JP3580521B2

JP3580521B2 - 高耐食性永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JP3580521B2
Application number: JP35694397A
Authority: JP
Inventors: 健一勝見; 昌夫吉川; 武久美濃輪
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JPH11186014A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高耐食性を有する希土類永久磁石及びその製造方法に関し、特に焼結磁石表面に、クロム酸クロミウムを主成分とする耐酸化性皮膜を被覆したＲ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも一種、以下同じ）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類永久磁石は優れた磁気特性と経済性のため電気・電子機器の分野で多用されており、近年益々その高性能化が要求されている。これらの希土類永久磁石のうちＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、希土類コバルト磁石に比べて主要元素であるＮｄがＳｍより豊富に存在すること、Ｃｏを多量に使用しないことから原材料費が安価であり、磁気特性も希土類コバルト磁石を遥かにしのぐ極めて優れた永久磁石材料である。そのため、これまで希土類コバルト磁石が使用されてきた小型磁気回路がこれによって代替されるだけでなく、ハードフェライトあるいは電磁石が使用されていた分野にも広く応用されている。
しかし、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は主成分として希土類元素および鉄を含有するため、湿気をおびた空気中で短時間のうちに容易に酸化されるという欠点をもっている。そのため、磁気回路に組み込んだ場合に、これらの酸化により磁気回路の出力が低下したり、機器周辺を汚染するという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の耐食性改善のために、樹脂塗装、イオンプレーティング等の気相めっき、Ｎｉめっき等の湿式めっき等の各種表面処理法が提案されている。しかし、これらの表面処理法は複雑な工程を必要とするため、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に対して表面処理コストが高価になってしまうという問題を含んでいた。また、これらの表面処理法は小型の磁石を大量に処理する場合には非常に有効な手段であるが、大型の磁石に対しては処理中の割れ、かけ等が問題となり大量に処理を行うことは難しい状況にある。
また、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石にＣｏ、Ｎｉ等を添加し、素材自体の耐食性を改善する試みもなされている。しかし、これらの元素の添加で使用可能な耐食性を付与するには大量に添加する必要があり、磁気特性の大幅な低下は避けられない。そのため、十分な耐食性を付与することができず、実用には至っていない。そこで、本発明は、高い耐食性を有し、長時間にわたって外観の美観性が保持される永久磁石を容易かつ安価な製造方法によって提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に対する耐食性皮膜、及びその形成方法について鋭意検討した結果、六価クロムと三価クロムが複合した非晶質の水和酸化物である耐酸化性皮膜をＲ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石表面に形成することにより、長時間にわたって外観の美観性が保持され、従来の表面処理法では困難な形状の物にも容易に処理可能であることを知見し、諸条件を確立して本発明を完成させた。
【０００５】
すなわち、本発明の高耐食性永久磁石の製造方法は、Ｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも一種）表面に酸洗いを行い、次いで腐食抑制剤が添加された純水中にて超音波洗浄をした後、六価クロムを含むｐＨ１〜３の処理液に浸漬し、温度６０℃以下にて乾燥し、該磁石表面を六価クロムと三価クロムが複合した非晶質の水和酸化物である耐酸化性皮膜で被覆し、磁石表面のＲリッチ層を選択的に除去することを特徴とする。前記酸洗いを硝酸溶液および／または酢酸溶液にて行うことが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において耐酸化性皮膜を被覆されるＲ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石に用いるＲとしては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ、Ｙｂの内から選択される一種もしくは二種以上が使用される。その中でもＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｄｙの内少なくとも一種を含むことが好ましい。
Ｒ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＢの含有量は、５ｗｔ％≦Ｒ≦４０ｗｔ％、５０ｗｔ％≦Ｆｅ≦９０ｗｔ％、０．１ｗｔ％≦Ｃｏ≦１５ｗｔ％、０．２ｗｔ％≦Ｂ≦８ｗｔ％の範囲が好ましい。
また、磁気特性の改善あるいはコスト低減のために、Ｎｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｇａ及びＺｎから選ばれる少なくとも一種を添加することができる。
【０００７】
本発明ではＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石にＣｏを添加することによる磁石体そのものの耐食性の向上、及び六価クロムを含む処理液への浸漬による磁石表面からのＲリッチ層の選択的除去と六価クロムと三価クロムが複合した非晶質の水和酸化物である耐酸化性皮膜の被覆の三点の相乗効果により十分実使用に耐え得るＲ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石の提供が可能となった。すなわち、本発明ではＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石へのＣｏの添加、並びに磁石表面からのＲリッチ層の選択的除去と磁石表面へのクロム酸クロミウムを主成分とする耐酸化性皮膜の被覆の三点が必須条件であり、どちらか一方では実使用には不十分な耐食性しか得られない。本発明における耐酸化性皮膜の構造は、六価クロムと三価クロムが複合した非晶質の水和酸化物である。
【０００８】
本発明におけるＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石へのＣｏの添加量としては、０．１ｗｔ％≦Ｃｏ≦１５ｗｔ％の範囲が適当であり、０．１ｗｔ％未満では素材そのものの耐食性向上が得られず、実使用には不十分である。また、１５ｗｔ％を超えると保磁力の低下が著しく、磁気特性の点で実使用には不十分である。
【０００９】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、強磁性であるＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ相（主相）と、その主相を取り囲むように希土類が主成分であるＲリッチ相、及びＲＦｅ_４Ｂ_４相からなる。このＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の腐食機構としては、高温多湿な条件下では主相に比べて電気化学的に卑であるＲリッチ相、及びＲＦｅ_４Ｂ_４相が選択的に腐食され主相の落下を招く風化現象と、結露などにより水滴等が磁石体表面に付着した場合に、主相中のＦｅが酸化し茶錆を発生する発錆現象の二種類の腐食が考えられる。
【００１０】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石にＣｏを添加すると、Ｒリッチ相に比べて腐食されにくいＲ_３Ｃｏ相がＲリッチ相に変わってできるため、上記のような風化現象は起こりにくくなる。さらに、六価クロムを含む処理液に浸漬することにより、Ｒリッチ相が選択的に除去されるのでより風化現象が起こりにくくなり、この二点の相乗効果により磁石体の耐食性は飛躍的に向上する。
【００１１】
また、磁石体を六価クロムを含む処理液に浸漬することによる効果としては、六価クロムによる主相表面の不動態化、及びクロム酸クロミウムを主成分とする耐酸化性皮膜による主相の被覆が挙げられる。この処理によって形成される皮膜は水に難溶性であるため、主相と水分の接触を阻害して、主相の発錆を抑えることが可能である。ただし、本発明における処理液がｐＨ＝１〜３の強酸であるため、Ｃｏ添加がなされていないと処理液へ浸漬中に磁石体の溶解が過度に起こり耐食性皮膜の被覆が困難になる。
【００１２】
本発明の前処理としては、Ｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石の六価クロムを含む処理液への浸漬の直前に酸洗い、及び超音波洗浄を行う。
酸洗いの目的は、磁石体表面の酸化皮膜や加工による劣化層を除去し、より均一な耐食性皮膜を形成させることである。酸洗い処理液としては、磁石体表面を全体的に均一に溶解させる硝酸、酢酸、又はその混酸を用いる。処理液の濃度としては、０．１規定以上、１．２規定以下が好ましい。また、処理温度は３０℃以上、６０℃以下の範囲であることが好ましい。上記範囲未満であると溶解が遅く生産性が悪くなると共に、前処理後の磁石体表面に凹凸が残り外観上も好ましくない。また、上記範囲を超えると短時間での溶解量が多くなり管理が困難になる。
【００１３】
本発明においては、上記酸洗いの後、磁石体表面に付着しているスマットを取り除くために超音波洗浄が行われる。この超音波洗浄は、洗浄中の磁石体表面の酸化を防ぐために、腐食抑制剤を添加した純水中で行う。超音波洗浄中に生じる磁石体表面の酸化は、六価クロムを含む処理液浸漬時に、耐酸化性皮膜の生成を阻害し磁石体表面全体を均一に被覆することを困難にし、耐食性の信頼性を低下させる。また、超音波洗浄中に酸化が生じた場合、磁石体表面に茶染みが生成し、製品外観上も好ましくない。そのため、本発明においては、耐食性の信頼を得るため、前処理後の超音波洗浄は腐食抑制剤が添加された純水中で行うことが必須条件である。
【００１４】
上記超音波洗浄時に用いる腐食抑制剤としては、金属表面に化学変化を起こして、いわゆる不動態化作用を生じさせる無機系腐食抑制剤を用いるよりも、金属表面に物理的もしくは化学的に吸着して腐食物質が金属表面へ接近することを妨害する有機系腐食抑制剤を使用することが好ましい。
本発明にて使用される腐食抑制剤としては、オレイン酸、ダイナマー酸、ナフテン酸、オレイルサルコシンなどに代表されるカルボン酸及びカルボン酸の金属セッケン類、スルホン酸塩、エチルアミン、ジエチルアミン、ピリジン、キノリン、オクタデシルアミン、ドデシルアミンなどのアルキルアミン類、ラウリルアルコールリン酸エステルなどのリン酸エステル類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタントリラウレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリステアレートなどのエステル類、α−フェニルスルホニルステアリン酸などのスルファミドカルボン酸類、メチルブチノール、メチルペンチノール、ヘキシノール、エチルオクチノールなどのアセチレンアルコール類、ジメチルチオ尿素、ジエチルチオ尿素などのチオ尿素類、アミノトリメチレンホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸などのホスホン酸塩類、ヒドロキシ酸、安息香酸塩、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、メルカプトベンゾチアゾール、芳香族アルデヒドなどが挙げられる。
【００１５】
上記超音波洗浄後、純水にて洗浄を行い、六価クロムを含む処理液に磁石体を浸漬する。本発明において、六価クロムの供給剤としては無水クロム酸等を用いる。また、ｐＨ調整剤として、硝酸、酢酸等を添加してもよい。
【００１６】
本発明における処理液は、ｐＨ＝１〜３、六価クロム濃度が１〜２５ｇ／ｌの範囲に調整されることが好ましい。上記指定範囲以外では耐酸化性皮膜の生成が非常に遅くなり生産性が低下すると共に、十分な耐食性皮膜を得ることが難しくなる。また、処理液温度は２０〜７０℃、処理時間は１〜２０分が適当である。
【００１７】
前記処理液に浸漬した後、十分に水洗し乾燥する。乾燥温度は６０℃以下とすることが必要である。６０℃を超えると皮膜が過度に脱水され、皮膜に亀裂を生じ、さらに粉末化して脱落するようになる。さらにまた、本発明により得られる耐酸化性皮膜の特徴の１つである皮膜の自己修復作用がなくなり、耐食性の低下を招く。また、乾燥温度が６０℃を超えると表面が茶色に変色し外観上も好ましくない。そのため、乾燥温度は６０℃以下で、水洗後メタノールなどの水溶性溶媒に浸漬し風乾を行ってもよい。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態を実施例及び比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに何等限定されるものではない。
（実施例１、比較例１、２）
Ａｒ雰囲気の高周波溶解により、重量比で３２Ｎｄ−１．２Ｂ−５９．８Ｆｅ−７Ｃｏなる組成のインゴットを作製した。このインゴットをジョウクラッシャーで粗粉砕し、さらに窒素ガスによるジェットミルで微粉砕を行い、平均粒径が３．５μｍの微粉末を得た。次にこの微粉末を１０ｋＯｅ磁界が印加された金型内に充填し、１．０ｔ／ｃｍ^２の圧力で成形した。次いで真空中１，１００℃で２時間焼結し、さらに５５０℃で１時間の時効処理を施して永久磁石とした。得られた永久磁石から４０×４０×３ｍｍの磁石体試験片を切り出し、さらにバレル研磨処理を行った。
得られた試験片を前処理として、０．３規定の硝酸（３５℃）に３０秒浸漬し、その後ジエチルアミン３ｇ／ｌを添加した純水中にて超音波洗浄を行った。上記前処理後の該磁石表面を六価クロム濃度が１．５ｇ／ｌの無水クロム酸水溶液（ｐＨ＝１．３）に５０℃で１０分浸漬し、その後純水中で３０秒の水洗を行い、５５℃で１０分の乾燥を行い実施例１とした。
また、上記組成にて耐酸化性皮膜の被覆を行わなかった磁石を比較例１、組成式３２Ｎｄ−１．２Ｂ−６６．８ＦｅのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石で実施例１と同様に処理したものを比較例２とした。
耐食性を評価するために、温度８０℃、湿度９０％ＲＨの環境に３００時間暴露し、発錆の有無及び発生率を調べた。また、プレッシャークッカー試験（１２０℃×１００％ＲＨ）に１００時間さらして試験後の重量減少によって防錆効果を評価した。その結果を表１に示す。
表１から、Ｃｏが添加されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石をクロム酸クロミウムを主成分とする耐酸化性皮膜にて被覆することにより、被覆処理を行わない場合、及びＣｏが添加されていないＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に同処理を行うことと比較して、飛躍的に耐食性が向上していることがわかる。
【００１９】
（実施例２、比較例３）
実施例１と同組成、同形状のＮｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石を準備し、０．５規定の硝酸（３０℃）に３０秒浸漬し、その後ソルビタントリステアレート３ｇ／ｌを添加した純水中にて超音波洗浄を行った。上記前処理後の該磁石表面を六価クロム濃度が３ｇ／ｌの無水クロム酸水溶液（ｐＨ＝１．１）に６０℃で５分浸漬し、その後純水中で３０秒の水洗を行い、次いでメタノール中に５秒浸漬後３０℃で１分の乾燥を行って実施例２とした。
また、比較例３としては、超音波洗浄を純水中で行う以外は実施例２と同様の処理を施した試験片を用意した。
実施例１と同条件の耐食試験の結果を表１に示す。
表１から、前処理の超音波洗浄を腐食防止剤を添加した純水中で行うことにより、耐食性の信頼性が向上していることがわかる。
【００２０】
（実施例３、比較例４）
実施例１と同組成、同形状のＮｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石を準備し、０．３規定の硝酸（３５℃）に３０秒浸漬し、その後ジエチルアミン３ｇ／ｌを添加した純水中にて超音波洗浄を行った。上記前処理後の該磁石表面を六価クロム濃度が１．５ｇ／ｌの無水クロム酸水溶液（ｐＨ＝１．３）に７０℃で５分浸漬し、その後純水中で３０秒の水洗を行い、６０℃で１０分の乾燥を行って実施例３とした。
また、比較例４としては、乾燥条件を１００℃で１０分とした以外は実施例３と同様の処理を施した試験片を用意した。
実施例１と同条件の耐食試験の結果を表１に示す。
表１から、乾燥温度が６０℃を超えると耐食性が低下していることがわかる。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
本発明の磁石は高耐食性を有し、長時間にわたって外観の美観性が保持されるので、産業上その効果は極めて高い。

Claims

Ｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系永久磁石（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも一種）表面に酸洗いを行い、次いで腐食抑制剤が添加された純水中にて超音波洗浄をした後、六価クロムを含むｐＨ１〜３の処理液に浸漬し、温度６０℃以下にて乾燥し、該磁石表面を六価クロムと三価クロムが複合した非晶質の水和酸化物である耐酸化性皮膜で被覆し、磁石表面のＲリッチ層を選択的に除去することを特徴とする高耐食性永久磁石の製造方法。
前記酸洗いを硝酸溶液および／または酢酸溶液にて行う請求項１に記載の高耐食性永久磁石の製造方法。