JP5012942B2 - Rare earth sintered magnet, manufacturing method thereof, and rotating machine - Google Patents
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Description
本発明は、希土類焼結磁石及びその製造方法、並びに希土類焼結磁石を備える回転機に関する。 The present invention relates to a rare earth sintered magnet, a manufacturing method thereof, and a rotating machine including the rare earth sintered magnet.
構成元素として希土類元素を有するR−Fe−B系合金を主成分とする希土類焼結磁石は、良好な磁気特性を有することから、永久磁石として様々な分野で活用されている。このような希土類焼結磁石は、希土類元素を含有するために、酸化され易い性質を有する。 Rare earth sintered magnets mainly composed of R-Fe-B alloys having rare earth elements as constituent elements have good magnetic properties and are used in various fields as permanent magnets. Such a rare earth sintered magnet has the property of being easily oxidized because it contains a rare earth element.
そこで、希土類焼結磁石の酸化による腐食を抑制するために、表面に被覆層を設けて、耐食性を改善することが試みられている。例えば、下記特許文献1では、希土類焼結磁石の表面に種々の金属からなる層を積層して、耐食性を向上させることが提案されている。 Therefore, in order to suppress corrosion due to oxidation of the rare earth sintered magnet, an attempt has been made to improve the corrosion resistance by providing a coating layer on the surface. For example, in Patent Document 1 below, it is proposed to improve corrosion resistance by laminating layers made of various metals on the surface of a rare earth sintered magnet.
しかしながら、本発明者らの検討によれば、特に高温高湿度下の苛酷な条件で使用する場合には、上述の特許文献1のように金属や合金からなる層を積層して被覆層を形成しても、酸化による腐食を十分に抑制することが困難であることが分かった。 However, according to the study by the present inventors, particularly when used under severe conditions under high temperature and high humidity, a coating layer is formed by laminating layers made of metal or alloy as in Patent Document 1 described above. Even so, it has been found that it is difficult to sufficiently suppress corrosion due to oxidation.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れた希土類焼結磁石を提供することを目的とする。また、上述のような耐食性に優れた希土類焼結磁石を備えることによって、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the rare earth sintered magnet excellent in corrosion resistance. Moreover, it aims at providing the rotary machine which can maintain the performance which was excellent over a long period of time by providing the rare earth sintered magnet excellent in corrosion resistance as mentioned above.
本発明は、R−T−B系合金を含む磁石素体と、該磁石素体の上に被覆層と、を備えており、被覆層は、第1の相と、第1の相の中にフィラー状に分散した第2の相と、を有し、第1の相は、R−T−B系合金とは異なるR系合金を含み、第2の相はR−Cu系合金を含み且つ第1の相よりもCuの含有量が高い希土類焼結磁石を提供する。但し、Rは希土類元素を示し、Tは遷移元素を示し、Bはホウ素元素を示し、Cuは銅元素を示す。 The present invention includes a magnet body including an R-T-B alloy, and a coating layer on the magnet body, the coating layer including a first phase and a first phase. A second phase dispersed in a filler form, wherein the first phase includes an R-based alloy different from the R-T-B based alloy, and the second phase includes an R-Cu based alloy. A rare earth sintered magnet having a higher Cu content than the first phase is provided. Here, R represents a rare earth element, T represents a transition element, B represents a boron element, and Cu represents a copper element.
上記本発明の希土類焼結磁石は、R−T−B系合金を含む磁石素体の上にCu(銅元素)の含有量が互いに異なる2つの相を含む被覆層を有する。これらの相のうち、R系合金を含み、Cu含有量が低い第1の相は、磁石素体との密着性に優れることから、被覆層と磁石素体との密着性の向上に寄与する。一方、R−Cu系合金を含み、第1の相よりもCu含有量が高い第2の相は、希土類焼結磁石の腐食の原因となる水素原子等の侵入を抑制する作用を有する。また、このような第2の相が第1の相の中にフィラー状に分散していることから、水素原子や腐食の要因となる他の物質の拡散経路を長くすることができる。このような特徴を有する被覆層を磁石素体の表面に備えているため、本発明の希土類焼結磁石は優れた耐食性を有する。 The rare earth sintered magnet of the present invention has a coating layer including two phases having different Cu (copper element) contents on a magnet body including an R-T-B alloy. Among these phases, the first phase containing an R-based alloy and having a low Cu content is excellent in adhesion to the magnet body, and thus contributes to improvement in adhesion between the coating layer and the magnet body. . On the other hand, the second phase containing an R—Cu-based alloy and having a higher Cu content than the first phase has an action of suppressing the entry of hydrogen atoms and the like that cause corrosion of the rare earth sintered magnet. In addition, since such a second phase is dispersed in the first phase in the form of a filler, it is possible to lengthen the diffusion path of hydrogen atoms and other substances that cause corrosion. Since the coating layer having such characteristics is provided on the surface of the magnet body, the rare earth sintered magnet of the present invention has excellent corrosion resistance.
本発明の希土類焼結磁石において、第1の相に対する第2の相の体積比率は、20〜80体積%であることが好ましい。このような体積比率で第1の相と第2の相とを含有することによって、磁石素体と被覆層の密着性及び耐食性を一層高い水準で両立することが可能となる。 In the rare earth sintered magnet of the present invention, the volume ratio of the second phase to the first phase is preferably 20 to 80% by volume. By containing the first phase and the second phase in such a volume ratio, it becomes possible to achieve both higher adhesion and corrosion resistance between the magnet body and the coating layer.
本発明の希土類焼結磁石において、第1の相におけるCuの含有量と、第2の相におけるCuの含有量との差が30〜60原子%であることが好ましい。このような被覆層を有することによって、被覆層中における水素原子等の拡散が一層抑制されて、一層優れた耐食性を有する希土類焼結磁石とすることができる。 In the rare earth sintered magnet of the present invention, the difference between the Cu content in the first phase and the Cu content in the second phase is preferably 30 to 60 atomic%. By having such a coating layer, diffusion of hydrogen atoms and the like in the coating layer is further suppressed, and a rare earth sintered magnet having further excellent corrosion resistance can be obtained.
本発明ではまた、R−T−B系合金を含む磁石素体と該磁石素体の上に被覆層とを備える希土類焼結磁石の製造方法であって、磁石素体の上にCuを含む層を形成する第1工程と、磁石素体と層とを加熱して、磁石素体からRを層の内部に拡散させる第2工程と、加熱された磁石素体及び層を急冷して、磁石素体の上に、R−T−B系合金とは異なるR系合金を含む第1の相と、第1の相中にフィラー状に分散され、R−Cu系合金を含み且つ第1の相よりもCuの含有量が高い第2の相と、を有する被覆層を形成する第3工程と、を有する、希土類焼結磁石の製造方法を提供する。 The present invention is also a method of manufacturing a rare earth sintered magnet comprising a magnet body including an R-T-B alloy and a coating layer on the magnet body, and including Cu on the magnet body. A first step of forming a layer; a second step of heating the magnet body and the layer to diffuse R from the magnet body into the layer; and quenching the heated magnet body and the layer; A first phase including an R-based alloy different from the R-T-B based alloy on the magnet element body, dispersed in a filler form in the first phase, including the R-Cu based alloy and the first phase And a third step of forming a coating layer having a second phase having a Cu content higher than that of the first phase. A method for producing a rare earth sintered magnet is provided.
上述の製造方法によって得られる希土類焼結磁石は、R−T−B系合金を含む磁石素体の上にCu(銅元素)の含有量が互いに異なる2つの相を含む被覆層が形成されている。これらの相のうち、R系合金を含み、Cu含有量が低い第1の相は、磁石素体との密着性に優れるため、被覆層と磁石素体との密着性の向上に寄与する。一方、R−Cu系合金を含み、第1の相よりもCu含有量が高い第2の相は、希土類焼結磁石の腐食の原因となる水素原子の侵入を抑制する作用を有する。また、このような第2の相が第1の相の中にフィラー状に分散していることから、水素原子や腐食の要因となる他の物質の拡散経路も長くなる。このような特徴を有する被覆層が磁石素体の表面に形成されているため、本発明の製造方法によって得られる希土類焼結磁石は優れた耐食性を有する。 In the rare earth sintered magnet obtained by the above-described manufacturing method, a coating layer including two phases having different Cu (copper element) contents is formed on a magnet body including an RTB-based alloy. Yes. Among these phases, the first phase containing an R-based alloy and having a low Cu content contributes to improving the adhesion between the coating layer and the magnet body because it has excellent adhesion to the magnet body. On the other hand, the second phase containing the R—Cu-based alloy and having a higher Cu content than the first phase has an action of suppressing entry of hydrogen atoms that cause corrosion of the rare earth sintered magnet. Further, since such a second phase is dispersed in the first phase in the form of a filler, the diffusion paths of hydrogen atoms and other substances that cause corrosion are also lengthened. Since the coating layer having such characteristics is formed on the surface of the magnet body, the rare earth sintered magnet obtained by the production method of the present invention has excellent corrosion resistance.
また、本発明では、上述の希土類焼結磁石を備える回転機を提供する。このような回転機は上記特徴を有する希土類焼結磁石を備えるため、苛酷な環境下で使用しても、長期間に亘って優れた性能を維持することができる。 Moreover, in this invention, a rotary machine provided with the above-mentioned rare earth sintered magnet is provided. Since such a rotating machine includes the rare earth sintered magnet having the above-described characteristics, excellent performance can be maintained over a long period of time even when used in a harsh environment.
本発明によれば、耐食性に優れた希土類焼結磁石を提供することができる。また、耐食性に優れた希土類焼結磁石を備えることによって、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rare earth sintered magnet excellent in corrosion resistance can be provided. In addition, by providing a rare earth sintered magnet having excellent corrosion resistance, a rotating machine capable of maintaining excellent performance over a long period of time can be provided.
以下、場合により図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。 In the following, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as the case may be. In the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本実施形態の希土類焼結磁石を模式的に示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing a rare earth sintered magnet of the present embodiment.
図2は、図1に示す希土類焼結磁石100をII−II線に沿って切断した場合の模式断面図である。希土類焼結磁石100は、希土類焼結磁石100の内部にある磁石素体20と、磁石素体20を取り囲むように設けられる被覆層40とを有する。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when the rare earth sintered magnet 100 shown in FIG. 1 is cut along the line II-II. The rare earth sintered magnet 100 has a magnet body 20 inside the rare earth sintered magnet 100 and a coating layer 40 provided so as to surround the magnet body 20.
磁石素体20は、主成分としてR−T−B系合金を含有する。ここで、Rは希土類元素を示し、Tは遷移元素を示し、Bはホウ素元素を示す。R−T−B系合金は、希土類元素として、長周期型周期表の3族に属するスカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)及びランタノイドからなる群より選ばれる1種以上の元素を含む。ここで、ランタノイドは、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)及びルテチウム(Lu)を含む。 The magnet body 20 contains an RTB-based alloy as a main component. Here, R represents a rare earth element, T represents a transition element, and B represents a boron element. The RTB-based alloy includes one or more elements selected from the group consisting of scandium (Sc), yttrium (Y), and lanthanoids belonging to Group 3 of the long-period periodic table as rare earth elements. Here, the lanthanoid is lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy). , Holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu).
R−T−B系合金は、Rとして、上述したもののうち、Nd、Pr、Ho及びTbから選ばれる少なくとも1種の元素、又は、La、Sm、Ce、Gd、Er、Eu、Tm、Yb及びYから選ばれる少なくとも1種の元素を含むことが好ましい。また、R−T−B系合金は、Tとして鉄元素(Fe)及びコバルト元素(Co)の少なくとも一方を含むことが好ましく、Feを含むことがより好ましい。これによって、比較的低コストで磁気特性に優れる希土類焼結磁石とすることができる。 In the R-T-B alloy, as R, at least one element selected from Nd, Pr, Ho and Tb, or La, Sm, Ce, Gd, Er, Eu, Tm, Yb, among those described above, is used. And at least one element selected from Y is preferred. In addition, the R-T-B alloy preferably contains at least one of iron element (Fe) and cobalt element (Co) as T, and more preferably contains Fe. Thereby, it can be set as the rare earth sintered magnet which is comparatively low cost and excellent in a magnetic characteristic.
好適なR−T−B系合金としては、Nd2Fe14Bで表されるNd−Fe−B系の合金が挙げられる。なお、希土類焼結磁石100は、Nd2Fe14B以外の非磁性であるRリッチ相やBリッチ相、或いは希土類元素を含まない化合物又は希土類元素を含まない合金を含有していてもよい。Rリッチ相とは、相を構成する元素の中で最も濃度が高い元素がRである相であり、Bリッチ相とは、Bの元素濃度がNd2Fe14B相よりも高い相である。 As a suitable RTB-based alloy, an Nd-Fe-B-based alloy represented by Nd 2 Fe 14 B can be given. The rare earth sintered magnet 100 may contain a non-magnetic R-rich phase or B-rich phase other than Nd 2 Fe 14 B, a compound containing no rare earth element, or an alloy containing no rare earth element. The R-rich phase is a phase in which the element having the highest concentration among the elements constituting the phase is R, and the B-rich phase is a phase in which the element concentration of B is higher than that of the Nd 2 Fe 14 B phase. .
磁石素体20における希土類元素の含有割合は、好ましくは8〜40質量%であり、より好ましくは15〜35質量%である。希土類元素の含有割合が8質量%未満であると、高い保磁力を有する希土類焼結磁石100が得られ難くなる傾向にある。一方、希土類元素の含有割合が40質量%を超えると、非磁性のRリッチ相が多くなり、希土類焼結磁石100の残留磁束密度(Br)が低下する傾向にある。Rリッチ相とは、相を構成する元素の中で最も濃度が高い元素がRである相である。 The content ratio of the rare earth element in the magnet body 20 is preferably 8 to 40% by mass, and more preferably 15 to 35% by mass. If the content of the rare earth element is less than 8% by mass, the rare earth sintered magnet 100 having a high coercive force tends to be difficult to obtain. On the other hand, when the content of the rare earth element exceeds 40% by mass, the nonmagnetic R-rich phase increases, and the residual magnetic flux density (Br) of the rare earth sintered magnet 100 tends to decrease. The R-rich phase is a phase in which the element having the highest concentration among the elements constituting the phase is R.
磁石素体20中のTの含有割合は、好ましくは42〜90質量%であり、より好ましくは60〜80質量%である。Tの含有割合が42質量%未満であると希土類焼結磁石100の残留磁束密度が低下する傾向にあり、90質量%を超えると希土類焼結磁石100の保磁力が低下する傾向にある。 The content ratio of T in the magnet body 20 is preferably 42 to 90% by mass, and more preferably 60 to 80% by mass. When the content ratio of T is less than 42% by mass, the residual magnetic flux density of the rare earth sintered magnet 100 tends to decrease, and when it exceeds 90% by mass, the coercive force of the rare earth sintered magnet 100 tends to decrease.
磁石素体20に含まれるTにおけるFeの割合は、好ましくは80原子%以上であり、より好ましくは90原子%以上であり、さらに好ましくは100原子%である。これによって、製造コストが低く且つ磁気特性に優れる希土類焼結磁石100とすることができる。 The proportion of Fe in T contained in the magnet body 20 is preferably 80 atomic% or more, more preferably 90 atomic% or more, and further preferably 100 atomic%. As a result, the rare earth sintered magnet 100 having low manufacturing cost and excellent magnetic properties can be obtained.
磁石素体20中のBの含有割合は、好ましくは0.5〜5質量%である。Bの含有割合が0.5質量%未満であると、希土類焼結磁石100の保磁力が低下する傾向にある。一方、Bの含有割合が5質量%を超えるとBリッチな非磁性相が多くなるため、希土類焼結磁石100のBrが低下する傾向にある。なお、Bの一部を炭素(C)、リン(P)、硫黄(S)及び銅(Cu)からなる群より選ばれる1種以上の元素で置換してもよい。これによって、希土類焼結磁石100の生産性が向上し、その生産コストを低減することができる。 The content ratio of B in the magnet body 20 is preferably 0.5 to 5% by mass. When the content ratio of B is less than 0.5% by mass, the coercive force of the rare earth sintered magnet 100 tends to decrease. On the other hand, when the B content exceeds 5% by mass, the B-rich nonmagnetic phase increases, so the Br of the rare earth sintered magnet 100 tends to decrease. A part of B may be substituted with one or more elements selected from the group consisting of carbon (C), phosphorus (P), sulfur (S), and copper (Cu). Thereby, the productivity of the rare earth sintered magnet 100 can be improved, and the production cost can be reduced.
希土類焼結磁石100の保磁力の向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、磁石素体20は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、ビスマス(Bi)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アンチモン(Sb)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ジルコニウム(Zr)、ニッケル(Ni)、ケイ素(Si)、ガリウム(Ga)、銅(Cu)及びハフニウム(Hf)等から選ばれる少なくとも1種の元素を含んでいてもよい。 From the viewpoint of improving the coercive force of the rare earth sintered magnet 100, improving the productivity, and reducing the cost, the magnet body 20 is made of aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese. (Mn), bismuth (Bi), niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), tungsten (W), antimony (Sb), germanium (Ge), tin (Sn), zirconium (Zr), nickel It may contain at least one element selected from (Ni), silicon (Si), gallium (Ga), copper (Cu), hafnium (Hf), and the like.
磁石素体20は、不可避的不純物として、酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)及びカルシウム(Ca)等から選ばれる少なくとも1種の元素を含んでいてもよい。 The magnet body 20 may contain at least one element selected from oxygen (O), nitrogen (N), carbon (C), calcium (Ca), and the like as an unavoidable impurity.
図3は、希土類焼結磁石100の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。磁石素体20の表面を覆うように設けられる被覆層40は、第1の相42と、第1の相42の中に分散された第1の相42とは異なる組成を有する第2の相44と、を有する。磁石素体20と第1の相42及び第2の相44とは異なる組成を有する。磁石素体20と被覆層40の界面は、例えば結晶粒子にNd−Fe−B系合金が含まれる領域を磁石素体20とし、Nd−Fe−B系合金を実質的に含有しない領域を被覆層40として決定することができる。 FIG. 3 is an electron micrograph showing an enlarged cross section of the rare earth sintered magnet 100. The covering layer 40 provided so as to cover the surface of the magnet body 20 includes a first phase 42 and a second phase having a composition different from that of the first phase 42 dispersed in the first phase 42. 44. The magnet body 20 and the first phase 42 and the second phase 44 have different compositions. At the interface between the magnet body 20 and the coating layer 40, for example, a region in which crystal particles include an Nd—Fe—B alloy is used as the magnet body 20, and a region that does not substantially contain an Nd—Fe—B alloy is covered. It can be determined as layer 40.
第1の相42は、主成分としてR−T−B系合金とは異なるR系合金を含有する。ここで、R系合金におけるRは、上述の磁石素体20に含まれるR−T−B系合金におけるRと同義である。R系合金は、複数の希土類元素を有する希土類合金であってもよく、R−Fe系合金であってもよい。R系合金の具体例としては、Nd−Fe系合金、Nd−Pr合金、Nd−Dy合金、Nd−Pr−Dy合金、Pr−Fe合金、Nd−Dy−Fe合金、Nd−Pr−Fe合金、及びNd−Fe−Co合金等が挙げられる。なお、第1の相42におけるR系合金には、第2の相44におけるCuの含有量よりも少量のCuが固溶していてもよい。 The first phase 42 contains an R-based alloy different from the RTB-based alloy as a main component. Here, R in the R-based alloy has the same meaning as R in the RTB-based alloy included in the magnet body 20 described above. The R alloy may be a rare earth alloy having a plurality of rare earth elements, or may be an R-Fe alloy. Specific examples of R alloys include Nd-Fe alloys, Nd-Pr alloys, Nd-Dy alloys, Nd-Pr-Dy alloys, Pr-Fe alloys, Nd-Dy-Fe alloys, Nd-Pr-Fe alloys. And Nd—Fe—Co alloy. Note that a smaller amount of Cu than the content of Cu in the second phase 44 may be dissolved in the R-based alloy in the first phase 42.
一方、第2の相44は、第1の相42とは異なる組成を有する相であり、主成分としてR−Cu系合金を含有する。ここで、Rは、上述の磁石素体20に含まれるR−T−B系合金におけるRと同義である。R−Cu系合金としては、具体的にはNdCu等のNd−Cu合金、Nd−Pr−Cu合金、Nd−Dy−Cu合金、Nd−Co−Cu合金、及びNd−Fe−Cu合金が挙げられる。第2の相44におけるR−Cu系合金には、Feなどの他の元素が固溶していてもよい。 On the other hand, the second phase 44 is a phase having a composition different from that of the first phase 42, and contains an R—Cu based alloy as a main component. Here, R is synonymous with R in the RTB-based alloy included in the magnet body 20 described above. Specific examples of R-Cu alloys include Nd-Cu alloys such as NdCu, Nd-Pr-Cu alloys, Nd-Dy-Cu alloys, Nd-Co-Cu alloys, and Nd-Fe-Cu alloys. It is done. Other elements such as Fe may be dissolved in the R—Cu alloy in the second phase 44.
図4は、被覆層40の断面をさらに拡大して示す模式断面図である。第2の相44は、フィラー状の形状を有しており、第1の相42の中にほぼ同一方向に配列して存在している。つまり、フィラー状の形状を有する第2の相44は、その長手方向がほぼ同一方向に揃って縞状に分散している。このように被覆層40が縞状構造を有することによって、磁石素体20の腐食の要因となる物質が被覆層40の表面から磁石素体20へ拡散することを一層抑制することができる。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a further enlarged cross section of the coating layer 40. The second phase 44 has a filler-like shape and is arranged in the first phase 42 in substantially the same direction. That is, the second phase 44 having a filler-like shape is dispersed in a striped manner with its longitudinal direction aligned in substantially the same direction. Thus, when the coating layer 40 has a striped structure, it is possible to further suppress diffusion of a substance that causes corrosion of the magnet body 20 from the surface of the coating layer 40 to the magnet body 20.
図5は、被覆層40のEDS(エネルギー分散X線分光法)による元素分析の結果の一例を示す図である。図5(a)は、第1の相42の元素分析の結果を示す図であり、図5(b)は第2の相44の元素分析の結果を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a result of elemental analysis of the coating layer 40 by EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy). FIG. 5A is a diagram showing the result of elemental analysis of the first phase 42, and FIG. 5B is a diagram showing the result of elemental analysis of the second phase 44.
第1の相42は、図5(a)の元素分析結果に示すように、R(Nd,Pr)、Fe及びCuを含有する。第2の相44は、図5(b)の元素分析結果に示すように、R(Nd,Pr)、Fe、及びCuを含有する。第2の相44の方が第1の相42よりも、Cuの元素割合が高い。一方、第1の相42の方が第2の相44よりも、Rの元素割合が高い。 The first phase 42 contains R (Nd, Pr), Fe, and Cu as shown in the elemental analysis result of FIG. The second phase 44 contains R (Nd, Pr), Fe, and Cu as shown in the elemental analysis result of FIG. The second phase 44 has a higher elemental ratio of Cu than the first phase 42. On the other hand, the element ratio of R is higher in the first phase 42 than in the second phase 44.
第2の相44は、構成元素としてCuを有する合金を含有し、Cuの含有量が第1の相42よりも高いことから、磁石素体20の腐食の原因となる物質が、希土類焼結磁石100の外部から侵入するのを抑制する作用を有する。一方、第1の相42は、第2の相44よりもRを多く有しており、このため、第1の相42は、磁石素体20と被覆層40との密着性の向上に寄与する。 Since the second phase 44 contains an alloy having Cu as a constituent element and the Cu content is higher than that of the first phase 42, the substance that causes corrosion of the magnet body 20 is rare earth sintered. It has the effect | action which suppresses entering from the exterior of the magnet 100. FIG. On the other hand, the first phase 42 has more R than the second phase 44. For this reason, the first phase 42 contributes to improving the adhesion between the magnet body 20 and the coating layer 40. To do.
第1の相42におけるCuの含有量は、磁石素体20と被覆層40との密着性を十分に高くする観点から、好ましくは0〜4原子%であり、より好ましくは0〜2原子%である。第2の相44におけるCuの含有量は、一層優れた耐食性を有する希土類焼結磁石100とする観点から、好ましくは30〜60原子%であり、より好ましくは35〜55原子%である。第1の相42及び第2の相44におけるCu(銅元素)の含有量は、各相に含まれる全ての銅成分(銅や銅合金)を銅元素に換算したときの含有量である。各相におけるCuの含有量は、EDS分析結果を、検量線を用いて解析することによって求めることができる。また、同様にして求められる第1の相42におけるRの含有量は、磁石素体20との密着性に優れた希土類焼結磁石100とする観点から、好ましくは50原子%以上である。 The content of Cu in the first phase 42 is preferably 0 to 4 atom%, more preferably 0 to 2 atom%, from the viewpoint of sufficiently increasing the adhesion between the magnet body 20 and the coating layer 40. It is. The content of Cu in the second phase 44 is preferably 30 to 60 atom%, more preferably 35 to 55 atom%, from the viewpoint of the rare earth sintered magnet 100 having further excellent corrosion resistance. Content of Cu (copper element) in the 1st phase 42 and the 2nd phase 44 is content when all the copper components (copper and copper alloy) contained in each phase are converted into a copper element. The Cu content in each phase can be determined by analyzing the EDS analysis result using a calibration curve. Further, the content of R in the first phase 42 obtained in the same manner is preferably 50 atom% or more from the viewpoint of the rare earth sintered magnet 100 having excellent adhesion to the magnet body 20.
EDS分析は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子株式会社製、商品名:JEM−2200FS)のEDS装置を用いて行うことができる。なお、被覆層40の縞状構造は、市販の透過型電子顕微鏡(TEM)及び走査型電子顕微鏡(SEM)のどちらを用いても確認することができる。これらの電子顕微鏡の画像から、被覆層40における第1の相42及び第2の相44の体積割合を求めることができる。 The EDS analysis can be performed using, for example, an EDS apparatus of a transmission electron microscope (TEM, manufactured by JEOL Ltd., trade name: JEM-2200FS). In addition, the striped structure of the coating layer 40 can be confirmed by using either a commercially available transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). From these electron microscope images, the volume ratio of the first phase 42 and the second phase 44 in the coating layer 40 can be obtained.
第1の相42におけるCuの含有量と第2の相44におけるCuの含有量の差は好ましくは30〜60原子%であり、より好ましくは35〜55原子%である。Cuの含有量の差が上記範囲にある第1の相42と第2の相44を有することによって、磁石素体20と被覆層40の密着性及び耐食性を一層高い水準で両立することができる。 The difference between the Cu content in the first phase 42 and the Cu content in the second phase 44 is preferably 30 to 60 atom%, more preferably 35 to 55 atom%. By having the first phase 42 and the second phase 44 in which the difference in Cu content is in the above range, the adhesion and corrosion resistance of the magnet body 20 and the coating layer 40 can be made compatible at a higher level. .
被覆層40において第1の相42に対する第2の相44の体積比率は、好ましくは20〜80体積%であり、より好ましくは30〜70体積%である。このような体積比率で第1の相42及び第2の相44を有する被覆層40を備えることによって、一層優れた耐食性を有する希土類焼結磁石100とすることができる。 In the coating layer 40, the volume ratio of the second phase 44 to the first phase 42 is preferably 20 to 80% by volume, more preferably 30 to 70% by volume. By providing the coating layer 40 having the first phase 42 and the second phase 44 at such a volume ratio, the rare earth sintered magnet 100 having further excellent corrosion resistance can be obtained.
第2の相44は、フィラー状の形状を有しており、被覆層40の断面を、走査型電子顕微鏡で拡大して示す画像において、好ましくは2〜1000、より好ましくは5〜500の平均アスペクト比を有する。このような平均アスペクト比を有するフィラー状の第2の相44を含有することによって、被覆層40の表面から磁石素体20に向けて、腐食の要因となる物質が拡散することを十分に抑制することができる。 The second phase 44 has a filler-like shape, and is preferably an average of 2 to 1000, more preferably 5 to 500, in an image showing a cross section of the coating layer 40 enlarged with a scanning electron microscope. It has an aspect ratio. By containing the filler-like second phase 44 having such an average aspect ratio, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of substances that cause corrosion from the surface of the coating layer 40 toward the magnet body 20. can do.
本明細書における平均アスペクト比は、次のようにして求められる。磁石素体20と被覆層40の界面に垂直な断面を走査型電子顕微鏡で拡大して示す画像において、無作為に500個の第1の相42を抽出する。そして、それぞれの第1の相42の輪郭上における異なる2点間を結ぶ直線のうち最大長さ(L1とする)を有する直線を求める。また、当該直線に直交する直線と、第1の相42の輪郭との2つの交点間の長さ(L2とする)を求める。それぞれの第1の相42において求めたL1とL2の比(L1/L2)がアスペクト比である。このようにして求めたアスペクト比の個数平均値を算出すれば、平均アスペクト比が求められる。 The average aspect ratio in the present specification is obtained as follows. In an image showing a cross section perpendicular to the interface between the magnet body 20 and the coating layer 40 enlarged with a scanning electron microscope, 500 first phases 42 are randomly extracted. Then, a straight line having the maximum length (referred to as L1) is obtained from straight lines connecting two different points on the contour of each first phase 42. Further, a length (referred to as L2) between two intersections between a straight line orthogonal to the straight line and the outline of the first phase 42 is obtained. The ratio of L1 and L2 (L1 / L2) obtained in each first phase 42 is the aspect ratio. If the number average value of the aspect ratios thus obtained is calculated, the average aspect ratio can be obtained.
被覆層40の厚みは、優れた磁気特性と優れた耐食性とを一層高い水準で両立する観点から、好ましくは0.1〜10μmであり、より好ましくは0.5〜5μmである。 The thickness of the coating layer 40 is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.5 to 5 μm, from the viewpoint of achieving both excellent magnetic properties and excellent corrosion resistance at a higher level.
磁石素体20は、焼結体であり、複数の結晶粒を有している。ここで、結晶粒はR−T−B系合金からなるものであるが、結晶粒間にある粒界相は、例えば非磁性のRリッチ相を含むことが多い。Rリッチ相は耐食性が低いことから、通常、磁石素体20の腐食は、耐食性の低いRリッチ相を含有する粒界相に沿って進行する。したがって、被覆層40は、磁石素体20の表面に露出した粒界相の上方における厚みが、結晶粒の上方における厚みよりも大きいことが好ましい。これによって、耐食性を一層向上することができる。 The magnet body 20 is a sintered body and has a plurality of crystal grains. Here, the crystal grains are made of an R-T-B alloy, but the grain boundary phase between the crystal grains often includes, for example, a nonmagnetic R-rich phase. Since the R-rich phase has low corrosion resistance, the corrosion of the magnet body 20 usually proceeds along the grain boundary phase containing the R-rich phase having low corrosion resistance. Therefore, the thickness of the coating layer 40 above the grain boundary phase exposed on the surface of the magnet body 20 is preferably larger than the thickness above the crystal grains. Thereby, the corrosion resistance can be further improved.
次に、本発明の希土類焼結磁石の製造方法の好適な実施形態を説明する。本実施形態の製造方法は、R−T−B系合金を含む磁石素体を製造する準備工程と、磁石素体の上にCuを含む層を形成する被覆工程と、磁石素体と層とを加熱して、磁石素体からRを層の内部に拡散させる拡散工程と、加熱された磁石素体及び層を急冷して、層からR−T−B系合金とは異なるR系合金を含む第1の相と、第1の相中にフィラー状に分散された、R−Cu系合金を含み且つ第1の相よりもCuの含有量が高い第2の相と、を有する被覆層を形成する冷却工程と、を有する。以下、各工程の詳細について説明する。 Next, a preferred embodiment of the method for producing a rare earth sintered magnet of the present invention will be described. The manufacturing method of the present embodiment includes a preparation process for manufacturing a magnet body including an RTB-based alloy, a covering process for forming a layer containing Cu on the magnet body, a magnet body and a layer, A diffusion step of diffusing R from the magnet body into the layer, and quenching the heated magnet body and the layer to form an R-based alloy different from the RTB-based alloy from the layer. A coating layer comprising: a first phase including: a second phase containing an R-Cu-based alloy and having a Cu content higher than that of the first phase, dispersed in a filler form in the first phase Forming a cooling step. Details of each step will be described below.
準備工程では、以下に説明する焼結法によって磁石素体20を製造する。まず、R、T及びBを所定の比率で含む組成物を鋳造し、インゴットを得る。得られたインゴットを、スタンプミル等を用いて粒径10〜100μm程度に粗粉砕し、続いて、ボールミル等を用いて粒径0.5〜5μm程度に微粉砕して磁性粉末を得る。 In the preparation step, the magnet body 20 is manufactured by a sintering method described below. First, a composition containing R, T and B in a predetermined ratio is cast to obtain an ingot. The obtained ingot is roughly pulverized to a particle size of about 10 to 100 μm using a stamp mill or the like, and then finely pulverized to a particle size of about 0.5 to 5 μm using a ball mill or the like to obtain a magnetic powder.
次に、得られた磁性粉末を、好ましくは磁場中にて成形して成形体を調製する。この場合、印加する磁場強度は800kA/m以上であると好ましく、成形圧力は100〜500MPa程度であると好ましい。次に、調製した成形体を、1000〜1200℃で0.5〜5時間程度焼結し、急冷する。このようにして、焼結体(磁石素体)を得ることができる。なお、焼結雰囲気は、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であると好ましい。 Next, the obtained magnetic powder is preferably molded in a magnetic field to prepare a molded body. In this case, the applied magnetic field strength is preferably 800 kA / m or more, and the molding pressure is preferably about 100 to 500 MPa. Next, the prepared molded body is sintered at 1000 to 1200 ° C. for about 0.5 to 5 hours and rapidly cooled. In this way, a sintered body (magnet body) can be obtained. The sintering atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as argon gas.
必要に応じて、得られた焼結体を所定の形状に加工してもよい。加工方法は、たとえば切断、研削などの形状加工や、バレル研磨などの面取り加工などが挙げられる。なお、このような加工は必ずしも行う必要はない。 If necessary, the obtained sintered body may be processed into a predetermined shape. Examples of the processing method include shape processing such as cutting and grinding, and chamfering processing such as barrel polishing. Such processing is not necessarily performed.
被覆工程では、磁石素体20の上にCuを含む層を形成する。層としては、電気めっきによって形成される、銅又は銅合金を含むめっき層や、バインダと当該バインダ中に分散された銅又は銅合金とを含む塗料を塗布して得られるバインダ層などが挙げられる。これらの層のうち、被覆層40に銅合金を効率よく形成する観点から、銅めっき層が好ましい。層に含まれるCuの含有量は、好ましくは50原子%以上であり、より好ましくは70原子%以上であり、さらに好ましくは80原子%以上である。 In the covering step, a layer containing Cu is formed on the magnet body 20. Examples of the layer include a plated layer containing copper or a copper alloy formed by electroplating, a binder layer obtained by applying a paint containing a binder and copper or a copper alloy dispersed in the binder, and the like. . Among these layers, a copper plating layer is preferable from the viewpoint of efficiently forming a copper alloy on the coating layer 40. The content of Cu contained in the layer is preferably 50 atomic% or more, more preferably 70 atomic% or more, and further preferably 80 atomic% or more.
電気めっきによって銅を含む層を形成する場合、電気めっきの前に、磁石素体20の前処理を行うことが好ましい。前処理としては、例えばアルカリ脱脂処理、酸洗浄処理、超音波洗浄等が挙げられる。このような前処理を行うことによって、磁石素体の表面の付着物が除去されて、厚みのばらつきや欠陥が少ない層を形成することができる。 When the layer containing copper is formed by electroplating, it is preferable to perform a pretreatment of the magnet body 20 before electroplating. Examples of the pretreatment include alkali degreasing treatment, acid washing treatment, and ultrasonic washing. By performing such pretreatment, the deposits on the surface of the magnet body are removed, and a layer with less thickness variation and defects can be formed.
拡散工程では、表面に銅を含む層が形成された磁石素体20を加熱して、磁石素体20からR及びFeを層の内部に拡散させる。このとき、層に含まれるCuが層から磁石素体20の内部に拡散してもよい。拡散を十分に進行させる観点から、加熱温度は400〜700℃、加熱時間は0.1〜10時間とすることが好ましい。加熱温度が700℃を超えると、磁石素体20と層の反応が進行しすぎて、得られる希土類焼結磁石の磁気特性が低下する傾向にある。一方、加熱温度が400℃未満になると、各元素の拡散が十分に進行し難くなる傾向にある。 In the diffusion step, the magnet element body 20 having a copper-containing layer formed on the surface is heated to diffuse R and Fe from the magnet element body 20 into the layer. At this time, Cu contained in the layer may diffuse from the layer into the magnet body 20. From the viewpoint of sufficiently promoting the diffusion, the heating temperature is preferably 400 to 700 ° C., and the heating time is preferably 0.1 to 10 hours. When the heating temperature exceeds 700 ° C., the reaction between the magnet body 20 and the layer proceeds so much that the magnetic properties of the obtained rare earth sintered magnet tend to deteriorate. On the other hand, when the heating temperature is less than 400 ° C., the diffusion of each element tends to be difficult to proceed sufficiently.
冷却工程では、上述の加熱温度に加熱された磁石素体20及び層を急冷する。冷却工程は、加熱温度から室温(約20℃)まで急冷してもよく、冷却当初に急冷し、磁石素体20及び層の温度が例えば300℃程度にまで下がった後、徐冷してもよい。急冷することによって、層内で相分離が生じ、R−T−B系合金とは異なるR系合金を含む第1の相と、第1の相中にフィラー状に分散された、R−Cu系合金を含み且つ第1の相よりもCuの含有量が高い第2の相と、を有する、2相構造の被覆層40が形成される。急冷時における冷却速度は、好ましくは20℃/分以上であり、より好ましくは30℃/分以上である。急冷時における冷却速度が小さすぎると、相分離が生じ難くなって2相構造を有する被覆層40を形成することが困難になる傾向にある。なお、冷却速度に特に上限はないものの、設備上の制約等から、300℃/分程度が上限となり得る。なお、ここでいう冷却速度は、拡散工程における加熱温度から300℃に冷却するまでの平均の降温速度をいう。 In the cooling step, the magnet body 20 and the layer heated to the above heating temperature are rapidly cooled. The cooling step may be rapid cooling from the heating temperature to room temperature (about 20 ° C.), or may be rapidly cooled at the beginning of cooling and gradually cooled after the temperature of the magnet body 20 and the layer is lowered to about 300 ° C., for example. Good. By rapid cooling, phase separation occurs in the layer, and a first phase containing an R-based alloy different from the R-T-B based alloy, and R-Cu dispersed in a filler form in the first phase. A coating layer 40 having a two-phase structure is formed, which includes a second phase containing a base alloy and having a Cu content higher than that of the first phase. The cooling rate during quenching is preferably 20 ° C./min or more, more preferably 30 ° C./min or more. If the cooling rate at the time of rapid cooling is too low, phase separation is difficult to occur, and it tends to be difficult to form the coating layer 40 having a two-phase structure. In addition, although there is no upper limit in particular in a cooling rate, about 300 degreeC / min may become an upper limit from the restrictions on an installation, etc. In addition, the cooling rate here means the average temperature-fall rate until it cools to 300 degreeC from the heating temperature in a diffusion process.
上述の製造方法によって、磁石素体20と磁石素体20を覆う被覆層40とを有する希土類焼結磁石100を得ることができる。希土類焼結磁石100は、Cuの含有量が互いに異なる2相構造を有する被覆層40を有していることから、耐食性に優れる。このような希土類焼結磁石100は、腐食性物質が存在する環境下で使用しても、優れた磁気特性を長期間に亘って維持することができる。このような特性を有する本実施形態の希土類焼結磁石100は、例えば、優れた耐食性を有することが求められる回転機用の永久磁石として好適に用いられる。 The rare earth sintered magnet 100 having the magnet body 20 and the coating layer 40 covering the magnet body 20 can be obtained by the manufacturing method described above. Since the rare earth sintered magnet 100 includes the coating layer 40 having a two-phase structure with different Cu contents, the corrosion resistance is excellent. Such a rare earth sintered magnet 100 can maintain excellent magnetic properties over a long period of time even when used in an environment where a corrosive substance exists. The rare earth sintered magnet 100 of this embodiment having such characteristics is suitably used as a permanent magnet for a rotating machine that is required to have excellent corrosion resistance, for example.
図6は、本実施形態の回転機(永久磁石回転機)の内部構造を示す説明図である。本実施形態の回転機200は、永久磁石同期回転機(SPM回転機)であり、円筒状のロータ50と該ロータ50の内側に配置されるステータ30とを備えている。ロータ50は、円筒状のコア52と円筒状のコア52の内周面に沿ってN極とS極が交互になるように複数の希土類焼結磁石100が設けられている。ステータ30は、内周面に沿って設けられた複数のコイル32を有している。このコイル32と希土類焼結磁石100とは互いに対向するように配置されている。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the internal structure of the rotating machine (permanent magnet rotating machine) of the present embodiment. The rotating machine 200 of this embodiment is a permanent magnet synchronous rotating machine (SPM rotating machine), and includes a cylindrical rotor 50 and a stator 30 disposed inside the rotor 50. The rotor 50 is provided with a plurality of rare earth sintered magnets 100 such that the north pole and the south pole are alternately arranged along the inner peripheral surface of the cylindrical core 52 and the cylindrical core 52. The stator 30 has a plurality of coils 32 provided along the inner peripheral surface. The coil 32 and the rare earth sintered magnet 100 are arranged to face each other.
回転機200は、ロータ50に、上記実施形態に係る希土類焼結磁石100を備える。希土類焼結磁石100は耐食性に優れるため、経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することができる。したがって、回転機200は優れた性能を長時間にわたって維持することができる。回転機200は、希土類焼結磁石100以外の部分について、通常の回転機部品を用いて通常の方法によって製造することができる。 The rotating machine 200 includes the rare earth sintered magnet 100 according to the above embodiment in the rotor 50. Since the rare earth sintered magnet 100 is excellent in corrosion resistance, it is possible to sufficiently suppress the deterioration of magnetic characteristics over time. Therefore, the rotating machine 200 can maintain excellent performance for a long time. The rotating machine 200 can be manufactured by a normal method using normal rotating machine parts for parts other than the rare earth sintered magnet 100.
回転機200は、コイル32に通電することによって生成する電磁石による界磁と希土類焼結磁石100による界磁との相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機(モータ)であってもよい。また、回転機200は、希土類焼結磁石100による界磁とコイル32との電磁誘導相互作用により、機械的エネルギーから電気的エネルギーに変換する発電機(ジェネレータ)であってもよい。 The rotating machine 200 may be an electric motor (motor) that converts electrical energy into mechanical energy by the interaction between the field generated by the electromagnet generated by energizing the coil 32 and the field generated by the rare earth sintered magnet 100. Good. The rotating machine 200 may be a generator that converts mechanical energy to electrical energy by electromagnetic induction interaction between the field magnet of the rare earth sintered magnet 100 and the coil 32.
電動機(モータ)として機能する回転機200としては、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ(SPMモータ)、永久磁石同期モータ(IPMモータ)などが挙げられる。電動機(モータ)は、例えば、ボイスコイルモータ、振動モータなどの往復動モータであってもよい。発電機(ジェネレータ)として機能する回転機200としては、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、永久磁石交流発電機などが挙げられる。 Examples of the rotating machine 200 that functions as an electric motor (motor) include a permanent magnet DC motor, a linear synchronous motor, a permanent magnet synchronous motor (SPM motor), and a permanent magnet synchronous motor (IPM motor). The electric motor (motor) may be, for example, a reciprocating motor such as a voice coil motor or a vibration motor. Examples of the rotating machine 200 that functions as a generator include a permanent magnet synchronous generator, a permanent magnet commutator generator, and a permanent magnet AC generator.
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の希土類焼結磁石は、被覆層の上に、銅や他の成分を含む被覆層40とは異なる表面層をさらに有していてもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the rare earth sintered magnet of the present invention may further have a surface layer different from the coating layer 40 containing copper or other components on the coating layer.
本発明の内容を実施例及び比較例を参照してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The contents of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
<希土類焼結磁石の作製>
(実施例1)
粉末冶金法により、下記の組成を有するNd−Pr−Dy−Co−Al−Cu−B−Fe系の合金からなる鋳塊を調製した。なお、下記の組成は、各元素の質量基準の含有量を示す。
<Preparation of rare earth sintered magnet>
Example 1
An ingot made of an Nd—Pr—Dy—Co—Al—Cu—B—Fe alloy having the following composition was prepared by powder metallurgy. In addition, the following composition shows content on the mass basis of each element.
Nd:22.5質量%
Pr: 5.2質量%
Dy: 2.7質量%
Co: 0.5質量%
Al: 0.3質量%
Cu: 0.07質量%
B : 1.0質量%
Fe: 残部
Nd: 22.5% by mass
Pr: 5.2 mass%
Dy: 2.7% by mass
Co: 0.5% by mass
Al: 0.3% by mass
Cu: 0.07 mass%
B: 1.0 mass%
Fe: balance
鋳塊を粗粉砕した後、不活性ガスによるジェットミル粉砕を行って、平均粒径が約3.5μmである粉末を得た。得られた粉末を金型内に充填し、磁場中でプレス成形して成形体を作製した。次いで、成形体を真空中、保持温度1100℃、保持時間3時間の条件下で焼結した後、熱処理を施して焼結体を得た。得られた焼結体を10mm×8mm×1mmの寸法に切り出して加工し、直方体形状の磁石素体を得た。 After roughly pulverizing the ingot, jet milling with an inert gas was performed to obtain a powder having an average particle size of about 3.5 μm. The obtained powder was filled in a mold and press-molded in a magnetic field to produce a molded body. Next, the compact was sintered under vacuum at a holding temperature of 1100 ° C. and a holding time of 3 hours, and then heat treated to obtain a sintered body. The obtained sintered body was cut into a size of 10 mm × 8 mm × 1 mm and processed to obtain a rectangular parallelepiped magnet element.
得られた磁石素体にバレル研磨を施した後、硝酸水溶液(硝酸濃度:2質量%)中に2分間浸漬して超音波水洗した。このように酸洗浄を施した磁石素体の表面上に、電気めっきで1μmの銅皮膜を形成した。銅皮膜を形成した磁石素体に、アルゴンガス雰囲気中、540℃で1時間加熱する熱処理を施した。そして、銅皮膜を形成した磁石素体を平均50℃/分の冷却速度で300℃まで冷却した後、室温まで放冷した。このようにして、実施例1の希土類焼結磁石を得た。 After barrel-polishing the obtained magnet body, it was immersed in an aqueous nitric acid solution (nitric acid concentration: 2 mass%) for 2 minutes and washed with ultrasonic water. A 1 μm copper film was formed by electroplating on the surface of the magnet body thus acid-washed. The magnet body on which the copper film was formed was subjected to a heat treatment of heating at 540 ° C. for 1 hour in an argon gas atmosphere. Then, the magnet body on which the copper film was formed was cooled to 300 ° C. at an average cooling rate of 50 ° C./min, and then allowed to cool to room temperature. Thus, the rare earth sintered magnet of Example 1 was obtained.
(実施例2)
実施例1と同様にして、磁石素体の表面上に銅皮膜を形成した。銅皮膜が形成された磁石素体に、アルゴンガス雰囲気中、550℃で10分間加熱する加熱処理を施したこと以外は、実施例1と同様にして希土類焼結磁石を作製した。これを、実施例2の希土類焼結磁石とした。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a copper film was formed on the surface of the magnet body. A rare earth sintered magnet was produced in the same manner as in Example 1 except that the magnet body on which the copper film was formed was subjected to a heat treatment of heating at 550 ° C. for 10 minutes in an argon gas atmosphere. This was used as the rare earth sintered magnet of Example 2.
(比較例1)
実施例1と同様にして磁石素体を得た後、実施例1と同様にして、バレル研磨、硝酸水溶液中への浸漬、及び超音波水洗を行った。これを比較例1の希土類焼結磁石とした。
(Comparative Example 1)
After obtaining a magnet body in the same manner as in Example 1, barrel polishing, immersion in an aqueous nitric acid solution, and ultrasonic water washing were performed in the same manner as in Example 1. This was used as the rare earth sintered magnet of Comparative Example 1.
(比較例2)
実施例1と同様にして磁石素体を得た後、実施例1と同様にして、バレル研磨、硝酸水溶液中への浸漬、及び超音波水洗を行った。そして、実施例1と同様にして、電気めっきで1μmの銅皮膜を形成した。これを比較例2の希土類焼結磁石とした。
(Comparative Example 2)
After obtaining a magnet body in the same manner as in Example 1, barrel polishing, immersion in an aqueous nitric acid solution, and ultrasonic water washing were performed in the same manner as in Example 1. In the same manner as in Example 1, a 1 μm copper film was formed by electroplating. This was used as the rare earth sintered magnet of Comparative Example 2.
(比較例3)
実施例1と同様にして磁石素体の表面上に銅皮膜を形成し熱処理を施した。その後、1℃/分の冷却速度で室温まで冷却したこと以外は、実施例1と同様にして希土類焼結磁石を作製した。これを比較例3の希土類焼結磁石とした。
(Comparative Example 3)
In the same manner as in Example 1, a copper film was formed on the surface of the magnet body and subjected to heat treatment. Thereafter, a rare earth sintered magnet was produced in the same manner as in Example 1 except that the material was cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min. This was used as the rare earth sintered magnet of Comparative Example 3.
<希土類焼結磁石の構造及び組成分析>
各実施例及び各比較例の希土類焼結磁石を切断し、切断面をクロスセクションポリッシャーで研磨した。研磨面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、実施例1の希土類焼結磁石では、R−T−B系合金を主成分として含有する磁石素体の表面に100nm〜2μmの厚みを有する被覆層が形成されていることが確認された。
<Structure and composition analysis of rare earth sintered magnet>
The rare earth sintered magnets of each example and each comparative example were cut and the cut surface was polished with a cross section polisher. When the polished surface was observed with a scanning electron microscope, in the rare earth sintered magnet of Example 1, the coating layer having a thickness of 100 nm to 2 μm on the surface of the magnet body containing the R—T—B system alloy as a main component. It was confirmed that was formed.
EDS(エネルギー分散型蛍光X線分析装置)によって、被覆層の元素分析を行ったところ、被覆層はNd、Fe及びCuを含有することが確認された。また、被覆層はNd,Pr及びFeを含有し、Cuの含有量が高い部分(第2の相)と、Nd,Pr及びFeを含有し、Cuの含有量が第2の相よりも低い部分(第1の相)とを有していた。 When elemental analysis of the coating layer was performed using an EDS (energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer), it was confirmed that the coating layer contained Nd, Fe, and Cu. Further, the coating layer contains Nd, Pr and Fe, a portion having a high Cu content (second phase), Nd, Pr and Fe, and the Cu content is lower than that of the second phase. Part (first phase).
走査型電子顕微鏡による画像から、被覆層は、第1の相の中にフィラー状の第2の相が縞状に分散した縞状構造を有していることが確認された。被覆層における第1の相の体積割合は51%であり、第2の相の体積割合は49%であった。 From the image by a scanning electron microscope, it was confirmed that the coating layer has a striped structure in which the filler-like second phase is dispersed in the first phase. The volume ratio of the first phase in the coating layer was 51%, and the volume ratio of the second phase was 49%.
実施例2の希土類焼結磁石も、実施例1と同様に、R−T−B系合金を主成分として含有する磁石素体の表面に、Nd,Pr及びFeを含有し、Cuの含有量が高い部分(第2の相)と、Nd,Pr及びFeを含有し、Cuの含有量が第2の相よりも低い部分(第1の相)とを有する被覆層を備えることが確認された。また、実施例2の被覆層も、第1の相の中にフィラー状の第2の相が縞状に分散した縞状構造を有していた。なお、実施例2の希土類焼結磁石は、被覆層の上に銅めっき被膜を有していた。 Similarly to Example 1, the rare earth sintered magnet of Example 2 contains Nd, Pr, and Fe on the surface of the magnet body containing the R-T-B alloy as a main component, and contains Cu. Is provided with a coating layer having a high part (second phase) and a part (first phase) containing Nd, Pr and Fe and having a lower Cu content than the second phase. It was. Further, the coating layer of Example 2 also had a striped structure in which the filler-like second phase was dispersed in the first phase. The rare earth sintered magnet of Example 2 had a copper plating film on the coating layer.
一方、比較例1の希土類焼結磁石は被覆層を有しておらず、比較例2の希土類焼結磁石の被覆層は銅めっき被膜からなるものであった。また、比較例3の希土類焼結磁石の被覆層は、実施例1のような縞状構造を有していなかった。 On the other hand, the rare earth sintered magnet of Comparative Example 1 did not have a coating layer, and the coating layer of the rare earth sintered magnet of Comparative Example 2 was made of a copper plating film. Moreover, the coating layer of the rare earth sintered magnet of Comparative Example 3 did not have the striped structure as in Example 1.
<耐食性評価>
各実施例及び各比較例の希土類焼結磁石を、飽和水蒸気が存在する雰囲気中、温度120℃で500時間保持するプレッシャークッカー試験(PCT)を行った。PCT前及びPCT後における希土類焼結磁石の質量をそれぞれ測定し、両者の質量の差を希土類焼結磁石の質量減少量とした。この質量減少量をPCT前の質量で割って、質量減少率を算出した。その結果を表1に示す。
<Corrosion resistance evaluation>
The pressure cooker test (PCT) which hold | maintains the rare earth sintered magnet of each Example and each comparative example for 500 hours at the temperature of 120 degreeC in the atmosphere where saturated steam exists. The mass of the rare earth sintered magnet before and after PCT was measured, and the difference in mass between the two was used as the mass reduction amount of the rare earth sintered magnet. The mass reduction rate was calculated by dividing the mass reduction amount by the mass before PCT. The results are shown in Table 1.
表1に示すとおり、実施例1の希土類焼結磁石は、PCTを開始して500時間経過した後も質量減少がなかった。一方、比較例1の希土類焼結磁石は、PCTを開始して100時間経過した時点で質量が減少していることが確認された。そして、500時間経過後には、質量減少率は2.7%であった。また、比較例2の希土類焼結磁石は、PCTを開始して140時間経過した時点で質量が減少していることが確認された。そして、500時間経過後には、質量減少率は9.7%であった。 As shown in Table 1, the rare earth sintered magnet of Example 1 did not lose its mass even after 500 hours had passed since the start of PCT. On the other hand, it was confirmed that the rare earth sintered magnet of Comparative Example 1 had a reduced mass at the time when 100 hours had passed after starting the PCT. And after 500 hours progress, the mass reduction | decrease rate was 2.7%. In addition, it was confirmed that the rare earth sintered magnet of Comparative Example 2 had a reduced mass when 140 hours had passed after starting the PCT. And after 500 hours progress, the mass reduction | decrease rate was 9.7%.
熱処理後の冷却速度を遅くした比較例3の希土類焼結磁石は、実施例1,2よりも耐食性に劣ることが確認された。これは、熱処理後に徐冷して得られた希土類焼結磁石では、銅元素の含有量が異なる2種類の相が縞状に分散した縞状構造を有する被覆層が形成されないことに起因している。 It was confirmed that the rare earth sintered magnet of Comparative Example 3 in which the cooling rate after the heat treatment was slowed was inferior to Examples 1 and 2. This is because, in the rare earth sintered magnet obtained by slow cooling after the heat treatment, a coating layer having a striped structure in which two types of phases having different copper element contents are dispersed is not formed. Yes.
本発明によれば、耐食性に優れた希土類焼結磁石を提供することができる。また、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rare earth sintered magnet excellent in corrosion resistance can be provided. In addition, it is possible to provide a rotating machine capable of maintaining excellent performance over a long period of time.
20…磁石素体、30…ステータ、32…コイル、40…被覆層、42…第1の相、44…第2の相、50…ロータ、52…コア、100…希土類焼結磁石、200…回転機。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Magnet body, 30 ... Stator, 32 ... Coil, 40 ... Covering layer, 42 ... First phase, 44 ... Second phase, 50 ... Rotor, 52 ... Core, 100 ... Rare earth sintered magnet, 200 ... Rotating machine.
Claims (5)
前記被覆層は、第1の相と、前記第1の相の中にフィラー状に分散した第2の相と、を有し、
前記第1の相は、前記R−T−B系合金とは異なるR系合金を含み、前記第2の相はR−Cu系合金を含み且つ前記第1の相よりもCuの含有量が高い希土類焼結磁石。
(但し、Rは希土類元素を示し、Tは遷移元素を示し、Bはホウ素元素を示し、Cuは銅元素を示す。) A magnet body including an R-T-B alloy, and a coating layer on the magnet body;
The coating layer has a first phase and a second phase dispersed in a filler form in the first phase,
The first phase includes an R-based alloy different from the RTB-based alloy, the second phase includes an R-Cu-based alloy, and has a Cu content higher than that of the first phase. High rare earth sintered magnet.
(However, R represents a rare earth element, T represents a transition element, B represents a boron element, and Cu represents a copper element.)
前記磁石素体の上にCuを含む層を形成する第1工程と、
前記磁石素体と前記層とを加熱して、前記磁石素体からRを前記層の内部に拡散させる第2工程と、
加熱された前記磁石素体及び前記層を急冷して、前記磁石素体の上に、前記R−T−B系合金とは異なるR系合金を含む第1の相と、前記第1の相中にフィラー状に分散され、R−Cu系合金を含み且つ前記第1の相よりもCuの含有量が高い第2の相と、を有する前記被覆層を形成する第3工程と、を有する、希土類焼結磁石の製造方法。
(但し、Rは希土類元素を示し、Tは遷移元素を示し、Bはホウ素元素を示し、Cuは銅元素を示す。) A method for producing a rare earth sintered magnet comprising a magnet body including an R-T-B alloy and a coating layer on the magnet body,
A first step of forming a layer containing Cu on the magnet body;
A second step of heating the magnet body and the layer to diffuse R from the magnet body into the layer;
The heated magnet body and the layer are quenched, and a first phase containing an R-based alloy different from the RTB-based alloy on the magnet body, and the first phase A third step of forming the coating layer having a second phase that is dispersed in a filler form and includes an R-Cu-based alloy and has a Cu content higher than that of the first phase. And manufacturing method of rare earth sintered magnet.
(However, R represents a rare earth element, T represents a transition element, B represents a boron element, and Cu represents a copper element.)
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