(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類磁石用合金粉末を磁場中において一軸加圧により金型で乾式成形し、その後焼結して希土類焼結磁石を製造する方法において、磁場中で金型成形する際に用いられる金型潤滑剤として、脂肪酸及びそのエステル並びに高級アルコールから選ばれる炭素数５〜２０であって、沸点が１５０℃以上３５０℃以下で、動粘度が０．１ｃＳｔ以上１００ｃＳｔ以下である液状有機化合物を用い、この液状有機化合物を内面に塗布した金型に上記希土類磁石用合金粉末を充填し、磁場中で成形し、焼結することを特徴とする希土類磁石の製造方法。
【請求項２】
希土類磁石用合金粉末を成形した後、５００℃以下の真空中又は不活性ガス雰囲気中で脱脂し、次いで焼結することを特徴とする請求項１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項３】
用いられる希土類磁石用合金粉末の粒度が平均粒径で１〜２０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項４】
上記液状有機化合物を内面に直接スプレー及び／又は含浸させた布、不織布もしくはスポンジにて塗布した金型に上記希土類磁石用合金粉末を充填することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項５】
液状有機化合物の金型内面に対する塗布量が１×１０-4〜５×１０-3ｃｃ／ｃｍ2金型である請求項１乃至４のいずれか１項記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項６】
液状有機化合物が、沸点２００℃以上３００℃以下で、動粘度が１〜１０ｃＳｔである請求項１乃至５のいずれか１項記載の希土類磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にはＮｄ系、Ｓｍ系焼結磁石等を得る場合に好適とされる希土類磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
希土類焼結磁石は、その高い磁気特性のために、フェライト等に比べて非常に高価であるにも関わらず近年高い需要を示している。Ｎｄ系磁石は磁気特性が高く、比較的価格も安いことから、ＨＤＤ用ＶＣＭや産業用モータ等広範な分野に使用されている。また、Ｓｍ系磁石は、温度特性に優れ、高温でも十分な保磁力及び磁化を有していることから、高温耐久性が必要となる産業用モータ、アクチュエーター等の分野に使用されている。
【０００３】
希土類磁石は、一般的に粉末冶金法を用いて製造され、以下のような工程を経る。即ち、所定の組成となるよう原料を配合し、高周波溶解炉等を用いて溶解し、鋳造することにより合金を作成でき、その合金を粉砕して平均粒径１〜２０μｍの微粉末を得、その微粉末を磁場中にて所望の形状に圧縮成形することにより磁性粉末の成形体が得られる。その後、焼結及び熱処理を施すことによって焼結磁石となる。
【０００４】
粉末冶金法を用いた製造方法では、微粉末を型の内部に充填して外部より高い圧力を印可し圧縮成形し、成形体を作製する必要がある。微粉末の充填方法としては、水、有機溶媒等の液体と微粉末を混合し、スラリー状にして型内に充填する方法や、乾いた微粉末を充填する方法がある。スラリーを用いる場合、型は排液性能を有する材料で作製されるか又は排液設備を有する金型を用いて圧縮成形を行う必要がある。そのため、磁石を製造するための磁場を印可する設備に加えて、常にスラリーが混合された状態でスラリーを維持、供給するための設備や、成形のための排水設備等を備えた複雑な成形設備が必要となるばかりでなく、成形中に排液工程も含まれることから、成形に必要な時間がかかる。成形後も完全には排液されておらず、更に真空引きなどを用いた脱液処理が不可欠となり、成形のみならず、その前後の工程も非常に複雑となる。
【０００５】
また、乾いた微粉末を圧縮成形する方法としては、ゴム型内に微粉末を充填し、静水圧を用いて等方的に圧縮する方法や、金型を用いて一軸加圧を行い、圧縮成形する方法があるが、ゴム型を用いた静水圧成形法は、等方的に圧縮成形されるため、成形体の密度を高くすることができる、成形体密度のばらつきを少なくすることができるなどのメリットがあるものの、成形体の末端部の形状がいびつになり、磁場による微粉末の配向と静水圧成形とを同時に行うことが非常に困難であり、更にクラック防止のためにゆっくり除圧する必要があり、成形に要する時間が長いなどのデメリットがある。
【０００６】
このため粉末冶金法による希土類磁石を製造するための磁場中圧縮成形法としては、乾いた微粉末と金型を用いた一軸加圧による圧縮成形が一般的に用いられている。金型成形では、金型の形状を所望する製品の形状に応じて設計することにより、任意の形状の製品を製造することが可能であり、製品の加工がいらない、又は仕上げ加工時のロスが最小限にとどめられるというメリットを有している。他方、微粉末を金型内で高圧を用いて圧縮成形する必要があるために、金型と微粉末或いは金型同士の摩擦が非常に大きく、金型に接する面では、金型との焼き付きが発生し、金型に傷が生じるために傷が成形体に転写され、所定の形状が得られない、傷を起点として成形体に微細なクラックが生じるなどの不都合が生じる場合がある。
【０００７】
金型との摩擦の軽減及び傷を防止するために、金型の内面を鏡面研摩したり、超硬などの硬い金属を金型材料として用いたりするが、いずれも十分ではなく、１ショット或いは数ショット毎に金型内面に付着した微粉末を除去するなどの処置を施す必要があり、非常に生産効率が悪い。
【０００８】
予め微粉末の潤滑性を向上させるために潤滑効果を有する有機化合物などを微粉末に混合する方法もあるが、微粉末と金型の潤滑効果は認められるものの、金型同士の潤滑には寄与せず、また潤滑効果を高めるために微粉末への有機化合物の添加量を増加させると、潤滑剤中に存在する炭素の磁石中に残留する量が増加することによって、結果として保磁力が減少する、角形性が悪化するなどの磁気特性に問題が生じる。
【０００９】
このように、粉末冶金法による希土類磁石の磁場中圧縮成形に用いられる金型を用いた一軸加圧による圧縮成形の際に、金型と微粉末の焼き付きによる金型内面での傷の発生に伴い、所定の形状が得られなく、成形体に微細なクラックが発生し、金型内面の掃除に伴う生産効率の悪化、微粉に添加する有機化合物による磁気特性に問題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来の希土類磁石の製造にかかわる問題点に鑑みなされたもので、効率よく、実用上十分の保磁力を有し、高い残留磁化を有する高性能希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、かかる課題を解決するために、希土類磁石の製造条件、特に金型を用いた一軸加圧による磁場中成形工程を詳細に検討した結果、金型内面に直接潤滑効果を有する液体を塗布することで潤滑性を保持させることに着目し、種々の液状有機化合物を金型内面にスプレー或いは布、不織布又はスポンジで塗布することによる金型潤滑方法を試みたところ、成形時に生ずる金型と微粉末或いは金型同士の摩擦が減少し、金型内面の傷の発生が抑制されることを見出した。即ち、沸点が１５０℃以上３５０℃以下で、室温での動粘度が０．１ｃＳｔ以上１００ｃＳｔ以下である液状有機化合物を金型内面に上記いずれかの方法で塗布することにより、金型内面の傷の発生や成形体のクラックが抑制され、かつ必要上十分な保磁力及び角形性を有する希土類磁石を製造することが可能となって、本発明を完成させた。
【００１２】
従って、本発明は、希土類磁石用合金粉末を磁場中において一軸加圧により金型で乾式成形し、その後焼結して希土類焼結磁石を製造する方法において、磁場中で金型成形する際に用いられる金型潤滑剤として、脂肪酸及びそのエステル並びに高級アルコールから選ばれる炭素数５〜２０であって、沸点が１５０℃以上３５０℃以下で、動粘度が０．１ｃＳｔ以上１００ｃＳｔ以下である液状有機化合物を用い、この液状有機化合物を内面に塗布した金型に上記希土類磁石用合金粉末を充填し、磁場中で成形し、焼結することを特徴とする希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明が適用される希土類永久磁石は、特にＮｄ系希土類磁石、Ｓｍ系希土類磁石が好ましく、ジェットミル等で最終粉砕された好ましくは平均粒径１〜２０μｍの希土類磁石用合金微粉末を磁場中で金型を用いて成形する際に、沸点が１５０℃以上３５０℃以下で、室温での動粘度が０．１ｃＳｔ以上１００ｃＳｔ以下である物理的性質を有する液状の有機化合物を金型の潤滑剤として用いる。
【００１４】
液状の有機化合物としては、脂肪酸又はそのエステル、高級アルコールから選ばれる炭素数５〜２０の有機化合物であり、単独或いはその混合物など、種々の種類及び組み合わせが考えられるが、基本的には液状であって、混合物の場合は少なくともその１種以上の有機化合物が上記の物理的性質を有している必要がある。なお、必要により溶媒としてエタノール等のアルコール、フロン等を配合し、溶媒で希釈して調整して潤滑剤として用いることもできる。この場合、広範囲に塗布する際に塗布性を向上させるために、約３０重量％以上液状有機化合物を含有するように溶媒で希釈して用いることが好ましい。
【００１５】
金型の潤滑剤として用いられる液状有機化合物の沸点が１５０℃未満では、室温中においても揮発するため、金型壁面に残留する量が減少するので、使用量を多くする必要があるため好ましくなく、３５０℃を超えると、成形体表面に残留した金型潤滑用の液状有機化合物を完全に脱脂することができず、結果として磁石中に炭素として残留し磁気特性、形状等に悪影響を及ぼすため好ましくない。より好ましくは、２００℃以上３００℃以下の沸点を有する液状有機化合物がよい。
【００１６】
また、室温での動粘度が０．１ｃＳｔ未満では、十分に金型同士或いは金型と微粉末との潤滑性を維持することが困難であるので好ましくなく、１００ｃＳｔを超えると粘性が増し、微粉末を巻き込み、微粉末と液状有機化合物の混合状態となってしまい、かえって金型に傷を付ける要因となってしまう場合があるために好ましくなく、１〜１０ｃＳｔの液状有機化合物を用いることが更に好ましい。なお、動粘度の数値は、測定時の環境温度が室温での測定結果を用いることが望ましいが、一般的には室温近傍の４０℃前後で測定が行われることが多く、その測定値は室温での結果とほぼ同等と考えることができるので、それらの数値を室温の動粘度として用いることができる。
【００１７】
本発明においては、特にＮｄ系又はＳｍ系焼結磁石の製造に好適であるが、Ｎｄ系或いはＳｍ系焼結磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等が挙げられ、通常、合金溶解、粗粉砕、微粉砕、磁場中成形、焼結、熱処理の工程を経て製造されるが、磁場中成形工程時に金型内面に沸点が１５０℃以上３５０℃以下で、室温での動粘度が０．１ｃＳｔ以上１００ｃＳｔ以下である物理的性質を有する液状の有機化合物をスプレー又は上記液体を含浸させた布、不織布或いはスポンジ等でおおよそ１×１０-4〜５×１０-3ｃｃ／ｃｍ2金型に塗布することにより、成形圧力印可時の微粉末と金型、或いは上パンチとダイ、下パンチとダイ同士の摩擦が軽減される結果、金型内面の傷の発生やそれに伴う形状不良、成形体のクラックが抑制され、健全な形状を有した成形体をより簡便に製造することができ、かつ成形体表面の金型潤滑材料の付着による磁石中の炭素含有量の増加に伴う磁気特性の悪化、特には保磁力の著しい減少もなく、必要上十分な保磁力を有する希土類磁石を製造することが可能となる。
【００１８】
希土類磁石用合金の製造方法は、まず、Ｎｄ系磁石及びＳｍ系磁石のどちらの場合も、目標の組成となるように原材料を配合し、真空中或いは不活性ガス雰囲気中にて高周波溶解炉等を用いて溶解し、溶湯を鋳造して合金を作製する。溶湯を鋳型に流し込むことによって鋳造してもよいし、単ロール、双ロール等を用いてストリップキャスティングを行い、鋳造してもよい。また、得られた合金は、合金組織の均質化を目的として、必要に応じて合金の融点以下の温度で溶体化処理を施してもよい。次に、作製した合金を不活性ガス雰囲気中にてジョウクラッシャー、ブラウンミル、ピンミル等を用いて機械的に粗粉砕を行い、所用合金の粗粉を得る。粗粉砕の方法として、当該合金の水素吸蔵放出特性を用い、水素の吸蔵に伴う内部応力を利用して合金にクラックを生じさせることで粗粉砕を行い、合金の粗粉を得ることもできる。得られた粗粉末を更にアトライターミル、ジェットミル等を用いて微粉砕を行い、平均粒径１〜２０μｍの微粉末を得る。
【００１９】
その後、本発明の特徴である、沸点が１５０℃以上３５０℃以下で、室温での動粘度が０．１ｃＳｔ以上１００ｃＳｔ以下である物理的性質を有する液状の有機化合物を金型内面にスプレー、又は上記液体を含浸させた布、不織布或いはスポンジ等で適量、好ましくは１×１０-4〜５×１０-3ｃｃ／ｃｍ2を塗布した後、該金型に平均粒径１〜２０μｍの上記微粉末を充填し、通常１０ｋＯｅ以上の磁場中にて０．１〜２ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力にて成形し、密度が３〜５ｇ／ｃｃの成形体を得ることができる。なお、金型としては、公知のものが使用できる。
【００２０】
以上のようにして得られた成形体は、Ｎｄ系磁石の場合、１０００〜１１５０℃の真空中或いはアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で０．１〜１０時間焼結を行い、冷却した後、４００〜１０００℃で０．１〜１０時間の熱処理を１回以上行い、Ｎｄ系磁石とする。Ｓｍ系磁石の場合、１１００〜１２５０℃の真空中或いは不活性ガス雰囲気中で０．１〜１０時間焼結を行い、冷却した後、１０００〜焼結温度以下の真空中或いは不活性ガス雰囲気中で０．１〜１０時間熱処理を行い、冷却する。その後、６００〜９５０℃の真空中或いは不活性ガス雰囲気中で０．５〜５０時間保持した後、０．１〜１０℃／ｍｉｎの速度で４００℃以下まで冷却する熱処理を１回以上行い、Ｓｍ系磁石とする。
【００２１】
なお、焼結の前に、塗布した金型潤滑剤を積極的に除去する目的で５００℃以下の温度で真空中、或いは不活性ガス気流中にて０．５〜１０時間保持、又は５００℃まで１〜１０℃／ｍｉｎの範囲で昇温を行って、脱脂することができる。
【００２２】
このようにして得られた磁石は、成形体中及び焼結体中に傷或いはクラック等が見受けられず、健全な形状を有する。また、金型内面にも傷の発生はほとんど認められず、金型掃除等のメンテナンス作業軽減の伴う生産効率の改善に非常に効果を有する。更に、金型潤滑剤の成形体への残留に伴う磁気特性の劣化も見受けられない等、本発明によりＮｄ系磁石などの希土類磁石の生産性を著しく向上させる効果を有する。
【００２３】
このように、本発明は、特に乾いた微粉末を用い、粉末冶金法による希土類磁石を製造するための、金型を用いた磁場中圧縮成形において、圧縮成形時の金型と微粉末或いは金型同士での摩擦に起因する金型面上の傷の発生と、その傷に伴う成形体の形状不良、成形体のクラックの発生などを生産効率を下げることなく、また磁気特性を低下させることなく防止することができる。
【００２４】
即ち、室温での動粘度が０．１ｃＳｔ以上１００ｃＳｔ以下である物理的性質を有する液状有機化合物を潤滑剤に用いることにより、金型内面に直接スプレー、又は上記液体を含浸させた布、不織布或いはスポンジ等で適量塗布することにより、生産性を犠牲にすることなく金型潤滑剤の塗布を行うことができる。また、液状有機化合物の沸点が１５０℃以上３５０℃以下である物理的性質を有することにより、焼結工程の昇温時、或いは積極的な熱処理除去によって、磁石微粉末と反応することなく蒸発するため、金型潤滑剤に起因する磁石中に残留する炭素がないか、非常にわずかとなって、磁気特性に悪影響を及ぼさないものと考えられる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施態様を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
［実施例１、比較例１］
組成式Ｓｍ１２．０、Ｆｅ１７．５、Ｃｏ６３．３、Ｃｕ５．０、Ｚｒ２．２（数値はａｔ％）となる合金を、純度９９．９％以上の各原料を誘導加熱高周波溶解炉にてＡｒガス雰囲気中で溶解し、鋳造して、インゴットとして作製した。この合金インゴットをＡｒガス雰囲気中でジョウクラッシャー、及びブラウンミルを用いて粗粉砕し、その後ジェットミルを用いて微粉砕を行い、平均粒径で３．５μｍの微粉末を得た。金型内面に成形時に毎回、動粘度約６ｃＳｔで沸点が２４０℃である有機化合物カプリル酸と、エタノールを１：２の割合で混合したものをスプレーにて１×１０-3ｃｍ3／ｃｍ2直接塗布したのち、該金型にこの微粉末を充填し、粉末の方位をそろえるために印可した約１５ｋＯｅの磁場中で、磁場に対して垂直な方向に約１．５ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力にて加圧成形して、成形体密度４．６ｇ／ｃｃの成形体を得た。金型に生じた傷、成形体の欠け、クラックの有無を評価するため、連続して成形を行った。これらの成形体をＡｒガス気流中で４００℃まで１０℃／ｍｉｎの速度で昇温したのち、引き続き真空中にて１２００℃で６０分焼結を行い、その後１１５０℃で６０分熱処理後冷却して、焼結体を得た。このようにして得られた焼結体を、不活性ガス中で８００℃で４時間保持したのち、１℃／ｍｉｎで室温まで冷却する処理を２回施して、Ｓｍ系磁石の実施例とした。
【００３０】
成形時に金型内面に全く何も塗布しない以外は実施例と同様に行って得られた同一組成の成形体に、実施例と同一の焼結及び熱処理を施した試料をＳｍ系磁石の比較例とした。
【００３１】
各試料の連続成形可能個数、残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃｉ）、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）を求めた結果は表１に示す通りである。表中、連続成形個数ごとに成形体の状態を目視にて観察した結果を記号にて表してある。○は目視にて成形体が健全な状態であることを表し、△は成形体に傷が生じている状態を表し、×は成形体にクラック或いは欠けが発生した状態を表す。
【００３２】
【表１】
0004159775.tif 000002
【００３３】
表１から明らかなように本発明の方法によれば、成形体に傷、欠け、或いはクラックを生じさせることなく３００個以上の成形体を連続して作製することが可能である。また、本発明の方法によって磁気特性の悪化は見られなかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の製造方法により、生産性の向上に伴い、安定して高品質で安価な希土類永久磁石を提供することができ、産業上その効果は極めて高い。