JP5101849B2 - 磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法及びこの磁性材料を用いて作製した希土類ボンド磁石 - Google Patents
磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法及びこの磁性材料を用いて作製した希土類ボンド磁石 Download PDFInfo
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Description
本発明は、磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法及びこの磁性材料を用いて作製した希土類ボンド磁石に関する。
ボンド磁石は、粉末状の磁性材料と樹脂バインダーとを混合し、圧縮成形機や射出成形機を用いて製作されることから、薄い形状や複雑な形状などに製造でき、しかも、寸法精度が高いなど焼結磁石にはない優れた特長を有する。このため、自動車やエレクトロニクス等の各種の分野の製品に利用され、需要は年々拡大している。ここで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石など、代表的な希土類ボンド磁石の磁性材料は、希土類元素及び鉄を成分するため、大気にふれると酸化され易く、使用環境によっては磁気特性が徐々に低下するという問題がある。
このような問題を解決するために、例えば、原料を溶解してロール急冷法で急冷して得た原料片をさらに粉砕して得た原料粉末の表面を、酸化アルミニウム膜等の酸化膜で覆って、ボンド磁石用の磁性材料を得ることが知られている（特許文献１、特許文献２）。そして、このように製作した磁性材料を、樹脂バインダーと共に成形して希土類ボンド磁石を作製している。
特開２００２−３６３６０７号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）
特開２００４−３１７６１号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）
上記のものでは、原料の表面を酸化膜で覆うことで、磁気特性の低下が防止されると共に、耐食性、耐候性を向上させることができるものの、近年では、希土類ボンド磁石利用製品自体の小型、軽量化や小電力化等をさらに図ることが要請されているこから、上記従来技術のように、使用環境による磁気特性の低下を防止するだけでは十分とは言えず、一層高い磁気特性を有するボンド磁石の開発が望まれている。
そこで、上記点に鑑み、本発明の目的は、高磁気特性及び強い耐食性、耐候性を有するボンド磁石用の磁性材料の製造方法及びこの磁性材料を用いて作製したボンド磁石を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法は、希土類元素及び鉄を含有する粉末状の原料の表面に、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉの中から選択される少なくとも１種を含有する金属蒸発材料を付着させる処理工程を含む磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法であって、前記処理工程は、この処理工程を実施する処理室を加熱し、この処理室内に予め配置した前記金属蒸発材料を蒸発させて金属蒸気雰囲気を処理室内に形成する第一工程と、処理室内の温度より低く保持した原料をこの処理室に投入し、この処理室内で原料を移動させながら、処理室内と原料との間の温度差によって、原料表面に前記金属蒸発材料を選択的に付着させ、原料表面に付着した金属蒸発材料をその結晶粒界に拡散させる第二工程とを含むことを特徴とする。
これによれば、処理室内に金属蒸発材料を配置した後、処理室を加熱して金属蒸気雰囲気を形成し、次いで、処理室内の温度より低く保持した原料を処理室に投入する。例えば常温の原料が高温に加熱された処理室内に投入されると、原料表面にのみ選択的に金属蒸気雰囲気中の金属原子が高速で付着して堆積する。その際、処理室内で原料を移動させながら所定時間保持すると、原料の表面全体に亘って金属蒸発材料の薄膜が形成され、さらには、高温の処理室に投入することで輻射熱により加熱された原料の表面に付着した金属原子の一部がその結晶粒界に拡散する。
上記方法で得た磁性材料は、その表面だけでなく、結晶粒界にもＤｙ等の金属蒸発材料が拡散しているため、この磁性材料を用いて希土類ボンドを作製したとき、減磁曲線の角形性が向上し、磁気特性を示す最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）、残留磁束密度（Ｂｒ）が格段に向上し、併せて、保磁力も向上することで、高磁気特性のものとなる。また、保磁力が向上することで耐熱性が向上すると共に、原料表面及び結晶粒界にＤｙ等の金属蒸発材料が存することで強い耐食性、耐候性を有する。さらに、上記方法を用いると、金属蒸発材料が高速で付着堆積することで生産性が向上すると共に、原料表面にのみ選択的に金属蒸発材料が付着するため、資源的に乏しく高価なＤｙ、Ｔｂなどの希土類金属を用いるときでも、金属蒸発材料を有効に利用でき、ひいては製造コストを低減できる。
前記金属蒸気雰囲気が前記処理室内で飽和状態であれば、金属蒸発材料を原料表面に高速で成膜できてよい。
また、前記処理工程を実施した後、原料表面の金属原子の結晶粒界への拡散をさらに促進させるため、必要に応じて、前記処理工程を実施した後、所定温度下で表面に金属蒸発材料が付着した原料を加熱する第一の熱処理工程を含むことが好ましい。
この場合、前記第一の熱処理工程を実施した後、この第一の熱処理工程での熱処理温度より低い温度で表面に金属蒸発材料が付着した原料を加熱する第二の熱処理工程を含むものとすれば、磁性材料の歪が除去されて保磁力を一層高めることができる。
また、上記課題を解決するために、本発明の希土類ボンド磁石は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の製造方法で得た磁性材料を、樹脂バインダーと共に成形してなることを特徴とする。
以上説明したように、本発明のボンド磁石用の磁性材料の製造方法及びこの磁性材料を用いたボンド磁石は、高い生産性の下、高磁気特性及び強い耐食性、耐候性を有するという効果を奏する。
図１を参照して説明すれば、１は、希土類元素及び鉄を含有する原料の表面に選択的にＤｙやＴｂなどの金属蒸発材料Ｍを高速で付着堆積させ、さらには、表面に付着した金属原子を結晶粒界に拡散させてボンド磁石用の磁性材料を作製するのに適した処理装置である。処理装置１は、処理室１０を構成する断面略六角形の真空チャンバ１１を有する。真空チャンバ１１は、床面に設置される台座２１と、所定の間隔を置いて台座２１に対し直角に設けた支持板２２ａ、２２ｂとから構成される支持手段２に取付けられている。
支持板２２ａ、２２ｂの台座２１から所定の高さ位置には、支持板２２ａ、２２ｂの内側に向かってそれぞれ突出させかつ同一水平線上に位置させて、回転軸２３ａ、２３ｂが軸受（図示せず）を介して回転自在に設けられ、冷却手段２３１を有する各回転軸２３ａ、２３ｂの一端が真空チャンバ１１の側壁１１ａ、１１ｂにそれぞれ連結されている。一方の支持板２２ａから突出した一方の回転軸２３ａの他端にはプーリ２４が設けられ、このプーリー２４と、台座２１上に設けたモータ３の回転軸３１に設けたプーリー３２との間にはベルトＶが掛架されている。これにより、モータ３を作動させて回転軸２３ａ、２３ｂを回転させると、真空チャンバ１１が所定の回転数（例えば、１ｒｐｍ）で回転軸２３ａ、２３ｂを中心として回転自在となる。
真空チャンバ１１の外周には、その略全体を覆うように内側に反射面を備えたステンレス製の断熱材４１が着脱自在に設けられ、この断熱材４１の内側には、ニクロム製のフィラメントを有する電気加熱ヒータ４２が配置され、加熱手段４を構成する。
そして、後述するように真空チャンバ１１を減圧した後、この真空チャンバ１１を加熱手段４で加熱することで、処理室１０を略均等に所定温度（例えば、６００℃〜１７００℃）に加熱できる。
そして、後述するように真空チャンバ１１を減圧した後、この真空チャンバ１１を加熱手段４で加熱することで、処理室１０を略均等に所定温度（例えば、６００℃〜１７００℃）に加熱できる。
真空チャンバ１１の上面及び下面には開口がそれぞれ設けられ、各開口には開閉弁５ａ、５ｂがそれぞれ取付けられている。各開閉弁５ａ、５ｂは、例えば公知の構造を有するバタフライバルブであり、真空チャンバ１１の上面及び下面の開口にそれぞれ取付けた弁本体５１を有する。弁本体５１内には、回動自在な円形の弁体と、この弁体が着座する弁座とが設けられている。そして、弁本体５１に設けた駆動軸（図示せず）を手動または電動で操作して、弁体が弁座に着座する閉弁位置と弁体が弁座から離間した開弁位置との間で弁体を回動させることで開閉自在となる。
各弁本体５１の真空チャンバ１１と背向する側には、一端にカップリング（図示せず）を設けた排気管６またはホッパー７が着脱自在に取付けられる。蛇腹状の排気管６の他端は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプやロータリポンプなどから構成される真空排気手段６１に接続されている。そして、両開閉弁５ａ、５ｂの閉弁位置で一方の開閉板５ｂの弁本体５１に排気管６を接続し、真空排気手段６１を作動させると共に開閉弁５ｂを開弁すると、処理室１０が所定圧力（例えば１×１０−５Ｐａ）に減圧できる。
他方、ホッパー７は、その内部が密閉可能な金属製であり、その内部が準備室７０を構成する。ホッパー７下側のシュート部７１には、回動自在な円形の弁体とこの弁体が着座する弁座とからなる他の開閉弁７２が設けられ、開閉弁７２を閉弁位置で準備室７０が密閉されるようになっている。処理室１０に後述する原料を投入する場合には、ホッパー７０内に原料を収納した後、シュート部７１の先端に図示しない排気管を接続し、真空排気手段を作動させると共に開閉弁７２を開弁させて、準備室７０を所定圧力（例えば１×１０−３Ｐａ）に減圧する。
原料は、希土類等方性ボンド磁石、希土類異方性ボンド磁石に用いられる公知のものであり、Ｎｄ、Ｓｍ等の希土類元素および鉄を含む粉末状のものが用いられる。例えば、Ｎｄ、Ｓｍ等の希土類元素および鉄を含む原料を所定の組成比で混合して一旦溶解させ、次いで、原料の溶湯をロール急冷法により急冷することで原料薄片を得て、次いで、原料薄片を粉砕して微細な粉末としたものを原料として用いる。
他方、金属蒸発材料Ｍは、各回転軸２３ａ、２３ｂの同一線上に位置させて真空チャンバ１１の内壁に設けた収納室１２内に収納される。収納室１２は、筒状の部材から構成され、真空チャンバ１１内側に開口した面には、その開口の一部を覆うように庇部１２ａが設けられている。これにより、真空チャンバ１１を回転させたとき、庇部１２ａによって、収納室１２に配置した金属蒸発材料Ｍが処理室１０に飛び出すことが防止できる。収納室１２は、その真空チャンバ１１の内壁において周方向で等間隔に少なくとも２個配置されるが、開閉弁５ａ、５ｂを通って処理室１０に投入される原料の周囲を囲って金属蒸発材料Ｍが配置されるように、真空チャンバ１２の内壁面全体に亘る環状に形成してもよい。
金属蒸発材料Ｍは、高磁気特性及び強い耐食性、耐候性を有するボンド磁石を作製できるものであって、例えば、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉの中から選択される少なくとも１種を含有するものであり、例えば顆粒状または塊状のものが収納室１２に収納される。
ところで、例えば真空チャンバ１１の材料として、一般の真空装置でよく用いられるＡｌ２Ｏ３を用いると、例えば金属蒸発材料ＭをＤｙとした場合、処理室１０内に金属蒸気雰囲気を形成すると、金属蒸気雰囲気中のＤｙとＡｌ２Ｏ３が反応してその表面に反応生成物を形成されると共に、Ａｌ原子がＤｙ蒸気雰囲気中に侵入する虞がある。このため、真空チャンバ１１、開閉弁５ａ、５ｂの構成部品を、金属蒸発材料Ｍと反応しない材料から作製するか、または処理室１０を構成する真空チャンバ１１の内壁等にこれらの材料を内張膜として成膜したものから作製する（金属蒸発材料ＭがＤｙのとき、例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔａまたはこれらの合金やＣａＯ、Ｙ２Ｏ３、或いは希土類酸化物から作製する）。
次に、本処理装置１を用いたボンド磁石用の磁性材料の作製及びこの磁性材料を用いたボンド磁石の作製について説明する。先ず、断熱材４１を取外した状態で、真空チャンバ１１に側面に形成した開口部（図示せず）を介して、収納室１２内に顆粒状の金属蒸発材料Ｍを収納する。金属蒸発材料Ｍの粒径は、その種類に応じて適宜選択され、例えば金属蒸発材料ＭがＤｙやＴｂである場合、ＤｙやＴｂの粒径が１０〜１０００μｍの範囲することが望ましい。１０μｍ以下では、発火性を有するＤｙ、Ｔｂの粒の取扱いが困難であり、他方で、１０００μｍを超えると、蒸発に時間を要する。また、収納室１２に収納する金属蒸発材料Ｍの総量は、金属蒸発材料Ｍの収率が高くなるように、原料表面に所定の膜厚で金属蒸発材料Ｍが成膜できるのに必要な時間だけ、真空チャンバ１１内で金属蒸気雰囲気を継続させるのに必要なものとする。
次いで、断熱材４１を再度取付けた後、各開閉弁５ａ、５ｂの閉弁状態で下側の他方の開閉弁５ｂの弁本体５１に排気管６を接続した後、真空排気手段６１を作動させると共に駆動軸を操作して他方の開閉弁５ｂを開弁する。そして、収納室１２に収納した金属蒸発材料Ｍの種類に応じて、処理室１０を所定圧力（例えば１ 〜１０−５Ｐａ）まで減圧した後、加熱手段４を作動させて所定温度（例えば６００〜１７００℃）に処理室１０を加熱する。例えば、金属蒸発材料ＭがＤｙである場合、処理室１０を一旦例えば１×１０−５Ｐａまで減圧した後、１０００℃〜１７００℃の範囲で処理室１０を加熱する。１０００℃より低い温度では、真空チャンバ１１に投入された原料表面に高速でＤｙを付着堆積できる蒸気圧まで達しない。他方、１７００℃を超えた温度では、原料への付着堆積時間が極端に短くなり過ぎる。
処理室１０が所定温度に達すると、処理室１０に所定の蒸気圧を持つ金属蒸気雰囲気（Ｄｙの場合、例えば１３００℃で１０Ｐａの蒸気圧）が形成される。処理室１０に金属蒸気雰囲気を形成する間、ホッパー７の準備室７０では、上述のように作製した原料を収納した後、シュート部７１の先端に、図示しない排気管を接続し、真空排気手段を作動させると共にた開閉弁７２を開弁させ、準備室７０が所定圧力（例えば１×１０−５Ｐａ）まで減圧する工程が行われる。尚、準備室に収納される原料は、塊状、薄片状または粉末状のものいずれかであってもよい。
また、準備室７０では、減圧下において、例えば原料表面の酸化膜や水分を除去するクリーニングの前処理を行ってもよい。クリーニングの前処理は、準備室７０の圧力が所定値（例えば、１０×１０−５Ｐａ）に達した後、準備室７０を所定温度に加熱する工程、または、図示しないガス導入手段を介してＡｒ等の不活性ガスを導入し、高周波電源を作動させて準備室７０でプラズマを発生させ、準備室７０内で原料を移動させながらプラズマによるクリーニングを行う工程である。クリーニングの前処理が終了したとき、原料が室温〜２００℃の温度となるようにする。
次いで、処理室１０での金属蒸気雰囲気の形成と、準備室７０の減圧（原料のクリーニングを含む）とが終了すると、開閉弁７２を閉弁し、シュート部７１の先端から排気管を取外す。そして、処理室１０と準備室７０との間で２桁以上の圧力差が生じるように、図示しないガス導入手段を介してＡｒ等の不活性ガスを導入し、準備室７０の圧力を所定値（例えば、１０００Ｐａ）にする。
この状態で、ホッパー７のシュート部７１の先端を、上側に位置する一方の開閉弁５ａの弁本体５１に接続した後、開閉弁５ａ、７２をそれぞれ開弁すると、準備室７０内の原料が、その自重で各開閉弁７２、５ａを通って処理室１０に投入される。この場合、処理室１０と準備室７０との間に圧力差をつけているので、準備室７０から処理室１０に不活性ガスが処理室１０に侵入し、処理室１０の圧力が高くなることで、一旦蒸発が停止するが（加熱手段４の作動は停止しない）、金属蒸発雰囲気中の金属原子が準備室７０側に入り込むことが防止できる。
次いで、処理室１０への原料の投入が終了すると、開閉弁５ａ、７２をそれぞれ閉弁して処理室１０及び準備室７０を相互に隔絶した後、ホッパー７を取り外す。そして、真空排気手段を介して排気されている真空チャンバ１１の圧力が再度所定値（例えば、１０×１０−２Ｐａ）に達すると、金属蒸発材料Ｍが再蒸発して処理室１０に金属蒸気雰囲気が形成される。金属蒸気雰囲気が形成されると、開閉弁５ｂを閉弁し、排気管６を取り外した後、モータ３を作動させて所定の回転数で真空チャンバ１１を回転させながら、所定時間保持する。
この場合、処理室１０内温度より低い原料と処理室１０との温度差によって、原料表面に金属蒸気雰囲気中の金属原子が高速かつ選択的に付着して堆積する。そして、真空チャンバ１１を回転させて処理室１０で原料を移動させることで、原料の全表面に亘って金属蒸発材料が成膜される。その際、原料は、高温の処理室に投入されたことで輻射熱により所定温度まで加熱され、その結果、原料の表面に付着した金属原子の一部がその結晶粒界に拡散される（処理工程）。
次いで、所定時間保持した後、加熱手段４を停止させると共に、図示しないガス導入手段を介してＡｒ等の不活性ガスを導入して処理室１０をベントすると共に、図示しない回収容器を、下側位置する開閉弁５ｂの弁本体５１に連結し、この開閉弁５ｂを開弁すると、回収容器に、原料の表面が金属蒸発材料Ｍの膜で覆われ、ひいてはその結晶粒界に拡散されたボンド磁石用の磁性材料が回収される。
尚、原料のサイズ（粒度）によっては、上記処理の際、高温の処理室１０に投入しても所定温度まで昇温せず、表面に付着した金属原子の結晶粒界への拡散が不十分になる虞がある。この場合、処理室１０内での金属蒸気雰囲気の形成を停止した後、再度、下側の他方の開閉弁５ｂの弁本体５１に排気管６を接続し、真空排気手段６１を作動させる共に他方の開閉弁５ｂを開弁して、所定圧力（１０×１０−３Ｐａ）まで処理室１０を再度減圧する。
次いで、加熱手段４を再度作動させて、所定温度（例えば、４００℃〜１０００℃）下で所定時間だけ、金属蒸発材料Ｍが成膜されたものに対し熱処理を施し、結晶粒界への拡散を促進させてもよい（第一の拡散工程）。第一の熱処理に引き続き、その熱処理より低い所定温度（例えば、３５０℃〜７００℃）下で所定時間（例えば、３０分）だけ歪を除去する熱処理を施すことが好ましい（第二の熱処理工程）。これにより、全表面に亘って金属蒸発材料が成膜されると共に、表面に付着した金属原子を結晶粒界に拡散させて均一に行き渡らせた磁性材料が得られる。
次いで、上記処理により得られた粉末状の磁性材料の種類に応じて、そのままの状態でまたは適宜５〜３００μｍの粒径に微粉砕した後、ＰＰＳ等の樹脂バインダーとを混合し、公知の構造を有する圧縮成形機や射出成形機を用いて所定形状の希土類ボンド磁石に成形される。この場合、希土類ボンド磁石は、大気にふれると酸化され易く、使用環境によっては磁気特性が徐々に低下するという問題があったが、極めて高い耐食性、耐候性を有するＤｙやＴｂなどの金属蒸発材料が表面及び結晶粒界に存在することで強い耐食性、耐候性を有するものとなる。
また、上記方法で得た磁性材料は、その表面だけでなく、結晶粒界にもＤｙ等の金属蒸発材料が拡散しているため、この磁性材料を用いて希土類ボンドを作製したとき、減磁曲線の角形性が向上し、磁気特性を示す最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）、残留磁束密度（Ｂｒ）が格段に向上し、併せて、保磁力も向上することで、高磁気特性のものとなる。尚、塊状の原料に上記処理を実施した後に適宜所定の粒径に微粉砕した磁性材料を用いて、希土類ボンドを作製しても、結晶粒界相に耐食性のよいＤｙ、Ｔｂ等のリッチ相が多く存在するため、磁気特性が劣化することはない。
（試料１）先ず、以下のように公知の方法で、希土類等方性ボンド磁石用の磁性材料を試料１として得る。この場合、出発材料である原料粉末は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系超急冷等方性ボンド磁石用のものであり、組成（ａｔ％）がＮｄ１３Ｆｅ８４Ｃｏ２Ｂ１のものを、真空溶解後に、水冷銅ロールで急冷した後、粉砕して得た。この原料粉末の粒度は１０〜６０μｍであった。
次に、上記処理装置１を用い、上記方法によって原料表面に金属蒸発材料を付着堆積させた。この場合、金属蒸発材料Ｍとして、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｂを１：１：０．５：１：１：１：１の組成比で混合して得た合金を用い、顆粒状のものを収納室１２に収納した。また、処理室１０を、１０−３Ｐａまで真空排気すると共に、加熱手段４による処理室１０の加熱温度１０００℃に設定して、１分間処理を実施した。この場合、処理室の温度が６００℃に到達した後、０．２ｒｐｍの回転速度で真空チャンバ１１を回転させることとした。
次いで、原料粉末表面に、金属蒸発材料Ｍが成膜処理されたものを、８００℃の温度で３０分間、第一の熱処理を実施し、引き続き、６００℃の温度で２０分間、第二の熱処理（アニール処理）を実施して、上記磁性材料を得た。
（試料２）先ず、以下のように公知の方法で、希土類等方性ボンド磁石用の磁性材料を試料２として得る。この場合、出発材料である原料粉末は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系交換スプリング系等方性ボンド磁石用の原料粉末であり、組成（ａｔ％）がＮｄ４Ｆｅ７６Ｂ２０のものを、真空溶解した後、水冷銅ロールで超急冷後のリボンを粉砕して得た。この原料粉末の粒度は５〜２０μｍであった。
次に、上記処理装置１を用い、上記方法によって原料表面に金属蒸発材料を付着堆積させた。この場合、金属蒸発材料Ｍとして、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａを１：１：１：０．２：０．２：０．２：０．２の組成比で混合して得た合金を用い、顆粒状のものを収納室１２に収納した。また、処理室１０を、１０−８Ｐａまで真空排気すると共に、加熱手段４による処理室１０の加熱温度１２００℃に設定して、２分間処理を実施した。この場合、処理室の温度が８００℃に到達した後、０．５ｒｐｍの回転速度で真空チャンバ１１を回転させることとした。
次いで、原料粉末表面に、金属蒸発材料Ｍが成膜処理されたものを、６００℃の温度で６０分間、第一の熱処理を実施し、引き続き、５００℃の温度で５分間、第二の熱処理（アニール処理）を実施して、上記磁性材料（試料２）を得た。
（試料３）先ず、以下のように公知の方法で、希土類異方性ボンド磁石用の磁性材料を試料２として得る。この場合、出発材料である原料粉末は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ＨＤＤＲ異方性ボンド磁石用のものであり、組成（ａｔ％）がＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ１のインゴットを、真空高周波誘導溶解炉を用いて、炉内温度１１００℃、１２時間、溶体化処理を施した後、インゴットに対し、８００℃でＨＤＤＲ処理を施して得た。この原料粉末の粒度は２０〜８０μｍであった。
次に、上記処理装置１を用い、上記方法によって原料表面に金属蒸発材料を付着堆積させた。この場合、金属蒸発材料Ｍとして、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｙ、Ｃｕ、Ｚｎを１：１：１：１：１の組成比で混合して得た合金を用い、顆粒状のものを収納室１２に収納した。また、処理室１０を、１０−６Ｐａまで真空排気すると共に、加熱手段４による処理室１０の加熱温度１０００℃に設定して、５分間処理を実施した。この場合、処理室の温度が９００℃に到達した後、０．３ｒｐｍの回転速度で真空チャンバ１１を回転させることとした。
次いで、原料粉末表面に、金属蒸発材料Ｍが成膜処理されたものを、８００℃の温度で６０分間、第一の熱処理を実施し、引き続き、６００℃の温度で３０分間、第二の熱処理（アニール処理）を実施して、上記磁性材料（試料３）を得た。
（試料４）先ず、以下のように公知の方法で、希土類等方性ボンド磁石用の磁性材料を試料４として得る。この場合、出発材料である原料粉末は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性ボンド磁石用のものであり、組成（ａｔ％）がＳｍ２Ｚｒ０．２Ｆｅ１６Ｍｎ１のものを、真空溶解後に、超急冷法でフレークを作製した後、６００℃で窒化処理した後に粉砕して得た。この原料粉末の粒度は１０〜５０μｍであった。
次に、上記処理装置１を用い、上記方法によって原料表面に金属蒸発材料を付着堆積させた。この場合、金属蒸発材料Ｍとして、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｓｍ、Ｍｇ、Ｚｎを１：１：１：１：１の組成比で混合して得た合金を用い、顆粒状のものを収納室１２に収納した。また、処理室１０を、１０−５Ｐａまで真空排気すると共に、加熱手段４による処理室１０の加熱温度８００℃に設定して、５分間処理を実施した。この場合、処理室の温度が５５０℃に到達した後、１ｒｐｍの回転速度で真空チャンバ１１を回転させることとした。
次いで、原料粉末表面に、金属蒸発材料Ｍが成膜処理されたものを、５５０℃の温度で１８０分間、第一の熱処理を実施し、引き続き、４００℃の温度で６０分間、第二の熱処理（アニール処理）を実施して、上記磁性材料（試料４）を得た。
（試料５）先ず、以下のように公知の方法で、希土類異方性ボンド磁石用の磁性材料を試料５として得る。この場合、出発材料である原料粉末は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性ボンド磁石用のものであり、組成（ａｔ％）がＳｍ２Ｔｉ０．２Ｆｅ１６Ｃｏ１のものを、真空溶解後、ストリップキャスティング法で急冷後のフレークを、６００℃で窒化処理後に微粉砕して得た。この原料粉末の粒度は５〜２０μｍであった。
次に、上記処理装置１を用い、上記方法によって原料表面に金属蒸発材料を付着堆積させた。この場合、金属蒸発材料Ｍとして、Ｔｍ、Ｇｄ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｍ、Ｍｎを１：１：１：１：１：１：１の組成比で混合して得た合金を用い、顆粒状のものを収納室１２に収納した。また、処理室１０を、１０−４Ｐａまで真空排気すると共に、加熱手段４による処理室１０の加熱温度９００℃に設定して、１分間処理を実施した。この場合、処理室の温度が５８０℃に到達した後、２ｒｐｍの回転速度で真空チャンバ１１を回転させることとした。
次いで、原料粉末表面に、金属蒸発材料Ｍが成膜処理されたものを、５５０℃の温度で１２０分間、第一の熱処理を実施し、引き続き、４５０℃の温度で２０分間、第二の熱処理（アニール処理）を実施して、上記磁性材料（試料５）を得た。
そして、上記のように得た試料１乃至試料５に、１〜５重量％の割合で１２ナイロンを混合した後、公知の射出成形機で射出成形して希土類等方性ボンド磁石、希土類異方性ボンド磁石を得た。
図２は、上記のように作製した希土類等方性ボンド磁石、希土類異方性ボンド磁石の磁気特性及び耐熱温度を示す表である。この場合、各原料に金属蒸発材料Ｍの成膜、拡散処理を行わずに、上記手順で希土類等方性ボンド磁石、希土類異方性ボンド磁石をそれぞれ得たときの磁気特性及び耐熱温度を比較例として併せて示す。耐熱温度は、フラックスロス法によるパーミアンスを５として得たときのものである。
これによれば、実施例１では、金属蒸発材料Ｍの各金属元素が結晶粒界に効率よく拡散していることで、角形性が向上したため、最大エネルギー積が１０ＭＧ０ｅ以上の希土類等方性ボンド磁石、最大エネルギー積１５ＭＧ０ｅ希土類異方性ボンド磁石が得られていることが判る。つまり、実施例１では、比較例のものと比較して格段に最大エネルギー積及び残留磁束密度が向上していることが判る。また、実施例１のものでは、１４ｋ０ｅ以上の高い保磁力を有することで、耐熱温度が、比較例のものと比較して倍以上になっていることが判る。
１ 処理装置
１０ 処理室
１１ 真空チャンバ
１２ 収納室
Ｍ 金属磁性材料
１０ 処理室
１１ 真空チャンバ
１２ 収納室
Ｍ 金属磁性材料
Claims (5)
- 希土類元素及び鉄を含有する粉末状の原料の表面に、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉの中から選択される少なくとも１種を含有する金属蒸発材料を付着させる処理工程を含む磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法であって、
前記処理工程は、この処理工程を実施する処理室を加熱し、この処理室内に予め配置した前記金属蒸発材料を蒸発させて金属蒸気雰囲気を処理室内に形成する第一工程と、処理室内の温度より低く保持した原料をこの処理室に投入し、この処理室内で原料を移動させながら、処理室内と原料との間の温度差によって、原料表面に前記金属蒸発材料を選択的に付着させ、原料表面に付着した金属蒸発材料をその結晶粒界に拡散させる第二工程とを含むことを特徴とする磁気特性、耐熱性、耐候性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法。 - 前記金属蒸気雰囲気が、前記処理室内で飽和状態であることを特徴とする請求項１記載の磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法。
- 前記処理工程を実施した後、所定温度下で表面に金属蒸発材料が付着した原料を加熱する第一の熱処理工程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法。
- 前記第一の熱処理工程を実施した後、この第一の熱処理工程での熱処理温度より低い温度で表面に金属蒸発材料が付着した原料を加熱する第二の熱処理工程を含むことを特徴とする請求項３記載の磁気特性、耐熱性、耐食性及び耐候性に優れたボンド磁石用の磁性材料の製造方法。
- 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の製造方法で得た磁性材料を、樹脂バインダーと共に成形してなることを特徴とする希土類ボンド磁石。
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