JPH04325652A - 希土類磁石の製造方法 - 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、希土類金属−鉄−窒素
を主成分とする希土類磁石の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子部品・機器の小型、高性
能化に伴って永久磁石に対する要求性能も高まり、既に
種々のタイプの永久磁石が開発されている。中でも、１
９８０年代に開発されたＮｄ　−Ｆｅ　−Ｂ系永久磁石
は高い磁気性能を有し、かつそれ以前のＳｍ　−Ｃｏ　
系永久磁石と比較して豊富で安価な原料で構成されてい
るなどの理由により広く工業的に使用されつゝある。

【０００３】ところで、このＮｄ　−Ｆｅ　−Ｂ系永久
磁石は耐食性が悪く、高温・高湿度下で容易に錆を発生
して磁気特性の劣化を招くという欠点があり、通常は磁
石体表面に耐食性に優れたニッケルあるいはエポキシ樹
脂などのコーティング膜を設ける対策がなされている。 また、他の欠点としてはキュリ−点が約　３１０℃と低
いために温度特性が悪く、　１５０℃以上となるような
雰囲気での使用は不向きとされている。そして、この対
策として、Ｆｅの一部をＣｏ　で置換することが行われ
ているが、Ｃｏ　の置換によってキュリー点の上昇とそ
れに伴う温度特性の若干の改良とが見られる反面、保磁
力が低下するという問題が発生するところとなっている
。また別の対策として、Ｎｄ　の一部をＤｙ　（ジスプ
ロシウム）で置換することも行われているが、ごく少量
の置換でも飽和磁束密度が低下し、実際上、温度特性の
改良は困難な状況にあった。

【０００４】一方、最近、希土類金属−鉄−窒素−水素
を主成分とする合金が磁石材料になり得ることが報告さ
れている（例えば、特開平２−５７６６３　号公報参照
）。これによれば、合金中に窒素と水素とが共存した場
合に、Ｎｄ−Ｆｅ　−Ｂ系永久磁石と同等の飽和磁束密
度と、それ以上の高い結晶磁気異方性およびキュリー点
とが期待できるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記希
土類金属−鉄−窒素−水素系永久磁石は、その製造過程
で水素ガスあるいはアンモニヤ分解ガスを必要とするた
め、取り扱いを誤ると爆発の危険があり、製造性に難点
があるという問題があった。また、磁気特性として見て
も、合金中の水素は温度や圧力の変化によって比較的容
易に放出、吸蔵現象を起こし、長期的に磁気特性が不安
定になり易いという問題もあった。

【０００６】本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされ
たもので、Ｎｄ　−Ｆｅ　−Ｂ系永久磁石よりも温度特
性が良好でかつ長期的に性能が安定な希土類磁石を容易
かつ安全に得ることができる製造方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明は、希土類金属（Ｒ）および鉄を主成分とする
合金粉末を得、次に、この合金粉末を　２００〜８００
　℃で窒素ガスと接触させて、原子百分率で　５〜１５
％Ｒ−　５〜２５％Ｎ−残部Ｆｅ　の組成を有する磁石
材料を得、しかる後にこの磁石材料を成形して磁石体と
することを特徴とする。

【０００８】本発明において、上記希土類金属（Ｒ）と
してはＬａ　，Ｃｅ　，Ｐｒ　，Ｎｄ　，Ｓｍ　，Ｅｕ
　，Ｇｄ　，Ｔｂ　，Ｄｙ　，Ｈｏ　，Ｅｒ　，Ｔｍ　
，Ｙｂ　およびＬｕ　の中の少なくとも一種を選択する
ことができるが、これらの中でもＰｒ　，Ｎｄ　，Ｓｍ
　等を選択した場合に特に優れた磁気特性が得られる。 この希土類金属（Ｒ）については、その含有量が原子百
分率（ａｔ％）で５％未満では保磁力が減少し、１５％
を越えると飽和磁束密度が小さくなって実用的な永久磁
石となり難いので、これを５〜１５ａｔ％とした。Ｎに
ついては、その含有量が５ａｔ％未満では結晶磁気異方
性が小さくなって保磁力が著しく低下し、逆に２５ａｔ
％を越えると飽和磁束密度が低下しかつ保磁力も小さく
なるので、これを５〜２５ａｔ％とした。なお、Ｆｅの
一部をＴｉ，Ｖ，Ｃｒ　，Ｍｎ　，Ｃｕ　，Ｚｎ　，Ｚ
ｒ　，Ｎｂ　，Ｍｏ　，Ｗ，Ｈｆ　，Ｔａ　等の他の遷
移金属で置換したり、あるいはＮの一部をＢ，Ｃ，Ｏ，
Ｓｉ　，Ａｌ　等の他の元素で置換することも、磁気特
性の改良に効果がある。

【０００９】本発明において、上記合金粉末を得る方法
は任意であり、例えば希土類金属と鉄とを所定比率で配
合した原料あるいは母合金を高周波誘導炉で溶解し、そ
の合金溶湯を鋳型に注湯して一旦合金インゴットとした
後、この合金インゴットをジョークラッシャーなどによ
り機械的に粉砕する方法、合金溶湯を回転するロール面
へ直接射出して薄片を得る急冷法、合金溶湯をガスや液
中に高速で噴射させるアトマイズ法、溶解に代えて固体
金属同士の相互拡散を利用するメカニカルアロイング法
などを採用することができる。合金粉末としては、後の
窒化処理を効率的に行うためにできるだけ細粒とするの
が良いが、あまり細粒とすると空気中での取り扱いや保
管過程での酸化が問題となるので、その粒径を数十〜数
百ミクロン（μｍ　）とするのが望ましい。なお、粉砕
法や急冷法による場合は、そのまゝでは粉末の粒径をこ
の範囲に収めるのが困難であるので、その粉末を、例え
ばスタンプミルあるいはアトライタによりさらに粉砕す
るようにする。

【００１０】窒素は、Ｒ２　Ｆｅ　１７，ＲＦｅ　１２
などの金属間化合物の結晶格子内に侵入する場合に、飽
和磁束密度やキュリー点、および結晶磁気異方性を大幅
に増大させる効果があるが、８００　℃を越える温度で
合金粉末を窒素ガスに接触させると侵窒量の増加により
前記金属間化合物が分解して希土類窒化物と鉄が生成し
、磁気特性の大幅な劣化を招き、一方２００　℃未満で
窒素ガスに接触させると窒素の侵入に長時間を要して生
産性の低下を招くので、本発明ではこの合金粉末を窒素
ガスに接触させる温度すなわち窒化温度として　２００
〜８００　℃を選択した。また、この合金粉末を窒素ガ
スに接触させるに際しては、窒素の侵入を促進させるた
めに雰囲気を１０気圧以上に加圧するのが望ましい。こ
の場合、加圧雰囲気炉やオートクレーブ、あるいは熱間
等方圧加圧装置（略称ＨＩＰ）を用いることができる。 さらに、窒素ガスと他の還元性ガスまたは酸化性ガスと
の共存は窒素の侵入を助長することもあるので、窒素ガ
スと他のガス類とを併用するようにしても良い。なお、
粒子径を単磁区粒子径に近ずけて保磁力を向上させるこ
とを目的に、上記窒化処理後、例えばジェットミルやボ
ールミルによりさらに１〜３０μｍ　程度に粉砕し、か
つ所望により５００　℃以下の温度で歪とり焼きなまし
を行うようにして良い。

【００１１】本発明にかゝる希土類磁石は、ボンド磁石
または焼結磁石として用いて良いものである。ボンド磁
石として用いる場合は、上記磁石材料にエポキシ樹脂ま
たはフェノール樹脂を混合し、金型により圧縮成形した
後、所定温度（１００〜１７０　℃）でキュアして磁石
体とする方法、該磁石材料に亜鉛、スズ、鉛などの金属
を混合し、金型により圧縮成形した後、所定温度（　２
００〜５００　℃）で焼成して磁石体とする方法、ある
いは該磁石材料にナイロン樹脂を混合し、射出成形を行
って磁石体とする方法などを採用することができる。一
方、焼結磁石として用いる場合は、該磁石材料にステア
リン酸等の潤滑剤を混合し、金型により圧縮成形した後
、さらにホットプレス等により高温で緻密化処理を行い
、必要によって熱処理を追加して磁石体とする方法を採
用することができる。なお、何れの場合も、成形時に磁
場を作用させることによって異方性磁石を得ることがで
きる。

【００１２】

【作用】上記のように構成した希土類磁石の製造方法に
おいては、希土類金属と鉄との合金粉末を高温で窒素ガ
スと接触させることにより所望量の窒素を容易に侵入さ
せることができる。また製造過程で水素を取扱うことが
ないので安全性も高まる。しかも、本製造方法で得られ
た希土類磁石は、希土類金属と、鉄と窒素との適量の含
有によりキュリー点が上昇して温度特性に優れたものと
なり、その上、水素を含まないので長期的に性能が安定
するものとなる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面にもとづい
て説明する。

【００１４】実施例１ すべて純度９９．９％のサマリウム（Ｓｍ　）と電解鉄
とを所定の比率で配合し、アルミナルツボに装入して高
周波誘導炉によって溶解し、鋳型内に鋳込んで合金イン
ゴットを製造した。この合金インゴット内部には多くの
場合、成分偏析が見られるため、これをアルゴンガス雰
囲気下で１０００℃、１２時間保持し、その後急冷する
熱処理を行った。次に、この合金インゴットをジョーク
ラッシャーに供して数ｍｍの大きさに粗粉砕し、続いて
スタンプミルによってさらに粉砕し、これをふるいにか
けて平均粒径５０〜３００　μｍ　の合金粉末を得た。 次に、この合金粉末をステンレス鋼製小皿に入れて加圧
雰囲気炉（電気炉）に装入し、窒素ガス雰囲気下で５０
０　℃、８時間保持して窒素を侵入せしめ、その後、再
度ボールミルにより粉砕して平均粒径約２０μｍ　の磁
石材料を得た。

【００１５】次に、上記のようにして得た磁石材料にエ
ポキシ樹脂を３重量％配合し、１５ｋＯｅ　の磁界を印
加しながら５ｔｏｎ　／ｃｍ２　の圧力で圧縮成形し、
続いて１５０　℃で１時間キュアして磁石体試料１〜１
４を製作し、これらを磁気特性、キュリー点および成分
の測定試験に供した。磁気特性の測定は、６０ｋＯｅ　
のパルス磁界を印加した後、直流ＢＨトレーサによって
行い、キュリー点の測定は振動試料型磁力計（略称ＶＳ
Ｍ）のホルダーに粉末試料を充填して加熱しながら行っ
た。また成分測定（分析）は、希土類金属および鉄につ
いてはＩＣＰ発光分析法により、窒素については蒸留中
和滴定法によりそれぞれ行った。

【００１６】各試験結果を表１および表２に示す。なお
、表１はＮ含有量で整理した結果を、表２はＳｍ　で整
理した結果をそれぞれ示している。また各表中、４πＩ
ｍは最大磁束密度を、ｉＨｃ　は保磁力を、Ｔｃ　はキ
ュリー点をそれぞれ表している。また最大磁束密度は、
飽和磁束密度の測定が困難なため、直流ＢＨトレーサの
最大測定磁界２０ｋＯｅ　での磁束密度を採用した。さ
らに各表中、試料番号に付した符号＃は比較例を表して
いる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表１および表２から明らかなように、本発
明にかゝる磁石体試料３〜６および１０〜１３は、何れ
も最大磁束密度４πＩｍ、保磁力ｉＨｃ　、キュリー点
Ｔｃ　とも高い値が得られた。特にキュリー点Ｔｃ　に
ついては、約　３２０〜５７０　℃と高い値を示し、Ｎ
ｄ　−Ｆｅ　−Ｂ系永久磁石のキュリー点約３１０　℃
と比較しても十分に高い値となることが明らかとなった
。なお、窒素を含まない比較例試料１および８、あるい
は窒素を含んでもその量が少ない比較例試料２およびＳ
ｍ　含有量の少ない比較例試料９は保磁力ｉＨｃ　がき
わめて低くなっているが、Ｘ線回折によれば合金中に多
量のαＦｅ　が存在することが観察され、これが保磁力
の大きな低下の原因になったものと推量される。また、
Ｓｍ　含有量の多い比較例試料１４では最大磁束密度４
πＩｍ、保磁力ｉＨｃ　およびキュリー点Ｔｃ　ともに
低下している。

【００２０】実施例２ 何れも純度９９．９％のＳｍ　，Ｐｒ　，Ｎｄ　，Ｃｅ
　またはＤｙ　と電解鉄とを所定の比率で配合、溶解し
て、実施例１と同様な手順により合金粉末を得、さらに
実施例１と同様な手順により窒化処理および圧縮成形を
行って磁石体試料２１〜２７を製作し、これらを磁気特
性および成分の測定試験に供した。表３は、その測定試
験結果を示したものである。これより本発明にかゝる磁
石体試料２２〜２６は、何れも最大磁束密度４πＩｍお
よび保磁力ｉＨｃ　ともに高い値が得られ、Ｓｍ　の一
部を他の希土類金属に置換できることが明らかとなった
。なお、比較例試料２１は窒素含有量が少ないため、比
較例試料２７は希土類金属の総量が過多であるため、何
れも最大磁束密度４πＩｍおよび保磁力ｉＨｃ　ともに
低下している。

【００２１】

【表３】

【００２２】実施例３ 実施例１と同様にサマリウムと電解鉄とを所定の比率で
配合、溶解して合金インゴットを製作し、次にこの合金
インゴットを石英管に装入して高周波炉により再溶解し
、溶解後、石英管の下部の細孔から合金溶湯を周速度４
０ｍ／秒で回転する銅製ロール表面に射出急冷した。得
られた急冷合金は厚さ約０．０４ｍｍ、幅約２ｍｍ、長
さ２０〜１００ｍｍ　の薄片状をしていた。なお、Ｘ線
回折法による観察の結果、それらの結晶粒径は０．１　
μｍ　以下であった。次に、前記合金薄片をスタンプミ
ルにより粉砕し、磁界を印加しない点を除けば実施例１
と同様な手順により窒化処理および圧縮成形を行って磁
石体試料３１〜３４を製作し、これらを磁気特性、キュ
リー点および成分の測定試験に供した。表４は、その測
定試験結果を示したものである。これより、本発明にか
ゝる磁石体試料３２〜３４は、何れも最大磁束密度４π
Ｉｍ、保磁力ｉＨｃ　およびキュリー点Ｔｃ　ともに高
い値が得られ、急冷法を適用しても問題ないことが明ら
かとなった。なお、比較例試料３１は、窒素を含まない
ため、保磁力ｉＨｃ　およびキュリー点Ｔｃ　が著しく
低下している。

【００２３】

【表４】

【００２４】実施例４ 原子百分率で１２％Ｓｍ　−８８％Ｆｅ　の母合金から
実施例１と同様の手順により粒子径　１００〜３００　
μｍ　の合金粉末を得、この合金粉末をステンレス鋼製
小皿に入れて加圧型雰囲気炉に装入し、１５気圧の窒素
ガス雰囲気下で、温度を　１００〜９００　℃、時間を
　０．５〜２４時間の範囲で種々変化させて窒化処理を
行い、続いて実施例１と同様の手順により磁石体試料４
１〜４７を製作し、これらを磁気特性および成分の測定
試験に供した。表５は、その測定試験結果を示したもの
である。これより、１５気圧の窒素ガス雰囲気下では、
窒化温度　１００℃の場合に窒素の侵入がわずかとなり
、逆に窒化温度が　９００℃の場合に窒素の侵入が過剰
となり、何れの場合も保磁力ｉＨｃ　が著しく低下して
いる。これに対して、　２００〜８００　℃で窒化処理
したものは侵窒量も適当となって磁気特性が高値となり
、窒化温度としては　２００〜８００　℃を選択するの
が望ましいことが明らかとなった。

【００２５】

【表５】

【００２６】実施例５ 実施例４と同一の母合金を溶解して鋳造インゴットを得
、これをジョークラッシャとスタンプミルによって粗粉
砕して０．５　〜１ｍｍの合金粉末を得、次にこの合金
粉末をスレンレス鋼製小皿に入れて、最大加圧力３０気
圧のオートクレーブ並びに最大加圧力１０００気圧のＨ
ＩＰに装入し、窒素ガス圧力を常圧〜６００　気圧に変
化させ、温度　５００℃で　０．５〜８時間保持して窒
化処理を行い、続いて実施例１と同様の手順により磁石
体試料５１〜５６を製作し、これらを磁気特性および成
分の測定試験に供した。 表６は、その測定試験結果を示したものである。これよ
り、窒化処理を加圧雰囲気下で行うことにより短時間で
所望の磁気特性が得られることが明らかとなった。

【００２７】

【表６】

【００２８】実施例６ 実施例１の磁石体試料１１で使用した磁石材料に、１５
重量％の亜鉛粉末を配合し、ボールミルで良く混合した
後、１５ｋＯｅ　の磁界を印加しながら３ｔｏｎ　／ｃ
ｍ２の圧力で圧縮成形し、続いて真空中で４００〜５０
０　℃×２時間の熱処理を行って磁石体試料６１〜６３
を製作し、これらを磁気特性の測定試験に供した。表７
は、その測定試験結果を示したものである。これより、
樹脂に代えて低融点金属を磁石材料に混合しても良好な
磁気磁気特性が得られることが明らかとなった。

【００２９】

【表７】

【００３０】実施例７ 実施例１の磁石体試料１１で使用した磁石材料に、３重
量％の亜鉛粉末と０．５重量％のステアリン酸を混合し
た後、１５ｋＯｅ　の磁界を印加しつゝ１ｔｏｎ　／ｃ
ｍ２の圧力で圧縮成形し、続いてホットプレスを用いて
、真空中で４５０　℃、圧力５ｔｏｎ　／ｃｍ２　、３
０分の焼結を行って磁石体試料を製作し、これを磁気特
性の測定試験に供した。この結果、最大磁束密度４πＩ
ｍ＝１０７４０　（Ｇ）、保磁力ｉＨｃ　＝８６５２（
Ｏｅ　）となり、優れた磁気特性が得られることが明ら
かとなった。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かゝる希土類磁石の製造方法によれば、窒素を容易に侵
入させて所望の組成の希土類磁石を容易に製造でき、し
かも危険な水素を取扱うことがないので製造の安全性も
高まる。また、本製造方法で製造される希土類磁石は、
希土類金属と、鉄と窒素との適量の含有により、Ｎｄ　
−Ｆｅ　−Ｂ系永久磁石と同等の磁気特性を確保できる
ばかりか、それより優れた温度特性を確保できるものと
なり、その上、水素を含まないので長期的に性能が安定
するものとなる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　希土類金属（Ｒ）および鉄を主成分と
   する合金粉末を得、次に、この合金粉末を　２００〜８
   ００　℃で窒素ガスと接触させて、原子百分率で　５〜
   １５％Ｒ−　５〜２５％Ｎ−残部Ｆｅ　の組成を有する
   磁石材料を得、しかる後に前記磁石材料を成形して磁石
   体とすることを特徴とする希土類磁石の製造方法。
2. 【請求項２】　　合金粉末を１０気圧以上に加圧した窒
   素ガスと接触させることを特徴とする請求項１に記載の
   希土類磁石の製造方法。