JPH02104632A - 永久磁石合金の製造方法 - 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Ｒ１Ｃｏ、、系永久磁石（ただしＲは希土類元
素）の磁気特性の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

２相分離型ＲｇＣｏ、？系永久磁石（ただしＲは希土、
　　類元素）の保磁力発生機構は微細な強磁性の２つの
相を共存させることにより磁壁の移動が妨げられること
に起因している。この２つの相を共存させるためにはＣ
ｕの存在が不可欠であり、また残留磁束密度を高めるた
めにはＦｅの添加が有効であることから、−船釣にはＣ
ｏの一部をＣｕとＦｅで置換したものが実用化されてい
る。また近年、これにさらにＺｒ　（特開昭５２−１１
５０００）あるいは１１ｆ（特開昭５３−１０６３２６
）などの遷移元素を微量添加することによって保磁力１
Ｈｃと最大エネルギー積（ＢＨ）＋ｓを高めた磁石合金
が提案されている。

この２相分離型のＲ，Ｃｏ、、系永久磁石では、熱処理
である時効処理によってマトリクスに析出する微細な析
出相の状態がその保磁力の水準や第２象限の角型性を大
きく左右するため、この時効処理を最適な条件下で実施
することが製造上のポイントとなる。このためＲｔＣｏ
、７系永久磁石の磁気特性の改良は時効処理を中心に行
なわれてきた。例えば特開昭５０−１３３１０６には７
００〜９００℃の温度から４００℃近傍まで多段時効す
る方法が、特開昭５３−１０６６２４には７００〜９０
０℃の温度から４００℃近傍の温度まで徐冷する方法が
示されている。また特開昭５７−１６１０４４には４０
０〜７５０℃の温度で等温処理し、次いで６００〜１０
００℃を開始温度として３００〜６００℃まで冷却する
方法が、特開昭５９−１５３８７３には７５０〜９５０
℃の温度から７００℃以下の温度まで冷却する熱処理を
２回以上（り返す方法が示されている。その結果今日で
は、合金組成に応じた適切な時効処理を施すことによっ
て、１Ｑｋｏｅ以上の高い保磁力、１１ｃが得られるよ
うになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこのようなＲ２Ｃｏ、７系永久磁石の磁化曲線
の第２象限にはクニックが存在し、このため残留磁束密
度の値から期待される水準に比較して得られる最大エネ
ルギー積（Ｂｌｌ）ｍの水準がかなり低下するという問
題があった。このクニックは保磁力１Ｈｃが大きくなる
ほど顕著になる傾向がある。

従ってこのクニックは時効条件を変更し保磁力、ｌｌｃ
を抑制することでその程度を緩和することは可能である
。しかし時効条件の変更のみでは完全に解消することは
できない。

本発明の目的は、上記問題点を解消し、高い保磁力とエ
ネルギー積を有する磁化曲線の第２象限の角型性の良い
Ｒ，Ｃｏ、、系永久磁石を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等はＲ２Ｃｏ１ｔ系永久磁石に関し第２象限の
角型性を改善する方法について種々検討した結果、原料
粉末の製造方法に改良を加えることによって前記目的を
達成できることを見い出し、本発明を完成させるに至っ
たものである。

一般にＩ？ｚＣｏＩｔ系永久磁石の製造においては、原
料メタルを高周波誘導溶解等で溶解して合金インゴット
を作製しそれを粉砕して原料粉末を得る溶解法と、酸化
物原料を還元剤で還元してＣｏ粉、？粉等へ拡散させ合
金原料粉末を得るいわゆる還元拡散法とが採用されてい
る。本発明者等は研究の過程でこれら従来の製造方法で
Ｒ，Ｃｏ、、系の原料粉末を作製しその磁気特性を評価
した。第１図に、実験結果の１例として、溶解法で作製
した５ｒａ２５．５ｗｔ％、Ｆｅ１４．０ｗｔ％、Ｃｕ
４．４ｗｔ％、Ｚｒ２．７ｗｔ％、残部Ｃｏの永久磁石
合金の第２象限の磁化曲線（４πＩ−Ｈ曲線）を示す。

時効処理の条件によって保磁力の水準は変化するが、い
ずれの条件においても磁化曲線にクニックが存在し角型
性が悪いことがわかる。また、還元拡散法で作製した同
一組成の合金原料粉末を用いた場合も、第１図とほぼ同
じ結果を得た。

第１図の磁化曲線から、磁石内部の磁壁のピンニングの
大きさが必ずしも一様ではなく不均一であることがわか
る。またその不均一性は時効処理条件の変更に伴う保磁
力の増加に従って拡大する傾向があることがわかる。発
明者等はこのピンニングの大きさが不均一な原因を明ら
かにするために、第１図の試料に焼結温度より２０℃低
い温度まで加熱し次いで室温まで急冷するという溶体化
処理を再度節こした後、Ｓ　Ｅ　Ｍ　（Ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ　Ｅｌｅｃｔ−ｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｚｅｒ
　）、　Ｅ　Ｐ　ＭＡ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂ
ｅＭｉｃｒｏａｎａｌｙｚｅｒ　ＬＴＥＭ　（Ａｎａｌ
ｙｔｉｃａ’ｌ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ　）等の機器を用いてそのミクロ組成分析をおこなっ
た。その結果、同一の結晶粒の内部においてもＣｕを中
心とした構成各元素の組成的な不均一性が微小ではある
が存在することが明らかになった。さらに同じ試料を時
効処理し、Ｋｅｒｒ効果を利用した磁区観察を行なった
結果、第２象限りこおける逆磁区の発生は結晶粒界の特
定部から始まること、また上記のミクロ組成分析との対
応ではこの特定部近傍の組成は同一結晶粒内部の他の部
位に比較して相対的にはＣｕとＳｍが若干少ないことな
どが判明した。

以上の検討結果から、永久磁石の結晶粒内部のミクロ的
な組成の不均一性が時効処理によるＳｍＣｏ５相の析出
状態の不均一性を誘起し、それが磁壁のピンニングの不
均一性しいては第２象限のクニックの発生をもたらすも
のと考えられる。本発明者らのその後の研究によって、
上記の永久磁石の結晶粒内部の組成の不均一性は原料粉
末内部の組成の不均一性に由来し、それはまた溶解法で
は合金インゴットの冷却過程での冷却速度の不均一性と
相分離に、還元拡散法では拡散の不均一性に起因するこ
とが明らかになった。そのため本発明者らは合金インゴ
ットあるいば永久磁石焼結体の熱処理による組成的な均
一化、焼結条件の検討による組成的な均一化を試行した
が良好な結果を得るには至らなかった。第２図に、実験
結果の１例として、溶解法で作製したがＳｍ２５．０ｉ
ｙｔ％、Ｆｅ１４．０−ｔ％、Ｃｕ４．８ｉｖｔ％、Ｚ
ｒ３．Ｑｗｔ％、残部Ｃｏの永久磁石合金の焼結体を種
々の条件で溶体化処理した場合の時効処理後の第２象限
の磁化曲線（４πＩ−Ｈ曲線）を示す。溶体化処理時間
の増加に伴う第２象限のクニックの若干の改善が認めら
れ、このことからクニックの発生原因に対する先の考察
の妥当性が裏づけられる。一方間時に、長時間の溶体化
処理においてもクニックは根本的には無くならず、この
ことから熱処理による原子の拡散程度では一度発生した
組成的な不均一性は解消されないことがわかる。

以上の研究結果から本発明者等は組成的に均一な原料粉
末の使用が本系永久磁石の第２象限のクニックを解消し
角型性を改善するポイントであるとの結論に達した。種
々の検討の結果、具体的には特許請求の範囲に示す組成
の溶湯を不活性ガスの高速気流中に滴下またはノズルで
吹き出して急冷凝固させて粉末化し、この粉末を原料と
してこれを通常の粉末冶金的手法によって永久磁石化す
ることにより前記目的を達成できることを見い出した。

不活性ガス圧力は溶湯の滴下量や吹き出し量に応じてそ
の適値を選ぶ必要があるため特に限定されるものではな
いが、例えば木系溶湯をφ５のノズル穴から３０ｋｇ／
分の速度で吹き出す場合には不活性ガスの行の圧力は３
０ａＬｍ以上好ましくは５０〜１１００ａｔ程度が適当
である。溶湯の滴下穴あるいはノズル穴の径は溶湯の量
と滴下および吹き出し速度に応じて適宜決定する必要が
あるが、例えば本系溶湯１０〜１００ｋｇを１０〜５０
ｋｇ／分の速度で吹き出す場合にはノズル穴の径はφ３
〜１０程度が適当である。また溶湯を溶解するにあたっ
てのルツボの材質はＡ　ｌ　ｚＯｓ、Ｍｇ。

などが使用される。ノズルの材質もルツボの材質と同一
のものが好ましい。本方法で急冷凝固して作製する粉末
は最終的には機械的粉砕によって微粉砕されるためその
粒径は特に限定されるものではないが３００μ以下のも
のが全粉末の７０−ｔ％以上であることが望ましい。粒
径が大きな粉末では急冷速度が低下し本発明の目的であ
る組成的な均一性が得られにくくなるからである。粒径
の制御は溶湯の滴下あるいは吹き出し速度と不活性ガス
の圧力および流量の条件を適宜組合せることによって行
なわれる。なお、溶湯の滴下穴あるいはノズル穴の近傍
に加振装置を取り付は溶湯を加振しながら滴下あるいは
吹き出すことによって粒度分布をより狭い範囲に制御す
ることも可能である。

また後で述べる本発明の実施例と比較例の対比からも明
らかなように、本方法で急冷凝固して作製した粉末の０
□量は従来の溶解法又は還元拡散法で作製した粗粉の０
２量に比べて低いため、同一組成の合金においてはより
高い残留磁束密度が得られる。

第３図に、実験結果の１例として、本方法で急冷凝固し
て作製したＳｍ２５．５ｉｙｔ％、Ｆｅ１４．Ｏｗｔ％
。

Ｃｕ４．４ｉｖｔ％、Ｚｒ２．７ｗｔ％、残部Ｃｏの合
金粉末を永久磁石化した場合の第２象限の磁化曲線（４
πＩ−Ｈ曲線）を示す。本発明のＲ２ＧＯ＋？系永久磁
石合金の具体的な製造方法については後で実施例にて詳
細な説明を加えるが、この第３図の実験シｔ、同じ製造
方法によっている。第３図を先の第１図と比較すること
によって、急冷凝固して作製した粉末を用いこれを永久
磁石化した場合クニックの無い角型性に優れた磁化曲線
が得られることがわかる。

この第３図の試料に溶体化処理を再度族こし、先に第１
図の試料に対しておこなったのと同じ方法でそのミクロ
組成分析をおこなったが、先の場合とは異なり同一の結
晶粒内での組成的な不均一性は検知されなかった。

最後に本発明のＲ，Ｇｏ、７系永久磁石合金の組成限定
理由を説明する。希土類元素Ｒは２２〜３０ｗｔＸとさ
れる。希土類元素の含有量が２２−ｔ％未満では十分な
保磁力が得られない。また希土類元素の含有量が３０４
％より多い場合には残留磁束密度が低下する。Ｆｅは１
０〜２５−１％とされる。１０ｗｔ％未満では残留磁束
密度が低下する。２５ｗｔ％より多い場合には保磁力お
よび角型性が低下する。

Ｃｕは１＝ｌＯｗｔ％とされる。１ｗｔ％未満では十分
な保磁力が得られない。１０ｗｔ％より多い場合には残
留磁束密度が低下する。Ｍ元素（Ｚｒ、肘、　Ｔｉ。

Ｔａ、　Ｎｂ、　Ｎｉ、　　Ｖの内の少（とも１種）は
０．２〜５ｗｔ％とされる。０．２４％未満では十分な
保磁力が得られず、５ｗｔ％より多い場合には残留磁束
密度が低下する。

以下本発明の実施例と比較例を説明するがこれによって
本発明の範囲が制限されるものではない。

〔実施例〕

（実施例１） 合計で１０ｋｇの原料をアルミナルツボに装入し、これ
を実質的な真空中で高周波誘導溶解により溶解した。次
いで溶湯をルツボ底部に設けたφ４のノズル穴から１０
ｋｇ７１５秒の速度で８０ａｔｍの圧力のＡｆガス気流
中に吹き出して粉末化した。この作業をくり返しおこな
って表１のＮｏ、　１−　Ｎｏ、　５に示す組成と０□
量を有する５種類の粉末を作製した。

５種類の粉末は全てその総重量の８０ｗｔ％以上が３０
０μ以下の粒径を有するものであった。次いで各々の粉
末をジェットミルで微粉砕した。微粉の粒度は約４．０
μ（Ｆ−３−３−３）であった。

微粉を配向磁界強度１０ｋＯｅ、成形圧３　ｔｏｎ／ｃ
＋ｆｌの条件下で成形して成形体とした。成形体は１１
□ガス雰囲気中で１１８０℃Ｘ　２　Ｈの条件で焼結し
た。次いで焼結体を１１６０℃Ｘ　４　Ｈの条件で溶体
化処理し水中に急冷した。最後に８００℃Ｘ８Ｈの等温
処理をおこなった後１°（：／ｍｉｎの冷却速度で常温
まで徐冷するという時効処理を施した。以上の処理によ
って永久磁石合金を永久磁石化しその磁気特性を測定し
たところ表２に示すような結果を得た。

ここでＩＩＫはＢｒＸ０，９の点でのＩ−Ｈ曲線上のＨ
の値である。また角型性の程度を表わす角型比はＨ１ｌ
／　＋ＩＩｃＸ　１００　（％）で定義した。表２から
、本発明による永久磁石合金では６０％以上という良好
な角型比が得られることがわかる。

（比較例１） 合計で１０ｋｇの原料をアルミナルツボに装入し、これ
を実質的な真空中で高周波誘導溶解により溶解して合金
インゴットを作製した。次いで合金インゴットをショー
クラッシャで粉砕し、３００μ以下の粗粉とした。この
作業をくり返しおこなって表３のＮｏ、　６〜Ｎｏ、　
１０に示す組成と０□量を有する５種類の粗粉を作製し
た。表１と表３の比較から、急冷凝固法によって作製し
た粉末と従来の溶解法によって作製した粗粉との間には
０２量の水準に差があり、前者の方が少ないことがわか
る。表３の各粗粉を実施例１と同一の条件で処理して永
久磁石化しその磁気特性を測定したところ表４に示すよ
うな結果を得た。表４の磁気特性と表２に記載の対応す
る組成の合金の磁気特性とを比較することによって、従
来の溶解法による原料を用いた永久磁石合金の磁気特性
は本発明による永久磁石合金の磁気特性に比較して角型
性が悪くまた残留磁束密度４πＩｒと最大エネルギー積
（ＢＨ）　ｍも小さいことがわかる。

表　　　　１ 表　　　　３ 〔発明の効果］ 以上述べたように、急冷凝固法によって作製した粉末を
原料として使用することによってＲＺＣｏＩ７系永久磁
石の組成的な不均一性が解消され、その結果第２象眼の
角型性が改善された。また同時に原料のａｔ量の水準が
低下するという副次的な効果によって従来より高い残留
磁束密度が得られるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法における時効処理条件と磁気特性の関係
を示す図。 第２図は従来法における溶体化処理条件と磁気特性の関
係を示す図。 第３図は本発明における時効処理条件と磁気特性の関係
を示す図。 第１図 Ｈ（にＯｅ） 第２図 ｊＩ３図 Ｈ（にＯｅ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　重量百分比でＲ２２〜３０％（ただしＲは希土類元素
   ），Ｆｅ１０〜２５％，Ｃｕ１〜１０％，Ｍ０．２〜５
   ％（ただしＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｎｉ，
   Ｖの内の少なくとも１種），残部が実質的にＣｏの組成
   を有する合金を不活性ガス雰囲気中又は実質的な真空中
   で溶解して溶湯とし、この溶湯を不活性ガスの高速気流
   中に滴下またはノズルで吹き出して急冷凝固させて粉末
   化し、次いでこの粉末を機械的粉砕によって微粉とし、
   微粉を成形して成形体を非酸化性雰囲気中又は実質的な
   真空中で１１００〜１２５０℃の温度範囲で焼結し、焼
   結体を焼結温度より１０〜８０℃低い温度に加熱して時
   効処理開始温度以下の温度まで急冷し、最後に６００〜
   ９００℃の温度を開始温度とし４００℃以下の温度まで
   徐冷する時効処理を施す、ことを特徴とする永久磁石合
   金の製造方法。