TWI437589B - Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets - Google Patents

Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets Download PDF

Info

Publication number
TWI437589B
TWI437589B TW096148981A TW96148981A TWI437589B TW I437589 B TWI437589 B TW I437589B TW 096148981 A TW096148981 A TW 096148981A TW 96148981 A TW96148981 A TW 96148981A TW I437589 B TWI437589 B TW I437589B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sintered magnet
evaporation material
permanent magnet
magnet
processing chamber
Prior art date
Application number
TW096148981A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200849294A (en
Inventor
Hiroshi Nagata
Kyuzo Nakamura
Takeo Katou
Atsushi Nakatsuka
Ichirou Mukae
Masami Itou
Ryou Yoshiizumi
Yoshinori Shingaki
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Publication of TW200849294A publication Critical patent/TW200849294A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI437589B publication Critical patent/TWI437589B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/026—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets protecting methods against environmental influences, e.g. oxygen, by surface treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/06—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/08—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0293—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets diffusion of rare earth elements, e.g. Tb, Dy or Ho, into permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/057—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H01F1/0571—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes
    • H01F1/0575—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0577—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together sintered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]

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，特別係關於使Dy或Tb擴散至Nd－Fe－B系之燒結磁鐵之結晶粒界相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約為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，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或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或Tb以特定膜厚(依磁鐵體積而異以3 μm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或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或Tb係藉由提高各結晶粒表面之結晶磁各向異性，強化核型之保磁力產生構造，因此有大幅提升保磁力外，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)
然而，因Nd－Fe－B系之燒結磁鐵以稀土類元素及鐵為主成分，接觸大氣而易氧化。在燒結磁鐵表面氧化狀態，使Dy或Tb附著於燒結磁鐵表面後，擴散至該結晶粒界相進行上述處理時，因此表面氧化層而妨礙Dy或Tb 之至結晶粒界相的擴散，無法以短時間進行擴散處理，有無法有效率提升磁氣特性或無法回復之問題。因此，於燒結磁鐵表面附著Dy或Tb前，使用產生Ar或He電漿之公知構造的電漿產生裝置，經電漿清潔燒結磁鐵表面，但此會增加製造步驟，生產性變差。
因此，有鑑於該點，本發明之第一目的為提供使附著於燒結磁鐵表面之Dy、Tb有效率擴散至結晶粒界相，可製作高生產性、高磁氣特性之永久磁鐵之永久磁鐵之製造方法。又，本發明之第二目的為提供僅在Nd－Fe－B系之燒結磁鐵的結晶粒界相有效率地擴散Dy、Tb，具有高磁氣特性之永久磁鐵。
為解決該課題，申請專利範圍第1項之永久磁鐵的製造方法之特徵為於處理室內配置鐵－硼－稀土類系之燒結磁鐵在指定溫度加熱，同時使在同一或其他處理室內所配置之至少含Dy及Tb之一者的氫化物所成之蒸發材料蒸發，使此蒸發之蒸發材料附著於燒結磁鐵表面，使此附著之蒸發材料之Dy、Tb的金屬原子擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相。
根據本發明，蒸發之蒸發材料供給至經加熱至指定溫度的燒結磁鐵表面後付著。此時，經加熱至使燒結磁鐵可得最佳擴散速度的溫度，於表面付著之蒸發材料的Dy、Tb金屬原子依序擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相。即，供 給至燒結磁鐵表面之Dy或Tb金屬原子與至燒結磁鐵結晶粒界相的擴散以一次處理進行(真空蒸氣處理)。
此時，因作為蒸發材料，使用含有Dy及Tb之至少一者的氫化物，令蒸發材料蒸發時，解離之氫供給至燒結磁鐵表面，與表面氧化層反應，以H2 O等化合物排出，以除去燒結磁鐵之表面氧化層而清潔。結果，於供給Dy或Tb至燒結磁鐵表面前，可不需要清潔燒結磁鐵表面之前步驟，可提高生產性。又，藉由除去燒結磁鐵之表面氧化層，可使Dy或Tb以短時間高效率進行均一擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相，進而提高生產性。
藉此，於結晶粒界相具有Dy、Tb之rich相(含Dy、Tb 5~80%範圍之相)，進而僅於結晶粒表面附近有Dy或Tb擴散，結果，得到具有高保磁力，高磁氣特性之永久磁鐵。又，於燒結磁鐵加工時，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。
進行該處理時，以間隔配置該燒結磁鐵與蒸發材料，使蒸發材料蒸發時，可防止溶化之蒸發材料直接附著於燒結磁鐵為佳。
以改變於該處理室內配置之該蒸發材料的比表面積，在一定溫度下調整蒸發量，調節蒸發之蒸發材料至燒結磁鐵表面的供給量為佳。
此時，如以使不形成蒸發材料薄膜(層)調節至燒結磁鐵表面之蒸發材料的供給量，永久磁鐵之表面狀態與實 施該處理前之狀態約略相同，防止製作之永久磁鐵表面劣化(表面粗糙度變差)，又，尤其抑制於燒結磁鐵表面附近粒界內Dy或Tb過量擴散，變得不需另外之後續步驟可達成高生產性。又，如設置調整蒸發材料至燒結磁鐵表面的供給量之額外零件於處理室內等，可不改變裝置組成，簡單調節至燒結磁鐵表面的供給量。
又，使Dy、Tb等之金屬原子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經回復高磁氣特性之永久磁鐵。
又，使Dy、Tb之金屬原子擴散至該燒結磁鐵之結晶粒界相後，在磁場配向方向直角之方向切斷為特定厚度即可。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，如可短時間進行對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，則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優之高磁氣特性永久磁鐵。
進而，為解決該課題，申請專利範圍第6項之永久磁 鐵特徵係具有鐵－硼－稀土系之燒結磁鐵，於處理室內配置之燒結磁鐵在加熱至指定溫度，同時使在同一或其他處理室內所配置之至少含Dy及Tb之一者的氫化物所成之蒸發材料蒸發，使此蒸發之蒸發材料附著於燒結磁鐵表面，使此附著之蒸發材料之Dy、Tb的金屬原子擴散至燒結磁鐵的結晶粒界相而成。
如以上說明般，本發明之永久磁鐵的製造方法為無除去燒結磁鐵之表面氧化層的前步驟，達到有效使Dy或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的效果。又，本發明之永久磁鐵尤其達成具高保磁力之高磁氣特性之者的效果。
〔實施發明之最佳形態〕
參考圖1及圖2進行說明，本發明之永久磁鐵M係使含Dy、Tb之至少一者的蒸發材料V蒸發，使蒸發之蒸發材料V附著至加工為特定形狀之Nd－Fe－B系之燒結磁鐵S的表面，使此附著之蒸發材料V之Dy或Tb金屬原子擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相，同時進行均一、一貫之處理(真空蒸氣處理)而製作。
起始材料之Nd－Fe－B系燒結磁鐵S，係以公知方法如下般製作。即，使Fe、B、Nd以特定組成比搭配，藉由公知之薄片連鑄法首先製造0.05mm~0.5mm之合金。 另外，亦可以公知之離心鑄造法製作5mm厚左右之合金。又，搭配時，可少量添加Cu、Zr、Dy、Tb、Al及Ga。接著，使製作之合金以公知之氫粉碎步驟進行粉碎，再以氣流粉碎微粉碎步驟微粉碎得到合金原料粉末。接著，以公知之壓縮成形機，使合金原料粉末進行磁場配向，以模具成形為長方體或圓柱等特定形狀後，在特定條件下燒結，製作該燒結磁鐵。
使合金原料粉末壓縮成形時，於合金原料粉未中添加公知潤滑劑時，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4 μm~8 μm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或Tb可以高效率擴散至結晶粒界相。
此時，平均結晶粒徑比4 μm小，則因Dy或Tb擴散至結晶粒界相，成為具有高保磁力之永久磁鐵，但是在磁場中壓縮成形時，確保流動性、對提升配向性之所謂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8 μm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或Tb反應，妨礙至Dy之結晶粒界相的擴散，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，下方形成有圍繞其外全圍之彎曲之凸緣22a，於箱部21之上方裝設蓋部22，則凸緣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)，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直接或重複撞擊，由多方向供給燒結磁鐵S。又，箱部21及蓋部22之壁厚度設定為經後述加熱手段加熱時，不變形，由不與蒸發材料V反應之材料所構成。
即，蒸發材料V為Dy時，使用一般真空裝置常用之Al2 O3 ，則蒸氣環境中之Dy與Al2 O3 進行反應，於其表面，形成反應生成物，同時有Al原子侵入蒸氣環境之虞。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適當配置於處理室20之底面、側面或上面等。
蒸發材料V方面，為大幅提升主相結晶磁氣各向異性之含Dy或Tb之至少一者的氫化物，如可使用以公知方法製造之DyH2 及TbH2 。因此，就算燒結磁鐵S表面係氧化狀態，真空蒸氣處理時，使蒸發材料V蒸發則解離之氫供給至燒結磁鐵S表面，與表面氧化層反應，以H2 O等化合物排出而除去燒結磁鐵S之表面氧化層以清潔。結果，供給Dy或Tb至燒結磁鐵S表面前，變得不需清潔燒結磁鐵S表面的前步驟，可提高生產性。又，藉由除去燒結磁鐵S之表面氧化層，可使Dy或Tb以短時間高效率均一地擴散至燒結磁鐵S之結晶粒界相，更提高生產性。
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其內側具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載製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DyH2 (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之有開口之上部裝設蓋部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。此時，因燒結磁鐵S本身亦加熱至指定溫度(如、800℃)，故除去其表面所附著之污垢、氣體及水分。
減壓下，處理室20內之溫度達到指定溫度，則處理室20之底面所設置之DyH2 加熱至與處理室20略同溫後開始蒸發，於處理室20內形成蒸氣環境。DyH2 開始蒸發時，因間隔配置燒結磁鐵S與DyH2 ，DyH2 不直接附著於表面Ndrich相溶化之燒結磁鐵S。接著，蒸發之DyH2 因處理室20內加熱至指定溫度(800℃)以上，氫解離，蒸氣環境中之Dy原子及氫，直接或重複撞擊，由多方向，向加熱至與Dy略同溫之燒結磁鐵S表面供給、附著。
此時，解離之氫供給至燒結磁鐵S表面，與表面氧化層進行反應，以H2 O等之化合物通過箱部21與蓋部22之間隙，排出於真空腔室12，在除去燒結磁鐵S之表面氧化層進行清潔同時，於燒結磁鐵表面附著Dy之金屬原子。接著，於經加熱至與處理室20略同溫的燒結磁鐵S表面，附著之Dy擴散至燒結磁鐵S之結晶粒界相而得到永久磁鐵M。
然而，如圖3，如形成蒸發材料V所成之層(如，Dy層之薄膜)L1般，供給蒸氣環境中之蒸發材料V到燒結磁鐵S之表面，則在燒結磁鐵S表面附著、堆積之蒸發材料V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、堆積之蒸發材料V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表面形成由蒸發材料V所成之薄膜，則鄰接薄膜之燒結磁鐵表面S的平均組成成為稀土類－rich組成，成為稀土類－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，以燒結磁鐵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)或粉未狀之DyH2 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DyH2 時，控制加熱手段3，使處理室20內之溫度設定為800℃~1050℃，較佳為900℃~1000℃之範圍。
處理室20內之溫度(即，燒結磁鐵S之加熱溫度)如比800℃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℃，則蒸氣壓變高蒸氣環境中之蒸發材料V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表面形成由蒸發材料V之薄膜前，為使Dy擴散至其結晶粒界相，故相對於處理室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蒸發材料V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、Tb的薄膜之狀況，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蒸發材料V之蒸發量，可抑制蒸發材料V對燒結磁鐵S之供給量，及除去燒結磁鐵S之表面氧化層、使燒結磁鐵S在特定溫度範圍加熱，擴散速度變快，同時使燒結磁鐵S表面附著之蒸發材料V之Dy原子於燒結磁鐵S表面形成堆積蒸發材料V所成之層前，可均一有效率擴散至燒結磁鐵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Dy 5~80%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，而得到不需最後加工、生產性優的永久磁鐵M。
然而，如圖4般製作該燒結磁鐵S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，如可以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。
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其回復，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DyH2 作為蒸發材料V者做為例子說明，在盡可能使擴散速度快之燒結磁鐵S的加熱溫度範圍(900℃~1000℃)可使用含蒸氣壓低之含Tb 的氫化物，如TbH2 ，或含Dy及Tb之氫化物。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或粉末狀蒸發材料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V以減少比表面積，更且可於受皿內收納蒸發材料V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蒸發材料V亦可。
此時，蒸發材料V為DyH2 時，使蒸發室加熱至700℃~1050℃即可。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原子至燒結磁鐵S表面之蒸氣壓。另外，蒸發材料V為TbH2 時，使蒸發室加熱至900℃~1150C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擴散至結晶粒內，降低最大能量積及殘留磁束密度。
另外，本發明之實施形態中，說明關於箱部21之上部裝設蓋部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，不限於此。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。
又，因燒結磁鐵S之氧含量愈少，Dy或Tb之向結晶粒界相的擴散速度愈快，故燒結磁鐵S本身之氧含量為3000ppm以下，較佳為2000ppm以下，更佳為1000ppm以下。
 〔實施例1〕
Nd－Fe－B系之燒結磁鐵，使用組成為29Nd－3Dy－1B－2Co－0.1Cu－bal.Fe者，加工為20×10×5mm之長方體形狀。此時，使燒結磁鐵S之表面最後加工至具有10 μm以下表面粗糙度後，以丙酮洗淨。
接著，使用該真空蒸氣處理裝置1，得到經該真空蒸氣處理的永久磁鐵M。此時，於Mo製之箱體2內，於載置部21a上等間隔配置60個燒結磁鐵S。又，蒸發材料方面，係使用DyH2 (和光純藥股份公司製)或TbH2 (和光純藥股份公司製)，以100g總量配置於處理室20的底面。接著，進行真空排氣手段使真空室一度減壓至1×10－4 Pa(處理室內壓力為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，DyH2 時係850℃(實施例1a )，而TbH2 時係1000℃(實施例1a)，接著，處理室20的溫度達到950℃後，維持此狀態1、8或18小時，進行該真空蒸氣處理。接著，進行除去永久磁鐵扭曲的熱處理。此時，設定處理溫度在550℃、處理時間為60分鐘。最後，使用剪線鉗加工經上述方法所得之永久磁鐵為10×5mm。
圖5及圖6，使經上述條件得到永久磁鐵時的磁氣特性平均值，使用純度99.9%之團塊狀Dy(比較例1a)作為蒸發材料，使用純度99.9％之團塊狀Tb(比較例1b)作為蒸發材料，與實施例1a及實施例1b在相同條件下經該真空蒸氣處理所得永久磁鐵時的磁氣特性的平均值，一併表示之表。由此可知，使用Dy作為蒸發材料V之比較例1a中，伴隨使真空蒸氣處理時間(擴散時間)變長，保磁力增加，設定真空蒸氣處理時間在18小時則可得24.3k0e之高保磁力。相對地，在實施例1a中，僅實施一半以下時間的真空蒸氣處理(8小時)，可得到24.3k0e之高保磁力，可有效擴散Dy(參考圖5)。
另外，使用Tb作為蒸發材料V之比較例1b中，伴隨使真空蒸氣處理時間(擴散時間)變長，保磁力增高，設定真空蒸氣處理時間在18小時則可得28.3k0e之高保磁力，相對地，在實施例1b中，僅實施一半以下時間的真空蒸氣處理(8小時)，可得到28.2k0e之高保磁力，可有效擴散Tb(參考圖6)。
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〕本發明所製作之永久磁鐵的剖面模式說明圖。
〔圖2〕實施本發明之處理的真空處理裝置概略圖。
〔圖3〕由先前技術製作之永久磁鐵的剖面模式說明圖。
〔圖4〕(a)為說明燒結磁鐵表面之加工劣化的圖。(b)為說明藉由本發明之實施製作之永久磁鐵之表面狀態的圖。
〔圖5〕表示以實施例1製作之永久磁鐵的磁氣特性的表。
〔圖6〕表示以實施例1製作之永久磁鐵的磁氣特性的表。
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 (6)

  1. 一種永久磁鐵的製造方法，其特徵係：於處理室內配置鐵-硼-稀土類系之燒結磁鐵後加熱至指定溫度，同時使在同一或其他處理室內所配置之至少含Dy及Tb之一者的氫化物所成之蒸發材料蒸發，使此蒸發之蒸發材料附著於燒結磁鐵表面，使此附著之蒸發材料之Dy、Tb的金屬原子，在燒結磁鐵表面形成由蒸發材料所構成之薄膜之前，擴散至燒結磁鐵之結晶粒界相。
  2. 如申請專利範圍第1項之永久磁鐵的製造方法，其中使該燒結磁鐵與蒸發材料間隔配置。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之永久磁鐵的製造方法，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，調節蒸發之蒸發材料到燒結磁鐵表面之供給量。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之永久磁鐵的製造方法，其中令Dy、Tb之金屬原子擴散至該燒結磁鐵之結晶粒界相後，以比該溫度更低之指定溫度施加除去永久磁鐵之扭曲的熱處理。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之永久磁鐵的製造方法，其係令Dy、Tb之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。
  6. 一種永久磁鐵，其特徵係具有鐵-硼-稀土類系之燒結磁鐵，於處理室內配置此燒結磁鐵後加熱至指定溫度 ，同時使在同一或其他處理室內所配置之至少含Dy及Tb之一者的氫化物所成之蒸發材料蒸發，使此蒸發之蒸發材料附著於燒結磁鐵表面，使此附著之蒸發材料之Dy、Tb的金屬原子，在燒結磁鐵表面形成由蒸發材料所構成之薄膜之前，擴散至燒結磁鐵的結晶粒界相而成。
TW096148981A 2006-12-21 2007-12-20 Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets TWI437589B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006344781 2006-12-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200849294A TW200849294A (en) 2008-12-16
TWI437589B true TWI437589B (zh) 2014-05-11

Family

ID=39536338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW096148981A TWI437589B (zh) 2006-12-21 2007-12-20 Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8128760B2 (zh)
JP (1) JP5205278B2 (zh)
KR (1) KR101373271B1 (zh)
CN (1) CN101563739B (zh)
DE (1) DE112007003107T5 (zh)
RU (1) RU2458423C2 (zh)
TW (1) TWI437589B (zh)
WO (1) WO2008075711A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI564916B (zh) * 2016-03-10 2017-01-01 中國鋼鐵股份有限公司 釹鐵硼磁石的製造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5117357B2 (ja) * 2008-11-26 2013-01-16 株式会社アルバック 永久磁石の製造方法
JP5373834B2 (ja) * 2011-02-15 2013-12-18 株式会社豊田中央研究所 希土類磁石およびその製造方法
JP6018185B2 (ja) 2011-05-31 2016-11-02 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． Ｍｒｉ放射線治療装置の静磁場補正
US20130043218A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-21 Apple Inc. Multi-wire cutting for efficient magnet machining
CN105270507A (zh) * 2015-11-16 2016-01-27 谢瑞初 无桩位停车管理系统与方法
CN105489367B (zh) 2015-12-25 2017-08-15 宁波韵升股份有限公司 一种提高烧结钕铁硼磁体磁性能的方法
KR20240008987A (ko) * 2022-07-12 2024-01-22 한국재료연구원 이방성 벌크 영구자석 제조용 자장열처리 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0633581B1 (en) * 1993-07-06 1998-04-22 Sumitomo Special Metals Company Limited R-Fe-B permanent magnet materials and process of producing the same
RU2136068C1 (ru) * 1998-06-18 1999-08-27 Савич Александр Николаевич Магнитный материал для постоянных магнитов и способ его изготовления
JP2000223306A (ja) * 1998-11-25 2000-08-11 Hitachi Metals Ltd 角形比を向上したｒ―ｔ―ｂ系希土類焼結磁石およびその製造方法
JP3897724B2 (ja) 2003-03-31 2007-03-28 独立行政法人科学技術振興機構 超小型製品用の微小、高性能焼結希土類磁石の製造方法
JP2005011973A (ja) * 2003-06-18 2005-01-13 Japan Science & Technology Agency 希土類−鉄−ホウ素系磁石及びその製造方法
JP3960966B2 (ja) * 2003-12-10 2007-08-15 独立行政法人科学技術振興機構 耐熱性希土類磁石の製造方法
US8211327B2 (en) * 2004-10-19 2012-07-03 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Preparation of rare earth permanent magnet material
RU2401881C2 (ru) 2005-03-18 2010-10-20 Улвак, Инк. Способ и устройство нанесения покрытия, постоянный магнит и способ его изготовления
JP4702546B2 (ja) * 2005-03-23 2011-06-15 信越化学工業株式会社 希土類永久磁石
TWI413136B (zh) 2005-03-23 2013-10-21 Shinetsu Chemical Co 稀土族永久磁體
US7559996B2 (en) * 2005-07-22 2009-07-14 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Rare earth permanent magnet, making method, and permanent magnet rotary machine
MY181243A (en) * 2006-03-03 2020-12-21 Hitachi Metals Ltd R-fe-b rare earth sintered magnet
US8257511B2 (en) * 2006-08-23 2012-09-04 Ulvac, Inc. Permanent magnet and a manufacturing method thereof
WO2008032667A1 (en) * 2006-09-14 2008-03-20 Ulvac, Inc. Permanent magnet and process for producing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI564916B (zh) * 2016-03-10 2017-01-01 中國鋼鐵股份有限公司 釹鐵硼磁石的製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5205278B2 (ja) 2013-06-05
RU2009128025A (ru) 2011-01-27
US20110001593A1 (en) 2011-01-06
US8128760B2 (en) 2012-03-06
TW200849294A (en) 2008-12-16
CN101563739B (zh) 2013-03-06
KR20090094448A (ko) 2009-09-07
DE112007003107T5 (de) 2009-10-29
WO2008075711A1 (ja) 2008-06-26
KR101373271B1 (ko) 2014-03-11
RU2458423C2 (ru) 2012-08-10
CN101563739A (zh) 2009-10-21
JPWO2008075711A1 (ja) 2010-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI433172B (zh) Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets
KR101456841B1 (ko) 영구자석 및 영구자석의 제조방법
JP5247717B2 (ja) 永久磁石の製造方法及び永久磁石
JP5205277B2 (ja) 永久磁石及び永久磁石の製造方法
TWI437589B (zh) Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets
TWI437588B (zh) Method for manufacturing permanent magnets and permanent magnets
JP5401328B2 (ja) スクラップ磁石の再生方法
KR101242466B1 (ko) 영구자석의 제조 방법 및 영구자석
JP2008177332A (ja) 永久磁石の製造方法及び永久磁石の製造装置
WO2008075712A1 (ja) 永久磁石及び永久磁石の製造方法
JP4860491B2 (ja) 永久磁石及び永久磁石の製造方法
JP2009130279A (ja) 永久磁石の製造方法
JP2010245392A (ja) ネオジウム鉄ボロン系の焼結磁石

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees