JP2006245300A - Manufacturing method of rare earth quenching magnet - Google Patents
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Description
本発明は、希土類系急冷磁石の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a rare earth quenching magnet.
急冷磁石の分野においては、合金溶湯を急冷する方法として、ロール急冷法が用いられており、その中でもメルトスピニング法（以下、「ＭＳ法」と称する。）が工業的量産技術として広く採用されている。 In the field of quenching magnets, a roll quenching method is used as a method for quenching molten alloy, and among these, the melt spinning method (hereinafter referred to as “MS method”) is widely adopted as an industrial mass production technique. Yes.
ＭＳ法では、高速で回転する金属製冷却ロールの表面に合金の溶湯を噴射することにより、合金溶湯を冷却ロールの表面に接触させ、急冷凝固させる。適切な量の合金溶湯を冷却ロールの表面に接触させるため、内径が例えば１ｍｍ程度に絞られたノズルオリフィスを介して合金溶湯の噴射が行なわれる。 In the MS method, a molten alloy is sprayed onto the surface of a metal cooling roll that rotates at high speed, whereby the molten alloy is brought into contact with the surface of the cooling roll and rapidly solidified. In order to bring an appropriate amount of the molten alloy into contact with the surface of the cooling roll, the molten alloy is injected through a nozzle orifice having an inner diameter reduced to, for example, about 1 mm.
ノズルオリフィスから冷却ロールの表面に供給される合金溶湯は、冷却ロールによって冷却されつつ、弾き飛ばされるようにして冷却ロールから離れ、薄帯状の急冷凝固合金が形成されることになる。 The molten alloy supplied from the nozzle orifice to the surface of the cooling roll is cooled by the cooling roll while being blown away from the cooling roll to form a thin ribbon-like rapidly solidified alloy.
ＭＳ法によって急冷磁石を製造する方法は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。これらの文献に開示されているＭＳ法では、回転する冷却ロールの表面の周速度（以下、「ロール周速度」と称する）を高めることにより、形成する急冷凝固合金を非常に薄くし、冷却速度を高めている。一般に、ＭＳ法では、非晶質状態にある急冷凝固合金を作製するため、ロール周速度を例えば２０〜４０ｍ／秒程度に設定し、高い冷却速度を実現している。非晶質状態の急冷凝固合金は、その後の熱処理により、結晶化され、最終的に磁石特性を発揮することになる。
For example,
近年、微細なハード磁性相およびソフト磁性相が同一金属組織内で混在したナノコンポジット磁石と呼ばれる急冷磁石が開発されている。このような急冷磁石の磁石特性は、熱処理前における急冷凝固合金の組織構造によって大きく左右されるため、合金の組成に応じて最適な冷却速度が選択される。 In recent years, quenching magnets called nanocomposite magnets in which fine hard magnetic phases and soft magnetic phases are mixed in the same metal structure have been developed. Since the magnetic characteristics of such a quenching magnet are greatly influenced by the structure of the rapidly solidified alloy before heat treatment, an optimum cooling rate is selected according to the composition of the alloy.
ＭＳ法による場合、溶湯の供給量が決まると、所望の冷却速度を実現するためには、冷却ロールの周速度を適切な範囲に調節することが必要である。言い換えると、ＭＳ法における冷却速度は、専ら冷却ロールの周速度を調節することによって制御されていた。 In the case of the MS method, when the supply amount of the molten metal is determined, it is necessary to adjust the peripheral speed of the cooling roll to an appropriate range in order to achieve a desired cooling speed. In other words, the cooling rate in the MS method was controlled exclusively by adjusting the peripheral speed of the cooling roll.
希土類系急冷磁石の製造に用いられるＭＳ法では、通常、ノズルオリフィスから溶湯供給量（以下、「出湯レート」と称する。）が０．３ｋｇ／ｍｉｎ〜１ｋｇ／ｍｉｎの範囲にある。このため、高温の溶湯によってロール表面が過熱され、ロール表面が融解する恐れはないが、ロール表面の温度を略一定の範囲に保持する目的で、冷却ロールの内部に一定流量の冷却水が供給されることがある。ただし、合金溶湯に対する冷却水の抜熱効果は小さく、合金溶湯の冷却は、肉厚の金属製冷却ロールが本来的に有している抜熱機能によって達成される。
発明者らの研究によると、希土類系急冷磁石においては、ナノコンポジット磁石に限らず、急冷凝固合金の組織が熱処理後の磁石の最終的な磁気特性に非常に大きな影響を与える。このため、合金溶湯の冷却速度を従来よりも高い精度で制御することが重要である。また、特に優れた磁石特性を実現するためには、極めて狭い範囲で冷却速度を制御する必要のあることもわかってきた。 According to the inventors' research, the structure of a rapidly solidified alloy has a great influence on the final magnetic properties of a magnet after heat treatment, not limited to a nanocomposite magnet, in a rare-earth quenched magnet. For this reason, it is important to control the cooling rate of the molten alloy with higher accuracy than before. It has also been found that in order to achieve particularly excellent magnet characteristics, it is necessary to control the cooling rate within a very narrow range.
しかしながら、ＭＳ法によれば、前述のようにロール周速度によって冷却速度を制御するほかない。したがって、冷却速度を高めようとしてロール周速度を大きくすると、形成される急冷凝固合金の薄帯がロール表面から離れる位置が変動してしまう。このような剥離位置の変動が生じると、合金とロール表面との接触時間（抜熱時間）が変化するため、所望の冷却速度が得られないことから、良好な磁石特性を発現し得る急冷凝固合金組織を安定して形成できないという問題がある。 However, according to the MS method, as described above, the cooling rate can only be controlled by the roll peripheral speed. Therefore, when the roll peripheral speed is increased in order to increase the cooling rate, the position where the ribbon of the rapidly solidified alloy formed is separated from the roll surface is changed. When such a change in the peeling position occurs, the contact time (heat removal time) between the alloy and the roll surface changes, and the desired cooling rate cannot be obtained. There is a problem that the alloy structure cannot be formed stably.
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、広い範囲で所望の急冷速度を実現できる急冷工程を行なう希土類系急冷磁石の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a rare earth-based quenching magnet that performs a quenching step capable of realizing a desired quenching rate in a wide range. .
本発明による希土類系急冷磁石の製造方法は、組成式Ｔ100-x-y-nＱxＲyＭn（Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素であって、Ｆｅを必ず含む遷移金属元素、ＱはＢおよびＣからなる群から選択された少なくとも１種の元素、ＲはＬａおよびＣｅを実質的に含まない少なくとも１種の希土類元素、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、およびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素）で表現され、組成比率ｘ、ｙおよびｎが、それぞれ、４≦ｘ≦３０原子％、２≦ｙ≦１３原子％、および０≦ｎ≦１０原子％を満足する組成を有している合金の溶湯を用意する工程と、前記溶湯をメルトスピニング法によって冷却し、急冷凝固合金を形成する急冷工程とを含み、前記急冷工程は、冷却ロールを回転させながら、前記冷却ロールの表面に前記溶湯を接触させることによって前記溶湯を冷却する工程と、回転する前記冷却ロールの内部に冷却媒体を供給し、前記冷却ロールの抜熱を行なう工程と、前記冷却ロールの回転周速度および前記冷却媒体による抜熱量の両方を制御する工程とを含む。 The method of manufacturing a rare earth quenched magnet according to the present invention includes a composition formula T 100-xyn Q x R y M n (T is at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni, Transition metal element that necessarily contains, Q is at least one element selected from the group consisting of B and C, R is at least one rare earth element substantially free of La and Ce, M is Ti, Al, Expressed by at least one metal element selected from the group consisting of Si, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, Hf, Ta, W, Pt, Au, and Pb) A molten alloy having a composition in which the composition ratios x, y, and n satisfy 4 ≦ x ≦ 30 atomic%, 2 ≦ y ≦ 13 atomic%, and 0 ≦ n ≦ 10 atomic%, respectively. Step of preparing and melt spinning the molten metal Therefore, cooling and forming a rapidly solidified alloy, and the rapid cooling step is a step of cooling the molten metal by bringing the molten metal into contact with the surface of the cooling roll while rotating the cooling roll, and rotating A step of supplying a cooling medium to the inside of the cooling roll to remove heat from the cooling roll, and a step of controlling both the rotational peripheral speed of the cooling roll and the amount of heat removed by the cooling medium.
好ましい実施形態において、前記冷却媒体による抜熱量の制御は、前記溶湯から前記冷却ロールに与えられる単位時間当たりの熱量をＱ１［ｋＷ］、前記冷却媒体によって前記冷却ロールから奪われる単位時間当たりの熱量をＱ２［ｋＷ］としたとき、Ｑ１／Ｑ２を所定範囲内に調節するように実行する。 In a preferred embodiment, the amount of heat removed by the cooling medium is controlled by Q1 [kW] per unit time given from the molten metal to the cooling roll, and the amount of heat per unit time taken away from the cooling roll by the cooling medium. Is set to Q2 [kW], Q1 / Q2 is executed so as to be adjusted within a predetermined range.
好ましい実施形態において、Ｑ１／Ｑ２を０．３以上３．５以下の範囲に調節するように実行する。 In a preferred embodiment, Q1 / Q2 is adjusted to be within a range of 0.3 to 3.5.
好ましい実施形態において、前記冷却媒体による抜熱量の制御は、前記溶湯から前記冷却ロールに与えられる単位時間当たりの熱量をＱ１［ｋＷ］、前記冷却媒体によって前記冷却ロールから奪われる単位時間当たりの熱量をＱ２［ｋＷ］としたとき、Ｑ１の増加に応じて、Ｑ２を増加させることによって行なう。 In a preferred embodiment, the amount of heat removed by the cooling medium is controlled by Q1 [kW] per unit time given from the molten metal to the cooling roll, and the amount of heat per unit time taken away from the cooling roll by the cooling medium. Is set to Q2 [kW], Q2 is increased by increasing Q1.
好ましい実施形態において、急冷工程中にＱ１を測定し、測定されたＱ１の値に応じて、前記冷却媒体の前記冷却ロール内での流速を変化させる工程を含む。 In a preferred embodiment, the method includes a step of measuring Q1 during the quenching step and changing a flow rate of the cooling medium in the cooling roll according to the measured value of Q1.
好ましい実施形態において、前記Ｑ１の測定は、合金溶湯から放射される赤外線を検知することによってリアルタイムで行なう。 In a preferred embodiment, the measurement of Q1 is performed in real time by detecting infrared rays emitted from the molten alloy.
好ましい実施形態において、前記ロール周速度の低下に応じて前記冷却媒体による抜熱量を増加する。 In a preferred embodiment, the amount of heat removed by the cooling medium is increased in accordance with a decrease in the roll peripheral speed.
好ましい実施形態において、前記冷却ロール上における合金の冷却速度が１０3Ｋ／秒以上１０6Ｋ／秒以下である。 In a preferred embodiment, the cooling rate of the alloy on the cooling roll is 10 3 K / second or more and 10 6 K / second or less.
本発明によれば、冷却ロールの内部における冷却媒体の抜熱量を制御することにより、合金溶湯の冷却速度を精密に調節することが可能となり、磁気特性に優れた希土類系急冷磁石を製造することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to precisely adjust the cooling rate of the molten alloy by controlling the amount of heat removed from the cooling medium inside the cooling roll, and to manufacture a rare earth-based quenched magnet having excellent magnetic properties. Is possible.
本発明では、まず、組成式Ｔ100-x-y-nＱxＲyＭnで表現される組成を有する合金の溶湯を用意する。ここで、Ｔは、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素であって、Ｆｅを必ず含む遷移金属元素である。Ｑは、ＢおよびＣからなる群から選択された少なくとも１種の元素である。Ｒは、ＬａおよびＣｅを実質的に含まない少なくとも１種の希土類元素である。Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、およびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素である。 In the present invention, first, a molten alloy having a composition represented by the composition formula T 100-xyn Q x R y M n is prepared. Here, T is a transition metal element that is at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni, and always contains Fe. Q is at least one element selected from the group consisting of B and C. R is at least one rare earth element substantially free of La and Ce. M is at least one selected from the group consisting of Ti, Al, Si, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, Hf, Ta, W, Pt, Au, and Pb It is a seed metal element.
また、組成比率ｘ、ｙおよびｎが、それぞれ、４≦ｘ≦３０原子％、２≦ｙ≦１３原子％、および０≦ｎ≦１０原子％を満足している。 The composition ratios x, y, and n satisfy 4 ≦ x ≦ 30 atomic%, 2 ≦ y ≦ 13 atomic%, and 0 ≦ n ≦ 10 atomic%, respectively.
本発明では、上記合金の溶湯をメルトスピニング法によって冷却し、急冷凝固合金を形成する急冷工程を行なう。この急冷工程は、冷却ロールを回転させながら冷却ロールの表面に合金溶湯を接触させることによって合金溶湯を冷却する工程と、回転する冷却ロールの内部に冷却媒体を供給し、冷却ロールの抜熱を行なう工程とを含んでいる。本発明において最も特徴的な点は、冷却ロールの回転周速度および冷却媒体による抜熱量の両方を制御することにある。 In the present invention, a rapid cooling step is performed in which the molten alloy is cooled by a melt spinning method to form a rapidly solidified alloy. In this rapid cooling process, the molten alloy is brought into contact with the surface of the cooling roll while rotating the cooling roll, and the cooling medium is supplied to the inside of the rotating cooling roll to remove heat from the cooling roll. Performing the process. The most characteristic point in the present invention is to control both the rotational peripheral speed of the cooling roll and the amount of heat removed by the cooling medium.
上記の方法によって急冷凝固合金を製造した後、必要に応じて、この急冷凝固合金に結晶化熱処理を施し、最終的に鉄基希土類急冷磁石を製造することができる。 After the rapidly solidified alloy is manufactured by the above method, if necessary, the rapidly solidified alloy can be subjected to a crystallization heat treatment to finally manufacture an iron-based rare earth quenched magnet.
本発明の製造方法によって製造可能な急冷磁石は、特定の組成を有する急冷磁石に限定されず、採用可能な合金溶湯の組成は、公知の鉄基希土類急冷磁石のための合金組成を広くカバーしている。このため、本発明の方法によれば、少なくとも２種類の磁性相（硬磁性相と軟磁性相）が同一組織内に混在するナノコンポジット磁石のみならず、磁性相としては単一の硬磁性相（Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ相）を含む急冷磁石も好適に製造される。 The quenched magnet that can be produced by the production method of the present invention is not limited to a quenched magnet having a specific composition, and the composition of the molten alloy that can be used widely covers the alloy composition for known iron-based rare earth quenched magnets. ing. Therefore, according to the method of the present invention, not only a nanocomposite magnet in which at least two kinds of magnetic phases (hard magnetic phase and soft magnetic phase) are mixed in the same structure, but also a single hard magnetic phase as a magnetic phase. A quench magnet including (Nd 2 Fe 14 B phase) is also preferably produced.
従来のＭＳ法では、冷却ロールによる合金溶湯の急冷には冷却水による抜熱が殆んど寄与しておらず、冷却水による抜熱効果を利用して冷却速度を精密に制御するという技術的思想は存在していなかった。この理由は、従来のＭＳ法では、ロール周速度が充分に高く、また、ロール表面に対する合金溶湯の供給量が充分に小さいため、冷却ロールの金属部分で合金溶湯の熱を充分に除去できていたためと考えられる。逆に、冷却ロールの金属部分による抜熱量が相対的に大きいため、冷却ロールによる抜熱量を変化させても、合金溶湯の冷却速度を変化させることができなかったともいえる。 In the conventional MS method, the heat removal by the cooling water hardly contributes to the rapid cooling of the molten alloy by the cooling roll, and the cooling rate is precisely controlled using the heat removal effect by the cooling water. Thought did not exist. This is because in the conventional MS method, the roll peripheral speed is sufficiently high, and the amount of molten alloy supplied to the roll surface is sufficiently small, so that the heat of the molten alloy can be sufficiently removed at the metal portion of the cooling roll. It is thought that it was because of. Conversely, since the amount of heat removed by the metal portion of the cooling roll is relatively large, it can be said that the cooling rate of the molten alloy could not be changed even if the amount of heat removed by the cooling roll was changed.
本発明者は、冷却水（冷却媒体）による抜熱量を大きく設定し、かつ、その抜熱量を冷却ロールの表面周速度とともに制御すれば、合金溶湯の冷却速度を極めて精密に調節できることを見出し、本発明を想到するにいたった。 The present inventors have found that if the amount of heat removal by cooling water (cooling medium) is set large and the amount of heat removal is controlled together with the surface peripheral speed of the cooling roll, the cooling rate of the molten alloy can be adjusted very precisely, The present invention has been conceived.
本願明細書では、合金溶湯から冷却ロールに与えられる単位時間当たりの熱量をＱ１、冷却媒体によって冷却ロールから奪われる単位時間当たりの熱量をＱ２としたとき、Ｑ１／Ｑ２を「ロール熱負荷」と称することとする。一般にロール熱負荷が大きくなるほど、冷却ロールの表面温度は高くなりやすくなる。 In this specification, when Q1 is the amount of heat per unit time given from the molten alloy to the cooling roll and Q2 is the amount of heat per unit time taken away from the cooling roll by the cooling medium, Q1 / Q2 is "roll heat load". I will call it. Generally, the larger the roll heat load, the higher the surface temperature of the cooling roll.
単位時間あたりに冷却ロールへ供給される合金溶湯量が与えられると、Ｑ１の値は略一定の値に決まる。前述のように、従来は、Ｑ１の値が略一定の場合において、冷却速度を調節するためには、Ｑ２を制御することなく、ロール周速度のみの制御を行なってきた。これに対し、本発明では、Ｑ２を制御することにより、Ｑ１／Ｑ２を変化させる。 When the amount of molten alloy supplied to the cooling roll per unit time is given, the value of Q1 is determined to be a substantially constant value. As described above, conventionally, when the value of Q1 is substantially constant, in order to adjust the cooling rate, only the roll peripheral speed is controlled without controlling Q2. On the other hand, in the present invention, Q1 / Q2 is changed by controlling Q2.
本発明の好ましい実施形態では、Ｑ１／Ｑ２を０．３以上３．５以下の範囲に調節する。また、Ｑ１が増加したときは、Ｑ２を増加させるように、Ｑ１／Ｑ２を制御する。特に好ましい実施形態においては、急冷工程中にＱ１を測定し、測定されたＱ１の値に応じて冷却媒体の冷却ロール内での流速を変化させる。 In a preferred embodiment of the present invention, Q1 / Q2 is adjusted in the range of 0.3 to 3.5. When Q1 increases, Q1 / Q2 is controlled so as to increase Q2. In a particularly preferred embodiment, Q1 is measured during the quenching step, and the flow rate of the cooling medium in the cooling roll is changed according to the measured value of Q1.
本発明では、冷却ロールのロール周速度を１０ｍ／秒〜２５ｍ／秒の範囲に設定することが好ましい。このようなロール周速度の範囲で、すぐれた特性を有する急冷合金を作製できる。 In this invention, it is preferable to set the roll peripheral speed of a cooling roll in the range of 10 m / sec-25 m / sec. Within such a roll peripheral speed range, a quenched alloy having excellent characteristics can be produced.
本発明者らの実験によると、Ｑ１／Ｑ２によって規定されるロール熱負荷とロール周速度との間には、図１に示す関係が成立していることがわかった。図１は、縦軸がロール熱負荷、横軸がロール周速度のグラフである。このグラフでは、優れた磁石特性（（ＢＨ）maxが９０ｋＪ／ｍ3以上）を発現した急冷磁石を得ることができた急冷凝固合金の作製条件を「○」で示している。一方、急冷凝固合金は作製できたものの、得られる磁石特性が低かった（（ＢＨ）maxが９０ｋＪ／ｍ3未満）条件を「●」で示し、ロール表面と合金とが溶着してしまったために急冷凝固合金を製造できなかった条件を「×」で示している。最も好ましい急冷凝固合金が得られる条件は、ロール熱負荷が０．３以上３．５以下の範囲内にあり、かつ、グラフ中の「境界線」よりも左側に位置する条件である。図１のグラフからわかるように、ロール周速度が高くなるときは、ロール熱負荷を低くすることが好ましい。 According to the experiments by the present inventors, it has been found that the relationship shown in FIG. 1 is established between the roll thermal load defined by Q1 / Q2 and the roll peripheral speed. FIG. 1 is a graph in which the vertical axis represents roll heat load and the horizontal axis represents roll peripheral speed. In this graph, “◯” indicates the conditions for producing a rapidly solidified alloy capable of obtaining a quenched magnet exhibiting excellent magnet characteristics ((BH) max is 90 kJ / m 3 or more). On the other hand, although the rapidly solidified alloy was produced, the magnet characteristics obtained were low ((BH) max is less than 90 kJ / m 3 ). The condition is indicated by “●” and the roll surface and the alloy were welded. The condition where the rapidly solidified alloy could not be manufactured is indicated by “x”. The most preferable conditions for obtaining a rapidly solidified alloy are conditions in which the roll heat load is in the range of 0.3 to 3.5 and located on the left side of the “boundary line” in the graph. As can be seen from the graph of FIG. 1, when the roll peripheral speed increases, it is preferable to reduce the roll heat load.
ロール熱負荷が０．３を下まわると、冷却ロールが冷却されすぎるため、急冷合金の組織が非晶質に近づく。一方、ロール熱負荷が３．５を超えると、ロール表面温度が上がり過ぎて、急冷合金が作製できなくなってしまう傾向がある。ロール熱負荷のより好ましい範囲は、０．５〜２．０である。 When the roll heat load falls below 0.3, the cooling roll is cooled too much, so that the structure of the quenched alloy approaches amorphous. On the other hand, when the roll heat load exceeds 3.5, the roll surface temperature is excessively increased, and there is a tendency that a quenched alloy cannot be produced. A more preferable range of the roll heat load is 0.5 to 2.0.
合金溶湯による供給熱量Ｑ１は、赤外線カメラなどの非接触式温度測定装置を用いてロール上における合金溶湯の温度変化を検出することによって求められる。一方、冷却水による抜熱量Ｑ２の測定は、冷却ロールの内部を流れる前における冷却水の温度と、流れた後における温度の差異（温度上昇）を検出することにより、求めることができる。 The amount of heat Q1 supplied by the molten alloy is obtained by detecting a temperature change of the molten alloy on the roll using a non-contact temperature measuring device such as an infrared camera. On the other hand, the measurement of the heat removal amount Q2 by the cooling water can be obtained by detecting the difference (temperature rise) between the temperature of the cooling water before flowing inside the cooling roll and the temperature after flowing.
溶湯の供給熱量Ｑ１が５ｋＷ〜１０００ｋＷであるとき、冷却ロール内部の冷却水による抜熱量Ｑ２が５ｋＷ〜１０００ｋＷとなるようにする。抜熱量Ｑ２は、冷却水の水路構造、流量、および／または流速などのパラメータを制御することによって調節可能である。 When the supply heat amount Q1 of the molten metal is 5 kW to 1000 kW, the heat removal amount Q2 by the cooling water inside the cooling roll is set to 5 kW to 1000 kW. The heat removal amount Q2 can be adjusted by controlling parameters such as the channel structure, flow rate, and / or flow rate of the cooling water.
なお、供給熱量Ｑ１が大きすぎると、ロール表面が溶融し、溶湯との融着が起こり、合金作製ができなくなってしまう。逆に供給熱量Ｑ１が少なすぎると、合金溶湯の急冷速度が高くなりすぎるため、所望の磁気特性が得られなくなってしまう。 If the supply heat quantity Q1 is too large, the roll surface is melted and fusion with the molten metal occurs, making it impossible to produce an alloy. On the other hand, if the supplied heat quantity Q1 is too small, the rapid cooling rate of the molten alloy becomes too high, so that desired magnetic characteristics cannot be obtained.
一方、抜熱量Ｑ２が大きすぎると、合金溶湯の急冷速度が高くなりすぎるため、所望の磁気特性が得られなくなってしまう。逆に、抜熱量Ｑ２が少なすぎると、ロール表面が溶融し、溶湯との融着が起こる可能性がある。 On the other hand, when the heat removal amount Q2 is too large, the rapid cooling rate of the molten alloy becomes too high, and thus desired magnetic characteristics cannot be obtained. On the other hand, if the heat removal amount Q2 is too small, the roll surface may melt and fusion with the molten metal may occur.
本発明の好ましい実施形態においては、急冷凝固合金の冷却速度を１０3Ｋ／秒〜１０6Ｋ／秒の範囲に設定する。 In a preferred embodiment of the present invention, the cooling rate of the rapidly solidified alloy is set in the range of 10 3 K / second to 10 6 K / second.
冷却ロール内の冷却水路の形状は特に限定されない。ロール内に筒状の空洞を形成し、そこに冷却水を通してもよい。また、ロール内に螺旋状の水路を形成し、そこに冷却水を通しても良い。ロール内に溝を形成してもよい。 The shape of the cooling water channel in the cooling roll is not particularly limited. A cylindrical cavity may be formed in the roll, and cooling water may be passed therethrough. Alternatively, a spiral water channel may be formed in the roll, and cooling water may be passed there. Grooves may be formed in the roll.
[実施例]
以下の表１に示す組成を有する試料について、純度９９．５％以上のＮｄ、Ｐｒ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃ、Ｔｉの原材料を用いて総量が２０ｋｇとなるように秤量した後、メルトスピニング装置のアルミナ製坩堝内に各原料を投入した。
[Example]
A sample having the composition shown in Table 1 below was weighed using a raw material of Nd, Pr, Fe, B, C, Ti having a purity of 99.5% or more so that the total amount became 20 kg, and then the melt spinning apparatus Each raw material was put into an alumina crucible.
本実施例で用いたメルトスピニング装置における溶解坩堝は、φ２ｍｍのオリフィス（孔）を有するアルミナ製ノズルを底部に備えている。このメルトスピニング装置は、原料合金の溶解後、ノズル上部のストッパを引き抜くことにより、φ２ｍｍのオリフィスを介して合金溶湯を坩堝直下に位置する冷却ロール上に出湯する構造を有備えている。 The melting crucible in the melt spinning apparatus used in this example includes an alumina nozzle having a φ2 mm orifice (hole) at the bottom. This melt spinning apparatus has a structure in which after melting the raw material alloy, the molten alloy is discharged onto a cooling roll located directly below the crucible through a φ2 mm orifice by pulling out a stopper at the upper part of the nozzle.
メルトスピニング装置内の圧力が１０-2Ｐａ以下になるように真空排気を行なった後、装置内の圧力が３０ｋＰａになるようにＡｒ（アルゴン）ガスを導入した。この後、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解を行い、合金の溶湯を作製した。溶湯温度が１５００℃程度になった後、ロール表面周速度１３ｍで回転する冷却ロール上へ合金溶湯を供給した。合金溶湯は冷却ロールの表面に接触し、急冷されて凝固した。その後、急冷凝固合金の熱処理を行い、得られた急冷磁石の磁石特性を評価した。 After evacuating the pressure in the melt spinning apparatus to 10 −2 Pa or less, Ar (argon) gas was introduced so that the pressure in the apparatus was 30 kPa. Thereafter, high frequency melting was performed in an Ar gas atmosphere to prepare a molten alloy. After the molten metal temperature reached about 1500 ° C., the molten alloy was supplied onto a cooling roll rotating at a roll surface peripheral speed of 13 m. The molten alloy contacted the surface of the chill roll and was quenched and solidified. Thereafter, the rapidly solidified alloy was heat treated, and the magnetic properties of the obtained rapidly cooled magnet were evaluated.
なお、溶湯供給熱量（Ｑ１）は、急冷前後における溶湯温度変化を赤外線カメラによってリアルタイムで測定して求めた。冷却水による抜熱量（Ｑ２）は、冷却水の温度変化によって実測できる。本実施例では、所望の大きさを有するＱ２が得られるように、ロール冷却水路構造および冷却水量を調節した。このようにしてＱ２を制御することにより、Ｑ１／Ｑ２を表２に示す値に調節した。 In addition, the molten metal supply calorie | heat amount (Q1) was calculated | required by measuring the molten metal temperature change before and behind rapid cooling with an infrared camera in real time. The amount of heat removed by the cooling water (Q2) can be measured by the temperature change of the cooling water. In this example, the roll cooling water channel structure and the cooling water amount were adjusted so that Q2 having a desired size was obtained. By controlling Q2 in this way, Q1 / Q2 was adjusted to the values shown in Table 2.
表２の結果によると、ロール周速度が一定であっても、Ｑ１／Ｑ２を制御することにより、広い範囲で急冷条件を変更することができ、それによって磁石特性が制御できることがわかる。 According to the results in Table 2, it can be seen that even if the roll peripheral speed is constant, the quenching conditions can be changed over a wide range by controlling Q1 / Q2, thereby controlling the magnet characteristics.
本発明によれば、メルトスピニング法において急冷速度を制御するための唯一のパラメータであると考えられていたロール周速度に加えて、新たに冷却水などの冷却媒体による抜熱量を制御するため、ロール周速度を一定に保持したまま、冷却速度を変化させることも可能になる。このため、急冷条件の最適範囲を拡大し、今まで製造が難しいとされていた各種の急冷磁石を安定的に量産する道が開かれる。 According to the present invention, in addition to the roll peripheral speed, which was considered to be the only parameter for controlling the quenching speed in the melt spinning method, in order to newly control the amount of heat removed by a cooling medium such as cooling water, It is also possible to change the cooling speed while keeping the roll peripheral speed constant. This expands the optimum range of quenching conditions and opens the way to stably mass-produce various quenching magnets that have been considered difficult to manufacture.
Claims (8)
組成比率ｘ、ｙおよびｎが、それぞれ、
４≦ｘ≦３０原子％、
２≦ｙ≦１３原子％、および
０≦ｎ≦１０原子％、
を満足する組成を有している合金の溶湯を用意する工程と、
前記溶湯をメルトスピニング法によって冷却し、急冷凝固合金を形成する急冷工程と、
を含み、
前記急冷工程は、
冷却ロールを回転させながら、前記冷却ロールの表面に前記溶湯を接触させることによって前記溶湯を冷却する工程と、
回転する前記冷却ロールの内部に冷却媒体を供給し、前記冷却ロールの抜熱を行なう工程と、
前記冷却ロールの回転周速度および前記冷却媒体による抜熱量の両方を制御する工程と、
を含む希土類系急冷磁石の製造方法。 Composition formula T 100-xyn Q x R y M n (T is at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni, and is a transition metal element that necessarily contains Fe, Q is B and C At least one element selected from the group consisting of: R is at least one rare earth element substantially free of La and Ce; M is Ti, Al, Si, V, Cr, Mn, Cu, Zn, At least one metal element selected from the group consisting of Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, Hf, Ta, W, Pt, Au, and Pb),
The composition ratios x, y and n are respectively
4 ≦ x ≦ 30 atomic%,
2 ≦ y ≦ 13 atomic%, and 0 ≦ n ≦ 10 atomic%,
Preparing a molten alloy having a composition satisfying
A rapid cooling step of cooling the molten metal by a melt spinning method to form a rapidly solidified alloy;
Including
The rapid cooling step
Cooling the molten metal by bringing the molten metal into contact with the surface of the cooling roll while rotating the cooling roll;
Supplying a cooling medium to the inside of the rotating cooling roll, and removing heat from the cooling roll;
Controlling both the rotational peripheral speed of the cooling roll and the amount of heat removed by the cooling medium;
For producing a rare earth-based rapidly quenched magnet.
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