JPH0737716A

JPH0737716A - 希土類永久磁石およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0737716A
Application number: JP5179534A
Authority: JP
Inventors: Minoru Endo; 実遠藤; Mikio Shindo; 幹夫新藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 1995-02-07
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JP3209380B2

Abstract

(57)【要約】【目的】粉末同士の磁気凝集を抑えて磁界中配向を行
い、これを成形、焼結して、配向度の良好な高性能磁石
材料を提供する。【構成】Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ金属間化合物を主相とし、（こ
こで、ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｄｙを含む希土類元素の
うち少なくとも１種、Ｉ（００６）／Ｉ（１０５）（こ
こで、Ｉ（００６）／Ｉ（１０５）はＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの
結晶における（００６）面と（１０５）面のＸ線回折強
度を示す。Ｘ線照射条件は、Ｃｕターゲット、２θ／θ
スキャン。）が、縦磁場成形の場合１．０以上、横磁場
成形の場合０．８以上であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＶＣＭ（ボイスコイル
モータ）、回転機器等に使用される高性能希土類永久磁
石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（特公昭６３−６
５７４２号）は飽和磁化が大きく、高エネルギ−積が得
られることから幅広い用途に使用されるようになった。
これまで問題とされていた耐熱性および耐食性といった
問題はある程度解決され、実用上は問題ない状況にあ
る。最大エネルギ−積も３０〜４５ＭＧＯｅのものが生
産されるようになった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石に
ついては耐熱性、耐食性といった問題点もあるが、磁気
特性の向上が最重要課題であることには変わりない。Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の特性を向上させる手法としては、磁
石内の酸素量を減らして主相（Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ）体積率
を向上すること、組成を化学量論組成（Ｎｄ₂Ｆｅ
₁₄Ｂ）に近づけること、さらには主相の配向度を向上さ
せること、が掲げられる。酸素量については、製造工程
中における酸素との接触を極力回避することにより５０
００ｐｐｍ以下のものが量産で、また実験室レベルでは
１０００ｐｐｍ程度のものが得られるようになり、酸素
量低減による磁気特性向上はほぼ飽和指定る。したがつ
て、これ以上酸素量を低下させても、それに見合うだけ
の大きな特性向上は望めない。一方、配向度は現状の量
産レベルで横磁場成形（粉末成形の際の加圧方向と配向
磁場の方向が直交）の場合、配向度（飽和磁化と残留磁
束密度の比）はＢｒ／Ｍｓ＝９２〜９４％程度、縦磁場
成形（粉末成形の際の加圧方向と配向磁場の方向が平
行）でＢｒ／Ｍｓ＝８８〜９０％程度が得られている。
実験室レベルでも横磁場成形では最高Ｂｒ／Ｍｓ＝９５
％程度、縦磁場でＢｒ／Ｍｓ＝９３％程度が得られてい
るものの、酸素量低減に比べるとて改善の余地が大き
い。そこで本発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の配向度を向
上させることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、
一般に合金溶解・鋳造、粉砕、磁場中成形、焼結、およ
び熱処理から工程を順次経て製造される。これまで配向
度については、焼結体における配向度だけが検討されて
いたが、本発明者は、各製造工程の配向度に与える影響
を検討した。詳しくは後述するが、検討の結果、微粉末
に磁場を印加した時得られる初期配向、成形による配向
の乱れ、最後に焼結過程における配向の変化、が重要で
あることを知見した。特に、初期配向が重要であり、こ
の時の配向が悪いとこの後の過程を最適化しても良い結
果は得られないことが判明した。そして、配向度が最大
のものが得られるよう製造過程を最適化することにより
従来にない高い配向度の磁石が得られることを確認した

【０００５】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の主相である正方晶の
Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相は、Ｃ軸方向の磁化が大きいため、Ｘ
線による（００４），（００６），（００８）面の回折
強度が大きく、（１０５）面の回折強度が小さいほど配
向度が高いことを示す。本願発明によると、焼結体の磁
界配向方向に垂直な面のＸ線回折において、（００６）
面の回折強度が高く、（１０５）面の回折強度は弱い、
極めて配向度の高い磁石が得られる。具体的には、Ｒ₂
Ｆｅ₁₄Ｂ金属間化合物を主相とし、（ここで、ＲはＮ
ｄ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｄｙを含む希土類元素のうち少なくと
も１種、Ｉ（００６）／Ｉ（１０５）（ここで、Ｉ（０
０６）／Ｉ（１０５）はＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの結晶における
（００６）面と（１０５）面のＸ線回折強度を示す。Ｘ
線照射条件は、Ｃｕターゲット、２θ／θスキャン。）
が、横磁場成形の場合１．０以上、縦磁場成形の場合
０．８以上である希土類鉄系永久磁石が得られる。

【０００６】以下に、初期配向、成形による配向の乱
れ、および焼結過程における配向の変化、についての検
討結果を示す。（１）初期配向ＮｄＤｙＦｅＣｏＢＮｂＡｌの組成を有す
る溶解合金を作製し、水素処理を行い粗粉砕粉末を得、
さらにジェットミルにより微粉砕して平均粒径５μｍの
微粉末を得た。この微粉末を用いて、磁界を印加した際
の初期配向を調べた。電磁石の間に前記微粉末を充填し
たカプセルを配置し、磁界を印加（５ｋＯｅ，１５ｋＯ
ｅ，２５ｋＯｅ）した後にアセトンで希釈した接着剤を
カプセル内に流し込み、次いでアセトンを蒸発させ固化
させた。得られた試料の配向方向における結晶配向をＸ
線で調べると図１のような結果になった。図１より、印
加磁界が大きくなるにつれ、（１０５）面に対する（０
０６）面の相対強度が増加していることがわかる。しか
し、印加磁界を大きくしても、それに見合うだけの配向
度の改善は見られないことが判明した。これは、磁性粉
同士が磁気凝集を引き起こし、強い印加磁界を与えても
微粉末の結晶方位が完全に揃わないためと考えられる。
なお、得られたＩ（００６）／Ｉ（１０５）は印加磁界
が２５ｋＯｅの場合３．１、印加磁界が１５ｋＯｅの場
合２．１、印加磁界が５ｋＯｅの場合２．１であった。

【０００７】そこで粘性の高い接着剤を微粉末に添加し
て配向時における磁気凝集を抑制したところ、ほぼ単結
晶に近い高い配向度が得られることがわかった。図２に
その例を示す。通常の状態で単純に磁界を印加しただけ
では高い配向度は得られないが、磁気凝集の発生を防止
することにより、図２（ｂ）に示すようにほぼ（００
４），（００６），（００８）面の回折強度が見られる
だけという単結晶に近い配向度が得られている。この場
合のＩ（００６）／Ｉ（１０５）は３５であった。印加
磁界は２５ｋＯｅである。このように微粉粒子間に適度
な粘性を持った添加剤を加えると磁気凝集は抑えられ
る。

【０００８】（２）成形による配向の乱れ以上の検討と同様の微粉末を用い、成形圧を変化させて
金型成形を行って成形体を得た。この成形体における配
向方向に垂直な面についてＸ線回折を行ない、成形によ
る配向の乱れを調査した。なお、印加磁界は２５ｋＯｅ
である。図３にその結果を示すが、成形圧の増加にとも
ないＩ（００６）／Ｉ（１０５）が小さく、つまり配向
度が低下しており、成形により配向が乱されることが明
かとなった。また、成形圧の低い領域でＩ（００６）／
Ｉ（１０５）が大きい値を示しており、この領域で成形
することにより初期配向の低下を防止することができ
る。以上の検討結果まとめると、焼結体の配向度を向上
させるには、粉末同士の磁気凝集を抑制することにより
磁界を印加した時に得られる初期配向を高め、その状態
を維持するために低圧の成形を行うことが重要である。

【０００９】（３）焼結過程における配向の変化成形圧が０．１７ｔ／ｃｍ²と２．０ｔ／ｃｍ²で成形し
た成形体と、これを焼結した後の焼結体のＩ（００６）
／Ｉ（１０５）を比較した。結果を図４に示す。成形圧
が０．１７ｔ／ｃｍ²の場合のＩ（００６）／Ｉ（１０
５）は、成形体で焼結体で１．８であったが焼結体では
１．２５まで低下した。成形圧が２．０ｔ／ｃｍ²の場
合のＩ（００６）／Ｉ（１０５）は、成形体で１．０で
あったが、焼結体では１．１４まで向上した。一般には
焼結過程で粒成長が生じ、これにともない焼結体の配向
度は成形体に比べ向上すると考えられている。しかし、
２．０ｔ／ｃｍ²で成形したものは焼結後の配向度が良
くなっているものの、０．１７ｔ／ｃｍ²で成形したも
のは焼結後に配向度が低下している。これは非常に成形
体密度の低い状態で焼結されているため、焼結における
収縮過程で結晶粒が不必要に運動し、そのために配向が
乱される効果によるものと考えられる。しかし、０．１
７ｔ／ｃｍ²で成形した例から、低圧成形により成形体
における配向度を高めておけば、焼結過程で配向が乱れ
たとしても焼結体における配向度は依然高いレベルにあ
り、初期配向を向上・維持することが重要であることも
わかる。

【００１０】本発明永久磁石の組成としては、下記の範
囲から選択すればよい。Ｒ_aＦｅ_bＣｏ_cＢ_dＡＤ_eＭ_ｆここで、ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｄｙを含む希土類元素
のうち少なくとも１種、ＡＤはＡｌ，Ｃｕ，
Ｚｎ，Ｇａのうち少なくとも一種で、ＭはＶ，Ｍｏ，Ｎ
ｂ，Ｗのうち少なくとも１種で、５≦ａ≦１８ａｔ％、
６５≦ｂ≦８５ａｔ％、０≦ｃ≦３０ａｔ％、
４≦ｄ≦１５ａｔ％、０≦ｅ≦７ａｔ％、０≦ｆ
≦７ａｔ％

【００１１】本発明において希土類元素Ｒは５ａｔ％以
上、１８ａｔ％以下で、好ましくは１０ａｔ％以上、１
６ａｔ％以下の範囲で含有される。ＲはＰｒ，Ｎｄの場
合に高い磁気特性が得られ、ＴｂやＤｙを含む場合に大
きい保磁力が得られる。特にＤｙを用いた場合、Ｎｄと
Ｄｙの比率としては９９．９５：０．０５から８０：２
０の範囲がコスト的に好ましく、飽和磁化を大きく減少
させずに、高保磁力が得られるため望ましい。

【００１２】Ｆｅは６５≦ｂ≦８５ａｔ％の範囲で含ま
れる。６５ａｔ％未満では飽和磁化が低く、また８５ａ
ｔ％を越えると保磁力が著しく低下するからである。

【００１３】Ｃｏは前述のように耐食性と熱安定性向上
に寄与する元素であり、３０ａｔ％以下の範囲で含まれ
る。３０ａｔ％を越えると飽和磁化と保磁力が低下し、
好ましくない。なお、ＦｅとＣｏの比率は、適度な角型
性と保磁力を保持するため９９．９５：０．０５から７
７：２３の範囲にするのが望ましい。

【００１４】Ｂの量は４≦ｄ≦１５ａｔ％が好ましく、
この範囲外では残留磁束密度と保磁力が小さくなる。

【００１５】ＡＤはＡｌ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａの内少なく
とも一種であり、保磁力向上に寄与する元素であるが、
７ａｔ％を越えると残留磁束密度を低下させるので７ａ
ｔ％以下とする。良好な磁気特性は０．０１≦ｅ≦４ａ
ｔ％の範囲とするのが好ましい。

【００１６】Ｍ元素はＶ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｗのうち少なく
とも１種で、結晶粒成長抑制および熱安定性向上に高か
のある元素であるが、過剰に含まれると飽和磁化を低下
させるので添加する場合は７ａｔ％以下とするのが好ま
しい。以上の組成範囲のうち、特に高い磁気特性を得る
には下記の組成とするのがよい。Ｒ_aＦｅ_bＣｏ_cＢ_dＡＤ_eＭ_f ここで、ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｄｙを含む希土類元素
のうち少なくとも１種、ＡＤはＡｌ，Ｃｕ，
Ｚｎ，Ｇａのうち少なくとも一種で、ＭはＶ，Ｍｏ，Ｎ
ｂ，Ｗのうち少なくとも１種で、１２≦ａ≦１４ａｔ
％、６５≦ｂ≦８５ａｔ％、０≦ｃ≦６ａｔ％、５．
８≦ｄ≦６．５ａｔ％、０≦ｅ≦１．５ａｔ％、０≦ｆ
≦１ａｔ％

【００１７】次に本発明磁石の製造方法について説明す
る。本発明磁石は、焼結法により作製することができ
る。所定組成の溶融合金を作製し、このインゴットに水
素吸蔵・脱水素処理を施した後、さらにジェットミル等
により粉砕して微粉末を得て、その後に磁場中成形、焼
結する方法である。微粉砕においては、保磁力を著しく
下げない程度に粒径が粗く、分布が揃っていることが望
ましい。成形前の微粉末には磁気凝集を抑制するための
添加剤、例えばバラフィン、樟脳、オレイン酸、鉱物油
等を加える。ただし、この添加剤の粘性が低いと配向に
悪影響を与えるので、十分な成形体強度を有し、且つ配
向が最大になるように粘性を調整しなければならない。
成形する前の磁界印加においては、特に磁界の平行性を
良くし、且つ磁界強度を大きくし、磁界の立ち上がりを
急峻にすることにより微粉末を効率良く配向できる。ま
た、磁化印加時に振動、超音波を与えることも効果があ
る。成形は初期配向を乱さないように、低圧でしかも瞬
間的に加圧することが好ましい。焼結過程では結晶粒成
長を起こさせ、配向を良く揃えることも重要となる。

【００１８】

【実施例】以下では実施例により本発明を詳細に説明す
る。（実施例１）Ｎｄ_12.8Ｆｅ_balＣｏ_4.5Ｂ_6.2Ｇａ_0.1（ａ
ｔ．％）なる組成の合金を作製し、水素処理を行った。
得られた粗粉を酸素量をコントロールしたジェットミル
粉砕を行い、平均粒径４μｍの微粉末を得た。この粉末
に鉱物油を添加し、大気に触れないようにして磁場中成
形し（横磁場成形）、焼結した。磁石内の酸素量は１４
１０ｐｐｍで窒素量は４３ｐｐｍであった。なお、印加
磁界は２５ｋＯｅ、成形圧は０．１７ｔ／ｃｍ²、焼結
は真空中で１０９０℃×１ｈｒ．である。以上の焼結体
のＩ（００６）／Ｉ（１０５）は、１．３５である。ま
た、得られた焼結体を熱処理（５４０℃×１ｈｒ．）し
た後、磁気特性を測定した。測定は２４℃で温度制御さ
れた状態で行われた。また、磁化の値はＮｉ標準で正確
に較正した。その結果、Ｂｒ＝１４．８８ｋＧ，ｉＨｃ
＝８．３ｋＯｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝５２．７ＭＧＯｅ、
配向度（Ｂｒ／Ｍｓ）＝９６％の特性が得られた。その
減磁曲線を図５に示す。

【００１９】この磁石の（ＢＨ）ｍａｘは現状報告され
ている永久磁石としては世界最高であり、配向度が極め
て高い。ちなみにこれまでの最高特性は（ＢＨ）ｍａｘ
＝５０．６ＭＧＯｅ（磁気測定温度：２０℃、組成：Ｎ
ｄ_12.8Ｆｅ_80.7Ｂ_6.5、酸素量：１１００ｐｐｍ，M.
Sagawa, S. Hirosawa, H. Yamamoto, S. Fujimura and
Y. Matsuura, Jpn. J. Appl. Phys. 26, 785(1987).）
と（ＢＨ）ｍａｘ＝５２．３ＭＧＯｅ（組成：Ｎｄ２９
ｗｔ％，Ｆｅ７０ｗｔ％，Ｂ１ｗｔ％、E. Otsuki, T.
Otsuka and T. Imai, Eleventh International Worksho
p on Rare Earth Magnets and Their Applications, Pi
ttsburgh, PA, 21-24 October, 1990.）で、これらより
測定温度が高く、磁気特性も正確に較正されている。Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石はＢｒの温度係数が大きく、測定温度
が例えば１℃高くても（ＢＨ）ｍａｘを減少させる。今
回の測定は２４℃の少々高い測定温度で得られた結果で
あり、本願発明の効果の顕著性を表している。

【００２０】（実施例２）表１に示す組成の平均粒径５
μｍの微粉末を実施例１と同様に得て、Ｎｏ．３および
８を除いて鉱物油を添加剤として加え表１に示す圧力で
成形を行った。なお、配向磁界は２５ｋＯｅである。そ
の後真空中１０８０〜１１００℃×１ｈｒ．で焼結、５
１０〜５５０℃×１ｈｒ．熱処理を行って磁石を得た。

【００２１】

【表１】

【００２２】得られた磁石の磁気特性を実施例１と同様
にして測定した。結果を表２に示すが、本発明による永
久磁石は、従来の永久磁石に比べＩ（１０５）／Ｉ（０
０６）が高く、その結果磁気特性も向上していることが
わかる。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の配向度を改善
し、特徴的に（００６）面の（１０５）面に対する相対
的Ｘ線回折強度を大きくした磁石を提供でき、磁気特性
を改善できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】微粉砕粉を磁界中配向させた時の配向方向に垂
直な面のＸ線回折パターンである。

【図２】（ａ）は２５ｋＯｅの印加磁界で配向させた微
粉のＸ線回折パターン、また（ｂ）は磁気凝集を低減さ
せた微粉を同じく２５ｋＯｅの磁界で配向させた時のＸ
線回折パターンである。

【図３】成形圧の異なる成形体の配向方向に垂直な面に
ついてのＸ線回折パターンである。

【図４】焼結体と成形体のＸ線回折パターンである。

【図５】Ｎｄ_12.8Ｆｅ_76.4Ｃｏ_4.5Ｂ_6.2Ｇａ_0.1磁石の
減磁曲線である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ金属間化合物を主相とし、
（ここで、ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｄｙを含む希土類元
素のうち少なくとも１種、Ｉ（００６）／Ｉ（１０５）（ここで、Ｉ（００６）／
Ｉ（１０５）はＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの結晶における（００
６）面と（１０５）面のＸ線回折強度を示す。Ｘ線照射
条件は、Ｃｕターゲット、２θ／θスキャン。）が、横
磁場成形の場合１．０以上、縦磁場成形の場合０．８以
上であることを特徴とする希土類永久磁石。
【請求項２】Ｉ（００６）／Ｉ（１０５）が横磁場成
形の場合に１．２以上である請求項１に記載の希土類永
久磁石。
【請求項３】Ｉ（００６）／Ｉ（１０５）が縦磁場成
形の場合に１．０以上である請求項１に記載の希土類永
久磁石。
【請求項４】希土類永久磁石が、Ｒ_aＦｅ_bＣｏ_cＢ_dＡ
Ｄ_eＭ_f （ここで、ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｄｙを含む希土類元
素のうち少なくとも１種、ＡＤはＡｌ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａのうち少なくとも一種で、ＭはＶ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｗのうち少なくとも１種で、５≦ａ≦１８ａｔ％、６５≦ｂ≦８５ａｔ％、０≦ｃ
≦３０ａｔ％、４≦ｄ≦１５ａｔ％、０
≦ｅ≦７ａｔ％、０≦ｆ≦７ａｔ％）の組成からなる請
求項１〜３のいずれかに記載の希土類永久磁石。
【請求項５】希土類永久磁石合金粉末を磁気凝集を抑
制しつつ磁場中成形して成形体を得、この成形体を焼結
することを特徴とする希土類永久磁石の製造方法。
【請求項６】希土類永久磁石合金粉末を成形圧が０．
１５〜０．５ｔ／ｃｍ²の範囲で磁場中成形して成形体
を得、この成形体を焼結することを特徴とする希土類永
久磁石の製造方法。
【請求項７】希土類永久磁石合金粉末を磁気凝集を抑
制しつつ成形圧が０．１５〜０．５ｔ／ｃｍ²の範囲で
磁場中成形して成形体を得、この成形体を焼結すること
を特徴とする希土類永久磁石の製造方法。