JP2005200753A - Tool for heat treatment - Google Patents

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今朝春 高藤
Takatomo Toda
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tool for heat treatment with which gas exhausted from a molding can quickly removed and dense sintered compact can be produced. <P>SOLUTION: This tool for heat treatment is the tool for laying the molding formed of raw material alloy powder containing rare earth metal elements and transition metal elements at the heat treatment time. A V-shaped cross sectional groove part for positioning the molding, is formed on the laying surface of the molding, and an escaping groove enlarging the cross sectional area of the groove part, is formed along the bottom part of the groove part. An angle (angle of the V groove) formed by the inner wall surfaces of the groove part is about 90° and for example, this tool is suitably applied to the sintering of magnetostrictive material. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば合金粉末の成形体を焼結する際に使用する熱処理用治具(いわゆるセッター)に関するものである。   The present invention relates to a heat treatment jig (so-called setter) used when, for example, a sintered compact of an alloy powder is sintered.

Tb−Dy−Fe系金属間化合物等からなる磁歪材料は、従来のフェライト系磁歪材料等に比べて高い磁歪特性を有することから、近年、その需要は益々拡大する傾向にある。具体的な用途としては、リニアアクチュエータ、振動子、圧力トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等である。リニアアクチュエータや振動子等に用いた場合、磁歪素子は、付与する磁界の変化に伴い寸法が変化し、駆動力を発生する。圧力トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等に用いた場合、磁歪素子は、外部から加わる力の変化に伴い透磁率が変化し、これをセンシングすることで圧力、トルク、振動等が検出される。   Magnetostrictive materials made of Tb-Dy-Fe-based intermetallic compounds and the like have higher magnetostrictive properties than conventional ferrite-based magnetostrictive materials and the like, and in recent years, their demand tends to increase more and more. Specific applications include linear actuators, vibrators, pressure torque sensors, vibration sensors, gyro sensors, and the like. When used in a linear actuator, a vibrator, or the like, the magnetostrictive element changes its size in accordance with the change in the applied magnetic field and generates a driving force. When used in a pressure torque sensor, vibration sensor, gyro sensor, or the like, the magnetostrictive element changes its magnetic permeability with a change in force applied from the outside, and pressure, torque, vibration, etc. are detected by sensing this.

このような磁歪材料の製造法としては、単結晶育成法が有効であることが従来から知られているが、単結晶育成法は極めて生産性が低く、形状の自由度も大幅に制限されるという欠点がある。そこで、単結晶育成法の欠点を改善し、低コストな製造が可能なことから、現在では粉末冶金法が採用されている。粉末冶金法による焼結体は、基本的には、原料合金粉末を秤量及び混合し、所定の形状に加圧成形し、得られた成形体について焼結を行い、必要に応じて後加工処理を施すことにより製造される。   As a method for producing such a magnetostrictive material, it has hitherto been known that a single crystal growth method is effective, but the single crystal growth method is extremely low in productivity and the degree of freedom of shape is greatly limited. There is a drawback. Therefore, the powder metallurgy method is currently employed because it improves the disadvantages of the single crystal growth method and enables low-cost production. Basically, the sintered body by the powder metallurgy method weighs and mixes the raw material alloy powder, press-molds it into a predetermined shape, sinters the obtained compact, and performs post-processing if necessary. It is manufactured by applying.

ところで、成形体の焼結を行う際には、一般にセッターと称される熱処理用治具を使用し、この熱処理用治具上に成形体を載置した状態で、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気又は還元性ガス雰囲気下等において焼結(熱処理)を行う。この時、熱処理用治具は、焼結に際して成形体と直接接触するため、これを構成する構成材料には、耐熱性を有すること、焼結時に成形体と反応しないこと、成形体に変形を起こさせないこと、高い機械強度を有すること等の特性が要求される。   By the way, when sintering the compact, a heat treatment jig generally called a setter is used, and the compact is placed on the heat treatment jig in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere. Alternatively, sintering (heat treatment) is performed in a reducing gas atmosphere. At this time, since the jig for heat treatment is in direct contact with the molded body during sintering, the constituent material constituting the jig has heat resistance, does not react with the molded body during sintering, and the molded body is not deformed. Characteristics such as not causing it to occur and having high mechanical strength are required.

図9は、例えば円柱形状の成形体を焼結する場合に用いられるセッターの一例を示すものである。円柱形状の成形体102を焼結する場合には、転がり防止のために周囲に高さの高い枠状の縁を設けたセッター101が使用される。成形体の並べ方としては、比較的長さの短い成形体はべた置きし、成形体同士の付着防止のため成形体を離間して並べる等の対策がとられる。   FIG. 9 shows an example of a setter used when, for example, a cylindrical shaped body is sintered. When the cylindrical shaped body 102 is sintered, a setter 101 having a frame-like edge with a high height around it is used to prevent rolling. As a method of arranging the compacts, measures such as placing the compacts having relatively short lengths and arranging the compacts separately to prevent adhesion of the compacts are taken.

ただし、このような並べ方では、より寸法が長く、しかも径が細い成形体の場合には、曲がりが発生するという不都合がある。そのため、表面に断面V字形状の溝を形成したV溝型セッターの使用も提案されている(例えば、特許文献1等を参照)。断面V字形状の溝を形成し、細長い成形体をこの溝によって位置決めするようにすれば、曲がりを確実に防止することが可能である。
特開2003−119083号公報
However, such an arrangement has a disadvantage that bending occurs in the case of a molded body having a longer dimension and a smaller diameter. For this reason, the use of a V-groove setter having a V-shaped groove formed on the surface has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). If a groove having a V-shaped cross section is formed and an elongated molded body is positioned by this groove, it is possible to reliably prevent bending.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-119083

しかしながら、従来、セッターの表面に形成するV溝の形状については、ほとんど検討されておらず、特に磁歪材料の焼結等においては、必ずしも十分な品質の焼結体が得られていない。磁歪材料の焼結においては、セッターとの反応防止、及び緻密に焼結させるために内部からのガス抜きが必要である。特に、成形体の径が10mm以上になると、内部からのガス抜けが難しくなり、焼結密度が上がらなくなる傾向にある。したがって、成形体とセッターとの接触面積を極力小さくし、ガス抜けのために面積を最大限に確保するとともに、成形体から抜けたガスを速やかに逃がすことが望まれる。   However, conventionally, the shape of the V-groove formed on the surface of the setter has not been studied, and a sintered body of sufficient quality is not necessarily obtained particularly in sintering of a magnetostrictive material. In the sintering of the magnetostrictive material, it is necessary to degas from the inside in order to prevent the reaction with the setter and to sinter densely. In particular, when the diameter of the molded body is 10 mm or more, it is difficult for gas to escape from the inside, and the sintered density tends not to increase. Therefore, it is desirable to minimize the contact area between the molded body and the setter, to ensure the maximum area for gas release, and to quickly release the gas released from the molded body.

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、セッター(熱処理用治具)に形成される溝形状を最適化することを目的とする。すなわち、本発明は、成形体との反応を最小限に抑えることが可能で、且つ成形体から抜け出たガスを速やかに排除することが可能な熱処理用治具を提供し、品質の高い焼結体(磁歪材料)を製造し得る熱処理用治具を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and an object thereof is to optimize a groove shape formed in a setter (heat treatment jig). That is, the present invention provides a heat treatment jig capable of minimizing the reaction with the molded body and quickly removing the gas that has escaped from the molded body. It aims at providing the jig for heat processing which can manufacture a body (magnetostrictive material).

上述の目的を達成するために、本発明の熱処理用治具は、熱処理時に希土類元素及び遷移金属元素を含む原料合金粉末を成形した成形体を載置する熱処理用治具であって、成形体の載置面に成形体の位置決めを行う断面V字形状の溝部が形成されるとともに、当該溝部の底部に沿って溝部の断面積を拡大する逃げ溝が形成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the heat treatment jig of the present invention is a heat treatment jig on which a formed body obtained by forming a raw material alloy powder containing a rare earth element and a transition metal element is placed during the heat treatment. A groove portion having a V-shaped cross-section for positioning the molded body is formed on the mounting surface of the, and a relief groove is formed along the bottom of the groove portion to enlarge the cross-sectional area of the groove portion.

本発明の熱処理用治具は、表面に断面V字形状の溝が形成されているので、この溝によって円柱状、円筒状の成形体が位置決めされ、焼結時等に曲がりの発生が抑制される。同時に、当該溝部の底部に沿って溝部の断面積を拡大する逃げ溝を形成することで、溝部からのガス抜きが円滑に行われ、成形体からのガス抜けが促進されて緻密な焼結体の製造が実現される。   Since the jig for heat treatment of the present invention has a groove having a V-shaped cross section formed on the surface thereof, a cylindrical or cylindrical shaped body is positioned by this groove, and the occurrence of bending during sintering is suppressed. The At the same time, by forming a relief groove that expands the cross-sectional area of the groove portion along the bottom portion of the groove portion, the degassing from the groove portion is smoothly performed, and the outgassing from the molded body is promoted to be a dense sintered body. Is realized.

断面V字形状の溝部において、内壁面のなす角度(V溝の開き角度)は、荷重が均一に分布する90°近傍が適正であり、これにより成形体との接触面積が最小限に抑制される。また、前記角度に標準化することで、熱処理用治具が標準化され、経済性の点や管理上も有利である。   In the groove portion having a V-shaped cross section, the angle formed by the inner wall surface (opening angle of the V groove) is appropriate in the vicinity of 90 ° where the load is evenly distributed, and thereby the contact area with the molded body is minimized. The Moreover, by standardizing to the said angle, the jig | tool for heat processing is standardized and it is advantageous also on the point of economical efficiency and management.

本発明の熱処理用治具によれば、成形体との反応を最小限に抑えることが可能であり、且つ成形体から抜け出たガスを速やかに排除することが可能である。したがって、本発明の熱処理用治具を用いて熱処理、例えば焼結を行うことで、反応による特性劣化や変形等が生ずることがなく、緻密で品質の高い焼結体(例えば磁歪材料)を製造することが可能である。   According to the heat treatment jig of the present invention, the reaction with the molded body can be minimized, and the gas escaped from the molded body can be quickly eliminated. Therefore, by performing heat treatment, for example, sintering using the heat treatment jig of the present invention, a dense and high-quality sintered body (for example, magnetostrictive material) is manufactured without causing characteristic deterioration or deformation due to reaction. Is possible.

以下、本発明を適用した熱処理用治具(セッター)について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、希土類元素と遷移金属元素を含有する磁歪材料(超磁歪材料)の焼結に使用する熱処理用治具の例について説明するが、本発明がこれに限られるものでないことは言うまでもない。   Hereinafter, a heat treatment jig (setter) to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the following, an example of a heat treatment jig used for sintering a magnetostrictive material (giant magnetostrictive material) containing a rare earth element and a transition metal element will be described. However, the present invention is not limited to this. Needless to say.

先ず、本発明の熱処理用治具を用いて粉末冶金法により製造される磁歪材料について説明する。粉末冶金法により製造される磁歪材料は、例えばRTy(ここで、Rは1種類以上の希土類元素、Tは1種類以上の遷移金属元素であり、yは1<y<4である。)で示される組成の合金粉を焼結することによって得られる。 First, a magnetostrictive material manufactured by a powder metallurgy method using the heat treatment jig of the present invention will be described. The magnetostrictive material manufactured by the powder metallurgy method is, for example, RT y (where R is one or more rare earth elements, T is one or more transition metal elements, and y is 1 <y <4). It is obtained by sintering an alloy powder having a composition represented by:

ここで、Rは、Yを含むランタノイド系列、アクチノイド系列の希土類元素から選択される1種以上を表している。これらの中で、Rとしては、特にNd、Pr、Sm、Tb、Dy、Ho等の希土類元素が好ましく、Tb、Dyがより一層好ましく、これらを混合して用いることができる。Tは、1種以上の遷移金属元素を表している。これらの中で、Tとしては、特に、Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Mo等の遷移金属が好ましく、これらを混合して用いることができる。   Here, R represents at least one selected from lanthanoid series and actinoid series rare earth elements including Y. Among these, R is preferably a rare earth element such as Nd, Pr, Sm, Tb, Dy, or Ho, more preferably Tb or Dy, and these can be used in combination. T represents one or more transition metal elements. Among these, as T, transition metals such as Fe, Co, Ni, Mn, Cr, and Mo are particularly preferable, and these can be mixed and used.

RTyで表される合金のうち、y=2であるRT2ラーベス型金属間化合物は、キュリー温度が高く、磁歪値が大きいため、磁歪素子に適する。ここで、yが1以下では、焼結後の熱処理でRT相が析出して磁歪値が低下する。また、yが4以上では、RT3相又はRT6相が多くなり、磁歪値が低下する。このため、RT2がリッチな相を多くするために、yは1<y<4の範囲が好ましい。 Of the alloys represented by RT y , the RT 2 Laves type intermetallic compound with y = 2 has a high Curie temperature and a large magnetostriction value, and therefore is suitable for a magnetostrictive element. Here, when y is 1 or less, the RT phase is precipitated by the heat treatment after sintering, and the magnetostriction value is lowered. When y is 4 or more, the RT 3 phase or the RT 6 phase increases and the magnetostriction value decreases. Therefore, in order to RT 2 is more rich phase, y is 1 <range of y <4 is preferable.

希土類元素Rは、2種以上の希土類元素を混合してもよく、特に、TbとDyを混合して用いることが好ましい。具体的には、TbaDy(1-a)で表される合金で、aは0.27<a≦0.50の範囲にあることが一層好ましい。これにより、(TbaDy(1-a))Tyなる合金で、飽和磁歪定数が大きく、大きな磁歪値が得られる。ここで、aが0.27以下では室温以下では十分な磁歪値を示さず、逆に0.50を越えると室温付近では十分な磁歪値を示さない。 The rare earth element R may be a mixture of two or more rare earth elements. In particular, it is preferable to use a mixture of Tb and Dy. Specifically, in the alloy represented by Tb a Dy (1-a) , a is more preferably in the range of 0.27 <a ≦ 0.50. As a result, (Tb a Dy (1-a) ) T y alloy has a large saturation magnetostriction constant and a large magnetostriction value. Here, when a is 0.27 or less, a sufficient magnetostriction value is not exhibited at room temperature or less, and conversely when it exceeds 0.50, a sufficient magnetostriction value is not exhibited near room temperature.

遷移金属元素Tは、特にFeが好ましく、FeはTb、Dyと(Tb、Dy)Fe2金属間化合物を形成して、大きな磁歪値を有し磁歪特性の高い焼結体が得られる。このときに、Feの一部をCo、Niで置換してもよいが、Coは磁気異方性を大きくするものの、透磁率を低くし、また、Niはキュリー温度を下げ、結果として常温・高磁場での磁歪値を低下させる。したがって、Feは70重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることがより好ましい。 The transition metal element T is particularly preferably Fe. Fe forms a Tb, Dy and (Tb, Dy) Fe 2 intermetallic compound, and a sintered body having a large magnetostriction value and high magnetostriction characteristics is obtained. At this time, a part of Fe may be replaced by Co or Ni, but Co increases magnetic anisotropy, but lowers the magnetic permeability, and Ni lowers the Curie temperature. Reduce the magnetostriction value at high magnetic field. Therefore, Fe is preferably 70% by weight or more, and more preferably 80% by weight or more.

次に、磁歪材料の製造方法について説明する。図1は、粉末冶金法による磁歪材料(焼結体)の製造プロセスの一例を示すものである。図1に示すように、磁歪材料は、基本的には、3種類の原料A,B,Cをそれぞれ前処理した後、秤量、混合及び粉砕処理、成形、焼結等の工程を経ることによって製造される。   Next, the manufacturing method of a magnetostrictive material is demonstrated. FIG. 1 shows an example of a manufacturing process of a magnetostrictive material (sintered body) by a powder metallurgy method. As shown in FIG. 1, the magnetostrictive material is basically obtained by pre-treating three kinds of raw materials A, B, and C, respectively, and then undergoing processes such as weighing, mixing and grinding, molding, and sintering. Manufactured.

原料の一部である原料Aは、所定組成で構成されたTb−Dy−Fe系合金を所定条件で熱処理(アニール)を行った後、粉砕処理をする。原料BとしてDy2Feなる組成を有する合金を水素吸蔵処理後、粉砕処理をする。原料Cとして、Feを水素ガス雰囲気中で酸素を除去する還元処理を行う。 The raw material A, which is a part of the raw material, is subjected to heat treatment (annealing) on a Tb—Dy—Fe-based alloy having a predetermined composition and then pulverized. An alloy having a composition of Dy 2 Fe as the raw material B is pulverized after hydrogen storage. As the raw material C, a reduction process is performed to remove oxygen from Fe in a hydrogen gas atmosphere.

ここで、これら合金粉の一部は、水素吸蔵処理されることが好ましい。合金粉に水素を吸蔵させることにより、歪みが生じ、その内部応力によって割れが生ずる。このために、混合された合金粉は、成形体を形成する時に圧力を受け、内部で粉砕されて細かくなり、焼結したときに緻密な高密度焼結体を得ることができる。水素吸蔵処理される合金粉としては、例えばDyb(1-b)で表され、bが0.37≦b≦1.00である組成であることが好ましい。式中Tは、Fe単独でも、Feの一部をCo、Niで置換されたものでもよい。したがって、前述の原料の中で、原料Bを水素吸蔵処理される合金粉とするのが最適である。 Here, it is preferable that a part of these alloy powders be subjected to hydrogen storage treatment. By storing hydrogen in the alloy powder, distortion occurs and cracks occur due to the internal stress. For this reason, the mixed alloy powder is subjected to pressure when forming a compact, and is pulverized inside to become fine, and a dense high-density sintered body can be obtained when sintered. The alloy powder to be subjected to hydrogen storage treatment is preferably represented by, for example, Dy b T (1-b) , and has a composition in which b is 0.37 ≦ b ≦ 1.00. In the formula, T may be Fe alone or a part of Fe may be substituted with Co or Ni. Therefore, among the aforementioned raw materials, it is optimal to use the raw material B as an alloy powder that is subjected to hydrogen storage treatment.

次に、前述の原料A、原料B及び原料Cを所定量秤量して粉砕・混合処理し、これを磁場中で成形して成形体を作製する。このとき、混合後の原料合金粉全体の組成は、例えばTb0.3Dy0.7Fe1.88とする。 Next, a predetermined amount of the above-mentioned raw material A, raw material B and raw material C are weighed, pulverized and mixed, and molded in a magnetic field to produce a molded body. At this time, the composition of the raw material alloy powder after mixing is, for example, Tb 0.3 Dy 0.7 Fe 1.88 .

続いて、成形体を焼結炉内に入れ、所定の条件で熱処理し、焼結を行うことにより、焼結体を作製する。焼結は、成形体を焼結炉に入れた後に所定温度まで昇温する昇温過程、所定の温度(安定温度)をほぼ一定に保持する過程、及び降温過程を経ることにより行われる。   Subsequently, the compact is put in a sintering furnace, heat-treated under predetermined conditions, and sintered to produce a sintered compact. Sintering is performed by going through a temperature rising process in which the molded body is heated to a predetermined temperature after being placed in a sintering furnace, a process in which the predetermined temperature (stable temperature) is kept substantially constant, and a temperature lowering process.

昇温過程での昇温速度は、3〜20℃/分で行うことが好ましい。昇温速度が3℃/分未満では生産性が低く、昇温速度が20℃/分を越えると炉中で成形した原料粉末の温度が均一にならず、偏析や異相が生じるおそれがあるからである。   It is preferable to perform the temperature increase rate in the temperature increase process at 3 to 20 ° C./min. If the heating rate is less than 3 ° C./min, the productivity is low, and if the heating rate exceeds 20 ° C./min, the temperature of the raw material powder formed in the furnace is not uniform, and segregation or heterogeneous phase may occur. It is.

また、安定温度は、1150〜1240℃の範囲とすることが好ましい。安定温度が1150℃未満であると、内部歪みを除去するために安定時間を長時間必要とするため非効率となり、逆に安定温度が1240℃を越えると、RTyで表される合金の融点に近くなるため焼結体自体が溶融するおそれや、RT3相等の異相が析出するおそれがあるからである。 The stable temperature is preferably in the range of 1150 to 1240 ° C. If the stable temperature is less than 1150 ° C., a long stabilization time is required to remove internal strain, resulting in inefficiency. Conversely, if the stable temperature exceeds 1240 ° C., the melting point of the alloy represented by RT y This is because the sintered body itself may be melted and a different phase such as the RT 3 phase may be precipitated.

焼結の雰囲気については、基本的にはアルゴンガス等の不活性ガスを単独で用いた不活性ガス雰囲気で実施するが、焼結の途中で不活性ガスとともに水素ガスを焼結炉内に導入することにより、焼結の一部を水素ガス及び不活性ガスを含む混合雰囲気で実施することが好ましい。具体的には、先ず、焼結炉内を不活性ガス単独雰囲気として昇温することにより、成形体(水素吸蔵処理を行った原料合金粉等)に含まれる水素ガスを完全に放出させる。次に、水素ガスの導入を開始して焼結炉内を水素ガス及び不活性ガスの混合ガス雰囲気とすることにより、原料合金粉末を活性化させる。ここで水素ガス及び不活性ガスの混合ガス雰囲気とすることが、焼結体の高密度化で重要である。最後に水素ガスの導入を停止して再び焼結炉内を不活性ガス単独雰囲気とし、焼結を完了する。   The sintering atmosphere is basically an inert gas atmosphere using an inert gas such as argon gas alone, but hydrogen gas is introduced into the sintering furnace along with the inert gas during the sintering process. By doing so, it is preferable to carry out a part of the sintering in a mixed atmosphere containing hydrogen gas and inert gas. Specifically, first, the temperature in the sintering furnace is raised as an inert gas alone atmosphere, thereby completely releasing hydrogen gas contained in the compact (such as raw material alloy powder subjected to hydrogen storage treatment). Next, the introduction of hydrogen gas is started, and the raw material alloy powder is activated by setting the inside of the sintering furnace to a mixed gas atmosphere of hydrogen gas and inert gas. Here, the mixed gas atmosphere of hydrogen gas and inert gas is important for increasing the density of the sintered body. Finally, the introduction of hydrogen gas is stopped, and the inside of the sintering furnace is again brought to an inert gas alone atmosphere to complete the sintering.

以上の焼結処理中、昇温過程の650℃以上の温度区間、及び1150℃以上1240℃以下の安定温度区間の少なくとも一方は、焼結炉内を水素ガス及び不活性ガスの混合ガス雰囲気とする。具体的には、水素ガス:アルゴン(Ar)ガス=X:100−Xと表したときに、X(体積%)を、0<X<50とすることが好ましい。アルゴンガスは不活性ガスであり、希土類元素Rを酸化することがないので、水素ガスと混合して還元作用を有する雰囲気を得ることができる。還元作用を得るためには、X(体積%)は0より大きくすることが好ましく、また、水素ガスが過剰になると還元作用が飽和するため、X<50であることが好ましい。また、昇温過程の650?以上の温度区間において、水素ガス及び不活性ガスの混合ガス雰囲気とすることで、残留する微量の酸素による酸化を防止することができる。   During the above sintering process, at least one of the temperature range of 650 ° C. or higher and the stable temperature range of 1150 ° C. or higher and 1240 ° C. or lower in the temperature rising process is a mixed gas atmosphere of hydrogen gas and inert gas in the sintering furnace. To do. Specifically, when hydrogen gas: argon (Ar) gas = X: 100-X, X (volume%) is preferably 0 <X <50. Since argon gas is an inert gas and does not oxidize the rare earth element R, it can be mixed with hydrogen gas to obtain an atmosphere having a reducing action. In order to obtain a reducing action, X (volume%) is preferably made larger than 0, and when hydrogen gas becomes excessive, the reducing action is saturated, so X <50 is preferred. In addition, in a temperature range of 650? Or more in the temperature rising process, a mixed gas atmosphere of hydrogen gas and inert gas can be used to prevent oxidation due to a small amount of remaining oxygen.

特に、焼結時の温度及び雰囲気制御については、図2に示すように、水素ガスの導入開始温度を900℃〜1000℃とすることが好ましく、また、水素ガスの導入終了温度を1150℃〜1200℃とすることが好ましい。さらに、水素ガスとアルゴンガスとの混合比率を、体積比で水素ガス:アルゴン(Ar)ガス=X:100−Xと表したときに、10<X<50とすることがより好ましい。   In particular, for the temperature and atmosphere control during sintering, as shown in FIG. 2, it is preferable that the introduction start temperature of hydrogen gas is 900 ° C. to 1000 ° C., and the end temperature of introduction of hydrogen gas is 1150 ° C. It is preferable to set it as 1200 degreeC. Furthermore, it is more preferable that 10 <X <50 when the mixing ratio of hydrogen gas and argon gas is expressed as hydrogen gas: argon (Ar) gas = X: 100-X by volume ratio.

なお、焼結を全て不活性ガス単独雰囲気で実施することも考えられるが、不活性ガスだけでは、高密度化が難しいだけでなく、完全に酸素を除去することが難しく、焼結体の磁気特性を大幅に低下させる。希土類元素Rは、酸素と極めて容易に反応して安定な希土類酸化物を形成するが、この希土類酸化物は、低い磁性を有するものの、実用上の磁性材料になるような磁気特性を示さないためである。したがって、希土類元素の酸化を防止する観点から、水素ガス及び不活性ガスの混合ガス雰囲気で焼結を行うことが好ましい。また、焼結対象によって焼結時の雰囲気は任意に変更でき、例えば真空雰囲気であってもかまわない。   Although it is conceivable that all sintering is performed in an inert gas atmosphere alone, it is difficult not only to increase the density with an inert gas alone, but also to completely remove oxygen. The characteristics are greatly reduced. The rare earth element R reacts very easily with oxygen to form a stable rare earth oxide, but this rare earth oxide has low magnetism but does not exhibit magnetic properties that make it a practical magnetic material. It is. Therefore, from the viewpoint of preventing oxidation of rare earth elements, it is preferable to perform sintering in a mixed gas atmosphere of hydrogen gas and inert gas. Further, the atmosphere during sintering can be arbitrarily changed depending on the object to be sintered, and for example, a vacuum atmosphere may be used.

前述の焼結の際には、成形体をセッターと称される熱処理用治具の上に載置し、熱処理の1種である焼結を行う。このとき使用する熱処理治具は、基本的には、図3に示すように、表面に断面V字形状のV溝2を形成した熱処理用治具1である。円柱形状の成形体3は、各V溝2内に落とし込まれた状態で熱処理用治具1上に載置され、焼結が行われる。したがって、各成形体3はV溝2によって位置決めされ、焼結時に曲がりが発生することがない。   In the above-described sintering, the molded body is placed on a heat treatment jig called a setter, and sintering, which is a kind of heat treatment, is performed. The heat treatment jig used at this time is basically a heat treatment jig 1 in which a V-shaped groove 2 having a V-shaped cross section is formed on the surface as shown in FIG. The columnar shaped body 3 is placed on the heat treatment jig 1 in a state of being dropped into each V-groove 2 and sintered. Accordingly, each molded body 3 is positioned by the V-groove 2 and no bending occurs during sintering.

また、V溝2の形状は、図4に示すように、内壁面のなす角度がほぼ90°とされている。V溝2の角度は、荷重が均一に分布する90°近傍が適正である。V溝2の角度を90°近傍に設定することで、成形体3と熱処理用治具1との接触状態を最適化することができ、接触面積を最小限に抑え、成形体3と熱処理用治具1との反応を防止することが可能である。   Further, as shown in FIG. 4, the V-groove 2 is formed such that the angle formed by the inner wall surface is approximately 90 °. An appropriate angle of the V groove 2 is around 90 ° where the load is uniformly distributed. By setting the angle of the V-groove 2 in the vicinity of 90 °, the contact state between the molded body 3 and the heat treatment jig 1 can be optimized, the contact area can be minimized, and the molded body 3 can be used for heat treatment. Reaction with the jig 1 can be prevented.

V溝2の角度を90°とし、これを標準とすることで、熱処理用治具1を標準化することが可能である。例えば、V溝2の形状が設計した径以下であれば径の異なる成形体3に対応できるため、この範囲内の成形体3に対しては熱処理用治具1を共通化することができる。また、前記範囲を外れる成形体3に対しては、V溝2の深さを変えるだけで対応可能であり、その他の設計は変更する必要がない。例えば、図4に示す例では、熱処理用治具1の厚さTが8mm、V溝2の深さdが3.5mmであるが、熱処理用治具1の厚さやV溝2の深さを変更するだけで、異なるサイズの成形体3に対応可能である。このような熱処理用治具1の標準化は、経済的であるばかりか、管理も容易である。   By setting the angle of the V groove 2 to 90 ° and using it as a standard, the heat treatment jig 1 can be standardized. For example, if the shape of the V-groove 2 is equal to or less than the designed diameter, it can be applied to the molded body 3 having a different diameter. Further, the molded body 3 outside the above range can be dealt with by simply changing the depth of the V-groove 2, and the other design does not need to be changed. For example, in the example shown in FIG. 4, the thickness T of the heat treatment jig 1 is 8 mm and the depth d of the V groove 2 is 3.5 mm, but the thickness of the heat treatment jig 1 and the depth of the V groove 2 are the same. It is possible to cope with the molded bodies 3 of different sizes simply by changing the above. Such standardization of the heat treatment jig 1 is not only economical, but also easy to manage.

さらに、本発明の熱処理用治具1においては、図5に示すように、前記V溝2の底部(V字の頂点部分)に矩形状の逃げ溝4を設け、溝の断面積を拡大するようにしている。成形体3を焼結する場合、成形体3からのガス抜きを円滑に行うことが緻密な焼結体を得る上で重要である。特に、成形体3の径が10mm以上になると、内部からのガス抜けが難しくなり、焼結密度が上がらなくなる傾向にある。   Furthermore, in the heat treatment jig 1 of the present invention, as shown in FIG. 5, a rectangular relief groove 4 is provided at the bottom (V-shaped apex portion) of the V groove 2 to enlarge the sectional area of the groove. I am doing so. When the molded body 3 is sintered, smooth degassing from the molded body 3 is important for obtaining a dense sintered body. In particular, when the diameter of the molded body 3 is 10 mm or more, it is difficult for gas to escape from the inside, and the sintered density tends not to increase.

したがって、成形体3から抜け出たガスを速やかに逃散させ、内部からのガス抜けを促進することが望まれる。このとき、特に成形体3の下方の空間からのガスの逃散が問題になる。図3に示すように、V溝2に円柱形状の成形体3を落とし込んだ場合、成形体3の下方には略々三角形状の空間S1が存在する。したがって、成形体3から抜け出たガスは、この空間S1から逃散することになる。ガスの逃散を促進するためには、この空間S1の断面積をできるだけ大きく確保することが必要である。しかしながら、単なるV溝2では、形成される空間S1の断面積には限界がある。   Therefore, it is desired to promptly escape the gas that has escaped from the molded body 3 and promote gas escape from the inside. At this time, in particular, gas escape from the space below the molded body 3 becomes a problem. As shown in FIG. 3, when a cylindrical shaped body 3 is dropped into the V groove 2, a substantially triangular space S <b> 1 exists below the shaped body 3. Accordingly, the gas escaped from the molded body 3 escapes from the space S1. In order to promote the escape of gas, it is necessary to secure the largest possible cross-sectional area of the space S1. However, the mere V groove 2 has a limit in the cross-sectional area of the space S1 to be formed.

そこで、本発明の熱処理用治具1では、前記の通り、V溝2の底部に矩形状の逃げ溝4を設け、溝の断面積を拡大するようにしている。図6は、V溝2の底部を拡大して示すものである。逃げ溝4を設けることで、成形体3の下方の空間の断面積は、空間S1+空間S2に拡大される。このようにガス抜きのための空間を拡大することで、緻密な焼結体が得られ、磁歪材料の品質を向上することができる。   Therefore, in the heat treatment jig 1 of the present invention, as described above, the rectangular relief groove 4 is provided at the bottom of the V groove 2 so as to enlarge the cross-sectional area of the groove. FIG. 6 is an enlarged view of the bottom of the V groove 2. By providing the escape groove 4, the cross-sectional area of the space below the molded body 3 is expanded to space S <b> 1 + space S <b> 2. Thus, by expanding the space for degassing, a dense sintered body can be obtained and the quality of the magnetostrictive material can be improved.

逃げ溝4の形状は、矩形に限らず任意であり、その深さ、幅等も任意である。逃げ溝4の幅を大きくすることで拡大される断面積が大きくなるが、V溝2で対応し得る成形体3のサイズに制約が加わることから、この点を考慮して決めることが好ましい。また、逃げ溝4の深さについては、なるべく深くすることで拡大される断面積の比率が大きくなることから好ましく、例えば逃げ溝4を熱処理用治具1を貫通するように形成することも可能であるが、この場合には熱処理用治具1の強度が低下するので、注意を要する。   The shape of the escape groove 4 is not limited to a rectangle and is arbitrary, and its depth, width, etc. are also arbitrary. Although the cross-sectional area expanded by increasing the width of the escape groove 4 increases, restrictions are imposed on the size of the molded body 3 that can be accommodated by the V-groove 2, so that it is preferable to determine in consideration of this point. Further, the depth of the escape groove 4 is preferable because the ratio of the cross-sectional area that is enlarged by increasing the depth as much as possible is preferable. For example, the escape groove 4 can be formed so as to penetrate the heat treatment jig 1. However, in this case, the strength of the heat treatment jig 1 is lowered, so care must be taken.

次に、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。   Next, specific examples of the present invention will be described based on experimental results.

<磁歪材料の焼結>
本実施例では、Tb−Dy−Fe系原料合金粉の成形体を焼結し、Tb−Dy−Fe系金属間化合物からなる磁歪材料を作製した。
<Sintering of magnetostrictive material>
In this example, a compact of a Tb-Dy-Fe-based raw material alloy powder was sintered to produce a magnetostrictive material composed of a Tb-Dy-Fe-based intermetallic compound.

先ず、原料Aは、所定組成で構成されたTb−Dy−Fe系合金を所定条件で熱処理(アニール)を行った後、粉砕処理をした。原料BとしてDy2Feなる組成を有する合金を水素吸蔵処理後、粉砕処理をした。原料Cとして、Feを水素ガス雰囲気中で酸素を除去する還元処理を行った。 First, the raw material A was subjected to heat treatment (annealing) on a Tb—Dy—Fe-based alloy having a predetermined composition and then pulverized. An alloy having a composition of Dy 2 Fe as the raw material B was subjected to hydrogen storage treatment and then pulverized. As the raw material C, Fe was subjected to a reduction treatment for removing oxygen in a hydrogen gas atmosphere.

次いで、得られた各原料A、B、Cを秤量した後、粉砕・混合処理し、全体の組成がTb0.3Dy0.7Fe1.88である原料合金粉を得た。そして、得られた原料合金粉を型に入れ、8kOeの磁場中で成形し、成形体を得た。 Next, each of the obtained raw materials A, B, and C was weighed and then pulverized and mixed to obtain a raw material alloy powder having an overall composition of Tb 0.3 Dy 0.7 Fe 1.88 . The obtained raw material alloy powder was put in a mold and molded in a magnetic field of 8 kOe to obtain a molded body.

次に、焼結炉内で焼結を行った。焼結は、焼結炉を昇温し、1150℃〜1240℃の安定温度区間で焼成を行い、焼結体を得た。焼結雰囲気は、先の図2に示すプロファイルに従い、900〜1000℃で水素の導入を開始するとともに、1150〜1200℃で水素の導入を終了し、昇温過程の一部を還元ガス雰囲気(H2/Arガス)とした。 Next, sintering was performed in a sintering furnace. For the sintering, the temperature of the sintering furnace was increased and firing was performed in a stable temperature range of 1150 ° C to 1240 ° C to obtain a sintered body. In accordance with the profile shown in FIG. 2, the sintering atmosphere starts introduction of hydrogen at 900 to 1000 ° C. and finishes introduction of hydrogen at 1150 to 1200 ° C. H 2 / Ar gas).

<予備実験>
前述の焼結方法にしたがい、円柱形状の成形体の直径φと焼結密度の関係について調べた。使用した熱処理用治具は、図3に示すV溝を有する熱処理治具である。熱処理治具のサイズは、60mm×40mm、厚さ8mm、V溝の深さ3.5mmである。
<Preliminary experiment>
According to the sintering method described above, the relationship between the diameter φ of the cylindrical shaped body and the sintering density was examined. The heat treatment jig used is a heat treatment jig having a V groove shown in FIG. The size of the heat treatment jig is 60 mm × 40 mm, the thickness is 8 mm, and the depth of the V groove is 3.5 mm.

図7は、焼結した成形体の直径φと得られた焼結体の焼結密度の関係を示すものである。この図7から明らかなように、直径が10mmを越えると、焼結密度の低下が著しい。なお、本実施例では、焼結密度の合格ラインを95.0%に設定している。   FIG. 7 shows the relationship between the diameter φ of the sintered compact and the sintered density of the obtained sintered body. As is apparent from FIG. 7, when the diameter exceeds 10 mm, the sintered density is significantly reduced. In the present example, the pass line for the sintered density is set to 95.0%.

<逃げ溝による効果の確認>
前記予備実験の結果を基に、直径10mmの成形体と、直径12mmの成形体について、逃げ溝を設けた熱処理用治具を使用して焼結を行った。図8に、逃げ溝による空間の拡大率(V溝のみの空間の断面積を100%とし、逃げ溝を形成することにより拡大された空間の断面積の比率)と焼結密度の関係を示す。
<Confirmation of effect by escape groove>
Based on the result of the preliminary experiment, a molded body having a diameter of 10 mm and a molded body having a diameter of 12 mm were sintered using a heat treatment jig provided with a relief groove. FIG. 8 shows the relationship between the sintering density and the expansion ratio of the space due to the clearance groove (the ratio of the sectional area of the space expanded by forming the clearance groove with the sectional area of the space of only the V groove being 100%). .

逃げ溝を形成し、空間の断面積を拡大することで、焼結密度が上昇している。特に、前記空間の拡大率を140%以上とすることにより、直径12mmの成形体においても焼結密度が合格ラインに達している。   By forming relief grooves and expanding the cross-sectional area of the space, the sintering density is increased. In particular, by setting the expansion ratio of the space to 140% or more, the sintered density reaches the pass line even in the molded body having a diameter of 12 mm.

焼結体の製造プロセスの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of a sintered compact. 焼結時の焼結温度及び雰囲気のプロファイルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the sintering temperature at the time of sintering, and the profile of atmosphere. V溝を有する熱処理用治具の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of the jig for heat processing which has V groove. V溝の適正な角度を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the appropriate angle of V groove. V溝の底部に逃げ溝を形成した熱処理用治具の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the jig | tool for heat processing which formed the escape groove in the bottom part of V groove. 逃げ溝近傍を拡大して示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which expands and shows the escape groove vicinity. 成形体の直径φと得られた焼結体の焼結密度の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the diameter (phi) of a molded object, and the sintered density of the obtained sintered compact. 逃げ溝による空間の拡大率と焼結密度の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the expansion rate of the space by the escape groove and the sintered density. 従来のセッターの一例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed an example of the conventional setter.

符号の説明Explanation of symbols

1 熱処理用治具、2 V溝、3 成形体、4 逃げ溝 1 Heat treatment jig, 2 V groove, 3 molded body, 4 relief groove

Claims (6)

熱処理時に希土類元素及び遷移金属元素を含む原料合金粉末を成形した成形体を載置する熱処理用治具であって、
成形体の載置面に成形体の位置決めを行う断面V字形状の溝部が形成されるとともに、当該溝部の底部に沿って溝部の断面積を拡大する逃げ溝が形成されていることを特徴とする熱処理用治具。
A heat treatment jig for mounting a molded body obtained by forming a raw material alloy powder containing a rare earth element and a transition metal element during heat treatment,
A groove having a V-shaped cross section for positioning the molded body is formed on the mounting surface of the molded body, and a relief groove is formed along the bottom of the groove to increase the cross-sectional area of the groove. A jig for heat treatment.
前記断面V字形状の溝部の内壁面のなす角度が略90°であることを特徴とする請求項1記載の熱処理治具。   The heat treatment jig according to claim 1, wherein an angle formed by an inner wall surface of the groove portion having the V-shaped cross section is approximately 90 °. 前記逃げ溝の形状が、断面略矩形状であることを特徴とする請求項1又は2記載の熱処理用治具。   The jig for heat treatment according to claim 1 or 2, wherein the shape of the escape groove is substantially rectangular in cross section. 載置される成形体の形状が円柱状又は円筒状であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の熱処理用治具。   The jig for heat treatment according to any one of claims 1 to 3, wherein a shape of the molded body to be placed is a columnar shape or a cylindrical shape. 前記原料合金粉末は、一般式RTy(式中、Rは1種類以上の希土類元素、Tは1種類以上の遷移金属元素であり、1<y<4である。)で示される組成を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の熱処理用治具。 The raw material alloy powder has a composition represented by the general formula RT y (wherein R is one or more rare earth elements, T is one or more transition metal elements, and 1 <y <4). The heat treatment jig according to claim 1, wherein the heat treatment jig is a heat treatment jig. 前記成形体を焼結して得られる焼結体が磁歪素子であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の熱処理用治具。   6. The jig for heat treatment according to claim 1, wherein the sintered body obtained by sintering the molded body is a magnetostrictive element.
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