JPS63107009A - 永久磁石の製造方法 - Google Patents

永久磁石の製造方法

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JPS63107009A
JPS63107009A JP62104624A JP10462487A JPS63107009A JP S63107009 A JPS63107009 A JP S63107009A JP 62104624 A JP62104624 A JP 62104624A JP 10462487 A JP10462487 A JP 10462487A JP S63107009 A JPS63107009 A JP S63107009A
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、希土類、鉄及びボロンを基本成分とする永久
磁石の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 永久磁石は、一般家庭の各種電気製品から大型コンピュ
ーターの周辺端末機器まで幅広い分野で使用されている
重要な電気、電子材料の一つである。
最近の電気製品の小型化、高効率化の要求にともない、
永久磁石も益々高性能化が求められている。現在使用さ
れている永久磁石のうち代表的なものはアルニコ、ハー
ドフェライト及び希土類−遷移金属系磁石である。特に
希土類−遷移金属系磁石であるR−Co系永久磁石やR
−Fe−B系永久磁石は、高い磁気性能が得られるので
従来から多くの研究開発が成されている。
従来、これらR−Fe−B系永久磁石の製造方法に関し
ては以下の文献に示すような方法がある。
(1)粉末冶金法に基づく焼結による方法。
(文献12文献2) (2)アモルファス合金を製造するに用いる急冷薄帯製
造装置で、厚さ30μm程度の急冷薄片を作り、その薄
片を樹脂結合法で磁石にするメルトスピニング法による
急冷薄片を用いた樹脂結合方法。(文献31文献4) (3)上記(2)の方法で使用した急冷薄片を2段階の
ホットプレス法で機械的配向処理を行う方法。(文献4
1文献5) ここで、 文献1:特開昭59−46008号公報;文献2 : 
M、Sagawa、 S、Fujlmura、 N、T
ogava、 tl。
YaIIlaioto and Y、Matsuura
;J、Appl、Phys、Vol、55(8B5Ma
roh 1984.p2083゜文献3:特開昭59−
211549号公報;文献4 : R,W、Lee:A
ppl、Phys、Lett、 Vol、4B(8) 
15 April 1985.p790;文献5:特開
昭80−100402号公報次に上記の従来方法につい
て説明する。
先ず(1)の焼結法では、溶解、鋳造により合金インゴ
ットを作製し、粉砕して適当な粒度(数μm)の磁石粉
を得る。磁石粉は成形助剤のバインダーと混練され、磁
場中でプレス成形されて成形体が出来上がる。成形体は
アルゴン中で1100℃前後の温度で1時間焼結され、
その後室温まで急冷される。焼結後、600℃前後の温
度で熱処理することにより更に保磁力を向上させる。
(2)のメルトスピニング法による急冷薄片を用いた樹
脂結合方法では、先ず急冷薄帯製造装置の最適な回転数
でR−Fe−B合金の急冷薄帯を作る。得られた厚さ3
0μmのリボン状薄帯は、直径が1000Å以下の結晶
の集合体であり、脆くて割れ易く、結晶粒は等方向に分
布しているので、磁気的にも等方性である。この薄帯を
適当な粒度に粉砕して、樹脂と混練してプレス成形すれ
ば7ton/C−程度の圧力で、約85体積%の充填が
可能となる。
(3)の製造方法は、始めにリボン状の急冷薄帯あるい
は薄帯の片を、真空中あるいは不活性雰囲気中で約70
0℃で予備加熱したグラファイトあるいは他の耐熱用の
プレス型に入れる。該リボンが所望の温度に到達した時
−軸性の圧力が加えられる。温度、時間は特定しないが
、充分な塑性が出る条件としてT−725±25℃、圧
力はP −1,4ton/cd程度が適している。この
段階では磁石は僅かにプレス方向に配向しているとは言
え、全体的には等方性である。次のホットプレスは、大
面積を存する型で行なわれる。最も一般的には、700
℃で0.7ton/ c−で数秒間プレスする。すると
試料は最初の厚みの1/2になりプレス方向と平行に配
向して、合金は異方性化する。これらの工程による方法
は二段階ホットプレス法と呼ばれている。この方法で緻
密で異方性を有するR−Fe−B磁石を得るものである
尚、最初のメルトスピニング法で作られるリボン薄帯の
結晶粒は、それが最大の保磁力を示す時の粒径よりも小
さめにしておき、後のホットプレス中に結晶粒の粗大化
が生じて最適の粒径になるようにしておく。
しかし、この方法では高温例えば800℃以上では結晶
粒の粗大化が著しく、それによって保持力iHcが極端
に低下し、実用的な永久磁石にはならない。
[発明が解決しようとする問題点] 叙上の従来技術で一応R−Fe−B系磁石は製造出来る
が、これらの製造方法には次の如き欠点を有している。
(1)の焼結法は、合金を粉末にするのが必須であるが
、R−Fe−B系合金は大変酸素に対して活性であるの
で、粉末化すると余計酸化が激しくなり、焼結体中の酸
素濃度はどうしても高くなってしまう。又粉末を成形す
るときに、例えばステアリン酸亜鉛のような成形助剤を
使用しなければならず、これは焼結工程で前もって取り
除かれるのであるが、数刻は磁石体の中に炭素の形で残
ってしまう。この炭素は著しくR−Fe−Bの磁気性能
を低下させ好ましくない。
成形助剤を加えてプレス成形した後の成形体はグリーン
体と言われる。これは大変脆く、ハンドリングが難しい
。従って焼結炉にきれいに並べて入れるのには、相当の
手間が掛かることも大きな欠点である。
これらの欠点があるので、一般的に言ってR−Fe−B
系の焼結磁石の製造には、高価な設備が必要になるばか
りでなく、生産効率が悪く、結局磁石の製造コストが高
くなってしまう。従って、比較的原料費の安いR−Fe
−B系磁石の長所を活かすことが出来る方法とは言い難
い。
次に(2)並びに(3)の方法は、真空メルトスピニン
グ装置を使用するがこの装置は現在では、大変生産性が
悪くしかも高価である。
(2)の方法では原理的に等方性であるので低エネルギ
ー積であり、ヒステリシスループの角形性もよくないの
で温度特性に対しても、使用する面においても不利であ
る。
(3)の方法は、ホットプレスを二段階に使うというユ
ニークな方法であるが、実際に量産を考えると大変非効
率になることは否めないであろう。
更にこの方法では、高温例えば800℃以上では結晶粒
の粗大化が著しく、それによって保磁力iHcが極端に
低下し、実用的な永久磁石にはならない。
本発明は、以上の従来技術の欠点を解決するものであり
、その目的とするところは鋳造法をベースの工程とし熱
間加工を併用することにより高性能且つ低コストな希土
類−鉄系永久磁石の製造方法を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明の永久磁石の製造方法の第1は、希土類元素、鉄
及びボロンを基本成分とする磁石の製造方法において、
少なくとも、前記基本成分からなる合金を溶解及び鋳造
する工程、鋳造後熱間加工する工程とからなることを特
徴とする永久磁石の製造方法であり、第2の方法は、第
1の方法の鋳造後熱間加工する工程に次いで熱処理する
工程を付加したことを特徴とする永久磁石の製造方法で
あり、第3の方法は、第1の方法の鋳造後の熱間加工す
る工程の後、続いて熱処理後鋳造合金に水素を吸蔵させ
粉砕する工程と、次いで粉砕された合金の粉末をを機バ
インダーと共に混練し加圧成型する工程とからなること
を特徴とする永久磁石の製造方法である。
[作用] 前記のように希土類−鉄系磁石の製造方法である焼結法
、急冷法は夫々粉砕による粉末管理の困難さ、生産性の
悪さといった大きな欠点を有している。
本発明者等は、これらの欠点を改良するため、バルク状
態での磁石化の研究に着手し、先ず前記希土類元素、鉄
及びボロンを基本成分とする磁石の組成域で熱間加工に
よる異方化が出来、更にこの鋳造インゴットを熱処理後
、水素粉砕によって粉末化し、有機物バインダーと混線
硬化させて樹脂結合型磁石を得ることが出来ることを知
見した。
この方法における熱間加工による異方化は、前記文献4
に示すような急冷法のような2段階でなく、1段階のみ
でよく、バルクのまま加工出来るので生産性は著しく高
い。また鋳造インゴットを粉砕する必要がないので、焼
結法はどの厳密な雰囲気管理を行う必要はなく、設備費
が大きく低減される。
更に樹脂結合磁石においても、急冷法によった磁石のよ
うに原理的に等方性であるといった問題点がなく、異方
性の樹脂結合磁石が得られ、R−Fe−B磁石の高性能
、低コストという特徴を生かすことが出来る。
バルク状態で磁石化するという研究(文献6)は、Nd
   Fe   Co   V   B   とい1B
、2  50.7  22.8 1.3 9.2う組成
でのアルゴンガス吹付は大気中溶解で吸い上げた小型サ
ンプルによる試験であり、これは少量採取による急冷の
効果が出たものと考えられる。
文献6:三保広晃他(日本金属学界、昭和60年度秋期
講演会、講演番号(544) この組成では、通常の鋳造では主相であるNd2 F 
614B相が粗大化してしまい少々の塑性加工では良好
な磁気特性は得られない。
従来のR−Fe−B系磁石の組成は、文献2に示される
ようなR15Fe77B8が最適とされていた。
この組成は主相R2Fe14B化合物を原子百分率にし
た組成RFe   B   に比してRoll、7  
 B2.4 5.9 Bに富む側に移行している。このことは保磁力を得るた
めには、主相のみでなくRリッチ相、Bリッチ相という
非磁性相が必要であるという点から説明されている。
ところが本発明による組成では逆にBが少ない側に移行
したところに保磁力のピーク値が存在する。この組成域
では、焼結法の場合、保磁力が激減するので、これまで
あまり問題にされていなかった。しかし通常の鋳造法で
は高い保磁力は得られないが熱間加工を施すことによっ
て高い保磁力が得られる。
これらの点は以下のように考えられる。先ず焼結法を用
いても鋳造法を用いても、保磁力機構そのものはntJ
cleatiorl modelに従っている。これは
、両者の初磁化曲線がS m Co 5のように急峻な
立上がりを示すことかられかる。このタイプの磁石の保
磁力は基本的には単磁区モデルによっている。
即ちこの場合、大きな結晶磁気異方性を有するR2Fe
14B化合物が、大きすぎると粒内に磁壁を有するよう
になるため、磁化の反転は磁壁の移動によって容易に起
きて、保磁力は小さい。
一方、粒子が小さくなって、ある寸法以下になると、粒
子内に磁壁を有さなくなり、磁化の反転は回転のみによ
って進行するため、保磁力は大きくなる。
つまり適切な保磁力を得るためにはRF e 14B相
が適切な粒径を有することが必要である。この粒径とし
ては10μm前後が適当であり、焼結タイプの場合は、
焼結前の粉末粒度の調整によって粒径を適合させること
が出来る。
ところが鋳造法と熱間加工法とを組合わせた場合、R2
F 814B化合物の結晶の大きさは先ず初めに溶湯か
ら凝固する段階で決定されるが、熱間加工によって結晶
が微細化されるので、磁石の最終の結晶の大きさは熱間
加工の処理条件を選定することによって調節出来、十分
な保磁力を作り出すことが出来る。
次に、樹脂結合化であるが前記文献4の急冷法でも確か
に樹脂結合磁石は作成出来る。
しかし、急冷法で作成される粉末は、直径が1000Å
以下の多結晶が等方向に集合したものであるため磁気的
にも等方性であり、異方性磁石は作成出来ず、R−Fe
−B系の低コスト、高性能という特徴が生かせない。水
系の場合、水素粉砕によって機械的な歪みの小さな粉砕
を行えば、保持力がかなり維持出来るので樹脂結合化を
行なえる。この方法の最大のメリットは、文献4と異な
り、異方性磁石の作成が可能な点にある。
以下、本発明による永久磁石の好ましい組成範囲につい
て説明する。
希土類元素としては、Y、La、Ce、Pr。
Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、t(o、Er、
Tm、Yb、Luが候補として挙げられ、これらのうち
の1種あるいは2種以上を組合わせて用いられる。最も
高い磁気性能はPrで得られる。
従って実用的にはPr、Pr−Nd合金、Ce−Pr−
Nd合金等が用いられる。また少;の添加元素、例えば
重希土元素のDY、Tb等やAI。
Mo、Si等は保磁力の向上に有効である。
R−Fe−B系磁石の主相はR2Fe14Bである。従
ってRが8原子96未満では、もはや上記化合物を形成
せずα−鉄と同一構造の立方晶組織となるため高磁気特
性は得られない。一方Rが30原子%を越えると非磁性
のRリッチ相が多くなり磁気特性は著しく低下する。よ
ってRの範囲は8〜30原子%が適当である。しかし鋳
造磁石とするため、好ましくはR8〜25原子%が適当
である。
Bは、R2Fe14B相を形成するための必須元素であ
り、2原子%未満では菱面体のR−Fe系になるため高
保磁力は望めない。また28原子%を越えるとBに富む
非磁性相が多くなり、残留磁束密度は著しく低下してく
る。しかし鋳造磁石としては好ましくはB88原子以下
がよく、それ以上では特殊な冷却を施さないかぎり、微
細なR2F e 14B相を得ることが出来ず、保磁力
は小さい。
Coは水系磁石のキュリ一点を増加させるのにを効な元
素であり、基本的にFeのサイトを置換しR2F 81
4Bを形成するのだが、この化合物は結晶異方性磁界が
小さく、その量が増すにつれて磁石全体としての保磁力
は小さくなる。そのため永久磁石として考えられるIK
Oe以上の保磁力を与えるには50原子%以内がよい。
Alは、保持力の増大効果を示す。(文献7:Zhan
g Maocai他:Proceedlngsofth
e 8th Internatlonal Works
hop on Rare−Farth Magnets
、 1985.pこの文献7は焼結磁石に対する効果を
示したものであるが、その効果は鋳造磁石でも同様に存
在する。しかしAIは非磁性元素であるため、その添加
量を増すと残留磁束密度が低下し、15原子%を越える
とハードフェライト以下の残留磁束密度になってしまう
ので希土類磁石としての目的を果たし得ない。よってA
Iの添加量は15原子%以下がよい。
又、本発明において、熱間加工とは冷間加工に対する概
念であり、塑性加工によって生じる加工歪みの大半を加
工中に取除きながら加工する高温での塑性加工を指す。
従って、熱間加工中には、再結晶による結晶粒の微細化
及びそれに続く結晶粒の成長も起り、これらの現象も熱
間加工には含まれることは明らかである。
熱間加工における温度は再結晶温度以上が望ましく、本
発明のR−Fe−B系合金においては好ましくは500
℃以上である。
次に本発明の実施例について述べる。
[実施例] 実施例、1 本発明による製造法の工程図を第1図に示す。
先ず第1図に示す如く所望の組成の合金を誘導炉で溶解
し、鋳型に鋳造する。
次に磁石に異方性を付与するために、各種の熱間加工を
施した。
各種の熱間加工として第2図に押出し加工の説明図、第
3図に圧延加工の説明図、第4図にスタンプ加工の説明
図を示す。
図において、1:油圧プレス、2:ダイ、3:磁石合金
、4:磁化溶湯方向、5:ロール、6:スタンプ、7;
基板を示す。
本実施例においては、熱間加工として■押出し加工、■
圧延加工、■スタンプ加工のいずれかを1000℃で施
し、磁石合金の配向処理を行った。
■の押出し加工については、等方向に力が加わるように
ダイ2側からも力が加わるように工夫した。
■の圧延加工及び■のスタンプ加工については、極力歪
速度が小さくなるようにロール5.スタンプ6の速度を
調整した。
いずれの方法でも高温領域(500〜1100℃)にお
いて矢視する如く合金の押される方向に平行になるよう
に結晶の磁化容易軸は配向する。
本発明者等は、希土類元素、鉄及びボロンを基本成分と
する合金を溶解・鋳造した後、塑性加工実験を広範囲に
亘り行い次の実験結果を得た。
(1)室温から200℃の間の低温で歪速度の大きい条
件で塑性加工すると大半の組成の合金インゴットには割
れが生じる。
割れていない小片を用いて磁気測定すると保磁力IHc
は加工率に見合って増大するが、結晶の配向はほとんど
起こらずミ従って残留磁束密度Brはほとんど増大しな
い。このようなことから、この範囲の塑性加工では最大
エネルギー積(BH) 、axはほとんど増大しない。
(2)一方、1ion℃を越える高温で塑性加工すると
大きな歪速度でも割れ欠けは発生せず、加工性は良好と
なるとともに良好な結晶配向が生じる。しかし、保磁力
111cは低下してくる。
(3)500〜1100℃の間で熱間加工すると歪速度
が大きくとれるとともに、残留磁束密度Br及び保磁力
iHcが増大し、最大エネルギー積(Blり   も増
ax 大する。なかでも塑性加工温度は800〜1050℃が
良好である。
(4)本発明の合金組成を鋳造したインゴットはその融
点近くまで加熱しても結晶粒の粗大化はわずかじか生じ
ない。
(5)また加工率と平均C軸と配向性の関係は加工率が
20%でC軸配向率が60〜70%、加工率が40%で
C軸配向率が65〜75%、加工率60%でC軸配向率
75〜85%、加工率80%でC軸配向率85〜959
6、加工率90%でC軸配向率85〜98%となる。
第1表の組成の合金を溶解し、第1図に示す方法で磁石
を作成した。ただし用いた熱間加工法は第1表中に併記
した。また熱間加工後のアニール熱処理はすべて100
0℃×24時間行った。
第1表において熱間加工は、加工温度が500〜110
0℃、歪速度が10−4〜1/秒の間で種々の条件を組
合わせて行い、その中から代表例として1000°Cの
例を示したものである。又アニール処理の最適条件即ち
温度と時間は、合金の組成と熱間塑性加工条件によって
変化する。組成によっては500〜800℃、熱間加工
条件によっては800〜1000℃が良好となる。
第2表は、組成としてPr  Pe  B  5Nd3
oPe55B 及びCe 3NdxoPrt4Fe5o
CO17Zr 2 B14を代表例にとり、塑性加工温
度と加工性◆1110” C軸配向率との関係を示した
ものである。加工率は80%を目標としΔ印は塑性加工
中割れが生じたもの、x印は塑性加工できなかったもの
を指す。
塑性加工温度は500〜1100℃に亘って良好である
が、その中でも800〜1050℃が優れている。
磁気特性と生産性の双方を併せて評価すると900〜1
050℃が最適である。歪速度は高温になる程そして希
土類元素をボロンの含有量が低い程大きくとることがで
きる。
本実験での歪速度は10−’〜1/秒の範囲を用いた。
中でも歪速度は1O−3〜10”/秒がより良好であっ
た。1000℃前後では歪速度を1〜102/秒とする
ことが加工方法特に押出成形においては加工応力が圧縮
応力が主で引張応力が小さいため可能であることが判明
した。
又、C軸配向率が高くなると残留磁束密度B「と保磁力
1c双方が大きくなり、(Bit)   は急激にax 増大する。
第3表に結果を示す。参考データとして熱間加工を行な
わない試料の残留磁束密度を示した。
第3表より、押出し・圧延・スタンプのすべての熱間加
工法で残留磁束密度が増加し磁気的に異方化されたこと
がわかる。なかでも押出し法が勝れている。
[実施例2] ここでは、通常の鋳造方法を用いた実施例について述べ
る。
先ず第4表のような組成の合金をを誘導炉で溶解し鉄鋳
型にて鋳造し、熱間加工の後インゴットを磁気的に硬化
させるため1000℃×24時間のアニール熱処理を施
した。
このときアニール後の平均粒径は約15μmであった。
この階段で切断・研削を施せば、異方性磁石となる。
樹脂結合タイプの磁石の場合は、室温において18−8
ステンレス鋼製容器中、10気圧程度の水素ガス雰囲気
のもとての水素の吸蔵と10””torでの脱水素をく
りかえし行ない粉砕後、エポキシ樹脂を4重−%混練し
、10KOeの磁場で横磁場成形を行った。
以上の結果を第5表に示す。
第1表 第3表 第4表 第5表 [発明の効果] 叙上の如く本発明の永久磁石の製造方法によれば、希土
類元素等を、鋳造した後、温度が500〜1100℃、
加工率が50%以上、そして小さい歪速度で熱間加工す
ることにより、次の如き効果を奏するものである。
(1)C軸配同率を高めることができ、残留磁束密度B
rを著しく改善することができた。
(2)又、結晶粒を微細化することにより、保磁力IH
cを著しく高めることができた。
(3)(1)及び(2)の相乗効果により最大エネルギ
ー積(B11)   を格段に高めることができた。
ax (4)従来の焼結法と比較し、加工工数及び生産設備投
資額を著しく低減させることができた。
(5)従来のメルトスピニング法と比較し、高性能でし
かも低コストの磁石をつくることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のR−Fe−B系磁石の製造工程図、第
2図は、熱間押出しによる磁石合金の配向処理説明図、
第3図は、熱間圧延による磁石合金の配向処理説明図、
第4図は、熱間スタンプ加工による磁石合金の配向処理
説明図である。 図において、1;油圧プレス、2;ダイ(型)、3;磁
石合金、4;磁化溶湯方向、5;ロール、6;スタンプ
、7;基板。 尚、図面中間符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)希土類元素、鉄及びボロンを基本成分とする磁石
    の製造方法において、少なくとも、前記基本成分からな
    る合金を溶解及び鋳造する工程、鋳造後熱間加工する工
    程とからなることを特徴とする永久磁石の製造方法。
  2. (2)希土類元素、鉄及びボロンを基本成分とする磁石
    の製造方法において、少なくとも、前記基本成分からな
    る合金を溶解及び鋳造する工程、鋳造後熱間加工する工
    程次いで熱処理する工程とからなることを特徴とする永
    久磁石の製造方法。
  3. (3)希土類元素、鉄及びボロンを基本成分とする磁石
    の製造方法において、少なくとも、前記基本成分からな
    る合金を溶解及び鋳造する工程、鋳造後熱間加工する工
    程と続いて熱処理後前記鋳造合金に水素を吸蔵させ粉砕
    する工程と、次いで粉砕された合金の粉末を有機バイン
    ダーと共に混練し加圧成型する工程とからなることを特
    徴とする永久磁石の製造方法。
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