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特表2022-520091ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性及び耐食性を改善する方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-28
(54)【発明の名称】ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性及び耐食性を改善する方法
(51)【国際特許分類】
C23C 14/14 20060101AFI20220318BHJP
C23C 14/58 20060101ALI20220318BHJP
C22C 21/00 20060101ALI20220318BHJP
C22C 27/06 20060101ALI20220318BHJP
H01F 41/02 20060101ALI20220318BHJP
H01F 1/057 20060101ALI20220318BHJP
【ＦＩ】
C23C14/14 D
C23C14/14 B
C23C14/58 A
C22C21/00 N
C22C27/06
H01F41/02 G
H01F1/057 170
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021547213
(86)(22)【出願日】2020-10-28
(85)【翻訳文提出日】2021-08-12
(86)【国際出願番号】 CN2020124223
(87)【国際公開番号】W WO2021083166
(87)【国際公開日】2021-05-06
(31)【優先権主張番号】201911029280.8
(32)【優先日】2019-10-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512000569
【氏名又は名称】華南理工大学
(74)【代理人】
【識別番号】100130111
【弁理士】
【氏名又は名称】新保 斉
(72)【発明者】
【氏名】劉 仲武
(72)【発明者】
【氏名】何 家毅
(72)【発明者】
【氏名】邱 万奇
(72)【発明者】
【氏名】余 紅雅
(72)【発明者】
【氏名】鐘 喜春
【テーマコード（参考）】
4K029
5E040
5E062
【Ｆターム（参考）】
4K029AA02
4K029BA23
4K029BC01
4K029BC02
4K029BC06
4K029CA05
4K029CA13
4K029DC04
4K029DC34
4K029DC39
4K029EA03
4K029EA08
4K029EA09
4K029FA04
4K029FA05
4K029GA01
5E040AA04
5E040BD01
5E040CA01
5E040HB14
5E040NN05
5E040NN17
5E062CD04
5E062CG02
5E062CG07
(57)【要約】
【課題】ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐腐食性を改善する方法を提供する。
【解決手段】本発明は、ネオジム鉄ホウ素永久磁石の製造の技術分野に属し、ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐腐食性を改善する方法を開示する。Ａｌ－Ｃｒ合金をターゲット材料として、ネオジム鉄ホウ素磁石基材の表面にマグネトロンスパッタリングによりＡｌ－Ｃｒ合金層を製造し、大気雰囲気で拡散熱処理を行う。本発明によって得られたＡｌ－Ｃｒコーティングは、拡散熱処理プロセス後にネオジム鉄ホウ素磁石の磁気特性、特に保磁力を効果的に改善することができる。同時に、前記Ａｌ－Ｃｒ金属／酸化物コーティングは、純粋なＡｌコーティングよりも優れた金属光沢、高い硬度と耐摩耗性、および優れた耐擦傷性を備え、優れた耐食性も備えている。空気中での拡散熱処理により、熱処理装置への要件が削減され、製造コストが低くなる。
【選択図】図５
【解決手段】本発明は、ネオジム鉄ホウ素永久磁石の製造の技術分野に属し、ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐腐食性を改善する方法を開示する。Ａｌ－Ｃｒ合金をターゲット材料として、ネオジム鉄ホウ素磁石基材の表面にマグネトロンスパッタリングによりＡｌ－Ｃｒ合金層を製造し、大気雰囲気で拡散熱処理を行う。本発明によって得られたＡｌ－Ｃｒコーティングは、拡散熱処理プロセス後にネオジム鉄ホウ素磁石の磁気特性、特に保磁力を効果的に改善することができる。同時に、前記Ａｌ－Ｃｒ金属／酸化物コーティングは、純粋なＡｌコーティングよりも優れた金属光沢、高い硬度と耐摩耗性、および優れた耐擦傷性を備え、優れた耐食性も備えている。空気中での拡散熱処理により、熱処理装置への要件が削減され、製造コストが低くなる。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ａｌ－Ｃｒ合金をターゲット材料として、ネオジム鉄ホウ素磁石基材の表面にマグネトロンスパッタリングによりＡｌ－Ｃｒ合金層を製造し、大気雰囲気で拡散熱処理を行うステップを含むことを特徴とするネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項2】
前記Ａｌ－Ｃｒ合金ターゲット材料中のＡｌ含有量は４０～８５ｗｔ．％、Ｃｒ含有量は１５～６０ｗｔ．％であることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項3】
前記ネオジム鉄ホウ素磁石には、焼結ネオジム鉄ホウ素磁石、ホットプレスされたネオジム鉄ホウ素磁石、または熱変形したネオジム鉄ホウ素磁石が含まれることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項4】
前記ネオジム鉄ホウ素磁石はＮ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石であることを特徴とする請求項１または３に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項5】
前記マグネトロンスパッタリングは、０．５～１．０Ｐａの圧力のＡｒ雰囲気下で実行されることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項6】
前記マグネトロンスパッタリングの温度は２０～１００℃であることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項7】
前記マグネトロンスパッタリングの出力密度は５．５～６．５Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項8】
前記マグネトロンスパッタリングの基材バイアスは０～－３００Ｖ、マグネトロンスパッタリングのスパッタリング時間は３０～１５０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１及び請求項５～７のいずれか一項に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項9】
前記Ａｌ－Ｃｒ合金層の厚さは６μmであることを特徴とする請求項８に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項10】
前記マグネトロンスパッタリングの前には、ネオジム鉄ホウ素磁石基材を、１ＰａのＡｒガス圧力と－８００～－１０００Ｖの負バイアスの下で１０～２０分間スパッタリングし洗浄することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項11】
前記拡散熱処理の温度は３５０～６５０℃、温度保持時間は１～５時間であることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項12】
前記拡散熱処理の加熱速度は１５～２５℃／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は２０１９年１０月２８日に中国特許庁に提出され、出願番号２０１９１１０２９２８０．８、発明の名称「ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性及び耐食性を改善する方法」の中国特許出願の優先権を要求し、その内容全体が参照により本出願に組み込まれている。
【0002】
本発明は、ネオジム鉄ホウ素永久磁石の製造の技術分野に属し、具体的には、ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性及び耐腐食性を改善する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
ネオジム鉄ホウ素希土類永久磁石材料は、その優れた磁気特性により、コンピューター、航空宇宙、新エネルギー、インテリジェント通信等の分野で広く使用されている。ネオジム鉄ホウ素磁石はコストパフォーマンスが高く、サイズが小さく、磁気エネルギー積が大きい。市販の焼結ネオジム鉄ホウ素の成形プロセスには、組成設計、製錬、破砕、粉末粉砕、配向圧縮成形、焼結、焼き戻し、機械加工、表面処理等が含まれる。
【0004】
ネオジム鉄ホウ素永久磁石モーターのサービスプロセスでは、高温多湿などの過酷な作業条件に適応するために、ネオジム鉄ホウ素磁石は高い保磁力と優れた耐食性を備えていることが要求される。しかしながら、市販の焼結ネオジム鉄ホウ素磁石の焼結プロセスでは、主相（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）の近くで三角形の粒界に集まったバルクネオジムリッチ相を生成しやすいため、保磁力の高い磁石の生成には役立たない。この問題は、その後の焼結後の焼戻し熱処理プロセスまたは粒界拡散プロセスによって磁石の組織を調整および最適化することができるが、工業生産では、ネオジム鉄ホウ素磁石の熱処理は、ほとんどが真空または不活性ガスの保護下で行われるため、熱処理装置への要件が高くなり、製造コストが増加する。従来の希土類粒界拡散プロセスは磁石の保磁力を効果的に向上させることができるが、拡散に使用される希土類は高価であるため、製造コストが高くなる。さらに、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）などの希土類元素を添加すると、ネオジム鉄ホウ素磁石の残留磁気が大幅に低下するため、磁気エネルギー積が減少することとなる。
【0005】
さらに、市販の焼結ネオジム鉄ホウ素磁石は多相構造であり、表面に多くの空洞があるため、外部媒体と相互作用して腐食を引き起こしやすく、磁気特性が大幅に低下することとなる。ネオジム鉄ホウ素磁石の耐食性が悪いという問題に対して、一般的で効果的な方法は、磁石の耐食性を改善するために化学的または物理的方法によって磁石の表面に耐食性金属コーティングを堆積することである。従来のニッケル／銅／ニッケル（Ｎｉ－Ｃｕ－Ｎｉ）および亜鉛（Ｚｎ）電気めっきプロセスは成熟しているが、環境を汚染し、持続可能なグリーン開発の概念に沿っていない。近年、ネオジム鉄ホウ素磁石の表面に純粋なＡｌコーティングを堆積させるために、真空蒸着やアークイオンプレーティングなどの蒸着法が使用されている。従来の電気めっき法と比較して、物理蒸着法（ＰＶＤ）は環境にやさしいという大きな利点があり、成膜の均一性と良好な形状安定性を保証できるが、ＰＶＤ法で製造したＡｌコーティングは硬度が低く（わずか１～２ＧＰａ）、傷が付きやすく無効になるため、ネオジム鉄ホウ素基材が再び外部環境にさらされ、腐食しやすくなる。また、粒界拡散や焼戻し熱処理後のコーティング処理には、膜層と磁石の接合力が低いなどの欠点がある。Ａｌコーティングの硬度を向上させるために不動態化溶液の不動態化や陽極酸化などの方法を提供する特許があるが、プロセスが複雑で廃液が発生するため、ＰＶＤ法の利点が大幅に低下する。Ｃｒコーティングは、優れた耐食性、高硬度、およびより美しい金属光沢を備えている。しかしながら、ＰＶＤ法によって焼結ネオジム鉄ホウ素磁石の表面に堆積されたＣｒコーティングは、基材との結合力が低く、脆性が大きく、使用中に崩壊しやすい。コーティングの硬度を高め、耐摩耗性を高めるためにＰＶＤ法を使用して焼結ネオジム鉄ホウ素の表面にＣｒ／Ｃｒ２Ｏ３またはＡｌ／Ａｌ２Ｏ３多層膜を堆積することを提案した学者があるが、このプロセスは工業生産において複雑でコストが高い。
【0006】
報告によると、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の合金などの少量の非希土類金属元素をネオジム鉄ホウ素磁石に添加して磁石の組織構造を最適化してホウ素磁石残留磁気を犠牲にすることなく保磁力を改善することができる。従来の希土類粒界拡散と比較して、希土類元素の使用量をよりよく節約し、磁石の耐食性を向上させることもできる。ここで、Ａｌ原子はネオジム鉄ホウ素の主相に入り、ホウ素（Ｂ）原子の位置を置き換えて、より高い異方性磁場を持つＮｄ－（Ｆｅ、Ａｌ）相を形成することができる。Ａｌはまた、薄い層状のネオジムリッチ相の形成を促進する役割を果たし、主相粒子間の磁気的結合を弱める効果を高め、それによって磁石の保磁力を増加させることができる。Ｃｒ原子は、主相中の鉄（Ｆｅ）原子を部分的に置き換えることができ、磁石の保磁力を高めることもできる。同時に、ＡｌとＣｒは表面の不動態化効果を有する２種類の金属であり、優れた耐食性を備えている。
【0007】
したがって、磁石の粒界拡散と表面コーティングプロセスをより適切に組み合わせて、保磁力が高く、耐摩耗性と耐食性に優れたネオジム鉄ボロン磁石をシンプルで低コストのプロセスでどのように製造するかが、現在では、市販のネオジム鉄ボロン磁石の緊急の問題の１つである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記の従来技術の欠点および欠陥に対して、本発明は、ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の目的は以下の技術的解決手段により実現される。
【0010】
ネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法は、
Ａｌ－Ｃｒ合金をターゲット材料として、ネオジム鉄ホウ素磁石基材の表面にマグネトロンスパッタリングによりＡｌ－Ｃｒ合金層を製造し、大気雰囲気（不活性ガスや真空保護なし）で拡散熱処理を行うステップを含む。
Ａｌ－Ｃｒ合金をターゲット材料として、ネオジム鉄ホウ素磁石基材の表面にマグネトロンスパッタリングによりＡｌ－Ｃｒ合金層を製造し、大気雰囲気（不活性ガスや真空保護なし）で拡散熱処理を行うステップを含む。
【0011】
好ましくは、前記Ａｌ－Ｃｒ合金ターゲット材料中のＡｌ含有量は４０～８５ｗｔ．％、Ｃｒ含有量は１５～６０ｗｔ．％である。
【0012】
本発明で使用されるネオジム鉄ホウ素磁石の供給源は、特に限定されず、焼結ネオジム鉄ホウ素磁石またはホットプレスおよび熱変形されたネオジム鉄ホウ素磁石を含み得る。
【0013】
好ましくは、前記ネオジム鉄ホウ素磁石はＮ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石である。
【0014】
好ましくは、前記マグネトロンスパッタリングは、０．５～１．０Ｐａの圧力のＡｒ雰囲気下で実行される。
【0015】
好ましくは、前記マグネトロンスパッタリング基材の温度は２０～１００℃である。
【0016】
好ましくは、前記マグネトロンスパッタリングの出力密度は５．５～６．５Ｗ／ｃｍ２である。
【0017】
好ましくは、前記マグネトロンスパッタリングの基材バイアスは０～－３００Ｖである。
【0018】
好ましくは、前記マグネトロンスパッタリングのスパッタリング時間は３０～１５０ｍｉｎである。
【0019】
好ましくは、前記Ａｌ－Ｃｒ合金層の厚さは６μmである。
【0020】
好ましくは、マグネトロンスパッタリングの前に、前記基材は、１ＰａのＡｒガス圧下で－８００～－１０００Ｖの負バイアス下で１０～２０分間スパッタリングし洗浄する。
【0021】
好ましくは、前記拡散熱処理温度は３５０～６５０℃、温度保持時間は１～５時間である。
【0022】
好ましくは、前記拡散熱処理の加熱速度は１５～２５℃／ｍｉｎである。
【発明の効果】
【0023】
ネオジム鉄ホウ素磁石に対する従来の表面コーティング処理、粒界拡散およびその拡散熱処理プロセスと比較して、本発明の方法は、以下の利点および有益な効果を有する。
（１）コーティング後の拡散熱処理により、一部のＡｌおよびＣｒ原子が磁石の内部に拡散し、磁石の組織構造をさらに調整および最適化し、磁気特性（特に保磁力）を改善し、同時に冶金学的結合を形成して、コーティングの結合力を高める。
（２）拡散熱処理プロセスには拡散物に希土類元素が含まれていないため、磁石の保磁力が向上すると同時に希土類の使用量がさらに節約される。
（３）コーティング後に空気中で拡散熱処理を行うことにより、Ａｌ－Ｃｒ合金コーティングの表面を熱酸化してＡｌ－Ｃｒ酸化物にすることができる。組成が連続的に変化するこのような膜層構造は、コーティングの硬度、耐摩耗性、耐食性を効果的に向上させると同時に、コーティングが良好な靭性を持っていることを確保することができる。
（４）不活性雰囲気や真空保護を使用していないため、熱処理装置への要件を軽減し、製造コストを節約できる。
（５）ＰＶＤで製造したＡｌコーティングは色が白っぽくて金属光沢が欠乏するが、Ｃｒ元素を添加すると銀白色の金属光沢が得られ、装飾効果が高く、市場の需要をよりよく満たすことができる。
（６）Ｃｒ元素を添加した後、スパッタリング速度が加速され、より短い時間で磁石の表面に厚いコーティングを堆積させることができる。
（７）本コーティングの製造方法は環境に優しく、グリーン開発の環境保護の概念に準拠している。
（１）コーティング後の拡散熱処理により、一部のＡｌおよびＣｒ原子が磁石の内部に拡散し、磁石の組織構造をさらに調整および最適化し、磁気特性（特に保磁力）を改善し、同時に冶金学的結合を形成して、コーティングの結合力を高める。
（２）拡散熱処理プロセスには拡散物に希土類元素が含まれていないため、磁石の保磁力が向上すると同時に希土類の使用量がさらに節約される。
（３）コーティング後に空気中で拡散熱処理を行うことにより、Ａｌ－Ｃｒ合金コーティングの表面を熱酸化してＡｌ－Ｃｒ酸化物にすることができる。組成が連続的に変化するこのような膜層構造は、コーティングの硬度、耐摩耗性、耐食性を効果的に向上させると同時に、コーティングが良好な靭性を持っていることを確保することができる。
（４）不活性雰囲気や真空保護を使用していないため、熱処理装置への要件を軽減し、製造コストを節約できる。
（５）ＰＶＤで製造したＡｌコーティングは色が白っぽくて金属光沢が欠乏するが、Ｃｒ元素を添加すると銀白色の金属光沢が得られ、装飾効果が高く、市場の需要をよりよく満たすことができる。
（６）Ｃｒ元素を添加した後、スパッタリング速度が加速され、より短い時間で磁石の表面に厚いコーティングを堆積させることができる。
（７）本コーティングの製造方法は環境に優しく、グリーン開発の環境保護の概念に準拠している。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】は、実施例１のコーティング－拡散熱処理によって製造されたＡｌ－Ｃｒ合金／酸化物コーティングの微視的形態図および元素分析図である。
【図2】は、実施例１から３で得られたコーティング－拡散熱処理後の磁石表面の外観および形態と、ＰＶＤ法によって焼結ネオジム鉄ホウ素の表面に堆積されたＡｌ膜の外観および形態との比較である。
【図3a】は、オリジナル磁石（ａ）の組織構造である。
【図4】は、実施例１のコーティング－拡散熱処理後の磁石とオリジナルＮ３８ネオジム鉄ホウ素磁石の磁気特性の比較図である。
【図5】は、実施例１のコーティング－拡散熱処理後の磁石とオリジナルネオジム鉄ホウ素磁石、ＰＶＤ法によりＡｌ膜をコーティングした磁石の耐食性比較図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、実施例および図面を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の実施形態はこれに限定されない。
【0026】
実施例１
本実施例では、８５ｗｔ．％ＡｌのＡｌ－Ｃｒターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリングおよび拡散熱処理を通じてネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力および耐摩耗性および耐食性を改善した。
（１）マグネトロンスパッタリングシステムのターゲット材料のサイズに応じて、８５ｗｔ．％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｒターゲット材料をカスタマイズした。
（２）Ｎ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石を基材として使用し、基材を鏡面に研磨した後、アセトンと無水エタノールで１５分間超音波洗浄して、５０℃のオーブンに入れて乾燥させた。
（３）ＤＣスパッタリング電源に接続されたターゲット位置にＡｌ－Ｃｒ合金スパッタリングターゲットを取り付け、基材とターゲット間の距離を８０ｍｍに調整し、乾燥したサンプルをサンプルステージに置き、真空排気して、１５０℃まで赤外線ベークをオンにし、バックグラウンド真空度に真空排気した後、真空ベーキングをオフにし、基材を室温まで冷却した。
（４）アルゴン（Ａｒ）を１Ｐａまで真空チャンバーに導入し、基材に－９００Ｖの負バイアスをかけ、ＤＣスパッタリングシステムをオンにして、負バイアスの下で１５分間サンプルをスパッタ洗浄した。
（５）Ａｒガスの流量を徐々に減らして、真空度を０．５～０．８Ｐａの範囲に維持し、負バイアスを－５０～－８０Ｖに調整し、５．５～６．０Ｗ／ｃｍ２の出力密度で９０分間堆積すると、約６μmのＡｌ－Ｃｒ合金膜を堆積できた（図１）。
（６）Ａｌ－Ｃｒ合金膜の堆積が完了したら、スパッタリングコーティングの電源を切り、バックグラウンド真空まで真空排気し、炉を室温に冷却した後にサンプルを取り出した。
（７）コーティング後、サンプルを、空気が導入された熱処理炉に置き、１５℃／ｍｉｎの加熱速度で５５０℃まで温度を上げて拡散熱処理し、２時間温度保持した。その後、炉を室温まで冷却し、サンプルを取り出した。
本実施例では、８５ｗｔ．％ＡｌのＡｌ－Ｃｒターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリングおよび拡散熱処理を通じてネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力および耐摩耗性および耐食性を改善した。
（１）マグネトロンスパッタリングシステムのターゲット材料のサイズに応じて、８５ｗｔ．％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｒターゲット材料をカスタマイズした。
（２）Ｎ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石を基材として使用し、基材を鏡面に研磨した後、アセトンと無水エタノールで１５分間超音波洗浄して、５０℃のオーブンに入れて乾燥させた。
（３）ＤＣスパッタリング電源に接続されたターゲット位置にＡｌ－Ｃｒ合金スパッタリングターゲットを取り付け、基材とターゲット間の距離を８０ｍｍに調整し、乾燥したサンプルをサンプルステージに置き、真空排気して、１５０℃まで赤外線ベークをオンにし、バックグラウンド真空度に真空排気した後、真空ベーキングをオフにし、基材を室温まで冷却した。
（４）アルゴン（Ａｒ）を１Ｐａまで真空チャンバーに導入し、基材に－９００Ｖの負バイアスをかけ、ＤＣスパッタリングシステムをオンにして、負バイアスの下で１５分間サンプルをスパッタ洗浄した。
（５）Ａｒガスの流量を徐々に減らして、真空度を０．５～０．８Ｐａの範囲に維持し、負バイアスを－５０～－８０Ｖに調整し、５．５～６．０Ｗ／ｃｍ２の出力密度で９０分間堆積すると、約６μmのＡｌ－Ｃｒ合金膜を堆積できた（図１）。
（６）Ａｌ－Ｃｒ合金膜の堆積が完了したら、スパッタリングコーティングの電源を切り、バックグラウンド真空まで真空排気し、炉を室温に冷却した後にサンプルを取り出した。
（７）コーティング後、サンプルを、空気が導入された熱処理炉に置き、１５℃／ｍｉｎの加熱速度で５５０℃まで温度を上げて拡散熱処理し、２時間温度保持した。その後、炉を室温まで冷却し、サンプルを取り出した。
【0027】
本実施例において、コーティング－拡散熱処理後、製造したＡｌ－Ｃｒ合金／酸化物コーティングの微細形態図と元素分析図を図１に示す。得られた磁石表面とＰＶＤ法で焼結ネオジム鉄ホウ素の表面にＡｌ膜を堆積させた外観形態の比較を図２に示し、その外観は銀白色で装飾効果もより良く、表面は緻密で平滑で、硬度は１０．５ＧＰａであった。コーティングは基材との結合力が高く、衝突による衝撃で破損したり脱落したりすることはない。これにより、耐擦傷性および耐食性コーティングのほとんどの要件を満たすことができる。得られた磁石（ｂ）とオリジナル磁石（ａ）の組織構造の比較を図３に示し、磁石の組織構造は最適化されている。得られたコーティング－拡散熱処理磁石とオリジナルＮ３８ネオジム鉄ホウ素磁石の磁気特性の比較を図４に示す。磁石の磁気性能はある程度改善されており、残留磁気と最大磁気エネルギー積が大きく変化しない条件で、保磁力は約７．２％増加した。また、得られたコーティング－拡散熱処理磁石とオリジナルのネオジム鉄ホウ素磁石、ＰＶＤ法でＡｌ膜をコーティングした磁石の耐食性の比較を図５に示す。磁石の耐食性は、ＰＶＤ法で製造した純Ａｌコーティングよりも優れている。
【0028】
実施例２
本実施例では、７０ｗｔ．％ＡｌのＡｌ－Ｃｒターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリングおよび拡散熱処理を通じてネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力および耐摩耗性、耐食性を改善した。
（１）マグネトロンスパッタリングシステムのターゲット材料のサイズに応じて、７０ｗｔ．％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｒターゲット材料をカスタマイズした。
（２）Ｎ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石を基材として使用し、基材を鏡面に研磨した後、アセトンと無水エタノールで１５分間超音波洗浄して、５０℃のオーブンに入れて乾燥させた。
（３）ＤＣスパッタリング電源に接続されたターゲット位置にＡｌ－Ｃｒ合金スパッタリングターゲットを取り付け、基材とターゲット間の距離を８０ｍｍに調整し、乾燥したサンプルをサンプルステージに置き、真空排気して、１５０℃まで赤外線ベークをオンにし、バックグラウンド真空度に真空排気した後、真空ベーキングをオフにし、基材を室温まで冷却した。
（４）Ａｒガスを１Ｐａまで真空チャンバーに導入し、基材に－８００Ｖの負バイアスをかけ、ＤＣスパッタリングシステムをオンにして、負バイアスの下で１５分間サンプルをスパッタ洗浄した。
（５）Ａｒガスの流量を徐々に減らして、真空度を０．５～０．８Ｐａの範囲に維持し、負バイアスを－５０～－８０Ｖに調整し、５．５～６．０Ｗ／ｃｍ２の出力密度で９０分間堆積すると、約６．５μmのＡｌ－Ｃｒ合金膜を堆積できた。
（６）Ａｌ－Ｃｒ合金膜の堆積が完了したら、スパッタリングコーティングの電源を切り、バックグラウンド真空まで真空排気し、炉を室温に冷却した後にサンプルを取り出した。
（７）コーティング後、サンプルを、空気が導入された熱処理炉に置き、２０℃／ｍｉｎの加熱速度で３５０℃まで温度を上げて拡散熱処理し、５時間温度保持した。その後、炉を室温まで冷却し、サンプルを取り出した。
本実施例では、７０ｗｔ．％ＡｌのＡｌ－Ｃｒターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリングおよび拡散熱処理を通じてネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力および耐摩耗性、耐食性を改善した。
（１）マグネトロンスパッタリングシステムのターゲット材料のサイズに応じて、７０ｗｔ．％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｒターゲット材料をカスタマイズした。
（２）Ｎ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石を基材として使用し、基材を鏡面に研磨した後、アセトンと無水エタノールで１５分間超音波洗浄して、５０℃のオーブンに入れて乾燥させた。
（３）ＤＣスパッタリング電源に接続されたターゲット位置にＡｌ－Ｃｒ合金スパッタリングターゲットを取り付け、基材とターゲット間の距離を８０ｍｍに調整し、乾燥したサンプルをサンプルステージに置き、真空排気して、１５０℃まで赤外線ベークをオンにし、バックグラウンド真空度に真空排気した後、真空ベーキングをオフにし、基材を室温まで冷却した。
（４）Ａｒガスを１Ｐａまで真空チャンバーに導入し、基材に－８００Ｖの負バイアスをかけ、ＤＣスパッタリングシステムをオンにして、負バイアスの下で１５分間サンプルをスパッタ洗浄した。
（５）Ａｒガスの流量を徐々に減らして、真空度を０．５～０．８Ｐａの範囲に維持し、負バイアスを－５０～－８０Ｖに調整し、５．５～６．０Ｗ／ｃｍ２の出力密度で９０分間堆積すると、約６．５μmのＡｌ－Ｃｒ合金膜を堆積できた。
（６）Ａｌ－Ｃｒ合金膜の堆積が完了したら、スパッタリングコーティングの電源を切り、バックグラウンド真空まで真空排気し、炉を室温に冷却した後にサンプルを取り出した。
（７）コーティング後、サンプルを、空気が導入された熱処理炉に置き、２０℃／ｍｉｎの加熱速度で３５０℃まで温度を上げて拡散熱処理し、５時間温度保持した。その後、炉を室温まで冷却し、サンプルを取り出した。
【0029】
本実施例において、コーティング－拡散熱処理後、製造したＡｌ－Ｃｒ合金／酸化物コーティングの外観は銀灰色フィルムであり（図２を参照）、装飾効果が高く、表面が緻密で平坦で、硬度が１１．１ＧＰａであった。フィルムは靭性が高く、基材との結合力が高く、一般的な衝撃荷重でコーティングが破損したり脱落したりすることはなかった。残留磁気と最大磁気エネルギー積に明らかな変化がない状態では、保磁力は約８．７％増加した。磁石の耐食性は、ＰＶＤ法で純Ａｌがコーティングされたものよりも優れている。
【0030】
実施例３
本実施例では、５５ｗｔ．％ＡｌのＡｌ－Ｃｒターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリングおよび拡散熱処理を通じてネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力および耐摩耗性および耐食性を改善した。
（１）マグネトロンスパッタリングシステムのターゲット材料のサイズに応じて、５５ｗｔ．％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｒターゲット材料をカスタマイズした。
（２）Ｎ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石を基材として使用し、基材を鏡面に研磨した後、アセトンと無水エタノールで１５分間超音波洗浄して、５０℃のオーブンに入れて乾燥させた。
（３）ＤＣスパッタリング電源に接続されたターゲット位置にＡｌ－Ｃｒ合金スパッタリングターゲットを取り付け、基材とターゲット間の距離を８０ｍｍに調整し、乾燥したサンプルをサンプルステージに置き、真空排気して、１５０℃まで赤外線ベークをオンにし、バックグラウンド真空度に真空排気した後、真空ベーキングをオフにし、基材を室温まで冷却した。
（４）Ａｒガスを１Ｐａまで真空チャンバーに導入し、基材に－９００Ｖの負バイアスをかけ、ＤＣスパッタリングシステムをオンにして、負バイアスの下で１５分間サンプルをスパッタ洗浄した。
（５）Ａｒガスの流量を徐々に減らして、真空度を０．５～０．８Ｐａの範囲に維持し、負バイアスを－５０～－８０Ｖに調整し、５．５～６．０Ｗ／ｃｍ２の出力密度で９０分間堆積すると、約６μmのＡｌ－Ｃｒ合金膜を堆積できた。
（６）Ａｌ－Ｃｒ合金膜の堆積が完了したら、スパッタリングコーティングの電源を切り、バックグラウンド真空まで真空排気し、炉を室温に冷却した後にサンプルを取り出した。
（７）コーティング後、サンプルを、空気が導入された熱処理炉に置き、２５℃／ｍｉｎの加熱速度で６５０℃まで温度を上げて拡散熱処理し、１時間温度保持した。その後、炉を室温まで冷却し、サンプルを取り出した。
本実施例では、５５ｗｔ．％ＡｌのＡｌ－Ｃｒターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリングおよび拡散熱処理を通じてネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力および耐摩耗性および耐食性を改善した。
（１）マグネトロンスパッタリングシステムのターゲット材料のサイズに応じて、５５ｗｔ．％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｒターゲット材料をカスタマイズした。
（２）Ｎ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石を基材として使用し、基材を鏡面に研磨した後、アセトンと無水エタノールで１５分間超音波洗浄して、５０℃のオーブンに入れて乾燥させた。
（３）ＤＣスパッタリング電源に接続されたターゲット位置にＡｌ－Ｃｒ合金スパッタリングターゲットを取り付け、基材とターゲット間の距離を８０ｍｍに調整し、乾燥したサンプルをサンプルステージに置き、真空排気して、１５０℃まで赤外線ベークをオンにし、バックグラウンド真空度に真空排気した後、真空ベーキングをオフにし、基材を室温まで冷却した。
（４）Ａｒガスを１Ｐａまで真空チャンバーに導入し、基材に－９００Ｖの負バイアスをかけ、ＤＣスパッタリングシステムをオンにして、負バイアスの下で１５分間サンプルをスパッタ洗浄した。
（５）Ａｒガスの流量を徐々に減らして、真空度を０．５～０．８Ｐａの範囲に維持し、負バイアスを－５０～－８０Ｖに調整し、５．５～６．０Ｗ／ｃｍ２の出力密度で９０分間堆積すると、約６μmのＡｌ－Ｃｒ合金膜を堆積できた。
（６）Ａｌ－Ｃｒ合金膜の堆積が完了したら、スパッタリングコーティングの電源を切り、バックグラウンド真空まで真空排気し、炉を室温に冷却した後にサンプルを取り出した。
（７）コーティング後、サンプルを、空気が導入された熱処理炉に置き、２５℃／ｍｉｎの加熱速度で６５０℃まで温度を上げて拡散熱処理し、１時間温度保持した。その後、炉を室温まで冷却し、サンプルを取り出した。
【0031】
本実施例において、コーティング－拡散熱処理後、製造したＡｌ－Ｃｒ合金／酸化物コーティングは銀灰色フィルム（図２を参照）であり、装飾効果が高く、表面が緻密で平坦で、硬度が１１．６ＧＰａであった。フィルムは靭性が高く、基材との結合力が高く、一般的な衝撃荷重でコーティングが破損したり脱落したりすることはなかった。ほとんどの耐擦傷や耐食性フィルムの要件を満たすことができる。残留磁気と最大磁気エネルギー積に明らかな変化がない状態では、保磁力は約６．１％増加した。磁石の耐食性は、ＰＶＤ法で純Ａｌがコーティングされたものよりも優れている。
【0032】
実施例４
本実施例では、４０ｗｔ．％ＡｌのＡｌ－Ｃｒターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリングおよび拡散熱処理を通じてネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力および耐摩耗性および耐食性を改善した。
（１）マグネトロンスパッタリングシステムのターゲット材料のサイズに応じて、４０ｗｔ．％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｒターゲット材料をカスタマイズした。
（２）Ｎ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石を基材として使用し、基材を鏡面に研磨した後、アセトンと無水エタノールで１５分間超音波洗浄して、５０℃のオーブンに入れて乾燥させた。
（３）ＤＣスパッタリング電源に接続されたターゲット位置にＡｌ－Ｃｒ合金スパッタリングターゲットを取り付け、基材とターゲット間の距離を８０ｍｍに調整し、乾燥したサンプルをサンプルステージに置き、真空排気して、１５０℃まで赤外線ベークをオンにし、バックグラウンド真空度に真空排気した後、真空ベーキングをオフにし、基材を室温まで冷却した。
（４）Ａｒガスを１Ｐａまで真空チャンバーに導入し、基材に－９００Ｖの負バイアスをかけ、ＤＣスパッタリングシステムをオンにして、負バイアスの下で１５分間サンプルをスパッタ洗浄した。
（５）Ａｒガスの流量を徐々に減らして、真空度を０．５～０．８Ｐａの範囲に維持し、負バイアスを－５０～－８０Ｖに調整し、５．５～６．０Ｗ／ｃｍ２の出力密度で９０分間堆積すると、約６μmのＡｌ－Ｃｒ合金膜を堆積できた。
（６）Ａｌ－Ｃｒ合金膜の堆積が完了したら、スパッタリングコーティングの電源を切り、バックグラウンド真空まで真空排気し、炉を室温に冷却した後にサンプルを取り出した。
（７）コーティング後、サンプルを、空気が導入された熱処理炉に置き、２０℃／ｍｉｎの加熱速度で５００℃まで温度を上げて拡散熱処理し、２時間温度保持した。その後、炉を室温まで冷却し、サンプルを取り出した。
本実施例では、４０ｗｔ．％ＡｌのＡｌ－Ｃｒターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリングおよび拡散熱処理を通じてネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力および耐摩耗性および耐食性を改善した。
（１）マグネトロンスパッタリングシステムのターゲット材料のサイズに応じて、４０ｗｔ．％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｒターゲット材料をカスタマイズした。
（２）Ｎ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石を基材として使用し、基材を鏡面に研磨した後、アセトンと無水エタノールで１５分間超音波洗浄して、５０℃のオーブンに入れて乾燥させた。
（３）ＤＣスパッタリング電源に接続されたターゲット位置にＡｌ－Ｃｒ合金スパッタリングターゲットを取り付け、基材とターゲット間の距離を８０ｍｍに調整し、乾燥したサンプルをサンプルステージに置き、真空排気して、１５０℃まで赤外線ベークをオンにし、バックグラウンド真空度に真空排気した後、真空ベーキングをオフにし、基材を室温まで冷却した。
（４）Ａｒガスを１Ｐａまで真空チャンバーに導入し、基材に－９００Ｖの負バイアスをかけ、ＤＣスパッタリングシステムをオンにして、負バイアスの下で１５分間サンプルをスパッタ洗浄した。
（５）Ａｒガスの流量を徐々に減らして、真空度を０．５～０．８Ｐａの範囲に維持し、負バイアスを－５０～－８０Ｖに調整し、５．５～６．０Ｗ／ｃｍ２の出力密度で９０分間堆積すると、約６μmのＡｌ－Ｃｒ合金膜を堆積できた。
（６）Ａｌ－Ｃｒ合金膜の堆積が完了したら、スパッタリングコーティングの電源を切り、バックグラウンド真空まで真空排気し、炉を室温に冷却した後にサンプルを取り出した。
（７）コーティング後、サンプルを、空気が導入された熱処理炉に置き、２０℃／ｍｉｎの加熱速度で５００℃まで温度を上げて拡散熱処理し、２時間温度保持した。その後、炉を室温まで冷却し、サンプルを取り出した。
【0033】
本実施例において、コーティング－拡散熱処理後、製造したＡｌ－Ｃｒ合金／酸化物コーティングは銀白色フィルムであり、装飾効果が高く、表面が緻密で平坦で、硬度が９．７ＧＰａであった。フィルムは靭性が高く、基材との結合力が高く、一般的な衝撃荷重でコーティングが破損したり脱落したりすることはなかった。ほとんどの耐擦傷や耐食性フィルムの要件を満たすことができる。残留磁気と最大磁気エネルギー積に明らかな変化がない状態では、保磁力は約４％増加した。磁石の耐食性は、ＰＶＤ法で純Ａｌがコーティングされたものよりも優れている。
【0034】
上記の実施例は、本発明の好ましい実施形態であるが、本発明の実施形態は、上記の実施例によって限定されない。本発明の精神および原理から逸脱することなく行われる他のいかなる変更、修正、置換、組み合わせ、簡略化は、すべて同等の置換方法でなければならず、これらはすべて本発明の保護範囲内に含まれる。
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2021-08-12
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ａｌ－Ｃｒ合金をターゲット材料として、ネオジム鉄ホウ素磁石基材の表面にマグネトロンスパッタリングによりＡｌ－Ｃｒ合金層を製造し、大気雰囲気で拡散熱処理を行うステップと、前記Ａｌ－Ｃｒ合金ターゲット材料中のＡｌ含有量は４０～８５ｗｔ．％、Ｃｒ含有量は１５～６０ｗｔ．％であるステップと、前記ネオジム鉄ホウ素磁石は、焼結ネオジム鉄ホウ素磁石、ホットプレスされたネオジム鉄ホウ素磁石、または熱変形したネオジム鉄ホウ素磁石を含むステップと、を含むことを特徴とするネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項2】
前記ネオジム鉄ホウ素磁石はＮ３８焼結ネオジム鉄ホウ素磁石であることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項3】
前記マグネトロンスパッタリングは、０．５～１．０Ｐａの圧力のＡｒ雰囲気下で実行されることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項4】
前記マグネトロンスパッタリングの基材の温度は２０～１００℃であることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項5】
前記マグネトロンスパッタリングの出力密度は５．５～６．５Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項6】
前記マグネトロンスパッタリングの基材バイアスは０～－３００Ｖ、マグネトロンスパッタリングのスパッタリング時間は３０～１５０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１及び請求項３～５のいずれか一項に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項7】
前記Ａｌ－Ｃｒ合金層の厚さは６μmであることを特徴とする請求項６に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項8】
前記マグネトロンスパッタリングの前には、ネオジム鉄ホウ素磁石基材を、１ＰａのＡｒガス圧力と－８００～－１０００Ｖの負バイアスの下で１０～２０分間スパッタリングし洗浄することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項9】
前記拡散熱処理の温度は３５０～６５０℃、温度保持時間は１～５時間であることを特徴とする請求項１に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。
【請求項10】
前記拡散熱処理の加熱速度は１５～２５℃／ｍｉｎであることを特徴とする請求項９に記載のネオジム鉄ホウ素磁石の保磁力と耐摩耗性および耐食性を改善する方法。【国際調査報告】