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JP3628282B2 - Process for producing rare earth alloys with very low oxygen content and fine and homogeneous crystal structure by reduction of rare earth oxides - Google Patents
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JP3628282B2 - Process for producing rare earth alloys with very low oxygen content and fine and homogeneous crystal structure by reduction of rare earth oxides - Google Patents

Process for producing rare earth alloys with very low oxygen content and fine and homogeneous crystal structure by reduction of rare earth oxides Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類酸化物原料や酸化された希土類合金廃材を還元剤で還元して溶融合金を形成し、該溶融合金を直接急冷凝固させて希土類系合金、特に、二次電池用負極材料または水素供給用貯蔵媒体として有益な極低酸素含有量でかつ微細で均質な結晶組織の希土類系水素吸蔵合金または希土類系磁石合金を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、希土類金属を主成分とする合金として、希土類金属Rと遷移金属Tの組み合わせからなるアルカリ二次電池用負極合金や磁石合金が知られている。これらの合金は、通常、精製された希土類金属原料とその他の精製された金属原料を用いて製造された母合金を高周波誘導加熱により溶解した後に金型鋳造によって目的成分組成の合金を製造している。
【0003】
他に、安価な原料を使用できる方法として、希土類酸化物原料とその他の合金成分原料の混合物をCa金属や希土類金属により還元して希土類金属とその他の合金成分の溶融物を金型鋳造して冷却凝固させる方法によって目的組成の合金製造を行う方法が知られており、例えば、特開昭62−188772号公報、特開平3−287740号公報、特開平11−319752号公報、特開平11−329811号公報、特開2000−109908号公報、特開2000−30919号公報には、R−FeーB系磁石合金などのCa拡散還元法が開示されている。
【0004】
しかし、希土類酸化物のCa拡散還元法では、得られる金属内に好ましくない酸化カルシウムが介在物として取り込まれたり、固溶したり、また、酸素や炭素などの不純物の除去が困難なために極低酸素の合金粉末が得られない。
【0005】
このため、Ca拡散還元法では、通常、生成した酸化カルシウムなどを合金粉末を得る迄の過程で水洗除去する必要があるが、希土類金属が酸化されやすく、不純物として酸素が合金中に残留して合金特性を損なうために、実用化が阻まれている。
【0006】
水洗除去の工程を不要にする方法として、特公平4−35548号公報には、希土類金属の酸化物をFeとBの存在下で、溶融合金と反応しても問題のないFe坩堝を用いてCa還元して介在物や酸素、炭素の含有量の少ないFe−B−R中間合金を製造する方法が記載されているが、この場合は、中間合金を再溶解して追加の合金元素を添加して所望の合金組成を得る工程が必要である。
【0007】
特公平3−64574号公報には、還元剤を用いて300℃以下で還元剤の反応により極低酸素の母合金インゴットを製造する方法が記載されているが、特殊組成の還元剤を準備する必要があり、反応に要する時間も長くかかる。
【0008】
上記のように、希土類酸化物原料を還元して溶融凝固する方法により目的成分組成の極低酸素含有量の合金を得るのは困難であり、溶解原料に希土類合金磁石の製造工程などで生じる研磨粉などのスクラップを溶解原料として再利用することができない。
【0009】
このため、研磨粉などの希土類合金磁石スクラップについては、化学量論の2〜4倍程度のCaにより固相還元して酸化カルシウムを水洗または酸洗により除去する方法が知られている程度である(例えば、特開昭56−38438号公報、特公昭61−53413号公報、特開昭61−153201号公報)。
【0010】
また、希土類系合金の金型鋳造法においては、溶融物の凝固過程において金型の中心部と周辺部との冷却速度の違いによって、合金濃度の不均一性による偏析や異相の析出を起こすため、後工程で結晶組織調整のために長時間の均質化熱処理を必要とする。例えば、Sm2 Fe17やNd2 Fe14B化合物を得ようとする場合には、冷却過程で包晶反応によるα- Fe相やNdリッチ相などの不純物相が不可避的に生成し、そのため鋳造合金を不活性雰囲気中において1000℃以上の高温で均質化処理を行う必要があった。
【0011】
この欠点を改善するため、例えば、特開平5−320792号公報、特開平11−323467号公報、特開平8−60265号公報、特開平10−280010号公報、特開2000−144277号公報、特開2000−144278号公報、特開2000−160265号公報などに、溶融合金を高速回転ロール面などで急冷凝固させるストリップキャスト法による合金製造が提案されている。この方法によれば、金型を用いずに溶融合金を直接急冷凝固させるために不純物相が少なく結晶組織の微細な合金ができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
従来のストリップキャスト法では、高価な金属原料を目的の合金成分組成になるように調合してこれを非酸化性雰囲気中で高周波誘導加熱溶解などにより溶解している。また、従来のCa還元法では、希土類酸化物原料を溶解した溶融合金を用いてストリップキャストしても酸素等の不純物含有量が少なく、かつ微細で均質な結晶組織の所望の特性を持つ目的成分組成の合金を製造することは困難である。
【0013】
本発明は、安価な希土類酸化物原料を用いて経済的に製造することができ、また、これまで、再生処理工程が長くコストがかかるため採算面で問題があった使用済み希土類合金廃材を原料の一部または全部として用いることによって高価で希少資源である希土類金属資源の再利用を図ることによって、酸素等の不純物含有量が少なく、かつ微細で均質な結晶組織の所望の特性を持つ目的成分組成の希土類系合金の製造方法の開発を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、希土類酸化物原料または使用済み希土類合金廃材を通常の坩堝で溶解するのみで、他の精製手段を用いずにストリップキャストしたままで酸素含有量が少なく、かつ微細で均質な結晶組織の所望の特性を持つ目的成分組成の合金を製造することができる方法を見いだした。
【0015】
すなわち、本発明は、(1)加熱装置を備えた坩堝および溶融合金の急冷凝固手段を密閉室内に設けて、該密閉室内を真空または不活性ガス雰囲気とした状態において、希土類酸化物粉末及び残部がその他の合金成分粉末からなる原料粉末と、カルシウムまたは水素化カルシウムの粉末からなる還元剤との混合物を坩堝内に装填する第一工程、該混合物をカルシウムの融点(843℃)以上1200℃以下の所定温度に加熱することによってカルシウム還元反応させて固体合金を形成する第二工程、次いで、1200℃を超える所定温度に急速加熱して溶融合金とスラグを形成する第三工程、所定温度に達したら該溶融合金をスラグと分離しながら坩堝から流出させて冷却ロールまたはディスクからなる急冷凝固手段に接触させることによって急冷凝固した合金を形成する第四工程、によって、急冷凝固のままで酸素含有量が600ppm以下でかつ微細で均質な結晶組織の目的合金組成の希土類系水素吸蔵合金または希土類系磁石合金を製造することを特徴とする希土類酸化物の還元による希土類系合金の製造方法である。
【0016】
また、本発明は、(2)加熱装置を備えた坩堝および溶融合金の急冷凝固手段を密閉室内に設けて、該密閉室内を真空または不活性ガス雰囲気とした状態において、酸化された 希土類系水素吸蔵合金電極廃材からなる原料粉末と、カルシウムまたは水素化カルシウムの粉末からなる還元剤との混合物を坩堝内に装填する第一工程、該混合物をカルシウムの融点(843℃)以上1200℃以下の所定温度に加熱することによってカルシウム還元反応させて固体合金を形成する第二工程、次いで、1200℃を超える所定温度に急速加熱して溶融合金とスラグを形成する第三工程、所定温度に達したら該溶融合金をスラグと分離しながら坩堝から流出させて冷却ロールまたはディスクからなる急冷凝固手段に接触させることによって急冷凝固する第四工程、によって、急冷凝固のままで酸素含有量が600ppm以下でかつ微細で均質な結晶組織の目的合金組成の希土類系水素吸蔵合合金を製造することを特徴とする希土類系水素吸蔵合金電極廃材の還元による希土類系水素吸蔵合金の製造方法である。
【0017】
また、本発明は、(3)加熱装置を備えた坩堝および溶融合金の急冷凝固手段を密閉室内に設けて、該密閉室内を真空または不活性ガス雰囲気とした状態において、酸化された希土類系合金磁石の廃材からなる原料粉末と、カルシウムまたは水素化カルシウムの粉末からなる還元剤との混合物を坩堝内に装填する第一工程、該混合物をカルシウムの融点(843℃)以上1200℃以下の所定温度に加熱することによってカルシウム還元反応させて固体合金を形成する第二工程、次いで、1200℃を超える所定温度に急速加熱して溶融合金とスラグを形成する第三工程、所定温度に達したら該溶融合金をスラグと分離しながら坩堝から流出させて冷却ロールまたはディスクからなる急冷凝固手段に接触させることによって急冷凝固する第四工程、によって、急冷凝固のままで酸素含有量が600ppm以下でかつ微細で均質な結晶組織の目的合金組成の希土類系磁石合金を製造することを特徴とする希土類系合金磁石の廃材の還元による希土類系磁石合金の製造方法である。
【0018】
また、本発明は、(4)坩堝を傾動させて溶融合金を流出させ、スラグは坩堝上部に設けた流出阻止部材により流出させずに溶融合金と分離することを特徴とする上記(1)ないし(3)いずれかの合金の製造方法である。
【0019】
また、本発明は、(5)密閉室内にタンディツシュを設け、坩堝から溶融合金を予熱した該タンディツシュに流出させて、タンディツシュ中に滞留する溶融合金中に含まれている微量なスラグ粒を溶融合金の上面に分離させ、次いで、該タンディツシュに開けた複数の細孔から溶融合金を噴出させて冷却ロールまたは冷却ディスクからなる急冷凝固手段に接触させることにより急冷凝固して0.2〜3mmの薄板を製造することを特徴とする上記(1)ないし(3)いずれかの合金の製造方法である。
【0020】
また、本発明は、(6)上記(5)の方法において、急冷凝固した合金を該密閉室内に設けた粉砕板に衝突させて粉砕することを特徴とする上記(1)ないし(3)いずれかの合金薄片の製造方法である。
【0021】
また、本発明は、(7)上記(1)ないし(3)のいずれかの合金薄片の製造方法によって製造した合金薄片を所望の粒径に衝撃式気流粉砕機により粉砕することによって酸素含有量が600ppm以下の粉末を得ることを特徴とする希土類系磁石合金粉末の製造方法である。
【0022】
本発明によれば、真空または不活性ガス雰囲気とした密閉室内で希土類酸化物の還元と合金鋳造を一連の連続した工程内で短時間で実施でき、かつ水洗工程がないため、従来のCa還元法では困難であった極低酸素含有量で、かつ結晶性の良い希土類系水素吸蔵合金または希土類系磁石合金の製造が可能となる。さらに、使用済み合金電極、合金磁石廃材を原料に用いることができるため資源の再利用ができ、経済的な合金製造ができる。
【0023】
また、従来、金属原料からNd−Fe−B合金を製作する場合には、融点の差が大きい各金属を用いず、まずNd−FeとFe−B母合金を製作し、次にそれらを混合溶解して最終的なNd−Fe−B合金を製作しているが、本発明の方法によれば、目的合金組成の合金を酸化物原料または使用済み希土類合金廃材から直接製造することが可能となるのでこのような手間を省くこともできる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明の希土類系合金の製造方法に用いる合金製造装置の概略を示す。この製造装置は、真空または不活性ガス雰囲気とすることができる密閉室内に、加熱装置を備えた傾動可能な坩堝、冷却ロールまたは冷却ディスクからなる溶融合金の急冷凝固装置を備えている。密閉室内は真空引きした後不活性ガスフローにしてもよい。
【0025】
また、坩堝と急冷凝固装置との間に、坩堝の傾動により流出させた溶融合金を一旦流入させてから底部に設けた細孔から噴出させるタンディツシュを設けることが好ましい。坩堝の加熱源としては、加熱コイルを坩堝の周りに巻いた高周波誘導加熱装置を用いることができる。急冷凝固装置の冷却ロールまたは冷却ディスクは高速回転させる。急冷凝固装置の下流に、急冷凝固により形成された合金を衝突させる粉砕板を設けることにより密閉室内で薄片状の粉末に粉砕した希土類系合金を製造できる。
【0026】
坩堝の材料は限定されず、セラミック坩堝を使用できるが、希土類金属は極めて反応性が高く、強い還元力を有するので、アルミナ、シリカ、マグネシア、チタニアなどの坩堝は反応して不純物が混入する可能性があり、熱力学的に最も安定なカルシア(CaO)やそれに準じるジルコニアなどが好ましい。タンタルや窒化硼素も使用可能であるが高価なため実用的ではない。
【0027】
高周波誘導加熱溶解によって合金を溶製するには、セラミック坩堝に目的とする合金成分である所定量の酸化物と金属成分とを装填し、金属が誘導電流により自己過熱するに伴い酸化物も熱せられ、高周波誘導電流の出力の増加によって固相状態での還元反応および溶融合金の形成が行われる。酸化物の投入量より鉄やニッケル等の金属投入量が多い場合は溶解しやすいが、酸化物量が多量の場合や粉末状の廃材を多く用いる場合には、原料をよく混合した後に軽く加圧成形してペレット状にして誘導電流が流れ易くする。あるいは、セラミック坩堝の外周部にグラファイト坩堝を配置して、グラファイトの誘導加熱により原料を間接的に加熱する方法を採用することも効果がある。
【0028】
以下、本発明の希土類系合金製造方法を、NdFe14B合金を製造する場合について、図2の概略製造工程図および加熱温度パターン(図の下部に線で示す)に従ってさらに詳しく説明する。まず、図2の(1)で示す第一工程で、希土類酸化物粉末及び残部その他の合金成分粉末からなる原料粉末と、カルシウムまたは水素化カルシウムの粉末からなる還元剤との混合物を坩堝内に装填する。
【0029】
原料粉末としては、希土類酸化物の粉末、あるいは合金製造工程で発生した不良品や使用済みの希土類系合金廃材を予め成分組成分析をした上で所定量用いることができる。電池廃材はカリウムやフッ素、炭素などの微量な汚染が考えられるので、希土類系合金廃材100%を原料とするよりも新たな酸化物原料に混合した方が得られる合金の特性は望ましい。また、上記の他に、目的合金の構成成分である金属や合金、あるいはカルボニル金属化合物などを原料として加えても差し支えない。
【0030】
上記の酸化物は、各種酸化物の標準生成自由エネルギ−/温度図(エリンガム図とも呼称される)から示唆されるように、生成エネルギーの低い、すなわち、より安定な金属を、高温で反応させることによって還元され得る。還元剤としては、一般的に、周知のカルシウムまたは水素化カルシウム粉末を用いる。カルシウムは高温になるほど活性であるため坩堝との反応を抑制する必要がある。そのために、カルシウム投入量が所定の反応にとって過剰にならないように計量する。また、カルシウム金属を坩堝との反応抑制のために中央部に装填することが望ましい。
【0031】
上記の原料と還元剤は、混合したままで、または還元反応を均質化するため成形ペレットにした後、坩堝に装填して加熱反応に供する。密閉室内に坩堝をセットしたら、密閉室内を真空引きした後アルゴンガスフローに切り替えるなどの方法により不活性ガス雰囲気状態にして、高周波誘導加熱コイルにより原料を誘導加熱する。
【0032】
次に、図2の(2)で示す第二工程で、原料混合物をカルシウムの融点(843℃)以上1200℃以下の所定温度に加熱することによってカルシウム還元反応させる。この工程でカルシウムの溶融液と酸化物・金属との反応により固体状のNdFe14BとCaOが生成する。特に、本発明の方法では、希土類酸化物の還元反応である第二工程を比較的低温で完了させて合金の完全溶解に至るまでの第三工程の時間を極力短くする。
【0033】
すなわち、第二工程でカルシウムの融点(843℃)以上1200℃以下の所定温度に加熱することによってカルシウム還元反応させる。還元反応温度は原料の種類によって適宜選択するが、希土類系水素吸蔵合金や磁石合金の場合には、カルシウムの融点近傍温度からそれ以上の温度で行う。ただし、あまり高温では酸化物の還元に用いるべきカルシウムの蒸発が多くなるために、十分な還元反応を終了させることが難しい。したがって、好ましくは1200℃以下とする。
【0034】
次に、図2の(3)で示すように、還元反応完了後に固体状の合金が形成されるので誘導加熱により容易に温度上昇が図れるので、第三工程で1200℃を超える所定温度に坩堝浸食を防ぐために急速加熱して溶融合金を完全形成する。高温ほど溶融合金の粘度が下がり急冷凝固が容易に行われるが、一方、溶融合金と坩堝との反応が促進されるために、所定温度は1300〜1500℃とするのが好ましい。また、所定温度までの加熱時間は5分程度以内が望ましく、短時間での昇温が可能になるように高周波誘導電流の出力程度と坩堝内の溶融合金量を決める。1分以内で300℃昇温させるように高周波誘導電流の出力程度と坩堝内の溶融合金量を決めることも可能である。
【0035】
MmNi系水素吸蔵合金やNdFe14B系磁石合金を原料とした場合は、第三工程において1200℃〜1300℃で合金が溶融しはじめ、反応生成物である酸化カルシウムは比重が小さいために図に示すようにスラグとなって溶融合金の上面に浮く。このスラグ生成により不純物の少ない良質の溶融合金が得られるために、予め、ホウ酸を加えてスラグの生成を助長することも効果がある。
【0036】
例えば、MmNi系水素吸蔵合金やNdFe14B系磁石合金の場合、昇温過程は、室温から900℃までを3分間で急速加熱し、Ca還元反応を完了させるために900〜1100℃の温度域で10分間保持し、その後は溶融合金の坩堝浸食を防ぐために急速加熱して2分間で溶融合金温度を1400℃迄上昇させる。このとき、還元反応において若干過剰となった金属Caは蒸発してアルゴンガスと共に装置外に排出され、一方、反応によって生成した酸化カルシウムスラグは溶融合金上面に浮き上がる。このために、酸素とカルシウムはスラグとして溶融合金と容易に分離する。
【0037】
最後の第四工程で、坩堝を傾動させて所定温度に達した溶融合金を速やかに流出させて冷却ロールまたはディスクからなる急冷凝固手段に接触させることによって急冷凝固させる。スラグは坩堝上部に設けた適宜の流出阻止部材により流出させずに溶融合金と分離する。急冷凝固装置としては、MQI社で長年製造実績のあるNd−Fe−B急冷薄片製造装置に準じたものをそのまま用いることができるが、厚さ0.2〜3mm程度の薄板製造を目的とするために時間当たりの溶融合金量が多くなり、したがって、溶融合金を一旦タンディツシュに受け、タンディツシュに開けた複数の穴から溶融合金を高速回転する冷却ロール上に噴出して凝固させることが望ましい。
【0038】
予熱されたタンディッシュに溶融合金を注ぎ込むことにより、タンディッシュに滞留する溶融合金中に含まれている微量なスラグ粒が溶融合金の上面に分離される。しかる後に、タンディッシュ4の一端の底部に設けた微細孔から溶融合金を高速回転する冷却ロール5上に連続して噴出させる。溶融合金は冷却ロール5上で凝固し、鉄鋼製の粉砕板6に衝突して破砕され、急冷凝固した合金薄片7を容器8内に回収する。この場合に、冷却ロール内部を水冷し、回転速度は0.5〜10m/秒程度に設定することにより所望の微細で均質な結晶組織をもつ合金が得られる。
【0039】
この結晶組織は、溶融合金の温度と供給速度および冷却ロールの回転速度を適切に制御することによって得られる。溶融合金温度を合金の融点より100〜200℃上にセットして、ロール回転速度を数m/秒とし、凝固速度を100〜2000℃/秒とすることにより、不純物相が殆どない数〜十数ミクロンの微細結晶組織が得られる。得られた合金薄片は、結晶組織調整のため高温で均質化処理を行うことも有効である。
【0040】
このように、本発明によれば、比較的低温でのCa還元の後の短時間の高温加熱により溶融合金と坩堝の反応を回避し、かつ高温におけるCaと酸化物の反応を促進させることにより清浄度の高い溶融合金を形成することができ、この溶融合金を不活性雰囲気中で直ちに急冷凝固させることにより極低酸素含有量でかつ微細で均質な結晶組織の希土類系合金が得られることになる。
【0041】
本発明の方法によって製造した合金は、酸化物原料を用いているにもかかわらず、高温で充分に還元反応が行われ、かつ、従来、還元法で実施していた水洗工程を排除しているために鋳造したままで合金中に含有される不純物の酸素含有量は600ppm以下、より好ましくは400ppm以下のレベルとなる。
【0042】
本発明で対象とする希土類系水素吸蔵合金は、LaNi5 やMmNi5 型の希土類合金などである。これらの合金においては、水素吸蔵能や初期活性、充放電サイクル特性など各種の特性調整のために、他の遷移金属や銅、アルミニウムなどを含有してもかまわない。
【0043】
本発明で対象とする希土類系磁石合金は、希土類元素をRとし遷移元素をTとした場合に、R217、RT12、R214B等で表される化合物であり、代表例としてSm2 Fe173 やNd2 Fe14B化合物からなる磁石が実用されている。合金原料としては、希土類酸化物粉末と鉄粉末、鉄合金粉末、硼素粉末、およびその他必要な添加物成分を所望の合金に合わせて取捨選択する。
【0044】
Sm2 Fe17やNd2 Fe14B系合金の場合には、溶融合金の温度を合金の融点より100〜200℃上にセットして、冷却ロールの回転速度を数m/秒とし、凝固速度を100〜2000℃/秒とすることにより、α−Fe等の不純物相が殆どない10〜80ミクロンの微細結晶組織が得られる。
【0045】
得られた合金薄片は、結晶組織調整のために不活性ガス中1000〜1200℃で均質化処理を行うことも有効である。この合金薄片は、所望の粒径に粉砕し、磁界中成形、焼結、機械加工して焼結磁石を製作する、あるいは有機物樹脂と混合成形してボンド磁石を製作することができる
【0046】
【実施例】
実施例1
小型二次電池から希土類−ニッケル系水素吸蔵合金負極材を分離回収し、溶剤洗浄後にICP組成分析を行った結果、基本成分組成がMmNi4.6 Al0.27Mo0.11の合金であった。また、LECO社製の酸素/窒素同時分析装置によって測定した各元素の混入量は、酸素3.1質量%、窒素0.03質量%であった。
【0047】
この水素吸蔵合金廃材を、窒素ガスを導入した衝撃式気流粉砕機によって粉砕して約40〜300ミクロンの粉末を得た。上記の合金廃材中に含まれる酸素の大部分はMmの酸化物になっていると考えられるために、その混入量から推定して、還元剤として粒径が約2mmのカルシウムを上記の合金粉末に対して88:12の比率で合計200gを秤量した。次に、ブレンダーを用いて混合し、50MPaの圧力を加えて固化成形した。
【0048】
この混合物を図1に示すように、カルシア製坩堝1に装填して、冷却ロールを備えた密閉室内にセットし、密閉室内を真空引きした後アルゴンガスフローに切り替えて高周波誘導加熱コイル2による誘導加熱を行った。昇温過程は、室温から900℃までを3分間で急速加熱し、Ca還元反応を完了させるために1050℃で10分間保持し、その後に急速加熱して2分間で溶融合金温度を1400℃迄上昇させた。
【0049】
このとき還元反応において若干過剰となった金属Caは蒸発してアルゴンガスと共に装置外に排出され、一方、反応によって生成した酸化カルシウムスラグ3は溶融合金の上面に浮き上がった。このために、酸素とカルシウムはスラグとして溶融合金とは容易に分離した。
【0050】
さらに、坩堝を傾動させて予熱されたタンディッシュに溶融合金を注ぎ込むことにより、タンディッシュに滞留した溶融合金中に含まれている微量なスラグ粒を溶融合金の上面に分離した。しかる後に、タンディッシュ4の一端の底部に設けた微細孔から溶融合金を高速回転する冷却ロール5上に連続して噴出させた。溶融合金は冷却ロール5上で凝固し、鉄鋼製の粉砕板6に衝突して破砕され、厚さ0.2mmの急冷凝固した合金薄片7を容器8内に回収した。
【0051】
このとき、冷却ロール5の回転速度は5m/秒とすることにより合金の推定冷却速度は約1000℃/秒であった。さらに、衝撃式気流粉砕機を用いて窒素ガス中で合金薄片7を粉砕し、篩い分け後20〜40ミクロンの粉末を製作した。
【0052】
比較例1
比較としての合金は、上記と同じ原料組成に対してカルシウム添加量を20%増量してブレンダーを用いて混合した。この混合物をステンレス鋼製坩堝に入れ電気炉に装填して、アルゴンガス雰囲気中900℃で4時間保持してCa還元反応を行い室温に冷却した。この反応物を坩堝から取り出し、水洗、アルコール置換、乾燥して、MmNi4.4 Co0.3 Al0.3 組成の合金粉末を製作した。得られた粉末粒径は実施例1と同様に20〜40ミクロンの範囲であった。
【0053】
実施例1および比較例の合金粉末の酸素分析をLECO社製の窒素・酸素分析装置によって行った結果、前者が230ppmで後者が2840ppmであり、実施例1によって得られた合金粉末は不純物酸素が著しく少ないことが明らかになった。
【0054】
図3に、ジーベルツ法によって測定した両者の合金粉末の室温におけるPCT曲線を示す。実施例1は、比較例1と比較して水素圧プラトー領域が広くかつ平坦であり、二次電池用材料として優れていることが分かる。この主な理由は、酸素汚染が殆どないために組成上の偏析を防止でき合金組成が適正に保たれたためと、急冷凝固により微細で均質な結晶組織が得られたためと推察される。
【0055】
次に、上記の両粉末を圧縮固化し、ニッケルメッキして電極を作製して電池の充放電サイクル特性を調べた。図4の結果から明らかなように、実施例1の合金を使用した電池は比較例1の合金を使用したものに比べて充放電サイクル回数の増加による放電容量の低下が著しく少なく、水素の吸放出に伴う合金の微粉化進行も抑制されていた。
【0056】
実施例2
小型二次電池から希土類−ニッケル系水素吸蔵合金負極材の廃材を分離回収し、組成分析を行った結果は、MmNi4.6 Al0.27Mo0.110.3 であった。この水素吸蔵合金廃材を解砕して得た粉末に、純度99%のミッシュメタル酸化物粉末と、それぞれ純度99.9%のニッケル粉末、アルミニウム片、モリブデン粉末と、還元剤として純度99%の粒状カルシウムを、成分組成式がMmNi4.7 Al0.3 Mo0.1 で表される合金組成となるように計量した。これらの粉末をブレンダーを用いて混合した後に、50MPaの圧力を加えて固化成形した。
【0057】
この混合物を実施例1と同様にして、Ca還元後、溶融、急冷凝固させ、厚さ0.15mmの合金薄片を製作し、さらに、粉砕して20〜40ミクロンの粉末を得た。
【0058】
比較例2
一方、比較例として、純度99%のミッシュメタルと、それぞれ純度99.9%のニッケル粉末、アルミニウム片、モリブデン粉末を、実施例2と同じ成分組成となるように計量した。各計量物を混合したものを、アルミナ坩堝に装填して高周波誘導加熱溶解し、急冷凝固させて厚さ0.15mmの合金薄片を製作した。引き続き、粉砕して20〜40ミクロンの粉末を得た。実施例2および比較例2の合金粉末の酸素含有量は、それぞれ250ppm、230ppmであり、いずれも著しく低酸素濃度の合金が得られた。
【0059】
次に、実施例1と同様に、室温におけるPCT特性を調べた結果を図5に示す。実施例2の合金粉末を用いたものは、金属原料のみを用いた比較例2の合金粉末を用いたものとほぼ同様の水素圧プラトー特性を示し、合金廃材や希土類酸化物を原料として用いているにもかかわらず優れた電池用材料特性を有していることがわかる。
【0060】
実施例3
純度99.9%の酸化サマリウム粉末を95g、純度99.9%のサマリウムを80g、99.9%の鉄粉を478g、および還元剤として純度99%の粒状カルシウム47gをブレンダーを用いて混合した。この混合物をジルコニア製坩堝1に装填して、急冷ロールを具備した密閉室にセットし、装置内を真空引きした後アルゴンガス雰囲気に切り替えて高周波誘導加熱コイル2による誘導加熱を行った。
【0061】
昇温過程は、室温から急速加熱し、Ca還元反応を完了させるために1100℃で10分保持し、その後はさらに急速加熱して溶融合金温度を1550℃迄上昇させた。このとき、反応によって生成したスラグ3は溶融合金の上面に浮き上がり、坩堝を傾動させて予熱されたタンディッシュに溶融合金を注ぎ、タンディッシュ4の一端の底部に設けた微細孔から高速回転中の冷却ロール5上に連続して噴出させた。
【0062】
溶融合金は冷却ロール5上で凝固し、鉄製の粉砕板6に衝突して破砕され、厚さ0.6mmの急冷凝固した合金薄片7を容器8内に回収した。このとき、冷却ロール回転速度は2m/秒とすることにより合金の推定冷却速度は約1000℃/秒であった。この合金をスタンプミルと衝撃式気流粉砕機を用いて粉砕し、約100ミクロンの合金粉末を製作した。
【0063】
粉末は所望のSm2 Fe17構造を持つことがX線構造解析から明らかになった。また、蛍光X線による組成分析結果から、合金組成は質量比率で23.8%Sm−残部Feであった。さらに、LECO社製の窒素・酸素分析装置による合金中の酸素含有量は410ppmであり、不純物酸素濃度が著しく小さい良質の磁石合金が得られた。
【0064】
比較例3
比較としての合金は以下の方法によって製作した。原料として、純度99.9%の酸化サマリウム粉末を100g、純度99.9%のサマリウムを78g、99.9%の鉄粉を480g、および還元剤として純度99%の粒状カルシウム54gをブレンダーを用いて混合した。
【0065】
この混合物をステンレス鋼製坩堝に入れて電気炉内に装填して、アルゴンガス雰囲気中において950℃で6時間保持してCa還元反応を行い室温に冷却した。得られた反応物を坩堝から取り出し、水洗、アルコール置換、乾燥して合金粉末を製作した。実施例3と同様の分析結果から、合金組成は23.9%Sm−0.12%Ca−残部Feであった。さらに、合金中の酸素含有量は1350ppmであり、高濃度の酸素とカルシウム不純物が残留した。
【0066】
実施例4
原料として、純度99.9%の酸化ネオジウム粉末を202g、純度99.9%の酸化ジスプロシウムを23g、ボロン含有率19%のフェロボロン粉末を41g、99.9%の鉄粉を367g、および還元剤として純度99%の粒状カルシウム103gをブレンダーを用いて混合した。
【0067】
この混合物をジルコニア製坩堝に装填して密閉室内にセットし、高周波誘導加熱した。昇温過程は、室温から急速加熱し、Ca還元反応を完了させるために1000℃で30分間保持し、その後1480℃迄上昇させた。続いて、坩堝を傾動させてタンディッシュに溶融合金を注ぎ込み、高速回転する冷却ロール上に連続して噴出させた。
【0068】
冷却ロールの回転速度は1m/秒として厚さ0.8mmの急冷凝固した合金薄片を得た。この合金は所望のNd2 Fe14B構造をもち、20〜70ミクロンの結晶組織をもつことが、X線構造解析と顕微鏡観察から明らかになった。また、蛍光X線による組成分析結果から、合金組成は質量比率で27.7%Nd−3.2%Dy−1.09%B−残部Feであった。さらに、LECO社製の窒素・酸素分析装置による合金中の酸素含有量は470ppmであり、不純物酸素濃度が著しく小さい良質の磁石合金が得られた。
【0069】
比較例4
原料として、純度99.9%の酸化ネオジウム粉末を204g、純度99.9%の酸化ジスプロシウムを24g、ボロン含有率19%のフェロボロン粉末を41g、99.9%の鉄粉を367g、および還元剤として純度99%の粒状カルシウム108gをブレンダーを用いて混合した。
【0070】
この混合物をステンレス鋼製坩堝に入れて電気炉に装填して、アルゴンガス雰囲気中において1000℃で6時間保持してCa還元反応を行って室温に冷却した。得られた反応物を坩堝から取り出し、水洗、アルコール置換、乾燥して合金粉末を製作した。実施例4と同様の分析結果から、合金組成は27.8%Nd−3.2%Dy―1.1%B−0.11%Ca−残部Feであった。さらに、合金中の酸素含有量は1400ppmであり、酸素やカルシウムなど多量の不純物を含有していた。
【0071】
実施例5
原料として、純度99.9%の酸化ネオジウム粉末を102g、純度99.9%の酸化ジスプロシウムを11.6g、ボロン含有率19%のフェロボロン粉末を21g、99.9%の鉄粉を184g、および還元剤として純度99%の粒状カルシウム51gを計量した。
【0072】
一方、焼結不良品でその成分組成が、27.6%Nd−3.0%Dy−1.10%B−0.55%O―0.16%C−残部Feである希土類系合金磁石廃材をスタンプミルで粉砕した粉末を275g計量し、ブレンダーを用いて上記の原料と混合した。
【0073】
この混合物をジルコニア製坩堝に装填して密閉室内にセットし、高周波誘導加熱し、還元反応後に合金を溶融させて溶融合金の温度を1480℃迄上昇させた。続いて、坩堝を傾動させてタンディッシュに溶融合金を注ぎ込み、高速回転中の冷却ロール上に連続して噴出させ、冷却ロールの回転速度を1m/秒として厚さ0.8mmの急冷凝固した合金薄片を得た。
【0074】
この合金は所望のNd2 Fe14B構造をもち、その組成は質量比率で27.6%Nd−3.0%Dy−1.11%B−0.09%C−残部Feであった。さらに、合金中の酸素含有量は520ppmであり、微量の炭素を含有するものの不純物酸素濃度の小さい良質の磁石合金が得られた。
【0075】
比較例6
原料として、ネオジウム、ジスプロシウム、フェロボロン、鉄を所望のの組成になるように計量し、高周波誘導加熱溶解し溶融合金の温度が1480℃に到達後に坩堝を傾動させてタンディッシュに溶融合金を注ぎ込み、高速回転中の冷却ロール上に噴出させ、冷却ロールの回転速度を1m/秒として厚さ1mmの急冷凝固した合金薄片を得た。この合金はNd2 Fe14B構造をもち、その組成は質量比率で27.5%Nd−3.0%Dy−1.12%B−残部Feであり、酸素含有量は490ppmであった。
【0076】
したがって、本発明の製造方法によって得られた合金は、原料として希土類酸化物や希土類系合金磁石廃材を用いているにもかかわらず、精製した金属原料のみを用いて製造した比較例の合金とほぼ同等の低酸素含有量の良質合金となり、経済的に有利な磁石合金である。
【0077】
【発明の効果】
本発明によれば、真空または不活性雰囲気とした密閉室内で酸化物の還元と合金鋳造を同一工程内で実施でき、かつ水洗工程がないため、従来のCa還元法では困難であった鋳造のままで極低酸素含有量で、かつ結晶性の良い合金製作ができる。また、金型鋳造法よりも細かな結晶組織を有し、ストリップキャスト法による場合と同等品質の合金を、安価な希土類酸化物原料や希土類系合金廃材を用いて製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の希土類系合金製造方法に用いる製造装置を示す概略図である。
【図2】本発明の希土類系合金製造方法によりNdFe14B合金を製造する場合の概略製造工程および加熱温度パターンを示す説明図である。
【図3】実施例1および比較例1の合金粉末のPCT曲線を示すグラフである。
【図4】実施例1および比較例1の合金粉末を使用した電池の充放電サイクル特性を示すグラフである。
【図5】実施例2および比較例2の合金粉末のPCT曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
1:坩堝
2:高周波誘導加熱コイル
3:スラグ
4:タンディッシュ
5:冷却ロール
6:粉砕板
7:合金薄片
8:容器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a rare earth oxide raw material or oxidized rare earth alloy waste material is reduced with a reducing agent to form a molten alloy, and the molten alloy is directly quenched and solidified to form a rare earth alloy, particularly a secondary battery negative electrode material or A method for producing a rare earth-based hydrogen storage alloy or a rare-earth magnet alloy having an extremely low oxygen content and a fine and homogeneous crystal structure useful as a storage medium for supplying hydrogenTo the lawRelated.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an alloy containing a rare earth metal as a main component, a negative electrode alloy or magnet alloy for an alkaline secondary battery made of a combination of a rare earth metal R and a transition metal T is known. These alloys are usually prepared by melting a mother alloy produced using a refined rare earth metal raw material and other refined metal raw materials by high frequency induction heating, and then producing an alloy having a target component composition by die casting. Yes.
[0003]
In addition, as a method of using inexpensive raw materials, a mixture of rare earth oxide raw materials and other alloy component raw materials is reduced with Ca metal or rare earth metal, and a melt of the rare earth metal and other alloy components is die-cast. Methods for producing an alloy having a desired composition by cooling and solidifying are known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-188772, 3-287740, 11-319752, and 11- Japanese Patent No. 329811, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-109908, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-30919 disclose Ca diffusion reduction methods such as R—Fe—B based magnet alloys.
[0004]
However, in the rare earth oxide Ca diffusion reduction method, it is extremely difficult to remove undesirable calcium oxide as inclusions in the obtained metal, as a inclusion, or to remove impurities such as oxygen and carbon. Low oxygen alloy powder cannot be obtained.
[0005]
Therefore, in the Ca diffusion reduction method, it is usually necessary to wash and remove the generated calcium oxide and the like in the process until obtaining the alloy powder. However, rare earth metals are easily oxidized, and oxygen remains as impurities in the alloy. In order to impair the alloy properties, practical application is hindered.
[0006]
Japanese Patent Publication No. 4-35548 uses a Fe crucible that does not cause any problem even when a rare earth metal oxide reacts with a molten alloy in the presence of Fe and B. A method for producing an Fe—B—R intermediate alloy with a low content of inclusions, oxygen, and carbon by reducing Ca is described. In this case, the intermediate alloy is remelted and an additional alloy element is added. Thus, a process for obtaining a desired alloy composition is required.
[0007]
Japanese Examined Patent Publication No. 3-64574 describes a method for producing a master alloy ingot of extremely low oxygen by a reaction of a reducing agent at a temperature of 300 ° C. or lower using a reducing agent. A reducing agent having a special composition is prepared. It takes a long time for the reaction.
[0008]
As described above, it is difficult to obtain an alloy with an extremely low oxygen content of the target component composition by reducing and melting and solidifying a rare earth oxide raw material, and polishing that occurs in the manufacturing process of a rare earth alloy magnet as a melting raw material Scrap such as powder cannot be reused as a melting raw material.
[0009]
For this reason, for rare earth alloy magnet scraps such as abrasive powders, there is a known method for solid-phase reduction with Ca of about 2 to 4 times the stoichiometry and removing calcium oxide by water washing or pickling. (For example, JP-A-56-38438, JP-B-61-53413, JP-A-61-153201).
[0010]
Also, in the rare earth alloy mold casting method, segregation due to non-uniformity of alloy concentration and precipitation of different phases occur due to the difference in cooling rate between the central part and the peripheral part of the mold during the solidification process of the melt. Then, a long-time homogenization heat treatment is required for adjusting the crystal structure in the subsequent process. For example, Sm2 Fe17And Nd2 Fe14In the case of obtaining the B compound, impurity phases such as α-Fe phase and Nd rich phase due to peritectic reaction are inevitably generated in the cooling process, and therefore the cast alloy is heated to 1000 ° C. or higher in an inert atmosphere. It was necessary to perform homogenization at high temperature.
[0011]
In order to improve this defect, for example, JP-A-5-327992, JP-A-11-323467, JP-A-8-60265, JP-A-10-280010, JP-A-2000-144277, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-144278 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-160265 propose alloy production by a strip casting method in which a molten alloy is rapidly solidified by a high-speed rotating roll surface or the like. According to this method, since the molten alloy is directly rapidly solidified without using a mold, an alloy having a small crystal structure and a small impurity phase can be obtained.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional strip casting method, an expensive metal raw material is prepared so as to have a target alloy component composition, and this is melted by high frequency induction heating melting in a non-oxidizing atmosphere. Further, in the conventional Ca reduction method, a target component having a desired characteristic of a fine and homogeneous crystal structure with a small content of impurities such as oxygen even if strip casting is performed using a molten alloy in which a rare earth oxide raw material is dissolved. It is difficult to produce an alloy of composition.
[0013]
The present invention can be economically produced using an inexpensive rare earth oxide raw material,Also,Reuse of rare earth metal resources, which are expensive and rare resources, by using spent rare earth alloy waste materials that have been problematic in terms of profitability due to the long and costly reprocessing process. Therefore, the purpose of the present invention is to develop a method for producing a rare earth alloy having a target component composition having a desired characteristic of a fine and homogeneous crystal structure with a small content of impurities such as oxygen.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present inventorOr used rare earth alloy wasteCan be melted in a normal crucible, and the alloy with the desired component composition can be produced with the desired properties of a fine and homogeneous crystal structure with low oxygen content while strip-casting without using other purification means. I found a way I could do it.
[0015]
That is, the present invention(1)A crucible equipped with a heating device and a rapid solidification means for molten alloy are provided in a sealed chamber, and the sealed chamber is in a vacuum or inert gas atmosphere.NozomiEarth oxide powderAnd the restA first step of charging a crucible with a mixture of a raw material powder made of other alloy component powder and a reducing agent made of calcium or calcium hydride powder, the mixture having a calcium melting point (843 ° C.) to 1200 ° C. Calcium reduction reaction by heating to a predetermined temperatureTo form a solid alloyThe second step, followed by a third step of rapidly heating to a predetermined temperature exceeding 1200 ° C. to form a molten alloy and slag, and when the predetermined temperature is reached, the molten alloy is separated from the slag and allowed to flow out of the crucible Or discRapid solidification means comprisingRapid solidification by contacting withFormed alloyThe fourth step,ByWith rapid solidificationOxygen content is 600ppm or lessOf fine and homogeneous crystal structureRare earth hydrogen storage alloy or rare earth magnet with desired alloy compositionA method for producing a rare earth alloy by reduction of a rare earth oxide, characterized by producing an alloy.
[0016]
The present invention also provides:(2) A crucible equipped with a heating device and a rapid solidification means for a molten alloy were provided in a sealed chamber, and the chamber was oxidized in a vacuum or inert gas atmosphere. A first step of charging a crucible with a mixture of raw material powder made of rare earth-based hydrogen storage alloy electrode waste material and a reducing agent made of calcium or calcium hydride powder; the mixture is made at a melting point of calcium (843 ° C.) or higher and 1200 ° C. The second step of forming a solid alloy by a calcium reduction reaction by heating to the following predetermined temperature, then the third step of rapidly heating to a predetermined temperature exceeding 1200 ° C. to form a molten alloy and slag, to the predetermined temperature When it reaches, the fourth step of rapidly solidifying by letting the molten alloy flow out of the crucible while separating from the slag and bringing into contact with the rapid solidification means consisting of a cooling roll or a disk, and the oxygen content is 600 ppm or less in the rapid solidification state. A rare earth-based hydrogen storage alloy with a target alloy composition having a fine and homogeneous crystal structure. Rare earth-based hydrogen storage alloy by reduction of class-based hydrogen storage alloy electrode scrapIt is a manufacturing method.
[0017]
The present invention also provides:(3) A raw material comprising a waste material of oxidized rare earth alloy magnets provided with a crucible equipped with a heating device and a rapid solidification means for a molten alloy in a sealed chamber, and the sealed chamber in a vacuum or inert gas atmosphere. A first step of charging a crucible with a mixture of powder and a reducing agent made of calcium or calcium hydride powder, and heating the mixture to a predetermined temperature not lower than the melting point of calcium (843 ° C.) and not higher than 1200 ° C. The second step of forming a solid alloy by reduction reaction, then the third step of rapidly heating to a predetermined temperature exceeding 1200 ° C. to form a molten alloy and slag, and when the predetermined temperature is reached, the molten alloy is separated from the slag. While the fourth step of rapidly solidifying by bringing it out of the crucible and bringing into contact with the rapid solidification means comprising a cooling roll or a disk, Of the rare earth magnet alloy by reduction of waste of the rare earth alloy magnet, characterized in that while in the oxygen content of the cooling solidification producing a rare earth magnet alloy object the alloy composition of less and fine and homogeneous crystal structure 600ppmIt is a manufacturing method.
[0018]
The present invention also provides:(4) The crucible is tilted to cause the molten alloy to flow out, and the slag is separated from the molten alloy without flowing out by the outflow prevention member provided at the upper part of the crucible. AlloyIt is a manufacturing method.
[0019]
The present invention also provides:(5) A tundish is provided in the sealed chamber, and the molten alloy is allowed to flow out from the crucible to the preheated tundish, and a small amount of slag particles contained in the molten alloy staying in the tundish is separated on the upper surface of the molten alloy, Then, a molten alloy is ejected from a plurality of pores opened in the tundish and brought into contact with a rapid solidification means comprising a cooling roll or a cooling disk to produce a thin plate having a thickness of 0.2 to 3 mm. Of any of the alloys (1) to (3) aboveIt is a manufacturing method.
[0020]
The present invention also provides:(6) In the method of (5), the alloy flakes according to any one of (1) to (3) above, wherein the rapidly solidified alloy is crushed by colliding with a pulverizing plate provided in the sealed chamber. MethodIt is.
[0021]
The present invention also provides (7)A powder having an oxygen content of 600 ppm or less is obtained by pulverizing the alloy flakes produced by the method for producing an alloy flake according to any one of (1) to (3) above to a desired particle size using an impact airflow crusher. In the manufacturing method of the rare earth magnet alloy powder characterizedis there.
[0022]
According to the present invention, rare earth oxide reduction and alloy casting are performed in a sealed chamber in a vacuum or an inert gas atmosphere.A series of consecutiveProduction of rare earth-based hydrogen storage alloys or rare-earth magnet alloys with extremely low oxygen content and good crystallinity, which was difficult with the conventional Ca reduction method, because it can be carried out in a short time in the process and there is no washing step Is possible. Furthermore, since spent alloy electrodes and alloy magnet wastes can be used as raw materials, resources can be reused and economical alloy production can be achieved.
[0023]
Conventionally, when producing an Nd-Fe-B alloy from a metal raw material, first, Nd-Fe and Fe-B master alloy are produced, and then mixed without using each metal having a large difference in melting point. The final Nd-Fe-B alloy is manufactured by melting, but according to the method of the present invention, an alloy having a target alloy composition is used as an oxide raw material.Or used rare earth alloy wasteTherefore, it is possible to save such trouble.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an outline of an alloy production apparatus used in the method for producing a rare earth alloy of the present invention. This manufacturing apparatus includes a rapid solidification apparatus for a molten alloy including a tiltable crucible equipped with a heating device, a cooling roll, or a cooling disk in a sealed chamber that can be in a vacuum or an inert gas atmosphere. The sealed chamber may be evacuated and then have an inert gas flow.
[0025]
In addition, it is preferable to provide a tundish between the crucible and the rapid solidification apparatus in which the molten alloy that has flowed out due to the tilting of the crucible is once introduced and then ejected from the pores provided at the bottom. As a heat source for the crucible, a high frequency induction heating device in which a heating coil is wound around the crucible can be used. The cooling roll or cooling disk of the rapid solidification apparatus is rotated at a high speed. A flake shape in a sealed chamber is provided downstream of the rapid solidification device by providing a pulverizing plate that collides with the alloy formed by rapid solidification.PowderIt is possible to produce a rare earth alloy that has been crushed.
[0026]
The material of the crucible is not limited, and a ceramic crucible can be used, but rare earth metals are extremely reactive and have strong reducing power, so that crucibles such as alumina, silica, magnesia, titania can react and impurities can be mixed And thermodynamically most stable calcia (CaO) and zirconia equivalent thereto are preferable. Tantalum and boron nitride can also be used, but are not practical because they are expensive.
[0027]
In order to melt an alloy by high-frequency induction heating melting, a ceramic crucible is charged with a predetermined amount of oxide and metal components, which are target alloy components, and the oxide also heats as the metal self-heats by induction current. As a result, the reduction reaction in the solid phase and the formation of the molten alloy are performed by increasing the output of the high-frequency induced current. It is easy to dissolve when the amount of metal such as iron or nickel is larger than the amount of oxide, but when the amount of oxide is large or when many powdery waste materials are used, lightly press after mixing the raw materials thoroughly Molded into a pellet to facilitate the flow of induced current. Alternatively, it is also effective to employ a method in which a graphite crucible is disposed on the outer periphery of the ceramic crucible and the raw material is indirectly heated by induction heating of graphite.
[0028]
Hereinafter, the rare earth alloy production method of the present invention is referred to as Nd.2Fe14The case of producing the B alloy will be described in more detail with reference to the schematic production process diagram of FIG. First, in FIG.(1)In the first step shown by rare earth oxide powderAnd the restA mixture of a raw material powder made of other alloy component powder and a reducing agent made of calcium or calcium hydride powder is charged into the crucible.
[0029]
As the raw material powder, a rare earth oxide powder, a defective product generated in the alloy manufacturing process, or a used rare earth alloy waste material can be used in a predetermined amount after a component composition analysis is performed in advance. Since the battery waste material is considered to be contaminated with trace amounts of potassium, fluorine, carbon, etc., the characteristics of the alloy obtained by mixing with a new oxide raw material is desirable rather than using 100% rare earth alloy waste material as a raw material. In addition to the above, a metal, an alloy, or a carbonyl metal compound that is a constituent of the target alloy may be added as a raw material.
[0030]
The above oxides react with metals at low temperatures, ie more stable metals, at high temperatures, as suggested by the standard free energy / temperature diagrams of various oxides (also referred to as Ellingham diagrams). Can be reduced. As the reducing agent, generally known calcium or calcium hydride powder is used. Since calcium is more active at higher temperatures, it is necessary to suppress reaction with the crucible. Therefore, the calcium input is measured so that it does not become excessive for a given reaction. In addition, it is desirable to load calcium metal in the center portion in order to suppress the reaction with the crucible.
[0031]
The raw material and the reducing agent are mixed or formed into a molded pellet for homogenizing the reduction reaction, and then charged into a crucible and subjected to a heating reaction. Once the crucible is set in the sealed chamber, the raw material is induction-heated by a high-frequency induction heating coil by evacuating the sealed chamber and then switching to an argon gas flow.
[0032]
Next, in FIG.(2)In the second step, the raw material mixture is heated to a predetermined temperature not lower than the melting point of calcium (843 ° C.) and not higher than 1200 ° C. to cause a calcium reduction reaction. In this process, solid Nd is formed by the reaction between the calcium melt and the oxide / metal.2Fe14B and CaO are produced. In particular, in the method of the present invention, the time required for the third step from the completion of the second step, which is a reduction reaction of the rare earth oxide, at a relatively low temperature to the complete dissolution of the alloy is minimized.
[0033]
That is, in the second step, the calcium reduction reaction is carried out by heating to a predetermined temperature not lower than the melting point (843 ° C.) of calcium and not higher than 1200 ° C. The reduction reaction temperature is appropriately selected depending on the type of raw material, but in the case of rare-earth hydrogen storage alloys and magnet alloys, the reduction reaction temperature is carried out at a temperature near the melting point of calcium. However, if the temperature is too high, the evaporation of calcium to be used for the reduction of the oxide increases, so that it is difficult to complete a sufficient reduction reaction. Accordingly, the temperature is preferably 1200 ° C. or lower.
[0034]
Next, in FIG.(3)As shown in Fig. 3, since a solid alloy is formed after the reduction reaction is completed, the temperature can be easily raised by induction heating. Therefore, in the third step, rapid heating and melting to prevent the crucible erosion to a predetermined temperature exceeding 1200 ° C are performed. Form the alloy completely. The higher the temperature, the lower the viscosity of the molten alloy and the easier the rapid solidification. On the other hand, in order to promote the reaction between the molten alloy and the crucible, the predetermined temperature is preferably 1300-1500 ° C. The heating time to the predetermined temperature is preferably within about 5 minutes, and the output level of the high frequency induction current and the amount of molten alloy in the crucible are determined so that the temperature can be raised in a short time. It is also possible to determine the output level of the high-frequency induction current and the amount of molten alloy in the crucible so that the temperature is raised to 300 ° C. within 1 minute.
[0035]
MmNi5-Based hydrogen storage alloys and Nd2Fe14When using a B-based magnet alloy as a raw material, the alloy begins to melt at 1200 ° C to 1300 ° C in the third step, and the calcium oxide, which is a reaction product, melts as slag as shown in the figure because of its low specific gravity. Float on top of alloy. Since a high-quality molten alloy with few impurities can be obtained by this slag generation, it is also effective to promote the generation of slag by adding boric acid in advance.
[0036]
For example, MmNi5-Based hydrogen storage alloys and Nd2Fe14In the case of the B-based magnet alloy, the temperature raising process is performed by rapidly heating from room temperature to 900 ° C. in 3 minutes, and holding in the temperature range of 900 to 1100 ° C. for 10 minutes in order to complete the Ca reduction reaction, and thereafter the molten alloy In order to prevent crucible erosion, the temperature of the molten alloy is increased to 1400 ° C. in 2 minutes by rapid heating. At this time, the metal Ca slightly surplus in the reduction reaction is evaporated and discharged together with the argon gas to the outside of the apparatus, while the calcium oxide slag generated by the reaction floats on the upper surface of the molten alloy. For this reason, oxygen and calcium are easily separated from the molten alloy as slag.
[0037]
In the final fourth step, the crucible is tilted to rapidly flow out of the molten alloy that has reached a predetermined temperature, and brought into contact with a rapid solidification means comprising a cooling roll or a disk to rapidly solidify. The slag is separated from the molten alloy without flowing out by an appropriate outflow prevention member provided at the upper part of the crucible. As the rapid solidification device, a device conforming to the Nd-Fe-B rapid cooling flake production device, which has been manufactured for many years at MQI, can be used as it is.thicknessThe amount of molten alloy per hour is increased for the purpose of producing a thin plate of about 0.2 to 3 mm. Therefore, the molten alloy is temporarily received in the tundish, and the molten alloy is cooled at a high speed from a plurality of holes opened in the tundish. It is desirable to eject and solidify on a roll.
[0038]
By pouring the molten alloy into the preheated tundish, a small amount of slag particles contained in the molten alloy staying in the tundish is separated on the upper surface of the molten alloy. Thereafter, the molten alloy is continuously ejected from the fine holes provided at the bottom of one end of the tundish 4 onto the cooling roll 5 that rotates at high speed. The molten alloy solidifies on the cooling roll 5, collides with the steel crushing plate 6, is crushed, and rapidly cools and solidifies the alloy flakes 7 in the container 8. In this case, by cooling the inside of the cooling roll with water and setting the rotation speed to about 0.5 to 10 m / second, an alloy having a desired fine and homogeneous crystal structure can be obtained.
[0039]
This crystal structure is obtained by appropriately controlling the temperature and supply speed of the molten alloy and the rotation speed of the cooling roll. By setting the molten alloy temperature 100 to 200 ° C. above the melting point of the alloy, setting the roll rotation speed to several m / second, and setting the solidification speed to 100 to 2000 ° C./second, several to several tens with few impurity phases. A fine crystal structure of several microns can be obtained. It is also effective to homogenize the obtained alloy flakes at a high temperature for crystal structure adjustment.
[0040]
Thus, according to the present invention, the reaction between the molten alloy and the crucible is avoided by high-temperature heating for a short time after the Ca reduction at a relatively low temperature, and the reaction between Ca and oxide at a high temperature is promoted. It is possible to form a molten alloy with high cleanliness, and to obtain a rare earth alloy having a very low oxygen content and a fine and homogeneous crystal structure by immediately solidifying the molten alloy immediately in an inert atmosphere. Become.
[0041]
Although the alloy produced by the method of the present invention uses an oxide raw material, it undergoes a sufficient reduction reaction at a high temperature and eliminates the water washing step that has been conventionally carried out by the reduction method. Therefore, the oxygen content of impurities contained in the alloy as cast is 600 ppm or less, more preferably 400 ppm or less.
[0042]
The rare earth hydrogen storage alloy targeted in the present invention is LaNi.Five And MmNiFive Type rare earth alloy. These alloys may contain other transition metals, copper, aluminum, etc. for adjusting various properties such as hydrogen storage capacity, initial activity, and charge / discharge cycle characteristics.
[0043]
The rare earth-based magnet alloy that is the subject of the present invention has R as the rare earth element and R as the transition element.2 T17, RT12, R2 T14Sm as a representative example.2 Fe17NThree And Nd2Fe14Magnets made of the B compound are in practical use. As alloy materials, rare earth oxide powder and iron powder, iron alloy powder, boron powder, and other necessary additive components are selected according to the desired alloy.
[0044]
Sm2 Fe17And Nd2 Fe14In the case of a B-based alloy, the temperature of the molten alloy is set to 100 to 200 ° C. above the melting point of the alloy, the rotation speed of the cooling roll is set to several m / sec, and the solidification rate is set to 100 to 2000 ° C./sec. As a result, a fine crystal structure of 10 to 80 microns having almost no impurity phase such as α-Fe can be obtained.
[0045]
It is also effective to homogenize the obtained alloy flakes at 1000 to 1200 ° C. in an inert gas for crystal structure adjustment. This alloy flake can be pulverized to a desired particle size and molded in a magnetic field, sintered, machined to produce a sintered magnet, or mixed with an organic resin to produce a bonded magnet.
[0046]
【Example】
Example 1
As a result of separating and recovering a rare earth-nickel-based hydrogen storage alloy negative electrode material from a small secondary battery and performing ICP composition analysis after solvent cleaning, the basic component composition is MmNi4.6Al0.27Mo0.11Alloy. Moreover, the amount of each element mixed measured by the oxygen / nitrogen simultaneous analyzer manufactured by LECO was 3.1% by mass of oxygen and 0.03% by mass of nitrogen.
[0047]
This hydrogen storage alloy waste material was pulverized by an impact airflow pulverizer into which nitrogen gas was introduced to obtain a powder of about 40 to 300 microns. Since most of the oxygen contained in the above-mentioned alloy waste is considered to be an oxide of Mm, calcium having a particle size of about 2 mm as a reducing agent is estimated from the amount of mixing, and the above alloy powder A total of 200 g was weighed in a ratio of 88:12. Next, they were mixed using a blender and solidified by applying a pressure of 50 MPa.
[0048]
As shown in FIG. 1, this mixture is loaded into a calcia crucible 1, set in a sealed chamber equipped with a cooling roll, evacuated in the sealed chamber, then switched to an argon gas flow, and induction by a high frequency induction heating coil 2 Heating was performed. In the temperature raising process, rapid heating is performed from room temperature to 900 ° C. in 3 minutes, and is held at 1050 ° C. for 10 minutes in order to complete the Ca reduction reaction. Thereafter, rapid heating is performed and the molten alloy temperature is increased to 1400 ° C. in 2 minutes. Raised.
[0049]
At this time, the metal Ca slightly surplus in the reduction reaction was evaporated and discharged out of the apparatus together with the argon gas, while the calcium oxide slag 3 produced by the reaction floated on the upper surface of the molten alloy. For this reason, oxygen and calcium were easily separated from the molten alloy as slag.
[0050]
Furthermore, the crucible was tilted and the molten alloy was poured into the preheated tundish, thereby separating a small amount of slag particles contained in the molten alloy retained in the tundish on the upper surface of the molten alloy. Thereafter, the molten alloy was continuously ejected from the fine holes provided at the bottom of one end of the tundish 4 onto the cooling roll 5 rotating at high speed. The molten alloy solidified on the cooling roll 5, collided with the steel crushing plate 6 and crushed, and the rapidly solidified alloy flake 7 having a thickness of 0.2 mm was collected in the container 8.
[0051]
At this time, the estimated cooling speed of the alloy was about 1000 ° C./second by setting the rotational speed of the cooling roll 5 to 5 m / second. Further, the alloy flakes 7 were pulverized in nitrogen gas using an impact airflow pulverizer, and after sieving, a powder of 20 to 40 microns was manufactured.
[0052]
Comparative Example 1
The alloy for comparison was mixed using a blender with the calcium addition amount increased by 20% with respect to the same raw material composition as described above. This mixture was placed in a stainless steel crucible and charged in an electric furnace, and kept at 900 ° C. for 4 hours in an argon gas atmosphere to perform a Ca reduction reaction and cool to room temperature. The reaction product is taken out of the crucible, washed with water, replaced with alcohol, and dried.4.4Co0.3Al0.3An alloy powder of composition was produced. The particle size of the obtained powder was in the range of 20 to 40 microns as in Example 1.
[0053]
As a result of performing oxygen analysis of the alloy powder of Example 1 and the comparative example using a nitrogen / oxygen analyzer manufactured by LECO, the former is 230 ppm and the latter is 2840 ppm. The alloy powder obtained in Example 1 has oxygen impurities. It became clear that there was very little.
[0054]
FIG. 3 shows the PCT curves at room temperature of both alloy powders measured by the Siebelz method. It can be seen that Example 1 has a wider and flat hydrogen pressure plateau region than Comparative Example 1, and is excellent as a secondary battery material. The main reasons for this are presumed to be that because there was almost no oxygen contamination, segregation in composition could be prevented and the alloy composition was kept appropriate, and that a fine and homogeneous crystal structure was obtained by rapid solidification.
[0055]
Next, both the above powders were compressed and solidified, and nickel-plated to produce an electrode, and the charge / discharge cycle characteristics of the battery were examined. As is clear from the results of FIG. 4, the battery using the alloy of Example 1 has a markedly lower decrease in discharge capacity due to the increase in the number of charge / discharge cycles than that using the alloy of Comparative Example 1, and the absorption of hydrogen. The progress of pulverization of the alloy accompanying the release was also suppressed.
[0056]
Example 2
The waste material of the rare earth-nickel-based hydrogen storage alloy negative electrode material was separated and recovered from the small secondary battery, and the composition analysis was performed.4.6Al0.27Mo0.11O0.3Met. The powder obtained by pulverizing this hydrogen storage alloy waste material is a 99% pure misch metal oxide powder, a 99.9% pure nickel powder, an aluminum piece, a molybdenum powder, and a 99% pure as a reducing agent. Granular calcium, the composition formula of which is MmNi4.7Al0.3 Mo0.1It measured so that it might become an alloy composition represented by these. These powders were mixed using a blender, and then solidified by applying a pressure of 50 MPa.
[0057]
In the same manner as in Example 1, after reducing Ca, the mixture was melted and rapidly solidified to produce an alloy flake having a thickness of 0.15 mm and further pulverized to obtain a powder of 20 to 40 microns.
[0058]
Comparative Example 2
On the other hand, as a comparative example, misch metal with a purity of 99% and nickel powder, aluminum pieces, and molybdenum powder with a purity of 99.9% were weighed so as to have the same component composition as in Example 2. A mixture of each weighed material was loaded into an alumina crucible, melted by high-frequency induction heating, and rapidly solidified to produce an alloy flake having a thickness of 0.15 mm. Subsequently, a powder of 20 to 40 microns was obtained by grinding. The oxygen contents of the alloy powders of Example 2 and Comparative Example 2 were 250 ppm and 230 ppm, respectively, and an alloy having a significantly low oxygen concentration was obtained.
[0059]
Next, the results of examining the PCT characteristics at room temperature as in Example 1 are shown in FIG. The one using the alloy powder of Example 2 shows almost the same hydrogen pressure plateau characteristics as the one using the alloy powder of Comparative Example 2 using only the metal raw material, and using the alloy waste material or the rare earth oxide as the raw material. It can be seen that it has excellent battery material properties.
[0060]
Example 3
Using a blender, 95 g of 99.9% pure samarium oxide powder, 80 g of 99.9% pure samarium powder, 478 g of 99.9% iron powder, and 47 g of 99% pure granular calcium as a reducing agent were mixed. . This mixture was loaded into a zirconia crucible 1 and set in a sealed chamber equipped with a quenching roll. The inside of the apparatus was evacuated and then switched to an argon gas atmosphere to perform induction heating with the high frequency induction heating coil 2.
[0061]
In the temperature raising process, rapid heating was performed from room temperature, and the temperature was maintained at 1100 ° C. for 10 minutes in order to complete the Ca reduction reaction, and thereafter, further rapid heating was performed to raise the molten alloy temperature to 1550 ° C. At this time, the slag 3 produced by the reaction floats on the upper surface of the molten alloy, tilts the crucible, pours the molten alloy into the preheated tundish, It was continuously ejected onto the cooling roll 5.
[0062]
The molten alloy solidified on the cooling roll 5, collided with the iron crushing plate 6 and crushed, and the rapidly solidified alloy flake 7 having a thickness of 0.6 mm was collected in the container 8. At this time, the estimated cooling rate of the alloy was about 1000 ° C./second by setting the rotational speed of the cooling roll to 2 m / second. This alloy was pulverized using a stamp mill and an impact airflow pulverizer to produce an alloy powder of about 100 microns.
[0063]
The powder is the desired Sm2 Fe17It became clear from X-ray structural analysis that it has a structure. Moreover, from the compositional analysis result by fluorescent X-rays, the alloy composition was 23.8% Sm-remainder Fe in mass ratio. Furthermore, the oxygen content in the alloy by a nitrogen / oxygen analyzer manufactured by LECO was 410 ppm, and a high-quality magnet alloy having a remarkably low impurity oxygen concentration was obtained.
[0064]
Comparative Example 3
A comparative alloy was produced by the following method. 100 g of samarium oxide powder with a purity of 99.9%, 78 g of samarium with a purity of 99.9%, 480 g of 99.9% iron powder, and 54 g of granular calcium with a purity of 99% as a reducing agent are used as raw materials. And mixed.
[0065]
This mixture was placed in a stainless steel crucible and loaded into an electric furnace, and kept at 950 ° C. for 6 hours in an argon gas atmosphere to perform a Ca reduction reaction and cool to room temperature. The obtained reaction product was taken out from the crucible, washed with water, substituted with alcohol, and dried to produce an alloy powder. From the same analysis results as in Example 3, the alloy composition was 23.9% Sm-0.12% Ca-balance Fe. Furthermore, the oxygen content in the alloy was 1350 ppm, and high concentrations of oxygen and calcium impurities remained.
[0066]
Example 4
202 g of neodymium oxide powder with a purity of 99.9%, 23 g of dysprosium oxide with a purity of 99.9%, 41 g of ferroboron powder with a boron content of 19%, 367 g of iron powder with a 99.9% purity, and a reducing agent As a mixture, 103 g of granular calcium having a purity of 99% was mixed using a blender.
[0067]
This mixture was loaded into a zirconia crucible, set in a sealed chamber, and heated by high frequency induction. In the temperature raising process, rapid heating was performed from room temperature, the temperature was maintained at 1000 ° C. for 30 minutes to complete the Ca reduction reaction, and then increased to 1480 ° C. Subsequently, the crucible was tilted, the molten alloy was poured into the tundish, and continuously jetted onto a cooling roll rotating at high speed.
[0068]
The rotating speed of the cooling roll was 1 m / second, and a rapidly solidified alloy flake having a thickness of 0.8 mm was obtained. This alloy has the desired Nd2Fe14It was revealed from X-ray structural analysis and microscopic observation that it has a B structure and a crystal structure of 20 to 70 microns. Further, from the result of compositional analysis by fluorescent X-ray, the alloy composition was 27.7% Nd-3.2% Dy-1.09% B-balance Fe in mass ratio. Furthermore, the oxygen content in the alloy by a nitrogen / oxygen analyzer manufactured by LECO was 470 ppm, and a high-quality magnet alloy having a remarkably small impurity oxygen concentration was obtained.
[0069]
Comparative Example 4
As raw materials, 204 g of 99.9% pure neodymium oxide powder, 24 g of 99.9% pure dysprosium oxide, 41 g of ferroboron powder with a boron content of 19%, 367 g of 99.9% iron powder, and reducing agent As a mixture, 108 g of granular calcium having a purity of 99% was mixed using a blender.
[0070]
This mixture was placed in a stainless steel crucible and charged in an electric furnace, and held at 1000 ° C. for 6 hours in an argon gas atmosphere to perform a Ca reduction reaction and cool to room temperature. The obtained reaction product was taken out from the crucible, washed with water, substituted with alcohol, and dried to produce an alloy powder. From the same analysis results as in Example 4, the alloy composition was 27.8% Nd-3.2% Dy-1.1% B-0.11% Ca-balance Fe. Furthermore, the oxygen content in the alloy was 1400 ppm and contained a large amount of impurities such as oxygen and calcium.
[0071]
Example 5
As raw materials, 102 g of 99.9% purity neodymium oxide powder, 11.6 g of 99.9% purity dysprosium oxide, 21 g of ferroboron powder with a boron content of 19%, 184 g of 99.9% iron powder, and As a reducing agent, 51 g of granular calcium having a purity of 99% was weighed.
[0072]
On the other hand, a rare-earth alloy magnet having poor sintering and a component composition of 27.6% Nd-3.0% Dy-1.10% B-0.55% O-0.16% C-balance Fe. 275 g of powder obtained by pulverizing the waste material with a stamp mill was weighed and mixed with the above raw materials using a blender.
[0073]
This mixture was loaded into a zirconia crucible and set in a sealed chamber, heated by high frequency induction, and the alloy was melted after the reduction reaction to raise the temperature of the molten alloy to 1480 ° C. Subsequently, the crucible is tilted, the molten alloy is poured into the tundish, and the molten alloy is continuously ejected onto the cooling roll that is rotating at high speed, and the cooling roll is rotated at a speed of 1 m / second and rapidly solidified with a thickness of 0.8 mm. A flake was obtained.
[0074]
This alloy has the desired Nd2 Fe14It had a B structure, and its composition was 27.6% Nd-3.0% Dy-1.11% B-0.09% C-balance Fe in mass ratio. Furthermore, the oxygen content in the alloy was 520 ppm, and a high-quality magnet alloy containing a small amount of carbon but having a low impurity oxygen concentration was obtained.
[0075]
Comparative Example 6
As raw materials, neodymium, dysprosium, ferroboron, iron are weighed so as to have a desired composition, high frequency induction heating and melting, and after the temperature of the molten alloy reaches 1480 ° C., the crucible is tilted and the molten alloy is poured into the tundish. The alloy flakes were rapidly solidified with a thickness of 1 mm with the rotation speed of the cooling roll being 1 m / sec. This alloy is Nd2 Fe14It had a B structure, and its composition was 27.5% Nd-3.0% Dy-1.12% B-balance Fe in mass ratio, and the oxygen content was 490 ppm.
[0076]
Therefore, the alloy obtained by the manufacturing method of the present invention is almost the same as the alloy of the comparative example manufactured using only the refined metal raw material, even though the rare earth oxide or rare earth alloy magnet waste material is used as the raw material. It is a good alloy with an equivalent low oxygen content and is economically advantageous.
[0077]
【The invention's effect】
According to the present invention, the reduction of the oxide and the casting of the alloy can be carried out in the same process in a sealed chamber in a vacuum or an inert atmosphere, and since there is no washing process, it is difficult to perform the casting that has been difficult with the conventional Ca reduction method. An alloy with an extremely low oxygen content and good crystallinity can be produced. Further, an alloy having a finer crystal structure than that of the mold casting method and having the same quality as that obtained by the strip casting method can be manufactured using inexpensive rare earth oxide raw materials and rare earth alloy waste materials.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a production apparatus used in a method for producing a rare earth alloy of the present invention.
FIG. 2 shows Nd produced by the rare earth alloy production method of the present invention.2Fe14It is explanatory drawing which shows the outline manufacturing process in the case of manufacturing B alloy, and a heating temperature pattern.
FIG. 3 is a graph showing PCT curves of alloy powders of Example 1 and Comparative Example 1.
4 is a graph showing charge / discharge cycle characteristics of batteries using the alloy powders of Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
5 is a graph showing PCT curves of alloy powders of Example 2 and Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1: crucible
2: High frequency induction heating coil
3: Slag
4: Tundish
5: Cooling roll
6: Crush plate
7: Alloy flake
8: Container

Claims (7)

加熱装置を備えた坩堝および溶融合金の急冷凝固手段を密閉室内に設けて、該密閉室内を真空または不活性ガス雰囲気とした状態において、希土類酸化物粉末及び残部がその他の合金成分粉末からなる原料粉末と、カルシウムまたは水素化カルシウムの粉末からなる還元剤との混合物を坩堝内に装填する第一工程、該混合物をカルシウムの融点(843℃)以上1200℃以下の所定温度に加熱することによってカルシウム還元反応させて固体合金を形成する第二工程、次いで、1200℃を超える所定温度に急速加熱して溶融合金とスラグを形成する第三工程、所定温度に達したら該溶融合金をスラグと分離しながら坩堝から流出させて冷却ロールまたはディスクからなる急冷凝固手段に接触させることによって急冷凝固した合金を形成する第四工程、によって、急冷凝固のままで酸素含有量が600ppm以下でかつ微細で均質な結晶組織の目的合金組成の希土類系水素吸蔵合金または希土類系磁石合金を製造することを特徴とする希土類酸化物の還元による希土類系合金薄片の製造方法。The rapid solidification means the crucible and the molten alloy with a heating device provided in the enclosed chamber, the enclosed chamber Te state smell was vacuum or inert gas atmosphere, a rare earth oxide powder and the balance of other alloy component powders A first step of charging a crucible with a mixture of a raw material powder made of calcium and a reducing agent made of calcium or calcium hydride powder, and heating the mixture to a predetermined temperature not lower than the melting point of calcium (843 ° C.) and not higher than 1200 ° C. a second step that form a solid alloy by calcium reduction reaction by, then a third step of forming a rapid heating to melt the alloy and slag to a predetermined temperature in excess of 1200 ° C., the solution fusible alloy reaches a predetermined temperature to form a rapidly solidified alloy was by contacting the rapid solidification means comprising a cooling roll or disk by flow out of the crucible while separating the slag Fourth step, the rare earth oxide, characterized in that the oxygen content remains rapid solidification to produce a rare earth-based hydrogen storage alloy or a rare earth magnet alloy object the alloy composition of less and fine and homogeneous crystal structure 600ppm Method for producing rare earth alloy flakes by reduction of materials. 加熱装置を備えた坩堝および溶融合金の急冷凝固手段を密閉室内に設けて、該密閉室内を真空または不活性ガス雰囲気とした状態において、酸化された希土類系水素吸蔵合金電極廃材からなる原料粉末と、カルシウムまたは水素化カルシウムの粉末からなる還元剤との混合物を坩堝内に装填する第一工程、該混合物をカルシウムの融点(843℃)以上1200℃以下の所定温度に加熱することによってカルシウム還元反応させて固体合金を形成する第二工程、次いで、1200℃を超える所定温度に急速加熱して溶融合金とスラグを形成する第三工程、所定温度に達したら該溶融合金をスラグと分離しながら坩堝から流出させて冷却ロールまたはディスクからなる急冷凝固手段に接触させることによって急冷凝固する第四工程、によって、急冷凝固のままで酸素含有量が600ppm以下でかつ微細で均質な結晶組織の目的合金組成の希土類系水素吸蔵合合金を製造することを特徴とする希土類系水素吸蔵合金電極廃材の還元による希土類系水素吸蔵合金薄片の製造方法。 A crucible equipped with a heating device and a rapid solidification means for a molten alloy are provided in a sealed chamber, and in a state where the sealed chamber is in a vacuum or an inert gas atmosphere, A first step of charging a crucible with a mixture of calcium or calcium hydride powder and a reducing agent, and heating the mixture to a predetermined temperature not lower than the melting point of calcium (843 ° C.) and not higher than 1200 ° C. A second step of forming a solid alloy and then a third step of rapidly heating to a predetermined temperature exceeding 1200 ° C. to form a molten alloy and slag, and when the predetermined temperature is reached, the crucible is separated from the slag By a fourth step of rapidly solidifying by bringing it out of contact with a rapid solidification means consisting of a cooling roll or disk, A rare earth-based hydrogen storage alloy electrode waste material produced by reduction of a rare earth-based hydrogen storage alloy electrode waste material, characterized by producing a rare earth-based hydrogen storage alloy alloy having a target alloy composition with an oxygen content of 600 ppm or less and a fine and homogeneous crystal structure as it is cold-solidified Method for producing hydrogen storage alloy flakes . 加熱装置を備えた坩堝および溶融合金の急冷凝固手段を密閉室内に設けて、該密閉室内を真空または不活性ガス雰囲気とした状態において、酸化された希土類系合金磁石の廃材からなる原料粉末と、カルシウムまたは水素化カルシウムの粉末からなる還元剤との混合物を坩堝内に装填する第一工程、該混合物をカルシウムの融点(843℃)以上1200℃以下の所定温度に加熱することによってカルシウム還元反応させて固体合金を形成する第二工程、次いで、1200℃を超える所定温度に急速加熱して溶融合金とスラグを形成する第三工程、所定温度に達したら該溶融合金をスラグと分離しながら坩堝から流出させて冷却ロールまたはディスクからなる急冷凝固手段に接触させることによって急冷凝固する第四工程、によって、急冷凝固のままで酸素含有量が600ppm以下でかつ微細で均質な結晶組織の目的合金組成の希土類系磁石合金を製造することを特徴とする希土類系合金磁石の廃材の還元による希土類系磁石合金薄片の製造方法。 A crucible equipped with a heating device and a rapid solidification means of a molten alloy are provided in a sealed chamber, and in a state where the sealed chamber is in a vacuum or an inert gas atmosphere, a raw material powder made of oxidized rare earth alloy magnet waste material, A first step of charging a crucible with a mixture of a reducing agent made of calcium or calcium hydride powder, heating the mixture to a predetermined temperature not lower than the melting point of calcium (843 ° C.) and not higher than 1200 ° C. to cause a calcium reduction reaction. A second step of forming a solid alloy, and then a third step of rapidly heating to a predetermined temperature exceeding 1200 ° C. to form a molten alloy and slag. When the predetermined temperature is reached, the molten alloy is separated from the slag from the crucible. A fourth step of rapid solidification by flowing out and bringing into contact with a rapid solidification means consisting of a cooling roll or a disk; Preparation of a rare earth-based magnet alloy flakes by reducing the oxygen content of the waste of the rare earth alloy magnet, characterized by producing less and rare-earth magnet alloy object the alloy composition of fine and homogeneous crystal structure 600ppm remain Method. 坩堝を傾動させて溶融合金を流出させ、スラグは坩堝上部に設けた流出阻止部材により流出させずに溶融合金と分離することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の合金薄片の製造方法。 4. The alloy flakes according to claim 1, wherein the crucible is tilted to cause the molten alloy to flow out, and the slag is separated from the molten alloy without flowing out by the outflow prevention member provided at the upper part of the crucible . Production method. 密閉室内にタンディツシュを設け、坩堝から溶融合金を予熱した該タンディツシュに流出させて、タンディツシュ中に滞留する溶融合金中に含まれている微量なスラグ粒を溶融合金の上面に分離させ、次いで、該タンディツシュに開けた複数の細孔から溶融合金を噴出させて冷却ロールまたは冷却ディスクからなる急冷凝固手段に接触させることにより急冷凝固して0.2〜3mmの薄板を製造することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の合金薄片の製造方法。A tundish is provided in the sealed chamber, and the molten alloy is allowed to flow out from the crucible to the preheated tundish, and a small amount of slag particles contained in the molten alloy staying in the tundish is separated on the upper surface of the molten alloy. A molten alloy is ejected from a plurality of pores opened in a tundish and brought into contact with a rapid solidification means comprising a cooling roll or a cooling disk to rapidly cool and solidify to produce a 0.2 to 3 mm thin plate. method for producing alloy flakes according to any one to claims 1 to 3. 請求項5記載の方法において、急冷凝固した合金を該密閉室内に設けた粉砕板に衝突させて粉砕し、合金薄片とすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の合金の製造方法。6. The method according to claim 5, wherein the rapidly solidified alloy is crushed by colliding with a pulverizing plate provided in the sealed chamber to form an alloy flake. Production method. 請求項1ないし3のいずれかに記載の合金薄片の製造方法によって製造したIt manufactured with the manufacturing method of the alloy flakes in any one of Claim 1 thru | or 3. 合金薄片を所望の粒径に衝撃式気流粉砕機により粉砕することによって酸素含有量が600ppm以下の粉末を得ることを特徴とする希土類系磁石合金粉末の製造方法。A method for producing a rare earth magnet alloy powder, characterized in that a powder having an oxygen content of 600 ppm or less is obtained by crushing an alloy flake to a desired particle size with an impact airflow crusher.
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