(57)【要約】      （修正有）【課題】圧粉成形性の向上、成形体の歪の熱的回復性の向上、及び磁気特性の向上が可能な磁性粉末と圧粉磁性体を提供する。【解決手段】鉄を主成分とする金属元素を含み、水アトマイズ法によって製造される圧粉磁性体用の鉄粉であって、９９．７質量％以上の鉄と、０．００２質量％以下の炭素と、０．００１質量％以下の窒素と、酸化物粒子の形態で０．０１質量％以上０．０４質量％以下の酸素とを含む。酸化物粒子は、金属元素と酸素とを成分とする粒子を含む。平均粒子径が２ｎｍ以上の酸化物粒子の数密度は、鉄粉の断面における平均面密度として、０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を主成分とする金属元素を含み、水アトマイズ法によって製造される圧粉磁性体用の鉄粉であって、
９９．７質量％以上の鉄と、０．００２質量％以下の炭素と、０．００１質量％以下の窒素と、酸化物粒子の形態で０．０１質量％以上０．０４質量％以下の酸素とを含み、
前記酸化物粒子は、前記金属元素と酸素とを成分とする粒子を含み、
平均粒子径が２ｎｍ以上の前記酸化物粒子の数密度は、前記鉄粉の断面における平均面密度として、０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下である、
ことを特徴とする圧粉磁性体用の鉄粉。
【請求項２】
鉄を主成分とする金属元素を含み、水アトマイズ法によって製造される圧粉磁性体用の鉄粉であって、
Ｖ、Ｎｂ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種を０．００１５原子％以上０．０１５原子％以下含み、且つ９９．７質量％以上の鉄と、０．００２質量％以下の炭素と、０．００１質量％以下の窒素と、酸化物粒子の形態で０．０１質量％以上０．０４質量％以下の酸素とを含み、
前記酸化物粒子は、前記金属元素と酸素とを成分とする粒子を含み、
平均粒子径が２ｎｍ以上の前記酸化物粒子の数密度は、前記鉄粉の断面における平均面密度として、０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下である、
ことを特徴とする圧粉磁性体用の鉄粉。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧粉磁性体用の鉄粉であって、
前記鉄粉のうち粒子径が１００μｍ以上の鉄粉は、質量の割合が７０％以上１００％未満である圧粉磁性体用の鉄粉。
【請求項４】
請求項１または２記載の圧粉磁性体用の鉄粉であって、
Ｃｒ、Ｍｎ及びＳｉのうち少なくともいずれか１種を含み、
Ｃｒを含む場合は、Ｃｒの含有率が０．０３質量％以下であり、
Ｍｎを含む場合は、Ｍｎの含有率が０．１質量％以下であり、
Ｓｉを含む場合は、Ｓｉの含有率が０．０１質量％以下である圧粉磁性体用の鉄粉。
【請求項５】
請求項１または２記載の圧粉磁性体用の鉄粉であって、
平均のマイクロビッカース硬さが９０以下である圧粉磁性体用の鉄粉。
【請求項６】
請求項１または２記載の圧粉磁性体用の鉄粉であって、
表面に絶縁被覆層を有する圧粉磁性体用の鉄粉。
【請求項７】
溶融鉄に水を吹付けて冷却し、微粉化された鉄粉を得る水アトマイズ工程と、
前記鉄粉を、水素を含む還元雰囲気中で、８８０℃以上Ａ３変態点である９１１℃未満の温度範囲で熱処理する工程と、
を有することを特徴とする圧粉磁性体用の鉄粉の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の圧粉磁性体用の鉄粉の製造方法であって、
前記熱処理する工程の後に、前記鉄粉の表面に絶縁被覆層を設ける工程を有する圧粉磁性体用の鉄粉の製造方法。
【請求項９】
溶融鉄に水を吹付けて冷却し、微粉化された鉄粉を得る水アトマイズ工程と、
前記鉄粉を、水素を含む還元雰囲気中で、８８０℃以上Ａ３変態点である９１１℃未満の温度範囲で熱処理する工程と、
前記熱処理をした前記鉄粉の表面に絶縁被覆層を設ける工程と、
前記絶縁被覆層を設けた前記鉄粉を圧粉成形して圧粉磁性体を得る工程と、
前記圧粉磁性体を、大気中または窒素中で、５５０℃以上６００℃以下の熱処理温度で一次再結晶化させる工程と、
を有することを特徴とする圧粉磁性体の製造方法。
【請求項１０】
請求項３記載の圧粉磁性体用の鉄粉を、水素を含む還元雰囲気中で、８８０℃以上Ａ３変態点である９１１℃未満の温度範囲で熱処理する工程と、前記熱処理をした前記鉄粉の表面に絶縁被覆層を設ける工程と、前記絶縁被覆層を設けた前記鉄粉を圧粉成形して圧粉磁性体を得る工程と、前記圧粉磁性体を、大気中または窒素中で、５５０℃以上６００℃以下の熱処理温度で一次再結晶化させる工程とを有する製造方法で製造され、
保磁力が２１０Ａ／ｍ以下であることを特徴とする圧粉磁性体。
【請求項１１】
請求項３記載の圧粉磁性体用の鉄粉を、水素を含む還元雰囲気中で、８８０℃以上Ａ３変態点である９１１℃未満の温度範囲で熱処理する工程と、前記熱処理をした前記鉄粉の表面に絶縁被覆層を設ける工程と、前記絶縁被覆層を設けた前記鉄粉を圧粉成形して圧粉磁性体を得る工程と、前記圧粉磁性体を、大気中または窒素中で、５５０℃以上６００℃以下の熱処理温度で一次再結晶化させる工程とを有する製造方法で製造され、
周波数４００Ｈｚ及び磁場１Ｔで励磁したときの鉄損が、４０Ｗ／ｋｇ以下であることを特徴とする圧粉磁性体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水アトマイズ法により製造される鉄粉、及びそれを用いる圧粉磁性体に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄粉（「Ｆｅ粉末」とも称する）等の軟磁性粉末を金型圧縮成形して製造される圧粉成形体は、モータや電源回路用リアクトル等の磁心に利用されている。圧粉磁心は、一般に磁気特性が等方的で且つ形状自由度の高い３次元形状への成形が容易である。このため、例えば珪素鋼板の積層型磁心に比べて、モータ等に適用した場合には、磁心の小型化、軽量化に寄与すると期待されている。特に軟磁性粉末として、水アトマイズの製造方法で量産製造されるＦｅ（鉄）粉末（以下、「水アトマイズＦｅ粉末」と称する）を使った圧粉磁心は、安価であると共に、Ｆｅ粉末の延性が高いため高密度となり磁束密度が増加する長所があるために、近年実用化に向けての開発が活発化している。
【０００３】
圧粉磁心の磁気特性としては、磁束密度が高いことに加えて、鉄損と呼ばれる交流磁場下での使用時に生じるエネルギー損失が低いことが重要である。鉄損は、主として渦電流損失とヒステリシス損失の和で表される。殊にヒステリシス損失（または、それと比例関係にある保磁力）は、外部磁場下の磁化過程で起こるＦｅ粉末内の磁壁の移動に伴い発生する損失である。ヒステリシス損失は、磁壁の移動を阻害する、すなわちピニングするようなＦｅ粉末内部の欠陥（転位、結晶粒界等の格子欠陥や、Ｆｅ以外の不純物原子やこれらで構成される析出物といった化学欠陥）の存在、さらにＦｅ粉末粒子の寸法（粉末表面が磁壁移動の障害となる）に、強く影響される。
【０００４】
磁気特性の改善には、水アトマイズＦｅ粉末中の上記欠陥の低減が必須である。このためには、材料組成の制御として、先ずもってＦｅの材質上根源的な劣化主因であるＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、及びＯ（酸素）のガス不純物を、可能な限り低減する必要がある。特に水アトマイズＦｅ粉末においては、水より多量に導入されるＯの影響を非常に大きく受けるため、Ｏの低減が最重要となる。
【０００５】
Ｆｅ粉末中のＯに注目して酸化物を制御した技術は、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１３６２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水アトマイズＦｅ粉末は、不活性ガスを用いるガスアトマイズＦｅ粉末に比べて、非常に安価で量産性に優れており、材料組織的にも組成的にも大きく相違している。つまり、Ｆｅ粉末の材料組織と組成は、Ｏの影響を非常に強く受ける。水アトマイズ直後のＦｅ粉末は、組織的には溶融鉄と水との反応で形成された酸化物を有し、特に表面にこの酸化物を多く形成する。また、一般的な考えとして、水の急冷によりＦｅ粉末中のＣ、Ｎ、Ｏのガス不純物原子や他の構成原子は、溶融状態から非平衡的に擬似固溶体の状態でＦｅ結晶中に凍結される。特に、水との反応でＦｅ中に導入されたＯは、酸化物と固溶原子の状態で、数１０００ｗｔｐｐｍと多量に含まれる。一方、Ｃ、ＮのＦｅ中への残存は、これらが酸化雰囲気のために除去されるので、Ｏに比べてはるかに少ない。
【０００８】
水アトマイズ後のＦｅ結晶中のガス不純物、酸化物といった欠陥は、上記したように、磁壁移動のピニング点として作用して磁性特性を劣化させる。その改善に向けたその後の材料制御プロセスとして、高温での水素還元熱処理が最も効果的である。水素還元熱処理中に、Ｆｅ粉末中に含有される多量のＯは、残存するＣ、Ｎと共に減少する。同時に、一方で、この高温保持の間に非平衡に凍結していたＦｅ粉末中の原子は、熱平衡下の拡散移動で新しい材料組織を形成する。この新組織で支配的な構成物は、Ｆｅ中の金属原子と依然として多くが残存するＯとが反応し、分散して析出した酸化物である。酸化物は、Ｆｅのみの酸化物だけでなく、Ｆｅ以上に酸化物を形成しやすい金属を含む複合酸化物が多く形成される。実際、圧粉磁心として使用する室温では、Ｆｅ中のＯはほとんど固溶できず、安定な酸化物として析出している。
【０００９】
実際の還元Ｆｅ粉末の圧粉磁性体の磁気特性であるヒステリシス損失または保磁力は、上記したように、Ｆｅ中の磁壁をピニングしてその移動を阻害するＣ、Ｎのガス不純物原子及び酸化物に強く影響を受ける。すなわち、ヒステリシス損失または保磁力は、物理的には、磁壁のピニング点の数であるＣ、Ｎの濃度及び酸化物粒子の数密度に依存する。このミクロ的な磁気特性の発現メカニズムと上記のＯの難固溶性を基礎にすると、特に磁性の支配的な因子であるＯに関しては、Ｏ濃度に注視することよりむしろＯが存在する実体である酸化物の数密度を減少させることが、磁性特性の改善にとって重要な技術課題である。
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、酸化物粒子の数密度を低減する方法、技術について配慮がなされていない。ここで提案されている全ての酸化物の割合の低減、すなわち酸化物の合計量の低減、またはＯ濃度を低減することだけでは、保磁力低減の本質的な解決にはならないものと思料される。特許文献１で検討している酸化物は単純なＦｅ酸化物であるが、多くの酸化物は、実際は、上記したＦｅ以外の不純物金属元素を含む複合酸化物である。さらに、特許文献１の実施例で示される水素還元熱処理条件の８００℃、３時間では、低温であるために効果的なＯの低減は難しいものと思料される。また、圧粉成形体の歪取り熱処理条件である窒素雰囲気中、３００℃、１時間では、処理温度が低くて１次再結晶化が進まず、歪取りが十分でないものと思料される。
【００１１】
特許文献２も同様に、酸化物粒子の数密度を低減する方法、技術について配慮がなされていない。特許文献２では、Ｆｅ粉末でなく、既存のＦｅ粉末をさらに２次処理してＡｌ（アルミニウム）かＳｉ（シリコーン）を含む酸化物を被覆した複合Ｆｅ粉末を検討している。従って、Ｆｅ粉末の組織を制御したものではないものと思料される。
【００１２】
本発明の目的は、磁気特性の向上が可能な磁性粉末と圧粉磁性体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による圧粉磁性体用の鉄粉は、以下のような特徴を有する。
【００１４】
鉄を主成分とする金属元素を含み、水アトマイズ法によって製造される圧粉磁性体用の鉄粉であって、９９．７質量％以上の鉄と、０．００２質量％以下の炭素と、０．００１質量％以下の窒素と、酸化物粒子の形態で０．０１質量％以上０．０４質量％以下の酸素とを含む。前記酸化物粒子は、前記金属元素と酸素とを成分とする粒子を含む。平均粒子径が２ｎｍ以上の前記酸化物粒子の数密度は、前記鉄粉の断面における平均面密度として、０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、磁気特性の向上が可能な磁性粉末と圧粉磁性体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】水アトマイズ法によりＦｅ粉末を製造し、水素還元Ｆｅ素粉末を製造する工程を示す図。
【図２】ＳＴＥＭで観察したＮｏ．１粉末（９５０℃、１．５ｈの水素還元熱処理）の圧粉成形体における材料組織の模式図。
【図３】Ｎｏ．１粉末（９５０℃、１．５ｈの水素還元熱処理）の圧粉成形体における材料組織のＳＴＥＭ写真（暗視野像）。
【図４】Ｎｏ．４粉末（８９０℃、３．０ｈの水素還元熱処理）の圧粉成形体における材料組織のＳＴＥＭ写真（暗視野像）。
【図５】平均酸化物数密度ＮＯのＯ濃度依存性を示すグラフ。
【図６】保磁力Ｈｃの平均酸化物数密度ＮＯ依存性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
初めに、本発明の概要を説明する。本発明の特徴は、圧粉磁性体用の鉄粉であって、製造プロセスで導入されるガス不純物のＯ、Ｃ、Ｎの量を、高温の水素還元熱処理により効率的に低減し、その中でも残留濃度のより高いＯに関しては、磁気特性に大きな影響を与え、粉末の組織を支配する析出物である酸化物粒子の数密度を低減させることにある。具体的には、圧粉磁性体用の鉄粉は、Ｆｅを９９．７質量％以上含み、ガス不純物成分としてＯを０．０１質量％以上０．０４質量％以下、Ｃを０．００２質量％以下、及びＮを０．００１質量％以下含む。すなわち、Ｆｅ以外の全成分は、製造上不可避の不純物成分を含めて、０．３質量％以下である。
【００１８】
鉄粉に含有されるＯの形態としては、表面と内部母相に析出し、粉末を構成する金属元素とＯとからなる酸化物粒子が主たるものである。この酸化物粒子のうち平均粒子径が２ｎｍ以上のものは、粉末の任意の断面における平均面密度として数密度を求めると、０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下の数密度を有する。
【００１９】
好ましくは、鉄粉のうち粒子径が１００μｍ以上の鉄粉の質量割合は、７０％以上１００％未満である。
【００２０】
また、本発明による鉄粉の他の様態の特徴は、上記Ｆｅ以外の全成分（鉄粉の０．３質量％以下）には、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、及びＴｉ（チタン）のうち少なくともいずれか１種が、０．００１５原子％以上０．０１５原子％以下だけ含まれることにある。
【００２１】
さらに、本発明の特徴は、圧粉磁性体用の鉄粉の製造方法において、Ｆｅを主成分とした溶融鉄に水を吹付けて冷却し微粉化された水アトマイズＦｅ粉末を、Ｈ（水素）を含む還元雰囲気中において、Ｆｅ中のＯの拡散係数及びＯの固溶度が比較的大きな温度範囲、すなわちＡ３変態点である９１１℃の直下の８８０℃以上９１１℃未満の温度範囲で、工業的、製造コスト的に成立する条件の元で熱処理することにある。この製造方法により、鉄粉に含まれる酸化物粒子の数密度は、上記の０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下に調整される。
【００２２】
本発明による圧粉磁性体の製造方法の特徴は、鉄粉に絶縁被覆層を設ける所謂複合鉄粉（複合軟磁性粉末）を製造する工程を有し、この複合鉄粉を圧粉成形した後、圧粉成形体に対し、大気中または窒素中で５５０℃以上６００℃以下の温度範囲で一次再結晶化を進行させることにある。
【００２３】
水アトマイズで導入された多量のＯは、Ｆｅ中でその固溶度が非常に小さいために、その後の高温の水素還元熱処理によりほとんどが酸化物として析出する。Ｏの拡散係数及びＯの固溶度がより小さく、そのためＯの還元能が劣ると考える温度範囲である９１１℃を超えたγ相域での水素還元処理条件では、効率的に酸化物粒子数を低減できない。この結果、高密度の酸化物の存在により、圧粉成形性が低下し、成形加工後の熱処理による加工歪の除去（より低温での一次再結晶化）が阻害され、保磁力と鉄損の増大を招くことが懸念される。
【００２４】
熱力学的に安定な酸化物を形成しやすい元素であるＶ、ＮｂまたはＴｉの添加量が、本発明で定める量以上に多く含まれる場合は、分散する酸化物の密度が高くなり、成形性と磁気特性をより劣化させる。本発明で定める範囲の微量添加により、水素還元熱処理中に多くのＯを集めて、複合酸化物粒子を大きく成長させ、複数の酸化物を凝集、集合させることで、酸化物粒子の数密度を低減することができる。つまり、１つの酸化物集合体は、上記した磁壁移動の１つのピニング点となる。
【００２５】
水アトマイズＦｅ粉末は、上記したようにアトマイズ中に水との反応で生成するＯを多く含有し、結果的に高密度の酸化物を保有する。本発明の構成によれば、粉末の硬さ、圧粉成形性、及び成形体の歪の熱的回復に及ぼす酸化物の好ましくない影響を低減する。この低減の手法は、同時にＣ、Ｎの低減という課題も解決するが、水アトマイズＦｅ粉末では、これらの元素の含有量はＯに比して非常に少ない。
【００２６】
本発明によれば、制御された水素還元条件及びより安定な酸化物を形成しやすい金属元素の微量添加により、酸化物の粒子数密度を低減した圧粉磁性体用の鉄粉を安価に提供することができると共に、圧粉成形性の向上、成形体の歪の熱的回復性の向上、及び磁気特性の向上が可能な磁性粉末と圧粉磁性体を提供することができる。具体的な性能としては、水アトマイズＦｅ粉末の変形抵抗を低くして成形性を向上し、また一次再結晶温度を低くして歪回復の効率を高めることができる。その結果、絶縁被覆された本発明によるＦｅ粉末からなる圧粉磁性体では、効果的な熱処理を実施することによって、その保磁力と鉄損を低下させることができる。
【００２７】
ここからは、本発明について、さらに詳しく説明する。本発明者らは、水アトマイズＦｅ粉末の変形抵抗の低減、一次再結晶温度の低温化、さらに絶縁被覆した水アトマイズＦｅ粉末から製造した圧粉磁性体に実施される熱処理によってもたらされる保磁力と鉄損の低減という特性向上の手段として、これらに最も悪影響を及ぼす、材料組織として粉末中に分散する酸化物の望ましくない作用を低減する方法を検討した。
【００２８】
水アトマイズＦｅ粉末は、本質的に製造上の問題として、微粉化中に水との反応で生成するＯを多く含有する。文献によると、Ｏの固溶度は、Ａ３変態点である９１１℃以上で２０〜３０ｗｔｐｐｍ、７００℃で７０ｗｔｐｐｍ、５００℃で１０ｗｔｐｐｍ以下（参考文献１）、または９５１℃で２．５ｗｔｐｐｍ、８８１℃で３．５ｗｔｐｐｍ（参考文献２）と報告されている。これらの報告の測定値は相違するが、いずれにしても、Ｏの固溶度は極めて小さいことが裏付けられる。それゆえ、固溶量を超えた余剰のＯは、粉末中で酸化物として析出し、そしてこの酸化物の存在は、圧粉成形性の低下原因や、成形加工の熱処理による歪の除去の阻害原因になる。従って、余剰のＯは、水アトマイズＦｅ粉末で製造した圧粉磁性体の保磁力と鉄損の増大を招く懸念がある。
【００２９】
参考文献１：日本学術振興会製鋼第１９委員会編、「増補版鉄鋼と合金元素（上）」、誠文堂新光社、１９７６年、ｐ９４９
参考文献２：J.H.Swisher and E.T.Turkdogan, "Solubility, Permeability, and Diffusivility of Oxygen in Solid Iron", Trans.Met.Soc.AIME, p239 (1967年)
そこで、本発明者らは、製造上導入されるガス不純物Ｏ、Ｃ、Ｎの濃度の低減と合わせて、酸化物粒子数を適正な密度範囲に効率的に低減できるように水素還元の温度と時間を設定した熱処理を実施し、またＯと親和力が強い元素を適切な組成範囲に制御して添加して、水素還元熱処理中に、粉末を構成する金属元素と添加元素を含む複合酸化物を析出し粗大化させる材料組織の制御方法と材料の製造方法を発明した。
【００３０】
水素還元熱処理中のＯの主要な低減反応は、Ｈとの反応である。Ｏの低減効率すなわち還元能は、固溶状態のＯ原子がＦｅ粉末中を拡散移動して表面でＨと反応してＨ２Ｏを生成し、除去されることから、Ｆｅ中のＯの固溶度及びその拡散係数に依存する。一般に、拡散係数の値は、高温ほど大きくなるが、結晶構造で相違する。すなわち、Ｆｅ中のＯの拡散係数は、水素還元温度がＡ３変態点である９１１℃を越えて１０００℃以下の範囲のγ相域よりも、９１１℃未満８８０℃以上の範囲のα相域の方が、より大きく（参考文献２、３、４）、従って、α相域の方がＯの還元にはより効率的である。また、α相域の温度域では、拡散がより活発であることから酸化物の成長、粗大化を促進でき、酸化物の数密度を低減できると判断する。
【００３１】
参考文献３：J. Takada, K. Kashiwagi and M. Adachi, "Internal oxidation of Fe-Si alloys in γ-phase region", J. Mater. Sci. 19, p3451 (1984年)
参考文献４：J. Takada and M. Adachi, "Determination of diffusion coefficient of oxygen in α-iron from internal oxidation Measurements in Fe-Si alloys", J. Mater. Sci. 21, p2133 (1986年)
本発明では、水アトマイズ法で粉末状にした鉄粉を、８８０℃以上Ａ３変態点の９１１℃未満の温度範囲で、水素ガスを含む還元雰囲気中で熱処理することで、粉末中に含有するガス不純物量の低減と合わせて、酸化物の平均粒子数密度を効率的に低減することが可能である。さらに、圧粉成形といった強度に関わる転位の移動や、磁気特性に関わる磁壁移動のピニング点の数を抑制することができる。
【００３２】
また本発明では、ガス不純物Ｏ、Ｃ、Ｎの作用低減のために、水アトマイズ後に上記の水素還元熱処理を実施して、粉末中に含有するガス不純物量を低減する。かつ、上記ガス不純物と強い親和力を持ち、適切な組成範囲に制御して添加された元素により、残存するより多くのＯを酸化物として凝集し、また、少量であるが残留するＣ、Ｎを、炭化物、窒化物として凝集する。特に、凝集して粗大化することで、酸化物粒子の数密度を効果的に低下することできる。
【００３３】
具体的には、添加元素として、Ｖ、Ｎｂ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種を含有させる。添加量は、粉末の変形抵抗、一次再結晶温度、及び圧粉成形体の磁気特性である保磁力と鉄損を低減できる適切な範囲で定める必要がある。
【００３４】
その結果、本発明によれば、新規で安価な軟磁性Ｆｅ粉末とそれを製造するための材料組織制御技術、及び材料製造方法を提供することができる。
【００３５】
本発明による圧粉磁性体用の鉄粉の作製方法について説明する。本発明による鉄粉（Ｆｅ粉末）は、水アトマイズ法により作製する。不純物として不可避的に混入するＣｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、及びＳｉのうち少なくともいずれか１種が後述する組成範囲で含まれるように原料鉄を選定する。この原料鉄をるつぼで大気溶解した後、るつぼの下部ノズルからの出銑と合わせて高圧水を噴射して、急冷凝固させ、微粉化してＦｅ粉末を回収する。
【００３６】
本発明による圧粉磁性体用のＦｅ粉末は、水アトマイズ処理直後には、上記したように数１０００ｗｔｐｐｍレベルの多量のＯを含有する。Ｆｅ粉末は、表面が多くの酸化物に被覆され、内部の母相にも酸化物が生成し、Ｏを含む不純物原子の多くが急冷固溶する。
【００３７】
本発明による水アトマイズＦｅ粉末は、水アトマイズ後の水素還元熱処理により、組成的には、ガス不純物成分としてＯを０．０１質量％以上０．０４質量％以下、Ｃを０．００２質量％以下、Ｎを０．００１質量％以下に低減し、製造上不可避の不純物成分を含めたＦｅ以外の全成分を０．３質量％以下とする。すなわち、本発明によるＦｅ粉末は、９９．７質量％以上のＦｅを含む。組織的には、析出する酸化物粒子（平均粒子径が２ｎｍ以上の酸化物粒子）の数密度は、粉末の任意の断面における平均面密度として求めると、０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下とする。
【００３８】
Ｆｅ粉末中のＯの還元除去の能力が高い水素還元熱処理温度としては、既述したように、文献より、Ｏの拡散係数値と固溶度がより大きい温度域を考慮して、Ａ３変態点の９１１℃直下のα相領域である８８０℃以上９１１℃未満の範囲が最も効率的である。Ｏの透過率、すなわち還元雰囲気下での粉末からのＯの除去率は、拡散係数及び固溶度に比例するからである。同じα相域でも、８８０℃未満の低温では、Ｏ除去の効率はより低下する。
【００３９】
Ｏの減少は、熱平衡下で粉末内の酸化物量の減少を導く。しかし、酸化物は、量が同じでも、サイズが小さいと粒子数は増え、サイズが大きいと粒子数は減少する。酸化物の粒子数は、転位、磁壁移動のピニング点の数であるから、酸化物のサイズが大きいことが強度と磁性特性の改善には非常に有利である。上記の８８０℃以上Ａ３変態点の９１１℃未満の還元熱処理の温度範囲のα相域は、拡散係数が大きく拡散がより起こりやすい効率的な温度であり、酸化物はより成長しやすい。同じα相域でも、８８０℃より低い温度域では、拡散係数が小さくなり、Ｏ及び酸化物の粒子密度の低減効率が低下する。
【００４０】
圧粉磁心がモータ等の磁心に使用されるとき、その磁気特性が従来の電磁鋼板磁心の特性に相当するためには、圧粉磁心の保磁力は２１０Ａ／ｍ以下であることが好ましい。この保磁力を実現するためには、製造プロセスにおける経済的な条件を考慮して、酸化物粒子の数密度は、粉末断面の面密度で０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下であることが好ましい。酸化物粒子の存在は、μｍからｎｍスケールの領域で電子顕微鏡で十分検証できる。しかし、酸化物粒子の体積密度を精度よく計測する手法が見当たらないため、数密度には面密度を採用した。面密度の定数倍が体積密度に比例する。この面密度は、粉末の断面のレプリカ試料を走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察して酸化物を検証し、平均粒子径が２ｎｍ以上であり、粉末断面に観察される酸化物粒子の数密度を計測した値である。
【００４１】
上記したように、保磁力が２１０Ａ／ｍ以下であり、酸化物の粒子数の面密度が０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上４ｘ１０９／ｃｍ２以下である粉末は、上記の効率的な還元熱処理条件下で、Ｏ濃度を０．０１質量％以上０．０４質量％以下とする。従って、Ｏの存在で残留量が支配されるＣ、Ｎは、Ｃを０．００２質量％以下、Ｎを０．００１質量％以下の低濃度とする。
【００４２】
一方、Ｏ濃度と酸化物の粒子密度は、ＦｅよりもＯと結合しやすく不可避的に混合する金属不純物にも影響を受ける。このような金属不純物として多く存在するのは、Ｓｉ、Ｍｎ、及びＣｒである。上記のＯ、Ｃ、Ｎ濃度と酸化物の粒子密度の範囲を確保するには、Ｓｉ、Ｍｎ、及びＣｒの含有量の合計を、０．１５質量％以下とすることが望ましい。個別には、Ｃｒは０．０３質量％以下、Ｍｎは０．１質量％以下、Ｓｉは０．０１質量％以下とすることが好ましい。
【００４３】
本発明による水アトマイズＦｅ粉末は、Ｆｅ以外の成分として、Ｏと強く反応して酸化物を形成する元素であるＶ、Ｎｂ及びＴｉのうち１種以上を含有してもよい。これらの元素は、添加元素としてＦｅに加えられる。これらの添加元素は、不可避的に混合する不純物であるＣｒ、Ｍｎ、及びＳｉ等の金属元素を含有して、複合酸化物を形成し、多くの酸化物を凝集させる特徴を有する。
【００４４】
上記の添加元素は、Ｃ、Ｎとの反応で炭化物、窒化物を生成してＣ、Ｎを固定化する。しかし、本発明ではＣ、Ｎの量が非常に少ないため、炭化物や窒化物は、生成量が少なく、酸化物に比べて粉末組織を支配するものではない。
【００４５】
添加元素を含むＦｅ粉末の作製方法について述べる。上記のように原料鉄を選定し、るつぼで溶解するときに、同時にＶ、Ｎｂ及びＴｉから選ばれる１種以上の元素を添加し、攪拌して均一化する。この段階で所定の化学組成となった溶融鉄に、高圧の水を吹付けて急冷凝固させ、微粉化してＦｅ粉末を回収する。
【００４６】
水アトマイズＦｅ粉末のＯの低減には、上記のＶ、Ｎｂ及びＴｉから選ばれる１種以上の元素を添加する処理に加えて、水素を含む還元ガス中の熱処理を併用すると、より効果的である。この効果が顕著となる温度範囲は、上記したＡ３変態点の９１１℃直下の８８０℃以上９１１℃未満の範囲である。この温度域では、Ｏの拡散の活発さに加えＯと強く結合する上記の添加元素の存在で、酸化物は微細分散せず、添加元素を含んだ複合酸化物の凝集作用で、酸化物は集まり成長が促進されて粗大化する。この結果、酸化物の数密度は減少する。９１１℃以上の温度域及び８８０℃より低い温度域は、Ｏ低減の効果と、酸化物の粒子密度の低減効果が十分でないために好ましくない。
【００４７】
以上の作用を考慮すると、添加元素（Ｖ、Ｎｂ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種）の添加量は、ガス不純物（Ｏ、Ｃ、Ｎ）の含有量、及び不可避的に混入してＯと結合し易い金属不純物（特にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ）の量に影響を受ける。従って、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量は、合計で０．１５質量％以下であることが好ましい。Ｏは、還元効率の高い水素還元熱処理により、０．０１質量％以上、０．０４質量％以下とする。従って、Ｏの存在で残留量が支配されるＣ、Ｎは、Ｃを０．００２質量％以下、Ｎを０．００１質量％以下の低濃度とする。
【００４８】
また、Ｏ、Ｃ、Ｎの量は、合計で０．０５質量％（原子％では概ね０．１５％）以下とすることが望ましい。この場合、Ｖ、Ｎｂ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種からなる添加元素の添加量は、原子％で合計０．００１５％以上０．０１５％以下の範囲とする。０．１５原子％のガス不純物（Ｏ、Ｃ、Ｎ）が、概略、上記の添加元素と、原子比で１：１の割合で反応して析出物を形成すると、添加元素は０．１５原子％を必要とする。しかし、不可避的に混入する金属不純物（特にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ）の酸化物としての寄与と、酸化物の粒子密度の良好な低減効果を得るには、添加物量の範囲は、ガス不純物量の１／１００〜１／１０が好適である。原子％と質量％の関係については、Ｖ、ＮｂまたはＴｉを単独で添加した場合においては、例えば原子％で０．０１％の添加量は、質量％では概ねそれぞれ０．００９％、０．０１７％または０．００８％に相応する。上記の範囲の添加量で添加元素を含有させると、酸化物を効果的に凝集させることができ、粉末の変形抵抗、再結晶温度、並びに圧粉成形体の保磁力及び鉄損を低減できる。
【００４９】
さらに、上記の水素還元熱処理を併用し、熱処理中にＯの低減と酸化物を粗大化することで、酸化物の粒子密度をより低減する目的が達せられる。ここでは、酸化物、特に複合酸化物の生成が大きな役割を果たす。添加物を原子％で０．０１５％以上添加すると、析出物の粗大化が鈍化する。特に０．０３％以上の添加では、析出物の粗大化が進まず、微細な析出物の残存する分布形態となり、上記の目標とする特性の改善を大きく阻害する。
【００５０】
圧粉成形用のＦｅ粉末の好ましい特性を得るためには、水素還元熱処理を行った粉末に不可避的に混入する不純物の量は、経済性、生産性を含めて考慮すると、Ｖ、ＮｂまたはＴｉの添加の有無に関わらず、概ね、原子番号９以上の元素が０．２５質量％以下、原子番号８以下の元素が０．０５質量％以下の範囲である必要がある。原子番号９以上の元素は、多くが金属元素である。特に、製造上Ｃｒ、Ｍｎ、及びＳｉが多く含有される傾向にあり、これらの元素の含有量には制限が必要である。
【００５１】
Ｃｒは、Ｏ、Ｃ、Ｎに対する凝集作用を期待でき、含有量を０．０３質量％以下とする。含有量が０．０３質量％を越えると、製造過程でＦｅ粉末の表面から内部に拡散してきたＯと反応して、安定なＣｒ酸化物を多数形成する。従って、圧粉成形体の歪の熱回復を遅らせてヒステリシス損失の増大を招くため、好ましくない。
【００５２】
Ｍｎは、製造上多く存在する。Ｍｎの含有量は、０．１質量％以下とする。０．１質量％を越えると、Ｃｒと同様に、Ｆｅ粉末の製造過程で表面から内部に拡散してきたＯと反応して、安定なＭｎ酸化物を多数形成することで、圧粉成形体の歪の熱回復を遅らせてヒステリシス損失の増大を招くため、好ましくない。
【００５３】
Ｓｉは、酸化物生成自由エネルギーが小さく、ＣｒやＭｎより酸化物を形成し易く安定であるため、粗大化しにくい。従って、できるだけ含有量を抑え、０．０１質量％以下とすることが好ましい。０．０１質量％を越えると、鉄粉の製造過程で表面から内部に拡散してきたＯと反応して、安定なＳｉ酸化物を多数形成することで、圧粉成形体の歪の熱回復を遅らせてヒステリシス損失の増大を招くため、好ましくない。
【００５４】
原子番号８以下の不可避的に混入する不純物の元素では、Ｆｅ母相の特性にとってＣ、Ｏ、Ｎが最も影響を及ぼす。水アトマイズＦｅ粉末では、Ｃ、Ｎ量の合計は０．００３質量％以下とする。上記した理由でＣ、Ｎ量は低く、さらに水素還元熱処理により低減できる。ガス不純物では、Ｏが大部分を占める。最適化した水素還元熱処理を実施した水アトマイズＦｅ粉末のＯ濃度は、残留の表面酸化層も含めて、０．０１質量％（原子％で概ね０．０３５％）以上０．０４質量％（原子％で概ね０．１４％）以下とする。Ｃ、Ｏ、Ｎの合計では、０．０５質量％以下が実質的に得られる好適な範囲である。
【００５５】
Ｖは、Ｏ、Ｃ、及びＮの除去において効果的な役割をする。水アトマイズ処理中に急冷でＦｅ粉末に凍結されるＯ、Ｃ、及びＮは、上記したＡ３変態点の９１１℃直下である８８０℃以上９１１℃未満の温度範囲の水素還元熱処理において除去される。ただし、残留量の大部分を占めるＯは、上記熱処理中にＶを含む酸化物として析出し、処理時間と共にこの析出物は粗大化して粒子数の密度が減少し、粉末母相を清浄化する。ＶＣ、ＶＮの析出も考えられるが、その量はＣ、Ｎの存在量に相当して非常に少ない。上記の酸化物は、Ｆｅ中に含有する他の金属元素との複合酸化物であってもよい。酸化物粒子の低密度化によって、Ｆｅ粉末の変形抵抗、一次再結晶温度、及び圧粉成形体の保磁力と鉄損を低減する効果が増大する。
【００５６】
Ｖの添加量は、０．０１５原子％を越えると、特に酸化物粒子の数密度が増えて、粗大化に伴う母相の清浄化効果を損ない、０．００１５原子％未満では、母相の清浄化効果が低減する。このため、Ｖの添加量は、０．００１５原子％以上０．０１５原子％以下の範囲が好適である。Ｖと同時に、Ｎｂ及びＴｉのうち１種以上を添加する場合も、Ｖを含めた添加量の合計は、０．００１５原子％以上０．０１５原子％以下の範囲が好ましい。
【００５７】
Ｎｂは、Ｏ、Ｃ、及びＮの除去において効果的な役割をする。水アトマイズ処理中に急冷でＦｅ粉末に凍結されるＯ、Ｃ、及びＮは、上記した８８０℃以上Ａ３変態点の９１１℃未満の温度範囲の水素還元熱処理において低減される。残留したＯは、主として上記熱処理中にＮｂを含む酸化物として析出し、処理時間と共にこの析出物は粗大化して粉末母相を清浄化する。ＮｂＣ、ＮｂＮの析出も考えられるが、その量はＣ、Ｎの存在量に相当して非常に少ない。上記の酸化物は、Ｆｅ中に含有する他の金属元素との複合酸化物であってもよい。粉末母相の清浄化によって、Ｆｅ粉末の変形抵抗、一次再結晶温度、及び圧粉成形体の保磁力と鉄損を低減する効果が増大する。
【００５８】
Ｎｂの添加量は、０．０１５原子％を越えると、特に酸化物粒子の数密度が増えて、粗大化に伴う母相の清浄化効果を損ない、０．００１５原子％未満では、母相の清浄化効果が低減する。このため、Ｎｂの添加量は、０．００１５原子％以上０．０１５原子％以下の範囲が好適である。Ｎｂと同時に、Ｖ及びＴｉのうち１種以上を添加する場合も、Ｎｂを含めた添加量の合計は、０．００１５原子％以上０．０１５原子％以下の範囲が好ましい。
【００５９】
Ｔｉは、Ｏ、Ｃ、及びＮとの反応において、ＶまたはＮｂよりも効果的である。水アトマイズ処理中に急冷でＦｅ粉末に凍結されるＯ、Ｃ、及びＮは、上記した８８０℃以上Ａ３変態点の９１１℃未満の温度範囲の水素還元熱処理において低減される。残留したＯは、主として上記熱処理中にＴｉを含む酸化物として析出し、処理時間と共にこの析出物は粗大化して粉末母相を清浄化する。ＴｉＣ、ＴｉＮの析出も考えられるが、その量はＣ、Ｎの存在量に相当して非常に少ない。上記の酸化物は、Ｆｅ中に含有する他の金属元素との複合酸化物であってもよい。粉末母相の清浄化によって、Ｆｅ粉末の変形抵抗、一次再結晶温度、及び圧粉成形体の保磁力と鉄損を低減する効果が増大する。
【００６０】
Ｔｉは、Ｏ、Ｃ、及びＮとの結合力がＶまたはＮｂよりも強いため、Ｏ、Ｃ、及びＮと反応してより安定的な析出物を形成しやすい。Ｔｉの添加量は、０．０１５原子％を越えると、安定的なそれらの析出物の密度が増え、粗大化に伴う母相の清浄化効果を損なう。従って、Ｔｉの添加量には、０．０１５原子％以下という制限を設定する。また、少なくとも０．００１５原子％を添加すれば、十分効果が期待できる。このため、Ｔｉの添加量は、０．００１５原子％以上０．０１５原子％以下の範囲が好適である。Ｔｉと同時に、Ｖ及びＮｂのうち１種以上を添加する場合も、Ｔｉを含めた添加量の合計は、０．００１５原子％以上０．０１５原子％以下の範囲が好ましい。
【００６１】
ガス不純物、特にＯは、すでに適切な水素還元熱処理により低減されていることから、本発明による水素還元熱処理された水アトマイズＦｅ粉末の母相に存在する酸化物の量は、抑えられている。析出物量のみでは粉末の変形抵抗、再結晶温度、及び圧粉成形体の保磁力と鉄損の特性を正確に制御できず、本質的には、上記特性を支配するのは酸化物粒子の数密度である。特性改善の目標を達成するには、水アトマイズ後の水素還元Ｆｅ粉末中の酸化物粒子の数密度は、Ｆｅ粉末の任意の断面の平均の面密度として、０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上、４ｘ１０９／ｃｍ２以下である。
【００６２】
酸化物の密度は、以下のように制限される。水アトマイズ後の８８０℃以上Ａ３変態点の９１１℃未満の水素還元熱処理温度域では、Ｆｅ粉末中のＯの拡散係数が大きく、拡散がより起こりやすいので、酸化物は、その数を減らしてより大きく成長しやすい。これは、Ｖ、ＮｂまたはＴｉの添加によっても促進される。水素還元が不十分でＯを多量に含有する場合には、酸化物の総体積量が大きいために、酸化物粒子形態はｎｍサイズからμｍサイズまでの広い範囲を占め、高い数密度で存在する。水素還元が効率的に実施されると、熱平衡でまずＦｅ中の微小な析出物が分解し、解離したＯは、Ｆｅ結晶中を移動して表面でＨと反応し、Ｈ２Ｏとして除去され、また一方で、既存の酸化物に吸収されて酸化物を成長させる。結果的には、酸化物粒子数は減少する。後者の酸化物の成長は、Ｖ、ＮｂまたはＴｉの添加によっても助長される。
【００６３】
本発明による水素還元熱処理された水アトマイズＦｅ粉末から構成される圧粉磁性体の保磁力が２１０Ａ／ｍ以下であるためには、保磁力のミクロ的な発現の作用としてのＦｅ中の酸化物粒子による磁壁のピニングサイト数を、金属不純物元素の影響も加味して、粉末の任意の断面の平均面密度として０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上、４ｘ１０９／ｃｍ２以下とすることが好適である。ここでは、酸化物の量及びサイズを問題にするのではなく、ピニングサイト数である酸化物粒子数が重要である。平均のピニング間隔を概ね０．２μｍ以上とすることで、目的とする保磁力を確保できると判断する。比較的Ｏと結びつき易いＭｎ、Ｃｒ、Ｓｉ等の金属不純物原子の存在量で、酸化物の粒子数密度の下限値は影響を受ける。
【００６４】
本発明のＦｅ粉末の粒径は、成形性、保磁力、鉄損の改善のためには、より大きな値の分布を持った方がよい。特に保磁力を２１０Ａ／ｍ以下にするためには、酸化物の数密度の低減と合わせて、粒径が１００μｍ以上の範囲のＦｅ粉末の質量割合が７０％以上１００％未満であることが好ましい。例えば、９０％が１００〜３００μｍの粒径分布を有し、平均粒径が２００μｍのＦｅ粉末がより好適である。平均粒径が小さく、極端に微小な粒径を多く含む粉末では、圧粉成形性が悪く、また磁壁のピニング点としての粉末の表面が増加する。特に、低周波数域のモータ用圧粉磁性体では、鉄損が増大する。一方、３００μｍを越えるような粒径が大きすぎるＦｅ粉末が多くなると、渦電流損が生じ易くなり、好ましくない。
【００６５】
本発明の水素還元熱処理された水アトマイズＦｅ粉末は、粉末の圧縮成形における塑性変形の阻害（抵抗）となるＯ、Ｃ、Ｎのガス不純物を低減する効率的な水素還元熱処理、またはＶ、Ｎｂ、及びＴｉのうち少なくともいずれか１種の添加処理がなされていることから、酸化物の平均粒子数密度は低減している。酸化物粒子サイトは、塑性変形を担う移動転位のピニング点でもあり、その数が減少すれば転位は移動しやすくなり、変形が容易になる。従って、マイクロビッカースによる塑性変形の結果としての硬さは、本発明では９０以下に低減される。
【００６６】
本発明の水素還元熱処理された水アトマイズＦｅ粉末を、金型成形にて高圧下で過度の塑性変形をさせ、圧粉成形体とする。圧粉成形体の磁性特性の向上のためには、成形体内部の歪（格子欠陥等から生じる歪）を除去する熱処理を実施する必要がある。４Ｎレベル以下の純度のＦｅの１次再結晶化温度は４００℃を超える（参考文献５）ことから、本発明による水アトマイズＦｅ粉末を含めた２〜３Ｎ純度の工業レベルの純Ｆｅ粉末においては、その熱処理温度は４００℃以上が必須である。
【００６７】
参考文献５：T. Daicho, N. Arisawa and K. Abiko, "Refining of High Purity Electrolytic Iron and its Properties", Proceeding of the first International Conference on Ultra High Purity Base Metals, Eds. K. Abiko, K. Hiroshawa and S. Takaki, The Japan Institute of Metals, Japan, p397 (1995年)
さらに、圧粉成形体を磁心に使用するためには、粉末の表面を薄い絶縁皮膜でコートしなければならず、上記熱処理は、皮膜の絶縁性を維持するために、絶縁皮膜の耐熱温度を超えて実施することができない。現状では、絶縁皮膜に、無機の鉄リン酸ガラス（Ｆｅ−Ｐ（リン）−Ｏ）が使用されている。鉄リン酸ガラスの耐熱温度は、最大で５５０℃付近と言われている。また、この絶縁皮膜の上に有機のシリコーン樹脂被覆をすることにより、耐熱温度を６００℃まで高めることができる。
【００６８】
従って、本発明による効率的に水素還元熱処理された水アトマイズＦｅ粉末の圧粉成形体に対しては、歪取り熱処理温度は、５５０℃以上６００℃以下であることが好ましい。熱処理の雰囲気は、大気中あるいは窒素中が好ましい。内部酸化に注意して成形密度が高い場合には、簡便性からは大気中の熱処理がより好ましい。また、水素還元熱処理された水アトマイズＦｅ粉末では、歪の回復と一次再結晶化の阻害となる酸化物数を低減し、Ｃ、Ｎのガス不純物を低減する水素還元熱処理が行われている。また、Ｖ、Ｎｂ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種が添加されているため、一次再結晶の温度を低温化して上記の範囲にすることができ、十分な歪取りを実施できる。
【００６９】
本発明による水素還元熱処理された水アトマイズＦｅ粉末は、表面を絶縁被覆して複合粉末とし、圧縮成形して圧粉磁性体を形成することができる。この圧粉磁性体は、モータや電気回路等の磁心に供することができる。さらに、上記の理由から、圧縮成形された圧粉成形体に対して、絶縁皮膜の耐熱性が維持できる温度範囲、すなわち５５０℃〜６００℃で歪取り熱処理を実施することが好ましい。歪取り熱処理により、高磁束密度と低鉄損の性質が得られる。この熱処理された粉末は変形抵抗性が低いので、成形体の密度を７．５以上とすることができる。また、磁気特性として、上記したように酸化物の平均粒子数密度を十分低い範囲まで低減することにより、保磁力を２１０Ａ／ｍ以下にすると共に、耐熱性絶縁被覆により、鉄損を周波数４００Ｈｚ、磁場１Ｔの励磁条件で４０Ｗ／ｋｇ以下にすることができる。
【００７０】
本発明によるＦｅ粉末、圧粉磁性体及びこれらの製造方法は、電磁部品一般、例えばモータコア、電磁弁、またはリアクトル等に好適に利用される。
【００７１】
以下、実施例でさらに詳細を説明する。
【実施例１】
【００７２】
本実施例では、純Ｆｅを用いて製造した水アトマイズＦｅ粉末と、純ＦｅにＶ、Ｎｂ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種を添加して製造した水アトマイズＦｅ粉末の諸特性について調査した。
【００７３】
図１は、水アトマイズ法によりＦｅ粉末を製造し、水素還元Ｆｅ素粉末を製造する工程を示す図である。この工程は、Ｆｅ素材の溶解（工程１）、水アトマイズ処理（工程２）、粉末調整（工程３）、及び水素還元熱処理（工程４）を有し、水素還元素粉末を回収することができる。
【００７４】
工程１及び工程２では、所定の化学組成になるように、純Ｆｅを選定し添加元素を配合して、これらの素材をるつぼにて大気中で溶解し、高圧水を用いて溶融Ｆｅの液滴化と急冷凝固を行い、Ｆｅ粉末を得た。水アトマイズ化のＦｅ粉末は、酸化物を被って表面が黒化していた。
【００７５】
このＦｅ粉末に対し、ガス不純物の低減及び新組織の形成のために、水素還元熱処理を実施した。この水素還元熱処理は、工程２→工程４と工程２→工程３→工程４という２つの流れで実施した。後者は、平均粉末粒径が１００μｍ以上になるように篩い分けする粉末調整（分級）の工程３を含む。工程４の水素還元熱処理は、乾水素が流れる雰囲気中、８５０℃〜９５０℃の温度範囲で実施され、開発粉末である水素還元素粉末が回収された。１０００℃以上の温度設定は、製造上の経済性、及び還元処理設備の保全から、有利でないため、試験条件からはずした。
【００７６】
表１に、開発、製造した７種類（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７）の水アトマイズＦｅ粉末の化学分析結果の組成を示す。各粉末は、図１に示した工程に従い、所定の化学組成に配合したＦｅ素材を溶解し、水アトマイズ法で製造した。７種類のＦｅ粉末は、水アトマイズ粉であるため、Ｏを不純物として多量（概ね０．５８〜０．７４質量％の範囲）に含んでいた。この段階では、Ｏ量は表面の酸化皮膜形成の寄与が大きいと考える。ガス不純物であるＣ及びＮの濃度は、それぞれ０．０３〜０．０６質量％及び０．００３〜０．００７質量％の範囲にあった。ガス不純物濃度としては、Ｏが支配的であった。
【００７７】
【表１】
2013149661.tif 000002
【００７８】
７種類の水アトマイズＦｅ粉末のうち、Ｎｏ．１は、Ｖ、Ｎｂ、またはＴｉを添加していない無添加粉末である。Ｖ、Ｎｂ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種を添加した粉末は、表１中のＮｏ．２〜Ｎｏ．７である。添加量は、０．００１５〜０．０１５原子％の範囲を満足している。Ｖ、Ｎｂ、またはＴｉの単独添加は、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６である。Ｎｂ及びＴｉの複合添加は、Ｎｏ．７である。Ｎｂの添加量の依存性は、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５の粉末で調査された。
【００７９】
Ｃｒ、Ｍｎ、及びＳｉ量は、それぞれ０．０３質量％以下、０．１質量％以下、及び０．０２質量％以下であった。また、Ｐ、Ｓ（硫黄）については、それぞれ、０．００４〜０．００７質量％、及び０．００２〜０．００６質量％であった。
【００８０】
表２に、各開発粉末に対して、水アトマイズ後の分級（粉末調整、すなわち図１の工程３）の有無、水素還元熱処理条件、及び水素還元素粉末中のガス不純物の化学成分を示す。水アトマイズ後の分級の有無は、分級を実施したものを「○」で、分級を実施しなかったものを「Ｘ」で示している。
【００８１】
水アトマイズ後の分級は、Ｎｏ．１の粉末の一部を除く全ての開発粉末に対して、１００μｍ以上の分級を実施した。ここで、水アトマイズ直後の各粉末の粒径分布は、１００μｍ以上が質量割合で７４〜８２％の範囲にあった。加えて、下記に述べる水素還元熱処理後の粉末の粒径分布は、分級無しの粉末では、１００μｍ以上が質量割合で７０％以上、概ね８５％以下の範囲にあった。他方、１００μｍのメッシュで分級した粉末においては、全ての粉末が１００μｍ以上の粒径ではなかった。その理由は、１００μｍ以下の粒径の粉末が分級された１００μｍ以上の粒径の粉末に付着して残存したことによると推察した。いずれにしても、分級の有無にかかわらず、粒径分布は、上述した「粒径が１００μｍ以上の範囲のＦｅ粉末の質量割合が７０％以上１００％未満」という条件を満たしている。
【００８２】
水素還元熱処理の詳細を述べる。熱処理温度は８５０℃、８９０℃及び９５０℃とし、熱処理時間は１．５時間、３．０時間、４．５時間、６．０時間及び１２．０時間（ｈ）として、表２に示すように、各粉末に熱処理条件を設定した。結晶構造が体心立方であるα相域にある温度は、８５０℃及び８９０℃である。熱処理時間依存性は、Ｎｏ．１、Ｎｏ．４及びＮｏ．５の粉末で評価した。多くの粉末には、８９０℃、３時間の条件を設定した。水素還元熱処理後のＯ濃度は、表２に示すように、温度が８９０℃で時間が３．０ｈ以上の条件と、温度が９５０℃で時間が６．０ｈの条件で熱処理された粉末においては、０．０４質量％以下となり、期待する濃度が得られた。
【００８３】
【表２】
2013149661.tif 000003
【００８４】
Ｎｏ．１では、時間が３．０ｈでも、低温の８５０℃とγ相域の９５０℃の条件では、Ｏ濃度の低減効果は低い。また、Ｎｏ．１、Ｎｏ．４及びＮｏ．５では、８９０℃でも熱処理時間が１．５ｈと短いと、期待する範囲までＯ濃度を低減できなかった。結論として、８９０℃では水素還元熱処理によるＯ、Ｃ、Ｎの低減効果がより大きいこと、及び８５０℃と９５０℃でも長時間の熱処理で低減効果が現れることが確認できた。熱処理工程の経済性を加味すれば、８９０℃での処理が好適と考える。
【００８５】
表２には、水素還元熱処理後の粉末のマイクロビッカース硬さ試験（荷重２５ｇ）の結果も示す。硬さ試験は、粉末を樹脂に埋め込み、研摩して室温にて粉末断面に圧子を挿入して実施した。
【００８６】
硬さ試験では、粒径が比較的大きな粉末を選び、計測点を１０点とした。表２の値Ｈｖは、これらの計測点での平均値である。Ｈｖは、Ｏ濃度が高いほど高い値を示した。Ｏ濃度が０．０４質量％以下の還元粉末では、Ｎｏ．４を除いてほとんどが、Ｈｖが９０以下となった。Ｈｖが９０以下の粉末は、変形抵抗が小さいため、成形性を向上することができる。
【実施例２】
【００８７】
本実施例では、表２に示した水素還元処理後の素粉末中の析出物の形態について、組織観察を実施した。
【００８８】
絶縁コート処理と潤滑剤混練を施していない素粉末を、圧力１１８０ＭＰａで金型圧縮してペレット状（寸法は１１．３ｍｍφ）に成形した。その後、成形体（ペレット状試料）に導入された加工歪を十分に回復させるために、５５０℃で３０分間、真空中で成形体を熱処理した。各ペレット状試料を、樹脂に埋め込み、その表面に機械的、砥粒による研磨を実施してからエッチング研磨した。続いて、その表面をカーボン蒸着し、その後、圧粉部分を酸で溶解、水洗浄して、最終的に、圧粉成形体の断面のレプリカ試料を作製した。粉末断面に顔を出している、酸に非溶解の酸化物等の析出物がレプリカ試料に転写される。
【００８９】
レプリカ内の析出物は、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察した。析出物の形態は、薄膜による透過電子顕微鏡観察よりもレプリカによるＳＴＥＭ観察の方が、幅広い視野でより正確に把握できる。ＳＴＥＭは、日立製作所製のＨＤ−２０００ＳＴＥＭ（２００ｋＶ）を使用した。成形体断面の最表面の析出物を観察し、μｍスケールからｎｍスケールに至る広い領域で、析出物の存在、分散形態、数密度と組成を調査した。実際、観察された析出物は酸化物であり、他の化合物は確認できなかった。
【００９０】
平均の酸化物の数密度ＮＯは、ＳＴＥＭで観察している視野内に存在する、隣接する３つの圧粉（鉄粉）を使って測定した。具体的には、１つの圧粉に対して、局所的に酸化物密度の高い圧粉表面近傍（後で図２に示す）を除いた、圧粉内部の４サイトを選んで計測した。すなわち、１サイトにおいて４μｍ２の正方形の面積をｎｍスケールで複数写真に取り、作図化し、粒子径が２ｎｍ以上である酸化物の数をカウントし、異なる４サイトの計測によって、この圧粉の酸化物の数密度ＮＯを決定した。この作業を他の圧粉にも同様に実施して、最終的に３つの圧粉における平均酸化物数密度ＮＯを決定した。
【００９１】
後述するが、一般にＯ濃度に関わらず、磁壁移動のピニング点としての酸化物の数密度分布としては、粒子径がナノサイズ、サブミクロンサイズである酸化物が支配的であった。
【００９２】
また後述するが、磁気特性を評価するために、水素還元処理後の素粉末に鉄リン酸ガラスの絶縁被膜を形成させた。この被覆反応で、粉末表面近傍の酸化物は鉄リン酸ガラス層に取り込まれ、実質的な磁性への影響はより低減される。このため、圧粉内部を移動する磁壁に影響を与える酸化物の評価には、上記の内部における計測方法で十分であると考える。
【００９３】
図２は、ＳＴＥＭで観察したＮｏ．１粉末（９５０℃、１．５ｈの水素還元熱処理）の圧粉成形体における材料組織の模式図である。本粉末は、０．０６質量％に近いＯを含有する。
【００９４】
図２のμｍスケールにおける圧粉１間の境界２の近傍において、多くの酸化物が分布、析出している。圧粉１の内部にも、粒子径がμｍサイズの大きな酸化物３からサブサイズの微小酸化物４まで、様々な大きさの酸化物が分散していた。境界２の近傍における酸化物の高密度化は、水アトマイズ処理工程における表面酸化皮膜形成の痕跡と考える。これらの酸化物の大部分は、Ｆｅと金属不純物原子とで構成される複合酸化物であり、代表的な例はＦｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｏからなる組成の酸化物であった。また、Ｆｅ−ＯまたはＳｉ−Ｏ組成の酸化物もあった。
【００９５】
さらに、圧粉１の内部には、多数の複合酸化物６が集合した凝集体５も観察された。μｍスケールの観察では酸化物の確認ができなかった場所でも、ｎｍスケールの微細酸化物形態７が確認された。このｎｍスケールでは、酸化物粒子径が４ｎｍから１０ｎｍサイズの複合酸化物またはＦｅ酸化物８が高密度に観察され、複合酸化物またはＦｅ酸化物８の集合体９も観察された。
【００９６】
図３は、Ｎｏ．１粉末（９５０℃、１．５ｈの水素還元熱処理）の圧粉成形体における材料組織の、実際のＳＴＥＭ写真（暗視野像）である。図３では、複数のｎｍサイズの複合酸化物またはＦｅ酸化物８（白点）の他に、酸化物８が局所的に集合した形態９も観察される。これらの酸化物では、ｎｍ領域の粒子サイズが、酸化物数の密度分布を支配していた。この粉末成形体の平均酸化物数密度ＮＯは、表２に示すように６２．４８ｘ１０９／ｃｍ２であった。
【００９７】
Ｎｏ．１からＮｏ．７の粉末の成形体組織の酸化物形態は、水素還元熱処理条件と添加元素に依存して異なり、平均酸化物数密度ＮＯも相違した。表２に、各粉末に対応した平均酸化物数密度ＮＯを示す。表２を参照して、以下に纏める。
【００９８】
１）熱処理温度依存性
まず、無添加のＮｏ．１に対して、熱処理時間３．０ｈを固定して熱処理温度を比較する。熱処理温度が８５０℃及び９５０℃よりも８９０℃の方が、μｍスケールからｎｍスケールに亘って酸化物数が減少する傾向を示した。８５０℃では、上記の９５０℃、１．５ｈと同様の酸化物分散形態を呈し、ｎｍサイズの酸化物が依然多く、酸化物数密度は高い。平均酸化物数密度ＮＯは、表２に示している。分級あり（表２の「○」）、８９０℃、３．０ｈの条件では、平均酸化物数密度ＮＯは、１．５４ｘ１０９／ｃｍ２であった。同じα相域でも、８９０℃に比較して８５０℃の平均酸化物数密度ＮＯは、４０℃温度が低下するだけで１０．５倍ほど密度が高い。
【００９９】
熱処理時間を１．５ｈに固定して見ると、８９０℃と９５０℃の比較では、８９０℃の平均酸化物数密度ＮＯは、約１０倍低密度である。従って、８９０℃の熱処理温度は、平均酸化物数密度ＮＯの低減に優位である。
【０１００】
一方、Ｖ、Ｎｂ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種を添加した粉末の成形体（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．７）においては、８９０℃、３．０ｈの条件で、平均酸化物数密度ＮＯはいずれも低い。特に、添加元素濃度が０．０１原子％以下であるＮｏ．２〜Ｎｏ．４において、平均酸化物数密度ＮＯは２．０ｘ１０９／ｃｍ２以下となり、より低い値を示した。
【０１０１】
図４は、Ｎｏ．４粉末（８９０℃、３．０ｈの水素還元熱処理）の圧粉成形体における材料組織のＳＴＥＭ写真（暗視野像）である。μｍスケールでは、圧粉表面の酸化物（白点）は、確認できないほどにその数を低減させている。そのため、圧粉間の境界２の確認は容易ではない。そこで、図４では、境界をわかり易く表示するため、一部の不明瞭な境界１０を破線で示した。
【０１０２】
また、図２に示したＮｏ．１粉末（９５０℃、１．５ｈの水素還元熱処理）に比べて、圧粉内部の酸化物の多くは、粒子径が０．１〜０．２μｍのサブミクロンサイズであることが観察された。これらの酸化物は、主としてＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｏの組成の複合酸化物であった。また、サイズが０．２μｍ以上の酸化物の多くは、図２に示した形態である凝集体５のように、Ｎｂを含有した複合酸化物に他の酸化物が集合、凝集した形態を取った。このような凝集体は、Ｎｂを含まないＮｏ．１よりもＮｂを含有するＮｏ．４で顕著に確認された。
【０１０３】
図２と同様に、μｍスケール（図４の上図）では酸化物の検知ができなかった場所でも、ｎｍスケールの観察（図４の下図）では微細な酸化物８が確認されたが、その数は極めて少なかった。この微細な酸化物８の組成は、Ｆｅ−Ｃｒ−ＯまたはＦｅ−Ｏであった。図４中の薄明るいサイト１１は、レプリカカーボンの厚さが局部的に厚くなっているサイトである。
【０１０４】
このように、Ｎｂの添加により、複合酸化物の凝集と微細酸化物の数の低減が顕著となった。酸化物数の密度分布としては、ｎｍサイズからサブμｍサイズの領域が支配的であった。同様な形態は、Ｖ添加（Ｎｏ．２）、Ｔｉ添加（Ｎｏ．６）、Ｎｂ−Ｔｉ複合添加（Ｎｏ．７）の粉末の成形体組織でも観察された。
【０１０５】
実施したＳＴＥＭ観察で特に注目すべきことは、８９０℃の水素還元処理においては、Ｖ、Ｎｂ、またはＴｉを添加しても、これらの酸化物が安定化して多数微細分散することはなく、Ｏは十分還元除去されて、酸化物数密度が減少していることである。
【０１０６】
２）熱処理時間依存性
無添加のＮｏ．１では、８５０℃において、３．０ｈ及び６．０ｈを比較すると、明らかに長時間の水素還元熱処理により、平均酸化物数密度ＮＯは６．０ｈで１０．０８ｘ１０９／ｃｍ２まで低減した。同様に、９５０℃においても、１．５ｈ、３．０ｈ及び６．０ｈを比較すると、長時間の水素還元熱処理を実施した６．０ｈで、平均酸化物数密度ＮＯは５．６２ｘ１０９／ｃｍ２まで低減した。８９０℃においても、平均酸化物数密度ＮＯは、１．５ｈと比較すると、３．０ｈで１／４程度に減少し、４．５ｈで１／１０程度に減少する。
【０１０７】
Ｎｂを含むＮｏ．４、Ｎｏ．５でも、８９０℃で熱処理時間が１．５ｈから３．０ｈと長くなると、平均酸化物数密度ＮＯの低減の割合は、共に１／５程度となる。
【０１０８】
さらに、Ｎｏ．１では、８９０℃で６．０ｈ、１２．０ｈと熱処理時間を長くすると、Ｏ濃度は０．０１１９質量％まで、平均酸化物数密度ＮＯは０．１１ｘ１０９／ｃｍ２まで低減した。Ｎｏ．４でも、８９０℃、１２．０ｈでは、平均酸化物数密度ＮＯが０．１５ｘ１０９／ｃｍ２まで低減した。８９０℃で長時間の水素還元熱処理は、平均酸化物数密度ＮＯの低減に効果が大きいことがわかる。
【０１０９】
３）平均酸化物数密度ＮＯのＯ濃度依存性
図５は、平均酸化物数密度ＮＯのＯ濃度依存性を示すグラフである。１）、２）の結果も含め、平均酸化物数密度ＮＯのＯ濃度依存性を示している。平均酸化物数密度ＮＯは、対数表示である。平均酸化物数密度ＮＯは、一般に、Ｏ濃度が減少すると共に減少する傾向を示すが、Ｏは酸化物の構成原子として存在しているため、平均酸化物数密度ＮＯとＯ濃度の関係は単純ではない。同じＯ濃度でも、酸化物のサイズ分布が相違すれば、平均酸化物数密度ＮＯも異なる値を示す。平均酸化物数密度ＮＯの相違が直接磁気特性に影響することを念頭に置くと、平均酸化物数密度ＮＯとＯ濃度の関係は、表２から理解できるように、熱処理温度、Ｏと結合力の強い添加原子の存在に強く依存する。
【０１１０】
図５は、調査した粉末に対して、８９０℃の水素還元熱処理は、８５０℃や９５０℃の水素還元熱処理よりも、平均酸化物数密度ＮＯを低減させることを示す。Ｖ、Ｎｂ、またはＴｉの添加により、安定して低い平均酸化物数密度ＮＯの値を得ることができる。
【０１１１】
特に、Ｎｏ．４とＮｏ．５における８９０℃、１．５ｈの条件では、無添加のＮｏ．１における９５０℃、１．５ｈと比較して、より低い平均酸化物数密度ＮＯ値を得た。Ｎｏ．４の９５０℃、６．０ｈの条件では、Ｏ濃度が低い割に平均酸化物数密度ＮＯの値が大きい。これは、９１１℃以上のγ相域での熱処理とＮｂの存在で、酸化物の微細化が進んだためと考える。この試料のＳＴＥＭ観察では、ｎｍサイズの酸化物が比較的多く観察された。いずれにしても、８９０℃で工業的、経済的に許される範囲で水素還元熱処理時間を増加させれば、平均酸化物数密度ＮＯの値は効率的により低減できると判断する。
【実施例３】
【０１１２】
実施例３では、本発明による水アトマイズＦｅ粉末の圧粉磁心としての磁気特性を確認した。水素還元熱処理をした各粉末をリン酸塩水溶液に浸漬し、混合機にて混合した後、大気中２００℃で乾燥し、粉末表面に鉄リン酸ガラスの絶縁被膜を形成した。鉄リン酸ガラス絶縁膜の上に、さらにシリコーン樹脂で被覆し、２層被覆とした。シリコーン樹脂層は、シリコーンをトルエンで希釈した溶液と鉄リン酸ガラス絶縁膜Ｆｅ粉末とを混合し、その後８０℃で乾燥させて、形成させた。このようにして、絶縁被覆された複合粉末が作製された。
【０１１３】
さらに、これらの２層に絶縁被覆された複合粉末に、０．２％のケノリューブ潤滑剤を加え、１１８０ＭＰａの圧力で室温にて加圧成形して、圧粉磁性体を作製した。密度は、アルキメデス法で測定され、全ての圧粉磁性体で７．５５ｇ／ｃｍ３以上が得られた。特に、Ｎｏ．１のうち８９０℃、４．５ｈ〜１２．０ｈで水素還元熱処理をした粉末から作製した粉末成形体は、７．６５ｇ／ｃｍ３〜７．７０ｇ／ｃｍ３の密度を示した。これらの成形体の形状は、外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング形状とした。圧粉成形時に導入された歪を除去するために、大気中にて５５０℃または６００℃で、３０分間の熱処理を行った。表２に、各粉末の成形体に対する歪取り温度を示している（表２の「成形体熱処理温度」）。
【０１１４】
ここで、上記の成形体内部の圧粉間界面近傍のｎｍスケール分析を、日立製作所製の電界放出形透過電子顕微鏡ＨＦ−２０００（２００ｋＶ）を使用して実施した。界面は、Ｆｅ粉末／鉄リン酸ガラス絶縁層／Ｃ、Ｏ組成の有機層からなり、上記した水素還元熱処理した素粉末の表面近傍に多く残存する酸化物は、Ｆｅ粉末側に少ししか見受けられなかった。酸化物の大部分は、鉄リン酸ガラス絶縁層の形成反応によって消失し、十分低減されたと判断した。
【０１１５】
圧粉磁性体の磁気特性は、保磁力Ｈｃ及び鉄損Ｗで評価した。保磁力Ｈｃは、１次、２次コイルの巻き線を施し、歪取り熱処理温度が５５０℃及び６００℃である上記リング状の成形体を用いて、直流磁気特性測定器（東栄工業製、ＴＲＦ−５Ａ−ＰＣ）で測定したヒステリシス曲線から求めた。最大測定磁界は１０ｋＡ／ｍとし、このときの保磁力Ｈｃ（Ａ／ｍ）を表２に示す。鉄損Ｗは、同じリング状の成形体を、交流磁気測定機（テスラ製ＢＨアナライザＢＨ４９００−１０３型）で測定した。測定は、５５０℃で歪取り熱処理した成形体に対して、周波数４００Ｈｚ、磁場１Ｔという励磁条件で実施した。鉄損Ｗ（Ｗ／ｋｇ）の測定値も、表２に示す。
【０１１６】
図６は、保磁力Ｈｃの平均酸化物数密度ＮＯ依存性を示すグラフである。表２から、図６に示すような、保磁力Ｈｃと平均酸化物数密度ＮＯの関係が得られた。平均酸化物数密度ＮＯは、対数表示である。ここで、保磁力Ｈｃは、５５０℃で歪取り熱処理したリング状の圧粉磁性体の値である。Ｎｏ．１とＮｏ．４において、より高温の６００℃で歪取り熱処理した圧粉磁性体では、再結晶化がより進んで歪取り効果が上がり、５５０℃よりも低い保磁力Ｈｃの値を得た。
【０１１７】
図６で、保磁力Ｈｃの値は、水素還元熱処理に関わらず、平均酸化物数密度ＮＯの減少と共に、大きなばらつきもなく減少する。つまり、Ｈｃ−ＮＯ関係は、より放物線的な依存関係を示し、調査した試料は、ほとんどこの依存性に沿う。図５のＨｃ−Ｏ関係に見られる温度間のばらつきは、Ｈｃ−ＮＯ関係では起こらない。これは、分散する酸化物が磁壁の移動を阻害して、マクロな磁気特性の保磁力Ｈｃを発現させていることを証明し、平均酸化物数密度ＮＯが直接的な変数となっていることを示す。
【０１１８】
また、図６の保磁力Ｈｃの平均酸化物数密度ＮＯ依存性を示す曲線から、平均酸化物数密度ＮＯが０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上、４ｘ１０９／ｃｍ２以下の範囲では、保磁力Ｈｃが電磁鋼板磁心相当の２１０Ａ／ｍ以下を確保できることがわかる。また、保磁力Ｈｃは、１４０Ａ／ｍまで低減できることを期待させる。
【０１１９】
実施例２の結果を含めて纏めると、Ｏ濃度を０．０１質量％以上、０．０４質量％以下にすることを条件として、磁壁移動のピニング点である酸化物粒子の数密度ＮＯは、面密度として０．１ｘ１０９／ｃｍ２以上、４ｘ１０９／ｃｍ２以下の範囲を確保でき、保磁力Ｈｃは、２１０Ａ／ｍ以下を達成でき、１４０Ａ／ｍ近くまで低減することができる。
【０１２０】
水アトマイズＦｅ粉末において、保磁力Ｈｃの低減には、磁壁のピニングサイトである酸化物の数を減らすことが最重要である。更なる低減方法としては、粉末粒子の粗粒化を最適化すること、及び圧縮成形で導入される歪（導入される転位等の格子欠陥）をより高温の熱処理で低減することが必要である。粉末粒子の粗粒化の最適化では、１００〜３００μｍの範囲で、２００μｍに中心を持つ粒子分布が最適と考える。圧縮成形で導入される歪の熱処理では、以下の現象を把握すべきである。例えば、８９０℃の水素還元熱処理時に成長した結晶粒は、圧粉成形の強加工で塑性変形し、導入された多量の格子欠陥を含み、その後の熱処理によってこれらの欠陥の回復と再結晶化進行で、元の素粉末内の結晶は新しい結晶組織に置き換わる。格子欠陥の密度を減らし、再結晶組織をより発達させることで、保磁力Ｈｃをさらに低減することができる。表２に示すように、本実施例の６００℃での熱処理は、これを実証している。
【０１２１】
鉄損Ｗは、保磁力Ｈｃに概ね比例するヒステリシス損と、特に絶縁被覆の特性に依存する渦電流損との和であり、保磁力Ｈｃの低下に合わせて低下する傾向を持つ。平均酸化物数密度ＮＯを４ｘ１０９／ｃｍ２以下にすることによって、表２に示すように、周波数４００Ｈｚ、磁場１Ｔの励磁条件で、鉄損Ｗを４０Ｗ／ｋｇ以下にすることができる。
【０１２２】
渦電流損失がより支配的となる周波数４００Ｈｚ以上の高周波領域においても、本実施例で示した平均酸化物数密度ＮＯを４ｘ１０９／ｃｍ２以下とするＦｅ粉末を使用することで、ヒシテリス損失を本質的に低減し、結果的に鉄損Ｗの低減に寄与することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明によるＦｅ粉末、圧粉磁性体及びこれらの製造方法は、電磁部品一般、例えばモータコア、電磁弁、またはリアクトル等に利用される。
【符号の説明】
【０１２４】
１…圧粉、２…圧粉間の境界、３…大きな酸化物、４…微小酸化物、５…複合酸化物が集合した凝集体、６…複合酸化物、７…微細酸化物形態、８…複合酸化物またはＦｅ酸化物、９…酸化物の集合体、１０…不明瞭な境界、１１…薄明るいサイト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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