专利名称：：在汽车用ipm型电动机中使用的永久磁铁的制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种插入到汽车用IPM型电动机的转子磁轭内的槽中使用的永久磁铁的制造方法。
背景技术：
：在搭载于电动汽车、混合动力汽车的电动机中，为了其高性能化，使用在永久磁铁材料中具有最高的磁特性的R-Fe-B系永久磁铁(R为稀土类元素)。该R-Fe-B系永久磁铁由于包含反应性高的R,所以，容易在大气中氧化腐蚀。因此，在其使用时，为了确保耐蚀性，实施某种表面处理，例如在其表面形成Ni镀膜、Al蒸镀膜、树脂涂覆膜等。用于进一步提高R-Fe-B系永久磁铁的耐蚀性的方法提出有许多，专利申请数量也多。例如，在专利文献l中，公开了这样的方法，即，为了获得耐蚀性优良的R-Fe-B系永久磁铁，在其表面形成作为第1保护层的Ni膜，作为第2保护层的、比第l保护层软的Cu或Sn膜，作为第3保护层的、比第2保护层硬的Ni膜。在专利文献2~4中，也公开了用于提高耐蚀性的Ni膜-Cu膜-Ni或Ni-P膜的组合的多层膜。在专利文献5公开了用于提高耐蚀性和确保耐磨性的、硬度低的无光泽Ni膜与硬度高的有光泽Ni膜的组合的多层膜。另外，在专利文献6公开了这样的技术，该技术在铁系烧结材料的表面形成维氏硬度400~500左右的Ni-P膜，提高铁系烧结材料的耐磨性。专利文献1:日本特开平1-321610号公报专利文献2:日本特开平5-205926号公报专利文献3:日本专利第3377605号公报专利文献4:日本特开平7-331486号公报专利文献5:日本特开平9-7810号公报专利文献6:日本特开2003-97429号公报
发明内容随着电动汽车、混合动力汽车的高性能化，对搭载于其上的电动机也提出了高性能化要求，结果，采用IPM型(InteriorPermanentMagnet:内部磁4失型)电动才几代替SPM型(SurfacePermanentMagnet:表面磁铁型)电动机。IPM型电动机例如使用图1所示转子1组装而成，转子1为在设于磁轭2内的槽3中插入磁铁4的构造，该磁轭2通过层叠硅钢片而制作。由于磁轭通过沖裁硅钢片然后进行层叠而制作，所以，在其槽表面存在毛刺、冲裁的刀痕等凹凸。因此，当将在表面形成了耐蚀性膜的R-Fe-B系永久磁铁插入到槽时，有时上述凹凸使膜产生伤痕，结果，磁铁的耐蚀性产生问题，磁特性劣化，存在电动机特性下降的问题。另外，槽内部与磁铁间的间隙非常小，插入磁铁时在磁铁施加大的应力，还存在膜产生裂紋和缺口的问题。另外，IPM型电动机的回转高达6000rpm以上，回转时在槽内的磁4失施加磁铁的大的磁吸引力，作用大的离心力。为此，磁铁在槽内朝径向移动，磁铁与磁轭产生冲撞，所以，还存在膜产生伤痕或磨损、在膜上产生裂紋和缺口的问题。鉴于以上那样的问题，在汽车用IPM型电动机用的R-Fe-B系永久磁铁的表面处理方法中，除了耐蚀性(指不容易产生伤痕)夕卜，还要求耐磨性(指不容易磨损)和耐沖击性(指不容易产生裂紋和缺口)。然而，当为了确保耐磨性而提高在磁铁的表面形成的膜的硬度时，膜的耐冲击性朝劣化的方向发展，容易在膜产生裂紋和缺口，另一方面，当为了确保耐沖击性而使膜具有柔性时，膜的耐磨性朝劣化的方向发展，膜变得容易产生伤痕，容易磨损，存在相反的问题。因此，作为IPM型电动机用的磁铁的表面处理方法，在直接适用记载于上述专利文献1~6等的已有表面处理方法的场合，不能解决这样的问题。在专利文献1~5中，虽然公开了多种多层膜，但其目的在于提高耐蚀性，没有从对在用于汽车用IPM型电动机的磁铁那样的特殊环境中使用的磁铁同时地赋予耐磨性和耐冲击性这样的观点进行记载、启示。另外，仅是如专利文献6那样在最表层形成硬质膜，不能确保耐磨性和耐冲击性。因此，本发明的目的在于提供一种兼有优良的耐蚀性、耐磨性及耐冲击性的、用于汽车用IPM型电动机的永久磁铁的制造方法。本发明者通过对上述问题进行认真研究后发现，在R-Fe-B系永久磁铁的表面，隔着作为底层的预定膜厚的Ni电镀膜层叠具有緩冲材料的功能的、预定膜厚的Cu或Sn电镀膜，在最表层形成预定硬度和膜厚的Ni-P合金非电解镀膜，从而可解决上述问题。根据上述发现获得的本发明的、插入到汽车用IPM型电动机的转子磁轭内的槽中使用的永久磁铁的制造方法如技术方案1所述的那样，具有这样的特征在R-Fe-B系永久磁铁的表面由电镀法形成作为第l层的膜厚315fim的Ni膜，然后，由电镀法形成作为第2层的膜厚315fim的Cu或Sn膜，由非电解镀法形成作为第3层的膜厚4~7jim的Ni-P合金膜，在设第2层的Cu或Sn电镀膜的维氏硬度为l时，第3层的Ni-P合金膜具有2.54.5的维氏硬度。另外，技术方案2所述的制造方法在技术方案1所述的制造方法的基础上，还具有这样的特征使用pH被调整为6.08.0的Ni镀液形成第l层的膜。另外，技术方案3所述的制造方法在技术方案1或2所述的制造方法的基础上，还具有这样的特征第3层的膜的维氏硬度为400~700。另外，技术方案4所述的制造方法在技术方案1~3中任何一项所述的制造方法的基础上，还具有这样的特征第3层的膜含有5~12wt。/o的P。另外，技术方案5所述的制造方法在技术方案1~4中任何一项所述的制造方法的基础上，还具有这样的特征第1层第3层的膜的合计膜厚为15~25fun。另外，本发明的插入到汽车用IPM型电动机的转子磁轭内的槽中使用的永久磁铁如技术方案6所述的那样，具有这样的特征在R-Fe-B系永久磁铁的表面，隔着膜厚3~15nm的Ni电镀膜具有膜厚3~15jim的Cu或Sn电镀膜，另外，还具有膜厚4~7nm的Ni-P合金非电解镀膜，在设上述Cu或Sn电镀膜的维氏硬度为1时，Ni-P合金非电解镀膜具有2.5~4.5的维氏硬度。按照本发明，在R-Fe-B系永久磁铁的表面形成具有緩沖材料的功能而且膜硬度非常高、滑动性优良的多层膜，所以，即使插入到汽车用IPM型电动机的转子磁轭内的槽中使用，也可有效地抑制膜产生伤痕或磨损，抑制在膜上产生裂紋和缺口，使磁铁具有优良的耐蚀性、耐磨性及耐冲击性。图1为用于IPM型电动机的转子的一例的透视图。符号说明1转子2磁辄4磁铁具体实施例方式本发明的插入到汽车用IPM型电动机的转子磁轭内的槽中使用的永久磁铁的制造方法的特征在于在R-Fe-B系永久磁铁的表面由电镀法形成作为第l层的膜厚315nm的Ni膜，然后，由电镀法形成作为第2层的膜厚315jun的Cu或Sn膜，由非电解镀法形成作为第3层的膜厚4~7fim的Ni-P合金膜，在设第2层的Cu或Sn电镀膜的维氏硬度为1时，第3层的Ni-P合金膜具有2.5~4.5的维氏硬度。第1层的Ni电镀膜可使用公知的瓦特(7^卜)液、磺胺(义乂k77S》)液等形成，但特别是从R-Fe-B系永久磁铁的紧密接触性、极力减少磁铁成分从磁铁表面的溶出等观点出发，例如最好使用日本专利2908637号公报记载的pH调整为6~8的Ni电镀液(中性Ni电镀液)。作为构成中性Ni电镀液的电镀液组成，例如可列举出这样的组成，即，含石克酸镍70~200g/L，柠檬酸铵和/或柠檬酸钠25~150g/L，硼酸10~30g/L，氯化铵和/或硫酸钠5~50g/L，应力抑制剂3~15g/L,将pH调整为6.0~8.0。其液温为4060。C即可。将第1层的Ni电镀膜的膜厚规定为3-15pm的原因在于，如不到3fim，则有可能不能获得提高与作为底层的上层电镀膜的紧密接触性的效果，如超过15jim，则存在导致成本增大、磁铁有效体积减少的危险。第2层的Cu或Sn电镀膜具有緩沖材料的功能。Cu电镀膜例如使用公知的焦磷酸铜电镀液等形成。作为构成焦磷酸铜电镀液的组成，例如可列举出这样的组成，即，含焦磷酸铜20~105g/L,焦磷酸钾100~370g/L，氨水25mL/L，光泽剂适量，将pH调整为8.0~9.0。其液温为5060'C即可。Sn电镀膜例如使用公知的酸性锡电镀液等形成即可。作为构成酸性锡电镀液的电镀液组成，例如可列举出这样的组成，即，含硫酸亚锡3050g/L，硫酸80200g/L，光泽剂适量，将pH调整为0.1~2.0。其液温为1030'C即可。规定第2层的Cu或Sn电镀膜的膜厚为3~15>im的原因在于，当不到3jim时，存在不能获得作为緩冲材料的功能的危险，当超过15jim时，存在导致成本增大、磁铁有效体积减少的危险。第2层的Cu或Sn电镀膜的膜厚最好为7~15^im。第3层的Ni-P合金非电解镀膜例如使用以Ni离子和次磷酸盐为主成分的公知酸性液或碱性液形成即可。作为适当的电镀液组成，例如可列举出这样的组成，即，含硫酸镍15~40g/L,次磷酸钠20~40g/L，除此以外，含适量的稳定剂、配位剂，将pH调整为4.0~5.0。其液温为8095。C即可。在设第2层的Cu或Sn电镀膜的维氏硬度为1时，规定第3层的Ni-P合金非电解镀膜具有2.54.5的维氏硬度，其原因在于，如不到2.5，则硬度过低，当将磁铁插入到槽中时，存在膜受到损伤、对磁铁的耐蚀性产生不良影响的危险，并存在膜超过必要地磨损的危险，如超过4.5,则硬度过高，存在不能忽视的应力施加于第2层的Cu或Sn电镀膜间、在膜产生裂紋和缺口的危险。在设第2层的Cu或Sn电镀膜的维氏硬度为1时，第3层的M-P合金非电解镀膜的优选维氏硬度为3.0~4.0。在使用上述那样的电镀液形成第2层的Cu或Sn电镀膜的场合，可使其维氏硬度为100~200。在该场合，最好第3层的Ni-P合金非电解镀膜的维氏硬度为400~700。这样的维氏硬度的Ni-P合金非电解镀膜可通过在膜中含有512wt。/。的P而获得。膜中的P含量可通过调整电镀液中的P浓度而进行调整。规定第3层的Ni-P合金非电解镀膜的膜厚为4~7nm的原因在于，不到4fim时，存在不能获得作为第3层的膜的功能，当超过7nm时，存在导致成本增大、磁铁有效体积减少的危险。第3层的Ni-P合金非电解镀膜的优选膜厚为5~7nm。第1层~第3层的膜的优选膜厚合计为15~25jim。实施例根据以下的实施例和比较例更详细地说明本发明，但本发明不限于此。以下的实施例和比较例例如记载于美国专利4770723号公报、美国专利4792368号公报，使用14Nd-79Fe-6B-lCo组成(at%)的纵40.45mmx横18.5mmx高4.5mm尺寸的板状烧结磁铁(以下称磁铁体试验片)进行，该板状烧结磁铁通过在将公知的铸锭粉碎并进行微粉碎后进行成形、烧结、热处理、表面加工而获得。A.试样1~5的制造方法(实施例)(工序1)将200个磁铁体试验片和表观容量1.5L、直径6.0mm的钢球收容到耐热塑料制的圆筒夹具中，该圆筒夹具具有一边为450mm的正六边形的截面形状，长160mm。然后，将该圆筒夹具浸渍到含硝酸钠0.2mol/L和硫酸1.5vol。/o的液温30。C的酸洗液中，按4rpm的转速回转，进行4分钟酸洗，然后立即用纯水(25°C)进行30秒钟超声波清洗，再迅速地转移到在磁铁体试验片的表面形成第l层的镍电镀膜的成膜工序。该成膜工序使用液温5(TC的电镀液进行，一边在4rpm的转速下使圆筒回转，一边按电流密度0.25A/dm2进行，该电镀液含硫酸镍*6水合物130g/L、柠檬酸铵30g/L、硼酸15g/L、氯化铵8g/L、邻磺酰苯酰亚胺8g/L，用氨水将pH调整为6.5。成膜后，将圆筒浸渍到纯水(25。C)中，对在表面形成了Ni电镀膜的磁铁体试验片充分地进行水洗。(工序2)然后，使用液温50。C的电镀液，一边在4rpm的转速下使圆筒回转，一边按电流密度0.23A/dn^在第1层的Ni电镀膜的表面形成第2层的Cu电镀膜，该电镀液含焦磷酸铜25g/L、焦磷酸钾110g/L、氨水3mL/L、以及适量光泽剂，用氨水将pH调整为8.5。成膜后，将圆筒浸渍到纯水(25。C)中，对在表面形成多层电镀膜的磁铁体试验片充分地进行水洗。(工序3)然后，作为Ni-P合金非电解电镀液，含硫酸镍《水合物27g/L、次磷酸钠30g/L，除此以外，含适量的稳定剂、配位剂，用氨水或硫酸将pH调整为4.0,使用液温卯'C的该电镀液，一边在4rpm的转速下使圆筒回转，一边进行处理，在第2层的Cu电镀膜的表面形成第3层的Ni-P合金非电解镀膜。此后，将圆筒浸渍到纯水(25°C)中，对在表面形成3层构造的多层膜的磁铁体试验片充分地进行水洗。然后，从圆筒夹具中将其取出，再用纯水(25'C)进行3分钟的超声波清洗，接着将其收容于离心千燥机中，在温度70'C、转速500rpm的条件进行6分钟离心干燥，获得成品(试样1~5)。B.试样6的制造方法(比较例)由与上述A的工序l和工序2同样的工序获得在表面形成了第1层的Ni电镀膜和第2层的Cu电镀膜的磁铁体试验片，作为Ni-P合金非电解电镀液，含硫酸镍.6水合物20g/L、次磷酸钠15g/L，除此以外，含适量的稳定剂、配位剂，用氨水将pH调整为6.0,使用液温卯。C的该电镀液，一边在4rpm的转速下4吏圆筒回转，一边对该》兹《失体试验片进行处理，在第2层的Cu电镀膜的表面形成第3层的Ni-P合金非电解镀膜。此后，将圆筒浸渍到纯水(25。C)中，对在表面形成3层构造的多层膜的磁铁体试验片充分地进行水洗。然后，从圆筒夹具中将其取出，再用纯水(25°C)进行3分钟的超声波清洗，接着将其收容于离心干燥机中，在温度70。C、转速500rpm的条件进行6分钟离心干燥，获得成品(试样6)。C.试样7的制造方法(比较例)由与上迷A的工序1和工序2同样的工序获得在表面形成了第1层的Ni电镀膜和第2层的Cu电镀膜的磁铁体试验片，作为Ni-P合金非电解电镀液，含硫酸镍*6水合物240g/L、氯化铵*6水合物45g/L、硼酸30g/L、2-丁炔-l，4-二醇0.2g/L、邻磺酰苯酰亚胺lg/L，用碳酸镍将pH调整为4.2，使用液温50'C的该电镀液，一边在5rpm的转速下使圆筒回转，一边对该磁铁体试验片按0.2A/dm2在第2层的Cu电镀膜的表面形成第3层的Ni电镀膜。此后，将圆筒浸渍到纯水(25。C)中，对在表面形成3层构造的多层膜的磁铁体试验片充分地进行水洗。然后，从圆筒夹具中将其取出，再用纯水(25'C)进行3分钟的超声波清洗，接着将其收容于离心干燥机中，在温度7(TC、转速500rpm的条件进行6分钟离心干燥，获得成品(试样7)。表1示出由上述AC制造的试样17的膜的膜厚。另外，表2示出第2层的Cn电镀膜与第3层的膜的维氏硬度(Hv)两者的比例(设第2层的Cu电镀膜的维氏硬度为1的场合的第3层的膜的维氏硬度)。维氏硬度的测定根据显微维氏硬度计测定法进行，即，在膜的表面用按压头5g、时间IO秒的条件形成压痕，测定该压痕的大小，换算菱形的对角线的长度而计算出。[表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>*第2层Cu膜的Hv在结束试样制造的工序2的时刻测定评价l:相对试样l、3、4、6、7进行电动机最大转速6000rpm以上的电动机加减速耐久试验。结果，试样1的Ni-P合金非电解镀膜约磨损2fim。试样3的Ni-P合金非电解镀膜磨损约5nm。试样4的Ni-P合金非电解镀膜全部磨损，Cu电镀膜磨损约3jim(合计磨损量为约8jim)。虽然试样6的Ni-P合金非电解镀膜基本上未磨损，但在Cu电镀膜与Ni-P合金非电解镀膜间发生裂紋。试样7在50圏(廿4夕乂")时Ni电镀膜的表面发生伤痕，不能进一步继续试验。根据以上结果可以得知，成为最表层的第3层膜的维氏硬度不论是过高还是过低，都不能赋予磁铁优良的耐蚀性、耐磨性及耐冲击性。评价2:在试样2、3、4、5的表面的任意2个部位进行施加108~109次lxlO"3xlO"J的能量的严酷沖击疲劳试验。结果，在所有试样的磁铁体试验片都未发生裂紋和缺口。试样2的Ni-P合金非电解镀膜全部磨损，Cu电镀膜磨损约8jim(合计磨损约13pm)。试样3的Ni-P合金非电解镀膜和Cu电镀膜全部磨损，Ni电镀膜约磨损3fim(合计磨损量约15jim)。试样4和试样5的全部膜都磨损，磁铁体试验片也磨损其一部分(合计磨损量约27fim)。;f艮据以上结果可知，在第2层的Cu电镀膜的膜厚为7fim以上的场合，其磨损量与5pm的场合相比，要少于膜厚的差以上。可以说，通过控制第3层的Ni-P合金非电解镀膜的下层膜的膜厚可显著提高耐磨性，具有从此前的发现预想不到的效果。评价3:耐蚀性试验对试样1~7全部进行在50'Cx95。/。恒温恒湿槽内放置72小时的耐蚀性试验后得知，在所有试样上都未生锈，具有优良的耐蚀性，产业上利用的可能性本发明在可提供兼有优良的耐蚀性、耐磨性及耐冲击性的用于汽车IPM型电动机的永久磁铁的制造方法这一点具有产业上的利用可能性。权利要求1.一种永久磁铁的制造方法，该永久磁铁插入到汽车用IPM型电动机的转子磁轭内的槽中使用，其特征在于在R-Fe-B系永久磁铁的表面由电镀法形成作为第1层的膜厚3～15μm的Ni膜，然后，由电镀法形成作为第2层的膜厚3～15μm的Cu或Sn膜，由非电解镀法形成作为第3层的膜厚4～7μm的Ni-P合金膜，当设第2层的Cu或Sn电镀膜的维氏硬度为1时，第3层的Ni-P合金膜具有2.5～4.5的维氏硬度。2.根据权利要求l所述的永久磁铁的制造方法，其特征在于使用pH被调整为6.0~8.0的Ni镀液形成第1层的膜。3.根据权利要求1或2所述的永久磁铁的制造方法，其特征在于第3层的膜的维氏硬度为400~700。4.根据权利要求1~3中任何一项所述的永久磁铁的制造方法，其特征在于第3层的膜含有512wt。/。的P。5.根据权利要求1~4中任何一项所述的永久磁铁的制造方法，其特征在于第1层~第3层的膜的合计膜厚为15~25jim。6.—种永久磁铁，插入到汽车用IPM型电动机的转子磁轭内的槽中使用，其特征在于在R-Fe-B系永久磁铁的表面，隔着膜厚3~15jim的Ni电镀膜具有膜厚3~15fim的Cu或Sn电镀膜，进而还具有膜厚4~7|im的Ni-P合金非电解镀膜，当设上述Cu或Sn电镀膜的维氏硬度为l时，Ni-P合金非电解镀膜具有2.54.5的维氏硬度。全文摘要一种永久磁铁的制造方法，该永久磁铁兼有优良的耐蚀性、耐磨性及耐冲击性，用于汽车IPM型电动机。在R-Fe-B系永久磁铁的表面由电镀法形成作为第1层的膜厚3～15μm的Ni膜，然后，由电镀法形成作为第2层的膜厚3～15μm的Cu或Sn膜，由非电解镀法形成作为第3层的膜厚4～7μm的Ni-P合金膜，在设第2层的Cu或Sn电镀膜的维氏硬度为1时，第3层的Ni-P合金膜具有2.5～4.5的维氏硬度。文档编号C25D5/48GK101099285SQ20058004629公开日2008年1月2日申请日期2005年11月21日优先权日2004年11月25日发明者冈田秀德,宫尾幸光,小松敏泰,椛泽明,真谷康隆,金子裕治,高桥一成申请人:本田技研工业株式会社;株式会社新王磁材