JP2735615B2

JP2735615B2 - 扁平状Ｆｅ―Ｎｉ系合金微紛末およびその製造方法

Info

Publication number: JP2735615B2
Application number: JP1110400A
Authority: JP
Inventors: 卓目黒; 秀樹中村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JPH02290902A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、平均粒径0.1〜20μｍ、平均厚さ１μｍ以
下の扁平状で軟磁性に優れた合金微粉末およびその製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

近年銀行カード、クレジットカード等で代表される個
人の機密に関わる磁気カードの分野では、磁気シールド
を目的として、カード表層に高透磁率材料の微粉末から
なる塗布膜被覆を施すニーズが増大してきた。このよう
な塗布用粉末には、高透磁率で微粉であるとともに、粉
末形状が扁平状であることが求められる。これは、塗布
のし易さ、塗布膜の表面平滑性の上から必要なばかりで
なく、塗布の際の剪断力によって扁平状微粉末が最も反
磁場係数の低い扁平方向、すなわちカード基体方向に平
行に整列されることで、面内長手方向の高透磁率が得ら
れる要因からも不可欠のことである。

本用途に対して具体的に要求される粉末の諸特性は、
平均粒径が0.1〜20μｍ、厚さ１μｍ以下で反磁場を無
視したランダムな集合状態での粉末の保持力が240A/m以
下というものである。なお、粉末の厚さは、粉末を磁界
中で扁平方向に配向させつつ、樹脂粉末中に埋め込み固
化させた後、この埋め込み試料の断面を顕微鏡で検鏡し
て評価した値とする。

このような粉末としては、材質的に高透磁率であると
ともに塑性変形して扁平化し易いFe−Ni系合金の適用が
考えられる。しかしながら、Fe−Ni系合金において前記
粉末諸元で保持力240A/m以下の特性を有する粉末とこれ
を得るための方法は開示されていない。

特開昭63−35701号および特開昭63−35706号では、厚
さ２μｍ以下、厚さと直径の比率が1/10以下で、高透磁
性の純金属または合金の材料からなる鱗片状高透磁性金
属粉を湿式ボールミル法によって製造することが提案さ
れており、具体的には44μｍの篩をパスした純鉄粉を96
時間かけ粉砕し、25μｍの篩を98％通過する肉厚1.0μ
ｍの鱗片状粉末を、および44μｍの篩をパスしたセンダ
スト合金粉を96時間かけて粉砕し、25μｍの篩を96％通
過する肉厚1.0〜1.5μｍの鱗片状粉末を得ている。この
方法は、確かに厚さ２μｍ以下の磁性材料粉末を得るこ
とは可能であるが、96時間もの長時間の粉砕を必要とす
ること、平均粒径20μｍ以下の微粉末を高い歩留で得る
ことは困難であること、かつ得られた粉末の保持力は粉
砕歪によって著しく劣化しており、保磁力Hcが高い。上
記純Fe粉では、43.0e（3440A/m）、センダスト合金粉で
は90e（720A/m）が報告されている。

Fe−Ni系合金すなわちパーマロイ系扁平状微粉末につ
いては、具体策が見出せず、本発明者は特願昭63−1234
94号により、水アトマイズによる平均粒径10μｍ以下の
Fe−Ni系合金粉末を機械的に粉砕し、平均粒径0.1〜10
μｍ、厚さ１μｍ以下の扁平状微粉末を得る方法を提案
した。すなわち、ここでは、Fe−Ni系合金は、塑性変形
能が大で、展伸され易く、扁平化は比較的容易である
が、微粉化には難があり、初期粉末の粒径を小さくする
ことが、粉末効率の上から重要なことを指摘した。

上記提案の方法によって、Fe−Ni系合金の扁平状微粉
化が容易になるが、初期粉末の粒径を小さくすること
は、アトマイズの面からは量産的方法と言えない現状で
ある。すなわち、水アトマイズ法はアトマイズの中で最
も量産的で、かつ粒径を細かくし易いプロセスではある
が、平均粒径10μｍ以下については、1000kgf/cm²以上
の水圧で溶湯を噴霧させねばならないため、高圧供給ポ
ンプの設置や、配管等設備費が膨大となったり、維持管
理が煩雑となること、溶湯ビーム径を数mmφに絞る必要
から、単位時間当りの出湯量が少ないこと、および歩留
よく10μｍ以下を得ることに困難があることなどの問題
があり、上記特願昭63−123494号の方法は、原料粉末か
らトータルして考えた場合、量産性に限度のある状況で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記従来技術の問題点に留意してなされた
ものであり、平均留径が0.1〜20μｍ、平均厚さ１μｍ
以下で、かつ保磁力Hcが240A/m以下の扁平状Fe−Ni系合
金微粉末および該粉末を量産的に製造する方法を提供す
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明はバルク材で測定される飽和磁歪定
数λｓが±15×10^-6以内で、Si0.3％以上およびまたはA
l0.05％以上含むFe−Ni系合金微粉末を原料粉末として
を機械的に粉砕して得られる平均粒径0.1〜20μｍ、平
均厚さ１μｍ以下、保磁力Hcが240A/m以下の扁平状Fe−
Ni系合金微粉末、ならびに上記組成のFe−Ni系合金を水
アトマイズ法によって不規則形状の合金粉末とした後、
該原料粉末を機械的に粉砕し、平均粒径0.1〜20μｍ、
平均厚さ１μｍ以下とする工程、および粉砕後の扁平状
微粉末の形状を維持したまま焼純を施し、保磁力Hcを24
0A/m以下とする工程よりなることを特徴とする扁平状Fe
−Ni系合金微粉末の製造方法である。

また本発明の方法の一態様として、機械的粉砕に先立
ち、粉砕に供する粉末に抑制された酸素ポテンシャルを
有する雰囲気下で、加熱処理を施すこと、機械的粉砕を
高エネルギー型ボールミルとしてのアトライターを用い
ること、および機械的粉砕を粉砕助剤との共存下で行な
うことを含むものである。

〔作用〕

本発明において、目的とする粉末形状と特性、すなわ
ち平均粒径0.1〜20μｍ、肉厚１μｍ以下と保磁力Hcが2
40A/m以下、を有する扁平状Fe−Ni系合金微粉末を量産
的に得るための方法として、本発明者らが見出したもの
は、第一に、バルク材で測定される飽和磁歪定数λｓ
が、±15×10^-6以内となるようなFe−Ni系組成に、Si0.
3％以上およびまたはAl0.05％以上を添加した合金を水
アトマイズ法によって粉末化し、これを機械粉砕に供す
ることである。

ここで、飽和磁歪定数λｓが±15×10^-6以内となるFe
−Ni系合金のベース組成とは、FeNi₃の規則格子生成領
域およびこの付近の組成の高透磁率合金（いわゆるPAパ
ーマロイ）、ならびに該規則格子を抑制し、徐冷によっ
ても高透磁率が実現できるようFe−Ni系にMo,Cr,Cu,Nb,
Mn等を添加した多元素パーマロイ（PCパーマロイ）をそ
の範疇とする。これら、PA系ないしPC系のパーマロイ
は、飽和磁歪定数が零ないし零に近いこと、および磁気
異方性定数K₁が零に近いことによって、高透磁率化する
ことが知られているが、本願対象の粉砕による扁平状微
粉末においては、その組成の有する飽和磁歪定数が±15
×10^-6以内であれば、粉砕による著しい残留歪は、引き
続きなされる焼純によって解放され、目標の保磁力Hcが
240A/m以下となることが見出された。

この場合、飽和磁歪定数は、本発明対象の肉厚１μｍ
以下の扁平粉末での測定が困難であり、mmオーダー以上
の厚さを有する板材などで測定される値で代表する。

上記飽和磁歪定数λｓが±15×10^-6以内となるFe−Ni
系合金粉末の粉砕性および軟磁性を高めるためには、Si
0.3％以上およびまたはAl0.05％以上添加した粉末が有
効なことが判明した。Si,Alは主組成のNi富化Fe−Ni系
において数％オーダーまで固溶するが、一般に溶製バル
ク材で認められるように粉末においてもその添加量が高
いほど靭性が低下し、意図的にこれら元素を添加しない
通常のFe−Ni系合金に比しより容易に粉砕され、また扁
平状微粉末の軟磁性を向上させる効果がある。

さらに、粉砕効率を向上させるためには、粉砕に先立
って、原料粉末に、抑制された酸素ポテンシャルを有す
る雰囲気中で、加熱することが有効で、この原因は明確
ではないが、Si、Alの存在によって選択的な粒界酸化が
生じていると考えられる。たとえば、粉砕前加熱の雰囲
気として、湿水素中で600℃で前加熱した場合に、加熱
処理をしない場合、および乾水素中で加熱した場合に比
べ粉砕効率が向上する。雰囲気としては、湿水素に限ら
ず、酸素ポテンシャルを含む弱酸化性雰囲気であれば、
窒素のほか、Ar等不活性ガス、NH₃分解ガスなどでも使
用可能であり、特に限定されない。温度は、粉砕に供す
る粉末が凝集し始める範囲であってもかまわないが、10
00℃以上では相対密度が70％を越える焼結体を生成する
ことになり、かえって粉砕効率の減少するので好ましく
ない。

Si、Alの含有量としては、上記粉砕に先立つ加熱処理
の有無に関わらず、粉砕効率の向上の面からは、少なく
ともSi0.3％以上またはAl0.05％以上の添加がないと全
く無添加の場合、あるいは通常脱酸処理で添加されるSi
0.1〜0.2％のオーダーの程度より目に見える効果は認め
られない。また、Si,Alはその含有量の増加とともに軟
磁性を向上せしめ、具体的には粉砕された扁平状微粉末
の保磁力Hcを低減させるが、あまり含有量が多いとアト
マイズ時の粉末の酸化が著しくなるため、Siは３％、Al
は１％が実用上の限界である。

また、アトマイズ時の凝固速度が速いほど、粉末の結
晶粒度が小さくなることから、より容易に粉砕が進行す
る。したがって、アトマイズ法としては、冷却速度の高
い水アトマイズ法が最適である。さらに、水アトマイズ
によれば、噴霧媒体の水の剪断力によて、溶湯は界面の
乱れた不規則形状のまま固化されるから、たとえばガス
アトマイズなどの球状粉末に比べ、形状的により粉砕さ
れ易い。

機械的粉砕は、スタンプミル、振動ミル、アトライタ
ーなどが適用できるが、本発明のSi0.3％およびまたはA
l0.05％を添加したFe−Ni系合金粉末の場合には、前記
粉砕機のうち最も投入エネルギーの高いアトライターに
よって、10時間以内にほぼ100％の収率で目標の粒度、
厚さの扁平状粉末を得ることが可能である。上記元素を
添加しない通常のFe−Ni系合金粉末では粉砕後の平均厚
さを１μｍ以下とするのに10時間を越えて長時間の粉砕
が必要となる。

以上はアトライターによる場合であって、スタンプミ
ル、振動ミル等、より投入エネルギーの低い粉砕機では
全体として時間因子が長時間側にシフトするが、傾向と
しては同様である。

前記機械粉砕を適当な粉砕助剤を添加した中で行なう
ことによって扁平化をさらに促進できる。粉砕助剤の有
効性は、たとえば特願昭61−262134号においてアモルフ
ァス合金フレークの場合に例示されたごとく、粉砕の進
行とともに活性化された粉末粒子表面に吸着して粒子の
凝集を抑制し、扁平化を促進させる効果が、本発明のFe
−Ni系合金でも認められた。効果的な固体助剤としては
ステアリン酸、オレイン酸、ラウリン酸、パルミチン酸
等の高級脂肪酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カル
シウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸アルミニウム等の
金属石けん、ステアリルアルコール等、高級脂肪族アル
コール類、エタノールアミン、ステアリルアミンなどの
高級脂肪酸アミン、およびポリエチレンワックスなど
で、これらは単独ばかりでなく２種以上加えてもよい。
添加量は、通常0.1〜500重量％である。また、液体の助
剤には、アルコール、グリコール、エステル等の有機溶
剤なども使用できる。

以下本発明を実施例により詳述する。

〔実施例〕

実施例１第１表の実施例１の欄に示す各種Fe−Ni系合金の溶湯
を水アトマイズし、平均粒径29〜37μｍの粉末を得た。

これら粉末を、アトライターにより粉砕し、然る後、
H₂気流中で焼純し、保磁力Hcの低減を図った。アトライ
ター粉砕は、SUJ2鋼球と水アトマイズ粉末の重量比を３
対１とし、粉砕助剤としてエタノールを水アトマイズ粉
末と同重量添加し、毎分300回転で粉砕した。途中５時
間毎にサンプリングしつつ、平均厚さが１μｍ以下とな
った時点で粉砕を中止し、350meshで篩下し、−350mesh
の収率と、その平均粒径を測定した。また露点−60℃の
水素雰囲気で600℃×1hrの焼純を施して、保磁力Hcを測
定した。なお、焼純前後の扁平状微粉末の形状を比較
し、焼純による形状変化がないことを確認した。

第１表の実施例１の欄には、供試材の不可避的不純物
を除く主成分と、その溶製バルク材で測定された飽和磁
歪定数λｓ、平均厚さ１μｍに到達した粉砕所要時間、
−350meshの収率、−350meshでの平均粒径、焼純後の扁
平状微粉末の保磁力Hcを示す。

飽和磁歪定数λｓの面から見ると、±15×10^-6以内で
あれば、平均粒径に種々差があっても、焼純後のHcは目
標の240A/m以下が得られること、また同一合金ベースで
は、Si,Alが高いほどHcが低減し得ることがわかる。

粉砕効率の面からは、本願発明のSi0.3％以上および
またはAl0.05％以上を含む組成では、本粉砕条件では15
hrで十分であること、−350meshの収率が70％を越える
こと、平均粒径が20μｍ以下となることがわかる。特に
λｓの同等の合金で、本発明組成と通常のFe−Ni合金組
成との被粉砕性およびHcにおける差が顕著である。

実施例２実施例１と全く同様に、本発明のNo.14とNo.18の組成
の水アトマイズ粉末を粉砕した。これら粉末は、アトラ
イター粉砕の前に露点30℃の湿水素中で700℃×1hr加熱
処理した。本処理によって粉末は、手でほぐせる程度の
団粒となった。見掛けの粒径は約300μｍである。

上記団粒粉体を、実施例１同一条件でアトライターに
より粉砕したところ、第１表の実施例２の結果を得た。
すなわち、該加熱処理を施さない実施例１と比較して、
No.14では平均厚さ１μｍ以下とするのに15→10hrへ短
縮し、かつ−350meshの収率が７％向上、到達平均粒径
が16→11μｍへ低減した。No.18では−350meshの収率が
８％上昇し、到達平均粒径が10→４μｍへ低減した。な
お、焼純後のHcは該加熱処理をしない場合と同一レベル
の値、すなわち、各々110、100A/mであった。

〔発明の効果〕

以上、実施例にも示したごとく、本発明の飽和磁歪定
数λｓが±15×10^-6以内である組成に、Si0.3％以上お
よびまたはAl0.05％以上を含むFe−Ni系合金粉末を粉砕
に供すること、またはさらに該粉末を粉砕に先立ち抑制
された酸素ポテンシャルを有する雰囲気下で加熱処理を
施すことによって、平均粒径0.1〜20μｍ、平均厚さ１
μｍ以下で、かつ保磁力Hcが240A/m以下の扁平状軟磁性
微粉末を効率的に製造することができ、その工業的価値
は大である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バルク材で測定される飽和磁歪定数λｓが
±15×10^-6以内で、Si0.3％以上およびまたはAl0.05％
以上を添加した原料粉末を機械的に粉砕して得られた平
均粒径0.1〜20μｍ、平均厚さ１μｍ以下、保磁力Hcが2
40A/m以下であることを特徴とする扁平状Fe−Ni系合金
微粉末。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の扁平状Fe−Ni
系合金微粉末の製造方法であって、合金溶湯を水アトマ
イズ法によって噴霧し、得られた不規則形状の合金粉末
を原料として機械的に粉砕し、平均粒径0.1〜20μｍ、
平均厚さ１μｍ以下とする工程、および粉砕後の扁平状
微粉末の形状を維持したまま焼純を施し、保磁力Hcを24
0A/m以下とする工程よりなることを特徴とする扁平状Fe
−Ni系合金微粉末の製造方法。
【請求項３】機械的粉砕に先立ち、粉砕に供する原料粉
末に抑制された酸素ポテンシャルを有する雰囲気下で、
加熱処理を施すことを特徴とする特許請求の範囲第２項
に記載の扁平状Fe−Ni系合金微粉末の製造方法。
【請求項４】アトライターを用いて粉砕する特許請求の
範囲第２項または第３項記載の扁平状Fe−Ni系合金微粉
末の製造方法。
【請求項５】機械的粉砕を粉砕助剤との共存下で行なう
特許請求の範囲第２項、第３項または第４項に記載の扁
平状Fe−Ni系合金微粉末の製造方法。