JP2008058323A - R−t−b系磁石合金の金属組織評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】R−T−B系磁石合金断面の顕微鏡組織をデジタル画像として取り込み、該顕微鏡組織画像上に合金の凝固面にほぼ平行な長さ(L)の直線を引き、該直線と交わるR2T14B主相とRリッチ相の輝度の差から両相を判別し、その直線上の輝度がR2T14B主相と判断される輝度からRリッチ相と判断される輝度に変化する回数(N)で、直線の長さ(L)を除した値(L/N)をRリッチ相間隔(r)として評価するR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法とする。
【選択図】図5
Description
(1)融点が低く、焼結時に液相となり、磁石の高密度化、従って磁化の向上に寄与する。
(2)粒界の凹凸を無くし、逆磁区のニュークリエーションサイトを減少させ保磁力を高める。
(3)主相を磁気的に絶縁し保磁力を増加する。 従って、成形した磁石中のR−リッチ相の分散状態が悪いと局部的な焼結不良、磁性の低下をまねくため、成形した磁石中にR−リッチ相が均一に分散していることが重要となる。ここでR―リッチ相の分布は、鋳造された際のR−T−B系合金塊の組織に大きく影響される。
さらに、このような希土類含有合金の金属組織を評価する有効な評価方法を提供することにある。
すなわち、先の方法により微細Rリッチ相領域の減少、組織の均質化することができ、さらに回転ロールの数値的な表面粗さだけでなく、その表面粗さの起源である凹凸の形状を制御するならば、より効果的に組織の均質化が可能であることを確認した。
また、本発明者は鋳造された希土類磁石合金中のRリッチ相の間隔を測定すると共に、微細Rリッチ相を測定してRリッチ相の分布状態を判定する金属組織評価方法を確立した。
(1) R−T−B系磁石合金断面の顕微鏡組織をデジタル画像として取り込み、該顕微鏡組織画像上に合金の凝固面にほぼ平行な長さ(L)の直線を引き、該直線と交わるR2T14B主相とRリッチ相の輝度の差から両相を判別し、その直線上の輝度がR2T14B主相と判断される輝度からRリッチ相と判断される輝度に変化する回数(N)で、直線の長さ(L)を除した値(L/N)をRリッチ相間隔(r)として評価するR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
(2) 前記直線を複数本使用して、各直線から得られるRリッチ相間隔からRリッチ相間隔の平均値と標準偏差を算出する(1)に記載のR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
(3) R−T−B系磁石合金断面の顕微鏡組織をデジタル画像として取り込み、該顕微鏡組織画像を適当な面積のセルで区切り、各セル内輝度の差からR2T14B主相とRリッチ相の両相を判別し、かつ各セル内に存在する個々のRリッチ相の形状、大きさ、個数を測定して当該各セル内が微細Rリッチ相領域か否かを判定するR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
(4) 前記Rリッチ相の形状として、組織の真円度、アスペクト比、四角形縦横比のうちいずれか一つ以上を使用する(3)に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
(5) 前記Rリッチ相の真円度が1.0〜1.4で、かつ面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が、100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれているセル部分を微細Rリッチ相領域と判定する(4)に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
(7) 前記Rリッチ相の四角形縦横比が1.0〜5.0で、かつ面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が、100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれている部分を微細Rリッチ相領域と判定する(4)に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
(9) 前記顕微鏡組織画像を区切ったセルが合金の凝固面にほぼ平行な等間隔の直線群と凝固面にほぼ垂直な等間隔の直線群で格子状のセルに区切られており、前記(3)ないし(7)のいずれか1つに記載の金属組織評価方法で微細Rリッチ相領域と判定されたセルが、当該合金の凝固表面に垂直な方向に不連続的に存在する場合、該微細Rリッチ相領域と判定されたセルの中で凝固面から最も離れた2個以上連続するセルから凝固面までの全てのセルは微細Rリッチ相領域と判定し、該2個以上連続するセルよりも自由面方向に単独で存在する全てのセルは微細Rリッチ相領域ではないと判定する(3)に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
(10) 前記(3)から(9)のうちいずれか1つに記載の金属組織評価方法により微細Rリッチ相領域と判定されたセルの合計面積を、測定した全セルの合計面積で割った値を微細Rリッチ相領域の面積率とするR−T−B系合金の組織評価方法。
(11) 前記デジタル画像が、走査型電子顕微鏡の反射電子線像である(1)または(3)に記載のR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
(12) 前記輝度の差に閾値を設けてR2T14B主相とRリッチ相の判別を行う(1)または(3)に記載のR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
である。
また、本発明の金属組織評価方法によれば、Rリッチ相の晶出や分布状態を客観的に判定することが可能となり、用途別に最適な金属組織を呈する希土類磁石合金を得ることが容易となる利点を有する。
図1で白い部分が、Nd−リッチ相(RがNdになっているためR−リッチ相をNd−リッチ相と呼ぶ。)で、合金薄片の中央部から自由面側(鋳造面側と反対側の表面)では、厚さ方向にラメラー状に伸びるか、ラメラーが分断したような方向性を持った形の小さなプールを形成している。しかし、鋳型面側にはNd−リッチ相が他の部位よりも極端に微細な粒状で、かつランダムに存在する領域が生成しており、これを本発明者らは微細Rリッチ相領域(Rの主成分がNdの際は微細Ndリッチ相領域とも呼ぶ)と名づけ、特に区別することとした。この微細Rリッチ相領域は通常鋳型面側から始まり、中央方向へ広がっている。これに対し中央部から自由面側にかけての微細Rリッチ相領域が存在しない部分を、ここでは正常部と呼ぶこととする。
この点に関しては金属組織評価方法として後で詳細に説明することとして、ここではその概要を説明する。
微細Rリッチ相領域中のRリッチ相は、形状、大きさ、密度が通常部とは異なる。つまり、細かく球状に近いRリッチ相の密度がある程度以上有れば、そこは微細Rリッチ相領域と判断できる。合金組成、画像解析に使用する反射電子線像の画質により、閾値は変化する。しかし、本発明者らは、それぞれのRリッチ相について、真円度が1から1.4であり、かつその面積が5平方ミクロン以下であるRリッチ相の密度が、100平方ミクロン当たりに20個以上ある部分、あるいは、この基準に該当する部分の鋳型面側に、基準に該当しない部分が存在する場合には、その部分を含めて微細Rリッチ相領域と判断する事で、再現性良く、微細Rリッチ相領域を測定することができることを確認している。ここで真円度とは、対象となる図形の(周囲の長さの2乗)を(4π×面積)で割った値であり、円では1になり、形状が細長くなるにつれ増加する。
さらには、このようにして計算した微細Rリッチ相領域の体積率は、合金組織の特徴、さらにはその微粉砕後の粒度分布、焼結磁石の磁気特性への影響を上手く説明できることを確認している。
なお、微細Rリッチ相領域の体積率の測定において、同時に鋳造された合金薄片であっても、微細Rリッチ相領域の量の変化は、薄片間同士、また同じ薄片内でも大きい。そのため、5〜10枚程度以上の薄片を測定しその平均を取ることで、その合金全体の微細Rリッチ相領域の体積率を計算することが出来る。
これに対して、図1の合金薄片は、鋳造面に線状の凹凸がロール回転方向とほぼ平行に延びて形成された鋳造用回転ロールを用いて作製したものであり、鋳造面の表面粗さは、3.3μmとほぼ同じであるが、図示左側の微細Rリッチ相領域の体積率が図2に示す合金薄片よりも多くなっている。
鋳造用回転ロール表面が平滑で、合金溶湯との濡れ性が良好である場合、溶湯から鋳型への熱伝達が極めて良好(熱伝達係数が大きい)であり、合金の鋳型面側が過度に急冷される。微細Rリッチ相領域は、鋳型と溶湯の熱伝達係数が大きく合金の鋳型面側が過度に急冷される場合に生成される傾向が強いと考えられる。
鋳造面に形成された線状の凹凸の方向と、合金薄片に形成される内部組織の関係は以下のように考えられる。すなわち、凹凸の延在方向が回転ロールの回転方向に平行、或いは平行に近い場合、溶湯が回転ロール表面に接触し、凹凸の隙間に入り込む際に、その凹部の雰囲気ガスが回転方向へ押し出され、その結果回転ロール表面と、溶湯との接触面積が増加する。
これに対して、凹凸の延在方向がロール回転方向と交差する向きとされている場合には、両者の成す角度が大きくなるに従い、回転ロール表面の凹部の雰囲気ガスが溶湯でトラップされる傾向が強まり、ロール表面と溶湯との過度の接触を抑制できるようになる。そのため、鋳造面の表面粗さは同じであっても、線状の凹凸の延在方向とロール回転方向との成す角度が大きくなる程、微細Rリッチ相領域の生成が抑制される傾向になる。また、凹凸の延在方向に沿う内部組織の連続性も、回転方向と凹凸の延在方向とが一致する場合よりも低下するため、微細Rリッチ相領域が生成されてもそれが拡大する可能性は低くなる。
好ましくは、線状の凹凸のうち30%以上の凹凸が、ロール回転方向と45°以上の角度を成す方向に延びて形成されている鋳造用回転ロール、或いは線状の凹凸のうち50%以上の凹凸が、ロール回転方向と30°以上の角度を成す方向に延びて形成されている鋳造用回転ロールを用いる。
さらに好ましくは、線状の凹凸のうち50%以上の凹凸が、ロール回転方向と45°以上の角度を成す向きに延びて形成されている鋳造用回転ロールを用いる。
ここで、本発明における凹凸の延びる方向とロール回転方向との成す角度は、凹凸の延在方向がロール回転方向と平行である場合を0°とし、凹凸の延在方向がロール幅方向と平行である場合を90°と定義している。
その結果、線状の凹凸がロール回転方向に平行な場合よりも表面粗さが小さくても、微細Rリッチ相減少による組織均質化効果を得ることが出来る。これは、ロール表面調整時の切削量の削減、鋳造ロールの寿命増加を可能とする。また、表面粗さ相違の影響を受けにくいため、ロール表面状態の管理基準を簡素化することも可能である。
鋳造用回転ロール表面の適当な大きさの凹凸は、溶湯が凝固する時の過度の熱伝達を抑制し、微細Rリッチ相領域の生成を再現良く抑制することができる。さらに、本発明では、ロール表面の線状の凹凸の延在方向が、鋳造用回転ロールの回転方向に対して角度を付けて形成されていることで、微細Rリッチ相領域生成抑制効果を高めることができ、比較的小さな表面粗さでも効果を得ることができるようになっている。その結果、図2に示すような均質な組織を有する合金薄片の収率をより一層大きくすることができるようになった。
なお、本発明の線状の凹凸は、必ずしも連続している必要は無く、断続的であっても構わない。また、曲線状であっても直線状であっても構わない。 通常、ロール材質としては、純銅または銅合金が好ましい。また、鋳造表面層にコーティングを施した場合でも、本発明は可能である。
(1)ストリップキャスト法
本発明は希土類含有合金薄片に関するものである。ここでは、R−T−B系合金のストリップキャスト法による鋳造について説明する。
図4にストリップキャスト法による鋳造のための装置の模式図を示す。通常、R−T−B系合金は、その活性な性質のため真空または不活性ガス雰囲気中で、耐火物ルツボ1を用いて溶解される。溶解された合金の溶湯は1350〜1500℃で所定の時間保持された後、必要に応じて整流機構、スラグ除去機構を設けたタンディッシュ2を介して、内部を水冷された鋳造用回転ロール3に供給される。溶湯の供給速度と回転ロールの回転数は、求める合金の厚さに応じて適当に制御させる。一般に回転ロールの回転数は、周速度にして0.5〜3m/s程度である。鋳造用回転ロールの材質は、熱伝導性がよく入手が容易である点から銅、或いは銅合金が適当である。回転ロールの材質やロールの表面状態によっては、鋳造用回転ロールの表面にメタルが付着しやすいため、必要に応じて清掃装置を設置すると、鋳造されるR−T−B系合金の品質が安定する。回転ロール上で凝固した合金4はタンディッシュの反対側でロールから離脱し、捕集コンテナ5で回収される。この捕集コンテナに加熱、冷却機構を設けることで正常部のRリッチ相の組織の状態を制御できる。
本発明においては、ストリップキャスト法でR−T−B系磁石合金を鋳造する場合、鋳造用回転ロールの鋳造面の表面粗さを、十点平均粗さ(Rz)で3μm以上60μm以下とする。
ここで表面粗さとは、JIS B 0601「表面粗さの定義と表示」に示される条件で測定したもので、十点平均粗さ(Rz)もその中に定義されている。具体的にはまず、測定面に直角な平面で切断したときの切り口(断面曲線)から、所定の波長より長い表面うねり成分を位相補償型高域フィルタ等で除去した曲線(粗さ曲線)を求める。その粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から、最も高い山頂から5番目までの山頂の標高(Yp)の絶対値の平均値と、最も低い谷底から5番目までの谷底の標高(Yv)の絶対値の平均値との和を十点平均粗さ(Rz)と呼ぶ。基準長さ等の測定パラメータは、表面粗さに対して標準値が上記JISで指定されている。
表面粗さは、変動が大きい場合もあり、少なくとも5箇所について測定し、その平均値を使用すべきである。
表面粗さが主としてロール表面に形成された複数の線状の凹凸によってもたらされるものであり、該線状の凹凸の多くは、鋳造ロールの回転方向とある程度の角度を成す方向に延びて形成されている。具体的には、線状の凹凸の30%以上がロール回転方向から30°以上の角度を有していること。好ましくは、該線状の凹凸の30%以上がロール回転方向から45°以上の角度を有していること、或いは該線状の凹凸の50%以上がロール回転方向から30°以上の角度を有していることである。さらに好ましくは、該線状の凹凸の50%以上がロール回転方向から45°以上の角度を有していることである。
線状の凹凸の延在方向が回転方向と平行、或いは平行に近い場合、溶湯がロール表面に接触し、表面の凹凸の隙間に入り込む際に、その凹部の雰囲気ガスを押し出しやすくなり、ロール表面との接触面積が増加する。しかし、凹凸の延在方向と回転方向との成す角度が大きくなるに従い、凹部の雰囲気ガスが溶湯でトラップされる傾向が強まり、ロール表面との過度の接触を抑制できるようになる。
そのため、表面粗さは同じであっても、線状の凹凸の延在方向とロール回転方向との角度が大きくなるにつれ、あるいは、そのようにロール回転方向との角度が大きい線状の凹凸の数が増加するにつれ、微細Rリッチ相領域の生成は抑制される。また、凹凸方向の組織の連続性も、回転方向と凹凸の延在方向とが一致する場合よりも低下するため、微細Rリッチ相領域が生成されてもそれが拡大する可能性は低くなる。
本発明に係る鋳造用回転ロール表面の線状の凹凸は、必ずしも連続している必要は無く、断続的であっても構わない。また、曲線状であっても直線状であっても構わない。
このような線状の凹凸は、回転する研磨紙を有する装置、回転式のワイヤーブラシ、或いは直線状に研磨紙が移動するベルト研磨装置のようなものであっても、研磨方向とロール回転方向に角度を持たせることで形成可能である。
しかし、表面粗さは3μm以下では鋳造用回転ロール表面の凸凹の効果が得られず、溶湯との接触が良好なため熱伝達係数が大きい。その結果、合金中に微細Rリッチ相領域を生成しやすくなる。
また、鋳造用回転ロールの表面粗さが60μmを超えると、合金薄片がロール表面に噛み込んで、剥がれ難くなり、タンディッシュを破壊するなどのトラブルの原因となることがある。そのため鋳造用回転ロールの表面粗さは、60μm以下する。
本発明の製法によりR−T−B系合金を製造するに際しては、合金中の微細Rリッチ相領域の体積率は20%以下とすることが好ましい。その結果、焼結磁石の工程で微粉砕後の合金粉末の粒度分布が狭く揃ったものになるため、特性にバラツキのない均質な焼結磁石を得ることができる。
本発明により鋳造した磁石用原料として使用されるR−T−B系合金からなる希土類含有合金薄片からは、粉砕、成型、焼結の工程を経て、高特性の異方性焼結磁石を製造することができる。
ここで、水素解砕は、前工程の水素吸蔵工程と後工程の脱水素工程に分けられる。水素吸蔵工程では、266hPa〜0.3MPa・Gの圧力の水素ガス雰囲気で、主に合金薄片のR−リッチ相に水素を吸蔵させ、この時に生成されるR−水素化物によりR−リッチ相が体積膨張することを利用して、合金薄片自体を微細に割るかあるいは無数の微細な割れ目を生じさせる。この水素吸蔵は常温〜600℃程度の範囲で実施されるが、R−リッチ相の体積膨張を大きくして効率良く割るためには、水素ガス雰囲気の圧力を高くすると共に、常温〜100℃程度の範囲で実施することが好ましい。好ましい処理時間は1時間以上である。この水素吸蔵工程により生成したR−水素化物は大気中では不安定であり酸化され易いため、水素吸蔵処理の後、200〜600℃程度で1.33hPa以下の真空中に合金薄片を保持する脱水素処理を行なうことが好ましい。この処理により、大気中で安定なR−水素化物に変化させることができる。脱水素処理の好ましい処理時間は30分以上である。水素吸蔵後から焼結までの各工程で酸化防止のための雰囲気管理がなされている場合は、脱水素処理を省くこともできる。
微粉砕を行う際の雰囲気は、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気とする。これらの不活性ガス中に2質量%以下、好ましくは1質量%以下の酸素を混入させてもよい。このことにより粉砕効率が向上するとともに、粉砕後の合金粉末の酸素濃度を1000〜10000ppmとすることができ、合金粉末を適度に安定化させることができる。また同時に、磁石を燒結する際の結晶粒の異常成長を抑制することもできる。
また成形は、冷間静水圧成形(CIP:Cold Isostatic Press)或いはゴム型を利用した擬似静水圧プレス(RIP:Rubber Isostatic Press)でも可能である。CIPやRIPでは、静水圧的に圧縮されるため、成形時の配向の乱れが少なく、金型成形よりも配向率の増加が可能であり、最大磁気エネルギー積を増加することができる。
一方、本発明は合金薄片の厚さ方向、すなわちロール面側から自由面側への組織変化を抑制し、組織の均質化を図るものであり、均質性の尺度として微細Rリッチ相領域を導入し、具体的な体積率を明示したものであり、特開2002−59245号公報、或いは特開平9−1296号公報とは、全く異なっている。
また、特開平4−28457公報は、ロール表面の粗さをRaで0.05〜1.5μmとして、結晶粒径の変動を少なくしたものである。しかし、ロール速度の大きい超急冷に関するもので、表面粗さも測定の基準は異なるが、本発明の鋳造ロール面のRaはそれよりも大きいことを確認している。
本発明の金属組織評価方法は、希土類磁石合金中のRリッチ相の間隔を測定すると共に、微細Rリッチ相領域を測定してRリッチ相の分布状態を判定するものである。
先ず、評価使用とする材料の金属組織を電子顕微鏡で観察し、反射電子線像をデジタル画像としてコンピューターに取り込む。デジタル画像は、例えば縦1470個×横1960個×明るさ255階調とするのが適する。組織評価を行うには画像の画質(明るさ、コントラスト)が最も重要である。
以後はコンピューター画面上で操作して測定する。
Rリッチ相の間隔を測定するには、図5に示すように反射電子線像のデジタル画像上に長さLの直線L1 を引く。鋳造組織が方向性を有することから、直線L1 は凝固面10に平行に引くのが好ましい。次に、直線L1 と金属組織中のRリッチ相12との交点Pの数Nを数える。Rリッチ相は画面上明るく写るので、明るさに閾値を設定しておき、該閾値以下の点から閾値以上の点に変化する点をカウントする。
しかる後、直線の長さLをRリッチ相を横切る点の数Nで除した値rをRリッチ相の間隔とする。すなわち、r=L/Nである。
Rリッチ相は、通常凝固面から自由面に向かって針状に伸び、凝固面近傍では細かく凝固面から離れるに従って疎に分布するようになる。当然Rリッチ相の間隔も場所によって異なるので、長さLの直線を複数(L1,L2,L3,・・・LN)引いて多数のr値を求めることにより、Rリッチ相の間隔の平均値や標準偏差を求めることもでき、より正確な組織評価をすることができる。この際使用する複数の直線(L1,L2,L3,・・・LN)も、図5に示すように凝固面10に平行に引くのが好ましい。
次に、微細Rリッチ相領域の測定について説明する。微細Rリッチ相は凝固面近傍に過度の急冷凝固によって生成する、希土類元素(R)に富んだ微細で球形に近い金属組織を沢山含んだ組織である。凝固面近傍のデジタル画像をメッシュで区切って分割し、各セル内に含まれるRリッチ相の形状、大きさ、個数を測定して、Rリッチ相の形態や、分布状態を評価して、各セルが微細Rリッチ相領域であるか否か判定する。
先ず、デジタル画像を縦横の線(xn,yn)からなるメッシュで分割して多数のセルに分ける。例えば、図6において直線(y1,y2,・・・y20)は、画面を固定長で20等分して描く。一方、直線(x1,x2,・・・x20)は、凝固面から測定しようとする領域範囲が変動するので、測定領域を20等分して描く。合計400個のセルに分割し、各セル内のRリッチ相の形状、大きさ、個数を測定する。
ここで、メッシュを構成する縦横の線(xn,yn)は、凝固面にほぼ平行な等間隔の直線群と凝固面にほぼ垂直な等間隔の直線群で格子状のセルに区切るのが好ましい。
次に、明るさからRリッチ相と判定されたもののうち、以下の条件を満たすRリッチ相をカウントする。
条件1): Rリッチ相を円に近似し、真円度が1以上1.4以下であるRリッチ相 をカウントする。
ここで、真円度とは(周囲長2 ÷(4π×面積))とする。
条件2): 面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相をカウントする。
条件3): 条件1)と条件2)の両方を満たすRリッチ相をカウントする。
例えばアスペクト比を使用する場合には、Rリッチ相のアスペクト比が1.0〜5.0で、かつ面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が、100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれているセル部分は、微細Rリッチ相領域と判定する。
また、四角形近似を使用する場合には、Rリッチ相の四角形縦横比が1.0〜5.0で、かつ面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が、100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれている部分は微細Rリッチ相領域と判定する。
図6において、斜線を施した部分のセルが、微細Rリッチ相領域と判定されたセルである。
前記条件3)により抽出されたRリッチ相のカウント数が100平方マイクロメーターの中に20個以上の場合には、そのセルは微細Rリッチ相領域と判定する。このようにして、図6上の400個のセルについて、微細Rリッチ相領域であるか否かを判定し、マッピングする。図6で斜線を施したS1,S2,・・・Sn が、微細Rリッチ相領域である。
例えば、図6で凝固面に隣接する部分には、過度の急冷により微細で球形に近い金属組織をあまり含まない領域が存在し、このような領域は微細Rリッチ相領域とは判定されない。
しかし、微細Rリッチ相領域とは、あくまでも過度の急冷凝固によって生ずるものであり、冷却ロール側から発生するものである。そのため凝固面から離れた部分に微細Rリッチ相領域が存在すれば、その凝固面側も当然微細Rリッチ相領域とすべきである。
また、別の判定方法としては、例えば図6に示すS7 からS12のように、微細Rリッチ相領域と判定されたセルが凝固面に垂直な方向に不連続的に存在する場合に、微細Rリッチ相領域と判定されたセルの中で、凝固面から最も遠く離れた2個以上連続するセルから凝固面までの全てのセルを微細Rリッチ相領域と判定し、該2個以上連続するセルよりも自由面方向に単独で散在する全てのセルは、微細Rリッチ相領域ではないと判定する方法がある。すなわち、図6で微細Rリッチ相領域と判定されなかったS5’及びS6’は微細Rリッチ相領域と見なし、S11とS12は微細Rリッチ相領域とは見なさない
この評価方法によれば、特にRリッチ相の高次のデンドライトを含むような微細な組織において、微細Rリッチ相領域を過大に見積もることを防止する利点がある。そのような組織は、微細な筋状のRリッチ相を含んでいるが、部分的に凝集して断裂した微細な高次のデンドライトが微細Rリッチ相領域と判定されるRリッチ相の判定基準が希に存在するためである。
さらに、微細Rリッチ相領域と判定されたセルの合計面積ΣSnを、測定した全部のセルの合計面積Sで割った値を微細Rリッチ相領域の面積率Qとする。すなわち、Q=ΣSn/Sである。
このようにして、希土類磁石合金の凝固面近傍に、どのように微細Rリッチ相領域が分布しているかを評価することができる。
次に実施例比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
鋳造用回転ロールの直径は300mm、材質は純銅で、内部は水冷されており、鋳造面の表面粗さは十点平均粗さ(Rz)で4.0μmに調整した。この際の表面粗さは、主に鋳造面に付与された線状の凹凸によってもたらされ、その50%以上がロール回転方向から45°以上の角度を有していた。鋳造時のロールの周速度は1.0m/sで、平均厚さ0.30mmの合金薄片を生成した。
始めにRリッチ相間隔の測定方法について説明する。
各断面組織について、合金表面にほぼ平行な直線を10μm間隔で引き、各直線につきRリッチ相間隔を求める。その際、両表面から10μm以内は研磨ダレのため、解析から除いた。したがって、各断面組織について厚さの10分の1個から2,3個少ない個数だけのRリッチ相間隔のデータを得る事が出来た。
平均Rリッチ相間隔は、各断面組織の解析で得た全てのRリッチ相間隔の平均値として求めたところ、4.9μmであった。
一つの方法は、上記平均Rリッチ相間隔の計算に使用した、全てのRリッチ相間隔の標準偏差であり、0.78μmであった。これは、合金各鋳片内部でのミクロ的なRリッチ相間隔の変動を表す。ここでは、ミクロな組織変化と呼ぶ事にする。
もう一つの方法、まず各断面組織についてRリッチ相間隔の平均値を求める。本例では、30枚の各断面組織についてそれぞれの平均Rリッチ相間隔が計算される。各鋳片の組織は、凝固速度、あるいは凝固後の冷却速度によって変化するため、各鋳片間での平均Rリッチ相間隔にも相違がある。そのため、30個の平均Rリッチ相間隔もある程度のばらつきを有し、これは鋳片間のマクロ的なRリッチ相間隔の変動を表し、マクロな組織変化と呼ぶ事とする。30個の平均Rリッチ相間隔の標準偏差は0.40μmであった。
なお、微細Rリッチ相領域の判定に、アスペクトが1.0〜5.0で面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれる場合とした方法での微細Rリッチ相領域の体積率は、1.9%であった。また、四角形縦横比が1.0〜5.0で面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれる場合とした方法での微細Rリッチ相領域の体積率は、1.6%であった。
実施例1と同様の組成に原料を配合し、実施例1と同様にして溶解およびSC法による鋳造を実施した。但し、鋳造用回転ロール表面の表面粗さは十点平均粗さ(Rz)で4.0μmであり、ロールの回転方向にほぼ平行な線状の凹凸を有し、回転方向に対して傾いた凹凸は実質的には存在しなかった。
得られた合金薄片のRリッチ相間隔を実施例1と同様に評価した結果、平均Rリッチ相間隔は5.8μm、ミクロな組織変化は1.33μm、マクロな組織変化は0.88μmであった。
一方、微細Rリッチ相領域も実施例1と同様に評価したが、凝固面側のみならず、内部のセルも微細Rリッチ相領域と判定された。また、部分的に微細Rリッチ相領域と判定されたセルが不連続に存在していたため、凝固面から最も離れた2個以上連続するセルから凝固面までの全てのセルを微細Rリッチ相領域と判定し、その体積率は25%であった。
実施例1と同様の組成に原料を配合し、実施例1と同様にして溶解およびSC法による鋳造を実施した。但し、鋳造用回転ロール表面の表面粗さは十点平均粗さ(Rz)で100μmであり、実施例1と同様にその表面粗さは、主に鋳造面に付与された線状の凹凸によってもたらされ、その50%以上がロール回転方向から45°以上の角度を有していた。
すると、鋳造途中でメタルの一部がロールから離脱しないまま1周して、タンディッシュに接触、その前端を破壊した為、鋳造作業を中止した。
実施例1で得られた合金薄片を水素解砕し、ジェットミルで微粉砕した。水素解砕工程の前工程である水素吸蔵工程の条件は、100%水素雰囲気、2気圧で1時間保持とした。水素吸蔵反応開始時の金属片の温度は25℃であった。また後工程である脱水素工程の条件は、0.133hPaの真空中で、500℃で1時間保持とした。この粉末に、ステアリン酸亜鉛粉末を0.07質量%添加し、100%窒素雰囲気中でV型ブレンダーで十分混合した後、ジェットミル装置で微粉砕した。粉砕時の雰囲気は、4000ppmの酸素を混合した窒素雰囲気中とした。その後、再度、100%窒素雰囲気中でV型ブレンダーで十分混合した。得られた粉体の酸素濃度は2500ppmで、粉体の炭素濃度の分析から、粉体に混合されているステアリン酸亜鉛粉末は0.05質量%であると計算された。また、レーザー回折式粒度分布測定機で測定した結果、平均粒度D50は5.11μm、D10は1.90μm、D90は8.60μmであった。
比較例1で得られた合金薄片を、実施例2と同様の方法で粉砕して微粉を得た。
さらに実施例2と同様の成型、焼結の工程を経て、焼結磁石を作製した。
合金組成が、Nd28.5%、B:1.00質量%、Co:10.0質量%、Ga:0.5質量%、残部鉄になるように原料を配合し、実施例1と同様の条件でSC法により合金薄片を鋳造した。
得られた合金薄片を実施例1と同様に評価した結果、微細Rリッチ相領域の体積率は3%以下であり、α‐Feは含んでいなかった。
に示す。
実施例3と同様の組成に原料を配合し、比較例1と同様にして溶解およびSC法による鋳造を実施した。得られた合金薄片を実施例1と同様に評価した結果、微細Rリッチ相領域の体積率は、30%であった。
また、本発明の金属組織評価法によれば、より好ましい希土類磁石をより客観的に判定することが極めて容易になり、磁石産業に大いに貢献することができる。
Claims (12)
- R−T−B系磁石合金断面の顕微鏡組織をデジタル画像として取り込み、該顕微鏡組織画像上に合金の凝固面にほぼ平行な長さ(L)の直線を引き、該直線と交わるR2T14B主相とRリッチ相の輝度の差から両相を判別し、その直線上の輝度がR2T14B主相と判断される輝度からRリッチ相と判断される輝度に変化する回数(N)で、直線の長さ(L)を除した値(L/N)をRリッチ相間隔(r)として評価することを特徴とするR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
- 前記直線を複数本使用して、各直線から得られるRリッチ相間隔からRリッチ相間隔の平均値と標準偏差を算出することを特徴とする請求項1に記載のR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
- R−T−B系磁石合金断面の顕微鏡組織をデジタル画像として取り組み、該顕微鏡組織画像を適当な面積のセルで区切り、各セル内輝度の差からR2T14B主相とRリッチ相の両相を判別し、かつ各セル内に存在する個々のRリッチ相の形状、大きさ、個数を測定して当該各セル内が微細Rリッチ相領域か否かを判定することを特徴とするR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
- 前記Rリッチ相の形状として、組織の真円度、アスペクト比、四角形縦横比のうちいずれか一つ以上を使用することを特徴とする請求項3に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
- 前記Rリッチ相の真円度が1.0〜1.4で、かつ面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が、100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれているセル部分を微細Rリッチ相領域と判定することを特徴とする請求項4に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
- 前記Rリッチ相のアスペクト比が1.0〜5.0で、かつ面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が、100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれているセル部分を微細Rリッチ相領域と判定することを特徴する請求項4に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
- 前記Rリッチ相の四角形縦横比が1.0〜5.0で、かつ面積が5平方マイクロメーター以下のRリッチ相が、100平方マイクロメーターの中に20個以上含まれている部分を微細Rリッチ相領域と判定することを特徴とする請求項4に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
- 前記顕微鏡組織画像を区切ったセルが合金の凝固面にほぼ平行な等間隔の直線群と凝固面にほぼ垂直な等間隔の直線群で格子状セルに区切られており、前記請求項3ないし請求項7のいずれか1項に記載の金属組織評価方法で微細Rリッチ相領域と判定されたセルが、当該合金の凝固表面に垂直な方向に不連続的に存在する場合、当該合金の凝固面から最も遠く離れたセルから凝固面までの全てのセルを微細Rリッチ相領域と判定することを特徴とする請求項3に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
- 前記顕微鏡組織画像を区切ったセルが合金の凝固面にほぼ平行な等間隔の直線群と凝固面にほぼ垂直な等間隔の直線群で格子状のセルに区切られており、前記請求項3ないし請求項7のいずれか1項に記載の金属組織評価方法で微細Rリッチ相領域と判定されたセルが、当該合金の凝固表面に垂直な方向に不連続的に存在する場合、該微細Rリッチ相領域と判定されたセルの中で凝固面から最も離れた2個以上連続するセルから凝固面までの全てのセルは微細Rリッチ相領域と判定し、該2個以上連続するセルよりも自由面方向に単独で存在する全てのセルは微細Rリッチ相領域ではないと判定することを特徴とする請求項3に記載のR−T−B系合金の金属組織評価方法。
- 前記請求項3から請求項9のうちいずれか1項に記載の金属組織評価方法により微細Rリッチ相領域と判定されたセルの合計面積を、測定した全セルの合計面積で割った値を微細Rリッチ相領域の面積率とすることを特徴とするR−T−B系合金の組織評価方法。
- 前記デジタル画像が、走査型電子顕微鏡の反射電子線像であることを特徴とする請求項1または請求項3に記載のR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
- 前記輝度の差に閾値を設けてR2T14B主相とRリッチ相の判別を行うことを特徴とする請求項1または請求項3に記載のR−T−B系磁石合金の金属組織評価方法。
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