JPH04323802A - 希土類磁石 - Google Patents

希土類磁石

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JPH04323802A
JPH04323802A JP3092401A JP9240191A JPH04323802A JP H04323802 A JPH04323802 A JP H04323802A JP 3092401 A JP3092401 A JP 3092401A JP 9240191 A JP9240191 A JP 9240191A JP H04323802 A JPH04323802 A JP H04323802A
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JP
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rare earth
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earth magnet
ihc
max
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JP3092401A
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Kazuo Matsui
松 井 一 雄
Teruo Kiyomiya
清 宮 照 夫
Yasutoshi Mizuno
水 野 保 敏
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Original Assignee
FDK Corp
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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
    • H01F1/059Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and Va elements, e.g. Sm2Fe17N2

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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】本発明は新規な希土類磁石、特に
希土類‐鉄‐窒素‐炭素系(以下「R−Fe−N−C系
」という)希土類磁石に関する。
【0002】
【従来の技術】永久磁石としては、従来、Coを20〜
30重量%含むアルニコ磁石、Feの酸化物を主成分と
するハードフェライト磁石、Coを50〜65重量%含
み、かつ希土類元素(R)としてSmを含む希土類コバ
ルト磁石が代表的なものとして知られている。
【0003】但し、アルニコ磁石や希土類コバルト磁石
に使用されるCoの原料事情が不安定化し、また希土類
コバルト磁石に使用されるSmは希土類鉱物中の含有量
が少なく極めて高価である等の理由により、ハードフェ
ライト磁石が永久磁石の主流を占めている。
【0004】ところが、希土類コバルト磁石は、他の磁
石に比べ、磁気特性が格段に高く、主として小型で、付
加価値の高い磁気回路に必須の磁石とされている。
【0005】そこで、CoやSmを含まない希土類磁石
の開発が急務となり、これまで各種の希土類磁石の研究
がなされている。
【0006】このような事情から、希土類磁石の開発が
進み、最近、CoやSmを含まず、Nd、Pr、Dy、
Ho、Tbの希土類元素のうちの少なくとも一種8〜3
0at%と、B2〜28at%と、残部実質的にFeと
から成る磁気異方性焼結体の希土類永久磁石、並びにN
d、Pr、Dy、Ho、Tbの希土類元素のうちの少な
くとも一種と、La、Ce、Pm、Sm、Eu、Gd、
Er、Tm、Yb、Lu、Yの希土類元素のうちの少な
くとも一種の合計8〜30at%と、B2〜28at%
と、残部実質的にFeとから成る磁気異方性焼結体の希
土類永久磁石が提案された(特公昭61−34242号
)。
【0007】また、液体急冷法を用いて、高磁石特性を
有する永久磁石の製造方法も提案されている(特開昭5
9−64739号)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述したR−Fe−B
系磁石は室温では磁気特性が高い。しかしキュリー温度
が約300℃であるため、温度特性が悪い。
【0009】かくて本発明の目的はCoを含有しないで
、または少量しかCoを含有しないで、キュリー温度が
高くかつ高磁気特性を有する希土類磁石を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る希土類磁石
は上記目的を達成するために、4〜20at%のR(但
しRはYを含む希土類元素の1種または2種以上)、2
〜25at%のN、1〜15at%のC、0.1〜20
at%のα(但しαはBe、B、Si、P、Sのうちの
1種または2種以上)、0.1〜18at%のT(但し
TはTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、
W、Mn、Ni、Cuのうちの1種または2種以上)、
残部Feからなるものである。また本発明においては、
Feを0<Co/Fe≦1の範囲でCoにより一部置換
したものも提供される。
【0011】本発明に係る希土類磁石R−Fe−N−C
系磁石においては、上述した組成領域で高磁気特性が発
生する。
【0012】このような作用を確保するためには、各成
分の含有量を上記範囲とすることが必要であり、その理
由を順に述べればまずYを含む希土類元素であるRの含
有量は4〜20at%の範囲とする。即ち少なくとも4
at%とする必要があるが、但しR含有量が多くなり過
ぎると残留磁束密度(Br)、最大エネルギー積((B
H)max )が低下するため、20at%以下とする
ことが重要であり、好ましいR含有量は7〜17at%
である。
【0013】また、窒素Nの含有量が少なくなり過ぎる
と保磁力(iHc)、Br、(BH)max が低下す
る。 一方Nの含有量が多くなり過ぎてもiHcが減少してし
まうため、Nは2〜25at%とする必要がある。好ま
しくは5〜20at%である。
【0014】さらに炭素Cの含有量が少なくなり過ぎる
とiHc、(BH)max が小さく、Cの含有量が多
くなり過ぎるとBr、(BH)max が小さくなる。 そのためCは1〜20at%とする必要がある。好まし
くは3〜17at%である。
【0015】ところで磁気的にソフトな相が合金中に存
在していると磁石になりにくい。そのため合金中におい
てソフト相を抑えなければならない。そこでTi、Zr
、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni
、Cuの中から選ばれた1種又は2種以上の遷移元素を
示すTを含有させることによりソフト相であるα−Fe
の析出を抑えることができる。よってTの含有によりi
Hcが向上されると思われる。
【0016】Tの含有量が少なくなり過ぎるとiHcが
小さい。またTの含有量が多くなり過ぎるとBr、(B
H)max が小さくなる。よってTの含有量は0.1
〜18at%とする必要がある。好ましくは0.5〜1
5at%である。
【0017】またBe、B、Si、P、Sの中から選ば
れた1種又は2種以上の半金属又は非金属元素を示すα
を含有することによりiHcが発現される。iHcを発
現させるためには、磁気を司る相の結晶磁気異方性が大
きくなければならない。αを含有することにより磁気を
司る相の結晶磁気異方性が大きくなり、iHcが発現さ
れると考えられる。
【0018】αの含有量が少なくなり過ぎるとiHcが
小さい。またαの含有量が多くなり過ぎるとBr、(B
H)max が小さくなる。よってαの含有量は0.1
〜15at%とする必要がある。好ましくは0.6〜1
2at%である。
【0019】本発明の希土類磁石は原則として原料事情
のよくないコバルトを含有しないものであるが、コバル
トの含有により高い磁気特性がえられるためFeの一部
をCoで置換させることにより少量のコバルトを含有さ
せることもできる。この場合、Co置換量が多くなるほ
どキュリー温度は上昇するがCo置換量が多くなり過ぎ
るとiHcが減少してしまう。そのためFeを一部コバ
ルトで置換する場合は0<Co/Fe≦1の範囲内で置
換する必要がある。
【0020】このような成分の希土類磁石を製造するに
当っては、まず窒素以外の成分、即ちR、C、α、T、
Fe或は更にCoの各成分を所定の割合に混合した混合
物をつくり、これをアーク溶解炉等で高温に加熱して溶
解し冷却後粉砕する。
【0021】えられた粉体を次いで窒素ガス気流中で高
温に加熱して窒素処理する。ここでえられた窒素含有粉
体に一定量の有機結合剤たとえばエポキシ樹脂を混練し
、磁場をかけて圧縮成形し、その後キュア処理してボン
ド磁石化処理を行なって製品とする。
【0022】
【実施例】以下に本発明の希土類磁石の実施例をあげる
。しかし本発明がこの実施例によって限定されると解さ
るべきではない。この例では各磁石の製造方法も示され
ておりまたその中の一成分の含有量或はCo/Feの比
を変化させたときの磁気特性を測定して示した。これに
より各成分の規定含有量或は前記Co/Fe比の範囲外
では良好な磁気特性がえられないことが明らかであろう
【0023】〔実施例1〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経て、Smを3〜21at%の範囲内で表1に
示すように種々変化させ、N:10at%、C:5at
%、W:3at%、Co:15at%、Si:5at%
、Fe:残部の組成を有する本発明に係るR−Fe−N
−C系希土類磁石を調製した。
【0024】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Fe、C、W、Co、Si
)をアーク溶解炉で溶解し、Sm含有量に応じて950
〜1020℃で24時間溶体化処理を行った。その後粉
砕機で平均粒径約3μに粉砕した。
【0025】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を3気圧N2ガス中570℃でSm含有量に応じて
1〜4時間の窒素処理を行った。
【0026】第3工程(ボンド磁石化工程)第2工程で
得たNを含有した粉体に3wt%のエポキシ樹脂を混練
し、20KOeの磁場中で成形圧5ton/cm2 で
圧縮成形し、その後キュアー処理を行った。
【0027】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をSm含有量との対比で表
1に示した。
【0028】   表1から明らかなようにSm含有量が4at%未満
ではiHc、Br、(BH)max が小さく、Sm含
有量が20at%を超えるとBr、(BH)max が
小さくなる。
【0029】〔実施例2〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経て、Nを1〜28at%の範囲内で表2に示
すように種々変化させ、Sm:13at%、C:3at
%、Mo:5at%、P:5at%、Fe:残部の組成
を有する本発明に係るR−Fe−N−C系希土類磁石を
調製した。
【0030】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Fe、C、P、Mo)をア
ーク溶解炉で溶解し、合金組成に応じて950〜100
0℃で24時間溶体化処理を行った。その後粉砕機で平
均粒径約3μに粉砕した。
【0031】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を5気圧N2ガス中550℃でN含有量に応じて0
.5〜12時間の窒素処理を行った。
【0032】第3工程(ボンド磁石化工程)実施例1に
同じ。
【0033】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をN含有量との対比で表2
に示した   表2から明らかなように、N含有量が2at%未満
ではiHc、Br、(BH)max が小さく、N含有
量が25at%を超えるとiHcが小さくなってしまう
【0034】〔実施例3〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経て、Cを0〜22at%の範囲内で表3に示
すように種々変化させ、Sm:13at%、N:5at
%、Co:15at%、Be:3at%、Cr:5at
%、Fe:残部の組成を有する本発明に係るR−Fe−
N−C系希土類磁石を調製した。
【0035】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Fe、Co、Be、C、C
r)をアーク溶解炉で溶解し、C含有量に応じて930
〜980℃で24時間溶体化処理を行った。その後粉砕
機で平均粒径約3μに粉砕した。
【0036】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を1気圧N2ガス中570℃でC含有量に応じて1
〜4時間の窒素処理を行った。
【0037】第3工程(ボンド磁石化工程)実施例1に
同じ。
【0038】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をC含有量との対比で表3
に示した   表3から明らかなようにC含有量が1at%未満で
はiHc、Br、(BH)max が低く、Cの含有量
が20at%を超えるとBr、(BH)max が小さ
くなってしまう。
【0039】〔実施例4〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経て、Smを7〜13at%、Ceを0〜6a
t%(但しSm+Ce=13at%)の範囲内で表4に
示すように種々変化させ、N:13at%、C:5at
%、P:7at%、Hf:5at%、Fe:残部の組成
を有する本発明に係るR−Fe−N−C系希土類磁石を
調製した。
【0040】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Ce、C、Hf、Fe、P
)をアーク溶解炉で溶解し、Ce含有量に応じて950
〜1000℃で24時間溶体化処理を行った。その後粉
砕機で平均粒径約3μに粉砕した。
【0041】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を3気圧N2ガス中500℃でCe含有量に応じて
3〜4時間の窒素処理を行った。
【0042】第3工程(ボンド磁石化工程)実施例1に
同じ。
【0043】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をCe含有量との対比で表
4に示した。
【0044】   表4から明らかなようにSmのCe含有量に応じて
磁気特性が変化するが、実用上充分な磁気特性が得られ
ることが判る。このことは、Sm以外のR(Yを含む)
であっても有効であることを明示するものである。
【0045】〔実施例5〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経てTとして表5に示すものを使用し、Sm:
9at%、N:10at%、C:3at%、T:7at
%、Co:15at%、Si:5at%、Fe:残部の
組成を有する本発明に係るR−Fe−N−C系希土類磁
石を調製した。
【0046】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Fe、Co、C、T、Si
)をアーク溶解炉で溶解し、Tに応じて980〜100
0℃で24時間溶体化処理を行った。その後粉砕機で平
均粒径約3μに粉砕した。
【0047】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を2気圧N2ガス中500℃でTに応じて1〜2時
間の窒素処理を行った。
【0048】第3工程(ボンド磁石化工程)実施例1に
同じ。
【0049】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をTとの対比で表5に示し
た。
【0050】   表5から明らかなように、Tの種類が変わると磁気
特性も変化するが、いずれの種類のTであっても実用上
充分な磁気特性が得られることが判る。
【0051】〔実施例6〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経てNbを0〜20at%の範囲内で表6に示
すように種々変化させ、Sm:15at%、N:10a
t%、Be:3at%、Co:10at%、C:7at
%、Fe:残部の組成を有する本発明に係るR−Fe−
N−C系希土類磁石を調製した。
【0052】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Fe、Co、Be、Nb、
C)をアーク溶解炉で溶解し、Nb含有量に応じて96
0〜1020℃で24時間溶体化処理を行った。その後
粉砕機で平均粒径約3μに粉砕した。
【0053】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を1気圧N2ガス中570℃でNb含有量に応じて
3〜8時間の窒素処理を行った。
【0054】第3工程(ボンド磁石化工程)実施例1に
同じ。
【0055】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をNb含有量との対比で表
6に示した。
【0056】   表6から明らかなように、Nbの含有量が0.1a
t%未満ではiHcが低く、Nbの含有量が18at%
を超えるとBr、(BH)max が小さくなってしま
う。
【0057】〔実施例7〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経てαとして表7に示すものを使用し、Sm:
12at%、N:13at%、C:3at%、α:10
at%、Co:5at%、V:5at%、Fe:残部の
組成を有する本発明に係るR−Fe−N−C系希土類磁
石を調製した。
【0058】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Fe、Co、C、α、V)
をアーク溶解炉で溶解し、αに応じて950〜970℃
で24時間溶体化処理を行った。その後粉砕機で平均粒
径約3μに粉砕した。
【0059】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を2気圧N2ガス中530℃でαに応じて1〜2時
間の窒素処理を行った。
【0060】第3工程(ボンド磁石化工程)実施例1に
同じ。
【0061】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をαとの対比で表7に示し
た。
【0062】   表7から明らかなように、αの種類が変わると磁気
特性も変化するが、いずれの種類のαであっても実用上
充分な磁気特性が得られることが判る。
【0063】〔実施例8〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経てPを0〜17at%の範囲内で表8に示す
ように種々変化させ、Sm:13at%、N:8at%
、C:4at%、W:7at%、Fe:残部の組成を有
する本発明に係るR−Fe−N−C系希土類磁石を調製
した。
【0064】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Fe、P、C、W)をアー
ク溶解炉で溶解し、P含有量に応じて940〜1000
℃で24時間溶体化処理を行った。その後粉砕機で平均
粒径約3μに粉砕した。
【0065】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を1気圧N2ガス中500℃でP含有量に応じて3
〜6時間の窒素処理を行った。
【0066】第3工程(ボンド磁石化工程)実施例1に
同じ。
【0067】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をP含有量との対比で表8
に示した   表8から明らかなようにPの含有量が0.1at%
未満ではiHcが小さく、Pの含有量が15at%を超
えるとBr、(BH)max が小さくなる。
【0068】〔実施例9〕下記の第1工程(前工程)、
第2工程(窒素処理工程)及び第3工程(ボンド磁石化
工程)を経てCo/Feを0〜1.1の範囲内で表9に
示すように種々変化させ、Sm:13at%、N:12
at%、C:4at%、S:3at%、Cr:5at%
、残部FeとCoの組成を有する本発明に係るR−Fe
−N−C系希土類磁石を調製した。
【0069】第1工程(前工程) 必要とする合金元素(Sm、Fe、Co、C、S、Cr
)をアーク溶解炉で溶解し、Co/Feに応じて960
〜980℃で24時間溶体化処理を行った。その後粉砕
機で平均粒径約3μに粉砕した。
【0070】第2工程(窒素処理工程)第1工程で得た
粉体を1気圧N2ガス中550℃でCo/Feに応じて
4〜5時間の窒素処理を行った。
【0071】第3工程(ボンド磁石化工程)実施例1に
同じ。
【0072】以上のようにして得られた本発明に係るR
−Fe−N−C系希土類磁石のiHc、Br、(BH)
max を測定し、その結果をCo/Feとの対比で表
9に示した。またキュリー温度も載せておく。
【0073】   表9から明らかなようにCo/Feが大きくなるに
従ってキュリー温度が上昇するがCo/Feが1.0を
超えるとiHcが小さくなる。
【0074】本発明のR−Fe−N−C系希土類磁石(
Co/Fe=0)のキュリー温度は従来のR−Fe−B
系希土類磁石のキュリー温度より約150℃高い。
【0075】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係るR−
Fe−N−C系希土類磁石によれば、従来のもののよう
にCoを多量に含まなくても高磁気特性を確保すること
ができる。しかも高いキュリー温度を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】4〜20at%のR(但しRはYを含む希
    土類元素の1種または2種以上)、2〜25at%のN
    、1〜20at%のC、0.1〜15at%のα(但し
    αはBe、B、Si、P、Sのうちの1種または2種以
    上)、0.1〜18at%のT(但しTはTi、Zr、
    Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、
    Cuのうちの1種または2種以上)、残部Feからなる
    ことを特徴とする希土類磁石。
  2. 【請求項2】前記Feを0<Co/Fe≦1の範囲でC
    oと置換することを特徴とする請求項1記載の希土類磁
    石。
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