JPS6111447B2

JPS6111447B2 -

Info

Publication number: JPS6111447B2
Application number: JP56004878A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Kitabayashi; Tatsuya Shimoda; Itaru Okonogi
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1986-04-03
Also published as: JPS57118604A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、Sm₂Co₁₇型結晶を析出硬化型の希土
類コバルト磁石に関する。本発明の目的は、鋳造時の合金インゴツトのマ
クロ組織を主に柱状晶組織とすることにより、永
久磁石の磁気性能を向上させることにある。我々は、先に特願昭55―3226号において、Sm
―Co―Cu―Fe―Zr系合金の鋳造インゴツトのマ
クロ組織を柱状晶化することにより、同一組成で
あつても、等軸晶およびチル晶の合金に比べて磁
気性能が格段とよくなることを示したが、上記合
金にさらにＳ，Se，TeおよびBiのうちの少なく
とも一種からなる元素を加えると、柱状晶化がよ
り促進されることを見出し、本発明に至つたもの
である。本発明は、鋳造インゴツトの塊をそのまま熱処
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、またはセラミツ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、鋳造インゴツトの結
晶状態をそのまま用いるので、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
ツトに微量添加した特殊元素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、鋳壁から凝固が開始する。これは、固体異
物質と接解したエングリオ（晶芽）は、接触しな
いで融液中に漂つ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易中に成長する。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
あるため、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、他の結晶は萄汰さ
れる結果、結晶の数は鋳塊内部に行くに従つて少
くなり、柱状晶帯が形成される。条件が整えば柱
状晶帯がぶつかり合い凝固は完了するが、通常第
１図に示すように、柱状晶の内部に等軸晶が生成
する。等軸晶の生因については、以前はよく知ら
れていなかつたが、現在では鋳壁とか冷却された
湯面で形成された結晶が遊離して自由晶となり、
この自由晶が等軸晶体を形成することが明らかに
なつている（A.Ohno，T.Motegi and H.Soda：
Trans.IBIJ.11（1971）18）。 Sm―Co―Cu―Fe―Zr―Ｍ系の６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。これは、マトリツクス中に異相
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Sm―Co―Cu3元系合金で、
Sm₂Co₁₇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Feと置換してゆくと、ある量まで飽和磁
化4xIsが増加することが知られている。4xIsが増
大する範囲でしかも、結晶が一軸易方性を示すの
は、Sm₂（Co₁―_xFex）₁₇で示すと、Ｘが０〜0.6
の範囲である。この事実はCoにCuをある程度の
量を置換しても変らない。Sm₂（CoCuFe）₁₇に、
さらにZrを加えると、Zr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、Zrを加
えると、Cuの量が少なくなつても、また鉄の量
が多くなつても、実用磁石として充分な保磁力
iHcが得られ高エネルギー積の磁石の作製が可能
になつた。本合金では前述したように、チル晶帯、柱状晶
帯、そして等軸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つた。ま
た、合金に特殊元素Ｍを微量添加して、インゴツ
ト中の柱状晶帯域を増大させたものの方が、同一
条件で鋳込んだインゴツ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
つて説明する。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、等軸晶合金、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4xIs、保
磁力iHc，bHcあるいはヒステリシスループの角
形性にと、全ての性能にわたつてすぐれているこ
とが分つた。逆に、等軸晶合金およびチル晶合金
が性能的に一番劣つている。また、同一条件で鋳
込んだもので、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ツトと、特殊元素Ｍを添
加しないインゴツトでは、特殊元素Ｍを添加して
柱状晶帯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、結晶が揃つ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、熱処理によつ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。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、形態も等軸晶のものに比べiHcをよく高める
方向に形成されると考えられる。このため、本合金を鋳壁近傍のチル晶体は柱状
チル晶にして、他の部分は柱状晶にする製造法が
よい磁石を得るために大切である。チル晶帯は合
金全体では量が少いので、製造上最も大切なこと
は、等軸晶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、本発明の合金
は鋳造インゴツトの等軸晶帯の形成を極力減らす
ために、Ｓ，Se，TeおよびBiのうちの少なくと
も一種からなる元素Ｍを添加したものである。これらの元素を加えることにより、融体から結
晶化の核生成を促進させる酸化物や窒化物を包み
込んで不活性化させたり、これらの元素Ｍと融体
中の酸素や窒素とが結合して結晶生成の核となる
酸化物や窒化物の発生を少なくし、等軸晶の形成
を抑えることができる。この場合、添加元素によりその効果は必ずしも
同一ではないが、柱状晶化を促進させる効果は同
じである。また、柱状晶化の効果を得るのに最も適した組
成は、原子比を用いた組成が、 Sm（Co₁―_u―_v―_w―_xCu_uFe_vZr_wM_x）ｚ（但し０＜ｕ＜0.2 ０＜ｖ＜0.5 ０＜ｗ＜0.1 ０＜ｘ＜0.1 6.5ｚ9.0）で表わされる合金であることが確認された。以下に各成分とその組成範囲の限定理由を述べ
る。本合金系およびその組成域においては、Sm―
Co系が基本である。CuはSm₂Co₁₇型合金で保磁
力を得るために加えられるものであり、Cuを入
れることでiHcは向上する。しかし、4xIは低下す
る。このため、実用磁石材料としては、Sm
（Co₁―uCuu）ｚ中のｕ値は、0.2までが限度であ
る。Ｚの値が、５Ｚ8.5の間にある時には、
Sm―Co合金はSmCo₅型化合物とSm₂Co₁₇型化合
物に分離する。4xIsの値は、Sm₂Co₁₇の方が20％
高い。依つて、高4xIsを実現するためには、Ｚは
6.5以上が望ましい。一方Ｚが9.0以上になると、
iHcは著しく低下するとともに、Co―Fe相が多く
出て来てしまいヒステリシスループの角形性を悪
くするので好ましくない。 Zrは著しく合金の4xIsを低下させるので、0.1
以上入れると、Feを増やし、Cuを低減して4xIs
を高めた意味がなくなる。Ｍは、添加元素により
多少効果は異なるが、ある量以上になると、
4xIs，iHcが低下するので、その限界を考慮して
上限を0.1とした。尚、これらは複合添加の合計
量を示しており、その比率は特に規定しない。バインダーは各種ポリマー、例えば、エポキ
シ、フエノール、ゴム、ポリエステルなど又は、
メタルバインダーで、融点が400℃以下の低融点
合金が好ましい。以下実施例に従つて本発明を説明する。実施例 1. 鋳造後Sm（Co0.6Cu0.07Fe0.3Zr0.02S0.01）
8.2の組成になるよう原料を調合し、全部で１Kg
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1600℃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つた。第１
図はインゴツ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Ａ、柱状組織を
Ｂ、そして踏軸組織をＣとする。合金インゴツト
のＡ，Ｂ，Ｃ部より、それぞれの鋳造塊を切り出
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℃で24時間、時効処
理は800℃で20時間アルゴン雰囲気中で行つた。
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ポキシ樹脂
1.6wt％を混練した。この混練した混合物を16KG
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（キユア処理）、磁石を完成さ
せた。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、Ｃ部の
等軸晶帯より得たものより、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、Ｃ部よりも優れている。

【表】ただし、SQとはヒステリシスループの角形性
を示す指標で、 SQ＝HK／iHc で与えられる。HKは、4xI―Ｈ減磁曲線上で
0.9Br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性能が優れている
ことが明らかになつた。Ａ部のチル晶帯は、鋳壁
のごく近傍のみに生成するもので、インゴツト全
体ではごくわずかであるから、インゴツト製造上
最も大切なことは、いかにして等軸晶の生成を抑
え、柱状晶を発達させるかである。尚本実施例に
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Ｂの部分が入つていると思われる。実施例 2. 実施例１と同様な方法で、第２表に示されてい
る組成の合金から樹脂結合磁石を製造した。但し
溶体化処理は1130〜1180℃の間で最も適切な温度
で20時間行つた。

【表】本実施例は、Ｂ，Ｃ部のインゴツトに対して行
なつた。結果を第４図に示す。Feの量が増加し
ていつでも、柱状晶帯Ｂの方が良い磁気性能が得
られる。これにより、ある程度Feの量を高めて
も、ある程度のiHcが得られることが明らかにな
つた。実施例 3. 実施例２と全く同じ方法で、第３表の組成の合
金から樹脂結合磁石を製造した。結果を第５図に
示す。Sm（CoCuFeZrM）₁₇型の合金では、Cuの
量が低くなるとiHcは低下するが柱状晶のもので
は、等軸晶のものに比べて、低Cu組成までiHcは
高い値が得られることが分かる。また、角形性も
柱状晶部の方が優れている。

【表】実施例 4. 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℃である。鋳造インゴツトは第１図に示
すような断面マクロ組成になつている。Ｂの柱状
組織の割合は、合金No.１では45〜60％、合金No.２
〜４では75〜85％、合金No.５〜６では60〜65％で
あつた。柱状組織の割合はインゴツト断面を顕微
鏡で観察し、メツシユ法で推定した。

【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、合金組成に、Ｓ，Se，
Te，Biの少なくとも一種からなる元素Ｍを微量
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れてい
ることが分かる。

【表】実施例 5. 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。

【表】

【表】上記のごとく、Ｚ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、Sm―Co―Cu―Fe―Zr合金に、
Ｓ，Se，Te，Biの少なくとも一種からなる元素
を微量添加することにより、合金インゴツトの柱
状晶化を一層促進させ、樹脂、メタル、またはセ
ラミツク結合のSm₂Co₁₇型磁石の高性能化がなさ
れた。本発明の高性能磁石は、時計用ステツプモ
ータ、マイクロスピーカー、コアレスモーター、
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ツトの中心を
縦方向に切断したときの断面である。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３図は、鉄製鋳型を
示す。肉厚はすべて15mmである。長さの単位はmm
である。第４図は、Sm（Co0.9―
VCu0.007FevZr0.02S0.01）8.2の組成において、
Ｖを変化させた時の樹脂結合磁石の磁気性能を示
す。第５図は、Sm（Co0.75―
VCuFe0.22Zr0.02S0.01）8.3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。

Claims

【特許請求の範囲】１ Sm₂Co₁₇型結晶を主体とする合金の粉末にバ
インダーを混練して圧粉成形してなる希土類コバ
ルト永久磁石において、前記合金として原子を用
いた組成が、 Sm（Co₁―_u―_v―_w―_xCu_uFe_vZr_wMx）ｚ（但し０＜ｕ＜0.2 ０＜ｖ＜0.5 ０＜ｗ＜0.1 ０＜ｘ＜0.1 6.5ｚ9.0 Ｍは、Ｓ，Se，TeおよびBiのうちの少な
くとも一種からなる元素を示す。）で表わされ、かつ鋳造時のインゴツトのマクロ組
織が主に柱状晶組織である合金を使用したことを
特徴とする希土類コバルト永久磁石。