JP7021774B2 - Method for manufacturing Mn-Al-C magnet - Google Patents

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本発明は、Mn-Al-C系磁石の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an Mn—Al—C magnet.

本明細書において、Mn、Al、Cのように元素記号で表記したものは化学成分としての元素を表し、マンガン質原料、アルミニウム質原料、炭素質原料のように「~質原料」と表記したものは不可避的不純物を含有する可能性のある現実の原料を表すものとする。 In the present specification, those represented by element symbols such as Mn, Al, and C represent elements as chemical components, and are represented as "-quality raw materials" such as manganese raw materials, aluminum raw materials, and carbon raw materials. The thing shall represent the actual raw material which may contain unavoidable impurities.

Mn-Al-C系磁石は、Mn、Al、及びCを主成分とする永久磁石であり、自発磁化の発現にあたって希土類元素を含有する必要がなく、フェライト磁石よりも大きな最大エネルギー積を示し得るといった特性を有する。 The Mn-Al-C magnet is a permanent magnet containing Mn, Al, and C as main components, does not need to contain a rare earth element in order to develop spontaneous magnetization, and can exhibit a larger maximum energy product than a ferrite magnet. It has such characteristics.

特許文献1に開示されるように、Mn-Al-C系磁石は、マンガン質原料、アルミニウム質原料、及び炭素質原料から製造される。具体的には、特許文献1は、マンガン質原料、アルミニウム質原料、及び炭素質原料を溶融させた溶湯を凝固させて合金を得る合金化工程と、得られた合金を熱処理する熱処理工程とを有する製造方法を開示している。 As disclosed in Patent Document 1, the Mn—Al—C magnet is manufactured from a manganese raw material, an aluminum raw material, and a carbon raw material. Specifically, Patent Document 1 describes an alloying step of solidifying a molten metal obtained by melting a manganese raw material, an aluminum raw material, and a carbonaceous raw material to obtain an alloy, and a heat treatment step of heat-treating the obtained alloy. The manufacturing method to have is disclosed.

また、特許文献2に開示されるように、MnとAlとの合金を主成分とするアトマイズ合金粉末を、炭素質原料の粉末と共に焼結させることにより、Mn-Al-C系磁石を得る製造方法も知られている。 Further, as disclosed in Patent Document 2, a Mn—Al—C magnet is obtained by sintering an atomized alloy powder containing an alloy of Mn and Al as a main component together with a powder of a carbonaceous raw material. The method is also known.

特開平10-270224号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-270224 特公平2-17921号公報Special Fair 2-17921 Bulletin 特開2015-63725号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-63725 特開2017-157738号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-157738

特許文献1の製造方法において、上述した合金化工程及び熱処理工程が必要である理由は、これらの工程を経なければ強磁性相を生成できないためである。つまり、強磁性相は準安定相であるため、従来は、いったん合金化工程で安定な常磁性の高温相を生成しておき、その高温相を熱処理工程で強磁性相に変態させる手法を採る必要があった。 The reason why the above-mentioned alloying step and heat treatment step are required in the manufacturing method of Patent Document 1 is that a ferromagnetic phase cannot be produced without going through these steps. In other words, since the ferromagnetic phase is a quasi-stable phase, conventionally, a method is adopted in which a stable paramagnetic high-temperature phase is once generated in the alloying process, and the high-temperature phase is transformed into a ferromagnetic phase in the heat treatment process. I needed it.

特許文献2の製造方法においても、焼結の前の段階で、アトマイズ合金粉末を得るために、MnとAlとを合金化する工程が予め必要である。 Also in the production method of Patent Document 2, a step of alloying Mn and Al is required in advance in order to obtain an atomized alloy powder at a stage before sintering.

このように、従来は、1つの工程で、マンガン質原料、アルミニウム質原料、及び炭素質原料から直接的に強磁性相を生成することができなかった。このため、Mn-Al-C系磁石の製造に手間を要しており、より簡単にMn-Al-C系磁石を製造できる技術が望まれていた。 As described above, conventionally, it has not been possible to directly generate a ferromagnetic phase from a manganese raw material, an aluminum raw material, and a carbonaceous raw material in one step. For this reason, it takes time and effort to manufacture the Mn—Al—C based magnet, and a technique capable of manufacturing the Mn—Al—C based magnet more easily has been desired.

また、特許文献1に開示されるように、上述した合金は、磁気異方性が高められたボンド磁石の素材として用いることができる。即ち、上述した合金を粉砕し、得られた粉砕物を、外部磁場によって結晶配向度を高めながら樹脂で固めることで、異方性ボンド磁石となすことができる。しかし、合金は硬くてねばり強いため、粉砕に多大なエネルギーを要する。そこで、粉砕を容易に行える素材が望まれていた。 Further, as disclosed in Patent Document 1, the above-mentioned alloy can be used as a material for a bonded magnet having enhanced magnetic anisotropy. That is, an anisotropic bonded magnet can be obtained by crushing the above-mentioned alloy and solidifying the obtained crushed product with a resin while increasing the degree of crystal orientation by an external magnetic field. However, since alloys are hard and tenacious, they require a large amount of energy to be crushed. Therefore, a material that can be easily pulverized has been desired.

本発明の目的は、従来よりも簡単にMn-Al-C系磁石を得ることができるMn-Al-C系磁石の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Mn-Al-C-based magnet, which can obtain a Mn-Al-C-based magnet more easily than before.

本発明に係るMn-Al-C系磁石の製造方法は、
マンガン質原料の粉体、アルミニウム質原料の粉体、及び炭素質原料の粉体からなる原料粉体であって、Mnの含有量/Alの含有量のmol比が、50/50以上、60/40以下であり、かつCの含有量が、前記原料粉体におけるMnとAlとの含有量の合計100mol%に対する外かけで1.5mol%以上である前記原料粉体を成形することにより、成形体となす成形工程と、
前記成形体を、1275K未満の温度で、10時間以上にわたって加熱することにより、焼結体となす焼結工程と、
前記焼結体を、80K/hr以下の降温速度で常温に冷ます徐冷工程と、
を有する。
The method for manufacturing a Mn—Al—C magnet according to the present invention is as follows.
It is a raw material powder composed of a manganese raw material powder, an aluminum raw material powder, and a carbonaceous raw material powder, and the mol ratio of Mn content / Al content is 50/50 or more, 60. By molding the raw material powder having a C content of / 40 or less and 1.5 mol% or more of the total content of Mn and Al in the raw material powder of 100 mol% or more . The molding process with the molded body and
A sintering step of heating the molded product at a temperature of less than 1275 K for 10 hours or more to form a sintered body.
A slow cooling step in which the sintered body is cooled to room temperature at a temperature lowering rate of 80 K / hr or less,
Have.

前記徐冷工程の後に、
前記焼結体を粉砕することにより、粉砕物となす粉砕工程と、
前記粉砕物を再成形すると共に、再成形の過程で、前記粉砕物を構成する粒子の磁化容易軸を配向させることにより、磁気的に異方化された再成形体を得る再成形工程と、
前記再成形体を着磁させる着磁工程と、
をさらに有してもよい。
After the slow cooling step,
A crushing step of crushing the sintered body to make a crushed product,
A remolding step of remolding the pulverized product and in the process of remolding, by orienting the easily magnetized axis of the particles constituting the pulverized product, a remolded body obtained by magnetically differentiating the crushed product is obtained.
The magnetizing step of magnetizing the remolded body and
May further have.

本発明に係るMn-Al-C系磁石の製造方法によれば、成形体を、1275K未満の温度で、10時間以上にわたって焼結させることにより、内部に強磁性相が生成されている焼結体を得ることができる。 According to the method for producing a Mn—Al—C magnet according to the present invention, a ferromagnetic phase is generated inside by sintering a molded product at a temperature of less than 1275 K for 10 hours or more. You can get a body.

つまり、従来のように、高温相を形成する工程と、高温相を強磁性相に相転移させる工程とを分ける必要がなく、1つの焼結工程を経て強磁性相を得ることができる。このため、従来よりも簡単にMn-Al-C系磁石を得ることができる。 That is, it is not necessary to separate the step of forming the high temperature phase and the step of phase transitioning the high temperature phase to the ferromagnetic phase as in the conventional case, and the ferromagnetic phase can be obtained through one sintering step. Therefore, the Mn—Al—C magnet can be obtained more easily than before.

Mn-Al-C系磁石の製造方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the manufacturing method of the Mn-Al-C system magnet. 焼結工程及び徐冷工程における加熱温度を示すグラフ。The graph which shows the heating temperature in a sintering process and a slow cooling process. Mn-Al-C系磁性焼結体の外観を示す写真。A photograph showing the appearance of a Mn—Al—C-based magnetic sintered body. 焼結前の成形体の外観を示す写真。A photograph showing the appearance of a molded product before sintering. Mn-Al-C系磁性焼結体のX線回折パターンを示すグラフ。The graph which shows the X-ray diffraction pattern of the Mn—Al—C based magnetic sintered body. Mn-Al-C系磁性焼結体に1.5Tの磁場を与えた場合の磁化を示すグラフ。The graph which shows the magnetization when the magnetic field of 1.5T is applied to the Mn-Al-C-based magnetic sintered body.

図1に示すフローチャートに沿って、本発明の実施形態に係るMn-Al-C系磁石の製造方法について説明する。 A method for manufacturing a Mn—Al—C magnet according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

(a)混合工程
まず、マンガン質原料の粉体、アルミニウム質原料の粉体、及び炭素質原料の粉体を混合し、原料粉体を得る(ステップS1)。マンガン質原料としては、Mnを主成分とするもの、例えば、金属マンガンを用いることができる。アルミニウム質原料としては、Alを主成分とするものを用いることができる。炭素質原料としては、Cを主成分とするもの、例えば、黒鉛、無定形炭素等を用いることができる。本明細書において“主成分とする”とは、純度が95wt%以上、好ましくは98wt%以上であることを意味する。
(A) Mixing Step First, a manganese raw material powder, an aluminum raw material powder, and a carbonaceous raw material powder are mixed to obtain a raw material powder (step S1). As the manganese raw material, one containing Mn as a main component, for example, metallic manganese can be used. As the aluminum raw material, a material containing Al as a main component can be used. As the carbonaceous raw material, one containing C as a main component, for example, graphite, amorphous carbon or the like can be used. As used herein, the term "main component" means that the purity is 95 wt% or more, preferably 98 wt% or more.

原料粉体の粒度は、後述する焼結工程(ステップS3)における反応を促進するという観点から、1mm未満であることが好ましく、75μm未満であることがより好ましい。本明細書において、粒子の粒径がd未満とは、粒子がJIS-Z8801に規定する目開きdの篩を通過する粒度であることを意味する。 The particle size of the raw material powder is preferably less than 1 mm, more preferably less than 75 μm, from the viewpoint of accelerating the reaction in the sintering step (step S3) described later. In the present specification, the particle size of the particles is less than d, which means that the particles pass through the sieve of the opening d specified in JIS-Z8801.

また、原料粉体におけるCの含有量は、原料粉体におけるMnとAlとの含有量の合計100mol%に対する外かけで、1.5mol%以上であることが好ましく、2mol%以上であることがより好ましい。原料粉体におけるCの含有量が高い程、後述する焼結体又は再成形体に大きな残留磁化を付与することができる。 Further, the content of C in the raw material powder is preferably 1.5 mol% or more, preferably 2 mol% or more, based on the total content of Mn and Al in the raw material powder of 100 mol%. More preferred. The higher the content of C in the raw material powder, the greater the residual magnetization that can be imparted to the sintered body or remolded body described later.

なお、原料粉体におけるMnの含有量/Alの含有量のmol比は、強磁性相の生成に当たってMnとAlの過不足をできるだけ少なくするという観点から、50/50以上、60/40以下であることが好ましく、52/48以上、58/42以下であることがより好ましい。 The mol ratio of Mn content / Al content in the raw material powder is 50/50 or more and 60/40 or less from the viewpoint of minimizing the excess or deficiency of Mn and Al in the generation of the ferromagnetic phase. It is preferably 52/48 or more, and more preferably 58/42 or less.

(b)成形工程
次に、上述した原料粉体を成形することにより、成形体となす(ステップS2)。原料粉体の成形方法としては、加圧を伴う方法、例えば、原料粉体を型に充填してプレスする型成形法が典型的である。但し、これに限られない。原料粉体を噴射し、積層させながら造形する積層造形法を用いてもよい。なお、成形に際して、得られる成形体の保形性を高める結合剤を使用してもよい。
(B) Molding Step Next, the above-mentioned raw material powder is molded to form a molded product (step S2). As a method for forming the raw material powder, a method involving pressure, for example, a mold forming method in which the raw material powder is filled in a mold and pressed is typical. However, it is not limited to this. A laminated molding method may be used in which raw material powder is sprayed and molded while being laminated. At the time of molding, a binder that enhances the shape retention of the obtained molded product may be used.

(c)焼結工程及び徐冷工程
次に、得られた成形体を、MnとAlとの合金の融点未満の温度で、10時間以上にわたって加熱した後、徐冷する(ステップS3及びステップS4)。この加熱による焼結の過程で、MnとAlとによって面心正方晶構造の強磁性相であるτ相が構成される反応が生じる。Cは、主として、τ相を安定化させる役割を果たす。
(C) Sintering step and slow cooling step Next, the obtained molded product is heated at a temperature lower than the melting point of the alloy of Mn and Al for 10 hours or more, and then slowly cooled (steps S3 and S4). ). In the process of sintering by this heating, a reaction occurs in which Mn and Al form the τ phase, which is a ferromagnetic phase having a face-centered tetragonal structure. C mainly plays a role of stabilizing the τ phase.

なお、MnとAlとの合金の融点は、概ね1345K~1595Kである。本実施形態では、MnとAlとの合金の融点未満の温度とは、具体的には、1275K未満の温度を指す。 The melting point of the alloy of Mn and Al is approximately 1345K to 1595K. In the present embodiment, the temperature below the melting point of the alloy of Mn and Al specifically means a temperature of less than 1275K.

加熱温度は、1175K以下であることが好ましく、1075K以下であることがより好ましい。なお、焼結を生じさせるためには、自ずと加熱温度に下限値が存在することは、当業者に理解できるであろう。τ相の生成をより確実なものとするために、加熱温度の下限値は、液相焼結が生じ得る程度の値とすることが好ましい。 The heating temperature is preferably 1175 K or less, and more preferably 1075 K or less. Those skilled in the art will understand that there is naturally a lower limit for the heating temperature in order to cause sintering. In order to ensure the formation of the τ phase, the lower limit of the heating temperature is preferably a value to which liquid phase sintering can occur.

加熱時間が10時間未満であると、τ相を充分に生成することが難しい。τ相の生成をより確実なものとするために、加熱時間は、12時間以上であることが好ましく、20時間以上であることがより好ましい。なお、加熱時間とは、焼結が生じ得る温度に成形体を昇温するまでの昇温期間を除いた時間を指す。 If the heating time is less than 10 hours, it is difficult to sufficiently generate the τ phase. In order to make the formation of the τ phase more reliable, the heating time is preferably 12 hours or more, and more preferably 20 hours or more. The heating time refers to the time excluding the temperature rise period until the temperature of the molded product is raised to a temperature at which sintering can occur.

また、加熱は、得られる未着磁焼結体の酸化を防ぐ等の観点から、不活性ガスの雰囲気中、又は減圧された雰囲気中、好ましくは真空中で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス等を用いることができる。 Further, the heating is performed in an atmosphere of an inert gas, an atmosphere of reduced pressure, preferably in a vacuum, from the viewpoint of preventing oxidation of the obtained unmagnetized sintered body. As the inert gas, for example, argon gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas, carbon monoxide gas and the like can be used.

焼結体の徐冷は、80K/hr以下の降温速度で常温に冷ますことにより行う。ここで常温とは、JISZ8703の規定に則り、278.15K~308.15Kの温度を指すものとする。この徐冷工程においても、τ相の生成、具体的には、ε相からτ相への相変態が生じる。 Slow cooling of the sintered body is performed by cooling to room temperature at a temperature lowering rate of 80 K / hr or less. Here, the normal temperature refers to a temperature of 278.15K to 308.15K in accordance with the provisions of JISZ8703. Also in this slow cooling step, the formation of the τ phase, specifically, the phase transformation from the ε phase to the τ phase occurs.

降温速度を80K/hr以下とすることにより、τ相の生成をより確実なものとすることができる。降温速度は、75K/hr以下であることが好ましく、70K/hr以下であることがより好ましい。 By setting the temperature lowering rate to 80 K / hr or less, the formation of the τ phase can be made more reliable. The temperature lowering rate is preferably 75 K / hr or less, and more preferably 70 K / hr or less.

また、徐冷も焼結と同様、焼結体の酸化を防ぐ等の観点から、不活性ガスの雰囲気中、又は減圧された雰囲気中、好ましくは真空中で行う。 Similarly to sintering, slow cooling is also performed in an atmosphere of an inert gas, an atmosphere of reduced pressure, preferably in a vacuum, from the viewpoint of preventing oxidation of the sintered body.

なお、焼結工程及び徐冷工程を経て得られた焼結体(以下、Mn-Al-C系磁性焼結体という。)は、焼結前の元の成形体に比べて、体積が膨張している。この体積膨張によって、気孔率も高められる。Mn-Al-C系磁性焼結体の気孔率は、例えば、15%以上である。 The volume of the sintered body (hereinafter referred to as Mn—Al—C-based magnetic sintered body) obtained through the sintering step and the slow cooling step is larger than that of the original molded body before sintering. is doing. This volume expansion also increases the porosity. The porosity of the Mn—Al—C based magnetic sintered body is, for example, 15% or more.

上述したように、Mn-Al-C系磁性焼結体の内部には、強磁性相であるτ相が生成されている。但し、Mn-Al-C系磁性焼結体の内部においては、τ相の結晶粒の磁化容易方向がランダムであるため、Mn-Al-C系磁性焼結体は、等方性磁石である。 As described above, the τ phase, which is a ferromagnetic phase, is generated inside the Mn—Al—C-based magnetic sintered body. However, since the direction in which the τ-phase crystal grains are easily magnetized is random inside the Mn—Al—C magnetic sintered body, the Mn—Al—C magnetic sintered body is an isotropic magnet. ..

以上説明したように、本実施形態に係るMn-Al-C系磁性焼結体は、Mn、Al、及びCを主成分とする気孔率15%以上の焼結体よりなり、内部に磁気等方性を有する態様でτ相を含有している。Mn-Al-C系磁性焼結体におけるMn、Al、及びCの合量は、着磁済焼結体の95wt%以上、好ましくは98wt%以上を占める。 As described above, the Mn—Al—C-based magnetic sintered body according to the present embodiment is composed of a sintered body containing Mn, Al, and C as main components and having a porosity of 15% or more, and has magnetic properties inside. It contains an τ phase in an anisotropic manner. The total amount of Mn, Al, and C in the Mn—Al—C magnetic sintered body accounts for 95 wt% or more, preferably 98 wt% or more of the magnetized sintered body.

Mn-Al-C系磁性焼結体は、それ自体、着磁させて等方性磁石として用いることができるし、異方性磁石を得るための素材として用いることもできる。そこで、以下では、引き続き、Mn-Al-C系磁性焼結体を用いて、異方性磁石を得る方法を述べる。 The Mn—Al—C magnetic sintered body itself can be magnetized and used as an isotropic magnet, or can be used as a material for obtaining an anisotropic magnet. Therefore, in the following, a method for obtaining an anisotropic magnet by using a Mn—Al—C-based magnetic sintered body will be subsequently described.

(d)粉砕工程
まず、Mn-Al-C系磁性焼結体を粉砕することにより、粉砕物となす(ステップS5)。粉砕物の粒度は、特に限定されないが、Mn-Al-C系磁性焼結体を、できるだけ磁区レベルに分解することが好ましい。このような観点から、粉砕物の粒度は、例えば、45μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましい。なお、上述のように、Mn-Al-C系磁性焼結体は、気孔率15%以上の多孔質な組織を有するため、従来の合金に比べて、粉砕を容易に行える。
(D) Crushing Step First, the Mn—Al—C-based magnetic sintered body is crushed to form a crushed product (step S5). The particle size of the pulverized product is not particularly limited, but it is preferable to decompose the Mn—Al—C-based magnetic sintered body to the magnetic domain level as much as possible. From such a viewpoint, the particle size of the pulverized product is preferably, for example, 45 μm or less, and more preferably 20 μm or less. As described above, since the Mn—Al—C-based magnetic sintered body has a porous structure having a porosity of 15% or more, it can be easily pulverized as compared with conventional alloys.

なお、Mn-Al-C系磁性焼結体を粉砕して粉砕物を得た後は、磁力選別によって、強磁性相を含まない粒子を粉砕物から取り除くことで、粉砕物中における強磁性相を含む粒子の存在割合を高めることが好ましい。 After the Mn—Al—C magnetic sintered body is crushed to obtain a pulverized product, particles that do not contain the ferromagnetic phase are removed from the pulverized product by magnetic force selection to obtain a ferromagnetic phase in the pulverized product. It is preferable to increase the abundance ratio of the particles containing.

(e)再成形工程
次に、得られた粉砕物を再成形すると共に、再成形の過程で、粉砕物を構成する粒子の磁化容易軸を配向させることで、磁気的に異方化された再成形体を得る(ステップS6)。
(E) Remolding step Next, the obtained pulverized product was remolded, and in the remolding process, the easily magnetized axes of the particles constituting the pulverized product were oriented to be magnetically differentiated. A remolded body is obtained (step S6).

具体的には、粉砕物をバインダで練り込んで混錬物を得、かかる混錬物を、バインダが未硬化の状態で、外部磁場を付与しながら成形する。成形の過程で、粉砕物を構成する粒子の磁化容易方向が外部磁場の方向に配向することにより、磁気異方性が高められる。 Specifically, the crushed product is kneaded with a binder to obtain a kneaded product, and the kneaded product is formed while the binder is uncured and an external magnetic field is applied. In the process of molding, the magnetic anisotropy is enhanced by orienting the easy magnetization direction of the particles constituting the pulverized product in the direction of the external magnetic field.

混錬物の成形後に、バインダが硬化される。なお、バインダには、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ナイロン樹脂等の熱可塑性樹脂といった樹脂を用いることができる。 After molding the kneaded product, the binder is cured. As the binder, for example, a resin such as a thermosetting resin such as an epoxy resin or a thermoplastic resin such as a nylon resin can be used.

(f)着磁工程
次に、再成形体に磁場を与えることにより、再生形体を着磁させる(ステップS7)。以上で、本実施形態に係るMn-Al-C系磁石としての、異方性磁石である再成形体が完成する。
(F) Magnetization Step Next, the regenerated body is magnetized by applying a magnetic field to the remolded body (step S7). This completes the remolded body which is an anisotropic magnet as the Mn—Al—C based magnet according to the present embodiment.

以上説明したように、本実施形態によれば、成形体を、MnとAlとの合金の融点未満の温度で、10時間以上にわたって焼結させることにより、内部に強磁性相が生成されているMn-Al-C系磁性焼結体を得ることができる。つまり、従来よりも低温で、従来よりも長い時間の加熱を行うことで、1つの焼結工程を経て強磁性相を得ることができる。従来のように、ε相を形成する工程と、ε相をτ相に相転移させる工程とを分ける必要がない。このため、従来よりも簡単にMn-Al-C系磁石としての再成形体を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, a ferromagnetic phase is generated inside by sintering the molded body at a temperature lower than the melting point of the alloy of Mn and Al for 10 hours or more. A Mn—Al—C based magnetic sintered body can be obtained. That is, the ferromagnetic phase can be obtained through one sintering step by heating at a lower temperature than before and for a longer time than before. It is not necessary to separate the step of forming the ε phase and the step of changing the phase of the ε phase to the τ phase as in the conventional case. Therefore, a remolded body as a Mn—Al—C magnet can be obtained more easily than before.

また、本実施形態に係るMn-Al-C系磁性焼結体は、気孔率が15%以上であるため、従来の合金に比べて、粉砕が容易である。このため、粉砕を伴う異方性磁石の製造を従来よりも容易に行える。なお、粉砕をより容易化するという観点から、Mn-Al-C系磁性焼結体の気孔率は、20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましい。なお、気孔率は、原料粉体の粒度、成形体を形成する際の成形圧力、焼結体を得る際の加熱温度、加熱時間等で調整できることは当業者に理解できるであろう。 Further, since the Mn—Al—C-based magnetic sintered body according to the present embodiment has a porosity of 15% or more, it is easier to pulverize than a conventional alloy. Therefore, it is easier than ever to manufacture an anisotropic magnet accompanied by pulverization. From the viewpoint of facilitating pulverization, the porosity of the Mn—Al—C-based magnetic sintered body is preferably 20% or more, and more preferably 25% or more. Those skilled in the art will understand that the porosity can be adjusted by the particle size of the raw material powder, the molding pressure when forming the molded body, the heating temperature when obtaining the sintered body, the heating time, and the like.

純度99.9wt%のマンガン質原料よりなる粒径75μm未満の粉体、純度99.99wt%のアルミニウム質原料よりなる粒径75μm未満の粉体、及び純度99.99wt%の炭素質原料よりなる粒径75μm未満の粉体を秤量して混合し、Mn、Al、及びCの含有量が互いに異なる、実施例1-4に係る4種類の原料粉体を得た。 It is composed of a powder having a particle size of less than 75 μm made of a manganese raw material having a purity of 99.9 wt%, a powder having a particle size of less than 75 μm made of an aluminum material having a purity of 99.99 wt%, and a carbonaceous material having a purity of 99.99 wt%. Powders having a particle size of less than 75 μm were weighed and mixed to obtain four kinds of raw material powders according to Examples 1-4, which had different contents of Mn, Al, and C.

実施例1に係る原料粉体におけるMn、Al、Cのmol比は、Mn:Al:C=55:45:0.5である。実施例2に係る原料粉体におけるMn、Al、Cのmol比は、Mn:Al:C=55:45:1.0である。実施例3に係る原料粉体におけるMn、Al、Cのmol比は、Mn:Al:C=55:45:1.5である。実施例4に係る原料粉体におけるMn、Al、Cのmol比は、Mn:Al:C=55:45:2.0である。 The mol ratio of Mn, Al, and C in the raw material powder according to Example 1 is Mn: Al: C = 55: 45: 0.5. The mol ratio of Mn, Al, and C in the raw material powder according to Example 2 is Mn: Al: C = 55: 45: 1.0. The mol ratio of Mn, Al, and C in the raw material powder according to Example 3 is Mn: Al: C = 55: 45: 1.5. The mol ratio of Mn, Al, and C in the raw material powder according to Example 4 is Mn: Al: C = 55: 45: 2.0.

また、比較例として、実施例1-4に係るマンガン質原料の粉体及びアルミニウム質原料の粉体と同じものを用い、炭素質原料を含有しない原料粉体を得た。比較例に係る原料粉体におけるMn、Al、Cのmol比は、Mn:Al:C=55:45:0である。 Further, as a comparative example, the same powders as the manganese raw material powder and the aluminum raw material powder according to Examples 1-4 were used to obtain raw material powders containing no carbonaceous raw material. The mol ratio of Mn, Al, and C in the raw material powder according to the comparative example is Mn: Al: C = 55: 45: 0.

次に、上述した実施例1-4及び比較例に係る原料粉体の各々を、型に充填して15MPaで加圧成形し、円柱状の成形体となした。そして、それら成形体の各々を、加熱炉においてアルゴンガスの雰囲気中で焼結させたのち、徐冷させた。 Next, each of the raw material powders according to Examples 1-4 and Comparative Examples described above was filled in a mold and pressure-molded at 15 MPa to obtain a columnar molded body. Then, each of the molded bodies was sintered in an atmosphere of argon gas in a heating furnace, and then slowly cooled.

図2に、加熱炉内の温度パターンを示す。焼結工程では、各成形体を昇温速度300K/hrで、常温としての293Kから、MnとAlとの合金の融点未満の温度である1073Kへと昇温させたのち、1073Kを48時間にわたって保持した。このようにして、48時間にわたる加熱によって、各成形体を焼結体となした。 FIG. 2 shows the temperature pattern in the heating furnace. In the sintering step, each molded product was heated from 293K at room temperature to 1073K, which is a temperature below the melting point of the alloy of Mn and Al, at a heating rate of 300K / hr, and then 1073K was heated for 48 hours. Retained. In this way, each molded product was made into a sintered body by heating for 48 hours.

また、徐冷工程では、各焼結体を、降温速度65K/hrで常温に冷ました。徐冷は12時間にわたって行った。 In the slow cooling process, each sintered body was cooled to room temperature at a temperature lowering rate of 65 K / hr. The slow cooling was performed for 12 hours.

以上のようにして、実施例1-4及び比較例に係る焼結体を得た。図3Aに、実施例3に係る焼結体の外観を示す。また、図3Bに、同実施例3に係る焼結前の成形体の外観を示す。 As described above, the sintered bodies according to Examples 1-4 and Comparative Examples were obtained. FIG. 3A shows the appearance of the sintered body according to the third embodiment. Further, FIG. 3B shows the appearance of the molded product before sintering according to the third embodiment.

図3Aと図3Bとの比較から見て取れるように、焼結によって、体積の膨張が認められた。図3Aに示す焼結体の体積は、図3Bに示す成形体の体積の約3倍であった。なお、このように体積が膨張した理由は、焼結及び徐冷の過程で、C原子が、Mn-Al系の結晶内に入り込んだためではないかと推定される。体積膨張に伴い、気孔率も増加する。図3Aに示す焼結体の気孔率は、約25%であった。 As can be seen from the comparison between FIGS. 3A and 3B, volume expansion was observed by sintering. The volume of the sintered body shown in FIG. 3A was about three times the volume of the molded body shown in FIG. 3B. It is presumed that the reason for the expansion of the volume in this way is that the C atom entered the Mn—Al system crystal in the process of sintering and slow cooling. Porosity also increases with volume expansion. The porosity of the sintered body shown in FIG. 3A was about 25%.

次に、実施例1-4及び比較例に係る焼結体の各々に含まれる晶相を、X線回折装置を用いて同定した。 Next, the crystal phases contained in each of the sintered bodies according to Examples 1-4 and Comparative Examples were identified using an X-ray diffractometer.

図4に、各焼結体のX線回折パターンを示す。横軸は、角度2θを単位「度」で表し、縦軸は回折ビームの強度を相対目盛で表す。また、図4には、各焼結体について、原料粉体の段階におけるCの含有比Xを付記している。Xの値は、MnとAlの含有量の合計100mol%に対する外かけを表す。 FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern of each sintered body. The horizontal axis represents the angle 2θ in units of “degrees”, and the vertical axis represents the intensity of the diffracted beam in relative scales. Further, in FIG. 4, the content ratio X of C at the stage of the raw material powder is added to each sintered body. The value of X represents an external amount with respect to the total content of Mn and Al of 100 mol%.

X=1.0とした実施例2、X=1.5とした実施例3、及びX=2.0とした実施例4のそれぞれの回折パターンにおいて、2θが約41度及び約47度の位置に、強磁性相であるτ相の存在を示すピークが現れている。これより、焼結工程及び徐冷工程において、τ相が生成されたことが確認された。 In each of the diffraction patterns of Example 2 with X = 1.0, Example 3 with X = 1.5, and Example 4 with X = 2.0, 2θ is about 41 degrees and about 47 degrees. At the position, a peak indicating the existence of the τ phase, which is a ferromagnetic phase, appears. From this, it was confirmed that the τ phase was generated in the sintering step and the slow cooling step.

一方、X=0.5とした実施例1、及びX=0.0とした比較例の回折パターンにおいては、τ相の存在を示すピークは、明瞭には認められなかった。 On the other hand, in the diffraction patterns of Example 1 in which X = 0.5 and Comparative Example in which X = 0.0, a peak indicating the presence of the τ phase was not clearly observed.

また、実施例1-4及び比較例のいずれの回折パターンにおいても、β相の存在を示すピークが認められる。但し、β相は、常磁性相である。また、ε相の存在を示すピークは、いずれの回折パターンにおいても、明瞭には認められなかった。 Further, in both the diffraction patterns of Examples 1-4 and Comparative Examples, a peak indicating the presence of the β phase is observed. However, the β phase is a paramagnetic phase. In addition, the peak indicating the presence of the ε phase was not clearly observed in any of the diffraction patterns.

次に、実施例1-4及び比較例に係る焼結体の各々について、磁束密度1.5Tの外部磁場を与えた場合に保持しうる磁化を、振動試料型磁力計によって測定した。 Next, for each of the sintered bodies according to Examples 1-4 and Comparative Examples, the magnetization that could be maintained when an external magnetic field having a magnetic flux density of 1.5 T was applied was measured by a vibration sample magnetometer.

図5に、磁化の測定結果示す。縦軸は、単位質量あたりの磁化を表す。横軸は、各焼結体についての原料粉体の段階におけるCの含有比Xを表す。即ち、図5のグラフは、残留磁化の、Cの添加量に対する依存性を示す。 FIG. 5 shows the measurement result of the magnetization. The vertical axis represents the magnetization per unit mass. The horizontal axis represents the C content ratio X at the stage of the raw material powder for each sintered body. That is, the graph of FIG. 5 shows the dependence of the residual magnetization on the amount of C added.

Cの添加量が増えるに従って、磁化が大きくなる傾向がみられる。Mn-Al系の結晶において、強磁性相はτ相のみであることから、磁化の増加は、τ相の増加を示している。特に、Cの添加比X=1.5mol%以上である場合に、残留磁化が飛躍的に増大する。 As the amount of C added increases, the magnetization tends to increase. In the Mn—Al system crystal, since the ferromagnetic phase is only the τ phase, the increase in magnetization indicates the increase in the τ phase. In particular, when the addition ratio of C is X = 1.5 mol% or more, the residual magnetization is dramatically increased.

このことから、焼結体におけるCの含有量は、同焼結体におけるMnとAlとの含有量の合計100mol%に対する外かけで、1.5mol%以上が好ましく、2.0mol%以上がより好ましいと言える。 From this, the C content in the sintered body is preferably 1.5 mol% or more, more preferably 2.0 mol% or more, in terms of the total content of Mn and Al in the sintered body, which is 100 mol% or more. It can be said that it is preferable.

また、Cの添加比X=0.5mol%とした実施例1に係る焼結体についても、磁化の保持が認められた。このことから、実施例1に係る焼結体は、図4のX線回折パターンにはτ相のピークを明瞭には示さなかったが、確かにτ相が生成されていたと言える。なお、Cの添加比X=0mol%とした比較例については、残留磁化が認められなかった。 In addition, the sintered body according to Example 1 in which the addition ratio of C was X = 0.5 mol% was also found to retain the magnetization. From this, it can be said that the sintered body according to Example 1 did not clearly show the peak of the τ phase in the X-ray diffraction pattern of FIG. 4, but the τ phase was certainly generated. No residual magnetization was observed in the comparative example in which the addition ratio of C was X = 0 mol%.

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。上記実施形態及び実施例1-4は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示される。請求の範囲内及びそれと同等の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto. The above embodiments and Examples 1-4 are for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention. The scope of the invention is indicated by the claims. Various modifications made within the claims and equivalents are considered to be within the scope of the invention.

例えば、上記の方法の他に、粉砕前のMn-Al-C系磁性焼結体をプレスすることで再成型することが可能である。 For example, in addition to the above method, it is possible to remold by pressing a Mn—Al—C-based magnetic sintered body before pulverization.

また、Mn-Al-C系磁性焼結体を従来技術のように熱間塑性加工することで、異方性磁石を製造できる。 Further, by hot plastic working the Mn—Al—C magnetic sintered body as in the prior art, an anisotropic magnet can be manufactured.

さらに、特許文献3や特許文献4によれば、焼結工程(ステップS3)及び徐冷工程(ステップS4)で焼結体に磁場を印加することで、τ相の合成を促進でき、結晶配向したτ相の生成ができる。 Further, according to Patent Document 3 and Patent Document 4, by applying a magnetic field to the sintered body in the sintering step (step S3) and the slow cooling step (step S4), the synthesis of the τ phase can be promoted and the crystal orientation can be promoted. The τ phase can be generated.

Claims (2)

マンガン質原料の粉体、アルミニウム質原料の粉体、及び炭素質原料の粉体からなる原料粉体であって、Mnの含有量/Alの含有量のmol比が、50/50以上、60/40以下であり、かつCの含有量が、前記原料粉体におけるMnとAlとの含有量の合計100mol%に対する外かけで1.5mol%以上である前記原料粉体を成形することにより、成形体となす成形工程と、
前記成形体を、1275K未満の温度で、10時間以上にわたって加熱することにより、焼結体となす焼結工程と、
前記焼結体を、80K/hr以下の降温速度で常温に冷ます徐冷工程と、
を有する、Mn-Al-C系磁石の製造方法。
It is a raw material powder composed of a manganese raw material powder, an aluminum raw material powder, and a carbonaceous raw material powder, and the mol ratio of Mn content / Al content is 50/50 or more, 60. By molding the raw material powder having a C content of / 40 or less and 1.5 mol% or more of the total content of Mn and Al in the raw material powder of 100 mol% or more . The molding process with the molded body and
A sintering step of heating the molded product at a temperature of less than 1275 K for 10 hours or more to form a sintered body.
A slow cooling step in which the sintered body is cooled to room temperature at a temperature lowering rate of 80 K / hr or less,
A method for manufacturing a Mn—Al—C magnet.
前記徐冷工程の後に、
前記焼結体を粉砕することにより、粉砕物となす粉砕工程と、
前記粉砕物を再成形すると共に、再成形の過程で、前記粉砕物を構成する粒子の磁化容易軸を配向させることにより、磁気的に異方化された再成形体を得る再成形工程と、
前記再成形体を着磁させる着磁工程と、
をさらに有する、請求項1に記載のMn-Al-C系磁石の製造方法。
After the slow cooling step,
A crushing step of crushing the sintered body to make a crushed product,
A remolding step of remolding the pulverized product and in the process of remolding, by orienting the easily magnetized axis of the particles constituting the pulverized product, a remolded body obtained by magnetically differentiating the crushed product is obtained.
The magnetizing step of magnetizing the remolded body and
The method for producing a Mn—Al—C magnet according to claim 1 , further comprising.
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