稀土类磁铁的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及稀土类磁铁的制造方法。
【背景技术】
[0002] 使用镧系元素等稀土类元素的稀土类磁铁也被称为永久磁铁，其用途除了硬盘和 构成MRI的电动机之外，还被用于混合动力车和电动车等的驱动用电动机等中。
[0003] 作为该稀土类磁铁的磁铁性能的指标，可举出剩余磁化（剩余磁通密度）和矫顽 力，但针对电动机的小型化和高电流密度化所致的发热量的增大，对所使用的稀土类磁铁 的耐热性要求也进一步提高，在高温使用下能够如何地保持磁铁的磁特性成为该技术领域 中的重要研宄课题之一。
[0004] 作为稀土类磁铁，除了构成组织的晶粒（主相）的尺度（scale)为3~5 y m左右 的一般的烧结磁铁之外，还有将晶粒微细化为50nm~300nm左右的纳米尺度的纳米晶体磁 铁。其中，能够谋求上述的晶粒的微细化并且降低高价格的重稀土类元素的添加量（无添 加化）的纳米晶体磁铁目前受到关注。
[0005] 概述稀土类磁铁的制造方法的一例，一般应用下述方法：对将例如Nd-Fe-B系的 金属熔液急冷凝固而得到的微粉末进行加压成形制成成形体，为了对该成形体给予磁各向 异性而实施热塑性加工来制造稀土类磁铁（取向磁铁）。
[0006] 关于该热塑性加工，至今公开有各种技术。一般的热塑性加工是通过镦锻加工来 进行的，即将使磁粉成形而成的成形体（块体）收纳在阴模中、用冲头对成形体进行加压。 但是，在该镦锻加工中，在加工出的稀土类磁铁中，在产生拉伸应力的最外周部位发生裂纹 (包括微小裂纹）成为大的问题。即，在镦锻加工的情况下，由于作用于稀土类磁铁的端面 的摩擦，外周部伸出来，由此产生拉伸应力。对于该拉伸应力，由于Nd-Fe-B系的稀土类磁 铁的拉伸强度较弱，因此很难抑制由该拉伸应力引起的裂纹的发生，一般认为例如加工率 为40~50%左右的条件下发生裂纹。另外，应变的分布与剩余磁化（Br)的不均匀度等效， 特别是在50%以下的应变区域中剩余磁化显著低，材料利用率（成品率）变低。为了解决 该问题，可以考虑降低摩擦阻力，但在热态下润滑的现有的方法中，仅有液体润滑的方法， 在开放体系的镦锻加工中很难应用。
[0007] 当这样地在稀土类磁铁上发生裂纹时，在为提高取向度而形成的加工应变在开裂 的部位开放，变得不能使应变能充分地用于结晶取向，其成为妨碍剩余磁化提高的原因。
[0008] 因此，为了消除在这种镦锻加工时发生裂纹这样的问题，在专利文献1~5中公开 了如下技术：通过在将成形体的整体封入金属囊内后一边用上下的冲头挤压该金属囊一边 进行热塑性加工，能够消除在热塑性加工时成为问题的裂纹，并且提高稀土类磁铁的磁各 向异性。
[0009] 虽然专利文献1~5所公开的技术能够消除裂纹，但是已知在为这样地封入金属 囊中的方法的情况下，在冷却时由于热膨胀的差异，被热塑性加工而形成的稀土类磁铁受 到金属囊的强烈的拘束而发生裂纹。为了避免在这样使用了金属囊的情况下也发生裂纹这 样的问题，在专利文献6中公开了如下方法：通过以多个阶段进行镦锻加工而使金属囊变 薄，由此减少由金属囊产生的拘束力。例如在专利文献6中有采用了壁厚7mm以上的铁板 的实施例的公开。但是，不能断定在采用壁厚7mm以上的铁板时厚度变薄到完全防止裂纹 的程度，实际上会发生裂纹是众所周知的。进而，不能说镦锻加工后的磁铁形状是近净成形 (near net shape)，必须全面进行精加工，材料利用率下降、由加工费用的追加等造成的加 工费增大这样的缺点很大。
[0010] 另外，在以现有技术中没有的程度在成形体的全部面覆盖金属囊并减小该金属囊 的壁厚的情况下，当应变速度为1/秒以上时囊破裂，加工出的稀土类磁铁产生不连续的凹 凸，导致取向混乱，难以估计到较高的剩余磁化。
[0011] 因此，考虑到替代以往一般应用的镦锻加工，作为热塑性加工应用挤压加工来对 成形体给予应变的方法。
[0012] 例如在专利文献7中公开有如下方法：通过缩小从预成形体被挤压成形的永久磁 铁的挤压截面的X方向的尺寸，扩大与其正交的Y方向的尺寸，进行挤压加工使得相对于 预成形体的永久磁铁中的挤压方向的应变^与￥方向的应变e ^的应变比e 2/￡1变为 0. 2~3. 5的范围。再者，以往的挤压加工一般是挤压成圆环状，但专利文献7中公开的方 法是挤压成板状。
[0013]即，该方法是通过控制压缩方向和与其垂直的方向的伸长率来提高取向度的方 法，但实际上用于精致地控制这样的正交方向的伸长率的成形模的形状不得不变成复杂的 形状，设备成本增加将成为必然。而且，挤压加工能够在进行方向上引入均匀的应变，但是 与成形模的摩擦面积大，加工品容易在其中心处形成低的应变区域。其原因是，挤压加工是 仅通过给予压缩力和剪切力就能够加工的方法，因此能够抑制由拉伸所致的裂纹的发生， 但是这反过来说，由于经常受到摩擦，挤压品的表面变为高应变区域，中心变为低应变区 域。
[0014] 进一步言及该挤压加工，在利用热塑性加工使例如Nd-Fe-B系的稀土类磁铁进行 结晶取向时，由于在接近800°C的温度下作用200MPa左右的力，因此需要高温高强度的材 质的成形模。例如，因科镍合金（inconel)、超硬合金等适合作为成形模的坯材，但这些超硬 坯材金属都是难切削材料，加工成本成为非常大的负担。另外，如专利文献7中公开的技术 那样，在挤压成板状的挤压加工中，由于其形状的缘故向挤压品的角部的应力集中比圆环 状的挤压品大，成形模的耐久性下降，能够用一个成形模进行生产的量变少，这也成为加工 成本的增加的主要原因。实际上，关于专利文献7中公开的技术，虽然强调了加工品的性能 提高，但挤压形状是三维的复杂形状，如果不将金属模分割就不能加工，因此加工成本的增 加变得更显著。
[0015] 根据以上所述，迫切希望开发一种制造方法，其在经过热塑性加工来制造稀土类 磁铁时，不会使加工成本增加，能够制造在所制造的稀土类磁铁的整个区域中良好地给予 应变，取向度高，从而剩余磁化高的稀土类磁铁。
[0016] 在先技术文献
[0017] 专利文献
[0018] 专利文献1 :日本特开平2-250920号公报
[0019] 专利文献2 :日本特开平2-250922号公报
[0020] 专利文献3 :日本特开平2-250919号公报
[0021] 专利文献4 :日本特开平2-250918号公报
[0022] 专利文献5 :日本特开平4-044301号公报
[0023] 专利文献6 :日本特开平4-134804号公报
[0024] 专利文献7 :日本特开2008-91867号公报
【发明内容】
[0025] 本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，提供一种稀土类磁铁的制造方 法，该方法在经过热塑性加工来制造稀土类磁铁时，不会使加工成本增加，能够制造在所制 造的稀土类磁铁的整个区域中良好地给予应变，取向度高，从而剩余磁化高的稀土类磁铁。
[0026] 为了达到所述目的，本发明的稀土类磁铁的制造方法，包括第1步骤和第2步骤， 第1步骤：将成为稀土类磁铁材料的粉末加压成形来制造成形体，所述粉末包含RE-Fe-B系 主相（RE为Nd、Pr中的至少一种）和位于该主相的周围的RE-X合金（X为金属元素）晶界 相；第2步骤：对所述成形体实施给予各向异性的热塑性加工来制造稀土类磁铁，所述第2 步骤中的热塑性加工包括以下两个阶段的步骤：进行挤压加工来制造稀土类磁铁中间体； 对稀土类磁铁中间体进行镦锻加工来制造稀土类磁铁，在挤压加工中，将成形体收纳在阴 模中，用挤压冲头对该成形体进行加压，一边减少成形体的厚度一边挤压来制造板状的稀 土类磁铁中间体，在镦锻加工中，将板状的稀土类磁铁中间体在其厚度方向进行加压，减少 该厚度来制造稀土类磁铁。
[0027] 本发明的制造方法，通过在热塑性加工中按挤压加工、镦锻加工的顺序进行热塑 性加工，对在挤压加工时容易产生的挤压加工品（稀土类磁铁中间体）的中央区域的低应 变区域，利用接下来的镦锻加工给予较高的应变，由此能够对所制造的稀土类磁铁的全部 区域良好地给予高应变，从而能够制造取向度高、剩余磁化高的稀土类磁铁。
[0028] 本发明的制造方法，作为第1步骤，将成为稀土类磁铁材料的粉末加压成形来制 造成形体。
[0029] 在此，在本发明的制造方法中作为制造对象的稀土类磁铁，不用说包括构成组织 的主相（晶体）的粒径为200nm以下左右的纳米晶体磁铁，还包括粒径为300nm以上的晶 体磁铁、进而粒径为1 ym以上的烧结磁铁、用树脂粘合剂将晶粒结合的粘结磁铁等。其中， 优选调整热塑性加工前的阶段的磁粉的主相的尺寸，使得最终所制造的稀土类磁铁的主相 的平均最大尺寸（平均最大粒径）为300~400nm左右、或其以下。
[0030] 通过液体急冷来制作微细晶粒的急冷薄带（急冷带），将其进行粗粉碎等来制作 稀土类磁铁用的磁粉，将该磁粉填充到例如阴模内，一边用冲头加压一边进行烧结来实现 块化，由此得到