電沉積裝置及稀土永磁體的制備
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本非臨時申請依據(jù)35U.S.C. § 119(a)要求于2014年2月19日在日本提交的專 利申請No. 2014-029677的優(yōu)先權(quán)，該專利申請全文以提及方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及通過將物品的選定部分浸泡在具有分散或溶解于溶劑內(nèi)的涂層劑的 電沉積溶液中并且在物品與對電極之間施加電壓以便讓涂層劑沉積于物品的選定部分上 而在其內(nèi)給物品上涂層的電沉積裝置，以及用于使用該裝置來制備稀土永磁體的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 由于優(yōu)良的磁性能，Nd-Fe-B基永磁體得到了范圍不斷增大的應(yīng)用。在旋轉(zhuǎn)機械 (例如，馬達(dá)和發(fā)電機）的領(lǐng)域中，使用Nd-Fe-B基永磁體的永磁體旋轉(zhuǎn)機械最近已經(jīng)響應(yīng) 于對重量和輪廓減小、性能改進以及節(jié)能的要求而得到了開發(fā)。在旋轉(zhuǎn)機械內(nèi)的永磁體由 于繞組和鐵芯的熱量產(chǎn)生而暴露于高溫，并且因繞組的抗磁場而容易受到退磁的影響。因 而需要具有耐熱性、用作抗退磁指數(shù)的一定級別的矯頑力，以及用作磁力大小指數(shù)的最大 剩磁的燒結(jié)的Nd-Fe-B基磁體。
[0005] 燒結(jié)的Nd-Fe-B基磁體的剩磁（或殘余磁通密度）的增加能夠通過增加Nd2Fe14B 化合物的體積系數(shù)并提高晶體取向來實現(xiàn)。為了這個目的，已經(jīng)對該工藝進行了眾多修改。 對于增大矯頑力，存在一些已知的不同方法，包括晶粒細(xì)化，Nd含量較大的合金成分的使 用，以及有效元素的添加。當(dāng)前最常見的方法是使用其中Dy或Tb替代部分Nd的合金成分。 用這些元素來替代Nd2Fe14B化合物內(nèi)的Nd會增加化合物的各向異性的磁場和矯頑力兩者。 另一方面，用Dy或Tb來替代會降低化合物的飽和磁極化。因此，只要采取上述方法來增加 矯頑力，剩磁的損失就不可避免。
[0006] 在專利文獻1和2中提出了能夠滿足剩磁和矯頑力兩者的方法。其中R1是選自 包括Y和Sc在內(nèi)的稀土元素的至少一種元素的Ri-Fe-B類組成的燒結(jié)磁體在其表面上被 涂上含有R2的氧化物、氟化物或氟氧化物的粉末，其中R2是選自包括Y和Sc在內(nèi)的稀土元 素的至少一種元素。已涂的磁體受到熱處理，由此R2被吸收到磁體內(nèi)。
[0007] 該方法可成功增加矯頑力，同時顯著地抑制剩磁的衰減。在該方法能夠被實際實 施之前仍有一些問題必須要克服。在燒結(jié)磁體的表面上提供粉末的方法是通過將磁體浸泡 于粉末在水或有機溶劑中的分散體內(nèi)，或者將分散體噴涂到磁體上，兩者隨后都要干燥。浸 泡法和噴涂法都難以控制粉末的涂布重量（或覆蓋率）。不足的覆蓋率未能充分吸收R2。 相反地，如果涂布了過量的粉末，則寶貴的R2會被無效地消耗掉。此外，由于這樣的粉末涂 層厚度差異大并且密度并不是那么高，因而過多的涂布重量是必要的，以便使矯頑力提高 到飽和水平。而且，由于粉末涂層附著力并沒有那么大，因而留下了一些問題，包括從涂布 步驟到熱處理步驟的工藝的工作效率差以及在大表面區(qū)域上難以處理。
[0008] 作為用于將R2的粉末高效且牢固地沉積到燒結(jié)磁體的表面上的方法，想得到的一 種有效方法是通過將磁體浸泡于具有分散于其內(nèi)的R2粉末的電沉積溶液中，并且經(jīng)由電沉 積促使R2粉末沉積于磁體上。電沉積工藝允許控制粉末的涂布重量以及形成具有牢固粘 附的均勻粉末涂層。但是，由于以Dy和Tb為代表的稀土元素是稀有的且很昂貴，仍然需要 用于對稀土磁體涂以含有稀土的粉末的高效且經(jīng)濟的方法。
[0009] 引f列表
[0010] 專利文獻 1 :JP-A2〇〇7_〇53351
[0011] 專利文獻 2:WO2006/043348

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 結(jié)合用于通過給具有Ri-Fe-B類組成（其中R1是選自包括Y和Sc在內(nèi)的稀土元 素的至少一種元素）的燒結(jié)磁體的表面涂以含有R2 (其中R2是選自包括Y和Sc在內(nèi)的稀 土元素的至少一種元素）的氧化物等的粉末并且對所涂磁體進行熱處理來制備稀土永磁 體的方法，本發(fā)明的目的是提供在給磁體表面涂以粉末的步驟中使用的電沉積裝置以便允 許粉末的高效且經(jīng)濟的電沉積并且在沒有粉末浪費的情況下于磁體表面上形成均勻致密 的粉末涂層，由此允許以高效且經(jīng)濟的方式制備出具有令人滿意的剩磁和高矯頑力的高性 能的稀土磁體。
[0013] 發(fā)明 1:
[0014] -種電沉積裝置，其中通過將物品浸泡在具有分散或溶解于溶劑內(nèi)的涂層劑的電 沉積溶液中，并且在物品與同物品相對的對電極之間施加電壓以便讓涂層劑沉積于物品的 表面上來給物品上涂層，所述裝置包含
[0015] 填注電沉積溶液的并且適合于引起在浸泡于溶液內(nèi)的物品上的電沉積的內(nèi)儲罐，
[0016] 包圍著內(nèi)儲罐以便可以接收內(nèi)儲罐的電沉積溶液溢出的外儲罐，
[0017] 用于將外儲罐的電沉積溶液在內(nèi)儲罐的底部附近饋送回到內(nèi)儲罐的回饋裝置，
[0018] 布置于內(nèi)儲罐內(nèi)的用于抑制從內(nèi)儲罐的上緣溢出的電沉積溶液的表面的波動的 整流部件，
[0019] 用于保持物品使得物品可以部分浸泡于內(nèi)儲罐內(nèi)的電沉積溶液中的裝置，
[0020] 布置于內(nèi)儲罐內(nèi)的并且與由保持裝置保持的且浸泡于溶液內(nèi)的物品相對的對電 極，以及
[0021] 用于在物品與對電極之間施加預(yù)定電壓的電源，
[0022] 其中電沉積溶液按照從內(nèi)儲罐溢流到外儲罐內(nèi)并且由回饋裝置在內(nèi)儲罐的底部 附近將其從外儲罐饋送回到內(nèi)儲罐的方式循環(huán)，由保持裝置保持的物品的選定部分被浸泡 于內(nèi)儲罐中的電沉積溶液內(nèi)，并且電源被驅(qū)動以在物品與對電極之間施加預(yù)定電壓達(dá)預(yù)定 的時間，由此使涂層劑電沉積于物品表面上以在物品表面的選定部分上形成涂層。
[0023] 發(fā)明 2:
[0024] 根據(jù)發(fā)明1所述的裝置，其中內(nèi)儲罐包含在其上緣設(shè)置有電沉積溶液經(jīng)由其溢流 出的多個等距隔開的V形槽口的外圍壁。
[0025] 發(fā)明 3:
[0026] 根據(jù)發(fā)明1或2所述的裝置，其中內(nèi)儲罐包含底壁，在其管壁內(nèi)具有多個孔口的回 管連接至回饋裝置并且沿著底壁延伸穿過內(nèi)儲罐，并且回饋裝置將電沉積溶液輸送到回管 內(nèi)以通過孔口將溶液注入內(nèi)儲罐內(nèi)。
[0027] 發(fā)明 4:
[0028] 根據(jù)發(fā)明3所述的裝置，其中孔口被排布于回管內(nèi)使得它們的直徑可以從與回饋 裝置連接的近端到回管的遠(yuǎn)端逐漸地或步進式地減小。
[0029] 發(fā)明 5:
[0030] 根據(jù)發(fā)明1至4中的任一項所述的裝置，其中整流部件是具有多個孔眼的整流板， 整流板被布置于內(nèi)儲罐內(nèi)的垂直中間位置并且橫向擴展以便將內(nèi)儲罐劃分成上隔室和下 隔室。
[0031] 發(fā)明 6:
[0032] 根據(jù)發(fā)明5所述的裝置，其中孔眼被排布內(nèi)整流板內(nèi)使得在外圍附近的孔眼的直 徑小于整流板的中心附近的孔眼的直徑。
[0033] 發(fā)明 7:
[0034] 根據(jù)發(fā)明5或6所述的裝置，其中對電極是具有多個孔眼的且布置于整流板上的 金屬板。
[0035] 發(fā)明 8:
[0036] 根據(jù)發(fā)明7所述的裝置，其中對電極是具有多個孔眼的金屬盤，該圓盤在中心部 分或者在其整體上大體為截頭圓錐形。
[0037] 發(fā)明 9:
[0038] 根據(jù)發(fā)明1至8中的任一項所述的裝置，還包含用于監(jiān)測電沉積溶液的狀態(tài)的裝 置，所述監(jiān)測裝置為液位計、溫度計、濃度計和流動率計中的至少一個。
[0039] 發(fā)明 10:
[0040] 一種用于制備稀土永磁體的方法，包括以下步驟：給具有Ri-Fe-B類組成（其中R1 選自包括Y和Sc在內(nèi)的稀土元素的至少一種元素）的燒結(jié)磁體涂以包含選自R2 (其中R2是 選自包括Y和Sc在內(nèi)的稀土元素的至少一種元素）的氧化物、氟化物、氟氧化物、氫化物及 稀土合金的至少一種成分的粉末，并且對所涂磁體進行熱處理以促使R2被吸收到磁體內(nèi)，
[0041] 涂布步驟包括以下步驟：使用發(fā)明1至9中的任一項所述的電沉積裝置，將磁體的 選定部分浸泡在分散于溶劑內(nèi)的粉末的電沉積溶液中，并且在熱處理步驟之前使粉末電沉 積于磁體的表面上以在磁體的選定部分上形成粉末涂層。
[0042] 根據(jù)發(fā)明1所述的電沉積裝置如下進行操作。由保持裝置保持的物品的選定部分 被浸泡于內(nèi)儲罐中的電沉積溶液內(nèi)。電源被驅(qū)動以在物品與同物品相對的對電極之間施加 預(yù)定電壓達(dá)預(yù)定時間，由此分散或溶解于溶液內(nèi)的涂層劑被局部電沉積于物品表面上以在 物品表面的選定部分上形成涂層。電沉積被執(zhí)行，同時電沉積溶液按照從內(nèi)儲罐溢流到外 儲罐內(nèi)并且由回饋裝置從外儲罐饋送回到內(nèi)儲罐的方式循環(huán)。也就是，電沉積被執(zhí)行，同時 在溶液中的涂層劑的濃度被保持為均勻的，溶液的表面或水平高度被保持為恒定的，位于 與內(nèi)儲罐的上緣對應(yīng)的高度，并且整流部件抑制溶液的表面或水平高度波動。因此，當(dāng)在被 部分浸泡到電沉積溶液內(nèi)的物品上產(chǎn)生電沉積時，沒有波動具有穩(wěn)定且平坦的表面的均勻 濃度的電沉積溶液被維持于恒定的水平高度，此外，被部分浸泡到電沉積溶液內(nèi)的物品的 浸泡深度或程度按照所期望的范圍來維持。這確保均勻涂層被電沉積到物品表面的選定部 分之上。通過控制包括施加的電壓、導(dǎo)電