JP3904061B2

JP3904061B2 - 希土類焼結磁石の製造方法

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Publication number: JP3904061B2
Application number: JP2001399174A
Authority: JP
Inventors: 一晃榊; 匡樹笠嶋; 隆二浜田; 武久美濃輪
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003197411A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素雰囲気に長時間晒されるモーター等に用いられるＳｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類元素と遷移金属の金属間化合物においては、水素が結晶格子間に侵入する、即ち、合金中に水素を吸蔵、放出する特性を持っており、その特性はいろいろな分野で利用されている。その例としては、ＬａＮｉ₅に代表される水素吸蔵合金による水素電池が挙げられ、また、希土類焼結磁石においても、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系合金の粉砕方法として、更にＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系ボンド磁石の製造方法（ＨＤＤＲ特開平３−１２９７０２号公報）として利用されている。
【０００３】
しかしながら、合金中又は磁石中に水素を吸蔵、放出させた場合、水素脆性を引き起こしてしまう。そのため、水素雰囲気中において、希土類焼結磁石を用いたモーター等を使用した場合、希土類焼結磁石が水素脆化を引き起こし、素材にワレ、クラックもしくは粉化がおこるという問題が生じている。
【０００４】
現在、希土類焼結磁石には、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系、ＳｍＣｏ₅系、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系等の種類がある。一般に、水素に対しては、２−１７型結晶構造よりも１−５型結晶構造、１−５型結晶構造よりも２−７型結晶構造の方がプラトー圧は低い、即ち、レアアースリッチ（以下、Ｒリッチと称す）な合金のほうが水素吸蔵されやすい傾向にあり、水素脆化しやすい。
【０００５】
Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系磁石は、磁石中にＲリッチ相を有するため、０．１ＭＰａ以下の圧力の水素雰囲気下で、容易に水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラックもしくは粉化が生じる。通常、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系磁石は、耐食性向上のためメッキ、樹脂コーティングなどの表面処理がなされているが、水素脆化を防止する手段とはなっていない。この問題を解決する方法として、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系磁石の表面処理膜に水素吸蔵合金を含有させる方法を提案した（特開２０００−２８５４１５号公報）。この方法により作製されたＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系磁石は、０．１ＭＰａ以下の圧力の水素雰囲気下においては、水素脆性を引き起こさないものの、それを超える圧力の水素雰囲気下においては、水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラックもしくは粉化が生じる場合がある。
【０００６】
ＳｍＣｏ₅系磁石も、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系磁石と同様に、Ｒリッチ相を有すると共に、主相であるＳｍＣｏ₅相のプラトー圧が約０．３ＭＰａである。このことから、０．３ＭＰａを超える圧力の水素雰囲気中では、水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラックもしくは粉化が生じる。
【０００７】
Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石は、主相が２−１７相であり、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系、ＳｍＣｏ₅系に比べＲリッチではないことと、Ｒリッチ相を含有しないため、水素脆性を引き起こしにくい。しかしながら、１ＭＰａを超える圧力の水素雰囲気中では、他の希土類焼結磁石と同様に、水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラックもしくは粉化が生じることがわかっている。
【０００８】
耐水素脆性を向上させるためには、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石を焼結磁石とし、切断及び／又は研磨して表面を加工後、酸素分圧１０^-6〜１５２ｔｏｒｒの雰囲気において熱処理すればよいことが分かっている（特開２００２−１１８００９号公報）。そうすることにより、磁石表面にＣｏ及び／又はＣｏ、Ｆｅ中にＳｍ₂Ｏ₃が微細に分散している層を存在させていれば、３ＭＰａを超える高圧水素雰囲気下においても水素脆性は起こさない。しかし、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石及びＣｏ及び／又はＣｏ、Ｆｅ中にＳｍ₂Ｏ₃が微細に分散している層は、硬く、欠け易いため、製品組み立て等、取扱いの際、チッピング等を引き起こす場合がある。チッピング等を引き起こした希土類焼結磁石は、磁気特性には影響はないものの、耐水素脆性は大きく低下し、表面層のない場合と同等になってしまう。従って、１ＭＰａを超える圧力の水素雰囲気中では、水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラックもしくは粉化が起こるため、そのような雰囲気中では、使用することができない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決したＳｍ₂Ｃｏ₁₇系焼結磁石の製造方法を提供するものである。即ち、従来の希土類焼結磁石の様に、水素雰囲気下で、水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラックもしくは粉化が生じるという問題を解決したＳｍ₂Ｃｏ₁₇系焼結磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、焼結、時効後の焼結磁石を表面加工後、金属メッキを施し、更に最適な熱処理をすることで、磁石体表面に耐水素性に優れた層を形成するという、高圧の水素雰囲気中でも水素脆性を引き起こさない希土類焼結磁石の製造方法を見い出した。このことから、水素雰囲気に長時間晒されるモーター等に好適に用いられるＳｍ₂Ｃｏ₁₇系焼結磁石が得られることを知見し、本発明をなすに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、前記問題を解決する方法として下記（１）〜（３）の希土類永久磁石の製造方法を提供するものである。
（１）Ｒ（但し、ＲはＳｍ又はＳｍを５０重量％以上含む２種以上の希土類元素）２０〜３０重量％、Ｆｅ１０〜４５重量％、Ｃｕ１〜１０重量％、Ｚｒ０．５〜５重量％、残部Ｃｏ及び不可避的不純物からなる合金を溶解、鋳造し、粉砕、微粉砕、磁場中成形、焼結、時効を順次行って焼結磁石とし、更に該焼結磁石を切断及び／又は研磨して表面を加工後、Ｃｕ、Ｎｉ及びそれらの合金の少なくとも１種からなる金属メッキを施し、その後、酸素分圧が１０ ^-4 Ｐａ〜５０ｋＰａである、アルゴン、窒素、空気又は低圧真空雰囲気下において、４００〜８５０℃で１０分〜５０時間熱処理することを特徴とする耐水素脆性を有する希土類焼結磁石の製造方法、
（２）金属メッキが、多層メッキであることを特徴とする（１）記載の希土類焼結磁石の製造方法、
（３）希土類焼結磁石が水素雰囲気に晒されるモーター用である（１）又は（２）記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【００１２】
以下に、本発明の詳細を説明する。
本発明におけるＳｍ₂Ｃｏ₁₇系焼結磁石合金組成の主成分は、Ｓｍ又はＳｍを５０重量％以上含む２種以上の希土類元素２０〜３０重量％、Ｆｅ１０〜４５重量％、Ｃｕ１〜１０重量％、Ｚｒ０．５〜５重量％、残部Ｃｏ及び不可避的不純物からなる。前記Ｓｍ以外の希土類金属としては、特に限定されるものではなく、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｇｄなどを挙げることができる。希土類元素中のＳｍの含有量が５０重量％未満の場合や、希土類元素量が２０重量％未満、３０重量％を超える場合は、有効な磁気特性をもつことはできない。
【００１３】
本発明のＳｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石合金は、上記組成範囲の原料をアルゴン等の非酸化性雰囲気中において、高周波溶解により溶解、鋳造する。
【００１４】
次に、前記Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石合金を粗粉砕し、次いで平均粒径１〜１０μｍ、好ましくは約５μｍに微粉砕する。この粗粉砕は、例えば、不活性ガス雰囲気中で、ジョークラッシャー、ブラウンミル、ピンミル及び水素吸蔵等により行うことができる。また、前記微粉砕は、アルコール、ヘキサン等を溶媒に用いた湿式ボールミル、不活性ガス雰囲気中による乾式ボールミル、不活性ガス気流によるジェットミル等により行うことができる。
【００１５】
次に、前記微粉砕粉を、好ましくは１０ｋＯｅ以上の磁場を印可することが可能な磁場中プレス機等により、好ましくは５００ｋｇ／ｃｍ²以上２０００ｋｇ／ｃｍ²未満の圧力により圧縮成形する。続いて、得られた圧縮成形体を、熱処理炉により、アルゴンなどの非酸化性雰囲気ガス中で、１１００〜１３００℃、好ましくは１１５０〜１２５０℃において、０．５〜５時間、焼結、溶体化し、終了後、急冷を行う。
【００１６】
続いて、アルゴン雰囲気中、７００〜９００℃、好ましくは７５０〜８５０℃の温度で、５〜４０時間保持し、−１．０℃／分の降温速度で４００℃以下まで徐冷する時効処理を施し、切断及び／又は研磨して表面の加工仕上げを行う。この際、特に限定されるものではないが、希土類焼結磁石体に面取りがなされていることが望ましい。
【００１７】
この表面加工仕上げ後、前記希土類焼結磁石体に金属メッキを施す。前記金属メッキの金属は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｎ及びそれらの合金の少なくとも１種からなり、メッキ厚さは、１〜１００μｍ、特に１〜５０μｍが好ましい。また多層メッキを施してもよい。この金属メッキを施す前処理として、特に限定されるものではないが、前記希土類焼結磁石体をアルカリ脱脂、酸洗浄、水洗することが望ましい。メッキの成膜方法としては、特に限定されるものではないが、電解メッキ法が好ましい。また、前記希土類焼結磁石体をメッキ液に浸漬する方法は、バレル法又は引っ掛け治具法のいずれでもよく、希土類焼結磁石体の寸法及び形状によって適当に選択される。
【００１８】
なお、電解メッキ液としては、公知の組成のメッキ液を使用し、そのメッキ液に応じた公知の条件でメッキすることができるが、特にｐＨ２〜１２のメッキ液が好適である。
【００１９】
上記方法により金属メッキを施した後、酸素分圧が１０^-4Ｐａ〜５０ｋＰａ、好ましくは１０^-4Ｐａ〜３０ｋＰａである、アルゴン、窒素、空気又は低圧真空雰囲気下において、１０分〜５０時間、４００〜８５０℃、好ましくは４００〜６００℃で熱処理する。前記熱処理時間は、１０分未満では、耐水素性に優れた層の形成が十分でない、或いは、ばらつきが多くなるため適当ではなく、また、５０時間を超える熱処理は、効率的ではないことと、耐水素性に優れた層が厚くなることにより磁気特性を劣化させる原因となることがあるため適当ではない。前記熱処理温度は、８０℃未満では、耐水素性に優れた希土類焼結磁石を得るために長時間の処理が必要となり、効率的ではなく、また、８５０℃を超える温度では、耐水素性に優れた層の形成は成されるものの、希土類焼結磁石と金属メッキが反応する、及び磁石が相変態を起こし磁気特性の劣化が生じる。ちなみに、上記耐水素性に優れた層は、メッキ金属の酸化物層であり、０．１〜１００μｍの厚さがあることが好ましく、更に好ましくは０．１〜２０μｍである。
【００２０】
次いで、希土類焼結磁石体表面に樹脂塗装（吹き付け塗装、電着塗装、粉体塗装或いはディッピング塗装等のいわゆる樹脂塗装）を施すこともできる。樹脂塗装による皮膜は、耐水素性を有していないが、希土類焼結磁石が用いられたモーターなどが使用される雰囲気により耐酸性を有する必要があることや、モーターなどに希土類焼結磁石が組み込まれる際、表面層に傷をつけないため成されることとなる。なお、樹脂塗装の樹脂は、特に限定されるものではないが、アクリル系、エポキシ系、フェノール系、シリコーン系、ポリエステル系及びポリウレタン系樹脂等が望ましい。
【００２１】
【実施例】
次に本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
［実施例１］
Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石合金は、Ｓｍ：２５．０重量％、Ｆｅ：１７．０重量％、Ｃｕ：４．５重量％、Ｚｒ：２．５重量％、残部Ｃｏの組成になるように配合し、アルゴンガス雰囲気中で、アルミナルツボを使用して高周波溶解炉で溶解し、鋳型鋳造することにより作製した。
【００２３】
次に、前記Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石合金を、ジョークラッシャー、ブラウンミルで約５００μｍ以下に粗粉砕後、窒素気流によるジェットミルにより平均粒径約５μｍに微粉砕を行った。得られた微粉砕粉を、磁場中プレス機により１５ｋＯｅの磁場中にて１．５ｔ／ｃｍ²の圧力で成形した。得られた成形体は熱処理炉を用い、アルゴン雰囲気中で、１１９０℃、２時間焼結した後、アルゴン雰囲気中、１１７５℃、１時間溶体化処理を行った。溶体化処理終了後、急冷し、得られたそれぞれの焼結体を、アルゴン雰囲気中、８００℃、１０時間保持し、４００℃まで−１．０℃／分の降温速度で徐冷を行い、焼結磁石を作製した。得られた焼結磁石から、５×５×５ｍｍに磁石を切り出した。
【００２４】
次に、前記焼結磁石に、ピロリン酸Ｃｕ６０ｇ／Ｌ、ピロリン酸Ｋ２４０ｇ／Ｌ、シュウ酸Ｋ３０ｇ／Ｌで調整したメッキ浴を用い、浴温度４０℃、電流密度１．５Ａ／ｄｍ²の条件で電解Ｃｕメッキを２０μｍ施し、その後、５５０℃、１２時間、空気中（酸素分圧２０ｋＰａ）の熱処理を施し、室温まで徐冷し、更にエポキシ系樹脂を吹き付けにより塗装し、水素ガス試験用試料を得、ＶｉｂｒａｔｉｎｇＳａｍｐｌｅＭａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ（以下、ＶＳＭと称す）により磁気特性の測定を行った。
【００２５】
前記水素ガス試験用試料を耐圧容器に入れ、水素、１０ＭＰａ、２５℃の条件で封入し、１日放置するという水素ガス試験を施し、その後取り出した。取り出した磁石は、外観を目視で観察し、更にＶＳＭにより磁気特性の測定を行った。
【００２６】
［実施例２］
実施例１と同様な組成、方法で焼結磁石を作製した。次に、得られた焼結磁石から実施例１と同様に５×５×５ｍｍに磁石を切り出した。前記磁石に対し、実施例１と同様な条件で電解Ｃｕメッキを２０μｍ施し、その後、５５０℃、１２時間、真空中（酸素分圧１０^-2Ｐａ）の熱処理を施し、室温まで徐冷し、更にエポキシ系樹脂を吹き付けにより塗装し、水素ガス試験用試料を得、ＶＳＭにより磁気特性の測定を行った。前記水素ガス試験用試料に対し、実施例１と同様な条件で水素ガス試験を施し、その後取り出した。取り出した磁石は、外観を目視で観察し、更にＶＳＭにより磁気特性の測定を行った。
【００２７】
［比較例１］
実施例１と同様な組成、方法で焼結磁石を作製した。次に、得られた焼結磁石から実施例１と同様に５×５×５ｍｍに磁石を切り出し、更にエポキシ系樹脂を吹き付けにより塗装し、水素ガス試験用試料を得、ＶＳＭにより磁気特性の測定を行った。前記水素ガス試験用試料に対し、実施例１と同様な条件で水素ガス試験を施し、その後取り出した。取り出した磁石は、外観を目視で観察した。
【００２８】
［比較例２］
実施例１と同様な組成、方法で焼結磁石を作製した。次に、得られた焼結磁石から実施例１と同様に５×５×５ｍｍに磁石を切り出した。前記磁石に対し、実施例１と同様な条件で電解Ｃｕメッキを２０μｍ施し、更にエポキシ系樹脂を吹き付けにより塗装し、水素ガス試験用試料を得、ＶＳＭにより磁気特性の測定を行った。前記水素ガス試験用試料に対し、実施例１と同様な条件で水素ガス試験を施し、その後取り出した。取り出した磁石は、外観を目視で観察した。
【００２９】
［比較例３、４］
実施例１と同様な組成、方法で焼結磁石を作製した。次に、得られた焼結磁石から実施例１と同様に５×５×５ｍｍに磁石を切り出した。前記磁石に対し、実施例１と同様な条件で電解Ｃｕメッキを２０μｍ施し、その後、５０℃、１２時間、空気中（酸素分圧２０ｋＰａ）［比較例３］、及び、９００℃、１２時間、空気中（酸素分圧２０ｋＰａ）［比較例４］の熱処理を施し、室温まで徐冷し、更にエポキシ系樹脂を吹き付けにより塗装し、水素ガス試験用試料を得、ＶＳＭにより磁気特性の測定を行った。前記水素ガス試験用試料に対し、実施例１と同様な条件で水素ガス試験を施し、その後取り出した。取り出した磁石は、外観を目視で観察し、更にＶＳＭにより磁気特性の測定を行った。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１に、熱処理条件、水素ガス試験条件、水素ガス試験後の外観を示した。実施例１、２及び比較例４は、水素ガス試験において変化がなかったことに対し、比較例１、２及び３は、粉々に粉砕されていた。このことから、実施例１、２及び比較例４は、水素脆性を引き起こさなかったことは明らかである。
【００３２】
【表２】

【００３３】
表２に、表面処理前、及び水素ガス試験前後の磁石の磁気特性を示した。表面処理前、及び水素ガス試験前後で、実施例１、２は、ほとんど磁気特性の変化はなかったことに対し、比較例４は、表面処理前と水素ガス試験前で大きく磁気特性が変化していることが分かる。このことは、実施例１、２において、表面処理による磁気特性の劣化、及び、水素脆性がなかったことと、比較例４が表面処理において磁気特性の劣化を招いてしまったことを示している。比較例１、２及び３は、水素処理により粉砕されてしまったため、水素処理後の磁気特性は、測定不能であった。
【００３４】
以上、表１、２は、比較例１〜４では、表面処理により磁気特性が明らかに劣化した又は耐水素性の向上が見られなかったのに対し、実施例１、２では、表面処理により磁気特性が劣化することなく、耐水素性が向上したことを示している。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のＳｍ₂Ｃｏ₁₇系焼結磁石の製造方法により、水素雰囲気中においても、水素脆性を引き起こさない、モーター等に使用できる希土類焼結磁石を得ることが可能となる。

Claims

Ｒ（但し、ＲはＳｍ又はＳｍを５０重量％以上含む２種以上の希土類元素）２０〜３０重量％、Ｆｅ１０〜４５重量％、Ｃｕ１〜１０重量％、Ｚｒ０．５〜５重量％、残部Ｃｏ及び不可避的不純物からなる合金を溶解、鋳造し、粉砕、微粉砕、磁場中成形、焼結、時効を順次行って焼結磁石とし、更に該焼結磁石を切断及び／又は研磨して表面を加工後、Ｃｕ、Ｎｉ及びそれらの合金の少なくとも１種からなる金属メッキを施し、その後、酸素分圧が１０ ^-4 Ｐａ〜５０ｋＰａである、アルゴン、窒素、空気又は低圧真空雰囲気下において、４００〜８５０℃で１０分〜５０時間熱処理することを特徴とする耐水素脆性を有する希土類焼結磁石の製造方法。
金属メッキが、多層メッキであることを特徴とする請求項１記載の希土類焼結磁石の製造方法。
希土類焼結磁石が水素雰囲気に晒されるモーター用である請求項１又は２記載の希土類焼結磁石の製造方法。