JPH10130796A - 微細結晶永久磁石合金及び等方性永久磁石粉末の製造方法 - Google Patents

微細結晶永久磁石合金及び等方性永久磁石粉末の製造方法

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JPH10130796A
JPH10130796A JP8355015A JP35501596A JPH10130796A JP H10130796 A JPH10130796 A JP H10130796A JP 8355015 A JP8355015 A JP 8355015A JP 35501596 A JP35501596 A JP 35501596A JP H10130796 A JPH10130796 A JP H10130796A
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裕和 金清
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哲 広沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 10kG以上の残留磁束密度Brを有してハ
ードフェライト磁石に匹敵する性能対価格比を有する微
細結晶永久磁石合金を安定的に量産可能にする微細結晶
永久磁石合金の製造方法。 【解決手段】 希土類元素が5at%以下、Bが15〜
30at%の特定組成合金溶湯を、30kPa以下の減
圧不活性ガス雰囲気中、ロール周速度を2〜10m/s
にして急冷することにより、実質90%以上をFe3B
型化合物並びにα−FeとNd2Fe14B型結晶構造を
有する化合物相が共存する結晶組織となり、永久磁石と
して実用に耐えるiHc≧2kOe、Br≧10kGの
磁気特性を有する平均結晶粒径が10nm〜50nmの
粉末状あるいは薄板状永久磁石合金を合金溶湯から直接
得ることができ、従来のアモルファス合金を熱処理によ
り結晶化する工程がなく、製造方法が簡単で大量生産に
適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種モーター、
アクチュエーター、磁気センサー用磁気回路並びにマグ
ネットロールやスピーカー用などに最適な微細結晶永久
磁石合金の製造方法に係り、希土類元素含有量が5at
%以下の特定組成のR−Fe−B系合金溶湯を、特定の
減圧不活性ガス雰囲気中、ロール周速度の液体急冷法に
より急冷して、実質的に90%以上がFe3B型化合物
並びにα−FeとNd2Fe14B型結晶構造を有する化
合物相が共存する結晶組織で、かつ各構成相の平均結晶
粒径が10nm〜50nmを有する微細結晶となすこと
により、合金溶湯から直接、厚み70μm〜300μm
の薄板磁石あるいはボンド磁石用合金粉末として実用に
耐えるiHc≧2kOe、Br≧10kGの磁気特性を
有する永久磁石合金を得ることが可能な微細結晶永久磁
石合金の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】家電用機器、ならびにOA機器や電装品
に用いられるステッピングモーター、パワーモーター並
びにアクチュエーターなどに使用される永久磁石は、従
来、性能対価格比に優れたハードフェライト磁石に限定
されていたが、低温でのiHc低下に伴う低温減磁特性
があること、セラミックス材質のために機械的強度が低
く、割れ、欠けが発生し易いこと、複雑な形状が得難い
ことなどの問題があった。
【0003】今日、家電機器、OA機器、電装品等にお
いて、より一層の高性能化と小型軽量化が要求されてお
り、永久磁石を用いた磁気回路全体として、性能対重量
比を最大にするための設計が検討されており、特に現在
のモーター構造では永久磁石として残留磁束密度Brが
5kG〜7kG程度のものが最適とされているが、従来
のハードフェライト磁石では得ることができない。
【0004】例えば、Nd2Fe14Bを主相とするNd
−Fe−Bボンド磁石ではかかる磁気特性を満足する
が、金属の分離精製や還元反応に多大の工程並びに大規
模な設備を要するNdを10at%〜15at%含有し
ているため、ハードフェライト磁石に比較して著しく高
価となり、性能対価格比の点でハードフェライト磁石か
らの代替は一部の機種でしか進んでおらず、現在のとこ
ろ、5kG以上のBrを有し、安価な永久磁石材料は見
出されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一方、Nd‐Fe−B
系磁石において、近年、Nd4Fe77B19(at%)近
傍組成でFe3B型化合物を主相とする磁石材料が提案
(R.Coehoorn等、J.de Phys,C
8,1988,669〜670頁)された。この永久磁
石材料はアモルファスリボンを熱処理することにより、
軟磁性であるFe3B相と硬磁性であるNd2Fe14B相
が混在する結晶集合組織を有する準安定構造の永久磁石
材料である。
【0006】かかる永久磁石材料は、10kG程度のB
rと2kOe〜3kOeのiHcを有し、高価なNdの
含有濃度が4at%程度と低いため、配合原料価格はN
d2Fe14Bを主相とするNd‐Fe−B系ボンド磁石
より安価ではあるが、配合原料のアモルファス合金化が
必須条件であるため液体急冷条件が限定され、また、同
時に硬磁性材料になり得るための熱処理条件が狭く限定
され、工業生産上実用的でなく、ハードフェライト磁石
の代替として安価に提供できない。
【0007】この発明は、希土類濃度が5at%以下と
低いことを特徴とする軟磁性のFe3B相と硬磁性のN
d2Fe14B相が混在する結晶集合組織を有する準安定
構造の永久磁石材料において、その製造条件を緩和して
安定した工業生産を可能にすることを目的とし、特に、
10kG以上の残留磁束密度Brを有してハードフェラ
イト磁石に匹敵する性能対価格比を有する微細結晶永久
磁石合金を安定的に量産可能にする微細結晶永久磁石合
金の製造方法の提供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者らは、軟磁性相と
硬磁性相が混在する低希土類濃度のNd−Fe−B系永
久磁石材料の安定した工業生産が可能な製造方法を目的
に種々検討した結果、希土類元素の含有量が5at%以
下と少なく、15〜30at%のBを含有する特定組成
の合金溶湯を、急冷ロールを用いた液体急冷法により急
冷するに際し、30kPa以下の減圧不活性ガス雰囲気
中にて、ロール周速度を2〜10m/sに限定すること
によって、アモルファス合金を熱処理により結晶化する
工程を経ることなく、直接、実質90%以上をFe3B
型化合物並びにα−FeとNd2Fe14B型結晶構造を
有する化合物相が共存する結晶組織で平均結晶粒径が5
0nm以下の微細結晶からなる、焼結磁石用粉末合金や
ボンド磁石用粉末合金、あるいは厚み70μm〜300
μmの急冷合金薄帯(薄板磁石)が得られることを知見
し、この発明を完成した。
【0009】また、発明者らは、合金溶湯から直接得た
微細結晶の各構成相の平均結晶粒径が10nm〜50n
mである場合は、iHc≧2kOe、Br≧10kGの
磁気特性が得られること、さらに、平均結晶粒径10n
mに満たない微細結晶が得られた場合、特定の粒成長の
ための熱処理を施すことにより、各構成相の平均結晶粒
径が10nm〜50nmとなり、iHc≧2kOe、B
r≧10kGの磁気特性が得られることを知見し、この
発明を完成した。
【0010】すなわち、この発明は、組成式をFe
100-x-yBxRy(但しRはPr、NdまたはDyの1種
または2種)と表し、組成範囲を限定する記号x、y
が、15≦x≦30at%、1≦y≦5at%を満足す
る合金溶湯を、急冷ロールを用いた液体急冷法により急
冷するに際し、30kPa以下の減圧不活性ガス雰囲気
中にて、ロール周速度を2m/s〜10m/sにして、
Fe3B型化合物並びにα−FeとNd2Fe14B型結晶
構造を有する化合物相が共存する結晶組織が90%以上
を占め、平均結晶粒径が10nm〜50nmである微細
結晶合金を合金溶湯から直接得ることにより、iHc≧
2kOe、Br≧10kGの磁気特性を有する永久磁石
合金を得る微細結晶永久磁石合金の製造方法である。
【0011】また、この発明は、上述の製造方法におい
て、液体急冷法により合金溶湯から直接、平均結晶粒径
が10nm以下の微細結晶合金となした場合は、その
後、500℃〜700℃の温度域にて粒成長を目的とす
る熱処理を施し、平均結晶粒径が10nm〜50nmの
微細結晶合金となし、iHc≧2kOe、Br≧10k
Gの磁気特性を有する永久磁石合金を得る微細結晶永久
磁石合金の製造方法を合わせて提案する。
【0012】さらに、この発明は、上述の製造方法にお
いて、得られる微細結晶永久磁石合金を平均粉末粒径3
μm〜500μmに粉砕して、iHc≧2kOe、Br
≧7kGの磁気特性を有する等方性永久磁石合金粉末を
得る製造方法を合わせて提案する。
【0013】
【発明の実施の形態】
組成の限定理由 希土類元素Rは、Pr、NdまたはDyの1種または2
種を特定量含有のときのみ、高い磁気特性が得られ、他
の希土類、例えばCe、LaではiHcが2kOe以上
の特性が得られず、また、TbおよびDyを除くSm以
降の中希土類元素、重希土類元素は磁気特性の劣化を招
来するとともに磁石を高価格にするため好ましくない。
Rは、1at%未満では2kOe以上のiHcが得られ
ず、また5at%を越えると10kG以上のBrが得ら
れないため、1at%〜5at%の範囲とする。好まし
くは、2at%〜5at%が良い。
【0014】Bは、15at%未満では液体急冷後の金
属組織において、α−Feの析出が著しく、保磁力の発
現に必須であるNd2Fe14B型結晶構造を有する化合
物の析出が阻害されるため、1kOe未満のiHcしか
得られず、また30at%を越えると減磁曲線の角形性
が著しく低下し、10kOe以上のBrが得られないた
め、15at%〜30at%の範囲とする。好ましく
は、15at%〜20at%が良い。
【0015】Feは、上述の元素の含有残余を占め、F
eの一部をCo、およびNiで置換することにより減滋
曲線の角形性が改善され、最大エネルギー積(BH)m
ax、および耐熱性の向上が得られ、また、Crで置換
することによりiHcの向上が得られ、さらに、Al、
Si、S、Ni、Cu、Zn、Ga、Ag、Pt、A
u、Pbの1種または2種で置換することにより減磁曲
線の角形性を改善し、Brおよび(BH)maxを増大
させる効果が得られる。
【0016】製造条件の限定理由 この発明における液体急冷法とは、急冷ロールによる液
体急冷法及び合金鋳造法であるストリップキャスト法を
含むものである。上述の特定組成の合金溶湯を液体急冷
法で30kPa以下の減圧不活性ガス雰囲気中にて、ロ
ール周速度を2m/s〜10m/sにして急冷するが、
2m/s未満では100nm以上の粗大なα−Fe粒子
を含む金属組織となり、また10m/sを超えるとアモ
ルファス金属となるため好ましくなく、その結晶組織の
90%以上がFe3B型化合物並びにα−FeとNd2F
e14B型結晶構造を有する化合物相が共存する結晶組織
とならないためであり、特に、各構成相の平均結晶粒径
がiHc≧2kOe、Br≧10kGの磁気特性を得る
に必要な平均結晶粒径10nm〜50nmの合金を得る
ことが重要である。
【0017】すなわち、合金溶湯の急冷処理の際、急冷
雰囲気が30kPaを越える場合は、回転ロールと合金
溶湯の間に雰囲気ガスが入り込み、急冷条件の均一性が
失われるため、粗大なα−Fe含む金属組織となり、i
Hc≧2kOe、Br≧10kGの磁気特性が得られな
いことから、合金急冷雰囲気を30kPa以下とする。
好ましくは、10kPa以下が良い。雰囲気ガスは、合
金溶湯の酸化防止のために不活性ガスとし、好ましく
は、Arガス中が良い。
【0018】Cu製ロールを用いる液体急冷法の場合、
ロール周速度が10m/秒を越えると、急冷合金中に含
まれる結晶組織が減少してアモルファス相が増加するた
め、熱処理によるアモルファスの結晶化が必要となる
が、アモルファスの結晶化に伴う発熱は、急冷直後、す
でに析出している結晶組織の粒成長を引き起こすため、
iHc≧2kOe、Br≧10kGの磁気特性を得るに
必要な平均結晶粒径10nm〜50nmより粗大な金属
組織となり、10kG以上のBrを得られない、また、
ロール周速度が2m/s未満では、急冷合金中に粗大な
α‐Feが析出するため好ましくなく、ロール周速度を
2〜10m/sに限定する。
【0019】上述した条件の急冷ロールを用いる液体急
冷法にて、急冷した急冷合金の平均結晶粒径が、iHc
≧2kOe、Br≧10kGの磁気特性を得るに必要な
平均結晶粒径10nmに満たない場合は、粒成長を目的
とした熱処理を行っても良く、磁気特性が最高となる熱
処理温度は組成に依存するが、熱処理温度が500℃未
満では粒成長を起こさないため、10nm以上の平均結
晶粒径が得られない、また700℃を越えると粒成長が
著しくiHc、Brおよび減磁曲線の角形性が劣化し、
上述の磁気特性が得られないため、熱処理温度は500
℃〜700℃に限定する。
【0020】熱処理において、雰囲気は酸化防止のため
Arガス、N2ガスなどの不活性ガス雰囲気中もしくは
1.33Pa以下の真空中が好ましい。磁気特性は熱処
理時間には依存しないが、6時間を越えるような場合は
若干時間の経過とともにBrが低下する傾向があるた
め、好ましくは6時間以下が良い。
【0021】この発明による微細結晶永久磁石合金の結
晶相は、軟磁性を有するFe3B型化合物、並びにα−
FeとNd2Fe14B型結晶構造を有する硬磁性化合物
相とが同一組織中に共存し、各構成相の平均結晶粒径が
10nm〜50nmの範囲の微細結晶集合体からなるこ
とを特徴としている。磁石合金の平均結晶粒径が50n
mを越えると、Brおよび減磁曲線の角形性が劣化し、
Br≧10kGの磁気特性を得ることができず、また、
平均結晶粒径は細かいほど好ましいが、10nm未満で
はiHcの低下を引き起こすため、下限を10nmとす
る。
【0022】この発明において、磁石合金溶湯組成及び
急冷条件を選定することによって、焼結やボンド磁石用
に適した粉末状磁石合金、あるいは厚さ70μm〜30
0μmの薄板磁石を製造することができる。
【0023】また、この発明による微細結晶永久磁石合
金を平均粒度3μm〜500μmに粉砕することによ
り、iHc≧2kOe、Br≧7kGの磁気特性を有す
る等方性永久磁石合金粉末を得ることができる。粉砕平
均粒度が3μm未満では磁気特性、特にBrが低下して
好ましくなく、また500μmを越えると成形が困難な
ため、粉砕後の平均粒度を3μm〜500μmに限定す
る。圧縮成形ボンド磁石用粉末として使用する場合の粉
砕粒度は、20μm〜300μmが好ましく、射出成形
ボンド磁石用粉末として使用する場合は50μm以下が
好ましい。
【0024】
【実施例】
実施例1 表1のNo.1〜17の組成となるように、純度99.
5%以上のFe、Al、Si、S、Ni、Cu、Co、
Cr、Zn、Ga、Ag、Pt、Au、Pb、B、N
d、Pr、Dyの金属を用い、総量が30gとなるよう
に秤量し、底部に直径0.8mmのオリフィスを有する
石英るつぼ内に投入し、表1の急冷雰囲気圧に保持した
Ar雰囲気中で高周波加熱により溶解し、溶解温度を1
300℃にした後、湯面をArガスにより加圧して室温
にて、表1に示すロール周速度にて回転するCu製ロー
ルの外周面に0.7mmの高さから溶湯を噴出させて幅
2mm〜3mm、厚み100μm〜300μmの急冷合
金薄帯を作製した。
【0025】図1にCu−Kαの特性X線による実施例
No.2の場合のX線回折パターンを示すごとく、得ら
れた急合金薄帯は、軟磁性を有するFe3B型化合物、
並びにα−FeとNd2Fe14B型結晶構造を有する硬
磁性化合物相とが同一組織中に共存する金属組織である
ことを確認した。また、結晶粒径については、実施例N
o.4、No.16、No.17を除き、いずれの試料
も平均結晶粒径が10nm〜50nmの微細結晶組織で
あった。表2にVSMで測定した磁石特性を示す。
【0026】実施例2 表1の実施例No.4、No.16、No.17につい
ては、平均結晶粒径が10nm未満であったため、急冷
合金簿帯をArガス中、600℃にて10分間保持し、
平均結晶粒径が10nm以上になるよう熱処理を施し
た。VSMを用いて磁石特性を測定した結果を表2に示
す。なお、実施例No.5〜No.17においてAl、
Si、S、Ni、Cu、Co、Cr、Zn、Ga、A
g、Pt、Au、Pbは各構成相のFeの一部を置換す
る。
【0027】実施例3 表1のNo.2、No.3、No.5、No.6、N
o.13について粉砕機を用いて、粉砕粒度25μm〜
300μm、平均粉末粒径150μmになるように粉砕
し、等方性永久磁石粉末を作製した。表3にVSMで測
定した磁石合金粉末の磁気特性を示す。
【0028】比較例1 実施例1と同様に表1のNo.18〜No.21の組成
となるように純度99.5%のFe、B、Rを用いて、
表1に示す急冷条件にて急冷合金薄帯を作製した。得ら
れた試料のCu−Kαの特性X線回折パターンを図1に
示す。X線回折パターンの結果から判るようにNo.1
8の試料は、保磁力の発現しないアモルファス合金であ
った。また、No.19の試料は、α−Fe相が主相と
なる金属組織であった。なお、No.20の試料は、非
磁性相であるNd2Fe23B3とα−Feからなる組織で
あり、No.21の試料は、No.19と同様、α−F
eを主相とする金属組織であった。また、No.18〜
No.21のVSMで測定した磁石特性を表2に示す。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【発明の効果】この発明は、希土類元素の含有量が5a
t%以下と少なく、15〜30at%のBを含有する特
定組成の合金溶湯を、急冷ロールを用いた液体急冷法に
より急冷するに際し、30kPa以下の減圧不活性ガス
雰囲気中にて、ロール周速度を2〜10m/sに限定す
ることによって、アモルファス合金を熱処理により結晶
化する工程を経ることなく、直接、実質90%以上をF
e3B型化合物並びにα−FeとNd2Fe14B型結晶構
造を有する化合物相が共存する結晶組織となり、永久磁
石として実用に耐えるiHc≧2kOe、Br≧10k
Gの磁気特性を有する平均結晶粒径が10nm〜50n
mの厚み70μm〜300μmの薄板磁石あるいはボン
ド磁石用粉末合金が得られ、さらに、平均結晶粒径10
nmに満たない微細結晶が得られた場合、特定の粒成長
のための熱処理を施すことにより、各構成相の平均結晶
粒径が10nm〜50nmとなり、iHc≧2kOe、
Br≧10kGの磁気特性が得られるもので、従来の微
細結晶型永久磁石の製造工程に見られたアモルファス合
金を熱処理により結晶化する工程を介さないため、製造
方法が簡単で大量生産に適しており、ハードフェライト
磁石では達成できない優れた磁石特性を有する永久磁石
を安価で提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における試料のCu−Kαの特性X線回
折パターンを示すグラフである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式をFe100-x-yBxRy(但しRは
    Pr、NdまたはDyの1種または2種)と表し、組成
    範囲を限定する記号x、yが下記値を満足する合金溶湯
    を、急冷ロールを用いた液体急冷法により急冷するに際
    し、30kPa以下の減圧不活性ガス雰囲気中にて、ロ
    ール周速度を2m/s〜10m/sにして、Fe3B型
    化合物並びにα−FeとNd2Fe14B型結晶構造を有
    する化合物相が共存する結晶組織が90%以上を占め、
    平均結晶粒径が50nm以下である微細結晶合金を得る
    微細結晶永久磁石合金の製造方法。 15≦x≦30at% 1≦y≦5at%
  2. 【請求項2】 請求項1において、液体急冷法により合
    金溶湯から直接、平均結晶粒径が10nm〜50nmの
    微細結晶合金となし、iHc≧2kOe、Br≧10k
    Gの磁気特性を有する磁石合金を得る微細結晶永久磁石
    合金の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において、液体急冷法により合
    金溶湯から直接、平均結晶粒径が10nm以下の微細結
    晶合金となし、その後、500℃〜700℃の温度域に
    て粒成長を目的とする熱処理を施し、平均結晶粒径が1
    0nm〜50nmの微細結晶合金となし、iHc≧2k
    Oe、Br≧10kGの磁気特性を有する磁石合金を得
    る微細結晶永久磁石合金の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1において、得られる微細結晶永
    久磁石合金は厚み70μm〜300μmの薄板磁石であ
    る微細結晶永久磁石合金の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1において、得られる微細結晶永
    久磁石合金を平均粉末粒径3μm〜500μmに粉砕し
    て、iHc≧2kOe、Br≧7kGの磁気特性を有す
    る等方性永久磁石合金粉末を得る等方性永久磁石粉末の
    製造方法。
JP35501596A 1996-09-06 1996-12-20 微細結晶永久磁石合金及び等方性永久磁石粉末の製造方法 Expired - Lifetime JP3488354B2 (ja)

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