JPH1012473A

JPH1012473A - 希土類永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JPH1012473A
Application number: JP8166442A
Authority: JP
Inventors: Kimio Uchida; 公穂内田; Masahiro Takahashi; 昌弘高橋; Fumitake Taniguchi; 文丈谷口
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、湿式成形法を用いたR-Fe-B系焼結
型永久磁石の製造方法において、成形体を効率よく脱油
・焼結する方法を提案する。【解決手段】酸素濃度が０．０１％以下のＮ₂ガス又
はＡｒガス気流中で、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＹを含む希土
類元素のうちの１種類以上）系永久磁石粗粉を微粉砕
し、粉砕後の微粉を大気に触れさせずに直接１気圧にお
ける引火点が２１℃以上で７０℃未満の消防法で定める
ところの第４類第２石油類に属する鉱物油あるいは合成
油中に回収してスラリー化し、このスラリー化した原料
を磁界中で湿式成形し、成形体中の鉱物油、合成油を真
空加熱によって除去した後、成形体を焼結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高性能希土類永久
磁石焼結体の製造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】希土類永久磁石の高性能化の手段の内、
低酸素化は磁気特性の改善に寄与する効果が大きいた
め、その方法については、長年に渡って研究が続けられ
ており、多くの提案が形成されている。これらの提案の
内、最近特に注目を集めている低酸素化技術として湿式
成形法がある。この方法は、実質的な無酸素雰囲気下で
希土類永久磁石用原料微粉を作製し、これを大気に触れ
させることなくある種の鉱物油、合成油中に回収してス
ラリー状の原料とし、この原料を磁界中で湿式成形して
成形体とし、一定の条件下で、成形体から油を除去した
後これを大気に触れさせることなく直接焼結し、焼結体
を製作するというものである。こうして得られた焼結体
の含有酸素量は、それ以外の従来方法で製作された焼結
体のものに比べ格段に少なく、このため高い磁気特性を
実現することかできる。

【０００３】湿式成形法で成形した成形体は、成形条件
等によって含有量は異なるが、一般的には重量百分比率
で２〜２０％の鉱物油、合成油、あるいは植物油又はこ
れらの２種類以上の混合から作られる混合油を含んでい
る。従って成形体を焼結する前段階で、これら含有油を
成形体から除去する必要がある。これは油の除去なしに
直接焼結した場合、油に由来する炭素が希土類元素と反
応して炭化物を形成し、これによって磁気特性の低下を
招くからである。上記湿式成形に使用する鉱物油と合成
油としては、例えば１気圧における引火点が７０℃以上
で２００℃未満の消防法で定めるところの第３石油類に
属し、かつ分留点が４００℃以下の常温での動粘度が１
０cst以下、であるものが使用される（特願平７−２１
４６６７号）。従って、成形体からこの様な鉱物油、合
成油を除去するには、分留点近傍での温度で加熱する方
法が効果的である。ただし、酸化しやすい希土類元素を
多量に含有する成形体であるため、実質的な真空中ある
いは非酸化性ガス雰囲気中で行う必要がある。また、脱
油処理後の成形体は、酸化防止のための油が失われた状
態であるためその表面は酸素に対して活性になってい
る。従って、大気に触れることなく引き続き焼結する必
要がある。しかし、大量生産において処理する成形体と
それに付随する容器、搬送機構からなる被加熱物の量が
多く、これらの総熱容量が大きくなった場合には、第４
類第３石油類に属する鉱物油、合成油の除去には長時間
を要し、生産効率上問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の提案
が持つ、以上の問題点を解決し、湿式成形法で成形した
希土類永久磁石成形体を効率よく脱油・焼結する方法を
提案しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では酸素濃度が
０．０１％以下のＮ2ガス又はＡｒガス気流中で、Ｒ−
Ｆｅ−Ｂ（ＲはＹを含む希土類元素のうちの１種類以
上）系永久磁石粗粉を微粉砕し、粉砕後の微粉を大気に
触れさせずに直接１気圧における引火点が２１℃以上で
７０℃未満の消防法で定めるところの第４類第２石油類
に属する鉱物油あるいは合成油中に回収してスラリー化
し、このスラリー化した原料を磁界中で湿式成形し、成
形体中の鉱物油、合成油を真空加熱によって除去した後
成形体を焼結して焼結体とすることを特徴とする。消防
法で定めるところの第４類第２石油類に属する鉱物油、
合成油としては、具体的には灯油、軽油、キシレン、テ
レビン油などがあげられる。これらの鉱物油、合成油
は、消防法に定めるところの第４類第３石油類に属する
鉱物油、合成油に比べて分子量が小さく、蒸気圧も高い
ため、より低温で除去が可能である。真空加熱による鉱
物油、合成油の除去では、加熱効率が悪く、脱油処理に
長時間を要するのが欠点であるが、処理量が多い大量生
産ではこの問題がより顕著となる。第４類第２石油類に
属する鉱物油、合成油の使用によって、より低温で即ち
より短時間で除去可能となり、大量生産に適した製造方
法となる。以上の第４類第２石油類に属する鉱物油、合
成油を含有した成形体からの油の除去方法に特に制限は
無いが、真空加熱の温度としては４０〜１２０℃が望ま
しい。加熱温度が４０℃未満では、除去効率が低下す
る。また、１２０℃より高い加熱温度は、大量処理の場
合長時間を要するため好ましくない。真空度としては５
×１０-1torr以下、より好ましくは５×１０-2torr以下
が望ましい。また、上記真空加熱においては、脱油処理
時間をさらに短縮するために、加熱開始から成形体の品
温がある段階に達するまでの間、脱油室にアルゴン等の
不活性ガスを導入して伝熱性を高め、その後所定の温度
に達し保持する時間を上記真空度下で真空加熱すること
もできる。油が除去された成形体は、大気に触れさせる
ことなく、直接焼結される。この場合の焼結条件も特に
限定されるものではなく、特に焼結温度は永久磁石の組
成によって選定されるものであるが、一般に焼結温度は
１０００〜１１５０℃の範囲とされる。また、真空焼結
を採用する場合には、その真空度は５×１０-3torr以
下、より好ましくは５×１０-4torr以下とされる。Ａｒ
雰囲気での焼結も、場合によっては採用される。第４類
第２石油類に属する鉱物油、合成油選択のもう一つの利
点は、第４類第３石油類に属する鉱物油、合成油に比べ
て分子量が小さいため、焼結後の残留炭素量の水準がよ
り少なくなるという点である。これは永久磁石の保磁力
の安定化に、極めて有利となる。本発明では、微粉砕に
ジェットミルを用いることが好ましい。微粉砕での粉砕
媒体であるＮ2ガス又はＡｒガス中の酸素濃度は０．０
１％以下、好ましくは０．００５％以下、さらに好まし
くは０．００２％以下とされる。酸素濃度が０．０１％
より多い場合、粉砕中の微粉の酸化が激しくなり、最終
的に得られる焼結体中の酸素量が多くなって、良好な保
磁力が得られない。粉砕後の微粉は、ジェットミル等の
微粉砕装置の微粉排出口に設置された第２石油類に属す
る鉱物油あるいは合成油中に、大気触れさせずに直接回
収され、スラリー化される。微粉の表面は鉱物油あるい
は合成油によって被覆され、大気と遮断されるため、ス
ラリー状の原料を大気中で取りあつかっても酸化は防止
される。この様にして作製したスラリー状の原料を磁界
中で湿式成形し、得られた成形体を前述した除去条件下
で脱油処理し、次いで焼結することによって、酸素量と
炭素量が共に少ない高磁気特性を有する希土類永久磁石
焼結体を製造することができる。本発明におけるＲ−Ｆ
ｅ−Ｂ系永久磁石の組成は、特定のものに限定されるも
のではないが、低い焼結体酸素量、炭素量という本発明
の効果をより発現させるためには、希土類元素の含有量
は重量百分比率で２８．０〜３１．５％、より好ましく
は２８．５〜３０．５％とする必要がある。希土類元素
の含有量が２８．０％未満では、保磁力が低下する。ま
た、３１．５％より多い場合には、残留磁束密度Ｂｒが
低下する。また、Ｂの含有量は重量百分比率で０．９〜
１．５％、より好ましくは０．９５〜１．２％とされ
る。Ｂの含有量が０．９％未満では保磁力が低下する。
また、１．５％より多い場合には、残留磁束密度Ｂｒが
低下する。さらに、Ｆｅの一部をＣｏ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｇ
ａ、Ｃｕの元素の内の少なくとも一種類以上によって置
換することができる。置換後の各元素の含有量は、永久
磁石焼結体の組成全体に対する重量百分比率でＣｏは
０．５〜５．０％、Ａｌは０．０２〜０．３％、Ｎｂは
０．２〜２．０％、Ｇａは０．０２〜０．２％、Ｃｕは
０．０２〜０．２％であることが好ましい。本発明でジ
ェットミル粉砕に供するＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石粗粉の
製造方法も、特に限定されるものではない。最終的に得
ようとする永久磁石焼結体の組成を溶解組成として、鋳
造法でインゴットを作製し、これを所定の粒度まで粉砕
して使用する。必要に応じて、インゴットに熱処理を施
す、水素吸蔵処理を施すなどを行い、粉砕性を高める方
法も採られる。また、急冷法のいわゆるストリップキャ
スト法で、所定組成を有する薄帯状の合金を作製し、こ
れを所定の粒度まで粉砕して使用してもよい。この場合
も、必要に応じて、薄帯状合金に熱処理や水素吸蔵処理
が施される。またさらに組成の異なる２種類以上のイン
ゴットや薄帯状合金を用意し、これらを上記の方法で粗
粉化した後、最終的に得ようとする永久磁石焼結体の組
成になるように、これらの粗粉を混合して組成を調整
し、粉砕用の粗粉とすることもできる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以上本発明の焼結炉の詳細を説明
した。以下は実施例によって、その効果を明らかにす
る。なお、本発明はこの実施例によってその範囲を制約
されるものではない。

【０００８】（実施例１）重量百分比率でＮｄ２２．５
％、Ｐｒ６．３％、Ｄｙ１．０％、Ｂ１．０％、Ｃｏ
２．２％、Ａｌ０．０８％、Ｃ０．０１％、Ｏ０．１２
％、Ｎ０．００７％残部ＦｅからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
原料粗粉を酸素濃度が０．００１％の窒素ガス中でジェ
ットミル粉砕し、これを粉砕機の微粉排出口に設置した
容器中の軽油中に大気に触れさせることなく直接回収し
てスラリー状原料とした。この原料を磁界中で湿式成形
し、５０mm×５０mm×１０mm（１１０ｇ／ケ）の成形体
とした。この成形体中には、重量百分率で１０％の軽油
が含有されていた。この成形体合計１１０kgと、これを
設置する容器、搬送機構を合せ、総重量２５０kgの被加
熱物とした。この被加熱物を図１の焼結炉の片側の成形
体保管室１に設置し、真空排気後、同じく真空排気され
ている脱油室２に搬送した。内部加熱ヒータ、外部加熱
ヒータを通電して、それぞれ被加熱物と脱油室内壁を加
熱した。真空排気を継続しながら内部加熱ヒーターにて
加熱を続けたところ通電開始から３時間後に成形体温度
は１００℃に達した。この時の脱油室内壁面の温度は１
２０℃であった。この段階での脱油室内の真空度は４×
１０-2torrであった。後の調査では、蒸発した油による
室内の汚染は見られなかった。脱油処理が終了した被加
熱物をあらかじめ真空排気してある調整室３を経由して
焼結室４に搬送した。焼結室では真空排気の条件下で昇
温を開始し、２時間後に成形体の温度は１０９０℃に達
した。この時の室内の真空度は５×１０-4torrであっ
た。この温度で３時間保持した後加熱を停止し、成形体
の温度が９００℃に達した時点で、あらかじめ真空に排
気してあった冷却室５に搬送した。冷却室ではヘリウム
ガスを被加熱物に吹き付け、強制的に冷却した。３時間
後被加熱物を炉外へ出炉した。焼結体は良好な形態であ
り、その分析値は重量百分比率でＮｄ２２．５％、Ｐｒ
６．３％、Ｄｙ１．０％、Ｂ１．０％、Ｃｏ２．２％、
Ａｌ０．０８％Ｃ０．０５％、Ｏ０．１５％、Ｎ０．０
５５％残部Ｆｅであった。焼結体密度は７．６２ｇ／cc
であった。この焼結体を熱処理し、その磁気特性を測定
したところ、Ｂｒ１３．９ＫＧ、ｉＨｃ１４．４ＫＯ
ｅ、（ＢＨ）ｍ４６．３ＭＧＯｅという良好な値が得ら
れた。上記ロットを追う形で、同一内容の成形体を同
量、この焼結炉の他の１系統の脱油室で処理し、以降の
工程も同一の手順で行った。こちらの処理ロットについ
ても良好な結果を得た。

【０００９】（実施例２）重量百分比率でＮｄ２３．５
％、Ｐｒ４．３％、Ｄｙ１．８％、Ｂ１．１％、Ｃｏ
２．２％、Ａｌ０．１２％、Ｇａ０．１％、Ｃｕ０．１
％、Ｃ０．０２％Ｏ０．０１４％、Ｎ０．００８％残部
ＦｅからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系原料粗粉を酸素濃度が
０．０００５％のアルゴンガス中でジェットミル粉砕
し、これを粉砕機の微粉排出口に設置した容器中のテレ
ビン油中に大気に触れさせることなく直接回収してスラ
リー状原料とした。この原料を実施例１と同一の条件で
湿式成形し、５０mm×５０mm×１０mmの成形体を合計１
６５Kg準備した。容器と搬送機構を合わせて合計３３０
Kgの被加熱物を構成し、図２に示す焼結炉の成形体保管
室７、調整室８を経由して脱油室９の一方に搬入した。
脱油室では、真空排気を停止した後アルゴンガスを６５
０ｍｍＨｇまで導入し、これを攪拌しながら、内部加熱
ヒーター、外部加熱ヒーターを通電して、それぞれ被加
熱物と脱油室内壁を加熱した。成形体の温度が４５℃に
到達した段階で、再度真空排気を行い、先に導入したア
ルゴンガスを除去した。この時の脱油室内壁面の温度は
８０℃であった。真空排気を継続しながら内部加熱ヒー
ターにて加熱を続けたところ通電開始から２時間後に成
形体温度は８０℃、室内の真空度は３×１０-2torrに到
達した。この時の脱油室内壁面の温度は１２０℃であっ
た。後の調査では、蒸発した油による室内の汚染は見ら
れなかった。被加熱物を再び調達室８を経由して焼結室
１０に搬送し、実施例１と同様の手順で焼結した。昇温
開始後３時間で成形体の温度が１０８０℃に達したた
め、この温度で４時間保持し焼結した。１０８０℃での
炉内の真空度は４×１０-4torrであった。通電停止後焼
結体の温度が９００℃に達したのを確認後、冷却室１１
に搬送し、実施例１と同じ方法で強制冷却した。被加熱
物はこの４時間後、炉外に出炉した。焼結体は良好な焼
結形態であり、その分析値はＮｄ２３．５％、Ｐｒ４．
３％、Ｄｙ１．８％、Ｂ１．１％、Ｃｏ２．２％、Ａｌ
０．１２％、Ｇａ０．１％、Ｃｕ０．１％、Ｃ０．０５
％、Ｏ０．１７％、Ｎ０．００６％残部Ｆｅであった。
この焼結体の密度は７．６１ｇ／ccであった。焼結体を
熱処理し、その磁気特性を測定したところ、Ｂｒ１３．
６ＫＧ、ｉＨｃ１５．９ＫＯｅ、（ＢＨ）m ４４．８Ｍ
ＧＯｅという良好な値を得た。このロットを追う形で、
同一内容の成形体の同量からなる第２ロットを用意し、
これを図２の焼結炉のもう一方の脱油室で処理し、以降
の工程も同一の手順を行った。その結果、上記と同じ
く、良好な結果を得た。

【００１０】（実施例３）重量百分比率でＮｄ２５．５
％、Ｄｙ４．５％、Ｂ１．１％、Ｎｂ０．２５％、Ａｌ
０．０８％、Ｃｏ２．０％、Ｇａ０．０８％、Ｃｕ０．
１％、Ｃ０．０１％、Ｏ０．１４％、Ｎ０．００７％残
部ＦｅからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系原料粗粉を酸素濃度が
０．０００１％以下（検出限界以下）の窒素ガス中でジ
ェットミル粉砕し、これを粉砕機の微粉排出口に設置し
た容器中の灯油中に、大気に直接触れさせることなく直
接回収して、スラリー状原料とした。この原料を実施例
１と同一の条件で成形し、５０mm×５０mm×１０mmの成
形体を合計５０Kg準備した。容器と搬送機構を合わせて
合計１７０Kgの被加熱物を構成し、図３に示す焼結炉の
成形体保管室１３に設置し、真空排気後脱油室１４に搬
送した。脱油室では、実施例１と同一の手順で脱油処理
を行い、通電開始から１時間後に成形体の温度は６０
℃、室内の真空度は３×１０-2torrに到達した。この時
の、脱油室内壁面の温度は１２０℃であった。後の調査
では、蒸発した油による室内の汚染は見られなかった。
脱油処理後、被加熱物を焼結室１５に搬送し、真空排気
下で昇温した。昇温開始後１．５時間で、成形体の温度
は１０９０℃、炉内真空度は５．０×１０-4torrに到達
した。この温度で２時間保持した時点で真空排気を停止
し、炉内にアルゴンガスを５００mmＨｇになるまで導入
し、次いで焼結温度を１１００℃まで上昇した。この温
度で２時間保持した後、通電を停止した。この間、炉内
アルゴンガスの内圧が５００mmＨｇを越えないよう、排
気系１６、１７で自動制御を行った。通常停止後焼結体
の温度が９００℃以下に達したのを確認し、冷却室１８
に搬送し、実施例１と同様に強制冷却した。被加熱物は
２時間後、炉外へ出炉した。焼結体は良好な焼結形態で
あり、その分析値はＮｄ２５．５％、Ｄｙ４．５％、Ｂ
１．１％、Ｎｂ０．２５％、Ａｌ０．０８％、Ｃｏ２．
０％、Ｇａ０．０８％、Ｃｕ０．１％、Ｃ０．０４％、
Ｏ０．１８％、Ｎ０．０６％、残部Ｆｅであった。この
焼結体の密度は７．６４ｇ／ccであった。焼結体を熱処
理し、その磁気特性を測定したところ、Ｂｒ１２．９Ｋ
Ｇ、ｉＨｃ２２ＫＯｅ、（ＢＨ）m４０．１ＭＧＯｅと
いう良好な値を得た。このロットを追う形で、同一内容
の成形体の同量からなるロットを用意し、これを図３の
焼結炉で順次上記と同一条件で処理したところ、全ての
ロットにおいて、上記と同じく良好な結果が得られた。

【００１１】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によって、
油を多量に含む希土類磁石成形体を大量に効率良く脱油
・焼結処理することが可能である。これによって、含有
酸素量と炭素量が少なく高い磁気特性を有する希土類永
久磁石が工業的に量産できることになり、その意義は真
に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための焼結炉の平面図の１例
である。

【図２】本発明を実施するための焼結炉の平面図の他の
１例である。

【図３】本発明を実施するための焼結炉の平面図の別の
１例である。

【符号の説明】

１成形体保管室、２脱油室、３調整室、４
焼結室、５冷却室、６被加熱物、７成形体保
管室、８調整室、９脱油室１０焼結室、１１冷却室、１２被加熱物、１３
成形体保管室、１４脱油室、１５焼結室、１６
メカニカルブースタポンプ、１７ロータリーポン
プ、１８冷却室、１９被加熱物、２０導入ガ
ス配管、２１加熱ヒータ、２２ロータリーポンプ、
２３加圧冷却装置、２４断熱扉、２５メカニカル
ブースターポンプ２６ロータリーポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素濃度が０．０１％以下のＮ2ガス又
はＡｒガス気流中で、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＹを含む希土
類元素のうちの１種類以上）系永久磁石粗粉を微粉砕
し、粉砕後の微粉を大気に触れさせずに直接１気圧にお
ける引火点が２１℃以上で７０℃未満の消防法で定める
ところの第４類第２石油類に属する鉱物油あるいは合成
油中に回収してスラリー化し、このスラリー化した原料
を磁界中で湿式成形し、成形体中の鉱物油、合成油を真
空加熱によって除去した後、成形体を焼結することを特
徴とする希土類永久磁石の製造方法。