JPH0722227A - 永久磁石の製造方法 - Google Patents

永久磁石の製造方法

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JPH0722227A JP5300773A JP30077393A JPH0722227A JP H0722227 A JPH0722227 A JP H0722227A JP 5300773 A JP5300773 A JP 5300773A JP 30077393 A JP30077393 A JP 30077393A JP H0722227 A JPH0722227 A JP H0722227A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 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、残部が主と
して鉄からなる組成を有する永久磁石合金を出発原料と
し、該合金を粉砕、磁場中プレス、焼結することを特徴
とする永久磁石の製造方法である。 【効果】 高保磁力で(BH)max の大きい永久磁石を
作ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は永久磁石の製造方法に関
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。
【0002】
【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
(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
う問題点があった。
【0003】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59−64733
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。
【0004】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。
【0005】また、高保磁力かつ高(BH)max の要求
は強く、より高性能化に向けて研究が進められている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点を考
慮してなされたものであり、高い保磁力、高い(BH)
max を有する希土類鉄系の永久磁石の提供と、良好な磁
石特性を有する永久磁石を再現性をよく製造し得る方法
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題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
系の永久磁石においてはGaの添加が磁石特性、特に保
磁力に顕著な影響を与えるという事実を見出した。
【0008】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、残部が主として
鉄からなる組成を有する永久磁石合金を出発原料とし、
該合金を粉砕、磁場中プレス、焼結することを特徴とす
る永久磁石の製造方法である。
【0009】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。
【0010】Rが10重量%未満ではiHcの増大が得
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)max が低下してしまう。したが
って、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)max 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N
d、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。
【0011】特にNdが90重量%以上である時、優れ
た特性を得ることができる。
【0012】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。よって、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、P、Ge等で
置換してもよい。これにより焼結性の向上、ひいてはB
r、(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%程度までとすることが望ましい。
【0013】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iH
c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。よって、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。
【0014】本願磁石はその他酸素等の不可避的不純物
を含有する。所定の組成の永久磁石合金を用いて粉砕・
焼結する場合において最も重要な点は永久磁石合金中の
酸素含有量である。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程度の微粉砕
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(B
H)max 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)max を得ることができない。よって、
永久磁石合金中の酸素の含有率は0.005〜0.03
重量%が好ましい。焼結後の永久磁石中においては若干
増量することがある。
【0015】永久磁石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。
【0016】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系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が起りにくくなるため、粉砕性が劣
化すると予想される。
【0017】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、原料合金溶融時の炉中酸素量を厳密に
調節るすことにより制御することができる。
【0018】本願発明に係る永久磁石を構成する上記の
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)max の低下等特性劣
化の要因となる。特にCoはキュ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。
【0019】このCoはGaと複合添加で保磁力特性等
に極めて顕著な効果を奏する。
【0020】次に製法について詳細に説明する。
【0021】まず、所定量のFe、R、Ga、Bを含有
する永久磁石合金を製造する。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i
Hc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。
【0022】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。つづいて、例えば10
00〜1140℃,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。
【0023】こうして得られた焼結体に必要に応じ55
0〜750℃の温度範囲で0.1〜10時間程度の時効
処理を行なう。
【0024】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
気特性は大幅に低下する。よって、時効処理温度は55
0〜750℃の範囲が好ましい。
【0025】以上のような方法によれば、Br、iH
c、(BH)max 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。
【0026】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0027】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。得られた磁石合金(酸素濃
度0.02wt%)をAr雰囲気中で粗粉砕し、更にジ
ェットミルにより約3.0μmの粒度まで微粉砕した。
【0028】この微粉末を所定の押型に充填して20k
Oe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、1020〜1
120℃で1h焼結し、室温まで急冷した後、真空中で
550〜750℃,3〜10時間時効処理を行ない、室
温まで急冷した。
【0029】その結果を表1に示す。Nd量はR幅の9
0重量%以上となっている。
【0030】
【表1】 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。
【0031】得られた永久磁石合金を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の粒
径まで微粉砕した。
【0032】この微粉末を所定の押し型に充填して20
000Oe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。
【0033】得られた永久磁石について、永久磁石合金
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(iH
c)及び最大エネルギー積((BH)max )との関係を
図1に示す。
【0034】図1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。
【0035】実施例3 実施例2と同様な方法により、組成がネオジム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合金を得た。
【0036】得られた永久磁石合金を用い実施例1と同
様にして粉砕、圧縮成形、焼結を行なった。
【0037】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
の結果を図2に示す。
【0038】図2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。
【0039】希土類鉄系永久磁石はNd2 Fe14B型の
正方晶系の強磁性Feリッチ相を主相とし、その他Nd
97Fe3 、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リッチ相、Nd2 Fe7 6
等の正方晶系の非磁性Bリッチ相、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リッ
チ相に濃縮して存在しているようである。
【0040】
【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)max 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】
【図1】 本発明の実施例1の永久磁石における酸素濃
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。
【図2】 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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪俣 浩一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝総合研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、残部が
    主として鉄からなる組成を有する永久磁石合金を出発原
    料とし、該合金を粉砕、磁場中プレス、焼結することを
    特徴とする永久磁石の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記永久磁石合金中の酸素濃度が0.0
    05〜0.03重量%であることを特徴とする請求項1
    記載の永久磁石の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記永久磁石合金中がCoを30重量%
    以下含有することを特徴とする請求項1記載の永久磁石
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 Gaの90重量%以下をAlで置換する
    ことを特徴とする請求項1乃至3に記載の永久磁石の製
    造方法。
  5. 【請求項5】 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、残部が
    主として鉄からなる組成を有する永久磁石合金を出発原
    料とし、該合金を粉砕、磁場中プレス、焼結した後、5
    50〜750℃の温度で時効処理することを特徴とする
    請求項1記載の永久磁石の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記永久磁石合金中の酸素濃度が0.0
    05〜0.03重量%であることを特徴とする請求項5
    記載の永久磁石の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記永久磁石合金中はCoを30重量%
    以下含有することを特徴とする請求項5記載の永久磁石
    の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記永久磁石合金中のGaの90重量%
    以下をAlで置換することを特徴とする請求項5乃至7
    のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
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