JPH04322407A - 希土類永久磁石 - Google Patents

希土類永久磁石

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JPH04322407A
JPH04322407A JP3118083A JP11808391A JPH04322407A JP H04322407 A JPH04322407 A JP H04322407A JP 3118083 A JP3118083 A JP 3118083A JP 11808391 A JP11808391 A JP 11808391A JP H04322407 A JPH04322407 A JP H04322407A
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JP
Japan
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rare earth
permanent magnet
magnetic properties
phase
earth permanent
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JP3118083A
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English (en)
Inventor
Takeshi Ohashi
健 大橋
Sukehito Yoneda
米田 祐仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04322407A publication Critical patent/JPH04322407A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/058Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IVa elements, e.g. Gd2Fe14C

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、R2Co17 系の新
規でかつ高い磁気特性、耐蝕性を有する希土類永久磁石
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】2−17系SmCo磁石は、磁気特性の
高さと温度特性、耐食性に優れているため希土類磁石の
中で重要な位置を占め、広範囲な分野で使用されている
。しかし、磁気特性の向上に関しては、1981年に最
大エネルギー積で33MGOeの報告がなされてから停
滞したままである。この原因は、磁気特性を引き出すた
めの組成と製造条件とが複雑に絡み合い、絞り切れない
からである(T.Yokohama,A.Fukuno
,T.Ojima,Proc,ICF,3,97(19
80).,R.K.Mishra,G.Thomas,
T.Yoneyama,A.Fukuno,T.Oji
ma,J.Appl.Phys.,52,2517(1
981)参照)。
【0003】2−17系SmCo磁石の開発経緯の概要
について述べる。組成は、通常式Sm(Co,Fe,C
u,M)z(M=Zr,Ti,Mn,V,Nb 等)で
表わされる。一般に5元素系以上の複雑な組成で構成さ
れ、良好な磁気特性を得るためには、組成と製造条件を
最適化しなければならない。CoとFeは飽和磁化とキ
ュリー温度を担い、Smは結晶磁気異方性を担っており
、またSmはCe、Pr、Nd等他の希土類元素でその
一部を置換されることがある。CuとMは微細な2相分
離組織を形成するために必要な元素である。磁気特性向
上は、飽和磁化と保磁力を高めることでなされる。 飽和磁化向上のため、Fe量を増やしCu量を減らし、
またZ値(遷移金属と希土類元素の比:通常は7〜7.
5)を高める方向で組成開発がなされている。保磁力向
上のためにはCuとM量を最適化し、焼結、熱処理条件
を工夫しなければならない。
【0004】保磁力発生の機構は複雑であり定量的に解
明されていないが、合金組成が、結晶構造として六方晶
CaCu5 構造をとるSmCo5 相(以下1−5相
という)と菱面体晶Th2Zn17 構造または六方晶
Th2Ni17 構造をとるSm2Co17 相(以下
2−17相という)に微細(サブミクロンサイズ)に2
相分離し、1−5相に磁壁がピン止めされるためと考え
られている。従って、良好な2相分離組織を形成し高い
保磁力を得るために、M元素の選択やCu量、熱処理条
件は非常に重要な要素である。(K.J.Strnat
,Ferromagnetic Materials 
Vo14,131(1988).K.Kumar,J.
Appl.Phys.,63,R13(1988)参照
)。
【0005】2−17系SmCo磁石の磁気特性が停滞
した主たる原因は、Fe量を増やすことが難しくなった
ためである。通常の量産組成でのFeの比率は20〜2
5原子%(但し、遷移金属中の原子比率)であるが、F
eの比率を高くすると溶解温度が低下してくる。Fe比
率30原子%以上では溶解温度が焼結温度以下となるた
め、粉末冶金法により異方性焼結磁石を作製する場合、
充分な焼結体密度を得ることが困難となり、良好な磁気
特性を得られなくなっていた。
【0006】もう一つの問題は、Fe比率を高めること
に伴う結晶磁気異方性の減少にある。前述のように、2
−17系磁石では2相分離した一方は2−17相でFe
原子は主にこの相に濃縮され、飽和磁化は増大するが結
晶磁気異方性は減少する。30原子%以上の置換では、
結晶磁気異方性の低下が無視できなくなり、保磁力が低
下するため、この点でもFe量の増加には限界があり、
磁気特性の向上がみられなくなっていた。
【0007】また、今迄の考えではC、N等の非金属元
素は磁石合金の磁気特性を劣化させる不純物とされてお
り、高純度化を目指していたが、粉末冶金法による従来
型2−17系SmCo磁石においては数百 ppm程度
の微量Cは含有されていた(特開昭52−141416
 号参照)。このCは、原料および溶解・粉砕・成形・
焼結などの製造工程からくるものであり、前記特許にも
ある通り焼結体中では主に希土類炭化物の微粒子として
存在している。製造工程に起因するCの殆どは該合金粉
末の成形工程で有機バインダー、潤滑剤等を使用するた
め有機物の形で混入するため、焼結工程において該合金
の希土類と反応して希土類炭化物微粒子となって生成し
、このものは磁壁ピン止め作用はあるものの、該合金組
成を偏析させてしまう上に、水分を吸収して風解するた
め、磁石の耐蝕性を劣化させる要因となっていた。従っ
て、不純物炭素を減らすことが磁気特性を安定化させる
上で好ましかった。 本発明はこのような公知の組成による難点を克服し、従
来の組成以上のFe置換を可能とし、高い磁気特性を有
する希土類永久磁石を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等はかかる難点
を解決し、高い磁気特性を有する2−17系希土類永久
磁石を開発する手段として、Sm(Co,Fe,Cu,
M)Z合金中にC元素を侵入型で導入すれば良いことを
見出し、諸条件を詳細に検討して本発明を完成させた。 本発明の要旨は、磁石合金組成式がR(Fe1−X−W
CoX MW)Z CY (ここにRはSmを主体とし
Ce、Pr、Ndからなる希土類元素の1種以上、Mは
CuまたはZrの1種以上、0.05≦X ≦0.55
、 0.01≦W ≦0.1、6≦Z ≦8、0.1≦
Y ≦1)からなり、かつ主相が六方晶CaCu5 構
造と菱面体晶Th2Zn17 構造もしくは六方晶 T
h2Ni17構造で少なくとも2相に分離し、かつ炭素
 (C)を格子間侵入原子として持つことを特徴とする
希土類永久磁石にある。
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。本発明は
、Sm(Co,Fe,Cu,M)Z合金中にC元素を侵
入型で導入して高い磁気特性を達成したもので、本発明
における炭素は、原料金属の溶解段階で黒鉛、またはフ
ェロカーボンの形で添加することにより、該合金の結晶
格子中に侵入型のC原子として導入することに成功した
。結晶格子中に取り込まれたCは時効熱処理により、微
細に2相分離した組織のうち主として2−17相に濃縮
する。格子中のC原子は格子を押し広げ遷移金属原子間
距離を広げる上に、希土類原子の周りに配位する。希土
類元素の周りのC原子は、希土類の結晶場を大きく変化
させ結晶磁気異方性を改善する(X.P.ZHONG,
et.al.,Magn.Magn.Mater.86
,333(1990) )。このため30原子%以上に
Fe量を増加させても、結晶磁気異方性の低下は起こら
ず、保磁力改善に非常に効果がある。また、結晶内に取
り込まれたCは化合物の融点にも影響し融点を上昇させ
る。Fe量が30原子%以上の合金組成に、 0.5原
子%以上のC原子を結晶格子中に導入したとき、合金の
融点は粉末冶金法における焼結温度を上回るため、高い
密度を有する焼結体を作製することができる。このよう
に、結晶格子中にCを導入することにより、従来組成で
は不可能であった高Fe量の組成を磁石化することが可
能となった。
【0010】このようなC原子を従来法における不純物
C原子と区別することは容易であり、EPMAや金属顕
微鏡による組織観察や粉末X線回折で格子定数を測定す
ることにより容易に識別することが可能である。即ち、
本発明では組織内に希土類炭化物はあまり観測されず、
格子定数はC添加無しのものに較べて特にa軸が伸びて
いる。従来法による焼結磁石ではこの逆となっている。 また、C原子は結晶格子中に導入されているため、耐蝕
性に与える影響は全く無い。
【0011】遷移金属と希土類元素との比であるZ値に
ついては、6未満では2−17相が少なくなってFeの
導入が難しくなり、8を越えると1−5相の発生が難し
くなって磁壁ピン止め効果が得られなくなるため、6以
上8以下が好ましい。Co量は遷移金属全量に対して5
原子%以上55原子%以下がピン止め効果を得る点で好
ましく、またCu、Zr等も1原子%以上10原子%以
下が好ましい。 これより多いと飽和磁化の減少を引き起こし、少ないと
細かい2相分離組織が得られなくなる。C量については
発生する2−17相に固溶する量があればよく、組成式
Y で 0.1以上1以下である。
【0012】異方性焼結磁石の製造方法としては従来法
と特に異なる点はないが、原料金属溶解時に黒鉛または
フェロカーボンを添加する点でのみ異なっている。純黒
鉛を粉末または塊状で用いても良いが、溶け残りが生じ
たり、粉末状のものでは溶解中に表面に浮いて飛散する
ことがあり、組成ずれを起こし易いため、フェロカーボ
ンを用いる方が好ましい。高周波溶解炉などで溶解し鋳
造された化合物合金は、組成を均質化するため粉砕前に
溶体容体化処理をすることが好ましい。以下の工程は従
来法と同じく、粉砕、磁場中成形、焼結、時効処理を行
えば良い。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施態様を実施例を挙げて具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 (実施例)純度99重量%のSmメタル、純度99.9
重量%のFe、Co、添加元素MおよびCを各々表1の
ように秤量し不活性ガス中で高周波溶解を行い、溶湯を
銅鋳型で冷却した。該インゴットを、不活性ガス中 8
00〜1,000 ℃の温度範囲で溶体化処理により組
成の均質化を行ない、これを粗粉砕後、N2ガス中ジェ
ットミルで3〜5μm粒径に微粉砕した。該微粉を 1
5KOeの静磁場中で配向させた状態で1Ton/cm
2 の圧力でプレス成形した後、該成形体を不活性ガス
中1,050 〜1,250 ℃の温度で1〜2時間焼
結を行い、引続き500〜 900℃の温度範囲で1時
間以上熱処理を行なった後急冷した。該焼結体の磁気特
性 iHcを自記磁束計で測定した結果を表1に示した
。表1に示したように、Cを添加しないものは磁気特性
が良くない。
【0014】
【表1】
【0015】
【発明の効果】本発明により、従来の2−17系磁石に
、実用上不可能とされていた以上のFe量を格子間侵入
原子としてCを導入することにより可能となり、飽和磁
束密度の向上と低コスト化が可能となった。また、2−
17系磁石自体耐蝕性は優れているが、本発明において
は大量のFeを用いているにも拘らず、微量のCu、Z
r 等を含んでいるため、これがCと反応して安定な炭
化物を磁石及び磁石合金粉末の表面に形成するため、さ
らに耐蝕性の優れたものが得られ、 Nd−Fe−B系
磁石のような耐蝕性メッキ、コーティング等を必要とし
ないため、産業上その利用価値は極めて大きい。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁石合金組成式がR(Fe1−X−WCo
    X MW)Z CY (ここにRはSmを主体としCe
    、Pr、Ndからなる希土類元素の1種以上、MはCu
    またはZrの1種以上、0.05≦X ≦0.55、 
    0.01≦W ≦0.1、6≦Z ≦8、0.1≦Y 
    ≦1)からなり、かつ主相が六方晶CaCu5 構造と
    菱面体晶Th2Zn17 構造もしくは六方晶 Th2
    Ni17構造で少なくとも2相に分離し、かつ炭素 (
    C) を格子間侵入原子として持つことを特徴とする希
    土類永久磁石。
JP3118083A 1991-04-22 1991-04-22 希土類永久磁石 Pending JPH04322407A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1127358A4 (en) * 1998-10-30 2003-07-16 Santoku Corp SM (CO, FE, CU, ZR, C) COMPILATIONS AND MANUFACTURING METHODS THEREOF
JP2022046184A (ja) * 2020-09-10 2022-03-23 国立大学法人東北大学 希土類鉄炭素系磁性粉末及びその製造方法

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