(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｎｉ：３５〜６０％、Ｓｉ：１．０〜４．５％およびＭｎ：０．１５％以下で且つＳｉ／Ｍｎ：２０超過を含み、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成よりなるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末であり、該粉末を樹脂に埋め込み、研磨したあと腐蝕して結晶粒界を露出させ、その状態を光学顕微鏡で１０００倍として写真撮影し、写真上で長さ３ｃｍの線を任意に引き、その線が結晶粒界を横切った数をｎとし、３０／ｎを結晶粒径ｄとし、このｄを２０回測定した平均値を
0004218111.tif 000011
とし、平均粒径Ｄ５０で徐した値
0004218111.tif 000012
が０．１０を超えることを特徴とする軟磁性圧粉材料用Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉末。
【請求項２】
質量％で、Ａｌ：５．５％以下を含む請求項１に記載の軟磁性圧粉材料用Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉末。
【請求項３】
水噴霧粉からなる請求項１又は２のいずれかに記載の軟磁性圧粉材料用Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉末。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の成分組成を有する合金粉末を得たのち８００℃以上で熱処理することを特徴とする軟磁性圧粉材料用Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉末の製造方法。
【請求項５】
熱処理での雰囲気を非酸化性ガス中とする請求項４に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、スイッチング電源用チョークコイルやノイズフィルターなどの圧粉磁芯の素材として使用され、あるいはまた、自動車エンジン点火装置のイグニッションコイルの圧粉磁芯の素材として使用され、その他各種軟磁性圧粉材料として使用されるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の軟磁性圧粉材料としては、Ｆｅ−Ｓｉ系合金粉末（Ｆｅ−３％Ｓｉ，Ｆｅ−６．５％Ｓｉ，Ｆｅ−９．５％Ｓｉ−５．５％Ａｌ（センダスト）など）や、Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉末（ＰＢパーマロイ，ＰＣパーマロイ，ＰＤパーマロイなど）が知られている。
【０００３】
そして、このような軟磁性材料を製造するに際しては、それぞれの成分組成をもつ合金溶湯を溶製し、この合金溶湯を噴霧法や鋳造・粉砕法などによって粉末化し、ここで得た粉末を樹脂と混合したのち熱処理（焼鈍）して製品としていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このうち、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系合金のような延性に富んだ材料では、鋳造・粉砕法によって粉末を製造する場合にコスト高となることから、噴霧法によって製造するのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、噴霧法による場合、容器底部から流下する溶湯流への水やガスなどのアトマイズによる急冷凝固によって、結晶粒径が微細なものになることから、軟磁気特性が低下することになるという問題点があった。
【０００６】
一方、上記のごとき噴霧粉を焼鈍することによって、結晶粒径の粗大化が可能であり、軟磁気特性の改善、特に高透磁率化および低保磁力化が可能となる。
【０００７】
しかしながら、焼鈍に際して８００℃以上ないしは８５０℃以上まで加熱すると焼結・凝集が生じることからその後に解砕工程が必要となる問題点があった。
【０００８】
さらに、Ｍｎ化合物、特にＭｎ酸化物が結晶粒内または結晶粒界に析出すると、上記温度まで加熱したとしても結晶粒界のピン止めによって結晶粒の粗大化が抑制され、磁気特性の改善効果が低減するという問題点があった。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解消するためになされたものであって、高透磁率および低保磁力が得られることにより磁気特性がさらに改善されコアロスも少ないＦｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉末を低コストで提供し、このような軟磁性合金粉末で製造した磁芯においても従来のものに比べてさらに高性能であるものにできるようにすることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末は、請求項１に記載しているように、質量％（以下、単位に％と示す）で、Ｎｉ：３５〜６０％、Ｓｉ：１．０〜４．５％およびＭｎ：０．１５％以下で且つＳｉ／Ｍｎ：２０超過を含み、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成よりなるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末であり、該粉末を樹脂に埋め込み、研磨したあと腐蝕して結晶粒界を露出させ、その状態を光学顕微鏡で１０００倍として写真撮影し、写真上で長さ３ｃｍの線を任意に引き、その線が結晶粒界を横切った数をｎとし、３０／ｎを結晶粒径ｄとし、このｄを２０回測定した平均値を
0004218111.tif 000002
とし、平均粒径Ｄ５０で徐した値
0004218111.tif 000003
が０．１０を超えることを特徴としている。
【００１１】
そして、本発明に係わるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末の実施態様においては、請求項２に記載しているように、質量％で、Ａｌ：５．５％以下を含ものとすることができる。
【００１２】
同じく、本発明に係わるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末の実施態様においては、Ｍｏ：５．５％以下を含むものとすることができる。
【００１３】
同じく、本発明に係わるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末の実施態様においては、請求項３に記載しているように、水噴霧粉からなるものとすることができる。
【００１４】
本発明に係わるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末の製造方法は、請求項４に記載しているように、上記の成分組成を有する合金粉末を得たのち８００℃以上ないしは８００℃超過で熱処理するようにしたことを特徴としている。
【００１５】
同じく、本発明に係わるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末の製造方法の実施態様においては、請求項５に記載しているように、熱処理での雰囲気を非酸化性ガス中、とくに不活性ガス中とするようになすことができる。
【００１６】
【発明の作用】
本発明によるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末は、上述した成分組成を有するものであって、Ｆｅ−Ｎｉ系合金においてＳｉを１．０重量％以上添加することによって粉末の表面に化学的に安定であるＳｉ酸化膜が生成されることとなり、このＳｉ酸化膜によって粉末粒子間の焼結・凝集が遅れることとなり、８００℃以上ないしは８００℃超過あるいは８５０℃以上での焼鈍熱処理が行えるようになる。
【００１７】
また、上記Ｓｉの添加に加え、Ｍｎ量を低減することはＳｉ酸化物の優先的生成に寄与することとなるため、Ｍｎ化合物の析出が極力抑制されることとなるので、結晶粒界のピン止めが防止されることとなって、結晶粒が十分に成長することにより、磁気特性が大幅に改善されることとなる。
【００１８】
そしてまた、上記のように、８００℃以上ないしは８００℃超過あるいは８５０℃以上で熱処理することによって、粉末の微細結晶粒が良好に成長することとなり、磁気特性が大幅に改善されることとなる。
【００１９】
本発明によるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末は、上述した考えのもとになされたものであって、以下にその成分組成（重量％）の限定理由について説明する。
【００２０】
Ｎｉ：３５〜６０％
Ｎｉが３５％よりも少ない場合、および６０％よりも多い場合は、磁歪定数および磁気異方性が大きくなり、所望の高透磁率・低保磁力を得ることができなくなるので、３５〜６０％の範囲とするのが良い。
【００２１】
Ｓｉ：１．０〜４．５％
Ｓｉは８００℃以上、さらには８５０℃以上の熱処理においても、粉末製造時に化学的に安定なＳｉ酸化膜を粉末表面に生成させることができることから、粉末の高温熱処理に際してもその焼結・凝集を遅らせることを可能にする成分である。
【００２２】
そのため、粉末の焼結・凝集を生じさせないままに結晶粒を成長させることができるので、磁気特性は良好なものとなる。また、他の酸化物の粉末粒内における析出も低減できるため、析出粒子によるピン止め効果を抑制することが可能となる。
【００２３】
したがって、これらの作用を得るためには１．０％以上、好ましくは１．５％以上、さらに望ましくは２．０％以上とするのが良いが、Ｓｉの過剰添加は表面酸化膜を厚くしすぎることに加え、Ｓｉのマトリックスへの固溶による硬さの上昇によって成形性が劣化することとなるため４．５％以下、望ましくは４．０％以下、さらに望ましくは３．５％以下とするのが良い。
【００２４】
Ｍｎ：０．１５％以下で且つＳｉ／Ｍｎ：２０超過
Ｍｎ化合物が粉末中の結晶粒内や結晶粒界に析出すると、焼鈍熱処理による結晶粒成長を阻害することとなるので、０．１５％以下、望ましくは０．１０％以下とするのが良い。
【００２５】
また、Ｍｎ含有量が多少増加したとしてもその分Ｓｉ含有量を多くすることによってＭｎ化合物の析出を抑制することができるので、Ｓｉ／Ｍｎを２０超過とする。
【００２６】
Ａｌ：５．５％以下
Ａｌは絶縁体との密着性を向上する作用を有しているので必要に応じて添加するのも良いが、多すぎると酸化膜が厚くなって磁気特性が低下するため、添加するとしても５．５％以下とする。
【００２７】
Ｍｏ：５．５％以下
ＭｏはＦｅ−Ｎｉ系合金の磁気特性を改善し、高透磁率を安定して得るのに有用な成分であるので必要に応じて添加するのも良いが、多く添加しても上記の改善効果の向上代は小さいと共に飽和磁束密度を低下することとなるため、添加するとしても５．５％以下とする。
【００２８】
本発明によるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末の製造方法では、上記成分組成の合金粉末を鋳造・粉砕法や噴霧法によって得たのち、当該合金粉末に対し８００℃以上で熱処理するようにしているが、Ｆｅ−Ｎｉ系合金は延性に富んだ材料であるため鋳造・粉砕法により製造するのはコスト高となるきらいがあることから、水噴霧法やガス噴霧法によって粉末を製造することが望ましい。
【００２９】
そして、Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉末はＦｅ−Ｓｉ系合金粉末に比べて原料費が高価であるため、ガスを噴霧媒体とするガス噴霧法よりも水を噴霧媒体とする水噴霧法の方が製造コストの低減が可能である。
【００３０】
さらに、水噴霧法の方が、粉末表面でＳｉを優先的に酸化させることができるため、焼鈍熱処理時における粉末の焼結・凝集効果を遅らせることができる。
【００３１】
そして、上記の焼鈍熱処理に際しては、雰囲気を非酸化性ガス雰囲気、より望ましくは不活性ガス雰囲気とするのが良い。
【００３２】
一般に、Ｆｅ−Ｎｉ系組成を有する溶製材および焼結体では水素（Ｈ2）ガス雰囲気中で焼鈍して水素還元することによって、素材中の酸素含有量を低減するようになすことが多い。
【００３３】
しかし、結晶粒を粗大化することを目的として粉末状のＦｅ−Ｎｉ系合金を高温で焼鈍処理する場合には、適宜厚さの表面酸化膜の存在が重要であり、還元性のあるガスを雰囲気とするのは望ましくない。また、酸素レベルの高い雰囲気での高温焼鈍は粒界酸化をきたすこととなるため磁気特性は劣化するおそれがある。したがって、焼鈍熱処理に際しては不活性ガス雰囲気とするのが最も望ましい。
【００３４】
このようにして得られたＦｅ−Ｎｉ系合金において、その結晶粒径は後述する実施例において説明している結晶粒径の値
0004218111.tif 000004
で０．１０を超えるものとすることがより望ましい。
【００３５】
すなわち、粉末の粒径が小さいものは冷却速度が大きいことから結晶粒径が微細化する傾向となるため、結晶粒径におよぼす粉末粒径の影響をなくすためである。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限定されないことはいうまでもない。
【００３７】
（実施例１）表１のＮｏ．１〜６に示す化学成分組成のＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯を溶製したのち、溶湯容器の底部から溶湯を流下させると共に溶湯流の側方から水を吹き付けることにより水アトマイズ粉末を得た。
【００３８】
次いで、ここで得たＦｅ−Ｎｉ系合金粉末をアルゴン雰囲気中８００℃および８５０℃で焼鈍した。
【００３９】
（特性評価）
（ｉ）結晶粒径８００℃で焼鈍した粉末を樹脂に埋め込み、研磨したあと腐蝕して結晶粒界を露出させ、その状態を光学顕微鏡で１０００倍として写真撮影し、写真上で長さ３ｃｍ（すなわち、実際の長さは３０μｍ）の線を任意に引き、その線が結晶粒界を横切った数をｎとし、３０／ｎ（μｍ）を結晶粒径ｄとし、このｄを２０回測定した平均値を
0004218111.tif 000005
とし、平均粒径Ｄ５０で徐した値を便宜上結晶粒径の値
0004218111.tif 000006
として評価した。これは、粉末粒径が小さいものは、冷却速度が大きいことから粉末粒径が微細化しやすいため、結晶粒径におよぼす粉末粒径の影響をなくすためである。
【００４０】
（ｉｉ）磁気特性磁気特性のうち、保磁力の測定に際しては簡易保磁力計を用い、最大印加磁界をＨｍａｘ＝２０００（Ｏｅ）として測定した。
【００４１】
また、透磁率およびコアロス（交流）の測定に際しては、合金粉末に１重量％のシリコーン樹脂を添加したのち７ｔｏｎｆ／ｃｍ2の加圧力でプレス成形し、次で７００℃で１時間の歪取り焼鈍を実施したあと、１００ｋＨｚでＢ＝３００（Ｇ）のときの透磁率およびコアロスで評価した。
【００４２】
これらの結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
0004218111.tif 000007
【００４５】
これに対して、Ｓｉ含有量が少ないＮｏ．１のＦｅ−Ｎｉ系合金粉末では８５０℃の高温焼鈍において焼結・凝集を生じ、磁気特性が良くないと共にコアロスが大きいものとなっており、また、Ｓｉ／Ｍｎの値が低いＮｏ．５のＦｅ−Ｎｉ系合金粉末では結晶粒径が小さく、磁気特性もあまり良くないものとなっており、Ｍｎ含有量の多いＮｏ．６のＦｅ−Ｎｉ系合金粉末においても結晶粒径が小さく、磁気特性もあまり良くないものとなっていた。
【００４６】
（参考例）表２のＮｏ．７〜１２に示す化学成分組成のＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯を溶製したのち、溶湯容器の底部から溶湯を流下させると共に溶湯流の側方から水を吹き付けることにより水アトマイズ粉末を得た。
【００４７】
次いで、ここで得たＦｅ−Ｎｉ系合金粉末をアルゴン雰囲気中８００℃および８５０℃で焼鈍した。
【００４８】
そして、実施例１に示したと同様にして結晶粒径および磁気特性を測定することにより特性評価を行った。
【００４９】
これらの結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
0004218111.tif 000008
【００５１】
表２に示すように、本発明を満足するＮｏ．８，９，１０のＦｅ−Ｎｉ系合金粉末では、結晶粒径が粗大化し、保磁力が低く透磁率が高いと共に、コアロスが少ないものとなっており、磁気特性がより一層改善されたものとなっていた。
【００５２】
これに対して、Ｓｉ含有量が少ないＮｏ．７のＦｅ−Ｎｉ系合金粉末では８５０℃の高温焼鈍において焼結・凝集を生じ、磁気特性が良くないと共にコアロスが大きいものとなっており、また、Ｓｉ／Ｍｎの値が低いＮｏ．１１のＦｅ−Ｎｉ系合金粉末では結晶粒径が小さく、磁気特性もあまり良くないものとなっており、Ｍｎ含有量の多いＮｏ．６のＦｅ−Ｎｉ系合金粉末においても結晶粒径が小さく、磁気特性もあまり良くないものとなっていた。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末では、請求項１に記載しているように、重量％で、Ｎｉ：３５〜６０％、Ｓｉ：１．０〜４．５％およびＭｎ：０．１５％以下で且つＳｉ／Ｍｎ：２０超過を含み、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成よりなるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末であり、該粉末を樹脂に埋め込み、研磨したあと腐蝕して結晶粒界を露出させ、その状態を光学顕微鏡で１０００倍として写真撮影し、写真上で長さ３ｃｍの線を任意に引き、その線が結晶粒界を横切った数をｎとし、３０／ｎを結晶粒径ｄとし、このｄを２０回測定した平均値を
0004218111.tif 000009
とし、平均粒径Ｄ５０で徐した値
0004218111.tif 000010
が０．１０を超えることを特徴とする軟磁性圧粉材料用Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉末としたから、磁気特性がより一層改善されコアロスも少ないＦｅ−Ｎｉ系合金粉末を提供することが可能であり、このようなＦｅ−Ｎｉ系合金粉末を使用した磁芯のより一層の高性能化を実現することができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００５４】
そして、Ｎｉ：３５〜６０％であるものとすることによって、ＰＢパーマロイ系やＰＤパーマロイ系などのＦｅ−Ｎｉ系合金粉末において磁気特性がより一層改善されたものとすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００５５】
さらにまた、粉末粒径の影響を少なくして結晶粒径の粗大化をはかったＦｅ−Ｎｉ系合金粉末とすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００５６】
さらにまた、請求項２に記載しているように、Ａｌ：５．５％以下を含むものとなすことによって、絶縁体との密着性をより向上させたＦｅ−Ｎｉ系合金粉末とすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００５７】
さらにまた、請求項３に記載しているように、水噴霧粉からなるものとすることによって、粉末表面でのＳｉを優先的に酸化させることが可能となって結晶粒の粗大化が促進されたＦｅ−Ｎｉ系合金粉末とすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００５８】
また、本発明によるＦｅ−Ｎｉ系合金粉末の製造方法では、請求項４に記載しているように、請求項１ないし３のいずれかに記載の成分組成を有する合金粉末を得たのち８００℃以上ないしは８００℃超過で熱処理するようにしたから、結晶粒が粗大化され、磁気特性がより一層改善されている共にコアロスも少ないＦｅ−Ｎｉ系合金粉末を製造することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００６０】
そしてまた、請求項５に記載しているように、熱処理での雰囲気を非酸化性ガス中、とくに不活性ガス中とすることによって、結晶粒の粗大化を良好にして磁気特性の優れたＦｅ−Ｎｉ系合金粉末を製造することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。