JPH04134802A - 永久磁石の製造方法 - 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ＩＩＪ用分野］ 本発明は、希土類元素と遷移金属とボロンを基本成分と
する永久磁石の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、希土類−遷移金属−ボロン系の永久磁石には次の
４通りの方法による磁石が報告されている。

（１）粉末冶金法に基づく焼結法による磁石。

（参考文献１） （２）アモルファス合金を製造するのに用いる急冷薄帯
製造装置で厚さ３０μｍ程度の急冷薄片を作り、その薄
片を樹脂で結合する磁石。　（参考文献２） （３）（２）の方法で使用した同じ薄片を、２段階のホ
ットプレス法で機械的配向処理を施した磁石。　（参考
文献３） （４）鋳造インゴットを１段階の熱間加工により、機械
的配向を施し、さらに熱処理を施した磁石。

（参考文献４） 参考文献　１．特開昭５９−４６００８号公報〃号公報
間昭５９−２１１５４９号公報〃３．特開昭６０−１０
０４０２号公報／１４．特開昭６３−１５１９０５号公
報次に上記の従来方法について説明する。

先ず（１）の焼結法では、溶解・鋳造により合金インゴ
ットを作製し、粉砕して適当な粒度（数μｍ）の磁石粉
を得る。磁石粉は成形助材のバインダーと混練され、磁
場中でプレス成形されて成形体ができあがる。成形体は
アルゴン中で１１０°Ｃ前後の温度で１時間焼結され、
その後室温まで急冷される。焼結後、６００°Ｃ前後の
温度で熱処理することにより保磁力を向上させる。

（２）メルトスピニング法による急冷薄片を用いた樹脂
結合方法では、先ず急冷薄帯製造装置の最適な回転数で
Ｒ−ＴＭ−Ｂ合金の急冷薄帯をつくる。得られた厚さ３
０μｍのリボン状薄帯は、直径が１００ＯＡ°以下の結
晶の集合体であり、脆くて割れ易く、結晶粒は等方的に
分布しているので、磁気的にも等方性である。この薄帯
を適当な粒度に粉砕して、樹脂と混練してプレス成形す
る。

（３）の製造方法は、　（２）におけるリボン状急冷薄
帯あるいは薄片を、真空中あるいは不活性雰囲気中で２
段階ホットプレス法と呼ばれる方法で緻密で異方性を有
するＲ　−Ｔ　Ｍ、−Ｂ磁石を得るものである。

このプレス過程では一軸性の圧力が加えられ、磁化容易
軸がプレス方向と平行に配向して、合金は異方化する。

尚、最初のメルトスピニング法で作られるリボン状薄帯
の結晶粒は、それが最大の保磁力を示すときの粒径より
も小さめにしておき、後のホットプレス中に結晶粒の粗
大化が生じて最適の粒径になるようにしておく。

（４）の製造方法は、　（１）と同様に溶解・紡造によ
り作製した合金インゴットを、真空中あるいは、不活性
ガス雰囲気中で熱間加工することにより異方性を有し、
かつ熱処理に良好な磁気特性を有するＲ−ＴＭ−Ｂ磁石
を得るものである。

この方法では、異方性方向は（３）と同じく加工方向に
あるが、熱間加工は一段階のみでよく、結晶粒も、加工
によりむしろ小さくなるという違いがある。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の従来技術を用いることにより一応Ｒ−ＴＭ−Ｂ系
永久磁石は製造できるが、これらの製造方法には次のよ
うな欠点を有している。

（１）の焼結法は、合金を粉末にすることが必須である
が、Ｒ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永久磁石は酸素に対して非常に活
性であり、そのため、粉末にするという工程を経ると表
面積が増え、酸化が激しくなり焼結体中の酸素温度はど
うしても高くなってしまう。また、粉末を成形するとき
に、たとえばステアリン酸亜鉛のような成形助材を使用
しなければならない。これは焼結工程で前もって取り除
かれるのではあるが、数刻は磁石の中に炭素の形で残っ
てしまう。この炭素はＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の磁気性
能を低下させてしまい好ましくない。

成形助材を加えてプレス成形した後の成形体はグリーン
体と言われる。これはたいへん脆く、ハンドリングが難
しい。従って、焼結炉にきれいに並べて入れるのは相当
の手間がかかることも大きな欠点である。

また、異方性の磁石を得るためには磁場中でプレス成形
しなければならず、磁場電源、コイルなどの大きな装置
が必要となる。

以上の欠点があるので、−殻内に言ってＲ−ＴＭＢ系の
焼結磁石の製造には高価な設備が必要になるばかりでは
なく、生産効率も悪くなり、磁石の製造コストが高くな
ってしまう。従って、比較的原料の安いＲ−Ｔ　Ｍ−Ｂ
系磁石の長所を活かすことができるとは言い難い。

次に、　（２）並びに（３）の方法であるが、これらの
方法は真空メルトスピニング装置を使用するが、この装
置は現在ではたいへん生産性が悪くしかも高価である。

（２）の方法は原理的に等方性であるので、低いエネル
ギー積であり、ヒステリシスループの角形性も良くない
ので温度特性に対しても、使用する面においても不利で
ある。

（３）の方法では異方性の磁石が得られるが、ホットプ
レスを２段階に使うので、実際に量産を考えると大変に
非効率になることは否めないであろう。

また１、この方法では高温、たとえば８００℃以上では
結晶粒の粗大化が著しく、それによって保磁力が極端に
低下し、実用的な永久磁石にはならない。

（４）の方法は、粉末工程を含まず、ホットプレスが一
段階でよい為に、最も製造工程が簡略化されるが、性能
的には（１）（３）に比してやや劣るという問題があっ
た。

本発明は、以上の従来技術のうち特に（４）の性能面で
の欠点を解決するものであり、その目的とするところは
、高性能かつ低コストなＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石を提供
するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は希土類元素（ただしＹを含む）と遷移金属とボ
ロンを基本成分とする合金を鋳造した後、熱間加工する
工程と熱処理工程を含む永久磁石の製造方法において、
上記鋳造時に、底面の冷却能が側面に比べて大きな鋳造
金型を水平に設置して合金を注湯することにより、イン
ゴットを鋳造することを特徴とする。

［作用］ 本発明者らは、数多くのＲ−Ｆｅ−Ｂ系鋳造合金を評価
し、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金に適当な熱処理を加えれば高
い保磁力が得られることを知見し、更に、この合金を基
にホットプレスによる機械的配向処理、添加元素による
磁気特性の改善効果を研究し、高性能の永久磁石の製造
法を知見した。

しかし合金インゴットを鋳造する際、従来の鋳造金型を
用いた場合、合金インゴットと金型間にエアーギャップ
が発生し、この為実質的な冷却能が低下して柱状晶組織
の形成が妨げられる。そこで本発明では底面の冷却能を
側面に比べて大きくした鋳造金型を水平に設置し、そこ
に合金溶湯を注湯する事により、側面からの結晶成長が
抑制されて柱状晶がインゴット底部から鉛直方向に発達
したインゴットを得た。このような鋳造法によれば、底
面において鋳型とインゴット間のエアーギャップは重力
の効果により大幅に低減し、実質的な冷却能が向上する
ため、柱状晶の大幅な伸長が見られた。この様にして得
られた鋳造インゴットに対し、熱間加工工程及び熱処理
工程を施すことにより高性能な永久磁石が得られる。

以下実施例について述べる。

［実施例］ 第１図に本発明における製造工程図を示す。第２図に本
発明において用いた鋳造金型と得られるインゴットの概
略図を示す。また第３図に比較例として通常の鋳造金型
と得られるインゴットの概略図を示す。

（実施例１） 本実施例において使用した合金の組成は、Ｐｒ１７原子
％、Ｆｅ７６．５原子％、Ｂ５原子％、Ｃｕ１．５原子
％である。この合金を上記第２図のような鋳造法（Ａ種
とする）と、第３図の様な通常鋳造（Ｂ種とする）によ
りインゴットを作製した。各々のインゴットについてイ
ンゴット厚み方向断面の組織観察をした結果、Ｂ種のイ
ンゴットでは厚みが３０ｍｍ以上となると厚み方向の中
央部に等結晶領域を内包したインゴット組織となってい
る。このような等結晶の形成は磁気特性を低下させるた
め好ましくない。また、この結果からＢ種のインゴット
では片側の詩聖から発達する柱状晶の長さは１５ｍｍ以
下と判断できる。本発明によるＡ種インゴットでは冷却
能の大きいぴ型底面から柱状晶が発達し、その最大長さ
は約４０　ｍｍに達していた。これに対し、冷却能を小
さくした鋳型側面からの結晶成長はほとんど見られず、
はぼ一方向にｉｆＪ固した柱状晶の伸長したインゴット
が得られた。インゴット最上部には等結晶領域が形成さ
れる場合があるが、８種インゴットと異なり、柱状晶領
域が下部、等結晶領域が上部と分離しているために切断
による両領域の分離が容易に行える。切断した等結晶領
域のインゴットは再溶解することで効率の良いインゴッ
トの利用が実現できる。この様なＡ種インゴットを作製
し、その上部等結晶領域を切断して３５ｍｍの柱状晶の
みからなるインゴットビレットを切り出した。また同組
成のＢ種３５ｍｍ厚インゴットを作製した。それぞれの
インゴットから試料片を切り出し、アルゴン雰囲気中に
於て１０００’０２４時間のアニール処理を施した後、
さらにアルゴン雰囲気中４７５℃２時間の熱処理を施し
、得られる磁気性能を測定した。その結果を第１表に示
す。

第１表 第２表 このように本発明の鋳造法からなるＡ種インゴットでは
熱処理後の磁気性能において、通常鋳造で作られた８種
インゴットに比較して優れた磁気性能が得られることが
明かとなった。

（実施例２） 上記実施例１と同様な各インゴットから試料片を切り出
し、アルゴン雰囲気中１０００°Ｃにおいて熱間プレス
を施した。プレス時にはインゴット試料片に鉄製リング
をつけてブレスした。プレス後上記実施例２と同様な二
段熱処理を一施した。この結果得られた磁気性能を第２
表、に示す。

以上のことから、熱間ブレス後の磁気性能においてもＡ
種インゴットの方が高い性能を示すことが明かとなった
。

（実施例３） 上記実施例１と同様な各インゴットを金属シース中に封
入し、９５０°Ｃにおいて加工度゛７５％の熱間圧延を
施した。熱間圧延後９５０°Ｃ６時間の熱処理を施し、
さらに４７５°Ｃ２時間の熱処理を施した。この結果得
られた磁気性能の結果を第３表に示す。

第３表 第５表 以上の様に本発明の鋳造法によるＡ種インゴットは、熱
間圧延後の磁気性能においても良好な値を得られること
が明かとなった。

（実施例４） 下記第４表に示すような組成の各合金について、上記実
施例１と同様なＡ種およびＢ種の２種類のインゴットか
ら試料片を切り出し、上記実施例３と同様な熱間ブレス
及び熱処理を施した結果得られた磁気性能を第５表に示
す。

第６表 以上の結果から、いずれの組成においても本発明による
鋳造法により得られたＡ種インゴットの方が優れた磁気
性能が得られることが明かとなった。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、鋳造時に底面の冷却能が
側面に比べて大きな鋳造金型を水平に設置して合金を注
湯する鋳造法により、磁気特性向上に不可欠な柱状晶の
伸長が実現でき、従来の鋳造法の欠点であった磁気特性
の改善がなされ、焼結による磁石と同等、もしくはそれ
以上の性能を得ることができる。そのため、製造工程の
短縮といった鋳造法の長所がさらに助長される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造工程図、第
２図は本発明での鋳造法における金型とインゴットの概
略断面図、第３図は通常鋳造法における金型とインゴッ
トの概略断面図である。 ２０１．３０１・・、−Ｃｕ製鋳造金型合金インゴット ・セラミック板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　希土類元素（ただしＹを含む）と遷移金属とボロンを
   基本成分とする合金を鋳造した後、熱間加工する工程と
   熱処理工程を含む永久磁石の製造方法において、上記鋳
   造時に、底面の冷却能が側面に比べて大きな鋳造金型を
   水平に設置して合金を注湯することにより、インゴット
   を鋳造することを特徴とする永久磁石の製造方法。