JP3209380B2 - 希土類焼結磁石およびその製造方法 - Google Patents
希土類焼結磁石およびその製造方法Info
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Description
イルモータ)、回転機器等に使用される高性能希土類焼
結磁石およびその製造方法に関する。
5742号公報等参照)は飽和磁化が大きく、高エネル
ギ−積が得られることから幅広い用途に使用されるよう
になった。これまで問題とされていた耐熱性および耐食
性といった問題はある程度解決され、実用上は問題ない
状況にある。最大エネルギ−積も30〜45MGOeのものが生
産されるようになった。
については耐熱性、耐食性といった問題点もあるが、磁
気特性の向上が最重要課題であることには変わりない。
Nd−Fe−B系磁石の磁気特性を向上させる手法とし
ては、磁石内の酸素量を減らして主相(Nd2Fe14
B)体積率を向上すること、組成を化学量論組成(Nd
2Fe14B)に近づけること、さらには主相の配向度
を向上させること、が掲げられる。酸素量については、
製造工程中における酸素との接触を極力回避することに
より5000ppm以下のものが量産で、また実験室レベルで
は1000ppm程度のものが得られるようになってきてい
る。一方、配向度は現状の量産レベルで横磁場成形(磁
場中成形の際の加圧方向と配向磁場の方向とが略直交す
る成形方式)の場合、飽和磁化Msと残留磁束密度Brとの
比で定義する配向度(Br/Ms)=92〜94%程度である。
また、縦磁場成形(磁場中成形の際の加圧方向と配向磁
場の方向とが略平行な成形方式)の場合、 Br/Ms =88
〜90%程度が得られているものの改善の余地が大きい。
したがって、本発明が解決しようとする課題は従来に比
べて配向度を向上し、磁気特性を高めたR−Fe−B系
焼結磁石およびその製造方法を提供することである。
は、一般に合金の溶解・鋳造、粉砕、磁場中成形、焼結
および熱処理工程を順次経て製造される。本発明者等
は、前記各製造工程がR−Fe−B系焼結磁石の配向度
に与える影響を詳細に検討した。詳しくは後述するが、
検討の結果、R−Fe−B系焼結磁石用微粉末に磁場を
印加した時の初期配向、成形による配向の乱れ、および
焼結過程における配向の変化、が重要であることを知見
した。特に、初期配向が重要であり、この時の配向が悪
いとこの後の工程を最適化しても良い結果は得られない
ことが判明した。そして、配向度が最大のものが得られ
るようこれら製造工程を最適化することにより従来にな
い高い配向度を有する高性能のR−Fe−B系焼結磁石
を得られることがわかった。
のNd2Fe14B相はC軸方向の磁化が大きいため、
(004),(006),(008)面のX線回折強度が大きく、
(105)面のX線回折強度が小さいほど配向度が高いこ
とを示す。本発明の希土類焼結磁石の配向方向に垂直な
面のX線回折を行うと、(006)面のX線回折強度が高
く、(105)面のX線回折強度が弱い、極めて配向度の
高い状態を示す値が得られる。具体的には本発明の希土
類焼結磁石は、R 2 Fe 14 B金属間化合物(ここで、
RはNd,Pr,Ce,TbおよびDyの群から選択さ
れる少なくとも1種の希土類元素である)を主相とし、
横磁場成形し、焼結してなる希土類焼結磁石であって、
前記希土類焼結磁石をX線回折(Cuターゲットを使
用)した時、R 2 Fe 14 B金属間化合物における(00
6)面と(105)面とのX線回折強度比:I(006)/I(105)
が1.2以上であり、24℃で測定した残留磁束密度Brと飽
和磁化Msとの比で定義する配向度(Br/Ms)が95%以上
であり且つ最大エネルギー積(BH)maxが48.7MGOe以上で
あることを特徴とする。 前記希土類焼結磁石は、 R a Fe b Co c B d AD e M f , 5≦a≦18at.%, 65≦b≦85 at.%, 0≦c≦30 at.%, 4≦d≦15 at.%, 0≦e≦7at.%,および 0≦f≦7at.% (ここで、ADはAl,Cu,ZnおよびGaの群から選
択される少なくとも1種であり、MはV,Mo,Nbお
よびWの群から選択される少なくとも1種である)で表
される組成のものが好ましい。 また本発明の希土類焼結
磁石は、R 2 Fe 14 B金属間化合物(ここで、Rは N
dおよびDyである)を主相とし、横磁場成形し、焼結
してなる希土類焼結磁石であって、前記希土類焼結磁石
をX線回折(Cuターゲットを使用)した時、R 2 Fe
14 B金属間化合物における(006)面と(105)面とのX線
回折強度比:I(006)/I(105) が1.22以上であり、24
℃で測定した残留磁束密度Brと飽和磁化Msとの比で定義
する配向度(Br/Ms)が95%以上であり且つ最大エネル
ギー積(BH)maxが48.7MGOe以上および保磁力iHcが14.1kO
e以上であり、 前記希土類焼結磁石の組成が、 R a Fe b Co c B d AD e M f , 5≦a≦18at.%, 65≦b≦85 at.%, b:c=99.95:0.05〜77:23, 4≦d≦15 at.%, 0≦e≦7at.%,および 0≦f≦7at.% ここで、RはNdおよびDyであってat.%比でNd:
Dy=99.95:0.05〜80:20であり、ADはAl,Cu,
ZnおよびGaの群から選択される少なくとも1種であ
り、MはV,Mo,NbおよびWの群から選択される少
なくとも1種である)で表されるものの実用性が高い。
また本発明の希土類焼結磁石の製造方法は、R 2 Fe
14 B金属間化合物(ここで、RはNd,Pr,Ce,
TbおよびDyの群から選択される少なくとも1種の希
土類元素である)を主相とする希土類焼結磁石の製造方
法において、前記希土類焼結磁石用微粉末に鉱物油を添
加し、次いで0.15〜0.5t/cm2の成形圧力で横磁場成形
し、得られた成形体を焼結し、次いで熱処理することを
特徴とする。
向の乱れ、および焼結による配向の変化、についての検
討結果を示す。 (1)初期配向 Nd−Dy−Fe−Co−B−Nb−Al系合金を溶製
し、次いで水素処理を行い粗粉砕粉末を得た。次にジェ
ットミルにより微粉砕して平均粒径5μmの微粉末を得
た。この微粉末を用いて磁場を印加した際の初期配向を
調べた。電磁石の間に前記微粉末を充填したカプセルを
配置し、磁場を印加(5kOe,15kOe,25kOe)した後に
アセトンで希釈した接着剤をカプセル内に流し込み、次
いでアセトンを蒸発させ固化した。得られた試料の磁場
印加方向における結晶配向をX線回折し調べると図1の
結果になった。図1より、印加磁場強度が大きくなるに
つれ、(105)面に対する(006)面の相対強度が増加し
ていることがわかる。しかし、印加磁場強度を大きくし
ても、それに見合うだけの配向度の改善は見られないこ
とが判明した。これは、前記微粉末粒子同士が磁気凝集
を引き起こし、強い印加磁場を与えても各微粉末粒子の
結晶方位が完全に揃わないためと考えられる。なお、得
られたI(006)/I(105)は印加磁場が25kOeの場合
は3.1、印加磁場が15kOeの場合は2.1、印加磁場が5kOe
の場合は2.1であった。
粉末に添加して配向時における磁気凝集を抑制したとこ
ろ、ほぼ単結晶に近い高い配向度を得られることがわか
った。図2(a)に示すように通常の状態で単純に磁場を
印加しただけでは高い配向度は得られないが、磁気凝集
の発生を防止することにより図2(b)に示すようにほ
ぼ(004),(006),(008)面の回折ピークが見られ
るだけという単結晶に近い配向度が得られた。この場合
のI(006)/I(105)は35であった。印加磁場は25kO
eである。このように前記微粉粒子間に磁気凝集を抑制
する適度な粘性を持った添加剤を添加すると磁気凝集を
抑えられる。
い成形体を得た。この成形体における配向方向に垂直な
面においてX線回折を行ない、成形による配向の乱れを
調査した。なお、印加磁場は25kOeである。図3にその
結果を示すが、成形圧の増加にともないI(006)/I
(105)が小さくなり、つまり配向度が低下し、成形に
より配向が乱されることが明らかとなった。また、成形
圧の低い領域でI(006)/I(105)が大きい値を示し
ており、この領域で成形することにより初期配向の低下
を防止することができる。以上の検討結果をまとめる
と、焼結体の配向度を向上させるには、前記微粉末粒子
同士の磁気凝集を抑制することにより磁場を印加した時
に得られる初期配向を高め、その状態を維持するために
低圧の成形を行うことが重要である。
体と、これらを焼結し得られた焼結体のI(006)/I
(105)を比較した結果を図4に示す。成形圧が0.17t/
cm2の場合のI(006)/I(105)は、成形体では1.8
であったが焼結体では1.25まで低下した。成形圧が2.0t
/cm2の場合のI(006)/I(105)は、成形体では1.
0であったが、焼結体では1.14まで向上した。一般には
焼結過程で粒成長が生じ、これにともない焼結体の配向
度は成形体に比べ向上すると考えられている。しかし、
2.0t/cm2で成形したものは焼結後の配向度が良くなっ
ているものの、0.17t/cm2で成形したものは焼結後に
配向度が低下している。これは非常に成形体密度の低い
状態で焼結されているため、焼結における収縮過程で配
向が乱される効果と考えられる。しかし、0.17t/cm2
で成形した例から、低圧成形により成形体の配向度を高
めておけば、焼結過程で配向が乱れたとしても焼結体に
おける配向度は依然高いレベルにあり、初期配向を向上
・維持することが重要であることもわかる。
記組成式の範囲から選択される。 RaFebCocBdADeMf ここで、RはNd,Pr,Ce,TbおよびDyの群か
ら選択される少なくとも1種の希土類元素であり、AD
はAl,Cu,ZnおよびGaの群から選択される少な
くとも1種であり、MはV,Mo,NbおよびWの群か
ら選択される少なくとも1種であり、5≦a≦18at.
%,65≦b≦85at.%,0≦c≦30at.%,4≦d≦15 a
t.%,0≦e≦7at.%,および0≦f≦7at.%が好ま
しい。
以上、18 at.%以下が好ましく、より好ましくは10 at.
%以上、16 at.%以下の範囲で含有される。RがPr,
Ndの場合に高い磁気特性を得られ、TbやDyを含む
場合に大きな保磁力を得られる。特にDyを用いた場
合、NdとDyとの比率はat.%で99.95:0.05から80:
20 の範囲がコスト的に好ましく、飽和磁化を大きく減
少させずに高い保磁力を得られ望ましい。
い。65 at.%未満では飽和磁化が低くなり、また85 at.
%を越えると保磁力が著しく低下する。
素であり、30 at.%以下の範囲で含まれることが好まし
い。30 at.%を越えると飽和磁化と保磁力が低下し、好
ましくない。なお、FeとCoの比率は、適度な角型性
と保磁力を保持するためat.%で99.95:0.05から77:23
の範囲にするのが望ましい。
範囲外では残留磁束密度と保磁力が小さくなる。
ら選択される少なくとも1種であり、保磁力向上に寄与
する元素であるが、7at.%を越えると残留磁束密度を
低下させるので7at.%以下とする。良好な磁気特性を
得るために0.01≦e≦4at.%の範囲とするのが好まし
い。
選択される少なくとも1種であり、結晶粒成長抑制およ
び熱安定性向上に有効な元素であるが、過剰に含まれる
と飽和磁化を低下させるので添加する場合は7at.%以
下とするのが好ましい。以上の組成範囲のうち、特に高
い磁気特性を得るには下記の組成とするのがよい。 RaFebCocBdADeMf, 12≦a≦14at.%, 65≦b≦85 at.%, 0≦c≦6at.%, 5.8≦d≦6.5 at.%, 0≦e≦1.5 at.%,および 0≦f≦1at.% ここで、RはNd,Pr,Ce,TbおよびDyの群か
ら選択される少なくとも1種の希土類元素であり、ADは
Al,Cu,ZnおよびGaの群から選択される少なく
とも1種であり、MはV,Mo,NbおよびWの群から
選択される少なくとも1種である。
ついて説明する。本発明の希土類焼結磁石は、所定組成
の合金を溶製し、得られたインゴットに水素吸蔵・脱水
素処理を施し、次いでジェットミル等により粉砕し、得
られた微粉末に鉱物油を添加し、次いで0.15〜0.5t/cm
2 の成形圧力で横磁場成形し、成形体を焼結し、次いで
熱処理することにより得られる。前記微粉末は保磁力を
著しく下げない程度の粒径を有し、粒径分布が揃ってい
ることが望ましい。成形前の微粉末の磁気凝集を抑制し
て成形体の配向度を高めるとともに、最終的に得られる
希土類焼結磁石の酸素含有量を顕著に低減せしめ磁気特
性を高めるための添加剤として適量の鉱物油を加える。
ただし、鉱物油の粘性が低すぎると配向に悪影響を与え
るので、十分な成形体強度を有し、且つ配向が最良にな
るように粘性を調整しなければならない。横磁場成形に
際し印加する磁場の平行性を良くし、且つ磁場強度を大
きくし、磁場の立ち上がりを急峻にすることにより前記
微粉末を効率良く配向できる。また、磁場印加時に振動
や超音波を与えることも効果がある。横磁場成形の加圧
は初期配向を乱さないように上記低圧力でしかも瞬間的
に加圧することが好ましい。焼結過程では結晶粒成長に
より配向を良く揃えることも重要となる。
れら実施例により本発明が限定されるものではない。 (実施例1) Nd12.8FebalCo4.5B6.2Ga0.1
(at.%)なる組成の合金を作製し、水素処理を行っ
た。得られた粗粉を酸素量をコントロールしたジェット
ミルにより粉砕し、平均粒径4μmの微粉末を得た。こ
の粉末に鉱物油を添加し、大気に触れないようにして磁
場中成形(横磁場成形)し、次いで焼結した。得られた
焼結磁石の酸素量は1410ppmであり、窒素量は43ppmであ
った。なお、印加磁場は25kOeおよび成形圧は0.17t/cm
2であり、焼結は真空中、1090℃×1hr.の条件で行っ
た。前記焼結体をX線回折(Cuターゲットを使用)
し、得られた相対強度比:I(006)/I(105)は1.35
であった。また、得られた焼結体を熱処理(540℃×1h
r.)した後、24℃で磁気特性を測定した。また、磁化の
値はNi標準で正確に較正した。その結果、Br=14.88k
G,iHc=8.3kOe,(BH)max=52.7MGOeおよび配向度(Br
/Ms)=96%という高い磁気特性が得られた。その減磁
曲線を図5に示す。
永久磁石としては世界最高であり、配向度が極めて高
い。ちなみにこれまでの最高特性は(BH)max=50.6MGOe
(測定温度:20℃、組成:Nd12.8Fe80.7B
6.5、酸素量:1100ppm,M.Sagawa, S. Hirosawa, H.
Yamamoto, S. Fujimura and Y. Matsuura, Jpn. J. Ap
pl. Phys. 26, 785(1987).)と(BH)max=52.3MGOe(組
成:Nd29wt%,Fe70wt%,B1wt%、E. Ots
uki, T. Otsuka and T. Imai, Eleventh International
Workshop on Rare Earth Magnets and Their Applicat
ions, Pittsburgh, PA, 21-24 October, 1990.)であっ
た。実施例1の焼結磁石の磁気特性はこれらより測定温
度が高く、且つ磁気特性も正確に較正されている。Nd
−Fe−B系焼結磁石はBrの温度係数が大きく、測定温
度が例えば1℃高くても(BH)maxを減少させるが、今回
の測定は24℃という少々高い測定温度で得られた結果で
あり本発明の希土類焼結磁石の優位性を顕著に表してい
る。
同様に得て、従来例のNo.4および8を除いて鉱物油を
添加剤として加え表1に示す圧力で磁場中成形を行っ
た。なお、配向磁場は25kOeである。次に、真空中、108
0〜1100℃×1hr.の条件で焼結し、次いで510〜550℃×
1hr.の熱処理を行い、焼結磁石を得た。
同様にして測定した。結果を表2に示すが、本発明の焼
結磁石は従来のものに比べI(006)/I(105) が高
く、且つ磁気特性も向上していることがわかる。
に比べて配向度を向上し、磁気特性を顕著に高めたR−
Fe−B系焼結磁石およびその製造方法を提供すること
ができる。
回折パターンであり、b)は15kOeの印加磁場で配向させ
た微粉のX線回折パターンであり、c)は5kOeの印加磁
場で配向させた微粉のX線回折パターンである。
た微粉のX線回折パターンであり、b)は磁気凝集を低減
させた磁粉を同じく25kOeの磁場で配向させた時のX線
回折パターンである。
おけるX線回折パターンである。
ーンである。
Claims (4)
- 【請求項1】 R 2 Fe 14 B金属間化合物(ここで、
RはNd,Pr,Ce,TbおよびDyの群から選択さ
れる少なくとも1種の希土類元素である)を主相とし、
横磁場成形し、焼結してなる希土類焼結磁石であって、 前記希土類焼結磁石をX線回折(Cuターゲットを使
用)した時、R 2 Fe 14 B金属間化合物における(00
6)面と(105)面とのX線回折強度比:I(006)/I(105)
が1.2以上であり、24℃で測定した残留磁束密度Brと飽
和磁化Msとの比で定義する配向度(Br/Ms)が95%以上
であり且つ最大エネルギー積(BH)maxが48.7MGOe以上で
あることを特徴とする希土類焼結磁石。 - 【請求項2】 前記希土類焼結磁石の組成が、 R a Fe b Co c B d AD e M f , 5≦a≦18at.%, 65≦b≦85 at.%, 0≦c≦30 at.%, 4≦d≦15 at.%, 0≦e≦7at.%,および 0≦f≦7at.% (ここで、ADはAl,Cu,ZnおよびGaの群から選
択される少なくとも1種であり、MはV,Mo,Nbお
よびWの群から選択される少なくとも1種である)で表
される請求項1に記載の希土類焼結磁石。 - 【請求項3】 R 2 Fe 14 B金属間化合物(ここで、
RはNdおよびDyである)を主相とし、横磁場成形
し、焼結してなる希土類焼結磁石であって、 前記希土類焼結磁石をX線回折(Cuターゲットを使
用)した時、R 2 Fe 14 B金属間化合物における(00
6)面と(105)面とのX線回折強度比:I(006)/I(105)
が1.22以上であり、24℃で測定した残留磁束密度Brと飽
和磁化Msとの比で定義する配向度(Br/Ms)が95%以上
であり且つ最大エネルギー積(BH)maxが48.7MGOe以上お
よび保磁力iHcが14.1kOe以上であり、 前記希土類焼結磁石の組成が、 R a Fe b Co c B d AD e M f , 5≦a≦18at.%, 65≦b≦85 at.%, b:c=99.95:0.05〜77:23, 4≦d≦15 at.%, 0≦e≦7at.%,および 0≦f≦7at.% (ここで、RはNdおよびDyであってat.%比でN
d:Dy=99.95:0.05〜80:20であり、ADはAl,C
u,ZnおよびGaの群から選択される少なくとも1種
であり、MはV,Mo,NbおよびWの群から選択され
る少なくとも1種である)で表されることを特徴とする
希土類焼結磁石。 - 【請求項4】 R 2 Fe 14 B金属間化合物(ここで、
RはNd,Pr,Ce,TbおよびDyの群から選択さ
れる少なくとも1種の希土類元素である)を主相とする
希土類焼結磁石の製造方法において、 前記希土類焼結磁石用微粉末に鉱物油を添加し、次いで
0.15〜0.5t/cm 2 の成形圧力で横磁場成形し、得られた
成形体を焼結し、次いで熱処理することを特徴とする希
土類焼結磁石の製造方法。
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JP17953493A JP3209380B2 (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 希土類焼結磁石およびその製造方法 |
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JP17953493A JP3209380B2 (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 希土類焼結磁石およびその製造方法 |
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JP17953493A Expired - Lifetime JP3209380B2 (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 希土類焼結磁石およびその製造方法 |
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- 1993-07-21 JP JP17953493A patent/JP3209380B2/ja not_active Expired - Lifetime
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