JPS6350441A - 磁性材料用サマリウム合金 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、永久磁石材料として有用なサマリウム合金に
関する。

〔従来の技術〕

希土類元素（イツトリウム、ランタン、サマリウム等）
と遷移金属であるＣＯとを生成分として金属間化合物を
形成したＲ１Ｃｏ１７系合金（Ｒは希土類元素を表す）
は、良好な残留磁化（Ｂｒ）、固有保持力（ｉＨｃ）お
よびエネルギ積（（ＢＨ）ｗａｘ）等を有する永久磁石
合金であり、ＤＣサーボモータ等の電動機の界磁アセン
ブリ、固定子アセンブリの構成部材として有用である。

ＲＺＣＯＩＴ系永久磁石合金は、所定の成分組成を有す
る母合金粉末を圧縮成形し、その圧粉成形体を焼結した
のち、焼結体を溶体化処理し、ついで時効処理する工程
を経て得られる。その溶体化処理により均質な単一相）
ＪＩｍとなし、ついで行われる時効処理において、単一
相の分解・二相分離によって、高い残留磁化（Ｂｒ）を
有する２−１７Ｒ−Ｃｏ菱面体相のセルと、これを取り
囲む高い保持力（ｉＨｃ）を有する１−５Ｒ−Ｃｏ六方
体相のネットワークとからなる二相Ｍｉ織を形成するこ
とにより、良好な磁石特性が得られることは公知である
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ＲＺＣＯＩＴ系合金は、同じ「希土類元素−ＣｏＪ系合
金であるＲＣｏ５系合金に比し、高い残留磁化（Ｂｒ）
やエネルギ積（（Ｂ　Ｈ）ｗａｘ）を得易いという長所
を有するが、その反面高い保持力（ｉＨＣ）を得るのが
困難であり、高保持力を得るためには、エネルギ積を犠
牲にせざるを得ないという難点がある。

この対策として、ＣＯの一部をＦｅ、Ｃｕ等で置換し、
またはＺｒを少量添加し、あるいは合金中に混入する有
害元素である酸素や炭素分を、希土類元素やＺｒ等の追
加的配合により無害化する等の成分構成の工夫や二相組
織の適正な発達を促す等の工夫（例えば、特開昭５４−
１５２６１８号、特開昭５８−１９７２４９号、特開昭
６０−２１１０３２号）が提案されている。本発明は更
に残留磁化、固有保持力、エネルギ積等の磁石特性が改
良されたＲｚＣＯ＋、？系合金、特にＳｍ、Ｃｏ＋、系
合金を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明に係
るサマリウム合金は、 Ｓ　ｍ　：　２２．５〜２８．９重量％、Ｆｅ：２０〜
２５重量％、Ｃｕ：３〜５重量％、Ｚｒ：１．４〜３重
量％、残部は実質的にＣＯからなる合金と、該合金１０
０重量部に対して２〜８重量部の割合で配合されたＺｒ
Ｃの微細粒子を含有し、不純分である酸素および炭素は
、それぞれ０．６重量％以下および０．１重量％以下で
あって、かつ高残留磁化を有する２１７Ｓｍ−Ｃｏ菱面
体相のセルと、該セルを囲む高保持力を有する六方体相
のネットワークと、これを更に取り囲むようにｚ　ｒ　
ｃａ細粒子が分布した金属組織を有していることを特徴
としている。

本発明のサマリウム合金は、Ｓｍ２Ｃｏ＋、母合金に配
合された熱的および化学的に安定なＺｒＣ微細粒子が、
該ＳｍオＣｏｔ？母合金粒子のまわりを取り囲み、その
圧縮成形体の焼結工程および溶体化処理工程における結
晶粒の成長・粗大化を効果的に抑制する。このため、そ
の後の時効処理を経て形成される２−１７菱面体相のセ
ルと、これを囲む１−５Ｓｍ−５Ｓ六方体相のネットワ
ークとを有する結晶組織は、微細かつ均一であり、これ
によって、後記実施例にも示したように、高残留磁化、
高固有保持力および第２象限における良好なループの角
形性、すなわちＨｋ等のすぐれた磁石特性が確保される
。

以下、本発明について詳しく説明する。

本発明の永久磁石合金の一方の主成分であるＳｍは、高
残留磁化を有する２−１７Ｓｍ−Ｃｏ菱面体相のセルと
、これを取り囲む高保磁力を有する１　　５Ｓｍ−Ｃｏ
六方体相のネットワークの形成に関与する。その適正な
含有量は２２．５〜２８．９重量％である。Ｓｍ含有量
がこれより多くなると、２−１７菱面体相の破壊により
、高残留磁化（Ｂｒ）を確保できなくなり、他方少なす
ぎると、１−５Ｓｍ−Ｃｏ六方体相のネットワークが不
完全となって、保持力（ｉＨｃ）および第２象限におけ
るループの良好な角形性を失い、Ｈｋの劣化をみるから
である。

Ｆｅは、時効処理における単一相組織の分解・二相分離
により形成される２−１７２−１７Ｓ菱面体相のセルに
濃化して、合金の残留磁化（Ｂｒ）を高める作用を有す
る。しかし、その含有量が多くなると、Ｆｅ−Ｃｏ相の
出現により、残留磁化や保持力が低下するので、２０〜
２５！ｉ量％の範囲内に規定されなければならない。

Ｃｕは、時効処理における単一相組織の分解・二相分離
により生成する１−５Ｓｍ−Ｃｏ六方体相のネットワー
クに濃化すると共に、２−１７菱面体相セルの整合核形
成を促すことにより、合金の保持力（ｉＨｃ）を高める
。しかし、その量が多くなると、保持力は増大するもの
の、残留磁化（Ｂｒ）の低下により高エネルギ積（（Ｂ
　Ｈ）　ＩＩａｘ）が得られなくなる。従って、Ｃｕ含
有量は３〜５重量％でなければならない。

Ｚｒは、Ｓｍ２Ｃｏ＋を母合金の溶解度を高め、溶体化
処理において、所望成分の母合金粒子内への拡散固溶を
促進する。母合金粒子内に諸成分元素を十分に固溶させ
、成分を均一化することは、その後の時効処理において
２−１７゛Ｓｍ−Ｃｏ菱面体相のセルと１−５Ｓｍ−Ｃ
ｏ六方体相のネットワークとからなる適正な二相組織を
形成するための極めて重要な要件である。Ｚｒの添加に
より、その二相組織の平衡を損なわない範囲内で、上記
効果を確保するための適正なＺｒ含有量は１．４〜３重
量％である。

ＺｒＣ粒子は、母合金粒子を取り囲み、焼結および溶体
化処理工程における母合金粒子の成長・粗大化を抑制す
る。その効果を十分なものとするには、ＳｍｔＣｏ、、
合金１００重量部に対し、少なくとも２重量部添加され
ねばならない、その効果は、添加量を多くするに伴って
強められるけれども、あまり多くなると、母合金粉末と
これに配合される合金元素（フェロジルコニウム、サマ
リウム合金等）との相互拡散が不十分となるので、８重
量部を越えない範囲内に規定されることを要する。

不純分である酸素および炭素は、Ｓｍ、Ｃｏ、。

母合金の溶製工程で混入するほか、該合金の粉砕および
圧粉成形工程において、例えば酸素は大気から、炭素分
は助剤として使用される有機質の溶媒や添加剤に由来し
て混入するものである。この不純分の酸素や炭素は母合
金成分と結合して酸化物や炭化物を形成することにより
、母合金成分の有効量を減少せしめ、またそれらの化合
物が多量に生成すると、本発明合金の均質性が損なわれ
、磁石特性が低下する。このため、酸素量は０．６重量
％以下、炭素量は０．１重量％以下に制限する。

本発明のサマリウム合金は好ましくは次のように製造さ
れる。まず、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ等を含む所望成分組成の
Ｓｍ、Ｃｏ、、母合金を溶製してインゴットを得、該イ
ンゴットを粒径３〜８μｍに粉砕する。

上記のように粉砕した母合金粉末に、フェロジルコニウ
ム（Ｆｅ−Ｚｒ）粉末およびＳｍリッチのＳ　ｍ　−Ｃ
ｏ系合金粉末を混合し、更にその混合粉末１００重量部
に対し、２〜８重量部のＺｒＣ徽細粉細粉末加し、均一
に混合する。

母合金粉末にＦｅ−Ｚｒ粉末を添加するのは、母合金中
の不純分である炭素をＺｒで固定無害化するためである
。該Ｆｅ−Ｚｒ粉末としては、例えばＺｒ８３重量％を
含み、残部Ｆｅからなる組成を有するものを使用するこ
とができる。その添加量は、炭素量の約５〜１０倍（重
量比）のＺｒが与えられるように調節すればよい。また
、母合金粉末にＳｍリッチのＳｍ−Ｃｏ合金粉末を添加
するのは、不純分である酸素をＳｍで固定無害化するた
めであり、そのＳｍ−Ｃｏ合金粉末としては、Ｓｍ含有
量が母合金粉末のそれよりやや高い点を除いて母合金粉
末と同じ組成を有するものを用いればよく、またそれに
代えてＳｍとＣｏの二元合金（例えば、Ｓｍ６０重量％
、残部Ｃｏ）粉末を用いることもできる。その添加量は
、酸素量の約４〜９倍のＳｍが与えられるように調節す
ればよい。

なお、母合金粉末に添加される上記Ｆｅ−Ｚｒ粉末およ
びＳｍリッチのＳｍ−Ｃｏ合金粉末の粒径は、圧粉成形
体の焼結工程やその後の溶体化処理における母合金粒子
との相互拡散を容易にするために、母合金粉末よりも細
粒であるのが好ましい。

上記混合粉末に配合されるＺｒＣ粉末の配合量を、２〜
８重量部とするのは前記のように、母合金粒子とこれに
添加されたＦｅ−Ｚｒ粒子・Ｓｍ−Ｃｏ合金粒子との相
互拡散を妨げないで、母合金粒子の成長粗大化を抑制す
るためである。その粒径は、母合金粒子の成長粗大化抑
制効果を確保するために、母合金粒子（約３〜８μｍ）
より小さく、好ましくは約１μｍ以下である。その粒子
は微細粒である程、母合金粒子のまわりを連続的に取り
囲む分布形態に近づくことにより、少量の添加で同じ効
果を得ることができる。なお、混合粉末にＺｒＣ粒子を
添加する方法に代え、ＺｒとＣとを配合してＺｒＣ粒子
を生成させる方法、あるいは母合金の溶解過程でＺｒＣ
粒子を添加する方法も考えられるが、これらの方法では
、結晶組織中に占めるＺｒＣ粒子の位置・分布状態を制
御することができないため、母合金粒子の成長粗大化抑
制効果を安定的に得ることはできない。

叙上のように母合金粉末にＦｅ−Ｚｒ粉末、Ｓｍ−Ｃｏ
合金粉末およびＺｒＣ粉末を配合し均一に混合した混合
粉末を適宜の加圧成形法により、磁界を印加しまたは印
加することなく、高圧下刃（例えば、４０００　ｋｇ　
／　ｃｒＡ　）で圧縮成形することにより、所望形状の
圧粉成形体を得る。ついでその圧粉成形体を、温度：　
１１２５〜１１７５℃で、２５〜４０分を要して焼結し
、更に１１９５〜１２１５℃に５〜１５分間保持したの
ち、１１４０〜１１６０℃で１．５〜２．５時間を要し
て溶体化処理し、処理後、常温まで冷却することにより
、十分に均質化された単一相組織の焼結合金を得る。つ
いで、これを時効処理に付して単−相組織を二相分離さ
せることにより、２−１７２−１００菱面体相のセルと
、これを連続的に囲ｔ；　１−５　Ｓ　ｍ　−Ｃｏ六方
体相のネットワークと、更にこれらを取り囲むようにＺ
ｒＣの微細粒子が分布してなる微細で均一な結晶組織を
有する５ＩＩ１２Ｃ０１７系永久磁石合金が得られる。

その時効処理は、温度二８３５〜８５５℃に１５〜２５
時間保持し、ついで４００〜４２０℃に７〜１２時間保
持したのち常温に冷却することにより好ましく達成され
る。

〔実施例〕

Ａｒ雰囲気に保持された高周波溶解炉で、Ｆｅ、Ｃｕ、
Ｚｒを含むＳｍ、Ｃｏ、、母合金を溶製してインゴット
を得、これを粉砕して粒径３〜８μｍの母合金粉末を得
た。この母合金粉末に少量のＦｅ−Ｚｒ粉末と、母合金
に類似する組成を有するＳｍリッチのＳｍ−Ｃｏ合金粉
末を添加し、更に、その混合粉末に粒径：０．８〜１．
６μｍのＺｒＣ粉末を加えて均一に混合した。該混合粉
末を、印加磁界：１５ＫＯｅの磁界中、金型によるプレ
ス成形（加圧カニ　４０００ｋｇ／ｃｄ）に付し圧粉成
形体を形成した。その成形体を温度：　１１５０℃×３
０分の焼結処理に付し、ついで１２０５℃×１０分の加
熱後、１１４０〜ｂ で冷却し、その後８４０℃×２０時間および４１０℃×
１０時間の時効処理を行った。

第１表に得られたＳｍ、Ｃｏ、ｆｆ系磁石合金の組成お
よび磁石特性値を示す。表中のＺ　ｒ　Ｃ量は、合金分
１００　Ｍ置部に対する重量部を示している。

賦香（ｌＩ＆ｌ）　　１〜３は発明例であり、磁１１〜
１３は、ＺｒＣ粒子の添加量が不足し、または過剰のＺ
ｒＣ粒子を含む比較例である。

第１表に示したとおり、適量のＺｒＣ粒子が配合された
発明例は、残留磁化（Ｂｒ）および固有保持力（ｉＨｃ
）が高く、また第２象限におけるすぐれたループの角形
性（Ｈｋ）を有している。

〔発明の効果〕

本発明のサマリウム合金は、すぐれた磁石特性を有して
おり、焼結磁石として、あるいはその粉末を樹脂に配合
したプラスチック磁石等として、例えばＤＣサーボモー
タ、コアレスモーフ、ブラシレスモーフ等のモータ用途
、その他多くの工業的用途に有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｍ：２２．５〜２８．９重量％、Ｆｅ：２０〜
   ２５重量％、Ｃｕ：３〜５重量％、Ｚｒ：１．４〜３重
   量％、残部は実質的にＣｏである合金と、該合金１００
   重量部に対して２〜８重量部の割合で配合されたＺｒＣ
   の微細粒子を含有し、不純分である酸素および炭素はそ
   れぞれ０．６重量％以下および０．１重量％以下であり
   、かつ２−１７Ｓｍ−Ｃｏ菱面体相のセルと、該セルを
   囲む１−５Ｓｍ−Ｃｏ六方体相のネットワークと、これ
   を更に取り囲むようにＺｒＣ微細粒子が分布した結晶組
   織を有することを特徴とする磁性材料用サマリウム合金
   。