Ndfeb ブロック フェライト磁石

要旨
ボンド磁石に使用される等方性NdFeB粉末の磁気特性を調べた。最近作られた2つの粉末、MQP-13-9とMQP-S-9-8について、既存の粉末と特性を比較した。射出成形用の球状粉末にはいくつかの利点があり、それが強調された。NdFeBナノコンポジットと180℃アプリケーションの開発目標についても言及された。

はじめに
長年にわたり、永久磁石は、電気エネルギーを機械エネル ギーに変換する、あるいはその逆を行う様々な用途に広範に利用されてき ました [1], [2]。残留磁束（Br）、固有保磁力（Hci）、および最大エネルギー積（BH）max は、永久磁石の性能を特徴付ける 3 つの重要な特性です。(BH)maxが大きい磁石は、特定のタスクを実行するために必要な体積が少なくて済むことが多い。

したがって、磁石回路設計エンジニアは、回路を小型化するために高（BH）max磁石を使用すべきである。

1983 年後半に Nd2Fe14B をベースとした高エネルギー磁石の最初の報告 [3], [4] 以来、 固有の材料特性を向上させ、 製造方法を確立するために多くの研究が行われてきた。NdFeB 型磁石は、 金属磁石とボンド磁石に大別される。金属磁石は、 熱間変形技術、 または伝統的な合金鋳造や粉末冶金法を用いて製造されます [5]。急冷凝固によって形成された材料は、通常、ホットプレスおよび/またはダイアップセット（ナノ結晶）の前駆材料として使用されます。ボンド磁石は、金属磁石とは対照的に、磁性粒子を「接着」するためのバインダーを必要とする。

ボンド磁石では、一般的に成形段階が必要である [6], [7]。現在、 NdFeBボンド磁石の多くも、 粉末を作るために高速凝固を使用している。

永久磁石は、15年以上にわたって、素早く凝固するNdFeB材料を使用して作られてきた[3]。この材料の主相は、Nd2Fe14Bと呼ばれる金属間化合物である。従来は、化学量論的なNd2Fe14Bに近い公称組成を持つ合金を作るために、溶融紡糸が用いられてきた。得られたリボンまたはフレークは、その後40メッシュより小さな粒子に粉砕される。その後、慎重に調整された熱処理によって、必要な微細構造と磁気特性が形成される。製造された粉末は、結晶サイズが小さいため、磁気的に等方的であることが多い。

粉末を熱硬化性ポリマーや熱可塑性ポリマーと組み合わせて、それぞれ圧縮成形や射出成形を行い、結合磁石を作ります。圧縮成形も射出成形も、金型設計を工夫すれば、ネットに近い形で磁石を作ることができます。最近では、特定の用途を満たすために、押出成形やカレンダー成形によるネオジム磁石の製造も行われています。

ボンド磁石用の高い(BH)max磁石を製造するためには、粉末の磁気特性、負荷率、成形品質が重要である。一般に、高い(BH)maxの磁石を製造するためには、高い(BH)maxの粉末が必要である。高 (BH)max 磁石を得るためには、NdFeB 粉末を高充填し、かつ成形性を確保する必要があります。

どのような状況でも、適切な磁気的・機械的品質で必要な形状を得るためには、市販されている機械を使って磁石を成形する必要があります。磁石の磁化率は、ある用途への適合性を評価する際に極めて重要な考慮事項です。

高温にさらされる可能性のあるアプリケーションでは、(BH)maxに加えて磁石の磁束老化損失と熱安定性が重要です。ボンド磁石の成形に使用される磁性粉末やポリマーには様々な種類があるため、適切な特性を持つ高(BH)maxボンド磁石を製造するためには、それらの熱特性を見極めることが非常に重要です。

この研究では、急冷凝固法を用いて製造したNdFeB粉末の性能を、ボンド磁石によく使用されるポリマーの基本特性と比較する。

図1は、ボンド磁石や金属磁石など、市販されている永久磁石の代表的なBrとHciを示しています。観察できるように、材料の各ファミリーは、一定の範囲のBrとHciを持っています。Brが130～420 mT、Hciが175～320 kA/mのフェライトはプロットの左下隅に、Brが1100～1400 mT、Hciが2600 kA/mの金属ネオジム磁石は右上隅にあります。

2つの異なるタイプの磁石のコーナーの間の空隙は、Brが400～800 mT、Hciが600～1400 kA/mのボンドNdFeB磁石によって埋められている。偶然にも、これらの永久磁石の価格は、安価なフェライトから高価な完全高密度NdFeB磁石まで幅広く、ボンドNdFeB磁石の価格はフェライト磁石と金属希土類磁石の間に再び落ちています。BrやHciの値だけでなく、温度係数、磁化率、導電率、被削性などの特徴も考慮する必要があります。使用頻度の高い永久磁石の基本特性を表1にまとめた。

室温でのBrが800-920mT、Hciが320-1360kA/m、(BH)maxが80-130kJ/m3の高速凝固等方性粉末は、従来から容易に入手できる市販品として表2に示すものがある。粉末の種類は、キュリー温度（Tc）、誘導温度係数、または最高使用温度にも影響する。成形のために、これらの粉末は、異なる負荷係数を持つ異なるポリマーバインダーと共に使用することができる。表3は、様々な成形技術、それに付随する特徴、およびそれらが示す通常のBrと(BH)max値を比較したものである。磁性粒子の最大体積分率は、エポキシバインダーと組み合わせて圧縮成形技術を使用することで得られることが多い。

圧縮成形では、Br値が620～720mT、(BH)max値が48～85kJ/m3の磁石を簡単に製造できます。射出成形の負荷率は、使用されるポリマー、すなわちポリアミド（ナイロン）またはポリフェニレンサルファイド（PPS）の種類によって、50からおよそ75 vol%の範囲になります。通常、射出成形プロセスを使用すると、Br値が480～600mT、(BH)max値が40～55kJ/m3の磁石を製造することができます。このような磁石は、より幅広いサイズと幅広い用途で製造することができます[10]。圧縮成形磁石と比較すると、射出成形磁石のBrと(BH)maxは、工程で使用されるポリマーの体積割合が大きいために低くなる傾向があります。

Brと(BH)maxが低いにもかかわらず、射出成形技術は、安価な磁石と部品を作ることができるため、特に魅力的で適応性がある。
機械的に柔軟なネオジム磁石は、押出成形やカレンダー加工によって特定の用途に使用することもできます。フレキシブル磁石は、目的に応じて、ほとんどすべての望ましい形状を作成することができます。カレンダー加工によって作られた磁石のBrと(BH)maxは、負荷係数が低いため、圧縮、射出、押出によって作られた磁石よりも一般的に低くなります。アプリケーションエンジニアは、Br、(BH)max、Hciの値とその温度特性を成形手順とともに考慮した上で、特定のアプリケーションに必要な動作温度に基づいて理想的な磁石を選択する必要があります。

ボンド磁石にはいくつかの用途があります。ボンド磁石は、重要な新興経済国の発展、パソコン産業と関連技術の拡大、家電製品や自動車の効率化を促進する政府の規制などにより、大きな成長の可能性を秘めています。新しい粉末グレードや製造技術への需要に対応するためには、粉末メーカーも磁石メーカーも継続的に商品を強化していく必要がある。

断片
最新の進歩
マグネクエンチ社は、新たな用途での NdFeB 磁石の使用を可能にするため、最もポピュラーな MQP-B 粉末の販売価格を下げるべく、加工効果を高めることに専念しています。当社の試算によると、この価格引き下げプログラムにより、ボンドNdFeBは、様々な新しい用途において、セラミックフェライトやハイブリッドボンド磁石に代わる、コストと磁束の点で現実的な選択肢となるでしょう。Magnequenchはまた、より安価な粉末のニーズに応えるため、新しいグレードの粉末MQP-13-9を発売しました。

結論
市販されている等方性 NdFeB 粉末の機能について概説した。さらに、工業的な成形技術を用いて製造される磁石の基本的な品質についても説明した。ボンドNdFeB磁石のBrと(BH)maxの値は、バインダータイプの負荷係数と成形方法に大きく依存する。MQP-13-9および球状MQP-S-9-8の低コストNdFeB粉末の性能を、最も広く使用されているMQP-B粉末の性能と比較した。その結果