JP2006097060A - Method for producing rare earth sintered magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系に代表される希土類焼結磁石の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a rare earth sintered magnet typified by an Nd—Fe—B system.
希土類焼結磁石（以下、単に焼結磁石と称する）は、高性能な磁石としてスピーカーやモータ等の機器に広く使用されており、各種電子デバイスの小型化、また、自動車における電子デバイスの増加に伴い益々その需要が増している。一般に磁石は、その配向度が高いほど高い残留磁束密度を示す。通常、異方性を与えるために、成型時には原料粉に磁場を与え、原料粉を配向させたまま圧縮成型を行うことが多い（いわゆる磁場中成型）。 Rare earth sintered magnets (hereinafter, simply referred to as sintered magnets) are widely used in equipment such as speakers and motors as high-performance magnets, and are used to reduce the size of various electronic devices and increase the number of electronic devices in automobiles. Along with this, the demand is increasing. In general, the higher the degree of orientation of the magnet, the higher the residual magnetic flux density. Usually, in order to give anisotropy, a magnetic field is applied to the raw material powder during molding, and compression molding is often performed while the raw material powder is oriented (so-called magnetic field molding).
このとき、磁場に対する原料粉の配向性を向上させるため、原料粉に潤滑剤が加えられることがある。また、焼結磁石は一般に焼結後にスライス等の機械加工が施されるが、焼結後は非常に高い強度となるため、機械加工が容易ではなく、原料粉の成型体の状態で機械加工を行うことが検討されている。その際、加工歩留まりを考慮すると、原料粉の成型体に、十分な成型体強度が要求される。ところが、磁場中成型工程における原料粉の配向性向上のためには、潤滑剤の添加量を増やすことが好ましいが、添加する量が増えると成型体の強度が著しく低下してしまう。
このため、従来、例えば特許文献１に、特別な成分の潤滑剤を添加することにより成型体強度の向上を図る方法が提案されている。
At this time, in order to improve the orientation of the raw material powder with respect to the magnetic field, a lubricant may be added to the raw material powder. Sintered magnets are generally machined after sintering, such as slicing, but after sintering, the strength becomes very high, so machining is not easy, and machining is performed in the form of raw material powder. Is under consideration. At this time, considering the processing yield, the molded body of the raw material powder is required to have sufficient molded body strength. However, in order to improve the orientation of the raw material powder in the molding step in a magnetic field, it is preferable to increase the amount of the lubricant added. However, if the amount added is increased, the strength of the molded body is significantly reduced.
For this reason, conventionally, for example, Patent Document 1 has proposed a method of improving the strength of a molded body by adding a lubricant having a special component.
上記成型体の機械加工を行う場合、高磁気特性と高成型体強度との両立が困難で、磁気特性を優先すると加工歩留まりが低下してしまうことから、加工歩留まりを上げるために磁気特性を低下させなければならなかった。また、上記特許文献１に記載されている方法では、特定の潤滑剤を添加混合する必要があり、潤滑剤が限定されてしまい、他の潤滑剤を使用した場合に成型体強度を向上させることができなかった。 When machining the above molded body, it is difficult to achieve both high magnetic properties and high molded body strength, and if magnetic properties are prioritized, the processing yield will decrease, so the magnetic properties will decrease to increase the processing yield. I had to let it. Moreover, in the method described in the above-mentioned Patent Document 1, it is necessary to add and mix a specific lubricant, the lubricant is limited, and the strength of the molded body is improved when another lubricant is used. I could not.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、潤滑剤にかかわらず成型体強度を向上させて加工歩留まりを上げつつ、磁気特性の低下を防ぐことができる希土類焼結磁石の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a method for producing a rare earth sintered magnet capable of preventing the deterioration of magnetic properties while improving the strength of a molded body regardless of the lubricant and increasing the processing yield. The purpose is to provide.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の希土類焼結磁石の製造方法は、原料合金粉に磁場を印加しかつ加圧成型することにより成型体を得る工程と、成型体に熱処理を施す工程と、熱処理された成型体を機械加工する工程と、機械加工が施された成型体を焼結する工程と、を備え、熱処理を施す工程から焼結する工程まで成型体の取扱いを非酸化性雰囲気中で行うことを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the method for producing a rare earth sintered magnet according to the present invention includes a step of obtaining a molded body by applying a magnetic field to the raw material alloy powder and press molding, a step of heat-treating the molded body, and a heat-treated molded body. A process of machining the molded body and a process of sintering the molded body that has been subjected to the machining, and the molded body is handled in a non-oxidizing atmosphere from the step of performing the heat treatment to the step of sintering. And
この希土類焼結磁石の製造方法では、成型体を機械加工する工程前に、成型体に熱処理を施す工程を導入するので、潤滑剤にかかわらず成型体強度を向上させて加工歩留まりを上げつつ、磁気特性の低下を防ぐことができる。さらに、高温の上記熱処理を施した後に成型体を大気中に取り出すと、保磁力が低下する傾向が見られるが、本発明の希土類焼結磁石の製造方法では、非酸化性雰囲気中で熱処理をした後、成型体を大気中に取り出さずに非酸化性雰囲気中に取り出し、そのまま非酸化性雰囲気中で焼結工程まで行うので、大気中の酸素の影響を受けず、高い温度領域で熱処理しても保磁力の低下を防止することができる。
なお、ここで非酸化性雰囲気とは、真空中及び不活性ガス雰囲気を含むものとする。
In this rare earth sintered magnet manufacturing method, since a step of heat-treating the molded body is introduced before the process of machining the molded body, the molded body strength is improved regardless of the lubricant, and the processing yield is increased. A decrease in magnetic properties can be prevented. Further, when the molded body is taken out into the atmosphere after the high temperature heat treatment, the coercive force tends to decrease. However, in the method for producing a rare earth sintered magnet of the present invention, the heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere. After that, the molded product is taken out into the non-oxidizing atmosphere without taking it out into the atmosphere, and is directly subjected to the sintering process in the non-oxidizing atmosphere, so it is not affected by oxygen in the atmosphere and heat-treated in a high temperature range. However, the decrease in coercive force can be prevented.
Here, the non-oxidizing atmosphere includes a vacuum and an inert gas atmosphere.
また、本発明の希土類焼結磁石の製造方法は、非酸化性雰囲気が不活性ガス雰囲気であることが好ましい。すなわち、この希土類焼結磁石の製造方法では、熱処理した成型体を取り扱う雰囲気としてアルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気を用いるので、低コストで高い非酸化性雰囲気を得ることができる。 In the method for producing a rare earth sintered magnet of the present invention, the non-oxidizing atmosphere is preferably an inert gas atmosphere. That is, in this rare earth sintered magnet manufacturing method, an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen is used as an atmosphere for handling the heat-treated molded body, so that a high non-oxidizing atmosphere can be obtained at low cost.
本発明の希土類焼結磁石の製造方法は、機械加工する工程が成型体をスライス加工する工程であることを特徴とする。すなわち、この希土類焼結磁石の製造方法では、特に成型体強度が要求されるスライス加工前に成型体を熱処理し、非酸化性雰囲気中でスライス加工を行うので、スライス加工でも高い加工歩留まりが得られると共に、保磁力の低下を防ぐことができる。 The rare earth sintered magnet manufacturing method of the present invention is characterized in that the machining step is a step of slicing a molded body. That is, in this rare earth sintered magnet manufacturing method, since the molded body is heat-treated and sliced in a non-oxidizing atmosphere before slicing processing, which particularly requires the strength of the molded body, a high processing yield can be obtained even in slicing. In addition, a reduction in coercive force can be prevented.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る希土類焼結磁石の製造方法によれば、非酸化性雰囲気中で熱処理を施して強度を高めた成型体を非酸化性雰囲気中に取り出して非酸化性雰囲気中で機械加工、焼結工程を行うことにより、高加工歩留まりで寸法精度が高いと共に保磁力が低下しない焼結体を得ることができる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the method for producing a rare earth sintered magnet according to the present invention, a molded body that has been heat-treated in a non-oxidizing atmosphere to increase its strength is taken out in the non-oxidizing atmosphere and machined in the non-oxidizing atmosphere. By performing the sintering process, it is possible to obtain a sintered body that has a high processing yield and high dimensional accuracy and does not have a reduced coercive force.
以下、本発明に係る希土類焼結磁石の製造方法の一実施形態を、図１を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for producing a rare earth sintered magnet according to the present invention will be described with reference to FIG.
本発明は、例えば、希土類焼結磁石、特にＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法に適用することができる。
ここで、本発明における希土類元素（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種以上の元素から選択される。また、Ｔは、Ｆｅ又はＦｅ及びＣｏを含む遷移金属元素から選択される１種又は２種以上の元素から選択される。
The present invention can be applied, for example, to a method for producing a rare earth sintered magnet, particularly an R-T-B sintered magnet.
Here, the rare earth element (R) in the present invention has a concept including Y. Therefore, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb And one or more elements selected from Lu. T is selected from one or more elements selected from transition metal elements including Fe or Fe and Co.
以下、本発明による希土類焼結磁石の製造方法を工程順に説明する。
まず、原料合金は、真空又は不活性ガス、望ましくはアルゴン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、原料金属をアルゴン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。なお、溶解後の偏析を防止するため、例えば水冷銅板に傾注して凝固させることができる。また、還元拡散法によって得られた合金を原料合金として用いることもできる。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得る場合、Ｒ2Ｔ14Ｂ結晶粒を主体とする合金（低Ｒ合金）と、低Ｒ合金よりＲを多く含む合金（高Ｒ合金）とを用いる所謂混合法を本発明に適用することもできる。
Hereinafter, a method for producing a rare earth sintered magnet according to the present invention will be described in the order of steps.
First, 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 an argon atmosphere. In the strip casting method, a molten metal obtained by melting a raw material metal in a non-oxidizing atmosphere such as an argon gas atmosphere is jetted 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. In order to prevent segregation after dissolution, for example, it can be solidified by pouring into a water-cooled copper plate. An alloy obtained by the reduction diffusion method can also be used as a raw material alloy.
When obtaining an RTB-based sintered magnet, a so-called alloy using a R 2 T 14 B crystal grain (low R alloy) and an alloy containing more R than a low R alloy (high R alloy) is used. A mixing method can also be applied to the present invention.
次に、上記原料合金薄板は、図１に示すように、粉砕工程Ｓ１に供される。混合法による場合には、低Ｒ合金及び高Ｒ合金は別々に又は一緒に粉砕される。粉砕工程Ｓ１には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。
まず、粗粉砕工程では、原料合金薄板を、粒径数百μｍ程度になるまで粗粉砕し、粗粉砕粉末（原料合金粉）を得る。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うことが効果的である。水素放出処理は、希土類焼結磁石として不純物となる水素を減少させることを目的として行われる。水素吸蔵のための加熱保持の温度は、２００℃以上、望ましくは３５０℃以上とする。保持時間は、保持温度との関係、原料合金の厚さ等によって変わるが、少なくとも３０分以上、望ましくは１時間以上とする。脱水素処理は、真空中又はアルゴンガスフローにて行う。なお、水素吸蔵処理、脱水素処理は必須の処理ではない。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。
なお、本実施形態では、得られた原料合金薄板を水素粉砕した後、ブラウンミルにて機械的粗粉砕を行い、原料合金粗粉を得る。
Next, the raw material alloy thin plate is subjected to a pulverization step S1, as shown in FIG. In the case of the mixing method, the low R alloy and the high R alloy are pulverized separately or together. The pulverization step S1 includes a coarse pulverization step and a fine pulverization step.
First, in the coarse pulverization step, the raw material alloy thin plate is coarsely pulverized to a particle size of about several hundred μm to obtain a coarsely pulverized powder (raw material alloy powder). 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. The hydrogen releasing treatment is performed for the purpose of reducing hydrogen as an impurity as a rare earth sintered magnet. The heating and holding temperature for storing hydrogen is 200 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher. The holding time varies depending on the relationship with the holding temperature, the thickness of the raw material alloy, etc., but is at least 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer. The dehydrogenation process is performed in a vacuum or with an argon gas flow. Note that the hydrogen storage process and the dehydrogenation process are not essential processes. This hydrogen pulverization can be regarded as coarse pulverization, and mechanical coarse pulverization can be omitted.
In the present embodiment, the obtained raw material alloy thin plate is hydrogen pulverized and then mechanically coarsely pulverized by a brown mill to obtain raw material alloy coarse powder.
粗粉砕工程後、微粉砕工程に移る。このとき、微粉砕工程における粉砕性の向上を目的として、潤滑剤を添加するのが好ましい。この潤滑剤としては、オレイン酸アミドやステアリン酸アミドのような直鎖脂肪酸、もしくはビスアミド、金属石鹸等がある。この潤滑剤は、成型時の潤滑及び配向性を向上する機能を兼ねることもできるため、重合度の小さい脂肪酸又は脂肪酸の誘導体を用いる。好ましくは重合度が１００以下である。 After the coarse pulverization process, the process proceeds to the fine pulverization process. At this time, it is preferable to add a lubricant for the purpose of improving grindability in the fine grinding step. Examples of the lubricant include linear fatty acids such as oleic acid amide and stearic acid amide, bisamide, and metal soap. Since this lubricant can also have a function of improving lubrication and orientation during molding, a fatty acid or a derivative of fatty acid having a low degree of polymerization is used. The degree of polymerization is preferably 100 or less.
微粉砕には主にジェットミルが用いられ、粗粉砕粉末を微粉砕することで、平均粒径２．５〜６μｍ、望ましくは３〜５μｍの微粉砕粉末（粉砕粉）を得る。ジェットミル（気流式粉砕機）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。 A jet mill is mainly used for fine pulverization, and fine pulverized powder (pulverized powder) having an average particle diameter of 2.5 to 6 μm, desirably 3 to 5 μm is obtained by finely pulverizing the coarsely pulverized powder. A jet mill (airflow type pulverizer) generates a high-speed gas flow by opening a high-pressure inert gas through a narrow nozzle, accelerates the coarsely pulverized powder with this high-speed gas flow, This is a method of crushing by generating a collision with a target or a container wall.
なお、混合法による場合、２種の合金の混合のタイミングは限定されるものではないが、微粉砕工程において低Ｒ合金及び高Ｒ合金を別々に粉砕した場合には、微粉砕された低Ｒ合金粉末及び高Ｒ合金粉末を窒素雰囲気中で混合する。低Ｒ合金粉末及び高Ｒ合金粉末の混合比率は、重量比で８０：２０〜９７：３程度とすればよい。低Ｒ合金及び高Ｒ合金を一緒に粉砕する場合の混合比率も同様である。 In the case of the mixing method, the timing of mixing the two kinds of alloys is not limited. However, when the low R alloy and the high R alloy are separately pulverized in the pulverization step, the pulverized low R The alloy powder and the high R alloy powder are mixed in a nitrogen atmosphere. The mixing ratio of the low R alloy powder and the high R alloy powder may be about 80:20 to 97: 3 by weight. The mixing ratio when the low R alloy and the high R alloy are pulverized together is the same.
以上のようにして得られた粉砕粉は、金型キャビティに充填され、磁場中成型を行う成型工程Ｓ２に供される。
磁場中成型における成型圧力は０．３〜３ｔｏｎ／ｃｍ2（３０〜３００ＭＰａ）の範囲とすればよい。成型圧力は成型開始から終了まで一定であってもよく、漸増または漸減してもよく、あるいは不規則変化してもよい。成型圧力が低いほど配向性は良好となるが、成型圧力が低すぎると成型体の強度が不足してハンドリングに問題が生じるので、この点を考慮して上記範囲から成型圧力を選択する。磁場中成型で得られる成型体の最終的な相対密度は、通常、５０〜６０％である。
また、印加する磁場は、１２〜２０ｋＯｅ（９６０〜１６００ｋＡ／ｍ）程度とすればよい。また、印加する磁場は静磁場に限定されず、パルス状の磁場とすることもできる。また、静磁場とパルス状磁場を併用することもできる。
The pulverized powder obtained as described above is filled in a mold cavity and used for a molding step S2 in which molding is performed in a magnetic field.
The molding pressure in the magnetic field molding may be in the range of 0.3 to 3 ton / cm 2 (30 to 300 MPa). The molding pressure may be constant from the beginning to the end of molding, may increase or decrease gradually, or may vary irregularly. The lower the molding pressure is, the better the orientation is. However, if the molding pressure is too low, the strength of the molded body is insufficient and handling problems occur. Therefore, the molding pressure is selected from the above range in consideration of this point. The final relative density of the molded body obtained by molding in a magnetic field is usually 50 to 60%.
The applied magnetic field may be about 12 to 20 kOe (960 to 1600 kA / m). Further, the applied magnetic field is not limited to a static magnetic field, and may be a pulsed magnetic field. A static magnetic field and a pulsed magnetic field can also be used in combination.
次に、この成型体に、非酸化性雰囲気中で５時間以内、強度向上のための熱処理を施す（熱処理工程Ｓ３）。このとき、熱処理温度は、２００℃以上に設定しておく。なお、２００℃以上としたのは、２００℃未満で熱処理を行うと、十分な強度向上効果が得られないためである。さらに、５時間以下の熱処理を行うとしたのは、少なくとも５時間の熱処理を行えば、それより長時間の熱処理を行った場合と同等の十分な強度向上を得ることができるためである。なお、スループットをさらに向上させるためには、１時間の熱処理を行うことが好ましい。
また、この熱処理は、非酸化性雰囲気（低酸素雰囲気）として酸素濃度１００００ｐｐｍ以下の真空中又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行う。
Next, this molded body is subjected to heat treatment for strength improvement within 5 hours in a non-oxidizing atmosphere (heat treatment step S3). At this time, the heat treatment temperature is set to 200 ° C. or higher. The reason why the temperature is set to 200 ° C. or higher is that a sufficient strength improvement effect cannot be obtained when heat treatment is performed at a temperature lower than 200 ° C. Further, the reason for performing the heat treatment for 5 hours or less is that if the heat treatment is performed for at least 5 hours, sufficient strength improvement equivalent to the case of performing the heat treatment for a longer time can be obtained. In order to further improve the throughput, it is preferable to perform heat treatment for one hour.
In addition, this heat treatment is performed as a non-oxidizing atmosphere (low oxygen atmosphere) in a vacuum having an oxygen concentration of 10,000 ppm or less or in an inert gas atmosphere such as argon.
上記熱処理工程Ｓ３の後、この成型体をスライス加工等の機械加工によって所望の形状とする（加工工程Ｓ４）。この際、成型体は、大気中に取り出さず、真空又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で取扱い、上記加工工程Ｓ４を得て、そのまま次の焼結工程Ｓ５まで非酸化性雰囲気中で取り扱う。なお、真空状態とするよりも容易に非酸化性雰囲気が得られるアルゴン等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
なお、この機械加工は、スライス加工、輪郭加工、等が適用され、その加工方法は特に限定されない。また使用する装置は、例えばスライス加工の場合、メタルソーあるいはワイヤーソー、等を用い、その装置は特に限定されない。
After the heat treatment step S3, the molded body is formed into a desired shape by machining such as slicing (processing step S4). At this time, the molded body is not taken out into the atmosphere, but is handled in an inert gas atmosphere such as vacuum or argon, the processing step S4 is obtained, and is directly handled in a non-oxidizing atmosphere until the next sintering step S5. Note that it is preferable to use an inert gas atmosphere such as argon that can easily obtain a non-oxidizing atmosphere rather than a vacuum state.
In addition, slice processing, contour processing, etc. are applied to this machining, and the processing method is not particularly limited. Moreover, the apparatus to be used uses, for example, a metal saw or a wire saw in the case of slicing, and the apparatus is not particularly limited.
次に、上記加工が施された成型体を、焼結処理する（焼結工程Ｓ５）。この際の焼結温度は、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、真空中で、１０００〜１２００℃で１〜１０時間程度焼結すればよい。
焼結後には、得られた焼結体に時効処理を施すことができる。この工程は、保磁力を制御する重要な工程である。時効処理を２段に分けて行う場合には、８００℃近傍、６００℃近傍での所定時間の保持が有効である。８００℃近傍での熱処理を焼結後に行うと、保磁力が増大するため、混合法においては特に有効である。また、６００℃近傍の熱処理で保磁力が大きく増加するため、時効処理を１段で行う場合には、６００℃近傍の時効処理を施すとよい。
Next, the molded body subjected to the above processing is sintered (sintering step S5). The sintering temperature at this time needs to be adjusted according to various conditions such as composition, pulverization method, difference in average particle size and particle size distribution, etc., but is sintered at 1000 to 1200 ° C. for about 1 to 10 hours in a vacuum. That's fine.
After sintering, the obtained sintered body can be subjected to an aging treatment. This step is an important step for controlling the coercive force. In the case where the aging treatment is performed in two stages, it is effective to hold for a predetermined time in the vicinity of 800 ° C. and 600 ° C. When the heat treatment in the vicinity of 800 ° C. is performed after sintering, the coercive force increases, which is particularly effective in the mixing method. In addition, since the coercive force is greatly increased by heat treatment at around 600 ° C., when the aging treatment is performed in one stage, the aging treatment at around 600 ° C. is preferably performed.
このように本実施形態では、予め熱処理を施して強度を高めた成型体を機械加工することにより、加工歩留まりの向上と磁気特性の低下防止とを図ることができる。
また、非酸化性雰囲気中での熱処理後に成型体を大気中に取り出さずに非酸化性雰囲気中に取り出し、そのまま非酸化性雰囲気中で焼結工程Ｓ５まで行うので、高い温度領域で熱処理しても保磁力の低下を防止することができる。すなわち、熱処理により成型体の表面が活性化しているために、そのまま大気中に成型体を取り出すと、粉末表面が酸化して保磁力の低下を招いていたと考えられるが、本実施形態では、非酸化性雰囲気中に成型体を取り出すことにより、大気中の酸素の影響を受けず、表面酸化を防いで保磁力の低下を防止することができる。したがって、成型体の熱処理及び非酸化性雰囲気中での取り扱いにより、高磁気特性、すなわち高残留磁化と高保磁力とを満たしつつ、成型体の高強度化を図ることができ、機械加工歩留まりを向上させることができる。
As described above, in this embodiment, it is possible to improve the processing yield and prevent the magnetic characteristics from being lowered by machining the molded body that has been heat-treated in advance to increase the strength.
Further, after the heat treatment in the non-oxidizing atmosphere, the molded body is taken out in the non-oxidizing atmosphere without being taken out into the air and is directly subjected to the sintering step S5 in the non-oxidizing atmosphere. The coercive force can be prevented from decreasing. That is, since the surface of the molded body is activated by the heat treatment, it is considered that when the molded body is taken out into the atmosphere as it is, the powder surface is oxidized and the coercive force is reduced. By taking out the molded body in an oxidizing atmosphere, it is possible to prevent the surface oxidation from being reduced and the coercive force from being lowered without being affected by oxygen in the atmosphere. Therefore, by heat treatment of the molded body and handling in a non-oxidizing atmosphere, it is possible to increase the strength of the molded body while satisfying high magnetic properties, that is, high remanent magnetization and high coercive force, and improve the machining yield. Can be made.
なお、本発明の技術範囲は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石では、希土類元素（Ｒ）を２５〜３７ｗｔ％含有するが、Ｒの量が２５ｗｔ％未満であると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相となるＲ2Ｔ14Ｂ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Ｒ2Ｔ14Ｂ相の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。したがって、Ｒの量は２５〜３７ｗｔ％とする。望ましいＲの量は２８〜３５ｗｔ％、さらに望ましいＲの量は２９〜３３ｗｔ％である。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the RTB-based sintered magnet of the above embodiment contains 25 to 37 wt% of the rare earth element (R), but if the amount of R is less than 25 wt%, the RTB-based sintered magnet The R 2 T 14 B phase, which is the main phase of the magnet, is not sufficiently generated, and α-Fe having soft magnetism is precipitated, and the coercive force is significantly reduced. On the other hand, when R exceeds 37 wt%, the volume ratio of the R 2 T 14 B phase, which is the main phase, decreases, and the residual magnetic flux density decreases. Therefore, the amount of R is set to 25 to 37 wt%. A desirable amount of R is 28 to 35 wt%, and a more desirable amount of R is 29 to 33 wt%.
また、このＲ−Ｔ−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。
このＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｃｏを２．０ｗｔ％以下（０を含まず）、望ましくは０．１〜１．０ｗｔ％、さらに望ましくは、０．３〜０．７ｗｔ％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に効果がある。
The RTB-based sintered magnet 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%.
This RTB-based sintered magnet contains Co of 2.0 wt% or less (excluding 0), desirably 0.1 to 1.0 wt%, and more desirably 0.3 to 0.7 wt%. can do. Co forms the same phase as Fe, but is effective in improving the Curie temperature and improving the corrosion resistance of the grain boundary phase.
また、このＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種を０．０２〜０．５ｗｔ％の範囲で含有することができる。この範囲でＡｌ及びＣｕの１種又は２種を含有させることにより、得られるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の高保磁力化、高耐食性化、温度特性の改善が可能となる。Ａｌを添加する場合において、望ましいＡｌの量は０．０３〜０．３ｗｔ％、さらに望ましいＡｌの量は、０．０５〜０．２５ｗｔ％である。また、Ｃｕを添加する場合において、望ましいＣｕの量は０．１５ｗｔ％以下（０を含まず）、さらに望ましいＣｕの量は０．０３〜０．１２ｗｔ％である。
さらに、このＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、他の元素の含有を許容する。例えば、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。特に磁気特性を害する酸素は、その量を５０００ｐｐｍ以下、さらには３０００ｐｐｍと以下とすることが望ましい。酸素量が多いと非磁性成分である希土類酸化物相が増大して、磁気特性を低下させるからである。
The RTB-based sintered magnet can contain one or two of Al and Cu in the range of 0.02 to 0.5 wt%. By containing one or two of Al and Cu in this range, it is possible to increase the coercive force, the corrosion resistance, and the temperature characteristics of the obtained R-T-B sintered magnet. In the case of adding Al, the desirable amount of Al is 0.03 to 0.3 wt%, and the more desirable amount of Al is 0.05 to 0.25 wt%. Further, in the case of adding Cu, the desirable amount of Cu is 0.15 wt% or less (not including 0), and the more desirable amount of Cu is 0.03 to 0.12 wt%.
Furthermore, this RTB-based sintered magnet allows the inclusion of other elements. For example, elements such as 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. In particular, the amount of oxygen that impairs magnetic properties is preferably 5000 ppm or less, more preferably 3000 ppm or less. This is because when the amount of oxygen is large, the rare-earth oxide phase, which is a nonmagnetic component, increases and the magnetic properties are deteriorated.
本発明は、上記したようなＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に限らず、他の希土類焼結磁石に適用することも可能である。例えば、Ｒ−Ｃｏ系焼結磁石に本発明を適用することもできる。
Ｒ−Ｃｏ系焼結磁石は、Ｒと、Ｆｅ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｒから選ばれる１種以上の元素と、Ｃｏとを含有する。この場合、望ましくはさらにＣｕまたは、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、ＴｉおよびＶから選ばれる１種以上の元素を含有し、特に望ましくはＣｕと、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、ＴｉおよびＶから選ばれる１種以上の元素とを含有する。これらのうち特に、ＳｍとＣｏとの金属間化合物、望ましくはＳｍ2Ｃｏ17金属間化合物を主相とし、粒界にはＳｍＣｏ5系を主体とする副相が存在する。具体的組成は、製造方法や要求される磁気特性等に応じて適宜選択すればよいが、例えば、Ｒ：２０〜３０ｗｔ％、特に２２〜２８ｗｔ％程度、Ｆｅ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｒの１種以上：１〜３５ｗｔ％程度、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、ＴｉおよびＶの１種以上：０〜６ｗｔ％、特に０．５〜４ｗｔ％程度、Ｃｕ：０〜１０ｗｔ％、特に１〜１０ｗｔ％程度、Ｃｏ：残部の組成が望ましい。
以上、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石、Ｒ−Ｃｏ系焼結磁石について言及したが、本発明は他の希土類焼結磁石への適用を妨げるものではない。
The present invention is not limited to the R-T-B based sintered magnet as described above, but can be applied to other rare earth sintered magnets. For example, the present invention can be applied to an R—Co based sintered magnet.
The R—Co based sintered magnet contains R, one or more elements selected from Fe, Ni, Mn, and Cr, and Co. In this case, it preferably further contains Cu or one or more elements selected from Nb, Zr, Ta, Hf, Ti and V, and particularly preferably from Cu and Nb, Zr, Ta, Hf, Ti and V. Containing one or more selected elements. Among these, an intermetallic compound of Sm and Co, preferably an Sm 2 Co 17 intermetallic compound, is the main phase, and a subphase mainly composed of SmCo 5 exists at the grain boundary. The specific composition may be appropriately selected according to the production method, required magnetic characteristics, and the like. For example, R: 20 to 30 wt%, particularly about 22 to 28 wt%, Fe, Ni, Mn, and Cr Above: about 1 to 35 wt%, one or more of Nb, Zr, Ta, Hf, Ti and V: 0 to 6 wt%, especially about 0.5 to 4 wt%, Cu: 0 to 10 wt%, especially 1 to 10 wt% To the extent, Co: the balance composition is desirable.
The R-T-B sintered magnet and the R-Co sintered magnet have been described above, but the present invention does not prevent application to other rare earth sintered magnets.
本発明に係る希土類焼結磁石の製造方法において、実際に上記熱処理工程Ｓ３を施した成型体の強度、焼結後の磁気特性及び加工歩留まりを調べた。
まず、実施例として用いた原料合金の組成は、Ｎｄ２４．５ｗｔ％、Ｐｒ６．０ｗｔ％、Ｄｙ１．８ｗｔ％、Ｃｏ０．５ｗｔ％、Ａｌ０．２ｗｔ％、Ｃｕ０．０７ｗｔ％、Ｂ１．０ｗｔ％、残部Ｆｅとした。この組成となるように原料となる金属あるいは合金を配合し、ストリップキャスト法により原料合金薄板を溶解、鋳造した。
次に、得られた原料合金粗粉を粉砕工程Ｓ１に供した。すなわち、得られた原料合金薄板を水素粉砕した後、ブラウンミルにて機械的粗粉砕を行い、原料合金粗粉を得た。この原料合金粗粉に粉砕助剤の有機物として、ステアリン酸亜鉛を０．１０ｗｔ％添加し、ジェットミルを使用して高圧窒素ガス雰囲気中で平均粒径（Ｄ５０）＝４．０μｍとなるように微粉砕を行い、希土類合金粉（粉砕粉）とした。
In the method for producing a rare earth sintered magnet according to the present invention, the strength, the magnetic properties after sintering, and the processing yield of the molded body actually subjected to the heat treatment step S3 were examined.
First, the composition of the raw material alloy used as an example is Nd 24.5 wt%, Pr 6.0 wt%, Dy 1.8 wt%, Co 0.5 wt%, Al 0.2 wt%, Cu 0.07 wt%, B 1.0 wt%, and the balance Fe. It was. A raw material metal or alloy was blended so as to have this composition, and a raw material alloy thin plate was melted and cast by a strip casting method.
Next, the obtained raw material alloy coarse powder was subjected to pulverization step S1. That is, after the obtained raw material alloy thin plate was hydrogen pulverized, mechanical coarse pulverization was performed with a brown mill to obtain raw material alloy coarse powder. To this raw material alloy coarse powder, 0.10 wt% of zinc stearate is added as an organic substance of a grinding aid, and the average particle diameter (D50) is set to 4.0 μm in a high-pressure nitrogen gas atmosphere using a jet mill. Finely pulverized to obtain rare earth alloy powder (ground powder).
この上記希土類合金粉を、１．４ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で成型して成型体とした。このときの印加した磁場は、１４ＫＯｅである。この成型体の寸法は、成型体強度測定用でおよそ２０×１８×６．５ｍｍ、磁気特性測定用で２０×１８×１２ｍｍ、成型体加工用で４０×４０×４０ｍｍとした。
次に、この成型体を、熱処理工程Ｓ３として真空中かつ２５０℃で１時間の熱処理を行った。そして、熱処理工程Ｓ３の後、アルゴン雰囲気中に成型体を取り出し、大気に触れない状態で、その後、成型体加工装置内に搬送した。なお、同様にして熱処理後に取り出した成型体について、その強度を窒素雰囲気中で測定した。測定条件としては、荷重点及び支点ロール半径３ｍｍ、支点間距離１０ｍｍ、サンプル数ｎ＝１０として抗折強度の測定を行った。なお、荷重点移動速度は、０．５ｍｍ／ｍｉｎとした。また、熱処理工程Ｓ３を施して上記と同様に成型体をアルゴン雰囲気中で取扱い、１０５０℃で焼結し、得られた焼結体表面を研削し直方体の試料とした。この試料をＢＨトレーサを用いて磁気特性を評価した。
This rare earth alloy powder was molded at a pressure of 1.4 ton / cm 2 to obtain a molded body. The applied magnetic field at this time is 14 KOe. The dimensions of this molded body were approximately 20 × 18 × 6.5 mm for measuring the molded body strength, 20 × 18 × 12 mm for measuring magnetic properties, and 40 × 40 × 40 mm for processing the molded body.
Next, this molded body was heat-treated in a vacuum at 250 ° C. for 1 hour as a heat treatment step S3. And after heat processing process S3, the molded object was taken out in argon atmosphere, and it conveyed in the molded object processing apparatus after that in the state which does not touch air | atmosphere. Similarly, the strength of the molded body taken out after the heat treatment was measured in a nitrogen atmosphere. As the measurement conditions, the bending strength was measured with a load point and fulcrum roll radius of 3 mm, a distance between fulcrums of 10 mm, and the number of samples n = 10. The load point moving speed was 0.5 mm / min. In addition, the heat treatment step S3 was performed, the molded body was handled in an argon atmosphere in the same manner as described above, sintered at 1050 ° C., and the surface of the obtained sintered body was ground to obtain a rectangular parallelepiped sample. This sample was evaluated for magnetic properties using a BH tracer.
さらに、熱処理工程Ｓ３後の成型体について、加工工程Ｓ４後の加工歩留まりについて評価した。すなわち、熱処理工程Ｓ３後の４０×４０×４０ｍｍの成型体を、加工工程Ｓ４において幅約５ｍｍとなるようにスライス加工を施し、その際に表面の加工割れ（クラック）あるいはエッジ部分の欠けが生じた分割成型体数を分割成型体総数で割った値を、加工歩留まりとして定義し、評価した。なお、上記スライス加工は、上記寸法の成型体を固定し、厚み０．５ｍｍのメタルソーを１０００ｒｐｍの速度で回転させながら１ｃｍ／ｓｅｃの速度で移動させることで行った。なお、上記メタルソーの少なくとも切断部分は、窒素雰囲気で満たされており、成型体が大気に直接触れない構造となっている。また、加工割れ及び欠けの有無は、成型体切断後に肉眼で判断し、割れ・欠けが生じた成型体数を成型体総数で割った値を加工歩留まりとして定義している。 Furthermore, the processing yield after the processing step S4 was evaluated for the molded body after the heat treatment step S3. That is, the 40 × 40 × 40 mm molded body after the heat treatment step S3 is sliced so as to have a width of about 5 mm in the processing step S4, and at that time, surface processing cracks or chipping of the edge portion occurs. A value obtained by dividing the number of divided molded bodies by the total number of divided molded bodies was defined as a processing yield and evaluated. The slicing was performed by fixing a molded body having the above dimensions and moving a metal saw having a thickness of 0.5 mm at a speed of 1 cm / sec while rotating at a speed of 1000 rpm. It should be noted that at least a cut portion of the metal saw is filled with a nitrogen atmosphere, so that the molded body does not directly touch the atmosphere. The presence or absence of processing cracks and chips is determined with the naked eye after cutting the molded body, and the value obtained by dividing the number of molded bodies with cracks / chips divided by the total number of molded bodies is defined as the processing yield.
これら成型体強度測定、磁気特性測定（残留磁束密度、保磁力）及び焼結体酸素量分析、加工歩留まり評価の結果を、表１に示す。
なお、上記成型体強度、磁気特性（残留磁束密度、保磁力）及び焼結体酸素量分析、加工歩留まりについて、比較例１として、熱処理工程Ｓ３を施さない従来方法で作製した成型体の場合（他の製造条件は同じ）についても、同様に測定及び評価を行った。
また、比較例２として、２５０℃で熱処理工程Ｓ３を行った後、大気中に成型体を取り出し、その後、成型体加工装置内に搬送し、スライス加工を行った場合（他の製造条件は同じ）についても、同様に測定及び評価を行った。これら比較例１，２の結果も表１に示す。
Table 1 shows the results of measurement of the strength of the molded body, measurement of magnetic characteristics (residual magnetic flux density, coercive force), oxygen content analysis of the sintered body, and evaluation of the processing yield.
In addition, about the said molded object strength, a magnetic characteristic (residual magnetic flux density, coercive force), a sintered compact oxygen amount analysis, and a process yield, as a comparative example 1, the case of the molded object produced by the conventional method which does not give heat processing process S3 ( The same measurement and evaluation were performed for other production conditions.
Moreover, as Comparative Example 2, after performing the heat treatment step S3 at 250 ° C., the molded product is taken out into the atmosphere, and then transferred into the molded product processing apparatus to perform slicing (other manufacturing conditions are the same) ) Was similarly measured and evaluated. The results of Comparative Examples 1 and 2 are also shown in Table 1.
上記測定結果から、熱処理工程Ｓ３を施した本発明の実施例は、熱処理工程Ｓ３を施していない比較例１に比べて熱処理後の成型体強度が倍以上向上していることが分かる。また、本実施例では、スライス加工を行った際の加工歩留まりも、比較例１に比べて向上していることが分かる。また、比較例２においては、成型体強度が高いために加工歩留まりは高く、残留磁束密度の低下はほとんど認められないが、成型体の酸化に起因する焼結体酸素量の増加により著しい保磁力の低下が認められるのに対し、本実施例では、保磁力が低下していないことが分かる。 From the above measurement results, it can be seen that the example of the present invention that has undergone the heat treatment step S3 has improved the strength of the molded body after the heat treatment by more than double that of Comparative Example 1 that has not undergone the heat treatment step S3. Further, in this example, it can be seen that the processing yield when slicing is also improved as compared with Comparative Example 1. Further, in Comparative Example 2, since the strength of the molded body is high, the processing yield is high, and a decrease in the residual magnetic flux density is hardly observed. However, in this example, it can be seen that the coercive force is not reduced.
また、熱処理工程Ｓ３の熱処理温度を変えた場合の成型体強度（抗折強度）について、図２に示す。この測定結果から、熱処理温度が高いほど成型体強度が増大していることが分かる。 FIG. 2 shows the strength of the molded body (bending strength) when the heat treatment temperature in the heat treatment step S3 is changed. From this measurement result, it can be seen that the strength of the molded body increases as the heat treatment temperature increases.
さらに、熱処理工程Ｓ３の熱処理温度を変えた場合の保磁力（ＨｃＪ）について、熱処理工程Ｓ３後の取り出しをアルゴン雰囲気中と大気中との場合で測定した結果を図３に示す。
この測定結果から、大気中に取り出した場合、熱処理温度が高いほど保磁力（ＨｃＪ）が低下することが分かるが、アルゴン雰囲気中に取り出した場合、熱処理温度にかかわらず保磁力（ＨｃＪ）が低下していないことが分かる。
Furthermore, FIG. 3 shows the results of measuring the coercive force (HcJ) when the heat treatment temperature in the heat treatment step S3 is changed in the case of the argon atmosphere and the air taken out after the heat treatment step S3.
From this measurement result, it can be seen that the coercive force (HcJ) decreases as the heat treatment temperature increases when the sample is taken out into the atmosphere, but the coercive force (HcJ) decreases regardless of the heat treatment temperature when taken out in an argon atmosphere. You can see that they are not.
Ｓ１…粉砕工程、Ｓ２…成型工程、Ｓ３…熱処理工程、Ｓ４…加工工程、Ｓ５…焼結工程 S1 ... Crushing step, S2 ... Molding step, S3 ... Heat treatment step, S4 ... Processing step, S5 ... Sintering step
Claims (3)
前記成型体に熱処理を施す工程と、
前記熱処理された前記成型体を機械加工する工程と、
前記機械加工が施された前記成型体を焼結する工程と、
を備え、
前記熱処理を施す工程から前記焼結する工程まで前記成型体の取扱いを非酸化性雰囲気中で行うことを特徴とする希土類焼結磁石の製造方法。 A step of obtaining a molded body by applying a magnetic field to the raw material alloy powder and performing pressure molding;
Applying heat treatment to the molded body;
Machining the heat-treated molded body;
Sintering the molded body subjected to the machining;
With
A method for producing a rare earth sintered magnet, wherein the molded body is handled in a non-oxidizing atmosphere from the heat treatment step to the sintering step.
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