JPS5964733A

JPS5964733A - 永久磁石

Info

Publication number: JPS5964733A
Application number: JP57166663A
Authority: JP
Inventors: Masato Sagawa; 眞人佐川; Setsuo Fujimura; 藤村　節夫; Yutaka Matsuura; 裕松浦
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1982-09-27
Filing date: 1982-09-27
Publication date: 1984-04-12
Also published as: JPH0319296B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はＦｅ・Ｂ・Ｒ系永久磁石においてその温度特性
の改良に関する。本発明においてＲは希土類元素を示す
記号として用いる。

永久磁石材料は一般家庭の各種電気製品から、大型コン
ピュータの周辺端末機まで、幅広い分野て使われるきわ
めて重要な電気・電子材料の一つである。近年の電気、
電子機器の小型化、高効率化の要求にともない、永久磁
石材料はますます高性能化が求められるようになった。

現在の代表的な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。

最近のコバルトの原料事情の不安定化にともない、コバ
ルトを２０〜３０重量％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５０〜６５重量％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
路に多く使われるようになった。

本発明者は、先に高価なＳｍやＣｏを含まない新しい高
性能永久磁石としてＦｅ・Ｂ・Ｒ系の磁気異方性焼結体
から成る永久磁石を見出し本願と同一出願人により出願
された（特願昭５７−１４５０７２）。

このＦｅ・Ｂ・Ｒ系水久磁石はＣｏを含まず、Ｒとして
ＮｄやＰｒ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２．５ＭＧＯｅの極めて高いエネル
ギー積を示すことができることを示した点で優れたもの
である。このＦｅ・Ｈ・Ｒも系永久磁石は従来のアルニ
コ磁石や希土類コバルト磁石に比して、より低いコスト
で高い特性を有する。即ちより高いコストパーフォーマ
ンスを与えるのでそれ自体として大きな有用性を有する
。

このＦｅ・Ｂ・Ｒ系永久磁石のキュリー点は、特願昭５
７−１４５０７２に開示の通り一般に３００℃前後、最
高３７０℃である。このキュリー点は、従来のアルニコ
系ないしＲ・Ｃｏ系の永久磁石の約８００℃のキュリ一
点と比べてがなり低いものである。かくて、Ｆｅ・Ｂ・
Ｒ系永久磁石の従来のアルニコ系やＲ・Ｃｏ系磁石に比
し磁気特性の温度依存性が大であり、湯温においては磁
気持性の低下が生ずる。

本発明は、上述の如く、Ｆｅ・Ｂ・Ｒ系磁石の温度特性
を改良することを目的とする。本発明によればＦｅ・Ｂ
・Ｒ系磁石の主成分たるＦｅの一部をＣｏで置換するこ
とにより、生成合金のキュリー点を上昇せしめ、温度特
性を改善することができる。

本発明者等の研究の結果によれば、前述のＦｅ・Ｂ・Ｒ
系磁石は約１００℃以上の温度で使用するとその温度特
性が劣化するため、約７０℃以下の通常の温度範囲で使
用することが適当であることが判明した。そのため、各
種の実験及び検討の結果、ＦｅのＣｏによる置換がＦｅ
・Ｂ・Ｒ系永久磁石の温度特性の改善に有効であること
を見出したものである。

即ち、本発明によれば、原子百分比においてＲ８〜３０
％（但しＲはＹを包含する希土類元素の少くとも一種）
、Ｂ２〜２８％、残部Ｆｅ及び不可避の不純物から成る
磁気異方性焼結体永久磁石において、ＦｅをＣｏにより
置換することにより合金組成中にＣｏを５０％以下（原
子百分比）含有せしめることにより温度特性を実質的に
従来のアルニコ、ＲＣｏ系磁石と同等程度に改善するも
のである。

本発明においてはＣｏを含有することによりＦｅ・Ｂ・
Ｒ系永久磁石の温度特性を改善する上さらにその他の利
点を保持する。即ち、希土類元素Ｒとして資源的に豊富
なＮｄやＰｒなどの軽希土類を用いて高い磁気特性を発
現する。このため、本発明のＣｏ置換Ｆｅ・Ｂ・Ｒ系磁
石は、従来のＲ・Ｃｏ磁石と比較すると、資源的、価格
的いずれの点においても有利であり、磁気特性の上から
もさらに優れたものが得られる。

一般に、Ｆｅ合金への、Ｃｏの添加の際Ｃｏ添加量の増
大に従いキュリ一点（Ｔｃ）が上昇するものと下降する
ものと両方が認められている。そのためＦｅをＣｏで置
換することは、一般的には複雑な結果を生来しその結果
の予測は困難である。例えばＲＦｅ３化合物のＦｅをＣ
ｏで置換して行くとＣｏ量の増大に併い、Ｔｃはまず上
昇するがＦｅを１／２置換したＲ（ＦｅＯ，５Ｃｏ０．
５）３付近で極大に達しその後低下してしまう。

またＦｅ２Ｂ合金の場合には、ＦｅのＣｏによる置換に
よりＴｃは単調に低下する。

本発明による。Ｆｅ・Ｂ・Ｒ系におけるＦｅのＣｏによ
る置換においては、第１図に示す通り、Ｃｏ置換量の増
大に併いＴｃは徐々に増大することが明らかとなった。

このＦｅ・Ｂ・Ｒ系合金においては。

Ｒの種類によらず同様な傾向が確認される。Ｃｏの置換
用はわずかでもＴｃ増大に有効であり、第１図として例
示する系（７７−ｘ）Ｆｅ・ｘＣｏ・８Ｂ・１５Ｎｄに
おいて明らかな通り、ｘの調整により４００〜８００℃
の任意のＴｃをもつ合金が得られる。

本発明のＣｏ置換Ｆｅ・Ｂ・Ｒ系永久磁石のＢ、Ｒ、及
び（Ｆｅ・Ｃｏ）含量の組成は、基本的にＦｅ・Ｂ・Ｒ
系合金（Ｃｏを含まない系）の場合と同様である。即ち
（以下％は合金中、原子百分比を示す）、保磁力Ｈｃ＞
１ＫＯｅを満たすためＨは２％以上とし、ハードフェラ
イトの残留磁束密度Ｂｒ約４ＫＧ以上とするためにＢは
２８％以下とする。

Ｒは、保磁力１ＫＯｅ以上とするため８％以上必要であ
り、また燃え易く工業的取扱、製造上の困難のため（か
つまた高価であるため）、３０％以下とする（第２表参
照）。

Ｒとしては資源的に豊富な軽希土類を用いることができ
、必ずしもＳｍｆ必要とせず或いはＳｍを主体とする必
要もないので原料が安価であり、きわめて有用である。

本発明の永久磁石に用いる希土類元素Ｒは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、そ
のうち一種以上を用いる。即ちこのＲとしては、Ｎｄ、
Ｐｒ、Ｌａ、Ｃｃ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｓ
ｍ、Ｇｄ、Ｐｍ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹが包含される
、Ｒとしては、軽希土類をもって足り、特にＮｄ、Ｐｒ
好ましい。また通例Ｒのうち一種をもって足りるが、実
用上は二種以上の混合物（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。な
お、このＲは純希土類元素でなくともよく、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差
支えない。

Ｂ（ホウ素）としては、純ボロン又はフェロボロンを用
いることができ、不純物としてＡｌ、Ｓｉ、Ｃ等を含む
ものも用いることができる。

本発明の永久磁石体は、既述の８〜３０％Ｒ、２〜２８
％Ｂ、Ｃｏ５０％以下、残部Ｆｅ（原子百分率）におい
て、保磁力Ｈｃ≧１ＫＯｅ、残留磁束密度Ｂｒ＞４ＫＧ
の磁気特性を示し、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘは
ハードフェライト（〜４ＭＧＯｅ程度）と同等以上とな
る。

軽希土類をＲの主成分（即ち全Ｒを中軽希土類５０原子
％以上）とし、１２〜２０％Ｒ、４〜２４％Ｂ、３．５
〜４５％Ｃｏ、残部Ｆｅの組成は、最大エネルギー積（
ＢＨ）ｍａｘ≧１０ＭＧＯｃ及び残留磁束密度の温度係
数≦０．１％／℃を示し、好ましい範囲であり、最大エ
ネルギー積（ＢＨ）ｍａｘは最高３３ＭＧＯｅ以上に達
する。

先に出願したＦｅ・Ｂ・Ｒ系永久磁石は、磁気異方性焼
結体として得られるが、本発明のＦｅ・Ｃｏ・Ｂ・Ｒ系
永久磁石も同様な焼結体として得られる即ち合金を溶解
、鋳造し、鋳造合金を粉末化した後磁界中にて成形し焼
結することにより永久磁石が得られる。

本発明のＣｏ添加Ｆｅ・Ｂ・Ｒ磁石はＣｏを含有しない
Ｆｅ・Ｂ・Ｒ三元素磁石と比較して良好な温度特性を示
し、Ｂｒはほぼ同程度、■Ｈｃは同等或いは少し低いが
Ｃｏ添加により角形性が改善されるため、（ＢＨ）ｍａ
ｘは同等か或いはそれ以上である。

又、ＣｏはＦｅに比べて耐食性を有するので、ＦｅＢ・
Ｒ合金にＣｏを添加することにより耐食性を付与するこ
とも可能となる。

以下本発明を実施例に従って説明する。但し、この実施
例は本発明をこれらに限定するものではない。

第１図に代表例として７７Ｆｅ・８Ｂ・１５ＮｄのＦｅ
の一部をＣｏ（ｘ）で置換した系、（７７−ｘ）Ｆｅ・
ｘＣｏ８Ｂ・１５ＮｄのｘをＯ〜７７に変化させた場合
の、キュリー点Ｔｃの変化を示す。この試料はつぎの工
程により作製した。

（１）合金を高周波溶解し、水冷銅鋳型に鋳造、出発原
料はＦｅとして純度９９．９％の電解鉄、Ｈ１９．４％
を含有し残部がＦｅとＡｌ、Ｓｉ、Ｃの不純物からなる
フェロボロン合金、Ｒとして純度９９．７％以上（不純
物は主として他の希土類金属）を使用、Ｃｏは純度９９
．９％の電解Ｃｏを使用した。

（２）粉砕スタンプミルにより３５メッシュスルーまで
に粗粉砕し、次いでボールミルにより３時間微粉砕（３
〜１０μｍ）、（３）磁界（１０ＫＯｅ）中配向、成形（１．５Ｔ／ｃ
ｍにて加圧）（４）焼結１０００〜１２００℃１時間Ａｒ中焼結後放
冷、焼結体から約０．１ｇのブロックを切出し、ＶＳＭ
により、次のようにして、キュリ一点を測定した。すな
わち、試料には１０ＫＯｅの磁場を印加し、２５℃〜６
００℃までの温度範囲で４π■の温度変化を測定し、４
π■がほぼＯになる温度をキュリー点Ｔｃとした。

上記の系でＦｅに対するＣｏ置換量の増大に併いＴｃは
急速に増大しＣｏが３０％以上ではＴｃは６００℃以上
に達する。

一般に永久磁石材料において、Ｔｃの増大は磁気特性の
温度変化の減少のための最も重要な要因とされている。

この点の確認のため、Ｔｃ測定用試料と同じ工程により
第１表の永久磁石試料を作製して、Ｂｒの温度侍性を測
定した。

（５）Ｂｒの温度変化は次のようにして測定した。すな
わち２５℃、６０℃、１Ｏ０℃の各温度でＢＨトレ−サ
により磁化曲線を測定し、２５〜６０℃と６０〜１００
℃におけるＢｒの温度変化を平均した。

各種Ｆｅ・Ｂ・Ｒ系およびＦｅ・Ｃｏ・Ｂ・Ｒ系磁石の
Ｂｒの温度係数ならびに２５℃における強化曲線の測定
結果を第１表に示す。

第１表からＦｅ・Ｂ・Ｒ磁石にＣｏを含有することによ
り、Ｂｒの温度変化が改善されることは明らかである。

第１表には各試料の室温における磁気特性も併記した。

大部分の組成で、保磁力ｉＨｃはＣｏ置換により低下す
るが、減磁曲腺の角形性の向上により、（ＢＨ）ｍａｘ
は上昇する。しかし、Ｃｏ置換量が多くなるとｉＨｃの
低下が著るしく、永久磁石材料としてｉＨｅ＞１ＫＯｅ
を得るために、Ｃｏ量は５０％以下とする。

Ｒの下限、上限、Ｒの下限について既述の理由が第１表
から確かめられる。

第１表には、ＲとしてＮｄ、Ｐｒ、等の主として軽希土
類を用いたものを多数掲げてあるが、夫々高い磁気特性
を示し、ＦｅのＣｏによる置換によってさらに温度特性
が改善されている。Ｒとしては、２種類以上の希土類元
素の混合物も有用であることが判る。尚第１表の試料Ｎ
ｏ．１５は希土類元素が重希土類の混合物であるため、
（ＢＨ）ｍａｘは多少低い。

次にＦｅの一部をＣｏで直換したＦｅ・Ｃｏ・Ｂ・Ｒ系
焼結磁石の代表例として５７Ｆｅ・２０Ｃｏ・８Ｂ・１
５Ｎｄの室温における磁化曲線を第２図に示す．初磁化
曲線１は低磁界で急激に立上がり、飽和に達する。減磁
は極めて角形性が高く、本磁石は典型的な高性能異方性
磁石であることを示している。

初磁化曲線１の形は、本磁石の保磁力が反転磁区の核発
生によって決定される。いわゆるニュクリェーション型
永久磁石であることを示す。なお、第１表に示す、比較
例を除く他の試料はいずれも、第２図と同様な磁化曲線
を示した。

以上詳述の通り、本発明のＦｅ・Ｃｏ・Ｂ・Ｒ系永久磁
石は、Ｒとして軽希土類、特に各種の軽希土類、重希土
類の混合物、例えばミッシュメタルやジジムのように安
価なＲ原料を用いて高い磁気特性が得られ、かつＣｏの
合有量も重量百分率で４５％以下（原子％で５０％以下
）で十分であり、ＳｍＣｏ系磁石が５．０〜６５重量％
のＣｏを含有するのと比較すれば、Ｃｏを節約可能であ
り、温度特性はＦｅ・Ｂ・Ｒ系磁石に比べて顕著に改善
できた。

上記Ｆｅ・Ｃｏ・Ｂ・Ｒ系永久磁石はＦｅ・Ｃｏ・Ｂ・
Ｒのほか、工業的製造上不可避な不純物の存在を許容で
きるが、さらに以下の展開も可能であり、一層実用性を
高めることができる。即ち、Ｒの一部をＣ、Ｎ、Ｐ、Ｓ
ｉ等により置換することも可能であり、製造性改善、低
価格化が可能となる。

さらに本発明の磁石にＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ
ｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｂｉ、
Ｓｂの１種以上を添加することにより、高保磁力化が可
能となり、また、Ｎｉ添加により、耐食性改善も可能と
なる。

以上、本発明はＦｅ・Ｃｏ・Ｂ・Ｒ系永久磁石で高残留
磁化、高保磁力、高エネルギー槓を有し、かつ、残留磁
化の温度特性のすぐれた磁気異方性焼焼結体永久磁石を
実現したもので、工業的にきわめて高い価値をもつもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例についてキュリー点とＣｏ
量との関係を示すグラフ（但横軸ｘはＣｏの原子百分比
）。第２図は、他の一実施例の室温における磁化曲線を示す
（初磁化曲線１、減磁曲線２．縦軸は磁化４πＩ（ＫＧ
）、横軸は磁界Ｈ（ＫＯｅ））手続？＋ｌｉ、Ｌｌ：書
（自発）昭和５８年１０月２８日特許庁長官若杉和夫殿 ■事件の表示１１？（和５７年特許願第１６６６６３号（昭和５７年
９月２７日出願）２発［！１１の名称ボス磁石３’？＋ｔｉ正をする者事件との関係４−ν散出願人氏名住友特殊金属株式会社４代理人５補１Ｆ命令の目イｑ「目礼６補正により増加する発明の数なし７ネ＋！ｉ、＋にの対象明細書の発明の詳細な説明、図面の簡単な説明の欄なら
び■、明ｉｌｌｉ＋の発明の詳細な説明の根１を次の通
り補正する。１）明細書第４頁９行、［成るｊを「木質−Ｌ敗る」に
訂正する。２）５頁１８行「わずか」の次に「（例えば０１％〜１
％）」を挿入する。３）？１ｒＪ６頁６行「〉」を「≧」に訂正する。４）同頁１２行「（第２表参照）」を削除する。５〕第７頁２イーｉ、「をもって足り、」を「がな１′
よしく、」に訂正する。Ｃ）第７頁６イｉ、「用いることができる。」を［用い
ることができ、Ｓｍ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ等は他のＲ
１特にＮｄ、Ｐｒ等との混合物として用いることができ
る。」に訂正する。７）同頁８行「不純物」の次に「（他の希土類元素、Ｃ
ａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃ，Ｏ等）」を挿入する。８〕同頁１６行、ｒＢｒ＞４ｋＧＪをｒＢｒ≧４ｋＧ」
に訂正する。９）ｉ、１’ｓ８頁１行、「５〜４５％」を「４５％以
丁の」に訂正するー。ｉｏ）同頁２−３行「及び残留磁束密度の温度係数≦０
．１％、／°０＋を削除する。１１）同頁５行末尾に次文を加入する。ｒＣｏは５％以
上でＢｒの温度係数的０．１％／℃以ドを示ｉ７．２５
％以下で他の磁気特性を実質的に害うことなくＴＣＣ大
人寄り−する。」１２）同頁９行「鋳造し」を「冷却（例えば鋳造）シ」
とし、同行「鋳造合金」を「生成合金」に訂ＩＪする。１３）同頁１３イ’ｉｒ三元素」を「三元系」に訂正す
る。１４）第９頁１３行末尾に「なお純度は重、ｔｊｉ、％
で示す。」を追加する。１５）第１２頁第１表のＮｏ、１８の組成中［７５ｍ９
ＰｒＪをｒ３ｓｍｌ３ＰｒＪに訂正する。＋６）＠’ｌ３頁１５行「ニュク１ノ」を「ニュークリ
」（こ訂正する。＋７）第１３頁１６行末尾に次文を挿入する。「前述の工程と同様にして製造した試料により、Ｆｅ−
１０ｃｏ−８Ｂ−ｘＮｄｃ７’＞系においてＸをＯ〜４
０に変化させてＮｄ早−とＢｒ、ｉＨｃとの関係を調べ
た。その結果を第３図に示す。さらに、Ｆｅ−１０ｃｏ
−ｘＢ−１５Ｎｄの系においてＸを０〜３５に変化させ
てＢ量とＢｒ、ｉＨｃとの関係を調べ、その結果を第４
図に示す。」１８）第１３頁１６行、「ことを示す。」を［ことが推
察される。」に訂正する。１９）第１３頁１８行と１９９）の間に次文を挿入する
。［さらに、同様の工程によりＦｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｒ四成分
系において、−例としてＦｅ−５Ｃｏ−Ｂ−Ｎｄ系につ
いてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｄ三成分を変化させて磁気特性を調
べ、その結果を（ＢＨ）ｍａｘについて第５図に示す。２０）第１４頁９行、「工業的」をＣｕ、Ｃ１Ｓ、Ｐ、
Ｃａ、Ｍｇ、Ｏ，’Ｓｉ、’ＡＩ’：’；ｔ−業的Ｊに
３］ＩＦする。２１）同頁１０行、「できるが、」を「できる。これらの不純物は、原村或いは製造１：程から混入する
ことが多く、７−石合金中にＣｕ、Ｐ各３．５％以ド、
Ｃ，Ｃａ、Ｍｇ６４％以下、Ｓ２．０％以下、０２％以
下、Ｓｉ５％以し、ＡＩＩＩ％以下合、ｊ１５％以下は
許容され、」に訂ｊ１ニジ、［さ多ろに以下の展開も可
能であり、」を削除する。２２）同頁１１行−１３行「即ち１１．、となる。」を
削除する。２３）ｌｉｔＫｌ、ｓｑ丁、ｒｃｕ」をｒＮｉＪ＋こ＋
ｉｉ、’＋Ｌする。２４）同頁１５行「Ｚｎ」をｒＧｅ、Ｈｆ」に訂正する
。ＩＩ、明細書の図面の簡単な説明の根１を次の通り補正
する。明細書第１５頁９行末足に欧文を挿入する。「第３図はＦｅ−１０ｃｏ−８Ｂ−ＸＮｄ系において、
Ｎｔｉ煽、（横軸原子％）としｉＨｃ、Ｂｒの関係を示
すグラフ、系において、Ｂ量（横＋１１原子％）とｉＨｃ、Ｂｒの
関係を示すグラフ、第５図は、Ｆｅ−５Ｃｏ−Ｂ−Ｎｄ系において、Ｆｅ−
Ｂ−Ｒ、’ｐ、ｂ９分の組成と（ＢＨ）ｍａ＝’ｘの関
係を示す三成分系グイヤグテムを、夫々パす。ＪＩＩＩ、１，４面の別添（新）第３１ａ、第４図、第５
図を追加する。以］ニ第：３図ｘＮｄ（ａｔ％）第４図 ×Ｂ（ａｔ’１０）

Claims

【特許請求の範囲】

原子百分比においてＲ８〜３０％（但しＲはＹを包含す
る希土類元素の少くとも一種）、Ｂ２〜２８％、Ｃｏ５
０％以下（但しＣｏ０％を除く）、及び残部Ｆｅ及び不
可避の不純物から成る磁気異方性焼結体永久磁石。