JP3877552B2 - Method for manufacturing metal member - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に皮膜が形成された希土類金属部材およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
Nd−Fe−B系永久磁石に代表されるR(希土類金属元素)−Fe−B系永久磁石は、Sm−Co系永久磁石に比べて、資源的に豊富で安価な材料が用いられ、かつ、高い磁気特性を有している。従って、特に、R−Fe−B系永久磁石は、今日様々な分野で使用されている。
近年、希土類永久磁石が使用される電子業界や家電業界では、部品の小型化やダウンサイジング化が進み、それに対応して、磁石自体も小型化や複雑形状化の必要性に迫られている。
【0003】
ところで、希土類永久磁石は、大気中で酸化、腐食されやすいRを含むため、通常、表面処理が施される。こうした表面処理を行わずに使用した場合には、わずかな酸、アルカリあるいは水分などの影響によって表面から腐食が進行して錆が発生し、それに伴って、磁気特性の劣化やばらつきを招くことになるからである。しかも、錆が発生した磁石を磁気回路などの装置に組み込んだ場合には、錆が飛散して周辺部品を汚染する恐れがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
希土類永久磁石に限らず、希土類金属元素を含む基材は酸化しやすく、これを抑制するために種々の防錆方法が施されてきた。例えば、ZnあるいはSn金属皮膜による防錆方法として、めっき法(例えば、特開平1−231303号公報,特開平1−321610号公報)、Snアルコキシドを用いた樹脂被覆(特開平4−353007号公報)、バレルによるZn,Sn膜の被覆(特開平12−031962号公報)が知られている。
しかしながら、めっき法の場合、めっき液またはめっき液の残存によって希土類金属が腐食してしまうことがある。また、Snアルコキシドを用いた樹脂被覆は密着強度が低いという欠点を有しており、密着強度を上げるためには成膜時の温度を上昇させる必要がある。ところが、成膜時の温度を上昇させると、希土類金属の酸化が懸念される。
【0005】
また、ボンド磁石の表面全体に導電性を付与し、その導電性を利用してめっきを施すことにより妨錆することが、特開平5−302176号公報、特開平7−302705号公報および特開平10−226890号公報に記載されている。
しかし、いずれの方法も樹脂やカップリング剤などの第三の成分の粘着性を利用して金属粉末を磁石表面に付着させるものである。このような方法では、第三の成分を必要とすることから、コストの上昇を招く他、導電層を磁石表面全体に均一に形成することが困難になるので、結果的に高い寸法精度での表面処理が困難になる。また、未硬化樹脂の硬化工程などが必要となるので製造工程が煩雑になる。さらに、金属粉末の付着手段として、スチールボール、銅製ボール、ステンレスボール、アルミナ製ボールなどの媒体を用いた場合、ボンド磁石の割れや欠けを招いてしまう恐れがある。
【0006】
特開平9−205013号公報に記載の方法によれば、樹脂やカップリング剤などの第三の成分を用いずに磁石表面の空隙部に金属粉末を充填することが可能となる。しかし、この方法は、本来的に磁石表面を構成する磁性粉上に金属粉末を付着させようとするものではない。従って、磁性粉上に金属粉末が付着しても、その付着力は必然的に弱いものなので、磁性粉上に金属粉末を強固に付着させることはできない。また、この方法では、磁性粉上に弱く付着した過剰の金属粉末を洗浄により除去する工程が必要になるので、製造工程の煩雑化を招く。
そこで本発明は、樹脂やカップリング剤などの第三の成分を用いることなく、しかも磁気特性を低下させることなく、希土類金属を含む基材上に耐食性皮膜を形成することができる手法の提供を課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、酸化などがされていない無垢な金属表面(新鮮表面)が引き起こす特異な表面化学反応であるメカノケミカル(mechanochemica1)反応に着目し、種々の検討を行った。その結果、金属微粉を高圧ガスの混合流体として噴射することにより希土類金属表面に形成された皮膜の密着強度が向上すること、および金属微粉を高圧ガスの混合流体として噴射することにより噴射による反応部分が表面近傍で押さえられるため、内部の温度上昇が起こらないことを知見した。すなわち、本発明は、ガスアトマイズ法により作製された、平均粒径30〜150μmの球状の金属粉末を高圧ガスの混合流体とする工程と、混合流体を、希土類焼結磁石表面に噴射ノズルから3〜10kg/cm の噴射圧力で噴射することにより、噴射された金属粉末をメカノケミカル反応によって希土類焼結磁石の表面に密着させて膜厚が1.5〜20μmの皮膜を形成する工程と、を備え、皮膜がその表面に形成された希土類焼結磁石は、5wt%、35℃の塩水噴霧を24時間継続した時点で発錆が生じないことを特徴とする金属部材の製造方法である。
【0008】
本発明の金属部材の製造方法において、Cu,Fe,Ni,Co,Cr,Sn,Zn,Pb,Cd,In,Au,Ag,Alのうち1種または2種以上から構成される金属粉末を用いることが望ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明は希土類金属元素を含み、かつその表面に金属相が露出している基材と、前記金属相にメカノケミカル反応によって密着した金属粉末から構成される前記基材の表面を覆う皮膜と、を備えたことを特徴とする金属部材を提供する。
本発明の基材としては、希土類金属元素を含む材料を広く包含する。最も典型的な例としては希土類金属元素を含む金属材料、より具体的な例としては所定組成の粉末を焼結させた希土類焼結磁石を本発明の基材とすることができる。希土類焼結磁石としては、Nd−Fe−B系焼結磁石に代表されるR−Fe−B系焼結磁石、Sm−Co系焼結磁石に代表されるR−Co系焼結磁石などが挙げられる。
【0011】
以下、希土類焼結磁石を基材とする場合について説明する。
焼結磁石の原料となる磁性粉は、希土類永久磁石合金を溶解し、鋳造後に粉砕する溶解粉砕法、一度焼結磁石を作成した後、これを粉砕する焼結体粉砕法、Ca還元にて直接磁性粉を得る直接還元拡散法、溶解ジェットキャスターで希土類永久磁石合金のリボン箔を得、これを粉砕・焼鈍する急冷合金法、希土類永久磁石合金を溶解し、これをアトマイズで粉末化して熱処理するアトマイズ法、原料金属を粉末にした後、メカニカルアロイングにて微粉末化して熱処理するメカニカルアロイ法などの方法で得ることができる。
以下に、焼結体粉砕法、直接還元拡散法、急冷合金法、アトマイズ法、メカニカルアロイ法の概要を示す。
【0012】
(焼結体粉砕法)
所要のR−Fe−B系合金を焼結し、再度粉砕して磁性粉を得る方法である。例えば、出発原料として、電解鉄、Bを含有し残部はFeおよびAl,Si,Cなどの不純物からなるフェロボロン合金、希土類金属、あるいはさらに、電解Coを配合した原料粉を、不活性ガス雰囲気下、高周波溶解などで合金化し、スタンプミルなどを用いて粗粉砕、さらに、ボールミルなどにより微粉砕する。得られた微粉末を磁界下または磁界をかけずに加圧成形し、非酸化性雰囲気である真空中や不活性ガス中で焼結し、再度粉砕して、平均粒度0.3〜100μmの微粉末を得る。この後、保磁力を高めるために、500〜1000℃で熱処理を施してもよい。
【0013】
(直接還元拡散法)
フェロボロン粉、フェロニッケル粉、コバルト粉、鉄粉、希土類酸化物粉などからなる少なくとも1種の金属粉および/または酸化物粉からなる原料粉を所望する原料合金粉末の組成に応じて選定し、上記原料粉に、金属CaあるいはCaHを上記希土類酸化物粉の還元に要する化学量論的必要量の1.1〜4.0倍(重量比)混合し、不活性ガス雰囲気中で900〜1200℃に加熱し、得られた反応生成物を水中に投入して反応副生成物を除去することにより、粗粉砕が不要な10〜200μmの平均粒度を有する粉末を得る。得られた粉末は、さらに、ボールミル、ジェットミルなどの乾式粉砕を行い微粉砕するのもよい。また、所要組成の3μm以下の微粉砕粉を、磁界中配向成形した後、解砕し、さらに800〜1100℃で熱処理した後、解砕することにより、高保磁力を有した磁性粉を得ることができる。
【0014】
(急冷合金法)
所要のR−Fe−B系合金を溶解し、ジェットキャスターでメルトスピンさせて20μm厚み程度のリボン箔を得てこれを粉砕した後、焼鈍熱処理し、0.5μm以下の微細結晶粒を有する粉末とする。また、上記のリボン箔から得た微細結晶粒を有する粉末をホットプレス・温間据え込み加工して、異方性を付与したバルク磁石を得て、これを微粉砕するのもよい。
【0015】
(アトマイズ法)
所要のR−Fe−B系合金を溶解し、細いノズルより溶湯を落下させ、高速の不活性ガスまたは液体でアトマイズし、これをふるい分けまたは粉砕後、乾燥または焼鈍熱処理して磁性粉を得る方法である。また、上記の微細結晶粒を有する粉末をホットプレス・温間据え込み加工して、異方性を付与したバルク磁石を得て、これを微粉砕するのもよい。
【0016】
(メカニカルアロイ法)
所要の原料粉末を、ボールミル、振動ミル、乾式アトライターなどにより、不活性ガス中で、原子レベルで混合、非晶質化し、その後、焼鈍熱処理して磁性粉を得る方法である。また、上記の微細結晶粒を有する粉末をホットプレス・温間据え込み加工して、異方性を付与したバルク磁石を得、これを微粉砕するのもよい。
【0017】
このような方法の他には、特に、溶湯急冷法(特許第2665590号公報参照)によって板厚方向に成長させた柱状結晶組織を有する合金薄板を粉砕することで得られる磁性粉を用いることによって、高磁気特性の焼結磁石を得ることができる。また、R−Fe−N系焼結磁石を構成する磁性粉は、希土類永久磁石合金を粉砕し、これを窒素ガス中またはアンモニアガス中で窒化した後、微粉末化するガス窒化法などの方法でも得ることができる。
【0018】
なお、焼結磁石は、公知の粉末冶金法を採用することで容易に得ることができる。 異方性の付与は、磁気的異方性を有する磁性粉を磁界中配向成形することで実現することができる。バルクや磁性粉に対して磁気的異方性を付与する方法として、急冷合金法によって得られた合金粉をホットプレスなどにより低温で焼結し、さらに温間据え込み加工によって磁気的異方性を付与したバルク状磁石体を粉砕する温間加工・粉砕法(特公平4−20242号公報参照)、急冷合金法によって得られた合金粉をそのまま金属製容器に充填封入し、温間圧延などの塑性加工によって磁気的異方性を付与するパック圧延法(特許第2596835号公報参照)、合金鋳塊を熱間で塑性加工し、その後に粉砕して磁気的異方性を有する磁性粉を得るインゴット熱間加工・粉砕法(特公平7−66892号公報参照)、希土類永久磁石合金を水素中で加熱して水素を吸蔵させた後、脱水素処理し、次いで冷却することによって磁性粉を得るHDDR法(特公平6−82575号公報参照)などを採用することができる。なお、磁気的異方性の付与は、上記の原料合金と異方化手段の組合せに限られるものではなく、適宜組み合わせることができる。
【0019】
上記の方法により得られる磁石または磁性粉は、例えば、R−TM−B系(R:Yを含む希土類金属元素の1種あるいは2種以上、TM:Feを主成分とする遷移金属元素、B:ホウ素)のものとすることができる。このR−TM−B系の磁性粉は、実質的に正方晶系の結晶構造の主相を有する。この主相の粒径は1〜100μm程度であることが好ましい。さらに通常、体積比で1〜50%の非磁性相を含むものである。
【0020】
さて、本発明におけるR−TM−B系の磁石の組成は、5.5at%≦R≦30at%、42at%≦TM≦90at%、2at%≦B≦28at%であることが好ましい。
ここで、希土類金属元素RはYを含む希土類金属元素(La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,YbおよびLu)の1種または2種以上である。好ましくは、Nd,Pr,Ho,Tbという軽希土類金属元素を主体として、あるいはNd、Pr等との混合物を主体とする。希土類金属元素Rの量が5.5at%未満では、α−Feと同一構造の立方晶組織が多くなるため、高い保磁力Hcjを得ることができない。一方、希土類金属元素Rの量が30at%を超えると、Rリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度Brが低下する。よって、希土類金属元素Rの量は5.5〜30at%とする。なお、希土類金属元素Rとして2種以上の元素を用いる場合、原料としてミッシュメタル等の混合物を用いることができる。
【0021】
Feを主成分とする遷移金属元素TMは、基本的にFeと不可避の不純物とからなる。遷移金属元素TMが42at%未満になると残留磁束密度Brが低下する。一方、遷移金属元素TMが90at%を超えると保磁力Hcjが低下してしまう。よって、遷移金属元素TMの含有量は42〜90at%とする。また、遷移金属元素TM中のFeの一部をCoまたはNiで置換することにより、磁気特性を損なうことなく温度特性を改善することができる。但し、Co置換量がFeの50%を超えると磁気特性が低下するため、Feの一部をCoで置換する場合にはCo置換量を50%以下とする。Feの一部をNiで置換する場合にはNi置換量をFeの8%以下とする。Ni置換量が8%を超えると磁気特性が低下するためである。
【0022】
またホウ素Bを2〜28at%とする理由は以下の通りである。すなわち、ホウ素Bが2at%未満の場合には菱面体組織となり高い保磁力Hcjを得ることができない。但し、ホウ素Bが28at%を超えるとBリッチな非磁性相が多くなるため、残留磁束密度Brが低下する傾向がある。したがって、上限を28at%とする。また、ホウ素Bの一部をC,P,S,Cuのうち1種以上で置換することにより、生産性の向上および低コスト化を実現することができる。この場合、置換体は全体の4at%以下であることが好ましい。
【0023】
なお、本発明の磁石において、R,TM,Bの他、不可避不純物としてNi,Si,Al,Cu,Ca,O,C等が全体の3at%以下含有されていてもよい。
また、保磁力Hcjの向上、耐食性の向上、生産性の向上、低コスト化のためにCu,S,Ti,Si,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Al,Sb,Ge,Sn,Zr,Hf,Ca,Mg,Sr,Ba,Be,Ga,Bi,Niのうち、1種または2種以上を原料粉末に添加含有して磁性粉とすることができる。具体的には、Cu:3.5at%以下、S:2.5at%以下、Ti :4.5at%以下、Si :15at%以下、V:9.5at%以下、Nb:12.5at%以下、Ta:10.5at%以下、Cr:8.5at%以下、Mo:9.5at%以下、W:9.5at%以下、Mn:3.5at%以下、A1:9.5at%以下、Sb:2.5at%以下、Ge:7at%以下、Sn:3.5at%以下、Zr:5.5at%以下、Hf:5.5at%以下、Ca:8.5at%以下、Mg:8.5at%以下、Sr:7at%以下、Ba:7at%以下、Be:7at%以下、Ga:10at%以下、Bi:5at%以下、Ni:8at%以下、のうち1種または2種以上を原料粉末に添加含有させることができる。但し、この場合、添加量は総計で10at%以下とすることが好ましい。
【0024】
本発明の効果は、磁石の組成、結晶構造、異方性の有無などによって異なるものではない。従って、R−TM−B系焼結磁石に限らず、上述のいずれの焼結磁石においても目的とする効果を得ることができる。
【0025】
以上では、焼結磁石について説明したが、本発明はボンド磁石についても適用することができる。つまり、ボンド磁石の表面に露出している磁性粉と後述する金属粉末とがメカノケミカル反応を生ずることにより、マクロ的にみると、ボンド磁石に対する皮膜形成を可能にする。希土類系ボンド磁石としては、種々の組成のものや結晶構造のものが知られているが、これらすべてが本発明の対象となる。例えば、特開平9−92515号公報に記載されているような異方性R−Fe−B系ボンド磁石、特開平8−203714号公報に記載されているようなソフト磁性相(例えば、α−FeやFeB)とハード磁性相(NdFe14B)を有するNd−Fe−B系ナノコンポジッ卜磁石、従来から広く使用されている液体急冷法により作成された等方性Nd−Fe−B系磁石粉末(例えば、商品名:MQP−B・MQI社製)を用いたボンド磁石などが挙げられる。また、特公平5−82041号公報記載の(Fe1−xRx)1−yNy(0.07≦x≦0.3,0.001≦y≦0.2)で表されるR−Fe−N系ボンド磁石などが挙げられる。
【0026】
次に、基材上に皮膜を形成するための条件、すなわち、皮膜形成用の金属粉末に求められる条件、皮膜形成用金属粉末の噴射条件について説明する。
【0027】
(皮膜形成用の金属粉末に求められる条件について)
粉末サイズは、平均粒径として10〜500μm程度が望ましい。粉末の平均粒径が10μm以下では粒子の持つエネルギーが低いため、試料表面への十分な被着を得ることが困難である。一方、粉末の平均粒径が500μmを超えると、存在する粗大粒子が、試料表面への衝突によっても十分に反応しない。つまり、緻密な皮膜を得ることが困難となり、防錆能力が低下する。また、平均粒径が500μmを超える大径粒子では、試料表面に被着し難いばかりでなく、被処理物に歪み(ダメージ)を与えうるため、好ましくない。したがって、粉末サイズは、平均粒径として10〜500μm程度とする。粉末サイズは、より好ましくは平均粒径20〜350μm、さらに好ましくは平均粒径30〜150μmである。
粉末形状は特に限定されるものではないが、球状粒子が好ましい。著しく扁平状の粒子は、噴霧によっても不安定な飛行となり、皮膜形成効率(堆積効率)が低下するため好ましくない。
上記した金属粉末の作製方法としては、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、粉砕法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法によって得られた金属粉末を用いる。なお、粉砕法によって得られた金属粉末を用いる場合には、皮膜形成効率が低下するため、使用前に熱処理等によって金属粉末の内部歪みを低減することが好ましい。
【0028】
皮膜形成のための金属粉末としては、Cu、Fe、Ni、Co、Cr、Sn、Zn、Pb、Cd、In、Au、Ag、Alなどの金属粉末またはこれらの合金粉末を用いることができる。この中で、Sn、Zn、Pb、Cd、In、Au、Ag、Alはヴィッカース硬度値が60以下であって展延性に優れるため、皮膜形成のための金属粉末として好適である。なお、ヴィッカース硬度は、材料の硬さを示す指標の一つであり、その測定試験は、例えば、ヴィッカース硬度試験器(JISB7725)を用いたヴィッカース硬度試験方法(JISZ2244)に基づいて行うことができる。
また、皮膜形成のための金属粉末としては、融点が450℃以下の金属成分を含むもの、例えば、Sn、Zn、Pb、Cd、Inの金属粉末またはこれらの合金粉末を用いることができる。融点が450℃以下、つまり融点が低い金属成分を含む金属粉末を用いることによって、希土類金属元素を含む基材の温度上昇を抑えることができ、酸化を効果的に抑制することができる。
【0029】
金属粉末は、上記の各々単一の金属成分からなるものであっても、二種以上の金属成分を含有する合金からなるものであってもよい。また、これらの金属成分を主成分とし、他の金属成分を含有する合金からなるものであってもよい。このような合金を用いる場合、要求される展延性などに応じて適切な金属成分の組み合わせを選定することが望ましい。なお、金属粉末は、工業的生産上不可避な不純物を含有するものであっても差し支えない。
【0030】
(皮膜形成用金属粉末の噴射条件について)
噴射条件は、噴射圧力、ノズルと素体との距離、噴射時間、被処理物の量等により、目的皮膜厚みに対し選定される。具体的には噴射圧力を3〜10kg/cm2、ノズルと素体との距離を5〜30cm、噴射時間を1〜20分程度とすることができる。噴射時間が短い場合(具体的には噴射時間が1分未満であるような場合)、被処理物全体への皮膜形成が十分でなく、むらが生じ易い。噴射時間を長くすることによって膜厚を厚くすることが可能であるが、長時間の噴射(具体的には噴射時間が20分を超えるような場合)は生産性の低下を招くため有効ではない。
次に、膜厚制御の方法について述べる。皮膜の厚みは、用いる原料粉の種類(元素種、粒径、製造方法等)、ノズルと素体との距離、噴射圧力、噴射時間によって制御される。例えば、用いる原料粉の種類に応じて噴射圧力を選定し、この噴射圧力を一定とした状態で噴射時間を制御することによって、皮膜の厚み、すなわち膜厚を任意に制御することが可能である。
なお、多数の試料を処理する場合には、噴射ノズルを振幅させる、試料容器を回転させるなどの方法を適宜用いることができる。
【0031】
上述の通り、本発明では、金属の新鮮表面が引き起こす特異な表面化学反応であるメカノケミカル反応を利用して、希土類金属元素を含む基材表面を構成する金属上に、金属粉末からなる皮膜を効率よく形成させる。メカノケミカル反応によって形成された皮膜は、希土類金属材料表面を構成する金属上に強固にかつ高密度に形成されているので、手で表面を擦った程度では除去することができない。従って、皮膜形成後の洗浄工程など、電気めっき処理等の2次処理を完了するまでの種々の取り扱い時に皮膜が脱落することはない。
【0032】
このようにして基材表面全体に皮膜が形成された希土類系金属材料に対しては、公知の電気めっき処理などを行うことが可能である。しかも、表面上に高い膜厚寸法精度でめっき皮膜を形成させることができ、希土類金属材料の寸法精度向上を図ることが可能となる。
例えば、めっき皮膜を有するリング状磁石をモータに利用した場合、磁石自体の磁気特性を最大限に活用でき、エネルギー効率の向上を図ることが可能となる。また、モータの小型化を図ることも可能となる。なお、いずれの金属粉末からなる皮膜であっても、その表面にめっき皮膜を形成することは可能である。
【0033】
また、メカノケミカル反応によって形成された金属粉末からなる皮膜は、希土類金属材料表面を構成する金属上に強固にかつ高密度に形成されているので、皮膜自体が希土類金属材料の発錆を防ぐ効果を有する。
高い耐食性を付与するためには電気めっき処理などを行う必要があるが、部品の製造完了時までの耐食性が保証されていればよいような材料(樹脂埋め込み型モータ用磁石など)に対しては、金属粉末からなる皮膜自体が、材料の防錆層として有効に機能する。例えば、Al微粉からなる皮膜は、その表面に酸化皮膜を形成し、防錆作用も発揮する。
【0034】
さて、金属粉末からなる皮膜上には、めっき皮膜の他にも種々の耐食性皮膜、例えば、金属酸化物皮膜や化成処理皮膜を形成することが可能である。該皮膜は、材料表面全体に均一にしかも強固に形成されているので、高い膜厚寸法精度での皮膜形成が可能となる。以下、金属粉末からなる皮膜上に金属酸化物皮膜を形成する方法、金属粉末からなる皮膜上に化成処理皮膜を形成する方法について順次説明する。
【0035】
(金属粉末からなる皮膜上に金属酸化物皮膜を形成する方法について)
金属酸化物皮膜を形成する方法としては、CVD法、スパッタリング法、塗布熱分解法、ゾルゲル成膜法など公知の方法を用いることができるが、ゾルゲル成膜法により金属酸化物皮膜を形成することが望ましい。ここでゾルゲル成膜法とは、金属酸化物皮膜を構成する金属化合物の、加水分解反応や重合反応などによって得られたゾル液を、材料表面に塗布した後、熱処理することによって皮膜形成を行う成膜法をいう。ゾルゲル成膜法に使用されるゾル液は比較的安定であり、皮膜形成を比較的低温で行えるので、高温下における基材(例えば希土類永久磁石)自体の磁気特性への影響を回避できる等の利点がある。金属酸化物皮膜は、単一の金属酸化物成分からなる皮膜であってもよいし、複数の金属酸化物成分からなる複合皮膜であってもよい。金属酸化物皮膜は、膜厚が0.01μm以上であれば優れた耐食性を発揮する。膜厚の上限は特段限定されるものではないが、材料自体の小型化に基づく要請から、10μm以下、望ましくは5μm以下が実用面において適した膜厚である。
皮膜を形成する金属成分と同一の金属成分を含む金属酸化物皮膜を皮膜上に形成した場合(例えば、Al微粉からなる皮膜上へのAlを含む金属酸化物皮膜の形成)、両者の界面での密着性がより強固なものになる点において都合がよい。
【0036】
ゾルゲル成膜法を用いる場合、ゾル液は、金属アルコキシド(アルコキシル基の一部をアルキル基などで置換したものであってもよい)などの金属化合物、硝酸や塩酸などの触媒、所望する場合はβ−ジケトンなどの安定化剤、水などを有機溶媒中で調整し、金属化合物の加水分解反応や重合反応などにより得られるコロイドが分散した溶液を用いる。また、ゾル液には無機質微粒子などを分散させてもよい。ゾル液の塗布方法としては、ディッブコーティング法、スプレー法、スピンコーティング法などが挙げられる。ゾル液塗布後の熱処理は、特に、ボンド磁石に適用する場合、ゾル液中の有機溶媒の沸点や磁石の耐熱性などを考慮して80〜200℃で行うことが望ましい。なお、通常、熱処理時間は1分〜1時間である。所望する膜厚を有する皮膜を得るために、塗布と熱処理を繰り返して行ってもよいことは言うまでもない。
【0037】
(金属粉末からなる皮膜上に化成処理皮膜を形成する方法について)
化成処理皮膜を形成する方法としては、クロメート処理、リン酸処理、リン酸亜鉛処理、リン酸マンガン処理、リン酸カルシウム処理、リン酸亜鉛カルシウム処理、チタン−リン酸系化成処理、ジルコニウム−リン酸系化成処理などの公知の方法を用いることができる。Al微粉からなる皮膜の耐食性を向上させる場合には、クロメート処理、チタン−リン酸系化成処理、ジルコニウム−リン酸系化成処理などが望ましく、とりわけ、処理液や皮膜の環境への負荷が小さい、チタン−リン酸系化成処理、ジルコニウム−リン酸系化成処理が望ましい。
【0038】
チタン−リン酸系化成処理を行う際の処理液は、フルオロチタン酸などのチタン化合物、リン酸や縮合リン酸、上記のフルオロチタン酸やフッ化水素酸などのフッ素化合物などを水に溶解して調整する。磁石表面への処理液の塗布方法としては、ディップコーティング法、スプレー法、スピンコーティング法などが挙げられる。処理液を塗布する際の処理液温度は20〜80℃、処理時間は10秒〜20分が望ましい。処理液塗布後の乾燥温度は、特に、ボンド磁石に適用する場合、50〜200℃、乾燥時間は5秒〜1時間である。ジルコニウム−リン酸系化成処理を行う場合、チタン−リン酸系化成処理の方法に準じればよい。形成される皮膜中には、チタンやジルコニウムが磁石表面1m2上に形成される皮膜あたり0.1〜100mg含有されていることが望ましい。
【0039】
【実施例】
以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
11.7at%Nd−2.4at%Dy−6.1at%B−bal.Feの組成を有する鋳造インゴットを得た後、粗粉砕、微粉砕、焼結および熱処理の工程により、焼結磁石を得た。この焼結磁石は、直径12mm×厚さ2mmの寸法を有している。この焼結磁石の磁気特性を測定したところ、残留磁束密度Brが1.27T、保磁力Hcjが1695kA/mであった。
一方、上記焼結磁石への皮膜形成用金属粉末として、表1に示す4種類(Sn,Zn,Al,Cu)の金属粉末を準備した。なお、これら金属粉末は、ガスアトマイズ法によって製造したものであり、球状の形態を有している。金属粉末の平均粒径は表1に示すように、Sn:40μm,Zn:60μm,Al:30μm,Cu:50μmである。なお、金属粉末の平均粒径は、原料粉のSEM観察によって求めた。
【0040】
以上の金属粉末を高圧ガスとの混合流体として、上記の焼結磁石に対して噴射した。噴射の条件は以下の通りである。

Figure 0003877552
上記の噴射条件によって形成された皮膜の厚さ(膜厚)は表1に示す通りである。実施例1〜6および比較例について、塩水噴霧試験前の磁気特性を測定したところ、表1に記載のようになった。なお、実施例1〜6については皮膜形成後の磁気特性を測定した(比較例は皮膜なし)。
次いで、実施例1〜6および比較例について、JIS C 0023での塩水噴霧試験方法に則り、5wt%35℃の塩水噴霧下において100時間まで試験を行い、発錆の有無を観察した。その結果を表1に併せて示す。なお、磁気特性については、5wt%35℃の塩水を24時間噴霧した試料に対して試験前後の磁気特性を比較した。
【0041】
【表1】
Figure 0003877552
【0042】
表1に示すように、皮膜の膜厚が厚いほど、発錆が抑制されていることがわかる。特に、Sn粉末からなる皮膜を10.2μm形成した実施例2およびZn粉末からなる皮膜を9.6μm形成した実施例4は、100時間後においても発錆が観察されなかったところから、緻密でかつ密着力の強い皮膜が形成されていることが伺える。なお、この試験では、皮膜の材質による発錆の程度の差異は、観察されなかった。
【0043】
前述のように、皮膜形成前の磁気特性は、残留磁束密度Brが1.27T、保磁力Hcjが1695kA/mであった。これに対して、皮膜形成後の磁気特性は、表1に示す通りであって、皮膜形成による磁気特性の低下はほとんどないといってよい。したがって、本実施例による皮膜形成方法は、磁石にとって望ましい。
塩水噴霧試験前後の磁気特性を比較すると、前述した発錆の程度と傾向が一致する。つまり、塩水噴霧試験を100時間経過した時点で発錆の観察されない実施例2および実施例4は、磁気特性の劣化がないかあるいは僅かである。塩水噴霧試験が24〜100時間で発錆の観察された実施例1,3,5および6は、若干の磁気特性の劣化が観察されたが、皮膜を形成していない比較例に比べると、劣化の度合いが少ない。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂やカップリング剤などの第三の成分を用いることなく、しかも磁気特性を低下させることなく、希土類金属を含む基材上に耐食性皮膜を形成することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rare earth metal member having a film formed on its surface and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
R (rare earth metal element) -Fe-B permanent magnets represented by Nd-Fe-B permanent magnets are made of resource-rich and inexpensive materials compared to Sm-Co permanent magnets, and Have high magnetic properties. Therefore, in particular, R—Fe—B permanent magnets are used in various fields today.
In recent years, in the electronics industry and household electrical appliance industry in which rare earth permanent magnets are used, parts have been downsized and downsized, and accordingly, the magnets themselves have been urged to be downsized and complicated shapes.
[0003]
By the way, since the rare earth permanent magnet contains R that is easily oxidized and corroded in the atmosphere, it is usually subjected to a surface treatment. If it is used without such surface treatment, corrosion will proceed from the surface due to the influence of slight acid, alkali or moisture, and rust will be generated, resulting in deterioration and dispersion of magnetic properties. Because it becomes. In addition, when a magnet with rust is incorporated into an apparatus such as a magnetic circuit, the rust may scatter and contaminate peripheral components.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Not only rare earth permanent magnets but also base materials containing rare earth metal elements are easily oxidized, and various rust prevention methods have been applied to suppress this. For example, as a rust prevention method using a Zn or Sn metal film, a plating method (for example, JP-A-1-231303, JP-A-1-321610), resin coating using Sn alkoxide (JP-A-4-353007) ), Coating of a Zn, Sn film with a barrel (Japanese Patent Laid-Open No. 12-031962) is known.
However, in the case of the plating method, the rare earth metal may be corroded by the plating solution or the remaining plating solution. Further, the resin coating using Sn alkoxide has a disadvantage that the adhesion strength is low, and it is necessary to increase the temperature during film formation in order to increase the adhesion strength. However, when the temperature during film formation is increased, there is a concern about oxidation of rare earth metals.
[0005]
In addition, it is possible to impart conductivity to the entire surface of the bonded magnet and to prevent rust by plating using the conductivity, as disclosed in JP-A-5-302176, JP-A-7-302705, and JP-A-5-304705. 10-226890.
However, in any method, the metal powder is attached to the magnet surface using the adhesiveness of the third component such as a resin or a coupling agent. Such a method requires a third component, which increases costs and makes it difficult to form a conductive layer uniformly on the entire magnet surface, resulting in high dimensional accuracy. Surface treatment becomes difficult. Moreover, since a curing process for the uncured resin is required, the manufacturing process becomes complicated. Furthermore, when a medium such as a steel ball, a copper ball, a stainless steel ball, or an alumina ball is used as a means for attaching the metal powder, the bonded magnet may be cracked or chipped.
[0006]
According to the method described in JP-A-9-205013, it is possible to fill the gaps on the magnet surface with metal powder without using a third component such as a resin or a coupling agent. However, this method does not attempt to attach metal powder onto magnetic powder that essentially constitutes the magnet surface. Therefore, even if the metal powder adheres to the magnetic powder, the adhesion force is inevitably weak, so that the metal powder cannot be firmly attached to the magnetic powder. In addition, this method requires a step of removing excess metal powder weakly adhering to the magnetic powder by washing, which complicates the manufacturing process.
Therefore, the present invention provides a technique capable of forming a corrosion-resistant film on a substrate containing a rare earth metal without using a third component such as a resin or a coupling agent and without lowering magnetic properties. Let it be an issue.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventors paid attention to a mechanochemical (mechanochemical 1) reaction, which is a unique surface chemical reaction caused by an innocent metal surface (fresh surface) that has not been oxidized or the like, and conducted various studies. As a result, the adhesion strength of the coating formed on the surface of the rare earth metal is improved by injecting the metal fine powder as a mixed fluid of high-pressure gas, and the reaction part by injection by injecting the metal fine powder as the mixed fluid of high-pressure gas It was found that the internal temperature did not increase because of being suppressed near the surface. That is, the present inventionA step of using a spherical metal powder having an average particle size of 30 to 150 μm produced by the gas atomization method as a mixed fluid of high-pressure gas, and the mixed fluid from the injection nozzle to the rare earth sintered magnet surface from 3 to 10 kg / cm 2 Forming a film having a thickness of 1.5 to 20 μm by injecting the injected metal powder onto the surface of the rare earth sintered magnet by a mechanochemical reaction. A rare earth sintered magnet formed on the surface of the metal member is characterized in that rusting does not occur when salt water spraying of 5 wt% and 35 ° C. is continued for 24 hours.It is.
[0008]
  In the metal member manufacturing method of the present invention, a metal powder composed of one or more of Cu, Fe, Ni, Co, Cr, Sn, Zn, Pb, Cd, In, Au, Ag, and Al is used. It is desirable to use it.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention includes a base material containing a rare earth metal element and having a metal phase exposed on the surface thereof, and a film covering the surface of the base material composed of metal powder adhered to the metal phase by a mechanochemical reaction, A metal member is provided.
The base material of the present invention widely includes materials containing rare earth metal elements. As a most typical example, a metal material containing a rare earth metal element can be used as a base material of the present invention, and as a more specific example, a rare earth sintered magnet obtained by sintering a powder having a predetermined composition. Examples of rare earth sintered magnets include R—Fe—B based sintered magnets typified by Nd—Fe—B based sintered magnets, R—Co based sintered magnets typified by Sm—Co based sintered magnets, and the like. Can be mentioned.
[0011]
Hereinafter, the case where a rare earth sintered magnet is used as a base material will be described.
Magnetic powder used as a raw material for sintered magnets can be obtained by dissolving a rare earth permanent magnet alloy and pulverizing it after casting. Once a sintered magnet is prepared, a sintered body pulverizing method for pulverizing the sintered magnet. Direct reduction diffusion method to obtain direct magnetic powder, ribbon foil of rare earth permanent magnet alloy is obtained by melting jet caster, rapid cooling alloy method to crush and anneal this, melt rare earth permanent magnet alloy, and atomize this into powder and heat treatment It can be obtained by a method such as an atomizing method, a mechanical alloying method in which a raw material metal is made into a powder, then finely powdered by mechanical alloying and heat-treated.
Below, the outline | summary of the sintered compact grinding | pulverization method, the direct reduction diffusion method, the quenching alloy method, the atomizing method, and the mechanical alloy method is shown.
[0012]
(Sintered body grinding method)
In this method, a required R—Fe—B alloy is sintered and ground again to obtain a magnetic powder. For example, as a starting material, a raw material powder containing electrolytic iron, B, the balance being impurities such as Fe and Al, Si, C, and the like, ferroboron alloy, rare earth metal, or further electrolytic Co is added under an inert gas atmosphere. Then, it is alloyed by high frequency melting or the like, coarsely pulverized using a stamp mill or the like, and further finely pulverized by a ball mill or the like. The obtained fine powder is pressure-molded under a magnetic field or without applying a magnetic field, sintered in a vacuum or inert gas which is a non-oxidizing atmosphere, pulverized again, and an average particle size of 0.3 to 100 μm. A fine powder is obtained. Thereafter, heat treatment may be performed at 500 to 1000 ° C. in order to increase the coercive force.
[0013]
(Direct reduction diffusion method)
Select a raw material powder consisting of at least one metal powder and / or oxide powder consisting of ferroboron powder, ferronickel powder, cobalt powder, iron powder, rare earth oxide powder, etc. according to the composition of the desired raw material alloy powder, To the raw material powder, metal Ca or CaH2Was mixed 1.1 to 4.0 times (by weight) the stoichiometric amount required for the reduction of the rare earth oxide powder, and heated to 900 to 1200 ° C. in an inert gas atmosphere. By introducing the product into water and removing the reaction by-products, a powder having an average particle size of 10 to 200 μm that does not require coarse pulverization is obtained. The obtained powder may be further finely pulverized by dry pulverization such as ball mill and jet mill. Further, a finely pulverized powder having a required composition of 3 μm or less is oriented-molded in a magnetic field, pulverized, further heat treated at 800 to 1100 ° C., and then pulverized to obtain a magnetic powder having a high coercive force. Can do.
[0014]
(Quenched alloy method)
A required R—Fe—B alloy is melted and melt-spun with a jet caster to obtain a ribbon foil having a thickness of about 20 μm, which is pulverized and then annealed to obtain a powder having fine crystal grains of 0.5 μm or less. To do. Alternatively, the powder having fine crystal grains obtained from the ribbon foil may be subjected to hot pressing and warm upsetting to obtain an anisotropy bulk magnet, which may be finely pulverized.
[0015]
(Atomization method)
A method for obtaining a magnetic powder by melting a required R-Fe-B-based alloy, dropping a molten metal from a thin nozzle, atomizing with a high-speed inert gas or liquid, sieving or pulverizing, and drying or annealing heat treatment It is. Alternatively, the powder having the fine crystal grains may be hot pressed and warm upset to obtain an anisotropy bulk magnet, which may be finely pulverized.
[0016]
(Mechanical alloy method)
In this method, necessary raw material powder is mixed and made amorphous at an atomic level in an inert gas by a ball mill, vibration mill, dry attritor, etc., and then annealed to obtain magnetic powder. Alternatively, the powder having the fine crystal grains may be hot-pressed / warm-up processed to obtain an anisotropy bulk magnet, which may be finely pulverized.
[0017]
In addition to such a method, in particular, by using magnetic powder obtained by pulverizing an alloy thin plate having a columnar crystal structure grown in the plate thickness direction by a molten metal quenching method (see Japanese Patent No. 2665590). A sintered magnet having high magnetic properties can be obtained. The magnetic powder constituting the R—Fe—N based sintered magnet is a method such as a gas nitriding method in which a rare earth permanent magnet alloy is pulverized, nitrided in nitrogen gas or ammonia gas, and then pulverized. But you can get it.
[0018]
In addition, a sintered magnet can be easily obtained by employ | adopting a well-known powder metallurgy method. The application of anisotropy can be realized by orientation-molding magnetic powder having magnetic anisotropy in a magnetic field. As a method of imparting magnetic anisotropy to bulk and magnetic powder, alloy powder obtained by quenching alloy method is sintered at low temperature by hot press etc., and further magnetic anisotropy by warm upsetting Warm processing and pulverization method (see Japanese Patent Publication No. 4-20242) for pulverizing a bulk magnet body to which a metal is applied, and alloy powder obtained by a quenching alloy method is filled and sealed as it is in a metal container, warm rolling, etc. Pack rolling method (see Japanese Patent No. 2596835) that imparts magnetic anisotropy by plastic working of the above, an alloy ingot is plastic processed hot, and then pulverized to produce magnetic powder having magnetic anisotropy Ingot hot working / grinding method (see Japanese Patent Publication No. 7-66892), a rare earth permanent magnet alloy is heated in hydrogen to occlude hydrogen, dehydrogenated, and then cooled to obtain magnetic powder. obtain And the like can be employed DDR method (see Japanese Patent Kokoku 6-82575). The application of magnetic anisotropy is not limited to the combination of the raw material alloy and the anisotropic means, and can be combined as appropriate.
[0019]
The magnet or magnetic powder obtained by the above method is, for example, an R-TM-B system (one or more of R: Y-containing rare earth metal elements, TM: Fe as a transition metal element, B : Boron). This R-TM-B-based magnetic powder has a main phase having a substantially tetragonal crystal structure. The particle size of the main phase is preferably about 1 to 100 μm. Furthermore, it usually contains a nonmagnetic phase of 1 to 50% by volume.
[0020]
The composition of the R-TM-B magnet in the present invention is preferably 5.5 at% ≦ R ≦ 30 at%, 42 at% ≦ TM ≦ 90 at%, 2 at% ≦ B ≦ 28 at%.
Here, the rare earth metal element R is one or more of rare earth metal elements including Y (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, and Lu). . Preferably, a light rare earth metal element such as Nd, Pr, Ho, and Tb is mainly used, or a mixture with Nd, Pr, or the like is mainly used. When the amount of the rare earth metal element R is less than 5.5 at%, the cubic structure having the same structure as α-Fe increases, and thus a high coercive force Hcj cannot be obtained. On the other hand, when the amount of the rare earth metal element R exceeds 30 at%, the R-rich nonmagnetic phase increases and the residual magnetic flux density Br decreases. Therefore, the amount of the rare earth metal element R is set to 5.5 to 30 at%. In addition, when using 2 or more types of elements as rare earth metal element R, mixtures, such as a misch metal, can be used as a raw material.
[0021]
The transition metal element TM containing Fe as a main component is basically composed of Fe and inevitable impurities. When the transition metal element TM is less than 42 at%, the residual magnetic flux density Br decreases. On the other hand, when the transition metal element TM exceeds 90 at%, the coercive force Hcj is lowered. Therefore, the content of the transition metal element TM is set to 42 to 90 at%. Further, by replacing part of Fe in the transition metal element TM with Co or Ni, the temperature characteristics can be improved without impairing the magnetic characteristics. However, when the Co substitution amount exceeds 50% of Fe, the magnetic properties are deteriorated. Therefore, when a part of Fe is substituted with Co, the Co substitution amount is set to 50% or less. When a part of Fe is substituted with Ni, the Ni substitution amount is 8% or less of Fe. This is because when the Ni substitution amount exceeds 8%, the magnetic properties are deteriorated.
[0022]
The reason why the boron B is set to 2 to 28 at% is as follows. That is, when boron B is less than 2 at%, a rhombohedral structure is obtained and a high coercive force Hcj cannot be obtained. However, if boron B exceeds 28 at%, the B-rich nonmagnetic phase increases, and the residual magnetic flux density Br tends to decrease. Therefore, the upper limit is set to 28 at%. Further, by replacing a part of boron B with one or more of C, P, S, and Cu, it is possible to improve productivity and reduce costs. In this case, it is preferable that a substituted body is 4 at% or less of the whole.
[0023]
In addition, in the magnet of the present invention, in addition to R, TM, and B, Ni, Si, Al, Cu, Ca, O, C, and the like as inevitable impurities may be contained in 3 at% or less of the whole.
In addition, Cu, S, Ti, Si, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Al, Sb, Ge for improving coercive force Hcj, improving corrosion resistance, improving productivity, and reducing costs. , Sn, Zr, Hf, Ca, Mg, Sr, Ba, Be, Ga, Bi, and Ni can be added to and contained in the raw material powder to obtain a magnetic powder. Specifically, Cu: 3.5 at% or less, S: 2.5 at% or less, Ti: 4.5 at% or less, Si: 15 at% or less, V: 9.5 at% or less, Nb: 12.5 at% or less Ta: 10.5 at% or less, Cr: 8.5 at% or less, Mo: 9.5 at% or less, W: 9.5 at% or less, Mn: 3.5 at% or less, A1: 9.5 at% or less, Sb : 2.5 at% or less, Ge: 7 at% or less, Sn: 3.5 at% or less, Zr: 5.5 at% or less, Hf: 5.5 at% or less, Ca: 8.5 at% or less, Mg: 8.5 at %, Sr: 7 at% or less, Ba: 7 at% or less, Be: 7 at% or less, Ga: 10 at% or less, Bi: 5 at% or less, Ni: 8 at% or less, or one or more of raw material powders Can be added and contained. In this case, however, the total amount added is preferably 10 at% or less.
[0024]
The effect of the present invention does not vary depending on the composition of the magnet, the crystal structure, the presence or absence of anisotropy, and the like. Therefore, the intended effect can be obtained not only in the R-TM-B sintered magnet but also in any of the above-described sintered magnets.
[0025]
Although the sintered magnet has been described above, the present invention can also be applied to a bonded magnet. That is, a magnetic powder exposed on the surface of the bonded magnet and a metal powder described later cause a mechanochemical reaction, thereby enabling film formation on the bonded magnet when viewed macroscopically. As rare earth-based bond magnets, those having various compositions and crystal structures are known, and all of these are objects of the present invention. For example, anisotropic R-Fe-B based bonded magnets as described in JP-A-9-92515, soft magnetic phases (for example, α- Fe and Fe3B) and hard magnetic phase (Nd2Fe14B) Nd-Fe-B-based nanocomposite magnets, isotropic Nd-Fe-B-based magnet powders prepared by a liquid quenching method widely used in the past (for example, trade name: MQP-B And a bonded magnet using MQI). Also, an R—Fe—N system represented by (Fe1-xRx) 1-yNy (0.07 ≦ x ≦ 0.3, 0.001 ≦ y ≦ 0.2) described in Japanese Patent Publication No. 5-82041. Bond magnet etc. are mentioned.
[0026]
Next, the conditions for forming a film on the substrate, that is, the conditions required for the metal powder for film formation and the injection conditions for the metal powder for film formation will be described.
[0027]
(Concerning conditions required for metal powder for film formation)
The powder size is preferably about 10 to 500 μm as an average particle size. When the average particle diameter of the powder is 10 μm or less, the energy of the particles is low, so that it is difficult to obtain sufficient adhesion to the sample surface. On the other hand, when the average particle diameter of the powder exceeds 500 μm, the existing coarse particles do not react sufficiently even when they collide with the sample surface. That is, it becomes difficult to obtain a dense film, and the rust prevention ability is reduced. In addition, large particles having an average particle size exceeding 500 μm are not preferred because they are not only difficult to adhere to the sample surface but also can give distortion (damage) to the object to be processed. Therefore, the powder size is about 10 to 500 μm as an average particle size. The powder size is more preferably an average particle size of 20 to 350 μm, and still more preferably an average particle size of 30 to 150 μm.
The powder shape is not particularly limited, but spherical particles are preferable. Remarkably flat particles are not preferable because they become unstable flight even by spraying and the film formation efficiency (deposition efficiency) is lowered.
Examples of the method for producing the metal powder include, but are not limited to, a gas atomization method, a water atomization method, and a pulverization method. Preferably, a metal powder obtained by a gas atomization method or a water atomization method is used. In addition, when using the metal powder obtained by the grinding | pulverization method, since film-forming efficiency falls, it is preferable to reduce the internal distortion of a metal powder by heat processing etc. before use.
[0028]
As the metal powder for film formation, metal powder such as Cu, Fe, Ni, Co, Cr, Sn, Zn, Pb, Cd, In, Au, Ag, Al, or an alloy powder thereof can be used. Among these, Sn, Zn, Pb, Cd, In, Au, Ag, and Al have a Vickers hardness value of 60 or less and are excellent in spreadability, and therefore are suitable as metal powders for film formation. The Vickers hardness is one of the indices indicating the hardness of the material, and the measurement test can be performed based on, for example, a Vickers hardness test method (JISZ2244) using a Vickers hardness tester (JISB7725). .
Moreover, as a metal powder for film formation, the thing containing the metal component whose melting | fusing point is 450 degrees C or less, for example, the metal powder of Sn, Zn, Pb, Cd, In, or these alloy powders can be used. By using a metal powder containing a metal component having a melting point of 450 ° C. or lower, that is, a low melting point, the temperature rise of the base material containing the rare earth metal element can be suppressed, and oxidation can be effectively suppressed.
[0029]
The metal powder may be composed of each single metal component described above, or may be composed of an alloy containing two or more metal components. Moreover, it may be made of an alloy containing these metal components as a main component and other metal components. When such an alloy is used, it is desirable to select an appropriate combination of metal components according to the required spreadability. The metal powder may contain impurities unavoidable for industrial production.
[0030]
(About injection conditions of metal powder for film formation)
The injection conditions are selected for the target film thickness depending on the injection pressure, the distance between the nozzle and the element body, the injection time, the amount of the object to be processed, and the like. Specifically, the injection pressure is 3 to 10 kg / cm.2The distance between the nozzle and the element body can be 5 to 30 cm, and the injection time can be about 1 to 20 minutes. When the spraying time is short (specifically, when the spraying time is less than 1 minute), film formation on the entire object to be processed is not sufficient, and unevenness tends to occur. Although it is possible to increase the film thickness by increasing the injection time, a long-time injection (specifically, when the injection time exceeds 20 minutes) is not effective because it causes a decrease in productivity. .
Next, a film thickness control method will be described. The thickness of the coating is controlled by the type of raw material powder (element type, particle size, manufacturing method, etc.), the distance between the nozzle and the element body, the injection pressure, and the injection time. For example, it is possible to arbitrarily control the film thickness, that is, the film thickness, by selecting the injection pressure according to the type of raw material powder to be used and controlling the injection time in a state where this injection pressure is constant. .
In the case where a large number of samples are processed, a method such as an amplitude of an injection nozzle or a rotation of a sample container can be appropriately used.
[0031]
As described above, the present invention uses a mechanochemical reaction, which is a unique surface chemical reaction caused by a fresh metal surface, to form a film made of metal powder on the metal constituting the substrate surface containing the rare earth metal element. Form efficiently. Since the film formed by the mechanochemical reaction is formed firmly and densely on the metal constituting the surface of the rare earth metal material, it cannot be removed by rubbing the surface by hand. Therefore, the film does not fall off during various handling until the completion of the secondary process such as the electroplating process such as the cleaning process after the film is formed.
[0032]
Thus, it is possible to perform a well-known electroplating process etc. with respect to the rare earth metal material in which the film | membrane was formed in the whole base-material surface. In addition, the plating film can be formed on the surface with high film thickness dimensional accuracy, and the dimensional accuracy of the rare earth metal material can be improved.
For example, when a ring-shaped magnet having a plating film is used for a motor, the magnetic characteristics of the magnet itself can be utilized to the maximum, and energy efficiency can be improved. Further, it is possible to reduce the size of the motor. In addition, even if it is a film | membrane which consists of any metal powder, it is possible to form a plating film on the surface.
[0033]
In addition, the coating made of metal powder formed by mechanochemical reaction is formed on the metal constituting the surface of the rare earth metal material firmly and with high density, so the coating itself prevents the rare earth metal material from rusting. Have
In order to provide high corrosion resistance, it is necessary to perform electroplating, etc., but for materials (such as magnets for resin-embedded motors) that only require corrosion resistance until the completion of component manufacture. The film itself made of metal powder functions effectively as a rust preventive layer for the material. For example, a film made of Al fine powder forms an oxide film on its surface and also exhibits a rust prevention effect.
[0034]
In addition to the plating film, various corrosion-resistant films such as a metal oxide film and a chemical conversion film can be formed on the film made of the metal powder. Since the film is uniformly and firmly formed on the entire material surface, the film can be formed with high film thickness dimensional accuracy. Hereinafter, a method for forming a metal oxide film on a film made of a metal powder and a method for forming a chemical conversion film on a film made of a metal powder will be sequentially described.
[0035]
(About a method of forming a metal oxide film on a film made of metal powder)
As a method for forming the metal oxide film, a known method such as a CVD method, a sputtering method, a coating pyrolysis method, or a sol-gel film forming method can be used, but the metal oxide film is formed by the sol-gel film forming method. Is desirable. Here, the sol-gel film forming method is to form a film by applying a sol solution obtained by hydrolysis reaction or polymerization reaction of a metal compound constituting a metal oxide film on the surface of the material and then heat-treating it. This refers to a film formation method. The sol solution used in the sol-gel film formation method is relatively stable and can form a film at a relatively low temperature, so that the influence on the magnetic properties of the base material (for example, rare earth permanent magnet) itself at a high temperature can be avoided. There are advantages. The metal oxide film may be a film composed of a single metal oxide component or a composite film composed of a plurality of metal oxide components. The metal oxide film exhibits excellent corrosion resistance when the film thickness is 0.01 μm or more. Although the upper limit of the film thickness is not particularly limited, 10 μm or less, preferably 5 μm or less is a film thickness suitable for practical use from the request based on the miniaturization of the material itself.
When a metal oxide film containing the same metal component as the metal component forming the film is formed on the film (for example, formation of a metal oxide film containing Al on a film made of Al fine powder) at the interface between the two This is convenient in that the adhesion of the resin becomes stronger.
[0036]
When using the sol-gel film forming method, the sol solution is composed of a metal compound such as a metal alkoxide (a part of the alkoxyl group may be substituted with an alkyl group or the like), a catalyst such as nitric acid or hydrochloric acid, and if desired. A solution in which a colloid obtained by adjusting a stabilizer such as β-diketone, water or the like in an organic solvent and dispersing a metal compound by a hydrolysis reaction or a polymerization reaction is used. In addition, inorganic fine particles or the like may be dispersed in the sol liquid. Examples of the sol solution coating method include a dip coating method, a spray method, and a spin coating method. The heat treatment after application of the sol solution is preferably performed at 80 to 200 ° C. in consideration of the boiling point of the organic solvent in the sol solution and the heat resistance of the magnet, particularly when applied to a bonded magnet. In general, the heat treatment time is 1 minute to 1 hour. Needless to say, coating and heat treatment may be repeated in order to obtain a film having a desired film thickness.
[0037]
(About a method of forming a chemical conversion coating on a coating made of metal powder)
As a method of forming a chemical conversion treatment film, chromate treatment, phosphoric acid treatment, zinc phosphate treatment, manganese phosphate treatment, calcium phosphate treatment, zinc phosphate calcium treatment, titanium-phosphate chemical conversion treatment, zirconium-phosphate chemical conversion treatment Known methods such as treatment can be used. In order to improve the corrosion resistance of the coating made of Al fine powder, chromate treatment, titanium-phosphate conversion treatment, zirconium-phosphate conversion treatment, etc. are desirable, and in particular, the environmental load of the treatment liquid and coating is small. Titanium-phosphate conversion treatment and zirconium-phosphate conversion treatment are desirable.
[0038]
The treatment liquid for the titanium-phosphoric acid chemical conversion treatment dissolves titanium compounds such as fluorotitanic acid, phosphoric acid and condensed phosphoric acid, and fluorine compounds such as fluorotitanic acid and hydrofluoric acid described above in water. Adjust. Examples of the method for applying the treatment liquid onto the magnet surface include a dip coating method, a spray method, and a spin coating method. The treatment liquid temperature when applying the treatment liquid is preferably 20 to 80 ° C., and the treatment time is preferably 10 seconds to 20 minutes. The drying temperature after application of the treatment liquid is 50 to 200 ° C. and the drying time is 5 seconds to 1 hour, particularly when applied to a bonded magnet. When performing a zirconium-phosphoric acid type chemical conversion treatment, what is necessary is just to follow the method of a titanium-phosphoric acid type chemical conversion treatment. In the film to be formed, titanium or zirconium has a magnet surface of 1 m.2It is desirable to contain 0.1-100 mg per film formed above.
[0039]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
11.7 at% Nd-2.4 at% Dy-6.1 at% B-bal. After obtaining a cast ingot having the composition of Fe, a sintered magnet was obtained by the steps of coarse pulverization, fine pulverization, sintering and heat treatment. This sintered magnet has dimensions of 12 mm in diameter and 2 mm in thickness. When the magnetic properties of the sintered magnet were measured, the residual magnetic flux density Br was 1.27 T, and the coercive force Hcj was 1695 kA / m.
On the other hand, four types (Sn, Zn, Al, Cu) of metal powders shown in Table 1 were prepared as metal powders for film formation on the sintered magnet. These metal powders are manufactured by a gas atomizing method and have a spherical shape. As shown in Table 1, the average particle size of the metal powder is Sn: 40 μm, Zn: 60 μm, Al: 30 μm, Cu: 50 μm. The average particle size of the metal powder was determined by SEM observation of the raw material powder.
[0040]
The above metal powder was jetted onto the sintered magnet as a fluid mixture with high-pressure gas. The conditions for injection are as follows.
Figure 0003877552
Table 1 shows the thickness (film thickness) of the film formed under the above injection conditions. About Example 1-6 and the comparative example, when the magnetic characteristic before a salt spray test was measured, it came to be as described in Table 1. In addition, about Examples 1-6, the magnetic characteristic after film formation was measured (a comparative example does not have a film).
Next, Examples 1 to 6 and Comparative Example were tested up to 100 hours under 5 wt% 35 ° C. salt water spray according to the JIS C 0023 salt spray test method, and the presence or absence of rusting was observed. The results are also shown in Table 1. In addition, about the magnetic characteristic, the magnetic characteristic before and behind a test was compared with the sample which sprayed 5 wt% 35 degreeC salt water for 24 hours.
[0041]
[Table 1]
Figure 0003877552
[0042]
As shown in Table 1, it can be seen that rusting is suppressed as the film thickness increases. In particular, Example 2 in which a film made of Sn powder was formed at 10.2 μm and Example 4 in which a film made of Zn powder was formed at 9.6 μm were dense because no rusting was observed even after 100 hours. It can also be seen that a film with strong adhesion is formed. In this test, no difference in the degree of rusting due to the material of the film was observed.
[0043]
As described above, the magnetic properties before film formation were a residual magnetic flux density Br of 1.27 T and a coercive force Hcj of 1695 kA / m. On the other hand, the magnetic properties after film formation are as shown in Table 1, and it can be said that there is almost no deterioration in magnetic properties due to film formation. Therefore, the film forming method according to this embodiment is desirable for the magnet.
When the magnetic properties before and after the salt spray test are compared, the degree of rusting and the tendency described above agree. That is, Example 2 and Example 4 in which rusting is not observed after 100 hours of the salt spray test have no or slight deterioration in magnetic properties. In Examples 1, 3, 5 and 6 in which rusting was observed in the salt spray test for 24 to 100 hours, a slight deterioration in magnetic properties was observed, but compared with the comparative example in which no film was formed, The degree of deterioration is small.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to form a corrosion-resistant film on a substrate containing a rare earth metal without using a third component such as a resin or a coupling agent and without reducing the magnetic properties.

Claims (2)

ガスアトマイズ法により作製された、平均粒径30〜150μmの球状の金属粉末を高圧ガスの混合流体とする工程と、
前記混合流体を、希土類焼結磁石表面に噴射ノズルから3〜10kg/cm の噴射圧力で噴射することにより、噴射された前記金属粉末をメカノケミカル反応によって前記希土類焼結磁石の表面に密着させて膜厚が1.5〜20μmの皮膜を形成する工程と、を備え
前記皮膜がその表面に形成された前記希土類焼結磁石は、5wt%、35℃の塩水噴霧を24時間継続した時点で発錆が生じないことを特徴とする金属部材の製造方法。
A step of using a spherical metal powder having an average particle size of 30 to 150 μm, produced by a gas atomization method, as a mixed fluid of high-pressure gas;
By injecting the mixed fluid onto the surface of the rare earth sintered magnet from the injection nozzle at an injection pressure of 3 to 10 kg / cm 2 , the injected metal powder is brought into close contact with the surface of the rare earth sintered magnet by a mechanochemical reaction. thickness Te is provided with a step that form a film of 1.5~20Myuemu, a,
The rare earth sintered magnet having the film formed on the surface thereof, the rusting does not occur when the salt spray of 5 wt% and 35 ° C. is continued for 24 hours .
前記金属粉末は、Cu,Fe,Ni,Co,Cr,Sn,Zn,Pb,Cd,In,Au,Ag,Alのうち1種または2種以上から構成されることを特徴とする請求項1に記載の金属部材の製造方法。  The metal powder is composed of one or more of Cu, Fe, Ni, Co, Cr, Sn, Zn, Pb, Cd, In, Au, Ag, and Al. The manufacturing method of the metal member of description.
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