JPH0841502A - 希土類永久磁石用合金粉末の製造法 - Google Patents

希土類永久磁石用合金粉末の製造法

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JPH0841502A
JPH0841502A JP6177014A JP17701494A JPH0841502A JP H0841502 A JPH0841502 A JP H0841502A JP 6177014 A JP6177014 A JP 6177014A JP 17701494 A JP17701494 A JP 17701494A JP H0841502 A JPH0841502 A JP H0841502A
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Shiro Sasaki
史郎 佐々木
Hiroshi Hasegawa
寛 長谷川
Yoichi Hirose
洋一 広瀬
Masato Sagawa
眞人 佐川
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
Intermetallics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁化増加量と保磁力の双方の性能をバランス
良く備えた希土類永久磁石用合金粉を提供する。 【構成】 組成を適当に選択することにより、準安定な
希土類化合物を生成させ、熱処理によってR2 Fe14
相を生成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は希土類元素(Yを含む)
と遷移金属(Fe を必須とする)及びBを基本成分と
し、ボンド磁石に使用される希土類永久磁石用合金粉末
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】磁石粉末と樹脂とを混合し、押出成形、
圧縮成形あるいは射出成形により、樹脂ボンド永久磁石
(複合磁石)を得ることは周知のことである。特に最近
希土類合金系の優れた磁気特性を活かした希土類ボンド
永久磁石が注目されてきている。本発明は、かかる希土
類ボンド永久磁石に用いられる高磁気特性の磁石粉末で
ある希土類永久磁石用合金粉末の製造方法に関するもの
である。希土類と遷移金属を主成分とした既知の永久磁
石材料は、Sm-Co 系、Nd-Fe-B系が知られており、
その優れた特性から広範囲で使用されている。中でもN
d2Fe14 B化学量論組成よりも若干希土類リッチ側の組
成で、液体急冷と熱処理によって生成した数10nm程度の
微細なNd2Fe14 B相からなる組織を有する等方性Nd-
Fe-B系材料は、コストパフォーマンスに優れるため生
産量が急増している。
【0003】近年、この等方性Nd-Fe-B系材料におい
てハード磁性相のNd2Fe14 B化学量論組成よりもNd
量を減少し、磁化並びに最大エネルギー積を増加させた
材料に関する報告が、次世代のボンド磁石材料として注
目を集めている。それらは大きく2つのグル−プに分け
られるが、どちらも従来材同様、液体急冷と熱処理によ
って100nm以下の微細組織を生成している。1つはN
d2Fe14 B化学量論組成よりも若干希土類量が少ない8
〜10at%程度の材料である。単なるNd 量の減少の
みではα−Fe が生成するため保磁力が激減するが、Z
r 、Nb 、V等の添加で保磁力低下の抑制に成功してい
る(例えばProceeding of the 10th. Int'l. Workshop
on RE Magnets, Kyoto Japan,315(1989))。以降この型
の材料を単純希土類減少型と呼ぶ。
【0004】もう一つは、Nd2Fe14 B組成よりも極端
な低Nd 、高BであるNd4Fe7719近傍の組成に於
て、Nd2Fe14 B相とFe3B相からなる微細結晶粒組織
を生成し、1.2Tの極めて高い飽和磁化の発現に成功
している。(J.de Physique,C8,1988,P669-670参照)。
この材料の主相は磁気的にソフトなFe3B相であること
が、既存の永久磁石材料との大きな相違である。以降こ
の型の材料を低Nd 高B型と呼ぶ。しかし保磁力は3kO
e 程度であり、実用化には不十分であったため、以降幾
つかの保磁力増加に関する研究が発表されている。例え
ばNd3Dy2Fe70. 5 Co5Ga118.5の組成では保磁力6
kOe と良好な角型性が得られたと報告された(日本応用
磁気学会誌17,1993,185-190 )。ここではNd の一部の
Dy 置換によるハード相Nd2Fe14 B相の異方性磁界増
加とCo 、Ga の添加による組織微細化によって、磁性
の向上をもたらしたとしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように液体急冷
と熱処理による微細結晶粒組織を有する等方性Nd-Fe-
B系材料に於て、全く異なる2種類の方法で磁化の上昇
がなされたが、それぞれ以下のような課題を抱えてい
る。まず、前者の単純希土類減少型では、保磁力が8kO
e 以上であり、実用可能な能力を有しているが、従来材
に対する磁化増加量が少なく優位性が乏しい。
【0006】一方、後者の低Nd 高B型であるが、非常
に大きな磁化を有する反面、保磁力は最高で6kOe と未
だ不十分であるため、実用化にはさらなる保磁力増加が
必要である。ハード相の異方性磁界増加と組織微細化以
外に保磁力を増加する最も簡単な方法は、ハード相の体
積率増加があげられる。しかし、これ以上にNd2Fe1 4
B相の体積率を増加する組成、つまりNd-Fe-B系3元
状態図上でNd2Fe14B相方向に近づく組成では、準安
定なNd2Fe233 相がNd2Fe14 B相に代って晶出す
るため、保磁力が低下することが知られている(J.Mag.
Mag.Mat. 80(1989)101-104)。なお、Nd2Fe233
からなる組織を十分加熱すると主にα−Fe とNd Fe4
4 相からなり、少量のNd2Fe14 B相を含む組織とな
るが、Nd2Fe14 B相の体積率が低いため、保磁力が1
kOe 以下であることは本発明者が確認している。このN
d2Fe233 相が晶出し、保磁力が発現しにくい組成域
を以降中間組成域と呼ぶ。図1にNd-Fe-B系3元状態
図のFe 近傍に上記各型磁石の組成域を示す。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は液体急冷と熱
処理によって生成する微細結晶粒組織を有する等方性N
d-Fe-B系材料に於て、上記の単純希土類減少型の磁化
不足と低Nd 高B型の保磁力不足を解決する方法とし
て、両者の中間的な組成を有する中間組成域での構成相
の適性化について検討した。その結果、非晶質からNd2
Fe233 相が晶出する温度域における吸水素、さらに
脱水素処理によって、Nd2Fe233 相が消失してNd2
Fe14 B相を生成する事実を見出した。本発明はこれら
の知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発
明は基本成分を希土類−鉄−ボロンとし、液体急冷と熱
処理によって生成した微細結晶粒組織を有する等方性永
久磁石材料に於いて、準安定な希土類化合物の生成によ
って、ハード相であるR2 Fe14 B相を生成しないた
め、磁石とならなかった組成域に於いて、吸水素、脱水
素処理を施すことによりR2 Fe14 B相の生成を可能と
することにより上記課題を解決したものである。
【0008】次に本発明の構成を以下に詳細に記す。 (1) 組成 R(Yを含む希土類元素)とT(Fe が50at%以上
である遷移金属)並びにBを基本成分とし、 R:2〜12at% B:5〜20at% T:残部 であることを特徴とする。
【0009】Rは2〜12at%である。Rが2at%
以下であるとハード相であるR2 Fe14 B型化合物相の
体積率が不十分となり、保磁力の低下をもたらす。ま
た、12at%以上であるとソフト磁性相の体積率が減
少するため、磁化の低下をもたらす。R種はNd 、Pr
又はそれらの混合物が好ましい。また一部をDy 等の重
希土類で置換するとR2 Fe14 B相の異方性磁界が増加
するため、保磁力が増加する。しかし同時に磁化が低下
するため、添加量はRの50%程度までが適当である。
La は非晶質又は微細結晶粒組織の生成を容易にする効
果がある。しかしLa 添加によってR2 Fe14 B相の異
方性磁界が低下するため、過度の添加は保磁力の低下を
もたらす。したがってLa 添加量はRの25%程度まで
が適当である。Rのより好ましい範囲は5〜8at%で
ある。
【0010】Bは5〜20at%である。Bが5at%
以下であると、α−Fe の体積率が増加するため保磁力
が低下する。また、20at%以上であると磁化の低下
をもたらす。残部は遷移金属Tであり、その内50%以
上がFe である。Tの内Fe が50%以下では各磁気特
性が低下する。Fe 以外のTとしては30%以内のCo
添加が高温での磁気特性向上、組織微細化による保磁
力、角型性の向上に有効である。しかし、30%以上の
Co 添加は保磁力の低下を招く。その他少量のIVa 、V
a 族元素、さらにCr 、Cu 、Si 、Al 、Ga の添加
も組織微細化に有効であり、保磁力、角型性が向上す
る。
【0011】(2) 水素吸蔵処理前の組織 非晶質または準安定結晶相組織、あるいは非晶質と準安
定結晶相の両方を含む組織であることを特徴とする。水
素吸蔵処理前の組織限定理由は以下の通りである。この
組成域に於ては平衡状態ではR2 Fe14 B相の他に、主
にα−Fe 、RFe44 相によって構成される。そして
一般的な鋳造凝固法に依れば、それら各相は数μm以上
の結晶粒となっている。このような組織に対し以下に述
べる水素吸蔵、脱水素処理を実施しても、各希土類化合
物の分解、再結合のみ起り、希土類を含まないα−Fe
等は変化しないため、良好な磁気特性の発現は不可能で
ある。ハード相とソフト相が共存する永久磁石材料で
は、微細混合組織とすることで、量子力学的な磁気的相
互作用である交換相互作用によりソフト相がもたらす高
い磁化とハード相がもたらす高保磁力の両立が可能とな
っている。したがって均一な微細混合組織を生成するに
は、組成的に均一な状態である非晶質あるいは単相組織
から出発する必要がある。しかし、この組成域内には平
衡相が存在しないため、非晶質あるいは配合組成近傍の
準安定相、例えばR2 Fe233 相からなる組織とする
必要がある。
【0012】本発明と同様のR−T−B系合金を水素吸
蔵、脱水素処理して等方性又は異方性の磁石粉を作製す
る方法が良く知られている(例えばProceeding of the
11th. Int'l. Workshop on RE Magnets,49(1990))。し
かしこれはNd2Fe14 B近傍の組成に於てNd2Fe14
相の分解、再結合反応をもたらすことで、組織を微細化
するものである。それに対し本発明の組成域はR2 Fe
14 Bよりも低希土、高B側であるため、上記のように
組成的に均一な非晶質相あるいは配合組成近傍の準安定
相からなる組織である必要がある。R2 Fe14 B相を含
む場合には必然的にα−Fe 、RFe44 相等を含むこ
とになり、水素吸蔵、脱水素処理によって各磁性相が微
細に混合する組織の生成は困難である。
【0013】(3) 水素吸蔵処理前の組織生成方法 水素吸蔵処理前の非晶質または準安定結晶相組織、ある
いは非晶質と準安定結晶相の両方を含む組織の生成は、
液体急冷法、気相急冷法、メカニカルアロイ法等によっ
て可能である。その中で液体急冷法が特性、コストの両
面で優れている。気相急冷法は冷却速度が大きく、非晶
質生成能力では最も優れているが、生産性が極めて悪
い。メカニカルアロイ法は液体急冷法で非晶質化不可能
である合金での非晶質化が報告されており、大変有力な
方法であるが、本発明の合金組成では液体急冷法で十分
非晶質化は可能である。また、生産性も液体急冷法が格
段に優れている。
【0014】液体急冷法としてはロール法、アトマイズ
法、スプラットクエンチ法等が一般に良く知られてい
る。この中でロール法が冷却速度、処理量、均一性の全
てで優れており、本発明に最適な方法である。ロール法
の中でも双ロール法よりも単ロール法が冷却速度、作業
性の面で優れている。スプラットクエンチ法は最も高い
冷却速度が達成され、非晶質、又は準安定相組織の生成
能力は高いが、処理量が極端に少なく、同一試料内での
冷却速度の相違が大きいため、組織の均一性にも欠ける
ので実用的な生産には不向きである。アトマイズ法は処
理量、均一性は優れるが冷却速度が劣るため、本発明を
構成する組織の生成は困難である。
【0015】(4) 水素吸蔵、脱水素処理 上記合金を水素を含む雰囲気中で熱処理し水素を吸蔵す
る工程、さらに実質的に水素を含まない雰囲気中で熱処
理し水素を放出する工程からなることを特徴とする。以
下、それぞれの工程について説明する。
【0016】(A) 水素吸蔵 水素を含む雰囲気とは、純水素あるいは水素と不活性ガ
スの混合雰囲気であり、水素分圧によって適性処理条件
は変化する。処理温度は水素吸蔵によってRの水素化物
を生成する範囲内で低温の方が好ましい。処理温度の上
昇は組織の粗大化を招き、脱水素後の組織粗大化につな
がり磁気特性が低下する。同様に処理時間もRの水素化
物を生成する範囲内で短時間の方が好ましい。具体的に
は600〜750℃程度で30分以内が適当である。水
素吸蔵反応は発熱反応であるため、特に処理量が増加し
た際には速やかな反応熱の除去が、安定した試料の作製
には重要であり、蓄熱材の利用等が有効である。また、
雰囲気圧力の増加、He との混合によるガスの熱伝導度
増加も有効である。
【0017】この水素吸蔵反応によって例えばR2 Fe
233 近傍の組成においては、非晶質相(Am)は以下
のように変化する。 Am →(Am-H)→(R2 Fe233 )→(R2 Fe23
3-H)→R−H+α−Fe +Fe2B ここで括弧内の状態の有無は組成に依って変化するもの
と推定される。なお“−H”はそれぞれ水素固溶状態を
示す。
【0018】(B) 脱水素 上記水素吸蔵状態から水素が放出するのに、水素分圧が
十分に低い雰囲気中で加熱する。具体的には酸化防止、
速やかな水素放出の目的から0.1Torr以下の真空が好
ましい。処理温度は脱水素が可能な範囲内で低温の方が
好ましい。処理温度の上昇は水素吸蔵処理と同様に組織
の粗大化を招き、磁気特性が低下する。同様に処理時間
も脱水素が可能な範囲内で短時間の方が好ましい。具体
的には600〜750℃程度で30分以内が適当であ
る。
【0019】この脱水素反応によって、上記R2 Fe23
3 近傍の組成の水素吸蔵状態が以下のように変化す
る。 R−H+α−Fe +Fe2B → R2 Fe14 B+α−F
e +Fe2B このように水素吸脱処理によってR2 Fe233 相の消
失、ハード磁性相R2Fe14 B相の生成によって磁石化
が可能となる。一方、先に触れたようにR2 Fe233
近傍組成の非晶質を単に加熱した際の変化は以下の通り
である。 Am → R2 Fe233 → α−Fe +RFe44 +R
2 Fe14 B このようにR2 Fe14 B相を生成するものの生成量は極
少量であり、Rの大部分はRFe44 相生成に費やされ
る。したがって、水素吸脱処理と比較してR2Fe14
相の体積率が低いため保磁力が低下し、RFe44 相は
非磁性であるため磁化も低下する。
【0020】なお、本発明の効果は中間組成域以外に於
ても確認されている。低Nd 高B組成ではNd のDy 置
換による保磁力増加は極めて有効な方法であるが、半分
程度以上の置換では相関係が変化し、準安定なR3 Fe
6214相の晶出を招き、R2Fe14 B相が不安定となる
ため保磁力が低下していた(J.Magn.Magn.Mat.83,1990,
228-230 )。しかし本発明によれば、以下のようにR3
Fe6214相を消失し、R2 Fe14 B相が生成されるた
め、磁石化が可能となる。 従来法:Am → Fe3B+Am → Fe3B+R3 Fe62
14 本発明:Am → Fe3B+Am → Fe3B+R−H+α
−Fe +Fe2B→ Fe3B+R2 Fe14
【0021】
【作用】本発明は基本成分を希土類−鉄−ボロンとし、
液体急冷と熱処理によって生成した微細結晶粒組織を有
する等方性永久磁石材料に於いて、準安定な希土類化合
物の生成によって、ハード相であるR2 Fe14 B相を生
成しないため、磁石とならなかった組成域に於いて、吸
水素、脱水素処理を施すことによりR2 Fe14 B相の生
成を可能とした。
【0022】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。なお、各実施例、比較例の熱処理条件、磁気特性
を表1にまとめて示す。 実施例1 合金組成として原子%でNd7Fe79.3813.62 の組成と
なるようにアーク溶解炉を用いて合金塊を得た。液体急
冷は直径30cmのCu-Be 合金製ロールを有する単ロー
ル型装置で実施した。約7mm角に切出した該合金を内径
10mmの底部に直径0.5mmの穴(オリフィス)を有す
る石英管に投入し、1気圧中のAr 雰囲気中で高周波加
熱により溶解した後、0.2kgf /cm2 の吹出し圧で
ロール回転数3000rpm 、ノズルとロールの間隔0.
5mmで吐出させ、幅約2mm、厚さ約20μmのリボン状
試料を得た。得られたリボン状試料はXRDより、非晶
質であることを確認した。このリボン状試料を真空炉に
入れ、1気圧の水素雰囲気下10℃/min. の昇温速度で
725℃まで加熱し、30分間保持した。引続いて炉内
をロータリーポンプと油拡散ポンプで真空排気し、1×
10-4Torrの真空度になるまで約30分間そのままの温
度で保持した後、室温まで冷却して炉から取り出した。
取りだした試料はVSMにより磁気特性を測定したとこ
ろ、残留磁化110emu/g 、保磁力2.5kOe であっ
た。また、熱処理後の同試料のXRD測定結果より、R
2 Fe1 4 B型化合物相、α−Fe とFe2B相からなるこ
とが確認された。
【0023】
【表1】
【0024】実施例2〜8 合金組成として表1の組成となるようにアーク溶解炉を
用いて合金塊を得た。次いで該各合金を用いて、実施例
1と同様の処理を実施したところ、表1のような特性を
示した。
【0025】比較例1〜4 合金組成として表1の組成となるようにアーク溶解炉を
用いて合金塊を得た。次いで該各合金を用いて、実施例
1と同様の処理を実施したところ、表1のような特性を
示した。
【0026】実施例9 実施例1と同じ組成の合金塊をアーク溶解炉で作成し
た。該合金塊をロール回転数のみ1000rpm とし、他
の条件は実施例1と同様に処理し、幅約2mm、厚さ約3
5μmのリボン状試料を得た。得られたリボン状試料は
XRDより、R2Fe233 型化合物相からなることが
確認された。次いで該各合金を用いて、実施例1と同様
の処理を実施し、VSMにより磁気特性を測定したとこ
ろ、残留磁化103emu/g 、保磁力1.9kOe であっ
た。
【0027】比較例5 実施例1で作成した非晶質からなる液体急冷後のリボン
状試料を真空中のみで実施例1と同様の昇温、保持条件
で熱処理したところ保磁力は0.1kOe 以下であった。
また、XRDより同試料はR2 Fe233 型化合物相か
らなることが確認され た。
【0028】比較例6 実施例1で作成した非晶質からなる液体急冷後のリボン
状試料を実施例1と同様の方法で水素中熱処理を実施し
た後、そのまま冷却して取り出したところ保磁力は0.
1kOe 以下であった。また、XRDより同試料はRの水
素化物、α−Fe とFe2B型化合物相からなることを確
認した。
【0029】比較例7 実施例1と同じ組成の合金塊をアーク溶解炉で作成し
た。XRDより該合金塊はα−Fe 、RFe44 型化合
物相と若干のR2 Fe14 B型化合物相からなることを確
認した。該合金塊をジョークラッシャーで数mm程度に粉
砕した後、実施例1と同様の水素吸脱処理を実施したと
ころ、保磁力は0.1kOe 以下であった。また、XRD
より同試料はα−Fe 、Fe2B型化合物相、RFe44
型化合物相と若干のR2 Fe14 B型化合物相からなるこ
とを確認した。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば基本成分を希土類−鉄−
ボロンとし、液体急冷と熱処理によって生成した微細結
晶粒組織を有する等方性永久磁石材料に於いて、準安定
な希土類化合物の生成によって、ハード相であるR2
e14 B相を生成しないため、磁石とならなかった組成域
に於いて、吸水素、脱水素処理を施すことによりR2
e14 B相を生成し、高い磁化と保磁力の両立を可能とし
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明と従来の等方性永久磁石材料の組成域を
Nd-Fe-B系3元状態図上に示した説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 1/053 1/06 (72)発明者 長谷川 寛 埼玉県秩父市大字下影森1505番地 昭和電 工株式会社秩父研究所内 (72)発明者 広瀬 洋一 埼玉県秩父市大字下影森1505番地 昭和電 工株式会社秩父研究所内 (72)発明者 佐川 眞人 京都府京都市西京区松室追上町22番地の1 インターメタリックス株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 R(Yを含む希土類元素)とT(Fe が
    50at%以上である遷移金属)並びにBを基本成分と
    し、 R:2〜12at% B:5〜20at% T:残部 からなる合金の非晶質または準安定結晶相組織、あるい
    は非晶質と準安定結晶相の両方を含む組織を生成する工
    程と、これを水素を含む雰囲気中で熱処理し水素を吸蔵
    する工程と、さらに実質的に水素を含まない雰囲気中で
    熱処理し水素を放出する工程からなることを特徴とする
    希土類永久磁石用合金粉末の製造法。
  2. 【請求項2】 実質的にR214B型化合物相を含まな
    い組織に水素を吸蔵させRの水素化物を生成し、水素を
    放出する工程においてR214B型化合物相を含む組織
    を生成することを特徴とする請求項1記載の希土類永久
    磁石用合金粉末の製造法。
  3. 【請求項3】 非晶質または準安定結晶相組織、あるい
    は非晶質と準安定結晶相の両方を含む組織を生成する工
    程が、液体急冷法であることを特徴とする請求項1又は
    2に記載の希土類永久磁石用合金粉末の製造法。
JP6177014A 1994-07-28 1994-07-28 希土類永久磁石用合金粉末の製造法 Pending JPH0841502A (ja)

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