TWI437588B - Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets - Google Patents

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Ryou Yoshiizumi
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Description

永久磁鐵及永久磁鐵的製造方法
本發明係關於永久磁鐵及永久磁鐵的製造方法，特別係關於至Nd－Fe－B系之燒結磁鐵之結晶粒界相使Dy及Tb擴散而成之高磁氣特性之永久磁鐵及此永久磁鐵的製造方法。
Nd－Fe－B系之燒結磁鐵(所謂釹磁鐵)係鐵與便宜且資源豐富可穩定供給之Nd、B之元素組合而成，故可價廉地製造，同時具有高磁氣特性(最大能量積為FERRITE系磁鐵之10倍左右)，故被用於電子機器等種種製品，近年，亦漸漸被採用於油電混合車用顯示器及發電機。
另外，該燒結磁鐵之居禮溫度為約300℃的低溫，依採用的製品之使用狀況而有升溫超過特定溫度的情況，超過特定溫度，有因熱而減磁的問題。又，利用該燒結磁鐵於期望之製品時，有加工燒結磁鐵為特定形狀之情況，經此加工有於燒結磁鐵結晶粒產生缺損(裂隙等)及磁扭曲而磁氣特性顯著劣化之問題。
因此，得到Nd－Fe－B系之燒結磁鐵時，具有比Nd大之4f電子之磁各向異性，且與Nd相同地具有負的Stevens factor，雖可考慮添加使主相之結晶磁各向異性大幅提升之Dy及Tb，但因Dy、Tb在主相結晶格子中，取得與Nd逆向之自旋排列的亞鐵磁性結構，故磁場強度、 顯示磁氣特性之最大能量積大幅降低。
因此，提案有在Nd－Fe－B系之燒結磁鐵表面全體，使Dy及Tb以特定膜厚(依磁鐵體積而異以3μm以上之膜厚形成)成膜，接著在特定溫度下施加熱處理，於表面使成膜之Dy及Tb均勻擴散至磁鐵之結晶粒界相(參考非專利文獻1)。
以上述方法製作之永久磁鐵，擴散至結晶粒界相之Dy及Tb係藉由提高各結晶粒表面之結晶磁各向異性，強化核型之產生保磁力構造，因此有大幅提升保磁力外，有幾乎不損及最大能量積的優點(於非專利文獻1提案出有如殘留磁束密度：14.5kG(1.45T)、最大能量積：50MG0e(400kj/m3 )、保磁力：23k0e(3MA/m)性能之磁鐵)。
〔非專利文獻1〕Improvement of coercivity on thin Nd2Fe14B sintered permanent magnets(提升薄型Nd2Fe14B系燒結磁鐵之保磁力/朴起兌、東北大學博士論文平成12年3月23日)
另外，如更提高保磁力，則即使永久磁鐵之厚度減薄亦可得到具有強磁力之者，為圖謀此種永久磁鐵利用製品本身之小型、輕量化及小電力化，期望開發具比先前技術有更高保磁力且高磁氣特性之永久磁鐵。又，為使用資源 貧乏、無法穩定供應的Dy及Tb，有效率進行對燒結磁鐵表面的Dy、Tb成膜及對結晶粒界相之擴散、進而提高生產性為必要的。
因此，有鑑於此，本發明之第一目的係提供具有極高保磁力、且高磁氣特性之永久磁鐵。又，本發明之第二目的係提供具有極高保磁力、且能以高生產性及低造價製作高磁氣特性之永久磁鐵的永久磁鐵的製造方法。
為解決上述課題，申請專利範圍第1項之永久磁鐵的製造方法，其特徵係包含於鐵－硼－稀土類系之燒結磁鐵表面之至少一部份，至少附著Dy、Tb至少一者的第一步驟，與在指定溫度下實施熱處理，使附著於燒結磁鐵表面之Dy、Tb至少一者擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相的第二步驟，作為該燒結磁鐵，係使用令主相合金(主要由R2 T14 B相所構成、R係以Nd為主之至少1種稀土類元素、T係以Fe為主之過渡金屬)與液相合金(R含有率比R2 T14 B相高、主要由R－rich相所構成)之各粉末以指定之混合比例混合，使所得之混合粉末在磁場中加壓成形，再使此成形體在真空或惰性氣體環境中燒結而成者。
根據本發明，以各自粉碎主相合金及液相合金後、成形、燒結之所謂二合金法製作之燒結磁鐵，結晶粒大且為丸狀(即，核少)、配向特性佳，提升結晶粒界存在之稀土類(Nd)rich相之分散性(即，使非磁性、主相以磁性 地絕緣以提高保磁力的稀土類rich層與所謂以一合金法製作者比較有倍以上之增加分散)，故對此燒結磁鐵，實施該處理，則Dy及Tb之金屬原子之至結晶粒界的稀土類rich相的擴散速度變快，可以短時間且高效率擴散、散佈。此外，於分散性佳之稀土類rich相可使Dy及Tb之濃度有效增加，故可得到具更高保磁力且高磁氣特性之永久磁鐵。
使該燒結磁鐵配置於處理室進行加熱之同時，使配置於相同或其他處理室之含Dy、Tb至少一者的蒸發材料加熱、蒸發，令此蒸發之蒸發材料調節對燒結磁鐵表面之供給量使其附著，令此附著之蒸發材料的Dy、Tb之金屬原子，於燒結磁鐵表面形成蒸發材料所成薄膜前，擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相，以進行該第一步驟及第二步驟為佳。
因此，蒸發之蒸發材料(Dy、Tb之金屬原子或分子)供給附著至加熱到指定溫度之燒結磁鐵表面。此時，使燒結磁鐵加熱到可得最佳擴散速度溫度之同時，調節至燒結磁鐵表面之蒸發材料供給量，所以表面附著之蒸發材料在形成薄膜前依序擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相(即，至燒結磁鐵表面的Dy及Tb等的供給與至燒結磁鐵之結晶粒界相的擴散以一次處理進行(真空蒸氣處理))。因此，永久磁鐵之表面狀態與實施該處理前之狀態大略相同、可防止製作之永久磁鐵表面劣化(表面粗度變差)，且特別是抑制燒結磁鐵表面附近粒界內Dy及Tb過量擴散，不需 要後續步驟，達成高生產性。
此時，於結晶粒界相具有Dy、Tb之rich相(含Dy、Tb5~80%之相)，進而僅於結晶粒表面附近有Dy及Tb擴散，故成為高磁氣特性之永久磁鐵。進一步，於燒結磁鐵加工時在燒結磁鐵表面附近之結晶粒產生缺陷(裂隙)時，於該裂隙內側形成Dy、Tb之rich相，可回復磁化及保磁力。
該處理時，如令該燒結磁鐵與蒸發材料間隔開配置，使蒸發材料蒸發時，以可防止溶解之蒸發材料直接附著至燒結磁鐵為佳。
又，以變更於該處理室內所配置的該蒸發材料的比表面積而改變一定溫度下之蒸發量，如，於處理室內設置個別零件以調整Dy、Tb至燒結磁鐵表面之供應量等，可不改變裝置組成而簡單調節至燒結磁鐵表面之供給量，故佳。
使Dy及Tb等之金屬原子擴散於結晶粒界相前，為除去吸附燒結磁鐵表面之污垢、氣體及水分，以使收納該燒結磁鐵之處理室加熱前，維持處理室減壓至特定壓力為佳。
此時，為促進吸附於燒結磁鐵表面之污垢、氣體及水分之除去，以使該處理室減壓至特定壓力後，維持處理室加熱至特定溫度為佳。
另外，使Dy及Tb擴散至結晶粒界相前，應除去燒結磁鐵表面之氧化膜，以使收納該燒結磁鐵之處理室加熱前 ，先經電漿清潔該燒結磁鐵表面為佳。
又，使Dy及Tb擴散至該燒結磁鐵之結晶粒界相後，以比該溫度低的特定溫度下實施除去永久磁鐵扭曲之熱處理，則可得更提升磁化及保磁力或回復高磁氣特性之永久磁鐵。
又，使Dy及Tb擴散至該燒結磁鐵之結晶粒界相後，可在磁場配向方向直角之方向切斷為特定厚度以製作永久磁鐵。藉由此，使具有特定尺寸之塊狀燒結磁鐵切斷為多個薄片，以此狀態排列收納於處理室後，與實施該真空蒸氣處理時相比，如可短時間進行處理室之燒結磁鐵的進出，實施該真空蒸氣處理的前準備變容易，可提高生產性。
此時，經剪線鉗等切斷為期望形狀，有於燒結磁鐵表面之主相的結晶粒產生裂隙而磁氣特性顯著劣化之情形，但實施該真空蒸氣處理，則於結晶粒界相有Dy－rich相，進而僅在結晶粒之表面附近有Dy擴散，就算於後續步驟切斷為多個薄片得到永久磁鐵，亦能防止磁氣特性劣化、不需最後加工而得到生產性擾之永久磁鐵。
另外，為解決該課題，申請專利範圍第10項之永久磁鐵，其特徵係作為該燒結磁鐵，係使用令主相合金(主要由R2 T14 B相所構成、R係以Nd為主之至少1種稀土類元素、T係以Fe為主之過渡金屬合金)與液相合金(R含有率比R2 T14 B相高、主要由R－rich相所構成)之各粉末以指定之混合比例混合，使所得之混合粉末在磁場中加壓成形，使此成形體在真空或惰性氣體環境中燒結而成者， 使該燒結磁鐵配置於處理室進行加熱之同時，使配置於相同或其他處理室之含Dy、Tb至少一者的蒸發材料加熱、蒸發，令此蒸發之蒸發材料調節對燒結磁鐵表面之供給量使其附著，令此附著之蒸發材料的Dy、Tb之金屬原子於燒結磁鐵表面形成蒸發材料所成薄膜前，擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相而成。
如上說明般，本發明之永久磁鐵之製造方法可有效率使燒結磁鐵表面所附著之Dy、Tb擴散至結晶粒界相、以高生產性製作高磁氣特性之永久磁鐵。又，本發明之永久磁鐵具有更高保磁力，為高磁氣特性者。
參考圖1及圖2來說明，本發明之永久磁鐵M為同時進行於加工為特定形狀之Nd－Fe－B系燒結磁鐵S表面，使含Dy及Tb至少一者之蒸發材料V蒸發、附著，並使此附著之蒸發材料中Dy及Tb之金屬原子均一擴散至燒結磁鐵S的結晶粒界相的一貫處理(真空蒸氣處理)而製作。
起始材料之Nd－Fe－B系之燒結磁鐵S為以公知所謂二合金法如下般製作。即，得到主相合金(主要由R2 T14 B相所構成、R係以Nd為主之至少1種稀土類元素、T係以Fe為主之過渡金屬合金)與液相合金(R含有率比R2 T14 B相高、主要由R－rich相所構成)之混合粉末。本 實施之形態中，主相合金以將Fe、B、Nd以指定之組成比搭配，用公知SC溶解鑄造法製作合金原料，使該製作之合金原料在Ar中，如，粗粉碎為50mesh以下而得。另外，液相合金亦令Nd、Dy、Co、Fe以指定之組成比搭配，用公知之SC溶解鑄造法製作合金原料，製作之合金原料在Ar中，如，粗粉碎為50mesh以下而得。
接著，使所得之主相及液相各粉末以指定之混合比例(如，主相：液相＝90wt%：10wt%)進行混合，經氫粉碎步驟暫時粗粉碎，接著，經氣流粉碎微粉碎步驟在氮氣環境中微粉碎，得到混合粉末。接著，以公知之壓縮成形機在磁場中配向，以模具壓縮成形為長方體或圓柱等指定形狀後，在指定條件下燒結以製作該燒結磁鐵。藉由此，結晶粒大且為丸狀(即，核少)，可得到配向特性佳，於結晶粒界存在之稀土類(Nd)rich相的分散性佳(即，使非磁性主相以磁性地絕緣以提高保磁力的稀土類rich層與所謂以一合金法製作者比較有倍以上之增加分散)之燒結磁鐵S。
使合金原料粉末壓縮成形時，為提高於腔室內混合粉末之流動性而添加公知潤滑劑時，在燒結磁鐵S製作的各步驟各自使條件最適化，使燒結磁鐵S之平均結晶粒徑在4μm~12μm之範圍為佳。藉由此，不受燒結磁鐵內部殘留碳之影響，附著於燒結磁鐵表面之Dy及Tb可以高效率擴散至結晶粒界相。平均結晶粒徑比4μm小，則因Dy及Tb擴散至結晶粒界相，雖成為具有高保磁力之永久磁鐵，但 是在磁場中壓縮成形時，對確保流動性且提升配向性之對合金原料粉末的添加潤化劑的效果小，燒結磁鐵的配向度變差，因此顯示磁氣特性之殘留磁束密度及最大能量積降低。又，平均結晶粒徑比12μm大，則結晶大而保磁力降低，此外，因結晶粒界之表面積減少，結晶粒界附近之殘留碳濃度比變高，保磁力更大幅降低。又，殘留碳與Dy及Tb反應，妨礙Dy之至結晶粒界相的擴散，擴散時間增長而生產性差。
如圖2所示，實施該處理之真空蒸氣處理裝置1具有藉助渦輪分子泵、冷凍幫浦、擴散幫浦等真空排氣步驟11減壓至特定壓力(如1×10－5 Pa)且可維持之真空室12。真空室12內設置上方開口之長方體形狀的箱部21與於開口箱部21上面之裝卸自由的蓋部22所成的箱體2。
在蓋部22之外邊緣部，於下方形成有圍繞其全外圍之彎曲之凸緣22a，於箱部21之上方裝設蓋部22，凸緣22a嵌合於箱部21的外壁(此時，未設置金屬密封等真空密封)，成為與真空室12隔絕的處理室20，然後介著真空排氣手段11，使真空室12減壓至特定壓力(如1×10－5 Pa)，則處理室20降壓至較真空室12略高半級壓力(如5×10－4 Pa)。
處理室20之容積，考量蒸發材料V之平均自由行程，設定蒸氣環境中之金屬原子(分子)直接或重複撞擊，由多方向供給至燒結磁鐵S。又，箱部21及蓋部22之壁厚度設定為經後述加熱步驟加熱時，不變形，並由不與蒸 發材料反應之材料所構成。
即，蒸發材料V為如Dy、Tb時，使用一般真空裝置常用之Al2 O3 ，則蒸氣環境中之Dy、Tb與Al2 O3 反應，於該表面形成反應生成物，同時有Al原子侵入Dy及Tb之蒸氣環境之虞。因此，使箱體2由如Mo、W、V、Ta或此等之合金(包含稀土類添加型Mo合金、Ti添加型Mo合金等)及CaO、Y2 O3 或稀土類氧化物所製作，或使此等材料於其他絕熱材料之表面作為內張膜成膜者所構成。又，在處理室20內由低面起之特定高度位置，格子狀配置如Mo製的複數條線材(如0.1~10mm)以形成載置部21a，在此載置部21a可並列載置多數個燒結磁鐵S。另外，蒸發材料V係為大幅提升主相結晶之磁性各向異性之Dy及Tb或含Dy、Tb之至少一者的合金，被適當配置於處理室20之底面、側面或上面等。
又，於真空室12設置加熱手段3。加熱手段3為與箱體2同樣地為由不與Dy、Tb之蒸發材料V反應之材料製成，如圍於箱體2周圍般設置，由於內側具備反射面之Mo製之隔熱材與配置於內側具Mo製之纖維的電加熱器所構成。然後，減壓下以加熱手段3加熱箱體2，介著箱體2間接加熱處理室20內，可略均勻加熱處理室20內。
接著，說明有關使用上述真空蒸氣處理裝置1之永久磁鐵M的製造。首先，於箱部21之載置部21a載置以該方法製作之燒結磁鐵S，同時於箱部21之底面設置蒸發材料V之Dy(藉此，於處理室20內間隔配置燒結磁鐵S 與蒸發材料V)。接著，於箱部21之有開口之上面裝設蓋部22後，在真空室12內藉加熱手段3於圍繞周圍之特定位置設置箱體2(參考圖2)。接著，經由真空排氣手段11使真空室12進行真空排氣減壓至達到特定壓力(如1×10－4 Pa)，(處理室20真空排氣至略高半級壓力)，真空室12達到特定壓力，即進行加熱手段3，加熱處理室20。
減壓下，處理室20內之溫度達到指定溫度，則於處理室20之底面所設置的Dy加熱至與處理室20略同溫、開始蒸發，於處理室20內形成Dy蒸氣環境。Dy開始蒸發時，因間隔配置燒結磁鐵S與Dy，溶化之Dy不在表面Nd－rich相熔化之燒結磁鐵S上直接附著。而，Dy蒸氣環境中之Dy原子直接或重複撞擊，由多方向向與Dy加熱至略同溫的燒結磁鐵S表面供給、附著，此附著之Dy擴散至燒結磁鐵S之結晶粒界相，得到永久磁鐵M。
然而，如圖3，如形成Dy層(薄膜)L1般，供給Dy蒸氣環境中之Dy原子到燒結磁鐵S之表面，則在燒結磁鐵S表面附著、堆積之Dy再結晶時，使永久磁鐵M表面顯著劣化(表面粗糙度變差)，且處理中於約略加熱至同溫的燒結磁鐵S表面所附著、堆積之Dy溶解，在近燒結磁鐵S表面的區域R1之粒界內過量擴散，無法有效提升或回復磁氣特性。
即，一但於燒結磁鐵S表面形成Dy之薄膜，則鄰接薄膜之燒結磁鐵表面S的平均組成成為Dy－rich組成，成 為Dy－rich組成，則液相溫度下降，燒結磁鐵S表面便成溶化狀態(即，主相溶化，液相的量增加)。結果，燒結磁鐵S表面附近溶化崩解，增加凹凸。此外，Dy與多量之液相同時過量侵入結晶粒內，顯示磁氣特性之最大能量積及殘留磁束密度更下降。
本實施形態中，燒結磁鐵以1~10重量%之比例，使每單位體積之表面積(比表面積)小之團塊狀(略球狀)之Dy配置於處理室20之底面，使特定溫度下之蒸發量減少。此外，蒸發材料V為Dy時，控制加熱手段3，使處理室20內之溫度設定為700℃~1050℃，較佳為900℃~1000℃之範圍(如，處理室內溫度為900℃~1000℃時，Dy之飽和蒸汽壓成為約1×10－2 ~1×10－1 Pa)。
處理室20內之溫度(即，燒結磁鐵S之加熱溫度)如比700℃低，附著於燒結磁鐵S表面之Dy原子之向結晶粒界層的擴散變慢，於燒結磁鐵S表面形成薄膜前，無法均勻擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相。另外，超過1050℃，則Dy蒸氣壓變高蒸氣環境中之Dy原子過量供給至燒結磁鐵S表面。又，Dy有擴散至結晶粒內之虞，Dy擴散至結晶粒內，則大幅降低結晶粒內之磁化，最大能量積及殘留磁束密度變得更下降。
於燒結磁鐵S表面形成Dy薄膜前，為使Dy擴散至其結晶粒界相，相對於處理室20之載置部21a設置之燒結磁鐵S表面積之總和，於處理室20底面設置的團塊狀之Dy的表面積之總和之比例設定為1×10－4 ~2×103 的範圍 。1×10－4 ~2×103 的範圍以外之比例，有於燒結磁鐵S表面形成Dy及Tb薄膜之狀況，且無法得到高磁氣特性之永久磁鐵。此時，該比例以1×10－3 ~1×103 為佳，而在1×10－2 ~1×102 之範圍更佳。
藉此，因降低蒸氣壓同時減少Dy之蒸發量，可抑制Dy原子對燒結磁鐵S之供給量，及使以所謂二合金法製作之燒結磁鐵在指定溫度範圍內加熱，加快Dy及Tb之到結晶粒界相的擴散速度，並抑制Dy過量擴散至燒結磁鐵表面附近區域之粒界內，同時使燒結磁鐵S表面附著之Dy原子堆積在燒結磁鐵S表面，形成Dy層(薄膜)前，可使有效率均一擴散至燒結磁鐵S之結晶粒界相(參考圖1)。結果，防止永久磁鐵M表面劣化，且抑制燒結磁鐵表面附近的粒界內Dy的過量擴散，於結晶粒界相具有Dy－rich相(含Dy5~80%範圍之相)，進而僅於結晶粒表面附近有Dy擴散，磁化及保磁力有效提升，此外得到不需最後加工、生產性優的永久磁鐵M。此時，永久磁鐵M的有效增加倍以上混和分散性佳之稀土類Rich相之Dy及Tb的濃度，具有更高保磁力。
然而，如圖4般製作該燒結磁鐵後，經剪線鉗等加工為期望形狀，雖有於燒結磁鐵表面之主相的結晶粒產生裂隙而磁氣特性顯著劣化之情形(參考圖4(a))，但實施該真空蒸氣處理，則於表面附近之結晶粒之裂隙內側形成Dy－rich相(參考圖4(b))，回復磁化及保磁力。另外，實施該真空蒸氣處理，於結晶粒界相有Dy－rich相，進而 僅在結晶粒之表面附近有Dy擴散，故於塊狀之燒結磁鐵實施該真空蒸氣處理後，就算於後續步驟由剪線鉗等切斷為多個薄片得到永久磁鐵M，此永久磁鐵之磁氣特性不易劣化。藉此，使具特定尺寸的塊狀之燒結磁鐵切斷為多個薄片，以此狀態排列收納於箱體2之載置部21a後，與實施該真空蒸氣處理之狀況相比，如可短時間進行燒結磁鐵出入箱體2，實施該真空蒸氣處理的前準備變容易，不需前步驟及最後加工而達成高生產性。
又，以往之釹磁鐵需要防鏽處理，故添加Co，但與Nd相較，具極高耐蝕性、耐候性之Dy－rich相存在於表面附近之結晶粒的裂隙內側及結晶粒界相，所以不使用Co，亦成為具極高耐蝕性、耐候性之永久磁鐵。又，燒結磁鐵表面附著之Dy擴散時，於燒結磁鐵S之結晶粒界無含Co的金屬間化合物，故Dy、Tb之金屬原子擴散效率更佳。
最後，僅以指定時間(如1~72小時)實施該處理後，停止加熱手段3，同時經未圖示之氣體導入手段，於處理室20內導入10kPa之Ar氣體，並停止蒸發材料V的蒸發，降低處理室20內之溫度，如至500℃。接著，再度進行加熱手段3，設定處理室20內之溫度在450℃~650℃之範圍，為更提升保磁力或使回復，實施去除永久磁鐵扭曲的熱處理。最後，急速冷卻至略室溫，取出箱體2。
又，本實施之形態，以使用Dy作為蒸發材料V者做為例子說明，在能使擴散速度快之燒結磁鐵S的加熱溫度 範圍(900℃~1000℃)可使用蒸氣壓低之Tb，或Dy、Tb之合金。又，為在特定溫度下使蒸發量減少，使用比表面積小之團塊狀蒸發材料V，但不限於此等，如於箱部21內設置斷面凹狀之受皿，可於受皿內收納顆粒狀或團塊狀之蒸發材料以減少比表面積，更且可於受皿內收納金屬原子後，裝設多個開口的蓋(未圖示)。
又，本實施形態中，雖說明關於處理室20內配置燒結磁鐵S與蒸發材料V之者，以可使燒結磁鐵S與蒸發材料V在不同溫度加熱之方式，如於真空室12內設置有別於處理室20之蒸發室(其他處理室：未圖示)，同時設置加熱蒸發室之其他加熱手段，在蒸發室使蒸發材料V蒸發後，經由貫通處理室20及蒸發室之聯絡通道，對處理室20內之燒結磁鐵供給蒸氣環境中的金屬原子亦可。
此時，蒸發材料V為Dy時，使蒸發室加熱至700℃~1050℃即可(700℃~1050℃時，Dy之飽和蒸氣壓成為約1×10－4 ~1×10－1 Pa)。比700℃低之溫度，於結晶粒界相無法達到能使Dy擴散均一、可供給Dy至燒結磁鐵S表面之蒸氣壓。另外，蒸發材料V為Tb時，使蒸發室加熱至900℃~1150℃之範圍即可。比900℃低之溫度，無法達到能供給Tb原子至燒結磁鐵S表面之蒸氣壓。另外，超過1150℃之溫度，Tb在結晶粒內擴散，降低最大能量積及殘留磁束密度。
又，使Dy及Tb擴散至結晶粒界相前為去除在燒結磁鐵S表面吸附之污垢、氣體、及水分，可經由真空排氣手 段11使真空室12減壓至特定壓力(如1×10－5 Pa)，處理室20降壓至較真空室12略高半級壓力(如5×10－4 Pa)後，維持一定時間即可。此時，可進行加熱手段3使處理室20內加熱至例如100℃，維持一定時間。
另外，在真空室12內，設置產生Ar或He電漿之公知結構的電漿產生裝置(未圖示)，亦可在真空室12內的處理前，進行經電漿之燒結磁鐵S表面的清潔前處理。在同一處理室20內配置燒結磁鐵S與蒸發材料V時，可於真空室12內設置公知之運送機器，在真空室12內於清潔蓋部22完成後裝設即可。
另外，本發明之實施形態中，說明關於箱部21之上面裝設蓋部22後構成箱體2者，但為與真空室12隔絕且為伴隨真空室12減壓而處理室20亦減壓者即可，不作限制。如於箱部21收納燒結磁鐵S後，將其上面開口以如Mo製之箔覆蓋亦可。另外，亦可為如在真空室12內使處理室20密閉、與真空室12獨立而可維持在特定壓力之結構亦可。
進一步，本實施形態為達成高生產性，關於真空蒸氣處理進行說明，使用公知蒸鍍裝置及濺鍍裝置，於燒結磁鐵表面附著Dy及Tb(第一步驟)、接著，實施使用熱處理爐於使表面附著之Dy及Tb擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相的擴散處理(第二步驟)，所得之永久磁鐵，為可適用本發明，得到高磁氣特性之永久磁鐵M。
﹝實施例1﹞
實施例1中，作為Nd－Fe－B系之燒結磁鐵S，使用以所謂二合金法製作之合金組成係29Nd－2Dy－1B－3Co－bal.Fe之者。此時，作為主相合金，組成係以29Nd－1B－1.5Co－bal.Fe之者用公知SC溶解鑄造法製作，在Ar中如，粗粉碎為50mesh以下，得到粗粉末之同時，作為液相合金，組成係使25Nd－38Dy－0.7B－34Co－bal.Fe之者以公知之SC溶解鑄造法製作，在Ar中，如，粗粉碎為50mesh以下，得到粗粉末。
接著，使所得之主相及液相之各粗粉末以主相：液相＝95wt%：5wt%之比例混合後，經氫粉碎步驟進行暫時粗粉碎，接著，藉由氣流粉碎微粉碎步驟於氮氣環境中進行微粉碎後得到混合粉末。接著，使此混合粉末填充於公知之一軸加壓式之壓縮成形機的空腔，在磁場中成形為指定形狀後(成形步驟)，使此成形體收納於公知之燒結爐內，設定處理溫度1050℃、處理時間2小時，使其進行燒結(燒結步驟)，之後，設定處理溫度530℃、處理時間2小時進行時效處理，製作平均粒徑為6μm之該燒結磁鐵。最後，加工為40×20×5之尺寸後，經滾筒研磨實施洗淨及表面最後加工。
接著，使用該真空蒸氣處理裝置1，經該真空蒸氣處理得到永久磁鐵M。此時，於Mo製之箱體2內、載置部21a上，使60個燒結磁鐵S以等間隔配置。又，蒸發材料方面，使用純度99.9%之團塊狀之Dy(約1mm)，以 100g總量配置於處理室20之底面。接著，啟動真空排氣手段使真空腔室暫時減至1×10－4 Pa(處理室內之壓力為5×10－3 Pa)，同時經加熱手段3使處理室20之加熱溫度設定在950℃。然後，處理室20之溫度達到950℃後，在此狀態2~12小時，進行該真空蒸氣處理，接著，進行除去永久磁鐵扭曲之熱處理。此時，熱處理溫度設定在400℃、處理時間90分鐘。
(比較例1)
比較例1中，Nd－Fe－B系之燒結磁鐵方面，使用以所謂一合金法製作之合金組成為29Nd－2Dy－1B－3Co－bal.Fe之者，加工為40×20×5mm之長方體形狀。此時，使Fe、Nd、Dy、B及Co以該組成比搭配，以公知之sc溶解鑄造法製作合金原料，在Ar中粗粉碎至如，50mesh以下，使所得之各粗粉末藉由氫粉碎步驟暫時粗粉碎，接著，經由氣流粉碎微粉碎步驟在氮氣環境中進行微粉碎，得到合金原料粉末。接著，使此合金原料粉末填充於公知之一軸加壓式之壓縮成形機的空腔，在磁場中成形為指定形狀後(成形步驟)，將此成形體收納於公知之燒結爐內，設定處理溫度1050℃、處理時間2小時並使其燒結(燒結步驟)，之後，設定處理溫度530℃、處理時間2小時，進行時效處理，製作平均粒徑為6μ m之該燒結磁鐵。最後，加工為40×20×5之尺寸後，以滾筒研磨實施洗淨及表面最後加工。
接著，使用該真空蒸氣處理裝置1，經該真空蒸氣處理得到永久磁鐵M。此時，以與實施例1相同條件進行真空蒸氣處理。
圖5：使以該條件得到永久磁鐵時之磁氣特性(使用BHcurve laser進行測定)之平均值與真空蒸氣處理前之磁氣特性之平均值一併表示的表。由此可知，比較例1，實施真空蒸氣處理，保磁力提升，伴隨處理時間變長，保磁力變高，經過12小時實施真空蒸氣處理，則保磁力為23.1k0e。相對於此，實施例1中，以比較例1之一半的真空蒸氣處理時間(6時間)，可得25.3k0e之高保磁力，可知縮短真空蒸氣處理時間(即，擴散時間)，可提升生產性。
﹝實施例2﹞
實施例2中，使用與該實施例1同樣地製作之Nd－Fe－B系之燒結磁鐵S，與上述實施例1同樣地，藉由使用真空蒸氣處理裝置1之真空蒸氣處理，得到永久磁鐵M。此時，於Mo製之箱體2內，載置部21a上，使60個燒結磁鐵S以等間隔配置。又，蒸發材料方面，使用純度99.9%之團塊狀Tb(約1mm)，以1000g總量配置於處理室20之底面。接著，啟動真空排氣手段使真空腔室暫時減壓至1×10－4 Pa為止(處理室內之壓力為5×10－3 Pa)，同時經加熱手段3使處理室20之加熱溫度設定在1000℃。然後，處理室20之溫度到達1000℃後，以此狀態2~8小時，進 行該真空蒸氣處理，接著，進行除去永久磁鐵扭曲之熱處理。此時，設定熱處理溫度在400℃、處理時間為90分鐘。
(比較例2)
比較例2中，使用與該比較例1同樣地製作之Nd－Fe－B系之燒結磁鐵，使用上述真空蒸氣處理裝置1，經該真空蒸氣處理得到永久磁鐵M。此時，以與實施例2同條件實施真空蒸氣處理。
圖6：將以該條件得到永久磁鐵時之磁氣特性(使用BHcurve laser進行測定)之平均值與真空蒸氣處理前之磁氣特性之平均值共同表示之表。由此可知，比較例2中，實施真空蒸氣處理，則保磁力提升，伴隨處理時間變長而保磁力變高，經過8小時實施真空蒸氣處理，保磁力為25.8k0e。相對地，實施例2中，以比較例2之1/4處理時間可得25.6k0e之高保磁力，可知縮短真空蒸氣處理時間(即，擴散時間)，可提升生產性。又，處理時間超過4小時，則具有超過28k0e之更高保磁力，可得高磁氣特性之永久磁鐵M。
1‧‧‧真空蒸氣處理裝置
12‧‧‧真空腔室
20‧‧‧處理室
2‧‧‧箱體
21‧‧‧箱部
22‧‧‧蓋部
3‧‧‧加熱手段
S‧‧‧燒結磁鐵
M‧‧‧永久磁鐵
V‧‧‧蒸發材料
﹝圖1﹞以本發明製作之永久磁鐵斷面之模式說明圖。
﹝圖2﹞實施本發明處理之真空處理裝置之概略圖。
﹝圖3﹞經由先前技術製作之永久磁鐵斷面之模式說明圖。
﹝圖4﹞(a)燒結磁鐵表面之加工劣化說明圖。(b)經由本發明實施所製作之永久磁鐵之表面狀態說明圖。
﹝圖5﹞表示以實施例1製作之永久磁鐵磁氣特性之表。
﹝圖6﹞表示以實施例2製作之永久磁鐵磁氣特性之表。
1‧‧‧真空蒸氣處理裝置
2‧‧‧箱體
3‧‧‧加熱手段
11‧‧‧真空排氣手段
12‧‧‧真空腔室
20‧‧‧處理室
21‧‧‧箱部
21a‧‧‧載置部
22‧‧‧蓋部
22a‧‧‧凸緣
S‧‧‧燒結磁鐵
V‧‧‧蒸發材料

Claims (9)

  1. 一種永久磁鐵之製造方法，其係含於鐵-硼-稀土類系之燒結磁鐵表面之至少一部份，至少附著Dy、Tb至少一者的第一步驟，與在指定溫度下實施熱處理，使附著於燒結磁鐵表面之Dy、Tb至少一者擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相的第二步驟，其特徵係作為該燒結磁鐵，係使用令主相合金(主要由R2 T14 B相所構成、R係以Nd為主之至少1種稀土類元素、T係以Fe為主之過渡金屬)與液相合金(R含有率比R2 T14 B相高、主要由R-rich相所構成)之各粉末以指定之混合比例混合，使所得之混合粉末在磁場中加壓成形，使此成形體在真空或惰性氣體環境中燒結而成者，其中使該燒結磁鐵配置於處理室進行加熱之同時，使配置於相同或其他處理室之含Dy、Tb至少一者的蒸發材料加熱、蒸發，令此蒸發之蒸發材料調節對燒結磁鐵表面之供給量使其附著，令此附著之蒸發材料的Dy、Tb之金屬原子於燒結磁鐵表面形成蒸發材料所成薄膜前，擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相，以進行該第一步驟及第二步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之永久磁鐵之製造方法，其中該燒結磁鐵與該蒸發材料係離間配置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之永久磁鐵之製造方法，其中使於該處理室內所配置之該蒸發材料的比表面積變化，在一定溫度下，增減蒸發量，調節該供給量。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之永久磁鐵之製造方法 ，其中於加熱收納該燒結磁鐵之處理室前，使處理室內減壓至特定壓力並維持。
  5. 如申請專利範圍第4項之永久磁鐵之製造方法，其中使該處理室減壓至指定壓力後，使處理室內加熱至指定溫度並維持。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之永久磁鐵之製造方法，其中於加熱收納該燒結磁鐵之處理室前，經電漿進行該燒結磁鐵表面之清潔。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之永久磁鐵之製造方法，其中使該Dy、Tb之至少一者擴散至該燒結磁鐵之結晶粒界相後，以較該溫度低的指定溫度實施除去永久磁鐵的扭曲之熱處理。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之永久磁鐵之製造方法，其中使該金屬原子擴散至該燒結磁鐵之結晶粒界相後，於磁場配向方向以直角方向切斷為特定之厚度。
  9. 一種永久磁鐵，作為該燒結磁鐵，其特徵係使用令主相合金(主要由R2 T14 B相所構成、R係以Nd為主之至少1種稀土類元素、T係以Fe為主之過渡金屬)與液相合金(R含有率比R2 T14 B相高、主要由R-rich相所構成)之各粉末以指定之混合比例混合，使所得之混合粉末在磁場中加壓成形，使此成形體在真空或惰性氣體環境中燒結而成者，使該燒結磁鐵配置於處理室進行加熱之同時，使配置於相同或其他處理室之含Dy、Tb至少一者的蒸發材料加熱、蒸發，令此蒸發之蒸發材料調節對燒結磁鐵表 面之供給量使其附著，令此附著之蒸發材料的Dy、Tb之金屬原子於燒結磁鐵表面形成蒸發材料所成薄膜前，擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相而成。
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