JP2014207341A - Iron carbide material, manufacturing method thereof, and magnet - Google Patents

Iron carbide material, manufacturing method thereof, and magnet Download PDF

Info

Publication number
JP2014207341A
JP2014207341A JP2013084391A JP2013084391A JP2014207341A JP 2014207341 A JP2014207341 A JP 2014207341A JP 2013084391 A JP2013084391 A JP 2013084391A JP 2013084391 A JP2013084391 A JP 2013084391A JP 2014207341 A JP2014207341 A JP 2014207341A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
iron
powder
particles
carbon
iron carbide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013084391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
前田 徹
Toru Maeda
前田  徹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2013084391A priority Critical patent/JP2014207341A/en
Publication of JP2014207341A publication Critical patent/JP2014207341A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an iron carbide material superior in magnetic property, and a method for manufacturing such an iron carbide material.SOLUTION: An iron carbide material consists of powder which comprises: FeCparticles, and a carbon coating layer on at least a part of the surface of each particle. A method for manufacturing the iron carbide material comprises: a preparation step which includes preparing iron powder; a mixing step which includes adding carbon powder to the iron powder, and mixing up the iron powder and the carbon powder, thereby producing iron powder with carbon attached thereto; a carbonization step which includes performing a reduction heat treatment on the iron powder with carbon attached thereto in a reducing gas atmosphere to cause a reaction of a part of the iron and carbon to produce FeC and to synthesize precursor particles including the remaining iron and FeC, and forming a carbon coating layer on the surface of each precursor particle, thereby producing precursor powder; and a diffusion step which includes performing a diffusion heat treatment on the precursor powder with a magnetic field applied thereto to synthesize FeCparticles from the remaining iron and FeC, to produce iron carbide powder having a coating layer on the surface of each FeCparticle.

Description

本発明は、炭化鉄材、炭化鉄材の製造方法、及び磁石に関する。   The present invention relates to an iron carbide material, a method for manufacturing an iron carbide material, and a magnet.

モータや発電機などに利用される永久磁石として、酸化鉄を用いたフェライト磁石、Fe−Al−Ni−Co系合金やFe−Cr−Co系合金を用いた金属系磁石、Nd−Fe−B系合金やSm−Fe−N系合金を用いた希土類磁石が利用されている。   As permanent magnets used for motors, generators, etc., ferrite magnets using iron oxide, metal magnets using Fe-Al-Ni-Co alloys and Fe-Cr-Co alloys, Nd-Fe-B Rare earth magnets using an alloy based on Sm-Fe-N are used.

最近では、NiやCo、希土類金属などの希少金属を使用しない磁石材料の研究が進められている。代替材料候補として、窒化鉄(Fe16)が注目されている(特許文献1、2参照)。Fe16は、飽和磁化が高く、理論的に高い最大エネルギー積(BH)maxを持つことから、磁石材料として期待されている。 Recently, research has been conducted on magnet materials that do not use rare metals such as Ni, Co, and rare earth metals. As an alternative material candidate, iron nitride (Fe 16 N 2 ) has attracted attention (see Patent Documents 1 and 2). Fe 16 N 2 is expected as a magnet material because of its high saturation magnetization and theoretically high maximum energy product (BH) max.

一方、Fe16と同様の侵入型の鉄化合物である炭化鉄(Fe16)が知られている(特許文献3参照)。特許文献3には、Fe16膜を記録媒体膜として利用することが記載されている。この特許文献3では、Fe単結晶膜にCのイオンを加速して注入した後、熱処理することで、Fe格子中にCを侵入させた構造のFe16膜を作製している。 On the other hand, iron carbide (Fe 16 C 2 ), which is an interstitial iron compound similar to Fe 16 N 2 , is known (see Patent Document 3). Patent Document 3 describes that an Fe 16 C 2 film is used as a recording medium film. In Patent Document 3, an Fe 16 C 2 film having a structure in which C is intruded into an Fe lattice is manufactured by accelerating and injecting C ions into an Fe single crystal film and then performing heat treatment.

特開2012−246174号公報JP 2012-246174 A 特開2012−253248号公報JP 2012-253248 A 特開平8−203735号公報JP-A-8-203735

特許文献3では、Fe16の膜を作製し、これを記録媒体膜として利用しているが、膜であるため、任意の大きさ・形状が求められる磁石に使用することは困難である。また、Fe16を磁石などの磁性材料に利用する場合、磁気特性に優れることが望まれる。 In Patent Document 3, a film of Fe 16 C 2 is produced and used as a recording medium film. However, since it is a film, it is difficult to use it for a magnet that requires an arbitrary size and shape. . In the case of using the Fe 16 C 2 magnetic material such as a magnet, it is desired to be excellent in magnetic properties.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の1つは、磁気特性に優れる粉末状又は成形体状の炭化鉄材を提供することにある。
本発明の別の目的の1つは、磁気特性に優れる粉末状又は成形体状の炭化鉄材を生産性よく製造することができる炭化鉄材の製造方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的の1つは、磁気特性に優れる磁石を提供することにある。
This invention is made | formed in view of the said situation, and one of the objectives of this invention is to provide the iron carbide material of the powder form or molded object form which is excellent in a magnetic characteristic.
Another object of the present invention is to provide a method for producing an iron carbide material capable of producing a powdered or molded iron carbide material having excellent magnetic properties with high productivity.
Another object of the present invention is to provide a magnet having excellent magnetic properties.

本発明の炭化鉄材は、Fe16の粒子と、粒子の表面の少なくとも一部に炭素の被覆層とを備える粉末である。 The iron carbide material of the present invention is a powder comprising Fe 16 C 2 particles and a carbon coating layer on at least a part of the surface of the particles.

本発明の炭化鉄材は、Fe16の粒子と、粒子間に炭素の粒界相とを備える成形体である。 The iron carbide material of the present invention is a molded body including Fe 16 C 2 particles and a grain boundary phase of carbon between the particles.

本発明の炭化鉄材の製造方法は、以下の工程を備える。
(A)酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程。
(B)炭素の粒子を含む炭素粉末を鉄粉末に添加し、鉄粉末と炭素粉末とを混合して、酸化鉄粒子の表面に炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程。
(C)炭素付着鉄粉末に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、酸化鉄を還元して生成したFeの一部と炭素とを反応させてFeCを生成し、Feの残部とFeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前駆体粒子の表面に炭素の被覆層を形成して前駆体粉末を作製する炭化工程。
(D)前駆体粉末に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、Feの残部とFeCとからFe16の粒子を合成し、Fe16粒子の表面に被覆層を備える炭化鉄粉末を作製する拡散工程。
The manufacturing method of the iron carbide material of this invention is equipped with the following processes.
(A) A preparation step of preparing iron powder containing iron oxide particles.
(B) A mixing step of adding carbon powder containing carbon particles to the iron powder, mixing the iron powder and the carbon powder, and attaching the carbon particles to the surface of the iron oxide particles to produce the carbon-attached iron powder.
(C) A reduction heat treatment is performed on the carbon-adhered iron powder in a reducing gas atmosphere, and a part of Fe generated by reducing iron oxide reacts with carbon to generate Fe 3 C, and the remaining Fe and Fe A carbonization step of synthesizing precursor particles containing 3 C and forming a precursor powder by forming a coating layer of carbon on the surface of the precursor particles.
(D) subjected to a diffusion heat treatment while applying a magnetic field to the precursor powder, to synthesize particles of Fe 16 C 2 from the rest and the Fe 3 C of Fe, comprises a coating layer on the surface of the Fe 16 C 2 particles A diffusion process for producing iron carbide powder.

本発明の炭化鉄材の製造方法は、以下の工程を備える。
(A)酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程。
(B)炭素の粒子を含む炭素粉末を鉄粉末に添加し、鉄粉末と炭素粉末とを混合して、酸化鉄粒子の表面に炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程。
(C)炭素付着鉄粉末を加圧成形して中間成形体を作製する前成形工程。
(D)中間成形体に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、酸化鉄を還元して生成したFeの一部と炭素とを反応させてFeCを生成し、Feの残部と前記FeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前駆体粒子間に炭素の粒界相を形成して前駆体成形体を作製する炭化工程。
(E)前駆体成形体に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、Feの残部とFeCとからFe16の粒子を合成し、Fe16粒子間に粒界相を備える炭化鉄成形体を作製する拡散工程。
The manufacturing method of the iron carbide material of this invention is equipped with the following processes.
(A) A preparation step of preparing iron powder containing iron oxide particles.
(B) A mixing step of adding carbon powder containing carbon particles to the iron powder, mixing the iron powder and the carbon powder, and attaching the carbon particles to the surface of the iron oxide particles to produce the carbon-attached iron powder.
(C) A pre-molding step in which carbon-adhered iron powder is pressure-molded to produce an intermediate molded body
(D) The intermediate formed body is subjected to a reduction heat treatment in a reducing gas atmosphere, and a part of Fe produced by reducing iron oxide is reacted with carbon to produce Fe 3 C, and the remaining Fe and the Fe A carbonization step of synthesizing precursor particles containing 3 C and producing a precursor compact by forming a grain boundary phase of carbon between the precursor particles.
(E) is subjected to diffusion heat treatment while applying a magnetic field to the precursor molded bodies were synthesized particles Fe 16 C 2 from the rest and the Fe 3 C of Fe, the grain boundary phase between Fe 16 C 2 particles A diffusion process for producing an iron carbide formed body.

本発明の炭化鉄材は、磁気特性に優れ、磁石などの磁性材料に好適に利用できる。
また、本発明の炭化鉄材の製造方法は、磁気特性に優れる粉末状又は成形体状の炭化鉄材を生産性よく製造することができる。
The iron carbide material of the present invention is excellent in magnetic properties and can be suitably used for magnetic materials such as magnets.
Moreover, the manufacturing method of the iron carbide material of this invention can manufacture the iron carbide material of a powder form or a molded object excellent in a magnetic characteristic with sufficient productivity.

[本発明の実施形態の説明]
鉄や鉄合金、鉄化合物を単純に炭化して炭化鉄を合成しても、炭素が過剰に取り込まれて、Fe16よりも磁気特性に劣るFeCが生成される。炭化鉄は、Fe16の状態よりもFeCの状態の方が安定するためである。本発明者が鋭意研究したところ、FeとFeCとを含む化合物に特定の熱処理を施すことで、FeとFeCとからFe16が効率よく合成されることを見出した。以下、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
Even if iron, iron alloy, or iron compound is simply carbonized to synthesize iron carbide, the carbon is taken in excessively and Fe 3 C, which is inferior in magnetic properties to Fe 16 C 2, is generated. This is because iron carbide is more stable in the Fe 3 C state than in the Fe 16 C 2 state. As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that Fe 16 C 2 can be efficiently synthesized from Fe and Fe 3 C by subjecting a compound containing Fe and Fe 3 C to a specific heat treatment. The contents of the embodiments of the present invention will be listed and described below.

(1)実施形態の炭化鉄材は、Fe16の粒子と、粒子の表面の少なくとも一部に炭素の被覆層とを備える粉末である。 (1) The iron carbide material of the embodiment is a powder comprising Fe 16 C 2 particles and a carbon coating layer on at least a part of the surface of the particles.

上記した実施形態の炭化鉄材(粉末)によれば、強磁性のFe16の粒子(以下、単に「Fe16粒子」と呼ぶ場合がある)を備えることで、磁気特性に優れる。なお、本願明細書でいう「Fe16の粒子」とは、Fe16を主成分として含む粒子のことであり、粒子におけるFe16成分の含有量が80体積%以上である。 According to the iron carbide material (powder) of the above-described embodiment, the magnetic properties are excellent by providing ferromagnetic Fe 16 C 2 particles (hereinafter, sometimes simply referred to as “Fe 16 C 2 particles”). The term “Fe 16 C 2 particles” as used herein refers to particles containing Fe 16 C 2 as a main component, and the content of the Fe 16 C 2 component in the particles is 80% by volume or more. .

実施形態の炭化鉄材(粉末)は磁石などの磁性材料に好適に利用できる。実施形態の炭化鉄材の粉末を磁性材料に利用する場合、任意の大きさ・形状に成形することができる。例えば、粉末をバインダ樹脂で固化した成形体や、粉末を圧縮成形した成形体とすることが挙げられる。このような成形体を磁石素材に利用する場合、Fe16の粒子同士がくっついている(磁気的に結合している)と減磁し易い。しかしながら、実施形態の炭化鉄材(粉末)は、Fe16粒子の表面に非磁性の炭素の被覆層(以下、単に「炭素被覆層」と呼ぶ場合がある)を備えることで、被覆層がFe16の粒子同士の磁気的な結合を切る働きをして、磁気特性が向上する。 The iron carbide material (powder) of the embodiment can be suitably used for a magnetic material such as a magnet. When the iron carbide powder of the embodiment is used as a magnetic material, it can be formed into an arbitrary size and shape. For example, a molded body obtained by solidifying a powder with a binder resin or a molded body obtained by compression molding a powder can be used. When such a molded body is used as a magnet material, it is easy to demagnetize if Fe 16 C 2 particles are adhered to each other (magnetically coupled). However, the iron carbide material (powder) of the embodiment is provided with a nonmagnetic carbon coating layer (hereinafter sometimes simply referred to as “carbon coating layer”) on the surface of Fe 16 C 2 particles, so that the coating layer is It works to break the magnetic coupling between the Fe 16 C 2 particles, thereby improving the magnetic properties.

(2)実施形態の炭化鉄材(粉末)の一形態としては、上記粒子の平均粒径が、50nm以上100nm以下であることが挙げられる。   (2) As one form of the iron carbide material (powder) of embodiment, the average particle diameter of the said particle | grain is 50 nm or more and 100 nm or less.

磁気特性を向上させる観点から、Fe16粒子は微細であることが好ましく、粒子の平均粒径は、例えばナノオーダー(1000nm以下)であることが好ましい。特に、実施形態の炭化鉄材(粉末)を磁石材料に利用する場合、Fe16粒子の平均粒径は、50nm以上100nm以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the magnetic properties, the Fe 16 C 2 particles are preferably fine, and the average particle size of the particles is preferably, for example, nano-order (1000 nm or less). In particular, when the iron carbide material (powder) of the embodiment is used as a magnet material, the average particle size of the Fe 16 C 2 particles is more preferably 50 nm or more and 100 nm or less.

(3)実施形態の炭化鉄材(粉末)の一形態としては、上記被覆層の平均厚さが、2.5nm以上であることが挙げられる。   (3) As one form of the iron carbide material (powder) of embodiment, it is mentioned that the average thickness of the said coating layer is 2.5 nm or more.

実施形態の炭化鉄材(粉末)を成形した成形体を磁石素材に利用する場合、上述したように、炭素被覆層にはFe16の粒子同士の磁気的な結合を切る働きがある。ここで、磁気的な結合を切るという観点から、Fe16の粒子間は非磁性体で5nm以上隔てられていることが好ましい。実施形態の炭化鉄材の粉末を成形した場合、隣り合う粒子間には各粒子の被覆層が介在することになるため、粉末での粒子表面の炭素被覆層の平均厚さは2.5nm以上が好ましい。一方、炭素被覆層の平均厚さの上限は、粉末におけるFe16成分を確保する観点から、Fe16粒子の平均粒径の10%以下とすることが好ましい。 When utilizing compact molded carbonized iron (powder) embodiment the magnet material, as described above, the carbon coating layer is worked off magnetic coupling between the particles of Fe 16 C 2. Here, from the viewpoint of breaking the magnetic coupling, it is preferable that the Fe 16 C 2 particles are separated by 5 nm or more with a non-magnetic material. When the powder of the iron carbide material of the embodiment is molded, since the coating layer of each particle is interposed between adjacent particles, the average thickness of the carbon coating layer on the particle surface in the powder is 2.5 nm or more preferable. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the carbon coating layer is preferably 10% or less of the average particle diameter of the Fe 16 C 2 particles from the viewpoint of securing the Fe 16 C 2 component in the powder.

(4)実施形態の炭化鉄材は、上記した実施形態の炭化鉄材の粉末を成形したものである。   (4) The iron carbide material of the embodiment is obtained by molding the iron carbide material powder of the above-described embodiment.

実施形態の炭化鉄材の粉末を成形した炭化鉄材の成形体(炭化鉄粉末成形体)は、任意の大きさ・形状を有する粉末粒子の集合体である。成形体には、例えば、粉末をバインダ樹脂で固化した形態や、粉末を圧縮成形した形態が挙げられる。   An iron carbide material compact (iron carbide powder compact) obtained by molding the iron carbide powder of the embodiment is an aggregate of powder particles having an arbitrary size and shape. Examples of the molded body include a form in which powder is solidified with a binder resin and a form in which powder is compression-molded.

(5)別の実施形態の炭化鉄材は、Fe16の粒子と、粒子間に炭素の粒界相とを備える成形体である。 (5) The iron carbide material according to another embodiment is a molded body including Fe 16 C 2 particles and a carbon grain boundary phase between the particles.

上記した実施形態の炭化鉄材(成形体)によれば、強磁性相のFe16の粒子を備えることで、磁気特性に優れる。実施形態の炭化鉄材の成形体は、Fe16の粒子同士が粒子間に介在する粒界相によって結合された構造であり、任意の大きさ・形状とすることができる。 According to the iron carbide material (molded body) of the above-described embodiment, the magnetic properties are excellent by providing the particles of the ferromagnetic phase Fe 16 C 2 . The shaped body of the iron carbide material of the embodiment has a structure in which Fe 16 C 2 particles are bonded together by a grain boundary phase interposed between the particles, and can have an arbitrary size and shape.

実施形態の炭化鉄材(成形体)は磁石などの磁性材料に好適に利用できる。実施形態の炭化鉄材の成形体を磁石素材に利用する場合、Fe16の粒子同士がくっついている(磁気的に結合している)と減磁し易い。しかしながら、実施形態の炭化鉄材(成形体)は、Fe16粒子間に非磁性の炭素の粒界相(以下、単に「炭素粒界相」と呼ぶ場合がある)を備えることで、粒界相がFe16の粒子同士の磁気的な結合を切る働きをして、磁気特性が向上する。 The iron carbide material (molded body) of the embodiment can be suitably used for a magnetic material such as a magnet. When the molded body of the iron carbide material of the embodiment is used as a magnet material, it is easy to demagnetize if the Fe 16 C 2 particles are bonded (magnetically coupled). However, the iron carbide material (molded body) of the embodiment includes a non-magnetic carbon grain boundary phase (hereinafter sometimes simply referred to as “carbon grain boundary phase”) between Fe 16 C 2 grains. The magnetic phase is improved by acting to cut the magnetic coupling between the grains having the field phase of Fe 16 C 2 .

(6)実施形態の炭化鉄材(成形体)の一形態としては、上記粒子の平均粒径が、50nm以上100nm以下であることが挙げられる。   (6) As one form of the iron carbide material (molded body) of the embodiment, the average particle diameter of the particles is 50 nm or more and 100 nm or less.

磁気特性を向上させる観点から、Fe16粒子は微細であることが好ましく、粒子の平均粒径は、例えばナノオーダー(1000nm以下)であることが好ましい。特に、実施形態の炭化鉄材(成形体)を磁石素材に利用する場合、Fe16粒子の平均粒径は、50nm以上100nm以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the magnetic properties, the Fe 16 C 2 particles are preferably fine, and the average particle size of the particles is preferably, for example, nano-order (1000 nm or less). In particular, when the iron carbide material (molded body) of the embodiment is used as a magnet material, the average particle size of the Fe 16 C 2 particles is more preferably 50 nm or more and 100 nm or less.

(7)実施形態の炭化鉄材(成形体)の一形態としては、上記粒界相の平均厚さが、5nm以上であることが挙げられる。   (7) As one form of the iron carbide material (molded body) of the embodiment, the average thickness of the grain boundary phase is 5 nm or more.

実施形態の炭化鉄材(成形体)を磁石素材に利用する場合、上述したように、炭素粒界相にはFe16の粒子同士の磁気的な結合を切る働きがある。ここで、磁気的な結合を切るという観点から、非磁性相である炭素粒界相の平均厚さは5nm以上が好ましい。一方、炭素粒界相の平均厚さの上限は、成形体におけるFe16成分を確保する観点から、Fe16粒子の平均粒径の20%以下とすることが好ましい。 When the iron carbide material (molded body) of the embodiment is used as a magnet material, as described above, the carbon grain boundary phase has a function of cutting the magnetic coupling between Fe 16 C 2 particles. Here, from the viewpoint of breaking the magnetic coupling, the average thickness of the carbon grain boundary phase which is a nonmagnetic phase is preferably 5 nm or more. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the carbon grain boundary phase is preferably 20% or less of the average particle diameter of the Fe 16 C 2 particles from the viewpoint of securing the Fe 16 C 2 component in the molded body.

(8)実施形態の炭化鉄材(成形体)の一形態としては、角型比が0.8以上であることが挙げられる。   (8) As one form of the iron carbide material (molded body) of the embodiment, the squareness ratio is 0.8 or more.

角型比が0.8以上であることで、高い磁気異方性を有し、強力な磁石が得られる。より好ましくは、角形比が0.85以上である。   When the squareness ratio is 0.8 or more, a strong magnet having high magnetic anisotropy can be obtained. More preferably, the squareness ratio is 0.85 or more.

(9)実施形態の炭化鉄材の製造方法は、以下の工程を備える。
(A)酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程
(B)炭素の粒子を含む炭素粉末を鉄粉末に添加し、鉄粉末と炭素粉末とを混合して、酸化鉄粒子の表面に炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程。
(C)炭素付着鉄粉末を還元ガス雰囲気中で還元熱処理して、酸化鉄を還元して生成したFeの一部と炭素とを反応させてFeCを生成し、Feの残部とFeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前駆体粒子の表面に炭素の被覆層を形成して前駆体粉末を作製する炭化工程。
(D)前駆体粉末に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、Feの残部とFeCとからFe16の粒子を合成し、Fe16粒子の表面に被覆層を備える炭化鉄粉末を作製する拡散工程。
(9) The manufacturing method of the iron carbide material of embodiment comprises the following processes.
(A) Preparatory step of preparing iron powder containing iron oxide particles (B) Adding carbon powder containing carbon particles to iron powder, mixing the iron powder and carbon powder, on the surface of the iron oxide particles A mixing step in which carbon particles are adhered to produce carbon-adhered iron powder.
(C) Reducing heat treatment of the carbon-attached iron powder in a reducing gas atmosphere to react part of Fe produced by reducing iron oxide with carbon to produce Fe 3 C, and the rest of Fe and Fe 3 A carbonization step of synthesizing precursor particles containing C and forming a precursor powder by forming a coating layer of carbon on the surface of the precursor particles.
(D) subjected to a diffusion heat treatment while applying a magnetic field to the precursor powder, to synthesize particles of Fe 16 C 2 from the rest and the Fe 3 C of Fe, comprises a coating layer on the surface of the Fe 16 C 2 particles A diffusion process for producing iron carbide powder.

上記した実施形態の炭化鉄材(粉末)の製造方法によれば、炭化工程において、炭素付着鉄粉末に還元熱処理を施すことで、FeとFeCとを含む前駆体粒子を合成することができる。また同時に、前駆体粒子の表面に炭素の被覆層を形成することができる。そして、拡散工程において、前駆体粉末に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施すことで、FeとFeCとからFe16を合成して、Fe16粒子の表面に被覆層を備える炭化鉄粉末が得られる。ここで、拡散工程において磁場を印加することで、Feの基本格子(体心立方格子;BCC)を磁場の印加方向に引き伸ばし、引き伸ばされた格子軸に沿った一方向に並ぶFe原子−Fe原子間にCを侵入し易くし、他の二方向にCを侵入し難くすることができる。つまり、Cの侵入方向を規制することができる。そのため、磁場を印加した状態で拡散熱処理することで、FeとFeCとを含む前駆体粒子において、FeCの引き伸ばされない格子に存在しているC原子が拡散し、Feの磁歪により引き伸ばされた格子軸に沿った一方向に並ぶFe原子−Fe原子間に選択的に侵入して再配置され、FeとFeCとからFe16を効率よく合成できる。また、炭化工程で前駆体粒子の表面に炭素の被覆層が同時に形成されることから、最終的に得られる炭化鉄粉末の粒子表面に非磁性材を別途被覆する必要もない。したがって、上記した実施形態の炭化鉄材(粉末)の製造方法によれば、磁気特性に優れる粉末状の炭化鉄材を生産性よく製造することができる。なお、本願明細書でいう「酸化鉄の粒子を含む鉄粉末」とは、酸化鉄の粒子を主体とする粉末のことであり、酸化鉄の粒子を80体積%以上含む。また、「炭素の粒子を含む炭素粉末」とは、炭素の粒子を主体とする粉末のことであり、炭素の粒子を80体積%以上含む。 According to the method for producing an iron carbide material (powder) of the embodiment described above, precursor particles containing Fe and Fe 3 C can be synthesized by subjecting the carbon-adhered iron powder to a reduction heat treatment in the carbonization step. . At the same time, a carbon coating layer can be formed on the surface of the precursor particles. In the diffusion step, a diffusion heat treatment is performed with a magnetic field applied to the precursor powder to synthesize Fe 16 C 2 from Fe and Fe 3 C, and a coating layer is formed on the surface of the Fe 16 C 2 particles. The iron carbide powder provided is obtained. Here, by applying a magnetic field in the diffusion step, the Fe basic lattice (body-centered cubic lattice; BCC) is stretched in the magnetic field application direction, and Fe atoms-Fe atoms are aligned in one direction along the stretched lattice axis. It is possible to make it easy for C to enter in between and make it difficult for C to enter in the other two directions. That is, the intrusion direction of C can be regulated. Therefore, by performing diffusion heat treatment in a state where a magnetic field is applied, in the precursor particles containing Fe and Fe 3 C, C atoms existing in the lattice where Fe 3 C is not stretched are diffused, and due to the magnetostriction of Fe Fe 16 C 2 can be efficiently synthesized from Fe and Fe 3 C by selectively intruding and rearranging between Fe atoms-Fe atoms arranged in one direction along the stretched lattice axis. Further, since a carbon coating layer is simultaneously formed on the surface of the precursor particles in the carbonization step, it is not necessary to separately coat a nonmagnetic material on the surface of the finally obtained iron carbide powder. Therefore, according to the manufacturing method of the iron carbide material (powder) of the above-described embodiment, a powdered iron carbide material having excellent magnetic properties can be manufactured with high productivity. The term “iron powder containing iron oxide particles” as used herein refers to a powder mainly composed of iron oxide particles, and contains 80 vol% or more of iron oxide particles. The “carbon powder containing carbon particles” is a powder mainly composed of carbon particles, and contains 80% by volume or more of carbon particles.

(10)別の実施形態の炭化鉄材の製造方法は、以下の工程を備える。
(A)酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程。
(B)炭素の粒子を含む炭素粉末を鉄粉末に添加し、鉄粉末と炭素粉末とを混合して、酸化鉄粒子の表面に炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程。
(C)炭素付着鉄粉末を加圧成形して中間成形体を作製する前成形工程。
(D)中間成形体に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、酸化鉄を還元して生成したFeの一部と炭素とを反応させてFeCを生成し、Feの残部とFeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前駆体粒子間に炭素の粒界相を形成して前駆体成形体を作製する炭化工程。
(E)前駆体成形体に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、Feの残部とFeCとからFe16の粒子を合成し、Fe16粒子間に粒界相を備える炭化鉄成形体を作製する拡散工程。
(10) The manufacturing method of the iron carbide material of another embodiment is provided with the following processes.
(A) A preparation step of preparing iron powder containing iron oxide particles.
(B) A mixing step of adding carbon powder containing carbon particles to the iron powder, mixing the iron powder and the carbon powder, and attaching the carbon particles to the surface of the iron oxide particles to produce the carbon-attached iron powder.
(C) A pre-molding step in which carbon-adhered iron powder is pressure-molded to produce an intermediate molded body.
(D) The intermediate formed body is subjected to a reduction heat treatment in a reducing gas atmosphere, and a part of Fe produced by reducing iron oxide is reacted with carbon to produce Fe 3 C, and the remainder of Fe and Fe 3 A carbonization step of synthesizing precursor particles containing C and forming a precursor grain by forming a grain boundary phase of carbon between the precursor particles.
(E) is subjected to diffusion heat treatment while applying a magnetic field to the precursor molded bodies were synthesized particles Fe 16 C 2 from the rest and the Fe 3 C of Fe, the grain boundary phase between Fe 16 C 2 particles A diffusion process for producing an iron carbide formed body.

上記した実施形態の炭化鉄材(成形体)の製造方法によれば、炭化工程において、炭素付着鉄粉末を加圧成形した中間成形体に還元熱処理を施すことで、FeとFeCとを含む前駆体粒子を合成することができる。また同時に、前駆体粒子間に炭素の粒界相を形成することができる。そして、拡散工程において、前駆体成形体に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施すことで、FeとFeCとからFe16を合成して、Fe16粒子の表面に被覆層を備える炭化鉄成形体が得られる。上述したように、磁場を印加した状態で拡散熱処理することで、FeとFeCとを含む前駆体粒子においてC原子が再配置され、FeとFeCとからFe16を効率よく合成できる。したがって、上記した実施形態の炭化鉄材(成形体)の製造方法によれば、磁気特性に優れる成形体状の炭化鉄材を生産性よく製造することができる。 According to the method for manufacturing the iron carbide material (molded body) of the above-described embodiment, in the carbonization step, the intermediate molded body obtained by pressure-molding the carbon-adhered iron powder is subjected to a reduction heat treatment, thereby including Fe and Fe 3 C. Precursor particles can be synthesized. At the same time, a grain boundary phase of carbon can be formed between the precursor particles. Then, in the diffusion step, a diffusion heat treatment is performed in a state where a magnetic field is applied to the precursor compact, whereby Fe 16 C 2 is synthesized from Fe and Fe 3 C, and a coating layer is formed on the surface of the Fe 16 C 2 particles. Is obtained. As described above, by diffusion heat treatment while applying a magnetic field, C atoms in the precursor particles containing Fe and Fe 3 C is repositioned, the Fe 16 C 2 from Fe and Fe 3 C efficiently Can be synthesized. Therefore, according to the manufacturing method of the iron carbide material (molded body) of the above-described embodiment, a molded iron carbide material having excellent magnetic properties can be manufactured with high productivity.

また、上記した実施形態の炭化鉄材(成形体)の製造方法では、成形体にした状態で拡散工程を行うため、合成したFe16の結晶を磁場の印加方向に配向させることができ、最終的に得られる炭化鉄成形体に対して磁気異方性を持たせることができる。 Moreover, in the manufacturing method of the iron carbide material (molded body) of the above-described embodiment, since the diffusion step is performed in the state of the molded body, the synthesized Fe 16 C 2 crystals can be oriented in the magnetic field application direction, Magnetic anisotropy can be imparted to the finally obtained iron carbide molded body.

(11)実施形態の炭化鉄材(粉末又は成形体)の製造方法の一形態としては、酸化鉄がγ−Feであることが挙げられる。 (11) as a form of the manufacturing method of the embodiment of the carbide steel material (powder or molded body), and that the iron oxide is γ-Fe 2 O 3.

酸化鉄がγ−Fe(マグヘマイト)があることで、炭化工程において還元し易く、酸素を容易に取り除くことができるので、炭化鉄材の生産性を向上させることができる。また、還元し易いため、還元熱処理の温度を下げることができる。 Since iron oxide is γ-Fe 2 O 3 (maghemite), it can be easily reduced in the carbonization step and oxygen can be easily removed, so that the productivity of the iron carbide material can be improved. Moreover, since it is easy to reduce, the temperature of the reduction heat treatment can be lowered.

(12)実施形態の炭化鉄材(粉末又は成形体)の製造方法の一形態としては、炭素の添加量を鉄粉末におけるFeの含有量に対して2.6質量%以上4.0質量%以下とすることが挙げられる。   (12) As one form of the manufacturing method of the iron carbide material (powder or molded object) of embodiment, the addition amount of carbon is 2.6 mass% or more and 4.0 mass% or less with respect to content of Fe in iron powder. And so on.

炭素粉末(炭素粒子)は、炭化工程においてFeCを生成するための炭素源となる。炭素の添加量を調整することで、FeCの生成量が変化する。炭素の添加量を鉄粉末におけるFeの含有量に対して2.6質量%以上とすることで、炭化工程においてFeCが十分に生成され、拡散工程でFe16を十分に合成でき、磁気特性を向上させることができる。一方、炭素の添加量を鉄粉末におけるFeの含有量に対して4.0質量%以下とすることで、炭化工程においてFeCが過剰に生成されることを抑制し、拡散工程でFe16を十分に合成でき、FeCが残留し難くなるため、磁気特性を向上させることができる。また、炭素粉末は、炭素被覆層又は炭素粒界相の炭素源としても作用する。 Carbon powder (carbon particles) serves as a carbon source for generating Fe 3 C in the carbonization step. The amount of Fe 3 C produced changes by adjusting the amount of carbon added. By making the addition amount of carbon 2.6 mass% or more with respect to the Fe content in the iron powder, Fe 3 C is sufficiently generated in the carbonization step, and Fe 16 C 2 can be sufficiently synthesized in the diffusion step. , Magnetic properties can be improved. On the other hand, by making the addition amount of carbon 4.0% by mass or less with respect to the Fe content in the iron powder, it is possible to suppress excessive generation of Fe 3 C in the carbonization step, and Fe 16 in the diffusion step. Since C 2 can be sufficiently synthesized and Fe 3 C hardly remains, the magnetic characteristics can be improved. The carbon powder also acts as a carbon source for the carbon coating layer or carbon grain boundary phase.

(13)実施形態の炭化鉄材(粉末又は成形体)の製造方法の一形態としては、炭化工程における還元ガスをCOガスとすることが挙げられる。   (13) As one form of the manufacturing method of the iron carbide material (powder or molded object) of embodiment, reducing gas in a carbonization process is made into CO gas.

還元ガスをCOガスとすることで、合成した前駆体粒子の表面からCが抜けることを抑制し、粒子に含まれるFeCのC濃度を表面から内部に亘って均質にし易い。その結果、拡散工程でFe16を合成し易くなる。 By using the reducing gas as CO gas, it is possible to suppress the escape of C from the surface of the synthesized precursor particles, and to easily make the C concentration of Fe 3 C contained in the particles uniform from the surface to the inside. As a result, it becomes easy to synthesize Fe 16 C 2 in the diffusion step.

(14)実施形態の炭化鉄材(粉末又は成形体)の製造方法の一形態としては、拡散工程における拡散熱処理の温度を200℃以上210℃以下とすることが挙げられる。   (14) As one form of the manufacturing method of the iron carbide material (powder or molded object) of embodiment, it is mentioned that the temperature of the diffusion heat processing in a diffusion process shall be 200 degreeC or more and 210 degrees C or less.

拡散熱処理の温度を200℃以上とすることで、Cの拡散を促進させ、Fe16をより効率よく合成できる。一方、拡散熱処理の温度を210℃以下とすることで、FeCの安定化を抑制できる。 By setting the temperature of the diffusion heat treatment to 200 ° C. or more, diffusion of C can be promoted, and Fe 16 C 2 can be synthesized more efficiently. On the other hand, the stabilization of Fe 3 C can be suppressed by setting the temperature of the diffusion heat treatment to 210 ° C. or less.

(15)実施形態の炭化鉄材(粉末又は成形体)の製造方法の一形態としては、拡散工程における磁場を3T以上とすることが挙げられる。   (15) As one form of the manufacturing method of the iron carbide material (powder or molded object) of embodiment, it is mentioned that the magnetic field in a diffusion process shall be 3T or more.

磁場を3T以上とすることで、Feの基本格子の磁歪がより大きくなり、Fe16をより効率よく合成できる。 By setting the magnetic field to 3T or more, the magnetostriction of the Fe basic lattice becomes larger, and Fe 16 C 2 can be synthesized more efficiently.

(16)実施形態の磁石は、上記した実施形態の炭化鉄材(粉末又は成形体)を着磁したものである。   (16) The magnet of the embodiment is obtained by magnetizing the iron carbide material (powder or molded body) of the above-described embodiment.

実施形態の磁石によれば、上記した実施形態の炭化鉄材を使用するため、磁気特性に優れる。   According to the magnet of the embodiment, since the iron carbide material of the above-described embodiment is used, the magnetic characteristics are excellent.

[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態の詳細を、以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
Details of the embodiment of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included.

[炭化鉄材]
実施形態に係る炭化鉄材には、粉末状のもの(炭化鉄粉末)と、成形体状のもの(炭化鉄成形体)がある。
[Iron carbide]
The iron carbide material according to the embodiment includes a powdery material (iron carbide powder) and a compacted body (iron carbide molded body).

{炭化鉄粉末}
炭化鉄粉末は、Fe16の粒子と、粒子の表面の少なくとも一部に炭素の被覆層とを備える。この炭化鉄粉末を任意の大きさ・形状に成形することで、炭化鉄粉末の成形体を得ることができる。成形方法としては、例えば、バインダ樹脂で固化したり、圧縮成形することが挙げられる。炭化鉄粉末成形体は、磁石素材に利用することができる。
{Iron carbide powder}
The iron carbide powder includes Fe 16 C 2 particles and a carbon coating layer on at least a part of the surface of the particles. By molding the iron carbide powder into an arbitrary size and shape, a molded body of the iron carbide powder can be obtained. Examples of the molding method include solidification with a binder resin and compression molding. The iron carbide powder compact can be used as a magnet material.

(Fe16粒子)
炭化鉄粉末において、Fe16粒子の平均粒径は、磁気特性の観点から、10nm以上1000nm以下であることが好ましく、特に炭化鉄粉末を磁石材料に利用する場合、50nm以上100nm以下であることが好ましい。
(Fe 16 C 2 particles)
In the iron carbide powder, the average particle diameter of the Fe 16 C 2 particles is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less from the viewpoint of magnetic properties, and particularly when the iron carbide powder is used as a magnet material, it is 50 nm or more and 100 nm or less. It is preferable.

(炭素被覆層)
炭化鉄粉末成形体を磁石素材に利用する場合、炭素被覆層には、Fe16の粒子同士がくっつくことを防止し、Fe16の粒子同士の磁気的な結合を切る働きがある。炭化鉄粉末成形体では、隣り合う粒子間に各粒子の被覆層が介在することになるため、粒子間の間隔は被覆層の厚さの2倍以上になる。炭化鉄粉末において、炭素被覆層の平均厚さは、磁気的な結合を切るという観点から2.5nm以上が好ましく、粉末におけるFe16成分を確保する観点から、Fe16粒子の平均粒径の10%以下(例、10nm以下)とすることが好ましい。
(Carbon coating layer)
When using iron carbide powder compact to the magnet material, the carbon coating layer, prevents the particles of the Fe 16 C 2 to stick, there is work to cut magnetic coupling between the particles of Fe 16 C 2 . In the iron carbide powder molded body, since the coating layer of each particle is interposed between adjacent particles, the interval between the particles is twice or more the thickness of the coating layer. In the iron carbide powder, the average thickness of the carbon coating layer is preferably 2.5 nm or more from the viewpoint of breaking the magnetic coupling, and from the viewpoint of securing the Fe 16 C 2 component in the powder, the average of the Fe 16 C 2 particles The particle size is preferably 10% or less (eg, 10 nm or less).

{炭化鉄成形体}
炭化鉄成形体は、Fe16の粒子と、粒子間に炭素の粒界相とを備える。炭化鉄成形体は、Fe16の粒子同士が炭素粒界相によって結合された構造であり、任意の大きさ・形状とすることができる。
{Iron carbide molded body}
The iron carbide formed body includes Fe 16 C 2 particles and a grain boundary phase of carbon between the particles. The iron carbide molded body has a structure in which Fe 16 C 2 particles are bonded to each other by a carbon grain boundary phase, and can have an arbitrary size and shape.

(Fe16粒子)
炭化鉄成形体において、Fe16粒子の平均粒径は、磁気特性の観点から、10nm以上1000nm以下であることが好ましく、特に炭化鉄成形体を磁石素材に利用する場合、50nm以上100nm以下であることが好ましい。
(Fe 16 C 2 particles)
In the iron carbide molded body, the average particle diameter of the Fe 16 C 2 particles is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less from the viewpoint of magnetic properties, and particularly when the iron carbide molded body is used as a magnet material, 50 nm or more and 100 nm or less. It is preferable that

(炭素粒界相)
炭化鉄成形体を磁石素材に利用する場合、炭素粒界相には、Fe16の粒子同士の磁気的な結合を切る働きがある。炭化鉄成形体において、炭素粒界相の平均厚さは、磁気的な結合を切るという観点から5nm以上が好ましく、成形体におけるFe16成分を確保する観点から、Fe16粒子の平均粒径の20%以下(例、20nm以下)とすることが好ましい。
(Carbon grain boundary phase)
When the iron carbide molded body is used as a magnet material, the carbon grain boundary phase has a function of cutting the magnetic coupling between Fe 16 C 2 particles. In iron carbide formed body, the average thickness of the carbon grain boundary phase is preferably at least 5nm from the standpoint of cutting the magnetic coupling, in order to ensure a Fe 16 C 2 components in the molded body, the Fe 16 C 2 particles The average particle size is preferably 20% or less (eg, 20 nm or less).

[炭化鉄材の製造方法]
実施形態に係る炭化鉄材の製造方法には、炭化鉄粉末を作製する製造方法、炭化鉄成形体を作製する製造方法がある。
[Method of manufacturing iron carbide]
In the manufacturing method of the iron carbide material which concerns on embodiment, there exist the manufacturing method which produces iron carbide powder, and the manufacturing method which produces an iron carbide molded object.

{炭化鉄粉末の製造方法}
炭化鉄粉末の製造方法は、準備工程と、混合工程と、炭化工程と、拡散工程とを備える。各工程について詳細に説明する。
{Production method of iron carbide powder}
The method for producing iron carbide powder includes a preparation process, a mixing process, a carbonization process, and a diffusion process. Each step will be described in detail.

(準備工程)
準備工程は、酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する。酸化鉄としては、例えば、γ−Fe(マグヘマイト)、α−Fe(ヘマタイト)、Fe(マグネタイト)などを用いることができる。中でも、γ−Feは、後工程の炭化工程において還元し易い点で好ましい。基本的に、原料としての酸化鉄の粒子の大きさと、最終的に得られるFe16粒子の大きさは、実質的に等しくなるため、酸化鉄の粒子の平均粒径もナノオーダー(1000nm以下)であることが好ましい。なお、粒子の平均粒径は、例えばレーザ回折式粒度分布装置を用いて測定した積算質量が50%となる粒径である。また、酸化鉄の粒子の平均粒径をナノオーダーとすることで、後工程の炭化工程において粒子の表面からCを拡散し易く、C濃度を表面から内部に亘って均質にし易い。このような微細な酸化鉄の粒子は、酸化鉄の粉末や焼結体を粉砕することで作製できる。例えば、粒子の粒径が数ミクロンサイズ(例、1〜5μm程度)となるまで粗粉砕した後、更に粒径がナノオーダー(例、50〜100nm)となるまで微粉砕することが挙げられる。粗粉砕には、例えば、ジョークラッシャー、ロールクラッシャー、スタンプミル、ブラウンミル、ボールミルなどの機械粉砕を用いることができ、微粉砕には、例えば、ビーズミル、ジェットミルなどを用いることができる。ナノオーダーの微細な酸化鉄の粉末(ナノ酸化鉄粉)は、水熱合成法、共沈法、逆ミセル法、ゾルゲル法などの化学的手法により合成することも可能である。
(Preparation process)
In the preparation step, iron powder containing iron oxide particles is prepared. As iron oxide, for example, γ-Fe 2 O 3 (maghemite), α-Fe 2 O 3 (hematite), Fe 3 O 4 (magnetite) and the like can be used. Among them, γ-Fe 2 O 3 is preferable in view of easy reduction in carbonization process in a later step. Basically, the size of the iron oxide particles as the raw material and the size of the finally obtained Fe 16 C 2 particles are substantially equal, so the average particle size of the iron oxide particles is also nano-order (1000 nm Or less). The average particle diameter of the particles is a particle diameter at which the integrated mass measured using, for example, a laser diffraction particle size distribution device is 50%. Further, by setting the average particle size of the iron oxide particles to nano-order, it is easy to diffuse C from the surface of the particles in the subsequent carbonization step, and to make the C concentration uniform from the surface to the inside. Such fine iron oxide particles can be produced by pulverizing an iron oxide powder or a sintered body. For example, after coarsely pulverizing until the particle size becomes several microns (eg, about 1 to 5 μm), finely pulverizing until the particle size becomes nano-order (eg, 50 to 100 nm). For coarse pulverization, mechanical pulverization such as a jaw crusher, roll crusher, stamp mill, brown mill, or ball mill can be used, and for fine pulverization, for example, a bead mill or a jet mill can be used. Nano-order fine iron oxide powder (nano iron oxide powder) can be synthesized by chemical methods such as hydrothermal synthesis, coprecipitation, reverse micelle method, sol-gel method and the like.

(混合工程)
混合工程は、炭素の粒子を含む炭素粉末を鉄粉末に添加し、鉄粉末と炭素粉末とを混合して、酸化鉄粒子の表面に炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する。炭素としては、例えば、グラフェン、グラファイト(黒鉛)、活性炭、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンブラックなどを用いることができる。中でも、単層のグラフェンは扁平であるため、酸化鉄粒子の表面に付着させ易い。また、炭素の粒子の平均粒径は、酸化鉄粒子の表面に付着させる観点から、酸化鉄粒子の平均粒径よりも小さいことが好ましい。なお、酸化鉄粒子の表面を完全に炭素粒子で覆ってしまうと、後工程の炭化工程において還元ガスと酸化鉄粒子とが接触せず、酸化鉄粒子を還元し難くなる。鉄粉末と炭素粉末とを混合しながら、酸化鉄粒子の表面に炭素粒子を付着させることで、酸化鉄粒子の表面に炭素粒子がまだらに付着した状態を作り易い。
(Mixing process)
In the mixing step, carbon powder containing carbon particles is added to the iron powder, the iron powder and the carbon powder are mixed, and the carbon particles are attached to the surface of the iron oxide particles to produce the carbon-attached iron powder. As carbon, for example, graphene, graphite (graphite), activated carbon, carbon nanotube, fullerene, carbon black, and the like can be used. Among them, the single-layer graphene is flat and easily attached to the surface of the iron oxide particles. The average particle size of the carbon particles is preferably smaller than the average particle size of the iron oxide particles from the viewpoint of adhering to the surface of the iron oxide particles. If the surfaces of the iron oxide particles are completely covered with carbon particles, the reducing gas and the iron oxide particles do not come into contact with each other in the subsequent carbonization step, making it difficult to reduce the iron oxide particles. By mixing the iron powder and the carbon powder while adhering the carbon particles to the surface of the iron oxide particles, it is easy to make a state where the carbon particles are mottled on the surface of the iron oxide particles.

炭素の添加量は、鉄粉末を完全に還元することを想定して、Feの含有量(質量)に対して2.6質量%以上4.0質量%以下とすることが好ましい。炭素の添加量を2.6質量%以上とすることで、後工程の炭化工程でFeCが十分に生成され、拡散工程でFe16を十分に合成できる。一方、炭素の添加量を4.0質量%以下とすることで、後工程の炭化工程においてFeCが過剰に生成されることを抑制し、拡散工程でFe16を十分に合成できる。つまり、Cが不足すると、炭化工程で生成されるFeが多くなる(FeCが少なくなる)ため、拡散工程で軟磁性のFeが残存する。一方、Cが過剰であると、炭化工程で生成されるFeCが多くなる(Feが少なくなる)ため、拡散工程でFeCが残存する。その結果、磁気特性に優れるFe16の生成量が少なくなり、磁気特性の向上効果が小さい。 The amount of carbon added is preferably 2.6% by mass or more and 4.0% by mass or less with respect to the Fe content (mass) on the assumption that the iron powder is completely reduced. By setting the amount of carbon added to 2.6% by mass or more, Fe 3 C is sufficiently generated in the carbonization step in the subsequent step, and Fe 16 C 2 can be sufficiently synthesized in the diffusion step. On the other hand, by making the addition amount of carbon 4.0% by mass or less, it is possible to suppress excessive generation of Fe 3 C in the subsequent carbonization step, and to sufficiently synthesize Fe 16 C 2 in the diffusion step. . That is, when C is insufficient, Fe generated in the carbonization process increases (Fe 3 C decreases), and soft magnetic Fe remains in the diffusion process. On the other hand, if C is excessive, Fe 3 C produced in the carbonization process increases (Fe decreases), so Fe 3 C remains in the diffusion process. As a result, the production amount of Fe 16 C 2 having excellent magnetic properties is reduced, and the effect of improving magnetic properties is small.

混合工程では、酸化鉄粒子の微粉砕を同時に行ってもよい。これにより、炭素粒子も粉砕され、炭素粒子が酸化鉄粒子に比べて粉砕され易いため、炭素粒子の平均粒径を酸化鉄粒子の平均粒径よりも小さくし易い。例えば、炭素粉末の粒径が数ナノサイズ(例、10nm程度)まで粉砕される。また、粉砕も同時に行うことで、酸化鉄粒子の表面に炭素粒子がまだらに付着した状態をより作り易い。鉄粉末と炭素粉末との混合と同時に粉砕を行う場合、ビーズミルを用いて行うことが好ましい。   In the mixing step, the iron oxide particles may be finely pulverized at the same time. As a result, the carbon particles are also pulverized, and the carbon particles are more easily pulverized than the iron oxide particles. Therefore, the average particle size of the carbon particles is easily made smaller than the average particle size of the iron oxide particles. For example, the carbon powder is pulverized to a particle size of several nanometers (eg, about 10 nm). Further, by performing the pulverization at the same time, it is easier to make a state where the carbon particles are mottled on the surface of the iron oxide particles. When pulverizing simultaneously with mixing of iron powder and carbon powder, it is preferable to use a bead mill.

(炭化工程)
炭化工程は、炭素付着鉄粉末に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、酸化鉄を還元して生成したFeの一部と炭素とを反応させてFeCを生成し、Feの残部とFeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前駆体粒子の表面に炭素の被覆層を形成して前駆体粉末を作製する。還元は、還元ガスにCOガスを用いた還元処理が好ましい。還元ガスをCOガスとすることで、合成した前駆体粒子の表面からCが抜けることを抑制し、粒子に含まれるFeCのC濃度を表面から内部に亘って均質にし易い。酸化鉄がγ−Feの場合、γ−Feは還元し易いので、COガスを用いて十分に還元することができる。この場合、還元熱処理の温度は例えば700℃以上800℃以下、還元熱処理の時間は例えば30分以上5時間以下とすることが挙げられる。
(Carbonization process)
In the carbonization step, the carbon adhering iron powder is subjected to a reduction heat treatment in a reducing gas atmosphere, and a portion of Fe generated by reducing iron oxide is reacted with carbon to generate Fe 3 C, and the remaining Fe A precursor particle containing Fe 3 C is synthesized, and a carbon coating layer is formed on the surface of the precursor particle to produce a precursor powder. The reduction is preferably a reduction treatment using CO gas as the reducing gas. By using the reducing gas as CO gas, it is possible to suppress the escape of C from the surface of the synthesized precursor particles, and to easily make the C concentration of Fe 3 C contained in the particles uniform from the surface to the inside. When iron oxide is γ-Fe 2 O 3 , γ-Fe 2 O 3 can be easily reduced, and can be sufficiently reduced using CO gas. In this case, the temperature of the reduction heat treatment is, for example, 700 ° C. or more and 800 ° C. or less, and the reduction heat treatment time is, for example, 30 minutes or more and 5 hours or less.

酸化鉄としてα−FeやFeを用いる場合、γ−Feに比較して還元し難いため、還元力の高い水素ガスを用いた還元処理を採用してもよい。この場合、炭化工程において、水素ガスを用いた還元処理によってα−FeやFeからOを抜け易くした後、COガスを用いて還元することが考えられる。水素ガスを用いた還元処理のみでは、Feが炭化され難く、FeCが生成され難く、Feのみが生成され易いためである。 When α-Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 is used as the iron oxide, it is difficult to reduce compared to γ-Fe 2 O 3, and therefore reduction treatment using hydrogen gas having a high reducing power may be employed. . In this case, in the carbonization step, it is conceivable that after O is easily released from α-Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 by reduction treatment using hydrogen gas, reduction is performed using CO gas. This is because Fe is not easily carbonized, Fe 3 C is difficult to be generated, and only Fe is easily generated only by the reduction treatment using hydrogen gas.

酸化鉄粒子の表面に付着した炭素粒子は、炭化工程において、Feとの反応余剰分の炭素粒子同士が反応して結合し、炭素被覆層を形成する。   The carbon particles adhering to the surface of the iron oxide particles react and bond with each other in excess of carbon with Fe in the carbonization step to form a carbon coating layer.

(拡散工程)
拡散工程は、前駆体粉末に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、Feの残部とFeCとからFe16の粒子を合成し、Fe16粒子の表面に被覆層を備える炭化鉄粉末を作製する。FeとFeCとを含む前駆体粒子に磁場を印加して拡散熱処理を施すことで、粒子中のCを再配置して、FeとFeCとからFe16を効率よく合成できる。拡散熱処理は、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気中で行うことが好ましい。拡散熱処理の雰囲気を窒素ガス雰囲気とした場合、Fe原子−Fe原子間の一部にNが侵入して一部に侵入型の炭窒化鉄化合物や窒化鉄化合物が生成されることがあるが、これを許容する。
(Diffusion process)
Diffusion process is subjected to a diffusion heat treatment while applying a magnetic field to the precursor powder, to synthesize particles of Fe 16 C 2 from the rest and the Fe 3 C of Fe, a coating layer on the surface of the Fe 16 C 2 particles An iron carbide powder is prepared. By performing diffusion heat treatment to the precursor particles by applying a magnetic field comprising Fe and Fe 3 C, and realign the C in the particles can be efficiently synthesized Fe 16 C 2 from Fe and Fe 3 C . The diffusion heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas or in a vacuum atmosphere. When the atmosphere of the diffusion heat treatment is a nitrogen gas atmosphere, N may intrude into a part between Fe atoms and Fe atoms, and an intrusive iron carbonitride compound or iron nitride compound may be produced in part. This is allowed.

拡散熱処理の温度は、200℃以上210℃以下とすることが好ましい。拡散熱処理の温度を200℃以上とすることで、Cの拡散を促進させ、Fe16をより効率よく合成できる。一方、拡散熱処理の温度を210℃以下とすることで、FeCの安定化を抑制できる。また、拡散熱処理の時間は、例えば1時間以上100時間以下とすることが挙げられる。 The temperature of the diffusion heat treatment is preferably 200 ° C. or higher and 210 ° C. or lower. By setting the temperature of the diffusion heat treatment to 200 ° C. or more, diffusion of C can be promoted, and Fe 16 C 2 can be synthesized more efficiently. On the other hand, the stabilization of Fe 3 C can be suppressed by setting the temperature of the diffusion heat treatment to 210 ° C. or less. The time for the diffusion heat treatment is, for example, 1 hour or more and 100 hours or less.

磁場の強度は3T以上とすることが好ましい。磁場を印加することで、Feの基本格子を磁場の印加方向に引き伸ばし、FeCから拡散したCが、磁歪により引き伸ばされた格子軸に沿った一方向に並ぶFe原子−Fe原子間に選択的に侵入して再配置され、FeとFeCとからFe16を合成できる。磁場を3T以上とすることで、Feの基本格子の磁歪がより大きくなり、Fe16をより効率よく合成できる。磁場の印加には、銅線などの常電導コイル、超電導線材を用いた超電導コイルを用いることができる。特に、高温超電導線材を用いた超電導コイルを利用すると、励磁速度が速く、また冷却コストを低減できるので、生産性に優れる。 The intensity of the magnetic field is preferably 3T or more. By applying a magnetic field, the basic lattice of Fe is stretched in the direction in which the magnetic field is applied, and C diffused from Fe 3 C is selected between Fe atoms and Fe atoms aligned in one direction along the lattice axis stretched by magnetostriction. And rearranged, and Fe 16 C 2 can be synthesized from Fe and Fe 3 C. By setting the magnetic field to 3T or more, the magnetostriction of the Fe basic lattice becomes larger, and Fe 16 C 2 can be synthesized more efficiently. For the application of the magnetic field, a normal conducting coil such as a copper wire or a superconducting coil using a superconducting wire can be used. In particular, when a superconducting coil using a high-temperature superconducting wire is used, the excitation speed is high and the cooling cost can be reduced, so that the productivity is excellent.

上記した炭化鉄粉末の製造方法では、原料(鉄粉末)として酸化鉄を用いる形態を説明したが、純鉄を用いることも可能である。ナノオーダーの微細な純鉄の粉末(ナノ鉄粉)は、公知の方法、例えば共沈法、逆ミセル法、ゾルゲル法などを利用して製造することが可能である。このようなナノ鉄粉は、実質的にα−Feからなる。また、体心立方構造(BCC)を維持できる範囲であれば、Fe以外の元素を含有していてもよく、原料には、例えばFe−Co、Fe−Mnなどの鉄合金を用いることも可能である。   In the above-described method for producing iron carbide powder, the form in which iron oxide is used as the raw material (iron powder) has been described. However, pure iron can also be used. Nano-order fine pure iron powder (nano iron powder) can be produced by using a known method such as a coprecipitation method, a reverse micelle method, or a sol-gel method. Such nano iron powder is substantially composed of α-Fe. Moreover, as long as the body-centered cubic structure (BCC) can be maintained, elements other than Fe may be contained, and iron alloys such as Fe—Co and Fe—Mn can be used as raw materials. It is.

{炭化鉄粉末成形体}
製造した炭化鉄粉末を成形して、炭化鉄粉末成形体(炭化鉄材)を得ることができる。成形方法としては、例えば、バインダ樹脂で固化したり、圧縮成形することが挙げられる。具体的には、炭化鉄粉末とバインダ樹脂とを混合し、これを成形用金型に充填して圧縮成形することで、ボンド磁石素材を製造できる。或いは、炭化鉄粉末を成形用金型に充填して圧縮成形することで、圧粉磁石素材を製造できる。
{Iron carbide powder compact}
The manufactured iron carbide powder can be molded to obtain an iron carbide powder molded body (iron carbide material). Examples of the molding method include solidification with a binder resin and compression molding. Specifically, a bonded magnet material can be manufactured by mixing iron carbide powder and a binder resin, filling this into a molding die, and compression molding. Alternatively, a dust magnet material can be produced by filling a molding die with iron carbide powder and compression molding.

ボンド磁石素材の場合、バインダ樹脂としては、例えばアクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。成形圧力は、例えば0.1GPa以上1.0GPa以下とすることが挙げられる。成形時の雰囲気は、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気とすることが挙げられる。圧縮成形は、磁場を印加した状態で行うことができる。この場合の磁場強度は、例えば0.1T以上5T以下とすることが挙げられる。磁場を印加しながら成形することで、Fe16の結晶を磁場の印加方向に配向させることができ、磁気異方性を持たせることができる。 In the case of a bonded magnet material, as the binder resin, for example, a thermosetting resin such as an acrylic resin, a polyimide resin, or an epoxy resin can be used. For example, the molding pressure may be 0.1 GPa or more and 1.0 GPa or less. The atmosphere during molding may be an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere. Compression molding can be performed with a magnetic field applied. In this case, the magnetic field strength is, for example, 0.1 T or more and 5 T or less. By shaping while applying a magnetic field, the Fe 16 C 2 crystal can be oriented in the direction in which the magnetic field is applied, and magnetic anisotropy can be imparted.

圧粉磁石素材の場合、成形圧力は、例えば0.6GPa以上1.5GPa以下とすることが挙げられる。成形時の雰囲気は、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気とすることが挙げられる。圧縮成形は、上記したボンド磁石素材と同様に、磁場を印加した状態で行うことができる。磁場を印加しながら成形することで、Fe16の結晶を磁場の印加方向に配向させることができ、磁気異方性を持たせることができる。 In the case of a dust magnet material, the molding pressure is, for example, 0.6 GPa or more and 1.5 GPa or less. The atmosphere during molding may be an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere. The compression molding can be performed in a state where a magnetic field is applied, similarly to the above-described bonded magnet material. By shaping while applying a magnetic field, the Fe 16 C 2 crystal can be oriented in the direction in which the magnetic field is applied, and magnetic anisotropy can be imparted.

{炭化鉄成形体の製造方法}
炭化鉄成形体の製造方法は、準備工程と、混合工程と、前成形工程と、炭化工程と、拡散工程とを備える。この炭化鉄成形体の製造方法は、基本的には前成形工程を備える点で、上記した炭化鉄粉末の製造方法と異なる。以下では、炭化鉄粉末の製造方法との相違点を中心に説明する。
{Method for producing iron carbide molded body}
The method for manufacturing an iron carbide molded body includes a preparation process, a mixing process, a pre-molding process, a carbonizing process, and a diffusion process. This iron carbide molded body manufacturing method is basically different from the above-described iron carbide powder manufacturing method in that it includes a pre-molding step. Below, it demonstrates centering around difference with the manufacturing method of iron carbide powder.

(前成形工程)
前成形工程は、混合工程で作製した炭素付着鉄粉末を加圧成形して中間成形体を作製する。炭化鉄成形体の製造方法では、この前成形工程により予め成形体を作製し、成形体にした状態で後工程の炭化工程、拡散工程を行うことで最終的に炭化鉄成形体が得られる。また、成形体にした状態で拡散工程を行うため、合成したFe16の結晶を磁場の印加方向に配向させることができ、最終的に得られる炭化鉄成形体に磁気異方性を持たせることができる。つまり、拡散工程において、Fe16の合成と同時に、炭化鉄成形体に対して磁気異方性を付与できる。
(Pre-molding process)
In the pre-molding step, the carbon-adhered iron powder produced in the mixing step is pressure-molded to produce an intermediate molded body. In the method for manufacturing an iron carbide molded body, a molded body is produced in advance by this pre-molding step, and a carbonized body and a diffusion process in the subsequent steps are performed in the state of being formed into a molded body, whereby an iron carbide molded body is finally obtained. In addition, since the diffusion process is performed in the state of the molded body, the synthesized Fe 16 C 2 crystals can be oriented in the direction of application of the magnetic field, and the finally obtained iron carbide molded body has magnetic anisotropy. Can be made. That is, in the diffusion step, magnetic anisotropy can be imparted to the iron carbide molded body simultaneously with the synthesis of Fe 16 C 2 .

前成形工程では、中間成形体が多孔質となるように加圧成形することが好ましい。これにより、後工程の炭化工程において還元ガスを成形体の表面から内部まで行き渡らせ易く、内部の酸化鉄粒子まで還元ガスが侵入して、酸化鉄粒子を還元し易くなる。多孔質の中間成形体を得るには、成形圧力を、例えば10kgf/cm(0.98MPa)以上200kgf/cm(19.6MPa)以下とすることが挙げられる。 In the pre-molding step, it is preferable to perform pressure molding so that the intermediate molded body is porous. Thereby, in the carbonization process of a post process, it is easy to distribute reducing gas from the surface of a molded object to the inside, a reducing gas penetrate | invades to an internal iron oxide particle, and it becomes easy to reduce | restore iron oxide particles. To obtain a preform porous, the molding pressure, and be, for example, 10kgf / cm 2 (0.98MPa) above 200kgf / cm 2 (19.6MPa) or less.

中間成形体の空隙率は、例えば20体積%以上50体積%以下とすることが挙げられる。空隙率は、中間成形体の体積に対する中間成形体中に含まれる空隙量の体積の比を百分率で表したものである。具体的には、中間成形体の嵩密度(成形密度)を理論密度(真密度)で除して相対密度を求め、求めた相対密度を下記式に代入することで求めることができる。
式:空隙率(%)=(1−相対密度)×100
For example, the porosity of the intermediate molded body may be 20% by volume or more and 50% by volume or less. The porosity represents the ratio of the volume of voids contained in the intermediate molded body to the volume of the intermediate molded body as a percentage. Specifically, it can be obtained by dividing the bulk density (molding density) of the intermediate molded body by the theoretical density (true density) to obtain the relative density, and substituting the obtained relative density into the following formula.
Formula: Porosity (%) = (1−relative density) × 100

(炭化工程)
炭化工程では、還元熱処理によって、FeCを生成し、FeとFeCとを含む前駆体粒子を合成する点で、上記した炭化鉄粉末の製造方法と同じであるが、前駆体粒子間に炭素の粒界相を形成する点が異なる。炭化鉄成形体の製造方法では、炭化工程において、Feとの反応余剰分の炭素粒子同士が反応して結合し、炭素粒界相を形成する。この炭素粒界相はFe16の粒子同士の結合に寄与する。
(Carbonization process)
In the carbonization step, Fe 3 C is generated by reduction heat treatment, and the precursor particles containing Fe and Fe 3 C are synthesized in the same manner as the iron carbide powder manufacturing method described above. The difference is that a grain boundary phase of carbon is formed. In the method for producing an iron carbide molded body, in the carbonization step, carbon particles corresponding to excess reaction with Fe react and bond to form a carbon grain boundary phase. This carbon grain boundary phase contributes to the bonding between Fe 16 C 2 particles.

炭化工程の還元熱処理は、中間成形体を加圧した状態で行ってもよい。例えば、一軸加圧が可能な金型に中間成形体を収納し、中間成形体をプレスしながら還元熱処理を行うことが挙げられる。前成形工程では、塑性変形し難い酸化鉄の粉末を加圧成形することから、成形密度を高めることが難しい。一方、炭化工程中、還元熱処理によって、塑性変形し易いFeが一部に生成されることから、加圧しながら還元熱処理することで成形密度を高め易く、最終的に得られる炭化鉄成形体の密度を向上させることができる。加えて、加圧しながら還元熱処理することで、粒子のアスペクト比を向上させ、保磁力や磁気異方性(形状磁気異方性)を向上させることができる。加圧圧力は、粒子のアスペクト比を向上させる観点から、100MPa以上が好ましく、150MPa以上がより好ましく、250MPa以上が更に好ましい。ここで、後工程の拡散工程において、磁場の印加方向を還元熱処理時の加圧方向に対して垂直な方向とすると、磁気異方性をより向上させることができる。   The reduction heat treatment in the carbonization step may be performed in a state where the intermediate molded body is pressurized. For example, the intermediate molded body is housed in a mold capable of uniaxial pressing, and reduction heat treatment is performed while pressing the intermediate molded body. In the pre-molding step, it is difficult to increase the molding density because the iron oxide powder that is hardly plastically deformed is pressure-molded. On the other hand, during the carbonization process, Fe that easily undergoes plastic deformation is generated in part by the reduction heat treatment, so it is easy to increase the molding density by reducing heat treatment while applying pressure, and the density of the iron carbide compact that is finally obtained Can be improved. In addition, by performing a reduction heat treatment while applying pressure, the aspect ratio of the particles can be improved, and the coercive force and magnetic anisotropy (shape magnetic anisotropy) can be improved. The pressurizing pressure is preferably 100 MPa or more, more preferably 150 MPa or more, and further preferably 250 MPa or more, from the viewpoint of improving the aspect ratio of the particles. Here, in the post-diffusion process, the magnetic anisotropy can be further improved if the direction in which the magnetic field is applied is perpendicular to the pressurizing direction during the reduction heat treatment.

(後成形工程)
更に、炭化工程の後、前駆体成形体を加圧成形する後成形工程を付加してもよい。前成形工程では、塑性変形し難い酸化鉄の粉末を加圧成形することから、成形密度を高めることが難しい。一方、炭化工程後の前駆体成形体は塑性変形し易いFeが混在していることから、加圧成形することで成形密度を高め易く、最終的に得られる炭化鉄成形体の密度を向上させることができる。したがって、このような炭化鉄成形体を磁石素材に利用した場合、磁石密度が高く、磁気特性を向上させることができる。
(Post-molding process)
Further, after the carbonization step, a post-molding step for pressure-molding the precursor compact may be added. In the pre-molding step, it is difficult to increase the molding density because the iron oxide powder that is hardly plastically deformed is pressure-molded. On the other hand, since the precursor compact after the carbonization step contains Fe which is easily plastically deformed, it is easy to increase the molding density by pressure molding, and the density of the iron carbide compact finally obtained is improved. be able to. Therefore, when such an iron carbide molded body is used as a magnet material, the magnet density is high and the magnetic properties can be improved.

上記した炭化鉄成形体の製造方法において、前成形工程を省略し、後成形工程のみ行うこともできる。つまり、上記した炭化鉄粉末の製造方法における炭化工程まで同様にして、炭化工程の後、前駆体粉末を加圧成形して前駆体成形体を作製し、この成形体に対して拡散工程を行ってもよい。この場合も、上記した後成形工程のところで説明したように、最終的に得られる炭化鉄成形体の密度を向上させることができる。   In the manufacturing method of the iron carbide molded body described above, the pre-molding step can be omitted and only the post-molding step can be performed. That is, in the same manner up to the carbonization step in the iron carbide powder manufacturing method described above, after the carbonization step, the precursor powder is pressure-molded to produce a precursor molded body, and the diffusion step is performed on this molded body. May be. Also in this case, as described in the post-forming step described above, the density of the finally obtained iron carbide formed body can be improved.

<試験例1>
以下の手順で炭化鉄粉末の試料を製造し、その磁気特性を評価した。
<Test Example 1>
A sample of iron carbide powder was produced by the following procedure, and its magnetic properties were evaluated.

(準備工程)
原料には、固相反応法により作製したγ−Feの焼結体を用いた。このγ−Feの焼結体を粒子の粒径が1〜5μm程度になるまで機械粉砕して、γ−Feの粉末を得た。
(Preparation process)
As a raw material, a sintered body of γ-Fe 2 O 3 produced by a solid phase reaction method was used. This γ-Fe 2 O 3 sintered body was mechanically pulverized until the particle size of the particles became about 1 to 5 μm to obtain γ-Fe 2 O 3 powder.

(混合工程)
次に、市販の活性炭の粉末(平均粒径100nm)をγ−Feの粉末に添加して混合粉砕した。この試験では、ビーズミルを用いて、γ−Fe粒子の平均粒径が80nm程度になるまで混合粉砕した。ビーズミルのメディアには、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いた。活性炭の添加量(C添加量)は、γ−Feの粉末におけるFeの含有量に対して3質量%とした。そして、表面にグラフェン粒子が付着したγ−Fe粒子の2次凝集体(炭素付着鉄粉末)を作製した。
(Mixing process)
Next, commercially available activated carbon powder (average particle size 100 nm) was added to the powder of γ-Fe 2 O 3 and mixed and ground. In this test, the mixture was pulverized using a bead mill until the average particle size of the γ-Fe 2 O 3 particles reached about 80 nm. As media for the bead mill, zirconia beads having a diameter of 0.5 mm were used. The addition amount of activated carbon (C addition amount) was 3% by mass with respect to the Fe content in the γ-Fe 2 O 3 powder. The secondary aggregate of gamma-Fe 2 O 3 particles which graphene particles adhere to the surface (carbon deposition iron powder) was produced.

(炭化工程)
作製した2次凝集体を、COガス雰囲気中で750℃×5時間の還元熱処理した。
(Carbonization process)
The produced secondary aggregate was subjected to a reduction heat treatment at 750 ° C. for 5 hours in a CO gas atmosphere.

(拡散工程)
次いで、COガスを排気し、Arガスを導入した後、Arガス雰囲気中で205℃×20時間の拡散熱処理した。また、拡散熱処理は、5Tの磁場を印加した状態で行った。そして、Fe16粒子の表面に炭素被覆層を備える炭化鉄粉末を製造した。
(Diffusion process)
Next, after CO gas was exhausted and Ar gas was introduced, diffusion heat treatment was performed at 205 ° C. for 20 hours in an Ar gas atmosphere. The diffusion heat treatment was performed in a state where a 5T magnetic field was applied. Then, to produce the iron carbide powder with a carbon coating layer on the surface of the Fe 16 C 2 particles.

得られた炭化鉄粉末の凝集体を2.0GPaでプレス成形して、炭化鉄粉末成形体を作製し、この炭化鉄粉末成形体の磁気特性を評価した。具体的には、炭化鉄粉末成形体を4000kA/mのパルス磁界で着磁して磁石とした後、BHトレーサ(理研電子株式会社製DCBHトレーサ)を用いて調べた。ここでは、磁気特性として、飽和磁束密度Bs(T)、固有保磁力iHc(kA/m)を測定した。   The obtained iron carbide powder aggregate was press-molded at 2.0 GPa to produce an iron carbide powder compact, and the magnetic properties of the iron carbide powder compact were evaluated. Specifically, the iron carbide powder compact was magnetized with a pulse magnetic field of 4000 kA / m to form a magnet, and then examined using a BH tracer (DCBH tracer manufactured by Riken Denshi Co., Ltd.). Here, saturation magnetic flux density Bs (T) and intrinsic coercive force iHc (kA / m) were measured as magnetic characteristics.

その結果、Bsが1.8T、iHcが1.1kOe(87.5kA/m)であった。試験例1の炭化鉄粉末は、飽和磁化が高く、優れた磁気特性を有しており、磁石などの磁性材料に好適に利用できる。   As a result, Bs was 1.8 T and iHc was 1.1 kOe (87.5 kA / m). The iron carbide powder of Test Example 1 has high saturation magnetization and excellent magnetic properties, and can be suitably used for magnetic materials such as magnets.

更に、上記した試験例1と同じ手順で炭化鉄粉末を製造し、炭化鉄粉末の組織観察を行った。具体的には、得られた炭化粉末の凝集体を樹脂に埋め込んだ後、切断及び研磨した断面の組織観察を行った。組織観察には、TEM(Transmission Electron Microscope)−EDX(Energy Dispersive X−ray spectroscopy)を用いた。その結果、Fe16粒子は実質的にFe16からなり、その平均粒径が50nmであった。Fe16粒子の平均粒径は、観察視野内のFe16粒子について等面積円相当径を測定し、その平均値とした。また、Fe16粒子表面の炭素被覆層の平均厚さが3nmであった。炭素被覆層の平均厚さは、観察視野内のFe16粒子おける炭素被覆層の3点の厚さをそれぞれ測定し、その平均値とした。 Furthermore, an iron carbide powder was produced in the same procedure as in Test Example 1 described above, and the structure of the iron carbide powder was observed. Specifically, the obtained carbonized powder aggregate was embedded in a resin, and then the structure of the cut and polished cross section was observed. For tissue observation, TEM (Transmission Electron Microscope) -EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy) was used. As a result, the Fe 16 C 2 particles were substantially composed of Fe 16 C 2 and the average particle size was 50 nm. The average particle size of Fe 16 C 2 particles, an equal area circle equivalent diameter measured for Fe 16 C 2 particles in the observation field of view and is the average. Moreover, the average thickness of the carbon coating layer on the surface of Fe 16 C 2 particles was 3 nm. The average thickness of the carbon coating layer was determined by measuring the thicknesses of three points of the carbon coating layer in the Fe 16 C 2 particles in the observation field.

<試験例2>
製造条件を変えて炭化鉄成形体の試料No.1〜No.30を製造し、それらの磁気特性を評価した。
<Test Example 2>
Sample No. of iron carbide molded body was changed by changing the production conditions. 1-No. 30 were produced and their magnetic properties were evaluated.

(準備工程)
原料には、市販のγ−Feの粉末(平均粒径5μm)を用いた。
(Preparation process)
As the raw material, commercially available γ-Fe 2 O 3 powder (average particle size 5 μm) was used.

(混合工程)
次に、市販の活性炭の粉末(平均粒径100nm)をγ−Feの粉末に添加して混合粉砕した。この試験では、ビーズミルを用いて、γ−Fe粒子の平均粒径が80nm程度になるまで混合粉砕した。ビーズミルのメディアには、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いた。活性炭の添加量(C添加量)は、γ−Feの粉末におけるFeの含有量に対して1.0質量%〜10.0質量%とした。そして、表面に活性炭粒子が付着したγ−Fe粒子の炭素付着鉄粉末を作製した。
(Mixing process)
Next, commercially available activated carbon powder (average particle size 100 nm) was added to the powder of γ-Fe 2 O 3 and mixed and ground. In this test, the mixture was pulverized using a bead mill until the average particle size of the γ-Fe 2 O 3 particles reached about 80 nm. As media for the bead mill, zirconia beads having a diameter of 0.5 mm were used. The addition amount (C addition amount) of the activated carbon was 1.0% by mass to 10.0% by mass with respect to the Fe content in the powder of γ-Fe 2 O 3 . Then, the activated carbon particles to prepare a carbon deposition of iron powder were γ-Fe 2 O 3 particles adhere to the surface.

(前成形工程)
作製した炭素付着鉄粉末をハンドプレス機で加圧成形して中間成形体を作製した。このときの成形圧力は200kgf/cm(19.6MPa)とした。
(Pre-molding process)
The produced carbon-adhered iron powder was pressure-molded with a hand press to produce an intermediate molded body. The molding pressure at this time was 200 kgf / cm 2 (19.6 MPa).

(炭化工程)
作製した中間成形体を、COガス雰囲気中で750℃×3時間の還元熱処理した。この試験では、還元熱処理は、中間成形体を一軸加圧が可能な金型に収納し、中間成形体を加圧した状態で行った。還元熱処理時の加圧圧力は、0〜500MPaとした。なお、加圧圧力が「0」とは、加圧していないことを意味する。
(Carbonization process)
The produced intermediate molded body was subjected to a reduction heat treatment at 750 ° C. for 3 hours in a CO gas atmosphere. In this test, the reduction heat treatment was performed in a state where the intermediate molded body was housed in a mold capable of uniaxial pressing and the intermediate molded body was pressurized. The pressure applied during the reduction heat treatment was 0 to 500 MPa. The pressurization pressure of “0” means that no pressurization is performed.

(拡散工程)
次いで、COガスを排気してArガスを導入した後、Arガス雰囲気中、磁場を印加した状態で拡散熱処理した。拡散熱処理の温度は150℃〜250℃とし、拡散熱処理の時間は20時間とした。また、磁場の強度は0〜5Tとし、磁場の印加方向は炭化工程での還元熱処理時の加圧方向に対して垂直な方向とした。そして、Fe16粒子間に炭素粒界相を備える炭化鉄成形体を製造した。なお、磁場強度が「0」とは、磁場を印加していないことを意味する。
(Diffusion process)
Next, after CO gas was exhausted and Ar gas was introduced, diffusion heat treatment was performed in an Ar gas atmosphere with a magnetic field applied. The temperature of the diffusion heat treatment was 150 ° C. to 250 ° C., and the time of the diffusion heat treatment was 20 hours. The strength of the magnetic field was 0 to 5 T, and the direction of application of the magnetic field was perpendicular to the pressurizing direction during the reduction heat treatment in the carbonization step. Then, to produce iron carbide molded body having a carbon grain boundary phase between Fe 16 C 2 particles. The magnetic field strength of “0” means that no magnetic field is applied.

得られた炭化鉄成形体の試料No.1〜No.25について、試験例1と同じように、4000kA/mのパルス磁界で着磁して磁石とした後、BHトレーサを用いて磁気特性を評価した。ここでは、飽和磁束密度Bs(T)、角型比Br/Bs(残留磁束密度Brと飽和磁束密度Bsとの比)、固有保磁力iHc(kA/m)、最大エネルギー積(BH)max(kJ/m)を測定した。その結果をその製造条件と併せて表1に示す。 Sample No. of the obtained iron carbide molded article. 1-No. As for Test No. 25, after magnetizing with a pulse magnetic field of 4000 kA / m as in Test Example 1, the magnetic characteristics were evaluated using a BH tracer. Here, saturation magnetic flux density Bs (T), squareness ratio Br / Bs (ratio of residual magnetic flux density Br and saturation magnetic flux density Bs), intrinsic coercive force iHc (kA / m), maximum energy product (BH) max ( kJ / m 3 ) was measured. The results are shown in Table 1 together with the production conditions.

Figure 2014207341
Figure 2014207341

表1に示す試料No.1〜No.6の磁気特性の結果から、C添加量を多くするほど、磁気特性が向上していることが分かる。特に、C添加量が2.6質量%〜4.0質量%である試料No.4〜No.6は、1.75T(特に1.80T)T以上のBsを有し、iHcが350kA/m(特に400kA/m)以上、(BH)maxが100kJ/m(特に150kJ/m)以上であり、優れた磁気特性に有している。更に、試料No.4〜No.6は、Br/Bsが0.8以上であり、高い磁気異方性を有している。但し、試料No.7〜No.10のように、C添加量を多くし過ぎると、磁気特性(特に、Br/Bsや(BH)max)の向上が小さくなる傾向が見られる。 Sample No. shown in Table 1 1-No. From the result of the magnetic characteristics of No. 6, it can be seen that the magnetic characteristics are improved as the C addition amount is increased. In particular, Sample No. having a C addition amount of 2.6 mass% to 4.0 mass%. 4-No. 6 has Bs of 1.75T (especially 1.80T) T or more, iHc is 350 kA / m (especially 400 kA / m) or more, and (BH) max is 100 kJ / m 3 (especially 150 kJ / m 3 ) or more. It has excellent magnetic properties. Furthermore, sample no. 4-No. No. 6 has Br / Bs of 0.8 or more and high magnetic anisotropy. However, Sample No. 7-No. As shown in FIG. 10, when the amount of added C is excessively increased, the improvement in magnetic properties (particularly Br / Bs and (BH) max) tends to be reduced.

試料No.1〜No.10について、試験例1と同じように、TEM−EDXを用いて断面の組織観察を行った。その結果、試料No.4〜No.6では、Fe16粒子が実質的にFe16で構成されていた。これに対し、試料No.1〜No.3では、Feが残存しており、試料No.4〜No.6に比べてFe16の成分が少なかった。一方、料No.7〜No.10では、FeCが残存しており、試料No.4〜No.6に比べてFe16の成分が少なかった。 Sample No. 1-No. As in Test Example 1, the cross-sectional structure of 10 was observed using TEM-EDX. As a result, sample no. 4-No. In No. 6, Fe 16 C 2 particles were substantially composed of Fe 16 C 2 . In contrast, sample no. 1-No. 3, Fe remained, and sample No. 4-No. Compared to 6, Fe 16 C 2 contained fewer components. On the other hand, fee No. 7-No. 10, Fe 3 C remains. 4-No. Compared to 6, Fe 16 C 2 contained fewer components.

このような結果から、C添加量が不足する場合、軟磁性のFeが残存することにより、保磁力などの磁気特性の向上幅が小さくなると考えられる。一方、C添加量が過剰な場合、Fe16に比べて磁気特性に劣るFeCが残存することにより、磁気特性の向上幅が小さくなると考えられる。 From these results, it is considered that when the amount of addition of C is insufficient, the soft magnetic Fe remains, and the improvement width of the magnetic characteristics such as the coercive force becomes small. On the other hand, when the amount of addition of C is excessive, Fe 3 C, which is inferior in magnetic properties as compared with Fe 16 C 2 , remains, so that the improvement width of the magnetic properties is considered to be small.

また、試料No.5の断面観察像から、Fe16粒子の平均粒径と炭素粒界相の平均厚さを求めたところ、Fe16粒子の平均粒径が60nm、炭素粒界相の平均厚さが5nmであった。ここでは、Fe16粒子の平均粒径は、観察視野内のFe16粒子について等面積円相当径を測定し、その平均値とした。炭素粒界相の平均厚さは、観察視野内の隣り合うFe16粒子間における炭素粒界相の3点の厚さをそれぞれ測定し、その平均値とした。 Sample No. 5, the average particle diameter of the Fe 16 C 2 particles and the average thickness of the carbon grain boundary phase were determined. The average particle diameter of the Fe 16 C 2 particles was 60 nm, and the average thickness of the carbon grain boundary phase. Was 5 nm. Here, the average particle size of the Fe 16 C 2 particles, an equal area circle equivalent diameter measured for Fe 16 C 2 particles in the observation field of view and is the average. The average thickness of the carbon grain boundary phase was determined by measuring the thicknesses of three points of the carbon grain boundary phase between adjacent Fe 16 C 2 grains in the observation field.

表1に示す試料No.5及びNo.11〜No.17の磁気特性の結果から、炭化工程での還元熱処理時の加圧圧力を高くするほど、磁気特性が向上していることが分かる。特に、加圧圧力を100MPa以上、より好ましく150MPa以上、更により好ましくは250MPa以上とすると、磁気特性の向上幅が大きい。例えば、加圧圧力が100MPaの試料No.5は、Br/Bsが0.85以上でiHcが450kA/m以上、加圧圧力が150MPaの試料No.13は、Bsが1.85T以上で(BH)maxが200kJ/m以上、加圧圧力が250MPaの試料No.15は、Bsが1.9T以上、Br/Bsが0.9以上でiHcが500kA/m以上を達成している。これは、還元熱処理時の加圧圧力を高くすることで、炭化工程で粒子のアスペクト比が向上したことにより、保磁力や角型比(磁気異方性)が向上したことに起因すると考えられる。 Sample No. shown in Table 1 5 and no. 11-No. It can be seen from the result of the magnetic properties of 17 that the magnetic properties are improved as the pressure applied during the reduction heat treatment in the carbonization step is increased. In particular, when the pressurizing pressure is 100 MPa or more, more preferably 150 MPa or more, and even more preferably 250 MPa or more, the improvement range of magnetic characteristics is large. For example, sample No. with a pressurization pressure of 100 MPa is used. Sample No. 5 with Br / Bs of 0.85 or more, iHc of 450 kA / m or more, and pressurization pressure of 150 MPa. Sample No. 13 with Bs of 1.85 T or more, (BH) max of 200 kJ / m 3 or more, and a pressure of 250 MPa. No. 15, Bs is 1.9 T or more, Br / Bs is 0.9 or more, and iHc is 500 kA / m or more. This is thought to be due to the fact that the coercive force and squareness ratio (magnetic anisotropy) were improved by increasing the aspect ratio of the particles in the carbonization process by increasing the pressure applied during the reduction heat treatment. .

表1に示す試料No.5及びNo.18〜No.25の磁気特性の結果から、拡散工程での拡散熱処理の温度を200℃以上210℃以下とすることが好ましいことが分かる。これは、拡散熱処理の温度を200℃以上とすることで、Fe16を合成する反応がより進行し、Fe16の生成量が多くなり、一方、拡散熱処理の温度を210℃未満とすることで、FeCの安定化を抑制し、Fe16の生成量が多くなることに起因すると考えられる。 Sample No. shown in Table 1 5 and no. 18-No. From the result of 25 magnetic properties, it is understood that the temperature of the diffusion heat treatment in the diffusion step is preferably 200 ° C. or more and 210 ° C. or less. This is because when the temperature of the diffusion heat treatment is set to 200 ° C. or higher, the reaction for synthesizing Fe 16 C 2 further proceeds, and the amount of Fe 16 C 2 generated is increased. On the other hand, the temperature of the diffusion heat treatment is less than 210 ° C. Thus, it is considered that the stabilization of Fe 3 C is suppressed and the production amount of Fe 16 C 2 is increased.

表1に示す試料No.5及びNo.26〜No.30の磁気特性の結果から、拡散工程での磁場強度を高くするほど、磁気特性が向上していることが分かる。特に、磁場強度を3T以上とすると、磁気特性の向上幅が大きい。これは、磁場強度を3T以上とすることで、Fe16を合成する反応がより進行し、Fe16の生成量が多くなることに起因すると考えられる。 Sample No. shown in Table 1 5 and no. 26-No. From the results of the magnetic characteristics of 30, it can be seen that the magnetic characteristics are improved as the magnetic field strength in the diffusion process is increased. In particular, when the magnetic field strength is 3T or more, the improvement range of the magnetic characteristics is large. This is considered to be due to the fact that the reaction for synthesizing Fe 16 C 2 further proceeds and the production amount of Fe 16 C 2 increases by setting the magnetic field strength to 3T or more.

試料No.26について、TEM−EDXを用いて断面の組織観察を行い、組成分析したところ、Fe16がほとんど検出されなかった。 Sample No. As for No. 26, a cross-sectional structure was observed using TEM-EDX, and composition analysis was performed. As a result, Fe 16 C 2 was hardly detected.

以上説明した本発明の実施形態に関連して、更に以下の付記を開示する。   The following additional notes are disclosed in relation to the embodiment of the present invention described above.

[付記]
(付記1)
酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程と、
炭素の粒子を含む炭素粉末を前記鉄粉末に添加し、前記鉄粉末と前記炭素粉末とを混合して、前記酸化鉄粒子の表面に前記炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程と、
前記炭素付着鉄粉末に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、前記酸化鉄を還元して生成したFeの一部と前記炭素とを反応させてFeCを生成し、前記Feの残部と前記FeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前記前駆体粒子の表面に前記炭素の被覆層を形成して前駆体粉末を作製する炭化工程と、
前記前駆体粉末に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、前記Feの残部と前記FeCとからFe16の粒子を合成し、前記Fe16粒子の表面に前記被覆層を備える炭化鉄粉末を作製する拡散工程と、
前記炭化鉄粉末を成形して炭化鉄成形体を作製する成形工程と、
を備える炭化鉄材の製造方法。
[Appendix]
(Appendix 1)
A preparation step of preparing iron powder containing iron oxide particles;
Carbon powder containing carbon particles is added to the iron powder, the iron powder and the carbon powder are mixed, and the carbon particles are adhered to the surface of the iron oxide particles to produce a carbon-attached iron powder. Process,
The carbon-adhered iron powder is subjected to a reduction heat treatment in a reducing gas atmosphere, and a part of Fe produced by reducing the iron oxide is reacted with the carbon to produce Fe 3 C, and the remaining Fe A carbonization step of synthesizing precursor particles containing Fe 3 C and forming a precursor powder by forming a coating layer of carbon on the surface of the precursor particles;
The precursor powder is subjected to diffusion heat treatment with a magnetic field applied to synthesize Fe 16 C 2 particles from the remainder of Fe and Fe 3 C, and the coating layer is formed on the surface of the Fe 16 C 2 particles. A diffusion step of producing an iron carbide powder comprising:
A molding step of forming the iron carbide powder by molding the iron carbide powder,
The manufacturing method of the iron carbide material provided with this.

上記した付記1の炭化鉄材の製造方法によれば、炭化鉄粉末の成形体(炭化鉄粉末成形体)を得ることができる。炭化鉄粉末の成形方法としては、例えば、バインダ樹脂で固化したり、圧縮成形することが挙げられる。   According to the method for manufacturing the iron carbide material of Supplementary Note 1 described above, a molded body of iron carbide powder (iron carbide powder molded body) can be obtained. Examples of the method for forming the iron carbide powder include solidification with a binder resin and compression molding.

(付記2)
酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程と、
炭素の粒子を含む炭素粉末を前記鉄粉末に添加し、前記鉄粉末と前記炭素粉末とを混合して、前記酸化鉄粒子の表面に前記炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程と、
前記炭素付着鉄粉末に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、前記酸化鉄を還元して生成したFeの一部と前記炭素とを反応させてFeCを生成し、前記Feの残部と前記FeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前記前駆体粒子の表面に前記炭素の被覆層を形成して前駆体粉末を作製する炭化工程と、
前記前駆体粉末を加圧成形して前駆体成形体を作製する成形工程と、
前記前駆体成形体に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、前記Feの残部と前記FeCとからFe16の粒子を合成し、前記Fe16粒子間に前記粒界相を備える炭化鉄成形体を作製する拡散工程と、
を備える炭化鉄材の製造方法。
(Appendix 2)
A preparation step of preparing iron powder containing iron oxide particles;
Carbon powder containing carbon particles is added to the iron powder, the iron powder and the carbon powder are mixed, and the carbon particles are adhered to the surface of the iron oxide particles to produce a carbon-attached iron powder. Process,
The carbon-adhered iron powder is subjected to a reduction heat treatment in a reducing gas atmosphere, and a part of Fe produced by reducing the iron oxide is reacted with the carbon to produce Fe 3 C, and the remaining Fe A carbonization step of synthesizing precursor particles containing Fe 3 C and forming a precursor powder by forming a coating layer of carbon on the surface of the precursor particles;
A molding step of pressure-molding the precursor powder to produce a precursor molded body; and
The precursor compact is subjected to diffusion heat treatment with a magnetic field applied to synthesize Fe 16 C 2 particles from the remaining Fe and the Fe 3 C, and the grain boundaries between the Fe 16 C 2 particles. A diffusion step of producing an iron carbide molded body comprising a phase;
The manufacturing method of the iron carbide material provided with this.

上記した付記2の炭化鉄材の製造方法によれば、炭化工程後の前駆体粉末は変形し易いFeが混在していることから、加圧成形した場合に成形密度を高め易く、最終的に得られる炭化鉄成形体の密度を向上させることができる。その結果、このような炭化鉄成形体を磁石素材に利用した場合、磁石密度が高く、磁気特性を向上させることができる。   According to the method for producing an iron carbide material of Supplementary Note 2 above, since the precursor powder after the carbonization step contains Fe that is easily deformed, it is easy to increase the molding density in the case of pressure molding, and finally obtained. The density of the formed iron carbide molded body can be improved. As a result, when such an iron carbide molded body is used as a magnet material, the magnet density is high and the magnetic properties can be improved.

(付記3)
酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程と、
炭素の粒子を含む炭素粉末を前記鉄粉末に添加し、前記鉄粉末と前記炭素粉末とを混合して、前記酸化鉄粒子の表面に前記炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程と、
前記炭素付着鉄粉末を加圧成形して第1中間成形体を作製する前成形工程と、
前記中間成形体に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、前記酸化鉄を還元して生成したFeの一部と前記炭素とを反応させてFeCを生成し、前記Feの残部と前記FeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前記前駆体粒子間に前記炭素の粒界相を形成して前駆体成形体を作製する炭化工程と、
前記前駆体成形体を更に加圧成形して第2中間成形体を作製する後成形工程と、
前記第2中間成形体に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、前記Feの残部と前記FeCとからFe16の粒子を合成し、前記Fe16粒子間に前記粒界相を備える炭化鉄成形体を作製する拡散工程と、
を備える炭化鉄材の製造方法。
(Appendix 3)
A preparation step of preparing iron powder containing iron oxide particles;
Carbon powder containing carbon particles is added to the iron powder, the iron powder and the carbon powder are mixed, and the carbon particles are adhered to the surface of the iron oxide particles to produce a carbon-attached iron powder. Process,
A pre-molding step of pressure-molding the carbon-attached iron powder to produce a first intermediate molded body;
The intermediate molded body is subjected to a reduction heat treatment in a reducing gas atmosphere, and a part of Fe produced by reducing the iron oxide is reacted with the carbon to produce Fe 3 C, and the remaining Fe and the Synthesizing precursor particles containing Fe 3 C, and forming a precursor grain by forming a grain boundary phase of the carbon between the precursor particles; and
A post-molding step in which the precursor molded body is further pressure-molded to produce a second intermediate molded body;
A diffusion heat treatment is performed in a state where a magnetic field is applied to the second intermediate molded body to synthesize Fe 16 C 2 particles from the remaining Fe and the Fe 3 C, and the particles between the Fe 16 C 2 particles are synthesized. A diffusion process for producing an iron carbide molded body having a boundary phase;
The manufacturing method of the iron carbide material provided with this.

上記した付記3の炭化鉄材の製造方法によれば、炭化工程後の前駆体成形体は変形し易いFeが混在していることから、加圧成形することで成形密度を高め易く、最終的に得られる炭化鉄成形体の密度を向上させることができる。その結果、このような炭化鉄成形体を磁石素材に利用した場合、磁石密度が高く、磁気特性を向上させることができる。   According to the method for manufacturing the iron carbide material of Supplementary Note 3 described above, since the precursor compact after the carbonization step contains Fe that is easily deformed, it is easy to increase the molding density by press molding, and finally The density of the obtained iron carbide molded body can be improved. As a result, when such an iron carbide molded body is used as a magnet material, the magnet density is high and the magnetic properties can be improved.

本発明の炭化鉄材(粉末又は成形体)は、磁石などの磁性材料に好適に利用できる。例えば、各種のモータ、特に、ハイブリッド車(HEV)やハードディスクドライブ(HDD)などのモータに備える永久磁石の材料に利用可能である。その他、本発明の炭化鉄材(粉末又は成形体)は、磁気ヘッド、リアクトル(トランス)やモータの磁心、磁気シールド、ノイズフィルターなどの磁性材料にも利用可能である。また、本発明の炭化鉄材(粉末又は成形体)の製造方法は、磁気特性に優れる炭化鉄材(粉末又は成形体)の製造に好適に利用できる。   The iron carbide material (powder or molded body) of the present invention can be suitably used for a magnetic material such as a magnet. For example, the present invention can be used as a material for permanent magnets provided in various motors, in particular, motors such as hybrid vehicles (HEV) and hard disk drives (HDD). In addition, the iron carbide material (powder or molded body) of the present invention can also be used for magnetic materials such as magnetic heads, reactors (transformers), motor cores, magnetic shields, and noise filters. Moreover, the manufacturing method of the iron carbide material (powder or molded object) of this invention can be utilized suitably for manufacture of the iron carbide material (powder or molded object) excellent in a magnetic characteristic.

Claims (16)

Fe16の粒子と、前記粒子の表面の少なくとも一部に炭素の被覆層とを備える粉末である炭化鉄材。 An iron carbide material, which is a powder comprising Fe 16 C 2 particles and a carbon coating layer on at least a part of the surface of the particles. 前記粒子の平均粒径が、50nm以上100nm以下である請求項1に記載の炭化鉄材。   The iron carbide material according to claim 1, wherein an average particle diameter of the particles is 50 nm or more and 100 nm or less. 前記被覆層の平均厚さが、2.5nm以上である請求項1又は請求項2に記載の炭化鉄材。   The iron carbide material according to claim 1 or 2, wherein an average thickness of the coating layer is 2.5 nm or more. 請求項1に記載の炭化鉄材の粉末を成形した炭化鉄材。   An iron carbide material obtained by molding the iron carbide material powder according to claim 1. Fe16の粒子と、前記粒子間に炭素の粒界相とを備える成形体である炭化鉄材。 An iron carbide material which is a formed body including Fe 16 C 2 particles and a carbon grain boundary phase between the particles. 前記粒子の平均粒径が、50nm以上100nm以下である請求項5に記載の炭化鉄材。   The iron carbide material according to claim 5, wherein an average particle diameter of the particles is 50 nm or more and 100 nm or less. 前記粒界相の平均厚さが、5nm以上である請求項5又は請求項6に記載の炭化鉄材。   The iron carbide material according to claim 5 or 6, wherein an average thickness of the grain boundary phase is 5 nm or more. 角型比が0.8以上である請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の炭化鉄材。   The iron carbide material according to any one of claims 5 to 7, wherein the squareness ratio is 0.8 or more. 酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程と、
炭素の粒子を含む炭素粉末を前記鉄粉末に添加し、前記鉄粉末と前記炭素粉末とを混合して、前記酸化鉄粒子の表面に前記炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程と、
前記炭素付着鉄粉末に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、前記酸化鉄を還元して生成したFeの一部と前記炭素とを反応させてFeCを生成し、前記Feの残部と前記FeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前記前駆体粒子の表面に前記炭素の被覆層を形成して前駆体粉末を作製する炭化工程と、
前記前駆体粉末に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、前記Feの残部と前記FeCとからFe16の粒子を合成し、前記Fe16粒子の表面に前記被覆層を備える炭化鉄粉末を作製する拡散工程と、
を備える炭化鉄材の製造方法。
A preparation step of preparing iron powder containing iron oxide particles;
Carbon powder containing carbon particles is added to the iron powder, the iron powder and the carbon powder are mixed, and the carbon particles are adhered to the surface of the iron oxide particles to produce a carbon-attached iron powder. Process,
The carbon-adhered iron powder is subjected to a reduction heat treatment in a reducing gas atmosphere, and a part of Fe produced by reducing the iron oxide is reacted with the carbon to produce Fe 3 C, and the remaining Fe A carbonization step of synthesizing precursor particles containing Fe 3 C and forming a precursor powder by forming a coating layer of carbon on the surface of the precursor particles;
The precursor powder is subjected to diffusion heat treatment with a magnetic field applied to synthesize Fe 16 C 2 particles from the remainder of Fe and Fe 3 C, and the coating layer is formed on the surface of the Fe 16 C 2 particles. A diffusion step of producing an iron carbide powder comprising:
The manufacturing method of the iron carbide material provided with this.
酸化鉄の粒子を含む鉄粉末を準備する準備工程と、
炭素の粒子を含む炭素粉末を前記鉄粉末に添加し、前記鉄粉末と前記炭素粉末とを混合して、前記酸化鉄粒子の表面に前記炭素粒子を付着させて炭素付着鉄粉末を作製する混合工程と、
前記炭素付着鉄粉末を加圧成形して中間成形体を作製する前成形工程と、
前記中間成形体に還元ガス雰囲気中で還元熱処理を施して、前記酸化鉄を還元して生成したFeの一部と前記炭素とを反応させてFeCを生成し、前記Feの残部と前記FeCとを含む前駆体粒子を合成すると共に、前記前駆体粒子間に前記炭素の粒界相を形成して前駆体成形体を作製する炭化工程と、
前記前駆体成形体に磁場を印加した状態で拡散熱処理を施して、前記Feの残部と前記FeCとからFe16の粒子を合成し、前記Fe16粒子間に前記粒界相を備える炭化鉄成形体を作製する拡散工程と、
を備える炭化鉄材の製造方法。
A preparation step of preparing iron powder containing iron oxide particles;
Carbon powder containing carbon particles is added to the iron powder, the iron powder and the carbon powder are mixed, and the carbon particles are adhered to the surface of the iron oxide particles to produce a carbon-attached iron powder. Process,
A pre-molding step of pressure-molding the carbon-attached iron powder to produce an intermediate molded body;
The intermediate molded body is subjected to a reduction heat treatment in a reducing gas atmosphere, and a part of Fe produced by reducing the iron oxide is reacted with the carbon to produce Fe 3 C, and the remaining Fe and the Synthesizing precursor particles containing Fe 3 C, and forming a precursor grain by forming a grain boundary phase of the carbon between the precursor particles; and
The precursor compact is subjected to diffusion heat treatment with a magnetic field applied to synthesize Fe 16 C 2 particles from the remaining Fe and the Fe 3 C, and the grain boundaries between the Fe 16 C 2 particles. A diffusion step of producing an iron carbide molded body comprising a phase;
The manufacturing method of the iron carbide material provided with this.
前記酸化鉄がγ−Feである請求項9又は請求項10に記載の炭化鉄材の製造方法。 The method for producing an iron carbide material according to claim 9 or 10, wherein the iron oxide is γ-Fe 2 O 3 . 前記炭素の添加量を前記鉄粉末におけるFeの含有量に対して2.6質量%以上4.0質量%以下とする請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載の炭化鉄材の製造方法。   The iron carbide material production according to any one of claims 9 to 11, wherein the amount of carbon added is 2.6 mass% or more and 4.0 mass% or less with respect to the Fe content in the iron powder. Method. 前記炭化工程における前記還元ガスをCOガスとする請求項9〜請求項12のいずれか1項に記載の炭化鉄材の製造方法。   The method for producing an iron carbide material according to any one of claims 9 to 12, wherein the reducing gas in the carbonization step is CO gas. 前記拡散工程における前記拡散熱処理の温度を200℃以上210℃以下とする請求項9〜請求項13のいずれか1項に記載の炭化鉄材の製造方法。   The method for producing an iron carbide material according to any one of claims 9 to 13, wherein a temperature of the diffusion heat treatment in the diffusion step is set to 200 ° C or higher and 210 ° C or lower. 前記拡散工程における前記磁場を3T以上とする請求項9〜請求項14のいずれか1項に記載の炭化鉄材の製造方法。   The method for manufacturing an iron carbide material according to any one of claims 9 to 14, wherein the magnetic field in the diffusion step is 3T or more. 請求項1、請求項4及び請求項5のいずれか1項に記載の炭化鉄材を着磁した磁石。   The magnet which magnetized the iron carbide material of any one of Claim 1, Claim 4, and Claim 5.
JP2013084391A 2013-04-12 2013-04-12 Iron carbide material, manufacturing method thereof, and magnet Pending JP2014207341A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013084391A JP2014207341A (en) 2013-04-12 2013-04-12 Iron carbide material, manufacturing method thereof, and magnet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013084391A JP2014207341A (en) 2013-04-12 2013-04-12 Iron carbide material, manufacturing method thereof, and magnet

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014207341A true JP2014207341A (en) 2014-10-30

Family

ID=52120681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013084391A Pending JP2014207341A (en) 2013-04-12 2013-04-12 Iron carbide material, manufacturing method thereof, and magnet

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014207341A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112492869A (en) * 2020-12-15 2021-03-12 合肥工业大学 Prussian blue redox-derived iron-based wave-absorbing material and preparation method thereof
CN115149276A (en) * 2022-07-05 2022-10-04 江西理工大学 Neodymium iron boron waste composite graphene wave-absorbing material and preparation method and application thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112492869A (en) * 2020-12-15 2021-03-12 合肥工业大学 Prussian blue redox-derived iron-based wave-absorbing material and preparation method thereof
CN112492869B (en) * 2020-12-15 2023-06-23 合肥工业大学 Prussian blue redox derived iron-based wave absorbing material and preparation method thereof
CN115149276A (en) * 2022-07-05 2022-10-04 江西理工大学 Neodymium iron boron waste composite graphene wave-absorbing material and preparation method and application thereof
CN115149276B (en) * 2022-07-05 2023-05-23 江西理工大学 Neodymium-iron-boron waste composite graphene wave-absorbing material and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5218869B2 (en) Rare earth-iron-nitrogen alloy material, method for producing rare earth-iron-nitrogen alloy material, rare earth-iron alloy material, and method for producing rare earth-iron alloy material
WO2017033266A1 (en) Magnet particles and magnet molding using same
JP5059955B2 (en) Magnet powder
JP2013254756A (en) Sintered magnet
JP2017010960A (en) SmFeN BASED METAL BOND MAGNET COMPACT WITH LARGE SPECIFIC RESISTANCE
JP2013102122A (en) Magnetic member and manufacturing method for magnetic member
JP6484994B2 (en) Sm-Fe-N magnet molded body and method for producing the same
CN110942879B (en) Magnetic particles, magnetic particle molded body, and method for producing same
WO2013054678A1 (en) Rare earth permanent magnet and method for producing rare earth permanent magnet
JP2012253247A (en) Composite magnetic material and method for manufacturing the same
JP2004253697A (en) Permanent magnet and material thereof
JP6598700B2 (en) Rare earth magnet manufacturing method and rare earth magnet
JP2014207341A (en) Iron carbide material, manufacturing method thereof, and magnet
JP2015128118A (en) Method of manufacturing rare-earth magnet
US11331721B2 (en) Magnetic material and process for manufacturing same
JP6471594B2 (en) Rare earth magnet material and method for producing rare earth magnet material
JP2015026795A (en) Powder for magnets, rare earth magnet, method for manufacturing powder for magnets, and method for manufacturing rare earth magnet
JP4483630B2 (en) Manufacturing method of rare earth sintered magnet
JP2016044352A (en) Method for producing powder for magnet, and method for producing rare earth magnet
JP2014192460A (en) Method of manufacturing r-t-x based powder-compacted magnet, and r-t-x based powder-compacted magnet
JP4525003B2 (en) Method for producing particles for permanent magnet
JP2002043110A (en) Magnetic anisotropic agglomerate of r2t17nx magnet material, its manufacturing method, and bonded magnet
JP2016100519A (en) Production method of magnetic powder, production method of dust magnet member, and dust magnet member
JP6447804B2 (en) Method for manufacturing magnet compact
JP2015079925A (en) Method for manufacturing rare earth magnet