NdFeB系烧结磁铁的制造方法、制造装置、及该制造方法所制造的NdFeB系烧结磁铁的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于制造磁特性尤其矫顽力和取向度优异的薄形形状的NdFeB系烧结磁铁的制造方法和制造装置、及由该制造方法和制造装置所制造的NdFeB系烧结磁铁。本发明的NdFeB系烧结磁铁的制造装置具备：将含有规定量的Dy的合金粉末(11)供给到铸型(10)，且以3.0～4.2g/cm3的密度填充的填充部(1)；使填充了合金粉末(11)的铸型(10)在磁场中取向的取向部(3)；使由取向部(3)所取向了的铸型(10)内的合金粉末(11)连同铸型(10)一起烧结的未图示的烧结炉；向这些各部及烧结炉搬送铸型(10)的、且由未图示的带式输送机或机械手构成的搬送部，并且在取向部(3)中具有：通过在磁场施加之前及/或者之后使铸型(10)的内部所填充的合金粉末(11)得以加热，而使合金粉末(11)的各粒子的矫顽力下降的加热取向用线圈(20)。
【专利说明】NdFeB系烧结磁铁的制造方法、制造装置、及该制造方法所 制造的NdFeB系烧结磁铁
[0001] 本申请是 申请人:于2010年08月27日提出的申请号为20108003804LX(国际申 请号PCT/JP2010/064558)的、发明名称为"NdFeB系烧结磁铁的制造方法、制造装置、及该 制造方法所制造的NdFeB系烧结磁铁"的国际申请的分案申请，该申请进入国家阶段的日期 为2012年02月27日。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及用于制造磁特性尤其是矫顽力和取向度优异的薄形形状的NdFeB系 烧结磁铁的制造方法和制造装置、及该制造方法所制造的NdFeB系烧结磁铁。
【背景技术】
[0003] NdFeB(钕?铁?硼）系的烧结磁铁于1982年被佐川（本申请的
【发明者】）等人发 现，其具有的优点在于，具有远远超过截止当时的永磁铁的磁特性，能够由Nd(稀土类的一 类）、铁及硼这样的比较丰富且廉价的原料来制造。因此，NdFeB系烧结磁铁用于硬盘等音 圈电动机、混合动力汽车或电动汽车的驱动用电动机、电池补助型自行车用电动机、工业用 电动机、高级扬声器、头戴式耳机、永磁体式磁共振诊断装置等各种各样的产品中。
[0004] 作为NdFeB系烧结磁铁额制造方法，已知有烧结法、铸造及热加工及时效处理的 方法、对急冷合金进行热变形加工的方法这三种方法。其中，在磁特性及生产性上优异、且 在工业上确立的制造方法为烧结法。在烧结法中，能够得到永磁铁所必要的致密且均一的 微细组织。
[0005] 在专利文献1中，记载有通过烧结法制造NdFeB系烧结磁铁的方法。下面，对该方 法进行简单的说明。首先，通过熔解及铸造制作NdFeB系合金，将通过把该合金细粉碎所得 到的合金粉末填充到模具中。向该合金粉末在由压力机附加压力的同时施加磁场，同时进 行成形体的制作和该成形体的取向处理。之后，将成形体从磨具中取出、且进行加热烧结， 由此得到NdFeB系烧结磁铁。
[0006] NdFeB系合金的细粉末非常容易氧化，有可能与空气中的氧反应而起火。因此，上 述的全部的工序优选在使内部保持为无氧或者惰性气体气氛的密闭容器内进行。但是，在 成形体的制作中，必须向合金粉末施加数十MPa至数百MPa的高压力，为了施加这样的高压 力，需要使用大型的压力机。但是，将大型的压力机容纳于密闭容器内是困难的。
[0007] 与此对应，在专利文献2中，记载有不使用压力机（不制作成形体）而制造烧结磁 铁的方法。该方法分成填充工序、取向工序、烧结工序这三个工序，通过以该顺序进行各工 序来制造烧结磁铁。下面，关于这些的工序进行简单的说明。首先，在填充工序中，在向填 充容器（下面称为"铸型"）供给合金粉末后，通过推杆或出液机等，以比自然填充密度高、 比成形体密度低的3.0?4.2g/cm3程度的密度，将该合金粉末填充到铸型内。在取向工序 中，对铸型内的合金粉末不施加压力而施加磁场，使合金粉末的各粒子的晶轴向一个方向 取向。在烧结工序中，将在取向工序中向一个方向所取向的合金粉末连同铸型一起加热、且 使其烧结。
[0008] 根据该专利文献2的方法，由于在磁场取向时，不向合金粉末施加压力，另外合金 粉末的密度比冲压成形的成形体密度低，所以能够使合金粉末的粒子间的摩擦减小，能够 在取向工序中使各粉末粒子的取向方向以更高的取向度一致。其结果，能够制造具有更高 的磁特性的NdFeB系烧结磁铁。
[0009] 再有，在专利文献2中，记载有在内部保持为无氧或者惰性气体气氛的密闭容器 内，设置有填充单元、取向单元、烧结单元，甚至设置有从填充单元向取向单元、从取向单元 向烧结单元搬送铸型的搬送单元的烧结磁铁制造装置。根据该装置，由于合金粉末能够贯 穿全工序地、自始至终在无氧或者惰性气体气氛中得以处理，所以能够防止其氧化及由氧 化所导致的磁特性的下降。下面，将不制作成形体而在填充到铸型的状态下制造烧结磁铁 的方法称为"烧结无压工艺（PLP)法"。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1 :(日本）特开昭59-046008号公报
[0013] 专利文献2 :(日本）特开2006-019521号公报
[0014] 近年来,在对环境问题的应对等中，以市场急速地开始扩大的汽车用途为中心,对 在KKTC以上的环境温度下可使用的薄形形状（相对于磁化方向的磁铁的厚度小的形状） 的NdFeB系烧结磁铁的期待日益高涨。但是，NdFeB系烧结磁铁中，由温度上升导致的磁特 性下降大、在KKTC以上的环境温度下容易产生不可逆的退磁的问题存在。
[0015] 为了避免上述的问题，需要制造矫顽力HC1(在磁化曲线中，在使磁场H减少时的磁 化J为〇的磁场H的值）为规定的值（例如15k0e与1.2MA/m)以上的NdFeB系烧结 磁铁。这是因为当矫顽力高时难以退磁、且不可逆的退磁也难以产生。作为使该NdFeB系 烧结磁铁的矫顽力提高的方法，一般用Dy或Tb置换Nd的一部分。
[0016] 但是，在专利文献2的方法中，由于粉末粒子间的自由度比较高，所以产生下面的 问题。例如，当为了使NdFeB系烧结磁铁的矫顽力提高而用Dy或Tb置换Nd的一部分时，合 金粉末粒子自身的矫顽力也变高，在粉末粒子间发挥功能的磁相互作用变大。由于该磁相 互作用，到取向工序后使合金粉末烧结为止晶轴的方向会很絮乱，烧结工序后的NdFeB系 烧结磁铁的取向度下降，并且残留磁通密度与由合金组成所期待的值相比也下降。
[0017] 另外，取向度和残留磁通密度下降的问题，在制造薄形形状的NdFeB系烧结磁铁 时变得明显。这是因为与磁化的方向有关，合金粉末的量少，因而在取向工序时对合金粉末 发挥功能的反磁场变大，该反磁场会打乱各粉末粒子的取向方向。
[0018] 因此，一直以来，通过以取向度难以絮乱的形状、例如在磁化方向具有足够的厚度 的块形状来制造NdFeB系烧结磁铁，之后，切断成薄板状，制造满足上述要求的烧结磁铁。 但是，在切断工序中产生的切粉不能作为磁铁再利用，而使材料的利用效率下降并且制造 成本变高的问题存在。另外，切断导致的机械损伤使退磁曲线的方形度OVUt)及其他的 磁特性下降的问题也存在。
【发明内容】
[0019] 本发明要解决的问题是提供一种能够廉价地制造薄形形状且残留磁通密度及矫 顽力等磁特性高的NdFeB系烧结磁铁的方法及装置。
[0020] 本申请
【发明者】经过几次实验和考察，发现通过在取向工序中对NdFeB系合金粉末 进行加热、且使各合金粉末粒子的矫顽力下降，可抑制磁场取向后的合金粉末的取向度的 絮乱。由此，即使通过使合金粉末含有Dy而使各合金粉末粒子的矫顽力提高、或相对于磁 化的方向而合金粉末的量小且反磁场变大，也能够维持高取向度，且使NdFeB系烧结磁铁 的残留磁通密度不下降。
[0021] 即，为了解决上述课题而研制成的本发明的NdFeB系烧结磁铁的制造方法，其具 有：以3. 0?4. 2g/cm3的密度将NdFeB系合金粉末填充到铸型的填充工序；使填充到所述 铸型的合金粉末通过磁场而得以取向的取向工序；使该取向后的合金粉末连同铸型一起烧 结的烧结工序，其特征在于，还具有：在所述取向工序的取向用磁场施加之前及/或之后， 对所填充到所述铸型的所述合金粉末进行加热的加热工序。
[0022] 另外，理想的是，上述加热工序的加热温度为50°C以上且300°C以下。这是因为当 加热温度不足50°C时各合金粉末粒子的矫顽力几乎不会下降，由矫顽力下降所产生的取向 度的提升的效果不会出现；当加热温度大于300°C时，就会将各合金粉末粒子很热地完全 地消磁，即使施加取向用磁场，合金粉末也不会被取向。
[0023] 另外，理想的是，上述合金粉末所含的Dy的量为lwt%以上且不足6wt%。这是因 为当Dy的含量不足Iwt%时，制造的NdFeB系烧结磁铁不能得到足够的矫顽力；当Dy的含 量为6wt%以上时，制造的NdFeB系烧结磁铁的矫顽力以外的磁特性下降，制造成本变得过 高。另外，更优选Dy的含量范围为lwt%以上且不足5wt%，进一步优选lwt%以上且不足 4wt% 〇
[0024] 如上所述，由于在取向工序之中包含加热工序，能够促进各合金粉末粒子的退磁， 抑制磁场取向后的合金粉末的取向度的絮乱。下面，将加热合金粉末而进行的磁场取向称 为"加热取向"。
[0025] 但是，加热取向后的合金粉末整体的磁化并非完全地成为0。虽然与不进行加热的 情况相比，缓和了取向度的下降，即使如此，残留磁化也成为使各粉末粒子的晶轴的朝向发 生絮乱的原因。该晶轴方向的絮乱在粒子彼此的摩擦引起的拘束小的表层部明显地表现出 来。其结果是，由于制造的烧结磁铁的表面形状变得不稳定，因而PLP法的特征之一的近终 形性（能够以近似于最终产品的形状制造烧结磁铁的性质）就会恶化。
[0026] 另外，由于通过残留磁化，内包合金粉末的铸型彼此之间相互地吸引或排斥，所以 给取向工序后的铸型的处理带来障碍的问题也存在。
[0027] 为了解决以上的问题，理想的是，还具有：在上述取向工序的最后，对在上述加热 工序中被加热的状态下的合金粉末施加消磁用磁场的加热消磁工序。
[0028] 就用于使合金粉末取向的取向用磁场而言，为了用于使各粒子活动的力与粒子间 的摩擦力相比足够大，以数T(特斯拉）这样的较强的强度施加。另一方面，就为了使取向 后的合金粉末消磁所施加的消磁用磁场而言，需要至少比粉末粒子的矫顽力大，但过大时， 通过取向用磁场的施加而趋于一致的晶轴的方向会反而絮乱。
[0029] 粉末粒子的变动或间隙容易度依赖于粒子间的摩擦力。通过以PLP法的填充密度 (3. 0?4. 29/cm3)使消磁用磁场的强度为180k/\ /m( '_____6k()e)以下而超过粒子间的摩擦 力，粒子旋转，不会引起晶轴的方向絮乱，能够将各粉末粒子消磁。更优选磁场强度的上限 为240kA/ 3kOe)n另外,480kA/m约相当于0. 6T,240kA/m约相当于0. 3T。如上所 述，可知由于取向用磁场的强度为数Τ，与取向用磁场相比，消磁用磁场的强度非常小。
[0030] 另外，理想的是，施加消磁用磁场时的合金粉末的温度是：粉末粒子的矫顽力成为 !2()kA/ ·l.51、(..)c)的温度以上。这是由于在粉末粒子的矫顽力比该值大时，通过施加 消磁用磁场，粉末粒子旋转，取向絮乱。
[0031] 另外，作为消磁用磁场，可以使用：将上述的磁场强度设定为初始（最大）峰值强 度而逐渐衰减的交流衰减磁场（振幅随着时间的经过而衰减到十分小的值（通常为0)的 交流磁场）、或者施加与以上述的磁场强度被加热取向的合金粉末的磁化方向相反朝向的 直流磁场。
[0032] 另外，为了解决上述课题而研制成的本发明的NdFeB系烧结磁铁的制造装置，其 特征在于，具有：以3. 0?4. 2g/cm3的密度向铸型填充NdFeB系合金粉末的填充单元；用于 使填充在所述铸型中的合金粉末取向的取向单元；使该取向后的合金粉末连同铸型一起烧 结的烧结单元，其特征在于，所述取向单元具有 ：
[0033] 向所述合金粉末施加磁场的磁场施加单元；
[0034] 在所述磁场施加单元向所述合金粉末施加取向用磁场前及/或施加后，对填充在 所述铸型的所述合金粉末进行加热的加热单元。
[0035] 另外，其特征在于，具有：按照在通过上述加热单元和上述磁场施加单元使上述合 金粉末加热取向后、向被加热的状态下的该合金粉末施加消磁用磁场的方式，对该加热单 元和该磁场施加单元进行控制的控制单元。
[0036] 在本发明的NdFeB系烧结磁铁的制造方法及装置中，在使合金粉末由取向用磁场 得以取向的前后的任一方或者两方中，对在铸型内所填充的合金粉末进行加热。由此，能够 抑制磁场取向后的合金粉末的取向度的絮乱，使合金粉末含有规定量的Dy，提高矫顽力，制 造薄形形状的烧结磁铁，所以即使磁化方向的合金粉末的量变少，也能够在维持高取向度 的状态下烧结该合金粉末。其结果，能够廉价地制造薄形形状且具有高矫顽力和高残留磁 通密度的NdFeB系烧结磁铁。
[0037] 另外，通过设置在取向工序之后、向被加热的状态的合金粉末施加消磁用磁场的 工序，能够使在此之前已趋于一致的各粉末粒子的晶轴不移动地使残留磁化为〇,能够使所 制造的烧结磁铁的表面形状稳定化。另外，由于内包合金粉末的铸型彼此之间相互吸引或 排斥消失，所有可以得到取向工序后的铸型的处理变得容易的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 图1是表示在现有的PLP法中使用的烧结磁铁制造装置的结构的概略纵剖面图；
[0039] 图2是表示在取向工序中的磁场施加时的各合金粉末粒子的晶轴的方向的示意 图（a)、表示去除磁场后的晶轴的方向的示意图（b)及表示加热取向后形成的磁区的示意 图（c);
[0040] 图3是表示相对于合金组成的Dy含量的取向度和矫顽力的变化的坐标图；
[0041] 图4是表示在Dy含量设定为4.Iwt%或者7. 5wt&时的铸型的测定温度和矫顽力 的关系的坐标图；
[0042] 图5是表示本发明的NdFeB系烧结磁铁制造装置的一实施例的概略纵剖面图；
[0043] 图6是表示本实施例的NdFeB系烧结磁铁制造装置的取向部的各步骤的示意图；
[0044] 图7是表示在取向部在磁场施加用线圈所流动的电流的波形的图；
[0045] 图8是表示在铸型加热到250°C为止后的铸型的温度变化和冷却时间的关系的坐 标图；
[0046] 图9是表示本实施例的NdFeB系烧结磁铁制造装置中使用的铸型的形状的一例的 上面图（a)及纵剖面图（b);
[0047] 图10是表示本实施例的NdFeB系烧结磁铁制造装置中使用的铸型的形状的其他 的例子的上面图（a)及纵剖面图（b);
[0048] 图11是表示本实施例的NdFeB系烧结磁铁制造装置中使用的铸型的形状的其他 的例子的上面图（a)及纵剖面图（b);
[0049] 图12是表示本发明的NdFeB系烧结磁铁制造装置的变形例的取向部的构成的框 图；
[0050] 图13是表示本变形例的NdFeB系烧结磁铁制造装置的取向部的动作的步骤的示 意图；
[0051] 图14是表示合金粉末粒子的矫顽力的温度依赖性的坐标图。
【具体实施方式】
[0052] 在图1的纵剖面图中表示现有的PLP法中使用的烧结磁铁制造装置的一般的结 构。图1的烧结磁铁制造装置具有：向铸型10中供给合金粉末11，且以3. 0?4. 29/cm3的 密度填充的填充部1 ;将多个填充有合金粉末11的铸型10层装，容纳在容纳容器12的容 纳部2;使在该容纳容器12内的各铸型10所填充的合金粉末11在磁场中取向的取向部3; 使在该取向部3取向的合金粉末11连同铸型10及容纳容器12 -起烧结的烧结炉（未图 示）；向这些各部及烧结炉中搬送铸型10或者容纳容器12的、由未图示的带式输送机或机 械手构成的搬送部。这里，填充部1、容纳部2、取向部3及搬送部被容纳于密闭容器13内， 能够在无氧或者Ar等惰性气体气氛中制造烧结磁铁。另一方面，未图示的烧结炉的内部不 仅与密闭容器13连通、并且由此也能够与密闭容器13同样地维持为无氧或者惰性气体气 氛。在该烧结炉和密闭容器13之间有隔热性的门，烧结中通过关闭该门，能够抑制密闭容 器13内的升温。
[0053] 下面，说明图1的烧结磁铁制造装置的动作。
[0054] 首先，在填充部1，将铸型10配置于漏斗14的供给口的位置，将规定量的合金粉 末11供给到铸型10。由于此时的粉末填充密度接近自然填充密度，松装密度（填充密度） 小，所以为了将规定量的合金粉末11供给到铸型10,在铸型10上安装有导轨15。安装有 该导轨15的铸型10进而被配置于推杆16的位置，从上部加压。即使该推杆16进行的压 力的施加较大，i5kgf/cm2(4〗.5MPa)左右也足够。另一方面,在铸型10的下部设有筛 振装置（tappingdevice) 17,与推杆16进行的加压的同时，使铸型10轻轻地振动。由此， 能够将合金粉末11以规定的密度填充到铸型10的内部，能够将铸型10内的合金粉末压下 到容器上端。之后，从铸型10卸下导轨15。
[0055] 另外，理想的是，被填充到铸型中的粉末的填充密度为3. 0?4. 2g/cm3之间。当 填充密度小于该值时，在烧结时会造成烧结不充分而变为密度不足的可能性存在。相反地， 当填充密度大于4. 2g/cm3时，粉末粒子间的摩擦变大，得不到高取向度。另外，优选的填充 密度的范围为3. 5?4.Og/cm3,更优选为3. 6?4.Og/cm3。
[0056]填充有合金粉末11的铸型10通过带式输送机被搬送到容纳部2。在该容纳部2 中，通过机械手将多个铸型层装，之后，容纳到容纳容器12中。就容纳于容纳容器12的各 铸型10而言，由位于其一个之上的铸型10的底面及容纳容器12来构成盖子，因此在取向 部3进行取向时，能够使合金粉末11不飞散。另外，由于能够同时地制作多个烧结磁铁，所 以能够提高作业效率。
[0057] 多个铸型10被容纳于容纳容器12后，将该容纳容器12载置到升降台18上。载 置于升降台18上的容纳容器12经由升降台18的上升被插入磁场施加用线圈19的内侧。 之后，通过向线圈19施加直流电流或交流电流，使其产生直流磁场或交流磁场，而使容纳 于容纳容器12的各铸型10内的合金粉末11在线圈19的轴方向上取向。理想的是，此时 的施加磁场为脉冲磁场。另外，该脉冲磁场的强度越强越好，如不足3T就不能得到所希望 的取向度，因此至少3T，如果可能，理想的是5T以上。进而，作为磁场施加的方法，交流磁场 和直流磁场的组合特别有效。作为典型的类型具有：交流磁场和直流磁场的连续施加；直 流磁场和直流磁场的连续施加；按交流磁场、交流磁场、直流磁场的顺序的连续施加等这样 的各种的磁场的组合方法。通过该磁场取向使合金粉末11的结晶方向一致后，使升降台18 下降。
[0058] 最后，将容纳容器12搬送到烧结炉内，通过在使合金粉末11的结晶方向一致的状 态下连同铸型10及容纳容器12 -起加热到950?1050°C，使合金粉末11烧结。之后，在 900°C以下进行热处理，（追加热处理）。由此能够制造烧结磁铁。
[0059] 在上述的PLP法中，与使用压力机的方法相比较，能够减少合金粉末粒子间的摩 擦，所以能够使取向工序时的各粉末粒子的取向方向以更高的取向度趋于一致。因此，与使 用压力机相比，能够提高制造的烧结磁铁的磁特性。
[0060] 但是，当各合金粉末粒子具有的矫顽力增高时，去掉施加磁场后的各粉末粒子间 的磁相互作用会变大。因此，即使在取向工序中提高了取向度，在进行烧结之前，取向度还 是会下降。使用图2说明该原理。另外，在该图中，合金粉末粒子111由一个球代表，该晶 轴朝向箭头112的方向。如图2(a)所示，在施加强磁场的状态下，使得粉末粒子111的晶 轴的方向112在施加的磁场方向上趋于一致。但是，在合金粉末粒子111具有的矫顽力高 的情况下，即使在去掉磁场之后，由于磁化的影响较多地残留，所以，由于邻接粒子间的磁 相互作用，如图2(b)所示地，晶轴的方向112絮乱。该取向度的絮乱在要制造的烧结磁铁 的磁导系数（表示取向方向的厚度的指标。磁导系数越小，取向方向的厚度越薄，反磁场越 大。）小的情况下变得更明显。这是因为在各合金粉末粒子中发挥功能的反磁场变大，使 取向方向絮乱的力变大。另一方面，在粉末粒子的矫顽力小的情况下，由于在磁场消失的 瞬间来自邻接的粉末粒子的磁场或者反磁场，如图2(C)那样，形成在各粒子内磁化的朝向 113相互地反转的多个磁区114,在晶轴的方向112-致的状态下，各粒子的磁化减少（即 退磁）。由此，取向度的劣化被缓和。
[0061] 图3中出示表示合金粉末中含有的Dy的量、取向度、粉末粒子的矫顽力的关系。该 图的试验数据是针对以下所示的表1的合金组成而得出的。
[0062] 表I
[0063]
【权利要求】
1. 一种NdFeB系烧结磁铁，其特征在于， 磁导系数为0.01以上且不足0.5,矫顽力为1.2MA/m以上，取向度为95%以上。
2. 根据权利要求1所述的NdFeB系烧结磁铁，其特征在于， 所述磁导系数为0. 01以上且不足0. 2。
3. 根据权利要求1或2所述的NdFeB系烧结磁铁，其特征在于， 所述NdFeB系烧结磁铁是未进行机械加工的。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的NdFeB系烧结磁铁，其特征在于， 所述NdFeB系烧结磁铁是通过以下方法制成的，该方法具有：将NdFeB系合金粉末以 3. 0?4. 2g/cm3的密度填充到铸型的填充工序；使填充到所述铸型的合金粉末经由磁场而 取向的取向工序；使该取向后的合金粉末连同铸型一起烧结的烧结工序。
【文档编号】H01F1/053GK104392838SQ201410708595
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2010年8月27日 优先权日:2009年8月28日
【发明者】佐川真人, 沟口彻彦, 朝妻通康, 林真一 申请人:因太金属株式会社