[实用新型]R-T-B系稀土类合金的制造装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于制造适合在永磁铁等中使用的R-T-B系稀土合金的制造装置，特别是，涉及一种能够提高铸造时的冷却效率且能够实现稳定操作的R-T-B系稀土类合金的制造装置。

背景技术

以往，作为由即使在永磁铁中也具有最大磁能积的R-T-B系稀土类合金构成的磁铁，由于其高特性，因此适合在HD(硬盘驱动器)、MRI(核磁共振成像)、各种电动机等各领域中应用。将由这种R-T-B系稀土类合金构成的磁铁组装入转子而成的电动机能够发挥高能量效率。因此，由于近年来除了对节能的要求不断提高之外，R-T-B系稀土类合金的耐热性也得到改善，导致应用于家电、空调、汽车等的各种电动机中的R-T-B系稀土类合金磁铁的使用量不断增大。

一般来说，由于R-T-B系稀土类合金的主要成分为Nd、Fe、B，因此总称为Nd-Fe-B系或R-T-B系稀土类合金，将这种合金加工成形并进行烧结后，通过将其磁化就能够得到磁铁。这里，通常来说，R-T-B系稀土类合金中的R是以将Nd的一部分用Pr、Dy、Tb等的其它稀土类元素置换后得到的物质为主，且是包含Y的稀土类元素中的至少一种。并且，T是将Fe的一部分用Co、Ni等其它的过渡元素置换后得到的物质。并且，B是硼，能够将其一部分用C或N置换。另外，也可以将作为添加元素的Cu、Al、Ti、V、Cr、Ga、Mn、Nb、Ta、Mo、W、Ca、Sn、Zr、Hf等中的一种、或多种的组合添加入R-T-B系稀土类合金中。

构成R-T-B系稀土类磁铁的R-T-B系稀土类合金是这样一种合金，即，将有利于磁化作用的作为强磁性相的R2T14B作为主相，并且共存有非磁性的、稀土类元素浓缩后而得的低熔点的富R相。由于R-T-B稀土类合金是活性金属，因此一般在真空或氩等惰性气体中进行熔解、铸造。此外，为了采用粉末冶金法由铸造后的R-T-B稀土类合金块制造烧结磁铁，通常需要将合金块粉碎至约3μm(FSSS：使用费氏微粒测量仪进行的测定)的合金粉末后在磁场中冲压成形，并在烧结炉中以约1000～1100℃的高温进行烧结，然后，根据需要进行热处理、机械加工，并且为了提高耐腐蚀性而进行镀层处理，从而形成烧结磁铁(永磁铁)。

在由R-T-B系稀土类合金构成的烧结磁铁中，富R相具有下述重要的作用：

1)熔点低，烧结时呈液相，有利于磁铁的高密度化，因此有利于提高磁化程度。

2)消除晶界的凹凸，使反磁区的成核点(nucleation site)减少，提高矫顽力。

3)使主相磁绝缘，增大矫顽力。

因而，如果成形后的磁铁中的富R相的分散状态差，则会导致局部烧结不良、磁性降低，因此富R相均匀分散在成形后的磁铁中是很重要的。另外，作为原料的R-T-B系稀土类合金的组织对R-T-B系烧结磁铁的富R相的分布有很大影响。

并且，在R-T-B系合金的铸造中产生的另一个问题在于，在铸造后的合金中生成有α-Fe。α-Fe具有形变能力，其不会被粉碎，而是残存于粉碎机中，从而不仅使粉碎合金时的粉碎效率降低，并且也会对粉碎前后的组成变化、粒度分布产生影响。因此，在以往的合金中，根据需要进行在高温下长时间的均质化处理，从而去除α-Fe。但是，由于α-Fe是作为包晶核存在的，为了去除该α-Fe需要长时间的固相扩散，厚度为几cm的铸锭且稀土类含量为33％以下的情况下，事实上是不可能去除α-Fe的。

为了解决在R-T-B稀土类合金中生成α-Fe的问题，开发出了一种在更快的冷却速度下铸造合金块的速凝铸造(stripcast)法(也称为SC法)，并且该方法在实际工序中已经被使用。该SC法是这样一种方法，即，使熔液在内部经过水冷后的铜制的冷却辊上流动并将其铸造成约0.1～1mm的薄片，从而使合金骤冷凝固(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利第3449166号公报

近年来，随着磁铁的特性提高，人们谋求R-T-B系稀土类合金的高性能化，使用SC法铸造的R-T-B系稀土类合金的需求不断提高。

但是，在以往的SC法中，存在以下问题：在其装置的构造上，由于在冷却辊内部难以对上部侧供给冷却水，旋转的冷却辊表面的辊上部侧不能发挥规定的冷却性能。这样，冷却辊表面的冷却不均匀的情况下，尤其是，由于冷却辊的上部侧位置的熔液的冷却不完全，导致在该部分的合金熔液中的抑制α-Fe的生成存在极限，从而难以实现优异的磁特性。并且，冷却辊的冷却性能不足会使冷却辊的温度上升，有可能使轴承等机械零件损伤，从而不能安全操作。另外，铜制的辊主体处于高温会导致使其寿命变短。

发明内容