中国の焼結アルニコ磁石

焼結アルニコ磁石の製造工程

1. 原料の準備と粉末製造

このプロセスは、鋳造アルニコと同様に、鉄（Fe）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、アルミニウム（Al）、そして銅（Cu）やニオブ（Nb）などの添加剤からなる高純度の原材料から始まります。これらを炉で溶解し、合金インゴットを形成します。

• その後、インゴットはアトマイズ（ガスまたは水を噴霧）または機械的粉砕によって微粉末（粒子サイズ：1～10ミクロン）に粉砕されます。これにより、均一な粉末混合物が生成されます。
• 粉末は、均一に分散されるようにふるいにかけられ、混合されます。多くの場合、圧縮を助ける結合剤や潤滑剤が加えられます。

豆知識: 粉末の品質は非常に重要です。少しでも汚染があると、最終的な磁石の特性が弱まる可能性があります。

2. 混合と圧縮

粉末はブレンダーで十分に混合され、均質な合金組成を実現します。流動性を高めるために、少量の有機バインダー（パラフィンなど）を添加する場合もあります。

• 次に、混合物を油圧プレスまたは静水圧プレス機を用いて高圧（通常500～1,000MPa）で成形します。これにより、「グリーン」成形体、すなわち脆く成形されたプリフォーム（例：ディスク、シリンダー、またはカスタム形状）が形成されます。
• 圧縮密度が重要です。割れずに焼結できるように、理論密度の 60 ～ 70% を目指します。

このステップでは、磁石を溶かすことなく成形するため、複雑な形状に最適です。

3. 焼結

成形体は、雰囲気制御炉（通常は真空または水素）で1,200～1,300℃（合金の融点（約1,500℃）より低い温度）まで加熱されます。これにより、粒子が拡散結合し、材料の密度が95～99%にまで高まります。

• 焼結時間: 1 ～ 4 時間。その後、熱応力を防ぐためにゆっくり冷却します。
• 異方性焼結 AlNiCo (あまり一般的ではありません) の場合、焼結中に磁場を適用して粒子を整列させます。

その結果、洗練された微細構造を持つ固体で多孔性のない磁石が誕生しました。

4. 熱処理とアニーリング

磁気特性を最適化するために、焼結部品は熱処理を受けます。

• 溶液アニーリング: 1,200℃に加熱し、相が均一に溶解するまで保持します。
• 制御された冷却と熟成: 急冷または徐冷した後、500～600℃で時効処理し、磁性析出物（Fe-Co相など）を形成します。
• 冷却中に磁場を印加すると、方向性磁性の保磁力と残留磁気が向上します。

これにより結晶構造が改良され、形状を変えずに性能が向上します。

5. 機械加工と仕上げ

焼結アルニコはグリーン成形体よりも密度が高く、硬度が高いため、最終的な成形には研削、EDM（放電加工）、またはダイヤモンド工具が使用されます。

• 正確な許容誤差（ハイエンド アプリケーションの場合は ±0.01 mm）を実現するために、余分な材料が除去されます。
• 表面は研磨され、腐食を防ぐために保護コーティング（エポキシまたはニッケルメッキなど）が施されます。

このステップにより、磁石がセンサーやリレーなどのデバイスに完全に適合することが保証されます。

6. 磁化と品質試験

完成した作品は強力な電磁石またはコンデンサ放電システムを使用して磁化され、ドメインが永久的に整列されます。

• テストには、透磁率計やヒステリシス グラフなどのツールを使用した磁束 (Br)、保磁力 (Hc)、エネルギー積の測定が含まれます。
• ひび割れ、密度、均一性の非破壊検査により、ASTM や ISO などの規格への準拠が保証されます。

承認された磁石は、多くの場合、消磁保護機能付きでパッケージ化されます。