JP6712835B2

JP6712835B2 - Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法

Info

Publication number: JP6712835B2
Application number: JP2019131107A
Authority: JP
Inventors: 王伝申; 彭衆傑; 楊昆昆
Original assignee: YANTAI SHOUGANG CIXING CAILIAO CO., LTD.
Current assignee: YANTAI SHOUGANG CIXING CAILIAO CO., LTD.
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2020-06-24
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: CN108831655B; US20200027655A1; US11270839B2; CN108831655A; EP3599625B1; EP3599625A1; JP2020013998A

Description

本発明はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の加工技術分野に関し、具体的にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法に関する。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体は１９８３年の登場以降、空調、自動車、医療及び工業等の分野に広く応用されている。時代の発展に伴い、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体には、より小型化、薄片化が求められる一方、より高い残留磁気及び保磁力が求められている。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体に重希土類元素であるテルビウム、ジスプロシウム元素を添加することでＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の保磁力は向上するが、従来の成分配合方法では、ジスプロシウム又はテルビウム元素を主相結晶粒内に入り込ませているため、その残留磁気は明らかに低下し、大量の重希土類元素を浪費していた。

Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂの浸透理論によれば、結晶粒界にジスプロシウム、テルビウム元素が入り込むことで、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ主相が硬化し、大量のコアシェル構造が形成され、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の保磁力が明らかに向上する。従って、多くの技術はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体表面にテルビウム、ジスプロシウム、又はジスプロシウム−テルビウム元素を含む化合物或いは合金粉末を置き、高温拡散処理及び時効処理を経て、ジスプロシウム、テルビウム元素を結晶粒界に沿って主相境界へと拡散させて、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４ＢのＨ_Ａを向上し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の保磁力を効果的に高めている。

結晶粒界への拡散処理法には多くの種類があり、気相成長法、塗布法、電気泳動成長法、電気メッキ法等がある。気相成長法はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の保磁力が効果的に高まるが、生産効率が低く、高コストであり、重希土類材料の利用率が低く、設備は高価であり、量産化が難しいといった問題が存在する。電気泳動成長法は、生産効率は良好なものの、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の全ての表面に重希土類膜層を堆積させるため、拡散処理後のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の研磨すべき面が増大し、重希土類元素の浪費を招く一方で、拡散面の増加によって拡散後のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の残留磁気の低下量が増大し、工業化生産に不向きであった。塗布法は重希土類粉末と有機物とを混合して懸濁液を作成した後にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の表面に塗布し、乾燥後に高温拡散及び時効処理を行い、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の保磁力を高めることができる。当該方法によれば、有機溶剤が揮発し易いことから懸濁液中の重希土類元素の割合が変化し、更にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の表面に塗布した重希土類元素の総量変化も生じるため、拡散・時効処理後の各Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体に大きな性能差が生じる。メッキ法は汚染がひどく、工程が複雑であり、メッキ層の酸化リスクが大きいことから、工業化生産は容易でない。

中国特許（ＣＮ１０７８７１６０２Ａ公開公報及びＣＮ１０４２９９７４４Ａ公開公報）には、重希土類水素化物を耐熱篩に塗布して重希土類板型拡散源を作成し、その後拡散源をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の表面に被せ、押圧した後に拡散処理を行う製造方法が開示されている。この方法では、生産効率が高いものの、耐熱篩自身が耐熱性金属又はセラミック材であることから、実際の作業工程において拡散源とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体とを密着させて貼り合わせることが難しく、拡散が不均一となる。また、この方法では塗布法によって拡散源を作成する必要があり、不純物の混入及び拡散源の重希土類元素の制御が難しいと言う課題があり、製品の品質に大きな影響を与える問題がある。

中国特許公開公報ＣＮ１０７８７１６０２Ａ中国特許公開公報ＣＮ１０４２９９７４４Ａ

本発明は、上記従来技術が有する問題を解決するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法を提供することを目的とする。

より具体的には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の保磁力を高める拡散処理方法として、低コストで、かつ精度及び安定性の制御が優れた方法を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法であって、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含むものであり、
工程（Ａ）
不活性ガスの保護条件において、厚さが５〜５０μｍの有機薄膜の片面又は両面に重希土類粉末を均等に接着させて重希土類粉末層を形成し、前記重希土類粉末層が接着された前記有機薄膜を重希土類薄膜拡散源とし、
工程（Ｂ）
前記重希土類粉末層が接着された前記有機薄膜を、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な一方表面及び他方表面に接触させて、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な両面を前記有機薄膜で挟み込み、両側から押圧して前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体と前記有機薄膜とを密着させ、
工程（Ｃ）
真空又はアルゴンガスの保護条件において、前記有機薄膜で挟み込まれた前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体に対して高温拡散処理及び時効処理を行って、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の内部に重希土類元素を拡散させる、
ことを特徴とする。

更に、前記重希土類粉末はテルビウム、ジスプロシウム、又はジスプロシウム−テルビウム元素を含む化合物或いは合金粉末のうちの少なくとも一つである、ことを特徴とする。

更に、前記テルビウム、ジスプロシウム、又はジスプロシウム−テルビウム元素を含む化合物或いは合金粉末の粒度は１００〜５００メッシュである、ことを特徴とする。

更に、前記有機薄膜は、片面又は両面が接着面である有機薄膜である、ことを特徴とする。

更に、前記有機薄膜は、無基材型両面テープ、ＰＥＴ型片面テープ、ＰＥＴ型両面テープ、ＰＶＣ型片面テープ、ＰＶＣ型両面テープである、ことを特徴とする。

更に、前記重希土類薄膜拡散源は、前記有機薄膜の片面に重希土類粉末を接着した重希土類薄膜拡散源、又は、前記有機薄膜の両面に重希土類粉末を接着した重希土類薄膜拡散源である、ことを特徴とする。

更に、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の拡散処理温度は８５０〜９５０℃、拡散処理時間は６〜７２時間、時効処理温度は４５０〜６５０℃、時効処理時間は３〜１５時間である、ことを特徴とする。

本発明に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法は、表面に接着作用を有する有機薄膜を基材とし、有機薄膜の面上に一層の重希土類粉末層を接着し、重希土類粉末層を接着した面をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体に被覆して、拡散・時効処理を行うことにより、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の残留磁気を維持したまま、保磁力を大きく向上させることができ、従来技術と比べて、以下の突出した実質的特徴と顕著な進歩性を有している。
１．重希土拡散源の重希土類元素含有量の制御性が高く、且つＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体と密着して貼り合わせるだけで良く、拡散処理が容易である。
２．重希土類薄膜拡散源の作成に各種の有機溶剤による成膜工程を必要とせず、不純物の混入が少ないため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の損傷が少ない。
３．作業が簡単であり、生産効率は高く、重希土類粉末の利用効率も高く、且つ製造工程における汚染がなく、大量生産に適する。

本発明の実施例４に係る重希土類薄膜拡散源の構造を示す図である。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な両面を有機薄膜（重希土類薄膜拡散源）で挟み込んだ状態を示す図である。本発明の実施例１〜３に係る重希土類薄膜拡散源の構造を示す図である。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な両面を有機薄膜（重希土類薄膜拡散源）で挟み込んだ状態を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明するが、記載した具体的な実施形態は本発明を説明するためだけのものであり、本発明の範囲に制限を加えるものでもない。

実施例１
図３、図４に基づいて、実施例１に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法を説明する。
まず、幅２０ｍｍ、厚さ５μｍのＰＥＴ型両面テープを有機薄膜２として用い、テルビウム粉末を重希土類粉末１として５５０メッシュ及び５００メッシュの篩を用いて、テルビウム粉末を篩に掛ける。５００メッシュ篩を通過し、５５０メッシュ篩を通過しなかったテルビウム粉末を「５００メッシュテルビウム粉末」と定義し、当該５００メッシュテルビウム粉末をＰＥＴ型両面テープの両面に均等に接着させ、ＰＥＴ型両面テープの両面に一層の重希土類粉末層を形成し、重希土類薄膜拡散源を作成した。
次に、２０ｍｍ（Ｗ）×２０ｍｍ（Ｈ）×１ｍｍ（Ｔ）のサイズからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３の磁化方向に垂直な一方表面を重希土類薄膜拡散源上に置いて接触（被覆）させ、磁化方向に垂直な他方表面も重希土類薄膜拡散源に接触（被覆）させ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な両面を重希土類薄膜拡散源（有機薄膜２）で挟み込んだ状態とし、重希土類薄膜拡散源の上に重し４を置いて両側から押圧して重希土類薄膜拡散源とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３とを密着して貼り合わせた。
最後に、重希土類薄膜拡散源で被覆されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３を焼結炉内に載置し、９５０℃×６時間の拡散処理を行い、その後、磁性体を炉内で冷却し、引き続き温度を上昇させて、５００℃×３時間の時効処理を行った。
実施例１で作成したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁気特性の測定結果を表１に記載する。
表１中の「オリジナルサンプル」とは、拡散処理を行う前のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体である。

表１に記載のとおり、磁化方向に垂直な面をテルビウム薄膜拡散源で拡散処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体は、残留磁気が０．１２ＫＧｓ低下する一方、保磁力は９．６ＫＯｅ上昇し、且つ磁性体の角形比の変化はほとんどなかった。

実施例２
図３、図４に基づいて、実施例２に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法を説明する。
まず、幅２０ｍｍ、厚さ３０μｍの無基材型両面テープを有機薄膜２として用い、３００メッシュ及び２５０メッシュ篩を用いてジスプロシウム粉末を篩に掛ける。２５０メッシュ篩を通過し、３００メッシュ篩を通過しなかったジスプロシウム粉末を「２５０メッシュジスプロシウム粉末」と定義し、当該２５０メッシュジスプロシウム粉末を無基材型両面テープの両面に均等に接着させ、無基材型両面テープの両面に一層の重希土類粉末層を形成して、重希土類薄膜拡散源を作成した。
次に、２０ｍｍ（Ｗ）×２０ｍｍ（Ｈ）×４ｍｍ（Ｔ）のサイズからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３の磁化方向に垂直な一方表面を重希土類薄膜拡散源上に置いて接触（被覆）させ、磁化方向に垂直な他方表面も重希土類薄膜拡散源に接触（被覆）させ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な両面を重希土類薄膜拡散源（有機薄膜２）で挟み込んだ状態とし、重希土類薄膜拡散源の上に重し４を置いて両側から押圧して重希土類薄膜拡散源とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３とを密着して貼り合わせた。
最後に、重希土類薄膜拡散源で被覆されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３を焼結炉内に載置し、９００℃×１０時間の拡散処理を行い、その後、磁性体を炉内で冷却し、引き続き温度を上昇させて、４５０℃×６時間の時効処理を行った。
実施例２で作成したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁気特性の測定結果を表２に記載する。
表２中の「オリジナルサンプル」とは、拡散処理を行う前のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体である。

表２に記載のとおり、磁化方向に垂直な面をテルビウム薄膜拡散源で拡散処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体は、残留磁気が０．１７ＫＧｓ低下する一方、保磁力は６．７４ＫＯｅ上昇し、且つ磁性体の角形比の変化はほとんどなかった。

実施例３
図３、図４に基づいて、実施例２に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法を説明する。
まず、幅２０ｍｍ、厚さ５０μｍのＰＶＣ型両面テープを有機薄膜２として用い、１５０メッシュ及び１００メッシュ篩を用いてテルビウム−銅合金粉末（テルビウムの質量分率は９０％）を篩に掛ける。１００メッシュ篩を通過し、１５０メッシュ篩を通過しなかったテルビウム−銅合金粉末を「１００メッシュジテルビウム−銅合金粉末」と定義し、当該１００メッシュテルビウム−銅合金粉末をＰＶＣ型両面テープの両面に均等に接着させ、ＰＶＣ型両面テープの両面に一層の重希土類粉末層を形成して、重希土類薄膜拡散源を作成した。
次に、２０ｍｍ（Ｗ）×２０ｍｍ（Ｈ）×１０ｍｍ（Ｔ）のサイズからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３の磁化方向に垂直な一方表面を重希土類薄膜拡散源上に置いて接触（被覆）させ、磁化方向に垂直な他方表面も重希土類薄膜拡散源に接触（被覆）させ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な両面を重希土類薄膜拡散源（有機薄膜２）で挟み込んだ状態とし、重希土類薄膜拡散源の上に重し４を置いて両側から押圧して重希土類薄膜拡散源とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３とを密着して貼り合わせた。
最後に、重希土類薄膜拡散源で被覆されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３を焼結炉内に載置し、８５０℃×７２時間の拡散処理を行い、その後、磁性体を炉内で冷却し、引き続き温度を上昇させて、６００℃×１５時間の時効処理を行った。
実施例３で作成したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁気特性の測定結果を表３に記載する。
表３中の「オリジナルサンプル」とは、拡散処理を行う前のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体である。

表３に記載のとおり、磁化方向に垂直な面をテルビウム薄膜拡散源で拡散処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体は、残留磁気が０．１８ＫＧｓ低下する一方、保磁力は９．３５ＫＯｅ上昇し、且つ磁性体の角形比の変化はほとんどなかった。

実施例４
図１、図２に基づいて、実施例４に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の製造方法を説明する。
まず、幅２０ｍｍ、厚さ１０μｍのＰＥＴ型片面テープを有機薄膜２として用い、２００メッシュ及び１５０メッシュ篩を用いて、水素化テルビウム粉末を篩に掛けた。１５０メッシュ篩を通過し、２００メッシュ篩を通過しなかった水素化テルビウム粉末を「１５０メッシュ水素化テルビウム粉末」と定義し、当該１５０メッシュ水素化テルビウム粉末をＰＥＴ型片面テープの片面（接着面）に均等に接着させ、ＰＥＴ型片面テープの一方表面に一層の重希土類粉末層を形成して、重希土類薄膜拡散源を作成した。
次に、２０ｍｍ（Ｗ）×２０ｍｍ（Ｈ）×６ｍｍ（Ｔ）のサイズからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３の磁化方向に垂直な一方表面を重希土類薄膜拡散源上に置いて接触（被覆）させ、磁化方向に垂直な他方表面も重希土類薄膜拡散源に接触（被覆）させ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な両面を重希土類薄膜拡散源（有機薄膜２）で挟み込んだ状態とし、重希土類薄膜拡散源の上に重し４を置いて両側から押圧して重希土類薄膜拡散源とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３とを密着して貼り合わせた。
最後に、重希土類薄膜拡散源で被覆されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体３を焼結炉内に載置し、９００℃×２４時間の拡散処理を行い、その後、磁性体を炉内で冷却し、引き続き温度を上昇させて、６５０℃×１０時間の時効処理を行った。
実施例４で作成したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁気特性の測定結果を表４に記載する。
表４中の「オリジナルサンプル」とは、拡散処理を行う前のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体である。

表４に記載のとおり、磁化方向に垂直な面をテルビウム薄膜拡散源で拡散処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体は、残留磁気が０．２３ＫＧｓ低下する一方、保磁力は７．２２ＫＯｅ上昇し、且つ磁性体の角形比の変化はほとんどなかった。

上記各実施例のとおり、本発明の方法によって拡散処理されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体は、保磁力が著しく高めることができるとともに、その残留磁気の低下が極めて小さいことが分かる。

以上、本願発明の具体的実施例を示したが、各実施例ははいずれも本願発明の製造方法の特徴について詳細に説明したものに過ぎず、本発明に対し如何なる形式上の制限を加えるものでもなく、実質的に本発明技術に基づいてなされた内容は、すべて本発明の保護範囲内に属するものである。

１重希土類粉末
２有機薄膜
３Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体
４重し

Claims

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法であって、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含むものであり、
工程（Ａ）
不活性ガスの保護条件において、厚さが５〜５０μｍの有機薄膜の片面又は両面に重希土類粉末を均等に接着させて重希土類粉末層を形成し、前記重希土類粉末層が接着された前記有機薄膜を重希土類薄膜拡散源とし、
工程（Ｂ）
前記重希土類粉末層が接着された前記有機薄膜を、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な一方表面及び他方表面に接触させて、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の磁化方向に垂直な両面を前記有機薄膜で挟み込み、両側から押圧して前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体と前記有機薄膜とを密着させ、
工程（Ｃ）
真空又はアルゴンガスの保護条件において、前記有機薄膜で挟み込まれた前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体に対して高温拡散処理及び時効処理を行って、前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の内部に重希土類元素を拡散させる、
ことを特徴とするＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法。
前記重希土類粉末はテルビウム、ジスプロシウム、又はジスプロシウム−テルビウム元素を含む化合物或いは合金粉末のうちの少なくとも一つである、
ことを特徴とする請求項１に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法。
前記テルビウム、ジスプロシウム、又はジスプロシウム−テルビウム元素を含む化合物或いは合金粉末の粒度は１００〜５００メッシュである、
ことを特徴とする請求項２に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法。
前記有機薄膜は、片面又は両面が接着面である、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法。
前記有機薄膜は、無基材型両面テープ、ＰＥＴ型片面テープ、ＰＥＴ型両面テープ、ＰＶＣ型片面テープ、ＰＶＣ型両面テープである、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法。
前記重希土類薄膜拡散源は、前記有機薄膜の片面に重希土類粉末を接着した重希土類薄膜拡散源、又は、前記有機薄膜の両面に重希土類粉末を接着した重希土類薄膜拡散源である、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法。
前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の拡散処理温度は８５０〜９５０℃、拡散処理時間は６〜７２時間、時効処理温度は４５０〜６５０℃、時効処理時間は３〜１５時間である、
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁性体の重希土類元素拡散処理方法。