JP3057448B2 - 希土類永久磁石 - Google Patents

希土類永久磁石

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は各種電気電子機器材料として有用な磁気特性
に優れた希土類永久磁石に関するものである。
(従来技術とその問題点) 従来良く知られ量産化されている希土類永久磁石に
は、Sm−Co磁石があり、スピ−カ−、モ−タ−、計測器
などに多く使用されている。
Sm−Co磁石は高価なSm、Co金属を使用しているのでコ
ストの低減、磁気特性を向上させるためSm量を減少さ
せ、CoをFeで置換する割合を高めることが開発の中心課
題である。
しかし従来のSmCo5系永久磁石はCaCu5構造のSmCo5
合物(この構造を以下1/5と呼ぶ)を基礎としており、
この場合にはSm量を減少させることはできず、Coの一部
をFeで置換することもできない。
また、従来のSm2Co17系の永久磁石は、Th2Zn17構造の
Sm2Co17化合物(この構造を以下2/17と呼ぶ)を基礎と
しており、この場合には1/5磁石に比べるとSm量が約8
%程度減少しており、Coの一部のFeによる置換は20at%
程度まで可能であるが、まだ十分とは言えない(T.Ojim
a et al,IEEE Trans Mag Mag−13,(1977)1317)。ま
た2/17磁石では2相分離させるために、Cuが必須元素と
して用いられるが、Cuは非磁性元素であるためできるだ
け少なくすることが望ましい。
一般的に用いられる組成式Sm(CoFeCuM)zで言え
ば、Cu=0.05程度が下限であり、それ以上少なくすると
iHcが急速に減少する(俵好夫ほか、日本応用磁気学会
9,(1985)20)。
Sm量については、z値が7.5付近で作られることが多
く、焼結しない特殊な場合(粉末焼結法を使用せず、イ
ンゴットを直接熱処理してプラスチック磁石にする場
合)には8.0〜8.2組成が使用される(T.Shimoda,4th In
ternational Workshop on Re−Co Permanent Magnets
p.335(1979))。
一般に2/17磁石な2相分離は、SmCo5とSm2Co17の化合
物間で起きるため、原理的にz値が8.5を越えることは
できない。
Shimoda論文には、z値=8.94の例もあるが、Sm2Co17
とCoとの共存組織となっており、角形比が悪いので実用
に供されていない。Sm−Co磁石においてSm量、Cu量の低
減とFe量増加の試みは最近停滞しており、新しい指導原
理、知見が求められている現状である。
Sm系磁石でもCuを用いない核発生成長型磁石がNagel
により報告されている(H.Nagel,3M Conference Prol.2
9(1976)603)。しかしこの磁石はiHcの温度変化が大
きく実用に供されていない。
最近開発されたNd−Fe−B磁石は、Sm−Co磁石より高
特性であり、しかも資質的に豊富なNd、Feを主原料にし
ているのでメリットが大きい。しかしNd磁石は大変錆び
やすく、何らかなコ−ティングが必要となり、量産に適
した膜の選定やコストがネックとなっている。また、B
r、iHcは温度上昇にともない急激に減少し実用上大きな
問題となっており、特に後者のiHcの急激な減少が使用
温度範囲を大きく制限している(D.Li,J.Appl.Phys 57
(1985)4140)。これは保磁力の機構が核発生成長型の
ためであり、NagelのSm磁石と同様にiHcの温度係数の悪
いのを改善することは原理的に困難である。2相分離型
の保磁力機構をもつ、Sm−Co磁石のiHcの温度係数は核
発生成長型のNd磁石より小さく、高温度での使用に適し
ている。
本発明者らは、さきに体心正方晶1/12(ThMn12構造)
をもつRFe12-xMx、R(Fe1-xCox12-yMyを主相とした
希土類磁石について特許出願(特願昭62−224764,特願
昭62−233481)したが、これをさらに詳細に研究した結
果、2相分離型の保磁力機構を有し、しかも上記欠点を
克服できる磁石を得ることに成功し本発明に至った。
(発明の構成) 本発明は高価な希土類の量を低減でき、高い温度でも
使用可能なSm−Co磁石と同等あるいはそれ以上の磁気特
性を有する希土類永久磁石を提供するもので、その要旨
とするところは、 式R(Fe1-x-yCoxMy(式中RはYを含む希土類元
素の1種または2種以上、MはMn、Al、Nb、Ni、Snの1
種または2種以上、xは0≦x≦0.99、yは0.01≦y≦
0.3、zは8.5<z<12である。)で示され、母相粒内の
詳細なTh2Zn17構造(2/17)とThMn12構造(1/12)の2
相分離構造を有してなる希土類永久磁石にある。
本発明者らは前記特願昭62−224764,特願昭62−23348
1のR−Fe−MまたはR−FeCo−M系希土類磁石を詳し
く検討した結果これには高温領域でTbCu7構造(以下1/7
と呼ぶ)の組成が存在することを見出した。
第1〜第3図は1/5 2/17 1/12の各化合物の結晶構造
を示しているが、結晶構造の基礎は1/5であって、2/17
1/12はこれから誘導されるものである。
これらはR2M17=3RM5−R+2M、RM12=2RM5−R+2M
と表わされ、Rをペア−のMで規則正しく置き換えるこ
とにより2/17または1/12が得られる。1/7は2/17と異な
りペア−のMはRのサイトを無秩序に置換した構造であ
る。
従来SmCo7、Sm(CoCu)、Sm(CoFeCu)7.5、Sm(Co
FeCuZr)7.5などで1/7構造が見出されており、これがSm
系の2相分離型磁石のベ−スとなっていたものである。
なぜなら1/7構造は室温では安定でないため1/7構造を有
する合金を適度な温度と時間で熱処理する事により粒内
が1/5と2/17に微細(数百〜3000Å)に分離し磁石とし
ての保磁力が得られる。従来1/7構造は1/5と2/17の間、
つまりz値で言えば5.0から8.5の間で見出されており、
z値が8.5より大きな領域では知られていなかったもの
である。
本発明者らはz値が8.5を越え12未満の領域で1/7構造
が存在することを見出し、これらの合金を基礎として焼
結、熱処理を検討した結果、2/17(Th2Zn17構造)と1/1
2(ThMn12構造)の2相分離が生じることを見出し、本
発明に至ったものである。また従来のSm系2相分離型磁
石ではCuが必須元素として用いられていたが、本発明で
は1/12相を安定化するためのMが同時に1/7の安定化元
素として効果がある。
前記RとしてはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、D
y、Ho、Er、Tm、Yb、Luの希土類元素およびYがあげら
れ、これらの1種または2種以上の混合物が使用される
が磁石として重希土類元素を使用した場合には飽和磁化
が低下するため、軽希土類元素が好ましく、その中でも
特に好ましいのはSmでありSmと他の軽希土類元素の組合
せも良好な特性が得られる。すなわちzが8.5〜12の範
囲外のときは高温領域で1/7構造が安定化しない。好ま
しいのは9.0から11.0の間である。
MとしてはMn、Al、Nb、Ni、Snがあげられ、これらの
1種または2種以上が用いられる。Mは1/7と1/12構造
の安定化元素であり、yが0.01〜0.3の範囲外のときは1
/7構造が安定せず、0.01より少ないときは1/12構造も安
定しなくなるためこの範囲内であることが必要である。
また、Fe量の多いとき1/7構造が安定化できなかった従
来の2/17系の2相分離型磁石と異なり、Coの全量がFeで
置換可能である。この場合Fe:Co=1:1近傍が1番飽和磁
化としては高くなるが、温度特性はCo量が多いほど良く
なり、磁気特性、温度特性とコストとの兼合いで任意の
量非を選ぶことができる。
高温での安定相1/7は1,000℃以下の熱処理により粒度
が微細に2相分離するが、本発明者らは焼成磁石の母相
粒内の組織について走査型電子顕微鏡で観察を行なった
ところ1μmオ−ダ−の組織は見出せなかった。また、
2/17と1/12の2相に分離していることは熱磁気曲線と粉
末X線回折図形より確認されている。
前記の組成よりなる組成物を粉末冶金法により、溶
解、鋳造、粉砕、磁場中成形、焼結、熱処理をすること
により本発明の希土類永久磁石を得ることができる。粉
末冶金法の全ての工程が重要であることは勿論である
が、特に焼結、熱処理工程は組成に応じて最適化するこ
とが必要である。酸素やカ−ボンのような工程中から不
可避に入ってくる不純物については、少ない方が好まし
く、酸素0.3以下、C,0.1%以下であれば磁気特性の低下
も少ない。本発明に関わる希土類磁石は異方性焼結磁石
として用いる方が好ましいが、磁場中で配向せず等方性
磁石として用いる事も可能である。
(発明の効果) 本発明による希土類永久磁石は2/17と1/12の2相分離
構造を有する磁石で、従来の2/17 Sm磁石における1/5と
2/17の2相分離構造を有するものと全く異なり、しかも
CoとFeは全量置換するため任意の比率を選ぶことができ
る。従来の2/17系Sm磁石より少ないR元素量で良く、磁
気特性も同等以上の高い磁気特性が得られる。保磁力の
温度変化はNd磁石と比べると非常に小さく、100℃以上
の高温度使用も全く問題がないため広い応用分野での利
用が見込まれる。またNd磁石では磁石表面が錆びるため
コ−ティングやメッキをしない限り使用に耐えなかった
が、本発明の磁石は従来の2/17 Sm磁石と同様錆び難い
ので通常はコ−ティングの必要がない。もちろん各種の
コ−ティング(樹脂塗装、PVDなど)を施すことにより
耐食性を増すことができる。また焼結体または溶体化熱
処理をしたインゴットを粉砕してプラスチックマグネッ
トとすることもできる。このように従来磁石の欠点を克
服した磁石を作成することが可能になった。次に、本発
明を実施例を挙げて具体的に説明する。
実施例1 各々純度99.9%のSm、M、Fe、Coを第1表に示す割合
で秤量し高周波炉で溶解し、銅鋳型に溶湯を傾注してイ
ンゴットを作成した。これらをN2ガス中でジエットミル
により平均粒径2〜5μmの大きさに微粉砕して、得ら
れた微粉を15kOeの磁場中で配向後油圧プレスにて1.5t/
cm2の圧力でプレス成形した。この成形体をArガス中で
1,000℃〜1,250℃で2時間焼結した後、400℃〜1,000℃
で更に10時間熱処理し冷却した。この様にして作成した
異方性焼結体の磁気特性を第1表に組成とともに示す。
実施例2 各々純度99.9%のR、M、Fe、Coを第2表に示す割合
で秤量し実施例1と同様な工程で焼結試料を作成し、そ
の磁気特性を測定した結果を同じく第2表に示す。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図に1/5 2/17 1/12各化合物の結晶構造を
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大杉 良 福井県武生市北府2丁目1番5号 信越 化学工業株式会社磁性材料研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−241304(JP,A) 特開 昭55−11157(JP,A) 特開 昭56−123344(JP,A) 特開 昭61−15945(JP,A) 特開 昭61−10209(JP,A) 特開 昭60−244003(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 1/04 C22C 19/07 C22C 38/00 303

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式中(Fe1yCoxMy(式中RはY
    を含む希土類元素の1種または2種以上、MはMn、Al、
    Nb、Ni、Snの1種または2種以上、xは0≦x≦0.99、
    yは0.01≦y≦0.3、zは8.5<z<12である。)で示さ
    れる母相粒内が微細なTh2Zn17構造(2/17)とThMn12
    造(1/12)の2相分離してなる希土類永久磁石。
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