JPH02285604A

JPH02285604A - 温間加工磁石およびその製造方法

Info

Publication number: JPH02285604A
Application number: JP1106509A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Tanigawa; 茂穂谷川; Katsunori Iwasaki; 克典岩崎
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1990-11-22
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JP2823076B2

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】本発明は、コンピューターの外部記憶装置であるハード
ディスク、フロッピディスクあるいは、各種端末装置に
用いられる、希土類遷移金属、硼素から実質的になる永
久磁石であって温間での塑性加工によって磁気異方性を
付与する温間加工磁石の改良に関し特に適量の添加元素
を加えることにより加工性を改善し割れが無く且つ結晶
配向性を向上して良好な磁気特性を有する永久磁石と、
その製造方法に関する。

〔従来の技術］希土類、遷移金属から実質的になる永久磁石（以下Ｒ−
Ｔ−Ｂ磁石と呼ぶ）は、安価で且つ高磁気特性を有する
永久磁石として注目を集めている。正方晶系の結晶構造
を持ったＲ２Ｔ、４Ｂで表される金属間化合物が優れた
磁気特性を発現するからである。この金属間化合物は室
温で正方形の一辺が０．８７８ｎｍでその面に垂直なＣ
軸方向の格子定数が１．２１８ｎｍである。この金属間
化合物は、Ｃ軸方向に強い磁気異方性を有している。

この金属間化合物を利用した磁石の工業的な製造方法と
しては、粉末冶金法による焼結磁石と超急冷法による温
間塑性加工磁石に大別される。焼結磁石は、所望の組成
に調整溶解、鋳造して得られるインゴットを粗粉砕、微
粉砕して得られる３〜５μｍの微粉末を磁場中で成形し
焼結、熱処理することにより得られる。焼結磁石の場合
、微粉砕あるいはその後の焼結、熱処理工程中に雰囲気
からの酸素の浸入が避けられず、通常焼結体中には、３
０００〜８０００ｐｐｍの酸素が不純物として含有され
る。この不純物酸素は、合金中の希土類成分と結合し酸
化物として存在する。この非磁性酸化物は、永久磁石の
飽和磁気モーメントを低下させると伴に永久磁石に反転
磁界を励磁した場合、反転磁区の核生成サイトとして働
く為、保磁力を低下させる要因となる。焼結磁石のこの
問題点を解消する為に種々の発明が提案されている。

例えば、最も一般的に用いられる方法としては、Ｒ成分
中の重希土類成分（例えばｏｙ　、　Ｔｂ）の比率を高
めることである。しかしながら、この方法では重希土類
の全角運動量と、Ｆｅのスピン角運動量が反平行に結合
する為に、重希土類成分の比率を多くすればする程、合
金の飽和磁気モーメントは低下するという欠点を有する
。あるいは、微量の添加元素例えば、＾４２．Ｎｂ、Ｇ
ａ等を添加し保磁力を向上させるという提案もなされて
いるが、前記重希土を用いる場合に比較して効果は小さ
い。

また、プロセス中での酸素の浸入を抑制し、磁気特性を
改善する試みもなされているが、設備が大がかりとなり
、製造コストが高くなる為工業上問題点が多い。

一方、超急冷法においては、メルトスピニング法あるい
はその他の超急冷法で得られた非晶質又は微細な結晶質
あるいは両者の混合物で形成される、薄帯又は粉末を温
間でホットプレスによりち密化した後、引き続き塑性加
工により異方性化し、製造れさる。本方法では工程中に
微粉砕工程を含まないため、不純物酸素量を通常２００
０ｐｐｍ以下に抑制することが可能であり、したがって
高い飽和磁気モーメントが期待出来る。また、高温での
焼結工程を必要としないことから、温間塑性加工を施し
得られる最終製品の結晶粒径は０．０２〜１．０μｍと
微細であり特に好ましい温度領域で温間加工された磁石
の平均粒径は０．１〜０．５μｍと本系磁石の単磁区臨
界寸法０．３μｍに近く本質的に高い保磁力が得られる
。温間加工磁石においては塑性流動と直角な方向の磁気
的な結晶配列状態の密接な相関が重要である。すなわち
塑性流動を被加工物の全体に均一に充分行わせることが
磁気特性に関係する結晶配向度の向上に必要である。

また、温間塑性加工時の粒子間あるいは薄帯間の摩擦は
不均一変形をもたらすと伴に引張応力を発生させ、クラ
ックを生じさせる要因となる。このことは、工業製品と
しての永久磁石を得ようとする場合には大きな問題点で
ある。温間加工の際に印加される加工力の大部分は塑性
仕事に使われるが、一部はダイスとワークの摩擦あるい
は、ワーク内の粒子間の摩擦に浪費される。従って、温
間加工時の加工性を向上させ、クランクのない永久磁石
を得る為に種々の外部潤滑剤が提案されている。例えば
特開昭６０−１００４０２号公報には温間加工に用いる
ダイス表面に黒鉛を外部潤滑剤としてライニングした例
が記載されている。しかし、この場合には磁石体内部の
粒子間摩擦による不均一な塑性流動を改善する作用効果
は無い。

温間加工時の粒子間あるいは、薄帯間の摩擦による不均
一な、塑性流動を改善することを目的としてＭＯ３２１
ＣＨＢＮ等の微粉末を添加することにより塑性流動を容
易にし、割れのない温間加工磁石を得る技術が提案され
ている。この方法によると磁石粉末あるいは薄帯間で添
加した微粉末が粉末間あるいは薄帯間の摩擦を緩和する
ことにより、クラックの抑制と配向度の向上に顕著な効
果を及ぼす。しかしながら、上記発明の効果も超急冷磁
石を構成する固々の粒子間にまでは及ばない為限界があ
る。

本発明は、上記問題点を解消し、塑性加工が容易でかつ
磁気的な結晶配向が均一で磁気特性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ
系の温間加工磁石を提供することを目的とする。

〔課題を解決する為の手段〕

本発明はまず、遷移金属Ｔを主成分とし、イツトリウム
を含む希土類元素Ｒおよび硼素Ｂ、炭素Ｃを含有するＲ
−Ｔ−Ｂ−Ｃ系合金の溶湯を超急冷凝固して、薄帯又は
薄片を得て破砕して粉末状とした後、温間加工により磁
気異方性を付与する温間加工磁石において、Ｃを微量添
加することを特徴とする温間加工磁石の製造方法である
。ＲＴ−１３−Ｃ系合金の磁気的な性質については例え
ば、Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　６１　（８）　Ｐ
３５７４においてＦｅ１．ＮｄｑＤｙｂＢｏ、　ｑＣｔ
、　ｚなる組成により８　ＫＯｅの保磁力が得られるこ
とが報告されている。また、Ｊ。

Ｍａｇ、　ａｎｄ　Ｍａｇ、　Ｍａｔ、７２　（１９８
８）Ｐ１６７ではＲ２Ｆｅ＋　４Ｃ化合物における基本
的な磁気的な性質が報告されている。しかしながら、こ
れ等の合金系に対する塑性加工条件に関する研究はなさ
れていない。本発明は、超袋、冷性により得られる非晶
質又は微細な結晶質あるいはそれ等の混合物を温間で塑
性加工して得られるＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系異方性永久磁石の
製造方法に関し、温間加工時の自己潤滑性に優れ、高い
エネルギー積を有する永久磁石合金を提供することを目
的としている。従来、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石合金を温間
で塑性変形する場合、外部より印加された圧力の一部は
、ワークと工具間の摩擦、薄帯間あるいは粒子間の摩擦
により消費される為、ワーク内に均一な塑性歪を与える
ことが困難であり、その結果得られる、異方性永久磁石
の結晶配向度すなわち異方性化度は微粉末を磁場中で配
向させ焼結して得られる焼結磁石と比較し劣るという問
題点があった。

このような問題点を克服する為、外部潤滑材、あるいは
無機有機の内部潤滑材を塗布又は混合し、異方性化度を
改善する提案がなされているものの、これ等の手法は、
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金固有の機械的性質を改善するものでは
なく、その効果には限界があった。また、これ等の手法
によると、塑性変形に関する個々の粒子ひとつ、ひとつ
にまでは及ばないという問題点もある。本発明者等は、
このような従来技術の問題点を解決する為にＲ−ＴＢ系
合金の温間での機械的性質の改質を試み本発明に敗った
。

すなわち、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に微量なＣを添加すること
により、温間での塑性加工性が改善され結晶配向度が大
巾に改善されることを見出した。

ここで微量添加されたＣは、合金中のＮｄ及び若干のＦ
ｅ成分と結合し、いわゆるＮｄリッチ相を形成する。こ
こで形成されたＮｄ　リッチ相は、本系合金で永久磁石
、特性を現出する、ＮｄｚＦｅ＋　４Ｂ相の粒子を取り
巻くように存在し、温間加工時の自己潤滑剤として働く
と伴に、外部より印加された圧力を有効に塑性仕事に変
換する媒体となる。Ｃの添加量が０．０１重量％以下で
は、Ｎｄリッチ相の粘性が低く、圧力媒体としての役割
りが不十分であり、高い異方性を得ることが出来ない。

また、Ｃが０．８重量％以上では、ＣがＮｄｚＦｅｌ　
４Ｂ相中のＢと置換する為、余剰のＢにより機械的に脆
性なりリッチ相が形成され、材料自体の変形抵抗が著し
く高くなり、十分な塑性変形を付与することが困難とな
ると伴に保磁力も低下するため好ましくない。本発明に
おいて平均結晶粒径が０．０２μｍ未満の微結晶を工業
的に安定して得ることは、現時点の技術においては、極
めて困難であり、１．０μｍを越える場合には、保磁力
が低下して好ましくない。ここで、平均結晶粒径の測定
は、顕微鏡写真における切断法による。すなわち、写真
に任意に線分を引いたとき線分を切断する結晶粒の数で
線分長さを除した値を結晶粒径とし、少なくとも２０個
以上について求めた平均値を平均粒径とする。ここで注
意すべきことは、温間加工磁石においては結晶のＣ軸に
垂直な面に偏平な形状をしており、Ｃ軸を含む面で切断
するときは平板の厚み方向となる。従って、前述の平均
結晶粒径はＣ軸に垂直な面上のものをいう。また、本発
明に係る合金は遷移金属を主成分としイツトリウムを含
む希土類元素Ｒ及び硼素、炭素を含有する。本発明で遷
移金属とは、鉄を主体とし、一部Ｃｏ、　Ｎｉ。

Ｒｕ、　Ｒｈ、　Ｐｄ＋　Ｏｓ、　Ｉｒ＋　Ｐｔの狭義
の遷移金属のみならず原子番号２１〜２９．３９〜４７
．７２〜７９．８９以上の元素を全て含む広義の遷移金
属をいう。

またＧａの添加は本発明者等が既に発表したように温間
加工磁石において保磁力を顕著に向上する効果があるた
め、必要に応じて添加すると効果的である。更に、公知
の添加元素を目的に応じて添加することも本発明の効果
を逸脱するものではない。希土類元素ＲもＮｄ、　Ｐｒ
を主体とし公知の通り、コスト低減の目的にはＣｅ、ジ
ジム等による一部置換、温度特性を改善する目的には重
希土類等による一部置換ができることは言うまでもない
。本発明に係るＲの組成範囲は２８〜４０重量％であり
、Ｒの含有量が２９重量％未満の場合はＦｅリッチなＮ
ｄ２Ｆｅ＋Ｊ相が形成され保磁力を著しく低下させる為
、高いエネルギー積は得られない。

またＲが４０重量％以上では合金中のＮｄリッチ相の割
合が多くなり過ぎて、微量なＣによる効果を十分に発揮
することが出来ない。遷移金属Ｔの含有量は６０〜７０
重量％が好ましく、６０重重量未満では、飽和磁気モー
メントが低下し、７０重量％以上では保磁力が低下する
。Ｂの含有量は、０．５重量％未満では、Ｎｄ２Ｆｅ＋
Ｊの形成が十分でなく、１．５重量％を越えると、Ｂリ
ッチ相が多量に形成される為、塑性加工性を著しく阻害
する為好ましくない。本発明に係るＸ線回折によって求
められる結晶配向度の指票である、角度分散値は以下の
ように定義される。まず、等方性の試料においてデイフ
ラクトメータ法で各回折面のＸ線回折強度を測定し、次
いで異方性化した温間加工磁石から切り出した試料の各
回折面のＸ線回折強度を測定し、その強度を等方性試料
の各回折強度で規格化する。次いで規格化した値すなわ
ち相対強度を各回折面が０面となす角度に対してプロッ
トし、得られた魚群を、０面を中心とするガウス分布で
近似しその分散を求める。この分散の値が結晶配置１向性の指票となる。

本発明は結晶のＣ軸からの角度分散が磁石表面において
３０°未満という顕著な配向度の向上をもたらせるもの
である。従来の温間加工磁石においては磁石表面での角
度分散が３０°以上となるため磁気配向が揃わず磁気特
性が不十分であった。

本発明の温間加工磁石は温間での塑性加工によって得ら
れその手段として押出し、スェージング、圧延、据込み
加工等の塑性加工が用いられる。特に据込み加工が異方
性付与の効率が良い。

本発明に係る炭素を添加剤として添加した温間加工磁石
の特徴は、変形が均一であって、その結果断面内におけ
る歪分布が均一であることである。

〔実施例〕

（実施例１）Ｎｄ　２９　Ｗχ、　Ｆｅ　６９．５　Ｗ％’　、　Ｂ
　ＩＷＸ　、　ＣＯ，５Ｈ％なる合金と、比較材として
、Ｎｄ”　２９　Ｗχ、　Ｆｅ　７０會χ、Ｂ′１繭　
なる合格を、アーク溶解にて、溶製しボタンインゴット
とした。得られたボタンインゴットをＡｒ中で高・周波
溶解し、周速が３０’ｍ／ｓで回転する単ロール上に射
出し、約３０μｍの厚さを持った不定形のフレーク状の
薄片を作製した。

次いで、フレーク状の薄片を５００μｍ以下に粉砕し粉
末状とし成形圧３トン／ｃＩＩＩで磁場を印加せずに冷
間で成形し密度が５．７　ｇ　／ｃｃ、で直径２８ｍｍ
、高さ４７ｍｍの圧粉体を作製した。

得られた圧粉体を７００°Ｃで１トン／　ｃ＋ｆｌでホ
ットプレスし、密度が約７．５　ｇ　／ｃｃの圧密体と
し、この圧密体を引き続き７００　’Ｃで圧縮比（据込
み前の高さを据込み後の高さで除した値）が４となるよ
うに据込み加工によって温間加工して磁気異方性を付与
した。

第１図に据込み加工時の真心カー真否線図を比較材との
比較で示す。Ｃを微量添加することにより、真応力は低
い歪量にて立ち上るが、以後の歪量では応力はほぼ一定
で変形が進行することが分る。

一方、Ｃを含まない比較材においては、初期歪、領域で
の応力の立ち上りは低く、高歪域で応力は急激に立上る
ことが分る。

又、第１表に据込み加工後の材料から切り出した試料の
磁気特性とＸ線回折により求めた角度分散値を示す。第
１表より、Ｃの微量添加により、結晶配向度が改善され
、磁気特性は大巾に改善されることが分る。

（実施例２）重量％でＮ（］　３０．５　、　Ｆｅ　６７．９　、　
Ｂ　Ｏ，９、ＧａＯ，５、ＣＯ，２なる合金をアーク溶
解で溶製し、以後実施例１と同様に据込み加工し、磁気
特性と、結晶配向度測定した。得られた磁気特性は、Ｂ
ｒ１２．８　ＫＧ　、　Ｈｃｉ　　１７．５　ＫＯｅ　
、　（ＢＨ）、　４０．２　ＭＧＯｅ、であり、Ｘ線回
折により求めた角度分散値は１７゜となり、Ｃ微量添加
による顕著な効果が認められた。

（実施例３）実施例１と同様の方法により、Ｎｄ　３０．５Ｆｅ　ｂ
ａｉ！、−Ｂ　０．９−　Ｇａ　Ｏ，５−Ｃｘなる合金
を温間据え込み加工により異方性化し、磁気特性のＣ量
に対する依存性を調べた。結果を第２表に示す。

Ｃ量が０．０１〜０．８重量％において、良好な磁気特
性が得られる。

（実施例４）Ｃ量を一定とし、Ｎｄ、’Ｆｅ、Ｂ量を種々変えた異方
性据込み磁石を、実施例１と同様の方法で作製し、磁気
特性と結晶配向性を評価した。結果を第３．４表に示す
。

第３表より、Ｎｄ　２８〜４０　Ｗχ、　Ｆｅ　６０〜
７０　ＷＬＢ　Ｏ，５〜１．５−χの範囲で高い磁気特
性が得られることが分る。

以上述べたように、本発明によれば温間塑性加工磁石に
おいて従来不十分であった結晶配向性を改善した、高い
エネルギー積を有するものが得られる。

■ （発明の効果）本発明によると温間加工が容易でかつ磁気的な結晶配向
が均一で磁気特性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ系の永久磁石が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る温間加工磁石と比較例の場合の据
込み加工時の真応力・真歪線図を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）遷移金属Ｔを主成分とし、イットリウムを含む希
土類元素Ｒ及び硼素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系合金
であって磁気的異方性を有する平均結晶粒径が０．０２
〜１．０μｍの微細な結晶粒を有する、永久磁石におい
て、炭素含有量が０．０１〜０．８重量％以下であるこ
とを特徴とする温間加工磁石。
（２）遷移金属Ｔを主成分とし、イットリウムを含む希
土類元素Ｒ及び硼素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ合金で
あって、磁気的異方性を有する平均結晶粒径が０．０２
〜１．０μｍの微細な結晶粒を有する永久磁石において
、Ｒの含有量が２８〜３５重量％、Ｔの含有量が６０〜
７２重量％、Ｂの含有量が０．５〜１．５重量％その他
不可避不純物からなることを特徴とする温間加工磁石。
（３）遷移金属Ｔを主成分として、イットリウムを含む
希土類元素Ｒ及び硼素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系合
金であって磁気的異方性を有する平均結晶粒径が０．０
２〜１．０μｍの微細な結晶粒を有する永久磁石におい
て、Ｘ線回折により測定した結晶配向度のＣ軸からの角
度分散が磁石表面において３０度未満であることを特徴
とする温間加工磁石。