JPH056814A - 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
合金粉末に、Ｓn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉn ，Ａl ，Ｍg の少
なくとも一種の金属粉末を添加混合し、この混合粉末を
圧縮成形した後、100 〜600 ℃で熱処理を行う。

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（Ｒ）、鉄および窒素ま
たは炭素を含みかつＴｈＭｎ₁₂型正方晶化合物を主相と
して含む合金粉末を用いた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、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、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、長期的に磁気特性が不安定になり易
く、その上、引火爆発の危険性ある水素ガスあるいはア
ンモニア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。またこの永久磁石をボンド磁石
として提供する場合、非磁性のエポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂等をバインダーとして用いる従来の製造方法で
は、磁気性能特に保磁力の低下が避けらず、しかも耐熱
強度が不足して温度特性に優れるというせっかくの利点
が失われる、という問題もあった。

【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、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、本発明にかゝる希土類ボンド磁石の製造方法は、希
土類金属（Ｒ）、Ｆe およびＮまたはＣ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
に、Ｓn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉn ，Ａl ，Ｍg の少なくとも
一種から成る金属粉末を２〜30重量％添加混合し、この
混合粉末を圧縮成形した後、 100〜600 ℃の温度範囲で
熱処理を行うようにしたことを特徴とする。

【０００８】本発明において、上記合金粉末中のＦe は
その一部をＣo，Ｔi ，Ｖ，Ｓi 等の他の遷移金属で置
換しても良いもので、Ｆe の一部をＣo で置換した場合
はキュリー点の大幅な向上に寄与し、Ｆe の一部をＴ
ｉ，Ｖ，Ｓｉ等で置換した場合はＴh Ｍn ₁₂型化合物相
の構造安定化に寄与する。また上記圧縮成形は100 ℃以
上の加熱雰囲気下で行うことができ、さらに、圧縮成形
または熱処理後の磁石素材表面に、金属または有機物の
耐食性皮膜を形成するようにしても良いものである。

【０００９】また本発明において、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。ただし、同じ型の化合物でも、
Ｓm Ｆe ₁₁Ｔｉ，Ｓm Ｆe ₁₀Ｖ₂ を主相として含む合金
は、高い保磁力をもつ反面、飽和磁束密度が低く表れ、
実用には向かない。

【００１０】本発明は、上記Ｔh Ｍn ₁₂型正方晶化合物
を主相とする希土類金属−遷移金属系合金に、窒素また
は炭素を侵入させることによって飽和磁束密度を高めよ
うとするものである。しかしこの場合、例えば単純にＳ
m Ｆe ₁₁Ｔｉに窒素を侵入させると、結晶磁気異方性が
面内となって磁石材料にならず、一軸の結晶磁気異方性
を付与するためには、希土類金属としてＮd ，Ｐr ，Ｃ
e 等を用いるのが望ましい。これら希土類金属は、合金
中に占める割合が原子百分率（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α
Ｆe 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。

【００１１】Ｎあるいは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る。こ
れらＮあるいはＣの合金中における含有量は、２〜20at
％の範囲が所望の磁気特性を得るのに好適である。なお
ＮおよびＣは、それぞれ単独もしくは複合して含有させ
ても同様な磁気特性が期待できる。

【００１２】本発明において、上記合金粉末に添加する
金属粉末はバインダーとしても機能するもので、 100〜
600 ℃の比較的低温度でＦeと化合物または合金をつく
る特性を有している。しかして、これら金属粉末の合金
粉末への添加量は、２重量（wt）％未満では磁石として
の結合力が不足し、30％を越える場合には残留磁束密度
の低下を招くので、これを２〜30wt％とした。また、熱
処理温度として 100〜600 ℃を選択したのは、100 ℃未
満では前記バインダーとしての金属と合金粉末中に含ま
れる鉄との反応が行われないために保磁力の向上が期待
できず、逆に600 ℃を越えるとＴh Ｍn ₁₂相の分解のた
めに高い磁気特性が得られなくなる理由による。

【００１３】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（粒
径：数μm 〜数十μm ）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
等により機械的に粉砕する方法、合金溶湯を回転するロ
ール面へ直接射出する急冷法、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等を
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 300〜500 ℃を選択するのが良く、さらに窒素
の侵入を促進するため、10気圧以上の加圧雰囲気で行う
ようにしても良い。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。

【００１４】また本発明において、上記圧縮成形する方
法も任意であり、例えば合金粉末にバインダーとしての
金属粉末を所定量加えて混合した後、プレス金型に供給
して１〜10 Ton／cm² の圧力で圧縮成形する方法、ある
いは静水圧加圧装置を用いる方法を採用することができ
る。なお前記圧縮成形を100 ℃以上の加熱雰囲気下で行
うことにより、後工程の熱処理を省略または簡略化する
こともできる。

【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、窒素または炭素が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する。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が高まる。また、鉄と化合物
または合金をつくり易い金属をバインダーとして用いた
ので、磁気性能がより一層向上するばかりか、結合力も
増大して耐熱性が向上する。

【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によって粉砕して、50〜200
μm の粉末を得、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、400 ℃、
１〜24時間保持して窒素を侵入せしめ、その後ボールミ
ルにより再度粉砕して平均粒径20μm の合金粉末を得
た。

【００１８】次に、上記合金粉末に粒径約10μm の亜鉛
粉末12重量％を添加してボールミルにより混合し、この
混合粉末を15ｋＯeの磁界を印加しながら５ Ton／cm²
の圧力で圧縮成形した。その後、この成形体を電気炉に
装入して、窒素ガス雰囲気中400 ℃で１時間の熱処理を
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 −Ｆe−Ｂ焼結体を粉砕して得た粒径30
〜150 μm の粉末圧縮成形して比較例試料１１を得ると
共に、所定成分組成のＳm −Ｃo−Ｆe −Ｃu −Ｚr 合
金を熱処理・粉砕・成形したものを比較例試料１２と
し、これらも前記した各種試験に供した。なお、各種測
定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】磁気特性の測定は、60ｋＯe のパルス磁界
を印加した後、直流式ＢＨトレーサーによって行い、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については蒸留中
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、本発明にかゝる
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 とも高い値が得ら
れた。またキュリー点Ｔc については、Ｎd−Ｆe −Ｂ
系磁石試料１１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含有量の過小な磁石試料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ｉ
Ｈc が他に比してきわめて小さい。またＮd含有量の少
ない磁石試料６の保磁力ｉＨc 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、それぞれ保磁力ｉＨ
c が低下すると同時に、合金中のＦe 含有量の減少のた
め残留磁束密度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系焼結体を粉
砕する場合にみられる特有の現象である。比較例試料１
２は高いキュリー点Ｔc を示すものの、残留磁束密度Ｂ
r において本発明にかゝる磁石試料には及ばない。

【００２１】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し、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と同一の手順により、窒化処理、亜鉛粉末添加、圧縮
成形、熱処理を行って磁石試料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。

【００２２】

【表２】

【００２３】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Ｔcが向上する傾向を示す。また合金中に、窒素の代
わりに炭素を含有しても所望の磁気特性を得られること
が確認できた。

【００２３】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、再
粉砕して、試料番号８と同一成分組成を有する平均粒径
20μm の粉末を得た。次にこの粉末に粒径約10μmの亜
鉛粉末を種々の割合で添加混合し、実施例１と同様に圧
縮成形し、窒素ガス中で種々の温度に１時間保持する熱
処理を行って磁石試料３１〜４２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。それらの
結果を表３に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】表３から明らかなように、本発明にかゝる
磁石試料３２〜３５および３８〜４１はいずれも残留磁
束密度Ｂr 、保磁力ｉＨc とも高い値を示し、亜鉛混合
量２〜30重量％および熱処理温度 100〜600 ℃の範囲に
おいて優れた磁気特性が得ることができた。なお比較例
試料４１は、保磁力ｉＨc がやや低いとともに、結合剤
として機能する亜鉛を含まないために磁石強度が低く、
磁気測定中に磁石試料の割れを生じるため実用に供し得
ないことが明らかとなった。また亜鉛混合量の過剰な比
較例試料３６は、残留磁束密度Ｂr が低下して従来のＳ
m ₂ Ｃo ₁₇系磁石の水準になっている。さらに、熱処理
をしない比較例試料３７および熱処理温度が高すぎる比
較例試料４２は低い保磁力ｉＨc を示しており、特に試
料４２については、化合物の分解とそれにともなう鉄と
亜鉛の反応により保磁力が急減している。

【００２６】実施例４ 実施例２における試料番号２２に用いた成分組成と同一
のＰr −Ｔｉ−Ｃo −Ｃ−Ｆe 合金粉末に、Ｓn ，Ｚn
，Ｐb ，Ｉn ，Ａl ，Ｍg あるいはそれらの合金粉末
をそれぞれ15重量％混合したものを、実施例１と同様に
成形した。続いてこれらの成形体を電気炉に装入して、
真空中で種々の温度に１時間保持する熱処理を行って磁
石試料５１〜５８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４に示
す。なお表４中の混合金属の数値は、合金の場合の重量
％を表している。

【００２７】

【表４】

【００２８】表４から明らかなように、本発明にかかる
磁石試料５２〜５８はいずれも、残留磁束密度Ｂr ，保
磁力ｉＨc とも高い値が得られ、本発明において規定し
たいわゆる低融点金属・合金の使用が、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５１
は、熱処理を実施していないために保磁力ｉＨc が小さ
い。

【００２９】実施例５ 実施例１における試料番号８に用いた成分組成と同一の
Ｎd −Ｔｉ−Ｎ−Ｆe合金粉末に、５重量％の亜鉛と0.5
重量％のステアリン酸を混合した。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５
分間圧縮成形して磁石試料を製作し、これを実施例１と
同様の磁気特性の測定試験に供した。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。測定試験の結
果、本試料は残留磁束密度Ｂr ＝9964（Ｇ）、保磁力ｉ
Ｈc ＝7863（Ｏe ）となり、優れた磁石特性が得られる
ことが明らかとなった。

【００３０】実施例６ 実施例４で製作した磁石体表面に、以下の３種類の方法
によりいずれも約20μm の皮膜を形成し、磁石試料６１
〜６３を製作した。すなわち、磁石試料６１はカチオン
系エポキシ樹脂を電着塗装する方法により、磁石試料６
２はフッ素系樹脂を自動機により吹き付け塗装する方法
により、磁石試料６３は電気ニッケルメッキを行う方法
によりそれぞれ製作した。なお、皮膜を形成しない磁石
体を比較例試料６４とした。次に、これらの試料６１〜
６４を、60℃、90％ＲＨ、500 時間の耐湿度試験に供し
て、錆の発生の有無を顕微鏡観察によって調査した。試
験結果を表５に示す。表５から明らかなように、比較例
試料６４は試料表面の皮膜が無いために錆易いものの、
本発明にかかる磁石試料６１〜６３はその表面に有機物
または金属の皮膜を有することにより、実用上充分な耐
食性を得ることができる。

【００３１】

【表５】

【００３２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かゝる希土類ボンド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ように
なり、製造過程で危険な水素を取り扱うことがないの
で、製造の安全性を確立できる効果がある。また本製造
方法により得られた磁石は、水素を含まないので磁気性
能が長期的に安定し、しかも鉄と化合物または合金をつ
くり易い金属をバインダーとして用いることにより磁気
性能がより一層向上すると共に、結合力が増大して耐熱
性が高まり、耐久信頼性が著しく向上するようになる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類金属（Ｒ）、Ｆe およびＮを主成
   分としかつＴhＭn ₁₂型正方晶化合物を主相として含む
   合金粉末に、Ｓn ，Ｚn ，Ｐb ，Ｉn ，Ａl，Ｍg の少
   なくとも一種から成る金属粉末を２〜30重量％添加混合
   し、この混合粉末を圧縮成形した後、 100〜600 ℃の温
   度範囲で熱処理を行う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】 Ｎに代えてＣを含ませたことを特徴とす
   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】 Ｎの一部をＣで置換したことを特徴とす
   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】 Ｆe の一部を他の遷移金属で置換したこ
   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。
5. 【請求項５】 圧縮成形を100 ℃以上の加熱雰囲気下で
   行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記
   載の希土類ボンド磁石の製造方法。
6. 【請求項６】 圧縮成形または熱処理後の磁石素材表面
   に、金属または有機物の耐食性皮膜を形成することを特
   徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の希土類ボ
   ンド磁石の製造方法。