JP2004076162A - 表面処理方法および表面処理された希土類系永久磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】　高い真空度を得るために長時間をかけたり、特別の装置を使用したりすることなく、アルミニウムのような易酸化性蒸着材料を希土類系永久磁石のような被処理物に安定に蒸着させるための表面処理方法などを提供すること。
【解決手段】　易酸化性蒸着材料からなる蒸着被膜を被処理物の表面に形成する表面処理方法であって、処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物の近傍に蒸着制御ガスを供給した状態で前記蒸着材料を蒸発させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

　本発明は、例えば、アルミニウムや亜鉛のような易酸化性蒸着材料を希土類永久磁石のような被処理物に安定に蒸着させるための表面処理方法、この方法によって得られる希土類永久磁石に関する。

　従来から、例えば、酸化によって劣化しやすい性質を持つ希土類永久磁石などは、その表面にアルミニウム被膜などを蒸着形成して酸化による劣化を防止するようにしていた。このような表面処理方法のためには、例えば、図１に示すような表面処理装置が用いられている。
　図１は、具体的には希土類永久磁石表面にアルミニウム蒸着被膜を形成するための装置を示すもので、図略の真空排気系に連なる処理室（真空槽）１内の下部には、蒸着材料であるアルミニウム１０を蒸発させる溶融蒸発部であるハース（蒸着材料を溶解するための容器）２が、支持テーブル３上に立設されたハース支持台４上に１個または複数個配設されている。また、処理室１内の上方には網状部材で形成された籠状の被処理物保持部５が回転軸６を中心に回転自在に２個並設されている。
　そして、この装置によれば、前記被処理物保持部５内に被処理物として希土類系永久磁石３０が収容され、この被処理物保持部５、５を回転させながら、図略の加熱手段によって所定温度に加熱された前記ハース２からアルミニウム１０を蒸発させ、被処理物保持部５、５内の希土類系永久磁石３０の表面にアルミニウム蒸着被膜を形成するようにしている。

　しかし、このような表面処理装置を使用して処理室内の酸素分圧が高い状態で蒸着処理を行った場合、溶融蒸発部から蒸発したアルミニウムが、被処理物に到達するまでの間に室内に存在する酸素によって酸化してしまい、優れた膜質のアルミニウム被膜を形成することができないという問題や、溶融蒸発部内のアルミニウム溶湯の表面に酸化アルミニウムの被膜が形成されてしまい蒸着材料であるアルミニウムが十分に蒸発されないという問題があった。また、これらの問題を解消するために、酸素分圧を低くすることを目的として真空度を上げようとすると、長時間の真空排気を行う必要がある。従って、例えば、全体の処理時間が２．５時間に対して、１０^-4Ｐａ以下の真空度を得るために１時間を要するというように、生産性が劣るという問題があった。
　そこで本発明は、高い真空度を得るために長時間をかけたり、特別の装置を使用したりすることなく、アルミニウムのような易酸化性蒸着材料を希土類系永久磁石のような被処理物に安定に蒸着させるための表面処理方法などを提供することを目的とする。

　本発明者らは、上記の問題点を解決するために鋭意検討の結果、処理室内における溶融蒸発部と被処理物の近傍を、水素などによって蒸着を制御するガス雰囲気にした状態で前記蒸着材料を蒸発させると、高い真空度を得るために長時間をかけたり、特別の装置を使用したりしなくても、極めて安定に蒸着処理を行うことができることを知見した。

　本発明は、上記の知見に基づきなされたものであり、本発明の表面処理方法は、請求項１記載の通り、易酸化性蒸着材料からなる蒸着被膜を被処理物の表面に形成する表面処理方法であって、蒸着制御ガスを処理室外部から導入することによって、処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物の近傍に蒸着制御ガスを供給した状態で前記蒸着材料を蒸発させることを特徴とする。
　また、請求項２記載の表面処理方法は、請求項１記載の表面処理方法において、前記蒸着制御ガスが水素であることを特徴とする。
　また、請求項３記載の表面処理方法は、請求項２記載の表面処理方法において、蒸着材料の蒸発を１０^-3Ｐａ以上の酸素分圧下で行うことを特徴とする。
　また、請求項４記載の表面処理方法は、請求項３記載の表面処理方法において、処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物間の空間における水素／酸素モル比を１０〜２５０の範囲とすることを特徴とする。
　また、請求項５記載の表面処理方法は、請求項２記載の表面処理方法において、前記蒸着材料が水素含有量が０．５ｐｐｍ以下のアルミニウムであることを特徴とする。
　また、本発明の被処理物は、請求項６記載の通り、請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理方法によって、アルミニウム、チタニウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマスから選ばれる少なくとも一成分の蒸着被膜が形成されていることを特徴とする。
　また、請求項７記載の被処理物は、請求項６記載の被処理物において、前記被処理物が希土類系永久磁石であることを特徴とする。

　本発明によれば、処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物の近傍に水素などの蒸着制御ガスを供給した状態で易酸化性蒸着材料を蒸発させることによって、高い真空度を得るために長時間をかけたり、特別の装置を使用したりしなくても、安定に蒸着材料からなる蒸着被膜を所望の被処理物表面に形成することができる。そして、本発明の表面処理方法を採用すれば、極めて酸化しやすい希土類系永久磁石に対し、それが有する高い磁気特性を損なうことなく耐食性を付与することができる。

　本発明の表面処理方法において表面処理の対象となる被処理物は、特に限定されるものではなく、蒸着処理によって蒸着被膜の形成が可能なものであればどのようなものでも構わない。しかしながら、本発明の表面処理方法によれば、蒸着処理を行う前工程である真空排気に長時間を要することがないため、連続的に大量処理することが要求される製品、例えば、電子部品材料などに用いられる希土類系永久磁石の表面処理に特に好適である。

　本発明の表面処理方法は、例えば、真空蒸着法のように蒸着材料を単に加熱によって蒸発させて被膜を形成する方法にも適用することができるし、例えば、イオンプレーティング法のように蒸発したものをイオン化させて被膜を形成する方法にも適用することができる。

　本発明の表面処理方法において使用される易酸化性蒸着材料は、特に限定されるものではなく、蒸着被膜の材料となるものであればどのようなものでも構わない。しかしながら、本発明の表面処理方法は、微量の酸素の存在でも直ちに酸化してしまうアルミニウムなどを使用した蒸着処理に好適である。アルミニウム以外の材料としては、チタニウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマスなどが挙げられる。

　本発明の意図するところは、処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物の近傍に存在する酸素による悪影響をいかに抑制して、溶融蒸発部から蒸発した易酸化性蒸着材料を被処理物に到達させ、また、溶融蒸発部内の蒸着材料溶湯の表面に酸化物被膜を形成させずに、優れた膜質の蒸着被膜を被処理物表面に形成するかということにある。従って、酸素の存在による悪影響を抑制するためには、蒸着制御ガスの供給は、処理室内の溶融蒸発部と被処理物の近傍、即ち、溶融蒸発部と被処理物間の空間に行われればよい。しかしながら、蒸着制御ガスの供給は、上記領域のみに行わなければならないということではなく、室内全体に供給してもよいことはいうまでもない。

　本発明における蒸着制御ガスとは、当該ガスを供給することで、当該ガスを供給しない場合と比較して蒸着結果を改善する作用を有するガスを意味し、具体的には、酸素との反応性を有する還元性ガスを意味する。還元性ガスには、一酸化炭素や水素などが挙げられるが、取り扱いの容易性などの観点からは水素を使用することが望ましい。

　処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物の近傍に蒸着制御ガスを供給する方法としては、蒸着制御ガスを処理室外部から導入することによって供給する方法を採用する。なお、この方法に対して、蒸着制御ガスを含有するワイヤー状蒸着材料を溶融蒸発部に供給しながら蒸発させることによって、前記蒸着材料から蒸着制御ガスを発生させて供給する方法を組み合わせてもよい。

　蒸着制御ガスは、処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物間の空間にのみ供給されるようにしてもよいし、室内全体に供給されるようにしてもよい。蒸着制御ガスを処理室外部から導入することによって供給する方法を採用した場合、例えば、従来の方法では処理室内の酸素の存在量が多すぎて蒸着処理が困難であるような１０^-3Ｐａ以上の酸素分圧下であっても、処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物間の空間における水素／酸素モル比が望ましくは１０〜２５０の範囲となるように、より望ましくは２０〜１５０の範囲となるように水素を供給した状態でアルミニウムの蒸発を行えば、安定した蒸着が可能となり、水素含有量が１ｐｐｍ〜２０ｐｐｍ、とりわけ、２ｐｐｍ〜１５ｐｐｍの優れた膜質のアルミニウム被膜を被処理物表面に形成することができる。なお、前記モル比が１０未満であると、水素の存在量が少なすぎて溶融蒸発部内の蒸着材料溶湯の表面に酸化物被膜が形成されて蒸着ができなくなるおそれがあり、また、２５０を超えると、処理室内の全圧の上昇に起因して真空度が低下し、蒸着材料が蒸発しにくくなったり、被処理物が希土類系永久磁石の場合は、磁石が水素吸蔵を起こして磁気特性が劣化するおそれがある。

　蒸着制御ガスを外部から導入することによって供給する方法を採用する場合、処理室内への蒸着制御ガスの導入量でその供給量を簡易に制御することができる点において都合がよい。従って、この場合においては、蒸着材料に含まれる蒸着制御ガス量は極力少ないことが望ましい。また、含まれる蒸着制御ガス量が極力少ない蒸着材料を使用すれば、予め、溶融蒸発部内に供給された蒸着材料を加熱して蒸発させる場合であっても、スプラッシュが生じるおそれも少なく、種々の加熱方式の蒸着処理方法を採用することができる点において都合がよい。好適な蒸着材料としては、水素含有量が０．５ｐｐｍ以下の蒸着材料が挙げられる。

　上記のように、本発明は、従来の方法では処理室内の酸素の存在量が多すぎて蒸着処理が困難であるような条件下での蒸着処理に特に効果を発揮するが、本発明の有用性は、酸素の存在量が少ない高い真空度の下での蒸着処理においても効果を発揮する。即ち、例えば、電子ビーム加熱法による蒸着（ＥＢ蒸着）処理は、通常、１０^-3Ｐａ未満の高い真空度の下で行われるが、このような条件下であっても、蒸着時間が長時間に及んだ場合には、溶融蒸発部内の蒸着材料溶湯の表面での酸化は進行するので、安定な蒸着が困難となる。本発明の表面処理方法によれば、このような問題を、酸素の存在量を勘案した上で、所望量の蒸着制御ガスを供給することによって解決することができる点において効果を発揮する。
　なお、ＥＢ蒸着を行う場合は、蒸着材料に蒸着制御ガスが含まれていると、スプラッシュが生じるおそれがあるので、安定した蒸着のためには、蒸着材料に含まれる蒸着制御ガス量は極力少ないことが望ましく、蒸着制御ガスは処理室外部から供給することが望ましい。

　被処理物としてＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石などの希土類系永久磁石を選択し、この表面にアルミニウムなどの蒸着被膜を形成すれば、希土類系永久磁石を優れた膜質の被膜で密着被覆することができる。従って、耐食性に優れた希土類永久磁石を簡易かつ確実に製造することができる。また、本方法によって得られる、例えば、アルミニウム被膜を有する希土類永久磁石には、更なる耐食性の向上のため、クロム酸処理やショットピーニング等の公知の処理を施すことができる。

　次に、具体的な実施例を説明する。
実施例Ａ（実施例１〜３と比較例１〜３）
　公知の鋳造インゴットを粉砕し、微粉砕後に成形、焼結、熱処理、表面加工を行い、１７Ｎｄ−１Ｐｒ−７５Ｆｅ−７Ｂ組成の２３ｍｍ×１０ｍｍ×６ｍｍ寸法の磁石体試験片を得た。この磁石体試験片を用いて、１時間で３μｍのアルミニウム被膜を形成する試験を行った。
　図１に示した、ハースが１個配設された表面処理装置（内容積０．６ｍ³）の処理室（真空槽）内に前記磁石体試験片を挿入した後、真空槽内の全圧が３．０×１０^-5Ｐａになるまで真空排気を行った。この時の真空槽外壁に直接設置した四重極質量分析計（ＱＩＧ−０６６：アネルバ社製）で測定した真空槽内の酸素分圧を表１に示す。
　その後、真空槽内にＡｒガスを全圧が５．０×１０^-4Ｐａになるように導入し、表面スパッタによって磁石体試験片表面を清浄化した後、全圧が３．０×１０^-4ＰａになるようにＡｒガスの導入量を調整した。
　また、この際にＡｒガスと同時に水素ガスを表１の実施例１〜３と比較例２に示す分圧になるように導入した。
　その後、電圧１ｋＶを印加し、電子ビーム加熱法によって水素含有量が０．５ｐｐｍのアルミニウムインゴットに電子ビームを照射、加熱してこれを溶融し、蒸発させ、イオン化させてイオンプレーティングを行った。
　また、比較例３として、水素含有量が１．２ｐｐｍのアルミニウムインゴットを使用し、実施例２と同一条件による試験を行った。
　結果を表１に示す。

　表１から明らかなように、実施例１〜３では３．０×１０^-6Ｐａ以上の水素ガスを供給することによって、長時間の蒸着においても安定した蒸着ができたのに対し、比較例１、２では長時間の蒸着によって溶湯表面にアルミニウムの酸化被膜が形成されてしまい、安定した蒸着ができなかった。また、比較例３では、アルミニウムインゴットに含まれる水素量が多すぎたため、アルミニウム溶湯のボイリングが生じ、安定な蒸着ができなかった。

従来から使用されている表面処理装置の模式的正面図

符号の説明

　　１　処理室
　　２　ハース
　　３　支持テーブル
　　４　ハース支持台
　　５　被処理物保持部
　　６　回転軸
　１０　アルミニウム
　３０　希土類系永久磁石

Claims (7)

1. 　易酸化性蒸着材料からなる蒸着被膜を被処理物の表面に形成する表面処理方法であって、蒸着制御ガスを処理室外部から導入することによって、処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物の近傍に蒸着制御ガスを供給した状態で前記蒸着材料を蒸発させることを特徴とする表面処理方法。
2. 　前記蒸着制御ガスが水素であることを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
3. 　蒸着材料の蒸発を１０^-3Ｐａ以上の酸素分圧下で行うことを特徴とする請求項２記載の表面処理方法。
4. 　処理室内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物間の空間における水素／酸素モル比を１０〜２５０の範囲とすることを特徴とする請求項３記載の表面処理方法。
5. 　前記蒸着材料が水素含有量が０．５ｐｐｍ以下のアルミニウムであることを特徴とする請求項２記載の表面処理方法。
6. 　請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理方法によって、アルミニウム、チタニウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマスから選ばれる少なくとも一成分の蒸着被膜が形成されていることを特徴とする被処理物。
7. 　前記被処理物が希土類系永久磁石であることを特徴とする請求項６記載の被処理物。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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