JP5691226B2

JP5691226B2 - 表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法

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Publication number: JP5691226B2
Application number: JP2010083611A
Authority: JP
Inventors: 菊川　篤; 篤菊川; 吉村　公志; 吉村　　公志; 敏行笹井
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011216674A

Description

本発明は、表面にアルミニウムまたはその合金（例えばアルミニウム以外の金属としてマグネシウムを１質量％〜１０質量％含有する合金）の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法に関する。より詳細には、アルミニウムまたはその合金の蒸着被膜が優れた密着性をもって表面に形成されてなる希土類系永久磁石の製造方法に関する。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に代表されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石などの希土類系永久磁石は、資源的に豊富で安価な材料が用いられ、かつ、高い磁気特性を有していることから、特にＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は今日様々な分野で使用されている。しかしながら、希土類系永久磁石は反応性の高い希土類元素：Ｒを含むため、大気中で酸化腐食されやすく、何の表面処理をも行わずに使用した場合には、わずかな酸やアルカリや水分などの存在によって表面から腐食が進行して錆が発生し、それに伴って、磁気特性の劣化やばらつきを招く。さらに、錆が発生した磁石を磁気回路などの装置に組み込んだ場合、錆が飛散して周辺部品を汚染する恐れがある。
上記の点に鑑み、希土類系永久磁石に優れた耐食性を付与することを目的として、その表面に例えばアルミニウム被膜などの金属被膜を蒸着法などの気相めっき法によって成膜することが行われている。アルミニウム被膜は耐食性に優れていることに加え、部品組み込み時に必要とされる接着剤との接着信頼性に優れている（接着剤が本質的に有する破壊強度に達するまでに被膜と接着剤との間で剥離が生じにくい）ので、強い接着強度が要求される希土類系永久磁石に対して広く適用されおり、表面にアルミニウム被膜を有する希土類系永久磁石は、各種モータなどに組み込まれて使用されている。

大量生産された希土類系永久磁石の全てが組み込まれる部品との間で強い接着強度を発揮するためには、アルミニウムの蒸着被膜を表面に有する希土類系永久磁石を想定した場合、磁石の表面にアルミニウム被膜を蒸着形成する際に、磁石が組み込まれる部品との間での接着不良の原因となる突起物を生成させないことや、磁石とアルミニウム被膜との間で優れた密着性を確保することといった技術課題に対処する必要がある。磁石の表面にアルミニウム被膜を蒸着形成する際に突起物を生成させないという技術課題に対しては、例えば特許文献１において、磁石の表面に形成されたアルミニウム被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して蒸着処理を行うことで、被膜の軟化を抑制する方法が提案されている。この方法は、被膜の軟化によって被膜が損傷しやすくなることを防ぐことで、被膜から被膜片が剥がれ落ちることを防ぎ、被膜から剥がれ落ちた被膜片が磁石の表面に形成された被膜に付着して突起物が生成する原因となることを防ぐものであり、アルミニウムの融点である６６０℃の２／３以下の温度、即ち、４４０℃以下に磁石の温度を保持してアルミニウム被膜の蒸着形成を行うことで目的を達成することができる。しかしながら、磁石とアルミニウム被膜との間で優れた密着性を確保するという技術課題は、当業者によく認識されているにもかかわらず、効果的な解決方法は未だ確立されていないのが現状である。

特開２００２−８８４６８号公報

そこで本発明は、アルミニウムまたはその合金の蒸着被膜が優れた密着性をもって表面に形成されてなる希土類系永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは上記の点に鑑みて鋭意検討を重ねた結果、希土類系永久磁石の表面にアルミニウム被膜を蒸着形成する際の磁石の温度上昇勾配の程度が、磁石とその表面に蒸着形成されるアルミニウム被膜との間の密着性の良し悪しに関係すること、磁石の温度上昇勾配を適切に制御することで、アルミニウム被膜を磁石の表面に優れた密着性をもって蒸着形成することができることを見出した。

上記の知見に基づいてなされた本発明の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法は、請求項１記載の通り、蒸着槽内において抵抗加熱方式によって加熱された溶融蒸発部にワイヤー状のアルミニウムまたはその合金の蒸着材料を連続供給しながら蒸発させることで、希土類系永久磁石の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を形成する際、溶融蒸発部から放出される輻射熱の制御を、溶融蒸発部として上面の赤熱発光部分に溶融したアルミニウムまたはその合金が濡れ広がって蒸発するボートを用い、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムまたはその合金の濡れ広がり面積の割合を８０％〜９０％とすることで行うことにより、蒸着処理を開始してから終了するまでの間の磁石の温度上昇勾配を１０℃／分以下に制御して蒸着処理を行うことを特徴とする。
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、希土類系永久磁石の最高到達温度を２５０℃以下に抑制することを特徴とする。
また、請求項３記載の製造方法は、請求項１または２記載の製造方法において、蒸着処理時間を１０分間〜３０分間とすることを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウムまたはその合金の蒸着被膜が優れた密着性をもって表面に形成されてなる希土類系永久磁石の製造方法を提供することができる。

本発明の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法を実施するのに好適な蒸着被膜形成装置の一実施形態の蒸着槽内の模式的正面図（一部透視図）である。実施例の実験Ａにおける、磁石体試験片とその表面に蒸着形成されたアルミニウム被膜との間の密着性の評価結果である。同、磁石体試験片の表面に蒸着形成されたアルミニウム蒸着被膜の算術平均粗さの測定結果である。同、磁石体試験片の表面に蒸着形成されたアルミニウム蒸着被膜の最大高さ粗さの測定結果である。

本発明の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法は、蒸着槽内において抵抗加熱方式によって加熱された溶融蒸発部にワイヤー状のアルミニウムまたはその合金の蒸着材料を連続供給しながら蒸発させることで、希土類系永久磁石の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を形成する際、蒸着処理を開始してから終了するまでの間の磁石の温度上昇勾配を１０℃／分以下に制御して蒸着処理を行うことを特徴とするものである。本発明によれば、アルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を希土類系永久磁石の表面に優れた密着性をもって形成することができる。

本発明において、蒸着処理を開始してから終了するまでの間の磁石の温度上昇勾配とは、蒸着槽内に収容された被処理物である磁石の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を形成するために、抵抗加熱方式によって加熱された溶融蒸発部へのワイヤー状のアルミニウムまたはその合金の蒸着材料の連続供給を開始してから終了するまでの時間（蒸着処理時間）に対する磁石の温度上昇割合を意味する。

蒸着処理時間内における希土類系永久磁石の温度上昇勾配の制御はどのような方法で行ってもよいが、例えば、抵抗加熱方式によって加熱される溶融蒸発部からの輻射熱を制御することで行うことが簡便である点において望ましい。溶融蒸発部からの輻射熱の制御は、その上面の赤熱発光部分にワイヤー状のアルミニウムまたはその合金の蒸着材料が連続供給され、蒸着材料がそこで溶融されて濡れ広がって蒸発するボート（金属蒸発発熱体）を溶融蒸発部として用い、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムまたはその合金の濡れ広がり面積の割合を制御することで行うことができる。このようにして溶融蒸発部からの輻射熱の制御を行う場合、溶融したアルミニウムまたはその合金の濡れ広がり面積は、ボートの赤熱発光面積の６０％以上とすることが望ましい。６０％未満であると溶融した蒸着材料が濡れ広がっていない赤熱発光部分から大量の輻射熱が放出されることで、磁石の温度上昇勾配を１０℃／分以下に制御することが困難になり、アルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を希土類系永久磁石の表面に優れた密着性をもって形成することができなくなる恐れがある。なお、溶融蒸発部からの輻射熱の制御を、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムまたはその合金の濡れ広がり面積の割合を制御することで行う場合、濡れ広がり面積の上限はボートの赤熱発光面積の９０％以下とすることが望ましい。９０％を超えると溶融したアルミニウムまたはその合金がボートの周縁部に配置された電極に接触し、溶融したアルミニウムまたはその合金のスプラッシュ現象が発生したり、電極の早期の劣化や不良を招いたりする恐れがある。

ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムまたはその合金の濡れ広がり面積の割合の制御は、例えば、蒸着材料として使用するアルミニウムワイヤーまたはアルミニウム合金ワイヤーの太さ（例えば直径が１ｍｍ〜２ｍｍのものが望ましい）、ワイヤーの供給速度（例えば１ｇ／分〜１０ｇ／分が望ましい）、ボートの形状や材質、その加熱温度（印加電流による調整）などによって制御することができる。溶融したアルミニウムまたはその合金を上面の赤熱発光部分に濡れ広がらせて蒸発させるためのボートは公知のものであってよく（例えば国際公開第２００５／０４９８８１号を参照のこと）、例えば二硼化チタンや二硼化ジルコニウムと窒化硼素を含有するセラミックス焼結体からなるものが挙げられる（窒化チタンや炭化珪素などを導電物質として含んでいてもよく窒化アルミニウムや窒化珪素などを絶縁物質として含んでいてもよい）。その形状は特段限定されるものではなく、例えば長さ：１００ｍｍ〜２００ｍｍ×幅：２０ｍｍ〜４０ｍｍ×厚み：７ｍｍ〜１２ｍｍの直方体であり、上面にキャビティが設けられていてもよく、また、溶融したアルミニウムまたはその合金の濡れ広がり性の向上を目的とした表面加工が施されていてもよい。その支持と通電の方式としては、自体公知のエンドクランプ方式（ボートの長手方向端面と下面で支持し通電する態様）やサイドクランプ方式（ボートの横手方向端面と下面で支持し通電する態様）が挙げられ、ボートの赤熱発光面積は、通常、前者の場合には上面面積の７５％〜９０％となり、後者の場合には６５％〜８０％となる。なお、蒸着槽内に設置するボートの個数は特段限定されるものではない。蒸着槽内におけるボートの赤熱発光面積は、例えば蒸着槽内容積１ｍ^３あたり０．５０×１０^−２ｍ^２〜０．９５×１０^−２ｍ^２となるようにすればよい。

なお、蒸着処理を開始してから終了するまでの間の磁石の温度上昇勾配は、磁石の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を効率よくかつ均一に形成するためには、８℃／分以上であることが望ましい。

蒸着処理時における希土類系永久磁石の最高到達温度は２５０℃以下に抑制することが望ましい。蒸着処理時に磁石が２５０℃を超える高温まで達してしまうと、その後に常温まで冷却された際、磁石とその表面に形成されたアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜の熱膨張率の違いに基づく熱歪に起因して両者の間の密着性の低下が発生する恐れがある。蒸着処理時に磁石が２５０℃を超える高温に達しないようにするためには、蒸着処理時間は短い方が望ましく、具体的には３０分間以内とすることが望ましい。なお、蒸着処理時間の短縮化は蒸着被膜形成装置の性能などにも依存するので、現在のところ、蒸着処理時間は少なくとも１０分間は必要である。

ワイヤー状のアルミニウムまたはその合金の蒸着材料は、酸素との反応性を有する還元性ガスである一酸化炭素や水素などを蒸着制御ガスとして含有することが望ましい。例えば、蒸着制御ガスとして水素を０．５ｐｐｍ〜１１ｐｐｍ含有するワイヤー状のアルミニウムまたはその合金の蒸着材料を用い、蒸着槽内の少なくとも溶融蒸発部と被処理物である希土類系永久磁石の近傍に水素を供給した状態で磁石の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を形成することで、溶融した蒸着材料や蒸発した蒸着材料、磁石の表面に形成された蒸着被膜の酸化を防ぐことができる。

本発明の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法は、例えば特開２００１−３３５９２１号公報に記載されている、蒸着槽内に、蒸着材料の溶融蒸発部と、その表面に蒸着材料が蒸着される被処理物を収容するためのメッシュで形成された筒型バレルを備えた蒸着被膜形成装置であって、水平方向の回転軸線を中心に回転自在とした支持部材の回転軸線の周方向の外方に筒型バレルが公転自在に支持されており、支持部材を回転させることによって、支持部材の回転軸線を中心に公転運動する筒型バレルと蒸発部の間の距離を可変自在としつつ、ワイヤー状蒸着材料を抵抗加熱方式によって加熱された溶融蒸発部に連続供給しながら蒸発させることで被処理物の表面に蒸着被膜を形成することができる蒸着被膜形成装置を用いることにより容易に実施することができる。

図１は、特開２００１−３３５９２１号公報に記載されている上記の蒸着被膜形成装置の一実施形態の蒸着槽内の模式的正面図（一部透視図）である。図略の真空排気系に連なる蒸着槽１の内部の上方には、水平方向の回転軸線上の回転シャフト６を中心に回転自在とした支持部材７が２個併設されており、この支持部材７の回転シャフト６の周方向の外方に６個のステンレス製のメッシュ金網で形成された円筒形バレル５が支持軸８によって公転自在に環状に支持されている。また、蒸着槽１の内部の下方には、蒸着材料を蒸発させる溶融蒸発部であるボート２が、支持テーブル３上に立設されたボート支持台４上に複数個配置されている。支持テーブル３の下方内部には、蒸着材料のワイヤー９が繰り出しリール１０に巻回保持されている。蒸着材料のワイヤー９の先端はボート２の内面に向かって臨ませた耐熱性の保護チューブ１１によってボート２の上方に案内されている。保護チューブ１１の一部には切り欠き窓１２が設けられており、この切り欠き窓１２に対応して設けられた繰り出しギア１３が蒸着材料のワイヤー９に直接接触し、蒸着材料のワイヤー９を繰り出すことによってボート２内に蒸着材料が絶えず供給されるように構成され、蒸着材料のワイヤー９の繰り出し速度を調節することで蒸着被膜の成膜速度を自在に制御することができる。また、回転シャフト６を中心に支持部材７を回転させると（図１矢印参照）、支持部材７の回転シャフト６の周方向の外方に支持軸８によって支持されている円筒形バレル５は、これに対応して、回転シャフト６を中心に公転運動する。その結果、個々の円筒形バレルと支持部材の下方に配置された蒸発部との間の距離が変動することになり、以下の効果が発揮される。即ち、支持部材７の下部に位置した円筒形バレルは蒸発部に接近している。従って、この円筒形バレルに収容された被処理物３０に対しては、その表面に蒸着被膜が効率よく形成される。一方、蒸発部から遠ざかった円筒形バレルに収容された被処理物は、蒸発部から遠ざかった分だけ加熱状態から開放されて冷却される。従って、この間、その表面に形成された蒸着被膜の軟化が抑制される。このように、この蒸着被膜形成装置を用いれば、蒸着被膜の効率的形成と形成された蒸着被膜の軟化抑制を同時に達成することが可能となる。

本発明の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法によって磁石の表面に形成されるアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜の膜厚は３μｍ〜３０μｍが望ましい。３μｍ未満であると磁石に対する優れた耐食性付与効果が得られない恐れがある一方、３０μｍを超えても磁石に対する耐食性付与効果は変わらず生産コストの上昇だけを招く結果となる恐れがある。

本発明の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法によって磁石の表面に形成されたアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜に対してピーニング処理を行って被膜表面の平滑化と空隙の封隙を行うことで、その特性の向上を図ってもよい。ピーニング処理は、例えば、投射材として平均粒径が８０μｍ〜２００μｍ（望ましくは１００μｍ〜１５０μｍ）でモース硬度が３〜８のガラスビーズやスチールボールなどを使用し、０．０１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの投射圧で被膜に対して１分間〜１時間程度行えばよい。ピーニング処理が不十分であると被膜表面の平滑化と空隙の封隙が十分に行われない恐れがある一方、過剰であると被膜が磁石表面から剥れてしまったりする恐れがあるので注意を要する。ピーニング処理に使用する装置は、投射ノズルから投射材を磁石に対して投射することができるものであれば特段制限されるものではなく、例えば特開２００１−３４１０７５号公報に記載のブラスト加工装置などを好適に使用することができる。投射ノズルと磁石の距離は８０ｍｍ〜１５０ｍｍとすることが望ましい。

本発明の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法によって磁石の表面に形成されたアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜の表面に、更に別の耐食性被膜を積層形成してもよい。このような構成を採用することにより、アルミニウムまたはその合金の蒸着被膜の特性を増強・補完したり、さらなる機能性を付与したりすることができる。

本発明において、希土類系永久磁石がＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の場合、希土類元素（Ｒ）は、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂ、Ｓｍのうち少なくとも１種を含んでいてもよく、さらに、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち少なくとも１種を含んでいてもよい。また、通常はＲのうち１種をもって足りるが、実用上は２種以上の混合物（ミッシュメタルやジジムなど）を入手上の便宜などの理由によって用いることもできる。Ｒの含量は、１０原子％未満であるとα−Ｆｅ相が析出するため、高磁気特性、特に高い保磁力（Ｈ_ｃｊ）が得られず、一方、３０原子％を越えるとＲリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Ｂ_ｒ）が低下して優れた特性の永久磁石が得られないので、Ｒの含量は組成の１０原子％〜３０原子％であることが望ましい。

Ｆｅの含量は、６５原子％未満であるとＢ_ｒが低下し、８０原子％を越えると高いＨ_ｃｊが得られないので、６５原子％〜８０原子％の含有が望ましい。また、Ｆｅの一部をＣｏで置換することによって、得られる磁石の磁気特性を損なうことなしに温度特性を改善することができるが、Ｃｏ置換量がＦｅの２０原子％を越えると、磁気特性が劣化するので望ましくない。Ｃｏ置換量が５原子％〜１５原子％の場合、Ｂ_ｒは置換しない場合に比較して増加するため、高磁束密度を得るのに望ましい。

Ｂの含量は、２原子％未満であると菱面体構造が主相となり、高いＨ_ｃｊは得られず、２８原子％を越えるとＢリッチな非磁性相が多くなり、Ｂ_ｒが低下して優れた特性の永久磁石が得られないので、２原子％〜２８原子％の含有が望ましい。また、磁石の製造性の改善や低価格化のために、２．０質量％以下のＰ、２．０質量％以下のＳのうち、少なくとも１種、合計量で２．０質量％以下を含有していてもよい。さらに、Ｂの一部を３０質量％以下のＣで置換することによって、磁石の耐食性を改善することができる。

さらに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｇａのうち少なくとも１種の添加は、保磁力や減磁曲線の角型性の改善、製造性の改善、低価格化に効果がある。なお、希土類系永久磁石には、Ｒ、Ｆｅ、Ｂ以外に工業的生産上混入不可避な不純物を含有するものでも差し支えない。

以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。なお、以下の実施例は、例えば、米国特許４７７０７２３号公報、米国特許４７９２３６８号公報、米国特許５３８３９７８号公報に記載されているようにして、ストリップキャスト法により作製した急冷凝固合金を粗粉砕し、微粉砕後に成形、焼結、熱処理、表面加工を行うことによって得られたＮｄ_１４Ｆｅ_７９Ｂ_６Ｃｏ_１組成（原子％）の縦６０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み３ｍｍ寸法の焼結磁石（以下、磁石体試験片と称する）を用いて行った。

（実験Ａ）
図１に示した蒸着被膜形成装置（蒸着槽内容積：約２．３７ｍ^３）を用いて磁石体試験片の表面にアルミニウム被膜を蒸着形成した。なお、蒸着槽内に配置した２４個の円筒形バレル（図面の後方に１２個の円筒形バレルがさらに配置されている）は、直径１１０ｍｍ×長さ６００ｍｍで、ステンレス製メッシュ金網（開口率：約８０％、目開きの形状：一辺が１０ｍｍの正方形、線幅：２ｍｍ）で作製されたものを用いた。
磁石体試験片に対し、サンドブラスト加工を行い、前工程の表面加工で生じた表面の酸化層を除去した。この酸化層が除去された磁石体試験片をそれぞれの円筒形バレル内に１．５Ｋｇ分ずつ収容し、さらに攪拌用メディアとして平均粒径が１０ｍｍのセラミックスボール（新東工業社製）を収容し、真空処理室内を全圧が４×１０^−２Ｐａになるまで真空排気した後、Ａｒガスを全圧が５Ｐａになるように導入し、その後、バレルの回転シャフトを４．５ｒｐｍで回転させながら、バイアス電圧−１．０ｋＶの条件下、１５分間グロー放電を行って磁石体試験片の表面を清浄化した。
続いて、蒸着槽内全圧０．６Ｐａ、アルゴン導入流量６００ｍＬ／分にて、バイアス電圧−１．０ｋＶの条件下、バレルの回転シャフトを４．５ｒｐｍで回転させながら、直径が１．６ｍｍで水素含有量が約５ｐｐｍのアルミニウムワイヤー（ＪＩＳＡ１０７０に準拠したもの）を繰り出し速度６．６ｇ／分にて抵抗加熱方式によって加熱した市販のボート（蒸着槽内設置個数：６、支持と通電はエンドクランプ方式による）の上面の赤熱発光部分に連続供給し、これを溶融させて濡れ広がらせ、蒸発させてイオン化することでイオンプレーティングを行い、蒸着処理時間（アルミニウムワイヤーの連続供給を開始してから終了するまでの時間）を１５分間として磁石体試験片の表面にアルミニウム被膜を蒸着形成した。この際、ボートに対する印加電流を調整することでその加熱温度を調整し、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムの濡れ広がり面積の割合を６種類の状態に調整した。溶融蒸発部として用いたボートの形状と赤熱発光部分の詳細を表１に示す（ボートはいずれも二硼化チタン４５質量％、窒化硼素４０質量％および窒化アルミニウム１５質量％のセラミックス焼結体。６個のボートの赤熱発光面積の総和は蒸着槽内容積１ｍ^３あたり０．６１×１０^−２ｍ^２〜０．８２×１０^−２ｍ^２）。また、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムの濡れ広がり面積の割合の違いに基づく６種類の条件で行った蒸着処理の結果を表２に示す。なお、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムの濡れ広がり面積の割合は、蒸着槽内の覗き窓から撮影したボートの上面の写真に基づいて確認した。蒸着処理時における磁石体試験片の温度は、温度データロガー（ＴＨＥＲＭＯＭＥＴＥＲＳＥ−３０９：ＣＥＮＴＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製）を用い、熱電対と磁石体試験片をクリップ止めしたものを小径バレルの１つに固定し、小径バレルに固定した磁石体試験片の温度履歴から求めた。磁石体試験片の表面に蒸着形成されたアルミニウム被膜の膜厚は、断面観察によって計測した。１０個のサンプルの膜厚の平均値を表２に示す。また、１０個のサンプルのアルミニウム被膜の表面を目視観察し、溶融したアルミニウムのスプラッシュ現象に起因する被着物の有無を調べた。１０個のサンプルのうち被膜の表面に被着物が認められたサンプルの個数を表２に示す。

次に、以上の方法によって表面にアルミニウム被膜が蒸着形成された磁石体試験片に対し、モース硬度が６で平均粒径が１２０μｍのガラスビーズ（共栄研磨材社製）を用いたショットピーニング処理を、投射圧０．２ＭＰａ、投射時間１０分間、投射ノズルと磁石体試験片の距離１５０ｍｍの条件にて行った。こうしてショットピーニング処理を行ったアルミニウム被膜を表面に有する磁石体試験片について、薄膜密着強度測定装置（セバスチャンＶ型：ＱＵＡＤＧＲＯＵＰ社製）を用いて磁石体試験片とその表面に蒸着形成されたアルミニウム被膜との間の密着性を垂直引張強度で評価した（条件６については溶融したアルミニウムのスプラッシュ現象に起因する被着物が存在しないサンプルで評価）。結果を図２に示す（測定サンプル数：３）。

表２と図２から明らかなように、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムの濡れ広がり面積の割合を次第に高めることで、蒸着処理時間内における磁石体試験片の温度上昇勾配が次第に低くなり、磁石体試験片とアルミニウム被膜との間の密着性が次第に高まった。条件３〜条件６において、濡れ広がり面積をボートの赤熱発光面積の６０％以上とすることで、磁石体試験片の温度上昇勾配が１０℃／分以下（蒸着形成される被膜膜厚あたりの温度上昇割合では２０℃／μｍ以下）となり、垂直引張強度の平均値が合格基準として設定した７０ＭＰａを超えた（図２の◆）。また、これらの条件では、３個のサンプルの垂直引張強度のばらつきは小さいものであった（図２の縦棒の上端が３つのサンプルのうち最大値を示したサンプルの数値であり下端が最小値を示したサンプルの数値である）。但し、条件６では、溶融したアルミニウムのスプラッシュ現象に起因する被着物がアルミニウム被膜の表面に認められるサンプルが発生したことから、実用上の問題があった。一方、条件１と条件２では、垂直引張強度の平均値は７０ＭＰａ未満であり、３個のサンプルの垂直引張強度のばらつきは非常に大きいものであった。これは、ボートの赤熱発光部分における溶融したアルミニウムが濡れ広がっていない部分から大量の輻射熱が放出されたことで、磁石体試験片の温度上昇勾配が１０℃／分を超え、蒸着処理時に磁石体試験片が２５０℃をはるかに超える高温まで達してしまったため、その後に常温まで冷却された際、磁石体試験片とアルミニウム被膜の熱膨張率の違いに基づく熱歪に起因して両者の間の密着性の低下が発生したことによるものと推察された。

ショットピーニング処理を行う前の磁石体試験片の表面に蒸着形成されたアルミニウム被膜の算術平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ粗さ（Ｒｚ）を、表面粗さ測定器（サーフコム１４００Ａ：東京精密社製）を用い、被膜の中央部と端部のそれぞれで測定した（ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠し、条件６については溶融したアルミニウムのスプラッシュ現象に起因する被着物が存在しないサンプルを使用）。結果を図３と図４に示す（測定サンプル数：３）。図３と図４から明らかなように、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムの濡れ広がり面積の割合を次第に高めることで、蒸着処理時間内における磁石体試験片の温度上昇勾配が次第に低くなり、表面粗さの平均値（図３と図４の◇◆）もばらつき（図３と図４の縦棒の上端が３つのサンプルのうち最大値を示したサンプルの数値であり下端が最小値を示したサンプルの数値である）も次第に小さくなった。条件１と条件２では特に端部において表面粗さのばらつきが大きいのは、磁石体試験片の温度上昇勾配が１０℃／分を超えたことで、磁石体試験片の表面に蒸着形成されたアルミニウム被膜の柱状結晶組織が急速に粗大成長した部分が発生し、被膜構造の乱れを引き起こしたことによるものと推察された。

（実験Ｂ）
マグネシウムを６質量％含有し、水素含有量が１ｐｐｍのアルミニウム合金ワイヤーを用いたこと以外は実験Ａと同様の実験を行ったところ、程度の違いはあるが、実験Ａと同様の結果が得られた。

本発明は、アルミニウムまたはその合金の蒸着被膜が優れた密着性をもって表面に形成されてなる希土類系永久磁石の製造方法を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。

１蒸着槽
２ボート（溶融蒸発部）
３支持テーブル
４ボート支持台
５円筒形バレル
６回転シャフト
７支持部材
８支持軸
９蒸着材料のワイヤー
１０繰り出しリール
１１耐熱性の保護チューブ
１２切り欠き窓
１３繰り出しギア
３０被処理物（希土類系永久磁石）

Claims

蒸着槽内において抵抗加熱方式によって加熱された溶融蒸発部にワイヤー状のアルミニウムまたはその合金の蒸着材料を連続供給しながら蒸発させることで、希土類系永久磁石の表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を形成する際、溶融蒸発部から放出される輻射熱の制御を、溶融蒸発部として上面の赤熱発光部分に溶融したアルミニウムまたはその合金が濡れ広がって蒸発するボートを用い、ボートの赤熱発光面積に対する溶融したアルミニウムまたはその合金の濡れ広がり面積の割合を８０％〜９０％とすることで行うことにより、蒸着処理を開始してから終了するまでの間の磁石の温度上昇勾配を１０℃／分以下に制御して蒸着処理を行うことを特徴とする表面にアルミニウムまたはその合金の蒸着被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法。
希土類系永久磁石の最高到達温度を２５０℃以下に抑制することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
蒸着処理時間を１０分間〜３０分間とすることを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。