专利名称：稀土类合金造粒粉的制造方法及制造装置以及稀土类合金烧结体的制造方法
技术领域：
本发明涉及稀土类合金造粒粉的制造方法、稀土类合金造粒粉的制造装置及稀土类合金烧结体的制造方法。
背景技术：
稀土类合金的烧结磁体(永久磁体)通常是通过对稀土类合金的粉末进行冲压成形、烧结得到的粉末成形体，并进行熟化处理而制造的。现在，广泛应用于各领域的有稀土类-钴类磁体和稀土类-铁-硼类磁体这两种类。其中，稀土类-铁-硼类磁体(以下称为“R-Fe-B类磁体”，R是含有Y的稀土类元素、Fe是铁、B是硼)由于在各种磁体中表现出最高的最大磁能积、价格也比较便宜，所以被积极地采用于各种电子设备上。
R-Fe-B类烧结磁体由主要由R2Fe14B的正方晶形化合物构成的主相、由Nd等构成的R富集相、以及B富集相所构成。另外，Fe的一部分也可以用Co或Ni等过渡金属取代，硼(B)的一部分也可以用碳(C)取代。较好地适用于本发明的R-Fe-B类烧结磁体被记载于例如美国专利第4,770,723号以及美国专利第4,792,368号的说明书中。本说明书引用了美国专利第4,770,723号说明书及美国专利第4,792,368号说明书的全部内容。
为了制作这样的磁体R-Fe-B类合金，目前使用铸锭铸造法。利用通常的铸锭铸造法时，高频溶解出发原料稀土类金属、电解铁以及铁硼合金，在铸造模子内通过慢慢地冷却所得到的熔融物而制作合金铸锭。
近年来，倍受注目的是以带钢铸造法或离心铸造法为代表的急冷法，其通过使合金的熔融物和单轧辊、双轧辊、旋转圆盘或旋转圆筒铸造模子的内面等接触，比较快地冷却，由合金熔融物制作比铸锭还薄的凝固合金(称为“合金薄片”)。通过这种急冷法而制作的合金片的厚度通常在约0.03mm以上、约10mm以下的范围。利用急冷法时，合金熔融物从与冷却轧辊接触的面(轧辊接触面)开始凝固，结晶从轧辊接触面向厚度方向以柱状生长。其结果，通过带钢铸造法等制作的急冷合金变成具有短轴方向大小约0.1μm以上约100μm以下、长轴方向大小约5μm以上约500μm以下的R2Fe14B结晶相，和在R2Fe14B结晶相的晶粒边界分散存在的R富集相。R富集相是稀土类元素R的浓度比较高的非磁性相，其厚度(相当于晶粒边界的宽)约为10μm以下。
急冷合金由于是通过比目前的铸锭铸造法(模具铸造法)制作的合金(铸锭合金)在相对短的时间(冷却速度102℃/秒以上、104℃/秒以下)内被冷却，所以具有微细化的组织、结晶粒径小的特征。另外，因为晶粒边界的面积大、R富集相在晶粒边界内的分布广，所以还有R富集相的分散性好的优点。由于这些特征，通过使用急冷合金，能制造具有优良磁性特性的磁体。
另外，还知道被称为Ca还原法(或还原扩散法)的方法。该方法包括以下工序。首先，在按规定的比率含有稀土类氧化物中的至少一种、铁粉以及纯硼粉、硼铁粉以及硼氧化物中的至少一种的混合粉，或者按规定的比率含有上述构成元素的合金粉末或混合氧化物的混合粉中，混合金属钙(Ca)以及氯化钙(CaCl)，在惰性气体氛围下实施还原扩散处理。将得到的反应生成物泥浆化，并进行水处理，从而得到R-Fe-B类合金的固体。
另外，在本说明书中，固体合金块称作“合金块”，不仅包括通过目前的铸锭铸造法得到的合金铸锭以及通过带钢铸造法等急冷法得到的合金薄片等的冷却熔融物得到的凝固合金，还包括通过Ca还原法得到的固体合金等各种形态的固体合金。
供给给冲压成形的合金粉末，是例如用氢吸收法以及/或者各种机械粉碎法(例如使用圆盘磨粉机)粉碎这些合金块，将得到的粗粉末通过例如使用喷射粉碎机的干式粉碎法进行微粉碎(例如平均粒径10μm～500μm)而得到的。
供给给冲压成形的R-Fe-B类合金粉末的平均粒径从磁性特性的观点考虑，优选为1.5μm～6μm的范围以内。另外，粉末的“平均粒径”没有特别限制，在此是指FSSS粒径。但是，使用这样的平均粒径小的粉末时，流动性或冲压成形性(包括腔室填充性以及压缩性)差、生产性差。
就解决该问题的方法而言，正在研究用润滑剂覆盖合金粉末粒子的表面的方法。例如，特开平08-111308号公报及美国专利5,666,635号说明书公开了将液化至少一种脂肪酸酯的润滑剂0.02质量％～5.0质量％添加到平均粒径10μm～500μm的R-Fe-B类合金的粗粉末中混合后，进行使用惰性气体的喷射粉碎机粉碎，制作R-Fe-B类合金的微粉末(例如平均粒径1.5μm～5μm)的技术。
润滑剂在改善粉末的流动性和成形性(压缩性)的同时，起着赋予成形体硬度(强度)的粘合剂的作用，另一方面，作为烧结体中的残存碳成为降低磁特特性的原因，所以要求优异的脱粘合剂性。例如，特开2000-306753号公报中作为脱粘合剂性优异的润滑剂，公开了解聚合聚合物、解聚合聚合物和烃系溶剂的混合物、及解聚合聚合物和低粘度矿油和烃系溶剂的混合物。
但是，当利用使用上述的润滑剂的方法时，仅仅得到某种程度的改善效果，难以均匀地填充到腔室内而且得不到充分的成形性。特别是，用带钢铸造法等急冷法(冷却速度为102/秒～104/秒)制作的粉末与通过铸锭法制作的粉末相比，因为不仅平均粒径小而且粒度分布也窄，所以流动性特别差。因此，填充于腔室中的粉末的量超过允许范围产生偏差，并且腔室内的填充密度变得不均匀。其结果是，成形体的质量或尺寸超过允许范围产生偏差，并且在成形体上产生缺口以及裂纹。
作为用于改善R-Fe-B类合金粉末的流动性以及成形性的其它方法，目前试着使用造粒粉。
例如，特开昭63-237402号公报公开了添加相对于粉末0.4～4.0质量％的在室温下为液体状态的链烷烃混合物和脂肪族羧酸的混合物，混炼后造粒，通过使用得到的造粒粉，可以改善成形性。另外，还已知使用PVA(聚乙烯醇)作为造粒剂的方法。另外，造粒剂与润滑剂一样也发挥着作为赋予成形体强度的粘合剂的作用。
但是，当使用上述特开昭63-237402号公报公开的造粒剂时，因为脱粘合剂性差，所以在R-Fe-B类烧结体磁体的情况下，其问题在于，因残留于烧结体中的碳使磁特性降低。
另外，使用PVA通过喷雾干燥法(spray dry)制造的造粒粉，相反地因为结合力强，所以得到的造粒粉过于坚固，即使施加外部磁场造粒粉也不会完全崩溃。因此，其问题在于，不能使一次粒子充分地进行磁场取向，其结果是得不到具有优异的磁特性的磁体。PVA的脱粘合剂性也差，并且由PVA产生来的碳容易残存于磁体中。为了解决该问题，也有在氢氛围下进行脱粘合剂处理的方法，但难以充分除去碳。
另外，本发明申请人为了解决造粒粉难以通过取向磁场而崩溃的问题，提出通过在施加静磁场的状态下进行造粒，磁场取向的各个粒子(一次粒子)用造粒剂结合的制造造粒粉的方法(参照特开平10-140202号公报)。当使用该造粒粉时，与使用没有进行磁场取向的一次粒子用造粒剂结合的造粒粉的情况相比，仅有磁特性得到了改善，在冲压成形时，难以充分地进行磁场取向，所以与使用没有造粒的稀土类合金粉末的情况相比磁特性低。
如上所述，至今为止研究了各种造粒剂和造粒方法，但还没有开发出可以制造流动性和冲压成形性优异且具有优异的磁特性的磁体的、工业生产稀土类合金的造粒粉的方法。
另一方面，人们提高了对磁体的小型化、薄型化及高性能化要求，并期望开发出一种可以以高生产效率地制造小型或薄型的高性能磁体的制造方法。通常，机械加工稀土类合金烧结体(或使之磁化的磁体)时，因加工应变的影响，磁特性降低，但对于小型磁体不能无视这样的磁特性的降低。因此，越是小型的磁体，越强烈地期望以实质上没有必要进行机械加工的程度的尺寸精度制作具有最终使用形状的烧结体。也正是因为这样的背景，对流动性和冲压成形性优异的稀土类合金粉末，特别是对R-Fe-B类合金粉末的需要也进一步变强了。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题点而完成的，其主要目的是提供一种可以制造流动性和冲压成形性优异且具有优异的磁特性的磁体的稀土类合金的造粒粉的制造方法、以及以高生产效率地制造高品质的稀土类合金烧结体的方法。
本发明的稀土类合金的造粒粉的制造方法，其特征在于包括(a)准备带有剩磁的稀土类合金粉末的工序；(b)向由侧面和以向上述侧面降低的方式倾斜的底面规定的导槽(track)，供给上述粉末的工序；(c)通过使上述导槽振动赋予上述粉末运动能量，将上述粉末在上述导槽的长方向上移送的同时，利用基于上述粉末的剩磁的凝聚力和基于上述运动能量的转动作用，实质上是在零磁场下进行造粒的工序。这样达成了上述目的。
在某些实施方式中上述工序(c)还包括，一边在导槽内向上述长方向上移送粉末，一边逆着上述底面的倾斜移动侧面侧的粉末的工序。
在某实施方式中，上述侧面配置为螺旋状，设置在上述导槽的外周侧。
在某实施方式中，整粒上述粉末后，实施工序(b)。
在某实施方式中，上述稀土类合金是R-Fe-B类合金。
在某实施方式中，上述粉末的平均粒径在1.5μm以上6μm以下的范围内。
在某实施方式中，制作了平均粒径在0.05mm以上3.0mm以下的范围内的造粒粉。
本发明的稀土类合金烧结体的制造方法，其特征在于，包括使用上述任一项所述的稀土类合金的造粒粉的制造方法制造造粒粉的工序；没有将脱磁磁场施加在上述造粒粉上，而将含有上述造粒粉的稀土类合金的粉末填充于腔室内的工序；在将取向磁场施加在含有上述造粒粉的稀土类合金的粉末上的状态下，通过冲压成形，形成成形体的工序；烧结上述成形体的工序。
本发明的造粒粉制造装置，其特征在于，具备由侧面和以向上述侧面降低的方式倾斜的底面规定的导槽；由规定上述导槽的上述侧面向上述导槽的中央方向延伸，且向移送方向倾斜的导向面；和给上述导槽施加振动的加振装置。
在某实施方式中，包括容纳带有剩磁的稀土类合金粉末的球，上述导槽在上述球的内周面上设置成螺旋状。
在某实施方式中还包括，具备收容稀土类合金的原料粉末的容器和给上述容器内的原料粉末施加磁场的磁路的磁化装置。
在某实施方式中，在上述磁化装置与上述球之间还具有整粒机。
图1(a)是表示本发明实施方式的造粒粉的结构模式图，图1(b)及图1(c)是表示用于比较的以往的造粒粉的结构模式图。
图2(a)及图2(b)是用于说明本发明实施方式的造粒工序的图，图2(a)是从上看的导槽22的平面图，图2(b)是沿图2(a)的B-B’线的截面图。
图3是表示本发明实施方式的造粒装置120的模式图。
图4是表示从上看的图3所示的造粒装置120的球120A的结构的模式图。
图5是切去图3所示的造粒装置120的球120A的一部分的斜视图。
图6是表示本发明实施方式的造粒装置100的模式图。
具体实施例方式
下面，参照
本发明实施方式的造粒粉的制造方法以及稀土类合金烧结体的制造方法。以下实施方式的说明中，以使用磁特性优秀、但流动性特别低的、用带钢铸造法制作的R-Fe-B类合金粉末的烧结磁体的制造方法为例，说明本发明的特征，但本发明并不限定于此，也可以使用通过其它方法制造的稀土类合金粉末。
本发明实施方式的R-Fe-B类合金烧结体的制造方法包括制作R-Fe-B类合金粉末(以下称为“原料粉末”或“一次粒子粉末”)的工序；给原料粉末赋予剩磁的工序；利用基于原料粉末的剩磁的凝聚力进行造粒的工序；给含有造粒粉的R-Fe-B类合金粉末施加磁场的状态下，通过冲压成形，形成成形体的工序；和烧结成形体的工序。通过用公知的方法磁化得到的烧结体，得到R-Fe-B类烧结磁体。另外，磁化工序可在烧结后的任意时刻实行，例如，也可以由烧结磁体的用户在使用前实行。此处，未磁化的烧结体也称为烧结磁体。
本发明实施方式的R-Fe-B类合金烧结体的制造方法中，利用基于原料粉末的剩磁的凝聚力进行造粒。因此，可以降低造粒剂的添加量，或可以使用与以往相比结合力低的粘合剂。而且，甚至连造粒剂的添加也可以省略。
参照图1(a)、(b)及(c)说明本发明实施方式的造粒粉的制造方法以及得到的造粒粉的特征。图1的左侧是表示造粒粉的结构的模式图，图1的右侧是表示用于冲压成形的、腔室内施加取向磁场后的造粒粉状态的模式图。图1(a)表示本发明实施方式的造粒粉12a，(b)表示使用造粒剂的现有的造粒粉12b、(c)表示根据上述的特开平10-140202号公报记载的方法得到的造粒粉12c。
如图1(a)所示，本实施方式的造粒粉12a是，带有剩磁的一次粒子10a通过磁的凝聚力进行弱结合而形成的。此处例示了不使用造粒剂的情况。带有剩磁的一次粒子10a以形成磁的闭合电路的方式进行磁结合，仅仅(例如超过0mT，10mT(毫特斯拉)以下的程度)是造粒粉12a的剩磁。造粒粉12a中的一次粒子10a的剩磁的方向与图1(c)所示的造粒粉12c不同，是随机取向。例如，一次粒子10a的平均粒径为1.5μm以上6.0μm以下，造粒粉12a的平均粒径为0.05mm～3.0mm程度。剩磁可以通过将高斯计的探测器插入到造粒粉中进行测定。
该造粒粉12a因为具有适度的粒径及形状，流动性优异且剩磁也低，所以不会引起拱桥效应(bridging)，容易均匀地填充于腔室内。而且，因为一次粒子10a只通过磁的凝聚力结合，所以如图1(a)所示，通过施加取向磁场(例如0.1T～0.8T)确实崩溃为一次粒子10a，一次粒子10a进行磁场取向。另外，因为不含有造粒剂，所以不会使烧结体的碳含量增加。通过磁化使用该造粒粉12a制造的烧结体而得到的磁体，实质上具有与用未造粒原料粉末(实质的剩磁为零)得到的磁体相同的磁特性。即，通过使用本发明实施方式的造粒粉，不仅不会使磁特性降低，而且可以改善流动性及成形性。当然，为了提高成形体的强度等目的，也可以添加造粒剂。造粒剂因为是辅助性地使用所以不需要强的粘合力，以不使磁特性降低地选择其量或种类即可。
相对于此，如图1(b)所示，利用造粒剂14使原料粉末的一次粒子10b结合的造粒粉12b，在取向磁场中没有充分崩溃，其结果，得到的烧结磁体的磁特性降低。与使用未造粒原料粉末的情况相比，例如，剩磁降低1％～10％左右。另外，图1(b)的造粒粉12b中的一次粒子10b不带有剩磁，所以没有标注箭头记号。
另外，如图1(c)所示，当使用在静磁场中边使一次粒子10c取向、边用造粒剂14结合一次粒子10c的固定的造粒粉12c时，仅仅抑制了磁特性的降低，造粒粉12c没有完全崩溃为一次粒子10c，所以与使用未造粒的原料粉末的情况相比，例如，剩磁降低1％～几％程度。另外，如图1(c)模式所示，造粒粉12c成为沿磁极方向的细长形状，从流动性的观点来看是不利的。而且，由于造粒粉12c具有比较大的剩磁，所以当一旦没有脱磁(消磁)时，因引起拱桥效应而不能填充于腔室内。
相对于此，本发明实施方式的造粒粉12a近似于球形且剩磁小，因此没有必要进行脱磁，易于均一地填充于腔室内。因此，可以采用计量预先规定质量的造粒粉后填充于腔室内，即可以采用所谓的计量填充法。如上所述，本发明实施方式的造粒粉12a流动性好，易于填充于腔室内，并且，可以制造实质上磁性不会降低的烧结磁体。
本发明实施方式的造粒粉，通过包括赋与带有剩磁的原料粉末的粒子运动能量、粒子通过基于赋予的运动能量的转动作用而成长的过程的造粒方法制得。同时，根据必要也可以添加造粒剂。
本发明实施方式的造粒粉的制造方法中，赋予原料粉末剩磁的工序，可以在将原料粉末投入到造粒粉的制造装置的底面之前的任意时刻进行。但是，因为本实施方式的造粒粉12a的一次粒子10a，是由剩磁的磁的凝聚力而结合，当从外部施加磁场时，造粒粉12a崩溃。因此，粒子的成长过程实质上是在零磁场下进行。这与图1(c)所示的造粒粉12c的制造方法中，造粒粉12最终被造粒剂14固定，为了使一次粒子10c取向，有必要继续施加磁场情况相对比。另外，本发明说明书中的所谓“实质上零磁场”是指，粒子通过转动作用成长的过程中，利用粉末的剩磁得到形成磁的闭合电路的造粒粉的程度，以及对粉末的剩磁没有造成影响的程度的弱磁场。
为了赋予剩磁而施加的磁场可以使用各种磁场。另外，因为一次粒子带有的很少的剩磁即可，所以优选使用交变衰减磁场。另外，用于赋予剩磁的磁场不限于交变衰减磁场，也可以使用单调衰减磁场、其它脉冲磁场和静态磁场。
另外，当即使赋予剩磁、原料粉末的矫顽力也小时，在得到最终造粒粉期间消磁，有时不能维持造粒粉的形状。因此，优选为原料粉末的矫顽力比较高的物质。具体地，当将原料粉末填充到容器中使体积密度为2.0g/cm3，，并将用BH示迹器测定的矫顽力的值作为原料粉末的表观矫顽力时，原料粉末优选具有60kA/m以上的矫顽力，更优选具有70kA/m以上的矫顽力。例如在R-Fe-B类合金的情况下，优选为含有Dy为1.2质量％以上、或Tb为1质量％以上、或Dy和Tb的合计为1质量％以上的合金。
作为向冲压成形供给的R-Fe-B类合金的粉末，从流动性或成形性的观点出发，优选只使用上述方法制造的造粒粉，但也可以混合使用造粒粉和原料粉末(一次粒子粉末)。但是，因为原料粉末的比率增加时流动性降低，所以为了充分得到基于造粒的流动性的改善效果，优选只使用实质上的造粒粉。另外，使用混合于造粒粉中的原料粉末时，粒子表面优选用润滑剂覆盖。通过用润滑剂覆盖一次粒子的表面，可以改善R-Fe-B类粉末的流动性的同时，可以防止R-Fe-B类合金的氧化。另外，也改善了磁场冲压工序中的取向性。另外，在本申请说明书中，所谓稀土类合金粉末不仅指实质上的稀土类合金的粉末(可以包括表面的氧化物层)，而且还指供给给冲压成形的含有稀土类合金的同时含有造粒剂和润滑剂的粉末。
按工序顺序说明使用本发明的实施方式的R-Fe-B类合金烧结体的磁体的制造方法。
首先，使用带钢铸造法制作R-Fe-B类合金薄带(例如参照美国专利第5,383,978号)。具体地说，根据公知的方法制造的R-Fe-B类合金通过高频熔融成为熔融金属。另外，作为R-Fe-B类合金，除上述的以外，例如可以适于使用美国专利第4,770,723号以及美国专利第4,792,368号的说明书所记载的组成的物质。R-Fe-B类稀土类合金的典型的组成中，作为R主要使用Nd或Pr，Fe可以被过渡元素(例如Co)部分取代，B也可以由C取代。
该合金的熔融物保持在1350℃后，在轧辊圆周速度约为1m/秒、冷却速度为500℃/秒、过冷度200℃的条件下，在单轧辊上急冷，得到厚度为0.3mm的合金薄片。通过使该合金薄片吸留氢，并使之脆化，得到合金粗粉末。通过使用喷射粉碎机(jet mill)装置在氮气环境中微粉碎该合金粗粉末，得到例如平均粒径为1.5μm～6μm，根据BET法的比表面积约为0.45m2/g～约0.55m2/g的合金粉末(原料粉末)。该原料粉末的真实密度为7.5g/cm3。
接着，给得到的原料粉末赋予剩磁。此时，使用磁化装置施加峰值磁场为1.0T交变衰减磁场。
接着，造粒带有剩磁的原料粉末。本发明人在专利申请2001-362436号及专利申请2002-298621号中，记载了使用流动层造粒法造粒带有剩磁的原料粉末的方法，但在本发明的实施方式中，使用了振动造粒法，可以比以前申请记载的方法更简便地制造造粒粉。
本发明实施方式的造粒粉的制造方法，包括(a)准备带有剩磁的稀土类合金粉末的工序；(b)向由侧面和以向侧面降低的方式倾斜的底面规定的导槽，供给粉末的工序；(c)通过振动导槽赋予粉末运动能量，在导槽的长方向上移送粉末，同时利用基于粉末的剩磁的凝聚力和基于运动能量的转动作用，在实质上是零磁场下进行造粒的工序。工序(c)在导槽内的在长方向上移送粉末的同时，优选还包括逆着底面的倾斜移动侧面侧的粉末的工序。
参照图2(a)及(b)说明该造粒工序。图2(a)是从上看的导槽22的平面图，图2(b)是沿图2(a)的B-B’线的截面图。
带有剩磁的原料粉末在图2(a)中从左到右被导槽22移送的同时被造粒。如图2(b)所示，导槽22由侧面22a和以向侧面22a降低的方式倾斜的底面22b被规定。此处，如后面详细叙述的那样，例示了导槽22在球的内周面配置成螺旋状的结构，在导槽22的一方(螺旋状的外侧)设置有侧面22a，底面22b向1方向倾斜，但是，例如在使用直线状延伸的导槽的情况下，其断面结构也可以是，在左侧也具有图2(b)所示的结构的、相对于移送方向(导槽的延设方向)对称的结构。当螺旋状地构成导槽22时，其优点在于，在比较狭的面积上可以配置相对长的导槽22。
导槽22如图2(b)中的箭头所示在水平方向及垂直方向上振动，通过因该振动而赋予粉末的运动能量的转动作用和基于粉末的剩磁的凝聚力进行造粒。转动作用主要通过水平振动而得到。另一方面，通过垂直振动也得到压密化粉末的作用，所以优选赋予水平振动和垂直振动的两方向振动。另外，水平振动的振幅也影响到移送速度，通过增大水平振动的振幅，可以提高移送速度。
考虑到造粒效率及移送速度，与导槽长一起设定适宜的水平振动及垂直振动的振幅及频率。从造粒效率的观点出发，垂直振动的振幅优选为0.2mm以上，更优选为0.3mm以上。从移送速度的观点出发，水平振动的振幅优选为0.5mm以上，更优选为1.0mm以上。但是，当超过2.0mm时，得不到充分的造粒效果，提高流动性的效果也降低。水平振动及垂直振动的频率例如为70Hz以上80Hz以下，但并没有特别限定。设定适宜的水平振动和垂直振动的位相关系，也可以设定为椭圆振动的方式。
导槽长度优选为4000mm以上。但是，当使用导槽长度短的装置时，通过实行多次造粒工序，实质上可以得到与使导槽长度变长的同等的效果。导槽长度影响到造粒粉的粒径和造粒粉的形状。当导槽长度过短时，有时会出现得不到充分大的造粒粉、造粒粉的形状不充分整齐、以及/或者尺寸充分大的造粒粉的比率变小。
在正在振动的导槽22上，比较小的造粒粉1a集中在倾斜的底面22b的高的一侧，比较大的造粒粉1b集中在倾斜的底面22b的低的一侧(接近侧面22a的一侧)。这样，当造粒粉在其尺寸上不均匀时，造粒效率降低，所以如图2(a)所示，通过设置从侧面22a向导槽22的中央方向延伸且向移送方向倾斜的导向面22c，当使在导槽22的侧面22a侧上的比较大的造粒粉1b逆着底面22b的倾斜移动到底面22b的高的一侧时，比较大的造粒粉1b与比较小的造粒粉1a混合，有效地进行造粒。导向面22c优选为以相对于移送方向30°以上60°以下(导向面22c的法线与移送方向(导槽的长方向，导槽弯曲的情况下为其切线方向)的角为120°以上150°以下)的角度倾斜。当导向面22c的倾斜角小于30°时，造粒效果不充分，尺寸小的造粒粉的比率增加，粒度的偏差变大，所以不优选；当大于等于60°时，移送效率降低，所以不优选。
导向面22c的间隔根据导槽22的宽、导槽22的长度或移送速度(振动条件)的关系适宜地设定。邻接的导向面22c的间隔，例如设定为约80mm以上。当比约80mm短时，造粒效果降低，所以不优选。当大于等于约200mm时，基于导向面的造粒效果降低，所以不优选。
接着，参照图3到图5，说明本发明实施方式的造粒粉的制造装置(造粒装置)120的构成例。
如图3所示，造粒装置120具有球120A和加振装置120B。作为加振装置120B，因为可以使用实质上与公知的球振动型送料器(例如神钢电机株式会社制)相同的装置，所以省略了加振装置120B的结构(例如，参照特开2001-114412号公报)的说明，以下说明球120A的结构。
图4是表示从上看的球120A的结构的模式图。图5是切去球120A的一部分的斜视图。
球120A在内周面以螺旋状设置有由侧面122a和以向侧面122a降低的方式倾斜的底面122b规定的导槽122。另外，从侧面122a向导槽122的中央方向延伸、且向移送方向倾斜的导向面(图2中的导向面22c)，由凸部122d的侧面形成。另外，凸部122d具有作为导向面(图2中的导向面22c)起作用的向移送方向倾斜的面和向相反方向倾斜的面，因为存在向相反方向倾斜的面，所以可以防止粉末滞留在导向面里侧，可以提高移送效率。当然，也可以使用图2所示的具有导向面22c的挡板来代替凸部122d。
另一方面，还具有从导槽122的内侧(底面122b的高的一方)向导槽122的中央方向延伸、且向移送方向倾斜的挡板122c。该挡板122c发挥着使通过凸部122d的导向面逆着底面122b的倾斜移动的造粒粉再次回到侧面122a(底面122b的低的一侧)的作用。通过设置该挡板122c，可以得到造粒效果增大、造粒粉的排出性得以提高这样的效果。挡板122c优选设置在螺旋状配置的导槽122的内周侧，在图4所示的结构中，只在约3周的导槽122内的内侧的1.5周设置有挡板122c。
球120A全体具有研钵状的形状，将稀土类合金的粉末投入到中央部的底面124内。在底面124的中央部设置有三角锥状的突起125，在突起125的周围形成有沿该圆形底面的切线方向延伸的山岭状的小突起126，将投入的粉末有效地供给到设置在内周面的导槽122上。另外，为了提高造粒效率，将粉末投入到球120A以前，优选将原料粉末整粒。
投入到球120A的粉末从研钵状的球120A的底部沿螺旋状的导槽122在球120A的内周面上被移送，同时如参照图2说明的那样被造粒，且被移送到球120A上部的取出口128。取出口128连接在例如用于下面成形工序的送料装置(没有图示)上。
这时，当带有剩磁的粉末与导槽122的表面(侧面122a及底面122b)、和挡板122c以及凸部122d的表面的接触阻力(摩擦阻力)强时，有时粉末附着在表面上，造粒效率降低。因此，粉末接触的表面优选为光滑的表面，例如使用进行过镜面加工的SUS等不锈钢制作球120A，而且还优选用氨基甲酸乙酯涂布其表面。另外，将造粒剂添加到粉末中时，因为粉末容易附着在球120A的表面上，所以往往优选为宁可不用造粒剂。另外，使用不带有剩磁的粉末时，即使添加造粒剂也难以用该方法得到造粒粉。
以下表示此处使用的实施方式的造粒装置120的一例具体做法。
垂直振动振幅0.3mm水平振动振幅1.5mm球底部124直径350mm从水平的倾斜角底面8°导槽10°突起125底面的直径100mm、高度50mm导槽122宽35mm、侧面的高度30mm、全长4000mm最外周导槽的直径560mm挡板122c相对于侧面的移送方向的角度45°侧面的长度22mm凸部122d相对于侧面的移送方向的角度45°侧面的长度30mm另外，使用本发明的造粒方法时，因为没有必要控制粉末周围的气体的压力，所以可以在大气压下实行，但因为稀土类合金的粉末容易氧化，所以造粒工序优选为在惰性气体(氮气或稀有气体)环境下进行。例如，可以用罩盖住造粒装置120的全体，使罩内充满氮气体。罩内没有必要为密闭构造，例如也可以使氮气体流过。
由上述稀土类合金的粉末(平均粒径1.5μm以上6μm以下)制作的造粒粉的平均粒径优选为在0.05mm～3.0mm的范围内。因为通常造粒粉含有的一次粒子很少且三次粒子以上的高次造粒粉也非常少，所以实质上二次粒子的平均粒径可以代表造粒粉的平均粒径。此处，作为造粒粉的平均粒径，使用通过显微镜观察求得的二次粒子的平均粒径。当造粒粉的平均粒径比0.05mm小时，流动性的改善效果降低，难以得到密度充分且均一的成形体。另一方面，当造粒粉的平均粒径比3mm大时，对腔室的填充性降低，难以得到密度充分且均一的成形体。造粒粉的平均粒径更优选为在0.1mm～1.5mm的范围内。当使用此处例示的造粒装置120时，可以效率良好地制作平均粒径在0.1mm～1.5mm范围内的造粒粉。
接着，将得到的造粒粉移动到冲压成形工序，但此处说明造粒装置120的其它优点。与目前的流动层造粒装置等不同，造粒装置120具有可使烧结磁体用的稀土类合金成形体的生产线小型化，以及/或者，可使它自动化这样的优点。即，可以构成图6所示的含有上述造粒装置120的造粒装置100。
上述的造粒装置120和进行造粒装置120之前的工序的装置纵向一体形成造粒装置100。即，造粒装置100用连接管道连接容纳原料粉末的漏斗130、计量装置(称量装置)140、磁化装置150和整粒机160。
稀土类合金的原料粉末被投入到漏斗130中，用计量装置140计量规定质量的原料粉末，供给到规定质量的磁化装置150的容器内。磁化装置150具有磁路(没有图示)，例如，通过向线圈供给规定的脉冲电流，产生交变衰减磁场，使容器内的原料粉末带有剩磁。
带有剩磁的粉末由整粒机160整粒为规定尺寸的块，并被供给到造粒装置120的球120A内。整粒机160例如用开口径为0.5mm以上1.5mm以下的筛孔(金属网)构成。被整粒机160分割为规定大小的块供给的粉末，由于是以该块作为核进行造粒的，所以得到的造粒粉的粒度范围受到限制，可以控制制作出异常大的造粒粉。筛孔的开口径根据目标造粒粉的粒径适宜地设定，但因为利用了基于剩磁的凝聚力，所以得到的造粒粉的粒径因剩磁的大小而受到限制，当超出上述范围时，整粒的效果降低。特别是当开口径小于0.5mm时，由于块难以起到造粒核的功能，造粒效率降低。
另外，筛孔例如可以弯曲成蛇腹状。通过弯曲可以提高粉末挑选的处理效率。而且为了提高粉末挑选的处理效率，将筛孔与振动系统连接等，也可以使筛孔振动。
造粒粉从造粒装置120的取出口128(参照图4)排出。使用例如送料装置等，将该造粒粉供给给在下面的成形工序中使用的给料箱(feeder box)，就可以在投入原料粉末以后，自动化到冲压成形工序。
接着，通过冲压成形得到的造粒粉，形成成形体。此处，只使用造粒粉形成成形体。冲压成形可以使用公知的冲压成形装置，典型地使用的有，利用上下冲头冲压金属模具腔室(模孔die hall)内的粉末的单轴冲压成形装置。
将造粒粉填充于单轴冲压成形机的金属模具的腔室内。将造粒粉填充于腔室内的工序可以使用，例如，使用筛子的填充方法、使用特公昭59-40560号公报、特开平10-58198号公报、实开昭63-110521号公报和特开2000-248301号公报所公开的利用给料箱的填充方法(有时也总称它们为“落入方法”)实行。
特别是，形成小的成形体的情况下，优选使用腔室计量对应于腔室的内容积的量的造粒粉。例如，使下方具有开口部的给料箱移动到腔室上，使造粒粉落下(自然落下)后，通过刮平供给给腔室的剩余的造粒粉，可以比较均一地填充规定量的造粒粉。当然，也可以使用漏斗等将另外计量的造粒粉填充于腔室内。
将造粒粉填充于腔室内之后，降下单轴冲压装置的上冲头，在塞住腔室的开口部的状态下，施加取向磁场，使造粒粉崩溃为一次粒子的同时，使一次粒子进行磁场取向。本发明的实施方式的造粒粉确实在0.1T～0.8T的比较弱的磁场中崩溃为一次粒子。但是，当考虑到充分的取向度时，期望为0.5T～1.5T程度。磁场的方向例如是与冲压方向垂直的方向。这样边施加磁场，例如在98MPa的压力下边用上下冲头单轴冲压粉末。其结果得到相对密度(成形体密度/真实密度)为0.5～0.6的成形体。另外，磁场的方向可以根据必要与冲压方向平行。通过本发明得到的造粒粉，具有在填充工序中不破坏、并且因施加取向磁场崩溃为一次粒子的适当的强度。
接着，将得到的成形体，在真空中或惰性气体环境中，例如在约1000℃～约1180℃的温度下，烧结约1小时～6小时。因为本实施方式的造粒粉不含有造粒剂，或只含有在烧结工序中实质上可以除去的程度的造粒剂，所以没有必要另外设计脱粘合剂工序。另外，现有的典型的脱粘合剂工序在例如约200℃～约800℃的温度、约2Pa的压力的惰性气体环境下，实行约3小时～约6小时。
通过将得到的成形体，例如在约450℃～约800℃的温度，进行约1小时～8小时的时效处理，得到R-Fe-B类烧结磁体。然后，通过在任意阶段进行磁化，最终完成R-Fe-B类烧结磁体。
根据本发明，由于使用上述的流动性及成形性优异的造粒粉，所以填充量的偏差小且被均一地填充于腔室内。因此，通过冲压成形得到的成形体的质量及尺寸的偏差小。另外，成形体发生缺口或裂纹的情况也少。
而且，本实施方式的造粒粉的一次粒子实质是上通过剩磁的磁的凝聚力结合，所以通过施加取向磁场确实地崩溃为一次粒子。因此，一次粒子的取向度没有降低。另外，由于使因造粒剂的碳残存于烧结体中造成的磁特性的降低也被抑制在最小限度，所以可以得到具有优异的磁特性的烧结磁体。这样，根据本发明可以以高生产效率地制造高品质的R-Fe-B类烧结磁体。
下面，说明本发明的实施例。
如下所述制作了R-Fe-B类合金粉末。纯度为99.9％的电解铁、含有19.8％的B的硼铁合金、纯度99.7％以上的Nd及Dy用作出发原料调制了合金熔融物。由该合金熔融物用带钢铸造法得到实施例1(组成是Nd34.0质量％、Dy1.0质量％、B1.0质量％、剩余部分为Fe)及实施例2(组成是Nd30.0质量％、Dy5.0质量％、B1.0质量％、剩余部分为Fe)的R-Fe-B类合金的薄片。使用喷射粉碎机在惰性气体(例如氮气体、气压58.8MPa)中微粉碎该薄片，得到平均粒径约为3μm的原料粉末。实施例1的粉末的矫顽力为60kA/m，
实施例2的粉末的矫顽力为120kA/m。
接着，将交变衰减磁场(磁场的峰值为1.0T)施加在上述实施例用的原料粉末上，赋予剩磁后，使用上述的造粒装置120，制造平均粒径为0.3mm的造粒粉。不添加造粒剂。得到的造粒粉的剩磁都为0.2mT程度。测定得到的造粒粉的休止角的结果如表1所示。另外，在表1中比较例1表示的是，不赋予剩磁的实施例1的原料粉末，将异链烷烃(2质量％)用作造粒剂并通过转动造粒法制作的造粒粉的休止角。另外，比较例2表示实施例1的原料粉末本身的休止角。
休止角大的粉末其流动性差，休止角越小，流动性越优异。如比较例2所示，当原料粉末不进行造粒时，休止角大，约为52°，流动性低。相对于此，进行造粒的实施例1和2以及比较例1的任一个的冲压粉末的休止角都降低到不满45°。特别是实施例1及2的造粒粉，比比较例1的冲压粉末的休止角还小，流动性优异。即，可知通过利用剩磁，不使用造粒剂，也可以改善流动性。
用使用上述给料箱的方法，将表1所示的各个冲压用粉末填充于长20mm、宽15mm、深10mm的腔室内，进行单轴冲压成形(98MPa、取向磁场(1.3T)的施加与冲压方向成直角)。该填充工序及冲压成形工序在与所有的实施例及比较例相同的条件下进行。另外，改变冲压条件，形成了成形体密度(生坯密度)不同的成形体。
将得到的成形体在氩气环境中、1060℃下烧结约4小时后，在500℃下实施1小时的时效处理，得到烧结体。而且，通过在2387kA/m的条件下磁化该烧结体，得到烧结磁体。各个实施例及比较例中，样品数为50个。得到的烧结磁体的剩磁Br(T)如表2所示。
由表2可知实施例1的Br与比较例2的Br实质上看不出差异，具有优异的磁特性。添加造粒剂的比较例1与实施例1及比较例2相比，Br值低。这是因为造粒剂作为碳元素残存在烧结磁铁中的缘故。
如上述所述，通过利用基于一次粒子的剩磁的磁的凝聚力制作造粒粉，即使不使用造粒剂也可以得到使用造粒剂的现有的造粒粉的同等以上的流动性，所以可以以目前同等以上的生产性，制造比目前更具有优异的磁特性的烧结磁体。而且，只利用一次粒子的剩磁制作造粒粉，实质上可以消除磁特性的降低。
产业上的可利用性本发明提供一种可以制造流动性和冲压成形性优异且具有优异的磁特性的磁体的稀土类合金的造粒粉的制造方法。通过使用该造粒粉，可提供高生产效率地制造高品质的稀土类合金烧结体的方法。
因为根据本发明，没有降低磁特性，且可以改善稀土类合金粉末的流动性以及成形性，所以可以提高目前牺牲磁特性的冲压困难的形状的烧结磁体的磁特性。而且，可以缩短造粒时间，可以省略脱粘合剂工序，可以提高稀土类烧结磁体的生产性。
权利要求
1.一种稀土类合金的造粒粉的制造方法，其特征在于包括(a)准备带有剩磁的稀土类合金的粉末的工序；(b)向由侧面和以向所述侧面降低的方式倾斜的底面规定的导槽，供给所述粉末的工序；(c)通过使所述导槽振动赋予所述粉末运动能量，将所述粉末在所述导槽的长方向上移送的同时，利用基于所述粉末的剩磁的凝聚力和基于所述运动能量的转动作用，实质上在零磁场下实施造粒的工序。
2.如权利要求1所述的稀土类合金的造粒粉的制造方法，其特征在于所述工序(c)还包括在所述导槽内在所述长方向上移送所述粉末的同时，逆着所述底面的所述倾斜移动所述侧面侧的粉末的工序。
3.如权利要求1或2任一项所述的稀土类合金的造粒粉的制造方法，其特征在于所述侧面被配置成螺旋状且被设置在所述导槽的外周侧。
4.如权利要求1～3任一项所述的稀土类合金的造粒粉的制造方法，其特征在于工序(b)在整粒所述粉末后实行。
5.如权利要求1～4任一项所述的稀土类合金的造粒粉的制造方法，其特征在于所述稀土类合金是R-Fe-B类合金。
6.如权利要求1～5任一项所述的稀土类合金的造粒粉的制造方法，其特征在于所述粉末的平均粒径在1.5μm以上6μm以下的范围内。
7.如权利要求1～6任一项所述的稀土类合金的造粒粉的制造方法，其特征在于制作平均粒径在0.05mm以上3.0mm以下的范围内的造粒粉。
8.一种稀土类合金烧结体的制造方法，其特征在于包括使用权利要求1～7任一项所述的稀土类合金的造粒粉的制造方法制造造粒粉的工序；不给所述造粒粉施加脱磁磁场，将含有所述造粒粉的稀土类合金的粉末填充于腔室内的工序；给含有所述造粒粉的稀土类合金的粉末施加取向磁场的状态下，通过冲压成形形成成形体的工序；烧结所述成形体的工序。
9.一种造粒粉的制造装置，其特征在于具备由侧面和以向所述侧面降低的方式倾斜的底面规定的导槽；从规定所述导槽的所述侧面向所述导槽的中央方向延伸，且向移送方向倾斜的导向面；振动所述导槽的加振装置。
10.如权利要求9所述的造粒粉的制造装置，其特征在于具有容纳带有剩磁的稀土类合金的粉末的球；所述导槽以螺旋状被设置在所述球的内周面上。
11.如权利要求10所述的造粒粉的制造装置，其特征在于还包括具备收容稀土类合金的原料粉末的容器和将磁场施加在所述容器内的原料粉末上的磁路的磁化装置。
12.如权利要求11所述的造粒粉的制造装置，其特征在于在所述磁化装置与所述球之间还具有整粒机。
全文摘要
本发明涉及一种造粒粉的制造方法，其特征在于，包括准备带有剩磁的稀土类合金的粉末的工序、将粉末供给由侧面22a和以向侧面降低的方式倾斜的底面22b规定的导槽22的工序、通过使导槽振动赋予所述粉末运动能量，使粉末在导槽的长方向上移送的同时利用基于粉末的剩磁的凝聚力和基于运动能量的转动作用且实质上在零磁场下造粒的工序。其结果是得到可以制造流动性和冲压性优异且具有优异的磁特性的磁体的稀土类合金的造粒粉。
文档编号B22F3/02GK1717290SQ20048000145
公开日2006年1月4日 申请日期2004年5月26日 优先权日2003年5月27日
发明者中村阳, 中岛澄人, 大谷智郁 申请人:株式会社新王磁材