KR102147715B1 - 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치 - Google Patents

희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치 Download PDF

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Abstract

Sm-Fe-N계 희토류 자석의 자기 특성, 특히 보자력을 향상시킬 수 있는 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치를 제공한다.
Sm, Fe 및 N을 함유하는 자성재 원료 분말과, 금속 Zn을 함유하는 개량재 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻는 것, 상기 혼합 분말을 성형 형에 충전하여 충전물을 얻는 것, 상기 충전물에 20㎫ 이하의 압력을 부하하면서, 또는 무가압으로 상기 충전물 중의 상기 개량재 분말의 적어도 일부를 용융시켜 중간 성형물을 얻는 것, 그리고 상기 중간 성형물을 20㎫ 이상의 압력으로 액상 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함하는, 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치.

Description

희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치{PRODUCTION METHOD OF RARE EARTH MAGNET AND PRODUCTION APPARATUS USED THEREFOR}
본 개시는, 희토류 자석, 특히 Sm, Fe 및 N을 함유하는 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치에 관한 것이다.
고성능 희토류 자석으로서는 Sm-Co계 희토류 자석 및 Nd-Fe-B계 희토류 자석이 실용화되어 있지만, 근년, 이들 이외의 희토류 자석이 검토되고 있다.
예를 들어 Sm, Fe 및 N을 함유하는 희토류 자석(이하, 「Sm-Fe-N계 희토류 자석」이라 하는 경우가 있음)이 검토되고 있다. Sm-Fe-N계 희토류 자석은, Sm-Fe 결정에 N이 침입형으로 고용되어 있다고 생각되고 있다. Sm-Fe-N계 희토류 자석은, 퀴리 온도가 높아 고온(150 내지 300℃) 자기 특성이 우수한 희토류 자석으로서 알려져 있다.
Sm-Fe-N계 희토류 자석의 개량도 검토되고 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는, Sm, Fe 및 N을 함유하는 자성 분말과 금속 Zn 분말을 혼합하여 성형하고 그 성형체를 열처리하여 보자력을 향상시키려는 시도가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2015-201628호 공보
특허문헌 1에 개시된 희토류 자석(이하, 「특허문헌 1의 희토류 자석」이라 하는 경우가 있음)은, 콜드 스프레이법으로 제조된 자분을 사용한다. 특허문헌 1의 희토류 자석에 있어서는, 자기 특성, 특히 보자력이 충분하지 않은 경우가 있다. 이는, 제조 방법에 기인한다고 생각되고 있다. 이 점에서 Sm-Fe-N계 희토류 자석에 있어서는, 자기 특성, 특히 보자력을 향상시킬 수 있는 제조 방법이 요망되고 있다는 과제를 본 발명자들은 알아내었다.
본 개시는 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, Sm-Fe-N계 희토류 자석의 자기 특성, 특히 보자력을 향상시킬 수 있는 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하고자 예의 검토를 거듭하여 본 개시의 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치를 완성시켰다. 그 양태는 다음과 같다.
<1> Sm, Fe 및 N을 함유하는 자성재 원료 분말과, 금속 Zn을 함유하는 개량재 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻는 것,
상기 혼합 분말을 성형 형에 충전하여 충전물을 얻는 것,
상기 충전물에 20㎫ 이하의 압력을 부하하면서, 또는 무가압으로 상기 충전물 중의 상기 개량재 분말의 적어도 일부를 용융시켜 중간 성형물을 얻는 것, 그리고
상기 중간 성형물을 20㎫ 이상의 압력으로 액상 소결하여 소결체를 얻는 것을
포함하는, 희토류 자석의 제조 방법.
<2> 상기 자성재 원료 분말이, (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh(단, R은 Sm 이외의 희토류 원소, 그리고 Y 및 Zr로부터 선택되는 1종 이상, i는 0 내지 0.50, j는 0 내지 0.52, 또한 h는 1.5 내지 4.5)로 표시되는 자성상을 함유하는, <1>항에 기재된 방법.
<3> 상기 자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.05질량% 이하인, <1> 또는 <2>항에 기재된 방법.
<4> 상기 개량재 분말의 평균 입경이 20㎛ 이하인, <1> 내지 <3>항 중 어느 한 항에 기재된 방법.
<5> 상기 혼합 분말을 상기 성형 형에 충전하고 자장 중에서 압분하여 자장 배향시킨 충전물을 얻는, <1> 내지 <4>항 중 어느 한 항에 기재된 방법.
<6> <1> 내지 <5>항 중 어느 한 항의 방법에 사용되는 희토류 자석의 제조 장치이며,
상기 혼합 분말을 충전하는 성형 형과,
상기 성형 형을 가열하는 히터와,
상기 충전물 및 상기 중간 성형물에 압력을 부하하는 가압 부재를
구비하고,
상기 성형 형이, 관통 구멍을 갖는 주형과, 상기 관통 구멍의 양단으로부터 상기 관통 구멍의 축 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 펀치형을 구비하고,
상기 히터가 상기 주형의 외주에 설치되어 있고, 또한
상기 가압 부재가 상기 펀치형 중 적어도 한쪽에 연결되어 있는,
희토류 자석의 제조 장치.
<7> 상기 주형 및 상기 펀치형이, 적어도 일부가 텅스텐 카바이드로 되어 있는, <6>항에 기재된 장치.
<8> 상기 주형에 온도 센서가 설치되어 있는, <6> 또는 <7>항에 기재된 장치.
<9> 상기 히터가 유도 가열 코일을 포함하는, <6> 내지 <8>항 중 어느 한 항에 기재된 장치.
<10> 상기 가압 부재가 유체 실린더 및 전동 실린더 중 적어도 한쪽을 포함하는, <6> 내지 <9>항 중 어느 한 항에 기재된 장치.
<11> 상기 성형 형의 외부에 전자 코일을 더 구비하는, <6> 내지 <10>항 중 어느 한 항에 기재된 장치.
본 개시에 의하면, 혼합 분말 중의 개량재 분말의 적어도 일부가 용융된 상태에서 혼합 분말에 소결 압력을 부하함으로써 그 용융물이 윤활제 및/또는 완충재의 작용을 하여, 액상 소결 시에 혼합 분말 중의 자성재 원료 분말의 입자에 부하되는 응력을 저감할 수 있다. 그 결과, 응력의 부하로 자성재 원료 분말의 자기 특성이 열화되는 것을 억제하여 Sm-Fe-N계 희토류 자석의 자기 특성, 특히 보자력을 향상시킬 수 있는 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 제조 장치의 일 양태를 도시하는 모식도이다.
도 2는 실시예 1 내지 2의 시료를 준비한 때의 가열 및 가압 패턴을 나타내는 설명도이다.
도 3은 비교예 1 내지 2의 시료를 준비한 때의 가열 및 가압 패턴을 나타내는 설명도이다.
도 4는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2의 시료에 대하여 보자력을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 3 내지 7 및 비교예 3 내지 9의 시료에 대하여 주형 온도 T와 보자력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 3 내지 12 및 비교예 3 내지 4의 시료에 대하여 주형 온도 T와 보자력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 13 내지 35 및 비교예 10 내지 19의 시료에 대하여 주형 온도 T와 보자력의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 개시에 관한, 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치의 실시 형태를 설명한다. 또한 이하에 기재하는 실시 형태는, 본 개시의 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치를 한정하는 것은 아니다.
본 개시의 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치에 있어서는, Sm, Fe 및 N을 함유하는 자성재 원료 분말과, 금속 Zn을 함유하는 개량재 분말의 혼합 분말을 사용한다. Sm, Fe 및 N을 함유하는 자성재 원료 분말에 대해서는, 그 분말의 입자에 응력이 부하되면 자기 특성이 열화되는 것이 알려져 있다. 그리고 부하되는 응력이 클수록 자기 특성은 열화되기 쉽다. 특히 자성재 원료 분말의 온도가 100℃ 이상일 때 그 분말의 입자에 응력이 부하되면, 자기 특성의 열화는 현저하다.
Sm-Fe-N계 희토류 자석은 혼합 분말을 성형하여 제조되기 때문에, 자기 특성을 향상시키기 위해서는 성형하여 얻어지는 자석의 밀도를 향상시키는 것이 바람직하다. 자석의 밀도를 향상시키기 위해서는 성형 압력을 향상시키는 것이 유효하다. 그러나 전술한 바와 같이, 자성재 원료 분말의 입자에 큰 응력이 부하되면 자기 특성이 열화되기 쉽다. 그 때문에, 성형 압력을 향상시켜 자석의 밀도를 향상시키더라도 원하는 자기 특성, 특히 원하는 보자력을 얻지 못하는 경우가 많았다.
본 발명자들은 혼합 분말을 성형하는 것에 대하여 다음의 것을 지견하였다.
혼합 분말을 성형하는 방법으로서는 액상 소결을 들 수 있다. 본 명세서 중에서 액상 소결이란, 혼합 분말 중의 자성재 원료 분말은 용융되지 않고 개량재 분말의 적어도 일부가 용융된 상태에서 혼합 분말을 소결하는 것을 의미한다.
혼합 분말을 액상 소결할 때, 혼합 분말에, 액상 소결에 필요한 크기의 압력(이하, 「소결 압력」이라 하는 경우가 있음)을 부하한다. 종래의 제조 방법에 있어서는, 혼합 분말에 소결 압력을 부하하기 시작함과 동시에 혼합 분말을 가열하기 시작한다. 그 때문에, 혼합 분말에 소결 압력을 부하하기 시작한 때로부터 혼합 분말 중의 개량재 분말의 적어도 일부가 용융되는 온도에 도달할 때까지의 동안에 대해서는, 혼합 분말 중에 액상이 존재하지 않는다. 따라서 혼합 분말 중의 자성재 원료 분말의 입자에 큰 응력이 부하되며, 그 결과, 자기 특성이 열화된다고 생각된다.
그래서 본 발명자들은, 혼합 분말 중의 개량재 분말의 적어도 일부가 용융될 때까지는, 혼합 분말 중의 자성재 원료 분말의 자기 특성이 열화되지 않을 정도의 압력을 혼합 분말에 부하하면서, 또는 무가압으로 혼합 분말을 가열하는 것이 좋은 것을 지견하였다. 그리고 혼합 분말 중의 개량재 분말의 적어도 일부가 용융된 상태에서 혼합 분말에 소결 압력을 부하하더라도 용융물이 윤활제 및/또는 완충재의 작용을 하여, 혼합 분말 중의 자성재 원료 분말의 입자에 부하되는 응력을 저감할 수 있음을 지견하였다.
지금까지 설명해 온 지견 등에 의하여 완성된, 본 개시의 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치의 구성 요건을, 다음에 설명한다.
《제조 방법》
우선, 본 개시의 희토류 자석의 제조 방법(이하, 「본 개시의 제조 방법」이라 하는 경우가 있음)에 대하여 설명한다.
<혼합 공정>
본 개시의 제조 방법에 있어서는, 자성재 원료 분말과 개량재 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻는다.
자성재 원료 분말은 Sm, Fe 및 N을 함유한다. 자성재 원료 분말 중에는, 예를 들어 조성식(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh로 표시되는 자성상을 함유해도 된다. 본 개시의 제조 방법으로 얻어지는 희토류 자석(이하, 「성과물」이라 하는 경우가 있음)은 자성재 원료 분말 중의 자성상에서 유래하여 자기 특성을 발현한다. 또한 i, j 및 h는 몰비이다.
자성재 원료 분말 중의 자성상에는, 본 개시의 제조 방법의 효과, 및 그 성과물의 자기 특성을 저해하지 않는 범위에서 R을 함유하고 있어도 된다. 이와 같은 범위는 상기 조성식의 i로 표시된다. i는, 예를 들어 0 이상, 0.10 이상, 또는 0.20 이상이어도 되고, 0.50 이하, 0.40 이하, 또는 0.30 이하여도 된다. R은, Sm 이외의 희토류 원소, 그리고 Y 및 Zr로부터 선택되는 1종 이상이다. 본 명세서에서 희토류 원소란, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu이다.
자성재 원료 분말 중의 자성상에는, 본 개시의 제조 방법의 효과, 및 그 성과물의 자기 특성을 저해하지 않는 범위에서 Co를 함유해도 된다. 이와 같은 범위는 상기 조성식에서 j로 표시된다. j는 0 이상, 0.10 이상, 또는 0.20 이상이어도 되고, 0.52 이하, 0.40 이하, 또는 0.30 이하여도 된다.
자성상은, (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17로 표시되는 결정립에 N이 침입형으로 존재함으로써 자기 특성의 발현 및 향상에 기여한다. 그러기 위해서는, h는 1.5 이상이 바람직하고, 2.0 이상이 더 바람직하고, 2.5 이상이 한층 더 바람직하다. 한편, h는 4.5 이하가 바람직하고, 4.0 이하가 더 바람직하고, 3.5 이하가 한층 더 바람직하다.
(Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh에 대해서는, 전형적으로는 Sm2(Fe(1-j)Coj)17Nh의 Sm의 위치에 R이 치환되어 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 Sm2(Fe(1-j)Coj)17Nh에 침입형으로 R의 일부가 배치되어 있어도 된다.
또한 (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh에 대해서는, 전형적으로는 (Sm(1-i)Ri)2Fe17Nh의 Fe의 위치에 Co가 치환되어 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 (Sm(1-i)Ri)2Fe17Nh에 침입형으로 Co의 일부가 배치되어 있어도 된다.
또한 (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh에 대해서는, h는 1.5 내지 4.5를 취할 수 있지만 전형적으로는 (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17N3이다. (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh 전체에 대한 (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17N3의 함유량은 70질량% 이상이 바람직하고, 80질량% 이상이 더 바람직하고, 90질량%가 한층 더 바람직하다. 한편, (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh 전체가 (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17N3이 아니어도 된다. (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh 전체에 대한 (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17N3의 함유량은 98질량% 이하, 95질량% 이하, 또는 92질량% 이하여도 된다.
자성재 원료 분말은, (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh로 표시되는 자성상 외에, 본 개시의 제조 방법의 효과, 및 성과물의 자기 특성을 저해하지 않는 범위에서 산소 및 M1을 함유해도 된다. 성과물의 자기 특성을 확보하는 관점에서는, 자성재 원료 분말 전체에 대한, (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh로 표시되는 자성상의 함유량은 80질량% 이상, 85질량% 이상, 또는 90질량% 이상이어도 된다. 한편, 자성재 원료 분말 전체에 대하여, (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh로 표시되는 자성상의 함유량을 과도하게 높게 하지 않더라도 실용상 문제는 없다. 따라서 그 함유량은 97질량% 이하, 95질량% 이하, 또는 93질량% 이하여도 된다. (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh로 표시되는 자성상의 잔부가 산소 및 M1의 함유량으로 된다.
M1로서는, 성과물에 대하여 자기 특성을 실질적으로 저하시키는 일 없이 특정한 특성을 향상시키는 원소 및 불가피적 불순물 원소이다. 특정한 특성을 향상시키는 원소로서는, Ga, Ti, Cr, Zn, Mn, V, Mo, W, Si, Re, Cu, Al, Ca, B, Ni 및 C로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 불가피적 불순물 원소란, 자성재 원료 분말을 제조하거나 할 시에 그 함유를 회피하는 것을 피할 수 없거나, 또는 회피하기 위해서는 현저한 제조 비용의 상승을 초래하는 불순물 원소를 말한다.
본 개시의 제조 방법에서는 자성재 원료 분말에 개량재 분말을 혼합한다. 자성재 원료 분말 중의 산소는 개량재 분말에 흡수됨으로써 성과물의 자기 특성, 특히 보자력을 향상시킬 수 있다. 자성재 원료 중의 산소의 함유량은, 제조 공정 중에서 개량재 분말이 자성재 원료 중의 산소를 흡수하는 양을 고려하여 결정하면 된다. 자성재 원료 분말의 산소 함유량으로서는, 자성재 원료 분말 전체에 대하여 낮은 편이 바람직하다. 예를 들어 2.00질량% 이하가 바람직하고, 1.34질량% 이하가 더 바람직하고, 1.05질량% 이하가 한층 더 바람직하다. 한편, 자성재 원료 분말 중의 산소의 함유량을 극도로 저감하는 것은 제조 비용의 증대를 초래한다. 이 점에서 자성재 원료 분말의 산소의 함유량은, 자성재 원료 분말 전체에 대하여 0.1질량% 이상, 0.2질량% 이상, 또는 0.3질량% 이상이어도 된다.
자성재 원료 분말의 평균 입경은 특별히 제한되지 않는다. 자성재 원료 분말의 평균 입경은, 예를 들어 1㎛ 이상, 5㎛ 이상, 또는 10㎛ 이상이어도 되고, 1000㎛ 이하, 500㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50㎛ 이하, 또는 30㎛ 이하여도 된다. 본 명세서에서 특별히 정함이 없는 한, 평균 입경은 투영 면적 원 상당 직경의 평균이다.
개량재 분말은 금속 Zn을 함유한다. 개량재 분말 중에는, 본 개시의 제조 방법의 효과, 및 성과물의 자기 특성을 저해하지 않는 범위에서 금속 Zn 이외의 원소를 함유해도 된다. 이와 같은 원소는, 전형적으로는 전이 금속 원소 및 산소(O)이다.
개량재 분말 중의 산소의 함유량이 낮을수록 자성재 원료 분말 중의 산소를 흡수하기 쉽다. 그 때문에 개량재 분말 중의 산소 함유량은, 개량재 분말 전체에 대하여 1.0질량% 이하, 0.5질량% 이하, 0.3질량% 이하, 또는 0.1질량% 이하여도 된다. 한편, 개량재 분말 중의 산소 함유량을 개량재 분말 전체에 대하여 과잉으로 낮게 하는 것은 제조 비용의 증대를 초래한다. 이 관점에서 개량재 분말 중의 산소 함유량은, 개량재 분말 전체에 대하여 0.01질량% 이상, 0.03질량% 이상, 또는 0.05질량% 이상이어도 된다. 또한 개량재 분말 중의 산소는 산화물이어도 되고, 다른 원소에 흡착되어 있어도 된다.
개량재 분말 중에서 Zn 및 산소 이외의 원소는 25.0질량% 이하, 20.0질량% 이하, 10.0질량% 이하, 5.0질량% 이하, 3.0질량% 이하, 또는 1.0질량% 이하여도 된다. 한편, 개량재 분말 중에서 Zn 및 산소 이외의 원소의 함유량을 개량재 분말 전체에 대하여 과잉으로 낮게 하는 것은 제조 비용의 증대를 초래한다. 이 관점에서 개량재 분말 중에서 Zn 및 산소 이외의 원소의 함유량은, 개량재 분말 전체에 대하여 0.1질량% 이상, 0.5질량% 이상, 또는 0.8질량% 이상이어도 된다.
그리고 개량재 분말의 금속 Zn 함유량은 70.0질량% 이상이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 본 개시의 제조 방법의 효과를 얻기 쉬워지며, 성과물의 자기 특성도 열화되기 어렵다. 이 관점에서는, 개량재 분말의 금속 Zn 함유량은 많은 편이 좋으며, 80.0질량% 이상, 90.0질량% 이상, 95.0질량% 이상, 또는 98.0질량% 이상이어도 된다. 한편, 개량재 분말 전부가 금속 Zn이 아니더라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 이 관점에서는, 개량재 분말의 금속 Zn의 함유량은 99.5질량% 이하, 99.0질량% 이하, 또는 98.5질량% 이하여도 된다. 또한 본 명세서 중에서 금속 Zn이란, Zn 이외의 금속 원소와 합금화되어 있지 않은 Zn을 의미한다.
혼합 분말의 상태에서 자성재 원료 분말의 입자 사이에 개량재 분말의 입자가 침입하기 쉽도록 개량재 분말의 입경을 적절히 결정하면 된다. 이것에 의하여 성과물의 자기 특성, 특히 보자력을 향상시킬 수 있다. 이 관점에서는, 개량재 분말의 평균 입경은 20㎛ 이하가 바람직하고, 10㎛ 이하가 더 바람직하고, 5㎛ 이하가 한층 더 바람직하다. 한편, 개량재 분말의 입경이 과도하게 작으면 개량재 분말의 입자가 응집하여, 오히려 자성재 원료 분말의 입자 사이에 개량재 분말의 입자가 침입하기 어려워진다. 응집 억제의 관점에서는, 개량재 분말의 평균 입경은 1㎛ 이상이 바람직하고, 2㎛ 이상이 더 바람직하고, 3㎛ 이상이 한층 더 바람직하다.
개량재 분말의 배합량은 혼합 분말 전체에 대하여 Zn 성분이 1 내지 20질량%인 것이 바람직하다. Zn 성분이 1질량% 이상이면, 자성재 원료 분말 중의 산소를 개량재 분말이 흡수하는 효과를 실질적으로 인식할 수 있게 된다. 이론에 구속되지는 않지만 금속 Zn이 Zn의 산화물로 됨으로써 자성재 원료 분말 중의 산소를 흡수한다. 또한 액상 소결 시에 윤활제 및/또는 완충재로서의 작용을 실질적으로 인식할 수 있게 된다. 산소 흡수, 그리고 윤활제 및/또는 완충재의 관점에서는, Zn 성분은 10질량% 이상이 더 바람직하고, 15질량% 이상이 한층 더 바람직하다. 한편, Zn 성분이 과잉이면, 성과물 중에 잔류하는 Zn 성분이 증가하여 그만큼 자성상이 감소하며, 그 결과, 자기 특성이 저하된다. 자기 특성의 저하를 억제하는 관점에서는, Zn 성분은 18질량% 이하가 더 바람직하고, 16질량% 이하가 한층 더 바람직하다.
자성재 원료 분말과 개량재 분말의 혼합에 사용하는 혼합기는 특별히 제한되지 않는다. 혼합기로서는 뮐러 휠식 믹서, 아지테이터식 믹서, 메카노퓨전, V형 혼합기 및 볼 밀 등을 들 수 있다. V형 혼합기는, 2개의 통형 용기를 V형으로 연결한 용기를 구비하며, 그 용기를 회전시킴으로써 용기 중의 분말이 중력과 원심력으로 집합과 분리되는 것이 반복되어 혼합하는 장치이다.
개량재 분말 중에는 부드러운 금속 Zn을 다량으로 함유한다. 이것에 의하여, 자성재 원재료 분말과 개량재 분말의 혼합 중에 자성재 원료 분말의 입자 표면에 금속 Zn이 피복된다. 금속 Zn이 피복되면 자성재 원료 분말 중의 산소는 금속 Zn 중에 흡수되기 쉬워진다. 또한 윤활제 및/또는 완충재의 작용도 향상된다. 금속 Zn의 피복의 관점에서는 V형 혼합기의 사용이 더 바람직하고, 볼 밀의 사용이 한층 더 바람직하다. 또한 볼 밀을 사용하는 경우에는 혼합 후에 혼합 분말로부터 볼을 제거하는 것은 물론이다.
<충전 공정>
혼합 분말을 성형 형에 충전하여 충전물을 얻는다. 충전물의 양태로서는, 성형 형의 캐비티에 혼합 분말을 충전한 채로의 충전물을 얻어도 되고, 성형 형의 캐비티에 혼합 분말을 충전하고 자장 중에서 압분하여 자장 배향시킨 충전물을 얻어도 된다. 또는 성형 형의 캐비티에 혼합 분말을 충전하고 비자장 중에서 압분하여 그 압분체를 충전물로 해도 된다.
자장 중에서 압분하는 방법으로서는, 자석 제조 시에 일반적으로 행해지고 있는 방법이어도 된다. 인가하는 자장은, 예를 들어 0.3T 이상, 0.5T 이상, 또는 0.8T 이상이어도 되고, 3.0T 이하, 2.0T 이하, 또는 1.5T 이하여도 된다.
자성재 원료 분말의 입자에 과대한 응력이 부하되어 자기 특성이 열화되는 것을 피하기 위하여 압분 시의 압력은, 자장 배향이 가능한 한 작은 편이 좋다. 또한 전술한 바와 같이, 자성재 원료 분말의 온도가 100℃ 이상으로 되면, 자성재 원료 분말의 입자에 응력이 부하된 때 자기 특성의 열화가 현저하다. 그 때문에 압분 온도는 80℃ 이하가 바람직하고, 50℃ 이하가 더 바람직하고, 실온이 한층 더 바람직하다. 본 명세서 중에서 실온은 25℃를 의미한다. 100℃ 미만에 있어서는, 압분 시의 압력은, 예를 들어 50㎫ 이상, 80㎫ 이상, 또는 120㎫ 이상이어도 되고, 1000㎫ 이하, 500㎫ 이하, 또는 250㎫ 이하여도 된다.
<중간 성형 공정>
충전물에 20㎫ 미만의 압력을 부하하면서 충전물 중의 개량재 분말의 적어도 일부를 용융시켜 중간 성형물을 얻는다. 중간 성형물에 있어서는, 개량재 분말의 적어도 일부가 용융되어 있고 자성재 원료 분말은 고상인 상태(용융되어 있지 않는 상태)이다. 중간 성형물이 얻어지면 충전물의 가압 및 가열 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 가열한 성형 형을 사용하여 충전물에 압력을 부하하는 것 등을 들 수 있다.
충전물은 자성재 원료 분말을 함유한다. 전술한 바와 같이, 자성재 원료 분말의 입자에 응력이 부하되면 자기 특성이 열화된다. 특히 자성재 원료 분말의 온도가 100℃ 이상일 때 그 분말의 입자에 응력이 부하되면, 자기 특성의 열화가 현저하다.
Sm-Fe-N계 희토류 자석의 제조에 있어서는 혼합 분말을 액상 소결한다. 따라서 혼합 분말의 온도는 100℃ 이상으로 된다. 그래서 우선 충전물에 20㎫ 이하의 압력을 부하한다. 압력이 20㎫ 이하이면, 자성재 원료 분말의 입자에 응력이 부하되더라도 자기 특성의 열화는 실질적으로 문제가 없는 범위이다. 충전물 중의 자성재 원료 분말과 개량재 분말을 함께 고상 상태에서 밀착시킬 수 있으면, 자기 특성의 열화를 극력 피하는 관점에서 압력은 낮은 편이 좋다. 예를 들어 압력은 15㎫ 이하가 바람직하고, 10㎫ 이하가 더 바람직하고, 5㎫ 이하가 한층 더 바람직하고, 무가압이어도 된다. 무가압이란, 충전물 중의 입자끼리가 실질적으로 밀착되어 있지만 충전물 중의 입자에 응력이 부하되어 있지 않은 상태를 의미한다.
Zn의 융점은 419.5℃이기 때문에, 충전물의 온도가 419.5℃에 도달하면 충전물 중의 개량재 분말의 적어도 일부가 용융되는 한편, 자성재 원료 분말은 고상인 채이다. 그 때문에 중간 성형물은 반용융물의 양상을 띤다.
충전물의 온도가 419.5℃ 이상이면 개량재 분말의 적어도 일부가 용융된다. 이 관점에서는 425.0℃ 이상, 430.0℃ 이상, 440.0℃ 이상, 450.0℃ 이상, 또는 460.0℃ 이상이어도 된다. 한편, 충전물의 온도가 500℃ 이하이면, 자성재 원료 분말 중의 자성상이 분해되어 자성상으로부터 N이 분리되는 것을 억제할 수 있다. 이 관점에서는, 충전물의 온도는 495℃ 이하, 490℃ 이하, 485℃ 이하, 또는 480℃ 이하여도 된다. 충전물의 온도를 이와 같은 온도로 제어하는 방법에 대해서는 후술한다.
충전물을 가열하는 시간은 충전체의 질량 등에 따라 적절히 결정하면 된다. 예를 들어 충전물의 적어도 일부가 용융되기 시작하고 나서 1분 이상, 3분 이상, 또는 5분 이상이어도 되고, 60분 이하, 45분 이하, 30분 이하, 또는 20분 이하여도 된다.
충전물 및 중간 성형물의 산화를 방지하기 위하여 불활성 가스 분위기에서 충전물 및 중간 성형물을 가열하는 것이 바람직하다. 불활성 가스 분위기에는 질소 가스 분위기를 포함한다.
<액상 소결 공정>
중간 성형물을 20㎫ 이상의 압력으로 액상 소결하여 소결체를 얻는다. 액상 소결은, 예를 들어 다음과 같이 행해도 된다. 중간 성형물에 20㎫ 이상의 압력을 부하하여, 고상 상태의 자성재 원료 분말의 입자와, 적어도 일부가 용융되어 있는 상태의 개량재 분말을 밀착시킨 상태로 유지한다. 그 후, 중간 성형물에 20㎫ 이상의 압력을 부하한 채, 중간 성형물을 Zn의 융점 이하로 냉각하여 고화시켜 소결체를 얻는다. 유지 온도는 중간 성형 공정에서의 충전물의 온도와 동등하다. 소결체는, 본 개시의 제조 방법으로 얻어지는 Sn-Fe-N계 희토류 자석, 즉, 성과물이다.
중간 성형물에 있어서는 개량재 분말의 적어도 일부가 용융되어 있기 때문에, 중간 성형물에 20㎫ 이상의 압력을 부하하더라도 용융물이 윤활제 및/또는 완충재의 작용을 하여, 중간 성형물 중의 자성재 원료 분말의 입자에 부하되는 응력을 저감할 수 있다. 그 결과, 자성재 원료 분말의 자기 특성, 특히 보자력을 열화시키는 일 없이 소결체, 즉, 성과물의 밀도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 성과물의 자기 특성, 특히 보자력을 향상시킬 수 있다.
성과물의 밀도를 향상시키는 관점에서는, 중간 성형물에 부하하는 압력은 큰 편이 좋다. 그 때문에, 중간 성형물에 부하하는 압력은 100㎫ 이상이 바람직하고, 1000㎫ 이상이 더 바람직하고, 2000㎫ 이상이 한층 더 바람직하다. 한편, 중간 성형물에 과잉의 압력을 부하하더라도 성과물의 밀도 향상 효과는 포화된다. 또한 과잉의 압력을 부하함으로써 성형 형의 수명은 단축된다. 과잉의 압력을 부하하는 것을 피하는 관점에서는, 중간 성형물에 부하하는 압력은 50000㎫ 이하가 바람직하고, 10000㎫ 이하가 더 바람직하고, 5000㎫ 이하가 한층 더 바람직하다.
액상 소결하는 시간은 중간 성형물의 질량 등에 따라 적절히 결정하면 되지만, 예를 들어 1분 이상, 3분 이상, 또는 5분 이상이어도 되고, 120분 이하, 60분 이하, 30분 이하, 20분 이하, 또는 10분 이하여도 된다.
《제조 장치》
다음으로, 본 개시의 제조 방법에 사용되는 제조 장치(이하, 「본 개시의 제조 장치」 또는 「제조 장치」라 하는 경우가 있음)에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 개시의 제조 장치의 일 양태를 도시하는 모식도이다. 본 개시의 제조 장치(100)는 성형 형(10), 히터(20) 및 가압 부재(30)를 구비한다. 이하, 성형 형(10), 히터(20) 및 가압 부재(30) 각각에 대하여 설명한다.
<성형 형>
성형 형은 주형(12) 및 펀치형(14a, 14b)을 구비한다. 주형(12)은 관통 구멍(16)을 갖는다. 관통 구멍(16)의 양단으로부터는 펀치형(14a, 14b)이 삽입된다. 도 1에 도시한 양태에 있어서는, 관통 구멍(16)의 형상은 원통형이지만, 펀치형(14a, 14b)이 관통 구멍(16)의 축 방향으로 미끄럼 이동 가능한 한 이에 한정되지 않는다. 또한 관통 구멍(16)의 축 방향이란, 도 1의 상하 방향이다.
관통 구멍(16)의 양단은 펀치형(14a, 14b)으로 막혀져 캐비티를 형성한다. 이 캐비티에 혼합 분말을 충전한다. 이와 같이 하여 혼합 분말을 성형 형(10)에 충전한다.
도 1에 도시한 양태에서는, 펀치형(14a)은 가동형, 펀치(14b)는 고정형이지만 이에 한정되지 않으며, 펀치형(14a, 14b)의 양쪽이 가동형이어도 된다. 즉, 펀치형(14a, 14b) 중 적어도 한쪽이 가동형이면 된다. 또한 고정형으로 한 펀치형은 주형(12)과 일체로 되어 있어도 된다.
도 1에 도시한 양태에서는 성형 형(10)의 외부에 전자 코일(40)을 더 구비한다. 전자 코일(40)에 의하여 성형 형(10)의 캐비티 내에 자장을 발생시켜 자장 배향시킨 충전물을 얻을 수 있다.
중간 성형 공정에서는 펀치형(14a)을 미끄럼 이동시켜 충전물 중의 자성재 원료 분말과 개량재 분말을 밀착시킨다. 이것에 의하여 자성재 원료 분말의 입자 사이에 개량재 분말의 융액이 침입하기 쉬워진다. 액상 소결 공정에서는, 펀치형(14a)을 미끄럼 이동시켜 중간 성형물 중의 개량재 분말의 융액과 자성재 원료 분말을 밀착시킴으로써 액상 소결성을 향상시킨다. 이것에 의하여 성과물의 밀도가 향상된다. 그 결과, 성과물의 자기 특성, 특히 보자력이 향상된다.
중간 성형 공정에서는, 개량재 분말의 적어도 일부가 용융되어 있는 온도에서 충전물이 유지된다. 또한 액상 소결 공정에서는, 개량재의 적어도 일부가 용융되어 있는 온도에서 중간 성형물이 유지된 후, 중간 성형물은 냉각되어 소결체를 얻을 수 있다. 소결체의 온도가 380℃ 이하, 360℃ 이하, 또는 340℃ 이하, 또는 300℃ 이하이면, 소결체를 성형 형(10)으로부터 취출하더라도 소결체가 변형되거나 하기 어렵다.
충전물 및 중간 성형물의 온도 제어는, 전형적으로는 성형 형(10)의 온도를 측정 및 제어함으로써 달성되지만 이에 한정되지 않는다.
성형 형(10)의 온도를 측정 및 제어하지 않고 충전물 및 중간 성형물의 온도를 제어하는 방법으로서는, 예를 들어 히터(20)의 출력, 및 그 출력에서의 경과 시간(가열 시간)과, 충전물 및 중간 성형물의 온도의 관계를 미리 측정하여, 검량선을 작성해 두는 방법 등을 들 수 있다. 이 방법에서는, 그 검량선에 기초하여 히터(20)의 출력, 및 그 출력에서의 경과 시간(가열 시간)을 제어한다.
충전물 및 중간 성형물의 온도 제어를, 성형 형(10)의 온도를 측정 및 제어함으로써 달성하는 경우에는, 히터(20)의 위치, 그리고 주형(12) 및 펀치형(14a, 14b)의 재질을 고려하여 온도 센서의 설치 위치 등을 적절히 결정한다.
예를 들어 도 1에 도시한 양태에서는 주형(12)의 외주에 히터(20)가 설치되어 있다. 주형(12)은 히터(20)와 가까운 위치에 있기 때문에 주형(12)은 히터(20)로부터 다량의 열 에너지를 수취할 수 있다. 주형(12)이 히터(20)로부터 수취하는 열 에너지란, 히터(20)가 유도 가열 코일인 경우에는 유도 가열 에너지이고 히터(20)가 저항 가열 히터인 경우에는 방사열(복사열) 에너지이다.
한편, 펀치형(14a, 14b)은 히터(20)와 떨어진 위치에 있기 때문에 펀치형(14a, 14b)은 히터(20)로부터 열 에너지를 수취하기 어렵다. 따라서 충전물 및/또는 중간 성형물은 주형(12)에서 가열되어 펀치형(14a, 14b)에서 냉각된다.
주형(12) 및 펀치형(14a, 14b)은, 액상 소결 중의 고온 및 고압에 견딜 수 있는 재질로 되어 있는 것이 바람직하다. 히터(20)로부터의 열 에너지가 충전물 및/또는 중간 성형물에 전달되기 쉽다는 관점에서는, 주형(12)은, 열전도율이 높은 재료로 되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 주형(12)의 온도 상승과 충전물 및/또는 중간 성형물의 온도 상승의 타임 래그가 작아진다.
한편, 충전물 및/또는 중간 성형물이 과도하게 냉각되지 않도록 하는 관점에서는, 펀치형(14a, 14b)은, 열전도율은 낮은 재료로 되어 있는 것이 바람직하다. 그러나 열전도율이 과잉으로 낮으면 충전물 및/또는 중간 성형물이 과열(오버히트)되기 쉬워진다. 이 점에서 주형(12)의 열전도율과 펀치형(14a, 14b)의 열전도율은 크게 상이하지 않은 것이 바람직하다. 예를 들어 주형(12)의 열전도율은 주형(12)의 펀치형(14a, 14b)의 열전도율의 0.5 내지 1.5배여도 된다.
충전물 및/또는 중간 성형물을 효율적으로 가열하고, 또한 전술한 타임 래그 및 과열(오버히트)을 작게 하기 위하여 본 개시의 제조 장치는, 예를 들어 다음과 같은 양태여도 된다. 즉, 히터(20)가 유도 가열 코일이고, 히터(20)가 주형(12)의 외주에 설치되어 있고, 주형(12) 및 펀치형(14a, 14b)이 텅스텐 카바이드로 되어 있고, 또한 온도 센서(18), 주형(12)에 설치되어 있어도 된다. 온도 센서(18)는, 전형적으로는 열전대이다.
전술한 양태에 있어서, 충전물 및/또는 중간 성형물 중의 개량재 분말의 적어도 일부가 용융된 상태를 유지하기 위하여 주형(12)의 온도는 450℃ 이상, 460℃ 이상, 470℃ 이상이어도 된다. 한편, 충전물 및/또는 중간 성형물 중의 자성상이 분해되는 것을 억제하기 위하여 주형(12)의 온도는 500℃ 이하, 490℃ 이하, 또는 480℃ 이하여도 된다.
<히터>
히터(20)는 성형 형(10)을 가열한다. 도 1의 양태에 있어서는, 히터(20)는 주형(12)의 외주에 설치되어 있어서 주로 주형(12)을 가열하지만 이에 한정되지 않는다. 히터(20)의 종류로서는, 예를 들어 유도 가열 코일, 전열 가열 히터 및 적외선 히터, 그리고 이들의 조합 등을 들 수 있다. 주형(12)을 효율적으로 가열하는 관점에서는, 히터(20)는 유도 가열 코일이 바람직하다.
<가압 부재>
가압 부재(30)는 펀치형(14a, 14b)을 통해 충전물 및 중간 성형물에 압력을 부하한다. 중간 성형 공정에서는 충전물에 압력을 부하하고, 액상 소결 공정에서는 중간 성형물에 압력을 부하한다. 또한 무가압으로 중간 성형물을 얻는 경우에는, 충전물에 압력을 부하하지 않는 것은 물론이다.
도 1에 도시한 양태에서는 펀치형(14a)에만 가압 부재(30)가 연결되어 있지만 이에 한정되지 않으며, 펀치형(14a, 14b)의 양쪽에 가압 부재(30)가 연결되어 있어도 된다. 즉, 가압 부재(30)는 펀치형(14a, 14b)의 적어도 한쪽에 연결되어 있어도 된다.
가압 부재(30)로서는 유체 실린더 및 전동 실린더, 그리고 이들의 조합을 들 수 있다. 예를 들어 펀치형(14a, 14b) 중 한쪽이 유체 실린더, 다른 쪽이 전동 실린더여도 된다. 즉, 가압 부재(30)는 유체 실린더 및 전동 실린더 중 적어도 한쪽을 포함하고 있어도 된다.
유체 실린더로서는 유압 실린더 및 공기 압력 실린더 등을 들 수 있다. 큰 압력으로 액상 소결하는 관점에서는 유압 실린더가 바람직하다. 압력을 정밀하게 제어하는 관점에서는 전동 실린더가 바람직하다.
실시예
이하, 본 개시의 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치를 실시예 및 비교예에 의하여 더욱 구체적으로 설명한다. 또한 본 개시의 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치는, 이하의 실시예에서 이용한 조건에 한정되는 것은 아니다.
《시료의 준비》
도 1에 도시한 양태의 제조 장치를 사용하여 Sm-Fe-N계 희토류 자석의 시료를 준비하였다. 주형(12) 및 펀치형(14a, 14b)은 텅스텐 카바이드로 제작하고, 온도 센서(18)는 주형(12)에 설치하였다. 주형(12)의 온도를 측정 및 제어함으로써 충전물 및 중간 성형물(시료)의 온도를 제어하였다. 또한 시료의 준비 전에 미리 주형(12)의 온도와 충전물 및 중간 성형물(시료)의 온도의 온도를 조사한 바, 주형(12)의 온도 쪽이 충전물 및 중간 성형물보다도 5 내지 10℃ 높았다. 따라서 주형(12)의 온도(후술하는 도 2의 온도 T)가 400℃ 및 425℃일 때는, 중간 성형 공정에 있어서 개량재 분말의 적어도 일부가 용융되지 않았다.
<실시예 1 내지 2>
자성재 원료 분말과 개량재 분말을, V형 혼합기를 사용하여 15분에 걸쳐 혼합하여 혼합 분말을 얻었다. 자성재 원료 분말에 대해서는, 자성재 원료 분말 전체에 대하여 Sm2Fe17N3의 함유량은 98질량% 이상이고, 산소의 함유량은 1.34질량%였다. 개량재 분말에 대해서는 금속 Zn 분말을 사용하며, 개량재 분말 전체에 대하여 산소의 함유량은 0.032질량%였다. 자성재 원료 분말의 입경은 3㎛였다. 개량재 분말의 입경은 20㎛였다. 자성재 원료 분말과 개량재 분말은, 혼합 분말 전체에 대하여 Zn 성분이 15질량%로 되도록 배합하였다.
자성재 원료 분말과 개량재 분말의 혼합 분말 1.0g을 실온의 자장 중에서 직경 10㎜ 및 높이 2㎜의 원기둥 형상으로 압분하여 자장 배향시킨 충전물을 얻었다. 적용 자장은 1.0T이고 성형 압력은 100㎫이었다.
충전물을 성형 형(10)에 수납하고, 무가압으로 히터(20)를 사용하여 주형(12)을 가열함으로써 충전물 중의 개량재 분말의 적어도 일부를 용융시켜 중간 성형물을 얻은 후, 그 중간 성형물을 액상 소결하여 소결체를 얻었다. 이와 같이 하여 얻은 소결체를 실시예 1 내지 2의 시료로 하였다. 도 2는, 실시예 1 내지 2의 시료를 준비한 때의 가열 및 가압 패턴을 나타낸다. 도 2에서 나타낸 온도는 주형(12)의 온도이다. 또한 도 2에서 나타낸 가열 및 가압 패턴에서, 여러 조건의 구체적 수치는 표 1에 기재하였다.
<비교예 1 내지 2>
충전물을 성형 형(10)에 수납하고, 히터(20)를 사용하여 주형(12)을 가열하기 시작함과 동시에, 액상 소결에 필요한 압력을 충전물에 가한 것 이외에는, 실시예 1 내지 2와 동등하게 하여 시료를 제작하였다. 도 3은, 비교예 1 내지 2의 시료를 준비한 때의 가열 및 가압 패턴을 나타낸다. 도 3에서 나타낸 온도는 주형(12)의 온도이다. 또한 도 3에서 나타낸 가열 및 가압 패턴에서, 여러 조건의 구체적 수치는 표 1에 기재하였다.
<실시예 3 내지 7>
혼합 분말 2.0g을 자장 배향시키는 일 없이 성형 형(10)에 충전하여 충전물을 얻은 것, 및 표 1에 기재한 여러 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 1 내지 2와 동등하게 하여 실시예 3 내지 7의 시료를 준비하였다.
<비교예 3 내지 9>
혼합 분말 2.0g을 자장 배향시키는 일 없이 성형 형(10)에 충전하여 충전물을 얻은 것, 및 표 1에 기재한 여러 조건으로 한 것 이외에는, 비교예 1 내지 2와 동등하게 하여 실시예 3 내지 9의 시료를 준비하였다.
<실시예 8 내지 12>
자성재 원료 분말 전체에 대하여, 산소의 함유량이 1.05질량%인 것, 및 표 1에 기재한 여러 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 3 내지 7과 동등하게 하여 실시예 8 내지 12의 시료를 준비하였다.
<실시예 13 내지 36 및 비교예 10 내지 19>
표 2의 여러 조건으로 한 것 이외에는 실시예 1 내지 2와 동등하게 하여 실시예 13 내지 36 및 비교예 10 내지 19의 시료를 준비하였다. 실시예 13 내지 36 및 비교예 10 내지 19의 시료 어느 것이나 도 2의 가열 및 가압 패턴으로 시료를 준비하였지만, 주형(12)의 온도 T가 400℃ 및 425℃인 경우에는 개량재 분말의 적어도 일부가 용융되지 않았기 때문에 이들 시료는 비교예로 하였다.
《평가》
각 시료에 대하여 보자력(Hcj), 잔류 자화(Bj)를 측정하였다. 측정은 도에이 고교 가부시키가이샤 제조의 펄스식 BH 트레이서 및 진동 시료형 자력계(VSM)를 사용하여 행하였다. 측정은 실온에서 행하였다.
결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
[표 1-1]
Figure 112019033841621-pat00001
[표 1-2]
Figure 112019033841621-pat00002
[표 1-3]
Figure 112019033841621-pat00003
[표 2-1]
Figure 112019033841621-pat00004
[표 2-2]
Figure 112019033841621-pat00005
[표 2-3]
Figure 112019033841621-pat00006
[표 2-4]
Figure 112019033841621-pat00007
[표 2-5]
Figure 112019033841621-pat00008
표 1의 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2의 시료에 대해서는, 보자력의 측정 결과를 도 4에 정리하였다. 도 4로부터, 실시예 1 내지 2의 시료에서는, 자장 배향시킨 충전물을 사용하더라도, 무가압으로 충전물 중의 개량재 분말의 적어도 일부를 용융시켜 중간 성형물을 얻은 후 그 중간 성형물을 액상 소결하였기 때문에, 보자력이 향상되어 있음을 확인할 수 있었다.
또한 표 1의 실시예 3 내지 7 및 비교예 3 내지 9의 시료에 대해서는, 보자력의 측정 결과를 도 5에 정리하였다. 도 5로부터, 주형(12)의 온도가 450℃ 이상이면, 무가압으로 충전물 중의 개량재 분말의 적어도 일부를 용융시켜 중간 성형물이 얻어지기 때문에, 그 중간 성형물을 액상 소결함으로써 보자력이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
그리고 표 1의 실시예 3 내지 12 및 비교예 3 내지 4의 시료에 대하여, 보자력의 측정 결과를 자성재 원료 분말의 산소의 함유량, 그리고 가열 및 가압의 패턴으로 층별하여 도 6에 정리하였다.
도 6에 있어서, 「1.05%, 도 2의 패턴」이라는 기재는 「자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.05질량%이며, 도 2에서 나타낸 패턴으로 가열 및 가압된 것」을 나타낸다. 또한 「1.34%, 도 2의 패턴」이라는 기재는 「자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.34질량%이며, 도 2에서 나타낸 패턴으로 가열 및 가압된 것」을 나타낸다. 그리고 「1.34%, 도 3의 패턴」이라는 기재는 「자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.34질량%이며, 도 3에서 나타낸 패턴으로 가열 및 가압된 것」을 나타낸다.
도 6으로부터, 주형(12)의 온도가 450℃ 이상이고, 또한 도 2에서 나타낸 패턴으로 가열 및 가압하면, 충전물 중의 개량재 분말의 적어도 일부를 용융시켜 용융물이 얻어지고, 그 용융물을 얻고 나서 액상 소결하면 보자력이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 자성재 원료 분말의 산소의 함유량이 적을수록 보자력이 한층 더 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
이에 추가하여, 표 2의 실시예 13 내지 35 및 비교예 10 내지 19의 시료에 대하여, 보자력의 측정 결과를 자성재 원료 분말의 산소 함유량 및 개량재 분말의 평균 입경으로 층별하여 도 7에 정리하였다.
도 7에 있어서, 「1.34%, 5㎛」라는 기재는 「자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.34질량%이며, 개량재 분말의 평균 입경이 5㎛인 것」을 나타낸다. 또한 「1.34%, 10㎛」라는 기재는 「자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.34질량%이며, 개량재 분말의 평균 입경이 10㎛인 것」을 나타낸다. 그리고 「1.34%, 65㎛」라는 기재는 「자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.34질량%이며, 개량재 분말의 평균 입경이 65㎛인 것」을 나타낸다. 또한 「1.05%, 5㎛」라는 기재는 「자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.05질량%이며, 개량재 분말의 평균 입경이 5㎛인 것」을 나타낸다. 그에 추가하여 「1.05%, 10㎛」라는 기재는 「자성재 원료 분말의 산소 함유량이 1.05질량%이며, 개량재 분말의 평균 입경이 10㎛인 것」을 나타낸다.
도 7로부터, 개량재 분말의 평균 입경이 65㎛이면 보자력 향상 효과가 저하되는 것을 알 수 있었다. 이는, 개량재 분말의 입경이 크면 자성재 원료 분말을 포위하는 것이 어려워지며, 그 결과, 윤활제 및/또는 완충재 효과가 저하되어 자성재 원료 분말 중의 산소가 개량재 분말의 금속 Zn에 흡수되기 어려워지기 때문으로 생각된다.
이들 결과로부터 본 개시의 희토류 자석의 제조 방법, 및 그에 사용되는 제조 장치의 효과를 확인할 수 있었다.
10: 성형 형
12: 주형
14a, 14b: 펀치형
16: 관통 구멍
18: 온도 센서
20: 히터
30: 가압 부재
40: 전자 코일
100: 제조 장치

Claims (11)

  1. Sm, Fe 및 N을 함유하는 자성재 원료 분말과, 금속 Zn을 함유하는 개량재 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻는 단계,
    상기 혼합 분말을 성형 형에 충전하여 충전물을 얻는 단계,
    상기 충전물에 20㎫ 미만의 압력을 부하하면서, 또는 무가압으로 상기 충전물 중의 상기 개량재 분말의 적어도 일부를 용융시켜 중간 성형물을 얻는 단계, 그리고
    상기 중간 성형물을 20㎫ 이상의 압력으로 액상 소결하여 소결체를 얻는 단계를
    포함하는, 희토류 자석의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성재 원료 분말이, (Sm(1-i)Ri)2(Fe(1-j)Coj)17Nh(단, R은 Sm 이외의 희토류 원소, 그리고 Y 및 Zr로부터 선택되는 1종 이상, i는 0 내지 0.50, j는 0 내지 0.52, 또한 h는 1.5 내지 4.5)로 표시되는 자성상을 함유하는, 희토류 자석의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자성재 원료 분말의 산소 함유량이 0.1질량% 이상 1.05질량% 이하인, 희토류 자석의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 개량재 분말의 평균 입경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하인, 희토류 자석의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 혼합 분말을 상기 성형 형에 충전하고 자장 중에서 압분하여 자장 배향시킨 충전물을 얻는, 희토류 자석의 제조 방법.
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