JP2019135771A - R−t−b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents

R−t−b系焼結磁石の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】重希土類元素RHを含む粉末粒子の層をR−T−B系焼結磁石の表面に均一に無駄なく効率的に塗布する。【解決手段】R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)を用意する工程と、Dy及びTbの少なくとも一方である重希土類元素RHの合金または化合物の粉末から形成した拡散源粉末を用意する工程と、磁石表面の塗布領域に厚さが10μm以上100μm以下である粘着剤を塗布する塗布工程と、粘着剤を塗布した磁石表面の塗布領域に流動浸漬法または振り掛ける方法のいずれかの方法によって拡散源粉末を付着させる付着工程と、拡散源粉末が付着した磁石を熱処理して重希土類元素RHを磁石表面から内部に拡散する拡散工程とを含む。拡散源粉末の全体の90質量%以上は、粒度が38μm超の粉末である。【選択図】図1C

Description

本開示は、R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)の製造方法に関する。
14B型化合物を主相とするR−T−B系焼結磁石は、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ(VCM)や、ハイブリッド車搭載用モータ等の各種モータや家電製品等に使用されている。
R−T−B系焼結磁石は、高温で固有保磁力HcJ(以下、単に「HcJ」と表記する)が低下するため、不可逆熱減磁が起こる。不可逆熱減磁を回避するため、モータ用等に使用する場合、高温下でも高いHcJを維持することが要求されている。
R−T−B系焼結磁石は、R14B型化合物相中のRの一部を重希土類元素RH(Dy、Tb)で置換すると、HcJが向上することが知られている。高温で高いHcJを得るためには、R−T−B系焼結磁石中に重希土類元素RHを多く添加することが有効である。しかし、R−T−B系焼結磁石において、Rとして軽希土類元素RL(Nd、Pr)を重希土類元素RHで置換すると、HcJが向上する一方、残留磁束密度B(以下、単に「B」と表記する)が低下してしまうという問題がある。また、重希土類元素RHは希少資源であるため、その使用量を削減することが求められている。
そこで、近年、Bを低下させないように、より少ない重希土類元素RHによってR−T−B系焼結磁石のHcJを向上させることが検討されている。例えば、重希土類元素RHのフッ化物または酸化物や、各種の金属MまたはM合金をそれぞれ単独、または混合して焼結磁石の表面に存在させ、その状態で熱処理することにより、保磁力向上に寄与する重希土類元素RHを磁石内に拡散させることが提案されている。
特許文献1は、R酸化物、Rフッ化物、R酸フッ化物の粉末を用いることを開示している(Rは希土類元素)。
特許文献2は、RM(MはAl、Cu、Zn、Ga などから選ばれる1種以上)合金の粉末を用いていることを開示している。
特許文献3、4は、RM合金(MはAl、Cu、Zn、Gaなどから選ばれる1種以上)、M1M2合金(M1M2はAl、Cu、Zn、Gaなどから選ばれる1種以上)、及びRH酸化物の混合粉末を用いることにより、熱処理時にRM合金などによってRH酸化物を部分的に還元し、重希土類元素RHを磁石内に導入することが可能であることを開示している。
国際公開第2006/043348号 特開2008−263179号公報 特開2012−248827号公報 特開2012−248828号公報 国際公開第2015/163397号
上記の特許文献1〜4には、RH化合物の粉末を含む混合粉末を磁石表面の全体(磁石全面)に存在させて熱処理を行う方法が開示されている。これらの方法の具体例によると、上記混合粉末を水または有機溶媒に分散させたスラリーに磁石を浸漬して引き上げている(浸漬引上げ法)。浸漬引上げ法の場合、スラリーから引き上げられた磁石に対して熱風乾燥または自然乾燥が行われる。スラリーに磁石を浸漬する代わりに、スラリーを磁石にスプレー塗布することも開示されている(スプレー塗布法)。
これらの方法では、磁石全面にスラリーを塗布できる。このため、磁石全面から重希土類元素RHを磁石内に導入することが可能であり、熱処理後のHcJをより大きく向上させることができる。しかしながら、浸漬引上げ法では、どうしても重力によってスラリーが磁石下部に偏ってしまう。また、スプレー塗布法では、表面張力によって磁石端部の塗布厚さが厚くなる。いずれの方法もRH化合物を磁石表面に均一に存在させるのが困難である。
粘度の低いスラリーを用いて塗布層を薄くすると、塗布層の厚さの不均一性をある程度改善することができる。しかし、スラリーの塗布量が少なくなるため、熱処理後のHcJを大きく向上させることができなくなってしまう。スラリーの塗布量を多くするために複数回の塗布を行うと、生産効率が非常に低下してしまう。特にスプレー塗布法を採用した場合、スプレー塗布装置の内壁面にもスラリーが塗布されてしまい、スラリーの利用歩留まりが低くなる。その結果、希少資源である重希土類元素RHを無駄に消費してしまうという問題がある。
本出願人は、特許文献5において、RLM合金粉末とRHフッ化物粉末とをR−T−B系焼結磁石表面に存在させた状態において拡散熱処理を行う方法を開示している。これらの粉末をR−T−B系焼結磁石表面に均一に存在させる方法については十分に確立されているとは言い難い。
本開示は、R−T−B系焼結磁石に重希土類元素RHを拡散させてHcJを向上させるために重希土類元素RHを含む粉末粒子の層を磁石表面に形成するとき、これらの粉末粒子をR−T−B系焼結磁石の表面に均一に無駄なく効率的に塗布することができ、磁石表面から重希土類元素RHを内部に拡散させてHcJを大きく向上させることができる新しい方法を提供する。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、例示的な実施形態において、R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)を用意する工程と、Dy及びTbの少なくとも一方である重希土類元素RHの合金または化合物の粉末から形成した拡散源粉末を用意する工程と、前記R−T−B系焼結磁石の表面の塗布領域に厚さが10μm以上100μm以下である粘着剤を塗布する塗布工程と、前記粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石の表面の前記塗布領域に流動浸漬法または振り掛ける方法のいずれかの方法によって前記拡散源粉末を付着させる付着工程と、前記拡散源粉末が付着したR−T−B系焼結磁石を、前記R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下の温度で熱処理して、前記拡散源粉末に含まれる重希土類元素RHを前記R−T−B系焼結磁石の表面から内部に拡散する拡散工程と、を含み、前記拡散源粉末の全体の90質量%以上は、粒度が38μm超の粉末である。
ある実施形態において、前記R−T−B系焼結磁石の組成は、希土類元素R:12〜17原子%
B(Bの一部はCで置換されてもよい):5〜8原子%、添加元素M(Mは、Al、Ti、V、Cr、Mn、Ni,Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Pb、及びBiからなる群から選択された少なくとも1種):0〜2原子%、T(Feを主とする遷移金属元素であって、Coを含んでもよい)及び不可避的不純物:残部である。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、例示的な実施形態において、R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)を用意する工程と、Dy及びTbの少なくとも一方である重希土類元素RHの合金または化合物の粉末から形成した粒度調整粉末を用意する工程と、前記R−T−B系焼結磁石の表面の塗布領域に粘着剤を塗布する塗布工程と、前記粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石の表面の前記塗布領域に前記粒度調整粉末を付着させる付着工程と、前記粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石を、前記R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下の温度で熱処理して、前記粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHを前記R−T−B系焼結磁石の表面から内部に拡散する拡散工程とを含み、前記粒度調整粉末の粒度は、前記粒度調整粉末を構成する粉末粒子が前記R−T−B系焼結磁石の表面の全体に配置されて1層の粒子層を形成したときに、前記粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量が前記R−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%(好ましくは0.7〜1.5%)の範囲内になるように設定される。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法は、他の側面によれば、R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)を用意する工程と、Dy及びTbの少なくとも一方である重希土類元素RHの合金または化合物の粉末から形成した拡散源粉末を用意する工程と、前記R−T−B系焼結磁石の表面の塗布領域に粘着剤を塗布する塗布工程と、前記粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石の表面の前記塗布領域に前記拡散源粉末を付着させる付着工程と、前記拡散源粉末が付着したR−T−B系焼結磁石を、前記R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下の温度で熱処理して、前記拡散源粉末に含まれる重希土類元素RHを前記R−T−B系焼結磁石の表面から内部に拡散する拡散工程とを含み、前記付着工程において、前記塗布領域に付着した前記拡散源粉末は、(1)前記粘着剤の表面に接触している複数の粒子と、(2)前記R−T−B系焼結磁石の表面に前記粘着剤のみを介して付着している複数の粒子と、(3)粘着性を有する材料を介さずに前記複数の粒子のうちの1個または複数個の粒子に結合している他の粒子とによって構成されている。 ある実施形態では、前記付着工程において、前記拡散源粉末に含まれる重希土類元素RHの量が前記R−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%の範囲内になるように前記拡散源粉末を前記塗布領域に付着させる。
ある実施形態において、前記粘着層の厚さは、10μm以上100μm以下である。
ある実施形態において、前記付着工程は、前記R−T−B系焼結磁石の表面において法線方向が異なる複数の領域に対して、前記粒度調整粉末を付着させる工程である。 ある実施形態では、前記付着工程において、前記粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石の表面の全体に前記粒度調整粉末を付着させる。
ある実施形態において、前記粒度調整粉末は、RHRLM1M2合金(RHはDy、Tbから選ばれる1種以上、RLはNd、Prから選ばれる1種以上、M1、M2はCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上、M1=M2でもよい)の粉末を含む。
ある実施形態において、前記粒度調整粉末は、RHM1M2合金(RHはDy、Tbから選ばれる1種以上、M1、M2はCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上、M1=M2でもよい)の粉末を含む。
ある実施形態において、前記粒度調整粉末は、RH化合物(RHはDy、Tbから選ばれる1種以上、RH化合物はRHフッ化物、RH酸フッ化物、RH酸化物から選ばれる1種以上)の粉末を含む。
ある実施形態において、前記粒度調整粉末は、RLM1M2合金(RLはNd、Prから選ばれる1種以上、M1、M2はCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上、M1=M2でもよい)の粉末を含む。
ある実施形態において、前記粒度調整粉末は、バインダと共に造粒された粒度調整粉末である。
ある実施形態において、前記粒度調整粉末は、前記RLM1M2合金の粉末と、前記RH化合物の粉末とを含み、前記RLM1M2合金の粉末と前記RH化合物の粉末とがバインダと共に造粒された粒度調整粉末である。
本開示の実施形態によれば、R−T−B系焼結磁石に重希土類元素RHを拡散させてHcJを向上させるために重希土類元素RHを含む粉末粒子の層をR−T−B系焼結磁石の表面に均一に無駄なく効率的に塗布することができるため、希少資源である重希土類元素RHの使用量を低減しつつ、R−T−B系焼結磁石のHcJを向上させることが可能になる。
用意されたR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図である。 磁石表面の一部に粘着層20が形成された状態のR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図である。 粒度調整粉末が付着された状態のR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図である。 本開示における粒度調整粉末の付着状態を例示的に示す模式図である。 比較例における粒度調整粉末の付着状態を例示的に示す模式図である。 (a)は粒度調整粉末が付着した状態のR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図であり、(b)は粒度調整粉末が付着した状態のR−T−B系焼結磁石100の一部の表面を上から見た図である。 (a)は粒度調整粉末が付着した状態のR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図であり、(b)も粒度調整粉末が付着した状態のR−T−B系焼結磁石100の一部の表面を上から見た図である。 R−T−B系焼結磁石100上における粒度調整粉末の層厚を測定した位置を示す斜視図である。 粒度が150〜300μmの粒度調整粉末が付着したサンプルの断面の一部を示す図である。 図5Aに示されている粒度調整粉末を構成する粒子の付着状態を模式的に示す図である。 流動浸漬法を行う処理容器を模式的に示す図である。
本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法の例示的な実施形態は、
1.R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)を用意する工程、
2.重希土類元素RH(DyおよびTbの少なくとも一方)の合金または化合物の粉末から形成した拡散源粉末(以下、「粒度調整粉末」と記載する場合がある)を用意する工程、
3.R−T−B系焼結磁石の表面の塗布領域(磁石表面の全体である必要は無い)に粘着剤を塗布する塗布工程、
4.粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石の表面の塗布領域に粒度調整粉末を付着させる付着工程、及び
5.粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石を、R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下の温度で熱処理して、粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHをR−T−B系焼結磁石の表面から内部に拡散する拡散工程を含む。
図1Aは、本開示によるR−T−B系焼結磁石の製造方法で使用され得るR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図である。図面には、R−T−B系焼結磁石100の上面100a、及び側面100b、100cが示されている。本開示の製造方法に用いられるR−T−B系焼結磁石の形状及びサイズは、図示されているR−T−B系焼結磁石100の形状及びサイズに限定されない。図示されているR−T−B系焼結磁石100の上面100a、及び側面100b、100cは平坦であるが、R−T−B系焼結磁石100の表面は凹凸または段差を有していても良いし、湾曲していてもよい。
図1Bは、R−T−B系焼結磁石100の表面の一部(塗布領域)に粘着層20が形成された状態のR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図である。粘着層20は、R−T−B系焼結磁石100の表面の全体に形成されても良い。
図1Cは、粒度調整粉末が付着された状態のR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図である。R−T−B系焼結磁石100の表面に位置する粒度調整粉末を構成する粉末粒子30は、塗布領域を覆うように付着されて、粒度調整粉末の層を形成している。本開示のR−T−B系焼結磁石の製造方法によれば、R−T−B系焼結磁石100の表面において法線方向が異なる複数の領域(例えば上面100aと側面100b)に対しても、粒度調整粉末を、R−T−B系焼結磁石100の向きを変えることなく、一つの塗布工程で簡単に付着させることができる。粒度調整粉末を、R−T−B系焼結磁石100の全面に均一に付着させることも容易である。
図1Cに示される例において、R−T−B系焼結磁石100の表面に付着した粒度調整粉末の層厚は、粒度調整粉末を構成する粉末粒子の粒度程度である。このような粒度調整粉末が付着した状態のR−T−B系焼結磁石100に対して拡散熱処理を行うと、粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHをR−T−B系焼結磁石の表面から内部に無駄なく効率的に拡散することができる。
本開示の実施形態によれば、付着工程において塗布領域に付着した粒度調整粉末(拡散源粉末)は、(1)粘着層20の表面に接触している複数の粒子と、(2)R−T−B系焼結磁石100の表面に粘着層20のみを介して付着している複数の粒子と、(3)粘着性を有する材料を介さずに前記複数の粒子のうちの1個または複数個の粒子に結合している他の粒子とによって構成される。なお、前記(1)〜(3)の全てが不可欠ではなく、塗布領域に付着した粒度調整粉末は、(1)及び(2)のみ又は(2)のみで構成されていてもよい。
粒度調整粉末の前記(1)〜(3)によって構成される領域は、塗布領域の全体を占める必要はなく、塗布領域全体の80%以上が前記(1)〜(3)によって構成されていればよい。より均一に粒度調整粉末をR−T−B系焼結磁石に付着させるには、粒度調整粉末が前記(1)〜(3)によって構成される塗布領域は塗布領域全体の90%以上であることが好ましく、最も好ましくは、塗布領域全体が前記(1)〜(3)によって構成される。
図1Dは、本発明における前記(1)〜(3)の構成を例示的に示す説明図である。図1Dにおいて、(1)粘着層20の表面に接触している粉末粒子を「二重丸」((1)の構成のみに該当する場合)で表した粉末粒子で示し、(2)R−T−B系焼結磁石100の表面に粘着層20のみを介して付着している粉末粒子を「黒丸」で表した粉末粒子で示し、(3)粘着性を有する材料を介さずに複数の粒子のうちの1個または複数個の粒子に結合しているその他の粉末粒子を「星印が入った丸」で表した粉末粒子で示し、(1)及び(2)の両方に該当する粉末粒子を「白丸」で表した粉末粒子で示す。(1)は、粉末粒子30の一部が粘着層20の表面に接していれば該当し、(2)は粉末粒子30とR−T−B系焼結磁石表面との間に粘着剤以外の他の粉末粒子等が存在しなければ該当し、(3)は粉末粒子30に粘着層20が接していなければ該当する。図1Dに示すように、付着工程において塗布領域に付着した粒度調整粉末を(1)〜(3)によって構成することにより、R−T−B系焼結磁石表面に1層程度付着させることができる。
これに対し、図1Eは、比較例として前記(1)〜(3)以外の構成を含む場合を例示的に示す説明図である。(1)〜(3)のいずれも該当しない粉末粒子を「×」で表した粉末粒子に示す。図1Eに示すように、(1)〜(3)以外の構成を含むことにより、粒度調整粉末がR−T−B系焼結磁石表面に何層も形成されている。
上述したように、特許文献1〜4にはRH化合物の粉末を含む混合粉末を磁石表面の全体(磁石全面)に存在させる方法として浸漬引上げ法やスプレー塗布法が上げられている。浸漬引き上げ法では重力により磁石下部が、スプレー法では表面張力により磁石の端部がいずれも厚くなるため、厚くなった部分及びその近傍は図1Eのように粉末粒子30が何層も形成されることになる。 本開示の実施形態によれば、再現性良く、同じ量の粉末を磁石表面に付着することができる。すなわち、図1C及び図1Dに示される状態で粒度調整粉末が磁石表面に付着された後は、粒度調整粉末を更に磁石表面の塗布領域に供給して続けたとしても、粒度調整粉末を構成する粒子は、塗布領域にほとんど付着しない。このため、粒度調整粉末の付着量、ひいては元素の拡散量を制御しやすい。
本開示の実施形態によれば、粘着層20の厚さは、10μm以上100μm以下である。
本開示のR−T−B系焼結磁石の製造方法において重要な点の一つは、粒度調整粉末の粒度を制御することによってR−T−B系焼結磁石に拡散させる重希土類元素RHのR−T−B系焼結磁石に対する質量比率(以下、単に「RH量」と称する)を制御することにある。この粒度は、粒度調整粉末を構成する粉末粒子がR−T−B系焼結磁石の表面の全体に配置されて1層の粒子層を形成したとき(想定したとき)に、磁石表面上の粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量がR−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%の範囲内になるように設定される。また、より高いHcJを得るために好ましくは、粒度は0.7〜1.5%の範囲内になるように設定される。すなわち、粒度調整粉末の粒度は、粒度調整粉末を構成する粉末粒子がR−T−B系焼結磁石の表面の全体に1層の粒子層を形成し、前記粒子層に含まれる重希土類元素RHの量はR−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%(好ましくは0.7〜1.5%)の範囲内であるように設定される。ここで「1層の粒子層」とは、R−T−B系焼結磁石の表面に隙間なく1層付着した(最密充填で付着した)と仮定し、各粉末粒子の間、及び各粉末粒子と磁石表面との間に存在する微小な隙間は無視して考える。
図2及び図3を参照しながら、粒度調整粉末の粒度制御によってRH量を制御できるということについて説明する。図2(a)及び図3(a)は、両方とも、粒度調整粉末が付着した状態のR−T−B系焼結磁石100の一部を模式的に示す断面図である。図2(b)及び図3(b)も、両方とも粒度調整粉末が付着した状態のR−T−B系焼結磁石100の一部の表面を上から見た図である。図示されている粒度調整粉末は、粒度が相対的に小さな粉末粒子31、または粒度が相対的に大きな粉末粒子32によって構成されている。
簡単のため、磁石表面に付着している粉末の粒度はそれぞれ同じとする。また、粉末粒子31と粉末粒子32の単位体積当たりに含まれる重希土類元素RHの量(RH濃度)も同じとする。粉末粒子31及び粉末粒子32は、それぞれ、R−T−B系焼結磁石の表面に隙間なく1層付着した(最密充填で付着した)と仮定するが、各粉末粒子の間、及び各粉末粒子と磁石表面との間に存在する微小な隙間は無視して考える。
図3の粉末粒子32の粒度は図2の粉末粒子31の粒度のちょうど2倍とする。従って、1個の粉末粒子31のR−T−B系焼結磁石の表面における占有面積をSとすると、1個の粉末粒子32のR−T−B系焼結磁石の表面における占有面積は2S=4Sとなる。また、粉末粒子31に含まれる重希土類元素RHの量がxであれば、粉末粒子32に含まれる重希土類元素RHの量は2x=8xとなる。粉末粒子31のR−T−B系焼結磁石の表面の単位面積当たりの個数は1/S個であり、粉末粒子32の単位面積当たりの個数は1/4S個である。従って、R−T−B系焼結磁石の表面の単位面積当たりの重希土類元素RHの量は、粉末粒子31の場合、x×1/S=x/Sであり、粉末粒子32の場合、8x×1/4S=2x/Sである。粉末粒子32を隙間なく1層だけ磁石表面に付着させることにより、R−T−B系焼結磁石の表面に存在する重希土類元素RHの量は、粉末粒子31の場合の2倍になる。
上記の例では、粒度を2倍にすることにより、R−T−B系焼結磁石の表面に存在する重希土類元素RHの量を2倍にすることができる。この簡単化した例からわかるように、粒度調整粉末の粒度を制御することにより、R−T−B系焼結磁石の表面に存在する重希土類元素RHの量を制御できる。
実際の粒度調整粉末の粒子の形状は完全な球形でなく、また、粒度も幅を持っている。しかし、粒度調整粉末の粒度を調整することにより、R−T−B系焼結磁石の表面に存在する重希土類元素RHの量を制御できるということに変わりはない。その結果、拡散熱処理工程により、磁石表面から磁石内部に拡散する重希土類元素RHの量を磁石特性改善に必要な所望の範囲内に歩留まり良く制御できる。
粒度調整粉末を構成する粉末粒子がR−T−B系焼結磁石の表面の全体に配置されて1層の粒子層を形成したときに、磁石表面上の粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量をR−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%の範囲内になる粒度(粒度の仕様)は、実験及び/または計算によって求めればよい。実験によって求めるには、粒度調整粉末の粒度とRH量の関係を実験によって求め、そこから所望のRH量となる粒度調整粉末の粒度(例えば、100μm〜500μmの範囲)を求めればよい。また上述の通り、R−T−B系焼結磁石100の表面に付着した粒度調整粉末の層厚は、粒度調整粉末を構成する粉末粒子の粒度程度である。粒度調整粉末の組成に応じて、粒度と同じ程度の厚さの層を形成した場合に対する、粒度調整粉末を1層付着させた場合の磁石表面に存在する重希土類元素RHの量の割合は、実験によって求められ得る。その実験結果に基づいて、所望のRH量を有する粒度調整粉末の粒度を計算によって求めることもできる。このように実験によって得たデータに基づく計算によって粒度調整粉末の粒度を求めることができる。また、上述の図2及び図3の例について説明したような簡単化した条件のもと、計算だけで粒度を決定しても、磁石表面上の粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量を所望の範囲に設定することも可能である。
なお、粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量は、粒度調整粉末の粒度だけでなく、粒度調整粉末のRH濃度にも依存する。従って、粒度を一定にしたまま、粒度調整粉末のRH濃度を変えることによっても粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量を調整することが可能である。しかしながら、粒度調整粉末を構成する粉末粒子の組成そのものには、後に詳述する拡散剤及び拡散助剤の組成または配合比に応じて、効率よく保磁力を向上させることのできる範囲がある。このため、本開示の方法では、粒度を調整して粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量を制御している。また、R−T−B系焼結磁石の大きさに応じて磁石表面に存在させたい重希土類元素RHの量も変わるが、本開示の方法によれば、その場合も粒度調整粉末の粒度を調整することによって重希土類元素RHの量を制御することができる。
このように粒度が調整された粒度調整粉末によれば、後述するように、最も効率よく保磁力を向上させることができる。また、粒度の管理によって再現性良く保磁力の向上をはかることができる。
好ましい実施形態では、粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石の表面の全体(磁石全面)に前記粒度調整粉末を付着させ、前記粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量を前記R−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5質量%、好ましくは0.7〜1.5%の範囲内にする。
粒度調整粉末は、好ましい実施形態において、RHM1M2合金(M1、M2はCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上、M1=M2でもよい)の粉末、またはRH化合物(RHはDy、Tbから選ばれる1種以上、RH化合物はRHフッ化物、RH酸フッ化物、RH酸化物から選ばれる1種以上)の粉末を含む。また、RH化合物を含む粒度調整粉末は、さらにRLM1M2合金(RLはNd、Prから選ばれる1種以上、M1、M2はCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上、M1=M2でもよい)の粉末を含んでいてもよい。
以下、本実施形態の詳細を説明する。
1.R−T−B系焼結磁石母材の準備
重希土類元素RHの拡散の対象とするR−T−B系焼結磁石母材を準備する。本明細書では、わかりやすさのため、重希土類元素RHの拡散の対象とするR−T−B系焼結磁石をR−T−B系焼結磁石母材と厳密に称することがあるが、「R−T−B系焼結磁石」の用語はそのような「R−T−B系焼結磁石母材」を含むものとする。このR−T−B系焼結磁石母材は公知のものが使用でき、例えば以下の組成を有する。
希土類元素R:12〜17原子%
B(B(ボロン)の一部はC(カーボン)で置換されていてもよい):5〜8原子%
添加元素M´(Al、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Pb、及びBiからなる群から選択された少なくとも1種):0〜2原子%
T(Feを主とする遷移金属元素であって、Coを含んでもよい)及び不可避不純物:残部
ここで、希土類元素Rは、主として軽希土類元素RL(Nd、Prから選択される少なくとも1種の元素)であるが、重希土類元素を含有していてもよい。なお、重希土類元素を含有する場合は、Dy及びTbの少なくとも一方を含むことが好ましい。
上記組成のR−T−B系焼結磁石母材は、任意の製造方法によって製造される。R−T−B系焼結磁石母材は焼結上がりでもよいし、切削加工や研磨加工が施されていてもよい。
2.粒度調整粉末の準備
[拡散剤]
粒度調整粉末は、Dy及びTbの少なくとも一方である重希土類元素RHの合金または化合物の粉末から形成される。これらの合金及び化合物の粉末は、いずれも拡散剤として機能する。
重希土類元素RHの合金は、例えばRHM1M2合金(M1、M2はCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上、M1=M2でもよい)である。
RHM1M2合金粉末の作製方法は、特に限定されない。ロール急冷法によって合金薄帯を作製し、この合金薄帯を粉砕する方法で作製してもよいし、遠心アトマイズ法、回転電極法、ガスアトマイズ法、プラズマアトマイズ法などの公知のアトマイズ法で作製してもよい。鋳造法で作製したインゴットを粉砕してもよい。急冷法や鋳造法で作製する場合、粉砕性を良くするために、M1≠M2とする。RHM1M2合金の典型例は、DyFe合金、DyAl合金、DyCu合金、TbFe合金、TbAl合金、TbCu合金、DyFeCu合金、TbCuAl合金などである。RHM1M2合金粉末の粒度は、例えば500μm以下であり、小さいものは10μm程度である。
重希土類元素RHの化合物は、RHフッ化物、RH酸フッ化物、RH酸化物から選ばれる1種以上であり、これらを総称してRH化合物と称する。RH酸フッ化物は、RHフッ化物の製造工程における中間物質としてRHフッ化物に含まれるものであってもよい。これらの化合物の粉末は単独で用いてもよいし、後述するRLM1M2合金粉末と混合して用いてもよい。入手可能な多くのRH化合物の粉末の粒度は、凝集した2次粒子の大きさにおいて、20μm以下、典型的には10μm以下、小さいものは1次粒子で数μm程度である。
[拡散助剤]
粒度調整粉末は、拡散助剤として機能する合金の粉末を含んでいても良い。このような合金の一例は、RLM1M2合金である。RLは、Nd、Prから選ばれる1種以上、M1、M2はCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上であり、M1=M2でもよい。RLM1M2合金の典型例は、NdCu合金、NdFe合金、NdCuAl合金、NdCuCo合金、NdCoGa合金、NdPrCu合金、NdPrFe合金などである。これらの合金の粉末は、上述のRH化合物粉末と混合して用いられる。複数種のRLM1M2合金粉末とRH化合物粉末を混合して用いてもよい。RLM1M2合金の粉末の作製方法は特に限定されない。急冷法または鋳造法で作製される場合、粉砕性を良くするために、M1≠M2とし、例えば、NdCuAl合金、NdCuCo合金、NdCoGa合金などの3元系以上の合金を採用することが好ましい。RLM1M2合金粉末の粒度は、例えば500μm以下であり、小さいものは10μm程度である。また、RLは、Nd、Prから選ばれる1種以上であるが、それ以外の元素としてDy及びTb以外の希土類元素のうち少なくとも1つを本発明の効果を損なわない範囲において少量含有してもよい。
[RHRLM1M2合金]
粒度調整粉末は、拡散剤及び拡散助剤を別々に作製することにより準備してもよいが、拡散剤及び拡散助剤の両方の元素を含む合金を作製することにより準備してもよい。拡散助剤を含む拡散剤としては、例えばRHRLM1M2合金(RHは、Dy及びTbの少なくとも一方、RLは、Nd、Prから選ばれる1種以上、M1、M2はCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上であり、M1=M2でもよい)である。典型例は、TbNdCu合金、DyNdCu合金、TbNdFe合金、DyNdFe合金、TbNdCuAl合金、DyNdCuAl合金、TbNdCuCo合金、DyNdCuCo合金、TbNdCoGa合金、DyNdCoGa合金、TbNdPrCu合金、DyNdPrCu合金、TbNdPrFe合金、DyNdPrFe合金などである。また、RLは、Nd、Prから選ばれる1種以上であるが、それ以外の元素としてDy及びTb以外の希土類元素のうち少なくとも1つを本発明の効果を損なわない範囲において少量含有してもよい。
[粒度調整]
これらの粉末は、混合した状態または単独の状態で、粒度が調整され、粒度調整粉末が作製される。粒度は、粒度調整粉末を構成する粉末粒子がR−T−B系焼結磁石の表面の全体に配置されて1層の粒子層を形成したときに、粒度調整粉末に含まれる重希土類元素RHの量がR−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%(好ましくは0.7〜1.5%)の範囲内になるように設定される。粒度は、上述の通り、実験及び/または計算によって決定すればよい。粒度を決定するための実験は、実際の製造方法に準じて行うことが好ましい。 R−T−B系焼結磁石に拡散させる重希土類元素RHのR−T−B系焼結磁石に対する質量比率がゼロから増加するにつれて保磁力の増加幅は大きくなる。しかし、別途行った実験から、熱処理条件など、RH量以外の条件が同じ場合、RH量が1.0質量%付近で保磁力は飽和し、RH量を1.5質量%よりも増加させても保磁力の増加幅は大きくならないことがわかった。すなわち、R−T−B系焼結磁石の0.6〜1.5質量%、好ましくは0.7〜1.5質量%となる量のRHをR−T−B系焼結磁石の表面に付着させたとき、最も効率よく保磁力を向上させることができる。
R−T−B系焼結磁石の表面に1層程度付着したときに、RH量が上記範囲になるようにすると、粒度調整によってRH量、もしくは保磁力向上度を管理できるという利点がある。最適な粒度は、粒度調整粉末に含まれるRH量によるが、例えば、100μm超、500μm以下である。
好ましくは、粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石の表面の全体に粒度調整粉末を付着させる。より効率よく保磁力を向上させることができるからである。
粒度調整粉末の粒度は篩わけすることによって調整すればよい。また、篩わけで排除される粒度調整粉末が10質量%以内であれば、その影響は少ないので、篩わけせずに用いてもよい。すなわち、粒度調整粉末の粒度は、90質量%以上が上記範囲内であることが好ましい。
これらの粉末は、混合または単独で、バインダと共に造粒されることが好ましい。バインダと共に造粒することによって、後に説明する後加熱工程においてバインダが溶融し、粉末粒子同士が溶融したバインダによって一体化され、落ちにくくなりハンドリングしやすくなるという利点がある。さらに複数種の粉末を混合して用いる場合は、バインダと共に造粒することによって混合割合が均一な粒度調整粉末を作製することができるので、これらの粉末を一定の混合割合でR−T−B系焼結磁石表面に存在させやすくなる。
RHM1M2合金の粉末を単独で用いる場合、造粒することなく粒度調整が可能である。例えば、粉末粒子の形状が等軸的または球形であれば、付着させるRHM1M2合金粉末のRH量がR−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%となるように粒度を調整することによって、造粒せずにそのまま用いることもできる。
また、RHRLM1M2合金粉末を用いる場合も造粒することなく粒度調整が可能である。例えば、粉末粒子の形状が等軸的または球形であれば、付着させるRLRHM1M2合金粉末のRH量がR−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%となるように粒度を調整することによって、造粒せずにそのまま用いることもできる。
バインダとしては、乾燥、または混合した溶剤が除去されたときに粘着、凝集することなく、粒度調整粉末がさらさらと流動性を持てるものが好ましい。バインダの例としては、PVA(ポリビニルアルコール)などがあげられる。適宜、水などの水系溶剤や、NMP(n−メチルピロリドン)などの有機溶剤を用いて混合してもよい。溶剤は、後述する造粒の過程で蒸発し除去される。
RLM1M2合金の粉末とRH化合物の粉末を混合して用いる場合、これらの粉末のみの混合では互いに均一に混ざりにくいことがある。この理由は、RH化合物の粉末は、一般に、RLM1M2合金の粉末より相対的に粒度が小さいためである。例えば、RLM1M2合金の粉末の粒度は、典型的には500μm以下であり、RH化合物の粉末の粒度は、典型的には20μm以下である。このため、RLM1M2合金の粉末とRH化合物の粉末とバインダを造粒した粒度調整粉末とすることが好ましい。このような粒度調整粉末を採用することによって、RLM1M2合金の粉末とRH化合物の粉末の配合比を粉末全体で均一にできるという利点がある。また、磁石表面に均一に存在させることが可能となる。
バインダと共に造粒する方法はどのようなものであってもよい。例えば、転動造粒法、流動層造粒法、振動造粒法、高速気流中衝撃法(ハイブリダイゼーション)、粉末とバインダを混合し、固化後解砕する方法、などがあげられる。
RLM1M2合金の粉末とRH化合物の粉末とを混合する場合、粉末状態にあるRLM1M2合金及びRH化合物のR−T−B系焼結磁石の表面における存在比率(熱処理前)は、質量比率でRLM1M2合金:RH化合物=96:4〜50:50とすることができる。すなわち、ペーストに含まれる混合粉末全体のうちRLM1M2合金の粉末は50質量%以上96質量%以下とすることができる。存在比率はRLM1M2合金:RH化合物=95:5〜60:40であり得る。すなわち、RLM1M2合金の粉末は、前記混合粉末の全体の60質量%以上95質量%以下であり得る。RLM1M2合金とRH化合物をこの質量比率で混合して使用すると、RLM1M2合金がRH化合物を効率よく還元する。その結果、十分に還元されたRHがR−T−B系焼結磁石中に拡散し、少ないRH量でHcJを大きく向上させることができる。RH化合物がRHのフッ化物または酸フッ化物を含む場合、RLM1M2合金がRH化合物を効率よく還元するので、RH化合物に含まれるフッ素はR−T−B系焼結磁石内部に侵入せず、RLM1M2合金のRLと結びついてR−T−B系焼結磁石外部に残存することが発明者らの別の実験で確かめられている。R−T−B系焼結磁石の内部にフッ素が侵入しないことはR−T−B系焼結磁石のBを顕著に低下させない要因となると考えられる。
本開示の実施形態において、RLM1M2合金及びRH化合物の粉末以外の粉末(第三の粉末)がR−T−B系焼結磁石の表面に存在することを必ずしも排除しないが、第三の粉末がRH化合物中のRHをR−T−B系焼結磁石の内部に拡散することを阻害しないように留意する必要がある。R−T−B系焼結磁石の表面に存在する粉末全体に占める「RLM1M2合金及びRH化合物」の粉末の質量比率は、70%以上であることが望ましい。
このように粒度が調整された粉末を用いることにより、粒度調整粉末を構成する粉末粒子をR−T−B系焼結磁石の全面に均一に無駄なく効率的に付着させることができる。本開示の方法によれば、従来技術の浸漬法またはスプレー法のように、塗布膜の厚さが重力で偏ったり、表面張力で偏ったりすることがない。
粒度調整粉末を構成する粉末粒子を、R−T−B系焼結磁石の表面に、より均一に存在させるためには、粉末粒子を1層程度、具体的には1層以上3層以下でR−T−B系焼結磁石の表面に配置することが好ましい。複数種の粉末を造粒して用いる場合は、造粒した粒度調整粉末の粒子を1層以上3層以下で存在させる。ここで「3層以下」とは、粒子が連続して3層付着するということではなく、粘着剤の厚さや個々の粒子の大きさによって部分的に3層まで粒子が付着することが許容される、ということをあらわす。粒度によってRH付着量をより正確に管理するためには、塗布層の厚さを粉末粒子層の1層以上2層未満にする(層厚を粒度の大きさ(最低粒度)以上、粒度の大きさ(最低粒度)の2倍未満にする)こと、すなわち、粒度調整粉末同士が粒度調整粉末中のバインダによって接着されて2層以上に積層されないことが好ましい。
3.粘着剤塗布工程
粘着剤としては、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)、PVP(ポリビニルピロリドン)などがあげられる。粘着剤が水系の粘着剤の場合、塗布の前にR−T−B系焼結磁石を予備的に加熱してもよい。予備加熱の目的は余分な溶媒を除去し粘着力をコントロールすること、及び、均一に粘着剤を付着させることである。加熱温度は60〜100℃が好ましい。揮発性の高い有機溶媒系の粘着剤の場合はこの工程は省略してもよい。
R−T−B系焼結磁石表面に粘着剤を塗布する方法は、どのようなものでも良い。塗布の具体例としては、スプレー法、浸漬法、ディスペンサーによる塗布などがあげられる。
4.R−T−B系焼結磁石の表面に粒度調整粉末を付着させる工程
ある好ましい態様では、R−T−B系焼結磁石の表面全体(全面)に粘着剤が塗布されている。R−T−B系焼結磁石の表面全体ではなく、一部に付着させてもよい。
特にR−T−B系焼結磁石の厚さが薄い(例えば2mm程度)場合は、R−T−B系焼結磁石の表面のうち、一番面積の広い一つの表面に粒度調整粉末を付着させるだけで磁石全体に重希土類元素RHを拡散させることができ、HcJを向上させることができる場合がある。本開示の製造方法によれば、R−T−B系焼結磁石の表面において法線方向が異なる複数の領域に対して、一度の工程で粒度調整粉末を1層以上3層以下付着させることができる。
本発明は、粒度調整粉末を1層程度付着させたいため、粘着層の厚さは、粒度調整粉末の最低粒径程度が好ましい。具体的には、粘着層の厚さは、10μm以上100μm以下が好ましい。
R−T−B系焼結磁石に粒度調整粉末を付着させる方法は、どのようなものでも良い。付着方法には、例えば、後述する流動浸漬法を用いることで粒度調整粉末を粘着剤が塗布されたR−T−B系焼結磁石に付着させる方法、粒度調整粉末を収容した処理容器内に粘着剤が塗布されたR−T−B系焼結磁石をディッピングする方法、粘着剤が塗布されたR−T−B系焼結磁石に粒度調整粉末を振り掛ける方法、などがあげられる。この際、粒度調整粉末を収容した処理容器に振動を与えたり、粒度調整粉末を流動させて、粒度調整粉末がR−T−B系焼結磁石表面に付着しやすくしてもよい。ただし、本発明では、粒度調整粉末を1層程度付着させたいため、付着は実質的に粘着剤の粘着力のみによることが好ましい。例えば、処理容器内に付着させたい粉末をインパクトメディアと共に入れて衝撃を与えてR−T−B系焼結磁石表面に付着させたり、さらに粉末同士をインパクトメディアの衝撃力によって結合させて膜を成長させたりする方法だと、1層程度でなく何層も形成されてしまうため好ましくない。
付着方法として例えば、流動させた粒度調整粉末の中に粘着剤が塗布されたR−T−B系焼結磁石を浸漬させる方法いわゆる流動浸漬法(fulidized bed coating process)を用いてもよい。以下、流動浸漬法を応用する例について説明する。流動浸漬法は、従来、粉体塗装の分野で広く行われている方法であり、流動させた熱可塑性の粉体塗料の中に加熱した被塗物を浸漬し被塗物表面の熱によって塗料を融着させる方法である。この例では流動浸漬法を磁石に応用するために、熱可塑性の粉体塗料の代わりに上述の粒度調整粉末を用い、加熱した塗布物の代わりに粘着剤が塗布されたR−T−B系焼結磁石を用いる。
粒度調整粉末を流動させる方法はどのような方法でも良い。例えば、1つの具体例として、下部に多孔質の隔壁を設けた容器を用いる方法を説明する。この例では、容器内に粒度調整粉末を入れ、隔壁の下部から大気または不活性ガスなどの気体に圧力をかけて容器内に注入し、その圧力または気流で隔壁上方の粒度調整粉末を浮かせて流動させることができる。
容器の内部で流動する粒度調整粉末に粘着剤が塗布されたR−T−B系焼結磁石を浸漬させる(あるいは配置するまたは通過させる)ことで粒度調整粉末をR−T−B系焼結磁石に付着させる。粘着剤が塗布されたR−T−B系焼結磁石を浸漬する時間は、例えば0.5〜5.0秒程度である。流動浸漬法を用いることで、容器内に粒度調整粉末が流動(撹拌)されるため、比較的大きい粉末粒子が偏って磁石表面に付着したり、逆に比較的小さい粉末粒子が隔たって磁石表面に付着したりすることが抑制される。そのため、より均一にR−T−B系焼結磁石に粒度調整粉末を付着させることができる。
ある好ましい実施形態において、粒度調整粉末をR−T−B系焼結磁石表面に固着させるための熱処理(後熱処理)を行う。加熱温度は150〜200℃に設定され得る。粒度調整粉末がバインダで造粒されたものであれば、バインダが溶融固着することによって、粒度調整粉末が固着される。
5.粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石を熱処理する拡散工程
拡散のための熱処理温度は、R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下(具体的には例えば1000℃以下)である。また、粒度調整粉末がRLM1M2合金の粉末を含む場合はその融点よりも高い温度、例えば500℃以上である。熱処理時間は例えば10分〜72時間である。また前記熱処理の後必要に応じてさらに400〜700℃で10分〜72時間の熱処理を行ってもよい。
(実験例1)
まず公知の方法で、組成比Nd=13.4、B=5.8、Al=0.5、Cu=0.1、Co=1.1、残部Fe(原子%)のR−T−B系焼結磁石を作製した。これを機械加工することにより、大きさが厚さ4.9mm×幅7.5mm×長さ40mmのR−T−B系焼結磁石母材を得た。得られたR−T−B系焼結磁石母材の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定したところ、HcJは1023kA/m、Bは1.45Tであった。
次に、TbF粉末とNdCu粉末とをバインダで造粒して粒度調整粉末を作製した。TbF粉末は市販の非球形粉末であり、粒度は10μm以下であった。NdCu粉末は遠心アトマイズ法で作製した球形のNd70Cu30合金の粉末であり、粒度は106μm以下であった。バインダはPVA(ポリビニルアルコール)、溶媒として水を用いた。TbF粉末:NdCu粉末:PVA:水=36:54:5:5(質量比)で混合したペーストを熱風乾燥して溶媒を蒸発させ、Ar雰囲気中で粉砕した。粉砕した造粒粉末を篩で分級して、粒度が150μm以下、150〜300μm、300μm超500μm以下、300μm以下(300μm超のカットのみ150μm以下カットなし)の4種類に分けた。
次に、R−T−B系焼結磁石母材に粘着剤を塗布した。R−T−B系焼結磁石母材をホットプレート上で60℃に加熱後、スプレー法でR−T−B系焼結磁石母材全面に粘着剤を塗布した。粘着剤としてPVP(ポリビニルピロリドン)を用いた。
次に、粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石母材に粒度調整粉末を付着させた。処理容器に粒度調整粉末を広げ、粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石母材を常温まで降温させた後、処理容器内で粒度調整粉末をR−T−B系焼結磁石母材全面にまぶすように付着させた。
粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石母材を実体顕微鏡で観察したところ、R−T−B系焼結磁石母材の表面に粒度調整粉末がほぼ隙間なく1層均一に付着しているのが観察された。粒度調整粉末の粒度が150〜300μmのサンプルについて断面観察を行ったところ、図5Aに示す写真が得られた。観察のためにサンプルの断面を加工しているので、図5Aの写真では粒度調整粉末のエッジ(輪郭)が分かりにくい。図5Bは、図5Aにおける粒度調整粉末粒子を構成する粒子30の付着状態を模式的に示す図である。図5Bを参照すると、図5Aからわかるように、粒度調整粉末を構成する粒子30が1つの層(粒子層)を形成するように密に付着している。また、粒度が150〜300μmの粒度調整粉末は、本開示の「(1)粘着層20の表面に接触している複数の粒子と、(2)R−T−B系焼結磁石100の表面に粘着層20のみを介して付着している複数の粒子と、(3)粘着性を有する材料を介さずに前記複数の粒子のうちの1個または複数個の粒子に結合している他の粒子によって構成されている」を満足していることを確認した。
また、粒度調整粉末の粒度が150〜300μmのサンプルについて、粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石母材の4.9mm方向の厚さを測定した。それぞれのR−T−B系焼結磁石母材について、図4に示す位置1、2、3の3カ所で測定を行った(N=各25)。粒度調整粉末が付着する前のR−T−B系焼結磁石母材より増加した値(両面の増加分の値)を表1に示す。3カ所とも、ほぼ同じ値であり、測定箇所による厚さのバラツキはほとんどなかった。また、最大でも、片面(表1の値の1/2)で最低粒度150μmの2倍未満であったことから、R−T−B系焼結磁石母材の表面に粒度調整粉末が1層以上2層未満付着していることが確認された。
Figure 2019135771
さらに、粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石母材の重量から粒度調整粉末が付着する前のR−T−B系焼結磁石母材の重量を引いたものを粒度調整粉末の重量とし、その値から磁石重量に対する付着したTb量(質量%)を計算した。
計算したTb付着量の値を表2に示す。表2の結果から、粒度が150〜300μmの粒度調整粉末は、Tb付着量が0.6〜1.5質量%の範囲に入っており、最も効率的にTbを付着させることができる。粒度が150μm以下の粒度調整粉末は、粒径が小さすぎて、1層程度付着させただけではTbの付着量が足りない。また300〜500μmの粒度調整粉末では、付着量が多すぎて、Tbが無駄に消費される。また300μm以下(上限以上カットのみ下限カットなし)の粒度調整粉末もTb付着量が若干足りなかった(max:0.68など0.6以上付着しているR−T−B系焼結磁石母材はあるが、平均で0.55と付着量がたりないR−T−B系焼結磁石母材が多く含まれるため、300μmに粒度を設定することは好ましくない)。150μm以下の微粉が含まれていたため、先に微粉が付着し、150μmを超える粉末が付着しにくかったためと推測される。以上の実験から、粒度調整粉末の粒度をコントロールすることにより、効率的、かつ、均一にRH含有粉末を磁石表面に付着させることができることがわかった。
Figure 2019135771
(実験例2)
実験例1で用いた粒度150〜300μmの粉末に10質量%の150μm以下の粉末、または、10質量%の300μm超の粉末を混合し、実験例1と同様の方法で、粒度調整粉末をR−T−B系焼結磁石母材表面に付着させた。付着した粒度調整粉末の量からTb付着量を計算したところ、双方ともTb付着量は0.6〜1.5質量%の範囲に入っていた。所望の粒度を外れる粉末が10質量%混合されていても影響がないことがわかった。
(実験例3)
表3に示す拡散源と、バインダとしてのPVA(ポリビニルアルコール)と、溶媒としてのNMP(N−メチルピロリドン)とを用いて粒度調整粉末を作製した。ただし、No.10のサンプルではバインダによる造粒を行っていない。作製した粒度調整粉末を表3に示す条件で実験例1と同じR−T−B系焼結磁石母材に付着させた。これらを実験例1と同様の方法で観察、評価したところ、R−T−B系焼結磁石母材に粒度調整粉末がほぼ隙間なく1層均一に付着していることが確認された。
さらに、これらを表3に示す熱処理温度、時間だけ熱処理し、拡散源中の元素をR−T−B系焼結磁石母材中に拡散させた。熱処理後のR−T−B系焼結磁石の中央部分から厚さ4.5mm×幅7.0mm×長さ7.0mmの立方体を切り出し、保磁力を測定した。測定した保磁力からR−T−B系焼結磁石母材の保磁力を引いた△HcJの値を表3に示す。これらすべてのR−T−B系焼結磁石について、保磁力が大きく向上していることが確認された。
Figure 2019135771
(実験例4)
実験例1と同様の方法でR−T−B系焼結磁石を作製した。これを機械加工することにより、大きさが厚さ4.9mm×幅7.5mm×長さ40mmのR−T−B系焼結磁石母材を得た。得られたR−T−B系焼結磁石母材の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定したところ、HcJは1023kA/m、Bは1.45Tであった。
次に、Nd30Pr10Tb30Cu30合金をアトマイズ法により作製して粒度調整粉末(RHRLM1M2合金の粉末)を準備した。前記粒度調整粉末は、球状粉末であった。前記粒度調整粉末をを篩で分級して、粒度が38μm以下、38〜106μm、106μm〜212μm以下、106μm以下(106μm以下カットなし)の4種類に分けた。
次に、R−T−B系焼結磁石母材に実験例1と同様の方法で粘着剤を塗布した。
次に、粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石母材に粒度調整粉末を付着させた。付着法方法として流動浸漬法を用いた。流動浸漬法を行う処理容器50を図6に模式的に示す。この処理容器は、上方が解放された概略的に円筒形状を持ち、底部に多孔質の隔壁55を有している。実験で使用した処理容器50の内径は78mm、高さは200mmであり、隔壁55の平均気孔径は15μm、空孔率40%であった。この処理容器50の内部に粒度調整粉末を深さ50mm程度まで入れた。多孔質の隔壁55の下方から大気を処理容器50の内部に2リットル/minの流量で注入することによって粒度調整粉末を流動させた。流動する粉末の高さは約70mmであった。粘着剤が付着されたR−T−B系焼結磁石100を不図示のクランプ治具で固定し、流動する粒度調整粉末(Nd30Pr10Tb30Cu30合金粉末)内に1秒浸漬させて引き上げ、R−T−B系焼結磁石100に粒度調整粉末を付着させた。なお、治具は磁石の4.9mm×40mmの面の両側2点接触で固定し、4.9mm×7.5mmの最も面積の狭い面を上下面として浸漬した。
また、粒度調整粉末の粒度が38〜106μmのサンプルについて、粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石母材の4.9mm方向の厚さを測定した。測定位置は実験例1と同じで、図4に示す位置1、2、3の3カ所で測定を行った(N=各25)。粒度調整粉末が付着する前のR−T−B系焼結磁石母材より増加した値(両面の増加分の値)を表4に示す。3カ所とも、ほぼ同じ値であり、測定箇所による厚さのバラツキはほとんどなかった。また、粒度調整粉末の粒度が106μm以下のサンプルについても同様に測定したところ、3カ所とも、ほぼ同じ値であり、測定箇所による厚さのバラツキはほとんどなかった。これは、付着方法として流動浸漬法を用いたことにより、微粉が先にR−T−B系焼結磁石母材に付着することなく、均一にR−T−B系焼結磁石に粒度調整粉末を付着させることができたからである。
粒度調整粉末の粒度が38〜106μm及び106μm以下のサンプルについて、粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石母材を実体顕微鏡で観察したところ、実験例1の150〜300μmのサンプルと同様に、R−T−B系焼結磁石母材の表面に粒度調整粉末が1層均一に付着しており、粒度調整粉末を構成する粒子30が1つの層(粒子層)を形成するように密に付着していた。また、粒度が38〜106μm及び106μm以下のサンプルにおける粒度調整粉末は、本開示の「(1)粘着層20の表面に接触している複数の粒子と、(2)R−T−B系焼結磁石100の表面に粘着層20のみを介して付着している複数の粒子と、(3)粘着性を有する材料を介さずに前記複数の粒子のうちの1個または複数個の粒子に結合している他の粒子によって構成されている」を満足していることを確認した。
Figure 2019135771
さらに、粒度調整粉末が付着したR−T−B系焼結磁石母材の重量から粒度調整粉末が付着する前のR−T−B系焼結磁石母材の重量を引いたものを粒度調整粉末の重量とし、その値から磁石重量に対する付着したTb量(質量%)を計算した。
計算したTb付着量の値を表5に示す。表5の結果から、粒度が38〜106μm及び106μm以下の粒度調整粉末は、Tb付着量が0.6〜1.4質量%の範囲に入っており、最も効率的にTbを付着させることができる。粒度が38μm以下の粒度調整粉末は、粒径が小さすぎて、1層程度付着させただけではTbの付着量が足りない。また106超〜212μmの粒度調整粉末では、付着量が多すぎて、Tbが無駄に消費される。以上の実験から、粒度調整粉末の粒度をコントロールすることにより、効率的、かつ、均一にRH含有粉末を磁石表面に付着させることができることがわかった。
Figure 2019135771
(実験例5)
実験例1と同様の方法でR−T−B系焼結磁石を作製した。これを機械加工することにより、大きさが厚さ4.9mm×幅7.5mm×長さ40mmのR−T−B系焼結磁石母材を得た。得られたR−T−B系焼結磁石母材の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定したところ、HcJは1023kA/m、Bは1.45Tであった。表6のNo.12〜16に示す組成となるようにすること以外は実験例4と同様の方法で粒度調整粉末(RHRLM1M2合金)を準備した。更に、これらを実験例4と同様の方法で表7に示す熱処理温度、時間で熱処理し、拡散源中の元素をR−T−B系焼結磁石母材中に拡散させた。なお、前記粒度調整粉末の粒度は、表7に示すRH付着量とそれぞれなるように適宜調整した。熱処理後のR−T−B系焼結磁石の中央部分から厚さ4.5mm×幅7.0mm×長さ7.0mmの立方体を切り出し、保磁力を測定した。測定した保磁力からR−T−B系焼結磁石母材の保磁力を引いた△HcJの値を表7に示す。表7に示すようにRH付着量が0.6〜1.5の範囲であると保磁力が大きく向上していることが確認された。
Figure 2019135771
Figure 2019135771
本発明の実施形態は、より少ない重希土類元素RHによってR−T−B系焼結磁石のHcJを向上させることができるため、高い保磁力が求められる希土類焼結磁石の製造に使用され得る。また、本発明は、重希土類元素RH以外の他の金属元素を希土類焼結磁石に表面から拡散させることが必要な技術にも広く適用され得る。
20 粘着層
30 粒度調整粉末を構成する粉末粒子
100 R−T−B系焼結磁石
100a R−T−B系焼結磁石の上面
100b R−T−B系焼結磁石の側面
100c R−T−B系焼結磁石の側面

Claims (7)

  1. R−T−B系焼結磁石(Rは希土類元素、TはFeまたはFeとCo)を用意する工程と、
    Dy及びTbの少なくとも一方である重希土類元素RHの合金または化合物の粉末から形成した拡散源粉末を用意する工程と、
    前記R−T−B系焼結磁石の表面の塗布領域に厚さが10μm以上100μm以下である粘着剤を塗布する塗布工程と、
    前記粘着剤を塗布したR−T−B系焼結磁石の表面の前記塗布領域に流動浸漬法または振り掛ける方法のいずれかの方法によって前記拡散源粉末を付着させる付着工程と、
    前記拡散源粉末が付着したR−T−B系焼結磁石を、前記R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下の温度で熱処理して、前記拡散源粉末に含まれる重希土類元素RHを前記R−T−B系焼結磁石の表面から内部に拡散する拡散工程と、
    を含み、
    前記拡散源粉末の全体の90質量%以上は、粒度が38μm超の粉末である、R−T−B系焼結磁石の製造方法。
  2. 前記R−T−B系焼結磁石の組成は、
    希土類元素R:12〜17原子%
    B(Bの一部はCで置換されてもよい):5〜8原子%
    添加元素M(Mは、Al、Ti、V、Cr、Mn、Ni,Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Pb、及びBiからなる群から選択された少なくとも1種):0〜2原子%
    T(Feを主とする遷移金属元素であって、Coを含んでもよい)及び不可避的不純物:残部
    である、請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  3. 前記付着工程において、前記拡散源粉末に含まれる重希土類元素RHの量が前記R−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.6〜1.5%の範囲内になるように前記拡散源粉末を前記塗布領域に付着させる、請求項1又は2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  4. 前記付着工程において、前記拡散源粉末に含まれる重希土類元素RHの量が前記R−T−B系焼結磁石に対して質量比で0.7〜1.5%の範囲内になるように前記拡散源粉末を前記塗布領域に付着させる、請求項1又は2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  5. 前記拡散源粉末を付着させる付着工程において、流動浸漬法により、前記拡散源粉末を前記塗布領域に付着させる、請求項1から4のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  6. 前記拡散源粉末は球状粉末である、請求項1から5のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
  7. 前記R−T−B系焼結磁石の表面の塗布領域に前記粘着剤を塗布するとき、前記R−T−B系焼結磁石を加熱した状態で行う、請求項1から6のいずれかに記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
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