JP2012533879A - 磁性体およびその製造のための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
希土類元素含有化合物は、希土類金属ベースの磁性材料粒子を所定の形状に成形することによって永久磁石を製造するために使用されてきた。希土類金属ベースの磁性材料粒子は、バインダーとして作用するポリマーなどによって凝集させる。このようなポリマー-ボンド磁石は、一工程成形プロセスにおいて厳しい精度内で様々な複雑な形状に成形されるといったその柔軟性など、焼結磁石をしのぐ際立つ長所を有し、これによって製造コスト削減が可能になる。
第一の局面によると、180℃の温度に1000時間供した場合、ASTM977/977Mにより測定した際に12%以下の最大エネルギー積損失(maximum energy product loss)(ΔBHmax)を示すことを特徴とする、希土類ボンド磁性粒子の凝集塊を含む磁性体が提供される。
(a)希土類ボンド磁性体を形成するために希土類磁性材料粒子を圧密する工程と、
(b)該圧密する工程中またはその後に、該磁性体を通じてその抗酸化剤を含む移動相を接触させる工程とを含む希土類ボンド磁性体の製造のための方法が提供される。
本明細書中で使用される次の語および用語は、指定の意味を有するものとする。
ここで磁性体およびそれを製造するための方法の例示的、非限定的態様を開示する。
(R1-aR'a)uFe100-u-v-w-x-yCovMwTxBy
式中、
RはNd、Pr、ジジム(Nd0.75Pr0.25の組成のNdおよびPrの天然混合物(nature mixture))またはそれらの組み合わせであり、
R'は、La、Ce、Yまたはそれらの組み合わせであり、
Mは、Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、WおよびHfのうち1つまたは複数であり、
Tは、Al、Mn、CuおよびSiのうち1つまたは複数であり、
0.01=a=0.8、7=u=13、0.1=v=20、0.01=w=1、0.1=x=5および4=y=12である。
(MM1-aRa)uFe100-u-v-w-x-yYvMwTxBy
式中、
MMは、ミッシュメタルまたはそれらの合成等価物であり、
Rは、Nd、Prまたはそれらの組み合わせであり、
Yは、Fe以外の遷移金属であり、
Mは、周期表の第4族から第6族から選択される1つまたは複数の金属であり、
Tは、周期表の第11族から第14族から選択される、B以外の1つまたは複数の元素であり、
0=a<1、7=u=13、0=v=20、0=w=5であり;0=x=5および4=y=12である。
(R'O)m-Ti-(O-X-R2-Y)n
または
(R'O)m-Zr-(O-X-R2-Y)n
式中、R'Oは、R'が短鎖または長鎖アルキル(モノアルコキシ)または不飽和アリル(ネオアルコキシ)であり得るモノ加水分解性の(monohydrolyzable)基であり;TiまたはZrは、それぞれ4価チタンまたはジルコニウム原子であり;Xは、リン酸塩、亜リン酸塩、ピロリン酸、スルホニル、カルボキシルなどのバインダー官能基であり;Rは、脂肪族および非極性イソプロピル、ブチル、オクチル、イソステアロイル基;ナフテン系およびやや極性のあるドデシルベンジル基;または芳香族ベンジル、クミルフェニル基などの熱可塑性官能基であり;Yは、典型的に反応性である熱硬化性官能基、例えばアミノ基またはビニル基であり;mおよびnは分子の官能性を表す。
Nd2Fe14B(s)+CO(g)→FeaCb,NdcCd,Nd2Fe14(B,C),FeeOf,NdgOh(s)。
(b)前記圧密する工程中またはその後に該磁性体を通じてその抗酸化剤を含む移動相を接触させる工程
とを含む方法から形成される希土類ボンド磁性体もまた提供される。
2グラムの第一リン酸アルミニウムを20mlの2-プロパノール中で溶解させた。次に、98グラムの磁性材料粒子(MQP-B+)を上記溶液に添加した。次いで、続く加熱および機械による攪拌工程によってアルコールを完全に蒸発させたところ、磁性材料粒子上を被覆する2wt%のリン酸アルミニウムが残留した。7T/cm2の加圧下でさらなるバインダーなく、被覆された磁性材料粒子を圧密して磁石にした。次に、この磁石を真空槽中の水に浸漬した。磁石の隙間への水の埋め戻しを促進するために0.05MPa以下の真空を適用した。埋め戻しプロセス後、275℃で磁石を風乾した。
1.57グラムのEpon(商標)Resin 164、0.094グラムのDyhard 100S、0.034グラムのDyhard UR300および0.029グラムのステアリン酸亜鉛などのバインダー化合物とともに、2グラムの第一リン酸アルミニウムを30mlのアセトン中で溶解させた。次に、96.27グラムの磁性材料粒子(MQP-14-12)を上記溶液に添加した。次いで、続く加熱および機械による攪拌工程によりアセトンを完全に蒸発させたところ、磁性材料粒子を被覆するリン酸アルミニウムおよびバインダー化合物の混合物が残留した。圧密前に、これらの被覆された磁性材料粒子に1wt%H2Oを添加し、均一な混合物が得られるまで混合した。続いて、7T/cm2の加圧下でこれらの磁性材料粒子を圧密し、磁性体を形成させた。
この実施例3で使用した2種類の磁性材料粒子はMQ1-B3およびMQ1-F42の商品名でシンガポール、Magnequench,Inc.から市販されていた。今回バインダーとして使用したエポキシは、米国マサチューセッツ州カントンのEmerson & Cuming specialty polymersからSTYCAT SE-617 Epoxy resinの商品名で購入することができる。
この実施例では、MQP-14-12ベースの2種類の磁石試料を調製した。第一の試料は、バインダーとしてEpon(商標)Resin 164を含有し、一方、第二の試料は、Epon(商標)Resin 164を含有しない。
埋め戻し工程を除き、実施例1と同じ条件下で磁石を調製した。従って、圧密後に磁石を水中に浸漬しなかった。代わりに、圧密工程後に磁石を275℃で風乾した。
ここでは、圧密工程前に水を添加しなかったことを除き、実施例2の実験プロセスに従う。従って、移動相非存在下で、磁性材料粒子、リン酸アルミニウムおよびバインダー化合物を圧密した。形成された磁性体を実施例2に記載のとおり硬化および時効工程に供し、時効試験の結果も図2で示す。図2で示されるように、この比較例で形成される磁性体の永久磁束は20%を超えた。これは、移動相がなく、従って抗酸化剤が自由に流動して圧密中に生成する露出新生表面と接触できないことによる。ゆえに、実施例2の場合と比較して新生表面の不動態化度が顕著に低いため、この比較例の磁性体の酸化度が大きくなり、これにより永久磁束の損失率(%)が大きくなる。
MQP-14-12磁性材料粒子を用いて、この比較例3において4種類の試料を作製した。
当然のことながら、本明細書中で開示される不動態化技術は、希土類磁性材料粒子の腐食耐性および錆止め性能を向上させるための、単純ながらも有効な方法である。
[本発明1001]
180℃の温度に1000時間供した場合、ASTM977/977Mにより測定した際に12%またはそれ以下の最大エネルギー積損失(maximum energy product loss)(ΔBHmax)を示すことを特徴とする、希土類ボンド磁性粒子の凝集塊を含む磁性体。
[本発明1002]
10%未満の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1001の希土類ボンド磁性体。
[本発明1003]
5%未満の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1002の希土類ボンド磁性体。
[本発明1004]
4%未満の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1003の希土類ボンド磁性体。
[本発明1005]
2%未満の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1004の希土類ボンド磁性体。
[本発明1006]
180℃の温度に1000時間供した場合、ASTM977/977Mにより測定した際に1%またはそれ以下の残留磁気損失(ΔB r )を示すことを特徴とする、本発明1001の希土類ボンド磁性体。
[本発明1007]
前記残留磁気損失(ΔB r )が0.5%未満である、本発明1006の希土類ボンド磁性体。
[本発明1008]
前記残留磁気損失(ΔB r )が0.4%未満である、本発明1007の希土類ボンド磁性体。
[本発明1009]
ボンド磁石の磁性粒子の全表面積の少なくとも70%が実質的に酸化に対して不活性である、前記本発明の何れかの希土類ボンド磁性体。
[本発明1010]
ボンド磁石の磁性粒子の全表面積の少なくとも95%が実質的に酸化に対して不活性である、本発明1009の希土類ボンド磁性体。
[本発明1011]
磁性体内の粒子の表面が酸化に対して耐性である、希土類ボンド磁性粒子の凝集塊を含む本発明1010の磁性体。
[本発明1012]
前記希土類磁性材料粒子が、ネオジム、プラセオジム、ランタン、セリウム、サマリウムおよびそれらの組み合わせからなる群より選択される元素を含む、前記本発明の何れかの磁性体。
[本発明1013]
前記希土類磁性材料粒子が、以下の原子濃度の組成を有する、前記本発明の何れかの磁性体:
(R 1-a R' a ) u Fe 100-u-v-w-x-y Co v M w T x B y
式中、
Rは、Nd、Pr、ジジム(Nd 0.75 Pr 0.25 の組成のNdおよびPrの天然混合物(nature mixture))またはそれらの組み合わせであり、
R'は、La、Ce、Yまたはそれらの組み合わせであり、
Mは、Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、WおよびHfのうち1つまたは複数であり、かつ
Tは、Al、Mn、CuおよびSiのうち1つまたは複数であり、
ここで、0.01=a=0.8、7=u=13、0.1=v=20、0.01=w=1、0.1=x=5および4=y=12である。
[本発明1014]
前記希土類磁性材料粒子が、以下の原子濃度の組成を有する、前記本発明の何れかの磁性体:
(MM 1-a R a ) u Fe 100-u-v-w-x-y Y v M w T x B y
式中、
MMは、ミッシュメタルまたはその合成等価物であり、
Rは、Nd、Prまたはそれらの組み合わせであり、
YはFe以外の遷移金属であり、
Mは、周期表の第4族〜第6族から選択される1つまたは複数の金属であり、かつ
Tは、周期表の第11族〜第14族から選択される、B以外の1つまたは複数の元素であり、
ここで、0≦a<1、7≦u≦13、0≦v≦20、0≦w≦5; 0≦x≦5および4≦y≦12である。
[本発明1015]
前記ミッシュメタルがセリウムベースのミッシュメタルである、本発明1014の磁性体。
[本発明1016]
前記ミッシュメタルまたはその合成等価物が、以下の重量%組成を有する、本発明1014の磁性体:
20%から30%のLa;
2%から8%のPr;
10%から20%のNd;ならびに
Ceおよび任意の偶発的な不純物である残部。
[本発明1017]
前記ミッシュメタルまたはその合成等価物が、以下の重量%組成を有する、本発明1016の磁性体:
25%から27%のLa;
4%から6%のPr;
14%から16%のNd;および
47%から51%のCe。
[本発明1018]
磁性粒子が、180℃の温度に1000時間供された後に7.5kGから10.5kGの残留磁気(B r )値を示す、前記本発明の何れかの磁性体。
[本発明1019]
磁性粒子が、180℃の温度に1000時間供された後に6kOeから12kOeの固有保磁力(H Ci )値を示す、前記本発明の何れかの磁性体。
[本発明1020]
磁性体を形成するために前記磁性粒子を圧密に供した間またはその後に、抗酸化剤が該磁性粒子と接触した、前記本発明の何れかの磁性体。
[本発明1021]
希土類ボンド磁性粒子の凝集塊を含む希土類ボンド磁性体であって、該磁性体の圧密形成前に抗酸化剤で被覆された粒子から形成されたボンド磁性体と比較して、より小さい最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示すことを特徴とする、希土類ボンド磁性体。
[本発明1022]
以下の工程を含む、希土類ボンド磁性体の製造のための方法:
(a)該磁性体を形成するために希土類磁性材料粒子を圧密する工程、および
(b)該圧密する工程の間またはその後に、該磁性体を通じて抗酸化剤を含む移動相を接触させる工程。
[本発明1023]
前記移動相が、リン酸またはその前駆体、水溶液、有機チタンカップリング剤および一酸化炭素である、本発明1022の方法。
[本発明1024]
前記移動相が、前記圧密する工程の間に破裂するように構成されたカプセルにより封入される、本発明1022の方法。
[本発明1025]
前記カプセルが超小型である、本発明1024の方法。
[本発明1026]
前記抗酸化剤が前記水溶液の溶質である、本発明1023の方法。
[本発明1027]
前記移動相が水を含む、本発明1022から1026の何れかの方法。
[本発明1028]
(c)前記圧密する工程(a)の前に、実質的に均一な混合物を形成するために前記希土類磁性材料粒子を抗酸化剤と混合する工程をさらに含む、本発明1022から1027の何れかの方法。
[本発明1029]
前記抗酸化剤がリン酸イオン供与体である、本発明1022から1028の何れかの方法。
[本発明1030]
前記リン酸イオン供与体が金属リン酸錯体である、本発明1029の方法。
[本発明1031]
前記金属リン酸錯体の金属が、IA族金属、IIA族金属およびIIIA族金属からなる群より選択される、本発明1030の方法。
[本発明1032]
前記金属リン酸錯体が、リン酸リチウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウムおよびリン酸アルミニウムからなる群より選択される、本発明1030の方法。
[本発明1033]
前記リン酸イオン供与体がその中に有機部分を含む、本発明1030の方法。
[本発明1034]
前記有機部分が2個のアミン部分を有するカルボニル基を含む、本発明1033の方法。
[本発明1035]
前記接触させる工程(a)において、前記磁性体内の前記磁性材料粒子の表面の少なくとも70%が前記移動相と接触する、本発明1022から1034の何れかの方法。
[本発明1036]
前記圧密する工程の間に希土類ボンド磁性体を形成するために前記希土類磁性材料粒子に対して十分な量の移動相を提供する工程を含み、該希土類ボンド磁性体が、180℃の温度に1000時間供した場合、ASTM977/977Mにより測定した際に12%またはそれ以下の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1022から1035の何れかの方法。
[本発明1037]
前記希土類ボンド磁性体が10%未満の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1036の方法。
[本発明1038]
前記希土類ボンド磁性体が、5%未満の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1037の方法。
[本発明1039]
前記希土類ボンド磁性体が、4%未満の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1038の方法。
[本発明1040]
前記希土類ボンド磁性体が、2%未満の最大エネルギー積損失(ΔBHmax)を示す、本発明1039の方法。
[本発明1041]
前記磁性体が、180℃の温度に1000時間供した場合、ASTM977/977Mにより測定した際に1%またはそれ以下の残留磁気損失(ΔB r )を示す、本発明1022の方法。
Claims (41)
(R1-aR'a)uFe100-u-v-w-x-yCovMwTxBy
式中、
Rは、Nd、Pr、ジジム(Nd0.75Pr0.25の組成のNdおよびPrの天然混合物(nature mixture))またはそれらの組み合わせであり、
R'は、La、Ce、Yまたはそれらの組み合わせであり、
Mは、Zr、Nb、Ti、Cr、V、Mo、WおよびHfのうち1つまたは複数であり、かつ
Tは、Al、Mn、CuおよびSiのうち1つまたは複数であり、
ここで、0.01=a=0.8、7=u=13、0.1=v=20、0.01=w=1、0.1=x=5および4=y=12である。
(MM1-aRa)uFe100-u-v-w-x-yYvMwTxBy
式中、
MMは、ミッシュメタルまたはその合成等価物であり、
Rは、Nd、Prまたはそれらの組み合わせであり、
YはFe以外の遷移金属であり、
Mは、周期表の第4族〜第6族から選択される1つまたは複数の金属であり、かつ
Tは、周期表の第11族〜第14族から選択される、B以外の1つまたは複数の元素であり、
ここで、0≦a<1、7≦u≦13、0≦v≦20、0≦w≦5; 0≦x≦5および4≦y≦12である。
20%から30%のLa;
2%から8%のPr;
10%から20%のNd;ならびに
Ceおよび任意の偶発的な不純物である残部。
25%から27%のLa;
4%から6%のPr;
14%から16%のNd;および
47%から51%のCe。
(a)該磁性体を形成するために希土類磁性材料粒子を圧密する工程、および
(b)該圧密する工程の間またはその後に、該磁性体を通じて抗酸化剤を含む移動相を接触させる工程。
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