JP3492884B2 - 軟磁性燒結金属の製造方法 - Google Patents
軟磁性燒結金属の製造方法Info
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Description
に関し、詳しくは、高寸法精度を可能とする軟磁性燒結
金属の製造方法に関する。
て、粉末冶金法が挙げられる。この粉末冶金法は、原料
粉末の混合、成形および焼成工程を経て行なわれる。こ
のような粉末冶金法による鉄系軟磁性焼結体部品の製造
は、従来の板材を切り出しての製造より、切削量が少な
く、複雑な形状のものを製造でき、コスト的にも有利で
あることから、現在、OA機器、モータ、自動車部品な
どに使用されている。
のため高温で熱処理し、粉末が完全に収縮した焼結体と
して製造されていた。しかし、収縮がおきているため、
近年の小型化が要求するような寸法精度に焼結体の寸法
精度を上げられない。また、焼結体が使用される部品の
高周波化に対応するため、渦電流損失が小さい材料も求
められている。
特公昭58−54185号公報には、鉄−ニッケル系合
金、または、これにCr,Mo,Cuなどの磁性改善元
素の1種または2種以上を含有させた鉄―ニッケル合金
粉体を用いることにより粉体の圧縮性を良くし、縮率を
小さくし、合金の均一化を容易にして、磁気特性の向上
およびコストの低減を可能とした、高透磁率焼結鉄−ニ
ッケル系合金粉末が記載されている。
た場合、従来のものより少ないとはいえ、焼結による縮
率が存在し、高い寸法精度が得られない。そのため、公
差が0.5%程度以下の高い寸法精度が必要なモーター
部材等に用いることは事実上不可能であった。また、緻
密に焼結しないために、磁気特性、特にコアロスについ
ては、周波数が高い側では未だ不十分な値であった。
法精度が得られ、特にモータ部材等、アクチュエータと
して用いるのに最適で、相対密度が小さいためコアロス
が少なく、磁性金属粒子同士が癒着することによりネッ
クグロース組織を形成し、高強度が得られ、塑性変形が
可能な軟磁性燒結金属とその製造方法およびこれを用い
た磁性部品を提供することである。
下の構成により達成される。 (1) FeおよびNiからなり、金属換算でNiを2
5〜90wt%含有する鉄ニッケル合金粉を6 ton / cm 2
以上の圧力で加圧成形し、得られた成形体を焼成温度9
00〜1100℃で焼成して焼成前と焼成後の寸法変化
が0.5%以下である軟磁性燒結金属を得る、軟磁性燒
結金属の製造方法。 (2) ネックグロース組織を有する上記(1)の軟磁
性燒結金属の製造方法。
粉末を加圧成形し、かつ焼成前と焼成後の寸法変化が
0.5%以下となる温度で焼成して得られたものであ
る。粉体を成型時に所定の圧力で加圧成形することによ
り高密度化し、焼成温度を適正に制御することで磁性粉
末粒子同士のネックグロースのみを形成し、焼結温度を
適当に制御して収縮させないことにより、成型時の寸法
精度が維持され、高寸法精度で良好な特性及び強度を有
する焼結体が得られる。なお、本発明の軟磁性燒結金属
は、完全に収縮しない温度で焼成したものであるが、こ
の場合でもネックグロースが形成された焼結体である。
して使用可能なものであれば特に限定されるものではな
く、その用途や目的により好適なものを使用すればよい
が、好ましくは、高透磁率、低損失の磁性材料で、鉄−
ニッケル合金粉である。
れ、中でもニッケル含有量がNi金属換算で、25〜9
0wt%、特に30〜60wt%、さらには40〜55wt%
のものが好ましい。
加えて、O2:0.3wt%以下含有してもよい。特に
O2:0.1wt%以下であることが好ましく、O2は少な
いほど好ましい。また、C:0.03wt%以下、Si:
1.0wt%以下、Mn:0.3wt%以下、P:0.03
wt%以下、S:0.02wt%以下程度の副成分を含有し
ていてもよい。
はなく、球状であってもフレーク状であってもよく、不
定形であってもよい。磁性粉末の平均粒径は、10〜1
50μm程度が好ましい。原料粉末の平均粒径を求める
には、例えば、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて粒
子を観察し、円換算して求めてもよいし、投影面積や篩
等を用いた方法等でも良い。
る。粉体を加圧成形するので、所望の形状を極めて容易
に得ることができ、特に複雑な形状のコア材等を安価に
製造することができ有利である。成形体は通常一軸加圧
により得られ、その加圧圧力は、使用する磁性粉末や成
形体の形状等により、焼結後に所定の強度が得られる成
形圧に調整すればよいが、好ましくは8ton/cm2 以
上、特に9ton/cm2 以上が好ましく、その上限は特に
制限されるものではないが、通常13ton/cm2 程度で
ある。
して、0.2〜2wt%、特に0.5〜1.0wt%添加す
ることが望ましい。成形助剤が上記範囲より少ないと、
成形体に密度ムラが生じやすく、金型からの抜き圧も上
昇してくる。また、多すぎると脱バインダ不良(ふくれ
等)が発生し易くなってくる。成形助剤としては、ステ
アリン酸およびその塩、その誘導体、あるいはワックス
等を用いることができる。ステアリン酸塩としては、例
えばステアリン酸亜鉛が挙げられる。ステアリン酸の誘
導体としては、ステアリン酸アミンあるいはアミド等が
挙げられる。ワックスとしては、例えば市販のSN ワ
ックス(サンノプコ製 商品名)等を用いることができ
る。
結が完全に行われず、しかも粒子同士は癒着し、ネック
グロースが形成される温度で行われる。このような焼結
時に収縮しない温度としては、使用する磁性粉末や成形
圧力等により適宜最適な温度に調整すればよいが、例え
ば、鉄−ニッケル合金の場合は通常、好ましくは870
〜1150℃、さらに900〜1100℃、特に100
0〜1050℃程度が好ましい。焼結温度保持時間は、
好ましくは、30分〜6時間、特に1〜3時間程度が好
ましい。
または不活性雰囲気が好ましく、これらの中からその材
質により選択すればよいが、さらに焼成温度保持時間の
うち少なくとも一部における雰囲気を、還元性雰囲気と
し、その他の時間における雰囲気を不活性雰囲気として
もよい。
H2 ガスを含む雰囲気、CO2ガスを含む雰囲気、ある
いは10%以上のH2 ガスを含むNH3 分解ガスを用い
ることができる。H2 ガス100%の雰囲気であっても
よい。H2 ガスの割合が高いほど、脱炭素の効果が顕著
になる。また、炭素鋼の場合は、脱炭を防止するために
不活性雰囲気とすることが好ましい。
Arガス、真空を用いることができ、これらのガスは純
度の高いものが好ましく、成形体の材質により異なる
が、酸素分圧は0.5%以下、より好ましくは0.01
%以下が好ましい。
一組成のバルク体に対する相対密度は、好ましくは95
%以下、特に87%以下が好ましく、その下限値は特に
制限されるものではないが、通常80%程度である。相
対密度を低く抑えることにより、形成された空孔がギャ
ップとして機能し、コアロスおよび実装時の電流値が低
下する。
焼結が完了しない状態に焼成したものであるが、その原
料粉末は焼成課程において癒着し、組織中にいわゆるネ
ックグロースを形成している。ネックグロースを有する
ことにより、機械的強度が得られる。
縮が殆ど生じることなく、高い寸法精度を有する。この
ような寸法精度、つまり焼成前と焼成後の寸法変化とし
ては、好ましくは±0.5%、特に±0.1%以内であ
ることが好ましい。高い寸法精度を有することにより、
磁性部品、特にモータ用部材等のアクチュエータとして
好ましく使用することができる。
について説明する。
である鉄−ニッケル合金粉、鉄粉、鉄−ケイ素合金粉、
炭素鋼粉、リン鉄粉、鉄−クロム合金粉、鉄−コバルト
合金粉、鉄−コバルト−バナジウム合金粉、鉄−ニッケ
ル−モリブデン合金粉、鉄−アルミニウム合金粉、鉄−
ケイ素−アルミニウム合金等を用意する。
させるべき金属あるいはそのフェロアロイの少なくとも
一種の粉体を所望の化学組成となるように配合し、メカ
ニカルアロイング法あるいはメカニカルグラインディン
グ法による処理を行ない、所望の合金粉末(一部のみが
合金になっている場合がある)としてもよい。メカニカ
ルアロイング法も、メカニカルグラインディング法も、
ともに原料粉末に物理的作用を与え、原料粉末に内部歪
を与え、表面を活性化させる方法であるが、メカニカル
アロイング法においては、2種あるいは3種以上の粉末
を合金化させる作用をも持っている。原料粉末の平均粒
径は、10〜150μm程度のものを用いる。
して混合し、これを所望の形状に成形する。成形圧は好
ましくは6ton/cm2 以上、特に8ton/cm2 以上に設定
される。
成は、脱バインダ処理工程、および焼成工程からなる。
本発明においては、上記各工程の温度条件等は、次のよ
うに設定されることが望ましい。
℃/時間 保持温度:200〜600℃、特に250〜300℃ 保持時間:0.5〜3時間、特に1〜2時間
0℃/時間 保持温度:870〜1150℃、さらに900〜110
0℃、特に1000〜1050℃程度 保持時間:好ましくは30分〜6時間、特に1〜3時間 冷却速度:200〜2000℃/時間、特に300〜4
00℃/時間
性燒結金属を、特に高さ方向の寸法精度が必要な場合等
には加工研磨し、バレル加工を施し、さらに加工に伴う
ストレスを解放するための加熱処理を行う。加熱処理の
条件としては、好ましくはN2 雰囲気中、800〜10
00℃前後で、10〜60分程度保持する。このように
して得られた軟磁性燒結金属は、磁性部品、特にモータ
部材等、アクチュエータ、さらに高い寸法精度の必要な
モータ用コア材として好適に用いられる。
明する。
i:47wt%:平均粒径80μm )を、外径:20mm内
径17mm(寸法公差±1/100mm以内)のトロイダル
形状金型を用い、圧力:9ton/cm2 で加圧成形した。そ
の後、焼成温度:900℃、保持時間:3時間、N2 も
しくはH2 雰囲気中で焼成した。その後、外径および内
径の寸法公差と真円度、0.6 kHz−2 kOeでのコアロ
ス、25Oeにおける磁束密度Hc、マスターモータに使用
した場合の電流減少率、相対密度、圧環強度について測
定した。マスターモータに使用した場合の電流減少率
は、以下のようにして測定した。
(同圧軸受け)としてモータ(ビデオキャプスタン駆動
用)に組み込み、吸引リングとマグネット間のギャップ
を0.6mmに調整して、定電圧で駆動し、サンプルを組
み込んだモータの電流増加値を測定した。従来の板材
(比較例4)により得られたサンプルについても同様に
測定し、これを基準(減少率:0)としたときの減少率
を計算した。結果を表1に示す。
力:10ton/cm2 とし、焼成温度:1000℃とした他
は実施例1と同様にして焼成し、得られたサンプルにつ
いて実施例1と同様にして評価した。その結果を表1に
示す。また、焼成前と後のサンプルを切断し、表面を研
磨し、金属顕微鏡でその表面を観察した。得られた顕微
鏡写真を図1〜4に示す。ここで、図1は焼成前、図2
はその拡大写真、図3は焼成後、図4はその拡大写真を
示す。図から明らかなように、焼成後には金属粉同士が
癒着したネックグロースが形成されていることがわか
る。
力:11ton/cm2 とし、焼成温度:1000℃とした他
は実施例1と同様にして焼成し、得られたサンプルにつ
いて実施例1と同様にして評価した。その結果を表1に
示す。
力:5ton/cm2 とし、焼成温度:1000℃とした他は
実施例1と同様にして焼成し、得られたサンプルについ
て実施例1と同様にして評価した。その結果を表1に示
す。
力:10ton/cm2 とし、焼成温度:850℃とした他は
実施例1と同様にして焼成し、得られたサンプルについ
て実施例1と同様にして評価した。その結果を表1に示
す。
力:10ton/cm2 とし、焼成温度:1200℃とした他
は実施例1と同様にして焼成し、得られたサンプルにつ
いて実施例1と同様にして評価した。その結果を表1に
示す。
金と同一組成の板材を金型寸法に打ち抜き、得られたサ
ンプルについて実施例1と同様にして評価した。その結
果を表1に示す。
を市販の鉄粉、鉄−ケイ素合金粉(Si:3wt%)、炭
素鋼粉(C:4.5wt%)、市販の鉄−クロム合金粉
(Cr:17wt%)、鉄−コバルト合金粉(Co:50
wt%、V:2wt%)に代えた他は実施例1〜3、比較例
1〜4と同様にしてサンプルを作製し、評価したとこ
ろ、ほぼ同様の効果が得られた。
高寸法精度が得られ、モータ部材等アクチュエータとし
て用いるのに最適である。この寸法精度を得るためには
適当な成型圧で成型し、適当な焼成温度で焼結させるこ
とにより目的を達成することが出来る。また、相対密度
が90%程度しか得られておらず、空孔がギャップとし
て機能するためコアロスは小さい。また、組織はネック
グロースを形成しているために強度が得られ、鉄−ニッ
ケル系合金では破壊せず塑性変形が起こる。
度が得られ、磁性部品、特にモータ部材等、アクチュエ
ータとして用いるのに最適で、相対密度が小さいためコ
アロスが少なく、磁性金属粒子同士が癒着することによ
りネックグロース組織を形成し、高強度が得られ、しか
も塑性変形が可能な軟磁性燒結金属が実現できる。
前の金属顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
Claims (2)
- 【請求項1】 FeおよびNiからなり、金属換算でN
iを25〜90wt%含有する鉄ニッケル合金粉を6 ton
/ cm 2 以上の圧力で加圧成形し、得られた成形体を焼成
温度900〜1100℃で焼成して焼成前と焼成後の寸
法変化が0.5%以下である軟磁性燒結金属を得る、軟
磁性燒結金属の製造方法。 - 【請求項2】 ネックグロース組織を有する請求項1の
軟磁性燒結金属の製造方法。
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JP15155997A JP3492884B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 軟磁性燒結金属の製造方法 |
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-
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- 1997-05-26 JP JP15155997A patent/JP3492884B2/ja not_active Expired - Fee Related
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