JPH0555581B2

JPH0555581B2 -

Info

Publication number: JPH0555581B2
Application number: JP62288346A
Authority: JP
Inventors: Toshio Mukai; Tatsuo Fujimoto
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-03-12
Filing date: 1987-11-17
Publication date: 1993-08-17
Also published as: JPS64247A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、R₂Co₁₇金属間化合物（ただし、Ｒ
はSmを主体とする希土類金属）を主体とし、着
磁性にすぐれたＲ−Co−Cu−Fe−Zr−Ｂ系永久
磁石材料及びその製造方法に関するものである。本系磁石はR₂Co₁₇型と総称されるが、その代
表であるSm₂Co₁₇型磁石は高磁気特性を示すため
に小型で高性能を要求される電磁変換機器（モー
ター等）に広範に使用されている。〔従来の技術〕 Sm₂Co₁₇型のSm−Co−Cu−Fe−Zr系永久磁
石は少量のZrの添加によつて高性能化が達成さ
れた磁石である（特公昭55−48094号公報）。従来
のSmCo₅型磁石に比較してSm₂Co₁₇型磁石はその
保有する飽和磁化が大きく、高い磁気特性が得ら
れる。しかしながら、Sm₂Co₁₇型磁石は、磁壁の
ピンニングによつて保磁力が発生するために、逆
磁区の発生が保磁力を決めるタイプのSmCo₅型
磁石に比較して着磁性がよくない。したがつて、
実用上着磁磁場の大きさに限界があるような場合
には、Sm₂Co₁₇型磁石の性能を十分に発揮できな
い場合がある。例えば、リング状磁石に多極着磁
をする場合には、着磁性のよいSmCo₅型磁石の
方がSm₂Co₁₇型磁石よりも高い表面磁束密度を与
えるという報告がある（野口他、第９回日本応用
磁気学会学術講演概要集、1985、35頁）。種々の
磁石部品の性能としてSm₂Co₁₇型磁石がすぐれる
ためには、その磁石の着磁性を改善しなければな
らない。従来、この問題に取り組み有効な手段を
示した報告はない。〔発明が解決しようとする問題点〕種々の磁石部品の着磁において通常得られる着
磁磁場は20〜25kOeである。したがつて、磁石の
磁気特性はその着磁磁場で十分に発揮されるもの
でなければならない。 Sm₂Co₁₇型磁石のSm−Co−Cu−Fe−Zr系に
おいては、低Cu（10wt％以下）、高Fe（15wt％以
上）の成分系で高特性が得られる。本発明者らは
重量百分率（wt％）でCo−25.5wt％Sm−6wt％
Cu−（17〜21）wt％Fe−2wt％Zrで表わされる合
金の異方性ボンド磁石の高性能化を計る過程で、
保磁力iHcと最大エネルギー積（BH）maxが最
大となる熱処理条件のもとでは着磁性が著しく悪
くなることを見い出した。これは、上記熱処理条
件のもとでは本系合金特有の微細セル組織（セル
間隔〜50nｍ）以外に粗大な析出相（zonal
structure、以下Ｘ相、〜0.5μｍ）が出現したた
めであることをつきとめた。Xiao Yaofuと
Zhang Zhengyiの報告（Proc.8th Inter.
Workshop on Rare−Earth Magnets and
Their Applications、1985、P257）に示される
ように、このＸ相はSmCo₅型の結晶構造（或い
は本発明者らの研究によればSm₂Co₇型の結晶構
造）を有し、強い磁壁のピンニングサイトとして
働く。微細セル組織はセル内部のSm₂（CoFe）₁₇
相とセル境界のSm（CoCu）₅相で構成される。そ
の両相の相境界は磁壁のピンニングサイトとして
働くことは周知であるが、Ｘ相はその相境界より
も強い磁壁のピンニングを行うと考えられる。事
実、Xiao YaofuとZhang Zhengyiの上記文献に
よればＸ相が出現する場合には保磁力は30kOe以
上に達している。したがつてこのような場合には
20−25kOeの着磁磁場では十分に本系磁石の特性
を引き出すことができない。本発明は、上記した
Ｘ相の出現を抑制し、もつて着磁性を改善するこ
とを目的とする。〔問題点を解決するための手段〕本発明の要旨とするところは、下記のとおりで
ある。 (1) 重量百分率（wt％）でＲ（ただしＲはSmを
主体とする希土類元素）：23〜28％、Cu：４〜
10％、Fe：15〜25％、Zr：0.2〜５％、Ｂ：
0.005〜0.06％、残部がCo並びに不可避的不純
物からなることを特徴とする永久磁石材料。 (2) 重量百分率（wt％）でＲ（ただしＲはSmを
主体とする希土類元素）が23〜28％、Cuが４
〜10％、Feが15〜25％、Zrが0.2〜５％、Ｂが
0.005〜0.06％、残部がCo並びに不可避的不純
物からなる合金溶湯を、板厚３mm以下の薄板に
直接連続鋳造急冷処理を行うことを特徴とする
永久磁石材料の製造方法。以下、本発明を詳細に説明する。合金中の析出は微量元素の添加によつて影響を
受けることが多い。また合金の冷却条件によつて
も左右される。本発明者らは、Sm−Co−Cu−
Fe−Zr合金に微量のＢを添加し、板厚３mm以下
の薄板に直接連続鋳造急冷処理を行うことにより
Ｘ相の析出が抑制されることを新たに見い出し
た。ここで、Ｂの添加量は微量であるので飽和磁
化の低下はほとんどない。したがつて、Ｂ添加に
よつて磁気特性を損うことなく着磁性を改善する
ことができる。以下、本発明の磁石合金Ｒ−Co−Cu−Fe−Zr
−Ｂ系の成分について言及する。本発明のＲ−Co−Cu−Fe−Zr−Ｂ系において
ＲはSmを主体とする希土類元素であるが、それ
が23wt％未満では十分な保磁力が得られず、
28wt％超では飽和磁化が低い。Cuは4wt％未満
では十分な保磁力が得られず、10wt％超では飽
和磁化が低くなる。Feは15wt％未満では飽和磁
化の十分に高いものが得られず、25wt％超では
保磁力が低い。Zrは特公昭55−48094号公報によ
り公知のごとく低Cuで高Feの本系磁石合金にお
いては0.2〜5wt％の範囲で添加する必要がある。
すなわち、Zrが0.2wt％未満では十分な保磁力が
得られず、5wt％超では飽和磁化の低下が著し
い。本発明の主眼となるＢは、0.005wt％未満で
は着磁性改善の効果が少く、0.06wt％超では飽和
磁化（すなわち残留磁化）の低下が無視できない
ほど大きくなる。ＢをSm₂Co₁₇系磁石合金に添加した例は特開昭
55−115304号公報、特開昭56−44741号公報、特
公昭59−10562号公報、特開昭60−238436号公報、
特開昭60−238437号公報記載のものなどがある
が、いずれも保磁力を高める目的でＢを添加して
おり、本発明のように着磁性の改善を狙つたもの
ではない。又、前記公知文献においてはＢの添加
量が著しく多い。本発明はこれらの発明と異つ
て、Sm−Co−Cu−Fe−Zr−Ｂ系合金溶湯を又
ロールなどの公知の薄板直接連続鋳造装置によつ
て鋳造し、水冷を施して板厚３mm以下の薄板状急
冷鋳片を製造した。それによつて、添加したＢが
均一にマトリツクスに分散することになり、極小
量の添加量で効果的にＸ相の析出を防止すること
を可能にしたものである。通常の徐冷法による合
金鋳塊の場合は、Ｂは結晶粒界に化合物として晶
出（又は析出）し、着磁性改善の効果は少ない。〔作用〕微量のＢの添加はSm₂Co₁₇型磁石合金における
Ｘ相の析出を抑制し、もつて着磁性を改善する。
第１図にSm−Co−Cu−Fe−Zr合金Ｓとそれに
0.03wt％のＢを添加した合金Ｔとの最大印加磁界
（着磁磁場）24kOeにおける減磁曲線を示す。実
施例に詳しく説明するが、合金Ｓの場合は着磁が
不十分であるものが、合金Ｔにおいてはほぼ完全
に着磁が行なわれている。第２図に合金ＳとＴの
光学顕微鏡によるミクロ組織を示す。図から微量
のＢの添加によつて粒内のＸ相の析出が抑制され
ているのがわかる。〔実施例〕実施例１第１表に示す成分のSm−Co−Cu−Fe−Zr合
金Ｓとそれに0.03wt％のＢを添加した合金Ｔを高
周波真空溶解により溶製した。次にAr雰囲気中
で高周波誘導加熱により合金鋳片を再溶解し、直
径300mmの銅製ロール２本を並設した双ロール式
薄板連続鋳造装置を用い、ロール回転速度
20RPMにて連続鋳造し、ガイドロール直下より
水冷して板厚1.5mmの薄板直接鋳造材を得た。

【表】合金Ｓ、Ｔそれぞれについて最適の溶体化温度
（Ｓは1150℃、Ｔは1130℃）を決め、その温度で
合金薄板を16時間溶体化した。溶体化後急冷し、
時効処理として850℃で１時間保持後に400℃まで
１℃／minで冷却した。次に合金薄板を粗粉砕後
に、ボールミルによつて微粉砕し、粉砕粒子の粒
径が平均90μｍになるように調整した。この粉末
にエポキシ樹脂を2.6wt％添加して混練し、その
混練物を16kOeの磁場中にて4ton／cm²の圧力で試
験片形状（10×10×20mm）に圧縮成形した。成形
体を熱硬化させ、自記磁束計により磁気特性を測
定した。第１図に、最大印加磁場（着磁磁場）
24KOeにおける減磁曲線を示す。図から明らか
なように、Ｂ添加合金Ｔの方がＢ無添加の合金Ｓ
よりも残留磁束密度Brが1.1kG高い。第２表に、
着磁磁場24kOeにおける磁気特性を60kOeのパル
ス着磁を行つて測定した磁気特性と比較して示
す。60kOeのパルス着磁を行うと合金ＳとＴの間
でBrと（BH）maxにほとんど差がなくなる。合
金Ｓは着磁性が悪く、24kOeの着磁磁場では
（BH）maxの飽和値（14.3MGOe）の72％しか得
られていない。一方、Ｂを添加した合金Ｔでは、
24kOeの着磁磁場において（BH）maxの飽和値
（14.1MGOe）が得られており極めて着磁性がよ
い。第２図ａは合金Ｓ（Ｂ：０％）、同ｂは合金Ｔ
（Ｂ：0.03％）の時効処理後の光学顕微鏡写真で
ある。合金Ｓにおいては前述のごとく着磁性を悪
くするＸ相が結晶粒内に出現しているが、合金Ｔ
ではそれが見られない。

【表】実施例２着磁性に及ぼすＢの添加量の効果を調べた。
Co−25.5wt％Sm−6wt％Cu−19wt％Fe−2wt％
Zr合金をベースにＢの添加量を変えた合金を溶
製した。実施例１と同様の方法でボンド磁石を作
製し、磁気特性を評価した。ここで、溶体化温度
はおのおのの合金組成で最高の保磁力を出す温度
を選び、溶体化時間は８時間とした。時効条件は
実施例１と同じである。第３図に着磁磁場が24kOeと60kOeの場合の磁
気特性を示す。Ｂの添加量が0.015〜0.03wt％に
おいて、高い（BH）maxを維持したまま着磁性
が改善されている。ここで、Ｂの添加によつて保
磁力は減少する。実施例３ Feの含有量の異る合金を溶製し、Ｂ添加の効
果を調べた。すなわち、Co−25.5wt％Sm−6wt
％Cu−（17〜21）wt％Fe−2wt％Zr合金とそれら
に0.03wt％のＢを添加した合金を溶製し、実施例
１と同様の方法でボンド磁石を作製した。ここで
溶体化温度はそれぞれの組成で最高の保磁力を出
す温度とし、溶体化時間は８時間とした。第４図に着磁磁場が24kOeと60kOeの場合の磁
気特性の結果を示す。Fe含有量が変化した場合
でもＢの添加によつて着磁性が改善されている。実施例４第１表に示す成分の合金を用いて以下の手順に
従つて焼結磁石を作製した。まず、実施例１と同
様の方法で作製した合金薄板からボールミル粉砕
によつて微細合金粉を得、それを16kOeの磁場中
にて2ton／cm²の圧力で圧縮成形した。次に、成形
体を1160〜1220℃の範囲の最適温度で１時間焼結
し、引き続き1110〜1160℃の範囲の最適温度で16
時間溶体化した。溶体化後の時効処理として、
850℃で１〜４時間保定し、その後１℃／minで
400℃まで冷却した。850℃での保定時間を長くす
ることによつて保磁力が向上する。得られた保磁
力iHcに対して残留磁束密度Brを示すと第５図の
ようになる。図には、着磁磁場Hmが24kOeと
60kOeの場合のBrを示した。Hmが60kOeの場合
には、ほぼ完全に着磁されており、Ｂ添加の有無
によつてBrに差はない。一方、Hmが24kOeの場
合には、保磁力が高くなるに従つて着磁が不完全
になり、Brが低下する。一般に着磁性は保磁力
によつて異なるために、より適性に磁石の着磁性
を評価するためには、同程度の保磁力を有する磁
石においてBrを比較する必要がある。第５図の
Hmが24kOeの場合から明らかなように、同程度
の保磁力の所でＢの添加によつて１〜1.5kG高い
Brが得られており、著しく着磁性が改善されて
いる。保磁力として約10kOeを示す条件での合金
Ｓ（Ｂ無添加）とＴ（0.03％Ｂ添加）の磁気特性を
第３表に示す。表から明らかなように、Ｂ添加合
金においては著しく着磁性が改善されているのみ
ならず、Ｂ添加による減磁曲線の角形性の改善に
より高い（BH）maxが得られている。Ｂ無添加
合金の場合に着磁性が悪い理由は、ボンド磁石と
同様に焼結磁石においても第２図に示すようなＸ
相が出現しているためである。見かけ上保磁力が
同じでもＸ相のような強い磁壁のピンニングサイ
トがある場合には、着磁性が著しく悪くなる。Ｂ
添加はＸ相の出現を抑制し、均一な微細セル組織
を実現することにより着磁性を向上させる。

〔発明の効果〕

本発明による微量のＢの添加によつてSm₂Co₁₇
型磁石の着磁性は著しく改善された。実施例で取
り上げた異方性のボンド磁石は、リング状磁石と
なし半径方向に異方性をもたせることができるの
で近年その用途が広がりつつある。ここで、リン
グの円周方向に多極に着磁する場合には、着磁磁
場の大きさもおのずと制限されるが、本発明の着
磁性のよい磁石合金を用いることによりその問題
は解消される。本発明の磁石合金を用いて焼結磁石を作製した
場合にも著しく着磁性が改善され、実際の磁石部
品の着磁が容易になることが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図はSm−Co−Cu−Fe−Zr合金とそれに
Ｂを添加した合金の減磁曲線を示す図、第２図
ａ，ｂはＢ添加によつてＸ相の析出が抑制される
ことを示す金属組織顕微鏡写真、第３図は着磁性
に及ぼすＢ添加量の効果を示す図、第４図はFe
の添加量の異る合金におけるＢ添加の効果を示す
図、第５図は焼結磁石におけるＢ添加の効果を示
す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量百分率（wt％）でＲ（ただしＲはSmを
主体とする希土類元素）：23〜28％、Cu：４〜10
％、Fe：15〜25％、Zr：0.2〜５％、Ｂ：0.005〜
0.06％、残部がCo並びに不可避的不純物からなる
ことを特徴とする永久磁石材料。２Ｂ：0.015〜0.03％である特許請求の範囲第
１項記載の永久磁石材料。３重量百分率（wt％）でＲ（ただしＲはSmを
主体とする希土類元素）が23〜28％、Cuが４〜
10％、Feが15〜25％、Zrが0.2〜５％、Ｂが0.005
〜0.06％、残部がCo並びに不可避的不純物からな
る合金溶湯を、板厚３mm以下の薄板に直接連続鋳
造急冷処理を行うことを特徴とする永久磁石材料
の製造方法。４Ｂが0.015〜0.03％であることを特徴とする
特許請求の範囲第３項記載の永久磁石材料の製造
方法。