JP2004072082A - Rare earth sintered magnet and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類焼結磁石およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
希土類合金の焼結磁石(永久磁石)は、一般に、希土類合金の粉末をプレス成形し、得られた粉末の成形体を焼結し、時効処理することによって製造される。現在、希土類・コバルト系磁石と、希土類・鉄・硼素系磁石の二種類が各分野で広く用いられている。なかでも、希土類・鉄・硼素系磁石(以下、「R−Fe−B系磁石」と称する。RはYを含む希土類元素、Feは鉄、Bは硼素である。)は、種々の磁石の中で最も高い最大磁気エネルギー積を示し、価格も比較的安いため、各種電子機器へ積極的に採用されている。
【0003】
R−Fe−B系焼結磁石は、主にR2Fe14Bの正方晶化合物からなる主相、Nd等からなるRリッチ相、およびBリッチ相から構成されている。R−Fe−B系焼結磁石は、例えば、特許文献1および特許文献2に記載されている。
【0004】
このような磁石となるR−Fe−B系合金を作製するために、従来はインゴット鋳造法が用いられてきた。一般的なインゴット鋳造法によると、出発原料である希土類金属、電解鉄およびフェロボロン合金を高周波溶解し、得られた溶湯を鋳型内で比較的ゆっくりと冷却することによって合金インゴットが作製される。
【0005】
近年、合金の溶湯を単ロール、双ロール、回転ディスク、または回転円筒鋳型の内面などと接触させることによって、比較的速く冷却し、合金溶湯から、インゴットよりも薄い凝固合金(「合金フレーク」と称することにする。)を作製するストリップキャスト法や遠心鋳造法に代表される急冷法が注目されている。このような急冷法によって作製された合金片の厚さは、一般に、約0.03mm以上約10mm以下の範囲にある。急冷法によると、合金溶湯は冷却ロールに接触した面(ロール接触面)から凝固し始め、ロール接触面から厚さ方向に結晶が柱状に成長してゆく。その結果、ストリップキャスト法などによって作製された急冷合金は、短軸方向のサイズが約0.1μm以上約100μm以下で、長軸方向のサイズが約5μm以上約500μm以下のR2Fe14B結晶相と、R2Fe14B結晶相の粒界に分散して存在するRリッチ相とを含有する組織を持つにいたる。Rリッチ相は希土類元素Rの濃度が比較的高い非磁性相であり、その厚さ(粒界の幅に相当する)は約10μm以下になる。
【0006】
急冷合金は、従来のインゴット鋳造法(金型鋳造法)によって作製された合金(インゴット合金)に比較して相対的に短い時間(冷却速度:102℃/秒以上、104℃/秒以下)で冷却されているため、組織が微細化され、結晶粒径が小さいという特徴を有している。また、粒界の面積が広く、Rリッチ相は粒界内に広く広がっているため、Rリッチ相の分散性にも優れるという利点がある。これらの特徴が故に、急冷合金を用いることによって、優れた磁気特性を有する磁石を製造することができる。
【0007】
プレス成形に供される合金粉末は、上記方法などで作製された合金塊を、例えば水素吸蔵法および/または種々の機械的粉砕法(例えば、ディスクミルが用いられる)で粉砕し、得られた粗粉末(例えば、平均粒径10μm〜500μm)を例えばジェットミルを用いた乾式粉砕法で微粉砕することによって得られる。
【0008】
プレス成形に供せられるR−Fe−B系合金粉末の平均粒径は、磁気特性の観点から、1.5μm〜6μmの範囲内にあることが好ましい。なお、粉末の「平均粒径」は、特にことわらない限り、ここでは、質量中位径(mass median diameter:MMD)を指すことにする。
【0009】
【特許文献1】
米国特許第4,770,723号明細書
【特許文献2】
米国特許第4,792,368号明細書
【特許文献3】
特開平4−268051号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法で作製された希土類焼結磁石は、耐腐食性が悪く、非常に錆びやすいという問題を有している。耐腐食性を改善するため、めっきや蒸着によって焼結磁石の表面に保護膜を形成する必要がある。このような保護膜形成工程は、製造コストを増加させるという欠点を有しているため、磁石合金そのものの耐腐食性を向上させることが強く求められている。
【0011】
本出願人は、主相にCrを導入することにより、希土類焼結磁石の耐腐食性が向上することを見いだし、特許文献3に開示している。しかし、耐腐食性を向上させるに足る充分な量のCrを添加した場合、磁石の残留磁束密度Brが低下し、その結果、最大磁気エネルギー積(BH)maxも低下するという問題がある。また、焼結磁石における粒界の耐腐食性は、Crの添加によって充分に向上しないという問題もある。
【0012】
一方、炭素(C)を焼結磁石の粒界相に濃縮させ、C濃度の相対的に高い粒界相で主相を取り囲むことにより、耐腐食性を向上させることが提案されている(特許文献3)。この技術によれば、添加したCは粒界でNdなどの希土類元素Rと結合しやすく、焼結性が低下するという問題がある。
【0013】
本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、耐腐食性および焼結性に優れた希土類焼結磁石とその製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の希土類焼結磁石は、R2T14Q型正方晶化合物(Rは少なくとも1種の希土類元素、TはFeを必須とする少なくとも1種の遷移金属元素、Qは硼素および/または炭素)の主相と、前記主相を取り囲む粒界相とを有する希土類焼結磁石であって、前記主相における前記R2T14Q型正方晶化合物は、Feの一部を置換したCrと、硼素の一部を置換した炭素とを必須元素として含有し、前記主相の炭素濃度は、粒界相の炭素濃度よりも高いことを特徴とする。
【0015】
好ましい実施形態において、前記粒界相は、粒界相全体の50原子%以上90原子%以下を占めるCoを含有している。
【0016】
好ましい実施形態において、前記粒界相はR3Co化合物を含んでいる。
【0017】
好ましい実施形態において、前記主相における前記R2T14Q型正方晶化合物は、Feの一部を置換したCoを必須元素として含有している。
【0018】
好ましい実施形態において、Rの含有濃度は12原子%以上18原子%以下、Tの含有濃度は60原子%以上88原子%以下、Crの含有濃度は0.1原子%以上2.4原子%以下、Bの含有濃度は0.5原子%以上13原子%以下、Cの含有濃度は0.4原子%以上4.5原子%以下である。
【0019】
本発明の希土類焼結磁石は、R2T14Q型正方晶化合物(Rは少なくとも1種の希土類元素、TはFeを必須とする少なくとも1種の遷移金属元素、Qは硼素および/または炭素)の主相と、前記主相を取り囲む粒界相とを有する希土類焼結磁石であって、前記R2T14Q型正方晶化合物の自然電極電位が−0.75V以上であることを特徴とする。
【0020】
好ましい実施形態において、前記R2T14Q型正方晶化合物の自然電極電位と前記粒界相の自然電極電位との差異が0.6V以下であることを特徴とする。
【0021】
本発明による希土類磁石の製造方法は、R2T14Q型正方晶化合物(Rは少なくとも1種の希土類元素、TはFeを必須とする少なくとも1種の遷移金属元素、Qは硼素および/または炭素)の主相と、前記主相を取り囲む粒界相とを有する希土類焼結磁石の製造方法であって、R2T14Q型正方晶化合物を全体の50体積%以上含み、Cr、硼素、および炭素を必須元素として含有する主相用合金、ならびに、RおよびCoを含有する液相用合金の粉末を用意する工程と、前記粉末を焼結し、それによって、前記主相の炭素濃度が前記粒界相の炭素濃度よりも高い希土類焼結磁石を作製する工程とを含む。
【0022】
好ましい実施形態では、前記主相用合金におけるRの含有濃度は11原子%以上16原子%以下、Tの含有濃度は60原子%以上87原子%以下、Crの含有濃度は0.2原子%以上2.5原子%以下、Bの含有濃度は1原子%以上14原子%以下、Cの含有濃度は0.5原子%以上5.0原子%以下である。
【0023】
好ましい実施形態において、前記主相用合金として、0.8質量%以上1.0質量%以下のQを含有する第1合金と、1.2質量%以上1.4質量%以下のQを含有する第2合金とを用いる。また、第1合金と第2合金の重量比を3:1〜1:3の範囲に設定することが好ましい。
【0024】
好ましい実施形態では、前記液相用合金におけるRの含有濃度は60原子%以上80原子%以下、Coの含有濃度20原子%以上40原子%以下である。
【0025】
好ましい実施形態では、前記主相用合金および前記液相用合金の合計に対する前記液相用合金の比は、2体積%以上20体積%以下の範囲内に設定される。
【0026】
好ましい実施形態では、前記主相用合金のため原料合金の溶湯を用意する工程と、前記原料合金の溶湯を100℃/秒以上10000℃/秒以下の速度で冷却し、凝固させる工程とを更に含む。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の希土類焼結磁石は、R2T14Q型正方晶化合物(Rは少なくとも1種の希土類元素、TはFeを必須とする少なくとも1種の遷移金属元素、Qは硼素および/または炭素)の主相と、主相を取り囲む粒界相とを有する希土類焼結磁石である。ここで、希土類元素とは、Y(イットリウム)を含むものとする。
【0028】
本発明の主要な特徴は、主相におけるR2T14Q型正方晶化合物が、Feの一部を置換したCrと、硼素(B)の一部を置換した炭素(C)とを必須元素として含有している点と、主相のC濃度が粒界相のC濃度よりも高い点にある。
【0029】
なお、本明細書において、「Feの一部を置換したCr」とは、R2T14Q型正方晶化合物の結晶を構成するFeの存在するサイトと同種のサイトにCrが存在していることを意味し、必ずしも、特定のサイトにおいてFe原子が実際にCr原子によって置換される必要は無い。また、同様に、「Bの一部を置換したC」とは、R2T14Q型正方晶化合物の結晶を構成するBの存在するサイトと同種のサイトにCrが存在していることを意味し、必ずしも、特定のサイトにおいてB原子が実際にC原子によって置換される必要は無い。
【0030】
このような構成を備えた本発明の焼結磁石によれば、磁石特性の大きな劣化を招かない程度にCr添加量を抑え(例えば磁石全体の2原子%以下)、かつ、Cの同時添加による焼結性の低下も引き起こすことなく、耐腐食性を格段に高めることができる。
【0031】
CrおよびCを添加し、かつ、主相中におけるCrおよびCの濃度を粒界相中における濃度よりも高くするための好ましい方法については、のちに詳しく説明する。ここでは、まず、CrおよびCの添加によってR2T14Q型正方晶化合物の耐腐食性が向上するメカニズムを、実験結果に基づいて、詳細に説明する。
【0032】
[耐腐食性と自然電極電位]
一般に金属の腐食は、その金属よりも貴となる電位の不純物金属が存在すると促進される。不純物金属が局部カソードとなり、電池反応が起こりやすくなるためである.このため、希土類磁石を構成する合金の自然電極電位を高めることが耐腐食性を高めるためには有効であると考えられる。一方、希土類焼結磁石の腐食は、主相と粒界相との間の電位差による電池反応によっても進行すると考えられる。
【0033】
しかしながら、耐腐食性を向上させるために、どのような種類の添加元素をどの程度添加するべきかについては、定量的評価の可能な指針は存在していなかった。そこで、本発明者は、主相および粒界相を構成する各種合金の電位を分極曲線測定によって定量的に評価し、腐食しにくい(錆びにくい)希土類焼結磁石の構造を解析した。
【0034】
図1は、各種金属または合金の自然電極電位測定に用いることができるポテンショスタット装置の概略構成を示している。図1は、試片(Sample)をアノード電極として用いたときの電子(e−)の経路を模式的に示している。
【0035】
合金の自然電極電位測定は、図1に示す装置を用いた動電位法で行うことができる。具体的には、溶液中に試料合金電極(Sample)とPtからなる基準電極(対極)と浸し、両電極間に印加する電圧を変化させる。印加電圧の上昇に伴って、試料合金電極を構成する合金の一部がイオン化し、電子を試料合金属電極内に放出する。この電子は、対極(Ptからなる基準電極)に移動する。このとき、電流計を通過する電子数を電流密度として計測し、印加電圧に対する計測値をグラフにプロットしていくと、分極曲線が得られる。
【0036】
本明細書における自然電極電位の測定値は、いずれも、以下の測定条件のもとで得たものである。
【0037】
・試料表面積を1cm2、分極幅を2.0V、試料表面の平均粗度を0.02μm以下に設定し、電圧の掃引速度を5mV/秒に設定する。
【0038】
・照合電極としてはHg2Cl2を用い、対極としてはPt電極を用いる。
【0039】
・溶存酸素によるカソード反応を抑制するため、測定前に溶液を10分以上窒素でバブリングして溶存酸素を追い出す。測定中は大気中から溶液へ酸素が溶けることを防止するため、液面上で窒素ガスフローを行う。
【0040】
・溶液として、2.5%Na2SO4(pH6.4)を用い、溶液の温度を20℃に設定する。
【0041】
このような測定条件のもとで得られた分極曲線の一例を図2に示す。図2は、Nd11.8Fe82.2B6.0合金の分極曲線を示している。図2のグラフにおける縦軸は、ポテンショスタット装置における電極間の電流密度を示し、横軸は試料電極の電位を示している。試料電極の電位を低いレベルから高いレベルに上昇させていくと、電流密度は徐々に小さくなり、ある電位で分極曲線は極小値を示す。この電流密度が極小となるときの電位は「自然電極電位(腐食電位)」と称されている。自然電極電位が与えられているとき、図1に示す電極反応は平衡状態となる。
【0042】
合金の自然電極電位が高いほど、電池反応が進行しにくくなる。自然電極電位よりも高いレベルに電位を上昇させてゆくと、再び電流密度が上昇する。自然電極電位よりも電位が低いとき、試料電極ではカソード反応が進行し、自然電極電位よりも電位が高くなると、試料電極ではアノード反応が進行するからである。
【0043】
従来より、R−Fe−B系希土類焼結磁石の原料合金にCoを添加することにより、焼結磁石の耐腐食性が改善されることが知られている。しかしながら、その理由の詳細については、今まで明らかにはなっていなかった。
【0044】
本発明者は、Coを添加したNd−Fe−B系希土類磁石合金の分極曲線を実際に測定することにより、Coの添加が自然電極電位を上昇させることを確認した。図3は、Nd11.8Fe82.2B6.0合金におけるFeの一部をCoで置換したNd11.8Fe82.2−xCoxB6.0合金(x=0、5、10、20、50)の分極曲線を示している。図3から明らかなように、Co置換量(x)の増加に伴い、Nd11.8Fe82.2−xCoxB6.0合金の自然電極電位が上昇している。この理由は、Feの標準酸化還元電位が−0.440Vであるのに対し、Coの標準酸化還元電位が−0.277Vであるため、FeよりもCoの方が電気化学反応を生じさせにくく、Co置換によってアノード反応そのものが抑制されるためであると考えられる。
【0045】
希土類焼結磁石の原料合金にCoを添加した場合、希土類焼結磁石の粒界相にもCoが存在し、粒界相においてCoと希土類元素Rとが結合した各種金属間化合物が形成されていると考えられる。このような粒界相に存在する金属間化合物の自然電極電位と主相を構成する合金の自然電極電位との差が大きければ、主相合金の自然電極電位が高くとも、主相と粒界相との間で電池反応が進行するため、耐腐食性が劣化するおそれがある。
【0046】
図4は、Coを原料合金に添加することによって最終的に得られる焼結磁石の粒界相に形成されると考えられる金属間化合物の自然電極電位と、CoによってFeの一部が置換された主相合金(Nd11.8Fe82.2−xCoxB6.0)の自然電極電位とを示している。図4から、主相を構成する合金と粒界相を構成する合金について、個々の腐食しやすさを評価することができる。
【0047】
まず、主相合金(Nd11.8Fe82.2−xCoxB6.0)の自然電極電位に着目する。図4からわかるように、Co置換量xが50原子%以下の領域では、Co置換量xの増大に伴って自然電極電位が上昇している。
【0048】
次に、図5を参照する。図5は、Feの一部をCoで置換した合金(Nd11.8Fe82.2−xCoxB6.0合金)について、高温高湿試験(温度80℃、相対湿度90%)における重量変化と自然電極電位との関係を示している。図5からわかるように、自然電極電位が上昇するにつれて、合金の重量変化が小さくなっている。この重量変化は、合金における腐食の程度を示しており、重量変化が小さいほど、腐食が少ないことを意味する。
【0049】
以上のことから、Co置換によって合金の自然電極電位が上昇するほど、腐食が進行しにくくなることがわかる。
【0050】
次に、再び図4を参照しながら、粒界相に形成される金属間化合物の自然電極電位と主相合金の自然電極電位との関係を検討する。図5に示されるように、Nd金属(Nd−metal)の自然電極電位は、−1.40V程度と低いものであるのに対して、主相を構成するNd11.8Fe82.2B6.0の自然電極電位は−0.82V程度と相対的に高い。従って、主相合金がNd11.8Fe82.2B6.0であり、粒界相合金がNd金属であると単純に仮定すると、両者の自然電極電位差は約0.7Vと大きく、電池反応による腐食が生じやすい。一方、原料合金に約30原子%のCoを添加した場合、主相合金はNd11.8Fe82.2−xCoxB6.0となり、粒界相合金はNd3Co(自然電極電位:−0.66V)を多く含むようになる。この場合、主相と粒界相との間の電位差は小さく、両者の間で電池反応に起因する腐食は生じにくくなる。
【0051】
このように、Coを添加した場合、主相では、Feの一部がCoで置換され、それによって主相の自然電極電位が上昇するとともに、粒界相では、Nd金属よりも自然電極電位の高いNd−Co系化合物が生成されやすくなる。そして、両者の間で自然電極電位の差が小さいため、電池反応になる腐食が生じにくくなると考えられる。
【0052】
以上の結果から、主相合金の自然電極電位を高くするともに、主相合金と粒界相合金との間における自然電極電位の差異を小さくすることにより、腐食抑制が可能になることがわかる。
【0053】
本発明者は、以上の考察から、Co以外の添加金属元素の組み合わせを適切に選択することにより、今まで以上に高い耐腐食性を示す希土類焼結磁石を得ることに成功した。より具体的に言えば、本発明者は、Cr、Ni、および/またはAlでのFeの一部を置換するとともにBの一部をCで置換した合金によって希土類焼結磁石の主相を構成すれば、耐腐食性が著しく向上することを見いだして、本発明を想到するに至った。以下、この点をより詳細に説明する。
【0054】
まず、ベースとなる合金として、Nd11.8Fe82.2−xMxB6.0合金(M=Co、Ni、Cr、またはAl)を作製し、得られた合金の自然電極電位を測定した。図6は、置換量xと自然電極電位との関係を示している。図6から、以下のことがわかる。
【0055】
・置換量xの増加に伴って、自然電極電位が上昇する。
【0056】
・置換量xが一定の場合、CrでFeを置換した場合に最も高い自然電極電位を得ることができる。
【0057】
・NiでFeを置換した場合でも、置換量xが5原子%以上であれば、CoでFeを置換した場合と同等の自然電極電位を得ることができる。
【0058】
次に、Coなどの添加元素でFeの一部を置換するとともに、Bの一部をCで置換することによって、自然電極電位が更に上昇することを説明する。
【0059】
図7から図9は、それぞれ、Co、Ni、およびCrでFeを置換した合金Nd11.8Fe82.2−xMxB6.0合金(M=Co、Ni、Cr、またはAl)の自然電極電位と、それらの置換に加えてBの一部をCで置換した合金Nd11.8Fe82.2−xMxB6.0−yCy合金(M=Co、Ni、Cr、またはAl)の自然電極電位を示している。図7から図9からわかるように、いずれの場合でも、CによるB置換が自然電極電位を更に大きく上昇させている。特に、CrおよびCを添加した場合に、すなわち、Nd11.8Fe82.2−xCrxB6.0−yCy合金の自然電極電位が最も高くなっている。
【0060】
前述したように、Crを原料合金に多く添加した場合には、磁石の残留磁束密度Brが低下し、その結果、最大磁気エネルギー積(BH)maxも低下するという問題があった。しかし、Cで主相合金のBの一部を置換すれば、耐腐食性を高いレベルに維持したまま、Cr添加量を低減することが可能になる。ただし、添加したCが主相合金のB置換に有効に使用されず、焼結磁石の粒界相に多く存在することになると、前述のように、粒界相で希土類元素とCと不純物でO2とが結合して焼結性が劣化するという問題がある。焼結性が低下すると、高温で長時間のあいだ焼結工程を行う必要があるため、焼結磁石の結晶粒が粗大化し、磁石特性が劣化してしまうことになる。このため、単にCを原料合金へ添加しただけでは、従来技術の問題は解決しない。そこで、本発明では、粒界相ではなく主相にCを高濃度に導入することによって、焼結性の低下を招かない構造を実現している。
【0061】
(実施形態)
以下、本発明による希土類焼結磁石の製造方法について、好ましい実施形態を説明する。
【0062】
[原料合金]
まず、主相用の原料合金をアルゴン雰囲気中において高周波溶解によって溶融し、合金溶湯を形成する。このような主相用合金としては、以下の組成を有するものを用いることが好ましい。
【0063】
Rの含有濃度は11原子%以上16原子%以下、
Tの含有濃度は60原子%以上88原子%以下、
Crの含有濃度は0.2原子%以上2.5原子%以下、
Bの含有濃度は1原子%以上14原子%以下、
Cの含有濃度は0.5原子%以上5.0原子%以下。
【0064】
本実施形態では、CrおよびCを主相中に濃縮するため、Nd2Fe14B型化合物の化学量論的組成に近い組成を有する合金にCrおよび炭素を添加した合金を主相用合金として用いる。
【0065】
次に、この合金溶湯を1350℃に保持した後、単ロール法によって合金溶湯を急冷し、例えば厚さ約0.3mmのフレーク状合金鋳塊を得る。このときの急冷条件は、例えばロール周速度約1m/秒、冷却速度500℃/秒、過冷却200℃とする。こうして作製した急冷合金鋳片を、次の水素粉砕前に、1〜10mmの大きさのフレーク状に粉砕する。このようにして、R2T14Q型正方晶化合物を全体の50体積%以上含み、Cr、B、およびCを必須元素として含有する主相用合金を用意することができる。
【0066】
なお、主相用合金中におけるCr濃度(主相用合金全体に占める質量比率)が0.2原子%を下回ると、耐腐食性の改善効果が現れないため、Cr濃度は0.2原子%以上であることが好ましい。逆に、Crの濃度が2.5原子%を超えると、焼結磁石の残留磁束密度Brが低下するため、Cr濃度は2.5原子%以下であることが好ましい。故に、Cr濃度の好ましい範囲は、0.2原子%以上2.5原子%以下であり、より好ましい範囲は0.3原子%以上2.0原子%以下である。
【0067】
また、Cの濃度(主相用合金全体に占める質量比率)が0.5原子%を下回ると、耐腐食性の改善効果が現れないため、C濃度は0.5原子%以上であることが好ましい。逆に、Cの濃度が4.5原子%を超えると、焼結磁石の残留磁束密度Brが低下するため、C濃度は4.5原子%以下であることが好ましい。故に、C濃度の好ましい範囲は、0.5原子%以上4.5原子%以下であり、より好ましい範囲は1.0原子%以上4.0原子%以下である。
【0068】
上記組成を有する主相用合金には、CrおよびCに加えて、0.1原子%以上10原子%以下のCo、Ni、および/またはAl、Cuを添加しても良い。特に、Coの添加は耐腐食性を更に向上させるために有効である。
【0069】
なお、添加したCが希土類下元素Rと結合すると好ましくないが、ストリップキャスト法などの急冷法によって作製すれば、R−C化合物の生成を抑制できる。具体的には、上記組成を有する原料合金の溶湯を100℃/秒以上10000℃/秒以下の速度で急冷・凝固すれば、添加Cは希土類元素Rと結合しにくくなり、Bと効率的に置換する。
【0070】
なお、主相用合金は、組成が異なる複数の合金を含んでいても良い。例えば、BおよびCの合計量(Q含有量)が0.8質量%以上1.0質量%以下の第1合金と、BおよびCの合計量(Q含有量)が1.2質量%以上1.4質量%以下である第2合金とを、主相用合金として用いても良い。この場合、上記の第1合金および第2合金とを混合する工程が必要になるが、この混合は、主相用合金の微粉砕工程中に行ってもよいし、粗粉砕工程中に行ってもよい。
【0071】
Q含有量の異なる第1および第2合金を混合することにより、第1合金から生成されるR2T17相が、第2合金に由来する余分な(BまたはC)と結合するため、添加したCが主相内にとどまりやすくなる。そのため、主相用合金のCが粒界相に流出した場合に生じるNd−O−C化合物の生成を抑制し、磁気特性の低下を防ぐことができる。
【0072】
また、Q含有量が相対的に多い第2合金を第1合金に加えることにより、BおよびCの組成比率が増加するため、R2T17相がR2T14B相に変化し、磁石特性(保磁力)が向上する効果も得られる。
【0073】
本実施形態では、上記の主相用合金に加えて、Rの含有濃度が60原子%以上80原子%以下、Coの含有濃度が20原子%以上40原子%以下の液相用合金を用意する。液相用合金は、焼結工程で主相合金よりも早くに溶融し、液相焼結の進行に寄与する。液相用合金は、最終的には、焼結磁石の粒界相を構成することになる。
【0074】
本発明は、CrおよびC(特にC)を主相中に濃縮する一方で、粒界相のC濃度をできるだけ低く抑えることを特徴とする。粒界相のC濃度が高くなると、焼結性が低下してしまうためである。従って、液相用合金としては、Cを意図的には添加しない合金を用いることが好ましい。
【0075】
また、本発明では、主相と粒界相との間における自然電極電位の差を小さくするため、希土類元素RとCoを主に含有するR−Co合金を液相用合金として用いる。そうすることにより、最終的な焼結磁石の粒界相中に、自然電極電位が −0.70V以上の金属間化合物を粒界に生成しやすくなる。粒界相としては、R3Coを含むことが好ましく、液相用合金としては、R3Coを生成しやすい組成を有することが望ましい。このため、液相用合金に占める希土類元素Rの濃度は60原子%以上80原子%以下、Coの濃度は20原子%以上40原子%以下に設定することが好ましい。具体的には、Nd:60原子%およびCo:40原子%を含有する合金を用いることができる。
【0076】
液相合金中のRは、液相の生成に重要な役割を果たし、Coは希土類元素Rと結合して、自然電極電位が主相に近い化合物の生成に寄与する。液相用合金中のCoが20原子%を下回ると、最終的な粒界相の自然電極電位が充分に高くならず、主相と粒界相との間における自然電極電位差が大きくなるため、耐腐食性が充分に発現しなくなる。一方、液相用合金中のCoが40原子%を超えて多くなりすぎると、最終的に得られる焼結磁石の粒界相に強磁性のRCO2が生成されやすくなるので磁石特性が劣化し、好ましくない。
【0077】
上記の組成の液相用合金も、前述した主相用合金と同様に、ストリップキャスト法などの急冷法によって作製することができる。
【0078】
なお、液相用合金中に希土類元素やCo以外の元素(例えばC、B、Crなど)が存在していたとしても、その割合が液相合金全体の30原子%以下であれば問題ない。
【0079】
[第1粉砕工程]
上記の主相用合金および液相用合金のフレーク状に粗く粉砕された鋳片を複数の原料パック(例えばステンレス鋼製)に充填し、ラックに搭載する。この後、原料パックが搭載されたラックを水素炉の内部へ挿入する。次に、水素炉の蓋体を閉じ、水素脆化処理(以下、「水素粉砕処理」と称する場合がある)工程を開始する。水素粉砕処理は、例えば図10に示す温度プロファイルに従って実行する。図10の例では、まず真空引き過程Iを0.5時間実行した後、水素吸蔵過程IIを2.5時間実行する。水素吸蔵過程IIでは、炉内に水素ガスを供給し、炉内を水素雰囲気にする。そのときの水素圧力は、200〜400kPa程度が好ましい。
【0080】
続いて、0〜3Pa程度の減圧下で脱水素過程IIIを5.0時間実行した後、アルゴンガスを炉内に供給しつつ、原料合金の冷却過程IVを5.0時間実行する。
【0081】
冷却過程IVにおいて炉内の雰囲気温度が比較的に高い段階(例えば、100℃を超えるとき)では、常温の不活性ガスを水素炉の内部に供給し、冷却する。その後、原料合金温度が比較的低いレベルに低下した段階(例えば、100℃以下のとき)で、常温よりも低い温度(例えば室温マイナス10℃程度)に冷却した不活性ガスを水素炉10内部に供給することが冷却効率の観点から好ましい。アルゴンガスの供給量は、10〜100Nm3/min程度にすればよい。
【0082】
原料合金の温度が20〜25℃程度にまで低下したら、ほぼ常温(室温よりも低いが、室温との差が5℃以下の範囲の温度)の不活性ガスを水素炉内部に送風し、原料の温度が常温レベルに達するのを待つことが好ましい。こうすることによって、水素炉の蓋体を開放した際に、炉内部で結露が生じる事態を避けることができる。結露によって炉内部に水分が存在していると、真空引き工程でその水分が凍結・気化するため、真空度を上昇させにくくなり、真空引き過程Iに要する時間が長くなってしまうので好ましくない。
【0083】
水素粉砕後の粗粉砕合金粉末を水素炉から取り出す際、粗粉砕粉が大気と接触しないように、不活性雰囲気下で取り出し動作を実行することが好ましい。そうすれば、粗粉砕粉が酸化・発熱することが防止され、磁石の磁気特性が向上するからである。次に、粗粉砕された原料合金は複数の原料パックに充填され、ラックに搭載される。
【0084】
水素粉砕によって、主相用合金および液相用合金は、いずれも、0.1mm〜数mm程度の大きさに粉砕され、その平均粒径は500μm以下となる。水素粉砕後、脆化した原料合金をロータリクーラ等の冷却装置によって、より細かく解砕するともに冷却することが好ましい。比較的高い温度状態のまま原料を取り出す場合は、ロータリクーラ等による冷却処理の時間を相対的に長くすれば良い。
【0085】
水素粉砕により作製した粗粉砕粉の表面には、Ndが多く露出しており、非常に酸化されやすい状態にある。
【0086】
なお、主相用合金および液相用合金の粗粉砕粉は、上述したように、主相用合金および液相用合金に対して同時に水素脆化処理を施すことによって作製してもよいが、主相用合金および液相用合金を別々に粗粉砕してもよい。
【0087】
[第2粉砕工程]
第1粉砕工程で作製された主相用合金の粗粉砕粉および液相用合金の粗粉砕粉を混合した後、この混合粉末に対して、ジェットミル粉砕装置を用いて微粉砕を実行する。本実施形態で使用するジェットミル粉砕装置にはサイクロン分級機が接続されている。
【0088】
ジェットミル粉砕装置は、第1粉砕工程で粗く粉砕された希土類合金(粗粉砕粉)の供給を受け、粉砕機内で粉砕する。粉砕機内で粉砕された粉末はサイクロン分級機を経て回収タンクに集められる。
【0089】
以下、より詳細に説明する。
【0090】
粉砕機内に導入された粗粉砕粉は、内部のノズルから高速噴射された不活性ガスによって粉砕機内に巻き上げられ、粉砕機内で高速気流とともに旋回する。そして、被粉砕物同士の相互衝突によって細かく粉砕される。
【0091】
このようにして微粉砕された粉末粒子は上昇気流に乗って分級ロータに導かれて分級ロータで分級され、粗い粉体は再度粉砕されることになる。所定粒径以下に粉砕された粉体は、サイクロン分級機の分級機本体内に導入される。分級機本体内では、所定粒径以上の相対的に大きな粉末粒子が下部に設置された回収タンクに堆積されるが、超微粉は不活性ガス気流とともに排気パイプから外部に排出される。
【0092】
本実施形態では、ジェットミル粉砕装置内に導入する不活性ガス中に僅かに酸素(20000ppm以下、例えば10000ppm程度)を混入する。これにより、微粉砕粉の表面を適度に酸化し、微粉砕粉が大気雰囲気と接触したときに急激な酸化・発熱が生じないようにしている。優れて磁石特性を得るためには、粉末中の酸素量が重量比率で2000ppm以上8000ppm以下の範囲内に調節することが好ましい。
【0093】
粉末中の酸素量が8000ppmを超えて多くなりすぎると、次の焼結工程で、希土類元素が酸化物の生成に消費されてしまうため、液相生成に寄与する希土類元素の量が減少してしまい、その結果、焼結性が低下したり、主相比率の減少によって磁石特性が劣化してしまうことになるので好ましくない。
【0094】
本実施形態では、粉末の平均粒径(FSSS粒度)を1.5μm以上10μm以下、より好ましくは2μm以上6μm以下(例えば3μm)に設定する。
【0095】
なお、最終的な焼結磁石中に占める主相および粒界相の好ましい体積比率を考慮して、合金全体に対する液相用合金の体積比率は2%以上20%以下の範囲内に設定されることが好ましい。
【0096】
[プレス成形]
本実施形態では、上記方法で作製された混合粉末に対し、ロッキングミキサー内で潤滑剤を例えば0.3wt%添加・混合し、潤滑剤で合金粉末粒子の表面を被覆する。潤滑剤としては、脂肪酸エステルを石油系溶剤で希釈したものを用いることができる。本実施例では、脂肪酸エステルとしてカプロン酸メチルを用い、石油系溶剤としてはイソパラフィンを用いる。カプロン酸メチルとイソパラフィンの重量比は、例えば1:9とする。このような液体潤滑剤は、粉末粒子の表面を被覆し、粒子の酸化防止効果を発揮するとともに、プレス時の配向性および粉末成形性を向上させる機能(成形体の密度が均一となり、ワレ・ヒビなどの欠陥を無くすこと)を発揮する。
【0097】
なお、潤滑剤の種類は上記のものに限定されるわけではない。脂肪酸エステルとしては、カプロン酸メチル以外に、例えば、カプリル酸メチル、ラウリル酸メチル、ラウリン酸メチルなどを用いても良い。溶剤としては、イソパラフィンに代表される石油系溶剤やナフテン系溶剤等を用いることができる。潤滑剤添加のタイミングは任意であり、例えばジェットミル粉砕装置による微粉砕前、微粉砕中、微粉砕後のいずれであっても良い。液体潤滑剤に代えて、あるいは液体潤滑剤とともに、ステアリン酸亜鉛などの固体(乾式)潤滑剤を用いても良い。
【0098】
次に、上述の方法で作製した磁性粉末を公知のプレス装置を用いて配向磁界中で成形する。印加する配向磁界の好ましい範囲は、0.5T以上8T以下(例えば1.1T)である。こうして、密度が例えば3.5g/cm3以上5.0g/cm3以下(例えば4.2g/cm3)程度の成形体を作製する。
【0099】
[焼結工程]
次に、この成形体を焼結する。焼結は、例えば、アルゴン雰囲気中において1080℃で4時間程度保持することによって行うことができる。このような条件で焼結工程を行う代わりに、650〜1000℃の範囲内の温度で10〜240分間保持した後、上記の保持温度よりも高い温度(例えば1000〜1100℃)で焼結を更に進めるようにしてもよい(2段階焼結)。温度が650〜1000℃のとき、液相用合金の粉末から優先的に溶融し、液相が生成されるため、2段階の焼結工程を行えば、焼結が効率的に進むため、高温処理時間を短縮でき、焼結工程中における粒成長を抑制できるからである。
【0100】
このようにして得られた希土類焼結磁石(焼結密度:例えば7.60g/cm3)は、R2T14Q型正方晶化合物の主相と、主相を取り囲む粒界相とを有する希土類焼結磁石であって、主相における前記R2T14Q型正方晶化合物は、Feの一部を置換したCrと、硼素の一部を置換した炭素とを必須元素として含有し、かつ、主相の炭素濃度は、粒界相の炭素濃度よりも高いという特徴を有している。このため、主相の自然電極電位は、−0.75V以上に上昇し、主相自体の耐腐食性が向上している。
【0101】
また、上記希土類焼結磁石の粒界相は、粒界相全体の50原子%以上90原子%以下を占めるCoを含有しており、特にR3Co化合物を含んでいる。その結果、粒界層の自然電極電位も−0.75V以上に上昇し、かつ、主相および粒界相の間における自然電極電位の差が0.6V以下に抑えられている。このため、主相と粒界相との間で電池反応に起因する腐食が生じることも防止される。
【0102】
このように、主相および粒界相の自然電極電位が、いずれも、−0.75V以上であり、かつ、主相および粒界相の間における自然電極電位の差が0.6V以下であるため、耐腐食性が著しく向上し、焼結磁石の表面を保護膜で覆わなくとも、長期の実用に耐える磁石か実現する。主相の自然電極電位は、−0.82V以上であることが好ましく、−0.8V以上であることが更に好ましい。
【0103】
また、粒界相にはRとCとが結合した化合物がほとんど生成されず、焼結も容易である。このため、焼結磁石中の結晶粒が粗大化せず、また、磁石特性を劣化させるような化合物の生成も抑制されているため、優れた磁石特性(例えば、残留磁束密度Br:1.1T以上、保磁力iHc:900kA/m以上)を実現できる。
【0104】
なお、以上説明してきた実施形態では、組成の異なる2種類の合金を用いる方法(2合金法)で焼結磁石を作製しているため、粒界相よりも主相にCrおよびCを効率的に濃縮することが容易である。しかし、本発明の焼結磁石は、これに限定されず、他の方法によっても製造される。
【0105】
(実施例)
主相用合金として、Nd:12.35原子%、Fe:75.92原子%、B:3.20原子%、C:3.20原子%、Cr:2.13原子%、Co:3.20原子%の組成を有するストリップキャスト合金Aを用意し、液相用合金として、Nd:60原子%、Co:40原子%の組成を有するストリップキャスト合金Bを用意した。
【0106】
上記合金AおよびBを体積比率9:1の割合で混合し、水素脆化によって粗粉砕した後、ジェットミルで微粉砕し、平均粒径3.0μmの微粉砕粉を作製した。
【0107】
次に、この微粉砕粉を1.1Tの配向磁界中で圧縮成形し、成形密度4.0g/cm3の成形体を作製した。この成形体に対してアルゴン雰囲気中で1075℃で4時間の焼結工程を行った。得られた焼結体密度は7.55g/cm3であった。主相では、Feの一部がCrで置換され、硼素の一部がCで置換され、主相のにおけるC濃度は、粒界相の炭素濃度よりも高かった。
【0108】
焼結磁石の磁石特性を測定したところ、残留磁束密度Brは1.3T、保磁力iHcは1280kA/mだった。また、温度80℃、相対湿度90%、時間500時間以上の高温高湿実験によっても、焼結磁石はほとんど腐食しなかった(錆びなかった)。
【0109】
【発明の効果】
本発明によれば、CrおよびCを主相に導入することによって主相合金の自然電極電位を上昇させるとともに、粒界相ではR−Co化合物などの自然電極電位が主相の自然電極電位に近い化合物を形成することにより、焼結性と耐腐食性の両方に優れた焼結磁石を提供することができる。これにより、表面保護膜を形成しなくとも錆びない希土類焼結磁石を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】自然電極電位を測定するための装置(ボテンショスタット)の構成を示す図である。
【図2】Nd11.8Fe82.2B6.0合金の分極曲線を示すグラフである。
【図3】Nd11.8Fe82.2−xCoxB6.0合金(x=0、5、10、20、50)の分極曲線を示すグラフである。
【図4】CoによってFeの一部が置換された主相合金(Nd11.8Fe82.2−xCoxB6.0)および粒界相に含まれ得る金属間化合物の自然電極電位とCo置換量との関係を示すグラフである。
【図5】腐食試験による重量変化量と自然電極電位との関係を示すグラフである。
【図6】Co、Ni、Cr、およびAlでFeを置換した主相合金における自然電極電位と置換量との関係を示すグラフである。
【図7】Co置換合金およびCo+C置換合金における置換量と自然電極電位との関係を示すグラフである。
【図8】Ni置換合金およびNi+C置換合金における置換量と自然電極電位との関係を示すグラフである。
【図9】Cr置換合金およびCr+C置換合金における置換量と自然電極電位との関係を示すグラフである。
【図10】水素粉砕処理(脆化処理)のプロセスを示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rare earth sintered magnet and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Rare earth alloy sintered magnets (permanent magnets) are generally produced by pressing a rare earth alloy powder, sintering the resulting powder compact, and subjecting it to aging treatment. At present, two types of rare earth / cobalt magnets and rare earth / iron / boron magnets are widely used in various fields. Above all, rare earth / iron / boron magnets (hereinafter referred to as “R—Fe—B magnets.” R is a rare earth element containing Y, Fe is iron, and B is boron) are various magnets. It has the highest maximum magnetic energy product among them, and its price is relatively low, so it is actively used in various electronic devices.
[0003]
R-Fe-B based sintered magnets are mainly 2 Fe 14 It is composed of a main phase composed of a tetragonal compound of B, an R-rich phase composed of Nd or the like, and a B-rich phase. R-Fe-B based sintered magnets are described in, for example,
[0004]
Conventionally, an ingot casting method has been used to produce an R-Fe-B-based alloy serving as such a magnet. According to a general ingot casting method, a rare earth metal, an electrolytic iron, and a ferroboron alloy, which are starting materials, are subjected to high-frequency melting, and the obtained molten metal is cooled relatively slowly in a mold to produce an alloy ingot.
[0005]
In recent years, the molten alloy has been cooled relatively quickly by contacting it with the inner surface of a single roll, twin roll, rotating disk, or rotating cylindrical mold, etc., and from the molten alloy, a solidified alloy ("alloy flake" A quenching method typified by a strip casting method and a centrifugal casting method for producing the quenching method has attracted attention. The thickness of the alloy piece produced by such a quenching method is generally in the range of about 0.03 mm or more and about 10 mm or less. According to the quenching method, the molten alloy begins to solidify from the surface in contact with the chill roll (roll contact surface), and crystals grow columnar from the roll contact surface in the thickness direction. As a result, the quenched alloy produced by the strip casting method or the like has an R size of about 0.1 μm to about 100 μm in the short axis direction and about 5 μm to about 500 μm in the long axis direction. 2 Fe 14 B crystal phase and R 2 Fe 14 It has a structure containing an R-rich phase dispersed and present at the grain boundaries of the B crystal phase. The R-rich phase is a non-magnetic phase in which the concentration of the rare-earth element R is relatively high, and its thickness (corresponding to the width of the grain boundary) is about 10 μm or less.
[0006]
The quenched alloy has a relatively short time (cooling rate: 10) as compared with an alloy (ingot alloy) produced by a conventional ingot casting method (die casting method). 2 ° C / sec or more, 10 4 (° C./sec or less), the structure is refined and the crystal grain size is small. Further, since the area of the grain boundary is large and the R-rich phase is widely spread in the grain boundary, there is an advantage that the dispersibility of the R-rich phase is excellent. Because of these characteristics, a magnet having excellent magnetic properties can be manufactured by using a quenched alloy.
[0007]
The alloy powder to be subjected to press molding is obtained by crushing an alloy lump produced by the above method or the like by, for example, a hydrogen storage method and / or various mechanical crushing methods (for example, a disk mill is used). It is obtained by finely pulverizing a coarse powder (for example, an average particle diameter of 10 μm to 500 μm) by, for example, a dry pulverization method using a jet mill.
[0008]
The average particle size of the R-Fe-B-based alloy powder to be subjected to press molding is preferably in the range of 1.5 m to 6 m from the viewpoint of magnetic properties. The “average particle size” of the powder refers to a mass median diameter (MMD) unless otherwise specified.
[0009]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 4,770,723
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 4,792,368
[Patent Document 3]
JP-A-4-268051
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The rare earth sintered magnet produced by the above method has a problem that it has poor corrosion resistance and is very easily rusted. In order to improve the corrosion resistance, it is necessary to form a protective film on the surface of the sintered magnet by plating or vapor deposition. Since such a protective film forming step has a disadvantage of increasing the manufacturing cost, it is strongly required to improve the corrosion resistance of the magnet alloy itself.
[0011]
The present applicant has found that by introducing Cr into the main phase, the corrosion resistance of the rare earth sintered magnet is improved, and this is disclosed in
[0012]
On the other hand, it has been proposed that carbon (C) is concentrated in the grain boundary phase of the sintered magnet and the main phase is surrounded by a grain boundary phase having a relatively high C concentration, thereby improving corrosion resistance (Patent) Reference 3). According to this technique, there is a problem that added C easily bonds to a rare earth element R such as Nd at a grain boundary, and the sinterability is reduced.
[0013]
The present invention has been made in view of the above points, and a main object of the present invention is to provide a rare earth sintered magnet excellent in corrosion resistance and sinterability, and a method of manufacturing the same.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The rare earth sintered magnet of the present invention has a R 2 T 14 A main phase of a Q-type tetragonal compound (R is at least one rare earth element, T is at least one transition metal element essential for Fe, Q is boron and / or carbon), and a grain boundary surrounding the main phase Rare earth sintered magnet having a phase and the R 2 T 14 The Q-type tetragonal compound contains, as essential elements, Cr partially substituted for Fe and carbon partially substituted for boron, and the carbon concentration of the main phase is higher than the carbon concentration of the grain boundary phase. It is characterized by the following.
[0015]
In a preferred embodiment, the grain boundary phase contains Co that accounts for 50 atomic% or more and 90 atomic% or less of the entire grain boundary phase.
[0016]
In a preferred embodiment, the grain boundary phase is R 3 Contains Co compound.
[0017]
In a preferred embodiment, the R in the main phase 2 T 14 The Q-type tetragonal compound contains Co in which a part of Fe is substituted as an essential element.
[0018]
In a preferred embodiment, the R content is 12 atomic% or more and 18 atomic% or less, the T content is 60 atomic% or more and 88 atomic% or less, and the Cr content is 0.1 atomic% or more and 2.4 atomic% or less. , B content is 0.5 atomic% or more and 13 atomic% or less, and C content concentration is 0.4 atomic% or more and 4.5 atomic% or less.
[0019]
The rare earth sintered magnet of the present invention has a R 2 T 14 A main phase of a Q-type tetragonal compound (R is at least one rare earth element, T is at least one transition metal element essential for Fe, Q is boron and / or carbon), and a grain boundary surrounding the main phase And a rare earth sintered magnet having 2 T 14 The natural electrode potential of the Q-type tetragonal compound is −0.75 V or more.
[0020]
In a preferred embodiment, the R 2 T 14 The difference between the natural electrode potential of the Q-type tetragonal compound and the natural electrode potential of the grain boundary phase is 0.6 V or less.
[0021]
The method for producing a rare earth magnet according to the present invention comprises the steps of: 2 T 14 A main phase of a Q-type tetragonal compound (R is at least one rare earth element, T is at least one transition metal element essential for Fe, Q is boron and / or carbon), and a grain boundary surrounding the main phase A method for producing a rare earth sintered magnet having a phase 2 T 14 A step of preparing a powder of a main phase alloy containing 50% by volume or more of a Q-type tetragonal compound and containing Cr, boron, and carbon as essential elements, and a liquid phase alloy containing R and Co; Sintering the powder, thereby producing a rare earth sintered magnet in which the carbon concentration of the main phase is higher than the carbon concentration of the grain boundary phase.
[0022]
In a preferred embodiment, the content of R in the alloy for the main phase is 11 to 16 at%, the content of T is 60 to 87 at%, and the content of Cr is 0.2 at% or more. The content of B is 2.5 at% or less, the content of B is 1 to 14 at%, and the content of C is 0.5 to 5.0 at%.
[0023]
In a preferred embodiment, as the main phase alloy, a first alloy containing 0.8% by mass or more and 1.0% by mass or less of Q and a 1.2% by mass or more and 1.4% by mass or less of Q are contained. And a second alloy to be used. It is preferable that the weight ratio between the first alloy and the second alloy is set in a range of 3: 1 to 1: 3.
[0024]
In a preferred embodiment, the concentration of R in the liquid phase alloy is 60 to 80 atomic%, and the Co concentration is 20 to 40 atomic%.
[0025]
In a preferred embodiment, a ratio of the liquid phase alloy to the total of the main phase alloy and the liquid phase alloy is set in a range from 2% by volume to 20% by volume.
[0026]
In a preferred embodiment, a step of preparing a molten metal of the raw material alloy for the main phase alloy and a step of cooling and solidifying the molten metal of the raw material alloy at a rate of 100 ° C./second or more and 10,000 ° C./second or less are further included. Including.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The rare earth sintered magnet of the present invention has an R 2 T 14 A main phase of a Q-type tetragonal compound (R is at least one rare earth element, T is at least one transition metal element essential for Fe, Q is boron and / or carbon), and a grain boundary phase surrounding the main phase This is a rare earth sintered magnet having: Here, the rare earth element includes Y (yttrium).
[0028]
The main feature of the present invention is that R 2 T 14 The point that the Q-type tetragonal compound contains, as essential elements, Cr in which Fe is partially substituted and carbon (C) in which boron (B) is partially substituted. It is at a point higher than the C concentration in the boundary phase.
[0029]
In this specification, “Cr in which a part of Fe is substituted” means R 2 T 14 It means that Cr exists at the same kind of site as the site of Fe constituting the crystal of the Q-type tetragonal compound, and it is not always necessary that the Fe atom is actually replaced by the Cr atom at the specific site. There is no. Similarly, “C in which a part of B is substituted” means R 2 T 14 It means that Cr exists at the same kind of site as the site where B constituting the crystal of the Q-type tetragonal compound exists, and it is not always necessary that the B atom is actually replaced by a C atom at a specific site. There is no.
[0030]
According to the sintered magnet of the present invention having such a configuration, the amount of Cr added is suppressed (for example, 2 atomic% or less of the entire magnet) so as not to cause significant deterioration of the magnet characteristics, and the simultaneous addition of C is effective. Corrosion resistance can be significantly increased without causing a decrease in sinterability.
[0031]
A preferred method for adding Cr and C and making the concentrations of Cr and C in the main phase higher than those in the grain boundary phase will be described in detail later. Here, first, by adding Cr and C, R 2 T 14 The mechanism by which the corrosion resistance of the Q-type tetragonal compound is improved will be described in detail based on experimental results.
[0032]
[Corrosion resistance and natural electrode potential]
Generally, corrosion of a metal is accelerated by the presence of an impurity metal having a potential higher than that of the metal. This is because the impurity metal becomes a local cathode and the battery reaction easily occurs. For this reason, it is considered that increasing the natural electrode potential of the alloy constituting the rare earth magnet is effective for increasing the corrosion resistance. On the other hand, it is considered that the corrosion of the rare earth sintered magnet proceeds by a battery reaction due to a potential difference between the main phase and the grain boundary phase.
[0033]
However, there is no guide for quantitative evaluation on what kind of additive element should be added and how much to improve the corrosion resistance. Then, the present inventor quantitatively evaluated the potential of various alloys constituting the main phase and the grain boundary phase by measuring the polarization curve, and analyzed the structure of the rare earth sintered magnet which is hard to corrode (it is hard to rust).
[0034]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a potentiostat device that can be used for measuring a natural electrode potential of various metals or alloys. FIG. 1 shows electrons (e) when a sample (Sample) was used as an anode electrode. − ) Is schematically shown.
[0035]
The measurement of the natural electrode potential of the alloy can be performed by an electrokinetic method using the apparatus shown in FIG. Specifically, a sample alloy electrode (Sample) and a reference electrode (counter electrode) made of Pt are immersed in the solution, and the voltage applied between both electrodes is changed. As the applied voltage increases, part of the alloy constituting the sample alloy electrode is ionized, and electrons are emitted into the sample alloy electrode. The electrons move to the counter electrode (a reference electrode made of Pt). At this time, the number of electrons passing through the ammeter is measured as a current density, and the measured value with respect to the applied voltage is plotted on a graph to obtain a polarization curve.
[0036]
All the measured values of the natural electrode potential in this specification were obtained under the following measurement conditions.
[0037]
・ Sample surface area is 1cm 2 The polarization width is set to 2.0 V, the average roughness of the sample surface is set to 0.02 μm or less, and the voltage sweep speed is set to 5 mV / sec.
[0038]
・ Hg as reference electrode 2 Cl 2 And a Pt electrode as a counter electrode.
[0039]
-In order to suppress the cathodic reaction due to dissolved oxygen, the dissolved oxygen is expelled by bubbling the solution with nitrogen for 10 minutes or more before measurement. During the measurement, a nitrogen gas flow is performed on the liquid surface in order to prevent oxygen from being dissolved into the solution from the atmosphere.
[0040]
-2.5% Na as a solution 2 SO 4 (PH 6.4) and set the temperature of the solution to 20 ° C.
[0041]
FIG. 2 shows an example of a polarization curve obtained under such measurement conditions. FIG. 11.8 Fe 82.2 B 6.0 3 shows a polarization curve of the alloy. The vertical axis in the graph of FIG. 2 indicates the current density between the electrodes in the potentiostat device, and the horizontal axis indicates the potential of the sample electrode. As the potential of the sample electrode is increased from a low level to a high level, the current density gradually decreases, and at a certain potential, the polarization curve shows a minimum value. The potential at which the current density becomes minimal is called "natural electrode potential (corrosion potential)". When a natural electrode potential is applied, the electrode reaction shown in FIG. 1 is in an equilibrium state.
[0042]
The higher the natural electrode potential of the alloy, the more difficult it is for the battery reaction to proceed. When the potential is increased to a level higher than the natural electrode potential, the current density increases again. This is because when the potential is lower than the natural electrode potential, the cathode reaction proceeds at the sample electrode, and when the potential becomes higher than the natural electrode potential, the anodic reaction proceeds at the sample electrode.
[0043]
Conventionally, it has been known that the corrosion resistance of a sintered magnet is improved by adding Co to a raw material alloy of an R—Fe—B-based rare earth sintered magnet. However, the details of the reason have not been clarified until now.
[0044]
The present inventors have confirmed that the addition of Co increases the natural electrode potential by actually measuring the polarization curve of the Nd-Fe-B-based rare earth magnet alloy to which Co is added. FIG. 11.8 Fe 82.2 B 6.0 Nd in which part of Fe in the alloy is replaced with Co 11.8 Fe 82.2-x Co x B 6.0 3 shows a polarization curve of an alloy (x = 0, 5, 10, 20, 50). As is evident from FIG. 3, as the Co substitution amount (x) increases, Nd 11.8 Fe 82.2-x Co x B 6.0 The natural electrode potential of the alloy is increasing. The reason is that the standard oxidation-reduction potential of Fe is -0.440V, whereas the standard oxidation-reduction potential of Co is -0.277V, so that Co is less likely to cause an electrochemical reaction than Fe. It is considered that the anodic reaction itself is suppressed by the substitution with Co.
[0045]
When Co is added to the raw material alloy of the rare earth sintered magnet, Co is also present in the grain boundary phase of the rare earth sintered magnet, and various intermetallic compounds in which Co and the rare earth element R are combined in the grain boundary phase are formed. It is thought that there is. If the difference between the natural electrode potential of the intermetallic compound present in such a grain boundary phase and the natural electrode potential of the alloy constituting the main phase is large, even if the natural electrode potential of the main phase alloy is high, the main phase and the grain boundary Since the battery reaction proceeds with the phase, the corrosion resistance may be deteriorated.
[0046]
FIG. 4 shows the natural electrode potential of an intermetallic compound considered to be formed in the grain boundary phase of a sintered magnet finally obtained by adding Co to a raw material alloy, and a part of Fe is replaced by Co. Main phase alloy (Nd 11.8 Fe 82.2-x Co x B 6.0 ) Indicates the natural electrode potential. From FIG. 4, it is possible to evaluate the susceptibility of each of the alloy constituting the main phase and the alloy constituting the grain boundary phase to corrosion.
[0047]
First, the main phase alloy (Nd 11.8 Fe 82.2-x Co x B 6.0 Attention is paid to the natural electrode potential of (2). As can be seen from FIG. 4, in a region where the amount of Co substitution x is 50 atomic% or less, the natural electrode potential increases with an increase in the amount of Co substitution x.
[0048]
Next, reference is made to FIG. FIG. 5 shows an alloy in which a part of Fe is replaced by Co (Nd 11.8 Fe 82.2-x Co x B 6.0 2 shows the relationship between the change in weight and the natural electrode potential in a high-temperature and high-humidity test (temperature: 80 ° C., relative humidity: 90%) for the alloy (alloy). As can be seen from FIG. 5, the weight change of the alloy decreases as the natural electrode potential increases. This change in weight indicates the degree of corrosion in the alloy, and the smaller the change in weight, the less the corrosion.
[0049]
From the above, it can be seen that as the natural electrode potential of the alloy increases due to the Co substitution, the corrosion hardly progresses.
[0050]
Next, with reference to FIG. 4 again, the relationship between the natural electrode potential of the intermetallic compound formed in the grain boundary phase and the natural electrode potential of the main phase alloy will be examined. As shown in FIG. 5, the natural electrode potential of Nd metal (Nd-metal) is as low as about -1.40 V, whereas Nd constituting the main phase is low. 11.8 Fe 82.2 B 6.0 Is relatively high at about -0.82V. Therefore, the main phase alloy is Nd 11.8 Fe 82.2 B 6.0 If it is simply assumed that the grain boundary phase alloy is Nd metal, the natural electrode potential difference between them is as large as about 0.7 V, and corrosion due to battery reaction is likely to occur. On the other hand, when about 30 atomic% of Co is added to the raw material alloy, the main phase alloy becomes Nd 11.8 Fe 82.2-x Co x B 6.0 And the grain boundary phase alloy is Nd 3 A large amount of Co (natural electrode potential: -0.66 V) is included. In this case, the potential difference between the main phase and the grain boundary phase is small, and corrosion due to the battery reaction between the two is unlikely to occur.
[0051]
As described above, when Co is added, a part of Fe is replaced by Co in the main phase, thereby increasing the natural electrode potential of the main phase, and in the grain boundary phase, the natural electrode potential is higher than that of Nd metal. A high Nd-Co-based compound is easily generated. Then, since the difference in the natural electrode potential between the two is small, it is considered that corrosion that causes a battery reaction is unlikely to occur.
[0052]
From the above results, it can be seen that corrosion can be suppressed by increasing the natural electrode potential of the main phase alloy and reducing the difference in the natural electrode potential between the main phase alloy and the grain boundary phase alloy.
[0053]
From the above considerations, the present inventor has succeeded in obtaining a rare earth sintered magnet having higher corrosion resistance than before by properly selecting a combination of additional metal elements other than Co. More specifically, the present inventor has constructed a main phase of a rare earth sintered magnet by an alloy in which a part of Fe in Cr, Ni, and / or Al is replaced and a part of B is replaced by C. Then, they found that the corrosion resistance was significantly improved, and came to the present invention. Hereinafter, this point will be described in more detail.
[0054]
First, as the base alloy, Nd 11.8 Fe 82.2-x M x B 6.0 An alloy (M = Co, Ni, Cr, or Al) was prepared, and the natural electrode potential of the obtained alloy was measured. FIG. 6 shows the relationship between the replacement amount x and the natural electrode potential. FIG. 6 shows the following.
[0055]
-The natural electrode potential increases with an increase in the substitution amount x.
[0056]
When the replacement amount x is constant, the highest natural electrode potential can be obtained when replacing Fe with Cr.
[0057]
-Even when Ni is substituted for Fe, if the substitution amount x is 5 atomic% or more, a natural electrode potential equivalent to that when Fe is substituted for Co can be obtained.
[0058]
Next, a description will be given of how the natural electrode potential is further increased by partially substituting Fe with an additive element such as Co and substituting part of B with C.
[0059]
7 to 9 show alloys Nd obtained by substituting Fe with Co, Ni, and Cr, respectively. 11.8 Fe 82.2-x M x B 6.0 The natural electrode potential of the alloy (M = Co, Ni, Cr, or Al) and the alloy Nd in which a part of B is replaced by C in addition to their substitution 11.8 Fe 82.2-x M x B 6.0-y C y The natural electrode potential of the alloy (M = Co, Ni, Cr, or Al) is shown. As can be seen from FIGS. 7 to 9, in any case, the B substitution with C further increases the natural electrode potential. In particular, when Cr and C are added, that is, when Nd 11.8 Fe 82.2-x Cr x B 6.0-y C y The natural electrode potential of the alloy is highest.
[0060]
As described above, when a large amount of Cr is added to the raw material alloy, the residual magnetic flux density B r And as a result, the maximum magnetic energy product (BH) max There was a problem that also decreased. However, if part of B of the main phase alloy is replaced by C, it becomes possible to reduce the amount of Cr added while maintaining the corrosion resistance at a high level. However, if the added C is not effectively used for the B substitution of the main phase alloy and is present in a large amount in the grain boundary phase of the sintered magnet, as described above, the rare earth element, C, and impurities are contained in the grain boundary phase. O 2 And there is a problem that sinterability deteriorates due to bonding. When the sinterability is reduced, the sintering step needs to be performed at a high temperature for a long time, so that the crystal grains of the sintered magnet are coarsened and the magnet characteristics are deteriorated. Therefore, simply adding C to the raw material alloy does not solve the problems of the prior art. Therefore, in the present invention, a structure that does not cause a decrease in sinterability is realized by introducing C at a high concentration into the main phase instead of the grain boundary phase.
[0061]
(Embodiment)
Hereinafter, a preferred embodiment of the method for producing a rare earth sintered magnet according to the present invention will be described.
[0062]
[Raw material alloy]
First, the raw material alloy for the main phase is melted by high frequency melting in an argon atmosphere to form a molten alloy. It is preferable to use an alloy having the following composition as such an alloy for the main phase.
[0063]
R concentration is 11 atomic% or more and 16 atomic% or less,
The content of T is not less than 60 atomic% and not more than 88 atomic%,
Cr concentration is 0.2 atomic% or more and 2.5 atomic% or less,
The concentration of B is 1 atomic% or more and 14 atomic% or less,
The concentration of C is 0.5 atomic% or more and 5.0 atomic% or less.
[0064]
In the present embodiment, since Cr and C are concentrated in the main phase, Nd 2 Fe 14 An alloy obtained by adding Cr and carbon to an alloy having a composition close to the stoichiometric composition of the B-type compound is used as the main phase alloy.
[0065]
Next, after maintaining the alloy melt at 1350 ° C., the alloy melt is rapidly cooled by a single roll method to obtain a flake-like alloy ingot having a thickness of, for example, about 0.3 mm. The rapid cooling condition at this time is, for example, a roll peripheral speed of about 1 m / sec, a cooling speed of 500 ° C./sec, and a supercooling of 200 ° C. The quenched alloy slab thus produced is pulverized into flakes having a size of 1 to 10 mm before the next hydrogen pulverization. Thus, R 2 T 14 It is possible to prepare an alloy for the main phase that contains 50% by volume or more of the Q-type tetragonal compound and Cr, B, and C as essential elements.
[0066]
If the Cr concentration in the alloy for the main phase (mass ratio to the entire alloy for the main phase) is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the corrosion resistance is not exhibited, so the Cr concentration is 0.2 atomic%. It is preferable that it is above. Conversely, if the concentration of Cr exceeds 2.5 atomic%, the residual magnetic flux density B of the sintered magnet r Therefore, the Cr concentration is preferably 2.5 atomic% or less. Therefore, the preferable range of the Cr concentration is 0.2 to 2.5 atomic%, and the more preferable range is 0.3 to 2.0 atomic%.
[0067]
If the C concentration (mass ratio to the entire main phase alloy) is less than 0.5 atomic%, the effect of improving corrosion resistance does not appear, so the C concentration may be 0.5 atomic% or more. preferable. Conversely, when the concentration of C exceeds 4.5 atomic%, the residual magnetic flux density B r Therefore, the C concentration is preferably 4.5 atomic% or less. Therefore, a preferable range of the C concentration is 0.5 atomic% or more and 4.5 atomic% or less, and a more preferable range is 1.0 atomic% or more and 4.0 atomic% or less.
[0068]
The alloy for the main phase having the above composition may contain, in addition to Cr and C, 0.1 atomic% or more and 10 atomic% or less of Co, Ni, and / or Al and Cu. In particular, the addition of Co is effective for further improving the corrosion resistance.
[0069]
It is not preferable that the added C bonds with the element R under the rare earth element. However, if the added C is formed by a quenching method such as a strip casting method, the generation of the RC compound can be suppressed. Specifically, if the melt of the raw material alloy having the above composition is quenched and solidified at a rate of 100 ° C./second or more and 10,000 ° C./second or less, the added C is less likely to be bonded to the rare earth element R, and is efficiently combined with B. Replace.
[0070]
The main phase alloy may include a plurality of alloys having different compositions. For example, a first alloy having a total amount of B and C (Q content) of 0.8% by mass or more and 1.0% by mass or less, and a total amount of B and C (Q content) of 1.2% by mass or more A second alloy of 1.4% by mass or less may be used as the main phase alloy. In this case, a step of mixing the first alloy and the second alloy is required. This mixing may be performed during the fine pulverization step of the main phase alloy or may be performed during the coarse pulverization step. Is also good.
[0071]
By mixing the first and second alloys having different Q contents, the R produced from the first alloy is mixed. 2 T 17 Since the phase is combined with extra (B or C) derived from the second alloy, the added C tends to remain in the main phase. Therefore, it is possible to suppress the generation of the Nd-OC compound generated when C of the alloy for the main phase flows out to the grain boundary phase, and to prevent a decrease in magnetic properties.
[0072]
Further, by adding the second alloy having a relatively high Q content to the first alloy, the composition ratio of B and C is increased. 2 T 17 Phase is R 2 T 14 It changes to the B phase, and the effect of improving the magnet properties (coercive force) is also obtained.
[0073]
In this embodiment, in addition to the main phase alloy, a liquid phase alloy having an R content of 60 at% to 80 at% and a Co content of 20 to 40 at% is prepared. . The liquid phase alloy melts earlier than the main phase alloy in the sintering process, and contributes to the progress of liquid phase sintering. The liquid phase alloy will eventually constitute the grain boundary phase of the sintered magnet.
[0074]
The present invention is characterized in that Cr and C (particularly C) are concentrated in the main phase, while keeping the C concentration in the grain boundary phase as low as possible. This is because when the C concentration in the grain boundary phase increases, the sinterability decreases. Therefore, it is preferable to use an alloy to which C is not intentionally added as the liquid phase alloy.
[0075]
Further, in the present invention, in order to reduce the difference in the natural electrode potential between the main phase and the grain boundary phase, an R-Co alloy mainly containing the rare earth elements R and Co is used as the liquid phase alloy. By doing so, an intermetallic compound having a natural electrode potential of −0.70 V or more is easily generated in the grain boundary phase of the final sintered magnet. As the grain boundary phase, R 3 Preferably, the alloy for liquid phase contains R 3 It is desirable to have a composition that easily produces Co. For this reason, it is preferable that the concentration of the rare earth element R in the alloy for liquid phase be set to 60 at% to 80 at%, and the concentration of Co to 20 to 40 at%. Specifically, an alloy containing 60 atomic% of Nd and 40 atomic% of Co can be used.
[0076]
R in the liquid phase alloy plays an important role in generating a liquid phase, and Co combines with the rare earth element R to contribute to the generation of a compound whose natural electrode potential is close to that of the main phase. If Co in the liquid phase alloy is less than 20 atomic%, the natural electrode potential of the final grain boundary phase will not be sufficiently high, and the natural electrode potential difference between the main phase and the grain boundary phase will increase. Corrosion resistance is not sufficiently exhibited. On the other hand, if the Co in the liquid phase alloy exceeds 40 atomic%, the ferromagnetic RCO will be added to the grain boundary phase of the finally obtained sintered magnet. 2 Are easily generated, which deteriorates the magnet characteristics, which is not preferable.
[0077]
The liquid phase alloy having the above composition can be produced by a rapid cooling method such as a strip casting method, similarly to the main phase alloy described above.
[0078]
Even if elements other than rare earth elements and Co (for example, C, B, Cr, etc.) are present in the liquid phase alloy, there is no problem as long as the ratio is 30 atomic% or less of the entire liquid phase alloy.
[0079]
[First crushing step]
A plurality of raw material packs (for example, made of stainless steel) are filled with the flakes of the alloy for the main phase and the alloy for the liquid phase which are roughly pulverized in a flake shape, and mounted on a rack. Thereafter, the rack on which the raw material pack is mounted is inserted into the hydrogen furnace. Next, the lid of the hydrogen furnace is closed, and a hydrogen embrittlement treatment (hereinafter sometimes referred to as “hydrogen pulverization treatment”) step is started. The hydrogen crushing process is performed according to, for example, a temperature profile shown in FIG. In the example of FIG. 10, first, the evacuation process I is performed for 0.5 hours, and then the hydrogen storage process II is performed for 2.5 hours. In the hydrogen storage process II, hydrogen gas is supplied into the furnace, and the inside of the furnace is set to a hydrogen atmosphere. The hydrogen pressure at that time is preferably about 200 to 400 kPa.
[0080]
Subsequently, after performing the dehydrogenation process III under a reduced pressure of about 0 to 3 Pa for 5.0 hours, the cooling process IV of the raw material alloy is performed for 5.0 hours while supplying argon gas into the furnace.
[0081]
In the cooling process IV, when the atmosphere temperature in the furnace is relatively high (for example, when the temperature exceeds 100 ° C.), an inert gas at room temperature is supplied into the hydrogen furnace and cooled. Then, at the stage when the temperature of the raw material alloy is lowered to a relatively low level (for example, when the temperature is 100 ° C. or lower), an inert gas cooled to a temperature lower than normal temperature (for example, room temperature minus about 10 ° C.) is introduced into the
[0082]
When the temperature of the raw material alloy is lowered to about 20 to 25 ° C., an inert gas at substantially normal temperature (a temperature lower than room temperature but a difference from room temperature within a range of 5 ° C. or less) is blown into the hydrogen furnace, and the raw material is cooled. It is preferable to wait until the temperature of the mixture reaches the normal temperature level. By doing so, when the lid of the hydrogen furnace is opened, a situation in which dew condensation occurs inside the furnace can be avoided. If moisture is present inside the furnace due to dew condensation, the moisture freezes and evaporates in the evacuation step, which makes it difficult to increase the degree of vacuum and increases the time required for the evacuation step I, which is not preferable.
[0083]
When the coarsely pulverized alloy powder after hydrogen pulverization is taken out of the hydrogen furnace, it is preferable to perform the takeout operation in an inert atmosphere so that the coarsely pulverized powder does not come into contact with the atmosphere. This prevents the coarsely pulverized powder from oxidizing and generating heat, and improves the magnetic properties of the magnet. Next, the coarsely pulverized raw material alloy is filled into a plurality of raw material packs and mounted on a rack.
[0084]
By the hydrogen pulverization, the alloy for the main phase and the alloy for the liquid phase are both pulverized to a size of about 0.1 mm to several mm, and the average particle size is 500 μm or less. After hydrogen pulverization, it is preferable that the embrittled raw material alloy is further finely pulverized and cooled by a cooling device such as a rotary cooler. In the case where the raw material is taken out in a relatively high temperature state, the time of the cooling process using a rotary cooler or the like may be made relatively long.
[0085]
A large amount of Nd is exposed on the surface of the coarsely pulverized powder produced by hydrogen pulverization, and is in a state of being easily oxidized.
[0086]
The coarsely pulverized powder of the main phase alloy and the liquid phase alloy may be produced by simultaneously subjecting the main phase alloy and the liquid phase alloy to hydrogen embrittlement, as described above. The alloy for the main phase and the alloy for the liquid phase may be roughly pulverized separately.
[0087]
[Second grinding step]
After mixing the coarsely pulverized powder of the alloy for the main phase and the coarsely pulverized powder of the alloy for the liquid phase produced in the first pulverizing step, the mixed powder is finely pulverized using a jet mill pulverizer. A cyclone classifier is connected to the jet mill pulverizer used in the present embodiment.
[0088]
The jet mill pulverizer receives the supply of the rare earth alloy (coarse pulverized powder) coarsely pulverized in the first pulverization step, and pulverizes it in the pulverizer. The powder pulverized in the pulverizer is collected in a recovery tank via a cyclone classifier.
[0089]
Hereinafter, this will be described in more detail.
[0090]
The coarsely pulverized powder introduced into the pulverizer is wound up in the pulverizer by an inert gas injected at a high speed from an internal nozzle, and swirls in the pulverizer together with a high-speed airflow. Then, the objects to be ground are finely ground by mutual collision.
[0091]
The finely pulverized powder particles are guided to the classifying rotor by the ascending airflow and classified by the classifying rotor, and the coarse powder is pulverized again. The powder pulverized to a predetermined particle size or less is introduced into the classifier body of the cyclone classifier. In the main body of the classifier, relatively large powder particles having a predetermined particle size or more are deposited in a recovery tank provided at a lower portion, and the ultrafine powder is discharged to the outside through an exhaust pipe together with an inert gas stream.
[0092]
In the present embodiment, oxygen (20,000 ppm or less, for example, about 10,000 ppm) is slightly mixed into the inert gas introduced into the jet mill pulverizer. Thereby, the surface of the finely pulverized powder is appropriately oxidized so that rapid oxidation and heat generation do not occur when the finely pulverized powder comes into contact with the atmosphere. In order to obtain excellent magnet properties, it is preferable that the amount of oxygen in the powder is adjusted in a range of 2,000 ppm to 8,000 ppm by weight.
[0093]
If the amount of oxygen in the powder exceeds 8000 ppm and becomes too large, in the next sintering step, the rare earth element will be consumed for the generation of the oxide, and the amount of the rare earth element contributing to the liquid phase generation will decrease. As a result, the sinterability is reduced and the magnet characteristics are deteriorated due to the decrease in the main phase ratio, which is not preferable.
[0094]
In the present embodiment, the average particle size (FSSS particle size) of the powder is set to 1.5 μm or more and 10 μm or less, more preferably 2 μm or more and 6 μm or less (for example, 3 μm).
[0095]
In consideration of the preferable volume ratio of the main phase and the grain boundary phase in the final sintered magnet, the volume ratio of the liquid phase alloy to the whole alloy is set in the range of 2% to 20%. Is preferred.
[0096]
[Press molding]
In the present embodiment, for example, 0.3 wt% of a lubricant is added to and mixed with the mixed powder produced by the above method in a rocking mixer, and the surface of the alloy powder particles is coated with the lubricant. As the lubricant, a fatty acid ester diluted with a petroleum solvent can be used. In this example, methyl caproate is used as the fatty acid ester, and isoparaffin is used as the petroleum solvent. The weight ratio between methyl caproate and isoparaffin is, for example, 1: 9. Such a liquid lubricant coats the surface of the powder particles, exerts an antioxidant effect on the particles, and also has a function of improving the orientation during pressing and the powder moldability (the density of the molded body becomes uniform, and Eliminating defects such as cracks).
[0097]
The type of the lubricant is not limited to the above. As the fatty acid ester, other than methyl caproate, for example, methyl caprylate, methyl laurate, methyl laurate and the like may be used. As the solvent, a petroleum solvent represented by isoparaffin, a naphthenic solvent, or the like can be used. The timing of adding the lubricant is arbitrary, and may be, for example, any of before, during, or after the fine pulverization by a jet mill pulverizer. Instead of the liquid lubricant or together with the liquid lubricant, a solid (dry) lubricant such as zinc stearate may be used.
[0098]
Next, the magnetic powder produced by the method described above is molded in an orientation magnetic field using a known press. A preferable range of the applied orientation magnetic field is 0.5 T or more and 8 T or less (for example, 1.1 T). Thus, the density is, for example, 3.5 g / cm 3 5.0 g / cm or more 3 The following (for example, 4.2 g / cm 3 ) To produce a compact.
[0099]
[Sintering process]
Next, this compact is sintered. The sintering can be performed, for example, by holding at 1080 ° C. for about 4 hours in an argon atmosphere. Instead of performing the sintering process under such conditions, after holding at a temperature in the range of 650 to 1000 ° C. for 10 to 240 minutes, sintering is performed at a temperature higher than the above holding temperature (for example, 1000 to 1100 ° C.). Further progress may be made (two-stage sintering). When the temperature is 650 to 1000 ° C., the powder of the liquid phase alloy is melted preferentially and a liquid phase is generated. If a two-stage sintering process is performed, the sintering proceeds efficiently. This is because the processing time can be shortened and grain growth during the sintering step can be suppressed.
[0100]
The rare earth sintered magnet thus obtained (sintering density: for example, 7.60 g / cm 3 ) Is R 2 T 14 A rare earth sintered magnet having a main phase of a Q-type tetragonal compound and a grain boundary phase surrounding the main phase, wherein the R 2 T 14 The Q-type tetragonal compound contains, as essential elements, Cr partially substituted for Fe and carbon partially substituted for boron, and the carbon concentration of the main phase is higher than the carbon concentration of the grain boundary phase. It has the characteristic of being expensive. For this reason, the natural electrode potential of the main phase rises to -0.75 V or more, and the corrosion resistance of the main phase itself is improved.
[0101]
The grain boundary phase of the rare earth sintered magnet contains Co, which accounts for 50 atomic% or more and 90 atomic% or less of the entire grain boundary phase, and particularly, R 3 Contains Co compound. As a result, the natural electrode potential of the grain boundary layer also rises to -0.75 V or more, and the difference in the natural electrode potential between the main phase and the grain boundary phase is suppressed to 0.6 V or less. Therefore, the occurrence of corrosion due to the battery reaction between the main phase and the grain boundary phase is also prevented.
[0102]
As described above, the natural electrode potentials of the main phase and the grain boundary phase are both -0.75 V or more, and the difference in the natural electrode potential between the main phase and the grain boundary phase is 0.6 V or less. Therefore, the corrosion resistance is remarkably improved, and even if the surface of the sintered magnet is not covered with the protective film, the magnet can be realized for long-term practical use. The natural electrode potential of the main phase is preferably -0.82 V or more, and more preferably -0.8 V or more.
[0103]
Further, a compound in which R and C are bonded is hardly generated in the grain boundary phase, and sintering is easy. For this reason, since the crystal grains in the sintered magnet are not coarsened and the generation of a compound that deteriorates the magnet properties is suppressed, excellent magnet properties (for example, residual magnetic flux density B r : 1.1 T or more, coercive force iHc: 900 kA / m or more).
[0104]
In the embodiment described above, since the sintered magnet is manufactured by a method using two kinds of alloys having different compositions (two-alloy method), Cr and C are more efficiently contained in the main phase than in the grain boundary phase. It is easy to concentrate. However, the sintered magnet of the present invention is not limited to this, and may be manufactured by other methods.
[0105]
(Example)
As the main phase alloy, Nd: 12.35 at%, Fe: 75.92 at%, B: 3.20 at%, C: 3.20 at%, Cr: 2.13 at%, Co: 3. A strip cast alloy A having a composition of 20 at% was prepared, and a strip cast alloy B having a composition of Nd: 60 at% and Co: 40 at% was prepared as a liquid phase alloy.
[0106]
The alloys A and B were mixed at a volume ratio of 9: 1, coarsely pulverized by hydrogen embrittlement, and then finely pulverized by a jet mill to prepare finely pulverized powder having an average particle diameter of 3.0 μm.
[0107]
Next, this finely pulverized powder was compression-molded in an orientation magnetic field of 1.1 T, and the molding density was 4.0 g / cm. 3 Was produced. This molded body was subjected to a sintering step at 1075 ° C. for 4 hours in an argon atmosphere. The resulting sintered body density is 7.55 g / cm. 3 Met. In the main phase, part of Fe was replaced by Cr and part of boron was replaced by C, and the C concentration in the main phase was higher than the carbon concentration in the grain boundary phase.
[0108]
When the magnet properties of the sintered magnet were measured, the residual magnetic flux density B r Was 1.3 T and the coercive force iHc was 1280 kA / m. The sintered magnet hardly corroded (rusted) even in a high-temperature and high-humidity experiment at a temperature of 80 ° C., a relative humidity of 90% and a time of 500 hours or more.
[0109]
【The invention's effect】
According to the present invention, the natural electrode potential of the main phase alloy is increased by introducing Cr and C into the main phase, and the natural electrode potential of the R-Co compound or the like in the grain boundary phase is reduced to the natural electrode potential of the main phase. By forming a close compound, a sintered magnet excellent in both sinterability and corrosion resistance can be provided. As a result, it is possible to obtain a rare earth sintered magnet that does not rust without forming a surface protective film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a device (potentiometer) for measuring a natural electrode potential.
FIG. 2 shows Nd 11.8 Fe 82.2 B 6.0 5 is a graph showing a polarization curve of an alloy.
FIG. 3 shows Nd 11.8 Fe 82.2-x Co x B 6.0 It is a graph which shows the polarization curve of an alloy (x = 0, 5, 10, 20, 50).
FIG. 4 is a main phase alloy (Nd in which a part of Fe is substituted by Co). 11.8 Fe 82.2-x Co x B 6.0 5) is a graph showing the relationship between the natural electrode potential of the intermetallic compound that can be contained in the grain boundary phase and the amount of Co substitution.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a weight change amount by a corrosion test and a natural electrode potential.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a natural electrode potential and a substitution amount in a main phase alloy in which Fe is substituted by Co, Ni, Cr, and Al.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a substitution amount and a natural electrode potential in a Co-substituted alloy and a Co + C-substituted alloy.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the amount of substitution and the natural electrode potential in Ni-substituted alloys and Ni + C-substituted alloys.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the substitution amount and the natural electrode potential in the Cr-substituted alloy and the Cr + C-substituted alloy.
FIG. 10 is a graph showing a process of a hydrogen pulverization process (an embrittlement process).
Claims (13)
前記主相における前記R2T14Q型正方晶化合物は、Feの一部を置換したCrと、硼素の一部を置換した炭素とを必須元素として含有し、
前記主相の炭素濃度は、粒界相の炭素濃度よりも高いことを特徴とする希土類焼結磁石。A main phase of an R 2 T 14 Q-type tetragonal compound (R is at least one rare earth element, T is at least one transition metal element in which Fe is essential, and Q is boron and / or carbon); A rare earth sintered magnet having a grain boundary phase surrounding
The R 2 T 14 Q-type tetragonal compound in the main phase contains, as essential elements, Cr in which a part of Fe is substituted and carbon in which a part of boron is substituted.
The rare earth sintered magnet according to claim 1, wherein a carbon concentration of the main phase is higher than a carbon concentration of the grain boundary phase.
Tの含有濃度は60原子%以上88原子%以下、
Crの含有濃度は0.1原子%以上2.4原子%以下、
Bの含有濃度は0.5原子%以上13原子%以下、
Cの含有濃度は0.4原子%以上4.5原子%以下である、請求項1から4のいずれかに記載の希土類焼結磁石。The concentration of R is 12 atomic% or more and 18 atomic% or less,
The content of T is not less than 60 atomic% and not more than 88 atomic%,
The concentration of Cr is 0.1 atomic% or more and 2.4 atomic% or less,
B concentration is 0.5 atomic% or more and 13 atomic% or less,
The rare earth sintered magnet according to any one of claims 1 to 4, wherein the C concentration is 0.4 atomic% or more and 4.5 atomic% or less.
前記R2T14Q型正方晶化合物の自然電極電位が−0.75V以上であることを特徴とする希土類焼結磁石。A main phase of an R 2 T 14 Q-type tetragonal compound (R is at least one rare earth element, T is at least one transition metal element in which Fe is essential, and Q is boron and / or carbon); A rare earth sintered magnet having a grain boundary phase surrounding
A rare-earth sintered magnet, wherein the natural electrode potential of the R 2 T 14 Q-type tetragonal compound is −0.75 V or more.
R2T14Q型正方晶化合物を全体の50体積%以上含み、Cr、硼素、および炭素を必須元素として含有する主相用合金、ならびに、RおよびCoを含有する液相用合金の粉末を用意する工程と、
前記粉末を焼結し、それによって、前記主相の炭素濃度が前記粒界相の炭素濃度よりも高い希土類焼結磁石を作製する工程と、
を含む希土類磁石の製造方法。A main phase of an R 2 T 14 Q-type tetragonal compound (R is at least one rare earth element, T is at least one transition metal element in which Fe is essential, and Q is boron and / or carbon); A method for producing a rare earth sintered magnet having a grain boundary phase surrounding
A main phase alloy containing R 2 T 14 Q type tetragonal compound in an amount of 50% by volume or more and containing Cr, boron, and carbon as essential elements, and a powder of a liquid phase alloy containing R and Co are included. The process of preparing,
Sintering the powder, thereby producing a rare earth sintered magnet having a carbon concentration of the main phase higher than a carbon concentration of the grain boundary phase;
A method for producing a rare earth magnet containing:
Rの含有濃度は11原子%以上16原子%以下、
Tの含有濃度は60原子%以上87原子%以下、
Crの含有濃度は0.2原子%以上2.5原子%以下、
Bの含有濃度は1原子%以上14原子%以下、
Cの含有濃度0.5原子%以上5.0原子%以下である、請求項8に記載の希土類焼結磁石の製造方法。In the main phase alloy,
R concentration is 11 atomic% or more and 16 atomic% or less,
The concentration of T is 60 atomic% or more and 87 atomic% or less,
Cr concentration is 0.2 atomic% or more and 2.5 atomic% or less,
The concentration of B is 1 atomic% or more and 14 atomic% or less,
The method for producing a rare-earth sintered magnet according to claim 8, wherein the content of C is 0.5 atom% or more and 5.0 atom% or less.
Rの含有濃度は60原子%以上80原子%以下、
Coの含有濃度20原子%以上40原子%以下である、請求項9に記載の希土類焼結磁石の製造方法。In the liquid phase alloy,
R concentration is 60 atom% or more and 80 atom% or less,
The method for producing a rare-earth sintered magnet according to claim 9, wherein the Co content concentration is 20 atomic% or more and 40 atomic% or less.
前記原料合金の溶湯を100秒以上10000℃/秒以下の速度で冷却し、凝固させる工程と、
を更に含む請求項8から12のいずれかに記載の希土類焼結磁石の製造方法。Preparing a molten metal of the raw material alloy for the main phase alloy,
Cooling the molten metal of the raw material alloy at a speed of 100 seconds or more and 10,000 ° C./second or less, and solidifying;
The method for producing a rare earth sintered magnet according to any one of claims 8 to 12, further comprising:
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