JP2004014614A - 高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法 - Google Patents
高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高密度で機械的強度が優れ、さらに高周波の比透磁率の高いＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法を提供する。
【解決手段】粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する純鉄粉末または表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末：１〜１０質量％、平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧粉成形し焼結する。
【選択図】 なし
【解決手段】粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する純鉄粉末または表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末：１〜１０質量％、平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧粉成形し焼結する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種モータのロータ・ステータ、アクチュエータなどに用いられる低ロスヨーク、トランス、チョークコイルなどの磁心、磁気ヘッドのコアなどにはＦｅ−Ｓｉ系軟磁性焼結材料が用いられることは知られており、このＦｅ−Ｓｉ系軟磁性焼結材料は、質量％でＳｉ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末、またはＳｉ：０．１〜１０％、Ａｌ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を焼結して得られることが知られている。さらにスピネル構造を有するフェライトなど金属酸化物粉末を焼結して得られることが知られている。前記スピネル構造を有するフェライトは、一般に（ＭｅＦｅ）３Ｏ４（但し、ＭｅはＭｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｕ，ＦｅもしくはＣｏまたはこれらの混合物）で表されることが知られている。
【０００３】
しかし、これらＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末は、飽和磁束密度が高いが、高周波特性が悪く、一方、スピネル構造を有するフェライトなど金属酸化物粉末を焼結して得られた酸化物軟磁性焼結材料は、高周波特性に優れ、初透磁率が比較的高いが、飽和磁束密度が低い欠点があり、これらを改善するために、金属軟磁性粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層を被覆してなる複合軟磁性粉末を焼結して得られたＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金が提案されている（特開昭５６−３８４０２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層を被覆してなる複合軟磁性粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末が硬く変形しにくいために十分な密度の成形体を得ることが難しく、さらにスピネル構造を有するフェライト層は酸化物であるために焼結性が悪く、したがって、Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層を被覆してなる複合軟磁性粉末を通常の方法で成形し焼結しても十分な密度および透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金が得られない、という課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を行った結果、
（イ）Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍ（一層好ましくは８０〜１５０μｍ）を中心とする第１ピークと、Ｄ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有し、かつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する純鉄粉末：１〜１０質量％、平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％になるように添加し混合し、得られた混合粉末を圧粉し成形すると、
Ｄ１およびＤ２の二つのピークを有する粒度分布のＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を成形することにより成形体の密度が増し、さらにＤ３の粒度分布を有する純鉄粉末が成形時に変形して複合軟磁性粉末の隙間を埋めるために成形体の密度を一層向上させる、
（ロ）得られた成形体には平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末が含まれており、この二酸化ケイ素粉末はスピネル構造を有するフェライト層の焼結性を向上させるところから、前記複合軟磁性粉末、純鉄粉末および二酸化ケイ素粉末からなる混合粉末を成形して得られた成形体を焼結したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金は、密度が向上するために機械的強度が向上し、さらに磁気特性、特に高周波における比透磁率が向上する、
（ハ）純鉄粉末は比抵抗が比較的小さいので、純鉄粉末を多めに添加すると、得られたＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金における高周波数に対する比透磁率が低下する恐れがあり、そのために純鉄粉末を多めに添加する場合は表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末を添加することが好ましく、純鉄粉末の添加量が５％を越えると表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末を使用することが好ましい、などの研究結果が得られたのである。
【０００６】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、
粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する純鉄粉末：１〜１０質量％、
平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧粉成形し焼結する高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法、
（２）粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、
粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末：１〜１０質量％、
平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧粉成形し焼結する高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法、
に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明の高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法で使用する複合軟磁性粉末は、質量％でＳｉ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粒子、またはＳｉ：０．１〜１０％、Ａｌ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有しさらにＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にフェライト層を被覆した粉末であることが好ましいが、前記Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末は前記成分組成に特に限定されるものではなく、軟磁性を示すＦｅ−Ｓｉ系合金粉末であればいかなる成分組成のＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末であっても良い。このＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を被覆するフェライト相は、一般式（ＭｅＦｅ）３Ｏ４（但し、ＭｅはＭｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｆｅまたはこれらの混合物）で表されるフェライト相である。
【０００８】
この発明の高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法で使用する二酸化ケイ素粉末の平均粒径を１００ｎｍ以下に限定した理由は、二酸化ケイ素粉末の平均粒径が１００ｎｍを越えると焼結性向上効果が低下すると共に比透磁率が低下するからである。この二酸化ケイ素粉末の平均粒径の下限は製造コストの面から１ｎｍ以上であることが一層好ましい。
また、平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末の添加量を０．０５質量％以上にした理由は、平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素が０．０５質量％未満含まれていても焼結性に大きく影響を及ぼすことはなくまた比透磁率が低下するからであり、一方、１．０質量％を越えて含有すると非磁性相の割合が多くなり、比透磁率の低下をもたらすので好ましくないことによるものである。二酸化ケイ素粉末の添加量の一層好ましい範囲は０．１〜０．５質量％である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施例１
表１に示される成分組成を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金原料を高周波溶解して溶湯を作製し、これら溶湯を水アトマイズしてＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金アトマイズ粉末を作製し、そのアトマイズ粉末を分級処理してＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金アトマイズ原料粉末を作製した。このアトマイズ原料粉末をさらに風力分級機により分級し、表１に示されるＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークと、Ｄ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を作製した。このＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の粒度分布はマイクロトラック装置により測定した。
【００１０】
このようにして得られたＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末をイオン交換水に浸漬してよく撹拌したのち、窒素により十分に脱酸素を行なった。この窒素により十分に脱酸素を行なったイオン交換水に、金属塩化物（ＭＣｌ２，ただしＭ＝Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ）を溶かし、酸化物膜組成が得られるよう調製された金属塩化物水溶液を静かに注ぎ、その後ＮａＯＨ水溶液によりｐＨを７．０に調整した。この混合液を７０℃一定に保ち、０．５〜３時間に渡り空気を吹き込みながら緩やかに撹拌し、Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面に表１に示される厚さの（Ｍｎ１７Ｚｎ１６Ｆｅ６７）３Ｏ４フェライト膜を成膜した。その後、このフェライト膜を成膜したＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を濾過、水洗、乾燥することにより表１に示される複合軟磁性粉末Ａ〜ｄを得た。
【００１１】
得られた複合軟磁性粉末Ａ〜ｄに、表２に示すＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する粒度分布の純鉄粉末および表２に示す平均粒径を有するＳｉＯ２粉末を表２に示す割合となるように混ぜ、６ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧をかけることにより外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍのリング状圧粉体を成形し、得られたリング状圧粉体を不活性ガス雰囲気中、１０００℃の温度で焼結することによりリング状焼結体からなるＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金を製造する本発明Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造法（以下、本発明法という）１〜１２、比較Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造法（以下、比較法という）１〜７および従来Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造法（以下、従来法という）を実施した。
これら本発明法１〜１２、比較法１〜７および従来法を実施することにより得られたＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の相対密度を測定し、その結果を表３〜４に示し、さらに、Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金について表３〜４に示される周波数の高周波における比透磁率をインピーダンスアナライザで測定し、その結果を表３〜４に示した。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【表３】
【００１５】
【表４】
【００１６】
表１〜４に示される結果から、本発明法１〜１２で作製したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金は、従来法で作製したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金に比べて高密度を有すると共に高周波における比透磁率が優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた条件の比較法１〜７で作製したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金は密度または比透磁率の内の少なくともいずれかが劣るので好ましくないことが分かる。
【００１７】
実施例２
表５に示される中心の平均粒径および中心の高さを有するピークを持った粒度分布を有する純鉄粉末を用意し、この純鉄粉末をイオン交換水に浸漬してよく撹拌したのち、窒素により十分に脱酸素を行ない、この窒素により十分に脱酸素を行なったイオン交換水に、金属塩化物（ＭＣｌ２，ただしＭ＝Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ）を溶かし、酸化物膜組成が得られるよう調製された金属塩化物水溶液を静かに注ぎ、その後ＮａＯＨ水溶液によりｐＨを７．０に調整した。この混合液を７０℃一定に保ち、０．５〜３時間に渡り空気を吹き込みながら緩やかに撹拌し、純鉄粉末の表面に平均厚さ：１．２μの（Ｍｎ１７Ｚｎ１６Ｆｅ６７）３Ｏ４フェライト膜を成膜した。その後、このフェライト膜を成膜した純鉄粉末を濾過、水洗、乾燥することによりフェライト被覆純鉄粉末を作製した。
【００１８】
実施例１で作製した表１の複合磁性粉末に、前記フェライト被覆純鉄粉末および実施例１で用意したＳｉＯ２粉末を表５に示す割合となるように混ぜ、６ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧をかけることにより外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍのリング状圧粉体を成形し、得られたリング状圧粉体を不活性ガス雰囲気中、１０００℃の温度で焼結することによりリング状焼結体からなるＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金を製造する本発明法１３〜１８を実施した。
これら本発明法１３〜１８を実施することにより得られたＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の相対密度を測定し、その結果を表６に示し、さらに、Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金について表６に示される周波数の高周波における比透磁率をインピーダンスアナライザで測定し、その結果を表６に示した。
【００１９】
【表５】
【００２０】
【表６】
【００２１】
表５および表６に示される結果から、フェライト被覆純鉄粉末を使用した本発明法１３〜１８で作製したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金は、従来法で作製した表４に示されるＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金に比べて高密度を有すると共に高周波における比透磁率が優れていることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明のＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法は、高密度で機械的強度が優れ、さらに高周波の比透磁率の高いＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金を提供することができ、電気および電子産業において優れた効果をもたらすものである。
【産業上の利用分野】
この発明は、高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種モータのロータ・ステータ、アクチュエータなどに用いられる低ロスヨーク、トランス、チョークコイルなどの磁心、磁気ヘッドのコアなどにはＦｅ−Ｓｉ系軟磁性焼結材料が用いられることは知られており、このＦｅ−Ｓｉ系軟磁性焼結材料は、質量％でＳｉ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末、またはＳｉ：０．１〜１０％、Ａｌ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を焼結して得られることが知られている。さらにスピネル構造を有するフェライトなど金属酸化物粉末を焼結して得られることが知られている。前記スピネル構造を有するフェライトは、一般に（ＭｅＦｅ）３Ｏ４（但し、ＭｅはＭｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｕ，ＦｅもしくはＣｏまたはこれらの混合物）で表されることが知られている。
【０００３】
しかし、これらＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末は、飽和磁束密度が高いが、高周波特性が悪く、一方、スピネル構造を有するフェライトなど金属酸化物粉末を焼結して得られた酸化物軟磁性焼結材料は、高周波特性に優れ、初透磁率が比較的高いが、飽和磁束密度が低い欠点があり、これらを改善するために、金属軟磁性粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層を被覆してなる複合軟磁性粉末を焼結して得られたＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金が提案されている（特開昭５６−３８４０２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層を被覆してなる複合軟磁性粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末が硬く変形しにくいために十分な密度の成形体を得ることが難しく、さらにスピネル構造を有するフェライト層は酸化物であるために焼結性が悪く、したがって、Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層を被覆してなる複合軟磁性粉末を通常の方法で成形し焼結しても十分な密度および透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金が得られない、という課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を行った結果、
（イ）Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍ（一層好ましくは８０〜１５０μｍ）を中心とする第１ピークと、Ｄ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有し、かつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する純鉄粉末：１〜１０質量％、平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％になるように添加し混合し、得られた混合粉末を圧粉し成形すると、
Ｄ１およびＤ２の二つのピークを有する粒度分布のＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を成形することにより成形体の密度が増し、さらにＤ３の粒度分布を有する純鉄粉末が成形時に変形して複合軟磁性粉末の隙間を埋めるために成形体の密度を一層向上させる、
（ロ）得られた成形体には平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末が含まれており、この二酸化ケイ素粉末はスピネル構造を有するフェライト層の焼結性を向上させるところから、前記複合軟磁性粉末、純鉄粉末および二酸化ケイ素粉末からなる混合粉末を成形して得られた成形体を焼結したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金は、密度が向上するために機械的強度が向上し、さらに磁気特性、特に高周波における比透磁率が向上する、
（ハ）純鉄粉末は比抵抗が比較的小さいので、純鉄粉末を多めに添加すると、得られたＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金における高周波数に対する比透磁率が低下する恐れがあり、そのために純鉄粉末を多めに添加する場合は表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末を添加することが好ましく、純鉄粉末の添加量が５％を越えると表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末を使用することが好ましい、などの研究結果が得られたのである。
【０００６】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、
粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する純鉄粉末：１〜１０質量％、
平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧粉成形し焼結する高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法、
（２）粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、
粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末：１〜１０質量％、
平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧粉成形し焼結する高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法、
に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明の高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法で使用する複合軟磁性粉末は、質量％でＳｉ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粒子、またはＳｉ：０．１〜１０％、Ａｌ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有しさらにＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にフェライト層を被覆した粉末であることが好ましいが、前記Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末は前記成分組成に特に限定されるものではなく、軟磁性を示すＦｅ−Ｓｉ系合金粉末であればいかなる成分組成のＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末であっても良い。このＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を被覆するフェライト相は、一般式（ＭｅＦｅ）３Ｏ４（但し、ＭｅはＭｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｆｅまたはこれらの混合物）で表されるフェライト相である。
【０００８】
この発明の高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法で使用する二酸化ケイ素粉末の平均粒径を１００ｎｍ以下に限定した理由は、二酸化ケイ素粉末の平均粒径が１００ｎｍを越えると焼結性向上効果が低下すると共に比透磁率が低下するからである。この二酸化ケイ素粉末の平均粒径の下限は製造コストの面から１ｎｍ以上であることが一層好ましい。
また、平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末の添加量を０．０５質量％以上にした理由は、平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素が０．０５質量％未満含まれていても焼結性に大きく影響を及ぼすことはなくまた比透磁率が低下するからであり、一方、１．０質量％を越えて含有すると非磁性相の割合が多くなり、比透磁率の低下をもたらすので好ましくないことによるものである。二酸化ケイ素粉末の添加量の一層好ましい範囲は０．１〜０．５質量％である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施例１
表１に示される成分組成を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金原料を高周波溶解して溶湯を作製し、これら溶湯を水アトマイズしてＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金アトマイズ粉末を作製し、そのアトマイズ粉末を分級処理してＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金アトマイズ原料粉末を作製した。このアトマイズ原料粉末をさらに風力分級機により分級し、表１に示されるＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークと、Ｄ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を作製した。このＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の粒度分布はマイクロトラック装置により測定した。
【００１０】
このようにして得られたＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末をイオン交換水に浸漬してよく撹拌したのち、窒素により十分に脱酸素を行なった。この窒素により十分に脱酸素を行なったイオン交換水に、金属塩化物（ＭＣｌ２，ただしＭ＝Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ）を溶かし、酸化物膜組成が得られるよう調製された金属塩化物水溶液を静かに注ぎ、その後ＮａＯＨ水溶液によりｐＨを７．０に調整した。この混合液を７０℃一定に保ち、０．５〜３時間に渡り空気を吹き込みながら緩やかに撹拌し、Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面に表１に示される厚さの（Ｍｎ１７Ｚｎ１６Ｆｅ６７）３Ｏ４フェライト膜を成膜した。その後、このフェライト膜を成膜したＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を濾過、水洗、乾燥することにより表１に示される複合軟磁性粉末Ａ〜ｄを得た。
【００１１】
得られた複合軟磁性粉末Ａ〜ｄに、表２に示すＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する粒度分布の純鉄粉末および表２に示す平均粒径を有するＳｉＯ２粉末を表２に示す割合となるように混ぜ、６ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧をかけることにより外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍのリング状圧粉体を成形し、得られたリング状圧粉体を不活性ガス雰囲気中、１０００℃の温度で焼結することによりリング状焼結体からなるＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金を製造する本発明Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造法（以下、本発明法という）１〜１２、比較Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造法（以下、比較法という）１〜７および従来Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造法（以下、従来法という）を実施した。
これら本発明法１〜１２、比較法１〜７および従来法を実施することにより得られたＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の相対密度を測定し、その結果を表３〜４に示し、さらに、Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金について表３〜４に示される周波数の高周波における比透磁率をインピーダンスアナライザで測定し、その結果を表３〜４に示した。
【００１２】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
表１〜４に示される結果から、本発明法１〜１２で作製したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金は、従来法で作製したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金に比べて高密度を有すると共に高周波における比透磁率が優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた条件の比較法１〜７で作製したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金は密度または比透磁率の内の少なくともいずれかが劣るので好ましくないことが分かる。
【００１７】
実施例２
表５に示される中心の平均粒径および中心の高さを有するピークを持った粒度分布を有する純鉄粉末を用意し、この純鉄粉末をイオン交換水に浸漬してよく撹拌したのち、窒素により十分に脱酸素を行ない、この窒素により十分に脱酸素を行なったイオン交換水に、金属塩化物（ＭＣｌ２，ただしＭ＝Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ）を溶かし、酸化物膜組成が得られるよう調製された金属塩化物水溶液を静かに注ぎ、その後ＮａＯＨ水溶液によりｐＨを７．０に調整した。この混合液を７０℃一定に保ち、０．５〜３時間に渡り空気を吹き込みながら緩やかに撹拌し、純鉄粉末の表面に平均厚さ：１．２μの（Ｍｎ１７Ｚｎ１６Ｆｅ６７）３Ｏ４フェライト膜を成膜した。その後、このフェライト膜を成膜した純鉄粉末を濾過、水洗、乾燥することによりフェライト被覆純鉄粉末を作製した。
【００１８】
実施例１で作製した表１の複合磁性粉末に、前記フェライト被覆純鉄粉末および実施例１で用意したＳｉＯ２粉末を表５に示す割合となるように混ぜ、６ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧をかけることにより外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍのリング状圧粉体を成形し、得られたリング状圧粉体を不活性ガス雰囲気中、１０００℃の温度で焼結することによりリング状焼結体からなるＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金を製造する本発明法１３〜１８を実施した。
これら本発明法１３〜１８を実施することにより得られたＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の相対密度を測定し、その結果を表６に示し、さらに、Ｆｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金について表６に示される周波数の高周波における比透磁率をインピーダンスアナライザで測定し、その結果を表６に示した。
【００１９】
【表５】
【表６】
表５および表６に示される結果から、フェライト被覆純鉄粉末を使用した本発明法１３〜１８で作製したＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金は、従来法で作製した表４に示されるＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金に比べて高密度を有すると共に高周波における比透磁率が優れていることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明のＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法は、高密度で機械的強度が優れ、さらに高周波の比透磁率の高いＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金を提供することができ、電気および電子産業において優れた効果をもたらすものである。
Claims (2)
- 粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、
粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する純鉄粉末：１〜１０質量％、
平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧粉成形し焼結することを特徴とする高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法。 - 粒度分布がＤ１＝３０〜２００μｍを中心とする第１ピークとＤ２＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とする第２ピークを有しかつ第１ピークは第２ピークよりも大きな粒度分布を有するＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末の表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている複合軟磁性粉末に対して、
粒度分布がＤ３＝０．０５〜０．５×Ｄ１μｍを中心とするピークを有する表面にスピネル構造を有するフェライト層が被覆されている純鉄粉末：１〜１０質量％、
平均粒径：１００ｎｍ以下の二酸化ケイ素粉末：０．０５〜１．０質量％を添加全体で１００質量％となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧粉成形し焼結することを特徴とする高密度および高透磁性を有するＦｅ−Ｓｉ系複合軟磁性焼結合金の製造方法。
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| JP2012124179A (ja) * | 2006-03-20 | 2012-06-28 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムとその起動方法及び起動プログラム、並びに性能回復方法及び性能回復プログラム |
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| JP2016157753A (ja) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | 株式会社豊田中央研究所 | 圧粉磁心およびその製造方法 |
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