JPS6274048A - 永久磁石材料及びその製造方法 - 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、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たＦθ−Ｂ−Ｒ系永久磁石に係り
、特に、厚みが１．０ｍｍ以下の高性能永久磁石材料及
びその製造方法に関する。

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Ｉａ５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、安定して多足に供給されることは困難
で必る。

そのため、磁気特性がすぐれ、かつ安価で、さらに資源
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−ＢＲ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号、特開昭５９−１３２１０４号
）。

この永久１ａ５は、Ｒとして陽や門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２０ＭＧ
Ｏｅ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、厚みが１
．０ｍｍ以下の小物あるいは薄物用Ｆａ　−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Ｆ！ｉＥ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を、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
仝而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１ノながら、上記装置にてＦａ−８Ｒ系永久磁石材
料（１５，５Ｎｄ　７．５８７７Ｆｓ　）を研削加工す
ると、例えば、厚み２０ｍｍより１ｍｍ以下の製品厚み
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。

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
結磁石体の切削加工に伴なう磁気特性の劣化を防止した
永久磁石材料及びその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、Ｆｓ−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、Ｋｅｒｒ効果を用いた光学＠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層の結品
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品構造を有する金屈相（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検磁力を出現させる体心立方
相を、ｈロエ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
１５１Ｉ５ｎ以下のｍ、　Ｐｒ、　Ｄｙ。

）（ｏ、Ｔｂのうち少なくとも１種を主成分とする薄膜
層を形成し、その後真空あるいは不活性雰囲気中で特定
の熱処理を施すことにより、該焼結体の被研削ｈＯ工面
の保磁力の低い結晶粒からなる変質層及び格子欠陥を、
前記薄膜層と変′ｒ１層との拡散反応で改質層となし、
Ｆｅ−ＢＲ系永久磁石材料の保磁力並びに減は曲線の角
型性を、改沖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。

すなわち、この発明は、 Ｒ（ＲはＮｄ、　Ｐｒ、　Ｄｙ、　Ｈａ、　Ｔｈのうち
少なくとも］種あるいはさらに、Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｓｍ
、　ｃｄ、　Ｅｒ、　Ｅｕ、　Ｔｍ。

Ｙｂ、　Ｌｕ、　Ｙのうら少なくとも１種からなる）１
２％〜２０原子％、 Ｂ４原子％〜２０原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８１原子％を主成分とし、主相が正方
晶相からなる焼結磁石体の被研削加工面に、Ｒ−ｆＪ膜
層（Ｒ−は＊、　Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｈｏ、　Ｔｂのうち
少なくとも１種）を被着して、該被研削加工面に改質層
を有することを特徴とする永久磁石材料である。

さらに、前記の主相が正方晶相からなる焼結磁石体の被
研削加工面に、Ｒ−薄膜層（Ｒ−はＮｄ。

円、　［）ｙ、　１−１ｏ、　Ｔｌ）のうち少なくとも
１種）を被着し、ざらに真空あるいは不活性雰囲気中で
、４００　’Ｃ〜９００°Ｃ，５分〜３時間の熱処理を
施して、咳被研削加工面の加工変質層を改質層となした
ことを特徴とする永久磁石材料の製造方法である。

また、この発明の永久磁石材料は、平均結晶粒径が１〜
８０左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、この発明は、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、２０ＭＧＯｅ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
防止したＦｅ　−Ｂ　−Ｒ系永久磁石材料を安価に得る
ことができる。

すなわち、この発明により、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石材
料（１５゜５Ｎｄ　７．５８７７Ｆｅ　）の研削加工に
おいて、例えば、被研削加工面に陶然着層を設けて変質
層を改質層にすることにより、厚み２０ｍｍより１個以
下の製品厚みに加工しても、第１図の曲線ａに示す如く
、陶然着層を設けない比較例（曲線ｂ）に対して、各磁
気特性が改善され、研削加工に伴なう磁石特性の劣化を
防止する効果がある。

この発明において、焼結磁石体の被研削加工表面に、Ｒ
−（Ｒ”はＮｄ、　Ｐｒ、　Ｄｙ、　）ｉｏ、　Ｔｂの
うち少なくとも１種）を主成分とする薄膜層を被着させ
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ＩＩ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、薄膜層の厚みは、１５々ｍ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
て好ましくなく、１５項以下の厚みとする。

また、この発明において、厚み１５１ＩＴｎ以下の陶。

Ｐｒ、　Ｄｙ、　Ｈｏ、　Ｔｂのうち少なくとも１種を
主成分とする薄膜層を形成し、その後真空あるいは不活
性雰囲気中で熱処理を施すが、熱処理条件は、真空ある
いは不活性雰囲気中、　４００℃〜９００℃、５分〜３
時間の熱処理を、少なくとも１回施す必要があり、熱処
理により前記８．ｅｉ層と変質層との拡散反応で改質層
となる。しかし、４００’Ｃ未満では、界面での拡散反
応が不十分で、上記効果が得られず、また、９００’Ｃ
を越えると８１０４層が酸化しやすく、磁石特性改善効
果がなくなるため好ましくなく、加熱時間も５分未満で
は、界面での拡散反応が不十分で、磁石特性の改善効果
が少なく、また、３時間を越えると、薄膜層の酸化によ
り磁石特性の改善効果が得られないため好ましくない。

また、前記熱処理は、薄膜形成後に少なくとも１回施す
ことにより、所要の効果を得ることができるが、必要に
応じて多段熱処理とするのもよい。

永久ｗｔ石の成分限定理由 この発明の永久磁石に用いる希土類元素Ｒは、組成の１
２原子％〜２０原子％を占めるが、ｍ、　Ｐｒ。

Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうち少なくとも１種、あるいはさら
に、Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｓｍ、　Ｇｄ、　Ｅｒ、　Ｅｕ、
Ｔｍ、　Ｙｂ、　Ｌｕ、　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、１２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、２０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（Ｂｒ）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、１２原子％〜２０原子％の範囲とする。

Ｂは、この発明による永久磁石材料にあける、必須元素
であって、４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、２０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、４原子％〜２０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
、８１原子％を越えると、高い保磁力が得られないので
、Ｆｅは６５原子％〜８１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、Ｆｅの一
部を６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、Ｃｏ
首換伍がＦｅ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。さの原子比率がＦ８と６の合
計量で５％〜１５％の場合は、（Ｂｒ）は置換しない場
合に比較して増力口するため、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、Ｆａ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Ｃ１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、ＲＢ　　
Ｆｅ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。

９．５原子％以下のＡ１．４．５原子％以下の１ｉ、９
．５原子％以下のＶ、８．５原子％以下のＣｒ、８．０
原子％以下の）Ｉｎ、５．０原子％以下の８１゜９．５
原子％以下のＮｂ、９．５原子％以下の胎、９．５原子
％以下のＨＯ１９，５原子％以下の４．２．５原子％以
下のｓｂ、１　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Ｎ１．９．０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！ｆ５を得る
ことができる。

この発明による永久磁石は、 保磁力ｉＨｃ≧１　ｋｏｓ、残留磁束密度Ｂｒ＞　４　
ｋＧ、を示し、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａＸは、好
ましい組成範囲では、（ＢＨ）ｍａｘ≧２０８ＧＯｓを
示し、最大値は２５ＭＧＯｓＪＸ上に遼する。

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％〜１５原子％、Ｂ６６原子〜９原
子％、Ｆｓ　　７８原子％〜８０原子％、の組成範囲の
とき、（ＢＨ）ｍａｘ　３５８ＧＯａ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１ｎが４２）４ＧＩ）ａ以上に達する。

実施例 実施例１ 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％以上の陶を使用し、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、１５Ｎ
ｄＨｆ３７４Ｆａなる組成の鋳塊を１７だ。

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．ＯＡｌ
ｍの微粉末を得た。

この微粉末を金型に挿入し、２０　ｋｏｓの磁界中で配
向し、磁界に平行方向に、１．５ｔ４の圧力で成形した
。

得られた成形体を、１１００’Ｃ，１時間、　Ａｒ雰囲
気中、の条件で焼結し、長ざ２０ｍｍＸ幅１０ｔｎ＋ｒ
＋Ｘ厚み１ＧＩ寸法の焼結体を得た。

そして焼結体より、磁石の配向方向に重直な方向を面内
に含むように、長さ２０＋ｒｕｒ＋Ｘ幅５ｍｍＸ厚み０
．１５ｍｍ寸法の試験片に切出し、ざらに同方向に研摩
して、厚みを減少させて、鏡面を有する１００７７ｍ厚
みの薄板試験片を得た。

真空度５　Ｘ　１０−６　ＴＯｒｒの真空容器に、まず
、上記薄板試験片を陰極、シャツタ板を陽極として、該
試験片面をプレスパツタで清浄化したのち、該薄板試験
片を陽極として装入配置し、Ｔｂ金属を陰極ターゲツト
材として、３時間のスパッタリングを施し、試験片両面
に約３証厚みのＴｂ薄膜層を被着させた。

ざらに真空中で、６３０℃、１時間の熱処理を施して、
被研削加工面にＴｔＪ膜層を形成したこの発明による永
久磁石（本発明１）を作製した。

また、上記の薄板試験片にＴｂ薄膜層を設けることなく
直ちに同条件の熱処理施した比較永久Ｉｉ石（比較例２
）を作製した。

ざらに、上記の薄板試験片にＴｂ薄膜層を設けたのち、
熱処理を施さない比較永久磁石（比較例３）を作製した
。

得られた各永久磁石材料のＢｒ、　　ｉＨｃ及び（ＢＨ
）ｍａＸ値を、振動試料型磁力計（ＶＳＨ）を用いて開
回路で測定し、測定結果を第１表に示し、また、測定し
たＩ−Ｈループを第２図に示す。

大血豊２ 実施例１の焼結体より、磁石の配向方向に垂直な方向を
面内に含むように、長さ２０＋ｍｍＸ幅５１ＴＩｍ×厚
み０．１５１Ｔ１ｍ寸法の試験片に切出し、ざらに同方
向に研摩して、厚みを減少させて、鏡面を有する１００
１１ｍ厚みの薄板試験片を得た。

真空度５ｘｌ（１″ｅ　丁ｏｒｒの真空容器に、まず、
上記薄板試験片を陰極、シャツタ板を陽極として、該試
験片面をプレスパツタで清浄化したのち、該薄板試験片
を陽極として装入配置し、ＴｂＮ金属陰極ターゲツト材
として、３ｖｆ間のスパッタリングを施Ｑ、試験片両面
に約３１ｉｎ厚みのＴｂ、薄膜層を被着させた。

さらに真空中で、６３０℃、１時間の熱処理を施して、
被研削加工面にＴｂ薄膜層を形成したこの発明による永
久磁石（本発明４）を作製した。

また、上記の薄板試験片に１薄ＶＡ層を設けることなく
直ちに同条件の熱処理施した比較永久磁石（比較例５）
を作製した。

ざらに、上記の薄板試験片にＴｂ＠膜層を設けたのち、
熱処理を施さない比較永久磁石（比較例６）を作製した
。

１１られた各永久磁石材料の３ｒ、１ｌ−（ｃ及び（Ｂ
ｔ−１）ｍａＸ値を、振動試料型磁力計（ＶＳ）ｌ　）
を用いて開回路で測定し、測定結果を第２表に示し、ま
た、測定したＩ−Ｈループを第３図に示す。

叉厘炎ユ 実施例１の焼結体より、磁石の配向方向に平行な方向が
面と垂直になるように、長ざ２０ｍｍＸ幅５１ＴｌｌＴ
Ｉ×厚み０．１５ｍｍ寸法の試験片に切出し、ざらに同
方向に研摩して、厚みを減少させて、鏡面を有する１１
００Ａｌ厚みの薄板試験片を得た。

真空度５Ｘ１０’″”ＴＯｒｒの真空容器に、まず、上
記薄板試験片を陰極、シャツタ板を陽極として、該試険
片面をプレスパツタで清浄化したのち、該薄板試験片を
陽極として装入配置し、Ｎ金属を陰極ターゲツト材とし
て、３時間のスパッタリングを施し、試験片両面に約３
μｍ厚みのＯＮ薄膜層を被着させた。ざらに真空中で、
６３０’Ｃ，１時間の熱処理を施して、被研削加工面に
〜薄膜層を形成したこの発明による永久磁石を作製した
（本発明７）。

また、同様にプレスパツタしたのち、真空度５ＸＩＯ−
８ＴＯｒｒの真空容器に、上記薄板試験片を陽極として
装入配置し、重金属を陰極ターゲツト材として、３時間
のスパッタリングを施し、試験片両面に約３１１ｍ厚み
のＨｏ＃膜層を被着させた。ざらに真空中で、６３０℃
、１時間の熱処理を施して、被研削加工面に）（ｏ薄膜
層を形成したこの発明による永久磁石を作製した（本発
明８）。

また、上記の薄板試験片に薄膜層を設けることなく直ち
に同条件の熱処理施した比較永久磁石（比較例９）を作
製した。

得られた各永久磁石材料のＢｒ、　　ｒＨｃ及び（３）
１　）ｍａＸ値を、振動試料型磁力計（ＶＳ）Ｉ　）を
用いて開回路で測定し、測定結果を第３表に示す。

以下余白

【図面の簡単な説明】

第１図は永久磁石材料試験片厚みと３ｒ。 ｉｌ」ｃ及び（ＢＨ）ｍａｘとの関係を示すグラフであ
る。第２図と第３図は永久磁石材料の■−Ｈループ図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　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）１２％〜２０原子％、 Ｂ４原子％〜２０原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８１原子％を主成分とし、主相が正方
   晶相からなる焼結磁石体の被研削加工面に、Ｒ′薄膜層
   （Ｒ′はＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂ、のうち少なく
   とも１種）を被着して、該被研削加工面に改質層を有す
   ることを特徴とする永久磁石材料。 ２　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、Ｇｄ、
   Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち少なくとも１
   種からなる）１２％〜２０原子％、 Ｂ４原子％〜２０原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８１原子％を主成分とし、主相が正方
   晶相からなる焼結磁石体を研削加工後、該被研削加工面
   に、Ｒ′薄膜層（Ｒ′はＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂ
   のうち少なくとも１種）を被着し、さらに真空あるいは
   不活性雰囲気中で、４００℃〜９００℃、５分〜３時間
   の熱処理を施して、該被研削加工面の加工変質層を改質
   層となしたことを特徴とする永久磁石材料の製造方法。