JPS6031208A - 永久磁石材料 - 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】 この発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
とも１種＞、Ｂ、Ｆｅ、ＧＯを主成分とする永久磁石に
係り、主成分たるＦｅまたはＢの一部をＳｉで置換し、
温度特性及び耐酸化性を改善した希土類・鉄・ボロン・
コバル１〜系永久磁石合に関する。

永久磁石材料は、一般家庭の各種電気製品から、大型コ
ンピュータの周辺端末機器まで、幅広い分野で使用され
る極めて重要な電気・電子材料の一つである。近年の電
気・電子機器の小形化、高効率化の要求にともない、永
久磁石材料は益々高性能化がめられるようになった。

現在の代表的な永久磁石材料は、アルニコ、ハードフェ
ライトおよび希土類コバル１〜磁石である。

近年のコバルトの原料事情の不安定化に伴ない、コバル
１〜を２０〜３０ｗｔ％含むアルニ」磁石の需要は減り
、鉄の酸化物を主成分とする安価なハードフェライトが
磁石材料の主流を占めるにうになった。

一方、希土類コバル１−磁石はコバル［へを５０〜ｅｏ
ｗｔ％も含むうえ、希土類鉱石中にあまり含まれていな
いＳｍを使用するため大変高価であるが、他の磁石に比
べて、磁気特性が格段に高いため、主として小型で付加
価値の高い磁気回路に多用されるにうになった。

そこで、本発明者は先に、高価’ｃ’ｊ　ＳｍやωをＣ
右しない新しい高性能永久磁石どしてＦｅ−ＢＲ系（Ｒ
はＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種）永久磁石
を提案した（特願昭５７−１４５０７２号）。この永久
磁石は、Ｒとして陶やＰｒを中心どする資源的に豊富な
軽希土類を用い、Ｆｅを主成分として２５Ｍ　Ｇ　Ｏｅ
以上の極めて高いエネルギー積を示すすぐれた永久磁石
である。

また、さらに、上記のすぐれた磁気特性を有するＦｅ−
ＢＲ元系磁気異方焼結体からなる永久磁石の温度特性を
改善するため、Ｆｅの一部を６で置換することにＪこり
、生成台金のキュリ一点を上昇させて温度特性を改善し
たＦｅ−ＢＣｏＲ系異方性焼結体からなる永久磁石を提
案したく　特願昭５７−１６６６６３号）。この永久磁
石により、高温度の環境下での使用が可能となった。

しかし、今日、磁石の用途は拡がる一方であり、苛酷な
環境下での使用に耐え得る永久磁石が強く要望されてい
る。また、この苛酷な環境どは、高温多湿の環境であり
、すぐれた温度特性と共に高い耐食性を有する永久磁石
材料が必要となる。

この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする新規な
永久磁石の温度特性と共に耐酸化性を改善した希土類・
ボロン・鉄を主成分とする永久磁石を目的としている。

すなわち、この発明は、Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元
素のうち少なくとも１種）　８原子％〜３０原子％、Ｂ
　２原子％〜２８原子％、ＣＯ５０原子％以下、５ｉ１
５原子％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
主相が正方品とする焼結体であることを特徴りる永久磁
石である。

永久磁石材料におけるキュリ一点の増大は、磁気特性の
温度変化の減少のための最も重要な要因とされており、
上述したＲ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石のキュリ一点は、希土
類含有される希土類元素によって変化し、ちなみに、ｔ
！１−Ｂ−Ｆｅ系で約３１０℃、ω−日日−ｅ系で約３
７０℃であった。この発明では、主成分たるＦｓの一部
を０で置換覆ることにより、生成合金のキュリ一点を上
テｒさけ、残留磁束密度の温度特性を改善し、さらに、
ＦｅまたはＢの一部をＳＬで置換することにより、生成
合金のキュリ一点を上昇させ、残留磁束密度の温度特性
を改善づると共に、さらに、磁気回路に組立だ揚台の永
久磁石の錆発生は磁気回路の出ノＪ低下を招来するため
、永久磁石の耐酸化性の改善をＬ）つたちのであＲＢＣ
ｏ−Ｆｅ系永久ＩｔｉＥｉにおいて、このＳＬの置換間
の増大に伴ない、耐食性が向上し、さらに、生成合金の
キュリ一点が上昇し、残留磁束密度の温度特性が改善さ
れ、かつ、希土類元素９種類を問わず有効である。

従って、この発明の永久磁石は、Ｒとして陶や円を中心
とする資源的に豊富な軽希土類を主に用い、Ｆｅ　、Ｂ
、　Ｒ，Ｃｏ、　ＳＬを主成分とすることにより、２５
ＭＧＯｅ以上の極めて高いエネルギー積並びに、高残留
磁束密度、高保持力を有し、かつすぐれた残留磁束密度
の温度特性を示Ｊとともに高い耐酸化性を有づる、すぐ
れた永久磁石を安価に得ることができる。

また、ＳＬは、安価な低１［ｉ度「ｅまたはフェロボロ
ン中に多量に含有されており、これら不純物の多い安価
な原料を使用することにより、不純物としてＳＬが含有
されるが、この原料合金中の５ｉｔｉを調整することに
にす、湿度特性のすぐれた高性能永久磁石が安価に得ら
れる。

以下に、この発明による永久磁石の組成限定理由を説明
する。

この発明の永久磁石に用いる希土類元素Ｒは、イン１−
リウム（Ｙ）を包含し軽希土類及び重希土類を包含する
希土類元素であり、これらのうち少なくとも１種、好ま
しくはＮｄ、ｐｒ等の軽希土類を主体として、あるいは
Ｎｄ、ｌ）ｒ等との混合物を用いる。すなわち、Ｒとし
ては、 ネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）。

ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）。

テルビウム（Ｔｂ＞、ジスプロシウム（Ｄｙ）。

ホルミウム（１１０）、エルビウム（Ｅｒ）。

ユウロピウム（ＥＵ）、サマリウム（Ｓｍ）。

カドリニウム（Ｇｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）。

ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）。

ルテチウム（Ｌｕ）、イソ１〜リウム（Ｙ）が包含され
る。

又、通例Ｒのうち１種をもって足りるが、実用上は２種
以上の混合物（ミツシュメタル、ジジム等）を入手上の
便宜等の理由により用いることができ、Ｓｍ、Ｙ、Ｌａ
、Ｃｅ、Ｇｄ等は他のＲ１特にＮｄ、ｐｒ等との混合物
として用いることができる。

なお、この［では純希土類元索でなくてもよく、工業上
入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有づ−るも
のでも差支えない。

Ｒ（Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種）は、新
規な上記系永久磁石におりる必須元素であって、８原子
％未満では、高磁気特性、特に保磁力１ｋＯｅ以上が冑
られず、３ｏ原子％を越えると、残留磁束密度（Ｂｒ　
）が低下して、すぐれた特性の永久磁石が得られず、工
業生産上取扱・製造が困難となる。よっＣ１希土類元素
は、８原子％〜３゜原子％の範囲とする。

Ｂは、新規な上記系永久磁石における必須元素であって
、２原子％未満では、保磁力（１ｌ−１Ｇ　）１に０８
以上は得られず、２８原子％を越えるど、残留磁束密度
（Ｂｒ　）が低下し、４ＫＧ未満となるため、Ｊぐれた
永久磁石が得られない。よって、Ｂは、２原子％・−２
８原子％の範囲とづる。

ＣＯは、Ｆｅの一部と置換Ｊ°ることにより、生成合金
のキュリ一点を上昇さぜる効果を有するが、保磁力ｉＨ
ｃは６置換により減少づる傾向にあり、ら置換量ととも
に保磁力の低下が箸しく、永久磁石祠料として必要な保
磁力１ｋＯｅ以上を１ｉノるために、Ｃｏ量は５０原子
％以下とする。

Ｓｌは、水系永久磁石の温度特性を改善Ｊるため、Ｂま
たはＦｅの一部を置換するもので、置換量の増大に伴な
い生成合金のキュリ一点を上昇「しめるが、１５原子％
を越えるど、保磁力がＩＫＯθ未満となり、実用磁石と
して不適であるので、１５１Ｍ子％以下とする。また、
高い磁気特性を有する永久１石を得るには、１０原子％
以下のＳＬが望ましく、好ましい組成範囲の永久磁石の
保磁ツノは４．５ＫＯｅ以上、最大エネルギー積は１９
ＭＧＯｅ以上となる。

［ｅは、新規な上記系永久磁石にお（プる必須元素であ
り、上記成分を含有した残余を占める。しかし、６５原
子％未満では残留磁束密度（Ｂｒ　）が低下い８２原子
％を越えると、高い保磁力が得られないので、Ｆｅは６
５原子％〜８２原子％が望ましい。

この発明において、高い残留磁束密度と高い保磁力を共
に有するすぐれた永久磁石を得るためには、［＜１０原
子％〜２５原子％、Ｂ４原子％〜２Ｇ原子％、Ｇｏ　３
原子％〜４５原子％、３ｔ　１０原子％以下、Ｆｅ　６
８原子％・−８０原子％が好ましい。

また、この発明による永久磁石は、　Ｒ，［３゜Ｆｅの
他、工業的生産上不可避的不純物の存在を許容できるが
、Ｂの　一部を４．０原子％以下のＣ１３，５原子％の
Ｐ、２．５原子％以上のＳ、３．５％以下のＣＯのうら
少なくとも１種、合８１量で４．０原子％以下で置換°
りることにより、永久磁石の製造性改善、低価格化が可
能である。

ざらに、Ｒ、Ｂ、Ｃｏ　、Ｓｉ　、Ｆｅ系に、９．５原
子％以上のへ交、４．５原子％以下の１−１１９．５原
子％以下のＶ、８．５原子％以下のＱｒ１８．０原子％
以下のＭｎ、５原子％以下のＢ１１１２．５原子％以下
のＮｂ　、　１０．５原子％以下のＴａ、９．５原子％
以下のＭｏ　ｓ　９．５原子％以下のＷ、２．５原子％
以下のＳｂ、７原子％以下のＧｅ、３５原子％以下のＳ
ｎ、５．５原子％以上のＺｒ、５．５原子％以下のＨ１
’のうち少なくとも１種を添加含有、但し、２種以上含
有乃る場合は、その最大含有量は当該添加元素のうち最
大値を有するものの原子百分比％以下の含有さμること
により、永久磁石の高保磁力化が可能になる。

結晶相は主相が正方晶であることが、微細で均一な合金
粉末より、すぐれた磁気特性を有づる焼結永久磁石を作
製するのに不可欠である。

また、製造に際して、磁場中プレス成型覆ることにより
磁気的異方性磁石が得られ、無磁界中でプレス成型する
ことにより、磁気的等方性磁石を得ることができる。

この発明による永久磁石は、保磁）Ｊ＋１−１ｃ≧１Ｋ
　Ｏｓ、残留磁束密度３ｒ＞４）（Ｑ、を示し、最大エ
ネルギー積（ＢＨ）ｍａｘはハードフェライトど同等以
上となり、最も好ましい組成範囲では、（ＢＨ）ｍａｘ
≧１０ＭＧＯｅを示し、最大値は２５ＭＧＯθ以上に達
する。

また、この発明永久磁石のＲの主成分がその５０％以上
を軽希土類金属が占める場合で、［＜１２原子％〜２０
原子％、Ｂ４４原子〜２４原子％、Ｃｏ３原子％〜４５
原子％、Ｆｅ　６５原子％〜８２原子％、５Ｌ１０原子
％以下含有するとき最もずぐれた磁気特性を示し、特に
軽希土類金属が陶の場合には、（Ｂ　ｌ−１）ｍａｘは
その最大値が３３ＭＧＯｓ以上に達する。

以下に、この発明による実施例を示しその効果を明らか
にする。

実施例１ 出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、８１９．４
％を含有し残部はＦｅ及び／Ｖ、ＳＬ、Ｃ等の不純物か
らなるフエ［１ボロン合金、純度９９．７％以上の陶、
純度９９．９％の電解ら、純度９９．９％のＳＬを使用
し、これらを高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し
た。

その後インゴットを、スタンプミルにより３５メツシユ
スルーまでに粗粉砕し、次にボールミルにより３時間粉
砕し、粒度３〜１０加の微粉末を得た。

この微粉末を金型に挿入し、１０ＫＯｅの磁界中で配向
し、２　ｔＪの圧力で成形した。

得られた成形体を、１０００℃〜１２００℃、１〜４時
間、　Ａｒ中、の条件で焼結し、その後放冷し、この発
明による永久磁石を作製した。

このとき、基本成分組成を、１５Ｋ　−８Ｅｌ　−１０
Ｃ。

−５７Ｆｅとし、Ｆｅの一部をＳＬで置換し、５Ｌｆｆ
ｌを種々変化させた各種永久磁石〔１５Ｍ−８１３−１
０Ｃｏ−（５７−Ｘ　）　Ｆｅ　Ｘ　Ｓｖ）のキュリ一
温度を調べた。

結果は第１図に示す。

キュリ一温度の測定は、焼結体から　３．５＋ｎ＋ｎＸ
３　、５　ｍｍ　Ｘ　１　ｍｍ寸法に切り出し、１０　
Ｋ　Ｏｅの磁場を印加し、２５℃〜５００℃の温度範囲
で、１７ｒｌの温度変化を測定し、４πＩがほぼＯとな
る湿度とした。

第１図の結果から明らかなように、ＳＬ量の増加に伴な
って、キュリ一点が上昇して磁気特性の温度変化の改善
に有効なことがわかる。

実施例２ 出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、Ｅ１１９．
４％を含有し残部はＦｅ及びＡ３５５Ｃ等の不純物から
なるフェロボロン合金、純度！１９．７％以上のＭ１純
度９９．９％の電解Ｇ１純度９９．９％のＳＬを使用し
、これらを高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した
。

その後インボッ１−を、スタンプミルにより３５メツシ
ユスルーまでに粗粉砕し、次にボールミルにより３時間
粉砕し、粒度３〜１０庫の微Ｖ）末を得た。

この微粉末を金型に挿入し、１０ＫＯｅの磁界中で配向
し、２　ｔＪの圧力で成形した。

得られた成形体を、１０００℃・〜１２００℃、１〜４
時間、　Ａｒ中、の条件で焼結し、その後放冷し、この
発明による永久磁石を作製した。

上記の製造に際して、基本成分組成を、１７！Ｎ−９Ｅ
ｔ　−５Ｃｏ　６９Ｆｅとし、「θの一部をＳ＝で置換
し、５ｉｊｆｉヲ種々変化させた各種永久！！石（１７
Ｎｄ−９Ｂ−５Ｃｏ　−（６９−Ｘ　）　Ｆｅ−Ｘ　Ｓ
Ｌ）の耐酸化性並びにキュリ一温度を調べた。キュリ一
温度の測定は実施例１と同方法で測定し、ｋ４酸化性の
試験は、１法１０　ｍｍ　Ｘ　１０　ｍｍ　Ｘ　１５　
ｍｍの直方体試料を用い、湿度８０％含有人気中で６０
℃で２４時間保持した後、各試料の単位面積当りの重量
増加で評価した。結果は第１表に示すように、ＳＬ量の
増加にともない耐酸化性が著しく改善されており、また
、＝１コリ一点も上昇していることが明らかである。

実施例３ 出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、Ｅ１１９．
４％を含有し残部はＦｅ及び＃、ＳＬ、Ｃ等の不純物か
らなるフェロボロン合金、純度９９．７％以上の陶、純
度９９．９％の電解ら、純度９９．９％のＳしを使用し
、第２表の成分組成となるように配合し、これらを高周
波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造した。

その後インゴットを、スタンプミルににす３５メツシユ
スルーまでに粗粉砕し、次にボールミルにより３時間粉
砕し、粒度３・〜１０ＡＩＩ１１の微’Ｆｔ）末を得た
。

この微粉末を金型に挿入し、１０　Ｋ　Ｏｓの磁界中で
配向し、２　ｔ、７の圧力で成形した。

得られた成形体を、１０００℃〜１２００’Ｃ，１〜４
詩閤、　Ａｒ中、の条件で焼結し、その後放冷し、この
発明による永久磁石を作製した３゜ また、比較のため、Ｓ（を添加しないＲ−Ｂ−Ｃ。

−Ｆｅ系永久磁石も同製法で作製した。

得られた永久磁石の磁気時ｆ！ｌ並びにキュリー温度を
測定した。測定結果を第３表に示ず。

第２表から明らかなように、高い最大エネルギー積を有
し、キュリ一点が改善され温度特性のりぐれた永久磁石
が得られたことがわかる。

以下余白 第１表 第２表 以下余白

【図面の簡単な説明】

第１図は５Ｌｆ７ｉとキュリ一温度との関係を示すグラ
フである。 出願人　住友特殊金属株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１
   種）８原子％〜３０原子％、Ｂ　２原子％・−２８原子
   ％、Ｃ０５０原子％以下、３ｉ１５原子％以下、残部［
   ｅ及び不可避的不純物からなり、主相が正方晶どづる焼
   結体であることを特徴する永久磁石。