JP2898679B2 - 表面が活性な金属の安定化方法 - Google Patents

表面が活性な金属の安定化方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高密度磁気記録媒体用の磁性粉として用いら
れる金属磁性粉末、あるいは触媒等の活性金属の安定化
方法に関するものである。
〔従来の技術〕
金属磁性粉末あるいは触媒等の還元により製造される
金属を主体とする粉末は、微細で高活性であるため、還
元したままでは、大気中の酸素と激しく反応して燃焼す
るので大気中で安全に取り扱うことが出来ない。そこ
で、金属磁性粉末を例にとると、この問題を解決するた
めに、金属磁性粉末を液相中あるいは気相中において、
酸素含有ガスと接触させて金属磁性粉末粒子表面に、徐
々に酸化皮膜を形成することにより安定化する方法が提
案されている。例えば、液相中での安定化方法として
は、特開昭52-85054号公報、気相中安定化法としては、
特開昭48-79153号公報、特開昭49-11760号公報、特開昭
51-106669号公報、特開昭52-85054号公報に提案されて
いる。これらの提案はいずれも酸化性ガスに酸素を使用
する方法が主であり、次のような問題点を持っている。
すなわち、気相安定化法においては、金属と酸素の反応
が激しく、局部的な発熱により酸化反応の進みすぎた部
位が存在し、磁気特性にばらつきが生じ、液相安定化法
に比較して特性的には劣るものになる。我々はこの問題
は酸化性ガスに亜酸化窒素を使用することにより効果的
に防止出来ることを見出し特願平1-264690号に既に提案
している。
一方、液相安定化法においては、気相安定化法のよう
な局部的な発熱による酸化反応の進み過ぎはなく、磁気
特性的には優れたものが得られるが、金属と酸素との反
応が、有機溶媒を介して行われるために反応が遅いのが
欠点である。反応の遅い最も大きな要因は、有機溶媒へ
の酸素の溶解度が小さいことであり、この現象は反応装
置、反応条件を種々工夫してみても、大幅な改善は望め
ない。反応に長時間を要することは、単に経済的な損失
ばかりでなく、金属磁性粉末の取扱を良くするために種
々の形に成形した造粒体が、液相中で長時間酸化性ガス
を含有するガス流に曝されて流動するために、形崩れを
起こし、粉化する等の品質的ダメージも無視出来ない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、表面が活性な金属を液相中にて安定化する
場合の従来法の欠点を解消し、酸化安定化に要する時間
が短く、安定性に優れたものを得る方法を提供すること
である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、表面が活性な金属を有機溶媒中で酸化性ガ
スにより酸化安定化する方法において、酸化性ガスとし
て亜酸化窒素を使用することを特徴とする方法である。
本発明の方法によれば、酸化安定化に要する時間が短
く、その結果、造粒体の形崩れ等のない品質的に優れた
金属磁性粉末が得られる。本発明に用いる表面が活性な
金属の代表例は金属磁性粉であり、この製法は以下の通
りである。鉄を主体とした針状オキシ水酸化鉄あるいは
酸化鉄とは常法によって得られるものであり、針状のα
−FeOOH、γ−FeOOH、β−FeOOH、あるいはα−Fe2O3
γ−Fe2O3、β−Fe2O3、Fe3O4等で、これらにNi、Co、Z
n、Mn、Cr、Ca、Mg、Ba、P、Si、Al、B、Zr等の金属
から選ばれる1種ないしは2種以上の金属化合物がドー
プ及び/又は被着されたものが原料として使用される。
このような原料を常法により還元し金属磁性粉末を得
る。これを、冷却した後、該還元物を使用する溶媒中に
取り出し、次いで亜酸化窒素を含むガスを吹き込み、有
機溶媒中で酸化反応を行うのであるが、使用する有機溶
媒としては、金属と直接反応する化合物(例えば、分子
中にハロゲン元素を含有するもの、酸性基を有するも
の)は好ましくないが、他の一般的な有機溶媒は使用可
能である。特に好ましい有機溶媒としては、芳香族炭化
水素(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチル
ベンゼン、イソプロピルベンゼン、シメン等)、アルコ
ール類(例えば、メチルアルコール、エチルアルコー
ル、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコール
等)、ケトン類(例えばメチルエチルケトン、メチルイ
ソブチルケトン、ジイソブチルケトン等)があげられ
る。また、使用した有機溶媒は、酸化安定化終了後、金
属磁性粉末と容易に分離出来ることが好ましく、その沸
点が40〜300℃の範囲が好ましい。
反応方式としては、亜酸化窒素の有機溶媒に対しての
溶解度が空気の溶解度に比較してはるかに大きいために
(後記する図−1参照)、種々の方法が適用出来る。例
えば、金属磁性粉末を有機溶媒中でスラリー化して攪拌
しながら亜酸化窒素を含有するガスを吹き込む方法、造
粒体とした金属磁性粉末を有機溶媒と共に固定床に充填
し、下部より亜酸化窒素を含有するガスを吹き込む方
法、また、この固定床に亜酸化窒素を溶解した有機溶媒
を循環する方法等である。
酸化性ガスは一般的には不活性ガス(例えば、窒素、
アルゴン、ヘリウム)で希釈して使用されるが、亜酸化
窒素の金属との反応性は酸素に比較すれば低く、高濃度
でも使用可能である。
反応温度は酸化性ガスに酸素を使用する場合よりも高
く設定することが可能であり、0〜150℃の範囲が好ま
しいが、大気圧下で反応する場合は使用する有機溶媒の
沸点も考慮して決められる。
液相中で酸化安定化された該金属磁性粉末は、有機溶
媒と分離されるが、十分に酸化安定化してある場合は、
不活性ガス中、あるいは減圧下での操作も可能であり、
完全に有機溶媒を分離での操作も可能であり、完全に有
機溶媒を分離した後でも大気中で安全に取り扱える。ま
た、該金属磁性粉末に大気中の酸素との反応性が残って
いる場合には、酸素濃度あるいは亜酸化窒素濃度をコン
トロールしたガス雰囲気中で徐々に有機溶媒を除去する
手段が採られるが、この場合は空気を窒素ガスで希釈し
て使用するのが経済的である。
又、本発明方法は公知の金属触媒(鉄、ニッケル等)
の酸化安定化にも有効であり、上記と同様の方法により
安定化を図ることができる。
〔実施例〕
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に
説明する。
実施例−1 図−2に固定床式安定化装置の概略図を示した。この
装置の金網部分までトルエンを満たしこれに経5mm、長
さ10mmの円柱状に成形した8mmVTR用の、BET値78m2/gの
ゲーサイトを常法により還元した金属磁性粉末5kgを、
トルエン溶媒20lで取り出したものを投入した。次いで1
9.5l/minで窒素ガスと、7.5l/minで亜酸化窒素ガスを送
入して、トルエン溶媒中での酸化反応を行った。
酸化反応が進行すると溶媒温度が上昇するのでジャケ
ットに冷却水を流して40℃になるようにした。反応を10
時間継続し、その間、2時間毎に金属磁性粉末成形物の
少量を採取し、次の方法により飽和磁束密度(σs)を
測定して、反応時間と金属磁性粉末のσsの関係を求め
た。以下の実施例、比較例も同様にして金属磁性粉末の
σsを求めた。この結果を図−3のグラフに示した。
活性点の残っている金属磁性粉末の飽和磁束密度(σ
s)の測定法 反応中の金属磁性粉末成形物の少量をトルエンの入っ
た容器中に採取し、窒素シールしたグローブボックス中
で固形分とトルエンを分離し、軽く粉砕した。このもの
をナス型フラスコに移し、減圧下でトルエンを完全に除
去した。このものを窒素シール下で乳鉢で粉砕し、試料
振動型磁力計のサンプル充填用の、あらかじめ風袋の測
定してある気密性の良いカプセルに充填した。このもの
をグロープボックスから取り出し、素早く天秤で重量を
測定し、カプセルの蓋のシール部分を瞬間接着剤でシー
ルした。この後通常の方法で飽和磁束密度(σs)を測
定した。
(測定装置=東英工業製VSM、測定磁場=10KG) 10時間トルエン溶媒中での酸化反応を行った後、送入
するガスを窒素だけにし、反応容器内の温度をジャケッ
トの冷却を強化して室温近くまで下げた。次いで図−2
の装置のバルブ6を開けトルエン溶媒を抜き取り、続い
て、水分含有量が500ppm以下の空気と窒素ガスを混合し
て、酸素濃度が5%のガスを調整して30l/minの速度で
送入した。ガス送入で金属磁性粉末充填層の温度が上昇
したが、約5時間の反応で発熱はなくなり、その後、空
気を希釈しないで送入したが発熱は観察されなかった。
酸化安定化終了後の金属磁性粉末の磁気特性は次のよ
うであった。
Hc=1615 Oe、σs=132.6 emu/g、σr/σs=0.516 微細な粒子でありながら、大気中で十分安定であり、
飽和磁束密度の高い金属磁性粉末が得られた。
実施例−2 装置、有機溶媒は実施例−1と同じにし、反応条件も
反応温度を60℃とした以外は実施例−1と同様に行っ
た。トルエンを抜き取った後の酸化反応も実施例−1と
同じに行ったが、実施例−1に較べ、金属磁性粉末充填
層の温度上昇は少なく、トルエン中での酸化反応がより
進行していることが分かった。
酸化安定化絶了後の金属磁性粉末の磁気特性は次のよ
うであった。
Hc=1607 Oe、σs =130.8 emu/g、σr/σs=0.515 実施例−1に比較して、僅かにσsが低かったが、良
好な特性であった。
比較例−1 装置、有機溶媒のトルエンは実施例−1と同じにし、
その他の条件も、酸化ガスとして空気を使用し、送入量
を、空気12l/min、窒素ガス15l/minとした以外全て実施
例−1と同条件で行った。
反応時間と金属磁性粉末の飽和磁束密度の関係は図−
3のグラフに示した。
トルエンを反応層から抜き取った後、実施例−1と同
様に酸素濃度5%のガスを30l/minの速度で送入した
が、金属磁性粉末充填層の下部より急激な発熱が起こ
り、部分的な燃焼が始まったため、空気の送入を止め、
反応を中止した。
図−3で明らかなように、トルエン中での酸化が十分
でないために、実施例−1に比較して発熱が大きくなっ
て燃焼に到ったものである。
比較例−2 液相酸化反応の温度を60℃とした以外は比較例−1と
同じ条件で行った。
5%の酸素を含有するガスを送入した時の金属磁性粉
末層の発熱は比較例−1と同様に起こり、反応を中止し
た。
トルエン中での酸化反応の、反応時間と飽和磁束密度
の関係は図−3に示したが、反応温度40℃の場合と比較
して反応速度はそれほど大きくはなっていない。これ
は、反応速度が、反応温度よりも酸化ガスの溶解度に関
係するためである。
比較例−3 トルエン中での酸化反応を24時間行った以外は比較例
−1と同じ条件で行った。トルエンを抜き取った後、5
%の酸素を含有するガスを送入した時の金属磁性粉末層
の発熱は、実施例−1の場合と同程度であり、得られた
金属磁性粉末の磁気特性は次のようであった。
Hc=1618 Oe、σs=130.3 emu/g、σr/σs=0.514 トルエン中での酸化反応の、反応時間と飽和磁束密度
の関係は図−3に示したが、酸化ガスが酸素の場合でも
反応時間を長くしたことにより実施例−1と同様な特性
が得られた。しかし反応時間を長くしたことにより、ト
ルエン中での反応絶了後、トルエンを抜き取る際に、ト
ルエンと一緒に抜け出る金属磁性粉末の微粉の量が実施
例−1の場合の4倍、仕込み金属磁性粉末量の10Wt%に
達した。
〔発明の効果〕
実施例、比較例の対比より明らかなように、表面が活
性な金属を有機溶媒中で酸化安定化する場合に、本発明
の如く亜酸化窒素を酸化性ガスとして使用すると、酸化
性ガスとして酸素を使用する場合に比較して、はるかに
反応が速く進行し、これに伴い成型物の破砕も少なくて
済む。
【図面の簡単な説明】
図−1はトルエンを溶媒とした場合の、亜酸化窒素と空
気の溶解量の比較を示すグラフである。 (a)は亜酸化窒素、(b)は空気を示す。 図−2は実施例に用いた固定床式安定化装置の概略図で
ある。 図−3は実施例の反応時間と飽和磁束密度の関係を示し
たグラフである。 1……反応容器 2……ジャケット 3……ガス吹込みパイプ 4……冷却器 5……温度計 6……溶媒抜き取りバルブ 7……流量計 8……金網(16mesh)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−85054(JP,A) 特開 昭61−136601(JP,A) 特開 昭63−239801(JP,A) 特開 平3−126801(JP,A) 特開 昭55−39659(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22F 1/00 - 1/02 H01F 1/09 C23C 22/00 G11B 5/712

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面が活性な金属を有機溶媒中で酸化性ガ
    スにより酸化安定化する方法において、酸化性ガスとし
    て亜酸化窒素を使用することを特徴とする表面が活性な
    金属の安定化方法。
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JP5344171B2 (ja) 2009-09-29 2013-11-20 ミネベア株式会社 異方性希土類−鉄系樹脂磁石

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