TWI788091B

TWI788091B - 軟磁性合金粉末及其壓粉體及彼等之製造方法

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Publication number: TWI788091B
Application number: TW110141453A
Authority: TW
Inventors: 松木謙典
Original assignee: 日商杰富意礦物股份有限公司
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2022-12-21
Also published as: JP2022076590A; TW202219291A; JP7139082B2; WO2022102229A1

Abstract

本發明提供具有大的飽和磁化，與樹脂的親和性高，能製造高導磁率且高飽和磁束密度的壓粉磁芯之軟磁性合金粉末及其壓粉體及彼等之製造方法。軟磁性合金粉末係以質量濃度計，含有Ni：40.0~50.0%及Cl：10~10000ppm，剩餘部分由Fe及無可避免的雜質所構成之合金粉末，其特徵在於平均粒徑為0.10~2.00μm，平均微晶徑為前述平均粒徑之0.5倍以上。再者，在從粒子的中心到該粒子的半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度較佳為該粒子全體的平均Ni含有率之0.7~1.3倍。藉此，具有大的飽和磁化，與樹脂的親和性高，高導磁率且高飽和磁束密度的壓粉磁芯之製造變容易。

Description

軟磁性合金粉末及其壓粉體及彼等之製造方法

本發明關於合金粉末及其壓粉體，尤其關於適合在高頻使用的電感器用芯材的軟磁性合金粉末及以樹脂結合其之壓粉體、以及彼等之製造方法。

於攜帶式機器之領域，尤其以智慧型手機或平板電腦等為代表的小型攜帶式機器中，近年來高機能化・多機能化係驚人地進展。伴隨其，對於搭載的電源電路之電感器，亦強烈要求搭載台數之增加或對於積體電路IC之高機能化所伴隨的大電流化之對應。又，對應於攜帶式機器之更加小型化・薄型化之要求，線圈本身之小型化・低矮化之要求亦變強。

於高頻動作的電感器之芯材料中，必須抑制渦電流損失，因此以往使用電阻大的肥粒鐵。然而，由於氧化物的肥粒鐵係飽和磁束密度低，直流疊加特性差，因此儘管功率電感器的大電流化之需求增加，卻無法流動大電流。因此，最近作為小型電感器用芯材料，飽和磁束密度高的金屬系軟磁性材料係受到注目。可是，金屬系軟磁性材料係電阻小，為了抑制渦電流損失，必須微粉化。

本來為了發揮作為電感器的機能，以電感大為前提條件，但是由於電感係與芯材料的導磁率成比例，因此作為芯材，希望導磁率高的材料。

而且，作為優異的高導磁率合金被開發者，有Ni-Fe合金，被稱為坡莫合金(permalloy)。已知坡莫合金係因Ni之量而磁特性大幅變化，按照其磁特性，靈活運用於各式各樣的用途。

例如，於含有78%左右的Ni之組成的坡莫合金中，由於結晶磁異向性與磁致伸縮常數之雙方幾乎成為零，故於Ni-Fe合金之中，初導磁率變最大。此組成之合金一般被稱為78坡莫合金或坡莫合金A，使用於變壓器之磁芯等。於此78坡莫合金中添加Mo或Cu而使導磁率進一步上升者，係被稱為坡莫合金C，可使用於變壓器的磁芯或磁頭。

又，比78坡莫合金更Ni含量少的Ni含量為45%左右的組成之坡莫合金，係被稱為45坡莫合金或坡莫合金B，此組成的坡莫合金係初導磁率小於78坡莫合金，飽和磁束密度變高，因此適合變壓器的磁芯或磁極、磁屏蔽等之用途，而被廣泛使用。

此等坡莫合金的合金粉末係以往藉由氣體霧化法或機械粉碎法進行製造。

於近年的開關電源之工作頻率中，為了抑制渦電流損失，在金屬系軟磁性材料所要求的粒子尺寸係到達平均粒徑1μm以下的水準。可是，以氣體霧化法能製造的微粉係平均粒徑數十μm的尺寸為極限，平均粒徑1μm以下的尺寸之坡莫合金粉末之製造為不可能。

又，已知如坡莫合金之富有延展性的合金，若進行微粉化則再凝聚，故無法藉由機械粉碎法來粉碎到平均粒徑1μm以下的尺寸，另外因在粉碎時所導入的應變，而軟磁特性大幅變差，得不到本來坡莫合金具有的高導磁率。

於坡莫合金A的平均粒徑1μm以下的尺寸之微粒子之製造方法中，作為上述以外之製造方法，專利文獻1中揭示藉由以氯化鎳與氯化鐵為主原料的氣相還原法(亦稱為「化學氣相法」=Chemical Vapor Deposition，以下亦簡稱「CVD法」)所製造的坡莫合金A之合金粉末。又，專利文獻2亦揭示藉由同樣的氣相還原法，製造坡莫合金A及C的合金粉末之方法。再者，專利文獻3中揭示以鎳與鐵的氧化物作為原料，藉由氫氣等之還原性氣體而製造的坡莫合金B(45%Ni-55%Fe)之合金粉末。 先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本發明專利第4209614號公報專利文獻2：日本特開2003-49203號公報專利文獻3：日本特開2012-197474號公報

發明所欲解決的課題

然而，專利文獻1及專利文獻2之對象係限於Ni之含有率為55~90質量%之所謂Ni豐富的組成範圍之合金，為重視初導磁率的飽和磁束密度低之類型的坡莫合金，雖然飽和磁束密度大於肥粒鐵，但於目前的電感器所要求之水準的飽和磁束密度，完全不充分。

此等軟磁性材料之微粉，係為了作為電感器的磁芯使用，必須將微粉彼此以電絕緣之狀態成形為特定的形狀，因此與絕緣性的樹脂混煉而製造特定形狀的壓粉體，成為壓粉磁芯而供使用。

壓粉磁芯的磁特性係不僅軟磁性粉末的磁特性，而且亦大地依賴於軟磁性粉末之填充狀態，填充率愈低，壓粉磁芯的磁特性亦愈降低。

又，從渦電流損失減低之觀點來看，軟磁性粉末的粒徑愈小愈佳，但以往之次微米的軟磁性粉末係與樹脂混煉時容易發生凝聚，由於樹脂不遍布各個軟磁性粉末粒子之表面，故粉末粒子彼此係電性短路，渦電流損失會增大，有不能發揮特意製造的微粉之優點的狀況。

另外，專利文獻3之對象係Ni之含有率相當於40~50質量%之所謂坡莫合金B之組成範圍的合金，為可期待高飽和磁束密度之組成範圍，但由於是使用Ni與Fe的氧化物作為製造原料之固相還原法，且其還原溫度為400℃~700℃之非常低溫(可作為優點列舉)，故所生成的Ni-Fe合金粒子之球狀性差，成形為壓粉磁芯時的填充率低而飽和磁束密度變低。又，由於還原溫度低，原子的擴散速度不充分，故粒子內的組成或組織的均勻性低，對於粒子內部的磁壁之順利的移動造成障礙，保磁力變高，壓粉磁芯的導磁率變低而有損失增大之問題。

本發明之目的在於解決該習知技術之問題，提供：能製造高導磁率、高飽和磁束密度且低損失的壓粉磁芯，與樹脂的親和性高，具有大的飽和磁化之軟磁性合金粉。 解決課題的手段

本發明者對於藉由提高平均粒徑1μm以下的尺寸之坡莫合金B合金粉末單獨的磁特性，同時提高合金粉末與樹脂的親和性，使樹脂充分被覆於各個合金粉末之粒子表面，而確保合金粉末的粒子彼此之電絕緣性，能實施具有優異的高頻軟磁特性之壓粉磁芯的合金粉末之組成及粒子形態，進行專心致力的檢討。結果發現重要的是使坡莫合金B合金粉末中含有一定量的Cl，且提高合金粉末的各個粒子內部之均質性。

又，檢討以CVD法製造如上述之均質性高的坡莫合金B合金之方法。以往，包括專利文獻1，於CVD法的坡莫合金粉末之製造中，同時進行Ni的氯化物氣體與Fe的氯化物氣體之還原，但相較於Ni的氯化物之還原，Fe的氯化物之還原較困難，因此於Ni中僅能使Fe合金化到15~25質量%左右。因此，含有50~60質量%的Fe之坡莫合金B合金係以往難以用CVD法製造。於是，本發明者對於使用CVD法的坡莫合金B合金之製造方法，進行專心致力的檢討，結果新穎地發現藉由不同時而依序進行Ni與Fe的還原反應，得到均質的合金粉末之方法。

本發明係以如此的知識見解為基礎，加以進一步的檢討而完成者。即，本發明之要旨係如以下。 [1]一種軟磁性合金粉末，其係以質量濃度計，含有Ni：40.0~50.0%及Cl：10~10000ppm，剩餘部分由Fe及無可避免的雜質所構成之合金粉末，其特徵在於：該合金粉末之平均粒徑為0.10~2.00μm，平均微晶徑為前述平均粒徑之0.5倍以上。 [2]如[1]之軟磁性合金粉末，其中於前述合金粉末中，在從粒子的中心到該粒子的半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度為該粒子全體的平均Ni含有率之0.7~1.3倍。 [3]如[1]或[2]之軟磁性合金粉末，其中前述合金粉末之保磁力為15Oe以下。 [4]如[1]~[3]中任一項之軟磁性合金粉末，其中前述合金粉末之飽和磁化為130emu/g以上。 [5]一種壓粉體，其特徵為如[1]~[4]中任一項之軟磁性合金粉末與樹脂之結合物。 [6]如[5]之壓粉體，其中前述樹脂為熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂或熱塑性樹脂。 [7]一種軟磁性合金粉末之製造方法，其特徵為藉由化學氣相法，生成合金粉末，前述合金粉末係以質量濃度計，含有Ni：40.0~50.0%及Cl：10~10000ppm，剩餘部分由Fe及無可避免的雜質所構成之合金粉末，該合金粉末之平均粒徑為0.10~2.00μm，平均微晶徑為前述平均粒徑之0.5倍以上。 [8]如[7]之軟磁性合金粉末之製造方法，其中於前述合金粉末中，在從粒子的中心到該粒子的半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度為該粒子全體的平均Ni含有率之0.7~1.3倍。 [9]如[7]或[8]之軟磁性合金粉末之製造方法，其中前述化學氣相法係將Ni氯化物還原而生成Ni粒子，在前述Ni粒子表面進行Fe氯化物的還原反應，形成以前述Ni粒子作為核且以Fe被覆該表面之複合粒子後，進行成為γNi-Fe固溶體單相之溫度範圍的溶體化處理，得到粒子內為均勻組成的合金粒子之方法。 [10]如[9]之軟磁性合金粉末之製造方法，其中前述還原反應的溫度為800~1100℃，前述溶體化處理的溫度為900~1300℃。 [11]一種壓粉體之製造方法，其特徵為藉由化學氣相法，生成軟磁性合金粉，於該軟磁性合金粉末中，混合樹脂，進行壓縮成形，前述軟磁性合金粉係以質量濃度計，含有Ni：40.0~50.0%及Cl：10~10000ppm，剩餘部分由Fe及無可避免的雜質所構成之合金粉末，該合金粉末之平均粒徑為0.10~2.00μm，平均微晶徑為前述平均粒徑之0.5倍以上。 [12]如[11]之壓粉體之製造方法，其中於前述合金粉末中，在從粒子的中心到該粒子的半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度為該粒子全體的平均Ni含有率之0.7~1.3倍。 [13]如[11]或[12]之壓粉體之製造方法，其中前述化學氣相法係將Ni氯化物還原而生成Ni粒子，在前述Ni粒子表面進行Fe氯化物的還原反應，形成以前述Ni粒子作為核且以Fe被覆該表面之複合粒子後，在成為γNi-Fe固溶體單相之溫度範圍中進行溶體化處理，得到粒子內為均勻組成的合金粒子之方法。 [14]如[13]之壓粉體之製造方法，其中前述還原反應的溫度為800~1100℃，前述溶體化處理的溫度為900~1300℃。 [15]如[11]~[14]中任一項之壓粉體之製造方法，其中前述樹脂為熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂或熱塑性樹脂。 發明的效果

根據本發明，飽和磁化大且樹脂密著性優異之軟磁性合金粉末係可容易地製造，達成產業上顯著的效果。又，根據本發明，亦具有高導磁率、高磁束密度且低損失的壓粉磁芯之製造變容易的效果。

因此，根據本發明，可提供能製造飽和磁束密度高、直流疊加特性優異的壓粉磁芯之Ni-Fe系軟磁性合金粉末，本發明之Ni-Fe系軟磁性合金粉末可作為能對應於電子機器之高頻化以及小型化快速進展的技術趨勢之電子零件材料，可期待今後重要的角色。

實施發明的形態

以下，詳細說明本發明之實施態樣。 [合金粉末之組成] 本發明之軟磁性合金粉末係於Ni-Fe二元系合金之所謂坡莫合金之中，屬於Ni為45%左右之被稱為坡莫合金B的合金之粉末，本發明之軟磁性合金粉末係以質量濃度計，含有Ni：40.0~50.0%及Cl：10~10000ppm，剩餘部分由Fe及無可避免的雜質所構成之合金粉末，其中該合金粉末之平均粒徑為0.10~2.00μm，平均微晶徑為前述平均粒徑之0.5倍以上。再者，前述合金粉末之在從粒子的中心到該粒子的半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度(%)較佳為該粒子全體的平均Ni含有率(%)之0.7~1.3倍。以下，組成中的%及ppm意指質量濃度。

接著，說明合金粉末之組成限定的理由。 [Ni：40.0~50.0%] 本發明之合金粉末的Ni含有率係限定於40.0~50.0%之範圍。藉由設為該範圍，而保磁力低，合金的飽和磁束密度與導磁率變高。若Ni含有率低於40.0%，則合金的飽和磁束密度與導磁率同時大幅降低。另一方面，若Ni含有率高於50.0%，則合金的飽和磁束密度急劇地降低。較佳為43.0~50.0%，更佳為45.0~50.0%。

[Cl：10~10000ppm] 若添加Cl(氯)，則在與樹脂混合而製造壓粉磁芯時，對於各個粉末粒子間的絕緣性及樹脂中之軟磁性粉末的體積率造成極大的影響。亦即，該範圍的Cl之存在係提高與樹脂的親和性，提高粉末的填充密度，成為高導磁率，而且使高飽和磁束密度的壓粉磁芯之製造成為容易。Cl的含有率少於10ppm時，軟磁性粉末與樹脂之親和性改善的效果不足，無法以樹脂被覆各個軟磁性粉末粒子之表面，因此軟磁性粉末粒子間的電絕緣不充分，渦電流損失增大。另一方面，Cl的含有率多於10000ppm時，生銹而軟磁性粉末被腐蝕，故保磁力增大，飽和磁化降低。因此，Cl的含有率係限定於10~10000ppm之範圍，較佳為30~1000ppm，更佳為50~500ppm。

又，關於上述生銹的程度(生銹率)，可藉由合金粉末的耐銹性測定方法進行調查。此耐銹性測定方法係將合金粉末埋入樹脂中並固定後，鏡面研磨剖面，成為耐銹性測定用試驗片，將此試驗片在恆溫恆濕槽中保持特定時間後，對於試驗片內的粒子，隨機地選擇20個，觀察有無生銹，算出生銹的粒子之比例(生銹率)。尚且，恆溫恆濕槽係在溫度：60℃、相對濕度：95%之條件下保持，恆溫恆濕槽中的保持時間係設為2000小時。如此求出的本發明之合金粉末的生銹率，從不發生使用上的不良狀況來看，較佳為10%以下。再者，更佳為5%以下。

[無可避免的雜質] 上述成分以外的剩餘部分為Fe及無可避免的雜質。尚且，作為Fe以外之無可避免的雜質元素，可舉出C、N、P、S、Mn、Cu、Al等之元素。此等無可避免的雜質係使合金粉末之飽和磁化降低之元素，但若合計為含有3%以下，則因為在實際應用上不會產生致命的磁性降低而可容許。再者，從磁芯的飽和磁束密度之提升的觀點來看，上述元素之含有更佳為合計1%以下。

[合金粉末之平均粒徑：0.10~2.00μm] 接著，說明平均粒徑之限定理由。若合金粉末之平均粒徑為0.10~2.00μm之範圍，則軟磁性粉末之保磁力低，即使與樹脂混煉也不易凝聚，樹脂中的粉體填充率亦良好，作為壓粉磁芯使用時的飽和磁束密度變高。然而，若平均粒徑小於0.10μm，則軟磁性粉末之保磁力增大。又，由於凝聚性強，與樹脂混煉時，軟磁性粉末彼此係在其間不通過樹脂而直接接觸，不易散開而形成體積大的凝聚體，因此樹脂中的磁性體之流動性差，填充率不上升，作為壓粉磁芯的飽和磁束密度降低，同時無法確保各個軟磁性粉末粒子間之電絕緣，故作為壓粉磁芯使用時的渦電流損失增大。另一方面，若平均粒徑大於2.00μm，則即使能確保粒子間的絕緣，也因粒子尺寸大而粒子內的渦電流成為無法忽視的大小，由於作為壓粉磁芯使用時的渦電流損失增大而不宜。因此，平均粒徑係限定於0.10~2.00μm之範圍。

平均粒徑之測定方法係用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察、拍攝合金粉末粒子，藉由倍率2萬倍且測定粒子數1000~2000個的SEM影像解析而求出的個數基準之D50。尚且，較佳為0.20~1.50μm，更佳為0.20~1.00μm。

[平均微晶徑] 接著，說明平均微晶徑。通常，一個粒子係以方位不同的複數之結晶的複合體所構成。所謂微晶，就是指構成該複合體的各個結晶。於彼等一個一個的結晶之範圍內，結晶方位整齊，可將各自視為單結晶。於單結晶的X射線繞射中，在某特定的入射角時，由於全部的結晶格子同時滿足Bragg的繞射條件，故得到極尖銳的繞射峰。相對於其，若微晶尺寸(亦稱為「微晶徑」)變小，則構成粒子的結晶(微晶)之數增加，各自的每結晶具有不同的結晶方位，故繞射峰的寬度變廣。於X射線繞射法中，可使用Scherrer公式算出微晶徑。於本發明中，以藉由「JIS H 7805 X射線繞射法的金屬觸媒之微晶徑測定方法」所算出的值定義微晶徑。

以相同粒徑的粒子比較時，微晶徑愈大，結晶性愈高，由於接近單結晶之飽和磁化的值，故在顯示大的飽和磁化之同時，保磁力降低。另一方面，微晶徑小時，由於成為粒界或缺陷多的構造，飽和磁化降低。又，彼等同時地亦成為磁壁移動之障礙，故保磁力亦增加。因此，從軟磁特性之點來看，微晶徑宜大。

從宜具有大致接近單結晶的內部構造之觀點來看，平均微晶徑係限定於平均粒徑之0.5倍以上，亦即平均粒徑之一半以上的大小。更佳為平均粒徑之0.7倍以上，尤佳為平均粒徑之0.8倍以上。

再者，平均微晶徑與平均粒徑之比的上限值係實質上1.0。亦即，粒子由一個單結晶所形成時，微晶徑=粒徑，按理其比為1.0。此處，實質上的意義是：平均微晶徑係如前述藉由X射線繞射求出，但平均粒徑係以SEM觀察的影像解析為基準而求出者。因此，由於兩者的測定方法不同，即使全部粒子完全為單結晶時，也有平均微晶徑與平均粒徑不全部成為相同值之可能性，亦有其比超過1.0之情況，故將前述上限值實質上當作1.0。

[粒子內部的Ni濃度均質性指標] 接著，說明粒子內部的Ni濃度之均質性指標。如前述，於以往的坡莫合金粉末之製造方法的霧化法等中，難以得到本發明目的之平均粒徑1μm以下的尺寸之微粉末，磁特性亦不佳。因此，使用能製作平均粒徑1μm以下的尺寸之微粉末的製法之以往的CVD法來製造坡莫合金的合金粉末時，於以往的CVD法的坡莫合金粉末之製造中，同時進行Ni的氯化物氣體與Fe的氯化物氣體的還原，但相較於Ni的氯化物之還原，Fe的氯化物之還原較困難，因此容易生成含有Ni多於Fe之粒子，於Ni中僅能使Fe合金化到15~25質量%左右。在得知即使無視產率而殘留大量之未反應的氯化物之方面，即使裝入過剩量之Fe的氯化物氣體而強制地使Fe濃度增加，也因Ni者快速地還原，故粒子的中心附近係Ni濃度高，表面附近Fe濃度容易變高，而難以製造均質性高的粒子。然而，藉由使用後述本發明的CVD法，可得到均質的合金粉末。

由於進行與上述均質性指標有關的實驗，說明其內容。使用CVD反應裝置，準備以Ni含有率之值成為46.0質量%或48.0質量%的方式所調整之純度99.5質量%的NiCl ₂與純度99.5質量%的FeCl ₃，藉由後述本發明之CVD法與習知之CVD法，生成Ni-Fe合金粉末。

本發明之CVD法的本發明例1~4，係首先使NiCl ₂在反應裝置內於1000℃下氣化，使其與氫氣反應，製造作為核的Ni之微粒子，再者，於其中導入使FeCl ₃在1000℃下氣化成的氣體，使其與氫氣反應，而在Ni粒子之表面上使Fe析出、成長，最後在1100℃下對於複合粒子施加溶體化處理後，進行冷卻，回收Ni-Fe合金粉末。

又，以往之CVD法的習知例1與2，係無視產率將NiCl ₂與FeCl ₃以Fe成為大過剩之比率所混合之物連續地裝入其反應裝置中，於經加熱至1000℃的狀態下，將氬氣當作搬運氣體，使NiCl ₂及FeCl ₃同時地氣化。然後，使氯化物蒸氣與氫氣接觸、混合，發生還原反應，而生成Ni-Fe合金的微粉末。

再者，本發明例及習知例皆對於所得之合金粉末，施予使用純水進行洗淨的脫氯步驟，調整氯含有率。

表1中顯示本發明例1~4與習知例1、2所得之合金粉末的化學組成、平均粒徑、粒子內的Ni濃度之最小值與最大值、彼等之與平均Ni含有率之比，再者亦顯示磁特性。

尚且，Ni、Fe、Cl之組成係以濕式法測定，平均粒徑係以掃描型電子顯微鏡的影像解析進行測定。又，粒子內的Ni濃度係藉由後述的能量分散型X射線分析法(EDX)進行分析而求出。

圖2中顯示表1所示的習知例1之粒子內的Ni濃度之分布例。圖2之橫軸係將粒子的中心位置(中心側)當作0，將粒子之表面(表面側)當作10，顯示將其間10等分後之位置，縱軸表示Ni濃度(質量%)。於此習知例1的Ni濃度之分布的測定例之圖2中，於表面附近，Ni濃度係降低到10.1%左右，於中心部變成72.4%之高，得不到粒子內的Ni濃度之均質性。此理由係因為於以往的CVD法中，混合Ni的氯化物氣體與Fe的氯化物氣體而流到反應管，以氫同時地還原其而得到合金粉，容易被還原的Ni係先還原而在粒子的中心附近濃化，不易被還原的Fe係在粒子之表面附近濃化。

相對於其，於顯示表1所示的本發明例1之粒子內的Ni濃度之分布例的圖1中，從粒子的中心到表面附近的Ni濃度之分布係在45.4~48.1%之範圍內，得到Ni濃度的均質性。此理由係因為藉由附加於以往的製程中所沒有的溶體化處理步驟，可製造從粒子之表面到中心為止均勻的組成之坡莫合金粉末。

如由表1可明知，本發明例之Ni-Fe合金粉末係顯示非常優異的磁特性。

如以上實驗所述，明顯地粒子內部的均質性係大幅影響磁特性，故作為評價粒子內部的均質性之指標，著眼於粒子中的Ni濃度。亦即，在從粒子的中心到該粒子半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度較佳為該粒子全體的平均Ni含有率之0.7~1.3倍。

此處，採用從粒子的中心到粒子半徑之0.9倍為止之範圍內的粒子內之理由，係因為粒子之表面受到氧化之影響，故將其排除在外，藉由不受到氧化之影響的粒子內部之狀況來確認均質性。

上述的Ni濃度之值亦如前述實驗例中記載，將粉末埋入樹脂中，將以聚焦離子束(FIB)加工裝置切斷任意的粒子後之剖面，藉由能量分散型X射線分析法(EDX)進行分析而得。將粒子全體平均而得的Ni含有率，係使EDX的光束徑與粒徑一致而測定之值。粒子內的Ni濃度之最小值~最大值之範圍在平均的Ni含有率之0.7~1.3倍之範圍者，係擔保粒子之內部的均質性。更佳為0.8~1.2倍之範圍，尤佳為0.9~1.1倍之範圍。

藉由使用如以上之粒子內部的均質性指標，可判斷Ni濃度的均質性，由於設為上述之合適範圍內，可得到保磁力或飽和磁化等磁特性優異之合金粉末。

[合金粉末的磁特性] [保磁力] 本發明中的合金粉末之保磁力的測定，係將合金粉末置入指定的容器中，使石蠟熔解、凝固而固定者，使用振動試料型磁力計(VSM)，於外加磁場：1200kA/m之條件下測定它。於本發明目的之電感器或變壓器的磁芯等之用途中，保磁力宜小。具體而言，較佳為15Oe以下，更佳為10Oe以下。

[飽和磁化] 本發明中的合金粉末之飽和磁化之測定，係與前述保磁力之測定同樣地，使用VSM，於外加磁場：1200kA/m之條件下測定。於本發明目的之電感器或變壓器的磁芯等之用途中，飽和磁化宜大。具體而言，較佳為130emu/g以上，更佳為142emu/g以上。

[合金粉末之製造方法] 接著，說明本發明之合金粉末之製造方法。本發明之合金粉末係使用CVD法進行製造。CVD法係如前述，將使Ni及Fe等合金元素與高溫的氯氣反應而生成各元素的氯化物氣體，或將Ni、Fe等各元素的氯化物加熱至高溫而使其氣化的氯化物氣體，以特定的比率混合而成之混合氣體，使其在各自適合的溫度下，與氫氣等還原性氣體反應而將氯化物還原，得到含有Ni、Fe等之所欲組成的合金粉末之方法。

但是，本發明之CVD法係與以往的CVD法不同，不同時進行Ni的氯化物與Fe的氯化物之還原，而在CVD反應的初期，首先將Ni氯化物還原而生成Ni微粒子，其後利用所生成的Ni微粒子之觸媒效果，在該Ni微粒子之表面，促進Fe氯化物之還原反應，製造以Ni微粒子作為核且以Fe覆蓋表面之複合粒子。其後，包含進行成為γNi-Fe固溶體單相之溫度範圍的溶體化處理，得到粒子內為均勻組成的Ni-Fe合金粉末粒子之製程，於CVD反應裝置之內部，完成一連串的製程者。

此處，於CVD反應的初期所進行Ni氯化物之還原反應，係將Ni氯化物加熱到800~1100℃而使其氣化，藉由與還原性氣體(例如，氫氣)反應而進行，生成Ni微粒子(0.05~1.5μm左右)，後續Fe氯化物之還原反應係在所生成的Ni微粒子之表面上，使經高溫(800~1100℃左右)氣化的Fe氯化物與還原性氣體(例如，氫氣)反應而進行。此還原反應的溫度未達800℃時，不發生充分的還原反應，又若超過1100℃，則還原反應之平衡常數減少，故還原率降低而殘留氯增加。因此，還原溫度宜為800~1100℃之範圍，更佳為900~1000℃之範圍。再者，其後進行的前述溶體化處理較佳為在900~1300℃的溫度範圍中進行。未達900℃時，不發生充分的均質化，因此將下限溫度設為900℃。溶體化處理溫度高者，從均質性提升及微晶尺寸增大之觀點來看，毫無障礙，但超出需要地使溶體化處理溫度上升者，不僅造成能量成本的上升，而且超過1300℃時，在冷卻過程中生成粒子彼此熔接而產生連結粒子，導致磁特性之降低，因此上限溫度係設為1300℃，更佳為1000~1200℃之範圍。

又，於本發明之合金粉末之CVD法中，各自的氯化物氣體之濃度、還原性氣體之濃度、流量，進而還原反應的溫度及反應時間等，宜適當調整而得到所欲的合金粉末。

於上述還原反應後，所得之合金粉末係進一步被施予脫氯步驟。脫氯步驟係使用溶劑，洗淨所得之合金粉末，調整氯濃度之步驟。作為所使用的溶劑，較佳為使用能溶解未反應的氯化物或因還原反應而生成的副生成物之溶劑。作為如此的溶劑，可例示水、醇等。到達特定的氯濃度時，脫氯步驟結束，得到目標之合金粉末。

[壓粉體] 藉由使本發明之合金粉末在樹脂中分散，可容易製作填充密度高的低磁芯損失之壓粉體。

作為壓粉體之製造方法，並沒有特別的限制，可用眾所周知之方法來製造。首先，混合前述合金粉末與作為黏合劑的樹脂，得到前述合金粉末分散於樹脂中之混合物。又，視需要亦可將所得之混合物造粒而成為造粒物。藉由將該混合物或造粒物壓縮成形，而得到成形體(壓粉體)。

作為黏合劑混合的樹脂，較佳為與前述合金粉末表面的親和性提升之樹脂，具體而言，較佳為熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂或熱塑性樹脂。作為熱硬化性樹脂，可舉出環氧樹脂、酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂等。又，作為紫外線硬化型樹脂，可舉出胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂、聚酯丙烯酸酯樹脂等。再者，作為熱塑性樹脂，可舉出聚苯硫醚樹脂、尼龍樹脂(聚醯胺系樹脂)。此等樹脂顯示提高與前述合金粉末表面的親和性之效果。

然後，將混合物或造粒粉填充於模具內，進行壓縮成形，得到具有應製造的壓粉體之形狀的成形體(壓粉磁芯)。尚且，使用熱硬化性樹脂作為樹脂時，宜在50~200℃下進行熱處理。所得之壓粉體係前述合金粉末與樹脂緊密結合之結合物。

[壓粉體之鐵損] 磁芯損失(鐵損)係於具有磁性材的磁芯之電感器或變壓器等之線圈中，由於其磁芯的物性而發生的損失，為使變壓器等之效率降低的主要因素之一。鐵損之測定係將在環氧樹脂中混合分散有合金粉末之混合粉填充於環狀模具(外徑：13.0mm、內徑：8.0mm)，於加壓成型後，使樹脂硬化，成為厚度：3.0mm的環形磁芯(壓粉磁芯)，給予1次側20匝、2次側20匝的捲線而成為線圈。對於該線圈，使用B-H分析儀(岩通計測股份有限公司製SY-8218)，於磁束密度0.010T、頻率800kHz之條件下測定鐵損。本發明之壓粉體的鐵損為200kW/m ³以下。更佳為150kW/m ³以下。 實施例

以下，更對於本發明，以實施例為基礎，進一步說明。惟，本發明不受以下說明的實施例所僅限定。

製造表2中所示的組成之合金粉末。

作為原料，分別準備Ni的氯化物、Fe的氯化物。然後，首先使Ni氯化物在反應裝置內於1000℃下氣化。使其與氫氣反應，製造成為核的Ni之微粒子。再者，於其中導入使Fe的氯化物在1000℃下氣化而成的氯化物氣體，使其與氫氣反應，而在Ni粒子之表面上使Fe析出、成長，最後於反應裝置之後段中，以1100℃5~10秒，對於複合粒子施加溶體化處理，進行冷卻、回收。接著，對於所得之各種合金粉末，施使用純水進行洗淨的脫氯步驟，而調整氯含有率。

對於所得之各種合金粉末，調查磁特性、耐銹性、鐵損。調査方法係如以下。 (1)磁特性對於所得之各種合金粉末，使用振動試料型磁力計(東英工業公司製)，測定保磁力、飽和磁化。 (2)耐銹性將所得之各種合金粉末埋入樹脂中而固定後，鏡面研磨剖面，成為耐銹性測定用試驗片，將此試驗片在恆溫恆濕槽中保持特定時間後，對於試驗片內的粒子，隨機地選擇20個，觀察有無生銹，算出生銹的粒子之比例。尚且，恆溫恆濕槽係在溫度：60℃、相對濕度：95%之條件下保持。又，恆溫恆濕槽中的保持時間係設為2000小時。 (3)鐵損使所得之各種合金粉末以表2中所示的粉體體積率混合於樹脂(環氧樹脂)中並分散，而成為各種混合粉。將此等混合粉填充於環狀模具(外徑：13mm、內徑：8mm)，於加壓成型後，使樹脂硬化，製造厚度：3mm的環形磁芯。對於所得之磁芯，給予1次側20匝、2次側20匝的捲線，使用B-H分析儀(岩通計測股份有限公司製SY-8218)，於磁束密度10mT、頻率800kHz之條件下，測定鐵損(磁芯損失)。 (4)平均粒徑與平均微晶徑對於所得之合金粉末，進行SEM觀察並拍攝，將藉由倍率2萬倍且測定粒子數1000~2000個的SEM影像解析所求出的個數基準之D50當作平均粒徑。又，平均微晶徑係根據前述「JIS H 7805」進行測定。 (5)各個粒子內的Ni濃度(粒子內部的均質性指標) 構成合金粉末的各個粒子中之粒子內之任意點的Ni濃度，係將粉末埋入樹脂中，將以聚焦離子束(FIB)加工裝置切斷任意的粒子後之剖面，藉由能量分散型X射線分析法(EDX)進行分析而測定。然而，求出在從各個粒子的中心到粒子半徑之0.9倍為止之範圍內的任意點之Ni濃度，抽出其中的最小值及最大值，另外，其粒子全體的平均Ni含有率，係使EDX的光束徑與粒徑一致而測定。求出所抽出的最小值及最大值與所測定的平均Ni含有率之比。

表2中彙總記載以上所得之結果。

表2之第1Gr為Cl含有率低之數據，粉末體積率差，鐵損變大。第2Gr係使Ni含有率變化之數據，Ni含有率為合適範圍外時，保磁力差，鐵損亦變大。第3Gr為使Cl含有率之數據，合適範圍外時，粉體體積率差，鐵損亦變大。第4Gr為使粒子的均質性指標變化之數據。溶體化處理溫度在恰當的範圍時，Ni濃度與平均Ni含有率之比的最小值與最大值係在合適範圍內，磁特性等變良好。第5Gr係藉由改變還原溫度，而使平均微晶徑變化之數據，還原溫度不在恰當範圍時，平均微晶徑小，而且組成的均質性差，因此磁特性變差。最後的第6Gr係使平均粒徑變化之數據，合適範圍外時，鐵損等之磁特性變差。再者，表中，例如「100＜」意指「大於100」。

在各數據中，實施例記載之數據，皆為10Oe以下的低保磁力，保持130emu/g以上的高飽和磁化，耐銹性優異之合金粉末，再者成為壓粉磁芯時，達成能製作鐵損為150kW/m ³以下之磁芯損失低的壓粉磁芯之顯著效果。

另一方面，本發明之範圍外的比較例記載之數據，為保磁力超過20Oe之高，或飽和磁化未達130emu/g之低，或耐銹性降低之合金粉末，成為壓粉磁芯時，變成鐵損超過300kW/m ³之磁芯損失高的壓粉磁芯。

如以上，本發明提供藉由CVD法製造已知被稱為坡莫合金B的合金之平均粒徑1μm以下的尺寸之微粒子之技術，其兼具與鐵系軟磁性材料大不相同的100,000之最大導磁率與1.5T的約坡莫合金C之2倍大的飽和磁束密度。

[圖1]係顯示與Ni濃度均質性有關的實驗中之本發明例1的Ni濃度分布之圖。 [圖2]係顯示與Ni濃度均質性有關的實驗中之習知例1的Ni濃度分布之圖。

Claims

一種軟磁性合金粉末，其係以質量濃度計，含有Ni：40.0~50.0%及Cl：10~10000ppm，剩餘部分由Fe及無可避免的雜質所構成之合金粉末，其特徵在於：該合金粉末之平均粒徑為0.10~2.00μm，平均微晶徑為前述平均粒徑之0.5倍以上。
如請求項1之軟磁性合金粉末，其中於前述合金粉末中，在從粒子的中心到該粒子的半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度為該粒子全體的平均Ni含有率之0.7~1.3倍。
如請求項1之軟磁性合金粉末，其中前述合金粉末之保磁力為15Oe以下。
如請求項1~3中任一項之軟磁性合金粉末，其中前述合金粉末之飽和磁化為130emu/g以上。
一種壓粉體，其特徵為如請求項1~4中任一項之軟磁性合金粉末與樹脂之結合物。
如請求項5之壓粉體，其中前述樹脂為熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂或熱塑性樹脂。
一種軟磁性合金粉末之製造方法，其特徵為藉由化學氣相法，生成合金粉末，前述合金粉末係以質量濃度計，含有Ni：40.0~50.0%及Cl：10~10000ppm，剩餘部分由Fe及無可避免的雜質所構成之合金粉末，該合金粉末之平均粒徑為0.10~2.00μm，平均微晶徑為前述平均粒徑之0.5倍以上。
如請求項7之軟磁性合金粉末之製造方法，其中於前述合金粉末中，在從粒子的中心到該粒子的半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度為該粒子全體的平均Ni含有率之0.7~1.3倍。
如請求項7或8之軟磁性合金粉末之製造方法，其中前述化學氣相法係將Ni氯化物還原而生成Ni粒子，在前述Ni粒子表面進行Fe氯化物的還原反應，形成以前述Ni粒子作為核且以Fe被覆該表面之複合粒子後，進行成為γNi-Fe固溶體單相之溫度範圍的溶體化處理，得到粒子內為均勻組成的合金粒子之方法。
如請求項9之軟磁性合金粉末之製造方法，其中前述還原反應的溫度為800~1100℃，前述溶體化處理的溫度為900~1300℃。
一種壓粉體之製造方法，其特徵為藉由化學氣相法，生成軟磁性合金粉，於該軟磁性合金粉末中，混合樹脂，進行壓縮成形，前述軟磁性合金粉係以質量濃度計，含有Ni：40.0~50.0%及Cl：10~10000ppm，剩餘部分由Fe及無可避免的雜質所構成之合金粉末，該合金粉末之平均粒徑為0.10~2.00μm，平均微晶徑為前述平均粒徑之0.5倍以上。
如請求項11之壓粉體之製造方法，其中於前述合金粉末中，在從粒子的中心到該粒子的半徑之0.9倍為止之範圍內的該粒子內之任意點的Ni濃度為該粒子全體的平均Ni含有率之0.7~1.3倍。
如請求項11之壓粉體之製造方法，其中前述化學氣相法係將Ni氯化物還原而生成Ni粒子，在前述Ni粒子表面進行Fe氯化物的還原反應，形成以前述Ni粒子作為核且以Fe被覆該表面之複合粒子後，在成為γNi-Fe固溶體單相之溫度範圍中進行溶體化處理，得到粒子內為均勻組成的合金粒子之方法。
如請求項13之壓粉體之製造方法，其中前述還原反應的溫度為800~1100℃，前述溶體化處理的溫度為900~1300℃。
如請求項11~14中任一項之壓粉體之製造方法，其中前述樹脂為熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂或熱塑性樹脂。