JPH0644525B2

JPH0644525B2 - 耐食性のすぐれた永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JPH0644525B2
Application number: JP4179077A
Authority: JP
Inventors: 隆樹浜田; 徹治早川
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: JPH05205923A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、この発明は、Ｒ（Ｒ
はＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種）、Ｂ、Ｆ
ｅを主成分とする永久磁石の製造方法に係り、イオン蒸
着薄膜形成法（ＩＶＤ）により耐食性薄膜を形成して永
久磁石の耐食性を改善した希土類・ボロン・鉄系永久磁
石の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の代表的な永久磁石材料は、アルニ
コ、ハードフェライトおよび希土類コバルト磁石であ
る。近年のコバルトの原料事情の不安定化に伴ない、コ
バルトを２０〜３０ｗｔ％含むアルニコ磁石の需要は減
り、鉄の酸化物を主成分とする安価なハードフェライト
が磁石材料の主流を占めるようになった。

【０００３】一方、希土類コバルト磁石はコバルトを５
０〜６０ｗｔ％も含むうえ、希土類鉱石中にあまり含ま
れていないＳｍを使用するため大変高価であるが、他の
磁石に比べて、磁気特性が格段に高いため、主として小
型で付加価値の高い磁気回路に多用されるようになっ
た。

【０００４】出願人は先に、高価なＳｍやＣｏを必ずし
も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（特願昭５７−１４５０７２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２５ＭＧ
Ｏｅ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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のすぐれた磁気特
性を有するＦｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石は、主成分として、
空気中で酸化し易い希土類元素及び鉄を含有するため、
磁気回路に組込んだ場合に、磁石表面に生成する酸化物
により、磁気回路の出力低下及び磁気回路のばらつきを
惹起し、また、表面酸化物の脱落による周辺機器への汚
染の問題があった。

【０００６】そこで、出願人は先に、上記のＦｅ−Ｂ−
Ｒ系永久磁石の対象系の改善のため、磁石体表面に無電
解めっき法あるいは電解めっき法により耐食性金属めっ
き層を被覆した永久磁石（特願昭５８−１６２３５０
号）、及び磁石体表面にスプレー法あるいは浸漬法によ
って、耐食性樹脂層を被覆した永久磁石を提案（特願昭
５８−１７１９０７号）した。

【０００７】しかし、前者のめっき法では、永久磁石体
が焼結体の場合、該焼結体は有孔性であるため、この孔
内にめっき前処理での酸性溶液またはアルカリ溶液が残
留し、経年変化とともに腐食する恐れがあり、また磁石
体の耐薬品性が劣るため、めっき時に磁石表面が腐食さ
れて密着性・防食性が劣る問題があった。

【０００８】また、後者のスプレー法による樹脂の塗装
には方向性があるため、被処理物表面全体に均一な樹脂
被膜を施すのに多大の工程、手間を要し、特に形状が困
難な異形磁石体に均一厚みの被膜を施すことは困難であ
り、また、浸漬法では樹脂被膜厚みが不均一になり、製
品寸法精度が悪い問題があった。

【０００９】この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分
とする新規な永久磁石材料の耐食性の改善を目的とし、
腐食性薬品等を使用、残留させることなく、密着性、防
食性にすぐれた耐食性薄膜を、永久磁石材料表面に均一
厚みで設けることができる製造方法の提供を目的として
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、真空容器内
で薄膜用原料の蒸発物を噴射、イオン化して加速電圧で
加速し、Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
とも１種）８原子％〜３０原子％、Ｂ２原子％〜２８原
子％、Ｆｅ４２原子％〜９０原子％を主成分とし主相が
正方晶からなる永久磁石体表面に付着及びイオン照射し
て、耐食性薄膜を形成被覆することを特徴とする耐食性
のすぐれた永久磁石の製造方法である。

【００１１】すなわち、この発明は、Ｒ（但しＲはＹを
含む希土類元素のうち少なくとも１種）８原子％〜３０
原子％、Ｂ２原子％〜２８原子％、Ｆｅ４２原子％〜９
０原子％を主成分とし主相が正方晶からなる永久磁石体
表面に、イオン蒸着薄膜形成法（ＩＶＤ：ＩｏｎＶａ
ｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、Ａｌ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃｏ等の金属あるいはその合金、またＳｉ
Ｏ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＴｉＮ，ＡｌＮ，ＴｉＣ等
の耐食性薄膜層を形成被覆することを特徴とする耐食性
のすぐれた永久磁石の製造方法である。

【００１２】この発明によるイオン蒸着薄膜形成法（Ｉ
ＶＤ）は、真空容器内で、所要の金属や合金、セラミッ
クスの薄膜用原料を電子銃やアーク放電等によって蒸発
させた蒸発物を噴射しイオン化し、あるいはさらに他イ
オン源から引出されたイオンとともに高加速電圧で加速
し、加速されないものが永久磁石体表面に付着したり、
イオンビーム照射されたものが衝突付着することによ
り、永久磁石体表面に該耐食性薄膜を形成被覆させるも
のである。例えば、クラスターイオンビーム装置などの
公知の装置を利用できる。この発明において、上述した
イオン蒸着薄膜形成法（ＩＶＤ）により、永久磁石表面
に形成される耐食性薄膜の厚みは、磁気特性や耐食性な
どを考慮すると３０μｍ以下の厚みが好ましい。

【００１３】また、この発明における永久磁石は、体積
比で１％〜５０％の非磁性相（酸化物を除く）を含むこ
とを特徴とし、焼結磁石の場合には、結晶粒径が１〜１
００μｍの範囲にある正方晶系の結晶構造を有する化合
物を主相とする。

【００１４】永久磁石の限定理由この発明において、永
久磁石に用いる希土類元素Ｒは、８原子％〜３０原子％
のＮｄ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｂのうち少なくとも１
種、あるいはさらに、Ｌａ，Ｓｍ，Ｃｅ，Ｇｄ，Ｅｒ，
Ｅｕ，Ｐｍ，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、通例Ｒのうち１種をも
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。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的な不純物
を含有するものでも差し支えない。Ｒ（Ｙを含む希土類
元素のうち少なくとも１種）は、新規な上記系永久磁石
における必須元素であって、８原子％未満では結晶構造
がα−鉄と同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特
性、特に高保磁力が得られず、３０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、Ｒは８原子％〜３０原子％の範囲とする。

【００１５】Ｂは、新規な上記系永久磁石における必須
元素であって、２原子％未満では菱面体組織となり、高
い保磁力（ｉＨｃ）が得られず、２８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（Ｂｒ）
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２原子％〜２８原子％の範囲とする。

【００１６】Ｆｅは、新規な上記系永久磁石において必
須元素であり、４２原子％未満では残留磁束密度（Ｂ
ｒ）が低下し、９０原子％を越えると高い保磁力が得ら
れないので、Ｆｅは４２原子％〜９０原子％の含有とす
る。また、この発明による永久磁石において、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
損なうことなく、温度特性を改善することができるが、
Ｃｏの置換量がＦｅの５０％を越えると、逆に磁気特性
が劣化するため、好ましくない。

【００１７】また、この発明による永久磁石は、Ｒ、
Ｂ、Ｆｅ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、３．５
原子％以下のＰ、２．５原子％以下のＳ、３．５原子％
以下のＣｕのうち少なくとも１種、合計量で４．０原子
％以下で置換することにより、永久磁石の製造性の改
善、低価格化が可能である。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
力等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。しかし、保磁力改善のための添加に伴
い残留磁束密度（Ｂｒ）の低下を招来するので、従来の
ハードフェライト磁石の残留磁束密度と同等以上となる
範囲での添加が望ましい。９．５原子％以下のＡｌ、
４．５原子％以下のＴｉ、９．５原子％以下のＶ、８．
５原子％以下のＣｒ、８．０原子％以下のＭｎ、５．０
原子％以下のＢｉ、１２．５原子％以下のＮｂ、１０．
５原子％以下のＴａ、９．５原子％以下のＭｏ、９．５
原子％以下のＷ、２．５原子％以下のＳｂ、７．０原子
％以下のＧｅ、３．５原子％以下のＳｎ、５．５原子％
以下のＺｒ、５．５原子％以下のＨｆのうち少なくとも
１種を添加含有、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％以下を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。

【００１８】結晶相は主相が正方晶であることが、すぐ
れた磁気特性を有する焼結永久磁石と作製するのに不可
欠である。また、この発明による永久磁石は、磁場中プ
レス成形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形することにより、磁気的等方
性磁石を得ることができる。

【００１９】この発明による永久磁石は、保磁力ｉＨｃ
≧１ｋＯｅ、残留磁束密度Ｂｒ＞４ｋＧを示し、最大エ
ネルギー積（ＢＨ）ｍａｘはハードフェライトと同等以
上となり、最も好ましい組成範囲では、（ＢＨ）ｍａｘ
≧１０ＭＧＯｅを示し、最大値は２５ＭＧＯｅ以上に達
する。また、この発明による永久磁石のＲの主成分がそ
の５０％以上を軽希土類金属が占める場合で、Ｒ１２原
子％〜２０原子％、Ｂ４原子％〜２４原子％、Ｆｅ６５
原子％〜８２原子％を主成分とするとき、磁気的異方性
焼結磁石の場合最も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、（ＢＨ）ｍａｘはその最大
値が３５ＭＧＯｅ以上に達する。

【００２０】

【作用】この発明は、本系永久磁石材料表面に生成する
酸化物を抑制するため、該表面に膜厚が均一で、強固か
つ安定な耐食性薄膜層を形成する製造方法であり、この
発明により形成された耐食性薄膜層により、磁石体表面
の酸化が抑制され、磁気特性が劣化することなく、ま
た、腐食性の薬品等を使用、残留させることがないた
め、かつ長期にわたって安定する利点がある。さらに、
この発明における永久磁石は、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主に用い、Ｆｅ、
Ｂ、Ｒを主成分とすることにより、２５ＭＧＯｅ以上の
極めて高いエネルギー系並びに、高残留磁束密度、高保
磁力を有し、かつ高い耐食性を有する、すぐれた永久磁
石を安価に得ることができる。

【００２１】

【実施例】

実施例出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、Ｂ１９．４
％を含有し残部はＦｅ及びＡｌ，Ｓｉ，Ｃ等の不純物か
らなるフェロボロン合金、純度９９．７％以上のＮｄ及
びＤｙ金属を使用し、それらを高周波溶解し、その後水
冷銅鋳型に鋳造し、１５Ｎｄ１．５Ｄｙ８Ｂ７５．５Ｆ
ｅ（原子％）なる組成の鋳塊を得た。

【００２２】その後インゴットを、スタンプミルにより
粗粉砕し、次にボールミルにより粉砕し、粒度３μｍの
微粉末を得た。この微粉末を金型に挿入し、１２ｋＯｅ
の磁界中で配向し、磁界と直角方向に、１．５ｔ／ｃｍ
²の圧力で成形した。得られた成形体を、１１００°
Ｃ、１時間、Ａｒ中の条件で焼結し、その後放冷し、さ
らにＡｒ中で６００°Ｃ、２時間の時効処理を施して、
永久磁石を作製した。

【００２３】得られた永久磁石から外径２０ｍｍ×内径
１０ｍｍ×厚み１．５ｍｍ寸法に試験片を切り出した。
上記試験片を挿入した真空容器内の真空度１×１０^-2Ｔ
ｏｒｒ以下で、コーティング材のＴｉ薄片をアーク放電
により蒸発させると共に、Ｎ₂ガスを引出電圧４０ｋ
Ｖ、イオン化電流１００ｍＡ、ビームサイズ４×１０ｃ
ｍ²でＮ₂ガスイオンとして加速し、Ｔｉ蒸発とＮ₂ガス
イオン照射を３時間行ない、試験片表面にＴｉＮ薄膜を
形成した。このときのＴｉＮ薄膜の厚みは５μｍであっ
た。

【００２４】この試験片に耐食性試験と耐食性試験後の
ＴｉＮ薄膜の密着強度試験を行なった。また、耐食性試
験前後の磁気特性を測定した。試験結果及び測定結果を
表１に示す。

【００２５】比較例また、比較例として、上記試験片に、トリクレンにて３
分間溶剤脱脂し、５％、ＮａＯＨにて６０°Ｃ、３分間
のアルカリ脱脂したのち、２％Ｈｃｌにて室温、１０秒
間の酸洗をし、ワット浴にて電流密度４Ａ／ｄｍ²、浴
温度６０°Ｃ、２０分間の条件にて電気ニッケルめっき
を行ない、表面に１０μｍ厚みのニッケルめっき層を有
する比較試験片（比較例１）を得た。この比較試験片に
実施例と同一の試験及び測定を行ない、その結果を表１
に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】表１の試験及び測定結果に明らかなよう
に、この発明のイオン蒸着薄膜形成法（ＩＶＤ）による
耐食性薄膜層は、比較例に対して、膜厚が所要厚みで格
段にすぐれた均一度が得られているため、永久磁石体の
酸化が確実に防止されており、磁気特性の劣化がなく、
比較例に対して磁気特性の向上が著しいことがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内で薄膜用原料の蒸発物を噴
射、イオン化して加速電圧で加速し、Ｒ（但しＲはＹを
含む希土類元素のうち少なくとも１種）８原子％〜３０
原子％、Ｂ２原子％〜２８原子％、Ｆｅ４２原子％〜９
０原子％を主成分とし主相が正方晶からなる永久磁石体
表面に付着及びイオン照射して、耐食性薄膜を形成被覆
することを特徴とする耐食性のすぐれた永久磁石の製造
方法。