JPS6325904A - 永久磁石およびその製造方法並びに永久磁石製造用組成物 - 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】 本発明は、粉末冶金組成物および希土類−鉄一ホウ素永
久磁石の製造方法並びにかかる方法により製造した磁石
に関するものである。

永久磁石（永久強磁性を示すような物質）は、数年間に
極めて普通の有用な工業材料となってきた。これ等の磁
石の用途は多数あり、オーディオラウドスピーカから電
動機、発電機、計器および多くの型の科学的装置の範囲
に亘る。この分野における研究は代表的には、特に小形
化が計算機および他の多くの装置に対して望ましくなっ
た近年常に増加する強度を有する永久磁石材料の開発に
向けられてきた。

さらに最近開発された商業的に成功した永久磁石は希土
類金属および強磁性金属の合金から粉末冶金技術により
製造される。最も普及している合金はサマリウムおよび
コバルトを含有し、実験式ＳｍＣｏ５で表されるもので
ある。またかかる磁石は、所望の成形物の製造（特に焼
結）を助けるため普通少量の他のサマリウム−コバルト
合金を含有する。

然しサマリウム−コバルト磁石は、両合金用元素が比較
的少ないので、著しく高価である。この因子は、電動機
のような大容量の用途における磁石の有効性を制限し、
一般に比較的低い原子数で余り高価ではない強磁性金属
である比較的豊富な希土類金属を利用する永久磁石材料
を開発する研究を促進した。この研究はネオジム、鉄お
よびホウ素を種々の割合で含有する極めて有望な組成物
を導いた。将来の利用に対する若干の予言およびＱ　通
しがエイ・エル・ロビンソン「パワフル・ニュー・マグ
ネット・マテリアル・ファウンド」エイエンス、第２２
３巻、第９２０〜９２２頁（１９８４）にＲ２Ｆ、４Ｂ
（但しＲは軽希土類金属）として記載されている組成物
に対して与えられている。

エム・サガワ、ニス・フジムラ、エヌ・トガワ、エッチ
・ヤマモトよびワイ・マツウラ「ニュー・マテリアル・
フォア・パーマネント・マグネット・オン・ア・ベース
・オン・ＮｄアンドＦｅ」、ジャーナル・オン・アプラ
イド・フィジックス、第５５巻、第２０８３〜２０８７
頁（１９８４）　　に若干の組成物が記載されている。

この文献には、Ｎｄｘ８．Ｆｅ＋ｏｏ−１１−ｙであら
れされる種々の組成物に対する結晶特性および磁気特性
が報ぜられており粉末Ｎｄ＋５ＢａＦｅｔ１から永久磁
石を製造する方法が記載されている。この文献には高温
で観察される磁気特性の低下が論ぜられており、合金へ
の少量のコバルトの転化がこの低下を防止する上で有利
であることが示唆されている。

これ等の組成物についての他の情報は、エム・サガワ、
ニス・フジムラ、エッチ・ヤマモト、ワイ・マツウラお
よびケイ・ヒラガにより、「パーマネント・マグネット
・マテリアルス・ベースト・オン・ザ・レアー・アース
−アイロン−ボロン・テトラコ゛ナル・コンパウンダＪ
　、ＩＥＥ＋３　　）　ランスアクションズ・オン・マ
グネチソクス、　ＭＡＧ−２０巻、１９８４年９月、第
１５８４〜１５８９頁に記載されている。

少量のテルビウムまたはジスプロシウムの転化は、ネオ
ジム−鉄−ホウ素磁石の保磁度を増加すると言われてお
り；　Ｎｄ＋５Ｆｅ７Ｊｓ磁石とＮ６＋３．　ｓＤｙ＋
、　５Ｆｅ７−、Ｂ８磁石の比較がなされている。

希土類−鉄−ホウ素磁石の製造に関する他の説明が、エ
ム・サガワ、ニス・フジムラおよびワイ・マツウラによ
り欧州特許出願第８３１０６５７３．５号および第８３
１０７３５１．５号（夫々１９８３年７月５日及び７月
２６日に出願されている）でなされており、種々の金属
元素を磁石合金に添加する保磁度を向上する効果が論ぜ
られている。

シー・バーゲットは「メタロージカル・ウエイズ・ツー
ＮｄＦｅＢＴロイズ・パーマネント・マグネマツ・フロ
ム・Ｃｏ−レジュースドＮｄＦｅＢ」（第８インターナ
ンヨナル・ウワークショップ・オン・レアーアース　マ
グネマツ・アンド・ゼア・アプリケーションズ、オハイ
オ州ディトン１９８５年５月６〜８日）においてネオジ
ム−鉄−ホウ素合金への他の金属の添加を論じている。

。 本発明の第一の観点は、（１）少なくとも１種の希土類
金属、鉄およびホウ素を含有する粒状の合金を粒状アル
ミニウム金属と混合し；（２）混合物の強磁性磁区を磁
界において整列し；（３）整列した混合物を圧縮して成
形体を形成し；（４）圧縮成形体を焼結することから成
る希土類−鉄一ホウ素永久磁力の製造方法である。随意
に粒状希土類金属酸化物または希土類金属をアルミニウ
ム金属と同時に添加することができる。合金は希土類−
鉄−ホウ素合金の混合物とすることができ、更に、鉄の
一部分を他の強磁性金属、例えばコバルトと置換えるこ
とができる。本発明はまた上記方法に用いる組成物およ
び該方法により得られた生成物を包含する。

ここで「希土類」と称するは原子番号５７〜７１のラン
タニド元素と原子番号３９のイツトリウム元素を意味す
るものとする。イツトリウム元素は普通成る種のランタ
ニド含有鉱石中に見出され、ランクニドに化学的に類似
する。

ここで「重ランタニド」と称するは、原子番号６３〜７
１のランタニド元素を意味するのとし、原子番号６２以
下の「軽希土類」を除外する。

「強磁性金属」には、鉄、ニッケノペコバルトおよびこ
れらの金属の１種以上を含む種々の合金が含まれる。強
磁性金属および永久磁石は磁気ヒステリシス特性を示し
、ここで磁気誘導対印加した磁場の強さのプロット（零
から正の高い値に至り次いで負の高い値に至り、零に戻
る）はヒステリシスループである。

本発明で特に関心のあるヒステリシスループ上の点は、
永久磁石を利用する大部分の装置が城磁場の影響下で操
作するので、第２象限、即ち減磁曲線内に存在する。原
点に関して対称的であるループ上では、磁気誘導（Ｂ）
が零に等しい磁場の強さの値は保磁力（Ｈｃ　）　と呼
ばれる。これは、磁気材料の品質の尺度である。印加し
た磁場の強さが零に等しい誘導値は残留磁気誘導（Ｂｒ
）と称せられる。Ｈの値はエルステッド（Ｏｅ）で表さ
れ、Ｂの値はガウス（Ｇ）で表される。特定の磁石成形
物に対するメリットの表象は減磁曲線上の所定点に対し
ＢとＨの値を掛けることにより得られるエネルギー積で
、ガウス−エルステッドで表される。これ等の単位の略
語を用いると、「ｋ」は１０３倍を、「Ｍ」は１０６倍
を示す。エネルギー積を已に対してプロットする場合に
は一点（ＢＨｆｆｉａＸ）は曲線の最大点に見出され；
　この点はまた磁石を比較するため基準として有用であ
る。極限保磁度（ｉ　Ｈｃ）は、（Ｂ−Ｈ）が（Ｂ−Ｈ
）対Ｈのプロットにおいて零に等しい場合見出される。

本発明は希土類−鉄−ホウ素合金を基にした永久磁石の
製造方法に関するもので、またこの方法に有用な若干の
組成物およびこの方法により製造した磁石に関するもの
である。この方法は粒状希土類−鉄−ホウ素合金を粒状
アルミニウム金属と混合し、然る後磁区の整列、成形物
の形成および焼結工程を行う。

参考の為に記載するが、本発明者が１９８５年６月１４
日出願した係属中の米国特許出願第７４５．２９３号明
細書には、希土類−鉄一ホウ素永久磁石において、磁石
を形成する前に粒状希土類酸化物を合金粉末に添加する
ことを含む方法により得られる保磁度の改善が記載され
ている。この方法はネオジム−鉄−ホウ素磁石組成物を
例に挙げ説明され、Ｇｄ２Ｏ，。

Ｔｂ４ｏ７．　Ｄｙ２Ｏ３およびＨＯ２０３のような化
合物を添加剤として用いる場合に特に有効であることが
見出される。

本発明において使用するのに適する希土類−鉄−ホウ素
合金には、前記ロビンソンにより「サイエンス」に記載
されたもの、サガワ等により記載されたもの並びに業界
における他のものが含まれる。

一般に商業化するため近年開発された磁石はネオ　　８
、ジムー鉄−ホウ素合金に基づくが、本発明はまたネオ
ジムのすべて又は若干の部分を１種以上の他の希土類、
特に軽希土類であると考えられる希土類と置換した合金
組成物に適用される。更に、鉄の一部分をコバルトの如
く他の１種以上の強磁性金属により置換することができ
る。

合金は若干の方法により製造することができ、最も簡単
な直接法は、成分元素、例えばネオジム、鉄およびホウ
素を正しい割合で一層に融解することより成る。得られ
た合金は、通常連続する粒径低下法、好ましくは約２０
０メツシユ（０，０７５ｍｍの直径）より小さい粒子を
製造するのに充分な粒径にする処理を行う。

この磁石合金粉末に、粒状アルミニウム金属、好ましく
は合金と同様の粒径および粒度分布を有する粒状アルミ
ニウム金属を添加する。アルミニウムは、粒径を小さく
した後添加するかまたは粒径を低減している間、例えば
合金がボールミル中に存在する間に添加することができ
る。合金およびアルミニウムを充分に混合し、この混合
物を用いて整列、圧縮および焼結工程により磁石をつく
る。

アルミニウムを磁石の約０．０５〜約１重量％の分量で
添加した生成磁石に保磁度の向上が観察された。さらに
保磁度の一層の増加が、希土類酸化物又は希土類金属を
、例えば前記係属中の米国特許出願第７４５，２９３　
号に記載されている方法により、添加することにより得
られるっ本発明において、アルミニウムを添加すること
により得られる利点は、他の場合使用されるより少量の
希土類酸化物または希土類金属を用いて保磁度の著しい
増大を得ることができることである。アルミニウムは希
土類酸化物又は希土類金属よりかなり安いので、本発明
は有利な経済的利点を提供する。

随意の希土類酸化物添加剤は１種の酸化物又は酸化物の
混合物とすることができる。重ランタニドの酸化物、特
にジスプロシウム酸化物およびテルビウム酸化が特に好
ましい（前記サガワ等によるｒｌＥ［Ｅ　　）ランス　
アクション・オン・マグネチンクス」に記載されている
ジスプロシウムおよびテルビニウム金属と同様に作用す
ると考えられる）。

希土類酸化物の適当な量は、磁石合金粉末の約０．５〜
約１０重量％；更に好ましくは約１〜約５重量％が使用
される。

本発明は磁石合金へアルミニウムを直接添加することに
勝る利点を提供する。この理由は粉末の充分な混和が融
解金属を混和するより著しく容易であるからである。

上述の如く、希土類酸化物の添加により得られる利点は
、粉末希土類金属を磁石合金とアルミニウムの粒子に添
加することにより得られる。再び、重ランタニドが好ま
しく、ジスプロシウムおよびテルビウムが特に好ましい
。粒径および粒度分布は磁石合金と同様であるのが好ま
しく、合金粉末、アルミニウムおよび添加剤金属粉末の
単なる混合を磁石の製造に対する整列、圧縮および焼結
工程より先に行う。

粉末混合物を磁場において結晶軸および磁区を整列させ
、好ましくは同時に圧縮工程を行い。この工程で粉末か
ら成形物を形成する。次いでこの成形物を焼結して真空
または不活性（例えばアルゴン）雰囲気下で良好な機械
的結着性を有する磁石を形成する。代表的には約り０６
０℃〜約１１００℃の焼結温度を用いる。

本発明を用いることにより、アルミニウムおよび希土類
酸化物または希土類金属粉末を添加することなく製造し
た磁石より増大した保磁度を有する永久磁石が得られる
。普通このことにより磁石の残留磁気誘導の減少が伴わ
れるがそれにも拘わらず、電動機を含む多くの用途に一
層有用な磁石が得られる。

本発明を次の実施例につき説明する。

これ等の例においてすべてのパーセントは重量パーセン
トを意味するものとする。

実施例１ ネオジム、鉄およびホウ素を誘導炉中アルゴン雰囲気下
で一層に融解することによりＮｄ３３．５％〜Ｆｅ６５
．２％−日１．３％の表示組成（はぼＮｄ＋５ＦｅｔＪ
ａ）を有する合金を調製した。合金を固化させた後、約
１０７０℃で約９６時間加熱して残留する遊離鉄を、存
在する他の合金相に拡散させた。合金を冷却し、手工具
で約７０メソシユ（直径０．２ｍｍ）より小さい粒径ま
で粉砕し、有機液中に入れ、アルゴン雰囲気下でボール
ミル粉砕して大部分の粒径を約５〜１０μｍとした。真
空下で乾燥し、合金粉末を、磁石をつくる用意をした。

合金粉末の試料を用い次の操作に従って磁石を製造した
： （１）　　アルミニウム粉末を秤量し、一定量の秤量し
た合金粉末に添加し、 （２）混合物をガラス瓶内で数分聞手で激しく振とうし
て成分を緊密に混合し、 （３）磁区および結晶軸を約１４ｋＯｅの垂直磁場によ
り整列し一方粉末混合物をグイ中でゆるく圧縮し、次い
でダイにかけた圧力を約７０３ｋｇ／ｃｍ２ゲージ（１
０，０００ｐｓｉｇ）　に２０秒間上げ、（４）圧縮し
た「未処理」磁石をアルゴン雰囲気下約１０７０℃で１
時間焼結し、次いで炉の低温部に迅速に移し、室温まで
冷却し、 （５）冷却した磁石をアルゴン雰囲気下約９００℃で約
２時間アニールし、次いで炉内で迅速に冷却し、次いで
約６３０℃に約１時間加熱し、再び上述の如く迅速に冷
却した。

得られた磁石の性質を第１表にまとめて示す。

これ等のデータはアルミナ添加剤がネオジム−鉄−ホウ
素磁石の保磁度を著しく改善することを示す。

第　　１　　表 ０　　１２．０　９．１　１１．０３６．００．５　１
１．５１０，１　１２．２３２．０実施例２ 実施例１の操作を用いて磁石をつくった。但し異なる量
のアルミニウムを添加した。

第２表にこれ等の磁石の性質を示す。

種々のアルミニウム添加濃度の磁気特性に対する影響を
示すが、アルミニウムを約１重量％より過剰に添加する
場合には保磁度が著しく低下する。

第２表 ０　１２．０　９．０１１．０　３６．００．５　１１
．７　９．・５１２．５　３２．０１．０　１１．２　
８．４１０．１　２９．０１．５　１０．４　６．２７
！　　２４．０実施例３ 実施例１の操作を使用して磁石をつくった。

但しジスプロシウム酸化物またはアルミニウムとジスプ
ロシウム酸化物の混合物を添加剤として使用した。磁石
の特性を第３表に示す。第３表によるとアルミニウム添
加剤をも使用すると保磁度を向上させるのに必要な高価
な希土類酸化物が著しく低減することがわかる。

第３表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）少なくとも１種の希土類金属、鉄およびホウ
   素を含む粒状合金と粒状アルミニウムを混合し、 （ｂ）得られた混合物の磁区を磁場で整列させ、（ｃ）
   整列した混合物を圧縮して成形体を形成し、 （ｄ）圧縮成形体を焼結することを特徴とする永久磁石
   の製造方法。 ２、希土類金属が軽希土類である特許請求の範囲第１項
   記載の製造方法。 ３、希土類金属がネオジムである特許請求の範囲第２項
   記載の製造方法。 ４、合金が更にニッケル、コバルトおよびこれ等の混合
   物から成る群から選ばれた強磁性金属を含む特許請求の
   範囲第１項記載の製造方法。 ５、合金およびアルミニウムを、更に少なくとも１種の
   粒状希土類酸化物または希土類金属と混合する特許請求
   の範囲第１項記載の製造方法。 ６、希土類類酸化物が重ランタニド酸化物である特許請
   求の範囲第５項記載の製造方法。 ７、重ランタニド酸化物をガドリニウム酸化物、テルビ
   ウム酸化物、ジスプロシウム酸化物、ホルミウム酸化物
   およびこれ等の混合物から成る群から選定する特許請求
   の範囲第６項記載の製造方法。 ８、重ランタニド酸化物をテレビウム酸化物、ジスプロ
   シウム酸化物およびこれ等の混合物から成る群から選定
   する特許請求の範囲第７項記載の製造方法。 ９、更に、（ｅ）焼結した成形物をアニールする特許請
   求の範囲第１項記載の製造方法。 １０、特許請求の範囲第１項記載の製造方法により製造
   した永久磁石。 １１、（ａ）ネオジム、鉄およびホウ素を含有する粒状
   合金と粒状アルミニウムを混合し、 （ｂ）得られた混合物の磁区を磁場で整列させ、（ｃ）
   整列した混合物を圧縮して成形物を形成し、 （ｄ）圧縮成形物を焼結することを特徴とする永久磁石
   の製造方法。 １２、合金が更にニッケル、コバルトおよびこれ等の混
   合物から成る群から選ばれた強磁性金属を含む特許請求
   の範囲第１１項記載の製造方法。 １３、合金およびアルミニウムを、更に少なくとも１種
   の粒状重ランタニド酸化物または重ランタニド金属と混
   合する特許請求の範囲第１１項記載の製造方法。 １４、重ランタニド酸化物を、ガドリニウム酸化物、テ
   ルビウム酸化物、ジスプロシウム酸化物、ホルミウム酸
   化物およびこれ等の混合物から成る群から選定する特許
   請求の範囲第１３項記載の製造方法。 １５、重ランタニド酸化物を、テルビウム酸化物、ジス
   プロシウム酸化物およびこれ等の混合物から成る群から
   選定する特許請求の範囲第１４項記載の製造方法。 １６、更に、（ｅ）焼結した成形物をアニールする特許
   請求の範囲第１１項記載の製造方法。 １７、特許請求の範囲第１１項記載の製造方法により製
   造した永久磁石。 １８、（ａ）次の成分（ｉ）ネオジム、鉄およびホウ素
   を主成分とする粒状合金、 （ｉｉ）粒状アルミニウム、 （ｉｉｉ）ガドリニウム酸化物、テレビウム酸化物、ジ
   スプロシウム酸化物、ホルミウム酸化物およびこれ等の
   混合物から成る群から選ばれた粒状希土類酸化物を混合
   し、 （ｂ）混合物の磁区を磁場で整列させ、 （ｃ）整列した混合物を圧縮して成形物を形成し、 （ｄ）圧縮成形物を焼結し、 （ｅ）焼結した成形物をアニールすることを特徴とする
   永久磁石の製造方法。 １９、希土類酸化物がテルビウム酸化物である特許請求
   の範囲第１８項記載の製造方法。 ２０、希土類酸化物がジスプロシウム酸化物である特許
   請求の範囲第１８項記載の製造方法。 ２１、特許請求の範囲第１８項記載の製造方法により製
   造した永久磁石。 ２２、（ａ）次の成分（ｉ）ネオジム、鉄、コバルトお
   よびホウ素を主成分とする粒状合金、 （ｉｉ）粒状アルミニウムを混合し、 （ｂ）混合物の磁区を磁場で整列させ、 （ｃ）整列した混合物を圧縮して成形物を形成し、 （ｄ）圧縮成形物を焼結し、 （ｅ）焼結した成形物をアニールすることを特徴とする
   永久磁石の製造方法。 ２３、特許請求の範囲第２２項記載の製造方法により製
   造した永久磁石。 ２４、（ａ）少なくとも１種の希土類金属、鉄およびホ
   ウ素を含有する粒状合金（ｂ）粒状アルミニウムを含有
   したことを特徴とする永久磁石製造用組成物。 ２５、希土類金属が軽希土類金属である特許請求の範囲
   第２４項記載の組成物。 ２６、希土類金属がネオジムである特許請求の範囲第２
   ５項記載の組成物。 ２７、合金が更にコバルト、ニッケルおよびこれ等の混
   合物から成る群から選ばれた強磁性金属を含有した特許
   請求の範囲第２４項記載の組成物。 ２８、更に、（ｃ）少なくとも１種の粒状希土類酸化物
   または希土類金属を含有した特許請求の範囲第２４項記
   載の組成物。 ２９、希土類酸化物が重ランタニド酸化物である特許請
   求の範囲第２８項記載の組成物。 ３０、重ランタニド酸化物をガドリニウム酸化物、テル
   ビウム酸化物、ジスプロシウム酸化物、ホルミウム酸化
   物およびこれ等の混合物から成る群から選定した特許請
   求の範囲第２９項記載の組成物。 ３１、重ランタニド酸化物を、テレビウム酸化物、ジス
   プロシウム酸化物およびこれ等の混合物から成る群から
   選定した特許請求の範囲第３０項記載の組成物。