JP2011091119A - Method of manufacturing permanent magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、希土類元素含有物が添加されている永久磁石の製造方法に係り、特に加熱手法の改良に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a permanent magnet to which a rare earth element-containing material is added, and more particularly to an improvement in a heating method.
永久磁石の製造では、図18に示すように、ステップS101において原料粉末として磁性粉末を準備する。このとき、磁性粉末の各粉末は5〜10μm程度の大きさの単結晶であり、その単結晶の集合体である粉末の塊の磁化容易軸はランダムな方向に向いている。次いで、ステップS102において磁場中で磁性粉末にプレス成形を行うことにより成形体を作製する。このとき、成形体には異方性が付与されるので、成形体を構成する磁性粉末の磁化容易軸は同一方向を向いている。次いで、ステップS103において成形体に、約1100℃の温度で焼結を行うことにより焼結体を作製した後、ステップS104において焼結体に機械加工を行うことにより所望形状に加工している。これにより、永久磁石として焼結磁石が製造される。 In the manufacture of the permanent magnet, as shown in FIG. 18, a magnetic powder is prepared as a raw material powder in step S101. At this time, each powder of the magnetic powder is a single crystal having a size of about 5 to 10 μm, and the easy magnetization axis of the lump of powder that is an aggregate of the single crystals is oriented in a random direction. Next, in step S102, a compact is produced by press-molding the magnetic powder in a magnetic field. At this time, since the anisotropy is imparted to the compact, the easy axis of magnetization of the magnetic powder constituting the compact is in the same direction. Next, in step S103, the molded body is sintered at a temperature of about 1100 ° C. to produce a sintered body, and in step S104, the sintered body is machined into a desired shape. Thereby, a sintered magnet is manufactured as a permanent magnet.
ハイブリッド車や電気自動車等の駆動用モータに使用されている永久磁石では、耐熱性の向上のために高保磁力化が不可欠であることから、Pr,Dy,Tb等の希土類元素を磁性材料に添加して、保磁力を向上させている。ところが、希土類元素を用いると、それが高価であることによるコストの増大に加えて、希土類元素の添加による磁化の低下を招く。このため、磁性材料の使用量が増大するから、更なるコスト増大を招く。また、希土類元素の産出地域は、偏在性が高いため、希土類元素は供給リスクの最も高い元素として知られている(まてりあ、第46巻、第8号、2007年参照)。そのなかでもDy等の重希土類元素の産出は、一国にほぼ寡占化されているのが現状であるため、供給リスクが更に高い。 For permanent magnets used in drive motors for hybrid vehicles and electric vehicles, high coercive force is essential to improve heat resistance, so rare earth elements such as Pr, Dy, and Tb are added to magnetic materials. Thus, the coercive force is improved. However, when a rare earth element is used, in addition to an increase in cost due to its expensiveness, a decrease in magnetization due to the addition of the rare earth element is caused. For this reason, since the usage-amount of a magnetic material increases, the further cost increase is caused. In addition, the rare earth element production region is highly unevenly distributed, so rare earth elements are known as the element with the highest supply risk (see Materia, Vol. 46, No. 8, 2007). Among them, the production of heavy rare earth elements such as Dy is currently oligopolistic in one country, so the supply risk is even higher.
以上のことから、高保磁力化のための希土類元素の添加量の低減化を図るために、図18に示した製造方法の所定の工程で希土類元素含有物を適宜添加する技術が開発されている。たとえば次のような手法1,2がある。
From the above, in order to reduce the amount of rare earth element added for increasing the coercive force, a technique for appropriately adding a rare earth element-containing material in a predetermined process of the manufacturing method shown in FIG. 18 has been developed. . For example, there are the following
手法1(たとえば特許文献1)では、図18のステップS101において、図19(A)に示すように、磁性粉末の各粉末が5〜10μm程度の大きさの単結晶であり、かつその磁化容易軸(図中の各粉末Q1のなかの矢印)がランダムな方向に向いている磁性粉末Q2に、高保磁力化のために希土類元素含有物Q1を混合している。そして、その混合粉末を原料粉末として用い、図18のステップS102〜ステップS104を行う。この技術では、図19(B)に示すように高保磁力が必要な磁性粉末Q2の粒界近傍(数μm程度)のみで高保磁力化希土類元素の濃化を行うことにより、希土類元素の磁石全体への添加量の低減を図っている。一方、手法2(たとえば特許文献2)では、図18のステップS104での機械加工後に、図20(A)に示すように、磁性粉末Q2から構成された磁石表面に、高保磁力化のための希土類元素含有物Q1を塗布して、約700〜1000℃の温度で熱処理を行う。なお、図中の各粉末Q2のなかの矢印はその磁化容易軸である。この技術では、希土類元素含有物Q1のなかの高保磁力化希土類元素が磁石内部の磁性粉末Q2粒界を選択的に拡散し、図20(B)に示すように磁石表面の粒界極近傍で高保磁力化希土類元素の濃化を行うことにより、磁石全体への希土類元素の添加量の低減を図っている。 In Method 1 (for example, Patent Document 1), in step S101 of FIG. 18, as shown in FIG. 19A, each powder of the magnetic powder is a single crystal having a size of about 5 to 10 μm, and its magnetization is easy. A rare earth element-containing material Q1 is mixed with the magnetic powder Q2 whose axis (arrow in each powder Q1 in the figure) is oriented in a random direction in order to increase the coercive force. Then, using the mixed powder as a raw material powder, Steps S102 to S104 in FIG. 18 are performed. In this technique, as shown in FIG. 19B, the high coercive rare earth element is concentrated only in the vicinity of the grain boundary (about several μm) of the magnetic powder Q2 that requires high coercive force, so that the entire rare earth element magnet is obtained. The amount of addition to is reduced. On the other hand, in the method 2 (for example, Patent Document 2), after machining in step S104 in FIG. 18, as shown in FIG. 20A, the surface of the magnet composed of the magnetic powder Q2 is made to have a high coercive force. The rare earth element-containing material Q1 is applied and heat treatment is performed at a temperature of about 700 to 1000 ° C. In addition, the arrow in each powder Q2 in the figure is the axis of easy magnetization. In this technique, the high coercivity rare earth element in the rare earth element-containing material Q1 selectively diffuses in the magnetic powder Q2 grain boundary inside the magnet, and near the grain boundary pole on the magnet surface as shown in FIG. The concentration of rare earth elements added to the entire magnet is reduced by concentrating high coercivity rare earth elements.
しかしながら、手法1では、高保磁力化のための希土類元素含有物Q1の磁性粉末Q2への添加後に行う焼結によって、希土類元素含有物Q1のなかの高保磁力化希土類元素が永久磁石内部の各粒子の中心部まで、数μm程度拡散するため、希土類元素の添加量の低減効果が小さい。一方、手法2では、最大数mm程度の大きさの微小磁石を製造する場合、保磁力特性が均一となるが、それより大きいものを製造する場合、磁石表面の粒界極近傍で高保磁力化希土類元素の濃化を行っているため、磁石内部へ向かうに従い希土類元素の濃度が小さくなるという濃度分布が生じ、保磁力特性が不均一となってしまう。
However, in
したがって、本発明は、磁石が大型の場合でも保磁力特性を均一とすることができるのはもちろんのこと、希土類元素の添加量の低減化および高保磁力化の両立を図ることができる永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a permanent magnet capable of achieving both reduction in the amount of rare earth element addition and high coercivity, as well as uniform coercivity even when the magnet is large. An object is to provide a manufacturing method.
本発明者は、上記課題を解決するために、結晶あるいは結晶とアモルファス相との混相を有するとともに内部に粒界が存在する磁性粉末の表面に希土類元素含有物を被覆し、そのような表面被覆磁性粉末を用いて永久磁石を製造する方法を提案している(特願2008−317342号参照)。このような永久磁石の製造方法で行う加熱について鋭意研究を重ねた結果、粒界液相化温度以上の加熱による熱影響を適宜設定することにより、高保磁力化をさらに図ることができることを見出した。 In order to solve the above problems, the present inventor coated a rare earth element-containing material on the surface of a magnetic powder having a crystal or a mixed phase of a crystal and an amorphous phase and having a grain boundary inside. A method of manufacturing a permanent magnet using magnetic powder has been proposed (see Japanese Patent Application No. 2008-317342). As a result of intensive studies on the heating performed by such a method for producing a permanent magnet, it has been found that the coercive force can be further increased by appropriately setting the thermal effect due to the heating above the grain boundary liquidus temperature. .
熱影響は、(加熱温度−粒界液相化温度)(℃)と加熱時間(min)との積分値(℃・min)として定義される。たとえば図15に示すような加熱時間Tと加熱温度Uとの関係式U=F(T)にある場合、積分値は、加熱温度Uが粒界液相化温度U0以上の場合における関係式U=F(T)と粒界液相化温度の直線(U=U0)とで囲まれる領域の面積(図の斜線部分)となり、そのような領域が複数あるときには、それら全ての領域の面積の合計となる。熱影響の総計とは、熱影響を考慮する工程が複数あるときに、それら工程の熱影響の合計のことである。粒界液相化温度とは、結晶粒の粒界が液相化する最低温度(=原子拡散が生じる最低温度)のことである。 The thermal effect is defined as an integral value (° C. · min) of (heating temperature−grain boundary liquidus temperature) (° C.) and heating time (min). For example, when there is a relational expression U = F (T) between the heating time T and the heating temperature U as shown in FIG. 15, the integral value is a relational expression U when the heating temperature U is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature U0. = F (T) and the area (shaded area in the figure) surrounded by the straight line (U = U0) of the grain boundary liquidus temperature. When there are a plurality of such areas, the area of all these areas Total. The total heat effect is the sum of the heat effects of the processes when there are a plurality of processes considering the heat effects. The grain boundary liquidus temperature is the lowest temperature at which crystal grain boundaries become liquid phase (= the lowest temperature at which atomic diffusion occurs).
本発明の第1の永久磁石の製造方法は、熱間塑性加工磁石の製造方法であって、結晶あるいは結晶とアモルファス相との混相を有するとともに内部に粒界が存在する磁性粉末の表面に、希土類元素の単体金属、合金、および、化合物の少なくとも1つからなる希土類元素含有物を被覆して表面被覆磁性粉末を作製し、表面被覆磁性粉末に熱間圧縮成形を行うことにより成形体を作製し、成形体に熱間塑性加工を行うことにより永久磁石を得、熱間圧縮成形において成形温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(成形温度−粒界液相化温度)(℃)と、その時間(min)との積分値を第1熱影響とし、熱間塑性加工において加工温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(加工温度−粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第2熱影響としたとき、第1熱影響と第2熱影響との総計を1000(℃・min)以上に設定することを特徴としている。 A first method for producing a permanent magnet according to the present invention is a method for producing a hot plastic working magnet, which has a crystal or a mixed phase of a crystal and an amorphous phase, and has a grain boundary in the surface thereof. A surface-coated magnetic powder is produced by coating a rare earth element-containing material comprising at least one of a rare earth elemental metal, an alloy, and a compound, and a compact is produced by hot compression molding the surface-coated magnetic powder. Then, a permanent magnet is obtained by performing hot plastic working on the molded body, and when the molding temperature (° C) is higher than the grain boundary liquidus temperature in hot compression molding, Temperature) (° C.) and the integrated value of the time (min) as the first thermal effect, and in hot plastic working, when the processing temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature, (processing temperature− Between the grain boundary liquidus temperature (℃) and the time (min) When the minutes value and a second thermal effect, is characterized by setting the total of the first thermal influence and the second heat effect on 1000 (℃ · min) or more.
本発明の第1の永久磁石の製造方法では、内部に粒界が存在する磁性粉末の表面に希土類元素含有物を被覆して作製した表面被覆磁性粉末を用いているので、熱間圧縮成形および熱間塑性加工での加熱により、希土類元素含有物のなかの希土類元素は、磁性粉末の界面からその内部に向かって、結晶粒界に沿って選択的に拡散することができ、これにより希土類元素による各粒子中心部への拡散を抑制することができる。したがって、上記のように添加した希土類元素の濃化を粒界近傍で行うことができるから、希土類元素の添加量の低減化および高保磁力化の両立を図ることができる。また、結晶粒径が単磁区粒子径より僅かに大きくなるので、従来の上記手法2と同様に保磁力増大効果を得ることができるから、高保磁力化をさらに図ることができる。さらに、希土類元素の磁性粉末への拡散距離は、磁性粉末の厚み(磁性粉末の界面間の距離)の半分程度となるから、その拡散距離は短くなる。これにより、加熱時間を短縮することができるから、製造時間の短縮を図ることができる。また、磁石内部へ向かうに従い希土類元素の濃度が小さくなるという濃度分布の発生を防止することができるから、磁石が大型の場合でも、保磁力特性を均一とすることができる。さらに、磁性粉末への希土類元素含有物の被覆を均一とすることにより、保磁力特性の均一化をさらに図ることができる。 In the first method for producing a permanent magnet of the present invention, since the surface-coated magnetic powder produced by coating the surface of the magnetic powder having a grain boundary inside with a rare earth element-containing material is used, By heating in the hot plastic working, the rare earth element in the rare earth element-containing material can be selectively diffused along the crystal grain boundary from the interface of the magnetic powder toward the inside thereof. The diffusion to the center of each particle due to can be suppressed. Therefore, since the concentration of the rare earth element added as described above can be performed in the vicinity of the grain boundary, it is possible to reduce both the amount of rare earth element added and increase the coercive force. Further, since the crystal grain size is slightly larger than the single magnetic domain particle diameter, the effect of increasing the coercive force can be obtained in the same manner as the above-described conventional method 2, so that the coercive force can be further increased. Furthermore, the diffusion distance of the rare earth element to the magnetic powder is about half the thickness of the magnetic powder (distance between the interfaces of the magnetic powder), so the diffusion distance is shortened. Thereby, since the heating time can be shortened, the manufacturing time can be shortened. In addition, since it is possible to prevent the occurrence of a concentration distribution in which the concentration of the rare earth element decreases toward the inside of the magnet, the coercive force characteristics can be made uniform even when the magnet is large. Furthermore, by making the coating of the rare earth element-containing material on the magnetic powder uniform, the coercive force characteristics can be further uniformed.
ここで本発明の第1の永久磁石の製造方法では、熱間圧縮成形による第1熱影響および熱間塑性加工による第2熱影響との総計を1000(℃・min)以上に設定することにより、希土類元素による磁性粉末の結晶粒界を通じた拡散を効果的に行うことができるから、保磁力向上値と熱影響との関係において、保磁力向上値のピーク値を得ることができ、高保磁力化をさらに図ることができる。 Here, in the first method for producing a permanent magnet according to the present invention, the total of the first thermal effect by hot compression molding and the second thermal effect by hot plastic working is set to 1000 (° C./min) or more. Since the diffusion of rare earth elements through the grain boundary of magnetic powder can be effectively performed, the peak value of the coercive force improvement value can be obtained in the relationship between the coercive force improvement value and the thermal effect, and the high coercive force can be obtained. Can be further improved.
本発明の第1の永久磁石の製造方法は種々の構成を用いることができる。熱間圧縮成形では磁性粉末同士が密となり(高密度化)、熱間塑性加工では結晶粒が粗大化するが、ここで、たとえば、第1熱影響を第2熱影響よりも小さく設定することができる。この態様では、熱影響を1000(℃・min)以上の範囲で所定値に設定した場合において第1熱影響を第2熱影響よりも小さく設定することにより、熱間圧縮成形での熱影響が小さくすることができるので、磁性粉末の界面からその内部への希土類元素の拡散を抑制することができる。続いて、熱間塑性加工を行うと、熱間塑性加工による結晶粒の粗大化後に形成された粒界を通じて希土類元素が拡散する傾向が強くなるので、希土類元素の結晶粒の中心部への拡散をさらに抑制することができ、その結果、高保磁力化をさらに図ることができる。本発明の第1の永久磁石の製造方法では、熱間塑性加工後の永久磁石に熱処理を行ってもよい。 The first permanent magnet manufacturing method of the present invention can employ various configurations. In the hot compression molding, the magnetic powders become dense (high density), and in the hot plastic working, the crystal grains become coarse. Here, for example, the first thermal effect is set smaller than the second thermal effect. Can do. In this aspect, when the heat effect is set to a predetermined value in a range of 1000 (° C./min) or more, the heat effect in hot compression molding is reduced by setting the first heat effect to be smaller than the second heat effect. Since it can be made small, the diffusion of rare earth elements from the interface of the magnetic powder into the inside can be suppressed. Subsequently, when hot plastic working is performed, the tendency of rare earth elements to diffuse through the grain boundaries formed after the coarsening of crystal grains by hot plastic working becomes stronger, so diffusion of rare earth elements to the center of the crystal grains As a result, it is possible to further increase the coercive force. In the first method for producing a permanent magnet of the present invention, the permanent magnet after hot plastic working may be subjected to heat treatment.
本発明の第2の永久磁石の製造方法は、結晶あるいは結晶とアモルファス相との混相を有するとともに内部に粒界が存在する磁性粉末の表面に、希土類元素の単体金属、合金、および、化合物の少なくとも1つからなる希土類元素含有物を被覆して表面被覆磁性粉末を作製し、表面被覆磁性粉末に熱間圧縮成形を行うことにより成形体を作製し、成形体に熱間塑性加工を行うことにより永久磁石を得、熱間圧縮成形において成形温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(成形温度−粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第1熱影響とし、熱間塑性加工において加工温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(加工温度−粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第2熱影響としたとき、第1熱影響と第2熱影響との総計を1000(℃・min)未満に設定し、熱間塑性加工後の永久磁石に熱処理を行うことを特徴としている。 According to the second method for producing a permanent magnet of the present invention, a rare earth element single metal, alloy, and compound are formed on the surface of a magnetic powder having a crystal or a mixed phase of a crystal and an amorphous phase and having a grain boundary inside. Covering at least one rare earth element-containing material to produce a surface-coated magnetic powder, hot-pressing the surface-coated magnetic powder to produce a compact, and subjecting the compact to hot plastic working When the molding temperature (° C) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature in hot compression molding, (molding temperature-grain boundary liquidus temperature) (° C) and its time (min) When the processing temperature (° C) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature in the hot plastic working, the integrated value of (processing temperature-grain boundary liquidus temperature) (° C) and its time When the integral value with (min) is the second heat effect, the first heat shadow When the sum of the second thermal influence is set to less than 1000 (℃ · min), it is characterized by performing the heat treatment to the permanent magnet after hot plastic working.
本発明の第2の永久磁石の製造方法では、本発明の第1の永久磁石の製造方法による効果に加えて、次の効果を得ることができる。すなわち、熱間圧縮成形による第1熱影響および熱間塑性加工による第2熱影響との総計を1000(℃・min)未満に設定しているので、熱間圧縮成形および熱間塑性加工において磁性粉末の界面からその内部への希土類元素の拡散を抑制することができる。また、この場合、第2熱影響を小さく設定することができるから、結晶粒の粗大化を抑制することができる。このような状態にある永久磁石に熱処理を行うことにより、希土類元素は結晶粒の粒界を通じて最適に拡散することができるから、高保磁力化をさらに図ることができる。本発明の第2の永久磁石の製造方法では、熱処理による熱影響と、第1熱影響および第2熱影響との総計を1000(℃・min)以上に設定してもよい。 In the second permanent magnet manufacturing method of the present invention, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first permanent magnet manufacturing method of the present invention. That is, since the sum total of the first heat effect by hot compression molding and the second heat effect by hot plastic working is set to less than 1000 (° C./min), magnetism in hot compression molding and hot plastic working is set. Diffusion of rare earth elements from the powder interface to the inside can be suppressed. In this case, since the second heat influence can be set small, the coarsening of the crystal grains can be suppressed. By performing a heat treatment on the permanent magnet in such a state, the rare earth element can be optimally diffused through the grain boundaries of the crystal grains, so that the coercive force can be further increased. In the second method for producing a permanent magnet of the present invention, the total of the heat effect due to the heat treatment, the first heat effect, and the second heat effect may be set to 1000 (° C./min) or more.
本発明の第1の永久磁石の製造方法の熱影響の設定手法は、上記のような熱間塑性加工による永久磁石の製造方法だけではなく、燒結による永久磁石の製造方法にも適用することができる。 The method for setting the thermal effect of the first method for producing a permanent magnet of the present invention can be applied not only to the method for producing a permanent magnet by hot plastic working as described above but also to a method for producing a permanent magnet by sintering. it can.
本発明の第3の永久磁石の製造方法は、結晶あるいは結晶とアモルファス相との混相を有するとともに内部に粒界が存在し、各結晶粒が1方向に配向されて構成される磁性粉末の表面に、希土類元素の単体金属、合金、および、化合物の少なくとも1つからなる希土類元素含有物を被覆して表面被覆磁性粉末を作製し、表面被覆磁性粉末に、磁場中で圧縮成形を行うことにより成形体を作製し、成形体に焼結を行い、燒結において燒結温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(燒結温度−粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第3熱影響としたとき、第3熱影響を1000(℃・min)以上に設定することを特徴としている。 The third method for producing a permanent magnet of the present invention is the surface of a magnetic powder having a crystal or a mixed phase of a crystal and an amorphous phase, a grain boundary existing inside, and each crystal grain being oriented in one direction. A surface-coated magnetic powder is prepared by coating a rare earth element-containing material comprising at least one of a rare earth elemental metal, an alloy, and a compound, and the surface-coated magnetic powder is compression-molded in a magnetic field. When a green body is prepared, sintered into the green body, and the sintering temperature (° C) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature during sintering, (sintering temperature-grain boundary liquidus temperature) (° C) and its When the integrated value with time (min) is the third heat effect, the third heat effect is set to 1000 (° C./min) or more.
本発明の第3の永久磁石の製造方法では、本発明の第1の永久磁石の製造方法と同様に、内部に粒界が存在する磁性粉末の表面に希土類元素含有物を被覆して作製した表面被覆磁性粉末を用い、かつ本発明の第1の永久磁石の製造方法の熱影響の設定手法を適用しているので、本発明の第1の永久磁石の製造方法と同様な効果を得ることができる。 In the third method for producing a permanent magnet according to the present invention, as in the first method for producing a permanent magnet according to the present invention, the surface of the magnetic powder having grain boundaries inside is coated with a rare earth element-containing material. Since the surface-coated magnetic powder is used and the thermal influence setting method of the first permanent magnet manufacturing method of the present invention is applied, the same effect as the first permanent magnet manufacturing method of the present invention can be obtained. Can do.
本発明の第1〜3の永久磁石の製造方法における磁性粉末の表面への希土類元素含有物の被覆には種々の方法を適用することができる。たとえば、磁性粉末の表面への希土類元素含有物の被覆は、超音波分散により行うことができる。具体的には、磁性粉末と希土類元素含有物とを液体に混合することによりスラリーを作製し、スラリーに超音波を照射することができる。スラリーへの超音波照射では、磁性粉末を粉砕することなく、希土類元素含有物のみを選択的に微粒子化することができるとともに、希土類元素含有物をスラリー中に均一に分散させることができる。このような超音波分散が施されたスラリーを乾燥させることによって、微粒子化された希土類元素含有物が磁性粉末の表面に付着された表面被覆磁性粉末を得ることができる。 Various methods can be applied to the coating of the rare earth element-containing material on the surface of the magnetic powder in the first to third permanent magnet manufacturing methods of the present invention. For example, the surface of the magnetic powder can be coated with the rare earth element-containing material by ultrasonic dispersion. Specifically, a slurry can be produced by mixing magnetic powder and a rare earth element-containing material in a liquid, and the slurry can be irradiated with ultrasonic waves. When the slurry is irradiated with ultrasonic waves, only the rare earth element-containing material can be selectively finely divided without pulverizing the magnetic powder, and the rare earth element-containing material can be uniformly dispersed in the slurry. By drying the slurry subjected to such ultrasonic dispersion, a surface-coated magnetic powder in which the finely divided rare earth element-containing material is attached to the surface of the magnetic powder can be obtained.
この場合、スラリーの乾燥時の液体の表面張力により、微粒子化された希土類元素含有物が磁性粉末に付着することができるので、希土類元素含有物の磁性粉末表面への被覆を均一に行うことができる。また、希土類元素の添加量を低減することができるので、表面被覆磁性粉末を上記永久磁石の製造方法に適用した場合、製造された永久磁石では、磁化の低下を防止することができる。 In this case, since the finely divided rare earth element-containing material can adhere to the magnetic powder due to the surface tension of the liquid when the slurry is dried, it is possible to uniformly coat the surface of the magnetic powder with the rare earth element-containing material. it can. In addition, since the amount of rare earth element added can be reduced, when the surface-coated magnetic powder is applied to the method for producing a permanent magnet, the produced permanent magnet can prevent a decrease in magnetization.
本発明の第1あるいは第3の永久磁石の製造方法によれば、熱間圧縮成形による第1熱影響および熱間塑性加工による第2熱影響との総計、あるいは、燒結による第3の熱影響を1000(℃・min)以上に設定しているので、希土類元素による磁性粉末の結晶粒界を通じた拡散を効果的に行うことができるとともに、これにより高保磁力化をさらに図ることができる等の効果を得ることができる。 According to the first or third permanent magnet manufacturing method of the present invention, the total of the first thermal effect by hot compression molding and the second thermal effect by hot plastic working, or the third thermal effect by sintering. Is set to 1000 (° C./min) or more, so that diffusion through the crystal grain boundary of the magnetic powder with rare earth elements can be effectively performed, thereby further increasing the coercive force. An effect can be obtained.
本発明の第2の永久磁石の製造方法によれば、熱間圧縮成形による第1熱影響および熱間塑性加工による第2熱影響との総計を1000(℃・min)未満に設定し、熱間塑性加工後の永久磁石に熱処理を行っているので、希土類元素による磁性粉末の結晶粒界を通じた拡散を最適に行うことができるとともに、これにより高保磁力化をさらに図ることができる等の効果を得ることができる。 According to the second method for producing a permanent magnet of the present invention, the total of the first thermal effect by hot compression molding and the second thermal effect by hot plastic working is set to less than 1000 (° C./min), Since the permanent magnet after the interplastic working is heat-treated, diffusion of rare earth elements through the grain boundaries of the magnetic powder can be optimally performed, which can further increase the coercive force. Can be obtained.
(1)第1実施形態
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る第1実施形態の永久磁石の製造方法を表す工程図である。図1に示すように、まず、ステップS11において、磁性粉末、および、高保磁力化のための希土類元素含有物を準備する。
(1) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing a method for manufacturing a permanent magnet according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, first, in step S11, magnetic powder and a rare earth element-containing material for increasing the coercive force are prepared.
磁性粉末は、結晶あるいは結晶とアモルファス相との混相を有するとともに内部に粒界が存在し、希土類元素含有物よりも硬度が高い粉末である。磁性粉末は、たとえば板状等の扁平状をなしている。具体的には、磁性粉末の各粉末の断面の大きさは、たとえば長さが200μm、厚さが30μmであり、その各粉末のなかには、たとえば数十nm程度の微細な結晶粒が多数含まれている。結晶粒の磁化容易軸は、ランダムな方向に向いている。磁性粉末は、たとえば、希土類元素、鉄族元素、およびホウ素を含有する希土類磁性粉末(Nd-Fe-Bの磁性粉末)である。 The magnetic powder is a powder having a crystal or a mixed phase of a crystal and an amorphous phase, a grain boundary inside, and a hardness higher than that of the rare earth element-containing material. The magnetic powder has a flat shape such as a plate shape. Specifically, the magnetic powder has a cross-sectional size of, for example, a length of 200 μm and a thickness of 30 μm. Each of the powders includes a large number of fine crystal grains of, for example, several tens of nm. ing. The easy axis of crystal grains is oriented in a random direction. The magnetic powder is, for example, a rare earth magnetic powder (Nd—Fe—B magnetic powder) containing a rare earth element, an iron group element, and boron.
希土類元素含有物としては、希土類元素の単体金属、合金、および、化合物の少なくとも1つを含有する希土類元素粉末や、ゾル状や液体状の希土類元素化合物等の希土類元素ゾルや希土類元素液体があげられる。具体的には、希土類元素粉末としては、Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,あるいは,Yを含有する酸化物からなる粉末や、フッ化物からなる粉末、それらの混合物からなる粉末等があげられる。また、希土類元素ゾルや希土類元素液体としては、Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,あるいは,Yを含有するゾル状フッ化物や、ゾル状コロイド状フッ化物、それら混合物からなるフッ化物等があげられる。 Examples of the rare earth element-containing material include rare earth element powders containing at least one of rare earth elemental metals, alloys and compounds, and rare earth element sols and rare earth element liquids such as sol and liquid rare earth element compounds. It is done. Specifically, the rare earth element powder is made of an oxide containing Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, or Y, or a fluoride. Examples thereof include powders and powders composed of a mixture thereof. Moreover, as rare earth element sol and rare earth element liquid, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, or sol-like fluoride containing Y, sol-like colloidal form, etc. Examples thereof include fluorides and fluorides composed of a mixture thereof.
次いで、ステップS12において、たとえば図2に示す装置100を用いて、扁平状の磁性粉末の表面に希土類元素含有物を被覆する被覆処理を行う。まず、容器104において、希土類元素含有物、磁性粉末、および、液体を混合することによりスラリーSを作製する。液体としては、たとえば有機溶剤が用いられる。有機溶剤としては、たとえばエタノール、アセトン、あるいは、IPA(イソプロピルアルコール)が用いられる。スラリーの作製では、磁性粉末は、希土類元素含有物より混合重量比を大きくすることが好適である。
Next, in step S12, for example, using the
次に、容器104を振動液槽102の振動液103中に配置する。続いて、超音波発振器101により超音波を発振し、その超音波が、振動液槽102中の振動液103を通じて容器104中のスラリーSに照射される。超音波の周波数は、たとえば100kHz以下である。
Next, the
ここで、第1実施形態では、スラリーSにおいて、扁平状の磁性粉末は、希土類元素含有物に対する微粒子化メディアとして機能する。図3(A)に示すように、初期状態では1次粒子の凝集体である(すなわち、2次粒子からなる)希土類元素含有物P1は、超音波照射による振動で扁平状の磁性粉末P2に衝突することにより、その凝集が解かれるだけではなく、その1次粒子が破砕されるまでに至る。なお、ここでいう1次粒子とは、TEM等の電子顕微鏡による観察で、単結晶であると認められる粒子のことである。粉砕とは、1次粒子の破砕のことである。 Here, in the first embodiment, in the slurry S, the flat magnetic powder functions as a fine particle medium for the rare earth element-containing material. As shown in FIG. 3A, the rare earth element-containing material P1, which is an aggregate of primary particles (that is, composed of secondary particles) in an initial state, is converted into a flat magnetic powder P2 by vibration caused by ultrasonic irradiation. The collision not only breaks the agglomeration, but also leads to the primary particles being crushed. In addition, the primary particle here is a particle recognized as a single crystal by observation with an electron microscope such as TEM. The pulverization is crushing of primary particles.
この場合、衝突は、液体中に超音波の照射により形成されるキャビテーション(小さな気泡)の破裂エネルギーによっても引き起こされる。一方、スラリーSにおいて、図3(B)に示すように、希土類元素含有物P1は、拡散の作用によって、液体中に分散する。このような希土類元素含有物P1の粉砕・分散は、磁性粉末P2の表面の全ての領域で局所的に繰り返されることにより、希土類元素含有物P1はスラリーS中に均一に分散することができる。なお、図3(A),(B)において、液体の図示は省略している。 In this case, the collision is also caused by the burst energy of cavitation (small bubbles) formed in the liquid by irradiation with ultrasonic waves. On the other hand, in the slurry S, as shown in FIG. 3B, the rare earth element-containing material P1 is dispersed in the liquid by the action of diffusion. Such pulverization / dispersion of the rare earth element-containing material P1 is locally repeated in all regions on the surface of the magnetic powder P2, so that the rare earth element-containing material P1 can be uniformly dispersed in the slurry S. In FIGS. 3A and 3B, the liquid is not shown.
装置100では、以上のようにして磁性粉末P2を粉砕することなく、希土類元素含有物P1のみを選択的に微粒子化することができるとともに、希土類元素含有物P1をスラリーS中に均一に分散させることができる。次いで、超音波を照射しながら、減圧下にて液体を乾燥させる。すると、微粒子化された希土類元素含有物P1は、液体中を均一に分散した状態が維持されるので凝集することなく、乾燥時の液体の表面張力により磁性粉末P2の表面上に付着される。その結果、微粒子化された希土類元素含有物P1は、図4(A)に示すように、磁性粉末P2の表面に均一に被覆される。なお、ステップS12の被覆処理において、液体状の希土類元素含有物を用いる場合、スラリーの作製で用いられる液体が不要となり、かつスラリーへの超音波照射が不要となる。この場合、スラリーへの超音波照射を行わなくても、希土類元素含有物の磁性粉末表面への被覆が均一に行われる。
In the
続いて、ステップS13において、希土類元素含有物P1が磁性粉末P2の表面に付着されてなる表面被覆磁性粉末に、熱間圧縮成形を行うことにより、表面被覆磁性粉末の結晶化および真密度化を行う。これにより成形体を作製する。このとき成形体を構成する磁性粉末P2の界面間の距離は、たとえば30μmである。磁性粉末中の結晶粒の磁化容易軸は、ランダムな方向に向いている。 Subsequently, in step S13, the surface-coated magnetic powder obtained by attaching the rare earth element-containing material P1 to the surface of the magnetic powder P2 is subjected to hot compression molding, thereby crystallization and true densification of the surface-coated magnetic powder. Do. Thereby, a molded object is produced. At this time, the distance between the interfaces of the magnetic powder P2 constituting the compact is, for example, 30 μm. The easy magnetization axes of the crystal grains in the magnetic powder are oriented in random directions.
次に、ステップS14において、成形体に熱間塑性加工を行うことにより、成形体に異方性を付与する。これにより、成形体を構成する磁性粉末P2中の結晶粒の磁化容易軸(図中の各粒子中の矢印方向)は、同一方向に向く。また、希土類元素含有物P1のなかの希土類元素は、図4(B)に示すように、扁平状の磁性粉末P2の界面からその内部へ向かって、結晶粒界(矢印方向I)に沿って選択的に拡散して、希土類元素の濃化が粒界近傍で行われる。このとき、希土類元素の扁平状の磁性粉末P2への拡散は、扁平状の磁性粉末P2の全ての界面から内部へ向かって行われるから、その拡散距離は、磁性粉末P2の厚み(磁性粉末の界面間の距離)の半分程度となる。この場合、成形体を構成する磁性粉末の界面間の距離は、たとえば10μmである。なお、図4(B)中で希土類元素含有物P1が図示されている部分は、磁性粉末P2の粉末界面である。 Next, in step S14, anisotropy is imparted to the molded body by performing hot plastic working on the molded body. Thereby, the magnetization easy axis (the arrow direction in each particle in the figure) of the crystal grains in the magnetic powder P2 constituting the compact is oriented in the same direction. Further, as shown in FIG. 4B, the rare earth element in the rare earth element-containing material P1 moves along the crystal grain boundary (arrow direction I) from the interface of the flat magnetic powder P2 toward the inside thereof. By selectively diffusing, the rare earth element is concentrated in the vicinity of the grain boundary. At this time, the diffusion of the rare earth element into the flat magnetic powder P2 is performed from all the interfaces to the inside of the flat magnetic powder P2, and therefore the diffusion distance is determined by the thickness of the magnetic powder P2 (of the magnetic powder). It is about half of the distance between the interfaces. In this case, the distance between the interfaces of the magnetic powder constituting the compact is, for example, 10 μm. In FIG. 4B, the portion where the rare earth element-containing material P1 is illustrated is the powder interface of the magnetic powder P2.
ここで、本実施形態の永久磁石の製造方法では、熱間圧縮成形および熱間塑性加工での時間と温度は次のように設定している。ステップS13の熱間圧縮成形において成形温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(成形温度−粒界液相化温度)(℃)と、その時間(min)との積分値を第1熱影響とし、ステップS14の熱間塑性加工において加工温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(加工温度−粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第2熱影響としたとき、第1熱影響と第2熱影響との総計を1000(℃・min)以上に設定している。これにより、希土類元素による磁性粉末P2の結晶粒界を通じた拡散を効果的に行うことができるから、保磁力向上値と熱影響との関係において、保磁力向上値のピーク値を得ることができる。 Here, in the manufacturing method of the permanent magnet of this embodiment, the time and temperature in hot compression molding and hot plastic working are set as follows. When the molding temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature in the hot compression molding of step S13, the integration of (molding temperature−grain boundary liquidus temperature) (° C.) and the time (min) is integrated. When the processing temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature in the hot plastic working in step S14, the value is set as (the processing temperature−the grain boundary liquidus temperature) (° C.) and its value When the integrated value with time (min) is the second heat effect, the total of the first heat effect and the second heat effect is set to 1000 (° C./min) or more. Thereby, since the diffusion through the grain boundary of the magnetic powder P2 by the rare earth element can be effectively performed, the peak value of the coercive force improvement value can be obtained in the relationship between the coercive force improvement value and the thermal effect. .
この場合、熱間圧縮成形による第1熱影響を熱間塑性加工による第2熱影響よりも小さく設定することが好適である。これについて図5〜7,12,13を参照して説明する。
なお、図6,7,12,13に示す磁性粉末の界面部分について、界面部分で隣接する磁性粉末の一方のみを図示している。保磁力向上元素量と保磁力との関係を表すグラフについて、保磁力向上元素量とは、希土類元素含有物P1を用いて添加したもの(=保磁力向上に寄与する)希土類元素の重量ことである。図5(A)に示す表面被覆磁性粉末において、磁性粉末P2には複数の結晶粒P21が存在し、その粒界P22の間にはアモルファス相P23が存在する。表面被覆磁性粉末では、図5(B)に示すように、添加した希土類元素の重量に関係なく、保磁力は一定である。次いで、表面被覆磁性粉末に熱間圧縮成形を行い、成形体を作製する。この場合、磁性粉末P2同士が密となり(高密度化)、磁性粉末P2内では、粒界P22の間のアモルファス相P23が結晶化し、粒界22以外は全て結晶粒P21となる。
In this case, it is preferable to set the first thermal effect by hot compression molding to be smaller than the second thermal effect by hot plastic working. This will be described with reference to FIGS.
In addition, about the interface part of the magnetic powder shown to FIG. 6, 7, 12, 13 only one side of the magnetic powder adjacent in an interface part is shown in figure. About the graph showing the relationship between the coercive force improving element amount and the coercive force, the coercive force improving element amount is the weight of the rare earth element added using the rare earth element-containing material P1 (= contributing to improving the coercive force). is there. In the surface-coated magnetic powder shown in FIG. 5A, the magnetic powder P2 has a plurality of crystal grains P21, and an amorphous phase P23 exists between the grain boundaries P22. In the surface-coated magnetic powder, as shown in FIG. 5B, the coercive force is constant regardless of the weight of the added rare earth element. Next, hot compression molding is performed on the surface-coated magnetic powder to produce a molded body. In this case, the magnetic powders P2 become dense (densification), and the amorphous phase P23 between the grain boundaries P22 is crystallized in the magnetic powder P2, and all but the grain boundaries 22 become crystal grains P21.
ここで第1熱影響を従来通りに設定した場合、図12(A)に示すように、希土類元素含有物P1のなかの希土類元素が粒界P22を通じて拡散する。この場合、図12(B)に示すように、添加した希土類元素の重量が大きくなるに従い、保磁力が向上し、希土類元素の添加による効果が得られる。しかしながら、従来技術では、第1熱影響および第2熱影響の大きさが考慮されておらず、第1熱影響を大きく設定している場合、添加した希土類元素の拡散は過度に進行する。続いて、第2熱影響を従来通りに設定して熱間塑性加工を行うと、結晶粒が粗大化する。この場合、第2熱影響を大きく設定している場合、結晶粒P21の粗大化に従い、添加した希土類元素が結晶粒P21のなかに取り込まれ、図13(A)に示すように、その希土類元素が結晶粒P21の中心部にまで拡散してしまう。このため、図13(B)に示すように、希土類元素の添加による効果が得られなくなる。 Here, when the first thermal effect is set as usual, the rare earth element in the rare earth element-containing material P1 diffuses through the grain boundary P22 as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 12B, as the weight of the added rare earth element increases, the coercive force is improved, and the effect of adding the rare earth element is obtained. However, in the prior art, the magnitude of the first thermal effect and the second thermal effect are not considered, and when the first thermal effect is set to be large, the diffusion of the added rare earth element proceeds excessively. Subsequently, when the second heat effect is set as usual and hot plastic working is performed, the crystal grains become coarse. In this case, when the second heat effect is set to be large, the added rare earth element is taken into the crystal grain P21 in accordance with the coarsening of the crystal grain P21, and as shown in FIG. Diffuses to the center of the crystal grain P21. For this reason, as shown in FIG. 13B, the effect obtained by adding the rare earth element cannot be obtained.
これに対して、第1熱影響を第2熱影響よりも小さく設定する(たとえば熱間圧縮成形を高速で行う)ことにより、熱間圧縮成形での熱影響が小さくなり、図6(A)に示すように、添加した希土類元素の拡散が抑制され、磁性粉末P2の表面に希土類元素含有物P1の大部分が残存する。この場合、図6(B)に示すように、熱間圧縮成形前と同様に、添加した希土類元素の重量に関係なく、保磁力は一定である。次いで、熱間塑性加工を行うと、結晶粒P21の粗大化が開始するが、本実施形態の態様では、熱間塑性加工前には磁性粉末P2の表面に希土類元素含有物P1の大部分が残存しているから、熱間塑性加工による結晶粒P21の粗大化後に形成された粒界P22を通じて希土類元素が拡散する傾向が強くなる。これにより、図7(A)に示すように、希土類元素の結晶粒P21の中心部への拡散を抑制することができるから、図7(B)に示すように、添加した希土類元素の重量が大きくなるに従い、保磁力が向上し、希土類元素の添加による効果が得られる。 On the other hand, by setting the first thermal effect to be smaller than the second thermal effect (for example, performing hot compression molding at a high speed), the thermal effect in the hot compression molding is reduced, and FIG. As shown in FIG. 4, the diffusion of the added rare earth element is suppressed, and most of the rare earth element-containing material P1 remains on the surface of the magnetic powder P2. In this case, as shown in FIG. 6B, the coercive force is constant regardless of the weight of the added rare earth element, as before hot compression molding. Next, when hot plastic working is performed, the coarsening of the crystal grains P21 starts. However, in the aspect of this embodiment, most of the rare earth element-containing material P1 is present on the surface of the magnetic powder P2 before the hot plastic working. Since it remains, the tendency for rare earth elements to diffuse through the grain boundary P22 formed after the crystal grain P21 is coarsened by hot plastic working becomes stronger. As a result, as shown in FIG. 7A, the diffusion of rare earth elements into the central portion of the crystal grains P21 can be suppressed. Therefore, as shown in FIG. As it increases, the coercive force improves, and the effect of adding rare earth elements can be obtained.
続いて、ステップS15において、異方性が付与された成形体に機械加工を行うことにより、所望の形状に加工する。次いで、必要に応じて、所望の形状に加工された成形体に熱処理を行う。 Subsequently, in step S15, the molded body provided with anisotropy is machined to be processed into a desired shape. Next, if necessary, the molded body processed into a desired shape is subjected to heat treatment.
以上のように第1実施形態では、内部に粒界が存在する磁性粉末P2の表面に希土類元素含有物P1を被覆して作製した表面被覆磁性粉末を用いているので、添加した希土類元素の濃化を粒界近傍で行うことができるから、希土類元素の添加量の低減化および高保磁力化の両立を図ることができる。また、結晶粒径が単磁区粒子径より僅かに大きくなるので、従来の手法2と同様に保磁力増大効果を得ることができるから、高保磁力化をさらに図ることができる。さらに、添加した希土類元素の磁性粉末への拡散距離は短くなるから、加熱時間を短縮することができ、その結果、製造時間の短縮を図ることができる。また、磁石内部へ向かうに従い希土類元素の濃度が小さくなるという濃度分布の発生を防止することができるから、磁石が大型の場合でも、保磁力特性を均一とすることができる。 As described above, in the first embodiment, since the surface-coated magnetic powder produced by coating the surface of the magnetic powder P2 having grain boundaries inside with the rare earth element-containing material P1 is used, the concentration of the added rare earth element is increased. Therefore, it is possible to reduce both the amount of rare earth element added and increase the coercive force. Further, since the crystal grain size is slightly larger than the single domain particle diameter, the effect of increasing the coercive force can be obtained in the same manner as in the conventional method 2, so that the coercive force can be further increased. Furthermore, since the diffusion distance of the added rare earth element to the magnetic powder is shortened, the heating time can be shortened, and as a result, the manufacturing time can be shortened. In addition, since it is possible to prevent the occurrence of a concentration distribution in which the concentration of the rare earth element decreases toward the inside of the magnet, the coercive force characteristics can be made uniform even when the magnet is large.
ここで第1実施形態では、熱間圧縮成形による第1熱影響および熱間塑性加工による第2熱影響との総計を1000(℃・min)以上に設定しているので、添加した希土類元素による磁性粉末P1の結晶粒界を通じた拡散を効果的に行うことができるから、高保磁力化をさらに図ることができる。 Here, in the first embodiment, since the total of the first thermal effect by hot compression molding and the second thermal effect by hot plastic working is set to 1000 (° C./min) or more, it depends on the added rare earth element. Since the diffusion through the crystal grain boundary of the magnetic powder P1 can be performed effectively, the coercive force can be further increased.
特に、第1熱影響を第2熱影響よりも小さく設定することにより、添加した希土類元素の結晶粒P21の中心部への拡散を抑制することができるから、高保磁力化をさらに図ることができる。さらに、磁性粉末P2の表面への希土類元素含有物P1の被覆を超音波分散により行うことにより、その被覆を均一に行うことができる。また、希土類元素の添加量を低減することができるので、表面被覆磁性粉末を上記永久磁石の製造方法に適用した場合、製造された永久磁石では、磁化の低下を防止することができる。 In particular, by setting the first thermal effect to be smaller than the second thermal effect, it is possible to suppress the diffusion of the added rare earth element into the central portion of the crystal grains P21, and thus it is possible to further increase the coercive force. . Furthermore, the coating of the rare earth element-containing material P1 on the surface of the magnetic powder P2 can be performed uniformly by performing ultrasonic dispersion. Moreover, since the addition amount of rare earth elements can be reduced, when the surface-coated magnetic powder is applied to the method for producing a permanent magnet, the produced permanent magnet can prevent a decrease in magnetization.
(2)第2実施形態
第2実施形態では、熱間圧縮成形S13による第1熱影響および熱間塑性加工S14による第2熱影響との総計を1000(℃・min)未満とし、図8に示すように、熱間塑性加工S14後に行う熱処理S21を必須としていることが、第1実施形態と異なっている。第2実施形態では、第1実施形態と同様な構成要素には同符号を付し、第1実施形態と同様な作用を有する構成要素の説明は省略している。
(2) Second Embodiment In the second embodiment, the total of the first thermal effect by the hot compression molding S13 and the second thermal effect by the hot plastic working S14 is less than 1000 (° C./min), and FIG. As shown, the heat treatment S21 performed after the hot plastic working S14 is essential, which is different from the first embodiment. In the second embodiment, components similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of components having the same functions as those in the first embodiment are omitted.
第2実施形態では、熱間圧縮成形S13による第1熱影響および熱間塑性加工S14による第2熱影響との総計を1000(℃・min)未満に設定しているので、第1熱影響を小さく設定する(たとえば熱間圧縮成形を高速で行う)ことができ、これにより、図9(A)に示すように、磁性粉末P2の表面に希土類元素含有物P1の大部分が残存する。この場合、図9(B)に示すように、添加した希土類元素の重量に関係なく、保磁力は一定である。 In the second embodiment, since the total of the first thermal effect by the hot compression molding S13 and the second thermal effect by the hot plastic working S14 is set to less than 1000 (° C./min), the first thermal effect is It can be set small (for example, hot compression molding is performed at a high speed), and as a result, most of the rare earth element-containing material P1 remains on the surface of the magnetic powder P2, as shown in FIG. 9A. In this case, as shown in FIG. 9B, the coercive force is constant regardless of the weight of the added rare earth element.
次いで、熱間塑性加工S14では、第1熱影響との熱影響の総計が1000(℃・min)未満となるようにしているから、第2熱影響を小さく設定する(たとえば熱間塑性加工を高速で行う)ことができ、これにより図10(A)に示すように、希土類元素の拡散が抑制され、磁性粉末P2の表面に希土類元素含有物P1の大部分が残存する。この場合、第2熱影響を小さく設定しているから、結晶粒P21の粗大化が抑制される。また、この場合、図10(B)に示すように、添加した希土類元素の重量に関係なく、保磁力は一定である。次いで、熱処理S21を行うことにより、添加した希土類元素が粒界P22を通じて最適に拡散することができる。これにより、図11(A)に示すように、希土類元素の結晶粒P21の中心部への拡散を抑制することができるから、図11(B)に示すように、添加した希土類元素の重量が大きくなるに従い、保磁力が向上し、希土類元素の添加による効果が得られる。 Next, in the hot plastic working S14, since the total of the heat effects with the first heat influence is less than 1000 (° C./min), the second heat influence is set to be small (for example, hot plastic working is performed). As a result, as shown in FIG. 10A, diffusion of rare earth elements is suppressed, and most of the rare earth element-containing material P1 remains on the surface of the magnetic powder P2. In this case, since the second heat effect is set small, the coarsening of the crystal grains P21 is suppressed. In this case, as shown in FIG. 10B, the coercive force is constant regardless of the weight of the added rare earth element. Next, by performing heat treatment S21, the added rare earth element can optimally diffuse through the grain boundary P22. As a result, as shown in FIG. 11 (A), the diffusion of rare earth elements into the central portion of the crystal grains P21 can be suppressed. Therefore, as shown in FIG. 11 (B), the weight of the added rare earth elements is reduced. As it increases, the coercive force improves, and the effect of adding rare earth elements can be obtained.
以上のように第2実施形態では、第1実施形態による効果を得ることができるに加えて、希土類元素は結晶粒P21の粒界P22を通じて最適に拡散することができるから、高保磁力化をさらに図ることができる。 As described above, in the second embodiment, in addition to obtaining the effects of the first embodiment, the rare earth element can optimally diffuse through the grain boundary P22 of the crystal grain P21, so that the coercive force can be further increased. Can be planned.
(3)第3実施形態
第3実施形態では、ステップS12とステップS15の間にステップS31,S32を行うことが第1実施形態とは異なっている。第3実施形態では、第1実施形態と同様な構成要素には同符号を付し、第1実施形態と同様な作用を有する構成要素の説明は省略している。この場合、磁性粉末としてHDDR粉(Hydrogenation-Decomposition-Desorption-Recombination粉)を用いることが好適である。HDDR粉は、1つの粉末内部に多数の結晶粒を有し、各結晶粒は1方向に配向されて構成されているものである。
(3) Third Embodiment The third embodiment is different from the first embodiment in that steps S31 and S32 are performed between step S12 and step S15. In the third embodiment, components similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of components having the same functions as those in the first embodiment are omitted. In this case, it is preferable to use HDDR powder (Hydrogenation-Decomposition-Desorption-Recombination powder) as the magnetic powder. HDDR powder has a large number of crystal grains in one powder, and each crystal grain is oriented in one direction.
第3実施形態では、ステップS11において、HDDR粉および希土類元素含有物を準備し、ステップS12において、第2実施形態と同様な手法で、HDDR粉P2の表面に希土類元素含有物P1を被覆する被覆処理を行う。この場合、HDDR粉P2では、予め結晶の磁化容易軸が同一方向に配向されている。続いて、ステップS31において、希土類元素含有物P1がHDDR粉P2の表面に付着されてなる表面被覆磁性粉末に、磁場中で圧縮成形を行う。これにより異方性を有する成形体を作製する。 In the third embodiment, the HDDR powder and the rare earth element-containing material are prepared in step S11, and in step S12, the surface of the HDDR powder P2 is coated with the rare earth element-containing material P1 by the same method as in the second embodiment. Process. In this case, in the HDDR powder P2, the easy magnetization axes of the crystals are oriented in the same direction in advance. Subsequently, in step S31, the surface-coated magnetic powder in which the rare earth element-containing material P1 is attached to the surface of the HDDR powder P2 is compression-molded in a magnetic field. Thereby, a molded body having anisotropy is produced.
続いて、ステップS32において、成形体に焼結を行い、焼結体を得る。ステップS32では、添加した希土類元素は、第1実施形態と同様に、磁性粉末P2の界面からその内部へ結晶粒界(矢印方向I)に沿って選択的に拡散して、希土類元素の濃化が粒界近傍で行われる。このような燒結において燒結温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(燒結温度−粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第3熱影響としたとき、第3熱影響を1000(℃・min)以上に設定する。 Subsequently, in step S32, the molded body is sintered to obtain a sintered body. In step S32, the added rare earth element is selectively diffused along the crystal grain boundary (arrow direction I) from the interface of the magnetic powder P2 to the inside thereof, as in the first embodiment, thereby enriching the rare earth element. Is performed near the grain boundary. In such sintering, when the sintering temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature, the integral value of (sintering temperature−grain boundary liquidus temperature) (° C.) and the time (min) is expressed as a third value. When the heat effect is considered, the third heat effect is set to 1000 (° C./min) or more.
次いで、第1実施形態と同様に、ステップS15において、焼結体に機械加工を行うことにより、所望の形状に加工する。次に、必要に応じて、所望の形状に加工された成形体あるいは焼結体に熱処理を行う。 Next, as in the first embodiment, in step S15, the sintered body is processed into a desired shape by machining. Next, if necessary, heat treatment is performed on the molded body or sintered body processed into a desired shape.
以上のように第3実施形態では、第3熱影響を1000(℃・min)以上に設定しているので、第1実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。 As described above, in the third embodiment, since the third heat influence is set to 1000 (° C./min) or more, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.
以下、具体的な実施例を参照して本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。実施例では、添加Dy量を変更して永久磁石の保磁力向上値と熱影響の関係について調べた。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. In the examples, the amount of added Dy was changed and the relationship between the coercive force improvement value of the permanent magnet and the thermal effect was examined.
試料作製では、希土類元素含有物としてDyF3粉末、希土類元素含有物よりも硬度が高い扁平状の磁性粉末としてNd-Fe-Bの磁性粉末を準備した。次いで、磁性粉末の表面への希土類元素含有物の被覆処理を行った。被覆処理では、実施形態と同様な手法を用いて、磁性粉末および希土類元素含有物を有機溶剤に混合してスラリーを作製した。スラリーに超音波照射を行うことにより、希土類元素含有物を微粒子化するとともにスラリー中に均一に分散させた。そして、スラリーを乾燥させることにより、微粒子化された希土類元素含有物を磁性粉末の表面に被覆した。この場合、被覆した希土類元素含有物から換算したDyの添加量が0.5wt.%、1.0wt.%、3.0wt.%、5.0wt.%の表面被覆磁性粉末を作製した。なお、Dyの添加量の分析は、ICP(高周波誘導結合プラズマ)分析を用いた。 In sample preparation, DyF 3 powder was prepared as a rare earth element-containing material, and Nd—Fe—B magnetic powder was prepared as a flat magnetic powder having a hardness higher than that of the rare earth element-containing material. Next, the surface of the magnetic powder was coated with a rare earth element-containing material. In the coating treatment, a slurry was prepared by mixing the magnetic powder and the rare earth element-containing material with an organic solvent using the same method as in the embodiment. By irradiating the slurry with ultrasonic waves, the rare earth element-containing material was finely divided and uniformly dispersed in the slurry. And the surface of the magnetic powder was coated with the finely divided rare earth element-containing material by drying the slurry. In this case, surface-coated magnetic powders having Dy addition amounts of 0.5 wt.%, 1.0 wt.%, 3.0 wt.%, And 5.0 wt.% Converted from the coated rare earth element-containing material were prepared. In addition, the analysis of the addition amount of Dy used ICP (high frequency inductively coupled plasma) analysis.
続いて、このような被覆処理の後、希土類元素含有物が表面に被覆された磁性粉末に熱間圧縮成形を行うことにより、成形体を作製した。次に、成形体に熱間塑性加工を行うことにより、成形体に異方性を付与した。 Subsequently, after such a coating treatment, a compact was produced by performing hot compression molding on a magnetic powder having a surface coated with a rare earth element-containing material. Next, anisotropy was imparted to the molded body by subjecting the molded body to hot plastic working.
熱間圧縮成形時および熱間塑性加工時の印加圧力は50MPaとした。熱間圧縮成形時および熱間塑性加工時の各加熱では、所定の昇温速度で保持温度まで昇温させる昇温領域、保持温度で所定時間保持する保持温度領域、所定の冷却速度で保持温度から冷却させる冷却領域を設定した。熱間圧縮成形では、保持温度を600〜850℃、昇温速度を20〜100℃/min、保持時間を0〜60min、冷却速度を20〜100℃/minの範囲内で適宜設定し、第1熱影響(℃・min)を変更した。熱間塑性加工では、保持温度を700〜900℃、昇温速度を20〜100℃/min、保持時間を0〜20min、冷却速度を20〜100℃/minの範囲内で適宜設定し、第2熱影響(℃・min)を変更した。第1熱影響および第2熱影響について、粒界液相化温度は600℃とし、図15を用いて説明した手法で第1熱影響および第2熱影響の総計を算出した。 The applied pressure at the time of hot compression molding and hot plastic working was 50 MPa. In each heating during hot compression molding and hot plastic working, a temperature rising region that raises the temperature to the holding temperature at a predetermined temperature rising rate, a holding temperature region that holds the holding temperature for a predetermined time, and a holding temperature at a predetermined cooling rate The cooling area to be cooled is set. In the hot compression molding, the holding temperature is set to 600 to 850 ° C., the temperature rising rate is set to 20 to 100 ° C./min, the holding time is set to 0 to 60 min, and the cooling rate is appropriately set within the range of 20 to 100 ° C./min. 1 Heat effect (° C / min) was changed. In the hot plastic working, the holding temperature is set to 700 to 900 ° C., the temperature rising rate is set to 20 to 100 ° C./min, the holding time is set to 0 to 20 min, and the cooling rate is appropriately set within the range of 20 to 100 ° C./min. 2 The heat effect (° C · min) was changed. Regarding the first heat effect and the second heat effect, the grain boundary liquidus temperature was set to 600 ° C., and the total of the first heat effect and the second heat effect was calculated by the method described with reference to FIG.
このようにして試料として、Dyの添加量が0.5wt.%、1.0wt.%、3.0wt.%、5.0wt.%である永久磁石を製造し、それら永久磁石について、VSM(振動試料型磁力計)を用いて保磁力の測定を行い、図17に示すように、永久磁石の保磁力向上値(kOe)と熱影響(=第1熱影響および第2熱影響の総計)(℃・min)の関係について得た。図17のプロット●で示されるデータは、Dyの添加量が0.5wt.%である永久磁石についてのデータ、プロット▲で示されるデータは、Dyの添加量が1.0wt.%である永久磁石についてのデータ、プロット■で示されるデータは、Dyの添加量が3.0wt.%である永久磁石についてのデータ、プロット◆で示されるデータは、Dyの添加量が5.0wt.%である永久磁石についてのデータである。 In this way, permanent magnets having Dy addition amounts of 0.5 wt.%, 1.0 wt.%, 3.0 wt.%, And 5.0 wt.% Were produced as samples, and VSM ( The coercive force is measured using a vibrating sample magnetometer, and as shown in FIG. 17, the coercivity improvement value (kOe) of the permanent magnet and the thermal effect (= total of the first thermal effect and the second thermal effect). The relationship of (° C./min) was obtained. The data indicated by the plot ● in FIG. 17 is the data for the permanent magnet with the Dy addition amount of 0.5 wt.%, And the data indicated by the plot ▲ is the permanent with the Dy addition amount of 1.0 wt. Data for magnets, data indicated by plot ■ are for permanent magnets with Dy addition of 3.0 wt.%, Data for plot ◆ are for Dy addition of 5.0 wt.% It is data about a certain permanent magnet.
保磁力向上値は次のように算出した。保磁力は、熱によるDy拡散の効果によって上昇し、結晶粒粗大化の影響によって減少する。実施例では、熱によるDy拡散の効果のみを評価するために、実施例の各試料の保磁力向上値について、下記式に示すように、試料の保磁力と、同条件で作製したDy添加無しの比較試料(=希土類元素含有物を用いたDy添加を行わなかった比較試料)の保磁力との差として得た。そして、保磁力向上値と熱影響との関係において、図16に示すように、保磁力向上値のピーク値が得られる熱影響の範囲を高保磁力化に必要な範囲として決定した。
保磁力向上値=Dy添加の試料の保磁力−Dy無添加の試料の保磁力
The coercive force improvement value was calculated as follows. The coercive force increases due to the effect of Dy diffusion due to heat, and decreases due to the effect of grain coarsening. In the example, in order to evaluate only the effect of Dy diffusion due to heat, the coercive force improvement value of each sample of the example is as shown in the following formula, and the sample has the same coercive force and no Dy addition prepared under the same conditions. Obtained as a difference from the coercive force of a comparative sample (= a comparative sample in which Dy addition using a rare earth element-containing material was not performed). Then, in the relationship between the coercive force improvement value and the thermal effect, as shown in FIG. 16, the range of the thermal effect in which the peak value of the coercive force improvement value is obtained is determined as the range necessary for increasing the coercive force.
Coercivity improvement value = coercivity of Dy-added sample−coercivity of Dy-free sample
図17に示すように、Dyの添加量が0.5wt.%、1.0wt.%、3.0wt.%、5.0wt.%である永久磁石について、Dyの添加量が大きくなるに従い、保磁力向上値のピーク値は、いずれのピークについても、第1熱影響および第2熱影響の総計が1000(℃・min)以上に位置していることを確認した。これにより、第1熱影響および第2熱影響の総計を1000(℃・min)以上に設定することにより、高保磁力化を図ることができることが判った。 As shown in FIG. 17, for the permanent magnets with Dy addition amounts of 0.5 wt.%, 1.0 wt.%, 3.0 wt.%, 5.0 wt. As for the peak value of the coercive force improvement value, it was confirmed that the sum total of the first heat effect and the second heat effect was positioned at 1000 (° C./min) or more for any peak. Thus, it was found that a high coercive force can be achieved by setting the total of the first heat effect and the second heat effect to 1000 (° C./min) or more.
P1…希土類元素含有物、P2…磁性粉末、P21…結晶粒、P22…粒界、P23…アモルファス相、S…スラリー P1 ... Rare earth element-containing material, P2 ... Magnetic powder, P21 ... Crystal grain, P22 ... Grain boundary, P23 ... Amorphous phase, S ... Slurry
Claims (6)
前記表面被覆磁性粉末に熱間圧縮成形を行うことにより成形体を作製し、
前記成形体に熱間塑性加工を行うことにより永久磁石を得、
前記熱間圧縮成形において成形温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(前記成形温度−前記粒界液相化温度)(℃)と、その時間(min)との積分値を第1熱影響とし、前記熱間塑性加工において加工温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(前記加工温度−前記粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第2熱影響としたとき、
前記第1熱影響と前記第2熱影響との総計を1000(℃・min)以上に設定することを特徴とする永久磁石の製造方法。 A surface of a magnetic powder having a crystal or a mixed phase of a crystal and an amorphous phase and having a grain boundary inside is coated with a rare earth element-containing material composed of at least one of a rare earth elemental metal, an alloy, and a compound. Create surface-coated magnetic powder,
A compact is produced by performing hot compression molding on the surface-coated magnetic powder,
A permanent magnet is obtained by performing hot plastic working on the molded body,
Integration of (the molding temperature−the grain boundary liquidus temperature) (° C.) and the time (min) when the molding temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature in the hot compression molding. When the processing temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature in the hot plastic working when the value is the first thermal effect, (the processing temperature−the grain boundary liquidus temperature) (° C.) and its When the integral value with time (min) is the second heat effect,
A method for producing a permanent magnet, characterized in that a total of the first heat effect and the second heat effect is set to 1000 (° C. · min) or more.
前記表面被覆磁性粉末に熱間圧縮成形を行うことにより成形体を作製し、
前記成形体に熱間塑性加工を行うことにより永久磁石を得、
前記熱間圧縮成形において成形温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(前記成形温度−前記粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第1熱影響とし、前記熱間塑性加工において加工温度(℃)が前記粒界液相化温度以上である場合に、(前記加工温度−前記粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第2熱影響としたとき、
前記第1熱影響と前記第2熱影響との総計を1000(℃・min)未満に設定し、
前記熱間塑性加工後の前記永久磁石に熱処理を行うことを特徴とする永久磁石の製造方法。 A surface of a magnetic powder having a crystal or a mixed phase of a crystal and an amorphous phase and having a grain boundary inside is coated with a rare earth element-containing material composed of at least one of a rare earth elemental metal, an alloy, and a compound. Create surface-coated magnetic powder,
A compact is produced by performing hot compression molding on the surface-coated magnetic powder,
A permanent magnet is obtained by performing hot plastic working on the molded body,
In the hot compression molding, when the molding temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature, the integrated value of (the molding temperature−the grain boundary liquidus temperature) (° C.) and the time (min) When the processing temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature in the hot plastic working, (the processing temperature−the grain boundary liquidus temperature) (° C.) and its When the integral value with time (min) is the second heat effect,
The total of the first heat effect and the second heat effect is set to less than 1000 (° C./min),
A method of manufacturing a permanent magnet, comprising performing a heat treatment on the permanent magnet after the hot plastic working.
前記表面被覆磁性粉末に、磁場中で圧縮成形を行うことにより成形体を作製し、
前記成形体に焼結を行い、
前記燒結において燒結温度(℃)が粒界液相化温度以上である場合に、(前記燒結温度−前記粒界液相化温度)(℃)とその時間(min)との積分値を第3熱影響としたとき、前記第3熱影響を1000(℃・min)以上に設定することを特徴とする永久磁石の製造方法。 A rare earth element simple metal, alloy, and compound on the surface of a magnetic powder having a crystal or a mixed phase of a crystal and an amorphous phase and having grain boundaries inside, and each crystal grain being oriented in one direction A surface-coated magnetic powder is produced by coating a rare earth element-containing material comprising at least one of
The surface-coated magnetic powder is formed by compression molding in a magnetic field,
Sintering the molded body,
When the sintering temperature (° C.) is equal to or higher than the grain boundary liquidus temperature in the sintering, the integrated value of (the sintering temperature−the grain boundary liquidus temperature) (° C.) and the time (min) is expressed as a third value. A method for producing a permanent magnet, characterized in that the third heat effect is set to 1000 (° C./min) or more when the heat effect is considered.
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