JPS6119701A - 焼結磁石材料の製造方法 - Google Patents

焼結磁石材料の製造方法

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JPS6119701A
JPS6119701A JP59138627A JP13862784A JPS6119701A JP S6119701 A JPS6119701 A JP S6119701A JP 59138627 A JP59138627 A JP 59138627A JP 13862784 A JP13862784 A JP 13862784A JP S6119701 A JPS6119701 A JP S6119701A
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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】 利用産業分野 この発明は、R(但し、RはYを包含する希土類元素の
うち少なくとも1種)、B、Feを主成分とする焼結磁
石材料の製造方法に係り、特に、原料合金粉末の成型性
を改善し、高い磁気特性が得られるREIFe系焼結磁
石材料の製造方法に関する。
背景技術 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求められるようになった。
そこで、出願人は先に、高価なSmやらを含有しない新
しい高性能永久磁石としてFe−B−R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
たく特願昭57−145072号)。また、さらに、F
e −B −R系の磁気異方性焼結体からなる永久磁石
の温度特性を改良するために、Feの一部をω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て温度
特性を改善したFe −C。
−El−R光異方性焼結体からなる永久磁石を提案した
(特願昭57−166663号)。
上記の新規なFe−El−R系、Fe−Co−El−R
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、製造するための出発原料の希土類金属は、一
般にCa還元法、電解法により製造される金属塊であり
、この希土類金属塊を用いて、例えば次の工程により、
上記の新規な永久磁石が製造される。
■ 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#、SL、C等の不純物
からなるフェロボロン合金、純[99,7%以上の希土
類金属、あるいはさらに、純度99.9%の電解らを高
周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造する、■ 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、例えば粗粉砕粉3oogを6時間湿
式微粉砕して3〜10ρの微細粉となす、 ■ 磁界(10KOe)中扉向して、 成型(1,5t4にて加圧)する、 ■ 焼結、1000℃〜1200℃、1時間、 Ar中
の焼結後に放冷する。
■ 時効処理、500°C〜1000°C,Ar中。
上記の如く、この永久磁石用合金粉末は、所要組成の鋳
塊を機械的粗粉砕及び微粉砕を行なって1qられるが、
粉砕粉のままでは、成型性が非常に悪く、成型時にダイ
ス壁面等との摩擦により、ダイス面及び成形体表面にき
ず、むしれ2割れ等が生じ易く、品質上及び製品歩留上
に大きな問題となっていた。
かかる成型性の改良のため、従来はパラフィンワックス
、ステアリン酸、ビスアマイド、あるいはステアリン酸
亜鉛等のバインダー、潤滑剤の添加配合が行なわれてい
た。
しかし、パラフィンワックスは成型性改良効果が小ざく
、多量にこれを使用すると合金粉末の磁場配向を阻害し
て異方性になり難く、また後続工程の焼結工程において
、焼結体に炭素が残留し、磁気特性を劣化させる欠点が
あり、ステアリン酸の場合は、成形体の強度を低下させ
る問題があり、ビスアマイドやステアリン酸亜鉛の場合
は、合金粉末中への均一分散化が困難で、合金粉末自体
のダイス面等の摩擦面への固着防止が完全でなく、成形
体及びダイス面にきずが発生する問題があった。
発明者は永久磁石用合金粉末の成形性を改良するため、
分散性にすぐれ、またすぐれた潤滑性によりダイス面及
び成形体の摩擦を大巾に低減し、−成型性の改善効果が
高く、さらに磁石の磁気特性の劣化がない成型性改良剤
について検討した結果、後述する成型性改良剤を、混合
したのち成型することにより、合金粉末の成型性が著し
く改善されて高い成型体強度が得られ、またさらに、薄
肉成形体の連続成型性が大巾に改善されることを知見し
た。
しかしながら、成型体中に成型性改良剤が存在したまま
で、成型体を焼結すると、焼結反応が阻害されて完全な
焼結体を得る−ことは困難となり、また、焼結反応が進
行したとしても、焼結体中に前記改良剤の分解炭素が残
存し、焼結体の磁気特性が劣化することが知られている
このため、焼結磁石合金中の有機系粘結剤の除去方法と
して、例えば、特開昭58−110602号が提案され
ているが、上記除去方法の粘結剤では、この発明の合金
粉末の成型性は改善されず、また、真空中での処理温度
が高いため、この発明合金粉末においては焼結体に多量
の炭素が残留し、磁気特性を劣化させる問題があった。
発明の目的 この発明は、前記のR−13−Fe系磁石合金粉末の成
型性を改善すると共に、磁石合金製造時の磁気特性を阻
害しない前述の成型性改良剤を除去し、焼結時の残留炭
素が焼結体の磁気特性の劣化を招来することのない、焼
結磁石の製造方法を目的としている。
発明の構成と効果 この発明は、R,B、Feを主成分とする永久磁石用合
金粉末の成型に使用する成型性改良剤を種々検討した結
果、 特定量のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオ
キシエチレンモノ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン
アルキルアリルエーテル、から選択した少なくとも1種
が最適であることを知見したもので、 合金粉末中への分散性にすぐれ、また少量添加ですぐれ
た潤滑性を有し、ダイス面及び成形体の摩擦を大巾に低
減し、成型性の改善効果が高く、さらに焼結磁石の磁気
特性の劣化がない利点がある。
またさらに、上記の成型性改良剤に結合特性のすぐれた
固形パラフィン、ショウノウのうち少なくとも1種を配
合することにより、ダイスとの摩擦面積が大面積であっ
たり、また摩擦面積が大面積でかつ該摩擦面に対して直
角方向に薄肉である薄肉成型体の連続成型性が大幅に改
善されることを知見したものである。
すなわち、固形パラフィンおよび/またはショウノウは
、上記の成型性改良剤の大きな分散特性により、合金粉
末内に均一に分散され、その結合特性と該改良剤の潤滑
特性との相乗効果により、大摩擦力による疵発生に対し
て、すぐれた防止力と耐久力を発揮するのである。
かかるすぐれた成型性を有する上記成型性改良剤の除去
方法を検討した結果、 20Torr 〜’lX10−4 Torrの真空下で
、100℃〜350℃にて、該成型性改良剤を除去する
ことにより、焼結体中の残留炭素量が焼結体の磁気特性
に何等影響を及ぼさないことを知見したものである。
ダーなわら、この発明は、 R10原子%〜30原子%(但し、RはYを包含する希
土類元素のうち少なくとも1種)、B 2原子%〜28
原子%、 にe  65原子%〜82原子%、 を主成分とする合金粉末に、 ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリ′;Av−
シ1−チレンモノ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン
アルキルアリルエーテル、から選択した少なくとも1種
の成型性改良剤を、上記合金粉末100重量部に対して
0.3重量部以下、添加するか、 あるいはさらに、固形パラフィン、ショウノウのうち少
なくとも1種の成型性改良剤を、上記合金粉−未100
重量部に対して2.5重量部以下添加し、混合したのち
成型し、 20Torr 〜1xlO−4Torrの真空下で、1
00℃〜350°Cにて、該成型性改良剤を除去したの
ち、焼結することを特徴とする焼結磁石材料の製造方法
である。
この発明の合金粉末は、化学的に活性であり、特に高温
において該成型性改良剤あるいはその分解物に汚染され
、成型体の焼結不良や焼結体の磁気特性を損うので、前
記成型性改良剤を除去し、汚染を極力防止する必要があ
るが、除去処理温度が350℃を越えると、成型性改良
剤の分解が激しく、また合金粉末がより活性化するため
に汚染が甚しくなり、また、100℃未満では、成型性
改良剤の除去に長時間を要し、高真空度が必要となり、
不利なため、除去処理温度としては、 100℃〜350℃とする。    □また、真空度と
して、2(llorr未満〜760 T’ orrでは
、成型性改良剤およびその分解物の雰囲気中でのn留が
長くなり、また雰囲気中の残留物が焼結のための昇温過
程での高温によって合金粉末を汚染し、特に大量の成型
体を処理するには多大な障害となる。
また、真空度が、lX10−4 Torrを越える高−
真空度では、合金粉末は低温度においても活性になり、
成型性改良剤あるいはその分解物と反応して焼結体の磁
気特性を劣化させるため、lX10−’ TOrrを越
えない真空度が必要である。
この発明において、上記の除去処理条件の真空度及び温
度は、各々一定条件あるいは段階的にまたは連続的に変
化させて実施でき、除去処理中に、成型性改良剤あるい
はその分解物の蒸散により真空度の低下を生ずるが、処
理温度を制御することにより、蒸散量を調整することが
できる。
また、除去処理時間は成型体の大きさ、処理量等により
、適宜選定する必要があり、また、真空到着度により決
定することができ、好ましい処理時間は2時間から10
時間である。
成型性改良剤の限定理由 この発明において、ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ルは、 ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチ
レンセチルエーテル、 ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエ
チレンオレイルニーアル、ポリオキシエチレン高級アル
コールエーテル、あるいはその混合物などであり、アル
キルは長鎖のものが好ましい。
また、ポリオキシエチレン七)脂肪酸エステルは、 ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレン
グリコールモノステアレート、ポリエチレングリコール
モノオレート、あるいはその混合物などであり、長鎖の
脂肪酸のエステルが好ましく、これらの製造中に含まれ
る、例えばポリエチレングリコールジステアレートなど
のジエステルが含まれても使用できるが、モノエステル
が主成分であることが好ましい。
また、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルは、 ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオ
キシエチレンノニルフェニルエーテル、あるいはその混
合物などであり、アルキルは長鎖のものが好ましい。
上記のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキ
シエチレンモノ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンア
ルキルアリルエーテルのうち2種以上を混合して使用で
き、合金粉末への湿式混合の場合、溶媒への溶解度ある
いは分散性から、ポリオキシエチレンアルキルエーテル
、ポリオキシエチレンモノ脂肪酸エステル、ポリオキシ
エチレンアルキルアリルエーテルのHLB(親水性・親
油性比)は20以下が好ましい。
固形パラフィンは、一般市販品が使用でき、成型体の強
度向上のためには常温付近でワックス状あるいはろう状
ないしは固体状が好ましく、また、合金粉末への湿式混
合の際、溶媒への溶解性から、その分子量はあまり大き
くないものがよく、炭素数が50以下のものが好ましい
。一方、ショウノウも一般市販品が使用できる。
この発明において、上記の成型性改良剤の単独または複
合添加の添加量は、原料合金粉末の粒度およびダイス、
成形体の形状1寸法、摩擦面積、プレス条件等に応じて
適宜選定すればよく、少量の添加で成型性改善効果が大
きく、添加量の増大とともに成型性は大幅に向上するが
、合金粉末100重間部に対して、上記改良剤の添加量
が0.3重量部を越え、固形パラフィンおよび/または
ショウノウの添加量が2.5重量部を越えると、永久磁
石としての磁気特性の劣化が大きくなるため、添加量の
上限値は各々、0.3重量部、2.5重量部とする必要
があり、好ましい添加量は成型性改良剤が0.01重量
部〜0.2重量部であり、固形パラフィンおよび/また
はショウノウが0.01重量部〜2.0重量部である。
また、成型性改良剤と固形パラフィンおよび/  。
またはショウノウの配合割合は、特に限定しないが、前
者/後者の比は、1/30〜5/1が好ましい。
また、この発明において、有機系成型性改良剤の合金粉
末への添加は、該合金粉末が酸素あるいは水分に対して
反応しやすく、活性であるため、湿式で行なうことが好
ましく、使用する溶媒としては、ヘキサン、トルエン、
トリクロルエチレン。
弗素系溶媒などの不活性溶媒が好ましい。混合時の態様
は、乾燥状態あるいはスラリー状態のいずれであっても
よく、例えば、湿式粉砕工程中、あるいはその前後、ま
たは乾燥工程中あるいはその前後に適宜混合することが
できる。
この発明において、合金粉末の成型は、通常の粉末冶金
法と同様に行なうことができ、加圧成型時に磁場付与有
無により、異方性磁石あるいは等方性磁石を得ることが
できる。
永久磁石合金粉末の限定理由 以Fに、この発明における希土類・鉄・ボロン系永久磁
石用原料合金粉末の組成限定理由を説明する。
この発明の永久磁石用原料合金粉末に含有される希土類
元素Rは、イッ゛トリウム(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る。
Rとしては、軽希土類をもって足り、特にNd。
Prが好ましい。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9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、
5II1.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Rは純希土類元−素でなく
てもよく、工業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純
物を含有す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を製造する合金粉末として、必須元
素であって、10原子%未満では、高磁気特性、特に高
保磁力が得られず、30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
られない。よって、希土類元素は、10原子%〜30原
子%の範囲とする。
Bは、新規な上記系永久磁石を製造する合金粉末として
、必須元素であって、2原子%未満では、高い保磁力(
iHC)は得られず、28原子%を越えると、残留磁束
密度(Br )が低下するため、すぐれた永久磁石が得
られない。よって、Bは、2原子%〜28原子%の範囲
とする。
Feは、新規な上記系永久磁石を製造する合金粉末とし
て、必須元素であるが、65原子%未満では残留磁束密
度(Br )が低下し、82原子%を越えると、高い保
磁力が得られないので、Feは65原子%〜82原子%
に限定する。
また、Feの一部をCOで置換する理由は、永久磁石の
温度特性を向上させる効果が得られるためであり、CO
はFeの50%を越えると、高い保磁力が得られず、す
ぐれた永久磁石が得られない。
よって、COは50%を上限とする。
この発明の合金粉末において、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IJるためには
、R10原子%〜25原子%、B4原子%へ・26原子
%、l:e  G5原子%〜82原子%が好ましい。
また、この発明による合金粉末は、R,B。
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01 3.5原子%以下のP、2.5原子%以下のS13.5
原子%以下のCuのうち少なくとも1種、合計量で 4
.0原子%以下で置換することにより、磁石合金の製造
性改善、低価格化が可能である。
さらに、前記R、B 、Fe合金あるいはCOを含有す
るR 、B 、Fe合金に、 9.5原子%以下のAU、4.5原子%以下のTI、9
.5原子%以下の■、8.5原子%以下のOr、8.0
原子%以下のMn15原子%以下のB1112.5原子
%以下(7)Nb 110.5原子%以下のTa。
9.5原子%以下のMO19,5原子%以下のW。
2.5原子%以下のSb 、7原子%以下のQe。
35  原子%以下の3n、5.5原子%以下のZr、
5.5原子%以下のHfのうち少なくとも1種を添加含
有させることにより、永久磁石合金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
粉末を得るのに不可欠である。。
この発明による合金微粉末の粒度は、平均粒度が107
.nを越えると、永久磁石の作製時にすぐれた磁気特性
、とりわけ高い保磁力が得られず、また、平均粒度が1
ρ未満では、永久磁石の作製工程、ずなわち、プレス成
形、焼結1時効処理工程における酸化が著しく、すぐれ
た磁気特性が得られないため、平均粒度1〜1101I
の合金微粉末が最も望ましい。
この発明による永久磁石用合金微粉末を使用して得られ
る磁気異方性永久磁石合金は、保磁力i f−1c≧I
KOe、残留磁束密度Br > 4KG、を示し、最大
エネルギー積(81−1)maxはハードフェライトと
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25MGOe以
上に達する。
また、この発明による合金微粉末の組成が、R10原子
%〜30原子%、B2原子%〜28原子%、C45原子
%以下、Fe  65原子%〜82原子%の場合、得ら
れる磁気異方性永久磁石合金は、上記磁石合金と同等の
磁気特性を示し、残留磁束密度の温度係数が、0.1%
/℃以下となり、すぐれた特性が得られる。
また、合金粉末の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、R12原子%〜20原子%、B
4原子%〜24原子%、Fe  65原子%〜82原子
%の場合、あるいはさらにCo5原子%〜45原子%を
含有するとき最もす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、(BH)maxはその最大値が
33MGOe以上に達する。
実施例 実施例] 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C等の不純物からなるフェロ
ボロ2合金、純度99.7%以上の陶を所定量配合して
高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し、151V&
18B 77Fe (at%)なる組成の鋳塊を得た。
この鋳塊を機械的粉砕により35メツシユスルーまぞに
粗粉砕した。ついで、ボール・ミルによる微粉砕を行な
い、平均粒度3,3ρの合金粉末を得lこ。
この合金粉末に、第1表に示す如く、成型性改良剤を単
独または複合で、合金粉末100重量部に対して、各々
0.05〜0.2重量部、予めトリクロロトリフルオロ
エタンに溶解または分散させたものを、湿式混合したの
ち、乾燥させた。
この乾燥合金粉末を用いて、磁界12KOe中で配向し
、1.5 t4にて加圧成型し、幅15mmX長さ16
mmX高さ10mmの成型体に成型した後、第1表に示
す成型性改良剤の膜処理条件で除去処理し、ただし比較
例は同処理を施さず、Arガス中で 1100°C11
時間の条件で焼結し、ざらに、Arガス中で600℃、
1時間の時効処理を施して永久磁石を作製した。
得られた永久磁石の磁気特性及び残存C量を測定し、そ
の結果を第2表に示す。
第2表より明らかなように、成型性改良剤の膜処理を施
したこの発明方法による永久磁石は、磁気特性にすぐれ
、残存C量が極めて減少することが明らかである。
以下余白 第1表 第2表 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M金属及び電解ら
を所定量配合して高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳
造し、16+!j 7810Co67Fe (at%)
なる組成の鋳塊を得た。
この鋳塊を粗粉砕したのち、微粉砕して平均粒度3,0
屡の合金粉末を得た。
この合金粉末100重量部に対して、第3表に示す、有
機系成型性改良剤の2種と固形パラフィンまたはショウ
ノウの組み合せで、0.1重量部〜0.50重量部を予
めトリクロロトリフルオロエタンに溶解させたものを添
加混合し、その後にこれを乾燥させた。
この乾燥合金粉末を用いて、磁界12KOe中で配向し
、1.5 tJにて加圧成型し、幅15mmX長さ16
mmX高さ10mmの成型体を成型した後、第3表に示
す成型性改良剤の膜処理を施し、ただし比較例は本発明
処理条件外で処理し、Ar中、1100℃、 1時間、
の条件で焼結し、さらに、At中で600℃、1時間の
時効処理を施して永久磁石を作製し、その磁気特性を測
定した。測定結果は第4表に示す。
第4表より明らかなように、成型性改良剤の膜処理を施
したこの発明方法による永久磁石は、磁気特性にすぐれ
、残存C量が極めて減少することが明らかである。
以下余白 □ ■ 本 発 明 [゛ 旧 1比1 較1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 R10原子%〜30原子%(但し、RはYを包含する希
    土類元素のうち少なくとも1種)、 B2原子%〜28原子%、 Fe65原子%〜82原子%、 を主成分とする合金粉末に、 ポリオキシエチレンアルキルエーテル、 ポリオキシエチレンモノ脂肪酸エステル、 ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、から選択
    した少なくとも1種の成型性改良剤を、上記合金粉末1
    00重量部に対して0.5重量部以下を添加し、混合し
    て成型後、 20Torr〜1×10^−^4Torrの真空下で、
    100℃〜350℃にて、該成型性改良剤を除去したの
    ち、焼結することを特徴とする焼結磁石材料の製造方法
    。 R10原子%〜30原子%(但し、RはYを包含する希
    土類元素のうち少なくとも1種)、 B2原子%〜28原子%、 Fe65原子%〜82原子%、 を主成分とする合金粉末に、 ポリオキシエチレンアルキルエーテル、 ポリオキシエチレンモノ脂肪酸エステル、 ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、から選択
    した少なくとも1種の成型性改良剤を、上記合金粉末1
    00重量部に対して0.3重量部以下、及び固形パラフ
    ィン、ショウノウのうち少なくとも1種の成型性改良剤
    を、 上記合金粉末100重量部に対して2.5重量部以下添
    加し、混合したのち成型し、 20Torr〜1×10^−^4Torrの真空下で、
    100℃〜350℃にて、該成型性改良剤を除去したの
    ち、焼結することを特徴とする焼結磁石材料の製造方法
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