JP2014165212A

JP2014165212A - 高耐食性希土類磁石粉末

Info

Publication number: JP2014165212A
Application number: JP2013032482A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Watanabe; 弘紀渡辺; Shinkichi Obayashi; 伸吉大林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】磁石粉末粒子の表面に耐食性、密着性、耐熱性のある皮膜を形成することで高温水のような過酷な環境でも耐食性を発揮できる磁石用粉末を得る。
【解決手段】希土類元素を含む鉄系磁石合金からなる磁石粉末粒子の表面に耐食性を有する金属による第一の金属めっき層が形成され、さらにその上に耐食性を有する金属による第二の金属めっき層が形成されてなる磁石粉末であり、さらに、第二の金属めっき層の金属を第一の金属めっき層の金属よりイオン化傾向の大きい金属としたり、また、第一の金属めっき層を薄めっきとし、第二の金属めっき層を厚めっきとしたりすることができる磁石粉末。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐食性及び耐熱性に優れた永久磁石を製造することが可能な希土類磁石粉末に関する。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石などの希土類系磁石は、優れた磁気特性を有することから、モータを中心に多くの製品に利用されている。
そして、モータの中には、例えばエンジン冷却用ウォーターポンプのモータのように、被水環境で、且つ温度も１００℃程度の高温環境で使用されるものもある。

そのような用途に使用されるモータ用の磁石の場合、希土類系磁石では耐食性が低いため耐食性を確保するための処理が行われている。例えば、焼結磁石では、焼結後の磁石表面にめっきや樹脂コートなどの表面処理を行っている。
しかし、ボンド磁石では、射出成型によりモータなどの部材と磁石を一体成型するような場合があり、この場合には一体成型後に磁石の表面処理を行うことが困難であり、また、表面処理を行ったとしても、表面処理によるギャップの増加により部材の小型化に障害がでてくるという問題がある。

近年では、成形自由度が高く、薄形部品等の製造に適したボンド磁石の需要が多くなっており、そのため、成型後の磁石表面に表面処理するのではなく、個々の磁石粉末粒子に表面処理し、それを成型することにより耐食性を向上させる方法も提案されている。
例えば、特許文献１では、磁石粉末表面に複合金属リン酸塩と有機化合物からなる無機有機複合被膜を均一に形成することで耐食性を向上させている。

特許第４６５０５９３号公報

しかし、上記のエンジン冷却用のウォーターポンプのように高温水中における使用では磁石粉末粒子表面の有機成分が劣化し、磁石の耐食性が落ちる問題がある。
そこで、本発明は、磁石粉末粒子の表面に、耐食性、耐熱性があり、密着性にも優れる被膜を形成することで、高温水のような過酷な環境でも耐食性を発揮できる磁石用粉末を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、以下の磁石粉末としたことを特徴とする。
請求項１の発明は、希土類元素を含む鉄系磁石合金からなる磁石粉末粒子の表面に耐食性を有する金属による第一の金属めっき層が形成され、さらにその上に耐食性を有する金属による第二の金属めっき層が形成されていることを特徴とする。
また、請求項１の発明において、前記第二の金属めっき層の金属が、第一の金属めっき層の金属よりイオン化傾向の大きい金属であってもよく（請求項２）、前記第一の金属めっき層がＣｕあるいはＣｕ合金層であり、第二の金属めっき層がＳｎあるいはＳｎ合金層であってもよい（請求項３）。
さらに、請求項１の発明において、前記第一の金属めっき層は薄めっきとし、第二の金属めっき層は厚めっきとしたものであってもよく（請求項４）、前記薄めっき及び厚めっきがいずれもＮｉあるいはＮｉ合金層であってもよい（請求項５）。

本発明の磁石粉末を用いることにより、高い耐食性と耐熱性を有し、より小型の射出成型ボンド磁石の製造が可能となるので、高温水中などで使用されるモータの小型化が可能になる。

本発明の磁性粉末の一例及びその製造過程を説明するための図である。実施例１で作製する磁性粉末及び成型体を説明するための図である。実施例１で得られた磁石粉末の断面形態を示すためのＳＩＭ断面画像を用いた図である。実施例１、２で作成した磁石成型体の塩素水浸漬試験による減衰率の推移を示す図である。実施例２で作製する磁性粉末及び成型体を説明するための図である。実施例２で得られた磁石粉末の断面形態を示すためのＳＩＭ断面画像を用いた図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
ウォーターポンプ用モータの磁石のように高温水における使用でも耐食性の確保できる磁石粉末の表面処理方法について検討した。
その結果、耐食性と耐熱性の両方の要件を満たすには、磁石粉末粒子の周りに耐食性を有する金属のめっき層よりなる被膜を形成することが有効であることを見出した。金属めっきによれば、磁石粉末粒子の周りに耐食性と耐熱性に優れた被膜を密着性よく形成することができる。

しかし、耐食性を有する金属を磁石粉末にめっきすると、めっき層にピンホールが発生する場合があり、耐食性に問題が生じることがあった。そこで、さらに検討した結果、図１に示すように、磁石粉末粒子１の表面に第一の金属めっき層２を形成し、その上に更に第二の金属めっき層３を形成してめっき層を２層にすることにより、ピンホールの発生の影響を受けないで、耐食性と耐熱性の両方の性質に優れた磁性粉末が得られることを見出した。

本発明は、以上のような検討の結果なされたものであるが、さらにその形態について説明する。
磁石粉末としては、磁石としての特性が高い希土類元素Ｒを含む鉄系磁石合金の粉末を対象とする。そのような磁石粉末としては、例えば、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系などの磁石合金粉末が使用できる。
また、用いる希土類元素としては、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ等があり、これらの元素を単独で、あるいは複数の元素の混合物として使用できる。これらの中では、特にＳｍまたはＮｄを５〜４０原子％、Ｆｅを５０〜９０原子％含有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石粉末やＳｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石粉末が、磁石特性が高いために好ましい。

磁石粉末に金属めっきする方法には、電気めっきと無電解めっきの２種類の方法がある。電気めっきはめっき膜厚を厚くできる利点があるが、粒子径の小さい粉体や表面に凹凸のある材料には、無電解めっきの方がより適しており、さらに、無電解めっきには粒子のめっき膜厚のバラつきを少なくする利点もあるので、めっきは無電解めっきによって行うことが望ましい。めっきの条件としては、それぞれのめっき金属で一般的に採用されている条件で行うことができる。
なお、粉体への被膜手段として、めっき以外に蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどがあるが、粉体全面に被膜粒子を付着させるための処理の容易さなどを考慮して、被膜の形成をめっきで行うようにした。

粉体への金属めっきを無電解めっきにより行う場合、耐食性のある金属めっき用の金属としては、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｕ及びＡｇなどが例示され、電気めっきではさらにＺｎが例示されるが、第一と第二のめっき層にそれらの金属から適宜選択した組合せを用い、全体のめっき層を２層めっきとすることによって、めっき層に形成される場合のあるピンホールの影響を抑制することができる。

第一と第二のめっき層としては、同じ金属を用いることもできるし、異なる金属を組み合わせて用いることもできるが、一般的には、第一と第二のそれぞれのめっき層に必要な機能を考慮して選定することができる。例えば、第一のめっき層としては磁石粉末粒子の表面との密着性のよい金属であり、第二のめっき層では耐食性のより高い金属である。
この観点からは、第一層のめっき金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどがあり、第二層のめっき金属としては、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどがある。

また、下記の（１）または（２）の条件を満たすように金属を選定して、めっき層を形成することにより、より耐食性の優れた磁石粉末を得ることができる。
（１）第二の金属めっき層の金属に、第一の金属めっき層の金属よりイオン化傾向の大きい金属を用いることにより、第二のめっき層の金属が優先的に腐食し、下地となる第一のめっき層の耐食性を向上することができる。
（２）第一の金属めっき層を薄めっきとして、磁石粉末表面との密着性を高め、さらにその上に、薄めっきより厚みの増加させた厚めっきとして耐食性を高めるようにすれば、めっき層の金属やめっき条件を、第一と第二のめっき層の形成により適合するものをそれぞれ選択することができ、より耐食性の向上しためっき層を得ることができる。

上記（１）の例としては、第一の金属めっき層をＣｕあるいはＣｕ合金のめっき層とし、第二の金属めっき層をＳｎあるいはＳｎ合金のめっき層とする例がある。
この例では、イオン化傾向の大きいＳｎ層が優先的に腐食し、下地のＣｕ層の腐食を抑えることができる。

また（２）の例としては、第一の金属めっき層をＮｉあるいはＮｉ合金の薄めっき層とし、第二の金属めっき層をＮｉあるいはＮｉ合金の厚めっき層とする例がある。
この例では、第一の金属めっき層を、アルカリ浴を用いた無電解めっきによるＮｉあるいはＮｉ合金の薄めっきとし、第二の金属めっき層を、酸性浴を用いた無電解めっきによる厚めっきとすることにより、第一、第二のめっき層に応じためっき条件で耐食性にめっきを行うことができる。

以下、実施例により本発明の実施可能性および効果についてさらに説明するが、以下に示した例はその説明のための一例であって、本発明は、これらの実施例の態様に限定されるものではない。

［実施例１］（Ｃｕ＋Ｓｎめっき）
まずＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末原料を脱脂処理する。次に、その磁石粉末粒子に無電解Ｃｕめっきを施し、続いてその上に置換Ｓｎめっきを施した後、これを乾燥することで、図２の断面構造に示すように、磁石粉末粒子５上にＣｕめっき層６とその上のＳｎめっき層７を有する磁石粉末８を得た。
ついで、得られためっき処理後の磁石粉末８の断面を走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）により観察した。図３にＳＩＭ観察により得られた磁石粉末の断面画像を示す。この画像より、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末粒子の表面に２．８μｍ厚のＣｕ層と１．２μｍ厚のＳｎ層が形成されているのが確認できた。

次に、ＣｕとＳｎによる２層めっき処理を施された磁石粉末８とＰＰＳ樹脂を３００℃の温度で混合して成型し、ボンド磁石成型体９（図２）を得た。また、特に表面処理を行わないＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末原料を用いて同様にボンド磁石成型体を得た。
これらの成型体に対して、イオン交換水に塩素イオン３００ｐｐｍを加え、８８℃の温度で２０００時間浸漬する塩素水浸漬試験を実施し、それぞれ磁石の減磁率を測定した。
試験期間の減衰率の推移を図４に示す。図４より、磁石粉末表面にＣｕとＳｎによる２層めっきを施した磁石粉末を用いた場合（Ｃｕ＋Ｓｎ）には、表面処理を施さない磁石粉末を用いた場合（表面処理無し）より減磁を抑制できることが確認できた。

［実施例２］（Ｎｉ２層めっき）
まずＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末原料を脱脂処理した。次に、その磁石粉末粒子にアンモニアアルカリ浴を用いて無電解Ｎｉめっきによる薄めっきを施した後、続いてその上に酸性浴を用いて無電解Ｎｉめっきによる厚めっきを施し、これを乾燥することで、図５の断面構造に示すように、磁石粉末粒子５上に２層のＮｉめっき層１０と１１を有する磁石粉末１２を得た。
ついで、得られためっき処理後の磁石粉末８の断面を実施例１と同様に観察した。図６にＳＩＭ観察により得られた磁石粉末の断面画像を示す。この画像より、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末粒子の表面に、１．０μｍ厚と５．９μｍ厚の２層のＮｉめっき層が形成されているのが確認できた。

次に、２層のＮｉめっき層を有する磁石粉末１２を用いて実施例１と同様にしてボンド磁石成型体１３（図５）を得た。この成型体に対して実施例１と同様に塩素水浸漬試験を行い、磁石の減磁率を測定した。得られた減衰率の推移を同じく図４に示す。図４より、Ｎｉ２層めっきを施した磁石粉末を用いた場合（Ｎｉ２層）には、表面処理を施さない磁石粉末を用いた場合（表面処理無し）より減磁を抑制できることが確認できた。

１磁石粉末粒子
２第一の金属めっき層
３第二の金属めっき層
４、８、１２磁石粉末（めっき処理後）
５Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末粒子
６Ｓｎめっき層
７Ｃｕめっき層
９Ｓｎ＋Ｃｕめっき層を有する磁性粉末より形成されたボンド磁石成型体
１０、１１Ｎｉめっき層
１３２層のＮｉめっき層を有する磁性粉末より形成されたボンド磁石成型体

Claims

希土類元素を含む鉄系磁石合金からなる磁石粉末粒子の表面に耐食性を有する金属による第一の金属めっき層が形成され、さらにその上に耐食性を有する金属による第二の金属めっき層が形成されていることを特徴とする磁石粉末。
前記第二の金属めっき層の金属が、第一の金属めっき層の金属よりイオン化傾向の大きい金属であることを特徴とする請求項１に記載の磁石粉末。
前記第一の金属めっき層がＣｕあるいはＣｕ合金層であり、第二の金属めっき層がＳｎあるいはＳｎ合金層であることを特徴とする請求項２に記載の磁石粉末。
前記第一の金属めっき層は薄めっきとし、第二の金属めっき層は厚めっきとしたことを特徴とする請求項１に記載の磁石粉末。
前記薄めっき及び厚めっきがいずれもＮｉあるいはＮｉ合金層であることを特徴とする請求項４に記載の磁石粉末。