JPH04235289A - 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
００００Ｇ以上であって、優れた耐食性を有する高耐食
性高飽和磁束密度材料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電磁軟鉄に着目した。しか
しながら、この電磁軟鉄は耐食性が著しく劣り、そのま
までは使用することができない。そこで、この電磁軟鉄
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２００００Ｇを確保で
きる限界のＣｒ量を添加してＦｅ−−７Ｃｒ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
たものの、Ｃｒ含有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ＳＵＳ３０４なみの耐食性を得
るための最低のＣｒを添加してＦｅ−２２Ｃｒ合金を得
た。しかし、この合金の飽和磁束密度は１６８００Ｇで
あって、耐食性は確保できるものの、所望の磁気特性が
得られない。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、
電磁軟鉄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Ｃｒめっき
層の改質処理を施すことにより重量比でＣｒ４０％以下
を含有するＦｅ−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】本発明の電磁軟鉄には、例えばＪＩＳ鋼Ｓ
ＵＹＢ０またはＳＵＹＢ１等を用いることができる。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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は電磁軟
鉄からなり、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Ｃｒ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。

【００１６】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に電磁軟鉄を用いるとともに
、ヨーク２２の根面板３０側の表面にＣｒめっきが施さ
れ高エネルギービームによるＣｒ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。この場合ヨーク２
２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。

【００１７】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。

【００１８】Ｃｒめっき層の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。

【００１９】

【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２００００Ｇ以上の電磁軟鉄を用いたので、
強力な磁気回路が構成され、より小さな部品で必要とす
る磁束がえられるので、メカトロニクス製品を小型軽量
化することができる。

【００２０】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−Ｃｒ合金層
が形成され、Ｃｒめっき層の密着性が向上し、１３Ｃｒ
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。

【００２１】

【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。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示したように、本発明例である合金
Ｎｏ．１および２は電磁軟鉄であって、飽和磁束密度は
２０６００〜２１６００Ｇ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。

【００２４】比較例である合金Ｎｏ．３はＳＵＳ３１６
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．
４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と電磁軟鉄に比べ劣っている。比
較例の合金Ｎｏ．５は１９Ｃｒ−２Ｍｏ鋼であって、耐
食性が４であってやや厳しい腐食環境で充分な耐食性を
有しているものの、飽和磁束密度が１６０００ＧとＮｏ
．４の合金に比べさらに低下している。比較例合金Ｎｏ
．６は純鉄に飽和磁束密度が２００００Ｇ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。比較合金Ｎｏ．７は純鉄の耐食性がＳＵＳ３
１６相当になるまでＣｒを添加して得られた合金である
が、飽和磁束密度が１６８００Ｇまでに低下している。

【００２５】（実施例２）実施例１で調製した発明例の
Ｎｏ．１〜２合金の表面に表２に示す厚さの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、ＹＡＧ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
。

【００２６】なお、比較例１としてＮｏ．１合金に２１
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．１合金にＰＶＤにて３４μｍのＣｒ層を被
覆したものを調製した。

【００２７】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０と極端に劣り、密着強度は３．３ｋｇ
ｆおよび２．５ｋｇｆ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
の優れた耐食性を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、１３４００〜１８６００Ｇ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．１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．１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．５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っており、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２００００Ｇ以上の電磁軟鉄を用いた
ので、強力な磁気回路が構成され、吸引力等において高
い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Ｃ
ｒめっきを施した後高エネルギービームによるめっき層
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、Ｃｒめっき層の密着性が向上し、１３
Ｃｒ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有することが可能にな
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 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】　　電磁軟鉄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Ｃｒめっき層の改質処理を施すことにより重量比
   でＣｒ４０％以下を含有するＦｅ−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。