JP4419292B2 - 希土類系合金製造用急冷ロール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類系合金製造用急冷ロール、特にロール外周面の表面性状を規定した希土類系合金製造用急冷ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁石用希土類合金やNi水素電池用希土類系水素吸蔵合金は、ハードディスク装置等の電子機器用として、その需要が増加している( 以下、これらを総称して「希土類系合金」という) 。
【０００３】
このように需要が拡大しつつある希土類系合金の特性を向上させるには、それらの合金が緻密で均一な組織を有していることが重要であるとされている。
したがって、このような今日的状況下にあって、緻密な組織を得るためには、回転する急冷ロール (以下、単にロールともいう) 外周部に希土類系合金の溶湯を流下し、凝固させて希土類合金薄帯を製造するロール急冷法が多く用いられるようになった。
【０００４】
しかし、ロール急冷法を用いた場合でも、合金の溶湯とロール表面との接触状態によっては、凝固時の冷却速度が不均一になり、均一な組織をもった合金が得られないことがある。なお、本発明でいう薄帯は帯状のものが破断した薄片も含む。
【０００５】
例えば、ロール外周面に溶湯を流下させて急速凝固させる場合、薄帯の幅方向の端部が上方に反り、その部分の冷却速度が中央部と比較して小さくなる等の現象が発生することがあった。これは明確ではないが、溶湯とロールとの接触面側と反対側との冷却速度および冷却開始時のわずかな相違に起因して発生すると推測される。
【０００６】
このような現象の防止対策として特開平９−1296号公報では、ロール外周面の中央部と両端部の表面粗さをそれぞれ規定した急冷ロールを提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ロール急冷法では、ロール外周面に合金の溶湯を流下すると、溶湯は薄く帯状に広がり、ロール外周面と接触した面から抜熱されることにより急速に冷却されて凝固し薄帯となる。その際に、組織を均一化するため合金の薄帯の冷却速度が一定となるよう、種々の条件を一定に保つように配慮する。
【０００８】
例えば、ロール全体の温度、溶湯の温度、溶湯の時間当たりの供給量、ロールの回転速度等である。
さらに、前記公報の提案するように、ロールの表面粗さを規定することも行われている。
【０００９】
しかし、従来のロールによって希土類系合金を製造する場合、均一組織は必ずしも生成されず、例えば薄帯の幅方向の端部の組織は、中央部のものと比較して粗いものになる等バラツキの多い組織が得られることがあり、合金の磁気特性にもバラツキが見られることがあった。
【００１０】
ここに、本発明の課題は、従来のロールに比較して、得られる希土類合金の組織の均一性が格段に改善され、しかも、簡便な手段でもって、それが実現できる技術を開発することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題を実現すべく種々検討を重ね、従来技術の問題点を詳細に検討した結果からは、単に表面粗さを規定するのみでは不充分であり、表面の凹凸の形態を規定することが重要であることに想到した。
【００１２】
すなわち、表面粗さRaは、表面に見られる凹凸の高さに関するものであり、同じRaであってもなだらかな形態のものと鋭く切り立った形態のものとでは作用が異なる。
【００１３】
例えば、ロール表面に見られる凹凸が鋭く切り立っている場合は、ロール外周面の面積比が増加することおよび凹部に溶湯が差し込み、ロールから剥離しにくくなるのでロールに接触している時間が長くなる等により凝固時の冷却速度は大きくなる。
【００１４】
しかし、過度に切り立った形態の凹凸の場合は、今度は、溶湯がロールから剥離しにくくなるため、ロールが１回転以上しても凝固した薄帯は剥離せず作業に支障をきたすことがある。また、場合によっては溶湯が凹部の底まで侵入することができず、ロールとの接触面積が減少し、却って冷却速度が遅くなることがある。
【００１５】
一方、ロール表面に見られる凹凸がなだらかな形態である場合、ロールの面積比は小さくなり、また薄帯はロールから剥離しやすくなり、ロールとの接触時間が短くなり過ぎるため冷却速度は小さくなる。
【００１６】
このような定性的な傾向を基にしてさらに検討を重ねた結果、緻密で均一な組織を有する希土類系合金を製造するには、ロール外周面の凹凸の形態と大きさとをともに特定の範囲に規定することが重要であり、具体的にはSm/Ra およびSmの範囲を規定することが臨界的意義を有することを知り、本発明を完成した。
【００１７】
また、前述のように、ロール急冷法においては作業中のロールの温度は可及的に一定であることが好ましい。そのためロールは、多くの場合、水冷等の冷却手段を講じている。ロール外周部を構成する材料によっては、溶湯の冷却速度が速くなりすぎ、合金の組織が緻密になりすぎ却って不芳となる場合がある。
【００１８】
したがって、ロール外周面の材料構成を希土類系合金の製造に適したものにする必要がある。
よって、本発明は次の通りである。
【００１９】
（１）サンドブラストを用いて形成された凹凸を有するロール外周面のＳｍ／Ｒａの値が０．０３〜０．１２（ｍｍ／μｍ）の範囲内にあり、且つＳｍが０．１〜０．６ｍｍの範囲内にあることを特徴とする希土類系合金製造用急冷ロール。但し、ＲａおよびＳｍはそれぞれＪＩＳＢ０６０１に定める算術平均粗さＲａ（μｍ）および凹凸の平均間隔Ｓｍ（ｍｍ）である。
【００２０】
(2)前記ロール外周面のロール幅方向中央部のSm/Ra が0.03〜0.08(mm/μm)の範囲内、且つSmが0.1 〜0.4mm の範囲内にあることを特徴とする上記(1) に記載の希土類系合金製造用急冷ロール。
【００２１】
ただし、前記中央部は、ロール幅方向の長さをＬとすると、Ｌの中心点を中心とする幅0.2 Ｌの領域である。通常、この領域は、希土類系合金とロール外周面とが接触する領域に含まれる。本来、Sm/Ra およびSmを規定する中央部は薄帯の中央部とすべきであるが、実際の作業においては薄帯の幅方向の中心とロール幅方向の中心は略一致しているので本発明ではロール幅方向の中央部で規定する。
【００２２】
(3)前記ロール外周面が、ロール基体上に成形したNi、CrおよびMoの１種または２種以上を含む被覆層から構成されることを特徴とする上記(1) または(2) に記載の希土類系合金製造用急冷ロール。
【００２３】
(4)前記ロールの最外周面が、Crおよび／またはMoの単体金属または合金から成る硬質被膜層から構成されることを特徴とする上記(1) ないし(3) のいずれかに記載の希土類系合金製造用急冷ロール。
【００２４】
（５）凹凸が形成されたロール外周面に前記硬質被膜層が形成されていることを特徴とする上記（４）に記載の希土類系合金製造用急冷ロール。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明において、ロール外周面の表面性状を上述のように規定した理由について本発明の作用効果と関連させて説明する。
【００２６】
本来、本発明のロールを用いて製造する合金の組成についての限定はないが、希土類系合金の製造に用いるとその効果が顕著になる。さらに、希土類磁石用合金およびNi水素電池用希土類系水素吸蔵合金等の希土類合金の製造に用いると一層好ましい効果を奏することができる。
【００２７】
本発明にかかるロールにおいては、ロール外周面のSm/Ra の値は0.03〜0.12mm／μｍ、且つSmが0.1 〜0.6mm の各範囲内にある。
ここに、凹凸間距離Sm(mm)および算術平均粗さRaはともにJIS B0601 で定められたものであり、本発明においてもそれに準じて規定され、求められる。
【００２８】
本発明において、Sm/Ra(凹凸の算術平均粗さに対する平均間隔の比) の値が0.03μm/mm未満であると凹凸が過度に切り立ったものになり好ましくない。Sm/Ra の値が0.03μm/mm未満で、Smの値が0.1 mm未満であると、凹凸の形状自身は過度に切り立った状態のものであるばかりでなく、凹凸は小さくなりすぎ実質的に凹凸を形成する効果がなくなる。
【００２９】
Sm/Ra の値が0.12μm/mmを超えると凹凸はなだらかな形態のものになり、凹凸を形成する効果が少なくなるか、あるいはなくなる。Sm/Ra の値が0.12μm/mmを超え、Smの値が0.6mm 以下であるとなだらかで小さな形態の凹凸となり、凹凸を形成する効果は実質的になくなる。
【００３０】
Sm/Ra の値が0.03〜0.12μm/mmの範囲にあるものでも、Smの値が0.1mm 未満であると凹凸の形態は好ましくても、小さなものになりすぎ好ましくなく、Smの値が0.6mm を超えるものは、凹凸の形態は好ましいものであっても、凹凸が大きくなり過ぎ、結果として過度に切り立ったものと同様になり好ましくなくなる。
【００３１】
さらにロールの幅方向の中央部、すなわち、ロール幅方向の長さをＬとすると、Ｌの中心点を中心とする幅0.2 Ｌの領域では、Sm/Ra の値が0.03〜0.08(mm/μm)、かつSmが0.1 〜0.4mm の各範囲内にあることが好ましい。
【００３２】
さらに好ましくは、そのような中央部以外の部分 (ロール両端部) のSm/Ra およびSmの値が、それぞれ0.04〜0.12(mm/μm)、0.3 〜0.6mm の各範囲内にある。
図１に、急冷ロール10の中央部12を模式的に示す。図中、点Ｃは中心点を示し、斜線領域が本発明でいう中央部である。急冷ロール10には適宜水冷装置( 図示しない) が必要に応じて設けられてもよい。
【００３３】
希土類合金を急冷する場合は、Ni、MoおよびCrのうちから選ばれた１種以上の金属または合金の被覆層14でロール外周面を構成することが好ましい。特に好ましくは、Niからで成る被覆層を設けることである。かかる被覆層14は電気めっき、溶接などにより形成すればよく、その具合的手段は制限されない。
【００３４】
ロールの最外周面は、必要に応じて、Crおよび／またはMoの単体金属または合金のいずれかから成る硬質皮膜層から構成することが好ましい。上述のようにNi被覆層14を設けた場合に、その上に例えば溶接あるいは電気めっき等で上述の硬質皮膜層を設けるのである。
【００３５】
このような被覆層の厚さは限定しない。ロール本体をすべて上記材料で構成しても良いが、これらの材料自身が高価である。Cu、Cu合金および鋼材等を適宜用いて作製したロール基体にNi、MoおよびCrのうちから選ばれた１種以上の金属または合金の層をめっき、溶接等を用いて形成するのが現実的である。その場合、層の厚さは、合計で0.5 〜５mm程度が良い。
【００３６】
別の態様では、ロール外周部に形成したNi等の被覆層の表面に凹凸を形成した後、最外周面としてCrまたはMoもしくはそれらを含む合金の硬質皮膜層を形成したロールは、耐熱、耐摩耗性に優れ表面粗さを好ましい状態に長く保つことができる。
【００３７】
製造ロットの大小、硬質皮膜層形成のコストとを勘案してロール外周面さらには最外周面の皮膜構造をどうするか具体的に決定すればよい。
ロール外周面に付与する凹凸の形成手段については特に限定しない。旋削加工等の機械加工、サンドブラスト等適宜用いることができるが、簡便性を考慮するとサンドブラストが好ましい。また、SmおよびSm/Ra の具体的な調整法については当業者であれば以上の説明から必要に応じて適宜容易に行うことができることからこれ以上の説明は省略する。
【００３８】
【実施例】
本例では、まず、本発明にしたがって、下記仕様の急冷ロールを製造した。
ロール諸元は次の通りであった。
【００３９】
ロール基体が、直径500mm ×幅400mm の寸法のCu合金から構成され、内部水冷装置を設け、このロール基体外周部にメッキによって厚さ1.5mm のNi被覆層を形成し、次いでNi被覆層形成後サンドブラストを用いて凹凸を付与し、最外周面の硬質皮膜として厚さ0.03mmのCrめっき皮膜 (Hv1000) を形成した。
【００４０】
このとき、凹凸の形状を種々調整して試験に供した。
本例では、このようにして構成した本発明にかかるロールを用いて、組成が31質量％Ｒ (Nd＋Pr)-１質量％B-Feである希土類合金を製造した。
【００４１】
まず、この合金を構成する原料を真空溶解炉を用いて溶解し、得られた溶湯を、ロール外周面の回転速度50m/分の条件下で、ロールに流下して急冷凝固させて、希土類合金の平均厚さ約0.52mm、幅250mm の薄帯を作製した。
【００４２】
作製した前記合金の薄帯は、主相として、ロール接触面から薄帯の厚み方向へ結晶が成長した、いわゆる柱状組織を形成していた。
本発明の効果の評価は、上記急冷ロールの中央部とそれ以外の両端部の領域において製造された希土類合金薄帯の各柱状組織における短軸粒径の差を比較して行った。
【００４３】
ここに、短軸粒径の求め方は次の通りであった。
作製した薄帯の中心部および端部から無作為に試料を採取し、厚さ方向の断面の組織が観察できるように樹脂に埋め込み研磨、腐食し光学顕微鏡を用いて、中央部で６視野、端部で２視野の組織写真を撮影した。
【００４４】
各組織写真について、ロール接触面から厚さ方向に約0.35mmに相当する位置に直線を引き、直線と交差する柱状晶の粒径を測定し中央部および端部についてそれぞれ算術平均して平均短軸粒径を求めた。
【００４５】
本例に用いた合金の場合、短軸粒径が３〜10μm の範囲のものを合格とした。使用したロールの表面性状と上述の測定結果を表１にまとめて示す。
【００４６】
【表１】

表１に示すように、本発明の範囲のロールを用いて製造した合金の短軸粒径は平均値は何れも３〜10μｍの範囲のものであり、薄帯の中央部と端部の値も良く揃った均一なものであるのに対し、本発明の範囲外のロールを用いたものの端部の短軸粒径は15μｍと粗大なものであり、また中央部と端部の差も大きく不均一なものであった。
【００４７】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、その表面性状、特に表面凹凸の形状を規定するという簡便な手段でもって、希土類合金の組織を均一化でき、磁気特性の改善にも大きく寄与できるのであり、本発明の実際上に意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却ロールの構成を示す模式図である。

Claims (5)

1. サンドブラストを用いて形成された凹凸を有するロール外周面のＳｍ／Ｒａの値が０．０３〜０．１２（ｍｍ／μｍ）の範囲内にあり、且つＳｍが０．１〜０．６ｍｍの範囲内にあることを特徴とする希土類系合金製造用急冷ロール。但し、ＲａおよびＳｍはそれぞれＪＩＳＢ０６０１に定める算術平均粗さＲａ（μｍ）および凹凸の平均間隔Ｓｍ（ｍｍ）である。
2. 前記ロール外周面のロール幅方向中央部のＳｍ／Ｒａが０．０３〜０．０８（ｍｍ／μｍ）の範囲内、且つＳｍが０．１〜０．４ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の希土類系合金製造用急冷ロール。ただし、前記中央部は、ロール幅方向の長さをＬとすると、Ｌの中心点を中心とする幅０．２Ｌの領域である。
3. 前記ロール外周面が、ロール基体上に成形したＮｉ、ＣｒおよびＭｏの１種または２種以上を含む被覆層から構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の希土類系合金製造用急冷ロール。
4. 前記ロールの最外周面が、Ｃｒおよび／またはＭｏの単体金属または合金から成る硬質被膜層から構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の希土類系合金製造用急冷ロール。
5. 凹凸が形成されたロール外周面に前記硬質被膜層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の希土類系合金製造用急冷ロール。

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