JP4700578B2 - 高抵抗希土類系永久磁石の製造方法 - Google Patents
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Description
中でも、所定の組成を有する希土類系磁石合金を水素中で加熱して水素を吸蔵させた後、脱水素処理し、次いで冷却してから粉砕することによって得られる、磁気的異方性を有するHDDR(Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination)磁石粉末(例えば特許文献1や特許文献2などを参照)を用いて所定形状に加熱成形したボンド磁石は、磁気特性に優れることから、これまで磁気的等方性希土類系ボンド磁石などが用いられていた製品への応用展開に注目が高まっている。
しかしながら、希土類系ボンド磁石は、樹脂バインダを含んでいるために希土類系焼結磁石に比較すれば磁気特性が低くなる。HDDR磁石粉末から高密度化バルク磁石を製造することができれば、その優れた磁気特性を有効に発揮させることができるので望ましいことであり、それについては特許文献3や特許文献4で提案されている。
ところが、高密度化バルク磁石は樹脂バインダを用いたボンド磁石に比べて電気抵抗が低い。一般的なNd−Fe−B系焼結磁石の体積抵抗率は1.2μΩm程度であるが、高密度化バルク磁石の体積抵抗率もこれと同等である。このため、モータに組み込んだ場合、渦電流損が増大し、モータ効率を低下させる問題が生じる。そこで、希土類系永久磁石の電気抵抗を高めて、この問題を解決する技術が各種提案されている。
例えば、特許文献5には、希土類系永久磁石用粉末粒子がSiO2粒子およびAl2O3粒子の少なくとも一方で結着された構造を有する希土類系永久磁石が提案されている。この提案に基づけば、磁石粒子の間にSiO2粒子およびAl2O3粒子の少なくとも一方が存在していると、磁石の電気抵抗を高めることができる。しかしながら、SiO2粒子およびAl2O3粒子を希土類系永久磁石に対して単独で加えると、磁石の電気抵抗を上昇させることができても、その一方で磁気特性の大幅な低下を引き起こしてしまう。これでは、中〜大出力モータには適用が難しい。
この問題を解決するために、磁石中で希土類フッ化物を絶縁層として用いる技術が特許文献6で提案されている。この技術は優れたものとして評価されているが、希土類フッ化物の粉末を用いるため、十分な絶縁を確保するには絶縁層の厚みを0.1μm(100nm)以上とする必要があり、よってその体積比率を低く設定できないので磁石成分の体積比率が相対的に低下し、必ずしも充分高い磁気特性が得られない。
そこで、特許文献7には、磁石中で希土類フッ化物の絶縁層を100nm以下の薄さで形成し得る手法が開示されている。特許文献7の技術に依れば、磁石成分の体積比率を極度に低下させることなく体積抵抗率の高い希土類系永久磁石を製造することができる。しかしながら、特許文献7では、磁石の電気抵抗を高めることに主眼が置かれていることから、電気抵抗を高めた上で優れた磁気特性を発揮させるための磁石組成の最適化に関する検討は為されていない。
組成式:Rx(Fe1−mCom)1−x−y−zQyMz(RはPrおよびNdの少なくとも1つが70%以上を占め、残部がある場合には残部はランタニド系列の元素から選ばれる少なくとも1つからなる。Qは、BまたはBをCで部分置換したもの。MはTi,V,Cr,Mn,Ni,Cu,Al,Ga,In,Sn,Ta,Zr,Nb,Mo,Wからなる群から選ばれる少なくとも1つからなる。
xは12at%〜18at%、
yは5.5at%〜8at%、
zは0at%〜10at%、
mは0〜0.2である)を満足し、
平均粒子径が20μm〜150μmであるNd2Fe14B型結晶構造を有する磁石粒子をHDDR法によって製造し、
該磁石粒子の表面に希土類フッ化物層を形成し、
表面に希土類フッ化物層を有する磁石粒子を、温度を600℃〜900℃にしてから20MPa〜200MPaの圧力を印加して熱間成形を行い、相対密度が磁石粒子の体積比率と希土類フッ化物層の体積比率の合計から算定される真密度の98%以上とすることを特徴とする。
また、請求項2記載の製造方法は、請求項1記載の製造方法において、熱間成形を行う前に磁界配向を行うことを特徴とする。
本発明の高抵抗希土類系永久磁石を製造するために用いる出発合金は、
組成式:Rx(Fe1−mCom)1−x−y−zQyMz(RはPrおよびNdの少なくとも1つが70%以上を占め、残部がある場合には残部はランタニド系列の元素から選ばれる少なくとも1つからなる。Qは、BまたはBをCで部分置換したもの。MはTi,V,Cr,Mn,Ni,Cu,Al,Ga,In,Sn,Ta,Zr,Nb,Mo,Wからなる群から選ばれる少なくとも1つからなる。
xは12at%〜18at%、
yは5.5at%〜8at%、
zは0at%〜10at%、
mは0〜0.2である)を満足する組成を有するものである。ここで、ランタニド系列の元素としては、例えば、La,Ce,Sm,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Ybが挙げられる。
出発合金は、公知の合金作製方法、例えば、ブックモールド法や、遠心鋳造法、ストリップキャスト法、アトマイズ法、拡散還元法などによって得ることができる。
HDDR処理は、HD処理(水素化:Hydrogenationと不均化:Disproportionation)およびDR処理(脱水素化:Desorptionと再結合化:Recombination)からなり、これらの処理は、連続的または非連続的(例えばHD処理とDR処理を別の設備で実施するなど)に行われる。
DR処理が終了した後に室温まで冷却されたHDDR磁石粉末は、弱い凝集体となっている場合がある。この場合には、公知の方法で磁石粉末の解砕を行えばよい。また、最終的な目的に応じてさらに粉砕による粒度調整を行っても構わない。粉砕方法は、公知の粉砕技術を用いることができるが、粉砕時の磁石粉末の酸化を抑制するためには、Arなどの不活性ガス雰囲気中で粉砕を行うことが好ましい。
磁石粒子の表面に形成する絶縁層としての希土類フッ化物層は、例えば、LaF3,CeF3,PrF3,NdF3,NdF2,SmF3,EuF3,GdF3,TbF3,DyF3,HoF3,ErF3,YbF3,LuF3などの希土類フッ化物からなる。絶縁層を構成する化合物として希土類フッ化物を用いることで、Nd−Fe−B系HDDR磁石粉末の優れた磁気特性を維持させたまま、緻密化して高密度化バルク磁石を製造することができる。希土類フッ化物層に含まれる希土類元素は1種類であってもよいし複数種類であってもよい。希土類フッ化物層が希土類元素としてLa,Ce,Pr,Nd,Tb,Dy,Hoからなる群から選ばれる少なくとも1つを含み、その含有量が希土類フッ化物層に含まれる希土類元素全体の少なくとも50at%以上とした場合、磁気特性に優れたバルク磁石が得られやすくなる。とりわけ好適な希土類元素はPr,Nd,Tb,Dyであり、これらの希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1つを選択することで、通常の方法でHDDR磁石粉末を用いて製造されたボンド磁石と同等またはそれ以上の保磁力を有するホットプレスバルク磁石を得ることができる。なお、希土類フッ化物は、希土類元素とフッ素とで構成されるものであるが、これらの他に、酸素,窒素,炭素などが構成元素として含まれていてもよい。また、希土類フッ化物層には、希土類フッ化物に加え、MgF2やCaF2などのアルカリ土類フッ化物が含まれていてもよい。磁石成分の体積比率を極度に低下させることなく高い電気抵抗を付与するためには、磁石粒子の体積比率と希土類フッ化物層の体積比率の合計に対する希土類フッ化物層の体積比率の割合は0.1%〜10%であることが好ましく、また、希土類フッ化物層の平均厚みは10nm〜5μmであることが好ましい。
公知の方法によって熱間成形を行うことで高密度化することにより行う。なお、磁石の高性能化を図るために、熱間成形を行う前に異方性付加のための磁界配向を行ってもよい。こうすることで、磁石の残留磁束密度を磁石粒子の体積比率と希土類フッ化物層の体積比率の合計から算定される飽和磁気分極(Js)の80%以上とすることができる。
X(%)={V/(A×(100−α)+(B×α))}×100
例えば特許文献1や特許文献2などに記載の方法に順じ、組成式:NdxDyyCo16Zr0.09Ga0.5B6.5Febal(Nd含有量xが12.4at%〜12.9at%でDy含有量yが0と0.3at%)を満足する組成の4種類の合金を作製し、HDDR処理を施して、表1に示す磁気特性を有する平均粒子径が約80μmの磁石粒子(HDDR磁石粉末)を得た。
(1)Ndフッ化物層を形成するためのNdF3被膜形成処理液を次のようにして調製した。最初に水に溶解度の高いNd塩(例えば酢酸ネオジム水和物など)を水と混合し、攪拌溶解させ、その後、希釈したフッ化水素酸(1wt%〜10wt%)を徐々に添加した。このような操作により液中にゲル状沈殿のNdフッ化物(NdF3)が生成した溶液をさらに攪拌し、遠心分離後、上澄み液を除去し、メタノールを添加した。このようにして得られたNdF3を含むメタノール溶液を攪拌し、遠心分離後、上澄み液を除去し、再びメタノールを添加することで、腐食性イオンを除去したNdF3を含むメタノール溶液を得、これを処理液とした。
(2)HDDR磁石粉末100gに対してNdF3被膜形成処理液を10mL添加し、磁石粉末全体が濡れるのが確認できるまで混合した。
(3)NdF3被膜形成処理液で処理したHDDR磁石粉末(NdF3被膜が表面に形成された磁石粒子)から、270Pa〜670Paの減圧下で、メタノールを除去した。
(4)メタノールを除去した磁石粉末を石英製ボートに移し、1.3×10−3Paの減圧下で、200℃×30分の熱処理と400℃×30分の熱処理を行った。
(5)熱処理を行った磁石粉末を蓋付き容器に移し、1.3×10−3Paの減圧下で、400℃〜800℃×30分の熱処理を行い、磁石粒子の表面に形成されたNdF3被膜を固体化し、NdF3層とした。
例えば特許文献1や特許文献2などに記載の方法に順じ、組成式:Nd12.1Dy0.9Co8Ga0.5B6.5Febalを満足する組成の合金を作製し、HDDR処理を施して、表3に示す磁気特性を有する平均粒子径が約80μmの磁石粒子(HDDR磁石粉末)を得た。磁石粉末のサンプルとして、実施例Aと同様にして磁石粉末の表面に平均厚みが約800nmのNdF3層を形成したサンプルとNdF3層を形成していないサンプル(即ちHDDR磁石粉末そのもの)を用意し、真空雰囲気中で表4に示す4種類の熱間成形条件を用いて緻密化を行うことで磁石体を作製した。
Claims (2)
- 組成式:Rx(Fe1−mCom)1−x−y−zQyMz(RはPrおよびNdの少なくとも1つが70%以上を占め、残部がある場合には残部はランタニド系列の元素から選ばれる少なくとも1つからなる。Qは、BまたはBをCで部分置換したもの。MはTi,V,Cr,Mn,Ni,Cu,Al,Ga,In,Sn,Ta,Zr,Nb,Mo,Wからなる群から選ばれる少なくとも1つからなる。
xは12at%〜18at%、
yは5.5at%〜8at%、
zは0at%〜10at%、
mは0〜0.2である)を満足し、
平均粒子径が20μm〜150μmであるNd2Fe14B型結晶構造を有する磁石粒子をHDDR法によって製造し、
該磁石粒子の表面に希土類フッ化物層を形成し、
表面に希土類フッ化物層を有する磁石粒子を、温度を600℃〜900℃にしてから20MPa〜200MPaの圧力を印加して熱間成形を行い、相対密度が磁石粒子の体積比率と希土類フッ化物層の体積比率の合計から算定される真密度の98%以上とすることを特徴とする、高抵抗希土類系永久磁石の製造方法。 - 熱間成形を行う前に磁界配向を行うことを特徴とする、請求項1記載の製造方法。
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