JPH0653882B2

JPH0653882B2 - ボンド磁石用合金粉末及びその製造方法

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Publication number: JPH0653882B2
Application number: JP60020747A
Authority: JP
Inventors: 節夫藤村; 真人佐川; 日登志山本; 裕松浦; 哲広沢
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1985-02-05
Filing date: 1985-02-05
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPS61179801A

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
とも１種），Ｂ，Ｆｅを主成分とする永久磁石用合金粉
末と、樹脂または非磁性合金からなるボンド磁石用合金
粉末とその製造方法に関する。

背景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。

一方、希土類コバルト磁石はコバルトを50〜60wt％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。

希土類コバルト磁石は、通常の焼結法により製造される
が、製品化には研削加工が必要てあるため、製品歩留が
悪い問題があり、一層価値を高騰させていた。これを解
決するために、磁石用粉末を樹脂あるいは金属バインダ
ーと結合固化させるボンド法が提案されている。

また、希土類コバルト磁石が、Ｒ_１Co₅ 系からＲ_２Co₁₇
系に高性能，省資源化されたが、ボンド法を用いても、
高価なSm，Coが主成分であり、根本的な解決にはならな
い。

上記の問題を解決するため、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は含む希土類元素のうち少なくとも 1種）
永久磁石を提案（特願昭57−145072号）し、さらに、ボ
ンド磁石用に最適なFe−Ｂ−Ｒ系合金粉末（特開昭59−
219904号）を提案した。

上記のFe−Ｂ−Ｒ系ボンド磁石用合金粉末は、該成分の
鋳塊を機械的に粗粉砕，微粉砕して得られた 3μｍ以下
の微細粉であるが、合金粉末の保磁力(iHc)は 3 kOe程
度であるため、さらにすぐれた磁気特性のボンド磁石を
得るには、高保持力合金粉末が望まれていた。

発明の目的この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする新規な
ボンド永久磁石の磁気特性の改善を目的とし、保磁力な
どの磁気特性がすぐれたボンド磁石用の合金粉末並びに
その製造方法を目的としている。

発明の構成と効果この発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
とも１種）12原子％〜20原子％、Ｂ 4原子％〜20原子
％、Ｆe 60原子％〜84原子％を主成分とし主相が正方晶
相からなる粒度15μｍ以下の微粉末より構成され、保持
力(iＨc) 5 kOe〜15 kOeを有した集合粒度 100μｍ〜10
00μｍの集合粉末からなることを特徴とするボンド磁石
用合金粉末であり、さらに、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元
素のうち少なくとも１種）12原子％〜20原子％、Ｂ 4原
子％〜20原子％、Ｆe 60原子％〜84原子％を主成分とし
主相が正方晶の結晶構造を有する相からなる粒度15μｍ
以下の微粉末を、加圧成形したのち解砕し、さらに 800
℃〜1100℃で加熱したのち解砕し、粒度15μｍ以下の微
粉末より構成され、保磁力(iＨc) 5 kOe〜15 kOeを有し
た集合粒度 100μｍ〜1000μｍの集合粉末を得ることを
特徴とする耐食性のすぐれたボンド磁石用合金粉末の製
造方法である。

この発明による合金粉末を用いてボンド磁石を製造する
方法としては、合金粉末と混合，成形，固化などに用い
るバインダーの種類あるいは製品の種類などにより適宜
選択してボンド磁石を製作することがてき、バインダー
量は永久磁石材料の磁石特性の発現のため、体積構成比
において50％以下である。

合金粉末を焼結せずに成形し、樹脂バインダーを含浸固
化させてボンド磁石としたり、あるいは合金粉末に合金
粉末バインダーを混合して成形し、これを焼結後に熱処
理などでボンド磁石を得ることができる。また、成形方
法としては、通常のプレス成形のほかに射出成形や押出
し成形、静水圧成形を採用することもできる。

バインダーとして用いる合成樹脂は、熱硬化性、熱可塑
性のいずれの性質を有するものも利用できるが、熱的に
安定な樹脂が好ましく、例えば、ポリアミド、ポリイミ
ド、フェノール樹脂、弗素樹脂、けい素樹脂、エポキシ
樹脂などを適宜選定できる。また、該合金粉末を均一に
分散混合させて磁石特性を発現させるために、バインダ
ーとして合金粉末を併用することもできる。

また、バインダーとして、合成樹脂以外のものを用いる
場合は、Cu、Alを始め、TiH₂、Sn、Pbなどのはんだ合金
があり、合金の場合は粉末で用いられる。

この発明による合金粉末を用いたボンド磁石は、最大エ
ネルギー積(BH)max が10 MGOe以上を示し、最も好まし
い組成範囲では、(BH)max ≧15MGOeを示す。

合金粉末及び製造方法の限定理由この発明において、本系ボンド磁石用合金粉末である集
合粉末は、粒度15μｍ以下の微粉末より構成される必要
があり、15μｍを超えると、個々の微粉末のの結晶粒内
に磁区が発生し易くなり、磁化反転が容易に起るため高
保磁力が得られない。また、0.5μｍ未満の粒度である
と、表面積比率が増加して酸化し易く取扱いが困難とな
るため、0.5μｍ〜15μｍが望ましい。

焼結体の永久磁石として良好な磁気特性を得るには、Ｒ
_２Fe₁₄Ｂの組成式が示される組成よりも、Ｒの多いとこ
ろが望ましく、上記正方晶化合物からなる個々の結晶粒
の回りにNdに富んだ相が覆っていることが必要であると
考えられる。（Sagawa et．al； J．Appl．Phys.55
(6),15 March 1984）それ故、本系磁石合金の磁気的
性質を支配するのは、上記の組成式に示される正方晶構
造を有する化合物とNdに富んだ相であると考えられる。

種々の粉砕工程を経た後の微粉末では、上記の粒度範囲
内であっても、精々 2.0 kOe程度の保磁力しか示さない
理由は、微粉砕された粉末の個々の結晶粒がＲに富む相
に覆われていないためと考えられる。

この発明では、後述する如く、粒度15μｍ以下の微粉末
を加圧成形したのち解砕し、さらに 800℃〜1100℃で加
熱したのち解砕することにより、個々の経晶粒の回りに
Ndに富んだ相が覆った集合粉末が得られる。

また、上記粒度の合金粉末を加圧したのち解砕するの
は、保磁力が高くボンド磁石用原料粉末に適した粉末を
得るためであり、加圧後解砕した粉は、15μｍ以下の微
細粒から構成される100 μｍから1000μｍの粗粉（集合
粉末）である。前記したＲに富む相と基本相Ｒ_２Fe₁₄Ｂ
との共晶を得るための後述する熱処理によって、微細粉
同志では凝縮して焼結してしまい、これを粉砕すると、
堅くて脆い正方晶化合物が破断されて、粉末の保磁力が
低下するが、この集合粉末では焼結して結合することが
なく、たとえ結合しても容易にほぐす（解砕）すること
ができる。

なお、加圧時に、一定方向に磁界を加えておくことによ
り、磁気的異方性磁石用合金粉末が得られ、また、無磁
界中でプレス成型することにより、磁気的等方性磁石用
合金粉末を得ることができる。

熱処理として 800℃〜1100℃で加熱したのち解砕するの
は、保磁力が高くボンド磁石用原料粉末に適した粉末を
得るためであり、Ｒを80原子％以上含有するＲに富む相
と、正方晶構造を有する金属間化合物、Ｒ_２Fe₁₄Ｂとの
共晶を得るものである。上記の共晶反応は680 ℃付近で
起るが、 7 kOe以上の保磁力(iＨc)を得るには、800 ℃
以上の加熱が必要となる。しかし、1100℃を超えると、
100 μｍから1000μｍの粗粉（集合粉末）であっても焼
結が進行し、その後の解砕が困難となり、粒成長が起き
て保磁力が低下する。従って熱処理温度は 800℃〜1100
℃とする。また、熱処理時間は、組成や粒度等に応じて
適宜選定される。

また、上記の熱処理後に、 500℃〜 700℃、 0.5〜20時
間の時効処理を施すと、保磁力が更に向上する。

解砕後に集合粉末の粒度を限定したのは、温度上昇や熱
処理により、焼結が進行して大きな塊となることを避け
るためであり、化学的には活性な本系合金微粉末の酸化
進行を避け、取扱いを容易にするため、少なくとも 100
μｍ以上の粒度が必要である。しかし、粒度が1000μｍ
を超えると、ボンド磁石用合金粉末として、成形性が悪
くなり、高い充填率が得られなくなる。従って、集合粉
末の粒度は100 μｍから1000μｍとする。

合金粉末組成の限定理由この発明のボンド磁石用合金粉末の希土類元素Ｒは、12
原子％〜20原子％の Nd，Pr，Ho，Tbのうち少なくとも
１種、あるいはさらに、La，Ce，Gd，Er，Ｙのうち少な
くとも１種を含むものが好ましい。

又、通例Ｒのうち 1種をもって足りるが、実用上 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な不純物を含有するもので
も差支えない。

Ｒ（Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも 1種）は、新
規な上気系ボンド磁石用合金粉末における、必須元素で
あって、12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、20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
た特性のボンド磁石が得られない。よって、希土類元素
は、12原子％〜20原子％の範囲とする。

Ｂは、新規な上記系ボンド磁石用合金粉末における、必
須元素であって、 4原子％未満では、菱面体組織とな
り、高い保磁力(iＨc)は得られず、20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％〜20原子％の範囲とする。

Ｆｅは、新規な上記系ボンド磁石用合金粉末において、
必須元素であり、60原子％未満では残留磁束密度（Ｂ
r）が低下し、84原子％を越えると、高い保磁力が得ら
れないので、Ｆｅは60原子％〜84原子％の含有とする。

また、この発明によるボンド磁石用合金粉末において、
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、
また粉末の酸化に対する安定性を向上させる効果がある
が、Co置換量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。

この発明の合金粉末において、高い残留磁束密度と高保
磁力を得るためには、Ｒ12.5原子％〜15原子％、Ｂ 6原
子％〜14原子％、Ｆe 71原子％〜82原子％が好ましい。

また、この発明によるボンド磁石用合金粉末は、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％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、ボンド磁石の製造性改善、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系ボンド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ない残留磁束密度（Ｂ
r）の低下を招来するので従来のハードフェラチイト磁
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。

5.0原子％以下のAl、 3.0原子％以下のTi、 5.0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Nb、 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、 3.3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％以下の含有
させることにより、ボンド磁石の高保磁力化が可能にな
る。

また、この発明のボンド磁石用合金粉末は、結晶相が主
相が少なくとも50 vol％以上の正方晶、少なくとも１vo
l％以上の非磁性金属間化合物であることが、すぐれた
磁気特性を有するボンド磁石を作製するのに不加欠であ
る。

実施例実施例１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を使用し、これら
をAr雰囲気で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造
し、13Nd−2 Dy− 8Ｂ−77Feなる組成で正方晶を主相と
するデンドライド組織の鋳塊を得た。

その後インゴットを、クラッシャーにより35メッシュ以
下に粗粉砕し、次にボールミルにより微粉砕し、平均粒
度 3μｍの微粉末を得た。

この微粉末を金型に装入し、磁界中で配向しながら、
1.5 t/cm²の圧力で加圧し、その後スタンプミルで解砕
し、粒度 200μｍ〜 500μｍにした。

得られた粉末を、1000℃， 2時間，Ar中、の条件で加熱
し、その後Ar中で 600℃， 2時間の時効処理を施し、解
砕した。熱処理後の粉末は、平均粒度 3μｍの微粉末が
凝集した粒度 200μｍから 500μｍの集合粉末であり、
保磁力(iＨc)が10.6 kOeであった。

上記性状の集合粉末を金型に装入し、10 kOeの磁界中で
配向し、 2.0 t/cm²の圧力で成形し、その後静水圧プレ
スにて、長さ14mm×幅10mm×厚み11mm寸法の成型体を作
製した。その後、該成型体を、ジメタアグリエートエス
テルを主成分とする合成樹脂を含浸させ、100 ℃， 1時
間の加熱硬化して、ボンド磁石を得た。このボンド磁石
の磁気特性と、前記の集合粉末の磁気特性を測定し、第
１表に示す。

また、比較のため、上記の13Nb−2 Dy− 8Ｂ−77Feなる
組成の鋳塊を、粗粉砕後、微粉砕して平均粒度 3μｍの
微粉末となし、金型に装入し、10 kOeの磁界中で配向
し、 2.0t/cm²の圧力で成形し、その後静水圧プレスに
て、長さ14mm×幅10mm×厚さ11mm寸法の成型体を作製
し、該成型体を、ジメタアグリエートエステルを主成分
とする合成樹脂を含浸させ、100 ℃， 1時間の加熱硬化
して、ボンド磁石を得た。この比較例ボンド磁石の磁気
特性と、比較例合金粉末の磁気特性を測定し、第１表に
示す。

第１表より明らかなように、この発明によるボンド磁石
用合金粉末及びボンド磁石の各磁気特性が著しく向上し
たことが分る。

実施例２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を使用し、これら
をAr雰囲気で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造
し、14Nd−1.5Dy− 7.5Ｂ−77Feなる組成で正方晶を主
相とするデンドライド組織の鋳塊を得た。

その後インゴットを、クラッシャーにより35メッシュ以
下に粗粉砕し、次にボールミルにより微粉砕し、平均粒
度 2.7μｍの微粉末を得た。

この微粉末を金型に装入し、10 kOeの磁界中で配向しな
がら、 1.5t/cm²の圧力で加圧し、その後スタンプミル
で解砕し、粒度 100μｍ〜 500μｍにした。

得られた粉末を、10Torr，Ar気流中、800 ℃〜1060℃，
1時間の第２表の各種温度条件で加熱し、その後Ar中で
600℃， 1時間の時効処理を施し、再度、粒度 100μｍ
〜 500μｍの集合粉末に解砕した。

上記の集合粉末を金型に装入し、10 kOeの磁界中で配向
し、パラフィンで固定し、粉末時の磁気特性を振動試料
型磁束計で測定した。測定結果は第２表に示すとおりで
ある。

また、比較として、上記の14Nd− 1.5Dy− 7.5Ｂ−77Fe
なる組成の鋳塊を、粗粉砕後、微粉砕して平均粒度 3μ
ｍの微粉末となし、金型に装入し、10 kOeの磁界中で配
向および加圧成形して 100μｍ〜 500μｍに分級し、10
Torr，Ar気流中、800 ℃〜1060℃， 1時間の第２表の各
種温度条件で加熱し、その後Ar中で 600℃， 1時間の時
効処理を施し、解砕後再び10 kOeの磁界中で配向し、パ
ラフィンで固定し、さらに40 kOeのパルス磁場中で着磁
し、粉末時の磁気特性を振動試料型磁束計で測定した。
測定結果は第２表に示すとおりである。

第２表より明らかなように、熱処理のみでは不十分で、
前工程として微粉末を加圧後解砕する工程が不可欠であ
り、この工程の相乗効果により本発明によるボンド磁石
用合金粉末は、特に保磁力が著しく向上したことが分
る。

実施例３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，Coを使用し、こ
れらをAr雰囲気で高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳
造し、14Nd− 2Dy− 8Dc− 7Ｂ−69Feなる組成で正方晶
を主相とするデンドライド組織の鋳塊を得た。

その後インゴットを、クラッシャーにより35メッシュ以
下に粗粉砕し、次にアトライターを用いて粉砕時間を種
々変化させて微粉砕し、平均粒度が10μｍ， 5μｍ， 3
μｍの微粉末を得た。

この微粉末を金型に装入し、10 kOeの磁界中で配向しな
がら、 1 t/cm²の圧力で加圧成形し、その後メッシュ上
で解砕し、粒度 100μｍ〜 500μｍの集合粉末にした。

得られた集合粉末を、10^-3Torr、真空中、800 ℃〜1060
℃， 1時間の各種温度条件で加熱し、その後Ar中で 600
℃， 1時間の時効処理を施し、再度、粒度 100μｍ〜 5
00μｍの集合粉末に解砕した。

上記の集合粉末を金型に装入し、10 kOeの磁界中で配向
し、パラフィンで固定し、粉末時の保磁力を振動試料型
磁束計で測定した。測定結果は第１図に示すとおりであ
る。

また、比較として、上記の14Nd− 2Dy− 8Co− 7Ｂ−69
Fe組成の鋳塊を、粗粉砕後、微粉砕して平均粒度10μ
ｍ， 5μ， 3μｍの微粉末となし、この微粉末を金型に
装入し、10 kOeの磁界中で配向しながら、 1 t/cm²の圧
力で加圧成形し、その後メッシュ上で解砕し、粒度 100
μｍ〜 500μｍの集合粉末にし、熱処理を施すことな
く、金型に装入し、10 kOeの磁界で配向してパラフィン
で固定し、粉末時の保磁力を振動試料型磁束計で測定し
た。測定結果は第１図に示すとおりである。

第１図より明らかなように、微粉末を加圧後解砕する工
程のみでは不十分であり、熱処理が不可欠であり、熱処
理を施したこの発明によるボンド磁石用合金粉末は、特
に保磁力が著しく向上したことが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例３における熱処理温度と保磁力との関係
を示すグラフである。

フロントページの続き (72)発明者松浦裕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)発明者広沢哲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Ｙを含む希土類元素のうち少なく
とも１種）12原子％〜20原子％、Ｂ 4原子％〜20原子
％、Ｆe 60原子％〜84原子％を主成分とし主相が正方晶
相からなる粒度15μｍ以下の微粉末より構成され、保磁
力(iＨc)5 kOe〜15 kOeを有した集合粒度 100μｍ〜100
0μｍの集合粉末からなることを特徴とするボンド磁石
用合金粉末。
【請求項２】Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
とも１種）12原子％〜20原子％、Ｂ 4原子％〜20原子
％、Ｆe 60原子％〜84原子％を主成分とし主相が正方晶
相からなる粒度15μｍ以下の微粉末を、加圧成形したの
ち解砕し、さらに 800℃〜1100℃で加熱したのち解砕
し、粒度15μｍ以下の微粉末より構成され、保持力(iＨ
c) 5 kOe〜15 kOeを有した集合粒度 100μｍ〜1000μｍ
の集合粉末を得ることを特徴とするボンド磁石用合金粉
末の製造方法。