永磁铁及永磁铁的制造方法

专利名称：永磁铁及永磁铁的制造方法
技术领域：
本发明涉及永磁铁及永磁铁的制造方法，尤其涉及通过使Dy及Tb扩散到Nb—Fe 一B系的烧结磁铁的晶界相中形成的高磁特性的永磁铁及该永磁铁的制造方法。
背景技术：
Nd—Fe—B系的烧结磁铁(所谓钕磁铁)，由于其是由铁和价格低廉、资源丰富、 可稳定供给的Nd、 B元素组合而成的，可廉价制造出，同时还具有高磁特性(最大能 积是铁氧体磁铁的10倍左右)，因而被广泛使用于电子设备等多种产品，近年来，油电 混合型汽车用的马达及发电机上的采用也取得了进展。
另一方面，由于上述烧结磁铁的居里温度很低，仅为30(TC，因而存在下述问题， 当采用它的产品在有些使用状态下温度上升到超过规定温度时，就会因热而减磁。此外 还存在下述问题当把上述烧结磁铁用于所需的产品中时，有时需要把烧结磁铁加工成 一定形状，由于该加工，烧结磁铁的晶粒上会产生缺陷(裂纹等)及畸变，使其磁性显 著恶化。
因此，当取得Nd—Fe—B系烧结磁铁时，可考虑添加具有比Nd大的4f电子的磁 各向异性、带有与Nd相同的负斯蒂芬斯因子，可大幅提高主相的结晶磁各向异性的Dy 及Tb，但由于Dy、 Tb在主相晶格中采用与Nd反向的自旋排列的费里磁结构，因而存 在磁场强度，进而言之，表示磁特性的最大能积大幅下降的问题。
为了解决这一问题，有人建议在Nd—Fe—B系烧结磁铁的整个表面上形成具有 规定膜厚(可根据磁铁的体积形成3nm以上的膜厚)的Dy及Tb膜，继而在规定温度 下实施热处理，即可使表面上成膜的Dy及Tb均匀地向磁铁的晶界相扩散(参照非专 利文献l)。根据非专利文献l的报告，用上述方法制作出的永磁铁具有下述优点由于扩散到 晶相界中的Dy及Tb提高了各晶粒表面结晶磁各向异性，强化了晶核形成型的顽磁力 发生机制，因而可生产出具有在顽磁力飞速提高的同时，最大能积也几乎没有损失(例 如剩磁通密度14.5kG( 1.45T )、最大能积50MGOe(400 K j/m3)、顽磁力23kOe( 3MA/m)) 性能的永磁铁。
作为Nd—Fe—B系烧结磁铁制造方法的一例，公知的有粉末冶金法，该方法先将 Nd、 Fe、 B按规定的组分比例配比，经熔化、铸造制作出合金原料，用例如氢化裂解工 序初步粉碎，再用射流碾磨微粉化工序微粉化得到合金原料粉末。接着，将得到的合金 原料粉末在磁场中定向(磁场定向)，在外加磁场的状态下压縮成形得到成形体。而后， 将该成形体在规定条件下烧结制造出烧结磁铁。
作为磁场中的压縮成形法，通常可使用单轴加压式压縮成形机，该压缩成形机把合 金原料粉末填充到模具的贯通孔内形成的模腔中，利用上下一对冲头从上下方向上加压 (冲压)使合金原料粉末成形，但存在下述问题在用一对冲头压缩成形时，因填充在 模腔内的合金原料粉末中的微粉间的磨擦及合金原料粉末和安装在冲头上的模具壁面 间的磨擦，无法获得高定向性，无法实现磁特性的提髙。
因此公知的是，在得到的合金粉末中添加硬脂酸锌等润滑剂，通过在磁场中压缩成 形时保证合金原料粉末的流动性、提高定向性的同时，使模型的起模变得容易(参照专 利文献2)。
^一专利文献1: (Improvement of coercivity on thin Nd2Fel4B sintered Permenant magnets (薄型Nd2Fel4B系烧结磁铁中的顽磁力提高)/朴起兑、东北大学、博士论文， 平成12年3月23曰)
专利文献2:特开2004-6761号公报(例如，参照背景技术栏的记述)

发明内容
包含润滑剂的合金粉末材料烧结成的烧结磁铁，其晶界内残留有很多碳(润滑剂的灰分)。因此，针对上述方法制作的烧结磁铁，实施使烧结磁铁表面附着的Dy或Tb向 其晶界相扩散的上述处理时，有时由于Dy或Tb与残留碳(润滑剂的灰分)反应，会 阻碍Dy或Tb向晶界相扩散。Dy或Tb向晶界相的扩散受到阻碍，则不能在短时间内 完成扩散处理，生产效率降低。
为此，本发明的第一目的在于提供一种永磁铁的制造方法，使包含润滑剂的烧结磁 铁表面附着的Dy或Tb可高效扩散到晶界相中，以高生产率制作出高磁特性的永磁铁。 另外，本发明的第二目的在于提供一种永磁铁，使Dy、 Tb仅高度扩散到包含润滑剂的 Nd—Fe—B系烧结磁铁的晶界相中，得到具有高磁特性的永磁铁。
为了解决上述课题，权利要求1所述的永磁铁的制造方法，其特征在于，包括第 一工序，其使Dy、 Tb中的至少一种，附着到包含润滑剂的铁一硼一稀土类系的合金原 料粉末烧结而成的烧结磁铁表面的至少一部分上；第二工序，其通过在规定温度下实施 热处理，使附着在烧结磁铁表面上的Dy、 Tb中的至少一种扩散到烧结磁铁的晶界相中； 前述烧结磁铁使用的是平均结晶粒径在4jim 8^un范围内制作的磁铁。
若采用本发明，通过将烧结磁铁的平均结晶粒径设定在4^m 8tim范围内，可不受 烧结磁铁内部残留的碳(润滑剂的灰分)的影响，附着在烧结磁铁表面的Dy及Tb可 高效快速扩散到晶界相内，实现高生产效率。若平均结晶粒径小于4nm， Dy或Tb扩散 到晶界相中成为具有高顽磁力的永磁铁M,但是，向合金粉末中添加润滑剂使其在磁场 中压縮成形时保持流动性且提高定向性的效果受到影响，烧结磁铁的定向性恶化，其结 果，导致表示磁特性的剩磁通密度和最大能积下降。
另一方面，若平均结晶粒径超过8Mm，结晶变大顽磁力低下，并且，晶界的表面积 变小，而晶界附近的残留碳(润滑剂的灰分)的浓度变高，顽磁力进一步下降。另外， 残留碳与Dy或Tb发生反应，阻碍Dy向晶界相扩散，使扩散时间变长生产效率降低。 将前述烧结磁铁配置到处理室内并加热的同时，最好进行前述第一及第二工序，使 配置在相同或其他处理室内的至少含Dy及Tb中的一种的蒸发材料蒸发，调节该蒸发 的蒸发材料向烧结磁铁表面的供给量使其附着，使该附着蒸发材料的Dy、 Tb在烧结磁
6铁表面上形成蒸发材料膜之前扩散到烧结磁铁的晶界相中。
若采用本发明，将蒸发的蒸发材料提供到被加热到规定温度的烧结磁铁表面并附 着。此时，由于烧结磁铁被加热到能得到最佳扩散速度的温度的同时，调节了蒸发材料 向烧结磁铁表面的供给量，附着在表面的Dy、 Tb金属原子在形成薄膜前依次扩散到烧 结磁铁的晶界相中(即，向烧结磁铁表面供给Dy或Tb等金属原子的处理与向烧结磁 铁的晶界相扩散的处理一次进行(真空蒸气处理))。因此，永磁铁表面的状态与实施上 述处理前的状态大致相同，防止了制作出的永磁体表面恶化(表面粗糙度变差)，并且， 特别是抑制了 Dy或Tb过剩地扩散到烧结磁铁表面附近粒界内，不需要其它的后续工 序提高了生产效率。
此外，由于使Dy或Tb均匀地扩散到烧结磁铁的晶界相中，晶界相中具有Dy、Tb 富相(含5 80。/。范围的Dy、 Tb的相)，并且Dy及Tb仅扩散到晶粒的表面附近，结果 是可获得具有高顽磁力的高磁特性的永磁铁。另外，在加工烧结磁铁时其表面附近的晶 粒上产生缺陷(裂纹)的情况下，Dy、 Tb富相形成于其裂纹内侧，可恢复磁化及顽磁 力。
进行上述处理时，如预先将所述烧结磁铁及蒸发材料分隔配置，则当使蒸发材料蒸 发时，可防止熔化的蒸发材料直接附着到烧结磁铁上。
如改变配置在前述处理室内的前述蒸发材料的表面系数来增减一定温度下的蒸发 量，例如在处理室内设置用来增减Dy、 Tb向烧结磁铁表面上的供给量的其他部件等， 即可不改变装置的结构，简单地调节向烧结磁铁表面上的供给量。
为了促进去除表面上吸附的污垢、气体及水分，最好在将前述处理室减压到规定压 力后，将处理室内加热到规定温度并保持之。
另外，为了在Dy及Tb扩散到晶界相之前去除烧结磁铁表面上的氧化膜，最好在 加热收容前述烧结磁铁的处理室之前，采用等离子清洗前述烧结磁铁表面。
此外，若在使Dy及Tb扩散到前述烧结磁铁的晶界相之后，在比上述温度低的规 定温度下实施去除永磁铁畸变的热处理，则可获得磁化及顽磁力进一步提高或恢复的高磁特性的永磁铁。
此外，为了解决上述课题，权利要求9所述的永磁铁，其特征在于烧结含有润滑 剂的铁一硼一稀土类系的合金粉末，使用制作出的平均结晶粒径在4tim 8拜范围内的 烧结磁铁，在该烧结磁铁表面的至少一部分上附着Dy、 Tb中的至少一种，在规定温度 下实施热处理，使附着在烧结磁铁表面上的Dy、 Tb中的至少一种扩散到烧结磁铁晶界 相中而形成。
发明效果
如上所述，本发明的永磁铁制造方法具有以下效果附着在包含润滑剂的烧结磁铁 表面的Dy、 Tb可高效扩散到晶界相中，可用高生产率制造出高磁特性的永磁铁。并且， 本发明的永磁铁为具有极高顽磁力的高磁特性的永磁铁。
具体实施例方式
下面参照图1及图2进行说明，本发明的永磁铁M是通过同时进行下述一系列处 理制作的使至少含Dy及Tb中的一种的蒸发材料V蒸发，将该蒸发的蒸发材料V附 着到加工成规定形状的Nd—Fe—B系的烧结磁铁S表面，使该附着的蒸发材料V的Dy 及Tb金属原子均匀地扩散到烧结磁铁的晶界相中(真空蒸气处理)。
作为基础材料的Nd—Fe—B系的烧结磁铁S是用公知的方法按下述制作的，即首 先按照一定的组分比例配比Fe、 B、 Nd,用公知的脱模铸造法制作出0.05mm 0.5mm 的合金原料。此外，也可用公知的离心铸造法制作出厚度为5mm左右的合金原料。此 外在配比时也可少量添加Cu、 Zr、 Dy、 Al及Ga。接着先将制作出的合金用公知的氢化 裂解工序初步粉碎，再用射流碾磨微粉化工序微粉化得到合金原料粉末。
在后述的磁场中进行成形工序时，为保证合金粉末的流动性以提高定向性，同时为 使从模具中起模容易等，可在合金粉末中以规定的混合比添加润滑剂，合金粉末表面被
润滑布J包敷。作为润滑剂，可使用不损伤模具的粘性低的固体润滑剂或液体润滑剂，对 于固体润滑剂，可使用层状化合物(MoS2、 WS2、 MoSe、石墨、BN、 CFx等)、软质金属(Zn、 Pb^^)、硬质物质(钻石粉末、TiN粉末等)、有机高分子(PTEE系、尼龙
系脂肪族系、高级脂肪族系、脂肪酸酰胺系、脂肪酸酯系、金属皂系等)，特别优选的
是硬脂酸锌、乙烯酰胺和氟代醚系润滑脂。
另外，作为液体润滑剂，可列举的有天然油脂材料(蓖麻子油、椰子油、棕榈油等 植物油、矿物油、石油系油脂等)，有机低分子材料(低级脂肪族系、低级脂肪酸酰胺 系、低级脂肪酸酯系)，最好使用液状脂肪酸、液状脂肪酸酯、液状氟系润滑剂，液体 润滑剂可与界面活性剂一道使用，还可用溶剂稀释后使用，由于烧结后残留的润滑剂的 残留碳成分会使磁铁的顽磁力下降，因而最好使用便于在烧结工序中去除的低分子量的 物质。
此外，当在合金原料粉末P中添加固体润滑剂的情况下，应以0.02wtc/『0.1wt。/。的 混合比例添加。如小于0.02wt。/。，无法提高合金原料粉末P的流动性，导致定向性不能 提高。另外，如果大于0.1wt%，在获得烧结磁铁时，由于受残留在该烧结磁铁中的碳 的影响，顽磁力下降。此外，当在合金原料粉末P中添加液体润滑剂的情况下，应以 0.05wt。/。 5wt。/。范围内的比例添加。如果小于0.05wt%，无法提高合金原料粉末的流动性， 有可能导致不能提高定向性，另外，如果大于5wtW，在获得烧结磁铁时，由于受残留 在该烧结磁铁中的碳的影响，顽磁力下降。如果添加固体润滑剂和液体润滑剂两种润滑 剂，^!滑剂可进入到合金原料粉末的各个角落，由于具有更好的润滑效果，因而可获得 更好的定向性。接着，例如使用具有公知构造的单轴加压式的压缩成形机(未图示)， 将含润滑剂的合金原料粉末在磁场中成形为规定形状后，放置在公知的烧结炉内，在规 定的条件下烧结制作出上述烧结磁铁。
但是，由含润滑剂的合金粉末烧结而成的烧结磁铁，即使按上述比例添加润滑剂， 碳(润滑剂的灰分)也会残留在其晶界内。因此，实施真空蒸气处理时Dy或Tb与残 留碳发生反应，会影响Dy或Tb向晶界的扩散，不能在短时间内进行扩散处理(或真 空蒸气处理)。本实施方式中，分别改进了制作烧结磁铁S的各工序的条件，将烧结磁 铁S的平均结晶粒径设定在4,~8拜范围内。这样即可不受烧结磁铁内部残留的碳的 影响，附着在烧结磁铁表面的Dy或Tb可高效扩散到晶界相，实现高生产率。
若平均结晶粒径小于4拜，Dy或Tb扩散到晶界相中成为具有高顽磁力的永磁铁M，
但是，向合金粉末中添加润滑剂使其在磁场中压縮成形时保持流动性且提高定向性的效 果受到影响，烧结磁铁的定向性恶化，其结果，导致表示磁特性的剩磁通密度和最大能
9积下降。另一方面，若平均结晶粒径超过8拜，结晶变大顽磁力低下，并且，晶界的表 面积变小，而晶界附近的残留碳的浓度变高，顽磁力进一步下降。另外，残留碳与Dy 或Tb发生反应，阻碍Dy向晶界相扩散，使扩散时间变长，生产效率下降。
如图2所示，实施上述处理的真空蒸气处理装置l，具有可通过涡轮分子泵、低温 泵、扩散泵等真空排气手段11减压并保持在规定压力(例如lxl(T5Pa)的真空容器12。 真空容器12内可设置箱体2，其由上面开口的长方体形状的箱部21以及可在开口的箱 部21的上部灵活装卸的盖部22构成。
在盖部22的整个外周缘部上形成向下方弯曲的突缘22a，若将盖部22安装到箱部 21的上面，则可通过突缘22a与箱部21的外壁的紧配合(在此情况下，未设置金属密 封条之类的真空密封条)，形成与真空容器11隔绝的处理室20。并且若通过真空排气手 段11把真空容器12减压到规定压力(例如lxl(T5Pa),处理室20可减压到大致比真空 容器12高半位数的压力(例如5xl0,a)。
处理室20的容积考虑到蒸发金属材料V的平均自由行程，设定为蒸气气氛中的Dy、 Tb金属原子可直接或反复撞击后从多个方向提供给烧结磁铁S。此外，箱部21以及盖 部22的壁厚可设定为在用后述的加热手段加热时不会产生热变形，用不会与金属蒸发 材料V发生反应的材料构成。
艮P，当金属蒸发材料V是Dy、 Tb时，若使用通常的真空装置常用的Al203，有可 能因蒸气气氛中的Dy、 Tb和Al203发生反应，在其表面形成反应生成物的同时，Al原 子还有可能进入Dy或Tb蒸气气氛中。因此箱体2可用诸如Mo、 W、 V、 Ta或这些的 合金(含稀土类添加型Mo合金、Ti添加型Mo合金等)及CaO、 ￥203或稀土类氧化物 制作，也可使用由这些材料形成其它隔热材料的内表面贴膜来构成。此外，也可通过在 处理室20内距底面一定高度的位置上配置例如由多根Mo线(例如(p0.1 10mm)构成 的网格，形成承载部21a，在该承载部2la上并排承载多个烧结磁铁S。另外，金属蒸 发材料V可适当配置在处理室20的底面、侧面或上面等处。
作为金属蒸发材料V,可使用含有能大幅提高主相的结晶磁各向异性的Dy及Tb，或至少含Dy及Tb中的一种的氟化物。并且，也可使用在Dy或Tb及此类的氟化物中 至少含有Nd及Pr中的一种的材料。此时，蒸发材料V由规定的混合比例配比，使用 如电弧炉熔化得到块状合金，配置在处理室内。
此外，蒸发材料V至少还可含有从Al、 Ag、 B、 Ba、 Be、 C、 Ca、 Ce、 Co、 Cr、 Cs、 Cu、 Er、 Eu、 Fe、 Ga、 Gd、 Ge、 Hf、 Ho、 In、 K、 La、 Li、 Lu、 Mg、 Mn、 Mo、 Na、 Nb、 Ni、 P、 Pd、 Ru、 S、 Sb、 Si、 Sm、 Sn、 Sr、 Ta、 Ti、 Tm、 V、 W、 Y、 Yb、 Zn以及Zr中选择出的一种。
在真空容器12内还设有加热手段3。与箱体2相同，加热手段3用不与Dy、 Tb的 金属蒸发材料V发生反应的材料制成，例如可由围绕在箱体2四周，内侧具有反射面的 Mo制隔热材料，和配置在其内侧，具有Mo制热丝的电加热器构成。并可通过用加热 手段3加热减压下的箱体2，经箱体2间接加热处理室20内，将处理室20内大致均匀 地加热。
下面说明用上述真空蒸气处理装置l，制造本发明的永磁铁M的过程。首先，在箱 部21的承载部21a上承载用上述方法制作的烧结磁铁S的同时，在箱部21的底面上设 置作为金属蒸发材料V的Dy (这样即可将烧结磁铁S和金属蒸发材料V在处理室20 内隔一定距离配置)。接着，把盖部22安装到箱部21开口面上之后，在真空容器12内 把箱体2设置到被加热手段3围绕的规定位置上(参照图2)。并通过真空排气手段11 把真空容器12真空排气，直至减压到规定压力，(例如lxl(^Pa)，(处理室20被真空 排气到大体高半位数的压力)，真空容器12—达到规定压力，即通过使加热手段3工作 加热处理室20。
在减压下处理室20内的温度一达到规定温度，设置在处理室20底面上的Dy即被 加热到与处理室20大致相同的温度并开始蒸发，在处理室20内形成Dy蒸气气氛。在 Dy开始蒸发的情况下，由于烧结磁铁S和Dy是隔离配置的，因而熔化的Dy不会直接 附着到表面Nd富相熔化的烧结磁铁S上。并且，Dy蒸气气氛中的Dy原子直接或反复 撞击后从多个方向上提供并附着到被加热到与Dy大致同温的烧结磁铁S的表面，该附着的Dy扩散到烧结磁铁S的晶界相中得到永磁铁M。
然而，如图3所示，若为了形成Dy层(薄膜)Ll，而给烧结磁铁S的表面提供 Dy蒸气气氛中的Dy原子，附着并沉积在烧结磁铁S表面上的Dy 二次结晶时，会使永 磁铁M表面显著恶化(表面粗度变差)，此外，附着并沉积在处理期间被加热到大致同 温的烧结磁铁S表面的Dy熔解后过量地扩散到靠近烧结磁铁S表面的区域Rl上的晶 界内，从而使磁特性无法有效提高及恢复。
即，在烧结磁铁S表面上一旦形成Dy的薄膜，与薄膜相邻的烧结磁铁表面S的平 均组分即形成Dy富相组分， 一旦出现Dy富相组分，其液相温度即下降，使烧结磁铁S 表面熔化(即，因主相熔化，液相量增加)。其结果是，烧结磁铁S表面附近因熔化而 变形，凹凸增加。此外，Dy与大量液相一道过量地进入晶粒内，导致表示磁特性的最 大能积以及剩磁通密度进一步下降。
在本实施方式中，设定为以烧结磁铁的1~10重量％的比例，在处理室20的底面上 配置每一单位体积的表面积(表面系数)小的散块状(大致呈球形)的Dy，使一定温 度下的蒸发量减少。除此而外，当金属蒸发材料V是Dy时，通过控制加热手段3，把 处理室20内的温度设定在800'C 1050'C范围内，最好在900'C 1000'C的范围内(例如， 处理室内温度为卯(TC 100(TC的范围内时，Dy的饱和蒸汽压约为1X10—2~1X10—lPa)。 若处理室20内的温度(进而言之，烧结磁铁S的加热温度)低于800°C,附着在 烧结磁铁S表面的Dy原子向晶界层的扩散速度将变慢，无法在烧结磁铁S表面上形成 薄膜之前均匀扩散到烧结磁铁的晶界相中。另外，当温度超过105(TC时，由于Dy蒸气 压升高，处于蒸气气氛中的Dy原子将过量地提供给烧结磁铁S表面。此外，Dy有可能 扩散到晶粒内，由于Dy—旦扩散到晶粒内，会使晶粒内的磁化大幅下降，因而可导致 最大能积以及剩磁通密度进一步下降。
为了在烧结磁铁S表面上形成Dy薄膜之前使Dy扩散到其晶界相中，与设置在处 理室20的承载部21a上的烧结磁铁S的表面积的总和对应的设置在处理室20底面的块 状的Dy的表面积的总和的比例应设定在lxlO"^2xl()S范围内。当该比例在lxl0^ 2x103范围之外时，有时会在烧结磁铁S表面上形成Dy或Tb的薄膜，此外，无法获得具有 高磁特性的永磁铁。在此情况下，上述比例最好在lxl(^至lxl0S范围内，此外上述比 例如能在1x10—2至lxl(^范围内则更理想。
这样即可通过降低蒸气压的同时减少Dy的蒸发量，抑制Dy原子在烧结磁铁S上 的供给量，以及通过一边使烧结磁铁S的平均粒径收敛在规定范围内一边在规定温度范 围内加热烧结磁铁S，使得扩散速度不受残留在烧结磁铁内部的碳的影响而加快，同时， 使附着在烧结磁铁S表面上的Dy原子在烧结磁铁S表面上沉积并形成由Dy层(薄膜) 之前，可高效而又均匀地扩散到烧结磁铁S的晶界相中(参照图1)。其结果是，可防 止永磁铁M表面恶化，此外，可抑制Dy过量地扩散到靠近烧结磁铁表面区域的粒界内， 晶界相中具有Dy富相(含有5 80。/。范围内的Dy的相)，除此而外，由于Dy仅扩散到 晶粒表面附近，因而可有效提高磁化及顽磁力，可获得不需要进行精加工的，生产率高 的永磁铁M。
如图4所示，在制作出上述烧结磁铁之后，若用线切割等加工成所需形状，有时会 因作为烧结磁铁表面的主相的晶粒上产生裂纹而使磁特性显著恶化(参照图4 (a))，若 实施上述真空蒸气处理，由于可在表面附近的晶粒裂纹的内侧形成Dy富相(参照图4 (b),因而磁化及顽磁力恢复。
另外，现有的钕磁铁由于防锈的原因添加了 Co，而本发明的永磁铁与Nd相比，在 其表面附近的晶粒裂纹内侧及晶界相中存在着具有极高耐蚀性、耐候性的Dy富相，因 此不必使用Co，也可成为具有极高耐蚀性、耐风化性的永磁铁。并且附着在烧结磁铁 表面的Dy扩散时，由于烧结磁铁S的晶界上没有含Co的金属间化合物，烧结磁铁S 表面附着的Dy、 Tb原子可更高效地扩散。
最后，当把上述处理实施了规定时间(例如1 72小时)之后，使加热手段3停止 动作的同时，通过未图示的气体导入手段把10KPa的Ar气导入处理室20内，使蒸发材 料V停止蒸发，使处理室20内的温度先下降到例如500'C。接着，使加热手段3再次 动作，把处理室20内的温度设定在450~650°C的范围内，为使顽磁力进一步提高或恢复，实施去除永磁铁畸变的热处理。最后，快速冷却封室温，取出箱体2。
在本实施方式中，作为蒸发材料V，是以Dy为例进行说明的，但在能加快扩散速 度的烧结磁铁S的加热温度范围内(卯0。C 100(TC)，可使用蒸气压低的Tb，还可使用 Dy及Tb的合金。此外，设定为为了减少一定温度下的蒸发量采用的是表面系数小的散 块状或粉末状的蒸发材料V，但并不局限于此，例如，也可设定为在箱部21内设置剖 面为凹形的承载盘，通过在承载盘内收容颗粒形或散块状的蒸发材料V，使其表面系数 减少。还可设定为在承载盘内收容蒸发材料V之后，安装设有多个开口的盖(未图示)。 此外，在本实施方式中是针对在处理室20内配置烧结磁铁S和蒸发材料V的情况 进行说明的，但为了能用不同的温度加热烧结磁铁S和蒸发材料V,也可设定为在真空 容器12内在处理室20之外另行设置蒸发室(另一处理室，未图示)的同时，设置加热 蒸发室的其它加热手段，使蒸发材料在蒸发室内蒸发之后，通过连通处理室20和蒸发 室的通道，把处于蒸气气氛中的蒸发材料V提供给处理室20内的烧结磁铁。
在此情况下，当蒸发材料V是Dy时，可在700。C 105(TC (700。C 1050。C时，Dy 的饱和蒸汽压约为1X1(T 1X10—卞a)的范围内加热蒸气室。当温度低于70(TC时，无 法达到足以给烧结磁铁S表面提供Dy可均匀扩散到晶界相中的蒸气压。另外，当蒸发 材料是Tb的情况下，可在卯0。C 115(TC的范围内加热蒸发室。当温度低于卯O'C时， 达不到足以给烧结磁铁S表面提供Tb原子的蒸气压。另外，当温度超过1150'C时，Tb 扩散到晶粒内，导致最大能积以及剩磁通密度下降。
另外，在本实施方式中，为实现高生产率，就真空蒸气处理的情况进行了说明，而 使用公知的蒸镀或溅镀装置使Dy或Tb附着在烧结磁铁的表面(第一工序)，而后，用 热处理炉实施扩散处理，使附着在表面的Dy或Tb扩散到烧结磁铁的晶界相中(第二 工序)得到永磁铁时，也适用本发明，可得到高磁特性的永磁铁M。
此外，为了去除使Dy及Tb扩散到晶界相中之前吸附在烧结磁铁表面上的污垢、 气体及水分，也可设定为通过真空排气手段11把真空容器12减压到规定压力(例如 lxl(T5Pa)，把处理室20减压到比真空容器12大致高半位数的压力(例如5xl(T4Pa)之
14后，保持规定时间^此对也可设定为通过使加热手段3动作，把处理室20内加热到例 如100'C，并保持规定时间。
另外，还可设定为在真空容器12内设置可产生Ar或He等离子的具有公知结构的 等离子发生装置(未图示)，在进行真空容器12内的处理之前，采用等离子进行清洁烧 结磁铁S表面的前处理。当在同一处理室20内配置烧结磁铁S和金属蒸发材料V的情 况下，可将公知的传送机器人设置在真空容器12内，在真空容器12内清洁完之后再安 装盖部22。
还有，在本实施方式中，是针对在箱部21的上面安装盖部22构成箱体2的情况进 行说明的，但如果处理室20与真空容器12隔绝，且可随着真空容器12的减压而减压 的情况下，并不受此局限，例如也可在把烧结磁铁S收容到箱部21中之后，例如用Mo 制的薄片覆盖其上面的开口。另外也可采用能在真空容器12内密封处理室20，使之能 在真空容器12之外单独保持规定压力的构成。
并且，作为烧结磁铁S,由于其含氧量越少，Dy或Tb向晶界相的扩散速度越快， 烧结磁铁S的含氧量应在3000ppm以下，优选在2000ppm以下，如在1000ppm以下则 更佳。
实施例1
作为Nd—Fe—B系的烧结磁铁，使用了组分为20Nd—5Pr—2Dy—1B-1Co—0,2A1 一0.05Cu—0.1Nb—0.1Mo—bal.Fe，加工成5x40x40mm的长方体形状的材料。在此情 况下，将Fe、 Nd、 Pr、 Dy、 B、 Co、 Al、 Cu、 Nb及Mo按上述组分比配比，用公知的 离心铸造法制作出30mm的合金，先用公知的氢化裂解工序初步粉碎，再用射流碾磨微 粉化工序微粉化得到合金原料粉末。
接着，在该合金原料粉末中以0.05城％混合比添加脂肪酸系化合物润滑剂及脂肪酸 金属盐润滑剂的混合物并搅拌后，填充到公知的单轴加压式压縮成形机的模腔中，在磁 场中成形为规定的形状后(成形工序)，将该成形体放置到公知的烧结炉内，在规定的 条件下进行烧结(烧结工序)。此时，使成形工序及烧结工序最佳化，得到平均结晶粒径在2Mm 10pm的范围内、氧含量500ppm的烧结磁铁S。并且，烧结磁铁的平均结晶 粒径是通过蚀刻垂直于烧结磁铁磁场定向方向的面后，在显微镜成分照片上随机地划出 IO根线，用线分法求出。
接着，用上述真空蒸气处理装置1通过上述真空蒸气处理得到永磁铁M。在此情况 下，在Mo制箱体2内的承载部21a上等间隔配置了 IOO个烧结磁铁S。此外，对于蒸 发材料，使用纯度99.9。/。的散块状Dy，以10g的总量配置在处理室20的底面上。接着， 通过使真空排气手段动作，先将真空容器减压到lxlO"Pa(处理室内的压力约5x10—3Pa) 的同时，采用加热手段3把处理室20的加热温度设定为95(TC。并在处理室20的温度 达到95(TC后，在该状态下保持1 72小时，进行了上述真空蒸气处理。接着，进行了去 除永磁铁畸变的热处理。在此情况下，处理温度设为400'C、处理时间卯分钟。其后求 出可获得最高磁特性的最佳真空蒸气处理时间(即Dy的最佳扩散时间)。
图5是用上述方法得到的永磁铁的磁特性平均值表。因此可知，平均结晶粒径处于 3pm以下、或9拜以上时，获得最高磁特性的最佳真空蒸气处理时间为8小时以上， 生产效率低下，并且，若平均结晶粒径在9拜以上，则不能有效提高顽磁力。而烧结 磁铁的平均结晶粒径在4 8Mm的范围内时，最佳真空蒸气处理时间为4 6小时，且可 得到最大能积51MG0e以上，剩磁通密度14.5kG以上，顽磁力约30kOe的高磁特性的 永磁铁。


图1是用本发明制作的永磁铁剖面的示意图。 图2是实施本发明的处理的真空处理装置的简图。 图3是采用现有技术制作的永磁铁剖面的示意图。
图4 (a)是烧结磁铁表面的加工恶化的说明图。(b)是通过实施本发明制作出的永 磁铁的表面状态说明图。
图5是表示用实施例1制作的永磁铁的磁特性与最佳真空蒸气处理时间的表。图中标号说明
1、真空蒸气处理装置，12、真空容器，20、处理室，21、箱部，22、盖部，3、加 热手段，S、烧结磁铁，M、永磁铁，V、蒸发材料。
权利要求
1.一种永磁铁的制造方法，其特征在于，包括第一工序，其使Dy、Tb中的至少一种，附着到包含润滑剂的铁-硼-稀土类系的合金原料粉末烧结而成的烧结磁铁表面的至少一部分上；第二工序，其通过在规定温度下实施热处理，使附着在烧结磁铁表面上的Dy、Tb中的至少一种扩散到烧结磁铁的晶界相中；前述烧结磁铁使用的是平均结晶粒径在4μm～8μm范围内制作的磁铁。
2. 根据权利要求1所述的永磁铁的制造方法，其特征在于实施前述第一工序及第 二工序，将前述烧结磁铁配置到处理室内并加热的同时，使配置在相同或其他处理室内 的至少含Dy及Tb中的一种的蒸发材料蒸发，调节该蒸发的蒸发材料向烧结磁铁表面 的供给量并使其附着，使该附着蒸发材料的Dy、 Tb在烧结磁铁表面上形成蒸发材料膜 之前扩散到烧结磁铁的晶界相中。
3. 根据权利要求2所述的永磁铁的制造方法，其特征在于前述烧结磁铁与蒸发材 料间隔配置。
4. 根据权利要求2或3所述的永磁铁的制造方法，其特征在于通过改变配置在前 述处理室内的前述蒸发材料的表面系数增减一定温度下的蒸发量，调节前述供给量。
5. 根据权利要求24任一项所述的永磁铁的制造方法，其特征在于在加热放置了 前述烧结磁铁的处理室之前，将处理室内减压到规定压力并保持。
6. 根据权利要求5所述的永磁铁的制造方法，其特征在于将前述处理室内减压到 规定压力后，把处理室内加热到规定温度并保持。
7. 根据权利要求2 6任一项所述的永磁铁的制造方法，其特征在于在加热放置了 前述烧结磁铁的处理室之前，用等离子清洁前述烧结磁铁表面。
8. 根据权利要求2~7任一项所述的永磁铁的制造方法，其特征在于在使前述金属 原子扩散到前述烧结磁铁的晶界相中后，在比前述温度低的规定温度下实施去除永磁铁 畸变的热处理。
9. 一种永磁铁，其特征在于:烧结包含润滑剂的铁一硼一稀土类系的合金原料粉末，具有铁一硼一稀土类系的烧结磁铁，使用平均结晶粒径在卯m 8pm范围内制作的烧结磁铁，使Dy及Tb中中的至少一种附着到该烧结磁铁表面，在规定温度下实施热处理 后，使附着在烧结磁铁表面上的Dy、 Tb中中的至少一种扩散到烧结磁铁的晶界相中后 形成。
全文摘要
提供一种永磁铁的制造方法，使附着在包含润滑剂的烧结磁铁表面的Dy、Tb高效扩散到晶界相中，可以高生产效率制作出高磁特性的永磁铁；其包括第一工序，使Dy、Tb中的至少一种，附着到包含润滑剂的铁-硼-稀土类系的合金原料粉末烧结而成的烧结磁铁表面的至少一部分中；第二工序，通过在规定温度下实施热处理，使附着在烧结磁铁表面上的Dy、Tb中中的至少一种扩散到烧结磁铁的晶界相中；此时，作为烧结磁铁使用的是平均结晶粒径在4μm～8μm范围内制作的磁铁。
文档编号H01F41/02GK101563738SQ20078004738
公开日2009年10月21日 申请日期2007年12月19日 优先权日2006年12月21日
发明者新垣良宪, 永田浩 申请人:株式会社爱发科