JPH03130310A - ミッシュメタル合金フレーク製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルゴンガス等の不活性雰囲気内でミツシュ
メタル合金溶湯を冷却ドラムの外周面に供給し、急冷・
凝固によってミッタ）メタル合金フレークを製造する方
法に関する。

〔従来の技術〕

溶融金属を急冷凝固して金属薄帯を製造する方法は、非
晶質合金の開発を契機として利点が注目され、新しい材
料の開発のための手段として脚光を浴びている。この急
冷Ｍ同法による金属薄帯の製造技術は、高温の溶融物質
を高速回転している冷却ドラムの外周面に吹き付けて急
冷し、非晶質或いはそれに近い結晶質の材料を製造する
ものである。この技術によるとき、機械加工が困難な、
たとえば冷間圧延が不可能な材料の薄帯を溶融金属から
直接的に得ることができる。また、通常の冷却手段では
不可能な高温相の非晶質化を室温で実現することができ
る。

他方、希土類永久磁石の代表例であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
永久磁石を急冷凝固法によって製造する技術として、特
開昭５７−２１０９３４号公報、特開昭６０−９８５２
号公報等で紹介された方法がある。また、同様な方法が
、大学、企業等の研究成果として多数報告されている。

しかし、従来の技術は、いずれも少量の合金を石英坩堝
中で溶解し、急冷凝固させる実駿室規模のものである。

そこで、本発明者等は、ミツシュメタル−Ｆｅ−Ｂ系永
久磁石を急冷凝固法によって製造する装置として、第５
図に示す設備構成をもった装置を開発した。この装置に
おいては、装置本体３１の内部を溶解室３２とフレーク
化室３３とに区分し、それぞれを真空排気装置３４に接
続している。溶解室３２には、高周波コイル３５を備え
た溶解容器３６が傾動可能に配置されている。

溶解室３２とフレーク化室３３とを仕切る仕切り壁３７
にはベローズ３８が装着されており、このベローズ３８
に漏斗３９及び注湯容器４０が取り付けられる。

注湯容器４０の下端には噴射ノズル４１が設けられてお
り、注湯容器４０本体及び噴射ノズル４１それぞれを所
定温度に保持するための高周波コイル４２が周囲に配置
されている。なお、高周波コイル４２による注湯容器４
０の加熱を効率良く行うため、注湯容器４０と高周波コ
イル４２との間に黒鉛ブロック４３が介在されている。

また、黒鉛ブロック４３と高周波コイル４２との間に外
坩堝４５を配置して、注湯容器４０を支持する。

溶解容器３６で所定量のミツシュメタル−ＦｅＢ系合金
原料を溶解した後、溶解容器３６を傾動させることによ
って、ミツシュメタル合金の溶湯４４を溶解容器３６か
ら漏斗３９を介して注湯容器４０に移し替える。なお、
溶解室３２の内部は、溶解室扉４６の開閉によって開放
又は封止される。

注湯容器４０に供給された溶！４４は、注湯容器４０底
部にある噴射ノズル４１から冷却ドラム４７の外周面に
吹き付けられる。溶！４４は、冷却ドラム４７の外周面
上でパドル４８を形成し、冷却ドラム４７を介した抜熱
によってフレーク４９として飛翔する。このフレーク４
９が、ダクト５０を経てフレーク室５１に集められる。

フレーク室５１に集められたフレーク４９は、粒鉄を除
去した後、所定のサイズに粉砕されて、磁石材料となる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

このフレーク製造装置において、所定の結晶組織をもつ
フレーク４９を製造するために、冷却ドラム４７の外周
面上でパドル４８を安定に維持し、ミツシーメタル合金
溶１に４４の冷却条件を一定にすることが必要である。

したがって、注湯容器４０の下部に設けられた噴射ノズ
ル４１から流出するミツシュメタル合金溶湯４４流を、
一定の太さをもつ整流状態で冷却ドラム４７の外周面に
供給することが要求される。

ところが、溶湯流に含まれているミツシュメタルは、酸
素に対する親和力が極めて大きく、噴射ノズル４１の噴
射口、噴射ノズル４１から冷却ドラム４７に至る過程、
冷却ドラム４７の外周面等において酸化され易い。この
ような酸化が発生すると、冷却ドラム４７に対する溶湯
４４の供給が不均一となる。

或いは、酸化物が冷却ドラム４７とパドル４８との間で
断熱材として働き、冷却ドラム４７の抜熱能力を局部的
に低下させる。このミツシュメタル合金溶湯の酸化を防
止するため、アルゴン等の不活性雰囲気で置換した減圧
雰囲気でフレーク製造作業を行っている。

しかし、従来の雰囲気制御は、−船釣な金属溶湯に対す
る酸化防止を根拠としたものであり、ミツシュメタル合
金特有の現象を考慮に入れたものではない。そのため、
噴射ノズル４１から冷却ドラム４７に噴出されるミツシ
ュメタル合金溶湯４４の酸化を完全に防止するには至っ
ていない。その結果、依然として溶湯流が不安定になる
ことが避けられず、また生成した酸化物が冷却ドラム４
７の外周面で冷却条件に悪影響を及ぼすものとなってい
る。

そこで、本発明は、ミッタさメタル合金の特性を考慮に
入れて雰囲気圧及び酸素分圧を調整することによって、
ミツシーメタル合金の酸化を抑制し、均一で安定した条
件下でミツシュメタル合金の溶湯流を冷却ドラム外周面
に供給し、優れた品質のミツシュメタル合金フレークを
製造することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、その目的を達成するために、冷却ドラムの外
周面に噴射ノズルからミツシンメタル合金溶湯を噴射さ
せて急冷・凝固してフレークを製造する際、少なくとも
前記ミツシーメタル合金の溶湯流及び前記冷却ドラムが
接する雰囲気を共に減圧された不活性雰囲気とし、更に
該雰囲気の雰囲気圧をＰ、酸素分圧をＰＯ２とすると、
Ｐ＝０．５〜０．０５気圧、　　Ｐｏ□≦１．２　Ｘ　
１０−’気圧（好ましくは、ＰＯ２≦９．０Ｘ１０−’
気圧）、ＰＯ２≦（２６，３Ｐ　−１，０）　Ｘ１０−
＠（好ましくは、ＰＯ２≦（１９，５Ｆ　−０，７５）
　Ｘ　１０−’）の関係を維持することを特徴とする。

〔作用〕

ミツシュメタル合金の溶湯流が冷却ドラムの外周面に送
られて、そこで急冷・凝固してフレークとなる過程を、
アルゴン等の不活性ガスで置換された減圧雰囲気で行う
とき、ミツシュメタル合金溶湯が酸化される割合は少な
くなる。また、作業雰囲気の減圧により、冷却ドラム外
周面に形成されるパドルと冷却ドラムとの間に、エアポ
ケットの原因となる雰囲気ガスが巻き込まれることも少
なくなる。このようなことから、雰囲気圧Ｐを０．５〜
０．０５気圧に維持している。この雰囲気圧Ｐが０．５
気圧を超えると、溶湯の酸化やガス巻込みが見られる。

逆に、０．０５気圧より減圧にすることは、設備構成や
作業性等の面から問題がある。更に、アルゴンガスに含
まれる微量酸素、耐火物等の設備部材から放出される微
量の酸素に起因した酸素分圧を、噴射流に酸化被膜の出
ない範囲に抑えることが困難になる。

しかし、雰囲気圧Ｐを単に０．５〜０．０５気圧の範囲
に維持しただけでは、依然としてミツシュメタル合金溶
湯の酸化を防止することができない。本発明者などの研
究によると、この減圧雰囲気下での酸化は、酸素親和力
の大きなミツシュメタル合金に特有の問題であることを
突き止めた。

第６図は、この減圧雰囲気下における酸化状態を説明す
るための図である。噴射ノズル４１から噴射されたミツ
シュメタル合金溶？＆４４は、噴射流５４となって冷却
ドラム４７の外周面に達する。このとき、噴射流５４の
周囲に鞘状の酸化被膜５５が形成されることがある。鞘
状の酸化被膜５５が形成されると、その内部を流下する
噴射流５４の流通抵抗が増大し、しかもミツシュメタル
合金溶湯４４が粘性の高いことと相俟って、噴射流５４
の流量や太さが城少し、正常なパドルは形成されない。

また、鞘状の酸化被膜５５が更に成長し、極端な場合に
は冷却ドラム４７の外周面に達することもあり、パドル
が全く形成されないことになり、健全なフレークができ
ない。

また、冷却ドラム４７の外周面に達しないまでも噴射流
５４の流動エネルギーによって鞘状の酸化被膜５５の一
部が分離され、ミツシュメタル合金溶湯４４と共に冷却
ドラム４７の外周面に送り込まれることもある。そして
、分離された酸化被膜の一部は、パドル４８と冷却ドラ
ム４７との間に侵入し、冷却ドラム４７による抜熱能力
を低下させる。この酸化被膜の侵入によって、冷却ドラ
ム４７外周面における冷却条件が不規則に乱されるため
、一定した品質のフレーク４９が得られなくなる。

このような鞘状の酸化被膜５５が形成される原因を、本
発明者などは、次のように推察した。すなわち、噴射流
５４の周囲が減圧の雰囲気圧Ｐとなっているので、ミッ
タ５メタル合金溶湯は蒸発し易い状態にある。この蒸発
は、雰囲気圧Ｐが真空に近くなるほど活発に行われ、噴
射流５４の表面が活性な状態になる。しかも、ミツシュ
メタルは、酸素親和力が極めて大きなため、雰囲気中に
ある酸素と優先的に反応し、蒸発直後に酸化物となり、
噴射流５４の周囲に残留する。この傾向は、たとえば坩
堝等にミツシュメタル合金溶湯を保持している場合と比
較して、噴射流５４の表面積が格段に大きなため、ミツ
シュメタルと酸素との反応の機会が増大していることも
原因の一つである。また、次から次にミツシュメタル合
金溶湯の新生面が形成されるので、反応に与かるミツシ
ュメタル合金溶湯の量も大きなものである。その結果、
図示するような鞘状の酸化被膜５５が形成されると推察
した。

そこで、この推察を基に、鞘状の酸化被膜５５の形成を
抑制するため、雰囲気ガス中に不純物として含まれる酸
素の分圧Ｐｏ２と雰囲気圧Ｐとの関係を調べた。その結
果、酸化被膜形成の有無に関して、両者の間に、第１図
に示す関係が成立していることを解明した。すなわち、
酸素分圧Ｐｏ２が−定であっても、雰囲気圧Ｐの如何に
よって噴射流５４の周囲に鞘状の酸化被膜５５が形成さ
れる場合と形成されない場合とがある。また、雰囲気圧
Ｐが一定であっても、酸素分圧Ｐｏ２が高い場合には酸
化被膜が形成され易く、低い場合には酸化被膜の形成が
見られない。そして、この酸化被膜形成の有無は、Ｐｏ
、≦（２６，３Ｆ　−１，０）　Ｘ　１０−’、好まし
くはＰｏ、≦（１９，５Ｐ　−０，７５）　Ｘｌ０−’
を境として明確に分けられることを突き止めた。

なお、酸素分圧ＰＯ２は、独自でも１．２Ｘ１０−’気
圧以下、好ましくは９．０Ｘ１０−’以下に維持するこ
とが必要である。本来の減圧操業の目的は、エアポケッ
トの生成を抑え、均一な冷却の良いフレークを作ること
にある。しかし、第３図及び第４図に示すように、フレ
ーク化室の雰囲気圧を下げるにつれて、粗大粒面積割合
が減少し、フレークの磁気特性値が向上する。ここで、
磁気特性値は、比重６．０のボンド磁石で（ＢＨ）、、
、≧５．０ＭＧＯｅが第１の目標であるが、≧４．５Ｍ
ＧＯｅでも大きな問題はなく使用可能である。

ここで、雰囲気圧が０，５気圧以下であれば、第３図か
ら約４．５ＭＧＯｅのボンド磁石の製造が可能であるこ
とが判る。この雰囲気圧が０．５気圧のとき、噴射流に
酸化被膜が発生しない条件は、第１図及び第２図から、
Ｐｏ２≦（２６，３Ｐ　−１，０）　Ｘｌ０−”好まし
くはＰｏ２≦（１９，５Ｐ　−０，７５）　Ｘ　１０−
＠であり、それぞれの酸素分圧は、単独でもＰｏ３≦１
．２Ｘ１０−’気圧、好ましくはＰｏ２≦９．　ＯＸ　
１０−’気圧となる。

このような知見に基づき、雰囲気圧Ｐ及び酸素分圧ＰＯ
７を制御しながら、ミツシュメタル合金溶湯を冷却ドラ
ムの外周面に供給して急冷・凝固し、フレークを製造す
るとき、鞘状の酸化被膜５５の形成が認められず、噴射
流５４の流量及び太さが安定した。その結果、冷却ドラ
ム４７の外周面における冷却条件が安定し、得られたフ
レークの品質が一定したものとなる。

なお、噴射流に悪影響を与えるものとしては、酸素分圧
ＰＯ３の外に水蒸気圧がある。この水蒸気は、噴射ノズ
ル４１加熱用の高周波コイル４２を保持しているコイル
セメントや注湯容器４０等に含まれている水分が蒸発し
て発生するものである。そこで、これら機器の予備乾燥
を充分に行っておくことが好ましい。

〔実施例〕

温度１４００℃に加熱したミツシュメタル合金（Ｃｅ７
原子％、　　Ｌａ　　３原子％、　Ｎｄ　　２原子％、
　Ｐｒ　　ｌ原子％、Ｃｏ７原子％、Ｂ７原子％、鉄バ
ランス量）溶湯を、第５図に示した装置を使用して噴射
ノズル４１から冷却ドラム４７に供給した。このとき、
冷却ドラム４７が配置されているフレーク化室３３を減
圧の雰囲気圧Ｐに維持した。また、それぞれの雰囲気圧
Ｐにおける酸素分圧Ｐｏ、を種々変更し、酸化被膜の発
生状況を調べた。その結果を、第２図に示す。第２図か
ら明らかなように、雰囲気圧Ｐを低くするほど、酸素分
圧Ｐｏ、を低下させることが、酸化被膜形成を防止する
上で必要なことが判る。

この雰囲気の下でミツシュメタル合金溶湯４４を急冷・
凝固して製造したフレーク４９を、樹脂ボンドによって
比重６．０　ｋｇ　／　ｃ＋＋ｔの磁石に成形した。得
られた磁石の最大エネルギー積（ＢＨ）１．８を測定し
たところ、第３図に示すように雰囲気条件により磁石の
磁気特性が変わっていることが判明した。

すなわち、酸化被膜形成領域にある雰囲気圧Ｐ及び酸素
分圧Ｐｏ、の下で製造されたフレークから得られた磁石
に比較して、酸化被膜を形成しない雰囲気条件下で製造
されたフレークから得られた磁石は、格段に最大エネル
ギー積（ＢＨ）、、、が高いことを示している。

また、冷却ドラム４７の外周面で形成したフレークを観
察したところ、第４図に示すように雰囲気圧Ｐの如何に
よって、高い磁気特性を発現しない粗大粒の割合が大き
く変わっている。なお、第４図における粗大粒は、エア
ポケットの上部で生成する粗大な凝固組織をいい、結晶
の大きさではなく、凝固組織の大きさを示す。この粗大
粒は、フレークのフリー面を拡大写真にとった場合に白
色に現れるので、この写真から粗大粒の面積割合を知る
ことができる。この粗大粒部分では測定の結果、保磁力
が他の微細組織部に比較して大きく劣っていることが判
明した。

そのため、優れた磁気特性をもつ磁石を製造する場合、
この粗大粒は磁石用材料から除去されるため、歩留りの
低下を来す。これに対し、本発明で規定した条件下で雰
囲気圧Ｐを低減させてフレークを製造した場合には、粗
大粒の占める割合が大幅に低下しており、製造されたフ
レークを９０％以上の高い歩留りで磁石用材料に使用す
ることができた。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、酸素分圧Ｐ
Ｏ２を雰囲気圧Ｐとの関連において制御した雰囲気下で
ミツシュメタル合金溶湯からフレークを製造することに
よって、酸素親和力の大きなミッシユメタルが雰囲気中
に僅かに存在する酸素と反応することをも抑制している
。そのため、噴射ノズルから噴出されたミツシュメタル
合金溶湯は、酸化被膜を生じることなく冷却ドラムの外
周面に供給され、安定した冷却条件下で急冷・凝固して
フレークとなる。したがって得られたフレーりの品質が
安定すると共に、必要とする磁気特性をもつ磁石を製造
するために使用されるフレークの歩留りも向上する。ま
た、ミツシュメタル合金の溶湯流も安定した流れとなる
ので、ノズル閉塞等のトラブルが発生することなく、作
業性も良好なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化被膜形成に影響を及ぼす雰囲気圧Ｐ及び酸
素分圧Ｐｏ２の関係を示し、第２図〜第４図は本発明の
効果を具体的に表したグラフ、第５図はミツシュメタル
合金フレーク製造設備の全体構造を示し、第６図はフレ
ーク製造時の問題を説明するための図である。 ４１：噴射ノズル ４４：ミツシュメタル合金溶湯 ４７：冷却ドラム　　　　　４８：パドル４９：フレー
ク　　　　　　５４：噴射流５５：鞘状の酸化被膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、冷却ドラムの外周面に噴射ノズルからミッシュメタ
   ル合金溶湯を噴射させて急冷・凝固してフレークを製造
   する際、少なくとも前記ミッシュメタル合金の溶湯流及
   び前記冷却ドラムが接する雰囲気を共に減圧された不活
   性雰囲気とし、更に該雰囲気の雰囲気圧をＰ、酸素分圧
   をＰｏ＿２とするとき、Ｐ＝０．５〜０．０５気圧、Ｐ
   ｏ＿２≦１．２×１０＾−＾５気圧、Ｐｏ＿２≦（２６
   ．３Ｐ−１．０）×１０＾−＾６の関係を維持すること
   を特徴とするミッシュメタル合金フレーク製造方法。