KR20210022719A

KR20210022719A - 연자성 분말, Fe기 나노 결정 합금 분말, 자성 부품 및, 압분 자심

Info

Publication number: KR20210022719A
Application number: KR1020217002158A
Authority: KR
Inventors: 나오키 야마모토; 타쿠야 다카시타; 마코토 나카세코; 아키오 고바야시; 아키리 우라타; 미호 치바
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2021-03-03
Also published as: JP6865860B2; CA3151502C; US11600414B2; CN112534076A; CN112534076B; CA3106959C; KR102430397B1; EP3831975B1; EP4001449A1; EP4001449B1; WO2020026949A1; EP3831975A1; CA3106959A1; JPWO2020026949A1; US20230212719A1; US20210313101A1; CA3151502A1; EP3831975A4

Abstract

우수한 자기 특성(저코어 로스, 고포화 자속 밀도)을 갖는 압분 자심을 제조할 수 있는 연자성 분말을 제공한다. 불가피 불순물을 제외하고 조성식 Fe_aSi_bB_cP_dCu_eM_f로 나타나는 조성을 갖는 연자성 분말로서, 상기 조성식 중의 M은, Nb, Mo, Zr, Ta, W, Hf, Ti, V, Cr, Mn, C, Al, S, O, 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이고, 79at％≤a≤84.5at％, 0at％≤b＜6at％, 0at％＜c≤10at％, 4at％＜d≤11at％, 0.2at％≤e≤0.53at％, 0at％≤f≤4at％, 또한 a＋b＋c＋d＋e＋f＝100at％이고, 입경이 1㎜ 이하이고, 또한, 상기 연자성 분말을 구성하는 입자의 원형도의 중앙값이 0.4 이상, 1.0 이하인, 연자성 분말.

Description

연자성 분말, Fe기 나노 결정 합금 분말, 자성 부품 및, 압분 자심

본 발명은, 연자성 분말에 관한 것으로, 특히, 트랜스, 인덕터, 모터의 자심 등의 자성 부품을 제조할 때의 출발 원료로서 적합하게 이용할 수 있는 연자성 분말에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, Fe기 나노 결정 합금 분말, 자성 부품 및, 압분 자심에 관한 것이다.

절연 피복된 연자성 분말을 가압 성형하여 제조되는 압분 자심(dust core)은, 전자 강판을 적층하여 제조되는 코어재(core material)에 비하여 형상의 자유도가 높고, 또한, 고주파 영역에서의 자기 특성이 우수한 것 등, 많은 이점을 갖고 있다. 그 때문에, 압분 자심은, 트랜스, 인덕터, 모터의 코어 등, 여러 가지 용도로 이용되고 있다.

그리고, 압분 자심의 성능 향상을 위해, 압분 자심의 제조에 이용되는 자성 분말에는 더 한층의 자기 특성의 향상이 요구되고 있다.

예를 들면, 전기 자동차의 기술 분야에 있어서는, 1회의 충전 당의 항속 거리를 향상시키기 위해, 더욱 우수한 자기 특성(저코어 로스, 고포화 자속 밀도)을 갖는 압분 자심이 요구되고 있다.

그리고, 이러한 요구에 응하기 위해, 압분 자심의 제조에 사용되는 연자성 분말에 관한 여러 가지 기술이 제안되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 조성식 Fe_aB_bSi_cP_xC_yCu_z로 나타나는 합금 조성물이 제안되어 있다. 상기 합금 조성물은, 연속 박대(continuous strip) 형상 또는 분말 형상을 갖고 있고, 분말 형상을 갖는 상기 합금 조성물(연자성 분말)은, 예를 들면, 아토마이즈법에 의해 제조할 수 있고, 아몰퍼스상(비정질상)을 주상으로 하고 있다. 이 연자성 분말에 소정의 조건으로의 열처리를 실시함으로써, 체심 입방 구조를 갖는 Fe(bccFe)의 나노 결정이 석출되고, 그 결과, Fe기 나노 결정 합금 분말이 얻어진다.

또한, 특허문헌 2에서는, 단면이 둥그런 형상을 갖는 제1 연자성 분말과, 상기 제1 연자성 분말보다 평균 입경이 작은 제2 연자성 분말을 포함하는 복합 자성 분말을 이용하여 압분 자심을 제조하는 것이 제안되어 있다. 또한 특허문헌 2에서는, 상기 제1 연자성 분말 및 제2 연자성 분말의 평균 입경이나 원형도를 특정의 범위로 제어하는 것도 제안되어 있다. 둥그런 형상을 갖는 분말을 이용함으로써, 입자의 엣지에 의해 절연 수지의 피막이 찢어져, 절연 성능이 저하하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 단부가 둥그런 형상을 하고 있기 때문에, 입자 간의 공극이 확대하여, 그 공극에 작은 입경의 입자가 들어감으로써 압분 자심의 밀도를 높일 수 있다.

일본공개특허공보 2010-070852호 일본공개특허공보 2014-138134호

특허문헌 1에서 제안되어 있는 기술에 의하면, 특정의 조성을 갖는 합금 조성물을 이용함으로써, 높은 포화 자속 밀도와 높은 투자율을 갖는 Fe기 나노 결정 합금 분말을 얻을 수 있다. 그리고, 특허문헌 1에 의하면, 상기 Fe기 나노 결정 합금 분말을 이용함으로써, 우수한 자기 특성을 갖는 압분 자심을 제조할 수 있다.

그러나, 여전히 그의 자기 특성은 충분하다고는 할 수 없고, 더 한층 코어 로스의 저감과 자속 밀도의 향상이 요구되고 있다.

또한, 특허문헌 2에서 제안되고 있는 바와 같이 복수 종류의 연자성 분말을 혼합하여 이용하는 기술에서는, 입경이나 형상이 상이한 복수의 분말을 제조하고, 제어된 비율로 혼합할 필요가 있다. 그 때문에, 생산성이 낮은 것에 더하여, 제조 비용이 증가한다는 문제가 있었다.

추가로, 입경이 상이한 분말을 혼합한 혼합분에서는, 입경이 가까운 입자끼리에서 편석(segregate)하는 경우가 있다. 편석이 발생한 혼합분을 사용한 경우에는 대입경의 입자 간에 소입경의 입자가 충분히 들어가지 않기 때문에, 당해 혼합분을 이용하여 제작한 압분 자심의 밀도는, 입경이 균일한 연자성 분말로 제작한 압분 자심보다도 낮아져, 오히려 자기 특성이 뒤떨어진다는 과제가 있었다.

본 발명은, 전술한 과제를 해결하는 것을 목적으로 한 것으로, 우수한 자기 특성(저코어 로스, 고포화 자속 밀도)을 갖는 압분 자심을 제조할 수 있는 연자성 분말 및 Fe기 나노 결정 합금 분말을 제공하는 것을 목적으로 한다. 추가로 본 발명은, 우수한 자기 특성(저코어 로스, 고포화 자속 밀도)을 갖는 자성 부품, 특히 압분 자심을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 예의 검토를 행한 결과, 하기 (1)∼(3)의 인식을 얻었다.

(1) 더 한층 자기 특성의 향상을 위해서는, 특허문헌 1과 같은 조성의 제어만으로는 불충분하고, 입자 형상이나 입도 분포가 압분체의 밀도에 미치는 영향을 고려할 필요가 있다.

(2) 또한, 압분 자심의 성형 후 강도나 자기 특성에는 연자성 분말 전체의 입도 분포나 원형도가 크게 영향을 미친다. 따라서, 더 한층 자기 특성의 향상을 위해서는, 특허문헌 2와 같이 혼합분에 포함되는 개개의 분말의 입경이나 원형도가 아니라, 연자성 분말 전체의 특성을 나타내는 지표를 제어해야 한다.

(3) 연자성 분말 전체의 특성을 나타내는 지표로서, 연자성 분말을 구성하는 입자의 원형도의 중앙값을 특정의 범위로 제어함으로써, 압분 자심의 자기 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 상기 지견에 입각하는 것으로, 그의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 불가피 불순물을 제외하고 조성식 Fe_aSi_bB_cP_dCu_eM_f로 나타나는 조성을 갖는 연자성 분말로서,

상기 조성식 중의 M은, Nb, Mo, Zr, Ta, W, Hf, Ti, V, Cr, Mn, C, Al, S, O 및, N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이고,

79at％≤a≤84.5at％,

0at％≤b＜6at％,

0at％＜c≤10at％,

4at％＜d≤11at％,

0.2at％≤e≤0.53at％,

0at％≤f≤4at％, 또한

a＋b＋c＋d＋e＋f＝100at％이고,

입경이 1㎜ 이하이고, 또한,

상기 연자성 분말을 구성하는 입자의 원형도의 중앙값이 0.4 이상, 1.0 이하인, 연자성 분말.

2. 상기 1에 기재된 연자성 분말로서,

e＜0.4at％인 연자성 분말.

3. 상기 1 또는 2에 기재된 연자성 분말로서,

Rosin－Rammler식에 있어서의 균등수 n이 0.3 이상, 30 이하인 연자성 분말.

4. 상기 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 연자성 분말로서,

b≥2at％인 연자성 분말.

5. 상기 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 연자성 분말로서,

e≥0.3at％인 연자성 분말.

6. 상기 5에 기재된 연자성 분말로서,

e≥0.35at％인 연자성 분말.

7. 상기 1∼6 중 어느 한 항에 기재된 연자성 분말로서,

결정화도가 체적비로 10％ 이하이고,

잔부가 비정질상인 연자성 분말.

8. 상기 7에 기재된 연자성 분말로서,

상기 결정화도가 체적비로 3％ 이하인 연자성 분말.

9. 상기 1, 2, 4, 5 및 6 중 어느 한 항에 기재된 조성을 갖고,

결정화도가 체적비로 10％보다 높고, 또한,

Fe 결정자 지름이 50㎚ 이하인, Fe기 나노 결정 합금 분말.

10. 상기 9에 기재된 Fe기 나노 결정 합금 분말로서,

결정화도가 체적비로 30％보다 높고, 또한,

단면에 있어서의 700㎚×700㎚의 영역에 있어서의 비정질상에 포함되는 타원의 단경의 최대값이 60㎚ 이하인, Fe기 나노 결정 합금 분말.

11. 상기 9 또는 10에 기재된 Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하는 자성 부품.

12. 상기 9 또는 10에 기재된 Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하는 압분 자심.

본 발명의 연자성 분말을 출발 원료로서 이용함으로써, 양호한 자기 특성을 갖는 Fe기 나노 결정 합금 분말을 제조할 수 있다. 그리고, 상기 Fe기 나노 결정 합금 분말을 원료로서 이용함으로써, 우수한 자기 특성(저코어 로스, 고포화 자속 밀도)을 갖는 압분 자심을 제조할 수 있다.

도 1은 투과형 전자 현미경(TEM)으로 측정한 700×700㎚의 영역에 있어서의 비정질상에 포함되는 타원을 나타내는 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명은, 본 발명의 적합한 일 실시 태양을 나타내는 것으로, 본 발명은, 이하의 설명에 의해 하등 한정되는 것은 아니다.

[연자성 분말]

본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 연자성 분말은, 불가피 불순물을 제외하고 조성식 Fe_aSi_bB_cP_dCu_eM_f로 나타나는 조성을 갖는다. 여기에서, 상기 조성식 중의 M은, Nb, Mo, Zr, Ta, W, Hf, Ti, V, Cr, Mn, C, Al, S, O 및, N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이고, 상기 조성식 중의 a∼f는 이하의 조건을 만족한다.

79at％≤a≤84.5at％

0at％≤b＜6at％

0at％＜c≤10at％

4at％＜d≤11at％

0.2at％≤e≤0.53at％

0at％≤f≤4at％

a＋b＋c＋d＋e＋f＝100at％

상기 연자성 분말은, Fe기 나노 결정 합금 분말을 제작할 때의 출발 원료로서 사용 가능하다. 본 실시 형태의 연자성 분말로 제작된 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 여러 가지 자성 부품이나 압분 자심을 제작하기 위한 재료로서 사용 가능하다. 더하여, 본 실시 형태의 연자성 분말은, 여러 가지 자성 부품이나 압분 자심을 제작하기 위한 직접적인 재료로서도 사용 가능하다.

(조성)

상기 연자성 분말의 조성을 상기의 범위로 한정하는 이유에 대해서, 이하, 설명한다.

·Fe(79at％≤a≤84.5at％)

상기 연자성 분말에 있어서, Fe는 주원소이고, 자성을 담당하는 필수 원소이다. 당해 연자성 분말로 제조되는 Fe기 나노 결정 합금 분말의 포화 자속 밀도(Bs)의 향상과, 원료 가격 저감을 위해서는, 연자성 분말에 포함되는 Fe의 비율이 많은 것이 기본적으로는 바람직하다. 여기에서, 우수한 포화 자속 밀도 Bs를 얻기 위해, 상기 조성식 중의 a로 나타나는 Fe의 비율을 79at％ 이상으로 한다. 또한, Fe의 비율을 79at％ 이상으로 함으로써, 후술하는 ΔT를 크게 할 수 있다. 포화 자속 밀도를 더욱 향상시킨다는 관점에서는, Fe의 비율을 80at％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 10％ 이하의 결정화도를 갖는 연자성 분말을 얻기 위해서는, Fe의 비율을 84.5at％ 이하로 할 필요가 있다. 결정화도를 3％ 이하로 하고, 압분 자심의 코어 로스를 더욱 저감한다는 관점에서는, Fe의 비율을 83.5at％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

·Si(0at％≤b＜6at％)

Si는 비정질상의 형성을 담당하는 원소로서, 나노 결정화에 있어서는 나노 결정의 안정화에 기여한다. 연자성 분말의 결정화도를 저하시켜, 압분 자심의 코어 로스를 저감하기 위해서는, 상기 조성식 중의 b로 나타나는 Si의 비율을, 6at％ 미만으로 할 필요가 있다. 한편, Si의 비율은 0at％ 이상이면 좋지만, Fe기 나노 결정 합금 분말의 포화 자속 밀도를 더욱 향상시킨다는 관점에서는, 2at％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, ΔT를 크게 한다는 관점에서는, 3at％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

·B(0at％＜c≤10at％)

상기 연자성 분말에 있어서, B는 비정질상의 형성을 담당하는 필수 원소이다. 연자성 분말의 결정화도를 10％ 이하로 억제하여, 압분 자심의 코어 로스를 저감하기 위해서는 B의 첨가가 필수이다. 따라서, 상기 조성식 중의 c로 나타나는 B의 비율을 0at％ 초과로 한다. B의 비율은, 3at％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 5at％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, B의 비율이 10at％ 초과의 경우, Fe-B 화합물이 석출되고, 압분 자심의 코어 로스가 증대한다. 그 때문에, B의 비율은 10at％ 이하로 할 필요가 있다. 연자성 분말의 결정화도를 3％ 이하로 억제함으로써 압분 자심의 코어 로스를 더욱 저감한다는 관점에서는, B의 비율을 8.5at％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

·P(4at％＜d≤11at％)

상기 연자성 분말에 있어서, P는 비정질상의 형성을 담당하는 필수 원소이다. 상기 조성식 중의 d로 나타나는 P의 비율이 4at％보다도 큰 경우, 연자성 분말을 제작할 때에 사용되는 합금 용탕의 점성이 저하한다. 그리고 그 결과, 압분 자심의 자기 특성을 향상시킨다는 관점에서 바람직한 구 형상의 연자성분을 제작하기 쉬워진다. 더하여, P의 비율이 4at％보다도 큰 경우, 융점이 저하하기 때문에 비정질 형성능을 향상시킬 수 있어, Fe기 나노 결정 합금 분말을 제작하기 쉬워진다. 이들 효과가 10％ 이하의 결정화도를 갖는 연자성 분말의 제작에 기여한다. 그 때문에, P의 비율을 4at％ 초과로 한다. 또한, 내식성을 향상시킨다는 관점에서는, P의 비율을 5.5at％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Fe기 나노 결정 합금 분말에 있어서의 나노 결정을 더욱 미세화하고, 압분 자심의 코어 로스를 한층 저감한다는 관점에서는, P의 비율을 6at％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 소망하는 포화 자속 밀도를 갖는 Fe기 나노 결정 합금 분말을 얻기 위해, P의 비율은 11at％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, 포화 자속 밀도를 더욱 향상시킨다는 관점에서는, P의 비율을 10at％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 8at％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

·Cu(0.2at％≤e≤0.53at％)

상기 연자성 분말에 있어서, Cu는 나노 결정화에 기여하는 필수 원소이다. 상기 조성식 중의 e로 나타나는 Cu의 비율을 0.2at％ 이상, 0.53at％ 이하로 함으로써, 연자성 분말의 비정질 형성능을 향상시킬 수 있음과 함께, 가열 처리에 있어서의 승온 속도가 느려도 Fe기 나노 결정 합금 분말에 있어서의 나노 결정을 균일하게 미세화할 수 있다. 승온 속도가 느린 경우는 연자성 분말에 있어서 온도 분포의 불균일이 생기지 않아, 전체적으로 균일한 온도가 되기 때문에, 균일한 Fe기 나노 결정이 얻어진다. 그 때문에, 대형의 자성 부품을 제조하는 경우라도 우수한 자기 특성이 얻어진다.

또한, Fe기 나노 결정 합금 분말에 있어서의 나노 결정의 조대화를 방지하고, 압분 자심에 있어서 소망하는 코어 로스를 얻는다는 관점에서도, Cu의 비율은 0.2at％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Cu의 비율이 0.53at％보다 많은 경우에는, Fe의 핵 생성이 일어나기 쉬워지기 때문에, 결정화도가 10％보다 높아진다. 그 때문에, 결정화도를 10％ 이하로 억제한다는 관점에서도, Cu의 비율은 0.53at％ 이하로 할 필요가 있다.

Fe기 나노 결정 합금 분말에 있어서의 나노 결정을 더욱 미세화하고, 압분 자심의 코어 로스를 한층 저감한다는 관점에서는, Cu의 비율을 0.4at％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 동일한 관점에서, Cu의 비율은 0.3at％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 나노 결정의 석출량을 더욱 증가시키고, Fe기 나노 결정 합금 분말의 포화 자속 밀도를 한층 향상시킨다는 관점에서는, Cu의 비율을 0.35at％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

·M(0at％≤f≤4at％)

상기 연자성 분말은, 추가로 0∼4at％의 M을 함유한다. 여기에서 상기 M은, Nb, Mo, Zr, Ta, W, Hf, Ti, V, Cr, Mn, C, Al, S, O 및, N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소를 나타낸다. 상기 조성식에 있어서의 f로 나타나는 M의 합계 비율을 4at％ 이하로 함으로써, Fe기 나노 결정 합금 분말에 있어서의 비정질 형성능 및 내식성을 향상시키고, 또한, 50㎚ 미만의 입경의 나노 결정의 석출이 억제 가능하다. 또한, M의 비율이 4at％ 이하이면, M의 과잉 첨가에 기인하는 포화 자속 밀도의 저하를 방지할 수 있다.

(원형도)

본 실시 형태의 연자성 분말에 있어서는, 당해 연자성 분말을 구성하는 입자의 원형도의 중앙값을 0.4 이상, 1.0 이하로 한다. 통상, 압분 자심은 절연 피복된 연자성 분말을 가압 성형하여 제조된다. 그 때, 입자의 형상이 과도하게 찌그러지면 입자 표면의 절연 피복이 찢어지고, 그 결과, 압분 자심의 자기 특성이 저하한다. 또한, 입자의 형상이 과도하게 찌그러지면 압분 자심의 밀도가 저하하고, 그 결과, 자기 특성이 악화된다. 그 때문에, 원형도의 중앙값을 0.4 이상으로 한다. 한편, 원형도의 상한은, 그 정의에서 1이다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 원형도의 중앙값을 1.0 이하로 한다. 또한, 원형도의 평균값은 원형도가 큰 입자의 값의 영향을 크게 받기 때문에, 분말 전체의 원형도를 나타내는 지표로서 적합하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 원형도의 중앙값을 이용한다.

여기에서, 연자성 분말을 구성하는 입자의 원형도와 그의 중앙값은 이하의 방법으로 측정할 수 있다. 우선, 대상의 연자성 분말을 현미경으로 관찰하고, 시야 내에 포함되는 개개의 입자의 투영 면적 A(㎡) 및 주위 길이 P(m)를 구한다. 1개의 입자의 원형도(φ)는, 당해 입자의 투영 면적 A 및 주위 길이 P에서, 하기 (1)식을 이용하여 산출할 수 있다. 여기에서 원형도 φ는 무차원수이다.

φ＝4πA/P²…(1)

얻어진 개개의 입자의 원형도 φ를 오름순으로 나열했을 때의, 중앙의 값을 원형도의 중앙값(φ50)으로 한다. 또한, 보다 구체적으로는, 실시예에 기재한 방법으로 원형도의 중앙값을 구할 수 있다.

(입경)

상기 연자성 분말을 구성하는 입자의 입경은, 결정화도를 낮게 하기 위해 1㎜ 이하로 한다. 상기 입경은 200㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 입경이 1㎜ 이하라는 것은, 연자성 분말에 포함되는 모든 입자의 입경이 1㎜ 이하인 것, 즉, 연자성 분말이 입경 1㎜ 초과의 입자를 포함하지 않는 것을 의미하는 것으로 한다. 상기 입경은, 레이저 입도 분포계에 의해 측정할 수 있다.

(균등수 n)

연자성 분말의 입도 분포를 좁게 함으로써, 입도 편석(particle size segregation)을 억제하고, 압분 자심의 밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 그리고 그 결과, 압분 자심의 자기 특성이 한층 향상된다. 그 때문에, Rosin-Rammler식에 있어서의 균등수 n을 0.3 이상으로 하는 것이 바람직하다. 균등수 n은, 입도 분포의 넓이를 나타내는 지표로서, 균등수 n이 큰 값일수록 입도 분포가 좁은, 즉 입경이 균일한 것을 의미한다. 한편, n이 30 초과인 경우, 입경이 과도하게 균일하게 되기 때문에, 조대 입자(coarse particles) 간의 극간에 들어가는 미세 입자의 수가 부족하여, 공극률이 상승하여 압분 자심의 밀도의 저하로 이어진다. 그 때문에, 추가로 자기 특성을 향상시킨다는 관점에서는, Rosin-Rammler식에 있어서의 균등수 n을 30 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 균등수 n은, 이하의 방법으로 구할 수 있다. Rosin-Rammler식은, 분체의 입도 분포를 나타내는 식의 하나로, 하기 (2)식으로 나타난다.

R＝100exp{－(d/c)ⁿ｝…(2)

상기 (2)식 중의 기호는, 각각 다음의 의미이다.

d(m)：입경

R(％)：입경 d 이상의 입자의 체적 비율

c(m)：R＝36.8％에 상당하는 입경

n(－)：균등수

상기 (2)식을, 자연 대수를 이용하여 변형하면, 하기 (3)식이 된다. 따라서, X축에 ln d, Y축에 ln{ln(100/R)}의 값을 취하고 플롯하여 얻어지는 직선의 기울기가 균등수 n이 된다.

ln{ln(100/R)}＝n×ln d－n×ln c…(3)

여기에서, 레이저 입도 분포계를 이용하여 측정한 실제의 연자성 분말의 입도 분포를, 상기 (3)식을 이용하여 직선 근사함으로써, 균등수 n을 구할 수 있다.

또한, 직선 근사의 상관 계수 r이, 일반적으로 강한 상관이 있다고 여겨지는 0.7 이상일 때만 제작한 분말 입자에 있어서 Rosin－Rammler의 식이 성립하는 것으로 하고, 그의 기울기를 균등수로서 적용한다. 또한, 균등수의 정밀도의 확보를 위해, 분말에 있어서 측정된 입경의 상한과 하한에 있어서 10 이상의 입경 범위로 분할하여 각 입경 범위에 있어서의 체적 비율을 레이저 입도 분포계로 측정하여, Rosin-Rammler의 식에 적용하는 것으로 한다.

균등수 n이 0.3 이상, 30 이하인 연자성 분말은, 예를 들면, 수(水) 아토마이즈법의 경우는, 용강(molten steel)에 충돌시키는 물의 수압이나 물/용강의 유량비, 용강 주입 속도를 제어함으로써 제조할 수 있다.

(결정화도)

상기 연자성 분말의 결정화도는, 체적비로 10％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이하, 그의 이유에 대해서 설명한다.

일반적으로, 비정질상을 주상으로 하는 연자성 분말을 제작할 때, 용탕(molten metal)의 냉각 과정에 있어서의 급냉 부족이나, 분말 조성에 의해 정해지는 비정질 형성능의 부족, 사용 원료 중에 포함되는 불순물의 영향 등에 의해, αFe(-Si)나 Fe-B, Fe-P로 이루어지는 화합물상의 미결정(초기 석출물)이 석출되는 경우가 있다.

상기 초기 석출물은, Fe기 나노 결정 합금 분말의 자기 특성을 저하시키는 일 요인이 된다. 구체적으로는, 초기 석출물에 기인하여, Fe기 나노 결정 합금 분말 중에 50㎚를 초과하는 입경을 갖는 나노 결정이 석출되는 경우가 있다. 50㎚를 초과하는 입경의 나노 결정은, 소량 석출한 것만으로 자벽의 이동(displacement of domain wall)을 저해하여, Fe기 나노 결정 합금 분말의 자기 특성을 열화시킨다.

또한, 석출된 화합물상은 연자기 특성이 뒤떨어지기 때문에, 그의 존재 자체에 의해서도 분말의 자기 특성을 현저하게 열화시킨다.

그 때문에, 일반적으로는, 연자성 분말에 대한 초기 석출물의 체적비로서 정의되는 초기 결정화도(이하, 간단히 「결정화도」라고 함)를 가능한 한 낮게 하여, 실질적으로 비정질상만으로 이루어지는 연자성 분말을 제작하는 것이 바람직하다고 생각되고 있다.

그러나, 결정화도가 매우 낮은 연자성 분말을 얻고자 하면, 고가의 원료가 필요해지는 것에 더하여, 아토마이즈 후의 분급에 의해 대입경의 분말을 제외하는 등의 복잡한 공정이 필요해진다. 그리고 그의 결과, 연자성 분말의 제조 비용이 증가한다.

여기에서, 본 발명의 연자성 분말은 전술한 조성식으로 나타나는 조성을 갖는 것이지만, 이 조성은, 결정(초기 석출물)의 혼재에 기인하여 필요한 균일성이 얻어지지 않는다는 이유에 의해, 연속 박대의 형성에는 적합하지 않다. 즉, 상기 조성의 연속 박대를 제작한 경우, 체적비로 10％ 이하의 초기 석출물이 포함될 우려가 있다. 이 경우, 초기 석출물에 기인하여, 연속 박대가 부분적으로 취약화할 우려가 있다. 또한, 나노 결정화 후도 균일한 미세 조직을 얻을 수 없고, 또한 박대 형상에서는 근소한 초기 석출물의 개재에 의해 자기 특성이 현저하게 열화할 우려가 있다.

한편, 전술한 문제는, 연속 박대에 고유의 것이다. 연자성 분말에 대해서는, 결정화도가 10％ 정도가 되어도 사용상 문제가 생기기 어렵다. 첫째로 분말이나 압분 자심의 형태에서는 포화 가까이까지 여자(excite)하여 사용하는 경우가 적고, 또한 분말이 1개 1개 독립하고 있기 때문에 특성이 나쁜 분말은 여자할 수 없고, 전체적으로 영향이 거의 없어져, 결정화도가 극히 제로에 가까운 연자성 분말로부터 얻어진 Fe기 나노 결정 합금 분말에 비하여도 거의 뒤떨어지지 않는 충분한 자기 특성을 갖는 Fe기 나노 결정 합금 분말이 얻어진다.

본 발명의 연자성 분말은, 상기 소정의 조성을 갖기 때문에, 결정화도를 10％ 이하로 억제할 수 있다. 결정화도를 10％ 이하로 억제함으로써, 종래와 동일한 열처리에 의해 충분한 자기 특성을 갖는 Fe기 나노 결정 합금 분말이 얻어진다. 즉, 결정화도를 극히 제로에 근접시키는 것이 아니라, 10％ 이하라는 다소의 결정화도를 허용함으로써, 충분한 자기 특성을 갖는 Fe기 나노 결정 합금 분말을, 제조 비용을 증가시키는 일 없이 제조할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 연자성 분말은, 일반적인 아토마이즈 장치를 사용하여, 비교적 염가의 원료로 안정적으로 제조할 수 있다. 또한, 원료의 용해 온도 등의 제조 조건을 완화할 수 있다.

결정화도는, 보다 낮은 쪽이 바람직하다. 예를 들면, 연자성 분말은, 체적비로 3％ 이하의 결정화도로 하는 것이 바람직하다. 결정화도를 3％ 이하로 하기 위해서는, a≤83.5at％, c≤8.5at％, 또한, d≥5.5at％로 하는 것이 바람직하다.

결정화도가 3％ 이하인 경우, 압분 자심을 제작했을 때의 성형 밀도가 더욱 향상한다. 결정화도를 3％로 함으로써, 결정화에 기인하는 재료의 경도 상승을 더욱 억제할 수 있다. 그리고 그의 결과, 성형 밀도를 한층 향상시켜, 투자율을 더욱 높일 수 있다. 더하여, 결정화도가 3％ 이하인 경우, 연자성 분말의 외관을 유지하기 쉽다. 구체적으로는, 결정화도가 높으면 결정부의 입계가 취약하기 때문에, 아토마이즈 후의 연자성 분말이 산화에 의해 변색할 우려가 있다. 그래서, 결정화도를 3％ 이하로 함으로써, 연자성 분말의 변색을 억제하여, 외관을 유지할 수 있다.

상기 결정화도 및 초기 석출물의 입경은, X선 회석(XRD: X-ray diffraction)에 의한 측정 결과를 WPPD법(Whole-powder-pattern decomposition method)에 의해 해석함으로써 산출할 수 있다. X선 회석 결과의 피크 위치로부터, αFe(-Si)상, 화합물상 등의 석출상(precipitation phases)을 동정(identify)할 수 있다.

상기 결정화도는 연자성 분말 전체에 있어서의 초기 석출물 전체의 체적비이고, 당해 분말을 구성하는 개개의 입자에 있어서의 결정화도를 가리키는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면, 연자성 분말의 결정화도가 10％ 이하인 경우에도, 분말 전체로서의 결정화도가 10％ 이하이면, 당해 분말 중에 비정질 단상(single-phase)의 입자가 포함되는 것은 허용된다.

(비정질상)

상기 연자성 분말은, 전술한 바와 같이 결정화도가 체적비로 10％ 이하인 것이 바람직하다. 그 때, 석출물 이외의 잔부는, 비정질상인 것이 바람직하다. 그러한 연자성 분말은, 비정질상이 주상일 수 있다. 환언하면, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 연자성 분말은, 체적비로 10％ 이하의 석출물과, 잔부의 비정질상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 연자성 분말에 소정의 열처리 조건에 의한 열처리를 실시함으로써, bccFe(αFe(-Si))의 나노 결정이 석출되어, 우수한 자기 특성을 갖는 Fe기 나노 결정 합금 분말이 얻어진다.

(연자성 분말의 제조 방법)

다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 상기 연자성 분말의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명은 제조 방법의 일 예를 나타내는 것으로서, 본 발명은 이하의 설명에 한정되는 것은 아니다.

상기 연자성 분말의 제조에는, 특별히 한정되는 일 없이 여러 가지 제조 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 연자성 분말은, 아토마이즈법에 의해 제조할 수 있다. 상기 아토마이즈법으로서는, 수 아토마이즈법 및 가스 아토마이즈법의 어느것이나 사용할 수 있다. 환언하면, 상기 연자성 분말은, 아토마이즈분이라도 좋고, 상기 아토마이즈분은 수 아토마이즈분 및 가스 아토마이즈분의 적어도 한쪽이라도 좋다.

아토마이즈법에 의해 연자성 분말을 제조하는 방법에 대해서, 이하, 설명한다. 우선, 원료를 준비한다. 이어서, 상기 원료를, 소정의 조성이 되도록 칭량하고, 용해하여 합금 용탕을 제작한다. 이 때, 본 발명에 있어서의 연자성 분말의 조성은, 융점이 낮기 때문에, 용해를 위한 소비 전력을 삭감할 수 있다. 다음으로, 상기 합금 용탕을 노즐로부터 배출함과 함께, 고압의 물이나 가스를 사용하여 합금 용적으로 분단하여, 미세한 연자성 분말을 제조한다.

전술의 분말 제작 공정에 있어서, 분단에 사용하는 가스는, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스라도 좋다. 또한, 냉각 속도를 향상시키기 위해, 분단 직후의 합금 용적을 냉각용의 액체나 고체에 접촉시켜 급냉해도 좋고, 합금 용적을 재분단하여 더욱 미세화해도 좋다. 냉각용으로 액체를 사용하는 경우, 상기 액체로서는, 예를 들면, 물이나 기름을 사용해도 좋다. 냉각용으로 고체를 사용하는 경우, 상기 고체로서는, 예를 들면, 회전 구리롤이나 회전 알루미늄판을 사용해도 좋다. 단, 냉각용의 액체나 고체는 이들에 한정되지 않고, 다른 임의의 재료를 사용할 수 있다.

전술의 분말 제작 공정에 있어서, 제작 조건을 바꿈으로써, 연자성 분말의 분말 형상 및 입경을 조정할 수 있다. 본 실시의 형태에 의하면, 합금 용탕의 점성이 낮기 때문에, 연자성 분말을 구 형상으로 제작하기 쉽다.

상기 제조 과정에 있어서, 비정질상을 주상으로 하는 연자성 분말 중에 초기 석출물이 석출된다. 초기 석출물로서 Fe-B나 Fe-P 등의 화합물이 석출되면, 자기 특성이 현저하게 열화한다. 이에 대하여, 본 발명의 연자성 분말에서는, Fe-B나 Fe-P 등의 화합물의 석출이 억제되어 있고, 초기 석출물은 기본적으로 bcc의 αFe(-Si)이다.

[Fe기 나노 결정 합금 분말]

본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 상기 조성을 갖고, 결정화도가 체적비로 10％보다 높고, 또한, Fe 결정자 지름이 50㎚ 이하이다.

(결정화도)

Fe기 나노 결정 합금 분말의 결정화도가 10％ 이하이면, 압분 자심의 코어 로스가 증대한다. 그 때문에, Fe기 나노 결정 합금 분말의 결정화도는, 체적비로 10％ 초과로 한다. 상기 결정화도를, 체적비로 10％ 초과로 함으로써, 압분 자심의 코어 로스를 저감할 수 있다. 상기 결정화도는, 체적비로 30％ 초과로 하는 것이 보다 바람직하다. 결정화도를 30％로 함으로써, 압분 자심의 코어 로스를 더욱 저감할 수 있다.

또한, Fe기 나노 결정 합금 분말의 결정화도는, 전술한 연자성 분말의 결정화도와 동일한 방법으로 측정할 수 있다.

(Fe 결정자 지름)

Fe기 나노 결정 합금 분말의 Fe 결정자 지름이 50㎚보다 크면, 결정 자기 이방성이 커져 연자기 특성이 열화한다. 그 때문에, Fe기 나노 결정 합금 분말의 Fe 결정자 지름을 50㎚ 이하로 한다. Fe기 나노 결정 합금 분말의 Fe 결정자 지름을 50㎚ 이하로 함으로써, 연자기 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 Fe 결정자 지름은 40㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 Fe 결정자 지름을 40㎚ 이하로 함으로써, 연자기 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 Fe 결정자 지름은, XRD에 의해 측정할 수 있다.

(비정질상에 포함되는 타원의 단경)

Fe기 나노 결정 합금 분말의 단면에 있어서의 700㎚×700㎚의 영역에 있어서의 비정질상에 포함되는 타원의 단경의 최대값은 60㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 타원의 단경의 최대값은, Fe기 나노 결정 합금 분말에 포함되는 결정 간의 거리의 지표로 간주할 수 있다. 상기 타원의 단경의 최대값을 60㎚ 이하로 함으로써, 당해 Fe기 나노 결정 합금 분말을 이용하여 얻어지는 압분 자심의 코어 로스를 더욱 저감할 수 있다.

상기 타원의 단경은, 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission electron microscope)으로 Fe기 나노 결정 합금 분말을 관찰함으로써 구할 수 있다. TEM으로 관찰되는 화상에서는 비정질상과 결정상이 구별 가능하고, 도 1에 개략도를 나타내는 바와 같이, 화상 해석에 의해, 비정질상에 포함되는 타원(결정상에 접하는 타원)의 단경을 구할 수 있다. 그리고, 700×700㎚의 영역에 있어서의 단경의 최대값을 구한다. 또한, 상기 타원의 단경의 값은 타원을 취하는 방법에 따라 변화하지만, 타원의 단경의 최대값은 결정 상관의 거리의 최대값을 초과하지 않는 값이 되고, 일률적으로 정해진다. 그 때문에, 본 발명에서는 상기 타원의 단경의 최대값을, Fe기 나노 결정 합금 분말에 포함되는 결정 간의 거리의 지표로서 이용한다.

TEM에 의한 관찰은 이하의 순서로 행할 수 있다. 우선 에폭시 수지와 분말을 혼합하고, TEM의 시료 사이즈에 상당하는 금속 파이프에 충전하여 100℃ 전후의 온도로 중합·경화시킨다. 다음으로, 다이아몬드 컷터로 두께 1㎜ 정도의 원반으로 잘라내어, 편측을 경면 연마한다. 그리고, 경면 연마면과 반대측의 면을 연마지로 두께 0.1㎜ 정도까지 연마하고, 딤플러로 오목하게 하여 중심부 두께를 40㎛ 정도로 한다. 다음으로 이온 밀링 장치로 연마하여, 작은 구멍을 뚫고, 작은 구멍 근방의 얇은 부분을 TEM 관찰한다.

(Fe기 나노 결정 합금 분말의 제조 방법)

다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 Fe기 나노 결정 합금 분말의 제조 방법에 대해서 설명한다. 상기 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 전술한 연자성 분말로 제조할 수 있다. 상기 연자성 분말에 소정의 조건으로 열처리를 실시함으로써, bccFe(αFe(-Si))의 나노 결정이 석출되고, 이에 의해 우수한 자기 특성을 갖는 Fe기 나노 결정 합금 분말이 얻어진다. 그와 같이 하여 얻어지는 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 비정질상 및 bccFe의 나노 결정을 포함하는 Fe기 합금으로 이루어지는 분말이다.

상기 Fe기 나노 결정 합금 분말의 제조에 있어서는, 상기 연자성 분말을, 제1 결정화 개시 온도(T_x1)－50K 이상, 제2 결정화 개시 온도(T_x2) 미만의 최고 도달 온도(T_max)까지, 30℃/min 이하의 승온 속도로 가열하는 것이 바람직하다. 상기 가열 조건에 대해서, 이하, 설명한다.

상기 연자성 분말을 Ar이나 N₂가스 분위기와 같은 불활성 분위기 중에서 열처리하면, 결정화를 2회 이상 확인할 수 있다. 최초로 결정화가 개시되는 온도를 제1 결정화 개시 온도(T_x1)라고 하고, 2회째의 결정화가 개시되는 온도를 제2 결정화 개시 온도(T_x2)라고 한다. 또한, 제1 결정화 개시 온도(T_x1)와 제2 결정화 개시 온도(T_x2)의 사이의 온도차(T_x2－T_x1)를 ΔT로 정의한다.

제1 결정화 개시 온도(T_x1)는, bccFe의 나노 결정 석출의 발열 피크이고, 제2 결정화 개시 온도(T_x2)는, FeB나 FeP 등의 화합물 석출의 발열 피크이다. 이들 결정화 온도는, 예를 들면, 시차 주사 열량 분석(DSC) 장치를 사용하여, 실제의 결정화에 있어서의 승온 속도 조건으로 열분석을 행함으로써 평가 가능하다.

ΔT가 큰 경우, 소정의 열처리 조건에 있어서의 열처리가 용이해진다. 이 때문에, 열처리에 의해 bccFe의 나노 결정만을 석출시키고, 추가로 양호한 자기 특성의 Fe기 나노 결정 합금 분말을 얻을 수 있다. 즉, ΔT를 크게 함으로써, Fe기 나노 결정 합금 분말에 있어서의 bccFe의 나노 결정 조직이 보다 안정되어, Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하는 압분 자심의 코어 로스를 한층 저감할 수 있다.

상기 가열 공정에 있어서의 최고 도달 온도(T_max)를 제2 결정화 개시 온도(T_x2) 미만으로 함으로써, 가열 공정에 있어서의 화합물상의 석출을 방지할 수 있다. 상기 열처리는, 550℃ 이하의 온도하에서 행하는 것이 바람직하다. 한편, 아몰퍼스로부터 Fe를 나노 결정화시키기 위해서는, Tmax를 제1 결정화 개시 온도(T_x1)－50K 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열처리는, 300℃ 이상의 온도하에서 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가열 공정은, 아르곤이나 질소 등의 불활성 분위기 중에 있어서 행하는 것이 바람직하다. 단, Fe기 나노 결정 합금 분말의 표면에 산화층을 형성하여 내식성이나 절연성을 향상시키기 위해, 상기 가열을 부분적으로 산화 분위기 중에서 행해도 좋다. 또한, Fe기 나노 결정 합금 분말의 표면 상태를 개선하기 위해, 상기 가열을 부분적으로 환원 분위기 중에서 행해도 좋다.

상기 가열에 있어서의 승온 속도는, 30℃/min 이하로 한다. 상기 승온 속도를 30℃/min 이하로 함으로써, Fe 결정립 성장의 억제 및 결정화율이 증가 및 Tx1과의 Tx2 온도차 ΔT가 커지고, 보자력 Hc 및 압분 자심의 코어 로스가 저하 및 자기 특성에 악영향을 미치는 Fe-B 합금이나 Fe-P 합금의 생성을 방지할 수 있다.

[자성 부품·압분 자심]

본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 자성 부품은, 상기 Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하는 자성 부품이다. 또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 압분 자심은, 상기 Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하는 압분 자심이다. 즉, 상기 Fe기 나노 결정 합금 분말을 성형함으로써, 자성 시트 등의 자성 부품이나, 압분 자심을 제조할 수 있다. 또한, 상기 압분 자심을 사용하여, 트랜스, 인덕터, 모터나 발전기 등의 자성 부품을 제작할 수 있다.

본 발명의 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 고자화의 나노 결정(bccFe의 αFe(-Si))을 높은 체적비로 포함하고 있다. 또한, αFe(-Si)의 미세화에 의해, 결정 자기 이방성이 낮다. 또한, 비정질상의 정 자왜(磁歪)와 αFe(－Si) 상의 부 자왜의 혼상에 의해, 자왜가 저감된다. 이 때문에, 본 실시의 형태의 Fe기 나노 결정 합금 분말을 사용함으로써, 높은 포화 자속 밀도 Bs 및 낮은 코어 로스를 갖는 자기 특성이 우수한 압분 자심을 제작할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, Fe기 나노 결정 합금 분말에 대신하여, 열처리 전의 연자성 분말을 사용하여, 자성 시트 등의 자성 부품이나, 압분 자심을 제조할 수도 있다. 예를 들면, 연자성 분말을 소정의 형상으로 성형한 후에 소정의 열처리 조건에 의한 열처리를 실시함으로써, 자성 부품이나 압분 자심을 제작할 수 있다. 또한, 그의 압분 자심을 사용하여, 트랜스, 인덕터, 모터나 발전기 등의 자성 부품을 제작할 수 있다. 이하, 연자성 분말을 사용한 압분 자심의 자심 제작 방법의 일 예에 대해서 설명한다.

자심 제작 공정에 있어서, 우선, 연자성 분말을, 수지 등의 절연성이 양호한 결합제와 혼합하여 조립(造粒)하여, 조립분을 얻는다. 결합제로서 수지를 사용하는 경우, 예를 들면, 실리콘, 에폭시, 페놀, 멜라민, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아미드이미드를 사용해도 좋다. 절연성이나 결착성을 향상시키기 위해, 수지를 대신하여, 또는, 수지와 함께, 인산염, 붕산염, 크롬산염, 산화물(실리카, 알루미나, 마그네시아 등), 무기 고분자(폴리실란, 폴리겔만, 폴리스타난, 폴리실록산, 폴리실세스퀴옥산, 폴리실라잔, 폴리보라길렌, 폴리포스파젠 등) 등의 재료를 결합제로서 사용해도 좋다. 또한, 복수의 결합제를 병용해도 좋고, 상이한 결합제에 의해 2층 또는 그 이상의 다층 구조의 피복을 형성해도 좋다. 결합제의 양은, 일반적으로는, 0.1∼10질량％ 정도가 바람직하고, 절연성 및 충전율을 고려하면, 0.3∼6질량％ 정도가 바람직하다. 단, 결합제의 양은, 분말 입경, 적용 주파수, 용도 등을 고려하여 적절히 결정하면 좋다.

자심 제작 공정에 있어서, 다음으로, 금형을 사용하여 조립분을 가압 성형하여 압분체를 얻는다. 그 후, 압분체에 소정의 열처리 조건에 의한 열처리를 실시하여, 나노 결정화와 결합재의 경화를 동시에 행하여, 압분 자심을 얻는다. 전술한 가압 성형은, 일반적으로는, 실온 하에서 행하면 좋다. 본 실시의 형태의 연자성 분말로부터 조립분을 제작할 때에 내열성이 높은 수지나 피복을 사용하여, 예를 들면 550℃ 이하의 온도 범위에서 가압 성형함으로써, 매우 고밀도의 압분 자심을 성형할 수도 있다.

자심 제작 공정에 있어서, 조립분을 가압 성형할 때, 충전성을 향상시킴과 함께 나노 결정화에 있어서의 발열을 억제하기 위해, 상기 연자성 분말보다도 연질인 Fe, FeSi, FeSiCr, FeSiAl, FeNi, 카보닐 철분 등의 분말(연질 분말)을, 상기 조립분에 혼합해도 좋다. 또한, 상기 연질 분말을 대신하여, 또는, 전술의 연질 분말과 함께, 상기 연자성 분말과는 입경이 상이한 임의의 연자성 분말을 혼합해도 좋다. 이 때, 본 발명의 연자성 분말에 대한, 상기 입경이 상이한 연자성 분말의 혼합량은, 50질량％ 이하인 것이 바람직하다.

상기 압분 자심은, 전술한 방법과는 상이한 제조 방법에 의해 제작해도 좋다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 Fe기 나노 결정 합금 분말을 사용하여 압분 자심을 제작해도 좋다. 이 경우, 전술의 자심 제작 공정과 마찬가지로 조립분을 제작하면 좋다. 금형을 사용하여 조립분을 가압 성형함으로써, 압분 자심을 제작할 수 있다.

이상과 같이 제작한 본 실시 형태의 압분 자심은, 제작 공정에 상관없이, 본 실시 형태의 Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하고 있다. 마찬가지로, 본 실시 형태의 자성 부품은, 본 실시 형태의 Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하고 있다.

실시예

다음으로, 실시예에 기초하여, 본 발명에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경하는 것도 가능하고, 이들은 어느 것이나 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

(제1 실시예)

조성이 자기 특성에 주는 영향을 평가하기 위해, 이하의 실험을 행했다.

·연자성 분말의 제작과 평가

우선, 연자성 분말을 제조하기 위한 원료로서, 공업 순철, 페로실리콘, 페로인, 페로보론, 페로니오브, 페로몰리브덴, 지르코늄, 탄탈, 텅스텐, 하프늄, 티탄, 페로바나듐, 페로크롬, 페로망간, 페로카본, 페로알루미, 황화철 및, 전해동을 준비했다. 상기 원료를, 표 1에 나타내는 조성이 되도록 칭량하여, 아르곤 분위기 중에서 고주파 용해에 의해 용해하여 합금 용탕으로 했다. 상기 합금 용탕을 수 아토마이즈법에 의해 처리하여, 연자성 분말(합금 분말)을 제작했다.

이어서, 얻어진 연자성 분말의 원형도의 중앙값, 당해 연자성 분말의 결정화도 및, 석출상(석출물)을 평가했다.

원형도의 중앙값은, 이하의 순서로 평가했다. 우선, 대상이 되는 연자성 분말을 건조시킨 후, 입자 화상 이미징 분석 장치 모포로기 G3(스펙트리스 가부시키가이샤 제조)에 장입했다. 상기 모포로기 G3는, 현미경에 의해 입자를 촬상하고, 얻어진 화상을 해석하는 기능을 갖는 장치이다. 상기 연자성 분말은, 개개의 입자의 형상이 판별 가능해지도록, 500㎪의 공기에 의해 유리 상에 분산시켰다. 이어서, 유리 상에 분산시킨 상기 연자성 분말을 모포로기 G3 부속의 현미경으로 관찰하고, 시야에 포함되는 입자의 개수가 6만개가 되도록 자동으로 배율을 조정했다. 그 후, 시야 내에 포함되는 6만개의 입자에 대해서 화상 해석을 행하여, 자동적으로 각 입자의 원형도 φ를 산출했다. 얻어진 개개의 입자의 원형도 φ를 오름순으로 나열했을 때의, 중앙의 값을 원형도의 중앙값(φ50)으로 했다. 얻어진 연자성 분말의 원형도의 중앙값은, 모두 0.7 이상, 1.0 이하였다.

또한, 연자성 분말의 결정화도 및, 석출상(석출물)의 평가는, 앞서 서술한 XRD를 이용하는 방법에 의해 실시했다. 결정화도의 측정값과, 동정된 석출물을 표 1에 병기했다. 또한, 표 1을 포함한 각 표의 「석출물」란에 있어서의 약호는, 각각 하기의 의미이다.

·αFe: bccFe의 결정상

·Com: Fe-B 화합물 및 Fe-P 화합물의 적어도 한쪽

·amo: 비정질상으로 이루어지고, 석출물을 포함하지 않는다

추가로, 얻어진 연자성 분말의 입도 분포를 레이저 입도 분포계에 의해 측정했다. 그 결과, 어느 연자성 분말이나 입경이 1㎜ 이하였다. 즉, 어느 연자성 분말이나 입경 1㎜ 초과의 입자를 포함하지 않았다.

·Fe기 나노 결정 합금 분말의 제작과 평가

다음으로, 얻어진 연자성 분말을 출발 재료로 하여, Fe기 나노 결정 합금 분말을 제조했다. Fe기 나노 결정 합금 분말의 제조는, 전기로를 이용하여 당해 연자성 분말을 아르곤 분위기 중에서 열처리함으로써 행했다. 상기 열처리에서는, 연자성 분말을 표 2에 나타내는 최고 도달 온도(Tmax)까지, 승온 속도: 10℃/min으로 가열하고, 상기 최고 도달 온도에서 10분간 보존 유지했다.

얻어진 Fe기 나노 결정 합금 분말의 포화 자기 모멘트를, 진동 시료형 자력계(VSM: Vibrating Sample Magnetometer)를 사용하여 측정하고, 측정한 포화 자기 모멘트와 밀도로부터 포화 자속 밀도를 산출했다. 얻어진 포화 자속 밀도 Bs(T)의 값을 표 2에 병기했다.

·압분 자심의 제작과 평가

추가로, 상기 연자성 분말(열처리 전의 것)을 이용하여, 이하의 순서로 압분 자심을 제작했다. 우선, 상기 연자성 분말을, 2mass％의 실리콘 수지를 사용하여 조립했다. 이어서, 조립 후의 분말을, 외경 13㎜ 또한 내경 8㎜의 금형을 사용하여 10ton/㎠의 성형 압력에 의해 성형했다. 그 후, 전기로를 사용하여 열처리를 실시하여, 압분 자심을 얻었다. 상기 열처리는, 상기 Fe기 나노 결정 합금 분말의 제조에 있어서의 열처리와 동일한 조건으로 행했다.

얻어진 압분 자심에는, 상기 열처리에 의해 생성한 Fe기 나노 결정 합금이 존재하고 있었다. 상기 Fe기 나노 결정 합금의 Fe 결정자 지름을, XRD에 의해 측정했다. 또한, 교류 BH 애널라이저를 사용하여, 압분 자심에 대해서 20㎑-100mT에서의 코어 로스를 측정했다. 얻어진 Fe 결정자 지름과 코어 로스를 표 2에 병기했다. 또한, 코어 로스의 값이 100kW/㎥ 이하를 ◎, 100kW/㎥ 초과 200kW/㎥ 이하를 ○, 200kW/㎥ 초과를 ×로 분류했다.

(제2∼제6 실시예)

추가로 조성이 자기 특성에 주는 영향을 평가하기 위해, 표 3, 5, 7, 9 및, 11에 나타낸 조성으로 한 점 이외는 상기 제1 실시예와 동일한 조건으로 연자성 분말을 제작하고, 얻어진 연자성 분말의 원형도의 중앙값, 결정화도, 석출물 및, 입경을 평가했다. 얻어진 연자성 분말의 원형도의 중앙값은, 모두 0.7 이상, 1.0 이하였다. 또한, 어느 연자성 분말이나 입경이 1㎜ 이하였다. 결정화도의 측정값과, 동정된 석출물을 각 표에 병기했다.

추가로, 표 3, 5, 7, 9 및, 11에 나타낸 연자성 분말을 이용하여, 상기 제1 실시예와 동일한 방법으로 Fe기 나노 결정 합금 분말 및 압분 자심을 제작하여, 평가를 실시했다. 이용한 열처리 조건과 평가 결과를 표 4, 6, 8, 10 및 12에 나타낸다.

또한, 각 표의 대응 관계는 다음과 같고, 각 실시예에서는 주로 괄호 내에 기재한 성분의 비율의 영향을 평가했다.

제1 실시예: 표 1, 2(Fe)

제2 실시예: 표 3, 4(Si)

제3 실시예: 표 5, 6(B)

제4 실시예: 표 7, 8(P)

제5 실시예: 표 9, 10(Cu)

제6 실시예: 표 11, 12(M)

표 2에 나타낸 결과로부터 알 수 있듯이, Fe의 비율이 84.5at％보다 높은 비교예 3과 Fe의 비율이 79at％보다 낮은 비교예 4에서는, 압분 자심의 코어 로스가 크다. 또한, 비교예 4에서는 포화 자속 밀도가 낮다. 한편, 실시예 7∼12의 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 79∼84.5at％의 범위의 Fe를 포함하고 있고, 비교예 3, 4에 비하여 압분 자심의 코어 로스가 낮다. 또한, 실시예 7∼12의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 1.65T 이상의 높은 포화 자속 밀도를 갖고 있다.

이상의 결과로부터, Fe의 비율을 79at％ 이상 또한 84.5％ 이하로 함으로써 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 8∼12의 결과에서, Fe의 비율이 83.5at％ 이하이면 추가로 코어 로스가 저하하기 때문에 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 7∼11의 결과에서, Fe의 비율이 80at％ 이상이면, 1.70T 이상의 보다 높은 포화 자속 밀도가 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한, 표 4에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 6의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 6at％보다 많은 Si를 포함하고 있어, 압분 자심의 코어 로스가 크다. 한편, 실시예 17∼20의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 0at％ 이상, 6at％ 미만의 범위의 Si를 포함하고 있어, 압분 자심의 코어 로스가 비교예 6의 압분 자심보다도 낮다. 또한, 실시예 17∼20의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 1.7T 이상의 높은 포화 자속 밀도를 갖고 있다.

이상의 결과로부터, Si의 비율을 0at％ 이상 또한 6at％ 미만으로 함으로써 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 17, 18의 결과로부터, Si의 비율을 2at％ 이상으로 함으로써 포화 자속 밀도가 더욱 향상되기 때문에 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 표 6에 나타낸 결과로부터 알 수 있듯이, 10at％보다 많은 B를 포함하는 비교예 9와 B를 전혀 포함하지 않는 비교예 10에서는, 압분 자심의 코어 로스가 크다. 한편, 실시예 26∼30의 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 10at％ 이하의 범위의 B를 포함하고 있어, 비교예 9, 10에 비하여 압분 자심의 코어 로스가 낮다. 또한, 실시예 26∼30의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 1.7T 이상의 높은 포화 자속 밀도를 갖고 있다.

이상의 결과로부터, B의 비율을 0at％보다 높고 또한 10at％ 이하로 함으로써 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 표 5의 실시예 23, 24, 25로부터 8.5at％ 이하의 B에서 결정화도를 3％ 이하로 억제할 수 있어, 추가로 코어 로스를 저감할 수 있는 것도 알 수 있다.

또한, 표 8에 나타낸 결과로부터 알 수 있듯이, P의 비율이 11at％보다 많은 비교예 13과 P의 비율이 4at％보다 적은 비교예 14에서는, 압분 자심의 코어 로스가 크다. 한편, 실시예 38∼44의 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 4at％ 초과, 11at％ 이하의 범위의 P를 포함하고 있어, 비교예 13, 14보다도 압분 자심의 코어 로스가 낮다. 또한, 실시예 38∼44의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 1.7T 이상의 높은 포화 자속 밀도를 갖고 있다.

이상의 결과로부터, P의 비율을 4at％ 초과 또한 11at％ 이하로 함으로써 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 38∼43의 결과에서, 6at％ 이상에서 코어 로스를 더욱 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 실시예 40∼44의 결과에서, P의 비율이 10at％ 이하에서 포화 자속 밀도가 보다 향상하고, 8at％ 이하에서 더욱 향상하는 것을 알 수 있다.

또한, 표 10에 나타낸 결과로부터 알 수 있듯이, Cu의 비율이 0.53at％보다 높은 비교예 17과 Cu의 비율이 0.2at％보다 낮은 비교예 18에서는, 압분 자심의 코어 로스가 크다. 한편, 실시예 52∼58의 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 0.2at％ 이상 또한 0.53at％ 이하의 Cu를 포함하고 있어, 비교예 17, 18에 비하여 압분 자심의 코어 로스가 낮다. 또한, 실시예 52∼58의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 1.65T 이상의 높은 포화 자속 밀도를 갖고 있다.

이상의 결과로부터, Cu의 비율을 0.2at％ 이상, 0.53at％ 이하로 함으로써 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 54∼57의 결과에서, Cu의 비율이 0.3at％ 이상, 0.4at％ 미만에서 코어 로스를 보다 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 실시예 54의 결과로부터는, Cu의 비율이 0.3at％ 이상에서 포화 자속 밀도도 더욱 향상하는 것을 알 수 있다. 또한, Cu의 비율이 0.35at％ 이상에서는 코어 로스를 한층 저감할 수 있는 것도 알 수 있다.

Nb를 포함하는 조성을 예로 들면, 표 12에 나타낸 결과로부터 알 수 있듯이, 비교예 21의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 4at％보다 많은 Nb를 포함하고 있어, 압분 자심의 코어 로스가 크다. 한편, 실시예 81∼89의 Fe기 나노 결정 합금 분말은, 4at％ 이하의 Nb를 포함하고 있어, 압분 자심의 코어 로스가 비교예 21에 비하여 낮다. 또한, 실시예 81∼89의 Fe기 나노 결정 합금 분말은 1.65T 이상의 높은 포화 자속 밀도를 갖고 있고, 또한 2.5at％ 이하의 범위에서는 1.70T 이상의 높은 포화 자속 밀도를 갖고 있다. 또한, 비교예 21, 22와 실시예 81∼102의 비교로부터, M으로서 Mo, Zr, Ta, W, Hf, Ti, V, Cr, Mn, C, Al, S, O, N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소가 4at％ 이하 포함되는 경우에도, 압분 자심의 코어 로스가 저하하는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 연자성 분말에 포함되는 M으로서, Nb, Mo, Zr, Ta, W, Hf, Ti, V, Cr, Mn, C, Al, S, O, N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소의 비율을, 4at％ 이하로 함으로써 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.

추가로, 표 2, 4, 6, 8, 10, 12의 실시예 7∼12, 17∼20, 26∼30, 38∼44, 52∼58, 81∼102와 비교예 10, 14, 18의 비교에 의해, Fe기 나노 결정 합금 분말 내의 Fe 결정자 지름은, 50㎚ 이하로 하는 것이 바람직한 것을 이해할 수 있다.

여기에서, 표 2를 포함하는 각 표의 「Fe 결정자 지름」란에 있어서의 「화합물상」이라는 표기는, 본 발명에서 의도하고 있는 Fe 나노 결정이 아니라, Fe-P나 Fe-B 화합물 등의 화합물상이 석출되어 버리는 것을 의미한다. 이들 화합물상이 석출되면 자기 특성이 현저하게 열화하기 때문에, 당해 화합물상의 석출은 피할 필요가 있다. 또한, 의도한 Fe 나노 결정과는 상이한 결정이기 때문에, Fe 결정자 지름은 나타내고 있지 않다.

(제7 실시예)

추가로, 연자성 분말의 원형도의 중앙값이 겉보기 밀도와 자기 특성에 주는 영향을 평가하기 위해, 표 13에 나타낸 조성의 연자성 분말을 제조했다. 연자성 분말의 제조에 있어서는, 원형도의 중앙값이 상이한 연자성 분말을 얻기 위해, 용강에 충돌시키는 물의 유속을 바꾼 상이한 조건으로 수 아토마이즈를 행했다. 그 이외에 대해서는, 상기 제1 실시예와 마찬가지로 했다.

얻어진 연자성 분말의 입도 분포를 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정한 결과, 어느 연자성 분말이나 입경이 1㎜ 이하였다.

얻어진 연자성 분말의 원형도의 중앙값을, 먼저 서술한 방법으로 측정했다. 또한, 측정에 있어서는, 당해 연자성 분말을 구성하는 입자 중에서 무작위로 추출한 6만개의 입자의 원형도를 현미경 관찰에 의해 산출하고, 얻어진 원형도의 중앙값 φ50(무차원)을 구했다. 얻어진 결과를 표 13에 병기했다.

또한, 연자성 분말의 겉보기 밀도(g/㎤)를 JIS　Z　2504로 규정되는 방법에 의해 측정했다. 결과를 표 13에 병기한다.

실시예 103∼112의 결과로부터 알 수 있듯이, φ50이 클수록, 즉 입자가 구형에 가까울수록, 분말의 겉보기 밀도가 높아진다. 구체적으로는, φ50이 0.4 이상의 분말에서는, 겉보기 밀도가 3.5g/㎤ 이상이었다.

이어서, 상기 연자성 분말(열처리 전의 것)을 이용하여, 상기 제1 실시예와 동일한 방법으로 압분 자심을 제작했다. 성형 후의 열처리에서는, 성형체를 표 13에 나타낸 최고 도달 온도(Tmax)까지, 승온 속도: 10℃/min으로 가열하고, 상기 최고 도달 온도에서 10분간 보존 유지했다. 그 후, 얻어진 압분 자심의 밀도(압분 밀도)와 코어 로스를 측정했다. 상기 압분 밀도는, 압분 후의 성형체의 질량을, 압분 후의 성형체의 체적으로 나눔으로써 구했다. 또한, 코어 로스는 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정했다. 코어 로스의 평가 기준도 제1 실시예와 마찬가지로 했다. 얻어진 압분 밀도와 코어 로스의 값을 표 13에 병기한다.

표 13에 나타낸 바와 같이, 연자성 분말의 겉보기 밀도의 상승에 수반하여 압분 자심의 코어 로스가 저하했다. 이는, 겉보기 밀도의 상승에 의해 압분 자심의 압분 밀도가 상승하여, 압분 자심 중의 공극이 감소했기 때문이다.

또한, 비교예 24, 26, 실시예 103, 108의 연자성 분말은, 모두 겉보기 밀도가 3.5g/㎤로 동일한 값을 나타내고 있다. 그러나, φ50이 0.4 미만인 비교예 24, 26의 연자성 분말은, φ50이 4.0인 실시예 103, 108의 연자성 분말에 비하여 코어 로스가 컸다. 이는, 원형도가 낮은 연자성 분말에서는 입자의 형상이 찌그러지기 때문에, 압분 성형 시에 볼록부에 응력이 집중하고, 그 결과 연자성 분말의 표면 산화 등에 의해 형성된 절연 피복이 찢어졌기 때문이라고 생각된다. 따라서, 연자성 분말의 φ50은 0.4 이상으로 할 필요가 있다. 또한, φ50이 0.7 이상으로 함으로써, 코어 로스를 더욱 저감할 수 있었다. 따라서, φ50은 0.7 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(제8 실시예)

추가로, 연자성 분말의 균등수 n이 겉보기 밀도와 자기 특성에 주는 영향을 평가하기 위해, 표 14에 나타낸 조성의 연자성 분말을 제조했다. 연자성 분말의 제조에 있어서는, 용강에 충돌시키는 물의 유속을 바꾼 상이한 조건으로 수 아토마이즈를 행했다. 그 이외에 대해서는, 상기 제7 실시예와 마찬가지로 했다.

얻어진 연자성 분말의 입도 분포를 레이저 입도 분포계에 의해 측정하고, 먼저 서술한 방법으로 Rosin-Rammler식에 있어서의 균등수 n을 산출했다. 균등수 n은 입도 분포의 넓이를 나타내는 지표이다. 또한, 얻어진 연자성 분말의 원형도의 중앙값을, 상기 제7 실시예와 동일한 방법으로 측정했다. 얻어진 결과를 표 14에 병기했다.

이어서, 상기 제7 실시예와 동일한 방법으로 압분 자심을 제작하고, 얻어진 압분 자심의 밀도(압분 밀도)와 코어 로스를 측정했다. 성형 후의 열처리에서는, 성형체를 표 14에 나타낸 최고 도달 온도(Tmax)까지, 승온 속도: 10℃/min으로 가열하고, 상기 최고 도달 온도에서 10분간 보존 유지했다. 얻어진 압분 밀도와 코어 로스의 값을 표 14에 병기했다.

얻어진 연자성 분말의 φ50은, 실시예 113∼117에서는 약 0.90으로, 거의 일정했다. 마찬가지로, 실시예 113∼121에 있어서의 φ50은 약 0.95로, 거의 일정했다.

실시예 113∼121의 결과에서, φ50이 거의 동일해도, 균등수 n이 클수록, 즉, 입경이 보다 균일하게 될수록 연자성 분말의 겉보기 밀도가 높아지는 것을 알 수 있다. 특히, 균등수 n이 0.3 이상이면 겉보기 밀도가 3.5g/㎤ 이상이 되어, 압분 자심의 코어 로스가 더욱 저하했다. 이는, 겉보기 밀도의 상승에 의해 압분 성형 후의 압분 밀도가 상승하여, 압분 자심 중의 공극이 감소했기 때문이다.

또한, 실시예 113, 118과 실시예 114, 119를 비교하면, 균등수 n이 0.3 미만인 실시예 113, 118에서는 연자성 분말의 겉보기 밀도가 낮고, 압분 자심의 코어 로스가 높았다. 따라서, 연자성 분말의 n은 0.3 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실시예 116, 121과 실시예 117, 122를 비교하면, 균등수 n이 30보다 큰 실시예 117, 122에서는 연자성 분말의 겉보기 밀도가 낮고, 압분 자심의 코어 로스가 컸다. 이는, 연자성 분말을 구성하는 입자의 지름이 과도하게 균일화했기 때문에, 조대 입자에 의해 만들어진 극간에 들어가는 세립이 감소하여, 결과적으로 분체 중의 공극이 증가했기 때문이다.

(제9 실시예)

추가로, 연자성 분말의 원형도의 중앙값과 균등수 n이 압분 자심의 포화 자속 밀도에 주는 영향을 평가하기 위해, 표 15에 나타낸 조성의 연자성 분말을 제조했다. 연자성 분말의 제조에 있어서는, 용강에 충돌시키는 물의 유속을 바꾼 상이한 조건으로 수 아토마이즈를 행했다. 그 이외에 대해서는, 상기 제7 실시예와 마찬가지로 했다.

얻어진 연자성 분말의 원형도의 중앙값 φ50과 균등수 n을, 상기 제7 실시예와 동일한 방법으로 구했다. 얻어진 결과를 표 15에 병기했다.

이어서, 얻어진 연자성 분말을 이용하여, 상기 제7 실시예와 동일한 방법으로 압분 자심을 제작하고, 얻어진 압분 자심의 밀도(압분 밀도)와 포화 자속 밀도를 측정했다. 성형 후의 열처리에서는, 성형체를 표 15에 나타낸 최고 도달 온도(Tmax)까지, 승온 속도: 10℃/min으로 가열하고, 상기 최고 도달 온도에서 10분간 보존 유지했다. 포화 자속 밀도의 측정은, 직류 자화 측정 장치에 의해, 자계 100A/m의 조건으로 행했다. 얻어진 압분 밀도와 포화 자속 밀도의 값을 표 15에 병기했다. 또한, 포화 자속 밀도의 값이 1.30T 이상을 ◎, 1.20T 이상 1.30T 미만을 ○으로 분류했다.

실시예 123, 124와 실시예 125의 비교로부터 φ50이 0.4 이상 또한 n이 0.3 이상에서 양호한 포화 자속 밀도가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 이는 압분 밀도에 있어서 원형도와 균등수가 인자로 되어 있고. 모두 어느 일정한 값 미만에서는, 충분히 압분하지 않기 때문에 압분 밀도가 저하하여 결과적으로 포화 자속 밀도가 낮아지기 때문이다. 실시예 125∼129와 같이 φ50이 0.4 이상 또한 n이 0.3 이상을 충족하고 있으면, φ50 또는 n 중 어느 하나의 값이 상승하면 압분 밀도가 상승하고, 결과적으로 압분 자심으로서도 1.3T 이상의 고포화 자속 밀도가 얻어지는 것을 알 수 있다.

한편으로, 실시예 130과 실시예 129를 비교하면 n이 30보다 큰 값인 경우는 압분 밀도 및 포화 자속 밀도가 저하하는 것을 알 수 있었다. 실시예 130에서는 입경이 과도하게 균일화했기 때문에, 조대 입자에 의해 만들어진 극간에 들어가는 세립이 감소하고, 결과적으로 분체 중의 공극이 증가했기 때문이다. 따라서 실시예 129와 같이 n은 30 이하로 하는 것이 바람직하다.

(제10 실시예)

추가로, 연자성 분말의 입도와 결정화도가 압분 자심의 코어 로스에 주는 영향을 평가하기 위해, 표 16에 나타낸 조성의 연자성 분말을 제조했다. 연자성 분말의 제조에 있어서는, 용강에 충돌시키는 물의 유속을 바꾼 상이한 조건으로 수 아토마이즈를 행했다. 그 이외에 대해서는, 상기 제7 실시예와 마찬가지로 했다.

얻어진 연자성 분말의 입도 분포를 레이저 입도 분포계에 의해 측정하고, 당해 연자성 분말에 있어서의 입경 200㎛ 초과의 입자의 체적 비율과, 입경 1㎜ 초과의 입자의 체적 비율을 산출했다. 또한, 제1 실시예와 동일한 방법에 의해, 연자성 분말의 결정화도를 측정했다. 측정 결과를 표 16에 병기했다.

이어서, 얻어진 연자성 분말을 이용하여, 상기 제7 실시예와 동일한 방법으로 압분 자심을 제작하고, 얻어진 압분 자심의 코어 로스를 측정했다. 성형 후의 열처리에서는, 성형체를 표 16에 나타낸 최고 도달 온도(Tmax)까지, 승온 속도: 10℃/min으로 가열하고, 상기 최고 도달 온도에서 10분간 보존 유지했다. 얻어진 코어 로스의 값과 평가를 표 17에 병기했다. 또한, 표 16의 각 란은, 표 17의 각 란과 대응하고 있다. 예를 들면, 표 17의 실시예 140은, 표 16의 실시예 131의 연자성 분말을 이용한 것이다.

또한, Fe기 나노 결정 합금 분말의 보자력 Hc(A/m), 포화 자속 밀도 Bs(T) 및, Fe 결정자 지름(㎚)을 측정했다. 보자력 Hc는, 진동 시료형 자력계(VSM)를 사용하여 측정했다. 포화 자속 밀도 Bs와 Fe 결정자 지름은 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정했다.

표 17의 실시예 30∼32와 실시예 140∼148로부터, 1㎜ 초과의 입자가 포함되어 있는 경우, 연자성 분말의 결정화도가 10％ 이상이고, 또한 Fe 결정자 지름이 커지고, 보자력이나 코어 로스가 큰 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 140∼148로부터, 200㎛ 초과의 입자가 포함되어 있지 않은 경우에 결정화도가 3％ 이하이고, 또한 Fe 결정자 지름이 작아지고, 보자력이나 코어 로스가 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 연자성 분말의 입경은 1㎜ 이하로 하는 것이 필요하고, 200㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(제10 실시예)

다음으로, 연자성 분말을 가열할 때의 승온 속도의 영향을 평가하기 위해, 표 18에 나타낸 조성의 연자성 분말을 제조했다. 연자성 분말의 제조는, 상기 제7 실시예와 동일한 방법으로 행했다.

얻어진 연자성 분말의 제1 결정화 온도 Tx1과 제2 결정화 온도 Tx2를, 시차 주사 열량 분석(DSC) 장치를 이용하여 측정했다. 측정 시의 승온 속도는 표 18에 나타낸 바와 같이 했다.

참고예 1∼18로부터, 승온 속도가 상승하면 Tx1, Tx2는 함께 상승하지만, Tx1의 쪽이 급격하게 상승하기 때문에 Tx1과의 Tx2 온도차 ΔT는 작아지는 것을 알 수 있다. 비교예 40∼42에서는 승온 속도가 30℃/min보다 크기 때문에, ΔT가 60℃보다 작고, 추가로 제1 결정화와 제2 결정화의 피크가 겹치는 점에서 자기 특성에 악영향을 미치는 Fe와 B 또는 Fe와 P의 화합물의 생성을 열처리 온도의 제어로 억제하는 것이 곤란하다. 따라서, 연자성 분말로부터 Fe기 나노 결정 합금 분말을 제작하는데에 있어서는 승온 속도 30℃/min 이하로 가열 처리하는 것이 필요하다. 또한 나노 결정 재료 특유의 열처리 시의 결정화에 수반하는 발열을 분산하기 위해서도 저속 승온의 쪽이 자심 전체를 균일하게 열처리할 수 있어, 바람직하다.

(제11 실시예)

다음으로, 결정화도 및 비정질상에 포함되는 타원의 단경의 영향을 평가하기 위해, 표 19에 나타낸 조성의 연자성 분말을 제조했다. 연자성 분말의 제조는, 상기 제7 실시예와 동일한 방법으로 행했다.

얻어진 연자성 분말의 입도 분포를 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정한 결과, 어느 연자성 분말이나 입경이 1㎜ 이하였다. 얻어진 연자성 분말의 원형도의 중앙값은, 모두 0.7 이상, 1.0 이하였다.

이어서, 얻어진 연자성 분말을 열처리하여 Fe기 나노 결정 자성 분말을 얻었다. 상기 열처리에서는, 연자성 분말을 표 19에 나타낸 최고 도달 온도(Tmax)까지, 승온 속도: 10℃/min으로 가열하고, 상기 최고 도달 온도에서 10분간 보존 유지했다.

투과형 전자 현미경(TEM)을 이용하여, 얻어진 Fe기 나노 결정 합금 분말의 700×700㎚의 부분을 관찰했다. 비정질상과 결정상을 구별할 수 있고, 비정질상에 포함되는 타원의 단경의 최대값을 관찰 화상으로부터 산출했다. 또한, X선 회절(XRD)에 의해, Fe기 나노 결정 합금 분말에 있어서의 결정화도(％)를 측정했다. 측정 결과를 표 19에 병기한다.

실시예 149∼156의 결과로부터 알 수 있듯이, 결정화도가 체적비로 30％ 이상에서는, 코어 로스가 더욱 저감되어 있다. 또한, 비정질상에 있어서의 타원의 단경의 최대값이 60㎚ 이하인 경우, 결정 입자 간의 거리가 작기 때문에 코어 로스가 더욱 저감되어 있다. 또한, 타원의 단경이란 도 1에 나타내는 것이다. 또한, 본 실시예에 있어서의 Fe의 결정자 지름은 모두 50㎚ 이하였다.

Claims

불가피 불순물을 제외하고 조성식 Fe_aSi_bB_cP_dCu_eM_f로 나타나는 조성을 갖는 연자성 분말로서,
상기 조성식 중의 M은, Nb, Mo, Zr, Ta, W, Hf, Ti, V, Cr, Mn, C, Al, S, O 및, N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이고,
79at％≤a≤84.5at％,
0at％≤b＜6at％,
0at％＜c≤10at％,
4at％＜d≤11at％,
0.2at％≤e≤0.53at％,
0at％≤f≤4at％, 또한
a＋b＋c＋d＋e＋f＝100at％이고,
입경이 1㎜ 이하이고, 또한,
상기 연자성 분말을 구성하는 입자의 원형도의 중앙값이 0.4 이상, 1.0 이하인, 연자성 분말.
제1항에 있어서,
e＜0.4at％인 연자성 분말.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Rosin-Rammler식에 있어서의 균등수 n이 0.3 이상, 30 이하인 연자성 분말.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
b≥2at％인 연자성 분말.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
e≥0.3at％인 연자성 분말.
제5항에 있어서,
e≥0.35at％인 연자성 분말.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
결정화도가 체적비로 10％ 이하이고,
잔부가 비정질상인 연자성 분말.
제7항에 있어서,
상기 결정화도가 체적비로 3％ 이하인 연자성 분말.
제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 조성을 갖고,
결정화도가 체적비로 10％보다 높고, 또한,
Fe 결정자 지름이 50㎚ 이하인, Fe기 나노 결정 합금 분말.
제9항에 있어서,
결정화도가 체적비로 30％보다 높고, 또한,
단면에 있어서의 700㎚×700㎚의 영역에 있어서의 비정질상에 포함되는 타원의 단경의 최대값이 60㎚ 이하인, Fe기 나노 결정 합금 분말.
제9항 또는 제10항에 기재된 Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하는 자성 부품.
제9항 또는 제10항에 기재된 Fe기 나노 결정 합금 분말을 구비하는 압분 자심.