JPS61136656A - 高性能焼結永久磁石材料の製造方法 - Google Patents

高性能焼結永久磁石材料の製造方法

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JPS61136656A
JPS61136656A JP59259761A JP25976184A JPS61136656A JP S61136656 A JPS61136656 A JP S61136656A JP 59259761 A JP59259761 A JP 59259761A JP 25976184 A JP25976184 A JP 25976184A JP S61136656 A JPS61136656 A JP S61136656A
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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】 利用産業分野 この発明は、R(RはYを含む希土類元素のうち少なく
とも1種)、B、Feを主成分とする焼結永久磁石材料
の製造方法に係り、永久磁石材料を高密度化して、磁気
特性及び機械的強度の向上を計った焼結永久磁石材料の
製造方法に関する。
背景技術 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。
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20〜35W(%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珈
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。
そこで、本発明者は先に、高価なSmやらを含有しない
新しい高性能永久磁石としてFe −B −R系(Rは
Yを含む希土類元素のうち少なくとも1種)永久磁石を
提案した(特願昭57−145072号)、、さらに、
Fe −B −R系の磁気異方性焼結体からなる永久磁
石の温度特性を改善するために、Feの一部をGで置換
することにより、生成合金のキュリ一点を上昇させて温
度特性を改善したFe −Co  B−R光磁気異方性
焼結体からなる永久磁石を提案した(特願昭57−16
6663号)。これらの永久磁石は、Rとして陶や円を
中心とする資源的に豊富な軽希土類を用い、Fsを主成
分として25MGOs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。
上記の新規なFe−BR系、Fa−CoBR系永久磁石
を、製造するための出発原料の希土類金属は、一般にC
a還元法、電解法により製造され、例えば、以下の工程
により製造される。
■出発原料として、前記希土類金属、電解鉄、フェロボ
ロン合金あるいはさらに電解6を高周波溶解して諺塊を
鋳造する。
■鋳塊をスタンプミルにより粗粉砕後、ボールミルによ
り湿式粉砕して、1.51s〜10虜の微細粉とする。
■磁界中配向にて成型する。
■真空中にて焼結後放冷する。
■At雰囲気中にて時効処理する。
上記のごとき製造方法にて得られたFa−BR系異方性
永久磁石材料は、密度が理論密度の96%程度であり、
有孔体であるため、磁気特性及び機械的性質の向上に限
度があり、また、該系永久磁石合金は非常に酸化しやす
い陶あるいは円を大量に含有するため、実用上、耐酸化
性改善のための磁石表面へのめつき層などの耐酸化性被
膜を施す必要がある。しかし、前記した如く該系磁石は
有孔体であり、微細孔に水分あるいは表面処理の下地処
理用酸性溶液やアルカリ溶液が残存し、時間経過ととも
に発錆の要因となるなどの問題があった。
発明の目的 この発明は、永久磁石磁石材料を高密度化して、磁気特
性及び機械的強度の向上を計り、後続工程での表面処理
による耐酸化性向上を実効せしめた焼結永久磁石材料の
製造方法を目的としている。
発明の構成と効果 この発明は、Fe −B −R系永久磁石合金の高密度
化を目的に種々検討した結果、一次焼結にて特定密度を
有する焼結体となし、その後特定条件で熱間静水圧ブレ
ス処理し、時効処理することにより、密度を理論密度の
ほぼ100%とすることができ、磁気特性の向上、機械
的性質の向上が得られ、磁石材料の高密度無孔化により
、耐酸化性表面処理が有効に機能し、耐酸化性改善に実
効あることを知見したものである。
すなわち、この発明は、R(但しRはYを含む希土類元
素のうち少なくとも1種)11原子%〜16原子%、B
44原子〜15原子%、Fe70原子%〜85原子%を
主成分とする合金粉末を、!l揚場成型後例えば、真空
中にて900℃〜1200℃で一次焼結により理論密度
の90%以上の密度を有する焼結体となし、この焼結体
を例えば、金属チタン粉末等の酸化防止剤中に埋入した
密封容器内で、不活性ガスを圧力媒体として、温度70
0℃〜1100℃、圧力500気圧〜1300気圧にて
熱間静水圧ブレス処理し、密度を理論密度の98.5%
以上とし、その後時効処理を施すことを特徴とする焼結
永久磁石材料の製造方法である。
この発明において、永久磁石用合金粉末の限定理由は下
記するとおりであり、一次焼結体の密度を理論密度の9
0%以上としたのは、90%未満では、熱間静水圧ブレ
ス処理によって密度を理論密度の98.5%以上とする
ことができないためである。
また、熱間静水圧ブレス処理における温度条件を700
℃〜1100℃としたのは、700℃未満では高圧にて
熱間静水圧処理しても高密度化することができず、11
00℃を越えると、焼結体の溶融点近くになるため、焼
結体の変形が甚しく好ましくないためである。ざらに、
処理圧力が500気圧未満では焼結体を高密度化するこ
とが困難であり、1300気圧を越えると高密度化は可
能であるが、処理装置の耐久性やコストの面で好ましく
ないため、500気圧〜1300気圧とする。
この発明における熱間静水圧ブレス処理後の時効処理条
件としては、磁石体の結晶粒の過剰成長を抑制してすぐ
れた磁気特性を発現させるために、時効処理温度は45
0℃〜100℃の範囲が好ましく、また、時効処理時間
は5分〜40時間が好ましい。
時効処理時間は時効処理温度と密接に関係するが、5分
未満では時効処理効果が少なく、得られる磁石材料の磁
気特性のばらつきが大きくなり、40時間を越えると工
業的に長時間を要しすぎ実用的でない。磁気特性の好ま
しい発現と実用的な面から時効処理時間は30分から8
時間が好ましい。
また、時効処理は2段以上の多段時効処理を用いること
もできる。例えば、1060℃にて焼結した焼結体を、
温度900℃、圧力900気圧にて、熱間静水圧ブレス
処理した後、1段目として、150℃〜1ooo℃で3
0分ないし6時間の初段時効処理し、さらに、2段目以
降に、450℃〜150℃で2〜30時間の1段以上の
時効処理を行なうことにより、残留磁束密度、保磁力、
減磁曲線の角形性のいずれにも極めてすぐれた磁石特性
を有する磁石材料を得ることができる。
また、多段時効処理に代えて、450℃〜700℃の時
効処理温度から室温までを空冷あるいは水冷などの冷却
方法で、0.2℃/lin 〜20℃/ra i nの
冷却速度で冷却する方法によっても、゛上記時効処理と
同等の磁気特性を有する永久磁石材料を得ることができ
る。
永久磁石用合金粉末の限定理由 この発明の永久磁石材料に用いる希土類元iRは、11
原子%〜16原子%のNd 、 pr 、 oy 。
Ho 、Tbのうち少なくとも1種、あるいはさらに、
La 、 Ce 、 Gd 、 Er 、 Eu 、 
Pi 、 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のうち1種をもって足りるが、実用上は2種
以上の混合物(ミツシュメタル、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(Yを含む希土類元素のうち少なくとも1種)は、新
規な上記系永久磁石を製造する合金粉末における、必須
元素であって、11原子%未満では、結晶構造がα−鉄
と同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特性、特に
高保磁力が得られず、16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、
希土類元素は、11原子%〜16原子%の範囲とする。
Bは、新規な上記系永久磁石用合金粉末における、必須
元素であって、4原子%未満では、菱面体組織となり、
高い保磁力(iHC’)は得られず、15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%〜15原子%の範囲とする
Feは、新規な上記系永久磁石用合金粉末において、必
須元素であり、70原子%未満では残留磁束密度(B「
)が低下し、85原子%を越えると、高い保磁力が得ら
れないので、Feは70原子%〜85原子%の含有とす
る。
また、この発明による永久磁石用合金において、Feの
一部を6で置換することは、得られる磁石の磁気特性を
損うことなく、温度特性を改善することができるが、C
o置換量がF・の50%を越えると、逆に磁気特性が劣
化するため、好ましくない。
この発明の合金粉末において、高い残留磁束密度と高保
磁力を得るためには、R12原子%〜15原子%、B6
6原子〜14原子%、F e7171原子82原子%が
好ましい。
また、この発明による永久磁石用合金粉末は、R,B、
Feの他、工業的生産上不可避的不純物の存在を許容で
きるが、Bの 一部を4.0原子%以下のC13,5原
子%以下のP、2.5原子%以下のS、3.5原子%以
下のCuのうち少なくとも1種、合計量で4.0原子%
以下で置換することにより、永久磁石の製造性改善、低
価格化が可能である。
また、下記添加元素のうち少なくとも1種は、RB  
Fe系あるいはR−B −Co−Fe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(Sr )の低下を招来す
るので、下記範囲での添加が望ましい。
5.0原子%以下のAt、3.0原子%以下のT(,5
,5原子%以下のV、4.5原子%以下のOr。
5.0原子%以下のMn、5原子%以下の81.9.0
原子%以下のNb、 7.0原子%以下のTa、5.2
原子%以下のMo2S、0原子%以下のW、1.0原子
%以下の3i)、3J原子%以下のGOll、5原子%
以下の3n、3.3原子%以下のZr。
6.0原子%以下のN1.5.0原子%以下の81.3
.3原子%以下のHt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m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Gの高保磁力化が可能にな
る。
この発明における合金粉末の結品相は主相が少なくとも
50 vo1%以上の正方品、少なくとも1vo1%以
上の非磁性金属間化合物であることが、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。
また、この発明の永久磁石は、磁場中ブレス成型するこ
とにより磁気的異方性磁石が得られ、また、無磁界中で
ブレス成型することにより、磁気的等方性磁石を得るこ
とができる。
この発明による磁気異方性永久磁石材料は、残留磁束密
度3r >10.5KG、を示し、最大エネルギー積(
B t(> max≧25M G Os @ 示L/、
[大1111 ハ40MGOe以上に達する。
また、この発明永久磁石用合金粉末の組成が、R11原
子%〜16原子%、B44原子〜15原子%、Co45
原子%以下、Fa  残部の場合、得られる磁気異方性
永久磁石合金は、上記磁石合金と同等の磁気特性を示し
、残留磁束密度の温度係数が、0.1%/℃以下となり
、すぐれた特性が得られる。
また、この発明永久磁石用合金粉末のRの主成分がその
50%以上を軽希土類金属が占める場合で、R12原子
%〜15原子%、B 6原子%〜14原子%、Fe  
71原子%〜82原子%の場合、あるいはざらにCo5
原子%〜45原子%、を主成分とするとき、焼結磁石の
場合層もすぐれた磁気特性を示し、特に軽希土類金属が
陶の場合には、(BH)maxはその最大値が40MG
Oe以上に達する。
実施例 工且匠工 原子百分率で、79Fa7B14Ndの組成からなる平
均粒度4摩の合金粉末を、10 koeの磁界中で、2
toneの圧力で加圧成型したのち、lX1O−7T 
orrの真空中で、1oso℃、2時間焼結して理論密
度の96%密度を有する一次焼結体を得、この一次焼結
体を密封容器内で金属チタン粉末中に埋入し、kガスを
圧力媒体として、温度900℃、圧力900気圧の熱間
静水圧ブレス処理した。
ついで、600℃で1時間の時効処理を施したのち、磁
気特性及び機械的性質を測定した。その結果は第1表に
示すとおりでおる。
また、比較のため、一次焼結体に熱間静水圧ブレス処理
を施さない以外は上記製造方法で製造した比較磁石材料
を作製し、同様に磁気特性及び機械的性質を測定し、第
1表にその結果を示す。
友直医2 原子百分率で、71.5Fe 8B 6Co14.5J
l&の組成からなる平均粒度5pの合金粉末を、10k
Oeの磁界中で、2 jon4の圧力で加圧成型したの
ち、1×1O−4Torrの真空中で、1040℃、2
時間焼結して理論密度の95%書度を有する一次焼結体
を得、この一次焼結体を密封容器内で金属チタン粉末中
に埋入し、Arガスを圧力媒体として、温度800℃。
圧力900気圧の熱間貯水圧ブレス処理した。
ついで、600℃で1時間の時効処理を施したのち、磁
気特性及び機械的性質を測定した。その結果は第2表に
示すとおりである。
また、比較のため、一次焼結体に熱間静水圧ブレス処理
を施さない以外は上記製造方法で製造した比較磁石材料
を作製し、同様に磁気特性及びは械的性質を測定し、第
2表にその結果を示す。
以下余白 第1表 第2表 第1表及び第2表の結果から明らかなように、この発明
の製造方法による永久磁石材料は、磁気特性及び機械的
性質が向上していることが分る。
出願人  住友特殊金属株式会社 自発手続ネ甫正書 昭和60年 2月18日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1R(但しRはYを含む希土類元素のうち少なくとも1
    種)11原子%〜16原子%、B4原子%〜15原子%
    、Fe70原子%〜85原子%を主成分とする合金粉末
    を、磁場成型後、一次焼結により理論密度の90%以上
    の密度を有する焼結体となし、この焼結体を密封容器内
    で、不活性ガスを圧力媒体として、温度700℃〜11
    00℃、圧力500気圧〜1300気圧にて熱間静水圧
    ブレス処理し、その後時効処理を施すことを特徴とする
    焼結永久磁石材料の製造方法。
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