JP2011517505A - 強磁性粉末組成物及びその生産方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、軟磁性鉄ベースのコア粒子を含む強磁性粉末組成物であって、該コア粒子の表面が、第１の無機絶縁層と、以下の一般式を有する有機金属化合物の、該第１の層の外側に位置する少なくとも１つの有機金属層とを備え、その一般式が、Ｒ_１［（Ｒ_１）ｘ（Ｒ_２）_ｙ（ＭＯ_ｎ−１）］_ｎＲ_１であり、ここで、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＺｒから選択される中心原子であり、Ｏは酸素であり、Ｒ_１は加水分解性基であり、Ｒ_２は有機部分であり、少なくとも１つのＲ_２は少なくとも１つのアミノ基を含み、ｎは１と２０の間の整数である繰返し単位の数であり、ｘは０と１の間の整数であり、ｙは１と２の間の整数であり、モース硬さが３．５未満の金属又は半金属の粒子状化合物が、少なくとも１つの有機金属層に付着し、粉末組成物が更に、粒子状の潤滑剤を含む、強磁性粉末組成物に関する。本発明は更に、その組成物を生産するプロセス、その組成物から作製された軟磁性複合部品を製造する方法、並びに得られる部品に関する。

Description

本発明は、電気的に絶縁された鉄ベース粉末を含む粉末組成物、及びそれを生産するプロセスに関する。本発明は更に、その組成物から作製された軟磁性の複合部品を製造する方法、並びに得られた部品に関する。

軟磁性材料は、インダクターのコア材料、電気機械類の固定子（ｓｔａｔｏｒ）及び回転子（ｒｏｔｏｒ）、アクチュエーター、センサー、及び変圧器（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）のコアなどの用途に使用される。従来、電気機械類の回転子及び固定子などの軟磁性コアは、積み重ねた鋼鉄の積層体から作られる。軟磁性複合（ＳＭＣ）材料は、通常鉄ベースの、軟磁性粒子をベースとしており、各粒子上に電気的絶縁被覆を有する。ＳＭＣ部品は、従来の粉末冶金（ＰＭ）圧縮成形プロセスを使用して、所望により潤滑剤及び／又はバインダーと一緒に、絶縁された粒子を圧縮成形することによって得られる。粉末冶金技術を使用することによって、ＳＭＣの部品では、鋼鉄積層体を使用するより、設計の自由度が高い材料を生産することが可能になる。というのは、ＳＭＣ材料が３次元磁束を保持することができ、圧縮成形プロセスによって３次元の形状を得ることができるからである。

鉄コア部品の２つのキーとなる特性は、透磁率及びコア損失特性である。材料の透磁率は、磁化される能力、又は磁束を保持する能力を示すものである。透磁率は、磁化力又は磁界強度に対する誘導磁束の比として定義される。磁気材料が変動磁場にさらされるときに、エネルギー損失がヒステリシス損及び渦電流損の両方で生じる。ヒステリシス損（ＤＣ損失）は、ほとんどのモーターの用途で全コア損失の大部分を構成し、鉄コア部品内に保持される磁気力に打ち勝つために必要なエネルギー消費によって引き起こされる。ベース粉末の純度及び質を改善することによって、最も重要なことには、部品の熱処理温度及び／又は時間を増大させること（即ちストレスの解消）によって、これらの力を最小限に抑えることができる。渦電流損（ＡＣ損失）は、交流（ＡＣ）条件下で変動する磁束により生ずる、鉄コア部品中に発生する電流によって引き起こされる。渦電流を最小限に抑えるためには、部品の電気抵抗率が高いことが望ましい。ＡＣ損失を最小限に抑えるのに必要な電気抵抗率のレベルは、用途（動作周波数）のタイプ及び部品のサイズに応じて変わる。

被覆された鉄ベース粉末を使用した磁性コア部品の粉末冶金製造における研究は、最終的な部品の他の特性に悪影響を及ぼすことなしに、その特定の物理的及び磁性の特性を向上する鉄粉末組成物の開発を対象としてきた。所望の部品の特性には、例えば、拡大した周波数範囲を通じて高い透磁率、低いコア損失、高い飽和誘導、及び高い機械的強度が含まれる。所望の粉末の特性は更に、圧縮成形技術に対する適合性を含み、これは粉末を簡単に成形して高密度の部品にすることができることを意味し、部品表面に損傷を与えることなしに、鋳造設備から簡単に取り出すことができる。

以下に公開特許の例の概要を示す。

Ｌａｓｈｍｏｒｅの米国特許第６３０９７４８号には、直径のサイズが約４０から約６００ミクロンであり無機酸化物の被覆が各粒子上に堆積された、強磁性の粉末が記載されている。

Ｊａｎｓｓｏｎの米国特許第６３４８２６５号は、リン及び酸素を含有する薄い被覆で被覆された鉄の粉末を教示しており、その被覆された粉末は、熱処理できる軟磁性のコアにするように圧縮成形するのに適している。

Ｓｏｉｌｅａｕの米国特許第４６０１７６５号は、鉄の粉末を利用する、圧縮成形された鉄コアを教示しており、その鉄コアを、最初にフィルム状のアルカリ金属ケイ酸塩で被覆し、次いでシリコーン樹脂ポリマーでオーバーコーティングする。

Ｍｏｒｏの米国特許第６１４９７０４号には、フェノール樹脂及び／又はシリコーン樹脂の被覆、及び所望によりゾル状の酸化チタン又は酸化ジルコニウムで電気的に絶縁された、強磁性の粉末が記載されている。得られた粉末は、ステアリン酸金属塩の潤滑剤と混合され、ダストコア（ｄｕｓｔ ｃｏｒｅ）になるように圧縮成形される。

Ｍｏｒｏの米国特許第７２３５２０８号は、強磁性の粉末が分散された絶縁バインダーを有する強磁性の粉末から作られたダストコアを教示し、その絶縁バインダーは、三官能性のアルキル−フェニルシリコーン樹脂、及び所望により無機酸化物、炭化物又は窒化物を含む。

軟磁性体の分野の更なる文献は、出願公開番号２００７−１２９１５４号である、Ｙｕｕｉｃｈｉの日本特許出願２００５−３２２４８９号、出願公開番号２００７−０８８１５６号である、Ｍａｅｄａの日本特許出願２００５−２７４１２４号、出願公開番号２００６−０２４４８６９号である、Ｍａｓａｋｉの日本特許出願２００４−２０３９６９号、出願公開番号２００６−２３３２９５号である、Ｕｅｄａの日本特許出願２００５−０５１１４９号、及び出願公開番号２００６−２４５１８３号である、Ｗａｔａｎａｂｅの日本特許出願２００５−０５７１９３号である。

米国特許第６３０９７４８号明細書 米国特許第６３４８２６５号明細書 米国特許第４６０１７６５号明細書 米国特許第６１４９７０４号明細書 米国特許第７２３５２０８号明細書 特開２００７−１２９１５４号公報 特開２００７−０８８１５６号公報 特開２００６−０２４４８６９号公報 特開２００６−２３３２９５号公報 特開２００６−２４５１８３号公報

本発明の一目的は、強度の高い軟磁性部品になるように圧縮成形される、電気的に絶縁された鉄ベース粉末を含む鉄ベース粉末組成物を提供することであり、その部品は、鉄ベース粉末の電気的に絶縁された被覆が劣化することなく最適な熱処理温度で熱処理できる。

本発明の一目的は、ヒステリシス損を最小限に抑え渦電流損を低レベルに維持しながら強度が高く最大透磁率が高く誘導が高い軟磁性部品になるように圧縮成形される、電気的に絶縁された鉄ベース粉末を含む鉄ベース粉末組成物を提供することである。

本発明の一目的は、いかなる毒性の又は環境に好ましくない溶媒又は乾燥手順を必要とせずに、鉄ベース粉末組成物を生産する方法を提供することである。

一目的は、十分な機械的強度並びに許容できる磁束密度（誘導）及び最大透磁率と共に低いコア損失を有する、圧縮成形され、所望により熱処理された、軟磁性鉄ベースの複合構成要素を生産するプロセスを提供することである。

上述の目的、及び／又は以下の説明から明らかになる、言及していない更なる目的のうち少なくとも１つを実現するために、本発明は、軟磁性鉄ベースのコア粒子を含む強磁性粉末組成物であって、それらのコア粒子の表面が、第１のリンベースの無機絶縁層と、以下の一般式を有する有機金属化合物の、該第１の層の外側に位置する少なくとも１つの有機金属層とを備え、
その一般式が、
Ｒ_１［（Ｒ_１）_ｘ（Ｒ_２）_ｙ（ＭＯ_ｎ−１）］_ｎＲ_１
であり、
ここで、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ_１は加水分解性基であり、
Ｒ_２は有機部分であり、少なくとも１つのＲ_２は少なくとも１つのアミノ基を含み、
ｎは１と２０の間の整数である繰返し単位の数であり、
ｘは０と１の間の整数であり、
ｙは１と２の間の整数であり、
モース硬さが３．５未満の金属又は半金属の粒子状化合物が、少なくとも１つの有機金属層に付着し、該粉末組成物が更に、粒子状の潤滑剤を含む、上記強磁性粉末組成物に関する。

本発明は更に、強磁性粉末組成物を作製するプロセスであって、ａ）その表面が、リンベースの無機絶縁層によって電気的に絶縁されている軟磁性鉄ベースのコア粒子を上記のような有機金属化合物と混合するステップ、ｂ）所望により、該得られた粒子を、上記のような更なる有機金属化合物と混合するステップ、ｃ）該粉末を、モース硬さが３．５未満の金属又は半金属の粒子状化合物と混合するステップ、及びｄ）その粉末を粒子状の潤滑剤と混合するステップ、を含む、上記強磁性粉末組成物を作製するプロセスに関する。ステップｃは、所望により、ステップｂの後に追加して、ステップｂの前に行われてもよく、ステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行われてもよい。

本発明は更に、軟磁性複合材料を作製するプロセスであって、本発明による組成物をダイ中で少なくとも約６００ＭＰａの圧縮成形圧力で一軸圧縮成形するステップ、所望により、前記添加された粒子状の潤滑剤の融解温度より低い温度に該ダイを予熱するステップ、得られた未焼結成型体を取り出すステップ、及び所望により該未焼結成型体を熱処理するステップ、を含む、上記軟磁性複合材料を作製するプロセスに関する。本発明による部品は、典型的には、Ｐの含有量は０．０１〜０．１重量％であり、ベース粉末に添加されるＳｉの含有量は０．０２〜０．１２重量％であり、Ｂｉの含有量は０．０５〜０．３５重量％である。

ベース粉末
鉄ベースの軟磁性コア粒子は、水アトマイズ、ガスアトマイズ又はスポンジ鉄粉末でよいが、水アトマイズ粉末が好ましい。

鉄ベースの軟磁性コア粒子は、本質的に純粋な鉄、最大７重量％、好ましくは最大３重量％のシリコンを有する合金鉄であるＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏの群から選択される合金鉄、又はそれらの組合せから成る群から選択されるものでよい。本質的に純粋な鉄、即ち不可避の不純物しか有さない鉄が好ましい。

粒子は球形又は異形でよく、異形の粒子が好ましい。ＡＤは２．８と４．０ｇ／ｃｍ^３の間、好ましくは３．１と３．７ｇ／ｃｍ^３の間でよい。

鉄ベースのコア粒子の粒子平均サイズは、２５と６００μｍの間、好ましくは４５と４００μｍの間、最も好ましくは６０と３００μｍの間である。

第１の被覆層（無機）
コア粒子は、第１の無機絶縁層を備え、この第１の無機絶縁層は、好ましくはリンベースである。こうした第１の被覆層は、水又は有機溶媒に溶解したリン酸で、鉄ベース粉末を処理することによって実現することができる。水ベースの溶媒に、さび止め及び界面活性剤が所望により添加される。鉄ベース粉末粒子を被覆する好ましい方法が、米国特許第６３４８２６５号に記載されている。リン酸処理を繰り返すことができる。鉄ベースのコア粒子へのリンベースの絶縁無機被覆は、好ましくは、ドープ剤、さび止め、又は界面活性剤などのいかなる添加物をも含まない。

層１のリン酸塩の含有量は、組成物の０．０１と０．１重量％の間でよい。

有機金属層（第２の被覆層）
少なくとも１つの有機金属層が、第１のリンベースの層の外側に配置される。有機金属層は、一般式：
Ｒ_１［（Ｒ_１）_ｘ（Ｒ_２）_ｙ（ＭＯ_ｎ−１）］_ｎＲ_１
を有する有機金属化合物からなり、
ここで、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＺｒから選択された中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ_１は加水分解性基であり、
Ｒ_２は有機部分であり、少なくとも１つのＲ_２は少なくとも１つのアミノ基を含み、
ｎは１と２０の間の整数である繰返し単位の数であり、
ｘは０と１の間の整数であり、ｙは１と２の間の整数である（したがって、ｘは０又は１でよく、ｙは１又は２でよい）。

有機金属化合物は、表面改質剤、カップリング剤、又は架橋剤の群から選択することができる。

有機金属化合物のＲ_１は、４個未満、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よい。

Ｒ_２は有機部分であり、これは、Ｒ_２基が有機部分（ｐａｒｔ）又は一部（ｐｏｒｔｉｏｎ）を含むことを意味する。Ｒ_２は１〜６個、好ましくは１〜３個の炭素原子を含むことができる。Ｒ_２は更に、Ｎ、Ｏ、Ｓ及びＰから成る群から選択される１つ又は複数のヘテロ原子を含むことができる。Ｒ_２基は、直鎖状、分枝状、環式、又は芳香族であってよい。

Ｒ_２は、アミン、ジアミン、アミド、イミド、エポキシ、ヒドロキシル、エチレンオキシド、ウレイド、ウレタン、イソシアナト、アクリラート、アクリル酸グリセリル、ベンジル−アミノ、ビニル−ベンジル−アミノの官能基のうち１つ又は複数を含むことができる。Ｒ_２基は、任意の言及した官能Ｒ_２基と繰返し単位を有する疎水性アルキル基との間で交互に変更することができる。

有機金属化合物は、シラン、シロキサン及びシルセスキオキサン又は対応するチタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコニウム酸塩の、誘導体、中間生成物又はオリゴマーから選択することができる。

一実施形態によれば、１つの有機金属層の少なくとも１つの有機金属化合物はモノマー（ｎ＝１）である。

別の実施形態によれば、１つの有機金属層の少なくとも１つの有機金属化合物はオリゴマー（ｎ＝２〜２０）である。

別の実施形態によれば、第１の層の外側に配置された有機金属層は有機金属化合物のモノマーからなり、最も外側の有機金属層は有機金属化合物のオリゴマーからなる。モノマー及びオリゴマーの化学的官能性は、同一ではなくても良い。有機金属化合物のモノマーの層と有機金属化合物のオリゴマーの層の重量の比は、１：０と１：２の間、好ましくは２：１〜１：２の間でよい。

有機金属化合物がモノマーの場合は、トリアルコキシ及びジアルコキシシラン、チタン酸塩、アルミン酸塩、又はジルコニウム酸塩の群から選択することができる。したがって、有機金属化合物のモノマーは、３−アミノプロピル−トリメトキシシラン、３−アミノプロピル−トリエトキシシラン、３−アミノプロピル−メチル−ジエトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−メチル−ジメトキシシラン、１，７−ビス（トリエトキシシリル）−４−アザヘプタン、トリアミノ−官能性プロピル−トリメトキシシラン、３−ウレイドプロピル−トリエトキシシラン、３−イソシアナトプロピル−トリエトキシシラン、トリス（３−トリメトキシシリルプロピル）−イソシアヌレート、Ｏ−（プロパルギルオキシ）−Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）−ウレタン、１−アミノメチル−トリエトキシシラン、１−アミノエチル−メチル−ジメトキシシラン、又はそれらの混合物から選択されてよい。

有機金属化合物のオリゴマーは、シラン、チタン酸塩、アルミン酸塩、又はジルコニウム酸塩のアルコキシ終端アルキル−アルコキシ−オリゴマーから選択されてよい。したがって、有機金属化合物のオリゴマーは、メトキシ、エトキシ又はアセトキシ−終端アミノ−シルセスキオキサン、アミノ−シロキサン、オリゴマーの３−アミノプロピル−メトキシ−シラン、３−アミノプロピル／プロピル−アルコキシ−シラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン、又はＮ−アミノエチル−３−アミノプロピル／メチル−アルコキシ−シラン或いはそれらの混合物から選択されてよい。

有機金属化合物の総量は、組成物の０．０５〜０．６重量％、好ましくは０．０５〜０．５重量％、より好ましくは０．１〜０．４重量％、最も好ましくは０．２〜０．３重量％でよい。これらの種類の有機金属化合物は、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．、Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧ、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇなどの会社から市販されているものでよい。

有機金属化合物は、アルカリ性の特徴を有し、鉄ベース粉末の第１の無機層に結合する結合機能、即ち、所謂、カップリング剤を含むこともできる。その物質は、第１の層からの過剰な酸、及び酸性の副生成物を中和するはずである。アミノアルキルアルコキシ−シラン、−チタン酸塩、−アルミン酸塩、又は−ジルコニウム酸塩の群からのカップリング剤を使用する場合は、その物質は加水分解し部分的に重合する（それに従って、幾つかのアルコキシ基はアルコールの形態に加水分解する）。有機金属化合物の結合又は架橋機能は、金属又は半金属の粒子状化合物に結合し、圧縮成形した複合部品の機械的な安定性を改善できるとも考えられている。

金属又は半金属の粒子状化合物
被覆した軟磁性鉄ベース粉末は、少なくとも１つの化合物、金属又は半金属の粒子状化合物をも含有すべきである。金属又は半金属の粒子状化合物は、モース硬さ３．５未満と軟質であり、かつ、微細粒子又はコロイドを構成すべきである。その化合物の粒子の平均サイズは、好ましくは、５μｍ未満、好ましくは３μｍ未満、最も好ましくは１μｍ未満でよい。金属又は半金属の粒子状化合物の純度は、９５重量％超、好ましくは９８重量％超、最も好ましくは９９重量％超でよい。金属又は半金属の粒子状化合物のモース硬さは、好ましくは、３以下、より好ましくは２．５以下である。ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、及びＴｉＯ_２は、研磨剤であり、モース硬さが３．５より十分大きく、本発明の範囲内に包含されない。研磨剤の化合物は、ナノサイズの粒子のときでさえ、電気的に絶縁する被覆に非可逆性の損傷を生じ、これにより、取出しが不良になり、熱処理した部品の磁性及び／又は機械的な特性が低下する。

金属又は半金属の粒子状化合物は、鉛、インジウム、ビスマス、セレン、ホウ素、モリブデン、マンガン、タングステン、バナジウム、アンチモン、スズ、亜鉛、セリウムの群から選択される少なくとも１つのものでよい。

金属又は半金属の粒子状化合物は、酸化物、水酸化物、水和物、炭酸塩、リン酸塩、フッ化物、硫化物、硫酸塩、亜硫酸塩、酸塩化物、又はそれらの混合物でよい。

好ましい実施形態によれば、金属又は半金属の粒子状化合物は、ビスマス、又はより好ましくは、ビスマス（ＩＩＩ）の酸化物である。金属又は半金属の粒子状化合物は、アルカリ性又はアルカリ土類金属から選択される第２の化合物と混合されてよく、その化合物は、炭酸塩、好ましくは、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、リチウム、カリウム又はナトリウムの炭酸塩でよい。

金属又は半金属の粒子状化合物又は化合物の混合物は、組成物の０．０５〜０．５重量％、好ましくは０．１〜０．４重量％、最も好ましくは０．１５〜０．３重量％の量で存在してよい。

金属又は半金属の粒子状化合物は、少なくとも１つの有機金属層に付着する。本発明の一実施形態では、金属又は半金属の粒子状化合物は、最も外側の有機金属層に付着する。

潤滑剤
本発明による粉末組成物は粒子状の潤滑剤を含む。粒子状の潤滑剤は、重要な役割を果たし、ダイの壁を潤滑にする必要なしで、圧縮成形を可能にする。粒子状の潤滑剤は、第一級及び第二級脂肪酸アミド、トランス−アミド（ビスアミド）又は脂肪酸アルコールから成る群から選択することができる。粒子状の潤滑剤の潤滑部分は、１２〜２２個の炭素原子を含む飽和又は不飽和鎖でよい。粒子状の潤滑剤は、好ましくは、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、ステアリルエルカアミド、エルシル−ステアルアミド、ベヘニルアルコール、エルシルアルコール、エチレン−ビスステアルアミド（即ちＥＢＳ又はアミドワックス）から選択されてよい。粒子状の潤滑剤は、組成物の０．１５〜０．５５重量％、好ましくは０．２〜０．４重量％の量で存在してよい。

組成物の作製プロセス
本発明による強磁性粉末組成物を作製するプロセスは、ａ）その表面が、リンベースの無機絶縁層によって電気的に絶縁されている軟磁性鉄ベースのコア粒子を上述のような有機金属化合物と混合するステップ、ｂ）所望により、該得られた粒子を上述のような更なる有機金属化合物と混合するステップ、ｃ）その粉末を、モース硬さが３．５未満の金属又は半金属の粒子状化合物と混合するステップ、及びｄ）その粉末を粒子状の潤滑剤と混合するステップ、を含む。ステップｃは、所望により、ステップｂの後に追加して、ステップｂの前に行われてもよく、ステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行われてもよい。

第１の無機絶縁層を備えるコア粒子は、有機金属化合物と混合される前に、アルカリ性化合物で前処理されてよい。前処理は、第１の層と第２の層との間の結合のための要件を改善することができ、磁性の複合部品の電気抵抗率と機械的強度の両方を強化することもできる。アルカリ性化合物は、アンモニア、ヒドロキシルアミン、テトラアルキル水酸化アンモニウム、アルキル−アミン、アルキル−アミドから選択されてよい。前処理は、上記で列挙した任意の化学物質を用いて、好ましくは、適切な溶媒に希釈して、上記粉末と混合することで、さらに所望により乾燥することで、行うことができる。

軟磁性の部品を生産するプロセス
本発明による軟磁性複合材料を作製するプロセスは、本発明による組成物をダイ中で少なくとも約６００ＭＰａの圧縮成形圧力で一軸圧縮成形するステップ、所望により、添加された粒子状の潤滑剤の融解温度より低い温度に該ダイを予熱するステップ、得られた未焼結成形体を取り出すステップ及び所望により、その未焼結成形体を熱処理するステップ、を含む。

圧縮成形は、冷間ダイ圧縮成形、温間ダイ圧縮成形、又は高速圧縮成形でよく、好ましくは、非加熱の粉末と共に、制御したダイ温度（５０〜１２０℃）を使用する。

熱処理プロセスは、真空、非還元、不活性、又は例えば０．０１から３％の酸素の弱酸化雰囲気、或いは蒸気中で行うことができ、これは、圧縮成形体の保磁力を増大することなしに無機ネットワークの形成を促進することができる。所望により、不活性の雰囲気中で熱処理が行われ、その後、すぐに、蒸気などの酸化雰囲気中にさらされて、より強度の高い表面の堅い外皮（ｃｒｕｓｔ）を構築する。温度は最高７００℃でよい。

熱処理の条件は、潤滑剤ができるだけ完全に蒸発可能にするものとする。これは、通常、約３００から５００℃より高い、熱処理サイクルの最初の部分で得られる。より高い温度では、金属又は半金属の化合物は、有機金属化合物と反応し、部分的にガラス状のネットワークを形成することができる。これは、更に、部品の機械的強度、及び電気抵抗率を強化することになる。最高温度（６００〜７００℃）で、圧縮成形体は、複合材料の保磁力、したがってヒステリシス損を最小限に抑える、完全なストレスの解放を実現することができる。

本発明に従って作製した、圧縮成形し熱処理した軟磁性複合材料は、好ましくは、Ｐの含有量が部品の０．０１〜０．１重量％の間、ベース粉末に添加するＳｉの含有量が部品の０．０２〜０．１２重量％の間、Ｂｉの含有量が部品の０．０５〜０．３５重量％の間である。

以下の実施例によって本発明を更に例証する。

「実施例１」
粒子の平均サイズが約２２０μｍ、粒子の５％未満の粒子サイズが４５μｍ未満（４０メッシュの粉末）の鉄ベースの水アトマイズ粉末。この粉末は純鉄粉末であり、この粉末に、最初に電気的に絶縁性の、薄いリンベースの層を設けた（リン含有量は被覆した粉末の約０．０４５重量％であった）。その後、０．２重量％のアミノアルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．より）と攪拌することによって混合した。その組成物を、０．２重量％の酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微細粉末と更に混合した。比較のために、それぞれシラン及びビスマスを使用した表面改質のない、対応する粉末を使用した。最後に、圧縮成形前に粒子状の潤滑剤、ＥＢＳと粉末を混合した。使用した潤滑剤の量は、組成物の０．３重量％である。

内径４５ｍｍ、外径５５ｍｍ、高さ５ｍｍの磁性のトロイド（ｔｒｏｉｄ）を、単一のステップで、２つの異なる圧縮成形圧力、それぞれ８００及び１１００ＭＰａで、ダイの温度６０℃で一軸圧縮成形した。圧縮成形後に、この部品を６５０℃で３０分、窒素中で熱処理した。比較参照用材料は、５３０℃で３０分、空気中（Ａ６、Ａ８）及び蒸気（Ａ７）中で処理している。得られた熱処理したトロイドを、１００センス（ｓｅｎｓｅ）ターン且つ１００ドライブ（ｄｒｉｖｅ）ターンで巻いた。磁性の測定値を、１００ドライブターン且つ１００センスターンを有するトロイドサンプルで、Ｂｒｏｃｋｈａｕｓのヒステリシスグラフを使用して測定した。全コア損失を、１テスラで、それぞれ４００Ｈｚ及び１０００Ｈｚで測定した。ＩＳＯ３９９５に従って抗折力（ＴＲＳ）を測定した。４点測定法によって、リングサンプルで、比電気抵抗率を測定した。

以下の表１に、得られた結果を示す。

１つ又は複数の被覆層が除かれた場合、磁性及び機械的な特性が悪影響を受ける。リン酸塩ベースの層を除外することにより、許容できない電気抵抗率、したがって高い渦電流損がもたらされる（Ａ３）。有機金属化合物を除外すると、電気抵抗率又は機械的強度が許容できないものになる（Ａ４、Ａ５）。

ヘガネス（Ｈｏｇａｎａｓ ＡＢ、Ｓｗｅｄｅｎ）から入手される、Ｓｏｍａｌｏｙ（いずれかの国における登録商標）７００又はＳｏｍａｌｏｙ（いずれかの国における登録商標）３Ｐ（Ａ６〜Ａ８）など、現行の市販の比較参照材料と比較すると、本発明の複合材料は、より高い温度で熱処理することができ、それにより、ヒステリシス損（ＤＣ損失／サイクル）が大幅に低減される。

「実施例２」
粒子の平均サイズ約９５μｍ、１０〜３０％が４５μｍ未満（１００メッシュの粉末）、見掛け密度３．３ｇ／ｃｍ^３の鉄ベースの水アトマイズ粉末を出発材料として使用した。それらの鉄粒子は、リン酸塩ベースの電気的に絶縁性の被覆によって囲まれている。被覆した粉末を、更に、０．２重量％のアミノアルキル−トリアルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）、その後０．２重量％のアミノアルキル／アルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）のオリゴマーと攪拌することによって混合した。これらは両方ともＥｖｏｎｉｋ Ｉｎｄによって生産される。その組成物を更に、０．２重量％の酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微細粉末と混合した。最後に、その粉末を、圧縮成形前に粒子状の潤滑剤、ＥＢＳと混合した。使用した潤滑剤の量は、組成物の０．４重量％であった。粉末組成物を更に、実施例１に記載したようにして、但し、それぞれ６００及び８００ＭＰａを使用して処理した。表２に、得られた結果を示す。

「実施例３」
同じリンベースの絶縁層を有する、実施例１と同じベース粉末を使用した。この粉末を、異なる量の第１の塩基性アミノアルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と、その後、１：１の関係でアミノアルキル／アルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）のオリゴマーと、攪拌することによって混合した。これらは両方ともＥｖｏｎｉｋ Ｉｎｄによって生産される。その組成物を、異なる量の酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微細粉末（９９重量％超、Ｄ_５０約０．３μｍ）と更に混合した。サンプルＣ５は、純度がより低く粒子のサイズがより大きい（９８重量％超、Ｄ_５０約５μｍ）Ｂｉ_２Ｏ_３と混合される。最後に、その粉末を、１１００ＭＰａで圧縮成形する前に、異なる量のアミドワックス（ＥＢＳ）と混合した。粉末組成物を、実施例１に記載したように更に処理した。結果を表３に示し、その結果は磁気特性及び機械的強度（ＴＲＳ）への影響を示す。

サンプルＣ１からＣ４は、異なる量の有機金属化合物、酸化ビスマス、又は潤滑剤を使用する影響を示す。サンプルＣ５では、電気抵抗率はより低いが、ＴＲＳはサンプルＣ６と比較してわずかに改善される。

「実施例４」
サンプルＤ１０（０．０６重量％のＰ）及びＤ１１（０．０１５重量％のＰ）を除いて、同じリンベースの絶縁層を有する、実施例１と同じベース粉末を使用した。粉末サンプルＤ１からＤ１１を表４に従って更に処理した。最後に全てのサンプルを、０．３重量％のＥＢＳと混合し、８００ＭＰａまで圧縮成形した。その後、窒素中で、６５０℃で３０分、この軟磁性部品を熱処理した。

サンプルＤ１からＤ３は、層２−１又は２−２のいずれかを省くことができるが、両方の層を組み合わせることで最良の結果が得られることを示す。サンプルＤ４及びＤ５は、希釈したアンモニアを使用し、次いで空気中で１２０℃で１時間乾燥することによって前処理した粉末を示す。前処理した粉末を、許容できる特性をもたらすアミン官能性オリゴマーのシランと更に混合した。

サンプルＤ１０及びＤ１１は、層１のリン酸含有量の影響を示す。粒子のサイズの分布及び粒子の形態など、ベース粉末の特性に応じて、全ての所望の特性を実現するために、最適のリンの濃度（０．０１と０．１重量％の間）がある。

「実施例５」
同じリンベースの絶縁層を有する、実施例１と同じベース粉末を使用した。金属化合物の添加が異なることを除いて、３つ全てのサンプルをサンプルＤ１と同様に処理した。サンプルＥ１は、炭酸カルシウムが酸化ビスマス（ＩＩＩ）に少量添加される場合、電気抵抗率が改善されることを示す。サンプルＥ２は、別の軟質の金属化合物、ＭｏＳ_２の影響を示す。

モース硬さが３．５未満の研磨剤及び硬質の化合物を添加するのと対照的に、コランダム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は石英（ＳｉＯ_２）（Ｅ３）など、モース硬さが３．５より十分大きい研磨剤及び硬質の化合物を添加すると、ナノサイズの粒子であるにも関わらず、電気抵抗率及び機械的強度が不十分なので軟磁性特性は許容できない。

Claims (15)

1. 軟磁性鉄ベースのコア粒子を含む強磁性粉末組成物であって、該コア粒子の表面が、第１のリンベースの無機絶縁層と、以下の一般式を有する有機金属化合物の、該第１の層の外側に位置する少なくとも１つの有機金属層とを備え、
   前記一般式は、
   Ｒ_１［（Ｒ_１）_ｘ（Ｒ_２）_ｙ（ＭＯ_ｎ−１）］_ｎＲ_１
   であり、
   ここで、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＺｒから選択される中心原子であり、
   Ｏは酸素であり、
   Ｒ_１は加水分解性基であり、
   Ｒ_２は有機部分であり、少なくとも１つのＲ_２が少なくとも１つのアミノ基を含み、
   ｎは１と２０の間の整数である繰返し単位の数であり、
   該ｘは０と１の間の整数であり、
   ｙは１と２の間の整数であり、
   モース硬さ３．５未満の金属又は半金属の粒子状化合物が、少なくとも１つの有機金属層に付着し、該粉末組成物が更に、粒子状の潤滑剤を含む、上記強磁性粉末組成物。
2. １つの有機金属層中の前記有機金属化合物がモノマー（ｎ＝１）である、請求項１に記載の組成物。
3. １つの有機金属層中の前記有機金属化合物がオリゴマー（ｎ＝２〜２０）である、請求項１又は２に記載の組成物。
4. 前記有機金属化合物中のＲ_１が、４個未満、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１から３までのいずれか一項に記載の組成物。
5. Ｒ_２が１〜６個、好ましくは１〜３個の炭素原子を含む、請求項１から４までのいずれか一項に記載の組成物。
6. 前記有機金属化合物の前記Ｒ_２基が、Ｎ、Ｏ、Ｓ及びＰからなる群から選択される１つ又は複数のヘテロ原子を含む、請求項１から５までのいずれか一項に記載の組成物。
7. Ｒ_２が、アミン、ジアミン、アミド、イミド、エポキシ、メルカプト、ジスルフィド、クロロアルキル、ヒドロキシル、エチレンオキシド、ウレイド、ウレタン、イソシアナト、アクリラート、アクリル酸グリセリルの官能基のうち１つ又は複数を含む、請求項１から６までのいずれか一項に記載の組成物。
8. 前記有機金属化合物が、トリアルコキシ及びジアルコキシシラン、チタン酸塩、アルミン酸塩、又はジルコニウム酸塩から選択されるモノマーである、請求項１から７までのいずれか一項に記載の組成物。
9. 前記有機金属化合物が、シラン、チタン酸塩、アルミン酸塩、又はジルコニウム酸塩の、アルコキシ−終端アルキル／アルコキシオリゴマーから選択されるオリゴマーである、請求項１から７までに記載の組成物。
10. 前記有機金属化合物のオリゴマーが、アルコキシ−終端アミノ−シルセスキオキサン、アミノ−シロキサン、オリゴマー性の３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン、３−アミノプロピル／プロピル−アルコキシ−シラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−アルコキシシラン、又はＮ−アミノエチル−３−アミノプロピル／メチル−アルコキシ−シラン、又はそれらの混合物から選択される、請求項３に記載の組成物。
11. 前記金属又は半金属の粒子状化合物が、ビスマス、又は好ましくは、酸化ビスマス（ＩＩＩ）である、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の組成物。
12. 強磁性粉末組成物を作製するプロセスであって、
    ａ）その表面が、リンベースの無機絶縁層によって電気的に絶縁されている、軟磁性鉄ベースのコア粒子を、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の有機金属化合物と混合するステップ、
    ｂ）所望により、該得られた粒子を、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の更なる有機金属化合物と混合するステップ、
    ｃ）該粉末を、モース硬さが３．５未満の金属又は半金属の粒子状化合物と混合するステップ、及び
    ｄ）該粉末を粒子状の潤滑剤と混合するステップ、
    を含む、上記強磁性粉末組成物を作製するプロセス。
    ステップｃは、所望により、ステップｂの後に追加して、ステップｂの前に行われてもよく、ステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行われてもよい。
13. 請求項１２に従って得られる強磁性粉末組成物。
14. 軟磁性複合材料を作製するプロセスであって、
    ａ）請求項１から１１までのいずれか一項に記載の組成物をダイ中で少なくとも約６００ＭＰａの圧縮成形圧力で一軸圧縮成形するステップと、
    ｂ）所望により、前記添加された粒子状の潤滑剤の融解温度より低い温度に該ダイを予熱するステップと、
    ｃ）該得られた未焼結成形体を取り出すステップと、
    ｄ）所望により、該未焼結成形体を熱処理するステップと
    を含む、上記軟磁性複合材料を作製するプロセス。
15. Ｐの含有量が部品の０．０１〜０．１重量％、前記ベース粉末に添加されるＳｉの含有量が部品の０．０２〜０．１２重量％の間であり、Ｂｉの含有量が部品の０．０５〜０．３５重量％の間である、請求項１４に従って作製された、圧縮成形され熱処理された軟磁性複合材料。