JPH02247307A - Ｎｄ合金フレーク製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルゴンガス等の不活性雰囲気内でＮｄ合金
溶湯を冷却ドラムの外周面に供給し、急冷・凝固によっ
てＮｄ合金フレークを製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

溶融金属を急冷凝固して金属薄帯を製造する方法は、非
晶質合金の開発を契機として利点が注目され、新しい材
料の開発のための手段として脚光を浴びている。この急
冷凝固法による金属薄帯の製造技術は、高温の溶融物質
を高速回転している冷却ドラムの外周面に吹き付けて急
冷し、非晶質或いはそれに近い結晶質の材料を製造する
ものである。この技術によるとき、機械加工が困難な、
たとえば冷間圧延が不可能な材料の薄帯を溶融金属から
直接的に得ることができる。また、通常の冷却手段では
不可能な高温相の非晶質化を室温で実現することができ
る。

他方、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を急冷凝固法に゛よっ
て製造する技術として、特開昭５７−２１０９３４号公
報、特開昭６０−９８５２号公報等で紹介された方法が
ある。また、同様な方法が、大学、企業等の研究成果と
して多数報告されている。しかし、従来の技術は、いず
れも少量の合金を石英坩堝中で溶解し、急冷凝固させる
実験室規模のものである。

そこで、本発明者等は、第５図に示す設備構成をもった
装置を開発し、注湯容器に関する提案を特願昭６３−３
３３２８９号で行った。この装置においては、装置本体
３１の内部を溶解室３２とフレーク化室３３とに区分し
、それぞれを真空排気装置３４に接続している。溶解室
３２には、高周波コイル３５を備えた溶解容器３６が傾
動可能に配置されている。

溶解室３２とフレーク化室３３とを仕切る仕切り壁３７
にはベローズ３８が装着されており、このベローズ３８
に漏斗３９及び注湯容器４０が取り付けられる。

注湯容器４０の下端には噴射ノズル４１が設けられてお
り、注湯容器４０本体及び噴射ノズル４１それぞれを所
定温度に保持するための高周波コイル４２が周囲に配置
されている。なお、高周波コイル４２による注湯容器４
０の加熱を効率良く行うため、注湯容器４０と高周波コ
イル４２との間に黒鉛ブロック４３が介在されている。

また、黒鉛ブロック４３と高周波コイル４２との間に外
坩堝４５を配置して、注湯容器４０を支持する。

溶解容器３６で所定量のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金原料を溶
解した後、溶解容器３６を傾動させることによって、Ｎ
ｄ合金の溶７１ｈ４４を溶解容器３６から漏斗３９を介
して注湯容器４０に移し替える。なお、溶解室３２の内
部は、溶解室扉４６の開閉によって開放又は封止される
。

注湯容器４０に供給された溶！４４は、注湯容器４０底
部にある噴射ノズル４１から冷却ドラム４７の外周面に
吹き付けられる。溶湯４４は、冷却ドラム４７の外周面
上でパドル４８を形成し、冷却ドラム４７を介した抜熱
によってフレーク４９として飛翔する。このフレーク４
９が、ダクト５０を経てフレーク室５１に集められる。

なお、冷却ドラム４７による溶８４４の冷却を均一に行
うため、バドル４８形成位置の上流側に研暦ロール５２
及びブラシロール５３を設けている。

フレーク室５１に集められたフレーク４９は、粒鉄を除
去した後、所定のサイズに粉砕されて、磁石材料となる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

このフレーク製造装置において、所定の結晶組織をもつ
フレーク４９を製造するために、冷却ドラム４７の外周
面上でパドル４８を安定に維持し、Ｎｄ合金溶湯の冷却
条件を一定にすることが必要である。したがって、注湯
容器４０の下部に設けられた噴射ノズル４１から流出す
るＮｄ合金溶湯流を、定の太さをもつ整流状書で冷却ド
ラム４７の外周面に供給することが要求される。

ところが、溶湯流に含まれているＮｄ　は、酸素に対す
る親和力が極めて大きく、噴射ノズル４１の噴射口、噴
射ノズル４１から冷却ドラム４７に至る過程、冷却ドラ
ム４１ｒの外周面等において酸化され易い。このような
酸化が発生すると、冷却ドラム４７に対する溶湯の供給
か不均一となる。或いは、酸化物が冷却ドラム喀７とパ
ドル４８との間で断熱材として働き、冷却ドラム１了の
抜熱能力を局部的に低下させる。このＮｄ合金溶湯の酸
化を防止するため、アルゴン等の、Ｆ、活性雰囲気で置
換した減圧雰囲気でフレーク製造装置を行っている。

しかし、従来の雰囲気制御は、−船釣な金属溶湯に対す
る酸化防止を恨拠としたものであり、Ｎｄ合金特有の現
象を考慮に入れたものではない。そのため、噴射ノズル
４１から冷却ドラム４７に噴出されるＮｄ合金溶湯の酸
化を完全に防止するには至っていない。その結果、依然
として溶湯流が不安定になることが避けられず、また生
成した酸化物が冷却ドラム４７の外周面で冷却条件に悪
影響を及ぼすものとなっている。

そこで、本発明は、Ｎｄ合金の特性を考慮に入れて雰囲
気圧及び酸素分圧を調整することによって、Ｎｄ合金の
酸化を抑制し、均一で安定した条件下でＮｄ合金の溶湯
流を冷却ドラム外周面に供給し、優れた品質のＮｄ合金
フレークを製造することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、その目的を達成するために、冷却ドラムの外
周面に噴射ノズルからＮｄ合金溶湯を噴射させて急冷・
凝固してフレークを製造する際、少なくとも前記Ｎｄ合
金の溶湯流及び前記冷却ドラムが接する雰囲気を共に減
圧された不活性雰囲気とし、更に該雰囲気の雰囲気圧を
Ｐ１酸素分圧をＰＯ□とすると、Ｐ＝０．５〜０．０５
気圧、　　Ｐｏ、≦・１，２ＸＩＯ−’気圧（好ましく
は、Ｐａ、≦９．　ＯＸ　１０−’気圧）。

ｐｏ、≦（２６，３Ｐ−１，０）　Ｘ　１０−’　（好
ましくは、Ｐｏ、≦（１９，５Ｐ　−０，７５）　ｘ　
１０−’）　の関係を維持することを特徴とする。

〔作用〕

Ｎｄ合金の溶湯流が冷却ドラムの外周面に送られて、そ
二で急冷・凝固してフレークとなる過程を、アルゴン等
の不活性ガスで置換された減圧雰囲気で行うとき、Ｎｄ
合金溶湯が酸化される割合は少なくなる。また、作業雰
囲気の減圧により、冷却ドラム外周面に形成されるパド
ルと冷却ドラムとの間に、エアポケットの原因となる雰
囲気ガスが巻き込まれることも少なくなる。このような
ことから、雰囲気圧Ｐを０．５〜０．０５気圧に維持し
ている。この雰囲気圧Ｐが０．５気圧を超えると、溶湯
の酸化やガス巻込みが見られる。逆に、０．０５気圧よ
り減圧にすることは、設備構成や作業性等の面から問題
がある。更に、アルゴンガスに含まれる微量酸素、耐火
物等の設ｍａ材から放出される微量の酸素に起因した酸
素分圧を、噴射流に酸化被膜の出ない範囲に抑えること
が困難になる。

しかし、雰囲気圧Ｐを単に０．５〜０．０５気圧の範囲
に維持しただけでは、依然としてＮｄ合金溶湯の酸化を
防止することができない。本発明者などの研究によると
、この減圧雰囲気下での酸化は、酸素親和力の大きなＮ
ｄ合金に特有の問題であることを突き止めた。

第６図は、この減圧雰囲気下における酸化状態を説明す
るための図である。噴射ノズル４１から噴射されたＮｄ
合金溶湯４４は、噴射流５４となって冷却ドラム４７の
外周面に達する。このとき、噴射流５４の周囲に鞘状の
酸化被膜５５が形成されることがある。鞘状の酸化被膜
５５が形成されると、その内部を流下する噴射流５４の
流通抵抗が増大し、しかもＮｄ合金溶湯が粘性の高いこ
とと相俟って、噴射流５４の流量や太さが減少し、正常
なパドルは形成されない。また、鞘状の酸化被膜５５が
更に成長し、極端な場合には冷却ドラム４７の外周面に
達することもあり、パドルが全く形成されないことにな
り、健全なフレークができない。

また、冷却ドラム４７の外周面に達しないまでも噴射流
５４の流動エネルギーによって鞘状の酸化被膜５５の一
部が分離され、Ｎｄ合金溶湯と共に冷却ドラム４７の外
周面に送り込まれることもある。そして、分離された酸
化被膜の一部は、パドル４８と冷却ドラム４７との間に
侵入し、冷却ドラム４７による抜熱能力を低下させる。

この酸化被膜の侵入によって、冷却ドラム４７外周面に
おける冷却条件が不規則に乱されるため、一定した品質
のフレークが得られなくなる。

このような鞘状の酸化被膜５５が形成される原因を、本
発明者などは、次のように推察した。すなわち、噴射流
５４の周囲が減圧の雰囲気圧Ｐとなっているので、Ｎｄ
合金溶湯は蒸発し易い状態にある。この蒸発は、雰囲気
圧Ｐが真空に近くなるほど活発に行われ、噴射流５４０
表面が活性な状態になる。しかも、Ｎｄ　は、酸素親和
力が極めて大きなため、雰囲気中にある酸素と優先的に
反応し、蒸発直後に酸化物となり、噴射流５４の周囲に
残留する。この傾向は、たとえば坩堝等にＮｄ合金溶湯
を保持している場合と比較して、噴射流５４の表面積が
格段に大きなため、Ｎｄ　と酸素との反応の機会が増大
していることも原因の一つである。また、次から次にＮ
ｄ合金溶湯の新生面が形成されるので、反応に与かるＮ
ｄ合金溶湯の量も大きなものである。その結果、図示す
るような鞘状の酸化被膜５５が形成されると推察した。

そこで、この推察を基１ご、鞘状の酸化被膜５５の形成
を抑制するため、雰囲気ガス中に不純物として含まれる
酸素の分圧Ｐ〜と雰囲気圧Ｐとの関係を調べた。その結
果、酸化被膜形成の有無に関して、両者の間に、第１図
に示す関係が成立していることを解明した。すなわち、
酸素分圧Ｐｏ、が−定であっても、雰囲気圧Ｉ）の如何
によって噴射流５４の周囲に鞘状の酸化被膜５５が形成
される場合と形成されない場合とがある。また、雰囲気
圧Ｐが一定であっても、酸素分圧ＰＯ２が高い場合には
酸化被膜が形成され易く、低い場合には酸化被膜の形成
が見られない。そして、この酸化被膜形成の有無は、Ｐ
ｏ、≦（２６，３Ｐ　、−１，０）　Ｘ　１０−”、好
ましくはＰＯ２≦（１，９，５Ｐ　−０，７５＞　ｘ　
１０”を境として明確に分けられることを突き止めた。

ナオ、Ｗ！素分圧Ｐａ２Ｉｔ、独自テモ１．２８１０−
’気圧以下、好ましくは９．０ＸｌＯ−＠以下に維持す
ることが必要である。本来の減圧操業の目的は、エアポ
ケットの生成を抑え、均一な冷却の良いフレークを作る
ことにある。しかし、第３図及び第４図に示すように、
フレーク化室の雰囲気圧を下げるにつれて、粗大粒面積
割合が減少し、フレークの磁気特性値が向上する。ここ
で、磁気特性値は、比重６．０のボンド磁石で（ＢＨ）
、、、≧１０　Ｍ　Ｇ　Ｏｅが第１の目標であるが、≧
９．ＯＭＧＯｅでも大きな問題はなく使用可能である。

ここで、雰囲気圧が０．５気圧以下であれば、第３図か
ら約９．０ＭＧＯｅのボンド磁石の製造が可能であるこ
とが判る。この雰囲気圧が０．５気圧のとき、噴射流に
酸化被膜が発生しない条件は、第１図及び第２図から、
Ｐ０２≦（２６，３Ｐ　−１，０）　ｘ、ＩＯ−’好ま
しくはＰｏ、≦（１９，５Ｐ　−０，７５）　ｘ　１０
〜６であり、それぞれの酸素分圧は、単独でもＰｏ、≦
１．２　Ｘ　１０−’気圧、好ましくはＰｏ２≦９．　
ＯＸ　１０−’気圧となる。

このような知見に基づき、雰囲気圧Ｐ及び酸素分圧Ｐｏ
、を制御しながら、Ｎｄ合金溶湯を冷却ドラムの外周面
に供給して急冷・凝固し、フレークを製造するとき、鞘
状の酸化被膜５５の形成が認められず、噴射流５４の流
量及び太さが安定した。その結果、冷却ドラム４７の外
周面における冷却条件が安定し、得られたフレークの品
質が一定したものとなる。

なお、噴射流に悪影響を与えるものとしては、酸素分圧
ＰＯ２の外に水蒸気圧がある。この水蒸気は、噴射ノズ
ル４１加熱用のコイル４２を保持しているコイルセメン
トや注湯容器４０等に含まれている水分が蒸発して発生
するものである。そこで、これら機器の予備乾燥を充分
に行っておくことが好ましい。

〔実施例〕

温度１４３０℃に加熱したＮｄ合金（Ｎｄ　１２原子％
。

Ｃｏ５原子％、Ｂ６６原子、ＳｉＯ，３原子％、　　Ａ
ｌ０９３原子％、　　Ｆｅバランス量）溶湯を、第５図
に示した装置を使用して噴射ノズル４１から冷却ドラム
４７に供給した。このとき、冷却ドラム４７が配置され
ているフレーク化室３３を減圧の雰囲気圧Ｐに維持した
。また、それぞれの雰囲気圧Ｐにおける酸素分圧ＰＯ□
を種々変更し、酸化被膜の発生状況を調べた。その結果
を、第２！！Ｉに示す。第２図から明らかなように、雰
囲気圧Ｐを低くするほど、酸素分圧Ｐａ、を低下させる
ことが、酸化被膜形成を防止する上で必要なことが判る
。

この雰囲気の下でＮｄ合金溶湯４４を急冷・凝固して製
造したフレーク４９を、樹脂ボンドによって比重６．０
　ｋｇ　／　ｃｄの磁石に成形した。得られた磁石の最
大エネルギー積（ＢＨ）、、、を測定したところ、第３
図に示すように雰囲気条件により磁石の磁気特性が変わ
っていることが判明した。すなわち、酸化被膜形成領域
にある雰囲気圧Ｐ及び酸素分圧Ｐｏ２の下で製造された
フレークから得られた磁石に比較して、酸化被膜を形成
しない雰囲気条件下で！ｉ！遺されたフレークから得ら
れた磁石は、格段に最大エネルギー積（Ｂ　Ｈ）、、、
が高いことを示している。

また、冷却ドラム４７の外周面で形成したフレークを観
察したところ、第４図に示すように雰囲気圧Ｐの如何に
よって、高い磁気特性を発現しない粗大粒の割合が大き
く変わっている。なお、第４図における粗大粒は、エア
ポケットの上部で生成する粗大な凝固組織をいい、結晶
の大きさではなく、凝固組織の大きさを示す。この粗大
粒は、フレークのフリー面を拡大写真にとった場合に白
色に現れるので、この写真から粗大粒の面積割合を知る
ことができる。この粗大粒部分では測定の結果、保磁力
が他の微細組織部に比較して大きく劣っていることが判
明した。

そのため、優れた磁気特性をもつ磁石を製造する場合、
この粗大粒は磁石用材料から除去されるため、歩留りの
低下を来す。これに対し、本発明で規定した条件下で雰
囲気圧Ｐを低減させてフレークを製造した場合には、粗
大粒の占める割合が大幅に低下しており、製造されたフ
レークを９０％以上の高い歩留りで磁石用材料に使用す
ることができた。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、酸素分圧Ｐ
Ｏ□を雰囲気圧Ｐとの関連に勿いて制御した雰囲気下で
Ｎｄ合金溶湯からフレークを製造することによって、酸
素親和力の大きなＮｄが雰囲気中に僅かに存在する酸素
と反応することをも抑制している。そのため、噴射ノズ
ルから噴出されたＮｄ合金溶湯は、酸化被膜を生じるこ
となく冷却ドラムの外周面に供給され、安定した冷却条
件下で急冷・凝固してフレークとなる。したがって得ら
れたフレークの品質が安定すると共に、必要とする磁気
特性をもつ磁石を製造するために使用されるフレークの
歩留りも向上する。また、Ｎｄ合金の溶湯流も安定した
流れとなるので、ノズル閉塞等のトラブルが発生するこ
となく、作業性も良好なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化被膜形成に影響を及ぼす雰囲気圧Ｐ及び酸
素分圧ＰＯ２の関係を示し、第２図〜第４図は本発明の
効果を具体的に表したグラフ、第５図はＮｄ合金フレー
ク製造設備の全体構造を示し、第６図はフレーク製造時
の問題を説明するための図である。 ４１：噴射ノズル　　　　　４４：　Ｎｄ合金溶湯４７
：冷却ドラム　　　　　４８：パドル４嵯フレーク　　
　　　　５４：噴射流５５：鞘状の酸化被膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　冷却ドラムの外周面に噴射ノズルからＮｄ合金溶湯
   を噴射させて急冷・凝固してフレークを製造する際、少
   なくとも前記Ｎｄ合金の溶湯流及び前記冷却ドラムが接
   する雰囲気を共に減圧された不活性雰囲気とし、更に該
   雰囲気の雰囲気圧をＰ、酸素分圧をＰｏ＿２とするとき
   、Ｐ＝０．５〜０．０５気圧、Ｐｏ＿２≦１．２×１０
   ＾−＾５気圧、Ｐｏ＿２≦（２６．３Ｐ−１．０）×１
   ０＾−６の関係を維持することを特徴とするＮｄ合金フ
   レーク製造方法。