JPS6173861A - 硬磁性材料及びその製法 - 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】 発明の分野 本発明は、遷移金属と希±４金属とホウ素とから形成さ
れている永久磁石即ち硬い磁５に係り、また、このよう
な永久磁石用材料の製法に係る。

発明の背景 硬い磁石即ち永久磁石の特徴は、高い保磁力と大きい残
留磁気とを有することである。これらは、遷移金属と希
土類金属例えばサマリウム−コバルトから形成され℃も
よく、又１１．遷移金属と希土類金属とホウ素例えば鉄
−不オツム−ホウ素から形成されてもよい。遷移金属−
希土類金属−ホウ素から成る硬い磁石の特徴は、低コス
トであること及び結晶粒径が約１〜約１０個分の磁区の
太きを有することである。遷移金属−希土類金に１−ホ
ウ素系の硬い磁石及びその製法は、エヌ・シー・ターン
（Ｎ、Ｃ０１（００口）の米国特許第、ｉ、４０２，７
７０号「遷移金属とランタニドとの硬磁性合金」、エヌ
・シー・ターン（Ｎ、（：、Ｋｏｏｎ）の米国特許　第
４．４０９，０４３号「アモルファス遷移金属ランタニ
ド合金」、及び、ノエー・ノエー・フロート（Ｊ、Ｊ、
Ｃｒｏａｔ）　　の米国特許出願第４１４，９３６号に
対応する日本特許出願公開第５９−６４，７３９号「高
エネルギ積希土類−鉄磁石合金」及び、ノ工−・ノエー
・フロート（Ｊ　、　Ｊ　、　Ｃｒｏａｔ　　）の米国
特許出願第５０８，７６６号「高エネルギ積希土急−鉄
磁石合金」に記載されている。

遷移金属−希土類金属−ホウ素系の磁石合金を情意する
ためには、材料を溶融状態から急冷する必要がある。し
かし乍ら最高度の性能を得るためには、即ち高い保磁力
と大きい残留磁気と高いエネルギ積とを得るためには、
組成と急冷条件とを極めて゛清缶にコントロールしなけ
ればならない。

即ち、化学量論的割合と急冷との条件を極めて狭い範囲
内で制御する必要がある。更に、最適組成及び／又は急
冷条件β）ら極り咳かにずれたたびでも弱く硬い磁石が
形成されたり、又は軟磁性材料になってしまったりする
。

見掛けの化学→を論的組成をもつ材料は最小融点、組成
物例えば共析合金に近い。しかし乍ら、凝固しつつある
融液の特性は不変ではなく、共析組成に対する液体組成
の局所的なズレに大きく左右されると考えられる。従っ
て、急冷速度が遅過ぎると軟磁性材料となり、再溶融と
再鋳造とが必要になる。例えば、ターン等の米国特許第
４，４０２，７７０号及びフロートの米国特許出願第５
０８，２６６号の記載によれば、急冷速度が速過ぎると
弱い磁石になり、硬磁性形１歴組織を得るためには引続
きアニールする必要がある。

グーンとフロートとの両者とも、過急冷とバック・アニ
ールとを順次行な５２段階プロセスを推貸している。

急冷とパック・アニールとの２段階プロセスは、プロセ
ス・ノ耐うメータに対する磁性／ξミラメータ敏感さの
影響を回避できるが、製造段階の歳が増えるので経済的
負担が大きい。

発明の要約 本発明は、厳密なプロセスパラメータを要せずに製造さ
れ急冷のままでアニールを要しない微結晶性の硬い磁石
を提供する。本発明は更に、厳密なプロセス・パラメー
タを要せずに製造され引続きアニールすることが不要な
急冷非アニール微結晶性硬質磁石の製法を提供する。

好ましい実施態様によれば磁性材料は、（１ン　　鉄、
コバルト、ニッケル、マンガンの如き遷移金属及びその
混合物と、 （２）　　セリウム、ネオジム、プラセオジム及びその
混合物の如き希土類金属即ちランタニドと、（３）ホウ
素と、 （４）例えばアルミニウム、 アルミニウム−バナジウム、ジルコニウム及びジルコニ
ウム−ニオブから成る群から・丞択されｔ−急冷速度範
囲を拡大する量のガラス形成添加材とから成る溶融組成
物を間遠急冷して製造される。

特に好ましい実施態様によれば、急冷されたままの微結
晶性硬質磁石を形成するための磁性材料は、鉄とネオジ
ム又はプラセオジムとホウ素とアルミニウムとから成る
溶融組成物を高速急冷して製造される。この磁性材料を
用いて、急冷のままでアニールされない微結晶性硬質磁
石が製造される。

図面に基く以下の記載より本発明がより十分に理解され
よう。

共体別樺補会梅券 本発明による急冷のままの硬い磁性合金の特徴シよ、大
きな残留磁気と高いエネルギ積と高い保磁力と高い牛ユ
リ一温度とを併せ持つ形態組織を有すること、及び、上
記の特性を得るためにアニールが不要なことである。

好ましい組成は式　ＴＭｗＲＥｘＢｙＧｚ　　で示され
る。

ＴＭは、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン及びその混
合物のグループから選択される１種以上の遷移金属を示
す。好ましくは鉄が主要な遷移金属又は唯一の遷移金属
として使用される。鉄が唯一の遷移金属でない場合、鉄
は合金の遷移金属総含量の大部分を構成しており、一般
には磁性材料中に存在する全遷移金属の約７０原子チ以
上を構成している。即ち合金中の遷移金属が少量の不純
物を除い℃実質的に全て鉄から成るのが好ましいう組成
物の遷移金属総含量の３０原子係までのコバルト、ニッ
ケル及び／又はマンガンが任意に存在しても、有害な作
用は無く、時には付加的な効果が得られる。

ＲＥは１種以上の希土類金属を示す。１遣以上の希土類
金ｋｆ４は、セリウム、ネオジム、プラセオジム及びそ
の混合物から成るグループから選択された軽い希土類金
属である。

Ｂはホウ素を示す。

Ｇはアルミニウム、アルミニウム−バナジウム、ジルコ
ニウム、ジルコニウム−ニオブから成る群から選択され
た１１類の又は併用型の急冷速度の範囲を拡大するガラ
ス形成添加材を示す。成る種の併用ガラス形成材は相乗
的に相互作用すると考えられる。例えばアルミニウム−
バナジウム及びジルコニウム−ニオブがこの例であり、
この併用は好ましい。逆に成る種の併用ガラス形成材は
互いに逆に作用する。この例としてアルミニウムージル
コニウム、アルミニウムーニオブ、バナジウム−ジルコ
ニウム及びバナジウム−ニオブがある。

Ｗｌすなわち遷移金属の原子チは約６０〜約９２である
。Ｘ、すなわち希土類金属全体の原子チは約８〜約４０
である。ｙｌすなわちホウ素の原子チ）裏はぼ微量〜約
２０である。２、すなわち急冷速度の範囲を拡大する物
質の原子チは急冷速度範囲を拡大するガラス形成物質の
量である。ガラス形成物質の含量は一般に約１原子チよ
り大きく好ましくは約２原子チより大きいが、一般に約
１０原子チより小さい。

硬磁性は、ホウ素と遷移金属と希土類金属との相互作用
から生じる。ホウ素、遷移金属、希土類金属又はそれ以
外の合金構成成分のいずれかもしくは全部がガラス形成
材で部分置換されるので本発明の有利な処理方法を用い
ることが可能である。

ガラス形成材の存在にも関わらず、ホウ素の量は、遷移
金属と希土類金属とに相互作用し得るに十分な量でなけ
ればならないが、非磁性相を形成したり又は軟質合金も
しくは非磁性合金を生じる程に多量であってはならない
。更に、ホウ素の量は、有効な硬質磁石を生じ得ない程
に少量であってはならない。ホウ素の組成をこのような
範囲内に維持して、高い保磁力と大きな残留磁気と高い
エネルギ積をもつ磁性合金が形成される急冷速度の範囲
を拡大するようにガラス形成材を添加する。

本発明は更に、合金の形成方法を提供する。合金１ｉ、
硬い磁石を形成するための急速凝固法、即ち急冷法で形
成される。溶融金属を急冷する溶融紡糸法では急冷速ｅ
１ま（チル（冷却）ホイールの回転速度］ｘ（冷却ホイ
ールの半径〕Ｘπで示される。この積は、流出溶融金属
に対する線速度を示す。流出物の幾何学形波出物間の間
隔、静水頭及び融液温度が一定のとき、急冷速度は単調
であり冷却表面の線速度に対してほぼ比例する。０．５
〜１０４ンド／平方インチのヘッドをもつ口径０．２〜
２０順の開孔から１〜３０朋離間した直径２０インチの
銅張り冷却ホイールを用いた溶融紡糸機で冷却ホイール
速度として１０００ヒｐｍ　　ｆ５用いると線速度は１
．３２Ｘ１０３α／秒である。

急冷速度は０．５　Ｘ　１０５Ｃ／秒より大きく好まし
くは約Ｉ　Ｘ　１０５Ｃ／秒より大きい。特に好ましい
具体例では約１０Ｘ１０５　Ｃ／秒より大きい。

遷移金属−希土類金属−ホウ素の溶融組成物は、例えば
冷却ホイール速度の関数として示される保磁力が比較的
急峻な局部ｉ＆大値をもつ。冷却ホイール速【がピーク
保磁力に対応する冷却ホイール速度の１０チ増又は１０
％減になると保磁力はピーク値の３０％に低下する。こ
れと対照的に遷移金属−希土類金属−ホウ素−アルミニ
ウムの溶融組成物では、例えば保磁力を冷却ホイール速
度の関数として示すと保磁力は局部的な最大値はなだら
かであり、冷却ホイール速度をピーク保磁力に対応する
冷却ホイール速度の１０％増又は１０％減にしてもピー
ク値の８５〜９０チの保磁力が維持されており、冷却ホ
イール速度をピーク保磁力に対応する冷却ホイール速度
の２０％増又は２０−減にしてもピーク値の６０チの保
磁力が維持されている。本発明によれば、ａ移金属と希
土類金属とホウ素とガラス形成材との溶融組成物か、最
適の粒径をもつガラス質硬―性材料を形成する急冷速度
範囲内で急冷される。急冷で優られるよりも大きい粒径
が必要なときは、方法が急冷後のアニールを任意に含ん
でもよい。

磁性合金の成分材料が純ｔｙ　９９．９％、好ましくは
純度９９．９９％であるのが好ましい。

先駆物質、即ち、Ａ移金属と希土ＵＡ　＠Ｉｉとホウ素
と急冷速度の範囲拡大用のガラス形成物質とを不活性雰
囲気例えばアルゴン−ヘリウム雰囲気中で一緒に溶融す
る。実質的に均質な合金を得るために溶融−再溶融を数
回繰返してもよい。

実質的に均質な合金は、材料を高速急冷するための急冷
される表面に放出される。急冷表ａは高速移動する不活
性表面、即ち、溶ＩＩＩ！１１合金流出物に対して少く
とも約３００口／分の急冷速度で４励する表面であって
もよい。好ましくは高速移動する表面は、約３００α／
分好ましくは約１０００１／分以上で約５０００α／分
未満の４線速度を与えるような角速度で回転する滑らか
な鋼ホイールの如き高速回転する不活性な表面である。

本発明方法を以下の実施例により説明する。

実施例 ■　合金の作製 適当な構成成分を計量し実施例の合金を作製した。プラ
セオジムは表示純度９９．９９％のモートン・チオコー
ル・アルファ（Ｍ＋ｏｒｔｏｎ　’ｌ’ｈｉｏｋｏｌａ
ｌｆａ）　　プラセオジムである。ネオジムはリサーチ
・ケミカルズ・インコーホレーテッド（Ｒｅｓｅａｒｃ
ｈ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　Ｉｎｃ、）の表示純度９９９
チのネオジムである。ホウ素は表示純度９９．９％のモ
ートン・チオコール・アルファホウ素である。

アルミニウムは表示純度９９．９９％のアトランティッ
ク・エクィプメント（Ａｔｌａｎｔｉｃ　Ｅｑｕｉｐｍ
ｅｎｔ）のアルミニウムである。鉄は表示純度９９．９
９９チのアトランティック・二タイプメントの電解鉄で
ある。

上記成分を、外径１９ｍ５内径１７ｓｎの石英ルツボに
入れ、純アルゴン雰囲気の電気誘導炉で加熱しインゴッ
トを形成した。再溶融を繰返してインゴットを均質化し
た。

■急冷 底部にオリフィスをもつアルビン与圧石英ルツボで急冷
を実施した。オリフィスを移動する冷却表面即ち直径豹
４５　ｔｘ　（２０インチ）の回転鋼ホイールから鉛直
方向に離間させて配置した。溶融金属をオリフィスから
銅張り冷却ホイールに射出した。

ルツボをアルゴンで置換した。次に、均質インゴットの
一部をルツボに入れ、ルツボを誘導炉で加熱した。イン
ゴットが溶融すると、溶融組成物を高速回転する銅張り
冷却ホイールに射出した。

薄いリボンを回収した。

■磁化 試料振ｗＪ型磁力計を用いて磁化を測定した。標準Ｎ、
Ｂ、Ｓ、　ニッケルメ球サンプルで磁力計を較正した。

実施例　ｌ ＦｅＢ２８６　Ｐｒ１２のサンプルとＦｅ７９　Ｂ６　
Ｐｒ１１　、ＳＡら、５　のサンプルとを怖製し、急冷
し、上記の如くテストして以下の結果を得た。

組　　成　　　　　　　　ＦｅＢ２　Ｂ６　Ｐｒ１２　
　　　Ｆｅ７ｐ　８６　ｐｒｌｌ　、５）Ｊｔ５６実施
例　２ Ｆｅ７９８６Ｎｄ１５　のサンプルとＦｅ７７　Ｂ６Ｎ
ｄ１５ＡＮ、２のサンプルとを作製し急冷し、上記の如
くテストした。第２図にグラフで示す以下の結果が得ら
れた。

組成　　　Ｆｅ７？　Ｂ６Ｎｄ１５　　Ｆｅ７７　Ｂ６
Ｎｄ１５　Ａ１２本発明を好ましい実施態様及び実施例
に関して上記に説明したが、本発明はこれらの記載によ
っては限定されないことは理解されよ５゜オノムー鉄−
ホウ素−アルミニウム合金との急冷のままのエネルギ積
を示すグラフ、第２図！ま、ｆＩｈオジム−鉄−ホウ素
合金とネオジム−鉄〜ホウ素−アルミニウム合金との急
冷のままのエネルギ積を示すグラフである。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）鉄、コバルト、ニッケル、マンガン及びそ
   の混合物から成る群から選択された遷移金属と、 （ｂ）プラセオジム、ネオジム及びその混合物から成る
   群から選択されたランタニドと、（ｃ）ホウ素と、 を含有する硬磁性材料であり、該硬磁性材料が、急冷速
   度の範囲を拡大する量のガラス形成添加材を含有してお
   り、前記ガラス形成添加材がアルミニウム、アルミニウ
   ム−バナジウム、ジルコニウム及びジルコニウム−ニオ
   ブから成る群から選択されている硬磁性材料。
2. （２）遷移金属が鉄である特許請求の範囲第１項に記載
   の硬磁性材料。
3. （３）ガラス形成添加材がアルミニウムである特許請求
   の範囲第１項に記載の硬磁性材料。
4. （４）アルミニウム含有量が約２〜約１０原子％である
   特許請求の範囲第３項に記載の硬磁性材料。
5. （５）前記の合金が約８〜約４０原子％のランタニドと
   約２〜１０原子％のアルミニウムと約２０チまでのホウ
   素とを含有しており、残部が鉄から成る特許請求の範囲
   第４項に記載の硬磁性合金。
6. （６）［１］（ａ）鉄、コバルト、ニッケル、マンガン
   及びその混合物から成る群から選択された遷移金属と、 （ｂ）プラセオジム、ネオジム及びその混 合物から成る群から選択されたランタニドと、（ｃ）ホ
   ウ素と、 （ｄ）アルミニウム、アルミニウム−バナ ジウム、ジルコニウム及びジルコニウム−ニオブからな
   る群から選択されており急冷速度の範囲を拡大する量の
   ガラス形成添加材とから成る溶融組成物を形成し、 ［２］ガラス状硬磁性材料を形成するような急冷速度範
   囲内で前記溶融組成物を急冷する特許請求の範囲第１項
   に記載のガラス状硬磁性材料の形成方法。
7. （７）遷移金属が鉄である特許請求の範囲第６項に記載
   の方法。
8. （８）ガラス形成添加材がアルミニウムである特許請求
   の範囲第６項に記載の方法。
9. （９）アルミニウム含有量が約２〜約１０原子％である
   特許請求の範囲第８項に記載の方法。
10. （１０）前記の硬磁性合金が約８〜約４０原子％のラン
    タニドと約２０原子％までのホウ素と約２〜１０原子％
    のアルミニウムとを含有しており、残部が鉄から成る特
    許請求の範囲第９項に記載の方法。
11. （１１）溶融組成物を冷却表面で急冷するステップを含
    む特許請求の範囲第６項に記載の方法。
12. （１２）溶融組成物を冷却表面に放出するステップを含
    む特許請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. （１３）冷却表面が溶融組成物に対して移動する特許請
    求の範囲第１２項に記載の方法。