KR102272158B1 - 연자성 금속 분말 및 자성 부품 - Google Patents

Abstract

[과제] 양호한 연자기 특성, 즉 낮은 보자력 Hcj 및 높은 포화 자속 밀도 Bs를 갖고, 또한, 분말 저항률이 높으며 절연성이 높은 연자성 금속 분말을 얻는다.
[해결 수단] Fe를 포함하는 연자성 금속 분말이다. 연자성 금속 분말이, 연자성 금속부와, 연자성 금속부를 덮는 피복부로 이루어지는 입자를 갖는다. 피복부가, 제1 피복부 및 제2 피복부를 갖는다. 제1 피복부가 제2 피복부보다 연자성 금속부에 가깝다. 제1 피복부 및 제2 피복부가 주성분으로서 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 산화물을 갖는다. 제1 피복부가 비정질을 포함하고, 제2 피복부가 결정을 포함하며, 제2 피복부는 제1 피복부보다 결정의 함유 비율이 높다.

Description

연자성 금속 분말 및 자성 부품{SOFT MAGNETIC METAL POWDER AND MAGNETIC DEVICE}

본 발명은, 연자성 금속 분말 및 자성 부품에 관한 것이다.

특허문헌 1에는 Fe-B-M계의 연자성 비정질 합금이 기재되어 있다. 당해 연자성 비정질 합금은, Fe기 아몰퍼스 합금과 비교하여 높은 포화 자속 밀도를 갖는 등, 양호한 연자기 특성을 갖는다.

특허문헌 2에는 자성 금속 입자의 표면에 배치되어 Si 및 O를 포함하는 제1 절연층과, 제1 절연층 상에 배치되어 P를 포함하는 제2 절연층을 갖는 것이 기재되어 있다. 당해 자성 금속 입자를 갖는 자성 분말은 높은 절연성을 갖는다.

일본국 특허 제3342767호 공보 일본국 특허공개 2017-34228호 공보

현재에서는, 양호한 연자기 특성, 즉 낮은 보자력 Hcj 및 높은 포화 자속 밀도 Bs를 갖고, 또한, 분말 저항률이 높으며 절연성이 높은 연자성 금속 분말이 요구되고 있다.

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어지며, 양호한 연자기 특성을 갖고, 또한, 분말 저항률이 높은 연자성 금속 분말을 얻는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르는 연자성 금속 분말은,

Fe를 포함하는 연자성 금속 분말로서,

상기 연자성 금속 분말이, 연자성 금속부와, 상기 연자성 금속부를 덮는 피복부로 이루어지는 입자를 갖고,

상기 피복부가, 제1 피복부 및 제2 피복부를 가지며,

상기 제1 피복부가 상기 제2 피복부보다 상기 연자성 금속부에 가깝고,

상기 제1 피복부 및 상기 제2 피복부가 주성분으로서 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 가지며,

상기 제1 피복부가 비정질을 포함하고, 상기 제2 피복부가 결정을 포함하며,

상기 제2 피복부는 상기 제1 피복부보다 결정의 함유 비율이 높은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 연자성 금속 분말은, 상기의 특징을 가짐으로써, 양호한 연자기 특성을 가지면서 분말 저항률이 향상한다.

상기 연자성 금속 분말이 B를 포함해도 되고,

상기 연자성 금속부에 있어서의 B의 농도의 평균값을 B_A, 상기 제1 피복부 및 상기 제2 피복부에 있어서의 B의 농도의 평균값을 B_B로 하여,

0.5≤B_B/B_A≤10을 만족해도 된다.

상기 연자성 금속부가 비정질을 포함해도 된다.

상기 연자성 금속부가 나노 결정을 포함해도 된다.

상기 제1 피복부에 있어서의 두께의 평균값을 D₁, 상기 제2 피복부에 있어서의 두께의 평균값을 D₂로 하여, 0.2≤D₂/D₁≤8.0을 만족해도 된다.

상기 연자성 금속 분말이 Si를 포함해도 되고,

상기 연자성 금속부에 있어서의 Si의 농도의 평균값을 Si_A, 상기 제1 피복부 및 상기 제2 피복부에 있어서의 Si의 농도의 평균값을 Si_B로 하여,

0.5≤Si_B/Si_A≤50을 만족해도 된다.

상기 피복부가, 상기 제2 피복부의 외측에 제3 피복부를 가져도 된다.

본 발명에 따르는 자성 부품은 상기의 연자성 금속 분말을 포함한다.

도 1은 입자의 표면 근방에 있어서의 단면 모식도이다.
도 2는 X선 결정 구조 해석에 의해 얻어지는 차트의 일례이다.
도 3은 도 2의 차트를 프로파일 피팅함으로써 얻어지는 패턴의 일례이다.
도 4는 금속 분말 제조 장치의 모식도이다.
도 5a는 열처리 전의 입자의 투과형 전자 현미경(Transmission Electron Microscopy：TEM) 상이다.
도 5b는 열처리 전의 입자의 환상 암시야 주사 투과 전자 현미경(High Angle Annular Dark Field Scanning Transmission Electron Microscopy：HAADF-STEM) 상이다.
도 5c는 열처리 전의 입자의 O 매핑 화상이다.
도 5d는 열처리 전의 입자의 Si 매핑 화상이다.
도 5e는 열처리 전의 입자의 Fe 매핑 화상이다.
도 5f는 열처리 전의 입자의 B 매핑 화상이다.
도 6a는 열처리 후의 입자의 TEM상이다.
도 6b는 열처리 후의 입자의 HAADF-STEM상이다.
도 6c는 열처리 후의 입자의 O 매핑 화상이다.
도 6d는 열처리 후의 입자의 Si 매핑 화상이다.
도 6e는 열처리 후의 입자의 Fe 매핑 화상이다.
도 6f는 열처리 후의 입자의 B 매핑 화상이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.

(입자(1)의 구조)

본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말이, 표면 근방이 도 1에 도시한 구조인 입자(1)를 갖는다. 즉, 본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말이, 연자성 금속부(11)와, 연자성 금속부(11)를 덮는 피복부(13)로 이루어지는 입자(1)를 갖는다. 또한, 피복부(13)가, 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)를 갖고, 제1 피복부(13a)가 제2 피복부(13b)보다 연자성 금속부(11)에 가깝다.

피복부(13)가 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)를 갖는 것을 확인하는 방법에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이 TEM 및 전자 에너지 손실 분광법(Electron Energy Loss Spectroscopy：EELS)을 이용하여 확인하는 방법이 있다.

본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말에 있어서의 입자(1)의 평균 입자경에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 0.1μm 이상 100μm 이하여도 된다. 또, 제1 피복부(13a)의 두께의 평균값(D₁)은 0.5nm 이상 20nm 이하여도 되고, 제2 피복부(13b)의 두께의 평균값(D₂)은 0.5nm 이상 20nm 이하여도 된다.

0.2≤D₂/D₁≤8.0을 만족해도 되고, 0.4≤D₂/D₁≤6.0을 만족해도 된다. D₂/D₁이 상기의 범위 내임으로써, 내전압 특성과 투자율의 양립이 가능해지는 경향이 있다. 또한, D₁, D₂의 산출 방법에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, TEM, TEM상의 고속 푸리에 변환 처리(Fast Fourier Transform：FFT), EELS 등을 이용하여 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)의 범위를 결정하고, 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)에 대해 각각 적어도 50개소에서 두께를 측정하여, 평균냄으로써 산출할 수 있다.

제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)는 주성분으로서 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 갖는다. 구체적으로는, 제1 피복부(13a) 전체에 대한 상기 산화물의 함유량이 70질량% 이상이며, 제2 피복부(13b) 전체에 대한 상기 산화물의 함유량이 70질량% 이상이다. 피복부(13)는 연자성 금속부(11)의 표면의 전체를 피복하고 있지 않아도 되고, 연자성 금속부(11)의 표면 전체의 60% 이상을 피복하고 있으면 된다.

또한, 피복부(13)가 제2 피복부(13b)의 외측에 제3 피복부(도시 생략)를 갖고 있어도 된다.

제3 피복부의 두께에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어 제3 피복부의 두께의 평균값(D₃)을 5nm 이상 100nm 이하로 해도 된다.

제3 피복부의 재질에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 본 기술 분야에 있어서 일반적으로 이용되고 있는 절연 코팅을 이용해도 된다. 구체적으로는, 제3 피복부가 SiO₂ 유리 피막이나 인산염 유리 피막이어도 된다. 또한, 제3 피복부가 서로 다른 종류의 재질로 이루어지는 2층 이상의 층으로 되어 있어도 된다.

입자(1)가 제3 피복부를 가짐으로써, 입자(1)를 갖는 연자성 금속 분말의 분말 저항률이 높아진다.

본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말에 포함되는 모든 입자가 상기의 입자(1)의 구조를 갖지 않아도 된다. 그러나, 연자성 금속 분말에 포함되는 모든 입자에 대해서 개수 기준으로 50% 이상의 입자가 상기의 입자(1)의 구조를 갖고 있어도 된다.

(연자성 금속부(11)의 미세 구조)

연자성 금속부(11)의 미세 구조는 임의이다. 예를 들어, 연자성 금속부(11)가 비정질로 이루어지는 구조를 갖고 있어도 되고, 나노 결정으로 이루어지는 구조를 갖고 있어도 된다. 입자(1)의 연자성 금속부(11)가 상기의 미세 구조를 갖는 경우에는, 나노 결정보다 큰 결정을 갖는 경우와 비교하여, Hcj를 저하시킬 수 있고 연자기 특성을 향상시킬 수 있다. 또, 나노 결정이란, 예를 들어 결정 입경이 0.1nm 이상 100nm 이하의 결정이다. 나노 결정을 포함하는 입자에 있어서는, 1입자에 다수의 나노 결정이 포함되어 있는 것이 통상이다. 즉, 입자의 입자경과 결정 입경은 다르다.

연자성 금속부(11)의 미세 구조를 확인하는 방법에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, XRD에 의해 확인할 수 있다. 하기 방법에서는, 피복부(13)의 미세 구조와는 관계없이 연자성 금속부(11)의 미세 구조를 확인할 수 있다. 피복부(13)의 존재 비율은 연자성 금속부(11)의 존재 비율보다 작고, 피복부(13)의 미세 구조는 XRD에 의한 측정 결과에 반영되지 않기 때문이다.

본 실시 형태에 있어서, 하기 식 (1)로 표시하는 비정질화율(X)이 85% 이상인 연자성 금속 분말에 포함되는 연자성 금속부(11)는 비정질로 이루어지는 구조를 갖고, 비정질화율(X)이 85% 미만인 연자성 합금 분말에 포함되는 연자성 금속부(11)는 결정으로 이루어지는 구조를 갖는다고 한다.

X=100-(Ic/(Ic＋Ia)×100) …(1)

Ic：결정성 산란 적분 강도

Ia：비정성 산란 적분 강도

비정질화율(X)은, 연자성 합금 분말에 대해서 XRD에 의해 X선 결정 구조 해석을 실시하고, 상의 동정을 행하며, 결정화한 Fe 또는 화합물의 피크(Ic：결정성 산란 적분 강도, Ia：비정성 산란 적분 강도)를 판독하여, 그 피크 강도로부터 결정화율을 계산하고, 상기 식 (1)에 의해 산출한다. 이하, 산출 방법을 더 구체적으로 설명한다.

본 실시 형태에 따르는 연자성 합금 분말에 대해 XRD에 의해 X선 결정 구조 해석을 행하고, 도 2에 도시한 차트를 얻는다. 이것을, 하기 식 (2)의 로렌츠 함수를 이용하여, 프로파일 피팅을 행하고, 도 3에 도시한 결정성 산란 적분 강도를 나타내는 결정 성분 패턴(α_c), 비정성 산란 적분 강도를 나타내는 비정 성분 패턴(α_a), 및 그들을 합친 패턴(α_{c ＋a})을 얻는다. 얻어진 패턴의 결정성 산란 적분 강도 및 비정성 산란 적분 강도로부터, 상기 식 (1)에 의해 비정질화율(X)을 구한다. 또한, 측정 범위는, 비정질 유래의 헤일로를 확인할 수 있는 회절각 2θ=30°~60°의 범위로 한다. 이 범위에서, XRD에 의한 실측의 적분 강도와 로렌츠 함수를 이용하여 산출한 적분 강도의 오차가 1% 이내가 되도록 했다.

이하, 나노 결정에 대해 더 상세하게 설명한다.

본 실시 형태의 연자성 금속부(11)에 포함되는 나노 결정은, Fe기 나노 결정이어도 된다. Fe기 나노 결정이란, 입경이 나노 오더이며, Fe의 결정 구조가 bcc(체심 입방 격자 구조)인 결정이다. Fe기 나노 결정의 평균 결정 입경의 산출 방법에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어 TEM을 이용하여 관찰함으로써 산출할 수 있다. 또, 결정 구조가 bcc인 것을 확인하는 방법에도 특별히 제한은 없다. 예를 들어 XRD를 이용하여 확인할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, Fe기 나노 결정은 평균 결정 입경이 5~30nm여도 된다. 이러한 Fe기 나노 결정을 포함하는 연자성 금속 분말은, Bs가 높아지기 쉽고, Hcj가 낮아지기 쉽다. 즉, 연자기 특성이 향상하기 쉽다.

(피복부(13)의 미세 구조)

본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말에 포함되는 입자(1)의 피복부(13)에서는, 제1 피복부(13a)가 비정질을 포함하고, 제2 피복부(13b)가 결정을 포함하는 미세 구조로 되어 있다. 그리고, 제2 피복부(13b)는 제1 피복부(13a)보다 결정의 함유 비율이 높다.

입자(1)의 피복부(13)가 상기의 미세 구조를 가짐으로써, 연자성 금속 분말은 양호한 연자기 특성을 가지면서 분말 저항률을 향상시킬 수 있다. 그리고, 본 실시 형태의 연자성 금속 분말을 이용함으로써 전기 저항이 높은 압분체를 얻기 쉬워진다.

제1 피복부(13a)는 실질적으로 비정질만으로 이루어지는 것이 바람직하다. 제1 피복부(13a)가 실질적으로 비정질만으로 이루어짐으로써, 또한 저항이 높은 압분체를 얻기 쉬워진다. 또한, 제1 피복부(13a)가 실질적으로 비정질만으로 이루어진다는 것은, FFT로 제1 피복부(13a)로부터 결정성의 스폿이 관찰되지 않는 것을 가리킨다.

제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)의 미세 구조를 확인하는 방법에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 각 피복부에 대해서 FFT를 이용함으로써, 각 피복부에 결정이 실질적으로 포함되는지의 여부를 확인할 수 있고, 각 피복부에 있어서의 상대적인 결정의 함유 비율을 확인할 수 있다.

(입자(1)의 조성)

입자(1)의 조성에 대해서는, Fe를 포함하는 점 이외에는, 특별히 제한은 없다. 입자(1)가 Fe를 포함함으로써, 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)에 Fe를 포함하는 산화물을 포함시키기 쉬워진다. 또, 입자(1)가 Fe 및 B를 포함함으로써, 제1 피복부 및 제2 피복부의 결정성을 제어하기 쉬워진다. 또한, 입자(1)가 Si를 포함함으로써, 연자성 금속 분말의 연자기 특성을 향상시키기 쉬워진다. 구체적으로는, 낮은 Hcj 및 높은 Bs를 갖는 연자성 금속 분말이 되기 쉬워진다.

또, 연자성 금속부(11)가 Fe기 나노 결정으로 이루어지는 구조를 갖는 경우에는, 입자(1)는 예를 들어 조성식 (Fe_{(1－(α＋β))}X1_αX2_β)_{(1－(a＋b＋c＋d＋e＋f))}M_aB_bP_cSi_dC_eS_f로 이루어지는 주성분을 갖고 있어도 되고,

X1은 Co 및 Ni로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상,

X2는 Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Cu, Cr, Bi, N, O 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상,

M은 Nb, Hf, Zr, Ta, Mo, W, Ti 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상이며,

0.0≤a≤0.140

0.0≤b≤0.20

0.0≤c≤0.20

0≤d≤0.14

0≤e≤0.20

0≤f≤0.02

0.7≤1-(a＋b＋c＋d＋e＋f)≤0.93

α≥0

β≥0

0≤α＋β≤0.50

여도 된다.

상기의 조성을 갖는 연자성 금속 분말을 열처리하는 경우에는, 연자성 금속부(11)에 Fe기 나노 결정을 석출하기 쉽다. 바꿔 말하면, 상기의 조성을 갖는 연자성 금속 분말은, Fe기 나노 결정을 석출시킨 연자성 금속부(11)를 포함하는 입자(1)를 갖는 연자성 합금 분말의 출발 원료로 하기 쉽다. 또, 입자(1) 전체에서 차지하는 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)의 존재 비율은 작기 때문에, 입자(1)의 조성과 연자성 금속부(11)의 조성은 대체로 일치한다.

열처리에 의해 연자성 금속부(11)에 Fe기 나노 결정을 석출시키는 경우에는, 열처리 전의 연자성 금속부(11)는 비정질만으로 이루어지는 구조를 갖고 있어도 되고, 초기 미결정이 비정질 중에 존재하는 나노 헤테로 구조를 갖고 있어도 된다. 또한, 초기 미결정은 평균 입경이 0.3nm 이상 10nm 이하여도 된다. 또, 연자성 금속부(11)가 비정질만으로 이루어지는 구조나 나노 헤테로 구조를 갖는 경우에는, 상기한 비정질화율(X)이 85% 이상이다.

(피복부(13)의 조성)

피복부(13)의 조성은 임의이다. 피복부(13)가 B를 포함하고 있어도 된다. 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)에 주성분으로서 B를 포함하는 산화물을 포함시키기 쉽기 때문이다. 또, 연자성 금속부(11)에 있어서의 B의 농도의 평균값을 B_A, 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)에 있어서의 B의 농도의 평균값을 B_B로 하여, 0.5≤B_B/B_A≤10을 만족하고 있어도 되고, 1.0≤B_B/B_A≤5.5를 만족하는 것이 바람직하다. B_B/B_A가 상기의 범위 내인 경우에는, 분말 저항률이 향상하기 쉬워진다.

또, 피복부(13)가 제3 피복부를 갖는 경우에는, 1.0≤B_B/B_A≤3.0을 만족하는 것이 바람직하다. 1.0≤B_B/B_A≤3.0을 만족함으로써, 제3 피복부의 젖음성이 좋아지고, 연자성 금속 분말의 분말 저항률이 높아진다.

또한, B_A 및 B_B의 측정 방법에는 특별히 한정은 없다. 예를 들어, EDX를 이용하여 측정할 수 있다. B_A는, 예를 들어 연자성 금속부(11) 중 적어도 20점에 대해 B의 농도를 측정하여 평균냄으로써 산출한다. 연자성 금속부(11)에 있어서의 B의 농도를 측정하는 경우에는, 피복부(13)로부터의 거리가 10nm 이상인 부분에 대해 B의 농도를 측정한다.

B_B는, 예를 들어 이하의 방법으로 측정한다. 우선, 제1 피복부(13a) 중 적어도 20점에 대해 B의 농도를 측정하고, 평균내어 제1 피복부(13a)에 있어서의 B의 농도의 평균값(B_Ba)을 산출한다. 다음으로, 제2 피복부(13b) 중 적어도 20점에 대해 B의 농도를 측정하고, 평균내어 제2 피복부(13b)에 있어서의 B의 농도의 평균값(B_Bb)을 산출한다. 그리고, D₁＋D₂=D로 하여, B_B=(B_Ba×D₁/D)＋(B_Bb×D₂/D)로 산출한다.

피복부(13)가 Si를 포함하고 있어도 된다. 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)에 주성분으로서 Si를 포함하는 산화물을 포함시키기 쉬워진다. 또, 연자성 금속부(11)에 있어서의 Si의 농도의 평균값을 Si_A, 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)에 있어서의 Si의 농도의 평균값을 Si_B로 하여, 0.5≤Si_B/Si_A≤50을 만족하고 있어도 되고, 0.8≤Si_B/Si_A≤19.2를 만족하는 것이 바람직하다. Si_B/Si_A가 상기의 범위 내인 경우에는, 분말 저항률이 향상하기 쉬워진다.

또한, Si_A 및 Si_B의 측정 방법에는 특별히 한정은 없다. 상기의 B_A 및 B_B와 같은 측정 방법으로 측정해도 된다.

1.0≤B_B/B_A≤5.5와 0.8≤Si_B/Si_A≤19.2를 양쪽 모두 만족함으로써 또한 분말 저항률이 향상하기 쉬워진다.

(연자성 금속 분말의 제조 방법)

본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말의 제조 방법을 이하에 개시하는데, 연자성 금속 분말의 제조 방법은 하기 방법에 한정되지 않는다.

본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말은 예를 들어 가스 아토마이즈법에 의해 제작할 수 있다. 특히, 도 4에 기재한 금속 분말 제조 장치(100)를 이용한 가스 아토마이즈법에 의해 연자성 금속 분말을 제작함으로써, 얻어지는 연자성 금속 분말이 상기 서술한 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)를 갖는 입자(1)를 갖게 된다.

도 4에 도시한 금속 분말 제조 장치(100)는, 용융 금속(21)을 가스 아토마이즈법에 의해 분말화하고, 상기의 입자(1)를 얻기 위한 장치이다. 금속 분말 제조 장치(100)는, 용융 금속 공급부(20)와, 용융 금속 공급부(20)의 연직 방향의 하방에 배치되어 있는 냉각부(30)를 갖는다. 도 4에 있어서의 연직 방향은, Z축을 따르는 방향이다.

용융 금속 공급부(20)는, 용융 금속(21)을 수용하는 내열성 용기(22)를 갖는다. 내열성 용기(22)의 외주에는, 가열용 코일(24)이 배치되어 있고, 용기(22)의 내부에 수용되어 있는 용융 금속(21)을 가열하여 용융 상태로 유지하게 되어 있다. 용기(22)의 저부에는, 토출구가 형성되어 있고, 그곳으로부터, 냉각부(30)를 구성하는 통체(32)의 내면(33)을 향해서, 용융 금속(21)이 적하 용융 금속(21a)으로서 토출되게 되어 있다.

용기(22)의 외저벽의 외측부에는, 토출구를 둘러싸도록, 가스 분사 노즐(26)이 배치되어 있다. 가스 분사 노즐(26)에는, 가스 분사구가 구비되어 있다. 가스 분사구로부터는, 토출구로부터 토출된 적하 용융 금속(21a)을 향해서 고압 가스(예를 들어 분사압 3MPa 이상 10MPa 이하의 가스)가 분사된다. 고압 가스는, 토출구(23)로부터 토출된 용융 금속의 주위 전체 둘레로부터 비스듬하게 아래 방향을 향해서 분사되고, 적하 용융 금속(21a)은, 다수의 용적이 되어, 가스의 흐름을 따라서 통체(32)의 내면을 향해서 운반된다.

용융 금속(21)의 조성은 최종적으로 얻어지는 입자(1)의 연자성 금속부(11)의 조성과 동일한 조성으로 한다. 용융 금속(21)의 조성을 상기의 조성으로 하는 경우에는, 단시간의 분위기 중의 산소와의 접촉에 의해, 입자(1)의 표면이 용이하게 산화된다. 그 결과, 입자(1)에 피복부(13)가 형성된다. 즉, 분위기 중의 산소 농도를 제어함으로써, 피복부(13)의 두께를 제어할 수 있다. 금속 분말 제조 장치(100)는, 상기 서술한 바와 같이 가스 분사 노즐(26)의 가스 분사구로부터 분사하는 가스로서 불활성 가스를 이용함으로써, 산화하기 쉬운 용융 금속(21)이어도 용이하게 분말화할 수 있다.

가스 분사구로부터 분사되는 가스로는, 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스, 혹은 암모니아 분해 가스 등의 환원성 가스가 바람직하다. 또, 용융 금속(21)의 산화의 용이성에 의해서는 공기여도 된다.

본 실시 형태에서는, 통체(32)의 축심(O)은, 연직선(Z)에 대해서 소정 각도(θ1)로 경사져 있다. 소정 각도(θ1)로는, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는, 0~45도이다. 이러한 각도 범위로 함으로써, 토출구로부터의 적하 용융 금속(21a)을, 통체(32)의 내부에서 역원뿔형으로 형성되어 있는 냉각액 흐름(50)을 향해서 토출시키기 쉬워진다.

역원뿔형의 냉각액 흐름(50)에 토출된 적하 용융 금속(21a)은, 냉각액 흐름(50)에 충돌하고, 또한 분단되어 미세화됨과 더불어 냉각 고체화되며, 고체형의 연자성 금속 분말이 된다. 통체(32)의 축심(O)을 따라서 하방에는, 배출부(34)가 설치되고, 냉각액 흐름(50)에 포함되는 연자성 금속 분말을 냉각액과 함께, 외부로 배출 가능하게 되어 있다. 냉각액과 함께 배출된 연자성 금속 분말은, 외부의 저류조 등에서, 냉각액과 분리되어 취출된다. 또한, 냉각액으로는, 특별히 한정되지 않으나, 냉각수가 이용된다.

본 실시 형태에서는, 통체(32)의 축심(O) 방향의 상부에는, 냉각액을 통체(32)의 내부에 도입하기 위한 냉각액 도입부(냉각액 도출부)(36)가 구비되어 있다. 또한, 냉각액 도입부(36)는, 통체(32)의 상부로부터 통체(32)의 내부를 향해서 냉각액을 토출한다고 하는 관점에서는, 냉각액 도출부라고도 정의할 수 있다.

냉각액 도입부(36)는, 적어도 틀체(38)를 갖고, 냉각액 도입부(36)의 내부에, 통체(32)의 경방향의 외측에 위치하는 외측부(외측 공간부)(44)와, 통체(32)의 경방향의 내측에 위치하는 내측부(내측 공간부)(46)를 갖는다. 외측부(44)와 내측부(46)는, 구획부(40)로 나눠지고, 구획부(40)의 축심(O) 방향의 상부에 형성되어 있는 통로부(42)에서, 외측부(44)와 내측부(46)는, 연락되어 있으며, 냉각액이 유통 가능하게 되어 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 외측부(44)에서는, 구획부(40)는, 축심(O)에 대해서 θ2의 각도로 경사져 있다. 각도(θ2)는, 0~90도의 범위 내인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는, 0~45도이다. 내측부(46)에서는, 구획부(40)의 벽면은, 통체(32)의 내면(33)과 단차가 없는 것이 바람직하나, 반드시 단차가 없을 필요는 없고, 다소 경사져 있거나 단차가 형성되어 있어도 된다.

외측부(44)에는, 단일 또는 복수의 노즐(37)이 접속되어 있고, 노즐(37)로부터 냉각액이 외측부(44)에 들어가게 되어 있다. 또, 내측부(46)의 축심(O) 방향의 하방에는, 냉각액 토출부(52)가 형성되어 있고, 그곳으로부터 내측부(46) 내의 냉각액이 통체(32)의 내부에 토출(도출)되게 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 냉각액 도입부(36)의 틀체(38)는, 통체(32)의 축심(O) 방향의 상부에 배치되고, 통체(32)의 내경보다 작은 외경을 갖는 원통 형상을 갖는다. 틀체(38)의 외주면이, 내측부(46) 내의 냉각액의 흐름을 안내하는 유로 내주면이 된다.

외측부(44)와 내측부(46)의 사이는, 구획부(40)의 축심(O) 방향의 상부에 설치된 통로부(42)에 의해 연통되어 있다. 통로부(42)는, 냉각액 도입부(36)의 상판부와 구획부(40)의 상단 사이의 간극이며, 그 축심(O) 방향의 상하폭(W1)(도 4 참조)은, 외측부(44)의 축심(O) 방향의 상하폭(W2)보다 좁다. W1/W2는, 바람직하게는 1/3 이하, 더 바람직하게는 1/4 이하이다. 이러한 범위로 함으로써, 후술하는 통체(32)의 내면(33)에서의 냉각액의 반사에 의해 역원뿔형의 흐름(50)이 형성되기 쉬워진다.

본 실시 형태에서는, 냉각액 도입부(36)의 외측부(44)에는, 노즐(37)이 접속되어 있다. 노즐을, 냉각액 도입부(36)의 외측부(44)에 접속함으로써, 노즐(37)로부터 냉각액 도입부(36)의 내부에 있는 외측부(44)의 내부에 냉각액이 들어간다. 외측부(44)의 내부에 들어간 냉각액은, 통로부(42)를 지나, 내측부(46)의 내부에 들어간다.

틀체(38)는, 통체(32)의 내면(33)보다 작은 내경을 갖는다.

본 실시 형태에서는, 냉각액 토출부(52)는, 틀체(38)의 하단에 있어서의 외방 볼록부와 통체(32)의 내면(33) 사이의 간극에 형성된다. 냉각액 토출부의 경방향 폭은, 통로부의 상하폭(W1)보다 넓다.

냉각액 토출부(52)의 내경이 유로 편향면의 최대 외경에 일치하고, 냉각액 토출부(52)의 외경이 통체(32)의 내경에 대략 일치한다. 또, 냉각액 토출부(52)의 외경은, 통체(32)의 내면(33)에도 일치시켜도 된다. 또한, 통체(32)의 내면(33)의 내경은, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 50~500mm이다.

본 실시 형태에서는, 노즐(37)로부터 외측부(44)에 일차 저류되고, 그곳으로부터 통로부(42)를 지나, 내측부(46)의 내부에 들어가는 냉각액은, 틀체(38)의 유로 내주면을 따라서 축심(O)의 하방으로 향하는 흐름이 된다. 내측부(46)의 내부를 유로 내주면을 따라서 축심(O)의 하방으로 내려가는 냉각액은, 다음으로, 틀체(38)의 유로 편향면을 따라서 흘러 통체(32)의 내면(33)에 충돌하고 반사한다. 그 결과, 냉각액은, 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내부에, 도 4에 도시한 바와 같이, 역원뿔형으로 토출되고, 냉각액 흐름(50)을 형성한다.

또한, 냉각액 토출부(52)로부터 유출하는 냉각액 흐름(50)은, 냉각액 토출부(52)로부터 축심(O)를 향해서 직진하는 역원뿔 흐름인데, 소용돌이형의 역원뿔 흐름이어도 된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 틀체(38)의 축방향 길이(L1)는, 통로부(42)의 축심(O) 방향의 폭(W1)을 덮을 정도의 길이이면 된다.

본 실시 형태에서는, 노즐(37)로부터 외측부(44)에 들어간 냉각액은, 외측부(44)에서 일차 저류되고, 그곳으로부터 통로(42)를 통과함으로써, 유속이 빨라지며, 내측부(46)에 들어간다. 내측부(46)에서는, 통로(42)를 통과한 냉각액은, 틀체(38)의 유로 내주면에 형성되어 있는 곡률면에 충돌하여, 냉각액의 흐름의 방향이 축심(O)을 따라서 하향의 흐름으로 바뀐다.

내측부(46)의 내부를 축심(O)을 따라서 하방으로 내려가는 냉각액은, 다음으로, 유로 단면이 좁아지기 때문에 유속이 늘어난다. 그리고, 냉각액은, 유속이 증대한 상태로, 통체(32)의 내면에 충돌하여 반사하고, 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내부에, 도 4에 도시한 바와 같이, 역원뿔형으로 토출되며, 냉각액 흐름(50)을 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 역원뿔형의 냉각액 흐름(50)의 상측 액면에, 도 4에 도시한 적하 용융 금속(21a)의 용적이 입사하고, 적하 용융 금속(21a)의 용적은, 냉각액 흐름(50)의 내부에서 냉각액과 함께 흘러 냉각된다.

본 실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치(100)를 이용한 연자성 금속 분말의 제조 방법에서는, 통체(32) 상측 개구부에, 적하 용융 금속(21a)의 용적의 입구가 형성되고, 그 통체(32)의 상부 개구부에 역원뿔형의 냉각액 흐름(50)이 형성된다. 통체(32)의 상부 개구부에 역원뿔형의 냉각액 흐름(50)이 형성되고, 통체(32)의 배출부(34)로부터 냉각액이 배출됨으로써, 통체(32)의 상부 개구부에는, 통체(32)의 내부로의 흡인압이 얻어진다. 예를 들어 통체(32)의 외부와의 차압이 30kPa 이상인 흡인압이 얻어진다.

그로 인해, 적하 용융 금속(21a)의 용적은, 통체(32)의 상부 개구부로부터 통체(32)의 내부에 자기 정합적으로 빨려 들어가(다소 위치 어긋나 있어도 자동적으로 빨려 들어가), 역원뿔형의 냉각액 흐름(50) 중에 받아들여진다. 그로 인해, 용융 금속 공급부(20)의 토출구로부터 냉각액 흐름(50)에 이르기까지의 적하 용융 금속(21a)의 용적의 비행 시간이 비교적, 단축된다. 비행 시간이 단축될수록, 적하 용융 금속(21a)의 용적이 산화되기 어려워진다. 그리고, 급냉 효과가 촉진되고, 연자성 금속부(11)가 비정질로 이루어지는 구조가 되기 쉬워진다.

또, 본 실시 형태에서는, 통체(32)의 내면(33)을 따르는 냉각액의 흐름이 아니라, 역원뿔형의 냉각액의 흐름에 적하 용융 금속(21a)의 용적이 받아들여지도록 되어 있기 때문에, 통체(32)의 내부에서, 냉각된 입자(1)의 체류 시간을 짧게 할 수 있음과 더불어, 통체(32)의 내면(33)으로의 데미지도 적다. 또, 냉각된 입자 자체에 대한 데미지도 적다.

또한, 본 실시 형태에서는, 통체(32)의 내면(33)에는 어떠한 가공도 하지 않고, 또, 아무것도 장착할 필요도 없으며, 통체(32)의 상부에, 냉각액 도출부(36)를 장착할 뿐으로, 역원뿔형의 냉각액 흐름(50)을 형성할 수 있다. 또, 통체(32)의 상부 개구의 내경도 충분히 크게 취할 수 있다.

도 4에 기재하는 금속 분말 제조 장치(100)를 이용하는 경우에는, 종래의 금속 분말 제조 장치를 이용하는 경우와 비교하여, 분말(1)의 냉각 속도를 상승시킬 수 있다. 여기서, 냉각액을 냉각액 토출부(52)로부터 분출시킬 때의 수압을 아토마이즈 수압으로 한다. 그리고, 아토마이즈 수압이 높을수록 냉각액 흐름(50)의 유속이 상승하고, 냉각액 흐름(50)이 얇아진다. 냉각액 흐름(50)의 유속이 상승함으로써 입자(1)의 냉각 속도가 더 빨라진다. 또, 냉각액 흐름(50)이 얇아짐으로써 입자(1)가 분위기 중의 산소에 접하는 시간이 길어진다.

도 4에 기재하는 금속 분말 제조 장치(100)를 이용하고, 또한, 아토마이즈 수압을 상승시키는 경우에는, 입자(1)의 표면이 분위기 중의 산소에 접함으로써 산화철 성분을 포함하는 피복부(13)를 갖게 된다. 그리고, 종래와 비교하여 높은 냉각 속도로 입자(1)를 냉각하고, 또한, 분위기 중의 산소에 접하는 시간을 길게 함으로써, 피복부(13)가 서로 미세 구조가 다른 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)를 갖도록 할 수 있다. 한편, 종래의 금속 분말 제조 장치를 이용하는 경우나 아토마이즈 수압이 너무 낮은 경우에는, 피복부(13)가 제1 피복부(13a) 및 제2 피복부(13b)를 갖도록 하는 것이 곤란하다. 즉, 본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말이 얻어지기 어렵다.

금속 분말 제조 장치(100)를 이용하여 얻어진 본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말에 대해서, 열처리를 실시해도 된다. 열처리의 조건에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 400~700℃에서 0.1~10시간, 열처리를 행해도 된다. 열처리를 행함으로써, 피복부(13)의 산화철 성분이 환원되고, 제2 피복부(13b)의 결정의 일부가 비정질화하기 쉬워지며, 제2 피복부(13b)가 결정 및 비정질을 양쪽 모두 갖는 미세 구조를 갖기 쉬워진다. 또, 열처리를 행함으로써, 연자성 금속 분말의 내부의 미세 구조가 비정질만을 갖는 구조 또는 초기 미결정이 비정질 중에 존재하는 나노 헤테로 구조로부터 나노 결정을 포함하는 구조가 되기 쉬워진다. 그리고, 연자성 금속 분말의 Hcj가 감소하는 경향이 있다. 또한, 열처리의 온도가 너무 높은 경우에는, 연자성 금속 분말의 Hcj가 증가하는 경향이 있다.

도 5a~도 5f에는, 열처리 전의 연자성 금속 분말에 포함되는 입자(1)의 일례를 도시한다. 도 5a는 입자(1)의 표면 근방의 TEM상, 도 5b는 입자(1)의 표면 근방의 HAADF-STEM상, 도 5c는 EELS에 의한 입자(1)의 표면 근방의 O 매핑 화상, 도 5d는 EELS에 의한 입자(1)의 표면 근방의 Si 매핑 화상, 도 5e는 EELS에 의한 입자(1)의 표면 근방의 Fe 매핑 화상, 도 5f는 EELS에 의한 입자(1)의 표면 근방의 B 매핑 화상을 도시한다. 도 5a~도 5f는, 본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말과 수지(15)를 혼합시켜 압분 자심을 주지의 방법으로 제작하고, 당해 압분 자심의 단면을 관찰하여 얻어진 화상이다. 또, 도 5a에 있어서의 제1 피복부(13a)와 제2 피복부(13b)의 구별은 FFT에 의해 행했다. 또, 도 5a에 있어서의 제1 피복부(13a)는 비정질만으로 이루어지고, 제2 피복부(13b)는 결정만으로 이루어진다.

또한, 도 6a~도 6f에는, 열처리 후의 연자성 금속 분말에 포함되는 입자(1)의 일례를 도시한다. 또한, 도 5a~도 5f에 도시한 입자(1)를 포함하는 연자성 금속 분말을 열처리함으로써 도 6a~도 6f에 도시한 입자(1)를 포함하는 연자성 금속 분말을 얻고 있다. 도 6a는 입자(1)의 표면 근방의 TEM상, 도 6b는 입자(1)의 표면 근방의 HAADF-STEM상, 도 6c는 EELS에 의한 입자(1)의 표면 근방의 O 매핑 화상, 도 6d는 EELS에 의한 입자(1)의 표면 근방의 Si 매핑 화상, 도 6e는 EELS에 의한 입자(1)의 표면 근방의 Fe 매핑 화상, 도 6f는 EELS에 의한 입자(1)의 표면 근방의 B 매핑 화상을 도시한다. 도 6a~도 6f는, 본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말과 수지(15)를 혼합시켜 압분 자심을 주지의 방법으로 제작하고, 당해 압분 자심의 단면을 관찰하여 얻어진 화상이다. 또, 도 6a에 있어서의 제1 피복부(13a)와 제2 피복부(13b)의 구별은 FFT에 의해 행했다. 또한, 도 6a에 있어서의 제1 피복부(13a)는 비정질만으로 이루어지고, 제2 피복부(13b)는 비정질과 결정이 양쪽 모두 포함된다.

도 5a~도 5f와 도 6a~도 6f를 비교함으로써, 열처리에 의해 피복부(13)에 있어서의 Fe가 감소하고 있는 것을 알았다. Fe가 감소함으로써, 특히 제2 피복부(13b)의 결정성이 저하하고, 열처리 전의 결정의 일부가 비정질화하고 있다. 그리고, 비정질과 결정이 양쪽 모두 포함되는 미세 구조로 되어 있다. 또한, 도 5a~도 5f는 후술하는 시료 번호 1이며, 도 6a~도 6f는 후술하는 시료 번호 6이다.

또한, 입자(1)에 제3 피복부를 형성해도 된다. 제3 피복부를 형성하는 방법에는 특별히 한정은 없다. 본 기술 분야에 있어서 일반적으로 이용되고 있는 절연 코팅을 이용하여 제3 피복부를 형성해도 된다.

절연 코팅에 이용하는 코팅재의 종류에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, P₂O₅계 유리, Bi₂O₃계 유리, B₂O₃-SiO₂계 유리를 들 수 있다. 또, 코팅재로서 이용하는 유리는 분말 유리여도 된다.

P₂O₅계 유리로는, P₂O₅가 50질량% 이상 포함되는 유리가 바람직하다. 또, P₂O₅계 유리의 종류에는 특별히 한정은 없다. 예를 들어, P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃계 유리를 들 수 있다. 또한, 「R」은 알칼리 금속을 나타낸다.

Bi₂O₃계 유리로는, Bi₂O₃가 50질량% 이상 포함되는 유리가 바람직하다. 또, Bi₂O₃계 유리의 종류에는 특별히 한정은 없다. 예를 들어, 비스무트산염계 유리를 들 수 있다. 비스무트산염계 유리로는, 예를 들어, Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂계 유리를 들 수 있다.

B₂O₃-SiO₂계 유리로는, B₂O₃가 10질량% 이상 포함되고, SiO₂가 10질량% 이상 포함되는 유리가 바람직하다. 또, B₂O₃-SiO₂계 유리의 종류에는 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 붕규산염계 유리를 들 수 있다. 붕규산염계 유리로는, 예를 들어, BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃계 유리를 들 수 있다.

이상, 본 실시 형태에 따르는 연자성 금속 분말에 대해 설명했는데, 본 발명의 연자성 금속 분말은 상기의 실시 형태에 한정되지 않는다.

또, 본 발명의 연자성 금속 분말의 용도에도 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 인덕터, 초크 코일, 트랜스 등의 자성 부품을 들 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을, 더 상세한 실시예에 의거하여 설명하는데, 본 발명은, 이들 실시예에 한정되지 않는다.

실험예 1

연자성 금속 분말로서, 하기의 조성 1 또는 조성 2의 연자성 금속 분말을 제작했다. 조성 1은 원자수비로 Fe_{0 . 735}Nb_{0 . 03}B_{0 . 09}Si_{0 . 135}Cu_{0 . 01}이다. 조성 2는 원자수비로 Fe_0.800Nb_0.060B_0.090P_0.050이다.

연자성 금속 분말은, 도 4에 도시한 금속 분말 제조 장치(100)를 이용한 가스 아토마이즈법으로 제작했다. 용해 온도는 1500℃, 용탕의 분사 가스압은 5MPa, 사용 가스종은 Ar로 했다. 가스 아토마이즈 수압은 표 1에 기재한다. 또, 금속 분말 제조 장치(100)에 있어서의 통체(32)의 내면의 내경은 300nm, W1/W2는 0.25, θ1은 20도, θ2는 0도로 했다. 또, 얻어지는 연자성 금속 분말의 평균 입경(D50)이 24μm가 되도록 상기한 조건 이외의 조건을 적절히 제어했다.

그리고, 일부의 실험예에서는 연자성 금속 분말에 열처리를 행했다. 열처리를 행하는 경우에는, 600℃에서 1시간, 열처리를 행했다. 열처리시의 분위기는 Ar 분위기로 했다.

얻어진 연자성 금속 분말의 평균 입경(D50)을 측정하여, 모두 24μm인 것을 확인했다. 평균 입경은, 건식 입도 분포 측정 장치(HELOS)를 이용하여 측정했다.

다음으로, 각 실시예 및 비교예의 연자성 금속 분말의 Hcj, Bs 및 분말 저항률 ρ를 측정했다. Hcj는 Hc 미터로 측정했다. Bs는 진동 시료형 자력계(VSM)로, 1000kA/m로 측정했다. ρ는 분말 저항 측정 장치에서 압력 0.6t/cm²로 측정했다. 본 실험예에서는, ρ가 10²Ω·cm 이상인 경우를 A, 10^{- 1}Ω·cm 이상 10²Ω·cm 미만인 경우를 B, 10^{- 1}Ω·cm 미만인 경우를 C로 평가하고, 표 1에 기재했다. 평가가 A 또는 B인 경우에 분말 저항률을 양호하다고 하고, 평가가 A인 경우에 분말 저항률이 특히 양호하다고 했다.

다음으로, 각 실시예 및 비교예의 연자성 금속 분말에 포함되는 피복부를 관찰했다. 우선, TEM을 이용하여 입자 표면 근방의 명시야상을 관찰하고, 입자 표면에 피복부가 존재하는 것을 확인했다. 다음으로 EELS를 이용하여 각 원소의 매핑 화상을 관찰하고, 피복부가 제1 피복부와 제2 피복부로 이루어져 있는지의 여부를 관찰했다. 그리고, 시료 번호 1~10의 피복부가 Fe의 산화물, B의 산화물 및 Si의 산화물을 함유하고 있는 것을 확인했다. 시료 번호 11~20의 피복부가 Fe의 산화물 및 B의 산화물을 함유하고 있는 것을 확인했다.

각 피복부에 대해서 FFT를 이용하여 결정 및 아몰퍼스가 포함되어 있는지의 여부를 확인했다. 결과를 표 1에 기재한다. 각 피복부가 비정질만으로 이루어져 있는 경우에는, 결정성의 란에 비정질이라고 기재했다. 각 피복부가 결정만으로 이루어져 있는 경우에는, 결정성의 란에 결정이라고 기재했다. 각 피복부가 결정 및 비정질로 이루어져 있는 경우에는, 결정성의 란에 결정＋비정질이라고 기재했다.

또한, 표 1에서는, 피복부가 제1 피복부와 제2 피복부로 이루어져 있지 않은 경우에는, 피복부 전체가 대체로 균일하게 결정을 포함하는 경우에는 제2 피복부만으로 이루어지도록 기재하고, 피복부 전체가 비정질만으로 이루어지는 경우에는 제1 피복부만으로 이루어지도록 기재했다.

각 피복부의 평균 두께(D₁, D₂)는 TEM, FFT, EELS를 이용하여 제1 피복부와 제2 피복부의 경계를 결정하고, 산출했다. 결과를 표 1에 기재한다.

B_A, B_B, Si_A, Si_B는 상기의 기기에 더해 EDX를 이용하여 제1 피복부와 제2 피복부의 각각의 B의 농도 및 Si의 농도를 측정하여 산출했다. 그리고, B_B/B_A 및 Si_B/Si_A를 산출했다. 결과를 표 1에 기재한다. 또한, Si를 포함하지 않는 시료 번호 11~20에서는 Si_A 및 Si_B를 측정하지 않았다.

[표 1]

표 1로부터, 아토마이즈 수압이 높은 실시예에서는, 피복부가 제1 피복부 및 제2 피복부로 이루어지고, 제1 피복부가 제2 피복부보다 연자성 금속부에 가까운 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다. 또한, 조성 1의 실시예에서는, 제1 피복부 및 제2 피복부가 주성분으로서 Si, Fe, B를 포함하는 산화물을 갖고, 제1 피복부가 비정질만으로 이루어지며, 제2 피복부가 결정을 포함하는 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다. 조성 2의 실시예에서는, 제1 피복부 및 제2 피복부가 주성분으로서 Fe, B를 포함하는 산화물을 갖고, 제1 피복부가 비정질만으로 이루어지며, 제2 피복부가 결정을 포함하는 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다. 그리고, 각 실시예는, 피복부 전체가 비정질만, 또는 결정만으로 이루어지는 점 이외는 각 실시예와 동일한 구성을 갖는 비교예와 비교하여 동등한 정도의 우수한 연자기 특성을 갖는다. 또한, 각 실시예는, 피복부 전체가 비정질만으로, 또는 결정만으로 이루어지는 점 이외는 각 실시예와 동일한 구성을 갖는 비교예와 비교하여 우수한 ρ를 갖는다.

실험예 2

연자성 금속 분말의 조성을 표 2에 기재된 조성으로 한 점 이외는 실험예 1과 마찬가지로 하여 연자성 금속 분말을 제작하고, 평가했다. 결과를 표 2에 기재한다. 아토마이즈 수압은 모두 10MPa로 했다. ρ의 평가는 모두 A 평가였다. 또한, Si 및 B를 포함하는 시료에서는 피복부가 Si, Fe, B를 포함하는 산화물을 함유하고 있는 것을 확인했다. Si를 포함하지 않고 B를 포함하는 시료에서는 피복부가 Fe, B를 포함하는 산화물을 함유하고 있는 것을 확인했다.

[표 2]

표 2로부터, 아토마이즈 수압이 높은 실시예에서는, 피복부가 제1 피복부 및 제2 피복부로 이루어지고, 제1 피복부가 제2 피복부보다 연자성 금속부에 가까운 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다. 또한, 제1 피복부 및 제2 피복부가 주성분으로서 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 산화물을 갖고, 제1 피복부가 비정질만으로 이루어지며, 제2 피복부가 결정을 포함하는 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다.

실험예 3

실험예 1, 2의 시료 번호 11에 대해 M 원소의 종류를 Nb로부터 다른 원소로 변경한 점 이외는 시료 번호 11과 마찬가지로 하여 연자성 금속 분말을 제작하고, 평가했다. 결과를 표 3에 기재한다. 또한, ρ의 평가는 모두 A 평가였다. 또한, 피복부가 Fe, B를 포함하는 산화물을 함유하고 있는 것을 확인했다.

[표 3]

표 3으로부터, M 원소의 종류를 변화시켜도, 피복부가 제1 피복부 및 제2 피복부로 이루어지고, 제1 피복부가 제2 피복부보다 연자성 금속부에 가까운 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다. 또한, 제1 피복부 및 제2 피복부가 주성분으로서 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 산화물을 갖고, 제1 피복부가 비정질만으로 이루어지며, 제2 피복부가 결정을 포함하는 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다.

실험예 4

실험예 1, 2의 시료 번호 11에 대해 X1, X2 원소의 종류 및 함유량을 변화시킨 점 이외는 시료 번호 11과 마찬가지로 하여 연자성 금속 분말을 제작하고, 평가했다. 결과를 표 4에 기재한다. 또한, ρ의 평가는 모두 A 평가였다. 또한, 피복부가 Fe, B를 포함하는 산화물을 함유하고 있는 것을 확인했다.

[표 4]

표 4로부터, X1, X2 원소의 종류 및 함유량을 변화시켜도, 피복부가 제1 피복부 및 제2 피복부로 이루어지며, 제1 피복부가 제2 피복부보다 연자성 금속부에 가까운 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다. 또한, 제1 피복부 및 제2 피복부가 주성분으로서 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 산화물을 갖고, 제1 피복부가 비정질만으로 이루어지며, 제2 피복부가 결정을 포함하는 구조를 갖는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말이 얻어졌다.

또한, 표 1~표 4에 기재한 모든 실시예에 대해 XRD 및 TEM을 이용하여 연자성 금속부의 미세 구조를 확인했다. 열처리를 행하지 않는 모든 실시예에서는 연자성 금속부가, 비정질만으로 이루어지는 구조 또는 나노 헤테로 구조를 갖고 있는 것을 확인했다. 열처리를 행한 모든 실시예에서는 연자성 금속부가, 나노 결정으로 이루어지는 구조를 갖고 있는 것을 확인했다.

실험예 5

실험예 5에서는 시료 번호 6, 7, 8, 16, 17, 18의 연자성 합금 분말에 대해서, 표 5에 기재한 종류의 분말 유리로 이루어지는 코팅재를 이용하여 SiO₂ 유리 피막이나 인산염 유리 피막으로 이루어지는 절연 코팅을 실시하여, 제3 피복부를 형성했다. 제3 피복부의 두께의 평균값(D₃)이 20nm 정도가 되도록 했다. 코팅 후의 각 시료에 대해서, 실험예 1~4와 마찬가지로 제1 피복부와 제2 피복부의 각각의 B의 농도, Si의 농도 및 각 피복부의 두께(D₁, D₂, D₃)를 측정했다. 결과를 표 5에 기재한다. 또, 표 5에는 코팅 전의 연자성 합금 분말(시료 번호 6, 7, 8, 16, 17, 18)의 시험 결과도 기재했다. 표 5로부터, 코팅의 전후로 각 피복부의 B의 농도, Si의 농도 및 각 피복부의 두께가 크게 변화하지 않는 것을 확인했다. 또한, 표 5에는, 참고용으로 후술하는 실험예 6, 시료 번호 121의 결과도 기재했다.

본 실시예에서 코팅재로서 이용한 P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃계 분말 유리에는 P₂O₅가 50질량%, ZnO가 12질량%, R₂O가 20질량%, Al₂O₃가 6질량% 포함되고, 잔부가 그 외의 성분이었다. 또한, 본 발명자들은, 상기의 P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃계 분말 유리와는 다른 조성을 갖는 P₂O₅계 유리를 이용하는 경우에 대해서도 같은 시험을 행하고, 후술하는 P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃계 분말 유리를 이용하는 경우의 시험 결과와 같은 시험 결과가 얻어지는 것을 확인했다.

본 실시예에서 코팅재로서 이용한 Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂계 분말 유리에는 Bi₂O₃가 80질량%, ZnO가 10질량%, B₂O₃가 5질량%, SiO₂가 5질량% 포함되어 있었다. 또한, 본 발명자들은, 상기의 Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂계 분말 유리와는 다른 조성을 갖는 비스무트산염계 유리를 이용하는 경우에 대해서도 같은 시험을 행하고, 후술하는 Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂계 분말 유리를 이용하는 경우의 시험 결과와 같은 시험 결과가 얻어지는 것을 확인했다.

본 실시예에서 코팅재로서 이용한 BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃계 분말 유리에는 BaO가 8질량%, ZnO가 23질량%, B₂O₃가 19질량%, SiO₂가 16질량%, Al₂O₃가 6질량% 포함되고, 잔부가 그 외의 성분이었다. 또한, 본 발명자들은, 상기의 BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃계 분말 유리와는 다른 조성을 갖는 붕규산염계 유리를 이용하는 경우에 대해서도 같은 시험을 행하고, 후술하는 BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃계 분말 유리를 이용하는 경우의 시험 결과와 같은 시험 결과가 얻어지는 것을 확인했다.

그리고, 제3 피복부를 형성한 후의 연자성 합금 분말의 분말 저항률 및 보자력 Hcj를 측정했다. 분말 저항률에 대해서는, 표 1~표 4와는 달리, 측정값을 표 5에 기재했다.

[표 5]

표 5로부터, 제3 피복부를 형성한 시료 번호 101~109의 연자성 합금 분말은, 제3 피복부를 형성하지 않는 점 이외는 동일한 방법으로 제작한 실험예 1의 시료 번호 6~8의 연자성 합금 분말과 비교하여, 분말 저항률이 크게 향상했다. 또, 제3 피복부를 형성한 시료 번호 110~118, 121의 연자성 합금 분말은, 제3 피복부를 형성하지 않는 점 이외는 동일한 방법으로 제작한 실험예 1의 시료 번호 16~18의 연자성 합금 분말과 비교하여, 분말 저항률이 크게 향상했다.

또, B_B/B_A가 1.0 이상 3.0 이하인 연자성 합금 분말은, 동일한 조성, 미세 구조 및 코팅재인데 B_B/B_A가 상기의 범위 외인 연자성 합금 분말과 비교하여, 분말 저항률이 높아졌다.

실험예 6

실험예 6에서는, 실험예 5의 시료 번호 112의 연자성 합금 분말에 대해, 또한 코팅재로서 P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃계 분말 유리를 이용하여 코팅을 행했다. 그 결과, 제3 피복부가 BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃로 이루어지는 층과 P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃로 이루어지는 층의 2층으로 이루어지는 시료 번호 120의 연자성 합금 분말이 얻어졌다. 또한, P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃로 이루어지는 층의 두께의 평균값이 20nm 정도, BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃로 이루어지는 층의 두께의 평균값이 20nm 정도가 되도록 했다. 또, 시료 번호 120의 연자성 합금 분말과의 비교를 위해, D₃를 40nm 정도로 하는 점 이외는 시료 번호 110과 동조건으로 시료 번호 121의 연자성 합금 분말을 제작했다. 결과를 표 6에 기재한다.

[표 6]

표 6으로부터, 제3 피복부가 2층으로 이루어지는 시료 번호 120의 연자성 합금 분말은, 제3 피복부가 1층만으로 이루어지는 점 이외는 시료 번호 120과 같은 구성을 갖는 시료 번호 121의 연자성 합금 분말과 비교하여 분말 저항률이 높은 연자성 합금 분말이 되었다.

시료 번호 121은 시료 번호 120의 BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃를 P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃로 치환한 구조를 갖는다. 여기서, 표 5의 시료 번호 110, 112로부터는, P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃가 BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃보다 연자성 합금 분말의 분말 저항률을 높이는 효과가 크다고 생각된다. 이 점에서는 시료 번호 120보다 시료 번호 121이, 분말 저항률이 높아진다고 생각된다. 그러나, 실제로는, 시료 번호 121보다 시료 번호 120이, 분말 저항률이 높아진다. 이것은, 제3 피복부가 2층으로 이루어짐으로써 분말 저항률이 향상하기 때문이다.

1…입자
11…연자성 금속부
13…피복부
13a…제1 피복부
13b…제2 피복부
15…수지
20…용융 금속 공급부
21…용융 금속
22…용기
24…가열용 코일
26…가스 분사 노즐
30…냉각부
32…통체
33…내면(내주면)
34…배출부
36…냉각액 도입부(냉각액 도출부)
37…노즐
38…틀체
40…구획부
42…통로부
44…외측부(외측 공간부)
46…내측부(내측 공간부)
50…냉각액 흐름
52…냉각액 토출부
100…금속 분말 제조 장치

Claims (8)

1. Fe를 포함하는 연자성 금속 분말로서,
   상기 연자성 금속 분말이, 연자성 금속부와, 상기 연자성 금속부를 덮는 피복부로 이루어지는 입자를 갖고,
   상기 피복부가, 제1 피복부 및 제2 피복부를 가지며,
   상기 제1 피복부에 있어서의 두께의 평균값을 D₁, 상기 제2 피복부에 있어서의 두께의 평균값을 D₂로 하여,
   0.2≤D₂/D₁≤8.0을 만족하고,
   상기 제1 피복부가 상기 제2 피복부보다 상기 연자성 금속부에 가깝고,
   상기 제1 피복부 및 상기 제2 피복부가 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 산화물을 가지며,
   상기 제1 피복부 전체에 대한 상기 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 산화물의 함유량이 70질량% 이상이며, 상기 제2 피복부 전체에 대한 상기 Si, Fe, B로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 산화물의 함유량이 70질량% 이상이고,
   상기 제1 피복부가 비정질을 포함하고, 상기 제2 피복부가 결정을 포함하며,
   상기 제2 피복부는 상기 제1 피복부보다 결정의 함유 비율이 높은 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연자성 금속 분말이 B를 포함하고,
   상기 연자성 금속부에 있어서의 B의 농도의 평균값을 B_A, 상기 제1 피복부 및 상기 제2 피복부에 있어서의 B의 농도의 평균값을 B_B로 하여,
   0.5≤B_B/B_A≤10을 만족하는, 연자성 금속 분말.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 연자성 금속부가 비정질을 포함하는, 연자성 금속 분말.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 연자성 금속부가 나노 결정을 포함하는, 연자성 금속 분말.
5. 삭제
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 연자성 금속 분말이 Si를 포함하고,
   상기 연자성 금속부에 있어서의 Si의 농도의 평균값을 Si_A, 상기 제1 피복부 및 제2 피복부에 있어서의 Si의 농도의 평균값을 Si_B로 하여,
   0.5≤Si_B/Si_A≤50을 만족하는, 연자성 금속 분말.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 피복부가 상기 제2 피복부의 외측에 제3 피복부를 갖는, 연자성 금속 분말.
8. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 연자성 금속 분말을 포함하는, 자성 부품.

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