JPH044383B2

JPH044383B2 -

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Publication number: JPH044383B2
Application number: JP58088372A
Authority: JP
Priority date: 1983-05-21
Filing date: 1983-05-21
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS59215460A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はFeBR系永久磁石材料の製造方法に関
する。永久磁石材料は一般家庭用の各種電気製品から
大型コンピユータの周辺機器に至るまで巾広い分
野で使用されている極めて重要な電気関連部材の
一つである。特に近年の電気・電子機器の小型
化・高性能化の要求に伴い永久磁石も益々高性能
化が求められている。現在の代表的な永久磁石材料としてはアルニ
コ・フエライトおよび希土類・コバルト磁石材料
がある。高残留磁束密度、高保磁力を有する永久磁石材
料として開発された希土類コバルト磁石材料では
あるがコバルトを50〜60重量％も含むうえ希土類
鉱石中にあまり含まれていないサマリウムSmを
使用するため大変高価である。このため用途が限
定されてしまい特に磁気特性から小型では付加価
値の高いところに使用されているにすぎない。希土類磁石材料がもつと広い分野で安価に、か
つ多量に使用されるようになるためには高価なコ
バルトを含まず、希土類元素として鉱石中に比較
的多量に含有されているNd、Pr、Ce、Laなどの
ような軽希土類元素を主成分とすることが必要で
ある。このような軽希土類元素を用いる永久磁石
材料の開発が試みられている。その一つとして
RFe₂系化合物（ここでＲは希土類金属の少なく
とも一種）が検討された。クラーク（A.E.Clark）は、スパツタリングに
より非晶質TbFe₂を作成したところ4.2〓で
29.5MGOeのエネルギー積をもち、更にこれを
300〜500℃で熱処理すると、室温で保磁力iHc＝
3.4kOe、最大エネルギー積（BH）max＝
7MGOeを示すことを見い出した。同様な研究は
SmFe₂についても行なわれ、77〓で9.2MGOeの
最大エネルギー積を示すことが報告されている。また、クーン（N.C.Koon）等は（Fe、Ｂ）_0.9
Tb_0.05La_0.05のリボンを超急冷法により作成した
後、875〓付近で焼鈍すると保磁力iHcが9kOeを
こえることを見い出した。しかしこの場合磁化曲
線の角形性と当然のことながら配向性が悪く、そ
の結果最大エネルギー積（BH）maxは低い（N.
C.Koon外App1.Phys.Lett.39(10)、1981、840〜842
頁、IEEE Transaction on Magnetics、vol.
MAG−18、No.６、1982、1448〜1450頁）。さらにクロート（J.J.Croat）およびカバコフ
（L.Kabacoff）等はPrFeおよびNdFe組成のリボ
ンを超急冷法により作製し、室温において8kOe
に近い保磁力iHcを報告している（L.Kabacoff
他、J.App1.Phys.53(3)1981、2255〜2257頁、J.J.
Croat IEEE Vol.18No.６ 1442〜1447）。これら
の超急冷リボン又はスパツタ薄膜はそれ自体とし
て使用可能な実用永久磁石材料ではなく、これら
のリボンや薄膜からは実用永久磁石を得ることは
出来ない。即ち、従来のFeBR系超急冷リボン又はRFe系
スパツタ薄膜からは任意の形状・寸法を有するバ
ルク永久磁石体を得ることは出来ない。これまで
に報告されたFeBR系リボンの磁化曲線は角形性
が悪く、従来慣用の磁石材料に対抗できる実用永
久磁石材料とはみなされなかつた。また、上記ス
パツタ薄膜及び超急冷リボンは、いずれも本質上
等方性であり、これらから磁気異方性の実用永久
磁石材料を得ることは、事実上不可能である。このように、これまでに希土類、鉄系合金の永
久磁石材料を得るため多くの研究者によつて試み
られた製造方法はどれも実用永久磁石材料を得る
には不適当であつた。従つて本発明の目的は上述の従来提案されてい
る永久磁石材料の製造方法の欠点を解消し、新規
な実用永久磁石材料を工業的に製造できる方法を
提供することを目的とする。さらに本発明は、室温以上で良好な磁気特性を
有し、任意の形状・寸法に成形可能であり、磁化
曲線の角形性が高くさらに磁気異方性又は等方性
を有する実用永久磁石材料であつてしかもＲとし
て資源的に豊富な軽希土類元素を主として有効に
使用できるものを得るための最適な製造方法を提
供することを併せて目的とする。本発明者等は先にSm、Coを必ずしも用いる必
要のないFeBR系永久磁石材料を発明した（特願
昭57−145072）。このFeBR系永久磁石材料は、
従来知られているRCo₅やR₂Co₁₇化合物とは異な
る新しい化合物を基礎とし、特にボロン(B)は、従
来の、たとえば非晶質合金作成時の非晶質促進元
素又は粉末冶金法における焼結促進元素として添
加されるものではなく、このFeBR系永久磁石材
料の実態的内容を構成する磁気的に安定で高い磁
気異方性定数を有するＲ−Fe−Ｂ化合物の必須
構成元素であることを明らかにした。（なお、上
記FeBR系永久磁石材料に基づき、適当なミクロ
組織を形成することによつて磁気異方性焼結永久
磁石が得られることも明らかにした。）本発明者等は前記目的を達成するためにさらに
こうした永久磁石材料の製造方法について更に鋭
意研究の結果、本発明に至つたものである。即ち本発明によれば、原子百分率において８〜
30％のＲ（但しＲはＹを包含する希土類元素の少
なくとも一種）、２〜28％のＢ、および残部Feお
よび不可避の不純物からなる組成である。0.3〜
80μｍの粒径の合金粉末を成形し、還元性又は非
酸化性雰囲気において900〜1200℃で焼結するこ
とにより、FeBR系永久磁石材料を得ることを特
徴とする。以下本発明について詳述する。本発明は実用的なFeBR系永久磁石材料を工業
的に製造するための方法であり、特に前記先願の
ような結晶性のFeBR化合物に基づくFeBR系永
久磁石材料を焼結体として量産性良く製造するこ
とを可能にするものである。本発明において原料
としての合金粉末組成物は必ずしもCoを含有す
る必要がなく又Ｒとしては資源的に豊富な軽希土
類元素を用いることができ必ずしもSmを必要と
せずあるいはSmを主体とする必要もないので原
料が安価でありきわめて有用である。本発明において、まずFeBR系の上記組成の合
金粉末組成物を調製する。以下磁気異方性永久磁石材料を製造する場合を
基本として説明する。本発明においてホウ素ＢはFe・xB・15Ndの例
を第１図に示すようにまず永久磁石材料として必
要な保磁力iHcが1kOe以上であることからこれ
を満たすためには２％（以下％は合金中の原子百
分率を示す）以上でなければならずハードフエラ
イトの残留磁束密度Br4kGを越えるためには28
％以下でなければならない。又Ｒは量が多いほど
iHcが高くなり永久磁石として好ましいが（92−
ｘ）Fe・8B・xNdの例を第２図に示すように
iHcを1kOe以上とするには８％以上でなければ
ならない。しかしＲは非常に酸化されやすいため
高Ｒ含有合金の粉末は燃えやすく又取扱いが困難
となることから30％以下が望ましい。本発明で用いられるＢ（ホウ素）としては純ボ
ロン又はフエロボロンがあるが不純物としてAl、
Si、Ｃ等を含むものも用いることが出来る。希土
類元素ＲはＹを包含し軽希土類及び重希土類を包
含する希土類元素であり、そのうちの一種以上を
用いる。即ちＲとしては、Nd、Pr、La、Ce、
Tb、Dy、Ho、Er、Eu、Sm、Gd、Pm、Tm、
Yb、Lu、及びＹが包含される。通常Ｒは軽希土
類をもつて足り特にNd、Prなどが好ましい。ま
たＲのうち一種をもつて足りるが実用上は二種以
上の混合物（ミツシユメタル、ジジム等）を入手
の便宜等から用いることもでき、La、Ce、Pm、
Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu、Ｙは他のＲ
（Nd、Pr、Dy、Ho、Tb）、特にNd、Prとの混
合物として用いることができる。なおＲは純希土
類元素でなくとも良く工業上入手可能な範囲で製
造上不可避な不純物（他の希土類元素、Ca、
Mg、Fe、Ti、Ｃ、Ｏ等）を含有するものも用い
ることが出来る。本発明において永久磁石材料には製造上不可避
な不純物の存在を許容できる。Ｃ、Ｓ、Ｐ、Cu、
Ca、Mg、Ｏ、Si等を所定限度内で含むこともで
き製造上の便宜、低価格化に資する。Ｃは有機結
合剤からＳ、Ｐ、Cu、Ca、Mg、Ｏ、Si等は原
料、製造工程からも含有されることがある。C4.0
％以下、P3.5％以下、S2.5％以下、Cu3.5％以下、
Ca、Mg各４％以下、Si5％以下（但しこれらの
合計は、各成分のうち最大値以下）とすることが
実用上好ましい（なお等方性の場合Ｐ、Cu3.3％
以下が好ましい）。なお、合金粉末の状態におい
ては、処理工程、空気からの吸着成分（水分、酸
素等）が含まれ易いが、これらは焼結時に除去す
ることもできる。但し、必要に応じ工程、保存に
注意する。本発明において永久磁石材料は原子百分率で８
〜30％のＲ（但しＲはＹを包含する希土類元素の
少なくとも一種）、２〜28％のＢ、残部Feおよび
不可避の不純物において保磁力iHcは1kOe以上、
残留磁束密度Brが4kG以上の磁気特性を示し最
大エネルギー積（BH）maxはハードフエライト
（〜4MGOe程度）と同等以上となる（磁気異方
性の場合）。軽希土類特にNdとPrの一種又は二
種をＲの主成分（即ち全Ｒ中50％以上）とし12〜
24％のＲ、３〜27％のＢ、残部Fe及び不可避の
不純物の組成において最大エネルギー積（BH）
maxが7MGOe以上を示し好ましい範囲である。
最も好ましくは軽希土類（特にNd、Pr）をＲの
主成分（同上）とし12〜20％のＲ、４〜24％の
Ｂ、残部Feおよび不可避の不純物の組成であり
最大エネルギー積（BH）maxは10MGOe以上を
示し、最高33（BH）max以上に達する。本発明において永久磁石材料は焼結体として得
られ、その製造方法は基本的に粉末冶金法的方法
である。焼結体の密度は理論密度の約80％以上の
ものが得られ、95％以上が磁気特性上好ましく、
さらに好ましくは96％以上であり、最高99％以上
にも達する（各実施例び第４図参照）。第３図にFeBR系磁石材料の代表例として
75Fe・10B・15Nd（異方性）の初磁化曲線１、お
よび第１、第２両象眼の減磁曲線２を示す。初磁
化曲線１は低磁界で急激に立ち上がり飽和に達す
る。減磁曲線２はきわめて角形性が高い。初磁化
曲線１の形から本磁石の保磁力が反転磁区の核発
生によつて決まる、いわゆるニユークリエーシヨ
ン型永久磁石であることがわかる。また減磁曲線
２の高い角形性はこの磁石が典型的な高性能磁石
であることを示している。参考までに従来知られているFeBR系の例とし
て70.5Fe・15.5B・7Tb・7Laのアモルフアス合
金のリボンの減磁曲線３を示すが角形性を全く示
さない。本発明の製造方法によつてFeBR系永久磁石材
料の高特性を発現させることが可能となるのであ
り、以下その製造方法について更に詳細に説明す
る。一般に希土類金属は化学的に非常に活性であり
空気中の酸素と結びつきやすく容易に酸素と反応
し希土類酸化物をつくるので、溶解、粉砕、成
形、焼結等の各工程を還元性雰囲気または非酸化
性雰囲気中で行うことが必要である。まず、所定組成の合金組成の合金粉末を調製す
る。一例として、上記組成範囲内で原料を所定の
組成に秤量配合した後、高周波誘導炉等により溶
解を行いインゴツトとし、次いで粉砕する。粉末
平均粒度0.3〜80μｍの範囲で保磁力（iHc）は
1kOe以上となる。平均粒度0.3μｍより小さくな
ると酸化が急激に進行し、目的とする合金が得ら
れ難くなるためFeBR系永久磁石材料の高性能品
の安定的製造上好ましくない。また粉末粒度80μ
ｍを越えると保磁力iHcは1kOe以下となり磁石
材料の性能保持上好ましくない。上記範囲内の粒
度を有する粉末において本発明の組成範囲内で組
成の異なる二種類以上の粉末を組成の調整または
焼結時の緻密化を促進させるために混合して用い
ることもできる（ＲリツチもしくはＢリツチのも
の等FeBR組成比の異なる粉末の混合物、又は
FeBR合金粉末と成分元素もしくはその合金との
混合物）。なお粉砕は通常の粉砕法でよいが、溶
媒中で湿式で行なうことが好ましく、アルコール
系溶媒、ヘキサン、トリクロルエタン、トリクロ
ルエチレン、キシレン、トルエン、フツ素系溶
媒、パラフイン系溶媒などを用いることができ
る。次いで得られた所定の粒度を有する合金粉末を
成形する。成形時の圧力は0.5〜8Ton／cm²の範囲
で行うことが好ましい。0.5Ton／cm²未満の圧力
では、成形体の充分な強度が得られず永久磁石材
料としての実用上その取扱いが極めて困難とな
る。また8Ton／cm²をこえると成形体の強度は非
常にあがりその取扱いの上で好ましくはなるが、
プレスのパンチ、ダイス金型の強度の点で連続的
に成形を行う時に問題となるので好ましくない。
但しこの成形圧力は限定的ではない。さらに加圧
成形時、磁気的異方性の磁石の材料を製造する場
合には磁界中で行うのであるがその時の磁界は凡
そ７〜13kOeの磁界中で行うことが好ましい。
（また、等方性の永久磁石材料を製造する場合は
磁界をかけずに加圧成形を行う。）なお、必要に
応じ成形バインダ（助剤）を用いる。得られた成形体は900〜1200℃の温度、好まし
くは1000〜1180℃で焼結する。焼結温度が900℃未満では永久磁石材料として
十分な密度が得られず又所要の磁束密度が得られ
ない。また1200℃を越えると焼結体が変形し、配
向がくずれ磁束密度の低下と角形性の低下を来た
し好ましくない。また焼結時間は５分以上あれば
よいが余り長時間になると量産性に問題があるの
で好ましい焼結時間は30分〜８時間である。焼結は還元性ないし非酸化性雰囲気で行う。焼
結雰囲気として不活性ガス雰囲気を用いる場合は
定圧又は加圧雰囲気でもよいが焼結体の緻密化を
図る方法として減圧雰囲気或いは減圧不活性雰囲
気で行うことも可能である。また焼結密度を上げ
る別の方法としては、還元性ガスであるH₂ガス
雰囲気中で行うことも用いられる。以上の各工程
を経て高磁束密度で磁気特性のすぐれた磁気的に
異方性（又は等方性）の焼結永久磁石材料を得る
ことができる。なお焼結温度と磁気特性の関連に
ついての一例を第４図に示す。以上主として異方性の場合について説明した
が、本発明は等方性の場合をも含みその場合に
は、磁気特性が異方性の場合よりは低いが、従来
の等方性磁気材料と比べて極めて優れた特性を有
するものが得られる。すなわち、等方性永久磁石材料の場合、合金粉
末組成物は、10〜25％のＲ、３〜23％のＢ、およ
び残部Feおよび不可避の不純物からなるものが
好ましい特性を付与できる。本発明において、「等方性」とは、実質的に等
方性であることを意味し、プレスなどによつて現
れることのある異方性を示すものも包含する。等方性の場合も、Ｒ量が増加するに従つてiHc
は増加するが、Brは最大値を経た後減少する。
かくて（BH）max2MGOe以上を満足するＲ量
は10％以上でかつ25％以下である。またＢ量が増
大するに従いiHcは増大するがBrは最大値を経た
後減少する。かくて（BH）max2MGOe以上は
B3〜23％の範囲である。好ましくは軽希土類（特にNd、Pr）をＲの主
成分（全Ｒ中50原子％以上）とし12〜20％のＲ、
５〜18％のＢ、残部Feの組成で（BH）
max4MGOe以上の高い磁気特性を示す。最も好
ましく範囲としてNd、Pr等の軽希土類をＲの主
成分とし12〜16％のＲ、６〜18％のＢ、残部Fe
の組成では（BH）maxが7MGOe以上で等方性
永久磁石材料ではかつてない高い特性が得られ
る。以下本発明の実施例について説明する。但し本
発明は実施例によつて限定されるものではない。
各試料を次の製造工程により作成した。 (1) 原料は希土類として99％以上のもの（不純物
は主として他の希土類金属、重量％以下原料純
度についても同じ）を用いた。鉄は純度99.9％
の電解鉄を用い、ボロンとしてはB19.4％を包
含し残部がFeと不純物としてAl、Siを含有す
るフエロボロン合金を用い所定の組成になるよ
う秤量配合を行つた。 (2) 磁石原料を高周波誘導を用いて溶解を行つ
た。その際ルツボとしてはアルミナルツボを用
い水冷銅鋳型中に鋳込みインゴツトを作つた。 (3) 溶解で得られたインゴツトを搗砕し−
35meshにしたのち、さらにボールミルにより
0.3〜80μｍのものが得られるように粉砕を行つ
た。 (4) 粉末を７〜13kOeの磁界中で0.5〜8Ton／cm²
の圧力で成形した。（但し等方性磁石材料を製
造する場合は磁界をかけないで成形した。） (5) 成形体は900℃〜1200℃の温度で焼結を行つ
た。その際の雰囲気は還元性のガス、不活性ガ
ス、又は真空中で行つた。以下に上記工程により得られた焼結体から成る
永久磁石材料を製造する実施例を示す。実施例１原子百分率で72Fe・8B・20Ndなる合金を上記
工程により平均粉末粒度3.3μｍに粉砕し約10kOe
の磁界中で3Ton／cm²の圧力で成形体をつくりAr
大気圧雰囲気中、各温度で１時間焼結を行つた時
の焼結密度と特性は次のようになつた。

【表】実施例２ 77Fe・9B・9Nd・5Prなる合金を上記工程によ
り平均粉末粒度2.8μｍに粉砕し10kOeの磁界中で
1.5Ton／cm²の圧力で成形体をつくりAr200Torr
雰囲気中、各温度で４時間焼結を行つた時の焼結
密度と特性は次のようになつた。

【表】実施例３ 77Fe・7B・16Prなる合金を平均粉末粒度4.9μ
ｍに粉砕し10kOeの磁界中で5Ton／cm²の圧力で
成形体をつくり１×14^-4Torrの真空中で、各温
度で４時間焼結を行つた時の焼結密度と特性は次
のようになつた。

【表】実施例４ 79Fe・7B・14Ndなる合金を平均粉末粒度5.2μ
ｍに粉砕し10kOeの磁界中で1.5Ton／cm²の圧力
で成形体をつくりAr雰囲気中で各温度、１時間
焼結を行つた時の焼結密度と特性は次のようにな
つた。

【表】実施例５ 68Fe・17B・15Ndなる合金を平均粉末粒度
1.8μｍに粉砕し10kOeの磁界中で2Ton／cm²の圧
力で成形体をつくり、Ar200Torr中雰囲気で各
温度、２時間焼結を行つた時の焼結密度と特性は
次のようになつた。

【表】実施例６ 77Fe・8B・15Ndなる合金を平均粉末粒度1.5μ
ｍに粉砕し磁界中配向せずに成形を行い、得られ
た成形体をAr雰囲気中で各温度、１時間焼結を
行つた時の焼結密度と特性は次のようになつた。

【表】以上の実施例にみられるごとく、本発明の粉末
冶金的焼結法によつて高性能かつ任意の大きさの
バルク状のものとして磁気異方性或いは等方性の
FeBR系永久磁石材料、ひいては最終製品を作り
だすことができる。従来のスパツタリングや超急
冷法などの製造方法によつてはかかる高特性の付
与および任意の形状を作ることは不可能なもので
ある。したがつて本発明はFeBR系において、任
意の形状の製品を安価かつ高性能永久磁石材料と
して再現性良く量産することを実現したものであ
り工業的に非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は（85−ｘ）Fe・xB・15NdのＢ量
（ｘ）と磁気特性Br、iHcの変化を示すグラフ、
第２図は（92−ｘ）Fe・8B・XNdのNd量（ｘ）
と磁気特性Br、iHcの変化を示すグラフ、第３図
は75Fe・10B・15Ndの場合の磁化曲線を示すグ
ラフ、第４図は焼結温度と磁気特性の関連を示す
グラフ、第５図は合金粉末の平均粒度（μｍ）と
保磁力iHc（kOe）との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１原子百分率において８〜30％のＲ、２〜28％
のＢ、および残部Feおよび不可避の不純物から
なる組成で平均粒度0.3〜80μｍの合金粉末を成形
し、還元性又は非酸化性雰囲気において900〜
1200℃の温度で焼結することを特徴とするFeBR
系永久磁石材料の製造方法。