KR20140084275A

KR20140084275A - NdFeB계 소결 자석의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140084275A
Application number: KR1020147013977A
Authority: KR
Inventors: 가즈유키 고무라; 데츠히코 미조구치; 마사토 사가와
Original assignee: 인터메탈릭스 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2014-07-04
Also published as: CN103890880A; JPWO2013061836A1; US20150041022A1; JP6100168B2; EP2772926A1; WO2013061836A1; EP2772926A4; CN103890880B

Abstract

본 발명은, 입계 확산 처리를 행할 때, NdFeB계 소결 자석의 기재에 도포된 중희토류 원소 R_H를 포함하는 도포물이, 트레이 등의 기구에 용착하는 것을 저비용으로 막을 수 있는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 중희토류 원소 R_H를 포함하는 도포물(R)을 NdFeB계 소결 자석의 기재(S)에 도포하고, 입계 확산법에 의해 해당 기재의 입계에 확산시키는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에 있어서, 시트(10)에 상기 도포물(R)을 도포하고, 상기 시트(10)에 도포된 도포물(R)이 상기 기재(S)의 도포 대상면에 접하도록, 해당 시트(10)와 해당 기재(S)를 밀착시키며, 상기 시트(10)를 상기 기재(S)에 밀착시킨 채로, 해당 기재(S)에 대해서 상기 입계 확산 처리(가열 처리)를 행한다.

Description

NdFeB계 소결 자석의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING NdFeB SINTERED MAGNET}

본 발명은, NdFeB(네오디뮴·철·붕소)계 소결 자석의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 자세하게는, 입계 확산법을 이용한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에 관한 것이다. 여기서「NdFeB계(소결) 자석」은, Nd₂Fe₁₄B를 주상(主相)으로 하는(소결) 자석이지만, Nd, Fe 및 B만을 함유하는 것으로는 한정되지 않고, Nd 이외의 희토류 원소나, Co, Ni, Cu, Al 등의 다른 원소를 함유하는 것이라도 괜찮다.

NdFeB(네오디뮴·철·붕소)계의 소결 자석은, 1982년에 사가와(SAGAWA)(본 발명자) 등에 의해서 찾아내어진 것이지만, 지금까지의 영구자석을 훨씬 능가하는 특성을 가지며, Nd(희토류의 일종), 철 및 붕소라고 하는 비교적 풍부하고 염가인 원료로부터 제조할 수 있다고 하는 특징을 가진다. 이 때문에, NdFeB계 소결 자석은 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 구동용 모터, 전동 보조형 자전거용 모터, 산업용 모터, 하드 디스크 등의 보이스 코일(voice coil) 모터, 고급 스피커, 헤드폰, 영구자석식 자기 공명 진단 장치 등, 여러 가지 제품에 사용되고 있다. 이들 용도에 사용되는 NdFeB계 소결 자석은 높은 보자력(保磁力) H_cJ, 높은 최대 에너지적(energy積) (BH)_max 및 높은 각형비(角型比) SQ를 가지는 것이 요구된다. 여기서 각형비 SQ는, 자화(磁化) 곡선의 제2 상한(象限)에서 잔류 자속 밀도 B_r의 90%에 대응하는 자계 (H_k)와 보자력 (H_cJ)의 비(比) H_k/H_cJ로 정의된다.

NdFeB계 소결 자석의 보자력을 높이기 위한 방법으로서, 출발(出發) 합금을 제작하는 단계에서, 중희토류 원소인 Dy 및/또는 Tb(이하,「Dy 및/또는 Tb」를「R_H」라고 함)를 첨가하는 방법(일합금법(一合金法))이 있다. 또, R_H를 포함하지 않는 주상계(主相系) 합금과 R_H를 첨가한 입계상계(粒界相系) 합금의 2종류의 출발 합금의 분말을 제작하고, 이들을 서로 혼합하여 소결시키는 방법(이합금법(二合金法))이 있다. 게다가, NdFeB계 소결 자석을 제작한 후, 그것을 기재(基材)로 하여 R_H를 포함하는 도포물(塗布物)을 표면에 도포하고, 도포물마다 해당 기재를 가열하는 것에 의해, 기재 표면으로부터 기재 중의 입계를 통해서 해당 기재 내부에 R_H를 확산시키는「입계 확산법」이 있다(특허 문헌 1).

상기의 방법에 의해 NdFeB계 소결 자석의 보자력을 높일 수 있지만, 그 한편으로, 소결 자석 중의 주상 입자 내에 R_H가 존재하면, 최대 에너지적이 저하하는 것이 알려져 있다. 일합금법에서는, 출발 합금의 단계에서 주상 입자 내에 R_H가 포함되기 때문에, 그것을 기초로 제작한 소결 자석에서도 주상 입자 내에 R_H를 포함해 버린다. 이 때문에, 일합금법에 의해서 제작된 소결 자석은, 보자력은 향상하는데 최대 에너지적이 저하해 버린다.

이것에 대해, 이합금법에서는, R_H의 대부분을 주상 입자 사이의 입계에 존재시킬 수 있다. 이 때문에, 일합금법에 비해 최대 에너지적의 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 또, 일합금법에 비해 레어 메탈(rare metal)인 R_H의 사용량을 줄일 수 있다.

게다가, 입계 확산법에서는, 가열에 의해 액화한 기재 내의 입계를 통해서, 기재 표면에 도포된 R_H를 그 내부에 확산시킨다. 이 때문에, 입계 중의 R_H의 확산 속도는, 입계로부터 주상 입자 내부로의 확산 속도 보다도 훨씬 빠르고, R_H는 신속하게 기재 내의 깊이까지 공급된다. 그것에 대해, 주상 입자는 고체 상태이기 때문에, 입계로부터 주상 입자 내로의 확산 속도는 늦다. 이 확산 속도의 차(差)를 이용하여, 열처리 온도와 시간을 조정하는 것에 의해, 소결체 중의 주상 입자의 표면(입계)에 극히 가까운 영역에서만 Dy나 Tb의 농도가 높고, 주상 입자의 내부에서는 R_H의 농도가 낮다고 하는 이상적인 상태를 실현할 수 있다. 이것에 의해, 보자력 H_cJ를 높이면서, 이합금법 보다도 최대 에너지적 (BH)_max의 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 또, 레어 메탈인 R_H의 사용량을 이합금법 보다도 억제할 수 있다.

특허 문헌 1 : 국제공개 WO 2006/043348호 공보 특허 문헌 2 : 국제공개 WO 2008/139690호 공보

그렇지만, 입계 확산법에는, 기재에 도포물을 도포한 후의 처리가 어렵다고 하는 문제가 있다. 도포물이 도포된 기재는, 트레이 등의 소정의 받침대에 재치(載置)된 후, 가열로에서 가열된다. 이 트레이와 기재의 접촉면에서 해당 기재에 도포물이 도포되어 있었던 경우, 가열할 때에 트레이에 도포물이 용착해 버린다.

도포물이 트레이에 용착하면, 트레이를 재사용할 때, 용착물을 제거하기 위해서 트레이를 연마하는 등 불필요한 수고가 필요하다. 또, 기재와 트레이의 접촉면에서는 입계 확산에 사용되는 R_H의 양이 이 용착분(溶着分)만큼 감소하기 때문에, R_H의 사용량당 제조 자석의 성능이 저하한다. 또, 귀중한 R_H가 소용없게 된다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것이며, 그 주된 목적은, 입계 확산 처리를 행할 때, NdFeB계 소결 자석의 기재에 도포된 R_H 또는 R_H의 화합물을 포함하는 도포물이, 트레이 등의 기구에 용착하는 것을 저비용으로 막을 수 있는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 입계 확산 처리를 행할 때의 상기 도포물의 양을 용이하게 조정할 수 있음과 아울러, 대량 생산에 적합한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법은,

중희토류(重希土類) 원소를 포함하는 도포물(塗布物)을 NdFeB계 소결(燒結) 자석의 기재(基材)에 도포한 후에, 해당 도포물이 도포된 기재를 가열하는 것에 의해, 상기 도포물 중의 중희토류 원소를 해당 기재 중에 입계(粒界)를 통해서 확산시키는 입계 확산 처리 공정을 포함하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에 있어서,

시트에 상기 도포물을 도포하고,

상기 시트에 도포된 도포물이 상기 기재의 도포 대상면에 접하도록, 해당 시트와 해당 기재를 밀착시키며,

상기 시트마다 상기 기재를 가열하는 것에 의해 상기 입계 확산 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.

상기 도포물에는, 중희토류 원소 R_H를 포함하는 금속 혹은 합금의 분체(粉體), 또는 해당 분체를 물 혹은 점성재에 분산시킨 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry)를 이용할 수 있다. 상기 분체로서는, R_H를 50wt% 이상 포함하는 Fe족 천이 금속과의 합금의 분말이나 R_H만으로 이루어지는 순금속의 분말, 이들 합금 또는 순금속의 수소화물의 분말을 이용할 수 있다. 또, 특허 문헌 2에 기재된 바와 같이, R_H의 플루오르화물(fluorine化物)이나 산화물의 분말과 Al 분말의 혼합 분말을 이용할 수도 있다. 상기 점성재로서는, 입계 확산 처리할 때에 휘발하여 기재에 흡수되기 어렵고, 적당한 점성을 가지는 유동 파라핀(paraffin)이나 실리콘 그리스(silicon grease) 등을 이용할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 적당한 점성을 가지는 점성재란, 물의 점도(~1mPa·sec) 이상 솔더 페이스트(solder paste)의 점도(~500Pa·sec) 이하의 점성을 가지는 재료이다. 이 범위 내의 점도이면, 분체를 점성재에 혼합했을 때, 분체가 균일하게 점성재 내에 분산함과 아울러, 분체를 혼합한 후의 점성재가 시트에 도포할 수 있을 정도로 유동성을 가질 수 있다.

본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서는, 기재의 도포면(도포 대상면)이 시트에 의해서 덮여진다. 이 때문에, 기재에 도포된 도포물이 트레이 등의 기구에 접촉하거나, 입계 확산 처리에 의해서 도포물이 기구에 용착하거나 하는 것을 막을 수 있다.

상기 시트의 도포면측에는 다수의 오목부가 마련되며, 상기 시트와 상기 기재를 밀착시키는 것에 의해 상기 도포물이 해당 오목부에 저류(貯留)되도록 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 도포물을 기재의 도포 대상면 상(上)에 균일하게 분포시킬 수 있다. 또, 오목부의 수나 깊이에 의해서, 용이하게 도포물의 양을 조정할 수 있다.

또한, 상기 시트에는, 해당 시트에 도포한 도포물 중에 포함되는 상기 중희토류 원소의 상기 기재로의 이용 효율을 높이기 위해서, 해당 기재 보다도 해당 중희토류 원소의 확산성이 낮은 소재의 것을 이용하는 것이 바람직하다.

또, 상기 시트에는, 상기 입계 확산 처리 중, 제조한 NdFeB계 소결 자석의 성능에 영향을 주지 않을 정도로 화학적, 물리적으로 변화하지 않는 소재의 것을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 시트는 그라파이트(graphite) 시트(흑연을 성형 가공하여 제작된 가요성(可撓性)의 흑연 시트)를 이용하는 것이 바람직하다. 입계 확산 처리에서는 900℃ 전후까지 가열하지만, 기재가 산화하는 것을 막기 위해서, 비활성 가스 분위기하(下), 진공 분위기 하(下), 또는 무산소 하(下)에서 행한다. 이 때문에, 상기 온도에서 가열해도, 그라파이트(graphite) 시트가 연소하지 않고, 변형도 하지 않는다. 또, 그라파이트(graphite) 시트는 기재나 도포물에도 거의 반응하지 않는다. 도포물 중의 중희토류 원소가 그라파이트(graphite) 시트 내에 확산하는 것도 거의 없다. 그 외, 입수의 용이함, 가공의 용이함, 저비용 등의 면으로부터도, 그라파이트(graphite) 시트는 바람직한 시트 소재이며, 다시 사용할 수 없게 되어도 용이하게 교환 가능하다.

또한, 본 발명자가 여러 가지 실험을 행한 결과, 도포물의 점성에 의해서는 입계 확산 처리의 도중에 도포물이 기재로부터 박리해 버리는 일이 있었다. 이것을 막기 위해서, 입계 확산 처리 동안은 시트에 압력을 인가하여, 기재와 도포물의 밀착성을 높이는 것이 바람직하다.

상기 시트는, 수평 방향으로 늘어놓은 복수개의 기재의 동일측의 면을 한꺼번에 덮는 것이라도 좋다. 또, 각 기재의 상면과 하면을 각각 시트로 덮으면서, 복수개의 기재를 연직 방향으로 겹칠 수도 있다. 상기와 같이, 본 발명의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서는, 입계 확산 처리 동안, 시트에 압력을 인가하는 것이 바람직하지만, 이와 같이 복수개 쌓아 겹치면, 하단(下段)에 배치된 시트에는, 상단(上段)에 배치된 기재의 중량에 의해서 자연스럽게 압력이 인가된다. 또한, 최상단(最上段)에서 사용하는 시트에는, 별도로, 누름체를 얹는 등에 의해 압력을 인가하면 좋다.

본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서는, 기재(基材)의 도포면이 시트로 덮이기 때문에, 기재에 도포된 도포물이 입계 확산 처리를 할 때에 트레이 등에 용착하는 것을 막을 수 있다. 또, 시트의 도포면에 오목부를 마련하는 것에 의해, 도포물의 양을 용이하게 조정할 수 있다. 게다가, 복수개의 기재를 한꺼번에 시트로 덮거나, 시트를 사이에 두고 상하 방향으로 겹치거나 할 수 있기 때문에, 대량 생산에 적합하다.

도 1은 본 발명에 관한 입계 확산법을 이용한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 종단면도.
도 2는 종래법에 의한 입계 확산법을 이용한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법을 설명하기 위한 종단면도.
도 3은 본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서의 기재 및 시트의 재치예(載置例)를 나타내는 종단면도.
도 4는 본 실시예에 의한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서 이용하는 시트의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 도포면측에 오목부를 마련한 시트의 제작예를 나타내는 종단면도.
도 6은 도포면측에 오목부를 마련한 시트의, 본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에의 적용예를 나타내는 종단면도.

실시예

본 발명에 관한 입계 확산법을 이용한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법의 일 실시예를, 도 1 ~ 도 6을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명에서는 NdFeB계 소결 자석의 기재(基材)를 제조하는 방법은 특별히 상관없지만, 예를 들면 일본특허공개 2006-019521호 공보에 기재된 방법을 이용함으로써, 자기(磁氣) 특성이 높은 기재를 니어 네트 셰이프(near-net shape)로 제조할 수 있다.

도 1은, 본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법의 설명도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서는, 후술 하는 입계 확산 처리에서 화학적 또는 물리적으로 변화하지 않는 재료로 이루어지며, R_H를 포함하는 페이스트 모양의 도포물(R)이 일방의 면에 균일하게 도포된 시트(10)를 준비한다(도 1의 (a)).

도포물(R)은, R_H가 50wt% 이상 포함되는 금속이나 합금 등의 분말(이하,「R_H분말」이라고 함)과 점성재를 혼합한 페이스트이다. 점성재에는 실리콘 그리스(silicon grease) 또는 유동 파라핀(paraffin) 등을 이용한다. 점성재로서 예를 들면 실리콘 그리스를 채용한 경우에는, 점도 조정을 위해서 실리콘 오일 등을 혼합하는 것도 유효하다.

또, 본 실시예에서는 R_H분말로서, Tb:92wt%, Ni:4.3wt%, Al:3.7wt%인 TbNiAl 합금의 분말을 사용했다. 물론, Tb 대신에 Dy 등의 중희토류(重希土類) 원소를 사용해도 좋다. 또한, 동량(同量)의 R_H분말을 기재(S)의 표면에 도포한 경우의 분말 입자의 분포는 입경이 작은 쪽이 균일하게 되고, 입계 확산 처리에 의해서 안정적으로 자기(磁氣) 특성이 향상하게 된다. 따라서, R_H분말의 입경은 작으면 작을수록 바람직하지만, 입경을 작게 함에 따라, 미세화를 위한 수고나 비용이 커진다. 이 미세화를 위한 수고나 비용의 점으로부터 R_H분말의 입경은 2μm 이상이 바람직하다. 또, 입계 확산 처리 후의 자기(磁氣) 특성과 분포의 균일성을 감안한 R_H분말의 입경의 상한은 100μm, 바람직하게는 50μm, 더 바람직하게는 20μm이다.

R_H분말과 실리콘 그리스의 중량 혼합비는 소망한 페이스트 점도로 조정하기 위하여 임의로 선택할 수 있지만, R_H분말의 비율이 낮으면, 입계 확산 처리할 때에 R_H분말이 기재 내부에 침입하는 양도 저하해 버린다. 따라서, R_H분말의 비율은 80wt%이상, 바람직하게는 85wt% 이상, 또한 90wt% 이상이 보다 더 바람직하다. 또한, 실리콘 그리스의 양이 5wt% 미만이 되면 R_H분말과의 혼합이 불충분하고 페이스트화하지 못하여 시트로의 도포가 곤란하게 되므로, 실리콘 그리스의 양은 5wt% 이상이 바람직하다. 또, 점도 조정을 위해서 이용하는 실리콘 오일 등의 혼합 비율은 15wt% 정도까지 늘리는 것도 가능하지만, 그것에 따라 R_H분말의 비율이 낮아져, 입계 확산 처리시에 R_H분말이 기재 내부에 침입하는 양도 저하해 버리기 때문에, 이상적으로는 5wt% 이하가 바람직하다.

시트(10)의 도포면을 기재(S)의 도포 대상면(기재(S)의 상면과 하면)을 향해서 서로 밀착시킨다(도 1의 (b)). 그 후, 시트(10)로 덮여진 기재(S)를 트레이(11)에 재치하고(도 1의 (c)), 가열로(12)에 넣어, 비활성 가스 분위기 하(下) 또는 무산소 하(下)에서 시트(10)마다 기재(S)의 가열 처리(입계 확산 처리)를 행한다(도 1의 (d)).

이상이 본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법의 개요이지만, 필요하면 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 실시해도 괜찮다.

본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법을, 종래법과 비교한다. 도 1과 같이 기재(S)의 상하의 면에 도포물(R)을 도포하는 경우, 종래는, (a) 트레이(11)에 그대로 얹음(도 2의 (a)), (b) 트레이(21)에 기재의 형상에 대략 동일한 구멍을 마련하고, 그 구멍의 가장자리에 유지부(211)로서 단부(段部)를 마련하며, 기재(S)의 하면의 단부(端部)만을 유지함(도 2의 (b)), (c) 트레이(31)에 뾰족한 형상의 지지부(311)를 마련하고, 트레이(31)와 기재(S)의 하면의 접촉 면적을 최소한으로 억제함(도 2의 (c)), 등의 방법이 이용되고 있었다.

이들 가운데 (a)의 방법에서는, (i) 기재(S)의 하면에 도포된 도포물(R)이 가열 처리 동안에 트레이(11)에 부착하여, 도포물(R)의 이용 효율이 저하하고, (ii) 트레이(11)에 부착한 도포물(R)이 가열 처리에 의해서 용착한다고 하는 문제가 있다.

(b)의 방법에서는, (i) 유지부(211)를 마련하는 것에 의해, 트레이(21)의 제조 비용이 높아지고, (ii) 기재(S)를 유지부(211)에 얹는 수고가 필요하게 되고, (iii) 기재(S)의 형상이나 크기 등에 따라 유지부(211)의 형상을 바꿀 필요가 있으며, (iv) 기재(S)의 하면의 단부(端部)에는 도포물(R)을 도포하는 일이 어렵다고 하는 문제가 있다.

(c)의 방법에서는, (i) 지지부(311)를 마련하는 것에 의해, 트레이(31)의 제조 비용이 높아지고, (ii) 접촉 면적이 최소한이라도, 어느 정도는 도포물(R)이 지지부(311)에 부착하며, (iii) 트레이(31)에 용착한 도포물(R)의 제거가 통상의 트레이에 비해 귀찮다고 하는 문제가 있다.

이것에 대해, 본 실시예의 방법에서는, (i) 미리 도포물(R)을 도포하여 둔 시트(10)를 기재(S)에 씌우는 것만으로 좋기 때문에, 작업이 고속화하고, (ii) 도포물(R)이 트레이(11)에 부착하는 것을 막을 수 있으며, (iii) 트레이(11)에 (b) 및 (c)의 방법과 같은 유지부나 지지부를 마련할 필요가 없기 때문에, 비용을 억제할 수 있다고 하는 이점이 있다.

본 실시예의 방법에서는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 수평 방향으로 늘어놓은 복수의 기재(S)의 동일측의 면을 한꺼번에, 도포물(R)을 도포한 1매의 시트(10)(기재(S)의 상하 양면을 합쳐 2매의 시트(10))로 덮어도 괜찮다. 또, 도 3 의 (a)에 나타낸 도포물(R)을 도포한 2매의 시트(10)와 복수의 기재(S)를 맞춘 것(도 3의 (a)의 부호 A 참조)을 상하 방향으로 복수단(複數段) 겹칠 수도 있다(도 3의 (b)). 상기 (a) ~ (c)의 종래법에서는, 상하 방향으로 복수단(複數段) 겹치는 경우, 단수(段數)만큼 트레이가 필요하고, 또, 하단(下段)에 있는 기재(S)의 상면에 도포된 도포물(R)이, 상단(上段)의 트레이의 하면에 부착하지 않도록 주의하지 않으면 안된다. 한편, 본 실시예의 방법에서는 용이하게 복수단(複數段)을 겹칠 수 있기 때문에, 대량 생산에 적합하다.

이상과 같이, 본 실시예의 입계 확산법에 따르는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법은, 저비용, 고속화, 대량 생산에 적합한 방법이다.

또한, 도포물(R)의 점성에 따라서는, 입계 확산 처리 동안에 시트(10)가 기재(S)로부터 박리해 버리는 일이 있다. 이것을 막기 위해서는, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 최상단(最上段)의 상면측의 시트(10) 상에 누름체(13)를 얹는 것이 바람직하다. 이 누름체(13) 및/또는 기재(S)의 중량에 의해서, 입계 확산 처리동안도 각 단(段)의 상하의 시트(10)는 자연스럽게 기재(S)와 밀착한다. 또한, 도 3의 (c)에 나타낸 방법에서는 시트(10)와 기재(S)의 밀착성을 높이기 위한 수단으로서 누름체(13)를 이용했지만, 누름체(13) 이외에도, 프레스 실린더 등의 기계적으로 압력을 가하는 것을 이용해도 좋다.

또, 도포물(R)의 사용량을 절약하기 위해, 시트(10)로의 도포물(R)의 도포 영역을, 기재(S)를 배치하는 부분만으로 한정하는 것도 가능하다(도 3의 (d)). 그 경우, 기재(S)를 사이에 두는 상하의 시트(10)에 도포하는 도포물(R)의 도포 영역은, 기재(S)의 상하의 면에 대향하는 부분이 되도록 설정하는 것이 필요하다.

시트(10)에는, 그라파이트(graphite) 시트를 이용할 수 있다. 또, 시트(10)에는, 도 4에 나타내는 바와 같은 요철 형상을 마련하는 것이 바람직하다. 이와 같은 시트(10)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 프레스형(press型, 14)에 그라파이트(graphite) 시트(10A)를 얹고, 해당 그라파이트(graphite) 시트(10A) 상에 고무 시트(15)를 씌운 다음에 프레스하는 것에 의해, 얻을 수 있다.

시트(10)에 요철 형상을 마련하는 것에 의해, 이하의 이점이 발생한다.

제1 이점은, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 도포물(R)을 시트(10)의 도포면에 평미레질하여 가득하게 도포하면, 시트(10)의 도포면측에 마련한 오목부의 수 및 용적에 따라서, 도포물(R)의 양이 간단하게 결정되는 것이다. 또, 프레스형(型)(14)을 미리 복수 준비해 두면, 프레스형(14)을 교환하고, 시트(10)를 다시 제작하는 것만으로, 기재(S)에의 도포량을 용이하게 조정할 수 있다. 또, 시트(10)가 다시 사용할 수 없게 되어도, 간단하게 또한 저비용으로 교환할 수 있다.

제2 이점은, 기재(S)와 시트(10)를 충분히 밀착시키는 것에 의해, 기재(S)의 표면이 시트(10)의 오목부의 뚜껑과 같은 역할을 하고, 오목부에 저류된 도포물(R)이 누출하기 어려워지는 것이다(도 6의 (b)). 이것에 의해서 도포물(R)이 기재(S)의 도포 대상면 상에 불균일하게 분포하는 것을 막을 수 있다.

이상이, 종래법과 비교한, 본 실시예의 방법의 제조 공정상의 이점이지만, 본 실시예의 방법에 따르는 이점은, 제조한 자석의 자기(磁氣) 특성에도 나타난다. 이하, 본 실시예의 방법에 의해 제조한 소결 자석의 자기 특성을 표 1에 나타낸다. 또, 비교예로서, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이 재치한 기재(S)에 입계 확산 처리를 실시하는 것에 의해 제조한 소결 자석의 자기(磁氣) 특성을 나타낸다.

[표 1]

또한, 표 1의 B_r은 잔류 자속 밀도(자화(磁化) 곡선(J-H곡선) 또는 감자(減磁) 곡선(B-H곡선)의 자장 H가 0일 때의 자화 J 또는 자속 밀도 B의 크기), J_s는 포화 자화(자화 J의 최대값), H_cB는 감자 곡선에 의해서 정의되는 보자력(保磁力), H_cJ는 자화 곡선에 의해서 정의되는 보자력, (BH)_Max는 최대 에너지적(감자 곡선에서의 자속 밀도 B와 자장 H의 곱의 극대값), B_r/J_s는 배향도(配向度), H_K는 자화 J가 잔류 자속 밀도 Br의 90%일 때의 자계 H의 값, SQ는 각형성(角型性) (H_K/H_cJ)을 나타내고 있다. 이들 수치가 클수록, 양호한 자석 특성을 얻을 수 있다고 하는 것이다.

또, 표 1의 기재(S1)는, 표 1의 비교예와 실시예의 자석의 기재로서 사용하는, 두께 방향이 자화 방향인 세로 7mm×가로 7mm×두께 4mm인 NdFeB계 소결 자석이다. 비교예 1 및 비교예 2는, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이 재치한 기재(S1)에 입계 확산 처리를 실시하는 것에 의해 제조한 자석이며, 비교예 1은 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행하지 않았던 자석, 비교예 2는 비교예 1의 자석에 대해서 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행했던 자석이다. 실시예 1 ~ 4는 본 실시예의 제조 방법에 의해 얻어진 자석이며, 실시예 1 및 2는 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행하지 않았던 자석, 실시예 3 및 4는 각각 실시예 1 및 2의 자석에 대해서 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행했던 자석이다.

비교예 1 및 2와 실시예 1 ~ 4의 입계 확산 처리는 모두, 실온으로부터 1시간 걸려 450℃까지 승온한 후, 450℃로 유지한 채로 1시간 가열하고, 그것으로부터 2시간 걸려 875℃까지 승온한 후, 875℃로 유지한 채로 10시간 가열하여, 그 후 실온까지 냉각하는 것에 의해 행했다.

비교예 2와 실시예 3 및 4의 시효 처리는, 480℃에서 1.5시간 가열하는 것에 의해 행했다.

도포물(R)에는, 상기의 TbNiAl 합금 분말과 실리콘 그리스를 중량비로 80:20의 비율로 혼합한 혼합물 10g에 실리콘 오일을 0.07g 첨가한 페이스트를 사용했다. 또, 비교예 1 및 2에서는, 기재(S1)인 7mm×7 mm의 양 자극면(磁極面)에 각각 10 mg씩, 합계 20mg인 페이스트를 도포했다. 실시예 1 ~ 4에서는, 2매의 시트(10)에 각각 9mg씩, 합계 18mg인 페이스트를 도포하고, 기재(S1)의 양 자극면에 각각 접착한 후, 2kgf/cm²(≒20MPa)의 압력(이하, 이 압력을「밀착압」이라고 칭함)을 인가하는 것에 의해, 샘플(S1)에 시트(10)를 밀착시켰다. 또한, 밀착압은 0.01kgf/cm² (≒0.1MPa) ~ 10kgf/cm²(≒100MPa)의 범위로 하는 것이 바람직하다. 밀착압이 0.01 kgf/cm²보다 작으면 밀착성이 불충분하게 되고, 10kgf/cm²보다 크면 양산에 적합하지 않다.

시트(10)에는, 도 4에 나타낸 요철 형상을 가지는 그라파이트(graphite) 시트를 이용했다.

실시예의 트레이(11) 및 비교예의 트레이(31)에는, 지르코니아제(製)의 판을 이용했다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 및 2와 실시예 1 ~ 4의 자석은 모두 입계 확산 처리에 의해 기재(S1)에 비해 보자력 H_cJ가 큰 폭으로 향상하는 한편, 잔류 자속 밀도 B_r이나 최대 에너지적 (BH)_Max가 약간 저하하지만, 비교예 1 및 2의 자석의 쪽이, 실시예 1 ~ 4의 자석보다 이들 자기 특성의 변화의 정도가 크다. 이 비교예와 실시예의 자기 특성의 차이는, 도포물(R)의 도포량에 기인하는 것이라고 생각된다.

한편, 실시예 1 ~ 4의 자석은, 비교예 1 및 2의 자석에 대해, 각형성 SQ가 향상하고 있었다. 상술한 바와 같이, 하드 디스크 등의 보이스 코일 모터, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 구동용 모터, 전동 보조형 자전거용 모터, 산업용 모터, 고급 스피커, 헤드폰, 영구자석식 자기 공명 진단 장치 등의 용도에 사용되는 NdFeB계 소결 자석은 높은 보자력 H_cJ, 높은 최대 에너지적 (BH)_max 및 높은 각형성비 SQ를 가지는 것이 요구된다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법은, 각형성이 뛰어난 소결 자석을 제조하는데 바람직한 제조 방법이다.

또, 시효 처리를 실시함으로써, 보다 각형성 SQ를 향상시킬 수 있는 것이 표 1로부터 알 수 있다.

다음으로, 도포물(R)로서, 상기의 TbNiAl 합금 분말과 실리콘 그리스를 중량 비로 각각 80:20의 비율로 혼합한 혼합물 10g에 실리콘 오일을 0.03g 첨가한 페이스트를 사용한 경우의 실험 결과를 표 2에 나타낸다. 이 표 2의 실험에서 이용하는 페이스트는, 표 1의 실험에서 이용한 페이스트 보다도 점성을 높인 것이다.

또한, 표 2의 기재(S2)는, 비교예 3 ~ 6 및 실시예 5 ~ 8의 자석을 입계 확산 처리에 의해 제조할 때의 기재로서 사용하는 세로 7mm×가로 7mm×두께 4mm의 NdFeB계 소결 자석이다. 또, 비교예 3 ~ 6에 사용하는 도포물의 양은 10mg×2인 20 mg, 실시예 5 ~ 8에 사용하는 도포물의 양은 7mg×2인 14mg이다. 비교예 3 및 4, 실시예 5 및 6은 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행하지 않았던 자석, 비교예 5및 6, 실시예 7 및 8은 각각 비교예 3 및 4, 실시예 5 및 6의 자석에 대해서 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행했던 자석이다. 표 2의 입계 확산 처리, 시효 처리, 밀착압, 시트 및 트레이의 조건은, 표 1의 실험 조건과 같다.

[표 2]

표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 5 ~ 8의 자석은 비교예 3 ~ 6의 자석에 비해 보자력 H_cJ가 낮다. 이것은, 입계 확산 처리 동안에 시트(10)가 기재(S)로부터 박리했기 때문이다. 본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서는, 입계 확산 처리 중에 시트(10)가 기재(S)로부터 박리하지 않도록, 페이스트 점도에 따라, 시트(10)를 기재(S)에 밀착시킬 때의 밀착압이나, 도 3의 (c) 및 (d)에 나타내는 바와 같은 누름체(13)의 유무, 누름체(13)의 중량의 최적화를 도모하는 것이 바람직하다.

표 3에, 표 2의 실시예 5 ~ 8과 동일한 실험 조건에서, 입계 확산 처리 중에, 시트(10)를 사이에 두고 기재(S2) 상에 기재 1개(7mm각(角)의 면적)당 36g의 누름체(13)를 얹는 것에 의해 제조한 자석의 자기 특성을 나타낸다. 또한, 표 3의 실시예 9 ~ 11은 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행하지 않았던 자석, 실시예 12 ~ 14는 각각 실시예 9 ~ 11의 자석에 대해서 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행했던 자석이다.

[표 3]

표 3의 실험에서는, 시트(10)를 사이에 두고 기재(S2) 상에 누름체(13)를 얹는 것에 의해, 입계 확산 처리 동안, 시트(10)가 기재(S2)로부터 박리하지 않고, 양자의 밀착성을 유지할 수 있었다. 그 결과, 표 3에 나타내는 바와 같이 보자력 H_cJ가 큰 폭으로 개선했다. 또, 각형성 SQ에 대해서도, 실시예 10 및 11에서는 다소 낮기는 하지만, 실시예 10 및 11의 자석에 대해서 시효 처리를 실시한 실시예 13 및 14의 자석에서는 95% 이상이라고 하는 지극히 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 또, 실시예 12의 각형성 SQ는, 다른 비교예 및 실시예의 자석과 비교하여 최고값이 얻어졌다.

또한, 표 3의 실험에서는 기재 1개당 36g의 누름체(13)를 이용했지만, 이 실험에서 입계 확산 처리 동안에 인가하는 압력은 0.1MPa 이상(기재 1개당 약 5g이상)이면, 동등의 결과가 얻어졌다.

이상, 본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에 대해서 실시예를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 제조 방법은 이것만으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시예에서는 기재(S)의 상면과 하면의 양면에 시트(10)를 사이에 두고 도포물(R)을 도포하는 경우를 나타냈지만, 제조 자석의 용도에 따라서는, 일방의 면에만 도포물(R)을 도포하는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는, 물론 일방의 면에만 시트(10)를 씌우는 것만으로 괜찮다. 또, 상면이나 하면 이외에도, 기재(S)의 측면에 시트(10)를 부착하는 것도 당연히 가능하다.

10 … 시트
10A … 그라파이트(graphite) 시트
11, 21, 31 … 트레이
12 … 가열로
13 … 누름체
14 … 프레스형
15 … 고무 시트
211 … 유지부
311 … 지지부

Claims

중희토류(重希土類) 원소를 포함하는 도포물(塗布物)을 NdFeB계 소결(燒結) 자석의 기재(基材)에 도포한 후에, 해당 도포물이 도포된 기재를 가열하는 것에 의해, 상기 도포물 중의 중희토류 원소를 해당 기재 중에 입계(粒界)를 통해서 확산시키는 입계 확산 처리 공정을 포함하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에 있어서,
시트에 상기 도포물을 도포하고,
상기 시트에 도포된 도포물이 상기 기재의 도포 대상면에 접하도록, 해당 시트와 해당 기재를 밀착시키며,
상기 시트마다 상기 기재를 가열하는 것에 의해 상기 입계 확산 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 시트의 도포면측에, 다수의 오목부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 오목부의 수 또는 깊이를 조정하는 것에 의해서, 상기 도포물의 양을 조정하는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서,
상기 시트로 그라파이트(graphite) 시트를 이용하는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서,
상기 입계 확산 처리 동안에, 상기 시트를 상기 기재에 밀착시켜 두는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 입계 확산 처리 중에 상기 시트에 압력을 인가하여, 상기 기재와 상기 도포물의 밀착성을 높이는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서,
수평 방향으로 늘어놓은 복수개의 기재의 동일측의 면을 한 매의 시트로 한꺼번에 덮는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서,
복수개의 기재를, 각 기재의 상면과 하면을 각각 시트로 덮으면서 연직 방향으로 겹치는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서,
상기 입계 확산 처리 후에 시효 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서,
상기 시트가, 상기 기재 보다도 상기 중희토류 원소의 확산성이 낮은 소재인 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서,
상기 시트가, 상기 입계 확산 처리에서 화학적, 물리적으로 변화하지 않는 소재인 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.