(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト相を含む母材からなる基部と、
該母材の一部に窒素（Ｎ）を固溶させてできたオーステナイト相を有し該基部よりも飽和磁化が小さい非磁性部とを備え、
該非磁性部は、最小幅が１ｍｍ以下である狭幅域を有することを特徴とする複合磁性部材。
【請求項２】
前記非磁性部は、該非磁性部全体を１００質量％としてＮを０．２質量％以上含む請求項１に記載の複合磁性部材。
【請求項３】
前記非磁性部は、該非磁性部の金属組織全体に対するオーステナイト相の割合であるオーステナイト化率が３０体積％以上である請求項１または２に記載の複合磁性部材。
【請求項４】
前記非磁性部は、下式により求まる非磁性化率（φ）が２０％以上である請求項１〜３のいずれかに記載の複合磁性部材。
φ＝１００×（Ｂ０−Ｂ１）／Ｂ０、
Ｂ０：基部の飽和磁化、Ｂ１：非磁性部の飽和磁化
【請求項５】
前記母材は、該母材全体を１００質量％としてクロム（Ｃｒ）を０．１質量％以上含む鉄合金である請求項１〜４のいずれかに記載の複合磁性部材。
【請求項６】
前記非磁性部は、最表面からの深さが１０μｍ以上である請求項１〜５のいずれかに記載の複合磁性部材。
【請求項７】
フェライト相を含む母材の一部である被処理部へ、窒素を含有する雰囲気中で高エネルギービームを相対移動させつつ照射することにより、該被処理部からアブレーションにより生じた放出粒子と該雰囲気中の窒素とを混合する照射工程を備え、
該被処理部に、該母材の一部にＮを固溶させてできたオーステナイト相を有し該母材よりも飽和磁化が小さい非磁性部が形成され得ることを特徴とする複合磁性部材の製造方法。
【請求項８】
前記非磁性部は、該非磁性部全体を１００質量％としてＮを０．２質量％以上含む請求項７に記載の複合磁性部材の製造方法。
【請求項９】
前記非磁性部は、該非磁性部の金属組織全体に対するオーステナイト相の割合であるオーステナイト化率が３０体積％以上である請求項７または８に記載の複合磁性部材の製造方法。
【請求項１０】
前記非磁性部は、下式により求まる非磁性化率（φ）が２０％以上である請求項７〜９のいずれかに記載の複合磁性部材の製造方法。
φ＝１００×（Ｂ０−Ｂ１）／Ｂ０、
Ｂ０：母材の飽和磁化、Ｂ１：非磁性部の飽和磁化
【請求項１１】
前記母材は、該母材全体を１００質量％としてＣｒを０．１質量％以上含む鉄合金である請求項７〜１０のいずれかに記載の複合磁性部材の製造方法。
【請求項１２】
前記非磁性部は、最表面からの深さが１０μｍ以上である請求項７〜１１のいずれかに記載の複合磁性部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト相からなる主になる基部中に、窒素が固溶したオーステナイト相（適宜「窒素固溶オーステナイト相」という。）からなる非磁性部が形成された複合磁性部材と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種のモータや電磁弁などの電磁機器が多用されている。このような電磁機器は、所望の磁気回路の形成や漏れ磁束の遮蔽等のために、部分的に非磁性部（非磁性体）を設けることがある。この非磁性部は、一般的に、強磁性ではない異種部材を介装したり、エアギャップを設けたりして形成され得る。これに関連する記載が、例えば特許文献１にある。
【０００３】
しかし、このような手法では、電磁機器の小型化、高性能化、低コスト化等を共に達成することはできない。そこで電磁機器を構成する磁性部材（磁性体）の一部を改質して、その一部を非磁性化することが、例えば、特許文献２で提案されている。具体的にいうと、特許文献２は、マルテンサイト系ステンレス鋼からなるステータコアの一部へレーザ照射して、その部分を加熱冷却することによりオーステナイト化（非磁性化）することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５８１３９号公報
【特許文献２】特開２００９−３０８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献のような局所加熱によるオーステナイト化は、磁性部材を構成する母材（基材）がマルテンサイト系ステンレス鋼に限定され、また、熱歪み等も生じ得るため、必ずしも好ましくない。また、母材の一部のみを非磁性化することは困難であり、熱による窒素の拡散等で、非磁性部と磁性部の境界を精密に制御することはできない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、従来とは異なる非磁性部が磁性部材（磁性体）の一部に形成された複合磁性部材と、その好適な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、磁性材である鉄鋼材料（ステンレス鋼を含む）の一部（被処理部）へ、窒素含有雰囲気中で近紫外ナノ秒パルスレーザを照射することで、窒素が過飽和に固溶したオーステナイト相からなる非磁性部を生成することを新たに着想して、その具現化に成功した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【０００８】
《複合磁性部材》
（１）本発明の複合磁性部材は、フェライト相を含む母材からなる基部と、該母材の一部に窒素（Ｎ）を固溶させてできたオーステナイト相を有し該基部よりも飽和磁化が小さい非磁性部とを備え、該非磁性部は、最小幅が１ｍｍ以下である狭幅域を有することを特徴とする。
【０００９】
（２）本発明の複合磁性部材は、母材からなる単一部材の一部（被処理部）へ、多くのＮを固溶させる改質を行うことにより、その被処理部をオーステナイト化して非磁性部としたものである。本発明に係る非磁性部は、局所加熱によって改質されたものではないため、その非磁性部や周囲の基部に熱歪みや機械的特性（硬さ、強度など）の低下等を生じさせることは殆どない。また、非磁性部の幅を数μｍ以下に制御することにより、改質部からなる非磁性部と母材部からなる磁性部を任意に複合して配置することもできる。また、Ｎ固容量を高めることにより、低Ｃｒ鋼でも容易にオーステナイト化することができる。Ｎの固溶によりオーステナイト化する鋼種も多い。従って、本発明の複合磁性部材は、種々の電磁機器の構成部材に利用可能である。
【００１０】
また本発明の複合磁性部材は、非磁性部に含まれるＮ固溶量またはそれに応じて生じるオーステナイト相の割合（オーステナイト化率）を調整することにより、非磁性部の磁気特性（透磁率、飽和磁化、磁化率等）、つまり非磁性化率を制御し得る。このため本発明の複合磁性部材を用いれば、磁性または非磁性という単純な区別に限らず、磁性部材（磁性体）の局所を好適な透磁率等に制御でき、磁気回路の形成自由度を拡大させることができる。
【００１１】
（３）本発明に係る非磁性部は、Ｎ固溶量（単に「Ｎ量」または「Ｎ濃度」ともいう。）により、金属組織構成が変化し得る。Ｎ量が過小であると、フェライト相（適宜「α相」ともいう。）の割合が多く、実質的な非磁性化を示すほどのオーステナイト相（適宜「γ相」ともいう。）は得られない。一方、Ｎ量が十分に大きくなる（例えば、Ｎが過飽和に固溶した状態になる）と、ｂｃｃ構造のα相がｆｃｃ構造のγ相へ変態するオーステナイト化（適宜「ｆｃｃ化」または「γ化」という。）が進行し、その程度に応じて、被処理部はα相とγ相が混在した金属組織となり、その非磁性化も進行する。そしてＮ量が所定値以上になると、非磁性部は殆どがγ相となり、ほぼ完全に非磁性化する。このように非磁性部は、その金属組織中におけるγ相の割合であるオーステナイト化率（適宜「ｆｃｃ化率」という。）に応じた磁気特性（透磁率、飽和磁化等）を発揮する。なお、オーステナイト化率の詳細は後述する。
【００１２】
非磁性部のＮ量は、磁性部材の仕様（非磁性部に要求される磁気特性）、母材の組成等に応じて適宜調整され得るが、少なくとも基部よりも非磁性部の飽和磁化や透磁率が低くなる程度は必要である。そこで非磁性部は、Ｎを０．２質量％以上固溶していると好ましい。
【００１３】
また非磁性部全体を１００質量％として、Ｎ量は０．２質量％以上、０．５質量％以上、０．８質量％以上さらには０．９質量％以上であると好ましい。なお、本明細書でいうＮ量は常温域における値であり、非磁性部を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で解析した結果に基づき特定される。また、非磁性部に含まれるＮが固溶状態にあることは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により得られたプロファイルを観察した際に、ｆｃｃ（γ相）ピークが低角側へシフトをしており、かつ窒化物（Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮ、Ｆｅ３Ｎ、Ｆｅ４Ｎ等）に関するピークが実質的に認められないことから判断できる。
【００１４】
同様に非磁性部の金属組織全体に対するオーステナイト相の割合であるオーステナイト化率（ｆｃｃ化率）は、３０体積％（適宜、単に「％」と表す。）以上、５０％以上、８０％以上、９０％以上さらには９５％以上であると好ましい。なお、本明細書でいうｆｃｃ化率は、非磁性部のＸ線回折プロファイルをリートベルト（Reitveld）解析して求めたγ相（ｆｃｃ相）の割合に基づいて算出される。この点に関する詳細は後述する。
【００１５】
非磁性部の磁性レベルは、上述したように、磁性部材の仕様等に応じて適宜制御され得るが、非磁性部は、その磁性レベルを指標する非磁性化率（φ）が、例えば、２０％以上、５０％以上、８０％以上、９５％以上さらには９８％以上であると好ましい。ここで非磁性化率は、Ｂ０：基部の飽和磁化、Ｂ１：非磁性部の飽和磁化として、φ＝１００×（Ｂ０−Ｂ１）／Ｂ０により算出される。なお、本明細書でいう非磁性化率も常温域における値であり、各部の飽和磁化は常温で振動試料型磁力計（ＶＳＭ）等の磁気特性評価装置から求められる。
【００１６】
《複合磁性部材の製造方法》
（１）本発明は上述した複合磁性部材のみならず、その製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、フェライト相を含む母材の一部である被処理部へ、窒素を含有する雰囲気中で高エネルギービームを相対移動させつつ照射することにより、該被処理部からアブレーションにより生じた放出粒子と該雰囲気中の窒素とを混合する照射工程を備え、該被処理部に、該母材の一部にＮを固溶させてできたオーステナイト相を有し該母材よりも飽和磁化が小さい非磁性部が形成され得ることを特徴とする複合磁性部材の製造方法でもよい。
【００１７】
（２）本発明の製造方法により上述した非磁性部（特に窒素固溶オーステナイト相）が得られる理由は必ずしも定かではないが、現状では次のように考えられる。高エネルギービームが母材からなる被処理部へ適切に照射されると、その被処理部ではアブレーションが生じ得る。このアブレーションにより、被処理部を構成する原子等が、気化、蒸発、蒸散、飛散等して放出される。こうして放出された粒子（適宜「放出粒子」という。）は、原子、分子、イオン、電子、光子、ラジカル、クラスター等の様々な形態をとり得る。そして、放出粒子と被処理部の近傍にある雰囲気ガス（窒素）とが混合状態となった反応場がアブレーションを生じた被処理部（適宜「アブレーション部」という。）またはその近傍に生成され得る。
【００１８】
高エネルギービームの照射域が被処理部上を移動することにより、上記の現象が次々とほぼ連続的に生じ、被処理部およびその近傍は反応場を生成する放出粒子および雰囲気窒素が多数存在した状態となる。
【００１９】
そして放出粒子と雰囲気窒素からなる反応場は、被処理部またはその近傍へ窒素を固溶した状態で充填等されていく。このような現象が繰り返されることにより、内部深くまで窒素が十分に導入され、窒素が固溶した微細なオーステナイト相が形成されたと考えられる。
【００２０】
本発明の製造方法では、従来の非磁性化方法等と異なり、非磁性部の形成にアブレーションを利用しているため、非磁性部およびその周囲にある母材からなる基部に殆ど熱的影響を及ばさない。従って本発明の製造方法によれば、磁性部材の大部分を構成する基部の組成や組織などをほとんど変化させず、それらが本来有する特性（例えば、磁性、強度等）を活かしつつ、必要な局所部分だけを非磁性化することが可能となる。
【００２１】
また本発明の製造方法では、上述したようなアブレーションを利用するため、幅広い母材に対して、短時間内に、しかも実質的に一工程で、微細な窒素固溶オーステナイト相を形成し得る。また、非磁性部の形態は高エネルギービームの照射域の軌跡により定まり、その可動域に制限はないため、広狭を問わず所望する形態の非磁性部を自由に形成し得る。従って本発明の製造方法によれば、平面状、曲面状、曲線状（直線状を含む）、点状（斑点状等の多数点状を含む）等、種々の形態の非磁性部を磁性部材（基部）に形成し得る。さらに本発明の製造方法によれば、高エネルギービームが被処理部へ到達する限り、窪んだ領域、奥まった領域、アンダーカット的な領域等にも非磁性部を形成することも可能である。
【００２２】
本発明の製造方法では、高エネルギー（収束）ビームを用いているため、従来の加熱による非磁性化方法等とは異なり、局部的な狭領域の改質も容易に行える。そして、その領域の幅や深さも、ｍｍ単位さらにはμｍ単位で制御可能である。非磁性部が磁気回路中で有効に作用する（実質的な磁気抵抗となり得る）ことを前提として、例えば、非磁性部は最小幅が１ｍｍ以下、１００μｍ以下、１０μｍ以下さらには１μｍ以下の狭幅域を有するものとすることができる。また非磁性部は、最表面からの深さが１０μｍ以上、１００μｍ以上、５００μｍ以上さらには１ｍｍ以上となることも、逆にその深さが限られた層状となることも可能である。このような非磁性部の二次元的または三次元的な形態は、高エネルギービームの出力密度、ビーム径、焦点、窒素含有雰囲気等を調整することにより容易に調整し得る。なお、非磁性部の幅は、長手方向に直交する方向の長さである。また非磁性部の深さは、非磁性部の断面を観察したＥＰＭＡ像に基づいて、基部よりもＮ量が多くなっている最深部から最表面までの長さである。
【００２３】
（３）本発明に係る「被処理部」（非磁性部）は、高エネルギービームの照射が可能な部分である限り、外表面側に限らず、内表面側でもよい。また「高エネルギービーム」は、光線または電子線であって、母材をアブレーションするのに十分なエネルギーと、照射部周辺をプラズマ化させる強電界とを併せもつビームである。具体的には、レーザ、電子ビーム等である。
【００２４】
「窒素含有雰囲気」は、窒素が分子レベルまたは原子レベルで存在する雰囲気である。具体的には、窒素ガスのみからなる窒素ガス雰囲気、窒素ガスと不活性ガス等からなる混合ガス雰囲気（大気雰囲気も含む）、窒素の化合物を含む化合物ガス雰囲気等である。本発明に係る改質処理は窒素を含む大気中等でも可能であるため、非磁性部をより簡易に形成できる。但し、Ｎのみを固溶させる場合、窒素ガス雰囲気または窒素ガスを不活性ガスで希釈した雰囲気で、上述した照射工程がなされると好ましい。なお、窒素含有雰囲気の圧力（ガス圧）は、敢えて高圧にする必要はなく常圧（大気圧）でも十分である。また窒素含有雰囲気の温度も室温（常温）で十分である。
【００２５】
《その他》
（１）本明細書では、母材中にＮを固溶させてオーステナイト相の割合を増加させる改質処理を適宜、単に「窒化」ともいう。
【００２６】
（２）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を、新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】試料１に係るＥＰＭＡ窒素マッピング像である。
【図２】各試料に係るＸＲＤプロファイル像である。
【図３】窒素濃度（Ｎ固溶量）とオーステナイト化率（ｆｃｃ化率）の関係を示す分散図である。
【図４】窒素濃度（Ｎ固溶量）と非磁性化率の関係を示す分散図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本明細書で説明する内容は、本発明の複合磁性部材のみならず、その製造方法にも該当し得る。上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一以上の構成要素を付加し得る。この際、製造方法に関する構成要素は、プロダクトバイプロセスとして理解すれば物に関する構成要素ともなり得る。なお、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００２９】
《母材》
本発明に係る母材は、導入された窒素を固溶してγ相を形成する純鉄または鉄合金からなる。鉄合金は、種々の組成をとり得るが、少なくともクロム（Ｃｒ）を含む鉄合金であると好ましい。母材中にＣｒが含まれると、Ｎの固溶によりα相がγ相に安定的に変態され得る。母材中のＣｒが過少では効果が乏しいため、母材全体を１００質量％としたときにＣｒは０．１質量％（適宜、単に「％」で表す。）以上、０．３％以上、０．５％以上、０．８％以上であると好ましい。またＣｒが８％以上、１０％以上さらに１２％以上になると、耐食性にも優れた複合磁性部材が得られて好ましい。Ｃｒの上限値は特に問わないが、通常、３０％以下さらには２０％以下である。このようなＣｒ含有鉄合金として、炭素鋼（ＪＩＳ  ＳＣＭ鋼、ＳＣｒ鋼等）の他、ステンレス鋼がある。本発明に係る母材となるステンレス鋼は、全体が非磁性なオーステナイト系ステンレス鋼以外であればよいが、フェライト系ステンレス鋼が特に好ましい。
【００３０】
《製造方法》
（１）高エネルギービーム
高エネルギービームは、母材の被処理部でアブレーションを生じさせ、アブレーションにより生じた放出粒子と雰囲気中の窒素とを混合した反応場が形成される限り、その種類を問わない。高エネルギービームは、例えば、パルスレーザ、電子ビーム等である。
【００３１】
アブレーションを発生させるには、母材の被処理部へ、高いエネルギーを瞬時に付与する必要がある。つまり、アブレーションの閾値を超える高いエネルギー密度（フルエンス）をもつ高エネルギービームを、母材の被処理部へ照射する必要がある。このような高エネルギービームとして、短パルス幅のパルスレーザが好適である。
【００３２】
レーザ発振装置の出力や発振周波数等が一定なら、パルス幅が短いほど、フルエンスの高いレーザ光を被処理部へ照射できる。またパルス幅が短いと、その照射域外への熱拡散が抑制され、アブレーションの促進と共に母材への熱的影響の抑制を図れる。具体的にいうと、パルスレーザのパルス幅は、例えば、１０ｐｓ〜１００ｎｓさらには１〜５０ｎｓであると好ましい。パルス幅が過大ではアブレーションに必要なフルエンスが得難くなり、パルス幅が過小（例えば多光子吸収が生じる１５０ｆｓ程度）ではレーザ光によるエネルギーの付与形態が変化して、本発明に係る改質処理に必要な反応場が形成されない可能性がある。
【００３３】
パルスレーザの出力密度（フルエンス）でいえば、例えば、０．３ＭＷ／ｃｍ２〜３０ＧＷ／ｃｍ２さらには３ＭＷ／ｃｍ２〜３ＧＷ／ｃｍ２であると好ましい。出力密度は非磁性部の深さに影響し、出力密度が小さいと非磁性部が浅くなり、出力密度が大きいと母材への熱的影響が大きくなる。ちなみに、出力密度はレーザ出力をレーザスポット面積で除して求まる。
【００３４】
またパルスレーザは波長が短いほど、母材によるレーザ光の吸収率が高くなり、アブレーションの促進と非アブレーション部の変質抑制等が図られる。またパルスレーザの波長を適切に調整することにより、十分な深さをもつ非磁性部の形成が容易となる。このようなパルスレーザの波長は、赤外域より短く、さらには可視域よりも短い紫外域（近紫外域を含む）内にあると好ましい。具体的にいうと、パルスレーザの波長は、７００ｎｍ以下、５５０ｎｍ以下さらには３８０ｎｍ以下であると好ましい。またパルスレーザの波長は、１９０ｎｍ以上さらには３２０ｎｍ以上であると好ましい。パルスレーザの波長が過小では、雰囲気ガスによるレーザの吸収が発生して好ましくない。
【００３５】
このようなパルスレーザの具体例として、例えば、Ｆ２（波長１５７ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）、ＸｅＦ（波長３５１ｎｍ）等のエキシマ（励起二量体）を利用したエキシマレーザ、短波長を発振できるＹＡＧレーザなどがある。
【００３６】
（２）照射工程
照射工程は、所望する非磁性部の形態に応じて、高エネルギービームを母材の表面部へ照射しつつ、その照射域を移動させる工程である。
【００３７】
高エネルギービームとしてパルスレーザを用いる場合、隣接して発振する各パルス光の照射域を部分的に重畳（オーバーラップ）させると、連続した非磁性部の形成が容易となる。パルス波の照射域を重畳させる割合（パルスラップ率）は、パルスレーザの発振周波数、被処理部に対する相対移動速度（適宜「走査速度」という。）、被処理部の最表面における照射域の大きさ（またはパルスレーザの焦点位置）等により調整される。パルスレーザの特性にも依るため、パルスラップ率は、例えば１０〜１００％未満さらには２０〜９５％であると好ましい。パルスラップ率が過小では連続的な非磁性部の形成が困難となり除去加工となり易い。パルスラップ率が過大では改質処理の効率化や非磁性部の均質化を図り難い。
【００３８】
このパルスラップ率は、（ｒ／ｄ）×１００（％）（ｄ：ビーム径、ｒ：隣接するパルス波の重なり径）により算出される。ここでビーム径（ｄ）は、レーザ軸に対する直交面上で測定される、ビーム強度がピーク強度値の１／ｅ２レベルとなるときの幅（直径）である。また隣接するパルス波の重なり径（ｒ）は、ｄ−Ｒ（Ｒ：隣接するビーム間の中心間距離）である。
【００３９】
パルスラップ率に基づいて発振周波数、走査速度、焦点位置等は調整されるが、一例をあげると次の通りである。発振周波数は、例えば、１〜５００ｋＨｚさらには２〜１００ｋＨｚであると好ましい。発振周波数が過小では走査速度も低くせざるを得ず、処理の効率化を図れない。発振周波数が過大になると、一般的にレーザフルエンスが低下し、均質的な非磁性部の形成が困難となる。
【００４０】
走査速度は、例えば、０．１〜５０００ｍｍ／ｓさらには１〜１０００ｍｍ／ｓであると好ましい。走査速度が過小では処理の効率化を図れず、走査速度が過大になると、相関する発振周波数が過大な場合と同様に、均質的な非磁性部の形成が困難となる。
【００４１】
パルスレーザの焦点位置により、各パルス光の照射範囲が変化する。焦点位置は、母材の被処理部の最表面にあっても、その最表面からずれたところにあってもよい。もっとも、焦点位置がパルスレーザの照射部（被処理部の最表面部）から外れるほど、照射部における出力密度は低下し、その照射部近傍における処理の安定性や非磁性部深さ等に影響する。この傾向は、レーザを集光させて照射部に微細なスポット径を形成している場合ほど顕著である。
【００４２】
（３）雰囲気
照射工程を行う雰囲気は、既述したように、高エネルギービームを照射した際に、アブレーションにより活性窒素が発生し得る窒素含有雰囲気であればよい。このような雰囲気は、高エネルギービームの種類に応じて適宜選択される。
【００４３】
照射工程は、チャンバー等の密閉雰囲気内で行っても良いが、開放雰囲気内で行ってもよい。高エネルギービームとしてレーザを用いれば、開放雰囲気である常温常圧の大気雰囲気中でも可能である。もっとも、不要な化合物の生成等を回避しつつ、固溶窒素量を制御するために、窒素ガス雰囲気または窒素ガスを不活性ガスで希釈した混合ガス雰囲気で照射工程を行うとよい。具体的には被処理部の上方や側方から窒素ガス等を吹き付けるとよい。ガスの吹付方向を調整することにより、アブレーションに伴い生じるデブリの抑制等も図られ得る。例えば、その吹付方向を高エネルギービームの光軸と同軸とすることにより、窒素含有雰囲気の制御性が増し、非磁性部の均質性が向上し得る。
【００４４】
《用途》
本発明の複合磁性部材は種々の電磁機器に利用され得る。例えば、本発明の複合磁性部材は、モータ、アクチェエータ（電磁弁、電磁ロッド等）、磁気センサ、メモリ、マーカー発電機等の磁気回路を構成する部品であると好ましい。
【００４５】
本発明の複合磁性部材が高周波磁界（例えば、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚ）中で作動する場合、その最表面近傍（例えば、深さ０．１〜１ｍｍ）に非磁性部を形成すると好ましい。表皮効果を考慮すると、浅い（薄い）非磁性部でも十分な蔽磁効果等を発揮し得る。
【実施例】
【００４６】
［第１実施例］
《試料の製作》
（１）供試材（母材）
市販のフェライト系ステンレス鋼（ＪＩＳ  ＳＵＳ４３０）から切り出した供試材（１５．７×６．５×１０．０ｍｍ）を複数用意した。
【００４７】
（２）照射工程（非磁性化処理、窒化処理）
高エネルギービームとして、近紫外線領域の波長をもつパルス幅がナノ秒レベルのパルスレーザ（このレーザを単に「近紫外ナノ秒レーザ」という。）を準備した。このレーザを用いて、各供試材の被処理部へ窒素含有ガスを吹き付けつつ照射した。照射条件は、波長：３５５ｎｍ、パルス幅：＜２０ｎｓ、出力：０．６Ｗ（出力密度：１５０ＭＷ／ｃｍ２）、焦点位置：供試材の被処理部の最表面上（焦点はずし距離：０μｍつまりジャストフォーカス）とした。但し、各試料毎に照射条件を微調整した。
【００４８】
被処理部へのガス吹き付けは、近紫外ナノ秒レーザの光軸に沿った上方向から行った。この際、窒素ガスをアルゴンガス（希釈ガス）で希釈した混合ガスを用いた。なお、これらガス中の窒素濃度を適宜変更することにより供試材へ導入する窒素濃度（Ｎ固溶量）を調整した。
【００４９】
さらにレーザ照射は、前述した方法により算出したパルスラップ率を８５％として行い、被処理部の表面上における各レーザ光の照射域の軌跡は３〜７μｍ間隔の平行な直線状とした。これにより、レーザ照射した被処理部が全面的に改質されるようにした。こうして表１に示す各試料を得た。なお、一部の試料は、比較のために供試材のままとして、窒化処理を行わなかった。
【００５０】
《被処理部の分析》
（１）ＥＰＭＡ
試料Ｃ２を除く各試料の被処理部を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で解析した。これにより得られた各被処理部のＮ濃度（Ｎ固溶量）を表１に併せて示した。また、一例として試料１の被処理部に係る窒素マッピング像を図１に示した。
【００５１】
（２）ＸＲＤ
各試料の被処理部（具体的には最表面から１０μｍの部分）についてＸＲＤ（ＦｅＫα線源）による解析を行った。各試料に係るプロファイルを図２に併せて示した。
【００５２】
また、各試料に係るＸ線回折プロファイルに現れたｆｃｃ（γ相）ピークとｂｃｃ（α相）ピークを用いて、各試料の被処理部におけるγ相の割合（ｆｃｃ化率）を定量化した。このｆｃｃ化率の算出はリートベルト（Reitveld）法により行った。具体的にいうと、ｆｃｃ化率は、α相とγ相の２相混合モデルを前提に、リートベルト解析ソフト：ＲＩＥＴＡＮ−ＦＰにより算出した。この際、フィッティング関数には拡張分割ｐｓｅｕｄｏ−Ｖｏｉｇｔ関数を用いた。こうして得られた各試料のｆｃｃ化率を表１に併せて示すと共に、そのｆｃｃ化率とＮ濃度の関係を図３に示した。
【００５３】
（３）飽和磁化
各試料の被処理部に係る飽和磁化（Ｂ１）を、ＶＳＭを用いて測定した。また、試料Ｃ２の飽和磁化（Ｂ０）も同様に測定した。そして、各試料について算出した非磁性化率（φ＝１００×（Ｂ０−Ｂ１）／Ｂ０）を表１に併せて示した。また、各試料に係る非磁性化率とＮ濃度の関係を図４に示した
【００５４】
《評価》
（１）図１からわかるように、被処理部は最表面から約１５０μｍの深さまで改質されていることがわかる。また表１に示すように、その被処理部には０．１〜０．９質量％のＮが導入されていた。
【００５５】
ここで表１に示すＮ濃度と図２に示すＸ線回折プロファイルを併せて観ると、Ｎ濃度の増加と共にｂｃｃピークが減少し、逆にｆｃｃピークが増大していることがわかる。また、図２に示す各試料のプロファイルには、窒化物（Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮ、Ｆｅ３Ｎ、Ｆｅ４Ｎ等）のピークが実質的に認められない一方、Ｎ濃度の増加に伴う低角側へのピークシフトが観られる。これらのことから、被処理部へ導入されたＮは、ほぼ全てが固溶状態にあり、Ｎ固溶量の増加により母材中のα相がγ相に変態（オーステナイト化）したといえる。
【００５６】
また図３から明らかなように、ｆｃｃ化率はＮ濃度（Ｎ固溶量）に対して単調に増加しており、Ｎ濃度が０．９質量％のときに、ｆｃｃ化率はほぼ１００％となることもわかった。
【００５７】
（２）図４からわかるように、Ｎ濃度の増加に伴い非磁性化率も増加し、Ｎ濃度が０．６質量％のときに非磁性化率は５０％、Ｎ濃度が０．９質量％のときに非磁性化率がほぼ１００％となった。
【００５８】
図３と図４を併せて観ると、Ｎ濃度の増加により、ｆｃｃ化率と非磁性化率は共に増加しており、ｆｃｃ化率と非磁性化率の間には相関があることがわかる。但し、Ｎ濃度が固溶限以下である０．１質量％（＜０．２質量％）のとき、γ相が形成されても、実質的に被処理部は非磁性化しないことも明らかとなった。従って、Ｎ濃度を所定値以上とすることにより被処理部を確実に非磁性化でき、Ｎ濃度を調整することによってその非磁性レベルを制御し得ることも明らかとなった。
【００５９】
［第２実施例］
（１）試料の製作
第１実施例で用いたステンレス鋼に替えて、Ｃｒ量の異なる三種のＦｅ−Ｃｒ二元合金（母材）からなる供試材を用意した。これら各供試材に対して、第１実施例の場合と同様な照射工程を行い、被処理部を窒化処理した試料を得た。なお、各供試材の組成は、母材全体を１００質量％として、Ｃｒ：０．５％、１．１％または１４％で、残部：Ｆｅとした。
【００６０】
（２）被処理部の分析・評価
各試料の被処理部を第１実施例の場合と同様に分析したところ、いずれの試料でも、Ｎ濃度：（１．３±０．２）質量％、ｆｃｃ化率＞９５％となった。またＸＲＤのプロファイルから、被処理部中のＮが固溶状態にあることも確認された。
【００６１】
なお、ｆｃｃ化率が１００％近くになると、リートベルト解析に必要なフィッテングが困難となり、ｆｃｃ化率の高精度な算出が容易ではない。そこで本明細書では、ｂｃｃピークがノイズレベルでｆｃｃピークのみが観察されるようなとき、ｆｃｃ化率が実質的に１００％であっても、ｆｃｃ化率＞９５％と表記している。いずれにしても、ステンレス鋼に限らず、Ｃｒ濃度が低い母材に対しても、上述した窒化処理により被処理部をほぼ１００％近くオーステナイト化し得ることがわかった。
【００６２】
［補足］
上述したレーザ照射により窒化処理された被処理部は、窒素が固溶してオーステナイト化または非磁性化されるのみならず、微細な結晶粒からなる組織（窒素固溶微細組織）となる。具体的にいうと、例えば、その平均結晶粒径は、１０μｍ以下、５μｍ以下さらには１μｍ以下となり得る。平均結晶粒径の下限値は問わないが、敢えていうと、例えば、５０ｎｍ以上または１００ｎｍ以上とできる。
【００６３】
なお、本明細書でいう平均結晶粒径は次のように特定される。先ず、被処理部の断面組織を電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、認められる粒子の断面形状を楕円と仮定して、その長軸（最長）および短軸（最短）の長さの平均値を一つの結晶粒径とする。次に、観察している組織断面中から無作為に抽出した５点について算出した結晶粒径の単純平均（相加平均）を求め、この平均値を平均結晶粒径とする。
【００６４】
具体例を挙げると、例えば、Ｃｒを含まない炭素鋼（ＪＩＳ  Ｓ４５Ｃ）とＣｒ含有な炭素鋼（ＪＩＳ  ＳＵＳ３０４／Ｃｒ：１８質量％）に上述した窒化処理を施した場合、いずれもＮ濃度：０．９％超、平均結晶粒径：１μｍ以下となった。ちなみに、上述した窒化処理を行わない通常のＦｅ−Ｃｒ合金の平均結晶粒径は数十μｍ程度である。
【００６５】
このように本発明に係る被処理部（非磁性部）は、単に窒素が固溶して非磁性化されるだけではなく、微細な組織となり均質化され得る。従って本発明によれば、被処理部（非磁性部）の広狭やＣｒ含有の有無をとわず、均質的に非磁性化した所望形態の非磁性部を有する複合磁性部材が得られる。なお、このような非磁性部に対して熱処理を施すことにより、その平均結晶粒径を調整（数〜数十μｍに粗大化）することも当然可能である。
【００６６】
【表１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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