JPH0666174B2 - 希土類ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、希土類ボンド磁石の製造方法に関し、特
に、改良された調製法によって提供される原料粉末を使
用することによって、磁気特性の向上した希土類ボンド
磁石を製造する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、サマリウム・コバルト系やネオジム・鉄・ボロン
系のような、希土類金属を含むボンド磁石は、その高い
磁気特性が評価されて、近年著しく開発が進み、広く実
用に供されている。

この希土類ボンド磁石は、例えば、所定割合に配合した
原料金属をアーク溶解または真空アーク溶解により溶解
し、それによって生成した溶湯を鋳造して得たインゴッ
トを、窒素またはアルゴンのような不活性ガス雰囲気の
下に、スタンプミル、ハンマーミル、ローラミル等で数
十メッシュまで粗粉砕するか、あるいは希土類金属酸化
物を他の金属粉末の共存の下に還元することによって得
られた粗粉末を、トルエンのような有機溶剤中または不
活性ガス中で、ボールミル、振動ミル、ジェットミル、
またはアトライタ等を用いて微粉砕することによって数
μ程度の大きさの微粉末を調製し、ついでこの微粉末の
エポキシ樹脂やアクリル樹脂のような熱硬化性の合成樹
脂を均一に混合してから磁場成形するか、あるいは前記
微粉末を磁場成形してから前記合成樹脂を含浸させた
後、真空中またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で、
前記成形体を加熱処理し、その合成樹脂を硬化させるこ
とによって、製造されている。

さらに、上記希土類・ボロン系のような希土類金属を含
む磁石合金塊に水素を吸蔵させて自然崩壊可能なほど脆
くなる性質を利用して粉砕しやすくし、この水素吸蔵し
た希土類・鉄・ボロン系磁石合金塊をさらにボールミル
等に装入し、短時間で微粉砕し、得られた希土類・鉄・
ボロン系磁石粉末を同様にして合成樹脂で硬化させるこ
とにより希土類ボンド磁石を製造する方法も知られてい
る（特開昭60-63304号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記希土類合金塊に水素を吸蔵させたのち希土類合金塊
をボールミルで粉砕する方法は、容器内で水素を吸蔵さ
せたのち粉砕用ボールミルに移さなければならないが、
ボールミルに移す時に振動などで水素吸蔵希土類合金塊
が自然崩壊して崩落し、水素吸蔵容器から歩留りよくボ
ールミルに移送することは難しく、また水素吸蔵した希
土類合金塊をボールミルに移す際に前記希土類合金塊が
酸化することは避けれず、さらに 前記希土類合金、特に粉末状の希土類合金は非常に酸化
されやすいので、これを粉砕して希土類磁石の原料粉末
を調製する場合の前記粉砕工程中には、希土類合金の酸
化を防ぐため、前記粉砕工程を、前述のとおり、窒素の
ような不活性ガスやトルエンのような有機溶剤中で遂行
しなければならないが、このような方法によっても、前
記原料粉末を調製するまでに、不活性ガスや有機溶剤な
どの希土類合金を取り巻く雰囲気中の酸素と炭素がこの
希土類合金と結合して原料粉末中に混入し、それによっ
て磁石の磁気特性が著しく低下するという問題があっ
た。

〔研究に基づく知見事項〕

そこで、本発明者等は、このような問題を解決するため
に種々研究を重ねた結果、 (1)前記ボンド磁石を製造する過程で、前記希土類合金
微粉末を調製するに当り、原料の希土類合金の水素を吸
収させ、この水素を吸蔵したままの希土類合金を水素雰
囲気中またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で粉砕す
ると、その合金が、吸収された水素およびその合金を取
り巻く水素または不活性ガスによって効果的に保護され
て、粉砕中、その希土類合金の酸素および炭素による汚
染が著しく防止され、したがってこのような汚染物に起
因する磁気特性の劣化が回避されること、 (2)希土類合金は前記のように水素を吸収すると、脆く
なって砕けやすくなるために、短時間のうちに粉砕を終
らせることができるとともに、粉砕用ボールが装入して
ある容器内で水素吸蔵を行なわせるために、水素吸蔵工
程終了後の粉砕工程中に粗粉末を容器から一旦取り出し
て別の粉砕機に移すことなく、同一の容器内で希土類合
金を一挙に微粉末の形にまで微粉砕できるので、希土類
合金粉砕中に、磁石の磁性を悪化させる酸素や炭素に触
れる機会が減って、一層酸素および炭素の含有量が低下
した微粉末が得られ、さらにこの微粉末の粒度分布が狭
くなって粒子寸法の揃った微粉末が得られる結果、磁石
の磁気特性が向上すること、 (3)上記のように調製された、水素を吸蔵したままの希
土類合金微粉末を真空下で加熱処理すると、その希土類
合金微粉末は、吸蔵していた水素を放出し、その水素の
放出によって、粉砕処理のために前記微粒子中に生じて
いた金属結晶格子間の歪が取り除かれて、形の整った規
則正しい結晶格子が形成され、もって磁石の磁気特性が
向上するとともに、その水素の放出は金属粒子表面を活
性化して、ボンド磁石の結着性を高めること、を見出し
た。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、磁
気特性にすぐれた希土類ボンド磁石の製造方法を提供す
ることを目的とし、希土類合金を粉砕することによって
調製した希土類合金微粉末を原料粉末として、この希土
類合金微粉末を有機バインダーで結合することによって
希土類ボンド磁石を製造する方法において、前記希土類
合金を粉砕用ボールとともに容器内に装入して、この容
器内を１〜５気圧の水素ガス雰囲気に保持して希土類合
金に水素を吸収させた後、その希土類合金を、前記容器
内で、水素ガスまたは不活性ガスの雰囲気の下で微粉砕
し、ついで、その水素を吸蔵したままの希土類合金微粉
末を10^-2〜10^-5torrの真空下、温度：200〜600℃で加熱
処理し、それによって前記吸蔵水素が除去された希土類
合金微粉末を前記原料粉末として使用することを特徴と
するものである。

〔前記手段の具体的な説明〕

この発明は、例えば以下のようにして、遂行される。

(1)希土類合金微粉末の調製 この発明における希土類合金の粉砕は、例えば、第１図
に断面図で示されるようなステンレス鋼製または超硬合
金製の粉砕用ボール４が予め装入されている、真空排気
およびガス封入可能なステンレス鋼製の混合ボールミル
容器１、あるいはこれに類似した構造を有する振動ボー
ルミル容器またはアトライタ容器を利用して遂行するの
が好都合であり、この混合ボールミル容器１の容器本体
２には、Ｏリング５を介してねじ６により容器本体２を
密閉する蓋３、容器本体２に対してガスを排出、導入す
るための導管７が備えられ、そしてこの導管７には、弁
８およびフィルタ９が設けられている。

このような容器を利用して希土類合金微粉末を調製する
には、まず、希土類合金塊Ａを前記容器１内に装入にし
てから、図示されていない真空ポンプにより導管５を通
じて容器１内の圧力が10^-3mmHg程度に低下するまで真空
排気し、ついでその真空ポンプの吸気系を図示されてい
ない水素ガス供給系に切り替え、容器１内の圧力が１〜
５気圧となるまでその容器１に水素ガスを導入して、前
記合金塊Ａに水素ガスを吸収させ、その水素ガス吸収中
には合金が発熱するので、容器１を外側から強制的に水
冷または空冷する。

水素ガスを吸収させるために容器１内の圧力を１〜５気
圧にした理由は、１気圧未満では前記合金塊Ａに短時間
で十分に水素ガスを吸収させることは難しく不経済であ
り、一方、５気圧を越えると希土類合金微粉末の磁気特
性が低下するので好ましくないことによるものである。

水素ガスの吸収が完了した後、容器１内の圧力を水素で
常圧に調製するか、あるいは容器１内に残留している水
素をアルゴンのような不活性ガスで置換してから、回転
ボールミル容器の場合は数時間、回転させ、そして振動
ボールミル容器およびアトライタ容器の場合は数十分な
いし数時間作動させて、前記合金塊Ａを微粉砕し、平均
粒径１〜70μｍ程度の微粉末を形成させる。

この微粉砕は、上記のように水素ガスまたは不活性ガス
のどちらの雰囲気の下で遂行してもよいが、その雰囲気
を不活性ガスとして粉砕するのが安全上好ましい。

このような粉砕法は、乾式法であるため、有機溶剤を使
用する湿式法のような乾燥工程を必要としない利点も有
する。

(2)希土類合金微粉末の加熱処理 ついで、上記のようにして調製された微粉末は、これ
に、一般に、10^-2〜10^-5torrの高度の真空中、３〜10℃
／分の昇温速度で、200〜600℃の範囲内の所定温度に、
その微粉末を昇温して、この温度に30〜240分間保持す
る加熱処理を施すことによって、その微粉末中の吸蔵さ
れていた水素は完全に放出し、その結晶格子内の歪が除
かれた、ボンド磁石の原料粉末となる。

前記加熱処理時の真空度が10^-2torr未満であると原料粉
末の水素は十分に放出されず、一方真空度が10^-5toorを
越える高真空にするには大型の真空装置を必要とするた
めにコストがかかりすぎ、経済的に好ましくない。した
がって、前記加熱処理時の真空度は10^-2〜10^-5torrに定
めた。さらに、加熱処理時の加熱温度が200℃未満では
結晶格子内の歪が十分に除去されず、一方600℃を越え
て加熱しても脱水素効果の格別な向上がみられず、また
磁気特性も低下するところから、前記加熱処理時の温度
は200〜600℃に定めた。また前記真空度および加熱温度
の範囲内に保持しても、30分未満の短時間保持では十分
な脱水素効果は得られず、一方240分を越えて保持して
も、一層の効率的な脱水素効果は示さないところから、
上記保持時間は、30分〜240分に定めた。

このように水素の取り除かれた微粉末は非常に活性な表
面を形成しているので、この微粉末と有機バインダーと
を混合してコンパウンドとする場合、従来両者の馴れ性
をよくするために使用されていた表面活性剤やカップリ
ング剤の使用を省くことができる。

(3)有機バインダーによる原料粉末の結合 前述の加熱処理を施された希土類合金微粉末は、これに
エポキシ樹脂やアクリル樹脂またはゴム状弾性を有する
樹脂等、従来使用されている熱硬化性樹脂からなる有機
バインダーを均一に混合してから、例えば射出成形によ
り磁場成形するか、あるいは前記微粉末を磁場成形して
から、前記有機バインダーを含浸させた後、真空中また
はアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で、前記有機バイン
ダーを熱的に硬化させることによって、一体に固まった
所定形状を有するボンド磁石となる。

〔実施例〕

ついで、この発明の実施例を比較例と対比しながら説明
する。

実施例１ 真空アーク溶解によって溶製したＮｄ_13.5Ｄｙ_1.5Ｆｅ
₇₇Ｂ_８の成分組成を有するオネジム・鉄・ボロン糸磁石
用合金塊190ｇを、超硬合金製ボールとともに、第１図
に示したようなボールミル用ポットに装入してから、ポ
ット内の空気を真空ポンプで圧力：10^-3mmHg以下の真空
となるまで排気しついでそのポット内にアルゴンを導入
した後、そのアルゴンを、再びポット内の圧力が10^-3mm
Hgとなるまで排気し、この操作を２回繰り返してポット
内の空気を排除した。

つぎに、このポット内に高純度水素ガスを２気圧になる
まで圧入すると、数分後に前記合金塊による水素の吸収
が始まり、ポット内の圧力が零気圧になったので、再び
水素ガスをポット内圧力が２気圧になるまで導入した。
この間ポットの温度が上昇したので、ブロワーによりポ
ットを外部から冷やした。

上記の水素ガスの導入を合計３回繰り返したところ、ポ
ットの内圧が降下しなくなったので、余分の水素を放出
し、ポット内圧をほぼ１気圧とした点で弁を閉めてポッ
トを2.5時間回転させ、超硬合金製ボールにより、ポッ
ト内の合金塊を平均粒径：5.7μｍを有する合金微粉末
を調製した。この微粉末の粒径は、フィッシャー・サブ
シブサイザを使用して測定した。

ついで、高真空排気系につないだステンレス鋼製の容器
に前記微粉末を移して、その容器内部を10^-5torrの真空
に保持しながら、４℃／分の昇温速度で600℃までゆっ
くりと昇温し、その微粉末から水素を完全に除去した。

生成した微粉末は非常に活性であり、これをアルゴン気
流の下で、ポリイミド樹脂のピロリドン系溶媒溶液に加
えてスラリーを形成させ、このスラリーを室温で真空乾
燥して溶媒を除去し、それによって、個々の粒子表面が
前記ポリイミド樹脂によって被覆された希土類合金微粉
末を調製した。このときに加えたポリイミド樹脂の添加
量は、この被覆微粉末の全容量を基にして、10容量％で
あった。

つぎに、乾燥した微粉末を、15ＫＯｅの磁場をかけた金
型内で配向させ、圧力：５ton/cm²の下に加圧成形し
て、寸法：10×10×10mmを有する立方体状の成形体を形
成させた後、この成形体を、真空乾燥器内で、温度：17
0℃に30分間保持して硬化させ、それによって本発明ボ
ンド磁石１を製造した。このボンド磁石について測定し
た磁気特性の結果を第１表に示した。

なお、前記原料合金塊を溶製するために使用したネオジ
ムは95％の純度を有し、その不純物はプラセオジムを主
とする軽希土類元素であり、ボロンはフエロボロンとし
て加え、そして鉄は純度：99.9％を有する電解鉄を使用
した。

実施例２ 原料の希土類合金として、ＳｍＣｏ_4.9Ｃｕ_0.7Ｆｅ_1.5
Ｚｒ_0.2の成分組成を有するＳｍ_２Ｃｏ₁₇系の希土類磁
石用共還元粗粉末200ｇを使用し、この粗粉末を実施例
１で用いたボールミル用ポットに超硬合金製ボールとと
もに装入し、水素の吸収が完了した後、ポット内に残留
していた水素をほぼ１気圧のアルゴンガスで置換してか
ら、前記ボールミル用ポットを回転させて超硬合金製ボ
ールにより前記粗粉末を６時間粉砕して、平均粒径：4.
9μｍを有する合金微粉末を調製し、かつポリイミド樹
脂を11容量％添加した点以外は、実施例１で述べた手順
と同様な手順を繰り返すことによって、本発明ボンド磁
石２を製造し、これについて測定した磁気特性の結果を
第１表に示した。

実施例３ 実施例１において得られた脱水素後の活性な微粉末を窒
素雰囲気中、15ＫＯｅの磁場中、圧力：２ton/cm²の下
に加圧成形して、実施例１で述べた寸法と同じ寸法の成
形体を形成させ、ついで、この成形体に、真空下で二液
性のエポキシ樹脂を12容量％含浸させた後、真空乾燥器
中で温度：100℃に１時間保持する熱処理を施すことに
よって、本発明ボンド磁石３を製造し、これについて測
定した磁気特性の結果を第１表に示した。

比較例 比較のため、実施例１において使用したのと同じネオジ
ム・鉄・ボロン系原料合金塊をアルゴン気流中、スタン
プミルによって、24メッシュスルーの粒度を有する粗粉
末にした後、これを同じくアルゴン雰囲気の下に、回転
ボールミルに10時間かけて粉砕して得た、平均粒径：5.
6μｍを有する希土類合金微粉末を原料粉末とし、これ
を実施 例１と同様な方法によりポリイミド樹脂で結合して比較
ボンド磁石を製造し、これについて測定した磁気特性も
第１表に合わせて示した。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明ボンド磁石１ないし
３は、いずれも希土類磁石として十分な磁気特性を備
え、そして原料粉末の調製法のみが異なる本発明ボンド
磁石１と比較ボンド磁石の磁気特性を比較すると、本発
明が従来方法よりも優れていることがわかる。

以上述べた説明から明らかなように、この発明による
と、希土類合金を粉砕するに当って、予めその希土類合
金に水素を吸収させ、かつその水素を吸収した合金を途
中で外部に取り出すことなく１つの容器内で水素ガスま
たは不活性ガス雰囲気の下に、一挙に微粉末の形まで粉
砕するため、この微粉末調製時にそれが酸素や炭素によ
って汚染されるのが防止され、またこの微粉末中に吸収
された水素は、その後の加熱処理中に希土類合金から放
出されることによって、その合金中の結晶格子の歪を除
去してその形を整わせるとともに、希土類合金粒子表面
に活性化させて有機バインダーとの馴れ性を高め、さら
に粉砕工程においては粒度の揃った微粉末が調製される
という種々の要因によって、磁気特性にすぐれ、かつ結
着性の向上したボンド磁石を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を実施する場合に使用される粉砕装
置の一例として示されている混合ボールミル容器の概略
断面図である。図において １…混合ボールミル容器、２…容器本体、 ３…蓋、４…粉砕用ボール、 ７…導管、Ａ…原料合金塊。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 保 埼玉県大宮市北袋町１丁目297 三菱金属 株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−63304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−219904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−23903（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】希土類合金を粉砕することによって調製し
   た希土類合金微粉末を原料粉末として、この希土類合金
   微粉末を有機バインダーで結合することによって希土類
   ボンド磁石を製造する方法において、前記希土類合金を
   粉砕用ボールとともに容器内に装入し、この容器内を１
   〜５気圧の水素ガス雰囲気に保持して希土類合金に水素
   を吸収させた後、その希土類合金を、前記容器内で、水
   素ガスまたは不活性ガスの雰囲気の下で微粉砕し、つい
   で、その水素を吸蔵したままの希土類合金微粉末を10^-2
   〜10^-5torrの高真空雰囲気中、200〜600℃の範囲内の所
   定の温度に30〜240分間保持し、それによって前記吸蔵
   水素が除去された希土類合金微粉末を前記原料粉末とし
   て使用することを特徴とする、前記希土類ボンド磁石の
   製造方法。