JPH0347563B2 - - Google Patents
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Description
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を主成分とし、Co及
び添加元素含有により、永久磁石の温度特性の改
善と共に保磁力並びに減磁曲線の角型性を著しく
向上させた希土類・鉄・ボロン系永久磁石に関す
る。 従来の技術 永久磁石材料は、一般家庭の各種電気製品か
ら、大型コンピユータの周辺端末器まで、幅広い
分野で使用される極めて重要な電気・電子材料の
一つである。近年の電気・電子機器の小形化、高
効率化の要求にともない、永久磁石材料は益々高
性能化が求められるようになつた。 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20〜30wt%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。 また、実用的には、モータ用、発電機用等の如
く温度上昇の発生や大きい逆磁界のかかる用途も
多く、残留磁束密度の温度特性が良好でかつ高保
磁力である永久磁石材料が切望されている。 そこで、本発明者は先に、高価なSmやCoを必
ずしも含有しない新しい高性能永久磁石材料とし
てR−Fe−B系(RはYを含む希土類元素のう
ち少なくとも1種)永久磁石材料を提案した(特
願昭57−145072号)。 この永久磁石材料は、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、Bを必須
成分、Feを主成分としてR−Fe−B系三元化合
物を形成し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材料である。 また、さらに、R−Fe−B系永久磁石の温度
特性を改善するため、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
残留磁束密度の温度特性を改善したR−Fe−B
−Co系永久磁石材料を提案した(特願昭57−
166663号)。 発明が解決しようとする課題 この発明は、希土類・鉄・ボロンを主成分とす
る新規な永久磁石の磁気特性とりわけ保磁力並び
に減磁曲線の角型性を改善した希土類・鉄・ボロ
ンを主成分とする永久磁石材料の提供を目的とし
ている。 また、この発明は、永久磁石材料の温度係数が
小さく、室温以上で良好な磁気特性を有し、任意
の形状、実用寸法に成形でき、資源的に豊富な軽
希土類を有効に使用できる永久磁石材料の提供を
目的としている。 問題点を解決するための手段 本発明は、 R(但しRはYを含む希土類元素のうち少なく
とも1種)8原子%〜30原子%、 B2原子%〜28原子%、 Co50原子%以下を含有し、 残部Fe及び不可避的不純物からなり、主相が
正方晶であるR−Fe−B−Co系永久磁石材料に
おいて、 下記添加元素Mのうち少なくとも1種(但し、
Mとして2種以上の添加元素を含有する場合は、
当該添加元素の上限のうち最大値を添加総量の上
限値とする)を含有したことを特徴とする永久磁
石材料である。 Ca8.5原子%以下、Mg8.5原子%以下、Sr7.0原
子%以下、Ba7.0原子%以下、Be7.0原子%以下。 作 用 この発明は、R−Fe−B−Co系永久磁石材料
における保磁力並びに減磁曲線の角型性の改善を
目的に、添加元素について種々検討した結果、所
要の添加元素Mの効果を知見したものである。 この発明の永久磁石材料は、Co含有するため
上記の新規なR−Fe−B系永久磁石材料に比較
して、その温度係数が低減され、0.1%/℃以下
となる。 添加元素Mは、R−Fe−B−Co系永久磁石材
料に対してその保磁力を改善する効果があり、永
久磁石材料として実用上十分な保磁力を示し、好
ましい態様においては、Sm−Co系永久磁石と同
等以上の保磁力を示す。 また、添加元素Mは、R−Fe−B−Co系永久
磁石に対してその減磁曲線の角型性を著しく改善
する効果を有する。さらにRの脱酸効果があり、
R−Fe−B−Co−M系永久磁石合金の溶解時あ
るいは焼結時等の製造工程中におけるRの酸化を
抑制できるため、工業的に量産した本R−Fe−
B−Co−M系永久磁石材料の磁気特性のばらつ
きを低減できる効果がある。 この発明の永久磁石材料は、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主に用
い、B、Feを主成分とし、Coおよびわずかな添
加元素Mを含有することにより、好ましい態様に
おいて、25MGOe以上の極めて高いエネルギー
積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有し、かつ
すぐれた残留磁束密度の温度特性を示し、工業的
に有用な永久磁石材料を安価に得ることができ
る。 組成限定理由 以下に、この発明による永久磁石材料の組成限
定理由を説明する。 この発明の永久磁石に用いる希土類元素Rは、
イツトリウム(Y)を包含し軽希土類及び重希土
類を包含する希土類元素であり、これらのうち少
なくとも1種、好ましくはNd、Pr等の軽希土類
を主体として、あるいはND、Pr等との混合物を
用いる。 すなわち、Rとしては、 ネオジム(Nd)、プラセオジム(Pr)、ランタ
ン(La)、セリウム(Ce)、テルビウム(Tb)、
ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エル
ビウム(Er)、ユウロビウム(Eu)、サマリウム
(Sm)、カドリニウム(Gd)、プロメチウム
(Pm)、ツリウム(Tm)、イツテルビウム
(Yb)、ルテチウム(Lu)、イツトリウム(Y)
が包含される。 又、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、Sm、Y、La、Ce、Gd等は他のR、特に
Nd、Pr等との混合物として用いることができ
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は、新規なR−Fe−B−Co系永久磁石材料
における必須元素であつて、8原子%未満では高
磁気特性、特に1kOe以上の保磁力が得られず、
30原子%を越えると残留磁束密度(Br)が低下
して、すぐれた特性の永久磁石材料が得られず、
また化学的に非常に活性であるため工業製造上困
難となる。よつて、希土類元素は8原子%〜30原
子%の範囲とする。 Bは、新規なR−Fe−B−Co系永久磁石材料
における必須元素であつて、2原子%未満では、
1kOe以上の保磁力(iHc)は得られず、28原子
%を越えると残留磁束密度(Br)がハードフエ
ライトの約4kG未満と低下するため、すぐれた永
久磁石材料が得られない。よつて、Bは2原子%
〜28原子%の範囲とする。 Coは、永久磁石材料の温度特性を改善する効
果があるため、Feの一部を置換するが、50原子
%を越える含有は、保磁力の低下を来たし実用的
な磁石材料として好ましくないため、50原子%以
下とする。 添加元素Mは、R−Fe−B−Co系永久磁石に
対してその保磁力を改善する効果があるため添加
する。しかし、添加元素Mの添加に伴ない残留磁
束密度(Br)の低下が招来されるため、従来の
ハードフエライト磁石の残留磁束密度と同等以上
となる範囲でMを添加するのが望ましい。 したがつて、添加元素MのCa、Mg、Sr、Ba、
Beの各元素の添加上限は、ハードフエライト磁
石の保磁力の約4kGと同等以上の保磁力を有する
範囲とし、 Ca8.5原子%以下、Mg8.5原子%以下、Sr7.0原
子%以下、Ba7.0原子%以下、Be7.0原子%以下
とする。 また、上記添加元素Mは極めて活性であり、上
記上限を越える添加は工業生産上取り扱いが困難
となる。さらに2種以上を含有する場合、残留磁
束密度を4kG以上とするためには、当該元素の上
限のうち最大値以下とする必要がある。 Feは、新規なR−Fe−B−Co系永久磁石材料
において必須元素であり、上記成分を含有した残
余を占める。しかし、65原子%未満では残留磁束
密度(Br)が低下し、82原子%を越えると高い
保磁力が得られないので、Feは65原子%〜82原
子%が望ましい。 また、この発明による永久磁石材料は、R、
B、Co、M、Feの他、工業的生産上不可避的不
純物の存在を許容でき、例えば、Bとして純粋ボ
ロンまたはフエロボロンを用いることができ、不
純物としてAl、Si、C等を含有することができ
る。 さらに、FeまたはBの一部を4.0原子%以下の
C、3.5原子%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、永久磁石材料
の製造性改善、低価格化が可能である。 Feの一部をCoで置換してR−B−Fe(Co)系
三元化合物を形成して添加元素Mを含有したこの
発明によるR−Fe−B−Co−M系永久磁石材料
において、結晶性は主相が正方晶であることが、
特に微細で均一な合金粉末を得て、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望まし
い。 この発明による永久磁石は、保磁力iHc≧
1kOe、残留磁束密度Br≧4kGを示し、最大エネ
ルギー積(BH)maxはハードフエライトと同等
以上となり、最も好ましい組成範囲では、(BH)
max≧10MGOeを示し、最大値は25MGOe以上
に達する。また、Coの含有により残留磁束密度
(Br)の温度係数が0.1%/℃以下とすぐれてい
る。 また、この発明による永久磁石材料は、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、 R11原子%〜24原子%、B3原子%〜27原子%
に、 Co5〜45原子%、 Ca0.2〜6.5原子%、Mg0.2〜6.5原子%、 Sr0.2〜5.0原子%、Ba0.2〜5.0原子%、 Be0.2〜5.0原子%のうち少なくとも1種を含有
し、残部Feであるとき、すぐれた磁気特性を示
し、Brの温度係数は0.1%/℃以下であり、
(BH)maxは7MGOe以上に達する。 また、この発明による永久磁石材料は、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%〜20原子%、B4原子%〜24原子%
に、 Co5〜45原子%、 Ca0.5〜2.5原子%、Mg0.5〜2.5原子%、 Sr0.5〜1.5原子%、Ba0.5〜1.5原子%、 Be0.5〜1.5原子%のうち少なくとも1種を含有
し、残部Feであるとき、最もすぐれた磁気特性
を示し、Brの温度係数は0.1%/℃以下であり、
(BH)maxは10MGOe以上でその最大値が
33MGOe以上に達する。 製造方法 次に、この発明による永久磁石材料の製造方法
について説明する。 一般に希土類金属は化学的に非常に活性であ
り、空気中の酸素と結びつきやすく容易に酸素と
反応し希土類酸化物をつくるので、溶解、粉砕、
成形、焼結等の各工程を還元性雰囲気または非酸
化性雰囲気中で行なうことが必要である。 まず、所定組成の合金粉末を調整する。一例と
して、上記組成範囲内で原料を所定組成に秤量配
合した後、高周波誘導炉等により溶解を行ないイ
ンゴツトとし、その後これを粉砕する。 粉末の平均粒度が0.3〜80μmの範囲のとき保磁
力(iHc)は1kOe以上となる。平均粒度が0.3μm
未満となると酸化が急激に進行し、目的とする合
金が得られ難くなるため、この発明の高性能R−
Fe−B−Co−M系永久磁石材料を安定的に製造
する上で好ましくない。一方、粉末粒径が80μm
を越えると保磁力iHcは1kOe以下となり永久磁
石材料の性能保持上好ましくない。 また、上記範囲内の粒度を有する粉末において
この発明の組成範囲内で組成の異なる2種類以上
の粉末を組成の調整または焼結時の緻密化を促進
させるために混合して用いることもできる。 なお、粉砕は後述の実施例に示すスタンプミ
ル、ジエツトミル等の乾式粉砕に限定されること
なく、湿式粉砕を採用することもでき、特に湿式
粉砕を行う場合は、アルコール系溶媒、ヘキサ
ン、トリクロルエタン、トリクロルエチレン、キ
シレン、トルエン、弗素系溶媒、パラフイン系溶
媒などを用いることができる。 次いで、得られた所定の粒度を有する合金粉末
を成形する。成形時の圧力は0.5〜8トン/cm2
(以下t/cm2)の範囲で行なうことが好ましい。
0.5t/cm2未満の圧力では、成形体の十分な強度が
得られず、永久磁石材料としての実用上、その取
り扱いが極めて困難となる。また、8t/cm2を越え
ると成形体の強度は非常に上り、その取り扱いの
上で好ましくはなるが、プレスのパンチ、ダイス
金型の強度の点で連続的に成形を行なうときに問
題となるので好ましくない。但し成形圧力はこれ
を限定するものではない。 さらに、加圧成形時、磁気的異方性の磁石材料
を製造する場合には磁界中で行なうが、そのとき
の磁界はおよそ7〜13kOeの磁界中で行なうこと
が好ましい。 得られた成形体は、900℃〜1200℃の温度、好
ましくは1000℃〜1180℃で焼結する。 焼結温度が900℃未満では永久磁石材料として
の十分な密度が得られず、また所要の磁束密度が
得られない。また、1200℃を越えると焼結体が変
形し、配向がくずれ磁束密度の低下と角型性の低
下を招来し好ましくない。また、焼結時間は5分
以上あればよいが、あまり長時間となると量産性
に問題があるので、好ましい焼結時間は30分から
8時間である。 焼結は、還元性ないし非酸化性雰囲気で行な
う。焼結雰囲気として不活性ガス雰囲気を用いる
場合は常圧または加圧雰囲気でもよいが、焼結体
の緻密化を計る方法として減圧雰囲気あるいは減
圧不活性雰囲気で行なうことも可能である。また
焼結効果を上げる別の方法としては、還元性ガス
であるH2ガス雰囲気中で行なう方法も用いられ
る。 実施例 以下に、この発明による実施例を示しその効果
を明らかにする。 実施例 1 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl5.3%、Si0.7%、
C0.03%等の不純物からなるフエロボロン合金、
純度99.7%以上のNd、純度99%のCo粉、添加元
素として、純度99%のCaを使用し、第1表の成
分組成となるように配合し、これらをアルゴン雰
囲気中で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造
した(ただし、出発原料の純度は重量で示す。以
下同様)。 その後インゴツトを、スタンプミルにより40メ
ツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミル
により微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、15kOeの磁界中で
配向し、1.2t/cm2または2t/cm2の圧力で成形し
た。 得られた成形体を、1100℃または1120℃、3時
間、Ar中の条件で焼結し、その後放冷してこの
発明による永久磁石を作製した。 また、比較のためCaを添加しないR−Fe−B
−Co永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第1表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にCaを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 2 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、及びPr、純度99%のCo粉、添加元素とし
て、純度99%のMgを使用し、第2表の成分組成
となるように配合し、これらをアルゴン雰囲気中
で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中で
配向し、2.0t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1120℃または1180℃、3時
間、Ar中の条件で焼結し、その後放冷してこの
発明による永久磁石を作製した。 また、比較のためMgを添加しないR−Fe−B
−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第2表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にMgを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 3 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、及びGd、純度99%のCo粉、添加元素とし
て、純度99%のSrを使用し、第3表の成分組成
となるように配合し、これらをアルゴン雰囲気中
で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、12kOeの磁界中で
配向し、1.5t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1090℃または1170℃、3時
間、Ar中の条件で焼結し、その後放冷してこの
発明による永久磁石を作製した。 また、比較のため、Srを添加しないR−Fe−
B−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第3表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にSrを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 4 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、及びPr、純度99%のCo粉、添加元素とし
て、純度99%のBaを使用し、第4表の成分組成
となるように配合し、これらをアルゴン雰囲気中
で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中で
配向し、1.5t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1060℃、3時間、Ar中の
条件で焼結し、その後放冷し、この発明による永
久磁石を作製した。 また、比較のため、Baを添加しないR−Fe−
B−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第4表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にBaを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 5 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、純度99%のCo粉、添加元素として、純度99
%のBeを使用し、第5表の成分組成となるよう
に配合し、これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶
解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中で
配向し、2.0t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1100℃、3時間、Ar中の
条件で焼結し、その後放冷してこの発明による永
久磁石を作製した。 また、比較のため、Beを添加しないR−Fe−
B−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第5表から明らかなようにR−Fe−
B−Co系にBeを含有することにより、高いエネ
ルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有す
るすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 6 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、純度99%のCo粉、添加元素として、純度99
%のMgを使用し、第6表の成分組成となるよう
に配合し、これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶
解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、無磁界中で、
1.5t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1020℃、3時間、Ar中の
条件で焼結し、その後放冷してこの発明による永
久磁石を作製した。 また、比較のため、Mgを添加しないR−Fe−
B−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第6表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にMgを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 7 実施例1と同じ製法で永久磁石を作製し、成分
組成を、16Nd−6B−15Co−5Co−58Feとした永
久磁石の室温における磁化曲線を測定した。 第1図に示す磁化曲線から明らかなように、初
磁化曲線は低磁界で急峻に立上がり飽和に達し、
減磁曲線はきわめて角形性が高く、このR−Fe
−B−Co−M系永久磁石が典型的な高性能異方
性磁石であることがわかる。 また、このR−Fe−B−Co−M系永久磁石の
保磁力が反転磁区の核発生によつて決定される、
いわゆるニユークリエーシヨン型永久磁石である
ことを示している。 さらに、第1表から第6表に示すこの発明の組
成の磁石はいずれも第1図と同一傾向の初磁化曲
線を示した。
ち少なくとも1種)、B、Feを主成分とし、Co及
び添加元素含有により、永久磁石の温度特性の改
善と共に保磁力並びに減磁曲線の角型性を著しく
向上させた希土類・鉄・ボロン系永久磁石に関す
る。 従来の技術 永久磁石材料は、一般家庭の各種電気製品か
ら、大型コンピユータの周辺端末器まで、幅広い
分野で使用される極めて重要な電気・電子材料の
一つである。近年の電気・電子機器の小形化、高
効率化の要求にともない、永久磁石材料は益々高
性能化が求められるようになつた。 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20〜30wt%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。 また、実用的には、モータ用、発電機用等の如
く温度上昇の発生や大きい逆磁界のかかる用途も
多く、残留磁束密度の温度特性が良好でかつ高保
磁力である永久磁石材料が切望されている。 そこで、本発明者は先に、高価なSmやCoを必
ずしも含有しない新しい高性能永久磁石材料とし
てR−Fe−B系(RはYを含む希土類元素のう
ち少なくとも1種)永久磁石材料を提案した(特
願昭57−145072号)。 この永久磁石材料は、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、Bを必須
成分、Feを主成分としてR−Fe−B系三元化合
物を形成し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材料である。 また、さらに、R−Fe−B系永久磁石の温度
特性を改善するため、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
残留磁束密度の温度特性を改善したR−Fe−B
−Co系永久磁石材料を提案した(特願昭57−
166663号)。 発明が解決しようとする課題 この発明は、希土類・鉄・ボロンを主成分とす
る新規な永久磁石の磁気特性とりわけ保磁力並び
に減磁曲線の角型性を改善した希土類・鉄・ボロ
ンを主成分とする永久磁石材料の提供を目的とし
ている。 また、この発明は、永久磁石材料の温度係数が
小さく、室温以上で良好な磁気特性を有し、任意
の形状、実用寸法に成形でき、資源的に豊富な軽
希土類を有効に使用できる永久磁石材料の提供を
目的としている。 問題点を解決するための手段 本発明は、 R(但しRはYを含む希土類元素のうち少なく
とも1種)8原子%〜30原子%、 B2原子%〜28原子%、 Co50原子%以下を含有し、 残部Fe及び不可避的不純物からなり、主相が
正方晶であるR−Fe−B−Co系永久磁石材料に
おいて、 下記添加元素Mのうち少なくとも1種(但し、
Mとして2種以上の添加元素を含有する場合は、
当該添加元素の上限のうち最大値を添加総量の上
限値とする)を含有したことを特徴とする永久磁
石材料である。 Ca8.5原子%以下、Mg8.5原子%以下、Sr7.0原
子%以下、Ba7.0原子%以下、Be7.0原子%以下。 作 用 この発明は、R−Fe−B−Co系永久磁石材料
における保磁力並びに減磁曲線の角型性の改善を
目的に、添加元素について種々検討した結果、所
要の添加元素Mの効果を知見したものである。 この発明の永久磁石材料は、Co含有するため
上記の新規なR−Fe−B系永久磁石材料に比較
して、その温度係数が低減され、0.1%/℃以下
となる。 添加元素Mは、R−Fe−B−Co系永久磁石材
料に対してその保磁力を改善する効果があり、永
久磁石材料として実用上十分な保磁力を示し、好
ましい態様においては、Sm−Co系永久磁石と同
等以上の保磁力を示す。 また、添加元素Mは、R−Fe−B−Co系永久
磁石に対してその減磁曲線の角型性を著しく改善
する効果を有する。さらにRの脱酸効果があり、
R−Fe−B−Co−M系永久磁石合金の溶解時あ
るいは焼結時等の製造工程中におけるRの酸化を
抑制できるため、工業的に量産した本R−Fe−
B−Co−M系永久磁石材料の磁気特性のばらつ
きを低減できる効果がある。 この発明の永久磁石材料は、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主に用
い、B、Feを主成分とし、Coおよびわずかな添
加元素Mを含有することにより、好ましい態様に
おいて、25MGOe以上の極めて高いエネルギー
積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有し、かつ
すぐれた残留磁束密度の温度特性を示し、工業的
に有用な永久磁石材料を安価に得ることができ
る。 組成限定理由 以下に、この発明による永久磁石材料の組成限
定理由を説明する。 この発明の永久磁石に用いる希土類元素Rは、
イツトリウム(Y)を包含し軽希土類及び重希土
類を包含する希土類元素であり、これらのうち少
なくとも1種、好ましくはNd、Pr等の軽希土類
を主体として、あるいはND、Pr等との混合物を
用いる。 すなわち、Rとしては、 ネオジム(Nd)、プラセオジム(Pr)、ランタ
ン(La)、セリウム(Ce)、テルビウム(Tb)、
ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エル
ビウム(Er)、ユウロビウム(Eu)、サマリウム
(Sm)、カドリニウム(Gd)、プロメチウム
(Pm)、ツリウム(Tm)、イツテルビウム
(Yb)、ルテチウム(Lu)、イツトリウム(Y)
が包含される。 又、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、Sm、Y、La、Ce、Gd等は他のR、特に
Nd、Pr等との混合物として用いることができ
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は、新規なR−Fe−B−Co系永久磁石材料
における必須元素であつて、8原子%未満では高
磁気特性、特に1kOe以上の保磁力が得られず、
30原子%を越えると残留磁束密度(Br)が低下
して、すぐれた特性の永久磁石材料が得られず、
また化学的に非常に活性であるため工業製造上困
難となる。よつて、希土類元素は8原子%〜30原
子%の範囲とする。 Bは、新規なR−Fe−B−Co系永久磁石材料
における必須元素であつて、2原子%未満では、
1kOe以上の保磁力(iHc)は得られず、28原子
%を越えると残留磁束密度(Br)がハードフエ
ライトの約4kG未満と低下するため、すぐれた永
久磁石材料が得られない。よつて、Bは2原子%
〜28原子%の範囲とする。 Coは、永久磁石材料の温度特性を改善する効
果があるため、Feの一部を置換するが、50原子
%を越える含有は、保磁力の低下を来たし実用的
な磁石材料として好ましくないため、50原子%以
下とする。 添加元素Mは、R−Fe−B−Co系永久磁石に
対してその保磁力を改善する効果があるため添加
する。しかし、添加元素Mの添加に伴ない残留磁
束密度(Br)の低下が招来されるため、従来の
ハードフエライト磁石の残留磁束密度と同等以上
となる範囲でMを添加するのが望ましい。 したがつて、添加元素MのCa、Mg、Sr、Ba、
Beの各元素の添加上限は、ハードフエライト磁
石の保磁力の約4kGと同等以上の保磁力を有する
範囲とし、 Ca8.5原子%以下、Mg8.5原子%以下、Sr7.0原
子%以下、Ba7.0原子%以下、Be7.0原子%以下
とする。 また、上記添加元素Mは極めて活性であり、上
記上限を越える添加は工業生産上取り扱いが困難
となる。さらに2種以上を含有する場合、残留磁
束密度を4kG以上とするためには、当該元素の上
限のうち最大値以下とする必要がある。 Feは、新規なR−Fe−B−Co系永久磁石材料
において必須元素であり、上記成分を含有した残
余を占める。しかし、65原子%未満では残留磁束
密度(Br)が低下し、82原子%を越えると高い
保磁力が得られないので、Feは65原子%〜82原
子%が望ましい。 また、この発明による永久磁石材料は、R、
B、Co、M、Feの他、工業的生産上不可避的不
純物の存在を許容でき、例えば、Bとして純粋ボ
ロンまたはフエロボロンを用いることができ、不
純物としてAl、Si、C等を含有することができ
る。 さらに、FeまたはBの一部を4.0原子%以下の
C、3.5原子%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、永久磁石材料
の製造性改善、低価格化が可能である。 Feの一部をCoで置換してR−B−Fe(Co)系
三元化合物を形成して添加元素Mを含有したこの
発明によるR−Fe−B−Co−M系永久磁石材料
において、結晶性は主相が正方晶であることが、
特に微細で均一な合金粉末を得て、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望まし
い。 この発明による永久磁石は、保磁力iHc≧
1kOe、残留磁束密度Br≧4kGを示し、最大エネ
ルギー積(BH)maxはハードフエライトと同等
以上となり、最も好ましい組成範囲では、(BH)
max≧10MGOeを示し、最大値は25MGOe以上
に達する。また、Coの含有により残留磁束密度
(Br)の温度係数が0.1%/℃以下とすぐれてい
る。 また、この発明による永久磁石材料は、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、 R11原子%〜24原子%、B3原子%〜27原子%
に、 Co5〜45原子%、 Ca0.2〜6.5原子%、Mg0.2〜6.5原子%、 Sr0.2〜5.0原子%、Ba0.2〜5.0原子%、 Be0.2〜5.0原子%のうち少なくとも1種を含有
し、残部Feであるとき、すぐれた磁気特性を示
し、Brの温度係数は0.1%/℃以下であり、
(BH)maxは7MGOe以上に達する。 また、この発明による永久磁石材料は、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%〜20原子%、B4原子%〜24原子%
に、 Co5〜45原子%、 Ca0.5〜2.5原子%、Mg0.5〜2.5原子%、 Sr0.5〜1.5原子%、Ba0.5〜1.5原子%、 Be0.5〜1.5原子%のうち少なくとも1種を含有
し、残部Feであるとき、最もすぐれた磁気特性
を示し、Brの温度係数は0.1%/℃以下であり、
(BH)maxは10MGOe以上でその最大値が
33MGOe以上に達する。 製造方法 次に、この発明による永久磁石材料の製造方法
について説明する。 一般に希土類金属は化学的に非常に活性であ
り、空気中の酸素と結びつきやすく容易に酸素と
反応し希土類酸化物をつくるので、溶解、粉砕、
成形、焼結等の各工程を還元性雰囲気または非酸
化性雰囲気中で行なうことが必要である。 まず、所定組成の合金粉末を調整する。一例と
して、上記組成範囲内で原料を所定組成に秤量配
合した後、高周波誘導炉等により溶解を行ないイ
ンゴツトとし、その後これを粉砕する。 粉末の平均粒度が0.3〜80μmの範囲のとき保磁
力(iHc)は1kOe以上となる。平均粒度が0.3μm
未満となると酸化が急激に進行し、目的とする合
金が得られ難くなるため、この発明の高性能R−
Fe−B−Co−M系永久磁石材料を安定的に製造
する上で好ましくない。一方、粉末粒径が80μm
を越えると保磁力iHcは1kOe以下となり永久磁
石材料の性能保持上好ましくない。 また、上記範囲内の粒度を有する粉末において
この発明の組成範囲内で組成の異なる2種類以上
の粉末を組成の調整または焼結時の緻密化を促進
させるために混合して用いることもできる。 なお、粉砕は後述の実施例に示すスタンプミ
ル、ジエツトミル等の乾式粉砕に限定されること
なく、湿式粉砕を採用することもでき、特に湿式
粉砕を行う場合は、アルコール系溶媒、ヘキサ
ン、トリクロルエタン、トリクロルエチレン、キ
シレン、トルエン、弗素系溶媒、パラフイン系溶
媒などを用いることができる。 次いで、得られた所定の粒度を有する合金粉末
を成形する。成形時の圧力は0.5〜8トン/cm2
(以下t/cm2)の範囲で行なうことが好ましい。
0.5t/cm2未満の圧力では、成形体の十分な強度が
得られず、永久磁石材料としての実用上、その取
り扱いが極めて困難となる。また、8t/cm2を越え
ると成形体の強度は非常に上り、その取り扱いの
上で好ましくはなるが、プレスのパンチ、ダイス
金型の強度の点で連続的に成形を行なうときに問
題となるので好ましくない。但し成形圧力はこれ
を限定するものではない。 さらに、加圧成形時、磁気的異方性の磁石材料
を製造する場合には磁界中で行なうが、そのとき
の磁界はおよそ7〜13kOeの磁界中で行なうこと
が好ましい。 得られた成形体は、900℃〜1200℃の温度、好
ましくは1000℃〜1180℃で焼結する。 焼結温度が900℃未満では永久磁石材料として
の十分な密度が得られず、また所要の磁束密度が
得られない。また、1200℃を越えると焼結体が変
形し、配向がくずれ磁束密度の低下と角型性の低
下を招来し好ましくない。また、焼結時間は5分
以上あればよいが、あまり長時間となると量産性
に問題があるので、好ましい焼結時間は30分から
8時間である。 焼結は、還元性ないし非酸化性雰囲気で行な
う。焼結雰囲気として不活性ガス雰囲気を用いる
場合は常圧または加圧雰囲気でもよいが、焼結体
の緻密化を計る方法として減圧雰囲気あるいは減
圧不活性雰囲気で行なうことも可能である。また
焼結効果を上げる別の方法としては、還元性ガス
であるH2ガス雰囲気中で行なう方法も用いられ
る。 実施例 以下に、この発明による実施例を示しその効果
を明らかにする。 実施例 1 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl5.3%、Si0.7%、
C0.03%等の不純物からなるフエロボロン合金、
純度99.7%以上のNd、純度99%のCo粉、添加元
素として、純度99%のCaを使用し、第1表の成
分組成となるように配合し、これらをアルゴン雰
囲気中で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造
した(ただし、出発原料の純度は重量で示す。以
下同様)。 その後インゴツトを、スタンプミルにより40メ
ツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミル
により微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、15kOeの磁界中で
配向し、1.2t/cm2または2t/cm2の圧力で成形し
た。 得られた成形体を、1100℃または1120℃、3時
間、Ar中の条件で焼結し、その後放冷してこの
発明による永久磁石を作製した。 また、比較のためCaを添加しないR−Fe−B
−Co永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第1表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にCaを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 2 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、及びPr、純度99%のCo粉、添加元素とし
て、純度99%のMgを使用し、第2表の成分組成
となるように配合し、これらをアルゴン雰囲気中
で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中で
配向し、2.0t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1120℃または1180℃、3時
間、Ar中の条件で焼結し、その後放冷してこの
発明による永久磁石を作製した。 また、比較のためMgを添加しないR−Fe−B
−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第2表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にMgを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 3 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、及びGd、純度99%のCo粉、添加元素とし
て、純度99%のSrを使用し、第3表の成分組成
となるように配合し、これらをアルゴン雰囲気中
で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、12kOeの磁界中で
配向し、1.5t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1090℃または1170℃、3時
間、Ar中の条件で焼結し、その後放冷してこの
発明による永久磁石を作製した。 また、比較のため、Srを添加しないR−Fe−
B−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第3表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にSrを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 4 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、及びPr、純度99%のCo粉、添加元素とし
て、純度99%のBaを使用し、第4表の成分組成
となるように配合し、これらをアルゴン雰囲気中
で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中で
配向し、1.5t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1060℃、3時間、Ar中の
条件で焼結し、その後放冷し、この発明による永
久磁石を作製した。 また、比較のため、Baを添加しないR−Fe−
B−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第4表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にBaを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 5 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、純度99%のCo粉、添加元素として、純度99
%のBeを使用し、第5表の成分組成となるよう
に配合し、これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶
解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、10kOeの磁界中で
配向し、2.0t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1100℃、3時間、Ar中の
条件で焼結し、その後放冷してこの発明による永
久磁石を作製した。 また、比較のため、Beを添加しないR−Fe−
B−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第5表から明らかなようにR−Fe−
B−Co系にBeを含有することにより、高いエネ
ルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有す
るすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 6 出発原料として、純度99.9%の電解鉄、B19.4
%を含有し残部はFe及びAl、Si、C等の不純物
からなるフエロボロン合金、純度99.7%以上の
Nd、純度99%のCo粉、添加元素として、純度99
%のMgを使用し、第6表の成分組成となるよう
に配合し、これらをアルゴン雰囲気中で高周波溶
解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。 その後インゴツトを、スタンプミルにより、40
メツシユスルーまでに粗粉砕し、次にジエツトミ
ルにより微粉砕し、粒度0.3〜80μmの微粉末を得
た。 この微粉末を金型に挿入し、無磁界中で、
1.5t/cm2の圧力で成形した。 得られた成形体を、1020℃、3時間、Ar中の
条件で焼結し、その後放冷してこの発明による永
久磁石を作製した。 また、比較のため、Mgを添加しないR−Fe−
B−Co系永久磁石も同製法で作製した。 得られた永久磁石の磁気特性を測定した。測定
結果を示す第6表から明らかなように、R−Fe
−B−Co系にMgを含有することにより、高いエ
ネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を有
するすぐれた永久磁石材料が得られたことがわか
る。 実施例 7 実施例1と同じ製法で永久磁石を作製し、成分
組成を、16Nd−6B−15Co−5Co−58Feとした永
久磁石の室温における磁化曲線を測定した。 第1図に示す磁化曲線から明らかなように、初
磁化曲線は低磁界で急峻に立上がり飽和に達し、
減磁曲線はきわめて角形性が高く、このR−Fe
−B−Co−M系永久磁石が典型的な高性能異方
性磁石であることがわかる。 また、このR−Fe−B−Co−M系永久磁石の
保磁力が反転磁区の核発生によつて決定される、
いわゆるニユークリエーシヨン型永久磁石である
ことを示している。 さらに、第1表から第6表に示すこの発明の組
成の磁石はいずれも第1図と同一傾向の初磁化曲
線を示した。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
発明の効果
実施例に明らかな如く、R−Fe−B−Co系永
久磁石材料に添加元素Mを含有したこの発明によ
るR−Fe−B−Co−M系永久磁石材料は、高い
エネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を
有し、減磁曲線の角型性が著しく改善された高性
能永久磁石材料である。
久磁石材料に添加元素Mを含有したこの発明によ
るR−Fe−B−Co−M系永久磁石材料は、高い
エネルギー積並びに高残留磁束密度、高保磁力を
有し、減磁曲線の角型性が著しく改善された高性
能永久磁石材料である。
第1図は磁化曲線を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 R(但しRはYを含む希土類元素のうち少な
くとも1種)8原子%〜30原子%、 B2原子%〜28原子%、 Co50原子%以下を含有し、 残部Fe及び不可避的不純物からなり、主相が
正方晶であるR−Fe−B−Co系永久磁石材料に
おいて、 下記添加元素Mのうち少なくとも1種(但し、
Mとして2種以上の添加元素を含有する場合は、
当該添加元素の上限のうち最大値を添加総量の上
限値とする)を含有したことを特徴とする永久磁
石材料。 Ca8.5原子%以下、Mg8.5原子%以下、Sr7.0原
子%以下、Ba7.0原子%以下、Be7.0原子%以下。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58121406A JPS6014407A (ja) | 1983-07-04 | 1983-07-04 | 永久磁石材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58121406A JPS6014407A (ja) | 1983-07-04 | 1983-07-04 | 永久磁石材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6014407A JPS6014407A (ja) | 1985-01-25 |
| JPH0347563B2 true JPH0347563B2 (ja) | 1991-07-19 |
Family
ID=14810383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58121406A Granted JPS6014407A (ja) | 1983-07-04 | 1983-07-04 | 永久磁石材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6014407A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5849109A (en) * | 1997-03-10 | 1998-12-15 | Mitsubishi Materials Corporation | Methods of producing rare earth alloy magnet powder with superior magnetic anisotropy |
| CN110537235B (zh) * | 2018-03-23 | 2023-08-18 | 株式会社博迈立铖 | R-t-b系烧结磁体的制造方法 |
-
1983
- 1983-07-04 JP JP58121406A patent/JPS6014407A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6014407A (ja) | 1985-01-25 |
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