JPH0545045B2

JPH0545045B2 -

Info

Publication number: JPH0545045B2
Application number: JP60200890A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Hamada; Tetsuharu Hayakawa
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1985-09-10
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1993-07-08
Also published as: JPS6260212A

Description

【発明の詳細な説明】

利用産業分野この発明は、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料の製
造方法に係り、Al薄膜層を被着した後、シヨツ
トピーニングを施すことにより、焼結永久磁石表
面の研削加工等に伴なう磁石特性の劣化を防止
し、さらに磁石材料の耐食性被膜の密着性を改善
した耐食性のすぐれたFe−Ｂ−Ｒ系磁石材料の
製造方法に関する。背景技術現在の代表的な永久磁石材料は、アルニコ、ハ
ードフエライトおよび希土類コバルト磁石であ
る。この希土類コバルト磁石は、磁気特性が格段
にすぐれているため、多種用途に利用されている
が、主成分のSm、Goは共に資源的に不足し、か
つ高価であり、今後長期間にわたつて、安定して
多量に供給されることは困難である。そのため、磁気特性がすぐれ、かつ安価で、さ
らに資源的に豊富で今後の安定供給が可能な組成
元素からなる永久磁石材料が切望されてきた。本出願人は先に、高価なSmやCoを含有しない
新しい高性能永久磁石としてFe−Ｂ−Ｒ系（Ｒ
はＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種）永
久磁石を提案した（特開昭59−46008号、特開昭
59−64733号、特開昭59−89401号、特開昭59−
132104号）。この永久磁石は、ＲとしてNdやPrを中心とす
る資源的に豊富な軽希土類を用い、Ｂ、Feを主
成分として25MGOe以上、最高では45MGOe以
上にも達する極めて高いエネルギー積を示す、す
ぐれた永久磁石である。最近、磁気回路の高性能化、小形化に伴ない、
Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料が益々注目されてき
た。かかる用途の永久磁石材料を製造するには、
成形焼結した焼結磁石体表面の凹凸や歪みを除去
するため、あるいは表面酸化層を除去するため、
さらには磁気回路に組込むために、磁石体の全面
あるいは所要表面を切削加工あるいは研削加工す
る必要があり、加工には外周刃切断機、内周刃切
断機、表面研削機、センタレスグラインダー、ラ
ツピングマシン等が使用される。しかしながら、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石材料を
切削または研削加工すると、Fe−Ｂ−Ｒ系永久
磁石材料は、主成分として、空気中で極めて酸化
しやすく、直ちに安定な酸化物を生成する希土類
元素及び鉄を含有するため、発熱したり大気と加
工面との接触により酸化層が生成し、磁気特性の
劣化を招来する問題があつた。また、Fe−Ｂ−Ｒ系磁気異方性焼結体からな
る永久磁石を、磁気回路に組込んだ場合に、磁石
表面に生成する酸化物により、磁気回路の出力低
下及び磁気回路間の特性のばらつきを惹起し、ま
た、表面酸化物の脱落による周辺機器への汚染の
問題があつた。そこで、出願人は先に、上記のFe−Ｂ−Ｒ系
永久磁石の耐食性の改善のため、磁石体表面に無
電解めつき法あるいは電解めつき法により耐食性
金属めつき層を被覆した永久磁石（特願昭58−
162350号）及び磁石体表面にスプレー法あるいは
浸漬法によつて耐食性樹脂層を被覆した永久磁石
を提案（特願昭58−171907号）した。しかし、前者のめつき法では永久磁石体が焼結
体であり有孔性のため、この孔内にめつき前処理
で酸性溶液またはアルカリ性溶液が残留し、経年
変化とともに発錆する恐れがあり、また磁石体の
耐薬品性が劣るため、めつき時に磁石表面が腐食
されて密着性・防食性が劣る問題があつた。また後者のスプレー法による樹脂の塗装には方
向性があるため、被処理物表面全体に均一な樹脂
被膜を施すのに多大の工程、手間を要し、特に形
状が複雑な異形磁石体に均一厚みの被膜を施すこ
とは困難であり、また浸漬法では樹脂被膜厚みが
不均一になり、製品寸法精度が悪い問題があつ
た。このため発明者らは、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石
の耐食性を改善する方法として、焼結磁石体表面
に、特定粒径、硬度を有する硬質粉末よるグリツ
トブラストを施した後、薄膜形成技術にて、磁石
体表面にAl薄膜層を被着した永久磁石材料（特
願昭60−110793号）を提案した。発明が解決しようとする課題これにより、Fe−Ｂ−Ｒ系永久磁石は著しく
耐食性を増したが、上記Al薄膜は、蒸着法等に
おいて、蒸発したAl粒子が、磁石体表面に堆積
して形成されるため、密度不足を生じ、長期間に
わたる使用において、局部的にAl薄膜が剥離し
たり、薄膜層に亀裂を生じたり、局部的な錆発生
が懸念される問題があつた。この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とす
る新規な永久磁石材料において、焼結磁石体の切
削加工あるいは研削加工に伴なう磁気特性の劣化
を改善し、さらに、腐食性薬品等を使用あるいは
接触させることなく、密着性、防食性にすぐれた
耐食性薄膜層を被着させた永久磁石材料の製造方
法の提供を目的としている。課題を解決するための手段この発明は、Ｒ（ＲはNd、Dr、Dy、Ho、Tbのうち少なくと
も１種あるいはさらに、La、Ce、Sm、Gd、Er、
Eu、Tm、Yb、Lu、Ｙのうち少なくとも１種か
らなる）10原子％〜30原子％、 B2原子％〜28原子％、 FE65原子％〜80原子％を主成分とし、主相が
正方晶相からなる焼結永久磁石体の表面に、Al
薄膜層を被着した後、シヨツトピーニングを施す
ことを特徴する永久磁石材料の製造方法である。この発明において、焼結磁石体の表面、例えば
酸化表面相を除去した清浄表面にAl層を被着さ
せるには、真空蒸着、スパツタリング、イオンプ
レーテイング等の薄膜形成方法が適宜選定利用で
きる。また、薄膜層の厚みは、薄膜層の剥離ある
いは機械的強度の低下並びに防食性の確保等を考
慮して、30μｍ以下の厚みが好ましく、最も好ま
しくは5μｍ〜25μｍの層厚みである。この発明において、Al薄膜層の被着前の焼結
磁石体表面に所要形状からなる硬質粉末を加圧気
体とともに噴射するグリツトブラストを行うこと
は、焼結磁石体の黒皮、酸化層や加工歪層等の表
面層を除去して、表面を清浄化させて後工程で被
着するAl薄膜層の耐食性を向上させることがで
きるため、有効な処理である。このグリツトブラストに使用する硬質粉末とし
ては、モース硬度が５以上のAl₂O₃系、炭化けい
素系、ZrO₂系、炭化硼素系、ガーネツト系等の
粉末があり、硬度の高いAl₂O₃系粉末が好まし
い。上記の不定形硬質粉末のモース硬度が、５未満
では研削力が小さすぎて、研削処理時間に長時間
を要して好ましくない。また、不定形硬質粉末の平均粒度を20μｍ〜
35μｍとするのは、20μｍ未満では研削力が小さ
すぎて研削に長時間を要し、また、350μｍを超
えると焼結磁石体表面の面粗度が粗くなりすぎ、
研削量が不均一となり、好ましくないためであ
る。また、不定形硬質粉末の噴射条件として、圧力
1.0Kg／cm²未満では研削処理に長時間を要し、ま
た、圧力6.0Kg／cm²を超えると磁石体表面の研削
量が不均一となり、面粗度の劣化が懸念される。さらに、噴射時間が0.5分間未満では研削量が
小さくかつ不均一であり、また、60分を超えると
磁石体表面の研削量が多くなり、面粗度が悪化し
て好ましくない。また、硬質粉末の噴射用加圧流体としては、空
気あるいはAr、N₂ガス等の不活性ガスが利用で
きるが、磁石体の酸化防止のためには、不活性ガ
スが好ましく、また、空気を用いる場合は、除湿
を行なつた空気が望ましい。この発明において、シヨツトピーニング用粉末
としては、モース硬度３以上の球状硬質粉末を用
い、スチールボールやガラスビーズ等が利用で
き、被着したAl薄膜層の硬度と同等以上の硬度
であればよく、ガラスビーズが好ましい。ピーニング用球状粉末のモース硬度が、３未満
ではAl薄膜層の硬度より小さくなり、ピーニン
グ効果が得られないため好ましくない。また、ピーニング用球状粉末の平均粒度を30μ
ｍ〜30μｍとするのは、30μｍ未満ではAl薄膜層
に対する押圧力が小さく処理に長時間を要し、ま
た、3000μｍを超えると焼結磁石体表面の面粗度
が粗くなりすぎ、仕上面が不均一となり、好まし
くないためである。さらに好ましい平均粒度は、
40μｍから2000μｍである。また、球状粉末の噴射条件としては、圧力1.0
Kg／cm²未満ではAl薄膜層に対する押圧力が小さ
く処理に長時間を要し、また、圧力5.0Kg／cm²を
超えるとAl薄膜層への押圧力が不均一となり、
面粗度の悪化を招来するさらに、噴射時間が１分間未満では全表面を均
一に処理できず、また、噴射時間の上限は、ピー
ニングの処理量、処理条件によつて決定される
が、60分を超えると面粗度が悪化して好ましくな
い。永久磁石材料の成分限定理由この発明の永久磁石材料に用いる希土類元素Ｒ
は、組成の10原子％〜30原子％を占めるが、Nd、
Pr、Dy、Ho、Tbのうち少なくとも１種、ある
いはさらに、La、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、Tm、
Yb、Lu、Ｙのうち少なくとも１種を含むものが
好ましい。また、通常Ｒのうち１種をもつて足りるが、実
用上は２種以上の混合物（ミツシユメタル、ジジ
ム等）を入手上の便宜等の理由により用いること
ができる。なお、このＲは純希土類元素でなくてもよく、
工業上入手可能な範囲で製造上不避な不純物を含
有するものでも差支えない。Ｒは、新規な上記系永久磁石材料における必須
元素であつて、10原子％未満では結晶構造がα鉄
と同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特
性、特に高保磁力が得られず、30原子％を超える
とＲリツチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度
（Br）が低下して、すぐれた特性の永久磁石が得
られない。よつて、Ｒは10原子％〜30原子％の範
囲とする。Ｂは、この発明による永久磁石材料における必
須元素であつて、２原子％未満では菱面体構造が
主相となり、高い保磁力（iHc）は得られず、28
原子％を超えるとＢリツチな非磁性相が多くな
り、残留磁束密度（Br）が低下するため、すぐ
れた永久磁石が得られない。よつて、Ｂは２原子
％〜28原子％の範囲とする。 Feは、新規な上記系永久磁石における必須元
素であり、65原子％未満では残留磁束密度（Br）
が低下し、80原子％を超えると高い保磁力が得ら
れないので、Feは65原子％〜80原子％の含有と
する。また、この発明による永久磁石材料において、
Feの一部をCoで置換することは、得られる磁石
の磁気特性を損うことなく、温度特性を改善する
ことができるが、Co置換量がFeの20％を超える
と、逆に磁気特性が劣化するため好ましくない。
Coの置換量がFeとCoの合計量で５原子％〜15原
子％の場合は（Br）は置換しない場合に比較し
て増加するため、高磁束密度を得るために好まし
い。また、この発明による永久磁石材料は、Ｒ、
Ｂ、Feの他、工業的生産上不可避的不純物の存
在を許容できるが、Ｂの一部を4.0原子％以下の
Ｃ、3.5原子％以下のＰ、2.5原子％以下のＳ、3.5
原子％以下のCuのうち少なくとも１種、合計量
で4.0原子％以下で置換することにより、永久磁
石の製造性改善、低価格化が可能である。また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、
Ｒ−Ｂ−Fe系永久磁石に対してその保磁力、減
磁曲線の角型性を改善あるいは製造性の改善、低
価格化に効果があるため添加することができる。 9.5原子％以下のAl、4.5原子％以下のTi、 9.5原子％以下のＶ、8.5原子％以下のCr、 8.0原子％以下のMn、5.0原子％以下のBi、 9.5原子％以下のNb、9.5原子％以下のTa、 9.5原子％以下のMo、9.5原子％以下のＷ、 2.5原子％以下のSb、７原子％以下のGe、 3.5原子％以下のSn、5.5原子％以下のZr、 9.0原子％以下のNi、9.0原子％以下のSi、 1.1原子％以下のZn、5.5原子％以下のHf、のうち少なくとも１種を添加含有、但し、２種以
上含有する場合は、その最大含有量は当該添加元
素のうち最大値を有するものの原子％以下の含有
させることにより、永久磁石の高保磁力化が可能
になる。結晶相は主相が正方晶であることが、微細で均
一な合金粉末より、すぐれた磁気特性を有する焼
結永久磁石を作製するのに不可欠である。また、この発明の永久磁石材料は平均結晶粒径
が１〜80μｍの範囲にある正方晶系の結晶構造を
有する化合物を主相とし、体積比で１％〜50％の
非磁性相（酸化物相を除く）を含むことを特徴と
する。また、この発明の永久磁石は、磁場中プレス成
型することにより磁気的異方性磁石が得られ、ま
た、無磁界中でプレス成型することにより、磁気
的和度方性磁石を得ることができる。作用この発明は、焼結磁石体表面に、Al薄膜層を
被着し、酸化や切削加工にともなう磁石特性の劣
化を改善し、さらに、所要形状からなる特定の粉
末を加圧気体とともに噴射して、該Al薄膜層の
緻密化を計り、材料と表面薄膜層との密着性を改
善し、材料の耐食性をなお一層向上させたもので
ある。この発明による永久磁石材料は、保磁力iHc≧
1kOe、残留磁束密度Br＞4kG、を示し、最大エ
ネルギー積（BH）maxは、（BH）max≧
10MGOeを示し、最大値は25MGOe以上に達す
る。また、この発明による永久磁石のＲの主成分
が、その50％以上をNd及びPrを主とする軽希土
類金属が占める場合で、R12原子％〜20原子％、
B4原子％〜24原子％、Fe74原子％〜80原子％を
主成分とするとき、（BH）maxが35MGOe以上
のすぐれた磁気特性を示し、特に軽希土類金属が
Ndの場合には、その最大値が45MGOe以上に達
する。実施例出発原料として、純度99.9％の電解鉄、フエロ
ボロン合金、純度99.7％以上のNdを使用し、こ
れらを配合後高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に
鋳造し、16.0Nd7.0B77.0Feなる組成の鋳塊を得
た。その後このインゴツトを、スタンプミルにより
粗粉砕し、次にボールミルにより微粉砕し、平均
粒度2.8μｍの微粉末を得た。この微粉末を金型に挿入し、15kOeの磁界中で
配向し、磁界に垂直方向に、1.2ton／cm²の圧力で
成型した。得られた成型体を、1100℃、１時間、Ar雰囲
気中の条件で焼結し、長さ25mm×幅40mm×厚み30
mm寸法の焼結体を得た。さらに、Ar中での800
℃、１時間と630℃、1.5時間の２段時効処理を施
した。上記の永久磁石体を、大気中でダイヤモンド
＃200番を砥石として、回転数2400rpm、送り速
度５mm／minで、長さ５mm×幅10mm×厚み３mm寸
法に切出した。さらに、この切出し試料に、平均粒径50μｍ、
モース硬度９の不定形Al₂O₃硬質粉末を用いて、
圧力2.5Kg／cm²、N₂ガスの加圧気体とともに、20
分間噴射する条件のグリツトブラストを施し、上
記磁石体の表面層を除去した。次に、真空度５×10^-5Torrの真空容器内に、
上記試料を入れ、Arガスを送入し、１×
10^-2TorrのArガス中、500Vの電圧で15分間の放
電を行なつた後、引続きコーテイング材料とし
て、純99.99％のAl板を用い、これを加熱して蒸
発Alをイオン化し、これらイオン化粒子が電界
に引かれて、陰極を構成する前記試験片に付着
し、Al薄膜を形成した。試験片表面に形成した
薄膜厚みは15μｍであつた。上記イオン・プレーテイング条件は、電圧
1.5kV、10分間処理であつた。さらに、Al薄膜層を被着した磁石体試料に、
平均粒径120μｍ、モース硬度６の球状ガラスビ
ーズ粉末を用いて、圧力1.5Kg／cm²、N₂ガスの加
圧気体とともに、５分間噴射する条件のシヨツト
ピーニングを施して試験片を得た（本発明１）。これらの試験片に耐食性試験と耐食性試験後の
薄膜の密着強度試験を行なつた。また、耐食性試
験前後の磁気特性を測定した。試験結果及び測定
結果を第１表に示す。また、比較のため、前記の切出しままの試験片
（比較例２）及び上記試験片に、本発明と同条件
のグリツトブラストを施し、トリクレンにて３分
間溶剤脱脂し、５％NaOHにて60℃、３分間の
アルカリ脱脂した後、２％HClにて室温、10秒間
の酸洗し、ワツト浴にて電流密度4A／ｄm²、浴
温度60℃、20分間の条件にて、電気ニツケルめつ
きを行ない表面に20μｍ厚みのニツケルめつき層
を有する比較試験片（比較例３）を得た。さら
に、上記のAl薄膜層を被着させたのち、シヨツ
トピーニング処理しない比較試験片（比較例４）
を得た。これらの比較試験片に上記の実施例１と同一の
試験及び測定を行ない、その結果を同様に第１表
に示す。耐食性試験は、上記試験片を70℃の温度90％の
湿度の雰囲気に、500時間放置した場合の試験片
外観状況及び密着強度、耐蝕試験前後の磁気特性
でもつて評価した。また、この発明の試験片１は
上記条件で発錆するまでの時間を調べた。また、密着強度試験は、耐蝕性試験後の本発明
１及び比較例３、４試験片を、破断して破断面を
観察することで評価した。

【表】発明の効果実施例の第１表より明らかなように、焼結永久
磁石体の表面にAl薄膜層を被着した後、シヨツ
トピーニングを施すこの発明方法により、切削加
工あるいは研削加工による磁気特性の劣化が改善
され、さらに、耐食性にすぐれた永久磁石が得ら
れ、その効果が著しいことが分る。この発明の製造方法は、ＲとしてNdやPrを中
心とする資源的に豊富な軽希土類を用い、Ｂ、
Feを主成分として25MGOe以上、最高では
45MGOe以上にも達する極めて高いエネルギー
積並びに、高残留磁束密度、高保磁力を示す、す
ぐれた永久磁石であり、かつ研削加工及び酸化層
による磁気特性の劣化を防止し、かつ防蝕性にす
ぐれたAl薄膜を表面に安定被着したFe−Ｂ−Ｒ
系永久磁石材料を安価に得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｒ（ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbのうち少な
くとも１種あるいはさらに、La、Ce、Sm、Gd、
Er、Eu、Tm、Yb、Lu、Ｙのうち少なくとも１
種からなる）10原子％〜30原子％、B2原子％〜
28原子％、 Fe65原子％〜80原子％を主成分とし、主相が
正方晶相からなる焼結永久磁石体の表面に、Al
薄膜層を被着した後、シヨツトピーニングを施す
ことを特徴とする永久磁石材料の製造方法。