JP3631330B2

JP3631330B2 - 希土類焼結永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JP3631330B2
Application number: JP20303496A
Authority: JP
Inventors: 治山下; 顕槇田
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: JPH1032133A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金やＲ−Ｃｏ系合金などの希土類（Ｒ）含有合金からなる造粒粉を用いた焼結永久磁石の製造方法に係り、該希土類合金粉末に疎水処理した後、流動造粒装置のチャンバー内でバインダーを噴霧添加しながら造粒し、熱風ガスと撹拌羽根で撹拌、乾燥して造粒粉となし、該造粒粉を粉末冶金法によって焼結体とすることにより、圧縮成形前の給粉時及び圧縮成形時の粉体の流動性、潤滑性を向上させて、成形サイクルの向上、成形体の寸法精度を向上させ、また予め疎水処理してバインダー中の水との酸化反応を抑制したことにより、磁気特性の優れた焼結磁石を製造することができる希土類焼結永久磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、家電製品を初めコンピュータの周辺機器や自動車等の用途に用いられる小型モーターやアクチュエータ等には、小型化、軽量化とともに高性能化が求められており、その磁石材料も小型化、軽量化、薄肉化が要求されている。
【０００３】
現在の代表的な焼結永久磁石材料としては、フェライト磁石、Ｒ−Ｃｏ系磁石、そして、出願人が先に提案したＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（特公昭６１−３４２４２号等）が挙げられる。上記の中でも、特に、Ｒ−Ｃｏ系磁石やＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石などの希土類磁石は、他の磁石材料に比べて磁気特性が格段にすぐれるために、各種用途に多用されている。
【０００４】
特に、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石は、最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）が４０ＭＧＯｅを超え、最大では５０ＭＧＯｅを超える極めて優れた磁気特性を有するが、それを発現させるためには、所要組成からなる合金を１〜１０μｍ程度の平均粒度に粉砕することが必要となる。また、合金粉末の粒度を小さくすると、成形時の粉末の流動性が悪くなり、成形体密度のバラツキや成形機の寿命を低下させるとともに、焼結後の寸法精度にもバラツキを生じることとなり、特に薄肉形状や小型形状の製品を得るのが困難であった。
【０００５】
また、希土類系磁石は、希土類元素や鉄を主成分として大気中で酸化し易い合金組織などを含有するため、合金粉末の粒度を小さくすると、酸化により磁気特性が劣化する問題があり、特にＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石は、従来から知られる希土類コバルト磁石等に比べ極めて優れた磁気特性を発現するという特徴を有するが、その磁気特性の発源となる希土類やＢとの新たな組織の特定の化合物や化合物相が活性なため、合金粉末の粒度を小さくすると、酸化により磁気特性が劣化する問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、特に成形性を改良するために、成形前の合金粉末に、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等を添加したもの（特公平４−８０９６１号）、それらにさらにパラフィンやステアリン酸塩を添加したもの（特公平４−８０９６２号、特公平５−５３８４２号）、またオレイン酸を添加したもの（特公昭６２−３６３６５号）などが提案された。しかし、ある程度の成形性は向上できるものの、その改善効果にも限界があり、近年要求される薄肉形状や小型形状の成形は依然困難であった。
【０００７】
また、上記のバインダーや潤滑剤の添加とともに、さらに成形性を改良し、薄肉形状品や小型形状品を製造する方法として、成形前の合金粉末に飽和脂肪族カルボン酸や不飽和脂肪族カルボン酸にミリスチル酸エチルやオレイン酸からなる滑剤を添加して混練した後、造粒を行なって成形する方法（特開昭６２−２４５６０４号）、あるいはパラフィン混合物に飽和脂肪族カルボン酸や不飽和脂肪族カルボン酸等を添加、混練後、造粒した後成形する方法（特開昭６３−２３７４０２号）も提案されている。しかし、上記の方法では、粉末粒子の結合力が十分でなく、造粒粉が壊れやすいために、十分な粉末の流動性を実現することが困難であった。
【０００８】
成形性を向上させたり、粉末粒子の結合力を高めるためには、種々バインダーや潤滑剤の添加量を増やすことが考えられるが、多量に添加すると、希土類系合金粉末中のＲ成分とバインダーとの反応により、焼結後の焼結体の残留酸素量、残留炭素量が増加し、磁気特性の劣化を招くことになるので、添加量にも制限があった。
【０００９】
また、希土類系合金粉末を対象とするものではないが、Ｃｏ系スーパーアロイ粉末を対象とした圧縮成形用のバインダーとして、対象合金粉末に対して、１．５〜３．５ｗｔ％のメチルセルロースとさらに所定量の添加物であるグリセリンとほう酸を混合した組成が提案（ＵＳＰ４，１１８，４８０）され、また、工具用合金粉末の射出成形用のバインダーとして、特殊組成からなり、対象合金粉末に対して０．５〜２．５ｗｔ％のメチルセルロースに水、グリセリン等の可塑剤、ワックスエマルジョン等の滑剤、離型剤を添加した組成が提案（特開昭６２−３７３０２号）されている。
【００１０】
しかし、それらはいずれも所定の流動性と成形体強度を確保するため、いずれも対象合金粉末に対して、上記のように例えば０．５ｗｔ％以上もの比較的多量のバインダーを使用するもので、しかも種々のバインダー添加剤の添加、例えばグリセリン等の可塑剤をメチルセルロースと同量程度添加することが不可欠であるため、射出成形や圧縮成形後、脱脂した後、焼結後でもかなりの炭素と酸素が残留し、特にこの発明の対象とするＲ−Ｆｅ−Ｂ系などの希土類系焼結磁石の場合、磁気の劣化を招くので、容易には適用できない。
【００１１】
また、フェライトなどの酸化物粉末を対象として、平均粒度１μｍ以下の粉末に、バインダーとして０．６〜１．０ｗｔ％のポリビニルアルコールを添加したのち、スプレードライヤー装置により造粒粉を製造し、該造粒粉を成形、焼結する方法が知られている。
【００１２】
しかし、上記方法はいずれも酸化物粉末に対して０．６ｗｔ％以上もの多量のバインダーを使用するもので、脱脂処理を施したのちの焼結体にもかなりの炭素及び酸素が残留するため、非常に酸化及び炭化しやすい性質を有し、少しの酸化あるいは炭化によっても極端に磁気特性が劣化するこの発明の対象とする希土類含有合金粉末に、上記のような酸化物を対象とした方法をそのまま適用することはできない。
【００１３】
特に、酸化物の場合は比較的多量のバインダーを用いても大気中で脱脂、焼結できるため、脱脂、焼結時にバインダーが燃焼してある程度の残留炭素の抑制を図ることができるが、この発明の対象とする希土類含有合金粉末の場合は、酸化により磁気特性が劣化するため大気中で脱脂、焼結することができないので、多量のバインダー添加は得られる焼結磁石の磁気特性に致命的な悪影響を及ぼすこととなる。
【００１４】
このように、希土類系焼結永久磁石の製造方法において、成形前の合金粉末に、種々のバインダーや潤滑剤を添加したり、さらに造粒を行なって、成形性を改良する試みが種々提案されてはいるが、いずれの方法によっても、近年要求されるような、磁気特性が高く、寸法精度のすぐれた薄肉形状や小型、複雑形状の希土類系焼結永久磁石を製造するのは困難であった。
【００１５】
この発明は、粉末冶金法により希土類系焼結永久磁石を製造する方法において、合金粉末とバインダーとの反応を抑制し、焼結体の残留酸素量、残留炭素量を低減させるとともに、成形時の造粒粉の流動性、潤滑性を向上させて、磁気特性が高く、寸法精度のすぐれた薄肉形状や小型、複雑形状のＲ−Ｆｅ−Ｂ系やＲ−Ｃｏ系などの希土類系焼結永久磁石が安定的に効率よく得られる製造方法の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、成形性の良好な造粒粉を容易に製造できる製造方法について種々検討した結果、希土類合金粉末にステアリン酸亜鉛粉末等の有機金属化合物を添加し、混練被覆して疎水処理した磁性粉末を、流動造粒装置に装入してチャンバー内で水溶性ポリマーと水とからなるバインダーを噴霧添加しながら、流動粉体層を熱風ガスと撹拌羽根で撹拌、乾燥することによって、造粒粉となすことができること、さらに、該造粒粉を用いて成形すると、造粒粉自体が十分な結合力を有するために、粉体の流動性が格段に向上し、成形体密度のバラツキや成形機の寿命を低下させることもなく、焼結後の寸法精度にも優れ、薄肉形状や小型形状でかつ優れた磁気特性を有する希土類系焼結永久磁石が効率よく得られることを知見し、この発明を完成した。
【００１７】
すなわち、この発明は、有機金属化合物にて疎水処理した希土類含有合金粉末を流動造粒装置に装入し、水溶性ポリマーと水とからなるバインダーを噴霧添加しながら、該合金粉末を熱風ガスと撹拌羽根で撹拌、乾燥して、該合金粉末表面が有機金属化合物と該バインダー樹脂とで二重被覆された造粒粉となし、該造粒粉を用いて磁場中で圧縮成形した後、焼結する粉末冶金法により焼結永久磁石を製造することを特徴とする希土類焼結永久磁石の製造方法である。
【００１８】
また、この発明は、上記の製造方法において、
疎水処理用の有機金属化合物は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸銅のうち１種であり、添加量は０．０１〜０．２０ｗｔ％である製造方法、
疎水処理した希土類含有合金粉末の平均粒度が１μｍ〜１０μｍである製造方法、
水溶性バインダーがセルロースエーテル、ポリビニールアルコールを水に溶解したバインダーで、含有量が０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％である製造方法、
噴霧バインダーのバインダー濃度は１〜１０ｗｔ％である製造方法、
熱風ガス温度が６０℃〜１５０℃である製造方法、
磁場中で圧縮成形は、静磁場および／またはパルス磁場中で圧縮成形する製造方法、
造粒粉の平均粒度が２０μｍ〜４００μｍである製造方法を併せて提案する。
【００１９】
また、この発明は、上記の製造方法において、
バインダーの噴霧添加を不活性ガス雰囲気中で実施し、かつバインダー中の水との酸化反応を防止するために、バインダー添加中は流動粉体層の温度を０℃〜３０℃の範囲に抑え、添加後の熱風ガスと撹拌羽根による撹拌、乾燥時には８０℃〜１２０℃に短時間温度を上昇させて温度制御する製造方法を併せて提案する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明において、造粒粉の製造を行うための流動造粒装置の構成とその作用を図面に基づいて詳述する。図１はこの発明で用いる流動造粒装置の概略説明図である。流動造粒装置は、筒状の流動層チャンバー１からなり、流動層チャンバー１底にはチャンバー内に装入された粉体を撹拌するための撹拌羽根２が配設され、同時にヒーター３で加熱されガス温度制御装置４で温度制御された不活性ガスがチャンバー１底の噴射口５より噴出する構成である。
【００２１】
流動造粒装置は、噴射口５より所定温度の不活性ガスが噴出することにより、粉体を流動層状態にすると同時に、撹拌羽根２が回転して転動状態となり、かかる粉体層にバインダーをスプレーノズル６から噴露し、噴霧された液滴を中心に粉末を凝集させ造粒した後、この湿った造粒粉を乾燥するために、さらにガス温度を上げた熱風ガスを噴出させて、水分を吸収した湿った不活性ガスをバグフィルター７を通過させて導出口８より排気する構成からなり、チャンバー１内に装入された粉体を造粒する装置である。
【００２２】
以上の流動造粒装置おいて、流動層チャンバー１内に装入された希土類系合金粉末に後述するバインダーをスプレーノズル６から噴霧添加して、チャンバー１底からの熱風ガスと撹拌羽根２で撹拌、乾燥することによって造粒粉にする。この機構を説明すると、まずスプレーノズル６から噴霧された液滴は、ガス流と撹拌羽根２によって流動している粉体に付着し、その液滴を中心に粉末が付着凝集して成長して２次粒子を形成し、この２次粒子は次に熱風ガスによって乾燥されて造粒粉となる。
【００２３】
この発明において、流動造粒装置は、造粒する磁性粉末が、希土類含有合金粉末の場合には、粉末が非常に酸化し易いために、装置のチャンバー内の流動層を不活性ガスなどで置換でき、かつその酸素濃度を３ｗｔ％以下に保持できる構造であることが好ましい。また、ガスの排出口には、チャンバー内のガス圧が上昇しないように、また流動層中の粉末がチャンバー外に出ないようにフィルターを設けることが必要である。
【００２４】
また、流動造粒装置の構成としては、上述したチャンバー内のスプレーノズルにより噴霧された液滴を中心に粉末を凝集させるために、チャンバーの下部に不活性ガスを噴射する噴射口を配置し、またチャンバーの上部に噴射されたガスをチャンバー外へ排出する排出口を設けるが、その際、バインダー添加中は該合金粉末層の温度を０℃〜３０℃の範囲に抑え、添加後の熱風ガスと撹拌羽根による撹拌、乾燥時には８０℃〜１２０℃に上昇させて温度制御することが望ましい。
【００２５】
その理由は、希土類含有合金粉末とバインダー中の水との反応による酸化を極力抑制するためであり、０℃〜３０℃の範囲では酸化がほとんど進行せず、バインダー添加後の撹拌、乾燥時には、８０℃〜１２０℃に上昇させて、短時間で乾燥を完了させるためである。
【００２６】
さらに、予め装置外部あるいは装置に付属された加熱器で所要温度に加熱された不活性ガスの温度を低下させないように、上記噴射口を不活性ガスの温度に応じた温度、例えば、６０℃〜１５０℃に保持することが好ましい。すなわち、不活性ガスの温度が低下すると、噴霧された液滴によって造粒された２次粒子が短時間に乾燥できなくなるために、処理時間が長くなり能率が低下してしまうためである。
【００２７】
得られる造粒粉の粒径は、流動造粒装置へ供給する噴霧用バインダーの添加量、原料の処理量あるいは乾燥時のガス流の温度と流量によって制御することができるが、例えば、希土類含有合金粉末の平均粒径が２０μｍ未満では、造粒粉の流動性が殆ど向上せず、また、平均粒径が４００μｍを超えると、粒径が大きすぎて成形略の金型内への充填密度が低下するとともに成形体密度も低下し、ひいては、焼結後の焼結体密度の低下をきたすこととなるため好ましくなく、よって、造粒粉の平均粒径は２０〜４００μｍが好ましい。さらに好ましくは５０〜２００μｍである。
【００２８】
また、比較的大きな粒径の造粒粉を作る場合は、バインダー添加量を増やすか、もしくは乾燥時のガス流量を減らして乾燥時に造粒粉が壊れないようにするかのいずれかの方法しかないが、いずれの場合でも造粒粉中の残留酸素量が増加するために、焼結体にした時の磁気特性が低下するので、大きな粒径の造粒粉を作製することは得策ではない。
【００２９】
この発明において、対象とする希土類含有合金粉末は、希土類元素を含有するいずれの組成のものも適用可能であるが、中でもＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末や、Ｒ−Ｃｏ系合金粉末などが最も適している。特に、希土類含有合金粉末としては、所要組成からなる単一の合金を粉砕した粉末や、異なる組成の合金を粉砕した後、混合して所要組成に調整した粉末、保磁力の向上や製造性を改善するため添加元素を加えたものなど、公知のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末、Ｒ−Ｃｏ系合金粉末を用いることができる。
【００３０】
また、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末、Ｒ−Ｃｏ系合金粉末の製造方法も、溶解、粉化法、超急冷法、直接還元拡散法、水素含有崩壊法、アトマイズ法等の公知の方法を適宜選定することができ、その粒度も特に限定しないが、合金粉末の平均粒径が１μｍ未満では大気中の酸素あるいはバインダー内の水と反応して酸化し易くなり、焼結後の磁気特性を低下させる恐れがあるため好ましくなく、また、１０μｍを超える平均粒径では粒径が大きすぎて焼結密度が９５％程度で飽和し、該密度の向上が望めないため好ましくない。よって１〜１０μｍの平均粒度が好ましい範囲である。特に好ましくは１〜６μｍの範囲である。
【００３１】
この発明において、疎水処理は、希土類含有合金粉末とバインダーとの反応を抑制するために行うものであり、さらに得られる造粒粉の含有水分量が０．０１ｗｔ％以下に低減されるため、焼結体の残留酸素量が大幅に低減される。
【００３２】
疎水処理用の有機金属化合物としては、ステアリン酸亜鉛のほか、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸銅等の水に不溶の粉末を用いることができ、希土類含有合金粉末へのステアリン酸亜鉛粉末の添加被覆方法として溶解合金の微粉砕前に添加して被覆しても、また微粉砕後に添加して混合しても良い。
【００３３】
希土類含有合金粉末に対するステアリン酸亜鉛などの有機金属化合物粉末の添加量は、０．０１ｗｔ％未満では疎水処理の効果がなく、造粒粉の流動性の向上は僅かであり、また、０．２０ｗｔ％を超えると焼結体中の亜鉛の量が増加して、焼結体の機械強度が大幅に低下し、また非磁性相の増加により残留磁束密度が低下するので好ましくない。よって疎水処理用の有機金属化合物粉末の添加量は、０．０１〜０．２０ｗｔ％が好ましい。
【００３４】
この発明において、疎水処理した希土類含有合金粉末を造粒するために添加するバインダーとしては、セルロースエーテルあるいはポリビニールアルコールを水に溶解したものが好ましい。該ポリマーは少量の添加量で造粒粉の流動性を向上させることができるとともに、乾燥後においても強い結合力を有し、さらに希土類含有合金粉末との反応を抑制することができ、焼結体の残留酸素量、残留炭素量を低減することができる。
【００３５】
バインダーは、その添加量を０．５ｗｔ％以下としても、成形時に金型へ粉末を供給するためのフィーダー内における振動にも十分に耐えられる程度の一次粒子の粒子間結合力と十分な流動性及び成形体強度を得ることができ、焼結体における残留酸素量、残留炭素量を低減することができる。
【００３６】
バインダーとしてセルロースエーテル或いはポリビニールアルコールの含有量は、０．０５ｗｔ％未満では造粒粉内の粒子間の結合力が弱く成形前の給粉時に造粒粉が壊れるとともに粉体の流動性が著しく低下し、また、０．５ｗｔ％を超えると焼結体における残留炭素量と酸素量が増加して保磁力が下がり磁気特性が劣化するので、０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の含有量がこれらの点で好ましい。
【００３７】
この発明において、セルロースエーテルとは、セルロース骨格の３個の水酸基（−ＯＨ）を一部エーテル化剤でエーテル化し、水酸基のかわりにエーテル基（−ＯＲ）を導入した化合物であり、これにはメチルセルロース（Ｒ：ＣＨ_３）、エチルセルロース（Ｒ：Ｃ_２Ｈ_５）、ベンジルセルロース（Ｒ：ＣＨ_２Ｃ_６Ｈ_５）、シアンエチルセルロース（Ｒ：ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＮ）、トリチルセルロース（Ｒ：Ｃ（Ｃ_６Ｈ_５）_３）、カルボキシルメチルセルロース（Ｒ：ＣＨ_２ＣＯＯＭ、但しＭは、１価の金属あるいはアンモニウム基）、ヒドロキシプロピルセルロース（Ｒ：ＣＨ_２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_３）、ヒドロキシエチルセルロース（Ｒ：ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）等があり、これらの置換基を複数個有する、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（Ｒ：ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ、ＣＨ_３、ＣＨ_３）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（Ｒ：ＣＨ_２ＣＨ_３ＯＨ、ＣＨ_３）等を使用することができ、組合せ等に応じて、置換基と置換度を選定するとよい。
【００３８】
この発明において、噴霧するバインダーの濃度は、１０ｗｔ％を超えるとバインダーの粘度が高くなり過ぎて、スプレーノズルからバインダーを噴霧すること自体が困難になるとともに、仮に噴霧されてもバインダーが合金粉末と均一に混ざらず、造粒されている所と造粒されていない所ができる。また濃度が１ｗｔ％未満では含有水分量が多くなり過ぎて、流動層の粉体の乾燥が困難になり、乾燥時間が長くなるために、希土類合金粉末が酸化することになる。また使用するガス量も多くなり、結果的にはコスト高になる。このために、噴霧バインダーの濃度は１〜１０ｗｔ％が好ましい範囲である。
【００３９】
また、上述したバインダーにグリセリン、ワックスエマルジョン、ステアリン酸、フタール酸エステル、ペトリオール、グライコール等の分散剤、潤滑剤のうち少なくとも１種を添加するか、あるいはさらに、ｎ−オクチルアルコール、ポリアルキレン誘導体、ポリエーテル系誘導体等の消泡剤を添加すると、スラリーの分散性、均一性の向上及びスプレードライヤー装置中での粉化状態が良好になり、気泡が少なく、滑り性、流動性にすぐれる球形の造粒粉を得ることが可能になる。
【００４０】
なお、分散剤、潤滑剤の添加量は、０．０３ｗｔ％未満の含有量では造粒粉を成形後の離型性改善に効果がなく、また０．３ｗｔ％を超えると焼結体における残留炭素量と酸素量が増加して保磁力が下がり磁気特性が劣化するので、０．０３ｗｔ％〜０．３ｗｔ％の含有量が好ましい。
【００４１】
有機金属化合物で疎水処理した希土類含有合金粉末を用いて、流動造粒した粉末は、含有水分量が０．０１ｗｔ％以下と極少量であるために、造粒粉同士が水分を介して凝集することもなく、それ自体で流動性に優れた造粒粉であり、また有機金属化合物自体の潤滑性により、磁場中圧縮成形時の成形圧が下がり、低圧で高い成形密度の成形体が得られる利点を有する。
【００４２】
また、得られた造粒粉を篩いによってアンダーカット、オーバーカットすることにより流動性に富んだ造粒粉を得ることができる。さらに、得られた造粒粉にステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ポリエチレングリコール等の潤滑剤を少量添加すると、さらに流動性を向上させることができ有効である。
【００４３】
以上に詳述したごとく、この発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末やＲ−Ｃｏ系合金粉末に、有機金属化合物を添加し、混練被覆して疎水処理した磁性粉末に、流動造粒装置のチャンバー内で水溶性ポリマーと水とからなるバインダーを噴霧添加しながら、流動粉体層を熱風ガスと撹拌羽根で撹拌、乾燥して、造粒粉となすことにより、圧縮成形前の給粉時及び圧縮成形時の粉体の流動性、潤滑性を向上させて、成形サイクルの向上、成形体の寸法精度を向上させることができる。
【００４４】
また、この発明は、予め疎水処理したことから、バインダー中の水との酸化反応が抑制され、希土類含有合金粉末の表面が有機金属化合物で被覆され、さらにその上をバインダーの樹脂の二重で被覆されているために、大気中においても酸化し難いので、成形工程における作業性が向上して、高密度で磁気特性の優れた焼結磁石を製造することができる。
【００４５】
この発明における造粒粉は、それ自体は等方性であるので、磁場を印加せずに成形した場合は当然のことながら等方性の成形体になるが、磁場を印加しながら成形すると、圧縮応力と磁場の作用によって、造粒粉が壊れて元の一次粒子となり、該一次粒子が磁場によって配向し、異方性の成形体が得られるので、用途に応じて等方性磁石と異方性磁石の両方を製造することができるという利点も有する。
【００４６】
この発明による造粒粉を用いて焼結永久磁石を製造する工程、すなわち、成形、焼結、熱処理など条件、方法は公知のいずれの粉末冶金的手段を採用することができる。以下に好ましい条件の一例を示す。
【００４７】
成形は、公知のいずれの成形方法も採用できるが、磁場中、圧縮成形で行なうことが最も好ましく、その圧力は、０．３〜２．０Ｔｏｎ／ｃｍ^２が好ましい。また、磁場は、静磁場単独、パルス磁場単独の他、静磁場にパルスを上乗せした複合パターン、あるいは、パルス磁場と静磁場印加を交互に連続して印加する等の手段を採用することができ、磁場強度としては１０〜２０ｋＯｅが好ましい範囲である。
【００４８】
焼結前には、真空中で加熱する一般的な方法や、水素流気中で１００〜２００℃／時間で昇温し、３００〜６００℃で１〜２時間程度保持する方法などにより脱バインダー処理を行なうことが好ましい。脱バインダー処理を施すことにより、バインダー中のほぼ全炭素が脱炭され、磁気特性の向上に繋がる。
【００４９】
なお、Ｒ元素を含む合金粉末は、水素を吸蔵しやすいために、水素流気中での脱バインダー処理後には脱水素処理工程を行なうことが好ましい。脱水素処理は、真空中で昇温速度は、５０〜２００℃／時間で昇温し、５００〜８００℃で１〜２時間程度保持することにより、吸蔵されていた水素はほぼ完全に除去される。
また、脱水素処理後は、引き続いて昇温加熱して焼結を行うことが好ましく、５００℃を超えてからの昇温速度は任意に選定すればよく、例えば１００〜３００℃／時間など、焼結に際して取られる公知の昇温方法を採用できる。
【００５０】
脱バインダー処理後の成形品の焼結並びに焼結後の熱処理条件は、選定した合金粉末組成に応じて適宜選定されるが、焼結並びに焼結後の熱処理条件としては、１０００〜１１８０℃、１〜２時間保持する焼結工程、４５０〜８００℃、１〜８時間保持する時効処理工程などが好ましい。
【００５１】
さらに、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉中にＲ成分とバインダー及び水との反応を抑制するために、従来の粉末冶金法で一般的に使用されている所要の単一組成のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金原料粉末の代わりに、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ相を主相とする平均粒径１〜１０μｍの主相系合金粉末と、Ｒ_３Ｃｏ相を含むＣｏまたはＦｅとＲとの金属間化合物相に一部Ｒ_２（ＦｅＣｏ）_１４Ｂ相等を含みかつ希土類含有量が多く、極力有機バインダーとの反応を抑えるように主相系合金より平均粒径の大きい平均粒径８〜４０μｍの液相系化合物粉末の２種類の原料粉末を用いることにより、焼結後の残留酸素量を低減できる。
【００５２】
【実施例】
実施例１
Ｒとして、Ｎｄ１３．３原子％、Ｐｒ０．３１原子％、Ｄｙ０．２８原子％、Ｃｏ３．４原子％、Ｂ６．５原子％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる原料を、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解して、ボタン状溶製合金を得た。次に、該合金を粗粉砕した後、ジョークラッシャーなどにより平均粒度約１５μｍに粉砕し、さらに、ジェットミルにより平均粒度３μｍの粉末を得た。
【００５３】
得られたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末に表１に示す添加量のステアリン酸亜鉛を添加して撹拌混練した後、該粉末を流動造粒装置のチャンバー内に入れ、１％濃度のセルロースエーテルあるいは２％濃度のポリビニールアルコールを噴霧添加しながら、流動粉体層をＮ_２ガスとして撹拌羽根で２０分間流動させた後、造粒粉を乾燥するために、１００℃のＮ_２ガスをチャンバー底から５分間噴出させ、乾燥して造粒粉を作製した。得られた造粒粉の平均粒度を表２に示す。
【００５４】
上記造粒粉を圧縮磁場プレス機を用いて、磁場強度１５ｋＯｅ、圧力１ｔｏｎ／ｃｍ^２で１０ｍｍ×１５ｍｍ×厚み１０ｍｍの形状に成形した後、水素雰囲気中で室温から３００℃までを昇温速度１００℃／時で加熱する脱バインダー処理を行ない、引き続いて真空中で１１００℃まで昇温し１時間保持する焼結を行ない、さらに焼結完了後、Ａｒガスを導入して７℃／分の速度で８００℃まで冷却し、その後１００℃／時の速度で冷却して５５０℃で２時間保持して時効処理を施して異方性の焼結体を得た。得られた全ての焼結体には、ワレ、ヒビ、変形などは全く見られなかった。
【００５５】
成形時の造粒粉の流動性並びに得られた焼結磁石の残留酸素量、残留炭素量、抗折強度、磁気特性を表２に示す。なお、磁気特性の保磁力の目標値は１４（ｋ０ｅ）以上である。また、流動性は、内径５ｍｍのロートの管を１００ｇの原料粉が自然落下し通過するまでに要した時間で測定した。さらに、抗折強度は３０×５×５ｍｍの試料をスパーン２０ｍｍで５ｍｍの厚み方向に応力かけた測定値であり、目標値は２００（ＭＰａ）以上である。
【００５６】
【表１】

【００５７】
【表２】

【００５８】
実施例２
Ｓｍ１１．９ａｔ％、Ｃｕ８．８ａｔ％、Ｆｅ１２．６ａｔ％、Ｚｒ１．２ａｔ％、残部Ｃｏ及び不可避的不純物からなる原料を、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解して、ボタン状溶製合金を得た。次に、該合金を粗粉砕した後、ジョークラッシャーなどにより平均粒度約１５μｍに粉砕し、さらにジェットミルにより平均粒度３μｍの粉末を得た。
【００５９】
得られたＳｍ−Ｃｏ系合金粉末に表３に示す添加量のステアリン酸亜鉛を添加して撹拌混練した後、該粉末を流動造粒装置のチャンバー内に入れ、１％濃度のセルロースエーテルあるいは２％濃度のポリビニールアルコールを噴霧添加しながら、流動粉体層をＮ_２ガスとして撹拌羽根で２０分間流動させた後、造粒粉を乾燥するために、１００℃のＮ_２ガスをチャンバー底から５分間噴出させ、乾燥して造粒粉を作製した。得られた造粒粉の平均粒度を表３に示す。
【００６０】
該造粒粉を圧縮磁場プレス機を用いて、磁場強度１５ｋＯｅ、圧力１ｔｏｎ／ｃｍ^２で１０ｍｍ×１５ｍｍ×厚み１０ｍｍの形状に成形した後、水素雰囲気中で室温から３００℃までを昇温速度１００℃／時で加熱する脱バインダー処理を行ない、引き続いて真空中で１２００℃まで昇温し１時間保持する焼結を行ない、さらに焼結完了後、１１６０℃にて溶体化処理を施し、Ａｒガスを導入して８００℃から４００℃まで多段時効処理を施した。
【００６１】
実施例１と同様に、成形時の造粒粉の流動性、得られた焼結磁石の残留酸素量、残留炭素量、抗折強度磁気特性を測定し、その結果を表４に示す。なお、磁気特性の保磁力の目標値は９（ｋＯｅ）以上である。また、得られた全ての焼結体には、ワレ、ヒビ、変形などは全く見られなかった。
【００６２】
【表３】

【００６３】
【表４】

【００６４】
上記の結果より希土類含有合金粉末へのステアリン酸亜鉛の添加量を０．０１ｗｔ％以上にすると造粒後の粉体の流動性が著しく向上するとともに、磁気特性の保磁力も著しく向上する効果がある。しかし、その添加量が０．２０ｗｔ％を超えると焼結体の抗折強度が低下するために、その添加量は、０．０１ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％が好ましいことがわかる。
【００６５】
【発明の効果】
この発明による希土類焼結永久磁石の製造方法は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金やＲ−Ｃｏ系合金などの希土類合金粉末に、例えば、ステアリン酸亜鉛にて疎水処理した後、流動造粒装置のチャンバー内で水溶性ポリマーと水とからなるバインダーを噴霧添加しながら造粒し、熱風ガスと撹拌羽根で撹拌、乾燥して、造粒粉となすことにより、圧縮成形前の給粉時及び圧縮成形時の粉体の流動性、潤滑性を向上させて、成形サイクルの向上、成形体の寸法精度を向上させ、また予め疎水処理してバインダー中の水との酸化反応を抑制したこと、並びに該合金粉末表面が有機金属化合物と該バインダー樹脂とで二重被覆されて大気中においても酸化し難いことにより、実施例に明らかなように、磁気特性の優れた焼結磁石を安定的に効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に用いる流動造粒装置の構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１流動層チャンバー
２撹拌羽根
３熱風用ヒーター
４入口ガス温度制御
５噴射口
６スプレー用ノズル
７バグフィルター
８導出口

Claims

有機金属化合物にて疎水処理した希土類含有合金粉末を流動造粒装置に装入し、水溶性ポリマーと水とからなるバインダーを噴霧添加しながら、該合金粉末を熱風ガスと撹拌羽根で撹拌、乾燥して、該合金粉末表面が有機金属化合物と該バインダー樹脂とで二重被覆された造粒粉となし、該造粒粉を用いて磁場中で圧縮成形した後、焼結する粉末冶金法により焼結永久磁石を製造する希土類焼結永久磁石の製造方法。