JPH08181009A - 永久磁石とその製造方法 - Google Patents
永久磁石とその製造方法Info
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Abstract
エネルギー積を可能ならしめる永久磁石とその製造方法
を提供すること。 【構成】 永久磁石は,重量百分率で,23〜27%の
R(RはYを含む希土類金属の内の少なくとも1種)と
3〜6%(但し,6は含まず)のCuと10〜25%の
Feと1.5〜4%のZrと残部が実質的にCoとから
成る合金である。この合金は希土類コバルトを主体とす
る金属間化合物を含有する。この金属間化合物は微細構
造をもち,金属間化合物の結晶のc面に平行にZr含有
板状相が存在する。
Description
関するものであり,更に詳しくは,R(但し,RはYを
含む希土類金属の内の少なくとも1種)−コバルト金属
間化合物を主体とし,この主体にCu,Fe,又はZr
添加した特定組成のR2 Co17系析出硬化型永久磁石に
関するものである。
化合物が存在することは,以前からよく知られていた。
金属化合物の内で,RCo5 を中心とした強磁性化合物
は,結晶磁気異方性が極めて大きく,しかも飽和磁束密
度も高いことから,優れた永久磁石となることが指摘さ
れた。これをきっかけとして,以後多くの研究によって
従来の磁石に比較してはるかに高い特性を持つ希土類コ
バルト磁石が工業化されるに至った。RCo5 系合金の
うち,特にSmCo5 では30KOeに至る高い保磁力
( iHc )をもち,最大エネルギー積{(BH)m}も
25MGOeに達している。
R2 Co17系合金は,Coに対しRの割合が少なく安価
であり,飽和磁束密度が高く,高いエネルギー積をもっ
ている。それ以後,多くの研究により,Cu,Fe,Z
rを添加した特定組成において,最大エネルギー積で3
0MGOeの特性が得られている。例えば,特公平1−
46575号公報(以下,従来例1と呼ぶ)には,24
〜28wt%の希土類金属R,1〜5wt%の銅Cu,
1〜35wt%の鉄Fe,0.5〜6wt%の(M=N
b,Zr,Ta,Hf,Ti,V),及び22〜73.
5wt%のCoを含有し,微細組織として,セル間距離
500オングストローム以上のセル構造を有する析出硬
化型永久磁石が示されている。また,特公平2−524
13号公報(以下,従来例2と呼ぶ)には,Ce−Co
−Cu−Zr−Fe系,Ce−Sm−Co−Cu−Zr
−Fe系(但し,SmはCeとSmとの合計重量の80
%以下)の永久磁石において,結晶のc面に平行にジル
コニウム含有相が相互の平均感覚が5000オングスト
ローム以下にて存在する永久磁石が示されている。
系合金は,時効によってRCo5 相とR2 Co17相とが
2相分離して,磁気硬化して好ましい磁気特性を示し,
また,R2 Co17系合金は,微細組織としてセル構造を
有することが知られている。セル構造は,セル間の境界
が明確に区別され,電子線回折パターンの解析結果よ
り,セル内部は菱面体構造の2/17相,又セル境界は
六方晶構造の1/5相をもつとされている。
磁力は,このセル構造のサイズに起因することがわかっ
ている。R2 Co17に,Cu,FeおよびZrを添加し
た系では,時効時間を長くするとともにセルサイズは粗
大化し,セル径サイズが約700オングストロームにな
ったとき保磁力が最大となり,それ以上時効時間を長く
するとセル径の増大に伴い保磁力が低下するとされてい
る。この限界の値は,約6000オングストローム前後
であることが示されている。しかしながら,従来例1に
おいて,RCo5 相とR2 Co17相以外の相構造につい
ては全くふれていない。
むR2 Co17系合金においては,ジルコニウム含有相に
ついて述べられ,特性が劣化するc面に平行のこのジル
コニウム含有相の相互の平均間隔の上限値は,5000
オングストロームとされている。しかし,Ceを含む組
成範囲内のジルコニウム含有相の相構造ついてのみ述べ
ているだけであって,Ceを含まないものやそのほかの
相構造の詳細については,全く示されていない。
してSmを主成分とする希土類コバルト系析出硬化型磁
石において,微細構造を考察し,高保磁力,及び高エネ
ルギー積を可能ならしめる永久磁石及びその製造方法を
提供することにある。
で,23〜27%のR(但し,RはYを含む希土類金属
の内の少なくとも1種)と3〜6%(6は含まず)のC
uと10〜25%のFeと1.5〜4%のZrと残部が
実質的にCoとから成る組成を有する合金であって,前
記合金は希土類コバルトを主体とする金属間化合物を含
有し,微細構造としてセル構造を有し,前記セル構造に
おいてセル内部がR2 Co17の主成分相をもち,且つセ
ル境界部がRCo5 を主成分とする相と金属間化合物の
結晶のc面に平行にZr含有板状相との2つの相によっ
て囲まれた微細組織をもつことを特徴とする。
た理由は,次の通りである。Yを含む希土類金属の内の
少なくとも1種からなるRが27wt%を越えると飽和
磁束密度(Br)が低下する。又Rが23wt%未満で
は一定の保磁力( iHc )は得られるが,減磁曲線の角
型性が悪く磁気特性が劣化するためである。また,Cu
量が3wt%未満では iHc が低く,6wt%以上にな
るとキュリー点とBrが低下するからである。また,F
e量に関しては,10wt%未満ではBrが低下し,3
5wt%を越えると iHc が低下するからである。更
に,Zr量が1.5〜4wt%の範囲外では iHc およ
びエネルギー積{(BH)m}が低下するからである。
は,その微細構造を透過型電子顕微鏡で観察されるよう
なセル構造を有し,このセル構造においてセル内部がR
2 Co17の主成分相をもち,且つセル境界部がRCo5
を主成分とする相とZr含有板状相の2つの相によって
囲まれた微細組織をもち,相隣りあうセルのセル中心間
の距離は500オングストローム未満である。望ましく
は,このセル中心間の距離は200〜400オングスト
ロームの範囲内が良い。
有するか否かは,走査型電子顕微鏡あるいは透過型電子
顕微鏡により,容易に観察でき検証することができる。
様にして製造される。前記に示した組成となるように,
各原料を配合し,1×10-2Torr以下の真空中にお
いて,高周波溶解炉により溶解し母合金インゴットを得
る。次に,得られた母合金インゴットを粗粉砕し,更に
ジェットミル等を用い不活性雰囲気中で微粉砕し平均粒
径が1〜5μmの粉末とする。この粉末を7〜22KO
eの磁場中で磁場に垂直方向,又は平行方向に0.5〜
2.0トン/cm2 の加圧力によるプレス成型する。そ
の後,この成形体を1×10-2Torr以下の真空中,
又は不活性雰囲気中或いはこれらの組み合わせの雰囲気
において,1150〜1250℃の温度で焼結し,上記
雰囲気中にて焼結温度よりも10〜50℃低い温度で溶
体化処理を行う。溶体化処理後,60℃/分以上の冷却
速度で急冷する。急冷後,1×10-2Torr以下の真
空中,又は不活性雰囲気中で700〜870℃の温度で
1時間以上加熱保持して時効処理を行う。
砕,焼結,及び溶体化処理はいずれも真空中あるいは不
活性雰囲気中で行うことより,合金に含有される炭素量
を700ppm以下,酸素量を3000ppm以下に極
力抑えることができ,磁気特性に優れた永久磁石を得る
ことが可能となる。
れ,本発明の永久磁石が得られることになる。
計,電動モーター,計器,通信機,コンピューター端末
機,スピーカー,ビデオディスク,及びその他各種部品
に広く利用することができる。
にみられるセル構造の他に,希土類コバルト金属間化合
物の結晶のc面に平行にZr含有板状相を析出させて,
セル境界での磁壁のピンニイング効果のみならず板状相
による磁壁のピンニイング効果を持たせ,高保磁力,及
び高エネルギー積を得る。
種の組成の合金となるように各原料を配合し,1×10
-2Torr以下の真空中において,高周波溶解炉により
溶解し6種の母合金インゴットを得た,これら母合金イ
ンゴットを粗粉砕し,ジェットミルを用い不活性雰囲気
中で微粉砕し平均粒径4μmの粉末を得た。この粉末を
15KOeの磁場中で1.0トン/cm2 の加圧力によ
るプレス成型し成型体を得た。このようにして得られた
成型体を,1×10-2Torr以下の真空中,及び不活
性雰囲気中において,1200〜1250℃の温度で焼
結し,次いで1180〜1230℃にて溶体化処理を施
し,100℃/分の冷却速度で急冷を行った。急冷後,
不活性雰囲気中で800℃の温度で300分加熱保持し
て等温時効処理を行った。
石につき,透過電子顕微鏡により観察したところ,微細
構造としてセル構造を有し,セル内部がR2 CO17相を
もち,セル境界部がRCo5 相と,Zr含有板状相との
2つの相によって囲まれた微細組織を有することが確認
された。また,各永久磁石材料につき,磁気特性を測定
したところ,下記表1の結果を得た。
永久磁石は,実用に供するBr, iHc ,(BH)mを
もつことがわかる。
4.5wt%,Fe15.0wt%,Zr3.1wt%
および残部Coからなる組成の合金につき,実施例1と
同様にして溶解,粉砕,成型,焼結および溶体化処理を
順次施した。
を800℃として,下記表2に示される5種類の等温時
効時間,最短6分,最長900分の範囲内で時効処理を
施した。その結果を下記表2に示す。
電子顕微鏡を用いて,保磁力の異なる供試材の微細組織
を観察し,Zr含有板状相を同定した。微細構造として
セル構造を有し,セル内部がR2 Co17相をもち,セル
境界部がRCo5 相と,Zr含有板状相との2つの相に
よって囲まれた微細組織を有することが確認された。
微細組織写真(結晶のa面)を各々図1,図2に示す。
その時の格子像を現すナノ組織写真を各々図3,図4に
示す。写真より相隣りあうセルのセル中心間の距離は1
00〜400オングストロームである。等温時効時間の
増加とともに保磁力 iHc も大きくなる関係があること
が分かる。Zr含有板状相がc軸方向に垂直に,即ちc
面と平行に多数存在している。Zr含有板状相とセル内
部のR2 Co17相のエネルギー分散型X線分析を行った
結果を各々図5,及び図6に示す。
する部分からは,Zrが多く検出されるが,図6に示す
セル内部のR2 Co17相からは,ほとんどZrは検出さ
れない。
4.3wt%,Fe14.9wt%,Zr3.0wt%
および残部Coからなる組成の合金につき,実施例1と
同様にして溶解,粉砕,成型,焼結,溶体化処理,およ
び時効処理を施した。又,各永久磁石材料につき,ガス
含有量の測定を行った。その結果を磁気特性と合わせて
下記表3に示す。
石は,炭素量が700ppm以下,酸素量3000pp
m以下のとき実用に供するBr, iHc ,(BH)mを
示し,きわめて高い角型比を示すことがわかる。
4.5wt%,Fe15.0wt%,Zr3.0wt%
および残部Coからなる組成の合金につき,実施例1と
同様にして溶解,粉砕,成型,焼結および溶体化処理を
順次施した。次いで溶体化処理後の急冷を下記表4に示
される5種類の冷却速度,30℃〜300℃/分の範囲
内で行った。急冷後,不活性雰囲気中で800℃の温度
で300分加熱保持して等温時効処理を行った。その結
果を下記表4に示す。
石は,溶体化後の急冷速度を60℃/分以上のとき実用
に供するBr, iHc ,(BH)mを示し,きわめて高
い角型比を示すことがわかる。
解,微粉砕,焼結,溶体化処理後急冷し,等温時効を施
すことにより,微細構造としてセル構造を有し,セル内
部がR2 Co17の主成分相をもち,セル境界部がRCo
5 を主成分とする相と,Zr含有板状相との2つの相に
よって囲まれた微細構造をもち,高保磁力,及び高エネ
ルギー積等の磁気特性に優れた永久磁石とその製造方法
の提供が可能となった。
石の金属組織を示す透過型電子顕微鏡写真である。
石の金属組織を示す透過型電子顕微鏡写真である。
属組織を示す透過型電子顕微鏡写真である。
属組織を示す透過型電子顕微鏡写真である。
ル内部のR2 Co17相のエネルギー分散分析図である。
ル内部のR2 Co17相のエネルギー分散分析図である。
関するものであり,更に詳しくは,R(但し,RはYを
含む希土類金属の内の少なくとも1種)−コバルト金属
間化合物を主体とし,この主体にCu,Fe,及びZr
添加した特定組成のR2Co17系析出硬化型永久磁石
に関するものである。
R2Co17系合金は,Coに対しRの割合が少なく安
価であり,飽和磁束密度が高く,高いエネルギー積をも
っている。それ以後,多くの研究により,Cu,Fe,
Zrを添加した特定組成において,最大エネルギー積で
30MGOeの特性が得られている。例えば,特公平1
−46575号公報(以下,従来例1と呼ぶ)には,2
4〜28wt%の希土類金属R,1〜5wt%の銅C
u,1〜35wt%の鉄Fe,0.5〜6wt%の(M
=Nb,Zr,Ta,Hf,Ti,V),及び22〜7
3.5wt%のCoを含有し,微細組織として,セル間
距離500オングストローム以上のセル構造を有する析
出硬化型永久磁石が示されている。また,特公平2−5
2413号公報(以下,従来例2と呼ぶ)には,Ce−
Co−Cu−Zr−Fe系,Ce−Sm−Co−Cu−
Zr−Fe系(但し,SmはCeとSmとの合計重量の
80%以下)の永久磁石において,結晶のc面に平行に
ジルコニウム含有相が相互の平均間隔が5000オング
ストローム以下にて存在する永久磁石が示されている。
してSmを主成分とする希土類コバルト系析出硬化型磁
石において,微細構造を考察し,高保磁力,及び高エネ
ルギー積を可能ならしめる永久磁石とその製造方法を提
供することにある。
た理由は,次の通りである。Yを含む希土類金属の内の
少なくとも1種からなるRが27wt%を越えると飽和
磁束密度(Br)が低下する。又Rが23wt%未満で
は一定の保磁力(iHc)は得られるが,減磁曲線の角
型性が悪く磁気特性が劣化するためである。また,Cu
量が3wt%未満ではiHcが低く,6wt%以上にな
るとキュリー点とBrが低下するからである。また,F
e量に関しては,10wt%未満ではBrが低下し,2
5wt%を越えるとiHcが低下するからである。更
に,Zr量が1.5〜4wt%の範囲外ではiHcおよ
びエネルギー積{(BH)m}が低下するからである。
の様にして製造される。前記に示した組成となるよう
に,各原料を配合し,1×10−2Torr以下の真空
中において,高周波溶解炉により溶解し母合金インゴッ
トを得る。次に,得られた母合金インゴットを粗粉砕
し,更にジェットミル等を用い不活性雰囲気中で微粉砕
し平均粒径が1〜5μmの粉末とする。この粉末を7〜
22KOeの磁場中で磁場に垂直方向,又は平行方向に
0.5〜2.0トン/cm2の加圧力によるプレス成形
する。その後,この成形体を1×10−2Torr以下
の真空中,又は不活性雰囲気中或いはこれらの組み合わ
せの雰囲気において,1150〜1250℃の温度で焼
結し,上記雰囲気中にて焼結温度よりも10〜50℃低
い温度で溶体化処理を行う。溶体化処理後,60℃/分
以上の冷却速度で急冷する。急冷後,1×10−2To
rr以下の真空中,又は不活性雰囲気中で700〜87
0℃の温度で1時間以上加熱保持して時効処理を行う。
うに,Sm,Ce,Cu,Fe,Zr,及びCoの6種
の組成の合金となるように各原料を配合し,1×10
−2Torr以下の真空中において,高周波溶解炉によ
り溶解し6種の母合金インゴットを得た,これら母合金
インゴットを粗粉砕し,ジェットミルを用い不活性雰囲
気中で微粉砕し平均粒径4μmの粉末を得た。この粉末
を15KOeの磁場中で1.0トン/cm2の加圧力に
よるプレス成形し成形体を得た。このようにして得られ
た成形体を,1×10−2Torr以下の真空中,及び
不活性雰囲気中において,1200〜1250℃の温度
で焼結し,次いで1180〜1230℃にて溶体化処理
を施し,100℃/分の冷却速度で急冷を行った。急冷
後,不活性雰囲気中で800℃の温度で300分加熱保
持して等温時効処理を行った。
永久磁石は,実用に供するBr,iHc,(BH)mを
もつことがわかる。
4.5wt%,Fe15.0wt%,Zr3.1wt%
および残部Coからなる組成の合金につき,実施例1と
同様にして溶解,粉砕,成形,焼結および溶体化処理を
順次施した。
4.5wt%,Fe15.0wt%,Zr3.0wt%
および残部Coからなる組成の合金につき,実施例1と
同様にして溶解,粉砕,成形,焼結および溶体化処理を
順次施した。次いで溶体化処理後の急冷を下記表4に示
される5種類の冷却速度,30℃〜300℃/分の範囲
内で行った。急冷後,不活性雰囲気中で800℃の温度
で300分加熱保持して等温時効処理を行った。その結
果を下記表4に示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 重量百分率で,23〜27%のR(Rは
Yを含む希土類金属の内の少なくとも1種)と3〜6%
(但し,6は含まず)のCuと10〜25%のFeと
1.5〜4%のZrと残部が実質的にCoとから成る合
金であって,前記合金は希土類コバルトを主体とする金
属間化合物を含有するとともに微細構造をもち,前記微
細構造において前記金属間化合物の結晶のc面に平行に
Zr含有板状相が存在することを特徴とする永久磁石。 - 【請求項2】 請求項1記載の永久磁石において,前記
微細構造としてセル構造を有し,前記セル構造におい
て,セル内部はR2 Co17の主成分相をもち且つセル境
界部はRCo5 を主成分とする相と前記板状相との2つ
の相によって囲まれた微細組織を備えていることを特徴
とする永久磁石。 - 【請求項3】 請求項1記載の永久磁石において,前記
合金中の含有炭素量が多くとも700ppmで,且つ含
有酸素量が多くとも3000ppmであることを特徴と
する永久磁石。 - 【請求項4】 重量百分率で,23〜27%のR(Rは
Yを含む希土類金属の内の少なくとも1種)と3〜6%
(但し,6は含まず)のCuと10〜25%のFeと,
1.5〜4%のZrと残部が実質的にCoとから成る合
金組成を有する永久磁石を製造する方法であって,前記
合金組成となるよう原料を配合し,高周波溶解炉により
多くとも1×10-2Torrの真空中において溶解して
母合金インゴットを得る溶解工程と,得られた母合金イ
ンゴットを粗粉砕して粗粉砕粉末を得る粗粉砕工程と,
前記粗粉砕粉末を不活性雰囲気中で微粉砕して平均粒径
が1〜5μmの微粉砕粉末を得る微粉砕工程と,前記微
粉砕粉末を7〜22KOeの磁場中で磁場に垂直方向又
は平行方向に0.5〜2.0トン/cm2 の加圧力によ
るプレスして成形体を得るプレス工程と,前記成形体
を,多くとも1×10-2Torrの真空中,不活性雰囲
気中及びこれらの組み合わせの雰囲気の内のいずれかの
雰囲気中において,1150〜1250℃の焼結温度で
焼結して焼結体を得る焼結工程と,前記雰囲気中にて前
記焼結温度よりも10〜50℃低い温度で熱処理する溶
体化工程と,前記溶体化工程の後,少なくとも60℃/
分の冷却速度で急冷する急冷工程と,前記急冷工程の
後,多くとも1×10-2Torrの真空中又は不活性雰
囲気中で,700〜870℃の温度で少なくとも1時間
加熱保持して時効処理する時効処理工程とを含むことを
特徴とする永久磁石の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33514994A JP3303044B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 永久磁石とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33514994A JP3303044B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 永久磁石とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08181009A true JPH08181009A (ja) | 1996-07-12 |
| JP3303044B2 JP3303044B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=18285317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33514994A Expired - Lifetime JP3303044B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 永久磁石とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303044B2 (ja) |
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1994
- 1994-12-21 JP JP33514994A patent/JP3303044B2/ja not_active Expired - Lifetime
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