JPH04235288A - 高耐食性高飽和磁束密度材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車産業、電気産業に
おけるメカトロニクス製品の高性能化、小型軽量化を可
能とし、腐食環境での使用に適し、特に各種電磁弁、歯
科用の義歯アタッチメントの高性能化に好適な高耐食性
高飽和磁束密度材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車等に搭載されるメカトロニ
クス製品のうち、優れた耐食性と高い飽和磁束密度を要
求される部品には、１３Ｃｒステンレス鋼あるいは１９
Ｃｒ−２Ｍｏステンレス鋼等の耐食軟磁性ステンレス鋼
が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】近年、自動車に搭載
される各種電磁弁に対しては、高性能化、小型軽量化等
の要請から、磁束密度の非常に高い材料が必要になって
きている。その理由は、材料の磁束密度が高いと、目的
とする磁束を得るのに小さな材料で済み同じ寸法で高出
力が得られるからである。また、自動車用各種電磁弁で
外気と接触する部分は、かなり厳しい腐食環境にさらさ
れると共に、塩害のある地域では、一層厳しい腐食環境
となるため、さらに耐食性に優れた材料が必要となる。

【０００４】さらに、軟磁性材料を適用した応用部品で
ある歯科用磁性アタッチメントは、歯に埋め込むために
、非常に小型化が要求され、かつ高い吸引力を必要とす
るため、非常に高い飽和磁束密度を有する材料が必要と
なる。その上、口腔という非常に厳しい腐食環境に曝さ
れるため、耐食性についても優れていることが必要であ
る。

【０００５】しかるに、従来から使用されている１３Ｃ
ｒステンレス鋼は、飽和磁束密度が１８０００Ｇであっ
て、磁気特性にやや劣り、腐食性の非常に強い環境では
、まだ耐食性が不十分である。また、１９Ｃｒ−２Ｍｏ
ステンレス鋼は、耐食性は１３Ｃｒステンレス鋼に比べ
て優れるものの、飽和磁束密度が１６０００Ｇとさらに
磁気特性に劣る。

【０００６】本発明は従来の電磁機器に使用される軟磁
性材料の磁気特性および耐食性が不十分であるという問
題点に鑑みてなされたものであって、飽和磁束密度が２
２０００Ｇ以上であって、優れた耐食性を有する高耐食
性高飽和磁束密度部品を提供することを目的とする。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】発明者等は、前記問題
点を解決するため、従来の耐食軟磁性ステンレス鋼より
も高い飽和磁束密度を有するパーメンジュール（Ｆｅ−
Ｃｏ合金）に着目した。しかしながら、この合金は耐食
性が劣り、そのままでは使用することができない。そこ
で、このＦｅ−Ｃｏ合金にＣｒを添加して耐食性の改善
を試みた。

【０００８】先ず、飽和磁束密度２２０００Ｇを確保で
きる限界のＣｒ量を添加してＦｅ−３５Ｃｏ−５Ｃｒ合
金を得た。しかし、この合金では必要な飽和磁束密度は
確保できるものの、Ｃｒ量が少ないため耐食性の向上が
充分でなかった。今度は逆にＳＵＳ３１６なみの耐食性
を得るための最低のＣｒを添加してＦｅ−２５Ｃｏ−２
５Ｃｒ合金を得た。しかし、この合金の飽和磁束密度は
１１０００Ｇであって、磁気特性が極端に低下すること
が明らかとなった。これらの結果より、耐食性と飽和磁
束密度は背反特性であり、冶金的合金開発手法では、前
記問題点を解決することが困難であることがわかった。

【０００９】そこで、発明者等は耐食性が表面状態に強
く依存することに着目し、軟磁性部品の腐食環境に曝さ
れる部位の表面にＣｒめっきを施すことを着想した。し
かし、単にＣｒめっきを施すだけでは、Ｃｒめっき層自
体が非磁性であるため部品の磁気特性を劣化させる場合
があるとともに、Ｃｒめっき層は地金との結合力が弱く
密着性に問題があり、長期間の使用に不安が残る。

【００１０】発明者等は、さらにＣｒめっき層の密着性
と磁気特性の改善について、鋭意研究を重ねた結果、高
エネルギービームによるめっき層の改質処理によりＣｒ
めっき層と地金を溶融混合し、表面に合金層を形成すれ
ば、Ｃｒめっき層の密着性が改善できるとともに合金化
により磁気特性も改善できて、軟磁性部品の飽和磁束密
度を劣化させることなく耐食性を付与することができる
ことを新たに知見して本発明を完成した。

【００１１】本発明の高耐食性高飽和磁束密度材料は、
重量比でＣｏ：１５〜７０％を含有するＦｅ−Ｃｏ合金
からなる材料の腐食環境に曝される部位にＣｒめっきを
施した後高エネルギービームによりＣｒめっき層の改質
処理を施すことにより、重量比でＣｒ３５％以下を含有
するＦｅ−Ｃｏ−Ｃｒ系合金からなる耐食性合金層を表
面に形成したことを要旨とする。

【００１２】本発明のＦｅ−Ｃｏ合金には、例えばＦｅ
−４９Ｃｏ−２Ｖ、Ｆｅ−５０Ｃｒ、Ｆｅ−３５Ｃｏ、
Ｆｅ−２７Ｃｏ、Ｆｅ−３５Ｃｏ−０．２Ｚｒ等を用い
ることができる。また、これらＦｅ−Ｃｏ合金に含有さ
れるＣ＋Ｎは０．０２％以下とすることが好ましい。さ
らに、必要に応じてＶ：０．３〜８％、Ｃｒ：０．３〜
４％、Ｂ：０．０１〜０．４％、Ｚｒ：０．００５〜０
．３０％、Ｓｉ：０．０３〜０．３％、Ｔｉ：０．００
５〜０．３０％、Ｎｂ：０．００５〜０．３０％、Ｔａ
：０．００５〜０．３０％、Ａｌ：０．０３〜０．３％
のうち１種または２種以上を含有させることができる。

【００１３】本発明のＦｅ−Ｃｏ合金において、Ｃｏ含
有量を１５〜７０％に限定したのは、Ｃｏ含有量が１５
％未満では充分な飽和磁束密度が得られないからであり
、Ｃｏ含有量が７０％を越えると、材質が硬くなり脆く
なって加工性が悪くなり却って磁気特性が劣化するから
である。

【００１４】部品の腐食環境に曝される部位に施される
Ｃｒめっき層の厚さおよび改質処理後の耐食性合金層の
厚さは、耐食性合金層に穴があき、合金層本来の役目を
果たさなくなることのない厚みを有することが必要であ
る。一方、厚過ぎると合金層の強度は向上するが、合金
層自体の磁気特性が地金部分に比べ劣るため、部品とし
ての性能が低下するので、耐食性合金層が磁気回路を遮
る場合は、必要な強度が得られる最低の厚さとすること
が最も好ましい。

【００１５】逆に耐食性合金層が磁気回路を遮らない場
合は、合金層の厚みが部品性能に影響しないので、特に
合金層を薄くする必要はない。従って、使用環境に応じ
た充分な厚みとすることが必要である。

【００１６】これを図１の本発明を適用した電磁弁の断
面図によって説明すると、コイル１０はヨーク１２に外
側を取り巻かれており、ヨーク１２の上端はコイル１０
の上部に挿入されたストッパ１４に接しており、ヨーク
１２の下端はコイル１０の下部に挿入されたシリンダ１
６に接しており、コイル１０の中心でシリンダ１６にシ
ャフトをガイドされた弁１８がスプリング１９によりス
トッパ１４側へ付勢され、コイル１０の通電による磁気
回路の発生により下方に作動する構造のものであるが、
ヨーク１２、ストッパ１４およびシリンダ１６はＦｅ−
Ｃｏ合金からなり、この３つの部品の外気にさらされる
部分にＣｒめっきが施され高エネルギービームによるＣ
ｒめっき層の改質処理により耐食性合金層２０が形成さ
れる。この場合磁気回路はコイル１０を取り囲む方向に
できるので、耐食性合金層２０は磁気回路を遮らない。

【００１７】また、図２は義歯アタッチメントの断面図
を示すが、歯根部に埋設される根面板３０に対して垂直
な一対のヨーク２２の間に希土類磁石の磁石体２４を配
置し、かつ該磁石体２４の下面に非磁性合金のスペーサ
２６を配置し、ヨーク２２とスペーサ２６の根面板側を
除いてキャップ２８で被冠したものであるが、本発明を
適用するには、ヨーク２２の根面板３０側の表面にＣｒ
めっきが施されレーザ溶融処理により耐食性合金層２０
が形成される。この場合ヨーク２２と根面板３０との間
で磁気回路が構成されるので、耐食性合金層２０は磁気
回路を遮ることとなる。従って、必要な耐食性を得られ
る最低限の厚さとして、合金層による磁束の乱れを小さ
く抑えることが必要である。

【００１８】Ｃｒめっき層の表面改質処理に用いられる
高エネルギービームは、パルス型レーザまたは連続型レ
ーザ、電子ビームのいずれでも使用することができる。 パルスレーザとしては例えばルビー、ガラス、ＹＡＧレ
ーザ等がを用いられ、連続発光レーザとしては例えばＣ
Ｏ２　、エキシマレーザ等が用いられる。

【００１９】表面改質処理によって形成される耐食性合
金層のＣｒ含有量は、Ｃｒめっき層の厚さと改質処理深
さによって決まってくる。両者を適切な値にすることに
よって、使用環境に応じた耐食性を確保することができ
る。Ｃｒ含有量が増加すると耐食性は向上するが、飽和
磁束密度が低下するので、必要以上にＣｒを含有させな
いようＣｒめっき層の厚さ、改質処理深さを決定する必
要がある。

【００２０】

【作用】本発明の高耐食性高飽和磁束密度材料は、飽和
磁束密度が２２０００Ｇ以上のＦｅ−Ｃｏ合金を用いた
ので、強力な磁気回路が構成され、高出力を得られるか
もしくはより小さな部品で必要とする磁束が得られるの
で、部品を小型軽量化することができる。

【００２１】また、部品の腐食環境に曝される部位にＣ
ｒめっきを施した後高エネルギービームによるＣｒめっ
き層の改質処理を施すことにより、めっき層と地金表面
とを合金化したので、耐食性に優れたＦｅ−Ｃｏ−Ｃｒ
合金層が形成され、Ｃｒめっき層の密着性が向上し、１
３Ｃｒステンレス鋼以上の優れた耐食性を確保すること
ができる。また、ごく表面のみの改質なので、非常に高
い飽和磁束密度を保持することができる。さらに合金化
により、Ｃｒめっき層の磁気特性が改善されたので、単
に表面をめっきしただけのものと比較して、優れた飽和
磁束密度が得られ、メカトロニクス製品の高性能化、小
型軽量化が可能となる。

【００２２】

【実施例】（実施例１）表１に示す化学成分を有する発
明例および比較例の軟磁性材料を溶製し、試験片を調製
した後、耐食性および飽和磁束密度を測定した。耐食性
はＪＩＳＺ２３７１の塩水噴霧試験法に準拠して実施し
た。また、磁束密度は外部磁場１５ｋＯｅにおいて、５
ｍｍφ×１ｍｍの試験片について、振動型磁化測定器に
て測定した。得られた結果は表１に併せて示した。なお
、耐食性の評価は５段階で、５：発錆しなかったもの、
４：０〜５％が発錆したもの、３：５〜２５％が発錆し
たもの、２：２５〜５０％が発錆したもの、１：５０％
以上が発錆したものであって、５がＳＵＳ３１６相当、
４がＳＵＳ３０４相当、３が１３Ｃｒステンレス鋼相当
の耐食性を示すものである。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に示したように、本発明例である合金
Ｎｏ．１〜１０はＣｏ：１５〜７０％を含有するＦｅ−
Ｃｏ合金であって、飽和磁束密度は２２４００〜２４５
００Ｇと磁気特性に優れているものの、耐食性の評価は
１であって、耐食性が極端に劣る。

【００２５】比較例である合金Ｎｏ．１１はＳＵＳ３１
６相当のオーステナイト系ステンレスであって、耐食性
は５で優れているが飽和磁束密度は０である。合金Ｎｏ
．１２は１３Ｃｒステンレス鋼であって、あまり厳しく
ない腐食環境であれば、充分な耐食性を有しているが、
飽和磁束密度が１８０００ＧとＦｅ−Ｃｏ合金に比べて
劣っている。比較例の合金Ｎｏ．１３は１９Ｃｒ−２Ｍ
ｏ鋼であって、耐食性が４であってやや厳しい腐食環境
であれば充分な耐食性を有しているものの、磁束密度が
１６０００ＧとＮｏ．１２の合金に比べさらに低下して
いる。比較例合金Ｎｏ．１４はＦｅ−Ｃｏ合金の飽和磁
束密度が２２０００Ｇに保持できる限度までＣｒを添加
したものであるが、耐食性の評価は１であり、Ｃｒ含有
による耐食性の改善効果が殆ど現れていない。比較例合
金Ｎｏ．１５はＦｅ−Ｃｏ合金の耐食性がＳＵＳ３１６
相当になるまでＣｒを添加して得られた合金であるが、
磁束密度が１１０００Ｇと大きく低下している。

【００２６】（実施例２）実施例１で調製した発明例の
１〜１０合金の表面に表２に示す厚さのＣｒめっきを施
した後レーザ溶融処理を施して表２に示す厚さの耐食性
合金層を形成した。なお、高エネルギービームとしてＹ
ＡＧレーザを用い、レーザを１本もしくは２本から１０
本に分岐し、電圧、パルス幅、パルス回数、試料の送り
速度、デフォーカス、シールドガス量を最適化した上で
処理した。耐食性合金層の化学成分を分析したところ、
表２に示すような結果を得た。

【００２７】なお、比較例１としてＮｏ．１合金に５０
μｍのＣｒめっきを施しただけのもの、および比較例２
としてＮｏ．６合金にＰＶＤにて２０μｍのＣｒ層を被
覆したものを調製した。

【００２８】次いで、発明例の耐食性合金層および比較
例のＣｒ層の耐食性、飽和磁束密度および密着性につい
て測定した。耐食性および飽和磁束密度の測定は実施例
１と同じ方法により行った。また、密着性は、耐食性合
金層の表面にＮｉめっきを施し、Ｃｕ−Ｎｉ製のリード
ピンをＮｉめっきを介して半田溶接し、引張試験機にて
耐食性合金層のの破断強度を求めることにより評価した
。得られた結果は表２に併せて示した。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、比較例１および
２の耐食性の評価は５であって、非常に優れていたが、
飽和磁束密度は０Ｇと極端に劣り、密着強度は２．３ｋ
ｇｆおよび０．１ｋｇｆでそれぞれ破断した。

【００３０】これに対して、本発明例は耐食性の評価は
３〜５であって、特に評価５が半数以上を占め、Ｃｒめ
っき層の改質処理条件の最適化により、ＳＵＳ３１６相
当の優れた耐食性が得ることが可能なことが確認された
。飽和磁束密度については、７５００〜１３９００Ｇで
あって、Ｃｒめっき層の０Ｇに比べ遙に優れた磁気特性
の得られていることが判明した。密着性については、い
ずれも５ｋｇｆ（５ｋｇｆで半田が破壊する）以上であ
って、すぐれた密着強度が得られていることが確認され
た。

【００３１】（実施例３）義歯アタッチメント等の高い
吸引力を必要とする製品に本発明を適用した場合の効果
を確認するため、図４に示すようにＳｍ２　Ｃｏ１７系
の希土類磁石２４に、表１のＮｏ．３合金３２にＣｒめ
っきを施し、３０μｍの耐食性合金層２０を形成させた
ものを近づけて、ギャップと吸引力の関係を測定した。 また、比較のために同じＮｏ．３合金用いＣｒめっきだ
けを施した比較例３、および表１のＮｏ．１３合金を用
いた比較例４を調製し、同様の測定を行い、図３に示し
たような結果を得た。

【００３２】図３に示したように、軟磁性ステンレス鋼
からなる比較例４は吸引力が最も劣った。また、比較例
３は本発明例よりも吸引力が劣り、本発明によればヨー
クの表面に単にＣｒめっきを施しただけのものに比べ、
Ｃｒめっき層の改質処理により表面の耐食合金層の磁気
特性を改善した結果、より高い吸引力の得られることが
確認された。

【００３３】

【発明の効果】本発明の高耐食性高飽和磁束密度材料は
、飽和磁束密度が２２０００Ｇ以上のＦｅ−Ｃｏ合金を
用いたので、強力な磁気回路が構成され、高出力を発生
することができ、部品を小型軽量化することができる。 また、部品の腐食環境に曝される部位にＣｒめっきを施
した後高エネルギービームによる改質処理を施すことに
より、めっき層と地金表面とを合金化したので、Ｃｒめ
っき層の密着性が向上し、１３Ｃｒステンレス鋼相当以
上の耐食性を確保することができ、さらに合金化により
、Ｃｒめっき層の磁気特性が改善されたので、単に表面
をめっきしただけのものと比較して、小型の部品で同等
の性能を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電磁弁の断面図である。

【図２】本発明を適用した義歯アタッチメントの断面図
である。

【図３】本発明例および比較例のギャップと吸引力との
関係を示す線図である。

【図４】実施例で用いた磁気吸引力の試験片の断面図で
ある。

【符号の説明】

１０　　コイル １２　　ヨーク １４　　ストッパ １６　　シリンダ １８　　弁 １９　　スプリング ２０　　耐食性合金層 ２２　　ヨーク ２４　　磁石体 ２６　　スペーサ ２８　　キャップ ３０　　根面板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量比でＣｏ：１５〜７０％を含有す
   るＦｅ−Ｃｏ合金からなる部品の腐食環境に曝される部
   位にＣｒめっきを施した後高エネルギービームによりＣ
   ｒめっき層の改質処理を施すことにより重量比でＣｒ３
   ５％以下を含有するＦｅ−Ｃｏ−Ｃｒ合金からなる耐食
   性合金層を表面に形成したことを特徴とする高耐食性高
   飽和磁束密度材料。