JP2018083964A - Iron nitride material and method of manufacturing iron nitride material - Google Patents

Iron nitride material and method of manufacturing iron nitride material Download PDF

Info

Publication number
JP2018083964A
JP2018083964A JP2016227023A JP2016227023A JP2018083964A JP 2018083964 A JP2018083964 A JP 2018083964A JP 2016227023 A JP2016227023 A JP 2016227023A JP 2016227023 A JP2016227023 A JP 2016227023A JP 2018083964 A JP2018083964 A JP 2018083964A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
iron
nitride material
nitride
molten salt
iron nitride
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.)
Granted
Application number
JP2016227023A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6763542B2 (en
Inventor
知之 粟津
Tomoyuki Awazu
知之 粟津
前田 和幸
Kazuyuki Maeda
和幸 前田
前田 徹
Toru Maeda
前田  徹
真 皆川
Makoto Minagawa
真 皆川
野平 俊之
Toshiyuki Nohira
俊之 野平
安田 幸司
Koji Yasuda
幸司 安田
慧伍 青山
Keigo Aoyama
慧伍 青山
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
Kyoto University NUC
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Kyoto University NUC
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, Kyoto University NUC filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2016227023A priority Critical patent/JP6763542B2/en
Publication of JP2018083964A publication Critical patent/JP2018083964A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6763542B2 publication Critical patent/JP6763542B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an iron nitride material which has, on a surface of an iron base material, a dense nitride layer containing α''-FeN.SOLUTION: An iron nitride material according to one embodiment of the present invention has a nitride layer containing FeNon a surface of an iron base material of 99 mass% in purity, and the nitride layer has a mean film thickness of 10-100 μm. The iron nitride material can be manufactured by a method of manufacturing the iron nitride material comprising: an electrolyte forming process of forming an electrolyte, for example, by dissolving nitride ions (N) in molten salt; and an electrolysis process of electrolytically depositing α''-FeNon a surface of an anode 51 through molten salt electrolysis using the anode 51 and a cathode 52 provided in the electrolyte 53. In the electrolysis process, the temperature of the electrolyte 53 is 250°C or lower, the anode 51 is an iron base material of 99 mass% or larger in purity, and a potential applied to the anode is 0.5-1.5 V based upon Li/Li.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は窒化鉄材及び窒化鉄材の製造方法に関する。   The present invention relates to an iron nitride material and a method for producing an iron nitride material.

従来、モーターや発電機などに利用される永久磁石として、Nd(ネオジム)やSm(サマリウム)といった希土類元素を含有する希土類磁石が広く使用されている。しかしながら、希土類磁石は磁気特性に優れるものの、磁石に含まれる希土類元素が希少元素であるため、使用量の低減が求められている。希土類磁石の代替品としては、窒化鉄材を用いた磁石が注目されている。特に、飽和磁化が非常に高く、磁気特性に優れた窒化鉄材としてα’’−Fe16が知られている。 Conventionally, rare earth magnets containing rare earth elements such as Nd (neodymium) and Sm (samarium) have been widely used as permanent magnets used in motors and generators. However, although rare earth magnets are excellent in magnetic properties, the rare earth elements contained in the magnets are rare elements, so that reduction of the amount used is required. As an alternative to rare earth magnets, magnets using iron nitride materials have attracted attention. In particular, α ″ -Fe 16 N 2 is known as an iron nitride material having very high saturation magnetization and excellent magnetic properties.

鉄の窒化物層を形成する方法は種々検討されており、例えば、非特許文献1には鋼材をガス窒化処理することによって窒素を鋼材中に浸透拡散させる方法が記載されている。また、分子線エピタキシー法によって鉄の窒化物層を形成する方法が非特許文献2に、スパッタリング法によって鉄の窒化物層を形成する方法が非特許文献3に記載されている。他には、めっき法による方法があり、例えば、特許文献1には窒化物イオンを含む溶融塩の電解浴中で鋼材を作用極として溶融塩電解を行ない、窒化物層を形成する方法が記載されている。   Various methods for forming an iron nitride layer have been studied. For example, Non-Patent Document 1 describes a method of permeating and diffusing nitrogen into a steel material by gas nitriding the steel material. A method for forming an iron nitride layer by molecular beam epitaxy is described in Non-Patent Document 2, and a method for forming an iron nitride layer by sputtering is described in Non-Patent Document 3. In addition, there is a plating method. For example, Patent Document 1 describes a method of forming a nitride layer by performing molten salt electrolysis using a steel material as a working electrode in an electrolytic bath of molten salt containing nitride ions. Has been.

特開2009−052104号公報JP 2009-052104 A

梅田孝彰 宮部一夫、「窒化ポテンシャル制御を適用した窒化処理の生産技術開発」、KOMATSU TECHNICAL REPORT、2014年、VOL.60、No.167、pp17−23Takaaki Umeda Kazuo Miyabe, “Development of production technology for nitriding treatment using nitriding potential control”, KOMATSU TECHNIC REPORT, 2014, VOL. 60, no. 167, pp17-23 M.Komuro et al.,“Epitaxial growth and magnetic properties of Fe16N2 films with high saturation magnetic flux density(invited)” Journal of Applied Physics,1990,vol.67,No.9,pp.5126−5130M.M. Komuro et al. , “Epitaxial growth and magnetic properties of Fe16N2 films with high saturation magnetic density (invited)” Journal of Applied Py. 90. 67, no. 9, pp. 5126-5130 M.Takahashi et al.,“Magnetic moment of α’’−Fe16N2 films(invited)” Journal of Applied Physics,1994,vol.76,No.10,pp.6642−6647M.M. Takahashi et al. "Magnetic moment of α" -Fe16N2 films (invited) "Journal of Applied Physics, 1994, vol. 76, no. 10, pp. 6642-6647

非特許文献1に記載のガス窒化方法は、炉内にNHガスを導入して500℃〜580℃に加熱することで鋼材に窒素を浸透拡散させる処理であり、ε相(FeN)やγ’相(FeN)が生成するが、α’’−Fe16を形成することはできない。これは、α’’−Fe16は250℃を越えると不安定になるため、500℃〜580℃の加熱処理では生成しないと考えられる。
また、非特許文献2や非特許文献3に記載の方法によればα’’−Fe16を形成できるものの成長速度に限界があるため、成膜に時間を要するという問題がある。また、真空などの環境が必要であるため連続的な処理が難しく、工業的な生産には向いていない。
The gas nitriding method described in Non-Patent Document 1 is a process in which NH 3 gas is introduced into a furnace and heated to 500 ° C. to 580 ° C. to permeate and diffuse nitrogen into the steel material, and the ε phase (Fe 3 N) And γ ′ phase (Fe 4 N) are formed, but α ″ -Fe 16 N 2 cannot be formed. This is considered that α ″ -Fe 16 N 2 becomes unstable when it exceeds 250 ° C., and is therefore not generated by heat treatment at 500 ° C. to 580 ° C.
Further, according to the methods described in Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, although α ″ -Fe 16 N 2 can be formed, the growth rate is limited, and thus there is a problem that it takes time for film formation. Further, since an environment such as a vacuum is necessary, continuous processing is difficult, and it is not suitable for industrial production.

特許文献1に記載の方法は、鋼材(クロムを含有する鋼材、基本的にはステンレス鋼)を、窒化物イオンを含有する溶融塩の電解浴中に配置し、415℃以下、好ましくは315℃以下の浴温で鋼材を作用極として溶融塩電解を行って耐食性の優れた窒化物層を形成させるというものである。しかしながら、形成される窒化物層にα’’−Fe16生成に関する記述や示唆はない。これは、特許文献1に記載の方法では溶融塩電解を415℃以下、好ましくは315℃以下で行なうこととされているが、この範囲であっても250℃より高温ではα’’−Fe16を形成することはできないためであると考えられる。また、表面窒化処理の対象としている材料は鋼材(ステンレス鋼)であり、鋼材にはFe以外にCr等が含まれているため、これらの元素がNと反応して窒化物を生成してしまい、α’’−Fe16を形成することはできない。なお、鋼材にはCが含まれており、CはNと共存して安定なFe(C、N)となり、Fe16の生成に影響を与えることが考えられる。また、その場合には磁気特性が変化してしまうと考えられる。 In the method described in Patent Document 1, a steel material (a steel material containing chromium, basically stainless steel) is placed in an electrolytic bath of a molten salt containing nitride ions, and is 415 ° C. or less, preferably 315 ° C. A molten salt electrolysis is performed with a steel material as a working electrode at the following bath temperature to form a nitride layer having excellent corrosion resistance. However, there is no description or suggestion regarding α ″ -Fe 16 N 2 formation in the formed nitride layer. According to the method described in Patent Document 1, molten salt electrolysis is performed at 415 ° C. or lower, preferably 315 ° C. or lower. However, even within this range, α ″ -Fe 16 is used at temperatures higher than 250 ° C. This is probably because N 2 cannot be formed. In addition, the material to be subjected to the surface nitriding treatment is steel (stainless steel), and since steel contains Cr and the like in addition to Fe, these elements react with N to generate nitrides. , Α ″ -Fe 16 N 2 cannot be formed. In addition, C is contained in the steel material, and C coexists with N to become stable Fe 3 (C, N), which may affect the production of Fe 16 N 2 . In that case, it is considered that the magnetic characteristics change.

そこで本発明は、鉄基材の表面にα’’−Fe16を含有する緻密な窒化物層を有する窒化鉄材を提供することを目的とする。更には、前記窒化鉄材を比較的短時間で簡易に製造することが可能な窒化鉄材の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an iron nitride material having a dense nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 on the surface of an iron base. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method of the iron nitride material which can manufacture the said iron nitride material easily in a comparatively short time.

本発明の一態様に係る窒化鉄材は、
純度が99質量%以上の鉄基材の表面にα’’−Fe16を含む窒化物層を有し、
前記窒化物層は平均膜厚が10nm以上、100μm以下である、窒化鉄材、である。
また、本発明の一態様に係る窒化鉄材の製造方法は、
上記窒化鉄材を製造する方法であって、
溶融塩中に窒化物イオン(N3−)を溶解させて電解液を形成する電解液形成工程と、
前記電解液中に設けたアノード及びカソードを用いて溶融塩電解を行なうことにより前記アノードの表面にα’’−Fe16を含む鉄の窒化物を電析させて窒化物層を形成する電解工程と、
を有し、
前記電解工程において前記電解液の温度は250℃以下であり、前記アノードは純度が99質量%以上の鉄基材であり、前記アノードに印加する電位はLi/Li基準で0.5V以上、1.5V以下である、窒化鉄材の製造方法、である。
The iron nitride material according to one aspect of the present invention is
Having a nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 on the surface of an iron base having a purity of 99% by mass or more;
The nitride layer is an iron nitride material having an average film thickness of 10 nm or more and 100 μm or less.
In addition, the method for producing an iron nitride material according to one aspect of the present invention includes:
A method for producing the iron nitride material,
An electrolytic solution forming step of forming an electrolytic solution by dissolving nitride ions (N 3− ) in the molten salt;
By performing molten salt electrolysis using an anode and a cathode provided in the electrolyte, iron nitride containing α ″ -Fe 16 N 2 is electrodeposited on the surface of the anode to form a nitride layer. An electrolysis process;
Have
In the electrolysis step, the temperature of the electrolytic solution is 250 ° C. or less, the anode is an iron base having a purity of 99% by mass or more, and the potential applied to the anode is 0.5 V or more on the basis of Li + / Li, It is a manufacturing method of the iron nitride material which is 1.5V or less.

上記発明によれば、鉄基材の表面にα’’−Fe16を含有する緻密な窒化物層を有する窒化鉄材を提供することを提供することができる。更には、前記窒化鉄材を比較的短時間で簡易に製造することが可能な窒化鉄材の製造方法を提供することができる。 According to the above invention, it is possible to provide an iron nitride material having a dense nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 on the surface of an iron base. Furthermore, it is possible to provide a method for producing an iron nitride material, which can easily produce the iron nitride material in a relatively short time.

窒化鉄材における窒化物層の平均膜厚を測定する方法において、窒化鉄材上にエリアA〜Eを定めた状態の一例を表す概略図である。In the method of measuring the average film thickness of the nitride layer in an iron nitride material, it is the schematic showing an example of the state which defined areas AE on the iron nitride material. 図1に示す窒化鉄材のエリアAを走査型電子顕微鏡で観察した場合の視野(i)の一例を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing an example of the visual field (i) at the time of observing the area A of the iron nitride material shown in FIG. 1 with a scanning electron microscope. 図1に示す窒化鉄材のエリアAを走査型電子顕微鏡で観察した場合の視野(ii)の一例を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing an example of the visual field (ii) at the time of observing the area A of the iron nitride material shown in FIG. 1 with a scanning electron microscope. 図1に示す窒化鉄材のエリアAを走査型電子顕微鏡で観察した場合の視野(iii)の一例を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing an example of the visual field (iii) at the time of observing the area A of the iron nitride material shown in FIG. 1 with a scanning electron microscope. 本発明の実施形態に係る窒化鉄材の製造方法における電解工程の一例の概略を表す図である。It is a figure showing the outline of an example of the electrolysis process in the manufacturing method of the iron nitride material which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る窒化鉄材の製造方法における電解液形成工程及び電解工程において用いることが可能なガス電極の構成の一例の概略を表す図である。It is a figure showing the outline of an example of composition of a gas electrode which can be used in an electrolytic solution formation process and an electrolysis process in a manufacturing method of an iron nitride material concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る窒化鉄材の製造方法における電解液形成工程及び電解工程において用いることが可能なガス電極の構成の別の一例の概略を表す図である。It is a figure showing the outline of another example of the structure of the gas electrode which can be used in the electrolyte solution formation process and electrolysis process in the manufacturing method of the iron nitride material which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る窒化鉄材の製造方法における電解液形成工程及び電解工程において用いることが可能なガス電極の構成の更に別の一例の概略を表す図である。It is a figure showing the outline of another example of the structure of the gas electrode which can be used in the electrolyte solution formation process and electrolysis process in the manufacturing method of the iron nitride material which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る窒化鉄材の製造方法における電解液形成工程及び電解工程において用いることが可能なガス電極の構成の更に別の一例の概略を表す図である。It is a figure showing the outline of another example of the structure of the gas electrode which can be used in the electrolyte solution formation process and electrolysis process in the manufacturing method of the iron nitride material which concerns on embodiment of this invention.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
(1)本発明の一態様に係る窒化鉄材は、
純度が99質量%以上の鉄基材の表面にα’’−Fe16を含む窒化物層を有し、
前記窒化物層は平均膜厚が10nm以上、100μm以下である、窒化鉄材、である。
上記(1)に記載の発明の態様によれば、鉄基材の表面にα’’−Fe16を含有する緻密な窒化物層を有する窒化鉄材を提供することができる。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
(1) The iron nitride material according to one aspect of the present invention is
Having a nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 on the surface of an iron base having a purity of 99% by mass or more;
The nitride layer is an iron nitride material having an average film thickness of 10 nm or more and 100 μm or less.
According to the aspect of the invention described in (1) above, it is possible to provide an iron nitride material having a dense nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 on the surface of an iron base.

(2)上記(1)に記載の窒化物層は、表面に防食層を備えていることが好ましい。
(3)上記(2)に記載の防食層は、ε−Fe2―3N、炭化鉄又は酸化鉄であることが好ましい。
上記(2)又は上記(3)に記載の発明の態様によれば、大気等の雰囲気の影響を受け難く、劣化され難い窒化鉄材を提供することができる。
(2) It is preferable that the nitride layer according to the above (1) has a corrosion prevention layer on the surface.
(3) The anticorrosion layer according to (2) is preferably ε-Fe 2-3 N, iron carbide, or iron oxide.
According to the aspect of the invention described in the above (2) or (3), it is possible to provide an iron nitride material that is hardly affected by an atmosphere such as the air and is not easily deteriorated.

(4)本発明の一態様に係る窒化鉄材の製造方法は、
上記(1)に記載の窒化鉄材を製造する方法であって、
溶融塩中に窒化物イオン(N3−)を溶解させて電解液を形成する電解液形成工程と、
前記電解液中に設けたアノード及びカソードを用いて溶融塩電解を行なうことにより前記アノードの表面にα’’−Fe16を含む鉄の窒化物を電析させて窒化物層を形成する電解工程と、
を有し、
前記電解工程において前記電解液の温度は250℃以下であり、前記アノードは純度が99質量%以上の鉄基材であり、前記アノードに印加する電位はLi/Li基準で0.5V以上、1.5V以下である、窒化鉄材の製造方法、である。
上記(4)に記載の発明の態様によれば、鉄基材の表面にα’’−Fe16を含有する緻密な窒化物層を有する窒化鉄材を比較的短時間で簡易に製造することが可能な窒化鉄材の製造方法を提供することができる。
(4) A method for producing an iron nitride material according to an aspect of the present invention includes:
A method for producing the iron nitride material according to (1) above,
An electrolytic solution forming step of forming an electrolytic solution by dissolving nitride ions (N 3− ) in the molten salt;
By performing molten salt electrolysis using an anode and a cathode provided in the electrolyte, iron nitride containing α ″ -Fe 16 N 2 is electrodeposited on the surface of the anode to form a nitride layer. An electrolysis process;
Have
In the electrolysis step, the temperature of the electrolytic solution is 250 ° C. or less, the anode is an iron base having a purity of 99% by mass or more, and the potential applied to the anode is 0.5 V or more on the basis of Li + / Li, It is a manufacturing method of the iron nitride material which is 1.5V or less.
According to the aspect of the invention described in the above (4), an iron nitride material having a dense nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 on the surface of an iron base is easily produced in a relatively short time. It is possible to provide a method of manufacturing an iron nitride material that can be used.

(5)上記(4)に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記電解工程の前に、前記アノードに用いる前記鉄基材の表面に形成されている酸化物層を除去する前処理工程を有することが好ましい。
上記(5)に記載の発明の態様によれば、前処理工程によって鉄の酸化膜を除去することができるため、酸素成分の少ない窒化物層を有する窒化鉄材を製造することが可能となる。
(5) The method for producing an iron nitride material according to (4) above is:
It is preferable to have a pretreatment step of removing an oxide layer formed on the surface of the iron base used for the anode before the electrolysis step.
According to the aspect of the invention described in (5) above, since the iron oxide film can be removed by the pretreatment step, it is possible to manufacture an iron nitride material having a nitride layer with a small oxygen component.

(6)上記(4)又は上記(5)に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記電解工程の後に、前記窒化物層の表面に防食層を形成する防食層形成工程を有することが好ましい。
(7)上記(6)に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記防食層が、ε−Fe2−3N、炭化鉄又は酸化鉄であることが好ましい。
上記(6)又は上記(7)に記載の発明の態様によれば、大気等の雰囲気の影響を受け難く、劣化され難い窒化鉄材の製造方法を提供することができる。
(6) The method for producing an iron nitride material according to (4) or (5) above,
It is preferable to have an anticorrosion layer forming step of forming an anticorrosion layer on the surface of the nitride layer after the electrolysis step.
(7) The method for producing an iron nitride material according to (6) above is:
The anticorrosion layer is preferably ε-Fe 2-3 N, iron carbide or iron oxide.
According to the aspect of the invention described in the above (6) or (7), it is possible to provide a method for producing an iron nitride material that is hardly affected by an atmosphere such as the air and is not easily deteriorated.

(8)上記(4)から上記(7)に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記溶融塩が、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物又はこれらの混合物であることが好ましい。
(9)上記(8)に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記アルカリ金属のハロゲン化物が、アルカリ金属の臭化物、ヨウ化物又は臭化物とヨウ化物の混合物であることが好ましい。
(10)上記(8)又は上記(9)に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記アルカリ土類金属のハロゲン化物が、アルカリ土類金属の臭化物、ヨウ化物又は臭化物とヨウ化物の混合物であることが好ましい。
(11)上記(8)から上記(10)のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記アルカリ金属は、Li、K及びCsからなる群より選択される1種以上であることが好ましい。
(12)上記(8)から上記(11)のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記アルカリ土類金属が、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上であることが好ましい。
(13)上記(4)から上記(12)のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記溶融塩が、LiBr−KBr−CsBrもしくはLiI−KI−CsIであることが好ましい。
(14)上記(4)から上記(13)のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記溶融塩がLi、K及びCsを含有し、Liの含有率が40mol%以上、80mol%以下、Kの含有率が5mol%以上、30mol%以下、Csの含有率が10mol%以上、40mol%以下であることが好ましい。
上記(8)から上記(14)のいずれか一項に記載の発明の態様によれば、α’’−Fe16が安定な温度範囲の溶融塩を、比較的入手が容易であり、また、取扱も容易な材料種によって形成することができる。
(8) The method for producing an iron nitride material according to (4) to (7) above,
The molten salt is preferably an alkali metal halide, an alkaline earth metal halide, or a mixture thereof.
(9) The method for producing an iron nitride material according to (8) above is:
The alkali metal halide is preferably an alkali metal bromide, iodide or a mixture of bromide and iodide.
(10) The method for producing an iron nitride material according to (8) or (9) above,
The alkaline earth metal halide is preferably an alkaline earth metal bromide, iodide or a mixture of bromide and iodide.
(11) The method for producing an iron nitride material according to any one of (8) to (10) above,
The alkali metal is preferably at least one selected from the group consisting of Li, K, and Cs.
(12) The method for producing an iron nitride material according to any one of (8) to (11) above,
The alkaline earth metal is preferably at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba.
(13) The method for producing an iron nitride material according to any one of (4) to (12) above,
The molten salt is preferably LiBr-KBr-CsBr or LiI-KI-CsI.
(14) The method for producing an iron nitride material according to any one of (4) to (13) above,
The molten salt contains Li + , K + and Cs + , the Li + content is 40 mol% or more and 80 mol% or less, the K + content is 5 mol% or more and 30 mol% or less, and the Cs + content is It is preferable that it is 10 mol% or more and 40 mol% or less.
According to the aspect of the invention described in any one of (8) to (14) above, a molten salt having a stable temperature range of α ″ -Fe 16 N 2 is relatively easily obtained, Moreover, it can form with the kind of material with easy handling.

(15)上記(4)から上記(14)のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記溶融塩にLiNを添加して窒化物イオン(N3−)が溶解した電解液を形成することが好ましい。
上記(15)に記載の発明の態様によれば、容易に窒化物イオンを溶融塩中に溶解させることができる。
(15) The method for producing an iron nitride material according to any one of (4) to (14) above,
It is preferable to add Li 3 N to the molten salt to form an electrolytic solution in which nitride ions (N 3− ) are dissolved.
According to the aspect of the invention described in (15) above, nitride ions can be easily dissolved in the molten salt.

(16)上記(4)から上記(15)のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法は、
前記溶融塩に窒素ガス還元電極を設け、前記窒化ガス還元電極に窒素ガスを供給して電気化学的に還元することにより窒化物イオン(N3−)が溶解した電解液を形成することが好ましい。
上記(16)に記載の発明の態様によれば、窒化物イオンを連続的に溶融塩中に供給することができる。
(16) The method for producing an iron nitride material according to any one of (4) to (15) above,
Preferably, the molten salt is provided with a nitrogen gas reducing electrode, and an electrolytic solution in which nitride ions (N 3− ) are dissolved is formed by supplying nitrogen gas to the nitriding gas reducing electrode and electrochemically reducing it. .
According to the aspect of the invention described in (16) above, nitride ions can be continuously supplied into the molten salt.

[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る窒化鉄材及びその製造方法の具体例を以下に説明する。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全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]
Specific examples of the iron nitride material and the manufacturing method thereof according to 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.

<窒化鉄材>
本発明の実施形態に係る窒化鉄材は、基材である鉄の表面にα’’−Fe16を含む緻密な窒化物層を有するものである。
(鉄基材)
鉄基材は、純度が99質量%以上の鉄であればよい。
また、1質量%以下であれば、鉄基材に鉄以外の成分が意図的に又は不可避的に含まれていても構わない。例えば、鉄以外の成分としては、Ni、Cu等が含まれていてもよい。
なお、鉄基材の形状は特に限定されるものではなく、平板状等、目的に応じて適宜選択すればよい。
<Iron nitride material>
The iron nitride material according to the embodiment of the present invention has a dense nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 on the surface of iron as a base material.
(Iron base)
The iron substrate may be iron having a purity of 99% by mass or more.
Moreover, if it is 1 mass% or less, components other than iron may be intentionally or unavoidably contained in the iron base material. For example, components other than iron may include Ni, Cu, and the like.
The shape of the iron substrate is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the purpose, such as a flat plate shape.

(窒化物層)
窒化物層は、後述するように溶融塩電解によって形成されるものであるため、鉄基材の表面に強固に密着しており、また、緻密な層として形成されている。
窒化物層は平均膜厚が10nm以上、100μm以下であればよい。窒化鉄材において窒化物層の平均膜厚が10nm以上であることにより、飽和磁化が高いα’’−Fe16の特性を十分に発揮することができる。また、窒化物層の平均膜厚が100μm以下であることにより、記録媒体等に用いることが可能な、薄膜の磁性膜とすることができる。これらの観点から、窒化物層の平均膜厚は20nm以上、10μm以下であることがより好ましく、50nm以上、1μm以下であることが更に好ましい。
(Nitride layer)
Since the nitride layer is formed by molten salt electrolysis as will be described later, the nitride layer is firmly adhered to the surface of the iron base and is formed as a dense layer.
The nitride layer may have an average film thickness of 10 nm or more and 100 μm or less. When the average thickness of the nitride layer in the iron nitride material is 10 nm or more, the characteristics of α ″ -Fe 16 N 2 having a high saturation magnetization can be sufficiently exhibited. Further, when the average thickness of the nitride layer is 100 μm or less, a thin magnetic film that can be used for a recording medium or the like can be obtained. From these viewpoints, the average thickness of the nitride layer is more preferably 20 nm or more and 10 μm or less, and further preferably 50 nm or more and 1 μm or less.

窒化物層の平均膜厚は、窒化物層の断面を以下のようにして電子顕微鏡によって観察することにより測定されるものをいうものとする。平均膜厚の測定方法の概略を図1〜図4に示す。
まず、窒化物層を有する窒化鉄材を任意に偏りなくエリア分けし、測定箇所として5箇所(エリアA〜エリアE)を選択する。そして、走査型電子顕微鏡(SEM)によって各エリアにおける窒化物層の断面を観察する。SEMの倍率は、窒化物層の厚み方向の全体が確認でき、かつ、出来うる限り一視野内で厚み方向が大きく見えるように設定する。そして、視野を変えて各エリアにおいて3箇所ずつ窒化物層の最大厚みと最小厚みを測定し、その平均を窒化物層の平均膜厚という。
例として、図1に、略正方形の鉄基材の表面に窒化物層を有する窒化鉄材1について、四隅をエリアA〜エリアDとし、中央部をエリアEとした場合の概略図を示す。また、図2には、図1に示す窒化鉄材1のエリアAをSEMによって観察した場合の視野(i)の概念図を示す。同様に、図3にはエリアAの視野(ii)の概念図を、図4にはエリアAの視野(iii)の概念図を示す。
窒化鉄材1のエリアAをSEMで観察した場合の視野(i)〜視野(iii)において、窒化物層3が最大となる厚み(最大厚みA(i)、最大厚みA(ii)、最大厚みA(iii))と、窒化物層3が最小となる厚み(最小厚みa(i)、最小厚みa(ii)、最小厚みa(iii))を測定する。窒化物層3の厚みとは、鉄基材2から垂直方向に伸びる窒化物層3の長さをいうものとする。これにより、エリアAにおいて3箇所の視野の最大厚みA(i)〜最大厚みA(iii)と、最小厚みa(i)〜最小厚みa(iii)が決定する。エリアB、C、D、EについてもエリアAと同様にして、3箇所の視野における窒化物層の最大厚みと最小厚みを測定する。
以上のようにして測定された窒化物層の最大厚みA(i)〜最大厚みE(iii)と、最小厚みa(i)〜最小厚みe(iii)の平均を窒化物層の平均膜厚という。
The average film thickness of a nitride layer shall mean what is measured by observing the cross section of a nitride layer with an electron microscope as follows. The outline of the measuring method of an average film thickness is shown in FIGS.
First, an iron nitride material having a nitride layer is arbitrarily divided into areas, and five locations (area A to area E) are selected as measurement locations. And the cross section of the nitride layer in each area is observed with a scanning electron microscope (SEM). The magnification of the SEM is set so that the entire thickness direction of the nitride layer can be confirmed and the thickness direction can be seen as large as possible within one field of view. Then, the maximum thickness and the minimum thickness of the nitride layer are measured at three locations in each area while changing the field of view, and the average is referred to as the average thickness of the nitride layer.
As an example, FIG. 1 shows a schematic diagram of an iron nitride material 1 having a nitride layer on the surface of a substantially square iron substrate, with the four corners being area A to area D and the center being area E. FIG. 2 shows a conceptual diagram of the visual field (i) when the area A of the iron nitride material 1 shown in FIG. 1 is observed by SEM. Similarly, FIG. 3 shows a conceptual diagram of the visual field (ii) of the area A, and FIG. 4 shows a conceptual diagram of the visual field (iii) of the area A.
Thickness (maximum thickness A (i), maximum thickness A (ii), maximum thickness) in which nitride layer 3 is maximum in the field of view (i) to field of view (iii) when area A of iron nitride material 1 is observed with an SEM A (iii)) and the minimum thickness (minimum thickness a (i), minimum thickness a (ii), minimum thickness a (iii)) of nitride layer 3 are measured. The thickness of the nitride layer 3 refers to the length of the nitride layer 3 extending in the vertical direction from the iron base 2. As a result, the maximum thickness A (i) to the maximum thickness A (iii) and the minimum thickness a (i) to the minimum thickness a (iii) of the three visual fields in the area A are determined. For areas B, C, D, and E, the maximum thickness and the minimum thickness of the nitride layer in the three visual fields are measured in the same manner as area A.
The average thickness of the nitride layer is determined by averaging the maximum thickness A (i) to maximum thickness E (iii) and the minimum thickness a (i) to minimum thickness e (iii) of the nitride layer measured as described above. That's it.

窒化物層におけるα’’−Fe16の含有率は高ければ高いほど好ましい。窒化物層におけるα’’−Fe16の含有率が30質量%以上であることにより、飽和磁化が高いα’’−Fe16の特性を十分に発揮することができる。窒化物層におけるα’’−Fe16の含有率は、50質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが更に好ましい。窒化物層には、α’’−Fe16以外の成分が意図的又は不可避的に含まれていても構わない。α’’−Fe16以外の成分としては、例えば、Fe、FeN、FeN、FeO、Fe、Fe、FeOH等が含まれていてもよい。 The content of α ″ -Fe 16 N 2 in the nitride layer is preferably as high as possible. When the content of α ″ -Fe 16 N 2 in the nitride layer is 30% by mass or more, the characteristics of α ″ -Fe 16 N 2 having high saturation magnetization can be sufficiently exhibited. The content of α ″ -Fe 16 N 2 in the nitride layer is more preferably 50% by mass or more, and further preferably 80% by mass or more. Components other than α ″ -Fe 16 N 2 may be intentionally or unavoidably contained in the nitride layer. As components other than α ″ -Fe 16 N 2 , for example, Fe, Fe 4 N, Fe 3 N, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeOH and the like may be included.

(防食層)
本発明の実施形態に係る窒化鉄材は、雰囲気による劣化を抑制するために窒化物層の表面に防食層を有していることが好ましい。防食層としては、例えば、α’’−Fe16とは組成が異なる窒化鉄が考えられる。例えば、耐食性の高いε−Fe2−3Nを用いることができる。防食層としての窒化鉄はα’’−Fe16と窒化率が異なる相であるため、窒化処理の条件を変えることで生成させることが可能である。詳細は後述するが、本発明の実施形態に係る窒化鉄材の製造方法のように溶融塩電解によって窒化物層を形成する場合には、アノードの電位を制御することでα’’−Fe16と窒化率が異なる相を生成することができる。このため、窒化物層の生成条件を連続的に変化させることで、α’’−Fe16を含有する窒化物層に続けて防食層を連続的に生成させることも可能である。
その他の防食層としては、炭化鉄や酸化鉄を適用することができる。酸化鉄の場合、窒化物層の形成後に緩やかな酸化処理を施すことで形成できる。また、鉄系以外にも、SiOやAlを窒化物層の表面に設けても、防食層とすることができる。
また、防食層の厚みは、0.5nm以上、20nm以下であることが好ましい。防食層の厚みが0.5nm以上であることにより、大気等の雰囲気による窒化物層の劣化を抑制できる。また、防食層の厚みが20nm以下であることにより、窒化物層にひずみなどの影響を与えることが抑えられ、また、多大な手間や時間をかけることなく防食層を生成することができる。防食層の厚みは、1nm以上、10nm以下であることがより好ましい。
(Anti-corrosion layer)
The iron nitride material according to the embodiment of the present invention preferably has an anticorrosion layer on the surface of the nitride layer in order to suppress deterioration due to the atmosphere. As the anticorrosion layer, for example, iron nitride having a composition different from that of α ″ -Fe 16 N 2 can be considered. For example, ε-Fe 2-3 N having high corrosion resistance can be used. Since iron nitride as the anticorrosion layer is a phase having a different nitriding rate from α ″ -Fe 16 N 2 , it can be generated by changing the nitriding conditions. Although details will be described later, when the nitride layer is formed by molten salt electrolysis as in the method of manufacturing an iron nitride material according to the embodiment of the present invention, α ″ -Fe 16 N is controlled by controlling the potential of the anode. 2 and a phase having a different nitridation rate can be generated. For this reason, it is also possible to continuously generate the anticorrosion layer after the nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 by continuously changing the generation conditions of the nitride layer.
As other anticorrosion layers, iron carbide and iron oxide can be applied. In the case of iron oxide, it can be formed by performing a mild oxidation treatment after the formation of the nitride layer. In addition to the iron-based material, the anticorrosion layer can be formed by providing SiO 2 or Al 2 O 3 on the surface of the nitride layer.
Moreover, it is preferable that the thickness of a corrosion prevention layer is 0.5 nm or more and 20 nm or less. When the thickness of the anticorrosion layer is 0.5 nm or more, deterioration of the nitride layer due to an atmosphere such as air can be suppressed. Moreover, when the thickness of the anticorrosion layer is 20 nm or less, it is possible to suppress the influence of strain and the like on the nitride layer, and it is possible to generate the anticorrosion layer without much effort and time. The thickness of the anticorrosion layer is more preferably 1 nm or more and 10 nm or less.

<窒化鉄材の製造方法>
本発明の実施形態に係る窒化鉄材の製造方法は、上記の本発明の実施形態に係る窒化鉄材を製造する方法であり、電解液形成工程と、電解工程とを有し、更に、前処理工程と防食層形成工程を選択的に有する。電解液形成工程は溶融塩中に窒化物イオン(N3−)を溶解させて電解液を形成する工程である。電解工程は、図5に示すように、電解液53中に設けたアノード51及びカソード52を電源54に接続して溶融塩電解を行なうことによりアノード1の表面にα’’−Fe16を含む鉄の窒化物を電析させて窒化物層を形成する工程である。電源54は電位を制御することができるものであればよく、例えば、ポテンショ・ガルバノスタットを好ましく用いることができる。前処理工程は、電解工程の前に行う工程であり、アノードに用いる鉄基材の表面に形成されている酸化物層を除去する工程である。防食層形成工程は、電解工程後に行なう工程であり、電解工程において形成された窒化物層の表面に防食層を形成する工程である。以下に各工程を詳述する。
<Manufacturing method of iron nitride material>
The manufacturing method of the iron nitride material which concerns on embodiment of this invention is a method of manufacturing the iron nitride material which concerns on said embodiment of this invention, has an electrolyte solution formation process, an electrolysis process, Furthermore, a pre-processing process And an anticorrosion layer forming step selectively. The electrolytic solution forming step is a step of forming an electrolytic solution by dissolving nitride ions (N 3− ) in the molten salt. As shown in FIG. 5, the electrolytic process is performed by performing molten salt electrolysis by connecting the anode 51 and the cathode 52 provided in the electrolytic solution 53 to a power source 54, so that α ″ -Fe 16 N 2 is formed on the surface of the anode 1. In this step, a nitride layer is formed by electrodepositing an iron nitride containing iron. The power source 54 may be any power source that can control the potential. For example, a potentio galvanostat can be preferably used. A pretreatment process is a process performed before an electrolysis process, and is a process of removing the oxide layer currently formed in the surface of the iron base material used for an anode. The anticorrosion layer forming step is a step performed after the electrolysis step, and is a step of forming the anticorrosion layer on the surface of the nitride layer formed in the electrolysis step. Each step will be described in detail below.

(電解液形成工程)
上述のように、この工程は溶融塩中に窒化物イオン(N3−)を溶解させて電解液を形成する工程である。
−溶融塩−
溶融塩は250℃以下で溶融して液体となるものを選択すればよい。低融点で、かつ、比較的入手が容易な溶融塩としては、例えば、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物又はこれらの混合物であることが好ましい。一般に、溶融塩は一成分の塩を用いるよりも多成分の塩を用いる方が低融点となるため、複数種の塩を混合して用いることが好ましい。また、アルカリ金属のハロゲン化物は臭化物、ヨウ化物又は臭化物とヨウ化物の混合物であることが好ましい。同様に、アルカリ土類金属のハロゲン化物も臭化物、ヨウ化物又は臭化物とヨウ化物の混合物であることが好ましい。ヨウ化物や臭化物の塩は低い温度で溶融させることができ、また、取扱も容易であるため好ましい。
(Electrolyte formation process)
As described above, this step is a step of forming an electrolytic solution by dissolving nitride ions (N 3− ) in the molten salt.
-Molten salt-
What is necessary is just to select a molten salt which becomes a liquid by melting at 250 ° C. or lower. The molten salt having a low melting point and relatively easily available is preferably, for example, an alkali metal halide, an alkaline earth metal halide, or a mixture thereof. In general, the molten salt has a lower melting point when a multi-component salt is used than when a single-component salt is used. Therefore, it is preferable to use a mixture of a plurality of types of salts. The alkali metal halide is preferably bromide, iodide or a mixture of bromide and iodide. Similarly, the alkaline earth metal halide is preferably bromide, iodide or a mixture of bromide and iodide. Iodide and bromide salts are preferred because they can be melted at low temperatures and are easy to handle.

アルカリ金属はLi、K及びCsからなる群より選択される1種以上であることが好ましい。また、アルカリ土類金属はMg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上であることが好ましい。これらのアルカリ金属やアルカリ土類金属のハロゲン化物は低融点で溶融させることができ、また、比較的入手が容易である。   The alkali metal is preferably at least one selected from the group consisting of Li, K and Cs. The alkaline earth metal is preferably at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba. These alkali metal and alkaline earth metal halides can be melted at a low melting point and are relatively easily available.

上記の観点から、溶融塩は、例えば、LiBr−CsBr、LiBr−KBr−CsBr、Li−KI、Li−CsI、Li−KI−CsI等であることが好ましい。
また、溶融塩がLi、K及びCsを含有する場合には、Liの含有率が40mol%以上、80mol%以下、Kの含有率が5mol%以上、30mol%以下、Csの含有率が10mol%以上、40mol%以下であることが好ましい。これにより低融点の溶融塩とすることができる。
溶融塩におけるLiの含有率は、45mol%以上、75mol%以下であることがより好ましく、50mol%以上、70mol%以下であることが更に好ましい。
溶融塩におけるKの含有率は、7mol%以上、25mol%以下であることがより好ましく、9mol%以上、20mol%以下であることが更に好ましい。
溶融塩におけるCsの含有率は、15mol%以上、35mol%以下であることがより好ましく、20mol%以上、30mol%以下であることが更に好ましい。
From the above viewpoint, the molten salt is preferably, for example, LiBr-CsBr, LiBr-KBr-CsBr, Li-KI, Li-CsI, Li-KI-CsI, or the like.
Further, when the molten salt contains Li + , K + and Cs + , the Li + content is 40 mol% or more and 80 mol% or less, the K + content is 5 mol% or more and 30 mol% or less, Cs + It is preferable that the content rate of is 10 mol% or more and 40 mol% or less. Thereby, it can be set as a low melting-point molten salt.
The content of Li + in the molten salt is more preferably 45 mol% or more and 75 mol% or less, and further preferably 50 mol% or more and 70 mol% or less.
The content of K + in the molten salt is more preferably 7 mol% or more and 25 mol% or less, and further preferably 9 mol% or more and 20 mol% or less.
The content of Cs + in the molten salt is more preferably 15 mol% or more and 35 mol% or less, and further preferably 20 mol% or more and 30 mol% or less.

−窒化物イオンの生成−
窒化物イオンを溶融塩に溶解させる方法は特に限定されるものではない。例えば、溶融塩中にLiNを添加して溶解させることで溶融塩中に窒化物イオンを生成させることができる。窒化物イオンの添加量は、例えば、LiNの濃度が0.05mol%以上、5mol%以下となるようにLiNを溶融塩に添加すればよい。LiNの濃度が0.05mol%以上となるようにすることで、電解液形成工程に続けて行なう電解工程においてα’’−Fe16を電析させるのに十分な量の窒化物イオンを溶融塩中に生成することができる。また、LiNの濃度が5mol%以下となるようにすることで、溶融塩の融点の上昇を抑制することができる。これらの観点から、LiNの添加量は、LiNの濃度が0.1mol%以上、3mol%以下となるようにすることがより好ましく、0.2mol%以上、2mol%以下となるようにすることが更に好ましい。
なお、後述する電解工程においてα’’−Fe16が電析し始めると電解液中の窒化物イオンが消費されるため、α’’−Fe16を含有する窒化物層を大量に生成させる場合には、電解工程においても適宜溶融塩中にLiNを添加してもよい。
-Formation of nitride ions-
The method for dissolving nitride ions in the molten salt is not particularly limited. For example, it is possible to generate nitride ions in the molten salt by adding and dissolving Li 3 N in the molten salt. For example, the amount of nitride ions added may be such that Li 3 N is added to the molten salt so that the concentration of Li 3 N is 0.05 mol% or more and 5 mol% or less. By setting the concentration of Li 3 N to be 0.05 mol% or more, a sufficient amount of nitride to deposit α ″ -Fe 16 N 2 in the electrolysis step that follows the electrolytic solution formation step Ions can be generated in the molten salt. Further, since the concentration of Li 3 N is set to be less 5 mol%, it is possible to suppress an increase in melting point of the molten salt. From these viewpoints, the amount of Li 3 N added is more preferably such that the concentration of Li 3 N is 0.1 mol% or more and 3 mol% or less, and is 0.2 mol% or more and 2 mol% or less. More preferably.
Note that when α ″ -Fe 16 N 2 begins to be electrodeposited in the electrolysis process described later, nitride ions in the electrolytic solution are consumed, so a large amount of nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 is used. In the case of forming in a molten salt, Li 3 N may be appropriately added to the molten salt also in the electrolysis step.

溶融塩に窒素ガス還元電極(以下では単に「ガス電極」と記載する)を設けて窒素ガスを供給し、窒素を電気化学的に還元することによっても溶融塩中に窒化物イオンを生成させることができる。ガス電極は、窒素ガスを含むガスを電極表面に供給することが可能な電極であればよく公知のものを利用可能であるが、図6〜図9に示す構造のガス電極であることが好ましい。   Nitrogen gas is generated in the molten salt by providing a nitrogen gas reducing electrode (hereinafter simply referred to as “gas electrode”) in the molten salt, supplying nitrogen gas, and electrochemically reducing the nitrogen. Can do. Any known gas electrode can be used as long as it can supply a gas containing nitrogen gas to the electrode surface, but the gas electrode is preferably a gas electrode having a structure shown in FIGS. .

図6に示すガス電極は、窒素ガスを含むガスの流路となる内部空間を有する筒状電極部材62を備えるガス電極である。筒状電極部材62にリード線61を接続して電源の陰極側に接続し、対極を電源の陽極側に接続して電位をアノードに印加すればよい。そして、窒素ガスを含むガスを筒状電極部材62の内部空間に供給することで、内部空間の表面において窒素ガスを還元し、溶融塩中に窒化物イオン(N3−)として溶解させることができる。 The gas electrode shown in FIG. 6 is a gas electrode including a cylindrical electrode member 62 having an internal space serving as a flow path for a gas containing nitrogen gas. The lead wire 61 is connected to the cylindrical electrode member 62 and connected to the cathode side of the power source, the counter electrode is connected to the anode side of the power source, and the potential is applied to the anode. Then, by supplying a gas containing nitrogen gas to the internal space of the cylindrical electrode member 62, the nitrogen gas is reduced on the surface of the internal space and dissolved in the molten salt as nitride ions (N 3− ). it can.

また、図7に示すガス電極のように、筒状電極部材72の内部空間の先端部には、導電性の多孔質部材73を配置することが好ましい。多孔質部材73は一方の面と他方の面との間において連通する連通孔を多数有するものであればよい。多孔質部材73が連通孔を有することで、ガス電極の内部空間に供給されたガスをガス電極の外部に通流させることができる。また、連通孔は、例えば、多孔質部材73の一方の面から他方の面に向かって直進する孔であってもよいし、三次元網目状構造のように複雑な構造によって形成されている孔であってもよい。多孔質部材73を内部空間の先端部に備えるガス電極を溶融塩中に配置すると、連通孔の内部は溶融塩で満たされる。筒状電極部材72にリード線71を接続して電源の陰極側に接続し、対極を電源の陽極側に接続して電位をアノードに印加すればよい。多孔質部材73は導電性であるから、ガス電極の内部空間に窒素ガスを含むガスを供給することで、多孔質部材73の連通孔の表面において窒素ガスが還元される。これにより窒化物イオン(N3−)を溶融塩中に溶解させることができる。 Further, like the gas electrode shown in FIG. 7, it is preferable to dispose a conductive porous member 73 at the tip of the internal space of the cylindrical electrode member 72. The porous member 73 only needs to have a large number of communication holes communicating between one surface and the other surface. Since the porous member 73 has the communication hole, the gas supplied to the internal space of the gas electrode can be made to flow outside the gas electrode. The communication hole may be, for example, a hole that goes straight from one surface of the porous member 73 to the other surface, or a hole formed by a complicated structure such as a three-dimensional network structure. It may be. When the gas electrode provided with the porous member 73 at the tip of the internal space is arranged in the molten salt, the inside of the communication hole is filled with the molten salt. The lead wire 71 may be connected to the cylindrical electrode member 72 and connected to the cathode side of the power source, the counter electrode may be connected to the anode side of the power source, and the potential may be applied to the anode. Since the porous member 73 is conductive, the nitrogen gas is reduced on the surface of the communication hole of the porous member 73 by supplying a gas containing nitrogen gas to the internal space of the gas electrode. Thereby, nitride ions (N 3− ) can be dissolved in the molten salt.

筒状電極部材(62、72)及び多孔質部材73は溶融塩中において不活性な材料であることが望ましい。例えば、白金、金、もしくはこれらの合金、グラッシーカーボン、グラファイト、ステンレス、ニッケル、又はニッケル系合金等を好ましく用いることができる。なお、筒状電極部材72及び多孔質部材73は同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。   The cylindrical electrode members (62, 72) and the porous member 73 are preferably made of an inert material in the molten salt. For example, platinum, gold, or an alloy thereof, glassy carbon, graphite, stainless steel, nickel, or a nickel-based alloy can be preferably used. The cylindrical electrode member 72 and the porous member 73 may be made of the same material or different materials.

ガス電極は図8に示すように、電極部材83と筒状部材82とを備えるものであってもよい。筒状部材82は、窒素ガスを含むガスの流路となる内部空間を有しており、電極部材83は筒状部材82の内部空間に配置されていればよい。そして、電極部材83にリード線81を接続して電源の陰極側に接続し、対極を陽極側に接続して電位をアノードに印加すればよい。このとき、窒素ガスを含むガスを筒状部材82の内部空間に供給することで、電極部材82の表面において窒素ガスを還元し、溶融塩中に窒化物イオン(N3−)として溶解させることができる。 As shown in FIG. 8, the gas electrode may include an electrode member 83 and a cylindrical member 82. The cylindrical member 82 has an internal space serving as a flow path for a gas containing nitrogen gas, and the electrode member 83 may be disposed in the internal space of the cylindrical member 82. Then, the lead wire 81 is connected to the electrode member 83 and connected to the cathode side of the power source, the counter electrode is connected to the anode side, and the potential is applied to the anode. At this time, by supplying a gas containing nitrogen gas to the internal space of the cylindrical member 82, the nitrogen gas is reduced on the surface of the electrode member 82 and dissolved as nitride ions (N 3− ) in the molten salt. Can do.

また、電極部材83としては、図9に示すように、三次元網目状構造の骨格を有する多孔体93を用いることが好ましい。これにより、電極の表面積を大きくし、筒状部材92の内部の空間に供給される窒素ガスの溶融塩への溶解効率をより高めることができる。   Further, as the electrode member 83, as shown in FIG. 9, it is preferable to use a porous body 93 having a skeleton having a three-dimensional network structure. Thereby, the surface area of an electrode can be enlarged and the melt | dissolution efficiency to the molten salt of the nitrogen gas supplied to the space inside the cylindrical member 92 can be improved more.

筒状部材(82、92)は導電性である必要は特になく、溶融塩中において安定な材質であればよい。一方、電極部材83及び多孔体93は導電性であって、溶融塩中において不活性な材料であることが望ましい。電極部材83としては、例えば、白金、金、もしくはこれらの合金、グラッシーカーボン、グラファイト、ステンレス、ニッケル、又はニッケル系合金等を好ましく用いることができる。また、多孔体93としては、例えば、三次元網目状構造の骨格を有するニッケル多孔体が挙げられる。
前記ガス電極は、窒素ガス、溶融塩、及びガス電極の通電部、の三相界面を形成する部分が多いほど高効率である。このため、通電部に多孔質の部材を用いる図7及び図9に示す態様のガス電極がより効果的である。
The cylindrical members (82, 92) are not particularly required to be conductive, and may be any material that is stable in the molten salt. On the other hand, it is desirable that the electrode member 83 and the porous body 93 are electrically conductive and inactive in the molten salt. As the electrode member 83, for example, platinum, gold, or an alloy thereof, glassy carbon, graphite, stainless steel, nickel, or a nickel-based alloy can be preferably used. Examples of the porous body 93 include a nickel porous body having a three-dimensional network structure skeleton.
The gas electrode is more efficient as there are more parts that form a three-phase interface of nitrogen gas, molten salt, and the current-carrying part of the gas electrode. For this reason, the gas electrode of the aspect shown in FIG.7 and FIG.9 which uses a porous member for an electricity supply part is more effective.

前述のように、ガス電極には窒素ガスを含むガスを供給する。これにより、電極表面で窒素ガスが還元されて溶融塩中に窒化物イオンとなって溶解する。
ガス電極に供給するガスは、窒素ガスの他にも、溶融塩に影響を与えないガスと窒素ガスとの混合ガスを用いることもできる。窒素ガスに混合させるガスとしては、例えば、アルゴン(Ar)ガスを好ましく利用することができる。窒素ガスと他のガスとの混合ガスを供給する場合には、電極表面での反応効率を考慮すれば窒素ガスの濃度が高いガスであることが好ましい。すなわち、使用する電極で反応が可能な最大量の窒素ガスを供給するような濃度に調整するのが望ましい。
As described above, a gas containing nitrogen gas is supplied to the gas electrode. As a result, nitrogen gas is reduced on the electrode surface and dissolved as nitride ions in the molten salt.
As a gas supplied to the gas electrode, a mixed gas of a gas that does not affect the molten salt and the nitrogen gas can be used in addition to the nitrogen gas. As a gas to be mixed with nitrogen gas, for example, argon (Ar) gas can be preferably used. In the case of supplying a mixed gas of nitrogen gas and another gas, it is preferable that the concentration of nitrogen gas is high in consideration of the reaction efficiency on the electrode surface. That is, it is desirable to adjust the concentration to supply the maximum amount of nitrogen gas that can be reacted with the electrode used.

窒素ガスを含むガスの流量は、窒化物イオンの生成効率を高くする観点から、電極で反応可能な最大量の窒素ガスを供給できる流量とすることが好ましい。
また、ガス電極から排出される未反応のガスを回収して、ガス電極に再度供給するように循環させてもよい。
The flow rate of the gas containing nitrogen gas is preferably set to a flow rate at which the maximum amount of nitrogen gas that can be reacted with the electrode can be supplied from the viewpoint of increasing the generation efficiency of nitride ions.
Further, unreacted gas discharged from the gas electrode may be collected and circulated so as to be supplied again to the gas electrode.

(電解工程)
この工程は、上述の電解液形成工程において作製した電解液を用いて溶融塩電解を行ない、アノードの表面にα’’−Fe16を含む鉄の窒化物を電析させる工程である。電解工程では、図5に示すように、アノード51とカソード52を電解液53中に設け、アノード51を電源4の陽極側に、カソード52を電源54の陰極側に接続する。そして電位をアノード51に印加することでアノード51の表面にα’’−Fe16を電析させることができる。
(Electrolysis process)
This step is a step in which molten salt electrolysis is performed using the electrolytic solution prepared in the above-described electrolytic solution forming step, and iron nitride containing α ″ -Fe 16 N 2 is electrodeposited on the surface of the anode. In the electrolysis process, as shown in FIG. 5, the anode 51 and the cathode 52 are provided in the electrolytic solution 53, and the anode 51 is connected to the anode side of the power source 4 and the cathode 52 is connected to the cathode side of the power source 54. Then, by applying a potential to the anode 51, α ″ -Fe 16 N 2 can be electrodeposited on the surface of the anode 51.

−電解液−
電解液は上述の電解液形成工程において作製した電解液を用いる。電解液の温度が250℃を超えるとα’’−Fe16が不安定となり電析させることができなくなるため、電解液の温度は250℃以下となるようにする。また、電解液として用いる溶融塩の融点よりも低い温度では塩が液状にならないため、電解液の溶融塩の融点以上の温度となるようにすればよい。
-Electrolyte-
As the electrolytic solution, the electrolytic solution prepared in the above-described electrolytic solution forming step is used. When the temperature of the electrolytic solution exceeds 250 ° C., α ″ -Fe 16 N 2 becomes unstable and cannot be electrodeposited. Therefore, the temperature of the electrolytic solution is set to 250 ° C. or lower. Further, since the salt does not become liquid at a temperature lower than the melting point of the molten salt used as the electrolytic solution, the temperature may be higher than the melting point of the molten salt of the electrolytic solution.

−アノード−
アノードには純度が99質量%以上の鉄基材を用いる。鉄基材には、1質量%以下であれば鉄以外の成分が意図的に又は不可避的に含まれていても構わないが、鉄よりも窒化しやすい成分や、α’’−Fe16の磁気特性に影響を与える成分はできる限り含まれていない方が好ましい。例えば、Ti、V、Cr、Mn、ランタノイドや、Al、Siなどの軽金属は鉄よりも窒化しやすいため、電解時に窒素拡散を阻害してα’’−Fe16の生成を阻害してしまう。
また、鉄基材の形状は特に限定されるものではなく、平板状等、目的に応じて適宜選択すればよい。
-Anode-
An iron base having a purity of 99% by mass or more is used for the anode. The iron base material may contain components other than iron intentionally or unavoidably as long as it is 1% by mass or less. However, a component that is more easily nitrided than iron or α ″ -Fe 16 N It is preferable that the component affecting the magnetic characteristics of 2 is not contained as much as possible. For example, light metals such as Ti, V, Cr, Mn, lanthanoids, and Al and Si are more easily nitrided than iron. Therefore, they inhibit nitrogen diffusion during electrolysis and inhibit the production of α ″ -Fe 16 N 2. End up.
The shape of the iron substrate is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the purpose, such as a flat plate shape.

−カソード−
カソードには、導電性であって、電解液中で安定なものを用いればよい。例えば、白金、金、もしくはこれらの合金、グラッシーカーボン、グラファイト、ステンレス、アルミナ、ニッケル、又はニッケル系合金などを好ましく用いることができる。
また、カソードに前述のガス電極を用いることもできる。ガス電極を用いることで溶融塩電解時に窒化物イオンを連続的に電解液に供給することができる。ガス電極の構成は、前述の電解液形成工程において説明したガス電極と同様のものとすればよい。
-Cathode-
A cathode that is conductive and stable in the electrolytic solution may be used. For example, platinum, gold, or an alloy thereof, glassy carbon, graphite, stainless steel, alumina, nickel, or a nickel-based alloy can be preferably used.
Moreover, the above-mentioned gas electrode can also be used for a cathode. By using the gas electrode, nitride ions can be continuously supplied to the electrolyte during molten salt electrolysis. The configuration of the gas electrode may be the same as the gas electrode described in the above-described electrolytic solution forming step.

−電解条件−
溶融塩電解時にアノードに印加する電位は、Li/Li基準で0.5V以上、1.5V以下程度とすればよい。電位を0.5V(vs.Li/Li)以上とすることで、アノードとして用いる鉄基材の表面に良好にα’’−Fe16を形成することができる。一方、電位を1.5V(vs.Li/Li)以下とすることで、アノードの鉄を溶解させずにα’’−Fe16を形成することができる。アノードに印加する電位は、Li/Li基準で0.55V以上、1.2V以下程度とすることがより好ましく、0.6V以上、1.0V以下程度とすることが更に好ましい。
溶融塩電解を行なう時間は特に限定されるものではなく、目的となるα’’−Fe16が十分に形成される時間行なえばよい。
また、溶融塩電解後の窒化鉄材に対して熱処理を行うことで、α’’−Fe16の生成を促す場合もある。この場合、熱処理後に熱処理温度から急速冷却を行って、クエンチすることで、よりα’’−Fe16の生成が促進されることもある。
窒化鉄材の熱処理は、室温以上、溶融塩電解処理温度より低い温度で、例えば15℃以上、200℃以下程度で行なうことが好ましい。また、熱処理を行なう雰囲気は特に限定されず、電解液中で行なってもよいし、ガス雰囲気中で行なってもよい。
-Electrolysis conditions-
The potential applied to the anode during molten salt electrolysis may be about 0.5 V or more and 1.5 V or less on the basis of Li + / Li. By setting the potential to 0.5 V (vs. Li + / Li) or higher, α ″ -Fe 16 N 2 can be favorably formed on the surface of the iron base material used as the anode. On the other hand, by setting the potential to 1.5 V (vs. Li + / Li) or less, α ″ -Fe 16 N 2 can be formed without dissolving the iron of the anode. The potential applied to the anode is more preferably about 0.55 V to 1.2 V, more preferably about 0.6 V to 1.0 V, based on Li + / Li.
The time for performing the molten salt electrolysis is not particularly limited, and may be a time for sufficiently forming the target α ″ -Fe 16 N 2 .
In some cases, heat treatment is performed on the iron nitride material after electrolysis of molten salt to promote the production of α ″ -Fe 16 N 2 . In this case, the generation of α ″ -Fe 16 N 2 may be further promoted by quenching by rapid cooling from the heat treatment temperature after the heat treatment.
The heat treatment of the iron nitride material is preferably performed at room temperature or higher and lower than the molten salt electrolysis temperature, for example, at about 15 ° C. or more and 200 ° C. or less. Moreover, the atmosphere which heat-processes is not specifically limited, You may carry out in electrolyte solution and may carry out in a gas atmosphere.

(前処理工程)
この工程は、電解工程の前に行う工程であり、アノードに用いる鉄基材の表面に形成されている酸化物層を除去する工程である。
鉄基材の表面に形成されている酸化物層を除去する方法は特に限定されず、例えば、電解によりアノード溶解させて除去する方法や、薬品によって除去する方法が好ましい方法として挙げられる。
酸化物層をアノード溶解によって除去するには、例えば、前述の電解工程と同様に、電解液中にカソードと、鉄基材からなるアノードを設け、Li/Li基準で2.0V以上の電位をアノードに印加することでアノード表面の酸化物層を溶解させて除去することができる。なお、酸化物層を除去した後には、電位をLi/Li基準で0.5V以上、1.5V以下にすることで電解工程を行なうことができる。
また、酸化物層の除去は、鉄基材を酸系の薬品で酸化物層を溶解させることによっても行なうことができる。酸系の薬品としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸等を用いることができる。
(Pretreatment process)
This step is a step performed before the electrolysis step, and is a step of removing the oxide layer formed on the surface of the iron base used for the anode.
A method for removing the oxide layer formed on the surface of the iron base is not particularly limited, and examples thereof include a method of removing by dissolving the anode by electrolysis and a method of removing by chemicals.
In order to remove the oxide layer by anodic dissolution, for example, as in the above-described electrolysis step, a cathode and an anode made of an iron base are provided in the electrolytic solution, and a potential of 2.0 V or higher on the basis of Li + / Li. Is applied to the anode to dissolve and remove the oxide layer on the anode surface. Note that after the oxide layer is removed, the electrolysis step can be performed by setting the potential to 0.5 V or more and 1.5 V or less on the basis of Li + / Li.
The removal of the oxide layer can also be performed by dissolving the oxide layer of the iron substrate with an acid chemical. For example, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid or the like can be used as the acid chemical.

(防食層形成工程)
防食層形成工程は、電解工程の後に行なう工程であり、電解工程によって形成された窒化物層の表面に防食層を形成する工程である。窒化物層の表面に形成する防食層は、ε−Fe2−3N、炭化鉄又は酸化鉄であること好ましい。
防食層として、ε−Fe2−3Nのように、α’’−Fe16と窒化率が異なる相の窒化鉄を形成する場合には、例えば、前記電解工程における電解条件を変えることによって形成することができる。すなわち、電解工程後にアノードを、α’’−Fe16を生成させた電位より貴な電位に制御することで、耐食性に優れたε−Fe2−3Nを含む窒化鉄による防食層を窒化物層の表面に形成することができる。
また、電解処理を用いずに、表面に窒素プラズマを照射して窒化鉄による防食層を形成させることもできる。
防食層として炭化鉄を形成する場合には、例えば、窒化処理後、カーバイドイオン(C 2−)を溶融塩に添加し電解により窒化鉄表面を炭化処理する、もしくは洗浄後に炭化材(液状炭化水素等)を塗布して不活性雰囲気炉で焼く、または、CO雰囲気中で熱処理をする、といった処理を施せばよい。
防食層として酸化鉄を形成する場合には、アノード表面に窒化物層が形成された窒化鉄材を緩やかな条件で酸化処理すればよい。緩やかな酸化処理の条件としては、例えば、洗浄後に100℃程度の熱処理でFeを形成すればよい。
その他、防食層として、Crイオンを反応させて窒化クロム層を形成したり、またはSiOやAlを形成してもよい。
(Anti-corrosion layer forming process)
The anticorrosion layer forming step is a step performed after the electrolysis step, and is a step of forming the anticorrosion layer on the surface of the nitride layer formed by the electrolysis step. The anticorrosion layer formed on the surface of the nitride layer is preferably ε-Fe 2-3 N, iron carbide or iron oxide.
When forming an iron nitride having a phase different from that of α ″ -Fe 16 N 2 , such as ε-Fe 2-3 N, as the anticorrosion layer, for example, changing the electrolysis conditions in the electrolysis step Can be formed. That is, by controlling the anode to a noble potential from the potential at which α ″ -Fe 16 N 2 was generated after the electrolysis step, an anticorrosion layer made of iron nitride containing ε-Fe 2-3 N having excellent corrosion resistance was formed. It can be formed on the surface of the nitride layer.
Further, without using electrolytic treatment, the surface can be irradiated with nitrogen plasma to form an anticorrosion layer made of iron nitride.
In the case of forming iron carbide as the anticorrosion layer, for example, after nitriding, carbide ions (C 2 2− ) are added to the molten salt and the surface of iron nitride is carbonized by electrolysis, or after cleaning, a carbonized material (liquid carbonization) Hydrogen or the like) may be applied and baked in an inert atmosphere furnace, or heat treatment may be performed in a CO atmosphere.
When iron oxide is formed as the anticorrosion layer, an iron nitride material having a nitride layer formed on the anode surface may be oxidized under mild conditions. As a mild oxidation treatment condition, for example, Fe 3 O 4 may be formed by a heat treatment at about 100 ° C. after cleaning.
In addition, as the anticorrosion layer, Cr ions may be reacted to form a chromium nitride layer, or SiO 2 or Al 2 O 3 may be formed.

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は例示であって、本発明の窒化鉄材及びその製造方法はこれらに限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲の範囲によって示され、特許請求の範囲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。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, these Examples are illustrations, Comprising: The iron nitride material of this invention and its manufacturing method are not limited to these. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and includes meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

[実施例1]
−電解液形成工程−
LiBr、KBr及びCsBrを、混合比率がモル比で56.1:18.9:25.0となるように混合して250℃に加熱し、溶融塩を作製した。この溶融塩にLiNを、濃度が1.0mol%となるように添加し、電解液を作製した。
−電解工程−
溶融塩電解はArフロー雰囲気のグローブボックス内で行なった。
アノードとして5mm×5mm×1mmtのFe板を、カソードとしてグラッシーカーボン棒を電解液中に配置した。また、参照極としてAl−Li合金を用いた。電解液の温度は240℃とした。
アノードとカソードを、電位を制御できる電源としてポテンショ・ガルバノスタットに接続してLi/Li基準で0.8Vの電位をアノードに印加し、定電位で溶融塩電解を3時間行うことで窒化鉄材No.1を製造した。
[Example 1]
-Electrolytic solution formation process-
LiBr, KBr, and CsBr were mixed at a molar ratio of 56.1: 18.9: 25.0 and heated to 250 ° C. to prepare a molten salt. Li 3 N was added to the molten salt so as to have a concentration of 1.0 mol%, thereby preparing an electrolytic solution.
-Electrolytic process-
Molten salt electrolysis was performed in a glove box with an Ar flow atmosphere.
A 5 mm × 5 mm × 1 mmt Fe plate as an anode and a glassy carbon rod as a cathode were disposed in the electrolyte. An Al—Li alloy was used as a reference electrode. The temperature of the electrolytic solution was 240 ° C.
Iron nitride material by connecting the anode and cathode to a potentio galvanostat as a power source capable of controlling the potential, applying a potential of 0.8 V to the anode based on Li + / Li, and performing molten salt electrolysis at a constant potential for 3 hours No. 1 was produced.

[実施例2]
実施例1において電解液の温度を245℃とした以外は実施例1と同様にして窒化鉄材No.2を製造した。
[Example 2]
In Example 1, except that the temperature of the electrolytic solution was 245 ° C., the iron nitride material No. 2 was produced.

[比較例]
実施例1において電解液の温度を255℃とした以外は実施例1と同様にして窒化鉄材No.3を製造した。
[Comparative example]
In Example 1, except that the temperature of the electrolytic solution was 255 ° C., the iron nitride material No. 3 was produced.

−評価−
(生成相)
実施例1、実施例2、及び比較例のすべての条件でアノードのFe板の表面に窒化物層の生成が認められた。
得られた窒化物層の生成相をX線回折装置により分析した。その結果を表1に示した。

Figure 2018083964
表1の結果より、溶融塩電解時に電解液の温度を250℃以下とすることでα’’−Fe16を含有する窒化物層が得られるが、250℃を超えると得られないことがわかる。 -Evaluation-
(Generation phase)
Formation of a nitride layer on the surface of the anode Fe plate was observed under all conditions of Example 1, Example 2, and Comparative Example.
The product phase of the obtained nitride layer was analyzed by an X-ray diffractometer. The results are shown in Table 1.
Figure 2018083964
From the results in Table 1, a nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 can be obtained by setting the temperature of the electrolytic solution to 250 ° C. or less during molten salt electrolysis, but it cannot be obtained when the temperature exceeds 250 ° C. I understand.

(平均膜厚)
上記のようにして得られた窒化鉄材No.1〜No.3の平均膜厚を断面観察により測定した。
その結果、窒化鉄材No.1の平均膜厚は80nmであり、窒化鉄材No.2は80nmであり、窒化鉄材No.3は80nmであった。
(Average film thickness)
The iron nitride material No. obtained as described above. 1-No. The average film thickness of 3 was measured by cross-sectional observation.
As a result, the iron nitride material No. 1 has an average film thickness of 80 nm. 2 is 80 nm. 3 was 80 nm.

(α’’−Fe16の含有率)
上記のようにして得られた窒化鉄材No.1、No.2の窒化物層におけるα’’−Fe16の含有率をX線回折装置により測定した。
その結果、窒化鉄材No.1の窒化物層におけるα’’−Fe16の含有率は55質量%であり、窒化鉄材No.2は32質量%であった。
(Content of α ″ -Fe 16 N 2 )
The iron nitride material No. obtained as described above. 1, no. The content of α ″ -Fe 16 N 2 in the two nitride layers was measured with an X-ray diffractometer.
As a result, the iron nitride material No. The content of α ″ -Fe 16 N 2 in the nitride layer of No. 1 is 55% by mass. 2 was 32 mass%.

A 窒化鉄材上の任意のエリア
B 窒化鉄材上の任意のエリア
C 窒化鉄材上の任意のエリア
D 窒化鉄材上の任意のエリア
E 窒化鉄材上の任意のエリア
1 窒化鉄材
2 鉄基材
3 窒化物膜
51 アノード
52 カソード
53 電解液
54 電源
61 リード線
62 筒状電極部材
71 リード線
72 筒状電極部材
73 多孔質部材
81 リード線
82 筒状部材
83 電極部材
91 リード線
92 筒状部材
93 多孔体
A Any area on the iron nitride material B Any area on the iron nitride material C Any area on the iron nitride material D Any area on the iron nitride material E Any area on the iron nitride material 1 Iron nitride material 2 Iron base material 3 Nitride Membrane 51 Anode 52 Cathode 53 Electrolyte 54 Power supply 61 Lead wire 62 Cylindrical electrode member 71 Lead wire 72 Cylindrical electrode member 73 Porous member 81 Lead wire 82 Cylindrical member 83 Electrode member 91 Lead wire 92 Cylindrical member 93 Porous body

Claims (16)

純度が99質量%以上の鉄基材の表面にα’’−Fe16を含む窒化物層を有し、
前記窒化物層は平均膜厚が10nm以上、100μm以下である、窒化鉄材。
Having a nitride layer containing α ″ -Fe 16 N 2 on the surface of an iron base having a purity of 99% by mass or more;
The nitride layer is an iron nitride material having an average film thickness of 10 nm or more and 100 μm or less.
前記窒化物層の表面に防食層を有する、請求項1記載の窒化鉄材。   The iron nitride material according to claim 1, further comprising an anticorrosion layer on a surface of the nitride layer. 前記防食層は、ε−Fe2―3N、炭化鉄又は酸化鉄である、請求項2に記載の窒化鉄材。 The anticorrosion layer, ε-Fe 2-3 N, is iron carbide or iron oxide, nitride iron according to claim 2. 請求項1に記載の窒化鉄材を製造する方法であって、
溶融塩中に窒化物イオン(N3−)を溶解させて電解液を形成する電解液形成工程と、
前記電解液中に設けたアノード及びカソードを用いて溶融塩電解を行なうことにより前記アノードの表面にα’’−Fe16を含む鉄の窒化物を電析させて窒化物層を形成する電解工程と、
を有し、
前記電解工程において前記電解液の温度は250℃以下であり、前記アノードは純度が99質量%以上の鉄基材であり、前記アノードに印加する電位はLi/Li基準で0.5V以上、1.5V以下である、窒化鉄材の製造方法。
A method for producing the iron nitride material according to claim 1,
An electrolytic solution forming step of forming an electrolytic solution by dissolving nitride ions (N 3− ) in the molten salt;
By performing molten salt electrolysis using an anode and a cathode provided in the electrolyte, iron nitride containing α ″ -Fe 16 N 2 is electrodeposited on the surface of the anode to form a nitride layer. An electrolysis process;
Have
In the electrolysis step, the temperature of the electrolytic solution is 250 ° C. or less, the anode is an iron base having a purity of 99% by mass or more, and the potential applied to the anode is 0.5 V or more on the basis of Li + / Li, The manufacturing method of the iron nitride material which is 1.5V or less.
前記電解工程の前に、前記アノードに用いる前記鉄基材の表面に形成されている酸化物層を除去する前処理工程を有する、請求項4に記載の窒化鉄材の製造方法。   The manufacturing method of the iron nitride material of Claim 4 which has the pre-processing process of removing the oxide layer currently formed in the surface of the said iron base material used for the said anode before the said electrolysis process. 前記電解工程の後に、前記窒化物層の表面に防食層を形成する防食層形成工程を有する、請求項4又は請求項5に記載の窒化鉄材の製造方法。   6. The method of manufacturing an iron nitride material according to claim 4, further comprising an anticorrosion layer forming step of forming an anticorrosion layer on a surface of the nitride layer after the electrolysis step. 前記防食層は、ε−Fe2−3N、炭化鉄又は酸化鉄である、請求項6に記載の窒化鉄材の製造方法。 The anticorrosion layer, ε-Fe 2-3 N, is iron carbide or iron oxide, method for producing a nitride iron according to claim 6. 前記溶融塩は、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物又はこれらの混合物である、請求項4から請求項7のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法。   The method for producing an iron nitride material according to any one of claims 4 to 7, wherein the molten salt is an alkali metal halide, an alkaline earth metal halide, or a mixture thereof. 前記アルカリ金属のハロゲン化物は、アルカリ金属の臭化物、ヨウ化物又は臭化物とヨウ化物の混合物である、請求項8に記載の窒化鉄材の製造方法。   9. The method for producing an iron nitride material according to claim 8, wherein the alkali metal halide is an alkali metal bromide, iodide, or a mixture of bromide and iodide. 前記アルカリ土類金属のハロゲン化物は、アルカリ土類金属の臭化物、ヨウ化物又は臭化物とヨウ化物の混合物である、請求項8又は請求項9に記載の窒化鉄材の製造方法。   The method for producing an iron nitride material according to claim 8 or 9, wherein the alkaline earth metal halide is an alkaline earth metal bromide, iodide, or a mixture of bromide and iodide. 前記アルカリ金属は、Li、K及びCsからなる群より選択される1種以上である、請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法。   The method for producing an iron nitride material according to any one of claims 8 to 10, wherein the alkali metal is at least one selected from the group consisting of Li, K, and Cs. 前記アルカリ土類金属は、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上である、請求項8から請求項11のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法。   The said alkaline earth metal is a manufacturing method of the iron nitride material as described in any one of Claims 8-11 which is 1 or more types selected from the group which consists of Mg, Ca, Sr, and Ba. 前記溶融塩は、LiBr−KBr−CsBrもしくはLiI−KI−CsIである、請求項4から請求項12のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法。   The method for producing an iron nitride material according to any one of claims 4 to 12, wherein the molten salt is LiBr-KBr-CsBr or LiI-KI-CsI. 前記溶融塩はLi、K及びCsを含有し、Liの含有率が40mol%以上、80mol%以下、Kの含有率が5mol%以上、30mol%以下、Csの含有率が10mol%以上、40mol%以下である、請求項4から請求項13のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法。 The molten salt contains Li + , K + and Cs + , the content of Li + is 40 mol% or more and 80 mol% or less, the content of K + is 5 mol% or more and 30 mol% or less, and the content of Cs + is The method for producing an iron nitride material according to any one of claims 4 to 13, which is 10 mol% or more and 40 mol% or less. 前記溶融塩にLiNを添加して窒化物イオン(N3−)が溶解した電解液を形成する、請求項4から請求項14のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法。 The method for producing an iron nitride material according to any one of claims 4 to 14, wherein Li 3 N is added to the molten salt to form an electrolytic solution in which nitride ions (N 3- ) are dissolved. 前記溶融塩に窒素ガス還元電極を設け、前記窒化ガス還元電極に窒素ガスを供給して電気化学的に還元することにより窒化物イオン(N3−)が溶解した電解液を形成する、請求項4から請求項15のいずれか一項に記載の窒化鉄材の製造方法。 A nitrogen gas reducing electrode is provided on the molten salt, and an electrolytic solution in which nitride ions (N 3− ) are dissolved is formed by supplying nitrogen gas to the nitriding gas reducing electrode and performing electrochemical reduction. The method for producing an iron nitride material according to any one of claims 4 to 15.
JP2016227023A 2016-11-22 2016-11-22 Iron nitride material and method for manufacturing iron nitride material Active JP6763542B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016227023A JP6763542B2 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Iron nitride material and method for manufacturing iron nitride material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016227023A JP6763542B2 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Iron nitride material and method for manufacturing iron nitride material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018083964A true JP2018083964A (en) 2018-05-31
JP6763542B2 JP6763542B2 (en) 2020-09-30

Family

ID=62238266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016227023A Active JP6763542B2 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Iron nitride material and method for manufacturing iron nitride material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6763542B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019218576A (en) * 2018-06-15 2019-12-26 住友電気工業株式会社 Method for producing iron nitride material

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0059803A1 (en) * 1981-03-05 1982-09-15 Kolene Corporation A process for case hardening steel
JPS5945911A (en) * 1982-03-09 1984-03-15 Nippon Mining Co Ltd Magnetic material containing iron nitride and its preparation
JPS61143557A (en) * 1984-12-18 1986-07-01 Kawasaki Steel Corp Magnetic material having high saturation magnetic moment
JPS6270561A (en) * 1985-09-24 1987-04-01 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Surface treatment of iron alloy material
JPH02212320A (en) * 1989-02-14 1990-08-23 Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd Production of iron nitride having high magnetism
JPH04246126A (en) * 1991-01-30 1992-09-02 Kawasaki Steel Corp Production of foil having high saturation magnetization
JPH05326261A (en) * 1991-05-08 1993-12-10 Ricoh Co Ltd Laminate containing nitrided iron magnetic thin film and manufacture thereof
JPH06341442A (en) * 1993-05-31 1994-12-13 Nippon Seiko Kk Anticorrosion rolling bearing
JPH11158603A (en) * 1997-11-28 1999-06-15 Maizuru:Kk Surface hardened alustenitic steel product and production thereof
US20030107213A1 (en) * 2001-12-06 2003-06-12 Baugh John L. Expandable locking thread joint
WO2006057231A1 (en) * 2004-11-24 2006-06-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Molten salt bath, precipitate, and process for producing metal precipitate
JP2009052104A (en) * 2007-08-28 2009-03-12 Doshisha Surface nitriding treatment method using molten salt electrochemical process

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0059803A1 (en) * 1981-03-05 1982-09-15 Kolene Corporation A process for case hardening steel
JPS5945911A (en) * 1982-03-09 1984-03-15 Nippon Mining Co Ltd Magnetic material containing iron nitride and its preparation
JPS61143557A (en) * 1984-12-18 1986-07-01 Kawasaki Steel Corp Magnetic material having high saturation magnetic moment
JPS6270561A (en) * 1985-09-24 1987-04-01 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Surface treatment of iron alloy material
JPH02212320A (en) * 1989-02-14 1990-08-23 Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd Production of iron nitride having high magnetism
JPH04246126A (en) * 1991-01-30 1992-09-02 Kawasaki Steel Corp Production of foil having high saturation magnetization
JPH05326261A (en) * 1991-05-08 1993-12-10 Ricoh Co Ltd Laminate containing nitrided iron magnetic thin film and manufacture thereof
JPH06341442A (en) * 1993-05-31 1994-12-13 Nippon Seiko Kk Anticorrosion rolling bearing
JPH11158603A (en) * 1997-11-28 1999-06-15 Maizuru:Kk Surface hardened alustenitic steel product and production thereof
US20030107213A1 (en) * 2001-12-06 2003-06-12 Baugh John L. Expandable locking thread joint
WO2006057231A1 (en) * 2004-11-24 2006-06-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Molten salt bath, precipitate, and process for producing metal precipitate
JP2009052104A (en) * 2007-08-28 2009-03-12 Doshisha Surface nitriding treatment method using molten salt electrochemical process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019218576A (en) * 2018-06-15 2019-12-26 住友電気工業株式会社 Method for producing iron nitride material
JP7062529B2 (en) 2018-06-15 2022-05-06 住友電気工業株式会社 Manufacturing method of iron nitride material

Also Published As

Publication number Publication date
JP6763542B2 (en) 2020-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11757101B2 (en) Metal porous body and method for producing metal porous body
JP5112010B2 (en) Carbon film manufacturing method
Jucken et al. Study of Cu-Ni-Fe alloys as inert anodes for Al production in low-temperature KF-AlF3 electrolyte
JP4688796B2 (en) Method for producing fine particles by plasma-induced electrolysis
JP4711724B2 (en) Electrolytic bath for molten salt plating and molten salt plating method using the electrolytic bath
JP6802255B2 (en) Conductive material and its manufacturing method
JP6763542B2 (en) Iron nitride material and method for manufacturing iron nitride material
Wu Electrodeposition and thermal stability of Re60Ni40 amorphous alloy
JP6066007B1 (en) Method for producing purified copper and method for producing electric wire
JP5229563B2 (en) Corrosion-resistant conductive film, corrosion-resistant conductive material, polymer electrolyte fuel cell and separator thereof, and method for producing corrosion-resistant conductive material
US20200063281A1 (en) Method for preparing titanium plating solution and method for manufacturing titanium plated product
US3489537A (en) Aluminiding
WO2019171744A1 (en) Method for manufacturing titanium-plated member, and titanium-plated member
JP2008115428A (en) Method for producing aluminum foil for electrolytic capacitor
CN113584427B (en) Carbide coating based on high-melting-point metal and preparation method thereof
JP5513803B2 (en) Phosphorus treatment of material surface using molten salt electrochemical process
JP6791733B2 (en) Iron Nitride Particles and Method for Producing Iron Nitride Particles
US3814673A (en) Process for tantalliding and niobiding base metal compositions
JP7062529B2 (en) Manufacturing method of iron nitride material
Mehmood et al. Electro-Deposition of Tantalum on Tungsten and Nickel in LiF-NaF-CaF2 Melt Containing K2TaF7—Electrochemical Study
JP6066010B1 (en) Method for producing purified copper and electric wire
JP2009120861A (en) Method for producing carbon nitride
JP2007231301A (en) Method for preparing multi-component alloy onto substrate by molten salt electrolysis
Jia et al. Electrochemical behavior of Fe 2 O 3 in electro-deoxygenation in NaCl–CaCl 2 molten salt system
Lee et al. HER Catalytic Activity of Electrodeposited Ni‐P Nanowires under the Influence of Magnetic Field

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190521

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200227

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200330

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200818

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200903

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6763542

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250