JP4548795B2 - 焼結軟磁性部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結軟磁性部材およびその製造方法に係り、例えば、自動車用電子燃料噴射装置、油圧機器あるいは各種工作機器のソレノイドバルブに用いられるプランジャ、その他各種アクチュエータ等の、交流磁気特性とともに耐食性と強度を要求される部材に好適とされる焼結軟磁性部材の製造方法に関する。

自動車のエンジンにおける燃料供給装置としては、近年、排ガス規制の強化や省燃費などを背景として、電子制御による燃料噴射装置が、旧来のキャブレタに替わって、その装着率を伸ばしつつある。このような電子制御燃料噴射装置や、油圧機器および各種工作機器のソレノイドバルブに用いられるプランジャは、応答性のための高い交流磁気特性、相手材との繰り返し衝撃に耐えうる強度（耐摩耗性）、ならびに環境に対する耐食性が重要な要求特性となっている。また、自動車用の磁性部品はその使用環境から−４０℃〜２００℃程度の温度領域において、安定した磁気特性を有することも重要な要求特性となっている。

ところで、上記燃料噴射装置等の電磁部品としては、耐食性や磁気特性が重要であり、特許文献１等に開示されている如く、クロム系の軟磁性ステンレス鋼が主に用いられ、塑性加工や切削加工等の機械成形方法により製造される。しかしながら、自動車用電子燃料噴射弁等の電磁部品は、部品形状が複雑で、かつ寸法精度が厳しいため、機械加工性と、耐食性や磁気特性の両立が困難であるともに、加工費が高くなるという問題がある。

これらの問題を解決するため、特許文献２や特許文献３等において、粉末冶金による製造方法が提案されている。特許文献２は、Ｆｅ−Ｃｒ合金粉とＦｅ−Ｓｉ合金粉とＦｅ粉とからなる混合粉末、およびＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉とＦｅ粉とからなる混合粉末を用い、圧粉成形−焼結する焼結軟磁性材料の製造方法を開示している。また、特許文献３は、ステンレス鋼微粉末とＳｉ微粉末またはＦｅ−Ｓｉ微粉末を造粒した粉末を原料粉末として用いることを開示している。

特公平５−１０４１９号公報 特開平７−１７９９８３号公報 特開２００２−２７５６００号公報

ところが、上記特許文献２による焼結軟磁性材料は、合金成分を有する粉末と合金成分を含まない粉末（Ｆｅ粉）とを混合したものであることから、焼結後の材料は合金成分の分布が不均一となる。そのため磁気特性にばらつきが生じやすく、特にＳｉの分布が不均一であると、比抵抗が安定しないため鉄損が増加したり、透磁率が安定しないためアクチュエータとして使用した場合に応答性が悪くなる。また、耐食性および強度も部分によってムラが生じ、全体として耐食性および強度が低くなるという問題を有している。また、特許文献３による焼結軟磁性材料は、微粉を用いるため合金成分の分布が均一で、磁気特性、強度、耐食性等の特性は良好であるものの、工業的に高価な微粉末を用いること、および造粒する工程が必要になることによりコストが高くなるという問題を有している。

よって本発明は、合金成分の分布が均一な優れた磁気特性を有する焼結軟磁性部材を提供するとともに、これを安価に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであって、本発明の焼結軟磁性部材の製造方法は、耐食性の要求限度までＣｒ含有量を抑制してＦｅの占積率を高めることにより磁気特性を向上させ、かつ、Ｓｉを含有させて電気抵抗および強度を向上させるとともに、使用環境温度に対する磁気特性を安定にしたことを骨子としている。たとえば、本発明により製造される焼結軟磁性部材は、全体組成が、質量比で、Ｃｒ：２．９〜７％、Ｓｉ：１．５〜６．８８％、および残部がＦｅおよび不可避不純物からなる。

本発明の第１の焼結軟磁性部材の製造方法は、上記のＣｒを固溶するＦｅ−Ｃｒ合金粉末に、圧縮性の点で許容できる量のＳｉを与えたことを骨子とし、具体的には、Ｆｅ合金粉末として、組成が、Ｃｒ：３〜７質量％、Ｓｉ：２〜３．５質量％および残部がＦｅおよび不可避不純物からなる粉末を使用することを特徴とする。

また、本発明の第２の焼結軟磁性部材の製造方法は、上記のＦｅ合金粉末を用いるとともに、別途追加のＳｉ量をＳｉ微粉末の形態で与えることで、より多量のＳｉを与えたことを骨子としている。具体的には、本発明の第２の焼結軟磁性部材の製造方法は、Ｆｅ合金粉末として、組成が、Ｃｒ：３〜７質量％、Ｓｉ：２〜３．５質量％および残部がＦｅおよび不可避不純物からなる粉末を使用し、このＦｅ合金粉末に、０．１〜３．５質量％のＳｉ微粉末を添加混合した混合粉末を用いることを特徴とする。

本発明の第２の焼結軟磁性部材の製造方法において、混合粉末は、粉末を単に乾式混合したものでもよいが、水またはエタノール中にＳｉ粉末を分散させた分散液にＦｅ合金粉末を浸漬するか、もしくはこの分散液をＦｅ合金粉末に噴霧し、この後、乾燥させて得たものを用いることが好ましい。また、この分散液に、混合粉末１００質量％に対し１質量％以下の結合剤をさらに添加すると、より好ましい。上記の方法により混合粉末を構成すると簡便でよいが、従来より各種提案されている方法で、Ｆｅ合金粉末表面にＳｉ微粉末をバインダを介して結着させた粉末を用いてもかまわない。

本発明により製造される焼結軟磁性部材は、全体組成が、たとえば、質量比で、Ｃｒ：２．９〜７％、Ｓｉ：１．５〜６．８８％、および残部がＦｅおよび不可避不純物からなるもので、耐食性の許容限度までＣｒ含有量を低減させてＦｅの占積率を高めたことにより、十分な耐食性と優れた磁気特性を兼ね備えた焼結軟磁性部材が得られる。また、本発明の焼結軟磁性部材の製造方法は、Ｆｅ合金粉末として、組成が、Ｃｒ：３〜７質量％、Ｓｉ：２〜３．５質量％および残部がＦｅおよび不可避不純物からなる粉末を使用すること、または、よりＳｉ量を増加したい場合には、このＦｅ合金粉末に、０．１〜３．５質量％のＳｉ微粉末を添加混合した混合粉末を用いること、を特徴とするもので、得られる焼結軟磁性部材中の合金成分の分布が均一となる。また、高価な微粉末を用いないことに伴って、そのための造粒工程が不要になるので、安価に製造できる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の各元素の含有量、および粉末の粒径に関する数値的な規定の理由を以下に述べる。
Ｃｒは、部材の電気抵抗の向上に寄与するとともに、耐食性の向上に不可欠な元素である。Ｃｒは易酸化元素であり、部材の表面に強固な酸化被膜を形成して部材の耐食性の向上に寄与するが、この効果は、Ｃｒが３質量％未満では乏しい。一方、Ｃｒ量の増加に伴い耐食性は向上するが、磁気特性の観点からは、Ｆｅ量がしだいに減少するため磁束密度が低下し、Ｃｒ量が７質量％を超えると、磁束密度の低下が著しくなるため、７質量％を上限とする。

Ｓｉは、電気抵抗の向上に寄与するとともに、渦電流損を減少させて低鉄損化する効果、および結晶粒を粗大化させて透磁率を高くする効果、さらには環境温度による磁気特性の変化を抑制する効果を奏する。また、Ｆｅ基地を強化して部材の繰り返し衝撃に対する強度を向上させる効果を奏する。これらの効果は、Ｓｉ量が１．５質量％未満では発揮されにくいことから、下限を１．５質量％とする。このようなＳｉは、できるだけＦｅ合金粉末に固溶あるいは部分的に拡散付着して与えることが、合金成分の均一分布および取り扱いの点から好ましいが、３．５質量％を超える量のＳｉをＦｅ合金粉末に固溶して与えると、粉末を硬くして圧縮性を損なうことから、上限を３．５質量％とする。

これらのことから、本発明の第１の焼結軟磁性部材の製造方法においては、組成が、質量比で、Ｃｒ：３〜７％、Ｓｉ：１．５〜３．５％、および残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ合金粉末を使用することとした。なお、ＳｉはＦｅ基地に固溶してＦｅ基地の硬さを増大させる作用があるが、後述する加熱焼鈍処理を施すことにより、このＦｅ合金粉末に十分な圧縮性を付与することができる。

また、上記のＳｉの効果をより一層欲する場合には、上記のＦｅ合金粉末に加えて、それ以上の量のＳｉをＳｉ微粉末の形態で与えることとした。微粉末の形態でＳｉを与えると、後述のように、焼結軟磁性部材中のＳｉの分散を均一化することができる。ただし、０．１質量％未満の微量添加では追加効果が乏しく、Ｓｉ微粉末の量が３．５質量％を超えると、混合粉末に占める微粉の量が多くなり、流動性の低下および圧縮性の低下が生じるため、Ｓｉ微粉末の添加量を０．１〜３．５質量％とした。このことから、本発明の第２の焼結軟磁性部材の製造方法においては、組成が、質量比で、Ｃｒ：３〜７％、Ｓｉ：１．５〜３．５％、および残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ合金粉末に、Ｓｉ粉末：０．１〜３．５質量％を添加した混合粉末を使用することとした。

上記の本発明の第１の焼結軟磁性部材の製造方法により得られる焼結軟磁性部材は、全体組成が、質量比で、Ｃｒ：３〜７％、Ｓｉ：１．５〜３．５％、および残部がＦｅおよび不可避不純物からなるとともに、合金成分が各部で均一な焼結軟磁性部材となる。また、上記の本発明の第２の焼結軟磁性部材の製造方法により得られる焼結軟磁性部材は、全体組成が、質量比で、Ｃｒ：２．９〜６．９９質量％、Ｓｉ量は１．６〜６．８８質量％となり、残部はＦｅおよび不可避不純物からなるとともに、これも合金成分が各部で均一な焼結軟磁性部材となる。したがって、本発明の焼結軟磁性部材は、全体組成が、質量比で、Ｃｒ：２．９〜７％、Ｓｉ：１．５〜６．８８％、および残部がＦｅおよび不可避不純物からなるとともに、合金成分が各部で均一な焼結軟磁性部材となる。

上記のＦｅ合金粉末は、ＣｒとＳｉを含有するが、ＣｒもＳｉも焼き入れ性を改善する元素であり、このような元素を多量に含有するため、上記のＦｅ合金粉末においてはアトマイズ時の冷却歪みの蓄積量が過大となっている。このため、アトマイズ後、通常行われている温度範囲（４００〜６００℃）程度の焼鈍処理では、この歪みの除去が不十分であり、粉末が十分に軟化せず、圧縮性が低いものとなっている。このようなＦｅ合金粉末であっても、粉末の拡散が生じ始める直前の温度域まで加熱して焼鈍することで、アトマイズ時の冷却歪みを除去することができ、Ｆｅ合金粉末の圧縮性を格段に改善することが可能となる。具体的には、このＦｅ合金粉末に対し、６００〜８００℃、好ましくは７００〜８００℃の温度領域で加熱焼鈍を施すことで、圧縮性の改善が行える。ただし、８００℃を超えると粉末どうしの拡散が生じ始め、この粉末の解砕の手間がかかるとともに、解砕時に粉末に加工歪みが加わり、焼鈍の効果が乏しくなる。

上記の混合粉末において、Ｆｅ合金粉末として通常粉末冶金で用いられる平均粒径が７５〜１５０μｍ程度の粉末を用い、Ｓｉ微粉末として平均粒径が１〜４５μｍの粉末を用いて混合すると、Ｆｅ合金粉末の周囲に、ファンデルワールス力によってＳｉ微粉末が薄く、かつ均一に吸着される。この混合粉末は、ベースとなるＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末が微粉ではないため、混合粉末の流動性、圧縮性ともに優れ、造粒する手間も不要で、通常の粉末冶金法の手法に容易に適用することが可能である。このような混合粉末を所望の金型に充填し、圧粉成形して得られた成形体を焼結すると、Ｆｅ合金粉末周囲に薄くかつ均一に吸着したＳｉ微粉末が、Ｆｅ合金内へ急速に拡散するので、得られる焼結部材の合金成分は各部で均一であり、元のＳｉ粉末の箇所に気孔が残留することもない。

Ｓｉ微粉末の平均粒径が４５μｍを超えると、Ｓｉ粉末の重量が大きくなり、ファンデルワールス力による付着力より重力が大きくなって、Ｆｅ合金粉の周囲への付着が生じにくくなる。また、付着しないＳｉ粉末が増加すると、Ｓｉの拡散が不均一になって磁気特性にばらつきを生じたり、混合粉末中でＳｉ粉末どうしが凝集し、焼結後、凝集粉のあった位置に粗大な気孔が残留して、密度の向上が阻害されて磁束密度の低下の要因となる。一方、１μｍに満たないものは、工業的に高価である。これらの観点から、Ｓｉ粉末の平均粒径を１〜４５μｍとする。

次に、上記Ｆｅ合金粉末とＳｉ微粉末との混合は、通常の粉末冶金法における単純な乾式混合法で十分である。上記のように、必要なＳｉ量の一部は既にＦｅ合金に固溶して与えてあるため、追加の微粉末で添加するＳｉは少量で済む。このため、上記のＳｉ粉末どうしの凝集が生じにくく、単純な乾式混合であっても、上記のファンデルワールス力によるＳｉ微粉末の均一な付着が得られる。

ただし、より均一なＳｉの拡散を図る場合には、湿式混合法を用いてもよい。すなわち、Ｓｉ粉末を水またはエタノール中に分散させた分散液を予め用意し、この分散液にＦｅ合金粉末を浸漬するか、もしくはこの分散液をＦｅ合金に噴霧し、この後、乾燥させたものを使用する。これによって、Ｆｅ合金粉末へのより一層の均一なＳｉ微粉末の付着が得られ、効果的である。

上記湿式混合法を採用する場合、上記分散液に、ＰＶＰやＰＶＡ等の結合剤を添加すると、Ｆｅ合金粉末へのＳｉ微粉末の付着がより強固となるので好ましい。結合剤の添加量は、付着させるＳｉ粉末が微粉であるため、混合粉末１００質量％に対して１質量％以下で十分である。過度の結合剤の添加は、脱脂に要する時間が長くなるおそれがあるので、好ましくない。

なお、上記分散液に、分散剤および／または界面活性剤を添加してもよい。分散液に分散剤を添加すると、分散液中にＳｉ微粉末が沈降せず均一に分散する。また、界面活性剤を添加すると、Ｆｅ合金粉末およびＳｉ微粉末と分散液との濡れ性が改善される。いずれの場合も、Ｓｉ微粉末のより一層の均一付着が可能となる。

−１００メッシュで、表１に示す組成のＦｅ合金粉末に、平均粒径が１０μｍのＳｉ粉末を添加して混合した混合粉末を、成形圧力：７００ＭＰａで、外径：φ３０ｍｍ×内径：φ２０ｍｍ×高さ：５ｍｍのリング状の試験片に圧粉成形し、得られた成形体を１０^−３Ｔｏｒｒの減圧ガス雰囲気中で１２００℃×６０分間焼結し、表１に示す試料番号０１〜０７の試料を得た。これらの試料について、硬さ、密度、摩耗量、直流磁気特性、交流磁気特性、電気特性および耐食性について評価した結果を表２に示す。なお、これらの評価のための測定／試験方法は、次の通りである。なお、以下、実施例１〜５において使用するＦｅ合金粉末は全て６００℃で焼鈍処理を行った粉末である。

硬さは、ロックウェル硬さのＢスケールを用い測定した。密度は、アルキメデス法により測定した。摩耗量は、ソレノイドバルブを想定した６０ｒｐｍで１０００万回の繰り返し衝撃試験を行い、試験前後の寸法を測定し、測定値の差を摩耗量として測定した。

直流および交流磁気特性の評価は、１次側１００回、２次側２０回巻線し、直流と交流のＢ−Ｈ曲線を室温（２０℃）にて測定して行った。直流磁気特性として、各試験片の磁界強さ２０００（Ａ／ｍ）における磁束密度Ｂ_２０００、および透磁率μ_ｍを測定し、交流磁気特性として周波数１ｋＨｚで励磁磁束密度０．１Ｔの鉄損値Ｗ（０．１Ｔ／１ｋＨｚ）を測定した。
電気特性の評価は、比抵抗ρを、試験片表面を＃８００の研磨紙で磨き、研磨面を四探針法により測定した。

耐蝕性の評価は、８０℃で湿度９０％の高温多湿環境下での環境試験を行い、１００時間で発錆状況を目視により判断した。評価は、錆の発生が認められないものについては○、ほぼ全面に錆が発生したものについては×、全面ではないがある程度の錆が発生したものについては△とした。

なお、本実施例では摩耗量の目標値を５μｍ以下、軸特性の目標値を磁束密度１．２Ｔ以上、透磁率３０００以上かつ鉄損１０Ｗ／ｋｇ以下とし、耐食性の目標値を△以上として評価を行った。

表１および表２より、Ｆｅ合金粉末中のＣｒ量の添加量の影響は以下の通りであることがわかった。
（１）硬さおよび耐摩耗性は、ほぼ一定の値を示し、Ｃｒ添加量の影響はほとんど認められない。これは、Ｓｉが３質量％添加されていることによって、既に基地硬さが増加していることによると考えられる。
（２）密度は、Ｆｅ合金粉末中のＣｒ量が増加するにしたがって基地中のＦｅの含有量が低下する結果、低下する傾向を示し、それにともない基地中のＦｅの占積率が低下する結果、磁束密度も低下する傾向を示す。特に、Ｃｒ量が８質量％を超える試料番号０７の試料では磁束密度の低下が著しく、目標とする１．２Ｔを下回っている。
（３）透磁率もＦｅ合金粉末中のＣｒ量の増加にしたがい低下する傾向を示し、特に、Ｃｒ量が８質量％を超える試料番号１９の試料では目標値を下回っている。
（４）比抵抗は、Ｆｅ合金粉末中のＣｒ量の増加にしたがって若干ではあるが向上する傾向を示す。
（５）鉄損は、比抵抗の増加によりＦｅ合金粉末中のＣｒ量が６〜８質量％の範囲で最小となるが、Ｃｒ量が８質量％を超えると、磁束密度、透磁率ともに低下するためヒステリシス損が増加することにより、鉄損が増加する傾向を示す。ただし、この変動は目標範囲内である。
（６）耐食性は、Ｆｅ合金粉末中のＣｒ量の影響を最も強く受け、Ｃｒ量が３質量％に満たない試料番号０１および０２の試料では、全面に錆が認められた。Ｃｒ量が３質量％の試料番号０３の試料は若干の錆が認められたものの、概ね良好な外観を示していた。その他のＣｒ量が４質量％以上の試料では、錆の発生は認められず良好な外観を示していた。

以上より、Ｆｅ合金粉末中のＣｒ量は３質量％以上で錆に対する耐食性の効果が認められ、特に４質量％以上で良好な耐食性を示すが、Ｃｒ量が８質量％を超えると、磁束密度、透磁率の低下が著しいため、３〜８質量％、好ましくは４〜８質量％の範囲で良好な摩耗量、磁気特性および耐食性が得られることがわかった。

表３に示す組成のＦｅ合金粉末に、表３に示す割合でＳｉ粉末を添加し混合した混合粉末を用意し、実施例１と同様の条件で試料番号０８〜１２の試料作製および評価を行った。その結果を、実施例１の試料番号０５の試料の結果とともに表４に示す。また、−４０℃、２００℃における透磁率も測定し、室温（２０℃）の場合を１００とする指数で表した結果を同じく実施例１の試料番号０５の試料の結果とともに表５に示す。

表３および表５より、全体組成中のＳｉ量およびＦｅ合金粉末中のＳｉ量の影響は以下の通りであることがわかった。
（１）硬さは、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量および全体組成中のＳｉ量が増加するにしたがい増加する傾向を示し、これに伴い摩耗量が大きく減少する傾向が認められる。ただし、Ｓｉ量が１．５質量％に満たない試料番号０８の試料では硬さが乏しく、摩耗量は１０μｍと大きくなっている。
（２）密度は、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量の増加にしたがいＦｅ合金粉末の硬さが増加する結果、圧縮性の低下に伴い低下する傾向を示している。このため磁束密度も低下し、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量が３．５質量％を超える試料番号１２の試料では磁束密度の低下が著しく、目標とする１．２Ｔを下回っている。
（３）透磁率は、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量および全体組成中のＳｉ量の増加にしたがい若干の低下傾向を示すが、目標範囲内の良好な透磁率を示している。
（４）比抵抗は、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量および全体組成中のＳｉ量の増加にしたがい大きく向上する傾向を示す。
（５）鉄損は、全体組成中のＳｉ量が１．５質量％に満たないと目標とする鉄損１０Ｗ／ｋｇより大きい値を示すが、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量が増加するにしたがい、またＳｉ粉末を添加するにしたがい、比抵抗が増加することにより、渦電流損が低下して鉄損が低下する。ただし、３質量％を超えると、Ｆｅの占積率が低下して磁束密度、透磁率が低下するため、ヒステリシス損が増加して鉄損は増加する傾向を示し、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量が３．５質量％を超えると、目標とする鉄損１０Ｗ／ｋｇより大きくなる。
（６）耐食性は、いずれの試料も全体組成中のＳｉ量の影響を受けず、良好である。

さらに、表３および表５より、使用環境温度が−４０℃から２００℃に変化したときの透磁率の変化（ばらつきの幅）は、２質量％のＳｉ添加により、半減していることがわかる。また、全体組成中のＳｉ量がさらに増加するにしたがい透磁率のばらつきの幅は小さくなることがわかる。よって、環境温度が磁気特性に及ぼす影響を小さくするためには２質量％以上のＳｉを添加することにより、変化の幅を１／２以下に抑制することができることが確認された。

表３〜５の試料番号１０および１１の試料を比較すると、両者はほぼ同じ全体組成であり、Ｓｉの添加方法によらず、同等の特性を示すことがわかる。よって、Ｆｅ合金粉末のみを用いてもよく、またＦｅ合金粉末にＳｉ粉末を添加してした混合粉末を用いてもよいことが確認された。

以上より、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量は、１．５〜３．５質量％の範囲で、摩耗量が小さく、かつ高い磁束密度および高い透磁率の直流磁気特性および低鉄損の交流磁気特性に優れた特性を示すことがわかった。また、Ｆｅ合金粉末中のＳｉ量が１．５質量％以上で使用環境温度が変化しても磁気特性のばらつきが少なくなることがわかった。またＦｅ合金粉末を単独で用いてもよいことがわかった。

実施例１の試料番号０５の試料で用いたＦｅ合金粉末に、表６に示すようにＳｉ粉末の添加量を変えた混合粉末を用意し、実施例１と同様の条件で試料番号１４〜２１の試料作製および評価を行った。その結果を、実施例１の試料番号０５の試料の結果とともに表７に示す。

表６および表７より、添加するＳｉ微粉末の添加量の影響は以下の通りであることがわかった。
（１）Ｓｉ微粉末の添加量が０．１質量％より増加するにしたがい硬さが向上し、摩耗量が低減する。
（２）密度はＳｉ添加量が増加するにつれ低下し、磁束密度は低下する傾向を示し、特にＳｉ微粉末添加量が３．５質量％を超える試料番号２１の試料では、磁束密度の低下が著しい。
（３）透磁率は、Ｓｉ微粉末の添加量が増加するにしたがい向上する傾向を示すが、Ｓｉ微粉末添加量が３．５質量％を超えると、逆に大きく低下する傾向を示す。
（４）比抵抗は、Ｓｉ微粉末の添加量が増加するにしたがい向上している。
（５）鉄損は、比抵抗の向上にともないＳｉ微粉末添加量が１．５質量％までは低下するものの、１．５質量％を超えると、磁束密度が低下するため鉄損は大きくなる傾向を示す。そして、Ｓｉ微粉末添加量が３．５質量％を超えると磁束密度が著しく低下するため、鉄損の増加が著しくなる。
（６）耐食性は、いずれの試料もＳｉ粉末の添加量の影響を受けず、良好である。

よって、Ｓｉ微粉末の添加量は０．１〜３．５質量％の範囲で、目標とする摩耗量、磁気特性および耐食性の全てを満足する結果が得られることがわかった。

表１の試料番号０５の試料で用いたＦｅ合金粉末に、表８に示す平均粒径が異なるＳｉ粉末を添加し混合した混合粉末を用意し、実施例１と同様の条件で試料番号２２〜２５の試料作製および評価を行った。その結果を、実施例１の試料番号０５の試料の結果とともに表９に示す。

表８および表９は、添加するＳｉ粉末の平均粒径の影響を調べたもので、これらの試料より次のことがわかる。
（１）平均粒径が細かいものほど硬さが増加して摩耗量が低減しているが、平均粒径が４５μｍを超える試料番号２５の試料は、摩耗量が５μｍを超えている。
（２）密度は、Ｓｉ粉末の平均粒径が２５μｍ以下では一定で、それを超えると低下する傾向を示すが、これはＳｉの粗大粒子が均一に拡散しないことに起因する。このため、磁束密度も同じく平均粒径が２５μｍ以下では一定で、それを超えると低下する傾向を示している。この磁束密度の低下は、Ｓｉ粉末の平均粒径が４５μｍを超えると著しく低下し、１．２Ｔを下回っている。
（３）透磁率は、Ｓｉ粉末の平均粒径が大きくなるにしたがい低下する傾向を示し、Ｓｉ粉末の平均粒径が４５μｍを超える試料番号２５の試料では、その値が著しく低下している。これもＳｉの粗大粒子が均一に拡散しないため、結晶粒の成長が不均一になることによるものである。
（４）比抵抗は、Ｓｉ粉末の平均粒径の影響をほとんど受けず、ほぼ一定の値を示す。
（５）鉄損は、渦電流損とヒステリシス損の和である。このため、Ｓｉ粉末が小さく均一に拡散する領域では結晶粒が均一に成長することにより高い透磁率が得られ、ヒステリシス損が低下して鉄損が低くなる。ただし、Ｓｉ粉末の平均粒径が大きくなるにしたがい透磁率が低下するので、ヒステリシス損が大きくなる。このため、これらの総和である鉄損は、Ｓｉ粉末の平均粒径が１０μｍで最小となり、Ｓｉ粉末の平均粒径が大きくなるにしたがい増加する傾向を示す。
（６）耐食性は、いずれの試料もＳｉ粉末の平均粒径の大きさの影響を受けず、良好である。

以上より、添加するＳｉ粉末の粒径は細かいものほどよいが、平均粒径が４５μｍを超えると、透磁率および磁束密度の低下が著しくなるとともに、耐摩耗性が低下し、鉄損の増加も著しいため、平均粒径が４５μｍ以下のＳｉ微粉末が好適であることがわかった。

実施例１の試料番号０５の試料における粉末の混合形態を、表１０に示す（Ｂ）〜（Ｄ）のようにして、Ｆｅ合金粉末の周囲にＳｉ微粉末を被覆させる方法を変え、試料２６〜２８を得た。なお、混合形態以外は、実施例１の試料番号０５の試料と同じ製造工程である。また、表１０の（Ａ）は、実施例１で行った単純な乾式混合である。
（Ｂ）Ｓｉ粉末をエタノール中に分散させた分散液中にＦｅ合金粉末を浸漬して流動させながらエタノールを揮発乾燥させた。
（Ｃ）Ｓｉ粉末をエタノール中に分散させた分散液をＦｅ合金粉末に噴霧しつつ流動させながらエタノールを揮発させて乾燥させた。
（Ｄ）上記（Ｃ）において、分散液中にバインダ成分として０．２５質量％のＰＶＰを添加したものを用いた。
以上の場合の特性の変化を、表１１に示す。

表１０および表１１によれば、（Ａ）の混合形態より（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の混合形態になるにしたがい、Ｓｉ微粉末の分散形態がより均一であるため、Ｓｉの拡散がより均一になり、そのため密度が増加して磁束密度の向上が認められる。また、Ｓｉのより均一な拡散により、結晶粒がより均一に成長するため透磁率が向上し、ヒステリシス損が低下して鉄損が低下することがわかる。

以上の実施例１〜４で検証したように、Ｓｉ微粉末は単純な乾式混合であっても十分な磁気特性向上の効果が得られるが、実施例５では、混合形態を湿式に変更することで、より一層の磁気特性の向上が果たせることが確認された。

上記の第１〜５実施例で用いたＦｅ合金粉末は、６００℃で焼鈍を施した粉末であるが、第１実施例の試料番号０５の原料粉末において、Ｆｅ合金粉末の焼鈍温度を表１２に示す温度に変更して試料番号２９〜３４の試料作製および評価を行った。その結果を、実施例１の試料番号０５の試料の結果とともに表１２に併せて示す。

表１２より、次のことがわかる。
（１）焼鈍温度が高いものほど、Ｆｅ合金粉末に蓄積した歪みが除去されて、圧縮性が向上する結果、成形体密度が向上し、このため焼結体密度が向上している。ただし、焼鈍温度が６００℃に満たない試料番号２９や３０の試料では、歪み除去の効果が乏しく、圧縮性が低くなって、十分な成形体密度が得られていないことがわかる。一方、焼鈍温度が８５０℃の試料番号３４の試料では、焼鈍温度が高くなりすぎた結果、Ｆｅ合金粉末どうしが拡散により結合してしまった。このため上記の試験は結合した粉末を機械的に破断させて用いたところ、Ｆｅ合金粉末に加工歪みが蓄積されて、圧縮性を却って損なう結果となって、成形体密度が低下し、焼結体密度が低下している。
（２）焼結体密度の向上にともない、硬さが増加するとともに摩耗量が低減されて、耐摩耗性が向上していることがわかる。ただし、焼鈍温度が６００℃に満たない試料番号２９や３０の試料では、焼結体密度が不十分で、硬さが低く、摩耗量が増加している。
（３）磁束密度および透磁率は、焼結体密度の向上にともない、焼鈍温度の高いものほど高い値を示している。
（４）比抵抗および鉄損は、Ｆｅ合金粉末の焼鈍温度の影響をほとんど受けず、ほぼ一定の値を示す。
（５）耐食性は、焼鈍温度が６００℃以上の試料ではいずれも良好であるが、焼鈍温度が低くなるにつれて、焼結体密度が低下する結果、耐食性が悪くなっている。

以上より、焼鈍温度は６００℃で十分な特性を示すが、焼鈍温度が高くなるにつれて、より一層の磁気特性、特に磁束密度の改善が行えることがわかった。ただし、焼鈍温度が８００℃を超えるとＦｅ合金粉末どうしが拡散により結合し、解砕の手間がかかるとともに、解砕しても加工歪みが粉末に与えられる結果、特性が却って悪くなることがわかった。また、焼鈍温度が５００℃以下ではＦｅ合金粉末の歪み除去が不十分で、特性が低下することとなることがわかった。

本発明の焼結軟磁性部材の製造方法によれば、Ｆｅ合金粉末中にＳｉが均一に拡散し、このため、合金成分の分布が均一となり、また、高価なＦｅ合金微粉末を用いないことに伴ってそのための造粒工程が不要になるので、安価に製造できること、および使用する環境温度に対して磁気特性が安定であることから、自動車用電子燃料噴射装置、油圧機器および各種工作機器のソレノイドバルブに用いられるプランジャや各種アクチュエータ等の、交流磁気特性とともに耐食性と強度を要求される部材に用いられる焼結軟磁性部材を好適に製造することができる。

Claims (6)

1. 平均粒径が７５〜１５０μｍのＣｒ：３〜７質量％、Ｓｉ：１．５〜３．５質量％および残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ合金粉末を、所望の形状に圧粉成形し、得られた成形体を焼結することを特徴とする焼結軟磁性部材の製造方法。
2. 平均粒径が１〜４５μｍのＳｉ粉末：０．１〜３．５質量％と、平均粒径が７５〜１５０μｍのＣｒ：３〜７質量％、Ｓｉ：１．５〜３．５質量％および残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ合金粉末とからなる混合粉末を、所望の形状に圧粉成形し、得られた成形体を焼結することを特徴とする焼結軟磁性部材の製造方法。
3. 前記Ｆｅ合金粉末が、６００〜８００℃で加熱焼鈍されていることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結軟磁性部材の製造方法。
4. 前記Ｓｉ粉末が前記Ｆｅ合金粉末表面にバインダを介して被覆されていることを特徴とする請求項２または３に記載の焼結軟磁性部材の製造方法。
5. 前記混合粉末が、水またはエタノール中に前記Ｓｉ粉末を分散させた分散液に前記Ｆｅ合金粉末を浸漬するか、もしくは前記分散液を前記Ｆｅ合金粉末に噴霧し、この後、乾燥させて得たものであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の焼結軟磁性部材の製造方法。
6. 前記分散液中に、前記混合粉末１００質量％に対し１質量％以下の結合剤をさらに添加することを特徴とする請求項５に記載の焼結軟磁性部材の製造方法。