JPH11307328A - 耐食性永久磁石およびその製造方法 - Google Patents

耐食性永久磁石およびその製造方法

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JPH11307328A
JPH11307328A JP10123956A JP12395698A JPH11307328A JP H11307328 A JPH11307328 A JP H11307328A JP 10123956 A JP10123956 A JP 10123956A JP 12395698 A JP12395698 A JP 12395698A JP H11307328 A JPH11307328 A JP H11307328A
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aluminum oxide
gas
magnet
film
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JP10123956A
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Masayuki Yoshimura
吉村  公志
Takeshi Nishiuchi
武司 西内
Fumiaki Kikui
文秋 菊井
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Sumitomo Special Metals Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Fe‐B‐R系永久磁石下地との密着性にす
ぐれ、耐摩耗性、耐食性の改善、特に温度80℃、相対
湿度90%の雰囲気条件下て長時間放置した場合の初期
磁気特性からの劣化を極力少なくし、安定した高磁石特
性、耐摩耗性、電気絶縁性、耐食性を有するFe‐B‐
R系永久磁石及びその製造方法の提供。 【解決手段】 磁石体表面をイオンスパッター法等によ
り清浄化した後、前記磁石体表面にイオンプレーティン
グ法等の気相成膜法により、AlまたはTi被膜を形成
後、O2ガス単体又はO2含有希ガスを導入しながらイオ
ンプレーティング等の気相成膜法により、アルミニウム
酸化物被膜を形成すると、被膜の密着性が著しく改善さ
れ、優れた耐食性が得られ、被着した耐食性金属被膜の
耐食性、耐摩耗性、電気絶縁性により、その磁石特性の
安定したFe‐B‐R系永久磁石が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高磁気特性を有
しかつ密着性に優れ、耐食性、耐酸性、耐アルカリ性、
耐摩耗性、電気絶縁性にすぐれた耐食性被膜を設けたF
e‐B‐R系永久磁石に係り、磁石表面にAlまたはT
i被膜を介してアルミニウム酸化物被膜層を特定厚みで
設け、耐食性、特に80℃、相対湿度90%の雰囲気に
長時間放置した場合の初期磁気特性からの劣化が少な
く、極めて安定した磁気特性を有するFe‐B‐R系永
久磁石を得る、耐食性永久磁石およびその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】先にNdやPrを中心とする資源的に豊
富な軽希土類を用いてB,Feを主成分として高価なS
mゃCoを含有せず、従来の希土類コバルト磁石の最高
特性を大幅に超える新しい高性能磁石としてFe‐B‐
R系永久磁石が提案されている(特開昭59−4600
8号公報、特開昭59−89401号公報)。
【0003】前記磁石合金のキュリー点は一般に300
℃〜370℃であるが、Feの一部をCoにて置換する
ことにより、より高いキュリー点を有するFe‐B‐R
系永久磁石(特開昭59−64733号、特開昭59−
132104号)を得ている。
【0004】さらに、前記Co含有のFe‐B‐R系希
土類永久磁石と同等以上のキュリー点並びにより高い
(BH)maxを有し、その温度特性、特にiHcを向
上させるため、希土類元素(R)としてNdやPr等の
軽希土類を中心としたCo含有のFe‐B‐R系希土類
永久磁石のRの一部にDy、Tb等の重希土類のうち少
なくとも1種を含有することにより、25MGOe以上
の種めて高い(BH)maxを保有したままで、iHc
をさらに向上させたCo含有のFe‐B‐R系希土類永
久磁石が提案(特開昭60−34005号公報)されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
すぐれた磁気特性を有するFe‐B‐R系磁気異方性焼
結体からなる永久磁石は主成分として、空気中で酸化し
易い希土類元素および鉄からなる特有の組成、組織を有
するため、磁気回路に組み込んだ場合に、磁石表面に生
成する酸化物により、磁気回路の出力低下及び磁気回路
間のばらつきを惹起し、また、表面酸化物の脱落による
周辺機器への汚染の問題があった。
【0006】そこで上記のFe−B−R系永久磁石の耐
食性改善のため、磁石体表面に、無電解めっき法あるい
は電解めっき法により耐食性金属めっき層を被覆した永
久磁石(特公平3−74012号公報)が提案されてい
る。
【0007】このめっき法では永久磁石体が焼結体で有
孔性のため、この孔内にめっき前処理での酸性溶液また
はアルカリ溶液が残留し、経年変化とともに腐食する恐
れがあり、また磁石体の耐薬品性が劣るため、めっき時
に磁石表面が腐食されて密着性、防食性が劣る問題があ
った。
【0008】また、前記耐食性めっき層を設けても、温
度60℃、相対湿度90%の耐食性試験で100時間放
置にて磁気特性は初期磁気特性の10%以上劣化し、非
常に不安定であった。
【0009】そのためFe‐B‐R系永久磁石の耐食性
改善向上のため、前記磁石表面にイオンプレーティング
法、イオンスパッタリング法、蒸着法等により、Al、
Ti、Al23被膜を被着して耐食性の改善向上するこ
とが提案(特公平5‐15043公報)されている。
【0010】しかし、Al23被膜はFe‐B‐R系磁
石体と熱膨張係数、延性等が異なるため密着性が悪く、
またAl、Ti被膜は密着性は良好であるが反応性が高
く外部環境により局部的な錆発生があり、また耐摩耗性
が低い等の問題があった。
【0011】また、Al被膜の耐食性向上にはAl被膜
したのち、表面をクロム酸塩処理する方法が提案(特公
平6−66173号)されているが、クロム酸塩処理は
環境上有害な6価クロムを用いるため廃液処理が複雑で
ある等の問題があった。
【0012】この発明は、Fe‐B‐R系永久磁石下地
との密着性にすぐれ、耐摩耗性、耐食性の改善向上を目
的とし、特に温度80℃、相対湿度90%の雰囲気条件
下て長時間放置した場合の初期磁気特性からの劣化を極
力少なくし、安定した高磁石特性、耐摩耗性、電気絶縁
性、耐食性を有するFe‐B‐R系永久磁石及びその製
造方法の提供を目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】発明者らは、すぐれた耐
食性、特に温度80℃、相対湿度90%の雰囲気条件下
で長時間放置した場合においても、下地との密着性にす
ぐれ、被着した耐食性金属被膜の耐食性、耐摩耗性、電
気絶縁性により、その磁気特性の安定したFe‐B‐R
系永久磁石を目的に永久磁石体表面へのアルミニウム酸
化物被膜形成法について種々検討した。
【0014】発明者らは、鋭意検討の結果、磁石体表面
をイオンスパッター等により清浄化した後、前記磁石体
表面にイオンプレーティング法、イオンスパッタリング
法等の気相成膜法によりAlまたはTi被膜を所要膜厚
みに形成後、特定条件のO2含有ガスを導入しながら気
相成膜法により所要膜厚のアルミニウム酸化物被膜を形
成することにより、前記目的が達成できることを知見し
た。
【0015】すなわち、発明者らは、磁石表面に存在す
る酸化物は、AlまたはTi被膜との界面でAlまたは
Tiとの反応により、磁石表面の酸化物は一部もしくは
大分部が還元され、またAlまたはTi被膜上にアルミ
ニウム酸化物被膜を生成することにより、Alとアルミ
ニウム酸化物の界面ではAlOx(0<x<1)が生成
し、またTiの場合、アルミニウム酸化物との界面では
(Ti‐Al)Ox(0<x<1)の複合物が生成して
AlまたはTi被膜とアルミニウム酸化物被膜との密着
性を著しく改善できることを知見し、この発明を完成し
た。
【0016】この発明は、主相が正方晶相からなるFe
‐B‐R系永久磁石体表面を清浄化した後、前記磁石体
表面に膜厚0.06μm〜30μmのAlまたはTi被
膜を気相成膜法により形成後、O2単体またはO2ガスを
10%以上含むAr、He等の希ガス雰囲気中で気相成
膜法により、膜厚0.1〜10μmの非晶質を主体とす
るアルミニウム酸化物被膜層を形成することを特徴とす
る耐食性永久磁石とその製造方法である。
【0017】
【発明の実施の形態】この発明において、Fe‐B‐R
系永久磁石体表面に被着するAl被膜、Ti被膜、アル
ミニウム酸化物被膜の形成方法としては、イオンプレー
ティング法、イオンスパッタリング法、蒸着法等のいわ
ゆる気相成膜法が適宜利用できるが、被膜緻密性、均一
性、被膜形成速度などの理由からイオンプレーティング
法、反応イオンプレーティング法が好ましい。
【0018】また、反応被膜生成時の基板となる永久磁
石の温度は200℃〜500℃に設定するのが好まし
く、200℃未満では基板磁石との反応密着が十分でな
く、また500℃を超えると常温(25℃)との温度差
が大きくなり、処理後の冷却過程で被膜に亀裂が入り、
一部基板より剥離を発生するため、基板温度を200℃
〜500℃に設定するとよい。
【0019】この発明において、得られたアルミニウム
酸化物被膜層は、アルミニウムと酸素からなる化合物で
あり、構造は非晶質を主体としており、その反応条件に
より非晶質のみのもの、あるいは部分的に結晶質が存在
しているものが得られる。この非晶質を主体とする構造
は明確な粒界が存在せず、腐食を生じる局部電池反応が
起こり難いため、結晶質のAl23被膜に比べ、耐食性
が優れるという特徴がある。
【0020】Fe‐B‐R系永久磁石体表面にAlまた
はTi被膜層を介してアルミニウム酸化物被膜層を設け
たことを特徴とするこの発明の耐食性永久磁石の製造方
法の一例を以下に詳述する。
【0021】まず、アークイオンプレーティング装置を
用いて真空容器を1×10-4Pa以下まで真空排気した
後、Arガス圧10Pa、−500VでArイオンによ
る表面スパッタにてFe‐B‐R系磁石体表面を清浄化
する。
【0022】次に、Arガス圧0.2Pa、バイアス電
圧−50Vにより、ターゲットのAlまたはTiを蒸発
させてアークイオンプレーテイング法にて磁石体表面に
0.06μm〜30μm膜厚のAlまたはTi被膜層を
形成する。イオンプレーティング法は成膜速度が速く、
AlまたはTi被膜を5μm以上成膜するのに好ましい
方法である。
【0023】続いて基板温度を250℃に保持してO2
ガス圧0.8Pa、バイアス電圧−80Vの条件にてA
lまたはTi被膜上に特定膜厚のアルミニウム酸化物被
膜層を形成する。
【0024】この発明において、Fe‐B‐R系永久磁
石体表面のAlまたはTi被膜厚を0.06〜30μm
に限定した理田は、0.06μm未満では磁石体表面に
AlまたはTiが均一に被着し難く下地膜としての効果
が十分でなく、30μmを超えると効果的には問題ない
が下地膜としてコスト上昇を招来して実用的でないた
め、AlまたはTi被膜厚は0.06〜30μmとす
る。
【0025】特に、AlまたはTi被膜厚は磁石体の表
面粗度に応じて選定され、表面粗度が0.1μm以下の
場合、被膜厚は0.06μm以上が好ましく、また、表
面粗度が0.1〜1.2μmの場合、被膜厚は0.1μ
m以上が望ましい。
【0026】この発明において、アルミニウム酸化物被
膜厚を0.1〜10μmに限定した理由は、0.1μm
未満では十分な耐食性が得られず、10μmを超えると
効果的には問題ないが製造コスト上昇を招来するので好
ましくない。
【0027】この発明は、AlまたはTi被膜とアルミ
ニウム酸化物被膜との界面に反応被膜層が介在する積層
被膜であり、十分な耐食性を得るには、AlまたはTi
被膜を例えば5μm〜30μmに厚くし、アルミニウム
酸化物被膜を薄くするか、あるいはAl、Ti被膜層を
0.06μm〜5μm程度と薄く、アルミニウム酸化物
被膜層を0.5μm〜10μm程度と厚くする構成を採
用するとよい。
【0028】しかしながら、優れた耐摩耗性、電気絶縁
性を得るには、これらの特性がアルミニウム酸化物被膜
層に起因することから、アルミニウム酸化物被膜層の膜
厚を0.5μm〜10μmにするのが望ましい。
【0029】この発明において、気相成膜法のO2含有
ガス雰囲気は、O2単体またはO2ガスを10%以上含む
希ガス(周期律表のO族元素)に限定するが、これは1
0%未満ではアルミニウム酸化物被膜生成に時間を要す
るため好ましくないためであり、工業的にはO2ガス単
体またはO2ガスを含むArガス雰囲気が一般的で好ま
しい。
【0030】この発明において、永久磁石に用いる希土
類元素Rは、組成の10原子%〜30原子%を占める
が、Nd、Pr、Dy、Ho、Tbのうち少なくとも1
種、あるいはさらに、La、Ce、Sm、Gd、Er、
Eu、Tm、Yb、Lu、Yのうち少なくとも1種を含
むものが好ましい。また、通常Rのうち1種をもって足
りるが、実用上は2種以上の混合物(ミッシユメタル、
ジジム等)を人手上の便宣等の理由により用いることが
できる。なお、このRは純希土類元素でなくてもよく、
工業上人手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有す
るものでも差支えない。
【0031】Rは、上記系永久磁石における必須元素で
あつて、10原子%未満では結晶構造がα‐鉄と同一構
造の立方晶組織となるため、高磁気特性、特に高保磁力
が得られず、30原子%を超えるとRリッチな非磁性相
が多くなり、残留磁束密度(Br)が低下してすぐれた
特性の永久磁石が得られない。よって、R10原子%〜
30原子%の範囲が望ましい。
【0032】Bは、上記系永久磁石における必須元素で
あって、2原子%未満では菱面体構造が主相となり、高
い保磁力(iHc)は得られず、28原子%を超えると
Bリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度(Br)
が低下するため、すぐれた永久磁石が得られない。よっ
て、Bは2原子%〜28原子%の範囲が望ましい。
【0033】Feは、上記系永久磁石において必須元素
であり、65原子%未満では残留磁束密度(Br)が低
下し、80原子%を超えると高い保磁力が得られないの
で、Feは65原子%〜80原子%の含有が望ましい。
また、Feの一部をCoで置換することは、得られる磁
石の磁気特性を損うことなく、温度特性を改善すること
ができるが、Co置換量がFeの20%を超えると、逆
に磁気特性が劣化するため、好ましくない。Coの置換
量がFeとCoの合計量で5原子%〜15原子%の場合
は、Brは置換しない場合に比較して増加するため、高
磁束密度を得るために好ましい。
【0034】また、R、B、Feの他、工業的生産上不
可避的不純物の存在を許容でき、例えば、Bの一部を
4.0wt%以下のC、2.0wt%以下のP、2.0
wt%以下のS、2.0wt%以下のCuのうち少なく
とも1種、合計量で2.0wt%以下で置換することに
より、永久磁石の製造性改善、低価格化が可能である。
【0035】さらに、Al、Ti、V、Cr、Mn、B
i、Nb、Ta、Mo、W、Sb、Ge、Sn、Zr、
Ni、Si、Zn、Hf、のうち少なくとも1種は、F
e‐B‐R系永久磁石材料に対してその保磁力、減磁曲
線の角型性を改善あるいは製造性の改善、低価格化に効
果があるため添加することができる。なお、添加量の上
限は、磁石材料の(BH)maxを20MGOe以上と
するには、Brが少なくとも9kG以上必要となるた
め、該条件を満す範囲が望ましい。
【0036】また、Fe‐B‐R系永久磁石は平均結晶
粒径が1〜30μmの範囲にある正方晶系の結晶構造を
有する化合物を主相とし、体積比で1%〜50%の非磁
性相(酸化物相と除く)を含むことを特徴とする。Fe
‐B‐R系永久磁石は、保磁力iHc≧1kOe、残留
磁束密度Br>4kG、を示し、最大エネルギー積(B
H)maxは、(BH)max≧10MGOeを示し、
最大値は25MGOe以上に達する。
【0037】
【実施例】実施例1 公知の鋳造インゴットを粉砕し、微粉砕後に成形、焼
結、熱処理、表面加工後の17Nd−1Pr‐75Fe
‐7B組成の23×10×6mm寸法の磁石体試験片を
得た。磁石特性を表1に示す。また、表面研磨により2
種類の表面粗度品を得た。表面粗度を表2に示す。
【0038】真空容器内を1×10-4Pa以下に真空排
気し、Arガス圧10Pa、−400V、35分間表面
スパッターを行って、磁石体表面を清浄化した後、表2
に示す条件にて基板磁石温度を250℃に保持し、ター
ゲッ卜として金属Alを用いてアークイオンプレーティ
ング法にて磁石体表面に0.2μmおよび2.0μmの
Al被膜層を形成した。
【0039】次に基板磁石温度320℃、バイアス電圧
−85V、アーク電流88AでO2ガス0.7Paにて
アークイオンプレーティングにて3.5時間でAl被膜
表面に膜厚5μmのアルミニウム酸化物被膜層を形成し
た。
【0040】その後、放冷して得られたアルミニウム酸
化物被膜を表面に有する永久磁石を温度80℃、相対湿
度90%の条件下で1000時間放置する試験を施し、
試験後に磁気特性およびその劣化状況を測定し、その結
果を表3に示す。なお、得られたアルミニウム酸化物被
膜はX線回折法にて構造解析した結果、非晶質であっ
た。
【0041】実施例2 実施例1と同一組成の磁石体試験片を、実施例1と同一
条件の表面研磨により2種類の表面粗度品を得て、実施
例1と同一条件にて表面清浄化した後、表2に示す条件
にて基板磁石温度を250℃に保持し、ターゲットとし
て金属Tiを用いてアークイオンプレーティング法にて
磁石体表面に0.2μmおよび2.0μmのTi被膜層
を形成した。
【0042】その後、実施例1と同一条件にてアルミニ
ウム酸化物被膜層を5μm形成し、温度80℃、相対湿
度90%の条件下で1000時間放置する試験後の磁気
特性およびその劣化状況を測定し、その結果を表3に示
す。得られたアルミニウム酸化物被膜はX線回折法にて
構造解析した結果、非晶質に部分的に結晶質のものが存
在した。
【0043】実施例3 実施例1と同一組成の磁石体試験片(表面粗度0.5μ
m)を実施例1と同一条件にて表面清浄化した後、Ar
ガス圧1Pa、電圧1.5kV、コーティング材料とし
てAlワイヤーを加熱して蒸発、イオン化するイオンプ
レーティング法にて15分で15μmのAl被膜層を形
成した。
【0044】次に基板磁石温度320℃、バイアス電圧
−85V、O2ガス0.7Paにてアークイオンプレー
ティングにて20分でAl被膜表面に膜厚0.5μmの
アルミニウム酸化物被膜層を形成した。X線回折法にて
構造解析した結果、アルミニウム酸化物被膜は非晶質で
あった。
【0045】上記アークイオンプレーティング後、放冷
して得られたアルミニウム酸化物被膜を表面に有する永
久磁石を温度80℃、相対湿度90%の条件下で100
0時間放置する試験後、磁気特性およびその劣化状況を
測定し、その結果を表3に示す。
【0046】比較例1 実施例1と同一粗成の磁石体試験片(表面粗度0.5μ
m)を実施例1と同一条件にて表面清浄化した後、磁石
体上に実施例1と同一反応条件にてアルミニウム酸化物
被膜層を7μm形成した。その後、実施例1と同一の温
度80℃、相対湿度90%の条件下で1000時間放置
し、試験後の磁気特性およびその劣化状況を測定し、そ
の結果を表3に示す。
【0047】比較例2 実施例1と同一組成の磁石体試験片(表面粗度0.5μ
m)を実施例3と同一条件にて表面清浄化した後、磁石
体上に実施例3と同一反応条件にて17分で17μmの
Al被膜層を形成したその後、実施例1と同一の温度8
0℃、相対湿度90%の条件下で1000時間放置し、
試験後の磁気特性およびその劣化状況を測定し、その結
果を表3に示す。
【0048】表3に示すように同一磁石特性を有するF
e‐B‐R系永久磁石体表面にアルミニウム酸化物被膜
層のみを設けた比較例磁石は温度80℃、相対湿度90
%の条件下で1000時間放置した耐食試験前後の磁石
特性の劣化が大きくかつ発錆しているのに対し、Alま
たはTi被膜層を介してアルミニウム酸化物被膜層を設
けたこの発明のFe‐B‐R系永久磁石は、錆は発生せ
ず、磁石特性もほとんど変わらないことが明かである。
【0049】
【表1】
【0050】
【表2】
【0051】
【表3】
【0052】
【発明の効果】この発明によるFe‐B‐R系永久磁石
は、磁石表面にAlまたはTi被膜を介してアルミニウ
ム酸化物被膜層を設けてあり、実施例に示すごとく、過
酷な耐食試験条件、特に温度80℃、相対湿度90%の
条件下で1000時間放置した後、その磁石特性の劣化
はほとんどなく、現在最も要求されている高性能かつ安
価な永久磁石として最適である。
【0053】この発明による製造方法は、Fe‐B‐R
系永久磁石体表面をイオンスパッター法等により清浄化
した後、前記磁石体表面にイオンプレーティング法等の
気相成膜法により、AlまたはTi被膜を形成後、O2
含有希ガスを導入しながらイオンプレーティング等の気
相成膜法によりアルミニウム酸化物被膜を形成すること
を特徴とし、磁石体表面にAlまたはTi被膜を形成す
ることにより、磁石体表面の酸化物は一部もしくは大部
分が還元されて磁石体表面とAlまたはTi被膜との密
着性が優れ、さらにAlまたはTi被膜上にアルミニウ
ム酸化物被膜を積層することにより、同被膜の密着性が
著しく改善され、優れた耐食性、特に温度80℃、相対
湿度90%の雰囲気条件下で長時間放置した場合におい
ても下地との密着性が優れ、被着した耐食性金属被膜の
耐食性、耐摩耗性、電気絶縁性により、その磁石特性の
安定したFe‐B‐R系永久磁石が得られる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主相が正方晶相からなるFe‐B‐R系
    永久磁石体表面に、膜厚0.06μm〜30μmのAl
    またはTi被膜を介して膜厚0.1〜10μmのアルミ
    ニウム酸化物層を有することを特徴とする耐食性永久磁
    石。
  2. 【請求項2】 請求項1において、アルミニウム酸化物
    は、非晶質を主体とする耐食性永久磁石。
  3. 【請求項3】 主相が正方晶相からなるFe‐B‐R系
    永久磁石体表面を清浄化した後、前記磁石体表面に膜厚
    0.06μm〜30μmのAlまたはTi被膜を気相成
    膜法により形成後、O2含有ガス雰囲気中で気相成膜法
    により膜厚0.1〜10μmのアルミニウム酸化物被膜
    層を形成する耐食性永久磁石の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3において、気相成膜法のO2
    有ガス雰囲気はO2単体あるいはO2ガスを10%以上含
    む希ガスである耐食性永久磁石の製造方法。
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