JPS60125338A - 永久磁石合金の製造方法 - 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Ｃｕ置換型Ｒ２Ｃ０１７系の希土類金属間化合
物からなる永久磁石合金の製造方法に関する。

希土類コバルト金属間化合物は希土類金属の含有量によ
り種々のＲＣｏ相（以下Ｒは希土類金属を表わす）を形
成することはよく知られているが、現在実用化されてい
るのはＲＣＯｓ系およびＲ２Ｃ０１７系永久磁石である
。

ＲＣＯｓ系永久磁石（例エバ特開［４６−６５０３号、
同４６−６５０４号および同４６−６５０５号の各公報
参照）は、最初に実用化され保磁力（ｘＨｃ）は高いが
（一般的に：　ＩＯＫ　Ｏ６以上）、残留密度１ｒ）お
よび最大エネルギー積［（８Ｈ）ｉａｘｌの点で難点が
ある。

一方Ｒ２Ｃ０１７系永久磁石は残留密度および最大エネ
ルギー積が高く、特に、最近では最大エネルギー積が２
５Ｍ　Ｇ　Ｏ８以上のものが開発され、その用途が拡大
している。

このＲ２Ｃ０１７系永久磁石にも種々の組成のものが知
られているが（例えば特開昭５０−１１１５９９号、同
５２−１１５０００号、同５６−１５６７３４号、同５
７−１２８９０５号の各公報参照）、特にＲ（Ｇｏ　ｊ
　−ｘ−ｙ−ｚＦｅｘＣｕｙＭｚ　）　Ａ　＜但し、Ｒ
：ＳＩＩ、Ｃｅ、Ｐｒ等の希土類金属の１種又は２種以
上の組合せ、Ｍ：Ｓｉ　、Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｏｒ％ＭＯ１１−１ｆの群から選ばれた１種又は２
種以上の組合せ、０．０１≦Ｘ≦０．４０．０．０２≦
■≦０．２５．０．００５≦２≦０．１５．６≦−Ａ≦
８．５）で表わされる組成を有する永久磁石（特公昭５
５−５０１００号公報参照）は高性能（実験的には３０
Ｍ　Ｇ　Ｏｅ程度の最大エネルギー積が得られる）を有
することが知られている。

このようなＲ２Ｃ０１７系永久磁石合金の製造方法とし
ては、希土類金属、Ｃ０１Ｆｅ等の合金成分の純金属を
原料とし、高周波溶解し、ついで金型に鋳造し、そして
得られた合金インゴットの粉砕、磁場中成形、焼結、溶
体化処理および時効処理を行なうのが一般的である。

しかして希土類金属は、一般的に高価であることから上
述した溶解法では原料コストが高く、このことが製造コ
ストを上げる大きな要因となっている。そこで溶解法の
上記欠点を改善するために、安価なく純金属の約１／４
以下）希土類酸化物を原料として還元剤（Ｃａ’、Ｃａ
　Ｈ２、Ｍ（ｌが一般的）を用いて、Ｃ０１Ｆｅその他
の金属成分と拡散反応により合金化させる直接還元拡散
法が提案されている（例えば特公昭４９−７２９６号、
同５３−１６７９８号、同５５−３０５７５号および同
５５−２７６０２号の各公報参照）。しかしながら従来
の直接還元拡散法では、特開昭５４−１０２２７１号公
報に記載されているようにＲＣＯｓ系等の二元系永久磁
石については高周波溶解法により製造した場合と同等の
磁気特性を得られるものの、Ｃｕｌ換型Ｒ２Ｃ０１７系
永　５．１久磁石においては、高周波溶解法によるもの
より磁気特性が劣っている等の問題があった。

本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解消し、−
低コストでかつ磁気特性の優れたＣｕ置換型Ｒ２Ｃ０１
７系永久磁石合金を得ることができる製造方法を提供す
ることである。

本発明の永久磁石合金の製造方法は、Ｒ（Ｃ。

＋　−ｘ−ｙ−ｚ　Ｆｅ　ｘ　ＣｕｙＭｚ　）　Ａ　（
但し、Ｒ：Ｓｌｌ。

Ｃｅ、ｐｒ等の希土類金属の１種又は２種以上の組み合
ぜ、Ｍ：５ｉＳＴｉ　、ｚｒＳｖｎ、ｖ、Ｎｂ　ＳＣｒ
　、Ｍｏ　、＠ｆの群から選ばれた１種又は２種以上の
組み合せ、０．０１≦Ｘ≦０．４０．０．０２≦×≦０
．２５．０．０２≦ｙ≦０．２５．０．００５≦２≦０
．１５．６≦Ａ≦８．５）で表わされる組成を有する永
久磁石合金の製造方法において、前記希土類金属の酸化
物、ＧＯｌＦｅおよびＭの各金属粉ならびにＣａ　、Ｇ
ａ　Ｈ２、Ｍｇの中から選ばれた１種又は２種以上の還
元剤を混合し、得られた混合物を１１００〜１３００℃
の温度範囲で加熱して還元拡散反応を行なわしめ、得ら
れた反応生成物から余剰の還元剤ならびに還元生成物を
除去してから机 ら微粉砕し、微粉砕粉を１１００〜１３００℃の温度に
加熱して拡散反応を行なわしめることを特徴としている
。

以下本発明の詳細をＣｕ置換型５ｉｌｌ　２　Ｑｏ　Ｉ
　７系永久磁石を製造する場合を例にして説明する。

まず希土類金属酸化物（例えば３ｍ２０３）と０ ←、Ｆｅ及びＭの各金属粉ならびにＣａ　、　０．ａＨ
２、Ｍｏの中から選ばれた１種又は２種以上の還元剤を
所定量だけ秤量し、公知の混合機中に投入して十分に乾
式混合する。得られた混合物を反応容器中に投入し、１
１００〜１３００℃の温度範囲で加れ、ついで相互拡散
により合金化されてケーキ状の反応生成物が形成される
。この反応を詳述すると次の通りである。

第１図は本反応過程をＣａ　、８１２０３、Ｆｅ、Ｃ０
を用いて示差熱分析装置＜　ｏ　Ｈ＞で調べた結果であ
る。８００℃近傍にＣａの融点に相当する吸熱ビークａ
が認められ、液相状態のＣａがＳｌ２０３を還元Ｊる（
Ｓｌ１２０３＋３Ｃａ→２Ｓ１１＋３０ａＯ）ことによ
る発熱ビークｂが８３０へ・９００℃に認められる。こ
のようにして還元されたＳｍがＦＯｌＣＯと相互拡散す
ることにより、略９００℃以上で僅かな吸熱反応を伴い
ながら５ｌｌ−ＣＯ−’Ｆｅ／Ｇ＋の合金化へと拡散反
応が進行していくことがわかる。

次に、上記の反応生成物を水中に投じ、余剰の還元剤（
Ｃａ　）および／又は還元生成物（Ｃａｂ）をＣａ　（
ＯＨ）２として排除し、しかる後酸洗して残存するＣａ
を強制的に溶解排出しそして水洗して酸を除去する。水
洗後の反応生成物は真空中で乾燥した後公知の粉砕機に
より粒径略５Ｉｌｌｌ以下に粗粉砕する。そして上記の
粗粉砕粉をＣｕ金属粉と混合し、公知の粉砕機により粒
径数μ−以下に微粉砕する。得られた微粉砕粉を反応容
器中に投入し、１１００〜１３００の湿度範囲で加熱し
て拡散反応を生ぜしめることにより、永久磁石合金の原
料が得られる。

上記原料を用いることにより、通常の工程を経て溶解鋳
造法によって得られた原料を用いた場合し同等の磁気特
性を有するＣｕ置換型Ｒ２Ｃ０＋７系永久磁石が得られ
る。例えば上記原料をジェットミル等により平均粒径数
μ−以下に微粉砕し、この微粉砕粉を金型に銃填し、５
〜２０ＫＯｅの磁場中で２〜１０ｔｏｎ　／ｃｒｐ２の
圧力を加えて圧縮成形し、ついで得られた成形体を不活
性ガス雰囲気中、もしくは真空中（１０〜１０　Ｔｏｒ
ｒ　）で１１５０〜１２５０℃の温度で焼結する。次に
焼結体を１０５０〜１２００℃の温度で１〜２ｈ保持し
て溶体化処理し、しかる後油又は水等の冷却媒体中に投
じて急冷し、そして８００〜９５０℃の温度で０．５〜
４ｈ保持後０．３〜ｂ〜３ｈ保持して時効処理を行なう
。

本発明により良好な磁気特性を有する永久磁石合金が得
られる理由を説明すると次の通りである。

従来から還元拡散法に用いられている還元剤（０８％Ｍ
ｇ）はいずれもＣｕおよびＭｇと低融点金属間化合物を
形成する。従ってＣａ又はＭｇとＱｕが共存する系にお
いて、Ｃａが希土類酸化物を還元する温度領域である８
５０〜９００℃に達する以前に局部的に反応が生じる。

この反応は第２図に示すように６５０〜８００℃にかけ
てＣａとＣｕの反応により大ぎくかつ急激な発熱を伴う
ため、その際希土類酸化物を巻き込んで複雑な化合物が
形成される。従ってこの反応以降は正常な還元拡散反応
が阻害されることから、反応後得られた合金中の有効Ｃ
ｕｔの低下を招き、保磁力が低下してしまう。また、こ
の反応により形成された化合物が不純物として混入する
ため、その分だけ残留磁束密痩および角形性の低下を招
いてしまう。

これに対して本発明によれば、還元拡散反応を還元剤と
の低温での反応が回避されるため、溶解鋳造法による場
合と同等の磁気特性を有する永久磁石合金の製造が可能
となる。

また本発明では、還元拡散反応により得られたＱｕを含
まない合金とＣｕの拡散反応を行なう前に、特に、Ｃｕ
を含まない合金粉をＣａ粉と混合してから微粉砕してい
るために良好な結果が得られる。すなわち数μｍ以下の
微粉砕を行なわない場合には、Ｃｕを含まない母合金中
Ｃｕとの拡散反応を行なうときに母合金中のＳｌとＣｕ
との親和性から８１１１−ＣＬＩ系の合金が形成乙易く
、これが拡散時において数μｍ−数１０μｍの範囲で３
ｍ−Ｃｕｒｉｃｈ相と１−　ｅ　−Ｃｏｒｉｃｈ相とか
ら成る偏析が生成し易くなる。しかして本発明によれば
、母つ 合金粉とＣａ粉を予め数μｍ粒度にまで微粉砕し八 でいるため、このような偏析を有効に防止することがで
きる。

なお上述した拡散反応は、第１図から明らかなように１
０００℃以上の温度であれば、進行するが、十分な反応
を行なわしめるためには１１００℃（好ましくは１１５
０℃）以上の温度で加熱する必要がある。

すなわち５Ｉｌ１２０３から生成するＳ１１　（金属）
の融点は１０５２℃であることから、１ｏｏｏ℃の加熱
湿度では還元された３ｍは固相状態で他の金属元素（Ｇ
ｏ　、　Ｆｅ　、　Ｃｕ　）と拡散づる。一方加熱温度
が１１００℃以上になると、Ｓｌｌの融点より十分に＾
いためＳＩｌは液相状態になっ°Ｃ他の金属粒子の表面
を濡らして、拡散反応を十分に進行することができる。

ただし加熱温度は高すぎても反応の進行にほとんど効果
がないので１３００℃以下（あるいは１２５０℃以下）
の温度で十分である。還元拡散反応の保持時間は１〜５
ｈの範囲が適当である。

以下、本発明の比較例および実施例を説明するがこれに
より本発明の範囲が限定されるものではない。

比較例 ８ｍ１３０．２ｕ　、　Ｇｏ２５１．Ｏｏ　、Ｆｅ７０
．Ｏｏ、　ＯＬｉ２Ｏ，００、ｚｒ９．Ｏｇを各々秤量
し、これらをアーク溶解炉中に投入し、ｉｏ　ｔｏｒｒ
まで脱気後Ａｒガス雰囲気中で溶解しついで金型に鋳造
した。得られたインゴットを粉砕した後合金粉の組成分
析を行なったところ、第１表に示すように目標達成に相
当する組成を有することが確認された。

第１表 （単位は重量％） 上記の合金粉をボールミルで平均粒径的３．１μｍ粒子
に微粉砕した。微粉砕粉を８ＫＯｅの磁場へ 中（横磁場）で約２ｔＯｎ／（ｉ１２の圧力でプレス成
形し、得られた成形体をＨ２ガス雰囲気中で１１５０〜
１２００℃ｘ　１，５ｈの条件で焼結し、１１５０〜１
１９０℃で１．５ｈ溶体化処理を施した。次に８５０〜
９００℃、まで昇温しその温度で１ｈ保持してから１℃
／ｓｉｎの速度で４００℃まで冷却し、その温度で１ｈ
保持した。

得られた永久磁石の磁気特性は、Ｂ「がｉ　ｏｇｏ。

Ｇ、ＩＨＣが７０５００ｅ　、（Ｂ　ｌ−１）　ｗａｘ
が２７．３Ｍ　ＧＯｅであった。

実施例 Ｓｎ　２０３　１５１．００　、　Ｇｏ２５１．０ｇ　
、７ｒ９．０ｇ　。

Ｃａ８８．Ｏａを各々秤量し、■７５混合機にて３０分
分間式混合した。得られた混合物を反、応容器中に投入
し、Ａ「ガス雰囲気中で１１１０℃の温度で３ｈ加熱し
て還元拡散反応を行なった。

反応後得られたケーキを水中に２ｈ投じる操作を数回繰
り返して洗浄を行なった。その後真空中で８０℃ｘ　１
２ｈの条件で乾燥し１〔のち平均粒径１００メツシユ以
下に粗粉砕した。

次に上記合金粉に対して１００メツシユ以下のＣＵ粉ａ
ｏ、ｏｇをＶ型混合機にて混合し、ジェットミルにより
平均粒径３．７ｇ膳以下に微粉砕した。得られた微粉蓋
粉を反応容器中に投入し、Ａｒ雰囲気中で１１５０℃ｘ
２ｈの条件で拡散反応を行なった。

得られた生成物をボールミルにより平均粒径４〜６μ−
以下に粉砕した。得られた合金粉末の組成を分析したと
ころ、第２表に示すように目標達成に相当する組成であ
ることが確認された。

第２表 （単位はＩ量％） 上記合金粉末を用いて、比較例と同様の条件で磁場中成
形、焼結、熱処理を行なって永久磁石を得た。この永久
磁石の磁気特性を測定したところ、Ｂ「が１０８００Ｇ
　、Ｉ　ＨＣが７０３００ｅ　、＜　８８　）　ｗａｘ
が２７．．２Ｍ　Ｇ　Ｏｅとなり、比較例１と同等の磁
気特性を有することが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は８１２０３−Ｃｏ　−Ｆｅ−Ｃａによる還元拡
散法の示差熱分析結果を示す図、第２図はＣａ　−８１
２０３−Ｃｕの反応の示差熱分析結果を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　、　Ｒ（Ｇｏ　＋　−ｘ−ｙ　−ｚ　ＦｅｘＣｕｙ
   Ｍｚ　）　Ａ　（但し、Ｒ：Ｓ園、Ｃｅ　、Ｐｒ等の希
   土類金属の１種又は２種以上の組み合せ、Ｍ：Ｓｉ　、
   Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｍｎ　、Ｖ、Ｎｂ　、Ｑｒ　、Ｍｏ　、
   Ｈｆの中から選ばれた１種又は２種以上の組合せ、０．
   ０１≦×≦０．４０．０．０２≦Ｖ≦０．２５．０．０
   ０５≦Ｚ≦０．１５．６≦Ａ≦８．５）で表わされる組
   成を有する永久磁石合金の製造方法において、前記希土
   類金属の酸化物、Ｃ０１ＦｅおよびＭの各金属粉ならび
   にＣａ　、Ｃａ　１−１２、ＭＯの中から選ばれた１種
   又は２種以上の還元剤を混合し、得られた混合物を１１
   ００〜１３００℃の温度範囲で加熱して、還元拡散反応
   を行なわしめ、得られた反応生成物から余剰の還元剤な
   らびに還元生成物を除去してから粗粉砕し、該粗粉砕粉
   をＣｕ金属粉と混合してから微粉砕し、微粉砕粉を１１
   ００−１３００℃の温度に加熱して拡散反広ルＦ　６　
   ｈ　１．詰ム７　ンル脩楡と寸Δ壷々鍋石合全の製造方
   法。 ２．１１５０〜１２００℃の温度範囲で加熱して還元拡
   散反応を行なわしめることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の永久−磁石合金の製造方法。