JP2013089687A - 希土類永久磁石及び希土類永久磁石の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Nd−Fe−B系の希土類永久磁石において、磁石原料を希ガス雰囲気下で乾式粉砕により粉砕し、その後、同じく希ガス雰囲気下で圧粉成形した成形体を800℃〜1180℃で焼成を行うことによって焼結後に残存する窒素濃度が800ppm以下、より好ましくは300ppm以下の永久磁石1を製造するように構成する。
【選択図】図3
Description
更に、粉末状の磁石粒子に対して仮焼を行うので、成形後の磁石粒子に対して仮焼を行う場合と比較して、有機化合物の熱分解を磁石粒子全体に対してより容易に行うことができる。即ち、仮焼体中の炭素量をより確実に低減させることが可能となる。
先ず、本発明に係る永久磁石1の構成について説明する。図1は本発明に係る永久磁石1を示した全体図である。尚、図1に示す永久磁石1は円柱形状を備えるが、永久磁石1の形状は成形に用いるキャビティの形状によって変化する。
本発明に係る永久磁石1としては例えばNd−Fe−B系希土類永久磁石を用いる。また、図2に示すように、永久磁石1は磁化作用に寄与する磁性相である主相11と、非磁性で希土類元素の濃縮した低融点のNdリッチ相12とが共存する合金である。図2は永久磁石1を構成するNd磁石粒子を拡大して示した図である。
(1)融点が低く(約600℃)、焼結時に液相となり、磁石の高密度化、即ち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、焼結後の永久磁石1中におけるNdリッチ相12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、焼結後の永久磁石1中にはNdリッチ相12が均一に分散していることが重要となる。
次に、本発明に係る永久磁石1の第1の製造方法について図3を用いて説明する。図3は本発明に係る永久磁石1の第1の製造方法における製造工程を示した説明図である。
また、成形装置50には一対の磁界発生コイル55、56がキャビティ54の上下位置に配置されており、磁力線をキャビティ54に充填された磁石粉末42に印加する。印加させる磁場は例えば1MA/mとする。
また、湿式法を用いる場合には、キャビティ54に磁場を印加しながらスラリーを注入し、注入途中又は注入終了後に、当初の磁場より強い磁場を印加して湿式成形しても良い。また、加圧方向に対して印加方向が垂直となるように磁界発生コイル55、56を配置しても良い。
次に、本発明に係る永久磁石1の他の製造方法である第2の製造方法について図4を用いて説明する。図4は本発明に係る永久磁石1の第2の製造方法における製造工程を示した説明図である。
図5は水素中仮焼処理をしたNd磁石粉末と水素中仮焼処理をしていないNd磁石粉末とを、酸素濃度7ppm及び酸素濃度66ppmの雰囲気にそれぞれ暴露した際に、暴露時間に対する磁石粉末内の酸素量を示した図である。図5に示すように水素中仮焼処理した磁石粉末は、高酸素濃度66ppm雰囲気におかれると、約1000secで磁石粉末内の酸素量が0.4%から0.8%まで上昇する。また、低酸素濃度7ppm雰囲気におかれても、約5000secで磁石粉末内の酸素量が0.4%から同じく0.8%まで上昇する。そして、Ndが酸素と結び付くと、残留磁束密度や保磁力の低下の原因となる。
そこで、上記脱水素処理では、水素中仮焼処理によって生成された仮焼体82中のNdH3(活性度大)を、NdH3(活性度大)→NdH2(活性度小)へと段階的に変化させることによって、水素仮焼中処理により活性化された仮焼体82の活性度を低下させる。それによって、水素中仮焼処理によって仮焼された仮焼体82をその後に大気中へと移動させた場合であっても、Ndが酸素と結び付くことを防止し、残留磁束密度や保磁力を低下させることが無い。
一方、第1の製造方法では、成形体71は水素仮焼後に外気と触れさせることなく焼成に移るため、脱水素工程は不要となる。従って、前記第2の製造方法と比較して製造工程を簡略化することが可能となる。但し、前記第2の製造方法においても、水素仮焼後に外気と触れさせることがなく焼成を行う場合には、脱水素工程は不要となる。
(実施例)
実施例のネオジム磁石粉末の合金組成は、化学量論組成に基づく分率(Nd:26.7wt%、Fe(電解鉄):72.3wt%、B:1.0wt%)よりもNdの比率を高くし、例えばwt%でNd/Fe/B=32.7/65.96/1.34とする。また、粉砕方式としては乾式粉砕を用い、He雰囲気下で粉砕を行った。また、仮焼処理や脱水素処理については省略した。また、成形体の成形は圧粉成形を用い、Ar雰囲気下で成形を行った。また、成形体の焼結は真空焼結により行った。尚、他の工程は上述した[永久磁石の製造方法1]と同様の工程とする。
磁石原料の粉砕及び成形体の成形を、それぞれ窒素雰囲気下で行った。他の条件は実施例と同様である。
実施例と比較例の永久磁石について、焼結後の永久磁石中の残存窒素濃度[ppm]と保磁力[kOe]を測定した。図6は測定結果を示した図である。
図6に示すように、実施例と比較例とを比較すると、磁石原料の粉砕及び成形体の成形をそれぞれ窒素を含まない希ガス雰囲気下で行った場合は、磁石原料の粉砕及び成形体の成形をそれぞれ窒素雰囲気下で行った場合と比較して、焼結後の磁石中の窒素濃度を大きく低減させることができることが分かる。特に、実施例では、焼結後の磁石中に残存する窒素濃度を800ppm以下、より具体的には300ppm以下とすることができる。そして、焼結後の窒素濃度の低い実施例では、窒素濃度の高い比較例と比較して保磁力を向上させることが可能となることが分かる。
また、磁石粉末の成形体を焼結前に大気圧以上に加圧した水素雰囲気下で仮焼することとすれば、磁石粒子の含有する炭素量を予め低減させることができる。その結果、焼結後の磁石の主相と粒界相との間に空隙を生じさせることなく、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となり、保磁力が低下することを防止できる。また、焼結後の磁石の主相内にαFeが多数析出することなく、磁石特性を大きく低下させることがない。
また、磁石粉末を成形前に大気圧以上に加圧した水素雰囲気下で仮焼することとすれば、磁石粒子の含有する炭素量を予め低減させることができる。その結果、焼結後の磁石の主相と粒界相との間に空隙を生じさせることなく、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となり、保磁力が低下することを防止できる。また、焼結後の磁石の主相内にαFeが多数析出することなく、磁石特性を大きく低下させることがない。
更に、粉末状の磁石粒子に対して仮焼を行うので、成形後の磁石粒子に対して仮焼を行う場合と比較して、有機化合物の熱分解を磁石粒子全体に対してより容易に行うことができる。即ち、仮焼体中の炭素量をより確実に低減させることが可能となる。
また、磁石粉末と樹脂バインダーとが混合された混合体を成形したグリーンシートを焼結することにより永久磁石1を構成すれば、焼結による収縮が均一となることにより焼結後の反りや凹みなどの変形が生じず、また、プレス時の圧力むらが無くなることから、従来行っていた焼結後の修正加工をする必要がなく、製造工程を簡略化することができる。それにより、高い寸法精度で永久磁石1を成形可能となる。また、永久磁石1を薄膜化した場合であっても、材料歩留まりを低下させることなく、加工工数が増加することも防止できる。また、バインダー樹脂が添加された磁石粉末を、焼結前に非酸化性雰囲気下で一定時間保持することにより、磁石内に含有する炭素量を予め低減させることができる。その結果、焼結後の磁石の主相内にαFeが析出することを抑え、磁石全体を緻密に焼結することが可能となり、保磁力が低下することを防止できる。
また、バインダー樹脂を飛散させて除去する工程では、グリーンシートを大気圧以上に加圧した非酸化性雰囲気下で一定時間保持することにより行うので、焼結前に残存する有機化合物を熱分解させて磁石粒子中に含有する炭素を予め焼失(炭素量を低減)させることができ、焼結工程でカーバイドがほとんど形成されることがない。その結果、焼結後の磁石の主相と粒界相との間に空隙を生じさせることなく、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となり、保磁力が低下することを防止できる。また、焼結後の磁石の主相内にαFeが多数析出することなく、磁石特性を大きく低下させることがない。
また、磁石粉末の粉砕条件、混練条件、仮焼条件、脱水素条件、焼結条件などは上記実施例に記載した条件に限られるものではない。例えば、仮焼処理や脱水素処理については省略しても良い。例えば、上記実施例では仮焼処理を0.5MPaに加圧した水素雰囲気下で行っているが、大気圧より高い加圧雰囲気下であれば他の圧力値に設定しても良い。また、大気圧に設定しても良い。但し、大気圧より高い加圧雰囲気下で行えば仮焼処理による脱炭の効果が大きくなることが期待できる。また、実施例では真空焼結により焼結を行っているが、SPS焼結等の加圧焼結により焼結しても良い。
11 主相
12 Ndリッチ相
42 磁石粉末
71 成形体
82 仮焼体
Claims (7)
- Nd−Fe−B系の希土類永久磁石であって、
焼結後に残存する窒素濃度が800ppm以下であることを特徴とする希土類永久磁石。 - 磁石原料を希ガス雰囲気下で粉砕して磁石粉末を得る工程と、
前記磁石粉末を希ガス雰囲気下で成形することにより成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、
により製造されることを特徴とする請求項1に記載の希土類永久磁石。 - 前記成形体を焼結する前に大気圧以上に加圧した水素雰囲気下で仮焼することを特徴とする請求項2に記載の希土類永久磁石。
- 前記磁石粉末を成形する前に大気圧以上に加圧した水素雰囲気下で仮焼することを特徴とする請求項2に記載の希土類永久磁石。
- 前記成形体を形成する工程では、バインダー樹脂と前記磁石粉末とが混合された混合物をシート状に成形することにより前記成形体としてグリーンシートを作製し、
前記グリーンシートを非酸化性雰囲気下でバインダー樹脂分解温度に一定時間保持することにより前記バインダー樹脂を飛散させて除去する工程を製造工程として更に備え、
前記成形体を焼結する工程では、前記バインダー樹脂を除去した前記グリーンシートを焼成温度に温度を上昇して焼結することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の希土類永久磁石。 - 前記バインダー樹脂を飛散させて除去する工程では、前記グリーンシートを大気圧以上に加圧した非酸化性雰囲気下で一定時間保持することを特徴とする請求項5に記載の希土類永久磁石。
- 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の希土類永久磁石を製造する希土類永久磁石の製造方法。
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