JP4178626B2 - 熱処理装置および熱処理方法ならびに該熱処理装置を用いた永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法 - Google Patents
熱処理装置および熱処理方法ならびに該熱処理装置を用いた永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4178626B2 JP4178626B2 JP32275398A JP32275398A JP4178626B2 JP 4178626 B2 JP4178626 B2 JP 4178626B2 JP 32275398 A JP32275398 A JP 32275398A JP 32275398 A JP32275398 A JP 32275398A JP 4178626 B2 JP4178626 B2 JP 4178626B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chamber
- heat treatment
- gas
- furnace
- hydrogen
- 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
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 155
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims description 83
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 67
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims description 34
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 title claims description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 160
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 148
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 103
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 103
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 22
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 claims description 18
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 90
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 62
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 34
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 32
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 31
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 28
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 28
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 8
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 8
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 2
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020598 Co Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002519 Co-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019589 Cr—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- BIJOYKCOMBZXAE-UHFFFAOYSA-N chromium iron nickel Chemical compound [Cr].[Fe].[Ni] BIJOYKCOMBZXAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007323 disproportionation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素雰囲気熱処理に好適に用いられる熱処理装置、およびその熱処理装置を用いた熱処理方法に関する。また、本発明は、各種モータ、アクチュエータ等に適した希土類系ボンド磁石ならびに焼結磁石に用いられる永久磁石用希土類系合金粉末を前記熱処理装置を用いて製造する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類系永久磁石用合金粉末の水素処理法には、ＨＤＤＲ（Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination）処理法と呼ばれるものがある。「ＨＤＤＲ」は、水素化（Hydrogenation)、不均化(Disproportionation)、脱水素化(Desorption)、および再結合(Recombination）を順次実行するプロセスを意味している。本願明細書では、このような「ＨＤＤＲ処理」を「水素雰囲気熱処理」と呼ぶことにする。この水素雰囲気熱処理は、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系原料合金（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは添加元素、Ｂはボロン）のインゴットまたは粉末をＨ2ガス雰囲気またはＨ2ガスと不活性ガスとの混合雰囲気中で温度５００℃〜１０００℃に保持し、それによって上記合金のインゴットまたは粉末に水素を吸蔵させた後、Ｈ2分圧１３Ｐａ以下の真空雰囲気またはＨ2分圧１３Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気になるまで温度５００℃〜１０００℃で脱水素処理し、次いで冷却することによって合金磁石粉末を得る方法を意味するものとする。
【０００３】
水素処理法によって希土類系永久磁石用合金粉末を製造する方法は、例えば特開平１−１３２１０６号公報に開示されている。水素処理法で製造されたＲ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金磁石粉末は大きな保磁力を有しており、組成および処理条件の選択によっては磁気的な異方性を有する。このような性質を有するのは、金属組織が実質的に０．１〜１μｍの非常に微細な結晶の集合体となるためである。より詳細には、上記水素処理によって得られる極微細結晶の粒径が正方晶Ｒ2Ｔ14Ｂ系化合物の単磁区臨界粒径に近いために高い保磁力を発揮し、しかも、極微細結晶粒が結晶方位をある程度そろえて集合しているためである。
【０００４】
特開平２−４９０１号公報には、水素処理法に用いられ得る種々のヒートパターンが開示されている。この公報では、原料合金に対して水素処理の前に均一化熱処理を行うことも提案されている。
【０００５】
特開平３−１４６６０８号公報および特開平４−１７６０４号公報には、水素処理中の温度変化が磁性合金粉末の磁気的性質に影響すること、および、この温度変化が水素処理中に生じる化学反応の反応熱に起因することを指摘している。これらの公報は、このような温度変化を最小にするために蓄熱材を混入して水素処理を行うことを提案している。
【０００６】
特開平５−１６３５１０号公報では、処理設備の操業能率を低下させる蓄熱材を用いることなく、温度変化を５０℃以内に抑えることができる処理炉の構造が提案されている。
【０００７】
また、特開平５−１５６３２０号公報には、水素吸蔵合金の平衡水素圧を利用して、水素と比処理物との反応の進行度合いに関係なく雰囲気の水素分圧を一定に制御する技術が開示されている。この技術によれば、水素使用量も低減される。
【０００８】
特開平５−２１４４３７号、特開平５−２４７５２６号、特開平５−２４７５２７号、特開平５−２４７５２８号、および特開平６−７３５１２号の各公報には、複数の処理装置の連結や水素吸蔵合金の使用による水素ガスの繰り返し使用方法、シリンダ上圧力制御手段によって雰囲気の水素分圧を制御する方法等が開示されている。
【０００９】
雰囲気ガスとして水素を用いる量産規模の熱処理装置としては、例えば、特開平２−５７８９５号公報に記載されている構成を有する装置がある。この装置は、真空容器内部に発熱体を持つ内熱方式の熱処理装置であり、水素ガスの熱対流による熱損失を低減するために、炉内に気密室を設けている。水素ガスは気密室内にのみ導入される。気密室の外部には、水素ガスよりも熱伝導性に劣るアルゴンガスなどの不活性ガスが導入される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
熱処理装置のヒータの材料としては、グラファイトや炭化珪素が利用されている。また、断熱材の材料としては、グラファイトやアルミナウールなどが広く利用されている。これらの材料は、希土類系磁石合金の水素雰囲気熱処理に際して、希土類系磁石合金の性質に強い悪影響を及ぼしうる不純物（炭素、酸素、シリコン、カルシウム、マグネシウムなど）を含んでいる。希土類系磁石合金の磁気性能がこのような不純物に極めて敏感であり、水素雰囲気熱処理の効果に甚大な影響を及ぼすことが本発明者の実験によってわかった。
【００１１】
従来、水素雰囲気での熱処理を実行するためには、鉄鋼材料の熱処理を意図して製造され熱処理装置を用いることが多かった。鉄鋼材料の熱処理に際しては、熱処理装置内に配されるヒータや断熱材に起因する不純物の汚染が特に問題視されることはなかった。実際、鉄鋼材料の特性はヒータや断熱材に起因する不純物によって大きな影響を受けなかったと考えられる。
【００１２】
熱処理装置内のヒータによって加熱された雰囲気ガスは、炉内で熱対流し、ヒータおよび／または断熱材と接触するうちにヒータや断熱材に含まれる不純物を大量に吸収する。盛んに熱対流する雰囲気ガスと被熱処理物が直接に接触する場合、被熱処理物が希土類系磁石合金のように活性であると、雰囲気ガスによって運ばれてきた不純物は被熱処理物内に大量に取り込まれてしまうことになる。特に水素雰囲気ガスは、約６００℃以上の温度領域でヒータや断熱材から大量の不純物を取り込みやすい。このため、６００℃以上の温度で水素雰囲気熱処理を受ける希土類系磁石合金の特性は、ヒータなどの不純物の影響をうけて大きく変動することになる。
【００１３】
不純物源を炉内から排除するために、金属系材料から形成されたヒータを用いたり、断熱材の使用を避けることが考えられる。断熱材の代わりに金属製反射板を炉内に配すれば、加熱効率を維持しながら、炉内の均熱化を達成することは可能である。しかし、水素のような熱伝導率の高い雰囲気ガスを使用する場合、反射板方式では均熱化を充分に達成することは困難であり、また、熱効率が著しく低下するという問題が生じる。水素雰囲気中で使用可能な金属製ヒータや反射板の材料としてＭｏが知られているが、Ｍｏ製ヒータや反射板は非常に高価である。
【００１４】
従って、安価なグラファイト製ヒータや断熱材を用いながら、その不純物の影響を簡単に排除できる熱処理装置および熱処理装置の開発が強く望まれる。
【００１５】
なお、希土類系合金は水素雰囲気熱処理時に雰囲気中の水素ガスを吸収し、水素化物を形成する。このため、水素化反応時には充分な量の水素ガスを希土類合金へ供給しなければ、水素ガスの供給不足から炉内が減圧状態になり、水素爆発の危険性が高くなる。逆に大量の水素ガスを炉内に供給することは、不経済である。また、水素化反応時には充分な量の水素ガスを希土類合金へ均一に供給しなければ、希土類合金の特性が大きくばらついてしまう。従来の熱処理装置によれば、被熱処理物に対して充分な量の水素ガスを均一に、しかも無駄なく安全に供給することが難しいという問題もあった。
【００１６】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、被熱処理物に悪影響を及ぼし得る不純物源が炉内に存在する場合でも、その不純物の影響が被熱処理物に及びにくい熱処理装置および熱処理方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのような熱処理装置を用いて水素雰囲気熱処理を実行し、それによって磁気特性に優れた永久磁石用希土類系合金粉末を製造する方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理装置は、ガス導入口および排気口を有する密閉可能な第１チャンバーと、前記第１チャンバー内に設けられた第２チャンバーと、前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に設けられたヒータとを備え、前記第２チャンバーが、被熱処理物を受け入れる空間と、前記空間を囲む金属壁と、前記ガス導入口から前記第１チャンバー内に供給された雰囲気ガスの一部を前記空間内に流入させ得る開口部とを備えている。
【００１８】
本発明の他の熱処理装置は、排気口を有する密閉可能な第１チャンバーと、前記第１チャンバーの外部から直接的にガスを導入させ得るガス導入口を有し、前記第１チャンバー内に設けられた第２チャンバーと、前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に設けられたヒータとを備え、前記第２チャンバーが、被熱処理物を受け入れる空間と、前記空間を囲む金属壁と、前記ガス導入口から前記第２チャンバー内に供給された雰囲気ガスを前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に流出させ得る開口部とを備えている。
【００１９】
前記第２チャンバーの前記金属壁は前記空間を囲む本体部分と蓋部分とを有しており、前記本体部分と前記蓋部分との間に形成される隙間が前記開口部として機能することが好ましい。
【００２０】
前記第２チャンバーの前記金属壁は、前記空間を囲む本体部分と、前記本体部分に対して移動可能に支持されている複数の蓋部分とを有しており、前記本体部分と前記複数の蓋部分との間に複数の隙間が形成されているときは前記複数の隙間の各々が前記開口部として機能することが好ましい。
【００２１】
前記第２チャンバーの前記複数の蓋部分は前記本体部分に対して密着可能であり、熱処理工程中に前記複数の蓋部分を前記本体部分に密着させることによって前記開口部を一時的に閉じることができることが好ましい。
【００２２】
前記複数の隙間が対称に形成されるように前記複数の蓋部分の配置と前記本体部分の配置とが関係付けられていることが好ましい。
【００２３】
好ましい実施形態では、前記第２チャンバー内の前記雰囲気ガスの圧力を検知し、前記圧力を調整する圧力制御部を備えている。なお、本熱処理装置では、開口部の存在によって、第１チャンバー内と第２チャンバー内との間に圧力差がほとんど生じないか、生じたとしても圧力差の存在する時間が比較的に短いため、第１チャンバーの圧力を検知することによって第２チャンバー内の圧力を実質的に検知することができる。
【００２４】
好ましい実施形態では、前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に設けられた断熱材を更に有している。
【００２５】
本発明の熱処理方法は、上記熱処理装置を用いて行う熱処理方法であって、前記第２チャンバー内に被熱処理物を挿入する工程と、前記ガス導入口を通じて活性ガスを前記第１チャンバー内に供給し、前記第２チャンバーの前記開口部を介して前記第２チャンバー内に前記活性ガスを供給する工程と、前記ヒーターを用いて前記被熱処理物に対する熱処理を実行する工程と、前記第２チャンバー内の前記活性ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程とを包含する。
【００２６】
本発明の熱処理方法は、上記熱処理装置を用いて行う熱処理方法であって、前記第２チャンバー内に被熱処理物を挿入する工程と、前記ガス導入口を通じて活性ガスを前記第２チャンバー内に直接的に供給する工程と、前記ヒーターを用いて前記被熱処理物に対する熱処理を実行する工程と、前記第２チャンバー内の前記活性ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程とを包含する。
【００２７】
前記熱処理を実行している間に前記開口部の大きさを変化させる工程を更に備えていてもよい。
【００２８】
本発明の永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法は、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは添加元素、Ｂはボロン）に対して水素雰囲気熱処理を行う永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法であって、前記水素雰囲気熱処理は、前記熱処理装置を用いて行うことを特徴とする。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記水素雰囲気熱処理は、前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末を前記第２チャンバー内にセットする工程と、前記ガス導入口を通じて水素ガスを前記第１チャンバー内に供給し、前記第２チャンバーの前記開口部を介して前記第２チャンバー内に前記水素ガスを供給する工程と、前記ヒーターを用いて前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末に対する熱処理を実行する工程と、前記第２チャンバー内の前記ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程と、前記熱処理を実行しながら、前記第２チャンバー内の水素ガス圧力を減少させる脱水素工程とを包含する。
【００３０】
好ましい他の実施形態において、前記水素雰囲気熱処理は、前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末を前記第２チャンバー内にセットする工程と、前記ガス導入口を通じて水素ガスを前記第２チャンバー内に供給する工程と、前記ヒーターを用いて前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末に対する熱処理を実行する工程と、前記第２チャンバー内の前記ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程と、前記熱処理を実行しながら、前記第２チャンバー内の水素ガス圧力を減少させる脱水素工程とを包含する。
【００３１】
本発明による更に他の熱処理装置は、被熱処理物を受け入れる内部空間を有する炉本体と、前記炉本体の前記内部空間内に設けられたヒータおよび断熱材と、前記ヒータおよび断熱材から前記被熱処理物への雰囲気ガスの対流を実質的に遮断し、それによって前記ヒータおよび前記断熱材から出た不純物が前記被熱処理物へ付着することを抑制する対流遮蔽手段とを備え、前記対流遮蔽手段が金属から形成されており、前記被熱処理物を実質的に覆っている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明者は、不純物の影響を極力排除できる熱処理装置の構造および熱処理方法を種々検討した結果、炉（本願明細書では、「第１チャンバー」と称する。）内に金属製の第２チャンバーを設置し、その第２チャンバー内で熱処理を実行すれば、炉内で盛んに生じる雰囲気ガスの熱対流が被熱処理物に影響を与えず、それによって不純物の問題を解決できることを見いだした。
【００３３】
また、本発明では、第２チャンバーとして完全な気密室を用いるのではなく、隙間（開口部）を意図的に設けたチャンバーを使用する。本発明者は、複数の開口部を第２チャンバーの適切な位置に設けることによって、第２チャンバー内における雰囲気ガスの流れを対称化し、気密室内での熱処理に比較してより均一な熱処理を達成できることを見いだした。
【００３４】
このような構成によれば、グラファイト製の断熱材やヒータを炉内に設けたとしても、断熱材やヒータの不純物は第２チャンバー内の被熱処理物にまではほとんど供給されない。これは、第２チャンバーが雰囲気ガスの熱対流を実質的に遮断する機能を発揮するからである。この機能は、第２チャンバーに設けた小さな開口部の存在によっては妨げられない。
【００３５】
本発明の熱処理装置によれば、断熱材やヒータに含まれる不純物によって特性が大きく変動しうる被熱処理物に対しても、安定した熱処理を均一に施すことが可能になる。
【００３６】
以下、本発明の熱処理装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００３７】
［熱処理装置１］
まず、図１を参照する。本実施形態にかかる熱処理装置１０は、図１に示すように、ガス導入口１および排気口２ａおよび２ｂを有する密閉可能な第１チャンバー３と、第１チャンバー３内に設けられた第２チャンバー４とを備えている。排気口２ａは雰囲気ガスの放出口として機能し、排気口２ｂは炉内圧力を真空引きする際の真空排気口として機能する。第１チャンバー３は、円筒状本体３ａと、円筒状本体３ａの両端に設けられた蓋体３ｂおよび３ｃとを備えている。熱処理時、蓋体３ｂおよび３ｃが閉じることによって第１チャンバー３の内部は密閉空間となる。
【００３８】
グラファイト製の断熱材５が第１チャンバー３内において第２チャンバー４を取り囲むように設けられている。同じくグラファイト製のヒータ６が、断熱材５と第２チャンバー４との間に配置されている。ヒータ６は、輻射によって第２チャンバー４を加熱するとともに、ヒータ６の近傍の雰囲気ガスを加熱し、そのガスを熱対流させる。ヒータ６によって加熱された雰囲気ガスは、第２チャンバー４の外側周辺で対流し、第２チャンバー４の外面の加熱に寄与する。
【００３９】
第２チャンバー４は、処理空間７を囲む金属壁（肉厚：３〜３０ｍｍ）８から構成されている。金属壁８には開口部９が設けられ、ガス導入口１から第１チャンバー３内に供給された雰囲気ガスの一部を処理空間７内に流入させることができる。より詳細には、第２チャンバー４の金属壁８は、処理空間７を囲む本体部分８ａと一対の蓋部分８ｂおよび８ｃとに分かれており、本体部分８ａと各蓋部分８ｂ、８ｃとの間に形成される隙間がそれぞれ開口部９として機能する。
【００４０】
蓋部分８ｂ、８ｃは、本体部分８ａに対して移動可能となるように、それぞれ対応する蓋体３ｂ、３ｃによって支持されている。より詳細には、支持部材２３が蓋体３ｂおよび３ｃの各々の中央部に設けられており、支持部材２３を出し入れすることによって蓋部分８ｂ、８ｃの位置を調整することができる。蓋体３ｂおよび３ｃを閉じた状態で、支持部材２３によって蓋部分８ｂ、８ｃを水平方向に移動させれば、それによって本体部分８ａと蓋部分８ｂ、８ｃとの間に隙間を形成することも、その隙間を完全に閉じ、蓋部分８ｂ、８ｃと本体部分８ａとを密着させることも可能である。本体部分８ａと蓋部分８ｂ、８ｃとを密着させた状態のとき、開口部９は完全に閉じており、第２チャンバー４は金属製気密室として機能する。
【００４１】
図１の構成によれば、一対の開口部９が本体部分８ａの両側の対称な位置に形成され得る。このことは、第２チャンバー４の処理空間７と第１チャンバー３との間でガスの流出入が生じる際、処理空間７内の気流の流れを対称的に引き起こすことを可能にする。
【００４２】
断熱材５およびヒータ６に接触した雰囲気ガスは、開口部９の存在によって、第２チャンバー４の処理空間７内に進入できるが、その進入ガスの流量は僅かである。第２チャンバー３が無い場合には、被熱処理物の表面は、盛んに熱対流する雰囲気ガスと直接に接触するため、断熱材５およびヒータ６を起源とする不純物と頻繁に接触することになる。第２チャンバー３は、そのような熱対流雰囲気ガスと被熱処理物との直接的な接触を遮断するため、断熱材５およびヒータ６から出た不純物が被熱処理物へ付着することを抑制できる。この意味で、第２チャンバー３は、気密室としてではなく、雰囲気ガスの対流遮蔽手段として機能する。
【００４３】
前述のように、本実施形態の熱処理装置１０によれば、水素雰囲気熱処理の最中に開口部９を介して第１チャンバー３から第２チャンバー４の処理空間７内に水素ガスを供給することができる。このとき、処理空間７の対称な位置に複数の開口部９を設けていれば、水素雰囲気熱処理が処理空間７内で均一に進行する上で効果的である。
【００４４】
なお、ヒータ６の材料は、グラファイトに限定されるわけではなく、炭化珪素（ＳｉＣ）であってもよい。
【００４５】
［熱処理装置２］
図２を参照する。この熱処理装置２０は、ガス導入口２１の構成を除けば、図１の装置と同様の構成を備えている。同様の構成部分については、ここで説明を繰り返さない。以下、異なる部分を詳細に説明する。
【００４６】
装置２０の第２チャンバー４は、第１チャンバー３の外部から直接的にガスを導入させ得るガス導入口２１を有している。ガス導入口２１から第２チャンバー４の処理空間７内に供給された雰囲気ガスは、開口部９を介して第２チャンバー４の外部に流出させられる。雰囲気ガスは、最終的には、第１チャンバー３の排気口２ａおよび２ｂを介して外部に排気される。
【００４７】
図２の構成によれば、断熱材５およびヒータ６に接触した雰囲気ガスは、開口部９を介して、第２チャンバー４の処理空間７内に進入することはほとんど無い。
【００４８】
第２チャンバー４の開口部９は、処理空間７からその外部へガスを流出される働きを担っているだけである。このため、断熱材５およびヒータ６を起源とする不純物を含む雰囲気ガスは、第２チャンバー４の処理空間７内に導入されるおそれはほとんど無い。
【００４９】
本実施形態の装置２０によれば、水素雰囲気熱処理プロセスの最中にガス導入口２１を介して第１チャンバー３の外部から第２チャンバー４の処理空間７内に水素ガスを断熱材５やヒータ６と接触させることなく直接的に供給することができる。このとき、処理空間７の圧力が第１チャンバー３内の圧力よりも高いため、水素ガスは開口部９から第２チャンバー４の外側に流出するばかりである。一対の開口部９が本体部分８ａの両側の対称な位置に形成されていると、処理空間７内の気流の流れを対称的に引き起こすことができ、その結果、処理空間７内での処理反応を空間的に均一化できる。
【００５０】
このような開口部９を設ける代わりに、通常のガス放出口を第２チャンバー３のどこか一カ所に設けたとする。その場合、処理空間７内のガスの流れが偏り、均一な水素雰囲気熱処理を達成することは困難になる。従って、意図的に複数の開口部９を設け、その開口部９を介して処理空間７内のガスを第１チャンバー３に放出させる構造は、水素雰囲気熱処理にとって極めて有効である。
【００５１】
上記各熱処理装置１０および２０の第２チャンバー４は、金属から形成されている。グラファイトは、金属材料と異なり、熱膨張率が小さく、高温強度が大きいという優れた点を有しているが、前述のようにグラファイトに含まれる炭素が希土類元素と反応しやすい。そのため、被熱処理物として希土類合金が用いられる場合、その性能を著しく劣化させるのでグラファイトを使用することは不適当である。特に、希土類系合金に対する水素雰囲気熱処理を行う場合において、炉内雰囲気を６００℃以上に加熱すると、グラファイトから出た炭素その他の不純物が大量に希土類合金に取り込まれてしまうという問題が生じる。従って、本発明の場合は、グラファイトを第２チャンバー４の材料に用いることはできない。
【００５２】
また、アルミナ等のセラミックス材料を用いて第２チャンバー４を作製することも好ましくない。セラミックスには、成型・焼結を容易にするためのシリカ等の添加剤が含まれているため、これが不純物として希土類合金の特性を劣化するからである。また、セラミックスはもろく、機械的加工処理が困難であり、使用時に破損のおそれもある。
【００５３】
これらの材料に比較して、金属は本質的に炭素やシリコン等の不純物をほとんど含んでおらず、被熱処理物に悪影響を与えない。本発明の第２チャンバー４の材料として好ましい金属は、熱処理温度（使用温度）に耐える金属または金属合金でなければならない。また、雰囲気ガスと反応しない金属であることが必要である。特に水素雰囲気熱処理を行う場合は、水素脆化の生じにくいことが好ましい。例えば、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ等のＮｉ系耐熱合金や高合金ステンレス等のＦｅ系耐熱合金が好適に使用され得る。Ｍｏ、Ｗ、またはＴａ等の金属も耐熱性に優れており、第２チャンバー４の材料として好ましい。
【００５４】
なお、金属は熱膨張率がグラファイトなどに比較して大きいため、熱処理の昇温・降温時に寸法変化を考慮して第２チャンバー４を設計する必要がある。前述のように、熱処理装置１０および２０では、第２チャンバー４の蓋部分８ｂおよび８ｃと本体部分８ａとの間に開口部（隙間）が存在し、この隙間が熱膨張・収縮に伴う部材の変形を吸収する機能も担っている。従って、本体部分８ａがその軸方向に伸縮しても、第２チャンバー４に強い応力が発生するおそれがない。
【００５５】
［熱処理システム］
図３は、図２の装置を含む熱処理システムの全体構成を示している。図１の装置についても、同様のシステムが構築されるが、ここでは、簡単のため図２の装置に関するシステムを説明する。
【００５６】
図３の中央部には熱処理装置２０が模式的に記載されている。熱処理装置２０の第２チャンバー（図３において不図示）内に対しては、ガス導入口２１を介して直接に雰囲気ガスが導入される。この例では、水素（Ｈ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）が炉内に供給され得る。なお、熱処理の種類に応じて、炉内に供給すべきガスの種類は適宜変更される。
【００５７】
水素ガスは、圧力調整弁３１ａ、水素弁３３ａをおよびガス導入弁３４を介して炉内に供給される。アルゴンガスは圧力調整弁３１ｂ、流量調整弁３２ｂ、アルゴン弁３３ｂをおよびガス導入弁３４を介して炉内に供給される。不活性ガスとして、アルゴンガスに代えてヘリウムを使用する場合、ヘリウムガスは圧力調整弁３１ｃ、流量調整弁３２ｃ、ヘリウム弁３３ｃをおよびガス導入弁３４を介して炉内に供給されることになる。各ガスは、可能な限り不純物を含まないように清浄化されていることが好ましい。なお、水素ガスは、単独で、または他の不活性ガスとともに炉内に導入され得る。
【００５８】
炉内の雰囲気ガスは、ガス放出口２ａ、ガス放出弁３５、および逆止弁３６を介して炉外へ放出され、必要であれば、そこで回収される。一方、炉内雰囲気ガスの圧力を大気圧よりも低いレベルに減じる場合、雰囲気ガスは真空排気口２ｂ、真空排気弁３９、およびロータリーポンプ４３を介して排気される。炉内を高真空状態に減圧する場合、炉内は真空排気口２ｂを介して拡散ポンプ４２に接続される。
【００５９】
炉内雰囲気ガスの圧力は、２種類の圧力計３８ａ、３８ｂによって検知される。炉内雰囲気ガスが大気圧以上となる場合、その圧力は圧力計３８ａによって測定され、測定圧力に基づいて圧力制御器４０が水素弁３３ａおよびガス放出弁３５の開閉度を調節する。その結果、炉内の雰囲気ガス圧力が設定範囲（大気圧以上の圧力範囲）内に制御されることになる。一方、炉内雰囲気ガスが大気圧未満の場合、その圧力は圧力計３８ｂによって測定され、測定圧力に基づいて圧力制御器４１がアルゴン弁３３ｂ、ヘリウム弁３３ｃ、および真空排気弁３９の開閉度を調節する。そうして炉内の雰囲気ガス圧力が設定範囲（大気未満の圧力範囲）内に制御されることになる。なお、炉内圧力が危険なレベルにまで上昇しないように、安全弁３７が設けられている。
【００６０】
また、通常の熱処理システムと同様に、ヒータ出力を制御する温度制御装置（不図示）が設けられている。炉内所定箇所の温度が検知され、検知温度が設定温度範囲内に入るようにヒータを流れる電流の量や水冷システム（不図示）の動作が制御される。
【００６１】
上記システムは、以下に述べる熱処理プロセス（加圧・減圧雰囲気の両方で熱処理を実行するプロセス）に特に適した構成を有しているが、熱処理の種類に応じて圧力制御の方法等を適宜変更してもよい。図３のシステムは、本発明の熱処理装置を好適に動作させるシステムの一例に過ぎない。
【００６２】
［熱処理プロセス］
次に、本発明による熱処理方法の実施形態を説明する。
【００６３】
ここでは、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは添加元素、Ｂはボロン）に対する水素雰囲気熱処理を例にとる。また、熱処理装置としては図１の装置を用いる。
【００６４】
まず、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金の粉末を処理容器に充填した後、図１の第２チャンバー４内に処理容器を挿入する。第１チャンバー３の蓋３ｂおよび３ｃを閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．０１〜１．０ＭＰａの範囲に属する所定の値に設定する。このとき、第２チャンバー４の本体部分８ａと各蓋部分８ｂ、８ｃとの間には１０ｍｍ程度の隙間を設けておく。この隙間が開口部９として機能する。開口部９を介して、第２チャンバー４の内部空間７に水素ガスが供給され、炉内はほぼ同一の雰囲気ガスによって占められることになる。その後、ヒータ６に供給する電力を増大させ、炉内温度を１５℃／分程度のレートで昇温し、最終的には６５０〜９５０℃程度の熱処理温度まで増加させる。その温度で５分〜１０時間程度保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、１〜３０分間炉内の水素ガスをＡｒガスで置換する。その後、温度を維持したまま、ガス導入口１を介してＡｒガスを例えば５〜５００リットル／分の流量にて第１チャンバー３内に導入しつつ、真空排気弁３９およびロータリポンプ４３によって排気を行う。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を０．０１〜１００ｋＰａに保持し、そのまま５分〜１０時間のあいだ脱水素工程を続ける。
【００６５】
なお、特に高い磁気的異方性を有する磁粉を得るためには、水素化処理の過程における中間生成物相を規定する必要がある。すなわち、高い磁気異方性を有する磁粉を得るには、水素雰囲気中での加熱および高温保持によって生成する中間生成物が、Ｒ水素化物相、Ｔ−Ｂ化合物相、Ｔ相、およびＲ2Ｔ14Ｂ相の少なくとも４相を示し、Ｒ2Ｔ14Ｂ相の磁化容易方向がある程度そろっていることが必要である。これを実現するため、水素雰囲気での昇温速度を６００℃〜７５０℃の温度領域において１０℃／ｍｉｍ〜２００℃／ｍiｍとし、７５０℃〜９００℃の温度範囲で１５分〜８時間保持することが好ましい。脱水素処理においては、雰囲気の総圧を１００Ｐａ〜５０ｋＰａの範囲に保持し、脱水素反応の速度を適切に制御し、それよって処理量に依存することなく高い保磁力および大きな磁気異方性を達成できる。
【００６６】
なお、Ｒ2Ｔ14Ｂ化合物を主相とする合金では、０．１ＭＰａの水素雰囲気下で昇温すると、１５０℃付近で水素の吸収を開始する。更に昇温を続けると、再び水素を徐々に放出するが、再び６５０℃以上で多量の水素を吸収する。この水素は、炉内を減圧するか、９００℃以上に昇温すると、放出される。いずれにしても、この種の材料を水素雰囲気で熱処理する場合、雰囲気の圧力を一定にして、熱処理を行うためには、水素ガスを炉内に供給する必要がある。
【００６７】
第２チャンバー４に設ける開口部９は、本体にピンホール状の孔を複数設けることによって形成しても良い。開口部９の大きさおよび数は、雰囲気ガスと被熱処理物との間に生じる反応の速度、第２チャンバー４の容積、被熱処理物の量等を考慮して適宜好ましいものが選択され得る。なお、被熱処理物の量が少ない場合や、被熱処理物と雰囲気ガスとの間に反応量が少ない場合は、開口部９を実質的に閉じても良い。
【００６８】
上記熱処理時の炉内温度および圧力の時間変化について、その一例を図４（ａ）および（ｂ）に示す。この例では、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１で昇温を開始し、時刻ｔ２で所定の熱処理温度（例えば８００℃）に到達する。時刻ｔ２〜ｔ５は一定温度に保持される。水素化反応は、上記所定温度に達する前であっても、炉内温度が充分に上昇した時点（例えば７００℃になったとき）から開始される。
【００６９】
炉内の圧力は、時刻ｔ１〜ｔ３の間、所定の圧力Ｐ１を中心にした設定範囲内に維持されるように制御される。例えば、炉内圧力は０．２ＭＰａを中心に±０．００５ＭＰａの範囲内に制御される。この間に水素化反応が進行する。この時刻ｔ１〜ｔ３の間、水素化反応の進行によって雰囲気水素が消費されると、その分、雰囲気ガスの圧力が低下する。消費された水素を補うようにして、炉外から炉内に水素ガスが供給されることになる。雰囲気ガスの圧力が設定範囲内にある場合、雰囲気ガスの供給／排気が停止されるため、炉内は封入状態になる。時刻ｔ３〜ｔ４の間、Ａｒガスが第１チャンバー３内に導入され、その後、時刻ｔ４から減圧が開始される。時刻ｔ５までの間、炉内圧力はＰ２に維持される。脱水素化反応は、時刻ｔ３〜ｔ５の間に進行する。
【００７０】
時刻ｔ５〜ｔ６の間では、被処理物を速やかに冷却するため、不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）を圧力Ｐ３で加圧封入する。このとき、炉内雰囲気をファンなど撹拌すると、冷却効率が向上する。
【００７１】
上記時刻ｔ１〜ｔ３の間、より厳密には、時刻ｘ〜ｙの間、第２チャンバー４内では被熱処理物によって水素ガスが消費される。その結果、内部空間７の圧力が幾分減少し、開口部９を介して第２チャンバー４の外部から内部空間７へ水素ガスの供給が行われる。時刻ｙ〜ｔ３の間、被熱処理物による水素の消費はほとんどなく、この間、第２チャンバー４の開口部９を閉じ、第２チャンバー４をほぼ完全な気密室とすることが好ましい。これは、雰囲気ガスの拡散によって、第２チャンバー４の外部から不純物が内部空間７に進入することを可能な限り抑制するためである。
【００７２】
時刻ｔ３〜ｔ４の間、第２チャンバー４の開口部９を部分的に開放し、ガス導入口１から第１チャンバー３内に不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）を導入するとき、ガス放出口２ａから雰囲気ガスを放出しつつ、圧力Ｐ１を大気圧Ｐａにまで減少させる。こうして、雰囲気ガスの置換（水素ガス置換）が実行される。これは、次工程である脱水素工程において雰囲気ガスを真空ポンプによって排気する前に、炉内の水素ガス濃度（水素分圧）を低減し、安全性を向上させるためである。なお、水素ガス濃度の低下によって、脱水素反応も開始する。
【００７３】
時刻ｔ４〜ｔ５の間、第２チャンバー４の開口部９を開放したまま、ガス導入口１から不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）を導入しつつ、真空ポンプを用いて真空排気口２ｂから減圧する。このとき、ガス導入量とガス排気量とをバランスさせることによって圧力Ｐ２を維持する。第２チャンバー４内では、被熱処理物から水素が放出されるが、この水素は開口部９、真空排気口２ｂおよび真空ポンプを経て、炉外に排気される。
【００７４】
熱処理装置として図２の装置２０を用いる場合、時刻ｔ１〜ｔ３の間、水素ガスはガス導入口２１を介して炉外部から第２チャンバー４の内部へ直接に供給される。また、時刻ｔ３〜ｔ６の間は、不活性ガスがガス導入口２１から第２チャンバー４内に導入される。これらの点を除けば、図１の装置１０を用いた場合と同様のプロセスで水素雰囲気熱処理が実行される。
【００７５】
以下に、上記熱処理装置を用いて永久磁石用希土類系合金粉末を製造する方法の実施例を説明する。
【００７６】
［実施例１］
まず、２７．５重量％Ｎｄ−１０．０重量％Ｃｏ−０．８重量％Ｇａ−０．１５重量％Ｚｒ−１．０２重量％Ｂ−残部Ｆｅの組成を有する合金インゴットを用意した。この合金インゴットに対して、Ａｒ雰囲気中において１１００℃で３６ｋｓｅｃ（＝３６×１０００秒）の均質化熱処理を行う。その後、合金インゴットを０．２ＭＰａの水素雰囲気中で１０．８ｋｓｅｃ保持し、脆化させた後、３００μｍのふるいを通して原料粉末を得た。
【００７７】
この原料粉末を処理容器に充填した後、図１の装置１０の第２チャンバー４内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが１５ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。ＳＵＳ３１０Ｓは、Ｎｉを２０％、Ｃｒを２５％含有する耐水素性に優れた金属材料である。
【００７８】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【００７９】
使用した装置のヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。また、第２チャンバーはＳＵＳ３１０Ｓから形成されたものであった。
【００８０】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。この実施例では、第２チャンバー４内で水素化反応が進行しているとき、第２チャンバー４内で消費された水素ガスを補うようにして第１チャンバー３から水素ガスが第２チャンバー４内に開口部９を介して供給される。
【００８１】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図５は、炭素濃度（Ｃ、単位ｗｔ％）、残留磁束密度（Remanence：Ｂr、単位：Ｔ）、固有保磁力（Intrinsic Coercivity：ＨCJ、単位：ＭＡｍ-1）、および減磁曲線の角形性（Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【００８２】
図５からわかるように、処理容器に充填した粉末の表面近傍では、炭素濃度が幾分高く、磁気特性がわずかに劣化している。これは、不純物による悪影響が充填粉末の表面近傍に及んでいることを意味している。しかし、その影響は小さく、また全体として見た場合、炭素濃度は充分に低く、磁気特性も極めて良好であるといえる。
【００８３】
［実施例２］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、図２の装置２０の第２チャンバー４内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが１５ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【００８４】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口２１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【００８５】
使用した装置のヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。また、第２チャンバーはＳＵＳ３１０Ｓから形成されたものであった。
【００８６】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。この実施例では、第２チャンバー４内で水素化反応が進行しているとき、第２チャンバー４内で消費された水素ガスを補うようにして炉外から第２チャンバー４内に直接に水素ガスが供給される。
【００８７】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図６は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【００８８】
図５および図６を比較してわかるように、本実施例の場合、処理容器に充填した粉末の表面近傍での炭素濃度の増加量は少なく、表面の粉末についても磁気特性の劣化がほとんどない。これは、不純物による悪影響が充填粉末にほとんど及んでいないことを意味している。
【００８９】
［実施例３］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、図２の熱処理装置の第２チャンバー内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが７０ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ２５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【００９０】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８２０℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【００９１】
使用した装置のヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。また、第２チャンバーはＳＵＳ３１０Ｓから形成されたものであった。
【００９２】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。
【００９３】
本実施例と前記実施例２との差異は、処理容器が異なる点にある。本実施例では、開口部が広く、深さの比較的に浅い処理容器を用いた。
【００９４】
水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図７は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１２等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【００９５】
図７および図６を比較してわかるように、本実施例の磁気特性は実施例２の粉末の磁気特性よりも僅かに劣っている。処理容器の開口部が広いと、同じ熱処理装置を用いても、処理容器内の位置によって水素雰囲気熱処理の反応速度や反応熱による温度にばらつきが生じやすくなり、その結果として、磁気特性に変化が生じるものと推察される。
【００９６】
［実施例４］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を３０個の処理容器に充填した後、図２の熱処理装置の第２チャンバー４内に３０個の処理容器を挿入した。３０個の処理容器を第２チャンバー４内で２５ｍｍ間隔で３段に重ねて配置した。処理容器としては、開口部のサイズが２０ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、それぞれの処理容器中に７５０グラムの原料粉末を充填した。
【００９７】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、１０分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を３ｋＰａに保持し、そのまま３．６ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【００９８】
使用した装置のヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。また、第２チャンバーはインコネル合金（ニッケル−クロム−鉄合金）から形成されたものであった。
【００９９】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。
【０１００】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について求めた減磁曲線を図８に示す。図８から、優れた磁気特性が得られたことがわかる。このことは、本発明が量産に適していることを意味している。
【０１０１】
水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価も行った。図９は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。なお、処理容器のうち、第２チャンバー内で最上段に配置されたサンプルの中で水素雰囲気処理を受けた粉末のデータを四角印で示す。同様に中段に配置されたサンプルのデータは丸印で、最下段に配置連れたサンプルのデータは三角印で表示している。図９から、処理容器の配置位置にほとんど依存しない優れた磁気特性が得られていることがわかる。
【０１０２】
［比較例１］
本比較例では、図１の熱処理装置の第２チャンバー４をグラファイト製のチャンバーに置き換えたものを比較例の熱処理装置（不図示）として用いた。従って、ヒータおよび断熱材もグラファイトから形成されたものであった。
【０１０３】
まず、実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、比較例の熱処理装置におけるグラファイト製第２チャンバー内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが１５ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【０１０４】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【０１０５】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。雰囲気ガスの供給は、第１チャンバー３内への供給を通じて行った。従って、第２チャンバー内へのガス供給は、第２チャンバーの開口部を介して行った。
【０１０６】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図１０は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【０１０７】
図１０からわかるように、処理容器に充填した粉末の表面近傍では、炭素濃度が高く、磁気特性が大きく劣化している。また、表面から全体の２０％程度の深さまで、不純物による悪影響が及んでいることがわかる。
【０１０８】
［比較例２］
本比較例では、図２の熱処理装置の第２チャンバー４をグラファイト製のチャンバーに置き換えたものを比較例の熱処理装置（不図示）として用いた。ヒータおよび断熱材もグラファイトから形成されたものであった。
【０１０９】
まず、実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、上記比較例の熱処理装置のグラファイト製第２チャンバー内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが１５ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【０１１０】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【０１１１】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。雰囲気ガスの供給は、第１チャンバー３内への供給を通じて行った。従って、第２チャンバー内へのガス供給は、第２チャンバーの開口部を介して行った。
【０１１２】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図１１は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【０１１３】
図１１からわかるように、処理容器に充填した粉末の表面近傍では、炭素濃度が高く、磁気特性が大きく劣化しているが、比較例１に比べれば、不純物の影響は幾分緩和されている。
【０１１４】
［比較例３］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、比較例２で用いた熱処理装置のグラファイト製第２チャンバー内に処理容器を挿入した。ヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。
【０１１５】
処理容器としては、開口部のサイズが７０ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ２５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【０１１６】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８２０℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【０１１７】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。
【０１１８】
水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図１２は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１２等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【０１１９】
図７と図１２とを比較してわかるように、この比較例の磁気特性は著しく劣化している。
【０１２０】
［比較例４］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を３０個の処理容器に充填した後、第２チャンバを取り除いた通常の炉（第１チャンバー３）内に３０個の処理容器を挿入した。３０個の処理容器は２５ｍｍ間隔で３段に重ねて配置した。処理容器としては、開口部のサイズが２０ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、それぞれの処理容器中に７５０グラムの原料粉末を充填した。
【０１２１】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、１０分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を３ｋＰａに保持し、そのまま３．６ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【０１２２】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。
【０１２３】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について求めた減磁曲線を図１３に示す。図１３から、不十分な磁気特性が得られたことがわかる。
【０１２４】
水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価も行った。図１４は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。なお、処理容器のうち、第２チャンバー内で最上段に配置されたものの中で水素雰囲気処理を受けた粉末のデータを四角印で示す。同様に中段に配置されたもののデータは丸印で、最下段に配置連れたもののデータは三角印で表示している。図９と図１４とを比較して、本比較例では、磁気特性が著しく劣化していることがわかる。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明の熱処理装置によれば、被熱処理物に悪影響を及ぼし得る不純物源が炉内に配置されている場合でも、その不純物の影響が被熱処理物に及びにくい。そのような熱処理装置を用いて水素雰囲気熱処理を実行すれば、グラファイト製のヒータや断熱材を炉内に備えていても、炭素などの不純物に敏感な材料に対する熱処理を被熱処理物の性能を劣化させることになく実行することが可能である。本発明の熱処理装置は、希土類系合金の水素雰囲気熱処理だけではなく、水素吸蔵合金の初期活性化処理、水素吸蔵・放出によるＴｉ系合金の組織微細化処理等にも利用できる。
【０１２６】
本発明の永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法によれば、不純物に敏感な希土類系合金の水素雰囲気熱処理を安定かつ均一に実行することができ、高品質の永久磁石用合金粉末を量産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱処理装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明による熱処理装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による熱処理装置の熱処理システムの一例を示す構成図である。
【図４】（ａ）は、熱処理時の炉内温度の時間変化の一例を示す図であり、（ｂ）は、熱処理時の炉内圧力の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図８】本発明の第４の実施例について、水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について求めた減磁曲線を示すグラフである。
【図９】本発明の第４の実施例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図１０】第１の比較例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図１１】第２の比較例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図１２】第３の比較例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図１３】第４の比較例について、水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について求めた減磁曲線を示すグラフである。
【図１４】第４の比較例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【符号の説明】
１ ガス導入口
２ａ ガス放出口
２ｂ 真空排出口
３ 第１チャンバー３
３ａ 第１チャンバー３の円筒状本体
３ｂ 第１チャンバー３の蓋体
３ｃ 第１チャンバー３の蓋体
４ 第２チャンバー
５ グラファイト製の断熱材
６ グラファイト製のヒータ
７ 処理空間
８ 第２チャンバーの金属壁
８ａ 第２チャンバーの本体部分
８ｂ 第２チャンバーの蓋部分
８ｃ 第２チャンバーの蓋部分
９ 開口部
１０ 熱処理装置
２０ 熱処理装置
２１ ガス導入口
２３ 支持部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素雰囲気熱処理に好適に用いられる熱処理装置、およびその熱処理装置を用いた熱処理方法に関する。また、本発明は、各種モータ、アクチュエータ等に適した希土類系ボンド磁石ならびに焼結磁石に用いられる永久磁石用希土類系合金粉末を前記熱処理装置を用いて製造する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類系永久磁石用合金粉末の水素処理法には、ＨＤＤＲ（Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination）処理法と呼ばれるものがある。「ＨＤＤＲ」は、水素化（Hydrogenation)、不均化(Disproportionation)、脱水素化(Desorption)、および再結合(Recombination）を順次実行するプロセスを意味している。本願明細書では、このような「ＨＤＤＲ処理」を「水素雰囲気熱処理」と呼ぶことにする。この水素雰囲気熱処理は、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系原料合金（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは添加元素、Ｂはボロン）のインゴットまたは粉末をＨ2ガス雰囲気またはＨ2ガスと不活性ガスとの混合雰囲気中で温度５００℃〜１０００℃に保持し、それによって上記合金のインゴットまたは粉末に水素を吸蔵させた後、Ｈ2分圧１３Ｐａ以下の真空雰囲気またはＨ2分圧１３Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気になるまで温度５００℃〜１０００℃で脱水素処理し、次いで冷却することによって合金磁石粉末を得る方法を意味するものとする。
【０００３】
水素処理法によって希土類系永久磁石用合金粉末を製造する方法は、例えば特開平１−１３２１０６号公報に開示されている。水素処理法で製造されたＲ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金磁石粉末は大きな保磁力を有しており、組成および処理条件の選択によっては磁気的な異方性を有する。このような性質を有するのは、金属組織が実質的に０．１〜１μｍの非常に微細な結晶の集合体となるためである。より詳細には、上記水素処理によって得られる極微細結晶の粒径が正方晶Ｒ2Ｔ14Ｂ系化合物の単磁区臨界粒径に近いために高い保磁力を発揮し、しかも、極微細結晶粒が結晶方位をある程度そろえて集合しているためである。
【０００４】
特開平２−４９０１号公報には、水素処理法に用いられ得る種々のヒートパターンが開示されている。この公報では、原料合金に対して水素処理の前に均一化熱処理を行うことも提案されている。
【０００５】
特開平３−１４６６０８号公報および特開平４−１７６０４号公報には、水素処理中の温度変化が磁性合金粉末の磁気的性質に影響すること、および、この温度変化が水素処理中に生じる化学反応の反応熱に起因することを指摘している。これらの公報は、このような温度変化を最小にするために蓄熱材を混入して水素処理を行うことを提案している。
【０００６】
特開平５−１６３５１０号公報では、処理設備の操業能率を低下させる蓄熱材を用いることなく、温度変化を５０℃以内に抑えることができる処理炉の構造が提案されている。
【０００７】
また、特開平５−１５６３２０号公報には、水素吸蔵合金の平衡水素圧を利用して、水素と比処理物との反応の進行度合いに関係なく雰囲気の水素分圧を一定に制御する技術が開示されている。この技術によれば、水素使用量も低減される。
【０００８】
特開平５−２１４４３７号、特開平５−２４７５２６号、特開平５−２４７５２７号、特開平５−２４７５２８号、および特開平６−７３５１２号の各公報には、複数の処理装置の連結や水素吸蔵合金の使用による水素ガスの繰り返し使用方法、シリンダ上圧力制御手段によって雰囲気の水素分圧を制御する方法等が開示されている。
【０００９】
雰囲気ガスとして水素を用いる量産規模の熱処理装置としては、例えば、特開平２−５７８９５号公報に記載されている構成を有する装置がある。この装置は、真空容器内部に発熱体を持つ内熱方式の熱処理装置であり、水素ガスの熱対流による熱損失を低減するために、炉内に気密室を設けている。水素ガスは気密室内にのみ導入される。気密室の外部には、水素ガスよりも熱伝導性に劣るアルゴンガスなどの不活性ガスが導入される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
熱処理装置のヒータの材料としては、グラファイトや炭化珪素が利用されている。また、断熱材の材料としては、グラファイトやアルミナウールなどが広く利用されている。これらの材料は、希土類系磁石合金の水素雰囲気熱処理に際して、希土類系磁石合金の性質に強い悪影響を及ぼしうる不純物（炭素、酸素、シリコン、カルシウム、マグネシウムなど）を含んでいる。希土類系磁石合金の磁気性能がこのような不純物に極めて敏感であり、水素雰囲気熱処理の効果に甚大な影響を及ぼすことが本発明者の実験によってわかった。
【００１１】
従来、水素雰囲気での熱処理を実行するためには、鉄鋼材料の熱処理を意図して製造され熱処理装置を用いることが多かった。鉄鋼材料の熱処理に際しては、熱処理装置内に配されるヒータや断熱材に起因する不純物の汚染が特に問題視されることはなかった。実際、鉄鋼材料の特性はヒータや断熱材に起因する不純物によって大きな影響を受けなかったと考えられる。
【００１２】
熱処理装置内のヒータによって加熱された雰囲気ガスは、炉内で熱対流し、ヒータおよび／または断熱材と接触するうちにヒータや断熱材に含まれる不純物を大量に吸収する。盛んに熱対流する雰囲気ガスと被熱処理物が直接に接触する場合、被熱処理物が希土類系磁石合金のように活性であると、雰囲気ガスによって運ばれてきた不純物は被熱処理物内に大量に取り込まれてしまうことになる。特に水素雰囲気ガスは、約６００℃以上の温度領域でヒータや断熱材から大量の不純物を取り込みやすい。このため、６００℃以上の温度で水素雰囲気熱処理を受ける希土類系磁石合金の特性は、ヒータなどの不純物の影響をうけて大きく変動することになる。
【００１３】
不純物源を炉内から排除するために、金属系材料から形成されたヒータを用いたり、断熱材の使用を避けることが考えられる。断熱材の代わりに金属製反射板を炉内に配すれば、加熱効率を維持しながら、炉内の均熱化を達成することは可能である。しかし、水素のような熱伝導率の高い雰囲気ガスを使用する場合、反射板方式では均熱化を充分に達成することは困難であり、また、熱効率が著しく低下するという問題が生じる。水素雰囲気中で使用可能な金属製ヒータや反射板の材料としてＭｏが知られているが、Ｍｏ製ヒータや反射板は非常に高価である。
【００１４】
従って、安価なグラファイト製ヒータや断熱材を用いながら、その不純物の影響を簡単に排除できる熱処理装置および熱処理装置の開発が強く望まれる。
【００１５】
なお、希土類系合金は水素雰囲気熱処理時に雰囲気中の水素ガスを吸収し、水素化物を形成する。このため、水素化反応時には充分な量の水素ガスを希土類合金へ供給しなければ、水素ガスの供給不足から炉内が減圧状態になり、水素爆発の危険性が高くなる。逆に大量の水素ガスを炉内に供給することは、不経済である。また、水素化反応時には充分な量の水素ガスを希土類合金へ均一に供給しなければ、希土類合金の特性が大きくばらついてしまう。従来の熱処理装置によれば、被熱処理物に対して充分な量の水素ガスを均一に、しかも無駄なく安全に供給することが難しいという問題もあった。
【００１６】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、被熱処理物に悪影響を及ぼし得る不純物源が炉内に存在する場合でも、その不純物の影響が被熱処理物に及びにくい熱処理装置および熱処理方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのような熱処理装置を用いて水素雰囲気熱処理を実行し、それによって磁気特性に優れた永久磁石用希土類系合金粉末を製造する方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理装置は、ガス導入口および排気口を有する密閉可能な第１チャンバーと、前記第１チャンバー内に設けられた第２チャンバーと、前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に設けられたヒータとを備え、前記第２チャンバーが、被熱処理物を受け入れる空間と、前記空間を囲む金属壁と、前記ガス導入口から前記第１チャンバー内に供給された雰囲気ガスの一部を前記空間内に流入させ得る開口部とを備えている。
【００１８】
本発明の他の熱処理装置は、排気口を有する密閉可能な第１チャンバーと、前記第１チャンバーの外部から直接的にガスを導入させ得るガス導入口を有し、前記第１チャンバー内に設けられた第２チャンバーと、前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に設けられたヒータとを備え、前記第２チャンバーが、被熱処理物を受け入れる空間と、前記空間を囲む金属壁と、前記ガス導入口から前記第２チャンバー内に供給された雰囲気ガスを前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に流出させ得る開口部とを備えている。
【００１９】
前記第２チャンバーの前記金属壁は前記空間を囲む本体部分と蓋部分とを有しており、前記本体部分と前記蓋部分との間に形成される隙間が前記開口部として機能することが好ましい。
【００２０】
前記第２チャンバーの前記金属壁は、前記空間を囲む本体部分と、前記本体部分に対して移動可能に支持されている複数の蓋部分とを有しており、前記本体部分と前記複数の蓋部分との間に複数の隙間が形成されているときは前記複数の隙間の各々が前記開口部として機能することが好ましい。
【００２１】
前記第２チャンバーの前記複数の蓋部分は前記本体部分に対して密着可能であり、熱処理工程中に前記複数の蓋部分を前記本体部分に密着させることによって前記開口部を一時的に閉じることができることが好ましい。
【００２２】
前記複数の隙間が対称に形成されるように前記複数の蓋部分の配置と前記本体部分の配置とが関係付けられていることが好ましい。
【００２３】
好ましい実施形態では、前記第２チャンバー内の前記雰囲気ガスの圧力を検知し、前記圧力を調整する圧力制御部を備えている。なお、本熱処理装置では、開口部の存在によって、第１チャンバー内と第２チャンバー内との間に圧力差がほとんど生じないか、生じたとしても圧力差の存在する時間が比較的に短いため、第１チャンバーの圧力を検知することによって第２チャンバー内の圧力を実質的に検知することができる。
【００２４】
好ましい実施形態では、前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に設けられた断熱材を更に有している。
【００２５】
本発明の熱処理方法は、上記熱処理装置を用いて行う熱処理方法であって、前記第２チャンバー内に被熱処理物を挿入する工程と、前記ガス導入口を通じて活性ガスを前記第１チャンバー内に供給し、前記第２チャンバーの前記開口部を介して前記第２チャンバー内に前記活性ガスを供給する工程と、前記ヒーターを用いて前記被熱処理物に対する熱処理を実行する工程と、前記第２チャンバー内の前記活性ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程とを包含する。
【００２６】
本発明の熱処理方法は、上記熱処理装置を用いて行う熱処理方法であって、前記第２チャンバー内に被熱処理物を挿入する工程と、前記ガス導入口を通じて活性ガスを前記第２チャンバー内に直接的に供給する工程と、前記ヒーターを用いて前記被熱処理物に対する熱処理を実行する工程と、前記第２チャンバー内の前記活性ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程とを包含する。
【００２７】
前記熱処理を実行している間に前記開口部の大きさを変化させる工程を更に備えていてもよい。
【００２８】
本発明の永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法は、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは添加元素、Ｂはボロン）に対して水素雰囲気熱処理を行う永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法であって、前記水素雰囲気熱処理は、前記熱処理装置を用いて行うことを特徴とする。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記水素雰囲気熱処理は、前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末を前記第２チャンバー内にセットする工程と、前記ガス導入口を通じて水素ガスを前記第１チャンバー内に供給し、前記第２チャンバーの前記開口部を介して前記第２チャンバー内に前記水素ガスを供給する工程と、前記ヒーターを用いて前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末に対する熱処理を実行する工程と、前記第２チャンバー内の前記ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程と、前記熱処理を実行しながら、前記第２チャンバー内の水素ガス圧力を減少させる脱水素工程とを包含する。
【００３０】
好ましい他の実施形態において、前記水素雰囲気熱処理は、前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末を前記第２チャンバー内にセットする工程と、前記ガス導入口を通じて水素ガスを前記第２チャンバー内に供給する工程と、前記ヒーターを用いて前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末に対する熱処理を実行する工程と、前記第２チャンバー内の前記ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程と、前記熱処理を実行しながら、前記第２チャンバー内の水素ガス圧力を減少させる脱水素工程とを包含する。
【００３１】
本発明による更に他の熱処理装置は、被熱処理物を受け入れる内部空間を有する炉本体と、前記炉本体の前記内部空間内に設けられたヒータおよび断熱材と、前記ヒータおよび断熱材から前記被熱処理物への雰囲気ガスの対流を実質的に遮断し、それによって前記ヒータおよび前記断熱材から出た不純物が前記被熱処理物へ付着することを抑制する対流遮蔽手段とを備え、前記対流遮蔽手段が金属から形成されており、前記被熱処理物を実質的に覆っている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明者は、不純物の影響を極力排除できる熱処理装置の構造および熱処理方法を種々検討した結果、炉（本願明細書では、「第１チャンバー」と称する。）内に金属製の第２チャンバーを設置し、その第２チャンバー内で熱処理を実行すれば、炉内で盛んに生じる雰囲気ガスの熱対流が被熱処理物に影響を与えず、それによって不純物の問題を解決できることを見いだした。
【００３３】
また、本発明では、第２チャンバーとして完全な気密室を用いるのではなく、隙間（開口部）を意図的に設けたチャンバーを使用する。本発明者は、複数の開口部を第２チャンバーの適切な位置に設けることによって、第２チャンバー内における雰囲気ガスの流れを対称化し、気密室内での熱処理に比較してより均一な熱処理を達成できることを見いだした。
【００３４】
このような構成によれば、グラファイト製の断熱材やヒータを炉内に設けたとしても、断熱材やヒータの不純物は第２チャンバー内の被熱処理物にまではほとんど供給されない。これは、第２チャンバーが雰囲気ガスの熱対流を実質的に遮断する機能を発揮するからである。この機能は、第２チャンバーに設けた小さな開口部の存在によっては妨げられない。
【００３５】
本発明の熱処理装置によれば、断熱材やヒータに含まれる不純物によって特性が大きく変動しうる被熱処理物に対しても、安定した熱処理を均一に施すことが可能になる。
【００３６】
以下、本発明の熱処理装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００３７】
［熱処理装置１］
まず、図１を参照する。本実施形態にかかる熱処理装置１０は、図１に示すように、ガス導入口１および排気口２ａおよび２ｂを有する密閉可能な第１チャンバー３と、第１チャンバー３内に設けられた第２チャンバー４とを備えている。排気口２ａは雰囲気ガスの放出口として機能し、排気口２ｂは炉内圧力を真空引きする際の真空排気口として機能する。第１チャンバー３は、円筒状本体３ａと、円筒状本体３ａの両端に設けられた蓋体３ｂおよび３ｃとを備えている。熱処理時、蓋体３ｂおよび３ｃが閉じることによって第１チャンバー３の内部は密閉空間となる。
【００３８】
グラファイト製の断熱材５が第１チャンバー３内において第２チャンバー４を取り囲むように設けられている。同じくグラファイト製のヒータ６が、断熱材５と第２チャンバー４との間に配置されている。ヒータ６は、輻射によって第２チャンバー４を加熱するとともに、ヒータ６の近傍の雰囲気ガスを加熱し、そのガスを熱対流させる。ヒータ６によって加熱された雰囲気ガスは、第２チャンバー４の外側周辺で対流し、第２チャンバー４の外面の加熱に寄与する。
【００３９】
第２チャンバー４は、処理空間７を囲む金属壁（肉厚：３〜３０ｍｍ）８から構成されている。金属壁８には開口部９が設けられ、ガス導入口１から第１チャンバー３内に供給された雰囲気ガスの一部を処理空間７内に流入させることができる。より詳細には、第２チャンバー４の金属壁８は、処理空間７を囲む本体部分８ａと一対の蓋部分８ｂおよび８ｃとに分かれており、本体部分８ａと各蓋部分８ｂ、８ｃとの間に形成される隙間がそれぞれ開口部９として機能する。
【００４０】
蓋部分８ｂ、８ｃは、本体部分８ａに対して移動可能となるように、それぞれ対応する蓋体３ｂ、３ｃによって支持されている。より詳細には、支持部材２３が蓋体３ｂおよび３ｃの各々の中央部に設けられており、支持部材２３を出し入れすることによって蓋部分８ｂ、８ｃの位置を調整することができる。蓋体３ｂおよび３ｃを閉じた状態で、支持部材２３によって蓋部分８ｂ、８ｃを水平方向に移動させれば、それによって本体部分８ａと蓋部分８ｂ、８ｃとの間に隙間を形成することも、その隙間を完全に閉じ、蓋部分８ｂ、８ｃと本体部分８ａとを密着させることも可能である。本体部分８ａと蓋部分８ｂ、８ｃとを密着させた状態のとき、開口部９は完全に閉じており、第２チャンバー４は金属製気密室として機能する。
【００４１】
図１の構成によれば、一対の開口部９が本体部分８ａの両側の対称な位置に形成され得る。このことは、第２チャンバー４の処理空間７と第１チャンバー３との間でガスの流出入が生じる際、処理空間７内の気流の流れを対称的に引き起こすことを可能にする。
【００４２】
断熱材５およびヒータ６に接触した雰囲気ガスは、開口部９の存在によって、第２チャンバー４の処理空間７内に進入できるが、その進入ガスの流量は僅かである。第２チャンバー３が無い場合には、被熱処理物の表面は、盛んに熱対流する雰囲気ガスと直接に接触するため、断熱材５およびヒータ６を起源とする不純物と頻繁に接触することになる。第２チャンバー３は、そのような熱対流雰囲気ガスと被熱処理物との直接的な接触を遮断するため、断熱材５およびヒータ６から出た不純物が被熱処理物へ付着することを抑制できる。この意味で、第２チャンバー３は、気密室としてではなく、雰囲気ガスの対流遮蔽手段として機能する。
【００４３】
前述のように、本実施形態の熱処理装置１０によれば、水素雰囲気熱処理の最中に開口部９を介して第１チャンバー３から第２チャンバー４の処理空間７内に水素ガスを供給することができる。このとき、処理空間７の対称な位置に複数の開口部９を設けていれば、水素雰囲気熱処理が処理空間７内で均一に進行する上で効果的である。
【００４４】
なお、ヒータ６の材料は、グラファイトに限定されるわけではなく、炭化珪素（ＳｉＣ）であってもよい。
【００４５】
［熱処理装置２］
図２を参照する。この熱処理装置２０は、ガス導入口２１の構成を除けば、図１の装置と同様の構成を備えている。同様の構成部分については、ここで説明を繰り返さない。以下、異なる部分を詳細に説明する。
【００４６】
装置２０の第２チャンバー４は、第１チャンバー３の外部から直接的にガスを導入させ得るガス導入口２１を有している。ガス導入口２１から第２チャンバー４の処理空間７内に供給された雰囲気ガスは、開口部９を介して第２チャンバー４の外部に流出させられる。雰囲気ガスは、最終的には、第１チャンバー３の排気口２ａおよび２ｂを介して外部に排気される。
【００４７】
図２の構成によれば、断熱材５およびヒータ６に接触した雰囲気ガスは、開口部９を介して、第２チャンバー４の処理空間７内に進入することはほとんど無い。
【００４８】
第２チャンバー４の開口部９は、処理空間７からその外部へガスを流出される働きを担っているだけである。このため、断熱材５およびヒータ６を起源とする不純物を含む雰囲気ガスは、第２チャンバー４の処理空間７内に導入されるおそれはほとんど無い。
【００４９】
本実施形態の装置２０によれば、水素雰囲気熱処理プロセスの最中にガス導入口２１を介して第１チャンバー３の外部から第２チャンバー４の処理空間７内に水素ガスを断熱材５やヒータ６と接触させることなく直接的に供給することができる。このとき、処理空間７の圧力が第１チャンバー３内の圧力よりも高いため、水素ガスは開口部９から第２チャンバー４の外側に流出するばかりである。一対の開口部９が本体部分８ａの両側の対称な位置に形成されていると、処理空間７内の気流の流れを対称的に引き起こすことができ、その結果、処理空間７内での処理反応を空間的に均一化できる。
【００５０】
このような開口部９を設ける代わりに、通常のガス放出口を第２チャンバー３のどこか一カ所に設けたとする。その場合、処理空間７内のガスの流れが偏り、均一な水素雰囲気熱処理を達成することは困難になる。従って、意図的に複数の開口部９を設け、その開口部９を介して処理空間７内のガスを第１チャンバー３に放出させる構造は、水素雰囲気熱処理にとって極めて有効である。
【００５１】
上記各熱処理装置１０および２０の第２チャンバー４は、金属から形成されている。グラファイトは、金属材料と異なり、熱膨張率が小さく、高温強度が大きいという優れた点を有しているが、前述のようにグラファイトに含まれる炭素が希土類元素と反応しやすい。そのため、被熱処理物として希土類合金が用いられる場合、その性能を著しく劣化させるのでグラファイトを使用することは不適当である。特に、希土類系合金に対する水素雰囲気熱処理を行う場合において、炉内雰囲気を６００℃以上に加熱すると、グラファイトから出た炭素その他の不純物が大量に希土類合金に取り込まれてしまうという問題が生じる。従って、本発明の場合は、グラファイトを第２チャンバー４の材料に用いることはできない。
【００５２】
また、アルミナ等のセラミックス材料を用いて第２チャンバー４を作製することも好ましくない。セラミックスには、成型・焼結を容易にするためのシリカ等の添加剤が含まれているため、これが不純物として希土類合金の特性を劣化するからである。また、セラミックスはもろく、機械的加工処理が困難であり、使用時に破損のおそれもある。
【００５３】
これらの材料に比較して、金属は本質的に炭素やシリコン等の不純物をほとんど含んでおらず、被熱処理物に悪影響を与えない。本発明の第２チャンバー４の材料として好ましい金属は、熱処理温度（使用温度）に耐える金属または金属合金でなければならない。また、雰囲気ガスと反応しない金属であることが必要である。特に水素雰囲気熱処理を行う場合は、水素脆化の生じにくいことが好ましい。例えば、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ等のＮｉ系耐熱合金や高合金ステンレス等のＦｅ系耐熱合金が好適に使用され得る。Ｍｏ、Ｗ、またはＴａ等の金属も耐熱性に優れており、第２チャンバー４の材料として好ましい。
【００５４】
なお、金属は熱膨張率がグラファイトなどに比較して大きいため、熱処理の昇温・降温時に寸法変化を考慮して第２チャンバー４を設計する必要がある。前述のように、熱処理装置１０および２０では、第２チャンバー４の蓋部分８ｂおよび８ｃと本体部分８ａとの間に開口部（隙間）が存在し、この隙間が熱膨張・収縮に伴う部材の変形を吸収する機能も担っている。従って、本体部分８ａがその軸方向に伸縮しても、第２チャンバー４に強い応力が発生するおそれがない。
【００５５】
［熱処理システム］
図３は、図２の装置を含む熱処理システムの全体構成を示している。図１の装置についても、同様のシステムが構築されるが、ここでは、簡単のため図２の装置に関するシステムを説明する。
【００５６】
図３の中央部には熱処理装置２０が模式的に記載されている。熱処理装置２０の第２チャンバー（図３において不図示）内に対しては、ガス導入口２１を介して直接に雰囲気ガスが導入される。この例では、水素（Ｈ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）が炉内に供給され得る。なお、熱処理の種類に応じて、炉内に供給すべきガスの種類は適宜変更される。
【００５７】
水素ガスは、圧力調整弁３１ａ、水素弁３３ａをおよびガス導入弁３４を介して炉内に供給される。アルゴンガスは圧力調整弁３１ｂ、流量調整弁３２ｂ、アルゴン弁３３ｂをおよびガス導入弁３４を介して炉内に供給される。不活性ガスとして、アルゴンガスに代えてヘリウムを使用する場合、ヘリウムガスは圧力調整弁３１ｃ、流量調整弁３２ｃ、ヘリウム弁３３ｃをおよびガス導入弁３４を介して炉内に供給されることになる。各ガスは、可能な限り不純物を含まないように清浄化されていることが好ましい。なお、水素ガスは、単独で、または他の不活性ガスとともに炉内に導入され得る。
【００５８】
炉内の雰囲気ガスは、ガス放出口２ａ、ガス放出弁３５、および逆止弁３６を介して炉外へ放出され、必要であれば、そこで回収される。一方、炉内雰囲気ガスの圧力を大気圧よりも低いレベルに減じる場合、雰囲気ガスは真空排気口２ｂ、真空排気弁３９、およびロータリーポンプ４３を介して排気される。炉内を高真空状態に減圧する場合、炉内は真空排気口２ｂを介して拡散ポンプ４２に接続される。
【００５９】
炉内雰囲気ガスの圧力は、２種類の圧力計３８ａ、３８ｂによって検知される。炉内雰囲気ガスが大気圧以上となる場合、その圧力は圧力計３８ａによって測定され、測定圧力に基づいて圧力制御器４０が水素弁３３ａおよびガス放出弁３５の開閉度を調節する。その結果、炉内の雰囲気ガス圧力が設定範囲（大気圧以上の圧力範囲）内に制御されることになる。一方、炉内雰囲気ガスが大気圧未満の場合、その圧力は圧力計３８ｂによって測定され、測定圧力に基づいて圧力制御器４１がアルゴン弁３３ｂ、ヘリウム弁３３ｃ、および真空排気弁３９の開閉度を調節する。そうして炉内の雰囲気ガス圧力が設定範囲（大気未満の圧力範囲）内に制御されることになる。なお、炉内圧力が危険なレベルにまで上昇しないように、安全弁３７が設けられている。
【００６０】
また、通常の熱処理システムと同様に、ヒータ出力を制御する温度制御装置（不図示）が設けられている。炉内所定箇所の温度が検知され、検知温度が設定温度範囲内に入るようにヒータを流れる電流の量や水冷システム（不図示）の動作が制御される。
【００６１】
上記システムは、以下に述べる熱処理プロセス（加圧・減圧雰囲気の両方で熱処理を実行するプロセス）に特に適した構成を有しているが、熱処理の種類に応じて圧力制御の方法等を適宜変更してもよい。図３のシステムは、本発明の熱処理装置を好適に動作させるシステムの一例に過ぎない。
【００６２】
［熱処理プロセス］
次に、本発明による熱処理方法の実施形態を説明する。
【００６３】
ここでは、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは添加元素、Ｂはボロン）に対する水素雰囲気熱処理を例にとる。また、熱処理装置としては図１の装置を用いる。
【００６４】
まず、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金の粉末を処理容器に充填した後、図１の第２チャンバー４内に処理容器を挿入する。第１チャンバー３の蓋３ｂおよび３ｃを閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．０１〜１．０ＭＰａの範囲に属する所定の値に設定する。このとき、第２チャンバー４の本体部分８ａと各蓋部分８ｂ、８ｃとの間には１０ｍｍ程度の隙間を設けておく。この隙間が開口部９として機能する。開口部９を介して、第２チャンバー４の内部空間７に水素ガスが供給され、炉内はほぼ同一の雰囲気ガスによって占められることになる。その後、ヒータ６に供給する電力を増大させ、炉内温度を１５℃／分程度のレートで昇温し、最終的には６５０〜９５０℃程度の熱処理温度まで増加させる。その温度で５分〜１０時間程度保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、１〜３０分間炉内の水素ガスをＡｒガスで置換する。その後、温度を維持したまま、ガス導入口１を介してＡｒガスを例えば５〜５００リットル／分の流量にて第１チャンバー３内に導入しつつ、真空排気弁３９およびロータリポンプ４３によって排気を行う。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を０．０１〜１００ｋＰａに保持し、そのまま５分〜１０時間のあいだ脱水素工程を続ける。
【００６５】
なお、特に高い磁気的異方性を有する磁粉を得るためには、水素化処理の過程における中間生成物相を規定する必要がある。すなわち、高い磁気異方性を有する磁粉を得るには、水素雰囲気中での加熱および高温保持によって生成する中間生成物が、Ｒ水素化物相、Ｔ−Ｂ化合物相、Ｔ相、およびＲ2Ｔ14Ｂ相の少なくとも４相を示し、Ｒ2Ｔ14Ｂ相の磁化容易方向がある程度そろっていることが必要である。これを実現するため、水素雰囲気での昇温速度を６００℃〜７５０℃の温度領域において１０℃／ｍｉｍ〜２００℃／ｍiｍとし、７５０℃〜９００℃の温度範囲で１５分〜８時間保持することが好ましい。脱水素処理においては、雰囲気の総圧を１００Ｐａ〜５０ｋＰａの範囲に保持し、脱水素反応の速度を適切に制御し、それよって処理量に依存することなく高い保磁力および大きな磁気異方性を達成できる。
【００６６】
なお、Ｒ2Ｔ14Ｂ化合物を主相とする合金では、０．１ＭＰａの水素雰囲気下で昇温すると、１５０℃付近で水素の吸収を開始する。更に昇温を続けると、再び水素を徐々に放出するが、再び６５０℃以上で多量の水素を吸収する。この水素は、炉内を減圧するか、９００℃以上に昇温すると、放出される。いずれにしても、この種の材料を水素雰囲気で熱処理する場合、雰囲気の圧力を一定にして、熱処理を行うためには、水素ガスを炉内に供給する必要がある。
【００６７】
第２チャンバー４に設ける開口部９は、本体にピンホール状の孔を複数設けることによって形成しても良い。開口部９の大きさおよび数は、雰囲気ガスと被熱処理物との間に生じる反応の速度、第２チャンバー４の容積、被熱処理物の量等を考慮して適宜好ましいものが選択され得る。なお、被熱処理物の量が少ない場合や、被熱処理物と雰囲気ガスとの間に反応量が少ない場合は、開口部９を実質的に閉じても良い。
【００６８】
上記熱処理時の炉内温度および圧力の時間変化について、その一例を図４（ａ）および（ｂ）に示す。この例では、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１で昇温を開始し、時刻ｔ２で所定の熱処理温度（例えば８００℃）に到達する。時刻ｔ２〜ｔ５は一定温度に保持される。水素化反応は、上記所定温度に達する前であっても、炉内温度が充分に上昇した時点（例えば７００℃になったとき）から開始される。
【００６９】
炉内の圧力は、時刻ｔ１〜ｔ３の間、所定の圧力Ｐ１を中心にした設定範囲内に維持されるように制御される。例えば、炉内圧力は０．２ＭＰａを中心に±０．００５ＭＰａの範囲内に制御される。この間に水素化反応が進行する。この時刻ｔ１〜ｔ３の間、水素化反応の進行によって雰囲気水素が消費されると、その分、雰囲気ガスの圧力が低下する。消費された水素を補うようにして、炉外から炉内に水素ガスが供給されることになる。雰囲気ガスの圧力が設定範囲内にある場合、雰囲気ガスの供給／排気が停止されるため、炉内は封入状態になる。時刻ｔ３〜ｔ４の間、Ａｒガスが第１チャンバー３内に導入され、その後、時刻ｔ４から減圧が開始される。時刻ｔ５までの間、炉内圧力はＰ２に維持される。脱水素化反応は、時刻ｔ３〜ｔ５の間に進行する。
【００７０】
時刻ｔ５〜ｔ６の間では、被処理物を速やかに冷却するため、不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）を圧力Ｐ３で加圧封入する。このとき、炉内雰囲気をファンなど撹拌すると、冷却効率が向上する。
【００７１】
上記時刻ｔ１〜ｔ３の間、より厳密には、時刻ｘ〜ｙの間、第２チャンバー４内では被熱処理物によって水素ガスが消費される。その結果、内部空間７の圧力が幾分減少し、開口部９を介して第２チャンバー４の外部から内部空間７へ水素ガスの供給が行われる。時刻ｙ〜ｔ３の間、被熱処理物による水素の消費はほとんどなく、この間、第２チャンバー４の開口部９を閉じ、第２チャンバー４をほぼ完全な気密室とすることが好ましい。これは、雰囲気ガスの拡散によって、第２チャンバー４の外部から不純物が内部空間７に進入することを可能な限り抑制するためである。
【００７２】
時刻ｔ３〜ｔ４の間、第２チャンバー４の開口部９を部分的に開放し、ガス導入口１から第１チャンバー３内に不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）を導入するとき、ガス放出口２ａから雰囲気ガスを放出しつつ、圧力Ｐ１を大気圧Ｐａにまで減少させる。こうして、雰囲気ガスの置換（水素ガス置換）が実行される。これは、次工程である脱水素工程において雰囲気ガスを真空ポンプによって排気する前に、炉内の水素ガス濃度（水素分圧）を低減し、安全性を向上させるためである。なお、水素ガス濃度の低下によって、脱水素反応も開始する。
【００７３】
時刻ｔ４〜ｔ５の間、第２チャンバー４の開口部９を開放したまま、ガス導入口１から不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）を導入しつつ、真空ポンプを用いて真空排気口２ｂから減圧する。このとき、ガス導入量とガス排気量とをバランスさせることによって圧力Ｐ２を維持する。第２チャンバー４内では、被熱処理物から水素が放出されるが、この水素は開口部９、真空排気口２ｂおよび真空ポンプを経て、炉外に排気される。
【００７４】
熱処理装置として図２の装置２０を用いる場合、時刻ｔ１〜ｔ３の間、水素ガスはガス導入口２１を介して炉外部から第２チャンバー４の内部へ直接に供給される。また、時刻ｔ３〜ｔ６の間は、不活性ガスがガス導入口２１から第２チャンバー４内に導入される。これらの点を除けば、図１の装置１０を用いた場合と同様のプロセスで水素雰囲気熱処理が実行される。
【００７５】
以下に、上記熱処理装置を用いて永久磁石用希土類系合金粉末を製造する方法の実施例を説明する。
【００７６】
［実施例１］
まず、２７．５重量％Ｎｄ−１０．０重量％Ｃｏ−０．８重量％Ｇａ−０．１５重量％Ｚｒ−１．０２重量％Ｂ−残部Ｆｅの組成を有する合金インゴットを用意した。この合金インゴットに対して、Ａｒ雰囲気中において１１００℃で３６ｋｓｅｃ（＝３６×１０００秒）の均質化熱処理を行う。その後、合金インゴットを０．２ＭＰａの水素雰囲気中で１０．８ｋｓｅｃ保持し、脆化させた後、３００μｍのふるいを通して原料粉末を得た。
【００７７】
この原料粉末を処理容器に充填した後、図１の装置１０の第２チャンバー４内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが１５ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。ＳＵＳ３１０Ｓは、Ｎｉを２０％、Ｃｒを２５％含有する耐水素性に優れた金属材料である。
【００７８】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【００７９】
使用した装置のヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。また、第２チャンバーはＳＵＳ３１０Ｓから形成されたものであった。
【００８０】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。この実施例では、第２チャンバー４内で水素化反応が進行しているとき、第２チャンバー４内で消費された水素ガスを補うようにして第１チャンバー３から水素ガスが第２チャンバー４内に開口部９を介して供給される。
【００８１】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図５は、炭素濃度（Ｃ、単位ｗｔ％）、残留磁束密度（Remanence：Ｂr、単位：Ｔ）、固有保磁力（Intrinsic Coercivity：ＨCJ、単位：ＭＡｍ-1）、および減磁曲線の角形性（Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【００８２】
図５からわかるように、処理容器に充填した粉末の表面近傍では、炭素濃度が幾分高く、磁気特性がわずかに劣化している。これは、不純物による悪影響が充填粉末の表面近傍に及んでいることを意味している。しかし、その影響は小さく、また全体として見た場合、炭素濃度は充分に低く、磁気特性も極めて良好であるといえる。
【００８３】
［実施例２］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、図２の装置２０の第２チャンバー４内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが１５ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【００８４】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口２１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【００８５】
使用した装置のヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。また、第２チャンバーはＳＵＳ３１０Ｓから形成されたものであった。
【００８６】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。この実施例では、第２チャンバー４内で水素化反応が進行しているとき、第２チャンバー４内で消費された水素ガスを補うようにして炉外から第２チャンバー４内に直接に水素ガスが供給される。
【００８７】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図６は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【００８８】
図５および図６を比較してわかるように、本実施例の場合、処理容器に充填した粉末の表面近傍での炭素濃度の増加量は少なく、表面の粉末についても磁気特性の劣化がほとんどない。これは、不純物による悪影響が充填粉末にほとんど及んでいないことを意味している。
【００８９】
［実施例３］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、図２の熱処理装置の第２チャンバー内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが７０ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ２５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【００９０】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８２０℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【００９１】
使用した装置のヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。また、第２チャンバーはＳＵＳ３１０Ｓから形成されたものであった。
【００９２】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。
【００９３】
本実施例と前記実施例２との差異は、処理容器が異なる点にある。本実施例では、開口部が広く、深さの比較的に浅い処理容器を用いた。
【００９４】
水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図７は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１２等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【００９５】
図７および図６を比較してわかるように、本実施例の磁気特性は実施例２の粉末の磁気特性よりも僅かに劣っている。処理容器の開口部が広いと、同じ熱処理装置を用いても、処理容器内の位置によって水素雰囲気熱処理の反応速度や反応熱による温度にばらつきが生じやすくなり、その結果として、磁気特性に変化が生じるものと推察される。
【００９６】
［実施例４］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を３０個の処理容器に充填した後、図２の熱処理装置の第２チャンバー４内に３０個の処理容器を挿入した。３０個の処理容器を第２チャンバー４内で２５ｍｍ間隔で３段に重ねて配置した。処理容器としては、開口部のサイズが２０ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、それぞれの処理容器中に７５０グラムの原料粉末を充填した。
【００９７】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、１０分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を３ｋＰａに保持し、そのまま３．６ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【００９８】
使用した装置のヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。また、第２チャンバーはインコネル合金（ニッケル−クロム−鉄合金）から形成されたものであった。
【００９９】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。
【０１００】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について求めた減磁曲線を図８に示す。図８から、優れた磁気特性が得られたことがわかる。このことは、本発明が量産に適していることを意味している。
【０１０１】
水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価も行った。図９は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。なお、処理容器のうち、第２チャンバー内で最上段に配置されたサンプルの中で水素雰囲気処理を受けた粉末のデータを四角印で示す。同様に中段に配置されたサンプルのデータは丸印で、最下段に配置連れたサンプルのデータは三角印で表示している。図９から、処理容器の配置位置にほとんど依存しない優れた磁気特性が得られていることがわかる。
【０１０２】
［比較例１］
本比較例では、図１の熱処理装置の第２チャンバー４をグラファイト製のチャンバーに置き換えたものを比較例の熱処理装置（不図示）として用いた。従って、ヒータおよび断熱材もグラファイトから形成されたものであった。
【０１０３】
まず、実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、比較例の熱処理装置におけるグラファイト製第２チャンバー内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが１５ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【０１０４】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【０１０５】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。雰囲気ガスの供給は、第１チャンバー３内への供給を通じて行った。従って、第２チャンバー内へのガス供給は、第２チャンバーの開口部を介して行った。
【０１０６】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図１０は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【０１０７】
図１０からわかるように、処理容器に充填した粉末の表面近傍では、炭素濃度が高く、磁気特性が大きく劣化している。また、表面から全体の２０％程度の深さまで、不純物による悪影響が及んでいることがわかる。
【０１０８】
［比較例２］
本比較例では、図２の熱処理装置の第２チャンバー４をグラファイト製のチャンバーに置き換えたものを比較例の熱処理装置（不図示）として用いた。ヒータおよび断熱材もグラファイトから形成されたものであった。
【０１０９】
まず、実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、上記比較例の熱処理装置のグラファイト製第２チャンバー内に処理容器を挿入した。処理容器としては、開口部のサイズが１５ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【０１１０】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【０１１１】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。雰囲気ガスの供給は、第１チャンバー３内への供給を通じて行った。従って、第２チャンバー内へのガス供給は、第２チャンバーの開口部を介して行った。
【０１１２】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図１１は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【０１１３】
図１１からわかるように、処理容器に充填した粉末の表面近傍では、炭素濃度が高く、磁気特性が大きく劣化しているが、比較例１に比べれば、不純物の影響は幾分緩和されている。
【０１１４】
［比較例３］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を処理容器に充填した後、比較例２で用いた熱処理装置のグラファイト製第２チャンバー内に処理容器を挿入した。ヒータおよび断熱材はグラファイトから形成されたものであった。
【０１１５】
処理容器としては、開口部のサイズが７０ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ２５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、その中に５５０グラムの原料粉末を充填した。
【０１１６】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８２０℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、５分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を５ｋＰａに保持し、そのまま１．８ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【０１１７】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。
【０１１８】
水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価とを行った。図１２は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１２等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。
【０１１９】
図７と図１２とを比較してわかるように、この比較例の磁気特性は著しく劣化している。
【０１２０】
［比較例４］
実施例１で用いた原料合金粉末と同様の粉末を３０個の処理容器に充填した後、第２チャンバを取り除いた通常の炉（第１チャンバー３）内に３０個の処理容器を挿入した。３０個の処理容器は２５ｍｍ間隔で３段に重ねて配置した。処理容器としては、開口部のサイズが２０ｍｍ×２５０ｍｍの長方形形状を持つ深さ５０ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製容器を用い、それぞれの処理容器中に７５０グラムの原料粉末を充填した。
【０１２１】
第１チャンバー３の蓋を閉じた後、ガス導入口１を介して第１チャンバー３内に水素ガスを導入し、水素分圧を０．１５ＭＰａにした。その後、炉内温度を１５℃／分のレートで８００℃まで昇温した。その温度で７．２ｋｓｅｃ保持した後、温度および炉内総圧を維持したまま、１０分間、炉内の水素ガスをＡｒガスで置換した。その後、温度を維持したまま、Ａｒガスを５リットル／分の流量にて炉内に導入しつつ、ロータリポンプなどによって排気を行った。このとき、バルブ開度を調節することによって炉内の総圧を３ｋＰａに保持し、そのまま３．６ｋｓｅｃのあいだ脱水素工程を続けた。
【０１２２】
水素化処理に際しては炉内の圧力を検知し、その圧力が所定範囲内から外れるときに水素ガスの供給／排気を実行し、それによって炉内圧力を所定範囲内に維持した。
【０１２３】
このような水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について求めた減磁曲線を図１３に示す。図１３から、不十分な磁気特性が得られたことがわかる。
【０１２４】
水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について、炭素濃度の分析と磁気特性の評価も行った。図１４は、炭素濃度および磁気特性（残留磁束密度Ｂr、保磁力ＨCJ、減磁曲線の角形性Ｈk）が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示している。グラフ中の各データは、処理容器に充填した粉末を深さ方向に沿って１１等分し、等分された各部位毎に測定を実行することで得た。なお、処理容器のうち、第２チャンバー内で最上段に配置されたものの中で水素雰囲気処理を受けた粉末のデータを四角印で示す。同様に中段に配置されたもののデータは丸印で、最下段に配置連れたもののデータは三角印で表示している。図９と図１４とを比較して、本比較例では、磁気特性が著しく劣化していることがわかる。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明の熱処理装置によれば、被熱処理物に悪影響を及ぼし得る不純物源が炉内に配置されている場合でも、その不純物の影響が被熱処理物に及びにくい。そのような熱処理装置を用いて水素雰囲気熱処理を実行すれば、グラファイト製のヒータや断熱材を炉内に備えていても、炭素などの不純物に敏感な材料に対する熱処理を被熱処理物の性能を劣化させることになく実行することが可能である。本発明の熱処理装置は、希土類系合金の水素雰囲気熱処理だけではなく、水素吸蔵合金の初期活性化処理、水素吸蔵・放出によるＴｉ系合金の組織微細化処理等にも利用できる。
【０１２６】
本発明の永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法によれば、不純物に敏感な希土類系合金の水素雰囲気熱処理を安定かつ均一に実行することができ、高品質の永久磁石用合金粉末を量産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱処理装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明による熱処理装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による熱処理装置の熱処理システムの一例を示す構成図である。
【図４】（ａ）は、熱処理時の炉内温度の時間変化の一例を示す図であり、（ｂ）は、熱処理時の炉内圧力の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図８】本発明の第４の実施例について、水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について求めた減磁曲線を示すグラフである。
【図９】本発明の第４の実施例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図１０】第１の比較例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図１１】第２の比較例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図１２】第３の比較例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【図１３】第４の比較例について、水素雰囲気熱処理を施した原料合金粉末について求めた減磁曲線を示すグラフである。
【図１４】第４の比較例について、水素雰囲気熱処理後の炭素濃度および磁気特性が処理容器の深さに依存してどのように変化しているかを示すグラフである。
【符号の説明】
１ ガス導入口
２ａ ガス放出口
２ｂ 真空排出口
３ 第１チャンバー３
３ａ 第１チャンバー３の円筒状本体
３ｂ 第１チャンバー３の蓋体
３ｃ 第１チャンバー３の蓋体
４ 第２チャンバー
５ グラファイト製の断熱材
６ グラファイト製のヒータ
７ 処理空間
８ 第２チャンバーの金属壁
８ａ 第２チャンバーの本体部分
８ｂ 第２チャンバーの蓋部分
８ｃ 第２チャンバーの蓋部分
９ 開口部
１０ 熱処理装置
２０ 熱処理装置
２１ ガス導入口
２３ 支持部材
Claims (5)
- Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは添加元素、Ｂはボロン）に対して水素雰囲気熱処理を行う永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法であって、
前記水素雰囲気熱処理は、ガス排気口を有する密閉可能な第１チャンバーと、前記第１チャンバーの外部から直接的にガスを導入させるガス導入口を有し、前記第１チャンバー内に設けられた第２チャンバーと、前記第１チャンバー内において前記第２チャンバーの外部に設けられたヒーターとを備え、前記第２チャンバーが、被熱処理物を受け入れる空間と、前記空間を囲む金属壁と、前記ガス導入口から前記第２チャンバー内に供給された雰囲気ガスを前記第２チャンバーの外部に流出させ得る複数の対称な位置に設けられた開口部とを備えている熱処理装置を用いて行い、
前記ガス導入口を通じて水素ガスを前記第２チャンバー内に供給する工程と、
前記ヒーターを用いて前記Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末に対する熱処理を実行する工程と、
前記第２チャンバー内の前記水素ガスを前記第２チャンバーの前記開口部から前記第１チャンバーの前記排気口を介して前記第１チャンバーの外部へ排気する工程と、
前記熱処理を実行しながら、前記第２チャンバー内の水素ガス圧力を減少させる脱水素工程と、
を包含する永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法。 - 前記第２チャンバーの前記金属壁は前記空間を囲む本体部分と蓋部分とを有しており、前記本体部分と前記蓋部分との間に形成される隙間が前記開口部として機能する請求項１に記載の永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法。
- 前記第２チャンバーの前記金属壁は、前記空間を囲む本体部分と、前記本体部分に対して移動可能に支持されている複数の蓋部分とを有しており、前記本体部分と前記複数の蓋部分との間に複数の隙間が形成されているときは前記複数の隙間の各々が前記開口部として機能する請求項１に記載の永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法。
- 前記第２チャンバーの前記複数の蓋部分は前記本体部分に対して密着可能であり、熱処理工程中に前記複数の蓋部分を前記本体部分に密着させることによって前記開口部を一時的に閉じることができる請求項３に記載の永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法。
- 前記複数の隙間が対称に形成されるように前記複数の蓋部分の配置と前記本体部分の配置とが関係付けられている請求項３に記載の永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32275398A JP4178626B2 (ja) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | 熱処理装置および熱処理方法ならびに該熱処理装置を用いた永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32275398A JP4178626B2 (ja) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | 熱処理装置および熱処理方法ならびに該熱処理装置を用いた永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000144242A JP2000144242A (ja) | 2000-05-26 |
| JP4178626B2 true JP4178626B2 (ja) | 2008-11-12 |
Family
ID=18147268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32275398A Expired - Lifetime JP4178626B2 (ja) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | 熱処理装置および熱処理方法ならびに該熱処理装置を用いた永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4178626B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102331182A (zh) * | 2011-08-10 | 2012-01-25 | 苏州恒瑞粉末冶金制造有限公司 | 拆分式烧结炉内箱 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002350068A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Daido Steel Co Ltd | 真空炉 |
| JP5750915B2 (ja) * | 2011-01-31 | 2015-07-22 | 日立金属株式会社 | 希土類系磁石用原料合金の水素粉砕粉の製造方法及び製造装置 |
| CN112179137B (zh) * | 2020-09-23 | 2022-08-23 | 江西荧光磁业有限公司 | 一种钕铁硼磁体加工用真空烧结炉 |
-
1998
- 1998-11-13 JP JP32275398A patent/JP4178626B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102331182A (zh) * | 2011-08-10 | 2012-01-25 | 苏州恒瑞粉末冶金制造有限公司 | 拆分式烧结炉内箱 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000144242A (ja) | 2000-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101373266B1 (ko) | 진공 증기 처리 장치 | |
| KR101823425B1 (ko) | R-t-b계 소결 자석의 제조 방법 | |
| TWI433172B (zh) | Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets | |
| EP2639344B1 (en) | METHOD FOR PRODUCING n-TYPE SiC MONOCRYSTAL | |
| WO2013108830A1 (ja) | Ｒ－ｔ－ｂ系焼結磁石の製造方法 | |
| WO2007102391A1 (ja) | Ｒ－Ｆｅ－Ｂ系希土類焼結磁石およびその製造方法 | |
| EP0411571A2 (en) | Rare earth permanent magnet powder, method for producing same and bonded magnet | |
| JP5348124B2 (ja) | Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結磁石の製造方法およびその方法によって製造された希土類焼結磁石 | |
| TWI468536B (zh) | Vacuum steam treatment device | |
| KR101242466B1 (ko) | 영구자석의 제조 방법 및 영구자석 | |
| US9613748B2 (en) | RH diffusion source, and method for producing R-T-B-based sintered magnet using same | |
| KR101373271B1 (ko) | 영구자석 및 영구자석의 제조방법 | |
| JPH05163510A (ja) | 希土類磁石合金粉末の製造法 | |
| JPWO2017033861A1 (ja) | 拡散処理装置およびそれを用いたｒ−ｔ−ｂ系焼結磁石の製造方法 | |
| JP4178626B2 (ja) | 熱処理装置および熱処理方法ならびに該熱処理装置を用いた永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法 | |
| US7018485B2 (en) | Apparatus for subjecting rare earth alloy to hydrogenation process and method for producing rare earth sintered magnet using the apparatus | |
| JP4860493B2 (ja) | 永久磁石の製造方法及び永久磁石の製造装置 | |
| JP5818137B2 (ja) | Ｒ−ｔ−ｂ系焼結磁石の製造方法 | |
| US9514870B2 (en) | Rare earth magnet and method for producing the same | |
| JP5210585B2 (ja) | 焼結体の製造方法及びこの焼結体の製造方法により製造されるネオジム鉄ボロン系焼結磁石 | |
| JP2001115220A (ja) | 永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法 | |
| US20240290538A1 (en) | Method of increasing anisotropy of magnetic materials | |
| Kwon et al. | Study of Sm (Co, Fe, Cu, Zr) 7.1 magnets produced using a combination of hydrogen decrepitation and ball milling | |
| JP2001155912A (ja) | 永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法並びにその中間生成物の原料合金とその製造方法 | |
| JP4029499B2 (ja) | 永久磁石用希土類系合金粉末の製造方法、該製造方法に使用される処理容器ならびに永久磁石の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050725 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20070611 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080314 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080318 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080501 |
|
| 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: 20080805 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080818 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120905 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130905 Year of fee payment: 5 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |