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[Technisches Gebiet]
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiederverwertung
von Schrottmagneten und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren
zur Wiederverwertung von Schrottmagneten, bei dem: gesinterte Magnete,
die einmal benutzt wurden oder im Verlaufe eines Herstellungsschritts
verworfen wurden, rückgewonnen werden und die Schrottmagnete
ohne Extraktion durch Lösen bestimmter Elemente aus den
gesinterten Magneten zu Hochleistungs-Sintermagneten (Permanentmagneten) wiederverwertet
werden können.
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[Technischer Hintergrund]
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Gesinterte
Magnete auf Nd-Fe-B-Basis (so genannte Neodym-Magnete) können
zu niedrigen Kosten hergestellt werden, weil sie aus einer Kombination
von Eisen und Elementen aus Nd und B bestehen, die preiswerte, im Überfluss
vorhandene und beständig erhältliche natürliche
Ressourcen darstellen. Außerdem weisen sie hohe magnetische
Eigenschaften auf. (Ihr maximales Energieprodukt beträgt etwa
das 10-Fache desjenigen eines Ferritmagneten.) Daher werden sie
in einer Vielfalt von Produkten, wie etwa elektronischen Geräten,
benutzt und werden als elektrische Motoren und Generatoren für Hybridfahrzeuge
verwendet, wobei die Menge ihrer Verwendungen im Anstieg begriffen
ist.
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Diese
Art von gesinterten Magneten wird hauptsächlich in einem
Pulvermetallurgie-Verfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren werden
Nd, Fe und B zuerst in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt. Dabei
werden, um die magnetische Koerzitivkraft zu erhöhen, knappe
Seltenerdelemente, wie etwa Dysprosium und dergleichen, hinzugemischt.
Ein Legierungs-Rohmaterial wird dann durch Schmelzen und Gießen
hergestellt. Das Legierungs-Rohmaterial wird einmal, z. B. in einem
Wasserstoff-Mahlprozess, grob gemahlen und nachfolgend z. B. in
einem Strahlmühlen-Feinmahlprozess fein gemahlen (Mahlschritt),
wodurch ein Legierungs-Rohmaterialpulver erhalten wird. Anschließend
wird das erhaltene Legierungs-Rohmaterialpulver in einem Magnetfeld
ausgerichtet (Magnetfeldausrichtung) und in einem Zustand, in dem
es dem Magnetfeld ausgesetzt ist, formgepresst, wodurch Formkörper
erhalten werden. Schließlich werden die Formkörper
unter vorgegebenen Bedingungen gesintert, um dadurch gesinterten
Magnete zu erhalten (siehe Patentdokument 1).
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Im
Zuge solcher Schritte zur Herstellung von gesinterten Magneten wird
aufgrund von schlechtem Formen (schlechtem Formpressen), schlechtem
Sintern und dergleichen Schrott erzeugt. Da der Schrott knappe Seltenerdelemente
enthält, muss er unter dem Gesichtspunkt wiederverwertet
werden, zu verhindern, dass sich die Ressourcen erschöpfen.
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Andererseits
weisen die gesinterten Magnete, wie oben beschrieben, eine niedrige
Curietemperatur von ungefähr 300°C auf und weisen
ein Problem insofern auf, als die gesinterten Magnete je nach den
Bedingungen der Produkte, in denen die gesinterten Magnete eingesetzt
werden, aufgrund der Wärme entmagnetisiert werden. Die
gesinterten Magnete, die entmagnetisiert wurden, können
so, wie sie sind, nicht für andere Zwecke wiederverwendet
werden. Auch in solchen Fällen müssen die oben erwähnten
gesinterten Magnete verschrottet werden. Daher muss es so eingerichtet
werden, dass diese Art von verschrotteten Produkten ebenfalls wiederverwertbar
ist.
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Es
ist anzumerken, dass die verschrotteten Magnete gewöhnlich
Verunreinigungen, wie etwa Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und
dergleichen, aufgrund von Oxidation und dergleichen beim Sintern enthalten
und die durchschnittli che Korngröße wegen des
Kornwachstums beim Sintern groß geworden ist. Daher besteht
ein Problem insofern, als keine Magnete, die eine hohe Koerzitivkraft
aufweisen, erhalten werden können, falls die verschrotteten
Magnete so, wie sie sind, zur weiteren Wiederverwertung in einem
pulvermetallurgischen Verfahren gemahlen werden.
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Als
Lösung ist herkömmlich bekannt: Nach Durchführen
eines Lösens in Säure, um Seltenerdelemente, wie
etwa Neodym, Dysprosium und dergleichen, durch ein Lösungsmittelextraktionsverfahren abzutrennen
und zu raffinieren; um sie als Niederschläge durch Zufügen
von Flusssäure, Oxalsäure, Natriumkarbonat und
dergleichen abzutrennen; um sie wiederzugewinnen und als Oxide oder
Fluoride darzustellen; und um sie danach in Schmelzflusselektrolyse
und dergleichen wiederzugewinnen.
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Außerdem
ist als ein Verfahren zum Wiederaufbereiten von Schrott und Schlamm
das Folgende in dem Patentdokument 2 bekannt. Dabei wird der Schrott
in ein Schmelzflusselektrolysebad gegeben, das Seltenerdoxide als
Rohmaterial enthält; der Schrott wird in dem Elektrolysebad
durch Lösen in Seltenerdoxide und Magnetlegierungsteile
getrennt; die in das Elektrolysebad gelösten Seltenerdoxide werden
durch Elektrolyse zu Seltenerdmetallen reduziert; und weiter werden
die Magnetlegierungsteile mit den Seltenerdmetallen legiert, die
durch elektrolytische Reduktion erzeugt werden, wodurch der Schrott
als Seltenerdmetall-Übergangsmetall-Bor-Legierung wiederverwertet
wird.
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Da
die Schrottmagnete jedoch bei einem beliebigen der oben erwähnten
Beispiele unter Durchlaufen einer Vielzahl von Verarbeitungsschritten,
wie etwa Lösungsmittelextraktion und dergleichen, wiederverwertet
werden, wie oben beschrieben, besteht ein Problem insofern, als
die Produktivität gering ist und weiter, da mehrere Arten
von Lösungsmitteln, wie etwa Flusssäure und der gleichen,
verwendet werden, höhere Kosten anfallen.
- Patentdokument
1: JP-A-2004-6761
- Patentdokument 2: JP-A-2004-296973
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[Offenbarung der Erfindung]
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[Durch die Erfindung zu lösende
Aufgaben]
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Angesichts
der obigen Punkte hat diese Erfindung die Aufgabe, ein kostengünstiges
Verfahren zum Wiederverwerten eines Schrottmagneten zu schaffen,
wobei das Verfahren in der Lage ist, eine hohe Produktivität
zu erreichen.
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[Mittel zum Lösen der Aufgaben]
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Um
die oben genannten Aufgaben zu lösen, umfasst das Verfahren
zum Wiederverwerten eines Schrottmagneten gemäß dieser
Erfindung die Schritte Mahlen eines rückgewonnenen Schrottmagneten, der
ein gesinterter Magnet auf Eisen-Bor-Seltenerd-Basis ist, wodurch
ein aus Schrott rückgewonnenes Rohmaterialpulver erhalten
wird; Erhalten eines gesinterten Körpers aus dem aus Schrott
rückgewonnenen Rohmaterialpulver durch ein pulvermetallurgisches
Verfahren; und Verarbeiten des gesinterten Körpers. Das
Verarbeiten umfasst die Schritte: Erwärmen des gesinterten
Körpers, der in einer Bearbeitungskammer angeordnet ist;
Verdampfen eines Metall-Verdampfungsmaterials, das wenigstens einen
Vertreter von Dy und Tb enthält, wobei das Metall-Verdampfungsmaterial
in derselben oder in einer anderen Bearbeitungskammer angeordnet
ist; Anheften von in dem Verdampfungsschritt verdampften Metallatomen
an eine Oberfläche eines gesinterten Magneten und dabei
Steuern einer Zufuhrmenge der verdampften Metallatome; und Diffundieren
der anhaftenden Metallatome in eine Korngrenze und/oder eine Korngrenzenphase
des gesinterten Körpers.
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Gemäß dieser
Erfindung wird nach dem Mahlen des Schrottmagneten, so wie er ist,
um dadurch das aus Schrott rückgewonnene Rohmaterialpulver
zu erhalten, ein gesinterter Körper durch ein pulvermetallurgisches
Verfahren erhalten. Zu diesem Zeitpunkt enthält der gesinterte
Körper im Vergleich zu dem gesinterten Magneten vor dem
Wiederaufbereiten viele Verunreinigungen, wie etwa Sauerstoff und
dergleichen, und der gesinterte Körper, so wie er ist,
kann nicht zu einem Hochleistungsmagneten mit hoher Koerzitivkraft
gemacht werden. Als Lösung wird die folgende Verarbeitung
durchgeführt, nämlich der gesinterte Körper
wird in die Bearbeitungskammer gebracht und erwärmt, und
auch ein Metall-Verdampfungsmaterial, das zumindest eins aus Dy
und Tb enthält, wird in dieselbe oder in eine weitere Bearbeitungskammer
gebracht, damit es verdampft wird. Die Metallatome werden zum Anheften
an die Oberfläche des gesinterten Magneten veranlasst,
indem die Zufuhrmenge der verdampften Metallatome zur Oberfläche
des gesinterten Magneten eingestellt wird, und die anhaftenden Metallatome
diffundieren in die Korngrenze und/oder die Korngrenzenphase des
gesinterten Magneten (Unterdruck-Dampfbearbeitung).
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Gemäß dieser
Anordnung kann als Ergebnis der Diffusion und der gleichförmigen
Verteilung von Dy und/oder Tb in die Korngrenze und/oder Korngrenzenphase
des gesinterten Magneten ein wiederverwerteter Hochleistungsmagnet
erhalten werden, der eine Dy-reiche und/oder Tb-reiche Phase (eine Phase,
die Dy und/oder Tb in einem Bereich von 5 bis 80% enthält)
in der Korngrenze und/oder Korngrenzenphase aufweist, in der Dy
und/oder Tb nur nahe der Oberfläche der Korngrenze diffundiert
ist und in der die Magnetisierungskraft und die Koerzitivkraft wirksam
wiederhergestellt wurden.
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß dieser Erfindung
der Schrottmagnet, nachdem er rückgewonnen wurde, sofort
dem Mahlschritt zugeführt, und nachdem nach einem metallurgischen
Verfahren wieder ein gesinterter Körper erhalten wurde,
wird der gesinterte Körper nur der Verarbeitung des oben
genannten Unterdruck-Dampfbearbeitungsverfahrens unterworfen. Daher
sind eine Vielzahl von Verarbeitungsschritten, wie etwa Lösungsmittelextraktion
und der gleichen, nicht erforderlich, wodurch die Produktivität
beim Erhalten eines Hochleistungsmagneten verbessert wird. Außerdem
können als Ergebnis des damit verbundenen Effekts, die
Herstellungseinrichtungen reduzieren zu können, die Kosten
reduziert werden. Dabei ist dieses Verfahren, da die knappen Seltenerdelemente,
die vor dem Wiederaufbereiten in dem Schrottmagneten im Gemisch
enthalten sind, so wie sie sind, wieder benutzt werden können,
auch unter dem Gesichtspunkt effektiv, dass das Aufbrauchen der
natürlichen Ressourcen verhindert wird.
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Bei
dieser Erfindung kann, wenn ein durch Mahlen des Legierungs-Rohmaterials
erhaltenes Rohmaterialpulver für den durch ein Abschreckverfahren
hergestellten gesinterten Magneten auf Eisen-Bor-Seltenerd-Basis
dem aus Schrott rückgewonnenen Rohmaterialpulver zugefügt
wird, die Menge der Verunreinigungen, wie etwa Sauerstoff und dergleichen,
minimiert werden, die beim Wiederverwerten in den gesinterten Körper
eingebracht werden, und als Ergebnis kann dieser wiederverwertete Magnet
weiter für noch eine Wiederverwertung verwendet werden.
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Das
Mahlen kann durch jeden der Schritte von Wasserstoff-Mahlen und
Strahlmühlen-Feinmahlen erfolgen.
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Diese
Erfindung umfasst vorzugsweise weiter den Schritt eines Einleitens
eines Inertgases in die Bearbeitungskammer, in welcher der gesinterte
Magnet angeordnet ist. Das Einleiten geschieht, während das
Metall-Verdampfungsmaterial verdampft wird, sodass die Zufuhrmenge
der verdampften Metallatome durch Variieren eines Partialdrucks
des Inertgases eingestellt wird und die Metallatome in die Korngrenze
und/oder die Korngrenzenphase diffundieren, bevor eine dünne
Schicht aus den anhaftenden Metallatomen ausgebildet ist. Gemäß dieser
Anordnung sind die Oberflächenbedingungen des Permanentmagneten
nach dem Verarbeiten im Wesentlichen die selben wie vor dem Verarbeiten.
Das Feinbearbeiten der Oberfläche ist nicht erforderlich,
und die Produktivität kann weiter erhöht werden.
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Vorzugsweise
umfasst diese Erfindung weiter den Schritt eines Durchführens
eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb der
Erwärmungstemperatur, nachdem die Metallatome in die Korngrenze
und/oder die Korngrenzenphase des gesinterten Körpers diffundiert
sind. Dann können die magnetischen Eigenschaften des wiederverwerteten gesinterten
Magneten vorteilhaft verbessert werden.
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[Bester Weg zur Ausführung der
Erfindung]
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Mit
Bezug auf die begleitende Zeichnung wird nun ein Verfahren zum Wiederverwerten
von Schrottmagneten, die gesinterten Magnete auf Eisen-Bor-Seltenerd-Basis
sind, gemäß einer Ausführungsform dieser
Erfindung beschrieben.
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Als
Schrottmagnete gibt es Schrott, der aufgrund schlechten Formens,
schlechten Sinterns und dergleichen im Zuge von Schritten bei der
Herstellung von gesinterten Magneten anfällt, und es wird auch
Schrott aus Produkten zweiter Hand benutzt. Hier, im Falle des Produktschrotts,
gibt es Fälle, in denen Schutzschichten durch Vernickelung
und dergleichen ausgebildet sind, um z. B. Korrosionsschutz zu verleihen.
In einem solchen Fall wird die Schutzschicht vor dem Wiederverwerten
auf dieselbe Art wie beim Stand der Technik mit einem bekannten
Abschälverfahren abhängig von der Art der Schutzschicht
abgeschält, und der Schrott wird gegebenenfalls gewaschen.
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Die
rückgewonnenen Schrottmagnete (aus Schrott rückgewonnenen
Magnete) werden angemessen in dünne Stücke von
ungefähr 5 bis 10 mm Dicke gebrochen oder gemahlen, indem
z. B. abhängig von ihrer Form oder Größe
ein Brechwerk verwendet wird, und werden weiter in einem bekannten Wasser stoff-Mahlschritt
grob gemahlen. In diesem Fall können die Schrottmagnete,
abhängig von ihrer Form und Größe, in
dem Wasserstoff-Mahlschritt grob gemahlen werden, ohne sie in dünne
Stücke zu mahlen. In der Folge werden sie in der Stickstoffgasatmosphäre
in einem Strahlmühlen-Feinmahlschritt zu einem rückgewonnenen
Rohmaterialpulver (aus Schrott rückgewonnenen Rohmaterialpulver)
fein gemahlen, das eine durchschnittliche Partikelgröße
von 3 bis 10 μm aufweist.
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Es
ist anzumerken, dass die oben genannten Schrottmagnete viele Verunreinigungen,
wie etwa Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und dergleichen, enthalten,
z. B. aufgrund von Oxidation beim Sintern. In einem solchen Fall,
wenn zum Beispiel der Sauerstoff- und der Kohlenstoffgehalt vorgegebene
Werte überschreiten (z. B. ungefähr 8000 ppm im
Falle von Sauerstoff, 1000 ppm im Falle von Kohlenstoff), besteht
ein Nachteil insofern, als z. B. das Flüssigphasensintern
im Sinterschritt nicht erreicht werden kann.
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Daher
wurde in der Ausführungsform dieser Erfindung eine solche
Anordnung abhängig von dem Gehalt an Verunreinigungen in
den Schrott-Sintermagneten ausgeführt, dass das Rohmaterialpulver
auf Nd-Fe-B-Basis in einem vorgegebenen Mischverhältnis
gemischt wurde. In diesem Fall muss, um einen Hochleistungs-Sintermagneten
zu erhalten und dabei die Diffusionsgeschwindigkeit der Metallatome
in den gesinterten Körper bei der Unterdruck-Dampfbearbeitung
zu erhöhen, die nachstehend beschrieben ist, die Mischmenge
des Rohmaterialpulvers vorzugsweise so eingestellt sein, dass der
Sauerstoffgehalt in dem gesinterten Magneten selbst unter 3000 ppm
fällt.
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Das
Rohmaterialpulver wird auf folgende Weise hergestellt. Mit anderen
Worten, damit Fe, Nd und B ein vorgegebenes Zusammensetzungsverhältnis
erreichen, werden reines Eisen für industriellen Einsatz,
metallisches Neodym und kohlenstoffarmes Ferrobor gemischt und unter
Verwendung eines Vakuumin duktionsofens geschmolzen, und nach einem Abschreckverfahren,
z. B. einem Bandgussverfahren, wird zuerst ein Legierungs-Rohmaterial
von 0,05 bis 0,5 mm hergestellt. Alternativ kann zuerst ein Legierungs-Rohmaterial
von etwa 5 bis 10 mm Dicke in einem Schleudergussverfahren hergestellt
werden. Beim Mischen können Dy, Tb, Co, Cu, Nb, Zr, Al,
Ga und dergleichen hinzugefügt werden. Es ist vorzuziehen,
den Gesamtgehalt an Seltenerdelementen höher als 28,5%
zu machen, sodass ein Rohling erhalten wird, bei dem kein Alpha-Eisen
erzeugt ist.
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Dann
wird das hergestellte Legierungs-Rohmaterial nach einem bekannten
Wasserstoff-Mahlschritt grob gemahlen und anschließend
in einer Stickstoffatmosphäre durch einen Strahlmühlen-Feinmahlschritt
fein gemahlen. Als Ergebnis kann ein Rohmaterialpulver der durchschnittlichen Partikelgröße
von 3 bis 10 μm erhalten werden. Bezüglich des
Zeitpunkts des Mischens des Rohmaterialpulvers und des aus Schrott
rückgewonnenen Rohmaterialpulvers bestehen keine besonderen
Anforderungen. Wenn jedoch beide Pulver gemischt werden, bevor sie
dem Wasserstoff-Mahlschritt unterworfen werden, oder zu der Zeit,
in der eins der beiden Pulver fein gemahlen wird, kann das andere
der beiden Pulver zugemischt werden, sodass die beiden Pulver gemahlen
werden, während sie miteinander gemischt werden. Dann kann
der Mahlschritt vorteilhaft effizient gemacht werden.
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Dann
wird das aus Schrott rückgewonnene Rohmaterialpulver oder
ein gemischtes Feinpulver aus dem aus Schrott rückgewonnenen
Rohmaterialpulver und dem Rohmaterialpulver in dem Magnetfeld unter
Verwendung einer bekannten Formpressmaschine zu einer vorgegebenen
Form formgepresst. Dann wird der aus der Formpressmaschine genommene
geformte Körper in einem Sinterofen (nicht dargestellt)
untergebracht und unter Unterdruck über einen vorgegebenen
Zeitraum bei einer vorgegebenen Temperatur (z. B. 1050°C)
einem Flüssigphasen-Sintern unterworfen (Sinterschritt), wodurch
ein gesinter ter Körper erhalten wird (pulvermetallurgisches
Verfahren). Danach wird der erhaltene gesinterte Körper
mittels Bearbeitung unter Verwendung einer Drahtsägeeinrichtung
und dergleichen geeignet in eine vorgegebene Form gebracht. Dann
wird der so erhaltene gesinterte Körper (gesinterte Magnet)
S einer Unterdruck-Dampfbearbeitung unterworfen. Mit Bezug auf 1 wird
nun eine Unterdruck-Dampfbearbeitungsvorrichtung beschrieben, welche
die Unterdruck-Dampfbearbeitung ausführt.
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Eine
Unterdruck-Dampfbearbeitungsvorrichtung 1 weist eine Unterdruckkammer 3 auf,
die durch eine Auspumpeinrichtung, wie etwa eine Turbo-Molekularpumpe,
eine Kryopumpe, eine Diffusionspumpe und dergleichen, auf einen
vorgegebenen Druck (beispielsweise 1 × 10–5 Pa)
evakuiert werden kann und bei dem Druck gehalten wird. Die Unterdruckkammer 3 ist
in ihrem Inneren mit einer Heizvorrichtung 4 versehen,
die aus einem isolierenden Material (einem wärmeisolierenden
Material) 41, das den Umfang eines Bearbeitungskastens
(nachstehend zu beschreiben) umschließt, und einer Wärme
erzeugenden Vorrichtung 42 gebildet, die auf der Innenseite
des isolierenden Materials angeordnet ist. Das isolierende Material 41 ist
hergestellt z. B. aus Mo, und die Wärme erzeugende Vorrichtung 42 ist
eine elektrische Heizung, die einen Heizdraht (nicht dargestellt)
aus Mo aufweist. Indem dem Heizdraht aus einer Stromquelle (nicht
dargestellt) Strom zugeführt wird, kann der Raum 5,
der durch das isolierende Material 41 umschlossen ist,
und in dem ein Bearbeitungskasten angeordnet ist, durch einelektrisches
Widerstandsheizsystem geheizt werden. In diesem Raum 5 ist
ein Ablagetisch 6, z. B. aus Mo, angeordnet. Er ist so
angeordnet, dass mindestens ein Bearbeitungskasten 7 auf
dem Ablagetisch in Position abgelegt werden kann.
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Der
Bearbeitungskasten 7 ist aus einem quaderförmigen
Kastenteil 71, der an einer oberen Fläche offen
ist, und einem Deckelteil 72 gebildet, der abnehmbar auf
der oberen Fläche des Kastenteils 71 montiert
wird, die offen gelassen ist. Entlang der gesamten umlaufenden Kante
des Deckelteils 72 ist ein Flansch 72a ausgebildet,
der nach unten gebogen ist. Wenn der Deckelteil 72 in Position
auf der oberen Fläche des Kastenteils 71 montiert
ist, koppelt sich der Flansch 72a mit einer äußeren
Wand des Kastenteils 71. (In diesem Fall ist keine Unterdruckabdichtung,
wie etwa eine Metalldichtung, vorgesehen.) Als Ergebnis ist eine
Bearbeitungskammer 70 umgrenzt, die von der Unterdruckkammer 3 isoliert
ist. Wenn dann die Unterdruckkammer 3 durch Betreiben der Auspumpeinrichtung 2 auf
einen vorgegebenen Druck (z. B. 1 × 10–5 Pa)
evakuiert wird, wird der Druck der Bearbeitungskammer 70 auf
einen um eine halbe Dezimalstelle höheren Druck (z. B.
5 × 10–4 Pa) verringert
als der Druck in der Unterdruckkammer 3. Gemäß dieser
Anordnung kann die Bearbeitungskammer 70 ohne Bedarf für
eine zusätzliche Auspumpeinrichtung auf einen vorgegebenen
Unterdruck gebracht werden.
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Wie
in 3 gezeigt, sind in dem Kastenteil 71 des
Bearbeitungskastens 7 auch die oben erwähnten
gesinterten Magnete S und Metall-Verdampfungsmaterialien v in einer
vertikal gestapelten Weise untergebracht, wobei jeweils ein Abstandshalter 8 dazwischengesetzt
ist, um zu verhindern, dass sie miteinander in Kontakt kommen. Jeder
der Abstandshalter 8 ist aus einer Gitterform durch Verbinden
einer Vielzahl von Drahtmaterialien 81 (z. B. Ø 0,1
bis 10 mm) in einer Weise, dass ihre Fläche kleiner wird
als die Querschnittsfläche des Kastenteils 72 gebildet,
und jeder der umlaufenden Kantenbereiche ist im Wesentlichen rechtwinklig
nach oben gebogen (siehe 2). Die Höhe der gebogenen
Bereiche ist so eingestellt, dass sie höher ist als die
Höhe der gesinterten Körper S, die der Unterdruck-Dampfbearbeitung
unterworfen werden sollen. Eine Vielzahl von gesinterten Körpern
S ist auf den horizontalen Bereichen der Abstandshalter 8 in
gleichen Abständen zueinander angeordnet. Die Abstandshalter 8 können alternativ
aus einem so genannten Streckmetall gebildet sein.
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Als
Metall-Verdampfungsmaterialien v werden Dy und Tb benutzt, welche
die kristallmagnetische Anisotropie der Hauptphase erheblich verbessern,
oder eine Legierung, die durch Zumischen von Metallen, welche die
Koerzitivkraft weiter erhöhen, wie etwa Nd, Pr, Al, Cu,
Ga und dergleichen, zu Dy and Tb angesetzt wird. (Der Massenanteil
von Dy oder Tb beträgt über 50%.) Nach dem Mischen
jedes der oben erwähnten Metalle in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis
wird das Gemisch z. B. in einem elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen
und dann zu einer Plattenform einer vorgegebenen Dicke geformt.
In diesem Fall weisen die Metall-Verdampfungsmaterialien v jeweils
eine solche Fläche auf, dass sie durch einen ganzen oberen
Umfang des umlaufenden Kantenbereichs der jeweiligen Abstandshalter 8 gehalten
werden, der in im Wesentlichen rechten Winkeln nach oben gebogen
ist.
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Nach
dem Unterbringen eines plattenförmigen Metall-Verdampfungsmaterials
v auf der unteren Fläche des Kastenteils 71 wird
auf seine obere Seite ein Abstandshalter 8 gesetzt, auf
den die gesinterten Magnete S und ein weiteres plattenförmiges
Metall-Verdampfungsmaterial v in Position gesetzt werden. Auf diese
Weise sind die Metall-Verdampfungsmaterialien v und die Abstandshalter 8,
wobei auf die Abstandshalter jeweils eine Vielzahl von gesinterten Magneten
S gesetzt ist, miteinander alternierend zu vertikalen Schichten
bis zum oberen Endbereich des Verarbeitungskastens 7 gestapelt
(siehe 2). Oberhalb des obersten Abstandshalters 8 ist
in dessen Nähe der Deckelteil 72 positioniert;
daher können die Metall-Verdampfungsmaterialien v weggelassen
werden.
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Der
Bearbeitungskasten 7 und die Abstandshalter 8 können
auch aus anderen Materialien als Mo hergestellt sein, z. B. aus
W, V, Nb, Ta oder einer Legierung davon (einschließlich
einer Mo-Legierung mit beigefügten Seltenerdelementen,
einer Mo-Legierung mit beigefügtem Ti und dergleichen)
oder aus CaO, Y2O3 oder
anderweitig aus Oxiden von Seltenerdelementen, hergestellt sein
oder können auch gebildet sein, indem ein Film der oben
erwähnten Materialien als innere Beschichtung auf der Oberfläche
eines anderen Isoliermaterials ausgebildet ist. Gemäß dieser
Anordnung kann vorteilhaft verhindert werden, dass sich Reaktionsprodukte
durch Reaktion mit Dy oder Tb auf ihrer Oberfläche bilden.
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Falls übrigens
die Metall-Verdampfungsmaterialien v und die gesinterten Körper
S wie oben beschrieben vertikal in einem Sandwichaufbau innerhalb
des Bearbeitungskastens 7 gestapelt sind, wird der Raum
zwischen den Metall-Verdampfungsmaterialien v und den gesinterten
Körpern S klein. Falls die Metall-Verdampfungsmaterialien
v in einem solchen Zustand verdampft werden, besteht die Möglichkeit,
dass die gesinterten Körper S weitgehend durch die geradlinigen
Eigenschaften der verdampften Metallatome beeinflusst werden. Mit
anderen Worten, es ist wahrscheinlich, dass sich die Metallatome
unter den gesinterten Körpern S örtlich an diejenigen
Oberflächen der gesinterten Körper S heften, die
den Metall-Verdampfungsmaterialien v gegenüber liegen.
Außerdem ist es wahrscheinlich, dass Dy oder Tb den Bereichen
kaum zugeführt wird, die an den Kontaktoberflächen
der gesinterten Körper S mit den Abstandshaltern 8 abgeschattet
sind. Daher weisen, wenn die oben erwähnte Unterdruck-Dampfbearbeitung
ausgeführt wird, die so erhaltenen wiederverwerteten Magnete
M Bereiche mit örtlich höherer Koerzitivkraft
und Bereiche mit örtlich niedrigerer Koerzitivkraft auf.
Als Ergebnis wird die Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve
beeinträchtigt.
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In
der Ausführungsform dieser Erfindung ist die Unterdruckkammer 3 mit
einer Inertgas-Einleitungseinrichtung versehen. Die Inertgas-Einleitungseinrichtung
weist ein Gaseinleitungsrohr 9 auf, das mit dem durch das
Trennmaterial 41 eingeschlossenen Raum 5 in Verbindung
steht. Das Gaseinleitungsrohr 9 steht über eine
Massendurchflusssteuerung (nicht dargestellt) in Verbindung mit
einer Gasquelle für ein Inertgas. Im Zuge der Unter druck-Dampfbearbeitung
wird ein Inertgas, wie etwa He, Ar, Ne, Kr, N2 und
dergleichen, in einer konstanten Menge eingeleitet. Alternativ kann
es so eingerichtet sein, dass die Menge des einzuleitenden Inertgases
während der Unterdruck-Dampfbearbeitung variiert wird.
(D. h. die Einleitungsmenge des Inertgases wird am Anfang größer
und anschließend kleiner gemacht, oder aber die Einleitungsmenge
des Inertgases wird am Anfang kleiner und anschließend
größer gemacht oder die oben erwähnten
Vorgänge werden wiederholt.) Das Inertgas wird z. B. eingeleitet, nachdem
die Metall-Verdampfungsmaterialien v ihre Verdampfung begonnen haben,
oder nachdem sie eine vorgegebene Erwärmungstemperatur
erreicht haben. Das Inertgas kann während der eingestellten Zeit
der Unterdruck-Dampfbearbeitung oder über einen vorgegebenen
Zeitraum vor und nach der Unterdruck-Dampfbearbeitung eingeleitet
werden. Es ist vorzuziehen, ein mit der Auspumpeinrichtung 2 in Verbindung
stehendes Abzugsrohr mit einem Ventil 10 vorzusehen, das
in seinem Öffnungsgrad einstellbar ist, sodass, wenn das
Inertgas eingeleitet wird, der Partialdruck des Inertgases innerhalb
der Unterdruckkammer 3 eingestellt werden kann.
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Gemäß dieser
Anordnung wird das Inertgas, das in den Raum 5 eingeleitet
wird, auch in den Bearbeitungskasten 7 eingeleitet. Dabei
werden, da die mittlere freie Weglänge der Metallatome
von Dy oder Tb kurz ist, die innerhalb des Bearbeitungskastens 7 verdampften
Metallatome durch das Inertgas gestreut. Die Menge der Metallatome,
die direkt an die Oberflächen der gesinterten Magnete S
anzuheften sind, verringert sich daher, und die Metallatome werden
den Oberflächen der gesinterten Magnete S auch aus einer
Vielzahl von Richtungen zugeführt. Daher wird selbst in
dem Fall, dass der Abstand zwischen den gesinterten Körpern
S und den Metall-Verdampfungsmaterialien v klein ist (z. B. 5 mm
oder weniger), das verdampfte Dy oder Tb sogar an die Bereiche,
die durch die Drahtmaterialien 81 abgeschattet sind, angeheftet,
indem es um das Dy oder Tb herum auf die abgeschatteten Bereiche
gelangt. Folglich kann verhindert werden, dass sich das maximale Energieprodukt
und die Rema nenz-Flussdichte durch eine übermäßige
Diffusion der Metallatome von Dy oder Tb in die Kristallkörner
verringern. Außerdem kann das Auftreten örtlich
hoher Koerzitivkraft und örtlich niedriger Koerzitivkraft
verringert werden, wodurch verhindert wird, dass die Rechteckigkeit
der Entmagnetisierungskurve beeinträchtigt wird.
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Als
Nächstes wird nun eine Unterdruck-Dampfbearbeitung unter
Verwendung der oben erwähnten Unterdruck-Dampfbearbeitungsvorrichtung 1 beschrieben,
wobei Dy als das Metall-Verdampfungsmaterial v verwendet wird. Wie
oben beschrieben, sind die gesinterten Körper S und die
Metall-Verdampfungsmaterialien v durch Abstandshalter 8 dazwischen
alternierend gestapelt, und beide werden zuerst in Position gesetzt.
(Als Ergebnis sind die gesinterten Körper S und die Metall-Verdampfungsmaterialien
v mit einem Abstand dazwischen innerhalb der Bearbeitungskammer 20 angeordnet.) Dann,
nachdem der Deckelteil 72 in Position auf der geöffneten
Oberseite des Kastenteils 71 angebracht wurde, wird der
Bearbeitungskasten 7 in Position auf den Tisch 6 innerhalb
des durch die Heizvorrichtung 4 umschlossenen Raums 5 in
der Unterdruckkammer 3 gesetzt (siehe 1).
Dann wird die Unterdruckkammer 3 mittels der Auspumpeinrichtung 2 im Druck
reduziert, bis sie einen vorgegebenen Druck (z. B. 1 × 10–4 Pa) erreicht. (Die Bearbeitungskammer 70 wird
auf einen Druck evakuiert, der um ungefähr eine halbe Stelle
größer ist als derjenige der Bearbeitungskammer 70.)
Wenn die Unterdruckkammer 3 den vorgegebenen Druck erreicht
hat, wird die Heizvorrichtung 4 betrieben, um dadurch die
Bearbeitungskammer 70 zu erwärmen.
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Wenn
die Temperatur in der Bearbeitungskammer 70 unter reduziertem
Druck eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, wird Dy in der Bearbeitungskammer 70 auf
im Wesentlichen die gleiche Temperatur erwärmt wie die
der Bearbeitungskammer 70 und beginnt zu verdampfen, wodurch
eine Dy-Dampfatmosphäre in der Bearbeitungskammer 70 gebildet
wird. Dabei wird die Gaseinleitungsvorrichtung betrieben, um dadurch
ein Inertgas in einer bestimmten Einleitungsmenge in die Unterdruckkammer 3 einzuleiten.
Gleichzeitig wird das Inertgas auch in die Bearbeitungskammer 7 eingeleitet.
Die innerhalb der Bearbeitungskammer 70 verdampften Metallatome
werden durch das Inertgas gestreut.
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Da
die gesinterten Magnete S und das Dy so angeordnet sind, dass sie
nicht in Kontakt miteinander kommen, heftet sich, selbst in dem
Fall, in dem das Dy begonnen hat zu verdampfen, das geschmolzene
Dy nicht direkt an die gesinterten Magnete S, deren Nd-reiche Phase
an der Oberfläche geschmolzen ist. Dann werden diejenigen
Dy-Atome in der Dy-Dampfatmosphäre, die innerhalb des Bearbeitungskastens
gestreut sind, von mehreren Richtungen entweder direkt oder durch
wiederholte Kollisionen den gesamten Oberflächen der gesinterten
Magnete S zugeführt, die im Wesentlichen auf dieselbe Temperatur
wie diejenige des Dy erwärmt wurden, und heften sich daran.
Das anhaftende Dy diffundiert in die Korngrenzen und/oder Korngrenzenphasen der
gesinterten Magnete S.
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Hier
werden, sobald die Dy-Atome in der Dy-Dampfatmosphäre den
Oberflächen der gesinterten Magnete S zugeführt
werden, sodass sich eine Dy-Schicht (ein dünner Film) bilden
kann, die Oberflächen der Permanentmagnete M spürbar
verschlechtert (die Oberflächenrauheit wird schlecht), wenn
das Dy rekristallisiert, das sich an die Oberflächen der
gesinterten Magnete S geheftet und darauf abgelagert hat. Außerdem
wird das Dy, das an die Oberflächen der gesinterten Magnete
S angeheftet und darauf abgelagert wurde, die auf im Wesentlichen
dieselbe Temperatur erwärmt wurden, gelöst und
diffundiert übermäßig in die Korngrenzen
in dem Bereich nahe den Oberflächen der gesinterten Magnete
S, wodurch die magnetischen Eigenschaften nicht effektiv verbessert
oder wieder hergestellt werden können.
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Mit
anderen Worten, sobald der dünne Film aus Dy auf den Oberflächen
der gesinterten Magnete S ausgebildet wurde, wird die mittlere Zusammensetzung
der Oberflächen der gesinterten Magnete S, die an den dünnen
Film angrenzen, zu einer Dy-reichen Zusammensetzung. Sobald die
Dy-reiche Zusammensetzung gebildet ist, sinkt die Flüssigphasentemperatur,
und die Oberflächen der gesinterten Magnete S werden geschmolzen.
(Das bedeutet, dass die Hauptphase geschmolzen wird und die Menge
der flüssigen Phase zunimmt.) Dadurch wird die Nachbarschaft
der Oberflächen der gesinterten Magnete S geschmolzen und
verliert ihre Form, was zu einer Vermehrung von Buckeln und Eindellungen
führt. Darüber hinaus dringt Dy zusammen mit einer
großen Menge an Flüssigphase übermäßig
in die Kristallkörner ein. Folglich werden das maximale
Energieprodukt und die Remanenz-Flussdichte weiter gesenkt, welche
die magnetischen Eigenschaften aufzeigen.
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In
der Ausführungsform dieser Erfindung wurde, wenn das Metall-Verdampfungsmaterial
v Dy ist, um die Verdampfungsmenge des Dy zu steuern, die Heizvorrichtung 4 gesteuert,
die Temperatur innerhalb der Bearbeitungskammer 70 auf
einen Bereich von 800 bis 1050°C, vorzugsweise von 850
bis 950°C, einzustellen. (Z. B. beträgt, wenn
die Temperatur innerhalb der Bearbeitungskammer 900 bis 1000°C
beträgt, der Sättigungsdampfdruck von Dy ungefähr
1 × 10–2 bis 1 × 10–1 Pa.)
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Wenn
die Temperatur in der Bearbeitungskammer 70 (und demgemäß die
Erwärmungstemperatur der gesinterten Magnete S) unter 800°C
liegt, wird die Diffusionsgeschwindigkeit der Dy-Atome, welche an
den Oberflächen der gesinterten Magnete S anhaften, in
die Korngrenzen und/oder Korngrenzenphasen verringert. Somit können
die Dy-Atome nicht gleichmäßig in die Korngrenzen
und/oder Korngrenzenphasen diffundieren, bevor der dünne
Film auf den Oberflächen der gesinterten Magnete S ausgebildet
wird. Demgegenüber steigt bei einer Temperatur oberhalb
1050°C der Dampfdruck von Dy an, und somit besteht eine
Möglichkeit, dass die Dy-Atome in der Dampfatmosphäre übermäßig
den Oberflächen der gesinterten Magnete S zugeführt
werden. Ferner besteht eine Möglichkeit, dass das Dy in
die Kristallkörner diffundiert. Wenn das Dy in die Kristallkörner
diffundiert, wird die Magnetisierung innerhalb der Kristallkörner
weitgehend verringert, und daher werden das maximale Energieprodukt
und die Remanenz-Flussdichte weiter vermindert.
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Außerdem
wurde eine derartige Anordnung erstellt, dass der Partialdruck des
in die Unterdruckkammer 3 eingeleiteten Inertgases in einen
Bereich von 3 bis 50000 Pa fällt, indem der Öffnungsgrad
des Ventils 11 variiert wird. Bei einem Druck unterhalb
3 Pa wird Dy oder Tb örtlich an die gesinterten Magnete
S angeheftet, was zur Beeinträchtigung der Rechteckigkeit
der Entmagnetisierungskurve führt. Bei einem Druck oberhalb
50000 Pa wird andererseits das Verdampfen der Metall-Verdampfungsmaterialien
v unterdrückt, was eine übermäßig
längere Verarbeitungszeit zur Folge hat.
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Gemäß der
obigen Anordnung können durch Steuern der Verdampfungsmenge
von Dy als Ergebnis der Einstellung des Partialdrucks des Inertgases, wie
etwa Ar und dergleichen, und durch Diffundieren der verdampften
Dy-Atome in dem Bearbeitungskasten als Ergebnis des Einleitens des
Inertgases folgende Wirkungen erzielt werden: Anheften der Dy-Atome
an die gesamten Oberflächen der gesinterten Magnete S und
gleichzeitiges Beschränken der Zufuhrmenge der Dy-Atome
zu den gesinterten Magneten S; und Beschleunigen der Diffusionsgeschwindigkeit
durch Erwärmen der gesinterten Magnete S in dem vorgegebenen
Temperaturbereich. Wegen der oben erwähnten kombinierten
Effekte können die an den Oberflächen der gesinterten
Magnete S anhaftenden Dy-Atome, bevor die Dy-Atome auf den Oberflächen
der gesinterten Magnete S abgelagert werden, um dadurch Dy-Schichten
(dünne Filme) zu bilden, effizient in die Korngrenzen und/oder
Korngrenzenphasen der gesinterten Magnete S diffundieren und gleichmäßig
eindringen (siehe 3). Daher kann verhindert werden,
dass die Oberflächen der wiederverwerteten Magnete M verschlechtert
werden. Auch kann verhindert werden, dass das Dy übermäßig
in die Korngrenzen in den Bereichen nahe den Oberflächen
der gesinterten Magnete diffundiert und die Korngrenzenphasen die Dy-reiche
Phase aufweisen (Phase, die Dy im Bereich von 5 bis 80% enthält).
Weiter können durch Diffundieren von Dy nur nahe den Oberflächen
der Kristallkörner die Magnetisierungskraft und die Koerzitivkraft
wirksam wiederhergestellt werden.
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Außerdem
gibt es Fälle, in denen bei der mechanischen Bearbeitung
Risse in den Kristallkörnern auftreten, welche die Hauptphase
auf der Oberfläche der gesinterten Magnete darstellen,
wodurch die magnetischen Eigenschaften spürbar verschlechtert werden.
Jedoch kann durch Ausbilden der Dy-reichen Phase innerhalb der Risse
der Kristallkörner nahe den Oberflächen (siehe 3)
verhindert werden, dass die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt
werden, und außerdem weisen die gesinterten Magnete extrem
starke Korrosionsfestigkeit und Wetterbeständigkeit auf.
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Selbst
in dem Fall, in dem die in dem Bearbeitungskasten 7 verdampften
Metallatome darin in gestreutem Zustand vorliegen und die gesinterten Magnete
S in Position auf die durch Zusammenbau kleiner Drahtmaterialien 81 zu
einer Gitterform hergestellten Abstandshalter 8 gesetzt
sind und der Abstand zwischen den gesinterten Magneten S und den Metall-Verdampfungsmaterialien
v klein ist, umhüllt verdampftes Dy oder Tb außerdem
selbst die Bereiche, die durch die Drahtmaterialien 81 abgeschattet sind,
und heftet sich daran. Dadurch kann das Auftreten von Bereichen,
wo die Koerzitivkraft örtlich hoch oder örtlich
niedrig ist, unterbunden werden. Selbst wenn die oben beschriebene
Unterdruck-Dampfbearbeitung an den gesinterten Magneten S ausgeführt wird,
wird verhindert, dass die Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve
beeinträchtigt wird.
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Schließlich
wird, sobald die Prozesse, wie oben beschrieben, über einen
vorgegebenen Zeitraum (z. B. 4 bis 48 Stunden) ausgeführt
wurden, der Betrieb der Heizvorrichtung 4 unterbrochen,
und die Einleitung des Inertgases durch die Gaseinleitungsvorrichtung
wird einmalig angehalten. Anschließend wird das Inertgas
wieder eingeleitet (100 kPa), um das Verdampfen von Metall-Verdampfungsmaterialien
v anzuhalten. Alternativ kann ohne das Unterbrechen der Inertgas-Einleitung
nur seine Einleitungsmenge erhöht werden, sodass die Verdampfung
angehalten wird. Dann wird die Temperatur innerhalb der Bearbeitungskammer 70 einmalig
auf z. B. 500°C gesenkt. Anschließend wird die
Heizvorrichtung 4 wieder in Betrieb genommen. Durch Einstellen
der Temperatur innerhalb der Bearbeitungskammer 70 auf
einen Bereich von 450 bis 650°C wird eine Wärmebehandlung
ausgeführt, um die Koerzitivkraft weiter zu verbessern
oder wieder herzustellen. Dann wird der Bearbeitungskasten 7 nach
Abschrecken im Wesentlichen auf Raumtemperatur aus der Unterdruckkammer 3 genommen.
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Wie
beschrieben, werden gemäß der Ausführungsform
dieser Erfindung nur die folgenden Schritte durchgeführt,
nämlich die Schrottmagnete werden rückgewonnen
und sofort gemahlen, und nachdem die gesinterten Körper
S durch ein pulvermetallurgisches Verfahren erhalten wurden, werden sie
der oben erwähnten Unterdruck-Dampfbearbeitung unterworfen.
Daher kann als Ergebnis kombinierter Effekte, dass eine Vielzahl
von Verarbeitungsschritten, wie etwa Lösungsmittelextraktion
und dergleichen unnötig gemacht werden, und dass die Endbearbeitung
unnötig wird, die Produktivität beim Erhalten
von wiederverwerteten Hochleistungsmagneten verbessert werden, und
außerdem können niedrigere Kosten erreicht werden.
Dabei ist, da die knappen Seltenerdelemente, die vor dem Wiederaufbereiten
in den Schrottmagneten enthalten waren, so wie sie sind, benutzt
werden können, diese Erfindung auch unter dem Gesichtspunkt
effektiv, dass verhindert wird, dass die natürlichen Ressourcen
aufgebraucht werden. Außerdem können die wie oben
hergestellten wiederverwerte ten Magnete durch Steuern des Sauerstoffgehalts
in den Magneten unterhalb eines vorgegebenen Wertes (z. B. 3000
ppm) durch geeignetes Mischen des Rohmaterialpulvers einem weiteren
wiederverwerteten Gebrauch zugeführt werden.
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In
dieser Ausführungsform wurde der Abstandshalter 8 beschrieben,
der durch Zusammenbau von Drahtmaterialien zu einer Gitterform erstellt wurde,
und bei dem Trägerteile 9 einstückig
damit ausgebildet wurden. Der Abstandshalter ist jedoch nicht darauf
beschränkt, und es genügt jede beliebige Ausführungsform,
solange sie die verdampften Metallatome hindurchlässt.
Weiter wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Metall-Verdampfungsmaterial
v zu einer Plattenform ausgebildet wurde; es ist jedoch nicht darauf
beschränkt. Auf eine obere Fläche der gesinterten
Magnete, die auf einem Abstandshalterelement angeordnet sind, kann
ein weiterer, durch Zusammenbau von Drahtmaterialien zu einer Gitterform
ausgebildeter Abstandshalter gesetzt sein, und auf dem Abstandshalter
können partikelförmige Metall-Verdampfungsmaterialien
ausgebreitet sein.
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Weiter
wurde in dieser Ausführungsform ein Beispiel beschrieben,
bei dem Dy als das Metall-Verdampfungsmaterial v eingesetzt wurde.
Alternativ kann Tb oder ein Gemisch aus Dy und Tb eingesetzt werden,
die einen niedrigen Dampfdruck innerhalb des Erwärmungstemperaturbereichs
des gesinterten Körpers S aufweisen, in dem die Diffusionsgeschwindigkeit
des gesinterten Körpers S erhöht werden kann.
Wo Tb eingesetzt wird, kann die Bearbeitungskammer 70 in
dem Bereich von 900 bis 1150°C erwärmt werden.
Bei einer Temperatur unter 900°C wird der Dampfdruck nicht
erreicht, bei dem die Tb-Atome den Oberflächen der gesinterten
Magnete S zugeführt werden können. Andererseits
diffundiert Tb bei einer Temperatur oberhalb 1150°C übermäßig in
die Kristallkörner und verringert dadurch das maximale
Energieprodukt und die Remanenz-Flussdichte.
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Außerdem
kann, um die an die Oberflächen der gesinterten Körper
S adsorbierten Schmutzflecken, Gase und Feuchtigkeit zu entfernen,
bevor Dy oder Tb in die Korngrenzen und/oder Korngrenzenphasen diffundiert,
eine solche Anordnung erstellt werden, dass der Druck in der Unterdruckkammer 3 mittels
der Auspumpeinrichtung 2 bis zu einem vorgegebenen Druck
(z. B. 1 × 10–5 Pa) reduziert
und über einen vorgegebenen Zeitraum gehalten wird. Dabei
kann die Heizvorrichtung 4 betrieben werden, um die Bearbeitungskammer 70 auf
beispielsweise 100°C zu erwärmen und deren Temperatur über
einen vorgegebenen Zeitraum zu halten.
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Weiter
wurde in dieser Ausführungsform ein Beispiel beschrieben,
bei dem die gesinterten Körper S nach ihrem Erhalten der
Unterdruck-Dampfbearbeitung unterworfen werden, so wie sie sind.
Alternativ kann die folgende Verarbeitung ausgeführt werden:
Die so hergestellten gesinterten Körper werden in einer
Unterdruck-Wärmebehandlungskammer (nicht dargestellt) untergebracht;
sie werden in einer Unterdruckatmosphäre auf eine vorgegebene
Temperatur erwärmt; und unter Ausnutzen eines Unterschieds
des Dampfdrucks bei einer bestimmten Temperatur (z. B. beträgt
bei 1000°C der Dampfdruck von Nd 10–3 Pa,
der Dampfdruck von Fe 10–5 Pa und
der Dampfdruck von B 10–13 Pa)
nur die Seltenerdelemente R in der R-reichen Phase der primären
gesinterten Körper verdampft.
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In
diesem Fall soll die Heiztemperatur auf eine Temperatur über
900°C und unterhalb der Sintertemperatur eingestellt sein.
Bei einer Temperatur unter 900°C ist die Verdampfungsgeschwindigkeit der
Seltenerdelemente R niedrig, und bei einer Temperatur, welche die
Sintertemperatur übersteigt, findet ein abnormes Kornwachstum
statt und verringert dadurch weitgehend die magnetischen Eigenschaften.
Weiter soll der Druck innerhalb des Ofens auf einen Druck unter
10–3 Pa eingestellt sein, weil
bei einem Druck oberhalb 10–3 Pa
die Seltenerdelemente R nicht effizient verdampft werden können.
Gemäß der oben erwähnten Anordnung verringert
sich folglich der Anteil der Nd-reichen Phase, und es können wiederverwertete
Hochleistungsmagnete S hergestellt werden, in denen maximales Energieprodukt ((BH)max)
und Remanenz-Flussdichte (Br), welche die magnetischen Eigenschaften
darstellen, weiter verbessert werden.
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Beispiel 1
-
In
Beispiel 1 wurden Schrottmagnete, die in Hybridautos eingesetzt
waren, rückgewonnen, um daraus wiederverwertete Magnete
herzustellen. Die Schrottmagnete waren aus Rohmaterialien aus reinem
Eisen für industriellen Einsatz, metallischem Neodym, kohlenstoffarmem
Ferrobor und metallischem Kobalt hergestellt, die in einem Mischverhältnis
(Gewichts-%) zu 23Nd – 6Dy – 1Co – 0,1Cu – 0,1B – Rest Fe
gemischt waren. Weiter wurde, da die rückgewonnenen Schrottmagnete
einer Oberflächenbehandlung, wie etwa Vernickelung und
dergleichen unterworfen waren, ein bekanntes Trennmittel benutzt,
um die Oberflächenbehandlungsschicht (Schutzschicht) abzuschälen,
und die Schrottmagnete wurden dann gewaschen, Danach wurde der Schrott
auf eine Größe von ungefähr 5 mm gebrochen
oder gemahlen, wodurch die aus Schrott rückgewonnenen Rohmaterialien
erhalten wurden.
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Weiter
wurde mit reinem Eisen für industriellen Einsatz, metallischem
Neodym, kohlenstoffarmem Ferrobor als Rohmaterialien eine Mischzusammensetzung
(Gewichts-%) zu 24(Nd + Pr) – 6Dy – 1Co – 0,1Cu – 0,1Hf – 0,1Ga – 0,98B – Rest
Fe einem Unterdruck-Induktionsschmelzen unterworfen, und dünne,
plattenförmige Rohlinge (geschmolzene Materialien) von
ungefähr 0,4 mm Dicke wurden mit einem Bandgussverfahren
erhalten.
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Dann
wurden die aus Schrott rückgewonnenen Materialien mit dem
oben erwähnten Rohmaterialpulver in einem vorgegebenen
Mischverhältnis gemischt und einmalig grob in einem bekannten
Wasserstoff-Mahlschritt gemahlen. In diesem Fall wurde die Wasserstoff-Mahlvorrichtung
mit einer Charge von 100 kg in Wasserstoffatmosphäre von
1 Atmosphäre Druck über 5 Stunden betrieben. Danach
wurde eine Dehydrierungsverarbeitung unter Temperaturbedingungen
von 600°C über 5 Stunden ausgeführt.
Dann, nach dem Abkühlen, wurde das gemischte Pulver mit
einer Strahlmühlen-Feinmahlvorrichtung fein gemahlen. In
diesem Fall wurde die Feinmahlverarbeitung in einem Stickstoff-Mahlgas unter
einem Druck von 8 Atmosphären ausgeführt, wodurch
ein gemischtes Rohmaterialpulver der durchschnittlichen Partikelgröße
von 3 μm erhalten wurde.
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Dann
wurden unter Verwendung einer Quermagnetfeld-Formpressvorrichtung,
deren Konstruktion in der Technik bekannt ist, Formkörper
von 50 mm × 50 mm × 50 mm in dem Magnetfeld von
18 kOe erhalten. Anschließend wurden die Formkörper
nach einer Verarbeitung in einer Unterdruck-Entgasungsbearbeitung
einem Flüssigphasen-Sintern in einem Unterdruck-Sinterofen
bei 1100°C über 2 Stunden unterworfen, wodurch
gesinterte Körper S erhalten wurden. Dann wurden, indem
sie einer Wärmebehandlung über 2 Stunden bei 550°C
unterworfen wurden, gesinterte Körper erhalten, die nach
dem Abkühlen herausgenommen wurden. Im Drahtschneideverfahren
wurden die gesinterten Magnete zu einer Form von 40 × 20 × 7
mm bearbeitet, und dann wurden ihre Oberflächen mit einer Ätzlösung
auf Salpetersäurebasis gewaschen.
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Dann
wurden die gesinterten Magnete S, die wie oben beschrieben hergestellt
wurden, unter Verwendung der Unterdruck-Dampfbearbeitungsvorrichtung 1,
wie sie in 1 gezeigt ist, der Unterdruck-Dampfbearbeitung
unterworfen. In diesem Fall wurden unter Verwendung von Dy (99,5%),
das zu einer Plattenform von 0,5 mm Dicke ausgebildet war, als Metall-Verdampfungsmaterialien
v, die Metall-Verdampfungsmaterialien v und die gesinterten Magnete
S in dem Bearbeitungskasten 7 aus Nb untergebracht. Dann
wurde nach Erreichen eines Drucks innerhalb der Unterdruckkammer 3 von
10–4 Pa die Heizvorrichtung 4 betrieben,
und die Dampfbearbeitung wurde ausgeführt, indem die Temperatur innerhalb
der Bearbeitungskammer 70 auf 850°C und die Bearbeitungszeit
auf 18 Stunden eingestellt wurde, wodurch wiederverwertete Magnete
erhalten wurden.
-
4 ist
eine Tabelle, die Folgendes zeigt Durchschnittswerte von magnetischen
Eigenschaften (gemessen mit einem B-H-Kennlinienschreiber) und durchschnittlicher
Sauerstoffgehalt (gemessen mit Absorptionsspektrometrie unter Verwendung
eines Infrarot-absorbierenden Analysators der Firma LECO Corporation)
bei der Herstellung der wiederverwerteten Magnete unter Veränderung
des Mischungsverhältnisses des Rohmaterialpulvers zu dem
aus Schrott rückgewonnenen Rohmaterialpulver; und auch
Durchschnittswerte von magnetischen Eigenschaften und Sauerstoffgehalt
der gesinterten Körper S vor der Unterdruck-Dampfbearbeitung.
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Anhand
dieser Tabelle ist zu sehen, dass, falls die gesinterten Körper
S nur mit dem aus Schrott rückgewonnenem Rohmaterialpulver
hergestellt wurden, die Koerzitivkraft nur 16,5 kOe betrug, dass
sich die Koerzitivkraft aber auf den Pegel von 23,5 kOe verbesserte,
wenn die gesinterten Körper der Unterdruck-Dampfbearbeitung
unterworfen wurden. Weiter ist zu sehen, dass sich die Durchschnittswerte
des Sauerstoffgehalts nur um ungefähr 20 ppm erhöhten, und
dass wiederverwertete Hochleistungsmagnete erhalten wurden. Und
weiter ist zu sehen, dass, falls die wiederverwerteten Magnete durch
Mischen geschmolzenen Rohmaterials in das aus Schrott rückgewonnene
Rohmaterial hergestellt wurden, sich die Koerzitivkraft mit einer
Erhöhung des Mischverhältnisses des geschmolzenen
Materials verbesserte, und auch der Sauerstoffgehalt reduziert werden kann.
Als Ergebnis ist zu sehen, dass die wiederverwerteten Magnete, die
durch Anwendung dieser Erfindung regeneriert wurden, auch bei weiterer
oder wiederholter Wiederverwertung effektiv sind.
-
[Kurze Beschreibung der Zeichnung]
-
1 ist
eine schematische Schnittansicht einer Unterdruck-Dampfbearbeitungsvorrichtung zum
Durchführen der Unterdruck-Dampfbearbeitung;
-
2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch das Laden
von gesinterten Magneten und Metall-Verdampfungsmaterialien in einen
Bearbeitungskasten erläutert;
-
3 ist
Schnittansicht, die schematisch einen Querschnitt eines Permanentmagneten
erläutert, der gemäß dieser Erfindung
hergestellt wurde; und
-
4 ist
eine Tabelle, welche die magnetischen Eigenschaften von Permanentmagneten
zeigt, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden.
-
- 1
- Unterdruck-Dampfbearbeitungsvorrichtung
- 2
- Auspumpvorrichtung
- 3
- Unterdruckkammer
- 4
- Heizvorrichtung
- 7
- Bearbeitungskasten
- 71
- Kastenteil
- 72
- Deckelteil
- 8
- Abstandshalter
- 81
- Drahtmaterial
- S
- Schrottmagnet
- M
- wiederverwerteter
Magnet
- v
- Metall-Verdampfungsmaterial
-
Zusammenfassung
-
Bei
den Wiederverwertungsverfahren für gesinterte Magnete gemäß den
herkömmlichen Beispielen ist die Produktivität
gering, da Schrottmagnete durch eine Vielzahl von Verarbeitungsschritten, wie
etwa Lösungsmittelextraktion und dergleichen, wiederverwertet
werden. Da sie außerdem verschieden Arten von Lösungsmitteln
verwenden, wie etwa Flusssäure und dergleichen, fallen
bei ihnen höhere Kosten an. Das Verfahren weist folgende
Schritte auf: Mahlen eines rückgewonnenen Schrottmagneten, der
ein gesinterter Magnet auf Eisen-Bor-Seltenerd-Basis ist, und dadurch
Erhalten eines aus Schrott rückgewonnenen Rohmaterialpulvers;
Erhalten eines gesinterten Körpers aus dem aus Schrott rückgewonnenen
Rohmaterialpulver durch ein pulvermetallurgisches Verfahren; und
Verarbeiten des gesinterten Körpers. Das Verarbeiten enthält
die folgenden Schritte Erwärmen des gesinterten Körpers, der
in einer Bearbeitungskammer angeordnet ist; Verdampfen eines Metall-Verdampfungsmaterials, das
wenigstens einen Vertreter von Dy und Tb enthält, wobei
das Metall-Verdampfungsmaterial in derselben oder in einer anderen
Bearbeitungskammer angeordnet ist; Anheften von in dem Verdampfungsschritt
verdampften Metallatomen an eine Oberfläche des gesinterten
Magneten und dabei Steuern einer Zufuhrmenge der verdampften Metallatome;
und Diffundieren der anhaftenden Metallatome in Korngrenzen und/oder
Korngrenzenphasen des gesinterten Körpers.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2004-6761
A [0009]
- - JP 2004-296973 A [0009]