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JP2017135268A - Hybrid magnet - Google Patents

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JP2017135268A
JP2017135268A JP2016014108A JP2016014108A JP2017135268A JP 2017135268 A JP2017135268 A JP 2017135268A JP 2016014108 A JP2016014108 A JP 2016014108A JP 2016014108 A JP2016014108 A JP 2016014108A JP 2017135268 A JP2017135268 A JP 2017135268A
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JP2016014108A
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Japanese (ja)
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入江 周一郎
Shuichiro Irie
周一郎 入江
泰直 三浦
Yasunao Miura
泰直 三浦
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Original Assignee
TDK Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hybrid magnet in which decrease of coercive force is suppressed while increasing residual magnetic flux density.SOLUTION: In a hybrid magnet containing a first magnet material and a second magnet material, the first magnet material is a R-Fe-B-based alloy, the second magnet material is a Mn-Bi-based alloy, and when the volume ratio of the content of first magnet material and second magnet material is (100-a):(a), (a) is in a range of 5-80.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ハイブリッド磁石に関する。 The present invention relates to a hybrid magnet.

現在、希土類磁石の中で最も生産金額が大きく、最も高特性なのはR−Fe−B系合金を主成分とするネオジム磁石(NdFe14B系磁石)であるが、この磁石は熱的に不安定であり、温度の上昇に伴い、磁気特性が劣化するという欠点を持つ。そのため最大使用温度は約150℃程度となり、高温状態になる環境での使用はできない。 At present, neodymium magnets (Nd 2 Fe 14 B-based magnets) whose main component is the R—Fe—B-based alloy are the most expensive among rare earth magnets. It is unstable and has the disadvantage that the magnetic properties deteriorate with increasing temperature. Therefore, the maximum use temperature is about 150 ° C. and cannot be used in an environment where the temperature is high.

そこで、資源調達リスクの高い希土類金属元素の中でもNdやDyなどの高価な希土類を含まない磁石としてMnBi系磁石が注目されている。このMnBi系磁石材料は光磁気記録の分野で良く知られており、高温状態でも保磁力が低下しないので、バルク磁石としても有望な磁石材料であるが、残留磁束密度が小さいという欠点を持つ。 Therefore, MnBi-based magnets are attracting attention as magnets that do not contain expensive rare earth elements such as Nd and Dy among rare earth metal elements with a high resource procurement risk. This MnBi-based magnet material is well known in the field of magneto-optical recording, and its coercive force does not decrease even at high temperatures. Therefore, it is a promising magnet material as a bulk magnet, but has a drawback of low residual magnetic flux density.

その他の有望な磁石材料としては、100℃以上の温度環境において、Co系磁石(SmCo17系磁石、SmCo系磁石、FeCrCo系磁石)やSmFe17系ボンド磁石しか選択肢が無いのが現状である。この中でCo系磁石は磁気特性に劣り、なおかつ高価であり、また、脆性を有するため、欠けや割れなどもおきやすいという欠点を持つ。また、SmFe17において、磁気特性は高いが約650℃以上で不均化反応を起こし、SmN+αFeに分解してしまうという欠点がある。そのため一般に焼結体の作製は不可能である。そのため、SmFe17系磁石は、製品としてはボンド磁石のみであり、NdFe14B系樹脂ボンド磁石に比べ残留磁束密度が低いという欠点を持つ。 As other promising magnet materials, there are only Co-based magnets (Sm 2 Co 17- based magnets, SmCo 5- based magnets, FeCrCo-based magnets) and Sm 2 Fe 17 N x- based bonded magnets in a temperature environment of 100 ° C. or higher. There is no current situation. Among these, the Co-based magnet is inferior in magnetic properties, is expensive, and has brittleness, so that it has the disadvantage that chipping and cracking are likely to occur. In addition, Sm 2 Fe 17 N x has high magnetic characteristics, but has a disadvantage that it causes a disproportionation reaction at about 650 ° C. or more and decomposes into SmN + αFe. Therefore, it is generally impossible to produce a sintered body. Therefore, the Sm 2 Fe 17 N x- based magnet is only a bonded magnet as a product, and has a defect that the residual magnetic flux density is lower than that of the Nd 2 Fe 14 B-based resin bonded magnet.

また、特許文献1などでは、希土類磁石粉末にフェライト磁性粉末を混合するハイブリッド磁石について述べられているが、このフェライトを混合するという手法では、飽和磁化が小さく、大きな残留磁束密度の向上は望めないのが現状である。 Further, Patent Document 1 and the like describe a hybrid magnet in which ferrite magnetic powder is mixed with rare earth magnet powder, but the technique of mixing this ferrite has a small saturation magnetization, and a large improvement in residual magnetic flux density cannot be expected. is the current situation.

特開2003−59706号公報JP 2003-59706 A

そこで、本発明の技術的課題は、NdFe14B系樹脂ボンド磁石よりも残留磁束密度を高めつつ、保磁力の低下を抑制したハイブリッド磁石を提供することにある。 Therefore, a technical problem of the present invention is to provide a hybrid magnet that suppresses a decrease in coercive force while increasing a residual magnetic flux density as compared with an Nd 2 Fe 14 B resin bonded magnet.

本発明は、第1の磁石材料と第2の磁石材料を含むハイブリッド磁石において、前記第1の磁石材料が、R−Fe−B系合金であり、前記第2の磁石材料が、Mn−Bi系合金であり、第1の磁石材料と第2の磁石材料の含有量の体積比を(100−a):aとした時にaが、5以上、80以下の範囲であることを特徴とするハイブリッド磁石である。 The present invention relates to a hybrid magnet including a first magnet material and a second magnet material, wherein the first magnet material is an R—Fe—B alloy, and the second magnet material is Mn—Bi. It is a system alloy, and when the volume ratio of the content of the first magnet material and the second magnet material is (100-a): a, a is in the range of 5 or more and 80 or less. It is a hybrid magnet.

本発明のハイブリッド磁石が優れる理由は、NdFe14B系樹脂ボンド磁石にくらべ、樹脂バインダーの代わりに第2の磁石材料が第1の磁石材料の空隙を占有するため、第1の磁石材料を使用したNdFe14B系樹脂ボンド磁石よりも残留磁束密度が向上することにある。 The reason why the hybrid magnet of the present invention is superior is that the second magnet material occupies the gap of the first magnet material instead of the resin binder, as compared with the Nd 2 Fe 14 B-based resin bonded magnet. This is because the residual magnetic flux density is improved as compared with the Nd 2 Fe 14 B resin bond magnet using Nd.

第2の磁石材料であるMn−Bi系合金は、結晶学的には、低温相(LTP:Low Temperature Phase)と呼ばれる硬磁性合金が主たる構成相として存在し、塑性変形しやすい性質を持つため、機械的応力を以て加圧するだけで高い相対密度の磁石が得られる。したがってR−Fe−B系合金と組み合わせることで相対密度が向上し残留磁束密度の改善されたハイブリッド磁石が得られる。 The Mn-Bi alloy, which is the second magnet material, is crystallographically because a hard magnetic alloy called a low temperature phase (LTP) exists as a main constituent phase and has a property of being easily plastically deformed. A magnet having a high relative density can be obtained simply by applying pressure with mechanical stress. Therefore, by combining with an R—Fe—B alloy, a hybrid magnet with improved relative density and improved residual magnetic flux density can be obtained.

本発明に記載のハイブリッド磁石において、さらにBi、Al、Cd、Ga、In、Pb、Sn、Znから選ばれる少なくとも1種を主成分とする金属バインダーを含むことをが好ましい。このような金属バインダーを用いることでより塑性変形しやすくなり、成形工程において磁石の相対密度を容易に高めることができ、残留磁束密度を高めることができる。 In the hybrid magnet according to the present invention, it is preferable that the hybrid magnet further includes a metal binder containing at least one selected from Bi, Al, Cd, Ga, In, Pb, Sn, and Zn as a main component. By using such a metal binder, it becomes easier to plastically deform, the relative density of the magnet can be easily increased in the forming step, and the residual magnetic flux density can be increased.

本発明によれば、NdFe14B系樹脂ボンド磁石よりも残留磁束密度を高めつつ、保磁力の低下を抑制したハイブリッド磁石を得ることができる。 According to the present invention, while improving the residual magnetic flux density than Nd 2 Fe 14 B based resin bonded magnet, it is possible to obtain a hybrid magnet suppressing a decrease in coercive force.

本発明に係るハイブリッド磁石の好ましい実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態によって限定されるものではない。 Preferred embodiments of the hybrid magnet according to the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments.

本発明に記載のハイブリッド磁石は、第1の磁石材料と第2の磁石材料を含むハイブリッド磁石であって、前記第1の磁石材料が、R−Fe−B系合金であり、前記第2の磁石材料が、Mn−Bi系合金であり、第1の磁石材料と第2の磁石材料の含有量の体積比を(100−a):aとした時にaが、5以上、80以下の範囲であることを特徴とするハイブリッド磁石である。 The hybrid magnet according to the present invention is a hybrid magnet including a first magnet material and a second magnet material, wherein the first magnet material is an R—Fe—B alloy, and The magnet material is a Mn—Bi alloy, and the volume ratio of the content of the first magnet material and the second magnet material is (100-a): a, and a is in the range of 5 or more and 80 or less. It is a hybrid magnet characterized by being.

本実施形態における第1の磁石材料に用いる事の出来るR−Fe−B系合金は、成分組成がR Fe100−(x+y+z+u)で表され、RはYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素であり、MはV、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、Si、P、Cから選ばれる少なくとも1種であり、LはTi、Zr、Mo、Nb、Ta、W、から選ばれる少なくとも1種であり、x、y、z、uは原子パーセントで8%≦x≦15%、y≦3.0%、4%≦z≦8%、u≦1.5%であることを満たし、結晶構造がNdFe14B型の合金である。 R-Fe-B based alloy that can be used for the first magnetic material in the present embodiment, component composition represented by R x Fe 100- (x + y + z + u) M y B z L u, rare earth R is including Y M is at least one element selected from the elements, M is at least one selected from V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Al, Si, P, and C, and L is It is at least one selected from Ti, Zr, Mo, Nb, Ta, and W, and x, y, z, and u are atomic percentages of 8% ≦ x ≦ 15%, y ≦ 3.0%, 4% ≦ It satisfies the conditions of z ≦ 8% and u ≦ 1.5%, and is an Nd 2 Fe 14 B type alloy with a crystal structure.

xが8%未満であると、異相として軟磁性を示すFe相が増え、著しい保磁力低下の原因となるので好ましくない。 If x is less than 8%, the Fe phase showing soft magnetism increases as a different phase, which causes a significant decrease in coercive force, which is not preferable.

xを増やすと、Rリッチ相と呼ばれる粒界相が増え、保磁力が改善するものの、xが15%を超えると、主相であるRFe14B相が減少し残留磁束密度を低下させるので好ましくない。 Increasing x increases the grain boundary phase called R-rich phase and improves the coercive force, but if x exceeds 15%, the main phase R 2 Fe 14 B phase decreases and the residual magnetic flux density decreases. Therefore, it is not preferable.

保磁力の改善のためにMを添加しても良い。Mを添加する場合はy≦3.0%が好ましい。yが3.0%を超えると、異相としてRFe14B相以外の結晶構造を有する合金相やM元素単体の金属相が析出し、残留磁束密度を低下させる原因となるので好ましくない。 M may be added to improve the coercive force. When M is added, y ≦ 3.0% is preferable. If y exceeds 3.0%, an alloy phase having a crystal structure other than the R 2 Fe 14 B phase or a metal phase of a single element M precipitates as a different phase, which causes a decrease in residual magnetic flux density.

zが4%未満であるか、または8%を超えると、RFe14B相が形成しづらくなるため、残留磁束密度が低下するので好ましくない。 If z is less than 4% or exceeds 8%, it is difficult to form the R 2 Fe 14 B phase, which is not preferable because the residual magnetic flux density decreases.

保磁力の改善のためにLを添加しても良い。Lを添加する場合はu≦1.5%が好ましい。uが1.5%を超えても、添加効果はそれほど変わらず残留磁束密度と保磁力に影響がないが、Lは高価な元素であるため必要以上に添加しても、磁石材料の原料費用が高くなるため、保磁力改善の効果が飽和する1.5%以下が好ましい。 L may be added to improve the coercive force. When L is added, u ≦ 1.5% is preferable. Even if u exceeds 1.5%, the addition effect does not change so much and the residual magnetic flux density and coercive force are not affected. However, since L is an expensive element, even if it is added more than necessary, the raw material cost of the magnet material Is preferably 1.5% or less at which the effect of improving the coercive force is saturated.

また、R−Fe−B系合金粉末の平均粒径は10〜200μmが好ましく、より好ましくは50〜180μmである。粉末形状は扁平粉が好ましく、より好ましくは平らな面に垂直に磁化容易軸が配向した異方性の扁平粉である。 The average particle size of the R—Fe—B alloy powder is preferably 10 to 200 μm, more preferably 50 to 180 μm. The powder shape is preferably a flat powder, more preferably an anisotropic flat powder having an axis of easy magnetization perpendicular to a flat surface.

本実施形態における第2の磁石材料に用いる事の出来るMn−Bi系合金は、成分組成がMn100−wBiで表され、wは原子パーセントで40%≦w≦60%であることを満たす合金を使用することができる。主としてNiAs型の六方晶系の結晶構造を有し、w=50%の化学量論比を持つため、好ましくは、45%≦w≦55%である。 The Mn—Bi-based alloy that can be used for the second magnet material in the present embodiment has a component composition represented by Mn 100-w Bi w , and w is an atomic percentage of 40% ≦ w ≦ 60%. A filling alloy can be used. Since it mainly has a NiAs type hexagonal crystal structure and has a stoichiometric ratio of w = 50%, preferably 45% ≦ w ≦ 55%.

wが40%未満であると、Mn相が増加し、MnBi低温相が減少するので残留磁束密度が低下し、wが60%を超えるとBi相が増加しMnBi低温相が減少するので残留磁束密度が低下するため、40%≦w≦60%の範囲が好ましい。 If w is less than 40%, the Mn phase increases and the MnBi low-temperature phase decreases, so the residual magnetic flux density decreases. If w exceeds 60%, the Bi phase increases and the MnBi low-temperature phase decreases, so the residual magnetic flux Since the density decreases, the range of 40% ≦ w ≦ 60% is preferable.

また、Mn−Bi系合金は低温相(NiAs型)とBi相のコンポジットになることが好ましい。 The Mn—Bi alloy is preferably a composite of a low-temperature phase (NiAs type) and a Bi phase.

また、Mn−Bi系合金粉末の平均粒径は1〜200μmが好ましく、より好ましくは2〜10μmである。 The average particle size of the Mn—Bi alloy powder is preferably 1 to 200 μm, and more preferably 2 to 10 μm.

本実施形態におけるハイブリッド磁石において、前記R−Fe−B系合金と前記Mn−Bi系合金の含有量の体積比を(100−a):aとした時に、aは、5以上、80以下の範囲である。ここで、第1の磁石材料と第2の磁石材料との体積の総和である100とはハイブリッド磁石全体の見かけの体積を示すものではない。 In the hybrid magnet according to the present embodiment, when the volume ratio of the content of the R—Fe—B alloy and the Mn—Bi alloy is (100-a): a, a is 5 or more and 80 or less. It is a range. Here, 100 which is the total volume of the first magnet material and the second magnet material does not indicate the apparent volume of the entire hybrid magnet.

aが5未満であると、第2の磁石材料が第1の磁石材料の隙間を占有するのに不充分であり、残留磁束密度の向上はわずかであり、充分な改善とならない。aが80を超えると、第2の磁石材料が第1の磁石材料の隙間を占有するのに充分だが、第2の磁石材料より第1の磁石材料の方が単体では残留磁束密度が小さいため、aが多すぎる場合はかえって残留磁束密度が低下する。好ましいaの範囲は15以上、70以下である。 If a is less than 5, the second magnet material is insufficient to occupy the gaps of the first magnet material, and the residual magnetic flux density is only slightly improved and does not improve sufficiently. When a exceeds 80, the second magnet material is sufficient to occupy the gap between the first magnet materials, but the first magnet material alone has a lower residual magnetic flux density than the second magnet material. When a is too large, the residual magnetic flux density is lowered. The range of preferable a is 15 or more and 70 or less.

本実施形態におけるハイブリッド磁石はさらに、Bi、Al、Cd、Ga、In、Pb、Sn、Znから選ばれる少なくとも1種を主成分とした金属バインダーを含んでも良い。金属バインダーは全体の10wt%以下であれば、主成分を構成可能な元素とは異なる元素の金属または合金を含んでもよいし、酸化物を含んでもよい。このような金属バインダーを用いることで塑性変形しやすくなり、成形工程において磁石の相対密度を容易に高めることができ、さらに残留磁束密度を高めることができる。 The hybrid magnet in the present embodiment may further include a metal binder whose main component is at least one selected from Bi, Al, Cd, Ga, In, Pb, Sn, and Zn. The metal binder may contain a metal or an alloy of an element different from the element capable of constituting the main component or an oxide as long as it is 10 wt% or less. By using such a metal binder, plastic deformation is facilitated, the relative density of the magnet can be easily increased in the molding process, and the residual magnetic flux density can be further increased.

また、金属バインダーは樹脂バインダーよりも水分透過性および酸素ガス透過性が著しく低いため、錆びや欠けなどが抑制され、長期信頼性にも優れる。 In addition, since the metal binder has significantly lower moisture permeability and oxygen gas permeability than the resin binder, rust and chipping are suppressed, and long-term reliability is also excellent.

また、金属バインダーの平均粒径は10〜200μmが好ましく、より好ましくは20〜100μmである。 Moreover, 10-200 micrometers is preferable and, as for the average particle diameter of a metal binder, More preferably, it is 20-100 micrometers.

なお、金属バインダーの融点は50℃以上400℃以下の低融点であることが好ましく、特にBi−Sn系合金が好ましい。ここでBi−Sn系合金の2元系(例えば58wt%Bi−42wt%Sn、融点:139℃)であっても十分に有用であるが、Bi−Sn系合金に含むことが出来る金属にはHg、Cd、Pbなどが挙げられ、さらに融点を低温化させることが出来るので用途によっては好ましい場合もある。これらBi−Sn系合金に含むことのできる金属(Hg、Cd、Pb)は有毒であるため人体/環境に影響があることで知られている。例としては、ローズ合金(100℃)、エルハート合金(70℃)、ウッド合金(約60℃)などが挙げられる。またBi−Sn系合金にInを添加したBi−Sn−In系合金(57wt%Bi−26wt%In−17wt%Sn、融点:79℃)は、毒性は低いままで融点を低温化させることが出来るので好ましい。Ga−In系合金はSnなど添加すると、さらに融点を定温化することが出来る(ガリスタン合金、>−19℃)が、非常に高価であるうえ、金属バインダーの融点が低すぎると、実際に使用される環境温度において金属ボンディッド磁石の強度が失われてしまうため好ましくない。おおむね金属バインダーの融点は50℃以上300℃以下が好ましく、より好ましくは50℃以上150℃以下が良い。 Note that the melting point of the metal binder is preferably a low melting point of 50 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and a Bi—Sn alloy is particularly preferable. Here, even a binary system of Bi—Sn alloy (for example, 58 wt% Bi-42 wt% Sn, melting point: 139 ° C.) is sufficiently useful, but metals that can be included in the Bi—Sn alloy include Hg, Cd, Pb and the like can be mentioned. Further, since the melting point can be lowered, it may be preferable depending on the application. It is known that the metals (Hg, Cd, Pb) that can be contained in these Bi—Sn alloys are toxic and thus have an effect on the human body / environment. Examples include a rose alloy (100 ° C.), an Erhardt alloy (70 ° C.), a wood alloy (about 60 ° C.), and the like. Further, a Bi—Sn—In alloy obtained by adding In to a Bi—Sn alloy (57 wt% Bi—26 wt% In—17 wt% Sn, melting point: 79 ° C.) can lower the melting point while maintaining low toxicity. It is preferable because it is possible. The addition of Sn or the like to the Ga—In alloy can further stabilize the melting point (galistan alloy,> −19 ° C.), but it is very expensive and is actually used when the melting point of the metal binder is too low. This is not preferable because the strength of the metal bonded magnet is lost at the ambient temperature. In general, the melting point of the metal binder is preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

ここで金属バインダーとは、磁石材料の粒子間に介在する少なくとも1種以上の金属相であって、ここで言う金属相は金属単体でも良いし、2種類以上の元素から構成される合金相であってもよい。2種以上の磁石材料が用いられる場合、同種の磁石材料の粒子間に存在しても良いし、異種の磁石材料の間に存在しても構わない。金属バインダーは粒子間に島状あるいは粒状に存在しても良いが、粒子間の磁気分離に効果的に寄与するためには磁石粒子同士の粒界に沿って粒界相を形成することが望ましい Here, the metal binder is at least one metal phase interposed between the particles of the magnet material, and the metal phase referred to here may be a single metal or an alloy phase composed of two or more elements. There may be. When two or more kinds of magnet materials are used, they may exist between particles of the same kind of magnet material, or may exist between different kinds of magnet materials. The metal binder may exist in the form of islands or particles between the particles, but it is desirable to form a grain boundary phase along the grain boundaries between the magnet particles in order to effectively contribute to magnetic separation between the particles.

前記R−Fe−B系合金と前記Mn−Bi系合金と金属バインダーの含有量の体積比を(100−a):a:bとした時に、bは、0.1以上、10以下が好ましい。bを0.1以上10以下とすることで、前記金属バインダーは第2の磁石材料よりも塑性変形しやすいため、第2の磁石材料を混ぜるだけの場合に比べて、磁石の相対密度をより容易に高めることができ、残留磁束密度を高めることができる。 When the volume ratio of the content of the R—Fe—B alloy, the Mn—Bi alloy and the metal binder is (100-a): a: b, b is preferably 0.1 or more and 10 or less. . By setting b to be 0.1 or more and 10 or less, the metal binder is more easily plastically deformed than the second magnet material. Therefore, the relative density of the magnet is further increased as compared with the case where only the second magnet material is mixed. The residual magnetic flux density can be increased easily.

次に本実施形態に係るハイブリッド磁石の好適な製造方法について説明する。   Next, the suitable manufacturing method of the hybrid magnet which concerns on this embodiment is demonstrated.

本実施形態における第1の磁石材料の製法としては、アーク溶解法や高周波溶解法などを用いて溶融した合金溶湯をロール急冷法やストリップキャスト法によって薄帯状の合金を得ても良いし、鋳型に収めインゴット状の合金としても良い。得られた合金を機械粉砕法や気流粉砕法によって合金粉末を得ても良い。また、インゴットを水素中熱処理して、水素を除去することで得られるHDDR法などの手法で合金を粉砕して合金粉末を得ても良いし、合金を缶に封入して熱間塑性加工法によって組織制御した合金を粉砕して合金粉末を得ても良い。さらに上記の各種方法で得られた合金粉末は異方性であることが望ましい。   As a manufacturing method of the first magnet material in the present embodiment, a molten alloy melted by using an arc melting method or a high frequency melting method may be used to obtain a ribbon-like alloy by a roll quenching method or a strip casting method, Or an ingot-like alloy. An alloy powder may be obtained from the obtained alloy by a mechanical grinding method or an airflow grinding method. Also, alloy powder may be obtained by grinding the alloy by a method such as HDDR method obtained by removing the hydrogen by heat-treating the ingot in hydrogen, or hot plastic working method by enclosing the alloy in a can An alloy powder may be obtained by pulverizing the alloy whose structure is controlled by the above. Furthermore, it is desirable that the alloy powder obtained by the various methods described above is anisotropic.

本実施形態における第2の磁石材料の製法としては、アーク溶解法や高周波溶解法などを用いて溶融した合金溶湯をロール急冷法やストリップキャスト法やアトマイズ法(ガスアトマイズ、ディスクアトマイズ、水アトマイズを含む)によって合金を得ても良いし、鋳型に収めインゴット状の合金としても良い。得られた合金をボールミルやディスクミルなどの機械粉砕法やジェットミルなどの気流粉砕法によって合金粉末を得ても良い。さらに上記の各種方法で得られた合金粉末は異方性であることが望ましい。 As a manufacturing method of the second magnet material in the present embodiment, a molten alloy melted by using an arc melting method, a high frequency melting method, or the like is subjected to a roll quenching method, a strip casting method, an atomizing method (including gas atomizing, disk atomizing, and water atomizing). ) Or an ingot-like alloy. An alloy powder may be obtained from the obtained alloy by a mechanical grinding method such as a ball mill or a disk mill or an airflow grinding method such as a jet mill. Furthermore, it is desirable that the alloy powder obtained by the various methods described above is anisotropic.

本実施形態における金属バインダーは成分組成に従って所定の金属を秤量し、高周波溶解、抵抗加熱、赤外線加熱などの加熱法によって金属バインダーの融点以上にすることで溶融し、アトマイズ法、ロール急冷などの凝固法によって合金粉末または金属粉末が得られる。粉末の平均粒径は1mm以下、より好ましくは500μm以下である。   In the present embodiment, the metal binder weighs a predetermined metal in accordance with the component composition, and melts by setting it to a melting point or higher of the metal binder by a heating method such as high-frequency melting, resistance heating, infrared heating, etc. Alloy powder or metal powder is obtained by the method. The average particle size of the powder is 1 mm or less, more preferably 500 μm or less.

得られた磁石合金を磁石粉末にするためには、ブラウンミル、ピンミル、振動ミル、ボールミルおよびまたはジェットミルなどの粉砕方法を適宜使用することが出来る。粉末の平均粒径は500μm以下、より好ましくは100μm以下である。さらに得られた磁石粉末や金属バインダーを混合するためには、前記粉砕方法によって同時に粉砕することで混合しても良いし、Vミキサー、ダブルコーンミキサー、ナウタミキサーなどの混合器を温度を室温から400℃までの間に調節しながら使用することも出来る。混合の際の温度が金属バインダーの融点付近以上であれば、異なる磁石粉末の粒子同士が顆粒化し、流動性の良好なコンパウンドが得られるのでより好ましい。   In order to turn the obtained magnet alloy into a magnetic powder, a grinding method such as a brown mill, a pin mill, a vibration mill, a ball mill, or a jet mill can be appropriately used. The average particle size of the powder is 500 μm or less, more preferably 100 μm or less. Furthermore, in order to mix the obtained magnet powder and metal binder, they may be mixed by pulverization simultaneously by the above pulverization method, or a mixer such as a V mixer, a double cone mixer, or a Nauta mixer may be mixed at a temperature from room temperature. It can also be used while adjusting up to 400 ° C. If the temperature at the time of mixing is more than the melting | fusing point vicinity of a metal binder, since the particle | grains of a different magnet powder granulate and a compound with favorable fluidity | liquidity is obtained, it is more preferable.

また、金属バインダーを使用した金属ボンディッドハイブリッド磁石においては、金属バインダーの融点(50℃〜400℃)付近かそれ以下で温間成形する必要がある。 Further, in a metal bonded hybrid magnet using a metal binder, it is necessary to perform warm forming near or below the melting point (50 ° C. to 400 ° C.) of the metal binder.

成形方法としては、磁場印加しながら圧縮成形、押出成形、射出成形を行った後に熱処理する方法と、磁場印加しながらホットプレス等の熱間成形で作る方法などがある。その際、Mn−Bi系合金が不均化反応しないように、熱処理、または熱間成形の温度は400℃以下に抑える必要がある。成形温度は50〜300℃が好ましく、成形圧力は100MPa〜1200MPaが好ましい。熱処理、または熱間成形を行う際の雰囲気は、酸化を防止するため、真空または、Ar、N、He等の不活性雰囲気、またはHなどの還元雰囲気、または不活性ガスと還元ガスの混合雰囲気などで行う必要がある。 As a molding method, there are a method of performing heat treatment after performing compression molding, extrusion molding and injection molding while applying a magnetic field, and a method of making by hot molding such as hot pressing while applying a magnetic field. At that time, it is necessary to suppress the temperature of the heat treatment or hot forming to 400 ° C. or less so that the Mn—Bi-based alloy does not disproportionate. The molding temperature is preferably 50 to 300 ° C., and the molding pressure is preferably 100 MPa to 1200 MPa. In order to prevent oxidation, the atmosphere during the heat treatment or hot forming is vacuum, an inert atmosphere such as Ar, N 2 , or He, a reducing atmosphere such as H 2 , or an inert gas and a reducing gas. It is necessary to carry out in a mixed atmosphere.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
第1の磁石材料として選ばれるR−Fe−B系粉末については、原料のNd金属、Fe金属、Fe−B(フェロボロン)合金をおよそ30:60:10の重量比で秤量混合し、高周波溶解法にて溶解し、Cu製の金属ロールを用いたロール急冷法にて合金フレークを得た。この合金フレークをブラウンミルで粉砕し、平均粒径100μmのR−Fe−B系合金粉末を得た。
Example 1
For the R—Fe—B-based powder selected as the first magnet material, raw material Nd metal, Fe metal, and Fe—B (ferroboron) alloy are weighed and mixed at a weight ratio of approximately 30:60:10, and are melted at high frequency. The alloy flakes were obtained by a roll quenching method using a Cu metal roll. The alloy flakes were pulverized with a brown mill to obtain an R—Fe—B alloy powder having an average particle size of 100 μm.

第2の磁石材料として選ばれるMn−Bi系合金粉末については、目的の成分組成になるように原料のMn金属、Bi金属をおよそ55:45の重量比で秤量混合し、アーク溶解法にて合金インゴットを得た。この合金インゴットをArガス雰囲気中ロール急冷により薄帯状の合金粉末を得た後、さらにNガス雰囲気中350℃で24時間の熱処理を施した。この合金粉末をスタンプミルで粗粉砕し、n−オクタンを分散媒に用いたボールミルで32時間粉砕し平均粒径10μm以下の成分組成Mn50Bi50のMn−Bi系合金粉末を得た。 For the Mn-Bi alloy powder selected as the second magnet material, the raw material Mn metal and Bi metal are weighed and mixed at a weight ratio of approximately 55:45 so as to have the desired component composition, and arc melting method is used. An alloy ingot was obtained. The alloy ingot was roll-cooled in an Ar gas atmosphere to obtain a ribbon-like alloy powder, and then heat-treated at 350 ° C. for 24 hours in an N 2 gas atmosphere. This alloy powder was coarsely pulverized by a stamp mill, and pulverized by a ball mill using n-octane as a dispersion medium for 32 hours to obtain a Mn—Bi alloy powder having an average particle size of 10 μm or less and a component composition Mn 50 Bi 50 .

第1の磁石材料と第2の磁石材料の比重を測定したところ、7.6g/cmおよび8.9g/cmであったことから、体積比が95:5となるようにそれぞれ秤量し、Vミキサーで4h混合した後、得られた混合物を金型に充填し、23kOeの磁場中で150℃に加熱し、1GPaの圧力で成形し、7×7×7mmの立方体形状の磁石を作製した。
表1に第1の磁石材料と第2の磁石材料と金属バインダーとのそれぞれの体積比、および金属バインダーを示す。
The specific gravity of the first magnet material and the second magnet material was measured and found to be 7.6 g / cm 3 and 8.9 g / cm 3 , and thus weighed so that the volume ratio was 95: 5. After mixing with a V mixer for 4 h, the resulting mixture is filled into a mold, heated to 150 ° C. in a magnetic field of 23 kOe, and molded at a pressure of 1 GPa to produce a 7 × 7 × 7 mm cube-shaped magnet did.
Table 1 shows the volume ratios of the first magnet material, the second magnet material, and the metal binder, and the metal binder.

得られた磁石についてBHトレーサー(東英工業製)による磁気ヒステリシス測定を行った。磁気ヒステリシス曲線から得られた保磁力HcJ(kOe)および残留磁束密度Br(kG)は表1に示す。 The obtained magnet was subjected to magnetic hysteresis measurement using a BH tracer (manufactured by Toei Kogyo). Table 1 shows the coercive force HcJ (kOe) and the residual magnetic flux density Br (kG) obtained from the magnetic hysteresis curve.

(比較例1〜2、実施例2〜5)
比較例1および比較例2について、第1の磁石材料と第2の磁石材料との体積比が100:0および0:100となるように秤量混合すること以外はすべて、それぞれ実施例1と同様に作製した。実施例2〜5について、第1の磁石材料と第2の磁石材料との体積比が85:15〜20:80となるように秤量混合すること以外はすべて、それぞれ実施例1と同様に作製した。比較例1、2、実施例2〜5について、保磁力および残留磁束密度を表1に示す。
(Comparative Examples 1-2, Examples 2-5)
About Comparative Example 1 and Comparative Example 2, all except that they are weighed and mixed so that the volume ratio of the first magnet material to the second magnet material is 100: 0 and 0: 100, respectively. It was prepared. For Examples 2 to 5, each was prepared in the same manner as in Example 1 except for weighing and mixing so that the volume ratio of the first magnet material to the second magnet material was 85:15 to 20:80. did. Table 1 shows the coercive force and the residual magnetic flux density for Comparative Examples 1 and 2 and Examples 2 to 5.

(実施例6〜12)
また、実施例6〜12について、金属バインダーにBiを用い、第1の磁石材料と第2の磁石材料との合計の体積と金属バインダーの体積との比が100:0.05〜100:12となるように秤量混合すること以外はすべて、それぞれ実施例3と同様に作製した。実施例6〜12について、保磁力および残留磁束密度を表2に示す。
(Examples 6 to 12)
Moreover, about Examples 6-12, Bi is used for a metal binder, and ratio of the sum total volume of a 1st magnet material and a 2nd magnet material and the volume of a metal binder is 100: 0.05-100: 12. All were prepared in the same manner as in Example 3 except that they were weighed and mixed. Table 2 shows the coercive force and the residual magnetic flux density for Examples 6 to 12.

(実施例13〜19)
また、実施例13〜19について、金属バインダーにSn、50Bi50Al、50Bi50Ga、67Bi33In、58Bi42Sn、57Bi17Sn26In、50Bi50Zn(元素名直前の数字は重量%を表す)を用いること以外はすべて、それぞれ実施例9と同様に作製した。実施例13〜19について、保磁力および残留磁束密度を表3に示す。
(Examples 13 to 19)
In addition, in Examples 13 to 19, all are the same as in Example 9 except that Sn, 50Bi50Al, 50Bi50Ga, 67Bi33In, 58Bi42Sn, 57Bi17Sn26In, and 50Bi50Zn are used as the metal binder (the number immediately before the element name represents weight%). It was prepared. Table 3 shows the coercive force and the residual magnetic flux density for Examples 13 to 19.

表1に示すように、第1の磁石材料と第2の磁石材料を混ぜ合わせた方が、それぞれ単独で磁石とするよりも保磁力をほぼ維持しながら残留磁束密度を高めることができる。この理由は定かではないが、主な原因として第1の磁石材料の隙間に塑性変形しやすい第2の磁石材料が占有することによって、成形圧力が加わった際に空隙が減少し、残留磁束密度が向上する効果によるものと思われる。 As shown in Table 1, when the first magnet material and the second magnet material are mixed, the residual magnetic flux density can be increased while substantially maintaining the coercive force, rather than using the magnets alone. The reason for this is not clear, but the main cause is that the gap between the first magnet materials is occupied by the second magnet material that is easily plastically deformed, so that when the molding pressure is applied, the air gap is reduced, and the residual magnetic flux density. This is probably due to the effect of improving

Figure 2017135268
Figure 2017135268

表2に示すように、金属バインダーを添加した方が、添加しない物に比べて保磁力をほとんど低下させずに残留磁束密度を高めることができる。この理由は定かではないが、主な原因として第2の磁石材料よりもさらに柔らかな性質を持つ金属バインダーの塑性変形により成形圧力が加わった際に空隙が減少し、残留磁束密度が向上する効果によるものと思われる。残留磁束密度が高まる効果は体積比100:1で、最も効果が認められるが、多すぎるとかえって磁石成分が相対的に減少することで残留磁束密度は減少する。保磁力が高まる効果は体積比100:10で飽和し、100:12では保磁力が向上せず、残留磁束密度が減少するので、体積比100:12以上の添加は好ましくない。 As shown in Table 2, when the metal binder is added, the residual magnetic flux density can be increased without substantially reducing the coercive force as compared with the case where the metal binder is not added. The reason for this is not clear, but the main reason is that the gap is reduced and the residual magnetic flux density is improved when molding pressure is applied by plastic deformation of the metal binder, which is softer than the second magnet material. It seems to be due to. The effect of increasing the residual magnetic flux density is the volume ratio of 100: 1, and the most effective effect is observed. However, if the amount is too much, the residual magnetic flux density is decreased by relatively decreasing the magnet component. The effect of increasing the coercive force is saturated at a volume ratio of 100: 10, and at 100: 12, the coercive force is not improved and the residual magnetic flux density is decreased. Therefore, addition at a volume ratio of 100: 12 or more is not preferable.

Figure 2017135268
Figure 2017135268

表3に示すように、各種金属バインダーを添加することで残留磁束密度は向上することが判る。また同じ成形温度(150℃)で成形されたこれら実施例の比較では、実施例17および実施例18のように成形温度で液化する金属バインダーを用いると残留磁束密度の向上する磁石が得られる。これは成形する際の磁石材料同士の摩擦が軽減されより空隙を減少させながらも、液化した金属バインダーが粒子間に浸み込む作用によるものと考えられる。 As shown in Table 3, it can be seen that the residual magnetic flux density is improved by adding various metal binders. In comparison of these examples molded at the same molding temperature (150 ° C.), a magnet with improved residual magnetic flux density can be obtained by using a metal binder that liquefies at the molding temperature as in Example 17 and Example 18. This is considered to be due to the action of the liquefied metal binder soaking in between the particles while reducing the friction between the magnet materials during molding and reducing the gap.

Figure 2017135268
Figure 2017135268

Claims (2)

第1の磁石材料と第2の磁石材料を含むハイブリッド磁石において、前記第1の磁石材料がR−Fe−B系合金であり、前記第2の磁石材料がMn−Bi系合金であり、第1の磁石材料と第2の磁石材料の含有量の体積比を(100−a):aとした時にaが5以上、80以下の範囲であることを特徴とするハイブリッド磁石。 In the hybrid magnet including the first magnet material and the second magnet material, the first magnet material is an R—Fe—B alloy, the second magnet material is an Mn—Bi alloy, A hybrid magnet characterized in that when the volume ratio of the content of one magnet material to the second magnet material is (100-a): a, a is in the range of 5 or more and 80 or less. 請求項1に記載のハイブリッド磁石において、Bi、Al、Cd、Ga、In、Pb、Sn、Znから選ばれる少なくとも1種を主成分とする金属バインダーを含むことを特徴とする金属ボンディッドハイブリッド磁石。 The hybrid magnet according to claim 1, further comprising a metal binder mainly comprising at least one selected from Bi, Al, Cd, Ga, In, Pb, Sn, and Zn. .
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