JPH0362775B2 - - Google Patents

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JPH0362775B2
JPH0362775B2 JP58100634A JP10063483A JPH0362775B2 JP H0362775 B2 JPH0362775 B2 JP H0362775B2 JP 58100634 A JP58100634 A JP 58100634A JP 10063483 A JP10063483 A JP 10063483A JP H0362775 B2 JPH0362775 B2 JP H0362775B2
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JP
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alloy
magnetic flux
rare earth
abc
temperature
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JP58100634A
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Kazuhiro Kumasaka
Kenichi Ono
Koichi Hoshino
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 本発明は、希土類コバルト系永久磁石合金に関
するものである。 〔従来技術〕 希土類元素Rとコバルトとからなる希土類コバ
ルト磁石は、RC05系とCuおよびFeを含む2相分
離形R2(CoFeCuM)17系との2つに大別される
が、その最大エネルギー積(BH)naxがRCo5系で
25MGOe、R2(CoFeCuM)17系で33MGOeに達
し、アルニコ磁石の10MGOe、Baフエライト磁
石の4MGOeに比べてきわめて高いため、特に小
形化の要求される機器や強磁界の必要な機器に使
用されている。しかし、磁束の温度係数について
は例えばSmCo5系でほぼ−0.04%/℃、2相分離
形Sm2Co17系でほぼ−0.03%/℃と大きく、アル
ニコ磁石の−0.022〜0.016%/℃と比較して劣る
ため、温度変化の激しい環境での使用は困難であ
つた。 ところで、最近各種の電気計測機器や通信機器
にはますます小形化、軽量化、高性能化、高信頼
性化が求められている。機器の小形化、軽量化の
ためには高い(BH)naxを持つ磁石が求められ、
特に薄形化のためには高い保磁力IHCをも同時に
持つ磁石が求められている。例えば通信衛星用進
行波管には小形化、軽量化のために周期磁石とし
て希土類コバルト磁石が用いられるようになつて
来ており、さらに近年に至つては進行波管の小形
化、大容量化の要求に伴つてますます高(BH)n
axで高IHCの磁石が求められている。さらに機器
の高性能化、高信頼性化のためには、機器使用環
境の温度が変化しても磁束の変化の小さい磁束が
求められている。例えば、宇宙空間で衛星の受け
る温度環境は−50〜+150℃程度ときわめて厳し
く、進行波管の高性能化、高信頼性化のためには
磁束の温度変化の少ない磁石が強く求められてい
る。 このような要求に応えるために磁束の温度係数
を改善した希土類コバルト磁石として、Smの一
部をGd、Er、Ho、Tb、Dyという重希土類元素
で置換した永久磁石が提案されている(特開昭50
−75919、同50−81914、同51−52319)。しかし、
これらは実質的にRCo5を主体とした磁石であり、
その可逆温度係数は0〜−0.03%/℃と小さいも
のの、(BH)naxは8〜13MGOeと低く、各種機器
の小形化には十分に対処できない。 したがつて、高い(BH)naxを持ち、かつ磁束
の温度係数の小さい磁石を開発するためには、磁
化の高い2相分離形R2(CoFeCuM)17系合金の利
用を考えなければならない。 ところで、2相分離形R2(CoFeCuM)17系磁石
は、CuおよびFeを含む合金を時効によりRCo5
とR2Co17相とに2相分離させて磁気硬化して製
造することを特徴とするが、そのIHCは一般的に
低く、そのため低いパーミアンス係数の形状では
使用できずしたがつて機器の薄形化のためにはI
HCを高める必要がある。 〔発明の目的および構成〕 本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、磁束の温度変化が小さくか
つ保磁力IHC9最大エネルギー積(BH)naxが共に
高い永久磁石合金の製造方法を提供することにあ
る。 このような目的を達成するために、本発明は、
Sm(Co1-a-b-cFeaCubMczで示される組成の合金
粉末Aに、X(Co1-a-b-cFeaCubMczで示される
組成の合金粉末Bを混合し、圧縮成形した後焼結
するものである。 ここで、MはTi、Zr、Hfの少なくとも一種、
Xは重希土類元素のGd、Tb、Dy、Ho、Er、
Tmのいずれか1種であり、また0.05≦a≦0.35、
0.03≦b≦0.15、0.005≦c≦0.05、7.0≦z≦8.3
である。 このような磁束温度係数が小さく、IHCおよび
(BH)naxが高い永久磁石合金として、出願人は先
に、(Sm1-xXxGdy)(Co1-a-b-cFeaCubMc)の一
般式(式中、XはPr、Ce、ミツシユメタルのう
ちの1種、MはTi、Zr、Hfの少なくとも1種で
あり、また0≦x≦0.2、0.05≦y≦0.7、0.05≦
a≦0.35、0.03≦b≦0.15、0.005≦c≦0.05、7.0
≦z≦8.3)で示される合金(特願昭57−146468)
と、((Sm1-xXx)(Co1-a-b-cFeaCubMczの一般式
(式中XはTb、Dy、Ho、Er、Tmの少なくとも
1種、MはTi、Zr、Hfの少なくとも1種、また、
0.05≦x≦0.7、0.05≦a≦0.35、0.03≦b≦0.15、
0.005≦c≦0.05、7.0≦z≦8.3)で示される合金
(特願昭57−146467)を提案している。これら永
久磁石合金の開発原理は次のようなものであつ
た。 すなわち、一般にR2Co17合金においてRが軽
希土類元素からなる場合には、通常の磁石合金と
同様に温度が上昇すると共に合金の磁束が減少す
る。ところが、Rが重希土類からなるGd2Co17
金においては、常温を含む広い範囲で温度が上昇
すると共に合金の磁束は増加する。上記出願に係
る発明は、これら合金の磁束と温度の関係が、
Cu、FeおよびM(MはTi、Zr、Hfの少なくとも
1種)を含むSm(Co1-a-b-cFeaCubMcz合金、お
よびX(Co1-a-b-cFeaCubMcz合金(Xは重希土
類元素Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tmの少なくと
も1種)において2相分離処理を施して磁石化し
た場合でも同様に成り立つことに着目し、
(Sm1-xXx)(Co1-a-b-cFeaCubMcz合金において
xを変化させることによりSm(Co1-a-b-cFeaCub
Mcz合金とX(Co1-a-b-cFeaCubMcz合金との中
間的な磁束の温度係数が得られることの発見に基
いてなされたものである。 このような永久磁石合金の製造方法について、
出願人は、上記出願の明細書において、Smおよ
び重希土類元素(Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm
の1種以上)を所望の磁束温度係数が得られるよ
うに調整した(Sm1-xXx)(Co1-a-b-cFeaCubMc
z合金の全成分を溶解しインゴツトを作製し、こ
れを粉砕して得た粉末を磁界中成形し、成形物を
焼結した後均一化処理を行ない、室温まで急冷
し、その後、階段状あるいは連続冷却時効を行な
い製造する旨記載した。 しかし、このような方法は、各種機器の設計に
適合する種々の磁束温度係数をもつ磁石を製造す
る場合、常に、予め所望の温度係数ごとにそれに
みあう成分に調整した元素原料を溶解する必要が
あり、生産性に著しい難点がある。他方で、最近
の機器設計の多様化に伴い、各種の磁束温度係数
をもつ磁石がこれまで以上に求められるようにな
つてきている。 このため、所望の磁束温度係数をもつ上記永久
磁石合金を生産性良く製造できる方法を検討した
結果、予め希土類元素としてSmのみを含むSm
(Co1-a-b-cFeaCubMcz合金粉末Aと、希土類元
素として磁束温度係数を低下させる作用をもつ重
希土類元素Xのみを含むX(Co1-a-b-cFeaCubMc
z合金粉末Bとを別々に製造しておき、合金粉末
Aに、Bで示される合金粉末の少なくとも1種を
混合することによつて、混合比に対応して所望の
磁束温度係数をもつ磁石の製造が可能であること
を見出した。すなわち、本発明によれば、予め希
土類元素としてSmのみを含む合金粉末Aと希土
類元素として重希土類元素Xを含む合金粉末Bと
を製造しておけば、必要に応じ両者を混合し、均
一化処理を行ない、およびその後2相分離を起こ
させるため冷却時効を行なうことで所望とする各
種磁束温度係数をもつ磁石の製造が可能となり、
しかもA、Bの混合比を精密に変化させることに
よつて磁束温度係数も精密に変化させることが可
能である。 本発明によれば、永久磁石合金は一般に次のよ
うにして製造される。 まず、前述したAおよびBの組成となるよう
に、各元素原料を調合し、溶解してインゴツトを
得る。この各インゴツトを別々に粗粉砕し、さら
にボールミル、ジエツトミルなどを用いて微粉砕
し、AおよびBで示される合金粉末を製造する。
これらの合金粉末のうち、Aで示される合金粉末
に、所望の磁束温度係数が得られるようにBで示
される合金粉末の少なくとも1種を十分に混合
し、その後、この混合した微粉末を5〜15KOe
程度の磁場中でプレス成形し、成形物を1150〜
1230℃の温度で15分ないし2時間程度焼結する。
焼結は、1150〜1230℃という高温で行なうため、
各元素の拡散が十分に進行し、密度を上昇させる
とともに各元素の組成を均一化させる効果があ
る。このため、本発明による製造方法は2種類以
上の粉末を混合させているにもかかわらず、焼結
後の各元素の組成は均一であり、以後の処理工程
は1種類の粉末から出発した場合と同様に扱うこ
とができる。この後、1100〜1190℃で1時間以上
溶体化処理を行なう。この溶体化処理は長時間行
なうことにより後述する時効後のIHCを増加させ
ることが可能であり、特に5時間以上行なうこと
により15KOe以上という非常に高いIHCが得られ
る。 この溶体化処理の後、750〜950℃で1時間以上
初段時効し、さらに1〜50℃/minの冷却速度で
450〜300℃まで連続冷却する2相分離処理を施
す。連続冷却の代りに多段時効を行なつてもよ
い。初段時効を長時間行なうことにより、微細な
2相分離組織が得られるためにIHCを増加させる
ことが可能であり、5時間以上行なうことが好ま
しい。 これらの溶解、粉砕、焼結、溶体化、時効は、
種々の雰囲気で行なうことができるが、不活性、
真空、非酸化性、還元性の雰囲気中で行なうこと
が好ましい。 本発明に係る永久磁石合金の各成分およびその
成分比の限定は次のような理由による。 まず、Sm(Co1-a-b-cFeaCubMczおよびX
(Co1-a-b-cFeaCubMczで表わされる一般式にお
いて、Smは優れた(BH)naxを得るために必要な
元素である。 Xで表わした重希土類元素は、前述したように
常温を含む広い温度範囲で温度が上昇したときに
合金の磁束を増加させる効果がある。このため、
希土類元素として重希土類元素Xのみを含む合金
粉末Bは、希土類元素としてSmのみを含む合金
粉末Aに混合することにより、合金の磁束温度係
数を小さくする効果がある。これら希土類元素の
総量に対する他の元素の総量の比zが7.0未満で
IHCが低下すると共に、飽和磁化が低下するた
めに残留磁束密度Brも低下する。またzが8.3を
越えるとIHCが急激に低下するため、7.0≦z≦
8.3が適当である。 Feは、飽和磁化を増加させてBrを増加させる
効果があるが、aが0.05未満ではその効果が少な
く、0.35を越えるとIHCが低下するため、0.05≦
a≦0.35が適当である。 Cuは、2相分離反応を起こさせるために必要
な元素であり、IHCを増加させる効果がある。し
かしながら、bが0.03未満では2相分離反応が十
分に進行しないために磁石として十分なIHCが得
られず、またbが0.15を越えると飽和磁化が低下
してBrが低下するため、0.03≦b≦0.15が適当で
ある。 Mとして、Ti、Zr、Hfの少なくとも1種を添
加することにより、IHCを増加させる効果がある。
しかしながら、cが0.005未満ではこの効果が顕
著に現われず、また0.05を越えると逆にIHCが急
激に減少するため、0.005≦c≦0.05が適当であ
る。 以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。 〔実施例〕 実施例 1 第1表に示した成分の合金となるように調合し
た原料をアーク溶解し、鉄乳鉢で粗粉砕した後、
ステンレスボールミルを用い、石油ベンジン中で
微粉砕して平均粒径10〜15μmの各合金粉末を製
造した。
【表】 次いで、(合金2の重量)/(合金1の重量+
合金2の重量)で表わされる混合比が0、0.2、
0.4、0.6、0.8、1.0となるように合金1の粉末と
合金2の粉末とを調合した後、十分に混合し、
13KOeの磁界中で金型を用いて2.5ton/cm2の圧力
で圧縮成形した。これらの圧粉体をAr気流中で
1210℃で30分間焼結し、その後1160℃で6時間の
溶体化処理を施して急冷した。次いでAr気流中
で850℃で10時間の初段時効を施し、さらに350℃
まで1.5℃/minで連続冷却し、350℃で1時間保
持した。 このようにして得た永久磁石合金の磁気特性を
第2票に示す。また、パーミアンス係数を2.0と
して測定した−50〜+150℃の温度範囲における
磁束の可逆温度係数αを図に示す。
【表】 まず、第2表からわかるように、合金2の混合
比が増加するに従つてBr、IHC、(BH)naxが低下
する傾向にある。混合比が0.6以下では13〜
25MGOeの高い(BH)naxが得られており、混合
比が0.8以上ではそれが9MGOe以下に低下する。
したがつて、この混合比は0.7以下というのが実
用上の目安となる。一方、図からわかるように合
金2の混合比が増加するにしたがつてαは低下
し、混合比が0.2で−0.021%/℃、混合比が0.5で
ほぼ0となる。さらに混合比が増加すると、αの
符号は正に転じ、その値は増加する。 このように、希土類元素としてSmのみを含む
合金粉末1とGdのみを含む合金粉末2とを混合
することにより、その混合比を調整することによ
つて、αが大幅に改善されかつ所望の磁束温度係
数をもつ磁石が製造できる。 実施例 2 第3表に示した成分の合金となるように調合し
た原料を用い、実施例1と同様に平均粒径10〜
15μmの各合金粉末を製造した。
【表】
【表】 次いで、第4表に示した混合比となるように各
合金粉末を調合した後、十分に混合し、13KOe
の磁界中で金型を用いて2.5ton/cm2の圧力で圧縮
成形した。これらの圧粉体をAr気流中で1210℃
で30分間焼結し、その後1160℃で6時間の溶体化
処理を施して急冷した。次いでAr気流中で850℃
で10時間の初段時効を施し、さらに350℃まで1.5
℃/minで連続冷却し、350℃で1時間保持した。
【表】 このようにして得た永久磁石合金の磁気特性お
よびパーミアンス係数を2.0として測定した−50
〜+150℃の温度範囲における磁束の可逆温度係
数αを第5表に示す。
【表】
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、2相分
離形Sm2(CoFeCuM)17系合金粉末と2相分離形
X2(CoFeCuM)17系合金(Xは重希土類元素Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm)粉末とを混合すること
によつて、磁束温度係数を改善させるとともに所
望の磁束温度係数をもち、しかもIHCおよび
(BH)naxを高めた永久磁石を生産性良く製造する
ことができ、高IHC、高(BH)naxでしかも通信機
器の多様化に伴う各種の磁束温度係数をもつ磁石
の要求に十分に応えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
図は磁束の可逆温度係数と合金粉末の混合比と
の関係を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Sm(Co1-a-b-cFeaCubMczで示される組成か
    らなる合金粉末に、X(Co1-a-b-cFeaCubMcz
    示される組成からなる合金粉末の少なくとも一種
    (各式中でMはTi、Zr、Hfの少なくとも一種、X
    は重希土類元素Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tmの
    いずれか一種、また0.05≦a≦0.35、0.03≦b≦
    0.15、0.005≦c≦0.05、7.0≦z≦8.3)を混合し
    て磁場中で圧縮成形し、その成形物を焼結した
    後、1100〜1190℃で5時間以上加熱することによ
    り溶体化処理を行い、該溶体化処理後、750〜950
    ℃で1時間以上初段時効し、さらに1〜50℃/
    minの冷却速度で450〜300℃まで連続冷却又は多
    段時効することを特徴とする2相分離形永久磁石
    合金の製造方法。
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