JPH07509103A - 磁性材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 磁性材料およびその製造方法 本発明は、磁性材料に関し、特に、Ｆｅ、ＢおよびＲ（ここでＲは希土類元素で ある）の合金の結晶相とα−Ｆｅの混合物からなる２相磁性材料に関する。

磁性材料および永久磁石は、電気製品および電子デバイスを含む多くの用途で用 いられる重要な材料である。小型化への増加する要求、および電気製品および電 子デバイスによせられる大きな需要の観点から、改良磁性材料および改良永久磁 石への需要が増加してきている。

欧州特許公開第０１０１５５２号では、少なくとも１種の三元Ｆｅ−Ｂ−Ｒタイ プ（ここでＲはイツトリウム等の希土類元素である）の安定化合物を含むＦｅ− Ｂ−Ｒタイプ合金を基材とした磁性材料が記載されており、この化合物は磁化さ れて永久磁石となり得る。希土類Ｒの量は、一般的に８〜３０原子パーセントの 範囲である。

欧州特許公開第０１０８４７４号では、少なくともｌＯ原子パーセントの１種以 上の希土類元素と、０．　５〜１０原子パーセントの硼素と、鉄または鉄および 遷移金属元素の混合物とからなる磁気的に硬質な合金が記載されている。この合 金は磁気的に硬質な主要部分と、４００ナノメータ未膚の平均粒径を有する微細 な微結晶とを含んでいる。

上述の特許に記載されている材料は、一般的には、合金に存在する希土類のパー センテージが約１２原子パーセントである場合に最も高い残留磁気を示している 。

以前にも、欧州特許公開第０１０１５５２号および欧州特許公開第０１０８４７ ４号に記載されたものと類似しているが、１０原子パーセント未満の希土類金属 からなる磁気的に硬質な合金組成物を製造しようと試みられていたが、低い残留 磁気で低いエネルギー出力の生成物であった。後者の低いエネルギー出力は、α −Ｆｅの存在に起因していた。

等方性永久磁気材料に予期される性質のための理論、例えば５ｔｏｎｅｒおよび Ｗｏｈｌｆａｒｔｈによって展開された理論には、残留磁気が飽和磁力の値の半 分を越えるべきではないことが示されている。略１．６テスラ（ｒｅｓｌａ）の 飽和磁力を有するＮｄＦｅＢに対しては、残留磁気が０．８テスラを越えるよう にすべきではない。この最大値は、約１２原子パーセントのＮｄに相当する科学 量論的組成物のＮｄＦｅＢ　（２：　１４　：　１）に適用されるであろうし、 またどの方向においてもこの値からの偏差（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）は、達成可能 な最大残留磁気を減少させることとなるであろう。材料構造が充分に微細で均一 なものを製造することができるならば、有意な磁気相互作用が粒子間に起こり、 残留磁気を理論によって予言された以上のレベルに増加させることができる。

欧州特許公開第（ｎ９５２１９号では、ＲＥ−ＴＭ−Ｂタイプ（ここでＲＥはネ オジムまたはプラセオジムであり、ＴＭは鉄、コバルトおよびニッケルから選ば れる遷移金属であり、Ｂは硼素である）の硬質磁気合金、および任意に珪素また はアルミニウム、またはリチウム、水素、フッ素、燐、硫黄、ゲルマニウムおよ び炭素と珪素の組合せの少なくとも１種の改質剤が記載されている。この合金は 、磁気的および実質的に等方性粒子の粒状物からなる主に正方品ＲＥ＋Ｆｅ＋＋ Ｂタイプの相、この相はｌＯ〜１１００ｎの範囲の粒度を有しかつすべての方向 において１１９．　４ｋＪ／ｍ’　（１５ＭＧＯｅ）を越える最大エネルギー出 力を有する、とＸ線回折によって検出されるレベル未満で存在するいくつかの他 の相とからなる。これらの性質を有する磁性合金は、欧州特許公開第０１．９５ ２１９号の教示に従って、ＲＥ−ＴＭ−Ｂタイプの合金に少なくとも１種の改質 剤を添加して製造されているにすぎない。

本発明者らは、１２原子パーセント以下の希土類元素を含むＦｅ−Ｂ−Ｒタイプ の合金組成物から磁性材料を製造する方法を開発した。この磁性材料は、どんな 添加剤も必要とすることなく高い残留磁気および高いエネルギー出力を有する。

したがって、本発明は、主相として１種以上の希土類金属、硼素および鉄の結晶 性合金、ここで実質的にすべての微結晶が３５ナノメ一タ未満の粒度を有する、 と副相としてα−Ｆｅとからなる２相磁性材料の製造方法を提供する。この方法 は、 １）１２原子パーセントまでの１種以上の希土類金属と、３〜７原子パーセント の硼素と、残り（ｂａｌａｎｃｅ）の鉄または鉄とコバルトの混合物とからなる 合金を溶融紡糸（ｍｅｌｔ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ）　Ｌ、ｉｉ）工程（ｉ）からの 溶融紡糸合金を、結晶質と非晶質の混合物が生成されるような条件下で急冷し、 そして 伍）工程（ｉｉ）からの材料を、一定の結晶成長が行われて結晶性合金相が得ら れ、実質的にすべての結晶性合金相が３５ナノメ一タ未満の粒度ををし、かつ得 られた材料が理論値０．　８テスラ（Ｔｅ５ｌａ）を越える残留磁気を有するよ うな条件下でアニーリング処理する、ことからなる。

本発明の方法で溶融紡糸された合金組成物は、１２原子パーセントまでの希土類 金属を含んでいてもよい。これは、化学量論的組成物のＲＥ、Ｆｅ＋＋Ｂの希土 類の原子パーセンテージレベルの約１１．７％より僅かに多い量である。しかし 、本発明の方法に従って希土類金属を含む合金組成物を溶融紡糸すると、希土類 元素の一部が組成物から取り除かれるので、本発明の方法に従って溶融紡糸され た化学量論的組成物の１１．７％限界を僅かに越える希土類金属のレベルを有す る合金は、所望の２相組成物を製造することができる。

本発明の方法で溶融紡糸された合金組成物は、好ましくは希土類元素としてネオ ジムを含む。ネオジムの量は、好ましくは８〜１０原子パーセントの範囲である 。溶融紡糸された合金組成物は、好ましくは４〜７原子パーセント、さらに好ま しくは４〜６原子パーセントの硼素を含む。

本発明の方法によって溶融紡糸された合金組成物は、残りの鉄または鉄とコバル トの混合物を含む。典型的には、コバルトは１０〜１５重量％までの量で組成物 中の鉄と取り替えてもよい。磁性合金組成物中の鉄の一部をコバルトで取り替え ると、一般に温度係数の改良および磁性に対し若干の改質がもたらされる。

本発明の方法を実施する場合、溶融紡糸工程（ｉ）の合金組成物を、その融点よ り高い約５０℃の温度で維持することが好ましい。溶融紡糸の一般的な技術は、 勿論、周知の技術である。

本発明の方法の工程（ｉ）で製造された溶融紡糸合金は、結晶質と非晶質の混合 物が製造されるような条件下で急冷される。好ましくは、溶融紡糸合金を、水冷 回転ホイールまたは冷却ロールの上に滴下することによって急冷する。回転ホイ ールまたは冷却ロールの速度およびその温度を選択することによって、部分的に 結晶質で部分的に非晶質な材料が製造されるようにする。この合金は、非晶質が 生じる過冷却をせずに、２相材料が製造されるようにすることが重要である。

このように急冷した材料中に微結晶が存在することは、本発明の方法のアニーリ ング工程（ｉｉ）で均一で微細な粒子サイズの構造を形成することを助けること になる。純粋に非晶質な生成物では、結晶が成長するまでに時間かかかるため、 広範囲の結晶サイズを有する３５ナノメ一タ以上の粗結晶が製造される傾向があ る。しかしながら、本発明の場合のように結晶質と非晶質の混合物であるならば 、微結晶は、基礎合金の種として作用して非晶相から結晶を成長させることがで きる。

本発明の方法の工程（ｉｉ）で製造された材料は、好ましくは１０〜５０体積％ の非晶質を含み、さらに好ましくは２０〜３０体積％の非晶質を含む。

本発明の方法の工程（ｉｉ）のアニーリング処理は、非晶質が結晶形に転化する ような条件下で行われる。充分に高い温度が、失透（ｄｅｖｉｔｒｉｆｉｃａｔ ｉｏｎ）を促進させるために必要である。過剰な微粒子成長が助長されるので、 温度を過度に高くしたり、あるいは処理時間を過度に長くすべきではない。適当 な条件は、６５０℃〜８００℃の範囲の温度に材料を急速加熱し、材料をこの温 度で１〜２０分間、好ましくは２〜１０分間維持し、次いでこの材料を室温に急 速冷却することであろう。本発明の工程（ｉｉ）で製造される材料は、工程（ｉ ）の前に粉末化されていてもよい。アニーリング処理は真空中でおこなっても、 不活性ガス雰囲気下でおこなってもよい。

本発明の方法によって製造された磁性材料は、第１の主相として実質的にすべて の微結晶が３５ナノメータ未溝の粒度、好ましくは２５ナノメータ未膚の粒度を 有する結晶性合金からなる２相材料である。アニーリングした材料の主相は、好 ましくはこの材料を少なくとも６０体積％含む。

α−Ｆｅのいずれかの副相の割合は、合金の希土類含有量の増加とともに減少す る傾向にある。

本発明の方法に従って製造された２相磁性材料は、理論値０．　８テスラを越え 、一般的には０．９テスラを越える残留磁気を有し、好ましくは１テスラを越え る残留磁気を有する。この材料は好ましくは３５０〜９００ＫＡ＋ｎ−’の範囲 の保磁力を有する。

２相磁性材料は、適当な樹脂、例えばエポキシ樹脂と結合させて結合磁石を作成 してもよい。一般的には、７５体積％を越える２相磁性材料を工ボキシ樹脂と結 合させ、好ましくは約８０体積％を越える磁性材料を用いる。約８０体積％の磁 性材料を含む結合磁石は、好ましくは８０υｍ−１以上の最大エネルギー出力、 さらに好ましくは８８υｍ−Ｚ以上の最大エネルギー出力を有する。

本発明は、以下の実施例によってさらに説明する。

実施例１ ２０９インゴツト状の組成物Ｎｄ１Ｆｅ１４Ｂ・の合金を、以下の条件下で溶融 紡糸した。

室内雰囲気、アルゴン ノズルサイズ：０．５５Ｍ 突出圧’４Ｘ１０’ｐａ（アルゴン） ロール速度：　２０．　５　ｍ／ｓｅｃリボン材料は、約８０体積％の結晶質と 約２０体積％の非晶質の混合物であった。

次いで、リボン材料を、く１５０μｍの粒度に粉砕し、シリカ管に装填し、真空 下（＜１０−’トール）で封止した。

次いで、この粉末を７００℃の温度で２分間加熱処理し、水で急冷した。

この粉末材料は、１．０２７の残留磁気および３５　Ｑ　ｋｐｍ−’の保磁力を 有した。

得られた粉末を、約８０体積％の量でエポキシ樹脂と結合させた。結合生成物は 、３８ｋＪｍ−’のエネルギー出力（ｅｎｅｒｇｙ　ｐｒｏｄｕｃｔ）を有した 。

実施例２ 組成物Ｎｄ５Ｆｅ＊ｇＢ＋の合金を用いて、実施例１の方法を繰り返した。

製造したリボン材料は、約８０体積％の結晶質と約２０体積％の非晶質の混合物 であった。

次いで、このリボン材料を粉砕し、実施例１のようにして加熱処理した。

この粉末材料は、１．１１Ｔの残留磁気および４８０　ｋｌｌｕｎ−’の保磁力 を有した。得られた粉末を、約８０体積％の量でエポキシ樹脂と結合させた。

結合生成物は、９３　ｋＪｍ−’のエネルギー出力を有した。

実施例３ 組成物ＮｄｅＦｅｓ＋Ｂｓの合金を用いて、実施例１の方法を繰り返した。

製造したリボン材料は、約８０体積％の結晶質と約２０体積％の非晶質の混合物 であった。

次いで、このリボン材料を粉砕し、実施例１のようにして加熱処理した。

この粉末材料は、１．ＩＯＴの残留磁気および５　Ｑ　５　）ｃａｍ−”の保磁 力を有した。得られた粉末を、約８０体積％の量でエポキシ樹脂と結合させた。

結合生成物は、９２ｋＪｍ−”のエネルギー出力を有した。

実施例４ 組成物Ｎｄ＋ｅＦｅｓｓＢｓの合金を用いて、実施例１の方法を繰り返した。

製造したリボン材料は、約８０体積％の結晶質と約２０体積％の非晶質の混合物 であった。

このリボン材料を、７００°Ｃの温度で２分間加熱処理した。このリボンは、１ ．０２Ｔの残留磁気および５３５）ｃＡ／ｍの固有保磁力を有した。

次いで、このリボン材料を粉砕し、得られた粉末を約８０体積％の量でエポキシ 樹脂と重合結合させた。

実施例５ 組成物Ｎｄ＋＋Ｆｅ＋＋Ｂｓの合金を用いて、実施例１の方法を繰り返した。

製造したリボン材料は、約８０体積％の結晶質と約２０体積％の非晶質の混合物 であった。次いで、このリボン材料を、７５０℃の温度で１ｏ分間加熱処理した 。このリボンは、０．９５Ｔの残留磁気および６９０ＫＡ／ｍの固有保磁力を有 した。

次いで、このリボン材料を粉砕し、得られた生成物を約８０体積％の量でエポキ シ樹脂と重合結合させた。この結合粉末は、９５　ｋＪｍ−’のエネルギー出力 および６６ＱＫＡ／ｍの固有保磁力を有した。

１１□＋＋＋１＋＋１□１１７１１１．、〜畠ＰＣＴ／ＧＢ９３１０１４７６フ ロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号ＨＯＩＦ　１１０６ （７２）発明者　ディビーズ；ハイウェル　アレラド。

英国　ニス１７３ピーイー、シェフイールド、アビ−ゾール　パーク　ライズ　 ７５゜Ｉ （７２）発明者　マナフ：アズワール。

インドネシア、ジャカルタ　セラタン １２５１０　、ペジャテン　バラッド、ピーエスミングー、ジェイエル、エイチ 、ヌールエヌオー、１６゜

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．主相として１種以上の希土類金属、硼素および鉄の結晶性合金、ここで実質 的にすべての微結晶が３５ナノメータ未満の粒度を有する、と副相としてα−Ｆ ｅとからなる２相磁性材料の製造方法であって、この方法は、ｉ）１２原子パー セントまでの１種以上の希土類金属と、３〜７原子パーセントの硼素と、残りの 鉄または鉄とコバルトの混合物とからなる合金を溶融紡糸し、 ｉｉ）工程（ｉ）からの溶融紡糸合金を、結晶質と非晶質の混合物が生成される ような条件下で急冷し、そして ｉｉｉ）工程（ｉｉ）からの材料を、一定の結晶成長が行われて結晶性合金相が 得られ、実質的にすべての結晶性合金相が３５ナノメータ未満の粒度を有し、か つ得られた材料が理論値０．８テスラ（Ｔｅｓｌａ）を越える残留磁気を有する ような条件下でアニーリング処理する、ことからなる２相磁性材料の製造方法。
2. ２．前記合金の希土類金属が、ネオジムである請求項１に記載の方法。
3. ３．前記希土類金属が、８〜１０原子パーセントの量で、溶融紡糸される合金に 存在する請求項１または請求項２に記載の方法。
4. ４．溶融紡糸される前記合金が、４〜６原子パーセントの硼素を含む上記請求項 のいずれかに記載の方法。
5. ５．実質的にすべての結晶性合金相が、２５ナノメータ未満の粒度を有する微結 晶からなる上記請求項のいずれかに記載の方法。
6. ６．前記工程（ｉｉ）で製造された材料が、１０〜５０体積％の非晶質を含む上 記請求項のいずれかに記載の方法。
7. ７．前記工程（ｉｉ）で製造された材料が、２０〜３０体積％の非晶質を含む請 求項６に記載の方法。
8. ８．前記合金を水冷回転ホイールまたは冷却ロールの上に滴下して急冷する上記 請求項のいずれかに記載の方法。
9. ９．前記工程（ｉｉ）で製造された材料を、前記工程（ｉｉｉ）で粉砕する上記 請求項のいずれかに記載の方法。
10. １０．前記アニーリング処理が、前記材料を６５０℃〜８００℃の範囲の温度に 急速加熱し、材料をこの温度で１〜２０分間維持し、次いで材料を室温に急速冷 却する上記請求項のいずれかに記載の方法。
11. １１．溶融紡糸工程（ｉ）の合金を、その融点以上の約５０℃の温度に維持する 上記請求項のいずれかに記載の方法。
12. １２．上記請求項のいずれかに記載の方法により製造された０．９Ｔより多くの 残留磁気を有する粉末磁性材料。
13. １３．１Ｔを越える残留磁気を有する請求項１２に記載の粉末磁性材料。
14. １４．請求項１〜１１のいずれかに記載の方法により製造された３５０〜９００ ＫＡｍ−１の保磁力を有する粉末磁性材料。
15. １５．請求項１〜１１のいずれかに記載の方法により製造された磁性材料の粉末 を待合して形成した結合磁石。
16. １６．８０体積％の前記磁性材料を含み、かつ８０ＫＪｍ−３以上の最大エネル ギー出力を有する請求項１５に記載の結合磁石。
17. １７．８８ｋＪｍ−３を越える最大エネルギー出力を有する請求項１６に記載の 結合磁石。