CN1291428C - R－t－b－c系稀土类急冷合金磁体的制造方法 - Google Patents

R－t－b－c系稀土类急冷合金磁体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是R-T-B-C系稀土类合金(R为选自稀土类元素和钇中的至少一种元素，T为以铁为主要成分的过渡金属，B为硼，C为碳)的制造方法。制备含有树脂成分的R-T-B系粘结磁体和表面形成有树脂包膜的R-T-B系烧结磁体，制备含有稀土类元素R和过渡金属元素T的溶剂合金，然后，将R-T-B系粘结磁体与溶剂合金一起熔解。这样，可从使用后的粘结磁体或制造过程中产生的次品中回收稀土类合金，制成急冷合金磁体。结果，可从R-T-B系磁体中回收磁体粉末，使具有树脂成分的磁体的循环利用成为可能。

Description

R-T-B-C系稀土类急冷合金磁体的制造方法
技术领域
本发明涉及适于粘结磁体循环利用的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，以及用该稀土类合金制作的R-T-B系稀土类急冷合金磁体的制造方法。
背景技术
目前，R-T-B(R为包括Y的稀土类元素中的至少一种元素，T为以铁为主要成分的过渡金属，B为硼)系稀土类磁体作为高性能磁体被广泛应用。对该R-T-B系稀土类磁体进行循环再利用，不仅是对资源的有效利用，而且对降低R-T-B系稀土类磁体的制造成本也是非常重要的。
在R-T-B系烧结磁体方面，其制造过程产生的磨削淤渣和微粉等，由于其氧化性强，有可能在大气中易自然起火，因此通过焚烧等处理使其氧化，进行使其变为稳定氧化物的处理。对于这种氧化物可通过酸溶解等化学处理，分离、萃取稀土类元素。
另外，就R-T-B系烧结磁体的最终制品而言，也正在进行通过再熔解(重熔)等方法循环利用R-T-B系原料合金的研究。
在循环利用粘结磁体方面，一般认为可将粘结磁体中的磁性粉末和粘合剂树脂分离，回收该磁性粉末。但是，由于粘结磁体中的树脂含有大量碳的成分，因此很难避免树脂中的碳在磁性粉末上附着、熔敷、固着等。结果，在由粘结磁体回收的磁性粉末中含有大量的碳的杂质，还必须进行除碳的工序。这种除碳的工序大幅度地增加了制造成本，使稀土类粘结磁体的循环利用仍未能达到实用化。另外，在对表面形成树脂包膜的R-T-B系烧结磁体进行循环利用时，也会遇到与R-T-B系粘结磁体同样的问题。
特开平5-55018号公报提出了将不良的或不要的粘结磁体粉碎、直接再作为粘结磁体的磁体粉末使用的技术。但是，由于粘结磁体中含有的磁体粉末被磁化了，在直接使用的状态下带有磁性，存在着很难向成型模送粉的问题。
特开平7-111208号公报提出了将不要的粘结磁体、在真空或惰性气体中加热至700～1000℃、对磁体粉末退磁的技术。但是，若进行700～1000℃的热处理，会使磁性粉末中的晶粒粗大化，导致顽磁力大幅下降。另外，还存在着粘结磁体中的树脂碳化问题。
另外，已知的还有用溶剂将粘结磁体中的树脂成分熔解、只提取磁体粉末的方法。该方法存在着所使用的溶剂价格高的缺点。另外，由于用该方法得到的磁粉与用特开平5-55018号公报的方法得到的磁粉一样处于磁化状态，所以需要额外地增加退磁工序。
鉴于上述诸问题，本发明的主要目的在于不用退磁工序和脱碳工序，就可由R-T-B系粘结磁体或表面有树脂包膜的R-T-B系烧结磁体回收磁体合金，使R-T-B系粘结磁体的循环利用成为可能。
发明内容
本发明的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法是R-T-B-C系稀土类合金(R为选自稀土类元素和钇中的至少一种元素，T为以铁为主要成分的过渡金属，B为硼，C为碳)的制造方法，包括：准备含有树脂成分的R-T-B系磁体的工序；准备含有稀土类元素R和过渡金属元素T的溶剂合金的工序，上述溶剂合金中所含的上述稀土类元素R的质量比率为0.5％～50％，上述过渡金属T的质量比率为50％～95％；将上述R-T-B系磁体与上述溶剂合金一起按从5∶95至80∶20的质量比率进行混合、熔解(融解或熔融)的工序，在上述熔解中，将浮在上述熔液上的熔渣从上述熔液中分离出去。
在优选的实施方式中，上述R-T-B系磁体是R-T-B系粘结磁体和/或R-T-B系烧结磁体。
在优选的实施方式中，上述R-T-B系烧结磁体具有形成于表面的树脂包膜。
在优选的实施方式中，上述溶剂合金含有B(硼)和/或C(碳)，B(硼)和C(碳)总含量为合金整体质量比率的0.01％以上20％以下。
在优选的实施方式中，上述溶剂合金含有选自Al、Si、P、S、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、In和Sn中的至少一种添加元素。
在优选的实施方式中，上述R-T-B系磁体是生产过程中产生的次品或使用后回收的制品。
在优选的实施方式中，将R-T-B系磁体与上述溶剂合金一起熔解的工序是使用高频熔解法在真空或惰性气氛中进行的。
本发明的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法包括：准备含有用上述任意一种制造方法制造的R-T-B-C系稀土类合金粉末的R-T-B系磁体的工序；准备含有稀土类元素R和过渡金属元素T的溶剂合金的工序；将上述R-T-B系磁体与上述溶剂合金一起熔解的工序。
本发明的R-T-B-C系稀土类急冷合金磁体的制造方法包括：准备用上述任意一种制造方法制造的R-T-B-C系稀土类合金的工序；制成上述R-T-B-C系稀土类合金熔液的工序；将上述熔液急冷制成急冷凝固合金的工序。
在优选的实施方式中，在急冷上述R-T-B-C系稀土类合金熔液之前，在上述R-T-B-C系稀土类合金中添加稀土类元素和/或过渡金属元素。
在优选的实施方式中，在急冷上述R-T-B-C系稀土类合金熔液之前，在上述R-T-B-C系稀土类合金中添加B(硼)和/或C(碳)。
在优选的实施方式中，在急冷上述R-T-B-C系稀土类合金熔液之前，在上述R-T-B-C系稀土类合金中添加稀土类合金。
在优选的实施方式中，制成上述急冷凝固合金的工序包括：通过让上述合金熔液接触旋转的冷却部件表面、使上述合金熔液急冷的工序。
本发明的粘结磁体的制造方法包括：通过将由上述任意一种制造方法制造的R-T-B-C系稀土类磁体用合金粉碎来制备粉末的工序；将上述粉末与树脂进行混合的工序。
附图说明
图1是表示本发明的R-T-B-C系稀土类急冷合金磁体的制造方法的实施方式的示意图。
具体实施方式
在本发明中，对通过回收生产过程中产生的次品或使用后的制品而得到的R-T-B系磁体进行再熔解(熔融)，实现对原料合金的循环利用。本发明最大的特点是，在R-T-B系粘结磁体或表面形成有树脂包膜的R-T-B系烧结磁体再熔解时，使用含有稀土类元素和过渡金属元素的溶剂合金。
溶剂合金所含的稀土类元素的量优选为质量比率为合金整体的0.5％以上50％以下。该溶剂合金也可含有B(硼)和/或C(碳)，B(硼)和/或C(碳)的总含量优选为质量比率为合金整体的0.01％以上20％以下。在溶剂合金中，以铁为主要成分的过渡金属T的质量比率为50％以上95％以下。溶剂金属中的稀土类元素R和过渡金属T之比(R∶T)优选为从1∶99至50∶50。
将R-T-B系磁体和溶剂合金按从5∶95至80∶20的质量比率进行混合、熔解。
通过使用上述溶剂合金，可以用高频熔解法有效地熔解由于存在树脂成分而电阻显著增大的R-T-B系粘结磁体。在不使用溶剂合金时，由于粘结磁体中存在大量碳等杂质，因而不能生成纯净的熔液，产生熔渣。将这种熔渣从熔液中分离出来是非常困难的。另外，溶剂合金的组分与粘结磁体中所含的磁粉的组分相差很大时，溶剂合金优先熔解之后，粘结磁体中的树脂成分有可能不熔解。因此，溶剂合金的组分优选与作为熔解对象的粘结磁体的磁粉的组分相近。
也可以在溶剂合金中添加选自Al、Si、P、S、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、In和Sn中的至少一种元素。
从粘结磁体的树脂成分熔解到合金熔液中的碳，可以置换稀土类-过渡金属-硼磁体的一部分硼。已知在烧结磁体的情况下，用碳置换部分硼，可提高耐腐蚀性，但对实现高顽磁力则不利。但是，根据本发明人的试验可知，在由熔融纺丝等液体急冷法、气体喷雾法、薄带铸造法等急冷方法制成的合金中，由于组织致密，因此不会因用碳置换一部分硼而引起磁体的特性下降。因此，即使通过对如上所述那样的粘结磁体再熔解，使合金中含有树脂成分固有的碳，也不会对最终的磁体特性产生不良影响。
另外，由于在本发明中，上述的再熔解是在真空或惰性气体下进行的，因此粘结磁体中的大部分粘结树脂成分(碳、氢、氧、氮、氯等)被除去。具体而言，碳熔解到合金熔液中，氧作为氧化物成为熔渣。由于该熔渣具有获取其他不需要元素的功能，因此若将熔渣从熔液中分离出来，即可将粘结树脂中不需要的成分从合金熔液中除去。另外，由于熔渣的比重比熔液的比重小得多，熔渣是浮在熔液上的，因此很容易将熔渣从熔液中分离出去。
根据上述方法，可将不需要的树脂成分从粘结磁体中除去，因此可回收还原处理的不要状态的稀土类合金。这样回收的稀土类合金，由于是被熔解了一次的合金，因此没有剩磁，粉末化以后的处理也很容易。
根据本发明，来自于粘结磁体的树脂成分中的一部分碳被熔入再熔解合金中，含在最终制成的R-T-B系稀土类急冷合金中。可是，该碳存在于急冷合金的微细组织中，对磁体的特性几乎没有不良影响。但是，为使最终的磁体粉末的磁特性优异，磁体粉末中硼和碳的合计含量(B+C)优选在0.5重量％以上2.0重量％以下，而且碳的原子数比率(C/(B+C))优选设定在0.05以上0.75以下的范围内。
另外，本发明的磁体不仅磁特性非常优异，而且耐侯性等性能也很优异。
在本发明中，一部分Fe可被选自Co、Ni、Mn、Cr和Al中的一种或一种以上的元素置换，也可添加选自Si、P、Cu、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Mo和Ga中的一种或一种以上的元素。
下面，参照图1说明本发明的实施方式。
首先，对众所周知的粘结磁体的制造方法的实施方式进行说明。
将通过氧化物还原等得到的Nd、Fe、Co和B等原材料熔解，制成含有这些元素的母合金块材。将该母合金熔解得到的合金熔液用熔融纺丝法或薄带铸造法等急冷法进行冷却，凝固后，通过进行粉碎·整粒工序，得到具有所期望粒度分布的磁体粉末。将粘结树脂与该磁体粉末混炼，制成混合物，然后用压制装置等进行成型。对这种具有所期望形状的树脂和磁体粉末的混合体进行粘结树脂的固化工序，然后，经涂装·检查工序后制成最终制品。
含有树脂成分的R-T-B系磁体，除上述那样通过压缩成型制成的磁体以外，还包括将树脂和磁体粉末的混合物通过注射成型制成的磁体、以及表面形成有树脂包膜的烧结磁体。
在本发明中，回收用上述方法制造的、作为制品出厂后使用后的粘结磁体，制成R-T-B-C系稀土类合金。此时，也可以对在粘结磁体制造过程中产生的残余混合物、不良成型品、不良固化品等进行再利用。在本发明中，在将使用后的粘结磁体等在真空、减压气氛中熔解时，使用上述的溶剂合金。粘结磁体中的磁体粉末与溶剂合金一起再熔解，生成含有部分碳的再生原料合金。将该再生原料合金，用单辊法等的急冷法进行熔融、凝固，然后，经过与上述众所周知的制造方法相同的工序，再生成粘结磁体用磁体粉末，用于粘结磁体的制造。
(实施例1)
首先，在具有27.0质量％Nd-4.6质量％Co-0.96质量％B-其余Fe的组成的稀土类合金磁体粉末中添加质量比率为2.0％的环氧树脂，用模具进行压制成型，成型为规定形状。然后，进行树脂固化处理，制成磁各向同性的粘结磁体。
将该粘结磁体300g和具有29.6质量％Nd-其余Fe的组成的合金铸锭(溶剂合金)放入熔解室内的氧化铝坩埚内，在真空中进行高频熔解。这样，将溶剂合金和粘结磁体一起熔解，形成合金熔液。通过向熔解室内导入Ar气，使熔解室内的压力达到80kPa，然后在该加热状态下保持10分钟。
将上述合金熔液铸入铸模中，然后使其冷却、凝固。对这样得到的铸块的成分进行分析。分析结果如表1所示。
(表1)
  元素   Nd   Pr   Fe   Co   Cu   Si   Al   B   O   C
  含有比例(质量％) 28.3 0.20 66.5 1.47 0.06 0.08 0.35 0.97 0.03 0.35
然后，为使组成成为27.1质量％Nd-0.9质量％Co-0.68质量％B-0.34质量％C-其余Fe，在上述合金中添加Nd和Fe，进行再熔解。
然后，将具有上述组成的合金熔液用单辊法进行急冷、凝固。辊子的圆周速度为20米/秒。对这样制作的急冷凝固合金，在600℃进行20分钟的热处理。然后，在研钵中进行粉碎，制成粉末。粉末的粒度在150μm以下。利用VSM(试样振动型磁化率测定装置)测定该粉末(实施例1)的磁特性。测定结果如表2所示。
表2还记载了比较例的磁特性，比较例是用Nd、Fe、Co、B和C各种原料，按与上述实施例相同组成进行配合、熔解制成的磁体粉末(比较例1)。
(表2)
  Br(T)   HcJ(kA/m)
  实施例1   0.780   1180
  比较例1   0.762   1210
由表2可知，实施例1的剩磁通密度Br和顽磁力HcJ均不比比较例1逊色，具有优异的磁特性。
(实施例2)
在本实施例中，将使用实施例1的磁粉制作的粘结磁体变成再熔解的对象。即，将利用再熔解法制成的粘结磁体再熔解，制成急冷合金的磁体粉末。为了比较，将使用上述比较例1的磁粉制作的粘结磁体也进行再熔解。
再熔解的粘结磁体是，在具有27.1质量％Nd-0.9质量％Co-0.68质量％B-0.34质量％C-其余Fe的组成的实施例1和比较例1的磁体粉末中，分别添加质量比率为2.0％的环氧树脂，用模具进行压制成型，制成规定形状的各向同性粘结磁体。
在将上述粘结磁体与溶剂合金一起再熔解时，为使最终组成成为27.1质量％Nd-0.9质量％Co-0.68质量％B-0.34质量％C-其余Fe，添加Nd、Fe、Co、B、C。然后，用单辊法将上述2种由粘结磁体得到的合金熔液分别进行急冷、凝固。对每种急冷凝固合金都在600℃进行20分钟的热处理，然后粉碎制成磁体粉末。
用上述方法制作的磁体粉末的磁特性如表3所示。
(表3)
  Br(T)   HcJ(kA/m)
  实施例2   0.782   1190
  实施例3   0.776   1170
其中，实施例2是将使用实施例1的磁体粉末制作的粘结磁体经再熔解→熔融→急冷凝固→粉碎的各种处理得到的磁体粉末。实施例3是将使用比较例1的磁体粉末制作的粘结磁体经再熔解→熔融→急冷凝固→粉碎的各种处理得到的磁体粉末。
从表3可知，实施例2和实施例3与实施例1一样具有优异的磁特性。
产业上的可利用性
根据本发明，通过使用溶剂合金的再熔解法，可以从粘结磁体有效地制取磁体合金。另外，对这样制取的磁体合金，再通过熔融和急冷凝固，制成即使含有来自于粘结磁体的粘结树脂中的碳，磁特性也不下降的R-T-B-C系稀土类磁体合金。
这样，根据本发明，即使不经还原处理或脱碳处理，也可从粘结磁体制取稀土类合金磁体用原料合金，经济性地进行粘结磁体的循环利用。另外，由于添加的碳使稀土类磁体的氧化反应性能降低，因此不会在制造过程中因发热、着火导致磁体特性下降，也不会妨碍工艺的安全性。而且，即使在磁体表面不设置提高耐候性的特别保护膜，也可防止磁体随时间而性能下降。

Claims (14)

1.一种R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，R为选自稀土类元素和钇中的至少一种元素，T为以铁为主要成分的过渡金属，B为硼，C为碳，其特征在于：包括：
准备含有树脂成分的R-T-B系磁体的工序；
准备含有稀土类元素R和过渡金属元素T的溶剂合金的工序，所述溶剂合金中所含的所述稀土类元素R的质量比率为0.5％～50％，所述过渡金属T的质量比率为50％～95％；
将所述R-T-B系磁体与所述溶剂合金一起按从5∶95至80∶20的质量比率进行混合、熔解的工序，在所述熔解中，将浮在所述熔液上的熔渣从所述熔液中分离出去。
2.如权利要求1所述的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，其特征在于：所述R-T-B系磁体是R-T-B系粘结磁体和/或R-T-B系烧结磁体。
3.如权利要求2所述的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，其特征在于：所述R-T-B系烧结磁体具有形成于表面的树脂包膜。
4.如权利要求1～3中任一项所述的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，其特征在于：所述溶剂合金含有B和/或C，B和C的总含量为合金整体质量比率的0.01％以上20％以下。
5.如权利要求1～3中任一项所述的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，其特征在于：所述溶剂合金含有选自Al、Si、P、S、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、In和Sn中的至少一种的添加元素。
6.如权利要求1～3中任一项所述的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，其特征在于：所述R-T-B系磁体是生产过程中产生的次品或使用后回收的制品。
7.如权利要求1～3中任一项所述的R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，其特征在于：将所述R-T-B系磁体与所述溶剂合金一起熔解的工序是使用高频熔解法在真空或惰性气氛中进行的。
8.一种R-T-B-C系稀土类合金的制造方法，其特征在于：包括：
准备含有用权利要求1所述的制造方法制造的R-T-B-C系稀土类合金粉末的R-T-B系磁体的工序；
准备含有稀土类元素R和过渡金属元素T的溶剂合金的工序；
将所述R-T-B系磁体与所述溶剂合金一起熔解的工序。
9.一种R-T-B-C系稀土类急冷合金磁体的制造方法，其特征在于：包括：
准备用权利要求1所述的制造方法制造的R-T-B-C系稀土类合金的工序；
制成所述R-T-B-C系稀土类合金熔液的工序；
将所述熔液急冷制成急冷凝固合金的工序。
10.如权利要求9所述的R-T-B-C系稀土类急冷合金磁体的制造方法，其特征在于：在急冷所述R-T-B-C系稀土类合金熔液之前，在所述R-T-B-C系稀土类合金中添加稀土类元素和/或过渡金属元素。
11.如权利要求9或10所述的R-T-B-C系稀土类急冷合金磁体的制造方法，其特征在于：在急冷所述R-T-B-C系稀土类合金熔液之前，在所述R-T-B-C系稀土类合金中添加B和/或C。
12.如权利要求9或10所述的R-T-B-C系稀土类急冷合金磁体的制造方法，其特征在于：在急冷所述R-T-B-C系稀土类合金熔液之前，在所述R-T-B-C系稀土类合金中添加稀土类合金。
13.如权利要求9或10所述的R-T-B-C系稀土类急冷合金磁体的制造方法，其特征在于：制成所述急冷凝固合金的工序包括：通过让所述合金熔液接触旋转的冷却部件表面、使所述合金熔液急冷的工序。
14.一种粘结磁体的制造方法，其特征在于：包括：
通过将由权利要求9所述的制造方法制造的R-T-B-C系稀土类磁体用合金粉碎来制备粉末的工序；
将所述粉末与树脂进行混合的工序。
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