JPH0445573B2

JPH0445573B2 -

Info

Publication number: JPH0445573B2
Application number: JP59259761A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Matsura; Masato Sagawa; Setsuo Fujimura; Hitoshi Yamamoto; Satoru Hirozawa
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1984-12-07
Filing date: 1984-12-07
Publication date: 1992-07-27
Also published as: JPS61136656A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野この発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素のう
ち少なくとも１種）、Ｂ，Feを主成分とする焼結
永久磁石材料の製造方法に係り、高性能を目的と
した組成の永久磁石材料を高密度化して、さらに
磁気特性の向上、機械的強度並びに耐食性の向上
を計つた高性能焼結永久磁石材料の製造方法に関
する。従来の技術現在の代表的な永久磁石材料は、アルニコ、ハ
ードフエライトおよび希土類コバルト磁石であ
る。近年のコバルトの原料事情の不安定化に伴な
い、コバルトを20〜35wt％含むアルニコ磁石の
需要は減り、鉄の酸化物を主成分とする安価なハ
ードフエライトが磁石材料の主流を占めるように
なつた。一方、希土類コバルト磁石はコバルトを50〜
60wt％も含むうえ、希土類鉱石中にあまり含ま
れていないSmを使用するため大変高価であるが、
他の磁石に比べて、磁気特性が格段に高いため、
主として小型で付加価値の高い磁気回路に多用さ
れるようになつた。そこで、本発明者は先に、高価なSmやCoを含
有しない新しい高性能永久磁石としてFe−Ｂ−
Ｒ系（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも
１種）永久磁石を提案（特願昭57−145072号）し
た。さらに、Fe−Ｂ−Ｒ系の磁気異方性焼結体か
らなる永久磁石の温度特性を改善するために、
Feの一部をCoで置換することにより、生成合金
のキユリー点を上昇させて温度特性を改善した
Fe−Co−Ｂ−Ｒ系磁気異方性焼結体からなる永
久磁石を提案（特願昭57−166663号）した。これらの永久磁石は、ＲとしてNdやPrを中心
とする資源的に豊富な軽希土類を用い、Feを主
成分として25MGOe以上の極めて高いエネルギ
ー積を示す、すぐれた永久磁石である。上記の新規なFe−Ｂ−Ｒ系、Fe−Co−Ｂ−Ｒ
系永久磁石を、製造するための出発原料の希土類
金属は、一般にCa還元法、電解法により製造さ
れ、例えば、以下の工程により製造される。出発原料として、前記希土類金属、電解鉄、
フエロボロン合金あるいはさらに電解Coを高
周波溶解して鋳塊を鋳造する。鋳塊をスタンプミルにより粗粉砕後、ボール
ミルにより湿式粉砕して、1.5μm〜10μmの微
細粉とする。磁界中配向にて成型する。真空中にて焼結後放冷する。 Ar雰囲気中にて時効処理する。発明が解決しようとする課題上記のごとき製造方法にて得られたFe−Ｂ−
Ｒ系異方性永久磁石材料は、密度が理論密度の96
％程度であり、有孔体であるため、磁気特性及び
機械的性質の向上に限度があり、また、該系永久
磁石合金は非常に酸化しやすいNdあるいはPrを
大量に含有するため、実用上、耐酸化性改善のた
めの磁石表面へのめつき層などの耐酸化性被膜を
施す必要がある。しかし、前記した如く該系磁石は有孔体であ
り、微細孔に水分あるいは表面処理の下地処理用
酸性溶液やアルカリ溶液が残存し、時間経過とと
もに発錆の要因となるなどの問題があつた。この発明は、永久磁石材料を高密度化して、磁
気特性及び機械的強度の向上を計り、後続工程で
の表面処理による耐酸化性向上を実現できる高性
能焼結永久磁石材料の製造方法の提供を目的とし
ている。課題を解決するための手段この発明は、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の磁
気特性及び機械的強度並びに耐食性の向上を目的
に高密度化について種々検討した結果、高性能を
目的とした特定組成からなる一次焼結体を特定条
件で熱間静水圧プレス処理することにより、密度
を理論密度のほぼ100％とすることができ、磁気
特性の向上、機械的性質の向上が得られ、さらに
磁石材料の高密度無孔化により耐酸化性が改善さ
れることを知見し、この発明を完成したものであ
る。すなわち、この発明は、Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
とも１種）11原子％〜16原子％、 B4原子％〜15原子％、 Fe70原子％〜85原子％を主成分とする焼結永
久磁石材料の製造方法において、一次焼結体を密封容器内で、不活性ガスを圧力
媒体として、温度700℃〜1100℃、圧力500気圧〜
1300気圧にて熱間静水圧プレス処理することを特
徴とする高性能焼結永久磁石材料の製造方法であ
る。さらに詳述すれば、この発明は、前記特定組成
を有する成型体を、例えば真空中、 900℃〜1200℃の焼結により一次焼結体となし、
この一次焼結体を例えば、金属チタン粉末等の酸
化防止剤中に埋入した密封容器内で、不活性ガス
を圧力媒体として、温度700℃〜1100℃、圧力500
気圧〜1300気圧にて熱間静水圧プレス処理し、さ
らに時効処理することにより、磁気特性、機械的
強度、耐食性のいずれも向上させた高性能焼結永
久磁石材料を得る製造方法である。熱間静水圧プレス処理条件一次焼結体を得るまでの永久磁石材料用合金粉
末の製造方法や成形体を得る方法、一次焼結方法
などには、当該Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料及び
従来公知の永久磁石の製造方法を適宜選定採用で
きる。一次焼結体の密度は、熱間静水圧プレス処理に
よる密度を理論密度のほぼ100％とし、磁気特性
及び機械的強度並びに耐食性の向上を達成するた
めにも理論密度の90％以上が好ましい。また、熱間静水圧プレス処理における温度条件
は、700℃未満では高圧にで熱間静水圧処理して
も高密度化することができず、1100℃を越えると
焼結体の溶融点近くになるため、焼結体の変形が
甚しく好ましくないため、700℃〜1100℃の範囲
とする。さらに、処理圧力が500気圧未満では焼結体を
高密度化することが困難であり、1300気圧を越え
ると高密度化は可能であるが、処理装置の耐久性
やコストの面で好ましくないため、500気圧〜
1300気圧とする。この発明における熱間静水圧プレス処理後に時
効処理を施すことは、磁石体の結晶粒の過剰成長
を抑制してすぐれた磁気特性を発現させるのに有
効である。時効処理温度は450℃〜700℃の範囲が
好ましく、また、時効処理時間は５分〜40時間が
好ましい。時効処理時間は時効処理温度と密接に
関係するが、５分未満では時効処理効果が少な
く、得られる磁石材料の磁気特性のばらつきが大
きくなり、40時間を越えると工業的に長時間を要
しすぎ実用的でない。磁気特性の好ましい発現と
実用的な面から時効処理時間は30分から８時間が
好ましい。また、時効処理は２段以上の多段時効処理を用
いることもできる。例えば、1060℃にて焼結した
焼結体を、温度900℃、圧力900気圧にて、熱間静
水圧プレス処理した後、１段目として、 750℃〜1000℃で30分ないし６時間の初段時効
処理し、さらに、２段目以降に、450℃〜700℃で
２〜30時間の１段以上の時効処理を行なうことに
より、残留磁束密度、保磁力、減磁曲線の角形性
のいずれにも極めてすぐれた磁石特性を有する磁
石材料を得ることができる。また、多段時効処理に代えて、450℃〜700℃の
時効処理温度から室温までを空冷あるいは水冷な
どの冷却方法で、0.2℃／min〜20℃／minの冷却
速度で冷却する方法によつても、上記時効処理と
同等の磁気特性を有する永久磁石材料を得ること
ができる。永久磁石材料組成の限定理由この発明の永久磁石材料に用いる希土類元素Ｒ
は、11原子％〜16原子％のNd，Pr，Ho，Tbの
うち少なくとも１種、あるいはさらに、La，
Sm，Ce，Gd，Er，Eu，Pm，Tm，Yb，Lu，
Ｙのうち少なくとも１種を含むものが好ましい。また、通例Ｒのうち１種をもつて足りるが、実
用上は２種以上の混合物（ミツシユメタル、ジジ
ム等）を入手上の便宜等の理由により用いること
ができる。なお、このＲは純希土類元素でなくてもよく、
工業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を
含有するものでも差支えない。Ｒ（Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種）
は、新規な上記系永久磁石材料における必須元素
であつて、11原子％未満では結晶構造がα−鉄と
同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特性、
特に高保磁力が得られず、16原子％を越えるとＲ
リツチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度Br
が低下して、すぐれた特性の永久磁石が得られな
い。よつて、Ｒは11原子％〜16原子％の範囲とす
る。Ｂは、新規な上記系永久磁石材料における必須
元素であつて、４原子％未満では菱面体組織とな
り、高い保磁力iHcは得られず、15原子％を越え
るとＢリツチな非磁性相が多くなり、残留磁束密
度Brが低下するため、すぐれた永久磁石が得ら
れない。よつて、Ｂは４原子％〜15原子％の範囲
とする。 Feは、新規な上記系永久磁石材料における必
須元素であつて、70原子％未満では残留磁束密度
Brが低下し、85原子％を越えると高い保磁力が
得られないので、Feは70原子％〜85原子％の含
有とする。また、この発明による永久磁石材料において、
Feの一部をCoで置換することは得られる磁石の
磁気特性を損うことなく、温度特性を改善するこ
とができるが、Co置換量がFeの50％を越えると、
逆に磁気特性を劣化するため好ましくない。この発明の永久磁石材料において、高い残留磁
束密度と高保磁力を得るためには、R12原子％〜
15原子％、B6原子％〜14原子％、Fe71原子％〜
82原子％が好ましい。また、この発明による永久磁石材料は、Ｒ，
Ｂ，Feの他、工業的生産上不可避的不純物の存
在を許容できるが、Ｂの一部を4.0原子％以下の
Ｃ、3.5原子％以下のＰ、2.5原子％以下のＳ、3.5
原子％以下のCuのうち少なくとも１種、合計量
で4.0原子％以下で置換することにより、永久磁
石の製造性改善、低価格化が可能である。また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、
Ｒ−Ｂ−Fe系あるいはＲ−Ｂ−Co−Fe系永久磁
石に対してその保磁力等を改善あるいは製造性の
改善、低価格化に効果があるため添加する。しか
し、保磁力改善のための添加に伴い残留磁束密度
Brの低下を招来するので、下記範囲での添加が
望ましい。 5.0原子％以下のAl、3.0原子％以下のTi、 5.5原子％以下のＶ、4.5原子％以下のCr、 5.0原子％以下のMn、５原子％以下のBi、 9.0原子％以下のNb、7.0原子％以下のTa、 5.2原子％以下のMo、5.0原子％以下のＷ、 1.0原子％以下のSb、3.5原子％以下のGe、 1.5原子％以下のSn、3.3原子％以下のZr、 6.0原子％以下のNi、5.0原子％以下のSi、 3.3原子％以下のHfのうち少なくとも１種を添加
含有、但し、２種以上含有する場合は、その最大
含有量は当該添加元素のうち最大値を有するもの
の原子％以下の含有させることにより、永久磁石
の高保磁力化が可能になる。この発明における合金粉末の結晶相は主相が少
なくとも50vol％以上の正方晶、少なくとも1vol
％以上の非磁性金属間化合物であることが、すぐ
れた磁気特性を有する焼結永久磁石を作製するの
に不可欠である。また、この発明の永久磁石は、磁場中プレス成
型することにより磁気的異方性磁石が得られ、ま
た、無磁界中でプレス成型することにより、磁気
的方性磁石を得ることができる。この発明による永久磁石材料は、残留磁束密度
Br＞10.5kGを示し、最大エネルギー積（BH）
max≧25MGOeを示し、最大値は40MGOe以上
に達する。また、この発明の永久磁石材料の組成が、R11
原子％〜16原子％、B4原子％〜15原子％、Co45
原子％以下、Fe残部の場合、得られる磁気異方
性永久磁石合金は上記磁石合金と同等の磁気特性
を示し、残留磁束密度の温度係数が0.1％／℃以
下となり、すぐれた特性が得られる。また、この発明の永久磁石材料のＲの主成分が
その50％以上を軽希土類金属が占める場合で、
R12原子％〜15原子％、B6原子％〜14原子％、
Fe71原子％〜82原子％の場合、あるいはさらに
Co5原子％〜45原子％を主成分とするとき、磁気
異方性焼結磁石の場合最もすぐれた磁気特性を示
し、特に軽希土類金属がNdの場合には、（BH）
maxはその最大値が40MGOe以上に達する。作用この発明は、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の磁
気特性の高性能化を目的とした特性組成の一次焼
結体を前記特定条件で熱間静水圧プレス処理する
ことにより、密度を理論密度のほぼ100％とする
ことができ、磁気特性の向上並びに機械的性質の
向上が得られ、さらに磁石材料が高密度無孔化さ
れたことにより、耐酸化性表面処理が有効に機能
し、これによりすぐれた耐酸化性を有する高性能
焼結永久磁石材料を得ることができる。実施例実施例１原子百分率で、79Fe7B14Ndの組成からなる平
均粒度4μmの合金粉末を、10kOeの磁界中で、
2ton／cm²の圧力で加圧成型したのち、１×10^-7
Torrの真空中で、1060℃、２時間焼結して理論
密度の96％密度を有する一次焼結体を得た。この一次焼結体を密封容器内で金属チタン粉末
中に埋入し、Arガスを圧力媒体として、温度900
℃、圧力900気圧の熱間静水圧プレス処理した。ついで、600℃で１時間の時効処理を施したの
ち、磁気特性及び機械的性質を測定した。その結
果は第１表に示すとおりである。また、比較のため、一次焼結体に熱間静水圧プ
レス処理を施さない以外は上記製造方法で製造し
た比較磁石材料を作製し、同様に磁気特性及び機
械的性質を測定し、第１表にその結果を示す。実施例２原子百分率で、71.5Fe8B6Co14.5Ndの組成か
らなる平均粒度5μmの合金粉末を、10kOeの磁界
中で、2ton／cm²の圧力で加圧成型したのち、１×
10^-4Torrの真空中で、1040℃、２時間焼結して
理論密度の95％密度を有する一次焼結体を得た。この一次焼結体を密封容器内で金属チタン粉末
中に埋入し、Arガスを圧力媒体として、温度800
℃、圧力900気圧の熱間静水圧プレス処理した。ついで、600℃で１時間の時効処理を施したの
ち、磁気特性及び機械的性質を測定した。その結
果は第２表に示すとおりである。また、比較のため、一次焼結体に熱間静水圧プ
レス処理を施さない以外は上記製造方法で製造し
た比較磁石材料を作製し、同様に磁気特性及び機
械的性質を測定し、第２表にその結果を示す。

【表】

【表】発明の効果実施例の第１表及び第２表の結果から明らかな
ように、この発明の製造方法による永久磁石材料
は、熱間静水圧プレス処理を施さない比較磁石材
料に対して、磁気特性及び機械的性質が向上して
いることが分る。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少な
くとも１種）11原子％〜16原子％、B4原子％〜
15原子％、Fe70原子％〜85原子％を主成分とす
る焼結永久磁石材料の製造方法において、一次焼
結体を密封容器内で、不活性ガスを圧力媒体とし
て、温度700℃〜1100℃、圧力500気圧〜1300気圧
にて熱間静水圧プレス処理することを特徴とする
高性能焼結永久磁石材料の製造方法。