JPH0521217A - 希土類ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素を含まなくても優れた磁気性能と温度特
性とを確保でき、しかも十分なる耐熱性を有する希土類
ボンド磁石の製造方法を提供する。 【構成】 希土類金属（Ｒ）、Ｆe 、Ｎ及び／またはＣ
を主成分としかつＴh Ｍn ₁₂型化合物を主相として含む
合金粉末の表面に、メッキ、蒸着、機械的結合等の方法
によりＳn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉn ，Ａl ，Ｍg の少なくと
も一種の金属膜を形成し、100 〜600 ℃で熱処理を行っ
た後、金属または樹脂を結合剤として成形し磁石体を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、希土類ボンド磁石の製
造方法に係り、特に希土類金属、鉄、窒素または炭素を
主成分としかつＴh Ｍn ₁₂型正方晶化合物を主相として
含む希土類ボンド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・機器の小型化にと
もなって高性能な永久磁石が要求されている。1980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、かつそれ以前に開発された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
の理由により工業的に広く利用されつつある。

【０００３】ところで、このＮd −Ｆe −Ｂ系永久磁石
は、キュリー点が約 300℃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。この対策としてＦe の一部をＣo で置換し
たり、Ｎd の一部をＤy で置換することも行われている
が、Ｃo で置換した場合には保磁力が低下し、Ｄy で置
換した場合には飽和磁束密度が低下することとなり、実
際上、温度特性の改良は困難な状況にあった。

【０００４】そこで最近、Ｒ₂ Ｆｅ₁₇型化合物を主相と
して含む希土類金属−鉄−窒素−水素系合金が磁石材料
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キュリー点が期待で
きるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記希土類金属
−鉄−窒素−水素系永久磁石によれば、合金中の水素が
温度や圧力の変化によって比較的容易に放出、吸蔵現象
を起こすため、磁気特性の長期安定性が損なわれ易く、
その上、製造過程で引火爆発の危険のある水素ガスある
いはアンモニヤ分解ガスを取り扱うために、製造性に難
点があるという問題があった。

【０００６】本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされ
たもので、水素を含まなくても優れた磁気性能と温度特
性とを確保できる希土類ボンド磁石の製造方法を提供す
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、本発明にかかる希土類ボンド磁石の製造方法は、希
土類金属（Ｒ）、鉄、窒素または炭素を主成分としかつ
Ｔh Ｍn ₁₂型正方晶化合物を主相として含む合金粉末の
表面に、Ｓn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉn ，Ａl ，Ｍg から選ば
れた少なくとも一種の金属膜を形成し、100 〜600℃で
熱処理を行った後、金属または樹脂を結合剤として成形
することを特徴とする。

【０００８】本発明は、上記合金粉末中における鉄の一
部をＣo で置換しても良く、この場合はキュリー点がよ
り大幅に上昇する。またこの鉄の一部をＴi ，Ｖ，Ｓi
等の他の遷移金属で置換する場合は、Ｔh Ｍn ₁₂型正方
晶化合物相の構造の安定化に寄与する。また本発明は、
上記100 〜600 ℃の熱処理を成形後に行っても成形と同
時に行っても良いものである。

【０００９】上記Ｔh Ｍn ₁₂型正方晶化合物は、一般に
希土類金属と遷移金属との合金において認められる各種
の化合物の内の一種であり、希土類金属と遷移金属との
原子比率が概略８：92の領域を中心として多く存在す
る。本発明は、このＴh Ｍn ₁₂型正方晶化合物を主相と
する希土類−遷移金属系合金に、窒素あるいは炭素を侵
入させることによって磁気特性特に飽和磁束密度を高め
ようとするものである。この場合、希土類金属としては
Ｎd ，Ｐr ，Ｃe 等を用いるのが望ましい。またこれら
希土類金属の合金中に占める割合は、原子百分率（at
％）で３％未満では保磁力が減少し、12％を越えると飽
和磁束密度あるいは残留磁束密度が小さくなって実用的
な永久磁石になりにくいばかりか、合金中にＴh Ｍn ₁₂
化合物以外の、例えばαＦe もしくはＲ₂ Ｆe ₁₇化合物
等が多く現れ、磁気特性の低下をもたらすので、その割
合を３〜20at％とするのが望ましい。

【００１０】ＮまたはＣについては、Ｔh Ｍn ₁₂型化合
物の結晶格子内に侵入して、飽和磁束密度や、キュリー
点および結晶磁気異方性を増大させる働きがあり、その
効果を最大限に発揮させるには、ＮまたはＣの合金中に
占める割合を２〜20％とするのが望ましい。なおＮまた
はＣは、単独もしくは複合添加しても同様な磁気特性が
期待できる。

【００１１】本発明のようにＳn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉn ，
Ａl ，Ｍg の少なくとも一種の金属膜を上記の合金粉末
表面に形成し、熱処理を行うことにより、合金中に少量
残留する軟磁性のαＦe と非磁性の化合物または合金を
つくり、合金の保磁力を大幅に向上させる効果がある。
しかして、この熱処理温度については、 100℃未満で
は、上記のαＦe との反応が行われないために保磁力が
低く、一方 600℃を越えるとＴh Ｍn ₁₂相の分解のため
に所望の磁気特性が得られなくなるので、これを100 〜
600 ℃とした。

【００１２】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含む粉末を製
造した後、この粉末を窒化ガスまたは浸炭性ガスと接触
させて（いわゆる窒化または浸炭処理を行って）、所望
の窒素または炭素を該粉末中に侵入させる方法を採用す
ることができる。この場合、前記希土類金属と鉄とを含
む粉末を得るには、これらの合金インゴットをジョーク
ラッシャー、ボールミル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噴出する急冷
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を採用することができる。ま
た、前記窒化処理は、窒化温度として 300〜 600℃を選
択するのが良く、さらに窒素の侵入を促進させるために
加圧された窒素ガスを用いたり、窒素ガスと他の還元性
ガスとを併用してもよい。また浸炭処理としては、吸熱
型変成ガスを用いる汎用のガス浸炭法、固体浸炭剤を用
いる固体浸炭法、有機溶剤滴下式浸炭法、減圧された真
空炉に炭化水素系ガスを導入して行う真空浸炭法等を採
用することができる。

【００１３】また、本発明において上記合金粉末表面に
Ｓn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉn ，Ａl ，Ｍg などの金属膜を形
成する方法は任意であり、例えば化学薬品を用いて行う
湿式メッキなどの化学的処理、蒸着やスパッタリング等
の物理的処理、振動ミルによる強い機械力による機械的
結合などの方法を採ることができる。また熱処理につい
ては、一般の真空炉を使用して真空中、またはアルゴ
ン、窒素ガス中で実施することができる。

【００１４】本発明は、上記したように金属または樹脂
を結合剤として成形することを特徴とするが、金属結合
剤としてはＺn ，Ｓn ，Ｐb などの低融点金属を、樹脂
結合剤としてはエポキシ樹脂、ナイロンを選択すること
ができる。成形に際しては、前記結合剤を加えた混合粉
末を所定の金型に充填して磁界を加えながら１〜10 ton
／cm² の圧力で圧縮成形してボンド磁石とする。なお、
成形体の高密度化を図るために静水圧加圧装置を用いる
ことも最終的な磁気特性の向上のために効果がある。

【００１５】

【作用】上記のように構成した希土類ボンド磁石の製造
方法においては、ＮまたはＣがＴh Ｍn ₁₂型金属間化合
物の結晶格子内に侵入し、磁気性能を高めかつキュリー
点を上昇させる。また、水素を含まないので長期にわた
って性能が安定し、しかも製造過程で水素を取り扱うこ
とがないので安全性も高まる。また、合金粉末の表面に
Ｓn ，Ｚn ，Ｐb 等の低融点金属皮膜を形成した後、熱
処理を施すことにより、軟磁性のαＦe と非磁性の化合
物または合金をつくり、保磁力を大幅に向上させる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１７】実施例１ 純度99％以上のネオジウム（Ｎd ）、電解鉄およびスポ
ンジチタン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作した。この合金インゴット内部に
は多くの場合成分偏析がみられるため、これをアルゴン
ガス雰囲気下で1100℃、24時間保持してその後急冷する
熱処理を行った。次に，この合金インゴットをジョーク
ラッシャーとスタンプミルまたはボールミルとによって
粉砕して、平均粒径20μm の粉末を得た。続いてこの粉
末をステンレス製小皿に入れて電気炉に装入し、窒素ガ
ス雰囲気下で、350 ℃に１〜24時間保持して窒素を侵入
せしめて合金粉末を得た。

【００１８】次に、上記粉末を、ニッケル触媒を用いた
錫の化学メッキ浴に浸漬して、合金粉末の表面にＳn の
皮膜を形成した。続いて再度電気炉に装入して窒素ガス
中、300℃で30分間熱処理を行った。なお、重量法によ
り求めた合金粉末へのＳn 付着量は、膜厚平均にして約
1.2μm であった。その後、前記粉末に一液性エポキシ
樹脂を３重量％混合して、所定の金型に充填し、15ｋＯ
e の磁界を印加しながら５ ton／cm² の圧力で圧縮成形
し、150 ℃、１時間のキュア処理を行って磁石試料１〜
１０を製作し、これらを磁気特性およびキュリー点の測
定試験に供した。また同時に、所定成分組成のＮd −Ｆ
e −Ｂ焼結体を粉砕して得た粒径30〜 150μm の粉末
を、同様に圧縮成形したものを比較例試料１１、および
所定成分組成のＳm −Ｃo −Ｆe −Ｃu −Ｚr 合金を熱
処理・粉砕・圧縮成形したものを比較例試料１２とし
て、これらも前記同様の試験に供した。なお、試験に先
立って各試料の結晶構造をＸ線回折法によって解析した
結果、磁石試料１〜１０にはいずれも主としてＴh Ｍn
₁₂化合物の存在が認められた。

【００１９】磁気特定の測定は、60ｋＯe のパルス磁界
を印加後、直流式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ＶＳＭ）を用いて行
った。また成分分析は、Ｎd 、Ｆe およびＴi について
はＩＣＰ発光分析法により、Ｎは蒸留中和滴定法により
それぞれ行った。これらの試験結果を表１に示す。なお
表中、Ｂr は残留磁束密度を、ｉＨc は保磁力を、Ｔc
はキュリー点をそれぞれ表しており、また試料番号に付
した符号＃は比較例を表している。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、本発明にかかる
磁石試料２〜４、および７〜９は、いずれも残留磁束密
度Ｂr 、保磁力ｉＨc 、キュリー点Ｔc ともに高い値が
得られた。またキュリー点については、Ｎd −Ｆe −Ｂ
系永久磁石と比較しても高い値となることが明らかにな
った。なお、Ｎ含有量の過小な比較例試料１は、合金粉
末が一軸の結晶磁気異方性を持たないために保磁力が他
に比してきわめて小さい。またＮd 含有量の少ない試料
６の保磁力が他に比して小さい理由は、Ｘ線回折によれ
ば合金中に多量に存在する軟磁性のαＦe がその原因に
なったものと推察される。またＮ、Ｎd を過剰に含有す
る磁石試料５、１０は、保磁力の低下と共に、合金中の
Ｆe 含有量の減少による最大磁束密度Ｂr も低下してい
る。さらに比較例試料１１における低保磁力は、Ｎd −
Ｆe −Ｂ焼結体を粉砕する場合にみられる特有の現象で
ある。比較例試料１２は高いキュリー点を示すものの、
残留磁束密度においては本発明にかかる磁石試料には及
ばない。

【００２２】実施例２ 純度99％以上のプラセオジウム（Ｐr ）、電解鉄、コバ
ルト、スポンジチタン、および4.3 ％の炭素を含有する
銑鉄とを所定の比率で配合、溶解して得たインゴットを
粉砕して、平均粒径20μm の粉末を得た。続いて実施例
１と同様の手順により、Ｓn 皮膜の形成、熱処理、樹脂
混合、圧縮成形をして磁石試料２１〜２４を製作し、こ
れらを実施例１と同様の磁気特性の測定試験に供した。
結果を表２に示す。表２から明らかなように、本発明に
かかる磁石試料２１〜２４はいずれも良好な磁気特性が
得られ、合金中にコバルトを含有することによってキュ
リー点が上昇する傾向を示すことが分かった。また合金
中に、Ｎの代わりにＣを含有させても所望の磁気特性を
得られることが明かとなった。

【００２３】

【表２】

【００２４】実施例３ 実施例１と同様に、ネオジウム、電解鉄、およびスポン
ジチタンとから合金インゴットを製作し、粉砕、窒化し
て、試料番号８と同一成分組成を有する合金粉末を製作
した。次に、乾式メッキ法の一種である蒸着法を採用
し、前記合金粉末を真空蒸着機の回転する小皿にセット
し、真空度１×10^-5Ｔorr.下で、Ｓn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉ
n ，Ａl ，Ｍg の金属またはそれらの合金を抵抗加熱に
より蒸着せしめた後、電気炉に装入して真空中所定の温
度で１時間熱処理を行い、その後、実施例１と同様の手
順により磁石試料３１〜４２を製作し、これを実施例１
と同様の磁気特性の測定試験に供した。それらの結果を
表３に示す。表３から明らかなように、本発明にかかる
磁石試料３２〜４０はいずれも残留磁束密度Ｂr 、保磁
力ｉＨc ともに高い値が得られ、本発明において規定し
たＳn やＺn などのいわゆる低融点金属・合金類の使用
と適切な熱処理の実施が、磁気特性の向上に効果あるこ
とが認められた。なお，比較例試料３１は熱処理を行っ
ていないために保磁力ｉＨc が低い。また比較例試料４
１は熱処理温度が高すぎるために化合物の分解により保
磁力が急減している。

【００２５】

【表３】

【００２６】実施例４ 実施例１と同様に、ネオジウム、電解鉄、およびスポン
ジチタンとから合金インゴットを製作し、粉砕、窒化し
て、試料番号８と同一成分組成を有する平均粒径20μm
の合金粉末を製作した。この粉末を、Ｓn またはＺn を
内張りしたステンレス製のボールミル容器に装入し、容
器内を窒素ガスにて置換後、乾式にて24時間運転し、合
金粉末の表面に機械的に強固に結合されたＳn またはＺ
n の皮膜を形成した。続いて上述の方法によって製作さ
れた皮膜を有するそれぞれの粉末を電気炉に装入して、
窒素ガス中、所定の温度で１時間熱処理を行った。な
お、重量法によって求めた合金粉末へのＳn またはＺn
の付着量は、膜厚平均にして前者が 1.3μm 、後者が
1.0μm であった。次に、これらの粉末に、実施例１と
同様にエポキシ樹脂を混合して、成形、キュア処理を行
って磁石試料５１〜５４を製作し、これらを実施例１と
同様の磁気特性の測定試験に供した。なお、試料５１お
よび５２はＳn 皮膜を形成したものを、試料５３および
５４はＺn 皮膜を形成したものを表す。それらの結果を
表４に示す。表４から明らかなように、本発明にかかる
磁石試料５１〜５４はいずれも残留磁束密度Ｂr 、保磁
力ｉＨc ともに高い値が得られ、合金粉末への皮膜形成
方法として湿式メッキや蒸着以外に、機械的に強固な膜
を形成することによっても良好な磁気特性を得ることが
できることが明らかとなった。

【００２７】

【表４】

【００２８】実施例５ 実施例２における試料番号２２と同一成分組成の合金粉
末（平均粒径30μm ）を用い、これに実施例１と同様に
化学メッキを行って合金粉末の表面に膜厚約 0.8μm の
Ｓn 皮膜を形成した。得られた粉末に、常温硬化型エポ
キシ樹脂を2.5％混合して所定の金型に充填し、15ｋＯe
の磁界を印加しながら５ Ton／cm² の圧力で圧縮成形
し、その後、真空中、所定の温度で１時間の熱処理を行
って磁石試料６１〜６３を製作し、これらを実施例１と
同様の磁気特性の測定試験に供した。表５から明らかな
ように、本発明にかかる磁石試料６２および６３はいず
れも優れた磁気特性が得られ、磁石体成形後に熱処理を
行っても、磁気特性の確保上なんら差し支えないことが
明らかとなった。なお、試料６１は熱処理を実施してい
ないために、残留磁束密度Ｂr 、保磁力ｉＨc ともに低
い。

【００２９】

【表５】

【００３０】実施例６ 実施例５における、表面にＳn 皮膜を形成したＰr −Ｔ
i −Ｃo −Ｃ−Ｆe 合金粉末を用い、これに５重量％の
Ｚn と0.5 重量％のステアリン酸とを混合した。この混
合粉末を、真空ホットプレスの 350℃に加熱された金型
に充填し、10ｋＯe の磁界を印加しながら１ Ton／cm²
の圧力で30分間圧縮成形してボンド磁石試料を製作し、
これを磁気特性の測定試験に供した。なお試料の密度は
7.1 ｇ／cm³ であり、高温での加圧成形のため室温成形
の場合と比較して高い密度が得られた。この結果、本磁
石試料は残留磁束密度Ｂr ＝9784（Ｇ）、保磁力ｉＨc
＝5423（Ｏe ）となり、優れた磁石特性が得られ、成形
と熱処理とを同一工程で行っても良いことが確認でき、
この場合は磁石製造の工程を簡略化することができる。

【００３１】なお、上記各本実施例で得た磁石体は、例
えばエポキシ樹脂やニッケルメッキ等の表面処理を行っ
て実用に供するようにしても良く、この場合は耐食性が
向上する。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる希土類磁石の製造方法によれば、その特有の組成と
化合物相の存在により、水素を含まなくても磁気性能お
よび温度特性に優れた磁石を製造できる。また鉄と化合
物または合金をつくり易い金属の皮膜を合金粉末の表面
に形成した後、熱処理を施すようにしたので、磁気性能
により優れた磁石を製造できる。さらには、製造過程で
危険な水素を取り扱うこともないので、製造の安全性を
確立できるばかりか、磁石の磁気性能も長期的に安定す
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類金属（Ｒ）、鉄および窒素を主成
   分としかつＴh Ｍn ₁₂型正方晶化合物を主相として含む
   合金粉末の表面に、Ｓn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉn，Ａl ，Ｍg
   から選ばれた少なくとも一種の金属膜を形成し、100
   〜600 ℃で熱処理を行った後、金属または樹脂を結合剤
   として成形することを特徴とする希土類ボンド磁石の製
   造方法。
2. 【請求項２】 窒素の一部または全部を炭素で置換する
   ことを特徴とする請求項１に記載の希土類ボンド磁石の
   製造方法
3. 【請求項３】 鉄の一部を他の遷移金属で置換すること
   を特徴とする請求項１に記載の希土類ボンド磁石の製造
   方法
4. 【請求項４】 100 〜600 ℃の熱処理を成形後に行うこ
   とを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の希
   土類ボンド磁石の製造方法。
5. 【請求項５】 100 〜600 ℃の熱処理を成形と同時に行
   うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載
   の希土類ボンド磁石の製造方法。