(57)【要約】【課題】希土類磁石用合金粉末の表面の組成均一性を改善し、保磁力の増大が可能な希土類磁石用合金粉末の表面改質方法を提供すること。【解決手段】ＲｘＴ１−ｘ−ｙＢｙ鋳造合金（式中、ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、ＴｂおよびＨｏより選ばれる１種以上、ＴはＦｅ、ＣｏおよびＮｉより選ばれる１種以上、０．１５≦ｘ≦０．２５、かつ０．０６≦ｙ≦０．１０である）を粉砕して得られた合金粉末を、不活性ガス気流中で７８０〜９２０℃に加熱する高温熱処理工程と、前記高温熱処理工程後に前記合金粉末を真空もしくは不活性ガス中で５００〜６５０℃に加熱する低温熱処理工程とを有することを特徴とする希土類磁石用合金粉末の表面改質方法。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲｘＴ１−ｘ−ｙＢｙ鋳造合金（式中、ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、ＴｂおよびＨｏより選ばれる１種以上、ＴはＦｅ、ＣｏおよびＮｉより選ばれる１種以上、０．１５≦ｘ≦０．２５、かつ０．０６≦ｙ≦０．１０である）を粉砕して得られた合金粉末を、不活性ガス気流中で７８０〜９２０℃に加熱する高温熱処理工程と、前記高温熱処理工程後に前記合金粉末を真空もしくは不活性ガス中で５００〜６５０℃に加熱する低温熱処理工程とを有することを特徴とする希土類磁石用合金粉末の表面改質方法。
【請求項２】
高温熱処理工程または低温熱処理工程において、合金粉末を不活性ガス気流により撹拌することを特徴とする請求項１に記載の希土類磁石用合金粉末の表面改質方法。
【請求項３】
低温熱処理工程が、予め設置された加熱領域に合金粉末を流動させながら通過させることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の希土類磁石用合金粉末の表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類磁石用合金粉末の表面改質方法に関するものである。本発明により表面改質された希土類磁石用合金粉末は、例えば家電品、ＯＡ機器、産業用機械等の電磁型モータ用ボンド磁石に好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ボンド磁石用の希土類−遷移金属−硼素系の合金粉末については、従来から保磁力の改善を目的とした熱処理法が検討されており、例えば特開平２−３０１５０２号公報には、ガスアトマイズ法により作製された希土類合金粉末を、移動不活性ガス気流中で５００〜７５０℃の温度に加熱することにより、保磁力を改善する技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、希土類−遷移金属−硼素系の鋳造合金を粉砕することにより得られた合金粉末を用いて磁石を製造する場合、前記従来技術の熱処理を行っても保磁力はほとんど改善されない。これはガスアトマイズ法により作製された合金粉末の保磁力は結晶性に依存しており、前記の熱処理は結晶性の改善には効果的であるものの、合金粉末の保磁力はその表面の組成均一性に支配されており、前記の熱処理は合金粉末の表面状態を改善する効力を有さないからと考えられる。
【０００４】
図１は、希土類−遷移金属−硼素系の鋳造合金の内部組織を示す模式図である。図１において、鋳造合金の内部組織は、例えばＲ２Ｔ１４Ｂ相１を主相とし、相境界部分にＲ−ｒｉｃｈ相２とＢ−ｒｉｃｈ相３が分布した構成となっている。この中で磁石特性を担っているのはＲ２Ｔ１４Ｂ相１である。図２は、図１に示す希土類−遷移金属−硼素系鋳造合金の粉砕によって生じる粒子を示す模式図である。図２（ａ）において、鋳造合金を粉砕することにより、相境界のみならずＲ２Ｔ１４Ｂ相１の内部や、Ｒ−ｒｉｃｈ相２にも亀裂が入り、図２（ｂ）に示すように、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ粒子４やＲ−ｒｉｃｈ相２が一部欠けた粒子５、Ｒ−ｒｉｃｈ相２の派生粒子６も存在する。
このように、希土類−遷移金属−硼素系鋳造合金の粉砕によって生じる粒子の表面状態は、組成均一性が非常に悪い状態にある。
【０００５】
したがって本発明の目的は、希土類磁石用合金粉末の表面の組成均一性を改善し、保磁力の増大が可能な希土類磁石用合金粉末の表面改質方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ＲｘＴ１−ｘ−ｙＢｙ鋳造合金（式中、ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、ＴｂおよびＨｏより選ばれる１種以上、ＴはＦｅ、ＣｏおよびＮｉより選ばれる１種以上、０．１５≦ｘ≦０．２５、かつ０．０６≦ｙ≦０．１０である）を粉砕して得られた合金粉末を、不活性ガス気流中で７８０〜９２０℃に加熱する高温熱処理工程と、前記高温熱処理工程後に前記合金粉末を真空もしくは不活性ガス中で５００〜６５０℃に加熱する低温熱処理工程とを有することを特徴とする希土類磁石用合金粉末の表面改質方法である。
この構成によれば、高温熱処理工程において、例えば図２で示したＲ−ｒｉｃｈ相２が一部欠けた粒子５同士、あるいは該粒子５とＲ−ｒｉｃｈ相２の派生粒子６との衝突や摩擦干渉が繰り返し生じ、Ｒ−ｒｉｃｈ相の一部が融化し、これにより、粒子５表面のＲ−ｒｉｃｈ相が欠けた部分が修復され、均一に分布するようになる。またＲ２Ｆｅ１４Ｂ粒子４についても粒子５や粒子６と衝突や摩擦干渉を繰り返すうちに融化したＲ−ｒｉｃｈ相が表面に付着してこれに覆われるようになる。続いて、さらに低温熱処理工程を実施することにより、Ｒ−ｒｉｃｈ相２と粒子５との界面部分あるいはＲ−ｒｉｃｈ相２と粒子４との界面部分の構造がさらに均質化される。したがって、保磁力の増大が可能な希土類磁石用合金粉末の表面改質方法が提供される。なお、好ましい合金粉末の平均粒径は３〜３０μｍである。また高温熱処理工程および低温熱処理工程の好ましい処理時間は０．１〜５時間である。
【０００７】
請求項２の発明は、高温熱処理工程または低温熱処理工程において、合金粉末を不活性ガス気流により撹拌することを特徴とする請求項１に記載の希土類磁石用合金粉末の表面改質方法である。
この構成によれば、合金粉末の凝集を防ぐことができる。したがって、保磁力の一層の増大が可能となる。
【０００８】
請求項３の発明は、低温熱処理工程が、予め設置された加熱領域に合金粉末を流動させながら通過させることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の希土類磁石用合金粉末の表面改質方法である。
この構成によれば、合金粉末の処理効率が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
高周波真空溶解炉にてＮｄ０．１７Ｆｅ０．７５Ｂ０．０８合金を溶解し１４５０℃の温度に加熱後、水冷鋳型に鋳込んで厚み１ｍｍの板状の鋳造合金を作製した。内部組織を光学顕微鏡で観察したところＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相のサイズは１５μｍ程度であった。次に同合金をジョークラッシャー、ディスクミル、ジェットミルにて順次粉砕して微粉末化した。得られた粉末の平均粒径は約７μｍであった。次に粉末をバッチ式の加熱炉を用いて７４０〜９６０℃の種々の温度で１時間加熱した。
図３は、本実施の形態１における高温および低温熱処理工程に用いるバッチ式加熱炉の構造を示す図である。図３において、加熱チャンバー８の上部に粉末投入口９が、下部に粉末取り出し口１０が設けられており、粉末取り出し口１０には密閉式の水冷回収缶１１が取り付けられている。加熱チャンバー８の横にはガス循環機１２が設置されており、不活性ガス供給バルブ１３を通じて導入されたＡｒガスを配管を通じて加熱チャンバー８の下部からフィルタ１４を介して噴射する。粉末は噴射されたガスで撹拌されながら所定の温度に加熱される。Ａｒガスは、加熱チャンバー上部の配管から回収され再びガス循環機１２によりチャンバー下部へ送り出され、循環する。なお、配管には一定の圧力を越えた場合に作動する逃がし弁１５が設けられている。１７は、加熱チャンバー内の温度を一定に制御可能な加熱ヒータである。
このような加熱炉７を用いて粉末を加熱処理後、取り出し弁１６を開けて水冷回収缶１１に粉末を回収した。得られた粉末をヘンシルミキサーにより軽く撹拌して凝集を解いた後、電子顕微鏡で形態を観察した。その結果、７８０℃を下回る温度ではＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粒子の表面のＮｄ−ｒｉｃｈ相が均一でないことがわかった。また、同温度以上ではＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粒子表面にＮｄ−ｒｉｃｈ相が均一に形成されているが、９２０℃を越えた温度では粉体の凝集が高頻度で見られた。次に振動試料型磁力計を用いて粉体の保磁力を測定した。
図４に保磁力の加熱温度依存性を示す。図中の破線は未加熱の粉末の保磁力を示している。７８０℃以上の温度で保磁力がわずかに大きくなる現象が見られた。次に各粉末を再度加熱炉７に投入してＡｒガス気流中で撹拌しながら４００〜７００℃の種々の温度で１時間の低温加熱を行った。取り出した粉末をヘンシルミキサーにより軽く撹拌して凝集を解いた後、振動試料型磁力計を用いて粉末の保磁力を測定した。
図５に高温加熱温度をパラメータとして保磁力の低温加熱温度依存性を示す。７８０〜９２０℃の高温加熱処理を施した粉末は５００〜６５０℃の温度域で顕著に保磁力が増大する。一方、高温加熱温度が７８０℃を下回るかあるいは９２０℃を越えて処理された粉末についてはいずれの低温加熱温度でも保磁力はあまり変化しない。高温加熱を行わなかった粉末の保磁力も破線で示すとおりあまり変化はみられなかった。粉末を電子顕微鏡により観察したところ高温加熱直後と比べて粒子の状態に大きな変化はなかったが、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粒子と表面のＮｄ−ｒｉｃｈ相との界面部分の構造が若干均質化されているのが認められた。以上の結果から、保磁力の改善には、粉末に対して７８０〜９２０℃の高温加熱処理と５００〜６５０℃の低温加熱処理を組み合わせて行うことが好ましいことが分かった。
【００１０】
実施の形態２．
高周波真空溶解炉にて種々の組成のＮｄｘＦｅ１−ｘ−ｙＢｙ合金（０．１０≦ｘ≦０．３０、０．０４≦ｙ≦０．１３）を溶解し、１４５０℃の温度に加熱後、水冷鋳型に鋳込んで厚み１ｍｍの板状の鋳造合金を作製した。内部組織を光学顕微鏡で観察したところいずれの試料もＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相のサイズは１５μｍ程度であった。次に同合金をジョークラッシャー、ディスクミル、ジェットミルにて順次粉砕して微粉末化した。得られた粉末の平均粒径は約７μｍであった。得られた各粉末を加熱炉７を用いてＡｒ気流中で撹拌しながら８５０℃の温度で１時間の加熱を行った後、水冷回収缶１１に回収し、その後再度加熱炉７に粉末を投入してＡｒ気流中で撹拌しながら５５０℃の温度で１時間の加熱を行った。得られた各粉末をヘンシルミキサーにより軽く撹拌して凝集を解いた後、振動試料型磁力計を用いて粉体の保磁力を測定した。図６に結果をまとめて示す。図中×印は保磁力が７ｋＯｅを下回った実用性に欠ける組成を示している。○印は７ｋＯｅ以上の保磁力が得られた組成であり、同図から合金粉末の組成としては０．１５≦ｘ≦０．２５、０．０６≦ｙ≦０．１０が好ましいといえる。
次に、Ｎｄ０．１７Ｆｅ０．７５Ｂ０．０８、Ｎｄ０．１４Ｐｒ０．０３Ｆｅ０．７５Ｂ０．０８、Ｎｄ０．１４Ｄｙ０．０３Ｆｅ０．７５Ｂ０．０８、Ｎｄ０．１４Ｔｂ０．０３Ｆｅ０．７５Ｂ０．０８、Ｎｄ０．１７Ｆｅ０．７３Ｃｏ０．０２Ｂ０．０８、Ｎｄ０．１７Ｆｅ０．７４Ｎｉ０．０１Ｂ０．０８の６種類の合金試料を高周波真空溶解炉により鋳造し、厚み１ｍｍの板状の鋳造合金を得た。内部組織を光学顕微鏡で観察したところいずれの試料もＲ２Ｔ１４Ｂ相のサイズは１５μｍ程度であった。次にそれぞれの合金試料をジョークラッシャー、ディスクミル、ジェットミルにて順次粉砕し、微粉末を得た。このとき粉末の平均粒径は７〜８μｍの範囲であった。得られた各粉末を加熱炉７を用いて各Ａｒ気流中で撹拌しながら８５０℃の温度で１時間の加熱を行った後、水冷回収缶１１に回収し、その後再度加熱炉７に粉末を投入してＡｒ気流中で撹拌しながら５５０℃の温度で１時間の加熱を行った。得られた各粉末をヘンシルミキサーにより軽く撹拌して凝集を解いた後、振動試料型磁力計を用いて粉体の保磁力を測定した。測定結果を表１に示す。同表には比較のため、高温加熱と低温加熱のいずれも行わなかった場合、８５０℃の高温加熱のみを行った場合、５５０℃の低温加熱のみを行った場合についての保磁力も示した（それぞれ比較例１〜３とする）。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
表１より本発明の合金粉末はいずれも７ｋＯｅを越える大きな保磁力が得られており、比較例の磁石に比べて３倍以上の特性改善が見られる。
【００１３】
実施の形態３．
高周波真空溶解炉にてＮｄ０．１７Ｆｅ０．７５Ｂ０．０８合金を溶解し１４５０℃の温度に加熱後、水冷鋳型に鋳込んで厚み１ｍｍの板状の鋳造合金を作製した。内部組織を光学顕微鏡で観察したところＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相のサイズは１５μｍ程度であった。次に同合金をジョークラッシャー、ディスクミル、ジェットミルにて順次粉砕して微粉末化した。得られた粉末の平均粒径は約７μｍであった。得られた各粉末を加熱炉７を用いて各Ａｒ気流中で撹拌しながら８５０℃の温度で１時間の加熱を行った後、水冷回収缶１１に回収した。次に、低温加熱処理に際し、加熱装置として図７に示す連続式の加熱装置１８を用いることとした。同装置は粉末供給塔１９、加熱管２０、これらの内部を排気、ガス置換するための真空排気系２１、および不活性ガス供給系２２から構成される。粉末供給塔１９に粉末を投入した後、真空排気系２１により粉末供給塔１９および加熱管２０内を真空排気する。真空度が１０−６ｔｏｒｒに達した後、不活性ガス供給バルブ２６を開けてＡｒガスを導入して加熱管内を２００ｔｏｒｒの圧力とし、計量器２３を通じて一定速度で粉末を粉末供給塔１９から加熱管２０へ送り出す。加熱管２０の両端部付近には振動モータ２４が設置されており、粉末は一定の速度で流動しながら加熱管２０の上方から下方へと移動する。加熱管２０の終端部には密閉式の水冷回収缶２５が取り付けられており、加熱管２０を移動してきた粉末は最終的に水冷回収缶２５に収容される。振動モータを間欠的に作動させることにより、粉末の流れを微調整することが可能である。本実施の形態３では加熱ヒータ２７により５５０℃一定に制御された加熱管２０を粉体が１時間で移動するように振動モータ２４の動作を調節し、水冷回収缶２５に熱処理粉末を回収した。得られた粉末をヘンシルミキサーにより軽く撹拌して凝集を解いた後、振動試料型磁力計を用いて粉体の保磁力を測定した。その結果、粉末は８．０ｋＯｅの保磁力を示した。一方、Ａｒガスを導入せずに加熱管２０内を１０−６ｔｏｒｒの真空としたままの状態での同様の低温加熱処理を試みた粉末について保磁力を調べた結果、７．６ｋＯｅの値を示した。以上の結果より粉末の低温加熱処理に連続式の加熱炉を用いた場合でも、バッチ式の炉と同等の保磁力が得られることが明らかとなった。また、低温加熱の雰囲気を真空としてもＡｒガス雰囲気の場合と比べて大きな特性差は生じない。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ＲｘＴ１−ｘ−ｙＢｙ鋳造合金（式中、ＲはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、ＴｂおよびＨｏより選ばれる１種以上、ＴはＦｅ、ＣｏおよびＮｉより選ばれる１種以上、０．１５≦ｘ≦０．２５、かつ０．０６≦ｙ≦０．１０である）を粉砕して得られた合金粉末を、不活性ガス気流中で７８０〜９２０℃に加熱する高温熱処理工程と、前記高温熱処理工程後に前記合金粉末を真空もしくは不活性ガス中で５００〜６５０℃に加熱する低温熱処理工程とを有することを特徴とする希土類磁石用合金粉末の表面改質方法である。
この構成によれば、高温熱処理工程において、例えば図２で示したＲ−ｒｉｃｈ相２が一部欠けた粒子５同士、あるいは該粒子５とＲ−ｒｉｃｈ相２の派生粒子６との衝突や摩擦干渉が繰り返し生じ、Ｒ−ｒｉｃｈ相の一部が融化し、これにより、粒子５表面のＲ−ｒｉｃｈ相が欠けた部分が修復され、均一に分布するようになる。またＲ２Ｆｅ１４Ｂ粒子４についても粒子５や粒子６と衝突や摩擦干渉を繰り返すうちに融化したＲ−ｒｉｃｈ相が表面に付着してこれに覆われるようになる。続いて、さらに低温熱処理工程を実施することにより、Ｒ−ｒｉｃｈ相２と粒子５との界面部分あるいはＲ−ｒｉｃｈ相２と粒子４との界面部分の構造がさらに均質化される。したがって、保磁力の増大が可能な希土類磁石用合金粉末の表面改質方法が提供される。
【００１５】
請求項２の発明は、高温熱処理工程または低温熱処理工程において、合金粉末を不活性ガス気流により撹拌することを特徴とする請求項１に記載の希土類磁石用合金粉末の表面改質方法である。
この構成によれば、合金粉末の凝集を防ぐことができる。したがって、保磁力の一層の増大が可能となる。
【００１６】
請求項３の発明は、低温熱処理工程が、予め設置された加熱領域に合金粉末を流動させながら通過させることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の希土類磁石用合金粉末の表面改質方法である。
この構成によれば、合金粉末の処理効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】希土類−遷移金属−硼素系の鋳造合金の内部組織を示す模式図である。
【図２】図１に示す希土類−遷移金属−硼素系鋳造合金の粉砕によって生じる粒子を示す模式図である。
【図３】本実施の形態１における高温および低温熱処理工程に用いるバッチ式加熱炉の構造を示す図である。
【図４】実施の形態１において高温熱処理工程後に得られる保磁力と高温熱処理温度の関係を示した図である。
【図５】実施の形態１において高温熱処理工程に次いで低温熱処理工程を経た後に得られる保磁力と低温熱処理温度の関係を示した図である。
【図６】実施の形態２において７ｋＯｅ以上の保磁力が得られる組成領域を示した図である。
【図７】実施の形態３において低温熱処理工程に用いる連続式加熱炉の構造を示す図である。
【符号の説明】
１　Ｒ２Ｔ１４Ｂ相、２　Ｒ−ｒｉｃｈ相、３　Ｂ−ｒｉｃｈ相、４　Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ粒子、５　Ｒ−ｒｉｃｈ相が一部欠けた粒子、６　Ｒ−ｒｉｃｈ相の派生粒子、７　加熱炉、８　加熱チャンバー、９　粉末投入口、１０　粉末取り出し口、１１　水冷回収缶、１２　ガス循環器、１３　不活性ガス供給バルブ、１４　フィルタ、１５　逃がし弁、１６粉末取り出し弁、１７　加熱ヒータ、１９　粉末供給塔、２０　加熱管、２１真空排気系、２２　不活性ガス供給系、２３　計量器、２４　振動モータ、２５　水冷回収缶、２６　不活性ガス供給バルブ、２７　加熱ヒータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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