JPS62222019A - 永久磁石材料の製造方法 - 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】 利用産業分野 この発明は、Ｆｉｌ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の製造方法
に係り、特に、原料粉末を流動性、Ｗｌ送性等の粉末特
性のすぐれた粉末となし、これを成形。

焼結して、磁石特性がすぐれ、がっ、ばらつきのないＦ
ａ　　Ｂ−Ｒ系永久磁石材料を安定して得る製造方法に
関する。

背景技術 現在、高磁気特性でかつ安価な永久磁石材料が求められ
、ざらに資源的に豊富で、今後の安定供給が可能な組成
元素からなる永久磁石材料が切望されており、本出願人
は先に、高価な論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開昭５９−
４６００８号、特開昭５９−６４７３３＠、特開昭５９
−８９４０１号、特開昭５９−１３２１０４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、「ｅを主成分として２０ＭＧＯｓ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。

上記の新規なＦｅ　−Ｂ　−Ｒ系、Ｆｅ　　Ｃｏ　　Ｂ
　　Ｒ系永久磁石材料を、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
、例えば、以下の工程により製造される。

■出発原料として、希土類金属、電解鉄、フェロボロン
合金あるいはざらに電解６を高周波溶解して鋳塊を鋳造
する。

■鋳塊をスタンプミルにより粗粉砕後、ボールミルによ
り湿式粉砕して、１．５Ａｔｍ〜１０虜の微細粉原料粉
末とする。

■磁界中配向にて成型する。

■真空中にて焼結後放冷する。

■Ａｒ雰囲気中にて時効処理する。

あるいは、 ■希土類酸化物のうち少なくとも１種、鉄粉及び純ボロ
ン粉、フェロボロン粉及び硼素酸化物のうち少なくとも
１種あるいは上記構成元素の合金粉または混合酸化物を
所要組成に配合した混合粉に、金ＪｌＣａ及びＣａＣｌ
２を混合して、不活性ガス雰囲気中にて、還元拡散を行
なって得られた反応生成物をスラリー化し、水処理する
。

■前記処理物をボールミルにより、０．５１１ｍ〜５Ａ
Ｉｍの微細粉にし、原お１粉末とする。

■磁界中配向にて成型する。

■真空中にて焼結後放冷する。

■Ａｒ雰囲気中にて時効処理する。

上述の如く、鋳塊粉砕原１１粉及びＣａ還元原料粉のい
ずれも粉末粒度が数ρ程度の微細粉末であるため、上記
■工程の磁化中配向成型の際に、成形ダイス空間部への
原料粉末の給粉性が悪く、プレス能率が低下し、また低
流動性のため、プレス単位当り型組のばらつきが発生し
易く、焼結体の寸法的ばらつき及び割れや亀裂等を生じ
易い問題があり、さらには、粉末の搬送性が悪く、給粉
の自動化が困難で、プレス生産性、省力化向上を阻害す
る問題がめった。

そこで、出願人は、先に、かかる問題を解決するため、
粉砕微粉末をｉａ磁場中て加圧し、加圧体を所要の粉末
粒径に破砕整粒後、該整粒粉を所要形状寸法に磁場中成
形し、その後焼結、時効処理する永久磁石の製造方法を
提案（特願昭６０−１９０５０号）した。

前記製造方法により得られた原料粉末は、すぐれた粉末
特性を有し、プレス時のダイス空間への給粉性が改善さ
れ、プレス能率の向上に多大の効果を有するが、磁場中
加圧体を特定粒径に破砕整粒するため、原料粉末の配向
の乱れにより、得られる永久磁石の磁石特性にばらつき
を生じ易い問題があった。

発明の目的 この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする本出願
人提案の永久磁石材料の製造において、原お１粉末の粉
末特性に基づく、プレス能率の低下や製品品質の低下を
解消でき、ばらつきがなく、かつ、すぐれた磁石特性の
Ｆｅ　　Ｂ　　Ｒ系永久磁石材料を安定して得ることが
できる製造方法を目的としている。

発明の構成と効果 発明者らは、原料粉末の流動性及び搬送性等の粉末特性
と共に安定した磁石特性を有する永久磁石材料を得る方
法について種々検討した結果、前記した鋳塊粉砕法ある
いはＣａ還元法により得られた微粉砕粉を、特定磁界中
にて加圧し、この加圧成形体を特定粒径範囲に破砕整粒
して原おｌ粉末となし、これをダイス等の密封容器内に
収容し、交流磁界内にて解砕し、この解砕粉を前述した
従来工程で、磁場中成形、焼結、磁石化することにより
、従来工程で得られた永久磁石材料と同等以上の特性を
有する永久磁石材料が安定して得られ、また、該解砕原
料粉末がすぐれた粉末特性を有することから、プレス能
率が向上、製造上の磁石特性、形状１寸法的ばらつきが
減少し、製品歩留向上に多大の効果を有することを知見
した。

すなわち、この発明は、 Ｒ（Ｒは陶、　Ｐｒ、　ｈ、　Ｈｏ、　Ｔｂのうち少な
くとも１種あるいはさらに、Ｌａ、　Ｃｏ、　Ｓｍ、　
Ｇｄ、　Ｅｒ、　ＥＩＪ、　Ｔｌ１ｌ。

Ｙｂ、　Ｌｕ、　Ｙのうち少なくとも１種からなる）１
０原子％〜３０原子％、 Ｂ２原子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８０原子％、 を主成分とする粉砕微粉末を磁場中にて加圧し、加圧体
を粉末粒径０．１〜３ｍｍに破砕整粒後、ダイス等の密
封容器内に上記整粒粉を収容し、交流磁界中で解砕した
俊、 久磁石材料の製造方法である。

上記のこの発明による製造方法で得られる永久磁石材料
は、平均結晶粒径が１〜８０．ｇｍ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
徴とし、ＲとしてＭ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、Ｆｅ、Ｂ、Ｒ，を主成
分とすることにより、２０ＭＧＯａ以上の極めて高いエ
ネルギー積並びに、高残沼磁束密度、高保磁力を有した
Ｆｓ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料を安価に得ることができる
。

発明の好ましい実施態様 この発明による製造方法は、まず、出発原料として、希
土類金属、電解鉄、フェロボロン合金あるいはさらに電
解らを高周波溶解して鋳塊を鋳造し、この鋳塊をスタン
プミルにより粗粉砕後、ボールミルにより湿式粉砕して
、微粉砕粉末を得る。

あるいは、希土類酸化物のうち少なくとも１種、鉄粉及
び純ボロン粉、フェロボロン粉及び硼素酸化物のうち少
なくとも１種あるいは上記構成元素の合金粉または混合
酸化物を所要組成に配合した混合粉に、金属Ｃａ及びＣ
ａＣＮ２を混合して、不活性ガス雰囲気中にて、還元拡
散を行なって得られた反応生成物をスラリー化し、水処
理し、この処理物をボールミルにより、微粉砕粉末を得
る。

上記の微粉砕粉を原料とし、造粒粉内の結晶粒を特定方
向に揃えるため、８　ｋｏｅ〜２０　ｋｏｅの磁界中で
、プレス圧力ｏ、ｓｔ、ｇ〜３．Ｏｔ、Ｊにて、例えば
、一対のロールにて加圧するか、あるいは通常の磁界中
プレス装置を用いて成形し、その１麦、該成型体を破砕
機にて、破砕整粒して、粉末粒径を０．１ｍｍ〜３ｍｍ
の範囲内に揃える。

その後、前記の整粒粉をダイス等の密封容器内に収容し
、１００００ａ〜１０００００ｅの交流磁界中で、該整
粒粉を解砕する。

得られた解砕粉末を、前述した粉末冶金的製造工程、例
えば、磁界中配向にて所要形状１寸法に成型した１麦、
真空中にて焼結後放冷し、さらに、Ａｒ雰囲気中にて時
効処理する工程を経て永久磁石材料を得る。

この発明において、破砕整粒前の磁場中加圧条件におけ
る磁界は、８　ｋＯａ未満では、粉末の配向性が充分で
なく、磁石特性の低下を生じ好ましくなく、また、２０
　ｋｏａを越えると製造上の設備コストが嵩む問題を生
じ好ましくない。

また、プレス圧力は、０．５ｔ４未満では充分な強度を
有する整粒粉が得られず、粉末特性の改善を計ることが
できないため好ましくなく、また、３．０１着を越える
とロールやダイス、パンチの摩耗がはなはだしく、連続
作業が困難となるため好ましくない。

この発明において破砕整粒粉の粒度は、０．１ｍｍ未満
では、流動性の低下の問題があり好ましくなく、また、
３ｍｍを越えると、小物のプレスにおいて、給粉時のプ
レス単位当り重量のばらつきを生じるため好ましくなく
、整粒粉の粒度は、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍとし、好ま
しくは０．３ｍｍから０．８ｍｍの粒度である。

この発明の特徴である上記整粒粉の解砕は、ダイス等の
密封容器内に収容された整粒粉が、交流磁界中にて、相
互に移動運動及び回転運動して摩擦、衝突を繰り返すこ
とにより、その配向を乱すことなく、解砕される。

解砕時の交流磁場は、１００００ａ未満では、所要粒度
に解砕するのに長時間を要して好ましくなく、また、１
０００００ｓを越えると磁界発生装置が大型化して、設
備に多大の費用を要するため、１０００〜１０００００
ｓの範囲が好ましく、解砕時間は１分以下が望ましい。

また、この発明において、前記解砕原料粉を、所要形状
２寸法に磁場中成形する際の１ｓ場条件は、７　ｋｏａ
〜２０　ｋｏａが好ましく、プレス条件は、９．５ｔ６
〜８　ｔ４が好ましい。

また、焼結における温度条件は９００’Ｃ〜１２００℃
が好ましく、ざらに好ましくは、１０００℃〜１１００
’Ｃで、時間は３０分から８時間が好ましい。９００’
Ｑ未満では、焼結磁石体として充分な強度が得られず、
１２００’Ｃを越えると、焼結体が変形し、配向が崩れ
、磁束密度の低下、角型性の低下を招来し、また結晶粒
の粗大化が進行して保磁力を低下するため好ましくない
。

また、この発明において、磁石材料の残留磁束密度、保
磁力、減磁曲線の角型性を改善向上させるため、３５０
℃〜焼結温度の時効処理することが好ましい。時効処理
温度が３５０℃未満では拡散速度低下のため効果がなく
、焼結温度を越えると再焼結が起り過焼結となる。

ざらには、時効処理温度は４５０℃〜８００℃の範囲が
好ましく、また、時効処理時間は５分〜４０時間が好ま
しい。５分未満では時効処理効果が少なく、得られる磁
石材料の磁石特性のばらつきが大きくなり、４０時間を
越えると工業的に長時間を要しすぎ実用的でない。磁石
特性の好ましい発現と実用的な面から時効処理時間は３
０分から８時間が好ましい。また、時効処理は２段以上
の多段時効処理を用いることもできる。

また、多段時効処理に代えて、４００℃〜１０００’Ｃ
の時効処理温度から室温までを空冷めるいは水冷などの
冷却方法で、０．２°Ｃ／ｍｉｎ　〜２０’Ｃ／ｍｉｎ
の冷却速度で冷却する方法によっても、上記時効処理と
同等の磁石特性を有する永久磁石材料を得ることができ
る。

永久磁石材お１用原料粉末の成分限定理由この発明の永
久磁石材おｌ川原お１粉末に用いる希土類元素Ｒは、組
成の１０原子％〜２４原子％を占めるが、陶、Ｐｒ、〜
、Ｈｏ、Ｔｂのうち少なくとも１種、あるいはざらに、
Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｓｍ、　Ｃｄ、　Ｅｒ、　Ｅｕ、　Ｔ
ｍ。

Ｙｂ、　１０．　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（好ましくはＮｄ、Ｐｒ。

Ｄν、Ｈｏ、Ｔｂ等）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。

また、主相を構成するＲ中の５ＴＩＩＩ　Ｌ！はできる
だＣプ少ないほうが好ましく、例えば、Ｓｍは、１原子
％以下、ざらに好ましくは０．５原子％以下である。

また、温度特性の向上のためには、Ｒ混合系として、ｍ
、　Ｐｒ、または、これらに０．００５原子％〜５原子
％、好ましくは０．２原子％〜３原子％のＮ。

Ｈｏ、Ｔｂ等の組み合せが望ましい。

さらに、特性、コスト、資源的観点から、Ｒとしては、
陶、Ｐｒが、全Ｒの５０％以上、ざらには８０％以上で
あることが好ましい。

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用原料粉末における、
必須元素でめって、１０原子％未満では、結晶構造がα
−鉄と同一構造の立方晶組織が析出するため、高磁気特
性、特に高保磁力が得られず、３０［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（Ｓｒ）
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用原料粉末にお１ブ
る、必須元素であって、２原子％未満では、菱面体ＭＡ
造が１相となり、高い保磁力（ｉＨＣ）は得られず、２
８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（Ｓｒ）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材、１′＋ｌ川原料粉末
において、必須元素でおり、６５原子％未満では残留磁
束密度（Ｂｒ）が低下し、８０原子％を越えると、高い
保磁力が１ｑられないので、Ｆｅ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お１用原′１１粉末に
おいて、Ｆｅの一部をらて置換することは、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。巳の
原子比率がＦｅとＣｏの合計凹で５％・〜１５％の場合
は、（Ｂｒ）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材料は、Ｒ，Ｂ。

Ｆ８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Ｃ１２，０原子
％以下のＰ、２、Ｏ原子％以下のＳ、　　２．０原子％
以下のＣｕのうち少なくとも１種、合計量で２．０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、ＲＢ　−
Ｆｅ系永久磁石材お１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。

５．０原子％以下のＡ１．３．０原子％以下の１１１５
．５原子％以下のＶ、４．５原子％以下のｃｒ、５．０
原子％以下のＮｎ、５．０原子％以下のＢｉ、９、Ｏ原
子％以下のＮｂ、７．０原子％以下の丁ａ、５．２原子
％以下の）ｔｏ、　　５．０原子％以下の臀。

１．０原子％以下のｓｂ、３．５原子％以下のＧｅ、１
．５原子％以下のＳ眠　３．３原子％以下のＺｒ、Ｂ、
Ｏ原子％以下のＮｉ、５．０原子％以下の５ｉ１１．１
原子％以下のＺｎ、３．３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８有する場合
は、その最大含有子は当該添加元素のうち最大値を有す
るものの原子％以下の含有ざＵることにより、永久磁石
の高保磁力化が可能になる。なお、添加母の上限は、磁
石材わ１の（Ｂｔｌ）ｍａｘを２０８ＧＯｅ以上とする
には、（Ｂｒ）が少なくとも９ｋＧ以上必要となるため
、該条件を満す範囲とした。

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材お１は、ｉａ揚場中レス成
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磁石材料は、保磁力ｉ　ＩＩｃ≧１
　ｋｏａ、残留磁束密度Ｂｒ＞　４　ｋＧ、を示し、最
大エネルギー積（Ｂｔｌ　）ｍａｘは、２０８ＧＯａ以
上を示し、好ましい組成範囲では、最大値は２５８ＧＯ
ａ以上に達する。

また、この発明の永久磁石材料用原料粉末のＲの主成分
がその５０％以上を陶及び円を主とする軽希土類金属が
占める場合で、Ｒ１２原子％〜１５原子％、Ｂ６原子％
〜９原子％、Ｆ８７８原子％〜８０原子％、の組成範囲
のとき、（８旧ｍａＸ　３５８ＧＯｅ以上のすぐれた磁
気特性を示し、特に軽希土類金属がＭの場合には、その
最大値が４５８ＧＯａ以上に達する。

実施例 実施例１ 出発原おｌとして、純度９９．９％の電解鉄、フェロボ
ロン合金、純度９９．７％以上の陶及びＮを使用し、こ
れらを配合復高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳造し
、１４．５Ｎｄ　７Ｂ　０．５Ｄｙ７８Ｆｅ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’３．０ｕ
ｍの微粉末を得た。

この微粉末を磁界中プレス装置にて、１０　ｋｏａの磁
界中で配向し、１．５ｔ、Ｊの圧力で加圧成形して、１
００ｍｍＸ　６０ｍｍＸ　５０ｍｍ寸法の成型体となし
た。

得られた加圧体を、整粒機により、粉末粒径０．４ｍｍ
〜０．６ｍｍ“どなるよう破砕整粒した。

上記の整粒粉を、１５ｎ＋ｍＸ　２０ｍｍＸ　２０ｍｍ
寸法のダイス内に装入したのち、上下パンチにてダイス
内空間に密閉し、４００００ｅの交流磁界を、５秒間印
加して、該整粒粉を解砕した。

この解砕粉末を同一の金型に装入し、１２　ｋｏａの磁
界中で配向し、磁界に水平方向に、２　ｔＪの圧力で成
形して、１５ｍｍＸ２０ｍｍＸ　１２ｍ１Ｔ１寸法の成
型体となした。

得られた成形体を、１０８０℃、１．５時間、Ａｒ雰囲
気中、の条件で焼結し、さらに、Ａｒ雰囲気中で、８０
０°Ｃ，１時間と６３０’Ｃ，１，５時間の２段時効処
理した。

得られた永久磁石材料の磁石特性を測定し、その結果を
プレス能率と共に第１表に示ず。

なお、第１表の比較例は、前述したｖｉｉ場中湯中体を
特定粒度に整粒した粉を原料粉末とし、これをそのまま
ダイス内に入れ、磁界中成形し、焼結後時効処理を施し
た永久磁石材料であり、他の製造条件は本発明例と同一
でおる。

第１表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｒ（ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、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、Ｌｕ、Ｙのうち少なくとも１種か
   らなる）１０原子％〜３０原子％、 Ｂ２原子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８０原子％、 を主成分とする粉砕微粉末を磁場中にて加圧し、加圧体
   を粉末粒径０．１〜３ｍｍに破砕整粒後、密封容器内に
   上記整粒粉を収容し、交流磁界中で解砕した後、 該解砕粉を所要形状寸法に磁場中成形し、 その後焼結して永久磁石を得ることを特徴とする永久磁
   石材料の製造方法。