JP4374633B2 - Method for producing raw material alloy for nanocomposite magnet, and method for producing nanocomposite magnet powder and magnet - Google Patents

Method for producing raw material alloy for nanocomposite magnet, and method for producing nanocomposite magnet powder and magnet Download PDF

Info

Publication number
JP4374633B2
JP4374633B2 JP35628698A JP35628698A JP4374633B2 JP 4374633 B2 JP4374633 B2 JP 4374633B2 JP 35628698 A JP35628698 A JP 35628698A JP 35628698 A JP35628698 A JP 35628698A JP 4374633 B2 JP4374633 B2 JP 4374633B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alloy
raw material
producing
powder
nanocomposite magnet
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
Application number
JP35628698A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000182814A (en
Inventor
恭孝 重本
裕和 金清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Metals Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP35628698A priority Critical patent/JP4374633B2/en
Priority to US09/455,469 priority patent/US6302972B1/en
Priority to CNB991254104A priority patent/CN1144241C/en
Priority to KR1019990055644A priority patent/KR100642328B1/en
Publication of JP2000182814A publication Critical patent/JP2000182814A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4374633B2 publication Critical patent/JP4374633B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/057Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H01F1/0579Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B with exchange spin coupling between hard and soft nanophases, e.g. nanocomposite spring magnets

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Fe3B化合物の微結晶およびFe−R−B系化合物の微結晶が混在したナノコンポジット磁石の製造方法に関する。特に、ナノコンポジット磁石を製造するための原料合金およびその粉末の製造方法、ならびにナノコンポジット磁石粉末やナノコンポジット磁石の製造方法に関する。また、本発明はナノコンポジット磁石を備えたモータおよびアクチュエータやFe系急冷合金の製造方法にも関する。
【0002】
【従来の技術】
Fe3B/R2Fe14B系ナノコンポジット磁石は、ソフト磁性相であるFe3B微結晶とハード磁性相であるR2Fe14B微結晶が均一に分布し、交換相互作用によって両者が磁気的に結合した磁石である。これらの微結晶はナノメートル(nm)オーダーのサイズを持ち、両微結晶相が複合化した組織(ナノコンポジット組織)を構成していることから、「ナノコンポジット磁石」と呼ばれている。
【0003】
ナノコンポジット磁石は、ソフト磁性相を含みながらも、ハード磁性相との磁気的結合によって優れた磁石特性を発揮することができる。また、Nd等の希土類元素を含まないソフト磁性相が存在する結果、全体として希土類元素の含有量が低く抑えられる。このことは、磁石の製造コストを低減し、磁石を安定に供給するうえでも好都合である。
【0004】
このようなナノコンポジット磁石は、溶融した原料合金を急冷し、それによっていったん非晶質化した後、熱処理によって微結晶を析出させるという方法を用いて製造される。
【0005】
非晶質状態の合金は片ロール法などのメルトスピニング技術を用いて作製されれるのが一般的である。メルトスピニング技術は、回転する冷却ロールの外周表面上に溶湯状原料合金を流下し、溶湯原料合金を冷却ロールと短時間だけ接触させることによって原料合金を急冷・凝固させるものである。この方法による場合、冷却速度の制御は冷却ロールの回転周速度を調節することによって行われる。
【0006】
凝固し、冷却ロールから離れた合金は、周速度方向に薄く且つ長く延びたリボン(薄帯)形状になる。この合金薄帯は破断機によって破砕され薄片化したのち、粉砕機によってより細かいサイズに粉砕されて粉末化される。
【0007】
その後、結晶化のための熱処理が行われる。この熱処理によって、Fe3B微結晶およびR2Fe14B微結晶が生成され、両者は交換相互作用によって磁気的に結合することになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
熱処理によってどのような金属組織を形成するかが磁石特性を向上させる上で重要である。しかし、この熱処理は制御性および再現性の観点で幾つかの問題点を有していた。すなわち、非晶質原料合金の結晶化反応で短時間に大きな熱が発生する結果、熱処理装置による合金温度の制御が困難であるという問題があった。特に、大量の原料合金粉末に対して熱処理を施そうとする場合、その温度制御が不能状態に陥りやすかったため、少量ずつの原料合金粉末に対してしか熱処理を施せなくなり、処理レート(単位時間あたりの粉末処理量)が低下してしまうという問題があった。このことは、磁石粉末の量産化にとって大きな支障となっていた。
【0009】
また、同様の方法でFe系急冷凝固合金を製造する際、急冷凝固時の冷却速度を均一に制御することが困難であるため、不必要な組織が急冷凝固合金中に出現しうるという問題があった。この問題は、特にロール周速度を低くし、冷却速度を遅くした場合に顕著になった。
【0010】
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、結晶化発熱を少なくし、それによって微細かつ均質な金属組織を持った磁石粉末を再現性良く効率的に製造するのに適したナノコンポジット磁石用原料合金(粉末)およびその製造方法を提供することにある。
【0011】
また、本発明の他の目的は、磁石性能に優れたナノコンポジット磁石粉末の製造方法およびナノコンポジット磁石の製造方法を提供することにある。
【0012】
本発明の更に他の目的は、このように優れた特性を持つナノコンポジット磁石を備えたモータおよびアクチュエータを提供することにある。
【0013】
本発明の更に他の目的は、冷却速度を均一に制御しやすいFe系急冷凝固合金の製造方法およびFe系合金の製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
ナノコンポジット磁石用原料合金の製造方法は、一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuで表されるナノコンポジット磁石用原料合金であって、RはPrおよびNdの一方または両方の元素を90原子%以上含有し、残部が他のランタン系列元素またはYの一種以上の元素を0%以上10%未満含有する希土類元素であり、MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt、Pb、AuおよびAgからなる群から選択された一種以上の元素であり、組成比x、y、zおよびuが、2≦x≦6、16≦y≦20、0.2≦z≦7、および0.01≦u≦7を満足するナノコンポジット磁石用原料合金を製造する方法において、冷却ロールを用いた液体急冷法によって前記原料合金の溶湯を急冷凝固させる工程を包含し、前記急冷凝固工程に際して、前記合金の急冷凝固を減圧雰囲気中で実行し、それによって金属ガラス状態にある急冷凝固合金を生成することを特徴とする。
【0015】
前記減圧雰囲気の絶対圧力が50kPa以下であることが好ましい。
【0016】
前記急冷凝固された原料合金から粉末を作製する工程を更に包含していてもよい。
【0017】
前記急冷凝固工程において、前記合金の冷却速度を5×104〜5×106K/秒とし、急冷前の合金の温度Tmから400〜800℃だけ低い温度に合金の温度を低下させることが好ましい。
【0018】
本発明によるナノコンポジット磁石粉末の製造方法は、一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuで表されるナノコンポジット磁石用合金であって、RはPrおよびNdの一方または両方の元素を90原子%以上含有し、残部が他のランタン系列元素またはYの一種以上の元素を0%以上10%未満含有する希土類元素であり、MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt、Pb、AuおよびAgからなる群から選択された一種以上の元素であり、組成比x、y、zおよびuが、2≦x≦6、16≦y≦20、0.2≦z≦7、および0.01≦u≦7を満足するナノコンポジット磁石用原料合金の粉末を用意する工程と、前記ナノコンポジット磁石用原料合金の粉末に対して熱処理を施し、それによって、Fe3B化合物およびFe−R−B系化合物の結晶化を実行する工程とを包含するナノコンポジット磁石粉末の製造方法であって、前記ナノコンポジット磁石用原料合金の粉末を用意する工程は、前記原料合金の溶湯を冷却ロールを用いた液体急冷法によって減圧雰囲気中で急冷凝固させ、金属ガラス状態にある急冷凝固合金を生成する工程と、前記急冷凝固合金から前記粉末を作製する工程とを包含することを特徴とする。
【0019】
前記減圧雰囲気の絶対圧力が50kPa以下であることが好ましい。
【0020】
前記急冷凝固工程において、前記合金の冷却速度を5×104〜5×106K/秒とし、急冷前の合金の温度Tmから400〜800℃だけ低い温度に合金の温度を低下させることが好ましい。
【0021】
ナノコンポジット磁石の製造方法は、一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuで表されるナノコンポジット磁石用合金であって、RはPrおよびNdの一方または両方の元素を90原子%以上含有し、残部が他のランタン系列元素またはYの一種以上の元素を0%以上10%未満含有する希土類元素であり、MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt、Pb、AuおよびAgからなる群から選択された一種以上の元素であり、組成比x、y、zおよびuが、2≦x≦6、16≦y≦20、0.2≦z≦7.0、0.01≦u≦7を満足するナノコンポジット磁石用原料合金の粉末を用意する工程と、前記ナノコンポジット磁石用原料合金の粉末に対して熱処理を施し、それによって、Fe3B化合物およびFe−R−B系化合物の結晶化を実行する工程と、前記熱処理後の原料合金の粉末を用いて成形体を形成する工程とを包含するナノコンポジット磁石の製造方法であって、前記ナノコンポジット磁石用原料合金の粉末を用意する工程は、前記原料合金の溶湯を冷却ロールを用いた液体急冷法によって減圧雰囲気中で急冷凝固させる工程と、前記急冷凝固された原料合金から前記粉末を作製する工程とを包含する。
【0022】
前記減圧雰囲気の絶対圧力は、50kPa以下であることが好ましい。
【0023】
前記急冷凝固工程において、前記合金の冷却速度を5×104〜5×106K/秒とし、急冷前の合金の温度Tmから400〜800℃だけ低い温度に合金の温度を低下させることが好ましい。
【0024】
前記成形体を形成する工程は、前記熱処理後の原料合金の粉末を用いてボンド磁石を作製する工程を含む。
【0025】
本発明のモータは、上記ナノコンポジット磁石の製造方法によって製造されたナノコンポジット磁石を備えている。
【0026】
本発明によるFe系急冷凝固合金の製造方法は、冷却ロールを用いた液体急冷法によってFe系合金の溶湯を急冷凝固させる工程を包含するFe系急冷凝固合金の製造方法であって、前記急冷凝固工程に際して、前記Fe系合金の急冷凝固を減圧雰囲気中で実行し、それによって、結晶質相が全体の10%以下の状態にあるFe系急冷凝固合金を形成することを特徴とする。
【0027】
前記減圧雰囲気の絶対圧力を10kPa以下とすることが好ましい。
【0028】
Fe系合金の製造方法は、冷却ロールを用いた液体急冷法によって減圧雰囲気中でFe系合金の溶湯を急冷凝固させ、それによって結晶質相が全体の10%以下の状態にあるFe系急冷凝固合金を形成する工程と、Fe系急冷凝固合金を加熱して、Fe系急冷凝固合金を結晶化する工程とを包含する。
【0029】
前記減圧雰囲気の絶対圧力を10kPa以下とすることが好ましい。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明では、一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuの何れかで表されるナノコンポジット磁石用合金の溶湯を作製した後、その合金溶湯を急冷して凝固する。
【0031】
ここで、RはPrおよびNdの一方または両方の元素を90原子%以上含有し、残部が他のランタン系列元素またはYの一種以上の元素を0%以上10%未満含有する希土類元素であり、MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt、Pb、AuおよびAgからなる群から選択された一種以上の元素である。組成比x、y、zおよびuは、2≦x≦6、16≦y≦20、0.2≦z≦7、および0.01≦u≦7を満足する。これらの組成限定理由については後述する。
【0032】
本発明者は、上記合金溶湯の急冷凝固に際して、その冷却速度を5×104〜5×106K/秒とすることが好ましいことを見いだした。また、このような冷却速度にて冷却凝固した合金およびその粉末は、次に述べるような金属ガラス状態にあることがわかった。すなわち、粉末X線回折におけるブラッグ散乱ピークが0.179nm±0.005nmの結晶面間隔に相当する位置にある準安定相Zを含有し、ブラッグ反射ピークの強度がハローパターンの最高強度の5%以上200%未満であり、かつ、体心立方型Feの(110)ブラッグ散乱ピークの強度が前記ハローパターンの最高強度の5%未満である。
【0033】
更に、本発明者は、片ロール法を用い、従来のように常圧雰囲気中で上記合金を急冷凝固すると、合金溶湯とロール外周面との間に雰囲気ガスが巻き込まれ、雰囲気ガスが巻き込まれた部分での冷却が不十分になる結果、急冷凝固された合金薄帯(合金リボン)の特性が部分的に劣化してしまうことを見いだした。以下、図面を参照しながら、この現象を説明する。
【0034】
図1(a)および(b)は、片ロール法を用い、従来のように常圧雰囲気中で上記合金を急冷凝固した場合に得られる合金リボン101および102の断面を模式的に示している。図1(a)は、ロール周速度が比較的に遅い場合(ロール周速度:10m/秒未満)、図1(b)は、ロール周速度が比較的に速い場合(ロール周速度:10m/秒以上)を示している。ロール周速度が遅い場合は、形成される合金リボン101は相対的に厚く、ロール周速度が速い場合、形成される合金リボン102は相対的に薄い。図1(a)および(b)の何れの場合も、合金リボン101および102の下面、すなわち、冷却ロールと接触していた面には複数の凹部105が形成されている。この凹部105は、合金溶湯とロール外周面との間に雰囲気ガスが巻き込まれた結果生じたものである。合金リボン101および102の凹部においては、冷却ロールによる冷却が不充分にしか行われず、他の部分に比べて冷却速度が局所的に遅くなっている。特に、図1(a)の場合、もともと冷却速度が比較的に遅く設定されているので、合金リボン101の凹部105では、その部位の冷却速度が望ましい範囲から外れ、α−Fe相106が生成されてしまう。このα−Fe相106は、熱処理後も消えず、Fe3B/Nd2Fe14B系ナノコンポジット磁石の特性を劣化させる。これに対して、図1(b)の場合は、ロール周速度が速く、合金は全体として速く冷却されている。このため、合金リボン102の凹部105においてはα−Fe相はほとんど生成されず、その代わりに、後に述べる「準安定相Z」が凹部近傍で生成されていると考えられる。
【0035】
図1(c)および(d)は、それぞれ、図1(a)および(b)に対応する図面であり、急冷凝固を減圧雰囲気中で行った場合に作製される合金リボン103および104の断面を示している。図1(c)および(d)の何れの場合も、合金リボン103および104の下面、すなわち、冷却ロールと接触していた面には凹部が形成されていない。これは、合金溶湯とロール外周面との間に雰囲気ガスがほとんど巻き込まれず、合金溶湯がロール外周面と均一に接触していたためである。この結果、ロール周速度を低くし、それによって冷却速度を低減した場合でも、図1(c)に示すように、合金リボン103の表面形状は劣化せず、また、α−Fe相の生成も抑制されている。一方、図1(d)の場合、合金は均一に冷却されているが、冷却速度自体が速いため、後に述べる「準安定相Z」はほとんど生成されていない。
【0036】
このように、合金溶湯と冷却ロールとの間における雰囲気ガスの巻き込みを抑制するには、急冷室の絶対圧を50kPa以下にすることが好ましく、30kPa以下にすることがより好ましい。絶対圧力の好ましい範囲の下限は、1kPa程度である。雰囲気ガスの巻き込み防止のためには、これ以上に低い圧力にセットする意義はほとんどないからである。
【0037】
本実施形態の方法によって急冷凝固した合金またはその粉末に熱処理を施すと、それによって、Fe3B微結晶およびR−Fe−B系微結晶の結晶化が生じ、優れた磁石特性を持ったナノコンポジット磁石構造が発現することになる。
【0038】
本発明の製造方法によって作製した原料合金は、結晶化のための熱処理を受ける前において前述のような金属ガラス構造を有しており、長距離の周期的秩序性を示していないことが粉末X線回折から確認されている。本願発明者の実験によれば、合金溶湯の冷却速度を調節することによって、上記準安定相Zを含む金属ガラス状合金を形成することができ、その後の熱処理によって極めて優れた磁気特性が発揮されることになる。
【0039】
本発明の方法を用いて製造した磁石が磁石特性に優れる第1の理由は、雰囲気ガスの減圧によって溶湯と冷却ロールとの間の密着性が向上し、溶湯の冷却が均一に行われる結果、ロール周速度を遅くしてもα−Fe相がほとんど含まれない良質の金属ガラス状合金を形成できるからである。
【0040】
また、第2の理由は、上述の金属ガラス状態にある合金中において、Fe3B等の結晶成長に必要な微小前駆体(エンブリオ)が高密度で分散しているからである。そのため、熱処理を行うと、合金中に存在する多数の前駆体が示す短距離秩序を核として結晶成長が進行し、その結果、微細かつ均質な結晶組織が形成されることになる。またFe3Bの結晶化が極短範囲の原子拡散によって進行するため、その結晶化を比較的低い温度で達成することが可能になるという利点もある。
【0041】
Fe3Bの結晶化は560〜600℃の温度で生じる。この結晶化の進展に伴って、Nd等の希土類元素がFe3Bの周囲の非晶質領域にはき出され、その部分の組成がNd2Fe14Bに近づく。その結果、Nd2Fe14Bは複雑な構造を持つ三元化合物であるにもかかわらず、長距離の原子拡散を必要とすることなく、結晶化する。Nd2Fe14Bが結晶化する温度は、Fe3Bの結晶化が完了する温度よりも約20〜90℃だけ高く、約610〜690℃である。
【0042】
このように本発明による原料合金では、Fe3Bの結晶化とNd2Fe14Bの結晶化とを異なる温度範囲で別々に実行できるため、結晶化に伴う大きな反応熱が短時間に生じることがなく、20nm程度の微細な金属組織を再現性良く生成することができる。このことは、合金結晶化のための熱処理工程を制御する上で重要である。すなわち、高い反応熱を伴い結晶化が一挙に進展してしまうと、合金の温度を所定範囲内に制御することができなくなるからである。
【0043】
準安定相Zは、その実際の構造がまだ確認されていないが、X線回折で特定位置に急峻な回折線ピークを持つため、その存在を定量的に把握することができる。準安定相Zは、0.179nm±0.005nmの結晶面間隔に相当する位置に鋭いブラッグ散乱ピークを示し、また、0.417nm±0.005nmの結晶面間隔および0.267nm±0.005nmの結晶面間隔に相当する位置にも、ほぼ同レベルのブラッグ散乱ピークを示す。また、これらに加えて0.134nm±0.005nmにもブラッグピークを示すことがある。
【0044】
急冷凝固後に合金中に存在した準安定相Zは、磁石化のための熱処理によって熱分解して最終的には準安定相Fe3Bを生成するものと考えられる。この過程は、Fe3Bの不均一核の生成が最も頻繁に生じる温度よりも低い温度であって、比較的に広い範囲の温度で進行すると考えられる。
【0045】
準安定相Zは急冷凝固時の冷却速度が比較的に小さい場合に凝固薄帯の表面付近に形成され、冷却速度が従来の急冷凝固方法の場合のように大きい場合には生成されない特徴を有している。本発明では、準安定相Zを適切な量だけ生成するように冷却速度を調整している。すなわち、本発明では、適切な冷却速度を決定する場合の指標として、準安定相Zの存在を利用している。合金の組成を変更したり、冷却装置を変更した場合でも、準安定相Zの生成量を基に冷却速度を設定しなおせば、本発明の原料合金として最適な状態のものが簡単に得られる。なお、準安定相Z自体が微結晶化にとって大きな役割を果たしているか否かは不明である。ただ、準安定相Zがある割合で形成されるように急冷条件を制御すれば、その後の熱処理で高い磁気特性が得られることがわかっている。
【0046】
以下、冷却速度が所定範囲から外れた場合に何が生じるかを説明する。
【0047】
まず、冷却速度が速すぎる場合を説明する。
【0048】
冷却速度が速すぎると、合金はほぼ完全な非晶質状態になる。その場合、Fe3Bの不均一核が生成するサイトの数が極めて少ないため、あとの熱処理でFe3Bの結晶粒が大きく成長することになる。その結果、微細な結晶組織を形成できず、保磁力などが低下し、優れた磁気特性が発揮されなくなる。
【0049】
このように冷却速度が速すぎる場合、準安定相Zの生成が抑制される。その存在比率をX線回折におけるブラッグ散乱ピークの強度で評価すると、準安定相Zによるブラッグ散乱ピーク強度はハローパターンの最高強度の5%未満になり、ほとんど観察されないレベルにある。この場合、Fe3B結晶化のための核を発生するために大きな駆動力が必要となり、結晶化反応温度が高温側に移動する。しかも、その場合いったん結晶化反応が開始すると、結晶化反応が爆発的に進行するため、短時間に大量の熱が発生して原料合金温度が高くなる。その結果、原子拡散が高速で生じるレベルにまで原料合金温度が上昇して反応工程の制御性を失い、粗大な金属組織しか得られなくなってしまう。
【0050】
上記結晶化のための熱処理を連続熱処理法を用いて行う場合、単位時間あたりの原料合金粉末供給量を低く抑え、結晶化反応熱が熱拡散によって周囲に逸散できるようにする必要がある。連続熱処理法に代えてバッチ処理法による場合も、同様の理由から、原料合金粉末の処理量を大きく制限する必要がある。
【0051】
次に、冷却速度が遅すぎる場合を説明する。
【0052】
冷却速度が遅すぎると、周期的規則性が長範囲にわたって形成される。多くの場合、安定相であるFeが結晶化してしまう。このように冷却速度が遅すぎると、結晶相のブラッグ反射ピークの強度がハローパターンの上に重なって観察されるようになる。体心立方型Feの最強線である(110)ブラッグ散乱ピークが面間隔0.203nmの位置に観測され、その強度がハローパターンの最高強度の5%以上となった場合、「冷却速度は遅すぎる」と判断できる。Feは生成時点では高温相のガンマ鉄である可能性があるが、室温では体心立方鉄に変態している。
【0053】
なお、冷却速度が合金全体としては適正範囲内に設定されていたとしても、前述のように、合金とロール外周面との間に雰囲気ガスの巻き込みがあると、局所的に冷却速度が低下し、体心立方型Fe相が出現することになる。
【0054】
最後に、Feの結晶核が生成する程には冷却速度が遅くないが、好ましい冷却速度には達していない場合を説明する。この場合、結晶核エンブリオが既に大きな組織に成長してしまっているため、あとの熱処理工程で微細な結晶組織を形成することができなくなる。この場合の合金は準安定相Zを多く含んでおり、粉末X線回折によると、準安定相Zのブラッグ反射ピークの強度が極めて多くなり、ハローパターンの最高強度の200%を超える。
【0055】
このように準安定相Zの比率が非常に大きな状態の原料合金は、あとの熱処理によって粗大な金属組織しか生成することができなくなる。その理由は、Fe3Bの核発生サイトが減少するとともに、平衡相であるFeの結晶粒成長が優先的に生じるからである。熱処理後の金属組織が粗大化すると、Fe3BやFeの磁化方向とNd2Fe14Bの磁化方向との間の交換相互作用を介した磁気的結合が不充分となる。その結果、本来のナノコンポジット磁石が持つ高い磁気特性を発現させられなくなる。
【0056】
本発明の方法によって製造したナノコンポジット磁石用原料合金の特質を整理すると、下記の通りになる。
【0057】
1.減圧雰囲気中で合金の急冷凝固を行うため、冷却ロールによる均一な冷却が実現し、Feの結晶核が局所的に生成されてしまうような事態を避けることができる。
【0058】
2.Fe3Bの結晶化が極短範囲の原子拡散で進行するため、Fe3Bの結晶化が比較的低温で可能となる。
【0059】
3.Fe3Bの結晶化が進行する温度範囲がNd2Fe14Bの結晶化が進行する温度範囲からずれるため、熱処理時にそれぞれの結晶化が時間的に別々に起こる。
【0060】
4.上記2および3の事項によって、大きな結晶化反応熱を伴うことなく、結晶化を制御性良く実行させることができるようになる。その結果、磁石特性を劣化させることなく、熱処理工程での原料粉末処理量を向上させることができる。
【0061】
5.Fe3Bの結晶化に必要な結晶核が原料合金中に高密度で存在するため、磁石化熱処理によって微細かつ均一な金属組織を形成することができる。このことは、高い磁石特性の発現を可能にする。
【0062】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【0063】
[原料合金およびその粉末の製造方法]
本実施形態では、図2(a)および(b)に示す装置を用いて原料合金を製造する。酸化しやすい希土類元素を含む原料合金の酸化を防ぐため、不活性ガス雰囲気中で合金製造工程を実行する。不活性ガスとしては、ヘリウムまたはアルゴン等の希ガスを用いることが好ましい。窒素は希土類元素と反応しやすいため、不活性ガスとして用いることは好ましくない。
【0064】
図2の装置は、真空または不活性ガス雰囲気を保持し、その圧力を調整することが可能な原料合金の溶解室1および急冷室2を備えている。
【0065】
溶解室1は、所望の磁石合金組成になるように配合された原料20を高温にて溶解する溶解炉3と、底部に出湯ノズル5を有する貯湯容器4と、大気の進入を抑制しつつ配合原料を溶解炉3内に供給するための配合原料供給装置8とを備えている。貯湯容器4は原料合金の溶湯21を貯え、その出湯温度を所定のレベルに維持できる加熱装置(不図示)を有している。
【0066】
急冷室2は、出湯ノズル5から出た溶湯21を急冷凝固するための回転冷却ロール7と、これによって急冷凝固された原料合金を急冷室2内で破砕する破断機10とを備えている。この装置によれば、溶解、出湯、急冷凝固、破断等を連続かつ平行して実行することができる。
【0067】
この装置においては、溶解室1および急冷室2内の雰囲気およびその圧力が所定の範囲に制御される。そのために、雰囲気ガス供給口1b、2b、8b、および9bとガス排気口1a、2a、8a、および9aとが装置の適切な箇所に設けられている。特にガス排気口2aは、急冷室2内の絶対圧を真空〜50kPaの範囲内に制御するため、ポンプに接続している。
【0068】
溶解炉3は傾動可能であり、ロート6を介して溶湯21を貯湯容器4内に適宜注ぎ込む。溶湯21は貯湯容器4内において不図示の加熱装置によって加熱される。
【0069】
貯湯容器4の出湯ノズル5は、溶解室1と急冷室2との隔壁に配置され、貯湯容器4内の溶湯21を下方に位置する冷却ロール7の表面に流下させる。出湯ノズル5のオリフィス径は、例えば0.5〜2.0mmである。溶湯21の粘性が大きい場合、溶湯21は出湯ノズル5内を流れにくくなるが、本実施形態では急冷室2を溶解室1よりも低い圧力状態に保持するため、溶解室1と急冷室2との間に圧力差が形成され、溶湯21の出湯がスムーズに実行される。
【0070】
冷却ロール7の表面は例えばクロムめっき層で覆われており、冷却ロール7の直径は例えば300〜500mmである。冷却ロール7内に設けた水冷装置の水冷能力は、単位時間あたりの凝固潜熱と出湯量とに応じて算出し、調節される。
【0071】
図2に示す本装置によれば、例えば合計20kgの原料合金を15〜30分間で急冷凝固させることができる。こうして形成した合金は、破断前においては、厚さ:70〜150μm、幅:1.5〜6mmの合金薄帯(合金リボン)22であるが、破断装置10によって長さ2〜150mm程度の合金薄片23に破砕されたのち、回収機構部9によって回収される。図示している装置例では、回収機構部9に圧縮機11を備え付けており、それによって薄片23を圧縮することができる。
【0072】
次に、図2の装置を用いた原料合金の製造方法を説明する。
【0073】
まず、一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuの何れかで表されるナノコンポジット磁石用合金の溶湯21を作製し、溶解室1の貯湯容器4に貯える。ここで、R、M、組成比x、y、zおよびuの範囲などは、前述した通りである。
【0074】
次に、この溶湯21は出湯ノズル5から減圧Ar雰囲気中の水冷ロール7上に出湯され、水冷ロール7との接触によって急冷され、凝固する。急冷凝固方法としては、冷却速度の高精度の制御が可能な方法を用いる必要があり、本実施形態では液体急冷法の一つである片ロール法を用いている。
【0075】
本実施形態では、溶湯21の冷却凝固に際して、冷却速度を5×104〜5×106K/秒とする。この冷却速度で合金の温度を△T1だけ低い温度に低下させる。急冷前の合金溶湯21の温度は融点Tmに近い温度(例えば1200〜1300℃)にあるため、合金の温度は冷却ロール7上でTmから(Tm−△T1)にまで低下する。本願発明者の実験によれば、最終的な磁石特性を向上させるという観点から△T1は400〜800℃の範囲内にあることが好ましい。
【0076】
合金の溶湯21が冷却ロール7によって冷却される時間は、回転する冷却ロール7の外周表面ら合金が接触してから離れるまでの時間に相当し、本実施形態の場合は0.5〜2ミリ秒である。その間に、合金の温度は更に△T2だけ低下し、凝固する。その後、凝固した合金は冷却ロール7から離れ、不活性雰囲気中を飛行する。合金は薄帯状で飛行している間に雰囲気ガスに熱を奪われる結果、その温度は(Tm−△T1−△T2)に低下する。△T2は、装置のサイズや雰囲気ガスの圧力によって変化するが、約100℃またはそれ以上である。
【0077】
本実施形態では、合金薄帯22の温度が(Tm−△T1−△T2)になった段階で装置内で速やかに破砕工程を実行し、その場で合金薄片23を作製する。そのため、(Tm−△T1−△T2)が合金のガラス化温度Tgよりも低くなるように(△T1+△T2)の大きさを調整することが好ましい。もし、(Tm−△T1−△T2)≧Tgであれば、合金が軟化した状態にあり、その破断が困難になるからである。凝固合金の破断・粉砕工程を他の装置で別途実行する場合は、合金温度が室温程度に低下するため、(△T1+△T2)の大きさを考慮する必要はない。
【0078】
なお、急冷室2内の絶対圧力は、真空〜50kPaの範囲内に設定することが好ましく、2〜10kPaの範囲内に設定することが更に好ましい。このような減圧雰囲気状態で溶湯21を冷却ローラ7上に流下すれば、溶湯21とローラ7の表面との間に雰囲気ガスがまき込まれるおそれがなくなり、溶湯21の冷却速度を従来より低くしても、冷却状態が均一化され、表面形状および組織構成に優れた合金薄帯22が得られるからである。
【0079】
また、本実施形態のように、急冷凝固工程に引き続いて破砕装置による凝固合金の破砕工程を速やかに実行すれば、長い合金リボンとして冷却ロールから吐き出された急冷合金を比較的に狭い空間内でコンパクトに回収することができる。急冷凝固装置と破砕装置とを別構成にすると、いったん急冷合金を長い薄帯として、かさばった状態で収納する必要が生じる。
【0080】
破断装置によって破砕された合金薄片を公知の機械的粉砕装置によって更に粉砕すれば、熱処理工程やその後の成形工程に適した大きさの合金粉末を作製することができる。本実施形態では、パワーミル装置で約850μm以下となるまで合金の粗粉砕を行った後、ピンディスクミル装置によって粒度が約150μmとなるまで粉砕する。
【0081】
[ナノコンポジット磁石粉末の製造方法]
以下に、図3を参照しながら、上記原料合金粉末に対して行う熱処理方法を説明する。
【0082】
図3は、フープベルトを用いた粉末焼成炉装置を示している。この装置は、本体28によって回転可能に指示された回転ロール24および25と、それらの回転ロール24および25の回転によって一方向に所定速度で駆動されるフープベルト26とを備えている。原料合金の粉末はフープベルト26上の原料フィード位置Aに供給され、図中左方に運搬される。フープベルト26上に供給された粉末は、摺切板27によって均され、それによって粉末の高さが一定レベル以下(例えば高さ2〜4mm)に調整される。その後、粉末は金属チューブに囲まれた加熱ゾーンに入り、そこで微結晶化のための熱処理を受ける。加熱ゾーン(例えば長さ1100mm)内には、例えば3ゾーンにわけて不図示のヒータが配置されている(1ゾーンの長さは例えば300mm)。粉末は加熱ゾーン内を移動しながら、熱処理を受けることになる。加熱ゾーンの後段には、例えば長さ800mmの冷却ゾーンCが存在し、粉末は水冷された金属筒内を通過することによって冷却される。冷却された粉末は、回転ローラ25の左下方で不図示の回収装置によって回収される。
【0083】
この熱処理装置によれば、与えられた加熱ゾーンの長さに対して、フープベルト26の移動速度を調整することによって熱処理工程を制御することができる。
【0084】
熱処理工程としては、例えば、昇温レート100〜150℃/分にて熱処理温度590〜700℃にまで上昇させ、その状態を5〜15分程度のあいだ保持すればよい。その後、合金温度を降温レート100〜150℃/分にて室温レベルまで低下させる。
【0085】
なお、熱処理の処理粉末量を増大させるには、フープベルト26の幅を広くし、フープベルト26の単位長さ当たりの粉末供給量を大きくする一方、加熱ゾーンの長さを長くし、回転ローラ24および25の回転周速度を早くすればよい。本発明による合金粉末によれば、熱処理に際して急激に大きな結晶化反応熱が生成されないため、熱処理工程における合金粉末の温度制御が容易である。その結果、粉末供給量を増加しても、安定した磁気特性を持つ磁石粉末を作製できる。
【0086】
上記熱処理装置による熱処理を受けた原料粉末は、前述したように微結晶化し、ナノコンポジット磁石としての特性を発揮できるようになる。こうして、熱処理前においては金属ガラス状態にあり、硬質磁性材料としての特性を示さなかった原料合金粉末が、熱処理によって磁気特性に優れたナノコンポジット磁石合金粉末に変化する。
【0087】
[磁石の製造方法]
以下に、上記ナノコンポジット磁石合金粉末から磁石を製造する方法を説明する。
【0088】
まず、前述のようにして得られたナノコンポジット磁石合金粉末にエポキシ樹脂からなるバインダーと添加剤とを加え、混練することによってコンパウンドを作製する。次に、コンパウドの所望形状の成形空間を持つ成形装置によってプレス成形した後、加熱硬化工程、洗浄工程、コーティング工程、検査工程、着磁工程を経て、最終的なボンド磁石を得ることができる。
【0089】
成形加工は、上述の圧縮成形に限定されるわけではなく、公知の押出成形、射出成形、または圧延成形によってもよい。磁石粉末は、採用する成形法の種類に応じてブラスチック樹脂やゴムと混練されることになる。
【0090】
なお、射出成形による場合、樹脂として広く使用されているポリイミドやナイロンの他、PPSのように高軟化点樹脂を使用することができる。これは、本発明の磁石粉末が低希土類合金から形成されているため、酸化されにくく、比較的に高い温度で射出成形を行っても磁石特性が劣化しないからである。
【0091】
また、本発明の磁石は酸化されにくいため、最終的な磁石表面を樹脂膜でコートする必要もない。従って、例えば、複雑な形状のスロットを持つ部品のスロット内に射出成形によって本発明の磁石粉末および溶融樹脂を圧入し、それによって複雑な形状の磁石を一体的に備えた部品を製造することも可能にある。
【0092】
[モータ]
次に、このようにして製造した磁石を備えたモータの実施形態を説明する。
【0093】
本実施形態のモータは、PM(Permanent Magnet)型モータであり、前述の製造方法によって作製したボンド磁石を一体型ロータのスプリング磁石として用いる。
【0094】
なお、本発明の磁石は、この種のモータ以外にも、他の種類のモータやアクチュエータに好適に用いられることは言うまでもない。
【0095】
以下に、本発明の実施例および比較例を説明する。
【0096】
[実施例と比較例]
本実施例では、絶対圧力が50kPa以下のアルゴン雰囲気中で前述の急冷凝固工程を行った。冷却ロールとしては、厚さ5〜15μmのクロムめっき層で覆われた銅合金製ロール(直径:350mm)を用いた。その銅合金製ロールを10m/秒の周速度で回転しながら、その外周表面上に原料合金の溶湯を流下し、急冷凝固させた。溶湯の温度は輻射温度計で測定したところ、1300℃であった。溶湯は、オリフィスから毎秒10〜20gのレートで直径1.3〜1.5mmにして落下させた。
【0097】
図4は、保磁力および残留磁束密度が結晶化熱処理の温度にどのように依存するかを示すグラフである。このグラフで、黒丸印は、1.3kPaのAr雰囲気中においてロール周速度9m/秒で急冷凝固した場合(実施例1)、×印は、50kPaのAr雰囲気中においてロール周速度9m/秒で急冷凝固した場合(実施例2)、白丸印は、常圧のAr雰囲気中においてロール周速度20m/秒で急冷凝固した場合(比較例)についてのデータを示している。
【0098】
図4からわかるように、実施例1および実施例2では、広い温度範囲にわたって比較例よりも優れた磁気特性が得られている。
【0099】
図5は、保磁力および残留磁束密度が単位時間あたりの処理量にどのように依存するかを示すグラフである。このグラフで、黒丸印は、1.3kPaのAr雰囲気中においてロール周速度9m/秒で急冷凝固した場合(実施例1)、黒四角印は、常圧のAr雰囲気中においてロール周速度20m/秒で急冷凝固した場合(比較例)についてのデータを示している。
【0100】
図5からわかるように、実施例1では、比較例よりも大きな処理量で優れた磁気特性が得られている。
【0101】
[組成限定理由]
最後に、Fe3B/Nd2Fe14B系ナノコンポジット磁石のための原料合金組成の限定理由を説明する。
【0102】
希土類元素Rは、ハード磁性相であるR2Fe14Bに必須の元素である。本発明でのRは、PrおよびNdの一方または両方の元素を90原子%以上含有し、残部が他のランタン系列元素またはYの一種以上の元素を0%以上10%未満含有する。PrおよびNdの何れか一方の元素は、一軸結晶磁気異方性を持つR2Fe14Bを生成するために不可欠である。PrおよびNd以外の希土類元素は、適宜任意に選択される。Rの組成比は、2原子%を下回ると保磁力発生の効果が少なすぎるので好ましくない。一方、Rの組成比が6原子%を超えると、Fe3B相およびNd2Fe14B相が生成されず、α−Fe相が主相となってしまうため、保磁力が著しく低下してしまうことになる。以上のことから、Rの組成比xについては、2≦x≦6であることが好ましい。
【0103】
Bは、ソフト磁性相であるFe3Bおよびハード磁性相であるR2Fe14Bの両方にとって必須の元素である。Bの組成比yが16〜20原子%の範囲から外れると所要の保磁力が発揮されないため、Bの組成比yについては16≦y≦20であることが好ましい。更に、Bがこの組成範囲を外れると、融点が上昇し、溶解温度および貯湯容器の保温温度を高める必要が生じ、また、非晶質生成能も低下するので所望の急冷合金組織が得られにくくなる。
【0104】
Coは、キュリー温度を向上させることによって磁気特性の温度変化依存性を減少させ、その結果、磁気特性を安定化させるという機能を持つ。また、合金溶湯の粘性を改善するという機能もあり、溶湯流下レートの安定化にも寄与する。Coの添加割合が0.02原子%を下回ると上記機能が充分に発揮されず、7原子%を超えると磁化特性が低下し始める。Coの添加は、これらの機能を発揮させたい場合に行えば良く、本発明の効果を得る上でCoの添加が不可欠であるわけではない。Coを添加する場合は、上述の理由から、その組成比zについて0.2≦z≦7が成立することが好ましい。
【0105】
Mは、保磁力をできるだけ増加させたい場合などに添加する。Mの添加割合が0.01原子%を下回ると、保磁力増加が充分に観察されず、Mの添加割合が7原子%を超えると、磁化が低下する。従って、Mを添加する場合は、その組成比uについて、0.1≦z≦7が成立することが好ましい。Mの中で、Crは保磁力増加の他に耐食性向上の効果も発揮する。また、Cu、Au、Agは結晶化熱処理工程での適正温度範囲を拡大する効果がある。
【0106】
[Fe系急冷凝固合金の製造方法]
片ロール法によって常圧下でFe系急冷凝固合金を製造する場合でも、やはり雰囲気ガスの巻き込みによって冷却ロールと合金との間で密着性が低下し、その結果、冷却速度が合金リボンの部位によって不均一になるとい問題が生じる。全てが結晶質の合金リボンや全てが実質的に非晶質であるようなFe系急冷凝固合金を製造する場合に比較して、部分的に結晶相を含むようなFe系急冷凝固合金を製造する場合は、比較的に遅い冷却速度を高い精度で所定範囲内に制御する必要がある。そのような場合に、常圧下では図1(a)に示したような問題が生じうる。
【0107】
従って、本発明は、一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuで表されるナノコンポジット磁石用原料合金に適用する場合に顕著な効果を発揮するものではあるが、結晶質相が全体の10%以下の状態にあるようなFe系急冷凝固合金を製造する場合にも有効である。そのようなFe系急冷凝固合金は、その後の熱処理によって結晶化され、均一な金属組織を再現性良く発現することが可能になる。また、巻き込みの影響は冷却ロールの周速度を低減する場合に顕著となる傾向があるため、常圧雰囲気中ではロール周速度を低減しにくかった。一般に、ロール周速度が遅いほど、冷却ロールの劣化が遅くなるため、本発明によれば冷却ロールを高い信頼性のもとで長期間使用できるという利点も生まれる。
【0108】
なお、ここでのFe系急冷凝固合金としては、例えば、Nd13Fe825、Fe74Cu1Nb3Si166、Fe91Zr72、Fe91Hf72等が含まれる。
【0109】
【発明の効果】
本発明によれば、減圧雰囲気によって冷却ロールと溶湯との密着性を向上させるため、均一な冷却が実現する。そのため、所望の金属ガラス状の合金が得られ、熱処理後の磁気特性が向上する。また、Fe3B/Nd2Fe14B系ナノコンポジット磁石を形成するための結晶化反応熱が広い温度範囲に分散し、大きな結晶化反応熱が一度に放出されることなく、微結晶化を制御性良く実行させることができる結果、磁石特性を劣化させることなく、熱処理工程での原料粉末処理量を向上させることができる。
【0110】
Fe3Bの結晶化に必要な結晶核が原料合金中に高密度で存在し、かつFe相が少ないため、磁石化熱処理によって微細かつ均一な金属組織を形成することができ、高い磁石特性の発現を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)および(b)は、片ロール法を用い、従来のように常圧雰囲気中で上記合金を急冷凝固した場合に得られる合金リボンの模式断面図であり、(c)および(d)は、それぞれ、(a)および(b)に対応する図面であり、急冷凝固を減圧雰囲気中で行った場合に作製される合金リボンの模式断面図である。
【図2】(a)は、本発明によるナノコンポジット磁石用原料合金を製造する方法に用いる装置の全体構成例を示す断面図であり、(b)は急冷凝固が行われる部分の拡大図である。
【図3】本発明によるナノコンポジット磁石を製造する方法に用いる熱処理装置の例を示す断面図である。
【図4】保磁力および残留磁束密度が結晶化熱処理の温度にどのように依存するかを示すグラフである。
【図5】保磁力および残留磁束密度が単位時間あたりの処理量にどのように依存するかを示すグラフである。
【符号の説明】
1b、2b、8b、および9b 雰囲気ガス供給口
1a、2a、8a、および9a ガス排気口
1 溶解室
2 急冷室
3 溶解炉
4 貯湯容器
5 出湯ノズル
6 ロート
7 回転冷却ロール
10 破断機10
11 圧縮機
21 溶湯
22 合金薄帯
23 合金薄片
28 本体
24 回転ロール
25 回転ロール
26 フープベルト
27 摺切板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to Fe Three The present invention relates to a method for producing a nanocomposite magnet in which fine crystals of a B compound and fine crystals of a Fe—RB system compound are mixed. In particular, the present invention relates to a raw material alloy for producing a nanocomposite magnet, a method for producing the powder, and a method for producing a nanocomposite magnet powder or a nanocomposite magnet. The present invention also relates to a motor and actuator including a nanocomposite magnet and a method for producing an Fe-based quenched alloy.
[0002]
[Prior art]
Fe Three B / R 2 Fe 14 B-based nanocomposite magnets are Fe, which is a soft magnetic phase. Three B microcrystal and hard magnetic phase R 2 Fe 14 B is a magnet in which B crystallites are uniformly distributed and both are magnetically coupled by exchange interaction. These microcrystals have a size on the order of nanometers (nm), and constitute a structure (nanocomposite structure) in which both microcrystalline phases are combined, so that they are called “nanocomposite magnets”.
[0003]
The nanocomposite magnet can exhibit excellent magnet characteristics due to magnetic coupling with the hard magnetic phase while including the soft magnetic phase. Moreover, as a result of the presence of a soft magnetic phase that does not contain rare earth elements such as Nd, the content of rare earth elements as a whole can be kept low. This is advantageous in reducing the manufacturing cost of the magnet and supplying the magnet stably.
[0004]
Such a nanocomposite magnet is manufactured using a method in which a melted raw material alloy is rapidly cooled, thereby once amorphized and then crystallized by heat treatment.
[0005]
In general, an amorphous alloy is produced using a melt spinning technique such as a single roll method. In the melt spinning technique, a raw material alloy is flowed down on the outer peripheral surface of a rotating cooling roll, and the raw material alloy is rapidly cooled and solidified by bringing the molten material alloy into contact with the cooling roll for a short time. In this method, the cooling rate is controlled by adjusting the rotational peripheral speed of the cooling roll.
[0006]
The alloy that has solidified and separated from the cooling roll has a ribbon (thin ribbon) shape that is thin and long in the circumferential speed direction. The alloy ribbon is crushed and sliced by a breaker, and then pulverized to a finer size by a pulverizer and pulverized.
[0007]
Thereafter, heat treatment for crystallization is performed. By this heat treatment, Fe Three B crystallites and R 2 Fe 14 B crystallites are produced and both are magnetically coupled by exchange interaction.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
What metallographic structure is formed by heat treatment is important for improving the magnetic properties. However, this heat treatment has several problems in terms of controllability and reproducibility. That is, there is a problem that it is difficult to control the alloy temperature by the heat treatment apparatus as a result of generating a large amount of heat in a short time by the crystallization reaction of the amorphous raw material alloy. In particular, when heat treatment is applied to a large amount of raw material alloy powder, the temperature control tends to be impossible, so heat treatment can be performed only on a small amount of raw material alloy powder, and the processing rate (per unit time) There is a problem that the amount of powder processing) decreases. This has been a major hindrance to the mass production of magnet powder.
[0009]
In addition, when producing a Fe-based rapidly solidified alloy by the same method, it is difficult to uniformly control the cooling rate during the rapid solidification, so that there is a problem that an unnecessary structure may appear in the rapidly solidified alloy. there were. This problem was particularly noticeable when the roll peripheral speed was lowered and the cooling speed was lowered.
[0010]
The present invention has been made in view of these points, and its main object is to reduce the heat of crystallization and thereby efficiently produce a magnet powder having a fine and homogeneous metal structure with good reproducibility. It is an object to provide a raw material alloy (powder) for a nanocomposite magnet and a method for producing the same.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a method for producing a nanocomposite magnet powder excellent in magnet performance and a method for producing a nanocomposite magnet.
[0012]
Still another object of the present invention is to provide a motor and an actuator including a nanocomposite magnet having such excellent characteristics.
[0013]
Still another object of the present invention is to provide an Fe-based rapidly solidified alloy manufacturing method and an Fe-based alloy manufacturing method in which the cooling rate can be easily controlled uniformly.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The manufacturing method of the raw material alloy for the nanocomposite magnet is generally expressed by Fe 100-xy R x B y , Fe 100-xyz R x B y Co z , Fe 100-xyu R x B y M u Or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u R is a raw material alloy for a nanocomposite magnet, wherein R contains 90 atomic% or more of one or both of Pr and Nd, and the balance is 0% of another lanthanum series element or one or more elements of Y More than 10% rare earth element, M is Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Ga, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Pt, Pb, Au and Ag One or more elements selected from the group consisting of: composition ratio x, y, z and u are 2 ≦ x ≦ 6, 16 ≦ y ≦ 20, 0.2 ≦ z ≦ 7, and 0.01 ≦ The method for producing a raw material alloy for a nanocomposite magnet that satisfies u ≦ 7 includes a step of rapidly solidifying a molten metal of the raw material alloy by a liquid quenching method using a cooling roll, and in the rapid solidification step, Rapid solidification with reduced pressure atmosphere Run in air, thereby characterized in that to produce a rapidly solidified alloy in the metallic glass state.
[0015]
The absolute pressure of the reduced-pressure atmosphere is preferably 50 kPa or less.
[0016]
The method may further include a step of producing powder from the rapidly solidified raw material alloy.
[0017]
In the rapid solidification step, the cooling rate of the alloy is 5 × 10 Four ~ 5x10 6 It is preferable that the temperature of the alloy is lowered to 400 to 800 ° C. lower than the temperature Tm of the alloy before quenching by K / sec.
[0018]
The method for producing a nanocomposite magnet powder according to the present invention has a general formula of Fe 100-xy R x B y , Fe 100-xyz R x B y Co z , Fe 100-xyu R x B y M u Or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u R is an alloy for nanocomposite magnets, wherein R contains 90 atomic% or more of one or both of Pr and Nd, and the balance is 0% or more of other lanthanum series elements or one or more elements of Y It is a rare earth element containing less than 10%, and M is from Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Ga, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Pt, Pb, Au, and Ag. One or more elements selected from the group consisting of x, y, z and u with 2 ≦ x ≦ 6, 16 ≦ y ≦ 20, 0.2 ≦ z ≦ 7, and 0.01 ≦ u A step of preparing a powder of the raw material alloy for nanocomposite magnets satisfying ≦ 7, and a heat treatment is performed on the powder of the raw material alloy for nanocomposite magnets, whereby Fe Three A method for producing a nanocomposite magnet powder comprising the step of crystallizing a B compound and a Fe—R—B-based compound, wherein the step of preparing the raw material alloy powder for the nanocomposite magnet comprises the step of: Including a step of rapidly solidifying a molten metal in a reduced pressure atmosphere by a liquid quenching method using a cooling roll to produce a rapidly solidified alloy in a metallic glass state, and a step of producing the powder from the rapidly solidified alloy. It is characterized by.
[0019]
The absolute pressure of the reduced-pressure atmosphere is preferably 50 kPa or less.
[0020]
In the rapid solidification step, the cooling rate of the alloy is 5 × 10 Four ~ 5x10 6 It is preferable that the temperature of the alloy is lowered to 400 to 800 ° C. lower than the temperature Tm of the alloy before quenching by K / sec.
[0021]
The manufacturing method of the nanocomposite magnet has the general formula Fe 100-xy R x B y , Fe 100-xyz R x B y Co z , Fe 100-xyu R x B y M u Or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u R is an alloy for nanocomposite magnets, wherein R contains 90 atomic% or more of one or both of Pr and Nd, and the balance is 0% or more of other lanthanum series elements or one or more elements of Y It is a rare earth element containing less than 10%, and M is from Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Ga, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Pt, Pb, Au, and Ag. And at least one element selected from the group consisting of 2 ≦ x ≦ 6, 16 ≦ y ≦ 20, 0.2 ≦ z ≦ 7.0, 0.01 ≦ a step of preparing a raw material alloy powder for nanocomposite magnets satisfying u ≦ 7, and a heat treatment is performed on the raw material alloy powder for nanocomposite magnets, whereby Fe Three A method for producing a nanocomposite magnet comprising a step of performing crystallization of a B compound and a Fe—R—B-based compound, and a step of forming a molded body using the raw material alloy powder after the heat treatment, The step of preparing a powder of the raw material alloy for the nanocomposite magnet includes a step of rapidly solidifying the molten metal of the raw material alloy in a reduced pressure atmosphere by a liquid quenching method using a cooling roll, and the powder from the rapidly solidified raw material alloy. The process of producing.
[0022]
The absolute pressure of the reduced-pressure atmosphere is preferably 50 kPa or less.
[0023]
In the rapid solidification step, the cooling rate of the alloy is 5 × 10 Four ~ 5x10 6 It is preferable that the temperature of the alloy is lowered to 400 to 800 ° C. lower than the temperature Tm of the alloy before quenching by K / sec.
[0024]
The step of forming the compact includes a step of producing a bonded magnet using the raw material alloy powder after the heat treatment.
[0025]
The motor of this invention is equipped with the nanocomposite magnet manufactured by the manufacturing method of the said nanocomposite magnet.
[0026]
The method for producing an Fe-based rapidly solidified alloy according to the present invention is a method for producing an Fe-based rapidly solidified alloy comprising a step of rapidly solidifying a molten Fe-based alloy by a liquid quenching method using a cooling roll, wherein In the process, rapid solidification of the Fe-based alloy is performed in a reduced-pressure atmosphere, thereby forming an Fe-based rapidly solidified alloy having a crystalline phase of 10% or less of the whole.
[0027]
The absolute pressure in the reduced-pressure atmosphere is preferably 10 kPa or less.
[0028]
The Fe-based alloy is produced by rapidly solidifying the molten Fe-based alloy in a reduced-pressure atmosphere by a liquid quenching method using a cooling roll, whereby the Fe-based rapid solidification is achieved with a crystalline phase of 10% or less. A step of forming an alloy and a step of heating the Fe-based rapidly solidified alloy to crystallize the Fe-based rapidly solidified alloy.
[0029]
The absolute pressure in the reduced-pressure atmosphere is preferably 10 kPa or less.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the general formula is Fe 100-xy R x B y , Fe 100-xyz R x B y Co z , Fe 100-xyu R x B y M u Or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u After producing a melt of the alloy for a nanocomposite magnet represented by any of the above, the melt of the alloy is rapidly cooled and solidified.
[0031]
Here, R is a rare earth element containing one or both of Pr and Nd at 90 atomic% or more, and the balance containing other lanthanum series elements or one or more elements of Y from 0% to less than 10%, M is one or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Ga, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Pt, Pb, Au, and Ag It is. The composition ratios x, y, z, and u satisfy 2 ≦ x ≦ 6, 16 ≦ y ≦ 20, 0.2 ≦ z ≦ 7, and 0.01 ≦ u ≦ 7. The reasons for limiting the composition will be described later.
[0032]
The present inventor has set the cooling rate of 5 × 10 5 when the alloy melt is rapidly solidified. Four ~ 5x10 6 It has been found that K / sec is preferable. Moreover, it turned out that the alloy solidified by cooling at such a cooling rate and its powder are in a metallic glass state as described below. That is, it contains a metastable phase Z in which the Bragg scattering peak in powder X-ray diffraction corresponds to a crystal plane interval of 0.179 nm ± 0.005 nm, and the intensity of the Bragg reflection peak is 5% of the maximum intensity of the halo pattern. The intensity of the (110) Bragg scattering peak of the body-centered cubic Fe is less than 5% of the maximum intensity of the halo pattern.
[0033]
Further, when the present inventors rapidly solidify the above alloy in a normal pressure atmosphere using the single roll method, an atmospheric gas is caught between the molten alloy and the outer peripheral surface of the roll, and the atmospheric gas is caught. As a result of insufficient cooling at the part, it was found that the properties of the rapidly solidified alloy ribbon (alloy ribbon) partially deteriorated. Hereinafter, this phenomenon will be described with reference to the drawings.
[0034]
FIGS. 1 (a) and 1 (b) schematically show cross sections of alloy ribbons 101 and 102 obtained when the above alloy is rapidly solidified in a normal pressure atmosphere using a single roll method as in the prior art. . FIG. 1A shows a case where the roll peripheral speed is relatively slow (roll peripheral speed: less than 10 m / second), and FIG. 1B shows a case where the roll peripheral speed is relatively high (roll peripheral speed: 10 m / second). Seconds or more). When the roll peripheral speed is low, the formed alloy ribbon 101 is relatively thick, and when the roll peripheral speed is high, the formed alloy ribbon 102 is relatively thin. 1A and 1B, a plurality of recesses 105 are formed on the lower surface of the alloy ribbons 101 and 102, that is, the surface that has been in contact with the cooling roll. The recess 105 is generated as a result of the atmospheric gas being caught between the molten alloy and the outer peripheral surface of the roll. In the recesses of the alloy ribbons 101 and 102, the cooling by the cooling roll is only insufficiently performed, and the cooling rate is locally slower than the other portions. In particular, in the case of FIG. 1A, since the cooling rate is originally set to be relatively slow, the cooling rate of the portion of the recess 105 of the alloy ribbon 101 deviates from the desired range, and the α-Fe phase 106 is generated. Will be. This α-Fe phase 106 does not disappear after heat treatment, and Fe Three B / Nd 2 Fe 14 Deteriorates the characteristics of the B-based nanocomposite magnet. On the other hand, in the case of FIG. 1B, the roll peripheral speed is high, and the alloy is rapidly cooled as a whole. For this reason, the α-Fe phase is hardly generated in the recess 105 of the alloy ribbon 102, and instead, it is considered that a “metastable phase Z” described later is generated in the vicinity of the recess.
[0035]
FIGS. 1C and 1D are drawings corresponding to FIGS. 1A and 1B, respectively, and are cross-sections of alloy ribbons 103 and 104 produced when rapid solidification is performed in a reduced-pressure atmosphere. Is shown. In both cases of FIGS. 1C and 1D, no concave portion is formed on the lower surface of the alloy ribbons 103 and 104, that is, the surface in contact with the cooling roll. This is because the atmospheric gas was hardly involved between the molten alloy and the outer peripheral surface of the roll, and the molten alloy was in uniform contact with the outer peripheral surface of the roll. As a result, even when the roll peripheral speed is lowered and thereby the cooling speed is reduced, the surface shape of the alloy ribbon 103 does not deteriorate as shown in FIG. It is suppressed. On the other hand, in the case of FIG. 1 (d), the alloy is cooled uniformly, but the cooling rate itself is high, so that the “metastable phase Z” described later is hardly generated.
[0036]
Thus, in order to suppress the entrainment of atmospheric gas between the molten alloy and the cooling roll, the absolute pressure of the quenching chamber is preferably 50 kPa or less, and more preferably 30 kPa or less. The lower limit of the preferable range of the absolute pressure is about 1 kPa. This is because there is little significance in setting a lower pressure than this in order to prevent the atmospheric gas from being involved.
[0037]
When heat treatment is applied to the rapidly solidified alloy or its powder by the method of the present embodiment, Fe Three Crystallization of B crystallites and R—Fe—B system crystallites occurs, and a nanocomposite magnet structure having excellent magnet properties is developed.
[0038]
The raw material alloy produced by the production method of the present invention has the metal glass structure as described above before being subjected to the heat treatment for crystallization, and does not show long-range periodic order. This is confirmed by line diffraction. According to the experiment of the present inventor, by adjusting the cooling rate of the molten alloy, a metallic glassy alloy containing the metastable phase Z can be formed, and extremely excellent magnetic properties are exhibited by the subsequent heat treatment. Will be.
[0039]
The first reason why the magnet manufactured using the method of the present invention is excellent in magnet characteristics is that the adhesion between the molten metal and the cooling roll is improved by reducing the atmospheric gas, and the molten metal is uniformly cooled. This is because even if the roll peripheral speed is decreased, a high-quality metallic glass-like alloy containing almost no α-Fe phase can be formed.
[0040]
The second reason is that in the above alloy in the metallic glass state, Fe Three This is because fine precursors (embryo) necessary for crystal growth such as B are dispersed at a high density. Therefore, when heat treatment is performed, crystal growth proceeds with short-range order represented by a large number of precursors present in the alloy as a nucleus, and as a result, a fine and homogeneous crystal structure is formed. Fe Three Since crystallization of B proceeds by atomic diffusion in a very short range, there is an advantage that the crystallization can be achieved at a relatively low temperature.
[0041]
Fe Three Crystallization of B occurs at a temperature of 560-600 ° C. As this crystallization progresses, rare earth elements such as Nd are transformed into Fe. Three The amorphous region around B is expelled, and the composition of the portion is Nd 2 Fe 14 Approach B As a result, Nd 2 Fe 14 Although B is a ternary compound having a complicated structure, it crystallizes without requiring long-distance atomic diffusion. Nd 2 Fe 14 The temperature at which B crystallizes is Fe Three It is about 610-690 degreeC higher by about 20-90 degreeC than the temperature which the crystallization of B is completed.
[0042]
Thus, in the raw material alloy according to the present invention, Fe Three Crystallization of B and Nd 2 Fe 14 Since crystallization of B can be performed separately in different temperature ranges, a large heat of reaction accompanying crystallization does not occur in a short time, and a fine metal structure of about 20 nm can be generated with good reproducibility. This is important in controlling the heat treatment process for alloy crystallization. That is, if crystallization progresses at once with high heat of reaction, the temperature of the alloy cannot be controlled within a predetermined range.
[0043]
Although the actual structure of the metastable phase Z has not yet been confirmed, the presence of the metastable phase Z can be quantitatively grasped because it has a steep diffraction line peak at a specific position by X-ray diffraction. The metastable phase Z shows a sharp Bragg scattering peak at a position corresponding to a crystal plane spacing of 0.179 nm ± 0.005 nm, and has a crystal plane spacing of 0.417 nm ± 0.005 nm and 0.267 nm ± 0.005 nm. The Bragg scattering peak at substantially the same level is also shown at a position corresponding to the crystal plane spacing. In addition to these, a Bragg peak may also be observed at 0.134 nm ± 0.005 nm.
[0044]
The metastable phase Z present in the alloy after rapid solidification is thermally decomposed by heat treatment for magnetization, and finally the metastable phase Fe. Three It is considered that B is generated. This process is similar to Fe Three It is considered that the formation of heterogeneous nuclei of B proceeds at a temperature lower than the most frequently occurring temperature and in a relatively wide range of temperatures.
[0045]
The metastable phase Z is formed near the surface of the solidified ribbon when the cooling rate during rapid solidification is relatively low, and is not generated when the cooling rate is high as in the conventional rapid solidification method. is doing. In the present invention, the cooling rate is adjusted so that the metastable phase Z is generated in an appropriate amount. That is, in the present invention, the presence of the metastable phase Z is used as an index when determining an appropriate cooling rate. Even when the composition of the alloy is changed or the cooling device is changed, an optimum material alloy of the present invention can be easily obtained by resetting the cooling rate based on the amount of metastable phase Z generated. . It is unclear whether the metastable phase Z itself plays a major role for microcrystallization. However, it has been found that if the quenching condition is controlled so that the metastable phase Z is formed at a certain ratio, high magnetic properties can be obtained by the subsequent heat treatment.
[0046]
Hereinafter, what happens when the cooling rate deviates from the predetermined range will be described.
[0047]
First, a case where the cooling rate is too fast will be described.
[0048]
If the cooling rate is too fast, the alloy will be almost completely amorphous. In that case, Fe Three Since the number of sites in which heterogeneous nuclei of B are generated is extremely small, Fe treatment Three B crystal grains grow greatly. As a result, a fine crystal structure cannot be formed, the coercive force and the like are lowered, and excellent magnetic properties cannot be exhibited.
[0049]
Thus, when the cooling rate is too fast, the generation of the metastable phase Z is suppressed. When the abundance ratio is evaluated by the intensity of the Bragg scattering peak in X-ray diffraction, the intensity of the Bragg scattering peak due to the metastable phase Z is less than 5% of the maximum intensity of the halo pattern, which is at a level hardly observed. In this case, Fe Three A large driving force is required to generate nuclei for B crystallization, and the crystallization reaction temperature moves to the high temperature side. In addition, in this case, once the crystallization reaction starts, the crystallization reaction proceeds explosively, so that a large amount of heat is generated in a short time and the raw material alloy temperature becomes high. As a result, the raw material alloy temperature rises to a level at which atomic diffusion occurs at a high speed, the controllability of the reaction process is lost, and only a coarse metal structure can be obtained.
[0050]
When the heat treatment for crystallization is performed using a continuous heat treatment method, it is necessary to suppress the supply amount of the raw material alloy powder per unit time so that the heat of crystallization reaction can be dissipated to the surroundings by thermal diffusion. Even when the batch processing method is used instead of the continuous heat treatment method, it is necessary to greatly limit the processing amount of the raw material alloy powder for the same reason.
[0051]
Next, a case where the cooling rate is too slow will be described.
[0052]
If the cooling rate is too slow, periodic regularity is formed over a long range. In many cases, Fe which is a stable phase is crystallized. Thus, when the cooling rate is too slow, the intensity of the Bragg reflection peak of the crystal phase is observed over the halo pattern. When the (110) Bragg scattering peak, which is the strongest line of body-centered cubic Fe, is observed at a position with an interplanar spacing of 0.203 nm and the intensity is 5% or more of the maximum intensity of the halo pattern, “the cooling rate is slow. Too much ". Fe may be high-temperature phase gamma iron at the time of formation, but is transformed into body-centered cubic iron at room temperature.
[0053]
Even if the cooling rate is set within an appropriate range for the entire alloy, as described above, if the atmospheric gas is caught between the alloy and the outer peripheral surface of the roll, the cooling rate is locally reduced. Then, a body-centered cubic Fe phase appears.
[0054]
Finally, a case where the cooling rate is not so slow as to produce Fe crystal nuclei but has not reached a preferable cooling rate will be described. In this case, since the crystal nucleus embryo has already grown into a large structure, it becomes impossible to form a fine crystal structure in a subsequent heat treatment step. The alloy in this case contains a large amount of metastable phase Z, and according to powder X-ray diffraction, the intensity of the Bragg reflection peak of metastable phase Z is extremely high, exceeding 200% of the maximum intensity of the halo pattern.
[0055]
Thus, the raw material alloy in which the ratio of the metastable phase Z is very large can only generate a coarse metal structure by the subsequent heat treatment. The reason is Fe Three This is because the number of nucleation sites of B decreases and the growth of Fe crystal grains as an equilibrium phase occurs preferentially. When the metal structure after heat treatment becomes coarse, Fe Three Magnetization direction of B and Fe and Nd 2 Fe 14 The magnetic coupling via exchange interaction with the magnetization direction of B becomes insufficient. As a result, the high magnetic properties of the original nanocomposite magnet cannot be expressed.
[0056]
The characteristics of the raw material alloy for nanocomposite magnets produced by the method of the present invention are summarized as follows.
[0057]
1. Since the alloy is rapidly solidified in a reduced-pressure atmosphere, uniform cooling by a cooling roll is realized, and a situation in which Fe crystal nuclei are locally generated can be avoided.
[0058]
2. Fe Three Since crystallization of B proceeds by atomic diffusion in the very short range, Fe Three B can be crystallized at a relatively low temperature.
[0059]
3. Fe Three The temperature range where crystallization of B proceeds is Nd 2 Fe 14 Since it deviates from the temperature range where crystallization of B proceeds, each crystallization occurs separately in time during the heat treatment.
[0060]
4). By the above items 2 and 3, crystallization can be performed with good controllability without large heat of crystallization reaction. As a result, the raw material powder throughput in the heat treatment step can be improved without deteriorating the magnet characteristics.
[0061]
5. Fe Three Since the crystal nuclei necessary for crystallization of B are present in the raw material alloy at a high density, a fine and uniform metal structure can be formed by magnetizing heat treatment. This makes it possible to develop high magnet properties.
[0062]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0063]
[Production method of raw material alloy and its powder]
In this embodiment, a raw material alloy is manufactured using the apparatus shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). In order to prevent the oxidation of the raw material alloy containing rare earth elements that are easily oxidized, the alloy manufacturing process is executed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, a rare gas such as helium or argon is preferably used. Since nitrogen easily reacts with rare earth elements, it is not preferable to use it as an inert gas.
[0064]
The apparatus shown in FIG. 2 includes a raw material alloy melting chamber 1 and a quenching chamber 2 that can maintain a vacuum or an inert gas atmosphere and adjust the pressure.
[0065]
The melting chamber 1 is a melting furnace 3 that melts the raw material 20 blended so as to have a desired magnet alloy composition at a high temperature, a hot water storage container 4 having a hot water discharge nozzle 5 at the bottom, and a mixture while suppressing entry of air. And a blended raw material supply device 8 for supplying the raw material into the melting furnace 3. The hot water storage container 4 has a heating device (not shown) that stores the molten alloy 21 of the raw material alloy and can maintain the temperature of the hot water at a predetermined level.
[0066]
The rapid cooling chamber 2 includes a rotary cooling roll 7 for rapidly solidifying the molten metal 21 discharged from the hot water nozzle 5, and a breaker 10 for crushing the raw material alloy thus rapidly solidified in the rapid cooling chamber 2. According to this apparatus, melting, tapping, rapid solidification, breaking, etc. can be performed continuously and in parallel.
[0067]
In this apparatus, the atmosphere in the melting chamber 1 and the quenching chamber 2 and the pressure thereof are controlled within a predetermined range. Therefore, atmospheric gas supply ports 1b, 2b, 8b, and 9b and gas exhaust ports 1a, 2a, 8a, and 9a are provided at appropriate locations in the apparatus. In particular, the gas exhaust port 2a is connected to a pump in order to control the absolute pressure in the quenching chamber 2 within the range of vacuum to 50 kPa.
[0068]
The melting furnace 3 can be tilted, and the molten metal 21 is appropriately poured into the hot water storage container 4 through the funnel 6. The molten metal 21 is heated in the hot water storage container 4 by a heating device (not shown).
[0069]
The hot water discharge nozzle 5 of the hot water storage container 4 is disposed in the partition wall between the melting chamber 1 and the quenching chamber 2 and causes the molten metal 21 in the hot water storage container 4 to flow down to the surface of the cooling roll 7 positioned below. The orifice diameter of the hot water nozzle 5 is, for example, 0.5 to 2.0 mm. When the viscosity of the molten metal 21 is large, the molten metal 21 is less likely to flow through the hot water nozzle 5, but in this embodiment, the quenching chamber 2 is held at a lower pressure than the melting chamber 1. During this time, a pressure difference is formed, and the molten metal 21 is smoothly discharged.
[0070]
The surface of the cooling roll 7 is covered with, for example, a chromium plating layer, and the diameter of the cooling roll 7 is, for example, 300 to 500 mm. The water cooling capacity of the water cooling device provided in the cooling roll 7 is calculated and adjusted according to the solidification latent heat per unit time and the amount of hot water.
[0071]
According to this apparatus shown in FIG. 2, for example, a total of 20 kg of raw material alloy can be rapidly solidified in 15 to 30 minutes. The alloy formed in this way is an alloy ribbon (alloy ribbon) 22 having a thickness of 70 to 150 μm and a width of 1.5 to 6 mm before breaking, but the alloy having a length of about 2 to 150 mm by the breaking device 10. After being crushed into thin pieces 23, it is recovered by the recovery mechanism unit 9. In the example of the apparatus shown in the figure, the recovery mechanism unit 9 is provided with a compressor 11 so that the thin piece 23 can be compressed.
[0072]
Next, a method for producing a raw material alloy using the apparatus of FIG. 2 will be described.
[0073]
First, the general formula is Fe 100-xy R x B y , Fe 100-xyz R x B y Co z , Fe 100-xyu R x B y M u Or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u A melt 21 of the alloy for a nanocomposite magnet represented by any of the above is prepared and stored in the hot water storage container 4 of the melting chamber 1. Here, the ranges of R, M, composition ratios x, y, z, and u are as described above.
[0074]
Next, the molten metal 21 is discharged from the hot water nozzle 5 onto the water-cooled roll 7 in the reduced-pressure Ar atmosphere, rapidly cooled by contact with the water-cooled roll 7, and solidified. As the rapid solidification method, it is necessary to use a method capable of controlling the cooling rate with high accuracy. In this embodiment, a single roll method, which is one of the liquid rapid cooling methods, is used.
[0075]
In this embodiment, when the molten metal 21 is cooled and solidified, the cooling rate is 5 × 10 5. Four ~ 5x10 6 K / second. At this cooling rate, the temperature of the alloy is lowered to a temperature lower by ΔT1. Since the temperature of the molten alloy 21 before the rapid cooling is close to the melting point Tm (for example, 1200 to 1300 ° C.), the temperature of the alloy decreases from Tm to (Tm−ΔT1) on the cooling roll 7. According to the experiment of the present inventor, ΔT1 is preferably in the range of 400 to 800 ° C. from the viewpoint of improving the final magnet characteristics.
[0076]
The time for which the molten alloy 21 is cooled by the cooling roll 7 corresponds to the time from the contact of the alloy with the outer peripheral surface of the rotating cooling roll 7 until it leaves, and in the case of this embodiment, 0.5 to 2 mm. Seconds. Meanwhile, the temperature of the alloy further decreases by ΔT2 and solidifies. Thereafter, the solidified alloy leaves the cooling roll 7 and flies in an inert atmosphere. While the alloy is in the form of a ribbon, the temperature is lowered to (Tm−ΔT1−ΔT2) as a result of the heat deprived from the atmospheric gas. ΔT2 varies depending on the size of the apparatus and the pressure of the atmospheric gas, but is about 100 ° C. or higher.
[0077]
In the present embodiment, when the temperature of the alloy ribbon 22 reaches (Tm−ΔT1−ΔT2), the crushing process is quickly performed in the apparatus, and the alloy flakes 23 are produced on the spot. Therefore, it is preferable to adjust the size of (ΔT1 + ΔT2) so that (Tm−ΔT1−ΔT2) is lower than the vitrification temperature Tg of the alloy. If (Tm−ΔT1−ΔT2) ≧ Tg, the alloy is in a softened state and its fracture becomes difficult. When the fracture / pulverization process of the solidified alloy is separately performed by another apparatus, the alloy temperature is lowered to about room temperature, and therefore, it is not necessary to consider the size of (ΔT1 + ΔT2).
[0078]
The absolute pressure in the quenching chamber 2 is preferably set in the range of vacuum to 50 kPa, and more preferably in the range of 2 to 10 kPa. If the molten metal 21 flows down onto the cooling roller 7 in such a reduced-pressure atmosphere, there is no possibility that atmospheric gas will be trapped between the molten metal 21 and the surface of the roller 7, and the cooling rate of the molten metal 21 is made lower than before. However, the cooling state is made uniform, and the alloy ribbon 22 having excellent surface shape and structure can be obtained.
[0079]
Further, as in this embodiment, if the crushing process of the solidified alloy by the crushing device is performed immediately following the rapid solidification process, the quenched alloy discharged from the cooling roll as a long alloy ribbon can be contained in a relatively narrow space. It can be collected in a compact manner. If the rapid solidification device and the crushing device are configured separately, it is necessary to store the rapid cooling alloy as a long ribbon once in a bulky state.
[0080]
If the alloy flakes crushed by the breaking device are further pulverized by a known mechanical pulverization device, an alloy powder having a size suitable for the heat treatment step and the subsequent forming step can be produced. In the present embodiment, the alloy is coarsely pulverized to about 850 μm or less with a power mill device, and then pulverized with a pin disk mill device to a particle size of about 150 μm.
[0081]
[Production method of nanocomposite magnet powder]
Below, the heat processing method performed with respect to the said raw material alloy powder is demonstrated, referring FIG.
[0082]
FIG. 3 shows a powder firing furnace apparatus using a hoop belt. The apparatus includes rotating rolls 24 and 25 that are instructed to be rotatable by a main body 28, and a hoop belt 26 that is driven at a predetermined speed in one direction by the rotation of the rotating rolls 24 and 25. The raw material alloy powder is supplied to the raw material feed position A on the hoop belt 26 and conveyed to the left in the figure. The powder supplied onto the hoop belt 26 is leveled by the sliding plate 27, whereby the height of the powder is adjusted to a certain level or less (for example, 2 to 4 mm in height). Thereafter, the powder enters a heating zone surrounded by a metal tube where it undergoes a heat treatment for microcrystallization. In the heating zone (for example, length 1100 mm), heaters (not shown) are arranged in, for example, three zones (the length of one zone is 300 mm, for example). As the powder moves through the heating zone, it undergoes a heat treatment. A cooling zone C having a length of, for example, 800 mm exists at the subsequent stage of the heating zone, and the powder is cooled by passing through a water-cooled metal cylinder. The cooled powder is collected by a collecting device (not shown) at the lower left of the rotating roller 25.
[0083]
According to this heat treatment apparatus, the heat treatment process can be controlled by adjusting the moving speed of the hoop belt 26 with respect to the length of the given heating zone.
[0084]
As the heat treatment step, for example, the heat treatment temperature may be increased to 590 to 700 ° C. at a temperature rising rate of 100 to 150 ° C./min, and the state may be maintained for about 5 to 15 minutes. Thereafter, the alloy temperature is lowered to a room temperature level at a temperature drop rate of 100 to 150 ° C./min.
[0085]
In order to increase the amount of processed powder in the heat treatment, the width of the hoop belt 26 is widened and the amount of powder supplied per unit length of the hoop belt 26 is increased, while the length of the heating zone is increased, and the rotating roller The rotational peripheral speeds 24 and 25 may be increased. According to the alloy powder according to the present invention, since the heat of crystallization reaction is not rapidly generated during the heat treatment, the temperature control of the alloy powder in the heat treatment process is easy. As a result, even if the powder supply amount is increased, a magnet powder having stable magnetic properties can be produced.
[0086]
The raw material powder subjected to the heat treatment by the heat treatment apparatus is microcrystallized as described above, and can exhibit the characteristics as a nanocomposite magnet. Thus, the raw material alloy powder that was in the metallic glass state and did not exhibit the properties as the hard magnetic material before the heat treatment is changed into a nanocomposite magnet alloy powder having excellent magnetic properties by the heat treatment.
[0087]
[Magnet manufacturing method]
Below, the method to manufacture a magnet from the said nanocomposite magnet alloy powder is demonstrated.
[0088]
First, a compound is produced by adding the binder and additive which consist of an epoxy resin to the nanocomposite magnet alloy powder obtained as mentioned above, and knead | mixing them. Next, after press molding by a molding apparatus having a molding space having a desired shape of the compound, a final bonded magnet can be obtained through a heat curing process, a cleaning process, a coating process, an inspection process, and a magnetizing process.
[0089]
The molding process is not limited to the compression molding described above, and may be a known extrusion molding, injection molding, or rolling molding. The magnet powder is kneaded with a plastic resin or rubber according to the type of molding method employed.
[0090]
In addition, in the case of injection molding, a high softening point resin such as PPS can be used in addition to polyimide and nylon widely used as a resin. This is because the magnet powder of the present invention is formed from a low-rare earth alloy, so that it is not easily oxidized, and the magnet characteristics are not deteriorated even when injection molding is performed at a relatively high temperature.
[0091]
Further, since the magnet of the present invention is hardly oxidized, it is not necessary to coat the final magnet surface with a resin film. Therefore, for example, the magnet powder and the molten resin of the present invention can be press-fitted into a slot of a part having a complicatedly shaped slot, thereby manufacturing a part integrally having a complicatedly shaped magnet. Is possible.
[0092]
[motor]
Next, an embodiment of a motor provided with the magnet manufactured as described above will be described.
[0093]
The motor of this embodiment is a PM (Permanent Magnet) type motor, and a bond magnet manufactured by the above-described manufacturing method is used as a spring magnet of an integrated rotor.
[0094]
Needless to say, the magnet of the present invention is suitably used for other types of motors and actuators besides this type of motor.
[0095]
Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
[0096]
[Examples and Comparative Examples]
In this example, the aforementioned rapid solidification process was performed in an argon atmosphere with an absolute pressure of 50 kPa or less. As the cooling roll, a copper alloy roll (diameter: 350 mm) covered with a chromium plating layer having a thickness of 5 to 15 μm was used. While the copper alloy roll was rotated at a peripheral speed of 10 m / sec, the raw material alloy melt flowed down on the outer peripheral surface and rapidly solidified. The temperature of the molten metal was 1300 ° C. when measured with a radiation thermometer. The molten metal was dropped from the orifice to a diameter of 1.3 to 1.5 mm at a rate of 10 to 20 g per second.
[0097]
FIG. 4 is a graph showing how the coercive force and the residual magnetic flux density depend on the temperature of the crystallization heat treatment. In this graph, a black circle mark indicates a rapid solidification at a roll peripheral speed of 9 m / sec in an Ar atmosphere of 1.3 kPa (Example 1). In the case of rapid solidification (Example 2), white circles indicate data for the case of rapid solidification at a roll peripheral speed of 20 m / sec in a normal pressure Ar atmosphere (Comparative Example).
[0098]
As can be seen from FIG. 4, in Example 1 and Example 2, magnetic properties superior to those of the comparative example are obtained over a wide temperature range.
[0099]
FIG. 5 is a graph showing how the coercive force and the residual magnetic flux density depend on the throughput per unit time. In this graph, the black circle mark indicates that when rapidly solidified at a roll peripheral speed of 9 m / sec in an Ar atmosphere of 1.3 kPa (Example 1), the black square mark indicates that the roll peripheral speed is 20 m / second in an atmospheric pressure Ar atmosphere. The data for the case of rapid solidification in seconds (comparative example) are shown.
[0100]
As can be seen from FIG. 5, in Example 1, excellent magnetic properties were obtained with a larger throughput than in the comparative example.
[0101]
[Reason for composition limitation]
Finally, Fe Three B / Nd 2 Fe 14 The reason for limiting the raw material alloy composition for the B-based nanocomposite magnet will be described.
[0102]
Rare earth element R is a hard magnetic phase R 2 Fe 14 It is an essential element for B. In the present invention, R contains 90 atom% or more of one or both of Pr and Nd, and the balance contains 0% or more and less than 10% of other lanthanum series elements or one or more elements of Y. One of the elements Pr and Nd is R having uniaxial crystal magnetic anisotropy. 2 Fe 14 Indispensable for producing B. Rare earth elements other than Pr and Nd are arbitrarily selected. If the composition ratio of R is less than 2 atomic%, the effect of generating a coercive force is too small, which is not preferable. On the other hand, when the composition ratio of R exceeds 6 atomic%, Fe Three Phase B and Nd 2 Fe 14 Since the B phase is not generated and the α-Fe phase becomes the main phase, the coercive force is significantly reduced. From the above, the composition ratio x of R is preferably 2 ≦ x ≦ 6.
[0103]
B is Fe, which is a soft magnetic phase Three B and R which are hard magnetic phases 2 Fe 14 It is an essential element for both B. When the composition ratio y of B is out of the range of 16 to 20 atomic%, the required coercive force is not exhibited. Therefore, the composition ratio y of B is preferably 16 ≦ y ≦ 20. Further, if B is out of this composition range, the melting point increases, the melting temperature and the temperature of the hot water storage container need to be increased, and the amorphous forming ability also decreases, so that it is difficult to obtain a desired quenched alloy structure. Become.
[0104]
Co has the function of reducing the temperature change dependency of the magnetic characteristics by increasing the Curie temperature, and as a result, stabilizing the magnetic characteristics. It also has the function of improving the viscosity of the molten alloy and contributes to the stabilization of the molten metal flow rate. When the addition ratio of Co is less than 0.02 atomic%, the above function is not fully exhibited, and when it exceeds 7 atomic%, the magnetization characteristics begin to deteriorate. Co may be added when it is desired to exert these functions, and addition of Co is not indispensable for obtaining the effects of the present invention. When Co is added, it is preferable that 0.2 ≦ z ≦ 7 holds for the composition ratio z for the reason described above.
[0105]
M is added when the coercive force is to be increased as much as possible. When the addition ratio of M is less than 0.01 atomic%, the coercive force increase is not sufficiently observed, and when the addition ratio of M exceeds 7 atomic%, the magnetization decreases. Therefore, when M is added, it is preferable that 0.1 ≦ z ≦ 7 holds for the composition ratio u. Among M, Cr exhibits an effect of improving corrosion resistance in addition to an increase in coercive force. Further, Cu, Au, and Ag have an effect of expanding the appropriate temperature range in the crystallization heat treatment step.
[0106]
[Method for producing Fe-based rapidly solidified alloy]
Even when an Fe-based rapidly solidified alloy is produced under normal pressure by the single roll method, the adhesion between the cooling roll and the alloy is lowered due to the entrainment of the atmospheric gas, and as a result, the cooling rate is inconsistent depending on the part of the alloy ribbon. Problems arise when uniform. Produces Fe-based rapidly solidified alloys that partially contain crystalline phases compared to producing all-crystalline alloy ribbons and Fe-based rapidly solidified alloys that are all substantially amorphous. In this case, it is necessary to control a relatively slow cooling rate within a predetermined range with high accuracy. In such a case, problems as shown in FIG. 1A may occur under normal pressure.
[0107]
Accordingly, the present invention provides the general formula Fe 100-xy R x B y , Fe 100-xyz R x B y Co z , Fe 100-xyu R x B y M u Or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u When producing an Fe-based rapidly solidified alloy in which the crystalline phase is in a state of 10% or less of the whole, although it exhibits a remarkable effect when applied to a raw material alloy for a nanocomposite magnet represented by Also effective. Such an Fe-based rapidly solidified alloy is crystallized by a subsequent heat treatment, and a uniform metal structure can be expressed with good reproducibility. In addition, since the influence of entrainment tends to become significant when the peripheral speed of the cooling roll is reduced, it is difficult to reduce the peripheral speed of the roll in a normal pressure atmosphere. In general, the slower the roll peripheral speed, the slower the deterioration of the cooling roll. Therefore, according to the present invention, there is an advantage that the cooling roll can be used for a long period of time with high reliability.
[0108]
As the Fe-based rapidly solidified alloy here, for example, Nd 13 Fe 82 B Five , Fe 74 Cu 1 Nb Three Si 16 B 6 , Fe 91 Zr 7 B 2 , Fe 91 Hf 7 B 2 Etc. are included.
[0109]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the adhesion between the cooling roll and the molten metal is improved by the reduced pressure atmosphere, uniform cooling is realized. Therefore, a desired metallic glass-like alloy is obtained, and the magnetic properties after heat treatment are improved. Fe Three B / Nd 2 Fe 14 The result is that the crystallization reaction heat for forming the B-based nanocomposite magnet is dispersed in a wide temperature range, and the microcrystallization can be executed with good controllability without releasing the large crystallization reaction heat at once. The raw material powder throughput in the heat treatment step can be improved without deteriorating the magnet characteristics.
[0110]
Fe Three Since the crystal nuclei necessary for crystallization of B are present in the raw material alloy at a high density and the Fe phase is small, a fine and uniform metal structure can be formed by magnetizing heat treatment, and high magnet properties can be exhibited. enable.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sectional views of an alloy ribbon obtained when the above alloy is rapidly solidified in a normal pressure atmosphere using a one-roll method, and FIG. And (d) are drawings corresponding to (a) and (b), respectively, and are schematic cross-sectional views of alloy ribbons produced when rapid solidification is performed in a reduced-pressure atmosphere.
2A is a cross-sectional view showing an example of the overall configuration of an apparatus used in a method for producing a raw material alloy for a nanocomposite magnet according to the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view of a portion where rapid solidification is performed. is there.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a heat treatment apparatus used in a method for producing a nanocomposite magnet according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing how coercive force and residual magnetic flux density depend on the temperature of crystallization heat treatment.
FIG. 5 is a graph showing how coercive force and residual magnetic flux density depend on the throughput per unit time.
[Explanation of symbols]
1b, 2b, 8b, and 9b Atmospheric gas supply port
1a, 2a, 8a, and 9a gas outlet
1 Dissolution chamber
2 quenching room
3 Melting furnace
4 Hot water storage container
5 Hot water nozzle
6 funnel
7 Rotating cooling roll
10 Breaker 10
11 Compressor
21 Molten metal
22 Alloy ribbon
23 Alloy flakes
28 body
24 Rotating roll
25 Rotating roll
26 Hoop Belt
27 Scraper

Claims (12)

一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuで表されるナノコンポジット磁石用原料合金であって、RはPrおよびNdの一方または両方の元素を90原子%以上含有し、残部が他のランタン系列元素またはYの一種以上の元素を0%以上10%未満含有する希土類元素であり、MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt、Pb、AuおよびAgからなる群から選択された一種以上の元素であり、組成比x、y、zおよびuが、2≦x≦6、16≦y≦20、0.2≦z≦7、および0.01≦u≦7を満足するナノコンポジット磁石用原料合金を製造する方法において、
冷却ロールを用いた液体急冷法によって前記原料合金の溶湯を急冷凝固させる工程を包含し、
前記急冷凝固工程に際して、前記合金の急冷凝固を減圧雰囲気中で実行し、それによって金属ガラス状態にある急冷凝固合金を生成し、
前記合金の冷却速度を調整することによって、X線回折において、0.179nm±0.005nmの結晶面間隔に相当する位置にブラッグ散乱ピークを有する準安定相Zを凝固後の原料合金が含有し、しかも、前記ブラッグ散乱ピークの強度が前記X線回折におけるハローパターンの最高強度の5%以上200%未満であり、かつ、体心立方型Feの(110)ブラッグ散乱ピークの強度が前記ハローパターンの最高強度の5%未満にすることを特徴とするナノコンポジット磁石用原料合金の製造方法。
General formula Fe 100-xy R x B y , is represented by Fe 100-xyz R x B y Co z, Fe 100-xyu R x B y M u, or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u A raw material alloy for a nanocomposite magnet, wherein R contains 90 atomic% or more of one or both of Pr and Nd, and the balance is 0% or more and 10% of one or more elements of other lanthanum series elements or Y R is a rare earth element, and M is a group consisting of Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Ga, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Pt, Pb, Au, and Ag. One or more elements selected from the group consisting of 2 ≦ x ≦ 6, 16 ≦ y ≦ 20, 0.2 ≦ z ≦ 7, and 0.01 ≦ u ≦ 7. In a method for producing a raw material alloy for a nanocomposite magnet satisfying
Including a step of rapidly solidifying the molten alloy of the raw material alloy by a liquid quenching method using a cooling roll,
During the rapid solidification step, rapid solidification of the alloy is performed in a reduced-pressure atmosphere, thereby producing a rapidly solidified alloy in a metallic glass state ,
By adjusting the cooling rate of the alloy, the raw alloy after solidification contains a metastable phase Z having a Bragg scattering peak at a position corresponding to a crystal plane interval of 0.179 nm ± 0.005 nm in X-ray diffraction. Moreover, the intensity of the Bragg scattering peak is 5% or more and less than 200% of the maximum intensity of the halo pattern in the X-ray diffraction, and the intensity of the (110) Bragg scattering peak of the body-centered cubic Fe is the halo pattern. A method for producing a raw material alloy for a nanocomposite magnet, characterized in that it is less than 5% of the maximum strength .
前記減圧雰囲気の絶対圧力が50kPa以下であることを特徴とする請求項1に記載のナノコンポジット磁石用原料合金の製造方法。  2. The method for producing a raw material alloy for a nanocomposite magnet according to claim 1, wherein an absolute pressure of the reduced-pressure atmosphere is 50 kPa or less. 前記急冷凝固された原料合金から粉末を作製する工程を更に包含する請求項1または2に記載のナノコンポジット磁石用原料合金の製造方法。  The method for producing a raw material alloy for a nanocomposite magnet according to claim 1 or 2, further comprising a step of producing a powder from the rapidly solidified raw material alloy. 前記急冷凝固工程において、前記合金の冷却速度を5×104〜5×106K/秒とし、急冷前の合金の温度Tmから400〜800℃だけ低い温度に合金の温度を低下させる請求項1から3の何れかひとつに記載のナノコンポジット磁石用原料合金の製造方法。In the rapid solidification step, the cooling rate of the alloy is set to 5 × 10 4 to 5 × 10 6 K / second, and the temperature of the alloy is lowered to a temperature lower by 400 to 800 ° C. than the temperature Tm of the alloy before the rapid cooling. The manufacturing method of the raw material alloy for nano composite magnets as described in any one of 1-3. 一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuで表されるナノコンポジット磁石用合金であって、RはPrおよびNdの一方または両方の元素を90原子%以上含有し、残部が他のランタン系列元素またはYの一種以上の元素を0%以上10%未満含有する希土類元素であり、MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt、Pb、AuおよびAgからなる群から選択された一種以上の元素であり、組成比x、y、zおよびuが、2≦x≦6、16≦y≦20、0.2≦z≦7、および0.01≦u≦7を満足するナノコンポジット磁石用原料合金の粉末を用意する工程と、
前記ナノコンポジット磁石用原料合金の粉末に対して熱処理を施し、それによって、Fe3B化合物およびFe−R−B系化合物の結晶化を実行する工程とを包含するナノコンポジット磁石粉末の製造方法であって、
前記ナノコンポジット磁石用原料合金の粉末を用意する工程は、
前記原料合金の溶湯を冷却ロールを用いた液体急冷法によって減圧雰囲気中で急冷凝固させ、金属ガラス状態にある急冷凝固合金を生成する工程と、
前記急冷凝固合金から前記粉末を作製する工程と、
を包含し、
前記急冷凝固合金を生成する工程において、前記合金の冷却速度を調整することによって、X線回折において、0.179nm±0.005nmの結晶面間隔に相当する位置にブラッグ散乱ピークを有する準安定相Zを凝固後の原料合金が含有し、しかも、前記ブラッグ散乱ピークの強度が前記X線回折におけるハローパターンの最高強度の5%以上200%未満であり、かつ、体心立方型Feの(110)ブラッグ散乱ピークの強度が前記ハローパターンの最高強度の5%未満にすることを特徴とするナノコンポジット磁石粉末の製造方法。
General formula Fe 100-xy R x B y , is represented by Fe 100-xyz R x B y Co z, Fe 100-xyu R x B y M u, or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u An alloy for nanocomposite magnets, wherein R contains 90 atomic% or more of one or both of Pr and Nd, and the balance is 0% or more and less than 10% of other lanthanum series elements or one or more elements of Y It is a rare earth element to be contained, and M is selected from the group consisting of Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Ga, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Pt, Pb, Au, and Ag. One or more selected elements, the composition ratios x, y, z and u satisfy 2 ≦ x ≦ 6, 16 ≦ y ≦ 20, 0.2 ≦ z ≦ 7, and 0.01 ≦ u ≦ 7. A step of preparing a satisfactory raw material alloy powder for a nanocomposite magnet;
A process for producing a nanocomposite magnet powder comprising a step of heat-treating the powder of the raw material alloy for the nanocomposite magnet and thereby performing crystallization of the Fe 3 B compound and the Fe—R—B compound. There,
The step of preparing the raw material alloy powder for the nanocomposite magnet,
A step of rapidly solidifying the molten alloy of the raw material alloy in a reduced pressure atmosphere by a liquid quenching method using a cooling roll to produce a rapidly solidified alloy in a metallic glass state;
Producing the powder from the rapidly solidified alloy;
It encompasses,
In the step of producing the rapidly solidified alloy, a metastable phase having a Bragg scattering peak at a position corresponding to a crystal plane interval of 0.179 nm ± 0.005 nm in X-ray diffraction by adjusting the cooling rate of the alloy. Z is contained in the raw material alloy after solidification, and the intensity of the Bragg scattering peak is 5% or more and less than 200% of the maximum intensity of the halo pattern in the X-ray diffraction, and (110 ) A method for producing a nanocomposite magnet powder, characterized in that the intensity of the Bragg scattering peak is less than 5% of the maximum intensity of the halo pattern .
前記減圧雰囲気の絶対圧力が50kPa以下であることを特徴とする請求項5に記載のナノコンポジット磁石粉末の製造方法。  6. The method for producing a nanocomposite magnet powder according to claim 5, wherein the absolute pressure of the reduced-pressure atmosphere is 50 kPa or less. 前記急冷凝固工程において、前記合金の冷却速度を5×104〜5×106K/秒とし、急冷前の合金の温度Tmから400〜800℃だけ低い温度に合金の温度を低下させる請求項5または6に記載のナノコンポジット磁石粉末の製造方法。In the rapid solidification step, the cooling rate of the alloy is set to 5 × 10 4 to 5 × 10 6 K / second, and the temperature of the alloy is lowered to a temperature lower by 400 to 800 ° C. than the temperature Tm of the alloy before the rapid cooling. A method for producing a nanocomposite magnet powder according to 5 or 6. 一般式がFe100-x-yxy、Fe100-x-y-zxyCoz、Fe100-x-y-uxyu、またはFe100-x-y-z-uxyCozuで表されるナノコンポジット磁石用合金であって、RはPrおよびNdの一方または両方の元素を90原子%以上含有し、残部が他のランタン系列元素またはYの一種以上の元素を0%以上10%未満含有する希土類元素であり、MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt、Pb、AuおよびAgからなる群から選択された一種以上の元素であり、組成比x、y、zおよびuが、2≦x≦6、16≦y≦20、0.2≦z≦7.0、0.01≦u≦7を満足するナノコンポジット磁石用原料合金の粉末を用意する工程と、
前記ナノコンポジット磁石用原料合金の粉末に対して熱処理を施し、それによって、Fe3B化合物およびFe−R−B系化合物の結晶化を実行する工程と、
前記熱処理後の原料合金の粉末を用いて成形体を形成する工程とを包含するナノコンポジット磁石の製造方法であって、
前記ナノコンポジット磁石用原料合金の粉末を用意する工程は、
前記原料合金の溶湯を冷却ロールを用いた液体急冷法によって減圧雰囲気中で急冷凝固させる工程と、
前記急冷凝固された原料合金から前記粉末を作製する工程とを包含し、
前記原料合金の溶湯を急冷凝固させる工程において、前記合金の冷却速度を調整することによって、X線回折において、0.179nm±0.005nmの結晶面間隔に相当する位置にブラッグ散乱ピークを有する準安定相Zを凝固後の原料合金が含有し、しかも、前記ブラッグ散乱ピークの強度が前記X線回折におけるハローパターンの最高強度の5%以上200%未満であり、かつ、体心立方型Feの(110)ブラッグ散乱ピークの強度が前記ハローパターンの最高強度の5%未満にするナノコンポジット磁石の製造方法。
General formula Fe 100-xy R x B y , is represented by Fe 100-xyz R x B y Co z, Fe 100-xyu R x B y M u, or Fe 100-xyzu R x B y Co z M u An alloy for nanocomposite magnets, wherein R contains 90 atomic% or more of one or both of Pr and Nd, and the balance is 0% or more and less than 10% of other lanthanum series elements or one or more elements of Y It is a rare earth element to be contained, and M is selected from the group consisting of Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Ga, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Pt, Pb, Au, and Ag. One or more selected elements, and the composition ratios x, y, z and u are 2 ≦ x ≦ 6, 16 ≦ y ≦ 20, 0.2 ≦ z ≦ 7.0, 0.01 ≦ u ≦ 7 Preparing a raw material alloy powder for a nanocomposite magnet satisfying
Performing a heat treatment on the powder of the raw material alloy for the nanocomposite magnet, thereby performing crystallization of the Fe 3 B compound and the Fe—R—B-based compound;
A method of producing a nanocomposite magnet comprising a step of forming a molded body using the raw material alloy powder after the heat treatment,
The step of preparing the raw material alloy powder for the nanocomposite magnet,
A step of rapidly solidifying the molten alloy of the raw material alloy in a reduced pressure atmosphere by a liquid quenching method using a cooling roll;
Including the step of producing the powder from the rapidly solidified raw material alloy ,
In the step of rapidly solidifying the molten alloy of the raw material alloy, by adjusting the cooling rate of the alloy, a quasi-quad having a Bragg scattering peak at a position corresponding to a crystal plane interval of 0.179 nm ± 0.005 nm in X-ray diffraction. The raw material alloy after solidification contains the stable phase Z, and the intensity of the Bragg scattering peak is 5% or more and less than 200% of the maximum intensity of the halo pattern in the X-ray diffraction. (110) A method for producing a nanocomposite magnet, wherein the intensity of the Bragg scattering peak is less than 5% of the maximum intensity of the halo pattern .
前記減圧雰囲気の絶対圧力は、50kPa以下であることを特徴とする請求項8に記載のナノコンポジット磁石の製造方法。  The method for producing a nanocomposite magnet according to claim 8, wherein an absolute pressure of the reduced-pressure atmosphere is 50 kPa or less. 前記急冷凝固工程において、前記合金の冷却速度を5×104〜5×106K/秒とし、急冷前の合金の温度Tmから400〜800℃だけ低い温度に合金の温度を低下させる請求項8または9に記載のナノコンポジット磁石の製造方法。In the rapid solidification step, the cooling rate of the alloy is set to 5 × 10 4 to 5 × 10 6 K / second, and the temperature of the alloy is lowered to a temperature lower by 400 to 800 ° C. than the temperature Tm of the alloy before the rapid cooling. The method for producing a nanocomposite magnet according to 8 or 9. 前記成形体を形成する工程は、前記熱処理後の原料合金の粉末を用いてボンド磁石を作製する工程を含む請求項8から10の何れかひとつに記載のナノコンポジット磁石の製造方法。  The method for producing a nanocomposite magnet according to any one of claims 8 to 10, wherein the step of forming the formed body includes a step of producing a bonded magnet using the raw material alloy powder after the heat treatment. 請求項8から11の何れかひとつに記載のナノコンポジット磁石の製造方法によって製造されたナノコンポジット磁石を備えたモータ。  The motor provided with the nanocomposite magnet manufactured by the manufacturing method of the nanocomposite magnet as described in any one of Claims 8-11.
JP35628698A 1998-12-07 1998-12-15 Method for producing raw material alloy for nanocomposite magnet, and method for producing nanocomposite magnet powder and magnet Expired - Lifetime JP4374633B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35628698A JP4374633B2 (en) 1998-12-15 1998-12-15 Method for producing raw material alloy for nanocomposite magnet, and method for producing nanocomposite magnet powder and magnet
US09/455,469 US6302972B1 (en) 1998-12-07 1999-12-06 Nanocomposite magnet material and method for producing nanocomposite magnet
CNB991254104A CN1144241C (en) 1998-12-07 1999-12-07 Alloy raw material, its powder and making method for nanometer composite magnet
KR1019990055644A KR100642328B1 (en) 1998-12-07 1999-12-07 raw material alloy for nanocomposite magnet, raw material alloy powder for the nanocomposite magnet, method for preparing the raw material alloy, method for preparing the nanocomposite magnet powder, and method for producing the nanocomposite magnet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35628698A JP4374633B2 (en) 1998-12-15 1998-12-15 Method for producing raw material alloy for nanocomposite magnet, and method for producing nanocomposite magnet powder and magnet

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000182814A JP2000182814A (en) 2000-06-30
JP4374633B2 true JP4374633B2 (en) 2009-12-02

Family

ID=18448275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35628698A Expired - Lifetime JP4374633B2 (en) 1998-12-07 1998-12-15 Method for producing raw material alloy for nanocomposite magnet, and method for producing nanocomposite magnet powder and magnet

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4374633B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3587140B2 (en) 2000-07-31 2004-11-10 セイコーエプソン株式会社 Method for producing magnet powder, magnet powder and bonded magnet
JP4670179B2 (en) * 2001-05-18 2011-04-13 日立金属株式会社 Permanent magnet having a plurality of ferromagnetic phases and method for producing the same
US6979409B2 (en) * 2003-02-06 2005-12-27 Magnequench, Inc. Highly quenchable Fe-based rare earth materials for ferrite replacement

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000182814A (en) 2000-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100642328B1 (en) raw material alloy for nanocomposite magnet, raw material alloy powder for the nanocomposite magnet, method for preparing the raw material alloy, method for preparing the nanocomposite magnet powder, and method for producing the nanocomposite magnet
US6695929B2 (en) Method of making material alloy for iron-based rare earth magnet
JP3365625B2 (en) Nanocomposite magnet powder and method for producing magnet
JP4787459B2 (en) Manufacturing method of raw material alloy for nanocomposite permanent magnet using strip casting method
US7297213B2 (en) Permanent magnet including multiple ferromagnetic phases and method for producing the magnet
US7261781B2 (en) Nanocomposite magnet
US7208097B2 (en) Iron-based rare earth alloy nanocomposite magnet and method for producing the same
KR100745198B1 (en) Iron-base alloy permanent magnet powder and method for producing the same
JP4766045B2 (en) Iron-based rare earth nanocomposite magnet and manufacturing method thereof
JPS6356297B2 (en)
RU2311698C2 (en) Nano-composite magnet and its manufacturing process
JP2002030378A (en) Method for producing iron-based permanent magnet alloy by control of crystallization heat generating temperature
JP3604308B2 (en) Raw material alloy for nanocomposite magnet, powder and manufacturing method thereof, and nanocomposite magnet powder and magnet manufacturing method
JP2000348919A (en) Nanocomposite crystalline sintered magnet and manufacture of the same
WO2003003386A1 (en) R-t-b-c based rare earth magnetic powder and bonded magnet
JP4374633B2 (en) Method for producing raw material alloy for nanocomposite magnet, and method for producing nanocomposite magnet powder and magnet
JP4332982B2 (en) Manufacturing method of iron-based alloy magnet
JP2001319821A (en) Iron-based alloy magnet manufacturing method and device
JP4120253B2 (en) Quenched alloy for nanocomposite magnet and method for producing the same
CN1716465B (en) Method for producing iron base rare earth isotropy nano composite magnet
JP2002003979A (en) Method for producing raw material alloy for nanocomposite magnet, nanocomposite magnet powder and method for producing magnet
JP4457453B2 (en) Fine crystal iron-based alloy magnet and method for producing the same
JP4529198B2 (en) Iron-based permanent magnet containing a small amount of rare earth metal and method for producing the same
JP2001244107A (en) Iron-based alloy permanent magnet powder and its manufacturing method
JP2003059708A (en) Nano composite magnet powder and method of manufacturing magnet

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051115

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: 20080701

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080708

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080902

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: 20090818

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: 20090831

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: 20120918

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130918

Year of fee payment: 4

EXPY Cancellation because of completion of term