稀土类合金造粒粉的制造装置的制作方法

专利名称：稀土类合金造粒粉的制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种稀土类合金的造粒粉的制造方法、稀土类合金的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(永磁体)，通常是将稀土类合金的粉末压制成型、烧结所得到的粉末的成型体、再通过时效处理来制造的。现在，稀土类-钴系磁体和稀土类-铁-硼系磁体这两种在各个领域广泛使用。其中，由于稀土类-铁-硼系磁体(以下称为“R-Fe-B系磁体”。R是含Y的稀土类元素，Fe是铁，B是硼。)在各种磁体中显示出最高最大磁能积，价格也比较便宜，因此被积极用于各种电子机器。
R-Fe-B系烧结磁体，主要由R2Fe14B正方晶化合物形成的主相、Nd等形成的富R相、及富B相构成。还有，Fe的一部分也可和Co或Ni等的过渡金属置换，硼(B)的一部分也可以被碳(C)置换。本发明适用的R-Fe-B系烧结磁体，被记载在例如美国专利第4,770,723号说明书及美国专利第4,792,368号说明书中。
为了制作形成这样磁体的R-Fe-B系合金，目前使用铸锭法。利用通常的铸锭法，高频溶解作为起始原料的稀土类金属、电解铁及铁硼合金，将所得到的熔液在铸模内通过比较慢地冷却制作合金锭。
近年来，通过使合金熔液与单辊、双辊、旋转圆盘或旋转圆筒铸模的内面等接触，较快速地冷却，由合金熔液制作比锭更薄的凝固合金(称为“合金薄片”)的以薄带铸造法及离心铸造法为代表的急冷法倍受注目。通过这样的急冷法制作的合金片的厚度，通常是约0.03mm以上、约10mm以下的范围。通过急冷法，合金熔液从接触冷却辊的面(辊接触面)开始凝固，结晶从辊接触面朝向厚度方向呈柱状成长。其结果，通过薄带铸造法等制作的急冷合金，具有含有短轴方向的尺寸约0.1μm以上约100μm以下、长轴方向的尺寸约5μm以上约500μm以下的R2Fe14B结晶相和分散存在于R2Fe14B结晶相的品问中的富R相的组织。富R相是稀土类元素R的浓度比较高的非磁性相，其厚度(相当于晶间的宽度)约为10μm以下。
急冷合金，与通过现有的铸锭法(模具铸造法)制作的合金(锭合金)相比较，由于可在相对短的时间(冷却速度102℃/秒以上、104℃/秒以下)冷却，所以具有组织微细化、结晶粒径小的特点。另外，晶间的面积较大，富R相在晶间内较宽地扩展，因此即使在富R相的分散性方面也具有比较好的优点。由于这些特征，通过使用急冷合金，能制造具有优异的磁性特征的磁体。
另外，我们也知道被称为Ca还原法(或还原扩散法)的方法。此方法包括以下的工序。首先，在按规定的比例含有稀土类化合物中的至少一种、铁粉及纯硼粉、铁硼粉及硼氧化物中的至少一种的混合粉或按规定的比例含有上述构成元素的合金粉或混合氧化物的混合粉中，混合金属钙(Ca)及氯化钙(CaCl)，在惰性气体环境下进行还原扩散处理。将所得到的反应生成物淤浆化，把它通过水处理，由此得到R-Fe-B系合金的固体。
还有，在本说明书中，将固体合金的块称为“合金块”，不仅是通过现有的铸锭法得到的合金锭及冷却通过薄带铸造法等急冷法得到的合金薄片等的熔液而得到的凝固合金，也包括通过Ca还原法得到的固体合金等各种形态的固体合金。
提供给压制成型的合金粉末是如下这样得到的，即，利用例如氢贮藏法和/或各种的机械粉碎法(例如，使用圆盘磨机)把这些合金块粉碎，再利用例如使用喷射磨的干式粉碎法将所得到的粗粉末(例如，平均粒径10μm～500μm)进行微粉碎。
提供给压制成型的R-Fe-B系合金粉末的平均粒径，从磁特性的观点来看，优选在1.5μm～6μm的范围内。还有，粉末的“平均粒径”，只要是没有预先特别说明时，在此就是指FSSS粒径。然而，若使用平均粒径小的粉末时，流动性、压制成型性(包括模腔充填性及压缩性)差，生产性差。
作为解决这个问题的方法，正在研究用润滑剂覆盖合金粉末颗粒的表面的技术。例如，在特开平08-111308号公报及美国专利第5,666,635号说明书中公开了如下技术，即，在平均粒径10μm～500μm的R-Fe-B系合金的粗粉末中，添加0.02质量％～5.0质量％的将至少一种脂肪酸酯液化的润滑剂后，进行使用惰性气体的喷射磨粉碎，从而制作R-Fe-B系合金的微粉末(例如平均粒径1.5μm～5μm)的技术。
润滑剂在改善粉末的流动性、成型性(压缩性)的同时，由于具有赋予成型体硬度(强度)的结合剂的作用，另外在烧结体中作为残存碳剩余而成为使磁性低下的原因，所以要求具有优异的脱结合剂性。例如，在特开2000-306753号公报中，作为脱结合剂性优异的润滑剂，公开了解聚聚合物、解聚聚合物和烃系溶剂的混合物、以及解聚聚合物和低粘度矿物油和烃系溶剂的混合物。
然而，根据使用上述润滑剂的方法，虽然能得到某种程度的改善效果，但难以在模腔内均匀填充，并且不能得到充分的成型性。特别是，用薄带铸造法等急冷法(冷却速度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，粒度分布尖锐(陡峭)，所以流动性特别差。因此，充填在模腔内的粉末的量产生变动，超过允许范围，模腔内的充填密度不均匀。其结果，成型体的质量、尺寸产生变动，超过允许范围，成型体发生出缺口及破裂现象。
作为用于改善R-Fe-B系合金粉末的流动性及成型性的其他的方法，尝试使用造粒粉。
例如，在特开昭63-237402号公报中公开了下述内容，即，相对于粉末添加0.4～4.0质量％的在室温下液体状态的链烷烃混合物与脂肪族羧酸的混合物，混炼后，通过使用由造粒得到的造粒粉，能改善成型性。另外，我们也知道使用作为造粒剂的PVA(聚乙烯醇)的方法。还有，造粒剂也与润滑剂一样，起到结合剂的作用，有助于增强成型体的强度。
然而，使用上述特开昭63-237402号公报公开的造粒剂时，由于脱结合剂性差，在R-Fe-B系烧结磁体的情形下，存在因在烧结体中剩余碳而使磁特性降低的问题。
另外，使用PVA并利用喷射干燥法制造的造粒粉，相反，由于结合力强，所得到的造粒粉过硬，即使施加外部的磁场，造粒粉也不能完全被崩坏。因此，不能使一次颗粒进行充分的磁场定向，其结果，存在不能得到具有优异的磁性特征的磁体的问题。PVA的脱结合剂性也较差，PVA所带来的碳容易剩余在磁体中。为了解决这个问题，也有在氢气环境下进行脱结合剂处理的方法，但是很难完全除去碳。
另外，本申请的发明人，为了解决造粒粉难以通过定向磁场被崩坏的问题，提出了通过在施加静磁场的状态下进行造粒、将磁场定向的各个颗粒(一次颗粒)利用造粒剂结合的制作造粒粉的方法(参照特开平10-140202号公报)。如果使用此造粒粉，与使用将未经磁场定向的一次颗粒利用造粒剂结合而制作的造粒粉的情形相比，尽管能改善磁特性，但由于压制成型时，难以进行充分的磁场定向，所以与使用未造粒的稀土类合金粉末的情形相比，磁特性低。
如上所述，目前正在研究各种造粒剂及造粒方法，但还未开发出可以制造流动性、压制成型性优异且具有优异的磁特性的磁体的能工业生产的稀土类合金造粒粉的方法。
另一方面，磁体的小型化、薄型化及高性能化的需要提高了，希望开发以高生产效率制造小型或薄型的高性能的磁体的制造方法。通常，如果对稀土类合金烧结体(或将其进行磁化的磁体)进行机械加工，因加工变形的影响，磁特性低下，但就小型磁体来说，不能无视此磁特性的低下。因此，强烈希望象小型的磁体，以实质不需要进行机械加工的尺寸精度，制作具有所使用的最终形状的烧结体。从这样的背景来看，对流动性、压制成型性优异的稀土类合金粉末、特别是R-Fe-B系合金粉末需求更强。

发明内容
本发明是鉴于上述各点开发的，其主要目的在于提供一种流动性及压制成型性优异、且可以制造具有优异的磁特性的磁体的稀土类合金造粒粉的制造方法、及以高的生产效率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造粒粉的制造方法，包括准备稀土类合金粉末的工序；对上述粉末赋予剩磁的工序；利用由上述粉末的剩磁产生的凝聚力进行造粒的工序。由此达到上述目的。
优选上述造粒工序包括将运动能量赋予给上述粉末颗粒的工序，上述颗粒利用由赋予的运动能量产生的转动作用进行成长的过程，实质在零磁场下发生上述的制造方法，也可以包括在槽内准备具有剩磁的上述粉末的工序；在上述槽内、实质在零磁场下、将运动能量赋予给上述粉末颗粒的工序。或者，也可以包括在槽内准备上述粉末的工序；通过对上述槽内的上述粉末施加磁场、对上述粉末赋予剩磁的工序；在上述槽内、实质在零磁场下、将运动能量赋予给具有剩磁的上述粉末颗粒的工序。
可以还包括将造粒剂赋予至上述粉末的工序，也可以不包括将造粒剂赋予至上述粉末的工序。
优选对上述粉末赋予剩磁的工序是通过施加交变衰减磁场进行的。
优选上述稀土类合金是含有Dy为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R-Fe-B系合金。
优选上述粉末的平均粒径是在1.5μm以上6μm以下的范围内。
优选上述造粒工序是制作平均粒径处于0.05mm以上3.0mm以下的范围内的造粒粉的工序。
本发明的稀土类合金烧结体的制造方法，包括使用上述任一稀土类合金造粒粉的制造方法制造造粒粉的工序；对上述造粒粉不施加脱磁磁场、将包含上述造粒粉的稀土类合金粉末充填在模腔内的工序；在对包含上述造粒粉的稀土类合金粉末施加定向磁场的状态下、通过压制成型形成成型体的工序；烧结上述成型体的工序。由此达到上述目的。
本发明的稀土类合金造粒粉的特征在于包含具有剩磁的平均粒径为1.5μm以上6μm以下的稀土类合金粉末，平均粒径在0.05mm以上3.0mm以下的范围内，上述粉末利用由上述剩磁产生的凝聚力互相结合。
本发明的某实施方式的稀土类合金造粒粉的制造方法的特征在于包括(a)以载置于具有通气性的台板上的状态在槽内准备具有剩磁的稀土类合金粉末的工序；(b)在上述槽内生成从上述台板的下向上流动的第1气流的工序；(c)由上述第1气流对上述粉末颗粒赋予运动能量、利用由上述粉末的剩磁产生的凝聚力和由上述运动能量产生的转动作用、实质在零磁场下进行造粒的工序；(d)在上述槽内生成相对于上述台板从上向下的第2气流的工序；(e)在上述台板上形成由上述粉末形成的粉末层、由上述第2气流压缩上述粉末层的工序；同时实行工序(d)的至少一部分和工序(b)的至少一部分。由此达到上述目的。
在某优选实施方式中，同时实行工序(d)和工序(b)的期间，包括一边使上述第1气流的流量减少、一边使上述第2气流的流量增加的期间。
工序(a)可以包括在上述槽内配置不具有剩磁的稀土类合金粉末的工序；通过对配置在上述槽内的不具有剩磁的上述粉末施加磁场赋予剩磁的工序。或者，工序(a)也可以包括预先准备具有剩磁的稀土类合金粉末的工序；在上述槽内配置具有剩磁的上述粉末的工序。
在某优选实施方式中，按工序(b)、工序(c)、工序(d)及工序(e)的顺序反复进行多次。
在某优选实施方式中，包括在上述反复期间、在至少一次的工序(e)之后，(f)在生成上述第2气流的状态下一旦停止上述第1气流、然后、在停止上述第2气流的状态下、通过生成超过工序(c)中的上述第1气流的平均流量的流量的上述第1气流、解碎在上述台板上形成的上述粉末层的工序。
在某优选实施方式中，上述稀土类合金是R-Fe-B系合金。
在某优选实施方式中，上述粉末的平均粒径在1.5μm以上6μm以下的范围内。
在某优选实施方式中，制造平均粒径在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的特征在于包括使用上述任一稀土类合金造粒粉的制造方法制造造粒粉的工序；对上述造粒粉不施加脱磁磁场、将包含上述造粒粉的稀土类合金粉末充填在模腔内的工序；在对包含上述造粒粉的稀土类合金粉末施加定向磁场的状态下、通过压制成型形成成型体的工序；烧结上述成型体的工序。
本发明的稀土类合金造粒粉的制造装置的特征在于具有设置有容纳稀土类合金粉末的台板的槽；连接上述槽、在上述槽内能生成从上述台板的下向上流动的第1气流的第1流路；连接上述槽、在上述槽内能生成从上述台板的上向下流动的第2气流的第2流路；上述第1流路和上述第2流路，互相独立地连接于上述槽。由此达到上述目的。
优选在上述第1流路内还具有调温装置及送风装置。
也可以是在上述第2流路内还具有缓冲容器的结构。
优选具有检测上述槽内气体温度的温度计，并具有若检测出的温度超过规定的温度则至少使上述送风装置的动作停止的控制回路。
优选动作中上述槽内维持正压。
也可以是还具有可对载置于上述台板上的上述粉末施加磁场的磁场发生装置的结构。


图1(a)是表示本发明实施方式的造粒粉的构造的示意图，图1(b)及图1(c)是表示用于比较的现有造粒粉的构造图。
图2是表示用于本发明实施方式的R-Fe-B系合金造粒粉制造的造粒装置20的示意图。
图3是表示用于本发明实施方式的R-Fe-B系合金造粒粉制造的造粒装置100的示意图。
图4(a)及(b)是表示在本发明实施方式的造粒粉制造方法中槽内的气流的状态(流量的时间变化)的示意图。
图5是表示使用本发明实施例的造粒粉及比较例的造粒粉得到的烧结磁体的剩磁密度Br的图。
具体实施例方式
以下，参照附图，说明本发明实施方式的造粒粉的制造方法及稀土类合金烧结体的制造方法。在以下的实施方式的说明中，以磁特性优异的反面、特别是使用流动性低的由薄带铸造法制作的R-Fe-B系合金粉末的烧结磁体的制造方法为例说明本发明的特征，但本发明不限于此，也可以使用由其他方法制造的稀土类合金粉末。
本发明实施方式的R-Fe-B系合金烧结体的制造方法，包括制作R-Fe-B系合金的粉末(以下，称为“原料粉末”或“一次颗粒粉末”)的工序；对原料粉末赋予剩磁的工序；利用由原料粉末的剩磁产生的凝聚力进行造粒的工序；在对含有造粒粉的R-Fe-B系合金粉末施加磁场的状态下通过压制成型形成成型体的工序；烧结成型体的工序。通过用公知的方法对所得到的烧结体进行磁化，可得到R-Fe-B系烧结磁体。还有，磁化工序，可在烧结后的任意时刻实行，例如，可由烧结磁体的使用者在将要使用之前实行。这里，未磁化者也称为烧结磁体。
在本发明实施方式的R-Fe-B系合金烧结体的制造方法中，利用因原料粉末的剩磁产生的凝聚力进行造粒。因此，可以降低造粒剂的添加量、或、使用结合力比现在低的结合剂。而且，甚至可以省略造粒剂的添加。
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及所得到的造粒粉的特征。图1的左侧是表示造粒粉构造的示意图，图1的右侧是表示在用于压制成型的模腔内施加定向磁场后的造粒粉状态的示意图。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造粒粉12b，(c)表示利用上述特开平10-140202号公报记载的方法得到的造粒粉12c。
如图1(a)所示，本发明实施方式的造粒粉12a是，具有剩磁的一次颗粒10a通过磁性凝聚力进行弱结合。这里例示不使用造粒剂的情形。具有剩磁的一次颗粒10a以形成磁性闭回路的方式进行磁性结合，造粒粉12a的剩磁很微小(例如大于0mT、10mT以下(毫特斯拉)左右)。造粒粉12a中的一次颗粒10a的剩磁的方向，与图1(c)所示的造粒粉12c不同，无规则地定向。例如，一次颗粒10a的平均粒径是1.5μm以上6.0μm以下，造粒粉12a的平均粒径是从0.05mm至3.0mm左右。剩磁，可将高斯计的探针插入造粒粉中来测定。
由于此造粒粉12a具有适度的粒径，所以流动性好，且剩磁也低，能容易均匀地充填在模腔内，而不会引起桥接(bridging)。而且，由于一次颗粒10a只通过磁性凝聚力进行结合，如图1(a)的左侧图示，通过定向磁场(例如0.1T～0.8T)的施加确实崩坏一次颗粒10a，一次颗粒10a进行磁场定向。另外，因为不含有造粒剂，所以不会增加烧结体的碳含有量。通过磁化使用该造粒粉12a制造的烧结体所得到的磁体，具有与用不对原料粉末(剩磁实质为零)进行造粒所得到的磁体实质上相同的磁特性。即，通过使用本发明实施方式的造粒粉，不会使磁特性降低，而能改善流动性及成型性。当然，在为了提高成型体的强度等的目的上，也可以添加造粒剂。由于造粒剂是辅助使用，所以不需要强的结合力，为了不使磁特性降低，可以选择其量及种类。
与此相对，如图1(b)所示，通过造粒剂14使原料粉末的一次颗粒10b结合的造粒粉12b，在定向磁场中没有完全崩坏，其结果，所得到的烧结磁体的磁特性降低。与不对原料粉末进行造粒就使用的情形相比，例如，剩磁降低1％～10％左右。还有，图1(b)的造粒粉12b中的一次颗粒10b，由于不具有剩磁，所以没有标记箭头。
另外，如图1(c)所示，若使用一边在静磁场中使一次颗粒10c定向一边用造粒剂14使一次颗粒10c结合、固定而成的造粒粉12c，虽然可抑制磁特性的降低，但由于造粒粉12c不完全崩坏至一次颗粒10c，所以与不对原料粉末进行造粒就使用的情形相比，例如，剩磁降低1％～数％左右。还有，如图1(c)所示，造粒粉12c沿磁极方向呈细长形状，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，若不脱磁(消磁)，一旦发生桥接就不能充填至模腔内。
与此相对，本发明实施方式的造粒粉12a，接近球形，且由于剩磁小没必要脱磁，能容易均匀地充填在模腔内。因此，能采用事先计量规定质量的造粒粉之后充填在模腔内的所谓“计量充填法”。如上所述，本发明实施方式的造粒粉12a，流动性及对模腔的充填性优异，而且，能制造实质上磁特性没有降低的烧结磁体。
本发明实施方式的造粒粉，由包括对具有剩磁的原料粉末颗粒赋予运动能量、颗粒通过被赋予的运动能量造成的转动作用进行成长的过程的造粒方法所得到。还有，根据需要，也可以添加造粒剂。
在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，可以在造粒装置的槽(造粒槽)内充填原料粉末之前进行，也可以在槽内准备(充填)之后进行。不过，本实施方式的造粒粉12a的一次颗粒10a，由于利用剩磁产生的磁性凝聚力进行结合，所以若从外部施加磁场，则造粒粉12a崩坏。因此，颗粒的成长过程是在实质零磁场下进行。这是与在图1(c)所示的造粒粉12c的制造方法中、在造粒粉12最终被造粒剂14固定之前、为了使一次颗粒10c定向而需要连续施加磁场相对照。还有，本说明书中的所谓“实质零磁场”，是指在颗粒通过转动作用进行成长的过程中、不会影响到由粉末的剩磁形成磁性闭回路的造粒粉的得到程度及粉末的剩磁这样弱的磁场。
为了赋予剩磁而施加的磁场，可以使用各种磁场。还有，由于一次颗粒所具有的剩磁很微小，优选使用交变衰减磁场。还有，用于赋予剩磁的磁场，不限于交变衰减磁场，也可以用单调衰减磁场、其它的脉冲磁场、静磁场。
如果即使赋予剩磁、原料粉末的矫顽力也小，那么得到最终的造粒粉之前的期间已消磁，不能维持造粒粉的形状。因此，优选矫顽力比较高的原料粉末。具体地说，把原料粉末充填在容器中，使得体积密度为2.0g/cm3，将用BH测量头测定的矫顽力的值作为原料粉末的表观的矫顽力，原料粉末优选具有70kA/m以上的矫顽力，更优选具有80kA/m以上的矫顽力。例如，在R-Fe-B系合金的情况下，优选含有2质量％以上Dy、或1质量％以上Tb、或Dy和Tb的合计为1质量％以上的合金。
作为供于压制成型的R-Fe-B系合金的粉末来说，从流动性及成型性的观点来看，优选只使用上述那样制造的造粒粉，但也可以将造粒粉和原料粉末(一次颗粒粉末)混合来使用。不过，若增加原料粉末的比例则流动性降低，因此为了充分得到由造粒产生的流动性改善效果，优选实质上只使用造粒粉。另外，在混合于造粒粉中而使用原料粉末的情况下，优选颗粒表面用润滑剂覆盖。通过用润滑剂覆盖一次颗粒的表面，能改善R-Fe-B系粉末的流动性，同时能防止R-Fe-B系合金的氧化。另外，也能改善磁场压制工序中的定向性。还有，在本说明书中，实质上不仅是稀土类合金的粉末(可含有表面的氧化层)，也将与稀土类合金的粉末一起含有造粒剂及润滑剂的供于压制成型的粉末称作“稀土类合金的粉末”。
下面按工序顺序说明使用本发明实施方式的R-Fe-B系合金烧结体的磁体的制造方法。
首先，使用薄带铸造法，制作R-Fe-B系合金薄片(例如参照美国专利5,383,978号)。具体地说，将通过公知的方法制造的R-Fe-B系合金利用高频溶解形成熔液。还有，作为R-Fe-B系合金来说，除了上述以外，可以适当使用例如美国专利第4,770,723号及美国专利第4,792,368号的说明书中记载的组成的合金。在R-Fe-B系稀土类合金的典型的组成中，作为R主要使用Nd或Pr，Fe可以被部分过渡元素(例如Co)部分置换，B可以被C置换。
将此合金的熔液保持在1350℃后，在辊圆周速度约为1m/秒、冷却速度为500℃/秒、过冷度为200℃的条件下，在单辊上急冷，得到厚度为0.3mm的合金薄片。使该合金薄片吸收氢，通过使之脆化得到合金粗粉末。通过使用喷射磨在氮气环境下把该合金粗粉末进行微粉碎，得到例如平均粒径为1.5μm～6μm、由BET法测得的比表面积为约0.45m2/g～约0.55m2/g的合金粉末(原料粉末)。此原料粉末的真实密度是7.5g/cm3。
接着，对所得到的原料粉末赋予剩磁。这里，施加峰磁场为1.0T的交变衰减磁场。
接着，对具有剩磁的原料粉末进行造粒。这里，使用流动层造粒法。如果用流动层造粒法，能得到接近球形形状的造粒粉，同时能得到适度硬度的造粒粉。如果造粒粉具有接近球形的形状，那么流动性及成型性优选。另外，造粒粉的硬度，也受造粒剂的影响，如上所述，过硬过软都不好。
图2示意性地表示用流动层造粒法进行造粒的公知的造粒装置20。造粒装置20，具有送风用鼓风机21、调温调湿器22、流动槽23、切换阀24、逆压用鼓风机26。作为这样的造粒装置20，例如可以适当使用“不二パゥダル株式会社”制的摆动式加工机械(swing-processor)。
首先，利用由送风用鼓风机21形成的空气流，在流动槽23中进行通常的流动化。这时，利用正压使空气流按实线的箭头方向流动(流动过程)。接着，将切换阀24进行切换，利用逆压用鼓风机26使空气按图中的虚线的箭头所示方向流动(压密过程)。在压密过程中，利用向下的空气流，粉末层形成并被压缩，造粒粉的硬度增加。另一方面，在流动过程中，利用向上的空气流，在压密过程中形成的粉末层被崩坏，通过流动化空气的磨碎作用，能生成接近球形形状的造粒粉。也可以反复进行切换阀24的切换，通过控制空气量及反复周期，能调整造粒粉的硬度。另外，通过控制造粒工序的时间，能调整造粒粉的平均粒径。
还有，在现有的流动槽造粒法中，利用在槽内由下向上流动的气流使粉末流动(也称作“整流”)的工序(流动过程)和利用由上向下流动的气流压缩粉末层的工序(压密过程)作为分别工序进行。例如，在专利第3019953号公报(例如图3)中记载的流动压缩装置中，具有用于进行流动过程的气流(称为“第1气流”)和用于进行压密过程的气流(称为“第2气流”)能转换的结构，不能在槽内同时发生这两种气流。
本发明人进行了各种实验，其结果可知，通过使进行流动过程的第1气流和进行压密过程的第2气流在槽内同时存在，能更有效地制造稀土类合金的造粒粉。
可认为这是因为，稀土类合金的真实比重大于7.5g/cm3，和/或，利用剩磁这种较弱的力来制造造粒粉。这是基于以下实验事实在不用结合剂的情况下，经过第1气流和第2气流在槽内共存的状态之后，如果不实行压密过程，则造粒粉的制造成品率降低，与此相反，在使用结合剂的情况下，不能确认与现有方法的有利之差。然而，通过第1气流和第2气流共存而使造粒粉的制造效率提高的理由还不清楚。
参照图3及图4，详细说明本发明实施方式的造粒粉的制造方法及制造装置。
图3是表示适合用于本发明实施方式的造粒粉的制造方法的造粒粉制造装置100的结构示意图。图4(a)及(b)是表示在本发明实施方式的造粒粉的制造方法中槽内的气流状态(流量的时间变化)的示意图。
图3所示的造粒粉的制造装置100，具有槽(流动槽)30；可以在槽30内生成在槽30中连续从下向上流动的第1气流的第1流路40(a)；可在槽30内生成在槽30连续从上向下流动的第2气流的第2流路50(b)。第1流路40(a)和第2流路50(b)互相独立地与槽30连接。还有，参照符号40及50，用于主要指各自构成第1流路及第2流路的物理构造的情形，参照符号a及b，用于主要指在各自第1流路及第2流路中气流路径的情形。
槽30，具有在其底部容纳充填有稀土类合金粉末的容器62的结构。容器62的底板(台板)62b具有通气性，例如由网、布形成得到。从操作性的观点来看，优选使用上述那样的容器62，槽30如果具有通气性的台板也可以是其他的构造。
载置在容器62的底板62b上的稀土类合金粉末，可以通过相对于底板62b从下向上流动的第1气流被赋予运动能量，进行流动化。这时，利用由稀土类合金粉末的剩磁产生的凝聚力和由通过第1气流赋予粉末的运动能量产生的转动作用，在实质零磁场下进行造粒过程。另外，利用粉末的自重和/或第2气流在底板62b上形成粉末层，由第2气流压缩此粉末层进行压密过程。
第1流路40，具有调温装置42、送风装置(例如送风用鼓风机)44及配管46，通过阀47及48连接(连结)槽30，形成使槽30内的气体循环的第1流路a(参照图3中的箭头A1及A2)。为了抑制稀土类合金粉末的氧化，优选使用惰性气体(稀有气体或氮气)，这里使用氮气。还有，优选气体中含有的氧气的体积分率控制在0.1％以下。
另外，如果稀土类合金粉末的温度过高，则矫顽力降低，粉末的凝聚力降低的结果，难以形成造粒粉，和/或，为了抑制稀土类合金粉末的氧化，优选控制气体的温度在10℃以上40℃以下的范围内，更优选控制在20℃以上30℃以下的范围内。当然，根据需要，为了从气体中除去水分，也可以设置调湿装置。
送风装置44，使用已由调温装置42进行温度控制的气体生成第1气流。在槽30内生成的第1气流的流量，通过调整送风装置44的输出和/或阀47的开度进行。
第2流路50，具有缓冲容器52及配管36，通过阀57及58连接(连结)槽30，形成使槽30内的气体循环的第2流路b(参照图3中的箭头B1及B2)。还有，缓冲容器52通过调节器53连接于原配管(例如工厂用氮气配管)54。供给至原配管34的氮气的压力，例如约为7kg/cm2，通过调节器33降压数kg/cm2。在槽30内生成的第2气流的流量，通过调整阀57及58的开度进行。
第1流路40及第2流路50的两端分别连接于槽30，气体的流路实质是封闭的。因此，可有效率地控制槽30内的氮气的状态(温度-湿度)等的同时，能低减氮气的消耗量。然而，如果形成完全的封闭体系，由于气流的调节较难，所以优选采用通过阀66将排气管64连接于槽30、以规定的阻力排出槽30内的氮气的结构。这时，至少在工作时，优选调整排气管64的阻力，使得维持槽30内的压力比槽30外的环境压力(大气压)高。
而且，由于稀土类合金粉末容易氧化，如果温度异常上升有爆发的危险。因此，设置用于检测槽30内温度的温度计38，优选设置若槽30内的温度超过预先规定的温度时、至少停止送风装置44的动作的控制电路。当然，也可以进行下述这样的控制，即，用电磁阀构成阀47、48、57、58及66，当超过预先规定的温度时关闭这些阀。由各种经验来看，使用R-Fe-B系合金时，由于如果超过50℃则发生急剧氧化(有伴随发火及爆炸的情形)的可能性变高，所以优选将上述停止动作开始的温度设定为50℃。
还有，槽30，在容纳容器62的底部及其附近和位于它们上部的主体部，内径不同。如图3所示，槽30的底部的内径D1比主体部的内径D2小，越接近主体部越大。如果使用这样结构的槽30，通过第1流路40在槽30内生成的第1气流的流速，由于随着往上方而降低，所以能使被第1气流飘浮的粉末效率很好地落下。内径比主体部的内径D2小的底部的长度(高度)，例如，是槽30的全体的长度的20％左右，底部的内径D1的最小值(底板62b所处部分的内径)，例如，是D2的50％左右。
造粒粉制造装置100，还具有能对充填在容器62内的稀土类合金粉末施加磁场的磁场发生装置60。磁场发生装置60是，例如具有线圈和偏转线圈(yoke)的电磁体，优选能发生交变衰减磁场。当然，在槽30的外部，使用赋予剩磁的稀土类合金的粉末时，能省略磁场发生装置60。
接着，参照图4(a)及(b)说明在本发明实施方式的造粒粉的制造方法中槽30内的气流状态。图4(a)表示从动作开始时刻的一系列工序(1循环)，图4(b)表示含有解碎工序的一系列工序(1循环)。
首先，参照图4(a)说明充填具有剩磁的稀土类合金粉末的容器62固定在装置100的规定位置后的槽30内的气流的状态。
将容器62固定后，第1气流a的流量a0及第2气流b的流量b0都是零。使调温装置42及送风装置44的开始动作，打开阀47及48，在槽30内生成第1气流a。第1气流a的流量徐徐上升，达到额定状态的流量a1。在此状态，粉末在槽30内一边受到转动作用一边由剩磁产生的凝聚力造粒。这期间，存在于槽30的中央附近的粉末(包括处于造粒过程的颗粒)通过第1气流逆着重力漂浮，在槽30的内壁附近的流速慢的粉末通过自身重量下落。
维持第1气流a的流量在规定时间(例如约20分钟)近乎一定的状态下，打开阀57及58，开始第2气流b的生成(开始点的流量b1)。徐徐增加第2气流b的流量，到达额定的流量b2之前，减少第1气流a的流量(减少开始点的流量为a2)。即，存在一边减少第1气流a的流量一边增加第2气流b的流量的期间(在图4(a)中相当于a2～b2的期间)。这样，通过存在第1气流a和第2气流b在槽30内同时存在的期间，能更有效的制造稀土类合金的造粒粉。其理由未必清楚，但一般认为，由于急剧地停止第1气流a，或者，若相对于第1气流a的流量第2气流b的流量过多会使造粒粉急剧地下落，所以因撞击使造粒粉被崩坏。另外，如果完全停止第1气流a后，开始第2气流b的生成，那么槽30内形成负压，由于难以控制压力，所以不可取。
如上所述，如果一边徐徐减少第1气流a的流量，一边增加第2气流b的流量，造粒粉落下至底板62b上时，不会因撞击而被崩坏，形成粉末层，其后，通过第2气流b压缩，粉末层被压密化。通过此压密化过程，造粒粉的硬度增加。
通过反复进行图4(a)所示的循环，能得到适度硬度的造粒粉。不过，在第2次以后的循环的开始时刻，第1气流a的流量不需要如图4(a)所示那样为零a0，可以是图4(a)所示的循环的终了时刻的流量a3。
仅反复进行图4(a)所示的循环，不能充分解碎在底板62b上压缩的粉末层，生成粗大颗粒。于是，为了更确实的解碎粉末层，优选实行图4(b)所示的循环。
从图4(b)中的点b1′以后的工序进行说明。这里，图4(b)中的点b1′之前，进行图4(a)中点b1之前的工序，其后，说明实行图4(b)的工序的情形。
与上述同样，开始(开始时刻的流量b1′)第2气流b的生成，第2气流b的流量到达额定状态的流量b2′之前，开始(减少开始时刻的流量a2′)减少第1气流a的流量。其后，关闭阀47及48，维持停止第1气流a的状态(图4(a)中的点a3′～点a4′α分钟)。如果此期间继续运转送风装置44，那么从送风装置44到阀47的配管46内的气压上升。反言之，得到用于解碎粉末层的规定压力之前的期间，预先关闭阀47。其后，关闭阀57及58，停止(图4(b)的点b0′)第2气流b，同时打开阀47及48，发生第1气流a(图4(b)的点a0′)。这时，槽30内生成的第1气流a的流量a0′，成为超过图4(a)中的额定的第1气流a的流量a1(＝a2)的流量，能有效的解碎粉末层。用于得到转动作用的第1气流a的流量，典型的如图4(a)所示那样近乎保持一定(a1＝a2)，但也可以变动。此时，优选用于解碎粉末层的第1气流a的流量，比用于得到转动作用的第1气流a的平均流量多。
在上述的例子中，通过操作阀57及58，生成流量a0′的第1气流a，但既可以通过控制送风装置44的送风能力调节第1气流a的流量，也可以与阀操作进行组合。还有，图4(b)中的流量a1′及流量a2′，分别与图4(a)的流量a1及流量a2相同为佳。
利用剩磁形成的造粒粉，如果大到某种程度，则形成磁性的闭回路，在造粒粉间起作用的磁性吸引力变弱，因此不需要图4(b)所示的解碎用的循环。因此，例如，在通过反复进行图4(a)所示的基本循环和图4(b)所示的解碎用循环合计为30次得到规定的造粒粉的过程中，优选在最初的20次的循环内包括5次～10次解碎用循环。
还有，若使用具有剩磁的原料粉末，与使用不具有剩磁的原料粉末的情况相比，在短时间内(例如约半分钟的时间)能得到所希望的造粒粉。据推测这是因为，如果使用具有剩磁的原料粉末，则利用一次颗粒间的磁性凝聚力能容易地生成用于生成造粒粉的核。
优选造粒粉的平均粒径在0.05mm～3.0mm的范围内。通常，造粒粉中含有的一次颗粒很微小，另外，由于三次颗粒以上的高次造粒粉也非常小，实质上二次颗粒的平均粒径能作为代表造粒粉的平均粒径对待。这里，作为造粒粉的平均粒径，使用通过显微镜观察求得的二次颗粒的平均粒径。如果造粒粉的平均粒径比0.05mm小，则流动性的改善效果降低，难以得到密度充分均匀的成型体。另一方面，如果造粒粉的平均粒径比3mm大，则对模腔的充填性降低，难以得到密度充分均匀的成型体。更优选造粒粉的平均粒径在0.1mm～2.0mm的范围内。
接着，对所得到的造粒粉进行压制成型，形成成型体。这里，只使用造粒粉形成成型体。在压制成型中可以使用公知的压制成型装置，典型的可以使用单轴压制成型装置，该装置用上下模冲压制模具的模腔(模孔)内的粉末。造粒粉末的移送，例如，在气密性高的容器内，在充满氮气或使氮气流过的状态下，分批进行。
在单轴压制成型机的模具的模腔内充填造粒粉。在模腔内充填造粒粉的工序，例如可以使用现有的充填方法或者利用特公昭59-40560号公报、特开平10-58198号公报、实开昭63-110521号公报、特开2000-248301号公报中所公开那样的加料箱的充填方法。
特别是，形成小的成型体时，优选使用模腔计量与模腔的内容积相对应的量的造粒粉。例如，将下方具有开口部的加料箱移动到模腔上，使造粒粉靠重力下落(自然下落)后，通过刮平供给至模腔的剩余的造粒粉，可以比较均匀的充填规定量的造粒粉。当然，也可以使用漏斗等将按照另一种方法计量的造粒粉充填在模腔内。
在模腔内充填造粒粉后，降下单轴压制装置的上模冲，在堵塞了模腔的开口部的状态下，施加定向磁场，使造粒粉崩坏成一次颗粒的同时，使一次颗粒进行磁场定向。本发明实施方式的造粒粉，在0.1T～0.8T的比较弱的磁场下确实的崩坏成一次颗粒。不过，如果考虑充分的定向度，优选为0.5T～1.5T左右。磁场的方向是，例如与压制方向垂直的方向。一边这样施加磁场，一边以例如98MPa的压力用上下模冲单轴压制粉末。其结果，得到相对密度(成型体密度/真实密度)为0.5～0.7的成型体。还有，磁场的方向，也可以根据需要与压制方向平行。
接着，将得到的成型体，在真空中或惰性气体环境中，在例如约1000℃～约1180℃的温度下，烧结约1小时至6小时。本实施方式的造粒粉，由于不含造粒剂或者只包括在烧结工序中实质能除去的造粒剂，所以不需要另外设置脱结合剂工序。还有，现有的典型的脱结合剂工序，在约200℃～800℃的温度、约2Pa的压力的惰性气体环境下，实行约3小时～6小时。
将得到的烧结体，在例如约450℃～约800℃的温度，通过约1小时～8小时的时效处理，能得到R-Fe-B系烧结磁体。之后，在任意的阶段，通过磁化最终完成R-Fe-B系烧结磁体。
根据本发明，如上所述，由于使用流动性及成型性优异的造粒粉，所以充填量的变化小，且能在模腔内均匀地充填。因此，通过压制成型得到的成型体的质量及尺寸的变化小。另外，成型体中发生缺口及破裂也少。
而且，本实施方式的造粒粉的一次颗粒，实质上通过剩磁的磁性的凝聚力进行结合，因此通过定向磁场的施加，一次颗粒确实崩坏。因此，一次颗粒的定向度不会降低。另外，由于造粒剂的碳残存在烧结体中造成的磁特性的降低也能抑制到最小限度，所以可得到具有优异的磁特性的烧结磁体。这样，根据本发明，能以高的生产效率制造高质量的R-Fe-B系合金烧结磁体。
(实施例)以下，说明本发明的实施例。
按如下制作R-Fe-B系合金粉末。作为起始原料，使用纯度99.9％的电解铁、含有19.8％B的铁硼合金、纯度99.7％以上的Nd及Dy，调制合金熔液。由该合金熔液用薄带铸造法得到30.0质量％Nd、5.0质量％Dy、64.0质量％Fe、1.0质量％B的组成的R-Fe-B系合金的薄片。把该薄片使用喷射磨在惰性气体中(例如N2气，气压58.8MPa)微粉碎，得到平均粒径为3μm的原料粉。
接着，对实施例用的原料粉末施加交变衰减磁场(峰磁场为1.0T)，赋予剩磁。
接着，用流动层造粒法(例如，不二パゥダル株式会社制的摆动式加工机械)调制造粒粉。在实施例2～3及比较例2及3的造粒粉的制造中，使用由本申请人的特愿2001-96572号文献记载的聚丁烯和异构链烷烃作为造粒剂。实施例及比较例的任一个的情形下，都设定使造粒粉的平均粒径为0.5mm这样的条件。得到的造粒粉的剩磁是0.2mT左右。实施例1～3的造粒工序约为15分钟，比较例2及3的造粒工序需要约30分钟。还有，比较例1，用于没有对原料粉末(不进行磁场的施加)进行造粒。将实施例1～3及比较例1～3的各自压制用粉末的调制条件归纳表示在表1中。
(表1)

另外，表1中，合并表示各自的压制用粉末的安息角。安息角大的粉末流动性差，安息角越小流动性越好。如比较例1所示，如果不对原料粉末进行造粒，安息角约为52°大小，流动性低。与此相反，进行造粒的实施例1～3、比较例2及3的任一个的压制粉末，安息角都降低到不足50°。特别是，实施例1及2的压制粉末，与比较例2的压制粉末(造粒剂的添加量为1质量％)相比，安息角小，流动性好。即，利用剩磁，由于与现有技术相比，造粒剂的添加较少，可知改善了流动性。还有，在造粒剂的添加量为2质量％的实施例3及比较例3中，流动性上看不到差异。
将表1所示的各个压制用粉末，利用使用上述加料箱的方法，充填在长20mm、宽15mm、深10mm的模腔内，进行单轴压制成型(98MPa，与压制方向呈直角地施加定向磁场(0.8T))。该充填工序及压制成型工序，对于所有的实施例及比较例来说都是在相同条件下进行的。还有，改变压制条件形成成型体密度(生坯密度)不同的成型体。
评价实施例1和比较例1的压制成型体的质量偏差(％)和充填量偏差(σ)。成型体的质量偏差，用{(最大质量-最小质量)/平均质量(n＝50)}×100(％)求出。另外，充填量偏差(σ)表示50个成型体的质量分布的标准偏差。实施例1的成型体的质量偏差约为5％，与比较例1的质量偏差约15％相比有显著的改善。这是因为，在充填量偏差(σ)相同下，比较例1的充填量偏差(σ)约为0.33，与此相对，实施例1的充填量偏差(σ)为0.18，有很大的改善，通过造粒能改善流动性。当然，通过造粒，也同样能改善成型性，成型体中发生缺口及破裂的比例，与比较例9相比也明显变少。这些造粒的效果，在其它的实施例中也被确认。
将得到的成型体在Ar气氛环境中、1060℃下烧结约4小时后，在600℃实行1小时的时效处理，得到烧结体。而且，将该烧结体在2387kA/m的条件下通过磁化，得到烧结磁体。在各自的实施例及比较例中，样品数取为50个。
图5表示得到的烧结磁体的剩磁Br(T)。由图5可知，就实施例1(图5中的黑圆点)的Br来说，不能确认与比较例1(图5中的白圆点)的Br实质的差异，具有优异的磁特性。添加造粒剂的实施例2及实施例3的Br，与使用添加同量的造粒剂不具有剩磁的原料粉末的比较例2及比较例3的Br几乎相同。在利用剩磁造粒时，造粒剂尽量少为优选。
如上所述，通过利用由一次颗粒的剩磁产生的磁性凝聚力制作造粒粉，与使用只用造粒剂的结合力的造粒粉的情形相比，由于即使减少造粒剂的添加量也能得到同等以上的流动性，所以在现有的同等以上的生产性中，能制造具有比现有优异的磁特性的烧结磁体。而且，如果只使用一次颗粒的剩磁制作造粒粉，可实质地不存在磁特性的降低。
接着，说明使用上述制造装置100制造造粒粉的实施例4～6。原料粉和实施例1～3相同。
槽30的内径(D2)为300mm，内容积约为7×104cm3。图4(a)及(b)中的流量a1＝a2＝a1′＝a2′约为1m3/min，流量a0′约为2.0m3/min，流量b2＝b3＝b2′＝b3′约为0.75m3/min。稀土类合金原料粉末的投入量约为5kg，氮气的温度控制到约30℃。
还有，在实施例5及6的造粒粉的制造中，与实施例2及3同样，使用由本申请人的特愿2001-96572号文献记载的聚丁烯和异构链烷烃作为造粒剂。这里，设定使造粒粉的平均粒径为0.5mm这样的条件。得到的造粒粉的剩余磁性为0.2mT左右。实施例4～6的造粒工序约为15分钟。把实施例4～6的各自压制用粉末的调制条件及安息角归纳在表2中。
(表2)

由表2可知，实施例4及5的压制用粉末，与实施例1及2的压制用粉末相比，安息角更小，通过使用制造装置100，更能改善流动性。通过使用制造装置100得到的优点，与安息角变小相比，造粒过程的稳定性(再现性)提高。例如，如果比较所得到的造粒粉的安息角的偏差，实施例1的安息角是45°～49°，与此相对，实施例4中是44°～45°，偏差较小。使用图2所示的公知的造粒装置、专利第3019953号公报(例如该公报的图3)所示的造粒装置时，利用在槽内由下向上流动的气流使粉末流动的工序(流动过程)和利用在槽内由上向下流动的气流压缩粉末层的工序(压密过程)作为另外工序进行，与此相反，使用造粒装置100，通过使进行流动过程的第1气流和进行压密过程的第2气流在槽内同时存在，可知能更有效地制造稀土类合金的造粒粉。特别是，如实施例4中所示，不使用造粒剂时能得到显著的效果。
使用表2所示的实施例4～6的各自的压制用粉末与实施例1同样地形成成型体，评价成型体的质量偏差(％)和充填量偏差(σ)。实施例4的成型体的质量偏差约为4％，与实施例1相比，进一步改善了。这对于充填量偏差(σ)来说也同样，实施例4的充填量偏差(σ)改善为0.16。实施例5及6的成型体的质量偏差(％)及充填量偏差(σ)，与实施例2及3相比是同等以上。
将实施例4～6的成型体在Ar气体环境中、1060℃下烧结约4小时后，在600℃下进行1小时的时效处理，得到烧结体。而且，通过把此烧结体在2387kA/m的条件下进行磁化，得到烧结磁体。实施例4～6的各自的样品数为50个。实施例4～6的烧结磁体的剩磁Br，具有与各个实施例1～3相同程度的剩磁Br(T)。如果使用制造装置100，由于能制造与现有技术相比稳定的造粒粉，所以可以使用与现有技术相比较少的造粒剂(或不使用造粒剂)制造造粒粉，其结果，能得到与现有技术相比磁特性(特别是剩磁Br)优异的烧结磁体。
产业上的可利用性本发明提供一种流动性、压制成型性优异、且可以制造具有优异的磁特性的磁体的稀土类合金造粒粉的制造方法。提供一种通过使用此造粒粉、能以高的生产效率制造高品质的稀土类合金烧结体的方法。
根据本发明，由于能改善稀土类合金粉末的流动性及成型性而不会使磁特性降低，所以能提高目前以牺牲磁特性为代价的难以压制成型的形状的烧结磁体的磁特性。而且，造粒时间的缩短、脱结合剂工序的省略成为可能，并能提高稀土类烧结磁体的生产性。
权利要求
1.一种稀土类合金造粒粉的制造装置，其特征在于具有设置有容纳稀土类合金粉末的台板的槽；连接所述槽、在所述槽内能生成从所述台板的下向上流动的第1气流的第1流路；连接所述槽、在所述槽内能生成从所述台板的上向下流动的第2气流的第2流路；所述第1流路和所述第2流路，互相独立地连接于所述槽。
2.如权利要求1所述的制造装置，其特征在于在所述第1流路内还具有调温装置及送风装置。
3.如权利要求1或2所述的制造装置，其特征在于在所述第2流路内还具有缓冲容器。
4.如权利要求1～3中任一项所述的制造装置，其特征在于具有检测所述槽内气体温度的温度计，并具有若检测出的温度超过规定的温度则至少使所述送风装置的动作停止的控制回路。
5.如权利要求1～4中任一项所述的制造装置，其特征在于动作中所述槽内维持正压。
6.如权利要求1～5中任一项所述的制造装置，其特征在于还具有可对载置于所述台板上的所述粉末施加磁场的磁场发生装置。
全文摘要
本发明提供一种稀土类合金造粒粉的制造装置，其特征在于具有设置有容纳稀土类合金粉末的台板的槽；连接所述槽、在所述槽内能生成从所述台板的下向上流动的第1气流的第1流路；连接所述槽、在所述槽内能生成从所述台板的上向下流动的第2气流的第2流路；所述第1流路和所述第2流路，互相独立地连接于所述槽。
文档编号H01F1/00GK1861247SQ20061007818
公开日2006年11月15日 申请日期2002年11月27日 优先权日2001年11月28日
发明者国吉太, 大谷智郁 申请人:株式会社新王磁材