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JP2004002998A - Press molding process for rare earth alloy powder and process for manufacturing rare earth alloy sintered body - Google Patents

Press molding process for rare earth alloy powder and process for manufacturing rare earth alloy sintered body Download PDF

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JP2004002998A
JP2004002998A JP2003101089A JP2003101089A JP2004002998A JP 2004002998 A JP2004002998 A JP 2004002998A JP 2003101089 A JP2003101089 A JP 2003101089A JP 2003101089 A JP2003101089 A JP 2003101089A JP 2004002998 A JP2004002998 A JP 2004002998A
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JP
Japan
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earth alloy
alloy powder
magnetic field
rare earth
cavity
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003101089A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Ogawa
小川 篤史
Shuhei Okumura
奥村 修平
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Proterial Ltd
Original Assignee
Sumitomo Special Metals Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Special Metals Co Ltd filed Critical Sumitomo Special Metals Co Ltd
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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical press molding process of a rare earth alloy powder which enables manufacturing of a sintered magnet having excellent magnetic properties. <P>SOLUTION: In the pressing process, a die formed from a non-magnetic material having a through-hole that forms a cavity and yokes located on both sides of the through-hole, is used. The process comprises steps wherein the rare earth alloy powder is prepared, filled into the cavity of the die and compressed employing a pair of pressing surfaces opposing each other. During the compression step, only after the powder inside the cavity achieves a predetermined apparent density corresponding to ≥47% of its true density, a pulse magnetic field almost perpendicular to the direction of compression is applied. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類合金粉末のプレス成形方法および希土類合金焼結体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
希土類合金の焼結磁石(永久磁石)は、一般に、希土類合金の粉末をプレス成形し、得られた粉末の成形体を焼結し、時効処理することによって製造される。現在、希土類・コバルト系磁石と、希土類・鉄・硼素系磁石の二種類が各分野で広く用いられている。なかでも、希土類・鉄・硼素系磁石(以下、「R−Fe−B系磁石」と称する。RはYを含む希土類元素、Feは鉄、Bは硼素である。)は、種々の磁石の中で最も高い最大磁気エネルギー積を示し、価格も比較的安いため、各種電子機器へ積極的に採用されている。
【0003】
R−Fe−B系焼結磁石は、主にRFe14Bの正方晶化合物からなる主相、Nd等からなるRリッチ相、およびBリッチ相から構成されている。なお、Feの一部がCoやNiなどの遷移金属と置換されてもよく、硼素(B)の一部が炭素(C)で置換されてもよい。本発明が好適に適用されるR−Fe−B系焼結磁石は、例えば、特許文献1および特許文献2に記載されている。
【0004】
このような磁石となるR−Fe−B系合金を作製するために、従来は、インゴット鋳造法が用いられてきた。一般的なインゴット鋳造法によると、出発原料である希土類金属、電解鉄およびフェロボロン合金を高周波溶解し、得られた溶湯を鋳型内で比較的ゆっくりと冷却することによって合金インゴットが作製される。
【0005】
近年、合金の溶湯を単ロール、双ロール、回転ディスク、または回転円筒鋳型の内面などと接触させることによって、比較的速く冷却し、合金溶湯から、インゴットよりも薄い凝固合金(「合金フレーク」と称することにする。)を作製するストリップキャスト法や遠心鋳造法に代表される急冷法が注目されている。このような急冷法によって作製された合金片の厚さは、一般に、約0.03mm以上約10mm以下の範囲にある。急冷法によると、合金溶湯は冷却ロールに接触した面(ロール接触面)から凝固し始め、ロール接触面から厚さ方向に結晶が柱状に成長してゆく。その結果、ストリップキャスト法などによって作製された急冷合金は、短軸方向のサイズが約0.1μm以上約100μm以下で、長軸方向のサイズが約5μm以上約500μm以下のRFe14B結晶相と、RFe14B結晶相の粒界に分散して存在するRリッチ相とを含有する組織を持つにいたる。Rリッチ相は希土類元素Rの濃度が比較的高い非磁性相であり、その厚さ(粒界の幅に相当する)は約10μm以下になる。
【0006】
急冷合金は、従来のインゴット鋳造法(金型鋳造法)によって作製された合金(インゴット合金)に比較して相対的に短い時間(冷却速度:10℃/秒以上、10℃/秒以下)で冷却されているため、組織が微細化され、結晶粒径が小さいという特徴を有している。また、粒界の面積が広く、Rリッチ相は粒界内に広く広がっているため、Rリッチ相の分散性にも優れるという利点がある。これらの特徴が故に、急冷合金を用いることによって、優れた磁気特性を有する磁石を製造することができる。
【0007】
また、Ca還元法(あるいは還元拡散法)と呼ばれる方法も知られている。この方法は以下の工程を含む。まず、希土類酸化物のうちの少なくとも1種と、鉄粉および純硼素粉と、フェロボロン粉およびホウ素酸化物のうちの少なくとも1種とを所定の割合で含む混合粉、あるいは上記構成元素の合金粉または混合酸化物を所定の割合で含む混合粉に、金属カルシウム(Ca)および塩化カルシウム(CaCl)を混合し、不活性ガス雰囲気下で還元拡散処理を施す。得られた反応生成物をスラリー化し、これを水処理することによって、R−Fe−B系合金の固体が得られる。
【0008】
なお、本明細書において、固体合金の塊を「合金塊」と呼び、従来のインゴット鋳造法によって得られる合金インゴットおよびストリップキャスト法などの急冷法によって得られる合金フレークなどの溶湯を冷却して得られた凝固合金だけでなく、Ca還元法によって得られる固体合金など、種々の形態の固体合金を含むものとする。
【0009】
プレス成形に供される合金粉末は、これらの合金塊を、例えば水素吸蔵法および/または種々の機械的粉砕法(例えば、ディスクミルが用いられる)で粉砕し、得られた粗粉末(例えば、平均粒径10μm〜500μm)を例えばジェットミルを用いた乾式粉砕法で微粉砕することによって得られる。
【0010】
プレス成形に供せられるR−Fe−B系合金粉末の平均粒径は、磁気特性の観点から、1.5μm〜6μmの範囲内にあることが好ましい。なお、粉末の「平均粒径」は、特にことわらない限り、ここでは、質量中位径(mass median diameter:MMD)を指すことにする。しかしながら、このように平均粒径が小さな粉末を用いると流動性やプレス成形性(キャビティ充填性および圧縮性を含む)が悪く、生産性が悪い。
【0011】
特に、ストリップキャスト法等の急冷法(冷却速度が10/秒〜10/秒)で作製された粉末は、インゴット法によって作製された粉末に比べて、平均粒径が小さいだけでなく粒度分布がシャープ(急峻)なので、特に流動性が悪い。そのため、キャビティに充填される粉末の量が許容範囲を超えてばらついたり、キャビティ内の充填密度が不均一になったりする。その結果、成形体の質量や寸法が許容範囲を超えてばらついたり、成形体に欠けや割れが生じることがある。更に、配向磁界によって十分に配向させることができず、最終的に得られる焼結磁石の磁気特性(例えば残留磁束密度)が低いという問題があった。
【0012】
また、磁石用成形体のプレス成形方法は、配向磁界の方向によって2つに大別される。すなわち、プレス方向(圧縮方向)と平行な配向磁界を印加する平行プレス法と、プレス方向と直交する方向に配向磁界を印加する直角プレス法がある。
【0013】
図1(a)および(b)を参照しながら、弓形磁石用の成形体のプレス成形方法を説明する。図1(a)中の矢印Bおよび図1(b)中の矢印Bはプレス成形時の配向磁界の方向を示している。
【0014】
図1(a)に示した弓形磁石1aは、生産性および磁気特性の観点から、図1(b)に示した焼結体ブロック1bを作製し、これを切断することによって作製されている。従来、焼結体ブロック1bを得るための成形体は、直角プレス法を用いて成形されている。これは、直角プレス法を用いると磁界配向を崩さずにプレス成形することができるためであり、一般に、直角プレス法で得られる磁石の方が平行プレス法で得られる磁石よりも優れた磁気特性を有している。
【0015】
一方、非磁性材料から形成したダイにおいてキャビティを形成するための貫通孔(ダイホール)の近傍(ダイホール内壁から配向方向に15cm以内)にヨーク部材を配置することにより、キャビティ内に磁束を集中させ、配向磁界の強度を向上させることが行われている。キャビティ内における配向磁界の強度が高くなるほど、最終的に得られる磁石の残留磁束密度Bが向上するからである。このようなヨーク部材を用いて配向磁界のキャビティ内強度を上昇させる技術を、上述の直角プレス法に組み合わせれば、より優れた特性を持った永久磁石を製造することが可能になる。このような技術は、例えば特許文献3に記載されている。
【0016】
【特許文献1】
米国特許第4,770,723号明細書
【特許文献2】
米国特許第4,792,368号明細書
【特許文献3】
特開2002−47503号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
近年、焼結磁石のグレインサイズを小さくするため、粒径(FSSS粒径)が6μm以下となる微粉を用いられている。このように細かい粉末粒子を配向させるには、従来以上に強い磁界の印加が必要である。しかし、ヨーク部材を用いてキャビティ内の磁界強度を高める場合は、キャビティ内の磁界強度分布が一様にならず、キャビティの配向方向端部に近いほど磁界強度が高くなる。上記磁界は、キャビティ内の磁石粉末をヨーク部材の側に強く引き寄せるため、キャビティ端部に比べてキャビティ中央部における磁石粉末の見掛け密度が低下するという問題が生じる。特に従来の静磁界プレスの場合、成形圧縮工程の初期段階(粉末密度が小さく、キャビテイ内で粉末が移動可能な段階)から配向磁界を印加するため、キャビティ内で粉末の偏りが発生しやすい。このような場合、キャビティ端部に集まっていた粉末は、上パンチの下降・押圧によってキャビティ中央部に押され、移動してくるが、その際、キャビテイの両端で配向の乱れが発生する。以上のことから、ヨーク部材を用いて行う直角プレスにおいては、粉末成形体の配向度や密度の不均一が生じやすく、磁石特性の均一性が劣化する傾向が強い。また、ヨーク部材をキャビティの近傍に配置する場合は、磁束の集中が生じる分、磁束自体の曲がりも発生しやすい傾向にある。
【0018】
本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、均一な磁気特性を持った焼結磁石の製造を可能にする希土類合金粉末のプレス成形方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明による希土類合金粉末のプレス方法は、非磁性体から形成されたダイであって、キャビティを形成するための貫通孔と、前記貫通孔の両側に配置されたヨークとを有するダイを用いる希土類合金粉末のプレス方法であって、希土類合金粉末を用意する工程と、前記ダイのキャビティ内に前記希土類合金粉末を充填する工程と、前記キャビティ内に充填された前記希土類合金粉末を互いに対向する一対の加圧面で圧縮する工程とを含み、前記圧縮工程の期間内において、前記キャビティ内の前記希土類合金粉末の見掛けの密度が真密度の47%以上となる所定値に到達した後においてのみ、圧縮方向に略垂直なパルス磁界を印加する工程を包含する。
【0020】
前記圧縮工程の期間内において、前記パルス磁界の印加前に前記希土類合金粉末に振動を加える工程を更に包含することが好ましい。
【0021】
好ましい実施形態において、前記所定値は3.55g/cm以上に設定される。
【0022】
好ましい実施形態において、前記パルス磁界は交番減衰磁界である。
【0023】
好ましい実施形態において、前記パルス磁界は反転パルス磁界である。
【0024】
好ましい実施形態において、前記振動は、前記一対の加圧面の少なくとも一方から供給される。
【0025】
好ましい実施形態において、前記希土類合金粉末は、急冷法を用いて作製された粉末である。
【0026】
本発明による希土類合金焼結体の製造方法は、上記いずれかの希土類合金粉末のプレス成形方法によって成形体を作製する工程と、前記成形体を焼結する工程とを含む。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明では、非磁性体から形成されたダイを用いて磁石粉末の圧縮成形を行う。本発明で用いるダイは、キャビティを形成するための貫通孔(ダイホール)と、ダイホールの両側に配置された複数のヨーク部材とを有している。
【0028】
本発明者が種々検討したところによると、配向のためのパルス磁界をプレス方向に対して直角となるように印加する場合、合金粉末の見掛け密度(「仮成形体(圧粉体)密度」ということもある。)が所定値以上となった段階でパルス磁界を印加すれば、高い配向度を示す成形体を歩留まり良く作製することができる。
【0029】
本発明者の実験によると、仮成形体の密度が低い状態でパルス磁界を印加すると、個々の粉末粒子の周りには十分な空間があり、かつ、粉末粒子同士を接触させる力は比較的弱いので、粉末粒子は印加された磁界の方向に配向する。このとき、ダイホール内の粉末はヨーク部材の位置する側に粉末が引きつけられ、ダイホールの中央部に比べて端部の密度が増加する現象も観察される。その後、仮成形体を更にプレスしてゆくと、仮成形体の密度が上昇するにつれて粉末の流動が生じるため、配向が乱れてしまうことになる。その結果、最終的に得られる成形体における粉末粒子の配向度が低下することになる。
【0030】
そのような問題を解決するため、本発明では、仮成形体の密度が真密度の47%以上となる所定値に到達した後においてのみパルス磁界の印加を行う。仮成形体の密度があるレベルに達した後にパルス磁界を印加すれば、その後の圧縮・成形工程中に粉末の流動が生じにくく、配向の乱れが抑制される。
【0031】
一方、パルス磁界を印加する時の仮成形体の密度が高すぎると、個々の粉末粒子の周りに形成される空間が小さくなりすぎ、また、粉末粒子同士が強い力で接触しているので、パルス磁界が印加されても粉末粒子は方向を変えることができない。このように仮成形体の密度がある値を超えて高くなりすぎると、強いパルス磁界を印加しても、磁気特性に優れた磁石を得ることが困難になるため、パルス磁界の印加開始時点における仮成形体の密度は、真密度の53%以下であることが望ましい。
【0032】
なお、同じ仮成形体密度であっても、振動を与えることによって合金粉末間の摩擦抵抗を低下させることができるので、合金粉末に振動を与えている状態で配向磁界を印加することが好ましい。圧縮成形工程において合金粉末に振動を与えると、仮成形体密度が高くなってからでも磁界配向が充分に可能となる。
【0033】
また、同じ仮成形体密度であっても、交番減衰パルス磁界を与えることによって合金粉末間の摩擦抵抗を低下させることができ、仮成形体密度が高くなってからでも磁界配向が充分に可能となる。
【0034】
(実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明による希土類合金焼結体の製造方法の実施形態を説明する。
【0035】
まず、本実施形態で用いる希土類合金粉末について説明する。本発明に用いることが可能な希土類合金粉末としては種々あるが、R−Fe−B系希土類合金が好適に用いられる。R−Fe−B系希土類合金の組成および製造方法は、例えば、米国特許第4,770,723号および米国特許第4,792,368号に記載されている。
【0036】
R−Fe−B系希土類合金の典型的な組成では、RとしてNdまたはPrが主に用いられ、Feは部分的に遷移元素(例えばCo)に部分的に置換されてもよく、BはCによって置換されてもよい。
【0037】
本実施形態では、急冷法によって作製したNd−Fe−B系凝固合金(密度7.5g/cm)を粉砕することによって得られた平均粒径1.5μm〜6μmの範囲内の粉末を用いる。合金粉末の表面は、例えば、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤で被覆しておくことが好ましい。具体的には、以下のようにして作製することができる。まず、組成が、Nd:30質量%、B:1.0質量%、Dy:1.2質量%、Al:0.2質量%、Co:0.9質量%、残部がFeおよび不可避不純物の合金を、高周波溶解法によって溶湯とし、米国特許5、383、978号に記載されているストリップキャスト法を用いて合金塊を作製する。得られた合金塊を水素吸蔵法で粗粉砕した後、ジェットミルで微粉砕することにより、平均粒径が3.5μm(潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.3質量%含む)の合金粉末を得ることができる。
【0038】
次に、上記の粉末をプレス装置を用いて圧縮成形する。図2を参照しながら、本実施形態において好適に用いられるプレス装置の構成を説明する。
【0039】
図示されているプレス成形装置10は、ベースプレート12を含み、ベースプレート12は複数の脚部14に支持されている。ベースプレート12の上方にはダイ16が配置されている。ダイ16の下面は、ベースプレート12を貫通する一対のガイドポスト18を介して連結板20に接続されている。連結板20は、シリンダロッド22を介して図示しない下部油圧シリンダに接続される。従って、ダイ16は下部油圧シリンダによって上下方向に移動可能とされている。
【0040】
ダイ16の略中央部には鉛直方向に貫通するダイホール(貫通孔)24が形成され、ダイホール24には、下側から下パンチ26が挿入され、ダイホール24内にキャビティ28が形成される。
【0041】
ダイ16は、図3に示すように、配向磁界の方向(X方向)に沿ってダイホール24を挟み込むように対向する一対のヨーク部材16a、16bを有している。ヨーク部材16a、16bは、炭素鋼などの透磁率の高い材料から形成されており、例えばパーメンジュールから形成される。また、生産性を考慮し、渦電流による発熱防止とプレス時の配向方向を揃えることを両立するには、飽和磁束密度Bsが低い材料を用いるのが良い。一方、ダイ16は非磁性体から形成されており、ダイ16の側面には、ヨーク部材16a、16bがはめ込まれる凹部が形成されている。なお、本明細書における「非磁性体」とは、飽和磁化が0.2テスラ(T)以下の材料を指すものとする。
【0042】
また、ヨークの長さ16cは、図3に示すように、挟み込むキャビティの長さ24aに対して同一またはそれ以上(120%)に設定する。そのようにすることで配向される磁力線の方向をより平行にさせることができる。
【0043】
再び図1を参照する。
【0044】
下パンチ26は、振動装置30上に配置され、振動装置30はダイプレート12上に配置されている。従って、下パンチ26はベースプレート12上に固定されるが、振動装置30によって上下方向、すなわちプレス方向に振動可能とされている。振動装置30としては、例えば、株式会社ダイイチ製の振動装置を用いることができる。
【0045】
ダイ16の上方には、上パンチプレート32が配置される。上パンチプレート32の下面には、キャビティ28に挿入可能な位置に上パンチ34が設けられている。上パンチプレート32の上面には、シリンダロッド36が設けられている。シリンダロッド36には不図示の上部油圧シリンダが接続されている。上パンチプレート32の両端近傍には、鉛直方向に設けられた一対のガイドポスト38が挿入され、ガイドポスト38の下端部がダイ16の上面に接続される。
【0046】
上パンチプレート32は、ガイドポスト38に案内されながら上部油圧シリンダによって上下方向に移動可能とされ、それにともなって上パンチ34が上下方向に移動可能とされ、キャビティ28内に挿入される。
【0047】
プレス成形時には、キャビティ28内で下パンチ26と上パンチ34とによって粉末が圧縮され、成形体が形成される。
【0048】
ダイ16の近傍には、キャビティ28内の粉末を配向させるための磁場発生装置40が設けられている。磁場発生装置40は、ダイ16の両側から挟むように対照的に配置される一対のヨーク42aおよび42bを有している。ヨーク42aおよび42bも、ダイ16のヨーク部材16a、16bと同様に、炭素鋼などの透磁率の高い材料から形成されている。ヨーク42aおよび42bには、それぞれ、コイル44aおよび44bが巻かれており、通電により、矢印Xで示す方向にパルス磁界が形成され、キャビティ28内の粉末を配向する。なお、本明細書において、パルス磁界とは、磁界強度がピーク値の90%以上となる期間が0.2秒以下の磁界を指すものとする。
【0049】
上記プレス装置10によれば、プレス方向と配向磁界の方向とは直角の関係にあり、印加磁界強度は、キャビティ中央部において、例えば3Tを示す。
【0050】
図示されているプレス装置10は、ダイ16を昇降させるウィズドロアル方式のプレス装置であるが、上パンチ34と下パンチ26の両方を移動させる両押し方式のプレス装置を用いてもよい。
【0051】
図2に示すようにダイ16のダイホール28と下パンチ26の上面(加圧面)によってキャビティ24を形成した後、このキャビティ24内に前述の合金粉末を充填する。
【0052】
合金粉末の充填は公知の種々の方法で実行される。例えば、フィーダボックスを用いて合金粉末の自重を利用して充填する方法が簡便で好ましい。この方法を用いると、キャビティ内に適当な見掛け密度(例えば1.7g/cm〜2.5g/cm)で合金粉末を充填することができる。また、キャビティ内に合金粉末を充填した後、例えば、ダイ16の表面に沿って摺り切り棒などを移動させることによって、キャビティ28に充填される合金粉末の量を略一定にできる。例えば、特開2001−9595号公報に記載されている給粉方法を好適に用いることができる。
【0053】
次に、上パンチ34および/または下パンチ26を昇降させることによって、キャビティ28内の合金粉末を一軸プレスする。典型的には上パンチ34を下降させるが、上パンチ34を下降させるとともに下パンチ26を上昇させてもよい。
【0054】
本実施形態では、この一軸プレス工程の期間内に、キャビティ28内に充填された合金粉末に対して振動(機械的な振動)を加える。合金粉末に振動を与えることによって、粉末粒子同士のブリッジ構造を破壊し、粉末粒子が動きやすくなる。この様子を図4(a)および(b)を参照しながら説明する。
【0055】
キャビティ内に充填されたままの合金粉末は、図4(b)に示すように、粒子2同士が接触しブリッジ構造を形成している。そのため粒子2の間に存在する空間3の合計は大きいが、空間3は偏在している。このような状態の合金粉末に振動を加えることによって、互いに接触した粒子2によって形成されているブリッジ構造が破壊され、偏在していた空間3が図4(a)のように均等に分布するようになる。その結果、粒子2の間に存在する空間3の合計は減少し見掛けの密度が上昇するものの、個々の粒子2の周りに空間3が略均等に分配されるので粒子2が運動(すなわち磁界配向に伴う回転)しやすくなる。もちろん、キャビティ内の合金粉末の密度分布も均一になる。更に、同じ見掛け密度であっても、振動を加えた場合の方が振動を与えない場合よりも、合金粉末は運動しやすい状態にあり、配向磁界に応じて配向しやすい。合金粉末に振動を与えることによって合金粉末間の摩擦が静摩擦から動摩擦に変わり、摩擦抵抗が低下するためと考えられる。
【0056】
振動は、加圧面(すなわち、上パンチの底面および/または下パンチの頂面)から加えることが好ましい。特に下パンチを機械的に振動させる構成を採用すると、合金粉末に対して効率的に運動エネルギーを与えることができ、プレス装置の構造を簡潔にできる。
【0057】
振動の振幅は0.001mm以上0.2mm以下であることが好ましい。振動の振幅が0.001mm未満であると、粉末粒子のブリッジ構造を十分に破壊できないことがあり、また、0.2mmを超えると、例えばダイと下パンチとの間隙に粉末粒子を噛み込みやすくなり、ダイや下パンチを損傷する原因となるからである。
【0058】
振動の周波数は、5Hz以上1000Hz以下であることが好ましい。振動の周波数が5Hz未満であると粉末粒子のブリッジ構造を十分に破壊できないことがあり、一方、振動の周波数が1000Hzを超えると振動を発生させる装置にコストがかかり過ぎて実用的でない。
【0059】
キャビティ内の合金粉末にパルス磁界を印加する時点において図2(b)に示した状態が得られるように振動を加える。振動は、圧縮により見掛け密度が所定の値に到達した時点で停止してもよいし、所望の値に到達した後も継続してもよい。
【0060】
仮成形体の密度が所定の範囲にある時点でパルス磁界を印加するという動作を確実に実行するためには、上パンチおよび/または下パンチのストロークを制御し、所定の密度の仮成形体が得られた時点で一旦上パンチおよび/または下パンチのストロークを停止することが好ましい。この停止期間に配向磁界を印加し、その後、最終的な成形体を得るためのプレス工程を再開すればよい。
【0061】
本実施形態では、磁界配向のため、パルス磁界(最高磁界強度:2〜5T、パルス幅:0.05秒)を印加し、かつ、振動(振幅:0.01〜0.03mm、周波数:40〜80Hz)を下パンチから与える。振動は、合金粉末を充填し、上パンチの降下によるキャビティの形成から成形密度が3.55g/cm〜3.90g/cmになるまで与えることが好ましい。また、パルス磁界は、上下パンチが停止した状態でかつ振動を与えながら印加することが好ましい。その後、本実施形態では、最終的な成形体の密度が4.0g/cm〜4.4g/cmとなるように再度加圧する。成形体の大きさは、例えば、60mm×40mm×20mmとすることができる。
【0062】
上記の成形体に対して、例えば、Ar雰囲気中で約1000〜1200℃で2〜6時間の焼結処理を行った後、Ar雰囲気中で約400〜600℃で1〜3時間の時効処理を行うことによって、焼結体を得ることができる。
【0063】
パルス磁界を印加するタイミングを仮成形体密度が3.55g/cm以上の所定値に達した時点に設定した場合、振動を加えることによって残留磁束密度が更に上昇する。パルス磁界を印加するタイミングは、仮成形体密度が3.6g/cm以上の所定値に達した時点に設定することが好ましく、3.78cm以上に設定しても充分な効果が得られる。ただし、パルス磁界の印加を仮成形体密度が4.0g/cmを超えてから実行すると、残留磁束密度が低下する傾向がみられ、粉末粒子が十分に配向しないことがわかっている。以上のことから、仮成形体の密度が3.55g/cm以上3.9g/cm以下の範囲内にあるとき、パルス磁界を印加することが好ましい。より好ましい密度範囲の下限は、3.6g/cmであり、更に好ましい密度範囲の下限は3.7g/cmである。
【0064】
上記の所定の密度範囲にある仮成形体に対しては、パルス磁界を複数回印加してもよいし、パルス磁界とともに静磁界を印加しても良い。
【0065】
本実施形態によれば、ダイホールの近傍に設けたヨーク部材によってキャビティ内の磁界分布が均一でなくなった場合でも、パルス磁界の印加タイミングを調節することにより、配向度を均一化することができる。
【0066】
同様なことは、交番減衰パルスを印加する場合でもいえる。向きが反転する磁界によって磁粉が回転し、キャビティ内に充填された合金粉末が形成しているブリッジ構造を破壊することができる。このようなブリッジ構造の破壊は、交番減衰パルスの印加に限らず、反転パルスの印加によっても行うことができる。
【0067】
(実施例)
上記実施形態と同様にして、焼結体を作製した。具体的には、以下の条件で焼結体を作製した。
【0068】
原料粉末: 組成が、Nd:30質量%、B:1.0質量%、Dy:1.2質量%、Al:0.2質量%、Co:0.9質量%、残部がFeおよび不可避不純物の合金を水素粉砕によって粗粉砕した後、ジェットミルによって微粉砕した粉末を使用。
【0069】
成形方法: 図2の装置を用い、配向磁界としてピーク強度が3Tのパルス磁界(パルス幅:0.05秒)を印加して圧縮成形を行った。
【0070】
配向磁界の印加開始時: 密度3.6g/cm
成形体の形状およびサイズ: 60mm×40mm×20mm
焼結条件: Ar雰囲気中で約1050℃で5.5時間の焼結処理を行った後、Ar雰囲気中で約500℃で3時間の時効処理を行った。
【0071】
(比較例)
配向磁界として1Tの静磁界を印加したこと以外は、実施例の条件と同様にして焼結体を作製した。
【0072】
配向磁界の方向に沿った2箇所(中心部と端部)で表面磁束密度を測定したところ、実施例では表面磁束密度の差が10%であったが、比較例では表面磁束密度の差が4%であった。
【0073】
上記の実施形態では、磁気特性に優れる反面、特に流動性の低い、ストリップキャスト法で作製されたNd−Fe−B系合金粉末を用いたが、他の方法によって製造された希土類合金粉末を用いても本発明の効果が得られることは言うまでもない。
【0074】
また、上記の実施形態では、合金粉末を潤滑剤で表面処理を施して用いたが、他の表面処理を施してもよく、更に、造粒粉を用いてもよい。振動および/または配向磁界を用いて造粒粉を解砕することができるので、十分な配向度を得ることができる。
【0075】
【発明の効果】
本発明によると、優れた磁気特性を有する焼結磁石の製造を可能にする希土類合金粉末の直角プレス成形方法が提供される。本発明のプレス成形方法によって得られた成形体は、十分に高い成形体密度を有するとともに、合金粒子の配向度も十分に高いので、優れた磁気特性の焼結磁石を得ることができる。本発明によると、異形状の焼結磁石の生産性が著しく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、弓形磁石を示す模式図であり、(b)は弓形磁石を作製するための焼結体ブロックの模式図である。
【図2】本発明による実施形態のプレス成形に好適に用いられるプレス装置の構成を示す模式図である。
【図3】本発明による実施形態のプレス成形に用いられるダイの構成例を示す斜視図である。
【図4】(a)は、本発明によるプレス成形方法において、振動を加えられた粉末粒子の状態を模式的に示す図であり、(b)は振動が加えられる前の粉末粒子の状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1a 弓形磁石
1b 焼結体ブロック
2  合金粉末粒子
3  空間
10  プレス装置
12  ベースプレート
14  脚部
16  ダイ
16a ヨーク部材
16b ヨーク部材
16c ヨーク部材の長さ
18  ガイドポスト
20  連結板
22  シリンダロッド
24  ダイホール(貫通孔)
24a キャビティの長さ
26  下パンチ(ヨーク)
28  キャビティ
30  振動装置
34  上パンチ
32  上パンチプレート32
36  シリンダロッド
38  ガイドポスト
40  磁場発生装置
42a ヨーク
42b ヨーク
44a コイル
44b コイル
X   パルス磁界の方向
P   ブレス方向
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for press-molding a rare earth alloy powder and a method for producing a rare earth alloy sintered body.
[0002]
[Prior art]
Rare earth alloy sintered magnets (permanent magnets) are generally produced by pressing a rare earth alloy powder, sintering the resulting powder compact, and subjecting it to aging treatment. At present, two types of rare earth / cobalt magnets and rare earth / iron / boron magnets are widely used in various fields. Above all, rare earth / iron / boron magnets (hereinafter referred to as “R—Fe—B magnets.” R is a rare earth element containing Y, Fe is iron, and B is boron) are various magnets. It has the highest maximum magnetic energy product among them, and its price is relatively low, so it is actively used in various electronic devices.
[0003]
R-Fe-B based sintered magnets are mainly2Fe14It is composed of a main phase composed of a tetragonal compound of B, an R-rich phase composed of Nd or the like, and a B-rich phase. Note that a part of Fe may be substituted with a transition metal such as Co or Ni, and a part of boron (B) may be substituted with carbon (C). R-Fe-B-based sintered magnets to which the present invention is suitably applied are described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, for example.
[0004]
Conventionally, an ingot casting method has been used to produce an R-Fe-B-based alloy serving as such a magnet. According to a general ingot casting method, a rare earth metal, an electrolytic iron, and a ferroboron alloy, which are starting materials, are subjected to high-frequency melting, and the obtained molten metal is cooled relatively slowly in a mold to produce an alloy ingot.
[0005]
In recent years, the molten alloy has been cooled relatively quickly by contacting it with the inner surface of a single roll, twin roll, rotating disk, or rotating cylindrical mold, etc., and from the molten alloy, a solidified alloy ("alloy flake" A quenching method typified by a strip casting method and a centrifugal casting method for producing the quenching method has attracted attention. The thickness of the alloy piece produced by such a quenching method is generally in the range of about 0.03 mm or more and about 10 mm or less. According to the quenching method, the molten alloy begins to solidify from the surface in contact with the chill roll (roll contact surface), and crystals grow columnar from the roll contact surface in the thickness direction. As a result, the quenched alloy produced by the strip casting method or the like has an R size of about 0.1 μm to about 100 μm in the short axis direction and about 5 μm to about 500 μm in the long axis direction.2Fe14B crystal phase and R2Fe14It has a structure containing an R-rich phase dispersed and present at the grain boundaries of the B crystal phase. The R-rich phase is a non-magnetic phase in which the concentration of the rare-earth element R is relatively high, and its thickness (corresponding to the width of the grain boundary) is about 10 μm or less.
[0006]
The quenched alloy has a relatively short time (cooling rate: 10) as compared with an alloy (ingot alloy) produced by a conventional ingot casting method (die casting method).2° C / sec or more, 104(° C./sec or less), the structure is refined and the crystal grain size is small. Further, since the area of the grain boundary is large and the R-rich phase is widely spread in the grain boundary, there is an advantage that the dispersibility of the R-rich phase is excellent. Because of these characteristics, a magnet having excellent magnetic properties can be manufactured by using a quenched alloy.
[0007]
Further, a method called a Ca reduction method (or reduction diffusion method) is also known. The method includes the following steps. First, a mixed powder containing at least one of rare earth oxides, iron powder and pure boron powder, and at least one of ferroboron powder and boron oxide at a predetermined ratio, or an alloy powder of the above constituent elements Alternatively, calcium oxide (Ca) and calcium chloride (CaCl) are mixed with a mixed powder containing a mixed oxide at a predetermined ratio, and a reduction diffusion treatment is performed in an inert gas atmosphere. The obtained reaction product is slurried and treated with water to obtain an R-Fe-B-based alloy solid.
[0008]
In the present specification, a solid alloy mass is referred to as an “alloy mass”, and is obtained by cooling a molten metal such as an alloy ingot obtained by a conventional ingot casting method and an alloy flake obtained by a rapid cooling method such as a strip casting method. In addition to the solidified alloy obtained, various forms of solid alloys such as a solid alloy obtained by a Ca reduction method are included.
[0009]
The alloy powder to be subjected to press molding is obtained by pulverizing these alloy ingots by, for example, a hydrogen storage method and / or various mechanical pulverization methods (for example, a disk mill is used), and the obtained coarse powder (for example, (Average particle size of 10 μm to 500 μm) by, for example, fine pulverization by a dry pulverization method using a jet mill.
[0010]
The average particle size of the R-Fe-B-based alloy powder used for press molding is preferably in the range of 1.5 m to 6 m from the viewpoint of magnetic properties. The “average particle size” of the powder refers to a mass median diameter (MMD) unless otherwise specified. However, when powder having such a small average particle size is used, fluidity and press moldability (including cavity filling and compressibility) are poor, and productivity is poor.
[0011]
Particularly, a rapid cooling method such as a strip casting method (a cooling rate of 102/ Sec-104Powder produced by the ingot method is not only low in the average particle diameter but also sharp in the particle size distribution (steep), so that the fluidity is particularly poor. For this reason, the amount of the powder filled in the cavity may vary beyond an allowable range, and the filling density in the cavity may become uneven. As a result, the mass or size of the molded product may vary beyond the allowable range, or the molded product may be chipped or cracked. Furthermore, there was a problem that the orientation could not be sufficiently oriented by the orientation magnetic field, and the magnetic properties (for example, residual magnetic flux density) of the finally obtained sintered magnet were low.
[0012]
In addition, the method of press-forming a molded body for a magnet is roughly classified into two according to the direction of the orientation magnetic field. That is, there are a parallel pressing method in which an orientation magnetic field is applied in parallel with the pressing direction (compression direction) and a right-angle pressing method in which an orientation magnetic field is applied in a direction perpendicular to the pressing direction.
[0013]
With reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b), a method for press-forming a formed body for an arcuate magnet will be described. The arrow B in FIG. 1A and the arrow B in FIG. 1B indicate the direction of the orientation magnetic field during press molding.
[0014]
The bow-shaped magnet 1a shown in FIG. 1A is manufactured by manufacturing the sintered body block 1b shown in FIG. 1B and cutting it from the viewpoint of productivity and magnetic properties. Conventionally, a formed body for obtaining the sintered body block 1b is formed using a right-angle pressing method. This is because the right-angle press method enables press-forming without losing the magnetic field orientation. Generally, magnets obtained by the right-angle press method have better magnetic properties than magnets obtained by the parallel press method. have.
[0015]
On the other hand, by arranging the yoke member in the vicinity of the through hole (die hole) for forming the cavity (within 15 cm in the alignment direction from the inner wall of the die hole) in the die formed of the non-magnetic material, the magnetic flux is concentrated in the cavity, Improving the strength of the alignment magnetic field has been performed. The higher the intensity of the orientation magnetic field in the cavity, the higher the residual magnetic flux density B of the finally obtained magnet.rIs improved. If the technique of increasing the strength of the orientation magnetic field in the cavity using such a yoke member is combined with the above-described right-angle pressing method, it becomes possible to manufacture a permanent magnet having more excellent characteristics. Such a technique is described in Patent Document 3, for example.
[0016]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 4,770,723
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 4,792,368
[Patent Document 3]
JP 2002-47503 A
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, in order to reduce the grain size of the sintered magnet, fine powder having a particle size (FSSS particle size) of 6 μm or less has been used. In order to orient such fine powder particles, it is necessary to apply a stronger magnetic field than before. However, when the magnetic field strength in the cavity is increased by using the yoke member, the magnetic field strength distribution in the cavity is not uniform, and the magnetic field strength becomes higher near the end of the cavity in the orientation direction. Since the magnetic field strongly attracts the magnet powder in the cavity toward the yoke member, there is a problem that the apparent density of the magnet powder in the center of the cavity is lower than that in the end of the cavity. In particular, in the case of the conventional static magnetic field press, since the orientation magnetic field is applied from the initial stage of the compaction step (the stage where the powder density is small and the powder can move in the cavity), the bias of the powder tends to occur in the cavity. In such a case, the powder collected at the end of the cavity is pushed and moved toward the center of the cavity by the lowering and pressing of the upper punch, and at this time, the orientation is disturbed at both ends of the cavity. As described above, in the rectangular press using the yoke member, the degree of orientation and the density of the powder compact are likely to be non-uniform, and the uniformity of the magnet properties tends to be deteriorated. When the yoke member is arranged near the cavity, the magnetic flux itself tends to bend due to the concentration of the magnetic flux.
[0018]
The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and a main object of the present invention is to provide a method for press-forming a rare-earth alloy powder that enables production of a sintered magnet having uniform magnetic properties. is there.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The method for pressing a rare earth alloy powder according to the present invention uses a die formed of a non-magnetic material, the die having a through hole for forming a cavity, and yokes arranged on both sides of the through hole. A method of pressing an alloy powder, wherein a step of preparing a rare earth alloy powder, a step of filling the rare earth alloy powder in a cavity of the die, and a pair of the rare earth alloy powders filled in the cavity are opposed to each other. And compressing the rare earth alloy powder in the cavity during the compression step only after the apparent density of the rare earth alloy powder in the cavity reaches a predetermined value of 47% or more of the true density. Applying a pulse magnetic field substantially perpendicular to the direction.
[0020]
It is preferable that the method further includes a step of applying vibration to the rare earth alloy powder before applying the pulse magnetic field during the compression step.
[0021]
In a preferred embodiment, the predetermined value is 3.55 g / cm.3This is set as above.
[0022]
In a preferred embodiment, the pulse magnetic field is an alternating damping magnetic field.
[0023]
In a preferred embodiment, the pulse magnetic field is a reverse pulse magnetic field.
[0024]
In a preferred embodiment, the vibration is supplied from at least one of the pair of pressure surfaces.
[0025]
In a preferred embodiment, the rare earth alloy powder is a powder produced using a quenching method.
[0026]
The method for producing a rare earth alloy sintered body according to the present invention includes a step of producing a molded body by any one of the above rare earth alloy powder press molding methods, and a step of sintering the molded body.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, compression molding of magnet powder is performed using a die formed of a non-magnetic material. The die used in the present invention has a through-hole (die hole) for forming a cavity, and a plurality of yoke members arranged on both sides of the die hole.
[0028]
According to various studies made by the present inventors, when a pulse magnetic field for orientation is applied so as to be perpendicular to the pressing direction, the apparent density of the alloy powder (referred to as “temporary compact (compacted compact) density”) In some cases, when a pulse magnetic field is applied at the stage when the value of the above-mentioned value becomes a predetermined value or more, a molded body having a high degree of orientation can be manufactured with high yield.
[0029]
According to the experiment of the present inventor, when a pulse magnetic field is applied in a state where the density of the temporary compact is low, there is a sufficient space around each powder particle, and the force for contacting the powder particles is relatively weak. Thus, the powder particles are oriented in the direction of the applied magnetic field. At this time, a phenomenon in which the powder in the die hole is attracted to the side where the yoke member is located, and the density of the end portion is increased as compared with the center portion of the die hole is also observed. Thereafter, when the temporary molded body is further pressed, the powder flows as the density of the temporary molded body increases, so that the orientation is disturbed. As a result, the degree of orientation of the powder particles in the finally obtained compact decreases.
[0030]
In order to solve such a problem, in the present invention, the pulse magnetic field is applied only after the density of the temporary compact reaches a predetermined value that is 47% or more of the true density. If a pulse magnetic field is applied after the density of the temporary compact reaches a certain level, the powder does not easily flow during the subsequent compression and compaction process, and the disorder of the orientation is suppressed.
[0031]
On the other hand, if the density of the temporary compact at the time of applying the pulse magnetic field is too high, the space formed around the individual powder particles is too small, and the powder particles are in contact with each other with a strong force. Even when a pulsed magnetic field is applied, the powder particles cannot change direction. If the density of the temporary formed body is too high beyond a certain value, it is difficult to obtain a magnet having excellent magnetic properties even when a strong pulse magnetic field is applied. It is desirable that the density of the temporary molded body is 53% or less of the true density.
[0032]
Even if the density of the temporary compact is the same, the frictional resistance between the alloy powders can be reduced by applying vibration. Therefore, it is preferable to apply an orientation magnetic field while the alloy powder is being vibrated. When vibration is applied to the alloy powder in the compression molding step, the magnetic field orientation can be sufficiently performed even after the density of the temporary compact increases.
[0033]
In addition, even if the density of the temporary compact is the same, the frictional resistance between the alloy powders can be reduced by applying the alternating damping pulse magnetic field, and the magnetic field can be sufficiently oriented even after the density of the temporary compact increases. Become.
[0034]
(Embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a rare earth alloy sintered body according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
First, the rare earth alloy powder used in the present embodiment will be described. Although there are various rare earth alloy powders that can be used in the present invention, R-Fe-B based rare earth alloys are preferably used. The composition and manufacturing method of the R-Fe-B-based rare earth alloy are described in, for example, U.S. Patent No. 4,770,723 and U.S. Patent No. 4,792,368.
[0036]
In a typical composition of an R-Fe-B rare earth alloy, Nd or Pr is mainly used as R, Fe may be partially substituted by a transition element (for example, Co), and B may be C. May be replaced by
[0037]
In the present embodiment, an Nd—Fe—B solidified alloy (with a density of 7.5 g / cm) manufactured by a quenching method is used.3)), And a powder having an average particle size in the range of 1.5 μm to 6 μm obtained by pulverizing is used. The surface of the alloy powder is preferably coated with a lubricant such as zinc stearate. Specifically, it can be manufactured as follows. First, the composition is Nd: 30% by mass, B: 1.0% by mass, Dy: 1.2% by mass, Al: 0.2% by mass, Co: 0.9% by mass, the balance being Fe and unavoidable impurities. The alloy is made into a molten metal by a high frequency melting method, and an alloy lump is produced by a strip casting method described in US Pat. No. 5,383,978. The obtained alloy ingot is roughly pulverized by a hydrogen storage method, and then finely pulverized by a jet mill to obtain an alloy powder having an average particle size of 3.5 μm (containing 0.3% by mass of zinc stearate as a lubricant). Obtainable.
[0038]
Next, the above powder is compression-molded using a press device. With reference to FIG. 2, a configuration of a press device suitably used in the present embodiment will be described.
[0039]
The illustrated press forming apparatus 10 includes a base plate 12, which is supported by a plurality of legs 14. A die 16 is arranged above the base plate 12. The lower surface of the die 16 is connected to the connecting plate 20 via a pair of guide posts 18 penetrating the base plate 12. The connection plate 20 is connected to a lower hydraulic cylinder (not shown) via a cylinder rod 22. Therefore, the die 16 can be moved vertically by the lower hydraulic cylinder.
[0040]
A die hole (through hole) 24 penetrating in the vertical direction is formed at a substantially central portion of the die 16, and a lower punch 26 is inserted into the die hole 24 from below, and a cavity 28 is formed in the die hole 24.
[0041]
As shown in FIG. 3, the die 16 has a pair of yoke members 16a and 16b facing each other so as to sandwich the die hole 24 along the direction of the alignment magnetic field (X direction). The yoke members 16a and 16b are formed of a material having high magnetic permeability such as carbon steel, and are formed of, for example, permendur. Further, in consideration of productivity, it is preferable to use a material having a low saturation magnetic flux density Bs in order to achieve both the prevention of heat generation due to eddy current and the alignment direction at the time of pressing. On the other hand, the die 16 is formed of a non-magnetic material, and a concave portion in which the yoke members 16a and 16b are fitted is formed on a side surface of the die 16. In this specification, “non-magnetic material” refers to a material having a saturation magnetization of 0.2 Tesla (T) or less.
[0042]
Further, as shown in FIG. 3, the length 16c of the yoke is set equal to or longer than the length 24a of the cavity to be sandwiched (120%). By doing so, the directions of the lines of magnetic force to be oriented can be made more parallel.
[0043]
FIG. 1 is referred to again.
[0044]
The lower punch 26 is disposed on the vibration device 30, and the vibration device 30 is disposed on the die plate 12. Therefore, although the lower punch 26 is fixed on the base plate 12, the lower punch 26 can be vibrated in the vertical direction, that is, in the pressing direction by the vibration device 30. As the vibration device 30, for example, a vibration device manufactured by Daiichi Co., Ltd. can be used.
[0045]
An upper punch plate 32 is arranged above the die 16. An upper punch 34 is provided on a lower surface of the upper punch plate 32 at a position where the upper punch 34 can be inserted into the cavity 28. A cylinder rod 36 is provided on the upper surface of the upper punch plate 32. An upper hydraulic cylinder (not shown) is connected to the cylinder rod 36. A pair of guide posts 38 provided in the vertical direction are inserted near both ends of the upper punch plate 32, and the lower ends of the guide posts 38 are connected to the upper surface of the die 16.
[0046]
The upper punch plate 32 is vertically movable by an upper hydraulic cylinder while being guided by the guide post 38, so that the upper punch 34 is vertically movable and is inserted into the cavity 28.
[0047]
During press molding, the powder is compressed by the lower punch 26 and the upper punch 34 in the cavity 28 to form a compact.
[0048]
A magnetic field generator 40 for orienting the powder in the cavity 28 is provided near the die 16. The magnetic field generator 40 has a pair of yokes 42a and 42b symmetrically arranged so as to sandwich the die 16 from both sides. Similarly to the yoke members 16a and 16b of the die 16, the yokes 42a and 42b are formed of a material having high magnetic permeability such as carbon steel. Coils 44a and 44b are wound around the yokes 42a and 42b, respectively, and a pulse magnetic field is formed in a direction indicated by an arrow X by energization to orient the powder in the cavity 28. In this specification, a pulse magnetic field refers to a magnetic field in which the period during which the magnetic field intensity is 90% or more of the peak value is 0.2 seconds or less.
[0049]
According to the press device 10, the press direction and the direction of the orientation magnetic field are in a right angle relationship, and the applied magnetic field intensity shows, for example, 3T at the center of the cavity.
[0050]
The illustrated press device 10 is a withdrawal-type press device that moves the die 16 up and down, but a double-press type press device that moves both the upper punch 34 and the lower punch 26 may be used.
[0051]
As shown in FIG. 2, after the cavity 24 is formed by the die hole 28 of the die 16 and the upper surface (pressing surface) of the lower punch 26, the cavity 24 is filled with the above-described alloy powder.
[0052]
The filling of the alloy powder is performed by various known methods. For example, a method of filling the alloy powder using its own weight using a feeder box is simple and preferable. Using this method, an appropriate apparent density (for example, 1.7 g / cm) can be obtained in the cavity.3~ 2.5g / cm3) Can be filled with the alloy powder. After the cavity is filled with the alloy powder, the amount of the alloy powder to be filled into the cavity 28 can be made substantially constant by, for example, moving a cutting bar or the like along the surface of the die 16. For example, a powder feeding method described in JP-A-2001-9595 can be suitably used.
[0053]
Next, the alloy powder in the cavity 28 is uniaxially pressed by moving the upper punch 34 and / or the lower punch 26 up and down. Typically, the upper punch 34 is lowered, but the upper punch 34 may be lowered and the lower punch 26 may be raised.
[0054]
In the present embodiment, vibration (mechanical vibration) is applied to the alloy powder filled in the cavity 28 during the uniaxial pressing process. By giving vibrations to the alloy powder, the bridge structure between the powder particles is broken, and the powder particles are easily moved. This situation will be described with reference to FIGS.
[0055]
As shown in FIG. 4B, in the alloy powder that has been filled in the cavity, the particles 2 are in contact with each other to form a bridge structure. Therefore, the total space 3 existing between the particles 2 is large, but the space 3 is unevenly distributed. By applying vibration to the alloy powder in such a state, the bridge structure formed by the particles 2 in contact with each other is broken, and the unevenly distributed spaces 3 are evenly distributed as shown in FIG. become. As a result, although the sum of the spaces 3 existing between the particles 2 is reduced and the apparent density is increased, the spaces 2 are distributed substantially evenly around the individual particles 2 so that the particles 2 move (ie, the magnetic field orientation). With the rotation). Of course, the density distribution of the alloy powder in the cavity becomes uniform. Furthermore, even if the apparent density is the same, the alloy powder is in a state of being more easily moved when vibration is applied than when no vibration is applied, and is easily oriented according to the orientation magnetic field. It is considered that by giving vibration to the alloy powder, the friction between the alloy powders changes from static friction to dynamic friction, and the friction resistance decreases.
[0056]
Preferably, the vibration is applied from the pressing surface (ie, the bottom surface of the upper punch and / or the top surface of the lower punch). In particular, when the lower punch is mechanically vibrated, kinetic energy can be efficiently applied to the alloy powder, and the structure of the press device can be simplified.
[0057]
The amplitude of the vibration is preferably 0.001 mm or more and 0.2 mm or less. If the amplitude of the vibration is less than 0.001 mm, the bridge structure of the powder particles may not be sufficiently broken, and if it exceeds 0.2 mm, the powder particles may easily bite into the gap between the die and the lower punch, for example. This causes damage to the die and the lower punch.
[0058]
The frequency of the vibration is preferably 5 Hz or more and 1000 Hz or less. If the frequency of vibration is less than 5 Hz, the bridge structure of the powder particles may not be sufficiently broken. On the other hand, if the frequency of vibration exceeds 1000 Hz, a device for generating vibration is too costly to be practical.
[0059]
When a pulse magnetic field is applied to the alloy powder in the cavity, vibration is applied so that the state shown in FIG. 2B is obtained. The vibration may stop when the apparent density reaches a predetermined value due to compression, or may continue after reaching the desired value.
[0060]
In order to reliably perform the operation of applying the pulse magnetic field when the density of the temporary formed body is within the predetermined range, the stroke of the upper punch and / or the lower punch is controlled, and the temporary formed body having the predetermined density is formed. It is preferable to stop the stroke of the upper punch and / or the lower punch once obtained. An orientation magnetic field is applied during this stop period, and then the pressing step for obtaining a final molded body may be restarted.
[0061]
In the present embodiment, a pulse magnetic field (maximum magnetic field intensity: 2 to 5 T, pulse width: 0.05 seconds) is applied, and vibration (amplitude: 0.01 to 0.03 mm, frequency: 40) is applied because of the magnetic field orientation. 〜80 Hz) from the lower punch. Vibration was caused by filling the alloy powder and forming a cavity by dropping the upper punch, resulting in a molding density of 3.55 g / cm.3~ 3.90 g / cm3It is preferable to give until. Further, it is preferable that the pulse magnetic field is applied while the upper and lower punches are stopped and vibration is applied. Thereafter, in the present embodiment, the density of the final molded body is 4.0 g / cm.3~ 4.4 g / cm3Pressurize again so that The size of the molded body can be, for example, 60 mm × 40 mm × 20 mm.
[0062]
For example, after performing a sintering process at about 1000 to 1200 ° C. for 2 to 6 hours in an Ar atmosphere, the aging treatment is performed at about 400 to 600 ° C. for 1 to 3 hours in an Ar atmosphere. By performing the above, a sintered body can be obtained.
[0063]
The timing of applying the pulse magnetic field is determined by the density of the preliminarily formed body being 3.55 g / cm.3When set at the time when the above-mentioned predetermined value is reached, the residual magnetic flux density further increases by applying vibration. The timing of applying the pulse magnetic field is such that the density of the preliminarily formed body is 3.6 g / cm.3It is preferable to set the time when the above-mentioned predetermined value is reached.3Even with the above settings, a sufficient effect can be obtained. However, the application of the pulse magnetic field was performed when the density of the preliminarily formed body was 4.0 g / cm.3, The residual magnetic flux density tends to decrease, and it is known that the powder particles are not sufficiently oriented. From the above, the density of the temporary formed body was 3.55 g / cm.3Above 3.9 g / cm3When in the following range, it is preferable to apply a pulsed magnetic field. The lower limit of the more preferable density range is 3.6 g / cm.3The lower limit of the more preferable density range is 3.7 g / cm.3It is.
[0064]
A pulse magnetic field may be applied a plurality of times or a static magnetic field may be applied together with the pulse magnetic field to the temporary molded body within the above-mentioned predetermined density range.
[0065]
According to the present embodiment, even when the magnetic field distribution in the cavity is not uniform due to the yoke member provided near the die hole, the degree of orientation can be made uniform by adjusting the application timing of the pulse magnetic field.
[0066]
The same can be said for the case where an alternating decay pulse is applied. The magnetic powder is rotated by the magnetic field whose direction is reversed, and the bridge structure formed by the alloy powder filled in the cavity can be broken. Such destruction of the bridge structure can be performed not only by the application of the alternating decay pulse but also by the application of the inversion pulse.
[0067]
(Example)
A sintered body was produced in the same manner as in the above embodiment. Specifically, a sintered body was produced under the following conditions.
[0068]
Raw material powder: composition: Nd: 30% by mass, B: 1.0% by mass, Dy: 1.2% by mass, Al: 0.2% by mass, Co: 0.9% by mass, balance Fe and inevitable impurities The powder of the alloy was roughly pulverized by hydrogen pulverization and then finely pulverized by a jet mill.
[0069]
Forming method: {circle around (2)} Using the apparatus shown in FIG. 2, compression molding was performed by applying a pulse magnetic field (pulse width: 0.05 seconds) having a peak intensity of 3T as an orientation magnetic field.
[0070]
At the start of application of the orientation magnetic field: density 3.6 g / cm3
Shape and size of molded product: $ 60mm x 40mm x 20mm
Sintering conditions: After performing a sintering treatment at about 1050 ° C. for 5.5 hours in an Ar atmosphere, aging treatment was performed at about 500 ° C. for 3 hours in an Ar atmosphere.
[0071]
(Comparative example)
A sintered body was produced in the same manner as in the example except that a static magnetic field of 1 T was applied as the orientation magnetic field.
[0072]
When the surface magnetic flux density was measured at two places (center and end) along the direction of the orientation magnetic field, the difference in the surface magnetic flux density was 10% in the example, but the difference in the surface magnetic flux density in the comparative example was 10%. 4%.
[0073]
In the above-described embodiment, the Nd-Fe-B-based alloy powder produced by the strip casting method is used although the magnetic properties are excellent, but the flowability is particularly low, but the rare-earth alloy powder produced by another method is used. However, it goes without saying that the effects of the present invention can be obtained.
[0074]
In the above embodiment, the alloy powder is used after being subjected to a surface treatment with a lubricant. However, another surface treatment may be performed, and further, a granulated powder may be used. Since the granulated powder can be disintegrated using vibration and / or an orientation magnetic field, a sufficient degree of orientation can be obtained.
[0075]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a method for right-angle press forming rare earth alloy powder, which enables production of a sintered magnet having excellent magnetic properties. Since the compact obtained by the press molding method of the present invention has a sufficiently high compact density and a sufficiently high degree of orientation of the alloy particles, a sintered magnet having excellent magnetic properties can be obtained. According to the present invention, the productivity of sintered magnets having different shapes can be significantly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic diagram showing an arcuate magnet, and FIG. 1B is a schematic diagram of a sintered body block for producing an arcuate magnet.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a press device suitably used for press molding of an embodiment according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of a die used for press molding of the embodiment according to the present invention.
FIG. 4A is a view schematically showing a state of powder particles subjected to vibration in the press molding method according to the present invention, and FIG. 4B is a view showing a state of powder particles before vibration is applied. It is a figure which shows typically.
[Explanation of symbols]
1a bow magnet
1b sintered block
2 alloy powder particles
3 space
10mm press machine
12mm base plate
14 legs
16 die
16a yoke member
16b yoke member
16c Length of yoke member
18 guide post
20mm connecting plate
22 cylinder rod
24 die hole (through hole)
24a cavity length
26mm lower punch (yoke)
28 cavity
30 vibration device
34mm upper punch
32 upper punch plate 32
36 cylinder rod
38 guide post
40 ° magnetic field generator
42a @ yoke
42b @ yoke
44a coil
44b coil
X direction of pulsed magnetic field
P @ breath direction

Claims (8)

非磁性体から形成されたダイであって、キャビティを形成するための貫通孔と、前記貫通孔の両側に配置されたヨーク部材とを有するダイを用いる希土類合金粉末のプレス方法であって、
希土類合金粉末を用意する工程と、
前記ダイのキャビティ内に前記希土類合金粉末を充填する工程と、
前記キャビティ内に充填された前記希土類合金粉末を互いに対向する一対の加圧面で圧縮する工程とを含み、
前記圧縮工程の期間内において、
前記キャビティ内の前記希土類合金粉末の見掛けの密度が真密度の47%以上となる所定値に到達した後においてのみ、圧縮方向に略垂直なパルス磁界を印加する工程を包含する、希土類合金粉末のプレス成形方法。
A die formed from a non-magnetic material, a through hole for forming a cavity, a method of pressing a rare earth alloy powder using a die having a yoke member disposed on both sides of the through hole,
A step of preparing a rare earth alloy powder,
Filling the die cavity with the rare earth alloy powder,
Compressing the rare earth alloy powder filled in the cavity with a pair of pressing surfaces facing each other,
Within the period of the compression step,
A step of applying a pulse magnetic field substantially perpendicular to the compression direction only after the apparent density of the rare earth alloy powder in the cavity reaches a predetermined value that is 47% or more of the true density. Press molding method.
前記圧縮工程の期間内において、前記パルス磁界の印加前に前記希土類合金粉末に振動を加える工程を更に包含する、請求項1に記載の希土類合金粉末のプレス成形方法。The method of press-forming a rare-earth alloy powder according to claim 1, further comprising a step of applying vibration to the rare-earth alloy powder before applying the pulse magnetic field during the compression step. 前記所定値は3.55g/cm以上に設定される請求項1または2に記載の希土類合金粉末のプレス成形方法。The method according to claim 1, wherein the predetermined value is set to 3.55 g / cm 3 or more. 前記パルス磁界は交番減衰磁界である、請求項1から3のいずれかに記載の希土類合金粉末のプレス成形方法。The method of press-forming a rare-earth alloy powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the pulse magnetic field is an alternating attenuation magnetic field. 前記パルス磁界は反転パルス磁界である、請求項1から4のいずれかに記載の希土類合金粉末のプレス成形方法。The method for press-molding a rare-earth alloy powder according to claim 1, wherein the pulse magnetic field is a reversal pulse magnetic field. 前記振動は、前記一対の加圧面の少なくとも一方から供給される、請求項1から5のいずれかに記載の希土類合金粉末のプレス成形方法。The method of press-molding a rare-earth alloy powder according to claim 1, wherein the vibration is supplied from at least one of the pair of pressing surfaces. 前記希土類合金粉末は、急冷法を用いて作製された粉末である、請求項1から6のいずれかに記載の希土類合金粉末のプレス成形方法。The method of press-molding a rare-earth alloy powder according to claim 1, wherein the rare-earth alloy powder is a powder produced by using a quenching method. 請求項1から7のいずれかに記載の希土類合金粉末のプレス成形方法によって成形体を作製する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、
を含む、希土類合金焼結体の製造方法。
A step of producing a compact by a method of press-molding a rare earth alloy powder according to any one of claims 1 to 7,
Sintering the compact,
A method for producing a rare earth alloy sintered body, comprising:
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