研究を進
めた。
その結果、添加元素としてAlを用い、このAlがFeリッチ
相に含有され、かつTiがBリッチ相に含有された時、特
異的に保持力特性が向上することが見出された。
すなわち本発明は鉄を主成分とし、R(イットリウムを
含む希土類元素)及び硼素を含有する合金の焼結体で、
正方晶系の強磁性Feリッチ相,正方晶系の非磁性Bリッ
チ相及び立方晶系の非磁性Rリッチ相の3相構造をとる
永久磁石において、合金成分としてアルミニウム及びチ
タンを含有し、このアルミニウム量の少なくとも70wt%
以上が前記Feリッチ相に含有され、かつチタン量の少な
くとも70wt%以上が前記Bリッチ相に含有されたことを
特徴とする永久磁石である。
Feリッチ相は金属間化合物であるNd2Fe14Bの正方晶系の
強磁性相である。本発明においては、このFeリッチ相に
Alが含有される。Alは置換型原子の形でこのFeリッチ相
のとりこまれた形で存在する。
Bリッチ相はNd2Fe7B6の正方晶系の非磁性相である。本
発明においては、このBリッチ相にTiが含有される。Ti
は置換型原子の形でこのBリッチ相にとりこまれた形で
存在する。
希土類鉄系の永久磁石においては、前述のごとくFeリッ
チ相の他にもRリッチ相が存在する。Rリッチ相はNd97
Fe,Nd95Fe5等のR90重量%以上を含む立方晶系の非磁性
相である。全体としてFeリッチ相80〜95%,Bリッチ相0.
1〜5%,Rリッチ相1〜20%程度である。
AlがFeリッチ相に含有され、TiがBリッチ相に含有され
るとき、特異的に保持力を増大し、(BH)max,温度特性
等の磁気特性が向上する。このメカニズムの詳細は明ら
かではないが、Ti,Al等の置換原子により、Feリッチ相
の粒界が浄化されるためと考えられる。また永久磁石全
体として同量のAl,Tiを含有する場合でも、他の相にTi,
Alが含有される場合は本発明の効果を得ることはできな
い。また、本発明においては永久磁石全体としてみた場
合、Al量の少なくとも70wt%以上好ましくは80wt%以上
がFeリッチ相に、Ti量の少なくとも70wt%以上、好まし
くは80wt%以上がBリッチ相に含まれていることが必要
である。
本発明に係る永久磁石合金組成は適宜設定できるが、実
質的にR10〜40重量%,B0.1〜8重量%及び残部Feの組成
をとるものを用いる。
Rが10重量%未満では保持力が小さく、40重量%を超え
てしまうとBrが低下し、(BH)maxが低下してしまう。
従ってRは10〜40重量%が好ましい。
又、希土類元素の中でも、Nd及びPrは特に高(BH)max
を得るには有効であり、Rとしてこの2元素の少なくと
も一種を含有することが好ましい。このNd,Pr特にNdの
R量中の割合は70%以上(R量全部でも良い)であるこ
とが好ましい。
又、硼素(B)が0.1重量%未満では1Hcが低下してしま
い、8重量%を超えるとBrの低下が顕著である。よって
0.1〜8重量%が好ましい。
なお、Bの一部をC,N,Si,P,Ge等で置換することも可能
である。これにより焼結性の向上ひいてはBr,(BH)max
の増大を図ることができる。この場合の置換量はBの80
%程度までである。
アルミニウム(Al)は保持力の向上に有効な元素である
が、0.1重量%未満ではIHcの増大が得られず、5重量%
を超えるとBrの低下が顕著となる。よって、アルミニウ
ムの含有率は0.1〜5重量%が良い。
チタン(Ti)は保持力の向上に有効な元素であるが、0.
1重量%未満ではIHcの増大が得られず、5重量%を超え
るとBrの低下が顕著となる。よって、チタンの含有率は
0.1〜5重量%が良い。
この永久磁石合金中の酸素含有量は重要である。酸素量
が多いと保持力が低下してしまい、高(BH)maxを得る
ことができなくなるため、0.03重量%以下であることが
好ましい。又、あまり少ないと原料合金の粉砕が困難に
なり、製造コストの大幅な上昇をもたらす。粉砕は2〜
10μm程度の微粉砕が要求されるが、酸素量が少ないと
微粉砕が困難であり、粒径も不均一となり、磁場中成形
時の配向性の低下に伴なうBrの減少、ひいては(BH)
maxの低下をもたらす。従って酸素量は0.005〜0.03重量
%が好ましい。
酸素の永久磁石合金中の働きは明らかではないものの、
以下のごとくの振舞により、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、溶解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。
特にRrich相に吸収され、磁気特性を阻外してしまう。
R−Fe−B系磁石が微粒子磁石であり、その保持力が主
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持力が低下してしま
うと考えられる。又、欠陥が少ない場合は粒界破壊等が
起こりにくくなるため、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、原料合金溶解時の炉中酸素量を厳密に制御すること
により、コントロールすることができる。
また本発明に係る永久磁石合金はR−Fe−B−Al−Tiの
5元系を基本とするが、Feの一部をCo,Cr,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。このような添加物はその特性により、B,Fe,R成分と
置換した形で各相中にはいる。あまり多量の添加はBH
max低下等の磁気特性の劣化の要因となるため、20wt%
程度までである。特にCoはキユリー温度の上昇に寄与
し、磁気特性の温度特性向上に有効であるため、1〜20
wt%,さらには10〜20wt%の添加が好ましい。
本発明永久磁石は以下の如くにして製造される。まず所
定の組成を有する原料合金をボールミル等の粉砕手段を
用いて粉砕する。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2
μm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。
このとき、AlのFeリッチ相への含有及びTiのBリッチ相
への含有を確実にするため、Alを含有するR−Fe−B合
金(第1図の合金)とTiを含有するR−Fe−B合金(第
2の合金)とを別々に用意し、混合するこが望ましい。
しかしながら本発明磁石を得ることができれば、特にこ
の方法に限定されるものではない。
次いで、微粉砕された永久磁石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
るのと同様に、例えば15KOe程度の磁場を印加し、配向
処理を行なう。続いて、例えば1000〜1200℃,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,真空中で行なうことが望ましい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、IHcが大であり、
磁気特性に優れた希土類鉄系の永久磁石を得ることがで
きる。
〔発明の実施例〕
以下に本発明の実施例を説明する。
(実施例−1) 第1表に示す組成でAl及びTiの各相への含有量を変えて
各種特性を調べた。
第1表から明らかなように本発明においては優れた磁石
特性を得ることができる。
(実施例−2) 組成がネオジウム33.0重量%,ボロン1.0重量%,コバ
ルト14.5重量%,アルミニウム0.8重量%,酸素0.03重
量%,残部鉄からなる合金を20meshのふるいを通る程度
を粗粉砕,ジェットミルにて3〜5μmの粒径まで微粉
砕した。同様にして、組成がネオジウム32.6重量%,ボ
ロン1.1重量%,コバルト14.4重量%,チタン0,6重量
%,酸素0.03重量%,残部鉄からなる合金を微粉砕し
た。
これら2種類の微粉末,Nd−B−Fe−Co−AlとNd−B−F
e−Co−Tiを重量比で1:3になるように混合した。混合後
の組成はネオジウム32.7重量%,ボロン1.1重量%,コ
バルト14.4重量 %,アルミニウム0.2重量%,チタン0.5重量%,酸素0.
03重量%,残部鉄となる。この混合微粉末を所定の押し
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。得られた成形体をアルゴン雰囲気
中、1020℃で1時間焼結し、室温まで急冷して試料を得
た。そのFeリッチ相中のAl量は95wt%またBリッチ相中
のTi量は98wt%であった。
比較のため、組成がネオジウム31.4重量%,ボロン1.0
重量%,コバルト14.4重量%,アルミニウム0.5重量
%,チタン0.6重量%,酸素0.03重量%,残部鉄からな
る合金を用いて、混合することを除けば実施例と同様な
方法で粉砕,プレス,焼結を行ない、800℃で40分間の
時効を施して試料を得、比較例とした。そのFeリッチ相
中のAl量は65wt%またBリッチ相中のTi量は60wt%であ
った。
得られた試料についてそれぞれ磁気特性を調べた結果を
第1図に示す。
第1図から明らかなように、本発明の実施例の方が良好
な角形、ひいては高い(BH)maxを有することがわか
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明磁石及び比較例の磁気特性図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】R2Fe14B(R:イットリウムを含む希土類元
    素)の正方晶系強磁性相を主相とし、この主相より硼素
    の含有比率の高い正方晶系の非磁性Bリッチ相及びこの
    主相よりRの含有比率の高い非磁性Rリッチ相を含む永
    久磁石において、 この永久磁石は、R10〜40重量%,硼素0.1〜8重量%,
    アルミニウム0.1〜5重量%,チタン0.1〜5重量%及び
    残部鉄の組成を有し、 このアルミニウムの70重量%以上が前記主相に含有さ
    れ、かつ、このチタンの70重量%以上が前記Bリッチ相
    に含有されたことを特徴とする永久磁石。
  2. 【請求項2】アルミニウムの80重量%以上が前記主相に
    含有された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。
  3. 【請求項3】チタンの80重量%以上の前記Bリッチ相に
    含有された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。
  4. 【請求項4】R(イットリウムを含む希土類元素)10〜
    40重量%,硼素0.1〜8重量%,アルミニウム0.1〜5重
    量%及び残部鉄からなる第1の合金と、R10〜40重量
    %,硼素0.1〜8重量%,チタン0.1〜5重量%及び残部
    鉄からなる第2の合金とを出発原料として用い、両者を
    混合した後に焼結することを特徴とした永久磁石の製造
    方法。
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