JPH065410A

JPH065410A - 熱安定性の優れた希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系異方性化永久磁石

Info

Publication number: JPH065410A
Application number: JP4184337A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hanaki; 敦司花木; Eiji Iwamura; 栄治岩村; Hiroyuki Mitani; 宏幸三谷; Tsukasa Yuri; 司由利
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】薄肉でしかも高性能という両性能を備え、更
に熱安定性に優れた希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系磁石を提供
する。【構成】下記(A) 〜(F) の化学組成を満足すると共
に、平均粒径30μm 以下の柱状晶組織を熱間塑性加工お
よび熱処理して異方性化したものであり、30μm 以下の
平均粒径を有するものである。 (A) Ｙを含む希土類元素の２種以上（但しその50重量％
以上がＰｒである）を12〜18原子％含有する。 (B) 希土類元素のうち、少なくとも１〜３原子％にＤｙ
である。 (C) Ｂを４〜６原子％含有する。 (D) Ａｇを0.2 〜２原子％含有する。 (E) Ｏを0.004 原子％以下に抑制する。 (F) 残部：Ｆｅおよび不可避不純物

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系
異方性化永久磁石に関し、詳細には薄肉でありながら熱
安定性に優れ且つ高性能であり、例えば自動車用として
最適な特性を発揮する希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系異方性化
永久磁石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁性材料は、永久磁石を始めとして、一
般家庭用の各種電気製品から大型コンピュータの周辺末
端機器に至るまで幅広い分野で使用されており、重要な
電気，電子材料である。最近では、モータ等の小型化，
高性能化が進められ、永久磁石においても、より薄肉，
高性能であることが要求されている。

【０００３】一方自動車分野においても、排ガス規制，
燃費低減化等の社会的要求に応じるため、自動車部品の
より一層の小型，高性能化が望まれる様になり、その一
環として自動車用高性能磁石の実現が強く望まれる様に
なっている。しかしながら自動車部品は、他の一般家庭
用電気製品やコンピュータと異なり、高温で且つ湿潤な
環境での使用が余儀なくされ、この様な環境下でいかに
高性能を維持できるかが、自動車用永久磁石としての特
性を満足できるかどうかの重要なポイントになる。

【０００４】近年、フェライト磁石およびアルニコ磁石
に次ぐ第３の永久磁石として、希土類磁石が注目を集め
ている。この希土類磁石は電気製品や精密機器類の小型
化および高精度化に寄与し得る優れた磁気的性質を発揮
するものと期待され、物性研究面および生産技術面共に
活発な進展を見せている。中でも近年特に期待されてい
るのは、希土類元素−遷移元素−Ｂ系、例えばＮｄ−Ｆ
ｅ−ＢやＰｒ−Ｆｅ−Ｂ等の永久磁石である。本発明の
永久磁石組成は希土類元素−Ｆｅ−Ｂを基本成分とし、
希土類元素のうちＰｒおよびＤｙを必須成分として含有
する他、第４の成分としてＡｇを必須成分として含むも
のであって、その評価については追って詳述するが、以
下の説明においては便宜上、希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系
（以下Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石と略称することがある）の３
元系磁石を代表的に取り上げて述べることとする。

【０００５】ところでＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法と
しては、当初次の２方法が検討された。第１の方法は例
えば特開昭59-46008号に見られる様な粉末冶金に基づく
焼結法であるが、焼結工程に先立って合金の粉末化処
理が必要であること、粉末状となって酸化を受け易く
なり、焼結中に持込まれる酸素が磁気的性能に悪影響を
与えること、焼結時に添加される成形助剤に基づく炭
素分の混入によって磁気的性能が低下すること、焼結
前の生成形体（グリーン体）は低強度であり、ハンドリ
ング性が悪いこと、等といった幾つかの欠点がある為、
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に期待されている特性が十分に発揮
されるには至っていない。

【０００６】第２の方法は急冷薄片を作った後熱可塑性
樹脂等を用いてボンド磁石とする方法であり、上記欠点
を伴なわない代わり、生産性が低い、原理的に等方
性磁石しか得られず、従って残留磁束密度（Ｂｒ）と保
磁力（ｉＨｃ）の積で示される最大エネルギー積［以下
（ＢＨ)_maxで表わすことがある］が低く、角形性も良く
ない、といった欠点が生じる。そこで積極的に異方性化
するための手段として、急冷薄片を２段階ホットプレス
処理（機械的配向処理）に付すことも考えられた（例え
ば特開昭59-211549 号，同60-100402 号等）。しかしな
がら生産性が更に低いものとなるため、量産の必要性を
考えると現実的な方法ではない。

【０００７】そこで第３の方法として、例えば特開昭62
-276803 号に見られる様に、鋳造合金に熱間圧延を加
え、結晶粒の微細化を達成して保磁力の増大を実現する
と共に、結晶軸を特定の方向に並べて磁気的な異方性化
を図るという手段が開発された。しかしながら通常の圧
延方法では板幅方向両側からの拘束が無いため、圧下さ
れた鋳塊の中央部は板幅方向に展延されるが、板幅端側
では十分な密度が得られず、また結晶軸の配向が不完成
となる。従ってこの方法を採用したからといって、直ち
に板幅方向全体に亘って磁気的異方性が得られる訳では
ない。しかも上記の様な通常の熱間圧延条件によって板
幅全体に所望程度までの軸配向を形成しようとすれば、
相当の強加工を行なわなければならず、従ってこれに対
応し得る加工性を備えた素材が要求されることとなって
希土類磁石の合金組成が大きく制限されるという問題も
あった。

【０００８】そこで本発明者らは、上記第３の方法によ
る欠点を解消し得る方法として、合金鋳塊を金属カプセ
ルに封入し、該金属カプセルに対して幅方向から拘束を
加えつつ熱間塑性加工（圧延，鋳造）し、また必要によ
り熱間加工後に熱処理する一連の方法を提案し、先に出
願している（特開平2-250918〜23号）。また本発明者等
は、薄肉でしかも高性能という両特性を備え、焼結磁石
以上の磁気特性を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に関し、先
に出願している（特願平3-81876 号）。これらの技術の
開発によって、加工上の理由に基づく素材面での制約か
ら解放され、しかも比較的簡単に磁気特性の優れた異方
性化永久磁石が得られる様になった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した如く、自動車
用部品として小型化，高性能化が要求される製品には、
用いられる永久磁石に対して、薄肉化と高性能化という
両特性を満足することが必要となる。しかしながら一般
的に、磁石を薄肉化する程性能は低下する傾向にある。
特に磁束は薄肉化に伴って低下する傾向を示し、また使
用温度上昇に伴う磁力低下の割合が大きくなるので、初
期特性向上と低下率の減少をいかに達成させるかが、自
動車部品としての永久磁石における重要なポイントとな
る。

【００１０】例えば１mm以下の薄肉の永久磁石は、ボン
ド磁石では製造可能であるが、上述した如く磁気特性の
点で難があり、高性能が要求される場合には使用に耐え
ない。一方焼結法においては薄肉のままの焼結が困難で
あり、例えば３mm以下の薄肉の磁石を得ようとすれば、
大きなブロックから削り出すことになるが、薄肉化によ
る性能低下が起こり、後記実施例に示す様に１mm程度に
なると希望する磁気特性は得られなくなる。尚薄肉の異
方性磁石に関しては、例えば特開昭62-192566号に示さ
れる様に、磁石を機械的に研磨して薄肉化する方法が提
案されている。しかし生産性の低下は免がれない。

【００１１】本発明は上記の様な技術的課題を解決する
為になされたものであって、その目的は、薄肉でしかも
高性能という両特性を備え、更に熱安定性に優れた希土
類元素−Ｆｅ−Ｂ系磁石を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、下記(A) 〜(F) の化学組成を満足すると共
に、平均粒径30μm 以下の柱状晶組織を熱間塑性加工お
よび熱処理して異方性化したものであり、30μm 以下の
平均粒径を有する希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系磁石である。

【００１３】(A) Ｙを含む希土類元素の２種以上（但し
その50重量％以上がＰｒである）を12〜18原子％含有す
る。 (B) 希土類元素のうち、少なくとも１〜３原子％Ｄｙで
ある。 (C) Ｂを４〜６原子％含有する。 (D) Ａｇを0.2 〜２原子％含有する。 (E) Ｏを0.004 原子％以下に抑制する。 (F) 残部：Ｆｅおよび不可避不純物

【００１４】

【作用】本発明者らは、これまで開発した技術を基礎と
し、薄肉でしかも高性能で熱安定性に優れた永久磁石の
実現について様々な角度から検討した。その結果、まず
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の熱安定性の向上には、ＤｙやＴｂ
等の重希土類元素の添加が有効であることが分かった。
しかしながらこれらの重希土類元素の添加は、図１に示
す如く、鋳魂粒径の粗大化を招き、充分な高保磁力が得
られなくなるという不都合が生じることもわかった。そ
こで本発明者らは、添加元素による微細化について検討
を重ねたところ、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系に対する第４の元素と
して、Ａｇを添加すれば、磁石合金の結晶粒の微細化が
達成されることを見出した。また熱間組成加工後に熱処
理を施すことによって、磁気的主相であるＲ₂ Ｆｅ₁₄Ｂ
相の孤立化を促進し、保磁力の向上が図れると共に、表
１に示す様に保磁力温度係数（室温〜200 ℃）も極めて
改善されることが判明した。

【００１５】

【表１】

【００１６】次に本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を構成す
る合金組成について説明する。まず希土類元素として
は、これまでもＹを含むランタノイド系希土類元素が汎
用されてきたが、本発明ではこれらのうち、少なくとも
Ｐｒを50重量％以上且つＤｙを１〜３原子％含む２種以
上の希土類元素で構成することが有用であるとの結論を
得た。ＰｒおよびＤｙに併用される希土類元素の種類は
特に限定されないが、中でもＮｄ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｔｂ，
Ｈｏ，Ｙ等を使用するのが特に好ましい。本発明の磁石
で用いる希土類元素のうち、50重量％以上をＰｒとした
のは、Ｐｒがもっとも優れた磁気特性を示すからであ
る。

【００１７】また本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、希土
類元素としてＤｙを１〜３原子％含むものであるが、１
原子％未満では熱安定性効果が得られず、３原子％を超
えると粒径の粗大化を招き、保持力低下の原因になる。
ＰｒおよびＤｙ以外については、上記希土類元素のうち
ＰｒおよびＤｙ以外のものから、１種または２種以上を
組合わせて用いればよいが、実用的にはＰｒ−Ｎｄ合金
がもっとも有利に用いられる。尚本発明の磁石中の希土
類元素には、上記以外の希土類元素が少量含まれてもよ
いが、１重量％以下に抑えるべきである。

【００１８】本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石において、Ｒ
が少な過ぎると主相R₂-Fe₁₄-B （原子比、例えばPr₂Fe
₁₄B) を形成することができず、熱間加工時の異方性化
に必要とする十分な液相量（主相量）が得られず、磁石
の高性能化は達成されない。こうした観点からして、希
土類元素の割合は12原子％以上とする必要がある。一方
上限については18原子％を超えると、非磁性相であるＲ
リッチ相の過剰を招き、これが磁束密度の低下等となっ
て現われ、良好な磁気特性を発揮することはできない。

【００１９】Ｂは４〜６原子％とする必要があり、４原
子％未満では主相体積率の不足が生じ、磁束密度の低下
を招く。他方上限については、磁気特性を有しないR₂Fe
₄B₄相の出現によるiHc の低下を防止するという観点か
ら６原子％以下とする必要がある。

【００２０】Ａｇは、上述の如く柱状組織の微細化の
他、研削加工に伴なう表面劣化層の生成抑制等を達成
し、これによって薄肉であっても高い性能を発揮させる
為のものである。上記効果を達成するためには、その添
加量は0.2 原子％以上とする必要があるが、あまり多く
すると非磁性の粒界相が増加し、特性の低下を招くので
２原子％以下とすべきである。

【００２１】本発明の磁石は、上記必須成分の他、残部
は基本的にはＦｅおよび不可避不純物からなる。Ｆｅは
磁性相形成にとって必須の元素であるが、その一部（例
えば20重量％程度）をＣｏで置換してもよい。尚本発明
の磁石には各工程に少量のＯが混入することは避けられ
ないが、このＯの含有量は0.004 原子％以下に抑制すべ
きである。即ち、Ｏは磁石内ではＲ₂ Ｏ₃ またはＲＯ等
の希土類酸化物として存在し、この酸化物は非磁性であ
って磁気的不純物となり、保磁力の低下や主相の孤立化
の妨げとなるので、Ｏ含有量は極力抑える必要がある。
こうした観点からＯは0.004 原子％以下とする必要があ
る。

【００２２】本発明の磁石においては、柱状晶組織およ
び異方性化した後の結晶組織のいずれにおいても、その
結晶平均粒径を30μm 以下に規定したものであるが、そ
の理由は下記の通りである。まず図２に示す如く、焼結
磁石と同等以上の特性を得る為には鋳造後における柱状
晶組織の平均粒径を30μm 以下とする必要がある。また
鋳塊に対して熱間塑性加工および熱処理を施すと保磁力
が向上するが、過剰な熱処理を行なうと結晶粒が粗大化
してかえって保磁力の低下を招くので、熱処理して異性
化した後の結晶においても平均粒径を30μm 以下にする
必要がある。

【００２３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２４】

【実施例】表２に示す組成の合金鋳塊（No. 1 〜14) を
高周波溶解によって製造した。尚このときの出発原料
は、Ｆｅとしては純度99.9重量％の電解鉄，Ｂはフェロ
ボロン合金，希土類元素およびその他の添加元素は純度
99.9重量％のものを夫々用いた。そして銅鋳型によって
鋳造し、平均粒径30μｍ以下の微細な柱状晶を形成し
た。

【００２５】

【表２】

【００２６】次に、合金鋳塊を切断後鉄製カプセルに封
入し、幅方向から拘束を加えつつ950 ℃にて全圧下率76
％の熱間圧延を行なった。引き続き、1000℃×６時間
（１段目）および480 ℃×２時間（２段目）の熱処理を
行い、得られた磁石合金の磁気特性および平均粒径並び
に保磁力温度係数（室温〜200 ℃）を調査した。その結
果を表３に示すが、ＤｙおよびＡｇを同時添加したもの
は、結晶を微細化することができ、ｉＨｃの向上および
保磁力温度係数の改善が認められることが分かる。

【００２７】

【表３】

【００２８】次に、Pr₁₃Dy₂Fe₇₇B₇Ag₁の組成（原子比）
で、且つ平均粒径が３μm からなる合金粉末を、10KOe
磁界中で1.5ton/cm²の圧力で加圧成形した後、99.999％
純度のＡｒガス中（250Torr)で1070℃×２時間焼結し、
更に530 ℃×１時間の時効熱処理を行なって焼結磁石を
得た。得られた焼結磁石と、表２に示したNo. 13（本発
明品）の磁石を夫々用い、厚みが3 ，1 ，0.5 ，0.3 (m
m)となる様に研削し、それぞれの磁気特性を調査した。
その結果を表４に示すが、本発明のものは、加工劣化の
度合いが小さいことがわかる。

【００２９】

【表４】

【００３０】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、希土類
元素−Ｆｅ−Ｂ系にＤｙとＡｇを複合添加することによ
って結晶粒の微細化が達成され、３μm 以下の薄肉であ
っても良好な磁気特性を発揮し、熱安定性にも優れた永
久磁石が得られた。また本発明に係る永久磁石は、その
特性からして自動車部品用の永久磁石として最適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｄｙ添加量が鋳塊粒径と磁気特性に及ぼす影響
を示すグラフである。

【図２】鋳塊粒径と磁気特性の関係を示すグラフであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者由利司神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記(A) 〜(F) の化学組成を満足すると
共に、平均粒径30μm 以下の柱状晶組織を熱間塑性加工
および熱処理して異方性化したものであり、30μm 以下
の平均粒径を有するものであることを特徴とする熱安定
性の優れた希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系異方性化永久磁石。 (A) Ｙを含む希土類元素の２種以上（但しその50重量％
以上がＰｒである）を12〜18原子％含有する。 (B) 希土類元素のうち、少なくとも１〜３原子％はＤｙ
である。 (C) Ｂを４〜６原子％含有する。 (D) Ａｇを0.2 〜２原子％含有する。 (E) Ｏを0.004 原子％以下に抑制する。 (F) 残部：Ｆｅおよび不可避不純物
【請求項２】異方性化方向の厚みが0.5 〜３mmであ
り、最大エネルギー積が25MGOe以上，保磁力が20KOe 以
上であり、且つ室温から200 ℃までの保磁力温度係数が
-0.5％／℃以上である請求項１に記載の異方性化永久磁
石。