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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagneten und ein Verfahren
zum Herstellen des Permanentmagneten, und genauer einen Permanentmagneten,
welcher gute magnetische Eigenschaften aufweist, wobei eine Diffusion
von Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase eines gesinterten Magneten
auf Nd-Fe-B-Basis erfolgt, und ein Verfahren zum Herstellen eines
derartigen Permanentmagneten.
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[Stand der Technik]
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Ein
gesinterter Magnet auf Nd-Fe-B-Basis (ein sogenannter Neodym-Magnet)
wird aus einer Kombination von Eisen und den Elementen Nd und B hergestellt,
welche kostengünstige, im Überfluss vorhandene
und beständig erhältliche natürliche
Ressourcen darstellen, und kann somit zu niedrigen Kosten hergestellt
werden und weist zusätzlich gute magnetische Eigenschaften
auf. (Das maximale Energieprodukt davon beträgt etwa das
10 fache dessen eines Ferritmagneten.) Demgemäß wurden
die gesinterten Magnete aus Nd-Fe-B in verschiedenen Arten von Artikeln,
wie etwa in elektronischen Geräten, verwendet und jüngst
in Motoren und Stromgeneratoren für Hybrid-Kraftwagen aufgenommen.
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Demgegenüber
besteht aufgrund der Tatsache, dass die Curie-Temperatur des oben
beschriebenen gesinterten Magneten niedrig ist (etwa 300°C),
ein Problem im Hinblick darauf, dass die Temperatur des gesinterten
Magneten aus Nd-Fe-B manchmal unter bestimmten Betriebsbedingungen des
Einsatzprodukts über eine vorgegebene Temperatur hinaus
steigt und er deshalb durch Wärme entmagnetisiert wird,
wenn er über die vorgegebene Temperatur hinaus erwärmt
wird. Bei der Verwendung des oben beschriebenen gesinterten Magneten in
einem erwünschten Produkt gibt es Fälle, in denen der
gesinterte Magnet in einer vorgegebenen Gestalt gefertigt werden
muss. Dabei gibt es dann ein weiteres Problem dadurch, dass bei
dieser mechanischen Fertigung Defekte (Risse und Ähnliches)
und Spannungen in den Körnern des gesinterten Magneten auftreten,
die zu einer bemerkenswerten Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften
führen.
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Deshalb
wird erwogen, wenn der gesinterte Magnet aus Nd-Fe-B hergestellt
wird, Dy und Tb hinzuzugeben, welche die magnetische Anisotropie
der Körner der Hauptphase erheblich verbessern, weil sie
eine größere magnetische Anisotropie der 4f-Elektronen
als Nd haben und weil sie, ähnlich Nd, einen negativen
Stevens-Faktor haben. Da jedoch Dy und Tb eine ferrimagnetische
Struktur annehmen, welche in dem Kristallgitter der Hauptphase eine
entgegengesetzte Spinorientierung zu der von Nd aufweist, wird die
Stärke des Magnetfelds und dementsprechend das maximale
Energieprodukt, welches die magnetischen Eigenschaften aufzeigt,
sehr stark vermindert.
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Um
diese Art von Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen: einen
dünnen Film aus Dy und Tb in einer vorgegebenen Dicke auf
der gesamten Oberfläche des gesinterten Nd-Fe-B-Magneten
auszubilden (wobei dieser in einer Filmdicke von über 3 μm
auszubilden ist, abhängig von dem Volumen des Magneten);
sodann eine Wärmebehandlung bei einer vorgegebenen Temperatur
durchzuführen; und dadurch eine homogene Diffusion des
Dy und des Tb, welche auf der Oberfläche abgelagert (zu
einem Film ausgebildet) wurden, in die Korngrenzenphase des Magneten
zu erreichen (siehe Nicht-Patentdokument 1).
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Der
Permanentmagnet, welcher gemäß dem oben beschriebenen
Verfahren hergestellt wird, weist einen Vorteil im Hinblick darauf
auf, dass: aufgrund der Tatsache, dass in die Korngrenzenphase diffundierte
Dy und Tb die magnetische Anisotropie der Körner an jeder
der Kornoberflächen verbessern, der Keimbildungstyp des
Erzeugungsmechanismus der Koerzitivfeldstärke verstärkt
wird; infolgedessen die Koerzitivfeldstärke stark verbessert
wird; und kaum Verluste beim maximalen Energieprodukt auftreten. (Im
Nicht-Patentdokument 1 wird beispielsweise von einem Magneten mit
den Betriebseigenschaften einer remanenten Flussdichte von 14,5
kG (1,45 T), eines maximalen Energieprodukts von 50 MGOe (400/kJ/m3) und einer Koerzitivfeldstärke
von 23 kOe (3 MA/m) berichtet.)
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Nebenbei
ist als Beispiel für die Herstellung von gesinterten Magneten
auf Nd-Fe-B-Basis ein Pulvermetallurgie-Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren
werden zuerst Nd, Fe und B in einem vorgegebenen Zusammensetzungsverhältnis
formuliert, geschmolzen und gegossen, um dadurch ein Legierungs- Rohmaterial
herzustellen, das einmal durch einen Wasserstoff-Mahl-Schritt grob
gemahlen und anschließend fein gemahlen wird, z. B. durch
einen Strahlmühlen-Feinmahl-Schritt, um dadurch ein Legierungs-Rohmehl-Pulver
zu erhalten. Dann wird das erhaltene Legierungs-Rohmehl-Pulver einer
Ausrichtung im Magnetfeld ausgesetzt (Magnetfeld-Ausrichtung) und
in einem Zustand, in dem das Magnetfeld anliegt, formgepresst, wodurch
ein geformter Körper erzielt wird. Dann wird dieser geformte
Körper unter vorgegebenen Bedingungen gesintert, um dadurch einen
gesinterten Magneten herzustellen.
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Als
ein Verfahren des Formpressens im Magnetfeld wird im Allgemeinen
eine Formpress-Maschine eines Typs mit uniaxialer Druckbeaufschlagung
verwendet. Diese Formpress-Maschine ist so eingerichtet, dass Legierungs-Rohmehl-Pulver
in einen Hohlraum gefüllt wird, der in einem Durchdringungsloch
in einem Presswerkzeug ausgebildet ist, und eine Kompressions-(Druck-)kraft
durch ein Paar aus oberem und unterem Stempel aus der Richtung von
oben und von unten ausgeübt wird, um dadurch das Legierungs-Rohmehl-Pulver
zu formen. Während des Formpressens mit dem Paar von Stempeln kann
wegen der Reibung innerhalb des Legierungs-Rohmehl-Pulvers, das
in den Hohlraum gefüllt wurde, und wegen der Reibung zwischen
dem Legierungs-Rohmehl-Pulver und den Wandflächen der Form,
die im Stempel in Position gebracht ist, keine starke Ausrichtung
erreicht werden, was zu dem Problem führt, dass die magnetischen
Eigenschaften nicht verbessert werden können.
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Als
Lösung ist es bekannt, zum hergestellten Legierungs-Rohmehl-Pulver
ein Gleitmittel wie etwa Zinkstearat hinzuzugeben. Auf diese Weise
wird durch Sicherstellen der Riesel fähigkeit des Legierungs-Rohmehl-Pulvers
beim Formpressen im Magnetfeld die Orientierung verbessert und auch
das Lösen des Formkörpers vom Werkzeug erleichtert
(siehe Nicht-Patentdokument 2).
- [Nicht-Patentdokument 1]
Verbesserung der Koerzitivfeldstärke bei dünnen
gesinterten Permanentmagneten aus Nd2Fe14B (von Pak Kite, Universität
Tohoku, Doktorarbeit, 23. März 2000)
- [Nicht-Patentdokument 2] JP-A-2004-6761 (siehe z. B. die Beschreibung
der Spalte zum Stand der Technik)
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[Offenbarung der Erfindung]
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[Probleme, welche durch die Erfindung
zu lösen sind]
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Bei
einem gesinterten Magneten, der durch Sintern eines Legierungsmaterials
hergestellt wird, das ein Gleitmittel enthält, verbleibt
viel Kohlenstoff (Asche des Gleitmittels) in den Kornpartikeln.
Falls das oben beschriebene Verfahren zur Diffusion von an der Oberfläche
des gesinterten Magneten angelagertem Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase
bei dem auf diese Weise hergestellten gesinterten Magneten ausgeführt
werden soll, gibt es daher Fälle, in denen Dy und/oder
Tb mit dem Restkohlenstoff (Gleitmittelasche) reagiert, was zur
Störung der Diffusion von Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase führt.
Wenn die Diffusion von Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase gestört
ist, kann der Diffusionsprozess nicht innerhalb kurzer Zeit durchgeführt
werden, was zu schlechter Verarbeitbarkeit führt.
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Daher
ist es angesichts der obigen Punkte ein erstes Ziel dieser Erfindung,
ein Herstellungsverfahren für einen Permanentmagneten vorzuweisen, bei
dem Dy und/oder Tb, das an der Oberfläche des Gleitmittel
enthaltenden gesinterten Magneten angelagert ist, wirksam in die
Kornpartikelphase diffundiert werden kann, und bei dem der Permanentmagnet
mit guten magnetischen Eigenschaften bei hoher Produktivität
hergestellt werden kann. Weiter ist es ein zweites Ziel dieser Erfindung,
einen Permanentmagneten vorzuweisen, bei dem Dy und/oder Tb wirksam nur
in die Kornpartikelphase des gesinterten, Gleitmittel enthaltenden
Magneten auf Basis von Nd-Fe-B, der gute magnetische Eigenschaften
hat, diffundiert wird.
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[Hilfsmittel zum Lösen der Probleme]
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Um
die oben angegebenen Probleme zu lösen, umfasst das Verfahren
zur Herstellung eines Permanentmagneten: einen ersten Schritt zum
Anlagern mindestens eines aus Dy und Tb an zumindest einen Teil
einer Oberfläche eines gesinterten Magneten, der durch
Sintern eines ein Gleitmittel enthaltenden Legierungs-Rohmehl-Pulvers
auf Basis von Eisen, Bor und Seltenerdmetall hergestellt wird; einen zweiten
Schritt der Wärmebehandlung des gesinterten Magneten bei
einer vorgegebenen Temperatur, um dadurch zumindest eins aus Dy
und Tb, das an der Oberfläche des gesinterten Magneten
angelagert ist, in der Korngrenzenphase des gesinterten Magneten
zu verteilen; wobei der verwendete gesinterte Magnet mit einer durchschnittlichen
Korngröße innerhalb des Bereichs 4 μm–8 μm
hergestellt ist.
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Gemäß dieser
Erfindung kann durch Einstellen der durchschnittlichen Korngröße
auf einen Bereich von 4 μm–8 μm an der
Oberfläche des gesinterten Magneten angelagertes Dy und/oder
Tb wirksam in die Korngrenzenphase diffundiert werden, ohne durch
den Restkohlenstoff (Gleitmittelasche) innerhalb des gesinterten
Magneten beeinträchtigt zu werden, wodurch eine hohe Produktivität
erreicht wird. Falls die Korngröße geringer als
4 μm ist, wird in diesem Fall, obwohl ein Permanentmagnet
mit hoher Koerzitivfeldstärke erzielt werden kann, weil
Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase diffundiert wurde, die Wirkung
der Beimischung des Gleitmittels zum Legierungs-Rohmehl-Pulver darauf
verringert, die Rieselfähigkeit beim Formpressen sicherzustellen,
um dadurch die Orientierung zu verbessern. Daher wird die Orientierung
des gesinterten Magneten schlecht und im Ergebnis werden die magnetische Remanenz-Flussdichte
und das maximale Energieprodukt, das die magnetischen Eigenschaften
zeigt, verringert.
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Wenn
dagegen die durchschnittliche Körngröße
größer als 8 μm ist, erniedrigt sich
die Koerzitivfeldstärke, weil das Korn zu groß ist
und außerdem die Oberfläche der Korngrenze kleiner
wird, und das Konzentrationsverhältnis des Restkohlenstoffs (Gleitmittelasche)
nahe der Korngrenze wird höher, wodurch die Koerzitivfeldstärke
weitgehend reduziert wird. Zusätzlich reagiert der Restkohlenstoff
mit Dy und/oder Tb, und die Diffusion von Dy in die Korngrenzenphase
wird behindert, wodurch die Diffusionszeit länger und die
Verarbeitbarkeit schlecht wird.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren weiter: Einbringen des gesinterten Magneten
in die Bearbeitungskammer und deren Erwärmung; Erwärmen
eines Verdampfungsguts, das mindestens eins aus Dy und Tb enthält,
wobei das Verdampfungsgut in derselben oder einer weiteren Bearbeitungskammer
angeordnet wird; Veranlassen des Anlagerns des verdampften Verdampfungsguts
an die Oberfläche des gesinterten Magneten durch Abstimmen
einer Zufuhrmenge des verdampften Verdampfungsguts zur Oberfläche
des gesinterten Magneten; Diffundieren zumindest eines aus Dy und
Tb im angelagerten Verdampfungsgut in die Korngrenzenphase des gesinterten
Magneten, bevor ein dünner Film aus dem verdampften Material
auf der Oberfläche des gesinterten Magneten ausgebildet
ist; und dann Ausführen des ersten Schritts und des zweiten
Schritts.
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Gemäß dieser
Konfiguration wird das verdampfte Verdampfungsgut der Oberfläche
des gesinterten Magneten zugeführt und daran angelagert,
der auf die vorgegebene Temperatur erwärmt wurde. Da der
gesinterte Magnet auf eine Temperatur erwärmt wurde, bei
der die optimale Diffusionsgeschwindigkeit erreicht werden kann,
und da die Zufuhrmenge des Verdampfungsguts zur Oberfläche
des gesinterten Magneten abgestimmt wurde, wurden zu diesem Zeitpunkt
die Metallatome von Dy und/oder Tb im Verdampfungsgut, das an die
Oberfläche angelagert war, sequenziell in die Korngrenzenphase
des gesinterten Magneten diffundiert, bevor die dünne Schicht gebildet
wurde. (D. h. die Zufuhr der Metallatome wie Dy, Tb und ähnliche
zur Oberfläche des gesinterten Magneten und ihre Diffusion
in die Korngrenzenphase werden in einer einzigen Bearbeitung ausgeführt (Unterdruck-Dampfbearbeitung)).
Daher sind die Oberflächenbedingungen des Permanentmagneten im
Wesentlichen diesel ben wie vor der Durchführung der oben
beschriebenen Bearbeitung. Es kann verhindert werden, dass die Oberfläche
des hergestellten Permanentmagneten verschlechtert wird (dass sich
die Oberflächenrauheit verschlechtert). Übermäßige
Diffusion von Dy und/oder Tb in die Korngrenze nahe der Oberfläche
des gesinterten Magneten kann verhindert werden, und eine besondere
Nachbearbeitung wird überflüssig, wodurch eine
hohe Produktivität erreicht wird.
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Weiter
kann dadurch, dass Dy und/oder Tb veranlasst werden, zu diffundieren
und sich homogen in der Korngrenzenphase des gesinterten Magneten zu
verteilen, ein Permanentmagnet erzielt werden, der eine Dy-reiche
Phase und/oder Tb-reiche Phase (Phase, die Dy und/oder Tb im Bereich
von 5–80% enthält) in der Korngrenzenphase aufweist,
die diffundiertes Dy und/oder Tb nur in der Nähe der Kornoberfläche
hat und als Ergebnis davon eine hohe Koerzitivfeldstärke
und gute magnetische Eigenschaften aufweist. Zusätzlich
werden, falls bei der Herstellung des gesinterten Magneten Defekte
(Risse) in den Körnern nahe der Oberfläche des
gesinterten Magneten aufgetreten sind, Dy-reiche Phasen und/oder
Tb-reiche Phasen an deren Innenseite gebildet und stellen dadurch
die Magnetisierungsstärke und die Koerzitivfeldstärke
wieder her.
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Falls
im oben beschriebenen Verfahren der gesinterte Magnet und das Verdampfungsgut
in einem Abstand zueinander angeordnet werden, während
das Verdampfungsgut verdampft wird, kann vorteilhaft verhindert
werden, dass sich das geschmolzene Verdampfungsgut direkt an den
gesinterten Magneten anlagert.
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Vorzugsweise
wird die Abstimmung der Zufuhrmenge des Verdampfungsguts zur Oberfläche des
gesinterten Magneten durch Variieren einer spezifischen Oberfläche
des Verdampfungsguts bei einer bestimmten Temperatur durchgeführt,
wodurch die Verdampfungsmenge erhöht oder vermindert wird.
Gemäß dieser Konfiguration kann ohne Notwendigkeit
der Veränderung der Anordnung des Apparats, wie etwa zum
Beispiel Bereitstellen zusätzlicher, für die Erhöhung
oder Verminderung der Zufuhrmenge von Dy und/oder Tb zur Oberfläche
des gesinterten Magneten notwendiger Teile innerhalb der Bearbeitungskammer,
die Zufuhrmenge zur Oberfläche des gesinterten Magneten
leicht eingestellt werden.
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Um
vor dem Diffundieren von Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase
an der Oberfläche des gesinterten Magneten anhaftenden
Schmutz, Gase und Feuchtigkeit zu entfernen, ist es vorzuziehen, den
Druck in der Bearbeitungskammer zu reduzieren und vor dem Erwärmen
der Bearbeitungskammer, in welcher der gesinterte Magnet untergebracht
ist, auf diesem Niveau zu halten.
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In
diesem Fall ist es vorzuziehen, um das Entfernen der an der Oberfläche
adsorbierten Verschmutzungen, Gase und Feuchtigkeit zu beschleunigen,
nachdem der Druck der Bearbeitungskammer auf einen vorgegebenen
Wert gebracht ist, die Bearbeitungskammer auf eine vorgegebene Temperatur zu
erwärmen und bei dieser zu halten.
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Um
vor dem Diffundieren von Dy und/oder Tb in die Korn grenzenphase
einen oxidierten Film auf der Oberfläche des gesinterten
Magneten zu entfernen, ist es andererseits vorzuziehen, vor dem
Erwärmen der Bearbeitungskammer, in welcher der gesinterte
Magnet untergebracht ist, die Oberfläche des gesinterten
Magneten mit Plasma zu reinigen.
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Weiter
wird vorzugsweise nach der Diffusion von Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase
des gesinterten Magneten eine Wärmebehandlung durchgeführt,
um bei einer Temperatur unterhalb der besagten Temperatur Spannungen
im Permanentmagneten abzubauen. Gemäß dieser Konfiguration
ist es möglich, einen Permanentmagneten mit guten magnetischen
Eigenschaften zu erhalten, dessen Magnetisierungsstärke
und Koerzitivfeldstärke weiter verbessert bzw. wiederhergestellt
wurden.
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Um
die oben angegebenen Probleme zu lösen, wird der Permanentmagnet
gemäß Anspruch 9 hergestellt durch: Sintern eines
Legierungs-Rohmehl-Pulvers auf Basis von Eisen, Bor und Seltenerdmetall,
das ein Gleitmittel enthält; Anlagern von mindestens einem
aus Dy und Tb an zumindest einen Teil einer Oberfläche
eines gesinterten Magneten, der so hergestellt ist, dass er eine
durchschnittliche Korngröße von 4 μm–8 μm
hat; und Durchführen einer Wärmebehandlung bei
einer vorgegebenen Temperatur, sodass mindestens eins aus Dy und
Tb, die an der Oberfläche des gesinterten Magneten angelagert
sind, in die Korngrenzenphase des gesinterten Magneten diffundiert
wird.
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[Wirkungen der Erfindung]
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Wie
hierin oben beschrieben, hat das Verfahren zur Herstellung eines
Permanentmagneten gemäß dieser Erfindung Auswirkungen
darin: dass an der Oberfläche des gesinterten Magneten,
der darin ein Gleitmittel enthält, angelagertes Dy und/oder
Tb wirksam in die Korngrenzenphase diffundiert werden kann; und
dass ein Permanentmagnet hergestellt werden kann, der eine hohe
Produktivität und gute magnetischen Eigenschaften aufweist.
Weiter hat der Permanentmagnet gemäß dieser Erfindung
eine Auswirkung darin, dass er gute magnetische Eigenschaften und
eine besonders hohe Koerzitivfeldstärke hat.
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[Bester Weg zur Ausführung der
Erfindung]
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Mit
Bezug auf 1 und 2 wird ein
Permanentmagnet M der vorliegenden Erfindung durch gleichzeitiges
Ausführen einer Reihe von Prozessen hergestellt (Unterdruck-Dampfbearbeitung):
Verdampfen eines Verdampfungsguts v, das mindestens eins aus Dy
und Tb enthält; dadurch Veranlassen des Verdampfungsguts
v, sich an der Oberfläche eines gesinterten Magneten S
auf Nd-Fe-B-Basis anzulagern, der in eine vorgegebene Gestalt bearbeitet
wurde; und Diffundieren der Metallatome von Dy und/oder Tb des angelagerten
Verdampfungsguts v in die Korngrenzenphase.
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Der
gesinterte Magnet S mit Ausgangsmaterial auf Nd-Fe-B-Basis wird
folgendermaßen durch ein bekanntes Verfahren hergestellt.
Das heißt, Fe, B und Nd werden bei einem vorge gebenen Zusammensetzungsverhältnis
formuliert, und zuerst ein Legierungsmaterial einer Dicke von 0,05
mm–0,5 mm durch das bekannte Bandgussverfahren hergestellt. Alternativ
kann ein Legierungsmaterial, welches ein Dicke von ungefähr
5 mm aufweist, durch das bekannte Schleudergussverfahren hergestellt
werden. Zusätzlich kann eine kleine Menge von Cu, Zr, Dy, Tb,
Al oder Ga während der Formulierung darin zugesetzt werden.
Dann wird das hergestellte Legierungsmaterial einmal durch das bekannte
Wasserstoff-Mahlverfahren grob gemahlen und anschließend
durch das Strahlmühlen-Feinmahlverfahren fein gemahlen,
wodurch man ein Legierungs-Rohmehl-Pulver erhält.
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Während
der Durchführung eines Formschritts im Magnetfeld, wie
nachstehend beschrieben, ist dem Legierungs-Rohmehl-Pulver ein Gleitmittel
in einem vorgegebenen Mischverhältnis zugesetzt, und die
Oberfläche des Legierungs-Rohmehl-Pulvers wird zu dem Zweck
mit diesem Gleitmittel bedeckt, die Orientierung durch Sicherstellen der
Rieselfähigkeit des Legierungs-Rohmehl-Pulvers zu verbessern,
sowie auch zu dem Zweck, das Lösen des geformten Körpers
von der Metallform zu erleichtern, sowie zu anderen Zwecken. Als
Gleitmittel werden feste Gleitmittel oder flüssige Gleitmittel
mit niedriger Viskosität verwendet, sodass sie die Metallform nicht
beschädigen. Als feste Gleitmittel können lamellare
Verbindungen (MoS2, WS2,
MoSe, Graphit, BN, CFx und ähnliche), weiche Metalle (Zn,
Pb und ähnliche), feste Materialien (Diamantpulver, TiN-Pulver
und Ähnliches), organische Hochpolymere (auf Basis von
PTEE, aliphatischem Nylon, höheren Aliphaten, Fettsäure-Amiden,
Fettsäure-Estern, metallischen Seifen und Ähnlichem)
aufgelistet werden. Es ist insbesonde re zu bevorzugen, Zinkstearat,
Ethylenamid und Schmiermittel auf Fluoroether-Basis zu verwenden.
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Andererseits
können als flüssiges Gleitmittel natürliche
Schmiermaterialien (pflanzliche Öle, wie z. B. Rizinusöl,
Kokosöl, Palmöl und ähnliche; Mineralöle;
Petroleumfett und ähnliches) und organische niedermolekulare
Materialien (auf Basis niederer Aliphate, niederer Fettsäureamide,
niederer Fettsäureester) aufgelistet werden. Es ist insbesondere
zu bevorzugen, flüssige Fettsäure, flüssigen
Fettsäure-Ester und flüssiges Fluor-Gleitmittel
zu verwenden. Flüssige Gleitmittel werden mit Netzmittel
oder durch Verdünnen mit einem Lösungsmittel eingesetzt.
Der Gehalt an restlichem Kohlenstoff des Gleitmittels, der nach
dem Sintern verbleibt, verringert die Koerzitivfeldstärke
des Magneten. Daher ist es vorzuziehen, Materialien mit kleinem
Molekulargewicht zu verwenden, um das Entfernen beim Sinterschritt zu
erleichtern.
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Für
den Fall, dass ein festes Gleitmittel zum Legierungs-Rohmehl-Pulver
P zugegeben wird, kann die Zugabe in einem Mischungsverhältnis
von 0,02 Gew.-%–0,1 Gew.-% erfolgen. Wenn das Mischungsverhältnis
kleiner als 0,02 Gew.-% ist, wird die Rieselfähigkeit des
Legierungs-Rohmehl-Pulvers P nicht verbessert, und folglich wird
die Ausrichtung nicht verbessert. Andererseits verringert sich,
wenn das Mischungsverhältnis 0,1 Gew.-% übersteigt,
die Koerzitivfeldstärke unter dem Einfluss des Gehalts
an restlichem Kohlenstoff, der in dem gesinterten Magneten verbleibt,
wenn der gesinterte Magnet hergestellt ist. Weiter kann im Falle,
dass ein flüssiges Gleitmittel dem Legierungs-Rohmehl-Pulver
P zugegeben wird, dieses im Bereich von 0,05 Gew.-%– 5 Gew.-%
zugegeben werden. Wenn das Mischungsverhältnis kleiner
als 0,05 Gew.-% ist, wird die Rieselfähigkeit des Legierungs-Rohmehl-Pulvers
P nicht verbessert, und folglich besteht die Möglichkeit,
dass die Ausrichtung nicht verbessert wird. Wenn andererseits das
Mischungsverhältnis 5 Gew.-% übersteigt, verringert
sich die Koerzitivfeldstärke unter dem Einfluss des Gehalts
an restlichem Kohlenstoff, der in dem gesinterten Magneten verbleibt,
wenn der gesinterte Magnet hergestellt ist. Wenn sowohl festes Gleitmittel
als auch flüssiges Gleitmittel hinzugegeben werden, werden
die Gleitmittel weit bis in jede Ecke des Legierungs-Rohmehl-Pulvers
P verteilt, und durch die höhere Schmierwirkung kann eine
stärkere Ausrichtung erreicht werden. Anschließend
wird durch Verwendung z. B. einer Formpress-Maschine vom Typ mit
uniaxialer Druckbeaufschlagung (nicht dargestellt) in bekannter
Bauart das die Gleitmittel enthaltende Legierungs-Rohmehl-Pulver:
im Magnetfeld in eine vorgegebene Gestalt geformt; danach in einen
bekannten Sinterofen gebracht; und unter vorgegebenen Bedingungen
gesintert, wodurch der oben beschriebene gesinterte Magnet hergestellt wird.
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Übrigens
haben in dem durch Sintern des Gleitmittel enthaltenden Legierungs-Rohmehl-Pulvers
hergestellten gesinterten Magneten die Körner des gesinterten
Magneten Restkohlenstoff (Aschegehalt von Gleitmitteln), selbst
wenn das Mischungsverhältnis der Gleitmittel wie oben beschrieben
eingestellt wird. Deshalb wird, falls Dy und/oder Tb bei der Ausführung
der Unterdruck-Dampfbearbeitung mit dem Restkohlenstoff reagiert,
die Diffusion von Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase gestört.
Im Ergebnis kann die Diffusionsbearbeitung (und wiederum die Unterdruck-Dampfbearbeitung)
nicht in kurzer Zeit ausgeführt werden. In dieser Ausführung waren die
Herstellungsbedingungen des gesinterten Magneten S in jedem der
Schritte optimiert, und die durchschnittliche Korngröße
des gesinterten Magneten S wurde so erzielt, dass sie in den Bereich
4 μm–8 μm fiel. Gemäß dieser
Anordnung kann an der Oberfläche des gesinterten Magneten
angelagertes Dy und/oder Tb wirksam diffundiert werden, ohne durch
den Restkohlenstoff im gesinterten Magneten beeinflusst zu werden,
wodurch eine hohe Produktivität erreicht wird.
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In
diesem Fall kann, falls die durchschnittliche Korngröße
geringer als 4 μm ist, ein Permanentmagnet mit hoher Koerzitivfeldstärke
erzielt werden, weil Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase diffundiert
wurde. Jedoch wird die von der Beimischung des Gleitmittels zum
Legierungs-Rohmehl-Pulver herrührende Wirkung verringert,
die Rieselfähigkeit beim Formpressen im Magnetfeld sicherzustellen und
die Orientierung zu verbessern. Daher wird die Orientierung des
gesinterten Magneten verschlechtert, und im Ergebnis werden die
magnetische Remanenz-Flussdichte und das maximale Energieprodukt, das
die magnetischen Eigenschaften zeigt, verringert. Wenn andererseits
die durchschnittliche Körngröße größer
als 8 μm ist, erniedrigt sich die Koerzitivfeldstärke,
und außerdem wird die Oberfläche der Korngrenzen
kleiner. Im Ergebnis wird das Konzentrationsverhältnis
des Restkohlenstoffs nahe den Korngrenzen höher, wodurch
die Koerzitivfeldstärke in hohem Maße weiter reduziert
wird. zusätzlich reagiert der Restkohlenstoff mit Dy und/oder
Tb, und die Diffusion von Dy in die Korngrenzenphase wird gestört,
wodurch die Diffusionszeit länger und die Produktivität
schlechter wird.
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Wie
in 2 dargestellt, umfasst eine Unterdruck-Bearbeitungseinrichtung 1 zur
Ausführung der oben beschriebenen Bearbeitung eine Unterdruckkammer 12,
in welcher der Druck über eine Auspumpeinrichtung 11,
wie etwa eine Turbomolekularpumpe, eine Kryopumpe, eine Diffusionspumpe
und Ähnliches, auf einen vorgegebenen Wert (beispielsweise 1 × 10–5 Pa) abgesenkt und dort gehalten
werden kann. In der Unterdruckkammer 12 ist ein Kastenkörper 2 angeordnet,
der umfasst: einen quaderförmigen Kastenteil 21 mit
einer offenen Oberseite; und einen Deckelteil 22, der abnehmbar
auf der offenen Oberseite des Kastenteils 21 montiert ist.
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Ein
abwärts gebogener Flansch 22a ist entlang des
gesamten Umfangs des Deckelteils 22 geformt. Wenn der Deckelteil 22 auf
der Oberseite des Kastenteils 21 in Position montiert wird,
wird der Flansch 22a in die Außenwand des Kastenteils 21 eingepasst
(in diesem Fall ist keine Unterdruckdichtung, wie etwa eine Metalldichtung,
vorgesehen) und definiert so eine Bearbeitungskammer 20,
die von der Unterdruckkammer 12 isoliert ist. Sie ist so
konfiguriert, dass, wenn der Druck in der Unterdruckkammer 12 über
die Auspumpeinrichtung 11 auf einen vorgegebenen Wert (z.
B. 1 × 10–5 Pa) vermindert
wird, der Druck in der Bearbeitungskammer 20 auf einen
Wert vermindert wird (z. B. 5 × 10–4 Pa),
der im Wesentlichen um eine halbe Dezimalstelle höher ist
als derjenige in der Unterdruckkammer 12.
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Das
Volumen der Bearbeitungskammer 20 ist unter Berücksichtigung
der mittleren freien Weglänge des Verdampfungsguts v so
bemessen, dass die Metallatome und Ähnliches von Dy und/oder
Tb in der Dampfatmosphäre dem gesinterten Magneten S direkt
oder aus einer Vielzahl von Richtungen durch wiederholte Kollision
zugeführt werden können. Die Flächen
des Kastenteils 21 und des Deckelteils 22 sind
so bemessen, dass sie eine Dicke haben, um sich bei Erwärmung
durch eine nachfolgend zu beschreibende Erwärmungseinrichtung
nicht zu verformen, und bestehen aus einem Material, das nicht mit dem
Verdampfungsgut v reagiert.
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Mit
anderen Worten, wenn das Verdampfungsgut v Dy und/oder Tb ist, besteht,
falls das häufig in gewöhnlichen Unterdruckeinrichtungen
benutzte Al2O3 verwendet
wird, die Möglichkeit, dass Dy und/oder Tb in der Dampfatmosphäre
mit Al2O3 reagiert
und Reaktionsprodukte auf dessen Oberfläche bildet, was
zum Eindringen der Al-Atome in die Dy- und/oder Tb-Dampfatmosphäre
führt. Demgemäß besteht der Kastenkörper 2 z.
B. aus Mo, W, V, Ta oder Legierungen davon (einschließlich
Mo-Legierung mit Zusatz von Seltenerden, Mo-Legierung mit Zusatz
von Ti und Ähnliches), CaO, Y2O3 oder Oxide von Seltenerdelementen, oder
er wird durch Bilden einer inneren Auskleidung auf der Oberfläche
eines anderen isolierenden Materials hergestellt. Ein Tragegitter 21a,
z. B. aus einer Vielzahl von Mo-Drähten (z. B. 0,1–10
mm ⌀) ist in einer vorgegebenen Höhe über
der Unterfläche in der Bearbeitungskammer 20 gitterförmig
angeordnet. Auf dieses Tragegitter 21a kann eine Vielzahl
von gesinterten Magneten S Seite an Seite gesetzt werden. Demgegenüber
wird das Verdampfungsgut v zweckmäßig auf einer
Bodenfläche, Seitenflächen oder einer oberen Fläche
der Bearbeitungskammer 20 angeordnet.
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Als
Verdampfungsgut v wird Dy und/oder Tb verwendet, das die magnetische
Anisotropie der Körner der Hauptphase erheblich verbessert.
Zusätzlich können Fluoride verwendet werden, die
mindestens eins aus Dy und Tb enthalten. Zusätzlich kann
eins verwendet werden, in dem mindestens eins aus Dy und Tb enthalten
ist. In diesem Fall ist das Verdampfungsgut v in einem vorgegebenen
Mischungsverhältnis formuliert, und z. B. durch Verwenden
eines elektrischen Lichtbogenofens wird eine Legierung in loser
Form hergestellt und dann in die Verarbeitungskammer 20 gebracht.
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Weiter
kann das Verdampfungsgut v mindestens ein Material aus der Gruppe
enthalten, die aus Al, Ag, B, Ba, Be, C, Ca, Ce, Co, Cr, Cs, Cu,
Er, Eu, Fe, Ga, 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 und Zr besteht.
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Die
Unterdruckkammer 12 ist mit einer Erwärmungseinrichtung 3 ausgestattet.
Die Erwärmungseinrichtung 3 besteht ebenso wie
der Kastenkörper 2 aus einem Material, das nicht
mit dem Verdampfungsgut v reagiert, und ist so angeordnet, dass sie
den Umfang des Kastenkörpers 2 umschließt.
Die Erwärmungseinrichtung 3 umfasst: ein thermisch
isolierendes Material aus Mo, das auf seiner Innenfläche mit
einer reflektierenden Oberfläche versehen ist; und einen
elektrischen Heizkörper, der auf der Innenseite des thermisch
isolierenden Materials angeordnet ist und Heizdrähte aus
Mo hat. Durch Erwärmen des Kastenkörpers 2 durch
die Erwärmungseinrichtung 3 bei reduziertem Druck
wird die Bearbeitungskammer 20 durch den Kastenkörper 2 indirekt
erwärmt, wodurch das Innere der Bearbeitungskammer 20 im
Wesentlichen gleichförmig erwärmt werden kann.
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Nun
wird eine Beschreibung der Herstellung eines Permanentmagneten M
unter Verwendung der oben beschriebenen Unterdruck-Bearbeitungseinrichtung 1 gegeben.
Zuallererst werden nach dem oben beschriebenen Verfahren gefertigte
gesinterte Magnete S auf das Tragegitter 21a des Kastenteils 21 gesetzt,
und Dy wird als Verdampfungsgut v auf die untere Fläche
des Kastenteils 21 gelegt. (Demgemäß werden
die gesinterten Magnete S und das Verdampfungsgut v in einem Abstand
zueinander in der Bearbeitungskammer 20 angeordnet.) Nachdem
der Deckelteil 22 auf der offenen Oberseite des Kastengehäuses 21 in
Position montiert wurde, wird der Kastenkörper 2 in
einer vorgegebenen Position umschlossen durch die Erwärmungseinrichtung 3 in
der Unterdruckkammer 12 angeordnet (siehe 2). Dann
wird die Unterdruckkammer 12 mittels der Auspumpeinrichtung 11 evakuiert,
bis sie einen vorgegebenen Druck erreicht (z. B. 1 × 10–4 Pa) (die Bearbeitungskammer 20 wird
auf einen Druck evakuiert, der im Wesentlichen eine halbe Dezimalstelle
höher ist als der obige), und die Bearbeitungskammer 20 wird durch
Betreiben der Erwärmungseinrichtung 3 erwärmt,
wenn die Unterdruckkammer 12 den vorgegebenen Druck erreicht
hat.
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Wenn
die Temperatur in der Bearbeitungskammer 20 unter verringertem
Druck die vorgegebene Temperatur erreicht hat, wird Dy, welches
auf der Bodenfläche der Bearbeitungskammer 20 angeordnet
ist, auf eine Temperatur erwärmt, welche im Wesentlichen
die gleiche ist wie die der Bearbeitungskammer 20, und
beginnt zu verdampfen, und demgemäß wird eine
Dampfatmo sphäre innerhalb der Bearbeitungskammer 20 gebildet.
Da die gesinterten Magnete S und Dy in einem Abstand zueinander
angeordnet sind, wenn das Verdampfen von Dy beginnt, wird geschmolzenes
Dy nicht direkt an den gesinterten Magneten S angelagert, dessen
oberflächliche Nd-reiche Phase geschmolzen ist. Dann wird
Dy in der Dampfatmosphäre aus einer Vielzahl von Richtungen
entweder direkt oder durch wiederholte Kollisionen zugeführt
und an die Oberfläche des gesinterten Magneten S angelagert,
der im Wesentlichen auf dieselbe Temperatur erwärmt wurde
wie das Verdampfungsgut v. Dann wird das Dy in der Dampfatmosphäre
aus einer Vielzahl von Richtungen entweder direkt oder durch wiederholte
Kollisionen zugeführt und an die Oberfläche des
gesinterten Magneten S angelagert, der auf dieselbe Temperatur erwärmt
wurde wie das Verdampfungsgut. Das angelagerte Dy wird in die Korngrenzenphase
des gesinterten Magneten S diffundiert, wodurch man einen Permanentmagneten
M erhält.
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Wie
in 3 gezeigt, wird die Oberfläche des Permanentmagneten
M als Ergebnis der Rekristallisation des Dy, das an die Oberfläche
des gesinterten Magneten S angeheftet und darauf abgelagert wurde,
erkennbar beeinträchtigt (Oberflächenrauheit wird
verschlechtert), wenn das Verdampfungsgut v in der Dampfatmosphäre
der Oberfläche des gesinterten Magneten S so zugeführt
wird, dass sich eine Dy-Schicht (dünner Film) L1 bildet.
Zusätzlich schmilzt das an die Oberfläche des
gesinterten, während der Bearbeitung im Wesentlichen auf
dieselbe Temperatur erwärmten Magneten S angeheftete und darauf
angelagerte Dy, und Dy wird übermäßig
in die Körner in einem Bereich R1 nahe der Oberfläche
des gesinterten Magneten S diffundiert. Als Ergebnis können
die magnetischen Eigen schaften nicht wirksam verbessert oder wiederhergestellt
werden.
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Das
bedeutet, dass die mittlere Zusammensetzung auf der an den dünnen
Film angrenzenden Oberfläche des gesinterten Magneten S
Dy-reich wird, wenn der dünne Film aus Dy einmal auf der Oberfläche
des gesinterten Magneten S ausgebildet ist. Sobald die Zusammensetzung
Dy-reich wird, verringert sich die Temperatur der flüssigen
Phase, und die Oberfläche des gesinterten Magneten S schmilzt. (Das
bedeutet, dass die Hauptphase schmilzt und sich die Menge der flüssigen
Phase erhöht.) Als Ergebnis schmilzt der Bereich nahe der
Oberfläche des gesinterten Magneten S und bricht zusammen,
und daher vergrößern sich die Unebenheiten. Zusätzlich dringt
Dy übermäßig gemeinsam mit einer großen Menge
flüssiger Phase in die Körner ein, und somit werden
das maximale Energieprodukt und die Remanenz-Flussdichte, welche
die magnetischen Eigenschaften aufzeigen, weiter vermindert.
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Gemäß dieser
Ausführung wurde Dy in loser Form (im Wesentlichen in sphärischer
Gestalt) mit kleiner Oberfläche pro Volumeneinheit (spezifische Oberfläche)
in einem Verhältnis von 1–10 Gew.-% des gesinterten
Magneten auf der Bodenfläche der Bearbeitungskammer 20 deponiert,
um die Verdampfungsmenge bei konstanter Temperatur zu reduzieren.
Zusätzlich wurde, wenn das Verdampfungsgut v Dy ist, die
Temperatur in der Bearbeitungskammer 20 durch Steuern der
Erwärmungseinrichtung 3 auf einen Bereich von
800°C–1050°C, vorzugsweise 900°C–1000°C
eingestellt. (Beispielsweise beträgt der Sättigungsdampfdruck
von Dy etwa 1 × 10–2 Pa–1 × 10–1 Pa, wenn die Temperatur in der
Bearbeitungskammer 900°C–1000°C beträgt.)
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Wenn
die Temperatur in der Bearbeitungskammer 20 (und dementsprechend
die Erwärmungstemperatur des gesinterten Magneten S) niedriger als
800°C ist, wird die Diffusionsgeschwindigkeit der Dy-Atome,
welche auf der Oberfläche des gesinterten Magneten S angelagert
sind, in die Korngrenzenphase vermindert. Somit ist es unmöglich,
eine Diffusion und ein homogenes Eindringen der Dy-Atome in die
Korngrenzenphase des gesinterten Magneten zu erreichen, bevor der
dünne Film auf der Oberfläche des gesinterten
Magneten S ausgebildet wird. Demgegenüber erhöht
sich, wenn die Temperatur 1050°C überschreitet,
der Dampfdruck von Dy, und somit werden die Dy-Atome in der Dampfatmosphäre
im Übermaß der Oberfläche des gesinterten
Magneten S zugeführt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit,
dass Dy in die Körner diffundiert werden würde.
Sollte Dy in die Körner diffundiert werden, wird die Magnetisierungsstärke
in den Körnern stark reduziert, und daher werden das maximale
Energieprodukt und die Remanenz-Flussdichte weiter vermindert.
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Um
eine Diffusion von Dy in die Korngrenzenphase zu erreichen, bevor
der dünne Film aus Dy auf der Oberfläche des gesinterten
Magneten S ausgebildet wird, wird das Verhältnis der Gesamtoberfläche
des gesinterten Magneten S, der auf dem Trägerrost 21a in
der Bearbeitungskammer 20 abgelegt ist, zu einer Gesamtoberfläche
des Verdampfungsguts v in loser Form, das auf der Bodenfläche
der Bearbeitungskammer 20 deponiert ist, auf einen Bereich
von 1 × 10–4–2 × 103 eingestellt. Bei einem anderen Verhältnis
als dem Bereich von 1 × 10–4–2 × 103 gibt es Fälle, in denen ein dünner
Film auf der Oberfläche des gesinterten Magneten S ausgebildet
wird, und somit kein Permanentmagnet, welcher gute magnetische Eigenschaften
aufweist, erzielt werden kann. In diesem Fall soll das oben beschriebene
Verhältnis vorzugsweise in den Bereich von 1 × 10–3 bis 1 × 103 fallen,
und das oben beschriebene Verhältnis von 1 × 10–2 bis 1 × 102 ist
noch eher vorzuziehen.
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Gemäß der
obigen Konfiguration wird die Zufuhrmenge von Dy-Atomen zum gesinterten
Magneten S durch Verringern des Dampfdrucks und auch durch Vermindern
der Verdampfungsmenge von Dy eingeschränkt. Zusätzlich
wird durch Erwärmen des gesinterten Magneten S auf einen
vorgegebenen Temperaturbereich und gleichzeitiges Einrichten des durchschnittlichen
Korndurchmessers des gesinterten Magneten innerhalb eines vorgegebenen
Bereichs die Diffusionsgeschwindigkeit erhöht, ohne durch
den Restkohlenstoff innerhalb des gesinterten Magneten beeinflusst
zu werden. Als Ergebnis kombinierter Effekte des Obigen ist es möglich,
eine wirksame Diffusion der auf der Oberfläche des gesinterten
Magneten S angelagerten Dy-Atome in die Korngrenzenphase des gesinterten
Magneten S zur homogenen Ausbreitung zu erreichen, bevor sie sich auf
der Oberfläche des gesinterten Magneten S anlagern und
eine Dy-Schicht (einen dünnen Film) ausbilden (siehe 1).
Infolgedessen ist es möglich, zu verhindern, dass die Oberfläche
des Permanentmagneten M beeinträchtigt wird sowie eine übermäßige Diffusion
von Dy in die Korngrenzen nahe der Oberfläche des gesinterten
Magneten erfolgt. Auf diese Weise werden dadurch, dass eine Dy-reiche
Phase (eine Phase, die Dy im Bereich von 5–80% enthält)
in der Korngrenzenphase besteht, und dass Dy nur in der Nähe
der Kornoberfläche diffundiert, die Magnetisierungsstärke
und die Koerzitivfeldstärke wirksam verbessert. Zusätzlich
kann ein Permanentmagnet M erzielt werden, der keine Endbearbeitung
benötigt und bezüglich der Produktivität überlegen
ist.
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Wie
in 4 gezeigt, gibt es Fälle,
in denen in den Körnern, welche die Hauptphase auf der
Oberfläche des gesinterten Magneten darstellen, Risse auftreten
und zu einer spürbaren Verschlechterung der magnetischen
Eigenschaften führen, wenn der gesinterte Magnet S mittels
einer Drahtsägeeinrichtung oder Ähnlichem nach
der Herstellung des oben beschriebenen gesinterten Magneten S zu
einer gewünschten Konfiguration bearbeitet wird (siehe 4(a)). Jedoch wird durch Ausführen
der oben beschriebenen Unterdruck-Dampfbearbeitung eine Dy-reiche
Phase auf der Innenseite der Risse der Körner nahe der
Oberfläche gebildet (siehe 4(b)),
wodurch die Magnetisierungsstärke und die Koerzitivfeldstärke
wiederhergestellt werden.
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Kobalt
(Co) wurde dem Neodym-Magneten nach dem Stand der Technik zugegeben,
weil eine Maßnahme zum Verhindern der Korrosion des Magneten
erforderlich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es aufgrund der Tatsache, dass die Dy-reiche Phase, welche im
Vergleich zu Nd eine extrem höhere Korrosionsbeständigkeit
und Atmosphärenbeständigkeit aufweist, im Inneren
von Rissen von Körnern nahe der Oberfläche des
gesinterten Magneten und in der Korngrenzenphase vorhanden ist, jedoch
möglich, einen Permanentmagneten zu erzielen, der extrem
hohe Korrosionsbeständigkeit und Atmosphärenbeständigkeit
aufweist, ohne Co zu verwenden. Ferner wird während der
Diffusion von auf der Oberfläche des gesinterten Magneten
S angelagertem Dy aufgrund der Tatsache, dass keinerlei intermetallische
Verbindung, welche Co enthält, in der Korngrenzenphase
des gesinterten Magneten S vorhanden ist, eine wirksame Diffusion
der Metallatome von Dy und/oder Tb erreicht.
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Schließlich
wird nach dem Ausführen der oben beschriebenen Bearbeitung über
einen vorgegebenen Zeitraum (z. B. 1–72 Stunden) der Betrieb der
Erwärmungseinrichtung 3 gestoppt, Ar-Gas von 10
kPa in die Bearbeitungskammer 20 durch eine Gaszufuhreinrichtung
(nicht dargestellt) eingeführt, die Verdampfung des Verdampfungsguts
v gestoppt und die Temperatur in der Bearbeitungskammer 20 einmalig
auf z. B. 500°C gesenkt. Kontinuierlich wird die Erwärmungseinrichtung 3 wieder
betrieben, die Temperatur in der Bearbeitungskammer 20 wird
auf einen Bereich von 450°C–650°C eingestellt,
und es wird eine Wärmebehandlung zum Beseitigen der Spannungen
in den Permanentmagneten durchgeführt, um die Koerzitivfeldstärke
weiter zu verbessern oder wiederherzustellen. Schließlich
wird die Bearbeitungskammer 20 schnell auf im Wesentlichen Raumtemperatur
abgekühlt, und der Kastenkörper 2 wird
der Unterdruckkammer 12 entnommen.
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In
der Ausführung der vorliegenden Erfindung wurde eine Beschreibung
eines Beispiels gegeben, in dem Dy als Verdampfungsgut eingesetzt
wird. Innerhalb des Erwärmungstemperaturbereichs (Bereich
von 900°C–1000°C) des gesinterten Magneten S,
in dem die Diffusionsgeschwindigkeit erhöht werden kann,
kann jedoch Tb verwendet werden, das einen niedrigen Dampfdruck
aufweist. Sonst kann auch eine Legierung von Dy und Tb verwendet
werden. Es war so eingerichtet, dass ein Verdampfungsgut v in loser
Form, welches eine kleine spezifi sche Oberfläche aufweist,
verwendet wurde, um die Verdampfungsmenge bei einer bestimmten Temperatur zu
vermindern. Es kann jedoch so eingerichtet werden, ohne sich darauf
zu beschränken, dass ein Tiegel mit einer vertieften Querschnittsform
innerhalb des Kastenteils 21 angeordnet wird, dass der
Tiegel das Verdampfungsgut in granularer oder loser Form enthält
und dadurch die spezifische Oberfläche verringert wird.
Zusätzlich kann nach dem Einbringen des Verdampfungsguts
v in den Tiegel ein Deckel (nicht dargestellt) mit einer Vielzahl
von Öffnungen montiert werden.
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In
der Ausführung der vorliegenden Erfindung wurde eine Beschreibung
eines Beispiels gegeben, in dem der gesinterte Magnet S und das
Verdampfungsgut v in der Bearbeitungskammer 20 angeordnet
wurden. Um jedoch zu ermöglichen, dass der gesinterte Magnet
S und das Verdampfungsgut v auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt
werden, kann eine Verdampfungskammer (eine weitere Bearbeitungskammer,
nicht dargestellt) innerhalb der Unterdruckkammer 12 neben
der Bearbeitungskammer 20 vorgesehen werden, und eine weitere
Erwärmungseinrichtung kann zum Erwärmen der Verdampfungskammer
bereitgestellt werden. Nach dem Verdampfen des Verdampfungsguts
v innerhalb der Verdampfungskammer kann es so eingerichtet werden,
dass das Verdampfungsgut v in der Dampfatmosphäre dem gesinterten
Magneten innerhalb der Verarbeitungskammer 20 durch einen
Verbindungsdurchlass zugeführt wird, der die Bearbeitungskammer 20 und
die Verdampfungskammer miteinander verbindet.
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In
diesem Fall kann die Verdampfungskammer, wenn es sich beim Verdampfungsgut
v um Dy handelt, auf einen Bereich von 700°C–1050°C
erwärmt werden. (Im Temperaturbereich 700°C– 1050°C
beträgt der Dy-Dampfdruck ungefähr 1 × 10–4–1 × 10–1 Pa.) Bei einer Temperatur unter 700°C
wird kein Dampfdruck erreicht, bei dem Dy der Oberfläche
des gesinterten Magneten S zugeführt werden kann, um Dy
homogen in der Korngrenzenphase auszubreiten. Dagegen kann die Verdampfungskammer,
wenn es sich beim Verdampfungsgut v um Tb handelt, in einem Bereich
von 900°C–1150°C erwärmt werden.
Bei einer Temperatur unter 900°C wird der Dampfdruck nicht
erreicht, bei dem Tb-Atome der Oberfläche des gesinterten Magneten
S zugeführt werden können. Dagegen wird bei einer
Temperatur über 1150°C Tb in die Körner
diffundiert, wodurch das maximale Energieprodukt und die Remanenz-Flussdichte
verringert werden.
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Zusätzlich
wurde in dieser Ausführung eine Beschreibung eines Falls
gegeben, bei dem Unterdruck-Dampfbearbeitung ausgeführt
wird, um eine hohe Produktivität zu erreichen. Diese Erfindung kann
auch auf den Fall angewendet werden, bei dem ein Permanentmagnet
hergestellt wird, indem Dy und/oder Tb unter Verwendung einer bekannten
Bedampfungseinrichtung oder einer Zerstäubungseinrichtung
veranlasst wird, sich an die Oberfläche des gesinterten
Magneten anzulagern (erster Schritt), und anschließend
eine Diffusionsbearbeitung durchgeführt wird, um das an
der Oberfläche angelagerte Dy und/oder Tb unter Verwendung
eines Wärmebehandlungsofens zu veranlassen, in die Korngrenzenphase
des gesinterten Magneten zu diffundieren (zweiter Schritt). Auf
diese Weise kann ein Permanentmagnet mit guten magnetischen Eigenschaften erzielt
werden.
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Um
Schmutz, Gas oder Feuchtigkeit, welche an der Oberfläche
des gesinterten Magneten S adsorbiert wurden, zu ent fernen, bevor
eine Diffusion von Dy und/oder Tb in die Korngrenzenphase erfolgt, kann
es so eingerichtet werden, dass der Druck in der Unterdruckkammer 12 über
die Auspumpeinrichtung 11 auf einen vorgegebenen Druck
(beispielsweise 1 × 10–5 Pa)
abgesenkt wird und der Druck der Bearbeitungskammer 20 auf
einen im Wesentlichen eine halbe Dezimalstelle höheren
Wert (beispielsweise 5 × 10–4 Pa)
abgesenkt wird als der Druck in der Unterdruckkammer 12,
wonach die Drücke über einen vorgegebenen Zeitraum
gehalten werden. Zu diesem Zeitpunkt kann das Innere der Bearbeitungskammer 20 durch
Betreiben der Erwärmungseinrichtung 3 auf beispielsweise
100°C erwärmt werden und die Temperatur über
einen vorgegebenen Zeitraum gehalten werden.
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Andererseits
kann die folgende Anordnung erstellt werden, d. h. eine Plasma erzeugende
Einrichtung (nicht dargestellt) bekannter Konstruktion zum Erzeugen
eines Ar- oder He-Plasmas wird innerhalb der Unterdruckkammer 12 bereitgestellt,
und vor der Bearbeitung innerhalb der Unterdruckkammer 12 kann
eine vorbereitende Bearbeitung zur Reinigung der Oberfläche
des gesinterten Magneten S durch Plasma durchgeführt werden.
Falls der gesinterte Magnet S und das Verdampfungsgut v in derselben Bearbeitungskammer 20 untergebracht
werden, kann ein bekannter Zuführroboter in der Unterdruckkammer 12 angeordnet
werden, und der Deckelteil 22 kann nach Vollendung der
Reinigung innerhalb der Unterdruckkammer 12 montiert werden.
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Weiter
wurde in der Ausführung der vorliegenden Erfindung eine
Beschreibung eines Beispiels gegeben, bei dem der Kastenkörper 2 entstand,
indem der Deckelteil 22 auf einer oberen Fläche
des Kastenteils 21 montiert wurde. Wenn jedoch die Bearbeitungskammer 20 von
der Unterdruckkammer 12 isoliert ist und ihr Druck parallel
zur Druckminderung in der Unterdruckkammer 12 verringert
werden kann, ist es nicht erforderlich, sich auf das obige Beispiel
zu beschränken. Zum Beispiel kann, nachdem der Kastenteil 21 den
gesinterten Magneten S aufgenommen hat, seine obere Öffnung
mit einer Folie aus Mo abgedeckt werden. Andererseits kann so gebaut
werden, dass die Bearbeitungskammer 20 in der Unterdruckkammer 12 hermetisch
verschlossen werden kann, sodass sie unabhängig von der
Unterdruckkammer 12 auf einem vorgegebenen Druck gehalten wird.
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Je
kleiner der Sauerstoffgehalt beim gesinterten Magneten S ist, desto
größer wird die Diffusionsgeschwindigkeit von
Dy und/oder Tb in die Kornpartikelphase. Daher kann der Sauerstoffgehalt
des gesinterten Magneten S unter 3000 ppm, vorzugsweise unter 2000
ppm und ganz besonders vorzugsweise unter 1000 ppm liegen.
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[Beispiel 1]
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Als
gesinterter Magnet auf Nd-Fe-B-Basis wurde ein solcher verwendet,
dessen Zusammensetzung 20Nd-5Pr-2Dy-1B-1Co-0,2A1-0,05Cu-0,1Nb-0,1Mo-Rest
Fe betrug und der zu einem Quader von 5 × 40 × 40
mm gefertigt wurde. In diesem Fall wurden Fe, Nd, Pr, Dy, B, Co,
Al, Cu, Nb und Mo im oben beschriebenen Zusammensetzungsverhältnis
formuliert, um mit einem bekannten Schleudergussverfahren einen
Barren der Legierung von 30 mm herzustellen. Die Legierung wurde
einmal in einem Wasserstoff-Mahl-Schritt grob gemahlen und anschließend in
einem Strahlmühlen-Feinmahl-Schritt fein gemahlen, wodurch
man ein Legierungs-Rohmehl-Pulver erhielt.
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Anschließend
wurde dieses Legierungs-Rohmehl-Pulver unter Zugabe eines Gleitmittelgemisches
aus einer Verbindung auf Fettsäurebasis und einem Gleitmittel
aus einem Fettsäure-Metallsalz in einem Mischungsverhältnis
von 0,05 Gew.-% gerührt; es wurde in die Vertiefung einer
Formpress-Maschine vom Typ mit uniaxialer Druckbeaufschlagung gefüllt;
und wurde in einem Magnetfeld in eine vorgegebene Gestalt geformt
(Formschritt). Der so hergestellte geformte Körper wurde
in einen bekannten Sinterofen gegeben und unter vorgegebenen Bedingungen
gesintert (Sinterschritt). In diesem Fall erhielt man durch Optimieren
des Formschritts und des Sinterschritts einen gesinterten Magneten
S in einem Bereich der durchschnittlichen Korngröße von
2 μm–10 μm, sodass ein Sauerstoffgehalt
von 500 ppm erzielt wurde. Übrigens wurde eine durchschnittliche
Korngröße des gesinterten Magneten ermittelt,
indem, nachdem die senkrecht zur magnetischen Ausrichtung stehende
Oberfläche des gesinterten Magneten geätzt wurde,
in einem Segmentverfahren 10 zufällige Linien
auf einer mikroskopischen Aufnahme der Zusammensetzung gezogen wurden.
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Dann
wurde unter Verwendung der oben beschriebenen Unterdruck-Bearbeitungseinrichtung 1 ein
Permanentmagnet M durch die oben beschriebene Unterdruck-Dampfbearbeitung
erzielt. In diesem Fall wurden 100 Stück der gesinterten
Magneten S auf das Tragegitter 21a innerhalb des Kastenkörpers 2 aus
Mo in gleichen Abständen zueinander gelegt. Zusätzlich
wurde als Verdampfungsgut Dy in loser Form mit einer Reinheit von
99,9% in einer Gesamtmenge von 10 g auf die untere Flä che
der Bearbeitungskammer 20 gebracht. Dann wurde der Druck der
Unterdruckkammer einmal durch Betreiben der Auspumpeinrichtung auf
1 × 10–4 Pa gesenkt (der Druck
innerhalb der Bearbeitungskammer betrug 5 × 10–3 Pa),
und die Erwärmungstemperatur der Bearbeitungskammer 20 durch
die Erwärmungseinrichtung 3 wurde auf 950°C
eingestellt. Nachdem die Bearbeitungskammer 20 die Temperatur
von 950°C erreicht hatte, wurde die oben beschriebene Bearbeitung
in diesem Zustand 1–72 Stunden lang ausgeführt.
Dann wurde eine Wärmebehandlung zum Beseitigen von Spannungen
im Permanentmagneten durchgeführt. In diesem Fall wurden
die Temperatur der Wärmebehandlung auf 400°C und
die Bearbeitungszeit auf 90 Minuten eingestellt, und die optimale Unterdruck-Dampfbearbeitungszeit
wurde ermittelt, mit der die besten magnetischen Eigenschaften erzielt
werden können (d. h. die optimale Zeit für die Diffusion
von Dy).
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5 ist
eine Tabelle, die Durchschnittswerte der magnetischen Eigenschaften
zeigt, wenn der Permanentmagnet unter den oben beschriebenen Bedingungen
hergestellt wurde. Demgemäß betrug die optimale
Unterdruck-Dampfbearbeitungszeit, wenn die mittlere Korngröße
unter 3 μm oder über 9 μm lag, über
8 Stunden, was zu schlechter Verarbeitbarkeit führte. Es
ist auch zu sehen, dass die Koerzitivfeldstärke nicht wirksam
verbessert werden kann, wenn die mittlere Korngröße über
9 μm lag. Andererseits betrug die optimale Unterdruck-Dampfbearbeitungszeit
4–6 Stunden, wenn die mittlere Korngröße
des gesinterten Magneten bei 4–8 μm lag. Es ist
auch zu sehen, dass ein Permanentmagnet mit guten magnetischen Eigenschaften
erzielt wurde, bei dem das maximale Energieprodukt über
51 MGOe lag, die magnetische Remanenz-Flussdichte über 14,5
kG und die Koerzitivfeldstärke ungefähr 30 kOe betrug.
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[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
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1 ist
eine schematische Erläuterungsansicht eines Querschnitts
des Permanentmagneten, welcher gemäß dieser Erfindung
hergestellt wurde;
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2 ist
eine schematische Ansicht der Unterdruck-Bearbeitungseinrichtung
zur Durchführung der Bearbeitung nach dieser Erfindung;
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3 ist
eine schematische Erläuterungsansicht eines Querschnitts
eines Permanentmagneten, welcher gemäß dem Stand
der Technik hergestellt ist;
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4(a) ist eine Erläuterungsansicht,
welche die Verschlechterung der Oberfläche des gesinterten
Magneten darstellt, welche durch die mechanische Bearbeitung bewirkt
wird, und 4(b) ist eine Erläuterungsansicht,
welche den Oberflächenzustand eines Permanentmagneten darstellt,
welcher gemäß dieser Erfindung hergestellt wurde;
und
-
5 ist
eine Tabelle, welche die Durchschnittswerte der magnetischen Eigenschaften
des Permanentmagneten darstellt, welcher gemäß Beispiel
1a und der optimalen Unterdruck-Dampfbearbeitungszeit hergestellt
wurde;
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird ein Herstellungsverfahren für einen Permanentmagneten
vorgestellt, bei dem Dy und/oder Tb, die an der Oberfläche
eines Gleitmittel enthaltenden gesinterten Magneten angelagert sind, wirksam
diffundiert werden können, und bei dem der Permanentmagnet
mit guten magnetischen Eigenschaften mit hoher Produktivität
hergestellt werden kann. Der Permanentmagnet wird hergestellt durch Ausführen
eines ersten Schritts zum Anlagern von mindestens einem aus Dy und
Tb an zumindest einen Teil einer Oberfläche eines gesinterten
Magneten, der durch Sintern eines ein Gleitmittel enthaltenden Legierungs-Rohmehl-Pulvers
auf Basis von Eisen, Bor und Seltenerdmetall hergestellt wurde;
und eines zweiten Schritts der Wärmebehandlung des gesinterten
Magneten bei einer vorgegebenen Temperatur, um dadurch zumindest
eins aus Dy und Tb, das an der Oberfläche des gesinterten
Magneten angelagert ist, in der Korngrenzenphase des gesinterten
Magneten zu verteilen. Dabei wird als gesinterter Magnet ein solcher
verwendet, der mit einer durchschnittlichen Korngröße
innerhalb des Bereichs von 4 μm–8 μm
hergestellt ist.
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- 1
- Unterdruck-Dampfbearbeitungsvorrichtung
- 12
- Unterdruckkammer
- 20
- Bearbeitungskammer
- 2
- Kastenkörper
- 21
- Kastenteil
- 22
- Deckelteil
- 3
- Erwärmungseinrichtung
- S
- gesinterter
Magnet
- M
- Permanentmagnet
- V
- Verdampfungsgut
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Pak Kite,
Universität Tohoku, Doktorarbeit, 23. März 2000 [0009]