JPH0411703A - 希土類磁石の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＲＪｅ＋ａＢ＋化合物（ただしＲはＮｄ又は
Ｐｒの少なくとも一種を含む希土類元素）を主相とする
異方性希土類磁石の製造方法に関するものである。本発
明の製造方法によって作られる磁石は、高性能で低価格
になり得るという可能性から、小型モータ等各種アクチ
ュエーターの磁石部品及び磁気共鳴画像診断装置（ｎＲ
Ｉ）などの巨大磁石部品として広範に使用されることが
期待される。

〔従来の技術〕

希土類元素Ｒと代表的遷移金属元素Ｆｅ、！：Ｂとを２
：１４：１に近い割合で含む合金溶湯を単ロール法等の
液体象、冷性により超急冷することにより、すぐれた磁
石特性を有する２、冷薄帯を得ることができる（米国特
許第４８０２９３１号明細書、特開昭５９−６４７３９
号公報、特開昭６０−９８５２号公報）。この急冷薄帯
は磁気的にはほとんど等方性である。

上記のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金の急冷薄帯を粉砕して得た
粉末を、熱間で圧縮成形すること（ホットプレス）によ
り合金の真密度に近い状態で成形バルク化することがで
きる。これは米国特許第４７９２３６７号明細書、特開
昭６０−１００４０２号公報およびＲ，Ｗ、Ｌｅｅによ
る発表論文ｒｔ（ａｔ−ｐｒｅｓｓｅｄ　ｎｅｏｄｙｍ
ｉｕｍ−ｉｒｏｎｂｏｒｏｎ　ｍａｇｎｅｔｓ　Ｊ　（
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖ
ｏｌ。

４６、Ｎｏ、８．　ｐｐ　７９０−７９１．＾ｐｒｉｌ
　１５．１９８５）に報告されている。上記の熱間圧縮
成形体の残留磁束密度として約８ｋＧの値が得られるこ
とが従来の技術として知られている。

より高い残留磁束密度を得るには磁石に異方性を付与す
る必要がある。前記のＲ，Ｗ、Ｌｅｅは塑性変形による
異方性化法を提案している。この方法は、Ｎｄ−Ｆｅ−
Ｂ系の合金粉末の圧縮成形体の密度を、ホットプレスに
よって合金の真密度に近い密度まで高めたのちに、その
成形体を再度据え込み加工（Ｄｉｅ−Ｕｐｓｅｔ）によ
って塑性変形するというものである。この据え込み加工
の程度或いは合金組成に応じて８〜１３ｋＧの残留磁束
密度が得られることが報告されている（例えば、Ｙ、Ｎ
ｏｚａｗａ他、Ｊ、Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、、Ｖｏｌ、６４．Ｎｏ、１０．　　ｐｐ５２
８５−５２８９．Ｎｏｖｅｍｂｅｒ１５、１９８８）。

このように成形体に塑性変形を加えて異方性磁石を得る
方法は、製造工程が長いうえに、塑性変形中に表面に割
れが生じるなど磁石の製品形状を出しにくいという欠点
がある。

本出願人は先に、異方性磁石成形用のＲ−Ｆｅ−Ｂ光異
方性粉末の製造方法として、上記の等方性の象、冷薄帯
（又はそれを粉砕して得られる粉末）を金属製の容器に
詰めて、容器と一緒に熱間圧延する方法を提案した（特
願平１ｍｍ２０２６７５号）。この異方性粉末を配向さ
せて成形する方法を用いれば、任意の製品形状の異方性
磁石を容易に得ることができる。

上記の異方性粉末の成形方法としては、従来、異方性粉
末にエポキシ等の樹脂を加え、磁場中で圧縮成形する方
法が一般的であった（例えばり、Ｊ。

Ｅｓｈｅｌｍａｎ　　他、Ｊ、　Ａｐｐｌ、ｐｈｙｓ、
、Ｖｏｌ、６４．Ｎｏ、ＬＯ。

ｐｐ　５２９３−５２９５．　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　１５
．１９８８）。この方法を用いて得られる樹脂結合磁石
の残留磁束密度は８〜９ｋＧであり、実用磁石として十
分に満足できる特性ではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

希土類磁石を安価に製造するには、量産性のある方法で
、なおかつ成形後に切断又は研磨を省略できる様な方法
、いわゆるニアネットシェイブ（Ｎｅａｒ−Ｎｅｔ−５
ｈａｐｅ）成形法が望ましい。

本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ光異方性粉末から高い磁気特
性を有する磁石を得る方法を捉供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の要旨とするところは以下の通りである。

すなわち、本発明は、ＲＺＴＭ１４ＢＩ正方晶化合物（
ただしＲはＮｄ又はＰｒの少なくとも一種を含む希土類
元素、ＴＭ＝Ｆｅ＋−、Ｃｏ、　（０≦ｘ≦０．４）を
主相とし、該ＲｚＴＭ＋Ｊ＋正方晶化合物の結晶粒の大
きさが１ｉｒｍ以下である異方性希土類磁石粉末を成形
してなる希土類磁石の製造方法において、前記粉末の形
状が偏平状であり、前記粉末の厚さをｔ、最大長さをｄ
とした場合に、ｔが０．１　ｍｍ以上で２ｍ以下であり
、かつｄ／ｔが２以上で４０以下である粉末を積層配向
させて熱間圧縮成形することを特徴とする希土類磁石の
製造方法である。

上記の製造方法により高い残留磁束密度及び最大エネル
ギー積を有する異方性磁石を得ることができる。この異
方性磁石の保磁力を向上させるには原子百分率で５％以
下のＣｕを含有させることが有効である。

また、上記の熱間圧縮成形を加圧下における通電加熱に
より行うことにより本発明の粘土Ｗ［石の製造を高速で
行うことができる。

（作　用） 単ロール法液体急冷によって製造されるＮｄ−ＦｅＢ系
薄帯はフレーク状であり、その代表的寸法は厚さ２０〜
３０ｔｍ、幅ｌ〜２ＩｎＩ１１、長さ１０〜３０ＩＩＩ
ＩＩ＋である。

薄帯は微細なＲＺＴＭＩ４８＋結晶粒（約０．１ｉｒｒ
ｎ）からなり、磁蒐的にはほとんど等方性である。この
１帯又はその粉砕片を金属製容器に封入し熱間圧延する
方法（パック圧延）により異方性粉末を得ることができ
る。熱間圧延の過程では、ます薄帯が厚さ方向に積み重
なって接合され、その薄帯の集合体がさらに塑性変形を
うける。その結果、薄帯は磁気的に異方性化される。一
つの圧延粉末（異方性粉末）は数多くの異方性化された
薄帯からなる。

異方性粉末の形状は厚さ方向に薄い偏平状であり、その
粉末を構成するＮｄＪｅ＋ａＢ＋結晶粒の磁化容易軸（
Ｃ軸）の方向は粉末の厚さ方向に向いている（第１図（
ａ）：急冷薄帯、第１図（ｂ）　：異方性粉末）。

ここで、ＮｄｚＦｅ＋Ｊ＋結晶粒は熱間圧延時に粒成長
し、栄、冷時の約０．１　ｕｒｒｒよりも大きくなるが
１ｒｍを越えることはない。

上記の異方性粉末をダイのキャビチーに装填すると、形
状が偏平であるために厚さ方向に粉末が積み重なり、配
向性の高い状態（積層配向）が実現される。この状態の
粉末に圧力を加え温度をあげて熱間圧縮成形することよ
り加圧方向に高い磁気特性を存する異方性磁石を得るこ
とができる（第１図（Ｃ）：異方性磁石）。この方法に
より得られる磁石の密度はほとんど合金の真密度（７，
５ｇ／ｃｄ）に近い値になるために、磁石は高い残留磁
束密度（従って高い最大エネルギー積）を示す。

本発明により得られる磁石の特性は異方性の偏平粉末の
積層配向の度合いによって決まる。残留磁束密度として
１ｏｋＧ以上の値を得るためには、偏平粉末の偏平度ｄ
／ｔ（ｔ：偏平粉末の厚さ、ｄ：偏平粉末の最大長さ）
が２以上である必要がある（第２図）。偏平度が４０を
越えると粉末が大きくなるために熱間圧縮成形による緻
密化が困難になる。したがって、本発明のｄ／ｔは２以
上で４０以下に限定される。上記の偏平粉末の厚さｔは
、熱間圧延における圧延前の充填粉末の圧下方向の厚さ
と最終圧延率によって調製可能である。本発明の偏平粉
末の厚さｔの下限は０．１ｍｍである。なぜならば、厚
さが０．１閣未満になると圧延後の金属製容器から圧延
粉末を回収することが困難になるからである。本発明の
偏平粉末の厚さむの上限は２ｍｍである。なぜならば、
ｔが２ｍｍを越えると、熱間圧縮成形による緻密化が困
難になるからである。

以下、本発明の詳細について記す。

本発明の希土類磁石の製造方法に関わる望ましい磁石の
成分範囲は以下の通りである。希土類元素Ｒの構成は特
に限定されないが、高特性の磁石を得るには全Ｒ中の少
なくとも６０％がＮｄ及び／又はＰｒであることが望ま
しい。本発明は熱間圧延によって異方性化された粉末の
積層配向・熱間圧縮成形を骨子とする。熱間圧延によっ
て高特性の異方性粉末を得るには、Ｒの量としては原子
百分率で１２％以上で２０％以下である必要がある。Ｒ
の量が１２％未満では十分な異方性化が達成されず、Ｒ
の量が２０％を越えると残留磁束密度の低下を無視でき
ない。保磁力を向上させるためには、前記のＲの一部を
全Ｒ量の２０％を越えない範囲でｏｙにするのが有効で
ある。Ｒ中のＤｙの占める割合が２０％を越えると残留
磁束密度の低下を無視できない。

本発明の製造方法による希土類磁石においては、保磁力
の向上のために原子百分率で５％以下のＣｕを添加する
のが有効である。ここで、Ｃｕ添加量が５％を越えると
Ｃｕが非磁性元素であるために残留磁束密度の低下が無
視できないほど大きくなる。

Ｂの量が原子百分率で２％未満の場合にはＲ，Ｆｅ、７
相が多量に出現し、１０％を越えるとＢ−ｒｉｃｈ相が
多量に出現する。いずれの相も熱間圧延による粉末の異
方性化を阻害する。したがって、Ｂの量は２％以上で１
０％以下の範囲が望ましい。

合金のキュリー温度をあげて使用温度における磁束密度
の温度変化を小さくするために、Ｆｅの一部をＣｏで置
換することがある。本発明の場合にも、全遷移金属元素
（ＴＭ）の４０％以下の割合をＣｏにする（すなわち、
ＴＭ−Ｆｅ＋−ｘ　Ｃｏ　ｘ　（０≦ｘ≦０．４））　
、：：とが可能である。Ｃｏの置換量が４０％を越える
と保磁力が低下する。

上記成分の急冷粉末は、通常の単ロール法によって最も
安定して得られるが、他の双ロール法もしくはガスアト
マイズ法によっても得られる。

急冷粉末の異方性は粉末に塑性変形を施すことによって
達成される。本出願人が先に提案した方法（特願平１ｍ
ｍ２０２６７５号）は、金属製容器に急冷粉末を詰めて
容器と一緒に粉末を熱間圧延する方法（バック圧延）で
あり、最も合理的に高特性の異方性粉末を得ることがで
きる。本発明においては、容器内を真空にするか又はア
ルゴンガス等の不活性雰囲気で置換し、加熱による粉末
の酸化を防止する。圧延は５００〜９００″Ｃの温度、
好ましくは６００〜８００°Ｃの温度の最適温度で行う
。その理由は、圧延温度が５００　’Ｃより低い場合に
は塑性変形を起こし難く、９００°Ｃを越えると結晶粒
が粗大化し保磁力が低下するからである。異方性粉末と
して高特性を得るには、急冷粉末の厚さ減少率で表した
圧延率で４０％以上の圧延を行う必要がある。

熱間圧延後の圧延材は通常割れ、ヒビの入った破片状の
ものとして回収される。異方性粉末はその圧延材を粉砕
することによって得られる。粉末の偏平度は圧延材の厚
さｔと粉砕粒径ｄ（粉末の最大長さ）の比ｄ／ｔで定義
され、圧延率と粉砕粒径を変えることにより調製可能で
ある。粉砕にはブラウンミル、ビンミル等の粉砕機を用
いることができる。

異方性粉末の成形は熱間圧縮成形によって行う。

本発明の中心となる積層配向は、異方性粉末の偏平度が
高ければ、粉末をダイのキャビチーに装填するだけで自
然に行われる。より積層配向を助長するにはダイに振動
を加えることが有効である。

熱間圧縮成形は、５００〜９００°Ｃの温度範囲におい
て、０．１〜５ｔｏｎ／　ｃ＋ｆｌの圧力下で行われる
。これは高周波誘導加熱による通常のホットプレス機に
よって容易に行われる。また、生産性を蔓めるために、
通電焼結機を用いて加圧下で通電加熱により粉末を急速
に加熱し、短時間（１〜５分）で目的とする熱間圧縮成
形を完了させることができる。

通電加熱は急速であるので生産性に冨む。

［実施例］ 実施例１ 原子百分率でＦｅ−１４％Ｎｄ−５％Ｂ−１％Ｃｕ（Ｎ
ｄ＋４Ｆｅａ。

Ｂ５Ｃｕ＋）の組成の合金を高周波誘導加熱により溶解
し、直径１ｍｍの穴を持つ石英ノズルからその溶湯を回
転する銅製ロールの表面上に噴射した。この時のロール
の表面速度は２５ｍ／ｓｅｃで、微細な結晶粒の得られ
る最適の急冷条件である。得られた薄帯の厚さは２０〜
３０ｍｍ、幅１〜２ｗｎ、長さは１０〜３０皿である。

この薄帯を３５５ｎ以下に粉砕した。

上記の手順により得た粉末を鉄製のバイブに挿入したの
ちに、内部を１０−〜１０−’ｔｏｒｒに減圧し密閉し
た。これを７００°Ｃの温度で熱間圧延し、薄帯の厚さ
減少率で８２％の圧延を施した。作製した圧延材の平均
の厚さｔは０．２４ｍｍと０．９８＋＋ｏｎの二種であ
る。圧延材の厚さ方向の磁気特性は（ＢＨ）ｍａｙ　＝
　３５ＭＧＯｅである。これらの圧延材を粉砕し、粒径
がＯ〜０．６１１ｎ（平均粒径ｄ　＝０．３　ｍｍ）　
、０．７〜１．０　ｍ（ｄ　＝０．８５ｍ＋＋）　、１
．０〜４．０　ｍｍ　（ｄ　＝２−．５　ａｎ）、及び
４．０〜５．７　ｍｍ（ｄ　＝４．９　ｍｍ）の４種の
サイズの異方性粉末を作製した。ここで粉末の偏平度は
ｄ／ｔで表される。

作製した粉末を通電焼結機を用いて熱間で圧縮成形した
。この実験においては、粉末をセラミツクス型のダイの
キャビチーに装填し、粉末に４００ｋｇ／ｃｉの圧力を
加えた状態で、１００ＯＡの通電により粉末を加熱した
。ここでキャビチーは直径２０ＩＩｆｉの空洞である。

上記の圧力下では試料の実測温度が約８００°Ｃに到達
した時点で粉末の密度は合金の真密度に近い７．５ｇ／
　ｃｎｌに達した。加熱開始から焼結終了までに要した
時間は３〜４分であった。得られた成形体の加圧方向に
６０ｋＯｅのパルス着磁を行った後に自記磁束計により
磁気特性を測定した。

第２図に成形体の加圧方向の磁気特性を粉末の偏平度ｄ
／ｔに対して示す。ｄ／ｔが大きいほど高い特性が得ら
れ、ｄ　／　ｔが５以上の場合には最大エネルギー積（
ＢＨ）ｍａｘ　＝　３０ＭＧＯｅに及ぶ高特性が得られ
る。ここで、本実施例に用いた圧延材そのものの特性は
（ＢＨ）ＩＩｌａｘ　＝　３５ＭＧＯｅであるので、十
分に高い積層配向が行われているのがわかる。

第３図にｔ　＝０．２４皿でｄ　／　ｔ、　＝１０．４
の場合の熱間圧縮成形体の断面組織写真を示す。写真か
ら異方性粉末が加圧方向に積層されているのがわかる。

実施例２ 積層配向した圧延粉末の成形性及び磁気特性を見る実験
を行った。用いた合金の組成はＮｄ　、　、Ｆｅ、。

Ｂ６とＮｄ、、Ｆｅ、。Ｂ５Ｃｕ１の組成の二種類であ
る。実施例１に記述した製造方法に従い、圧延率８２％
の異方性粉末を作製した。粉末の形状は平均厚さｔ＝０
．６３ｍｍで、平均偏平度ｄ／ｔ　＝４．０のものであ
る。

成形体の形状としてはボイスコイルモータ用の台形状磁
石（厚さ６ｍｍ、台形面の面積７Ｃ１１１）を選び、成
形は通電加熱を用いた熱間圧縮成形により行った。

成形した磁石の形状は、用いたダイのキャビチー及びパ
ンチの形状によって決められ、磁石の寸法精度としても
十分に満足するものが得られた。

上記二種類の組成の成形体の加圧方向の減磁曲線を第４
図に示し、それから得られる磁気特性を第１表に示す。

減磁曲線としては角型性の高いものが得られ、（ＢＨ）
ｗａｘとしても３０ＭＧＯｅ以上の高特性が得られた。

保磁力ｉＨｃはＣｕ添加によって著しく高められた。

第１表 Ｃ発明の効果〕 本発明による希土類磁石の製造方法は、超栄、冷Ｎｄ−
Ｆｅ−Ｂ系粉末を熱間圧延して異方性化すること、及び
その異方性粉末を配向させて熱間圧縮成形することから
なる。ここで、熱間圧延で製造される異方性粉末は形状
が偏平であるので、熱間圧縮成形用のダイに粉末を充填
する過程で粉末が積層配向する。その結果、成形された
磁石は高い磁気特性を示す。以上の様な方法においては
、通常よく行われる異方性粉末の磁場配向の操作が必要
ではなく、非常に簡単に高特性の磁石を得ることができ
る。

また、熱間圧縮成形によって磁石が製造されるので、成
形後の形状が最終製品の形状に近いものになる。したが
って、寸法出しのための研磨等の後加工を必要としない
。よって、後加工を必要とする通常の常圧焼結磁石に対
してもコスト的に有利になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は積層配向による異方性磁石を説明する図であり
、（ａ）は超急冷によって作られる急冷薄帯、（ｂ）は
その薄帯を熱間圧延して作られる異方性粉末、（Ｃ）は
その異方性粉末を積層配向させて熱間圧縮成形すること
により作られる異方性磁石である。第２図は、異方性粉
末の偏平度ｄ／ｔに対して成形磁石の磁気特性を示す図
である。第３図は、成形磁石における偏平粉末の積層の
様子を示す光学顕微鏡による金属組織写真図である。第
４図はＣｕ添加とＣｕ無添加の成形磁石の減磁曲線を表
す図である。 （Ｃ） 第 図 ＃末の備千度 ｄ／ど 第８図 θ２ｒｎＭ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｒ＿２ＴＭ＿１＿４Ｂ＿１正方晶化合物（ただし
   ＲはＮｄ又はＰｒの少なくとも一種を含む希土類元素、
   ＴＭ＝Ｆｅ＿１＿−＿ｘＣｏ＿ｘ（０≦ｘ≦０．４））
   を主相とし、該Ｒ＿２ＴＭ＿１＿４Ｂ＿１正方晶化合物
   の結晶粒の大きさが１μｍ以下である異方性希土類磁石
   粉末を成形してなる希土類磁石の製造方法において、前
   記粉末の形状が偏平状であり、前記粉末の厚さをｔ、最
   大長さをｄとした場合に、ｔが０．１ｍｍ以上で２ｍｍ
   以下であり、かつｄ／ｔが２以上で４０以下である粉末
   を積層配向させて熱間圧縮成形することを特徴とする希
   土類磁石の製造方法。
2. （２）原子百分率で５％以下のＣｕを含有することを特
   徴とする請求項１記載の希土類磁石の製造方法。
3. （３）熱間圧縮成形を加圧下における通電加熱により行
   うことを特徴とする請求項１及び２記載の希土類磁石の
   製造方法。