CN101517669A - 永磁铁及永磁铁的制造方法 - Google Patents

永磁铁及永磁铁的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有更高磁特性的永磁铁,以规定形状在铁-硼-稀土系烧结磁铁表面形成Dy、Tb膜,并使其向晶界相扩散。一种永磁铁的制造方法,包括:成膜工序,使至少含有Dy及Tb中的一种金属蒸发材料蒸发,使该蒸发的金属原子附着到该烧结磁铁表面;扩散工序,通过实施热处理,使附着在表面上的前述金属原子扩散到烧结磁铁的晶界相中;前述金属蒸发材料至少含Nd、Pr中的一种。

Description

永磁铁及永磁铁的制造方法
技术领域
本发明涉及永磁铁及永磁铁的制造方法,尤其涉及通过使Dy及Tb扩散到Nb-Fe-B系的烧结磁铁的晶界相中形成的高磁特性的永磁铁及该永磁铁的制造方法。
背景技术
Nd-Fe-B系的烧结磁铁(所谓钕磁铁),由于其是由铁和价格低廉、资源丰富、可稳定供给的Nd、B元素组合而成的,可廉价制造出,同时还具有高磁特性(最大能积是铁氧体磁铁的10倍左右),因而被广泛使用于电子设备等多种产品,近年来,油电混合型汽车用的马达及发电机上的采用也取得了进展。
另一方面,由于上述烧结磁铁的居里温度很低,仅为300℃,因而存在下述问题,当采用它的产品在有些使用状态下温度上升到超过规定温度时,就会因热而减磁。此外还存在下述问题:当把上述烧结磁铁用于所需的产品中时,有时需要把烧结磁铁加工成一定形状,由于该加工,烧结磁铁的晶粒上会产生缺陷(裂纹等)及畸变,使其磁性显著恶化。
因此,当取得Nd-Fe-B系烧结磁铁时,可考虑添加具有比Nd大的4f电子的磁各向异性、带有与Nd相同的负斯蒂芬斯因子,可大幅提高主相的结晶磁性各向异性的Dy及Tb,但由于Dy、Tb在主相晶格中采用与Nd反向的自旋排列的费里磁结构,因而存在磁场强度,进而言之,表示磁特性的最大能积大幅下降的问题。
为了解决这一问题,有人建议:在Nd-Fe-B系烧结磁铁的整个表面上形成具有规定膜厚(可根据磁铁的体积形成3μm以上的膜厚)的Dy及Tb膜,继而在规定温度下实施热处理,即可使表面上成膜的Dy及Tb均匀地向磁铁的晶界相扩散(参照非专利文献1)。
非专利文献1:(Improvement of coercivity on thin Nd2Fe14B sintered Permenantmagnets(薄型Nd2Fe 14B系烧结磁铁中的顽磁力提高)/朴起兑、东北大学、博士论文,平成12年3月23日)
发明内容
根据非专利文献1的报告,用上述方法制作出的永磁铁具有下述优点:由于扩散到晶相界中的Dy及Tb提高了各晶粒表面结晶磁性各向异性,强化了晶核形成型的顽磁力发生机构,因而可生产出具有在顽磁力飞速提高的同时,最大能积也几乎没有损失(例如剩磁通密度:14.5kG(1.45T)、最大能积:50MGOe(400Kj/m3)、顽磁力23kOe(3MA/m))性能的永磁铁。
不过,如能进一步提高顽磁力,即使永磁铁的厚度变薄,仍可获得具有很强磁力的永磁铁。因此,要想实现使用此种永磁铁的产品本身的小型、轻量化及小功率化就需要开发出一种与上述现有技术相比具有更高顽磁力、高磁特性的永磁铁。此外,由于使用的是资源匮乏,无望稳定供给的Dy及Tb,因而需要使Dy及Tb在烧结磁铁表面上成膜以及向晶界相的扩散更高效地进行以提高其生产性,实现低成本化。
为此,鉴于上述各点,本发明的第1目的在于提供一种永磁铁,其具有极高的顽磁力以及高磁特性。此外,本发明的第2目的在于提供一种永磁铁的制造方法,其能以高生产性和低成本制作出具有极高顽磁力以及高磁特性的永磁铁。
为了解决上述课题,权利要求1所述的永磁铁的制造方法,包括:成膜工序,其使至少含Dy及Tb中的一种的金属蒸发材料蒸发,使该蒸发的金属原子附着到铁-硼-稀土类系的烧结磁铁表面;扩散工序,其通过实施热处理,使附着在表面上的前述金属原子扩散到烧结磁铁的晶界相中;其特征在于,前述金属蒸发材料至少含有Nd及Pr中的一种。
若采用本发明,由于除至少含Dy及Tb中的一种之外,还至少含Nd及Pr中的一种,因而除可通过Dy及Tb与晶粒的Nd置换使结晶磁性各向异性提高之外,还可修复晶界的畸变及缺陷,具有更高的顽磁力,除此而外,由于Nd等与Dy及Tb不同,采用的是与Fe同向磁化的自旋排列,因而剩磁通密度以及最大能积均很高,其结果是可获得与现用品相比具有更高磁特性的永磁铁。另外,由于Nd-Fe的共晶点比Dy-Fe及Tb-Fe的共晶点更低(约低200℃),因而晶界上的Dy、Tb的扩散速度加快,其结果是由于可在短时间内进行扩散工序,因而可实现高生产性。
前述金属蒸发材料最好至少还含有从Al、Cu及Ga中选择出的一种。由于这样即可利用多元共晶效应降低Nd富相的熔点,因而可进一步加快Dy、Tb金属原子的扩散速度。也就是说,扩散工序时,Al、Cu及Ga的元素进入Nd富相,形成Dy(Tb)-Nd(Pr)-Fe-Al(Cu、Ga)等的复杂共晶。在此情况下,由于处于晶界附近的Nd富相的共晶点较之Dy-Fe(Tb-Fe)的二元系共晶点,多元系的更低,因而Dy、Tb的金属原子的扩散速度更快。此外,扩散工序时,由于上述元素作用于晶界引起的清洗效应,与由于上述元素优先氧化,稀土类氧化物被还原引起的有效稀土类量的增加相结合,因而可得到具有更高顽磁力的永磁铁。在此情况下,由于积极地与造成顽磁力低下的C等元素进行反应,因而可降低有害效果。
此外,前述金属蒸发材料含有从Ag、B、Ba、Be、C、Ca、Ce、Co、Cr、Cs、Er、Eu、Fe、Gd、Ge、Hf、Ho、In、K、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、P、Pd、Ru、S、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn以及Z r中选择出至少一种时,也可获得与上述同样的效果。
如果前述成膜工序包括第1工序,其加热处理室,通过使配置在该处理室内的金属蒸发材料蒸发,在处理室内形成金属蒸气气氛,以及第2工序,其把保持在比处理室内的温度低的温度上的前述烧结磁铁装入该处理室,利用处理室内和烧结磁铁间的温差,使金属蒸气气氛中的金属原子选择性地附着、沉积在烧结磁铁表面上,由于可使金属蒸发材料以规定膜厚在烧结磁铁表面高速成膜,因而可进一步提高生产性,此外,由于可提高资源匮乏,无望稳定供给的Dy及Tb的回收率,因而可实现低成本化。
在此情况下,如果前述金属蒸气气氛在前述处理室内处于饱和状态,则可使至少含有Dy、Tb中的一种的金属蒸发材料在烧结磁铁表面以更高速度成膜。
另外,也可将前述金属蒸发材料和烧结磁铁配置在同一处理室内加热,使该金属蒸发材料蒸发的同时,通过调节该蒸发的金属原子在被加热到大致同温的烧结磁铁表面上的供给量使之附着,使该附着的金属原子在烧结磁铁表面上形成由金属蒸发材料构成的薄膜之前扩散到烧结磁铁的晶界相中,进行前述成膜工序和扩散工序。
这样一来,蒸发的金属原子即被提供给加热到规定温度的烧结磁铁表面后附着。此时,由于将烧结磁铁加热到可获得最佳扩散速度的温度的同时,调节了烧结磁铁表面上的金属原子供给量,因而附着在表面上的金属原子在形成薄膜之前即依次向烧结磁铁的晶界相扩散(也就是说,烧结磁铁表面上的Dy及Tb等金属原子的供给和向烧结磁铁的晶界相的扩散可在同一处理中进行)。因此,永磁铁的表面状态与实施上述处理前的状态基本相同,可防止制作出的永磁铁表面恶化(表面粗度变坏),此外,还可抑制Dy及Tb过量扩散到烧结磁铁表面附近的晶界内,由于无需别的后续工序因而可实现高生产性。
在此情况下,若预先将前述烧结磁铁和金属蒸发材料隔离配置,则可在使金属蒸发材料蒸发时,防止熔化的金属蒸发材料直接附着到烧结磁铁上。
此外,如果通过改变配置在前述处理室内的前述金属蒸发材料的表面系数来增减一定温度下的蒸发量,则不必改变装置构成,例如在处理室内设置用来增减金属原子在烧结磁铁表面上的供给量的别的部件,即可简单调节烧结磁铁表面上的供给量。
为了去除Dy及Tb等金属原子扩散到晶界相之前烧结磁铁表面上吸附的污垢、气体及水分,最好在加热收容前述烧结磁铁的处理室之前,将处理室内减压到规定压力并保持之。
在此情况下,为了促进表面上吸附的污垢、气体及水分的去除,最好在把前述处理室减压到规定压力之后,把处理室内加热到规定温度并保持之。
另外,为了在Dy及Tb等的金属原子扩散到晶界相之前去除烧结磁铁表面上的氧化膜,最好在加热收容前述烧结磁铁的处理室之前,采用等离子清洗前述烧结磁铁表面。
此外,若在使Dy及Tb等的金属原子扩散到前述烧结磁铁的晶界相之后,在比上述温度低的规定温度下实施去除永磁铁畸变的热处理,则可获得磁化及顽磁力进一步提高或恢复的高磁特性的永磁铁。
此外,为了解决上述课题,权利要求14所述的永磁铁,其特征在于:具有铁-硼-稀土类系的烧结磁铁,使至少含有Dy及Tb中的一种,以及至少含有Nd及Pr中的一种的金属蒸发材料蒸发到该烧结磁铁表面,使该蒸发的金属原子附着后,通过实施热处理,使附着在表面上的前述金属蒸发材料扩散到晶界相中。
在此情况下,前述金属蒸发材料最好至少还含有从Cu、Al以及Ga中选择出的一种。
此外,前述金属蒸发材料至少还可含有从Ag、B、Ba、Be、C、Ca、Ce、Co、Cr、Cs、Er、Eu、Fe、Gd、Ge、Hf、Ho、In、K、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、P、Pd、Ru、S、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn以及Zr中选择出的一种。
发明效果
正如上文所述,本发明的永磁铁具有以下效果:与现有技术相比是具有更高顽磁力的高磁特性的永磁铁,此外,本发明的永磁铁的制造方法,可用高生产性及低成本制造出具有更高顽磁力的高磁特性的永磁铁。
具体实施方式
下面参照图1及图2加以说明,本发明的永磁铁M是通过同时进行使后述的金属蒸发材料V蒸发,使该蒸发的金属原子附着到加工成规定形状的Nd-Fe-B系的烧结磁铁S表面上的成膜工序,以及使附着在烧结磁铁S表面上的金属原子均匀地扩散到晶界相中的扩散工序的一系列处理制作出的(真空蒸气处理)。
作为基础材料的Nd-Fe-B系的烧结磁铁S是用众所周知的方法按下述制作的,即首先按照一定的组分比例配比Fe、B、Nd,用众所周知的脱模铸造法制作出0.05mm~0.5mm的合金。此外,也可用众所周知的离心铸造法制作出厚度为5mm左右的合金。此外在配比时也可少量添加Cu、Zr、Dy、Tb、Al及Ga。接着先用众所周知的氢化裂解工序破碎,再用射流碾磨微粉化工序微粉化。
接着,磁场定向后用模具成形为长方体及圆柱体等的规定形状,然后使之在规定条件下烧结即可制作出上述烧结磁铁。此外,也可在制作烧结磁铁S的各道工序中把条件分别最佳化,使烧结磁铁S的平均结晶粒径处于1μm~5μm的范围内,或7μm~20μm的范围内。
若平均结晶粒径在7μm以上,磁场成形时的旋转力变大的同时定向性良好,此外由于晶界的表面积变小,可使附着在烧结磁铁表面的Dy、Tb等金属原子短时间内高效扩散,因而可获得具有高顽磁力的永磁铁M。若平均结晶粒径超过25μm,在一个结晶粒子中,含有不同结晶方位的粒子的比例极度增加,使定向度变差,其结果是永磁铁的最大能积、剩磁通密度和顽磁力分别下降。
另外,若平均结晶粒径不足5μm,由于单磁畴晶粒的比例增加,可获得具有极高顽磁力的永磁铁。若平均结晶粒径小于1μm,由于晶界变得细小而又复杂,会使实施扩散工序所需的时间变得极长,生产性差。
正如图2所示,实施上述处理的真空蒸气处理装置1,具有可通过涡轮分子泵、低温泵、扩散泵等真空排气手段11减压并保持在规定压力(例如1×10-5Pa)的真空容器12。真空容器12内可设置箱体13,其由上面开口的长方体形状的箱部13a以及可在开口的箱部13a的上部灵活装卸的盖部13b构成。
在盖部13b的整个外周缘部上形成向下方弯曲的突缘131,若将盖部13b安装到箱部13a的上面,则可通过突缘部131与箱部13a的外壁的配合(在此情况下,未设置金属密封条之类的真空密封条),形成与真空容器12隔绝的处理室130。并且若通过真空排气手段11把真空容器12减压到规定压力(例如1×10-5Pa),处理室130可减压到大致比真空容器12高半位的压力(例如5×10-4Pa)。
处理室130的容积考虑到蒸发金属材料的平均自由行程,设定为蒸气气氛中的金属原子可从直接或反复撞击的多个方向提供给烧结磁铁S。此外,箱部13a以及盖部13b的壁厚可设定为在用后述的加热手段加热时不会产生热变形,用不会与金属蒸发材料发生反应的材料构成。
即,当金属蒸发材料V是由Dy和Tb构成的合金时,若使用通常的真空装置常用的Al2O3,有可能因蒸气气氛中的Dy及Tb和Al2O3发生反应,在其表面形成反应生成物,箱体13容易损坏。因此箱体2可用诸如Mo、W、V、Ta或这些的合金(含稀土类添加型Mo合金、Ti添加型Mo合金等)及CaO、Y2O3或稀土类氧化物制作,也可使用由这些材料形成其它隔热材料的内表面贴膜来构成。此外,也可通过在处理室130内距底面一定高度的位置上配置例如由多根Mo线(例如
Figure A20078003422500111
)构成的网格,形成承载部132,在该承载部132上并排承载多个烧结磁铁S。另外,金属蒸发材料V可适当配置在处理室130的底面、侧面或上面等处。
作为金属蒸发材料,可使用含有能大幅提高主相的结晶磁性各向异性的Dy及Tb中的至少一种,以及Nd及Pr中的至少一种(在此情况下,也可使用Nd与Pr的合金-钕镨),金属蒸发材料V以规定的混合比例配比,例如用电弧炉得到块状或颗粒状的合金后,配置在处理室132内的规定位置上。而颗粒状或块状的Dy、Tb及其合金和Nd、Pr及其合金以规定的重量比在处理室130内分别单独配置。
这样一来,在向晶界相扩散时,由于Dy(Tb)与晶粒的Nd(Pr)置换不仅可提高结晶磁性各向异性,还可修复晶界的畸变及缺陷,不仅具有更高的顽磁力,而且由于Nd等不同于Dy及Tb,采用的是与Fe同向磁化的自旋排列,因而剩磁通密度以及最大能积升高,其结果是与现有技术相比,可获得磁特性更高的永磁铁。另外,由于Nd-Fe的共晶点比Dy-Fe及Tb-Fe的共晶点还要低(约低200℃),因而晶界上的Dy、Tb的扩散速度加快,其结果是由于可在短时间内进行扩散工序,因而可实现高生产性。在此情况下,如果金属蒸发材料V至少含有Nd及Pr中的一种,与其混合比例(重量%)无关,与将Dy及Tb中的至少一种作为金属蒸发材料V时相比,可提高永磁铁M的顽磁力。
金属蒸发材料V最好还含有从Al、Cu及Ga中选择出至少一种。这样即可在扩散工序时利用多元共晶效应,使Nd富相的熔点下降,从而进一步加快Dy、Tb的金属原子的扩散速度。也就是说,在扩散工序时,Al、Cu、及Ga元素进入Nd富相,形成Dy(Tb)-Nd(Pr)-Fe-Al(Cu、Ga)等的复杂共晶。在此情况下,由于晶界近旁的Nd富相的共晶点与Dy-Fe(Tb-Fe)的二元系的共晶点相比,多元系的更低,因而可进一步加快Dy、Tb金属原子的扩散速度。此外,扩散工序时,上述元素作用于晶界带来的清洗效应,与上述元素优先氧化,稀土类氧化物被还原带来的有效稀土类的量增加相结合,即可得到具有更高顽磁力的永磁铁。在此情况下,由于积极地与造成顽磁力下降原因的C等有害元素进行反应,因而可降低有害效果。
此外,为了得到与上述相同的效果,金属蒸发材料V除Al、Cu及Ga之外,还可用从Ag、B、Ba、Be、C、Ca、Ce、Co、Cr、Cs、Er、Eu、Fe、Gd、Ge、Hf、Ho、In、K、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、P、Pd、Ru、S、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn以及Zr(下文称之为A元素)中选择出的至少一种取代各元素。
在真空容器12内还设有加热手段14。加热手段14与箱体13相同,用不与金属蒸发材料发生反应的材料制成,例如可由围绕在箱体13四周,内侧具有反射面的Mo制隔热材料,和配置在其内侧,具有Mo制热丝的电加热器构成。并可通过用加热手段14加热减压下的箱体13,经箱体13间接加热处理室130内,将处理室130内大致均匀地加热。
下面说明用上述真空蒸气处理装置1,实施本发明的方法的永磁铁M的制造。首先,在箱部13a的承载部132上承载用上述方法制作的烧结磁铁S的同时,在箱部13a的底面上设置作为金属蒸发材料V的Dy和Nd的合金(这样即可将烧结磁铁S和金属蒸发材料V在处理室130内隔一定距离配置)。接着,把盖部13b安装到箱部13a开口的上面上之后,在真空容器12内把箱体13设置到被加热手段14围绕的规定位置上(参照图2)。并通过真空排气手段11把真空容器12真空排气,直至减压到规定压力,(例如1×10-4Pa),(处理室130被真空排气到大体高半位的压力),真空容器12一达到规定压力,即通过使加热手段14动作加热处理室130。
在减压下处理室130内的温度一达到规定温度,设置在处理室130底面上的金属蒸发材料V即被加热到与处理室130大致相同的温度并开始蒸发,在处理室130内形成金属蒸气气氛。开始蒸发的情况下,由于烧结磁铁S和Dy是隔离配置的,因而金属蒸发材料V不会直接附着到表面Nd富相熔化的烧结磁铁S上。并且,处于金属蒸气气氛中的Dy(Tb)及Nd(Pr)的金属原子从直接或反复撞击的多个方向上提供并附着到被加热到与金属蒸发材料V大致同温的烧结磁铁S的表面,通过该附着的金属原子扩散到烧结磁铁S的晶界相中即可得到永磁铁M。
然而,正如图3所示,同时实施成膜工序和扩散工序情况下,若为了形成含Dy及Nd层(薄膜)L1,一给烧结磁铁S的表面提供金属蒸气气氛中的Dy及Nd的金属原子,附着并沉积在烧结磁铁S表面上的Dy、Nd二次结晶时,会使永磁铁M表面显著恶化(表面粗度变差),此外,附着并沉积在处理期间被加热到大致同温的烧结磁铁S表面的Dy熔解后过量地扩散到靠近烧结磁铁S表面的区域R1上的晶界内,从而使磁特性无法有效提高及恢复。
即,在烧结磁铁S表面上一旦形成Dy及Nd薄膜,与薄膜相邻的烧结磁铁表面S的平均组分即形成Dy富相组分,一旦出现Dy富相组分,其液相温度即下降,使烧结磁铁S表面熔化(即,因主相熔化,液相量增加)。其结果是,烧结磁铁S表面附近因熔化而变形,凹凸增加。此外,Dy与大量液相一道过量地进入晶粒内,导致表示磁特性的最大能积以及剩磁通密度进一步下降。
在本实施方式中,设定为以烧结磁铁的1~10重量%的比例,在处理室130的底面上配置每一单位体积的表面积(表面系数)小的块形状(大致呈球形)的金属蒸发材料V,使一定温度下的蒸发量减少。除此而外,当金属蒸发材料V是Dy和Nd的合金时,通过控制加热手段14,把处理室130内的温度设定在800℃~1050℃范围内,最好在900℃~1000℃的范围内(例如,处理室内温度为900℃~1000℃时,Dy的饱和蒸气压约为1×10-2Pa~1×10-1Pa)。
若处理室130内的温度(进而言之,烧结磁铁S的加热温度)低于800℃,附着在烧结磁铁S表面的Dy原子向晶界层的扩散速度将变慢,无法在烧结磁铁S表面上形成薄膜之前均匀扩散到烧结磁铁的晶界相中。另外,当温度超过1050℃时,由于蒸气压升高,处于蒸气气氛中的金属原子将过量地提供给烧结磁铁S表面。此外,Dy有可能扩散到结晶粒内,由于Dy一旦扩散到结晶粒内,会使结晶粒内的磁化大幅下降,因而可导致最大能积以及剩磁通密度进一步下降。
为了在烧结磁铁S表面上形成含Dy及Nd薄膜之前即扩散到其晶界相中,与设置在处理室130的承载部132上的烧结磁铁S的表面积的总和对应的设置在处理室130底面的块状的金属蒸发材料的表面积的总和的比例设定在1×10-4~2×103范围内。当该比例在1×10-4~2×103范围之外时,有时会在烧结磁铁S表面上形成特定的薄膜,此外,无法获得具有高磁特性的永磁铁。在此情况下,上述比例最好在1×10-3至1×103范围内,此外上述比例如能在1×10-2至1×102范围内则更理想。
这样即可通过降低蒸气压的同时减少金属蒸发材料V的蒸发量,抑制金属原子在烧结磁铁S上的供给量,以及与把烧结磁铁S的平均结晶粒径控制在规定范围内的同时,在规定范围内加热烧结磁铁S,在作为金属蒸发材料V的Dy(Tb)中加入Nd和Pr中的至少一种以加快扩散速度一道,使附着在烧结磁铁S表面上的Dy原子在烧结磁铁S表面上形成Dy层(薄膜)之前,高效而又均匀地扩散到烧结磁铁S的晶界相中(参照图1)。其结果是,可防止永磁铁M表面恶化,此外,可抑制Dy过量地扩散到靠近烧结磁铁表面区域的粒界内,晶界相中具有Dy富相(含有5~80%范围内的Dy的相),除此而外,由于Dy仅扩散到晶粒表面附近,因而可有效提高或恢复磁化及顽磁力,可获得不需要进行二次加工的,生产性高的永磁铁M。此外,成膜工序和扩散工序同时进行与可缩短扩散时间相结合,即可实现高生产性。
正如图4所示,在制作出上述烧结磁铁S之后,若用线切割等手段加工成所需形状,有时会因作为烧结磁铁表面的主相的晶粒上产生裂纹而使磁特性显著恶化(参照图4(a)),若实施上述真空蒸气处理,由于可在表面附近的晶粒裂纹的内侧形成Dy富相(参照图4(b),因而磁化及顽磁力恢复。
此外,现有的钕磁铁出于防锈考虑添加了Co,但由于较之Nd,具有极高耐蚀性、耐风化性的Dy(Tb)富相存在于表面附近的晶粒的裂纹内侧及晶界相中,因而无需使用Co,即可成为具有极强耐蚀性、耐风化性的永磁铁。当使附着在烧结磁铁表面上的Dy(Tb)扩散的情况下,由于烧结磁铁S的晶界上没有含Co的金属间化合物,因而附着在烧结磁铁S表面上的Dy、Tb的金属原子可进一步高效扩散。
最后,当把上述处理实施了规定时间(例如4~48小时)之后,使加热手段14停止动作的同时,通过未图示的气体导入手段把10KPa的Ar气导入处理室130内,使金属蒸发材料V停止蒸发,使处理室130内的温度先下降到例如500℃。接着,使加热手段14再次动作,把处理室130内的温度设定在450~650℃的范围内,为使顽磁力更加提高或恢复,实施去除永磁铁畸变的热处理。最后,快速冷却到室温,从真空容器12中取出箱体13。
在本实施方式中,作为金属蒸发材料V,是以Dy和Nd的合金为例加以说明的,但在能加快最佳扩散速度的烧结磁铁S的加热温度范围内(900℃~1000℃),可使用蒸气压低的Tb和含Nd及Pr中至少一种的合金,还可使用含Dy、Tb双方,以及Nd和Pr中的至少一种的合金。此外,设定为为了减少一定温度下的蒸发量采用的是表面系数小的块形状的金属蒸发材料V,但并不局限于此,例如,也可设定为在箱部13a内设置剖面为凹形的承载盘,通过在承载盘内收容颗粒形或块形的金属蒸发材料V,使其表面系数减少。还可设定为在承载盘内收容金属蒸发材料V之后,安装设有多个开口的盖(未图示)。
此外,在本实施方式中是针对在处理室130内配置烧结磁铁S和金属蒸发材料V的情况加以说明的,但为了能用不同的温度加热烧结磁铁S和金属蒸发材料V,也可设定为在真空容器12内在处理室130之外另行设置蒸发室(另一处理室,未图示)的同时,设置加热蒸发室的其它加热手段,使金属蒸发材料在蒸发室内蒸发之后,通过连通处理室130和蒸发室的通道,把处于蒸气气氛中的金属原子提供给处理室130内的烧结磁铁。
在此情况下,当金属蒸发材料V是含Dy的情况下,可在700℃~1050℃的范围内(700℃~1050℃时,Dy的饱和蒸气压约为1×10-4~1×10-1Pa)加热蒸气室。当温度低于700℃时,无法达到足以给烧结磁铁S表面提供Dy可均匀扩散到晶界相中的蒸气压。另外,当金属蒸发材料是含Tb的情况下,可在900℃~1150℃的范围内加热蒸发室。当温度低于900℃时,达不到足以给烧结磁铁S表面提供Tb原子的蒸气压。另外,当温度超过1150℃时,Tb扩散到结晶粒内,导致最大能积以及剩磁通密度下降。
此外,为了去除使Dy及Tb扩散到晶界相中之前吸附在烧结磁铁表面上的污垢、气体及水分,也可设定为通过真空排气手段11把真空容器12减压到规定压力(例如1×10-5Pa),把处理室130减压到比真空容器12大致高半位的压力(例如5×10-4Pa)之后,保持规定时间。此时也可设定为通过使加热手段14动作,把处理室130内加热到例如100℃,并保持规定时间。
另外,还可设定为在真空容器12内设置可产生Ar或He等离子的众所周知结构的等离子发生装置(未图示),在进行真空容器12内的处理之前,采用等离子进行清洁烧结磁铁S表面的前处理。当在同一处理室130内配置烧结磁铁S和金属蒸发材料V的情况下,可将众所周知的传送机器人设置在真空容器12内,在真空容器12内清洁完盖部13b之后再安装。
还有,在本实施方式中,是针对在箱部13a的上面安装盖部13b构成箱体13的情况加以说明的,但如果处理室130与真空容器12隔绝,且可随着真空容器12的减压而减压的情况下,并不受此局限,例如也可在把烧结磁铁S收容到箱部13a中之后,例如用Mo制的薄片覆盖其上面的开口。另外也可采用能在真空容器12内密封处理室130,使之能在真空容器12之外单独保持规定压力的构成。
还有,在上述实施方式中是针对通过同时实施成膜工序和扩散工序的处理制作永磁铁M的情况加以说明的,但并不局限于此,也可首先使金属蒸发材料V附着并沉积在Nd-Fe-B系的烧结磁铁S表面形成规定的薄膜(成膜工序),接着通过实施热处理使附着在表面上的金属蒸发材料扩散到烧结磁铁的晶界相(扩散工序)来制作永磁铁。
在此情况下,作为实施成膜工序的成膜装置,虽然也可使用电阻加热式及设有电子枪的具有众所周知结构的蒸镀装置,但为了提高资源匮乏、无望稳定供给的Dy及Tb的回收率的同时,通过缩短成膜时间提高生产性,作为成膜工序最好使用下述成膜装置10。
下面参照图5、图6加以说明。成膜装置10采用在上下方向上连接处理室2和准备室3的构成。位于上侧的处理室2配置在圆筒形的真空容器10b内,其可经涡轮分子泵、低温泵、扩散泵等真空排气手段10a保持在规定的真空度(例如10×10-6Pa)上。
处理室2由下面开口的圆筒形的均热板21隔离而成,经下面的开口与准备室3连通。真空容器10b内设有由石墨构成的隔热材料22,其围绕在均热板21除开口的下面之外的四周。在均热板21和隔热材料22之间的空间内设有例如使用W的多根电加热加热器23,构成加热手段。这样即可在真空环境下用加热手段23加热被隔热材料22围绕的均热板21,通过经该均热板21间接加热处理室2内,即可将处理室2内均匀加热。
处理室2内设有可配置金属蒸发材料V的剖面呈凹形的托盘24。托盘24为了能围绕利用后述的传送手段移动到处理室2内的烧结磁铁S配置颗粒状及块状的金属蒸发材料,呈环形安装在均热板21的内侧壁面上。托盘24也可不必呈环形,等间隔配置在周向上即可。在此情况下,虽然Dy、Tb各自的熔点都很高,但如果使用其与Nd、Pr、Al、Cu或Ga等的合金作为金属蒸发材料V,即可缩短处理室内形成金属蒸气气氛的时间。
在处理室2的下侧形成第1空间4,在该第1空间4内设有遮蔽手段5。遮蔽手段5由阀门主体51和驱动该阀门主体51的气缸等驱动手段52构成,利用驱动手段52可使阀门主体51在连通处理室2和准备室3的打开位置(图1所示状态),以及阀门主体51和隔离出第1空间4的顶板41上形成的开口周缘部抵接、关闭处理室2的闭合位置间自由移动。阀门主体51上设有未图示的第2加热手段。
在第1空间4的下侧设有第2空间3a,在隔离出该第2空间3a的侧壁30上设有滑门阀(未图示),通过开闭该滑门阀即可装卸烧结磁铁S。烧结磁铁S可用保持手段6保持。保持手段6由同一圆周上隔规定间隔在垂直方向上设置的三根支柱61,以及在该支柱61上自下而上隔规定间隔且受各支柱61支持的水平设置的两个承载台62构成。各支柱61为了减少热传导采用的是小直径支柱61的结构。这是为了使后述的按压件74产生的热量难以通过支柱61传递给烧结磁铁S。
为了使承载在承载台62上的烧结磁铁的承载台一侧的面上也能成膜,承载台62可通过配置网格状的
Figure A20078003422500181
的线材来形成。此外,承载台62彼此间的间隔,可在考虑到烧结磁铁S的高度等因素基础上加以设定。保持手段6设置在第2空间3a内,设置在中央部形成可插穿后述的支持台的开口63a的圆板63上,该圆板63承载在处理室2内的环形支持件64上。
此外,隔离出处理室2的均热板21的材料,与上述相同,可用不会与将成膜的金属蒸发材料发生反应的材料制作,例如Mo、W、V、Ta以及这些的合金(包括稀土类添加型Mo合金、Ti添加型Mo合金等)及CaO、Y2O3或稀土类氧化物等,也可用上述材料在其它隔热材料表面形成内衬膜的材料构成。
在第2空间3a的下侧形成第3空间3b,第2空间3a及3b构成准备室3。准备室3与涡轮分子泵、低温泵、扩散泵等真空排气手段31连接,通过该真空排气手段31,可使准备室3和经第1空间4连通的处理室2内保持规定的真空度。在准备室3的底部上设有气缸等驱动手段71,在向准备室3内突出的轴部72的端部安装了圆形的支持台73,驱动手段71和支持台73构成传送手段7,支持台73可在准备室3内的规定位置(下降位置)和处理室2内的规定位置(上升位置)间自由升降。
轴部72上安装了按压件74,其位于支持台73下侧,剖面呈倒T字形状,按压件74具有在传送手段7移动到上升位置时,将圆板63朝上抬起,把设置在圆板63的外周缘部上的金属密封垫等密封件(未图示)按压到顶板41上形成的开口周缘部上密封处理室2的作用。按压件74上设有未图示的第3加热手段。
构成准备室3的第2空间3a内设有等离子发生手段,其具有与高频电源连接的线圈(未图示),和导入非活性气体的气体导入手段32。作为非活性气体是指He、Ar等稀有气体。并在准备室3内通过产生等离子,在处理室2内成膜之前利用等离子进行清洁烧结磁铁S表面的前处理。在此情况下,也可采用下述构成:在准备室3内设置使用W的电加热加热器(未图示),采用热处理实施清洁烧结磁铁S表面的前处理的同时,对成膜完毕的烧结磁铁S实施真空气氛中的热处理。
下面针对使用上述成膜装置1形成金属蒸发材料V的膜的情况加以说明。首先,把用上述方法制作出的Nd-Fe-B系烧结磁铁S设置在保持手段6的承载台61上。在此情况下,应以其易磁化方向与承载台73平行的状态承载。接着,在处理室3内的托盘24内设置例如由Dy和Nd的合金构成的金属蒸发材料V。为了提高Dy的回收率,设置在托盘24内的金属蒸发材料V的总量设定为烧结磁铁S达到规定温度(Dy(Tb)不仅可扩散到烧结磁铁晶粒上,还可扩散到晶界相中的温度)之前,保持处理室2内的Dy蒸气气氛所需的量。
接着,打开设置在侧壁30上的滑门阀,把设置了烧结磁铁的保持手段6装入第2空间3a,设置在圆板63a上之后,关闭滑门阀,使各种真空排气手段11、31分别动作,将真空容器12内真空排气的同时,使经准备室3以及第1空间4,处理室2达到规定压力(例如10×10-6Pa)之前真空排气。在此情况下,遮蔽手段5处于打开位置。
接着,处理室2以及准备室3的压力一达到规定值,即通过驱动手段52,使遮蔽手段5移动到关闭位置,通过阀门主体51密封处理室2,通过使加热手段23以及遮蔽手段5上的阀门主体51的第2加热手段动作,把处理室2内的温度加热到规定温度。在此情况下,可在1000℃~1700℃的范围内设定处理室2内的温度。温度低于1000℃时,达不到金属蒸发材料V可在烧结磁铁S表面高速成膜的蒸气压。另外,温度超过1700℃时,烧结磁铁S的成膜时间过短,有可能无法均匀成膜。处理室2的温度最好在1200℃~1500℃的范围内,如能在1200℃~1400℃范围内则更理想。在上述温度范围内,可高速形成所需膜厚。并在处理室2内例如形成1300℃时10Pa的蒸气压的金属蒸气气氛。由于在10Pa下在处理室2内产生对流,因而正如后文所述,当把常温下的烧结磁铁S装入处理室内时可在其整个表面上成膜。
另一方面,在处理室2内形成金属蒸气气氛期间,可在准备室3内进行清洁烧结磁铁S表面的前处理。即,准备室2(在此情况下构成前处理用的处理室)达到规定压力(10×10-6Pa)之后保持规定时间。这样即可去除吸附在烧结磁铁表面上的污垢、气体及水分。此时,为促进吸附在烧结磁铁表面上的污垢、气体及水分的去除,也可将准备室加热到规定温度(100℃)并保持之。此外,为了去除烧结磁铁S表面上的氧化膜,也可在加热收容前述烧结磁铁的处理室之前,用等离子清洁前述烧结磁铁表面。在此情况下,在准备室3的压力达到规定值(例如10×10-1Pa)之前,通过气体导入手段32把非活性气体,例如Ar气导入准备室3,通过使高频电源动作,使之在准备室3内产生等离子,利用等离子清洁烧结磁铁表面。清洁的前处理结束时,烧结磁铁的温度在室温~200℃间。
接着,在处理室2内形成金属蒸气气氛以及在准备室3内清洁烧结磁铁S表面的工作一结束,为了与处理室2之间先产生两位数以上的压力差,在准备室3的压力达到规定值(例如1000Pa)之前通过气体导入手段32把非活性气体、例如Ar气导入准备室3。准备室3的压力一达到规定值,即通过使遮蔽手段5移动到打开位置,使处理室2及准备室3连通。在此情况下,由于处理室2和准备室3之间具有压力差,Ar从准备室3进入处理室2,处理室2的压力升高,因而可防止蒸发一旦停止(加热手段23的动作不停止),在处理室2内蒸发的Dy及Nd的金属原子进入准备室3一侧。
接着,若利用真空排气手段31进行真空排气,直到处理室2及准备室3的压力再次达到规定值(例如10×10-2Pa)为止,则再次蒸发。并通过使传送手段7的驱动手段71动作,把保持了烧结磁铁S的保持手段6装入处理室2内。在此情况下,处理室2可通过设置在圆板63外周缘上的金属密封垫之类的密封件与顶板41上形成的开口周缘部抵接加以密封。
接着,已被加热的处理室2一被再次密封,即可在处理室2内形成例如1300℃、10Pa的饱和蒸气气氛,在该状态下保持规定时间。在此情况下,由于是把温度比处理室3低的烧结磁铁S装入高温的处理室2内的,因而利用处理室2内和烧结磁铁S间的温差,即可使蒸气气氛中的Dy及Nd的金属原子选择性地附着并沉积在烧结磁铁S表面上(成膜工序)。这样即可使金属原子仅在烧结磁铁表面上高速成膜。此时,由于支持台73的按压件74利用未图示的第3加热手段被加热到与均热板21大致相同的温度上,因而蒸气气氛中的金属原子不会附着到按压件74上。
当把常温的烧结磁铁S装入被加热到高温的处理室2内时,由于烧结磁铁S本身也被热辐射加热,因而在形成饱和蒸气气氛的处理室2内的保持时间为烧结磁铁升温到约1000℃之前的时间,即烧结磁铁S表面上附着、沉积必要量(“必要量”是指Dy仅扩散到晶界相,提高烧结磁铁的磁特性的量)的金属原子的时间。烧结磁铁S的温度一超过1000℃,Dy即进入烧结磁铁S的颗粒(作为主相的晶粒)内,其结果是得到的永磁铁与添加了Dy时相同,磁场强度,进而言之,表示磁特性的最大能积有可能大幅下降。
不过,烧结磁铁S因被加热而热膨胀的情况下,烧结磁铁S的热胀在居里温度(约300℃)以下时显示出因瓦合金性的异常,附着沉积在烧结磁铁S表面上的膜容易脱落。因此,保持时间最好设定为烧结磁铁S的最高温度为250℃以下或达到450℃以上的时间,当温度在250℃以下时,由于热胀异常引起的畸变减少,因而在烧结磁铁S表面上成膜的Dy及Nd不易发生脱落。另外,当温度在450℃以上时,由于烧结磁铁S的一部化熔化,烧结磁铁S和附着沉积在烧结磁铁S表面上的Dy及Nd间的密合性提高,在烧结磁铁S表面上成膜的Dy及Nd不易脱落。
另外,在准备室3内,可在该准备室3的压力达到规定值(例如1000Pa)之前利用气体导入手段32导入Ar等非活性气体。烧结磁铁S被装入处理室2内之后一经过规定时间,即通过驱动手段71使支持台73从处理室2内的上升位置移动到准备室3内的下降位置,并使遮蔽手段5从打开位置移动到关闭位置。此时,由于遮蔽手段5的阀门主体51通过未图示的第2加热手段被加热到与均热板21大致相同的温度,因而蒸气气氛中的金属原子不会附着到阀门主体51上。此外,由于Ar从准备室3进入到处理室2,因而蒸发停止。并将在该Ar气氛中形成规定的金属膜的烧结磁铁冷却。
接着,在准备室3内实施扩散工序。也就是说,通过真空排气手段31真空排气使与处理室2隔绝了的准备室3的压力达到规定值(10×10-3Pa),使设置在准备室3内的加热手段动作,对在规定温度下(例如700~950℃)规定时间内形成Dy及Nd膜的烧结磁铁S实施热处理(扩散工序)。在此情况下,最好在继准备室3内的热处理之后,在比该热处理低的规定温度下(例如500℃~600℃)实施规定时间(例如30分钟)去除永磁铁畸变的热处理(退火工序)。
成膜工序中的金属蒸发材料的膜厚可在考虑到扩散工序中的热处理时间及烧结磁铁S的体积等因素的基础上决定(例如2~20μm)。在此情况下,无需在烧结磁铁S的所有面上均附着、沉积金属原子,若在表面上的至少一部分上存在金属原子,一使Dy(Tb)在扩散工序中向晶界相扩散,即可得到高性能的永磁铁M。但是,当相对于烧结磁铁的体积,Dy(Tb)成膜的表面积过小的情况下由于扩散工序中的热处理时间变长,因而考虑到生产性,最好至少在烧结磁铁S的整个表面积的80%上附着、沉积了金属原子。最后,冷却规定时间后,打开侧壁30上的滑门阀,取出保持手段6。
这样即可在烧结磁铁S的整个面上形成金属蒸发材料V的膜,通过实施热处理,至少在烧结磁铁S的表面的一部分上形成Dy(Tb)扩散层,得到Dy(Tb)扩散到晶界相的永磁铁。在此情况下,由于可省略附加性的表面处理工序,与还可在烧结磁铁S的表面上高速形成具有规定膜厚的含Dy和Nd的薄膜相结合即可进一步提高生产性,提高Dy及Tb的回收率,因而可更加低成本化。
实施例1
作为Nd-Fe-B系的烧结磁铁,使用了组分为28Nd-1B-0.1Cu-1Co-bal.Fe,烧结磁铁S本身的氧含量为500ppm以及平均结晶粒径为3μm,加工成40×10×5(厚)mm的材料。在此情况下,将烧结磁铁S的表面精加工成具有10μm以下的表面粗度之后,用丙酮进行了清洗。
接着,用上述真空蒸气处理装置1通过上述真空蒸气处理得到永磁铁M。在此情况下,作为箱体13,使用了规格为200×170×60mm的Mo制品,在承载部132上等间隔配置了120个烧结磁铁。此外,作为金属蒸发材料V,将纯度为99.9%的Dy和Nd按规定混合比例配比,用电弧炉得到块状的合金后,以50g的总量配置在处理室130的底面上。一并称量出50Dy及50钕镨,50Dy、25Nd及25Pr,50Dy、50Pr,用电弧炉分别获得块状合金后以50g的总量配置在处理室130的底面上。
接着,通过使真空排气手段动作,先将真空容器减压到1×10-4Pa(处理室内的压力约5×10-3Pa)的同时,采用加热手段14把处理室130的加热温度设定为900℃。并在处理室130的温度达到900℃后,在该状态下保持6小时,进行了上述处理。接着,进行了去除永磁铁畸变的热处理。在此情况下,处理温度设为530℃、处理时间90分钟。其后用线切割机加工成
Figure A20078003422500231
的规格。
图7是用上述方法得到的永磁铁的磁特性平均值表,一并示出作为金属蒸发材料,使用纯度为99.9%的块状Dy,真空蒸气处理时间分别设定为12小时(比较例1a)、6小时(比较例1b)时得到的永磁铁的磁特性平均值。由此可知,在比较例中随着真空蒸气处理时间的延长,顽磁力升高,在比较例1a中,顽磁力约20kOe。与之相对应,在实施例1中,当金属蒸发材料V是Dy及Nd的合金情况下,即使以99重量%的比例配比Nd,顽磁力约为24.5kOe,与比较例1a、1b相比具有更高的顽磁力,得到了具有高磁特性的永磁铁。此外,作为金属蒸发材料V,若使用Dy中配比了Nd和Pr的合金,顽磁力约27kOe以上,与比较例1a、1b相比,具有更高的顽磁力,可得到具有高磁特性的永磁铁,此外,使用仅在Nd中配比了Pr的合金,也可得到顽磁力为28.5kOe的高磁特性的永磁铁。
实施例2
作为Nd-Fe-B系的烧结磁铁,使用了组分为28Nd-1B-0.1Cu-1Co-bal.Fe,烧结磁铁S本身的氧含量为500ppm以及平均结晶粒径为3μm,精加工成40×10×5(厚度)mm形状的材料。在此情况下,在把烧制磁铁S的表面精加工成具有10μm以下的表面粗度之后用丙酮进行了清洗。
接着,用上述真空蒸气处理装置1,经上述真空蒸气处理获得了永磁铁M。在此情况下,作为箱体13,使用了具有200×170×60mm规格的Mo制品,设定为在承载部132上等间隔配置120个烧结磁铁S。此外,作为金属蒸发材料V使用了纯度为99.9%的Tb和Nd以规定的混合比配比,用电弧炉得到块状的合金,以1000g的总量配置在处理室130的底面上。一并称量出50Tb及50钕镨,50Tb、25Nd及25Pr,50Tb及50Pr,用电弧炉分别获得块状合金后,以1000g的总量配置在处理室130的底面上。
接着,通过使真空排气手段动作,先将真空容器减压到1×10-4Pa(处理室内的压力为5×10-3Pa)的同时,采用加热手段14把处理室130的加热温度设定在1025℃上。并在处理室130的温度达到1025℃之后,在该状态下保持4小时,进行了上述处理。接着进行了去除永磁铁畸变的热处理。此时把处理温度设定为530℃,把处理时间设定为90分钟。最后,采用线切割机加工成
Figure A20078003422500241
的规格。
图8是用上述方法获得的永磁铁的磁特性表,一并示出作为金属蒸发材料使用纯度99.9%的块状的Tb,把真空蒸气处理时间分别设定为12小时(比较例2a)、4小时(比较例2b)时得到的永磁铁的磁特性的平均值。由此可知,比较例中,随着真空蒸气处理时间的延长,顽磁力升高,比较例2a,顽磁力约21kOe。与之相对应,在实施例2中,当金属蒸发材料V是Tb及Nd的合金情况下,即便以90重量%的比例配比Nd,顽磁力仍为28.5kOe,具有比比较例2a、2b高的顽磁力,可获得高磁特性的永磁铁。此外,作为金属蒸发材料V若使用在Tb中配比了Nd和Pr的合金,顽磁力约在31kOe以上,具有比比较例2a、2b更高的顽磁力,可获得高磁特性的永磁铁,此外,使用在Tb中仅配比Pr的合金时也可得到顽磁力33kOe的高磁特性的永磁铁。
实施例3
作为Nd-Fe-B系的烧结磁铁,使用了组分为20Nd-1B-5Pr-3Dy-bal.Fe,烧结磁铁本身的氧含量为500ppm,平均结晶粒径为3μm,加工成40×10×8(厚)mm形状的工件。在此情况下,将烧制磁铁S表面加工成具有50μm以下的表面粗度后用硝酸进行了清洗。
接着用上述真空蒸气处理装置进行上述真空蒸气处理,得到了永磁铁M。在此情况下,作为箱体13,使用200×170×60mm规格的Mo制件,在承载部132上等间隔配置了60个烧结磁铁S。此外,作为金属蒸发材料,称量出90Dy和10Nd后,按照规定的混合比配比A元素,用电弧炉得到块状合金,以30g的总量配置在处理室130的底面上。
接着,通过使真空排气手段动作,先将真空容器减压到1×10-4Pa(处理室内的压力为5×10-3Pa)的同时,采用加热手段14把处理室130的加热温度设定为850℃。并在处理室130的温度达到850℃之后,在该状态下保持16小时进行了上述处理。接着,进行了去除永磁铁畸变的热处理。在此情况下,把处理温度设为530℃,处理时间设为90分钟。此后,用线切割机加工成
Figure A20078003422500251
的规格。
图9示出用上述实施例3得到的永磁铁的磁特性的平均值表,一并示出未配比A元素与实施例3同样得到的永磁铁的磁特性的平均值(比较例3)。由此可知,在比较例3中,顽磁力约30kOe,与之相对应,在实施例3中,由于作为金属蒸发材料配比了A元素,因而顽磁力为33.5~38.3kOe,顽磁力大幅提高。在此情况下可知,若配比Al、Cu及Ga中的至少一种顽磁力会更高。
实施例4
作为Nd-Fe-B系的烧结磁铁,使用了组分为20Nd-1B-5Pr-3Dy-bal.Fe,烧结磁铁本身的氧含量500ppm,平均结晶粒径3μm,加工成40×10×8(厚)mm形状的工件。在此情况下,将烧制磁铁S的表面加工成具有50μm以下的表面粗度后,用硝酸进行了清洗。
接着,用上述真空蒸气处理装置1进行上述真空蒸气处理,得到了永磁铁M。在此情况下,作为箱体13,使用了具有200×170×60mm规格的Mo-Y制品,在承载部132上等间隔配置了60个烧结磁铁S。此外,作为金属蒸发材料,称量出90Tb和10Nd后,按照规定混合比配比A元素,用电弧炉得到块状合金后,以500g的总量配置在处理室130的底面上。
接着,通过使真空排气手段动作,先将真空容器减压到1×10-4Pa(处理室内的压力为5×10-3Pa)的同时,采用加热手段14把处理室130的加热温度设定为950℃。并在处理室130的温度达到950℃后,在该状态下保持12小时进行了上述处理。接着进行了去除永磁铁畸变的热处理。在此情况下,将处理温度设定为530℃,处理时间设为90分钟,其后,用线切割机加工成
Figure A20078003422500261
的规格。
图10示出用上述实施例4得到的永磁铁的磁特性的平均值表,一并示出未配比A元素,与实施例3同样得到的永磁铁的磁特性的平均值(比较例4)。如此可知,在比较例4中,顽磁力约35kOe,与之相对应,在实施例3中,由于作为金属蒸发材料配比了A元素,因而顽磁力为37.2~42.4kOe,顽磁力大幅提高。还可知,在此情况下,若配比Al、Cu及Ga中的至少一种,顽磁力更高。
实施例5
在实施例5中以与实施例3相同的条件制作Nd-Fe-B系烧结磁铁的同时,使用上述真空蒸气处理装置1在与实施例3相同条件下实施上述真空蒸气处理,得到了永磁铁M。但作为金属蒸发材料,在纯度为99.9%的Dy中以规定的混合比例配比A元素,利用电弧炉得到块状合金后以500g的总量配置在处理室130的底面上。
图11示出用上述实施例5得到的永磁铁的磁特性的平均值表,一并示出未配比A元素,与实施例5同样得到永磁铁时的磁特性的平均值(比较例5)。由此可知,在比较例5中,顽磁力约22kOe,与之相对应,在实施例5中,由于作为金属蒸发材料配比了A元素,因而顽磁力为24.9~29.5kOe,顽磁力大幅提高。在此情况下,若配比Al、Cu及Ga中的至少一种,顽磁力更高。
实施例6
在实施例6中以与实施例4相同的条件制作Nd-Fe-B系烧结磁铁的同时,使用上述真空蒸气处理装置1在与实施例4相同条件下实施上述真空蒸气处理,得到了永磁铁M。但作为金属蒸发材料,在纯度为99.9%的Tb中以规定的混合比例配比A元素,利用电弧炉得到块状合金后以1000g的总量配置在处理室130的底面上。
图12示出用上述实施例6得到的永磁铁的磁特性的平均值表,一并示出未配比A元素,与实施例6同样得到永磁铁时的磁特性的平均值(比较例6)。由此可知,在比较例6中,顽磁力约24.2kOe,与之相对应,在实施例6中,由于作为金属蒸发材料配比了A元素,因而顽磁力为24.9~32.5kOe,顽磁力大幅提高。在此情况下,若配比Al、Cu及Ga中的至少一种,顽磁力更高。
附图说明
图1是用本发明制作的永磁铁剖面的示意图。
图2是实施本发明的处理的真空处理装置的简图。
图3是采用现有技术制作的永磁铁剖面的示意图。
图4(a)是烧结磁铁表面的加工恶化的说明图。(b)是通过实施本发明制作出的永磁铁的表面状态说明图。
图5是实施成膜工序的成膜装置构成的示意图。
图6是说明图3所示的成膜装置的处理室内的烧结磁铁的保持示意图。
图7是用实施例1制作的永磁铁的磁特性平均值表。
图8是用实施例2制作的永磁铁的磁特性平均值表。
图9是用实施例3制作的永磁铁的磁特性平均值表。
图10是用实施例4制作的永磁铁的磁特性平均值表。
图11是用实施例5制作的永磁铁的磁特性平均值表。
图12是用实施例6制作的永磁铁的磁特性平均值表。
图中标号说明
1、真空蒸气处理装置,12、真空容器,2、处理室,3、加热手段,S、烧结磁铁,M、永磁铁,V、金属蒸发材料。

Claims (15)

1、一种永磁铁的制造方法,包括:成膜工序,其使至少含Dy及Tb中的一种的金属蒸发材料蒸发,使该蒸发的金属原子附着到铁-硼-稀土类系的烧结磁铁表面;扩散工序,其通过实施热处理,使附着在表面上的前述金属原子扩散到烧结磁铁的晶界相中;其特征在于,前述金属蒸发材料至少含有Nd及Pr中的一种。
2、根据权利要求1所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:前述金属蒸发材料至少还含有从Al、Cu以及Ga中选择出的一种。
3、根据权利要求1或2所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:前述金属蒸发材料至少还含有从Ag、B、Ba、Be、C、Ca、Ce、Co、Cr、Cs、Er、Eu、Fe、Gd、Ge、Hf、Ho、In、K、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、P、Pd、Ru、S、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn以及Zr中选择出的一种。
4、根据权利要求1至3任一项所述的永磁铁的制造方法,其特征在于,前述成膜工序包括:第1工序,其通过加热处理室,使配置在该处理室内的金属蒸发材料蒸发,在处理室内形成金属蒸气气氛;第2工序,其把保持在比处理室内的温度低的温度上的前述烧结磁铁装入该处理室,利用处理室内和烧结磁铁间的温差,使金属蒸气气氛中的金属原子选择性地附着、沉积在烧结磁铁表面。
5、根据权利要求4所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:前述金属蒸气气氛在前述处理室内为饱和状态。
6、根据权利要求1至3任一项所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:将前述金属蒸发材料和烧结磁铁配置在同一处理室内并加热,使该金属蒸发材料蒸发的同时,通过调节该蒸发的金属原子在被加热到大致同温的烧结磁铁表面上的供给量使之附着,使该附着的金属原子在烧结磁铁表面上形成由金属蒸发材料构成的薄膜之前向烧结磁铁的晶界相扩散,实施前述成膜工序和扩散工序。
7、根据权利要求6所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:前述烧结磁铁和金属蒸发材料隔离配置。
8、根据权利要求6或7所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:通过改变配置在前述处理室内的前述金属蒸发材料的表面系数,增减一定温度下的蒸发量来调节前述供给量。
9、根据权利要求1至8任一项所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:在前述成膜工序之前,把烧结磁铁配置到处理室内之后,把该处理室减压到规定压力并保持之。
10、根据权利要求9所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:把前述处理室减压到规定压力后,将处理室内加热到规定温度并保持之。
11、根据权利要求1至10任一项所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:在前述成膜工序之前,采用等离子清洁前述烧结磁铁的表面。
12、根据权利要求1至11任一项所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:使前述金属原子扩散到前述烧结磁铁的晶界相中之后,在比前述温度低的规定温度下实施去除永磁铁畸变的热处理。
13、一种永磁铁,其特征在于:具有铁-硼-稀土类系的烧结磁铁,使至少含有Dy及Tb中的一种,以及至少含有Nd及Pr中的一种的金属蒸发材料蒸发到该烧结磁铁表面,使该蒸发的金属原子附着后,通过实施热处理,使附着在表面上的前述金属蒸发材料扩散到晶界相中。
14、根据权利要求13所述的永磁铁,其特征在于:前述金属蒸发材料至少还含有从Cu、Al以及Ga中选择出的一种。
15、根据权利要求13或14所述的永磁铁的制造方法,其特征在于:前述金属蒸发材料至少还含有从Ag、B、Ba、Be、C、Ca、Ce、Co、Cr、Cs、Er、Eu、Fe、Gd、Ge、Hf、Ho、In、K、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、P、Pd、Ru、S、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn以及Zr中选择出的一种。
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