JP4600690B2 - Manufacturing method of rare earth sintered magnet - Google Patents
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Description
本発明は、希土類焼結磁石の製造方法に関し、特に成形体を焼成する工程において成形体の変形を抑制する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a rare earth sintered magnet, and more particularly to a method for suppressing deformation of a molded body in a step of firing the molded body.
希土類焼結磁石の1種として知られているR−Fe−B系焼結磁石は、種々の永久磁石の中で最も高い磁気特性を示し、価格も比較的安いため、各種電子機器へ積極的に採用されている。ここで、Rは希土類元素の1種又は2種以上、Bはホウ素である。希土類焼結磁石は、希土類合金を粉砕して得た合金粉末を磁界中で加圧成形することによって成形体を作製し、この成形体を焼結炉において所定温度に所定時間保持することによって作製されている。焼結炉内に成形体を暴露した状態で焼結処理すると、炉内の酸素や炭素、水蒸気などの不純物ガスと成形体とが接触する。例えば、R−Fe−B系焼結磁石に含まれるNdなどの希土類元素が酸化や炭化すると、磁石の特性は大きく劣化する。したがって、成形体を焼結容器内に収納した状態で焼結処理が施されている。 R-Fe-B sintered magnets, known as a kind of rare earth sintered magnets, exhibit the highest magnetic properties among various permanent magnets and are relatively inexpensive. Has been adopted. Here, R is one or more rare earth elements, and B is boron. Rare earth sintered magnets are produced by pressure-molding alloy powder obtained by pulverizing rare earth alloys in a magnetic field and holding the compact at a predetermined temperature for a predetermined time in a sintering furnace. Has been. When the sintering process is performed in a state where the compact is exposed in the sintering furnace, an impurity gas such as oxygen, carbon, and water vapor in the furnace comes into contact with the compact. For example, when a rare earth element such as Nd contained in an R—Fe—B based sintered magnet is oxidized or carbonized, the characteristics of the magnet are greatly deteriorated. Therefore, the sintering process is performed in a state where the molded body is stored in the sintering container.
この焼結容器に関して、種々の提案がなされている(例えば、特許文献1〜特許文献4)。これらの提案は、焼結が終了した際に、得られた焼結体に変形が生ずることを防止することを目的の一つとしている。この焼結体の変形について説明する。
図4、図5は、焼結容器20内に成形体Gを置いた状態を示す図で、図4はその平面図、図5は図4のA−A矢視断面図である。焼結容器20は、底床21aと底床21aから立設する側壁21bとを備えたトレー21と蓋22とから構成されている。なお、図4は蓋22を取り除いた状態を示している。成形体Gの断面形状によっては、成形体Gを図5に示すように縦置きにした状態で焼結処理を行う場合がある。なお、縦置きか否かは重心の位置によって判断することができる。同一物について、重心が相対的に高い状態で置かれている場合を縦置きといい、逆に重心が相対的に低い状態で置かれている場合を横置きということができる。成形体Gを縦置きにした状態で焼結処理を行うと、図5に示すように、焼結後に成形体(焼結体)Gの上端部が垂れる変形を起すことがあった。この変形は、焼結容器20の特定の部位に置かれた成形体Gに生じる。すなわち、図4に示すように、焼結容器20内に成形体Gを整列して置いているが、点線で囲まれている最外周に置かれた成形体Gに専ら変形が生じるのである。変形の生じた成形体(焼結体)Gは、変形の程度が大きいと製品として扱うことができず、歩留まりを低下させる。また、加工工程の負荷が増加することによって加工能力の低下や加工工数の増加によって生産性を低下させ、製品コストを上昇させる。
Various proposals have been made regarding this sintered container (for example, Patent Documents 1 to 4). These proposals are aimed at preventing deformation of the obtained sintered body when sintering is completed. The deformation of this sintered body will be described.
4 and 5 are views showing a state in which the molded body G is placed in the
特許文献1は、この焼結工程において変形が生ずるのは、焼結容器20内の温度が不均一であることが原因としている。つまり、焼結容器20の最外周の近傍が最も加熱温度が高くなることを特許文献1は述べている。そこで、特許文献1は、焼結容器内の最外周に置かれた成形体Gと焼結容器20の側壁21bとの間に、熱遮蔽体を配設することを提案している。ところが、特許文献1の提案においても、依然として変形が生じている。
また、特許文献4においては、金属より低く且つ希土類焼結磁石成形体に近い熱伝導率を示す炭素繊維強化炭素複合材により焼結容器を構成することにより、焼結容器の外周部に配置した成形体と中央部に配置した成形体との温度差を低減している。ところが、炭素繊維強化炭素複合材で焼結容器を構成すると、焼結工程中に焼結容器内の温度上昇速度が遅くなり、生産性を低下させる。
そこで本発明は、焼結容器内の温度上昇速度の低下を抑制しつつ、焼結容器内の加熱温度を均一にすることにより、焼結体の変形を効果的に抑制することのできる技術を提供することを目的とする。
In Patent Document 1, the deformation occurs in the sintering process because the temperature in the
Moreover, in
Therefore, the present invention provides a technology that can effectively suppress deformation of the sintered body by making the heating temperature in the sintering container uniform while suppressing the decrease in the rate of temperature rise in the sintering container. The purpose is to provide.
本発明者等は、上記目的を達成するために、焼結容器を、外側容器と、外側容器の内部に配設される内側容器とからなる二重の容器とすることとし、外側容器を熱伝導率の低い材料から構成し、内側容器を熱伝導率の高い材料から構成することを着想した。この着想は、外側容器の熱伝導率を低くすることにより、外側容器内の側壁近傍の急激な温度上昇を抑制する一方、被焼結体である成形体に対してより近い位置には熱伝導率の高い内側容器を配置することにより、その内部の温度上昇速度の低下を最小限に抑えることを目的としたものである。この着想に基づいて、二重容器により焼結処理を行ったところ、焼結体の変形を極めて少なくすることができた。しかも、温度上昇速度の低下を最小限に抑えることができた。
本発明は以上の検討に基づくものであり、焼結容器内に所定組成の合金粉末からなる成形体を複数配列した状態で、焼結容器の外部から加熱することで焼結する希土類焼結磁石の焼結方法であって、焼結容器は、外側容器と、外側容器の内部に配設され、成形体を収容する内側容器と、から構成され、外側容器の熱伝導率が、内側容器の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする希土類焼結磁石の製造方法である。
In order to achieve the above object, the present inventors decided that the sintering container is a double container comprising an outer container and an inner container disposed inside the outer container, and the outer container is heated. It was conceived that the inner container was made of a material having a low thermal conductivity and the inner container was made of a material having a high thermal conductivity. The idea is to reduce the thermal conductivity of the outer container, thereby suppressing a rapid temperature rise in the vicinity of the side wall in the outer container. The purpose is to minimize the decrease in the temperature rise rate inside the container by arranging a high rate inner container. Based on this idea, when the sintering process was performed with a double container, the deformation of the sintered body could be extremely reduced. In addition, the decrease in the temperature increase rate could be minimized.
The present invention is based on the above study, and a rare earth sintered magnet that is sintered by heating from the outside of the sintering vessel in a state where a plurality of compacts made of alloy powder of a predetermined composition are arranged in the sintering vessel. The sintering container is composed of an outer container and an inner container disposed inside the outer container and containing a molded body, and the thermal conductivity of the outer container is that of the inner container. It is a method for producing a rare earth sintered magnet characterized by being smaller than the thermal conductivity.
本発明の希土類焼結磁石の製造方法において、外側容器が炭素繊維強化炭素複合材から構成され、内側容器が高融点金属から構成されることが好ましい。
また、本発明の希土類焼結磁石の製造方法において、外側容器と内側容器の間にゲッターを配置することが好ましく、このゲッターとしては、本発明により得られる希土類焼結磁石と実質的に同一の焼結体から構成されることが好ましい。
In the method for producing a rare earth sintered magnet of the present invention, it is preferable that the outer container is made of a carbon fiber reinforced carbon composite and the inner container is made of a refractory metal.
Further, in the method for producing a rare earth sintered magnet of the present invention, it is preferable to arrange a getter between the outer container and the inner container, and this getter is substantially the same as the rare earth sintered magnet obtained by the present invention. It is preferable to be comprised from a sintered compact.
本発明によれば、焼結容器内の温度上昇速度の低下を抑制しつつ、焼結容器内の加熱温度を均一にすることにより、焼結体の変形を効果的に抑制することができる。 According to the present invention, the deformation of the sintered body can be effectively suppressed by making the heating temperature in the sintering container uniform while suppressing the decrease in the temperature rise rate in the sintering container.
本発明の希土類焼結磁石の製造方法は、焼結処理時に用いられる焼結容器に特徴を有する。そこで、まず、この焼結容器について説明する。
図1は、焼結容器10を用いて焼結処理を行っている様子を示す図である。図1に示すように、焼結炉1には、例えば加熱ヒータ3が配設されており、この加熱ヒータ3により焼結容器10内に置かれた成形体を焼結温度まで加熱する。焼結容器10は、焼結炉1内に配設された架台4に載置された状態で焼結処理に供される。
The method for producing a rare earth sintered magnet according to the present invention is characterized by a sintered container used during a sintering process. First, the sintered container will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a state in which a sintering process is performed using a
図2は成形体(焼結体)Gを置いた焼結容器10の内部を示す平面図、図3は焼結容器10の部分拡大断面図である。
図2及び図3に示すように、焼結容器10は、外側容器11と、外側容器11の内部に配設される内側容器12とから構成される。
外側容器11は、底床111と底床111から立設する側壁112とを備えた箱状のトレー11aと蓋11bとから構成される。蓋11bはトレー11aの上部開口を覆う。ただし、蓋11bは外側容器11を密閉するものではなく、外側容器11の内部と外部とは、通気が可能である。
内側容器12は、底床121と底床121から立設する側壁122とを備えた箱状のトレー12aと蓋12bとから構成される。蓋12bもトレー12aの上部開口を覆うが、内側容器12の内部と外部とは、通気が可能である。
内側容器12の内部には、成形体Gが複数配列されている。成形体Gは、前述した縦置きされて、内側容器12の内部に配列されている。
FIG. 2 is a plan view showing the inside of the sintered
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
The
A plurality of molded bodies G are arranged inside the
外側容器11と内側容器12とは、異なる材質で構成されており、外側容器11は内側容器12よりも熱伝導率が低い。したがって、焼結炉1内に焼結容器10が置かれた状態で、加熱ヒータ3により加熱された場合、外側容器11の熱伝導率が低いことにより、外部容器11からの輻射熱が少なくなり、外側容器11の内部の温度差は小さくなる。これは、外側容器11の内部に配設される内側容器12の内部についても同様に当てはまる。したがって、内側容器12の内部に配設されている各成形体Gの加熱温度はより均一になる。一方で、外側容器11の内部に配設されている内側容器12は熱伝導率が高いため、内側容器12の内部の温度は比較的加熱されやすく、内側容器12の内部の昇温速度はその外部より速くなる。
The
外側容器11は、セラミックス焼結体、例えばジルコニア(ZrO2)セラミックス焼結体、窒化珪素(Si3N4)セラミックス焼結体を用いることができるが、好ましくは、炭素繊維強化炭素複合材で構成される。炭素繊維強化炭素複合材とは、出発材料として炭素繊維不織布を用いて製造されるものである。外側容器11は、例えば、炭素繊維不織布に樹脂を含浸させてプリプレグとした後、プリプレグを所定の形状に成形して成形体を得、次に成形体を炭素化及び黒鉛化して得られるものである。
炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率は、30W/(m・℃)以下、例えば20W/(m・℃)程度である。したがって、上述した外側容器11としての機能、つまり内部の温度均一化にとって好適である。ただし、外側容器11を構成する炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率が低すぎると、内側容器12を高融点金属から構成したとしても、焼結処理に長時間を要するおそれがある。したがって、外側容器11を構成する炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率は、5W/(m・℃)以上であることが好ましい。
The
The thermal conductivity of the carbon fiber reinforced carbon composite material is 30 W / (m · ° C.) or less, for example, about 20 W / (m · ° C.). Therefore, it is suitable for the function as the
また、炭素繊維強化炭素複合材は、モリブデン等の金属材料に比べて軽量である。したがって、焼結容器10を外側容器11と内側容器12との二重構造としても、焼結容器10全体の重量の増加を最小限に抑えることができる。
さらに、炭素繊維強化炭素複合材は、従来の焼結容器の一般的な材料であるモリブデンに比べ、1000〜1300℃程度の高温に加熱された場合であっても変形量が小さいという利点もある。
Carbon fiber reinforced carbon composite materials are lighter than metal materials such as molybdenum. Therefore, even if the
Further, the carbon fiber reinforced carbon composite material has an advantage that the deformation amount is small even when heated to a high temperature of about 1000 to 1300 ° C., compared to molybdenum, which is a general material of a conventional sintered container. .
外側容器11を構成する炭素繊維強化炭素複合材の板厚は特に限定されるものではなく、そのサイズ、収容する成形体Gの個数等の条件によって適宜設定すべきであるが、例えば2〜15mm程度であることが好ましい。板厚が2mm未満では強度が不足して使用中に割れや欠け等の破損が懸念され、板厚が15mmを超えると単位体積あたりの成形体Gの収容量が減少する。
The plate thickness of the carbon fiber reinforced carbon composite material constituting the
内側容器12は、好ましくは、高融点金属で構成される。本発明における高融点金属としては、タングステン(W,融点:3410℃,熱伝導率:174W/(m・℃))、モリブデン(Mo,融点:2620℃,熱伝導率:138W/(m・℃))、レニウム(Re,融点:3180℃,熱伝導率:47.9W/(m・℃))を包含する。本発明における高融点金属は、これら金属と他の金属との合金をも包含する。この中では、価格の点をも考慮すると、モリブデンを用いることが好ましい。
The
次に、内側容器12を構成する高融点金属の板厚も特に限定されるものではなく、そのサイズ、収容する成形体Gの個数等の条件によって適宜設定すべきであるが、例えば1〜5mm程度であることが好ましい。板厚が1mm未満では強度が不足して使用中に変形が大きくなり、繰返し使用の寿命が短くなり、板厚が5mmを超えると内側容器12、ひいては焼結容器10の重量が重くなりすぎる。
Next, the thickness of the refractory metal constituting the
内側容器12の底床121に成形体Gを直接接触させて配列させることができる。しかし、焼結過程において、成形体Gが底床121に溶着するのを阻止するために、例えばジルコニア(ZrO2)セラミックス焼結体、窒化珪素(Si3N4)セラミックス焼結体からなる敷き板13を介して成形体(焼結体)Gを内側容器12内に置くことができる。
The compacts G can be arranged in direct contact with the
本実施の形態の焼結容器10は、外側容器11と内側容器12の二重構造としている。二重構造とすることによる主たる効果は、前述したように、焼結時における焼結容器10内部の温度均一化であるが、他に以下説明する効果をも奏することができる。
希土類焼結磁石の代表例であるNd−Fe−B系焼結磁石は、焼結過程でNdの一部が気化する。Nd−Fe−B系焼結磁石は、焼結処理を真空中又は不活性ガス雰囲気中で行うが、気化したNdは焼結容器10の内部に漂うことが好ましい。成形体GからNdが気化することによりその含有量が少なくなると焼結が円滑に進まなくなるが、焼結容器10内部に気化したNdによって、成形体Gから必要以上のNdの気化を阻止でき、又、炉内の不活性ガスからの影響を低減できるからである。本実施の形態による焼結容器10は、二重構造となっている。したがって、気化されたNdが焼結容器10の外に排出されにくくなり、焼結を阻害することがない。なお、Nd−Fe−B系焼結磁石については、追って詳述する。
The
In a Nd—Fe—B based sintered magnet, which is a typical example of a rare earth sintered magnet, a part of Nd is vaporized during the sintering process. In the Nd—Fe—B based sintered magnet, the sintering process is performed in a vacuum or in an inert gas atmosphere, but the vaporized Nd is preferably drifted inside the
次に、特許文献4にも示されているが、Nd−Fe−B系焼結磁石は、その焼結過程で炭素(C)が成形体Gと接触し、かつ反応することを嫌う。これは、CとNdとが反応することにより、焼結に必要なNdが消費されることを回避するためである。そのために、特許文献4は、炭素繊維強化炭素複合材の炭素成分と成形体Gとの直接的な接触を防止することを提案している。これに対して本実施の形態においては、外側容器11を炭素繊維強化炭素複合材で構成するが、成形体Gを収容するのは内側容器12であり、成形体Gが炭素繊維強化炭素複合材と直接接触することはない。しかも、仮に焼結過程で炭素繊維強化炭素複合材からCが遊離したとしても、成形体Gの周囲には、内側容器12が存在しているため、遊離したCと成形体Gとが接触する可能性が低い。
Next, as also shown in
本実施の形態において、外側容器11と内側容器12との間にゲッター14を配置してもよい。ここで、ゲッター14とは、成形体Gを焼結するに当って不純物を捕捉する部材をいう。たとえば、成形体Gの焼結に嫌われるCを、このゲッター14と反応させることができれば、Cが内側容器12の内部に侵入するのを防止できる。ゲッター14が捕捉するのは、主にCであるが、Cに限定されず、例えばO、N等の焼結炉1内に存在する不純物となるガス成分を捕捉することができる。
ゲッター14としては、例えばジルコニア(ZrO2)セラミックス焼結体、窒化珪素(Si3N4)セラミックス焼結体などのセラミックス焼結体を用いることができるが、成形体Gを焼結して得られる希土類焼結磁石と実質的に同一の焼結体を用いることが好ましい。被焼結体である成形体Gが焼結過程で反応するガス成分と同一のガス成分が、ゲッター14で確実に捕捉することができるからである。ここで、「実質的に同一」とは、化学組成が一致していなくても、組成系として一致している場合を包含する。例えば、R(Nd)−Fe−B系焼結磁石の場合、後述する組成範囲に含まれるものであれば、実質的に同一に包含されるものとする。
In the present embodiment, a
As the
本実施の形態による焼結容器10において、好ましくは、成形体Gと内側容器12の側壁122との間に熱遮蔽体15を配設する。熱遮蔽体15は、成形体Gを取り囲むように配設してある。この熱遮蔽体15は、内側容器12の側壁122からの輻射熱を受けて加熱される。つまりこの熱遮蔽体15は、図4及び図5で示した従来の焼結法で最も加熱温度が高くなった最外周に置かれた成形体Gの代わりとして配設される。そのために熱遮蔽体15に取り囲まれた成形体Gの変形は、より一層抑制される。
In the
熱遮蔽体15は上述のような機能を果たすものであれば、材質、サイズ等に何ら制限はない。もちろん、焼結雰囲気に曝されるものであるから、それに耐え得る耐熱性を備えている材料であることが必要である。例えば、ステンレス鋼、Mo等の金属材料を熱遮蔽体15として用いても、変形抑制の効果を得ることができる。また、セラミックス焼結体を熱遮蔽体15として用いることもできる。ただし、焼結過程で焼結に悪影響を与えるガス等を放出するものの使用は避けるべきである。熱遮蔽体15は、図2及び図3に示すように成形体Gの周囲を取り囲むことが最も好ましい。このとき、熱遮蔽体15を枠状の一体として構成することができるが、図2に示したように、複数に分割して作製することもできる。
As long as the
本発明は希土類焼結磁石、具体的にはR−Fe−B(Rは希土類元素の1種又は2種以上)で示される焼結磁石について適用することができる。
R−Fe−B系焼結磁石は、希土類元素(R)を25〜37wt%含有する。ここで、RはYを含む概念を有しており、したがってY、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの1種又は2種以上から選択される。Rは、典型的にはNdが主である。Rの量が25wt%未満であると、R−Fe−B系焼結磁石の主相となるR2Fe14B相の生成が十分ではなく軟磁性を持つα−Feなどが析出し、保磁力が著しく低下する。一方、Rが37wt%を超えると主相であるR2Fe14B相の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。またRが酸素と反応し、含有する酸素量が増え、これに伴い保磁力発生に有効なRリッチ相が減少し、保磁力の低下を招く。したがって、Rの量は25〜37wt%とする。望ましいRの量は28〜35wt%である。
The present invention can be applied to rare earth sintered magnets, specifically, sintered magnets represented by R-Fe-B (R is one or more rare earth elements).
The R—Fe—B based sintered magnet contains 25 to 37 wt% of rare earth element (R). Here, R has a concept including Y. Therefore, one or two of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. Selected from more than species. R is typically Nd typically. If the amount of R is less than 25 wt%, the R 2 Fe 14 B phase, which is the main phase of the R—Fe—B based sintered magnet, is not sufficiently generated, and α-Fe having soft magnetism is precipitated and retained. The magnetic force is significantly reduced. On the other hand, when R exceeds 37 wt%, the volume ratio of the R 2 Fe 14 B phase, which is the main phase, decreases, and the residual magnetic flux density decreases. Further, R reacts with oxygen, the amount of oxygen contained increases, and accordingly, the R-rich phase effective for the generation of coercive force decreases, leading to a decrease in coercive force. Therefore, the amount of R is set to 25 to 37 wt%. A desirable amount of R is 28 to 35 wt%.
また、本発明が適用されるR−Fe−B系焼結磁石は、ホウ素(B)を0.5〜4.5wt%含有する。Bが0.5wt%未満の場合には高い保磁力を得ることができない。一方で、Bが4.5wt%を超えると残留磁束密度が低下する傾向がある。したがって、Bの上限を4.5wt%とする。望ましいBの量は0.5〜1.5wt%、さらに望ましいBの量は0.8〜1.2wt%である。
本発明が適用されるR−Fe−B系焼結磁石は、Coを5.0wt%以下(0を含まず)、望ましくは0.1〜3.0wt%含有することができる。CoはFeと同様の相を形成するが、キュリー温度の向上、粒界相の耐食性向上などに効果がある。
Moreover, the R—Fe—B based sintered magnet to which the present invention is applied contains 0.5 to 4.5 wt% of boron (B). When B is less than 0.5 wt%, a high coercive force cannot be obtained. On the other hand, when B exceeds 4.5 wt%, the residual magnetic flux density tends to decrease. Therefore, the upper limit of B is set to 4.5 wt%. A desirable amount of B is 0.5 to 1.5 wt%, and a more desirable amount of B is 0.8 to 1.2 wt%.
The R—Fe—B based sintered magnet to which the present invention is applied can contain Co of 5.0 wt% or less (excluding 0), desirably 0.1 to 3.0 wt%. Co forms the same phase as Fe, but is effective in improving the Curie temperature and the corrosion resistance of the grain boundary phase.
本発明が適用されるR−Fe−B系焼結磁石は、他の元素の含有を許容する。例えば、Al、Cu、Zr、Ti、Bi、Sn、Ga、Nb、Ta、Si、V、Ag、Ge等の元素を適宜含有させることができる。一方で、酸素、窒素、炭素等の不純物元素を極力低減することが望ましい。本発明は、以上のR−Fe−B系焼結磁石に限らず、Sm−Co系等の他の希土類焼結磁石に適用することができることはいうまでもない。 The R—Fe—B based sintered magnet to which the present invention is applied allows the inclusion of other elements. For example, elements such as Al, Cu, Zr, Ti, Bi, Sn, Ga, Nb, Ta, Si, V, Ag, and Ge can be appropriately contained. On the other hand, it is desirable to reduce impurity elements such as oxygen, nitrogen, and carbon as much as possible. Needless to say, the present invention can be applied not only to the above R—Fe—B based sintered magnets but also to other rare earth sintered magnets such as Sm—Co based magnets.
R−Fe−B系焼結磁石は、通常、原料合金作製、原料合金の粉砕、粉砕された粉末の磁場中成形、成形体の焼結という基本的な工程を経て作製される。
原料合金は、真空又は不活性ガス、望ましくはAr雰囲気中でストリップキャスト法、その他公知の溶解法により作製することができる。ストリップキャスト法は、原料金属をArガス雰囲気などの非酸化性雰囲気中で溶解して得た溶湯を回転するロールの表面に噴出させる。ロールで急冷された溶湯は、薄板または薄片(鱗片)状に急冷凝固される。この急冷凝固された合金は、結晶粒径が1〜50μmの均質な組織を有している。原料合金は、ストリップキャスト法に限らず、高周波誘導溶解等の溶解法によって得ることができる。
The R—Fe—B based sintered magnet is usually produced through basic steps of production of a raw material alloy, pulverization of the raw material alloy, forming of the pulverized powder in a magnetic field, and sintering of the formed body.
The raw material alloy can be produced by a strip casting method or other known melting methods in a vacuum or an inert gas, preferably in an Ar atmosphere. In the strip casting method, a molten metal obtained by melting a raw metal in a non-oxidizing atmosphere such as an Ar gas atmosphere is ejected onto the surface of a rotating roll. The melt rapidly cooled by the roll is rapidly solidified in the form of a thin plate or flakes (scales). This rapidly solidified alloy has a homogeneous structure with a crystal grain size of 1 to 50 μm. The raw material alloy can be obtained not only by the strip casting method but also by a melting method such as high frequency induction melting.
原料合金は粉砕工程に供される。粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。まず、原料合金を、粒径数百μm程度になるまで粗粉砕する。粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中にて行なうことが望ましい。粗粉砕に先立って、原料合金に水素を吸蔵させた後に放出させることにより粉砕を行なうことが効果的である。この水素粉砕を粗粉砕と位置付けて、機械的な粗粉砕を省略することもできる。 The raw material alloy is subjected to a grinding process. The pulverization process includes a coarse pulverization process and a fine pulverization process. First, the raw material alloy is coarsely pulverized until the particle size becomes about several hundred μm. The coarse pulverization is desirably performed in an inert gas atmosphere using a stamp mill, a jaw crusher, a brown mill or the like. Prior to coarse pulverization, it is effective to perform pulverization by allowing hydrogen to be stored in the raw material alloy and then releasing it. This hydrogen pulverization can be regarded as coarse pulverization, and mechanical coarse pulverization can be omitted.
粗粉砕工程後、微粉砕工程に移る。微粉砕には主にジェットミルが用いられ、粒径数百μm程度の粗粉砕粉末を、平均粒径2〜10、好ましくは3〜6μmとする。ジェットミルは、高圧の不活性ガスを狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粗粉砕粉末を加速し、粗粉砕粉末同士の衝突やターゲットあるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。
微粉砕前後又はその両方にて、有機物を構成要素とする潤滑剤を0.01〜0.5wt%程度添加することにより、次の磁場中成形時に配向性の高い微粉を得ることができる。また、微粉砕前に潤滑剤を添加した場合には、微粉砕工程において所望の粒径の微粉末を効率よく製造することができる。この潤滑剤としては、脂肪酸又は脂肪酸の誘導体、例えばステアリン酸系やオレイン酸系であるステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド等を用いることができる。
After the coarse pulverization process, the process proceeds to the fine pulverization process. A jet mill is mainly used for fine pulverization, and a coarsely pulverized powder having a particle size of about several hundreds of μm has an average particle size of 2 to 10, preferably 3 to 6 μm. The jet mill releases a high-pressure inert gas from a narrow nozzle to generate a high-speed gas flow, accelerates the coarsely pulverized powder with this high-speed gas flow, collides with the coarsely pulverized powder, and collides with the target or the container wall. It is a method of generating a collision and crushing.
By adding about 0.01 to 0.5 wt% of a lubricant containing an organic substance before and after pulverization or both, fine powder with high orientation can be obtained at the time of molding in the next magnetic field. In addition, when a lubricant is added before fine pulverization, fine powder having a desired particle diameter can be efficiently produced in the fine pulverization step. As this lubricant, fatty acid or a derivative of fatty acid, for example, stearic acid-based or oleic acid-based zinc stearate, calcium stearate, stearamide, oleamide, or the like can be used.
以上のようにして得られた微粉末は磁場中成形に供される。この磁場中成形は、800〜1600kA/m(約10〜20kOe)の磁場中で、50〜200MPa(約0.5〜2ton/cm2)前後の圧力で行なえばよい。 The fine powder obtained as described above is subjected to molding in a magnetic field. The forming in the magnetic field may be performed at a pressure of about 50 to 200 MPa (about 0.5 to 2 ton / cm 2 ) in a magnetic field of 800 to 1600 kA / m (about 10 to 20 kOe).
以上で得られた成形体は、次いで焼結工程に供される。この焼結工程に、上述した焼結容器10を用いる。
焼結工程は、その昇温過程において潤滑剤除去の熱処理を行うことになる。つまり、焼結温度までの昇温過程において、所定温度に所定時間保持することにより潤滑剤を除去することができる。この所定温度は、200〜600℃とすることが望ましい。200℃未満では潤滑剤除去の効果を十分得ることができないためであり、一方、600℃を超えると効果が飽和するためである。ここで、200〜600℃の温度範囲に保持する、とは当該温度範囲の一定温度に成形体を保持する場合に限らず、所定時間だけ当該温度範囲のいずれかの温度に成形体が加熱されていればよい。
The molded body obtained above is then subjected to a sintering step. The
In the sintering process, a heat treatment for removing the lubricant is performed in the temperature rising process. That is, the lubricant can be removed by maintaining the temperature at a predetermined temperature for a predetermined time in the temperature raising process up to the sintering temperature. The predetermined temperature is preferably 200 to 600 ° C. This is because if the temperature is lower than 200 ° C., the effect of removing the lubricant cannot be sufficiently obtained, while if the temperature exceeds 600 ° C., the effect is saturated. Here, holding in the temperature range of 200 to 600 ° C. is not limited to holding the molded body at a constant temperature in the temperature range, and the molded body is heated to any temperature in the temperature range for a predetermined time. It only has to be.
潤滑剤除去のための保持時間は、短いと潤滑剤除去の効果が不十分であり、一方保持時間が長すぎても潤滑剤除去の効果が飽和してしまう。したがって、加熱処理の保持時間は、0.5〜10時間とすることが望ましく、さらには1〜3時間とすることが望ましい。この潤滑剤が、焼結炉1内におけるC発生源の一つである。 If the holding time for removing the lubricant is short, the effect of removing the lubricant is insufficient, while if the holding time is too long, the effect of removing the lubricant is saturated. Therefore, the heat treatment holding time is preferably 0.5 to 10 hours, and more preferably 1 to 3 hours. This lubricant is one of the C generation sources in the sintering furnace 1.
潤滑剤除去のための加熱処理は、真空又は不活性ガス雰囲気にて行うことができる。不活性ガスとしては、Arガス、H2ガス、Heガスを用いることができる。以上の潤滑剤除去処理が施された成形体は、焼結温度まで昇温される。焼結処理は、真空又は不活性ガス雰囲気中、望ましくは真空中で行われる。焼結条件は、組成、粉砕方法、平均粒径と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、1000〜1100℃の温度で1〜10時間程度保持すれば緻密な焼結体を得ることができる。 The heat treatment for removing the lubricant can be performed in a vacuum or an inert gas atmosphere. Ar gas, H 2 gas, or He gas can be used as the inert gas. The molded body that has been subjected to the lubricant removal treatment is heated to the sintering temperature. The sintering process is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere, preferably in a vacuum. Sintering conditions need to be adjusted according to various conditions such as composition, pulverization method, difference in average particle size and particle size distribution, etc., but a dense sintered body can be maintained at a temperature of 1000 to 1100 ° C. for about 1 to 10 hours. Can be obtained.
以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
30.0wt%Nd−2.0wt%Dy−0.5wt%Co−0.2wt%Al−0.08wt%Cu−1.0wt%B−残部Feからなる厚さ500μmの合金をストリップキャスト法により作製した。得られたストリップキャスト合金に室温で水素を吸蔵させた後に、700℃の温度下で脱水素する水素吸蔵・脱水素処理を行った。水素吸蔵・脱水素処理がなされた合金をジェットミルで平均粒径が5μmになるまで微粉砕した。なお、微粉砕に先立って、ステアリン酸亜鉛(C含有組成物)を0.1wt%添加した。微粉砕によって得られた微粉末を、磁場中で所定形状に成形した。なお、印加磁場は1300kA/m、成形圧力は98MPaであり、得られた成形体Gの寸法は、幅40mm、長さ100mm、厚さ10mmである。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
An alloy having a thickness of 500 μm composed of 30.0 wt% Nd-2.0 wt% Dy-0.5 wt% Co-0.2 wt% Al-0.08 wt% Cu-1.0 wt% B-balance Fe is formed by strip casting. Produced. The obtained strip cast alloy was occluded with hydrogen at room temperature, and then subjected to hydrogen occlusion / dehydrogenation treatment for dehydrogenation at 700 ° C. The alloy that had been subjected to hydrogen storage / dehydrogenation treatment was finely pulverized by a jet mill until the average particle size became 5 μm. Prior to fine pulverization, 0.1 wt% of zinc stearate (C-containing composition) was added. The fine powder obtained by pulverization was molded into a predetermined shape in a magnetic field. The applied magnetic field is 1300 kA / m, the molding pressure is 98 MPa, and the size of the obtained molded body G is 40 mm wide, 100 mm long, and 10 mm thick.
次に、得られた成形体Gを、図2及び図3に示すように、外側容器11及び内側容器12からなる焼結容器10に配列して焼結処理を行った(実施例)。
外側容器11は、トレー11a及び蓋11bともに、厚さ4mmの炭素繊維強化炭素複合材(以下、C/C複合材)から構成した。外側容器11の底床111の寸法は300×400mmである。
内側容器12は、トレー12a及び蓋12bともに、厚さ1mmのモリブデン板材から構成した。内側容器12の底床121の寸法は280×380mmである。
Next, as shown in FIG.2 and FIG.3, the obtained molded object G was arranged in the
The
The
以上の仕様の焼結容器10(内側容器12)に合計60個の成形体Gを配列した。なお、成形体Gは縦置きとした。
実施例としては、ゲッター14、熱遮蔽体15を配設しないで焼結処理を行う例(実施例1)、ゲッター14を外側容器11と内側容器12の間に配設して焼結処理を行う例(実施例2)、ゲッター14を外側容器11と内側容器12の間に配設し、さらに成形体Gの外周に成形体Gと略同一高さの熱遮蔽体15を配設して焼結処理を行う例(実施例3)の、3種類とした。ゲッター14は、30.0wt%Nd−2.0wt%Dy−0.5wt%Co−0.2wt%Al−0.08wt%Cu−1.0wt%B−残部Feの組成を有する焼結体片を用いた。また、熱遮蔽体15としては、JIS SUS430からなる鋼板を、厚さ5mm、高さ100mmの枠状に加工して用いた。
A total of 60 compacts G were arranged in the sintered container 10 (inner container 12) having the above specifications. The compact G was placed vertically.
As an example, an example in which the sintering process is performed without arranging the
比較例として、外側容器11及び内側容器12ともにC/C複合材から構成した例(比較例1)、外側容器11及び内側容器12ともにモリブデン板材から構成した例(比較例2)の2種類の容器で焼結処理を行った。なお、外側容器11及び内側容器12の仕様は実施例に準拠し、ゲッター14、熱遮蔽体15を配設しなかった。
As a comparative example, the
成形体Gを配列した焼結容器10を図1に示すように焼結炉1中に設置した後に炉内を昇温して真空焼結を行った。なお、実施例及び比較例ともに、焼結炉1の加熱条件は同じとした。また、各実施例、各比較例ともに、2つの焼結容器10を焼結処理に供した。焼結条件は、1050℃の温度で4時間保持するというものである。なお、昇温の過程の400℃(前記最外周の温度)で、焼結容器10の中心部及び最外周に置かれた成形体Gの温度を測定した。その結果、実施例1〜3、比較例1はいずれも中心部と最外周部の温度差は15℃以下、比較例2は中心部と最外周の温度差が80℃であった。なお、比較例1は、400℃までの昇温時間が、実施例1〜3よりも0.5時間多くかかった。焼結処理終了後に時効処理(900℃×1時間、550℃×1時間)を施して焼結磁石を得た。
After the
焼結処理終了後、焼結体(焼結磁石)Sについて図6に示す方法により変形量を測定し、変形量が0.2mm以上である場合に変形が生じたものとみなし、変形した焼結体Sの個数を数えた。その結果を表1に示す。表1に示すように、実施例1〜3は、変形した焼結体Sの個数が少なくなり、歩留まり向上に寄与することがわかる。 After completion of the sintering treatment, the amount of deformation of the sintered body (sintered magnet) S is measured by the method shown in FIG. 6, and when the amount of deformation is 0.2 mm or more, it is considered that the deformation has occurred, The number of ligations S was counted. The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, it can be seen that in Examples 1 to 3, the number of deformed sintered bodies S is reduced, which contributes to improvement in yield.
次に、焼結磁石の保磁力(HcJ)を測定した。測定は、実施例及び比較例ともに、各焼結容器10の中心部及び最外周に置かれた5つの焼結磁石について行い、その平均値を求めた。その結果を表2に示す。実施例及び比較例のいずれにおいても、最外周に置かれた焼結磁石の方が中央部に置かれた焼結磁石に比べて保磁力(HcJ)が低下する。
Next, the coercive force (HcJ) of the sintered magnet was measured. The measurement was performed on the five sintered magnets placed at the center and the outermost periphery of each sintering
1…焼結炉、10…焼結容器、11…外側容器、12…内側容器、13…敷き板、14…ゲッター、15…熱遮蔽体、G…成形体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sintering furnace, 10 ... Sintering container, 11 ... Outer container, 12 ... Inner container, 13 ... Laying board, 14 ... Getter, 15 ... Heat shield, G ... Molded object
Claims (4)
前記焼結容器は、
外側容器と、
前記外側容器の内部に配設され、前記成形体を収容する内側容器と、から構成され、
前記外側容器の熱伝導率が、前記内側容器の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする希土類焼結磁石の製造方法。 The molded article in a sintering vessel consisting of an alloy powder having a predetermined composition while multiple sequences, a method for producing a rare earth sintered magnet is sintered by heating from the outside of the sintered vessel,
The sintering vessel is
An outer container;
An inner container disposed inside the outer container and containing the molded body,
The method of manufacturing a rare earth sintered magnet, wherein the outer container has a thermal conductivity smaller than that of the inner container.
前記内側容器が高融点金属から構成されることを特徴とする請求項1に記載の希土類焼結磁石の製造方法。 The outer container is composed of a carbon fiber reinforced carbon composite;
The method for manufacturing a rare earth sintered magnet according to claim 1, wherein the inner container is made of a refractory metal.
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