JPH04184901A

JPH04184901A - 希土類鉄系永久磁石およびその製造方法

Info

Publication number: JPH04184901A
Application number: JP2314642A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Shimao; 正信島尾
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1990-11-20
Publication date: 1992-07-01

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、電気、電子分野に有用な希土類鉄系永久磁石
およびその製造方法に関する。

（従来の技術）Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類鉄系永久磁石は、Ｒ−Ｇｏ系希土
類鉄系永久磁石より高い磁気特性を有し、最大エネルギ
ー積（以下、（ＢＨ）　、、、で示す）で見ると基本組
成であるＮｄ＋５ＦｅｙｙＢａで３５ＭＧＯｅまでに達
し、組成改良した量産レベルのもので３７ＭＧＯｅの磁
石が提供されている。さらに現在（ＢＨ）　、、、、　
４０ＭＧＯｅ以上の高特性磁石が開発されつつあり、Ｒ
−Ｇｏ系磁石で得られる３３ＭＧＯｅを大きく上回って
いる。また、Ｆｅの一部をＣｏで置換することによりキ
ューリー温度が向上すること、Ａｌ、　Ｂｉ、　Ｚｒ、
　Ｉｆ、　Ｖ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｃｒ、　Ｔａ、　Ｓｂ
、　Ｇｅ、　Ｎｂ、　Ｎｉ、　Ｔｉ、　Ｓｎなどの添加
により保磁力（ｉＨｃ）が向上することが知られている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような高特性を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ
系希土類鉄系永久磁石は、この原料金属を混合熔融し粉
砕した磁石合金粉末が非常に酸化され易いため、この粉
砕を酸化防止に窒素のような非酸化性ガスあるいはアル
ゴン（Ａｒ）のような不活性ガス中、もしくはヘキサン
のような有機溶剤中で実施しなければならない。Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ系永久磁石合金は、前記添加元素以外の不純物元
素が混入すると、著しく磁気特性を低下させる場合があ
る。即ち、これら不純物元素は主成分元素であるＲ、Ｆ
ｅおよびＢと化合物もしくは固溶体を生成し、これら化
合物もしくは固溶体が磁石合金内に析７、出した場合に
磁気特性を低下させるものと考えられる。しかし、どの
ように精製された元素を用いたとしても磁石製造工程中
に不純物は混入は避けられず磁気特性を低下させる原因
となる。

本発明の目的は、これら不純物元素の混入に対しても有
効な磁気特性を得るため、永久磁石合金の組成、組織を
改良することにより磁気特性の低下の極めて少ない希土
類鉄系永久磁石およびその製造方法を提供するしようす
るものである。

（課題を解決するための手段）本発明者等は、このような課題を解決するために研究を
重ねた結果、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石合金焼結体は希土
類元素やその他原料元素に含まれる不純物により様々な
影響を受けることを見出し、これら不純物含有量と磁気
特性との関係を究明して本発明を完成させた。

本発明の要旨とするところは、希土類元素Ｒ１０〜２５原子％（但し、ＲはＮｄを含む
希土類元素のうち少なくとも１種以上の希土類元素）、
ボロンＢ１−２０原子％および残部が鉄Ｆｅからなる永
久磁石合金の焼結体でかつ合金組織内に非磁性Ｒリッチ
相を含有することを特徴とする希土類鉄系永久磁石、お
よび粉末冶金法による希土類鉄系永久磁石の製造におい
て、最終工程である成形焼結体の熱処理温度を５００〜
ｉ、ｏｏｏ　”ｃ、処理時間を０．５〜１０時間−とす
ることを特徴とする希土類鉄系永久磁石の製造方法にあ
る。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の希土類鉄系永久磁石の組成は、希土類元素Ｒ（
但し、ＲはＮｄを含む希土類元素のうち少なくとも１種
以上の希土類元素）とボロン（Ｂ）および残部が鉄（Ｆ
ｅ）からなる永久磁石合金の焼結体であって、先ず、磁
石合金成分Ｒとしては、Ｎｄを含むＹ　、Ｌａ、Ｃｅ、
Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ＋Ｅ
ｒ。

Ｔ■、ＹｂおよびＬｕの各希土類元素の内少なくとも１
種以上の希土類元素をｌＯ〜２５原子％含有することが
必要で、１０原子％未満では磁石焼結体中の粒子の配向
を乱すα−Ｆｅの析出が起こり、２５原子％を越えると
実用的な磁束密度が得られない。Ｂは１〜２０原子％を
必須要件とし、１原子％未満では軟磁性相のＲａＦｅ＋
を化合物が析出し、磁気特性が低下し、２０原子％を越
えると非磁性Ｒ＋Ｆｅ４Ｂ　ａの析出により充分な磁束
密度が得られない。これらＲ９Ｂを除く残部はＦｅとす
れば良（、ＦｅをＧｏ、　Ａｌ。

Ｎｂ、　Ｚｒ、　Ｍｏ、　Ｇａ、　Ｔｉ、　Ｖ、　Ｎｉ
、　Ｓｉ、　Ｂｉ、　Ｈｆ、　Ｗ。

Ｃｒ、　Ｔａ、　Ｓｂ、　Ｇｅ、　Ｓｎ等から選択され
る少なくとも１種以上の元素でＯ〜２０原子％置換する
こと、および０．Ｎ、Ｈ，Ｃ１，Ｆ、Ｓ等の混入が不可
避な不純物を含むことは磁気特性を損なわない限り任意
である。

ここで特に注目すべきは希土類元素Ｒ１その他原料元素
であるＦｅ、　Ｂ中に含まれる不純物Ｃであって、Ｃが
多量に混入すると、保磁力を著しく低下させたり、焼結
時に焼結体の密度が充分上がらないことが判明し、後述
する理由から該磁石合金焼結体中のＣ含有量は０．０３
〜０．１１重量％であることを必須要件とするもので、
０．０３重量％未満では充分な保磁力は得られず、０．
１１重量％を越えると焼結体の密度低下となる。

以下、不純物Ｃの混入許容量を決定する要因についそさ
らに詳しく説明する。本発明者等は、不純物Ｃが希土類
Ｆｅ系永久磁石に与える影響について、詳細に研究を重
ねた結果、Ｃは主相であるＲ、Ｆｅ、４Ｂ組織の全域に
亙って固溶し、ＲＪｅ＋４０を生成し、磁気特性はＣ濃
度が増えることにより、飽和磁束密度、および異方性磁
場が減少することが判った。即ち、主相にＣが混入する
と磁気特性は低下してしまう。

また金属組織については、粉末冶金法により磁石合金イ
ンゴットを粉砕し、成形、焼結した焼結体を最終工程で
ある熱処理後の焼結体（以下、熱処理焼結体という）に
ついて電子線微小深針分析装置により分析した結果、こ
の熱処理焼結体中に希土類元素と炭素との金属間化合物
Ｒ−Ｃを形成しており、磁石合金インゴット中のＣ含有
量に□よりこのＲ−Ｃの量は増加する傾向にあることが
判った。このＲ−Ｃは、磁石合金インゴット中および焼
結直後の焼結体中には殆ど観測されず、Ｒリッチ相中に
固溶している形で存在しているが、特定の熱処理温度で
焼結後の焼結体を熱処理したところ、このＲ−Ｃは熱処
理焼結体中にも生成されることも判った。即ち、本発明
によれば不純物Ｃが混入しても熱処理焼結体中の主相に
Ｃが侵入せず、Ｒリッチ相中にＦｅを含むＲリッチ相と
Ｃを含むＲリッチ相とに分離し、且つＲリッチ相中にＲ
−Ｃが孤立して存在していることを特徴とするもので、
混入不可否の不純物Ｃを一成分として有効に利用し、磁
気特性に従来法と比較して同等遜色のない永久磁石を作
製することが出来た。

このＣの混入量を許容範囲以内に制御するには、原料金
属を厳選することが必要であるが、通常希土類金属中に
０．０２〜０．１重量％程度含有するものが用いられ、
フェロボロン（ＦｅＢ）を使用する時は高炭素のもので
約２重量％、低炭素のものでも約０．２重量％程度であ
る。また、電解Ｆｅ中には約０．０１重量％以下の含有
量である。さらに、磁石合金インゴットを微粉砕後、磁
場中プレス成形時には、成形体の磁場配向性を改善する
ために炭素を含んだ潤滑剤を磁石微粉に混練し用いられ
る場合があるのでこれらの量的関係から最終的な磁石製
品の炭素含有量を決定することになる。

本発明の希土類鉄系永久磁石は、粉末冶金法によって作
製される。即ち、原料金属の配合、熔融冷却により磁石
合金インゴットを作製し、微粉砕、磁界中成形、熱処理
、加工の各工程を経て製造される。原料金属の溶解は、
通常の方法でアルゴンないし真空中で高周波溶解し、希
土類元素は最後に投入する。粉砕は粗粉砕と微粉砕にわ
かれ、粗粉砕はスタンプミル、ジジークラッシャー、ブ
ラウンミルで、また微粉砕はジェットミル、ボールミル
等で平均粒径的３μｍ程度に微粉砕される。いずれも酸
化を防ぐために、非酸化性の雰囲気中で行なうが、有機
溶剤や不活性ガスも用いられる。成形は金型成形により
、約Ｉ　Ｔｅ５ｌａ（＝１０ＫＯｅ）の磁場中で約０．
８ｔｏｎ／ｃｍ”でプレス成形する０次いで得られた成
形体を真空中、アルゴン、窒素等の不活性ガスあるいは
非酸化性雰囲気中で、１，０００〜１，２００℃の範囲
内の所定の温度に３０〜１２０分間保持して焼結し、さ
らにその後、３５０℃〜焼結温度の範囲内で、３０分間
〜１０時間、好ましくは、５００〜１，０００℃、０．
５〜４時間熱処理する。

本発明のＣを非磁性Ｒリッチ相の組織中にＲ−Ｃとして
孤立した形で存在させるためには、この最終工程の熱処
理条件を厳密に制御する必要があり、磁石合金インゴッ
トのＣ含有量を測定して、処理温度および処理時間を決
める。上述の範囲外、即ち、３５０℃未満または３０分
間未満？は充分な熱処理効果は得られず、焼結温度を越
えるか、または１０時間以上では主相の粒子が反応成長
し、保磁力低下となる。

以下、本発明の具体的実施態様を実施例と比較例を挙げ
て説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

（実施例１．２、比較例１．２）出発原料として、純度９９．７重量％以上のＮｄ、ここ
で炭素含有量は０．０６１重量％、０．１０２重量％、
０．２８０重量％、０．４１２重量％の４種類のものを
用い、純度９９．９重量％の電解Ｆｅ、純度９９．５重
量％のボロンを使用し、これらを高周波溶解し、鋳型に
鋳造し、ＮｄｔｓＦｅｙｓＢ　ａなる組成の磁石合金イ
ンゴットを得た。これらインゴットの炭素含有量は、非
分散型赤外線法の分析結果から、それぞれ０．０２１重
量％（比較例１）、０．０３５重量％（実施例１）、　
０．０９６重量％（実施例２）、　０．１４１重量％（
比較例２）であった。これら各インゴットをショークラ
ッシャー、ブラウンミルで３２メツシユ以下に粗粉砕し
、その後ジェットミルにより窒素気流中で粉砕し、平均
粒径３μｍの原料磁石粉を得た。この磁石粉を用いて、
成形は金型成形により、約Ｉ　Ｔｅａｌａの磁場中で約
０．８ｔｏｎ／ｃｍ″でプレス成形する。次いで得られ
た成形体を真空中、アルゴン、窒素等の不活性ガスある
いは非酸化性雰囲気中で、１，１００℃の温度に６０分
間保持して焼結し、さらに、その後、６５０℃ｘ２時間
熱処理して試料とした。これら４種類の炭素含有量をも
つ焼結体を電子線微小探針分析装置を用いてＲリッチ相
を観察したところ、実施例１．２、および比較例２はＲ
リッチ相に多量のＲ−Ｃ金属間化合物と少量のＦｅを含
むＲリッチ相が観察され、特に実施例１および２は、非
磁性Ｒリッチ相中に金属間化合物Ｒ−Ｃ相が孤立して存
在していた。また。比較例１についてはＦｅを含むＲリ
ッチ相のみが観察された。

これらの焼結体の磁気特性を表−１に示す。比較例１、
および実施例１．２は、密度の低下はなく７．４ｇ／ｃ
ｃ程度であるが、比較例２の炭素濃度になると密度低下
（６，８ｇ／ｃｃ　）を惹き起し磁気特性は低下した。

（実施例１、比較例３．４）実施例１について表−２は熱処理温度に対する磁気特性
の変化を示している。熱処理温度６５０℃×２時間で保
磁力はピークを示し、それ以上またはそれ以下の温度で
は減少している。また、焼結体の組織を観察すると、実
施例１は、比較例３（５５０℃）　、４　（７５０℃）
に較べ、Ｒリッチ相中にＲ−Ｃ相の孤立化が促進されて
いた。

（実施例３、比較例５）出発原料として、純度９９．７重量％以上のＮｄおよび
Ｄｙ、ここで希土類元素全体で炭素含有量が０．０８５
重量％（実施例４）および０．０４２重量％（比較例５
）の２種類のものを用い、純度９９．９重量％の電解Ｆ
ｅおよびコバルト（ＣＯ）、純度９９．５重量％の硼素
（Ｂ）　、Ａ１．　Ｎｂを使用し、これらを高周波溶解
して鋳型に鋳造し、Ｎｄ＋ｓ、　ｏａＤｙｏ、　ｔ４Ｆ
ｅｔｒ、　＊ａＣＯｓ、　１１４Ｂ　、Ａｌ＋Ｎｂｏ、
　４なる組成のインゴットを得た。得られたインゴット
の炭素含有量は、非分散型赤外線法の分析結果から、夫
々０．０６０重量％、０．０２１重量％であった。この
インゴットを実施例１と同様の工程で、磁石焼結体を得
た。但し、熱処理温度は５７０℃とした。この焼結体の
組織を電子線微小探針分析装置で観察した結果、焼結体
中のＲリッチ相中の相状態は添加元素が種々含まれるた
めより複雑になっていた。これら焼結体の磁気特性を表
−３に示す。

（発明の効果）本発明によれば、磁石合金インゴットを粉末冶表−１表−２表−３合法で粉砕、成形、焼結、熱処理して作った磁石焼結体
の組織中にはＲ−Ｃ金属間化合物がＲリッチ相中に孤立
して存在し、密度および配向低下も見られず、磁気特性
に優れ、且つ品質の一定した希土類鉄系永久磁石が得ら
れ、産業上その利用価値は極めて高い。

特許出願人　　信越化学工業株式会社代理人・弁理士　　山　本　亮　− 代理人・弁理士　　荒　井　鐘　司

Claims

【特許請求の範囲】

１．希土類元素Ｒ１０〜２５原子％（但し、ＲはＮｄを
含む希土類元素のうち少なくとも１種以上の希土類元素
）、ボロンＢ１〜２０原子％および残部が鉄Ｆｅからな
る永久磁石合金の焼結体でかつ合金組織内に非磁性Ｒリ
ッチ相を含有することを特徴とする希土類鉄系永久磁石
。
２．該永久磁石合金中の炭素Ｃ含有量が０．０３〜０．
１１重量％であることを特徴とする請求項第１項に記載
の希土類鉄系永久磁石。
３．該永久磁石合金組成において、ＦｅをＣｏ，Ａｌ，
Ｎｂ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｂｉ
，Ｈｆ，Ｗ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｓｎから選択さ
れる少なくとも１種以上の元素で０〜２０原子％置換す
ること、およびＯ，Ｎ，Ｈ，Ｃｌ，Ｆ，Ｓ等の混入が不
可避的不純物を含むことを特徴とする請求項第１項また
は第２項に記載の希土類鉄系永久磁石。
４．非磁性Ｒリッチ相内に希土類元素と炭素Ｃの金属間
化合物が存在することを特徴とする請求項第１項〜第３
項のいずれかに記載の希土類鉄系永久磁石。
５．非磁性Ｒリッチ相内にＦｅを含むＲリッチ相とＣを
含むＲリッチ相とを分離して析出させてなることを特徴
とする請求項第１項〜第４項のいずれかに記載の希土類
鉄系永久磁石。
６．粉末冶金法による請求項第１項〜第５項のいずれか
に記載の希土類鉄系永久磁石の製造において、最終工程
である成形焼結体の熱処理温度を５００〜１，０００℃
、処理時間を０．５〜１０時間とすることを特徴とする
希土類鉄系永久磁石の製造方法。