JP2007158030A - 希土類系永久磁石およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 磁石の表面にCu,Ni,Al,Znから選ばれる少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金からなる下地被膜を介して水素含有非晶質カーボン被膜を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
ところで、近頃、希土類系永久磁石の使用分野は拡大の一途を辿っており、それに伴い、磁石に求められる特性も多様化し、耐食性、絶縁性、他材との接着性などの他、部品への組み込み時に要求される寸法精度、耐摩耗性、ヒートサイクル性、濡れ性、耐水素性などについても優れた特性が要求されるようになりつつある。
しかしながら、既存の技術をもってしては、このような要求を満足させることは残念ながら困難である。例えば、従来の湿式電気めっき法により形成されるNiめっき被膜は、優れた耐食性を有するが耐摩耗性は十分なものではない。また、濡れ性に劣るので、接着剤との間で強い接着性を確保することができないことから、磁石をモータや電子部品などの各種部品に組み込んだ際に接着剥がれを起こすことがある。また、Crめっき被膜やNi−P合金めっき被膜などは、耐摩耗性に優れるがヒートサイクル性は十分なものではなく、温度変化の激しい場所で長期間用いた場合、被膜にクラックが発生する場合がある。さらに、Crめっき被膜は、昨今の環境保護の観点からも問題があると言わざるを得ない。また、これらの金属めっき被膜では、水素液化システムなどにおける高温高圧水素環境下(例えば温度50℃以上×水素分圧0.1MPa以上)での耐水素性を確保することはできない。また、TiN被膜などの金属窒化物被膜は、優れた耐食性や耐摩耗性を有するがヒートサイクル性や濡れ性や耐水素性に劣る。
また、請求項2記載の希土類系永久磁石は、請求項1記載の希土類系永久磁石において、水素含有非晶質カーボン被膜の膜厚が0.1μm〜25μmであることを特徴とする。
また、請求項3記載の希土類系永久磁石は、請求項1または2記載の希土類系永久磁石において、下地被膜の膜厚が0.01μm〜15μmであることを特徴とする。
また、請求項4記載の希土類系永久磁石は、請求項1乃至3のいずれかに記載の希土類系永久磁石において、下地被膜が2層以上存在することを特徴とする。
また、請求項5記載の希土類系永久磁石は、請求項1乃至4のいずれかに記載の希土類系永久磁石において、下地被膜と水素含有非晶質カーボン被膜との間にTi,Si,W,Crから選ばれる少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金からなる中間被膜を有することを特徴とする。
また、請求項6記載の希土類系永久磁石は、請求項5記載の希土類系永久磁石において、中間被膜の膜厚が0.005μm〜3μmであることを特徴とする。
また、本発明の耐食性、耐摩耗性、ヒートサイクル性、濡れ性、耐水素性に優れる希土類系永久磁石の製造方法は、請求項7記載の通り、磁石の表面にCu,Ni,Al,Znから選ばれる少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金からなる下地被膜を形成した後、または、下地被膜を形成してからさらにその表面にTi,Si,W,Crから選ばれる少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金からなる中間被膜を形成した後、その表面にプラズマCVD法により水素含有非晶質カーボン被膜を形成することを特徴とする。
また、請求項8記載の製造方法は、請求項7記載の製造方法において、原料ソースとして水素化炭素ガスを用いて水素含有非晶質カーボン被膜を形成することを特徴とする。
また、請求項9記載の製造方法は、請求項7または8記載の製造方法において、下地被膜を湿式電気めっき法または気相蒸着法により形成することを特徴とする。
また、請求項10記載の製造方法は、請求項7乃至9のいずれかに記載の製造方法において、中間被膜をプラズマCVD法により形成することを特徴とする。
(工程1)
以下の条件で磁石体試験片の表面に第一下地被膜として膜厚2μmのNiめっき被膜を形成した。
液組成 硫酸ニッケル・6水和物 130g/L
クエン酸二アンモニウム 60g/L
ホウ酸 15g/L
塩化アンモニウム 15g/L
サッカリンナトリウム 8g/L
液温 50℃
pH 6.0(アンモニア水で調整)
電流密度 0.5A/dm2
処理時間 24分
次に、以下の条件でNiめっき被膜の表面に第二下地被膜として膜厚7μmのパルスCuめっき被膜を形成した。
液組成 硫酸銅・5水和物 75g/L
エチレンジアミン四酢酸・2ナトリウム・2水和物
186g/L
硫酸ナトリウム 71g/L
酒石酸ナトリウム・2水和物 23g/L
エタノールアミン 4.2mL/L
液温 60℃
pH 11.5(水酸化ナトリウムで調整)
CDmax 5A/dm2
CDmin 0A/dm2
Ton 4ms
Toff 6ms
処理時間 52分
次に、以下の条件でパルスCuめっき被膜の表面に第三下地被膜として膜厚15μmのCuめっき被膜を形成した。
液組成 ピロリン酸銅 95g/L
ピロリン酸カリウム 360g/L
アンモニア水 2mL/L
ピロブライトPY−61 0.3mL/L
液温 55℃
pH 8.5
電流密度 3.0A/dm2
処理時間 70分
続いて、図1に概略構成を示すプラズマCVD装置の真空処理室内の基板支持台上に、表面に第一下地被膜〜第三下地被膜を形成した磁石体試験片を載置した後、原料ソースとしてトリメチルチタンを用い、原料ソースのガス圧50mTorr、基板温度200℃の条件で30分間処理を行い、中間被膜として膜厚0.1μmのTi被膜を第三下地被膜であるCuめっき被膜の表面に形成した。
最後に、図1に概略構成を示すプラズマCVD装置の真空処理室内の基板支持台上に、表面に第一下地被膜〜第三下地被膜と中間被膜を形成した磁石体試験片を載置した後、原料ソースとしてメタンガスを用い、原料ソースのガス圧50mTorr、基板温度100℃の条件で2時間処理を行い、膜厚2μmの非晶質水素含有カーボン被膜を中間被膜であるTi被膜の表面に形成し、実施例(本発明)の希土類系永久磁石を得た。形成された非晶質水素含有カーボン被膜が非晶質であることはX線回折で確認した。被膜中の水素含有量をFTIRで測定したところ30mol%であった。被膜のビッカース硬度は850であった(加重25gf)。
実施例1と同様にして表面に第一下地被膜〜第三下地被膜を形成した磁石体試験片に対し、磁石体試験片温度350℃、バイアス電圧−100V、アーク電流100mA、窒素ガス1Paの条件で、ターゲットとして金属Tiを用いたアークイオンプレーティング法を2時間行い、第三下地被膜の表面に膜厚2μmのTiN被膜を形成し、比較例の希土類系永久磁石を得た。
実施例1と同様にして表面に第一下地被膜を形成した磁石体試験片に対し、実施例1の工程2で用いためっき液を用いて電流密度2.0A/dm2で35分間処理を行い、第一下地被膜の表面に膜厚5μmのCuめっき被膜を形成した。次に、以下の条件でCuめっき被膜の表面に膜厚3μmのNiめっき被膜をバレル法により形成し、比較例の希土類系永久磁石を得た。
液組成 硫酸ニッケル・6水和物 300g/L
塩化ニッケル・6水和物 50g/L
ホウ酸 20g/L
サッカリンナトリウム 8g/L
1,3,6ナフタレンスルホン酸ナトリウム
0.5g/L
液温 50℃
pH 4.0(炭酸ニッケルで調整)
電流密度 0.15A/dm2
処理時間 45分
実施例1、比較例1、比較例2の希土類系永久磁石に対し、温度80℃×相対湿度90%の条件下に1000時間放置する耐食性試験を行ったところ、いずれの磁石にも発錆は観察されず、耐食性に優れることがわかった。
実施例1、比較例1、比較例2の希土類系永久磁石に対し、JIS K 5600−5−10記載の試験片往復法により耐磨耗性の評価を行ったところ、実施例1の磁石の非晶質水素含有カーボン被膜と比較例1の磁石のTiN被膜については表面に傷は認められず、耐磨耗性に優れることがわかった。一方、比較例2の磁石のNiめっき被膜については表面に傷およびクラックが認められ、耐摩耗性に劣ることがわかった。
実施例1、比較例1、比較例2の希土類系永久磁石に対し、−40℃〜120℃のヒートサイクルを500サイクル行ったところ、実施例1の磁石の非晶質水素含有カーボン被膜と比較例2の磁石のNiめっき被膜については表面に異常は認められず、ヒートサイクル性に優れることがわかった。一方、比較例1の磁石のTiN被膜については表面にクラックが認められ、ヒートサイクル性に劣ることがわかった。
実施例1の希土類系永久磁石の非晶質水素含有カーボン被膜の表面にJIS K 6788の濡れ試験液(37dyne/cm)をガラス棒を用いて滴下することで濡れ性の評価を行ったところ、濡れ試験液は滴下直後に被膜の表面に広がり、濡れ性に優れることがわかった。一方、比較例1の希土類系永久磁石のTiN被膜と比較例2の希土類系永久磁石のNiめっき被膜に対して同様の評価を行ったところ、濡れ試験液はいずれの被膜の表面においてもほとんど広がることがなく、濡れ性に劣ることがわかった。
実施例1、比較例1、比較例2の希土類系永久磁石それぞれ5個に対し、温度120℃×水素分圧0.3MPaで高温水素加圧試験を行い、磁石が崩壊するまでの時間を測定したところ、実施例1の磁石はいずれも試験開始から1000時間経過した後も崩壊は起こらず、耐水素性に優れることがわかった。一方、比較例1の磁石はいずれも試験開始から200時間以内に、また、比較例2の磁石はいずれも試験開始から100時間以内に崩壊し、耐水素性に劣ることがわかった。
Claims (10)
- 磁石の表面にCu,Ni,Al,Znから選ばれる少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金からなる下地被膜を介して水素含有非晶質カーボン被膜を有し、耐食性、耐摩耗性、ヒートサイクル性、濡れ性、耐水素性に優れることを特徴とする希土類系永久磁石。
- 水素含有非晶質カーボン被膜の膜厚が0.1μm〜25μmであることを特徴とする請求項1記載の希土類系永久磁石。
- 下地被膜の膜厚が0.01μm〜15μmであることを特徴とする請求項1または2記載の希土類系永久磁石。
- 下地被膜が2層以上存在することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の希土類系永久磁石。
- 下地被膜と水素含有非晶質カーボン被膜との間にTi,Si,W,Crから選ばれる少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金からなる中間被膜を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の希土類系永久磁石。
- 中間被膜の膜厚が0.005μm〜3μmであることを特徴とする請求項5記載の希土類系永久磁石。
- 磁石の表面にCu,Ni,Al,Znから選ばれる少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金からなる下地被膜を形成した後、または、下地被膜を形成してからさらにその表面にTi,Si,W,Crから選ばれる少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金からなる中間被膜を形成した後、その表面にプラズマCVD法により水素含有非晶質カーボン被膜を形成することを特徴とする耐食性、耐摩耗性、ヒートサイクル性、濡れ性、耐水素性に優れる希土類系永久磁石の製造方法。
- 原料ソースとして水素化炭素ガスを用いて水素含有非晶質カーボン被膜を形成することを特徴とする請求項7記載の製造方法。
- 下地被膜を湿式電気めっき法または気相蒸着法により形成することを特徴とする請求項7または8記載の製造方法。
- 中間被膜をプラズマCVD法により形成することを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の製造方法。
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