ＤＹまたはＴＢを用いてＮＤ−ＦＥ−Ｂ焼結磁石を作製する方法
【課題】ＤＹまたはＴＢを用いてＮＤ−ＦＥ−Ｂ焼結永久磁石を作製する方法および永久磁石を提供すること。
【解決手段】永久磁石を作製する方法が記載されている。一実施形態では、本方法は、所望の組成を有する第１の合金粉末を準備するステップであり、合金粉末はネオジム、鉄およびホウ素を含有する、準備するステップと、第１の合金粉末が、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度を超過しているジスプロシウム、テルビウムまたは両方の表面濃度を有するように、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で第１の合金粉末を被覆するステップと、粉末冶金法を用いて、被覆された合金粉末から永久磁石を形成するステップであり、永久磁石はジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、形成するステップとを含む。また、永久磁石が記載されている。
【解決手段】永久磁石を作製する方法が記載されている。一実施形態では、本方法は、所望の組成を有する第１の合金粉末を準備するステップであり、合金粉末はネオジム、鉄およびホウ素を含有する、準備するステップと、第１の合金粉末が、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度を超過しているジスプロシウム、テルビウムまたは両方の表面濃度を有するように、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で第１の合金粉末を被覆するステップと、粉末冶金法を用いて、被覆された合金粉末から永久磁石を形成するステップであり、永久磁石はジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、形成するステップとを含む。また、永久磁石が記載されている。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001]永久磁石が、ハイブリッド自動車および電気自動車用の電動機を含む種々のデバイスに応用される。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結永久磁石は、低温での非常に良好な磁石特性を有する。磁化後、永久磁石は熱力学的に非平衡状態にある。外部状況のあらゆる変化、特に温度が、別のより安定的な状態への移行をもたらす。これらの移行は、通常、磁気特性の変化を伴う。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相の低キュリー温度に因り、残留磁気および固有の保磁力が、温度の上昇と共に急速に低下する。
【０００２】
[0002]ハイブリッド自動車および電気自動車用の小型軽量で強力な電動機を得るために、この材料の熱的安定性を向上させ、磁石特性をさらに高めることは重要である。熱的安定性および磁石特性を向上させる２つの一般的な手法がある。１つは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相中に完全に可溶性のＣｏを添加することにより、キュリー温度を上昇させることである。しかし、もしかしたら逆磁区の核生成部位のせいで、Ｃｏを有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の保磁力は減少する。第２の手法は、重希土類（ＲＥ：ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ）元素を添加することである。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石においてネオジムまたは鉄をジスプロシウムで置換することにより、異方性磁場および固有の保磁力の増大、ならびに飽和磁化の減少がもたらされることは既知である（Ｃ．Ｓ．Ｈｅｒｇｅｔ、Ｍｅｔａｌ，Ｐｏｅｄ．Ｒｅｐ．Ｖ．４２、４３８頁（１９８７）；Ｗ．Ｒｏｄｅｗａｌｄ、Ｊ．Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔ．Ｖ１１１、７７頁（１９８５）；およびＤ．Ｐｌｕｓａ、Ｊ．Ｊ．Ｗｙｓｔｏｃｋｉ、Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔ．Ｖ．１３３、２３１頁（１９８７））。溶融および合金化の前に、ジスプロシウム（Ｄｙ）またはテルビウム（Ｔｂ）などの重ＲＥ金属を合金中に添加することは、一般的な方法である。
【０００３】
[0003]しかし、ＤｙおよびＴｂは、非常に希少で高価なＲＥ元素である。重ＲＥは、約２〜７％のＤｙしか含有しない。Ｄｙの価格は、最近、急激に上昇している（ＤｙＯでは２００５年の約＄５０／ｋｇから２０１０年の約＄１４０／ｋｇへ）。Ｔｂは、Ｄｙが提供し得るより高い磁石特性が求められる場合に必要とされ、Ｄｙよりずっと高価である（ＴｂＯでは約＄４００／ｋｇ）。
【０００４】
[0004]ハイブリッド自動車の電動機用の典型的な磁石が、約６〜１０重量％のＤｙを含有し、必要な磁石特性を実現する。ＤｙまたはＴｂを用いて磁石を作製する従来の方法により、ＤｙまたはＴｂが磁石の内部に均一に分布されているようになる。
【０００５】
[0005]永久磁石片の重量が電動機１台当たり約１〜１．５ｋｇであり、機械加工された永久磁石（ＰＭ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ）片の収率が、通常、約５５〜６０％であると仮定すれば、電動機１台当たりＰＭの２〜３ｋｇ、または自動車１台当たり４〜６ｋｇが必要とされると考えられる（いくつかの電気自動車は、１台の誘導電動機と１台のＰＭ電動機とを使用する可能性がある）。さらに、Ｄｙは、他の産業によっても広く使用されている。米国のＲＥ鉱床だけでそれほど大量のＤｙを有する訳ではない。したがって、永久磁石においてＤｙまたはＴｂの使用を低減することは、非常に大きな費用影響をもたらすと考えられる。
【０００６】
[0006]Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ永久磁石は、溶融し、ストリップキャスティングするステップと、水素粉砕（ｈｙｄｒoｇｅｎ ｄｅｃｒｅｐｉｔａｔｉｏｎ）（水素化脱水素）（ｈｙｄｒｉｄｅ ａｎｄ ｄｅ−ｈｙｄｒｉｄｅ）するステップと、（窒素を用いて）微粉へ粉砕するステップと、ふるい分けするステップと、所望の化学組成を求めて合金粉末を混合するステップとを含む粉末冶金法を用いて作り出されることが可能である。通常の粉末冶金法は、計量し、圧縮する（真空バギングする）ステップと、静水圧プレス成形するステップと、焼結し、熟成させる（例えば、真空で約１１００℃で約３０時間）ステップと、磁石片に機械加工するステップとを辿る。最後に、磁石は、リン酸塩処理、無電解ニッケルめっき、エポキシ被覆等により表面処理される。
【０００７】
[0007]Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の焼結磁石の理想的な微細構造は、非強磁性Ｎｄ−ｒｉｃｈ相（主にＮｄに、不純物により安定化されたいくらかのＦｅ４Ｎｄ１．１Ｂ４相とＦｅ−Ｎｄ相とを加えた共晶マトリクス）により完全に単離されたＦｅ１４Ｎｄ２Ｂ粒である。ＤｙまたはＴｂの添加は、Ｆｅ、ＮｄおよびＤｙまたはＴｂ基本の全く異なる三元系粒界相の形成につながる。これらの相は、粒界領域内のＦｅ１４Ｎｄ２Ｂ粒の表面に位置している。磁石特性を向上させるための元素の添加は、以下の条件を望ましくは満たすべきである。１）金属間相は、強磁性粒を分離するために、非強磁性であるべきである、２）金属間相は、液相焼結により高密度物質を生成するために、Ｆｅ１４Ｎｄ２Ｂ相より低い融点を有するべきである、および３）元素は、良好な磁石特性を維持するために、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ中での低い溶解度を有するべきである。
【０００８】
[0008]Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の微細構造は、磁石特性を向上させるために広く研究されてきた。一般に、焼結磁石は、主に、硬質磁性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相と非磁性Ｎｄ−ｒｉｃｈ相とから成る。保磁力は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粒間の境界相の形態に強く影響されることが既知である。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の磁石特性は、機械加工された表面が磁石の反転磁区の核生成の原因となるため、磁石寸法が縮小した場合に低下する。Ｍａｃｈｉｄａら（Ｍａｃｈｉｄａ，Ｋ．、Ｓｕｚｕｋｉ，Ｓ．、Ｉｓｈｉｇａｋｉ，Ｎ．ら、Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ−ｓｉｚｅｄ ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＤＣ ｂｒｕｓｈ−ｌｅｓｓ ｍｉｃｒｏｍｏｔｏｒｓ．Ｃｏｌｌ．Ａｂｓｔｒ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．１４２（２００５）２５〜３０頁）が、小寸法のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の低下した保磁力は、形成された磁石の外面上にＤｙまたはＴｂの均一に分布された被覆が存在しかつ内側にＤｙまたはＴｂが存在しないように、ＤｙおよびＴｂ金属蒸気収着を用いて形成された磁石を表面処理することにより改善されることが可能であることを見出した。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｃ．Ｓ．Ｈｅｒｇｅｔ、Ｍｅｔａｌ，Ｐｏｅｄ．Ｒｅｐ．Ｖ．４２、４３８頁（１９８７）
【非特許文献２】Ｗ．Ｒｏｄｅｗａｌｄ、Ｊ．Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔ．Ｖ１１１、Ｐ７７（１９８５）
【非特許文献３】Ｄ．Ｐｌｕｓａ、Ｊ．Ｊ．Ｗｙｓｔｏｃｋｉ、Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔ．Ｖ．１３３、２３１頁（１９８７）
【非特許文献４】Ｍａｃｈｉｄａ，Ｋ．、Ｓｕｚｕｋｉ，Ｓ．、Ｉｓｈｉｇａｋｉ，Ｎ．ら、Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ−ｓｉｚｅｄ ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＤＣ ｂｒｕｓｈ−ｌｅｓｓ ｍｉｃｒｏｍｏｔｏｒｓ．Ｃｏｌｌ．Ａｂｓｔｒ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．１４２（２００５）２５〜３０頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
[0009]本発明の一態様が、永久磁石を作製する方法である。一実施形態では、本方法は、所望の組成を有する第１の合金粉末を準備するステップであり、合金粉末は、ネオジム、鉄およびホウ素を含有する、準備するステップと、第１の合金粉末が、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度を超過しているジスプロシウム、テルビウムまたは両方の表面濃度を有するように、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で第１の合金粉末を被覆するステップと、粉末冶金法を用いて、被覆された合金粉末から永久磁石を形成するステップであり、永久磁石はジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、形成するステップとを含む。
【００１１】
[0010]本発明の別の態様が、永久磁石である。一実施形態では、永久磁石は、約０．３から約５重量％の範囲内の、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度と、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、ネオジム、鉄およびホウ素基本の磁石を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】[0011]機械的ミルの概略図である。
【図２】[0012]放電加工を基礎とする粒子銃（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｇｕｎ）の概略図である。
【図３】[0013]高圧スパッタリングを基礎とする粒子銃の概略図である。
【図４】[0014]旋回塗布装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0015]本方法を用いて作製された磁石が、従来の方法を用いて作製されたものより遥かに少ないＤｙまたはＴｂを使用すると同時に、類似の磁石特性を獲得する。本方法では、ＤｙまたはＴｂ被覆Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末が磁石を作製するのに使用されることにより、ＤｙまたはＴｂの非均一分布が磁石内にもたらされ、該分布は、マイクロプローブを備えた走査型電子顕微鏡を使用して見られ、測定されることが可能である。このことは、本方法が類似の磁石特性のために遥かに少ないＤｙまたはＴｂを使用することを可能にする。例えば、Ｄｙおよび／またはＴｂは、従来の方法と比較して、約２０％以上、または約３０％以上、または約４０％以上、または約５０％以上、または約６０％以上、または約７０％以上、または約８０％以上、または約９０％以上、低減されることが可能である。非均一分布により、Ｄｙおよび／またはＴｂが、粒子の内部には殆どないか全くなく、粉末粒子の界面に分布されるかまたは集結されることを意味する。
【００１４】
[0016]本方法は、ＤｙもしくはＴｂ金属または合金を用いて、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結永久磁石を作製するのに使用されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末は、種々の被覆方法を用いて被覆され得る。適切な方法には以下が含まれるが、それらに限定されない。１つの方法は、ＤｙもしくはＴｂ金属または合金と共に機械粉砕するステップを含む。例えば、ＤｙまたはＴｂ含有鉄基本の合金粉末（単数もしくは複数）（例えば、約１５〜８０重量％のＤｙまたはＴｂを含有している）が、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末と共に粉砕されるかまたは機械的に合金にされ、ＤｙまたはＴｂを多く含む表面を有する新しい粉末を作り出す。別の方法が、物理的気相成長法（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、ＤｙまたはＴｂ金属蒸気でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。第３の方法が、ＤｙもしくはＴｂ金属の非常に微細な金属粉末または溶媒と混合されたＦｅ−Ｄｙ合金もしくはＦｅ−Ｔｂ合金でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。
【００１５】
[0017]これらの方法を用いて、被覆厚さは、約１マイクロメータから約１００マイクロメータ、例えば約２マイクロメータから約１００マイクロメータ、または約５マイクロメータから約９０マイクロメータ、または約５マイクロメータから約８０マイクロメータ、または約５マイクロメータから約７０マイクロメータ、または約５マイクロメータから約６０マイクロメータ、または約１０マイクロメータから約５０マイクロメータとすることができる。
【００１６】
[0018]本粉末被覆法は、ＤｙまたはＴｂ平均濃度を低下させ、磁石内のＤｙまたはＴｂの分布を変更することを可能にする。磁石のＤｙまたはＴｂ平均濃度は、類似の高い磁石特性を有する従来の磁石の約６〜９重量％と比較して、約０．３から約６重量％、または約０．３から約５重量％、または約０．３から約４重量％、または約０．３から約３重量％の範囲内とすることができる。本被覆法は、約５から約８０重量％以上の高さの、ＤｙまたはＴｂ表面濃度および低いＤｙまたはＴｂ容積濃度（すなわち粒子の内側の）を有する粉末粒子を作り出す。所望であれば、Ｄｙおよび／またはＴｂは、粒子表面から粉末粒子内に意図的に添加されるかまたは部分的に拡散されることができると考えられる。但し、粒子の内側のＤｙおよび／またはＴｂ容積濃度は、Ｄｙおよび／またはＴｂ表面濃度より小さい。本被覆法は、特別なステップとして、粉末冶金法のための現在の準備に導入される。
【００１７】
[0019]所望に応じて、ＤｙまたはＴｂまたは両方が使用され得る。Ｔｂが含まれる場合、Ｄｙはそれほど必要ない。例えば、ＤｙとＴｂとの組合せは、約６重量％未満とすることができると考えられる。磁石特性を向上させる上で、Ｔｂは、Ｄｙより遥かに効果的であり得る。しかし、このことは、Ｔｂの著しく高い費用と比較検討されるべきである。所望であれば、最大約１：５のＤｙ：Ｔｂ比が用いられ得るが、最大約１：３の比が、費用検討に因りより一般的であると考えられる。
【００１８】
[0020]ＤｙまたはＴｂの濃度分布特徴は、磁石の種々の熱処理、特に焼きなまし工程により、操作されることが可能である。より長い時間またはより高い温度が、粒子表面において分布をより広くし、濃度をより小さくする。
【００１９】
[0021]磁石製造法は、１）溶融し、ストリップキャスティングするステップと、２）水素粉砕（水素化脱水素）するステップと、３）（窒素を用いて）微粉に粉砕するステップと、４）合金粉末を混合して化学組成を調整し、適宜ふるい分けするステップと、５）Ｄｙおよび／またはＴｂ−ｒｉｃｈ粉末でその粉末を被覆するステップと、６）適宜ふるい分けするステップとを含む。この後に、計量し、圧縮する（真空バギングする）ステップと、静水圧プレス成形するステップと、焼結し、熟成させる（例えば、真空で約１１００℃で約３０時間）ステップと、磁石片に機械加工するステップなどの、通常の粉末冶金法が続く。最後に、磁石は、（例えば、リン酸塩処理、無電解ニッケルめっき、エポキシ被覆等）表面処理される。
【００２０】
[0022]前述の３つの被覆方法が、より詳細に検討される。
[0023]機械的合金化は、高エネルギーボールミル内で粉末粒子の溶接、破砕、再溶接を繰り返すことを含む固体状態粉末の処理技術である。機械的合金化は、混合元素粉末またはプレアロイ粉から開始して、種々の平衡相および非平衡相を合成するのに使用され得る。合成された非平衡相は、過飽和固溶体と、準安定結晶相および準結晶相と、ナノ構造と、非晶質合金とを含む。
【００２１】
[0024]機械的合金化は、高エネルギーミルを使用して、冷間圧接に必要な塑性変形を促進し、工程所要時間を減少させる。機械的合金化は、使用されることになる元素合金粉末と母合金粉との混合を可能にする。合金または化合物の活性が純金属の場合より何桁も小さい可能性があることが既知であるため、母合金粉の使用により、元素の活性が低下する。機械的合金化は、微細な自然発火性粉末を生成しかつ粉末を汚染すると考えられる界面活性剤の使用を排除する。機械的合金化は、溶接と破砕との間の持続性相互作用に依存して、正常に生成された非常に微細な粉末に特有な微細な内部構造を有する粉末を生じるが、該粉末は、比較的粗くおよびしたがって安定的な外形粒径を有する。
【００２２】
[0025]機械的合金化法は、所望の割合で粉末を混合するステップで開始する。混合粉体が、粉砕媒体（例えば、鋼球）と共に、ボールミル内に装填される。次いで、粉末混合物が、所望の時間の間、粉砕される。機械的合金化法の重要な構成要素は、原料、ミル、およびプロセス変数である。パラメータは、ミルの種類と、粉砕容器と、粉砕速度（全般的に約５０から約４００ｒｐｍ、通常は約２５０ｒｐｍ）と、粉砕時間（全般的に約０．５から約１２時間）と、粉砕媒体（例えば、硬化鋼、ステンレス鋼等）の種類、大きさおよび大きさ分布と、ボール対粉末重量比（全般的に約１：１から約２２０：１まで、通常は約１０：１）と、ガラス製小型容器を満たす程度と、粉砕雰囲気（例えば、真空、窒素またはアルゴン）と、粉砕温度（全般的に室温から約２５０℃）とを含む。
【００２３】
[0026]機械的合金化に使用される原料は、１〜２００μｍの範囲内の粒径を有し得る。粉末粒径が時間と共に指数関数的に減少し、粉砕のほんの数分後に数ミクロンに達するため、粉砕ボールの大きさがより小さい必要があることを除いて、粉末粒径は重大でない。原料粉末は、純金属、母合金またはプレアロイ粉とすることができる。
【００２４】
[0027]様々な種類の高エネルギー粉砕機器が使用されて、機械的に合金化された粉末を生成することができる。それらは、その能力、粉砕効率性、および冷却、加熱等のための付加的装置で異なる。図１に示されている通り、従来のボールミル１０が、小さい鋼球２０で部分的に満たされている回転水平ドラム１５を含む。ドラム１５が回転すると、球２０は粉砕される金属粉末上に落下する。粉砕タンクまたは容器は、ステンレス鋼、もしくは内側を例えばアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等で被覆されたステンレス鋼で入手可能である。ボールミル１０は回転羽根車２５を含む。冷却液が、入口３０から出口３５までドラム１５の被覆物を通って流動し、粉砕中に粉末の温度を制御する。
【００２５】
[0028]別の方法が、物理的気相成長法（ＰＶＤ）を用いて、ＤｙまたはＴｂ金属でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。放電加工を基礎とする粒子銃およびスパッタリングを使用するＰＶＤ法が、図２〜図３に示されているが、所望であれば、他のＰＶＤ法が使用され得ると考えられる。「基板」が底部上に配置されることが可能である。基板は、基本的に、被覆されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末を含む容器である。所望であれば、容器内に混合器（図示せず）が存在して、粉末上での均一な被覆を確実するために粉末を攪拌することができる。
【００２６】
[0029]図２は、放電加工ＰＶＤ法を示す。固定電極ホルダ１００と可動電極ホルダ１０５とがある。固定電極ホルダ１００は、電源（図示せず）に接続されている。可動電極ホルダ１０５は、電源と機械的振動子（図示せず）に接続されている。固定電極ホルダ１００および可動電極ホルダ１０５は、電極１１０を有する。搬送ガス入口１１５が搬送ガスを導入する。処理ガス入口１２０が、処理ガスを搬送ガス中に導入する。被覆材料は、基板１３５に方向付けられる。
【００２７】
[0030]スパッタリングＰＶＤ被覆法が、図３に示されている。最上部に、底部上にある回転基板台１５５の方へ向けられた、２つのマグネトロンスパッタ源１５０がある。スパッタリングでは、プラズマ中での（窒素イオンなどの）高エネルギー粒子の衝突に起因して、ターゲット材（Ｄｙおよび／またはＴｂまたは合金）の表面から原子が放出される。放出された原子は、基板の表面上で凝結し、薄膜を作り出す。
【００２８】
[0031]第３の被覆方法は、溶媒と混合されたＤｙまたはＴｂ金属および／または合金の非常に微細な金属粉末でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。高速噴流（約９．１から１８．３ｍ／秒）（約３０から約６０フィート／秒）が、旋回加速装置を用いて空気流または不活性ガスを加速することにより作られる。空気／ガス流の流速および圧力を調節することにより、普通は乱流が発生すると考えられるレイノルズ数で層流型が作られることが可能である。ガスは「被覆管」へ方向付けられる。旋回加速装置は、例えばＣｏｌｕｍｂｉａ、ＭＤ２１０４５に所在するＧＥＡ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｃ．から入手可能である。
【００２９】
[0032]図４に示されている通り、「下降流床」領域２００内にある被覆される粉末の貯蔵槽が、被覆管２０５を取り囲んでおり、底部から粉末床に進入する低速ガス流２１０により、空気がそっと送られ続けている。この領域には、少量の流動がある。湿潤接触区域２２５の下にある、入口流動化平板２２０と被覆管２０５の底部との間の間隙２１５により、粉末が高速ガス流に曝露されることが可能になる。粉末粒子が、この境界で捕捉され、ガス流により加速される。
【００３０】
[0033]ＤｙまたはＴｂ金属または合金を含有する被覆物の微細な噴霧２３０が、噴霧噴射口２３５により高速ガス流の底部内に導入される。被覆噴霧２３０は、固体粒子より速く移動しているので、接触が起こり、被覆物が堆積される。
【００３１】
[0034]境界層効果により、管の中心における高ガス速度から壁部におけるゼロまで速度勾配が生じる。この勾配により、全ての粒子表面が被覆噴霧に曝露されるように、粉末はガス流によりひっくり返される。被覆物が塗布されると、被覆された粒子は、被覆管を上方へ移動する。粒子速度は常時ガス速度より遅いので、ガスが常時粒子表面を越えて移動している。このガスの移動は、溶媒を蒸発させ、乾燥区域２４０内で被覆物を乾燥させる。粒子は、それが被覆管２０５の端部に到達する時までに、実質的に乾燥している。
【００３２】
[0035]管の端部で、粒子は高速ガス流から解放され、保持領域（図示せず）に落下して戻る。
[0036]「溶媒」または担体は、アルコール、塩素系溶剤、または産業上使用されている殆ど全ての他の溶剤とすることができる。実際の被覆時間は、被覆の薄層だけが各被覆で塗布されるように極めて短い。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末が繰り返し被覆されて、所望の被覆厚さが得られる。最終的な被覆厚さは、一般に、プロセスパラメータに応じて、数マイクロメータ以下、例えば約１０マイクロメータ未満、または約１から約１０マイクロメータ、または約２から約５マイクロメータである。通常の搬送速度は、約２０から約４０メートル／秒である。実際の湿潤乾燥工程が非常に短く、該工程を比較的制御し易くするため、いずれの所与の時間でも、システム内の粉末の殆どが乾燥している。迅速な被覆・乾燥周期はまた、粉末が溶媒により非常に短時間湿らされるだけであることを意味する。溶媒には、粒子の内部に侵入する機会が殆どない。このことは、溶媒／粉末反応が一般に問題でなく、通常は粉末と不適合であると見なされていると考えられる溶媒を使用することができる場合が多いことを意味する。
【００３３】
[0037]「好ましくは」、「一般的に」、および「通常」のような用語が、本明細書では、特許請求されている発明の範囲を限定するために、またはある特徴が特許請求されている発明の構造もしくは機能に対して重大で、必要不可欠で、もしくは重要でもあることを暗示するために使用されている訳ではないことに留意されたい。むしろ、これらの用語は、単に、本発明の特定の実施形態において使用されてもされなくてもよい、代替的特徴または付加的特徴を強調することを目的としている。
【００３４】
[0038]本発明を記載し明示する目的のために、用語「デバイス」が、構成要素が他の構成要素と組み合わされているかどうかに関わらず、構成要素の組合せおよび個々の構成要素を表すために本明細書に使用されていることに留意されたい。例えば、本発明による「デバイス」が、電気化学的転換組立体または燃料電池、本発明による電気化学的転換組立体を組み込んでいる車両等を含んでいてもよい。
【００３５】
[0039]本発明を記載し明示する目的のために、用語「実質的に」が、任意の定量比較、値、測定、または他の表現に起因する可能性がある固有の程度の不確実性を表すために本明細書に使用されていることに留意されたい。用語「実質的に」はまた、定量的表現が問題の主題の基本的機能に変化をもたらすことなく、定められた基準から変動する程度を表すために本明細書に使用されている。
【００３６】
[0040]本発明を詳細に、その特定の実施形態を参照することにより記載したが、添付の特許請求の範囲において定められた本発明の範囲から逸脱することなく、修正形態および変形形態が可能であることが明らかになるであろう。より具体的には、本発明のいくつかの態様が、好適または特に有利であるとして、本明細書において確認されているが、本発明は、必ずしも、本発明のこれら好適な態様に限定される訳ではないと考えられる。
【背景技術】
【０００１】
[0001]永久磁石が、ハイブリッド自動車および電気自動車用の電動機を含む種々のデバイスに応用される。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結永久磁石は、低温での非常に良好な磁石特性を有する。磁化後、永久磁石は熱力学的に非平衡状態にある。外部状況のあらゆる変化、特に温度が、別のより安定的な状態への移行をもたらす。これらの移行は、通常、磁気特性の変化を伴う。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相の低キュリー温度に因り、残留磁気および固有の保磁力が、温度の上昇と共に急速に低下する。
【０００２】
[0002]ハイブリッド自動車および電気自動車用の小型軽量で強力な電動機を得るために、この材料の熱的安定性を向上させ、磁石特性をさらに高めることは重要である。熱的安定性および磁石特性を向上させる２つの一般的な手法がある。１つは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相中に完全に可溶性のＣｏを添加することにより、キュリー温度を上昇させることである。しかし、もしかしたら逆磁区の核生成部位のせいで、Ｃｏを有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の保磁力は減少する。第２の手法は、重希土類（ＲＥ：ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ）元素を添加することである。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石においてネオジムまたは鉄をジスプロシウムで置換することにより、異方性磁場および固有の保磁力の増大、ならびに飽和磁化の減少がもたらされることは既知である（Ｃ．Ｓ．Ｈｅｒｇｅｔ、Ｍｅｔａｌ，Ｐｏｅｄ．Ｒｅｐ．Ｖ．４２、４３８頁（１９８７）；Ｗ．Ｒｏｄｅｗａｌｄ、Ｊ．Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔ．Ｖ１１１、７７頁（１９８５）；およびＤ．Ｐｌｕｓａ、Ｊ．Ｊ．Ｗｙｓｔｏｃｋｉ、Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔ．Ｖ．１３３、２３１頁（１９８７））。溶融および合金化の前に、ジスプロシウム（Ｄｙ）またはテルビウム（Ｔｂ）などの重ＲＥ金属を合金中に添加することは、一般的な方法である。
【０００３】
[0003]しかし、ＤｙおよびＴｂは、非常に希少で高価なＲＥ元素である。重ＲＥは、約２〜７％のＤｙしか含有しない。Ｄｙの価格は、最近、急激に上昇している（ＤｙＯでは２００５年の約＄５０／ｋｇから２０１０年の約＄１４０／ｋｇへ）。Ｔｂは、Ｄｙが提供し得るより高い磁石特性が求められる場合に必要とされ、Ｄｙよりずっと高価である（ＴｂＯでは約＄４００／ｋｇ）。
【０００４】
[0004]ハイブリッド自動車の電動機用の典型的な磁石が、約６〜１０重量％のＤｙを含有し、必要な磁石特性を実現する。ＤｙまたはＴｂを用いて磁石を作製する従来の方法により、ＤｙまたはＴｂが磁石の内部に均一に分布されているようになる。
【０００５】
[0005]永久磁石片の重量が電動機１台当たり約１〜１．５ｋｇであり、機械加工された永久磁石（ＰＭ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ）片の収率が、通常、約５５〜６０％であると仮定すれば、電動機１台当たりＰＭの２〜３ｋｇ、または自動車１台当たり４〜６ｋｇが必要とされると考えられる（いくつかの電気自動車は、１台の誘導電動機と１台のＰＭ電動機とを使用する可能性がある）。さらに、Ｄｙは、他の産業によっても広く使用されている。米国のＲＥ鉱床だけでそれほど大量のＤｙを有する訳ではない。したがって、永久磁石においてＤｙまたはＴｂの使用を低減することは、非常に大きな費用影響をもたらすと考えられる。
【０００６】
[0006]Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ永久磁石は、溶融し、ストリップキャスティングするステップと、水素粉砕（ｈｙｄｒoｇｅｎ ｄｅｃｒｅｐｉｔａｔｉｏｎ）（水素化脱水素）（ｈｙｄｒｉｄｅ ａｎｄ ｄｅ−ｈｙｄｒｉｄｅ）するステップと、（窒素を用いて）微粉へ粉砕するステップと、ふるい分けするステップと、所望の化学組成を求めて合金粉末を混合するステップとを含む粉末冶金法を用いて作り出されることが可能である。通常の粉末冶金法は、計量し、圧縮する（真空バギングする）ステップと、静水圧プレス成形するステップと、焼結し、熟成させる（例えば、真空で約１１００℃で約３０時間）ステップと、磁石片に機械加工するステップとを辿る。最後に、磁石は、リン酸塩処理、無電解ニッケルめっき、エポキシ被覆等により表面処理される。
【０００７】
[0007]Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の焼結磁石の理想的な微細構造は、非強磁性Ｎｄ−ｒｉｃｈ相（主にＮｄに、不純物により安定化されたいくらかのＦｅ４Ｎｄ１．１Ｂ４相とＦｅ−Ｎｄ相とを加えた共晶マトリクス）により完全に単離されたＦｅ１４Ｎｄ２Ｂ粒である。ＤｙまたはＴｂの添加は、Ｆｅ、ＮｄおよびＤｙまたはＴｂ基本の全く異なる三元系粒界相の形成につながる。これらの相は、粒界領域内のＦｅ１４Ｎｄ２Ｂ粒の表面に位置している。磁石特性を向上させるための元素の添加は、以下の条件を望ましくは満たすべきである。１）金属間相は、強磁性粒を分離するために、非強磁性であるべきである、２）金属間相は、液相焼結により高密度物質を生成するために、Ｆｅ１４Ｎｄ２Ｂ相より低い融点を有するべきである、および３）元素は、良好な磁石特性を維持するために、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ中での低い溶解度を有するべきである。
【０００８】
[0008]Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の微細構造は、磁石特性を向上させるために広く研究されてきた。一般に、焼結磁石は、主に、硬質磁性Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相と非磁性Ｎｄ−ｒｉｃｈ相とから成る。保磁力は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粒間の境界相の形態に強く影響されることが既知である。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の磁石特性は、機械加工された表面が磁石の反転磁区の核生成の原因となるため、磁石寸法が縮小した場合に低下する。Ｍａｃｈｉｄａら（Ｍａｃｈｉｄａ，Ｋ．、Ｓｕｚｕｋｉ，Ｓ．、Ｉｓｈｉｇａｋｉ，Ｎ．ら、Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ−ｓｉｚｅｄ ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＤＣ ｂｒｕｓｈ−ｌｅｓｓ ｍｉｃｒｏｍｏｔｏｒｓ．Ｃｏｌｌ．Ａｂｓｔｒ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．１４２（２００５）２５〜３０頁）が、小寸法のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の低下した保磁力は、形成された磁石の外面上にＤｙまたはＴｂの均一に分布された被覆が存在しかつ内側にＤｙまたはＴｂが存在しないように、ＤｙおよびＴｂ金属蒸気収着を用いて形成された磁石を表面処理することにより改善されることが可能であることを見出した。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｃ．Ｓ．Ｈｅｒｇｅｔ、Ｍｅｔａｌ，Ｐｏｅｄ．Ｒｅｐ．Ｖ．４２、４３８頁（１９８７）
【非特許文献２】Ｗ．Ｒｏｄｅｗａｌｄ、Ｊ．Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔ．Ｖ１１１、Ｐ７７（１９８５）
【非特許文献３】Ｄ．Ｐｌｕｓａ、Ｊ．Ｊ．Ｗｙｓｔｏｃｋｉ、Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔ．Ｖ．１３３、２３１頁（１９８７）
【非特許文献４】Ｍａｃｈｉｄａ，Ｋ．、Ｓｕｚｕｋｉ，Ｓ．、Ｉｓｈｉｇａｋｉ，Ｎ．ら、Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ−ｓｉｚｅｄ ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＤＣ ｂｒｕｓｈ−ｌｅｓｓ ｍｉｃｒｏｍｏｔｏｒｓ．Ｃｏｌｌ．Ａｂｓｔｒ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．１４２（２００５）２５〜３０頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
[0009]本発明の一態様が、永久磁石を作製する方法である。一実施形態では、本方法は、所望の組成を有する第１の合金粉末を準備するステップであり、合金粉末は、ネオジム、鉄およびホウ素を含有する、準備するステップと、第１の合金粉末が、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度を超過しているジスプロシウム、テルビウムまたは両方の表面濃度を有するように、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で第１の合金粉末を被覆するステップと、粉末冶金法を用いて、被覆された合金粉末から永久磁石を形成するステップであり、永久磁石はジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、形成するステップとを含む。
【００１１】
[0010]本発明の別の態様が、永久磁石である。一実施形態では、永久磁石は、約０．３から約５重量％の範囲内の、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度と、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、ネオジム、鉄およびホウ素基本の磁石を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】[0011]機械的ミルの概略図である。
【図２】[0012]放電加工を基礎とする粒子銃（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｇｕｎ）の概略図である。
【図３】[0013]高圧スパッタリングを基礎とする粒子銃の概略図である。
【図４】[0014]旋回塗布装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0015]本方法を用いて作製された磁石が、従来の方法を用いて作製されたものより遥かに少ないＤｙまたはＴｂを使用すると同時に、類似の磁石特性を獲得する。本方法では、ＤｙまたはＴｂ被覆Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末が磁石を作製するのに使用されることにより、ＤｙまたはＴｂの非均一分布が磁石内にもたらされ、該分布は、マイクロプローブを備えた走査型電子顕微鏡を使用して見られ、測定されることが可能である。このことは、本方法が類似の磁石特性のために遥かに少ないＤｙまたはＴｂを使用することを可能にする。例えば、Ｄｙおよび／またはＴｂは、従来の方法と比較して、約２０％以上、または約３０％以上、または約４０％以上、または約５０％以上、または約６０％以上、または約７０％以上、または約８０％以上、または約９０％以上、低減されることが可能である。非均一分布により、Ｄｙおよび／またはＴｂが、粒子の内部には殆どないか全くなく、粉末粒子の界面に分布されるかまたは集結されることを意味する。
【００１４】
[0016]本方法は、ＤｙもしくはＴｂ金属または合金を用いて、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結永久磁石を作製するのに使用されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末は、種々の被覆方法を用いて被覆され得る。適切な方法には以下が含まれるが、それらに限定されない。１つの方法は、ＤｙもしくはＴｂ金属または合金と共に機械粉砕するステップを含む。例えば、ＤｙまたはＴｂ含有鉄基本の合金粉末（単数もしくは複数）（例えば、約１５〜８０重量％のＤｙまたはＴｂを含有している）が、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末と共に粉砕されるかまたは機械的に合金にされ、ＤｙまたはＴｂを多く含む表面を有する新しい粉末を作り出す。別の方法が、物理的気相成長法（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、ＤｙまたはＴｂ金属蒸気でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。第３の方法が、ＤｙもしくはＴｂ金属の非常に微細な金属粉末または溶媒と混合されたＦｅ−Ｄｙ合金もしくはＦｅ−Ｔｂ合金でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。
【００１５】
[0017]これらの方法を用いて、被覆厚さは、約１マイクロメータから約１００マイクロメータ、例えば約２マイクロメータから約１００マイクロメータ、または約５マイクロメータから約９０マイクロメータ、または約５マイクロメータから約８０マイクロメータ、または約５マイクロメータから約７０マイクロメータ、または約５マイクロメータから約６０マイクロメータ、または約１０マイクロメータから約５０マイクロメータとすることができる。
【００１６】
[0018]本粉末被覆法は、ＤｙまたはＴｂ平均濃度を低下させ、磁石内のＤｙまたはＴｂの分布を変更することを可能にする。磁石のＤｙまたはＴｂ平均濃度は、類似の高い磁石特性を有する従来の磁石の約６〜９重量％と比較して、約０．３から約６重量％、または約０．３から約５重量％、または約０．３から約４重量％、または約０．３から約３重量％の範囲内とすることができる。本被覆法は、約５から約８０重量％以上の高さの、ＤｙまたはＴｂ表面濃度および低いＤｙまたはＴｂ容積濃度（すなわち粒子の内側の）を有する粉末粒子を作り出す。所望であれば、Ｄｙおよび／またはＴｂは、粒子表面から粉末粒子内に意図的に添加されるかまたは部分的に拡散されることができると考えられる。但し、粒子の内側のＤｙおよび／またはＴｂ容積濃度は、Ｄｙおよび／またはＴｂ表面濃度より小さい。本被覆法は、特別なステップとして、粉末冶金法のための現在の準備に導入される。
【００１７】
[0019]所望に応じて、ＤｙまたはＴｂまたは両方が使用され得る。Ｔｂが含まれる場合、Ｄｙはそれほど必要ない。例えば、ＤｙとＴｂとの組合せは、約６重量％未満とすることができると考えられる。磁石特性を向上させる上で、Ｔｂは、Ｄｙより遥かに効果的であり得る。しかし、このことは、Ｔｂの著しく高い費用と比較検討されるべきである。所望であれば、最大約１：５のＤｙ：Ｔｂ比が用いられ得るが、最大約１：３の比が、費用検討に因りより一般的であると考えられる。
【００１８】
[0020]ＤｙまたはＴｂの濃度分布特徴は、磁石の種々の熱処理、特に焼きなまし工程により、操作されることが可能である。より長い時間またはより高い温度が、粒子表面において分布をより広くし、濃度をより小さくする。
【００１９】
[0021]磁石製造法は、１）溶融し、ストリップキャスティングするステップと、２）水素粉砕（水素化脱水素）するステップと、３）（窒素を用いて）微粉に粉砕するステップと、４）合金粉末を混合して化学組成を調整し、適宜ふるい分けするステップと、５）Ｄｙおよび／またはＴｂ−ｒｉｃｈ粉末でその粉末を被覆するステップと、６）適宜ふるい分けするステップとを含む。この後に、計量し、圧縮する（真空バギングする）ステップと、静水圧プレス成形するステップと、焼結し、熟成させる（例えば、真空で約１１００℃で約３０時間）ステップと、磁石片に機械加工するステップなどの、通常の粉末冶金法が続く。最後に、磁石は、（例えば、リン酸塩処理、無電解ニッケルめっき、エポキシ被覆等）表面処理される。
【００２０】
[0022]前述の３つの被覆方法が、より詳細に検討される。
[0023]機械的合金化は、高エネルギーボールミル内で粉末粒子の溶接、破砕、再溶接を繰り返すことを含む固体状態粉末の処理技術である。機械的合金化は、混合元素粉末またはプレアロイ粉から開始して、種々の平衡相および非平衡相を合成するのに使用され得る。合成された非平衡相は、過飽和固溶体と、準安定結晶相および準結晶相と、ナノ構造と、非晶質合金とを含む。
【００２１】
[0024]機械的合金化は、高エネルギーミルを使用して、冷間圧接に必要な塑性変形を促進し、工程所要時間を減少させる。機械的合金化は、使用されることになる元素合金粉末と母合金粉との混合を可能にする。合金または化合物の活性が純金属の場合より何桁も小さい可能性があることが既知であるため、母合金粉の使用により、元素の活性が低下する。機械的合金化は、微細な自然発火性粉末を生成しかつ粉末を汚染すると考えられる界面活性剤の使用を排除する。機械的合金化は、溶接と破砕との間の持続性相互作用に依存して、正常に生成された非常に微細な粉末に特有な微細な内部構造を有する粉末を生じるが、該粉末は、比較的粗くおよびしたがって安定的な外形粒径を有する。
【００２２】
[0025]機械的合金化法は、所望の割合で粉末を混合するステップで開始する。混合粉体が、粉砕媒体（例えば、鋼球）と共に、ボールミル内に装填される。次いで、粉末混合物が、所望の時間の間、粉砕される。機械的合金化法の重要な構成要素は、原料、ミル、およびプロセス変数である。パラメータは、ミルの種類と、粉砕容器と、粉砕速度（全般的に約５０から約４００ｒｐｍ、通常は約２５０ｒｐｍ）と、粉砕時間（全般的に約０．５から約１２時間）と、粉砕媒体（例えば、硬化鋼、ステンレス鋼等）の種類、大きさおよび大きさ分布と、ボール対粉末重量比（全般的に約１：１から約２２０：１まで、通常は約１０：１）と、ガラス製小型容器を満たす程度と、粉砕雰囲気（例えば、真空、窒素またはアルゴン）と、粉砕温度（全般的に室温から約２５０℃）とを含む。
【００２３】
[0026]機械的合金化に使用される原料は、１〜２００μｍの範囲内の粒径を有し得る。粉末粒径が時間と共に指数関数的に減少し、粉砕のほんの数分後に数ミクロンに達するため、粉砕ボールの大きさがより小さい必要があることを除いて、粉末粒径は重大でない。原料粉末は、純金属、母合金またはプレアロイ粉とすることができる。
【００２４】
[0027]様々な種類の高エネルギー粉砕機器が使用されて、機械的に合金化された粉末を生成することができる。それらは、その能力、粉砕効率性、および冷却、加熱等のための付加的装置で異なる。図１に示されている通り、従来のボールミル１０が、小さい鋼球２０で部分的に満たされている回転水平ドラム１５を含む。ドラム１５が回転すると、球２０は粉砕される金属粉末上に落下する。粉砕タンクまたは容器は、ステンレス鋼、もしくは内側を例えばアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等で被覆されたステンレス鋼で入手可能である。ボールミル１０は回転羽根車２５を含む。冷却液が、入口３０から出口３５までドラム１５の被覆物を通って流動し、粉砕中に粉末の温度を制御する。
【００２５】
[0028]別の方法が、物理的気相成長法（ＰＶＤ）を用いて、ＤｙまたはＴｂ金属でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。放電加工を基礎とする粒子銃およびスパッタリングを使用するＰＶＤ法が、図２〜図３に示されているが、所望であれば、他のＰＶＤ法が使用され得ると考えられる。「基板」が底部上に配置されることが可能である。基板は、基本的に、被覆されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末を含む容器である。所望であれば、容器内に混合器（図示せず）が存在して、粉末上での均一な被覆を確実するために粉末を攪拌することができる。
【００２６】
[0029]図２は、放電加工ＰＶＤ法を示す。固定電極ホルダ１００と可動電極ホルダ１０５とがある。固定電極ホルダ１００は、電源（図示せず）に接続されている。可動電極ホルダ１０５は、電源と機械的振動子（図示せず）に接続されている。固定電極ホルダ１００および可動電極ホルダ１０５は、電極１１０を有する。搬送ガス入口１１５が搬送ガスを導入する。処理ガス入口１２０が、処理ガスを搬送ガス中に導入する。被覆材料は、基板１３５に方向付けられる。
【００２７】
[0030]スパッタリングＰＶＤ被覆法が、図３に示されている。最上部に、底部上にある回転基板台１５５の方へ向けられた、２つのマグネトロンスパッタ源１５０がある。スパッタリングでは、プラズマ中での（窒素イオンなどの）高エネルギー粒子の衝突に起因して、ターゲット材（Ｄｙおよび／またはＴｂまたは合金）の表面から原子が放出される。放出された原子は、基板の表面上で凝結し、薄膜を作り出す。
【００２８】
[0031]第３の被覆方法は、溶媒と混合されたＤｙまたはＴｂ金属および／または合金の非常に微細な金属粉末でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ基本の粉末を被覆するステップを含む。高速噴流（約９．１から１８．３ｍ／秒）（約３０から約６０フィート／秒）が、旋回加速装置を用いて空気流または不活性ガスを加速することにより作られる。空気／ガス流の流速および圧力を調節することにより、普通は乱流が発生すると考えられるレイノルズ数で層流型が作られることが可能である。ガスは「被覆管」へ方向付けられる。旋回加速装置は、例えばＣｏｌｕｍｂｉａ、ＭＤ２１０４５に所在するＧＥＡ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｃ．から入手可能である。
【００２９】
[0032]図４に示されている通り、「下降流床」領域２００内にある被覆される粉末の貯蔵槽が、被覆管２０５を取り囲んでおり、底部から粉末床に進入する低速ガス流２１０により、空気がそっと送られ続けている。この領域には、少量の流動がある。湿潤接触区域２２５の下にある、入口流動化平板２２０と被覆管２０５の底部との間の間隙２１５により、粉末が高速ガス流に曝露されることが可能になる。粉末粒子が、この境界で捕捉され、ガス流により加速される。
【００３０】
[0033]ＤｙまたはＴｂ金属または合金を含有する被覆物の微細な噴霧２３０が、噴霧噴射口２３５により高速ガス流の底部内に導入される。被覆噴霧２３０は、固体粒子より速く移動しているので、接触が起こり、被覆物が堆積される。
【００３１】
[0034]境界層効果により、管の中心における高ガス速度から壁部におけるゼロまで速度勾配が生じる。この勾配により、全ての粒子表面が被覆噴霧に曝露されるように、粉末はガス流によりひっくり返される。被覆物が塗布されると、被覆された粒子は、被覆管を上方へ移動する。粒子速度は常時ガス速度より遅いので、ガスが常時粒子表面を越えて移動している。このガスの移動は、溶媒を蒸発させ、乾燥区域２４０内で被覆物を乾燥させる。粒子は、それが被覆管２０５の端部に到達する時までに、実質的に乾燥している。
【００３２】
[0035]管の端部で、粒子は高速ガス流から解放され、保持領域（図示せず）に落下して戻る。
[0036]「溶媒」または担体は、アルコール、塩素系溶剤、または産業上使用されている殆ど全ての他の溶剤とすることができる。実際の被覆時間は、被覆の薄層だけが各被覆で塗布されるように極めて短い。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末が繰り返し被覆されて、所望の被覆厚さが得られる。最終的な被覆厚さは、一般に、プロセスパラメータに応じて、数マイクロメータ以下、例えば約１０マイクロメータ未満、または約１から約１０マイクロメータ、または約２から約５マイクロメータである。通常の搬送速度は、約２０から約４０メートル／秒である。実際の湿潤乾燥工程が非常に短く、該工程を比較的制御し易くするため、いずれの所与の時間でも、システム内の粉末の殆どが乾燥している。迅速な被覆・乾燥周期はまた、粉末が溶媒により非常に短時間湿らされるだけであることを意味する。溶媒には、粒子の内部に侵入する機会が殆どない。このことは、溶媒／粉末反応が一般に問題でなく、通常は粉末と不適合であると見なされていると考えられる溶媒を使用することができる場合が多いことを意味する。
【００３３】
[0037]「好ましくは」、「一般的に」、および「通常」のような用語が、本明細書では、特許請求されている発明の範囲を限定するために、またはある特徴が特許請求されている発明の構造もしくは機能に対して重大で、必要不可欠で、もしくは重要でもあることを暗示するために使用されている訳ではないことに留意されたい。むしろ、これらの用語は、単に、本発明の特定の実施形態において使用されてもされなくてもよい、代替的特徴または付加的特徴を強調することを目的としている。
【００３４】
[0038]本発明を記載し明示する目的のために、用語「デバイス」が、構成要素が他の構成要素と組み合わされているかどうかに関わらず、構成要素の組合せおよび個々の構成要素を表すために本明細書に使用されていることに留意されたい。例えば、本発明による「デバイス」が、電気化学的転換組立体または燃料電池、本発明による電気化学的転換組立体を組み込んでいる車両等を含んでいてもよい。
【００３５】
[0039]本発明を記載し明示する目的のために、用語「実質的に」が、任意の定量比較、値、測定、または他の表現に起因する可能性がある固有の程度の不確実性を表すために本明細書に使用されていることに留意されたい。用語「実質的に」はまた、定量的表現が問題の主題の基本的機能に変化をもたらすことなく、定められた基準から変動する程度を表すために本明細書に使用されている。
【００３６】
[0040]本発明を詳細に、その特定の実施形態を参照することにより記載したが、添付の特許請求の範囲において定められた本発明の範囲から逸脱することなく、修正形態および変形形態が可能であることが明らかになるであろう。より具体的には、本発明のいくつかの態様が、好適または特に有利であるとして、本明細書において確認されているが、本発明は、必ずしも、本発明のこれら好適な態様に限定される訳ではないと考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を作製する方法であって、
所望の組成を有する第１の合金粉末を準備するステップであり、前記第１の合金粉末はネオジム、鉄およびホウ素を含有する、準備するステップと、
前記第１の合金粉末が、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度を超過しているジスプロシウム、テルビウムまたは両方の表面濃度を有するように、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆するステップと、
粉末冶金法を用いて、前記被覆された合金粉末から前記永久磁石を形成するステップであり、前記永久磁石はジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、形成するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の合金粉末を準備する前記ステップは、
ストリップを作製するためにネオジム、鉄およびホウ素を含有する合金を溶融し、ストリップキャスティングするステップと、
前記ストリップを水素粉砕するステップと
前記粉砕されたストリップを微粉に粉砕して、出発粉末を作製するステップと、
前記出発粉末を第２の合金粉末と混合して、前記第１の合金粉末を形成するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の合金粉末を被覆する前に、前記第１の合金粉末をふるい分けするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
粉末冶金法を用いて、前記被覆された合金粉末から前記磁石を形成する前記ステップは、
前記被覆された合金粉末を圧縮するステップと、
前記圧縮され被覆された合金粉末を静水圧プレス成形するステップと、
前記静水圧プレス成形された粉末を焼結し、熟成させて、前記永久磁石を形成するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記永久磁石を機械加工するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記被覆された合金粉末の前記表面濃度は、約５から約８０重量％のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記磁石の平均濃度が、約０．３から約６．０重量％のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の合金粉末上の前記被覆は、約１００マイクロメータ未満の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金と共に、前記第１の合金粉末を機械粉砕するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、物理的気相成長法を用いて、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金を堆積させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記物理的気相成長法は、放電加工物理的気相成長法またはスパッタリング物理的気相成長法である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、担体と混合されたジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記合金粉末を被覆するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の合金粉末は、旋回加速装置を使用して被覆される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記永久磁石を熱処理して、その中のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の前記非均一分布を変更するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
永久磁石を作製する方法であって、
ストリップを作製するために、ネオジム、鉄およびホウ素を含有する合金を溶融し、ストリップキャスティングするステップと、
前記ストリップを水素粉砕するステップと、
前記粉砕されたストリップを微粉に粉砕して、出発粉末を作製するステップと、
前記出発粉末を第２の合金粉末と混合して、所望の組成を有する第１の合金粉末を形成するステップであり、前記第１の合金粉末はネオジム、鉄およびホウ素を含有する、混合するステップと
前記第１の合金粉末がジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度を超過しているジスプロシウム、テルビウムまたは両方の表面濃度を有するように、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆するステップと、
粉末冶金法を用いて、前記被覆された合金粉末から前記永久磁石を形成するステップであり、前記永久磁石はジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、形成するステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記粉末冶金法を用いて、前記被覆された合金粉末から前記磁石を形成する前記ステップは、
前記被覆された合金粉末を圧縮するステップと、
前記圧縮され被覆された合金粉末を静水圧プレス成形するステップと、
前記静水圧プレス成形された粉末を焼結し、熟成させて、前記永久磁石を形成するステップと
前記永久磁石を機械加工するステップと
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金と共に、前記第１の合金粉末を機械粉砕するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、物理的気相成長法を用いて、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金を堆積させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記物理的気相成長法は、放電加工物理的気相成長法またはスパッタリング物理的気相成長法である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、旋回加速装置を使用して担体と混合されたジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記永久磁石を熱処理して、その中のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の前記非均一分布を変更するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
約０．３から約５重量％の範囲内のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の平均濃度と、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布とをその中に有する、ネオジム、鉄およびホウ素基本の磁石を含む永久磁石。
【請求項１】
永久磁石を作製する方法であって、
所望の組成を有する第１の合金粉末を準備するステップであり、前記第１の合金粉末はネオジム、鉄およびホウ素を含有する、準備するステップと、
前記第１の合金粉末が、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度を超過しているジスプロシウム、テルビウムまたは両方の表面濃度を有するように、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆するステップと、
粉末冶金法を用いて、前記被覆された合金粉末から前記永久磁石を形成するステップであり、前記永久磁石はジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、形成するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の合金粉末を準備する前記ステップは、
ストリップを作製するためにネオジム、鉄およびホウ素を含有する合金を溶融し、ストリップキャスティングするステップと、
前記ストリップを水素粉砕するステップと
前記粉砕されたストリップを微粉に粉砕して、出発粉末を作製するステップと、
前記出発粉末を第２の合金粉末と混合して、前記第１の合金粉末を形成するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の合金粉末を被覆する前に、前記第１の合金粉末をふるい分けするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
粉末冶金法を用いて、前記被覆された合金粉末から前記磁石を形成する前記ステップは、
前記被覆された合金粉末を圧縮するステップと、
前記圧縮され被覆された合金粉末を静水圧プレス成形するステップと、
前記静水圧プレス成形された粉末を焼結し、熟成させて、前記永久磁石を形成するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記永久磁石を機械加工するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記被覆された合金粉末の前記表面濃度は、約５から約８０重量％のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記磁石の平均濃度が、約０．３から約６．０重量％のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の合金粉末上の前記被覆は、約１００マイクロメータ未満の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金と共に、前記第１の合金粉末を機械粉砕するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、物理的気相成長法を用いて、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金を堆積させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記物理的気相成長法は、放電加工物理的気相成長法またはスパッタリング物理的気相成長法である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、担体と混合されたジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記合金粉末を被覆するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の合金粉末は、旋回加速装置を使用して被覆される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記永久磁石を熱処理して、その中のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の前記非均一分布を変更するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
永久磁石を作製する方法であって、
ストリップを作製するために、ネオジム、鉄およびホウ素を含有する合金を溶融し、ストリップキャスティングするステップと、
前記ストリップを水素粉砕するステップと、
前記粉砕されたストリップを微粉に粉砕して、出発粉末を作製するステップと、
前記出発粉末を第２の合金粉末と混合して、所望の組成を有する第１の合金粉末を形成するステップであり、前記第１の合金粉末はネオジム、鉄およびホウ素を含有する、混合するステップと
前記第１の合金粉末がジスプロシウム、テルビウムまたは両方の容積濃度を超過しているジスプロシウム、テルビウムまたは両方の表面濃度を有するように、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆するステップと、
粉末冶金法を用いて、前記被覆された合金粉末から前記永久磁石を形成するステップであり、前記永久磁石はジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布をその中に有する、形成するステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記粉末冶金法を用いて、前記被覆された合金粉末から前記磁石を形成する前記ステップは、
前記被覆された合金粉末を圧縮するステップと、
前記圧縮され被覆された合金粉末を静水圧プレス成形するステップと、
前記静水圧プレス成形された粉末を焼結し、熟成させて、前記永久磁石を形成するステップと
前記永久磁石を機械加工するステップと
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金と共に、前記第１の合金粉末を機械粉砕するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、物理的気相成長法を用いて、ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金を堆積させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記物理的気相成長法は、放電加工物理的気相成長法またはスパッタリング物理的気相成長法である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆する前記ステップは、旋回加速装置を使用して担体と混合されたジスプロシウム、ジスプロシウム合金、テルビウムまたはテルビウム合金で前記第１の合金粉末を被覆するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記永久磁石を熱処理して、その中のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の前記非均一分布を変更するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
約０．３から約５重量％の範囲内のジスプロシウム、テルビウムまたは両方の平均濃度と、ジスプロシウム、テルビウムまたは両方の非均一分布とをその中に有する、ネオジム、鉄およびホウ素基本の磁石を含む永久磁石。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５１４４２（Ｐ２０１２−１５１４４２Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２４５６４４（Ｐ２０１１−２４５６４４）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（５１１０９５９８６）ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５６４４（Ｐ２０１１−２４５６４４）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（５１１０９５９８６）ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー (14)
【Ｆターム（参考）】
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