JP2003197412A - 希土類焼結磁石 - Google Patents
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Abstract
%以上含む2種以上の希土類元素)20〜30重量%、
Fe10〜45重量%、Cu1〜10重量%、Zr0.
5〜5重量%、残部Co及び不可避的不純物からなる希
土類焼結磁石において、該希土類焼結磁石の表面に、直
接又は金属メッキ層を介して金属酸化物層及び/又は金
属窒化物層を有することを特徴とする希土類焼結磁石。 【効果】 本発明のSm2Co17系焼結磁石により、
水素雰囲気中においても、水素脆性を引き起こさない、
モーター等に使用できる希土類焼結磁石を得ることが可
能となる。
Description
間晒されるモーター等に用いられるSm2Co17系磁石
に関する。
おいては、水素が結晶格子間に侵入する、即ち、合金中
に水素を吸蔵、放出する特性を持っており、その特性は
いろいろな分野で利用されている。その例としては、L
aNi5に代表とされる水素吸蔵合金による水素電池が
挙げられ、また、希土類焼結磁石においても、R2Fe1
4B系合金の粉砕方法として、更にR2Fe14B系ボンド
磁石の製造方法(HDDR 特開平3−129702号
公報)として利用されている。
吸蔵、放出させた場合、水素脆性を引き起こしてしま
う。そのため、水素雰囲気中において、希土類焼結磁石
を用いたモーター等を使用した場合、希土類焼結磁石が
水素脆化を引き起こし、素材にワレ、クラックもしくは
粉化がおこるという問題が生じている。
系、SmCo5系、Sm2Co17系等の種類がある。一般
に、水素に対しては、2−17型結晶構造よりも1−5
型結晶構造、1−5型結晶構造よりも2−7型結晶構造
の方がプラトー圧が低い、即ち、レアアースリッチ(以
下、Rリッチと称す)な合金の方が水素吸蔵されやすい
傾向にあり、水素脆化しやすい。
相を有するため、0.1MPa以下の圧力の水素雰囲気
下で、容易に水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、
クラックもしくは粉化が生じる。通常、R2Fe14B系
磁石は、耐食性向上のためメッキ、樹脂コーティングな
どの表面処理がなされているが、水素脆化を防止する手
段とはなっていない。この問題を解決する方法として、
R2Fe14B系磁石の表面処理膜に水素吸蔵合金を含有
させる方法を提案した(特願平11−87119号)。
この方法により作製されたR2Fe14B系磁石は、0.
1MPa以下の圧力の水素雰囲気下においては、水素脆
性を引き起こさないものの、それを超える圧力の水素雰
囲気下においては、水素脆性を引き起こし、磁石素材に
ワレ、クラックもしくは粉化が生じる場合がある。
同様に、Rリッチ相を有すると共に、主相であるSmC
o5相のプラトー圧が約0.3MPaである。このこと
から、0.3MPaを超える圧力の水素雰囲気中では、
水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラックもし
くは粉化が生じる。
であり、R2Fe14B系、SmCo5系に比べRリッチで
はないことと、Rリッチ相を含有しないため、水素脆性
を引き起こしにくい。しかしながら、1MPaを超える
圧力の水素雰囲気中では、他の希土類焼結磁石と同様
に、水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラック
もしくは粉化が生じることがわかっている。
Co17系磁石の表面にCo及び/又はCo、Fe中にS
m2O3が微細に分散している層を存在させればよいこと
が分かっている(特願2000−231244号)。磁
石表面にCo及び/又はCo、Fe中にSm2O3が微細
に分散している層が存在していれば、3MPaを超える
高圧水素雰囲気下においても水素脆性は起こさない。し
かし、Sm2Co17系磁石及びCo及び/又はCo、F
e中にSm2O3が微細に分散している層は、硬く、欠け
易いため、製品組み立て等取扱いの際、チッピング等を
引き起こす場合がある。チッピング等を引き起こした希
土類焼結磁石は、磁気特性には影響はないものの、耐水
素脆性は大きく低下し、表面層のない場合と同等になっ
てしまう。従って、1MPaを超える圧力の水素雰囲気
中では、水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラ
ックもしくは粉化が起こるため、そのような雰囲気中で
は、使用することができない。
問題を解決したSm2Co17系焼結磁石を提供するもの
である。即ち、従来の希土類焼結磁石の様に、水素雰囲
気下で、水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、クラ
ックもしくは粉化が生じるという問題を解決するSm2
Co17系焼結磁石を提供することを目的とする。
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、Sm2Co17系焼結磁石の表面に、直接又は金属メ
ッキ層を介して金属酸化物層及び/又は金属窒化物層を
形成することにより、高圧の水素雰囲気中でも水素脆性
を引き起こさず、このため、水素雰囲気に長時間晒され
るモーター等に好適に用いられるSm 2Co17系焼結磁
石が得られることを知見し、本発明をなすに至った。
として下記(1)〜(3)の希土類焼結磁石を提供す
る。 (1)R(但し、RはSm又はSmを50重量%以上含
む2種以上の希土類元素)20〜30重量%、Fe10
〜45重量%、Cu1〜10重量%、Zr0.5〜5重
量%、残部Co及び不可避的不純物からなる希土類焼結
磁石において、該希土類焼結磁石の表面に、直接又は金
属メッキ層を介して金属酸化物層及び/又は金属窒化物
層を有することを特徴とする希土類焼結磁石、(2)金
属メッキ層と金属酸化物層及び/又は金属窒化物層との
合計の厚さが1μm以上100μm以下であり、かつ金
属酸化物層及び/又は金属窒化物層の厚さが0.1μm
以上100μm以下であることを特徴とする(1)記載
の希土類焼結磁石、(3)金属メッキの金属が、Cu、
Ni、Co、Sn及びそれらの合金の少なくとも1種で
あることを特徴とする(1)又は(2)記載の希土類焼
結磁石。
類焼結磁石表面の水素分子が、金属の触媒作用により、
解離し、水素原子となって、希土類焼結磁石体に侵入す
ることにより引き起こされると推測されている。このこ
とから、希土類焼結磁石表面の水素分子が、水素原子に
解離さえしなければ、希土類焼結磁石は、水素脆性は起
こさないと考えられる。即ち、希土類焼結磁石表面に水
素分子を解離する触媒作用がなければ、水素脆性は引き
起こされることはない。つまり、金属酸化物層及び/又
は金属窒化物層は、切断及び/又は研磨して表面の加工
仕上げ後の希土類焼結磁石体表面層や、金属メッキ層に
比べ、水素分子を解離する触媒作用が非常に小さいた
め、高圧の水素雰囲気下でも水素脆性は引き起こされる
ことはない。
におけるSm2Co17系焼結磁石合金組成の主成分は、
Sm又はSmを50重量%以上含む2種以上の希土類元
素20〜30重量%、Fe10〜45重量%、Cu1〜
10重量%、Zr0.5〜5重量%、残部Co及び不可
避的不純物からなる。前記Sm以外の希土類金属として
は、特に限定されるものではなく、Nd、Ce、Pr、
Gdなどを挙げることができる。希土類元素中のSmの
含有量が50重量%未満の場合や、希土類元素量が20
重量%未満、30重量%を超える場合は、有効な磁気特
性をもつことはできない。
組成を有する希土類焼結磁石の表面に、直接又は金属メ
ッキ層を介して金属酸化物層及び/又は金属窒化物層を
有することにより、水素脆性が生じることを効果的に防
止する。
上記磁石表面に各種気相メッキ法等で直接形成してもよ
く、まず金属メッキ層を形成した後、その上に各種気相
メッキ法で形成してもよく、更には金属メッキ層を形成
した後、この金属メッキ層の少なくとも表面を空気等の
酸化性雰囲気や窒素雰囲気中で加熱するなどして酸化及
び/又は窒化することにより形成してもよい。最後の場
合、形成した金属メッキ層の全体を酸化及び/又は窒化
してもよい。
していないが、機械強度の低く、チッピング等を引き起
こしやすいSm2Co17系焼結磁石体自身の耐衝撃性を
向上させるために施される。
窒化物層との合計の厚さは、1μm以上100μm以下
であり、更に金属酸化物層及び/又は金属窒化物層の厚
さが0.1μm以上100μm以下である。金属メッキ
層と金属酸化物層、金属窒化物層との合計の厚さは、好
ましくは1μm以上50μm以下であり、更に金属酸化
物層及び/又は金属窒化物層の厚さは、0.1μm以上
20μm以下であることが好ましい。金属メッキ層と金
属酸化物層、金属窒化物層との合計は、100μmを超
える厚さでは、時間、コスト共にかかり、効率的な生産
ができず、更に磁気特性に悪影響を及ぼす場合がある。
また、1μm未満の厚さでは、焼結磁石体自身の耐衝撃
性を向上させることはできないため、チッピング等を防
ぐことはできず、更に金属メッキにムラができ易く、ピ
ンホールが多くなるため、耐水素性の優れた金属酸化物
層及び/又は金属窒化物層の形成が十分でなくなる場合
がある。金属酸化物層及び/又は金属窒化物層は、10
0μmを超える厚さでは、磁石自身の水素脆性は防ぐも
のの、時間、コスト共にかかり、効率的な生産ができ
ず、更にこの層自身の影響により磁気特性の劣化が生じ
るおそれがある。また、0.1μm未満の厚さでは、有
効な耐水素脆性をもつことができない。
を介して金属酸化物層及び/又は金属窒化物層を有する
焼結磁石を製造する方法は、特に制限されないが、上記
組成の合金を鋳造し、これを粉砕し、更に好ましくはこ
れを微粉砕し、次いで、磁場中成形、焼結、時効を順次
行って焼結磁石とし、更に表面を加工仕上げした後、金
属メッキを施し、酸化及び/又は窒化処理を行い、更に
樹脂塗装を施すことによって製造する方法が好適に採用
される。
合金は、上記組成範囲の原料をアルゴン等の非酸化性雰
囲気中において、高周波溶解により溶解、鋳造する。
砕し、次いで平均粒径1〜10μm、好ましくは約5μ
mに微粉砕する。この粗粉砕は、例えば、不活性ガス雰
囲気中で、ジョークラッシャー、ブラウンミル、ピンミ
ル及び水素吸蔵等により行うことができる。また、前記
微粉砕は、アルコール、ヘキサン等を溶媒に用いた湿式
ボールミル、不活性ガス雰囲気中による乾式ボールミ
ル、不活性ガス気流によるジェットミル等により行うこ
とができる。
Oe以上の磁場を印可することが可能な磁場中プレス機
等により、好ましくは500kg/cm2以上2000
kg/cm2未満の圧力により圧縮成形する。続いて、
得られた圧縮成形体を、熱処理炉により、アルゴンなど
の非酸化性雰囲気ガス中で、1100〜1300℃、好
ましくは1150〜1250℃において、0.5〜5時
間、焼結、溶体化し、終了後、急冷を行う。
0℃、好ましくは750〜850℃の温度で、5〜40
時間保持し、−1.0℃/分の降温速度で400℃以下
まで徐冷する時効処理を施し、切断及び/又は研磨して
表面の加工仕上げを行う。この際、特に限定されるもの
ではないが、希土類焼結磁石体に面取りがなされている
ことが望ましい。
石体に金属メッキを形成する。前記金属メッキの金属
は、Cu、Ni、Co、Sn及びそれらの合金の少なく
とも1種からなり、メッキ厚さは、1〜100μm、特
に1〜50μmが好ましい。この金属メッキを施す前処
理として、特に限定されるものではないが、前記希土類
焼結磁石体をアルカリ脱脂、酸洗浄、水洗することが望
ましい。メッキの成膜方法としては、特に限定されるも
のではないが、電解メッキ法が望ましい。また、前記希
土類焼結磁石体をメッキ液に浸漬する方法は、バレル法
又は引っ掛け治具法のいずれでもよく、希土類焼結磁石
体の寸法及び形状によって適当に選択される。
のメッキ液を使用し、そのメッキ液に応じた公知の条件
でメッキすることができるが、特にpH2〜12のメッ
キ液が好適である。
後、その金属メッキ表面に、金属、好ましくは上記金属
メッキ層上層の金属酸化物層及び/又は金属窒化物層を
形成する。従って、金属酸化物、金属窒化物としては、
Cu、Ni、Co、Sn又はこれらの合金の酸化物、窒
化物が好ましい。その方法としては、特に限定されるも
のではないが、真空蒸着、イオンスパッタリング、イオ
ンプレーティング法等の気相メッキ法、化学的な方法、
大気下、酸素分圧調整下、窒素下及び窒素加圧下などの
雰囲気における熱処理、電解の処理等が挙げられる。ち
なみに、上記金属の酸化物層及び/又は金属窒化物層
は、0.1〜100μmの厚さがあることが好ましく、
更に好ましくは0.1〜20μmである。
磁石体表面に樹脂塗装(吹き付け塗装、電着塗装、粉体
塗装或いはディッピング塗装等のいわゆる樹脂塗装)を
施すこともできる。樹脂塗装による皮膜は、耐水素性を
有していないが、希土類焼結磁石が用いられたモーター
などが使用される雰囲気により耐酸性を有する必要があ
ることや、輸送中やモーターなどに希土類焼結磁石が組
み込まれる際、表面層に傷をつけないため成されること
となる。なお、樹脂塗装の樹脂は、特に限定されるもの
ではないが、アクリル系、エポキシ系、フェノール系、
シリコーン系、ポリエステル系及び、ポリウレタン系樹
脂等が望ましい。また、樹脂塗装は、吹き付け塗装、電
着塗装、粉体塗装或いは、ディッピング塗装等のいわゆ
る樹脂塗装法であり、樹脂塗装の厚さは、1μm以上3
mm以下であって、好ましくは10μm以上1mm以下
であるのが望ましい。1μm未満の厚さでは、均一に塗
装するのが難しく、更に輸送中やモーターなどに希土類
焼結磁石が組み込まれる際、表面層を防護する効果が得
られにくく、また、3mmを超える厚さの樹脂塗装は、
時間、コスト共にかかり効率的な生産ができない場合が
ある。
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。
は、Sm:18.0重量%、Ce:7.0重量%、F
e:14.0重量%、Cu:4.5重量%、Zr:2.
5重量%、残部Coの組成になるように配合し、アルゴ
ンガス雰囲気中で、アルミナルツボを使用して高周波溶
解炉で溶解し、鋳型鋳造することにより作製した。
ョークラッシャー、ブラウンミルで約500μm以下に
粗粉砕後、窒素気流によるジェットミルにより平均粒径
約5μmに微粉砕を行った。得られた微粉砕粉を、磁場
中プレス機により15kOeの磁場中にて1.5t/c
m2の圧力で成形した。得られた成形体を熱処理炉を用
い、アルゴン雰囲気中で、1170℃、2時間焼結した
後、アルゴン雰囲気中、1155℃、1時間溶体化処理
を行った。溶体化処理終了後、急冷し、得られたそれぞ
れの焼結体を、アルゴン雰囲気中、800℃、10時間
保持し、400℃まで〜1.0℃/分の降温速度で徐冷
を行い、焼結磁石を作製した。得られた焼結磁石から、
5×5×5mmに磁石を切り出した。
5μm施した。この場合、塩化Ni40g/L、硫酸N
i270g/L、ホウ酸30g/Lで調整したメッキ浴
を用い、浴温度50℃、電流密度2.0A/dm2の条
件でメッキを施した。その後、600℃、24時間、空
気中の熱処理を施し、室温まで徐冷し、更にエポキシ系
樹脂を吹き付けにより塗装し、水素ガス試験用試料を得
た。ここで得られた水素ガス試験用試料は、走査型電子
顕微鏡により組織観察、VibratingSampl
e Magnetometer(以下、VSMと称す)
により磁気特性の測定を行った。
容器に入れ、水素、3MPa、25℃、3日[実施例
1]、5MPa、25℃、3日[実施例2]、10MP
a、25℃、3日[実施例3]の条件で水素ガス試験を
施し、その後取り出した。取り出した磁石は、外観を目
視で観察し、更にVSMにより磁気特性の測定を行っ
た。
焼結磁石をNiメッキ12μm被覆後、600℃、24
時間、空気中で熱処理を施した磁石の表面近傍の走査型
電子顕微鏡による反射電子像写真を示す。表面に約10
μm程度のNi酸化物層が見られる。
方法で焼結磁石を作製した。次に、得られた焼結磁石か
ら実施例1と同様に5×5×5mmに磁石を切り出し
た。前記磁石に対し、実施例1と同様な条件で、電解N
iメッキを15μm施し、その後、500℃、2時間、
空気中の熱処理を施し、室温まで徐冷し、更にエポキシ
系樹脂を吹き付けにより塗装し、水素ガス試験用試料を
得た。ここで得られた水素ガス試験用試料は、走査型電
子顕微鏡により組織観察、VSMにより磁気特性の測定
を行った。前記水素ガス試験用試料に対し、実施例1と
同様に、3MPa、25℃、3日[実施例4]、5MP
a、25℃、3日[実施例5]、10MPa、25℃、
3日[実施例6]の条件で水素ガス試験を施し、その後
取り出した。取り出した磁石は、外観を目視で観察し、
更にVSMにより磁気特性の測定を行った。
焼結磁石をNiメッキ12μm被覆後、500℃、2時
間、空気中で熱処理を施した磁石の表面近傍の走査型電
子顕微鏡による反射電子像写真を示す。表面に約1μm
程度のNi酸化物層が見られる。
方法で焼結磁石を作製した。次に、得られた焼結磁石か
ら実施例1と同様に5×5×5mmに磁石を切り出し、
更にエポキシ系樹脂を吹き付けにより塗装し、水素ガス
試験用試料を得た。ここで得られた水素ガス試験用試料
は、VSMにより磁気特性の測定を行った。前記水素ガ
ス試験用試料に対し、実施例1と同様に、3MPa、2
5℃、3日[比較例1]、5MPa、25℃、3日[比
較例2]、10MPa、25℃、3日[比較例3]の条
件で水素ガス試験を施し、その後取り出した。取り出し
た磁石は、外観を目視で観察した。
方法で焼結磁石を作製した。次に、得られた焼結磁石か
ら実施例1と同様に5×5×5mmに磁石を切り出し
た。前記磁石に対し、実施例1と同様な条件で電解Ni
メッキを15μm施し、更にエポキシ系樹脂を吹き付け
により塗装し、水素ガス試験用試料を得た。ここで得ら
れた水素ガス試験用試料は、走査型電子顕微鏡により組
織観察、VSMにより磁気特性の測定を行った。前記水
素ガス試験用試料に対し、実施例1と同様に、3MP
a、25℃、3日[比較例4]、5MPa、25℃、3
日[比較例5]、10MPa、25℃、3日[比較例
6]の条件で水素ガス試験を施し、その後取り出した。
取り出した磁石は、外観を目視で観察した。
焼結磁石をNiメッキ12μm被覆した磁石の表面近傍
の走査型電子顕微鏡による反射電子像写真を示す。図
1、2と異なり、表面にNi酸化物層などは見られな
い。
件、水素ガス試験後の外観を示した。これらより、実施
例1〜6は、水素ガス試験において変化がなかったこと
に対し、比較例1〜3及び4〜6は、粉々に粉砕されて
いた。このことから、実施例1〜6は、水素脆性を引き
起こさなかったことは明らかである。
後の磁石の磁気特性を示した。表面処理前、及び水素ガ
ス試験前後で、実施例3、6は、ほとんど磁気特性の変
化はなかった。このことは、実施例3、6において、表
面処理による磁気特性の劣化、及び、水素脆性がなかっ
たことを示している。比較例1、2及び3は、水素処理
により粉砕されてしまったため、水素処理後の磁気特性
は、測定不能であった。
〜6では、表面処理により磁気特性が明らかに劣化し
た、又は、耐水素性の向上が見られなかったことがわか
る。それに対し、実施例1〜6では、表面処理により磁
気特性が劣化することなく、耐水素性が向上したことを
示している。
り、水素雰囲気中においても、水素脆性を引き起こさな
い、モーター等に使用できる希土類焼結磁石を得ること
が可能となる。
キ12μm被覆後、600℃、24時間、空気中で熱処
理を施した磁石の表面近傍の走査型電子顕微鏡による反
射電子像写真である。
キ12μm被覆後、500℃、2時間、空気中で熱処理
を施した磁石の表面近傍の走査型電子顕微鏡による反射
電子像写真である。
キ12μm被覆した磁石の表面近傍の走査型電子顕微鏡
による反射電子像写真である。
26)
相を有するため、0.1MPa以下の圧力の水素雰囲気
下で、容易に水素脆性を引き起こし、磁石素材にワレ、
クラックもしくは粉化が生じる。通常、R2Fe14B系
磁石は、耐食性向上のためメッキ、樹脂コーティングな
どの表面処理がなされているが、水素脆化を防止する手
段とはなっていない。この問題を解決する方法として、
R2Fe14B系磁石の表面処理膜に水素吸蔵合金を含有
させる方法を提案した(特開2000−285415号
公報)。この方法により作製されたR2Fe14B系磁石
は、0.1MPa以下の圧力の水素雰囲気下において
は、水素脆性を引き起こさないものの、それを超える圧
力の水素雰囲気下においては、水素脆性を引き起こし、
磁石素材にワレ、クラックもしくは粉化が生じる場合が
ある。
Co17系磁石の表面にCo及び/又はCo、Fe中にS
m2O3が微細に分散している層を存在させればよいこと
が分かっている(特開2002−118009号公
報)。磁石表面にCo及び/又はCo、Fe中にSm2
O3が微細に分散している層が存在していれば、3MP
aを超える高圧水素雰囲気下においても水素脆性は起こ
さない。しかし、Sm2Co1 7系磁石及びCo及び/又
はCo、Fe中にSm2O3が微細に分散している層は、
硬く、欠け易いため、製品組み立て等、取扱いの際、チ
ッピング等を引き起こす場合がある。チッピング等を引
き起こした希土類焼結磁石は、磁気特性には影響はない
ものの、耐水素脆性は大きく低下し、表面層のない場合
と同等になってしまう。従って、1MPaを超える圧力
の水素雰囲気中では、水素脆性を引き起こし、磁石素材
にワレ、クラックもしくは粉化が起こるため、そのよう
な雰囲気中では、使用することができない。
焼結磁石をNiメッキ15μm被覆後、600℃、24
時間、空気中で熱処理を施した磁石の表面近傍の走査型
電子顕微鏡による反射電子像写真を示す。表面に約10
μm程度のNi酸化物層が見られる。
焼結磁石をNiメッキ15μm被覆後、500℃、2時
間、空気中で熱処理を施した磁石の表面近傍の走査型電
子顕微鏡による反射電子像写真を示す。表面に約1μm
程度のNi酸化物層が見られる。
焼結磁石をNiメッキ15μm被覆した磁石の表面近傍
の走査型電子顕微鏡による反射電子像写真を示す。図
1、2と異なり、表面にNi酸化物層などは見られな
い。
キ15μm被覆後、600℃、24時間、空気中で熱処
理を施した磁石の表面近傍の走査型電子顕微鏡による反
射電子像写真である。
キ15μm被覆後、500℃、2時間、空気中で熱処理
を施した磁石の表面近傍の走査型電子顕微鏡による反射
電子像写真である。
キ15μm被覆した磁石の表面近傍の走査型電子顕微鏡
による反射電子像写真である。
Claims (3)
- 【請求項1】 R(但し、RはSm又はSmを50重量
%以上含む2種以上の希土類元素)20〜30重量%、
Fe10〜45重量%、Cu1〜10重量%、Zr0.
5〜5重量%、残部Co及び不可避的不純物からなる希
土類焼結磁石において、該希土類焼結磁石の表面に、直
接又は金属メッキ層を介して金属酸化物層及び/又は金
属窒化物層を有することを特徴とする希土類焼結磁石。 - 【請求項2】 金属メッキ層と金属酸化物層及び/又は
金属窒化物層との合計の厚さが1μm以上100μm以
下であり、かつ金属酸化物層及び/又は金属窒化物層の
厚さが0.1μm以上100μm以下であることを特徴
とする請求項1記載の希土類焼結磁石。 - 【請求項3】 金属メッキの金属が、Cu、Ni、C
o、Sn及びそれらの合金の少なくとも1種であること
を特徴とする請求項1又は2記載の希土類焼結磁石。
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-
2001
- 2001-12-28 JP JP2001399177A patent/JP3904062B2/ja not_active Expired - Lifetime
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