JPH07138672A - 希土類永久磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】重量比で２２〜２７％のＲ（但しＲは希土類元
素のＳｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅの１種以上）、１０〜
２５％のＦｅ、５〜１０％のＣｕ、０．１〜６％のＭ
（ＭはＭｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの１種以上），又は必要
に応じて少量のＢ、Ｐ、Ｓの１種又は２種以上を含み、
残部が実質的にＣｏからなる組成の磁石材料を、液相晶
出温度開始である１１２０〜１２００℃にて一次焼結
し、続いて１１４０〜１２３０℃でかつ前記一次焼結温
度より２０〜３０℃高い温度で二次焼結することを特徴
とする希土類永久磁石の製造方法。 【効果】保磁力（ｂＨｃ）、角形比（（ＢＨ）ｍａｘ／
Ｂ²)が改善され、かつ焼結時の製造歩留りが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【産業上の利用分野】本発明は、希土類元素または希土
類元素と遷移元素とを主成分とするＲ₂ Ｍ₁₇系（但し、
ＲはＳｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅを含む希土類元素、Ｍ
は主として遷移元素を表す）永久磁石合金に関し、特に
保磁力（ｂＨｃ）および角形比（（ＢＨ）ｍａｘ／Ｂｒ
² ）を改善する製造方法に関するものである。また、永
久磁石合金の製造原価を改善する製造方法に関するもの
である。

【００２０】

【従来の技術】近年、保磁力、残留磁束密度、角形比等
の磁気特性の優れた希土類永久磁石としてＳｍ−Ｃｏ系
の2-17型が開発されて広く使用されている。また、この
永久磁石は高価なＳｍを多量に含有しているため、Ｓｍ
の一部をＮｄ、Ｐｒ等の安価な希土類元素に置換した永
久磁石（2-17低コスト型）の開発も多く行われている。
他方、この2-17低コスト型は、Ｓｍの一部がＮｄ、Ｐｒ
等に置換されているために磁気特性が低下する。そこ
で、その改善のためにＭｎ、Ｚｒ等の遷移元素やＢ、Ｐ
等の微量元素を添加したりしている。

【００３０】このような希土類永久磁石の組成による磁
気特性の改善の開発に加えて、製造方法による磁気特性
改善の改善も多く提案されている。例えば、時効処理の
改善については次のような開示がある。 イ）特公平２−４８６１６号では、特定の合金組成にお
いて複数回の時効処理方法により角形比と保磁力ｉＨｃ
の改善が開示されている。 ロ）特開昭６１−１３６６３１号および特開昭６１−２
１０１６１号では、特定の合金組成において繰返し時効
処理（３回）方法により最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａ
ｘの改善が開示されている。次に、溶体化処理と時効処
理の組合わせによる改善には次の開示がある。 ハ）特公平２−２７４２５号では、特定の合金組成にお
いて焼結温度より１０〜５０℃低い温度で溶体化処理
し、次いで繰返し時効処理（２回）する方法により保磁
力ｉＨｃの改善が報告されている。

【００４０】また、焼結と時効処理の組合わせによる改
善には次の開示がある。 ニ）特公昭６０−３４６３２号では、特定の合金組成に
おいて１１００〜１２５０℃の温度で一次焼結し、つい
で１１５０〜１２５０℃の温度で、かつこの一次焼結温
度よりも３〜３０℃高い温度で二次焼結を行ったのち、
２段時効処理する方法により角形比、保磁力ｉＨｃの改
善が報告されている。さらに、焼結、溶体化処理および
時効処理の組合わせによる改善には次の開示がある。 ホ）特公平３−２８５０２号では、特定の合金組成にお
いて特定の焼結・溶体化処理並びに２段時効処理する方
法により保磁力ｉＨｃ、角形比の改善が報告されてい
る。

【００５０】以上の希土類永久磁石の組成による磁気特
性改善あるいは製造方法による磁気特性改善の報告によ
ると、保磁力の改善はｉＨｃについてなされている。本
発明者らが改善しようとしている保磁力ｂＨｃと前記ｉ
Ｈｃの関係を、株式会社総合技術センター発行の「永久
磁石の開発・材料設計と磁気回路の解析・設計応用技
術」（昭和６１年）から引用して図１に示す。ｂＨｃは
残留磁化によって支配され、その上限値は４πＩ_r であ
る。なお、ｂＨｃとｉＨｃの値の大小関係はｂＨｃ＜ｉ
Ｈｃである。

【００６０】

【図１】

【００７０】

【発明が解決しようとする課題】これらの製造方法の開
示は、第１に特定の合金組成における磁気特性改善のた
めの製造方法であり、第２に特定の時効処理を必須とし
ており、時効処理のみ又は時効処理と他の処理との組合
わせからなり、第３に改善された磁気特性は角形比、保
磁力ｉＨｃ又は最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘに関す
るものである。また、以上のような磁気特性改善のため
の開示はされているが、高価な希土類永久磁石の製造原
価を低減するための製造方法の改善は報告されていな
い。本発明の目的は、2-17型希土類永久磁石の磁気特
性、特に保磁力（ｂＨｃ）および角形比の改善を焼結方
法のみで行うことを提供するものである。さらに、2-17
型希土類永久磁石の焼結時における製造歩留りの向上の
ための焼結方法を提供するものである。

【００８０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は2-17型希土
類永久磁石に関し、その焼結方法が液相焼結であること
に注目して保磁力（ｂＨｃ）および角形比（（ＢＨ）ｍ
ａｘ／Ｂｒ² ）の改善ならびに焼結時における製造歩留
りの向上のため鋭意研究した結果、液相晶出開始温度で
一次焼結し、続いて二次焼結を行う２段焼結方法により
前記目的を達成することを見出し、本発明を完成するに
至ったものである。

【００９０】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明は2-17型希土類永久磁石に関するものであり、その
焼結が液相焼結からなる2-17型希土類永久磁石の焼結方
法に係わるものである。この2-17型希土類永久磁石の合
金組成について、好ましくは次の実用範囲とした。この
2-17型希土類永久磁石における希土類元素Ｒ（Ｓｍ、Ｎ
ｄ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅの１種以上）の含有量が２２％未満
では、ｉＨｃが低下し、（ＢＨ）ｍａｘも低下する。２
７％を越えるとＢｒが低下するからである。Ｆｅの含有
量が、１０未満ではＢｒが低下し、２５％を越えるとｉ
Ｈｃが低下するからである。遷移元素Ｍ（Ｍｎ，Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆの１種以上）の含有量が０．５％未満では十
分なｉＨｃが得られず、６％を越えるとＢｒが低下する
からである。微量元素Ｂの含有量が、０．００３未満で
は角形性改善の効果が少なく、０．０１５％を越えると
ｉＨｃが低下するからである。また、微量元素Ｐ，Ｓが
０．００３未満では角形性改善の効果が少なく、０．０
１０％をこえるとｉＨｃが低下するからである。なお、
本発明においては液相焼結からなる2-17型希土類永久磁
石の保磁力ｂＨｃおよび角形比を改善したい場合、又は
焼結時における製造歩留りを改善したい場合には上記の
合金組成の範囲に限るものではない。

【０１００】この2-17型希土類永久磁石の製造方法は、
所定成分からなる合金粉末を磁場プレスで成形した後、
不活性ガス（例えばアルゴンガス）あるいは還元性ガス
（例えば水素ガス）雰囲気中で焼結、溶体化処理、時効
処理の工程からなる。本発明の方法では、この焼結工程
において液相晶出温度である１１２０〜１２００℃で一
次焼結を行い、次いで一次焼結温度よりも２０〜３０℃
高い１１４０〜１２３０℃で二次焼結を実施する。従来
の２段焼結方法では、緻密（＝焼結体の密度上昇）でか
つ均質な永久磁石を得るために高温の焼結温度で一次焼
結を行い、続いて一次焼結温度よりもさらに高い温度１
１５０〜１２６０℃で二次焼結を実施している。すなわ
ち、2-17型希土類永久磁石は液相と固相の２相の相互拡
散により焼結が進んでいる。したがって、焼結温度を高
くすることにより多量の液相が晶出するため焼結体の密
度が上昇し、角形比が改善されることを開示している。

【０１１０】本発明では、一次焼結は１１２０〜１２０
０℃の液相晶出開始温度という焼結温度より低温で実施
する。低温のため液相の発生が少ない状態で焼結は進行
する。したがって、一次焼結が終了した時点では、包晶
反応により固相化し組成の均一化をおこしている。ま
た、次の高温焼結に先立って低温焼結を実施しているた
めに、高温焼結時に液相焼結によって生ずる焼結体の変
形が少なくなる。次に、一次焼結温度より２０〜３０℃
高い温度１１４０〜１２３０℃で二次焼結を実施する。
これによって、緻密でかつ組成の均一な微細な結晶組織
を有する焼結体が得られて角形比と保磁力ｂＨｃの改善
が確認された。

【０１２０】一次焼結温度より高くする温度が２０℃未
満では液相の晶出量が少ないために密度の上昇ができ
ず、従来の１段焼結に比べて角形比と保磁力ｂＨｃは改
善されていない。他方、３０℃を越えると液相の晶出が
増加して緻密化は進む。しかし、結晶粒は粗大化し、主
成分のＳｍ、Ｃｕ等が偏析を生じ始める。この偏析を解
消してｂＨｃと角形比を回復させるために、次の溶体化
処理時間で長時間処理する必要がある。図２には、１
６．２％Ｓｍ−９．３％Ｎｄ−１３．６％Ｆｅ−６．３
％Ｃｕ−２．４％Ｚｒ−０．３％Ｍｎ−０．３％Ｔｉ−
０．００６％Ｂの合金組成について密度、そして保磁力
ｂＨｃと角形比に及ぼす二次焼結温度の影響を示す。横
軸には、液相晶出温度Ｔ_LSと二次焼結の際に一次焼結温
度より高くする温度をとり、縦軸には二次焼結体の密
度、そして二次焼結体の保磁力ｂＨｃと角形比の値を示
す。液相晶出温度Ｔ_LSで焼結した一次焼結体の密度は、
７．８０ｇ／ｃｍ³ であり、二次焼結温度を液相晶出温
度Ｔ_LSより高い温度で二次焼結を行うと＋２０〜＋３０
℃で二次焼結体の密度は８．１７〜８．２０ｇ／ｃｍ³
で飽和している。また、保磁力ｂＨｃと角形比の値も液
相晶出温度Ｔ_LSで焼結した一次焼結体の密度は低いけれ
ども、二次焼結において二次焼結の温度の上昇により、
増加傾向を示すが、＋２０〜＋３０℃をピークに減少傾
向に変わる。図３および図４には図２に示した合金組成
について、本発明による二次焼結体を溶体化処理して調
べたミクロ組織を図３に、従来の一段焼結体を溶体化処
理して調べたミクロ組織を図４に示す。

【０１３０】

【図２】

【０１４０】

【図３】

【０１５０】

【図４】

【０１６０】従来法では、成形体を高温まで昇温して液
相を多量に晶出させるため液相が自重によって焼結進行
中の成形体の下部の方へ移動する。このために焼結体の
下部が膨らんで変形する。また、焼結進行中の成形体の
底面まで達した液相が焼結時に成形体をのせて使う焼結
用トレーと溶着して焼結後の冷却時に割れたり、トレー
から焼結体を離脱するときに割れたりする。しかし、本
発明では低温で一次焼結した焼結体を用いて高温の二次
焼結を実施する。この際に、始めから高温焼結する場合
に比べて、すでに低温の一次焼結を行っているので包晶
反応による固相化と組成の均一化が進んでいる焼結体を
高温焼結の母材としている。このため、高温に昇温して
も液相が母材の下部の方へ移動が妨げられて変形あるい
は割れの発生は防止されると考えられる。

【０１７０】本発明による２段焼結方法を行った焼結体
は、続いて溶体化処理および時効処理が施される。これ
らの処理は公知の方法で行っても、本発明の２段焼結方
法による効果は減じられるものではない。また、本発明
に加えて、溶体化処理又は時効処理において特定の方法
を採用することで本発明の２段焼結方法による効果が減
じられるものではない。

【０１８０】

【実施例】表１には、供試合金Ａ１〜Ｃ５の組成を示
す。請求項１に示す合金組成をＡおよびＢシリーズとし
て、請求項２に示す合金組成をＣシリーズとして示す。

【０１８０】

【表１】

【０１９０】表２には、供試合金Ａ１〜Ｃ５の液相晶出
開始温度を示す。液相晶出開始温度はＤＴＡ（示差熱分
析）法により測定した。すなわち、供試合金の粉末を直
径３．０ｍｍ、高さ１．５ｍｍに成形し、ＤＴＡを用い
て、粉末成形体を毎分５℃で加熱し昇温した。液相が晶
出し始めると吸熱ピークが出現する。このピーク出現温
度から高温側５℃程度を有した温度範囲を液相晶出温度
とした。

【０２００】

【表２】

【０２１０】表３には、本発明法による焼結条件を合金
組成Ａ１〜Ｃ５について示す。一次焼結温度は、表２に
示す液相晶出開始温度であり、二次焼結温度は一次焼結
温度より２０〜３０℃高い温度とした。この二次焼結温
度は、供試合金の粉末を１４φｘ１２ｍｍに成形し、次
いで一次焼結温度て焼結後、二次焼結温度を設定するた
めの実験を行って求めた。また、本発明の２段焼結と比
較するために合金組成Ａ１〜Ｃ５について従来法として
１段焼結を行った。１段焼結の条件としては、本発明の
２段焼結における二次焼結の条件で焼結した。なお、一
次焼結温度における保持時間は４５分、二次焼結温度に
おける保持時間は６０分である。従来法の１段焼結の焼
結時間は、本発明法による二次焼結温度における保持時
間はとおなじ６０分とした。

【０２２０】

【表３】

【０２３０】次に、こうして得られた焼結体について、
次いで従来公知の方法による溶体化処理および時効処理
を行った。すなわち、溶体化処理は二次焼結温度より２
０〜４０℃低い温度でおこない、時効処理温度は７５０
〜９００℃で等温処理後０．５〜５℃／ｍｉｎで４００
℃まで徐冷し、次いで急冷を行った。表４には、合金組
成Ａ１〜Ｃ５について本発明法と比較として従来法によ
り作成した希土類永久磁石の保磁力ｂＨｃおよび角形比
を測定した結果を示す。

【０２４０】

【表４】

【０２５０】表４の結果から、合金組成にかかわらず本
発明による２段焼結法を行うことにより従来の１段焼結
法に比べて、保磁力ｂＨｃは０．３〜１．１ｋＯｅ改善
され、角形比も０．０３〜０．０６改善されていること
が認められる。

【０２６０】さらに、本発明の２段焼結法の実験から二
次焼結における焼結体の変形が発生せず、焼結用トレー
との溶着も認められないのがわかった。そこで合金組成
Ａ１、Ｂ２、Ｂ４およびＣ５について、合金粉末を２０
φｘ２０ｍｍに各２０個づつ成形した。次いで、本発明
法と従来法による焼結を各１０個づつおこない焼結トレ
ーへの溶着個数と焼結体の変形個数を調べた結果を表５
に示す。焼結トレーへの溶着個数とは、焼結後に焼結体
を焼結トレーから取り出すことができないように溶着し
ている個数をいう。また、焼結体の変形個数とは、焼結
前後における焼結体の直径の偏形率が１０％を越えてい
る個数をいう。なお、本発明法および従来法の焼結条件
は表３と同一条件で行った。表５から、従来法では焼結
トレーへの溶着や焼結体の変形が発生して製品歩留りを
低下させるが、本発明法では焼結トレーへの溶着個数と
焼結体の変形個数は皆無であるため製品歩留りが向上し
製造原価の低減が改善される。

【０２７０】

【表５】

【０２８０】

【発明の効果】本発明の２段焼結法、すなわち液相晶出
温度で一次焼結を行い、次いで一次焼結温度より２０〜
３０℃高い焼結温度で二次焼結する方法によって得られ
た希土類永久磁石の磁気特性は、従来法の１段焼結法に
よるものに比較して保持力ｂＨＣおよび角形比（（Ｂ
Ｈ）ｍａｘ／Ｂｒ²)が優れている。また、焼結時におけ
る変形や焼結トレーへの溶着が発生しないために製品歩
留りが著しく改善される。

【０２９０】

【図面の簡単な説明】

【図１】 保磁力ｂＨＣとｉＨＣの関係を示す。

【図２】 密度、角形比および保磁力ｂＨｃに及ぼす二
次焼結温度の影響を示す。

【図３】 本発明による二次焼結体を溶体化処理した材
料のミクロ組織を示す。

【図４】 従来法による焼結体を溶体化処理した材料の
ミクロ組織を示す。

【手続補正書】

【提出日】平成６年９月６日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】本発明による二次焼結体を溶体化処理した材料
のミクロ組織の図面代用写真である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】従来法による焼結体を溶体化処理した材料のミ
クロ組織の図面代用写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比で２２〜２７％のＲ（但しＲは希
   土類元素のＳｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅの１種以上）、
   １０〜２５％のＦｅ、５〜１０％のＣｕ、０．１〜６％
   のＭ（ＭはＭｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの１種以上），残部
   が実質的にＣｏからなる組成の磁石材料を、液相晶出温
   度開始である１１２０〜１２００℃にて一次焼結し、続
   いて１１４０〜１２３０℃でかつ前記一次焼結温度より
   ２０〜３０℃高い温度で二次焼結することを特徴とする
   希土類永久磁石の製造方法。
2. 【請求項２】 重量比で２２〜２７％のＲ（但しＲは希
   土類元素のＳｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅの１種以上）、
   １０〜２５％のＦｅ、５〜１０％のＣｕ、０．５〜６％
   のＭ（ＭはＭｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの１種以上）を含有
   し，かつこれに０．００３〜０．０１５％のＢ，０．０
   ０３〜０．０１０％のＰ，０．００３〜０．０１０％の
   Ｓの１種又は２種以上を含有し、残部が実質的にＣｏか
   らなる組成の磁石材料を、液相晶出開始温度である１１
   ２０〜１２００℃にて一次焼結し、続いて１１４０〜１
   ２３０℃でかつ前記一次焼結温度より２０〜３０℃高い
   温度で二次焼結することを特徴とする希土類永久磁石の
   製造方法。