JPH045739B2 - - Google Patents
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Description
本発明は新規な希土類磁石材料に係り、Fe.B.
Rをベースとして特にSmなどの希少希土類金属
を必ずしも必要とせず資源的に豊富でかつ用途が
少ないNdやPrを中心とする軽希土類とFeを主成
分とする高性能な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の各種電気製品から大
型コンピユーターの周辺端末機器まで巾広い分野
で使用されている極めて重要な電気・電子材料の
一つである。近年電気機器の小型化、高効率化の
要求にともない、永久磁石材料はますます高性能
化が求められている。また実用的にはモーター
用・発電機用・磁気カツプリング用など極めて大
きい逆磁界のかかる用途も多く高保磁力を有する
磁石材料も求められている。 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、ハードフエライト、および希土類
コバルト磁石である。最近の高い磁石特性を満た
す永久磁石としては希土類コバルト磁石である。
しかし希土類コバルト磁石は資源的に希少なSm
を必要とし供給が不安定なCoを多量に使用する
ため非常に高価である。 希土類磁石がもつと広い分野でかつ多量に使用
されるようになるためには高価なコバルトを多量
に含まず希土類金属として鉱石中に多量に含まれ
ている軽希土類を主成分とすることが必要であ
る。そのような永久磁石材料への一つの試みとし
てR.Fe系化合物(但しRは希土類金属の少なく
とも1種)が提案された。クラーク(A.E.
Clark)はスパツタリングにより得られた非晶質
TbFe2は4.2°Kで29.5MGOeのエネルギー積をも
ち、これを300〜500℃で熱処理すると室温で保磁
力は3.4kOe,最大エネルギー積は7MGOeを示す
ことを見い出した。同様な研究はSmFe2につい
ても行われ、77°Kで9.2MGOeを示すことが報告
されている。 しかしこれらのものはどれもスパツタリングに
より作成された薄膜であり一般のスピーカーやモ
ーターに使用できる磁石ではない。またPr.Fe系
合金の超急冷により作製したリボンが2.8kOeの
高保磁力を示すことが報告されている。さらにク
ーン等は(Fe,B)0.9Tb0.05La10.05の超急冷によ
り得られた非晶質リボンを627℃で焼鈍すると保
磁力が9kOeにも達することを見い出した(Brは
5kG)。しかしこの場合磁化曲線の角形性が悪い
ため最大エネルギー積は低い(N.C.Koon他
Appl.Phys.Lett.39(10)1981,840〜842頁)。 またカバコフ(L.Kabacoff)等は(Fe,B)1-
XPrx(x=0〜0.3原子比)の組成の超急冷で作成
したリボンはFe.Pr2成分系で室温でkOeレベルの
保磁力をもつものがあると報告している。これら
の超急冷でのリボン又はスパツタリングによる薄
膜はそれ自体として使用可能な実用永久磁石
(体)ではなく、これらのリボンや薄膜から実用
永久磁石材料を得ることは出来ない。即ち従来提
案されているFe.B.R系のリボン又はR.Fe系の薄
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。又これまでに報告さ
れたFe.B.R系のリボンの磁化曲線は角形性が悪
く従来慣用されている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い。更には超急冷で
のリボン、スパツタリングによる薄膜はいずれも
本質上等方性であり、これ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。 本発明の基本的目的は従来の欠点を除去した
Sm等の希少な希土類を必ずしも用いる必要がな
くCo等の資源的に問題のある成分を多く含まな
い新規な永久磁石材料を得ることを基本目的とす
る。 さらに、本発明は、室温以上の温度で良好な磁
石特性を有し磁化曲線の角形性が高い永久磁石材
料の製造方法を提供することを目的とする。本発
明はさらに、資源的に豊富な軽希土類元素を有効
に使用可能な高性能永久磁石材料の製造方法を提
供せんとするものである。 さらに、本発明は、任意の形状・実用寸法に成
形できる高性能永久磁石材料の実用的製造方法を
提供せんとするものである。 その他の目的は、本発明の開示全体から明らか
になる。 本発明者等は先にSm,Coを必ずしも用いる必
要のないFe.B.R系永久磁石材料を発明した(特
願昭57−145072)。このFe.B.R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
促進元素又は粉末治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Fe.B.R系永
久磁石材料の実体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Fe.B.R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)。更に、
こうしたFe.B.R系永久磁石材料が、所定の組成
を有する平均粒度0.3〜80μmの合金粉末(組成
物)を成形し、非酸化性雰囲気において900〜
1200℃で焼結することによつて製造できることも
発明し、別途出願した(特願昭58−88372)。 本発明者らは前記目的を達成するため、さらに
こうしたFe.B.R三元化合物に基づく結晶質の永
久磁石材料の製造方法について鋭意研究したとこ
ろFe.B.R系をベースとしFeの一部をCoで置換
し、少量のAlを含み、かつRとして所定のR1,
R2を配合してなるFe.Co.B.R.Al系の一定の組成
範囲の合金粉末を成形し、焼結し、更に熱処理す
ることにより磁石特性、特に保磁力、角形性及び
温度特性が著しく優れた永久磁石材料が得られる
ことを見い出し本願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1種であつて、下記R1とR2とからなる)、2〜
28%のB、0.1〜3%のAl、残部Fe及び不純物か
ら成り、前記Feの一部を全組成に対して50%以
下のCo(但しCo0%を除く)で置換した組成
(Fe・Co・B・R・Al組成)を有する焼結体を
時効処理して成る永久磁石材料の製造方法によ
り、上記目的が達成される。 この場合、R1は0.05〜5%でDy,Tb,Gd,
Ho,Er,Tm,Ybの内一種以上、R2はNdとPr
の一種以上、又はNdとPrの合計がR2の8.0%以上
で、残りがR1以外のYを包含する希土類元素の
少なくとも一種である。 特に、本発明によれば、上記Fe.Co.B.R.Al組
成を有し、平均粒度0.3〜80μmの合金粉末を成形
し、900〜1200℃で非酸化性又は還元性雰囲気下
において焼結し(好ましくは平均結晶粒径1〜
80μmの結晶体を得)、350℃〜当該焼結温度以下
で熱処理することによりFe.Co.B.R.Al系永久磁
石材料が製造できる。この永久磁石材料は上記
Fe.Co.B.R.Al組成において異方性の場合特に優
れた磁気特性を示す。以下他に明示しない場合、
%は原子%を示す。 本発明は、従来のFe.B.R系アモルフアスリボ
ンと異なり磁気異方性の永久磁石体が得られる点
で特徴的であるが、等方性のものも従来の等方性
永久磁石材料に比して優れたものが得られる。 即ち、本発明は、成形を磁界中で行うことによ
り磁気異方性(以下異方性と称する)の永久磁石
材料を製造できるが、磁界をかけずに成形を行う
ことにより、等方性の永久磁石材料もその他同様
にして製造でき、特定R1及び少量のAlの含有に
基き顕著な時効処理の効果がある。 等方性永久磁石材料を得る場合、有用な磁気特
性は、Fe.B.Rベース系において、R10〜20%、
B3〜23%、Co50%以下、Al0.1〜3%、残部Fe
及び不純物の組成とすることにより得られる。 本発明のFe.B.R系ベースのFeの一部をCoで置
換することにより、永久磁石材料のキユリー点を
上昇させ、磁気特性の温度依存性を改善する。 また、永久磁石材料へのAlの含有により、及
びRとして特定のR1,R2の含有により、保磁力
を増大させる効果を示し、特に時効処理を施した
とき顕著であり、加えて減磁率を改善し、もつて
磁石の安定性を改善させることができる。以下、
まず主として異方性の場合を基本として説明す
る。 本発明によつて得られる永久磁石材料はFe.B.
R系磁石材料において、FeをCoにより一部置換
することにより磁石材料の温度特性を改善するも
のであるが、更には希土類元素Rとして資源的に
豊富なNdやPrなどの軽希土類を主体として用い
て高い磁気特性を発現させるものである。 一般にFe合金へのCoの添加は添加量の増大に
よりキユリー点Tcが上昇するものと下降するも
のがあり、一般的に添加効果を予測することは困
難である。本発明においてFeのCoによる置換の
結果はCoの置換量の増大に伴いTcは徐々に増大
することが明らかとなつた。又磁石材料組成のR
の種類によらず同様な傾向が確認される。Coの
置換量はわずか(例えば0.1〜1%)でもTc増大
に有効であり、Coの置換量により約310〜約750
℃の任意のTcをもつ合金が得られるが、Co量は
iHc1kOe以上とするため、またTcの改善効果と
高価な点とを考慮して50%以下とする。 Bは保磁力が1kOe以上を満たすために2%以
上とし、ハードフエライトの残留磁束密度Br約
4kG以上とするために28%以下である。希土類元
素Rは保磁力1kOe以上とするため8%以上必要
であり、また燃え易く工業的取扱・製造上の困難
のため、また高価であることから30%以下とす
る。Bとしては純ボロン又はフエロボロンを用い
ることが出来、不純物としてAl,Si,Cなどを
含むものを用いることが出来る。 R1は後述の通り0.05〜5%とすることにより、
iHcの増加、減磁率の改善が達成される。 Rとしては資源的に豊富な軽希土類を用いるこ
とができ必ずしもSmを必要とせず或いはSmを主
体とする必要もないのでその場合、原料が安価で
ありきわめて有用である。本発明の永久磁石材料
は従来のR.Co磁石に比べ資源的、価格的いずれ
の点においても有利なもの、或いは磁気特性の上
からも一層優れたものが得られる。本発明で用い
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2種以
上を用いる。即ちこの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。Rとしては
軽希土類を主体とすることが好ましく、特にNd、
Trを主体とすることが好ましい。即ち、Rのう
ち、R1として特定量のDy,Tb,Gd,Ho,Er,
Tm,Ybの内一種以上を残部R2(R=R1+R2)と
共に用い、R2としてNd,Prの一種又は二種をR2
の80%以上とすることにより高性能磁石材料が得
られる。また通例Rの出発原料としては単体Rを
もつて足りるが特定の重希土類元素R1を除いて
残部R2は実用上は2種以上の混合物(ミツシユ
メタル、ジジム等)を入手上の便宜等の理由によ
り用いることができる。この残部R2としてSm,
Y,La,Ce等はNd,Prとの混合物として用いる
ことができる(但しNd,PrをR2のうちの80%以
上とする)。なおSm,La,Er,Tmは単独で用
いることはiHcが低く好ましくなく、Eu,Pm,
Yb,Lu等は非常に微量にしか存在せず高価であ
るが、Nd,Prとの混合物として用いることがで
きる。なお、このRは純希土類元素でなくともよ
く、工業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純
物を含有するもので差支えない。このようにRと
しては工業上入手し易いものを主体として用いる
ことができる点で本発明は極めて有利である。 本発明の永久磁石材料においてAlは保磁力を
増大させる効果をもつている。保磁力の増大は磁
石の安定性を増し、その用途が拡大される。しか
しAlはその増大につれてBrが低下していき、そ
のため最大エネルギー積(BH)maxが減少す
る。iHcの増大の効課、Brの低下傾向、(BH)
maxへ与える影響を考慮すると、Al0.1〜3%
(好ましくは0.2〜2%)が特に有効である。Alが
3%を越えるとiHcはさらに増大するが(BH)
maxがAlを含有しない場合より実質上低下する
ので、Alは3%以下とし、Al0.1%未満ではiHc
増大の効果が十分でないのでAl0.1%以上とする。 第1図はCoを含まない基本系(77−X)Fe−
8B−15Nd−XAlを示すが、Al3%で30MGOe以上
の(BH)maxが得られ、一方iHcは12kOe以上
に達するので、Al3%以下が最も優れた磁気特性
を付与する上で有効と言える。なお、この傾向は
Co含有の場合にも同様に妥当することが確かめ
られている。 前記Fe.Co.B.R.Al組成の範囲内の場合、最大
エネルギー積(BH)maxはハードフエライト磁
石(〜4MGOe)と同等あるいはそれ以上とな
る。また、Fe.Co.B.R成分について、軽希土類元
素(特にNd,Pr)を全R中の50%以上含有し、
かつ11〜24%のR、3〜27%のB、Co45%以下、
残部は実質的にFeの組成範囲の場合、(BH)
maxは7MGOe以上を与えるための好ましい範囲
となる。Fe.Co.B.R成分についてさらに好ましい
範囲は軽希土類元素(特にNd,Pr)を全R中の
50%以上含有し、かつ12〜20%のR、4〜24%の
B、Co35%以下、残部は実質的にFeの組成範囲
の場合、温度特性が良好であるとともに(BH)
maxは10MGOe以上十分可能であり、最高の最
大エネルギー積は33MGOe以上に達する。なお
Co5%以上においてBrの温度係数(α)は約0.1
%/℃以下となり、また本発明のFe.Co.B.R.Al
合金はAlを含有しないFe.B.R合金に比較して良
好な温度安定性を有するのみならず、Co添加に
より減磁曲線の角形性が改善されるため、最大エ
ネルギー積の向上がはかれる。また、CoはFeに
比べて耐熱性を有するので、Fe.B.R合金にCoを
添加することにより耐食性を付与することが可能
である。 また本発明の製法において合金粉末(組成物)、
又得られる永久磁石材料は、Cu.C.S.P.Ca.Mg.O.
Si等を少量含有することも可能であり、製造上の
利点、低価格化に資す。特に、Cu3.5%以下、
S2.0%以下、C4.0%以下、P3.5%以下(但しその
合量は当該各元素の最大値以下)が実用上好まし
い。これらの元素の含有によつても、なおハード
フエライトと同程度のBr(4kG程度)以上であ
り、有用である。さらに、例えば、Ca4%以下、
Mg4%以下、O2%以下、Si5%以下の含有も可能
である。Cu,P,Ca,Mg,Cは安価な原料、
有機成形助剤等から、S,Oは製造工程から混入
することもある。 また、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ができる。
但し、必要に応じ工程、保存に注意する。その
他、工業的製造上不可避な不純物の存在を許容で
きる点で本発明は実用的である。 以下本発明の製造方法を磁気異方性永久磁石材
料の場合について更に説明する。 まず出発原料となる前記Fe.Co.B.R.Al組成の
合金粉末を得る。これは通常の合金溶解後例えば
鋳造等アモルフアス状態とならない条件で冷却し
て得た合金鋳塊を粉砕して分級、配合等により供
してもよく、あるいはFe,Co,Fe.B粉等と共に
Ca等の還元剤を用いて希土類酸化物から還元法
によつて得てもよくこのFe.Co.B.R.Al合金粉末
は構成元素又はその合金により組成を調整でき
る。即ち、本発明の合金粉末は、予め所定のFe.
Co.B.R.Al組成として調整した合金粉末、或いは
所定の組成となるよう配合した合金粉末混合物、
或いは、Fe.B.Rベース合金に補助的に構成元素
又はその合金を添加して所定組成としたもの、等
を用いることができる。例えば、Co成分として
は、R−Co合金等を添加することもでき、Alに
ついても同様なことが言える。 Fe.Co.B.R.Al系化合物は、Fe.B.R化合物をベ
ースとする化合物磁石材料として、従来のアモル
フアス薄膜や超急冷リボンとは全く異なる結晶性
のX線回折パターンを示し、新規な正方晶系結晶
構造を主相として有するものである。このこと
は、同一出願人の出願に係る特願昭58−94876に
開示の通りである。 Fe.Co.B.R.Al合金粉末の平均粒度は0.3〜80μm
のものを用いることが好ましい。平均粒度80μm
をこえるとすぐれた磁石特性が得られない傾向が
ある。平均粒度0.3μmより下では、微粉砕中ない
しその後の製造工程において、粉末の酸化が著し
くなり、焼結後の密度が上がらず得られる磁石特
性も低い傾向がある。平均粒度40〜80μmの範囲
では磁石特性のうち保磁力がやや低い。優れた磁
石特性を得るためには合金粉末の平均粒度とし
て、1.0〜20μmが最も望ましい。 粉砕は通常の方法でよく、不活性ガス雰囲気中
で行なう乾式粉砕又は有機溶媒中で行なう湿式粉
砕のいずれでもよい。湿気で行う場合、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。 次に合金粉末を成形する。成形は通例の粉末治
金法と同様に行うことができ、加圧成形が好まし
く、異方性とするためには、磁界中でプレスす
る。例えば、合金粉末を、5kOe以上の磁界中で
0.5〜3.0Ton/cm2の圧力で加圧することにより成
形体と成す。この磁界中加圧成形は粉末をそのま
ま成形する方法、アセトン、トルエン等有機溶媒
中成形する方法いずれも可能である。 次に、この成形体を還元性ないし非酸化性雰囲
気中で所定温度(900〜1200℃)にて焼結する。
例えば、この成形体を10-2Torr以下の真空中な
いし、1〜760Torr、純度99.9%以上の不活性ガ
スないし還元性ガス雰囲気中で900〜1200℃の温
度範囲で0.5〜4時間焼結する。焼結温度900℃よ
り下では十分な焼結密度が得られず、高い残留磁
束密度も得られない。また1200℃より上では焼結
体が変形し結晶粒の配向がくずれるため残留束密
度の低下と減磁曲線の角形性が低下する。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、磁石特性の再現性を
考慮すると、0.5〜4時間の焼結時間が望ましい。 焼結は、所定の結晶粒径、結晶密度がえられる
よう温度、時間等の条件を調節して行う。なお、
焼結に関しては、本願と同一出願人により出願さ
れた特願昭58−88372にさらに詳細に開示の通り
である。 焼結体の密度は理論密度(比)の95%以上が磁
気特性上好ましく、例えば、焼結温度1060〜1160
℃で密度7.2g/cm2以上が得られ、これは理論密度
の96%以上に相当する。 更に、1100〜1160℃の焼結では、理論密度比99
%以上にも達する。 上記焼結例では1160℃では密度は高くても
(BH)maxは低下している。これは結晶粒の粗
大化に起因し、iHc、角形性が低下するためであ
ると考えられる。 焼結雰囲気は本合金中の成分であるRが高温で
極めて酸化しやすいので、非酸化性雰囲気である
高真空中あるいは不活性ガス、還元性ガス雰囲気
中にて行うが、不活性ガス、還元性ガスの純度は
高い方がよい。不活性ガスを用いる場合は高い焼
結密度を得る方法として1〜760Torr未満の減圧
雰囲気中で行うことも可能である。 焼結時の昇温速度は特に規定しないが、前記湿
式プレス方式の場合には有機溶媒の溶媒除去をお
こなうため昇温速度40C/min以下で昇温を行う
か或いは昇温途中で200〜800℃の温度範囲で0.5
時間以上保持して溶媒除去をおこなうことが望ま
しい。 焼結後、室温までの冷却速度は20℃/min以上
が製品のバラツキを少なくするために好ましく、
引続く時効処理により磁石特性を高めるためには
冷却速度として100℃/min以上が望ましい(但
し、焼結に続いて直ちに熱処理工程に入ることも
できる。)。いずれの場合にも少なくとも800℃以
下まで上記冷却温度で冷却することが好ましい。 時効処理は真空ないし不活性ガスないし還元性
ガス雰囲気中で350℃から焼結温度以下の温度範
囲で、凡そ5分から40時間おこなう。時効処理の
雰囲気としては合金中の主成分のRが高温で酸素
或いは水分と急激に反応するので、真空の場合は
真空度10-3Torr以下、不活性ガス、還元性ガス
雰囲気の場合は雰囲気の純度99.99%以上が望ま
しい。 本発明において合金の最適焼結温度は組成によ
り異なり、時効処理は磁石材料の各焼結温度以下
で行う必要がある。例えば
58Fe.20Co.5B.16Nd.1Al磁石材料では時効処理の
上限温度は1030℃である。一般にFeに富むある
いはBが少ない、あるいはRが少ない組成ほど上
限時効処理温度を高くできる。しかし、時効処理
温度が高すぎると、磁石材料の結晶粒が過剰成長
し、磁石特性とりわけ保磁力の低下をもたらすと
ともに、最適時効処理時間が極めて短時間となり
製造条件の制御が困難となり実用的でない。ま
た、350℃より下では時効処理時間に極めて長時
間を要するため実用的でなく、かつ減磁曲線の角
形性が低下し優れた永久磁石にならない。なお、
焼結体の平均結晶粒径は、iHc1kOe以上とする
ためには1〜80μmとすることが好ましい。本発
明の永久磁石材料の結晶粒の過剰成長を起さずに
優れた磁石特性を実用的に得るには時効処理温度
として450℃から800℃が望ましく、500〜700℃が
最も望ましい。時効処理は5分から40時間おこな
うが、時効処理時間が5分未満では時効処理の効
果はほとんど現れず、また得られる磁石特性のバ
ラツキも大きい。一方、時効処理が40時間をこえ
ると工業的に長時間を要しすぎるため実用的とは
いいがたい。優れた磁石特性を実用的に再現性良
く得るには時効処理時間として30分から8時間が
望ましい。 また本発明において磁石材料の時効処理の手法
として2段以上の多段時効処理も有効であり、例
えば1030℃で焼結した69Fe.10Co.7B.13Nd.1Al磁
石材料では1段目として820℃〜920℃の温度範囲
で30分から6時間の初段時効処理を行つたのち、
2段目以降は400〜750℃の温度範囲で2時間から
30時間の1回以上の時効処理を行うことにより、
残留磁束密度、保磁力、減磁曲線の角形性のとも
に高い優れた磁石特性が得られる。とりわけ2段
目以降の時効処理は保磁力の著しい向上に効果が
ある。また時効処理の別手法として多段時効処理
の代りに時効処理の際に400℃から800℃の温度範
囲を空冷・水冷等の冷却方法により一定の冷却速
度で冷却を行つても同様の磁石特性が得られる
が、その際の冷却速度は0.2℃/minから20℃/
minであることが必要である。なおこれら時効処
理は焼結後そのまま行つても、焼結後一旦室温ま
で冷却後再び昇温して行つてもよい。 また本発明の製造方法は磁気異方性永久磁石材
料のみならず、等方性永久磁石材料にも適用でき
る。なお等方性永久磁石材料の製造方法において
は合金粉末を磁界中でなく成形するほか他工程は
そのまま利用することが出来る。 等方性の場合には、R10〜25%、B3〜23%、
50%以下のCo、0.1〜3%のAl、残部Fe及び不可
避の不純物から成る組成において、(BH)
max2MGOe以上が得られる。等方性磁石材料は
元来異方性磁石材料の磁気特性の1/4〜1/6の低い
特性のものであるが、本発明によれば、それにも
かかわらず、等方性としては極めて有用な高い特
性が得られる。 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
(第1図参照)。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以上を得るにはB3〜23%の範囲でな
ければならない。 Fe,B,R,(R1+R2)成分について、好まし
くは軽希土類(特にNd,Pr)をRの主成分(全
R中軽希土類が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。Fe,
B,R成分について最も好ましい範囲として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無
い高い特性が得られる。 Alとしては、異方性の場合と同じ範囲が好ま
しく、時効処理によるiHc増大の効果が大であ
る。等方性の場合も、その添加量の増大と共に
Brは減少傾向を示す。 結合剤、滑剤は、異方性の場合には、成形の際
の配向を妨げるため一般には用いられないが、等
方性磁石の場合には、結合剤、滑剤等を含むこと
によりプレス効率の改善、成形体の強度増大等が
可能である。 等方性の場合もR,B,Fe,Alの他に所定範
囲内でC,P,S,Cu,Ca,Mg,O,Siが含有
されることもでき、C4.0%以下、P3.3%以下、
S2.5%以下、Cu3.3%以下(Ca,Mg,O,Siに
ついては異方性の場合と同じ)但しこれらの合計
は、各成分のうち最大値以下が実用上好ましい。
なお、その他工業的製造上不可避な不純物の存在
を許容できる点も異方性材料におけるものと同様
である。 本発明は、さらに高い磁気特性を得るためAl
を0.1〜3%とし、Rを選択し、Fe,Co,B,R
組成を次の通り選択することにより、さらに高性
能の永久磁石材料を提供する。 即ち、下記R1と下記R2との和をR(希土類元
素)としたとき、原子百分比でR10.05〜5%、
R12.5〜20%、B4〜20%、Co50%以下、残部Fe
(但し、R1はDy,Tb,Gd,Ho,Er,Tm,Yb
の内一種以上、R2は、NdとPrの合計が80%以上
で、残りがR1以外のYを包含する希土類元素の
少なくとも一種)から成る組成の合金粉末組成物
を用いて、同様に成形、焼結、及び時効処理する
ことによつて製造される磁気異方性焼結体永久磁
石材料(Fe.Co.B.R1・R2・Al系磁石材料)は極
めて高性能である。 この系においても、AlはiHc増大の役割を果た
し(第2,3図参照)、Dy等のR1の効果と相俟つ
て、極めて高い温度特性を付与する。 この永久磁石材料は、既述のRをR1とR2の合
計として原子百分比でR10.05〜5%、R12.5〜20
%、B4〜20%、Co35%以下、Al0.1〜3%、残部
Feの組成において保磁力iHc約10kOe以上、残留
磁束密度Br9kG以上、最大エネルギー積(BH)
max20MGOe以上の高保磁力・高エネルギー積
を示す。 R10.2〜3%、R13〜19%、B5〜11%、Co23%
以下、Al0.1%〜3%、残部Feの組成は最大エネ
ルギー積(BH)max30MGOe以上を示し、さら
に好ましい範囲である。 また、R1としてDy,Tbが特に望ましい。 Rの量が12.5%よりも少なくなると本系合金化
合物中にFeが析出して保磁力が低下する。R20%
以上では保磁力10kOe以上の大きい値を示すが
Brが低下して(BH)max20MGOe以上に必要な
Brが得られない。 R1の量は上述Rに置換することによつて促え
られる。R1量は僅か0.2%の置換でもiHcが増加
し、さらに減磁曲線の角形性も改善され(BH)
maxが増加する。R1量はiHc増加の効果と
(BH)max増大の効果を考慮して0.05%以上が好
ましい。R1量が増加するにつれて、iHcは上昇し
ていき、(BH)maxは0.4%をピークとしてわず
かずつ減少するが、例えば3%の置換でも
(BH)max29MGOe以上を示す。 安定性が特に要求される用途にはiHcが高いほ
ど、すなわちR1を多く含有する方が有利である
が、しかしR1を構成する元素は希土類鉱石中に
もわずかしか含まれておらず、大変高価である。
従つてR1は5%以下が好ましい。B量は、4%
以下になるとiHcが10kOe以下になる。またB量
の増加もR量の増加と同じくiHcを増加させる
が、Brが低下していく。(BH)max20MGOe以
上であるためにはB20%以下が必要である。 この磁石材料では、35%以下のCoの含有によ
り(BH)maxを高く保持しつつ温度特性が改善
されるが、Co添加の効果は、既述の通りであり、
特にCo23%以下では(BH)maxは無含有の場合
と同等以上である。Co含有量が25%を越えると
(BH)maxは低下していき35%を越えるとさら
に低下し、(BH)maxは20MGOeより低くなる。
このFe.Co.B.R1・R2・Al系磁石材料はまた、常
温着磁後の100℃における曝露テストでは、Sm2
Co17磁石、或いはR成分を含まないFe・B・R
磁石と比べて極めて僅かな減磁率を示し、温度に
対する安定性が大きく改善されている。 Alは時効処理によりiHcを増し、減磁曲線の角
形性を増す効果があり、一方その添加量が増すに
従い、Brが低下していくため、(BH)maxを余
り低下させない範囲が有用と考えられAl3%以下
でこの条件を満足する(第2図参照30MGOe以
上あり)。 以上詳述の通り本発明の永久磁石材料の製造方
法はFe・Co・B・R・Al系の高保磁力・高エネ
ルギー積を備える優れた磁石特性を有する永久磁
石材料を提供するものである。又RとしてNd,
Pr等の軽希土類元素を主体として用いることに
より資源的・価格的などの点においても優れた永
久磁石であり、工業的利用性の高いものである。 特に、Fe・B・R系においてAlを含有させる
と共に焼結体について所定の時効処理を施すこと
によつて、得られる結晶質永久磁石材料につい
て、より一層の保磁力の向上及び減磁曲線の角形
性の向上を実現したものであり、更にRとして所
定のR1とR2とを組合せた組成とすることにより、
その効果(保磁力及び角形性の改善)が一段と高
められると共に減磁率も改善され、しかもFeの
一部をCoで置換することにより、キユリー温度
を高めて温度特性をも改善され、もつて極めて高
性能な永久磁石材料を提供できる。 以下本発明の態様及び効果について、さらに実
施例に従つて説明する。但し実施例及び記載の態
様は、本発明をこれらに限定するものではない。 表1〜2は、つぎの工程によつて作製した種々
のFe.Co.B.R.Al系組成から成る永久磁石体の特
性を示す。 (1) 出発原料はFeとして純度99.9%(重量%。以
下原料純度について同じ)の電解鉄、Bとして
フエロボロン合金(19.38%B、5.32%Al、0.74
%Si、0.03%C、残部Fe)、Rとして純度99%
以上(不純物は主として他の希土類金属)を使
用。 Coは純度99.9%の電解Coを使用した。Alと
しては純度99.9%のAlおよびフエロボロン合金
を使用した。 (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、更にボールミルにより所
定の平均粒度のものが得られるように粉砕を行
つた。 (4) 粉末を磁界中で所定の圧力で成形した(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℃の範囲内の所定温度及
び所定の雰囲気焼結を行い、その後所定の熱処
理を行つた。 実施例 1 平均粒度2〜15μm、表1に示す原子百分率組
成を有するFe.Co.B.R.Al合金粉末を10kOe磁界中
で1.8Ton/cm2の圧力で加圧成形した後、99.999%
純度の250Torr Ar中で1080℃、2時間焼結し、
焼結後は冷却速度700℃/minで室温まで急速冷
却した。さらに600Torr Ar中にて時効処理を
700℃で4時間行い、本発明製法に係る磁石材料
を得た。磁石特性およびBrの温度係数αでしよ
うかαでしようか確認願います。(%/℃)の値
を表1に示す。
Rをベースとして特にSmなどの希少希土類金属
を必ずしも必要とせず資源的に豊富でかつ用途が
少ないNdやPrを中心とする軽希土類とFeを主成
分とする高性能な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の各種電気製品から大
型コンピユーターの周辺端末機器まで巾広い分野
で使用されている極めて重要な電気・電子材料の
一つである。近年電気機器の小型化、高効率化の
要求にともない、永久磁石材料はますます高性能
化が求められている。また実用的にはモーター
用・発電機用・磁気カツプリング用など極めて大
きい逆磁界のかかる用途も多く高保磁力を有する
磁石材料も求められている。 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、ハードフエライト、および希土類
コバルト磁石である。最近の高い磁石特性を満た
す永久磁石としては希土類コバルト磁石である。
しかし希土類コバルト磁石は資源的に希少なSm
を必要とし供給が不安定なCoを多量に使用する
ため非常に高価である。 希土類磁石がもつと広い分野でかつ多量に使用
されるようになるためには高価なコバルトを多量
に含まず希土類金属として鉱石中に多量に含まれ
ている軽希土類を主成分とすることが必要であ
る。そのような永久磁石材料への一つの試みとし
てR.Fe系化合物(但しRは希土類金属の少なく
とも1種)が提案された。クラーク(A.E.
Clark)はスパツタリングにより得られた非晶質
TbFe2は4.2°Kで29.5MGOeのエネルギー積をも
ち、これを300〜500℃で熱処理すると室温で保磁
力は3.4kOe,最大エネルギー積は7MGOeを示す
ことを見い出した。同様な研究はSmFe2につい
ても行われ、77°Kで9.2MGOeを示すことが報告
されている。 しかしこれらのものはどれもスパツタリングに
より作成された薄膜であり一般のスピーカーやモ
ーターに使用できる磁石ではない。またPr.Fe系
合金の超急冷により作製したリボンが2.8kOeの
高保磁力を示すことが報告されている。さらにク
ーン等は(Fe,B)0.9Tb0.05La10.05の超急冷によ
り得られた非晶質リボンを627℃で焼鈍すると保
磁力が9kOeにも達することを見い出した(Brは
5kG)。しかしこの場合磁化曲線の角形性が悪い
ため最大エネルギー積は低い(N.C.Koon他
Appl.Phys.Lett.39(10)1981,840〜842頁)。 またカバコフ(L.Kabacoff)等は(Fe,B)1-
XPrx(x=0〜0.3原子比)の組成の超急冷で作成
したリボンはFe.Pr2成分系で室温でkOeレベルの
保磁力をもつものがあると報告している。これら
の超急冷でのリボン又はスパツタリングによる薄
膜はそれ自体として使用可能な実用永久磁石
(体)ではなく、これらのリボンや薄膜から実用
永久磁石材料を得ることは出来ない。即ち従来提
案されているFe.B.R系のリボン又はR.Fe系の薄
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。又これまでに報告さ
れたFe.B.R系のリボンの磁化曲線は角形性が悪
く従来慣用されている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い。更には超急冷で
のリボン、スパツタリングによる薄膜はいずれも
本質上等方性であり、これ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。 本発明の基本的目的は従来の欠点を除去した
Sm等の希少な希土類を必ずしも用いる必要がな
くCo等の資源的に問題のある成分を多く含まな
い新規な永久磁石材料を得ることを基本目的とす
る。 さらに、本発明は、室温以上の温度で良好な磁
石特性を有し磁化曲線の角形性が高い永久磁石材
料の製造方法を提供することを目的とする。本発
明はさらに、資源的に豊富な軽希土類元素を有効
に使用可能な高性能永久磁石材料の製造方法を提
供せんとするものである。 さらに、本発明は、任意の形状・実用寸法に成
形できる高性能永久磁石材料の実用的製造方法を
提供せんとするものである。 その他の目的は、本発明の開示全体から明らか
になる。 本発明者等は先にSm,Coを必ずしも用いる必
要のないFe.B.R系永久磁石材料を発明した(特
願昭57−145072)。このFe.B.R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
促進元素又は粉末治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Fe.B.R系永
久磁石材料の実体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Fe.B.R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)。更に、
こうしたFe.B.R系永久磁石材料が、所定の組成
を有する平均粒度0.3〜80μmの合金粉末(組成
物)を成形し、非酸化性雰囲気において900〜
1200℃で焼結することによつて製造できることも
発明し、別途出願した(特願昭58−88372)。 本発明者らは前記目的を達成するため、さらに
こうしたFe.B.R三元化合物に基づく結晶質の永
久磁石材料の製造方法について鋭意研究したとこ
ろFe.B.R系をベースとしFeの一部をCoで置換
し、少量のAlを含み、かつRとして所定のR1,
R2を配合してなるFe.Co.B.R.Al系の一定の組成
範囲の合金粉末を成形し、焼結し、更に熱処理す
ることにより磁石特性、特に保磁力、角形性及び
温度特性が著しく優れた永久磁石材料が得られる
ことを見い出し本願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1種であつて、下記R1とR2とからなる)、2〜
28%のB、0.1〜3%のAl、残部Fe及び不純物か
ら成り、前記Feの一部を全組成に対して50%以
下のCo(但しCo0%を除く)で置換した組成
(Fe・Co・B・R・Al組成)を有する焼結体を
時効処理して成る永久磁石材料の製造方法によ
り、上記目的が達成される。 この場合、R1は0.05〜5%でDy,Tb,Gd,
Ho,Er,Tm,Ybの内一種以上、R2はNdとPr
の一種以上、又はNdとPrの合計がR2の8.0%以上
で、残りがR1以外のYを包含する希土類元素の
少なくとも一種である。 特に、本発明によれば、上記Fe.Co.B.R.Al組
成を有し、平均粒度0.3〜80μmの合金粉末を成形
し、900〜1200℃で非酸化性又は還元性雰囲気下
において焼結し(好ましくは平均結晶粒径1〜
80μmの結晶体を得)、350℃〜当該焼結温度以下
で熱処理することによりFe.Co.B.R.Al系永久磁
石材料が製造できる。この永久磁石材料は上記
Fe.Co.B.R.Al組成において異方性の場合特に優
れた磁気特性を示す。以下他に明示しない場合、
%は原子%を示す。 本発明は、従来のFe.B.R系アモルフアスリボ
ンと異なり磁気異方性の永久磁石体が得られる点
で特徴的であるが、等方性のものも従来の等方性
永久磁石材料に比して優れたものが得られる。 即ち、本発明は、成形を磁界中で行うことによ
り磁気異方性(以下異方性と称する)の永久磁石
材料を製造できるが、磁界をかけずに成形を行う
ことにより、等方性の永久磁石材料もその他同様
にして製造でき、特定R1及び少量のAlの含有に
基き顕著な時効処理の効果がある。 等方性永久磁石材料を得る場合、有用な磁気特
性は、Fe.B.Rベース系において、R10〜20%、
B3〜23%、Co50%以下、Al0.1〜3%、残部Fe
及び不純物の組成とすることにより得られる。 本発明のFe.B.R系ベースのFeの一部をCoで置
換することにより、永久磁石材料のキユリー点を
上昇させ、磁気特性の温度依存性を改善する。 また、永久磁石材料へのAlの含有により、及
びRとして特定のR1,R2の含有により、保磁力
を増大させる効果を示し、特に時効処理を施した
とき顕著であり、加えて減磁率を改善し、もつて
磁石の安定性を改善させることができる。以下、
まず主として異方性の場合を基本として説明す
る。 本発明によつて得られる永久磁石材料はFe.B.
R系磁石材料において、FeをCoにより一部置換
することにより磁石材料の温度特性を改善するも
のであるが、更には希土類元素Rとして資源的に
豊富なNdやPrなどの軽希土類を主体として用い
て高い磁気特性を発現させるものである。 一般にFe合金へのCoの添加は添加量の増大に
よりキユリー点Tcが上昇するものと下降するも
のがあり、一般的に添加効果を予測することは困
難である。本発明においてFeのCoによる置換の
結果はCoの置換量の増大に伴いTcは徐々に増大
することが明らかとなつた。又磁石材料組成のR
の種類によらず同様な傾向が確認される。Coの
置換量はわずか(例えば0.1〜1%)でもTc増大
に有効であり、Coの置換量により約310〜約750
℃の任意のTcをもつ合金が得られるが、Co量は
iHc1kOe以上とするため、またTcの改善効果と
高価な点とを考慮して50%以下とする。 Bは保磁力が1kOe以上を満たすために2%以
上とし、ハードフエライトの残留磁束密度Br約
4kG以上とするために28%以下である。希土類元
素Rは保磁力1kOe以上とするため8%以上必要
であり、また燃え易く工業的取扱・製造上の困難
のため、また高価であることから30%以下とす
る。Bとしては純ボロン又はフエロボロンを用い
ることが出来、不純物としてAl,Si,Cなどを
含むものを用いることが出来る。 R1は後述の通り0.05〜5%とすることにより、
iHcの増加、減磁率の改善が達成される。 Rとしては資源的に豊富な軽希土類を用いるこ
とができ必ずしもSmを必要とせず或いはSmを主
体とする必要もないのでその場合、原料が安価で
ありきわめて有用である。本発明の永久磁石材料
は従来のR.Co磁石に比べ資源的、価格的いずれ
の点においても有利なもの、或いは磁気特性の上
からも一層優れたものが得られる。本発明で用い
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2種以
上を用いる。即ちこの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。Rとしては
軽希土類を主体とすることが好ましく、特にNd、
Trを主体とすることが好ましい。即ち、Rのう
ち、R1として特定量のDy,Tb,Gd,Ho,Er,
Tm,Ybの内一種以上を残部R2(R=R1+R2)と
共に用い、R2としてNd,Prの一種又は二種をR2
の80%以上とすることにより高性能磁石材料が得
られる。また通例Rの出発原料としては単体Rを
もつて足りるが特定の重希土類元素R1を除いて
残部R2は実用上は2種以上の混合物(ミツシユ
メタル、ジジム等)を入手上の便宜等の理由によ
り用いることができる。この残部R2としてSm,
Y,La,Ce等はNd,Prとの混合物として用いる
ことができる(但しNd,PrをR2のうちの80%以
上とする)。なおSm,La,Er,Tmは単独で用
いることはiHcが低く好ましくなく、Eu,Pm,
Yb,Lu等は非常に微量にしか存在せず高価であ
るが、Nd,Prとの混合物として用いることがで
きる。なお、このRは純希土類元素でなくともよ
く、工業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純
物を含有するもので差支えない。このようにRと
しては工業上入手し易いものを主体として用いる
ことができる点で本発明は極めて有利である。 本発明の永久磁石材料においてAlは保磁力を
増大させる効果をもつている。保磁力の増大は磁
石の安定性を増し、その用途が拡大される。しか
しAlはその増大につれてBrが低下していき、そ
のため最大エネルギー積(BH)maxが減少す
る。iHcの増大の効課、Brの低下傾向、(BH)
maxへ与える影響を考慮すると、Al0.1〜3%
(好ましくは0.2〜2%)が特に有効である。Alが
3%を越えるとiHcはさらに増大するが(BH)
maxがAlを含有しない場合より実質上低下する
ので、Alは3%以下とし、Al0.1%未満ではiHc
増大の効果が十分でないのでAl0.1%以上とする。 第1図はCoを含まない基本系(77−X)Fe−
8B−15Nd−XAlを示すが、Al3%で30MGOe以上
の(BH)maxが得られ、一方iHcは12kOe以上
に達するので、Al3%以下が最も優れた磁気特性
を付与する上で有効と言える。なお、この傾向は
Co含有の場合にも同様に妥当することが確かめ
られている。 前記Fe.Co.B.R.Al組成の範囲内の場合、最大
エネルギー積(BH)maxはハードフエライト磁
石(〜4MGOe)と同等あるいはそれ以上とな
る。また、Fe.Co.B.R成分について、軽希土類元
素(特にNd,Pr)を全R中の50%以上含有し、
かつ11〜24%のR、3〜27%のB、Co45%以下、
残部は実質的にFeの組成範囲の場合、(BH)
maxは7MGOe以上を与えるための好ましい範囲
となる。Fe.Co.B.R成分についてさらに好ましい
範囲は軽希土類元素(特にNd,Pr)を全R中の
50%以上含有し、かつ12〜20%のR、4〜24%の
B、Co35%以下、残部は実質的にFeの組成範囲
の場合、温度特性が良好であるとともに(BH)
maxは10MGOe以上十分可能であり、最高の最
大エネルギー積は33MGOe以上に達する。なお
Co5%以上においてBrの温度係数(α)は約0.1
%/℃以下となり、また本発明のFe.Co.B.R.Al
合金はAlを含有しないFe.B.R合金に比較して良
好な温度安定性を有するのみならず、Co添加に
より減磁曲線の角形性が改善されるため、最大エ
ネルギー積の向上がはかれる。また、CoはFeに
比べて耐熱性を有するので、Fe.B.R合金にCoを
添加することにより耐食性を付与することが可能
である。 また本発明の製法において合金粉末(組成物)、
又得られる永久磁石材料は、Cu.C.S.P.Ca.Mg.O.
Si等を少量含有することも可能であり、製造上の
利点、低価格化に資す。特に、Cu3.5%以下、
S2.0%以下、C4.0%以下、P3.5%以下(但しその
合量は当該各元素の最大値以下)が実用上好まし
い。これらの元素の含有によつても、なおハード
フエライトと同程度のBr(4kG程度)以上であ
り、有用である。さらに、例えば、Ca4%以下、
Mg4%以下、O2%以下、Si5%以下の含有も可能
である。Cu,P,Ca,Mg,Cは安価な原料、
有機成形助剤等から、S,Oは製造工程から混入
することもある。 また、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ができる。
但し、必要に応じ工程、保存に注意する。その
他、工業的製造上不可避な不純物の存在を許容で
きる点で本発明は実用的である。 以下本発明の製造方法を磁気異方性永久磁石材
料の場合について更に説明する。 まず出発原料となる前記Fe.Co.B.R.Al組成の
合金粉末を得る。これは通常の合金溶解後例えば
鋳造等アモルフアス状態とならない条件で冷却し
て得た合金鋳塊を粉砕して分級、配合等により供
してもよく、あるいはFe,Co,Fe.B粉等と共に
Ca等の還元剤を用いて希土類酸化物から還元法
によつて得てもよくこのFe.Co.B.R.Al合金粉末
は構成元素又はその合金により組成を調整でき
る。即ち、本発明の合金粉末は、予め所定のFe.
Co.B.R.Al組成として調整した合金粉末、或いは
所定の組成となるよう配合した合金粉末混合物、
或いは、Fe.B.Rベース合金に補助的に構成元素
又はその合金を添加して所定組成としたもの、等
を用いることができる。例えば、Co成分として
は、R−Co合金等を添加することもでき、Alに
ついても同様なことが言える。 Fe.Co.B.R.Al系化合物は、Fe.B.R化合物をベ
ースとする化合物磁石材料として、従来のアモル
フアス薄膜や超急冷リボンとは全く異なる結晶性
のX線回折パターンを示し、新規な正方晶系結晶
構造を主相として有するものである。このこと
は、同一出願人の出願に係る特願昭58−94876に
開示の通りである。 Fe.Co.B.R.Al合金粉末の平均粒度は0.3〜80μm
のものを用いることが好ましい。平均粒度80μm
をこえるとすぐれた磁石特性が得られない傾向が
ある。平均粒度0.3μmより下では、微粉砕中ない
しその後の製造工程において、粉末の酸化が著し
くなり、焼結後の密度が上がらず得られる磁石特
性も低い傾向がある。平均粒度40〜80μmの範囲
では磁石特性のうち保磁力がやや低い。優れた磁
石特性を得るためには合金粉末の平均粒度とし
て、1.0〜20μmが最も望ましい。 粉砕は通常の方法でよく、不活性ガス雰囲気中
で行なう乾式粉砕又は有機溶媒中で行なう湿式粉
砕のいずれでもよい。湿気で行う場合、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。 次に合金粉末を成形する。成形は通例の粉末治
金法と同様に行うことができ、加圧成形が好まし
く、異方性とするためには、磁界中でプレスす
る。例えば、合金粉末を、5kOe以上の磁界中で
0.5〜3.0Ton/cm2の圧力で加圧することにより成
形体と成す。この磁界中加圧成形は粉末をそのま
ま成形する方法、アセトン、トルエン等有機溶媒
中成形する方法いずれも可能である。 次に、この成形体を還元性ないし非酸化性雰囲
気中で所定温度(900〜1200℃)にて焼結する。
例えば、この成形体を10-2Torr以下の真空中な
いし、1〜760Torr、純度99.9%以上の不活性ガ
スないし還元性ガス雰囲気中で900〜1200℃の温
度範囲で0.5〜4時間焼結する。焼結温度900℃よ
り下では十分な焼結密度が得られず、高い残留磁
束密度も得られない。また1200℃より上では焼結
体が変形し結晶粒の配向がくずれるため残留束密
度の低下と減磁曲線の角形性が低下する。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、磁石特性の再現性を
考慮すると、0.5〜4時間の焼結時間が望ましい。 焼結は、所定の結晶粒径、結晶密度がえられる
よう温度、時間等の条件を調節して行う。なお、
焼結に関しては、本願と同一出願人により出願さ
れた特願昭58−88372にさらに詳細に開示の通り
である。 焼結体の密度は理論密度(比)の95%以上が磁
気特性上好ましく、例えば、焼結温度1060〜1160
℃で密度7.2g/cm2以上が得られ、これは理論密度
の96%以上に相当する。 更に、1100〜1160℃の焼結では、理論密度比99
%以上にも達する。 上記焼結例では1160℃では密度は高くても
(BH)maxは低下している。これは結晶粒の粗
大化に起因し、iHc、角形性が低下するためであ
ると考えられる。 焼結雰囲気は本合金中の成分であるRが高温で
極めて酸化しやすいので、非酸化性雰囲気である
高真空中あるいは不活性ガス、還元性ガス雰囲気
中にて行うが、不活性ガス、還元性ガスの純度は
高い方がよい。不活性ガスを用いる場合は高い焼
結密度を得る方法として1〜760Torr未満の減圧
雰囲気中で行うことも可能である。 焼結時の昇温速度は特に規定しないが、前記湿
式プレス方式の場合には有機溶媒の溶媒除去をお
こなうため昇温速度40C/min以下で昇温を行う
か或いは昇温途中で200〜800℃の温度範囲で0.5
時間以上保持して溶媒除去をおこなうことが望ま
しい。 焼結後、室温までの冷却速度は20℃/min以上
が製品のバラツキを少なくするために好ましく、
引続く時効処理により磁石特性を高めるためには
冷却速度として100℃/min以上が望ましい(但
し、焼結に続いて直ちに熱処理工程に入ることも
できる。)。いずれの場合にも少なくとも800℃以
下まで上記冷却温度で冷却することが好ましい。 時効処理は真空ないし不活性ガスないし還元性
ガス雰囲気中で350℃から焼結温度以下の温度範
囲で、凡そ5分から40時間おこなう。時効処理の
雰囲気としては合金中の主成分のRが高温で酸素
或いは水分と急激に反応するので、真空の場合は
真空度10-3Torr以下、不活性ガス、還元性ガス
雰囲気の場合は雰囲気の純度99.99%以上が望ま
しい。 本発明において合金の最適焼結温度は組成によ
り異なり、時効処理は磁石材料の各焼結温度以下
で行う必要がある。例えば
58Fe.20Co.5B.16Nd.1Al磁石材料では時効処理の
上限温度は1030℃である。一般にFeに富むある
いはBが少ない、あるいはRが少ない組成ほど上
限時効処理温度を高くできる。しかし、時効処理
温度が高すぎると、磁石材料の結晶粒が過剰成長
し、磁石特性とりわけ保磁力の低下をもたらすと
ともに、最適時効処理時間が極めて短時間となり
製造条件の制御が困難となり実用的でない。ま
た、350℃より下では時効処理時間に極めて長時
間を要するため実用的でなく、かつ減磁曲線の角
形性が低下し優れた永久磁石にならない。なお、
焼結体の平均結晶粒径は、iHc1kOe以上とする
ためには1〜80μmとすることが好ましい。本発
明の永久磁石材料の結晶粒の過剰成長を起さずに
優れた磁石特性を実用的に得るには時効処理温度
として450℃から800℃が望ましく、500〜700℃が
最も望ましい。時効処理は5分から40時間おこな
うが、時効処理時間が5分未満では時効処理の効
果はほとんど現れず、また得られる磁石特性のバ
ラツキも大きい。一方、時効処理が40時間をこえ
ると工業的に長時間を要しすぎるため実用的とは
いいがたい。優れた磁石特性を実用的に再現性良
く得るには時効処理時間として30分から8時間が
望ましい。 また本発明において磁石材料の時効処理の手法
として2段以上の多段時効処理も有効であり、例
えば1030℃で焼結した69Fe.10Co.7B.13Nd.1Al磁
石材料では1段目として820℃〜920℃の温度範囲
で30分から6時間の初段時効処理を行つたのち、
2段目以降は400〜750℃の温度範囲で2時間から
30時間の1回以上の時効処理を行うことにより、
残留磁束密度、保磁力、減磁曲線の角形性のとも
に高い優れた磁石特性が得られる。とりわけ2段
目以降の時効処理は保磁力の著しい向上に効果が
ある。また時効処理の別手法として多段時効処理
の代りに時効処理の際に400℃から800℃の温度範
囲を空冷・水冷等の冷却方法により一定の冷却速
度で冷却を行つても同様の磁石特性が得られる
が、その際の冷却速度は0.2℃/minから20℃/
minであることが必要である。なおこれら時効処
理は焼結後そのまま行つても、焼結後一旦室温ま
で冷却後再び昇温して行つてもよい。 また本発明の製造方法は磁気異方性永久磁石材
料のみならず、等方性永久磁石材料にも適用でき
る。なお等方性永久磁石材料の製造方法において
は合金粉末を磁界中でなく成形するほか他工程は
そのまま利用することが出来る。 等方性の場合には、R10〜25%、B3〜23%、
50%以下のCo、0.1〜3%のAl、残部Fe及び不可
避の不純物から成る組成において、(BH)
max2MGOe以上が得られる。等方性磁石材料は
元来異方性磁石材料の磁気特性の1/4〜1/6の低い
特性のものであるが、本発明によれば、それにも
かかわらず、等方性としては極めて有用な高い特
性が得られる。 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
(第1図参照)。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以上を得るにはB3〜23%の範囲でな
ければならない。 Fe,B,R,(R1+R2)成分について、好まし
くは軽希土類(特にNd,Pr)をRの主成分(全
R中軽希土類が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。Fe,
B,R成分について最も好ましい範囲として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無
い高い特性が得られる。 Alとしては、異方性の場合と同じ範囲が好ま
しく、時効処理によるiHc増大の効果が大であ
る。等方性の場合も、その添加量の増大と共に
Brは減少傾向を示す。 結合剤、滑剤は、異方性の場合には、成形の際
の配向を妨げるため一般には用いられないが、等
方性磁石の場合には、結合剤、滑剤等を含むこと
によりプレス効率の改善、成形体の強度増大等が
可能である。 等方性の場合もR,B,Fe,Alの他に所定範
囲内でC,P,S,Cu,Ca,Mg,O,Siが含有
されることもでき、C4.0%以下、P3.3%以下、
S2.5%以下、Cu3.3%以下(Ca,Mg,O,Siに
ついては異方性の場合と同じ)但しこれらの合計
は、各成分のうち最大値以下が実用上好ましい。
なお、その他工業的製造上不可避な不純物の存在
を許容できる点も異方性材料におけるものと同様
である。 本発明は、さらに高い磁気特性を得るためAl
を0.1〜3%とし、Rを選択し、Fe,Co,B,R
組成を次の通り選択することにより、さらに高性
能の永久磁石材料を提供する。 即ち、下記R1と下記R2との和をR(希土類元
素)としたとき、原子百分比でR10.05〜5%、
R12.5〜20%、B4〜20%、Co50%以下、残部Fe
(但し、R1はDy,Tb,Gd,Ho,Er,Tm,Yb
の内一種以上、R2は、NdとPrの合計が80%以上
で、残りがR1以外のYを包含する希土類元素の
少なくとも一種)から成る組成の合金粉末組成物
を用いて、同様に成形、焼結、及び時効処理する
ことによつて製造される磁気異方性焼結体永久磁
石材料(Fe.Co.B.R1・R2・Al系磁石材料)は極
めて高性能である。 この系においても、AlはiHc増大の役割を果た
し(第2,3図参照)、Dy等のR1の効果と相俟つ
て、極めて高い温度特性を付与する。 この永久磁石材料は、既述のRをR1とR2の合
計として原子百分比でR10.05〜5%、R12.5〜20
%、B4〜20%、Co35%以下、Al0.1〜3%、残部
Feの組成において保磁力iHc約10kOe以上、残留
磁束密度Br9kG以上、最大エネルギー積(BH)
max20MGOe以上の高保磁力・高エネルギー積
を示す。 R10.2〜3%、R13〜19%、B5〜11%、Co23%
以下、Al0.1%〜3%、残部Feの組成は最大エネ
ルギー積(BH)max30MGOe以上を示し、さら
に好ましい範囲である。 また、R1としてDy,Tbが特に望ましい。 Rの量が12.5%よりも少なくなると本系合金化
合物中にFeが析出して保磁力が低下する。R20%
以上では保磁力10kOe以上の大きい値を示すが
Brが低下して(BH)max20MGOe以上に必要な
Brが得られない。 R1の量は上述Rに置換することによつて促え
られる。R1量は僅か0.2%の置換でもiHcが増加
し、さらに減磁曲線の角形性も改善され(BH)
maxが増加する。R1量はiHc増加の効果と
(BH)max増大の効果を考慮して0.05%以上が好
ましい。R1量が増加するにつれて、iHcは上昇し
ていき、(BH)maxは0.4%をピークとしてわず
かずつ減少するが、例えば3%の置換でも
(BH)max29MGOe以上を示す。 安定性が特に要求される用途にはiHcが高いほ
ど、すなわちR1を多く含有する方が有利である
が、しかしR1を構成する元素は希土類鉱石中に
もわずかしか含まれておらず、大変高価である。
従つてR1は5%以下が好ましい。B量は、4%
以下になるとiHcが10kOe以下になる。またB量
の増加もR量の増加と同じくiHcを増加させる
が、Brが低下していく。(BH)max20MGOe以
上であるためにはB20%以下が必要である。 この磁石材料では、35%以下のCoの含有によ
り(BH)maxを高く保持しつつ温度特性が改善
されるが、Co添加の効果は、既述の通りであり、
特にCo23%以下では(BH)maxは無含有の場合
と同等以上である。Co含有量が25%を越えると
(BH)maxは低下していき35%を越えるとさら
に低下し、(BH)maxは20MGOeより低くなる。
このFe.Co.B.R1・R2・Al系磁石材料はまた、常
温着磁後の100℃における曝露テストでは、Sm2
Co17磁石、或いはR成分を含まないFe・B・R
磁石と比べて極めて僅かな減磁率を示し、温度に
対する安定性が大きく改善されている。 Alは時効処理によりiHcを増し、減磁曲線の角
形性を増す効果があり、一方その添加量が増すに
従い、Brが低下していくため、(BH)maxを余
り低下させない範囲が有用と考えられAl3%以下
でこの条件を満足する(第2図参照30MGOe以
上あり)。 以上詳述の通り本発明の永久磁石材料の製造方
法はFe・Co・B・R・Al系の高保磁力・高エネ
ルギー積を備える優れた磁石特性を有する永久磁
石材料を提供するものである。又RとしてNd,
Pr等の軽希土類元素を主体として用いることに
より資源的・価格的などの点においても優れた永
久磁石であり、工業的利用性の高いものである。 特に、Fe・B・R系においてAlを含有させる
と共に焼結体について所定の時効処理を施すこと
によつて、得られる結晶質永久磁石材料につい
て、より一層の保磁力の向上及び減磁曲線の角形
性の向上を実現したものであり、更にRとして所
定のR1とR2とを組合せた組成とすることにより、
その効果(保磁力及び角形性の改善)が一段と高
められると共に減磁率も改善され、しかもFeの
一部をCoで置換することにより、キユリー温度
を高めて温度特性をも改善され、もつて極めて高
性能な永久磁石材料を提供できる。 以下本発明の態様及び効果について、さらに実
施例に従つて説明する。但し実施例及び記載の態
様は、本発明をこれらに限定するものではない。 表1〜2は、つぎの工程によつて作製した種々
のFe.Co.B.R.Al系組成から成る永久磁石体の特
性を示す。 (1) 出発原料はFeとして純度99.9%(重量%。以
下原料純度について同じ)の電解鉄、Bとして
フエロボロン合金(19.38%B、5.32%Al、0.74
%Si、0.03%C、残部Fe)、Rとして純度99%
以上(不純物は主として他の希土類金属)を使
用。 Coは純度99.9%の電解Coを使用した。Alと
しては純度99.9%のAlおよびフエロボロン合金
を使用した。 (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、更にボールミルにより所
定の平均粒度のものが得られるように粉砕を行
つた。 (4) 粉末を磁界中で所定の圧力で成形した(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℃の範囲内の所定温度及
び所定の雰囲気焼結を行い、その後所定の熱処
理を行つた。 実施例 1 平均粒度2〜15μm、表1に示す原子百分率組
成を有するFe.Co.B.R.Al合金粉末を10kOe磁界中
で1.8Ton/cm2の圧力で加圧成形した後、99.999%
純度の250Torr Ar中で1080℃、2時間焼結し、
焼結後は冷却速度700℃/minで室温まで急速冷
却した。さらに600Torr Ar中にて時効処理を
700℃で4時間行い、本発明製法に係る磁石材料
を得た。磁石特性およびBrの温度係数αでしよ
うかαでしようか確認願います。(%/℃)の値
を表1に示す。
【表】
* 参考例
実施例 2 平均粒度1〜10μmを有する下記原子百分率組
成を有するFe.Co.B.R.Al合金粉末を無磁界中で
1.0Ton/cm2の圧力で加圧成形した後、99.99%純
度の150Torr Ar中で1020℃、1時間焼結し、焼
結後は冷却速度550℃/minで室温まで急速冷却
した。さらに650Torr Ar中にて時効処理を600
℃で4時間行い、本発明製法に係る磁石材料を得
た。磁石特性の結果を時効処理なしの焼結後の試
料とともに表2に示す。
実施例 2 平均粒度1〜10μmを有する下記原子百分率組
成を有するFe.Co.B.R.Al合金粉末を無磁界中で
1.0Ton/cm2の圧力で加圧成形した後、99.99%純
度の150Torr Ar中で1020℃、1時間焼結し、焼
結後は冷却速度550℃/minで室温まで急速冷却
した。さらに650Torr Ar中にて時効処理を600
℃で4時間行い、本発明製法に係る磁石材料を得
た。磁石特性の結果を時効処理なしの焼結後の試
料とともに表2に示す。
【表】
実施例 3
Rとして純度99.7%以上(不純物は主として他
の希土類元素)を使用し、その他実施例1と同様
にして溶解、鋳造してFe.10Co.8B.13.5Nd,
1.5Dy.1.5Alの合金を得た。 スタンプミルにより35メツシユスルーまでに粗
粉砕し、次いでボールミルにより3時間微粉砕
(3〜10μm)し、磁界(10kOe)中配向・成形
(1.5t/cm2にて加圧)し、焼結を1000〜1200℃1
時間Ar中で行い、焼結後放冷して焼結試料とし
た。 得られた試料を加工研摩後、電磁石型の磁石特
性試験によつて磁石特性を調べた。さらに、500
〜700℃×2時間、Ar中において時効処理を行つ
た。その結果、iHc14.1kOe、(BH)
max30.8MGOeを示した。 さらに、同様にしてCoを含まない系(77−x)
Fe.8B.15Nd.xAl.(77−x)Fe.8B.14.6Nd.0.4Dy.
xAl,(77−x)Fe.8B.13.5Nd.1.5Dy.xAlについ
てAlを0〜3at%に変化させて得た結果を第1〜
3図に夫々示す。 尚、上記実施例においては、R1としてHo,Dy
の例を挙げたが、他のR1即ちTb,Gd,Er,
Tm,Ybを使用しても同様な効果が得られる。
又、R2としてNdの例を挙げたが、Nd,Prが80
%以上である限り、他のR2即ち、La,Ce,Eu,
Sm,Pm,Lu,Yを含有しても同様な効果が得
られる。
の希土類元素)を使用し、その他実施例1と同様
にして溶解、鋳造してFe.10Co.8B.13.5Nd,
1.5Dy.1.5Alの合金を得た。 スタンプミルにより35メツシユスルーまでに粗
粉砕し、次いでボールミルにより3時間微粉砕
(3〜10μm)し、磁界(10kOe)中配向・成形
(1.5t/cm2にて加圧)し、焼結を1000〜1200℃1
時間Ar中で行い、焼結後放冷して焼結試料とし
た。 得られた試料を加工研摩後、電磁石型の磁石特
性試験によつて磁石特性を調べた。さらに、500
〜700℃×2時間、Ar中において時効処理を行つ
た。その結果、iHc14.1kOe、(BH)
max30.8MGOeを示した。 さらに、同様にしてCoを含まない系(77−x)
Fe.8B.15Nd.xAl.(77−x)Fe.8B.14.6Nd.0.4Dy.
xAl,(77−x)Fe.8B.13.5Nd.1.5Dy.xAlについ
てAlを0〜3at%に変化させて得た結果を第1〜
3図に夫々示す。 尚、上記実施例においては、R1としてHo,Dy
の例を挙げたが、他のR1即ちTb,Gd,Er,
Tm,Ybを使用しても同様な効果が得られる。
又、R2としてNdの例を挙げたが、Nd,Prが80
%以上である限り、他のR2即ち、La,Ce,Eu,
Sm,Pm,Lu,Yを含有しても同様な効果が得
られる。
第1図は(77−x)Fe.8B.15Nd.xAlの組成の
永久磁石材料(異方性)についてのAl含有量と
iHc,Br,(BH)maxとの関係を示すグラフ、
第2、第3図は、夫々に他の系(77−x)
Fe.8B.14.6Nd.0.4Dy.xAl及び(77−x)
Fe.8B.13.5Nd.1.5Dy.xAlについての第1図と同
様なグラフ、を夫々示す。
永久磁石材料(異方性)についてのAl含有量と
iHc,Br,(BH)maxとの関係を示すグラフ、
第2、第3図は、夫々に他の系(77−x)
Fe.8B.14.6Nd.0.4Dy.xAl及び(77−x)
Fe.8B.13.5Nd.1.5Dy.xAlについての第1図と同
様なグラフ、を夫々示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 原子比で8〜30%のR(下記R1とR2とからな
る)、2〜28%のB、0.1〜3%のAl、残部Fe及
び不純物から成り、前記Feの一部を全組成に対
して50%以下のCo(但しCo0%を除く)で置換し
た組成を有し、900〜1200℃で焼結してなる焼結
体を350℃〜当該焼結温度以下の温度で熱処理す
ることを特徴とする永久磁石材料の製造方法: 但し、R1は0.05〜5%でDy,Tb,Gd,Ho,
Er,Tm,Ybの内一種以上、R2はNdとPrの一種
以上、又はNdとPrの合計がR2の80%以上で残り
がR1以外のYを包含する希土類元素の少なくと
も一種。 2 R12.5〜20%、B4〜20%、Al0.1〜3%、
Co35%以下、残部Fe及び不純物から成る組成を
有する特許請求の範囲第1項記載の永久磁石材料
の製造方法。 3 焼結体が、前記Fe.Co.B.R.Al系組成を有し、
平均粒度0.3〜80μmの合金粉末組成物を成形、焼
結して得られる特許請求の範囲第1項記載の永久
磁石材料の製造方法。 4 焼結体が、前記Fe.Co.B.R.Al系組成を有す
る合金粉末組成物を磁界中にて成形、焼結して得
られる特許請求の範囲第1項記載の永久磁石材料
の製造方法。 5 焼結体が、原子比でR10〜25%、B3〜23%、
Al0.1〜3%、Co50%以下、残部Fe及び不純物か
らなる組成を有し、平均粒度0.3〜80μmの合金粉
末組成物を無磁界中で成形、焼結して得られる特
許請求の範囲第1項記載の永久磁石材料の製造方
法。 6 焼結体の平均結晶粒径が1〜80μmである特
許請求の範囲第1項記載の永久磁石材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58184843A JPS6077959A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 永久磁石材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58184843A JPS6077959A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 永久磁石材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6077959A JPS6077959A (ja) | 1985-05-02 |
| JPH045739B2 true JPH045739B2 (ja) | 1992-02-03 |
Family
ID=16160282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58184843A Granted JPS6077959A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 永久磁石材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6077959A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60255941A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-17 | Tohoku Metal Ind Ltd | 希土類元素−遷移金属元素−亜金属合金磁石の製造方法 |
| JPS61113736A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-05-31 | Agency Of Ind Science & Technol | 希土類−遷移金属系化合物の焼結磁石の製造方法 |
| US4954186A (en) * | 1986-05-30 | 1990-09-04 | Union Oil Company Of California | Rear earth-iron-boron permanent magnets containing aluminum |
| JPS6453507A (en) * | 1987-08-25 | 1989-03-01 | Shinetsu Chemical Co | Manufacture of rare-earth permanent magnet |
| US6319336B1 (en) | 1998-07-29 | 2001-11-20 | Dowa Mining Co., Ltd. | Permanent magnet alloy having improved heat resistance and process for production thereof |
| US8182618B2 (en) | 2005-12-02 | 2012-05-22 | Hitachi Metals, Ltd. | Rare earth sintered magnet and method for producing same |
-
1983
- 1983-10-03 JP JP58184843A patent/JPS6077959A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6077959A (ja) | 1985-05-02 |
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