JPS61281850A - 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】 利用産業分野 この発明は、焼結永久磁石表面の研削加工等に伴なう磁
石特性の劣化を防止し、ざらに磁石材料の耐食性を改善
したＦａ−Ｂ−Ｒ系永久磁石に係り、特に、体積が２．
５０１？以下あるいは厚みが５．０ｍｍ以下の小物ある
いは薄物用永久磁石材料に関する。

背景技術 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ト磁石である。

この希土類コバルト磁石は、磁気特性が格段にすぐれて
いるため、多種用途に利用されているが、主成分のＳｍ
、Ｃｏは共に資源的に不足し、かつ高価であり、今後長
期間にわたって、安定して多量に供給されることは困難
である。

そのため、磁気特性がすぐれ、かつ安価で、ざらに資源
的に豊富で今後の安定供給が可能な組成元素からなる永
久１１石材料が切望されてきた。

本出願人は先に、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（特
開昭５９−４６００８号、特開昭５９−６４７３３号、
特開昭５９−８９４０１　＠、特開昭５９−１３２１０
４号）。

この永久磁石は、Ｒとして陶や円を中心とする資源的に
豊富な軽希土類を用い、Ｆｅを主成分として２５ＭＧＯ
ａ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。

最近、磁気回路の高性能化、小形化に伴ない、Ｆａ−Ｂ
−Ｒ系永久磁石材料が益々注目され、さらに、体積が２
．５Ｇ＋？以下あるいは厚みが５．０＋ｎｍ以下の小物
おるいは薄物用Ｆｓ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料が要望され
てきた。

かかる用途の永久磁石材料を製造するには、成形焼結し
た小物あるいは極薄物の焼結磁石体は、その表面の凹凸
や歪みを除去するため、あるいは表面酸化層を除去する
ため、さらには磁気回路に組込むために、磁石体の全面
あるいは所要表面を切削加工する必要があり、加工には
外周刃切断機。

内周刃切断機２表面研削機、センタレスグラインダー、
ラッピングマシン等が使用される。

しかしながら、上記装置にてＦｓ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材
料を研削加工すると、例えば、厚み２０ｍｍより１Ｍ〜
１０ｍｍ製品厚みに加工すると、第１図の曲線すに示す
如く、各磁気特性が劣化する問題があった。

また、Ｆｅ　　Ｂ　　Ｒ系磁気異方性焼結体からなる永
久磁石を、磁気回路に組込んだ場合に、磁石表面に生成
する酸化物により、磁気回路の出力低下及び磁気回路間
のばらつきを惹起し、また、表面酸化物の脱落による周
辺機器への汚染の問題があった。

そこで、出願人は先に、上記のＦｅ　　Ｂ　　Ｒ系永久
磁石の耐食性の改善のため、磁石体表面に無電解めっき
法あるいは電解めっき法により耐食性金属めっき層を被
覆した永久磁石（特願昭５８−１６２３５０号）及び磁
石体表面にスプレー法あるいは浸漬法によって耐食性樹
脂層を被覆した永久磁石を提案（特願昭５８−１７１９
０７号）した。

しかし、前者のめつき法では永久磁石体が焼結体であり
有孔性のため、この孔内にめっき前処理で酸性溶液また
はアルカリ性溶液が残留し、経年変化とともに発錆する
恐れがあり、また磁石体の耐薬品性が劣るため、めっき
時に磁石表面が腐食されて密着性・防食性が劣る問題が
あった。

また後者のスプレー法による樹脂の塗装には方向性があ
るため、被処理物表面全体に均一な樹脂被膜を施すのに
多大の工程１手間を要し、特に形状が複雑な異形磁石体
に均一厚みの被膜を施すことは困雌であり、また浸漬法
では樹脂被膜厚みが不均一になり、製品寸法精度が悪い
問題があった。

発明の目的 この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする新規な
永久磁石材料において、特に小物あるいは極薄物用の焼
結Ｗｉ磁石体切削加工に伴なう磁気特性の劣化を防止し
、ざらに、腐蝕性薬品等を使用あるいは接触させること
なく、密着性、防蝕性にすぐれた耐食性薄膜層を被着さ
せた永久磁石材料を目的としている。

発明の構成と効果 発明者らは、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の保磁力につ
いて種々検討した結果、前記磁石体の保磁力の大小は、
結晶粒内よりも粒界構造の差異に基因しており、研摩さ
れた焼結磁石表面を、Ｋｅ−ｒｒ効果を用いた光学顕微
鏡で、磁区の反転機構を詳細に調べると、磁石体表面の
磁化反転が磁石体内部の保磁力の１７２以下の非常に低
い磁界で起り、焼結磁石体の加工された表面第１層の結
晶群の保磁力が低い理由は、高保磁力を出現するために
必要な最適の体心立方晶構造を有する金属相（以下、体
心立方相という）が存在しないためであることを知見し
た。

発明者が始めて発見した高保磁力を出現させる体心立方
相を、加工された焼結磁石体表面の結晶群上に、最適の
厚みでかつ特殊な体心立方相構造を有する粒界相として
設けることは、通常の方法では容易ではないが、厚み１
万以下のＮｄを主成分とする体心立方相の蒸着層を形成
することにより、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の保磁力
並びに減磁曲線の角型性を改善向上させ得ることを知見
し、この発明を完成したものである。

さらに、永久磁石材料表面に、薄膜形成法によって、Ｍ
Ｆｉｌ膜を被着することにより、腐蝕性薬品等の使用、
残留がなく、かつ薄膜の被着強度か高く、すぐれた耐食
性が長期にわたって安定して得られることを知見したも
のである。

すなわち、この発明は、 Ｒ（Ｒはｍ、　Ｐｒ、　Ｄｙ、　）ｉｏ、　Ｔｂのうち
少なくとも１種あるいはざらに、Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｓｍ
、　Ｃｄ、　Ｅｒ、　Ｅｕ、丁ｍ。

Ｙｂ、　Ｌａ、　Ｙのうち少なくとも１種からなる）１
０％〜３０原子％、　□ Ｂ２原子％〜２８原子％、 １”ｅ６５６５原子８０原子％を主成分とし、主相が正
方晶相からなる体積が２．５ａ＋？以下あるいは厚みが
５．０ｍｍ以下の焼結磁石体の被研削加工面に、Ｎｄを
主成分とする体心立方相からなる薄膜層を有し、 前記薄膜層を含む上記磁石体表面に被着したＡＩ薄膜層
を有する ことを特徴する永久磁石材料である。

さらに詳述すれば、上記の焼結磁石体の被研削加工面に
、陶あるいはＮｄを主成分とし、残部はＮｄを除きＹを
含む希土類元素のうち少なくとも１種からなる蒸着層を
被着形成後、７００℃〜１０００℃及び６５０℃〜４５
０℃の２段の時効処理を施して、体心立方相からなる薄
膜層を被着させ、該加工表面第１層の結晶群に保磁力を
付与し、研削加工による磁気特性の劣化を防止し、さら
に、体心立方相からなる薄膜層を含む焼結磁石体全表面
に、ＡＩ薄膜層を被着したことを特徴する永久磁石材料
である。

また、この発明の永久磁石材料は平均結晶粒径が１〜ａ
ｏｌｊＪｎの範囲にある正方晶系の結晶構造を有する化
合物を主相とし、体積比で１％〜５０％の非磁性相（酸
化物相を除く）を含むことを特徴とする。

したがって、この発明の永久磁石材料は、Ｒとして陶あ
るいはざらに円を中心とする資源的に豊富な軽希土類を
主に用い、Ｆａ、Ｂ、Ｒ，を主成分とすることにより、
２５ＭＧＯａ以上の極めて高いエネルギー積並びに、高
残留磁束密度、高保磁力を有し、かつ研削加工による磁
気特性の劣化を防止し、ざらに、磁石材料の耐食性を高
めたＦａ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料を安価に得ることがで
きる。

この発明において、焼結磁石体の被研削加工表面に、陽
を主成分とする体心立方相の薄膜層を被着させるには、
真空蒸着、イオンスパッタリング、イオンブレーティン
グ、イオン蒸着薄膜形成法（ＩＶＤ＞、プラズマ蒸着薄
膜形成法（ＥＶＤ）等の薄膜形成方法が適宜選定利用で
きる。また、蒸着層の厚みは、１１ｉｎを越えると該蒸
着層の剥離あるいは機械的強度の低下を招来し、かつ体
心立方相を形成しないため好ましくなく、１．Ｊ＋以下
の厚みとし、最も好ましくは０．５Ｊ以下の層厚みであ
る。

この発明において、焼結磁石体の上記Ｎｄを主成分とす
る体心立方相の薄膜層表面を含む表面全体に、Ｍ層を被
着させるには、真空蒸着、スパッタリング、イオンブレ
ーティング等の上述の薄膜形成方法が適宜選定利用でき
る。また、薄膜層の厚みは、薄膜層の剥離あるいは機械
的強度の低下並びに防蝕性の確保等を考慮して、３０Ｊ
以下の厚みが好ましく、最も好ましくは５−〜２５屡の
層厚みである。

永久磁石材料の成分限定理由 この発明の永久磁石に用いる希土類元素Ｒは、組成の１
０原子％〜３０原子％を占めるが、陶、　Ｐｒ。

〜、Ｈｂ、Ｔｏのうち少なくとも１種、あるいはさらに
、ム、　Ｃｏ、　Ｓｍ、　ＣＡ、　Ｅｒ、　Ｅｕ、丁ｍ
、　Ｙｂ、　Ｌａ、　Ｙのうち少なくとも１種を含むも
のが好ましい。

また、通常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は、新規な上記系永久磁石材料における、必須元素で
あって、ＩＱＪｌを子％未満では、結晶構造がα−鉄と
同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特性、特に高
保磁力が得られず、３０原子％を越えると、Ｒリッチな
非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Ｂ「）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、この発明による永久磁石材料における、必須元素
であって、２原子％未満では、菱面体構造が主相となり
、高い保磁力（ｉＨＣ）は得られず、２８原子％を越え
ると、Ｂリッチな非磁性相が多くなり、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において、必須元素であ
り、６５原子％未満では残留磁束密度Ｂｒが低下し、８
０原子％を越えると、高い保磁力が得られないので、Ｆ
ｅは６５原子％〜８０原子％の含有とする。

また、この発明による永久磁石材料において、Ｆａの一
部をＧで置換することは、得′られる磁石の磁気特性を
損うことなく、温度特性を改善することができるが、６
置換量がＦａの２０％を越えると、逆に磁気特性が劣化
するため、好ましくない。乙の置換量がＦａともの合計
量で５原子％〜１５原子％の場合は、（Ｂ「）は置換し
ない場合に比較して増加するため、高磁束密度を得るた
めには好ましい。

また、この発明による永久磁石は、Ｒ，Ｂ、ＦＥＩ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％以下の
Ｐ、２．５原子％以下のＳ、３．５原子％以下の伍のう
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、永久磁石の製造性改善、低価格化が可能
である。

また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、Ｒ−Ｂ−
Ｆａ系永久磁石に対してその保磁力、減磁曲線の角型性
を改善あるいは製造性の改善、低価格化に効果があるた
め添加することができる。しかし、保磁力改善のための
添加に伴ない残留磁束密度（Ｂｒ）の低下を招来するの
で、従来のハードフェライト磁石の残留磁束密度と同等
以上となる範囲での添加が望ましい。

９．５原子％以下のＡ１．４．５原子％以下の丁１１９
．５原子％以下のＶ、８．５原子％以下のＣｒ。

８、Ｏ原子％以下の）Ｉｎ、　　５．０原子％以下のＢ
１１９．５原子％以下のＮｂ、　　９．５原子％以下の
丁ａ。

９．５原子％以下のＮｏ、　　９．５原子％以下の縁、
２．５原子％以下のｓｂ、７　原子％以下のＧｅ、３．
５原子％以下のＳｎ、５．５原子％以下のＺｒ、９．０
原子％以下のＮｉ、　　９．０原子％以下のＳｉ、１．
１原子％以下のＺｎ、５．５原子％以下のＨｆ、のうち
少なくとも１種を添加含有、但し、２種以上含有する場
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％以下の含有させることにより、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品であることが、微細で均一な合金
粉末より、すぐれた磁気特性を有する焼結永久磁石を作
製するのに不可欠である。

また、この発明の永久磁石は、磁場中プレス成型するこ
とにより磁気的異方性磁石が得られ、また、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［ｉは、保磁力（ＨＣ≧１に０８、
残留磁束密度Ｂｒ＞　４　ｋＧ、を示し、最大エネルギ
ー積（Ｂｔｌ）ｍａｘは、最も好ましい組成範囲では、
（ＢＨ）ｍａＸ≧１０８ＧＯｅを示し、最大値は２５Ｈ
ＧＯａ以上に達する。

また、この発明永久磁石用合金粉末のＲの主成分がその
５０％以上を動及び円を主とする軽希土類金属が占める
場合で、Ｒ１２原子％〜２０原子％、Ｂ４４原子〜２４
原子％、Ｆ８７４原子％〜８０原子％、を主成分とする
とき、（ＢＨ）ｍａｘ　３５８ＧＯｓ以上のすぐれた磁
気特性を示し、特に軽希土類金属が陶の場合には、その
最大値が４２８ＧＯａ以上に達する。

実施例 叉施■ユ 出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、フェロボロ
ン合金、純度９９．７％以上のＮｄを使用し、これらを
配合後高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し、１５
．５Ｎｄ　７．５　Ｂ　７７Ｆｇなる組成の鋳塊を得た
。

その後このインゴットを、スタンプミルにより粗粉砕し
、次にボールミルにより微粉砕し、平均粒度３．０項の
微粉末を得た。

この微粉末を金型に挿入し、２０　ｋｏｅの磁界中で配
向し、磁界に平行方向に、１．５　ｔＪの圧力で成形し
た。

得られた成形体を、１１００℃、１時間、　Ａｒ雰囲気
中、の条件で焼結し、長さ２ＯｍｍＸ幅１０ｍｍＸ厚み
１０ｍｍ寸法の焼結体を得た。

そして焼結体より、長ざ２０ｍｍＸ幅５ｍｍＸ厚み１０
ｍｍ寸法の試験片に切出して厚みを暫時減少させた種々
の試験片を得たのち、真空度２ｘ１０−４Ｔｏｒｒの石
英管内に、出金属と共に挿入し、１０００℃、５時間加
熱して、試料全面に、１００人〜２０００人の動源膜層
を被着ざぜた。

ざらにＡｒ中での８００℃、１時間と６３０℃、１．５
時間の２段時効処理を施して、被研削加工面に体心立方
相を形成したこの発明による永久磁石を作製した。

また、上記の種々厚みの試験片を動源膜層を設けること
なく直ちに時効処理した比較試験片を作製した。

得られた各永久磁石材料の３ｒ、　　ｉＨｃ及び（ＢＨ
）ｍａＸ値を、振動試料型磁力計（ＶＳＨ）を用いて測
定して第１図にその結果を示す。曲線ａは１１１ｋｉ薄
ＩｉＵ層を有する本発明永久磁石で、曲線すは比較例永
久磁石の場合でおる。

実施例２ 出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、フェロボロ
ン合金、純度９９．７％以上のＮｄを使用し、これらを
配合後高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し、１５
．５Ｎｄ　９．０Ｂ７５．５Ｆｅなる組成の鋳塊を得た
。

その後このインゴットを、スタンプミルにより粗粉砕し
、次にボールミルにより微粉砕し、平均粒度３．２屡の
微粉末を得た。

この微粉末を金型に挿入し、１０　ｋＯａの磁界中で配
向し、磁界に平行方向に、ｉ、ｏ　ｔ、ｇの圧力で成形
した。

得られた成形体を、１１００℃、１時間、　Ａｒ雰囲気
中、の条件で焼結し、長ざ１０ｗ＋ｍＸ幅１５　ｍｍ　
Ｘ厚み８ｍｍ寸法の焼結体を得た。

そして焼結体より、長さ２．７５　ｍｔｎＸ幅０．７ｍ
ｗ＋Ｘ厚み０．７ｍｍ寸法の試験片に切出したのち、真
空度２Ｘ１０−４ＴＯｒｒの石英管内に、陶金属と共に
挿入し、ｉ　ｏｏｏ℃、５時間加熱して、試料全面に、
１００人〜２０００人のＮｄ薄膜層を被着させた。

ざらにＡｒ中での８００℃、２時間と６３０℃、４時間
の２段時効処理を施して、被研削加工面に体心立方相を
形成した永久磁石を作製した。

また、上記の種々厚みのの試験片をＮｄ薄膜層を設ける
ことなく直ちに時効処理した比較試験片を作製した。

次に、真空度５ｘ１０−５Ｔｏｒｒの真空容器内に、上
記試料を入れ、Ａｒガスを送入し、１ｘｌＯ−２Ｔｏｒ
ｒのＡｒガス中、　４００　Ｖの電圧で２０分間の放電
を行なった後、引続き、コーティング材料として、純度
９９．９９％の１〜５１５Ｍ粉末を用い、これを加熱し
、蒸発Ｎをイオン化し、これらイオン化粒子が電界に引
かれて、陰極を構成する前記試験片に付着し、ＡＩ薄膜
を形成した。試験片表面に形成した薄膜厚みは２０虜で
おった。上記イオン・ブレーティング条件は、電圧１．
８　　ｋＶ、　１２分間処理であった。

また、比較のため、上記Ｎｄ薄膜層を有する試験片に、
トリクレンにて３分間溶剤脱脂し、５％ＮａＯＨにて６
０℃、３分間のアルカリ脱脂した後、２％ＨＣｆにて室
温、１０秒間の酸洗しワット浴にて、電流密度４Ａ／ｄ
ｍ’、浴温度６０’Ｃ，２０分間の条件にて、電気ニッ
ケルめっきを行ない表面に２０１Ａｎ厚みのニッケルめ
っき層を有する比較試験片（比較例）を得た。

この試験片に耐食性試験と耐食性試験後の薄膜の密着強
度試験を行なった。また、耐食性試験前後の磁気特性を
測定した。試験結果及び測定結果は第１表に示す。

耐食性試験は、上記試験片を６０℃の温度９０％の湿度
の雰囲気に、５００時間放置した場合の試験片外観状況
でもって評価した。

また、密着強度試験は、耐食性試験後の上記試験片を、
粘着テープで１１Ｔｌｆｆ１間隔の枡目部分を引張り、
薄膜層が剥離するか否か（無剥Ｉｉ！を枡目数／全枡目
数）で評価した。

以下余白 第１図、第１表の結果から明らかなように、Ｎｄを主成
分とする体心立方相からなる蒸着層が、研削加工面の磁
気特性劣化防止に極めて有効であり、特に、製品厚みが
薄いものほど、その効果が著しく、また耐食性Ｍ薄膜層
の密着強度が極めて高く、耐食性が安定していることが
分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は永久磁石材料試験片厚みとＢｒ。 ｉＨＣ及び（ＢＨ）ｍａｘとの関係を示すグラフである
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｒ（ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｂ、Ｔｂのうち少な
   くとも１種あるいはさらに、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｃｄ、
   Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｙのうち少なくとも１
   種からなる）１０％〜３０原子％、 Ｂ２原子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８０原子％を主成分とし、主相が正方
   晶相からなる体積が２．５ｃｍ＾３以下あるいは厚みが
   ５．０ｍｍ以下の焼結磁石体の被研削加工面に、Ｎｄを
   主成分とする体心立方晶構造を有する金属相からなる薄
   膜層を有し、前記薄膜層を含む上記磁石体表面に被着し
   たＡｌ薄膜層を有することを特徴する永久磁石材料。