(57)【要約】【課題】高比抵抗を必要とする各種電磁気回路部品を製造するための積層酸化物被覆鉄粉末を提供する。【解決手段】鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜とさらに亜鉛酸化膜、酸化硼素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化モリブデン、酸化ケイ素、酸化アルミニウムが被覆されている積層酸化物被覆Ｆｅ粉末であって、前記Ｍｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、鉄粉末との界面領域に、鉄粉末の中心部に含まれる硫黄よりも高濃度の硫黄を含む硫黄濃化層を有すること、結晶粒径：２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有する積層酸化膜被覆鉄粉末およびそれを用いた複合軟磁性材。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに亜鉛酸化膜が被覆されていることを特徴とする積層酸化膜被覆鉄粉末。
【請求項２】
鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに亜鉛酸化膜が被覆されており、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記亜鉛酸化膜の界面領域に、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜におけるＭｇの一部がＺｎで置換されたＭｇ−Ｚｎ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物反応皮膜が形成されていることを特徴とする積層酸化膜被覆鉄粉末。
【請求項３】
鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種または２種以上を含む酸化膜が被覆されていることを特徴とする積層酸化膜被覆鉄粉末。
【請求項４】
鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種または２種以上を含む酸化膜が被覆されており、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種または２種以上を含む酸化膜の界面領域に、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種または２種以上を含む酸化膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されていることを特徴とする積層酸化膜被覆鉄粉末。
【請求項５】
鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに酸化ケイ素および酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜が被覆されていることを特徴とする積層酸化膜被覆鉄粉末。
【請求項６】
鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記Ｍｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに酸化ケイ素，酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜が被覆されており、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記酸化ケイ素，酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜の界面領域に、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と酸化ケイ素および酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されていることを特徴とする積層酸化膜被覆鉄粉末。
【請求項７】
前記鉄粉末と前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜との界面領域に、鉄粉末の中心部に含まれる硫黄よりも高濃度の硫黄を含む硫黄濃化層を有する粉末であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の積層酸化膜被覆鉄粉末。
【請求項８】
前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、結晶粒径：２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有することを特徴とする請求項１〜７の内のいずれかの請求項に記載の積層酸化膜被覆鉄粉末。
【請求項９】
請求項１〜８記載の内のいずれかの請求項に記載の積層酸化膜被覆鉄粉末を用いた複合軟磁性材。
【請求項１０】
請求項９記載の複合軟磁性材からなる電磁気回路部品。
【請求項１１】
前記電磁気回路部品は、磁心、電動機コア，発電機コア，ソレノイドコア，イグニッションコア，リアクトル，トランス，チョークコイルコアまたは磁気センサコアであることを特徴とする請求項１０記載の電磁気回路部品。
【請求項１２】
請求項１０、１１記載の前記電磁気回路部品を組み込んだ電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に被覆されてなるＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに各種酸化膜が被覆された積層酸化膜被覆鉄粉末に関するものであり、この積層酸化膜被覆鉄粉末で作製した複合軟磁性材は低鉄損を必要とする各種電磁気回路部品、例えば、モータ、アクチュエータ、ヨーク、コア、リアクトルなどの各種電磁気部品の素材として使用される。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種電磁気回路部品に使用される軟磁性材は、鉄損が小さいことが要求されるため、電気抵抗を高くして渦電流損を低減させ、保磁力を小さくしてヒステリシス損を低減させることは一般に知られていることである。さらに、近年、電磁気回路の小型化、高応答化が求められているところから、磁束密度がより高いことも重要視されている。
【０００３】
かかる高比抵抗を有する軟磁性材料を製造するための原料粉末の一例として鉄粉末の表面にＭｇ含有フェライト膜を被覆したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のＭｇ含有フェライト膜を被覆したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末は、鉄粉末の表面にＭｇ含有フェライト膜を化学的方法により被覆するために、プレス成形した圧粉体に高温歪取り焼成を行って得られた複合軟磁性材は、フェライト膜が不安定となり変化して絶縁性が低下すると共に、鉄粉末の表面に対するＭｇ含有フェライト膜の密着性が十分でなく、従来のＭｇ含有フェライト膜を被覆したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末をプレス成形し焼成することにより作製した複合軟磁性材はプレス成形中にＭｇ含有フェライト膜が剥離したり破れるなどして十分な絶縁効果が発揮できず、したがって、十分な高比抵抗が得られないという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者らは、プレス成形しても、プレス成形時に鉄粉末表面の高抵抗酸化膜が破れることが無く表面に酸化膜が強固に密着した鉄粉末であり、プレス成形後に高温歪取り焼成を行っても表面の絶縁性が低下することなく高抵抗で渦電流損失が低くなり、また歪取り焼鈍の焼成を行った場合に、より保磁力が低減できてヒステリシス損失が低くなるＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末を得るべく研究を行った。
【０００６】
その結果、鉄粉末を予め酸化雰囲気中で加熱する酸化処理を施すことなどにより鉄粉末の表面に酸化鉄膜を形成した鉄粉末（以下、酸化処理鉄粉末という）を作製し、この酸化処理鉄粉末にＭｇ粉末を添加し混合して得られた混合粉末を不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で加熱するなどした後さらに酸化性雰囲気中で加熱する後酸化処理を施すと、
（イ）一般に知られているＭｇＯ−ＦｅＯ−Ｆｅ２Ｏ３系で代表されるＭｇウスタイト（以下、（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏと記す）、（Ｍｇ，Ｆｅ）３Ｏ４などのＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系各種酸化物のうちで、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に形成され、この少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に被覆されたＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末は、従来の鉄粉末の表面にＭｇ含有フェライト膜を形成したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末に比べて酸化膜の鉄粉末に対する密着性が格段に優れることから、プレス成形中に絶縁皮膜である酸化膜が破壊されて鉄粉末同士が接触することが少なく、プレス成形後に高温歪取り焼成を行っても酸化膜の絶縁性が低下することなく高抵抗を維持することができるところから渦電流損失が低くなり、さらに歪取り焼成を行った場合に、より保磁力が低減できることからヒステリシス損失を低く抑えることができ、したがって、低鉄損を有する複合軟磁性材料が得られること、
（ロ）前記鉄粉末と少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜との界面領域には、鉄粉末の中心部に不可避不純物として含まれている硫黄よりも高濃度の硫黄を含む硫黄濃化層が形成されること、
（ハ）前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は結晶粒径：２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有すること、
（ニ）前記鉄粉末の表面に形成されている少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、その最表面に含まれるＭｇＯの量が多いほど好ましく、その最表面は実質的にＭｇＯで構成されていることが最も好ましいことなどの知見が得られ、かかる知見に基づいて、本発明者らは、
（ａ）少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末、
（ｂ）前記Ｍｇ含有酸化膜被覆鉄粉末は、鉄粉末と前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜との界面領域に、鉄粉末の中心部に含まれる硫黄よりも高濃度の硫黄を含む硫黄濃化層を有する前記（ａ）記載のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末、
（ｃ）前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、結晶粒径：２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有する前記（ａ）または（ｂ）記載のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末、
（ｄ）前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、その最表面が実質的にＭｇＯで構成されている前記（ａ）、（ｂ）または（ｃ）記載のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末、などを発明した。
【０００７】
これら発明した前記（ａ）〜（ｃ）のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末は、具体的には、鉄粉末を予め酸化雰囲気中、温度：５０〜５００℃に加熱して酸化処理することにより鉄粉末の表面に酸化鉄膜を形成した酸化処理鉄粉末を作製し、これらの粉末にＭｇ粉末を添加し混合して得られた混合粉末を温度：１５０〜１１００℃、圧力：１×１０−１２〜１×１０−１ＭＰａの不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で加熱した後、必要によりさらに酸化性雰囲気中、温度：５０〜３５０℃で加熱する後酸化処理を施すことにより作製する。
また、前記（ｄ）記載の少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の最表面が実質的にＭｇＯで構成されているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、鉄粉末を予め酸化雰囲気中、温度：５０〜５００℃に加熱して酸化処理することにより鉄粉末の表面に酸化鉄膜を形成した酸化処理鉄粉末を作製し、これらの粉末にＭｇ粉末を一層多く添加し混合して得られた混合粉末を温度：１５０〜１１００℃、圧力：１×１０−１２〜１×１０−１ＭＰａの不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で加熱した後、さらに酸化性雰囲気中で一層長時間加熱する後酸化処理を施すことにより得られる。
【０００８】
前述の発明した前記（ａ）〜（ｄ）のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末について、さらに詳細に説明する。前記（ａ）〜（ｄ）のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の表面に形成されているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、一般に知られているＭｇウスタイト（（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏ）、（Ｍｇ，Ｆｅ）３Ｏ４などのＭｇ−Ｆｅ−Ｏ系酸化物の内でもＭｇウスタイト（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏ酸化物を含むことが好ましいことから、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜であることが好ましく、この少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含む堆積膜の最表面はＭｇＯで構成さていることが最も好ましい。このＭｇウスタイトは（Ｍｇ，Ｆｅ）：Ｏ＝１：１のものだけではなくＯが固溶幅を有していても良い。
「堆積膜」という用語は、通常、真空蒸発やスパッタされた皮膜構成原子が例えば基板上に堆積した皮膜を示すが、前記鉄粉末の表面に形成されている少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、酸化膜を有する鉄粉末表面の酸化鉄（Ｆｅ−Ｏ）とＭｇが反応を伴って当該鉄粉末表面に堆積した皮膜を示す。そして、この鉄粉末の表面に形成されている少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の膜厚は、圧粉成形した複合軟磁性材の高磁束密度と高比抵抗を得るために、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。膜厚が５ｎｍより薄いと圧粉成形した複合軟磁性材の比抵抗が充分でなく渦電流損が増加するので好ましくなく、一方、膜厚が５００ｎｍより厚いと圧粉成形した複合軟磁性材の磁束密度が低下して好ましくないからである。さらに好ましい膜厚は５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である。
前記（ａ）〜（ｄ）のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の表面に形成されている少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と鉄粉末との界面領域に、鉄粉末の中心部に含まれる硫黄よりも高濃度の硫黄を含む硫黄濃化層を有する。この硫黄濃化層を有することはオージェ電子分光法により硫黄濃度を測定し、これをグラフに表すと、硫黄濃度ピークを示すことから確認することができる。界面領域にこの様な硫黄濃化層を有することにより少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の鉄粉末表面に対する密着性がより一層優れるようになり、圧粉成形時の粉末の変形に堆積膜が追従して被覆の破れを防止することができ、焼成時にも鉄粉末同士の接触結合を防止することができて高抵抗を維持することができ、したがって渦電流損失が低くなる。硫黄濃化層の硫黄は、鉄粉末には不可避不純物として硫黄が含まれており、大部分はこの鉄粉末の表面部分に含まれる硫黄から供給されると考えられる。
前記（ａ）〜（ｄ）のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の表面に形成されている少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、その結晶粒が微細であるほど好ましく、結晶粒径が２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有する事が好ましい。この様な微細結晶組織を有することにより、圧粉成形時の粉末の変形に微結晶Ｍｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が追従して被覆の破れを防止することができ、焼成時にも鉄粉末同士の接触結合を防止することができ、また、高温歪取り焼成を行っても酸化物が安定で絶縁性低下が防止でき高抵抗で渦電流損失が低くなる。結晶粒径が２００ｎｍより大きいとＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の膜厚が５００ｎｍよりも厚くなり圧粉成形した複合軟磁性材の磁束密度が低下するようになるので好ましくない。
また、前記（ｄ）のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の表面に形成されている少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、その最表面におけるＭｇＯの含有量が多くなるほど好ましく、実質的にＭｇＯで構成されていることが最も好ましい。最表面が実質的にＭｇＯであると、プレス成形した圧粉体の焼成時にもＦｅの拡散が防止され鉄粉末同士の接触結合を防止することができ絶縁性低下が防止でき高抵抗で渦電流損失が低くなるからである。
前記（ａ）〜（ｄ）のＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の平均粒径は５〜５００μｍの範囲内にある粉末を使用することが好ましい。その理由は、平均粒径が５μｍより小さすぎると、粉末の圧縮性が低下し、粉末の体積割合が低くなるために磁束密度の値が低下するので好ましくなく、一方、平均粒径が５００μｍより大きすぎると、粉末内部の渦電流が増大して高周波における透磁率が低下することによるものである。
【０００９】
この発明は、これら（ａ）〜（ｄ）記載の発明したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末のＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の上に、さらに各種酸化物膜を形成した発明をなすべくさらに研究を行った。その結果、本発明者らは、
（ｉ）前記（ａ）〜（ｄ）記載の発明したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末のＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の上に、さらに亜鉛酸化膜が被覆された積層酸化膜被覆鉄粉末は、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と亜鉛酸化膜の界面領域に、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜における（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏの一部がＺｎで置換されたＺｎ−Ｍｇ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物反応膜が形成され、このＺｎ−Ｍｇ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物反応膜が形成されることにより、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と亜鉛酸化膜との密着性が一層向上し、さらに外面が亜鉛酸化膜で形成されていることにより耐候性が向上し、大気中で長期間保管しても過剰な酸化物や水酸化物，炭酸化物等の生成を抑制し、圧粉成形後の焼成体の比抵抗が安定して得られ、これら積層酸化膜が被覆された積層酸化膜被覆鉄粉末を用いた複合軟磁性材はその抵抗が一層高くなり、鉄損の極めて少ない複合軟磁性材が得られる、
（ii）前記（ａ）〜（ｄ）記載の発明したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末のＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の上に、さらに酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種もしくは２種以上を含む酸化膜が被覆された積層酸化膜被覆鉄粉末は、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種もしくは２種以上を含む酸化膜との界面領域に、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種もしくは２種以上を含む酸化膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されることが密着性向上のためには一層好ましく、この粉末を圧粉し、成形したのち、温度：５００〜１０００℃で焼成すると、高密度および高強度を有し、鉄損の少ない複合軟磁性材が得られる、
（iii）前記（ａ）〜（ｄ）記載のすでに発明したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜にさらに酸化ケイ素および酸化アルミニウムのうち１種もしくは２種を含む酸化膜が被覆された積層酸化膜被覆鉄粉末は、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と酸化ケイ素および酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜の界面領域に、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と酸化ケイ素および酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されることが密着性向上のためには一層好ましく、この粉末を圧粉し、成形したのち、温度：４００〜１３００℃で燒成すると、高密度および高強度を有し、さらに一層の高比抵抗を有し、さらに酸化ケイ素や酸化アルミニウムを介して焼結されるために機械的強度が優れ、さらに酸化ケイ素や酸化アルミニウムが主体となって焼結されるところから保磁力を小さく保つことができ、したがって、ヒステリシス損の少ない複合軟磁性材が得られる、などの研究結果が得られたのである。
【００１０】
この発明は、これらの研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに亜鉛酸化膜が被覆されている積層酸化膜被覆鉄粉末、
（２）鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに亜鉛酸化膜が被覆されており、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記亜鉛酸化膜の界面領域に（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏの一部がＺｎで置換されたＭｇ−Ｚｎ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物反応膜が形成されている積層酸化膜被覆鉄粉末、
（３）鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｚｎ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種または２種以上を含む酸化膜が被覆されている積層酸化膜被覆鉄粉末、
（４）鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種または２種以上を含む酸化膜が被覆されており、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種または２種以上を含む酸化膜の界面領域に、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび酸化モリブデンのうちの１種または２種以上を含む酸化膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されている積層酸化膜被覆鉄粉末、
（５）鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに酸化ケイ素および酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜が被覆されている積層酸化膜被覆鉄粉末、
（６）鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の前記Ｍｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の表面に、さらに酸化ケイ素，酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜が被覆されており、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記酸化ケイ素，酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜の界面領域に、前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と酸化ケイ素および酸化アルミニウムのうち１種または２種を含む酸化膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されている積層酸化膜被覆鉄粉末、
（７）前記鉄粉末と前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜との界面領域に、鉄粉末の中心部に含まれる硫黄よりも高濃度の硫黄を含む硫黄濃化層を有する粉末である前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）または（６）記載の積層酸化膜被覆鉄粉末、
（８）前記少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜は、結晶粒径：２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有する前記（１）〜（７）の内のいずれかに記載の積層酸化膜被覆鉄粉末、に特徴を有するものである。
【００１１】
次に、この発明の積層酸化膜被覆鉄粉末の製造方法を説明する。
前記（１）および（２）記載のこの発明の積層酸化膜被覆鉄粉末を製造するには、まず、発明した少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末にＺｎ粉末を添加し混合して得られた混合粉末を温度：１５０〜１１００℃、圧力：１×１０−１２〜１×１０−１ＭＰａの不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で加熱した後、必要に応じて酸化性雰囲気中、温度：５０〜３５０℃で加熱する後酸化処理を施すことにより作製することができる。
【００１２】
前記（３）および（４）記載のこの発明の積層酸化膜被覆鉄粉末を製造するには、まず、先に発明した少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末に、酸化硼素のゾル溶液または粉末、酸化バナジウムのゾル溶液または粉末、酸化ビスマスのゾル溶液または粉末、酸化アンチモンのゾル溶液または粉末および酸化モリブデンのゾル溶液または粉末の内の１種または２種以上を０．０５〜１質量％配合し、混合し、乾燥して前記Ｍｇ含有酸化膜被覆鉄粉末を酸化物乾燥ゲルまたは粉末からなる酸化物で被覆してなる酸化物被覆鉄粉末を作製し、この酸化物被覆鉄粉末をさらに温度：５００〜１０００℃で加熱することにより製造することができる。
【００１３】
前記（５）および（６）記載のこの発明の積層酸化膜被覆鉄粉末を製造するには、まず、先に発明した少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末に、０．５μｍ以下の二酸化ケイ素粉末や酸化アルミニウム粉末を０．０５〜１質量％添加して混合するかまたはシリカのゾルゲル（シリケート）溶液やアルミナのゾルゲル溶液などの湿式溶液を０．０５〜１質量％添加し混合したのち乾燥して酸化物被覆鉄粉末を作製し、この酸化物被覆鉄粉末を不活性ガス雰囲気または酸化性ガス雰囲気中、温度：４００〜１３００℃で加熱することにより得られる。
【００１４】
前述のこの発明の積層酸化膜被覆鉄粉末に有機絶縁材料や無機絶縁材料、あるいは有機絶縁材料と無機絶縁材料との混合材料を混合して比抵抗および強度のさらに向上した複合軟磁性材を作製することができる。この場合、有機絶縁材料では、エポキシ樹脂やフッ素樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、ユリア樹脂、イソシアネート樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＰＳ樹脂，等を用いることができる。また無機絶縁材料では、リン酸鉄などのリン酸塩、各種ガラス状絶縁物、珪酸ソーダを主成分とする水ガラス、絶縁性酸化物、等を用いることができる。
【００１５】
また、この発明の積層酸化膜被覆鉄粉末を圧粉成形し、得られた圧粉成形体を温度：５００〜１０００℃で燒結することにより複合軟磁性材を作製することができる。
【００１６】
この発明の積層酸化膜被覆鉄粉末を用いた複合軟磁性材は高密度、高強度、高比抵抗および高磁束密度を有し、この複合軟磁性材は、高磁束密度で高周波低鉄損の特徴を有する事からこの特徴を生かした各種電磁気回路部品の材料として使用できる。前記電磁気回路部品は、磁心、電動機コア，発電機コア、ソレノイドコア、イグニッションコア、リアクトル、トランス、チョークコイルコアまたは磁気センサコアなどがある。そして、この発明の積層酸化膜被覆鉄粉末を用いた高抵抗を有する複合軟磁性材からなる電磁気回路部品を組み込んだ電気機器には、電動機、発電機、ソレノイド、インジェクタ、電磁駆動弁、インバータ、コンバータ、変圧器、継電器、磁気センサシステム等があり、電気機器の高効率高性能化や小型軽量化を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の積層酸化膜被覆鉄粉末を使用して複合軟磁性材を製造すると、高比抵抗を有することから低渦電流損失を有し、さらに保磁力が低いことから低ヒステリシス損失を有する複合軟磁性材を低コスト安定して作製することができ、電気・電子産業上優れた効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施例１
原料粉末として、平均粒径：７０μｍを有し不可避不純物として硫黄を極微量含む純鉄粉末を用意し、さらに、平均粒径：５０μｍのＭｇ粉末を用意した。前記純鉄粉末を大気中、温度：２２０℃、２時間保持の条件で酸化処理することにより表面に酸化鉄膜を有する酸化処理鉄粉末を作製した。この酸化処理鉄粉末に対し先に用意したＭｇ粉末を、酸化処理鉄粉末：Ｍｇ粉末＝９９．８質量％：０．３質量％の割合で添加し混合して混合粉末を作製し、得られた混合粉末を温度：６５０℃、圧力：２．７×１０−４ＭＰａ、１時間保持したのち、さらに大気中、温度：２００℃、１時間保持することにより鉄粉末の表面に堆積膜が被覆されているＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末を作製した。このＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末に形成された堆積膜をＸ線光電子分光装置により分析を行い、結合エネルギーを解析したところ、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜であることが解った。このＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末における鉄粉末とＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜との界面領域をオージェ電子分光装置を用いた方法により調べた結果、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と鉄粉末との界面領域に、鉄粉末の中心部に含まれる不純物硫黄（バックグラウンド）よりも明らかにオージェ電子分光法でピークをもって硫黄が検出されていることから鉄粉末の中心部に含まれる硫黄よりも高濃度の硫黄を含む硫黄濃化層を有することが解った。さらに、Ｍｇ含有酸化膜被覆鉄粉末における少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜の組織を電子顕微鏡で観察し、その堆積膜の厚さと最大結晶粒径を測定し、その結果を表１に示した。
【００１９】
このようにして作製した少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜を有するＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末にＺｎ粉末を、Ｍｇ含有酸化膜被覆鉄粉末：Ｚｎ粉末＝９９．５質量％：０．５質量％の割合になるように添加し混合して得られた混合粉末を温度：４５０℃、圧力：１×１０−８ＭＰａ、１時間保持したのち、大気中、温度：２００℃で加熱する後酸化処理を施すことにより鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が被覆されており、その堆積膜の上にＺｎＯ膜が被覆されている本発明積層酸化膜被覆鉄粉末１を作製した。
【００２０】
さらに、本発明積層酸化膜被覆鉄粉末１について、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記ＺｎＯ膜の界面領域に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）ＯにおけるＭｇの一部をＺｎで置換したＺｎ−Ｍｇ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物堆積膜が形成されていることがわかった。
【００２１】
実施例２
酸化硼素のゾル溶液、酸化バナジウムのゾル溶液、酸化ビスマスのゾル溶液、酸化アンチモンのゾル溶液および酸化モリブデンのゾル溶液を用意し、実施例１で作製した少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜を有するＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末に、前記酸化硼素のゾル溶液、酸化バナジウムのゾル溶液、酸化ビスマスのゾル溶液、酸化アンチモンのゾル溶液および酸化モリブデンのゾル溶液を、それぞれＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末：ゾル溶液＝９９．５質量％：０．５質量％の割合になるように添加し混合して得られた混合粉末を作製し、これら混合粉末をそれぞれアルゴン中、温度：９００℃で加熱することによりＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の堆積膜の上に酸化硼素膜が被覆されている本発明積層酸化膜被覆鉄粉末２、Ｍｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の堆積膜の上に酸化バナジウム膜が被覆されている本発明積層酸化膜被覆鉄粉末３、Ｍｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の堆積膜の上に酸化ビスマス膜が被覆されている本発明積層酸化膜被覆鉄粉末４、Ｍｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の堆積膜の上に酸化アンチモン膜が被覆されている本発明積層酸化膜被覆鉄粉末５およびＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末の堆積膜の上に酸化モリブデン膜が被覆されている本発明積層酸化膜被覆鉄粉末６を作製した。
【００２２】
これら本発明積層酸化膜被覆鉄粉末２〜６における積層酸化膜について測定したところ、これら本発明積層酸化膜被覆鉄粉末２〜６には、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記酸化硼素膜、酸化バナジウム膜、酸化ビスマス膜、酸化アンチモン膜および酸化モリブデン膜のそれぞれの酸化膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されていることがわかった。
【００２３】
実施例３
シリカのゾルゲル（シリケート）溶液およびアルミナのゾルゲル溶液を用意し、実施例１で作製したＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末に、シリカのゾルゲル（シリケート）溶液およびアルミナのゾルゲル溶液をそれぞれ添加し混合したのち乾燥して混合物を作製し、この混合物を窒素中、温度：８００℃で加熱することにより鉄粉末の表面に少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が形成されており、その堆積膜の上に酸化ケイ素が被覆されている本発明積層酸化膜被覆鉄粉末７、およびその堆積膜の上に酸化アルミニウムが被覆されている本発明積層酸化膜被覆鉄粉末８を作製した。
これら本発明積層酸化膜被覆鉄粉末７〜８における積層酸化膜について測定したところ、この本発明積層酸化膜被覆鉄粉末７には、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記酸化ケイ素膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されていることがわかった。さらに、この本発明積層酸化膜被覆鉄粉末８には、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏが含まれているＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜と前記酸化アルミニウムの酸化膜とが反応して形成された反応皮膜が形成されていることがわかった。
【００２４】
実施例１〜３で得られた本発明積層酸化膜被覆鉄粉末１〜８を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素雰囲気中、温度：６００℃、３０分保持の条件で焼成を行い、板状およびリング状焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、この板状焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示し、さらにリング状焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度１．５Ｔ、周波数５０Ｈｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。
【００２５】
従来例１
実施例１で用意した純鉄粉末の表面にＭｇ含有フェライト層を化学的に形成した従来酸化物被覆鉄粉末１を作製し、この従来酸化物被覆鉄粉末１を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素雰囲気中、温度：６００℃、３０分保持の条件で焼結を行い、板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性材を作製し、板状焼結体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示し、さらにリング状焼結体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度１．５Ｔ、周波数５０Ｈｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示される結果から、本発明積層酸化膜被覆鉄粉末１〜８を使用して作製した複合軟磁性材は、従来酸化物被覆鉄粉末１を使用して作製した複合軟磁性材従来複合軟磁性材と比べて、密度については大差は無いが、本発明積層酸化膜被覆鉄粉末１〜８を使用して作製した複合軟磁性材は、従来酸化物被覆鉄粉末１を使用して作製した複合軟磁性材に比べて、磁束密度が高く、保磁力が小さく、さらに比抵抗が格段に高く、そのため鉄損が格段に小さくなるなどの特性を有することから、本発明積層酸化膜被覆鉄粉末１〜８は従来酸化物被覆鉄粉末１と比べて一層優れた特性を有する複合軟磁性材を提供することができる軟磁性原料粉末であることが分かる。