JP2010251779A - 絶縁粒子と、有機シラン、有機チタネート、有機アルミネート、及び有機ジルコネートから選択された潤滑剤とを含む軟磁性粉末組成物、並びにその調製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、高密度の複合構成要素に圧縮成形するのに適切な、新しい強磁性粉末組成物を提供することである。
【解決手段】本発明は、軟磁性の鉄ベースのコア粒子であって、前記コア粒子の表面が絶縁性の無機コーティングで取り囲まれているコア粒子と、シラン、チタネート、アルミネート、ジルコネート、又はこれらの混合物からなる群から選択された潤滑量の化合物とを含む、新しい強磁性粉末組成物に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、新しい金属粉末組成物に関する。より詳細には、本発明は、高周波数と低周波数のどちらで使用する場合であっても改善された性質を有する軟磁性材料を調製するのに有用な、鉄ベースの新しい粉末に関する。また本発明は、そこから調製された軟磁性複合材料を製造するための方法にも関する。

軟磁性材料は、電気機械、アクチュエータ、センサ、及び変圧器コア用の、インダクタ、ステータ、及びロータに用いられる心材などの適用分野で使用される。伝統的に、電気機械のロータやステータなどの軟磁性コアは、積み重ねられた鋼積層体で作製される。軟磁性複合ＳＭＣ材料は、軟磁性粒子、すなわち各粒子の表面に電気絶縁性コーティングを有する軟磁性粒子、通常は鉄をベースとする。伝統的な粉末冶金方法を使用して、絶縁粒子を任意選択で潤滑剤及び／又は結合剤と共に圧縮成形することにより、ＳＭＣ部品が得られる。この粉末冶金技法を使用することによって、鋼積層体を使用する場合よりもＳＭＣ構成要素の設計自由度が高い材料を生成することが可能になるが、それは、ＳＭＣ材料が３次元磁束を保持することができるからであり、また圧縮成形方法によって３次元形状を得ることができるからである。

鉄心構成要素の２つの重要な特徴とは、その透磁率と磁心損失特性である。材料の透磁率は、その材料が磁化される能力又はその材料が磁束を保持する能力を表す。透磁率は、誘導磁束と磁化力又は磁場強度の比と定義される。磁性材料が可変磁場に曝されると、ヒステリシス損と渦電流損失との両方が原因でエネルギー損失が生ずる。ヒステリシス損は、鉄心構成要素内の残留磁力を克服するのに必要なエネルギー消費によってもたらされる。渦電流損失は、交流（ＡＣ）状態によって引き起こされる磁束変化に起因する、鉄心構成要素での電流生成によってもたらされる。この構成要素の電気抵抗が高いことは、渦電流を最小限に抑えるのに望ましい。

被覆付きの鉄ベースの粉末を使用する磁心構成要素の粉末冶金製造の研究は、最終構成要素のその他の性質に悪影響を与えることなくある特定の物理特性及び磁気特性を高める鉄粉組成物の開発に向けられてきた。所望の構成要素の性質には、例えば、広い周波数範囲での高い透磁率、低磁心損失、高飽和磁気誘導、及び高強度が含まれる。通常は、構成要素の密度が増大すると、十分な電気抵抗を維持することができるならば、これらの性質は全て高められる。所望の粉末の性質には、圧縮成型技法に対する適合性が含まれ、これはすなわち、粉末を、構成要素の表面に損傷を与えることなく成型装置から容易に突き出すことが可能な高密度の構成要素に容易に成形できることを意味する。

本発明は、高密度の複合構成要素に圧縮成形するのに適切な、新しい強磁性粉末組成物に関する。より具体的には本発明は、軟磁性の鉄又は鉄ベースのコア粒子を含む粉末組成物に関し、その粒子の表面が電気絶縁性の無機コーティングで取り囲まれており、潤滑量のシラン、チタネート、アルミネート、又はジルコネートも含んでいる粉末組成物に関する。

また本発明は、これらの組成物から、高密度で焼結前の且つ任意選択で熱処理された圧縮成形体を調製する方法も含む。この方法は、上述の組成物を準備して、前記組成物を従来の潤滑剤（すなわち特定の潤滑剤）及び結合剤並びに流動促進剤などの添加剤と任意選択で混合するステップと、高圧のダイ内で一軸方向に圧縮成形し、焼結前の本体を突き出して、これを後で熱処理にかけることのできるステップとを含む。

種々の密度レベルでの抗折力を示す図である。

本明細書で使用する強磁性粉末は、鉄で作製され、又は鉄と、任意選択でアルミニウム、ケイ素、クロム、ニオブ、モリブデン、ニッケル、及びコバルトからなる群から選択された最高２０重量％の１種以上の元素とを組み合わせたものを含有する合金で作製される。新しい粉末は、本質的に純粋な鉄からなるベース粉末をベースにすることが好ましい。この粉末は、例えば市販の水アトマイズ鉄粉又はガスアトマイズ鉄粉、或いは海綿鉄粉などの還元鉄粉でよい。粉末粒子形状は、丸いもの、凸凹のあるもの、又は平らなものでよい。
本発明により使用することのできる好ましい電気絶縁性コーティングは、参照により本明細書に援用する米国特許第６３４８２６５号に記載されているタイプの薄いリン含有コーティングである。また、例えばＣｒ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｎｉ、又はＣｏをベースとしたコーティングなど、その他の好ましい無機コーティングを使用してもよい。本発明により使用される潤滑剤は、有機シラン、有機チタネート、有機アルミネート、又は有機ジルコネートのタイプである。この種類の物質は、その結合基の化学的機能性に応じて、しばしば表面改質剤、カップリング剤、又は架橋剤と呼ばれる。本発明により使用され且つ有機金属化合物と呼ぶことのできる、特定のタイプの有機シラン、有機チタネート、有機アルミネート、又は有機ジルコネートは、少なくとも１個の加水分解性基及び少なくとも１個の潤滑有機部分の存在によって、区別することができる。このタイプの化合物は、下記の一般式：
Ｍ（Ｒ_１）_ｎ（Ｒ_２）_ｍ
によって定義することができる。但し、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、及びＺｒから選択された中心原子であり；Ｒ_１は加水分解性基であり；Ｒ_２は潤滑有機部分からなる基であり；但し、ｍ＋ｎの合計は中心原子の配位数に等しくなければならず、ｎは整数≧１であり、ｍは整数≧１である。

特にＲ_１は、１２個未満のＣ原子を有するアルコキシ基である。好ましくは６個未満のＣ原子を有するアルコキシ基であり、最も好ましくは１〜３個のＣ原子を有するアルコキシ基である。Ｒ_１は、ヒドロキシ酢酸の残基（−ＯＣ（Ｏ））−ＣＨ_２Ｏ−）又はエチレングリコールの残基（−ＯＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ−）などのキレート基でもよい。

Ｒ_２は、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択された１個又は複数のヘテロ原子を任意選択で含む、６〜３０個の炭素原子、好ましくは１０〜２４個の炭素原子を含んだ有機基である。Ｒ_２は、容易に加水分解せずしばしば親油性である有機部分からなる基であり、アルキル、エーテル、エステル、ホスホアルキル（ｐｈｏｓｐｈｏ−ａｌｋｙｌ）、ホスホアルキル、リン脂質、又はホスホアミンの鎖でよい。リンは、ホスファト基（ｐｈｏｓｐｈａｔｏ ｇｒｏｕｐ）、ピロホスファト基（ｐｙｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｏ ｇｒｏｕｐ）、又はホスフィト基（ｐｈｏｓｐｈｉｔｏ ｇｒｏｕｐ）として存在することができる。さらにＲ_２は、線状、分枝状、環状、又は芳香族でよい。

本発明による潤滑シランの好ましい基は、アルキル−アルコキシシラン及びポリエーテルアルコキシシランである。さらに、ヘキサデシル−トリメトキシシラン、イソプロピル−トリイソステアリールチタネート、イソプロピル−トリ（ジオクチル）ホスファトチタネート、ネオペンチル（ジアリル）オキシ−トリ（ジオクチル）ホスファトジルコネート、ネオペンチル（ジアリル）オキシ−トリネオデカノイルジルコネート、及びジイソブチル−アセトアセチルアルミネートで有望な結果が得られる。

化合物の量は、好ましくは組成物の約０．０５重量％を超える量、例えば０．０５〜０．５重量％の量で存在し、好ましくは０．０７〜０．４５重量％であり、最も好ましくは０．０８〜０．４重量％である。潤滑剤の量が少なすぎると、高密度にはなるが突出し動作（ｅｊｅｃｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ）が不十分になり、したがって器具及び／又はＳＭＣ部品の表面状態が不十分になる。しかし量が多すぎると、突出し動作は優れたものになるが、構成要素の密度が低くなる可能性がある。さらに、この化合物は、絶縁粒子上に潤滑層として存在することが好ましい。しかし、構成要素の幾何形状並びに器具の材料及び品質は、突出し後のＳＭＣ部品の表面状態に大きな影響を及ぼすことに留意すべきである。

化合物である有機シラン、有機チタネート、又は有機アルミネートを使用することは、米国特許第４８２０３３８号及び第６５３７３８９号により知られている。米国特許第４８２０３３８号によれば、磁性粉末粒子と電気絶縁性有機結合剤ポリマーとの間の結合を促進させるために、シラン、チタネート、又はアルミネートを使用する。この粉末粒子は、無機コーティングを持っていない。

米国特許第６５３７３８９号は、軟磁性粉末の表面に電気絶縁性セラミックスを生成するための分子前駆体として、広範囲にわたるシリコン、アルミニウム、又はホウ素含有化合物を開示する。前駆体化合物は、熱処理によってセラミック性、金属性、又は金属間最終生成物に変換されて、耐熱性及び耐溶媒性が高まる。米国特許第６５３７３８９号は、有機金属化合物を、化学的及び熱的に耐性のあるコーティングを生成するための前駆体として使用するのであって高密度部品の生成を促進させる重要な構成要素として使用するものではないという点において、本発明と区別される。さらに、米国特許第６５３７３８９号の実施例に記載されている前駆体化合物は、潤滑部分を含まない。

本発明により使用される潤滑化合物は、適切な有機溶媒、例えばアセトンやエタノールなどの有機溶媒に溶解させ又は分散させる方法で使用することができる。得られた溶液又は分散液を、その後、鉄ベースの粉末に、混合しながら且つ任意選択で加熱しながら添加する。この溶媒は、最終的には任意選択で真空中で蒸発させる。

本発明の一実施形態によれば、使用される粉末は粗粒子を有し、すなわちこの粉末は、本質的に微粒子を含まない。「本質的に微粒子を含まない」という文言は、鉄又は鉄ベースの粉末粒子の約５％未満が、ＳＳ−ＥＮ２４４９７に記載されている方法により測定した場合に４５μｍよりも小さいサイズを有することを意味するものである。これまで最も興味深い結果は、本質的に約１０６μｍを超える粒子、特に約２１２μｍを超える粒子からなる粉末で実現された。「本質的に〜からなる」という文言は、粒子の少なくとも４０％、好ましくは少なくとも６０％が、約１０６μｍ及び約２１２μｍを超える粒径をそれぞれ有することを意味するものである。これまで最良の結果は、約２５０μｍの平均粒径を有する粉末であって、わずか３％未満が１０６μｍより小さい粉末で得られた。最大粒径は約５ｍｍでよい。ＰＭ製造で使用される鉄ベースの粉末の粒径分布は、通常、ガウス分布に従って分布し、平均粒径が３０〜１００μｍの領域にあり、約１０〜３０％が４５μｍ未満である。本質的に微粒子を含まない鉄ベースの粉末は、より微細な画分を除去することによって、又は所望の粒径分布を有する粉末を製造することによって、得ることができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、従来のＰＭ潤滑剤を鉄粉混合物中に使用し或いは潤滑剤を結合剤及び／又は表面処理剤と組み合わせて使用する粉末冶金の一般的な実施法とは対照的に、鉄又は鉄ベースの粉末は、ダイに移す前に個別の（特定の）潤滑剤と混合してはならない。また、圧縮成形を行う前にダイの壁面に潤滑剤が施されている場合には、外部潤滑剤（ダイ壁潤滑剤）を必ずしも使用する必要はない。しかし本発明は、それが問題となっている場合に従来の内部潤滑剤（最高で０．５重量％までの量）、外部潤滑剤、又はこれら両方の組合せを使用する可能性を排除するものではない。圧縮成形される粉末は、結合剤、潤滑剤、及び流動促進剤からなる群から選択された添加剤を含んでもよい。有機ＰＭ潤滑剤の他に使用することのできる無機潤滑剤の例は、六方晶窒化ホウ素、及びＭｏＳ_２である。

本発明によれば、少なくとも７．４５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する軟磁性複合材料は、圧縮成形圧力が高く且つダイ壁面に潤滑剤がないダイで、新しい粉末組成物を一軸方向に圧縮成形することによって調製することができる。焼結前の本体を圧縮成形器具から突き出したら、その本体を、最高で約７００℃の温度で熱処理することができる。

「圧縮成形圧力が高く」という文言は、少なくとも約８００ＭＰａの圧力を意味するものである。より興味深い結果は、より高い圧力で、例えば９００ＭＰａを超える圧力で、より好ましくは約１０００ＭＰａを超える圧力で、最も好ましくは約１１００ＭＰａを超える圧力で得られる。より微細な粒子を含む従来から使用されている粉末を用いた、高圧での、すなわち約８００ＭＰａを超える圧力での従来の圧縮成形は、ダイから圧縮成形体を突き出すのに大きい力が必要とされ、それに伴ってダイの摩耗が大きくなり、構成要素の表面の艶が少なく劣化する傾向にあるので、一般に不適当と考えられる。高密度を実現するのに高い圧縮成形圧力を使用するにもかかわらず、高い電気抵抗が得られる。本発明による粉末を使用することによって、突出し力を約１０００ＭＰａという高圧で低下させ、許容可能な表面又はさらに完全な表面を有する構成要素を得ることができることが、思いがけなく見出された。

圧縮成形は、標準的な装置で実施することができ、これは新しい方法を高額な投資なしで実施できることを意味する。圧縮成形は、一軸方向で実施され、好ましくは周囲温度又は高温で単一ステップで実施される。或いは圧縮成形は、特許公開公報ＷＯ０２／３８３１５に記載されているように、打破機（Ｈｙｄｒｏｐｕｌｓｏｒ製、モデルＨＹＰ３５−４）の助けを借りて実施することができる。

熱処理は、異なるタイプの雰囲気中、又は減圧下で、且つ任意選択で蒸気の存在下で、通常使用される温度、例えば最高約７００℃の温度で実施することができる。熱処理の前に、プレスされた構成要素を、任意選択で焼結前加工し及び／又は清浄化することができる。

本発明の主な目的は、高密度製品を実現することであり、そのためには、上述の粗粉末を使用することが好ましい。しかし、これらの潤滑作用は、多量の微粒子、すなわち今日のＰＭ産業で従来から使用されているタイプの粉末を含んだ粉末と組み合わせて得ることができることも見出された。下記の実施例３及び５は、本発明による有機金属化合物が従来の粉末と粗粉末との両方に及ぼす潤滑作用を示している。観察されるように、高密度は、多量の微粒子を含む従来の粉末でも得られる。本発明による、今日では通常使用される粒径分布を持つ鉄又は鉄ベースの粉末と潤滑剤とを含む組成物は、ある特定の適用分野では特に関心が持たれるものであり、したがって本発明の範囲内でもある。

「高密度」という用語は、少なくとも約７．４５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する圧縮成形体を意味するものとする。「高密度」は絶対値ではない。単一熱処理による単一プレス型の構成要素に関して現況技術により実現可能な典型的な密度は、約７．２ｇ／ｃｍ^３である。温間圧縮成形を使用することによって、約０．２ｇ／ｃｍ^３の増大を達成することができる。このような文脈において、「高密度」という用語は、使用される添加剤のタイプ及び量と使用される鉄ベースの粉末のタイプに応じて、約７．４５〜７．６５ｇ／ｃｍ^３以上の密度を有する圧縮成形体を意味するものである。より低い密度を有する構成要素も当然ながら生成することができるが、それほど興味あるものではないと考えられる。

簡単に言えば、本発明による粉末及び方法を使用することによって得られる利点とは、高密度のＳＭＣ部品を費用効果的に製造できることである。低い磁心損失と共に著しく高い磁気誘導レベルを持つＳＭＣ部品を得ることができる。その他の利点とは、熱処理後の機械的強度が増大することであり、また非常に高い密度にもかかわらず、電気抵抗の高い圧縮成形体を、ダイ壁面の仕上がり及び／又は圧縮成形したＳＭＣ部品の表面に悪影響を及ぼすことなくダイから首尾良く突き出すことができることである。したがって、優れた表面仕上げを有する部品を得ることが可能である。これらの結果は、単一の圧縮成形ステップで得ることができる。新しい粉末圧縮成形体で特に関心が持たれる製品の例は、電気機械、アクチュエータ、センサ、及び変圧器コア用のインダクタ、ステータ、及びロータである。

本発明はさらに、以下の実施例によって例示される。本発明はこれらに限定されないことが理解されよう。

鉄ベースの水アトマイズ粉末（Ｓｏｍａｌｏｙ ５５０（商標）、

スウェーデンから入手可能）を、出発材料として使用した。この粉末は、平均粒径が２１２〜４２５μｍの間であり、粒子の５％未満はその粒径が４５μｍよりも小さい。この粉末は、純粋な鉄粉であり且つその粒子は薄いリン含有障壁によって電気的に絶縁されたものであり、潤滑剤としてのヘキサデシル−トリメトキシシラン０．２重量％で処理した。潤滑剤の添加は、下記の通り実施した。すなわち、ヘキサデシル−トリメトキシシランをエタノール中で２０重量％溶液に希釈し、その溶液を６０分間撹拌した。０．２重量％に相当するこの溶液の量を、事前にミキサ内で７５℃に加熱した鉄粉に、混合しながら添加した。集中的な混合を同じミキサ内で３分間実施した後、低速で３０分間、さらに真空中で撹拌することにより、溶媒を蒸発させた。従来の潤滑剤と混合した相当の粉末を、比較例として使用した。この粉末をＫｅｎｕｏｌｕｂｅ（商標）と混合した後に、圧縮成形した。使用した潤滑剤の量は組成物の０．５％であり、これは一般に、高圧で圧縮成形した構成要素としては潤滑剤の量が少ないと考えられる。

内径４７ｍｍ、外径５５ｍｍ、高さ４ｍｍの複数のリングを、それぞれ異なる圧縮成形圧力８００ＭＰａ、１０００ＭＰａ、及び１２００ＭＰａで、単一ステップで一軸方向に圧縮成形した。有機金属潤滑剤が少量であり圧縮成形圧力が高いにもかかわらず、構成要素の表面は劣化の兆候を示さなかった。

圧縮成形後、これらの部品を、空気中で３０分間５００℃で熱処理した。得られた熱処理済みのリングに、センス用巻き数２５（２５ ｓｅｎ ｓｅ）、ドライブ用巻き数１１２（１１２ ｄｒｉｖｅ ｔｕｒｎｓ）として巻き付けた。磁気特性を、ＬＤＪ３５００Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｇｒａｐｈで測定した。表１は、ＤＣ条件下で測定した、それぞれ１５００Ａ／ｍと６９００Ａ／ｍでの最大相対透磁率と磁気誘導をまとめたものである。磁心損失／サイクルも、１Ｔで且つ５０Ｈｚ及び４００Ｈｚでそれぞれ測定した。

下記の表１は、得られた結果を明示する。

表１からわかるように、焼結前密度は、本発明による粉末の場合に著しく高く、したがって磁気特性は、比較例で使用した材料に比べて改善される。比較例は、圧縮成形圧力を１０００ＭＰａ及び１２００ＭＰａに上げることによって、磁気特性を改善することができず又はごくわずかしか改善できないことも明示している。

高密度のサンプルが得られたにもかかわらず、磁心損失は４００Ｈｚという低レベルでも維持され、電気絶縁層が維持されることを示している。

実施例１により生成されたサンプルを、空気中で３０分間、５００℃で熱処理した後の抗折力（ＴＲＳ）に関して試験した。抗折力は、ＩＳＯ ３９９５に従って試験した。図１は、種々の密度レベルでの抗折力を示す。同じ圧縮密度であっても、その強度は、本発明による材料の場合に意外に高いことに留意されたい。

非常に高い純度の水アトマイズによる鉄ベースの粉末であって、その粒子には薄い絶縁コーティングが施され且つ平均粒径が２１２μｍを超える粉末を、実施例１の手順に従い０．１％及び０．２％のヘキサデシル−トリメトキシシランでそれぞれ処理した。いかなる潤滑剤も含まない鉄ベースの同様の粉末を、参照として使用した。

直径２５ｍｍ、高さ４ｍｍの円筒状サンプルを、１０００ＭＰａの圧縮成形圧力で一軸方向にプレスする動作によって、圧縮成形した。

表２は、構成要素を突き出す際に必要な突出しエネルギーと、得られた焼結前密度を示す。突出しエネルギーは、潤滑剤を含まないサンプルでの突出しエネルギーのパーセンテージとして表す。

表２から、本発明による有機金属潤滑剤を少量添加することによって、突出しに必要なエネルギーが著しく低下し、且つ表面仕上げが改善されることがわかる。また、潤滑剤を０．１重量％から０．２重量％に増加させることによって、突出しエネルギーに良い影響を与えることも観察される。

この実施例は、有機金属化合物の１個又は複数の非加水分解基（Ｒ_２）の鎖長が、高圧で圧縮成形した後の突出しの際の潤滑特性に及ぼす影響について示す。この実施例では、様々なタイプ及び量のアルキル−アルコキシシラン（中心原子Ｓｉ）を潤滑剤として使用する。２種の異なる粒径分布を有する、薄い絶縁コーティングを施した、２種の高純度の水アトマイズによる鉄ベースの粉末を、その粒径の影響を示すために使用した。Ｓ粉末は、その粒子の約１４％が４５μｍであり、重量平均粒径は約１００μｍである。Ｃ粉末は、著しく粗い粒径分布を有し、重量平均粒径は約２５０μｍであり、３％未満が１０６μｍより小さい。

５種類の有機シランを使用した（Ａ〜Ｅ）。
Ａ メチル−トリメトキシシラン
Ｂ プロピル−トリメトキシシラン
Ｃ オクチル−トリメトキシシラン
Ｄ ヘキサデシル−トリメトキシシラン
Ｅ １０個のエチレンエーテル基を有するポリエチレンエーテル−トリメトキシシラン

０．０５〜３．０重量％の範囲の５つの異なるアルキル−アルコキシシランを、絶縁性の鉄ベースの粉末に添加し、得られた混合物を、１１００ＭＰａで一軸方向へのプレス運動によって圧縮成形し、直径２５ｍｍ、高さ１２ｍｍのスラグにした。突出し中に、単位滑り面積当たりの動的突出し力を測定し、突き出した後、下記の表３に示すように、焼結前表面仕上げを評価し密度を測定した。

表３からわかるように、アルキル鎖中の炭素原子が８個より少ない鎖長では、添加量が高くても十分な結果が得られない。したがって、構成要素を首尾良く突き出すためには、１個又は複数の潤滑（アルキル、又はポリエチレンエーテル）鎖基中に少なくとも８個の原子が必要である。０．５％を超える添加量では、焼結前の構成要素の密度がそれほど影響を受けなくなるので、寄せられる関心は少ないと考えられる。またこの表は、有機シラン含量が０．０５％未満である場合、構成要素及びダイ表面に損傷を与えることなく突き出すことは、潤滑アルキル基中に１６個の原子を含有するシラン「Ｄ」では不可能なことも示している。しかし、構成要素の幾何形状並びに器具の品質は、突出し後の構成要素の表面状態に大きな影響を与える。したがって、０．０５％よりも少ない量の潤滑剤であって、従来から使用されている潤滑剤、すなわち特定の潤滑剤と任意選択で混合したものが、いくつかの適用分野では興味あるものになり得る。

表３から、極めて高い密度を得ることができると結論付けることもできる。粗粉末は、標準的な粉末に比べて優れた突出し動作を示す。標準的な粒径分布を持つ粉末であっても、高密度に（少なくとも約７．６０ｇ／ｃｍ^３）圧縮成形することができる。上述のように、突出し動作はこの場合も、構成要素の幾何形状と器具の材料及び品質に大きく左右される。したがって標準的な粒径分布を持つ粉末は、いくつかの適用分野では興味あるものになり得る。

この実施例は、種々の中心原子を有する有機金属化合物の潤滑作用について実証する。この実施例では、４種の異なる潤滑剤の潤滑作用について試験をし、すなわち、中心原子としてＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌをそれぞれ有するシラン、チタネート、ジルコネート、及びアルミネートである。様々な中心原子は、異なる配位数及び化学特性を有する。しかし有機金属化合物の化学構造は、１個又は複数の潤滑基（Ｒ_２）の鎖長が、ヘキサデシル−トリメトキシシラン（Ｄ）で得られたものと比較することができる同等の特性を示すように選択した。

薄い絶縁コーティングを備えた、高純度の水アトマイズによる鉄ベースの粉末を、潤滑剤としての各有機金属化合物０．２重量％で処理した。得られた混合物を、１１００ＭＰａで一軸方向のプレス運動によって圧縮成形し、直径２５ｍｍ、高さ１２ｍｍのスラグにした。突出し中に、単位滑り面積当たりの動的突出し力を測定し、突き出した後、下記の表４に示すように、焼結前の表面仕上げを評価し密度を測定した。

４種の異なるタイプの有機金属剤について試験をした（Ａ〜Ｄ）。
Ａ イソプロピル−トリイソステアロイルチタネート
Ｂ ネオペンチル（ジアリル）オキシ−トリネオデカノニルジルコネート
Ｃ ジイソブチル（オレイル）アセト−アセチルアルミネート
Ｄ ヘキサデシル−トリメトキシシラン

表４からわかるように、全ての化合物の潤滑特性は十分である。したがって中心原子のタイプは、潤滑特性にごくわずかしか影響を与えないことを示している。１個又は複数の非加水分解基の鎖長と、ある程度までその化学構造は、本発明による潤滑特性をもたらすことが示されている。

平均粒径及び粒径分布の影響について、さらに調査した。表５による、異なる粒径分布を持った３種の異なる高純度の鉄ベースの粉末であって、これら全てが薄いリン酸ベースの電気絶縁体を備えている粉末を調製した。全てのサンプルを、実施例１で記述した手順に従って、０．２重量％のヘキサデシル−トリメトキシシランを用いて本発明により処理した。

直径２５ｍｍ、重量５０グラムの円筒状サンプルを、１０００ＭＰａの圧縮成形圧力で、一軸方向でのプレス運動により圧縮成形し、これらサンプルの全てについて、７．６ｇ／ｃｍ^３を超える焼結前密度が得られた。

サンプルＣの表面仕上げは、サンプルＡ及びＢそれぞれの表面仕上げよりも優れていることが観察された。

この実施例は、無機絶縁体の重要性について実証する。

高純度鉄粉、すなわちその粒子が薄いリン含有障壁によって電気的に絶縁されている鉄粉を、リンベースの無機絶縁体を持たない同一粉末と比較した。どちらのタイプの粉末も、引き続き本発明による潤滑剤として０．２重量％のヘキサデシル−トリメチルシランで処理した。

内径４５ｍｍ、外径５５ｍｍ、高さ５ｍｍのリングを、１１００ＭＰａの圧縮成形圧力で、単一ステップで一軸方向に圧縮成形した。圧縮成形後、部品を空気中で３０分間、５００℃で熱処理した。電気抵抗を４点法により測定した。

下記の表６は、絶縁粒子を持つ粉末及び絶縁粒子を持たない粉末で調製された複合構成要素の電気抵抗及び密度を示す。

Claims (23)

1. 軟磁性の鉄ベースのコア粒子であって、前記コア粒子の表面が絶縁性の無機コーティングで取り囲まれているコア粒子と、シラン、チタネート、アルミネート、ジルコネート、又はこれらの混合物からなる群から選択された潤滑量の化合物とを含んでなる、強磁性粉末組成物。
2. 前記化合物が、少なくとも１個の加水分解性基と少なくとも１個の潤滑有機部分とを有する、請求項１に記載の組成物。
3. 前記化合物が、前記絶縁性粒子の表面に潤滑層として存在する、請求項１又は２に記載の組成物。
4. 前記化合物が、下記の一般式を有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の組成物：
   Ｍ（Ｒ_１）_ｎ（Ｒ_２）_ｍ
   （式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＺｒから選択された中心原子であり、
   Ｒ_１は加水分解性基であり、
   Ｒ_２は潤滑有機部分からなる基であり、
   但し、ｍ＋ｎの合計は前記中心原子の配位数であり、
   ｎは整数≧１であり、且つ
   ｍは整数≧１である）
5. Ｒ_１が、１２個未満の炭素原子、好ましくは６個未満の炭素原子、最も好ましくは３個未満の炭素原子を有するアルコキシ基である、請求項４に記載の組成物。
6. Ｒ_１がキレート基である、請求項４に記載の組成物。
7. 前記キレート基が、ヒドロキシ酢酸の残基（−Ｏ（Ｏ＝Ｃ）−ＣＨ_２Ｏ−）又はエチレングリコールの残基（−ＯＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ−）である、請求項６に記載の組成物。
8. Ｒ_２が、６〜３０個の間の炭素原子、好ましくは１０〜２４個の間の炭素原子を含み、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される１個以上のヘテロ原子を任意選択で含む有機基である、請求項４から７までのいずれかに記載の組成物。
9. 前記Ｒ_２基が、線状、分枝状、環状、又は芳香族である、請求項８に記載の組成物。
10. 前記Ｒ_２基が、アルキル、エーテル、エステル、ホスホアルキル、リン脂質、又はホスホアミンからなる群から選択される鎖である、請求項８から９までのいずれかに記載の組成物。
11. 前記Ｒ_２が、ホスファト、ピロホスファト、又はホスフィトからなる群から選択される、請求項１０に記載の組成物。
12. 前記化合物が、アルキル−アルコキシシラン及びポリエーテル−アルコキシシランからなる群から選択される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の組成物。
13. 前記化合物が、オクチル−トリメトキシシラン、ヘキサデシル−トリメトキシシラン、ポリエチレンエーテル−トリメトキシシラン、イソプロピル−トリイソステアリールチタネート、イソプロピル−トリ（ジオクチル）ホスファトチタネート、ネオペンチル（ジアリル）オキシ−トリネオデカノイルジルコネート、ネオペンチル（ジアリル）オキシ−トリ（ジオクチル）ホスファトジルコネート、及びジイソブチル−アセトアセチルアルミネートからなる群から選択される、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の組成物。
14. 前記鉄ベースの粒子の前記絶縁性無機コーティングがリンをベースとする、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の組成物。
15. 前記鉄ベースのコア粒子が本質的に純粋な鉄からなる、請求項１から１４までのいずれかに記載の組成物。
16. 前記鉄ベースのコア粒子の５％未満が４５μｍよりも小さいサイズを有する、請求項１から１５までのいずれかに記載の組成物。
17. 前記鉄ベースのコア粒子の少なくとも４０％、好ましくは少なくとも６０％が、約１０６μｍを超える粒径を有する粒子からなる、請求項１から１６までのいずれか一項に記載の組成物。
18. 前記鉄ベースのコア粒子の少なくとも２０％、好ましくは少なくとも４０％、最も好ましくは少なくとも６０％が、約２１２μｍを超える粒径を有する粒子からなる、請求項１から１７までのいずれか一項に記載の粉末組成物。
19. 前記化合物の量が、０．０５〜０．５重量％、好ましくは０．０７〜０．４５重量％、最も好ましくは０．０８〜０．４重量％の量で存在する、請求項１から１８までのいずれか一項に記載の化合物を含む組成物。
20. 特定の潤滑剤、結合剤、又は流動促進剤などの添加剤と任意選択で混合する、請求項１から１９までのいずれかに記載の組成物。
21. 少なくとも７．４５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する軟磁性複合材料を調製するための方法であって、
    請求項１から２０までのいずれか一項に記載の鉄又は鉄ベースの粉末組成物を準備するステップと、
    得られた軟磁性粉末組成物を、少なくとも約８００ＭＰａの圧縮成形圧力で、ダイで一軸方向に圧縮成形するステップと、
    圧縮成形器具から焼結前の本体を突き出すステップと、
    前記圧縮成形した本体を任意選択で熱処理するステップと
    を含む方法。
22. 前記圧縮成形を、少なくとも約９００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１０００ＭＰａ、最も好ましくは約１１００ＭＰａの圧力で実施する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記鉄心粉末の粒径が、請求項１６から１８までのいずれか一項で定義した通りである、請求項２１又は２２に記載の方法。

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