JP2000286118A

JP2000286118A - 焼結磁石の製造方法

Info

Publication number: JP2000286118A
Application number: JP11093743A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kato; 英治加藤; Tsutomu Ishizaka; 力石坂; Akira Fukuno; 亮福野; Jun Nakagawa; 準中川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気特性の高いＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系焼結磁石を
安定して提供する。【解決手段】Ｒ（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なく
とも１種である）、Ｔ（Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅおよび
他の希土類元素である）およびＢを含有する焼結磁石を
製造する方法であって、第１合金の粉末と第２合金の粉
末と第３合金の粉末との混合物を成形し、焼結する工程
を有し、前記第１合金の組成をＲ：２６〜２９重量％、
Ｂ：０．８〜１．０８重量％、Ｔ：残部とし、前記第２
合金の組成をＲ：２８重量％以上、Ｂ：１．１〜１．５
重量％、Ｔ：残部とし、前記第３合金の組成をＲ：３０
重量％以上、Ｂ：０．５重量％以下、Ｔ：残部とする焼
結磁石の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希土類焼結磁石の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高性能を有する希土類磁石としては、粉
末冶金法によるＳｍ−Ｃｏ系磁石でエネルギー積３２Ｍ
ＧＯｅのものが量産されている。また、近年Ｎｄ₂Ｆｅ
₁₄Ｂ磁石等のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石（Ｒは希土類元素、Ｔは
Ｆｅ、またはＦｅおよびＣｏ）が開発され、特開昭５９
−４６００８号公報には焼結磁石が開示されている。Ｒ
−Ｔ−Ｂ系磁石は、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石に比べ原料が安価
である。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造には、従来のＳｍ
−Ｃｏ系の粉末冶金プロセス（溶解→母合金鋳造→イン
ゴット粗粉砕→微粉砕→成形→焼結→磁石）を適用する
ことができる。

【０００３】Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系焼結磁石の保磁力が結晶
粒界のＮｄリッチ相の存在に依存していることは、様々
な論文などにおいて詳しく報告されている。したがっ
て、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相から構成される結晶粒をＮｄリッ
チ相が均一に被覆するように焼結すること、すなわち、
焼結磁石中においてＮｄリッチ相を均一に分散させるこ
とが重要となる。磁石中においてＮｄリッチ相を均一に
分散させるためには、２合金法を用いることが好まし
い。２合金法では、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂを中心とする主相用
粉末とＮｄリッチな粒界相用粉末との混合物を成形し、
焼結する（特開昭６３−９３８４１号公報、特開昭６３
−２７８２０８号公報、特開平５−２１２１９号公報
等）。粒界相用粉末は焼結時に溶融し、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ
主相に対して濡れ性の極めて良好な液相となって流動
し、主相用粉末の周囲を被覆して磁石の粒界相となり、
保磁力を向上させる。

【０００４】しかし、合金を粉砕して粉末化する際に
は、希土類元素やボロンが飛散して組成ずれが生じやす
く、２合金法では１種の元素の組成ずれは補償可能であ
るが、２種の元素の組成ずれが生じた場合、補償するこ
とが難しくなる。

【０００５】また、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系焼結磁石では、Ｎ
ｄの酸化による減量分を見込んで、化学量論組成よりも
かなりＮｄリッチ側の組成とすることが一般的であった
が、Ｎｄリッチ組成ではＦｅに富む相が析出して高保磁
力が得られない。したがって、Ｎｄの酸化を抑えること
ができる場合には、Ｎｄ含有量をより少なく、例えば３
１重量％以下とすることが好ましく、この場合には高保
磁力かつ高残留磁束密度の磁石が実現する。しかし、従
来の２合金法は、Ｎｄ含有量の少ない焼結磁石の製造に
は最適化されていなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、磁気
特性の高いＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系焼結磁石を安定して提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（４）の本発明により達成される。（１）Ｒ（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも１
種である）、Ｔ（Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅおよびＦｅ以
外の遷移元素である）およびＢを含有する焼結磁石を製
造する方法であって、第１合金の粉末と第２合金の粉末
と第３合金の粉末との混合物を成形して焼結する工程を
有し、前記第１合金の組成をＲ：２６〜２９重量％、
Ｂ：０．８〜１．０８重量％、Ｔ：残部とし、前記第２
合金の組成をＲ：２８重量％以上、Ｂ：１．１〜１．５
重量％、Ｔ：残部とし、前記第３合金の組成をＲ：３０
重量％以上、Ｂ：０．５重量％以下、Ｔ：残部とする焼
結磁石の製造方法。（２）前記第３合金がＢを含有しない上記（１）の焼
結磁石の製造方法。（３）前記混合物の組成をＲ：２８〜３１重量％、
Ｂ：０．９〜１．１重量％、Ｔ：残部とする上記（１）
または（２）の焼結磁石の製造方法。（４）前記混合物の組成をＲ：２８〜２９．５重量
％、Ｂ：０．９５〜１．０５重量％、Ｔ：残部とする上
記（１）または（２）の焼結磁石の製造方法。

【０００８】

【作用および効果】本発明では、上記した３種の合金粉
末からなる混合物を焼結することにより、従来の２合金
法を用いた場合よりも高特性の焼結磁石が得られる。

【０００９】本発明では、第１合金の粉末と第２合金の
粉末の一部とが、主相であるＲ₂Ｔ₁ ₄Ｂ結晶粒を形成
し、第２合金の粉末の残部と第３合金の粉末とが反応し
て粒界相を形成すると考えられる。したがって、第１合
金の粉末は、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ相を有していることが好まし
い。また、第２の合金の粉末も、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ相を有して
いてよい。第２合金の粉末はＢ含有量が多く、第３合金
の粉末はＲ含有量が多い。そのため、両粉末が反応する
ことにより、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ磁石に必要とされる粒界相、す
なわち、Ｒリッチ相およびＢリッチ相を含む粒界相が理
想に近い状態で形成され、その結果、主相となる粉末に
加えＲリッチ粉末だけを用いる従来の２合金法に比べ、
より高い特性が実現するものと考えられる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明では、Ｒ（Ｒは、Ｙを含む
希土類元素の少なくとも１種である）、Ｔ（Ｔは、Ｆ
ｅ、またはＦｅおよび他の希土類元素である）およびＢ
を含有する焼結磁石を製造するに際し、第１合金の粉末
と第２合金の粉末と第３合金の粉末との混合物を成形し
て焼結する。

【００１１】第１合金第１合金の組成は、Ｒ：２６〜２９重量％、Ｂ：０．８
〜１．０８重量％、Ｔ：残部である。Ｒ量の下限は、好
ましくは２７．０重量％、より好ましくは２７．８重量
％であり、Ｒ量の上限は、好ましくは２８．５重量％、
より好ましくは２８．２重量％である。また、Ｂ量の下
限は、好ましくは０．９重量％、より好ましくは０．９
５重量％であり、Ｂ量の上限は、好ましくは１．０５重
量％である。

【００１２】第１合金においてＲ量が少なすぎると、第
１合金を鋳造などにより製造する際にα−Ｆｅ相が多量
に析出する。α−Ｆｅ相を多量に含む第１合金を用いる
と、焼結磁石の保磁力が低くなってしまう。一方、第１
合金においてＲ量が多すぎると、焼結磁石の組成を好ま
しい範囲内に設定しても、高特性が得られない。

【００１３】第１合金においてＢ量が少なすぎると、第
１合金中にＲ₂Ｔ₁₇相が多く析出する。Ｒ₂Ｔ₁₇相を多量
に含む第１合金を用いると、焼結磁石の保磁力が低くな
ってしまう。一方、第１合金においてＢ量が多すぎる
と、第１合金中に非磁性のＢリッチ相が多く析出する。
Ｂリッチ相を多量に含む第１合金を用いると、磁気特性
の良好な焼結磁石が得られない。

【００１４】第２合金第２合金の組成は、Ｒ：２８重量％以上、Ｂ：１．１〜
１．５重量％、Ｔ：残部である。Ｒ量の下限は、好まし
くは２８．５重量％、より好ましくは２８．８重量％で
あり、Ｒ量の上限は、好ましくは３１重量％、より好ま
しくは３０．０重量％、さらに好ましくは２９．２重量
％である。また、Ｂ量の下限は、好ましくは１．１５重
量％であり、Ｂ量の上限は、好ましくは１．４重量％、
より好ましくは１．３重量％である。

【００１５】第２合金においてＲ量が少なすぎると、第
２合金を鋳造などにより製造する際にα−Ｆｅ相がやや
多量に析出し、保磁力の高い焼結磁石を得ることが難し
くなる。一方、第２合金においてＲ量が多すぎると、焼
結磁石の組成を好ましい範囲内に設定しても、高特性が
得られにくい。

【００１６】第２合金においてＢ量が少なすぎると、焼
結磁石の組成を好ましい範囲内に設定しても、高特性が
得られない。これは、粒界相に十分なＢリッチ相が形成
されないためと考えられる。一方、第２合金においてＢ
量が多すぎると、第２合金中に非磁性のＢリッチ相が多
く析出する。Ｂリッチ相を多量に含む第２合金を用いる
と、磁気特性の良好な焼結磁石が得られない。

【００１７】第３合金第３合金の組成は、Ｒ：３０重量％以上、Ｂ：０．５重
量％以下、Ｔ：残部である。Ｒ量の下限は、好ましくは
３２重量％、より好ましくは３４重量％であり、Ｒ量の
上限は、好ましくは６０重量％、より好ましくは５０重
量％、さらに好ましくは４０重量％である。また、Ｂ量
の上限は、好ましくは０．２重量％、より好ましくは
０．１重量％である。

【００１８】第３合金においてＲ量が少なすぎると、第
３合金中にＲ₂Ｔ₁₇相が多く析出するので、焼結磁石の
保磁力が低くなってしまう。一方、第３合金においてＲ
量が多すぎると、焼結磁石の組成を好ましい範囲内に設
定しても、高特性が得られにくい。

【００１９】第３合金においてＢ量が多すぎると、焼結
磁石の組成を好ましい範囲内に設定しても、高特性が得
られない。なお、第３合金は、Ｂを含有しなくてもよ
い。

【００２０】混合第１合金の粉末と第２合金の粉末と第３合金の粉末との
混合物を得る方法は特に限定されず、各合金のブロック
を混合して粉砕してもよく、各合金の粗粉を混合して粉
砕してもよく、各合金の微粉を混合してもよい。各合金
をブロックまたは粗粉として混合すれば、そのあとの粉
砕工程にひとつのロットとして流せるので効率的であ
り、混合の均一性も良好となる。一方、各合金を微粉で
混合する場合には、それぞれの合金粉末を最適な粒度に
調整しておくことができるので、高特性の磁石を得やす
い。なお、粉砕の際にはＲ量、Ｂ量の組成ずれが生じや
すいが、本発明では３種の合金を混合するため、このよ
うな組成ずれを粉砕条件に応じて補償することが可能で
ある。

【００２１】混合物中における各合金粉末の比率は、混
合物の組成が好ましくはＲ：２８〜３１重量％、Ｂ：
０．９〜１．１重量％、Ｔ：残部となり、より好ましく
はＲ：２８〜２９．５重量％、Ｂ：０．９５〜１．０５
重量％、Ｔ：残部となるように設定する。すなわち、本
発明は、Ｒ量が化学量論組成に近いＲ₂Ｔ₁ ₄Ｂ系希土類
磁石の製造に好適である。混合物中のＲ含有量が少なす
ぎると鉄に富む相が析出して高保磁力が得られなくな
り、Ｒ含有量が多すぎると高残留磁束密度が得られなく
なる。Ｂ含有量が少なすぎると高保磁力が得られなくな
り、Ｂ含有量が多すぎると高残留磁束密度が得られなく
なる。

【００２２】具体的な混合比率は、通常、第２合金と第
３合金との合計１０重量部に対し、第１合金を１〜１２
０重量部とし、かつ、第２合金と第３合金との合計１０
重量部中において第２合金を２〜９．５重量部とすれば
よいが、混合物の組成が上記範囲内となれば、これに限
定されない。

【００２３】本発明においてＲは、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｂの
うち少なくとも１種、特にＮｄが好ましく、さらにＤｙ
を含むことが好ましい。また、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅ
ｒ、Ｈｏ、Ｅｕ、Ｐｍ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｙのうち１種以上
を含んでもよい。希土類元素の原料としては、ミッシュ
メタル等の混合物を用いることもできる。

【００２４】Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅおよびＦｅ以外の
遷移元素である。Ｆｅ以外の遷移元素としてはＣｏが好
ましい。Ｔ中においてＦｅ以外の遷移元素の含有量は３
０重量％以下とすることが好ましい。なお、Ｆｅ以外の
遷移元素としては、Ｃｏのほか、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｗ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、Ｍｏなどが挙げられる。

【００２５】本発明の製造方法では、成形工程において
磁場配向により異方性化するので、各合金の粉末、特に
第１合金の粉末および第２合金の粉末は、単結晶粒子で
あることが好ましい。各合金粉末の平均粒径は、焼結後
の磁石の結晶粒径が所望の値となるように決定すればよ
く、例えば１〜１０μm程度から適宜選択すればよい。

【００２６】合金を粉末化する方法は特に限定されず、
鋳造や液体急冷法（例えば単ロール法）などにより合金
を製造した後、水素吸蔵法や通常の機械的粉砕法などに
より粉砕してもよく、還元拡散法により合金粉末を製造
してもよい。

【００２７】本発明により製造される磁石は、希土類元
素含有量が比較的少ないので、希土類元素の酸化に対す
るマージンが小さい。したがって、粉砕、混合、成形な
どの各工程を、Ａｒ、Ｎ₂等の非酸化性雰囲気中で行う
ことが好ましい。

【００２８】成形成形工程では、３種の合金粉末の混合物を磁場中で成形
する。成形圧力は特に限定されないが、一般に０．１t/
cm²以上、好ましくは１t/cm²以上とする。成形時の磁場
強度は、通常、１０kOe以上、好ましくは１５kOe以上と
する。

【００２９】焼結焼結工程では、成形体を加熱して焼結し、磁石化する。
焼結工程における安定温度は９００〜１１００℃とする
ことが好ましく、安定時間は０．５〜２４時間とするこ
とが好ましい。なお、焼結雰囲気は、真空またはＡｒガ
ス等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。

【００３０】焼結後、保磁力向上のために時効処理を必
要に応じて施す。

【００３１】焼結磁石の組成は、３種の合金の混合物と
ほぼ同じとなるが、このほか、不可避的不純物あるいは
微量添加物として、例えば炭素や酸素が含有されていて
もよい。焼結磁石は、実質的に正方晶型の結晶構造の主
相を有し、結晶粒界には、Ｒ ₂Ｔ₁₄ＢよりもＲ比率の高
いＲリッチ相およびＢ比率の高いＢリッチ相が存在す
る。

【００３２】

【実施例】表３以降の各表にそれぞれ示す焼結磁石サン
プルを、３種の合金を用いる本発明法、２種の合金を用
いる２合金法または１種の合金を用いる通常の焼結法に
より作製した。

【００３３】原料合金には、表１および表２に示す組成
の粉末を用いた。これら各表には、各合金粉末のＮｄ含
有量およびＢ含有量を示してある。残部はＦｅである。
これらの合金粉末は、鋳造した合金インゴットをＡｒ雰
囲気中で粉砕することにより得た。

【００３４】各焼結磁石の製造に用いた合金粉末の組み
合わせ、その混合比率および混合後の組成を、表３以降
の各表に示す。なお、合金粉末の平均粒径は、第１合金
において３．３μm、第２合金において３．２μm、第３
合金において３．０μmとした。合金粉末の混合は、Ａ
ｒ雰囲気中で行った。

【００３５】次いで、合金粉末を１０Tのパルス磁場中
で静水圧成形した後、真空中において１０５０℃で８時
間焼結し、急冷した。さらに、Ａｒ雰囲気中において５
５０℃で１時間時効処理を施して、焼結磁石サンプルと
した。各サンプルの密度、残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁
力（ＨcJ）および最大エネルギー積（(BH)max）を、表
３以降の各表に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】上記各表から、本発明の効果が明らかであ
る。すなわち、３種の合金を混合する本発明法では、通
常の焼結法および２合金法のいずれを用いた場合よりも
優れた特性の焼結磁石が得られている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福野亮東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (72)発明者中川準東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 4K018 AA27 KA45 5E040 AA04 BD01 CA01 HB05 NN01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｒ（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なく
とも１種である）、Ｔ（Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅおよび
Ｆｅ以外の遷移元素である）およびＢを含有する焼結磁
石を製造する方法であって、第１合金の粉末と第２合金の粉末と第３合金の粉末との
混合物を成形して焼結する工程を有し、前記第１合金の組成をＲ：２６〜２９重量％、Ｂ：０．８〜１．０８重量％、Ｔ：残部とし、前記第２合金の組成をＲ：２８重量％以上、Ｂ：１．１〜１．５重量％、Ｔ：残部とし、前記第３合金の組成をＲ：３０重量％以上、Ｂ：０．５重量％以下、Ｔ：残部とする焼結磁石の製造方法。
【請求項２】前記第３合金がＢを含有しない請求項１
の焼結磁石の製造方法。
【請求項３】前記混合物の組成をＲ：２８〜３１重量％、Ｂ：０．９〜１．１重量％、Ｔ：残部とする請求項１または２の焼結磁石の製造方法。
【請求項４】前記混合物の組成をＲ：２８〜２９．５重量％、Ｂ：０．９５〜１．０５重量％、Ｔ：残部とする請求項１または２の焼結磁石の製造方法。