(57)【要約】【課題】簡単な装置で磁気特性に優れた等方性磁石を製造する。【解決手段】ＳｍおよびＦｅに、ＣｏまたはＺｒあるいはＣｏとＺｒとを配合した原料を溶解し、得られた磁石合金の溶湯から超急冷法により等方性磁石合金粉末を製造する。等方性磁石合金粉末を所要粒径に粉砕した後、不活性雰囲気下において所定温度で加熱処理する。Ｎ２ガス雰囲気で所定温度で加熱しながら窒化処理し、結晶格子間に窒素原子を導入する。窒化処理された合金粉末を金型に充填した成形体を、４ｔ／ｃｍ２以下の予加圧下で３００〜５００℃の温度に加熱して４ｔ／ｃｍ２以上の圧力でプレス、あるいは４ｔ／ｃｍ２以上の圧力を加えた後に３００〜５００℃の温度に加熱して固化する。得られた固形体を磁化、あるいはプレス時に磁化することで、等方性磁石が得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超急冷法により製造されたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、あるいはその粉末からなる成形体を、４ｔ／ｃｍ２以下の予加圧下で３００〜５００℃の温度に加熱して４ｔ／ｃｍ２以上の圧力でプレス、あるいは４ｔ／ｃｍ２以上の圧力を加えた後に３００〜５００℃の温度に加熱して固化するようにした
ことを特徴とする等方性磁石の製造方法。
【請求項２】
材料として超急冷法により作製されたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末を使用し、請求項１のように加熱前に４ｔ／ｃｍ２以下の予加圧、あるいは４ｔ／ｃｍ２以上の本加圧を行なった後に３００〜５００℃の温度に加熱することで、大気中での加熱成形を可能としたことを特徴とする等方性磁石の製造方法。
【請求項３】
前記加熱は、２００℃／ｍｉｎより低い昇温速度で、３５０〜５００℃まで昇温する請求項１記載の等方性磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、等方性磁石の製造方法に関し、更に詳細には、磁気特性に優れた等方性磁石を製造し得る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
等方性磁石として代表的なものに、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石がある。このボンド磁石は、等方性の磁石粉末と樹脂（エポキシやナイロン等）とを混合したコンパウンドを原料として、圧縮成形あるいは射出成形等により製造される。
【０００３】
前記等方性ボンド磁石は、生産性が高く、着磁パターンが自由に選択できることから、モータ部品として使用される場合には、回転がスムーズとなる等の実用上の利点がある。そのため、情報・通信分野、自動車分野等で広く使用されている。しかし、等方性のため、更にはバインダとして樹脂を混合するため、異方性の焼結磁石に比べ、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘは低く、最大でも１４ＭＧＯｅ程度であった。
【０００４】
そこで、バインダを用いることなく、等方性の磁石粉末からなる成形体をプラズマ焼結することで、磁石粉末の高密度化を図り、高い最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが得られる磁石を製造するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２４０３０７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に開示されるプラズマ焼結方法は、真空中での作業となるため、構造が複雑で作業性が低いものであった。また、現在のプラズマ焼結方法は、実験室レベルでの小さな試料を製造することしかできず、工業生産上実用的ではない。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、前述した従来の技術に内在している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、簡単な装置で磁気特性に優れた等方性磁石を製造し得る等方性磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決し、所期の目的を好適に達成するため、本発明に係る等方性磁石の製造方法は、
超急冷法により製造されたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、あるいはその粉末からなる成形体を、４ｔ／ｃｍ２以下の予加圧下で３００〜５００℃の温度に加熱して４ｔ／ｃｍ２以上の圧力でプレス、あるいは４ｔ／ｃｍ２以上の圧力を加えた後に３００〜５００℃の温度に加熱して固化するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る等方性磁石の製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。
【００１０】
図１は、実施例に係る等方性磁石の製造方法の工程を示すものであって、ＳｍおよびＦｅに、ＣｏまたはＺｒあるいはＣｏとＺｒとを配合した原料を溶解し、得られた磁石合金の溶湯から超急冷法により等方性磁石合金粉末を製造する。例えば、銅等の回転ロールに溶湯を噴出させて、ナノレベルの結晶粒からなるフレーク状の超急冷リボンを製造する。この超急冷法により得られた等方性磁石合金粉末の結晶構造は、ＴｂＣｕ７型（六方晶系）であり、徐冷により得られる平衡相（Ｔｈ２Ｚｎ１７型）よりも単位体積当たりのＦｅ量を高めることができるため、より高い飽和磁化を得ることが可能となる。なお、ＳｍおよびＦｅに更に配合する金属元素としては、Ｈｆ，Ａｌ，Ｇａであってもよい。
【００１１】
次に、前記等方性磁石合金粉末を所要粒径に粉砕した後、例えばＡｒ等の不活性雰囲気下において所定温度（例えば５００〜９００℃）で加熱処理する。この加熱処理により、得られた合金粉末のアモルファス相の結晶化および結晶粒径の均質化が図られる。更に、Ｎ２ガス雰囲気で所定温度で加熱しながら窒化処理し、結晶格子間に窒素原子を導入する。このように窒化処理することで、磁石として必要な高保磁力化が実現可能となる。なお、加熱処理および窒化処理時における加熱温度や加熱時間等に関しては、対象とする合金粉末の組成により適切な値が設定される。
【００１２】
前述したようにして窒化処理された合金粉末を金型に充填した成形体を、４ｔ／ｃｍ２以下の予加圧下で、２００℃／ｍｉｎより低い昇温速度で３００〜５００℃の温度に加熱すると共に、該温度域にて４ｔ／ｃｍ２の圧力（本加圧）でプレス成形することで固化する（熱間プレスの加圧・加熱タイミングを示す図２のパターン１）。あるいは、前記予加圧を行なうことなく、４ｔ／ｃｍ２以上の圧力を加えた後に、２００℃／ｍｉｎより低い昇温速度で３００〜５００℃の温度に加熱して固化する（図２のパターン２）。得られた固形体を磁化、あるいはプレス時に磁化することで、等方性磁石（熱間プレス磁石）が製造される。この等方性磁石は、バインダを用いていないから、高密度化が図られており、その磁気特性はボンド磁石より大幅に向上する。また、超急冷および窒化処理により、材料の飽和磁化および保磁力を高めることができ、等方性磁石として高い磁気特性を有するようになる。更に、バインダレスであるから、耐熱性および強度も向上する。更にまた、実施例の製造方法におけるプレス工程は、大気中においても実施できるから、簡単なプレス装置で製造可能であり、しかも作業性や作業能率も真空中で行なう従来のものに比べて極めて向上する。すなわち、高磁気特性を有する等方性磁石の安定した工業生産が可能である。
【００１３】
なお、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系合金の分解温度は約６００℃であり、この分解温度を上回る温度域では磁気特性が劣化する（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎ合金磁石の磁気特性と温度との関係を示す図３（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。従って、プレス工程での加熱温度に関しては、前記分解温度より低い温度域であればよいが、低温では成形性が低下するため、３００〜５００℃の範囲が好適であり、より好適には３５０〜５００℃の範囲である。また圧力に関しては、４ｔ／ｃｍ２以上であれば、固形体の充分な密度が得られる。但し、圧力を高くすればする程、固形体の密度を高くすることは可能であるが、プレス機自体の強度や金型の強度を考慮すると、実用的には上限は１２ｔ／ｃｍ２程度となる。更に、昇温速度に関しては、速くすると分解反応を招いてαＦｅが現われ、磁気特性が低下する原因となるため、２００℃／ｍｉｎより低い速度が好適である。
【００１４】
ここで、本発明で対象となるＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系合金の組成としては、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ，Ｓｍ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ，Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎ，Ｓｍ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ，Ｓｍ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｎ，Ｓｍ−Ｆｅ−Ａｌ−Ｎ，Ｓｍ−Ｆｅ−Ｇａ−Ｎ等が挙げられる。
【００１５】
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石合金の成分配合としては、以下のものが挙げられる。
Ｓｍ８．０−Ｆｅ８０．０−Ｎ１２．０，Ｓｍ８．２−Ｆｅ７９．６−Ｎ１２．２
Ｓｍ８．２−Ｆｅ７９．６−Ｎ１２．２，Ｓｍ８．３−Ｆｅ７９．２−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７９．２−Ｎ１２．５，Ｓｍ８．５−Ｆｅ７８．７−Ｎ１２．８
Ｓｍ８．５−Ｆｅ７８．７−Ｎ１２．８，Ｓｍ８．７−Ｆｅ７８．３−Ｎ１３．０
Ｓｍ８．７−Ｆｅ７８．３−Ｎ１３．０，Ｓｍ９．１−Ｆｅ７７．３−Ｎ１３．６
【００１６】
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ磁石合金の成分配合としては、以下のものが挙げられる。
Ｓｍ８．０−Ｆｅ７６．０−Ｃｏ４．０−Ｎ１２．０
Ｓｍ８．０−Ｆｅ６８．０−Ｃｏ１２．０−Ｎ１２．０
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７５．２−Ｃｏ４．０−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７１．３−Ｃｏ７．９−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ６７．３−Ｃｏ１１．９−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ６３．３−Ｃｏ１５．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ５９．４−Ｃｏ１９．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．７−Ｆｅ７４．３−Ｃｏ３．９−Ｎ１３．０
Ｓｍ８．７−Ｆｅ６６．５−Ｃｏ１１．７−Ｎ１３．０
【００１７】
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎ磁石合金の成分配合としては、以下のものが挙げられる。
Ｓｍ８．２−Ｆｅ７９．２−Ｚｒ０．２−Ｎ１２．５
Ｓｍ７．９−Ｆｅ７９．２−Ｚｒ０．４−Ｎ１２．５
Ｓｍ７．５−Ｆｅ７９．２−Ｚｒ０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ６．８−Ｆｅ７９．２−Ｚｒ１．５−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．７−Ｚｒ０．２−Ｎ１２．８
Ｓｍ８．１−Ｆｅ７８．７−Ｚｒ０．４−Ｎ１２．８
Ｓｍ７．７−Ｆｅ７８．７−Ｚｒ０．９−Ｎ１２．８
Ｓｍ７．７−Ｆｅ７８．７−Ｚｒ０．９−Ｎ１２．８
Ｓｍ７．０−Ｆｅ７８．７−Ｚｒ１．５−Ｎ１２．８
Ｓｍ８．５−Ｆｅ７８．３−Ｚｒ０．２−Ｎ１３．０
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．３−Ｚｒ０．４−Ｎ１３．０
Ｓｍ７．８−Ｆｅ７８．３−Ｚｒ０．９−Ｎ１３．０
Ｓｍ７．８−Ｆｅ７８．３−Ｚｒ０．９−Ｎ１３．０
Ｓｍ７．２−Ｆｅ７８．３−Ｚｒ１．５−Ｎ１３．０
Ｓｍ８．７−Ｆｅ７７．８−Ｚｒ０．２−Ｎ１３．３
Ｓｍ８．４−Ｆｅ７７．８−Ｚｒ０．４−Ｎ１３．３
Ｓｍ８．０−Ｆｅ７７．８−Ｚｒ０．９−Ｎ１３．３
Ｓｍ７．４−Ｆｅ７７．８−Ｚｒ１．５−Ｎ１３．３
【００１８】
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｎ磁石合金の成分配合としては、以下のものが挙げられる。
Ｓｍ８．０−Ｆｅ７９．６−Ｈｆ０．２−Ｎ１２．２
Ｓｍ７．８−Ｆｅ７９．６−Ｈｆ０．４−Ｎ１２．２
Ｓｍ８．２−Ｆｅ７８．８−Ｈｆ０．８−Ｎ１２．２
Ｓｍ６．７−Ｆｅ７９．６−Ｈｆ１．５−Ｎ１２．２
Ｓｍ８．２−Ｆｅ７９．２−Ｈｆ０．２−Ｎ１２．５
Ｓｍ７．９−Ｆｅ７９．２−Ｈｆ０．４−Ｎ１２．５
Ｓｍ７．５−Ｆｅ７９．２−Ｈｆ０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ７．５−Ｆｅ７９．２−Ｈｆ０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ６．８−Ｆｅ７９．２−Ｈｆ１．５−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．７−Ｈｆ０．２−Ｎ１２．８
Ｓｍ８．１−Ｆｅ７８．７−Ｈｆ０．４−Ｎ１２．８
Ｓｍ７．７−Ｆｅ７８．７−Ｈｆ０．９−Ｎ１２．８
Ｓｍ７．７−Ｆｅ７８．７−Ｈｆ０．９−Ｎ１２．８
Ｓｍ７．０−Ｆｅ７８．７−Ｈｆ１．５−Ｎ１２．８
Ｓｍ８．５−Ｆｅ７８．３−Ｈｆ０．２−Ｎ１３．０
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．３−Ｈｆ０．４−Ｎ１３．０
Ｓｍ７．８−Ｆｅ７８．３−Ｈｆ０．９−Ｎ１３．０
Ｓｍ７．２−Ｆｅ７８．３−Ｈｆ１．５−Ｎ１３．０
【００１９】
Ｓｍ−Ｆｅ−Ａｌ−Ｎ磁石合金の成分配合としては、以下のものが挙げられる。
Ｓｍ８．０−Ｆｅ７９．８−Ａｌ１０．２−Ｎ１２．０
Ｓｍ８．０−Ｆｅ７９．２−Ａｌ１０．８−Ｎ１２．０
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７９．０−Ａｌ１０．２−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．４−Ａｌ１０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．４−Ａｌ１０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．４−Ａｌ１０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．７−Ｆｅ７８．１−Ａｌ１０．２−Ｎ１３．０
Ｓｍ８．７−Ｆｅ７７．５−Ａｌ１０．８−Ｎ１３．０
【００２０】
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｇａ−Ｎ磁石合金の成分配合としては、以下のものが挙げられる。
Ｓｍ８．０−Ｆｅ７９．８−Ｇａ０．２−Ｎ１２．０
Ｓｍ８．０−Ｆｅ７９．２−Ｇａ０．８−Ｎ１２．０
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７９．０−Ｇａ０．２−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．４−Ｇａ０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．４−Ｇａ０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．３−Ｆｅ７８．４−Ｇａ０．８−Ｎ１２．５
Ｓｍ８．７−Ｆｅ７８．１−Ｇａ０．２−Ｎ１３．０
Ｓｍ８．７−Ｆｅ７７．５−Ｇａ０．８−Ｎ１３．０
【００２１】
【実験例】
［昇温速度と高密度化との関係に関する実験］
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎ合金粉末を用い、圧力を４ｔ／ｃｍ２に保持したもとで、▲１▼〜▲４▼の条件で昇温速度を変更して前述した製造方法により製造した等方性磁石のＸ線解析パターンを図４に示し、そのＸ線解析パターンにおけるＴｂＣｕ７型相とαＦｅの第１ピーク強度の比を図５に示す。但し、熱間プレスの加圧・加熱パタンーとしては、パターン１を採用した。
▲１▼４５０℃まで昇温速度５０℃／ｍｉｎで昇温し、該４５０℃で２分間保持する条件の発明例１
▲２▼４５０℃まで昇温速度１００℃／ｍｉｎで昇温し、該４５０℃で２分間保持する条件の発明例２
▲３▼４５０℃まで昇温速度１５０℃／ｍｉｎで昇温し、該４５０℃で２分間保持する条件の発明例３
▲４▼４５０℃まで昇温速度２００℃／ｍｉｎで昇温し、該４５０℃で２分間保持する条件の比較例１
図４および図５から明らかなように、昇温速度を２００℃／ｍｉｎ以上とすることで、分解反応により現われるαＦｅの第１ピーク強度が高くなり、磁気特性が低下する原因となることが分かる。
【００２２】
［保持時間と密度、Ｂｒ、ｉＨｃ、（ＢＨ）ｍａｘの関係に関する実験］
Ｓｍ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ合金粉末を用い、圧力を１２ｔ／ｃｍ２に保持すると共に、４００℃まで１８０℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、該４００℃で▲５▼および▲６▼の条件で保持時間を変更して製造した等方性磁石の密度との関係を図６に示し、Ｂｒ、ｉＨｃ、（ＢＨ）ｍａｘとの関係を図７に示す。
▲５▼４００℃で１２分間保持した発明例４
▲６▼４００℃で３０分間保持した発明例５
図６および図７から、保持時間を長くすることで、得られた等方性磁石の密度は若干向上するが、Ｂｒ、ｉＨｃ、（ＢＨ）ｍａｘに関しては、略変化しないことが分かる。すなわち、この温度域において保持時間の長短による磁気特性への影響は少ないと判断される。
【００２３】
［ボンド磁石と熱間プレス磁石との比較］
同一条件で製造した磁石粉末を用いて製造したＳｍ−Ｆｅ−Ｎの熱間プレス磁石（発明例６）とボンド磁石（比較例２）に関して、密度と（ＢＨ）ｍａｘとの関係を図８に示す。
一般に等方性磁石の場合、密度を上げることで（ＢＨ）ｍａｘが高くなるが、比較例２に係るボンド磁石については、バインダを用いているために限界があり、密度は約６ｇ／ｃｍ３で頭打ちとなる。これに対し、バインダレスである発明例６に係る熱間プレス磁石に関しては、圧力を上げることで（４ｔ／ｃｍ２→８ｔ／ｃｍ２→１２ｔ／ｃｍ２）、更に密度を高くすることができることが分かる。例えば、圧力を１２ｔ／ｃｍ２とすることで、（ＢＨ）ｍａｘが１７ＭＧＯｅの等方性磁石の製造が可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係る等方性磁石の製造方法によれば、簡単な装置により磁気特性の高い等方性磁石を、安定して工業生産できる。また、大気中での磁石製造が可能であるから、作業性や作業能率は真空中で行なう従来のものに比べて極めて向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る製造方法の工程を示す説明図である。
【図２】実施例に係る製造方法における熱間プレスの加圧・加熱タイミングを示す概略図である。
【図３】磁気特性（Ｂｒ、ｉＨｃ、（ＢＨ）ｍａｘ）と温度との関係を示すグラフ図である。
【図４】昇温速度と高密度化との関係に関する実験結果を示すＸ線解析パターン図である。
【図５】図４に示すＸ線解析パターンにおけるＴｂＣｕ７型相とαＦｅの第１ピーク強度の比と昇温速度との関係を示すグラフ図である。
【図６】保持時間と密度との関係に関する実験結果を示すグラフ図である。
【図７】保持時間とＢｒ、ｉＨｃ、（ＢＨ）ｍａｘの関係に関する実験結果を示すグラフ図である。
【図８】ボンド磁石および熱間プレス磁石の密度と（ＢＨ）ｍａｘとの関係に関する実験結果を示すグラフ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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