JPH0620817A - R−t−m−n系ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

R−t−m−n系ボンド磁石の製造方法

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JPH0620817A
JPH0620817A JP4202935A JP20293592A JPH0620817A JP H0620817 A JPH0620817 A JP H0620817A JP 4202935 A JP4202935 A JP 4202935A JP 20293592 A JP20293592 A JP 20293592A JP H0620817 A JPH0620817 A JP H0620817A
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less
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bonded magnet
atm
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Takashi Ikegami
尚 池上
Satoru Hirozawa
哲 広沢
Akira Makita
顕 槇田
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Sumitomo Special Metals Co Ltd
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    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 R−T窒化物にかわる組成を求め、3kOe
以上の保磁力が得られる超微細結晶の該磁石用粉末を容
易に製造でき、かつその後の粉末の取り扱いが容易で低
コスト、高耐食性を有するボンド磁石の製造方法の提
供。 【構成】 Tを主成分としRとして少なくともPrまた
はNdを含有し、かつV,Cr,Moの少なくとも1種
含有し、所要組織となした粗粉砕粉をH2ガスの単独ま
たは不活性ガス(N2ガスを除く)との混合気中での加
熱処理並びに所定雰囲気で加熱保持する脱H2処理を行
い、所要平均粒度の粗粉砕粉のままで平均結晶粒径が
0.05〜0.5μmの集合組織を有する粉体となし、
窒化処理後に、樹脂と結合してしてR−T−M−N系ボ
ンド磁石を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、各種モーター、アク
チュエーター等に用いることが可能なR−T−M−N系
ボンド磁石の製造方法に係り、本系粗粉砕粉にH2ガス
の単独または不活性ガス(N2ガスを除く)との混合気
中での加熱処理並びに所定雰囲気で加熱保持する脱H2
処理を行い、微小結晶粒径を有する集合組織粉体とな
し、さらに窒化処理して、取扱いが容易な粉末を得て、
これをボンド磁石化し、希土類元素量が少なく、低コス
ト、高耐食性のR−T−M−N系ボンド磁石を得る製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】Nd−Fe−B系永久磁石用粉末として
は、超急冷法などにより得られた超微細組織を有する磁
石用粉末が用いられてきた。Nd−Fe−B系永久磁石
用粉末は、キューリ点(Tc)が300℃前後と低く、
Br、iHcの温度係数が大きいため、磁石特性の温度
係数が大きいという問題があり、Co等の添加によりT
cを上昇させてBrの温度係数を改善することが可能で
あるが、Brの温度係数αはせいぜい−0.08%/d
eg程度が限度であった。
【0003】最近、R2Fe17化合物はN2を吸蔵するこ
とにより、Tcが絶対温度で2倍近く高くなり、Nd−
Fe−B系のTcよりも160℃も高く、さらにSm2
Fe17窒化物ではR2Fe14Bの異方性を上回る異方性
磁界が得られることが報告されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】Sm2Fe17窒化物に
は、資源的に少ないSmを多く含有することから比較的
高価になる問題があり、資源的に豊富な他元素を含有す
る永久磁石粉末が求められている。
【0005】また、Nd−Ti−Fe窒化物系磁石も提
案されているが、Nd−Ti−Fe窒化物系はNdを約
18wt%含有することで磁石化され、低融点の亜鉛結
合磁石の製造には使用できるが、樹脂結合磁石としては
十分な保磁力が得られなかった。これは、亜鉛結合磁石
ではThMn12型結晶構造を有する主相の結晶粒径が単
磁区粒子臨界径よりはるかに大きく、数μmもあること
による。すなわち、ボンド磁石用粉末として亜鉛結合磁
石を粉砕すると、粉体の粒子径に比べて結晶粒径が十分
小さくないため、磁気特性に大きな粉末粒径依存性が現
れ、粉体の粒子径粒度が小さくなると、固有保磁力iH
cが極端に劣化する問題がある。
【0006】この発明は、上記の問題を解決するため、
資源的に豊富なPr、Ndを希土類として使用し、さら
にFeを主成分とし、低希土類組成であるという特徴を
有し、経済性と耐酸化性にすぐれているThMn12型結
晶構造のT−R−M−N化合物を用いたボンド磁石の製
造方法の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、1)R 7
〜9at%(R:希土類元素の少なくとも1種でかつP
rまたはNdの1種または2種を50%以上含有)、T
76〜87at%(T:FeあるいはFeの一部を5
0%以下のCo、Niにて置換)、M 3.5〜17a
t%(M:Ti,V,Cr,Moの少なくとも1種含有
あるいはさらにMの50%以下をTiにて置換)からな
る鋳塊を溶体化処理後、平均粒度が20〜500μmの
少なくとも80vol%以上がThMn12型結晶構造を
有する化合物からなる粗粉砕粉となした後、2)前記粗
粉砕粉を0.1〜10atm(常温換算)のH2ガスま
たはそれに等しいH2分圧を有する不活性ガス(N2ガス
を除く)中(但し全圧力は常温換算で10atm以下)
で、500〜900℃に30分〜8時間加熱保持し、
3)さらにH2分圧1×10-2Torr以下にて500
〜900℃に30分〜8時間保持する脱H2処理を行
い、平均結晶粒径が0.05〜0.5μmの集合組織を
有する粉体となし、4)次に前記粉体をN2圧力0.1
〜50atmのN2ガス中で300〜650℃に30分
〜6時間保持した後、冷却して、R 7〜9at%、T
76〜87at%、M 3.5〜17at%、N 3
〜12at%を含有し、ThMn12型構造を有する合金
粉末を得たのち、5)該合金粉末を樹脂で結合してなる
ことを特徴とするR−T−M−N系ボンド磁石の製造方
法である。
【0008】
【作用】発明者らは、R−T−N系永久磁石において、
粉の取扱いが容易で、3kOe以上の保磁力が得られる
超微細結晶からなる該磁石用粉末の製造方法を目的に種
々検討した結果、Sm2Fe172■3に代表されるR−
T−N化合物は、母体であるR−T化合物を約0.3μ
mの単磁区粒子臨界径程度の微結晶の集合組織を有する
粉体にした後、窒化処理および樹脂結合することにより
高保磁力を有するR−T−N系ボンド磁石が得られるこ
とを知見した。
【0009】すなわち、発明者らはH2ガス中でR−T
合金を加熱すると、R−T化合物はRH2■3とαFe等
に分解してさらに脱H2処理により以前と同じR−T化
合物が生成されること、さらにその際、H2ガス中加熱
及び脱H2処理の温度、保持時間を制御することにより
生成するR−T化合物の結晶粒径を制御でき、その後窒
化処理および樹脂結合することにより高保磁力を発現す
る超微細組織を有するR−T−N系ボンド磁石が得られ
ることを知見した。
【0010】また、R2Fe17化合物のみならず、鉄族
元素の希土類化合物は上述の如く、特定の条件のH2
ス中加熱及び脱H2処理を行うことにより、超微細結晶
の集合組織にすることができ、後続のN2拡散処理によ
り磁石特性を制御できることを知見した。
【0011】さらに、Sm2Fe172■3に代表される
R−T窒化物にかわる組成を種々検討した結果、Tを主
成分としRとして少なくともPrまたはNdを含有し、
かつV,Cr,Moの少なくとも1種含有した組成のR
−T−M窒化物がR−T窒化物と同様な一軸性の結晶磁
気を有することを知見し、上記の特定の条件のH2ガス
中加熱及び脱H2処理を行うことにより、新規なNdF
1020.1■1に代表されるR−T−M−N系永久磁
石用粉末は、所要平均粒度の粗粉砕粉のままで平均結晶
粒径が0.05〜0.5μmの集合組織を有する粉体と
なすことができ、ボンド磁石としたときに3kOe以上
の保磁力が得られるのみならず、ボンド化工程での粉末
の取扱いが極めて容易になることを知見し、この発明を
完成した。
【0012】粉末組成の限定理由 この発明の粉末組成において、希土類元素RはY、L
a、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、H
o、Er、Tm、Luが包含され、これらのうち少なく
とも1種以上で、PrまたはNdの1種または2種をR
の50%以上含有し、さらにRのすべてがPrまたはN
dあるいはPrとNdの場合がある。Rの50%以上を
PrまたはNdの1種または2種とするのは、Prまた
はNdの1種または2種が50%未満では十分な磁化が
得られないためであり、またPrあるいはNdの使用に
よりSmに比較して原料コストの低減効果がある。R
は、7at%未満ではα−Feの析出により保磁力が低
下し、また9at%を超えるとR2Fe17相などが析出
して保磁力が劣化するため、7〜9at%とする。
【0013】鉄族元素TはFe、Co、Niの少なくと
も1種を包含し、FeをTの50%以上含有することが
重要である。すなわち、T中のFeが50%未満では十
分な磁化が得られず好ましくない。なお、CoをTの5
0%未満添加することは、キュリー温度が上昇し、異方
性磁界を若干増加させるので特に好ましい。Tは、67
at%未満では低保磁力の第2相が折出して保磁力が低
下し、87at%を超えるとα−Fe析出により保磁
力、角型性が低下するため、67〜87at%とする。
【0014】M、すなわちV,Cr,Moの少なくとも
1種は、ThMn12型構造を有するRFe12-xx化合
物を生成させる必須元素であり、3.5at%未満(x
が0.5未満)ではR2Fe17相やα−Feが析出し
て、目的とする上記化合物が得られず、また17at%
を超える(xが2.0を超える)と磁化が著しく低下す
るため、3.5〜17at%とする。また、TiもTh
Mn12型構造を生成させる元素であるが、TiがMの5
0%を越えると安定してThMn12型構造が生成する温
度が高くなり、目的の微細構造が得られないため、Ti
はMの50%以下とする。
【0015】またNは、0.8at%未満では一軸異方
性が得られず、また12at%を超えるとThMn12
構造が不安定となり、母相がR2Fe17相やα−Feに
分解して好ましくないため、0.8〜12at%とす
る。
【0016】製造条件の限定理由 この発明において、平均粒度が20〜500μmの少な
くとも80vol%以上がThMn12型結晶構造を有す
る化合物からなる粗粉砕粉に限定した理由は、この発明
では上記の特定の条件のH2ガス中加熱前の粗粉砕粉
が、実質的にThMn12型構造を有する化合物であるこ
とが必要であり、体積比で80%以上のThMn12型化
合物であることが望ましい。すなわち、この発明の組成
合金を鋳造法にて作製する場合、鋳塊内にはThMn12
型化合物のほかに、α−FeとTh2Zn17型が共存し
ており、この共存比は鋳塊冷却条件等の製造条件に左右
されるが、共存比は後続工程のH2ガス中加熱、脱H2
理や窒化処理よってはほとんど変化しない。かかるα−
Fe相、Th2Zn17型化合物が存在すると、得られる
磁石粉末の特性、とくにiHcが低下するため、該粗粉
砕粉中にThMn12型化合物が80vol%以上存在す
ることが必要である。体積比で80%以上のThMn12
型化合物を有する粗粉砕粉を得るためには、鋳造まま鋳
塊を800〜1200℃の温度に1時間以上焼鈍する
か、造塊工程の鋳塊の冷却時に鋳型の冷却条件を制御す
るなど、適宜選定できる。
【0017】この発明は、所要粒度の粗粉砕粉が外観上
その大きさを変化させることなく、微細結晶組織の集合
体が得られることを特徴とし、この点が従来のH2吸蔵
粉砕法と本質的に異なるものである。すなわち、ThM
12型R−T−M化合物を高温でH2ガスと反応させる
と、RH2■3、α−Fe、T−M合金相などに相分離
し、さらにH2ガスを脱気により除去すると、再度Th
Mn12型R−T−M化合物の再結晶組織が得られる。出
発原料の粗粉砕方法は、従来の機械的な粉砕方法やガス
アトマイズ法のほか、H2吸蔵粉砕法で粗粉砕してもよ
く、工程の簡略化のためにこのH2吸蔵による粗粉砕法
とこの発明による超微細結晶化のためのH2ガス中加熱
処理を組み合せて、同一装置内で連続的に処理する方法
を採用することも好ましい。この発明において、粗粉砕
粉の平均粒度を20〜500μmに限定したのは、20
μm未満では粉末の酸化による磁性劣化の恐れがあり、
また500μmを超えると窒化処理に長時間を要して好
ましくないためである。
【0018】この発明において、H2ガスの単独または
不活性ガス(N2ガスを除く)との混合気中での加熱に
際し、H2分圧が0.1atm(常温換算)未満では前
述の分解生成の十分な効果が得られず、10atmを超
えると処理設備が大きくなりすぎ、工業生産コスト的に
好ましくないため、H2分圧を0.1〜10atmとす
る。さらに好ましい範囲は0.5〜1.5atmであ
る。また、N2ガスを除く不活性ガスとH2ガスとの混合
気を前記H2分圧で用いる場合も、同様の理由により最
大圧力は10atm以下とする。
【0019】H2ガスの単独または不活性ガス(N2ガス
を除く)との混合気中での加熱処理温度は、500℃未
満ではR−T化合物がH2吸蔵するのみで、RH2■3
αFe等への分解が行われず、また900℃を超えると
RH2■3が不安定となりかつ生成物が粒成長して脱H2
後、超微細組織を有するR−T化合物にすることが困難
となるため、500〜900℃の範囲とする。また、加
熱処理保持時間は、上記の分解反応を十分に行わせるた
めには、30分〜8時間の加熱保持が必要である。
【0020】この発明において、H2ガスの脱H2処理の
温度が500℃未満ではRH2■3の分解が進行せず、目
的とするThMn12型化合物が得られず、900℃を超
えるとThMn12型化合物の再結晶組織が得られるが粒
成長のため粗大な組織となり、すぐれた高保磁力が得ら
れないため、500〜900℃の範囲とする。また、加
熱処理保持時間は、上記の分解反応を十分に行わせるた
めには、30分〜8時間の加熱保持が必要である。
【0021】脱H2処理時のH2分圧は、1×10-2To
rrを超えると処理に長時間を要し好ましくないため、
1×10-2Torr以下とする。H2分圧がこの範囲で
あれば、N2ガスを除く不活性ガス中でこの処理を行っ
てもよく、これにより高気圧に耐える真空容器設備が不
要になり、設備が簡素化でき経済的である。
【0022】脱H2処理後の粉末の平均結晶粒径を0.
05〜0.5μmに限定した理由は、0.05μm未満
では事実上生成が困難であり、0.05μm未満の結晶
が得られたとしても特性上の利点がなく、また0.5μ
mを超えると単磁区粒子臨界径より大きくなり、粉末の
保磁力が減少して永久磁石用粉末として好ましくないた
めである。
【0023】窒化処理時の温度を300〜650℃に限
定した理由は、300℃未満では窒化が進行せず、65
0℃を超えるとα−FeとRNが生成してR−T−M化
合物(RT12-xx)が分解して磁石特性の劣化を招来
するためである。ただし、最適の窒化温度は組成に依存
し、例えばMがV 14.5〜15.5at%のときは
450℃〜550℃、MがMo 14.5〜15.5a
t%のときは500〜650℃が好ましい。窒化処理時
の保持時間は10分未満で十分な窒化が進行せず、また
6時間を超えると分解が起こり磁石特性の劣化を招来す
るため、10分〜6時間とする。
【0024】窒化処理時のN2圧力を0.1〜50at
mに限定した理由は、0.1atm未満では窒化反応速
度が遅く、圧力を上げると反応は速やかに進行するが、
50atmを超えると、処理設備が大きくなりすぎ、工
業生産コスト的に好ましくないためである。
【0025】この発明において、ボンド磁石として複雑
形状や薄肉形状の磁石の成形を高精度に行うためには、
磁石粉末の粒径を十分小さくする必要があり、一方、粉
末粒径を小さくしすぎると、比表面積増大に伴って多量
の樹脂をバインダーとして使用する必要が生じるため、
充填密度が低下し、好ましくなく、従って、粉末粒径を
3μm〜500μmに限定する。
【0026】この発明によるFe−B−R系ボンド磁石
は異方性および等方性磁石に関するものであり、以下に
示す圧縮成型、射出成型、押し出し成型、圧延成型、樹
脂含浸法等、公知のいずれの製造方法であってもよい。
圧縮成型の場合は、磁性粉末に熱硬化性樹脂、カップリ
ング剤、滑剤等を添加混練した後、圧縮成型後加熱し、
樹脂を硬化して得られる。射出成型、押し出し成型、圧
延成型の場合は、磁性粉末に熱可塑性樹脂、カップリン
グ剤、滑剤等を添加混練した後、射出成型、押し出し成
型、圧延成型のいずれかの方法で成型して得られる。樹
脂含浸法においては、磁性粉末を圧縮成型後、必要に応
じて熱処理した後、熱硬化性樹脂を含浸し、加熱して樹
脂を硬化させて得る。また、磁性粉末を圧縮成型後、必
要に応じて熱処理した後、熱可塑性樹脂を含浸して得
る。この発明において、ボンド磁石中の磁性粉末の充填
率は、前記製造方法により異なるが、70〜99.5w
t%であり、残部0.5〜30wt%が樹脂その他であ
る。圧縮成型法の場合、磁性粉末の充填率は95〜9
9.5wt%、射出成型法の場合、90〜95wt%、
樹脂含浸法の場合、96〜99.5wt%が好ましい。
【0027】この発明において、バインダーとして用い
る合成樹脂は熱硬化性、熱可塑性のいずれも利用できる
が、熱的に安定な樹脂が好ましく、例えばボリアミド、
ポリイミド、ポリエステル、フェノール樹脂、フッ素樹
脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂などが適宜選択される。
【0028】実施例1 高周波溶解炉にて溶製して得られた表1に示すNo.1
〜5の組成の鋳塊を、1100℃、24時間焼鈍して、
鋳塊中のThMn12型化合物を95vol%以上となし
たのち、Arガス雰囲気中でスタンプミルにて平均粒度
100μmに粗粉砕した後、この粗粉砕粉をH2分圧が
1.0atm(常温換算)のH2ガス中で800℃に加
熱し2時間保持した後、H2分圧が1×10-4Torr
の雰囲気で800℃、1時間の脱H2処理を行い、表1
に示す平均結晶粒径の集合組織を有する粉体を得た。そ
の後、N2分圧が5.0atmのN2ガス中で400℃、
2時間の窒化処理したのち冷却し、得た粉末に2.0w
t%のエポキシ樹脂を混合したのち、10kOeの磁場
中で3.0ton/cm2の圧力で圧縮成型し、さらに
温度150℃、1時間の条件で樹脂硬化させてボンド磁
石を作製した。得られたボンド磁石の磁石特性を表1に
示す。
【0029】比較例 表1の組成No.1と同一の粗粉砕粉を用いて、H2
圧が2.0atm(常温換算)のH2ガス中で2時間保
持した後、余剰のH2ガスを排気してから加熱し、80
0℃、2時間、H2分圧1×10-4Torrで脱H2処理
して粉砕粉を得た。このときの平均結晶粒径を表3に示
す。さらに実施例と同一の窒化処理後、実施例と同じ条
件でボンド磁石を作成し、その磁石特性を表1に示す。
【0030】
【表1】
【0031】
【発明の効果】この発明は、Tを主成分としRとして少
なくともPrまたはNdを含有し、かつV,Cr,Mo
の少なくとも1種含有した組成の鋳塊を溶体化処理後、
本系粗粉砕粉にH2ガスの単独または不活性ガス(N2
スを除く)との混合気中での加熱処理並びに所定雰囲気
で加熱保持する脱H2処理を行い、微小結晶粒径を有す
る集合組織粉体となし、窒化処理することにより、取扱
いが容易な粉末が得られ、これを樹脂と結合してボンド
磁石化することにより、希土類元素量が少なく、低コス
ト、高耐食性のR−T−M−N系ボンド磁石を得ること
ができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 R 7〜9at%(R:希土類元素の少
    なくとも1種で、かつPrまたはNdの1種または2種
    を50%以上含有)、T 76〜87at%(T:Fe
    あるいはFeの一部を50%以下のCo、Niにて置
    換)、M 3.5〜17at%(M:V,Cr,Moの
    少なくとも1種含有あるいはさらにMの50%以下をT
    iにて置換)からなる鋳塊を溶体化処理後、平均粒度が
    20〜500μmの少なくとも80vol%以上がTh
    Mn12型結晶構造を有する化合物からなる粗粉砕粉とな
    した後、前記粗粉砕粉を0.1〜10atm(常温換
    算)のH2ガスまたはそれに等しいH2分圧を有する不活
    性ガス(N2ガスを除く)中(但し全圧力は常温換算で
    10atm以下)で、500〜900℃に30分〜8時
    間加熱保持し、さらにH2分圧1×10-2Torr以下
    にて500〜900℃に30分〜8時間保持する脱H2
    処理を行い、平均結晶粒径が0.05〜0.5μmの集
    合組織を有する粉体となし、次に前記粉体をN2圧力
    0.1〜50atmのN2ガス中で300〜650℃に
    30分〜6時間保持した後、冷却して、R7〜9at
    %、T 76〜87at%、M 3.5〜17at%、
    N 3〜12at%を含有し、ThMn12型構造を有す
    る合金粉末を得たのち、該合金粉末を樹脂で結合してな
    ることを特徴とするR−T−M−N系ボンド磁石の製造
    方法。
JP4202935A 1992-07-06 1992-07-06 R−t−m−n系ボンド磁石の製造方法 Pending JPH0620817A (ja)

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