JP6274734B2 - Nd2Fe14B磁石用の腐食保護被覆 - Google Patents

Nd2Fe14B磁石用の腐食保護被覆 Download PDF

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Description

本発明は、Nd2Fe14Bからなる磁石、その製造方法並びにその使用に関する。
磁石及びそのうちのNd2Fe14Bからなる永久磁石は、先行技術から公知である。その物理特性及び特にその良好な磁性特性のため、Nd2Fe14Bからなる磁石は今日では従来の硬質フェライトと比べて好ましい、それというのも、この磁石によって、磁石を必要とするあらゆる装置中で明らかな出力向上の可能性並びに構造空間の省スペース化の可能性があるためである。ただし、Nd2Fe14Bからなる磁石は腐食しやすいという欠点がある。従って、最近ではNd2Fe14Bからなる磁石のために、2つのニッケル層(Ni層)と、それを取り囲む銅層(Cu層)とからなる大抵は三層構造からなる腐食保護被覆が開発された。この保護層は、確かに基本材料、つまりNd2Fe14Bベース材料中の欠陥箇所を少なくとも部分的に補償することができるが、腐食に対して十分な保護を提供しない、それというのもこの保護層は、例えば磁石の組み立て、輸送又は使用の際に生じるような機械的作用に対して敏感なためである。このことは、比較的軟質で、従って不安定なNi層並びにCu層に起因し、これらの層は、例えばNi層については200HVの硬度、又はCu層については50HVの硬度を有しているだけである。これらの層が損傷した場合、Nd2Fe14Bベース材料の腐食は急速に進行する。周囲条件に応じて、損傷した層が存在する場合にはこの腐食は、被覆されていない磁性材料と比較して更に、接触腐食、つまりガルバニカップリング(galvanische Kopplung)に基づき促進される。
本発明による磁石は、被覆が施されているNd2Fe14Bからなるベース材料から形成されている。この被覆は、少なくとも400HVの硬度を有する少なくとも1つの第1の層を有する。このビッカース硬さはDIN EN ISO 6507により測定される。少なくとも400HVの硬度を有する層を施すことにより、この磁石は機械的作用から保護され、このような保護層によって極めて良好な腐食保護も達成される。少なくとも400HVの硬度は、磁石を輸送又は使用する際の打撃、衝突又は引掻のような大抵の通常の機械的作用に対して、磁性コア、つまりNd2Fe14Bからなるベース材料を損傷しないという点で抵抗するために十分であることが証明された。この第1の層は、Nd2Fe14Bからなるベース材料上に、この第1の層がベース材料を少なくとも部分的に覆うように施すことができる。特に、この第1の層がNd2Fe14Bからなるベース材料を完全に取り囲むのが好ましい。それにより、この磁石は機械的作用から完全に保護され、従って腐食から保護されることが保証される。
従属請求項は、本発明の有利な実施態様を示す。
本発明の好ましい実施態様の場合に、この第1の層は、少なくとも500HV、特に少なくとも800HV、特に少なくとも1000HVの硬度を有する。この第1の層の硬度が高くなればそれだけ、本発明による磁石は、外部からの作用、特に機械的作用に対してより良好に保護される。原則として、この第1の層の最大の硬度は特に制限はないが、Nd2Fe14Bからなる磁性材料の機械的は損傷を避けるためには、少なくとも500HV、特に少なくとも800HV、特に1000HVの硬度が極めて良好であることが判明した。
本発明の他の好ましい実施態様の場合に、この第1の層の平均的な層厚は0.5〜50μm、特に2〜40μmである。機械的作用に対して極めて良好な保護を達成するために、少なくとも400HVの硬度を有する保護層にとって、0.5μm、特に少なくとも2μmの平均的な層厚で十分であることが見出された。原則として、この第1の層の平均的な層厚は、上限について制限はないが、50μmの、特に40μmの最大の保護層が、機械的作用からの保護の観点で全く十分であることが判明した。この第1の層の厚さが厚くなればそれだけ、本発明による磁石は、外部からの作用、特に機械的作用に対してより良好に保護される。例えば打撃、衝突又は引掻による比較的強い作用の際に、この第1の層の層厚が50μmをかなり超える値に高められていても、他の顕著な利点は生じない。
他の好ましい実施態様によれば、Nd2Fe14Bからなるベース材料上に施された被覆は、第1の層の他に少なくとも1つの第2の層を有し、この第2の層は第1の層とベース材料との間に設けられている。少なくとも400HVの硬度を有する本発明の基礎となる第1の層を施す前に、ベース材料上に第2の層を施すことは、それにより、例えばベース材料中の欠陥箇所を補償することができ、この欠陥箇所が最も外側の保護層にまで及ぶことがなく、その結果、磁性材料は機械的作用から更に良好に保護されるという利点を生じる。この第2の層の化学的性質は、磁性ベース材料の磁性特性に顕著な不利な影響を及ぼさず、この第2の層がベース材料上に良好に付着し、更にこの第2の層が第1の層と良好にかつ持続的に結合でき、それにより本発明の基礎となる第1の層の摩耗又は剥離が妨げられる限り特に制限はない。この第2の層についての例示的な材料は、銅、ニッケル、他の金属又はこれらの合金である。
ベース材料上に施された第2の層自体は、多層構造、つまり例えば2つの層からなる構造又は特に三層構造であることが好ましい、それというのもこの様式では特にベース材料中の欠陥箇所を良好に補償することができるためである。この場合、Ni層−Cu層−Ni層の層順序を有する三層構造が特に好ましい。ニッケルは、Nd2Fe14Bベース材料と特に良好に結合し、このベース材料中の欠陥箇所を補償するという特性を有する。いくらか軟質の内側にあるCu層は、機械的力を吸収し、外側のニッケル層はそのいくらか高い硬度に基づき、付加的な機械的保護シールドとして用いられる。従って、この多層構造により機械的作用は特に良好に吸収される。この多層構造の層の多様な物理的特性並びに多様な化学的構造によって、磁性ベース材料を腐食から特に更に良好に保護することができる。
他の好ましい実施態様によると、この三層構造のそれぞれの層の平均的な層厚は、1〜40μm、特に2〜30μmである。少なくとも1μm、特に少なくとも2μm〜約40μm又は50μmまでの範囲内の層厚は、ベース材料中の欠陥箇所を補償しかつ機械的力の作用に対して付加的な保護を提供するために十分であることが判明した。この層厚は、特に上限に制限はないが、もっともここに述べられた限界値は、本発明による磁性材料のコスト構造(Kostenstruktur)の観点での基準値とみることができる。
他の好ましい実施態様によれば、第1層は、セラミック層、例えば酸化アルミニウム、酸化ケイ素又は二酸化チタン、有機変性されたセラミック層、TiN層、DLC層及びNiP合金層、特にNiP合金層から選択される。ここに挙げられた層は400HVを明らかに越える硬度を有し、従って、Nd2Fe14Bからなる腐食に敏感な磁石のための保護層を形成するために特に良好に適している。更にここに挙げられた層は、特に、機械的作用に対して耐性であり、つまり極度に脆性でもなく、容易に変形可能でもなく、かつベース材料とも第2の層の形成のために挙げられた他の通常の材料とも極めて良好に結合する。セラミック層とは、全ての通常のセラミック材料であると解釈され、特に、優れた硬度を提供しかつNd2Fe14Bベース材料又は第2の層と良好に結合することができるSiO2含有セラミックであると解釈される。窒化チタン層並びにダイヤモンド含有の炭素層(DLC層:ダイヤモンドライクカーボン)は、摺動面上の硬質被覆として公知であり、本発明による磁石のためにも適用される。これらの層も、傑出した硬度及び特に低い摩耗を提供し、それにより可動の磁性部品のために特に適している。NiP(ニッケル−リン)からなる電着された合金層が特に好ましいことが判明した。これらの層は、例えば3、7又は10質量%を越える多様なリン含有量で提供することができる。すでに述べたように、ニッケルは、本発明によるベース材料、つまりNd2Fe14Bからなる磁性材料と極めて良好に結合し、この場合、このリン含有量はこの合金材料の硬度の向上に著しく寄与する。第1の層のここに挙げられた材料及び特にNiP合金層は、それ自体腐食に対して耐性である。従って、このようにして、磁性材料を機械的作用から、ひいては腐食からいつまでも特に良好に保護する被覆材料が提供される。
更に本発明により、Nd2Fe14Bからなるベース材料を有する磁石の製造方法も提供され、この方法は、少なくとも400HVの硬度を有する少なくとも1つの第1の層からなる被覆をベース材料に施す、本発明の基礎となる工程を含む。この磁性ベース材料に層を別個に施すことは、ベース材料の表面の単なる物理的又は化学的変性と比べて、外部からの、例えば衝突、打撃、引掻などの作用が磁性コアに直接影響を及ぼさず、この取り囲んだ層により良好に受け入れるか、逸らされるか又は吸収され、それにより内側にある磁性コアを更に良好に持続的に保護するという利点をもたらす。第1の層を施すことは、一般的な全ての様式、例えばCVD、PVD又は電着により行うことができる。第1の層を施す方法は、第1の層のために使用される材料に依存し、当業者により適切な方法で選択することができる。本発明による方法により、優れた安定性により傑出していて、それにより機械的作用に対しても、腐食に対しても保護されている磁石が得られる。
Nd2Fe14Bからなる本発明による磁石について記載された実施態様、効果及び利点は、磁石の本発明による製造方法にも適用される。
第1の層は、好ましくは少なくとも500HV、特に少なくとも800HV、特に少なくとも1000HVの硬度を有する。ベース材料に施された第1の層の平均的な層厚は、更に好ましくは0.5〜50μm、特に2〜40μmである。
本発明による方法の更に好ましい実施態様の場合に、本発明による方法は、少なくとも1つの第2の層を施す工程を含む。この第2の層はNd2Fe14Bからなるベース材料に直接施され、更に、この第2の層に本発明による第1の層が施されるため、最終的にこの第2の層は第1の層とベース材料との間に配置されている。この第2の層は、使用材料に応じて、適切にベース材料、つまりベース層に、通常ではPVD、CVD又は電着により施すことができる。
上述の理由から、ベース材料上に施された第2の層は、好ましくはそれ自体、多層構造、特に、特に好ましい次の層順序:Ni層−Cu層−Ni層を有する三層構造である。すでに述べたように、この三層構造のそれぞれの層の平均的な層厚は、更に好ましくは1〜40μm、特に2〜30μmである。
同様にすでに述べたように、第1の層は、好ましくはセラミック層、例えば酸化アルミニウム、酸化ケイ素又は二酸化チタン、有機変性されたセラミック層、TiN層、DLC層及びNiP合金層、特にNiP合金層から選択される。
本発明による方法の他の好ましい実施態様によると、第1の層を施した後に熱処理を実施する。これは、材料に応じて、かつ例えばNiP合金については、炉中で例えば約250℃〜約400℃の間の温度範囲で1〜20時間焼鈍により行うことができる。この適切な温度、並びに適切な時間を当業者は相応する試験によって容易に見つけ出せる。この熱処理により、第1の層の材料は更に硬化し、更に磁性ベース材料と密接に結合する。それにより、特に高い機械的安定性を有しかつ低い摩耗特性を有する磁石が得られ、この磁石は従って腐食に対して極めて良好に保護される。
好ましい実施態様の場合に、第1の層は電着によって施される。それにより、第1の層は正確な層厚でベース材料に施すことができる。更に、この方法は極めて欠陥箇所形成に対して安定である。本発明により製造されたこの磁石は、従って機械的作用及び腐食から最善に保護され、かつ際立った安定性を持続的に提供する。
更に、本発明の場合に、上述のような磁石及び上述のような方法により製造された磁石の少なくとも1つを有する電動機も記載される。本発明による磁石、並びに本発明による方法の好ましい実施態様は、本発明による電動機にも適用される。このような電動機は、本発明による磁石の傑出する物理特性、機械特性、並びに磁性特性に基づいて、出力又は安定性を失うことなく小さな寸法に構成させることができ、従って、特に構造空間の省スペース化された電動機にとって好ましい。このような電動機は、自動車中のアンチブロックブレーキシステム、冷却回路、ステアリングシステム及びシートコントロール及び他の補助ドライブ及び快適ドライブに適用される。
同様に本発明の場合に、Nd2Fe14Bからなる磁石用の腐食保護としてNiP合金の使用が記載されている。
次に、本発明の実施例を添付の図面に関連して詳細に記載する。
従来の磁石の断面図を示す。 第1の実施態様による本発明による磁石の平面図を示す。 本発明の第2の実施態様による磁石の平面図を示す。
図1は、従来の磁石10の断面図を示す。ここでは、1はNd2Fe14Bからなるベース材料であり、3は前記ベース材料1に施された第2の層であり、この場合この第2の層3自体は、Ni層3a−Cu層3b−Ni層3cの層順序を有する三層構造であり、この第2の層3のそれぞれの個々の層3a、3b、3cは、前記ベース材料1を完全に取り囲む。このような、従来の磁石10は、腐食に対して十分には保護されておらず、特に機械的力の作用で、例えば衝突又は引掻による作用の際に保護されていない。
図2は、本発明による第1の磁石10の平面図を示し、この場合、1はNd2Fe14Bからなるベース材料であり、2は前記ベース材料1上に施された第1の層、つまりNiP合金層である。この第1の層2は、少なくとも400HVの硬度を有し、前記ベース材料1を完全に取り囲む。この磁石10は、傑出した機械的安定性、耐摩耗性、並びに耐腐食性により際立っている。
図3は、本発明の第2の実施態様による磁石10の平面図を示し、この場合、1はNd2Fe14Bからなるベース材料であり、3は前記ベース材料1上に施された第2の層であり、かつ2はこの第2の層3上に施された第1の層、つまりNiP合金層である。この第2の層3は、それ自体、次の層順序:Ni層3a−Cu層3b−Ni層3cを有する三層構造であり、前記第2の層3のそれぞれの個々の層3a、3b、3cは前記ベース材料1を完全に取り囲む。同様に、この第1の層2は、外側にある個々の層3cを完全に取り囲んでいる。この磁石10は、特に良好な機械的安定性、耐摩耗性、並びに耐腐食性によって際立っている。ベース材料1中の欠陥箇所は、多層構造2,3により完全に補償されている。
[発明の実施形態]
1. Nd2Fe14Bからなるベース材料(1)、及び前記ベース材料(1)に施された、少なくとも400HVの硬度を有する少なくとも1つの第1の層(2)と、少なくとも1つの第2の層(3)とからなる被覆を有する磁石において、前記ベース材料(1)に施された前記被覆は少なくとも1つの第2の層(3)を有し、前記第2の層(3)は前記第1の層(2)と前記ベース材料(1)との間に配置されていて、前記第2の層(3)は、少なくとも1つの三層構造(3a,3b,3c)を有することを特徴とする、磁石。
2. 前記ベース材料(1)に施された被覆の前記第1の層(2)は、少なくとも500HV、特に少なくとも800HV、特に少なくとも1000HVの硬度を有することを特徴とする、前記1記載の磁石。
3. 前記第1の層(2)の平均的な層厚は、0.5〜50μm、特に2〜40μmであることを特徴とする、前記1又は2記載の磁石。
4. 前記ベース材料(1)に施された被覆の前記第2の層(3)は、次の層順序:Ni層(3a)−Cu層(3b)−Ni層(3c)を有する三層構造(3a,3b,3c)であることを特徴とする、前記1から3記載の磁石。
5. 前記三層構造(3a,3b,3c)のそれぞれの層の前記平均的な層厚は、1〜40μm、特に2〜30μmであることを特徴とする、前記1から4記載の磁石。
6. 前記第1の層(2)は、セラミック層、特に酸化アルミニウム、酸化ケイ素又は二酸化チタンから選択されるセラミック層、有機変性されたセラミック層、TiN層、DLC層及びNiP合金層、特にNiP合金層から選択されることを特徴とする、前記1から5までのいずれか1に記載の磁石。
7. ベース材料(1)に、少なくとも400HVの硬度を有する少なくとも1つの第1の層(2)と、少なくとも1つの第2の層(3)とからなる被覆を施す工程を有する、Nd2Fe14Bからなるベース材料(1)を有する磁石の製造方法であって、前記ベース材料(1)に施された前記被覆が少なくとも1つの第2の層(3)を有し、前記第2の層(3)は前記第1の層(2)と前記ベース材料(1)との間に配置されていて、前記第2の層(3)は少なくとも1つの三層構造(3a,3b,3c)を有することを特徴とする、Nd2Fe14Bからなるベース材料(1)を有する磁石の製造方法。
8. 前記第1の層(2)は、少なくとも500HV、特に少なくとも800HV、特に少なくとも1000HVの硬度を有することを特徴とする、前記7記載の磁石の製造方法。
9. 前記第1の層(2)の平均的な層厚は、0.5〜50μm、特に2〜40μmであることを特徴とする、前記7又は8記載の磁石の製造方法。
10. 少なくとも1つの第2の層(3)を施す工程を有し、前記ベース材料(1)に施された前記第2の層(3)は、次の層順序:Ni層(3a)−Cu層(3b)−Ni層(3c)を有する三層構造(3a,3b,3c)であることを特徴とする、前記7から9までのいずれか1に記載の磁石の製造方法。
11. 前記三層構造(3a,3b,3c)のそれぞれの層の平均的な層厚は、1〜40μm、特に2〜30μmであることを特徴とする、前記10記載の磁石の製造方法。
12. 前記第1の層(2)は、セラミック層、特に酸化アルミニウム、酸化ケイ素又は二酸化チタンからなるセラミック層、有機変性されたセラミック層、TiN層、DLC層及びNiP合金層、特にNiP合金層から選択されることを特徴とする、前記7から11までのいずれか1に記載の磁石の製造方法。
13. 前記第1の層(2)を施した後に熱処理を行うことを特徴とする、前記7から12までのいずれか1に記載の磁石の製造方法。
14. 前記第1の層(2)を電着によって施すことを特徴とする、前記7から13までのいずれか1に記載の磁石の製造方法。
15. 前記1から6までのいずれか1に記載の磁石を少なくとも1つ有する電動機。
16. 前記15記載の電動機の、自動車中のアンチブロックブレーキシステム、冷却回路、ステアリングシステム及びシートコントロールのための使用。
17. 請求項1から6までのいずれか1項記載の磁石の第1の層(2)としての又は請求項7から14までのいずれか1項記載の方法の第1の層(2)としてのNiP合金層の、Nd2Fe14Bからなる磁石の腐食保護としての使用。
1 ベース材料
2 第1の層
3 第2の層
3a,3b,3c 三層構造
10 磁石

Claims (15)

  1. Nd2Fe14Bからなるベース材料(1)、及び前記ベース材料(1)に施された、少なくとも400HVの硬度を有する少なくとも1つの第1の層(2)と、少なくとも1つの第2の層(3)とからなる被覆を有する磁石において、前記ベース材料(1)に施された前記被覆は少なくとも1つの第2の層(3)を有し、前記第2の層(3)は前記第1の層(2)と前記ベース材料(1)との間に配置されていて、前記第2の層(3)は、少なくとも1つの三層構造(3a,3b,3c)を有し、前記第1の層(2)は、セラミック層、又は有機変性されたセラミック層であることを特徴とする、磁石。
  2. 前記ベース材料(1)に施された被覆の前記第1の層(2)は、少なくとも1000HVの硬度を有することを特徴とする、請求項1記載の磁石。
  3. 前記第1の層(2)の平均的な層厚は、0.5〜50μmであることを特徴とする、請求項1又は2記載の磁石。
  4. 前記ベース材料(1)に施された被覆の前記第2の層(3)は、次の層順序:Ni層(3a)−Cu層(3b)−Ni層(3c)を有する三層構造(3a,3b,3c)であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の磁石。
  5. 前記三層構造(3a,3b,3c)のそれぞれの層の平均的な層厚は、1〜40μmであることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の磁石。
  6. 前記第2の層(3)のそれぞれの個々の層(3a、3b、3c)は前記ベース材料(1)を完全に取り囲み、前記第1の層(2)は外側にある個々の層(3c)を完全に取り囲むことを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の磁石。
  7. ベース材料(1)に、少なくとも400HVの硬度を有する少なくとも1つの第1の層(2)と、少なくとも1つの第2の層(3)とからなる被覆を施す工程を有する、Nd2Fe14Bからなるベース材料(1)を有する磁石の製造方法であって、前記ベース材料(1)に施された前記被覆が少なくとも1つの第2の層(3)を有し、前記第2の層(3)は前記第1の層(2)と前記ベース材料(1)との間に配置されていて、前記第2の層(3)は少なくとも1つの三層構造(3a,3b,3c)を有し、前記第1の層(2)は、セラミック層、又は有機変性されたセラミック層であることを特徴とする、Nd2Fe14Bからなるベース材料(1)を有する磁石の製造方法。
  8. 前記第1の層(2)は、少なくとも1000HVの硬度を有することを特徴とする、請求項7記載の磁石の製造方法。
  9. 前記第1の層(2)の平均的な層厚は、0.5〜50μmであることを特徴とする、請求項7又は8記載の磁石の製造方法。
  10. 少なくとも1つの第2の層(3)を施す工程を有し、前記ベース材料(1)に施された前記第2の層(3)は、次の層順序:Ni層(3a)−Cu層(3b)−Ni層(3c)を有する三層構造(3a,3b,3c)であることを特徴とする、請求項7から9までのいずれか1項記載の磁石の製造方法。
  11. 前記三層構造(3a,3b,3c)のそれぞれの層の平均的な層厚は、1〜40μmであることを特徴とする、請求項10記載の磁石の製造方法。
  12. 前記第1の層(2)を施した後に熱処理を行うことを特徴とする、請求項7から11までのいずれか1項記載の磁石の製造方法。
  13. 前記第2の層(3)のそれぞれの個々の層(3a、3b、3c)は前記ベース材料(1)を完全に取り囲み、前記第1の層(2)は外側にある個々の層(3c)を完全に取り囲むことを特徴とする、請求項7から12までのいずれか1項記載の磁石の製造方法。
  14. 請求項1から6までのいずれか1項記載の磁石を少なくとも1つ有する電動機。
  15. 請求項14記載の電動機の、自動車中のアンチブロックブレーキシステム、冷却回路、ステアリングシステム又はシートコントロールのための使用。
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