专利名称：粘结磁铁的制造方法
本申请是中国专利申请94117927.3号的分案申请，原案发明申请日1994年11月11日，原案发明名称“稀土类磁性粉末，其永久磁铁及其制造方法”。
本发明涉及利用磁相互作用来提高磁特性的磁性粉末，永久磁铁以及它们的制造方法。
一般说来，在永久磁性材料中，如果提高饱和磁化(或者剩余磁通密度)，则有难以得到矫顽磁力的倾向。具体地说，具有以下倾向。
具有高饱和磁化的，可列举软磁性材料。例如珀明德磁合金(Permendure)等，具有高达24kG的高饱和磁化。然而，几乎没有矫顽磁力。
另一方面，硬磁性材料可得到高的矫顽磁力，然而饱和磁化却远不及软磁性材料。硬磁性材料中，饱和磁化较大的有R2Fe14B系，R2Fe17Nx系和R2TM17系。
作为R2Fe14B系，为了提高饱和磁化，必须减少粒界相，并使作为主相的R2Fe14B的相尽可能地多。然而一旦粒界相少则不能充分进行分离，从而得不到高的矫顽磁力。此外，R是Nd的情况下，可获得高的饱和磁化，但是为了获得高的矫顽磁力，一般做法是用Dy等置换一部分Nd，而由于Dy的置换会导致饱和磁化降低。
R2Fe17Nx系(特别是R＝Sm)具有的饱和磁化大小和Nd2Fe14B相同，而为了获得矫顽磁力，其粉末粒径必须规定为数μm，而且此时的矫顽磁力也很小，只有数kOe。而且细粉末做成粘结磁铁等的情况下其充填率低。此外，由于添加V和Mn等并且是较粗大的粉末粒径，虽可获得矫顽磁力，但这种添加会使饱和磁化降低。
关于R2TM17系(特别是R＝Sm)粘结磁铁，特公平-1-22696号公报，特公平1-25819号公报，特公平1-40483号公报和其引用的特许公报和论文中已有许多报导。这些文献中，作为该系的高性能化的一个手段，对增加TM中的含Fe进行了尝试。关于这一点，如Proc、10th Int、Workshop on Rare Earth Magnetsand Their Appilcations，265(1989)图2中记载的那样，在某一含Fe量下最大能积(BH)max具有峰值。这是因为，如Proc，of 11thRare Earth Reseach Cont，476(1974)中所说明的那样，由于添加Fe，饱和磁化虽然增加了，但各向异性磁场却降低了。关于高Fe的Sm2Co17系粘结磁铁，如Proc of ICF6，(1992)p 1050-1051中说明的那样，由于使合金组织微细化，防止了矫顽磁力和矩形性降低(由于增加了含Fe量)，试图达到高性能化。此外，特开昭60-218445号公报等和论文等报导了，作为R，不单是指Sm，用其它的R替换也可谋求高性能化。R中，Pr、Nd置换系，如IEEETrans.Mag.MAG-20，1593(1984)
图1，IEEE，Trans.Mag，MAG-15，1762(1979)表1等中示出的那样，随着增加置换量，饱和磁化增加，而各向异性磁场减少。关于这种组成的粘结磁铁，在日本应用磁学会誌11，243(1987)、粉体和粉末冶金35，584(1988)等杂志中已有记载。
关于将2种稀土类磁性粉末混合而成的粘结磁铁，在特开平5-144621和特开平5-152116等中已有记载。前者是由(株)ト-キン申请的有关R2Fe17N系粉末和R2Co17系粉末混合而成的粘结磁铁的专利；后者是由同一公司申请的有关R2Fe17N系粉末和R2Fe14B系粉末混合而成的粘结磁铁的专利。这些文献中，对有关混合粉末的矫顽磁力的信息资料和通过粉末粒子间的磁作用使磁特性提高方面却完全没有报导，由于混合而使磁特性提高的效果，完全只取决于磁粉体积充填率的提高(特开平5-144621的P2右第24行，特开平5-152116的P2右第34行至P3的左第9行)。特願平4-36613中记载了有关将粒径和矫顽磁力不同的粉末混合的专利(完全不限定矫顽磁力的大小和粒径的大小)，而关于利用磁的相互作用来提高矩形性完全没有叙述。
最近，公开了一种称之为交换弹性(スフリング)磁铁的磁性材料。它由软磁相和硬磁相构成，通过将软磁相的大小减小到比磁畴壁小来抑制软磁相的磁化反转，则可以得到矫顽磁力。具体地说，公开了aFe和Nd2Fe14B、Fe3B和Nd2Fe14B以及aFe和Sm2Fe17Nx等材料。然而，这种交换弹性磁铁必须是结晶学上的2相结合，因此，必须生成(析出)2相。作为制造方法，有超急冷薄带法和机械熔合法等。所以这种制造方法对软磁相和硬磁相的组合有制约。而且，从其结构来看，矩形性很低。而且，至今只获得各向同性，关于各向异性却完全没有报导。
因此，以前的永久磁铁具有以下问题点(1)如果增加饱和磁化，则矫顽磁力会降低，结果，使最大能积(BH)max降低。
(2)如果增加矫顽磁力，则会使饱和磁化减小。
(3)将2种特性不同的粉末混合来提高磁特性，仅呈现出两者之和的形式，却得不到超过它的特性。
(4)由2相构成的磁性粉末(弹性磁铁)，很难得到各向异性。
本发明为了解决上述问题点，提供具有以下特征的磁性粉末它是由含磁性粉末A(剩余磁通密度BrA、矫顽磁力HcA)和磁性粉末B(剩余磁通密度BrB、矫顽磁力HcB)的2种以上的混合粉末组成，各剩余磁通密度和矫顽磁力具有BrA＞BrB，HcA＜HcB的关系。
而且，本发明还提供由该磁性粉末组成的混合粉末的制造方法及由该混合粉末制成的粘结磁铁或烧结磁铁制造方法。
通过将2种高Br低iHc磁性粉末和低Br高iHc磁性粉末混合，磁相互作用对该混合粉末发生效力，就能得到具有比只简单地将2种磁性粉末合并的磁特性更高性能的磁性粉末。磁相互作用，如图2的实施例A所示，对提高矩形性有很大贡献。此处，所谓对高性能化必不可缺少的异种磁性粒子间发生效力的磁相互作用，是指通过形成高矫顽磁力粒子的一种平均场那样的磁场来抑制低矫顽磁力粒子的磁化反转的作用。
这种效果大时，即可望混合的各磁性粉末的矫顽磁力能满足HcA＝y·HcB(0.1＜y)的关系。y不足0.1时，由高矫顽磁力的磁性粉末引起的磁化反转抑制力则变弱，减磁曲线上出现曲折(ェグレ)，矩形性降低。此处，所谓曲折(ェグレ)意味着在第2象限(第4象限)的磁化线上存在变曲点。具体地说，是图2中示出的对比例1-1那样的减磁曲线。磁性粉末的剩余磁通密度(或饱和磁化)的大小也和磁相互作用有很大的关系。该效果大时，可望具有BrA＝x·BrB(1＜x≤2)的关系。x在1以下时，矩形性好，但全部Br都降低，结果磁特性降低。x大于2时，出现大的曲折，此种情况下磁特性也会降低。
磁相互作用在异种磁性粉末间发生效力是至关重要的，该效果可通过使两种磁性粉末尽可能地靠近，而且全部材料均匀分散，该效果增大。为使该效果增大，最好是具有i/j＝a(i′/j′)(0.5≤a≤1.5)的关系。a在0.5以下或在1.5以上时，由于磁性粉末集中存在，磁相互作用不能充分发挥效力。进一步希望是0.9≤a≤1.1。由此可使不同种类的磁性粉末均匀地分散。
显微地观察磁相互作用时，异种的磁性粉末各自接触是重要的。因此，两者的接触点数希望是，在TA＜rB时，符合于〔2(rA+rB)2/rA2〕＜n，而在rA＞rB时，符合于〔2(rA+rB)2/rB2〕＜n。n在2(rA+rB)2/rA2时，半径大的粉末的表面约有一半部分地与异种粉末相接触。在此以下时，同种粉末将会集中。
磁相互作用类似于平均场，因其相互作用及范围距离都有界限。因此，2种的距离越近，其效果越大。将2个种类的混合粉末磁铁化的情况下，其充填率越大，这种相互作用越强。特别是粘结磁铁情况下，充填率为50％以上，以及烧结磁铁的情况下充填率为95％以上时，这种相互作用越强。
还可以通过使rA＜rB，在高矫顽磁力的粉粒表面上R-TM-N(C，H)系微粉末取向，并添加磁相互作用，进而，出现取向的效果。还可以通过提高粒子间的充填率使磁相互作用发挥更大的效力。为了使这种效果起作用，最好是0.1μm≤rA≤10μm，且10μm≤rB≤100μm。rA不足0.1μm时，得不到旋转扭矩，进而，充填率也降低。当rA大于10μm时，不能充分地得到矫顽磁力，磁相互作用不发生效力。rB不足10μm时，具有高矫顽磁力的磁性粉末的磁力变弱。而rB大于100μm时，充填率降低，粒子间的相互作用变弱。为了进一步加大这种相互作用，最好是1μm≤rA≤5μm，而且20μm≤rB≤30μm。在该范围内，磁相互作用发挥很大的效力，从而能得到高的磁特性。
此外，2种磁性材料中，即使任何一种的热稳定性差，但由于磁相互作用，也可改善其热稳定性。
另一方面，本发明中的磁相互作用，如下述实施例A等中具体所示，确实发现当2个特性值的峰值的偏移量在规定值以上时，其作用显著。也就是，具有上述关系的混合粉末中能提高磁相互作用的情况，是磁粉体积充填率的最大值(峰值)和最大能积(BH)max的最大值(峰值)具有规定量的偏移时的情况。为提高磁相互作用，与磁粉体积充填率的最大值(峰值)和最大能积(BH)max的最大值(峰值)各自相对应的混合粉末中任何一种粉末，例如比较粉末A的重量％时，希望存在5重量％以上的差异。如果在5重量％以上的范围，混合的粉末之间有一定的磁相互作用在起作用，因而减磁曲线上产生曲折(ェグレ)以致矩形性不会降低。
关于磁性粉末的混合方法，首先是通过将2种以上的粉末混合，可以提高异种粉末的分散性，其结果，可以更有效地发挥磁相互作用。
进而，通过同时进行2种以上磁性粉末的粉碎和混合，经过粉碎出现的新鲜表面互相接触，能强化磁的相互作用。
制作粘结磁铁时，通过使混合粉末磁化、成形，来提高粒子间的磁相互作用，就可以提高矩形性、取向性。
制作烧结磁铁时，通过进行等离子体烧结来尽力抑制粉末的劣化，因而可强化磁相互作用。
以下根据实施例更详细地说明本发明。
实施例1按照Sm＝24.5，Fe＝75.5重量％的组成，在使用高频熔炼炉的氩气气氛中熔化·铸造制成锭块。于1100℃对该锭块施加24小时的均质化处理，用捣碎机粗粉碎至平均粒径为100μm。将该粉末置于氢+氨混合气体中于450℃施以1小时的氮化处理。将所得粉末用喷射研磨机细粉碎，得到平均粒径为2.0μm的细粉末。规定该细粉末为A1。测得该粉末的矫顽磁力为7.9kOe。
然后，按照Sm＝24.2，Co＝45.7，Fe＝22.9，Cu＝5.3，Zr＝1.9重量％的组成，在高频熔炼炉内于氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。对该锭块于氩气气氛中1150℃下进行24小时的固溶处理，然后于800℃保持12小时后，施以按0.5℃/mic连续冷却至400℃的时效处理。其后，用捣碎机、磨碎机粉碎，得到平均粒径为21μm的粉末。将该粉末规定为B1。该粉末的矫顽磁力为12.8kOe。
将上述二种粉末按(a)A1(100-a)B1进行混合。此处，a按重量％为0，5，10，15，20，25，30，35，40。将所得之混合粉末与1.6重量％的环氧树脂混合并混揉，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在氮气气氛中于150℃施以1小时硬化处理，制成粘结磁铁。将粘结磁铁的磁特性示于图1中。在图1中，磁粉体积充填率的峰值在a＝10重量％的地方，与此相对应，最大能积(BH)max的峰值在a＝25重量％处，充填率峰值与磁特性的峰值不一致。由此可了解，磁特性的提高效果并不是起因于磁粉体积充填率。此处，将a＝25重量％时的粘结磁铁规定为实施例A。
然后将A1粉末和B1粉末各自独立地制成粘结磁铁(树脂量1.6重量％)。将所得之粘结磁铁按照A1粉末为25重量％那样粘结。将它作为对比例1-1。
图2中示出实施例A和对比例1-1的磁化曲线(减磁曲线)。磁特性的提高，如果仅仅是起因于磁粉体积充填率的增加，那么两者的曲线应该重叠，但实施例A的情况却是在任何磁场时都显示出比对比例1-1更高的磁化。这说明取向比单独情况下有了提高。而且，对比例1-1的磁化曲线上在8～11kOe范围内有曲折，与此不同，实施例A中完全见不到曲折。这是因为在实施例A中，异种粒子之间磁相互作用在发挥效力。
这种磁相互作用是由于2种矫顽磁力不同而产生的，从以下示出的对比例1-2及1-3的结果可看出。按照Sm＝24.2，Co＝45.7，Fe＝22.9，Cu＝5.3，Zn＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉于氩气气氛中1150℃下进行24小时的固溶处理，于800℃保持6小时后，施以按0.5℃/mic连续冷却至400℃的时效处理。其后，用捣碎机、磨碎机粉碎。得到平均粒径为21μm的粉末。该粉末的矫顽磁力为7.9kOe。在该粉末中混入25重量％的A1，并与1.6重量％的环氧树脂混合并混揉，在15kOe磁场中用7ton/cm2的成形压力压缩成形，并在氮气气氛中于150℃施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为对比例1-2。对比例1-2中用的2种粉末也制成各自独立的粘结磁铁并粘结起来。将它规定为对比例1-3。两者的磁化曲线示于图3中。可看出对比例1-2和对比例1-3的磁化曲线大致相同。由此可知道，通过将矫顽磁力不同的2种磁性粉末混合，使磁相互作用开始就能发生效力，就能得到高的磁特性。
实施例2将实施例1的A1粉末和B1粉末按重量比1∶3的比例，用V型混合机混合，然后与环氧树脂1.6重量％混合·混揉于15kOe的磁场中用7ton/cm2的成形压力压缩成形，并在氮气气氛中于150℃施以1小时的硬化处理，制得粘结磁铁。将它规定为实施例B。
然后，将A1粉末和B1粉末各自独立地与环氧树脂1.6重量％混合·混揉。将混揉终了的复合物按重量比A1∶B1＝1∶3再次混合·混揉。其后，在15kOe的磁场中用7ton/cm2的成形压力压缩成形，并在氮气气氛中于150℃施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为对比例2。以下示出实施例B和对比例2的磁特性。
Br(kG) iHc(kOe) (BH)max(MGOe)实施例B10.5 11.9 24.6对比例29.4 11.4 18.9实施例B获得高的磁特性，与此相反，对比例2则由于矩形性降低而使磁特性低。因此，充分进行粉末混合之后制成粘结磁铁，就可以在异种粒子间，使磁相互作用加强发挥效力，其结果则获得高性能的粘结磁铁。
实施例3将实施例B、对比例1-2，对比例2以及A1粉末中含环氧树脂4重量％的粘结磁铁(对比例3)加工成直径10mm，高度7mm的圆柱状，并进行150℃×1000小时的随时间变化试验。以下示出各粘结磁铁的减磁率实施例B对比例1-2 对比例2对比例3减磁率(％) 4.8 10.27.346.3可看出，实施例B与其它对比例相比较，具有热稳定性。
实施例4按照Sm＝24.2，Co＝45.7，Fe＝22.9，Cu＝5.3，Zn＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。对该锭块于氩气气氛中1150℃下进行24小时的固溶处理，然后于800℃保持12小时，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。其后，用捣碎机粗粉碎至平均粒径为200μm。将该粉末规定为B2。
按重量比B2∶A1＝3∶1，用球磨机同时进行粉碎·混合。将所得混合粉末和环氧树脂1.6重量％混合·混揉，并在15kOe的磁场中用7ton/cm2的成形压力压缩成形，于氮气气氛中150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为实施例C。以下示出磁特性。
Br＝10.9kGiHc＝12.3kOe(BH)max＝25.4MGOe由此可看出，实施例C由于强的磁相互作用而得到比实施例A更高的磁特性。
图4(A)示出实施例C和实施例A的减磁曲线。两者大致相同，但如果严格找出两者曲线的差异，则如图4(B)所示，同时进行粉末的粉碎和混合的情况下其矩形性提高了。由此可知道，如果同时进行粉碎和混合，则粒子间的磁相互作用增强(因为新鲜的表面互相接触)，就可以获得高的磁特性。
此外，将实施例C和实施例A于大气中150℃下保持100小时后，各自的减磁曲线如图4(C)所示，可清楚地看出实施例C可维持其特性。
实施例5按照Sm＝24.5，Fe＝75.5重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。对该锭块于1100℃施以24小时的均质化处理，用捣碎机粗粉碎至平均粒径为100μm。将该粉末于氢+氨混合气体中450℃下施以1小时的氮化处理。将所得粉末用喷射研磨机细粉碎。通过改变粉碎时间来改变矫顽磁力。将这些粉末总称为X。
然后，按照Sm＝24.2，Co＝45.7，Fe＝22.9，Cu＝5.3，Zn＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。对该锭块于氩气气氛中1150℃下进行24小时的固溶处理，然后于800℃保持1～24小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。通过变化时效时间来矫顽磁力的大小。其后，，用捣碎机、磨碎机粉碎。将这粉末总称为Y。
按照X占全部的25重量％，混合粉末X和Y，在混合粉末中混入·混揉环氧树脂1.6重量％，在15kOe的磁场中用7ton/cm2的成形压力压缩成形，于氮气气氛中150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。评价此时的磁特性。将其结果示于图5中。
X的矫顽磁力不足(Y的矫顽磁力)/10时，很难抑制由高矫顽磁力的磁性粉末引起的磁化反转，在减磁曲线上产生曲折，而且矩形性降低，磁特性下降。当X的矫顽磁力在Y的矫顽磁力以上时，得不到充分旋转的转矩，磁特性降低。
从这些可知道，使磁相互作用发挥很强的效力，为了提高磁特性，希望(Y的矫顽磁力)/10≤(X的矫顽磁力)≤(Y的矫顽磁力)。
这个倾向与使用的混合粉末无关，所有的磁性粉末都示出同样的结果。
实施例6按照Sm＝24.5，Fe＝75.5重量％的组成，使用高频熔炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。将该锭块于1100℃施以24小时的均质化处理，，用捣碎机粗粉碎至平均粒径为100μm。将该粉末于氢+氨混合气体中450℃下施以1小时的氮化处理。将所得粉末用喷射研磨机细粉碎。通过变化粉碎时间来改变平均粉末粒径。将这些粉末总称为X2。平均粉末粒径的大小如表1所示。
按照Sm＝24.2，Co＝45.7，Fe＝22.9，Cu＝5.3，Zn＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。将该锭块于氩气气氛中1150℃下进行24小时的固溶处理，然后于800℃保持12小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。其后，，用捣碎机、磨碎机粉碎，将平均粉末粒径示于表2中。将这粉末总称为Y2。
按照X2占25重量％，混合粉末X2和Y2，在混合粉末中混入·混揉环氧树脂1.6重量％，在15kOe的磁场中用7ton/cm2的成形压力压缩成形，于氮气氛中150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。测定各自的磁特性。其结果示于表1中。表1中本发明简写为本，对比例简写为比。
表1
当X2的粉末粒径不足0.1μm时，不能得到足够的旋转扭矩，进而，充填率也降低，并导致粒子间的磁相互作用降低，磁特性也降低。如果X2的粉末粒径大于10μm时，矫顽磁力减弱，磁相互作用不发挥效力，因此磁将性降低。另一方面，Y2的粉末粒径不足10μm时，对X2的磁场影响减弱，而当粉末粒径大于100μm时，充填率降低和磁相互作用降低，因而磁特性降低。由以上可知道，为了提高磁特性，希望规定0.1μm≤X2的粉末粒径≤10μm，而且10μm≤Y2的粉末粒径≤100μm。此外，在1μm≤X2的粉末粒径≤5μm，20μm≤Y的粉末粒径≤30μm的范围内，磁相互作用特别强烈地起作用，可以获得很高的磁特性。
实施例7按重量的A1∶B1＝3∶1，将磁性粉末A1和磁性粉末B2混合，通过改变其混合时间来变化异种粉末间的分散程度。分散程度按权利要求4的a值估计。全体的总量为100g，取出其任意一部分1g来测定A1和B1的混合比，计算a值，将其结果示于图6。
在0.5≤a≤1.5范围内提高磁特性，在此范围外，特性急剧下降，异种粉末呈分散状可提高磁相互作用，结果可使磁特性提高。而在0.9≤a≤1.1时，磁特性特别高，因此更优选在该范围内。
实施例8按照Nd＝12.4，Fe＝65.9，Co＝15.9，B＝5.8重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，用单辊制成急冷薄带并加以粉碎，然后将其充入模型中。在氩气中于700～800℃温度短时间内，在2ton/cm2的压力下高温压缩成形，进而在与最初压缩方向相垂直的方向施以高温压缩成形。将该各向异性的块体粉碎，因此得到的粉末规定为B3。
和实施例1相同，变化A1和B3的混合量来评价磁特性时，充填率的峰值是在15重量％处，与此不同，(BH)max的峰值是在30重量％处。将此规定为实施例D。此时的磁特性如以下所示。而且，还示出作为对比例4，即单独是B3粉末时的粘结磁铁的性能。
Br(kG)iHc(kOe) (BH)max(MGOe)实施例D10.2 12.5 21.2对比例49.1 14.1 17.4由此可知，与对比例4相比较，实施例D中磁相互作用在发挥效力，显示出很高的磁特性。
实施例9按照Sm＝6.7，Ce＝2.3，Pr＝6.8，Nd＝6.9，Co＝51.2，Fe＝15.9，Zr＝3.4重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。于氩气气氛中1145℃下对该锭块进行24小时的固溶处理，随后于780℃保持12小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。其后，，用捣碎机、磨碎机粉碎，得到平均粒径为20μm的粉末。将该粉末规定为B4。该粉末的矫顽磁力是10.5kOe。
然后，按照Sm＝22.5，Pr＝2.3，Fe＝70.1，Co＝5.1重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气氛中熔化·铸造，制成锭块。在1100℃对该锭块施以24小时的均质化处理，用捣碎机粗粉碎至平均粒径100μm。将该粉末置于氢+氨混合气体中在450℃进行2小时氮化处理。将所得粉末用喷射研磨机细粉碎，得到平均粒径为2.2μm的细粉。将该粉末规定为A2。测定该粉末的矫顽磁力，测得值为6.5kOe。
按重量比A2∶B4＝1∶3混合·混揉。其后，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，于氮气气氛中150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为实施例E。此时的磁特性如下所示。
Br＝10.2kGiHc＝9.1kOe(BH)max＝23.5MGOe由此可知道，尽管实施例E比实施例A的Sm量低，但也能得到足够高的磁特性。
实施例10将实施例1的A1和B1按重量比1∶3混合，并混合·混揉环氧树脂1.6重量％。将所得之混合物在40kOe的磁场中磁化，其后在15kOe磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在氮气氛中150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为实施例F。此时的磁特性如下所示。
Br＝10.9kGiHc＝12.1kOe(BH)max＝25.6MGOe由此可知道，实施例F在粉末状态，由于磁化，与实施例A相比，其Br提高。
实施例11使用纯度99.9％的Sm和纯度99.9％的Fe，将由原子百分比为Sm10.5％及Fe89.5％构成的合金，于Ar气气氛中高频熔化，将所得锭块置于Ar气氛中1100℃下施以24小时的均质化处理。其后，粗粉碎至粉末粒径100μm，在乙炔气体中450℃下施以1小时的碳化处理。将所得粉末细粉碎至平均粒径5μm。将该粉末规定为A3。
在B1的粉末中添加20重量％的A3。用球磨机同时进行粉碎·混合。将所得之混合粉末与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，于氮气气氛中150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。以下示出磁特性。
Br＝10.1kGiHc＝10.1kOe(BH)max＝22.4MGOe
由此可知道，尽管是R2Fe17Nx系，即使是碳化物系也可以得到足够高的磁特性，通过磁相互作用来提高磁特性可以不受组成的限定。
实施例12按照Sm＝24.2，Co＝45.7，Fe＝22.9，Cu＝5.3，Zr＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。将锭块在氩气氛中150℃进行24小时的固溶处理，然后在800℃下保持12小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。其后，用捣碎机，磨碎机粉碎，得到平均粒径为21μm的粉末。将该粉末规定为A2。在A2的粉末中添加环氧树脂1.6重量％，进行混合·混揉。其后，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为对比例5。
然后，按照Sm＝25.8，Co＝44.9，Fe＝24.8，Cu＝3.2，Zr＝1.3重量％的组成，熔化·铸造，制得锭块。在氩气气氛中1120℃下对该锭块进行48小时的固溶处理，然后在800℃保持15小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。其后，用捣碎机、磨碎机粉碎，得到平均粒径为23μm的粉末。将该粉末规定为B4。在B4的粉末中添加环氧树脂1.6重量％进行混合·混揉。其后，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，于150℃施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为对比例6。
将上述2种粉末按照〔(a)×A2〕+〔(100-a)×B4〕混合。此处，a按重量％是0(对比例6)，20，40，60，80，100(对比例5)。在所得混合粉末中混合·混揉环氧树脂1.6重量％，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。图7中示出粘结磁铁的磁特性。a＝40重量％时最大能积具有峰值，与各自单独为A1、B1的粘结磁铁相比，具有高性能。a＝40重量％的粘结磁铁规定为实施例G。实施例G，对比例5及对比例6的磁特性如下所示。
Br(kG) iHc(kOe) (BH)max(MGOe)实施例G9.6 9.521.2对比例59.2 12.5 18.5对比例610.2 7.218.8然后将A2粉末和B4粉末各自独立地制成粘结磁铁。将所得2种粘结磁铁按A2的粉末占40重量％那样粘结。将它规定为对比例7。图8中示出实施例G和对比例7的磁化曲线(减磁曲线)。对比例7的减磁曲线上在5～9kOe的领域中有曲折，与此不同，实施例G完全见不到曲折。这是因为，实施例G中，异种粒子间磁相互作用在发挥效力。
实施例13按照Sm＝10.0，Pr＝14.0，Co＝46.3，Fe＝21.6，Cu＝6.2，Zr＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。在氩气气氛中1130℃下对该锭块进行48小时的固溶处理，然后在800℃下保持12小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。其后，用捣碎机、磨碎机粉碎，得到平均粒径为20μm的粉末。将该粉末规定为C1。在C1粉末中添加环氧树脂1.6重量％，进行混合·混揉。其后，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为对比例7。
将C1和A2按13∶7的比例混合，在所得之混合粉末中混合·混揉环氧树脂1.6重量％，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为实施例H。仅仅使用C1粉末，按同样方法制成粘结磁铁。将它规定为对比例8。以下示出实施例H和对比例8的磁特性。
Br(kG)iHc(kOe)(BH)max(MGOe)对比例79.1 11.519.2实施例H9.8 10.822.1对比例810.5 7.1 17.8由此可看出，实施例H可获得高的磁特性，与此不同，对比例8中矫顽磁力小，因而性能降低。
实施例14按照Sm＝12.4，Nd＝11.9，Co＝46.2，Fe＝21.5，Cu＝6.1，Zr＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。在氩气氛中1140℃下对该锭块进行48小时的固溶处理，然后在800℃下保持12小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。其后，用捣碎机、磨碎机粉碎，得到平均粒径为22μm的粉末。将该粉末规定为D1。在D1的粉末中添加环氧树脂1.6重量％，进行混合·混揉。其后，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为对比例9。
将D1和A1按3∶2的比例混合，将所得之混合粉末与1.6重量％的环氧树脂混合·混揉，然后在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为实施例I。另外仅仅用C1粉末同样地制成粘结磁铁，将它现定为对比例10。以下示出实施例I和对比例10的磁特性。
Br(kG)iHc(kOe)(BH)max(MGOe)对比例9 9.3 10.619.6实施例I 10.1 9.8 21.1对比例1010.9 6.7 17.3由此可看出，实施例I可获得高的磁特性，与此不同，对比例10中矫顽磁力小，因而得不到充分的性能。
实施例15按照Sm＝24.2，Co＝44.9，Fe＝26.5，Cu＝3.2，Zr＝1.2重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。在氩气气氛中1120℃下对该锭块进行48小时的固溶处理，然后在800℃下保持任意时间后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。通过改变时效时间(1～24小时)，来变化矫顽磁力。将它规定为X2粉末。然后，按照Sm＝24.2，，Co＝45.7，Fe＝22.9，Cu＝5.3，Zr＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。在氩气气氛中1150℃下对该锭块进行24小时的固溶处理，然后在800℃下保持任意时间(1～16小时)后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。由此得到矫顽磁力不同的粉末Y2。其后，用捣碎机、磨碎机粉碎，得到平均粒径为20μm左右的粉末。将所得粉末X2和Y2按3∶2的比例混合。在混合粉末中添加环氧树脂1.6重量％，进行混合·混揉。其后，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。图9中示出矫顽磁力和磁特性之间的关系。
由此可知，X的矫顽磁力在(Y的矫顽磁力)/10以上、Y的矫顽磁力以下时磁特性提高了。
实施例16将制作A2、B4、C1及D1粉末时的锭块分别规定为A3、B5、C2及D2。将各自的锭块粗粉碎至平均粒径200μm左右。将粗粉过的粉末各自按以下比例混合。
AB2……A3∶B5＝2∶3AC2……A3∶C2＝7∶13AD2……A3∶D2＝2∶3用球磨机将该粉末边粉碎边混合。将所得混合粉末与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，在15kOe的磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃下施以1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。将它规定为实施例J(AB2)、实施例K(AC2)、实施例L(AD2)。以下示出磁特性。
Br(kG) iHc(kOe) (BH)max(MGOe)实施例J10.29.722.4实施例K10.711.0 23.5实施例L11.010.1 22.7由此可看出，实施例J、K、L由于很强的磁相互作用而能获得比实施例G、H、I更高的磁特性。因此可知道，如果同时进行粉末的粉碎和混合，粒子间的磁相互作用加强(由于新鲜表面的相互接触)，从而获得高的磁特性。
实施例17将实施例6中得到的混合物各自在40kOe的磁场中磁化，其后在15kOe磁场中以7ton/cm2的成形压力压缩成形，在150℃施以1小时的硬化处理。制成粘结磁铁。将它规定为实施例M、N、O。以下示出此时的磁特性。
Br(kG)iHc(kOe)(BH)max(MGOe)实施例M10.6 10.223.4实施例N11.2 11.524.1实施例O11.2 10.723.0由此可看出，实施例M、N、O中是以粉末状态磁化，因而获得比实施例J、K、L更高的性能。
实施例18将A1粉末和B1粉末按重量比1∶3混合·粉碎，与环氧树脂1.6重量％混合·混揉。将它在15kOe磁场中成形。此处，通过改变成形压力来变化磁粉体积充填率。磁相互作用的大小用实测的曲线和根据完全不含磁相互作用时计算而求出的磁化曲线之差的峰值来评价。计算出的磁化曲线和无相互作用时的实测磁化曲线非常一致。这已在实施例1中示出。表示实测值与计算值之差的典型情况示于图10中。
图11中示出磁粉体积充填率和峰值之间的关系。由图可清楚地看出，随着充填率增加，峰值的大小也增大，矩形性也提高了。特别是，磁粉体积充填率减少到50％以下时，为了有效地发挥磁相互作用，充填率是重要的参数。
实施例19将A1粉和B1粉按重量比1∶3混合·粉碎，得到混合粉末。以5ton/cm2的加压力按脉冲通以2000A的电流，用烧结温度400℃×5分钟进行等离子体烧结。将此时的烧结磁铁规定为实施例P。作为对比例11，将A1粉末和B1粉末按与实施例P相同的比例呈2相(像一种倾斜材料那样)进行等离子体烧结。各自的磁特性如下所示。
Br(kG) iHc(kOe) (BH)max(MGOe)实施例P 12.7 10.2 37.5对施例1112.0 11.0 29.1由此可看出，对比例11由于曲折(ェグレ)导致磁特性降低，与此不同，实施例P的矩形性很好，其结果是磁特性提高。
实施例20按照Sm＝24.2，Co＝45.7，Fe＝22.9，Cu＝5.3，Zr＝1.9重量％的组成，使用高频熔炼炉在氩气气氛中熔化·铸造，制成锭块。于氩气气氛中1150℃下对该锭块进行12小时的固溶处理。将它规定为K1。
然后，按照Sm＝10.0，Pr＝14.0，Co＝46.4，Fe＝21.6，Cu＝6.2，Zr＝1.9重量％的组成，熔化·铸造，制成锭块。于氩气气氛中1130℃下进行24小时的固溶处理。将它规定为K2。
K1和K2按13∶7，用喷射研磨机对该混合锭块进行细粉碎(同时进行粉碎和混合)。将该混合粉末在15kOe的磁场中成形，将所得成形体在1200℃烧结。其后在1130℃再次进行24小时的固溶处理，然后在800℃保持12小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。所得之烧结磁铁的性能如下所示。
Br＝13.1kGiHc＝11.5kOe(BH)max＝38.1MGOe实施例21将实施例20的混合粉末在15kOe磁场中变化成形压力使之成形。将所得成形体按与实施例20的同样方法制成烧结磁铁。通过变化成形压力来改变磁粉体积充填率。图12示出该体积充填率和在实施例18中进行的作为磁相互作用来评价的峰值之间差值的关系。由图可清楚地看出，随着充填率的增加，峰值的大小也变大，矩形性提高了。特别是，当磁粉体积充填率在95％以上时，峰值争剧增加，为了有效地使磁相互作用发挥效力，充填率是重要的参数。
实施例22按照Nd＝28.1，Fe＝60.2，Co＝10.6，B＝1.0，Zr＝0.1重量％的组成，熔融·铸造。其后施以均质化处理，于氢气中进行850℃×3小时的氢处理，抽真空至10-3Torr，急冷至室温，即施以所谓HDDR处理，将所得锭块粗粉碎至平均粒径为200μm。将所获粉末规定为L1。
将L1和B1按3∶2的比例混合，再与1.6重量％的环氧树脂混合·混揉，然后在15kOe的磁场中成形。其后按150℃×1小时的条件进行硬化处理，制成粘结磁铁。这时的磁特性如下所示。
Br＝10.5kGiHc＝12.4kOe(BH)max＝21.5MGOe实施例23按照最终能成为Fe65Co35的比例进行熔化·铸造。将所得锭块粉碎。将它规定为M1。将M1和K1按1∶9的比例混合。用喷射研磨机将所得混合粉末进行细粉碎。将该混合粉末在15kOe磁场中成形，将所得成形体在1200℃下烧结，其后于1130℃再进行24小时的固熔处理，然后于800℃保持12小时后，施以按0.5℃/min连续冷却至400℃的时效处理。所得烧结磁铁的性能如下所示。
Br＝15.4kGiHc＝8.1kOe(BH)max＝50.1MGOe实施例24将M1和A1按2∶8的比例混合。将所得混合粉末用喷射研磨机进行细粉碎。将所得混合粉末与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，在15kOe磁场中成形。其后施以150℃×1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。此时的磁特性如下扭不。
Br＝13.7kGiHc＝6.2kOe(BH)max＝25.4MGOe
实施例25将Fe的雾化粉末(2μm)P1和L1按1∶9混合，将所得混合粉末与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，在15kOe磁场中成形。其后施以150℃×1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。此时的磁特性如下所示。
Br＝13.7kGiHc＝10.2kOe(BH)max＝26.2MGOe实施例26按照Sm＝35，Co＝65重量％的组成，熔融·铸造。将所得铸块用颚式破碎机及振动球磨机粗粉碎。将所得粉末规定为Q1。将Q1和M1按7∶3的比例混合。将所得混合粉末用喷射研磨机细粉碎，在15kOe磁场中成形，所得成形体于1220℃烧结。其后于850℃进行5小时的热处理。所得烧结磁铁的性能如下。
Br＝14.3kGiHc＝12.5kOe(BH)max＝42.1MGOe实施例27按照配比Fe2O3/SrO为5.9，秤量出a-Fe2O3及SrCo3粉末，用球磨机混合，以1250℃×4小时烧结，再次用球磨机进行粉碎。将该粉末规定为R1。将R1和K1按2∶8的比例混合，将该混合锭块用喷射研磨机细粉碎。将该混合粉末在15kOe磁场中成形，将所得成形体在1200℃下烧结。其后于1130℃进行24小时的处理，然后在800℃保持12小时后，按0.5℃/min连续冷却至400℃。所得烧结磁铁的性能如下所示。
Br＝13.5kGiHc＝10.2kOe(BH)max＝39.2MGOe实施例28将R1和A1按3∶7混合，用喷射研磨机进行细粉碎。将所得粉末，与环氧树脂4重量％混合·混揉，并在15kOe磁场中成形。将所得成形体施以150℃×1小时的硬化处理，制得粘结磁铁。此时的磁特性如下所示。
Br＝11.6kGiHc＝5.3kOe(BH)max＝22.3MGOe实施例29将R1和L1按1∶9比例混合，将所得混合粉末与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，并在15kOe磁场中成形。其后施以150℃×1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。此时的磁特性如下所示。
Br＝10.6kGiHc＝12.1kOe
(BH)max＝21.5MGOe实施例30将R1和M1按7∶3的比例混合。将混合粉末用喷射研磨机细粉碎，并在15kOe磁场中成形，将所成形体于1250℃烧结。后在850℃下进行5小时的热处理。所得烧结磁铁的性能如下所示。
Br＝15.2kGiHc＝3.2kOe(BH)max＝19.6MGOe实施例31在氨气气氛中将Fe于700℃氮化，常温下急冷。将所得之氮化铁进一步急冷至液氮温度。其后于100℃进行热处理，得到Fe16N2。将所得合金相粉碎。将该粉末规定为S1。将S1和B1按1∶9的比例混合，将所得混合粉末与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，在15kOe磁场中成形。其后施以150℃×1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。此时的磁特性如下所示。
Br＝11.6kGiHc＝6.2kOe(BH)max＝20.9MGOe实施例32将S1和A1按2∶8的比例混合，将所得混合粉末，与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，在15kOe磁场中成形。其后施以150℃×1小时的硬化处理。制成粘结磁铁。此时的磁特性如下所示。
Br＝10.7kGiHc＝10.6kOe(BH)max＝22.3MGOe实施例33将S1和L1按3∶17的比例混合，将所得之混合粉末，与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，在15kOe磁场中成形。其后施以150℃×1小时的硬化处理。制成粘结磁铁。此时的磁特性如下所示。
Br＝10.7kGiHc＝10.6kOe(BH)max＝22.3MGOe实施例34将S1和Q1按3∶7的比例混合，将所得之混合粉末，与环氧树脂1.6重量％混合·混揉，在15kOe磁场中成形。其后施以150℃×1小时的硬化处理。制成粘结粘铁。此时的磁特性如下所示。
Br＝11.1kGiHc＝4.7kOe(BH)max＝17.1MGOe实施例35将A1和B1按1∶3的比例混合，在混合粉末中添加2.5重量％的尼龙12，于250℃下进行混揉。将该混合物用粉碎机制粒，在10kOe磁场中于250℃成形，制成粘结磁铁。此时的成形压力为1ton/cm2。此时的磁特性如下所示。
Br＝10.5kGiHc＝10.3kOe(BH)max＝22.4MGOe由此可看出，由于在这种较高的温度下成形，即使在取向磁场低、而且成形压也低的条件下，也能制得具有足够高的取向和高充填率的粘结磁铁。
实施例36将A1和B1按1∶3的比例混合，在混合粉末中添加10重量％的尼龙12，于280℃下进行混揉。于280℃和射出压力为1ton/cm2的条件下在15kOe磁场中射出成形。此时的磁特性如下所示。
Br＝8.5kGiHc＝9.8kOe(BH)max＝15.7MGOe实施例37将A1和B1按1∶3的比例混合，在混合粉末中分别混入3.2重量％的尼龙12，防氧化剂、硅油，用2轴混揉机于230℃下进行混揉。同时制成丸粒。将该混合物用挤压成形机，在15kOe磁场中挤出。此时的磁特性如下所示。
Br＝10.5kGiHc＝10.0kOe(BH)max＝21.0MGOe实施例38将粉末A1和粉末B1按重量比1∶3混合。粉末A1及B1的平均粒径为2.0μm(rA)及21.0μm(rB)。用V型混合机进行混合。变化混合时间。在该混合粉末中添加环氧树脂1.6重量％并混合·混揉，在15kOe磁场中成形。其后施以150℃×1小时的硬化处理，制成粘结磁铁。用扫描型电子显微镜(SEM)观察粘结磁铁的断面，测定A1和B1的接触数目(10处的平均值)。图13中示出接触的数目和磁特性(最大能积)之间的关系。如图所示，接触数目在2(rA+rB)2/rA2以下时，磁特性急剧劣化。
以下简单说明附图。
图1是A1粉末的混合量和磁特性的关系图。
图2所示曲线表示混合粘结磁铁的减磁曲线(实施例A和对比例1-1)。
图3所示曲线表示混合粘结磁铁的减磁曲线(对比例1-2及对比例1-3)。
图4的(A)中所示曲线表示实施例C和实施例A的减磁曲线；(B)中所示曲线表示实施例C和实施例A的减磁曲线之差；(C)中所示曲线表示大气中150℃，保持100小时的减磁曲线(实施例C和实施例A)。
图5所示曲线表示2种粉末的矫顽磁力之差和磁特性之间的关系。
图6所示曲线表示粉末的分散系数与磁特性之间的关系。
图7所示曲线表示B4粉末的混合量和磁特性之间的关系。
图8所示曲线表示混合粘结磁铁的减磁曲线(本发明7和对比例7)之间的关系。
图9所示曲线表示2种粉末的矫顽磁力之差的大小和磁特性之间的关系。
图10所示曲线表示实测和计算的磁化之差与磁场之间的关系。
图11所示曲线表示粘结磁铁中磁化之差的峰值和磁粉体积充填率之间的关系。
图12所示曲线表示烧结磁铁中磁化之差的峰值和磁粉体积充填率之间的关系。
图13所示曲线表示2种粉末的接触数目和磁特性之间的关系。
权利要求
1.制造粘结磁铁的方法，包括制成包括具有剩余磁通密度BrA和矫顽磁力HcA的磁体粉末A和具有剩余磁通密度BrB和矫顽磁力HcB的磁体粉末B的2种以上磁性粉末的混合物，各剩余磁通密度及矫顽力之间具有BrA＞BrB和HcA＜HcB的关系；将粘合剂与所述磁性粉末混合，得到模塑混合物；模塑所得的模塑混合物，得到粘结磁铁。
2.根据权利要求1的制备粘结磁铁的方法，其中在模塑磁性粉末混合物之前对磁性粉末进行磁化。
全文摘要
制造粘结磁铁的方法，包括制成包括具有剩余磁通密度Br
文档编号H01F1/26GK1505066SQ0313060
公开日2004年6月16日 申请日期1994年11月11日 优先权日1993年11月11日
发明者北泽淳宪, 石桥利之, 秋冈宏治, 之, 治 申请人:精工爱普生株式会社