JPH0798962B2 - 希土類・鉄・ボロン系永久磁石用合金粉末の成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｒ（但し、ＲはＹを
包含する希土類元素のうち少なくとも１種）、Ｂ、Ｆｅ
を主成分とする新規な希土類・鉄・ボロン系永久磁石用
合金粉末の成形方法に係り、合金粉末に所要の潤滑剤を
混合することにより、成形時の成形体の抜き圧を低くし
て工業生産に適合させた希土類・鉄・ボロン系永久磁石
用合金粉末の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石材料は、一般家庭の各種電気製
品から大型コンピュータの周辺端末機器まで、幅広い分
野で使用される極めて重要な電気・電子材料の一つであ
る。近年の電気・電子機器の小形化、高効率化の要求に
ともない、永久磁石材料は益々高性能化が求められるよ
うになった。

【０００３】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。

【０００４】一方、希土類コバルト磁石はコバルトを５
０〜６０ｗｔ％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。そこで、本発明者は先に、高価なＳｍやＣｏを必ず
しも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を含む希土類元素のうち少なくとも１種、
Ｆｅ−Ｂ−Ｒ三元化合物はＲの種類によらず存在する）
永久磁石を提案した（特願昭５７ー１４５０７２号）。

【０００５】また、さらに、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系の磁気異方
性焼結体からなる永久磁石の温度特性を改良するため
に、Ｆｅの一部をＣｏで置換することにより、生成合金
のキュリー点を上昇させて温度特性を改善したＦｅ−Ｃ
ｏ−Ｂ−Ｒ系異方性焼結体からなる永久磁石を提案した
（特願昭５７ー１６６６６３号）。

【０００６】上記の新規なＦｅ−Ｂ−Ｒ系、Ｆｅ−Ｃｏ
−Ｂ−Ｒ系（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも
１種）永久磁石を、製造するための出発原料の希土類金
属は、一般にＣａ還元法、電解法により製造される金属
塊であり、この希土類金属塊を用いて、例えば焼結磁石
の場合は次の工程により、上記の新規な永久磁石が製造
される。

【０００７】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
％以上の希土類金属、あるいはさらに、純度９９．９％
の電解Ｃｏを高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造す
る。 スタンプミルにより３５メッシュスルーまでに粗粉砕
し、次にボールミルにより、例えば粗粉砕粉３００ｇを
６時間湿式微粉砕して３〜１０μｍの微細粉となす。 磁界（１０ｋＯｅ）中配向して、成形（１．５ｔ／ｃ
ｍ²にて加圧）する。 焼結、１０００℃〜１２００℃、１時間、Ａｒ中の焼
結後に放冷する。 時効処理、５００℃〜１０００℃、Ａｒ中。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、この新規
な永久磁石用合金粉末は、所要組成の鋳塊を粗粉砕及び
微粉砕を行なって得られるが、粉砕粉のままでは成形性
が非常に悪く、成形時にダイス壁面等との摩擦により、
ダイス面及び成形体表面にきず、剥がれ、割れ等が生じ
易く、品質上及び製品歩留上に大きな問題となってい
た。

【０００９】この発明は、工業的に安定した成形性を有
しかつ十分な磁気特性を有する希土類・鉄・ボロン系永
久磁石を得るための該系磁石用合金粉末の成形方法を目
的とし、すぐれた潤滑性によりダイス面及び成形体の摩
擦を低減して成形性を改善し、磁石の磁気特性の劣化が
少ない潤滑剤を使用した希土類・鉄・ボロン系永久磁石
用合金粉末の成形方法の提供を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、Ｒ１０原子
％〜３０原子％（但し、ＲはＹを包含する希土類元素の
うち少なくとも１種）、Ｂ２原子％〜２８原子％、Ｆｅ
６５原子％〜８２原子％を主成分とする合金粉末に潤滑
剤として、固形パラフィン、ショウノウのうち少なくと
も１種を用いて混合した後成形することを特徴とする希
土類・鉄・ボロン系永久磁石用合金粉末の成形方法であ
る。

【００１１】この発明は、Ｒ、Ｂ、Ｆｅを主成分とする
新規な永久磁石用合金粉末の成形に使用可能な潤滑剤に
ついて種々検討した結果、特定量の固形パラフィン、シ
ョウノウのうち少なくとも１種が適していることを知見
したもので、粉末の結合性にすぐれ、また少量添加です
ぐれた潤滑性によりダイス面及び成形体の摩擦を低減し
て成形性を改善し、薄肉成形体の製造が可能でさらに焼
結磁石の磁気特性の劣化が少ない利点があり、特に成形
時の成形体の抜き圧を低くでき、工業生産上きわめて有
利である。

【００１２】

【作用】この発明において、固形パラフィンは、一般市
販品が使用でき、成形体の強度向上のためには常温付近
でワックス状あるいはろう状ないしは固体状が好まし
く、また、合金粉末への湿式混合の際、溶媒への溶解性
から、その分子量はあまり大きくないものがよく、炭素
数が５０以下のものが好ましい。ショウノウは天然と合
成のものがあり、また英語のカンファとも呼ばれ、一般
市販品が使用できる。

【００１３】この発明において、潤滑剤の添加量は、原
料合金粉末の粒度およびダイス、成形体の形状、寸法、
摩擦面積、プレス条件等に応じて適宜選定すればよく、
少量の添加で成形性改善効果があり、添加量の増大とと
もに抜き圧など成形性は向上するが、多量に添加すると
合金粉末の磁場配向を阻害して異方性になり難く、また
後続の焼結工程において、焼結体に炭素が残留して磁気
特性を劣化させる。好ましい添加量は単独、複合添加と
も合金粉末１００重量部に対して、０．５重量部以下で
ある。

【００１４】また、この発明において、潤滑剤の合金粉
末への添加は、乾式混合また溶媒をもちいての湿式混合
のいずれでもよいが、該合金粉末が酸素あるいは水分に
対して反応しやすく活性であるため、湿式で行なうこと
が好ましく、使用する溶媒としては、ヘキサン、トルエ
ン、トリクロルエチレン、弗素系溶媒などの不活性溶媒
が好ましい。混合時の態様は、乾燥状態あるいはスラリ
ー状態のいずれであってもよく、例えば、湿式粉砕工程
中、あるいはその前後、または乾燥工程中あるいはその
前後に適宜混合することができる。

【００１５】この発明において、合金粉末の成形は、通
常の粉末冶金法と同様に行なうことができ、加圧成形時
に磁場付与有無により、異方性磁石あるいは等方性磁石
を得ることができる。

【００１６】以下に、この発明における希土類・鉄・ボ
ロン系永久磁石用原料合金粉末の組成限定理由を説明す
る。この発明の永久磁石用原料合金粉末に含有される希
土類元素Ｒは、イットリウム（Ｙ）を包含し軽希土類及
び重希土類を包含する希土類元素であり、Ｒとしては、
Ｎｄ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｅ
ｕ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｐｍ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹが包含
される。Ｒとしては、軽希土類をもって足り、特にＮ
ｄ、Ｐｒが好ましい。また通例Ｒのうち１種をもって足
りるが、実用上は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、Ｓｍ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、等は他のＲ、特に
Ｎｄ、Ｐｒ等との混合物として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。

【００１７】Ｒ（Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも
１種）は、新規な上記系永久磁石を製造する合金粉末と
して必須元素であって、１０原子％未満では高磁気特
性、特に高保磁力が得られず、３０原子％を越えると残
留磁束密度（Ｂｒ）が低下して、すぐれた特性の永久磁
石が得られない。よって、Ｒは１０原子％〜３０原子％
の範囲とする。

【００１８】Ｂは、新規な上記系永久磁石を製造する合
金粉末として必須元素であって、２原子％未満では高い
保磁力（ｉＨｃ）は得られず、２８原子％を越えると残
留磁束密度（Ｂｒ）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２原子％〜２８原子％の範
囲とする。

【００１９】Ｆｅは、新規な上記系永久磁石を製造する
合金粉末として必須元素であるが、６５原子％未満では
残留磁束密度（Ｂｒ）が低下し、８２原子％を越えると
高い保磁力が得られないので、Ｆｅは６５原子％〜８２
原子％に限定する。また、Ｆｅの一部をＣｏで置換する
理由は、永久磁石の温度特性を向上させる効果が得られ
るためであり、ＣｏはＦｅの５０％を越えると高い保磁
力が得られず、すぐれた永久磁石が得られない。よっ
て、Ｃｏは５０％を上限とする。

【００２０】この発明の合金粉末において、高い残留磁
束密度と高い保磁力を共に有するすぐれた永久磁石を得
るためには、Ｒ１０原子％〜２５原子％、Ｂ４原子％〜
２６原子％、Ｆｅ６５原子％〜８２原子％が好ましい。

【００２１】また、この発明による合金粉末は、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原子
％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、磁石合金の製造性改
善、低価格化が可能である。

【００２２】さらに、前記Ｒ，Ｂ，Ｆｅ合金あるいはＣ
ｏを含有するＲ，Ｂ，Ｆｅ合金に、 ９．５原子％以下のＡｌ、４．５原子％以下のＴｉ、 ９．５原子％以下のＶ、８．５原子％以下のＣｒ、 ８．０原子％以下のＭｎ、５原子％以下のＢｉ、 １２．５原子％以下のＮｂ、１０．５原子％以下のＴ
ａ、 ９．５原子％以下のＭｏ、９．５原子％以下のＷ、 ２．５原子％以下のＳｂ、７原子％以下のＧｅ、 ３．５原子％以下のＳｎ、５．５原子％以下のＺｒ、 ５．５原子％以下のＨｆのうち少なくとも１種を添加含
有させることにより、永久磁石合金の高保磁力化が可能
になる。

【００２３】この発明のＲ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石におい
て、結晶相は主相が正方晶であることが不可欠であり、
特に、微細で均一な合金粉末を得て、すぐれた磁気特性
を有する焼結永久磁石を作製するのに効果的である。

【００２４】この発明による合金微粉末の粒度は、平均
粒度が１０μｍを越えると永久磁石の作製時にすぐれた
磁気特性、とりわけ高い保磁力が得られず、また、平均
粒度が１μｍ未満では永久磁石の作製工程、すなわちプ
レス成形、焼結、時効処理工程における酸化が著しく、
すぐれた磁気特性が得られないため、平均粒度１〜１０
μｍの合金微粉末が最も望ましい。

【００２５】この発明による永久磁石用合金微粉末を使
用して得られる磁気異方性永久磁石合金は、保磁力ｉＨ
ｃ≧１ｋＯｅ、残留磁束密度Ｂｒ＞４ｋＧを示し、最大
エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘはハードフェライトと同等
以上となり、最も好ましい組成範囲では、（ＢＨ）ｍａ
ｘ≧１０ＭＧＯｅを示し、最大値は２５ＭＧＯｅ以上に
達する。また、この発明による合金微粉末の組成が、Ｒ
１０原子％〜３０原子％、Ｂ２原子％〜２８原子％、Ｃ
ｏ４５原子％以下、Ｆｅ６５原子％〜８２原子％の場
合、得られる磁気異方性永久磁石合金は上記磁石合金と
同等の磁気特性を示し、残留磁束密度の温度係数が０．
１％／℃以下となり、すぐれた特性が得られる。また、
合金粉末のＲの主成分がその５０％以上を軽希土類金属
が占める場合で、Ｒ１２原子％〜２０原子％、Ｂ４原子
％〜２４原子％、Ｆｅ６５原子％〜８２原子％の場合、
あるいはさらにＣｏ５原子％〜４５原子％を含有すると
き最もすぐれた磁気特性を示し、特に軽希土類金属がＮ
ｄの場合には、（ＢＨ）ｍａｘはその最大値が３３ＭＧ
Ｏｅ以上に達する。

【００２６】

【実施例】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を所
定量配合して高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造
し、１５Ｎｄ８Ｂ７７Ｆｅ（ａｔ％）なる組成の鋳塊を
得た。この鋳塊を機械的粉砕により３５メッシュスルー
までに粗粉砕した。ついで、ボール・ミルによる微粉砕
を行ない、平均粒度３．３μｍの合金粉末を得た。この
合金粉末に、固形パラフィンとショウノウを、合金粉末
１００重量部に対して、各々０．５重量部、予めトリク
ロロトリフルオロエタンに溶解または分散させたものを
湿式混合したのち、乾燥させた。

【００２７】この乾燥合金粉末並びに潤滑剤を添加しな
い合金粉末を用いて、磁界１２ｋＯｅ中で配向し、２ｔ
／ｃｍ²にて加圧成形し、幅１５ｍｍ×長さ１６ｍｍ×
高さ１０ｍｍの成形体を得た。この成形時の成形体の抜
き圧、圧粉密度、グリーン強度を測定し、その結果を表
１に示す。なお、グリーン強度指数はラトラー試験機で
成形体を１００回回転させた後の重量残％で示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】表１より明らかな如く、固形パラフィ
ン、ショウノウを潤滑剤として混合した後成形するこの
発明方法により、抜き圧が小さく、圧粉密度とグリーン
強度が高く、潤滑性が改善され、きずや割れの発生も少
なく、成形性が大幅に改善される。特に、粉末の結合性
がよく薄肉成形体の製造が可能で、さらに抜き圧を小さ
くできることから、成形金型に対する負荷を少なくでき
長寿命化が可能であり、また作業性がよく新規な希土類
・鉄・ボロン系永久磁石の工業生産に適した合金粉末の
成形方法を提供できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｒ１０原子％〜３０原子％（但し、Ｒは
   Ｙを包含する希土類元素のうち少なくとも１種）、 Ｂ２原子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８２原子％を主成分とする合金粉末に
   潤滑剤として、固形パラフィン、ショウノウのうち少な
   くとも１種を用いて混合した後成形することを特徴とす
   る希土類・鉄・ボロン系永久磁石用合金粉末の成形方
   法。