JP7137908B2 - Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はNd-Fe-B系磁性体の製造技術分野に関し、特にNd-Fe-B系焼結永久磁性体の保磁力を向上させる製造方法であって、Nd-Fe-B系焼結永久磁性体に希土類金属の単体又は合金を有効に付着させ、重量増加精度を制御し易いNd-Fe-B系磁性体の粒界拡散法に用いる拡散源付着技術に関する。
ハイテク応用分野におけるNd-Fe-B系磁性体に対する要求の高まり(高磁化強度及び高エネルギー積特性)や、コスト等の要素も同時に考慮すると、粒界拡散法は必然な選択の一つとなっている。
2005年中村氏は、重希土酸化物及びフッ化物粉末の添加による簡単且つ迅速な保磁力向上方法である「粒界拡散技術」を発表した。拡散技術の発展に伴い、二種類の拡散メカニズム、即ち、重希土元素を含む拡散によりNdFe14B主相を硬化させ、大量のコアシェル構造を形成する方法、又は粒界の磁性相の拡張及び希釈により保磁力を向上させる方法が確立されている。
上記の通り、粒界拡散の実現には、以下の二つの工程が必要である。即ち、まず、重希土類金属又は重希土類金属合金をNd-Fe-B系磁性体表面に付着させ、次いでNd-Fe-B系磁性体表面に付着した重希土類金属又は重希土類金属合金を粒界に沿ってNd-Fe-B系磁性体内部まで拡散させる工程である。中国内外のNd-Fe-B系磁性体製造工場で用いられる拡散条件は、基本的に同じであるが、重希土類の付着工程は異なる。重希土類の主な付着方法には、(1)真空蒸着法又は熱吹付法によって、重希土類金属の単体又は合金をNd-Fe-B系磁性体表面に付着させる方法、(2)重希土類の単体、合金又は化合物を有機溶剤と混合した後、懸濁液を塗布して、電気泳動等の方法によりNd-Fe-B系磁性体表面に付着させる方法、が存在するが、上記二つの方法は、いずれも異なる問題が存在する。即ち、真空蒸着又は熱吹付法では、蒸着又は吹付工程で、重希土類の多くがNd-Fe-B系磁性体上ではなく、蒸着室内又は材料載置トレイ上に堆積してしまい、重希土類の利用率が極めて悪い。さらにこの技術に必要な設備は高価であり、工業生産には適さない、という問題も存在する。塗布法又は電気泳動法の場合、製造コストが低く、生産効率は高いものの、当該方法では有機懸濁液を製造するため,大量の有機溶剤を必要とするが、有機溶剤は揮発し易く、金属粉末は沈殿し易いため、塗布が不均一となり、量産等には不向きである。
中国公開特許CN104299744Aには、懸濁液をメッシュ篩に塗布し、陰干し、磁性体の中間層に配置して拡散させる方法を開示しているが、当該方法では、メッシュ篩が変形し易く、磁性体表面に粘着しまうことから、製造コスト高く、接触不良によって拡散源が浪費されてしまう問題がある。また中国公開特許CN105957679Aには、モリブデンメッシュにより重希土類板とNd-Fe-B系焼結永久磁性体を隔離させ、複数回に亘って拡散させる方法を開示しているが、当該方法では、重希土類板を複数回使用すると、酸化及び变形し易くなることから、製造原価が高くなり、製造コストが増加する問題がある。さらに中国公開特許CN107578912Aには、アルコール系、ガソリン、ペンキ等からなる懸濁液を磁性体表面に塗布した後に、拡散処理を行う方法を開示しているが、当該方法では、揮発し易く、毒性が強く、制御性が悪いことから、量産が極めて困難であった。
中国特許公開CN104299744A 中国特許公開CN105957679A 中国特許公開CN107578912A
本発明は、上記従来技術が有する問題を解決し、簡易な方法によってNd-Fe-B系焼結永久磁性体の保磁力を向上させる製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本願発明は、Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の製造方法であって、
(工程a)立方体からなるNd-Fe-B系焼結永久磁性体の一表面に有機溶剤を塗布し、前記有機溶剤を硬化及び乾燥させて有機膜層を形成し、
(工程b)前記有機膜層に、先端が前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の前記一表面に達する膜層アレイ孔を形成し、
(工程c)少なくとも希土類元素を含む金属粉末を均一且つ平坦に前記有機膜層で被覆された前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体に散布し、垂直超音波振動によって前記金属粉末を前記膜層アレイ孔に侵入させ、弾性有機パネルによって前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の前記一表面を押圧し、前記膜層アレイ孔に堆積している前記金属粉末を締固め、50℃以上120℃以下で加熱して前記金属粉末を硬化させ、前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の前記一表面に残った前記金属粉末を除去し、
(工程d)前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体に対して、拡散処理及び時効処理を行う、ことを特徴とする。
また、前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の厚さは0.5mm以上10mm以下である、ことを特徴とする。
また、前記塗布の方法は、吹付、スクリーン印刷、ディップコート、ロールコート、ブラシ塗り、又はスピンコートである、ことを特徴とする。
また、前記有機膜層の厚さは5μm以上100μm以下である、ことを特徴とする。
また、前記有機溶剤は、有機シリコン、有機ガラス、硬化樹脂、ゴム、又はホットメルト接着剤のいずれかを含む、ことを特徴とする。
また、前記膜層アレイ孔は、レーザースポット照射、機械微細ドリル、又は化学エッチングによって形成され、各前記膜層アレイ孔の間隔は0.5mm以上1.5mm以下である、ことを特徴とする。
また、前記金属粉末の散布は、メッシュモールドの押圧、ブリケット摩擦、又は篩枠の振動による、ことを特徴とする。
また、前記金属粉末は少なくともTb、Dy、Pr、Nd、La、Ceのいずれか1種を含み、又はCu、Al、Zn、Ga、Sn、Mg、Feのうちの1種又は複数の金属との合金である、ことを特徴とする。
また、前記弾性有機パネルの押圧力は0.5MPa以上である、ことを特徴とする。
また、前記拡散処理における温度は750℃以上950℃以下、処理時間は6時間以上72時間以下であり、前記時効処理における温度は450℃以上650℃以下、処理時間は3時間以上15時間以下である、ことを特徴とする。
本発明によれば、有機膜層の厚さを高精度に制御でき、希土類元素を含む金属粉末の散布、膜層アレイ孔内への金属粉末の堆積及び金属粉末のマイクロ融解凝固法との組み合わせにより、希土類元素をNd-Fe-B系磁性体表面に効果的かつ高精度に付着させることができる。本発明による利点は以下の通りである。
Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の表面に希土類金属粉末又はその合金粉末をアレイ式に分布させることで、拡散源の利用効率が向上する。
また有機膜層の厚みを変化させることで、形成される膜層アレイ孔の体積をコントロールし、拡散源のNd-Fe-B系焼結永久磁性体表面への付着量(即ち、重量)を容易に変化させ、保磁力の上昇量を高精度に制御できる。
微加熱によって膜層アレイ孔を微融解し、拡散源粉末を固定し、且つ、両面同時に処理することができるため、処理効率が効果的に高まる。
有機溶剤の塗布によって有機膜層を形成するため、異形磁性体又は特定の拡散が求められる磁性体(即ち、局所拡散又は位置決め拡散)に対しても処理することができるため、多様な外形の磁性体に対応できる。
製造方法は簡素であり、コストも安価で大量生産に適合する。
有機膜層を示す図である。 膜層アレイ孔の製造を示す図である。 膜層アレイ孔内に金属粉末が堆積された状態を示す図である。 弾性有機パネルによって金属粉末を押圧する様子を示す図である。 表面の金属粉末除去を示す図である。
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例は本発明の解釈にのみ用いるものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
実施例1
図1~5に示すように、20mm×20mm×3mmサイズのNd-Fe-B系焼結永久磁性体2の両面に、有機溶剤を吹付法で塗布し、硬化及び乾燥させて25μm厚の有機膜層3を形成した。有機溶剤として有機シリコンを用いたが、有機ガラス、硬化樹脂、ゴム又はホットメルト接着剤でも良い。
その後、有機膜層3に対しレーザー照射機を用いて、先端がNd-Fe-B系焼結永久磁性体2の両面に達する膜層アレイ孔4を複数形成した。膜層アレイ孔4の間隔ピッチを0.5mm以上1.5mm以下とした。
その後、メッシュモールドの押圧により、ジスプロシウム粉末(金属粉末1)を均一且つ平坦に磁性体表面(有機膜層3で被覆された磁性体表面)に散布し、垂直超音波振動によってジスプロシウム粉末を膜層アレイ孔4内に堆積させた。
その後、弾性有機パネル5を用いて膜層アレイ孔4内のジスプロシウム粉末を0.5MPaの圧力で押圧し、有機膜層3を80℃で微加熱してジスプロシウム粉末を硬化させ、ブラシ6を用いて表面のジスプロシウム粉末を除去した。なお、ブラシ6に替えて、ソフトウエッジ板を用いても良い。
磁石面を反転させて同様の操作を行った。片面のジスプロシウム粉末の重量は、Nd-Fe-B系磁性体重量の0.4%であり、両面で0.8%を添加した。
その後、ジスプロシウム粉末で覆われたNd-Fe-B系磁性体を焼結炉内に直接投入し、900℃で10時間の拡散処理を行った。その後、磁性体を炉内で冷却し、引き続き500℃まで昇温して、6時間の時効処理を行った。
実施例1で作成したNd-Fe-B系焼結磁性体薄片の磁気特性の測定結果を、拡散処理していない原始サンプルと比較した結果を表1に示す。
表1
Figure 0007137908000001
表1に示すとおり、重量比で0.8%のジスプロシウム粉末を散布したNd-Fe-B系磁性体は、拡散及び時効処理後に、残留磁束密度が0.1kGs降下したものの、保磁力は5kOe上昇し、かつ磁性体の角形变化は極めて小さかった。
実施例2
20mm×20mm×10mmサイズのNd-Fe-B系焼結永久磁性体2の両面に、有機溶剤を吹付法で塗布し、硬化及び乾燥させて100μm厚の有機膜層3を形成した。有機溶剤は、実施例1と同じである。
その後、有機膜層3に対しレーザー照射機を用いて、先端がNd-Fe-B系焼結永久磁性体2の両面に達する膜層アレイ孔4を複数形成した。膜層アレイ孔4の間隔ピッチを0.5mm以上1.5mm以下とした。
その後、篩枠の振動による散布法により、テルビウム粉末(金属粉末1)を均一且つ平坦に磁性体表面(有機膜層3で被覆された磁性体表面)に散布し、垂直超音波振動によってテルビウム粉末を膜層アレイ孔4内に堆積させた。
その後、弾性有機パネル5を用いて膜層アレイ孔4内のテルビウム粉末を1.0MPaの圧力で押圧し、有機膜層3を120℃で微加熱してテルビウム粉末を硬化させ、ブラシ6を用いて表面のテルビウム粉末を除去した。
磁石面を反転させて同様の操作を行った。片面のテルビウム粉末の重量は、Nd-Fe-B系磁性体重量の0.4%であり、両面で0.8%を添加した。
その後、テルビウム粉末で覆われたNd-Fe-B系磁性体を焼結炉内に直接投入し、950℃で6時間の拡散処理を行った。その後、磁性体を炉内で冷却し、引き続き500℃まで昇温して、6時間の時効処理を行った。
実施例2で作成したNd-Fe-B系焼結磁性体薄片の磁気特性の測定結果を、拡散処理していない原始サンプルと比較した結果を表2に示す。
表2
Figure 0007137908000002
表2に示すとおり、重量比で0.8%の純テルビウム粉末を散布したNd-Fe-B系磁性体は、拡散及び時効処理後に、残留磁束密度が0.05kGs降下したものの、保磁力は9.16kOe上昇し、かつ磁性体の角形变化は極めて小さかった。
実施例3
20mm×20mm×2mmサイズのNd-Fe-B系焼結永久磁性体2の両面に、有機溶剤をスクリーン印刷法で塗布し、硬化及び乾燥させて20μm厚の有機膜層3を形成した。有機溶剤は、実施例1と同じである。
その後、有機膜層3に対しレーザー照射機を用いて、先端がNd-Fe-B系焼結永久磁性体2の両面に達する膜層アレイ孔4を複数形成した。膜層アレイ孔4の間隔ピッチを0.5mm以上1.5mm以下とした。
その後、篩枠の振動による散布法により、Pr35Dy35Cu30粉末(金属粉末1)を均一且つ平坦に磁性体表面(有機膜層3で被覆された磁性体表面)に散布し、垂直超音波振動によってPr35Dy35Cu30粉末を膜層アレイ孔4内に堆積させた。
その後、弾性有機パネル5を用いて膜層アレイ孔4内のPr35Dy35Cu30粉末を押圧し、有機膜層3を50℃で微加熱し、Pr35Dy35Cu30粉末を硬化させ、ブラシ6で表面のPr35Dy35Cu30粉末を除去した。
磁石面を反転させて同様の操作を行った。片面のPr35Dy35Cu30粉末の重量は、Nd-Fe-B系磁性体重量の0.45%であり、両面で0.9%添加した。
その後、Pr35Dy35Cu30粉末で覆われたNd-Fe-B系焼結永久磁性体を焼結炉内に直接投入し、850℃で72時間の拡散処理を行った。その後、磁性体を炉内で冷却し、引き続き450℃まで昇温して、15時間保温した。
実施例3で作成したNd-Fe-B系焼結磁性体薄片の磁気特性の測定結果を、拡散処理していない原始サンプルと比較した結果を表3に示す。
表3
Figure 0007137908000003
表3に示すとおり、重量比が0.9%のPr35Dy35Cu30粉末を散布したNd-Fe-B系磁性体は、拡散及び時効処理後に、残留磁束密度が0.23kGs降下したものの、保磁力は6.2kOe上昇し、かつ磁性体の角形变化は極めて小さかった。
実施例4
20mm×20mm×4mmサイズのNd-Fe-B系焼結永久磁性体2の両面に、有機溶剤をロールコート法で塗布し、硬化及び乾燥させて30μm厚の有機膜層3を形成した。有機溶剤は、実施例1と同じである。
その後、機械式微細孔ドリル法を用いて、先端がNd-Fe-B系焼結永久磁性体2の両面に達する膜層アレイ孔4を複数形成した。膜層アレイ孔4の間隔ピッチを0.5mm以上1.5mm以下とした。
その後、ブリケットによる摩擦により、Pr52.5Tb17.5Cu30粉末を均一且つ平坦に磁性体表面(有機膜層3で被覆された磁性体表面)に散布し、垂直超音波振動によってPr52.5Tb17.5Cu30粉末を膜層アレイ孔4内に堆積させた。
その後、弾性有機パネル5を用いて膜層アレイ孔4内のPr52.5Tb17.5Cu30粉末を押圧し、有機膜層3を50℃で微加熱し、Pr52.5Tb17.5Cu30粉末を硬化させ、ブラシ6で表面のPr52.5Tb17.5Cu30粉末を除去した。
磁石面を反転させて同様の操作を行った。片面のPr52.5Tb17.5Cu30粉末の重量は、Nd-Fe-B系磁性体重量の0.6%であり、両面で1.2%添加した。
その後、Pr52.5Tb17.5Cu30粉末層で覆われたNd-Fe-B系焼結永久磁性体を焼結炉内に直接投入し、750℃で72時間の拡散処理を行った。その後、磁性体を炉内で冷却し、引き続き650℃まで昇温して、3時間保温し時効処理を行った。
実施例4で作成したNd-Fe-B系焼結磁性体薄片の磁気特性の測定結果を、拡散処理していない原始サンプルと比較した結果を表4に示す。
表4
Figure 0007137908000004
表4に示すとおり、重量比が1.2%のPr52.5Tb17.5Cu30(at%)粉末を散布したNd-Fe-B系磁性体は、拡散及び時効処理後に、残留磁束密度が0.1kGs降下したものの、保磁力は8.6kOe上昇し、かつ磁性体の角形变化は極めて小さかった。
上記各実施例に示すとおり、Nd-Fe-B系磁性体表面局所に重希土類を散布し、拡散及び時効処理することによりNd-Fe-B系磁性体の保磁力が著しく向上することが分かる。
なお、拡散源となる希土類金属は少なくともTb、Dy、Pr、Nd、La、Ceのいずれか1種を含み、又はCu、Al、Zn、Ga、Sn、Mg、Feのうちの1種又は複数の金属との合金であれ良いが、これらに限定されない。
また、有機溶液の塗布方法は、吹付、スクリーン印刷、ディップコート、ロールコート、ブラシ塗り、又はスピンコートのいずれであっても良いが、これらに限定されない。
また、有機膜層の厚さは5~100μmの範囲内であればよく、有機溶剤は、有機シリコン、有機ガラス、硬化樹脂、ゴム、又はホットメルト接着剤のいずれかを含むものであればよいが、これらに限定されない。
また、膜層アレイ孔は、レーザースポット照射、機械微細ドリル、又は化学エッチングによって形成すれば良いが、これに限定されず、かつ膜層アレイ孔の間隔は0.5mm以上1.5mm以下とすれば良いが、これらに限定されない。
また、弾性有機パネルの押圧力は0.5MPa以上であればよいが、これに限定されない。
以上のとおり、各実施例は何れも好ましい実施例を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない、実質的な本発明の特徴を含む限り、可能な限りにおいて適宜変更、改善を加えたものも、すべて本発明の保護範囲内に属する。

Claims (10)

  1. Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の製造方法であって、
    (工程a)立方体からなるNd-Fe-B系焼結永久磁性体の一表面に有機溶剤を塗布し、前記有機溶剤を硬化及び乾燥させて有機膜層を形成し、
    (工程b)前記有機膜層に、先端が前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の前記一表面に達する膜層アレイ孔を形成し、
    (工程c)少なくとも希土類元素を含む金属粉末を均一且つ平坦に前記有機膜層で被覆された前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体に散布し、垂直超音波振動によって前記金属粉末を前記膜層アレイ孔に侵入させ、弾性有機パネルによって前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の前記一表面を押圧し、前記膜層アレイ孔に堆積している前記金属粉末を締固め、50℃以上120℃以下で加熱して前記金属粉末を硬化させ、前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の前記一表面に残った前記金属粉末を除去し、
    (工程d)前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体に対して、拡散処理及び時効処理を行う、
    ことを特徴とするNd-Fe-B系焼結永久磁性体の製造方法。
  2. 前記Nd-Fe-B系焼結永久磁性体の厚さは0.5mm以上10mm以下である、
    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製造方法。
  3. 前記塗布の方法は、吹付、スクリーン印刷、ディップコート、ロールコート、ブラシ塗り、又はスピンコートである、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のNd-Fe-B系焼結永久磁性体の製造方法。
  4. 前記有機膜層の厚さは5μm以上100μm以下である、
    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製造方法。
  5. 前記有機溶剤は、有機シリコン、有機ガラス、硬化樹脂、ゴム、又はホットメルト接着剤のいずれかを含む、
    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製造方法。
  6. 前記膜層アレイ孔は、レーザースポット照射、機械微細ドリル、又は化学エッチングによって形成され、各前記膜層アレイ孔の間隔は0.5mm以上1.5mm以下である、
    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製造方法。
  7. 前記金属粉末の散布は、メッシュモールドの押圧、ブリケット摩擦、又は篩枠の振動による、
    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製造方法。
  8. 前記金属粉末は少なくともTb、Dy、Pr、Nd、La、Ceのいずれか1種を含み、又はCu、Al、Zn、Ga、Sn、Mg、Feのうちの1種又は複数の金属との合金である、
    ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載のNd-Fe-B系焼結永久磁性体の製造方法。
  9. 前記弾性有機パネルの押圧力は0.5MPa以上である、
    ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載のNd-Fe-B系焼結永久磁性体の製造方法。
  10. 前記拡散処理における温度は750℃以上950℃以下、処理時間は6時間以上72時間以下であり、前記時効処理における温度は450℃以上650℃以下、処理時間は3時間以上15時間以下である、
    ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載のNd-Fe-B系焼結永久磁性体の製造方法。
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