JPH04324916A - 希土類−鉄系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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石は、一般家庭の各種電気製品か
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。

【０００３】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。

【０００４】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、従来から多くの研究開発がなされている。

【０００５】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。

【０００６】（１）まず、特開昭５９−４６００８号公
報や　Ｍ．Ｓａｇａｗａ，Ｓ．Ｆｕｊｉｍｕｒａ，Ｎ．
Ｔｏｇａｗａ，Ｈ．Ｙａｍａｍｏｔｏａｎｄ　Ｙ．Ｍａ
ｔｓｕｕｒａ；Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．５５
（６），１５　Ｍａｒｃｈ　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。

【０００７】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　℃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。

【０００８】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６２−１６５
３０５　号公報等に、多段熱処理の効果が開示されてい
る。

【０００９】（２）特開昭５９−２１１５４９　号公報
や　Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ；　　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．Ｖｏｌ．４６（８），１５　Ａｐｒｉｌ１９８５，
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。

【００１０】（３）特開昭６０−１００４０２　号公報
や　Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ；　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．Ｖｏｌ．４６（８），１５　Ａｐｒｉｌ１９８５，
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。

【００１１】（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％，Ｂ　２〜２８原子％，Ｃｏ
　５０原子％以下，Ａｌ　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℃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。

【００１２】また、この熱間加工磁石の熱処理に関して
は、特開昭６３−１１４１０５に適切な温度範囲が、特
開平１−７２７３２に２段熱処理の効果が開示されてい
る。他に、特願平２−１２２５８２，特願平２−１２７
４１２，特願平２−１２７４１３に構成元素に応じた適
切な熱処理が示　　され、特願平２−１２７４１４に熱
処理時間が示され、特願平２−１２７４１５には割れを
防止するための熱処理後の冷却速度が示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】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。

【００１４】（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。

【００１５】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。

【００１６】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、相当の手間が掛かることも大きな欠点である。

【００１７】これらの欠点があるので、一般的に言って
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。

【００１８】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。

【００１９】（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。

【００２０】（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。

【００２１】（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低く、ばらつき
が大きいという問題があった。

【００２２】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とそのばらつきの大きさの欠
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希土類−鉄系永久磁石の製造方法を
提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の希土類−鉄系永
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　５００〜１１００℃の温度において熱間
加工し、次に１０００〜１０５０℃において熱処理し、
次なる熱処理として４５０〜７００℃において熱処理す
る事を特徴とする。

【００２４】また、更なる高性能化、高保磁力化のため
には請求項１の熱間加工後、１０００〜１０５０℃にお
いて熱処理し、次に４５０℃以下まで５℃／分以上の速
度で冷却してから再度加熱して４５０〜７００℃におい
て熱処理する事を特徴とする。

【００２５】またもう一つの希土類−鉄系永久磁石の製
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　５００〜１１００℃の温度において熱間加工し、次
に　９００〜１０００℃において熱処理し、次に４５０
℃以下まで５℃／分以上の速度で冷却してから再度加熱
して４５０〜７００℃において熱処理して室温まで冷却
する２段熱処理を２回以上繰り返す事を特徴とする。

【００２６】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。

【００２７】希土類としては、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，
Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，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−Ｎｄ合金等が用いられる
。 少量の重希土元素、例えばＤｙ，Ｔｂ等は保磁力の向上
に有効である。

【００２８】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ２Ｆｅ１４
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　８〜３０
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Ｒ　８〜２５原子％が適当である。

【００２９】Ｂは、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ　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−Ｆ
ｅ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。しかし高保磁力を得るためには
、好ましくはＢ　８原子％以下がよく、それ以上では微
細なＲ２Ｆｅ１４Ｂ相を得ることが困難で、保磁力は小
さい。

【００３０】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、１１００℃以上で
はＲ２Ｆｅ１４Ｂ相が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。

【００３１】そして、熱処理温度は初晶のＦｅをすばや
く拡散するためと液体状態にある粒界相の組成を均一化
するためには　９００℃以上が好ましく、磁石中の液体
相の流出が１０５０℃以上では激しく磁石の形状損失が
あるのでそれ以下の温度が好ましい。また、１０００℃
以上ではＦｅの拡散や粒界相の均質化が速くおこるが、
１０００℃以下では多大な時間が必要になる。しかし、
この　９００〜１０００℃の場合の必要時間は途中に４
５０〜７００℃まで冷却、熱処理することにより短縮で
きる。

【００３２】また、１０００℃付近の高温から最終凝固
温度以下の　４５０℃以下迄を　５℃／分以上のスピー
ドで冷却することは粒界相の均一性を保つために必要で
ある。これ以下のスピードで冷却すると粒界相の組成分
布が激しく起こり磁石粒子一つ一つの磁気特性を変えて
磁石の保磁力、角形性を悪くする。

【００３３】そして、４５０〜７００℃の熱処理は粒界
相の共晶温度の直上の温度を採ることにより液相となっ
た粒界相が磁石粒子表面を清浄化し高保磁力が得られる
ために好ましい温度域である。

【００３４】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００３５】（実施例１）アルゴン雰囲気中で誘導加熱
炉を用いて、Ｐｒ１０Ｎｄ６Ｆｅ７７．５Ｂ５．１Ｃｕ
１．４なる組成の合金を溶解し、次いで鋳造した。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。

【００３６】次ぎに、この鋳造インゴットをＳＳ４１鋼
製のカプセルに入れ、真空にひき密封した。これに　９
７５℃で加工度２０％の熱間圧延を空気中で　２回、つ
ぎに加工度３０％の熱間圧延を空気中で　３回行い、最
終的に加工度が７８％になるようにした。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
結晶の磁化容易軸が配向して磁気異方性が形成された。 この後、この圧延インゴットから切り出したサンプルに
対して表面を表面粗さＲｍａｘ≦５０μｍまでに研磨し
た後、表１に示す８００〜１１００℃の温度Ｔ１におい
て２０時間の熱処理をＡｒ雰囲気炉で施し、炉内で　２
〜３℃／分の速度で５５０℃まで冷却し、引続き５５０
℃において３時間の熱処理を施した。

【００３７】これらの熱処理後のサンプルの磁気特性と
表面粗さＲｍａｘを表１に示す。なお、磁気特性はすべ
て　４０ｋＯｅでパルス着磁後Ｂ−Ｈトレーサーを用い
て測定した。

【００３８】

【表１】

【００３９】この表１から１０００〜１０５０℃の熱処
理により、残留磁化の向上と保磁力の向上とが起こり、
最大エネルギー積が向上されていることがわかる。また
、熱処理温度が１０５０℃を越えると液相の溶出による
表面形状の損失が大きいので好ましくない事も解る。

【００４０】（実施例２）Ｐｒ１５Ｔｂ１．０Ｆｅ６８
Ｃｏ１０Ｂ４．８Ｃｕ１．２なる組成の合金（サンフ゜
ル２ａ）とＰｒ１０Ｎｄ７Ｆｅ７６．５Ｂ５Ｃｕ１．０
Ｇａ０．５なる組成の合金（サンフ゜ル２ｂ）とＣｅ１
．０Ｎｄ１４．５Ｄｙ２Ｆｅ７５．５Ｂ５．３Ｃｕ１．
０Ａｌ０．７なる組成の合金（サンフ゜ル２ｃ）を実施
例１と同様に、溶解・鋳造し鋳造インゴットを得た。

【００４１】次ぎに、この鋳造インゴットから１５ｍｍ
φ×１５ｍｍｈの円柱状サンプルを切り出しその周囲に
５ｍｍ　厚さの鉄製リングをはめ込んで、アルゴン雰囲
気中、　９５０℃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　０．２〜０．９ｔｏ
ｎ／ｃｍ２であり、歪速度は１０−３〜１０−４／ｓｅ
ｃであった。

【００４２】この後、Ａｒ雰囲気炉を用いて１０１０℃
において１２時間の熱処理を施した後室温まで１０℃／
分の速度で冷却し、次ぎに　５８０℃において２．５時
間の熱処理を施した後、先と同様に１０℃／分の速度で
冷却して切断、研磨して磁気特性を測定した。

【００４３】この磁石の磁気特性を、表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】この表２に示すごとく、熱間加工法として
ホットプレス法を採用した場合でも実施例１の熱間圧延
法の場合と同様の熱処理の効果があることがわかる。

【００４６】（実施例３）アルゴン雰囲気中で誘導加熱
炉を用いて、Ｐｒ１３．２Ｎｄ３．８Ｆｅ７７．０Ｂ５
．２Ｃｕ０．８なる組成の合金を溶解し、次いで鋳造し
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
。

【００４７】次ぎに、この鋳造インゴットをＳＳ４１鋼
製のカプセルに入れ、真空にひき密封した。これに１０
００℃に加熱後、加工度２０％の熱間圧延を空気中で　
２回、つぎに加工度３０％の熱間圧延を空気中で２回行
い、最後に加工度１５％の熱間圧延を　１回行い、最終
的に加工度が７３％になるようにした。

【００４８】この後、この圧延インゴットからサンプル
を切り出し、研磨した後、１０３０℃において１５時間
の熱処理をＡｒ雰囲気炉で施し、炉内でガス冷却により
４００℃までを表３に示す３〜１５℃／分の速度で冷却
し、次に５５０℃において　４時間の熱処理を施し、室
温までを７℃／分の速度で冷却した。

【００４９】これらの熱処理後のサンプルの磁気特性を
表３に示す。なお、磁気特性はすべて　４０ｋＯｅでパ
ルス着磁後Ｂ−Ｈ　トレーサーを用いて測定した。

【００５０】

【表３】

【００５１】この表３から１０００〜１０５０℃の熱処
理後の冷却速度が　５℃／分以上であることにより、角
形性の向上と保磁力の向上とが起こり、最大エネルギー
積が向上されていることがわかる。

【００５２】（実施例４）実施例３に用いた圧延インゴ
ットからサンプルを切り出し、研磨した後、次のような
条件で熱処理をＡｒ雰囲気中で施した。

【００５３】条件１：９５０℃で２０時間の熱処理後、
１０℃／分の速度で冷却し、次に５５０℃で　４時間の
熱処理後７℃／分の速度で冷却。

【００５４】条件２：１０２０℃で２０時間の熱処理後
、１０℃／分の速度で冷却し、次に５５０℃で４時間の
熱処理後７℃／分の速度で冷却。

【００５５】条件３：９５０℃で４０時間の熱処理後、
１０℃／分の速度で冷却し、次に５５０℃で　８時間の
熱処理後７℃／分の速度で冷却。

【００５６】条件４：９５０℃で２０時間の熱処理後、
１０℃／分の速度で冷却し、次に５５０℃で　４時間の
熱処理後７℃／分の速度で冷却。これを２回繰り返し。

【００５７】条件５：９５０℃で２０時間の熱処理後、
１０℃／分の速度で冷却し、次に５５０℃で　４時間の
熱処理後７℃／分の速度で冷却。これを３回繰り返し。

【００５８】条件６：９００℃で２０時間の熱処理後、
１０℃／分の速度で冷却し、次に５５０℃で　４時間の
熱処理後７℃／分の速度で冷却。これを２回繰り返し。

【００５９】条件７：９７５℃で２０時間の熱処理後、
１０℃／分の速度で冷却し、次に５５０℃で　４時間の
熱処理後７℃／分の速度で冷却。これを２回繰り返し。

【００６０】この７種類の熱処理後の各サンプルの磁気
特性を表４に示す。

【００６１】

【表４】

【００６２】この表４の結果から９００〜１０００℃の
熱処理後、冷却速度が　５℃／分以上で冷却し４７５〜
７００℃の熱処理をする事を２回以上繰り返すことは、
角形性の向上と保磁力の向上とを起こし、最大エネルギ
ー積を向上することに効果があることがわかる。

【００６３】（実施例５）表５に示す組成の合金を実施
例１〜４と同様に、溶解・鋳造した。また用いた原料も
同様の純度のものを用いた。

【００６４】次ぎに、この鋳造インゴットをＳＳ４１鋼
製のカプセルに入れ、真空にひき密封した。これに１０
００℃に加熱後、加工度３０％の熱間圧延を空気中で　
４回行い、最最終的に加工度が７６％になるようにした
。

【００６５】この後、この圧延インゴットからサンプル
を切り出し、研磨した後、１０３０℃において１２時間
の熱処理をＡｒ雰囲気炉で施し、炉内でガス冷却により
４００℃までを１５℃／分の速度で冷却し、次に６００
℃において　４時間の熱処理を施し、室温までを１０℃
／分の速度で冷却した。

【００６６】これらの熱処理後のサンプルの磁気特性を
表６に示す。なお、磁気特性はすべて　４０ｋＯｅでパ
ルス着磁後Ｂ−Ｈ　トレーサーを用いて測定した。

【００６７】

【表５】

【００６８】

【表６】

【００６９】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℃以上の熱間加工に
より異方性化され、次に１０００〜１０５０℃において
熱処理し、次なる熱処理として４５０〜７００℃におい
て熱処理する事により高保磁力化、高性能化し、１００
０〜１０５０℃において熱処理し、次に４５０℃以下ま
で５℃／分以上の速度で冷却してから再度加熱して４５
０〜７００℃において熱処理する事により、更なる高保
磁力化、角形性の向上が達成され、熱間加工後、次に　
９００〜１０００℃において熱処理し、次に４５０℃以
下まで５℃／分以上の速度で冷却してから再度加熱して
４５０〜７００℃において熱処理して室温まで冷却する
２段熱処理を２回以上繰り返す事により上記と同様の更
なる高保磁力化、角形性の向上が達成され最高の　（Ｂ
Ｈ）ｍａｘは３０ＭＧＯｅを越えることは明らかである
。

【００７０】

【発明の効果】叙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。

【００７１】（１）ｃ軸配向率を高めることができ、残
留磁束密度Ｂｒ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。

【００７２】（２）製造プロセスが簡単なのでコストが
安い。

【００７３】（３）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。

【００７４】（４）従来のメルトスピニング法による磁
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。

【００７５】（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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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　５００〜１１００℃の温度において熱間加工
   し、次に１０００〜１０５０℃において熱処理し、次な
   る熱処理として４５０〜７００℃において熱処理する事
   を特徴とする希土類−鉄系永久磁石の製造方法。
2. 【請求項２】　　請求項１の熱間加工後、１０００〜１
   ０５０℃において熱処理し、次に４５０℃以下まで５℃
   ／分以上の速度で冷却してから再度加熱して４５０〜７
   ００℃において熱処理する事を特徴とする請求項１記載
   の希土類−鉄系永久磁石の製造方法。
3. 【請求項３】　　請求項１の熱間加工後、　９００〜１
   ０００℃において熱処理し、次に４５０℃以下まで５℃
   ／分以上の速度で冷却してから再度加熱して４５０〜７
   ００℃において熱処理して室温まで冷却する２段熱処理
   を２回以上繰り返す事を特徴とする希土類−鉄系永久磁
   石の製造方法。