JP3810639B2 - 急冷合金の製造方法および希土類磁石の製造方法 - Google Patents
急冷合金の製造方法および希土類磁石の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3810639B2 JP3810639B2 JP2001026886A JP2001026886A JP3810639B2 JP 3810639 B2 JP3810639 B2 JP 3810639B2 JP 2001026886 A JP2001026886 A JP 2001026886A JP 2001026886 A JP2001026886 A JP 2001026886A JP 3810639 B2 JP3810639 B2 JP 3810639B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- magnet
- quenched
- producing
- rare earth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、合金溶湯を急速に冷却することによって合金を製造する方法と、この方法を用いて希土類磁石を製造する方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】
高性能希土類磁石としては、Sm−Co系磁石やNd−Fe−B系磁石が実用化されているが、近年、新規な希土類磁石の開発が盛んに行なわれている。
【0003】
例えば、Sm2Fe17結晶にNが侵入型に固溶したSm−Fe−N系の希土類窒化磁石が提案されている。希土類窒化磁石(以下、Sm−Fe−N系磁石)は、理論的にはNd−Fe−B系磁石を超える特性が期待されるため、様々な提案がなされている。
【0004】
Sm−Fe−N系磁石は、例えば特開平10−312918号公報に記載されており、その組織構造は、希土類−鉄−窒素系組成をもつ硬質磁性相と、α−Feを主体とする軟質磁性相とが組み合わさったものであり、これにより高い磁石特性が得られる。この磁石は、溶湯急冷法により合金溶湯を冷却凝固して急冷合金を得、この急冷合金に熱処理を施して結晶性を制御した後、窒素雰囲気中で熱処理を施して窒化することにより製造される。
【0005】
溶湯急冷法としては、例えば回転ロール法や遠心急冷法などが知られているが、量産性が高いことから、回転ロール法の一種である単ロール法が使用されることが多い。単ロール法では、合金溶湯をノズルから吐出して冷却ロールの周面に衝突させることにより急速に冷却する。Sm−Fe−N系磁石の製造に際してはSm−Fe系合金の溶湯を急冷するが、この合金は希土類元素を含有するため、溶解状態で酸化しやすい。そのため、急冷工程は、Arガス雰囲気中などの不活性ガス雰囲気中で行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
単ロール法では、合金溶湯は坩堝内からノズルを通って吐出される。Sm−Fe−N系磁石製造の際の急冷工程では、合金溶湯の冷却速度を著しく速くする必要があるため、ノズルに設けられる合金溶湯の吐出路は比較的狭いものとされる。
【0007】
本発明者らは、比較的大量の合金溶湯を連続して急冷する場合に、坩堝内の合金溶湯がすべて吐出される前に、ノズルが詰まってしまうことを見いだした。また、この場合において、ノズルが完全に詰まる前に、吐出速度(単位時間当たりの合金溶湯吐出量)が不安定となり、その結果、得られる急冷合金の結晶組織構造にばらつきが生じることを見いだした。このようなばらつきが生じると、最終的に得られるSm−Fe−N系磁石の特性が低くなってしまう。
【0008】
本発明は、ノズルから合金溶湯を吐出させて冷却基体に衝突させることにより急冷合金を得る急冷合金製造方法において、大量の合金溶湯を連続して急冷する場合にノズルの詰まりを防ぐことを目的とする。また、本発明は、このような急冷方法を用いることにより、希土類磁石の生産性を向上させると共に、高特性の希土類磁石を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記(1)〜(6)の本発明により達成される。
(1) 合金溶湯をノズルから吐出して冷却基体に衝突させることにより急冷合金を得る急冷工程を有し、
前記ノズルは、少なくとも合金溶湯の吐出路を構成する表面付近が非酸化物材料から構成され、この非酸化物材料の酸素含有率が質量比で0.2%以下である急冷合金の製造方法。
(2) 前記非酸化物材料が窒化物である上記(1)の急冷合金の製造方法。(3) 前記窒化物が窒化ホウ素、窒化ケイ素および窒化アルミニウムから選択される少なくとも1種を含む上記(2)の急冷合金の製造方法。
(4) 前記合金溶湯が希土類元素を含む上記(1)〜(3)のいずれかの急冷合金の製造方法。
(5) 希土類元素を含む合金溶湯を冷却基体に衝突させることにより急冷合金を得る急冷工程を有し、
前記急冷工程において、上記(1)〜(4)のいずれかの急冷合金の製造方法を利用する希土類磁石の製造方法。
(6) 少なくともR(Rは希土類元素の1種以上であり、R中のSm比率は50原子%以上である)、T(TはFe、またはFeおよびCoである)およびNを含有する磁石が製造される上記(5)の希土類磁石の製造方法。
【0010】
【作用および効果】
単ロール法において合金溶湯を吐出するために用いられるノズルは、合金に対する反応性が比較的低い材料、例えば石英、アルミナ、窒化ホウ素など、から構成される。本発明者らは、急冷工程における上記したノズルの詰まりが、合金溶湯とノズル構成材料との反応によって生じた反応生成物がノズルを塞ぐために生じるのではないかと考え、様々なノズル構成材料について実験を繰り返した。その結果、非酸化物材料であって、かつ、その酸素含有量が0.2質量%以下であるものからノズルを構成することにより、ノズルの詰まりを実質的に防ぐことができ、また、ノズルの部分的な詰まりに起因すると考えられる吐出速度の不安定さを改善できることを見いだした。
【0011】
本発明は、ノズルから合金溶湯を吐出する工程をもつ急冷合金製造方法であれば、合金の組成にかかわらず適用できる。ただし本発明は、酸化されやすい希土類元素を含む合金溶湯を急冷する場合に特に有効である。その理由は、合金溶湯構成元素の酸化物がノズルを詰まらせると考えられるからである。したがって本発明は、希土類磁石の製造に好適である。本発明が適用される希土類磁石としては、例えば上記したSm−Fe−N系磁石やNd−Fe−B系磁石が挙げられるが、これらのうちではSm−Fe−N系磁石の製造に適用する場合に本発明は特に有効である。この磁石を製造する際の急冷工程では、冷却速度を著しく速くする必要があり、そのため比較的狭い吐出路を有するノズルを用いる必要があるので、ノズルに詰まりが発生しやすいからである。
【0012】
前述したように、合金溶湯の吐出速度が不安定であると、合金溶湯の冷却速度が不安定となるために、得られる急冷合金の結晶組織構造にばらつきが生じる。合金溶湯の吐出速度の不安定さなどの、急冷条件の変動による合金特性のばらつきの度合いは、以下に説明する方法により評価することができる。なお、以下では、Sm−Fe−N系磁石を例に挙げて説明する。
【0013】
単ロール法に用いる急冷装置の構成例を、図1に断面図として示す。この急冷装置は、冷却ロール2と、ノズル3とを有する。図1は、冷却ロール2を軸方向から見ており、冷却ロール2の周面を離れて急冷合金が飛翔する方向と、鉛直線とを含む面内を示している。
【0014】
単ロール法では、合金溶湯から冷却ロールに急速に熱が移動することにより合金溶湯が凝固し、急冷合金が得られる。このときの冷却速度は、冷却ロールの材質やその回転数、合金溶湯の吐出速度によってほぼ決定される。また、窒化後の磁石特性は、そのほかの製造条件が同じであれば急冷合金の冷却速度によってほぼ決まる。したがって、高性能の磁石を安定して製造するためには、急冷合金の冷却速度を一定に保つ必要がある。
【0015】
しかし、上述したように吐出速度が不安定となると、急冷合金の冷却速度が1ロット内でばらついてしまう。急冷合金の冷却速度のばらつきは、急冷合金の結晶組織構造をX線回折により解析したり、窒化後に磁気特性を測定したりすることにより判定できる。
【0016】
吐出速度の変動によって冷却速度にばらつきが生じる理由を調べたところ、吐出速度が変動すると、合金溶湯およびその凝固体が冷却ロールと接触する時間が1ロット内でばらついたり、合金溶湯およびその凝固体の冷却ロール周面における滑りまたは密着の程度が1ロット内でばらついたりするためであることがわかった。
【0017】
合金溶湯は、冷却ロール周面で冷却されて凝固し、急冷合金となった後、冷却ロール周面の接線方向にほぼ沿って飛翔する。このとき、合金溶湯およびその凝固体が冷却ロール周面に接触する時間にばらつきに生じたり、合金溶湯およびその凝固体の冷却ロール周面における滑りや密着の程度にばらつきが生じたりすると、凝固体(急冷合金)の飛翔方向が変動する。実際に単ロール法において急冷合金の飛翔方向を観察してみると、大部分の急冷合金は一定方向に飛翔するが、ときおり、前記一定方向の上側または下側に飛翔する急冷合金が認められた。
【0018】
そこで、冷却ロール周面から飛翔したすべての急冷合金のうち、ほぼ一定方向に飛翔した急冷合金の比率を求めれば、冷却速度がほぼ一定であった急冷合金の比率がわかることになる。したがって、この比率から、急冷合金を選別せずに全体を磁石化したときの磁石特性が推定できる。また、冷却速度がほぼ一定であった急冷合金を選択的に捕集して磁石化すれば、高特性の磁石が得られる。このように選択的に捕集して磁石化する場合、ほぼ一定方向に飛翔した急冷合金の比率が高いほど歩留まりが高くなる。このような考えに基づいて、本明細書ではほぼ一定方向に飛翔した急冷合金の比率を、冷却速度ばらつき評価の指標として用いる。
【0019】
具体的には、図1において、合金溶湯の吐出方向と冷却ロール周面とが交差する位置をEPで表したとき、位置EPを中心とする扇状領域内を飛翔する急冷合金を捕集する。この扇状領域の中心角αは、評価基準として適宜設定するが、通常、2〜10°の範囲から選択する。また、位置EPにおける冷却ロール周面の接線をTLで表したとき、この扇状領域は接線TLが含まれるように設定される。この扇状領域は、これを2分割する直線が接線TLより下側に存在するように設定されることが好ましく、前記2分割する直線と接線TLとのなす角度が0〜2°となるように設定されることが、より好ましい。
【0020】
上記扇状領域内を飛翔する急冷合金は、冷却速度がほぼ同じであったものであり、そのため、捕集された急冷合金を用いて製造された磁石は、高特性である。これに対し、上記扇状領域より上側に飛翔した急冷合金は、冷却ロール周面に密着せずに跳ね返ったものが大部分であり、一方、下側に飛翔した急冷合金は、冷却ロール周面に密着せずに滑って落下したものが大部分である。
【0021】
上記扇状領域内を飛翔する急冷合金を選択的に捕集するための手段は特に限定されない。具体的な捕集手段としては、例えば図1に示すように、上記扇状領域が通る開口を有する板状の遮蔽手段10が挙げられる。上記扇状領域内を飛翔する急冷合金はこの開口を通って捕集され、一方、上記扇状領域から外れて飛翔する急冷合金は、遮蔽手段10に衝突して落下する。遮蔽手段10に設ける開口の形状は特に限定されないが、通常、矩形、円形または長円形とすればよい。なお、横方向に大きくずれて飛翔する急冷合金も、所定の冷却速度が得られなかったものなので、上記開口の寸法は横方向においても規制することが好ましい。具体的には、ノズルの合金溶湯吐出口の中心位置に対し、横方向に±10mm以下の範囲に開口が存在するように、開口幅を設定することが好ましい。また、急冷合金の量産に際しては、生産性を高くするために、ノズルに複数の合金溶湯吐出口を横方向に並べて設けることがあるが、この場合には、左右両端に存在する吐出口の中心位置に対し、左右それぞれ10mm以下の範囲に開口が存在するように、開口幅を設定することが好ましい。
【0022】
図1に示す構成の遮蔽手段10は、冷却ロールの頂部位置TPから300〜2000mm程度離して設置することが好ましい。設置する位置が冷却ロールに近すぎると、遮蔽手段10に衝突した急冷合金が跳ね返って冷却ロールやノズルの方向に戻り、連続的な出湯を妨げたり、冷却ロール周面からの急冷合金の飛翔を妨げたりしやすい。一方、設置する位置が冷却ロールから遠すぎると、設備が大型化し、コスト高となる。また、設置位置が遠すぎる場合には、飛翔中の運動エネルギー減衰が大きくなるため、遮蔽手段10の位置における飛翔方向と、冷却ロール周面から離れた直後の飛翔方向とのずれが大きくなる。その結果、好ましい速度で冷却された急冷合金を上記扇状領域内において捕集することが困難となる。
【0023】
捕集手段としては、図1に示す構造の遮蔽手段10のほか、図2(A)に示すような回収箱11を用いることもできる。この回収箱11は、図1の遮蔽手段10と同様な開口をもつ箱状体である。また、図2(B)に示すように、急冷合金回収溝12内に仕切りを設けても、一定範囲に飛翔する急冷合金だけを捕集することができる。
【0024】
図1に示す面内において、合金溶湯の吐出方向と鉛直方向とのなす角度をθ(単位:度)、合金溶湯の吐出位置をDP、冷却ロール頂部の位置をTP、位置TPと位置DPとの間の水平方向距離をHL(単位:mm)、位置TPと位置DPとの間の鉛直方向距離をVL(単位:mm)、冷却ロールの直径をφ(単位:mm)でそれぞれ表したとき、上記歩留まり評価を行うに際しては、好ましくは
0<θ≦50、
0≦HL≦40、
0≦VL≦30、
0<HL+VL、
250≦φ≦650
とし、より好ましくは
5≦θ≦40、
0≦HL≦40、
0≦VL≦20、
5≦HL+VL、
390≦φ≦410
とする。
【0025】
0<θである場合、合金溶湯は、冷却ロール2の回転方向前方側に吐出されることになる。このように角度をつけて吐出することにより、合金溶湯がロール周面で跳ねた場合でも、跳ね返った溶湯がノズルに付着せず、出湯が阻害されない。ただし、角度θが大きすぎると、合金溶湯がロール周面で滑ってパドルを形成しにくくなるため、θは上記範囲内とする。なお、パドルとは、ノズルから吐出された合金溶湯が、冷却ロール周面上において形成する溜まりのことであり、合金溶湯の冷却速度を安定させるためには、パドルを安定して形成することが必要である。
【0026】
距離HLが長すぎたり距離VLが長すぎたりすると、合金溶湯の温度が低下してしまう。一方、HL+VLがゼロであると、合金溶湯を吐出できない。また、HL+VLが短すぎると、冷却ロール周面で跳ねた合金溶湯がノズルに付着しやすくなる。
【0027】
冷却ロールの直径φが小さすぎると、例えば50m/s以上の周速度を得るためには回転数を著しく高くする必要が生じるため、冷却ロール駆動系の負担が大きくなってしまう。また、冷却ロールの熱容量が小さくなるため、連続して急冷を行ったときに冷却ロール温度を安定させることが難しくなる。一方、冷却ロールの直径φが大きすぎると、冷却ロールが重量が大きくなり、価格も高くなるため、コストパフォーマンスが低くなる。なお、上記したθ、HL、VLの範囲は、上記範囲のφに対して最適化された範囲である。
【0028】
上記した冷却速度ばらつき評価方法は、窒化して磁石化したときに高特性が得られる急冷合金を選別する方法としても利用できる。すなわち、上記扇状領域を飛翔した急冷合金だけを選別して捕集し、この捕集された急冷合金だけを使用して窒化磁石を製造すれば、冷却速度が最適ではなかった急冷合金の混入を防ぐことができるので、高特性の希土類窒化磁石が得られる。その場合、上記扇状領域の中心角αは、好ましくは2〜10°、より好ましくは2〜5°とする。中心角αが小さすぎると、材料歩留まりが低くなりすぎる。また、中心角αが上記範囲を下回るように扇状領域を設定しても、磁石の特性はそれほど向上しない。一方、中心角αが大きすぎると、窒化後に高特性の磁石とはならない急冷合金の混入率が高くなる。なお、捕集されなかった急冷合金は、合金溶湯の材料として再利用することが可能である。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、Sm−Fe−N系磁石の製造を例に挙げて本発明を説明する。
【0030】
Sm−Fe−N系磁石は、R(Rは希土類元素の1種以上であり、Smを必ず含む)、T(Tは、Fe、またはFeおよびCoである)およびNを含有する磁石である。本発明ではこの磁石を製造するに際し、RおよびTを含有する合金溶湯を冷却基体に衝突させることにより急冷合金を得る急冷工程と、前記急冷合金に対し組織構造制御のための熱処理を施す熱処理工程と、前記熱処理が施された合金に対し窒化処理を施すことにより磁石を得る窒化処理工程とを設ける。
【0031】
急冷工程
急冷工程では、単ロール法を用いることが好ましい。単ロール法では、合金溶湯をノズルから吐出して冷却ロール周面に衝突させることにより、合金溶湯を急速に冷却し、薄帯状または薄片状の急冷合金を得る。単ロール法は、他の液体急冷法に比べ、量産性が高く、急冷条件の再現性が良好である。単ロール法における条件は特に限定されないが、冷却ロールの周速度を好ましくは50m/s以上とする。冷却ロールの周速度をこのように高くすれば、急冷合金がアモルファス相を含む微結晶状態となるため、その後の熱処理により任意の結晶粒径が実現可能となり、窒化も容易となる。また、急冷合金が薄くなるため、より均質な急冷合金が得られる。なお、冷却ロールの周速度は、通常、120m/s以下とすることが好ましい。冷却ロールの周速度が速すぎると、合金溶湯と冷却ロール周面との密着性が悪くなって熱移動が効果的に行なわれなくなる。このため、実効冷却速度が遅くなってしまう。
【0032】
本発明で用いるノズルでは、少なくとも合金溶湯の吐出路を構成する表面付近が、非酸化物材料から構成され、かつ、この非酸化物材料の酸素含有率が0.2質量%以下とされる。これにより、合金溶湯冷却時にノズルが詰まりにくくなる。なお、通常は、ノズル全体をこのような非酸化物材料から構成する。
【0033】
上記非酸化物材料は、窒化物であることが好ましい。窒化物としては、窒化ホウ素、窒化ケイ素および窒化アルミニウムから選択される少なくとも1種を含むものが好ましく、これらのうちでは、加工しやすいこと、熱衝撃に強いことから、窒化ホウ素を含むもの、特に窒化ホウ素からなるものがより好ましい。これらの窒化物を用いることにより、本発明の効果はいっそう高くなる。
【0034】
上記非酸化物材料の酸素含有率は実質的にゼロであってもよいが、酸素含有率を極端に低くするとノズルの機械的強度が低くなりやすい。この機械的強度の低下は、窒化ホウ素を含有するノズル、特に窒化ホウ素からなるノズルにおいて特に著しい。このような機械的強度の低下を防ぐためには、非酸化物材料中の酸素含有率を0.05質量%以上とすることが好ましい。
【0035】
なお、非酸化物材料の酸素含有率は、ガス分析法により測定することができる。具体的には、試料を高温加熱したときに発生したガスの赤外線吸収を測定することにより、酸素含有率を求めることができる。
【0036】
ノズルは、合金溶湯を貯める坩堝の下部に固定される。坩堝の構成材料は特に限定されず、例えばアルミナなどの酸化物であってもよい。
【0037】
ノズルの合金溶湯吐出路の開口形状および開口寸法は特に限定されないが、希土類磁石の製造に用いる場合には、開口形状は円形とし、その直径は0.6〜1.2mm程度とすることが好ましい。ただし、開口形状を矩形としてもよい。開口形状を矩形とする場合、開口の面積は円形開口の場合と同等とすることが好ましく、開口の長軸長さは5〜10mm程度とすることが好ましい。また、吐出路の長さは、通常、1〜15mm程度とすることが好ましい。開口の寸法が小さすぎると、吐出路が詰まりやすくなり、また、生産性が低くなる。一方、開口の寸法が大きすぎると、単位時間当たりの吐出量が多くなって急冷合金が厚くなりすぎるため、十分な冷却速度を得ることが難しくなる。
【0038】
急冷は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、希ガス、特にArガスを用いることが好ましい。なお、雰囲気圧力を可能な限り低くして真空に近づけてもよいが、好ましくは雰囲気圧力を4〜86kPaとする。雰囲気圧力が低すぎると、合金溶湯中に含まれるSmの蒸発が活発となるため、所望の組成の急冷合金が得られにくくなる。また、合金溶湯と冷却ロール周面との間のガス層が薄くなるため、合金溶湯が冷却ロール周面に密着して反応しやすくなる。その結果、冷却ロール周面に合金またはその反応物が埋め込まれた状態となったり、合金が冷却ロール周面に強固に付着したりしやすくなり、安定した急冷を行うことが難しくなる。一方、雰囲気圧力が高すぎると、合金溶湯と冷却ロール周面との間のガス層が厚くなるため、合金溶湯の凝固時にガス巻き込みが生じ、冷却ロール周面への熱移動が阻害されたり、熱移動が不均一となったりしやすい。その結果、所望の冷却速度が得られなくなったり、冷却速度にばらつきが生じたりしやすい。
【0039】
粉砕工程
次に、上記方法により得た急冷合金を粉砕し、合金粉末とする。粉砕は、ArやN2等の不活性ガス中において行う。合金粉末の平均粒径は特に限定されないが、同一粒子中に結晶性が大きく異なる領域ができるだけ存在しないような粒径であることが好ましく、また、磁石粉末として使用可能な粒径であることが好ましい。具体的には、ボンディッド磁石に適用する場合、平均粒径は、通常、10μm以上とすることが好ましいが、十分な耐酸化性を得るためには、平均粒径を好ましくは30μm以上、より好ましくは50μm以上、さらに好ましくは70μm以上とすることがよい。また、この程度の平均粒径とすることにより、高密度のボンディッド磁石とすることができる。一方、平均粒径の上限は、好ましくは1000μm、より好ましくは250μmである。なお、この場合の平均粒径とは、篩別により求められた質量平均粒径D50を意味する。質量平均粒径D50は、径の小さな粒子から質量を加算していって、その合計質量が全粒子の合計質量の50%となったときの粒径、すなわち粒度分布グラフにおける累積頻度である。なお、熱処理後および/または窒化処理後に、必要に応じてさらに粉砕してもよい。
【0040】
熱処理工程
次に、合金粉末に熱処理を施す。この熱処理は、結晶化を進めて、TbCu7型やTh2Zn17型等の結晶相と、bcc構造T相等の軟質磁性相とを析出させるためのものである。この熱処理における処理温度は、好ましくは500〜800℃、より好ましくは650〜775℃であり、処理時間は処理温度にもよるが、通常、10分間〜10時間程度とする。この熱処理は、Ar、He等の不活性雰囲気中や真空中で行なうことが好ましい。
【0041】
窒化処理工程
熱処理後、合金粉末に窒化処理を施す。窒化処理は、窒素ガス雰囲気中で合金粉末に熱処理を施すことにより行う。この処理により、TbCu7型やTh2Zn17型等の結晶に窒素原子が侵入して侵入型の固溶体が形成され、硬質磁性相となり、磁石粉末が得られる。窒化処理の際の処理温度は、好ましくは350〜700℃、より好ましくは350〜550℃であり、処理時間は、好ましくは0.1〜300時間である。窒素ガスの圧力は、0.1気圧程度以上とすることが好ましい。なお、窒化処理に高圧窒素ガスを用いたり、窒素ガス+水素ガスを用いたり、アンモニアガスを用いたりすることもできる。
【0042】
なお、熱処理および窒化処理の前に粉砕せず、熱処理後および/または窒化処理後に粉砕してもよい。
【0043】
ボンディッド磁石
希土類窒化磁石の粉末は、通常、ボンディッド磁石に適用される。ボンディッド磁石は、磁石粒子をバインダで結合することにより作製される。ボンディッド磁石としては、プレス成形を用いるコンプレッションボンディッド磁石、射出成形を用いるインジェクションボンディッド磁石が挙げられる。バインダとしては、各種樹脂を用いることが好ましいが、金属バインダを用いてメタルボンディッド磁石とすることもできる。樹脂バインダの種類は特に限定されず、エポキシ樹脂やナイロン等の各種熱硬化性樹脂や各種熱可塑性樹脂から目的に応じて適宜選択すればよい。金属バインダの種類も特に限定されない。また、磁石粒子に対するバインダの含有比率や成形時の圧力等の各種条件にも特に制限はなく、通常の範囲から適当に選択すればよい。ただし、結晶粒の粗大化および磁石粒子の酸化を防ぐために、高温の熱処理が必要な方法は避けることが好ましい。
【0044】
磁石組成
次に、本発明を用いて製造される磁石について、その好ましい組成および組織構造を説明する。この磁石は、R、TおよびNのほか、さらに元素M(Mは、Zr、Ti、V、Cr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Al、C、PおよびGaから選択される少なくとも1種の元素である)を含有することが好ましい。
【0045】
硬質磁性相はR、TおよびNを主体とし、六方晶系のTbCu7型結晶構造および/またはTh2Zn17型結晶構造をもち、これらの結晶構造に窒素が侵入した構造である。TbCu7型結晶構造では、Rは主としてTbサイトに、Tは主としてCuサイトに存在する。Mは、元素によっても異なるが、主としてTbサイトに存在し、Cuサイトに存在する場合もある。また、Mは、軟質磁性相であるT相に固溶することもあるが、MとTとで別の化合物を形成することもある。Th2Zn17型結晶構造では、Rは主としてThサイトに、Tは主としてZnサイトに存在する。Mが置換するサイトは、Mの種類によって異なると考えられる。
【0046】
軟質磁性相はbcc構造のT相および/またはNを含有するT相である。bcc構造T相は、実質的にα−Fe相であるか、α−Fe相のFeの一部がCo、M、R等で置換されたものであるか、これらの混相であると考えられる。また、Nを含有するT相は、窒素の固溶体および/またはTの窒化物などから構成されると考えられる。
【0047】
なお、磁石中には、硬質磁性相および軟質磁性相以外の結晶相として、Fe3Zr相などが含まれることがある。
【0048】
Rの含有量は4〜9原子%、Nの含有量は10〜20原子%、Mの含有量は0〜10原子%、特に1〜10原子%であることが好ましい。残部は実質的にTである。
【0049】
Sm以外のRとしては、通常、Y、La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の1種以上を用いる。硬質磁性相はTbCu7型やTh2Zn17型の結晶構造に窒素が侵入した構成であり、このような硬質磁性相ではRがSmであるときに最も高い結晶磁気異方性を示す。Smの比率が低いと結晶磁気異方性が低下し保磁力も低下するため、R中のSm比率は、通常、50原子%以上とする。
【0050】
N含有量が少なすぎると、キュリー温度の上昇、保磁力の向上、角形比の向上、飽和磁化の向上および最大エネルギー積の向上が不十分となり、N含有量が多すぎると、残留磁束密度が低下する傾向を示すと共に角形比が低くなって最大エネルギー積も低くなる。N含有量はガス分析法などにより測定することができる。
【0051】
元素Mが含まれないと、合金製造時あるいは熱処理時に軟質磁性相の粗大な結晶粒が析出しやすくなる。これを均質で微細な組織構造とするためには、適当な条件で熱処理を施せばよいが、このときに許容される条件の幅が狭いため、元素Mは基本的に含有されることが好ましい。また、元素Mを添加することにより保磁力も向上する。ただし、Mの含有量が多すぎると、残留磁束密度が低くなる。
【0052】
上記各元素を除いた残部が実質的にTである。Tは、Feであるか、あるいはFeおよびCoである。Coの添加は特性を向上させるが、残留磁束密度の低下を抑えるためにはT中のCoの比率を50原子%以下とすることが好ましい。
【0053】
【実施例】
実施例1
Sm8Fe84.5Zr3.5Co4(原子百分率)合金からなる溶湯を、Be−Cu合金からなる冷却ロールを用いた単ロール法により冷却し、急冷合金を得た。冷却はArガス雰囲気中で行った。このとき、冷却ロールの周速度は75m/sとした。合金溶湯を貯める坩堝にはアルミナ製のものを用い、その下部に、窒化ホウ素またはアルミナからなるノズルを固定した。ノズルの合金溶湯吐出路は、開口が直径1mmの円形であり、長さは5mmである。このノズルは、幅80mmの範囲に5つの溶湯吐出口がピッチ20mmで配列したものである。窒化ホウ素からなるノズルについて、ガス分析法により測定した酸素含有量を表1に示す。
【0054】
合金溶湯は、67kPaの圧力で吐出させ、前記した方法により急冷合金の歩留まりを測定すると共に、合金溶湯の出湯率を求めた。急冷合金の歩留まり測定に際しては、冷却ロール設置室に、図1に示す構造の遮蔽手段10を設置した。この遮蔽手段10には、縦180mm、横100mmの矩形状の開口を設けたCu板を用いた。図1に示す断面における前記開口の位置および寸法は、前記扇状領域において、中心角αが10°となり、かつ、扇状領域を2分割する直線が接線TLの1°下方に存在するように設定した。なお、冷却ロール頂部の位置TPと遮蔽手段10との距離は、1000mmとした。また、図1に示す面内において、
θ=30(°)、
HL=35(mm)、
VL=12(mm)、
φ=410(mm)
とした。
【0055】
表1に示す出湯率、歩留まり1および歩留まり2は、以下のようにして求めた。坩堝内に充填された合金溶湯の質量をAとし、ノズルが完全に詰まるまでにノズルから出湯された合金溶湯の質量をBとし、遮蔽手段10の開口を通り抜けて回収された急冷合金の質量をCとする。出湯率はB/Aであり、歩留まり1はC/Aであり、歩留まり2はC/Bである。このようにして求めた歩留まりが高いということは、冷却速度がほぼ揃った急冷合金の比率が高いということであり、高特性の磁石を歩留まりよく製造できることを意味する。なお、この評価において、質量Aは100kgとした。
【0056】
【表1】
【0057】
表1から、本発明の効果が明らかである。すなわち、酸素含有量を所定範囲内に抑えた窒化ホウ素からなるノズルを用いると、出湯率および歩留まりが飛躍的に向上することがわかる。
【0058】
なお、表1において出湯率が94%であったケースでは、ノズルには最後まで詰まりは生じなかった。このケースにおいて出湯率が100%とならなかったのは、合金溶湯の一部が坩堝内に付着して残留したためである。
【0059】
実施例2
実施例1の各ケースにおいて、遮蔽手段10の開口を通り抜けて回収された急冷合金に対し、組織構造制御のための熱処理をArガス雰囲気中において750℃で1時間施した。熱処理後にX線(Cu−Kα線)回折および透過型電子顕微鏡による観察を行なったところ、TbCu7型結晶相とbcc構造α−Fe相とを含む多結晶複合組織となっており、アモルファス相は実質的に消失していた。
【0060】
次に、結晶化した合金を約150μm以下の径まで粉砕し、1気圧の窒素ガス雰囲気中において450℃で20時間窒化処理を施し、磁石粉末サンプルとした。
【0061】
また、比較のために、遮蔽手段10を設けず、製造した急冷合金の全体に対し上記熱処理および窒化処理を施して磁石粉末サンプルを製造した。
【0062】
これらの磁石粉末サンプルについて、VSM(試料振動型磁力計)により残留磁束密度(Br)、保磁力(HcJ)、角形比(Hk/HcJ)および最大エネルギー積((BH)max)を測定した。これらの結果を表2に示す。なお、蛍光X線分析およびガス分析により求めたサンプルの組成は、原子比で
(Sm7.5Fe85Zr3.5Co4)0.85N15
であった。
【0063】
上記Hk/HcJにおけるHkは、磁気ヒステリシスループの第2象限において磁束密度が残留磁束密度の90%になるときの外部磁界強度である。Hkが低いと高い最大エネルギー積が得られない。Hk/HcJは、磁石性能の指標となるものであり、磁気ヒステリシスループの第2象限における角張りの度合いを表わす。HcJが同等であってもHk/HcJが大きいほど磁石中のミクロ的な保磁力の分布がシャープとなるため、着磁が容易となり、かつ着磁ばらつきも少なくなり、また、最大エネルギー積が高くなる。そして、磁石使用時の外部からの減磁界や自己減磁界の変化に対する磁化の安定性が良好となり、磁石を含む磁気回路の性能が安定したものとなる。
【0064】
【表2】
【0065】
表2から、本発明の効果が明らかである。すなわち、ケースNo.1およびNo.2において、遮蔽手段10を用いて選別した急冷合金を用いて製造した磁石粉末は磁石特性が十分に高いが、選別しなかった場合の磁石特性はかなり低くなっている。これに対し、本発明のケースNo.3では、選別しなかった場合も選別した場合とほとんど変わらない磁石特性が得られている。
【図面の簡単な説明】
【図1】単ロール法で用いる冷却装置の冷却ロール付近を模式的に示す断面図である。
【図2】(A)および(B)は、単ロール法で用いる冷却装置の冷却ロール付近を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
2 冷却ロール
3 ノズル
10 遮蔽手段
11 回収箱
12 回収溝
Claims (6)
- 合金溶湯をノズルから吐出して冷却基体に衝突させることにより急冷合金を得る急冷工程を有し、
前記ノズルは、少なくとも合金溶湯の吐出路を構成する表面付近が非酸化物材料から構成され、この非酸化物材料の酸素含有率が質量比で0.2%以下である急冷合金の製造方法。 - 前記非酸化物材料が窒化物である請求項1の急冷合金の製造方法。
- 前記窒化物が窒化ホウ素、窒化ケイ素および窒化アルミニウムから選択される少なくとも1種を含む請求項2の急冷合金の製造方法。
- 前記合金溶湯が希土類元素を含む請求項1〜3のいずれかの急冷合金の製造方法。
- 希土類元素を含む合金溶湯を冷却基体に衝突させることにより急冷合金を得る急冷工程を有し、
前記急冷工程において、請求項1〜4のいずれかの急冷合金の製造方法を利用する希土類磁石の製造方法。 - 少なくともR(Rは希土類元素の1種以上であり、R中のSm比率は50原子%以上である)、T(TはFe、またはFeおよびCoである)およびNを含有する磁石が製造される請求項5の希土類磁石の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001026886A JP3810639B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | 急冷合金の製造方法および希土類磁石の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001026886A JP3810639B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | 急冷合金の製造方法および希土類磁石の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002224802A JP2002224802A (ja) | 2002-08-13 |
JP3810639B2 true JP3810639B2 (ja) | 2006-08-16 |
Family
ID=18891629
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001026886A Expired - Lifetime JP3810639B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | 急冷合金の製造方法および希土類磁石の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3810639B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4900819B2 (ja) * | 2007-06-12 | 2012-03-21 | 株式会社豊田中央研究所 | 熱電材料及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-02-02 JP JP2001026886A patent/JP3810639B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002224802A (ja) | 2002-08-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0284033B1 (en) | A method for producing a rare earth metal-iron-boron anisotropic bonded magnet from rapidly-quenched rare earth metal-iron-boron alloy ribbon-like flakes | |
US6890392B2 (en) | Nanocomposite magnet and method for producing same | |
EP1358660B1 (en) | Method of making material alloy for iron-based rare earth magnet | |
US7208097B2 (en) | Iron-based rare earth alloy nanocomposite magnet and method for producing the same | |
JP2003049204A (ja) | 鉄基希土類合金粉末および鉄基希土類合金粉末を含むコンパウンドならびにそれを用いた永久磁石 | |
EP1569247B1 (en) | Rare earth permanent magnet | |
JP2001035712A (ja) | 磁石粉末および等方性ボンド磁石 | |
WO2004036602A1 (en) | Nanocomposite magnet and method for producing the same | |
WO1998025280A1 (fr) | Procede de fabrication d'un aimant | |
CN1198292C (zh) | Sm(Co,Fe,Cu,Zr,C)组合物及其制造方法 | |
US5085716A (en) | Hot worked rare earth-iron-carbon magnets | |
JP4120253B2 (ja) | ナノコンポジット磁石用急冷合金およびその製造方法 | |
JP2003328014A (ja) | ナノコンポジット磁石粉末の製造方法 | |
JP3810639B2 (ja) | 急冷合金の製造方法および希土類磁石の製造方法 | |
JP2001155911A (ja) | 薄帯状磁石材料、磁石粉末および希土類ボンド磁石 | |
JP4179756B2 (ja) | 希土類磁石の製造方法 | |
JP2002329604A (ja) | 鉄基希土類磁石原料合金の製造方法 | |
JP2002231550A (ja) | 希土類磁石の製造方法 | |
JP3773484B2 (ja) | ナノコンポジット磁石 | |
JP2003334643A (ja) | 希土類合金の製造方法、r−t−b系磁石用合金塊、r−t−b系磁石、r−t−b系ボンド磁石、r−t−b系交換スプリング磁石用合金塊、r−t−b系交換スプリング磁石、およびr−t−b系交換スプリングボンド磁石 | |
JP2003286548A (ja) | ナノコンポジット磁石用急冷合金およびその製造方法 | |
JP2002222723A (ja) | 磁石の製造方法 | |
JP2003158005A (ja) | ナノコンポジット磁石およびその製造方法 | |
JP2000286115A (ja) | 磁石の製造方法 | |
JP2001167915A (ja) | 磁石の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040526 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041221 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20041221 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060417 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060516 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060524 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3810639 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090602 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100602 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110602 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120602 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120602 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130602 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140602 Year of fee payment: 8 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |