JPS62216203A - 粉末成型磁石の製造方法 - Google Patents

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】 工　発明の背景 技術分野 本発明は、セリウム族、イツトリウム族の１種以上から
なる希土類元素ＲとＣｏとの金属間化合物を主体とした
Ｒ２Ｃｏｌ７系Ｃｕ置換析出効果型の永久磁石材料を熱
処理して粉末とし、この粉末を用いた粉末成型磁石の製
造方法に関する。

先行技術とその問題点 重量百分比で、２２〜２８％のＲ（Ｒは希土類元素の一
種以上）と、ｃｏと、Ｃｕと、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎおよび
Ｃｒのうちの１種以上と、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｖ
およびＴａのうちの１種以上とからなる組成を有する希
土類コバルト系のＲ２Ｃｏ１７系Ｃｕ置換析出硬化型の
永久磁石が知られている。

この磁石は、残留磁束密度（Ｂｒ）、保持力（ｂＨｃ、
ｉ　Ｈｃ）が大きく、エネルギー積（Ｂ−Ｈ）ｍａｘが
犬きく、しかもキュリ一温度が高く、温度特性のすぐれ
た永久磁石である。

このような永久磁石を製造するには、公知のいわゆる還
元拡散法あるいは溶解法によって化合物を作製したのち
、これに溶体化処理、時効処理を施して粉砕し、磁場配
向を施して、ゴムやプラスチック樹脂をバインダーとし
て粉末成型磁石としたり、あるいは、化合物を粉砕後、
磁場成型し、その後焼結と溶体化処理を行い、次いで時
効処理を施して焼結磁石としたりしている。

このうち特に粉末成型磁石としては、従来の粉末成型磁
石にない高い磁気特性が期待され、しかも従来の焼結フ
ェライトと比べ、機器の小型化が可能で、成型後の後加
工が不要で複雑形状品が得られるなどのすぐれた利点を
もつ。

このような場合、Ｒ２Ｃｏｌ７系のＣｕ置換型磁石の時
効処理は、スピノーダル分解を利用して、マトリックス
中に微細な析出物を分散析出させ、この相分離を制御し
て保磁力を高めるための熱処理である。　そして、この
析出および相分・離の状態が磁石の性能を大きく左右す
るため、この時効処理を最適な条件下で実施することが
、製造上きわめて重要なポイントとなるものである。

従来、Ｒ２Ｃ０．７系のＣｕ置換析出硬化型磁石の時効
処理としては、７００〜９００℃の温度から４００℃近
傍まで多段時効する方法（特開昭５０−１３３１０６号
公報）や、７００〜９００℃の温度から４００℃近傍ま
で徐冷する方法（特開昭５３−１０６６２４号公報）が
知られている。

しかし、これら従来の方法による時効処理では、保磁力
、残留磁束密度、エネルギー積、履歴曲線の角形比、着
磁特性等の磁気特性の点で、未だ十分満足のできる特性
が得られるには至っておらず、特に、１０ｗｔ％以下、
とりわけ８ｗｔ％以下の低Ｃｕ量、および６ｗｔ％以上
、とりわけ１０ｗｔ％以上の高Ｆｅ量の低価格の実用磁
石材料組成においての、磁気特性の改良が望まれている
。

すなわち、より具体的に説明するならば、これら低Ｃｕ
量、高Ｆｅ量の実用磁石材料組成では、従来公知の時効
処理を施すことにより、１２ＫＧ程度のＢｒがえられ、
３０ＭＧＯｅ以上の（Ｂ　−Ｈ）　ｍａｘ値が期待され
るにもかかわらず、角形性が悪く、所期の（Ｂ−Ｈ）＋
ｎａｘ値がえられない。　この場合、１０ｗｔ％よりわ
ずかに小さいＣｕＪｉｌの組成では、所期の（Ｂ−Ｈ）
ｍａｘより１〜２ＭＧｏｅ程度小さいのみの（Ｂ−Ｈ）
ｍａｘ値はえられるが、従来の時効処理では、この１〜
２　ＭＧＯｅのエネルギー積の増大を実現することがで
きず、実用上大きな不都合を生じている。

なお、Ｃｕ量を２〜３ｗｔ％程度にまで減少させたとき
には、従来の時効処理方法では、Ｂｒもきわめて低下し
てしまい、まったく実用に耐える磁石は実現しない。

さらには、従来の希土類コバルト系材料の時効処理は、
時効の開始温度および終了温度における保持時間を長く
とる必要があり、時効所要時間が長いという欠点もある
。

なお、従来の希土類コバルト系材料の時効処理では、冷
却の制御のしがたのみが着目されており、くりかえし複
数回の加熱冷却を行う例はない。

さらには、特開昭５７−１６１０４４号公報には、１次
焼結および２次焼結を施し、等温処理後それより高い温
度から冷却する旨が開示されている。　しかし、この方
法は、２回の焼結を行わなければならない点できわめて
煩雑であり、製造へのコストアップにつながるものであ
る。　また減磁曲線の角形比が十分でない。

さらに時効処理方法も、低温での等温処理の後、温度を
上げて次の時効処理を行なう点で本発明の時効処理方法
とは異なるものである。

また、本発明における粉末成型磁石については開示され
ていない。

ＩＩ　　発明の目的 本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであっ
て、その主たる目的は、保磁力、残留磁束密度、エネル
ギー積、角形比、着磁特性等の磁気特性が、高Ｆｅ量、
低Ｃｕｆｉにおいて、従来の時効処理と比較して格段と
向上し、実用上十分満足できる磁石特性をもつ実用磁石
が実現し、しかも、時効処理時間も短縮できる熱処理方
法を用いたＲ２Ｃｏ１７系Ｃｕ置換型の粉末成型磁石の
製造方法を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明によって達成される。

すなわち本発明は、重量百分比で、２２〜２８％　Ｒ（
Ｒは希土類元素の一種以上）、２〜１０％　Ｃｕ、 ６〜３５％　Ｔ（ＴはＦｅ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｒのう
ちの１種以上）、０．５〜６％　Ｍ（ＭはＺｒ、Ｔｉ、
Ｈｆ、Ｎｂ、ＶおよびＴａのうちの１種以上）、残部Ｃ
ｏを主体とする組成を有する希土類コバルト系金属間化
合物を溶体化処理して急冷し、次いで、７５０〜９５０
℃の温度から７００℃以下の温度まで冷却する熱処理を
２回以上くりかえし施した後、粉砕してバインダーと混
合し、磁場配向および成型を行うことを特徴とする粉末
成型磁石の製造方法である。

なお、本出願の先願である特開昭５８−２１９７０４号
に記載された永久磁石の製造方法は本発明と同種の多段
時効を行うものであるが、開示されているものは焼結磁
石についてのみであり、粉末成型磁石については開示さ
れておらず、本発明とは異なるものである。

■　発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明の粉末成型磁石は、後に詳述する組成を有する希
土類コバルト系金属間化合物を得、これを溶体化処理し
て急冷し、次いで、下記に示す熱処理を施した後、粉砕
して磁場配向と成型を行い、バインダーに分散して製造
している。

本発明の粉末成型磁石を製造するために用いる熱処理方
法においては、時効のための複数回の熱処理に先だって
、上記のように、溶体化処理が施される。

溶体化処理は、１０００℃以上行うことが好ましい。　
これは、１０００℃未満では、履歴曲線の角形性と保磁
力とが低下するからである。

このような場合、溶体化処理は、通常、１０００℃〜１
２００℃にて、０．５〜１０時間程度施される。

溶体化処理ののち、材料は急冷される。

この急冷は、一般に１〜ｂ の冷却速度で行われる。　そして、急冷は、第１回目の
７５０〜９５０℃の冷却開始温度以下の任意の温度まで
行えばよい。

この後、必要に応じ所定の熱処理の冷却開始温度までの
加熱を行ったのち、複数回の熱処理が施される。

すなわち、複数回流される各回の熱処理は、７５０〜９
５０℃の冷却開始温度から、７００℃以下の冷却終了温
度までの冷却工程からなる。

そして、このような熱処理を２回以上〈りかえすことに
よって、本発明所定の効果が実現するものである。

この場合、くりかえし回数は、２回以上であれば任意の
回数であってよいが、時効処理時間を短縮化する上では
、２〜４回であることが好ましい。

各回の冷却開始温度は、それぞれ互いに異なっていても
よいが、７５０〜９５０℃、好ましくは７８０〜９２０
℃である。

冷却開始温度が７５０℃未満となると析出硬化が不十分
となり、また９５０℃をこえると析出粒子が粗大化して
、ともに保磁力が低下してしまい不適当である。

各回の冷却終了温度は、それぞれ異なフていてもよいが
、７００℃以下である。

冷却終了温度が７００℃をこえると、析出粒子が粗大化
したり、あるいは析出硬化が不十分となり、保磁力が低
下してしまい、好ましくない。

この場合、冷却終了温度は、６００℃から室温までの範
囲、特に５００℃から室温までの範囲とすると、磁気特
性向上の点で、より好ましい結果をうる。　なお、この
ような特性向上は、冷却終了温度を下げるほど大きくな
るが、４００℃以下ではほとんど効果はかわらない。

各回の冷却速度については特に制限はないが、通常は、
０．０５〜ｂ ましくは２〜ｂ この場合、冷却プロフィールは、一旦温度を保持する多
段冷却としてもよく、必要に応じ途中で冷却速度を変え
る連続冷却であってもよい。　ただ、時効処理時間を短
縮する上では、連続冷却であることが好ましく、特に、
初期より終期の冷却速度を減少させることが好ましい。

なお、冷却プロフィールの最適条件は、組成等の違いに
応じ、実験から容易に求めることができる。

さらに、各回の熱処理時間の加熱プロフィ−ルは任意で
あるが、通常は２〜ｂ 度とする。

なお、冷却開始温度においては、保持時間を設けること
が好ましい。　保持時間は、通常、５分〜２０時間程度
であるが、好ましくは１０分〜６時間がよい。　この保
持時間は、くりかえしの回数、冷却速度等の組合わせに
より経験的に定める。

一方、冷却終了温度では、必ずしも保持時間を設ける必
要はない。

本発明の粉末成型磁石を製造するために上記のような複
数回の熱処理を施す希土類コバルト系金属間化合物の組
成は、上記のものである。

この場合、２２〜２８ｗｔ％含有される希土類元素Ｒは
、セリウム系、イツトリウム系いずれの１種以上であっ
てもよいが、特に好ましいのは、サマリウムまたはセリ
ウムを含む場合である。

また、Ｃｕの含有量は２〜１０ｗｔ％である。

これ以外では、本発明の実効が小さくなる。

この場合、Ｃｕ含有量が、２．５〜８ｗｔ％、特に３〜
７．５ｗｔ％となると、従来の時効処理に対する磁気特
性の増大率はきわめて大きいものとなる。　そして、き
わめて良好な磁気特性をもつ磁石が実現する。　さらに
、Ｆｅ。

Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒの１種以上のＴは、６〜３５ｗｔ％含
有される。　Ｔが、これ以外の含有量となると、本発明
の実効が小さくなる。

この場合、Ｔは必須元素としてＦｅを含み、必要に応じ
、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒの１種以上を含有すると、より好ま
しい結果なうる。　そ　して、Ｆｅ含有量が１０〜２５
ｗｔ％、特に１４〜２５ｗｔ％となると、従来の時効処
理に対する磁気特性の増大率はきわめて大きいものとな
り、きわめて良好な磁気特性をもつ磁石が実現する。

加えて、本発明における永久磁石材料中には、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＶおよびＴａのうちの少なくとも１種
以上のＭが０．５〜６ｗｔ％含有される。　Ｍがこれ以
外の含有量となると、磁気特性が劣化してしまう。

本発明の粉末成型磁石を製造するために使用するバイン
ダーとしては、公知の種々の樹脂が挙げられる。　具体
的には、ゴム・エラストマー、ポリプロピレン（ｐｐ）
、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン−１１，１２，６ （ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポ
リフェニレンスルホネート（ｐｐｓ）等の熱可塑性樹脂
、不飽和ポリエステル、エポキシ等の熱硬化性樹脂であ
る。

希土類コバルト系金属間化合物を粉砕したもの（以下金
属粉末という場合がある）とそれを分散するバインダー
との混合割合はバインダーが全体の２〜５０重量％とな
るようにするのがよい。

成型方法は、分散するバインダーの種類によって異なり
、熱可塑性樹脂の場合は射出成型、押出成型、圧延成型
等が用いられ、熱硬化性樹脂の場合は圧縮成型等が用い
られる。

一般に射出成型が用いられるが、通常射出中に磁場を印
加する。

本発明の粉末成型磁石を製造する場合、さらに、カップ
リング剤、滑剤、酸化防止剤などを添加してもよい。

また、用いる金属粉末や磁石には表面コーティングを行
ってもよい。

■　発明の具体的作用効果 本発明によれば、従来の時効処理を行うときと比較して
、保磁力、残留磁束密度、エネルギー積、角形比、着磁
特性等の磁気特性が向上する。

すなわち、１０ｗｔ％以下の低Ｃｕ量、高Ｆｅ量の実用
磁石材料組成において、実用上十分満足できる磁気特性
かえられる。

この場合、比較的１０ｗｔ％に近いＣｕ量範囲、例えば
４〜１０ｗｔ％、特に４〜８ｗｔ％にｉいては、従来の
時効処理と比較して、Ｂｒを同等以上とした上で、角形
性が向上し、保磁力が向上するので、所期の（Ｂ−Ｈ）
　ｍａｘ値がえられ、実用上十分満足できる特性を示す
。

このため、粉末成型磁石としての特性が優れる。

また、従来の時効処理ではまったく実用に耐えなかった
、より低Ｃｕ組成、例えば２〜４ｗｔ％、特に２．５〜
４ｗｔ％では、Ｂｒ、保磁力ともきわめて高い増大率で
増大する結果、やはり実用上十分満足できる特性を示す
。

また、各回の冷却過程において、冷却開始ないし終了温
度等での保持時間は従来より短くすることができ、総体
として、時効処理時間は、従来より短縮することができ
る。

■　発明の具体的実施例 以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。

実施例１゜ 重量百分比で、２４．５％Ｓｍ、５％Ｃｕ、１５％Ｆｅ
、２％Ｚｒ、残Ｃｏからなる合金を高周波誘導溶解によ
り作製した。

これを溶体化処理し、室温まで冷却した。

これを、第１図のようなプロフィールにて、冷却開始温
度Ｔ３、冷却終了温度ｔ１として、Ｔ１とｔｌを変化さ
せて熱処理を２回くりかえした。

第３図に、ｉＨｃとＴ１との関係、第４図にｉＨｃとｔ
ｌとの関係を実線にて示す。

なお、第３図、第４図には、第２図で示した従来法であ
る１回のみの多段時効処理のプロフィールにおいて、保
持時間を８＝２Ｈｒ、ｂ＝ＩＨｒ、ｃ＝ＩＨｒとした場
合の結果が破線で示される。

これらの結果から、２回以上の所定の時効熱処理を施す
本発明の効果があきらかである。

また、Ｔ１は７５０〜９５０℃、ｔｌは７００℃以下か
好ましいこともわかる。

さらには、トータル時効処理時間も短縮されていること
がわかる。

実施例２゜ 実施例１と同様に溶体化処理したのち、下記熱処理Ａ、
Ｂ、Ｃを施して、表１に示すような合金Ｉ八〜１０Ｃを
得た。

Ａ：第１図のプロフィールにおいて、 Ｔ、＝８５０℃、ｔ、＝４００℃。

Ｂ：第５図の３回のプロフィールにおいて、Ｔ、＝９０
０℃、Ｔ２＝８５０℃、 Ｔ３＝８００℃、ｔ、＝５００℃、 ｔ２−４５０℃、ｔ３＝４００℃。

Ｃ：第２図の１回のみのプロフィールにおいて、Ｔ、＝
８５０℃、ｔ、＝４００℃、ａ＝６Ｈｒ、ｂ＝ＩＨｒ、
ｃ＝４Ｈｒとした場合。

このような合金ＩＡ〜ＩＯＣを粉砕し、分散するバイン
ダーにナイロン１２を用いて、サンプル：バインダーの
混合割合を重量比で９４＝６として混合したものに、ざ
らにシラン系のカップリング剤をそれぞれ、上記混合物
に対し０．１ｗｔ％添加して混合し、その後２７０℃で
加熱混練した。

その後ベレット化し、磁場中で射出成型した。

この場合射出中の印加磁場は１５ｋＯｅとした。　この
ように成型した磁石を取出し、着磁を行った。

上記のように作製した磁石を用いた合金ＩＡ〜１０Ｃに
応じてサンプルＩＡ〜７Ｃとする。

サンプルＩＡ〜７Ｃの磁気特性、Ｂｒ。

ｉ　Ｈｃ　、　　（Ｂ−Ｈ）　ｍａｘを表２に示す。

また、表２には、これら各特性の、処理Ｃに対する増大
率が示される。

表　　２（その１） 合金　　磁　　気　　　特　性 Ｉ　Ａ　　６．８［５！Ｊ］　　］］１．８４Ｈ；］　
　］０．５［９！ｌ；］Ｉ　Ｂ　　６．８［５！Ｊ］　
　１３．１［６４！ｋｌ　　１０．７［１１４ｋ］ＩＣ
６，５８，０９，６ ２Ａ　　６．６［５＄］　　１４．９［８０！Ｊ］　　
ｌ０．４［１１！ｋ］２　Ｂ　　６．７［６！Ｊ］　　
１８．２［９５！ｊ；］　　１０．６［１３１］２Ｃ６
，３Ｂ、３　　　９．４ ３　Ａ　　６．８［５！ｋ］　　１０．９［５４！％］
　　１０．８［１４！ｋ１３　Ｂ　　６．８［５９６］
　　１２．２［７２ｋ］　　１０．６［１４ｋ］、３Ｃ
６，５７，１９，３ ４Ａ　　７．０［８％；］　　９．９［１２５ｋ］　　
］］１．０５７４ｋ］４　Ｂ　　７．０［８！ｋ］　　
］］０．５］３９！ｌ；］　　１１．２［６０！ｌ；］
４Ｃ６，５４，４７，０ 表　　２（その２） 合　金　　　　　磁　　　　　気　　　　　　　　特　
　性５Ａ　　６．３［２！１４］　　８．１［３５！！
］　　　９．５［］０！！］５　Ｂ　　６．４［３！Ｉ
Ｉ；］　　］８．９４８！ｌ；］　　　］９．７１３ｍ
］５Ｃ６，２６，０８，６ ６Ａ　　ｆｉ、４［３４ｋ］　　８．３［１］！Ｊ］　
　　９．６［１０！ｌ；］６　Ｂ　　６．４［３％；］
　　］８．５１３！ｋ］　　　９．７［１１！Ｉｉ］６
Ｃ６，２７，５８，７ ７Ａ　　７．］［３４’！］　　６．１［６９！Ｊ］　
　　９．２［＋３０！ｋ］７　Ｂ　　７．２［３６！に
］　　６．５［８］！ｋ］　　　９．６［］４０９６］
７Ｃ５，３３，６４ 表２の結果から、本発明の効果があきらかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における熱処理方法の１例を示す温度
一時間プロフィールのグラフである。 第２図は、従来における熱処理方法の例を示す温度一時
間プロフィールのグラフである。 第３図および第４図は、それぞれ第１図および第２図の
プロフィールのＴ１およびｔｌをかえたときの、保磁カ
ーＴ、および保磁カーｔ１のグラフである。　この場合
、第３図および第４図において、実線が第１図のプロフ
ィールによる、破線が第２図のプロフィールによる場合
である。 第５図は、本発明における熱処理方法の他の例を示す温
度一時間プロフィールのグラフである。 Ｌミ♀Ｓ？ｃｏ　　の　＜　　（Ｎ　　０（ａＯ阿））
Ｈｌ （ａＱ片）　つＨ！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量百分比で、２２〜２８％Ｒ（Ｒは希土類元素の
   一種以上）、２〜１０％Ｃｕ、 ６〜３５％Ｔ（ＴはＦｅ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｒのうち
   の１種以上）、０．５〜６％Ｍ （ＭはＺｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＶおよびＴａのうちの
   １種以上）、残部Ｃｏを主体とする組成を有する希土類
   コバルト系金属間化合物を溶体化処理して急冷し、次い
   で、７５０〜９５０℃の温度から７００℃以下の温度ま
   で冷却する熱処理を２回以上くりかえし施した後、粉砕
   してバインダーと混合し、磁場配向および成型を行うこ
   とを特徴とする粉末成型磁石の製造方に記載の粉末成型
   磁石の製造方法。 ２、希土類コバルト系金属間化合物のＣｕ含有量が２．
   ５〜８％である特許請求の範囲第１項に記載の粉末成型
   磁石の製造方法。 ３、希土類コバルト系金属間化合物のＴが Ｆｅ、またはＦｅとＮｉ、ＭｎおよびＣｒのうちの１種
   以上との組合わせからなり、Ｆｅ含有量が１０〜２５％
   である特許請求の範囲第１項または第２項に記載の粉末
   成型磁石の製造方法。 ４、溶体化処理温度が１０００℃以上である特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の粉末成型磁
   石の製造方法。 ５、溶体化処理後の急冷終了温度が、第１回目の７５０
   〜９５０℃の冷却開始温度から室温までの温度範囲内に
   ある特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
   載の粉末成型磁石の製造方法。 ６、熱処理の各回の冷却終了温度が、６５０℃から室温
   までの温度範囲内にある特許請求の範囲第１項ないし第
   ５項のいずれかに記載の粉末成型磁石の製造方法。 ７、熱処理のくりかえし回数が２〜４回である特許請求
   の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の粉末成型
   磁石の製造方法。 ８、熱処理での各回の冷却開始温度にて、 ５分〜２０時間の保持時間を設ける特許請求の範囲第１
   項ないし第７項のいずれかに記載の粉末成型磁石の製造
   方法。 ９、熱処理の各回の冷却速度が０．０５〜１５℃／ｍｉ
   ｎである特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか
   に記載の粉末成型磁石の製造方法。