JPH0422105A - 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、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−っであり、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、特に希土類−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−Ｂ系の高性能異方性永久磁石の
製造方法には、次のようなものがある。

（１）まず−特開昭Ｆ＋！１ｌ−ｄＲｎｎＲ妥ハ帽め　
　　　Ｍ（うσうり。

Ｓ、Ｆｕｊｉｍｕｒａ、Ｎ、Ｔｏｇａｗａ、Ｈ，Ｙａｍ
ａｍｏｔｏ　ａｎｄ　　Ｙ、Ｍａｔｓｕ−ｕｒａ；Ｊ、
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、５５（６）、１５　　Ｍ
ａｒｃｈ　　１９８４．ｐ２０８３等には、原子百分比
で８〜３０％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１１００℃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、６００°Ｃ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６１−２
１７５４０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、Ｖｏｌ、４６（８）、１５　　Ａ
ｐｒｉｌ　　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磁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〜
３０ｉ子％、Ｂ２〜２８原子％＋　　Ｃｏ　５ｏ原子％
以下、Ａユ　１５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・鋳造後、
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。

［発明が解決しようとする課題］ 斜上の（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
で前もって取り除かれるのであるが、成形助剤中の散開
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、ハンドリングが離しい。

従って焼結炉にきれいに並べて入れるのには、相当の手
間が掛かることも大きな欠点である。

これらの欠点があるので、一般的に言ってＲＦｅ−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かも高価である。

（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°Ｃ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
、磁気特性が焼結法に比べやや低く、熱処理後に磁石の
割れ欠けが発生する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）の永久磁石
の性能面での欠点と割れの問題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・鋳造し、次いで鋳造インゴットを５００℃以上の
温度において熱間加工し、次に２５０〜１１００℃の温
度において熱処理して、その熱処理後、２００°Ｃ〜８
００℃の範囲を冷却速度１０°Ｃ／分以下で冷却する事
を特徴とする。

即ち、磁石の割れ欠は等の欠陥は主に粒界相の凝固収縮
時に起き、熱処理後の８００°Ｃ〜２００°Ｃの温度範
囲を徐冷をすることにより、欠陥を回避できることを見
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　Ｐ　ｒ　＋　　Ｐ　ｒ　　Ｎ　ｄ合金、
Ｃｅ−ＰｒＮｄ合金等が用いられる。少量の重希土元素
、例えばＤｙ、’ｒｂ等は保磁力の向上に有効である。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ２Ｆｅ＋、Ｂ　である。

従ってＲが８原子％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８〜３０１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Ｒ
８〜２５原子％が適当である。

Ｂは、Ｒ２Ｆｅ＋ａＢ　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Ｒ２ＦｅｚＢ
　相を得ることが困難で、保磁力は小さい。

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、熱処理温度は初晶のＦｅを拡散するために２５
０°Ｃ以上が好ましく、Ｒ２Ｆｅ＋ａＢ　相が１１ｎｎ
’ｌ”　　１１１　１−　−た　Ｌ＋　＠　　逓々　ｌ
−＄６　　ｍ　　ｊＥ　　Ｉ　　て　ｌ”ｌ　Ｋｔｔ　
　＋　　７’−ｅ−Ａ　　の　７１それ以下の温度が好
ましい。

徐冷の温度範囲の理白は、粒界相の融点以上から徐冷す
るためには８００°Ｃからが良く、　２００℃以前に徐
冷を中止すると、主相のキュリー温度通過に伴う歪のた
め割れ等の欠陥が生じてしまう。従って、徐冷する範囲
は８００〜２００°Ｃの範囲が望ましい。

冷却速度については、　１０°Ｃ／分より速いと磁石に
大きな熱歪が生じ、このために磁石に割れ等の欠陥が発
生してしまう。従って、割れを防ぐためにはこれ以下の
冷却速度が望ましい。

次に本発明の実施例について述べる。

［実施例］ ［実施例１］ アルゴン雰囲気中で銹導加熱炉を用いて、Ｐｒｙ５Ｔｂ
＋、ａＦｅｓｓＣＯ＋ｓＢａ、ｅＣｕ＋２なる組成の合
金（７ンブルｌａンとＰｒ＋　ａＮｄ７Ｆｅ７ｓ　、　
５Ｂｓｃｕ＋　ＱＧａｓ、　ｓなる組成の合金（”１ン
フ６ルｌｂンとＣｅ＋、１ＩＮｄｚ、５Ｄｙ２Ｆｅｔｓ
、ｓＢｓ　　３Ｃｕ＋、ｉ＋Ａ１ｅ　　７なる組成の合
金（フンプルｌｃ）を溶解・鋳造し訪造インゴ・・ｔ　
ｌ−ル徂た−　、−の詩　え十頭　鋏　７バルト　猾及
びガリウムの原料としては、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。

次ぎに、これらの鋳造インゴットを鉄製のカプセルに入
れ、密封した。これに９７５°Ｃで加工度１５％の熱間
圧延を空気中で４回、つぎに加工度２０％の熱間圧延を
空気中で３回行い、最終的に加工度が７３％になるよう
にした。

この後、これらの圧延磁石に対して次のような条件で熱
処理を施した。

条件１：９５０°Ｃで４時間の熱処理後、熱処理炉から
取り出し空冷。この時の冷却速度は２００°Ｃまでおよ
そ２５６Ｃ／分となっている。

条件２二９５０℃で２時間の熱処理後、２００°Ｃまで
１４０分で直線的に温度が下がるように制御冷却（５，
４°Ｃ／分）して熱処理炉から取り出し空冷。

この２種類の熱処理後の各サンプルの保磁力の値を第１
表に示す。

第１表 この第１表から熱処理後、８００°Ｃから２００°Ｃま
での範囲を　１０°Ｃ／分以下の冷却速度で冷却するこ
とが保磁力の向上に有効であることがわかる。

また磁石の熱処理時の割れ欠けは条件１のサンプルｌａ
及びｌｂに見られ条件２のサンプルには見られなかった
。このことから熱処理後、ｓ　ｏ　ｏ　’ｃから２００
°Ｃまでの範囲を１０°Ｃ／分以下の冷却速度で冷却す
ることが割れ欠けの防止にも有効なことが解る。

［実施例２］ Ｐｒ＋５Ｄｙ２Ｆｅ７ａＢｓ２Ｃｕ＋、ｓなる組成の合
金を実施例１と同様に溶解・鋳造し鋳造インゴットを得
た。

次ぎに、これらの鋳造インゴットを鉄製のカプセルに入
れ、密封した。これに９５０℃で加工度１０％の熱間圧
延を空気中で４回、つぎに加工度１５％の熱間圧延を空
気中で４回行い、つぎに加工度２゜％の熱間圧延を空気
中で２回行い最終的に加工度が７８％になるようにした
。

そして、９５０　’Ｃの熱処理を３時間施し続いて８０
０°Ｃの熱処理を　１時間施した後に様々な条件で制御
冷却した。第２表に圧延磁石の各条件で熱処理後の冷却
を行なった時の、磁石の割れ、欠は等の欠陥の有無、保
磁力の結果を示す。

この表から熱処理後、８００℃から２００℃までの範囲
を　１０°Ｃ／分以下の冷却速度で冷却することが割れ
欠けの防止に有効なことが解る。

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以上の熱間加工により異方
性化され、　２５０〜１１００’Ｃにおける熱処理によ
り高保磁力を示し、その熱処理後、８ＱＯ°Ｃから２０
０°Ｃまでの範囲を　１０’Ｃ／分以下の冷却速度で冷
却することが割れ欠けの無い磁石が得られることは明ら
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、結晶粒を微細化すること
により保磁力ｉＨｃを高めることができ、最大エネルギ
ー積（ＢＨ）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なのでコストが安い。

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

（４”ｌ従来のメルトスビニン）ｆ注Ｌ′″十スＫｕＴ
小制功方法と比較して、高性能でしかも低コストの磁石
を作ることが出来る。

（５）従来の熱間加工磁石と比較して、磁気特性を向上
させることが出来る。

以上 出願人　セ・イコーエプソン株式会社

Claims (1)

【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、次いで鋳造インゴットを５
   ００℃以上の温度において熱間加工し、次に２５０〜１
   １００℃の温度において熱処理して、その熱処理後、２
   ００℃〜８００℃の範囲を冷却速度１０℃／分以下で冷
   却する事を特徴とする永久磁石の製造方法