JPH04136131A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、機械的配向による磁気異方性を有する永久磁
石の製造方法シ　特にＲ（ただしＲはＹを含む希土類元
素のうち少なくとも１種）、Ｆｅ。

Ｂを原料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］ 永久磁石は、一般家庭の各種電気製品がら大型コンピュ
ーターの周辺端末機器まで、幅広い分野で使用されてい
る重要な電気・電子材料の一つであり、最近の電気製品
の小型化、高効率化の要求にともない、永久磁石も益々
高性能化が求められている。

永久磁石は、外部から電気的エネルギーを供給しないで
磁界を発生するための材料であり、保磁力が大きく、ま
た残留磁束密度も高いものが適している。

現在使用されている永久磁石のうち代表的なものはアル
ニコ系鋳造磁石、フェライト磁石及び希土類−遷移金属
系磁石であり、特ｔこ希土類−遷移金属系磁石であるＲ
−Ｃｏ系永久磁石やＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、極めて
高い保磁力とエネルギー積を持つ永久磁石と・して、従
来がら多くの研究開発がなされている。

従来、これらＲ−Ｆｅ−Ｅ系の高性ｎと異方性永久磁石
の製造方法には、孜のようなものがある。

（１）まず、特開昭５９−４６００８号公報や　Ｈ，Ｓ
ａｇａｗａ。

ε、Ｆｕｊｉｍｕｒａ、Ｎ、Ｔｏｇａｗａ、Ｈ，Ｙａｍ
ａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ｙ、Ｍａｔｓｕ−ｕｒａ；Ｊ、＾
ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、Ｖｏ１．５５（６）、１５　Ｍａｒ
ｃｈ　１９８４．ｐ２０８３等には、原子百分比で８〜
３ｏχのＲ（ただしＲはＹを含む希土類元素の少なくと
も１種）、２〜２８％のＢ及び残部Ｆｅからなる磁気異
方性焼結体であることを特徴とする永久磁石が粉末冶金
法に基づく焼結によって製造されることが開示されてい
る。

この焼結法では、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）の磁性粉を得る。

磁性粉は成形助剤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出来上がる。成形体はアルゴン
中で１１００６Ｃ前後の温度１時間焼結され、その後室
温まで急冷される。

焼結後、１６００℃前後の温度で熱処理する事により永
久磁石はさらに保磁力を向上させる。

また、この焼結磁石°の熱処理に関しては特開昭６１−
２１７５４０号公報、特開昭６２−１６５３０５号公報
等に、多段熱処理の効果が開示されている。

（２）特開昭５９−２１１５４９号公報やＲ，Ｗ、Ｌｅ
ｅ；　　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、ｔｌｏｌ、４６（８）、１５　　
Ａｐｒｉｌ　　１９８５．ｐ７９０には、非常に微細な
結晶性の磁性相を持つ、メルトスピニングされた合金リ
ボンの微細片が樹脂によって接着されたＲ−Ｆｅ−Ｂ磁
石が開示されている。

この永久磁石は、アモルファス合金を製造するに用いる
急冷薄帯製造装置で、厚さ３０μｍ程度の急冷薄片を作
り、その薄片を樹脂と混練してプレス成形することによ
り製造される。

（３）特開昭６０−１００４０２号公報やＲ，Ｗ、Ｌｅ
ｅ：　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ、４６（８）、１５　　Ａ
ｐｒｉｌ　　１９８５．ｐ７９０には、前記（２）の方
法で使用した急冷薄片を、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−Ｆｅ−Ｂ　６Ｍ石を得ることが開示され
ている。

（４）特開昭６２−２７６８０３号公報には、Ｒ（ただ
しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種）８〜
３０原子％、Ｂ２〜２８原子％、Ｃｏ５０原子％以下、
Ａ１１５原子％以下、及び残部が鉄及びその他の製造上
不可避な不純物からなる合金を溶解・紡道後、該鋳造イ
ンゴットを５００　’Ｃ以上の温度で熱間加工すること
により結晶粒を微細化しまたその結晶軸を特定の方向に
配向せしめて、該鋳造合金を磁気的に異方性化すること
を特徴とする希土類−鉄系永久磁石が開示されている。

［Ｒ明が解法しようとする課Ｍ］ 叙上の（１）〜（４）の従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石
の製造方法は、次のごとき欠点を有している。

（１）の永久磁石の製造方法は、合金を粉末にすること
を必須とするものであるが、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金はたい
へん酸素に対して活性を有するので、粉末化すると余計
酸化が激しくなり、焼結体中の酸素濃度はどうしても高
くなってしまう。

また粉末を成形するときに、例えばステアリン酸亜鉛の
様な成形助剤を使用しなければならず、これは焼結工程
で前もって取り除がれるのであるが、成形助剤中の数割
は、磁石体の中に炭素の形で残ってしまい、この・炭素
は著しくＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石の磁気性能を低下させ好まし
くない。

成形助剤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、これは大変脆く、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には、相当の手
間が掛がることも大きな欠点である。

これらの欠点があるので、−殻内に言ってＲ−Ｆｅ−Ｂ
系の焼結磁石の製造には、高価な設備が必要になるばか
りでなく、その製造方法は生産効率が悪く、結局磁石の
製造コストが高くなってしまう、従って、比較的原料費
の安いＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の長所を活かすことが出来な
い。

次に　（２）並びに（３）の永久磁石の製造方法は、真
空メルトスピニング装置を使用するが、この装置は、現
在では大変生産性が悪くしがも高価である。

（２）の永久磁石は、原理的に等方性であるので低エネ
ルギー積であり、ヒステリシスループの角形性も悪く、
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）の永久磁石を製造する方法は、ホットプレスを二
段階に使うというユニークな方法であるが、実際に量産
を考えると非効率であることは否めないであろう。

更にこの方法では、高温例えば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ｉＨｃが極端に
低下し、実用的な永久磁石にはならない。

（４）の永久磁石を製造する方法は、粉末工程を含まず
、ホットプレスも一段階でよいために、最も製造工程が
簡略化され量産コストの低減が図れる製造法であるが、
鋳造組織の均一化が離しく、磁気特性が焼結法に比べる
とやや低いという問題があった。

本発明は、以上の従来技術の欠点特に（４）の鋳造組織
に関する問題と永久磁石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
トの永久磁石の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するため・の手段］ 本発明の永久磁石の製造方法は、Ｒ（ただしＲはＹを含
む希土類元素のうち少なくとも１種）。

Ｆｅ、Ｂを原料基本成分とし、該基本成分とする合金を
溶解して鋳造し、次いで鋳造インゴットあるいは前記イ
ンゴットに熱間加工を施して得られた合金を再度溶解・
鋳造後、該鋳造インゴットを５００°Ｃ以上の温度にて
熱間加工し次に２５０〜１１００℃の温度において熱処
理する事を特徴とする。

また更なる高保磁力化、高性能化のためには、熱間加工
後７５０〜１１００℃において熱処理した後に２５０〜
７５０°Ｃの温度において熱処理する事を特徴とする。

ここにおいて、鋳造インゴットとは以前に２回以上鋳造
されたものも含み、鋳造インゴットに熱間加工を施して
得られた合金とは以前に２回以上熱間加工を施されたも
の、また、熱間加工後に１回以上熱処理を施されたもの
も含む。

前記のように、鋳造により永久磁石を製造する方法では
、鋳造組織の均一化が離しいという欠点を有している。

これは、溶湯中に存在する不純物が凝固の際に凝固核と
“なり、また、゛鋳壁部からの柱状晶の成長を妨げるた
め、均一な柱状晶組織の形成が阻害されるためである。

ここで、本発明では、再溶解・鋳造を行なうことにより
、不純物型が減少し、それによってインゴット中央部ま
で微細で均一な柱状晶組織を得ることができる事を見い
だした。

以下、本発明における永久磁石の好ましい組成範囲につ
いて説明する。

希土類としては、Ｙ、　　Ｌａ、　　Ｃｅ、　　Ｐｒ、
　　Ｎｄ。

Ｓｍ、　　Ｅｕ、　　Ｇｄ、　　Ｔｂ、　　Ｄｙ、　　
Ｈｏ、　　Ｅｒ、　　Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが候補として挙
げられ、これらのうちの１種あるいは２種以上を組み合
わせて用いる。最も高い磁気性能はＰｒで得られるので
、実用的には　Ｐｒ、Ｐｒ−Ｎｄ合金、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎ
ｄ合金等が用いられる。少量の重希土元素、例えばＤＶ
、Ｔｂ等は保磁力の向上に有効である。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲａＦｅ＋ａＢ　　である
、従ってＲが８ｗ、子％未満では、もはや上記化合物を
形成せず高磁気特性は得られない、一方Ｒが３０原子％
を越える・と非磁性のＲリッチ相が多くなり磁気特性は
著しく低下する。よってＲの範囲は８〜３０原子％が適
当である。しかし高い残留磁束密度のためには、好まし
くはＲ８〜２５ｗ。

子％が適当である。

Ｂは、Ｒ２Ｆｅ＋＊Ｂ　相を形成するための必須元素で
あり、２原子％未満では菱面体のＲ−Ｆｅ系になるため
に高保磁力は望めない、また２８原子％を越えるとＢに
富む非磁性相が多くなり、残留磁束密度は著しく低下し
てくる。しかじ高保磁力を得るためには、好ましくはＢ
８８原子以下がよく、それ以上では微細なＲ２Ｆｅ＋ａ
Ｂ　相を得ることが困難で、保磁力は小さい。

ＣＯは本系磁石のキュリー点を増加させるのに有効な元
素であるが、保磁力を小さくするので５０原子％以下が
よい。

Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｇａ等のＲリッチ相とともに
存在し、その相の融点を低下させる元素は、保磁力の増
大効果を有する。しかし、これらの元素は非磁性元素で
あるため、その量を増すと残留磁束密度が減少す・るの
で、６原子％以下が好ましい。

熱間加工における温度は再結晶温度以上が望ましく、本
発明Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金においては好ましくは５００℃
以上である。

そして、熱処理温度は粒界の清浄化及び初品のＦｅを拡
散するために２５０℃以上が好ましく、Ｒ２ＦｅｚＢ　
相が１１００６Ｃ以上では急激に粒成長して保磁力を失
うのでそれ以下の温度が好ましい。

また、２段階以上の熱処理を施す場合の温度は、１段目
は初品のＦｅが早く拡散するように７５００Ｃ以上が好
ましく、２段目は粒界のＲリッチ相の融点付近以下の温
度、すなわち７５０°Ｃ以下が好ましく、２５０°Ｃ以
下では熱処理の効果に時間が掛かりすぎるのでそれ以上
がよい。

次に本発明の実施例について述べる。

［実施例］ ［実施例１］ 本発明による製造法の工程図を第１図に示す。

この工程に従い、アル・ボン雰囲気中で誘導加熱炉を用
いて、Ｐ　ｒ　１７Ｆ　８７６５Ｂ５Ｃｕ　Ｉ５なる組
成の合金を溶解し、鋳造した。この時、希土類、鉄及び
銅の原料としては９９．９％の純度のものを用い、ボロ
ンはフェロボロンを用いた０次いで、得られた鋳造イン
ゴットを、アルゴン雰囲気中でＲｇ’ＪＪ加熱炉を用い
て再度溶解し、鋳造した。

こうして得られた鋳造インゴットの組織は、柱状晶であ
り、均一な組織で、インゴット中央まで配向していた。

これは、インゴット中の不純物法度が減少したためと推
定される。また、このインゴットにおけるＲ２ＦｅｚＢ
　の結晶粒の平均粒径は１７．１μｍであった。

次に、この鋳造インゴットからサンプルを円柱状に切り
出しこれを鉄のリングにはめ込んで側面を拘束する形で
、アルゴン雰囲気中、１０００″Ｃにおいて、加工度８
０％までホットプレスした。この時のプレス圧力は０．
２〜０．８ｔｏｎ／ｃｍ２であり、歪速度は１０−　”
　〜１０−　’　／ｓｅｃであった。

またこの熱間加工時においては、合金の押される方向に
平行になるよ・うに結晶の磁化容易軸は配向した。

この後、１０００℃において２４時間の熱処理を施し、
次に４７５℃において　２時間の熱処理を施した後、切
断、研磨されて磁気特性が測定された。

この磁石の磁気特性及び平均粒径を、　再溶解・鋳造を
行わない場合（比較例１）における値と共に第１表に示
す。

第　　１　　表 なお、磁気特性はすべて最大印加磁界２５ｋＯｅでＢ−
）１　トレーサーを用いて測定した。

第１表に示すごとく、本発明磁石は、−回ｔＥ造したも
のを再度溶解・鋳造することにより、結晶粒径を小さく
し、また、保磁力の向上に有効であることが解る。また
、最大エネルギー槓が向上することも明らかである。

［実施例２］ 実施例１と同様に、第１図に示す製造工程に従い、アル
ゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、Ｐｒ＋ｖＦｅ７６
．５ＢｓＣｕ＋、ｓなる組成の合金を溶解し、ｔ４造し
た。この時、希土類、鉄及び銅の原料としては、実施例
１と同様に９９．９％の純度のものを用い、ボロンはフ
ェロボロンを用いた。

こうして得られた鋳造インゴットから、サンプル２ａを
切り出した。また、この鋳造インゴットを鉄製のカプセ
ルに入れ、脱気し、密封した。これに９５０°Ｃで加工
度３０％の熱間圧延を空気中で４回行い、最終的に加工
度が７６％になるようにした。

こうして得られた圧延インゴットから、サンプル２ｂを
切り出した。

次いで、この圧延インゴット中ト再度Ｍｌ加熱炉を用い
てアルゴン雰囲気中で溶解し、鋳造した。

こうして得られたインゴットをＳ失製のカブセｌしに入
れ、脱気し、密封した。これに９５０°Ｃで加工度３０
％の熱間圧延を空気中で４回行い、最終的に加工度が７
６％になるようにした。そして、圧延インゴットから、
サンプル２ｃを切り出した。

次に、−回目の溶解・鋳造後に熱間圧延を行わないイン
ゴットを、再度溶解・鋳造した。この鋳造インゴットを
鉄製のカプセルに入れ、脱気・密封し、　９５０°Ｃで
加工度３０％の熱間圧延を空気中で４回行い、最終的に
加工度が７６％になるようにした。そして、圧延インゴ
ットからサンプル２ｄを明り出した。

サンプル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄともに、１０００℃に
おいて２４時間の熱処理を施し、次に４７５℃において
４時間の熱処理を施した。

第２表に４種類のサンプルの磁気特性を示す。

第　　２ 表 第２表に示すごとく熱間圧延により、特に保磁力が大幅
に向上するが、再度溶解・鋳造を行うことにより、さら
に磁気特性、特に保磁力と最大エネルギー積が向上する
ことは明らかである。

［実施例３］ 実施例１と同様に、第１図に示す製造工程に従い、アル
ゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、第３表に示す組成
の合金を溶解し、鋳造した。この時用いた原料も同様の
純度のものを用いた。そして、得られた鋳造インゴット
を再度溶解し、鋳造した。

次に、これらの鋳造インゴットからサンプルを円柱状に
切り出し、これを鉄のリングにはめ込んで側面を拘束す
る形で、アルゴン雰囲気中、１０００℃において加工度
８０％までホットプレスした。この時のプレス圧力は０
．２〜０．８ｔｏｎ／ｃｍ２であり、歪速度は１０−３
〜１０−　’　／ｓｅｃであった。

この後、１０００°Ｃにおいて２４時間の熱処理を施し
、次に４７５°Ｃにおいて　２時間の熱処理を施した後
、切断・研磨されて磁気特性が測定された。

これらの磁石の磁気特性を第４表に示す。

第　　４　　表 第　　３　　表 以上の実施例から、Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素
のうち少なくとも１種）、Ｆｅ、Ｂを原料基本成分とす
る永久磁石は、５００　”Ｃ以上で熱間加工されれば異
方性化され、２５０〜７５０″Ｃの熱処理により高保磁
力を示し、最高の（ＢＨ）ｍａｘは４０ＭＧＯｅを越え
ており、また、−度溶解・鋳造したインゴットあるいは
そのインゴットに熱間加工を施したものを再溶解・鋳造
することにより、結晶粒が微細化し、その磁気特性、特
に保磁力が大幅に向上することは明らかである。

［発明の効果］ 以上のごとく本発明の永久磁石の製造方法は、次のごと
き効果を持つ。

（１）Ｃ軸配向率を高めることができ、残留磁束密度Ｂ
ｒを著しく高めることができ、結晶粒を微細化でき、そ
れにより保磁力ｉＨｃを高めることができ、最大エネル
ギー８’ｌ（Ｂ）Ｉ）ｍａｘを格段に向上させることが
出来た。

（２）製造プロセスが簡単であり、また、鋳造インゴッ
トあるいは熱間加工後の合金の未利用部分を再利用でき
るため、コストが安い。

（３）ｆｉ！石中の不純物濃度が低い。

（４）従来の焼結法と比較して、加工工数及び生産投資
額を著しく低減させることが出来る。

（５）従来のメルトスピニング法によるｉｆｆ石の製造
方法と比較して、高性能でしかも低コストの磁石を作る
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＲ−Ｆ 程図である。 ｅ−Ｂ系磁石の製造上 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
   とも１種），Ｆｅ，Ｂを原料基本成分とし、該基本成分
   とする合金を溶解・鋳造して得られた鋳造インゴットあ
   るいは前記鋳造インゴットに熱間加工を施して得られた
   合金を再度溶解・鋳造後、該鋳造インゴットを５００℃
   以上の温度にて熱間加工し、次に２５０〜１１００℃の
   温度において熱処理する事を特徴とする永久磁石の製造
   方法。
2. （２）熱間加工後の熱処理において７５０〜１１００℃
   において熱処理した後に２５０〜７５０℃の温度におい
   て熱処理する事を特徴とする請求項１記載の永久磁石の
   製造方法。