JPH0633444B2

JPH0633444B2 - 永久磁石合金

Info

Publication number: JPH0633444B2
Application number: JP61012668A
Authority: JP
Inventors: 宏樹徳原; 哲広沢; 裕松浦; 日登夫山本; 節夫藤村; 真人佐川
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-01-23
Filing date: 1986-01-23
Publication date: 1994-05-02
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPS62170455A

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石の磁石特性、特に、
温度特性を改善し、残留磁束密度のすぐれたFe−Ｂ−Ｒ
系永久磁石合金に関する。

背景技術現在、高磁気特性でかつ安価な永久磁石材料が求めら
れ、さらに資源的に豊富で、今後の安定供給が可能な組
成元素からなる永久磁石材料が切望されており、本出願
人は先に、高価なSmやCoを含有しない新しい高性能永久
磁石としてFe−Ｂ−Ｒ系（ＲはＹを含む希土類元素のう
ち少なくとも 1種）永久磁石を提案した（特開昭59-460
08号、特開昭59-64733号、特開昭59-89401号、特開昭 5
9-132104号）。この永久磁石は、ＲとしてNdやPrを中心
とする資源的に豊富な軽希土類を用い、Feを主成分とし
て20ＭＧOe以上の極めて高いエネルギー積を示す、すぐ
れた永久磁石である。

最近、磁気回路の高性能化，小形化に伴ない、Fe−Ｂ−
Ｒ系永久磁石材料が益々注目され、その用途の多様化に
伴なって、永久磁石の磁石特性の改善、特に、温度特性
の改善が要望されてきた。

前記Fe−Ｂ−Ｒ三元系永久磁石は、そのキューリー点
が、 140℃〜 400℃で、特にＲがNdの場合は 312℃であ
るため、そのＢｒの温度係数は、-0.15〜-0.1％／℃で
あり、使用条件によって、磁石特性の低下が甚だしくな
り、使用範囲を制限される問題があった。

このFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石において、Feの一部をCoで置
換し、キューリー点を上昇させて該温度特性を改善（特
開昭59−64733 号）することができるが、多量の添加は
コスト高を招来する問題がある。

発明の目的この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする本出願
人提案の永久磁石材料において、使用用途拡大，使用温
度条件の改善のため、磁石特性、特に、温度特性を改善
したFe−Ｂ−Ｒ系永久磁石を目的としている。

発明の構成と効果発明者らは、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石の磁石特性、特に温
度特性の改善を計ることができる微量元素の効果につい
て種々検討した結果、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石内に、微量
のH₂を含有させることにより、該磁石のキューリー点を
上昇させ、温度特性を改善し、かつＢｒを向上させるこ
とができることを知見した。

すなわち、この発明は、Ｒ（ＲはNd，Pr，Dy，Ho、Tbのうち少なくとも１種ある
いはさらに、La，Ce，Sm，Gd，Er，Eu，Tm，Yb，Lu，Ｙ
のうち少なくとも１種からなる）10原子％〜24原子％、Ｂ 4原子％〜24原子％、Ｆｅ65原子％〜81原子％、 H₂ 0.05原子％〜0.3原子％を主成分とし、主相が正方
晶相からなることを特徴とする永久磁石合金である。

また、この発明の永久磁石合金は、平均結晶粒径が 1〜
80μｍの範囲にある正方晶系の結晶構造を有する化合物
を主相とし、体積比で 1〜50％の非磁性相（酸化物相を
除く）を含むことを特徴とする。

したがって、この発明は、ＲとしてNdあるいはさらにPr
を中心とする資源的に豊富な軽希土類を主に用い、Fe，
Ｂ，Ｒ，H₂を主成分とすることにより、20ＭＧOe以上の
極めて高いエネルギー積並びに、高残留磁束密度、高保
磁力を有し、かつ温度による磁気特性の劣化を防止した
Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石合金を安価に得ることができる。

永久磁石の成分限定理由この発明の永久磁石に用いる希土類元素Ｒは、組成の10
原子％〜24原子％を占めるが、Nd，Pr，Dy，Ho、Tbのう
ち少なくとも１種、あるいはさらに、La，Ce，Sm，Gd，
Er，Eu，Tm，Yb，Lu，Ｙのうち少なくとも１種を含むも
のが好ましい。

また、通常Ｒのうち１種（好ましくはNd，Pr，Dy，Ho、
Tb等）をもって足りるが、実用上は２種以上の混合物
（ミッシュメタル，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。

また、主相を構成するＲ中のSm，Laはできるだけ少ない
ほうが好ましく、例えば、Smは、 1原子％以下、さらに
好ましくは 0.5原子％以下である。

また、温度特性の向上のためには、Ｒ混合系として、N
d，Pr、または、これらに 0.005原子％〜5 原子％，好
ましくは 0.2原子％〜 3原子％のDy，Ho、Tb等の組み合
せが望ましい。

さらに、特性，コスト，資源的観点から、Ｒとしては、
Nd，Prが、全Ｒの50％以上、さらに80％以上であること
が好ましい。

なお、このＲは純希土類元素でなくてもよく、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
も差支えない。

Ｒは、新規な上記系永久磁石材料における、必須元素で
あって、10原子％未満では、結晶構造がα−鉄と同一構
造の立方晶組織が析出するため、高磁気特性、特に高保
磁力が得られず、24原子％を越えると、Ｒリッチな非磁
性相が多くなり、残留磁束密度(Ｂｒ)が低下して、すぐ
れた特性の永久磁石が得られない。よって、希土類元素
は、10原子％〜24原子％の範囲とする。

Ｂは、この発明による永久磁石材料における、必須元素
であって、 4原子％未満では、菱面体構造が主相とな
り、高い保磁力(iＨc)は得られず、24原子％を越える
と、Ｂリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度(Ｂ
ｒ)が低下するため、すぐれた永久磁石が得られない。
よって、Ｂは、 4原子％〜24原子％の範囲とする。

Ｆｅは、新規な上記永久磁石において、必須元素であ
り、65原子％未満では残留磁束密度(Ｂｒ)が低下し、81
原子％を越えると、高い保磁力が得られないので、Ｆｅ
は65原子％〜81原子％を含有とする。

H₂は、この発明において、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石合金の
キューリー点を上昇させて温度特性を改善し、残留磁束
密度Ｂｒを増加させるため含有させるが、 0.05 原子％
未満ではキューリー点上昇効果が少なく、 0.3原子％を
越えると、保磁力 iＨc が 5kOe以下に低下するほか、
磁石合金が非常に酸化しやすくなり、実用性がなくなり
好ましくないため、 0.05 原子％〜 0.3原子％に限定す
る。

また、この発明による永久磁石合金において、Feの一部
をCoで置換することは、得られる磁石の磁気特性を損う
ことなく、温度特性を改善することができるが、Co置換
量がFeの20％を越えると、逆に磁気特性が劣化するた
め、好ましくない。Coの原子比率がFeとCoの合計量で 5
％〜15％の場合は、(Ｂｒ)は置換しない場合に比較して
増加するため、高磁束密度を得るためには好ましい。

また、この発明による永久磁石は、Ｒ，Ｂ，Fe，H₂の
他、工業的生産上不可避的不純物の存在を許容できる
が、Ｂの一部を 4.0原子％以下のＣ、 2.0原子％以下の
Ｐ、 2.0原子％以下のＳ、 2.0原子％以下のCuのうち少
なくとも１種、合計量で 2.0原子％以下で置換すること
により、永久磁石の製造性改善、低価格化が可能であ
る。

また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、Ｒ−Ｂ−
Fe系永久磁石に対してその保磁力、減磁曲線の角型性を
改善あるいは製造性の改善、低価格化に効果があるため
添加することができる。

5.0原子％以下のAl、 3.0原子％以下のTi、 5.5原子％以下のＶ、 4.5原子％以下のCr、 5.0原子％以下のMn、 5.0原子％以下のBi、 9.0原子％以下のNn、 7.0原子％以下のTa、 5.2原子％以下のMo、 5.0原子％以下のＷ、 1.0原子％以下のSb、 3.5原子％以下のGe、 1.5原子％以下のSn、 3.3原子％以下のZr、 6.0原子％以下のNi、 5.0原子％以下のSi、 1.1原子％以下のZn、 3.3原子％以下のHf、のうち少なくとも 1種を添加含有し、但し、 2種以上含
有する場合は、その最大含有量は当該添加元素のうち最
大値を有するものの原子％以下の含有させることによ
り、永久磁石の高保磁力化が可能になる。なお、添加量
の上限は、磁石の(BH)max を20MGOe以上とするには、
(Ｂｒ)が少なくとも 9kG以上必要となるため、該条件を
満す範囲とした。

結晶相は主相が正方晶であることが、微細で均一な合金
粉末より、すぐれた磁気特性を有する焼結永久磁石を作
製するのに不可欠である。

また、この発明の永久磁石は、磁場中プレス成型するこ
とにより磁気的異方性磁石が得られ、また、無磁界中で
プレス成型することにより、磁気的等方性磁石が得るこ
とがでいる。

この発明による永久磁石は、保磁力iHc ≧1kOe、残留磁
束密度Br＞ 4 kＧを示し、最大エネルギー積(BH)max
は、20MGOe以上を示し、好ましい組成範囲では、最大値
は25MGOe以上に達する。

また、この発明永久磁石用合金粉末のＲの主成分がその
50％以上をNd及びPrを主とする軽希土類金属が占める場
合で、Ｒ12原子％〜15原子％、Ｂ 6原子％〜 9原子％、
Fe 78原子％〜80原子％、の組成範囲のとき、(BH)max
35MGOe以上のすぐれた磁気特性を示し、特に軽希土類金
属がNdの場合には、その最大値が42MGOe以上に達する。

実施例実施例１出発原料として、純度99.9％の電解鉄、フェロボロン合
金、純度99.7％以上のNdを使用し、これらを配合後高周
波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し、14Nd 8Ｂ78Feな
る組成の鋳塊を得た。

その後このインゴットを、スタンプミルにより粗粉砕
し、次にボールミルにより微粉砕し、平均粒度 3.0μｍ
の微粉末を得た。

この微粉末を金型に挿入し、10 kOeの磁界中で配向し、
磁界に直交方向に、 2ｔ/cm²の圧力で成形した。

得られた成形体を、1100℃， 1時間，Ar雰囲気中、の条
件で焼結し、さらに、Ar雰囲気中、で 800℃， 1時間と
630℃， 1時間の２段時効処理し、その後、処理合金
を、 0.1TorrのH₂雰囲気中に、保持時間を種々変えて保
持しするH₂含有処理を施した。

得られた永久磁石のH₂含有量，キューリー温度及び磁石
特性を測定し、その結果を第１表に示す。

第１表より明らかな如く、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石内に、
微量のH₂を含有させることにより、該磁石のキューリー
点が上昇し、温度特性が改善され、かつＢｒが向上する
ことが分る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本日登夫大阪府三島郡島本町江川２丁目15−17 住友特殊金属株式会社山崎製作所内 (72)発明者藤村節夫大阪府三島郡島本町江川２丁目15−17 住友特殊金属株式会社山崎製作所内 (72)発明者佐川真人大阪府三島郡島本町江川２丁目15−17 住友特殊金属株式会社山崎製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｒ（ＲはNd，Pr，Dy，Ho、Tbのうち少なく
とも１種あるいはさらに、La，Ce，Sm，Gd，Er，Eu，T
m，Yb，Lu，Ｙのうち少なくとも１種からなる） 10原子％〜24原子％、Ｂ 4原子％〜24原子％、Ｆｅ65原子％〜81原子％、 H₂ 0.05原子％〜0.3原子％を主成分とし、主相が正方
晶相からなることを特徴とする永久磁石合金。