JPH04506093A - 磁性合金組成物および永久磁石 - 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】 １、発明の分野 本発明は、一般的には磁性合金および永久磁石に関し、より詳しくは希土類元素 、アクチニド元素および金属からなる磁性合金組成物および永久磁石に関する。

２、先行技術の説明 永久磁石は、各種の電気製品およびコンビニータ装置の様な広範囲な電気装置に 使用されている。エレクトロニクスの進歩により、電気部品が集積化および小型 化され、その結果、新しい、より優れた永久磁石材料の必要性が益々高まってい る。

公知の永久磁石には、アルニコ、硬質フェライトおよび希土類／コバルト磁石が ある。最近では、鉄、各種の希土類元素およびホウ素を含む永久磁石が紹介され ている。その様な磁石を製造するための公知の方法には、溶融物急冷リボンから 調製する方法や圧縮および焼結の粉末冶金技術がある。例えば、米国特許第４． ８０２．９３１号、フロートは、基本式ＲＥ　（ＴＭｌ−ｙＢ、）　ｘを有し、 ＲＥが周期律−ｘ 表のＩＩＩＡ族のスカンジウムおよびイツトリウムを含む一つ以上の希土類元素 および原子番号５７〜７Ｉからの元素を表し、ＴＭが鉄、またはコバルトと混合 された鉄、または鉄と少量のニッケル、クロムまたはマンガンの様な他の金属か らなるグループから選択された遷移金属を表す、硬質磁気特性を備えた合金を開 示している。この特許はさらに、米国特許第４，４９６．３９５号に開示されて いる、この分野で一般に「メルトスピニング」と呼ばれる方法により、溶融物急 冷材料からこれらの永久磁石合金を製造するための方法を開示している。メルト スピニングでは、急冷表面の線速度を変えることにより、材料の急冷率を変化さ せることができる。好適な速度範囲を選択することにより、急冷した時に高い固 有保磁性と残留磁性を示す製品が得られる。

粉末冶金技術の例としては、米国特許第４．５９７．９３８号、マツウラら、が あるが、これはＦｅ−Ｂ−Ｒ型の永久磁石材料を、平均粒子径ｏ、ａ−ｇｏ　ミ クロンで、必須成分として原子％で８−３０％の、Ｙを含む少なくとも一つの希 土類元素を表すＲ，２−２１１１％のＢ５および残りがＦｅからなる組成を有す る金属粉末を調製し、圧縮し、得られた物体を還元性または非酸化性雰囲気中で ９００−１２００℃の温度で焼結することにより製造する方法を開示している。

Ｃｏは５０原子％まで存在することができる。その他の元素Ｍ（Ｔｉ、Ｎｉ、Ｂ ｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ａ　Ｉ、５ｂ１Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｒ 、Ｈｆ）が存在できる。この方法は、異方性および等方性磁性材料に適用できる 。さらに、米国特許第４，６８４．４０６号、マツウラら、は上記の製法により 調製される特定のＦｅ−Ｂ−Ｒ型の焼結した永久磁性材料を特許請求している。

また、米国特許第４．８０１．８７５号、ヤマモトらは、焼結した物体を焼結温 度〜３５０℃の間の温度で熱処理する追加工程で調製したＦｅ−Ｂ−Ｒ型の永久 磁性材料を開示している。しかし、これら先行技術文献のどれも本発明の新規な 磁性合金組成物および永久磁石を示唆して本発明は、約０．５〜約２７原子％の 、ＹおよびＳｃを含む少なくとも一つの希土類元素であるＲ１および約０．１〜 約５３原子％の、少なくとも一つのアクチニド元素であるＡを含み、残りが少な くとも一つの金属であり、その残りの少なくとも約５０重量％がＦｅ、Ｃｏ５Ｎ ｉ、およびＭｎからなるグループから選択された少なくとも一つの金属である、 新規な永久磁性合金組成物および高エネルギー永久磁石に関する。好ましくは、 Ｒは、約１２〜約１８原子％であり、Ｓｍ　ｓ　Ｎ　ｄ　ｓ　Ｐ　ｒ　％および Ｄｙからなるグループから選択された希土類元素である。また、Ａは、約１．５ 〜約５．１原子％であり、Ａｃ％Ｔｈ、ＰａおよびＵからなるグループから選択 されたアクチニド元素であるのが好ましい。残りは、少なくとも約９０重量％が Ｆｅ、Ｃｏ、またはそれらの組合わせであり、さらに約０．１〜約１０重量％の Ｚｒ５Ｃｕ、またはそれらの組合わせからなるのが好ましい。ＲがＮｄまたはＳ ｍであり、ＡがＵであるのが有利である。

本発明はさらに、望ましい形状および実用的な大きさに成形することができる新 規な磁性材料も提供する。本発明に係わる磁性材料は、フィルム、単結晶、鋳造 物、リボン、粉末、圧縮物または焼結材料の形にすることができ、この技術で公 知の従来方法により製造することができる。さらに、本発明は、優れた磁気特性 を有する新規な永久磁石を提供する。これらの新規な組成物および永久磁石は、 豊富に存在する元素で製作することができる。

永久磁石を提供することである。本発明の他の目的は、望ましい形状および実用 的な大きさに成形することができる新規な磁性材料も提供することである。また 、優れた磁気特性を有する新規な永久磁石を提供することも本発明の目的の一つ である。本発明の別の目的は、豊富に存在する元素で製作することができる、新 規な磁性合金組成物および永久磁石を提供することである。

好ましい実施形態の説明 本発明は、約０．５〜約２７原子％の、ＹおよびＳｃを含む少なくとも一つの希 土類元素であるＲ１および約０．１〜約５３原子％の、少なくとも一つのアクチ ニド元素であるＡを含み、残りが少なくとも一つの金属であり、その残りの少な くとも約５０重量％がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＭｎからなるグループから選択 された少なくとも一つの金属である、永久磁性合金組成物および永久磁石に関す る。

本発明に係わる使用に適した希土類元素Ｒは、イツトリウムおよびスカンジウム を始めとする軽および重希土類元素の両方を含み、これらの元素は単独でも組合 わせでも使用することができる。より詳しくは、Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ。

Ｐ　ｒ、、Ｎｄ、Ｐｍ％Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ　ｒ、Ｔｍ ％Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、およびＳｃからなるグループから選択された少なくとも一つ の希土類元素である。本発明で使用するのに好ましい希土類元素は、Ｓｍ５Ｎｄ 。

Ｐｒ、およびＤｙである。ＲがＮｄまたはＳｍであるのが有利である。しかし、 ミツシュメタル、ジジム、等を含む、２つ以上の希土類元素の混合物も、市販さ れているので使用することができる。これらの希土類元素Ｒは常に純粋な希土類 元素として得られる訳ではないので、製造工程中に混入する不純物を含むことが ある。

本発明で使用するアクチニド元素Ａは、原子番号８９（アクチニウム）から原子 番号１０３（ローレンシウム）までの元素を含むが、ウラニウムを越える元素は 人工的にのみ製造される。したがって、本発明には、Ａ　Ｃ％　Ｔ　ｈ　ｓ　Ｐ 　ａおよびＵを使用するのが好ましい。これらアクチニド元素の混合物も使用で き、これらの元素は製造中に混入する不純物を含んでいることがある。最も好ま しいアクチニド元素はウラニウムである。天然のウラニウムは２種の同位元素、 Ｕ−２３５およびＵ−２３８の混合物からなる。Ｕ−２３５は原子炉中で熱およ びエネルギーを生じる、自然に核分裂する同位元素である。本来、ウラニウムは 、約０．７重量％のＵ−２３５を含み、残りはほとんどすべてＵ−２３８であり 、多くの原子炉で使用するには、このＵ−２３５の量をウラニウム中で約３重量 ％まで増加させる。これは、濃縮装置とも呼ばれる拡散装置で行うが、この装置 は、発電炉で使用する約３重量％のＵ−２３５を含む濃縮ウラニウム、および大 部分がＵ−２３８で、約０．３重量％未満のＵ−２３５を含む使用済みウラニウ ムの２つの材料流を生じる。濃縮ウラニウム１ポンド毎に約５ポンドの使用済み ウラニウムが生産される。この使用済みウラニウムは非常に密であり、その現在 の工業的使用の大部分が、この高密度と組み合わされた豊富な入手可能性、低コ ストおよび従来の手段による製造の容易性に基づいている。また、使用済みウラ ニウムは、天然ウラニウムの半分の活性しか有しておらず、他の重金属に必要と される注意と同程度の注意で取り扱えばよい。したがって、本発明には、使用済 みウラニウムが好ましい。

本発明の合金組成物および永久磁石は、ＲおよびＡに加えて、残りの部分として 少なくとも一つの金属を含むが、この残りの部分の少なくとも約５０重量％は、 Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉおよびＭｎからなるグループから選択された少なくとも一つの 金属である。より好ましくは、この残りの部分は少なくとも約５０重量％がＦｅ ％Ｃｏ、ＮｉおよびＭｎからなるグループから選択された少なくとも一つの金属 であり、残りがＭｇ、Ａｌ、Ｓ　１ＳＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、ＣｕＳＺｎ。

Ｇ　ａ　ｓ　Ｇ　ｅ　１Ｚ　ｒ　ｓ　Ｎ　ｂ　％　Ｍ　ｏ　ＳＲｕ　％　Ｒｈ　 １Ｓ　ｎ　ｓ　Ｓ　ｂ　１Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉ　ｒ、ＰｔおよびＢｉから なるグループから選択された少なくとも一つの金属である。本発明の実施に悪影 響を与えない限り、少量の他の元素が存在することもできる。

好ましい組成範囲は、１２〜１８原子％のＲ，１，５〜５．１原子％のＡ、およ び残りの部分の少なくとも約９０重量％がＦｅおよびＣｏからなるグループから 選択された少なくとも一つの金属である。また、残りの部分がさらに０，１〜１ ０重量％のＺｒ５Ｃｕ、またはそれらの組合わせを含むのも好ましい。残りの部 分の１〜１．５重量％がＺｒであり、３〜５重量％がＣｕであるのが有利である 。

本発明に係わる永久磁性合金組成物は、元素状の希土類元素Ｒ１アクチニド元素 Ａおよびここに規定する金属の好適な比率を混合して調製することができ、その 混合物を溶融して合金インゴットを形成することができる。さらに、本発明に係 わる組成を有する、フィルム、単結晶、鋳造物、リボン、粉末、圧縮物または焼 結材料の形の磁性材料を製造することができる。

ここに規定する組成物により、少なくとも２　ＭＧＯｅの最高エネルギー発生Ｉ ｊＬ（ｐｒｏａｕｃｔ）および１　ｋｏｅの固有保磁力で表される磁気特性を有 する永久磁石を得ることができる。

磁気特性をより低くすることは可能であるが、効果的な永久磁石には、少なくと も２８ＧＯｅの最高エネルギー発生量および少なくとも１　ｋｏｅの固有保磁力 が望ましい。好ましくは、本発明に係わる永久磁石は、少なくとも８　ＭＧＯｅ の最高エネルギー発生量および１４　ｋｏｅの固有保磁力を有する。しかし、本 発明により、それよりもはるかに高い磁気エネルギーおよび固有保磁性が可能で あると考えられる。

その上、本発明に係わる永久磁石は、異方性にも等方性にもすることができると 考えられるが、異方性が好ましい。

さらに、溶融物急冷材料から、および圧縮および焼結材料から形成する方法を始 めとする公知の永久磁石製造方法を使用して本発明に係わる永久磁石を製造する ことができる。

例えば、本発明の永久磁石は、米国特許第４．４９６，３９５号に詳細に説明さ れている、この分野で一般に「メルトスピニング」と呼ばれる方法により、溶融 物急冷材料から製造することができる。メルトスピニングでは、急冷表面の線速 度を変えることにより、材料の急冷率を変化させることができる。好適な速度範 囲を選択することにより、急冷した時に高い固有保磁性と残留磁性を示す製品が 得られる。また、好適な組成および粒径を有する粉末を調製し、圧縮し、好適な 温度で焼結する粉末冶金技術により、本発明の永久磁石を製造することもできる 。一般に、焼結した圧縮物の熱処理工程をさらに行う。好ましくは、本発明の永 久磁石は粉末冶金技術により製造するが、そこでは磁石を約９００〜１２００℃ の温度で焼結し、次いでさらに約２００〜１０５０℃の温度で熱処理している。

これらの磁石はどの様な望ましい形および大きさにも成形することができる。む ろん、当業者には明らかな様に、使用する正確な組成は、本発明に係わる永久磁 石の磁気特性を最大限に高めるために、製造方法に応じて調整することができる 。

異方性永久磁石は、磁界中で成形を行うことにより調製することができる。等方 性磁石は、磁界の無い所で成形することにより、調製できる。

本発明の好ましい実施形態は、１２〜１８原子％の、Ｓｍ。

Ｎ　ｄ　％　Ｐ　ｒ、およびＤｙからなるグループから選択された希土類元素で あるＲ１および１．５〜約５．１原子％のＵを含み、残りかＦｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、 およびＣｕからなるグループから選択された少なくとも一つの金属であり、その 残りの少なくとも約９０重量％がＦｅ、Ｃ０％またはＦｅおよびＣｏの組合わせ であり、その残りが１〜１．５重量％のＺｒおよび３〜５重量％のＣｕを有する 、異方性永久磁石である。

以下に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

下記の実施例は本発明を説明するものであって、本発明の範囲を限定するもので はない。

実　施　例 ヘリウム分圧の下で、市販の形の元素を使用し、重量％で表して下記の組成で３ 種類の合金を誘導加熱により溶融させた。

試料　Ｚｒ　Ｃｕ　Ｆｅ十Ｃｏ　Ｎｄ　Ｕｌ　１．５　３　Ｇ１．５　２９．０ 　５２　１　５　５９．０　２９．０　Ｇ ３　２　１５　４８．０　２７．５　７．５次いで、合金を粉砕して粉末を調製 し、圧縮し、焼結し、熱処理する粉末冶金技術を使用して、本発明に係わるこれ らの組成物から粉末および永久磁石を調製した。試料１および２の磁気特性を測 定したが、実験誤差を考慮すると同等であることが分かった。平均値を下記に示 す。

固有保磁力（ｉＨｃ）　−１４，８ｋｏｅ残留誘導（Ｂｒ）−６，８ｋＧ 最高エネルギー発生量（ＢＨ）　＝８．５　ＭＧＯｅＩａＸ 試料３に関しては、試料の一部が溶融中に蒸発したので結果を得ることができな かった。

以上、本発明を特定の実施形態に関して説明したが、当業者には、本発明の多く の他の変形および修正が可能であることは明らかである。その様な明らかな変形 および修正はすべて本発明の精神および範囲内に含まれる。

国際調査報告

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. １．約０．５〜約２７原子％の、ＹおよびＳｃを含む少なくとも一つの希土類元 素であるＲ、および約０．１〜約５３原子％の、少なくとも一つのアクチニド元 素であるＡを含み、残りが少なくとも一つの金属であり、その残りの少なくとも 約５０重量％がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＭｎからなるグループから選択された 少なくとも一つの金属であることを特徴とする永久磁性合金組成物。
2. ２．Ｒが約１２〜約１８原子％であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の 組成物。
3. ３．Ｒが、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、およびＤｙからなるグループから選択された希土 類元素であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の組成物。
4. ４．ＲがＮｄまたはＳｍであることを特徴とする請求の範囲第３項記載の組成物 。
5. ５．Ａが約１．５〜約５．１原子％であることを特徴とする請求の範囲第１項記 載の組成物。
6. ６．Ａが、Ａｃ、Ｔｈ、ＰａおよびＵからなるグループから選択されたアクチニ ド元素であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の組成物。
7. ７．ＡがＵであることを特徴とする請求の範囲第６項記載の組成物。
8. ８．残りの少なくとも約９０重量％がＦｅ、Ｃｏ、またはそれらの組合わせであ ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の組成物。
9. ９．残りがさらに約０．１〜約１０重量％のＺｒ、Ｃｕ、またはそれらの組合わ せを含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の組成物。
10. １０．請求の範囲第１項記載の組成を有する、粉末、圧縮物または焼結物の形の 磁性材料。
11. １１．請求の範囲第１項記載の組成を有する、フィルム、単結晶、鋳造物または リボンの形の磁性材料。
12. １２．約０．５〜約２７原子％の、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ 、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨＯ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、およびＳｃからなる グループから選択された少なくとも一つの希土類元素であるＲ、および約０．１ 〜約５３原子％の、Ａｃ、Ｔｈ、ＰａおよびＵからなるグループから選択された 少なくとも一つのアクチニド元素であるＡを含み、残りの少なくとも約５０重量 ％がＦｅ、ＣＯ、Ｎｉ、およびＭｎからなるグループから選択された少なくとも 一つの金属であり、残りはＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇ ａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｏｓ 、Ｉｒ、ＰｔおよびＢｉからなるグループから選択された少なくとも一つの金属 であることを特徴とする永久磁石。
13. １３．Ｒが約１２〜約１８原子％であることを特徴とする請求の範囲第１２項記 載の永久磁石。
14. １４．Ｒが、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、およびＤｙからなるグループから選択された希 土類元素であることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の永久磁石。
15. １５．ＲがＮｄまたはＳｍであることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の永 久磁石。
16. １６．Ａが約１．５〜約５．１原子％であることを特徴とする請求の範囲第１２ 項記載の永久磁石。
17. １７．ＡがＵであることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の永久磁石。
18. １８．Ａが使用済みウラニウムであることを特徴とする請求の範囲第１７項記載 の永久磁石。
19. １９．残りの少なくとも９０重量％がＦｅ、Ｃｏ、またはそれらの組合わせであ ることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の永久磁石。
20. ２０．残りがさらに０．１〜１０重量％のＺｒ、Ｃｕ、またはそれらの組合わせ を含むことを特徴とする請求の範囲第１２項記載の永久磁石。
21. ２１．Ｚｒが１〜１．５重量％であり、Ｃｕが３〜５重量％であることを特徴と する請求の範囲第２０項記載の永久磁石。
22. ２２．磁石が異方性であることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の永久磁石 。
23. ２３．磁石の最高エネルギー発生量（ｐｒｏｄｕｃｔ）が少なくとも２ＭＧＯｅ であることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の永久磁石。
24. ２４．磁石の最高エネルギー発生量が少なくとも８ＭＧＯｅであることを特徴と する請求の範囲第２３項記載の永久磁石。
25. ２５．磁石の固有保磁力が少なくとも１ＫＯｅであることを特徴とする請求の範 囲第１２項記載の永久磁石。
26. ２６．磁石の固有保磁力が少なくとも１４ＫＯｅであることを特徴とする請求の 範囲第２５項記載の永久磁石。
27. ２７．磁石が圧縮され、焼結された材料から形成されていることを特徴とする請 求の範囲第１２項記載の永久磁石。
28. ２８．磁石が９００〜１２００℃の温度で焼結されていることを特徴とする請求 の範囲第２７項記載の永久磁石。
29. ２９．磁石がさらに２００〜１０５０℃の温度で熱処理されていることを特徴と する請求の範囲第２７項記載の永久磁石。
30. ３０．磁石が溶融物急冷材料から形成されていることを特徴とする請求の範囲第 １２項記載の永久磁石。
31. ３１．１２〜１８原子％の、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、およびＤｙからなるグループか ら選択された少なくとも一つの希土類元素であるＲ、および１．５〜約５．１原 子％のＵを含み、残りがＦｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、およびＣｕからなるグループから選 択された少なくとも一つの金属であり、その残りの少なくとも約９０重量％がＦ ｅ、Ｃｏ、またはＦｅおよびＣｏの組合わせであり、その残りが１〜１．５重量 ％のＺｒおよび３〜５重量％のＣｕを有することを特徴とする異方性永久磁石。
32. ３２．ＲがＮｄであることを特徴とする請求の範囲第３１項記載の永久磁石。
33. ３３．ＲがＳｍであることを特徴とする請求の範囲第３１項記載の永久磁石。
34. ３４．Ｕが使用済みウラニウムであることを特徴とする請求の範囲第３１項記載 の永久磁石。
35. ３５．磁石の最高エネルギー発生量が少なくとも２ＭＧＯｅであることを特徴と する請求の範囲第３１項記載の永久磁石。
36. ３６．磁石の最高エネルギー発生量が少なくとも８ＭＧＯｅであることを特徴と する請求の範囲第３５項記載の永久磁石。
37. ３７．磁石の固有保磁力が少なくとも１ＫＯｅであることを特徴とする請求の範 囲第３１項記載の永久磁石。
38. ３８．磁石の固有保磁力が少なくとも１４ＫＯｅであることを特徴とする請求の 範囲第３７項記載の永久磁石。
39. ３９．全体の組成が、約０．５〜約２７原子％の、ＹおよびＳｃを含む少なくと も一つの希土類元素であるＲ、および約０．１〜約５３原子％の、少なくとも一 つのアクチニド元素であるＡを含み、残りが少なくとも一つの金属であり、その 残りの少なくとも約５０重量％がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＭｎからなるグルー プから選択された少なくとも一つの金属である材料を用意すること、および前記 材料を磁気特性を有する合金物体に成形することからなる永久磁石を製造するた めの方法。