JP4188907B2 - Rare earth magnets - Google Patents
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Description
本発明は、希土類磁石、特に表面上に保護層を設けた希土類磁石に関するものである。 The present invention relates to a rare earth magnet, and more particularly to a rare earth magnet having a protective layer provided on the surface.
近年、25MGOe以上の高エネルギー積を示す永久磁石として、いわゆるR−Fe−B系磁石(RはNdなどの希土類元素を示す。)が開発されており、例えば特許文献1では焼結により形成されるR−Fe−B系磁石が、また特許文献2では、高速急冷により形成されるものが開示されている。しかしながら、R−Fe−B系磁石は、主成分として比較的容易に酸化される希土類元素及び鉄を含有するため、その耐食性が比較的低く、そのことに起因して、製造時及び使用時に磁石としての性能が劣化すること、及び/又は、製造された磁石の信頼性が比較的低いこと等の課題があった。このようなR−Fe−B系磁石の耐食性を改善することを目的として、これまでに、例えば、特許文献3〜9に記載されているように、種々の保護膜をその磁石素体表面に形成する提案がなされている。 In recent years, so-called R—Fe—B magnets (R represents a rare earth element such as Nd) have been developed as permanent magnets having a high energy product of 25 MGOe or more. R-Fe-B magnets that are formed by high-speed rapid cooling are disclosed in Patent Document 2. However, since R-Fe-B magnets contain rare earth elements and iron that are relatively easily oxidized as main components, their corrosion resistance is relatively low, and as a result, magnets are manufactured and used. As a result, there are problems such as deterioration in performance and / or reliability of manufactured magnets being relatively low. For the purpose of improving the corrosion resistance of such R-Fe-B magnets, various protective films have been applied to the surface of the magnet body as described in, for example, Patent Documents 3 to 9 so far. Proposals to make are made.
より具体的には、例えば特許文献3においては、希土類・ボロン・鉄を主成分とする永久磁石の耐酸化性の改善を意図して、R(但しRはYを含む希土類元素のうち少なくとも1種)8原子%〜30原子%、B2原子%〜28原子%、Fe42原子%〜90原子%を主成分とし主相が正方晶相からなる永久磁石体表面に、耐酸化めっき層を被覆してなる永久磁石が提案されている。この特許文献3には、Ni、Cu、Zn等の耐酸化性を有する金属または合金のめっき、あるいはこれらの複合めっきが開示されている。
しかしながら、本発明者らは、上記特許文献1〜9に記載のものを始めとする従来の希土類元素を含有する希土類磁石について詳細に検討を行ったところ、このような従来の希土類磁石は、十分な耐食性を有していないことを見出した。すなわち、例えば、特許文献3に記載されている上述の耐酸化めっき層を備える希土類磁石に対して、JIS−C−0023に規定されている塩水噴霧試験を行うと、その希土類磁石の磁石素体に腐食が認められることを本発明者らは見出した。 However, the present inventors have made a detailed study of conventional rare earth magnets containing rare earth elements including those described in Patent Documents 1 to 9, and such conventional rare earth magnets are not sufficient. It was found that it does not have good corrosion resistance. That is, for example, when a salt spray test specified in JIS-C-0023 is performed on the rare earth magnet provided with the above-described oxidation-resistant plating layer described in Patent Document 3, a magnet body of the rare earth magnet The present inventors have found that corrosion is observed.
ここで、「塩水噴霧試験」とは、例えば35℃程度の温度条件下、5±1質量%NaCl水溶液(pH=6.5〜7.2)を、微細な湿った濃い霧状態で24時間試料に接触させ、試料の腐食状態を確認することによって行われる。塩水噴霧試験によって磁石素体に腐食が認められる要因としては、保護層(耐酸化めっき層)におけるピンホールの生成などが考えられる。希土類磁石の保護層にピンホールが生成すると、そのピンホールから雰囲気中の腐食要因物質が侵入し、磁石素体を腐食させる因子となる。特に希土類磁石は極めて容易に腐食するので、塩水噴霧試験によって磁石素体に腐食が認められるような従来の希土類磁石は、実際の使用環境においても、必ずしも耐食性に十分優れているものとはいえない。 Here, the “salt spray test” means, for example, a 5 ± 1 mass% NaCl aqueous solution (pH = 6.5 to 7.2) under a temperature condition of about 35 ° C. for 24 hours in a fine damp and dense fog state. This is done by contacting the sample and checking the corrosion state of the sample. As a factor in which corrosion is recognized in the magnet body by the salt spray test, it is considered that pinholes are generated in the protective layer (oxidation-resistant plating layer). When a pinhole is generated in the protective layer of the rare earth magnet, a corrosive substance in the atmosphere enters from the pinhole and becomes a factor that corrodes the magnet body. In particular, since rare earth magnets corrode very easily, conventional rare earth magnets in which corrosion of the magnet body is recognized by a salt spray test are not necessarily excellent in corrosion resistance even in actual usage environments. .
そこで、本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、十分に優れた耐食性を有する希土類磁石を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a rare earth magnet having sufficiently excellent corrosion resistance.
上記課題を解決する本発明の希土類磁石は、希土類元素を含有する磁石素体と、その磁石素体の表面上に形成されたオキシナイトライドを含有する保護層とを備え、保護層が、オキシナイトライドを含有するオキシナイトライド層を有し、オキシナイトライド層中の酸素含有量が、オキシナイトライド層中の酸素及び窒素の総含有量に対して50原子%以下に相当する量であることを特徴とする。
A rare earth magnet of the present invention that solves the above problems comprises a magnet body containing a rare earth element and a protective layer containing oxynitride formed on the surface of the magnet body, the protective layer comprising an oxynitride. It has an oxynitride layer containing nitride, and the oxygen content in the oxynitride layer is an amount corresponding to 50 atomic% or less with respect to the total content of oxygen and nitrogen in the oxynitride layer. It is characterized by that.
かかる本発明の希土類磁石に対して上述の塩水噴霧試験を行っても、従来の希土類磁石で発生したような磁石素体の腐食は認められない。その要因は明らかにされていないが、本発明者らは現在のところ以下のように考えている。ただし要因はこれらに限定されない。 Even when the above-described salt spray test is performed on the rare earth magnet of the present invention, the corrosion of the magnet body as generated in the conventional rare earth magnet is not recognized. Although the factor is not clarified, the present inventors currently consider as follows. However, the factors are not limited to these.
従来の希土類磁石は、金属、樹脂、SiO2などの金属酸化物(本明細書においては、ケイ素も金属に含まれるものとする。)若しくは金属窒化物を構成材料とする保護層を備えていた。これらのうち、樹脂を構成材料とする保護層を備えた希土類磁石は、保護層の形成方法として溶液塗布法等のウェットプロセスを用いるため、溶液を乾燥若しくは加熱した際に、保護層内に内部応力が発生し、それに起因してクラック等の間隙が保護層内に生じてしまう。その結果、かかる希土類磁石に対して塩水噴霧試験を行うと、クラック等から塩水が侵入し、磁石素体が腐食すると考えられる。 A conventional rare earth magnet has a protective layer made of a metal, a resin, a metal oxide such as SiO 2 (in this specification, silicon is also included in the metal) or a metal nitride. . Among these, rare earth magnets having a protective layer made of resin are used in the protective layer when the solution is dried or heated because a wet process such as a solution coating method is used as a method for forming the protective layer. Stress is generated, resulting in a gap such as a crack in the protective layer. As a result, when a salt spray test is performed on such a rare earth magnet, salt water intrudes from cracks and the like, and the magnet body is considered to corrode.
また、金属を構成材料とする保護層を備えた希土類磁石は、金属自体が塩水により容易に腐食されるため、保護層の腐食部分に貫通した空隙が生じてしまう。その結果、かかる希土類磁石に対して塩水噴霧試験を行うと、腐食により生じた空隙から塩水が侵入し、磁石素体が腐食すると考えられる。 Moreover, since the metal itself is easily corroded by salt water, the rare earth magnet provided with the protective layer made of metal constitutes a void penetrating through the corroded portion of the protective layer. As a result, when a salt spray test is performed on such a rare earth magnet, it is considered that salt water penetrates from the voids generated by the corrosion and the magnet body is corroded.
さらに、金属酸化物若しくは金属窒化物を構成材料とする保護層を備えた希土類磁石は、その保護層において、金属原子及び酸素原子間あるいは金属原子及び窒素原子間の結合に基づくそれぞれの原子(イオン)の存在位置がある程度固定されていると考えられる。このことに起因して、保護層内に金属原子並びに酸素原子若しくは窒素原子が存在できないような空サイト(部位)が存在し、その空サイトに微細なピンホール若しくは欠陥等が生じてしまうと推定される。その結果、かかる希土類磁石に対して塩水噴霧試験を行うと、上記ピンホール等から塩水が侵入し、磁石素体が腐食すると考えられる。 Furthermore, the rare earth magnet provided with a protective layer made of a metal oxide or a metal nitride includes an atom (ion) based on a bond between a metal atom and an oxygen atom or between a metal atom and a nitrogen atom in the protective layer. ) Is considered to be fixed to some extent. It is estimated that due to this, there are vacant sites (sites) in which metal atoms and oxygen atoms or nitrogen atoms cannot exist in the protective layer, and fine pinholes or defects etc. are generated at the vacant sites. Is done. As a result, when a salt spray test is performed on such a rare earth magnet, salt water intrudes from the pinhole or the like, and the magnet body is considered to corrode.
一方、本発明の希土類磁石は、保護層に金属原子(金属イオン)、酸素原子(酸化物イオン)及び窒素原子(窒化物イオン)のいずれをも含有している。したがって、酸素原子が存在できないサイトには窒素原子が存在し、窒素原子が存在できないサイトには酸素原子が存在すると考えられる。さらに、金属原子は酸素原子及び窒素原子と結合した状態になっているので、いずれか一方の元素のみに結合する場合とは異なるサイトにも存在できるものと考えられる。これらにより、本発明の希土類磁石が備える保護層内では、空サイト数が十分に少なくなっており、ピンホール若しくは欠陥等の発生が十分に抑制され、十分に緻密な層が形成されていると推定される。その結果、本発明の希土類磁石に対して塩水噴霧試験を行っても、上記塩水が磁石素体と接触しないので、磁石素体は腐食しないと考えられる。 On the other hand, the rare earth magnet of the present invention contains any of metal atoms (metal ions), oxygen atoms (oxide ions) and nitrogen atoms (nitride ions) in the protective layer. Therefore, it is considered that a nitrogen atom exists at a site where an oxygen atom cannot exist, and an oxygen atom exists at a site where a nitrogen atom cannot exist. Furthermore, since the metal atom is in a state of being bonded to an oxygen atom and a nitrogen atom, it can be considered that the metal atom can also exist at a site different from the case of bonding to only one of the elements. As a result, the number of vacant sites is sufficiently reduced in the protective layer provided in the rare earth magnet of the present invention, the occurrence of pinholes or defects is sufficiently suppressed, and a sufficiently dense layer is formed. Presumed. As a result, even if the salt spray test is performed on the rare earth magnet of the present invention, the salt water is not in contact with the magnet body, so that the magnet body is not corroded.
また、オキシナイトライドを構成材料とする保護層は、気相成長法(ドライプロセス)により形成可能であるので、保護層におけるクラックの発生を十分に抑制することができる。さらに、オキシナイトライド自体は耐食性の高い物質であるので、そのオキシナイトライドを構成材料とする保護層が塩水を始めとする腐食要因物質により腐食されることも、十分に抑制できる。 Moreover, since the protective layer which uses oxynitride as a constituent material can be formed by a vapor phase growth method (dry process), generation of cracks in the protective layer can be sufficiently suppressed. Furthermore, since oxynitride itself is a substance having high corrosion resistance, it can be sufficiently suppressed that the protective layer containing oxynitride as a constituent material is corroded by corrosive substances such as salt water.
さらに、希土類磁石の用途のなかで、希土類磁石が比較的苛酷な雰囲気に晒されるものとしては、自動車用モーター、特殊モーター、サーボモーター、リニアアクチュエーター、ボイスコイルモーター、装置用モーター及び工業用モーターなどであることを考慮すると、上述した各種試験によっても腐食が認められない本発明の希土類磁石は、十分に優れた耐食性を有するものである。 Furthermore, among rare earth magnet applications, rare earth magnets are exposed to relatively harsh atmospheres such as automobile motors, special motors, servo motors, linear actuators, voice coil motors, equipment motors, and industrial motors. In view of this, the rare earth magnet of the present invention in which corrosion is not recognized even in the various tests described above has sufficiently excellent corrosion resistance.
本発明の希土類磁石において、保護層が含有するオキシナイトライドは、Si、Al、Ta、Ti、Zr、Hf、Nb、Mg、Cr、Ni、Mo、V、W、Fe、B、Ga、Ge、Bi、Mn、Ba、La、Y、Ca、Sr、Ce及びBeからなる群より選ばれる1種以上の元素を含有すると好ましい。これらの元素のオキシナイトライドを構成材料とする保護層を備えることにより、本発明の希土類磁石は、一層優れた耐食性を有することとなる。さらに、成膜及び組成制御の容易さ等の観点から、保護層が含有するオキシナイトライドは、シリコンオキシナイトライド、アルミニウムオキシナイトライド、タンタルオキシナイトライド、チタンオキシナイトライド、ジルコニウムオキシナイトライド、ハフニウムオキシナイトライド、ニオブオキシナイトライド、マグネシウムオキシナイトライド、クロムオキシナイトライド、ニッケルオキシナイトライド、モリブデンオキシナイトライド、バナジウムオキシナイトライド、タングステンオキシナイトライド、鉄オキシナイトライド、ホウ素オキシナイトライド、ガリウムオキシナイトライド、ゲルマニウムオキシナイトライド、ビスマスオキシナイトライド、マンガンオキシナイトライド、バリウムオキシナイトライド、ランタンオキシナイトライド、イットリウムオキシナイトライド、カルシウムオキシナイトライド、ストロンチウムオキシナイトライド、セリウムオキシナイトライド及びベリリウムオキシナイトライドからなる群より選ばれる1種のオキシナイトライドであると、より好ましい。 In the rare earth magnet of the present invention, the oxynitride contained in the protective layer is Si, Al, Ta, Ti, Zr, Hf, Nb, Mg, Cr, Ni, Mo, V, W, Fe, B, Ga, Ge. , Bi, Mn, Ba, La, Y, Ca, Sr, Ce, and Be preferably contain one or more elements selected from the group consisting of Be and Be. By providing a protective layer comprising oxynitride of these elements as a constituent material, the rare earth magnet of the present invention has further excellent corrosion resistance. Furthermore, from the viewpoint of film formation and ease of composition control, the oxynitride contained in the protective layer is silicon oxynitride, aluminum oxynitride, tantalum oxynitride, titanium oxynitride, zirconium oxynitride, Hafnium oxynitride, niobium oxynitride, magnesium oxynitride, chromium oxynitride, nickel oxynitride, molybdenum oxynitride, vanadium oxynitride, tungsten oxynitride, iron oxynitride, boronoxynitride, Gallium oxynitride, germanium oxynitride, bismuth oxynitride, manganese oxynitride, barium oxynitride, lanthanum Shi nitride, yttrium oxynitride, calcium oxynitride, strontium oxynitride, if it is one oxynitride selected from the group consisting of cerium oxynitride and beryllium oxynitride, and more preferred.
本発明の希土類磁石において、保護層はオキシナイトライドを含有する単層のオキシナイトライド層であってもよく、磁石素体と保護層との積層方向に沿って形成された複数の層からなり、保護層のうちの1層以上がオキシナイトライドを含有するオキシナイトライド層であってもよい。保護層が複数の層からなることにより、磁石素体と保護層との密着性の向上、磁石素体及び保護層間の反応の抑制、並びに/又は磁石素体の表面粗さの制御等が可能となるので、本発明の希土類磁石に磁気特性の向上及び劣化の更なる抑制等の効果を更に付与することができる。 In the rare earth magnet of the present invention, the protective layer may be a single-layered oxynitride layer containing oxynitride, and consists of a plurality of layers formed along the lamination direction of the magnet body and the protective layer. One or more of the protective layers may be an oxynitride layer containing oxynitride. Since the protective layer is composed of a plurality of layers, the adhesion between the magnet body and the protective layer can be improved, the reaction between the magnet body and the protective layer can be suppressed, and / or the surface roughness of the magnet body can be controlled. Therefore, the rare earth magnet of the present invention can be further imparted with effects such as improvement of magnetic properties and further suppression of deterioration.
また、本発明の希土類磁石が複数の保護層を備える場合において、それら保護層のうち少なくとも上記磁石素体から最も遠い位置に形成された層が上述したオキシナイトライド層であると好ましい。保護層をかかる構成にすることにより、該オキシナイトライド層が、保護層に含まれる他の層の腐食をも十分に防止することができる。その結果、本発明の希土類磁石は、それらの層の有する機能を損ない難くなるので、その寿命が一段と長くなる傾向にある。 Moreover, when the rare earth magnet of the present invention includes a plurality of protective layers, it is preferable that at least a layer formed at a position farthest from the magnet body among the protective layers is the oxynitride layer described above. By adopting such a protective layer, the oxynitride layer can sufficiently prevent corrosion of other layers contained in the protective layer. As a result, the rare-earth magnet of the present invention is unlikely to impair the functions possessed by those layers, so that the lifetime tends to be further increased.
さらに、それら保護層のうち少なくとも磁石素体に隣接して形成された層が金属からなると好ましい。保護層をかかる構成にすることにより、磁石素体と保護層との密着性が一層高くなるので、磁石素体から保護層が剥離することにより発生しうる腐食、それに起因する磁気特性の低下などを更に抑制することが可能となる。 Furthermore, it is preferable that at least a layer formed adjacent to the magnet element body is made of metal among these protective layers. By making the protective layer in this configuration, the adhesion between the magnet body and the protective layer is further increased, so that corrosion that may occur when the protective layer is peeled off from the magnet body, deterioration of magnetic properties due to it, etc. Can be further suppressed.
本発明の希土類磁石において、保護層が磁石素体の表面全体を被覆していると好ましい。かかる構成を備えることにより、本発明の希土類磁石は、より幅広い用途に用いることができる。 In the rare earth magnet of the present invention, it is preferable that the protective layer covers the entire surface of the magnet body. By providing such a configuration, the rare earth magnet of the present invention can be used for a wider range of applications.
本発明の希土類磁石は、保護層のうちの上記オキシナイトライド層中の酸素含有量が、オキシナイトライド層中の酸素及び窒素の総含有量に対して50原子%以下に相当する量である。オキシナイトライド層中の酸素含有量を上述のように調整することにより、本発明の希土類磁石はより耐食性に優れたものとなる。その要因としては、オキシナイトライド層中において酸素原子(酸化物イオン)が窒素原子(窒化物イオン)よりも多く存在すると、オキシナイトライド層中の電気的中性条件を維持しようとするために、金属原子(金属イオン)の存在すべきサイトが点欠陥(正孔)となり、そこに空サイトが生成することが考えられる。これにより、生成した空サイト付近にピンホール等が発生し、オキシナイトライド層の緻密性が低下するために、その層の耐食性が低下する傾向にあると推定される。ただし、要因はこれに限定されない。
In the rare earth magnet of the present invention, the oxygen content in the oxynitride layer of the protective layer is an amount corresponding to 50 atomic% or less with respect to the total content of oxygen and nitrogen in the oxynitride layer. The By adjusting the oxygen content in the oxynitride layer as described above, the rare earth magnet of the present invention is more excellent in corrosion resistance. The reason for this is that if there are more oxygen atoms (oxide ions) than nitrogen atoms (nitride ions) in the oxynitride layer, the electrical neutral condition in the oxynitride layer is maintained. It is considered that a site where a metal atom (metal ion) should exist becomes a point defect (hole), and an empty site is generated there. As a result, pinholes or the like are generated in the vicinity of the generated empty site, and the denseness of the oxynitride layer is lowered, so that it is presumed that the corrosion resistance of the layer tends to be lowered. However, the factor is not limited to this.
同様の観点から、オキシナイトライド層中の酸素含有量が、オキシナイトライド層中の酸素及び窒素の総含有量に対して0.1〜30原子%に相当する量であると好ましい。上記酸素含有量が0.1原子%未満となると、オキシナイトライド層の内部応力が高くなり、それに起因してオキシナイトライド層が磁石素体から剥離しやすくなる傾向にある。 From the same viewpoint, the oxygen content in the oxynitride layer is preferably an amount corresponding to 0.1 to 30 atomic% with respect to the total content of oxygen and nitrogen in the oxynitride layer. When the oxygen content is less than 0.1 atomic%, the internal stress of the oxynitride layer increases, and the oxynitride layer tends to be peeled off from the magnet body.
本発明の希土類磁石は、保護層のうちのオキシナイトライド層が、磁石素体に隣接して形成されている場合において、磁石素体に隣接した面を含む第1部分層と、上記面と反対側の面を含む第2部分層とを有し、その第1部分層中の酸素及び窒素の総含有割合が、第2部分層中の酸素及び窒素の総含有割合よりも少ないと好ましい。 When the oxynitride layer of the protective layer is formed adjacent to the magnet body, the rare earth magnet of the present invention includes a first partial layer including a surface adjacent to the magnet body, the above surface, The second partial layer including the opposite surface is preferable, and the total content ratio of oxygen and nitrogen in the first partial layer is preferably smaller than the total content ratio of oxygen and nitrogen in the second partial layer.
このようなオキシナイトライド層は、磁石素体に隣接している第1部分層で金属成分が多く含まれる傾向にあるので、磁石素体と保護層との密着性が高くなる傾向にある。また、第2部分層は、金属オキシナイトライドとしての組成(構造)を有することとなるので、より優れた耐食性をも併せ持つ傾向にある。 Since such an oxynitride layer tends to contain a large amount of metal components in the first partial layer adjacent to the magnet body, the adhesion between the magnet body and the protective layer tends to increase. Moreover, since the second partial layer has a composition (structure) as a metal oxynitride, it tends to have more excellent corrosion resistance.
本発明の希土類磁石に備えられる保護層中のオキシナイトライド層は、気相成長法(ドライプロセス)により形成されるものであると好ましい。例えば、上述したR−Fe−B系の希土類磁石の磁石素体は、図5に模式的に示すように、主として、主相50と、希土類元素を比較的多く含む希土類リッチ相60と、ホウ素を比較的多く含むホウ素リッチ相70とを含んで構成される。このうち希土類リッチ相60はその大部分が主相50の粒子間に存在していると考えられる。かかる構成を有する磁石素体の表面上に、酸性水溶液を用いて保護層を形成する場合、酸化還元電位(標準電極電位)が極めて低い希土類元素を比較的多く含有する希土類リッチ相60は、磁石素体の表面に存在する部分から酸性水溶液に接触して、主相50あるいはホウ素リッチ相70と局部電池を形成すると考えられる。その結果、希土類リッチ相60は磁石素体の表面に存在するものから順に溶出していき、主相50の粒界腐食のような現象を引き起こしてしまい、磁石素体が磁石として十分に機能しなくなる傾向にあると推定される。したがって、保護層の形成の際には、水溶液を用いる必要のない気相成長法を採用することが好ましい。
The oxynitride layer in the protective layer provided in the rare earth magnet of the present invention is preferably formed by a vapor deposition method (dry process). For example, the magnet body of the R-Fe-B rare earth magnet described above mainly includes a
本発明の希土類磁石は、更に耐食性を高める観点及び十分な磁気特性を確保する観点から、保護層が0.01〜20μmの膜厚を有すると好ましく、0.1〜20μmの膜厚を有するとより好ましく、オキシナイトライド層が0.01〜20μmの膜厚を有すると好ましく、0.1〜20μmの膜厚を有するとより好ましい。 In the rare earth magnet of the present invention, the protective layer preferably has a thickness of 0.01 to 20 μm, and more preferably 0.1 to 20 μm, from the viewpoint of further improving the corrosion resistance and ensuring sufficient magnetic properties. More preferably, the oxynitride layer preferably has a thickness of 0.01 to 20 μm, and more preferably 0.1 to 20 μm.
本発明によれば、十分に優れた耐食性を有する希土類磁石を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a rare earth magnet having sufficiently excellent corrosion resistance.
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.
図1は、本発明に係る希土類磁石の第1実施形態を示す概略斜視図であり、図2は図1の希土類磁石をI−I線により切断した際に現れる断面を模式的に表した図である。図1、2から明らかなとおり、第1の実施形態の希土類磁石100は磁石素体10と、その磁石素体10の表面の全体を被覆して形成される保護層20とから構成されるものである。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a first embodiment of a rare earth magnet according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section that appears when the rare earth magnet of FIG. 1 is cut along line II. It is. As is apparent from FIGS. 1 and 2, the
(磁石素体)
磁石素体10は、R、鉄(Fe)及びホウ素(B)を含有するものである。Rは1種以上の希土類元素を示すものであり、具体的には、長周期型周期表の3族に属するスカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)及びランタノイドからなる群より選ばれる1種以上の元素を示す。ここで、ランタノイドは、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)及びルテチウム(Lu)を指す。
(Magnet body)
The
上述した元素の磁石素体10中の組成は、該磁石素体10を焼結法により製造する場合、以下に説明するようなものであると好ましい。
The composition of the above-described elements in the
Rとしては、上述したもののうち、Nd、Pr、Ho、Tbのうち1種以上の元素を含むと好ましく、さらに、La、Sm、Ce、Gd、Er、Eu、Tm、Yb、Yのうち1種以上の元素を含んでも好ましい。 R preferably includes one or more elements of Nd, Pr, Ho, and Tb among those described above, and further includes 1 of La, Sm, Ce, Gd, Er, Eu, Tm, Yb, and Y. It is also preferable to include more than one element.
磁石素体10中のRの含有割合は、磁石素体10を構成する全原子の量に対して、8〜40原子%であると好ましい。Rの含有割合が8原子%未満では、結晶構造がα−鉄と同一構造の立方晶組織となるため、高い保磁力(iHc)を有する希土類磁石100が得られない傾向にある。また、Rの含有割合が30原子%を超えると、Rリッチな非磁性相が多くなり、希土類磁石100の残留磁束密度(Br)が低下する傾向にある。
The content ratio of R in the
磁石素体10中のFeの含有割合は、磁石素体10を構成する全原子の量に対して、42〜90原子%であると好ましい。Feの含有割合が42原子%未満であると希土類磁石100のBrが低下する傾向にあり、90原子%を超えると希土類磁石100のiHcが低下する傾向にある。
The content ratio of Fe in the
磁石素体10中のBの含有割合は、磁石素体10を構成する全原子の量に対して、2〜28原子%であると好ましい。Bの含有割合が2原子%未満であると結晶構造が菱面体組織となるため、希土類磁石100のiHcが不十分となる傾向にあり、28原子%を超えるとBリッチな非磁性相が多くなるため、希土類磁石100のBrが低下する傾向にある。
The content ratio of B in the
また、Feの一部をコバルト(Co)で置換して磁石素体10を構成してもよい。このような構成にすることにより、希土類磁石100の磁気特性を損なうことなく温度特性を改善できる傾向にある。この場合、置換後のFeとCoの含有割合は、原子基準でCo/(Fe+Co)が0.5以下であると好ましい。これよりもCoの置換量が多いと希土類磁石100の磁気特性が低下してしまう傾向にある。
Further, the
さらに、Bの一部を炭素(C)、リン(P)、硫黄(S)及び銅(Cu)からなる群より選ばれる1種以上の元素で置換して磁石素体10を構成してもよい。かかる構成にすることにより、希土類磁石100の生産性が向上し、その生産コストを削減できる傾向にある。この場合、これらC、P、S及び/若しくはCuの含有量は、磁石素体10を構成する全原子の量に対して4原子%以下であると好ましい。C、P、S及び/若しくはCuの含有量が4原子%よりも多いと、希土類磁石100の磁気特性が劣化する傾向にある。
Furthermore, even if a part of B is replaced with one or more elements selected from the group consisting of carbon (C), phosphorus (P), sulfur (S), and copper (Cu), the
また、希土類磁石100の保磁力の向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、ビスマス(Bi)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アンチモン(Sb)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ジルコニウム(Zr)、ニッケル(Ni)、ケイ素(Si)、ガリウム(Ga)、銅(Cu)及び/又はハフニウム(Hf)等のうちの1種以上の元素を添加して、磁石素体10を構成してもよい。この場合、上記元素の添加量は磁石素体10を構成する全原子の量に対して10原子%以下とすると好ましい。これらの元素の添加量が10原子%を超えると希土類磁石100の磁気特性が低下する傾向にある。
Further, from the viewpoint of improving the coercive force of the
磁石素体10中には、不可避的不純物として、酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)及び/又はカルシウム(Ca)等が、磁石素体10を構成する全原子の量に対して3原子%以下の範囲内で含有されていてもよい。
In the
磁石素体10は、図5に示すように、実質的に正方晶系の結晶構造を有する主相50と、希土類元素を比較的多く含む希土類リッチ相60と、ホウ素を比較的多く含むホウ素リッチ相70とを含有して形成されている。磁性相である主相50の粒径は1〜100μm程度であると好ましい。希土類リッチ相60及びホウ素リッチ相70は非磁性相であり、主に主相50の粒界に存在している。これら非磁性相60、70は、磁石素体10中に通常、0.5体積%〜50体積%程度含有されている。
As shown in FIG. 5, the
磁石素体10は、例えば以下に述べるような焼結法により製造される。まず、上述した元素を含有する所望の組成物を鋳造し、インゴットを得る。続いて、得られたインゴットを、スタンプミル等を用いて粒径10〜100μm程度に粗粉砕し、次いで、ボールミル等を用いて0.5〜5μm程度の粒径に微粉砕して粉末を得る。
The
次に、得られた粉末を、好ましくは磁場中にて成形して成形体を得る。この場合、磁場中の磁場強度は10kOe以上であると好ましく、成形圧力は1〜5トン/cm2程度であると好ましい。 Next, the obtained powder is preferably molded in a magnetic field to obtain a molded body. In this case, the magnetic field strength in the magnetic field is preferably 10 kOe or more, and the molding pressure is preferably about 1 to 5 ton / cm 2 .
続いて得られた成形体を、1000〜1200℃で0.5〜5時間程度焼結し、急冷する。なお、焼結雰囲気は、Arガス等の不活性ガス雰囲気であると好ましい。そして、好ましくは不活性ガス雰囲気中で、500〜900℃にて1〜5時間熱処理(時効処理)を行うことにより上述したような磁石素体10が得られる。
Subsequently, the obtained molded body is sintered at 1000 to 1200 ° C. for about 0.5 to 5 hours and rapidly cooled. The sintering atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as Ar gas. And preferably, the
(保護層)
保護層20は、磁石素体10の表面上に形成されたものであり、オキシナイトライドを含有するものである。
(Protective layer)
The
本実施形態においては、保護層20は単層のオキシナイトライド層である。したがって、本実施形態におけるオキシナイトライド層20は露出された状態になっており、希土類磁石100の周囲の雰囲気に晒されていると共に、磁石素体10に隣接している。
In the present embodiment, the
本実施形態の希土類磁石100は、保護層20に金属原子(金属イオン)、酸素原子(酸化物イオン)及び窒素原子(窒化物イオン)のいずれをも含有している。したがって、保護層20において、酸素原子が安定に存在できないサイトであっても、窒素原子は安定に存在しうると考えられる。また、窒素原子が安定に存在できないサイトであっても、酸素原子は安定に存在しうると考えられる。さらに、金属原子は酸素原子及び窒素原子と結合した状態になっているので、いずれか一方の原子のみに結合する場合とは異なるサイトにも存在できるものと推定される。以上のことから、本実施形態の希土類磁石100が備える保護層20内では、それぞれの原子(イオン)が十分密に存在しており、そのことに起因して、ピンホール若しくは欠陥等の発生が十分に抑制され、十分に緻密な層が形成されていると推定される。その結果、本実施形態の希土類磁石100に対して塩水噴霧試験を行っても、上記塩水が磁石素体10と接触しないので、磁石素体10は腐食しないと考えられる。
In the
また、オキシナイトライドを構成材料とする保護層20は、気相成長法(ドライプロセス)により形成可能であるので、保護層20におけるクラックの発生は十分に抑制される。さらに、オキシナイトライド自体は耐食性の高い物質であるので、そのオキシナイトライドを構成材料とする保護層20が塩水を始めとする腐食要因物質により腐食されることも、十分に抑制できる。
Moreover, since the
また、希土類磁石の用途は、ラインプリンター、自動車用スターター及びモーター、特殊モーター、サーボモーター、磁気記録装置用ディスク駆動、リニアアクチュエーター、ボイスコイルモーター、装置用モーター、工業用モーター、スピーカー及び核磁気共鳴診断用磁石などである。特に自動車用モーター等のオイルが飛沫するような環境で使用する場合においては、保護層が耐酸化性を有しているのみでは、十分に耐食性に優れた希土類磁石を得ることが困難である。かかる観点においても、本実施形態の希土類磁石100は、硫化物、塩水などの種々の腐食要因物質に対する耐性を有しているので、十分に優れた耐食性を備えたものである。
Rare earth magnets are used for line printers, starters and motors for automobiles, special motors, servo motors, disk drives for magnetic recording devices, linear actuators, voice coil motors, motors for devices, industrial motors, speakers, and nuclear magnetic resonance. Such as a diagnostic magnet. In particular, when used in an environment where oil such as an automobile motor is splashed, it is difficult to obtain a rare earth magnet having sufficiently excellent corrosion resistance if the protective layer has only oxidation resistance. Also from this point of view, the
保護層20の構成材料としては、酸素原子(酸化物イオン)及び窒素原子(窒化物イオン)と安定な結合を形成するものであれば特に限定されず用いることができる。具体的には、例えば、Si、Al、Ga、Ge及び遷移金属などが挙げられる。これらのなかで、オキシナイトライドがSi、Al、Ta、Ti、Zr、Hf及びNbからなる群より選ばれる1種以上の元素(原子)を含有すると好ましく、Mg、Cr、Ni、Mo、V、W、Fe、B、Ga、Ge、Bi、Mn、Ba、La、Y、Ca、Sr、Ce及びBeからなる群より選ばれる1種以上の元素(原子)を含有しても好ましい。すなわち、オキシナイトライドがSi、Al、Ta、Ti、Zr、Hf、Nb、Mg、Cr、Ni、Mo、V、W、Fe、B、Ga、Ge、Bi、Mn、Ba、La、Y、Ca、Sr、Ce及びBeからなる群より選ばれる1種以上の元素(原子)を含有すると好ましい。これらの原子のオキシナイトライドを構成材料とする保護層20を備えることにより、本実施形態の希土類磁石100は、一層優れた耐食性を有することとなる。
The constituent material of the
本実施形態の保護層(以下、本実施形態において場合によっては「オキシナイトライド層」ともいう。)20の構成材料は、金属原子を複数種類含有してもよいが、シリコンオキシナイトライド、アルミニウムオキシナイトライド、タンタルオキシナイトライド、チタンオキシナイトライド、ジルコニウムオキシナイトライド、ハフニウムオキシナイトライド及びニオブオキシナイトライドからなる群より選ばれる1種のオキシナイトライドであると好ましく、マグネシウムオキシナイトライド、クロムオキシナイトライド、ニッケルオキシナイトライド、モリブデンオキシナイトライド、バナジウムオキシナイトライド、タングステンオキシナイトライド、鉄オキシナイトライド、ホウ素オキシナイトライド、ガリウムオキシナイトライド、ゲルマニウムオキシナイトライド、ビスマスオキシナイトライド、マンガンオキシナイトライド、バリウムオキシナイトライド、ランタンオキシナイトライド、イットリウムオキシナイトライド、カルシウムオキシナイトライド、ストロンチウムオキシナイトライド、セリウムオキシナイトライド及びベリリウムオキシナイトライドからなる群より選ばれる1種のオキシナイトライドであっても好ましい。すなわち、保護層20の構成材料は、シリコンオキシナイトライド、アルミニウムオキシナイトライド、タンタルオキシナイトライド、チタンオキシナイトライド、ジルコニウムオキシナイトライド、ハフニウムオキシナイトライド、ニオブオキシナイトライド、マグネシウムオキシナイトライド、クロムオキシナイトライド、ニッケルオキシナイトライド、モリブデンオキシナイトライド、バナジウムオキシナイトライド、タングステンオキシナイトライド、鉄オキシナイトライド、ホウ素オキシナイトライド、ガリウムオキシナイトライド、ゲルマニウムオキシナイトライド、ビスマスオキシナイトライド、マンガンオキシナイトライド、バリウムオキシナイトライド、ランタンオキシナイトライド、イットリウムオキシナイトライド、カルシウムオキシナイトライド、ストロンチウムオキシナイトライド、セリウムオキシナイトライド及びベリリウムオキシナイトライドからなる群より選ばれる1種のオキシナイトライドであっても好ましい。保護層20がこのような単独の金属原子を含有するオキシナイトライドから構成されると、保護層の形成及び組成制御を容易に行うことができる傾向にあると共に、化学的安定性がより高くなる傾向にある。
The constituent material of the
保護層20は結晶質であってもよく、非晶質であってもよく、それらの状態が混在した状態であってもよい。
The
かかるオキシナイトライド層20の構造は、非常に薄膜であるために明らかにはされていない。しかしながら、本発明者らは、現在のところその構造について以下のように考えている。すなわち、例えば、上述の金属の酸化物を元にして、その酸素原子の一部を窒素原子に置換したような構造を有していると考えている。あるいは、上述の金属の窒化物を元にして、その窒素原子の一部を酸素原子に置換したような構造を有しているとも考えられる。さらには、上述した金属の炭化物、ホウ化物若しくはケイ化物を元にして、それぞれ炭素原子、ホウ素原子若しくはケイ素原子の大部分を酸素原子及び窒素原子に置換したような構造を有しているとも考えられる。いずれの場合においても、少なくとも酸素及び窒素の両原子(両イオン)をアニオン成分として含有しているので、空サイトの生成が十分に抑制され、緻密性に富んだオキシナイトライド層20になると推定される。
The structure of the
オキシナイトライド層の元となる酸化物としては、例えば、酸化ケイ素(シリカ)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化タンタル、酸化チタン(チタニア)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化鉄、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化バリウム、酸化ランタン、酸化クロム、酸化イットリウム、酸化ベリリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化セリウム及び酸化マグネシウム、並びにそれらの複合酸化物などが挙げられる。 Examples of the oxide that is the source of the oxynitride layer include silicon oxide (silica), aluminum oxide (alumina), tantalum oxide, titanium oxide (titania), zirconium oxide (zirconia), hafnium oxide, niobium oxide, and bismuth oxide. Iron oxide, manganese oxide, nickel oxide, barium oxide, lanthanum oxide, chromium oxide, yttrium oxide, beryllium oxide, calcium oxide, strontium oxide, cerium oxide and magnesium oxide, and complex oxides thereof.
オキシナイトライド層の元となる窒化物としては、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ベリリウム、窒化ニオブ、窒化バナジウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化タンタル及び窒化ハフニウム、並びにそれらの複合窒化物などが挙げられる。なお、窒化ケイ素、窒化ホウ素の場合、酸素原子は窒素原子と優先的に置換されると推定される。 Examples of the nitride that is the source of the oxynitride layer include silicon nitride, aluminum nitride, beryllium nitride, niobium nitride, vanadium nitride, titanium nitride, zirconium nitride, boron nitride, tantalum nitride, and hafnium nitride, and composite nitridation thereof. Such as things. In the case of silicon nitride and boron nitride, it is presumed that oxygen atoms are preferentially replaced with nitrogen atoms.
オキシナイトライド層の元となる炭化物としては、例えば、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化モリブデン、炭化バナジウム、炭化タングステン、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ニオブ、炭化ハフニウム及び炭化タンタル、並びにそれらの複合炭化物などが挙げられる。なお、炭化ケイ素、炭化ホウ素の場合、酸素原子及び窒素原子は炭素と優先的に置換されると考えられる。 Examples of the carbide that is the source of the oxynitride layer include silicon carbide, boron carbide, molybdenum carbide, vanadium carbide, tungsten carbide, titanium carbide, zirconium carbide, niobium carbide, hafnium carbide and tantalum carbide, and composite carbides thereof. Is mentioned. In the case of silicon carbide and boron carbide, it is considered that oxygen atoms and nitrogen atoms are preferentially substituted with carbon.
オキシナイトライド層の元となるホウ化物としては、例えば、ホウ化モリブデン、ホウ化バナジウム、ホウ化ニオブ、ホウ化タンタル、ホウ化タングステン、ホウ化ハフニウム、ホウ化チタン及びホウ化ジルコニウム、並びにそれらの複合ホウ化物などが挙げられる。 Examples of the boride that is the basis of the oxynitride layer include molybdenum boride, vanadium boride, niobium boride, tantalum boride, tungsten boride, hafnium boride, titanium boride and zirconium boride, and their A compound boride etc. are mentioned.
オキシナイトライド層の元となるケイ化物としては、例えば、ケイ化ニッケル、ケイ化モリブデン、ケイ化チタン、ケイ化タングステン、ケイ化タンタル、ケイ化ジルコニウム及びケイ化ハフニウム、並びにそれらの複合ケイ化物などが挙げられる。 Examples of the silicide that is the source of the oxynitride layer include nickel silicide, molybdenum silicide, titanium silicide, tungsten silicide, tantalum silicide, zirconium silicide, and hafnium silicide, and composite silicides thereof. Is mentioned.
また、上述した酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物及びケイ化物のうち2種以上を組み合わせたものを元にしてオキシナイトライド層の構造を形成してもよい。また、上述した酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物及びケイ化物の金属元素の価数は、取りうる価数であればいずれの価数であってもよい。 Moreover, you may form the structure of an oxynitride layer based on what combined 2 or more types among the oxide, nitride, carbide, boride, and silicide which were mentioned above. Moreover, the valence of the metal element of the oxide, nitride, carbide, boride, and silicide described above may be any valence as long as it can be taken.
本実施形態において、オキシナイトライド層20中の酸素含有量が、そのオキシナイトライド層20中の酸素及び窒素の総含有量に対して50原子%以下に相当する量である。オキシナイトライド層20中の酸素含有量がこの範囲になるように調整することにより、本実施形態の希土類磁石100は一層優れた耐食性を有するものとなる。
In the present embodiment, the oxygen content in the
オキシナイトライド層20中において、酸素原子(酸化物イオン)が窒素原子(窒化物イオン)よりも多く存在すると、オキシナイトライド層20の耐食効果が低下する傾向がある。この原因は明らかではないが、オキシナイトライド層20中の電気的中性条件を維持しようとするために、金属原子(金属イオン)の存在すべきサイトが点欠陥(正孔)となり、そこに空サイトが生成することが考えられる。これにより、生成した空サイト付近にピンホール等が発生し、オキシナイトライド層20の緻密性が低下するためと推定される。
If there are more oxygen atoms (oxide ions) than nitrogen atoms (nitride ions) in the
また、酸素原子が窒素原子に比較して大幅に多くなるような場合は、オキシナイトライド層20は、オキシナイトライドの構造としてよりも、むしろ酸化物の構造として安定化すると考えられる。このようにオキシナイトライド層20が酸化物の構造を有するようになると、上述したように、その層20の緻密性が低下するため、その層20の耐食効果が低下する傾向にあると考えられる。
In addition, when the number of oxygen atoms is significantly larger than that of nitrogen atoms, the
オキシナイトライド層の緻密性を維持する観点から、オキシナイトライド層20中の酸素含有量が、オキシナイトライド層20中の酸素及び窒素の総含有量に対して0.1〜30原子%に相当する量であるとより好ましい。上記酸素含有量が0.1原子%未満となると、オキシナイトライド層20はオキシナイトライドの構造としてよりも、むしろ窒化物の構造として安定化すると考えられる。このようにオキシナイトライド層20が窒化物の構造を有するようになると、上述したように、その層20の内部応力が高くなり、それに起因してオキシナイトライド層20が磁石素体10から剥離しやすくなる傾向にあると推定される。
From the viewpoint of maintaining the denseness of the oxynitride layer, the oxygen content in the
また、オキシナイトライド層20中の酸素原子が窒素原子と同じ数になるよりも、多少少なくなる方が好ましい要因としては以下のものが考えられる。すなわち、オキシナイトライド層20中の酸素原子(酸化物イオン)の数が窒素原子(窒化物イオン)の数より多少、少なくなると、その層20の電気的中性条件を維持しようとして、金属原子(金属イオン)が、結晶構造のいわゆる侵入型欠陥のように、原子間(イオン間)に存在するようになると考えられる。その結果、オキシナイトライド層20の緻密性が向上するので、希土類磁石100の耐食性が向上すると考えられる。
In addition, the following factors can be considered as preferable factors when the number of oxygen atoms in the
また、オキシナイトライド層20が、磁石素体10に隣接した面32を含む第1部分層と、上記面32と反対側の面34を含む第2部分層とを有し、その第1部分層中の酸素及び窒素の総含有割合が、第2部分層中の酸素及び窒素の総含有割合よりも少ないと好ましい。ここで、「第1部分層」及び「第2部分層」は、それぞれの部分層の酸素及び窒素の総含有割合が、厚さ方向でほぼ一定であるような層であってもよい。
The
オキシナイトライド層20中の酸素及び窒素の組成分布をこのように調整することにより、保護層20が単層であっても、磁石素体10と保護層20との密着性を十分に確保することができる。しかも、希土類磁石100の十分に優れた耐食性をも確保することが可能となる。すなわち、オキシナイトライド層20において、磁石素体10と隣接する面32を含む第1部分層では、オキシナイトライドを構成する金属原子の含有割合が比較的高くなっているため、金属成分を主成分とする磁石素体10との密着性を十分に高くできる傾向にある。一方、硫化物などの腐食要因物質が存在する雰囲気と接しているオキシナイトライド層20の面34を含む第2部分層では、酸素及び窒素を比較的多く含有することにより金属オキシナイトライドとしての組成(構造)を有することとなるので、十分に優れた耐食性を有する傾向にある。
By adjusting the composition distribution of oxygen and nitrogen in the
なお、この場合、第1部分層と第2部分層との間に更に別の部分層を有していてもよく、その別の部分層における酸素及び窒素の総含有割合は特に限定されない。したがって、その別の部分層中の酸素及び窒素の総含有割合が第2部分層よりも多くてもよく、第1部分層よりも少なくてもよく、第1及び第2部分層における酸素及び窒素の総含有割合の間になるような数値であってもよい。また、第1部分層及び第2部分層の好適な厚さは、磁石素体10やオキシナイトライド層20の構成材料などにより異なるので、一義的には決定されない。
In this case, another partial layer may be provided between the first partial layer and the second partial layer, and the total content ratio of oxygen and nitrogen in the other partial layer is not particularly limited. Therefore, the total content ratio of oxygen and nitrogen in the other partial layer may be larger than that of the second partial layer, or smaller than that of the first partial layer, and oxygen and nitrogen in the first and second partial layers. It may be a numerical value such that it is between the total content ratios. Moreover, since the suitable thickness of a 1st partial layer and a 2nd partial layer changes with the constituent materials of the magnet element |
さらに、オキシナイトライド層20中の酸素及び窒素の総含有割合が、磁石素体10に近い側(磁石素体10と隣接する面32側)から、磁石素体10から離れた側(露出した面34側)に向かうにつれて、すなわち、オキシナイトライド層20の厚さ方向外側に向かうにつれて、連続的に変化していてもよい。例えば、オキシナイトライド層20の厚さ方向外側に向かうにつれて、酸素及び窒素の総含有割合が、連続的に減少していてもよい。
Further, the total content ratio of oxygen and nitrogen in the
この場合、希土類磁石100の耐食性を更に高める観点から、オキシナイトライド層20中の表面34及びその付近における酸素含有量が、そのオキシナイトライド層20を構成する酸素及び窒素の総含有量に対して50原子%以下に相当する量であると、より好ましく、0.1〜30原子%であると更に好ましい。また、磁石素体10との界面32側のオキシナイトライド層20の表面及びその付近においては、酸素含有量を少なくするほど、磁石素体10との密着性を高めることができるので、より好ましい。
In this case, from the viewpoint of further improving the corrosion resistance of the
オキシナイトライド層20中の酸素及び窒素などの各構成材料の含有量はEPMA(X線マイクロアナライザー法)、XPS(X線光電子分光法)、AES(オージェ電子分光法)若しくはEDS(エネルギー分散型蛍光X線分光法)等の公知の組成分析法を用いて確認することができる。さらに、エッチング等の公知の手法を用いて露出させた希土類磁石100中の各層を、あるいは、希土類磁石100を切断することにより現れる断面を、上記の組成分析法を用いて分析することにより、上述の各層の構成材料の組成分布を把握することができる。
The content of each constituent material such as oxygen and nitrogen in the
本実施形態の希土類磁石100においては、耐食性の向上の観点及び十分な磁気特性の確保の観点から、その保護層20の膜厚が0.01〜20μmであると好ましく、0.1〜20μmであるとより好ましく、更に生産コスト等の観点から0.3〜10μmであると、一層好ましい。
In the
保護層(オキシナイトライド層)20の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、CVD法若しくは溶射法等の気相成長法、塗布法若しくは溶液析出法等の液相成長法、あるいはゾルゲル法等の公知の成膜技術を用いることができる。これらのなかで、磁石素体10の構成材料の溶出に伴う希土類磁石100の機能低下を防止する観点、及びオキシナイトライド層20中の酸素及び窒素含有量をより容易に制御できる観点から、気相成長法(ドライプロセス)を用いると好ましく、反応性真空蒸着法、反応性スパッタ法、反応性イオンプレーティング法、プラズマCVD法、熱CVD法若しくはCat−CVD法を用いるとより好ましい。
The protective layer (oxynitride layer) 20 can be formed by vapor deposition such as vacuum deposition, sputtering, ion plating, CVD or spraying, liquid phase growth such as coating or solution deposition. Or a known film forming technique such as a sol-gel method can be used. Among these, from the viewpoint of preventing functional degradation of the
さらに保護層20をより低コストで形成する観点から、一度に大面積を均一に形成できる方法を用いると好ましい。そのような保護層20の形成方法としては、スパッタ法、CVD法等が挙げられる。これらの方法は、フラットパネルディスプレイの分野で大面積の層を均一に形成する成膜技術が確立されているので、それらを応用して適用することができる。
Further, from the viewpoint of forming the
一方、真空蒸着法は一般的に蒸着源が点源であるため、一度に大面積の層を均一に形成する必要のあるディスプレイの形成に用いるには不利な面があるものの、本実施形態の希土類磁石100は比較的小型であるため、ディスプレイの形成と比較すると容易に保護層20を形成することができる。しかしながら、真空蒸着法は、そもそも一度に成膜できる面積が小さいため、保護層20の形成コストが高くなる傾向にある。真空蒸着法を用いる場合において、保護層20の形成コストを下げるには、成膜速度を上げる必要がある。しかしながら、成膜速度が高くなるとスプラッシュ等の粗大粒子が発生し、それに起因して、均一な表面を有する保護層20が得られない傾向にある。
On the other hand, in the vacuum deposition method, since the deposition source is generally a point source, there is a disadvantage in using it for forming a display that needs to form a large-area layer uniformly at a time. Since the
また、イオンプレーティング法は、減圧容器中で、例えば、陽極としてコーティング材(本実施形態においては保護膜20の構成材料)、陰極として被コーティング基板(本実施形態においては磁石素体10)を配置し、反応性ガスの存在下若しくは非存在下で、陽極を加熱することによりコーティング材を原子状、分子状又は微粒子状にし、それを熱電子等でイオン化したものを陰極の被コーティング基板に付着させる手法である。このイオンプレーティング法では、材料の種類によって、上記イオン化により、陰イオンが形成される場合がある。この場合、コーティング材と被コーティング材との極性を逆にして成膜することができる。
In addition, the ion plating method uses a coating material (a constituent material of the
イオンプレーティング法において、イオン化する物質の加熱方法としては、るつぼ方式若しくは直接抵抗加熱方式の抵抗加熱法、高周波誘導加熱法、又は電子線加熱法などを用いることができる。これらのうち抵抗加熱法は、蒸気圧の低い無機化合物を成膜するには適さない傾向にある。また、電子線加熱法は、様々な材料を蒸発することができるが、成膜速度が高くなるとスプラッシュ等の粗大粒子が発生し、それに起因して、均一な表面を有する保護層20が得られない傾向にある。
In the ion plating method, as a method for heating the substance to be ionized, a crucible or direct resistance heating resistance heating method, a high frequency induction heating method, an electron beam heating method, or the like can be used. Of these, the resistance heating method tends to be unsuitable for forming an inorganic compound having a low vapor pressure. In addition, although the electron beam heating method can evaporate various materials, when the film formation rate increases, coarse particles such as splash are generated, and as a result, the
さらにイオンプレーティング法は、蒸着源が点源であるため、上記真空蒸着法と同様に比較的低コストで保護層20を形成することが困難である傾向にある。そこで、イオンプレーティング法を用いて、比較的低コストで保護層20を形成するには、「月刊ディスプレイ」の1999年9月号、第28頁に提案されている圧力勾配型ホローカソード型プラズマガンによる高密度プラズマを利用した成膜装置を用いればよい。この方法はイオンプレーティング法の1種であり、特開平2−209475号公報に記載されているようなシート状プラズマを用いるので、比較的低コストで大面積の層を均一に形成することができる。しかも、この方法はプラズマガンのイオン化率が従来のものと比較して極めて高いため、蒸発粒子のイオン化率が高くなり、基板温度が比較的低温であっても膜密度を高く維持することができ、表面形状を含めた結晶性及び反応性等の膜質改善効果が得られる、などの効果を奏することができる傾向にある。
Furthermore, in the ion plating method, since the vapor deposition source is a point source, it is difficult to form the
保護層20を形成する際の成膜温度は特に限定されないが、成膜時の熱履歴が磁石素体10の磁気特性を劣化させない程度であると好ましい。そのような観点から、成膜温度が500℃以下であると好ましく、300℃以下であるとより好ましい。
The film formation temperature when forming the
保護層20を形成する際の雰囲気ガスの組成は特に限定されず、必要に応じて調整すればよい。
The composition of the atmospheric gas when forming the
また、保護層20を形成する際に、まず金属オキシナイトライドを構成する金属元素を形成した後、高温酸化法、プラズマ酸化法、陽極酸化法等の後処理により酸素量若しくは窒素量を制御してもよい。
Further, when forming the
次に、本発明の希土類磁石の第2の実施形態を、その希土類磁石の模式断面図である図3を参照しながら説明する。 Next, a second embodiment of the rare earth magnet of the present invention will be described with reference to FIG. 3 which is a schematic sectional view of the rare earth magnet.
本発明の第2の実施形態の希土類磁石200は、磁石素体10と、その磁石素体10の表面の全体を被覆して形成される保護層20とから構成されるものである。さらに保護層20は、磁石素体10との界面側から、機能層22及びオキシナイトライド層24をこの順に積層して形成されている。
The
ここで、オキシナイトライド層24は、上述した第1の実施形態におけるオキシナイトライド層20と同様の構成材料を含有するものである。また、機能層24は、磁石素体10と保護層20との密着性の向上、それらの層間の反応性の防止及び磁石素体10の表面粗さの制御等の機能を、希土類磁石200に付与するために設けられるものである。
Here, the
本実施形態の希土類磁石200においては、オキシナイトライド層24を雰囲気に晒されるように設けており、更に、そのオキシナイトライド層24によって機能層22及び磁石素体10が被覆されて、雰囲気から完全に遮断されているので、希土類磁石200は一層優れた耐食性を有する傾向にある。特に、機能層22が、比較的容易に腐食する材料から構成されている場合は、オキシナイトライド層24によりその機能層22を被覆して形成していないと、機能層22の腐食により、希土類磁石200としての磁気特性等が低下する傾向にあるので、かかるオキシナイトライド層24を設けることがより好ましい。
In the
また、機能層22が金属からなる層であると、磁石素体10との密着性を一層高めることができ、結果として磁気特性及び耐食性の更なる向上に繋がるので好ましい。そのような金属としては、例えばAl、Cr、Si、Ti及びNiなどが挙げられる。これらは1種を単独で若しくは2種以上を組み合わせて用いることができる。
In addition, it is preferable that the
あるいは、磁石素体10と保護層20との密着性を高める機能層22の構成材料としては、磁石素体10の構成材料の熱膨張係数と比較的近い熱膨張係数を有する材料を選択すると好ましい。かかる材料は、希土類磁石200が高温に曝されたり、又は、高温及び低温の雰囲気に繰り返し曝される熱衝撃を受けたりしても、より優れた密着性を維持することができる。そのような材料としては、上記金属の他に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられるが、上述した熱膨張係数を有するものであればよい。
Alternatively, it is preferable to select a material having a thermal expansion coefficient that is relatively close to the thermal expansion coefficient of the constituent material of the
磁石素体10と保護層20との間の反応を防止する機能層22の構成材料としては、Al、Ni、Cr、Si、Ti等の金属、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等の無機化合物等を用いるとよい。これらのうち、金属を機能層22の構成材料として用いる場合は、磁石素体10の構成材料と合金を形成して磁気特性を低下させないようなものが好ましい。また、樹脂を用いる場合は、機能層22の成膜時に、H2O、O2等の残留不純物を含まないものであると好ましく、また、高温雰囲気下で形状が安定である熱硬化性樹脂等であると好ましい。
Examples of the constituent material of the
さらに、上記無機化合物は、オキシナイトライド層24の構成材料(元素)を含んでいてもよく、あるいはオキシナイトライド層24とは異なる構成材料であってもよい。特に、その無機化合物がオキシナイトライド層24の構成材料を含む場合には、磁石素体10の構成材料との反応が起こらないように、含まれる酸素、炭素及び/又は窒素などの組成範囲を調整したものであればよい。
Further, the inorganic compound may contain a constituent material (element) of the
磁石素体10の表面粗さを制御する機能層22の構成材料としては、上述した密着性を高める機能層の構成材料と同様であればよい。磁石素体10の表面が粗いと、保護層20による被覆性が低下し、例えばピンホール等が発生しやすくなる傾向にある。したがって、上述した材料を磁石素体10の表面上に付与してその表面をある程度平坦にすることにより、保護層20の機能をより効果的かつ確実に引き出すことが可能となる傾向にある。
The constituent material of the
上述の材料を用いて磁石素体10の表面をある程度平坦にするには、非晶質の状態若しくはそれに近い状態に調製したその材料を用いて機能層22を形成するとよい。そのような材料として、例えばSiO2を用いると、成膜時の基板表面における流動性が良好で、結晶化し難い傾向にあるため、好ましい。
In order to make the surface of the
本実施形態の希土類磁石200においては、十分な磁気特性の確保等の観点から、その保護層20の膜厚が0.01〜20μmであると好ましく、0.1〜20μmであるとより好ましく、更に生産コスト等の観点から0.3〜10μmであると一層好ましい。また、オキシナイトライド層24の膜厚は、耐食性の向上の観点から、0.01〜20μmであると好ましく、0.1〜20μmであるとより好ましく、更に生産コスト等の観点から0.3〜10μmであると一層好ましい。
In the
次に、本発明の希土類磁石の第3の実施形態を、その希土類磁石の模式断面図である図4を参照しながら説明する。 Next, a third embodiment of the rare earth magnet of the present invention will be described with reference to FIG. 4 which is a schematic sectional view of the rare earth magnet.
本発明の第3の実施形態の希土類磁石300は、磁石素体10と、その磁石素体10の表面の全体を被覆して形成される保護層20とから構成されるものである。さらに保護層20は、磁石素体10との界面側から、第1機能層22、第2機能層26及びオキシナイトライド層24をこの順に積層して形成されている。
The
これらのうち、オキシナイトライド層24の構成材料としては第2の実施形態におけるものと同様のものを用いることができ、第1機能層22の構成材料としては、第2の実施形態における機能層22と同様のものを用いることができる。
Among these, the constituent material of the
第2機能層26は、保護層20の耐食効果を更に向上させるべく、オキシナイトライド層24の構成材料と同じ材料であって異なる組成比のものを用いてもよく、オキシナイトライドを構成材料とするが、オキシナイトライド層24に用いた金属元素とは異なる金属元素を用いたものであってもよい。また、第2機能層26は、第1機能層22の有する機能を更に向上させるべく、第1機能層22の構成材料と同じ材料であって異なる組成比のものを用いてもよい。さらに、第2機能層26は、オキシナイトライド層24及び第1機能層22とは異なる機能を有していてもよい。より具体的には、第1機能層の構成材料としてAl、Ni若しくはCrなどの金属を用いる場合、その金属元素を含有するオキシナイトライドを第2機能層26の構成材料として用いると好ましい。こうすることにより、第2機能層26は、第1機能層22とオキシナイトライド層24との間の密着性(結合性)を向上させる機能を有することとなる。
In order to further improve the corrosion resistance effect of the
以上、本発明の希土類磁石の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の別の実施形態の希土類磁石の形状は、図示したような直方体に限定されず、用途に応じた形状を有していればよい。具体的に、ハードディスク装置の駆動部分若しくは自動車用モータに用いられる場合は、円弧状切片の断面を有する柱形であってもよい。また、工業用加工機械に用いられる場合は、リング状や円板状の形状であってもよい。 As mentioned above, although preferred embodiment of the rare earth magnet of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, the shape of the rare earth magnet according to another embodiment of the present invention is not limited to the rectangular parallelepiped as illustrated, and may have a shape corresponding to the application. Specifically, when used in a drive portion of a hard disk device or a motor for an automobile, a column shape having an arc-shaped section may be used. Moreover, when used for an industrial processing machine, a ring shape or a disk shape may be sufficient.
また、別の実施形態の磁石素体10の構成材料としては、1種以上の希土類元素とCoとを含有するもの、あるいは1種以上の希土類元素とFeと窒素(N)とを含有するものなどが挙げられる。具体的には、例えば、Sm−Co5系若しくはSm2−Co17系(数字は原子比を表す。)などのSmとCoとを含有するもの、あるいは、Nd−Fe−B系などのNdとFeとBとを含むものなどが挙げられる。
Moreover, as a constituent material of the
さらに、本発明の希土類磁石は、オキシナイトライド層を複数層備え、それらのオキシナイトライド層が連続して積層されていてもよく、間に別の層を設けた状態で積層されていてもよい。例えば、上述した第1の実施形態において説明した、酸素及び窒素の総含有量がオキシナイトライド層20の厚さ方向外側に向かうにつれて減少している保護層20は、オキシナイトライド中の金属元素と酸素及び窒素との含有比が異なる、連続して積層された複数のオキシナイトライド層であって、その複数の層のうちのある層の酸素及び窒素の総含有量が、その層より外側にある層の酸素及び窒素の総含有量よりも少なくなっている複数の層からなるものと見てもよい。
Furthermore, the rare earth magnet of the present invention may be provided with a plurality of oxynitride layers, and these oxynitride layers may be laminated continuously, or may be laminated with another layer provided therebetween. Good. For example, the
また、本発明の第2実施形態の希土類磁石200が備える磁石素体10を形成した後、磁石素体10の表面粗さを低減する機能層22を設ける前に、硝酸等を用いる化成処理を磁石素体10の表面に施して、その表面の突起を化学エッチングしてもよい。さらに、逆スパッタ法等を用いて加速した原子又はイオンを磁石素体10の表面に衝突させて、その表面の突起を物理エッチングしてもよい。その場合には、機能層22をプラズマ中で表面反応を起こすような反応性ガスを導入することにより形成してもよい。さらにはこれらの方法を組み合わせてもよい。これらの方法を用いることにより、磁石素体10の表面粗さを一層低減することが可能となり、上述した機能層22の形成とあいまって、保護層20の機能を相乗的に発揮できる傾向にある。
In addition, after forming the
さらに、保護層20の形成方法において、保護層20を磁石素体10の表面の全体を被覆するように設けるために、いわゆるバレル蒸着を用いて保護層20を形成すると好ましい。
Furthermore, in the method for forming the
本発明の希土類磁石は、上述の塩水噴霧試験の他、耐食性の評価方法である恒温恒湿試験及びプレッシャークッカー試験によっても、その腐食が認められないものである。ここで「恒温恒湿試験」とは、JIS−C−0097に規定される耐食性評価試験をいい、試料を85℃、85%相対湿度の雰囲気中に504時間晒した後、腐食状態の確認を行う試験である。また、「プレッシャークッカー試験」とは、試料を120℃、飽和水蒸気が存在する雰囲気中に24時間晒した後、腐食状態の確認を行う試験である。 In addition to the salt spray test described above, the rare earth magnet of the present invention is not corroded by a constant temperature and humidity test and a pressure cooker test which are evaluation methods for corrosion resistance. Here, the “constant temperature and humidity test” refers to a corrosion resistance evaluation test specified in JIS-C-0097. After the sample is exposed to an atmosphere of 85 ° C. and 85% relative humidity for 504 hours, the corrosion state is confirmed. It is a test to be performed. The “pressure cooker test” is a test in which a sample is exposed to an atmosphere of 120 ° C. and saturated water vapor for 24 hours, and then a corrosion state is confirmed.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
まず、粉末冶金法によって作製した14Nd−1Dy−7B−78Fe(数字は原子比を表す。)の組成をもつ焼結体に対し、Arガス雰囲気中で600℃、2時間熱処理を施した。次いで、熱処理後の焼結体を56×40×8(mm)の大きさに切断加工し、さらにバレル研磨処理により面取りを行って磁石素体を得た。
(Example 1)
First, a sintered body having a composition of 14Nd-1Dy-7B-78Fe (the number represents an atomic ratio) manufactured by powder metallurgy was subjected to heat treatment at 600 ° C. for 2 hours in an Ar gas atmosphere. Next, the sintered body after the heat treatment was cut into a size of 56 × 40 × 8 (mm), and further chamfered by barrel polishing to obtain a magnet body.
次に、得られた磁石素体を、アルカリ性の脱脂液を用いて洗浄した後、3%硝酸水溶液を用いて磁石素体の表面を活性化し、さらに十分に水洗した。続いて、水洗後の磁石素体を真空成膜チャンバー内に固定し、1×10−3Pa以下の真空度が得られるまで真空排気した。 Next, the obtained magnet body was washed with an alkaline degreasing solution, and then the surface of the magnet body was activated with a 3% nitric acid aqueous solution and further thoroughly washed with water. Subsequently, the magnet body after washing with water was fixed in a vacuum film forming chamber and evacuated until a vacuum degree of 1 × 10 −3 Pa or less was obtained.
次いで、気相成長法である反応性スパッタ法を用いて、シリコンオキシナイトライド(SiOxNy)を構成材料とする保護層を、その膜厚が5μmとなるように磁石素体表面上に形成した。保護層の形成は、Siスパッタターゲットを用い、成膜チャンバー内にAr、O2及びN2ガスを各10sccm、1.0sccm及び10sccmの流量で流通し、チャンバー内圧力を0.7Paに維持し、300Wの高周波放電を発生させることにより行われた。この際の磁石素体の表面温度は200℃になるように調整した。このようにして膜厚5μmのシリコンオキシナイトライド保護層を備える実施例1の希土類磁石を得た。 Next, a reactive layer made of silicon oxynitride (SiO x N y ) is formed on the surface of the magnet body so as to have a film thickness of 5 μm by using a reactive sputtering method that is a vapor phase growth method. Formed. The protective layer is formed using a Si sputtering target, and Ar, O 2 and N 2 gases are circulated in the film forming chamber at flow rates of 10 sccm, 1.0 sccm and 10 sccm, respectively, and the pressure in the chamber is maintained at 0.7 Pa. , By generating a 300 W high frequency discharge. The surface temperature of the magnet body at this time was adjusted to 200 ° C. Thus, the rare earth magnet of Example 1 provided with a silicon oxynitride protective layer having a thickness of 5 μm was obtained.
得られた希土類磁石が備える保護層の蛍光X線分析を行なったところ、保護層中の酸素含有量は、O/(O+N)で10原子%に相当する量であった。 As a result of fluorescent X-ray analysis of the protective layer provided in the obtained rare earth magnet, the oxygen content in the protective layer was an amount corresponding to 10 atomic% in O / (O + N).
(実施例2)
保護層形成時の条件をArを10sccm、O2を2sccm、N2を10sccmとした以外は実施例1と同様にして、膜厚5μmのシリコンオキシナイトライド保護層を備える実施例2の希土類磁石を得た。得られた希土類磁石が備える保護層の蛍光X線分析を行なったところ、保護層中の酸素含有量は、O/(O+N)で30原子%に相当する量であった。
(Example 2)
The rare earth magnet of Example 2 having a 5 μm thick silicon oxynitride protective layer in the same manner as in Example 1 except that Ar was 10 sccm, O 2 was 2 sccm, and N 2 was 10 sccm. Got. When a fluorescent X-ray analysis of the protective layer provided in the obtained rare earth magnet was performed, the oxygen content in the protective layer was an amount corresponding to 30 atomic% in O / (O + N).
(実施例3)
Siスパッタターゲットに代えてTiスパッタターゲットを用い、O2ガスの流量を1.0sccmから0.1sccmに代えた以外は実施例1と同様にして、膜厚0.1μmのチタンオキシナイトライド保護層を備える実施例3の希土類磁石を得た。得られた希土類磁石が備える保護層の蛍光X線分析を行なったところ、保護層中の酸素含有量は、O/(O+N)で1原子%に相当する量であった。
(Example 3)
A titanium oxynitride protective layer with a film thickness of 0.1 μm was used in the same manner as in Example 1 except that a Ti sputter target was used instead of the Si sputter target and the flow rate of O 2 gas was changed from 1.0 sccm to 0.1 sccm. A rare earth magnet of Example 3 comprising: When the X-ray fluorescence analysis of the protective layer with which the obtained rare earth magnet was provided, the oxygen content in the protective layer was an amount corresponding to 1 atomic% in O / (O + N).
(実施例4)
Siスパッタターゲットに代えてAlスパッタターゲット及びMoスパッタターゲットをスパッタされる面の面積比がAl:Moで100:85となるようにして併用し、O2ガスの流量を1.0sccmから0.5sccmに代えた以外は実施例1と同様にして、膜厚0.1μmのアルミニウムモリブデンオキシナイトライド保護層を備える実施例4の希土類磁石を得た。得られた希土類磁石が備える保護層の蛍光X線分析を行なったところ、保護層内の金属原子組成はMoが0.9%、Alが99.1%であった。また、保護層中の酸素含有量は、O/(O+N)で1原子%に相当する量であった。
Example 4
Instead of the Si sputter target, an Al sputter target and a Mo sputter target are used together so that the area ratio of the sputtered surface is 100: 85 in Al: Mo, and the flow rate of O 2 gas is 1.0 sccm to 0.5 sccm. A rare earth magnet of Example 4 provided with an aluminum molybdenum oxynitride protective layer having a thickness of 0.1 μm was obtained in the same manner as Example 1 except that was replaced with. As a result of fluorescent X-ray analysis of the protective layer provided in the obtained rare earth magnet, the metal atom composition in the protective layer was 0.9% for Mo and 99.1% for Al. Further, the oxygen content in the protective layer was an amount corresponding to 1 atomic% in O / (O + N).
(実施例5)
まず、実施例1と同様にして水洗後の磁石素体を真空成膜チャンバー内に固定し、1×10−3Pa以下の真空度が得られるまで真空排気した。次いで、実施例1と同様の反応性スパッタ法を用いて、ジルコニウムオキシナイトライドを構成材料とする膜厚0.1μmの保護層を磁石素体表面上に形成した。この保護層の形成の際の諸条件は、Siスパッタターゲットに代えてZrスパッタターゲットを用い、O2ガスの流量を1.0sccmから0.1sccmに代えた以外は、実施例1におけるシリコンオキシナイトライド保護層を形成した際の条件と同様にした。
(Example 5)
First, the magnet body after washing with water was fixed in a vacuum film formation chamber in the same manner as in Example 1, and evacuated until a vacuum degree of 1 × 10 −3 Pa or less was obtained. Subsequently, a reactive sputtering method similar to that in Example 1 was used to form a protective layer having a thickness of 0.1 μm on the surface of the magnet body using zirconium oxynitride as a constituent material. The conditions for forming this protective layer were that the silicon oxynitride of Example 1 was used except that a Zr sputter target was used instead of the Si sputter target and the flow rate of O 2 gas was changed from 1.0 sccm to 0.1 sccm. The conditions were the same as when the ride protective layer was formed.
次に、同様に反応性スパッタ法を用いて、タングステンオキシナイトライドを構成材料とする膜厚0.05μmの保護層をジルコニウムオキシナイトライド保護層表面上に形成した。この保護層の形成の際の諸条件は、Siスパッタターゲットに代えてWスパッタターゲットを用いた以外は、実施例1におけるシリコンオキシナイトライド保護層を形成した際の条件と同様にした。こうして磁石素体側からジルコニウムオキシナイトライド保護層及びタングステンオキシナイトライド保護層を積層して備える実施例5の希土類磁石を得た。 Next, similarly, a reactive sputtering method was used to form a 0.05 μm-thick protective layer containing tungsten oxynitride on the surface of the zirconium oxynitride protective layer. The conditions for forming this protective layer were the same as the conditions for forming the silicon oxynitride protective layer in Example 1 except that a W sputter target was used instead of the Si sputter target. In this way, the rare earth magnet of Example 5 provided with the zirconium oxynitride protective layer and the tungsten oxynitride protective layer laminated from the magnet body side was obtained.
得られた希土類磁石が備える保護層の組成を調べるため、実施例1と同様にして得られる磁石素体に上記と同様の条件でジルコニウムオキシナイトライド保護層のみを積層して得られる希土類磁石、及び、実施例1と同様にして得られた磁石素体に、ジルコニウムオキシナイトライド保護層を積層せずに、上述と同様の条件でタングステンオキシナイトライド保護層のみを直接積層して得られる希土類磁石をそれぞれ準備した。これらの希土類磁石の蛍光X線分析を行ったところ、ジルコニウムオキシナイトライド保護層中の酸素含有量は、O/(O+N)で0.2原子%に相当する量であり、タングステンオキシナイトライド保護層中の酸素含有量は、O/(O+N)で8原子%に相当する量であった。 In order to investigate the composition of the protective layer provided in the obtained rare earth magnet, a rare earth magnet obtained by laminating only a zirconium oxynitride protective layer on the same magnet magnet as obtained in Example 1 under the same conditions as described above, And the rare earth obtained by directly laminating only the tungsten oxynitride protective layer under the same conditions as described above without laminating the zirconium oxynitride protective layer on the magnet body obtained in the same manner as in Example 1. Each magnet was prepared. As a result of fluorescent X-ray analysis of these rare earth magnets, the oxygen content in the zirconium oxynitride protective layer was O / (O + N) equivalent to 0.2 atomic%, and the tungsten oxynitride protection The oxygen content in the layer was O / (O + N) corresponding to 8 atomic%.
(実施例6)
まず、実施例1と同様にして磁石素体を得た。得られた磁石素体を、アルカリ性の脱脂液を用いて洗浄した後、3%硝酸水溶液を用いて磁石素体の表面を活性化し、さらに十分に水洗した。続いて、水洗後の磁石素体を真空成膜チャンバー内に固定し、1×10−3Pa以下の真空度が得られるまで真空排気した。次いで、気相成長法である真空蒸着法を用いて、金属アルミニウム層を、その膜厚が5μmとなるように磁石素体表面上に形成した。金属アルミニウム層の形成は、金属アルミニウム蒸着源に電子ビームを照射して行った。
(Example 6)
First, a magnet body was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained magnet body was washed with an alkaline degreasing solution, and then the surface of the magnet body was activated with a 3% nitric acid aqueous solution and further thoroughly washed with water. Subsequently, the magnet body after washing with water was fixed in a vacuum film forming chamber and evacuated until a vacuum degree of 1 × 10 −3 Pa or less was obtained. Next, a metal aluminum layer was formed on the surface of the magnet body using a vacuum vapor deposition method, which is a vapor phase growth method, so as to have a film thickness of 5 μm. The metal aluminum layer was formed by irradiating a metal aluminum vapor deposition source with an electron beam.
続いて、その金属アルミニウム層の表面上に、Siスパッタターゲットに代えてTaスパッタターゲットを用い、O2ガスの流量を1.0sccmから5.0sccmに代えた以外は実施例1と同様の条件の反応性スパッタ法を用い、膜厚3μmのタンタルオキシナイトライド層を形成した。こうして磁石素体側から金属アルミニウム層及びタンタルオキシナイトライド保護層を積層して備える実施例6の希土類磁石を得た。 Subsequently, on the surface of the metal aluminum layer, a Ta sputter target was used instead of the Si sputter target, and the flow rate of O 2 gas was changed from 1.0 sccm to 5.0 sccm. A reactive sputtering method was used to form a tantalum oxynitride layer having a thickness of 3 μm. In this way, a rare earth magnet of Example 6 having a metal aluminum layer and a tantalum oxynitride protective layer laminated from the magnet body side was obtained.
得られた希土類磁石が備える保護層の蛍光X線分析を行なったところ、保護層中の酸素含有量は、O/(O+N)で3原子%に相当する量であった。 When the X-ray fluorescence analysis of the protective layer with which the obtained rare earth magnet was provided, the oxygen content in the protective layer was an amount corresponding to 3 atomic% in O / (O + N).
(比較例1)
保護層形成時に、成膜チャンバー内にAr、O2及びN2ガスを各10sccm、1.0sccm及び10sccmの流量で流通することに代えて、成膜チャンバー内にAr及びO2ガスを各10sccmずつ流通した以外は実施例1と同様にして、比較例1の希土類磁石を得た。得られた希土類磁石が備える保護層の蛍光X線分析を行なったところ、保護層中に窒素原子は確認されなかった。
(Comparative Example 1)
Instead of flowing Ar, O 2 and N 2 gases at a flow rate of 10 sccm, 1.0 sccm, and 10 sccm, respectively, in the deposition chamber, 10 ppm each of Ar and O 2 gas is supplied into the deposition chamber. A rare earth magnet of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that each was distributed. When a fluorescent X-ray analysis of the protective layer provided in the obtained rare earth magnet was performed, nitrogen atoms were not confirmed in the protective layer.
(比較例2)
保護層形成時に、成膜チャンバー内にAr、O2及びN2ガスを各10sccm、1.0sccm及び10sccmの流量で流通することに代えて、成膜チャンバー内にAr及びN2ガスを各10sccmずつ流通した以外は実施例1と同様にして、比較例2の希土類磁石を得た。得られた希土類磁石は、表面保護膜に目視で確認可能な程度のクラックが全面にわたって発生していた。
(Comparative Example 2)
During the protective layer formation, Ar into the deposition chamber, O 2 and N 2 gas each 10 sccm, instead of being distributed in 1.0sccm and 10 sccm flow rate, each 10 sccm Ar and N 2 gas into the deposition chamber A rare earth magnet of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that each was distributed. The obtained rare earth magnet had cracks on the entire surface that were visible to the surface protective film.
[耐食性評価]
実施例1〜6及び比較例1で得られた希土類磁石について、上述した条件により、恒温恒湿試験及び塩水噴霧試験を行った。そしてそれぞれの試験後の各希土類磁石の外観を目視により確認した。その結果、恒温恒湿試験後においては、実施例1〜6及び比較例1の希土類磁石はいずれも腐食(錆の発生)が確認されなかった。一方、塩水噴霧試験後においては、実施例1〜6の希土類磁石は腐食が確認されなかったのに対し、比較例1の希土類磁石は腐食が確認された。また、比較例2ではクラックの部分から磁石の腐食が発生していた。
[Evaluation of corrosion resistance]
The rare earth magnets obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were subjected to a constant temperature and humidity test and a salt spray test under the conditions described above. And the external appearance of each rare earth magnet after each test was confirmed visually. As a result, no corrosion (generation of rust) was confirmed in the rare earth magnets of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 after the constant temperature and humidity test. On the other hand, after the salt spray test, corrosion of the rare earth magnets of Examples 1 to 6 was confirmed, whereas corrosion of the rare earth magnet of Comparative Example 1 was confirmed. Further, in Comparative Example 2, the magnet was corroded from the crack portion.
10…磁石素体、20…保護層、100…希土類磁石。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記保護層が、オキシナイトライドを含有するオキシナイトライド層を有し、前記オキシナイトライド層中の酸素含有量が、前記オキシナイトライド層中の酸素及び窒素の総含有量に対して50原子%以下に相当する量であることを特徴とする希土類磁石。 Comprising a magnet body containing a rare earth element, and the coercive Mamoruso formed on the surface of the magnet body, and
The protective layer has an oxynitride layer containing oxynitride, and the oxygen content in the oxynitride layer is 50 atoms with respect to the total content of oxygen and nitrogen in the oxynitride layer. % Rare earth magnet, characterized in that the amount corresponds to less than 1%.
前記機能層は、Al、Ni、Cr、Si及びTiから選ばれる金属、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂から選ばれる樹脂、又は金属酸化物、金属窒化物及び金属炭化物から選ばれる無機化合物を含有することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の希土類磁石。The functional layer contains a metal selected from Al, Ni, Cr, Si and Ti, a resin selected from epoxy resins and polyimide resins, or an inorganic compound selected from metal oxides, metal nitrides and metal carbides. The rare earth magnet according to any one of claims 1 to 12, characterized in that
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