JP5455056B2 - 希土類永久磁石材料の製造方法 - Google Patents
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Description
Br=A(1−β)(d/d0)cosθ.Js
として表される。
A:順方向躊の体積比率、1−β:主相の体積比率、d:焼結磁石密度の実際値、d0:焼結磁石密度の理論値、cosθ:結晶粒の配向度、Js:R2T14B単晶体飽和磁極強度。
Hcj=cHa−NeffMs
として表される。
c:マイクロ組織構造パラメーター、Ha:結晶磁気異方性パラメーター、Neff:逆磁因数、Ms:飽和磁化強度。
R−T−B合金中に、異なる保磁力の要求に応じて一定比率の置換を行う方法を、通常単合金法と称する。例えば、5質量%のDyによってR(例えばNd)の一部を置換すると、残留磁束密度Brは1.3Tまで低下し、保磁力は1680kA/mまで向上する。
軽希土類の合金と重希土類の合金を粉砕した後、一定の割合で混合し、重希土類金属を主相の外縁とRリッチ相の中に分布させて高温下で焼結する。この方法では重希土類の一部も主相内に入ってしまうことから、単合金に比べ改善は見られるものの、残留磁束密度(Br)は1.33Tまで依然として大幅に低下する。ただし保磁力は1760kA/mまでに向上する。
小型磁石を焼結した後、表面を洗浄して真空スパッタリング法によってDy又はTbを磁石の表面に蒸着させる。その後、真空焼結炉内で、焼結温度より低い条件下で還元拡散熱処理を行い、DyとTbを粒界に拡散して効率的にRリッチ相に集めると、保磁力が増加し、かつ残留磁束密度もそれほど低下しない。しかし、真空スパッタリング蒸着膜が数μmと非常に薄く、拡散の深度に限りがあるため、当該方法は比表面積の大きい製品にしか適用できない。つまり、当該方法は小型或いは薄型の磁石のみに適用できるもので、かつ生産能率が比較的低いため大量生産には不適である。
小型焼結磁石の表面を洗浄した後、Dy又はTbの酸化物、フッ化物、フッ酸化物などの粉末を用いて、乾式法或いはこれらの化合物粉末を有機又は水系の溶剤中に分散させ、その後焼結体を当該粉末或いは粉末スラリー中に浸す。その後、焼結温度より低い条件で、真空拡散炉の中で還元拡散処理を行う。この方法によってDy又はTbが結晶粒界に拡散され、同時にDy又はTbもRリッチ相に集まり、保磁力が向上するとともに、残留磁束密度もそれほど低下しない。この方法によれば生産能率は向上するものの表面層だけで還元拡散反応が行われるため、第一層の還元拡散反応が終わった後、続けて還元拡散反応を行うことができない。これらの化合物は比較的安定しているため、たとえ真空高温の条件下であっても安定しているが、反応の効率は依然として低く、比表面積が大きい磁石にしか適用できず、つまり小型又は薄型の磁石にしか利用できない欠点がある。
なお、従来の希土類永久磁石の製造方法に関連する特許文献には以下のものがある。
R−T−B系希土類永久磁石材料の製造方法であって、
焼結によって焼結体R1−T−B−M1を得る工程の後、
前記焼結体を、HR2M2とR3酸化物、R4フッ化物、R5フッ酸化物の中から選ばれた一種または多種成分の粉末からなる混合粉末の中に埋め込み、
前記焼結体と前記混合粉末を、真空或いは不活性ガス中で磁石の焼結温度と同じ又はそれ以下の温度で1〜20時間にわたって加熱し、前記混合粉末内の元素を前記焼結体の中に吸収処理する工程を含み、
R1はScとYを含む希土類元素の中から選ばれた少なくとも1種の希土類元素であり、
TはFeとCo中から選ばれた少なくとも1種の遷移金属元素であり、
Bは硼素、
M1はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mn、Ni、Cu、Ag、Zn、Zr、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Pb、N、P、Bi、S、Sb及びOの群から選ばれた少なくとも1種の元素であり、
HR2はDy、Ho及びTb中から選ばれた少なくとも1種の重希土類元素であり、
M2はAl、Cu、Co、Ni、Mn、Ga、In、Sn、Pb、Bi、Zn及びAg中から選ばれた少なくとも1種の金属元素であり、
R3、R4、R5はYとScを含む希土類元素の中から選ばれた少なくとも1種の希土類元素である、
ことを特徴とする希土類永久磁石材料の製造方法である。
1.原料となる合金の作成
真空或いは不活性ガス(好ましくはアルゴンガス)中で、磁石原料となる合金を溶かして精錬する。当該合金は、
Nd:22質量%、
Dy: 2質量%、
Pr: 7質量%、
Co: 1質量%、
B : 1質量%、
Al: 0.3質量%、
Cu: 0.1質量%、
Fe: 残部
から構成される。溶解した合金をストリップキャスティング(SC)法により鋳込みを行い、厚み0.2〜0.5mmの薄片合金を得た。
前記薄片合金を、水素を用いて0.1〜10mmの大きさに粉砕した後、高圧窒素ガスを用い、ジェットミル内で粒度平均値5.0μmまで粉砕した。
前記方法で作成された微細粉を用いて磁場成形を行った。着磁磁場の強度は2Teslaであり、かつ成形後の磁石密度は4.0〜4.3g/cm3である。その後、200Mpaの圧力で再び等静圧を行った。
前記方法で作成した粉末成形体を、まず400〜900℃の温度範囲内で60〜600分間温度保持し、その後1055℃で焼結を行い、焼結体を作成した。
出来上がった焼結体を、機械加工法により必要に応じて特定形状(本実施例では40mm×40mm×40mm)に加工した。その後、酸性、アルカリ性及び有機溶剤の一種または多種にて表面の酸化物を除去した。なおこの場合、ショットブラスト処理で焼結体の表面層を除去しても良い。
表面層の除去が完了した複数の焼結体を互いに離れた状態で混合粉末中に埋め込み、焼結体と混合粉末に対して熱処理を行った。混合粉末はDy:86質量%、Cu:14質量%を含む合金と、30質量%のDy2O3、30質量%のDyF3、40質量%のDy(OF)3を含む粉末である。合金粉末と化合物粉末の質量比は1:1で、850℃で10時間の吸収処理を行った。前記吸収処理により、磁石表面に供給する混合粉末に含まれるDy及び/又はTbは磁石内部の希土類リッチの粒界相に吸収される。DyとTbは高い結晶磁気異方性があるため、吸収の過程でHR2M2合金が供給する十分な液相中のDy及び/又はTb元素は磁石中のNd及び/又はPr元素を置換し、大きいサイズの永久磁石(配向方向最大値40mm)の吸収処理が実現でき、磁石の保磁力が向上するとともに、残留磁束密度もほぼ変わらない。なお、R3酸化物、R4フッ化物、R5フッ酸化物は融解点が比較的高いため、Dy及び/又はTb元素の拡散に関与すると同時に、吸収処理後の焼結体とHR2M2合金の分離を容易にする。
吸収処理後、磁石に対して520℃で3時間の時効処理を行った。通常処理を経て実施例1のサンプルが作成された。
先ず、実施例1と同じ製造工程によって、10mm×10mm×10mmの焼結体を複数製作した後、焼結体をそれぞれ、
実施例2:Dy−Cu合金粉末(Dy:86質量%、Cu:14質量%)、
実施例3:Tb−Cu合金粉末(Tb:85質量%、Cu:15質量%)、
実施例4:Dy−Ni合金粉末(Dy:54質量%、Ni:46質量%)
とし、これを30質量%のDy2O3、30質量%のDyF3、40質量%のDy(OF)3からなる粉末との混合粉末中に埋め込んだ。合金粉末と化合物粉末の質量比は4:1である。1000℃で1時間の吸収処理を行い、吸収処理後、520℃で2時間の時効処理を行った後、通常処理によってサンプルを作成した。
サンプルを6Tesla磁場で着磁した後、磁気性能を比較測定した結果を表3に示す。
実施例5〜8では、まず、実施例1と同じ製造工程によって、5mm×5mm×5mmの焼結体を複数作成した後、焼結体をそれぞれDy−Cu(Dy:86質量%、Cu:14質量%)合金と、それぞれ、
実施例5:100質量%のDy2O3、
実施例6:100質量%のDyF3、
実施例7:100質量%のDy(OF)3、
実施例8:50質量%のDyF3及び50質量%のDy(OF)3、
とした混合粉末中に埋め込んだ。合金粉末と化合物粉末の質量比は1:4である。600℃で20時間の吸収処理を行った後、520℃で2時間の時効処理を行った後、通常処理によって各サンプルを作成した。
各サンプルを6Tesla磁場で着磁した後、磁気性能を比較測量した結果を表4に示す。
実施例9の合金は、
Nd:31質量%、
B : 1質量%、
Cu: 0.1質量%
Fe: 残部
からなる合金である。まず原料合金を真空或いは不活性ガス(好ましくはアルゴン)中で溶かして精錬する。合金溶湯をSC法によって鋳込みを行い、厚み0.2〜0.5mmの薄片合金を得た。
Claims (10)
- R−T−B系希土類永久磁石材料の製造方法であって、
焼結によって焼結体R1−T−B−M1を得る工程の後、
前記焼結体を、HR2M2とR3酸化物、R4フッ化物、R5フッ酸化物の中から選ばれた一種または多種成分の粉末からなる混合粉末の中に埋め込み、
前記焼結体と前記混合粉末を、真空或いは不活性ガス中で焼結温度と同じ又はそれ以下の温度で1〜20時間の間にわたって加熱し、前記混合粉末内の元素を前記焼結体の中に吸収処理する工程を含み、
R1はScとYを含む希土類元素の中から選ばれた少なくとも1種の希土類元素であり、
TはFeとCo中から選ばれた少なくとも1種の遷移金属元素であり、
Bは硼素、
M1はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mn、Ni、Cu、Ag、Zn、Zr、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Pb、N、P、Bi、S、Sb及びOの群から選ばれた少なくとも1種の元素であり、
HR2はDy、Ho及びTb中から選ばれた少なくとも1種の重希土類元素であり、
M2はAl、Cu、Co、Ni、Mn、Ga、In、Sn、Pb、Bi、Zn及びAg中から選ばれた少なくとも1種の金属元素であり、
R3、R4、R5はYとScを含む希土類元素の中から選ばれた少なくとも1種の希土類元素である、
ことを特徴とする希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記焼結体R1−T−B−M1は、R12T14B型化合物を主要構成部分とする、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。 - 重希土類元素である前記HR2と金属元素である前記M2は、結晶粒界での濃度が主相結晶粒内での濃度より高い、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記希土類永久磁石材料の配向方向厚みが40mm以下である、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記吸収処理の温度が600℃〜1000℃の範囲である、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記R1には少なくとも25質量%のNd及び/又はPrを含有する、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記Tには、少なくとも50質量%のFe及び/又はCoを含有する、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記Bは、少なくとも0.5質量%の硼素を含有する、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記HR2は、少なくとも20質量%のDy及び/又はTbを含有する、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。 - 前記R3、R4、R5は、いずれも少なくとも20質量%のDy及び/又はTbを含有する、
ことを特徴とする請求項1記載の希土類永久磁石材料の製造方法。
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