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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers für einen Seltenerdmetall-Magneten,
und insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers für die Verwendung beispielsweise
in einem Magneten vom R-Fe-B-Typ.
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Technischer
Hintergrund
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Ein Sintermagnet (Permanentmagnet)
aus einer Seltenerdmetall-Legierung wird normalerweise hergestellt
durch Pressen eines Pulvers einer Seltenerdmetall-Legierung, Sintern
des resultierenden Presslings und anschließendes Durchführen einer
Alterungsbehandlung mit dem Sinterkörper. Um ein Sintermagnet zu sein,
kann der Sinterkörper
zu einem beliebigen Zeitpunkt, nachdem er einer Alterungsbehandlung
unterworfen worden ist, magnetisiert werden. Es sei darauf hingewiesen,
dass der hier verwendete Ausdruck "Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper" entweder für einen Sinterkörper, der
magnetisiert werden soll, oder für
einen Sinterkörper,
der bereits magnetisiert worden ist (d.h. einen Sintermagneten),
in dem vorliegenden Zusammenhang steht.
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Zu Permanentmagneten, wie sie derzeit
in großem
Umfang auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden, gehören ein
Magnet vom Samarium-Kobalt (Sm-Co)-Typ
und ein Magnet vom Neodym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B)-Typ. Für verschiedene
Typen von elektronischen Geräten
wird unter anderen immer häufiger
ein Magnet vom R-Fe-B-Typ verwendet (worin R für mindestens ein Element, ausgewählt aus
den Elementen der Seltenen Erden, wie z.B. Yttrium (Y), und in der
Regel Neodym (Nd), steht, Fe für
Eisen und B für
Bor stehen). Der Grund dafür
ist der, dass ein Magnet vom R-Fe-B-Typ ein maximales Energieprodukt
(BH)max aufweist, das höher ist als dasjenige verschiedener
anderer Magnet-Typen
und dennoch der Magnet vom R-Fe-B-Typ verhältnismäßig billig ist.
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Ein Sintermagnet vom R-Fe-B-Typ umfasst
eine Hauptphase, die im wesentlichen besteht aus einer tetragonalen
R2Fe14B-Verbindung,
eine R-reiche Phase, die beispielsweise Nd enthält, und eine B-reiche Phase.
Bei einem Sintermagneten vom R-Fe-B-Typ kann ein Teil des Fe durch
ein Übergangsmetallelement
wie Co oder Ni ersetzt sein und ein Teil von B kann durch C ersetzt
sein. Ein Sintermagnet vom R-Fe-B-Typ, auf den verschiedene bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anwendbar sind, ist beispielsweise in
den US-Patenten Nr. 4 770 723 und 4 792 368 beschrieben.
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Beim Stand der Technik wurde eine
Legierung vom R-Fe-B-Typ als ein Material für einen solchen Magneten durch
Anwendung eines Blockgießverfahrens
hergestellt. Bei einem Blockgießverfahren
werden normalerweise ein Seltenes Erdmetall, elektrolytisches Eisen
und eine Ferrobor-Legierung als jeweilige Ausgangsmaterialien durch
Anwendung eines Induktionserhitzungsverfahrens geschmolzen und dann
wird die auf diese Weise erhaltene Schmelze in einer Gießform verhältnismäßig langsam
abgekühlt,
wodurch ein Legierungsblock erhalten wird.
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Neuerdings hat ein Schnellabschreckungsverfahren,
beispielsweise ein Bandgießverfahren
oder ein Zentrifugengießverfahren
viel Aufmerksamkeit gefun den. Bei einem Schnellabschreckungsverfahren
wird eine geschmolzene Legierung in Kontakt gebracht mit und verhältnismäßig schnell
abgekühlt
und verfestigt durch die äußere oder
innere Oberfläche
einer einzelnen Abschreckwalze oder einer Doppelabschreckwalze,
eine rotierende Abschreckscheibe oder eine rotierende zylindrische
Gießform,
wodurch eine schnell erstarrte Legierung aus der geschmolzenen Legierung
hergestellt wird, die dünner
ist als ein Legierungsblock. Die auf diese Weise hergestellte schnell
erstarrte Legierung wird nachstehend als "Legierungsflocke" bezeichnet. Die durch Anwendung eines
solchen Schnellabschreckungsverfahrens hergestellte Legierungsflocke
hat normalerweise eine Dicke von etwa 0,03 bis etwa 10 mm. Bei dem
Schnellabschreckungsverfahren beginnt die geschmolzene Legierung
zu erstarren von einer Oberfläche
derselben her, die im Kontakt mit der Oberfläche der Abschreckwalze steht.
Diese Oberfläche
der geschmolzenen Legierung wird nachstehend als "Walzenkontaktoberfläche" bezeichnet. Bei
dem Schnellabschreckungsverfahren wachsen daher säulenförmige (stängelförmige) Kristalle
in der Dickenrichtung, ausgehend von der Walzenkontaktoberfläche. Als
Folge davon hat die schnell erstarrte Legierung, die nach einem
Bandgießverfahren
oder einem anderen Schnellabschreckungsverfahren hergestellt worden
ist, eine Struktur, die eine kristalline R2Fe14B-Phase und eine R-reiche Phase umfasst.
Die kristalline R2Fe14B-Phase
weist in der Regel eine Größe der Nebenachse
von etwa 0,1 bis etwa 100 μm
und eine Größe der Hauptachse
von etwa 5 bis etwa 500 μm
auf. Andererseits ist die R-reiche Phase, die eine nicht-magnetische Phase
ist, die ein Seltenerdmetallelement R in einer verhältnismäßig hohen
Konzentration enthält,
in dem Korngrenzbereich zwischen den kristallinen R2Fe14B-Phasen dispergiert.
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Im Vergleich zu einer Legierung,
die nach dem konventionellen Blockgießverfahren oder nach dem Formgießverfahren
hergestellt worden ist (eine solche Legierung wird hier als "Block-Legierung" bezeichnet) ist
die schnell erstarrte Legierung innerhalb einer kürzeren Zeitspanne
abgeschreckt und verfestigt worden (d.h. mit einer Abschreckungsgeschwindigkeit
von etwa 102°C/s bis etwa 104°C/s). Daher
hat die schnell erstarrte Legierung eine feinere Struktur (Gefüge) und
eine kleinere durchschnittliche Kristall-Korngröße. Außerdem hat bei der schnell
erstarrten Legierung ihr Korngrenzenbereich eine größere Fläche und
die R-reiche Phase ist breit und fein in dem Korngrenzenbereich
dispergiert. Die schnell erstarrte Legierung weist somit eine verbesserte
Dispersion der R-reichen Phase auf. Da die schnell erstarrte Legierung
die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Merkmale aufweist, kann
aus der schnell erstarrten Legierung ein Magnet mit ausgezeichneten
magnetischen Eigenschaften hergestellt werden.
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Ein alternatives Legierungsherstellungsverfahren,
ein so genanntes "Ca-Reduktions-Verfahren
(oder Reduktions/Diffusions-Verfahren)" ist ebenfalls allgemein bekannt. Dieses
Verfahren umfasst die folgenden Behandlungs- und Herstellungsstufen:
Zugabe von Calciummetall (Ca) und Calciumchlorid (CaCl2)
entweder zu der Mischung aus mindestens einem Seltenen Erdmetalloxid,
Eisenpulver, reinem Borpulver und mindestens einem Vertreter aus
der Gruppe Eisenborpulver und Boroxid in einem vorgegebenen Verhältnis oder
zu einer Mischung, die ein Legierungspulver oder ein Mischoxid aus
diesen Aufbauelementen in einem vorgegebenen Verhältnis enthält; die
Durchführung
einer Reduktions/Diffusions-Behandlung in einer inerten Atmosphäre mit der
resultierenden Mischung; das Verdünnen des erhaltenen Reaktanten
zur Herstellung einer Aufschlämmung;
und die anschließende
Behandlung der Aufschlämmung
mit Wasser. Auf diese Weise kann ein Feststoff aus einer Legierung
vom R-Fe-B-Typ erhalten
werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass irgendein
kleiner Block aus einer festen Legierung hier als "Legierungsblock" bezeichnet wird.
Der "Legierungsblock" kann irgendeine
von verschiedenen Formen von festen Legierungen haben, die nicht
nur erstarrte Legierungen, hergestellt durch Abkühlen einer Schmelze aus einer Werkstoff-Legierung
entweder langsam oder schnell (beispielsweise einen Legierungsblock,
hergestellt nach dem konventionellen Blockgießverfahren oder eine Legierungsflocke,
hergestellt durch ein Abschreckungsverfahren, beispielsweise ein
Bandgießverfahren),
sondern auch eine feste Legierung umfasst, die nach dem Ca-Reduktionsverfahren
hergestellt worden ist.
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Ein Legierungspulver, das gepresst
(verdichtet) werden soll, wird erhalten durch Durchführung der
folgenden Behandlungsstufen: grobes Pulverisieren eines Legierungsblockes
in einer dieser Formen unter Anwendung beispielsweise eines Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens
und/oder irgendeines der verschiedenen mechanischen Mahlverfahren
(beispielsweise unter Verwendung einer Federmühle, einer Pulvermühle oder
einer Scheibenmühle);
und feines Pulverisieren des resultierenden groben Pulvers (mit
einer mittleren Teilchengröße von etwa
10 bis etwa 500 μm)
durch Anwendung eines trockenen Mahlverfahrens unter Verwendung
beispielsweise einer Strahlmühle.
Das zu verdichtende Legierungspulver weist vorzugsweise eine mittlere
Teilchengröße von etwa
1,5 bis etwa 7 μm
auf, um ausreichende magnetische Eigenschaften zu erzielen. Es sei
darauf hingewiesen, dass die "mittlere
Teilchengröße" eines Pulvers sich
hier, wenn nichts anderes angegeben ist, auf einen massenmittleren
Durchmesser (MMD) bezieht. Das grobe Pulver kann auch unter Verwendung
einer Kugelmühle
oder einer Reibmühle
fein pulverisiert werden.
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Ein Seltenerdmetall-Legierungspulver
ist leicht oxidierbar, was nachteilig ist. Ein Verfahren zur Erzeugung
eines dünnen
Oxidfilms auf der Oberfläche
eines Seltenerdmetall-Legierungspulvers, um dieses Problem zu vermeiden,
ist in der japanischen Patent-Gazette für Einsprüche Nr. 6-6728 beschrieben,
ursprünglich
eingereicht von der Firma Sumitomo Special Metals Co., Ltd. am 24.
Juli 1986. Bei einem anderen bekannten Verfahren kann die Oberfläche eines
Seltenerdmetall-Legierungspulvers zu diesem Zweck auch mit einem Gleitmittel
beschichtet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Seltenerdmetall-Legierungspulver,
das keinen Oxidfilm oder keinen Gleitmittelüberzug darauf aufweist, ein
Seltenerdmetall-Legierungspulver, das mit einem Oxidfilm überzogen
ist, und ein Seltenerdmetall-Legierungspulver, das mit einem Gleitmittel
beschichtet ist, zur Vereinfachung hier alle kollektiv als "Seltenerdmetall-Legierungspulver" bezeichnet werden.
Wenn jedoch von der "Zusammensetzung eines
Seltenerdmetall-Legierungspulvers" die Rede ist, so handelt es sich dabei
um die Zusammensetzung des Seltenerdmetall-Legierungspulvers selbst,
nicht um die Kombination aus dem Pulver und dem Oxidfilm- oder dem
Gleitmittel-Überzug.
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Allgemein gilt, dass die Materialkosten
für einen
Seltenerdmetall-Sintermagneten verhältnismäßig hoch sind. Dies gilt auch
für einen
Magneten vom R-Fe-B-Typ,
der eine bestimmte Menge aus Fe als einem billigen Material enthält. Um die
Materialkosten für
einen Seltenerdmetall-Sintermagneten zu senken und keine wertvollen
natürlichen
Ressourcen zu verschwenden, sind vor kurzem Verfahren zur Recyclisierung
von defekten Seltenerdmetall-Legierungssinterkörpern ohne
Umschmelzen der Sinterkörper
untersucht und entwickelt worden.
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Beispielsweise ist in der japanischen
Patentpublikation Nr. 27/46 818 ein Verfahren zum Recyclisieren eines
Pulvers beschrieben, das hergestellt wurde durch Pulverisieren des
Abfalls einer Legierung vom Nd-Fe-B-Typ für einen Sintermagneten (dieses
Pulver wird nachstehend als "Abfallpulver" bezeichnet). Bei diesem
Verfahren wird das Abfallpulver aus der Legierung vom Nd-Fe-B-Typ mit einem
Seltenerdmetall-Legierungspulver (in der japanischen Patentpublikation
Nr. 27/46 818 als "Legierung
B" bezeichnet) vermischt,
um die oxidierten Anteile der Werkstofflegierung zu kompensieren
und dadurch die Sinterbarkeit des Abfallpulvers zu verbessern.
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Ein anderes Verfahren zum Recyclisieren
eines Abfallpulvers eines Magneten vom R-Fe-B-Typ ist in der offengelegten
japanischen Patentpublikation Nr. 11-329 811 beschrieben. Bei diesem alternativen
Verfahren wird ein Legierungspulver, das eine Nd2Fe14B-Phase als seine Hauptphase enthält, hergestellt,
indem man das Abfallpulver des Magneten vom R-Fe-B-Typ beispielsweise
Säurereinigungs-
und Ca-Reduktions-Verfahren unterwirft und dann mit einem Zusammensetzungskontroll-Legierungspulver
mischt, um dessen Sinterbarkeit zu verbessern.
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Nach diesen konventionellen Recyclisierungsverfahren
sollte jedoch ein Legierungspulver hergestellt werden, das eine
Zusammensetzung hat, die wesentlich verschieden ist von derjenigen
des Legierungspulvers als Material für die beabsichtigte Herstellung
eines Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers. Das heißt, da das "Legierungspulver
B" oder das Zusammensetzungskontroll-Legierungspulver
hergestellt werden muss, wird dadurch das Gesamtherstellungsverfahren
in nachteiliger Weise kompliziert. Außerdem ist es schwierig, einen
Sinterkörper
für einen
Seltenerdmetallmagneten aus dem Legierungspulver B oder dem Zusammensetzungskontroll-Legierungspulver
allein herzustellen. Auch wenn ein Magnet aus einem solchen Pulver
hergestellt werden könnte,
wären die
magnetischen Eigenschaften des Magneten signifikant schlechter als
die gewünschten
magnetischen Eigenschaften.
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Beschreibung
der Erfindung
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Um die vorstehend beschriebenen Probleme
zu beseitigen, betrifft die vorliegende Erfindung gemäß ihren
bevorzugten Ausführungsform
ein Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers durch
wirksameres Recyclisieren eines defekten Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetallmagneten. Das Verfahren umfasst vorzugsweise die
Stufen (a) Herstellung eines ersten groben Pulvers durch grobes
Pulverisieren eines Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers durch Anwendung eines
Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens, (b) Herstellung eines ersten
feinen Pulvers durch feines Pulverisieren des ersten groben Pulvers,
(c) Herstellung eines zweiten feinen Pulvers durch Pulverisieren
eines Legierungsblockes aus einem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial
und (d) Sintern einer Pulvermischung, die das erste feine Pulver
und das zweite feine Pulver umfasst. Sowohl das erste feine Pulver
als auch das zweite feine Pulver umfasst eine Hauptphase mit einer
Zusammen setzung, die durch die allgemeine Formel dargestellt wird:
(LR1-xHRx)2T14A, worin T entweder
für Fe
allein oder eine Mischung aus Fe und mindestens einem von Fe verschiedenen Übergangsmetallelement
steht; A steht entweder für
Bor allein oder eine Mischung aus Bor und Kohlenstoff; LR steht
für mindestens
ein leichtes Element der Seltenen Erden; HR steht für mindestens
ein schweres Element der Seltenen Erden und 0 ≦ x < 1.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfassen die Stufen (b) und (c) vorzugsweise
jeweils die Stufen der Herstellung des ersten feinen Pulvers und
des zweiten feinen Pulvers, die jeweils enthalten etwa 25 bis etwa
40 Massenprozent Elemente) der Seltenen Erden R (wobei R = LR1-xHRx) und etwa
0,6 bis etwa 1,6 Massenprozent A. Der Rest des ersten feinen Pulvers
oder des zweiten feinen Pulvers außer R und A umfasst vorzugsweise
T, eine sehr geringe Menge an einem oder mehreren Additiven und darin
enthaltene unvermeidliche Verunreinigungen. Die sehr geringe Menge
an Additiven) ist vorzugsweise mindestens ein Element, ausgewählt aus
der Gruppe, die besteht aus Al, Cu, Ga, Cr, Mo, V, Nb und Mn. Die Gesamtmenge
an Additiv(en) beträgt
vorzugsweise etwa 1 Massenprozent oder weniger. Der resultierende Sinterkörper für einen
Seltenerdmetallmagneten enthält
vorzugsweise das (die) Seltene Erdmetallelement(e) R in einer Menge
von etwa 34 Massenprozent oder weniger, besonders bevorzugt von
etwa 33 Massenprozent oder weniger.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfassen die Stufen (a) und (c) vorzugsweise die Stufe der Herstellung
des Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers bzw.
die Stufe der Herstellung des Legierungsblockes aus dem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial.
Der Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper und der Legierungsblock
aus dem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial umfasst vorzugsweise
jeweils eine Verbindung der Formel (LR1-xHRx)2T14A,
in einer Menge von etwa 80 Vol.-% oder mehr.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
umfasst das Verfahren vorzugsweise außerdem die Stufe der Herstellung
der Pulvermischung, in der die Masse des ersten feinen Pulvers etwa
0,1 bis etwa 10% der Masse des zweiten feinen Pulvers entspricht.
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Bei dieser besonders bevorzugten
Ausführungsform
umfassen die Stufen (b) und (c) vorzugsweise jeweils die Stufen
der Herstellung des ersten feinen Pulvers und des zweiten feinen
Pulvers, sodass der Molmengenanteil x in der Formel, welche die
Hauptphase des ersten feinen Pulvers darstellt, verschieden ist
von dem Molmengenanteil x in der Formel, welche die Hauptphase des
zweiten feinen Pulvers darstellt. Das Verfahren umfasst vorzugsweise
ferner die Stufe der Herstellung der Pulvermischung, in der die
Masse des ersten feinen Pulvers einem Wert von weniger als etwa
5% der Masse des zweiten feinen Pulvers entspricht. Um ausreichende
magnetische Eigenschaften zu erzielen, entspricht die Masse des
ersten feinen Pulvers besonders bevorzugt einem Wert von weniger
als etwa 3% der Masse des zweiten feinen Pulvers.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Stufe (a) vorzugsweise die Stufen der Zerkleinerung
des Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers zu
einer Vielzahl von Blöcken,
die jeweils eine Masse von etwa 50 g oder weniger aufweisen, und
das grobe Pulverisieren jeder der Vielzahl von Blöcken durch
Anwendung eines Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens.
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Bei noch einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
umfasst die Stufe (c) vorzugsweise die Stufen der Herstellung eines
zweiten groben Pulvers durch grobes Pulverisieren des Legierungsblockes
aus dem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial und die Herstellung des
zweiten feinen Pulvers durch feines Pulverisieren des zweiten groben
Pulvers. Das Verfahren umfasst vorzugsweise ferner die Stufen der
Herstellung einer Pulvermischung aus dem ersten groben Pulver und
dem zweiten groben Pulver und die Herstellung der Pulvermischung
aus dem ersten feinen Pulver und dem zweiten feinen Pulver durch
feines Pul verisieren der Pulvermischung aus dem ersten groben Pulver
und dem zweiten groben Pulver.
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Alternativ kann die Stufe (c) auch
umfassen die Stufen der Herstellung eines zweiten groben Pulvers durch
grobes Pulverisieren des Legierungsblockes aus dem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial
und die Herstellung des zweiten feinen Pulvers durch feines Pulverisieren
des zweiten groben Pulvers. Das Verfahren kann ferner umfassen die
Stufen der Durchführung
eines Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens
mit einer Mischung aus dem Legierungsblock aus dem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial
und dem Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper zur Herstellung einer
groben Pulvermischung aus dem ersten groben Pulver und dem zweiten
groben Pulver und die Herstellung der Pulvermischung aus dem ersten
feinen Pulver und dem zweiten feinen Pulver durch feines Pulverisieren
der groben Pulvermischung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
umfasst die Stufe (c) vorzugsweise die Stufe der Herstellung des
Legierungsblockes durch Erstarrenlassen einer Schmelze des Seltenerdmetall-Legierungsmaterials
durch ein Abschreckungsverfahren.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
umfasst die Stufe (a) vorzugsweise die Stufe der groben Pulverisierung
eines defekten Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetall-Magneten als Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper.
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Weitere Merkmale, Elemente, Verfahren,
Stufen, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung hervor.
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Beste Art der Durchführung der
Erfindung
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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die nachfolgenden spezifischen
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetall-Magneten.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines
Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetall-Magneten
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise die Stufen:
- (a) Herstellung eines ersten groben Pulvers
durch grobes Pulverisieren eines Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers durch
Anwendung eines Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens;
- (b) Herstellung eines ersten feinen Pulvers durch feines Pulverisieren
des ersten groben Pulvers;
- (c) Herstellung eines zweiten feinen Pulvers durch Pulverisieren
eines Legierungsblockes, der durch Abkühlen einer Schmelze eines Seltenerdmetall-Legierungsmaterials
erhalten worden ist; und
- (d) Sintern einer Pulvermischung, die das erste feine Pulver
und das zweite feine Pulver umfasst.
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Sowohl das erste feine Pulver als
auch das zweite feine Pulver umfassen eine Hauptphase mit der Zusammensetzung
(LR1-xHRx)2T14A.
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Die Zusammensetzung der Hauptphase
eines Sinterkörpers
einer Legierung vom R-Fe-B-Typ wird hier dargestellt durch die allgemeine
Formel (LR1-xHRx)2T14A, worin T entweder
für Fe
allein oder eine Mischung von Fe mit mindestens einem von Fe verschiedenen Übergangsmetallelement
steht, A steht entweder für
Bor allein oder für
eine Mischung von Bor und Kohlenstoff, LR steht für mindestens
ein leichtes Element der Seltenen Erden und HR steht für mindestens
ein schweres Element der Seltenen Erden. LR und HR werden nachstehend
kollektiv als als "R" bezeichnet.
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Das leichte Element der Seltenen
Erden LR wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die besteht
aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu und Gd, und es umfasst vorzugsweise
mindestens einen der Vertreter von Nd und Pr. Das schwere Element
der Seltenen Erden HR wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die besteht
aus Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, und es umfasst vorzugsweise
mindestens ein Element aus der Gruppe Dy, Ho und Tb. Der molare
Mengenanteil x, der in Form eines Atomverhältnisses anzeigt, wie viel des
leichten Elements der Seltenen Erden LR durch das schwere Element
der Seltenen Erden HR ersetzt ist, ist vorzugsweise gleich oder
größer als
etwa Null und kleiner als etwa 1. Das heißt, die Hauptphase des Sinterkörpers einer
Legierung vom R-Fe-B-Typ braucht kein schweres Element der Seltenen
Erden HR zu enthalten.
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Zu Beispielen für Übergangsmetalle gehören Ti,
V, Cr, Mn, Fe, Co und Ni. T steht vorzugsweise entweder für Fe allein
oder für
Fe, das teilweise durch mindestens einen Vertreter aus der Gruppe
Ni und Co ersetzt ist.
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Zur Herstellung eines Sintermagneten,
der ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufweist, enthält sowohl
das erste feine Pulver als auch das zweite feine Pulver vorzugsweise
etwa 25 bis etwa 40 Massenprozent eines oder mehrerer Elemente der
Seltenen Erden R (wobei R = LR1-xHRx)) und etwa 0,6 bis etwa 1,6 Massenprozent
A. Der Rest des ersten feinen Pulvers oder des zweiten feinen Pulvers,
abgesehen von R und A, umfasst T, eine sehr geringe Menge eines
oder mehrerer Additive und darin enthaltene unvermeidliche Verunreinigungen.
Die sehr geringe Menge an Additiv(en) ist vorzugsweise mindestens
ein Element, ausgewählt
aus der Gruppe, die besteht aus Al, Cu, Ga, Cr, Mo, V, Nb und Mn.
Die Gesamtmenge an Additiv(en) beträgt vorzugsweise etwa 1 Massenprozent
oder weniger. Sowohl der Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper als auch der Legierungsblock
aus dem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial umfassen vorzugsweise
eine Verbindung der Formel (LR1-xHRx)2T14A
in einer Menge von etwa 80 Vol.-% oder mehr. Es sei darauf hingewiesen,
dass der Legierungsblock, der durch Abkühlen und Erstarrenlas sen einer
Schmelze aus dem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial erhalten wird,
normalerweise einen Sauerstoffgehalt von etwa 1000 Massen-ppm oder
weniger aufweist. Der Grund dafür
ist der, dass der Legierungsblock noch keinen Sinterprozess durchlaufen
hat.
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In dem Verfahren zur Herstellung
eines Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetallmagneten gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das zweite feine Pulver verwendet zur Herstellung
des Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetallmagneten, nachdem es mit dem ersten feinen Pulver
gemischt worden ist, das aus dem Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper hergestellt
worden ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik muss das zweite feine
Pulver keine spezielle Zusammensetzung haben und es kann verwendet
werden zur Herstellung des Sinterkörpers für einen Seltenerdmetallmagneten
selbst.
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In diesem Fall kann das zweite feine
Pulver entweder gleich sein wie oder verschieden sein von einem feinen
Pulver, das zur Herstellung des Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers verwendet
worden ist, der ein Ausgangsmaterial für das erste feine Pulver sein
soll. Der Grund dafür
ist folgender: Allgemein wird die Legierungszusammensetzung eines
Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers auf verschiedene Anwendungszwecke
eingestellt. Daher werden in einer ersten Herstellungsfabrik Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper verschiedener
Qualitäten
hergestellt. Beispielsweise kann durch Änderung des molaren Anteils
x in der vorstehend angegebenen allgemeinen Formel eine Reihe von
unterschiedlichen Typen von Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpern hergestellt
werden, die voneinander verschiedene Remanenzen Br oder
maximale Koerzitivfeldstärken
iHc aufweisen. Zu diesem Zweck werden Legierungsblöcke, die
voneinander verschiedene molare Mengenanteile x aufweisen, die mit
diesen Qualitäten
in Verbindung stehen, in der Herstellungsfabrik hergestellt zur
Herstellung eines Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers der
gewünschten
Qualität.
Daher gibt es Legierungsblöcke
und Sinterkörper
unterschiedlicher Qualitäten
(d.h. gute und schlechte Produkte) in der Herstellungsfabrik. Bei
dieser bevorzugten Ausführungsform
können
die Materialien für
das erste feine Pulver und das zweite feine Pulver entweder von
gleicher Qualität
oder von voneinander verschiedener Qualität sein. In jedem Fall müssen zur
Erzielung ausreichend guter magnetischer Eigenschaften des fertigen
Seltenerdmetall-Sintermagneten, die innerhalb des gewünschten
Bereiches liegen, die Zusammensetzungen und das Mischungsverhältnis zwischen
dem ersten feinen Pulver und dem zweiten feinen Pulver in geeigneter
Weise kontrolliert (eingestellt) werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die
Zusammensetzung eines Sinterkörpers
in der Regel etwas verschieden ist von derjenigen seines feinen
Materialpulvers. Der Grund ist der, dass die Bestandteile (insbesondere
das (die) Elemente) der Seltenen Erden) des Materialpulvers beispielsweise
während
des Sinterverfahrens oxidiert werden. Das erste feine Pulver, das
durch Pulverisieren des Sinterkörpers
hergestellt worden ist, hat die Neigung, eine schlechte Flüssigphasen-Sinterbarkeit
aufzuweisen, weil dessen Elemente der Seltenen Erden oxidiert und
verbraucht worden sind. Daher wird bei dem vorstehend beschriebenen
konventionellen Recyclisierungsverfahren die Legierung B (wie in
der japanischen Patentpublikation Nr. 27/46 818 beschrieben) oder
das Zusammensetzungskontroll-Legierungspulver (wie in der offengelegten
japanische Patentanmeldung Nr. 11-329 811 beschrieben) zugemischt,
um die schlechte Sinterbarkeit dieses recyclisierten Materials,
das beim Pulverisieren des Sinterkörpers erhalten wurde, zu kompensieren.
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Im Gegensatz dazu wird bei bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dann, wenn das recyclisierte Material
eine schlechte Sinterbarkeit aufweist, der Massenprozentsatz (d.h.
das Mischungsverhältnis)
des ersten feinen Pulvers, bezogen auf das zweite feine Pulver,
verringert. Insbesondere entspricht in der Pulvermischung die Masse
des ersten feinen Pulvers vorzugsweise einem Wert von etwa 0,1 bis
etwa 10% der Masse des zweiten feinen Pulvers. Der Grund dafür ist folgender.
Wenn der Massenprozentsatz des ersten feinen Pulvers (d.h. des feinen
Pulvers aus dem recyclisierten Material), bezogen auf das zweite
feine Pulver (d.h. das feine Pulver aus einem brand neuen Material)
etwa 10 Massenprozent oder weniger beträgt, ist die Sinterbarkeit (beispielsweise
die Sinterdichte) der Pulvermischung gut genug, um einen Sintermagneten mit
praktikablen magnetischen Eigenschaften herzustellen. Wenn jedoch
der Massenprozentsatz des ersten feinen Pulvers, bezogen auf das
zweite feine Pulver, etwa 10 Massenprozent übersteigt, nimmt die Sinterbarkeit
der Pulvermischung ab, wodurch die Sinterdichte abnimmt und der
Sauerstoffgehalt des Sinterkörpers
zunimmt. Als Folge davon können
die Remanenz Br oder die maximale Koerzitivfeldstärke iHc des Sinterkörpers abnehmen. Wenn andererseits
der Massenprozentsatz des ersten feinen Pulvers im Verhältnis zu
dem zweiten feinen Pulver zu niedrig ist, dann ist die Recyclisierung
nicht so vorteilhaft insbesondere im Hinblick auf die Kosten. Aus
diesem Grund ist der Massenprozentsatz des ersten feinen Pulvers
in bezug auf das zweite feine Pulver vorzugsweise mindestens gleich
groß oder
größer als
etwa 0,1 Massenprozent.
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Wenn der Molmengenanteil x in der
Hauptphase des ersten feinen Pulvers, dargestellt durch die allgemeinen
Formel, von demjenigen in der Hauptphase des zweiten feinen Pulvers,
ebenfalls dargestellt durch die gleiche Formel, verschieden ist
(d.h. wenn das erste feine Pulver aus einem Sinterkörper einer
anderen Qualität
hergestellt worden ist), dann beträgt der Massenprozentsatz des
ersten feinen Pulvers, bezogen auf das zweite feine Pulver, vorzugsweise
weniger als etwa 5 Massenprozent, besonders bevorzugt weniger als etwa
3 Massenprozent, um ausreichend gute magnetische Eigenschaften zu
erzielen. Es sei darauf hingewiesen, dass das erste feine Pulver
und/oder das zweite feine Pulver aus einer Vielzahl von Pulvern
mit voneinander verschiedenen Zusammensetzungen aufgebaut sein kann.
In diesem Fall werden, bevor diese Pulver mit unterschiedlichen
Zusammensetzungen entweder als grobe Pulver oder als feine Pulver
miteinander gemischt werden, die Zusammensetzungen dieser Pulver
vorzugsweise analysiert und das Mischungsverhältnis derselben wird vorzugsweise
festgelegt auf der Basis des Ergebnisses der Analyse der Zusammensetzung. Der
resultierende Sinterkörper
für einen
Seltenerdmetallmagneten enthält
vorzugsweise das (die) Elemente) der Seltenen Erden R in einer Menge
von etwa 34 Massenprozent oder weniger, besonders bevorzugt von etwa
33 Massenprozent oder weniger.
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Nachstehend wird im Detail beschrieben,
wie das erste feine Pulver aus dem Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper bei
dem Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers für einen Seltenerdmetallmagneten gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hergestellt werden soll.
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Zur Herstellung des ersten feinen
Pulvers aus dem Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper wird
zuerst der Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper grob pulverisiert. Normalerweise
wird dann, wenn ein feines Pulver aus einem Legierungsblock oder
aus einer Legierungsflocke erhalten wird, der Legierungsblock oder die
Legierungsblöcke
ebenfalls einmal grob pulverisiert und anschließend fein pulverisiert. Dies
wird durchgeführt,
um ein feines Pulver mit der gewünschten
Teilchengrößenverteilung
auf wirksame Weise zu erhalten, weil ein Seltenerdmetall-Legierungspulver
häufig
eine schlechte Pressbarkeit (Verdicuhtbarkeit) aufweist. Als Verfahren
zum groben Pulverisieren wird üblicherweise
ein Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren oder ein mechanisches Mahlverfahren
angewendet. Bei dem Herstellungsverfahren dieser bevorzugten Ausführungsform wird
der Sinterkörper
durch Anwendung eines Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens grob
pulverisiert. Bei dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren wird das Seltenerdmetallelement
hydriert und deshalb wird es bei den anschließenden Herstellung- und Verarbeitungsstufen
nicht so stark oxidiert wie bei anderen mechanischen Mahlverfahren.
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Infolgedessen steigt selbst dann,
wenn der Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper als magnetisches Material
recyclisiert wird, der Sauerstoffgehalt des resultierenden Pulvers
nicht so stark an. Außerdem wird
bei dem Sinterverfahren das hydrierte Element der Seltenen Erden
seinerseits dehydriert zu einem Metall und gelangt in eine flüssige Phase.
Als Folge davon wird die Sinterbarkeit desselben ebenfalls verbessert.
Außerdem
ist bei dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
die Produktivität
der groben und feinen Pulverisie rungsverfahren um ein Mehrfaches
höher als
bei dem mechanischen Mahlverfahren. Das Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
wird vorzugsweise durchgeführt,
indem man den Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper bei einem Druck von etwa
1 MPa oder weniger etwa 0,5 bis etwa 10 h lang einer Wasserstoffgasatmosphäre aussetzt.
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Das Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
ist eine Pulverisierungsmethode, bei der das Phänomen ausgenutzt wird, dass
sehr kleine Risse in dem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial (in
der Regel ein Legierungsblock) erzeugt werden als Folge der Volumenausdehnung
des Legierungsmaterials, das einer Wasserstoffgasatmosphäre ausgesetzt
wird. Diese Ausdehnung wird durch die Hydrierung des Elements der
Seltenen Erden in dem Legierungsmaterial bewirkt. Es wurde daher
bisher angenommen, dass es schwierig sei, diese industrielle Technik
auf die Pulverisierung eines Sintermagneten, der ein Element der
Seltenen Erden enthält, das
bereits teilweise oxidiert worden ist, erfolgreich anzuwenden. Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch gefunden und durch
Versuche bestätigt,
dass dieses Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren auch mit ausreichender
Wirksamkeit anwendbar ist zum groben Pulverisieren eines solchen
Sinterkörpers.
Außerdem
ist der Sinterkörper
(beispielsweise mit einem spezifischen Gewicht von etwa 7,5 g/cm3), der dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
unterzogen werden soll, um den Sinterkörper wirksamer grob zu polymerisieren,
vorzugsweise ein Block, der eine Masse von etwa 50 g oder weniger
aufweist. Der Grund dafür
ist der, dass dann, wenn jeder Block des Sinterkörpers groß genug ist, sodass er eine
Masse von mehr als etwa 50 g hat (der beispielsweise ungefähre Dimensionen
von 25 mm × 24
mm × 11
mm oder mehr aufweist), dann der Sinterkörper möglicherweise nicht vollständig grob
pulverisiert wird, sondern nicht-pulverisierte Anteile im Zentrum
des Sinterkörpers
zurückbleiben.
Um den Sinterkörper
vollständig
grob zu pulverisieren muss somit jeder Block, der dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
ausgesetzt wird, vorzugsweise eine Masse von etwa 25 g oder weniger
haben. Wenn der defekte Sinterkörper,
der pulverisiert wer den soll, ein Gewicht von mehr als etwa 50 g
hat, dann wird dieser Sinterkörper
vorzugsweise beispielsweise mit einem Backenbrecher mechanisch zerkleinert.
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Das durch das Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
erhaltene grobe Pulver (d.h. das erste grobe Pulver) wird erforderlichenfalls
unter Verwendung beispielsweise einer Scheibenmühle weiter mechanisch zerkleinert.
Danach wird das erste grobe Pulver durch Anwendung eines trockenen
Mahlverfahrens unter Verwendung einer Strahlmühle fein pulverisiert. Das
resultierende feine Pulver (d.h. das erste feine Pulver) hat vorzugsweise
eine mittlere Teilchengröße von etwa
1,5 bis etwa 7 μm.
Wenn ein solches trockenes Mahlverfahren unter Verwendung einer
Strahlmühle
durchgeführt
wird, werden feine Pulverteilchen, die eine Menge Sauerstoff enthalten,
vorzugsweise teilweise entfernt.
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Die Verfahrensstufe der feinen Pulverisierung
des ersten groben Pulvers mit einer Strahlmühle und die Verfahrensstufe
der Herstellung eines zweiten feinen Pulvers aus einem brandneuen
Material können
gleichzeitig unter Verwendung der gleichen Vorrichtung durchgeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird das zweite feine Pulver erhalten,
indem man die Verfahrensstufen der groben Pulverisierung eines Legierungsblockes,
der eine vorgegebene Zusammensetzung hat, beispielsweise durch Anwendung
eines Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens
durchführt
und anschließend
das resultierende grobe Pulver (d.h. das zweite grobe Pulver) beispielsweise
unter Verwendung einer Scheibenmühle,
falls erforderlich, weiter mechanisch zerkleinert und dann das zweite
grobe Pulver durch Anwendung eines trockenen Mahlverfahrens unter
Verwendung einer Strahlmühle
fein pulverisiert. Das zweite feine Pulver weist ebenfalls vorzugsweise
eine mittlere Teilchengröße von etwa
1,5 bis etwa 7 μm
auf. Daher kann durch trockenes Vermischen des ersten groben Pulvers
mit dem zweiten groben Pulver unter Verwendung beispielsweise eines
Rüttelmischers
und anschließendes
feines Pulverisieren der resultierenden Mischung aus den groben
Pulvern unter Verwendung einer Strahlmühle eine Pulvermischung aus
dem ersten feinen Pulver und dem zweiten feinen Pulver erhalten
werden. Es sei darauf hingewiesen, dass bei den trockenen Misch-
und feinen Pulverisierungsverfahrensstufen ein Gleit- bzw. Schmiermittel
den Pulvern erforderlichenfalls zugesetzt werden kann, sodass die
Oberfläche
des ersten und des zweiten feinen Pulvers mit dem Gleit- bzw. Schmiermittel
beschichtet sind.
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Es ist natürlich möglich, durch Anwendung des
gleichen Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens eine Mischung aus
dem ersten groben Pulver und dem zweiten groben Pulver herzustellen
und dann die Mischung des ersten feinen Pulvers und dem zweiten
feinen Pulver durch Anwendung des gleichen trockenen Mahlverfahrens
herzustellen. Das heißt,
das Material aus dem ersten groben Pulver (beispielsweise ein Block
aus einem Sinterkörper)
und das Material des zweiten groben Pulvers (beispielsweise ein
Block aus einer Bandgusslegierung) können vorher miteinander gemischt
werden und dann kann die Mischung dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
unterworfen werden zur Herstellung einer Mischung aus dem ersten
groben Pulver und dem zweiten groben Pulver. In jedem Fall werden
zur Minimierung einer unerwünschten
Oxidation diese Materialien vorzugsweise miteinander gemischt, bevor
sie zu dem ersten feinen Pulver und dem zweiten feinen Pulver pulverisiert
werden.
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Das Material des zweiten feinen Pulvers
(d.h. der Legierungsblock mit der vorgegebenen Zusammensetzung)
wird vorzugsweise durch Anwendung eines Abschreckungsverfahrens
hergestellt. Der Grund ist der, dass dann, wenn das zweite feine
Pulver aus einem schnell erstarrten Legierungsblock (oder einer
Legierungsflocke) erhalten wird, danach nicht nur die magnetischen
Eigenschaften, sondern auch die Sinterbarkeit des zweiten feinen
Pulvers ausgezeichnet sind. Daher kann das zweite feine Pulver die
schlechte Sinterbarkeit des ersten feinen Pulvers wirksam kompensieren.
Das zweite feine Pulver, das aus einem schnell erstarrten Legierungsblock
hergestellt worden ist, weist eine verbesserte Sinterbarkeit auf,
wahrscheinlich weil eine R-reiche Phase an der Oberfläche des
zweiten feinen Pulvers dünner
und breiter dispergiert ist als bei einem feinen Pulver, das aus
einem Legierungsblock hergestellt worden ist, der in eine Form gegossen
wurde.
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Außerdem weisen das erste feine
Pulver und das zweite feine Pulver vorzugsweise niedrige Sauerstoffgehalte
auf. Der Grund ist der, dass dann, wenn ihre Sauerstoffgehalte zu
hoch sind, die gewünschten
magnetischen Eigenschaften möglicherweise
nicht erziebar sind, obgleich das Mischungsverhältnis zwischen dem ersten und
dem zweiten feinen Pulver innerhalb des oben angegebenen Bereiches
liegt. Insbesondere weist das erste feine Pulver vorzugsweise einen
Sauerstoffgehalt von etwa 1500 bis etwa 10 000 ppm auf, während das
zweite feine Pulver vorzugsweise einen Sauerstoff-Gehalt von etwa
1500 bis etwa 7000 ppm aufweist. Selbst wenn jedoch der Sauerstoffgehalt
des ersten feinen Pulvers diesen Bereich übersteigt, können ausreichend
gute magnetische Eigenschaften erzielt werden durch Auswahl eines
Materials mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt als zweites feines
Pulver. In jedem Fall wird das Mischungsverhältnis zwischen dem ersten feinen
Pulver und dem zweiten feinen Pulver vorzugsweise unter Berücksichtigung
der gewünschten
magnetischen Eigenschaften festgelegt.
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Wenn einmal die gewünschte Pulvermischung
erhalten worden ist, können
die nachfolgenden Herstellungs- und Verarbeitungsstufen nach bekannten
Methoden durchgeführt
werden. Insbesondere wird die Pulvermischung gepresst und verdichtet
zur Herstellung eines Presslings mit der gewünschten Gestalt. Danach wird
der Pressling einem Bindemittelentfernungs-Verfahren, falls erforderlich,
einem Sinterverfahren und einer Alterungsbehandlung unterzogen,
wodurch ein Sinterkörper
erhalten wird.
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Die Pulvermischung kann unter Anwendung
motorgetriebener Pressen bei einem Pressdruck von etwa 0,2 t/cm2 bis etwa 2,0 t/cm2 (d.h.
von etwa 1,96 × 104 kPa bis etwa 1,96 × 105 kPa)
gepresst und verdichtet werden, wobei er gleichzeitig mit einem
orientierenden Magnetfeld von etwa 0,2 bis etwa 4 MA/m ausgerichtet wird.
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Danach wird der resultierende Pressling
bei einer Temperatur von etwa 1000 bis etwa 1100°C jeweils etwa 1 bis etwa 5
h lang entweder innerhalb einer Inertgasatmosphäre (beispielsweise einer Edelgas-
oder Stickstoffatmosphäre)
oder innerhalb eines Vakuums gesintert. Der erhaltene Sinterkörper wird
dann einer Alterungsbehandlung unterzogen bei einer Temperatur von
etwa 450 bis etwa 800°C
für eine
Zeitspanne von etwa 1 bis etwa 8 h. Gegebenenfalls kann die Alterungsbehandlung
weggelassen werden. Auf diese Weise erhält man einen Sinterkörper aus
einer Legierung vom R-Fe-B-Typ. Außerdem kann zur Verringerung
der in dem Sinterkörper
enthaltenen Kohlenstoffmenge und zur Verbesserung seiner magnetischen
Eigenschaften das Gleitmittel, das die Oberfläche des Legierungspulvers bedeckt,
erhitzt und verdampft werden, bevor der Grünling gesintert wird. Die Bedingungen
dieser Gleitmittel-Erhitzungs/Verdampfungs-Bearbeitungsstufe
(d.h. der Bindemittelentfernungs-Bearbeitungsstufe)
können
sich mit dem Typ des Gleitmittels ändern. Diese Verfahrensstufe
kann beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 600°C etwa 0,5
bis etwa 6 h lang innerhalb einer Atmosphäre unter vermindertem Druck
durchgeführt
werden. Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn der Grünling vor
dem Sintern bei einer Temperatur von etwa 1000 bis etwa 1100°C etwa 0,1
bis etwa 2,0 h lang bei einer Temperatur von etwa 800 bis etwa 950°C gehalten
wird, aus dem Grünling,
der ein hydriertes Element der Seltenen Erden enthält, Wasserstoff
freigesetzt werden kann. Als Folge davon kann der Grünling eine
verbesserte Sinterbarkeit aufweisen.
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Danach wird durch Magnetisierung
des resultierenden Sinterkörpers
ein Sintermagnet hergestellt. Diese Magnetisierungsstufe kann zu
einem beliebigen Zeitpunkt nach Beendigung der Sinterstufe durchgeführt werden.
Erforderlichenfalls wird der Sintermagnet fertiggestellt, indem
man ihn einem Oberflächen-Behandlungsverfahren
(beispielsweise einem Abfasen) und einer Oberflächenbehandlung (beispielsweise
einer Plattierung) unterwirft. Der Sinterkörper für einen Seltenerdmetallmagneten,
der nach dem Herstellungsverfahren dieser bevorzugten Ausführungsform
hergestellt worden ist, kann magnetische Eigenschaften aufweisen,
die vergleichbar sind mit denjenigen eines Sinterkör pers, der
nur aus dem zweiten feinen Pulver (d.h. dem Pulver eines brandneuen
Materials) hergestellt worden ist.
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Nachstehend werden ein Verfahren
zur Herstellung eines Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetallmagneten und ein Verfahren zur Herstellung eines
Sintermagneten gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anhand von spezifischen Beispielen beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung keineswegs
auf die nachfolgenden erläuternden
Beispiele beschränkt
ist.
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Ein erstes feines Pulver (d.h. ein
Pulver aus einem recyclisierten Material) wurde hergestellt aus
einem defekten Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper (mit
einem Gewicht von etwa 500 g und den ungefähren Dimensionen 50 mm × 38 mm × 35 mm).
In diesem spezifischen Beispiel wurde der Sinterkörper mit
einem Backenbrecher mechanisch zerkleinert, bevor er einem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
unterworfen wurde. Dann wurden die resultierenden Blöcke in mehrere
Gruppen (d.h. in Proben Nr. 1 bis 5) nach ihren Massen aufgeteilt
und jede Gruppe von Blöcken
wurde durch Anwendung eines Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens
grob pulverisiert, bei dem die Blöcke etwa 3 h lang bei einem
Druck von etwa 0,2 MPa in einer Wasserstoffgasatmosphäre gehalten
wurden. Danach wurde das resultierende grobe Pulver unter Verwendung
einer Scheibenmühle
mit einer Spaltbreite von beispielsweise etwa 0,3 mm weiter gemahlen.
Danach wurde das gemahlene Pulver mit einer Strahlmühle bis
zu einer mittleren Teilchengröße von etwa
4,5 μm fein
pulverisiert. Auf diese Weise wurde das erste feine Pulver erhalten.
Jede der in der folgenden Tabelle 1 angegeben Proben Nr. 1 bis 5
war das erste feine Pulver, das auf diese Weise erhalten worden
war.
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Es sei darauf hingewiesen, dass ein
Proben-Sinterkörper,
welcher der Wasserstoff-Pulverisierungbehandlung unterzogen wurde,
ohne vorher mechanisch zerkleinert worden zu sein, nicht vollständig pulverisiert werden
konnte. Dabei blieb ein nicht-pulverisierter Anteil (Kern) um das
Zentrum des Sinterkörpers
herum zurück.
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Als ein Legierungsblock zur Herstellung
eines zweiten feinen Pulvers daraus wurde eine Legierungsflocke
mit einer vorgegebenen Zusammensetzung unter Anwendung eines Bandgießverfahrens
hergestellt. Die Legierungsflocke wies einen Sauerstoffgehalt von
etwa 320 ppm auf. Die Legierungsflocke wurde durch Anwendung des
Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens pulverisiert, wodurch man
ein zweites grobes Pulver erhielt. Danach wurde das zweite grobe
Pulver mit der Scheibenmühle
weiter gemahlen und dann mit der Strahlmühle fein pulverisiert. Auf
diese Weise erhielt man ein zweites feines Pulver mit einer mittleren
Teilchengröße von etwa
4,5 μm.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Strahlmühlen-Behandlungsstufe zur Herstellung des
ersten feinen Pulvers und des zweiten feinen Pulvers innerhalb einer
Stickstoffgas-Atmosphäre
mit einem sehr niedrigen Sauerstoff-Gehalt durchgeführt wurde,
um die Oxidation des Elements der Seltenen Erden zu verringern.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass der Sinterkörper, der als Material für das erste
feine Pulver verwendet wurde, aus einem feinen Pulver hergestellt
wurde, das nach den gleichen Herstellungs- und Behandlungsstufen
hergestellt worden war wie sie zur Herstel lung des zweiten feinen
Pulvers angewendet worden waren: Ein Pulverisierungsverfahren, bei
dem eine Strahlmühle
verwendet wird, ist in der offengelegten japanischen Patentpublikation
Nr. 2002-33 206 und in der US-Patentanmeldung
Nr. 09/851 423, auf deren Inhalt hier Bezug genommen wird, beschrieben.
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Die Zusammensetzungen des ersten
feinen Pulvers und des zweiten feinen Pulvers, die auf diese Weise
erhalten worden waren, sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die
Zusammensetzung des ersten feinen Pulvers erhalten wurde durch Analysieren
der Zusammensetzung des Pulvers, das unmittelbar zuvor mit einer
Scheibenmühle
gemahlen worden war. Alle Proben Nr. 1 bis 5 hatten etwa die gleiche
Zusammensetzung und die Unterschiede zwischen ihnen lang innerhalb
des Toleranzbereiches. In der Tabelle 2 stellen die numerischen
Werte die in Massenprozent angegebenen Zusammensetzungen dar und
der Rest des ersten oder zweiten feinen Pulvers, der in der Tabelle
2 nicht angegeben ist, umfasst Eisen und enthält unvermeidliche Verunreinigungen.
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Danach wurde jede der Proben Nr.
1 bis 5 des ersten feinen Pulvers mit dem zweiten feinen Pulver
in der Weise gemischt, dass die Masse des ersten feinen Pulvers
etwa 5% der Masse des zweiten feinen Pulvers entsprach. Dann wurde
ein Sinterkörper
aus dieser Pulvermischung hergestellt. Außerdem wurde ein weiterer Sinterkörper als
Probe Nr. 6 nur aus dem zweiten feinen Pulver allein hergestellt.
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Nach Beendigung des Verdichtungsverfahrens
wurden die darauffolgenden Herstellungs- und Bearbeitungsstufen
unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
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Insbesondere wurde die Pulvermischungen
(entsprechend den Proben Nr. 1 bis 5) und das zweite feine Pulver
(Probe Nr. 6) bei einem Pressdruck von etwa 0,8 t/cm2 (entsprechend
etwa 7,84 × 104 kPa) in Gegenwart eines angelegten orientierenden
Magnetfeldes von etwa 0,96 MA/m (entsprechend etwa 1,2 T) gepresst
und verdichtet, wobei man Grünlinge
mit einer vertikaler Größe von etwa
40 mm, einer horizontalen Größe von etwa
30 mm und einer Höhe
von etwa 20 mm erhielt. Das orientierende Magnetfelde wurde im wesentlichen
senkrecht zu der Verdichtungsrichtung angelegt. Anschließend wurden
diese Grünlinge
etwa 1 h lang innerhalb einer Ar-Atmosphäre unter vermindertem Druck
bei 900°C
gehalten, um Wasserstoff daraus zu entfernen, und dann etwa 4 h
lang bei etwa 1050°C
gesintert. Danach wurden die Sinterkörper etwa 1 h lang einer Alterungsbehandlung
bei etwa 500°C
unterworfen. Schließlich
wurden diese Sinterkörper
maschinell zu Testproben verarbeitet mit den ungefähren Dimensionen
5,4 mm × 12
mm × 12
mm. Danach wurden unter Verwendung eines B-H-Tracers die magnetischen
Eigenschaften der resultierenden Sintermagnete bewertet. Die Dichten
und magnetischen Eigenschaften der resultierenden Sintermagnete
(oder Presslinge) sind ebenfalls in der Tabelle 1 angegeben.
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Wie aus den in der Tabelle 1 angegebenen
Ergebnissen hervorgeht, wurden dann, wenn die Masse der Sinterkörper-Blöcke, die
dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
unterzogen werden sollten, etwa 50 g überstieg, die magnetischen
Eigenschaften (d.h. die maximale Koerzitivfeldstärke) derselben schlechter. Wenn
die Masse der Sinterkörper-Blöcke weiter
zunahme bis auf mehr als etwa 70 g, nahm auch die Sinterdichte ab.
Es wird angenommen, dass der Grund dafür, warum die Sinterdichte und
die magnetischen Eigenschaften abnahmen, der ist, dass das unerwartet
grobe Pulver dem feinen Pulver zugemischt worden war, wodurch die
Sinterbarkeit beeinträchtigt
wurde und übermäßig große Kristallkörner gebildet
wurden. Wenn dagegen die Masse der Sinterkörper-Blöcke etwa 50 g oder weniger
betrug, waren die resultierenden magnetischen Eigenschaften vergleichbar
mit denjenigen, die bei Verwendung nur des zweiten feinen Pulvers
erhalten wurden. Wenn die Masse der Sinterkörper-Blöcke bis auf etwa 25 g oder
weniger abnahm, waren die resultierenden magnetischen Eigenschaften
im wesentlichen die gleichen wie diejenigen, die bei Verwendung
nur des zweiten feinen Pulvers erhalten wurden. Aus diesen Ergebnissen
geht hervor, dass die Sinterkörper-Blöcke, die
dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren unterzogen werden sollen,
vorzugsweise eine Masse von etwa 50 g oder weniger, besonders bevorzugt
von etwa 25 g oder weniger, aufweisen. Insbesondere dann, wenn die
Masse der Sinterkörper-Blöcke etwa
50 g oder weniger beträgt,
können
die Sinterkörper-Blöcke fast
bis zum Kern unter Anwendung des Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens
pulverisiert werden. Als Folge davon bleiben keine harten groben
Pulverteilchen in dem feinen Pulver zurück, das in der nachfolgenden
feinen Pulverisierungs-Behandlungsstufe beispielsweise unter Verwendung
einer Strahlmühle
erhalten wird. Erforderlichenfalls kann die Behandlungsstufe zur
Entfernung dieser groben Pulverteilchen, die nach der feinen Pulverisierungs-Behandlungsstufe
zurückgeblieben
sein könnten,
auch zusätzlich
durchgeführt
werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Sinterkörper normalerweise
etwa 3500 bis etwa 6500 Gew.-ppm Sauerstoff enthält.
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Außerdem haben die Kristallkörner (d.h.
die Hauptphase) des Sinterkörpers
vorzugsweise eine Größe von etwa
20 μm oder
weniger. Der Grund ist der, dass dann, wenn die Kristallkörner eines
Sinterkörpers
eine Größe von mehr
als etwa 20 μm
haben, das grobe Pulver eines solchen Sinterkörpers beispielsweise durch die
Strahlmühle
nicht fein genug pulverisiert werden kann.
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Die in der Tabelle 1 angegebenen
Ergebnisse wurden erhalten, wenn das Mischungsverhältnis zwischen
dem ersten feinen Pulver und dem zweiten feinen Pulver etwa 5 Massenprozent
betrug. In der nachfolgenden Tabelle 3 ist angegeben, wie die Dichte
und die magnetischen Eigenschaften des Sinterkörpers sich mit dem Mischungsverhältnis änderten.
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In der Tabelle 3 wurde die in der
Tabelle 1 angegebene Probe Nr. 5 als erstes feines Pulver verwendet. Wie
aus den in der Tabelle 3 angegebenen Ergebnissen klar ersichtlich,
nahmen sowohl die Sinterdichte als auch die magnetischen Eigenschaften
ab, wenn das Mischungsverhältnis
etwa 10 Massenprozent überstieg. Wenn
andererseits das Mischungsverhältnis
etwa 10 Massenprozent oder weniger betrug, waren die resultierenden
magnetischen Eigenschaften nahezu die gleichen wie bei denjenigen,
die unter Verwendung nur des zweiten feinen Pulvers erhalten worden
waren.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben sind,
ergeben ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers für einen
Seltenerdmetallmagneten unter wirksamerer Recyclisierung eines defekten
Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörper. Bei dem Verfahren zur
Herstellung eines Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetallmagneten entsprechend den bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, eine Seltenerdmetall-Legierung
mit einer speziellen Zusammensetzung zum Zwecke der Verwendung eines
recyclisierten Werkstoffpulvers (d.h. des ersten feinen Pulvers),
das durch Pulverisieren des defekten Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers erhalten
wurde, herzustellen. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können
somit leicht durchgeführt
werden, ohne dass dadurch das laufende Herstellungsverfahren kompliziert
wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die
vorstehende Beschreibung nur der Erläuterung der vorliegenden Erfindung
dient. Es können
verschiedene Alternativen und Modifikationen durch den Fachmann
auf diesem Gebiet ohne weiteres vorgenommen werden, ohne dass dadurch
der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Die vorliegende Erfindung
umfasst daher auch alle diese Alternativen, Modifikationen und Abänderungen,
die innerhalb des Bereiches der nachfolgenden Patentansprüche liegen.
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Zusammenfassung
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Ein Verfahren zur Herstellung eines
Sinterkörpers
für einen
Seltenerdmetall-Magneten
umfasst die Stufen
- (a) Herstellung eines ersten
groben Pulvers durch grobes Pulverisieren eines Seltenerdmetall-Legierungs-Sinterkörpers durch
Anwendung eines Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens;
- (b) Herstellung eines ersten feinen Pulvers durch feines Pulverisieren
des ersten groben Pulvers;
- (c) Herstellung eines zweiten feinen Pulvers durch Pulverisieren
eines Legierungsblockes aus einem Seltenerdmetall-Legierungsmaterial
und
- (d) Sintern einer Pulvermischung, die das erste feine Pulver
und das zweite feine Pulver umfasst. Das erste feine Pulver und
das zweite feine Pulver enthalten jeweils eine Hauptphase, dargestellt
durch die Formel (LR1-xHRx)2T14A, worin T steht
für Fe
und/oder mindestens ein von Fe verschiedenes Übergangsmetallelement; A steht
für Bor
und/oder Kohlenstoff; LR steht für
mindestens ein leichtes Element der Seltenen Erden; HR steht für mindestens
ein schweres Element der Seltenen Erden und 0 ≦ x < 1.
