(57)【要約】【課題】高密度および高抵抗を有しさらに高周波の比透磁率の高い複合軟磁性焼結材の製造方法を提供する。【解決手段】Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面に、酸化亜鉛層を形成し、酸化亜鉛層の上にフェライト層を形成してなる積層酸化物膜被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を作製し、この積層酸化物膜被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を圧粉、成形した後、非酸化雰囲気中または酸素分圧制御雰囲気中、温度：４００〜１１００℃で焼結する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面に、酸化亜鉛層を形成し、酸化亜鉛層の上にフェライト層を形成してなる積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を作製し、この積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を圧粉、成形した後、温度：４００〜１１００℃で焼結することを特徴とする高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材の製造方法。
【請求項２】
前記Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末は、Ｃｏ：２５〜６０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成、またはＣｏ：２５〜６０質量％、Ｖ：０．５〜５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有するＦｅ−Ｃｏ系軟磁性合金粉末であることを特徴とする請求項１記載の高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法で製造した高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、モータ、アクチュエータ、磁気センサなどの製造に使用される
高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、モータ、アクチュエータ、磁気センサなどの磁心にはＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を燒結して得られた軟磁性焼結材料が用いられることは知られており、さらに、この軟磁性焼結材料の一つとしてフェライトが知られている。前記Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末などを燒結して得られた軟磁性焼結材料は、磁束密度が高いが、比抵抗が低いため高周波特性が悪く、一方、フェライトなど鉄酸化物粉末を焼結して得られた酸化物軟磁性焼結材料は、抵抗が高いために高周波特性に優れ、初透磁率が比較的高いが、磁束密度が低い欠点があり、これらを改善するために、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面にフェライト膜を被覆してなるフェライト層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末が提案されており、このフェライト層被覆鉄軟磁性粉末を焼結して得られた焼結材料は高抵抗を有し、磁束密度および高周波特性に共に優れると言われている。
【０００３】
このフェライト層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を製造するための方法として、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面に湿式フェライトメッキによりフェライト膜を形成する方法（特許文献１または２参照）、
Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末およびフェライト粉末を高速衝撃撹拌装置に入れて高速回転させることによりＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面にフェライト粉末を埋め込み、それによってＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面にフェライト膜を形成する方法（特許文献３参照）などが知られており、これらフェライト層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を圧粉、成形し、焼結して高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材を製造する方法も知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５６−３８４０２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７０２号公報
【特許文献３】
特開平４−２２６００３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面にフェライト膜を被覆してなるフェライト層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を原料粉末とし、これを圧粉、成形、焼結して複合軟磁性焼結材を製造すると、焼結時に、芯部のＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末とフェライトとの間でフェライトの還元反応が起こり、フェライト（Ｆｅ３Ｏ４）層はウスタイト（ＦｅＯ）層に変化するなどして酸素不足のフェライト膜がＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末表面に形成され、この酸素不足のフェライト膜は固有抵抗値が低く、したがって得られた複合軟磁性焼結材の抵抗値が十分なものではない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を行った結果、
Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末にＺｎ粉末を０．１〜１０質量％（一層好ましくは、０．５〜５質量％）添加した混合粉末を加熱しながら撹拌すると、Ｚｎは気化してＺｎ蒸気となり、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面にＺｎ層、Ｚｎ−Ｆｅ合金層、またはＺｎ層およびＺｎ−Ｆｅ合金層からなる複合層（以下、Ｚｎ成分層という）が形成され、このＺｎ成分層が形成されたＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を炭酸ガスなどの酸化雰囲気中で加熱すると、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面に第１層として酸化亜鉛層が形成され、この酸化亜鉛層が形成されたＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面に第２層としてフェライト層を被覆して酸化亜鉛層およびフェライト層からなる積層酸化膜が被覆されてなる積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を作製し、この積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を原料粉末として圧粉、成形した後、温度：４００〜１１００℃で焼結すると、酸化亜鉛層の介在によりフェライトが還元されることがなく、したがって酸素不足のフェライト膜が形成されないために高抵抗を有する複合軟磁性焼結材が得られ、さらにこの複合軟磁性焼結材は密度が一層向上する、という研究結果が得られたのである。
【０００７】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面に、第１層として酸化亜鉛層、第２層としてフェライト層を被覆してなる積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を作製し、この積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を圧粉、成形した後、温度：４００〜１１００℃で焼結する高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材の製造方法、に特徴を有するものである。
【０００８】
この発明の高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材の製造方法をさらに一層具体的に説明する。
この発明の高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材の製造方法において使用するＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末は、従来から一般に知られているＣｏ：２５〜６０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成、またはＣｏ：２５〜６０質量％、Ｖ：０．５〜５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有するＦｅ−Ｃｏ系軟磁性合金粉末を使用することが好ましい。しかし、この発明の高密度および高透磁性を有する複合軟磁性焼結材の製造方法において使用する前記Ｆｅ−Ｃｏ系軟磁性合金粉末は、前記成分組成を有するＦｅ−Ｃｏ系軟磁性合金粉末に限定されるものではなく、その他のＦｅ−Ｃｏ系軟磁性合金粉末を使用することができる。この発明で「フェライト」とはスピネル構造を有するフェライトであり、（ＭｅＦｅ）３Ｏ４（但し、ＭｅはＭｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｕ，ＦｅもしくはＣｏまたはこれらの混合物）の組成式で表されるスピネルフェライトである。
そして、これらＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末は平均粒径：５〜１５０μｍの範囲内にあるＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金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よりも小さすぎると、粉末の圧縮性が低下し、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金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１５０μｍより大きすぎると、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金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ので好ましくないことによるものである。
【０００９】
これらＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末に亜鉛粉末を、亜鉛粉末：０．１〜１０質量％（好ましくは０．５〜５質量％）を添加して混合粉末を作製し、この混合粉末を真空または非酸化性ガスの減圧雰囲気中で温度：３５０〜４００℃に保持しながら撹拌すると、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面に金属亜鉛層または／および合金Γ相（Ｆｅ４Ｚｎ９，Ｆｅ３Ｚｎ１０，またはＦｅの１部をＡｌ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｉで置換した同相）を主体とする合金層であるＺｎ成分層が形成されたＺｎ成分層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末が得られる。このとき使用される亜鉛粉末は粒径が３００μｍ以下であることが好ましい。
なお、亜鉛よりも蒸発し難い金属Ｍ（Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ、Ｐｄ，Ｔａ，Ｗ，Ａｕ）を不純物として１０質量％以下含まれるような低純度の亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を使用することができる。これは、加熱・攪拌中にＺｎが先に気化してＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面にＺｎ蒸着膜を形成し、低純度の亜鉛粉末または亜鉛合金粉末に含まれるＭ金属の蒸発は微量であるところからＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面のＺｎ蒸着膜に含まれるＭ金属量は極めて微量であり、無視できる程度であるからである。
また、比較的低融点の金属Ｍｅ（Ｌｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｂｉ）粉末をＺｎ粉末と共にＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末と混合あるいはＺｎ−Ｍｅ合金粉末とＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末と混合して加熱・撹拌すると、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面にＺｎとＭｅの合金あるいはＺｎ合金蒸着膜が形成される。
このようにして作製したＺｎ成分層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を撹拌しながら炭酸ガスなどの酸化雰囲気中、温度：４００〜１１００℃で加熱処理することによりＺｎ成分層が酸化されてＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の表面に酸化亜鉛膜が形成される。この酸化亜鉛膜被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末の酸化亜鉛膜上にさらにフェライト層を形成して酸化亜鉛層およびフェライト層が積層した積層酸化物膜被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を作製する。フェライト膜は化学メッキ法、高速衝撃撹拌被覆法またはバインダー被覆法により形成することができる。
【００１０】
このようにして得られた積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末を圧粉、成形した後、温度：４００〜１１００℃で焼結すると高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材が得られる。かかる温度で焼結すると、酸化亜鉛層の介在によりフェライトが還元されることがなく、酸化亜鉛とフェライト間ではフェライト相中に酸化亜鉛がわずかに拡散するため、焼結後は非磁性相である酸化亜鉛はフェライト層に拡散し、スピネルフェライトとなって、磁気特性を低下させずに高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材が得られる。この場合、酸化亜鉛層の厚さは特に限定されるものではないが０．００５〜５μｍが好ましい。また焼結温度が４００℃未満では酸化亜鉛がフェライトに十分拡散されずに酸化亜鉛層として残存するので磁気特性が低下するので好ましくなく、一方、１１００℃を越える温度で焼結すると、比抵抗の低下が起こるので好ましくない。したがって、積層酸化物膜被覆軟磁性金属粉末の焼結温度は４００〜１１００℃に定めた。
【００１１】
【発明の実施の形態】
原料粉末として、いずれも平均粒径：７０μｍを有するＣｏ：３０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有するアトマイズＦｅ−Ｃｏ軟磁性合金粉末、並びにＣｏ：４９質量％、Ｖ：２質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有するアトマイズＦｅ−Ｃｏ−Ｖ軟磁性合金粉末を用意した。
【００１２】
実施例１〜５および比較例１〜２
このＦｅ−Ｃｏ磁性合金粉末に対して純亜鉛粉末を４質量％添加し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を電気炉内の円筒状ボードに装入し、円筒状ボードを回転しながら１×１０−５ｔｏｒｒの真空雰囲気中、温度：３８０℃に２時間加熱することにより亜鉛を気化させ、この亜鉛蒸気中にＦｅ−Ｃｏ系軟磁性合金粉末を曝すことでその表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ被覆Ｆｅ−Ｃｏ軟磁性合金粉末を作製した。
このＺｎ被覆Ｆｅ−Ｃｏ合金粉末を炭酸ガス中、温度：８００℃で加熱することによりＺｎ蒸着膜を酸化して酸化亜鉛層を形成し、その後、酸化亜鉛層を形成したＦｅ−Ｃｏ合金粉末の酸化亜鉛層の表面に平均粒径：０．７μｍのフェライト粉末を１〜５質量％分散被覆することにより酸化亜鉛層の上にフェライト層を形成し、積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ系合金粉末を作製した。
得られた積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ合金粉末を金型に入れ、プレス成形して外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍのリング状圧粉体を成形し、得られたリング状圧粉体をＡｒガス雰囲気中、表１に示される温度で焼結することによりリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を作製した。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の密度および比抵抗を測定してその結果を表１に示した。さらに複合軟磁性焼結材に巻き線を施し、ＢＨトレーサで磁束密度を測定し、同じく表１に示した。
【００１３】
従来例１
高速衝撃撹拌法により作製した市販のフェライト層被覆純Ｆｅ−Ｃｏ鉄基軟磁性合金粉末を用意し、この粉末を用いて実施例１と同様にしてリング焼結体からなる複合軟磁性焼結材を得た。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の密度および比抵抗を測定してその結果を表１に示した。さらに複合軟磁性焼結材に巻き線を施し、ＢＨトレーサで磁束密度を測定し、同じく表１に示した。
【００１４】
【表１】
2004296968.tif 000002
【００１５】
表１に示される結果から、実施例１〜５で作製した複合軟磁性焼結材は、従来の高速衝撃撹拌法により製造した複合軟磁性焼結材と比べて密度、比抵抗および磁束密度に優れた特性を示すことが分かる。しかし、比較例１〜２で作製した複合軟磁性焼結材は密度、比抵抗および磁束密度のいずれか一つが劣るので好ましくないことが分かる。
【００１６】
実施例６〜１０および比較例３〜４
先に用意したアトマイズＦｅ−Ｃｏ−Ｖ鉄基軟磁性合金粉末に対して純亜鉛粉末を４質量％添加し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を電気炉内の円筒状ボードに装入し、円筒状ボードを回転しながら１×１０−５ｔｏｒｒの真空雰囲気中、温度：４００℃に２時間加熱することにより亜鉛金属を気化させ、この亜鉛蒸気中にＦｅ−Ｃｏ−Ｖ軟磁性合金粉末を曝すことでその表面にＺｎ層を形成したＺｎ被覆Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ軟磁性合金粉末を作製した。
このＺｎ被覆Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ合金粉末を炭酸ガス中、８００℃で加熱することにより亜鉛蒸着膜は酸化されて酸化亜鉛層を形成し、その後、酸化亜鉛層を形成したＦｅ−Ｃｏ−Ｖ合金粉末の表面に平均粒径：０．７μｍのフェライト粉末を１〜５質量％分散被覆することにより酸化亜鉛層の上にフェライト層を形成して酸化亜鉛層およびフェライト層からなる積層酸化物膜が形成された積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ合金粉末を作製した。
得られた積層酸化物層被覆Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ合金粉末を金型に入れ、プレス成形することにより外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍのリング状圧粉体を成形し、得られたリング状圧粉体を不活性ガス雰囲気中、表２に示される温度で焼結することによりリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を作製した。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の密度および比抵抗を測定してその結果を表２に示した。さらに複合軟磁性焼結材に巻き線を施し、ＢＨトレーサで直流磁気特性を評価し、同じく表２に示した。
【００１７】
従来例２
高速衝撃撹拌法により作製した市販のフェライト層被覆純Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ鉄基軟磁性合金粉末を用意し、この粉末を用いて実施例６と同様にしてリング焼結体からなる複合軟磁性焼結材を得た。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の密度および比抵抗を測定してその結果を表２に示した。さらに複合軟磁性焼結材に巻き線を施し、このリング焼結体に巻き線を施し、ＢＨトレーサで磁束密度を測定し、同じく表２に示した。
【００１８】
【表２】
2004296968.tif 000003
【００１９】
表２に示される結果から、実施例６〜１０で作製した複合軟磁性焼結材は、従来の複合軟磁性焼結材と比べて密度、比抵抗および磁束密度に優れた特性を示すことが分かる。しかし、比較例３〜４で作製した複合軟磁性焼結材は密度、比抵抗および磁束密度の少なくともいずれか一つが劣るので好ましくないことが分かる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によると、簡単な乾式法により高密度、高磁束密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材を提供することができ、電気および電子産業において優れた効果をもたらすものである。