JPS589144B2 - マンガン−アルミニウム−タンソケイゴウキンジシヤクノ セイゾウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマンガン（Ｍｎ）−アルミニウム（Ａｌ）−炭
素Ｃ系合金磁石の製造法に関する。

従来のＭｎ−Ａｌ−Ｃ系合金磁石は等方性磁石としては
優れていたが、その磁気特性の向上は限界に達していた
。

そうした中で発明者らは磁気特性、機械的特性および被
切削性が飛躍的に改善された異方性Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合
金磁石を発明した。

その詳細は、たとえば特願昭４８−８７３９１号、特願
昭４８−１０６３１１号等に記載されている。

すなわち６８．０〜７３．０重量％（以下単に％と−２
２．２）％Ｃ（ただし数式内のＭｎはマンガン成分％を
示す）と残部Ａｌを基本組成とするＭｎ−Ａｌ−Ｃ系合
金を、５３０°〜８３０°の温度領域で温間塑性加工す
ることによって、優れた磁気特性、機械的特性および被
切削性を有した異方性磁石として得られる。

この異方性Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合金磁石の製造において、
溶解鋳造によって得られた素材は、高温で均一な高温相
にされた後、混間塑性加工されるまでに、適当な熱処理
が施こされる．この熱処理が、遅い冷却速度の場合には
、安定相であるβ−Ｍｎ相やＭｎＡｌ（ｒ）と呼ばれる
非磁性相への変態が起こり、温間塑性加工を施しても特
性の悪い磁石しか得られない。

すなわち優れた磁気特性を有する磁石を得るためには、
このような変態を防止するように冷却することが必要で
ある．一方冷却速度が速くなるとクラツクが発生し易く
なる．このクラツクは、小さなクラツク、たとえば素材
の表面層にできるものは混間塑性加工時に密着してしま
い、加工上及び特性上に影響を及ぼさないが大きなクラ
ツクは加工中にクラツクが進行して素材がバラバラとな
ったり、円滑な加工ができないために磁類特性が悪かっ
たり、あるいはダイスを破損させたりして、加工上及び
特性上に大きなマイナスの影響を与える。

それ故に優れた磁気特性を得るだめの熱処理を施こすに
は、クラツクを避けようとすると素材の大きさに限界が
ある。

すなわち、臨界直径が存在する。

ここに一つの実験例を示す。

Ｍｎ，Ａｌ，Ｃの原材料を適当に配合して約１４５０℃
で３０分間溶解し、直径が６０ｍｍφ（以下ｍｍは省略
する）、８０φ，１００φ，１２０φの鋳造体を作成し
た。

このロットの組成は化学分析値で６９．０５％Ｍｎ，３
０．４３％Ａｌ，０．５２％Ｃであった。

得られた鋳造体から長さと直径の比が１となるように６
０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ，１２０ｍｍの長さの円
柱体を切り出し、各々について１１５０℃に加熱して２
時間保持し、その後１１５０℃から５００℃まで冷却速
度１００℃／分で冷却し、５００℃から室温まで放冷し
た。

得られた試料について、クラツクの発生状況を調べた結
果、６０φと８０φの試料は全くクラツクがなく、１０
０φについては細いクラツクが１本だけ認められたが、
１２０φについては大きなクラツクが発生していた。

これらの試料について６００℃で３０分間焼戻し処理を
行なった後、大気中にて加工温度７００℃、圧力４０ｋ
ｇ／ｍｍ２、減面率７５％の押出加工を行なった結果、
６０φ、８０φ、１００φの試料は良好に加工されたが
、１２０φの試料は途中で割れて加工できなかった。

６０φ、８０φ、１００φについて磁気測定を行った結
果、軸方向に磁化優位方向をもちその軸方向の磁気特性
は、Ｂｒ≧６２００Ｇ，ＢＨＣ≧２５０００ｅ、（ＢＨ
）ｍａｘ≧６．３×１０６Ｇ・Ｏｅであった。

また金属顕微鏡観察を行なったところ、６０φと８０φ
はほぼ均一な緻密な組織であったが、１００φについて
はクラツクの痕跡と考えられる黒い筋状模様が見られた
。

この組成における冷却速度１００℃／分での臨界直径は
８０φ〜１００φであり、冷却速度を速くするとこの臨
界直径が小さくなり、冷却速度を遅くすると大きくなる
。

この臨界直径以上の大きさの素材について、クラツクの
発生を防止し、かつ適正な熱処理を施こす方法の開発が
望まれていた。

発明者らは、上述の問題を解決するＭｎ−Ａｌ−Ｃ系合
金磁石の製造法を研究した結果、次のような製造法が有
効であり、かつこの方法が新しい特性を有する磁石の製
造法として有効であることを見い出した。

すなわち、素材の肉厚が臨界直径以下になるように、素
材に穴を設けることによって、クラツクを発生させずに
適当な熱処理を施こすことができる。

こうして得られた穴あき素材の穴の中に棒状素材をはめ
こみ、大気中にて温間塑性加工を行うことによって、一
体物としてのＭｎ−Ａｌ−Ｃ系異方性磁石とすることが
できる。

ここで穴については一つに限らず、複数個でもよく、た
とえば大型の素材については、穴を二つ以上あけて素材
の肉厚を臨界直径以下にすることにより、クラツクを発
生させずに、適正な熱処理を施こすことができる。

また、素材形状及び穴形状としては円筒状や円柱状の他
に断面が長方形や楕円形を有するものも可能である。

また穴としては軸方向に貫通しているものが望ましいが
、一端が閉じているものでも可能である。

この製造方において、穴あき素材と穴の中にはめこむ棒
状素材として、その組成やそれぞれに施こされる前処理
の異なったものを用いることによって、得られる合金磁
石の内部の磁気特性分布を変化させることができる。

また、穴の中にはめこむ棒状素材として、一度温間塑性
加工を施したものを用いることによって、全体としての
磁気特性を向上させたり、内部の磁気特性に変化をつけ
たりすることができる。

穴の中にはめこむ棒状素材として、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合
金以外のものを用いても、そのものがＭｎ−Ａｌ−Ｃ系
合金と温間塑性加工性が似たものであり、かつ耐酸化性
を有しているものであれば、加工が可能であり特異な磁
石をつくることができる。

加工法としては、押出加工、圧延加工、鍛造加工などが
可能である。

以下本発明の実施例を説明する。

実施例 １ Ｍｎ，Ａｌ，Ｃの原材料を適当に配合し、約１４５０℃
で３０分間溶解し、外径１８０φ、内径７２φの円筒状
の鋳造体と、８０φの棒状鋳造体をそれぞれ数個づつ作
成した。

このロットの組成は化学分析値で、６９．５３％Ｍｎ，
２９．７７％Ａｌ、０．７０％Ｃであった。

これらの鋳造体から長さ２５０ｍｍのものをそれぞれ切
り出し、１１５０℃に加熱して２時間保持し、１１５０
℃から５００℃まで、１００℃／分以上の冷却速度で冷
却し、６００℃で３０分間焼戻した。

得られた鋳造体を調べた結果大きなクラツクは全くなく
、表面層にのみ小さなクラツクがわずか認められただけ
であった。

これらの鋳造体を切削加工によって、穴あき鋳造体の方
は外径１７６φ、内径（７６．０＋０．０５−０）φに
、一方８０φの棒状鋳造体は外径 （７６．０＋０−０．０５）φに仕上げ、二つをはめあ
わせた。

この試料を大気中で、酸化防止を行なうことなく、加工
温度７２０℃、圧力４０ｋｇ／ｍｍ２、減面率７０％の
押出し加工を行なった。

加工は良好に行なわれ、得られた試料の中心部から測定
用試料片を切り出して磁気特性測定を行なったところ軸
方向に磁化優位方向をもつ優れた磁石合金であることが
わかった。

磁化優位方向の磁気特性は、Ｂｒ＝６０００Ｇ，ＢＨＣ
＝２３５０Ｏｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝５．５×１０６Ｇ・
Ｏｅであった。

また金属顕微鏡観察を行なったところ、組織は緻密でほ
ぼ均一であったが、接合面の痕跡と考えられる黒い筋状
模様がリング状をなして観察された。

実施例 ２ 実施例１で鋳造した穴あき素材を実施例１と同様の熱処
理及び切削加工を施して、同形状に仕上げた。

はめあわせる棒状素材として実施例１で加工して得られ
た試料から削り出した。

温間塑性加工は実施例１と同様の条件で行い、良好に行
なわれた。

得られた試料の断面を金属顕微鏡観察したところ、接合
面の痕跡とみられるほぼリング状をなした黒い筋状模様
が認められた。

磁気測定用試料として、筋状模様で囲まれた中心部から
と、その外側の周囲部からそれぞれ１０ｍｍ×１０ｍｍ
×１０ｍｍの大きさの試料片を切り出し、磁気測定を行
なったところ、共に軸方向に磁化優位方向を有する異方
性磁石であった。

その磁気特性は中心部では、Ｂｒ＝６５００Ｇ，ＢＨｃ
＝２６００Ｏｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝６．７×１０６Ｇ・
Ｏｅ、また周囲部ではＢｒ＝６１００Ｇ，ＢＨＣ＝２３
００Ｏｅ（ＢＨ）ｍａｘ＝５．６×１０６Ｇ・Ｏｅであ
り、中心部の特性は周囲部のそれよりも優れていた。

この得られた円柱状磁石と実施例１で得られた円柱状磁
石を磁化し、それらの端面上の磁束分布を測定した結果
、実施例１のものはその周辺部分で磁束が高く中心部分
では周辺部分に対してほぼ２割程度低かったが、本実施
例のものではほぼ磁束分布が一様に近かった。

このようにして端面上の磁束分布がほぼ均一な磁石を得
ることができた。

実施例 ３ Ｍｎ，Ａｌ，Ｃの原材料を適当に配合して、約１４５０
℃で３０分間溶解し、８０φの棒状鋳造体を作成した。

このロットの組成は化学分析値で７２．４０％Ｍｎ，２
６．３６％Ａｌ，１．２４％Ｃであった。

この鋳造体から２５０ｍｍの長さの円柱体を切り出し、
１１５０℃で２時間均一化処理をし、１１５０℃から８
３０℃まで１０〜１５℃／分の速度で冷却し、８３０℃
で１０分間保持して、その後８３０℃から５００℃まで
１００℃／分の速度で焼入れし、６００℃で１時間焼戻
し処理を行なった。

得られた素材にはクラツクは全くなかった。

又穴あき素材として実施例１で鋳造したものを用いて、
実施例１と同様の熱処理を施して、クラツクの発生状況
を調べたが、表面層のみの小さなクラツクが認められた
だけであった。

これら二つの素材を実施例１と同様に切削加工を施して
、はめあわせ、大気中で加工混度６８０℃、圧力４０ｋ
ｇ／ｍｍ２、減面率７０％の押出加工を行なった。

加工は良好に行なわれ、磁気測定用試料として、中心部
と周囲部とからそれぞれ試料片を切り出し、磁気測定を
行なったところ、軸方向に磁化優位方向を有する異方性
磁石であった。

その軸方向における特性は、中心部では、Ｂｒ＝５２０
０Ｇ，ＢＨＣ＝２２５０Ｏｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝４．４
×１０６Ｇ・Ｏｅ，また周囲部では、Ｂｒ＝６１５０Ｇ
，ＢＨＣ＝２３５０Ｏｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝６．０×１
０６Ｇ・Ｏｅであって、周囲部の方が中心部に比べて，
Ｂｒ，（ＢＨ）ｍａｘにおいて優れていた。

得られた円柱磁石を磁什したのち、端面の磁束分布を測
定した結果、中心部分に比べて周辺部分で約３割以上磁
束が高かった。

Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合金磁石では、その組成と前処理とし
ての熱処理とによって混間塑性加工後の磁気特性が大き
く変化する．そこで実施例２と実施例３から明らかなよ
うに、穴あき素材と穴の中にはめこむ棒状素材をその組
成と前処理としての熱処理を変えることによって、得ら
れる磁石内部の磁気特性を自由に変化させることができ
、たとえば得られた円柱状磁石の端面における磁束分布
形状を種々に変えることができる。

またこの製造法において、穴あき素材と棒状素材との接
合面は、大気中で混間塑性加工を行なったにもかかわら
ず、実施例中の金属顕微鏡観察から明らかなように、わ
ずかに黒い筋状模様としてその痕跡が認められるだけで
、接合性は極めて良い。

これはＭｎ−Ａｌ−Ｃ系合金磁石が耐候性、耐蝕性、耐
酸化性に優れていることに起因すると考えられる。

すなわち、高温大気中では一般材料たとえば構造用鋼な
どではその表面に厚いスケールが発生するが。

Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合金では薄い酸化膜ができるのみであ
る。

Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合金でのこの接合性の良さはこの薄い
酸化膜が大きく寄与していると考えられる。

すなわち、加工の初期にはこの薄い酸化膜同士が互いに
密着しているが、加工が進むにつれてその加工率の増加
と共に密着面が伸ばされるために、薄い酸化膜は分断さ
れ、新しい面が出て互いに原子間距離の近さに密着し、
このときには新しい面は大気に触れることがないため、
酸化されることがなく、加工による圧力と５３０°〜８
３０℃という高い温度において相互拡散が進み金属的結
合がなされ、強固な接合がなされると考えられる。

クラツド材の製造においては、酸化防止のためにほとん
ど不活性ガス中で行なわれるか又は酸化防止処理を施こ
さなければならないのに対して、本発明では全くそのよ
うな必要はなく、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合金のこの薄い酸化
膜が、穴あき素材と棒状素材をはめあわせ、５３０°〜
８３０℃の混照領域で、かつ大気中で温間塑性加工を行
うことによって、一体物としての異方性磁石とする本発
明を可能にしていると考えられる。

以上のように、本発明は穴あき素材の穴の中に同種のあ
るいは別種の素材をはめこみ、温間塑性加工を行なうこ
とによって一体物としてこの異方性磁石とすることを特
徴とする。

本発明により今まで前処理中にクラツクが生じて製造不
可能であった大型磁石を優れた磁気特性をもたしめて製
造することができる。

また本発明により、穴あき素材とそれにはめこむ素材の
組成や前処理条件をそれぞれ異なったものにすることに
よって、得られる磁石の内部の磁気特性に従来にない分
布を付与することができる。

これによって、たとえば従来ポールピース等を用いて均
一磁場を得ていたものが、本発明によって得られるＭｎ
−Ａｌ−Ｃ系合金磁石を用いることによって、ポールビ
ースなしに均一な磁場を得ることができるなど、単なる
大型磁石材料としてだけでなく、巾広い用途があり、工
業的価値の極めて大きいものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 肉厚が熱処理冷却時の臨界直径以下となるように穴
   を設けたマンガン−アルミニウム−炭素系磁石合金素材
   に熱処理を施しだ後、この素材の穴の中に別に作成され
   たマンガン−アルミニウム−炭素系磁石合金の中実素材
   をはめあわせ、これら素材に同時に湿間塑性加工を施し
   て一体物としての異方性磁石とすることを特徴とするマ
   ンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法。