JP6477723B2 - R−t−b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明では、重希土類元素RHの拡散の対象とするR−T−B系焼結磁石母材を準備する。なお、本明細書では、わかりやすさのため、重希土類元素RHの拡散の対象とするR−T−B系焼結磁石をR−T−B系焼結磁石母材と厳密に称することがあるが、「R−T−B系焼結磁石」の用語はそのような「R−T−B系焼結磁石母材」を含むものとする。このR−T−B系焼結磁石母材は公知のものが使用でき、例えば以下の組成を有する。
希土類元素R:12〜17原子%
B(B(ボロン)の一部はC(カーボン)で置換されていてもよい):5〜8原子%
添加元素M´(Al、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Pb、およびBiからなる群から選択された少なくとも1種):0〜2原子%
T(Feを主とする遷移金属元素であって、Coを含んでもよい)および不可避不純物:残部
拡散助剤としては、RLM合金の粉末を用いる。RLとしてはRH化合物を還元する効果の高い軽希土類元素が適しており、RLはNdおよび/またはPrとする。またMはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上とする。中でもNd−Cu合金やNd−Al合金を用いると、NdによるRH化合物の還元能力が効果的に発揮され、HcJの向上効果がより高いので好ましい。また、RLM合金はRLを50原子%以上含み、かつ、その融点が熱処理温度以下の合金を用いる。RLM合金はRLを65原子%以上含むことが好ましい。RLの含有割合が50原子%以上のRLM合金は、RLがRH化合物を還元する能力が高く、かつ、融点が熱処理温度以下であるので熱処理時に溶融してRH化合物を効率よく還元し、より高い割合で還元されたRHがR−T−B系焼結磁石中に拡散して少量でも効率よくR−T−B系焼結磁石のHcJを向上させることができる。RLM合金の粉末を磁石表面に存在させる方法は、RLM合金粉末とバインダーおよび/または純水や有機溶剤などの溶媒を混合して作製したスラリーを塗布してもよいし、RLM合金の粉末と樹脂成分またはRLM合金の粉末とRH化合物の粉末と樹脂成分を含むシート状成形体として磁石表面に配置してもよい。RLM合金の粉末の粒度は、均一塗布の実現やシート状成形体の成形しやすさの観点から、500μm以下が好ましい。RLM合金の粉末の粒度は150μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。RLM合金粉末の粒度が小さすぎると酸化しやすく、酸化防止の観点から、RLM合金粉末の粒度の下限は5μm程度である。RLM合金の粉末の粒度の典型例は、20〜100μmである。
拡散剤としては、RH化合物(RHはDyおよび/またはTb、RH化合物はRHフッ化物および/またはRH酸フッ化物)の粉末を用いる。RH化合物粉末はRLM合金粉末よりも質量比で等しいか少ないため、RH化合物粉末を均一に塗布するには、RH化合物粉末の粒度が小さいことが好ましい。本発明者の検討によれば、RH化合物の粉末の粒度は凝集した2次粒子の大きさにおいて20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。小さいものは1次粒子で数μm程度である。
拡散剤であるRH化合物の粉末は、それ自身と樹脂成分とを含むシート状成形体として、拡散助剤であるRLM合金粉末とともに磁石表面に配置される。RH化合物と樹脂成分とを含むシート状成形体をRLM合金粉末と共に磁石表面に配置する方法は、磁石表面にRLM合金粉末粒子層を塗布形成し、その上に前記RH化合物を含むシート状成形体を配置することを含む。また、この方法は、磁石表面にRLM合金粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体を配置し、その上にRH化合物粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体を配置することを含み得る。更に、この方法は、磁石表面にRLM合金粉末とRH化合物粉末の混合粉末と樹脂成分とを含むシート状成形体を配置することを含み得る。
RLM合金の粉末とRH化合物の粉末とをR−T−B系焼結磁石の表面に存在させた状態で熱処理を行う。なお、熱処理の開始後、RLM合金の粉末は溶融するため、RLM合金が熱処理中に常に「粉末」の状態を維持する必要は無い。熱処理の雰囲気は真空または不活性ガス雰囲気が好ましい。熱処理温度はR−T−B系焼結磁石の焼結温度以下(具体的には例えば1000℃以下)であり、かつ、RLM合金の融点よりも高い温度である。熱処理時間は例えば10分〜72時間である。また前記熱処理の後必要に応じてさらに400〜700℃で10分〜72時間の磁気特性向上のための熱処理を行ってもよい。
まず、公知の方法で、組成比Nd=13.4、B=5.8、Al=0.5、Cu=0.1、Co=1.1、残部=Fe(原子%)のR−T−B系焼結磁石を作製した。これを機械加工することにより、6.9mm×7.4mm×7.4mmのR−T−B系焼結磁石母材を得た。得られたR−T−B系焼結磁石母材の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定したところ、HcJは1035kA/m、Brは1.45Tであった。なお、後述の通り、熱処理後のR−T−B系焼結磁石の磁気特性は、R−T−B系焼結磁石の表面を機械加工にて除去してから測定するので、R−T−B系焼結磁石母材もそれに合わせて、表面をさらにそれぞれ0.2mmずつ機械加工にて除去し、大きさ6.5mm×7.0mm×7.0mmとしてから測定した。なお、別途R−T−B系焼結磁石母材の不純物量をガス分析装置によって測定したところ、酸素が760質量ppm、窒素が490質量ppm、炭素が905質量ppmであった。
RH化合物を含むシート状成形体は以下のようにして作製した。まず、粒度10μm以下のTbF3粉末50g、エタノールとブタノールの混合溶媒、メディアとしてφ5mmのジルコニアボール1kgをボールミルに投入し、7時間解砕、混合して、TbF3が45重量%となるスラリーを調整した。PVBと可塑剤の混合樹脂を、TbF3粉末が60体積%、前記混合樹脂が40体積%となるようにスラリーに混合し、50〜60℃で15時間撹拌した後真空脱泡して成形用スラリーを作製した。作製した成形用スラリーをPETフィルム上に薄く延ばし、乾燥後PETフィルムを剥がして、厚さが50μm(1mm2あたりのTb量=0.14mg、TbF3量=0.18mg)、25μm(1mm2あたりのTb量=0.07mg、TbF3量=0.09mg)、15μm(1mm2あたりのTb量=0.04mg、TbF3量=0.05mg)のTbF3シートを作製した。同じ方法で、厚さが50μm(1mm2あたりのDy量=0.14mg)、25μm(1mm2あたりのDy量=0.07mg)のDyF3シートも作製した。
表1に示す組成の拡散助剤を用意した。拡散助剤は遠心アトマイズ法によって作製した粒度100μm以下の球状粉末(ふるいにより粒度100μm超の粒子を除去したもの)を用いた。この拡散助剤の粉末とポリビニルアルコール5質量%水溶液を拡散助剤とポリビニルアルコール水溶液を重量比2:1で混合してスラリーを得た。
表3に示す組成の拡散助剤を使用し、拡散助剤と拡散剤の質量比が表3の値となるように塗布したこと以外は実験例1と同様にしてサンプル12〜19、およびサンプル33、34を得た。得られたサンプル12〜19、およびサンプル33、34の磁気特性を実験例1と同様にしてB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表4に示す。
表5に示す組成の拡散助剤を使用し、拡散助剤と拡散剤の質量比が表5の値となるように塗布し、RH化合物シートを表5に記載のものを表5に記載の枚数だけ配置したこと以外は実験例1と同様にしてサンプル20〜25を得た。サンプル23は、実験例1において好ましい結果が得られなかったサンプル1(本発明で規定する質量比率よりも拡散剤が多いもの)と同じ拡散助剤と拡散剤、質量比で、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量を表5に示す値に増やしたものであり、サンプル24は、実験例2において好ましい結果が得られなかったサンプル15(RLが50原子%未満の拡散助剤を使用したもの)と同じ拡散助剤と拡散剤、質量比で、R−T−B系焼結磁石表面(拡散面)1mm2あたりのRH量を表5に示す値に増やしたものであり、サンプル25は拡散助剤としてRHM合金を用いたものである。得られたサンプル20〜25の磁気特性を実験例1と同様にしてB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表6に示す。なお、それぞれの表には比較対象の実施例としてサンプル5の値を示している。
組成がNd70Cu30(原子%)の拡散助剤を拡散助剤と拡散剤の質量比が9:1となるように塗布し、厚さが25μmのTbF3シートを1枚配置し、表7に示す条件で熱処理を行ったこと以外は、実験例1と同様にしてサンプル26〜28を得た。得られたサンプル26〜28の磁気特性を実験例1と同様にしてB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表8に示す。
R−T−B系焼結磁石母材を表9に示す組成、焼結温度、不純物量、および磁気特性のものとしたこと以外はサンプル5と同様にしてサンプル29〜32を得た。得られたサンプル29〜32の磁気特性を実験例1と同様にしてB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表10に示す。
実験例1で使用したものと同じRH化合物を含有するシートを準備した。具体的には、1mm2あたりのRH量が0.07mgのTbF3およびDyF3を含むシートである。
表13に示す組成のRLM合金粉末(拡散助剤)を用意した。RLM合金粉末は遠心アトマイズ法によって作製した粒度100μm以下の球状粉末(ふるいにより粒度100μm超の粒子を除去したもの)である。
実験例1で使用したものと同じRH化合物を含有するシートを準備した。具体的には、1mm2あたりのRH量が0.07mgのTbF3およびDyF3を含むシートである。これらのシートを7.4mm×30mmおよび7.4mm×6.9mmの2枚、にカットした。
酸フッ化物を含有する拡散剤を用いて作製したRH化合物シートを使用し、表17に示す拡散助剤を表17に示す質量比となるように塗布したこと以外は実験例1と同様にしてサンプル44を得た。得られたサンプル44の磁気特性をB−Hトレーサーによって測定し、HcJとBrの変化量を求めた。結果を表18に示す。表18には比較として拡散剤としてTbF3を用い、同じ条件でサンプルを作製したサンプル4の結果も示している。なお、サンプル44で用いた酸フッ化物を含有する拡散剤の詳細は以下の通りであり、サンプル4他で用いたTbF3の詳細と共に示す。
20、20a、20b シート状成形体
30 RLM合金粉末粒子層
Claims (5)
- R−T−B系焼結磁石を用意する工程と、
前記R−T−B系焼結磁石の表面にRLM合金(RLはNdおよび/またはPr、MはCu、Fe、Ga、Co、Ni、Alから選ばれる1種以上の元素)粉末と、RH化合物(RHはDyおよび/またはTb、RH化合物はRHフッ化物および/またはRH酸フッ化物)粉末と、を存在させた状態で前記R−T−B系焼結磁石の焼結温度以下で熱処理する工程を含み、
少なくとも前記RH化合物は、RH化合物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体の状態で存在させ、
前記RLM合金はRLを50原子%以上含み、かつ、前記RLM合金の融点は前記熱処理の温度以下であり、
前記熱処理は、前記RLM合金の粉末と前記RH化合物の粉末とが、RLM合金:RH化合物=9.6:0.4〜5:5の質量比率で前記R−T−B系焼結磁石の表面に存在する状態で行われる、R−T−B系焼結磁石の製造方法。 - 前記R−T−B系焼結磁石の表面に存在させる前記RH化合物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体中のRHの質量は、前記表面の1mm2あたりで0.03〜0.35mgである請求項1に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
- 前記R−T−B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末粒子層を塗布形成し、その上に前記RH化合物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置する工程を含む、請求項1または2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
- 前記R−T−B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置し、その上にRH化合物粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置する工程を含む、請求項1または2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
- 前記R−T−B系焼結磁石の表面にRLM合金粉末とRH化合物粉末の混合粉末と樹脂成分を含むシート状成形体を配置する工程を含む、請求項1または2に記載のR−T−B系焼結磁石の製造方法。
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