JP3606036B2 - 磁石材料の製造方法、磁石材料およびボンド磁石 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁石材料の製造方法、磁石材料およびボンド磁石に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
磁石材料として、希土類元素を含む合金で構成される希土類磁石材料は、高い磁気特性を有するため、モータ等に用いられた場合に、高性能を発揮する。
【0003】
このような磁石材料は、例えば急冷薄帯製造装置を用いた急冷法により製造される。この製造方法は、次の通りである。
【0004】
所定の合金組成の磁石材料(以下「合金」と言う)を溶融し、その溶湯をノズルから射出し、ノズルに対して回転している冷却ロールの周面に衝突させ、該周面と接触させることにより合金を急冷、凝固し、薄帯状(リボン状)の合金を連続的に形成する。この薄帯状の合金は、急冷薄帯と呼ばれ、速い冷却速度で凝固された結果、そのマクロ組織は、微細な多結晶が集合した状態となっており、優れた磁気特性を発揮する。
【0005】
ここで、希土類元素は、酸化され易く、酸化されると磁気特性が低下するため、前記急冷薄帯の製造は、主としてアルゴンガス中で行われていた。
【0006】
そのため、冷却ロールの回転に起因して、アルゴンガスのガス流が発生するが、このガス流がパドル(=ノズルから射出された溶湯が冷却ロールの周面に衝突した部位に生じる湯だまり)の側部に回り込み、その一部が冷却ロールの周面と急冷薄帯のロール面(冷却ロールの周面と接触する面)との間に侵入し、これが原因で、急冷薄帯のロール面に巨大ディンプル(巨大な凹部)が生じる。
【0007】
この巨大ディンプルが生じると、巨大ディンプル部分においては、気体の介在により冷却ロールの周面との接触不良が生じ、冷却速度が低下して、急速な凝固が妨げられる。そのため、巨大ディンプルが生じた部位では、合金の結晶粒径が粗大化し、磁気特性が低下する。
【0008】
従って、このような低磁気特性の部分を含む急冷薄帯を用いて製造された永久磁石も、同様に、磁気特性の低下が見られ、また、耐食性も低下する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高い磁気特性が得られ、また、耐食性に優れる磁石材料の製造方法、磁石材料およびボンド磁石を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、急冷薄帯のロール面への巨大ディンプルの発生は、急冷薄帯の製造条件に関連していることに着目し、その各条件を種々変更して繰り返し実験を行った結果、巨大ディンプルの発生の程度は、雰囲気ガスのガス流のパドル付近(磁石材料の溶湯が衝突した部位)におけるレイノルズ数に依存していることを見出し、本発明に至った。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記(1)〜(7)の本発明により達成される。
【0012】
(1) 雰囲気ガス中で、磁石材料の溶湯をノズルから射出し、前記ノズルに対し回転している冷却ロールの周面に衝突させ、冷却固化して、薄帯状の磁石材料を製造する磁石材料の製造方法であって、
前記冷却ロールの周速度を1〜60m/秒とし、
前記冷却ロールの回転に起因して発生するガス流の、前記溶湯が衝突した部位におけるレイノルズ数を10〜700とし、
前記冷却ロールの回転に伴う冷却ロール周面の最大偏心量が、得られる薄帯状の磁石材料の平均厚さの2倍以下である冷却ロールを用い、
得られる前記薄帯状の磁石材料の前記冷却ロールとの接触面において、面積が2000μm2以上の巨大ディンプルの占める面積率が5%以下となるようにすることを特徴とする磁石材料の製造方法。
【0015】
(2) 前記雰囲気ガスは、不活性ガスである上記(1)に記載の磁石材料の製造方法。
【0016】
(3) 前記不活性ガスは、ヘリウムガスである上記(2)に記載の磁石材料の製造方法。
【0017】
(4) 前記磁石材料は、R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素のうちの少なくとも1種)を含む合金である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の磁石材料の製造方法。
【0018】
(5) 前記磁石材料は、R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素のうちの少なくとも1種)とTM(ただし、TMは、遷移金属のうちの少なくとも1種)とBを含む合金である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の磁石材料の製造方法。
【0019】
(6) 上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の磁石材料の製造方法により製造されたことを特徴とする薄帯状の磁石材料。
【0021】
(7) 前記冷却ロールとの接触面において、面積が2000μm2以上の巨大ディンプル以外の部分における平均結晶粒径が50nm以下である上記(6)に記載の薄帯状の磁石材料。
【0022】
(8) 上記(6)または(7)に記載の磁石材料を粉砕して粉末状としたことを特徴とする粉末状の磁石材料。
【0023】
(9) 上記(8)に記載の粉末状の磁石材料を結合樹脂で結合してなることを特徴とするボンド磁石。
【0024】
(10) 前記粉末状の磁石材料の含有量が82〜99.5wt%である上記(9)に記載のボンド磁石。
【0025】
(11) 保磁力iHc が0.35MA/m以上である上記(9)または(10)に記載のボンド磁石。
【0026】
(12) 磁気エネルギー積(BH)max が50kJ/m3 以上である上記(9)ないし(11)のいずれかに記載のボンド磁石。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁石材料の製造方法、磁石材料およびボンド磁石について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0028】
図1は、本発明の磁石材料を単ロール法により製造する装置(急冷薄帯製造装置)の構成例を示す斜視図、図2は、図1に示す装置における溶湯の冷却ロールへの衝突部位付近の状態を示す断面側面図である。
【0029】
図1に示すように、急冷薄帯製造装置1は、磁石材料を収納し得る筒体2と、該筒体2に対し図中矢印A方向に回転する冷却ロール5とを備えている。筒体2の下端には、磁石材料の溶湯を射出するノズル(オリフィス)3が形成されている。
【0030】
また、筒体2のノズル3近傍の外周には、加熱用のコイル4が配置され、このコイル4に例えば高周波を印加することにより、筒体2内を加熱(誘導加熱)し、筒体2内の磁石材料を溶融状態にする。
【0031】
冷却ロール5は、基部51と、ロール周面を形成する表面層52とで構成されている。基部51は、例えば銅または銅系合金のような熱伝導率の高い金属材料で構成されているのが好ましく、表面層52は、基部51と同等の熱伝導率を有する金属材料か、または基部51より熱伝導率が低い金属材料で構成されているのが好ましい。これにより、急冷薄帯8のロール面81側とフリー面(冷却ロール5と接触しない側の面)82側との冷却速度の差をより小さくすることができ、結晶粒径の均一化を図ることができる。
【0032】
このような急冷薄帯製造装置1は、チャンバー(図示せず)内に設置され、該チャンバー内に不活性ガスやその他の雰囲気ガスが充填された状態で作動する。特に、急冷薄帯8の酸化を防止するために、雰囲気ガスは、不活性ガスであるのが好ましい。不活性ガスとしては、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等が挙げられるが、特にヘリウムガスが好ましい。その理由は、後述する。
【0033】
急冷薄帯製造装置1では、筒体2内に磁石材料を入れ、コイル4により加熱して溶融し、その溶湯6をノズル3から射出すると、図2に示すように、溶湯6は、冷却ロール5の周面53に衝突し、パドル(湯溜り)7を形成した後、回転する冷却ロール5の周面53に引きずられつつ急速に冷却されて凝固し、急冷薄帯8が連続的または断続的に形成される。このようにして形成された急冷薄帯8は、やがて、そのロール面81が周面53から離れ、図1中の矢印B方向に進行する。なお、図2中、溶湯の凝固界面71を点線で示す。
【0034】
冷却ロール5の周速度は、1〜60m/秒であり、特に、5〜40m/秒であるのが好ましい。冷却ロール5の周速度が遅すぎると、結晶粒径が増大し、逆に冷却ロール5の周速度が速すぎると、非晶質となり、いずれの場合にも、磁気特性が低下する。
【0035】
このような急冷薄帯製造装置1を用いた急冷薄帯の製造においては、冷却ロール5の回転に起因して、パドル7の周辺(溶湯6が周面53に衝突した部位)に雰囲気ガスのガス流10が発生する。本発明では、このガス流10のレイノルズ数(Re)を10〜700とする。
【0036】
レイノルズ数を前記上限値以下とすることにより、パドル7周辺のガス流(ガス粘性流)10が図3に示すような状態になると推定され、冷却ロール5の周面53と急冷薄帯8のロール面81との間へのガス流の侵入が抑制され、ロール面81への巨大ディンプル9の形成が防止または抑制されるものと考えられる。これにより、急冷薄帯8は、速い冷却速度で冷却され、結晶粒の粗大化が防止され、よって、磁気特性(磁束密度、保磁力、角型性等)が向上する。
【0037】
これに対し、前記レイノルズ数が前記上限値を超えると、パドル7周辺のガス流(ガス粘性流)10が、図4に示すように乱れ(うず流)を生じ、冷却ロール5の周面53と急冷薄帯8のロール面81との間に侵入し、これが原因でロール面81に巨大ディンプル9が形成されるものと考えられる。これにより、周面53との接触不良が生じ、熱伝達が阻害され、冷却速度が低下するので、急冷薄帯8は、巨大ディンプル9の部分において、結晶粒の粗大化が生じ、磁気特性(磁束密度、保磁力、角型性等)が低下する。
【0038】
また、急冷薄帯8の巨大ディンプル9の部分から得られた磁石粉末を用いてボンド磁石を製造した場合、そのような磁石粉末は、結合樹脂との結合性(結合樹脂の濡れ性)が悪く、そのため、このボンド磁石は、機械的強度が低く、熱安定性(耐熱性)、耐食性が劣るものとなるが、本発明のように、巨大ディンプル9の発生が抑制された場合、このような問題が解消され、高機械的強度で、耐熱性、耐食性に優れるボンド磁石が得られる。
【0039】
次に、レイノルズ数の定義について説明する。
【0040】
本明細書におけるレイノルズ数(Re)は、物体の代表寸法として急冷薄帯8の幅(パドル7の幅)を考慮した値であり、次式(I)で表わされる。
【0041】
【数1】
【0042】
ここで、式(I)中、vは雰囲気ガス(ガス流10)の流速、wは雰囲気ガスを遮る物体である急冷薄帯8(=パドル7)の幅、νは雰囲気ガスの動粘性係数である。vは例えば流れの可視化により求めることができる。
【0043】
さらに、雰囲気ガスを理想気体近似すること等から、レイノルズ数(Re)は、次式(II)で表わすことができる。
【0044】
【数2】
【0045】
ここで、式(II)中、Mは雰囲気ガスの分子量、ηは雰囲気ガスの粘性係数、Tは雰囲気ガスの温度[K]、Pは雰囲気ガスの圧力[Pa]、Rは気体定数である。
【0046】
なお、雰囲気ガスが不活性ガスである場合、そのガスの種類によって前記レイノルズ数は変わる。これは他のパラメータが全く同一でも、式(II)中のM/ηが異なるためである。例えばアルゴンガスとヘリウムガスを比較すると、アルゴンガスのM/ηはほぼ1800であり、ヘリウムガスのM/ηはほぼ200であり、M/ηはヘリウムガスの方が圧倒的に小さい。従って、ヘリウムガスを用いることにより、レイノルズ数を小さくし易いという利点を有している。換言すれば、雰囲気ガスとしてヘリウムガスを用いることにより、レイノルズ数を1000以下とする上で、他の条件の許容範囲をより広くとること(例えば、式(II)中のv、w、Pをより大きく設定すること)ができるという利点がある。
【0047】
ところで、急冷薄帯製造装置1においては、冷却ロール5自体の寸法精度(真円度)や、冷却ロール5の軸受けに対する取り付け精度等から、冷却ロール5が回転するに際し、図5に示すように、若干の偏心(軸振れ)が生じる。この偏心が大きいと、パドル7における溶融合金の表面や凝固界面71が振動し、得られた急冷薄帯8の寸法(幅w、厚さt)に変動が生じたり、急冷薄帯8のロール面81が冷却ロール5の周面53と接触している時間に変動が生じたりする。さらに、巨大ディンプルの発生率も高まる。その結果、急冷薄帯8の冷却速度等が変動し、磁気特性にバラツキが生じる。そして、このような急冷薄帯8から得られた磁石粉末やそれを用いたボンド磁石は、磁気特性が低下する。
【0048】
このようなことを防止するために、本発明では、冷却ロール5の回転に伴う冷却ロール5の周面53の最大偏心量ΔR(図5参照)を、得られる急冷薄帯8の平均厚さtの2倍以下とし、特に、1.5倍以下とするのが好ましく、1倍以下とするのがより好ましい。これにより、得られた急冷薄帯8の磁気特性をより均一にすることができる。そして、これより製造されたボンド磁石の磁気特性を高めることができる。特に、本発明では、このような最大偏心量ΔRを規定することと、前述したレイノルズ数を規定することとの相乗効果により、優れた磁気特性を発揮するものである。
【0049】
ここで、最大偏心量ΔRの下限値は、特に限定されないが、冷却ロール5の周面53の加工精度の限界や、冷却ロール5を支持する軸受けの精度の限界から、0.1μm 程度とすることができる。
【0050】
なお、最大偏心量ΔRは、例えば、レーザ変位計、静電式変位計、精密ゲージ等の精密寸法測定機器により測定することができる。
【0051】
本発明における磁石材料としては、R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素のうちの少なくとも1種)を含む合金、特にR(ただし、Rは、Yを含む希土類元素のうちの少なくとも1種)とTM(ただし、TMは、遷移金属のうちの少なくとも1種)とBとを含む合金のような希土類磁石材料が挙げられ、次の[1]〜[4]の組成のものが好ましい。
【0052】
[1] Smを主とする希土類元素と、Coを主とする遷移金属とを基本成分とするもの(以下、Sm−Co系合金と言う)。
【0053】
[2] R(ただし、RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも1種)と、Feを主とする遷移金属と、Bとを基本成分とするもの(以下、R−Fe−B系合金と言う)。
【0054】
[3] Smを主とする希土類元素と、Feを主とする遷移金属と、Nを主とする格子間元素とを基本成分とするもの(以下、Sm−Fe−N系合金と言う)。
【0055】
[4] R(ただし、RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも1種)とFe等の遷移金属とを基本成分とし、ナノメーターレベルで磁性相を有するもの(ナノ結晶磁石)。
【0056】
Sm−Co系合金の代表的なものとしては、SmCo5 、Sm2 TM17(ただしTMは、遷移金属)が挙げられる。
【0057】
R−Fe−B系合金の代表的なものとしては、Nd−Fe−B系合金、Pr−Fe−B系合金、Nd−Pr−Fe−B系合金、Ce−Nd−Fe−B系合金、Ce−Pr−Nd−Fe−B系合金、これらにおけるFeの一部をCo、Ni等の他の遷移金属で置換したもの等が挙げられる。
【0058】
Sm−Fe−N系合金の代表的なものとしては、Sm2 Fe17合金を窒化して作製したSm2 Fe17N3 が挙げられる。
【0059】
前記希土類元素としては、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ミッシュメタルが挙げられ、これらを1種または2種以上含むことができる。また、前記遷移金属としては、Fe、Co、Ni等が挙げられ、これらを1種または2種以上含むことができる。また、磁気特性を向上させるために、磁石材料中には、必要に応じ、B、Al、Cu、Ga、Si、Ti、V、Ta、Zr、Nb、Mo、Hf、Ag、Zn、P、Ge等を含有することもできる。
【0060】
以上のような製造方法により得られる本発明の急冷薄帯(薄帯状の磁石材料)8は、ロール面81において、巨大ディンプル9が存在していないか、または存在していても、その面積率は小さい。すなわち、ロール面81において、面積が2000μm2以上の巨大ディンプル9の占める面積率が8%以下であり、好ましくは5%以下であり、より好ましくは3%以下である。
【0061】
また、急冷薄帯8は、面積が2000μm2以上の巨大ディンプル9以外の部分における平均結晶粒径が50nm以下であるのが好ましく、30nm以下であるのがより好ましい。これにより、優れた磁気特性が発揮される。
【0062】
急冷薄帯8の平均厚さtは、特に限定されないが、10〜50μm 程度が好ましく、15〜40μm 程度がより好ましい。この平均厚さtが大きすぎると、結晶粒の粗大化が顕著となり、磁気特性が劣化することがあり、また、小さすぎると、生産性が悪くなる。
【0063】
以上のような急冷薄帯8を粉砕することにより、本発明の粉末状の磁石材料(磁石粉末)が得られる。
【0064】
粉砕の方法は、特に限定されず、例えばボールミル、振動ミル、ジェットミル、ピンミル等の各種粉砕装置、破砕装置を用いて行うことができる。この場合、粉砕は、酸化を防止するために、真空または減圧状態下(例えば1×10−1〜1×10−6 Torr )、あるいは窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス中のような、非酸化性雰囲気中で行うこともできる。
【0065】
このような磁石粉末は、同一組成のもののみならず、異なる2種以上の組成の磁石粉末を混合したものでもよい。例えば、前記[1]〜[4]の組成のもののうち、少なくとも2種を混合したものが挙げられる。この場合、混合する各磁石粉末の利点を併有することができ、より優れた磁気特性を容易に得ることができる。
【0066】
また、磁石粉末の平均粒径は、特に限定されないが、後述するボンド磁石を製造用のものの場合、0.5〜60μm 程度が好ましく、1〜40μm 程度がより好ましい。また、後述するような少量の結合樹脂で成形時の良好な成形性を得るために、磁石粉末の粒径分布は、ある程度分散されている(バラツキがある)のが好ましい。これにより、得られたボンド磁石の空孔率を低減することができ、ボンド磁石の機械的強度をより高め、磁気特性をさらに向上することができる。
【0067】
なお、異なる2種以上の組成の磁石粉末を混合したものの場合、混合する磁石粉末の組成毎に、その平均粒径が異なっていてもよい。また、このような混合粉末の場合、異なる2種以上の組成の磁石粉末のうちの少なくとも1種が前述した本発明の方法により製造されたものであればよい。
【0068】
また、本発明の粉末状の磁石材料は、ボンド磁石の製造に用いるものに限定されず、例えば、焼結磁石の製造に用いるものであってもよい。
【0069】
次に、本発明のボンド磁石について説明する。
【0070】
本発明のボンド磁石は、前述の磁石粉末を結合樹脂で結合してなるものである。
【0071】
結合樹脂(バインダー)としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。
【0072】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド(例:ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6−12、ナイロン6−66)、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
【0073】
これらのうちでも、成形性が特に優れており、機械的強度が高いことから、ポリアミド、耐熱性向上の点から、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイドを主とするものが好ましい。また、これらの熱可塑性樹脂は、磁石粉末との混練性にも優れている。
【0074】
このような熱可塑性樹脂は、その種類、共重合化等により、例えば成形性を重視したものや、耐熱性、機械的強度を重視したものというように、広範囲の選択が可能となるという利点がある。
【0075】
一方、熱硬化性樹脂としては、例えば、ビスフェノール型、ノボラック型、ナフタレン系等の各種エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル(不飽和ポリエステル)樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
【0076】
これらのうちでも、成形性が特に優れており、機械的強度が高く、耐熱性に優れるという点から、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂が好ましく、エポキシ樹脂が特に好ましい。また、これらの熱硬化性樹脂は、磁石粉末との混練性、混練の均一性にも優れている。
【0077】
なお、使用される熱硬化性樹脂(未硬化)は、室温で液状のものでも、固形(粉末状)のものでもよい。
【0078】
このような本発明のボンド磁石は、例えば次のようにして製造される。磁石粉末と、結合樹脂と、必要に応じ添加剤(酸化防止剤、潤滑剤等)とを含むボンド磁石用組成物(コンパウンド)を製造し、このボンド磁石用組成物を用いて、圧縮成形、押出成形、射出成形等の方法により、磁場中または無磁場中で所望の磁石形状に成形する。結合樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、成形後、加熱等によりそれを硬化する。
【0079】
ボンド磁石中の磁石粉末の含有量は、82〜99.5wt%程度であるのが好ましく、90〜99wt%程度であるのがより好ましい。特に、ボンド磁石が圧縮成形により製造されたものの場合には、磁石粉末の含有量は、93〜99.5wt%程度であるのが好ましく、95〜99wt%程度であるのがより好ましい。
【0080】
磁石粉末の含有量が少なすぎると、磁気特性(特に磁気エネルギー積)の向上が図れず、また、磁石粉末の含有量が多すぎると、相対的に結合樹脂の含有量が少なくなり、成形性が低下する。
【0081】
このような本発明のボンド磁石は、その原材料となる前述した急冷薄帯8の特性や、ボンド磁石の製造条件、ボンド磁石中に含まれる磁石粉末の含有量の多さ等から、優れた磁気特性を発揮する。
【0082】
すなわち、本発明のボンド磁石は、保磁力iHc が好ましくは0.35MA/m以上、より好ましくは0.50MA/m以上である。
【0083】
本発明のボンド磁石、特に無磁場中で成形されたボンド磁石は、磁気エネルギー積(BH)max が好ましくは50kJ/m3 以上、より好ましくは70kJ/m3 以上である。
【0084】
本発明のボンド磁石の形状、寸法等は特に限定されず、例えば、形状に関しては、例えば、円柱状、角柱状、円筒状(リング状)、円弧状、平板状、湾曲板状等のあらゆる形状のものが可能であり、その大きさも、大型のものから超小型のものまであらゆる大きさのものが可能である。
【0085】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
【0086】
(実施例1)
純度99.9%以上のNd、Fe、Coの各金属と、Fe−B合金とを原料として、合金組成がNd13Febal.Co6 B5.5 (組成A)で表わされる母合金インゴットを鋳造した。このインゴットから約15gのサンプルを切り出した。
【0087】
図1に示す構成の急冷薄帯製造装置1を用意し、底部にノズル(円孔オリフィス)を設けた石英管内に前記サンプルを入れた。急冷薄帯製造装置1が収納されているチャンバー内を脱気してから不活性ガス(アルゴンガス、ヘリウムガス)を導入し、所望の温度Tおよび圧力Pの雰囲気とした。
【0088】
その後、石英管内のインゴットサンプルを高周波誘導加熱により溶融し、この溶湯を、1500rpm (周速度:15.7m/秒)で回転する直径200mm、幅20mmの冷却ロールの周面に向けて、石英管の内圧と雰囲気圧との差圧により噴射し、組成Aの合金の急冷薄帯を得た。なお、冷却ロールの表面層は、銅製(厚さ5mm)のものとした。
【0089】
また、冷却ロールの回転による冷却ロール周面の最大偏心量ΔRをレーザ変位計により測定したところ、ΔR=10μm であった。
【0090】
またこの時、チャンバー内にセットした温度センサー(熱電対)により雰囲気温度Tを測定した。
【0091】
オリフィス径および噴射圧(差圧)等の条件を種々変更して、下記表1に示す7つの試料A1〜A7の急冷薄帯を製造した。また、ΔR=50μm (>2t)である以外は同様の冷却ロールに交換し、試料A6とほぼ同様の条件で試料A8の急冷薄帯を製造した。各試料について、パドル付近の雰囲気ガスのガス流のレイノルズ数は、表1に示す通りである。
【0092】
なお、各急冷薄帯の幅wおよび厚さtは、それぞれ、マイクロスコープにより1試料につき5点以上の測定点で測定し、これを平均した値とした。
【0093】
作製した試料A1〜A8の急冷薄帯に関する各数値を下記表1に示す。
【0094】
また、各急冷薄帯について、ロール面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、さらに画像解析を行った。画像解析の結果より、ロール面に対する面積2000μm2以上の巨大ディンプル(以下単に「巨大ディンプル」と言う)の占める面積率を算出した。その結果も併せて表1に示す。
【0095】
【表1】
【0096】
表1からわかるように、レイノルズ数が1000以下である試料A1〜A5の急冷薄帯については、いずれも巨大ディンプルの占める面積率は5%以下であった。特に、レイノルズ数が900以下の場合にはさらにその値が低く、レイノルズ数が700以下の場合には、巨大ディンプルは全く発生していなかった。
【0097】
これに対し、レイノルズ数が1000を超える試料A6〜A8では、巨大ディンプルの占める面積率が8%を超えた。この場合、冷却ロール周面の最大偏心量ΔRが大きい試料A8は、試料A6に比べ、巨大ディンプルの占める面積率がさらに増大している。
【0098】
次に、試料A1〜A8の各急冷薄帯について、TEMによる組織観察結果から、画像処理などの方法により、巨大ディンプル以外の部分における平均結晶粒径を測定した。また、磁気特性(保磁力iHc 、磁気エネルギー積(BH)max )を、VSMにより測定した。これらの結果を下記表2に示す。
【0099】
【表2】
【0100】
表2からわかるように、レイノルズ数が1000以下である試料A1〜A5の急冷薄帯については、いずれも、高い磁気特性が得られている。特に、レイノルズ数が900以下の場合にはさらにその値が高く、レイノルズ数が700以下の場合には、保磁力が0.85MA/m以上、磁気エネルギー積(BH)max が130kJ/m3 以上と、極めて高い値を示した。
【0101】
これに対し、レイノルズ数が1000を超える試料A6〜A8は、試料A1〜A5に比べ、磁気特性が劣るものであった。この場合、冷却ロール周面の最大偏心量ΔRが大きい試料A8は、試料A6に比べ、磁気特性がさらに低下している。
【0102】
(実施例2)
表3に示す組成B、CおよびDのインゴットを鋳造し、これらのインゴットから切り出したサンプルを用いた以外は、実施例1と同様(ただし、ΔR=15μm )にして、11種の急冷薄帯を製造した。
【0103】
【表3】
【0104】
これらについて、前記と同様にして、レイノルズ数および巨大ディンプルの占める面積率を算出した。その値を下記表4に示す。
【0105】
また、各急冷薄帯の幅wは、0.7〜2.5mmの範囲内、厚さは、20〜35μm の範囲内であり、巨大ディンプル以外の部分における平均結晶粒径は、15〜30nmの範囲内であった。
【0106】
なお、レイノルズ数が400以下のものは、雰囲気ガスとしてヘリウムガスを、レイノルズ数が400を超えるものは、雰囲気ガスとしてヘアルゴンガスを用いた。
【0107】
次に、各急冷薄帯を粉砕機(ライカイ機)により不活性ガス中で粉砕して、平均粒径が15μm (組成B)、20μm (組成C)、18μm (組成D)の磁石粉末とし、この磁石粉末のうちの1種または2種以上(組み合わせは表5中に記載)と、エポキシ樹脂1.9±0.1wt%と、ヒドラジン系酸化防止剤0.15wt%と、ステアリン酸塩(潤滑剤)0.05wt%とを混合し、この混合物を十分に混練(120℃×10分)して、ボンド磁石用組成物(コンパウンド)を作製した。
【0108】
次いで、このコンパウンドを粉砕して粒状とし、この粒状物を秤量してプレス装置の金型内に充填し、材料温度130℃、圧力6ton/cm2 で圧縮成形(無磁場中)して成形体を得た。離型後、エポキシ樹脂を加熱硬化させて、直径10mm×高さ7mmの円柱状ボンド磁石(試料B1〜B22)を得た。
【0109】
ここで、試料B1〜B11は、1種の磁石粉末を用いたもの、試料B12〜B22は、試料B1〜B11で用いた磁石粉末の2種以上の混合物(混合粉末)を用いたものである。
【0110】
試料B1〜B22のボンド磁石中の磁石粉末の含有量(混合粉末の場合は、その合計の含有量)は、97.9〜98.3wt%であった。
【0111】
得られたボンド磁石の磁気特性(保磁力iHc 、磁気エネルギー積(BH)max )を直流自記磁束計により最大印加磁場2MA/mにて測定した。
【0112】
さらに、これらのボンド磁石について、60℃×95%RHで500時間までの恒温恒湿試験を行い、耐食性を調べた。この耐食性は、ボンド磁石表面における錆の発生の有無を目視により判別し、錆の発生が全く無かったものを○印、錆の発生が若干認められたものを△印、錆の発生が顕著に認められたものを×印として評価した。
【0113】
試料B1〜B22の各ボンド磁石について、磁気特性および耐食性の評価結果を、それぞれ下記表4および表5に示す。なお、試料B1〜B11の各ボンド磁石については、急冷薄帯製造時のレイノルズ数および巨大ディンプルの占める面積率を、下記表4に併せて示す。
【0114】
【表4】
【0115】
【表5】
【0116】
表4および表5からわかるように、試料B1〜B3、B5〜B7、B9、B10、B12〜B14、B16〜B18、B20、B21の本発明のボンド磁石は、いずれも、保磁力iHc 0.35MA/m以上、磁気エネルギー積(BH)max が50kJ/m3 以上と、優れた磁気特性を有しているとともに、耐食性も優れている。
【0117】
特に、混合粉末を用いた試料B12〜B14、B16〜B18、B20、B21は、より優れた磁気特性が得られている。
【0118】
これに対し、試料B4、B8、B11、B15、B19、B22のボンド磁石は、磁気特性および耐食性が劣るものであった。
【0119】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、急冷薄帯において巨大ディンプルの発生を抑制し、磁気特性の均一化を図ることができ、よって、高機械的強度で優れた磁気特性および耐食性を有する永久磁石を提供することができる。また、このような磁石を容易に製造することができる。
【0120】
特に、冷却ロール周面の最大偏心量を小さくすることにより、急冷薄帯の磁気特性のバラツキを有効に防止し、より優れた磁気特性を持つ永久磁石を提供することができる。
【0121】
また、本発明では、このような磁石を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁石材料を製造する装置(急冷薄帯製造装置)の構成例を示す斜視図である。
【図2】図1に示す装置における溶湯の冷却ロールへの衝突部位付近の状態を示す断面側面図である。
【図3】パドル周辺のガス流(低レイノルズ数)の状態を模式的に示す平面図である。
【図4】パドル周辺のガス流(高レイノルズ数)の状態を模式的に示す平面図である。
【図5】冷却ロールの回転に伴う冷却ロール周面の最大偏心量を示す側面図である。
【符号の説明】
1 急冷薄帯製造装置
2 筒体
3 ノズル
4 コイル
5 冷却ロール
51 基部
52 表面層
53 周面
6 溶湯
7 パドル
71 凝固界面
8 急冷薄帯
81 ロール面
82 フリー面
9 巨大ディンプル
10 ガス流
Claims (7)
- 雰囲気ガス中で、磁石材料の溶湯をノズルから射出し、前記ノズルに対し回転している冷却ロールの周面に衝突させ、冷却固化して、薄帯状の磁石材料を製造する磁石材料の製造方法であって、前記冷却ロールの周速度を1〜60m/秒とし、前記冷却ロールの回転に起因して発生するガス流の、前記溶湯が衝突した部位におけるレイノルズ数を10〜700とし、前記冷却ロールの回転に伴う冷却ロール周面の最大偏心量が、得られる薄帯状の磁石材料の平均厚さの2倍以下である冷却ロールを用い、得られる前記薄帯状の磁石材料の前記冷却ロールとの接触面において、面積が2000μm2以上の巨大ディンプルの占める面積率が5%以下となるようにすることを特徴とする磁石材料の製造方法。
- 前記雰囲気ガスは、不活性ガスである請求項1に記載の磁石材料の製造方法。
- 前記不活性ガスは、ヘリウムガスである請求項2に記載の磁石材料の製造方法。
- 前記磁石材料は、R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素のうちの少なくとも1種)を含む合金である請求項1ないし3のいずれかに記載の磁石材料の製造方法。
- 前記磁石材料は、R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素のうちの少なくとも1種)とTM(ただし、TMは、遷移金属のうちの少なくとも1種)とBを含む合金である請求項1ないし4のいずれかに記載の磁石材料の製造方法。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の磁石材料の製造方法により製造されたことを特徴とする薄帯状の磁石材料。
- 前記冷却ロールとの接触面において、面積が2000μm2以上の巨大ディンプル以外の部分における平均結晶粒径が50nm以下である請求項6に記載の薄帯状の磁石材料。
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