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ANWENDUNGSBEREICH
DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen mit
einem korrosionsbeständigen Überzug versehenen
R-Fe-B-Dauermagnet, der gute magnetische Merkmale, hervorragende
Salzspritzwasserbeständigkeits-,
Säurebeständigkeits-, Laugenbeständigkeits-,
Verschleißfestigkeitseigenschaften
und Haftung aufweist, und betrifft genauer ausgedrückt einen
korrosionsbeständigen
Dauermagnet und ein Herstellungsverfahren für denselben, der extrem stabile
magnetische Eigenschaften und eine hohe Korrosionsbeständigkeit
aufweist und nur eine geringe Verschlechterung im Vergleich zu seinen
anfänglichen
magnetischen Eigenschaften an den Tag legt, wobei er eine hervorragende
Beständigkeit
gegen Salzspritzwasser aufweist.
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ZUGRUNDELIEGENDER
STAND DER TECHNIK
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Es wurden bereits R-Fe-B-Dauermagnete
(in der im Amtsblatt offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr.
S59-46008/1984, und in der im Amtsblatt offengelegten Japanischen
Patentanmeldung Nr. 559-89401/1984) vorgeschlagen, die B und Fe
als Hauptkomponenten aufweisen, die durch die Verwendung leichter
Seltenerdmetalle wie zum Beispiel Nd und Pr erhalten werden, die
reiche Ressourcen aufweisen, die kein teures Sm oder Co aufweisen,
und die neue Hochleistungs-Dauermagnete bereitstellen, welche die
maximale Leistung herkömmlicher
Seltenerd-Kobaltmagnete bedeutend überschreiten.
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Die oben erwähnten Magnetlegierungen weisen
eine allgemein im Bereich von 300°C
bis 370°C
liegende Curietemperatur auf. Durch Ersetzen eines Teils von Fe
durch Co wird jedoch ein R-Fe-B-Dauermagnet mit einer höheren Curietemperatur
erhalten (Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 559-64733/1984, Japanische
offengelegte Patentanmeldung Nr. 559-132104/1984). Es wird auch
(in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 560-34005/1985)
ein Co-enthaltender R-Fe-B-Seltenerddauermagnet
vorgeschlagen, der eine Curietemperatur, die mindestens so hoch
liegt wie diejenige des oben erwähnten
Co-enthaltenden R-Fe-B-Seltenerddauermagnets,
und einen höheren
(BH)max aufweist, wobei zur Steigerung der Temperaturmerkmale und
insbesondere zur Verbesserung des iHc mindestens ein schweres Seltenerdmetall wie
zum Beispiel Dy oder Tb in einem Teil von R in dem Co-enthaltenden
R-Fe-B- Seltenerddauermagnet
enthalten ist, wobei leichte Seltenerdmetalle wie zum Beispiel Nd
und Pr in erster Linie als Seltenerdmetall (R) verwendet werden,
wobei sich iHc bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines extrem
hohen (BH)max von 25 MGOe oder größer erhöht.
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Es bestehen jedoch in Bezug darauf
Probleme, dass die oben erwähnten
Dauermagnete, die aus anisotropen gesinterten R-Fe-B-Magnetkörpern bestehen,
als Hauptbestandteile eine Eisen und Seltenerdmetalle enthaltende
aktive chemische Verbindungszusammensetzung aufweisen, weshalb dann,
wenn sie in einen Magnetkreis eingebaut sind, die Magnetkreisausgangsleistung
auf Grund von an der Oberfläche
der Magnete erzeugten Oxiden sinkt und Schwankungen zwischen den
Magnetkreisen induziert, und periphere Geräte durch die Abscheidung der
Oxide von den Magnetoberflächen
verunreinigt werden.
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Daraufhin wurde ein Dauermagnet (in
der Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. H3-74012/1991) vorgeschlagen, bei dem die Oberfläche des
Magnetkörpers
entweder mittels eines elektrolytischen oder nicht elektrolytischen
Galvanisierverfahrens mit einer korrosionsbeständigen galvanisierten Metallschicht überzogen
wird, um die Korrosionsbeständigkeitsleistung
der oben erwähnten
R-Fe-B-Magnete zu verbessern. Bei diesen Galvanisierverfahren handelt
es sich bei dem Dauermagnetkörper
jedoch um einen porösen
gesinterten Körper,
weshalb bei einem Vorgalvanisierverfahren säurehaltige Lösung oder
laugenhaltige Lösung
in den Poren verbleibt und zu Befürchtungen in Bezug auf eine
im Laufe der Zeit eintretende Degradation und Korrosion Anlass gibt,
und sich die chemische Beständigkeit
des Magnetkörpers
verschlechtert, weshalb die Magnetoberfläche während des Galvanisierens angegriffen,
und dadurch die Haftungs- und Korrosionsbeständigkeitsleistung beeinträchtigt werden.
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Selbst bei Vorhandensein einer korrosionsbeständigen Galvanisierschicht
erwiesen sich bei Korrosionstests, bei welchen Muster für 100 Stunden
einer Temperatur von 60°C
und einer relativen Feuchte von 90% ausgesetzt werden, die Magneteigenschaften
als sehr unstabil, wobei sie eine Degradation von 10% oder mehr
von den anfänglichen
magnetischen Merkmalen aufwiesen.
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Aus diesem Grund wurde (in der Japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. H5-15043/1993) vorgeschlagen, zwecks Verbesserung der Korrosionsbeständigkeitsleistung
von R-Fe-B-Dauermagneten ein Ionenbeschichtungsverfahren oder Ionenzerstäubungsverfahren
oder dergleichen zur Beschichtung der Oberflächen der oben erwähnten Magnete
mit AlN, Al, TiN oder Ti zu verwenden. Die AlN- und TiN-Überzüge weisen
jedoch kristalline Strukturen, Wärmeausdehnungskoeffizienten
und Streckbarkeiten auf, die sich von denjenigen der R-Fe-B-Magnetkörper unterscheiden,
weshalb die Haftung schlecht ist, und obwohl die Haftung der Al-
und Ti-Überzüge gut ist,
ist ihre Verschleißfestigkeitsleistung
schlecht.
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Um diese Probleme zu lösen, wurde
(in der im Amtsblatt offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr.
563- 9919/1988) vorgeschlagen,
die Oberfläche
der R-Fe-B-Dauermagnetkörper mit
laminierten Ti- und TiN-Filmen zu überziehen. Da sich jedoch die
kristalline Struktur, der Wärmeausdehnungskoeffizient
und die Streckbarkeit der Ti- und TiN-Überzugsfilme voneinander unterscheiden,
ist die Haftung schlecht, Abblättern tritt
auf, und die Korrosionsbeständigkeitsleistung
verschlechtert sich.
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Aus diesem Grund haben die Erfinder
zum Erhalten von Dauermagneten mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit,
die eine hervorragende Haftung auf der Grundschicht aufweisen, (in
der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. H6-349619/1994)
einen korrosionsbeständigen
Dauermagnet vorgeschlagen, bei dem nach der Ausbildung eines Ti-Überzugsfilmes
mit einer spezifischen Filmdicke als Grundfilm auf der Oberfläche eines
R-Fe-B-Dauermagnetkörpers
eine N-Diffusionsschicht
mittels eines Dünnfilmbildungsverfahrens
in der spezifischen Filmdicke der Oberfläche des Ti-Überzugsfilmes ausgebildet wurde,
wobei sich die N-Konzentration bei einer Annäherung an die Oberfläche erhöht, während ein
Gasgemisch aus Ar-Gas und N2-Gas unter spezifischen
Bedingungen eingeleitet wurde, wobei danach ein TiN-Überzugsfilm
mit einer spezifischen Filmdicke in N2-Gas
mittels eines Dünnfilmbildungsverfahrens
wie zum Beispiel Ionenbeschichtung (in der offengelegten Japanischen
Patentanmeldung Nr. H7-249509/1995) auf einen korrosionsbeständigen Dauermagnet
mit einem Al- Überzugsfilm
mit einer spezifischen Filmdicke als Grundfilm aufgetragen wird.
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Während
jedoch die oben erwähnten
korrosionsbeständigen
Dauermagnete in Korrosionsbeständigkeitstests
bei einer Temperatur von 80°C
und einer relativen Feuchte von 90% eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit
aufwiesen, war die Korrosionsbeständigkeit bei schweren Korrosionsbeständigkeitstests
wie zum Beispiel Salzspritzwassertests (Spritzwassertests mit 5%
neutraler NaCl-Lösung
unter JIS Z2371-Testbedingungen bei 34°C bis 36°C) mangelhaft. Daher werden
Magnete, die salzspritzwasserbeständig sind und selbst in Salzspritzwassertests
eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweisen, zum Beispiel
in Undulatoren benötigt,
die der Atmosphäre
ausgesetzt sind.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht in der Bereitstellung eines R-Fe-B-Dauermagnets mit einem
Verfahren zur Herstellung desselben, der eine hervorragende Haftung
auf der R-Fe-B-Dauermagnetgrundschicht, Verschleißfestigkeitseigenschaften
und stabile, gute magnetische Merkmale gemeinsam mit einer extrem
geringen Verschlechterung im Vergleich zu den anfänglichen
magnetischen Eigenschaften selbst dann an den Tag legt, wenn er
schweren Korrosionsbeständigkeitstests
wie zum Beispiel Salzspritzwassertests (JIS Z2371) unter Verwendung
von 5% neutraler NaCl-Lösung
in einem Temperaturbereich von 34~36°C ausgesetzt wird, Verschleißfestigkeitseigenschaften
und Salzspritzwasserbeständigkeit
aufweist.
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Die Erfinder führten viele Untersuchungen
von Verfahren zur Ausbildung von AlN-Überzugsfilmen, TiN-Überzugsfilmen oder Ti1-xAlxN-Überzugsfilmen
auf Dauermagnetoberflächen
durch, um einen R-Fe-B-Dauermagnet bereitzustellen, der auf Grund
der Verschleißfestigkeitseigenschaften
und der Salzspritzwasserbeständigkeit
eines aufgetragenen korrosionsbeständigen Überzugsfilmes, der eine hervorragende
Haftung an der Grundschicht aufweist, stabile magnetische Merkmale
aufweist, und bei dem die Zeitdauer bis zum Auftreten von Korrosion,
wenn dieser Salzspritzwasser aus 5% neutraler NaCl-Lösung in
einem Temperaturbereich von 34~36°C
ausgesetzt wird, verlängert
werden kann. Als Ergebnis entdeckten sie, dass dann, wenn es sich
bei dem Grundschicht-Überzugsfilm
nur um die zuvor erwähnte
Ti-Überzugsschicht
oder die Al-Überzugsschicht
handelt, während
das elektrische Potential des R-Fe-B-Magnets insgesamt „übergeordnet" ist, örtlich in dem Magnet Teile
vorhanden sind, worin Nd vorhanden ist, usw., die stark „untergeordnet" sind, Korrosion
ohne Weiteres durch sehr kleine Nadellöcher in den AlN-Überzugsfilm oder den TiN-Überzugsfilm
oder dem Ti1-x AlxN-Überzugsfilm
eindringen bzw. dort auftreten kann.
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Daraufhin führten die Erfinder weitere
Untersuchungen in Bezug auf Verfahren zur Ausbildung von AlN-Überzugsfilmen, TiN-Überzugsfilmen
und Ti1-xAlxN- Überzugsfilmen durch. Als Ergebnis
entdeckten sie, dass dadurch, dass zuerst eine Ti-Überzugsfilmschicht
auf der Oberfläche
des Dauermagnets, und dann eine Al-Überzugsfilmschicht
als Grundschicht für
den AlN-Überzugsfilm
oder den TiN-Überzugsfilm
oder den Ti1-x AlxN-Überzugsfilm
vorgesehen ist, der Al-Überzugsfilm
auf Grund der Tatsache als ein Opferüberzugsfilm für die Ti-Überzugsfilmschicht
funktioniert, dass Al elektrochemisch gegenüber Ti leicht „untergeordnet" ist, woraufhin selbst
dann, wenn Korrosion durch sehr kleine Nadellöcher in den AlN-Überzugsfilm
oder den TiN-Überzugsfilm
oder den Ti1-xAlxN-Überzugsfilm
in die Deckschicht eindringen bzw. auftreten kann, diese nicht unmittelbar
so weit in den Grundfilm eindringt, bis sie den Grundwerkstoff des
Magnetkörpers
erreicht, und dass, so lange der Al-Überzugsfilm als eine Zwischenschicht
zwischen dem Ti-Überzugsfilm
in der Grundschicht und entweder dem AlN-Überzugsfilm oder dem Ti1-xAlxN-Überzugsfilm
vorhanden ist, der durch den Ti-Überzugsfilm
in der Grundschicht überzogene
R-Fe-B-Dauermagnetkörper geschützt ist.
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Die Erfinder entdeckten zwei weitere
Dinge, die zur Vervollkommnung der vorliegenden Erfindung führten. Erstens
entdeckten sie, dass durch die Erzeugung eines AlN-Überzugsfilmes
auf dem Al-Überzugsfilm AlNx an der Grenzfläche zwischen dem Al und AlN
erzeugt wird, wodurch die Haftung zwischen dem Al- und dem AlN-Überzugsfilm stark verbessert
werden kann. Zweitens entdeckten sie, dass durch die Ausbildung
eines Ti1-x AlxN-Überzugsfilmes
auf dem Al-Überzugsfilm
ein kom plexer Überzugsfilm
aus Ti, Al und N, aus welchen Ti1-α AlαNβ besteht
(wobei 0, 03 < α < 1 und 0 < β < 1), erzeugt wird,
deren Zusammensetzung und Filmdicke in Abhängigkeit von der Substrattemperatur,
Vorspannung, Filmbildungsgeschwindigkeit und der Ti1-xAlxN-Zusammensetzung
variiert, so dass als Folge AlNx an der
Grenzfläche
zwischen dem Al-Überzugsfilm und
dem Ti1-xAlxN-Überzugsfilm
erzeugt wird, und die Haftung zwischen dem Al- und dem AlN-Überzugsfilm stark
verbessert werden kann. Genauer ausgedrückt handelt es sich bei der
vorliegenden Erfindung um einen Dauermagnet und ein Verfahren zur
Herstellung desselben, der eine Beständigkeit gegen Salzspritzwasser aufweist,
wobei ein Ti-Überzugsfilm
mit einer Filmdicke von 0,1 bis 3 μm mittels eines Dünnfilmbildungsverfahrens
auf der gereinigten Oberfläche
eines R-Fe-B-Dauermagnets ausgebildet wird, dessen Hauptphase eine tetragonale
Gitterphase ist, wobei danach ein Al-Überzugsfilm mit einer Filmdicke
von 0,1 bis 5 μm
auf dem Ti-Überzugsfilm
ausgebildet wird, und ein AlN-Überzugsfilm
oder ein Ti1-xAlxN-Überzugsfilm
(wobei 0,03 < x < 0,70) mit einer
Filmdicke von 0,5 bis 10 μm
auf dem Al-Überzugsfilm
ausgebildet wird.
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BESTER MODUS
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Es wird nun eine detaillierte Beschreibung
eines Beispiels der Erfindung eines Verfahrens zur Herstellung eines
salzspritzwasserbeständigen
Dauermagnets gegeben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ti-Überzugsfilmschicht mittels
eines Dünnfilmbildungsver fahrens
auf der gereinigten Oberfläche
eines R-Fe-B-Dauermagnets
ausgebildet wird, dessen Hauptphase eine tetragonale Gitterphase
ist, wobei danach ein AlN-Überzugsfilm über eine
auf der Ti-Überzugsfilmschicht
ausgebildete Al-Überzugsfilmschicht
bereitgestellt wird.
- 1) Verwendung einer Lichtbogen-Ionenbeschichtungsvorrichtung,
zum Beispiel, nachdem ein Vakuumbehälter so luftleer gepumpt wurde,
dass ein Vakuum von 1 × 10–3 Pa
oder niedriger erreicht wird, wobei dann die Oberfläche des
R-Fe-B-Magnetkörpers
mittels Ar-Oberflächen-Ionenzerstäubung mit
einem Ar-Gasdruck von 10 Pa bei –500 V gereinigt wird. Danach
wird mit einem Ar-Gasdruck von 0,1 Pa und einer Vorspannung von –80 V das
Ziel-Ti verdampft, und eine Ti-Überzugsfilmschicht
mit einer Filmdicke von 0,1 bis 3,0 μm durch Lichtbogen-Ionenbeschichtung
auf der Oberfläche
des Magnetkörpers
ausgebildet.
- 2) Danach wird unter Verwendung eines Ar-Gasdruckes von 0,1
Pa und einer Vorspannung von –50
V das Ziel-Al verdampft, und eine Al-Überzugsfilmschicht mit einer
Filmdicke von 1 bis 5 μm
durch Lichtbogen-Ionenbeschichtung
ausgebildet.
- 3) Danach wird unter Verwendung von Al als Ziel unter Bedingungen,
wobei die Substratmagnettemperatur auf 250°C gehalten wird, bei einem N2-Gasdruck von 1 Pa und einer Vorspannung
von –100
V eine AlN- Überzugsfilmschicht
mit einer spezifischen Dicke auf der Al-Überzugsfilmschicht ausgebildet.
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Es wird nachfolgend eine detaillierte
Beschreibung eines Beispiels der Erfindung eines Verfahrens zur Herstellung
eines salzspritzwasserbeständigen
Dauermagnets gegeben, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung
einer Ti-Überzugsfilmschicht
auf der Oberfläche
des R-Fe-B-Dauermagnets eine Ti1-xAlxN-Überzugsfilmschicht
(wobei 0,03 < x < 0,70) mittels des
Dünnfilmbildungsverfahrens über eine
auf der Ti-Überzugsfilmschicht
ausgebildete Al-Überzugsfilmschicht
bereitgestellt wird.
- 1) Verwendung einer Lichtbogen-Ionenbeschichtungsvorrichtung,
zum Beispiel, nachdem ein Vakuumbehälter so luftleer gepumpt wurde,
dass ein Vakuum von 1 × 10–3 Pa
oder niedriger erreicht wird, wobei dann die Oberfläche des
R-Fe-B-Magnetkörpers
mittels Ar-Oberflächen-Ionenzerstäubung mit
einem Ar-Gasdruck von 10 Pa bei –500 V gereinigt wird.
Danach
wird mit einem Ar-Gasdruck von 0,1 Pa und einer Vorspannung von –80 V das
Ziel-Ti verdampft, und eine Ti-Überzugsfilmschicht
mit einer Filmdicke von 0,1 bis 3,0 μm durch Lichtbogen-Ionenbeschichtung
auf der Oberfläche
des Magnetkörpers
ausgebildet.
- 2) Danach wird unter Verwendung eines Ar-Gasdruckes von 0,1
Pa und einer Vorspannung von –50
V das Ziel-Al verdampft, und eine Al-Überzugsfilmschicht mit einer Filmdicke
von 1 bis 5 μm
durch Lichtbogen-Ionenbeschichtung
ausgebildet.
- 3) Danach wird unter Verwendung von Ti1-xAlxN (wobei 0,03 < x < 0,70)
als Ziel unter Bedingungen, wobei die Substratmagnettemperatur auf
250°C gehalten
wird, bei einem N2-Gasdruck von 3 Pa und
einer Vorspannung von –120
V eine Ti1-xAlxN-
(wobei 0,03 < x < 0,70) Überzugsfilmschicht
mit einer spezifischen Dicke auf der Al-Überzugsfilmschicht
ausgebildet.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann
in Bezug auf das Verfahren zur Ausbildung einer Ti-Überzugsfilmschicht,
einer Al-Überzugsfilmschicht,
einer AlN-Überzugsfilmschicht
oder alternativ einer auf der Oberfläche des R-Fe-B-Dauermagnetkörpers haftenden
Ti1-xAlxN-Überzugsfilmschicht
ein bekanntes Dünnfilmbildungsverfahren
wie zum Beispiel Ionenbeschichtung oder Aufdampfung passend ausgewählt werden.
Aus Gründen
der Feinheit des Überzugsfilmes,
der Gleichförmigkeit
und der Überzugsausbildungsgeschwindigkeit usw.
sind Ionenbeschichtungs- und Ionenreaktionsbeschichtungsverfahren
vorzuziehen.
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Es ist wünschenswert, dass die Temperatur
des Substratmagnetes während
der Ausbildung des Überzugsfilmes
auf 200°C
bis 500°C
eingestellt wird. Bei Temperaturen unter 200°C ist die Reaktionshaftung an dem
Substratmagnet mangelhaft, während
der Temperaturunterschied zu der Raumtemperatur (+25°C) bei Temperaturen über 500°C groß wird,
woraufhin sich während
des nachfolgenden Kühlvorgangs
Haarrisse in den Überzügen bilden,
und sich der Überzugsfilm
teilweise von dem Substrat löst.
Somit wird die Temperatur zwischen 200°C~500°C eingestellt.
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Bei der vorliegenden Erfindung besteht
der Grund zur Begrenzung der Dicke des Ti-Überzugsfilmes auf der Oberfläche des
Magnetkörpers
auf den Bereich von 0,1 3,0 μm
darin, dass die Haftung auf der Oberfläche des Magnetkörpers bei
Dicken unter 0,1 μm
mangelhaft ist, während
bei Dicken über
3,0 μm,
obwohl kein Problem mit dem Wirkungsgrad besteht, die Kosten für die darunter
liegende Schicht steigen, was unpraktisch und nicht wünschenswert
ist. Somit beträgt
die Dicke des Ti-Überzugsfilmes
zwischen 0,1 μm
und 3,0 μm.
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Bei der vorliegenden Erfindung besteht
darüber
hinaus der Grund zur Begrenzung der Dicke des Al-Überzugsfilmes
auf der Oberfläche
des Ti-Überzugsfilmes
auf den Bereich von 0,1~5 μm
darin, dass eine gleichförmige
Haftung von Al auf der Oberfläche
des Ti-Überzugsfilmes
bei Dicken unter 0,1 μm
schwierig, und die Wirksamkeit als Zwischenschichtfilm mangelhaft
ist, während
bei Dicken über
5 μm, obwohl
kein Problem mit dem Wirkungsgrad besteht, die Kosten für die Zwischenschichtfilme
hoch werden, was nicht wünschenswert
ist. Somit beträgt
die Dicke des Al-Überzugsfilmes
0,1 μm bis
5 μm.
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Der Grund zur Begrenzung der Dicke
des AlN-Überzugsfilmes,
des TiN-Überzugsfilmes
oder von Ti1-x AlxN
(wobei 0, 03 < x < 0, 70) auf den
Bereich von 0, 5 ~10 μm
besteht darin, dass bei Dicken unter 0,5 μm die Salzspritzwasserbeständigkeit
und die Verschleißfestigkeit
des AlN-Überzugsfilmes
oder des Ti1-xAlxN-Überzugsfilmes mangelhaft sind,
während
bei Dicken über
10 μm, obwohl
kein Problem mit dem Wirkungsgrad besteht, die Herstellungskosten
erhöht
werden, was nicht wünschenswert
ist.
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Der Grund zur Begrenzung der Dicke
des Ti1-xAlxN-Überzugsfilmes besteht darin,
dass dann, wenn der Wert unter 0,03 liegt, die gewünschte Leistung
des Ti1-x AlxN-Überzugsfilmes
(Salzspritzwasserbeständigkeit, Verschleißfestigkeit)
nicht erreicht wird, während
bei Werten, die 0,70 überschreiten,
keine Leistungssteigerung erreicht wird.
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Das bei dem Dauermagnet der vorliegenden
Erfindung verwendete Seltenerdmetall R ist in der Zusammensetzung
in einer Menge von 10 Atom-% bis 30 Atom-% vorhanden, wobei es jedoch
wünschenswert ist,
dass diese entweder mindestens ein Element aus Nd, Pr, Dy, Ho und
Tb, oder zusätzlich
mindestens ein Element aus La, Ce, Sm, Gd, Er, Eu, Tm, Yb, Lu und
Y enthält.
Normalerweise ist das Vorhandensein eines der R-Elemente ausreichend,
aber in der Praxis ist es möglich,
eine Mischung aus zwei oder mehr Elementen (Mischmetall, Didym usw.)
zu verwenden, da deren Beschaffung einfacher ist. Dieses R muss
auch kein reines Seltenerdmetall sein. Es ist unproblematisch, wenn
es Verunreinigungen in einer Menge enthält, wie dies bei der Herstellung unvermeidbar
sein kann, und wie es in der Industrie erhältlich ist.
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R ist ein obligatorisches Element
bei den oben erwähnten
Dauermagneten. Bei weniger als 10 Atom-% wird aus der kristallinen
Struktur ein kubisches Kristallsystem mit derselben Struktur wie α-Eisen, weshalb
gute magnetische Merkmale, insbesondere mit hoher Koerzitivkraft,
nicht erhalten werden. Bei Überschreitung
von 30 Atom-% erhöht
sich die mit R angereicherte, magnetische Phase, und die Remanenzflussdichte
(Br) verringert sich, weshalb ein Dauermagnet, der hervorragende
Merkmale aufweist, nicht erhalten wird. Somit ist der Bereich von
10 ~ 30 Atom-% für
R wünschenswert.
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B ist ein obligatorisches Element
bei den oben erwähnten
Dauermagneten. Bei weniger als 2 Atom-% wird eine rhomboedrische
Struktur die Hauptphase, und es wird keine hohe Koerzitivkraft (iHc)
erhalten. Bei Überschreitung
von 28 Atom-% erhöht
sich die mit B angereicherte, nichtmagnetische Phase, und die Remanenzflussdichte
(Br) verringert sich, weshalb hervorragende Dauermagnete nicht erhalten
werden. Somit ist der Bereich von 2~28 Atom-% für B wünschenswert.
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Fe ist ein obligatorisches Element
bei den oben erwähnten
Dauermagneten. Bei weniger als 65 Atom-% verringert sich die Remanenzflussdichte
(Br). Bei Überschreitung
von 80 Atom-% wird keine hohe Koerzitivkraft erhalten. Somit ist
ein Bereich von 65 ~ 80 Atom-% für
Fe wünschenswert.
Durch den Austausch eines Teils von Fe gegen Co können die
Temperaturmerkmale verbessert werden, ohne die magnetischen Merkmale
der erhaltenen Magnete zu beeinträchtigen. Wenn die Menge an
Austausch-Co 20% von Fe überschreitet,
verschlechtern sich andererseits die magnetischen Merkmale, was
nicht wünschenswert
ist. Wenn die Menge an Austausch-Co
5 bis 15 Atom-% der Gesamtmenge von Fe und Co beträgt, erhöht sich
Br im Vergleich dazu, wenn kein Austausch vorgenommen wurde, und
eine hohe magnetische Flussdichte wird realisiert, was wünschenswert
ist.
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Zusätzlich zu den R-, B- und Fe-Elementen
ist das Vorhandensein solcher Verunreinigungen in dem Umfang zulässig, wie
dies bei der Industrieproduktion unvermeidbar ist. Durch den Austausch
mindestens eines Elementes von C, P, S und Cu gegen einen Teil von
B, nämlich
zum Beispiel C mit 4,0 Gewichts-% oder weniger, P mit 2,0 Gewichts-%
oder weniger, S mit 2,0 Gewichts-% oder weniger, und/oder Cu mit
2,0 Gewichts-% oder weniger, so dass die Gesamtbetrag des Austausches
2,0 Gewichts-% oder weniger beträgt,
ist es möglich,
die Produktivität
des Dauermagnetes zu verbessern und die Kosten zu verringern.
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Es ist auch möglich, mindestens ein Element
von Al, Ti, V, Cr, Mn, Bi, Nb, Ta, Mo, W, Sb, Ge, Sn, Zr, Ni, Si,
Zn und HF zu dem R-Fe-B-Dauermagnetmaterial zuzugeben, um die Koerzitivkraft
oder die Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve zu verbessern,
oder um die Kosten zu verringern. In Bezug auf den oberen Grenz wert
der Menge solcher Zusätze
muss Br mindestens 9 kG oder mehr betragen, um einen (BH)max des oben
erwähnten
Magnetwerkstoffes über
20 MGOe zu erreichen, weshalb er innerhalb eines Bereiches liegen sollte,
in dem diese Bedingung erfüllt
werden kann.
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Die Dauermagnete der vorliegenden
Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptphase in Form
einer Verbindung ausgestaltet ist, die eine tetragonale, kristalline
Struktur aufweist, wobei der mittlere Kristallkorndurchmesser innerhalb
eines Bereiches von 1~80 μm
liegt und eine nicht magnetische Phase (außer Oxidphase) innerhalb eines
Volumenverhältnisses
von 1 50% enthält.
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Die Dauermagnete gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen eine Koerzitivkraft iHc ≥ 1 kOe, eine Remanenzflussdichte
Br > 4 kG und ein
maximales Energieprodukt (BH)max 10 MGOe mit einem Maximalwert von
25 MGOe oder höher
auf.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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Ein allgemein bekannter gegossener
Barren wurde zerkleinert und fein zerrieben und durchlief dann Gießen, Sintern
und Wärmebehandlungen,
um ein Magnetkörperprüfstück mit der
Zusammensetzung 14Nd-0,5Dy-7B-78,5Fe mit einem Durchmesser von 12
mm und einer Dicke von 2 mm zu ergeben. Die magnetischen Eigenschaften
desselben sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Ein Vakuumbehälter wurde so luftleer gepumpt,
dass ein Vakuum von 1 × 10–3 Pa
oder niedriger erzeugt wurde. Dann wurde Oberflächenzerstäubung während einer Zeitdauer von 20
Minuten bei einem Ar-Gasdruck von 10 Pa bei –500 V durchgeführt, und
die Oberfläche
des Magnetkörpers
gereinigt. Dann wurde bei einer Substratmagnettemperatur von 280°C bei einem
Ar-Gasdruck von
0,1 Pa und einer Vorspannung von –80 V metallisches Ti als Ziel
einer Lichtbogen-Ionenbeschichtung
ausgesetzt, um eine Ti-Überzugsfilmschicht mit
einer Dicke von 1 μm
auf der Magnetkörperfläche auszubilden.
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Dann wurde bei einer Magnetsubstrattemperatur
von 250°C,
einem Ar-Gasdruck von 0,1 Pa und einer Vorspannung von –50 V eine
Al-Überzugsfilmschicht
mit einer Filmdicke von 2 μm
mittels Lichtbogen-Ionenbeschichtung auf der Oberfläche des
Ti-Überzugsfilmes
ausgebildet, wobei metallisches Al als Ziel verwendet wurde.
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Danach wurde bei einer Magnetsubstrattemperatur
von 350°C,
einer Vorspannung von –100
V, und einem N2-Gasdruck von 1 Pa eine AlN-Überzugsfilmschicht
mit einer Filmdicke von 2 μm
auf der Oberfläche des
Al-Überzugsfilmes
ausgebildet, wobei metallisches Al für die Dauer von 2 Stunden als
Ziel für
Lichtbogen-Ionenbeschichtung
verwendet wurde.
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Dann wurde nach dem Kühlen der
mit dem AlN-Überzugsfilm
auf seiner Oberfläche
erhaltene Dauermagnet Salzspritzwassertests (JIS Z2371) mit 5% neutraler
NaCl-Lösung
bei einer Temperatur von 35°C
ausgesetzt, und die Zeit bis zum Auftreten einer daraufhin folgenden
Korrosion gemessen. Die Ergebnisse sind gemeinsam mit den magnetischen
Merkmalen in Tabelle 2 aufgeführt.
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Vergleich 1
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Unter Verwendung eines Magnetkörperprüfstückes mit
derselben Zusammensetzung wie bei der ersten Ausführungsform
wurde eine Ti-Überzugsfilmschicht
mit einer Dicke von 3 μm
unter denselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
auf dem Magnetkörperprüfstück ausgebildet,
wobei danach eine AlN-Überzugsfilmschicht
mit derselben Filmdicke (2 μm)
und unter denselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
ausgebildet wurde, wobei danach Salzspritzwassertests unter denselben
Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wurden,
und die Zeit bis zum Auftreten einer daraufhin folgenden Korrosion
gemessen wurde. Die Ergebnisse sind gemeinsam mit den magnetischen
Merkmalen in Tabelle 2 aufgeführt.
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Vergleich 2
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Unter Verwendung eines Magnetkörperprüfstückes mit
derselben Zusammensetzung wie bei der ersten Ausführungsform
wurde eine Al-Überzugsfilmschicht
mit einer Dicke von 3 μm
unter denselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
auf der Oberfläche
des Magnetkörpers
ausgebildet, wobei danach unter denselben Bedingungen wie bei der
ersten Ausführungsform
eine AlN-Überzugsfilmschicht
mit derselben Filmdicke ausgebildet wurde, wobei danach Salzspritzwassertests
unter denselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
durchgeführt
wurden, und die Zeit bis zum Auftreten einer daraufhin folgenden
Korrosion gemessen wurde. Die Ergebnisse sind gemeinsam mit den
magnetischen Merkmalen in Tabelle 2 aufgeführt.
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Ausführungsform 2
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Ein allgemein bekannter gegossener
Barren wurde zerkleinert und fein zerrieben und durchlief dann Gießen, Sintern
und Wärmebehandlungen,
um ein Magnetkörperprüfstück mit der
Zusammensetzung 15Nd-1Dy-76Fe-8B mit einem Durchmesser von 12 mm
und einer Dicke von 2 mm zu ergeben. Die magnetischen Eigenschaften
desselben sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Ein Vakuumbehälter wurde so luftleer gepumpt,
dass ein Vakuum von 1 × 10–3 Pa
oder niedriger erzeugt wurde. Dann wurde Oberflächenzerstäubung während einer Zeitdauer von 20
Minuten bei einem Ar-Gasdruck von 10 Pa bei –500 V durchgeführt, und
die Oberfläche
des Magnetkörpers
gereinigt. Dann wurde bei einer Substratmagnettemperatur von 280°C bei einem
Ar-Gasdruck von 0,1 Pa und einer Vorspannung von –80 V metallisches
Ti als Ziel einer Lichtbogen-Ionenbeschichtung ausgesetzt, um eine
Ti-Überzugsfilmschicht mit
einer Dicke von 1 μm
auf der Magnetkörperoberfläche auszubilden.
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Dann wurde bei einer Magnetsubstrattemperatur
von 250°C,
einem Ar-Gasdruck von 0,1 Pa und einer Vorspannung von –50 V eine
Al-Überzugsfilmschicht
mit einer Dicke von 2 μm
mittels Lichtbogen-Ionenbeschichtung auf der Oberfläche des
Ti-Überzugsfilmes
ausgebildet, wobei metallisches Al als Ziel verwendet wurde. Danach
wurde bei einer Magnetsubstrattemperatur von 350°C, einer Vorspannung von –100 V,
und einem N2-Gasdruck von 1 Pa eine Ti1-xAlxN-Überzugsfilmschicht
mit einer Filmdicke von 2 μm
auf der Oberfläche des
Al-Überzugsfilmes
ausgebildet, wobei eine Ti0,45Al0,55-Legierung
für die
Dauer von 2 Stunden als Ziel für Lichtbogen-Ionenbeschichtung
verwendet wurde. Bei der Zusammensetzung des erzeugten Überzugsfilmes handelte
es sich um Ti0,45Al0,55N.
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Dann wurde nach dem Kühlen der
mit dem TiN-Überzugsfilm
auf seiner Oberfläche
erhaltene Dauermagnet Salzspritzwassertests (JIS Z2371) mit 5% neutraler
NaCl-Lösung
bei einer Temperatur von 35°C
ausgesetzt, und die Zeit bis zum Auftreten einer daraufhin folgenden
Korrosion gemessen. Die Ergebnisse sind gemeinsam mit den magnetischen
Merkmalen in Tabelle 3 aufgeführt.
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Vergleich 3
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Unter Verwendung eines Magnetkörperprüfstückes mit
derselben Zusammensetzung wie bei der dritten Ausführungsform
wurde eine Ti-Überzugsfilmschicht
mit einer Dicke von 3 μm
unter denselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
auf dem Magnetkörperprüfstück ausgebildet,
wobei danach eine Ti0,5Al0,5N-Überzugsfilmschicht
mit derselben Filmdicke (2 μm)
und unter denselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
ausgebildet wurde, wobei danach Salzspritzwassertests unter denselben
Bedingungen wie bei der dritten Ausführungsform durchgeführt wurden,
und die Zeit bis zum Auftreten einer daraufhin folgenden Korrosion
gemessen wurde. Die Ergebnisse sind gemeinsam mit den magnetischen
Merkmalen in Tabelle 4 aufgeführt.
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Vergleich 4
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Unter Verwendung eines Magnetkörperprüfstückes mit
derselben Zusammensetzung wie bei der ersten Ausführungsform
wurde eine Al-Überzugsfilmschicht
mit einer Dicke von 3 μm
unter denselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
auf der Oberfläche
des Magnetkörpers
ausgebildet, wobei danach unter denselben Bedingungen wie bei der
ersten Ausführungsform
eine Ti0,5Al0,5N-Überzugsfilmschicht
mit derselben Filmdicke ausgebildet wurde, wobei danach Salzspritzwassertests
unter denselben Bedingungen wie bei der dritten Ausführungsform
durchgeführt
wurden, und die Zeit bis zum Auftreten einer daraufhin folgenden Korrosion
gemessen wurde. Die Ergebnisse sind gemeinsam mit den magnetischen
Merkmalen in Tabelle 4 aufgeführt.
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