JPH0442507A - 希土類永久磁石およびその熱処理方法ならびに磁石体 - Google Patents

希土類永久磁石およびその熱処理方法ならびに磁石体

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JPH0442507A
JPH0442507A JP2150596A JP15059690A JPH0442507A JP H0442507 A JPH0442507 A JP H0442507A JP 2150596 A JP2150596 A JP 2150596A JP 15059690 A JP15059690 A JP 15059690A JP H0442507 A JPH0442507 A JP H0442507A
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permanent magnet
temperature
heat treatment
earth permanent
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JP2150596A
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Kazunori Tawara
田原 一憲
Michihisa Shimizu
清水 径久
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Hitachi Metals Ltd
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    • 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
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    • 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
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    • H01F1/0555Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 pressed, sintered or bonded together
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    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
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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SmCo5のようなRM、系の希土類永久磁石
およびその熱処理方法ならびに特定外形形状の磁石体に
関するものであり、特に粒子線加速器や画像診断装置等
に要求される大型の希土類永久磁石を対象とするもので
ある。
〔従来の技術] SmCoB系の希土類永久磁石は、従来から小型かつ高
性能な永久磁石として使用されてきた。
5IICos系永久磁石を製造するには、まずC065
,75〜66.0重量%、残部S1)からなる合金をA
r雰囲気中で高周波溶解し2鋳造手段を経て得たインゴ
ットを保護雰囲気中においてボールミル等により微粉砕
する。このようにして得た数μmの粉末を磁場中に配設
した成形型により圧縮成形し、この成形体を1)00℃
以上で焼結する。次に焼結体を再度Ar雰囲気中におい
て950〜1000℃の温度で1〜2時間保持した後1
0.1〜3℃/winの冷却速度で炉冷し、770〜8
30℃の温度に到達後。
油中または砂−Ar流動床中において急冷する。
このような熱処理方法は、 5olid Com1lu
nications。
JL  pp、139〜141 (1970)に記載の
通りである。熱処理は、焼結温度ないしは焼結温度より
も略300℃以内の低温下で一般には一定時間保持した
のち。
焼結温度よりも略500℃以内の低温度にまで炉冷を行
ったのち、略300℃以下にまで急冷を行う必要がある
。SmCo5系希土類永久磁石では、前記急冷処理を施
さない場合には、上記の学術論文に明記されているよう
に、いわゆるWes tendorp効果(特定の温度
において保磁力iHcが極小値を示す現象)によって保
磁力iHcが著しく低下し。
Ss CoB系磁石の特長である高保磁力を有する永久
磁石とはなり得す、実用に供することが困難となる。従
って、S■Co5系磁石の熱処理には、油中急冷、流動
床ゑ、冷、気体による衝風象、冷、著しく小型形状のも
のでは水冷などの急、冷処理によりHes tendo
rp効果による保磁力iHcの低下を回避することによ
って高保磁力の永久磁石を得てきたのである。更に高性
能のSs Cos系希土類永久磁石として、複合組成を
有するものが知られている。その組成は重量比で、希土
類金属、723〜30%、  Ce 32〜40%、 
 Ss 34〜42%、  Pr 32〜40%あるい
はこれらの混合物(ミッシュメタル)34〜42%と残
部Coである(特公昭48−364号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課題] 前記のSs Cos系の異方性希土類永久磁石は。
高磁気特性に起因して、永久磁石の単位体積当りの磁束
量が大であるため、従来の音響機器、自動車用電装部品
、コンピュータおよびOA関連部品に使用する場合には
、永久磁石を極力小型化するように志向されてきた。し
かしながら、近年になってウィグラ、アンジュレータ、
高真空ポンプ等の粒子線加速器関連部品、サーボモータ
等の駆動源用および画像診断装置(MRI)用を含めて
大型の希土類、磁石についての要求が徐々に高まってい
る。
特に、Ss Cos系永久磁石は、保磁力が大であり、
キュリー点も710 ’Cと高く、耐熱性および耐蝕性
に優れているため、特に熱安定性に優れた特性が必須で
ある自動車および航空機用電装部品および加速器関連の
分野において大型で一体のSmCo5系永久磁石が要求
されている。
このような大型の永久磁石を急冷処理する場合には割れ
が発生するという問題点がある。例えばウィグラ用の永
久磁石においては、小型のものでも1ブロツクが200
〜500 gあり、大型品では2廟を越えるものがある
。このような大型の永久磁石を急冷する場合には、亀裂
1割れが頻発することに加えて1体積が大であるため冷
却作用が内部にまで進行せず、磁気特性においても所望
の値には到達しない。また亀裂1割れの発生を防止する
ために、鋼の焼入れ、焼戻し等に採用されている復熱油
冷方式の熱処理によっても依然として所望の磁気特性が
得られないという問題点がある。その理由は、5IIC
o系永久磁石は、これを構成する結晶粒子のC軸方向に
対して、  6.6X10−’/”CC軸に垂直な方向
に対して12.6X10−’/”Cの熱膨張係数を有し
ているため、急冷時において永久磁石の内部と表面とに
著しい温度差が生しる場合には速く冷却される磁石表面
に引っ張り応力が誘起されるためである。
このため上記のような大型の異方性希土類永久磁石は、
複数個のブロック状の永久磁石を相互に接着剤を介して
組立接合しなければならなかった。
しかしながら、接着剤が永久磁石相互間に介在して磁気
的空隙を形成するため、この空隙部分において磁束密度
が大幅に低下し、全体としての磁気特性の均一化を損な
い、装置全体としての性能を劣化させるという問題点が
ある。また前記ウィグラは高真空および紫外線をも含む
放射線の存在する環境において使用されるものであるた
め、高真空下における接着剤の蒸発、放射線の照射等に
起因する接着性能の劣化を招来するという問題点も併存
する。更に上記接着剤を介して組立接合する作業は極め
て煩雑であり、長時間および多大の工数を要するのみな
らず、均一な品質のものを供給することが困難であると
いう問題点がある。
本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、接着
剤等の異材料を使用しない一体構造かつ大寸法の希土類
永久磁石およびその熱処理方法ならびに磁石体を提供す
ることを目的とする。
〔課題を解決するだめの手段〕
上記目的を達成するために、まず第1の発明においては
、Rで示される少なくとも1種類の希土類元素とMで示
されるCOまたはCoとFe、NiCu群の少なくとも
1種類の元素の組み合わせからなり、かつRMsおよび
RtM’r相を生成させ得る組成の焼結生成物からなる
希土類永久磁石の熱処理方法において1Mの含有量が6
3〜65重量%である焼結生成物を、焼結温度との温度
差が300℃以内の温度頷域T1に10分以上保持した
後。
0.03〜3℃/l1inの冷却速度で炉冷を行い、焼
結温度との温度差が500℃以内でありかつ前記温度頷
域T、以下の低温度頷域T、において1時間以上保持す
る。という技術的手段を採用した。
次に第2の発明においては、上記第1の発明に。
低温度頷域T2から5〜b 400℃以下の温度まで徐冷する。という技術的手段を
付加した。
更に第3の発明においては、Rで示される少なくとも1
種類の希土類元素とMで示されるCOまたはCo l:
Fe、Ni、Cu群の少なくとも1種類の元素の組み合
わせからなり、かつRM5およびR2M7相を生成させ
得る組成の焼結生成物からなる希土類永久磁石において
1Mの含有量を63〜65重量%、かつiHcを130
000 e以上とする5という技術的手段を採用した。
上記第3の発明において、単体の重量を200 g以上
とすることができる。
更にまた第4の発明においては、前記第3の発明におけ
る希土類永久磁石を使用し、外形形状を円板状、リング
状1円筒状の何れかに形成する。
という技術的手段を採用した。
第1ないし第3の発明において2Mの含有量が63重量
%未満であると、残留磁束密度Br、保磁力bHcおよ
び最大エネルギー積(BH)waxを低下させるため好
ましくない。またMの含有量が65重量%を超えると、
保磁力bHc、iHc 、最大エネルギー積(BH)w
axおよび焼結密度を低下させるため不都合である。
次に第1および第2の発明において2保持部度(温度頷
域T、)が焼結温度を超えると2粒成長を招来し、保磁
力iHcが低下するため好ましくない。また上記保持温
度が焼結温度との温度差において300℃を超える低温
度であると、Rz M7相の析出の制御が著しく困難に
なり、保磁力bHcおよび最大エネルギー積(BH)m
ax  を低下させるため好ましくない。更に炉冷後の
保持温度(低温度頷域T、)が焼結温度との温度差にお
いて500℃を超える低温度であると、残留磁束密度B
rおよび保磁力iHcを低下させるため好ましくない。
また上記の温度頷域は、単磁区粒子寸法の主相であるR
M、相の粒成長を抑制して保磁力iHcの低下を防止し
つつ、遅れたR、M、相の析出を充分に行うために、T
z≦T、であることが必要である。
次に炉冷および徐冷における冷却速度について記述する
。まず炉冷における冷却速度が3℃/minより大であ
ると、主相であるRM、相の粒成長を抑制すべきR,M
、相の析出が少ないため、保磁力bHc+ iHcを低
下させるので好ましくない。
このような保磁力の低下の理由は下記のように考えられ
る。すなわち本発明の熱処理方法により。
焼結温度において図に示すように5wCo5相で代表さ
れる固溶体相からRzMq相を析出させ、複合組成とす
るためには、希土類永久磁石の組成は。
RM、金属間化合物の単一固相域を規定するR側の境界
線に近い領域の組成とする必要がある。この領域から上
記熱処理によって−estendorp効果の影響を少
な(して保磁力iHcを向上させるのであるが、  W
estendorp効果が小であることは。
換言すればR,M、相の析出の反応速度が遅いことを意
味する。従って炉冷における冷却速度が3”C/s+i
nより大であると、実用に供し得る充分大なる保磁力f
Hcを付与することができないため好ましくない。一方
上記冷却速度が0.03℃/winより小であっても保
磁力iHcの向上は可能ではあるが、工業的に見て徒に
熱処理に多大の時間を費やすことは設備の稼動率の面か
ら得策ではないので下限を0.03℃/ll1nとする
のが好ましい。なお徐冷における冷却速度が50℃/I
M1nより大であると、亀裂2割れ等の不良を発生する
ため好ましくない、一方上記冷却速度が5℃/■inよ
り小であると、所謂−es tendorp効果が現れ
、保磁力を低下させるため、好ましくない。
〔作 用〕
上記のようにMの含有量を従来のものより少ない63〜
65重量%とすることにより、  Westendor
p効果を軽減でき、急冷処理が不要となり、温度頷域T
Iにおける熱処理と、炉冷後に低温度頷域T2における
熱処理を行うことにより、大型磁石であっても亀裂1割
れのない健全であり、かつ優れた磁気特性の希土類永久
磁石を得ることができるのである。
また第4の発明において磁石体の外形形状は。
三辺が接する頂角を有する板状ないしは直方体の形状よ
りも、二辺のみが接する円板状、リング状。
円筒状の何れかとした方が、亀裂の発生防止に有利であ
る。すなわち亀裂は立方体においては冷却速度が最も大
である頂点の近傍で多発するからである。
〔実施例〕
(実施例1) まず第1表に示すCo量および残部SsからなるSmC
o5永久磁石合金をアーク溶解によって作製シ、インゴ
ットに鋳造した。得られたインゴットをスタンプミルに
よって35メツシュ通過まで粗粉砕し、ボールミルで3
時間微粉砕した。次にこの粉末を横断面30mnX30
mの成形空間を有する成形金型内に充填し、水平方向に
80000 eの平行磁場を印加した状態で成形し、夫
々のCo量に応じて1)70〜1210℃における焼結
、890〜1)90’Cの保持および700〜810℃
の保持による熱処理を施し。
30mmX29.5論x 126m+の焼結生成物を得
たく重量約1kg)。この焼結生成物から10mX5閣
X7mの試料を採取して着磁後、磁気特性および焼結密
度を測定した結果を第1表に併記する。なお上記焼結生
成物および試料の磁場配向方向は各々29.5調および
7腫の寸法方向である。因みにウィグラ用およびアンジ
ュレータ用の永久磁石としてはB r > 8400 
G 、  b Hc≧8000Oe、iHc≧1300
0Oe、より好ましくは、Br≧8600 G 、  
b Hc≧8200Oe、iHc≧150000 eと
されている。
(以下余白) 第 表 第1表から明らかなように1階1およびN[12におい
てはiHcの値は大であるものの、Br、bHcO値が
低く、このため(BH)waxも低い値に留まっている
。一方隠12〜14においては、焼結密度が低く、Br
O値は大であるものの、  iHcが低い値を示してい
る。これに対してNα3〜1)に示すものは、何れも優
れた磁気特性を示していることが認められ、Co量を6
3〜65重量%とすることにより望ましい磁気特性のも
のが得られることがわかる。
(実施例2) 次にCo重量が夫々63.50.64.25.64.5
0%。
残部Ssからなる永久磁石合金を前記実施例と同様にし
てインゴットに鋳造し+−126mmX53画×30s
ad(Tli場配向方向)1重量約2kgの焼結生成物
を得た。この焼結生成物について、再加熱後の保持温度
T1.炉冷における冷却速度Vtおよび炉冷後の保持温
度T2を夫々変化させて熱処理を行い前記実施例と同様
にしてAr雰囲気下で静置徐冷した。磁気特性を測定し
た結果の一部を第2表に示す。なお第2表に示すTIお
よびT2の保持時間は、大型の永久磁石であることを考
慮し1表面と内部との均熱化を図る目的で各々2時間お
よび15時間に設定した。
(以下余白) 第 表 注 隘欄の()は比較例を示す。
第2表において、Nn3では保磁力bHcの低下が著し
いが、この理由は図に示す状態図から明らかなように、
TIが焼結温度より410℃低いため。
SmzCo7相の析出が生じる均−固溶体域の下限以下
の温度となり、保磁力を増大させるSm2Co、相の析
出が充分でないためと認められる。次にNo、6におい
ては保磁力iHcの低下が著しいが、これはT2が焼結
温度より515℃低いので、緩慢ではあるがHes t
endorp効果が生しているためと認められる。また
階7においては、炉冷における冷却速度Vtが4℃/s
inと大であるため、炉冷中におけるS II z C
o 7相の析出が追随できず、Br+ bHc共低下し
ている。これに対してN!lll、2,4,5゜8〜1
0においては、夫々、13r、1)Hc、iHcの値に
おいて高水準の値を示しており7適量のSagCot相
の析出を生じさせ得る熱処理条件であると認め得る。
(実施例3) 次にCo量が64.25重量%である焼結生成物につい
て、炉冷後の保持時間を変化させた場合の磁気特性を測
定した結果を第3表に示す、なおこの場合において、焼
結温度を1205℃、再加熱後の保持温度T1を100
0℃1炉冷における冷却速度Vtを1.0℃/+in、
炉冷後の保持温度T2を800℃とし、前記と同様の条
件で試料を作製した。また比較例として従来組成のCo
 65.95重量%についての結果も併記した。
第3表 第3表から明らかなように、炉冷後の保持温度T2を8
00℃としてその保持時間を増大させるに従って磁気特
性が何れも向上することが認められる。但し、Ntll
およびNo、2においては、保持時間が短いため、磁気
特性が若干低い値に留まっている。前記仕様の永久磁石
を得るためには、保持時間を1時間以上とするのが望ま
しい。一方比較例であるに9においては、Brが高い値
を示す他は何れも格段に低い値に留まっている。なお上
記傾向は他の組成のものについても同様である。
(実施例4) 次に金属CeMM(ミツシュメタル)37重量%。
Cr62重量%、Fe、Ni、Cuの白河れか1種1重
量%を秤量配合し、高周波溶解炉により、Ar保護雰囲
気下において、夫々Ce MM−Co −Fe。
Ce M M −Co −N iおよびCeMM−Co
−Cu系の組成を有する永久磁石合金を溶製し、インゴ
ットに鋳造した。前記実施例と同様に粉砕して得た微粉
末を、各々円板状およびリング状の成形空間を有する成
形金型内に充填し、 10k OeO印加磁場と平行方
向に1.2t/cjの圧力を印加して。
各々円板状(略330g/個)およびリング状(略28
0g/個)の成形体を得た。次にこれらの成形体の組成
に応じて1)00〜1200℃でAr雰囲気中における
焼結を行い2円板状(直径50m  厚さ20m)およ
びリング状(外径50Il1)1.内径20mm、厚さ
20m)の焼結体を得た。これらの円板状磁石およびリ
ング状磁石に前記実施例と同様の条件で、Ar雰囲気中
静置放冷を含む熱処理を施した。第4表に磁気特性の測
定結果を示す。
第4表 第4表から明らかなように、これらの磁気特性は前記第
1表に示すものより著しく低い値であるが、この理由は
希土類元素が磁気特性を向上させる作用があるものの価
格的に高価であるため、 Sm+の代わりに安価なCe
を主体とする数種の希土類元素からなる合金Ce MM
を原料としたことによる。なお前記のように永久磁石の
厚さ寸法を20mと比較的厚みのある円板状若しくはリ
ング状、更には円筒状とすることにより、パーミアンス
係数を高くし得ると共に、全磁束量を増加させることが
できる。また本実施例における成形法では、外部磁界の
方向に対して平行に圧力を印加しているため、前記実施
例におけるような外部磁界に対して垂直方向に加圧成形
する場合と比較して、 Br値が略10%低下すること
になる。上記のようにして得られた永久磁石は、平面研
削後の外観検査において亀裂および割れの発生が皆無で
あることを確認した。一方上記焼結体に対して、急冷処
理を含む従来の熱処理を行ったところ、すべての焼結体
に亀裂が発生した。なお比較例として従来組成のもの(
金属CeMM33重量%、C重量%型Co66重量て、
上記実施例同様の熱処理を行った結果を第4表に併記す
る。第4表から明らかなように。
実施例のものは比較例のものより格段に優れた磁気特性
を示すことが認められる。
(実施例5) Co量が63〜65重量%、残部SL1から成る永久磁
石合金を実施例1と同様に処理して、120x60Xi
NIaの焼結体を得た。次いで、超音波による打抜き加
工により、該焼結体からφIOXφ5×f5”mのいわ
ゆる径方向2極の円筒状磁石とした。
磁石1個当りの重量は略5gであった。
得られた該円筒状磁石を実施例1と同様にして。
焼結温度よりも略300”C以内の低温すなわち950
〜1)00℃で1時間保持した後、0.1〜bで炉冷を
行い5焼結温度よりも略500℃以内の低温すなわち6
90〜870℃で4時間以上保持した後油中急冷を行っ
た。冷却後3テストピースを切り出して測定した磁気特
性の測定結果を第5表に示す。
す。
第5表 Br カフ400〜7800 Gレベルの低い特性であ
った。
上記の実施例においては、希土類永久磁石の用途がウィ
グラ用およびアンジュレータ用のものについて記述した
が1本発明はこれらのみに限定されず1回転機など他の
用途の希土類永久磁石にも当然に適用可能である。また
異方性の永久磁石のみでなく1等方性の永久磁石にも適
用可能である。
第5表から明らかなように2本発明の希土類永久磁石は
、小型形状の場合には、焼結温度よりも略500℃以内
の低温で一定時間以上保持した後。
急冷処理を行った場合にも高い磁気特性を得ることがわ
かる。しかしながら1本実施例で得た円筒状磁石を、従
来の急冷を含む熱処理を施した結果(発明の効果) 本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
下記の効果を期待できる。
(1)大型の永久磁石であっても、熱処理による亀裂1
割れ等の発生を伴わずに1M1気特性が格段に優れた希
土類永久磁石を得ることができる。
(2)小寸法のブロック状永久磁石を接着剤等の異種材
料によって接着する必要がないため、製造が容易であり
、かつ品質のバラツキを大幅に低減させ得る。
(3)磁気特性を向上させるための急冷処理を伴わない
ため、熱処理作業が容易かつ安全であると共に7 作業環境を清浄に保持することができる。
4、
【図面の簡単な説明】
図はSs+ Co合金の状態図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Rで示される少なくとも1種類の希土類元素とM
    で示されるCoまたはCoとFe、Ni、Cu群の少な
    くとも1種類の元素の組み合わせからなり、かつRM_
    5およびR_2M_7相を生成させ得る組成の焼結生成
    物からなる希土類永久磁石の熱処理方法において、Mの
    含有量が63〜65重量%である焼結生成物を、焼結温
    度との温度差が300℃以内の温度頷域T_1に10分
    以上保持した後、0.03〜3℃/minの冷却速度で
    炉冷を行い、焼結温度との温度差が500℃以内であり
    かつ前記温度領域T_1以下の低温度領域T_2におい
    て1時間以上保持することを特徴とする希土類永久磁石
    の熱処理方法。
  2. (2)低温度領域T_2から5〜50℃/minの冷却
    速度で400℃以下の温度まで徐冷する請求項(1)記
    載の希土類永久磁石の熱処理方法。
  3. (3)Rで示される少なくとも1種類の希土類元素とM
    で示されるCoまたはCoとFe、Ni、Cu群の少な
    くとも1種類の元素の組み合わせからなり、かつRM_
    5およびR_2M_7相を生成させ得る組成の焼結生成
    物からなる希土類永久磁石において、Mの含有量を63
    〜65重量%、かつiHcを13000Oe以上とした
    ことを特徴とする希土類永久磁石。
  4. (4)単体の重量が200g以上である請求項(3)記
    載の希土類永久磁石。
  5. (5)請求項(3)記載の希土類永久磁石を使用し、外
    形形状を円板状、リング状.円筒状の何れかに形成した
    ことを特徴とする磁石体。
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