JPS5822351A - 希土類永久磁石 - 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】 本発明はＳｍ、Ｃｏ□型結晶を用いた析出硬化型磁石に
関するものである。さらに詳しく述べれば、Ｓｍ−Ｃｏ
−Ｃｕ−Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ−Ｍ（Ｍは、５ＳＳｅ、Ｆｅｓ
　Ｃｅ５Ｐｂｑ　Ｃｄｓ　Ｂｉ、Ｓｉの中の少くとも１
種以上を示す。以下この表記に従う。）合金の溶解鋳造
時、次素Ｃと該特殊元素Ｍの効果によシ、該合金の鋳造
マクロ組織をできるだけ多く柱状晶化させ、該柱状晶の
多い合金を磁気硬化のための熱処理を行ない、その後、
粉砕、磁場成形し、パーインダーによシ結合強化した永
久磁石に関するものである、。

本発明の目的は、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｆ　ｅ　−Ｔａ−
Ｃ−Ｍよりなる合金の磁気性能を向上させるのに、合金
インゴ、）の鋳造組織をできるだけ多く柱状晶化させる
仁とにある。

我々は１１特願昭５５−５２２６号でＳｍ−Ｃ。

−Ｃｕ−Ｆｅ−Ｚｒ系で、合金のインゴットを柱状晶に
すると、等結晶および、チル晶に比べて、この合金を使
用した磁石の磁気性能が格段とよくなることを示した。

本発明は、該事実がＳｍ　−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｆｅ−Ｔａ系
合金に炭素Ｃと特殊元素Ｍを複合添加して柱状組織を増
大させて本、同様な効果が得られることを示したもので
ある。

本発明は、鋳造インゴットの塊をそのｉま熱処理し、粉
砕、バインダーとの混合、磁場中成形、バインダーを結
合強化して磁石を製造する、樹脂、メタル、またはセラ
ミック結合型磁石の高性能化に極めて有効である。すな
わち、粉砕前までの工程は鋳造磁石と変らず、鋳造イン
ゴットの結晶状態をその１１用いるので、前記したよう
な高性能な磁気特性が得られる柱状晶を、鋳造インゴッ
トに微量添加し九次素Ｃと特殊元素Ｍの効果によりでき
るだけ多く生成させれば高性能の磁石を得ることは可能
である。

一般に溶融金属が、るつぼから鋳型に注入されると、鋳
型から凝固が開始する。これは、固体異物質と接解した
エンブリオ（６芽）は、接触しないで融液中に漂ってい
るものに比べて、安定核生成に対するエネルギー障壁が
小さくなるからと説明されている。鋳壁に生成した結晶
は、隣の結晶と相互に競争しつつ溶湯中に成長する。第
１図に示すような、鋳塊最外層の結晶の競争成長領域を
チル層と呼んでいる。結晶は成長速度に異方性がある丸
め、最大成長速度をもつ方向が熱流の方向に平行である
ような結晶が、隣接の結晶成長を抑えて優先的に成長す
る。結晶の成長中、優先方位が熱流に近い程長く生き残
り、他の結晶は淘汰される結果、結晶の数は鋳塊内部に
ゆくに従って少くなシ、柱状晶帯が形成される０条件が
整えば柱状晶帯がぶつかシ合い凝固は完了するが、通常
第１図に示すように、柱状晶の内部に等結晶が生成する
０等結晶の主因については、以前はよく知られていなシ
ったが、現在では鋳壁とか冷却された湯面で形成され九
結晶が遊離して自由晶となり、この自由晶が等結晶体を
形成することが明らか′になっている（Ａ、０ｈｎｏ、
Ｔ６Ｍｉ５ｔｅｇ１　　ａｎｄＨ，５ｏｄａ：Ｔｒａｎ
ａ　、ｌ８ＩＪ、１１　（１９７１）１８）。

Ｓｍ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ−Ｍ糸の７元合金を
使用した磁石は、析出硬化型、あるいは２相分離型磁石
と呼ばれる０これは、マ）９ツクス中に異相を析出させ
、磁気硬化させるためである。本系統の磁石は、最初ｇ
ｍ−Ｃｏ−Ｃｕ５元系合金で、主に３ｍ１ＣＯ１ｖ結晶
を用いた組成で磁石化されて以来、今日広く発展してき
たものである。ｃｏをＦ・と置換してゆくと・ある量ま
で飽和磁化４πＩＢが増加することが知られている０４
πＩｓが増大する範囲でしかも、結晶が一軸易方性を示
すのはｓ　Ｓｍｌ　　（Ｃｏ　１−ｘＦｅ　ｘ）ｓｖで
示すと・Ｘが０〜α６の範囲である０この事実はＣＯと
Ｃｕをある程度置換しても変らない。

Ｓｍｌ　　（Ｃｏ　　Ｃｕ　　Ｆｅ　）ｔｖに・さらに
Ｔａを加えると、Ｔａの量は微量でもたいへん磁気性能
の向上がはかられる。すなわち、Ｔａを加えると、Ｃｕ
の量が少なくなっても、を丸鉄の量が多くなっても、実
用磁石として充分な保磁力ｉ　Ｈｃが得られ高エネルギ
ー積の磁石の作製が可能になった本合金では前述しえよ
うに、チμ晶帯、柱状晶帯、そして等結晶帯のうちで柱
状晶帯が磁石にするのに最も優れていることが明らかに
なった。また、合金に炭素Ｃと特殊元素Ｍを微量添加し
て、インゴット中の柱状晶帯域を増大させ友ものの方が
、同一条件で鋳込んだインゴットと比較して優れている
。

今、例を樹脂結合型希土類コバルト磁石にとって説明す
る。この磁石は第２図に示すような方法で磁石合金を磁
石にする。製法を全く同じにして、等結晶合金柱状晶合
金とチル晶合金を磁石にしてみると、柱状晶合金が、飽
和磁化４πＩ８、保磁力１Ｈｃ、ｂＨｃあるいはヒステ
リシスループの角型性にと、全ての性能にわたりてすぐ
れていることが分った。逆に、等結晶合金およびチル晶
合金が性能的に劣っている。まえ、同一条件で鋳込んだ
もので、炭素Ｃと特殊元素Ｍを微量添加して柱状晶帯域
を増大させたインゴットと、炭素Ｃと特殊元素Ｍを添加
しないインゴ、）では、炭素Ｃと特殊元素Ｍを添加して
柱状晶度域を増大させたものの方が性能が優れている。

柱状晶合金は、結晶が揃っているので磁石にした時の一
軸方向への配向性がよくなる。また、該合金は、熱処理
によりてできる析出物が他のものに比べ均一になると考
えられるゆこのためヒステリシスの角形性がよくなる。

また析出物の結晶構造、形態も等輪島のものに比べｌ　
Ｈｃをよく高める方向に形成されると考えられる・ この丸め、本合金を鋳壁近傍のチμ晶体は柱状チル晶に
して・他の部分は柱状晶にする製造法がよい磁石を得る
丸めに大切である・チμ晶体は合金全体で線量が少いの
で、製造上置も大切なことは、等輪具帯を防ぎ柱状晶帯
の比率を大きくすることである・このようなことから・
３ｍ−Ｃｏ−Ｃｕ　−Ｆ　＠　−Ｔ　ａ系合金に、Ｃと
５ｂＳｅｓＴｅ、Ｃｅ５Ｐｂ、Ｃｄ、ＢＬ、Ｓｌ等を微
量添加して鋳造することによシ、融体から結晶化の核生
成を促進させる酸化物や、窒化物等を膨化物、硫化物等
で包み込んで、被作用を不活性化させたシ、炭素Ｃ１特
殊元素Ｍと、融体中の酸素、窒素等が結合して・結晶生
成の核となる酸化物、窒化物等の発生を少くして１等軸
晶の形成をできるだけ抑えている。この揚台、添加元素
によシその効果性必ずしも同啼ではないが、柱状晶を促
進させるのに果す役割りは同じである・壇た、組成的に
は柱状晶化によって最も効果が期待されるのは、組成を
原子比を用いた組成式で、 Ｓｍ（Ｃｏ１−ｕ−ｖ−ｖ−ｘＣｕｕＦｅｖＴｔｖＣｘ
Ｍｒ）ｚと表現したとき、 ０〈ｕくα３ ０〈ｖ＜ａ、６ ０くＷ〈α０５ ０〈ｘ〈α０５ ０＜！〈１ｌＬ１ ＆０（ｚ（ｔ。

であることが確認された。また高性能な磁石を得るため
により好ましい組成範囲は、 ０〈ｕ＜１２ ０くマ＜（Ｌ５ ｏ（ｖ（ＣＬａｓ Ｏ〈ｃ（（ＬＯ５ ０〈Ｙ＜１１ 瓜５　（ｚ　（ｔ　Ｏ である、これは、特許請求範囲に示しである組成域と同
一である。それで拡販下に成分と組成域を限定した理由
を述べる。

本合金系およびその組成域においては、Ｓｍ−Ｃ０系が
基本である。Ｃｕは８ｍ、Ｃｏ１１型舎金で保磁力を得
るために加えられるものであｌ）　ｓＣｕを入れること
でｌＨｃは向上する。しかし、４π工ｓは低下する。こ
のため、実用磁石材料としては、８ｍ（Ｃｏｌ−ｕｃｕ
ｕ）ｚ中のＵの値は、（Ｌ２までが限度である。２の値
が５　（ｚ　＜１５の聞にある時には、Ｓｍ−Ｃｏ合金
ｄ８ｍｃｏ、ＩＩ化会物とｇｍ、Ｃｏ５ｙ型化舎物に分
離する。４冨■８の値は、Ｂｍ、Ｃｏ１ｇの方が２０’
ｌ高い。依うて、高４ｆＩｓを実現するためには、２は
６５以上が望ましい。

一方２が９θ以上になると、ｉＨｅは著しく低下すると
ともに、Ｃ０−Ｆｅ相が多く出て来てしまいヒステ９５
／スμｍプの角形性を悪くするので好ましくない、Ｔａ
は着しく台金の４πＩｓを低下させるので、ａＯＳ以上
入れると、Ｆｅを増やしＣｕを低減して４πＩｓを高め
た意味がなくなる。

Ｃは、多くなるに従って４πｌ５ｓｔＨｃが低下するの
で、その限界を考慮して上限をα０５とした・Ｍは、添
加元素によ）◆少効果社異なるが、ある量販上になると
４πＩ　ｓ　ｓ　ｉ　Ｈｅが低下するので、そＯ眼界を
考慮して上限をα１としたａｌｔｌ・これらは複合添加
の金計量を示してお〉、その比率は時に規定しな一〇 バインダーは各種ｌリマー、例えば、エポキＶ。

７ｇノーμ、ゴム、ｌリエステｆｉ／ｌト又は、メタル
バインダーで、融点が４０（１’０以下の低融点合金が
好ましい。

以下爽施例に従りて本発明を説明する。

実施例′１゜ 鋳造後Ｓｍ（Ｃｏ（Ｌ５９　Ｃｕ１０７　　Ｆｅα５Ｔ
ａα０１　　Ｃα０２　　Ｓα０１）［２の組成になる
よう原料を調合し、全部で１ｋｌの合金を、高周波炉を
用いてＡｒガス雰囲気中で溶解し、第３図に示されるよ
うな鉄製の鋳型に湯温１５５０°０で鋳込んだ。溶湯は
主に側壁から冷却され、第１図に示すような組織形態を
とった。第１図はインゴットを中心で切断したときの組
織を示す。これらの部分で、チル層を人、柱状組織をＢ
１そして峰軸組織をＣとする０合金インゴットのＡ、Ｂ
、０部よシそれぞれの鋳造塊を切シ出し、第２図に示す
製法１に従い樹脂結合磁石を作製した。溶体化処理は、
１１５０°Ｃで２４時間、時効処理は８００°０で２０
時間ア〃ゴン雰囲気中で行った。ボールミル法により平
均粒度１０μに粉砕された磁石微粉末に、バインダーと
してのエボキＶ樹脂ｔ　８　ｗｔｌＧを混練した。この
混練し九混合物を１４ＫＧ磁場中でプレス成形し、成形
体に適度な熱を加えて樹脂を硬化させ（キーア処理）、
磁石を完成させ九。結果を第１表に示す。表より分かる
ように、Ｂ部の柱状晶帯より得た磁気性能は、０部の等
輪具帯より得たものよ〉、たいへん優れている。Ａ部の
チル晶帯は、Ｂ部のものと比べて低いとはいえ、０部よ
りも優れている。

第　　　１　　　表 ただし、ＳＱとはヒステリシス！−プの角形性を示す指
標で、 ５Ｑ−ＨＫ／ｉＨｃ で与えられる。ＨＫは、４πＩ−Ｈ減磁曲線上でａ９Ｂ
ｒで与える磁場の大きさである。これらの結果より、Ｂ
部の柱状晶の部分が最も性能が優れていることが明らか
になった。Ａ部のチル晶帯は、鍔壁のごく近傍のみに生
成するもので、インゴ。

ト全体ではごくわずかであるから、インゴット製進上最
亀大切なことは、いかにして等軸重の生成を抑え、柱状
晶を発達させるかである。陶本実施例に用いたＡ部には
、Ａ部の発生状況からして、ある程度の柱状晶８４０部
分が入っていると思われる。

実施例１ 実施例ｔと同様な方法で、第２表に示されている組成Ｑ
合金から樹脂結合磁石を製造した。但し溶体化処理は１
１２０〜１１１Ｏ’Ｏの間で最も適切な温度で２０時間
行フ九。

第　　　２　　　表 本実施例は、Ｂ１Ｃ部のインゴットに対して行なった。

結果を第４Ｉｉ！に示す、Ｆｅの量が増加してい、でも
、柱状晶帯Ｂの方が良い磁気性能が得られる。これによ
シ、ある程度Ｆｅの量を高めても、ある程度のｉＨｅが
得られることが明らかになった・ 突施例五 実施例りと全く同じ方法で、第５表の組成の合金から樹
脂結合磁石を製造し九、結果を第５図に示す＠　Ｓｍ（
ＣｏＣｕ、ＦｅＴａＣＭ）ｔｖ型の合金では、ＣｕＯ量
が低くなると、ｉＨｃは低下するが柱状晶のものでは、
等軸重のものに比べて、低Ｃｕ組成まで１ＨＣは高い値
が得られることが分かる。また、角形性も柱状型部の方
が優れている。

第　　　３　　　表 実施倒毛 実施例２と全く同じ方法で、第４表の組成の合金から樹
脂結合磁石を製造した。合金鋳造時の湯温は１６５０°
０である。鋳造インゴットは第１図に示すような射面マ
クロ組織になりている。Ｂの柱状組織の割合は、合金層
１では約６０９１、合金Ａ２〜４では７＄〜８５−１合
金Ａ５〜６では６８〜７５９Ｇであった。柱状組織の割
合はインゴ、）断面を顕微鏡で観察し、メツＶ−法で推
定した。

第　　　４　　　表 結果を第５表に示す。第５表から分かる通り、柱状組織
が最も多いものが、最も磁気性能が優れている。このよ
うに、台金組成に、ＣとＳ　、　Ｓ　ｅ。

Ｔｅ、Ｃｅ％Ｐｂｓ　Ｃｄ％Ｂｉ、Ｆｉｉ等の特殊元素
Ｍを複合添加して、柱状組織をできるだけ促進させるよ
うにすることにより、磁気性能の向上がはかられている
ことが分かる。

第　　　５　　　表 実施側御 第６表に示す組成の合金を、実施例２と全く同じ方法で
樹脂結合磁石を製造した。結果を第７表に示す。

第　　　６　　　表 第　　　７　　　表 上記のごとく、２の値を変化させても充分高い磁気性能
を有する磁石を得ることができた。

このように、５ｒｎ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｆｅ−Ｔａ合金に、
次素Ｃと８％Ｓｅ、Ｔｅｓ　Ｃｅｓ　Ｐｂｔ　Ｃｄ。

Ｂｉ、ｓｔ等を複合添加することによシ、合金インゴッ
トの柱状晶化を一層促進させ、樹脂、メタル、またはセ
フミック結台０８ｍ１ＣｏＢ型磁石の高性能化がなされ
丸６本発明の高性能磁石は、時計用ステップモーター、
マイクロスピーカー、コアレス毛−ター、磁気センサー
など広く工業的用途を持つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳型に鋳込んだインゴットの中心を縦方向に
切断したとＩ！Ｏ断面である。Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれチ
ル層、柱状層、そして等軸層を示す。 Ｄは金型の断面である。 第２図は、樹脂結合型磁石の製造工程を示す、。 第５図は、鉄製＃型を示す、肉厚はすべて１Ｓ−である
。長さの単位は−である・ 第４図は、Ｓｍ（Ｃｏ　（ＬＩＳ　？−ＶＣｕ　ＣＬＯ
７Ｆｅ　ｖＴａ　ａＯＩＣａ（１２Ｓ　ａｏ　１　）ａ
ｔの組成において、■を変化させ走時の樹脂結合磁石の
磁気性能を示す。 第５図は、８ｍ（Ｃｏａ７３−ｕｃｕｕＦｅ（Ｌ２２Ｔ
ａα０２Ｃ（ＬＤ２Ｓαａ１）ａｓの組成において、Ｕ
を変化させた時の樹脂結合磁石の磁気性能を示す。 以　　上 出願人　株式会社鰍訪精工舎 代理人　　弁理士　最　上　　務 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 サマリウふ（Ｓｍ）、コバ／Ｓ／）（ＣＯ）、銅（Ｃｕ
   　）、鉄（Ｆｅ）、タンク／Ｉ／（Ｔ　ａ　）　ｓ　ｌ
   ｅ素（Ｃ）、およびＭ（Ｍは、イオウ（Ｓ）、セレン（
   Ｓｅ）、テＡｚＡ／（Ｔｅ）、セリウム（Ｃｅ）、鉛（
   ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、ビスマス（Ｂ１）、ケイ
   素（Ｓｔ）の中の少くとも１種以上〕からなる合金にお
   いて、その組成が原子比を用いた組成式で、 ８ｍ（Ｃｏ　−１−ｕ−ｖ　−ｘ−ＹＣｕ　ｕ　Ｆｅ　
   ｖ　Ｔａ　ｖ　ＣｘＭＹ　）　ｚと表現し走時、組成の
   範囲が、 ０くｕ＜、２ ０　（ｖ　（（Ｌ　５ ０〈Ｗくα０５ ０くｘくα０５ ０　（ｙ　＜　ＣＬ　１ ｔｓ（ｚ（ｔ。 であるところのＳｍ、Ｃｏ１ｙ型結晶を主体とした合金
   で、しかも鋳造時のインゴットのマクロ組織が主に柱状
   組織である該合金からなることを特徴とする希土類コバ
   ルト永久磁石。