(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を付与した超磁歪合金を製造する方法であって、（１）超磁歪合金の構成元素である鉄粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末と、クロム粉末およびその不可避なる金属元素を機械的合金化法により処理して合金を合成する、（２）その場合、クロムは鉄に置き換える形で混合し、鉄とクロムをあわせて全体の６４〜６９原子％とし、かつ、クロムの割合を６〜２０原子％とし、全体の残りをテルビウムとディスプロシウムが任意の割合になるように配合する、（３）得られた合金粉末を焼結して焼結体を作製する、（４）上記（１）〜（３）により、超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を向上させた超磁歪合金を作製する、ことを特徴とする耐酸化性を付与した超磁歪合金の製造方法。
【請求項２】
上記合金粉末を加圧しながら成形して焼結体を作製し、これを熱処理して緻密化することを特徴とする請求項１に記載の耐酸化性を付与した超磁歪合金の製造方法。
【請求項３】
超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を付与した超磁歪合金であって、次の工程；（１）超磁歪合金の構成元素である鉄粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末と、クロム粉末およびその不可避なる金属元素を機械的合金化法により処理して合金を合成する、（２）その場合、クロムは鉄に置き換える形で混合し、鉄とクロムをあわせて全体の６４〜６９原子％とし、かつ、クロムの割合を６〜２０原子％とし、全体の残りをテルビウムとディスプロシウムが任意の割合になるように配合する、（３）得られた合金粉末を焼結して焼結体を作製する、（４）上記（１）〜（３）により、超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を向上させた超磁歪合金を作製する、により作製したことを特徴とする、耐酸化性を付与した超磁歪合金。
【請求項４】
上記合金粉末を加圧しながら成形して焼結体を作製し、これを熱処理して緻密化したことを特徴とする請求項３に記載の耐酸化性を付与した超磁歪合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐酸化性に優れる超磁歪合金およびその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、本発明は、鉄粉末、クロム粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末を機械的合金化法により合金化し、耐酸化性を改善した超磁歪合金の製造方法及び得られた超磁歪合金に関するものである。本発明は、超磁歪合金を構成する元素にクロムを混合することによって、耐酸化性に優れた超磁歪合金を作製し、提供することを可能にするものである。
【０００２】
【従来の技術】
超磁歪合金は、電流によって発生する磁界によって変位量を精密に制御できるため、その超磁歪素子や磁歪特性の改善が種々検討されている。その中でも、鉄、テルビウム、ディスプロシウムからなる合金は、磁界による寸法変化が大きく、超磁歪素子として注目されている。超磁歪素子は、従来、寸法変化がより大きくなるように、また、より小さい磁界で大きな変化が得られるように開発されてきた。ところで、超磁歪素子の使用が想定されている環境に注目すると、その環境は、エンジンルーム内であったり、宇宙環境あるいは生体内部といった材料にとって厳しい環境である場合が少なくない。そのような環境で超磁歪素子を長期間安定的に使用するためには、超磁歪特性を損なわず、耐酸化性に優れた素子の開発が不可欠である。しかし、これまでのところ、耐酸化性に優れた超磁歪合金の開発は行われていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の結果を見いだし、本発明を完成するに至った。
まず、超磁歪合金の構成元素である鉄粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末にクロム粉末を加えて、機械的合金化法により合金を合成する。その場合、超磁歪特性を損なわないために、クロムは鉄に置き換える形で混合し、鉄とクロムを合わせた割合の合計が６４原子％から６９原子％とする。更に、クロムの割合を６原子％から２０原子％とする。残りをテルビウムとディスプロシウムが任意の割合となるように配合する。得られた粉末を焼結することにより、超磁歪特性を損なわず、耐酸化性に優れた超磁歪合金が得られることを見いだした。
本発明は、超磁歪合金を構成する元素にクロムを混合することで、超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を向上させた超磁歪合金を作製し、提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を付与した超磁歪合金を製造する方法であって、１）超磁歪合金の構成元素である鉄粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末と、クロム粉末およびその不可避なる金属元素を機械的合金化法により処理して合金を合成する、２）その場合、クロムは鉄に置き換える形で混合し、鉄とクロムをあわせて全体の６４〜６９原子％とし、かつ、クロムの割合を６〜２０原子％とし、全体の残りをテルビウムとディスプロシウムが任意の割合になるように配合する、３）得られた合金粉末を焼結して焼結体を作製する、４）上記１）〜３）により、超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を向上させた超磁歪合金を作製する、ことを特徴とする耐酸化性を付与した超磁歪合金の製造方法。
（２）上記合金粉末を加圧しながら成形して焼結体を作製し、これを熱処理して緻密化することを特徴とする前記（１）に記載の耐酸化性を付与した超磁歪合金の製造方法。
（３）超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を付与した超磁歪合金であって、次の工程；１）超磁歪合金の構成元素である鉄粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末と、クロム粉末およびその不可避なる金属元素を機械的合金化法により処理して合金を合成する、２）その場合、クロムは鉄に置き換える形で混合し、鉄とクロムをあわせて全体の６４〜６９原子％とし、かつ、クロムの割合を６〜２０原子％とし、全体の残りをテルビウムとディスプロシウムが任意の割合になるように配合する、３）得られた合金粉末を焼結して焼結体を作製する、４）上記１）〜３）により、超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性を向上させた超磁歪合金を作製する、により作製したことを特徴とする、耐酸化性を付与した超磁歪合金。
（４）上記合金粉末を加圧しながら成形して焼結体を作製し、これを熱処理して緻密化したことを特徴とする前記（３）に記載の耐酸化性を付与した超磁歪合金。

【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明に用いる材料には、市販の鉄粉末、クロム粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末が利用できる。粉末の大きさについては特に指定しないが、一般的には数十ミクロンから数ミリの粉末が利用できる。各粉末の混合の割合は、鉄とクロムをあわせて全体の６４原子％から６９原子％となり、かつ、クロムの割合が６原子％から２０原子％であり、全体の残りをテルビウムとディスプロシウムが任意の割合になるように配合する。鉄とクロムを６４〜６９原子％とした理由は、６４原子％より少ない、あるいは６９原子％より多いと、磁歪を示す結晶相が形成されないためであり、クロムの割合を６〜２０原子％とした理由は、６原子％より少ないと耐酸化性向上の効果が見られない、また、２０原子％より多いと磁歪特性が低下するためである。
【０００６】
機械的合金化処理には乾式の粉砕機が利用でき、好適には振動型ボールミル、遊星型ボールミル、転動型ボールミル、アトライターなどが利用できる。機械的合金化処理時の雰囲気は粉末の酸化を防止するため、不活性ガス雰囲気や減圧雰囲気が好ましい。また、機械的合金化処理時に金属粉末が容器やボールに付着しないように添加するミリング助剤は、合金粉末に炭素が混入し、回収時に合金粉末が燃焼するため使用してはならない。
【０００７】
機械的合金化に供する時間は特に指定しないが、５０時間から１５０時間が好ましい。５０時間より短いと各元素の混合状態が不十分であり、合金化には至っていない可能性がある。また、１５０時間を超えると機械的合金化処理時に粉末の酸化あるいは窒化が多くなり、超磁歪合金の性能劣化をもたらす酸化物や窒化物が生成される。更に、機械的合金化時の圧力伝達媒体としては、鋼球、セラミックス球、超硬球などの一般的な粉砕球が利用できる。
【０００８】
所定の組成に配合された元素の粉末を機械的合金化処理により合金化した粉末は、数マイクロメートル以下の微細な粉末であり、その内部は微細な結晶や非晶質で構成されている。
【０００９】
得られた粉末を固化するための雰囲気は、粉末の酸化を防止するため、不活性ガス雰囲気や減圧あるいは真空雰囲気が好ましい。好適には、不活性ガスとしてアルゴン、ヘリウムなどが用いられる。減圧条件は、１５０ｍｍＨｇから５００ｍｍＨｇ、真空条件は、０．１ｍｍＨｇ以下が好ましい。加熱方法は特に指定しないが、短時間で目的温度に到達する方法が好ましく、例えば、通電加熱や赤外線イメージ炉、高周波加熱炉などが利用できる。焼結の温度条件は、９００℃から１１００℃が好ましい。また、加熱時には成形性を向上するため、加圧しなければならない。加圧方法は特に指定しないが、一般的には油圧や空圧を利用した一軸の加圧や、ガス圧を利用した等方的な加圧が利用される。好適には、加圧として４００ｋｇｆ／ｃｍ2 から５００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力が用いられる。
【００１０】
得られた焼結体を熱処理するための雰囲気は、焼結体の酸化を防止するため、不活性ガス雰囲気や減圧あるいは真空雰囲気が好ましい。好適には、それらの条件は１５０ｍｍＨｇから５００ｍｍＨｇ程度のアルゴンガスやヘリウムガス雰囲気、あるいは、０．１ｍｍＨｇ以下の真空雰囲気が例示される。加熱方法は特に指定しないが、均熱帯が大きい方法が好ましく、例えば、管状炉や赤外線イメージ炉などが利用できる。熱処理の温度は、８００℃から１０００℃が好ましい。
【００１１】
本発明の作製方法を用いることにより、超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性に優れた超磁歪合金を得ることができる。磁歪合金は電流によって発生する磁界によって変位量を制御できるため、素早い動作と精密な位置ぎめができる。その上、更に耐酸性が改善されると、例えば、ディーゼルエンジンの燃料インジェクターなどにすることによって、燃料の噴射量を厳密に制御し、排気ガスに含まれる環境汚染物質を低減させることができる。更に、今後の宇宙開発において要求される、超精密流量制御バルブなどへの応用が期待される。また、医学分野に視点を移すと、体内で活動するマイクロマシンへの応用が考えられる。生体内は複雑であるため、コードレスで制御可能なアクチュエータとしての磁歪材料が注目されている。しかし、生体内は腐食環境であるため、自在材料の安定的な活動が困難であると考えられている。本発明の方法を用いることにより、耐酸化性が向上するため、このような分野でも応用できる。このように、本発明は、様々な工業分野での発展に貢献できるものと期待される。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例により何ら限定されるものではない。
実施例１
鉄粉末（和光純薬試薬特級）５．１ｇ、テルビウム粉末（レアメタリック試薬特級）４．６ｇ、ディスプロシウム粉末（レアメタリック試薬特級）４．７ｇにクロム粉末（ナカライテスク試薬特級）０．６ｇを添加し、遊星型ボールミルにて１００時間の機械的合金化処理を行った。機械的合金化処理時の雰囲気は１５０ｍｍＨｇの減圧アルゴンガス雰囲気とし、粉末とボールの重量比が約１：２７になるようにした。容器と１０ｍｍ径の粉砕球にはクロム鋼を用いた。得られた材料は数マイクロメートル程度の粉末であった。
【００１３】
鉄粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末とクロム粉末を機械的に合金化した混合粉末６ｇを５×３０ｍｍの黒鉛製の型に入れ、約１ｍｍＨｇの真空中で通電加熱による固化成形を行った。焼結は、４２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の加圧下にて１０００℃で５分間保持した。得られた成形体は５×５×３０ｍｍの角柱状になった。
【００１４】
得られた成形体は、超磁歪特性を示す、鉄−テルビウム、鉄−ディスプロシウム化合物からなっており、クロムが微細に分散していた。成形体の磁歪特性はクロムがない場合と比較して同程度であった。また、クロムの添加により酸化による重量増加が約１／７となり、耐酸化性が改善された。図１に、加熱中の試料の重量増加を示す。また、図２に、耐酸化性評価に使用した試料と同じ試料の磁歪特性を示す。図１より、Ｃｒを添加しない試料は酸化（酸素との結合）による重量増加が大きく、Ｃｒを添加すると、酸化が抑制され重量増加が小さいことがわかる。また、図２より、Ｃｒ添加の有無による依存性は見られないことがわかる。
【００１５】
実施例２
鉄粉末（和光純薬試薬特級）５．２ｇ、テルビウム粉末（レアメタリック試薬特級）５．２ｇ、ディスプロシウム粉末（レアメタリック試薬特級）０．９ｇにクロム粉末（ナカライテスク試薬特級）０．６ｇを添加し、遊星型ボールミルにて１００時間の機械的合金化処理を行った。機械的合金化処理時の雰囲気は５００ｍｍＨｇの減圧アルゴンガス雰囲気とし、粉末とボールの重量比が約１：２７になるようにした。容器と１０ｍｍ径の粉砕球にはクロム鋼を用いた。得られた材料は数マイクロメートル程度の粉末であった。
【００１６】
鉄粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末とクロム粉末を機械的に合金化した混合粉末１１ｇを９×３０ｍｍの黒鉛製の型に入れ、約１ｍｍＨｇの真空中で通電加熱による固化成形を行った。焼結は、４２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の加圧下にて１０００℃で５分間保持した。得られた成形体は５×９×３０ｍｍの角柱状になった。
【００１７】
得られた成形体は、超磁歪特性を示す、鉄−テルビウム、鉄−ディスプロシウム化合物からなっており、クロムが微細に分散していた。成形体の磁歪特性はクロムがない場合と比較して同程度であった。また、クロムの添加により酸化による重量増加が約１／７となり、耐酸化性が改善された。
【００１８】
実施例３
鉄粉末（和光純薬試薬特級）４．６ｇ、テルビウム粉末（レアメタリック試薬特級）２．７ｇ、ディスプロシウム粉末（レアメタリック試薬特級）６．５ｇにクロム粉末（ナカライテスク試薬特級）１．１ｇを添加し、遊星型ボールミルにて１００時間の機械的合金化処理を行った。機械的合金化処理時の雰囲気は１５０ｍｍＨｇの減圧アルゴンガス雰囲気とし、粉末とボールの重量比が約１：２７になるようにした。容器と１０ｍｍ径の粉砕球にはクロム鋼を用いた。得られた材料は数マイクロメートル程度の粉末であった。
【００１９】
鉄粉末、テルビウム粉末、ディスプロシウム粉末とクロム粉末を機械的に合金化した混合粉末６ｇを５×３０ｍｍの黒鉛製の型に入れ、約１ｍｍＨｇの真空中で通電加熱による固化成形を行った。焼結は、４２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の加圧下にて１０００℃で５分間保持した。得られた成形体は５×５×３０ｍｍの角柱状になった。
【００２０】
得られた焼結体を管状炉内に静置し、アルゴンガスを炉内に環流させた状態で熱処理を行った。熱処理は９００℃で３時間保持した。熱処理によってより緻密化し、結晶粒が若干成長した。
【００２１】
得られた成形体は、超磁歪特性を示す、鉄−テルビウム、鉄−ディスプロシウム化合物からなっており、クロムが微細に分散していた。成形体の磁歪特性はクロムがない場合と比較して同程度以上となった。また、クロムの添加により酸化による重量増加が約１／９となり、耐酸化性が改善された。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明は、超磁歪合金を構成する元素のうち、鉄の一部をクロムで置き換え、機械的合金化によって合金を合成し、得られた合金粉末を焼結して固化成形し、更に熱処理することにより超磁歪合金を製造する方法及びその製品に係るものであり、本発明により、１）超磁歪特性を損なうことなく、耐酸化性に優れた超磁歪合金を得ることができる、２）この超磁歪合金は、耐酸化性の改善により、種々の分野の磁歪材料として利用可能である、３）この磁性材料は、例えば、ディーゼルエンジンの燃料インジェクター、宇宙開発分野で要求される超精密流量制御バルブ、医学分野における生体内で用いられるマイクロマシン、コードレスで制御可能なアクチュエーターなどへ応用可能である、という効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｒ無添加及びＣｒ添加試料の加熱中の試料の重量増加を示す説明図である。
【図２】耐酸化性評価に使用した試料と同じ試料の磁歪特性を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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