JPH0440420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明はFe−Co−Ｖ系焼結合金を製造する軟
磁性焼結合金の製造方法に関する。 ［従来の技術］ Fe−Co−Ｖ系合金において、重量％で49Fe−
49Co−2V合金は、軟磁性合金のなかで最も高い
磁束密度と、高い電気抵抗を有しているため、ヨ
ークアーマチヤ等の磁気回路部品として重要な役
割を果している。また、Fe−Co−10V合金は、
半硬質材として磁気回路用部品に使用されてい
る。 ところが、この49Fe―49Co−2V合金は、加工
性に乏しく、冷間圧延及び打抜き加工は可能であ
るが絞り加工等の曲げ加工を施すことができな
い。 よって工業的には、比較的単純な形状の部品し
か生産することができない。ごく一部には切削に
より複雑形状の部品を製造することもあるが、部
品重量の割に加工費が高くなり工業的に生産する
ことは困難である。 一方、複雑形状の金属部品を工業的に生産する
方法として粉末冶金技術がある。しかし、従来の
粉末冶金技術では上下のパンチで圧縮成形するこ
とにより、成形体を作るため製造可能な製品形状
には、複雑さの点で限界がある。 この欠点を解決する方法として、プラスチツク
の成形技術と粉末冶金の技術を総合した金属粉末
の射出成形法が近年注目を集めている。この射出
成形法を用いて焼結合金を作製する場合、重要と
なる技術が、金属粉末の粒子形状、粒径分布及び
バインダーの選択である。金属粉末は成形に必要
な流動性を得るために比表面積が小さいこと、つ
まりは、なめらかな表面形状を有していることが
要求される。かつ、従来の粉末冶金技術で作られ
る成形体に比べバインダーの含有量が重量％で約
10％も多く含まれているため、高い焼結密度を得
るには平均粒径で約10μｍ程度の微細粉末が必要
となる。これらの射出成形に適する金属粉末の粒
子形状及び粒径分布を有する粉末は工業的には水
アトマイズ法又はガスアトマイズ法によつて製造
される。 ［発明が解決しようとする課題］ しかし、Fe−Co−Ｖ系合金粉末を、従来の水
アトマイズ法又はガスアトマイズ法により製造す
る場合Ｖの含有によつて溶湯の粘性が増大し、又
Ｖは酸化性が強い性質を有すること等が相よって
溶湯噴射が安定せず、そのため平均粒径10μｍ程
度の微粉末の回収率が悪くかつ安定しないと言う
困難がある。 また、溶湯噴射の不安定性のため、得られた微
粉末中のＶ含有量が一定しないと言う問題があ
る。 そこで、本発明の技術的課題は、上記欠点に鑑
み、Fe−Co−Ｖ系焼結合金を安定した成形性と
安定した組成の焼結合金として、射出成形又は押
出し成形する製造方法を提供することである。 ［課題を解決するための手段］ 重量％で、0.5％以上かつ15％以下のバナジウ
ムＶを含むFe−Co−Ｖ系原料粉末と、熱可塑性
樹脂とを混合・混練し、射出成形又は押出し成形
し、得られた成形体を、脱脂・焼結して焼結体を
製造する軟磁性焼結合金の製造方法において、 前記Fe−Co−Ｖ系原料粉末は、鉄−コバルト
合金粉末と鉄−バナジウム合金粉末との混合粉末
を含むことを特徴とする軟磁性焼結合金の製造方
法が得られる。 即ち、本発明は、重量％で、0.5％以上かつ15
％以下のＶを含む鉄−コバルト−バナジウム系焼
結合金の製造方法において、金属粉末と熱可塑性
樹脂を混合・混練し射出成形又は押出し成形する
ことで成形体を作製し、次いでこの成形体を脱
脂、焼結することにより鉄−コバルト−バナジウ
ム系焼結合金を製造する方法において金属粉末と
して、最大粒径で44μｍ（325メツシユ）、平均粒
径で５〜15μｍの粒径分布を有するFe−Co系粉末
とFe−Ｖ系粉末を混合した混合粉末を用いるこ
とを特徴とする鉄−コバルト−バナジウム系焼結
合金の製造方法である。 本発明者らは、後加工なしに寸法精度の良い焼
結部品を製造することのできる射出成形又は押出
し成形を用いて、鉄−コバルト−バナジウム系焼
結部品を得る方法について鋭意検討を重ねた結
果、金属粉末として、鉄−コバルト合金粉末と鉄
−バナジウム合金粉末とを混合した粉末を用いる
ことにより安定して成形性が可能であり、かつ、
それから得られる焼結体の組成及び特性が安定す
ることを見い出した。以下に、特許請求の範囲の
限定理由を述べる。 先ず、粉末冶金法により鉄−コバルト−バナジ
ウム系焼結合金を得るには、原料粉末として所望
の組成に調整された合金粉末を用いることが最も
好ましい。 しかしながら、本発明の目的とする射出成形又
は押出し成形プロセスを経て成形体を作製する場
合、合金粉末と熱可塑性樹脂の混練物が充分な流
動性を持たなくてはならずこの目的のためには、
鉄−コバルト−バナジウム合金の塊を機械粉砕し
て得られる粉末を用いることは困難である。つま
り、原料粉末としては水アトマイズ法又はガスア
トマイズ法によつて作られたなめらかな表面形状
を有する粉末が最も好ましい。水アトマイズ法又
はガスアトマイズ法により鉄−コバルト−バナジ
ウム合金粉末を作製した場合、バナジウムの含有
により溶噴の流動性が顕著に低下し、所望の粒径
の粉末の歩留が低下し、また、バナジウムの含有
量も安定しないため、水アトマイズ法又はガスア
トマイズ法により鉄−コバルト−バナジウム合金
粉末を工業的に安定して得ることは実質的に不可
能である。 一方、鉄−コバルト合金粉末は容易に水アトマ
イズ法又はガスアトマイズ法による微粉化が可能
であるため、原料粉末として工業的に使用するこ
とが可能である。つまり、水アトマイズ法又はガ
スアトマイズ法によつて作られた鉄−コバルト粉
末に所望のバナジウムを含有させるため機械粉砕
等によつて作られる鉄−バナジウム合金粉末を混
合することにより、安価でかつ成形可能な原料粉
末を得ることができる。 又、原料粉末として、鉄粉、コバルト粉、鉄−
バナジウム粉末の混合粉末も考えられるが鉄とコ
バルトはその原子拡散係数の違いから工業的に使
用可能な粒度の粉末を用いて焼結による均一固容
体を得ることが出来ないため、実質的に使用不可
能である。しかしバナジウムはコバルトと同等の
原子拡散係数をもつため、鉄−バナジウム合金粉
末の形で混合しても均一固容対とすることができ
るため、本発明を成すに至った。 次に、粉末の粒径について射出成形又は押出し
成形において成形の原料は金属粉末に熱可塑性樹
脂を混合した混練物である。この混練物の可塑化
状態での流動性が成形性を決定する。混練物の流
動性を決める要因は金属粉末の形状、粒径、粒径
分布及び樹脂の成分である。 熱可塑性樹脂の成分によつて混練物の流動性が
決定されると言って良いが、成形時の熱的安定
性、脱脂時の分解揮散性及びリサイクル可能であ
ること等の諸要求が満たされなければならず、実
質的な成分は極めて限られた範囲の成分となって
いる。よつてどのような性状の金属粉末をもって
来ても焼結体が製造できるとは限らず最終的には
金属粉末の性状を限定しなくてはならない。以下
の限定理由はその様な状況で要求されるものであ
る。 粉末性状のなかで混練物の流動性及び焼結性に
影響を与える要因は粒子の形状、平均粒径、粒径
分布、比表面積等があげられる。ここで粒子の形
状は比表面積をもつて代表させることが可能であ
る。一般に熱可塑性樹脂の配合量は、体積百分率
で40〜50％である。よつて、通常のプレス成形で
作製される成形体に比べ金属粉末の充てん率は10
％以上低くなつている。よつて、焼結密度を充分
高くするには、通常粉末冶金で用いられる粉末よ
り粒径を小さくする必要がある。 しかし、粒径が小さくなるに従い、混練物の流
動性は低下する。よつて充分な焼結性と、混練性
を兼ねそなえた粉末の性状が平均粒径で５〜15μ
ｍ最大粒径が4μｍ以下の範囲内になくてはなら
ない。平均粒径が5μｍ以下の場合、焼結密度は
向上するが、混練物が充分な流動性を示さず精度
の良い成形体が得られない。又、平均粒径が15μ
ｍを越えると混練物が充分な流動性を示すが、焼
結体の焼結密度が85％以下となり良好な特性が得
られなくなるので平均粒径は15μｍ以下としなけ
ればならない。又、最大粒径が44μｍを超えると
未焼結粒子として残存し、均一な焼結体組織が得
られないので、最大粒径は44μｍ以下としなけれ
ばならない。 ［実施例］ 次に、本発明に係る実施例を説明する。 第１実施例 最大粒径31μｍの重量％で50％Fe−50％Coの水
アトマイズ粉末と機械粉砕によつて作られた17.3
％Fe−82.7％Ｖと49％Fe−51％Ｖの合金粉末と
を第１表に示す粒径の粉末同士を混合して原料粉
末として、第２表に示すバインダーを9wt％配合
し混合混練し射出成形により内径φ20mm、外径φ
mm厚み５mmのリング状の試料を作製した。

【表】

【表】 混練は130℃で20分間、加圧ニーダーを用いた。
射出成形は、温度190℃、ゲージ圧力100Kg／cm²の
条件で行なった。この成形体をアルミナセッター
上に置き内容積216の脱脂炉に入れArガス５
／minを流した状態で、室温から毎時10℃の昇
温速度で600℃まで昇温加熱し、２時間保持した
後、室温まで冷却して脱脂体を得た。 次に、この脱脂体を水素炉中に投入し、室温か
ら毎時200℃の昇温速度で1200℃まで昇温し５時
間保持した後、室温まで炉冷し焼結体を得た。 第３表に得られた焼結体の焼結密度、残存Fe
−Ｖ粒子の有無結晶粒内及び残存粒子内のＸ線マ
イクロアナライザーによる成分分析の結果を示
す。

【表】

【表】 表から最大粒径で44μｍ以下平均粒径で５〜
15μｍの原料粉末を用いることによつて焼結密度
が相対比で90％以上で、残存粒子がなく、結晶粒
内にバナジウムが重量％で1.7〜2.0％拡散した
49Fe−49Co−2V（通称パーメンジユーム）焼結
体が得られたことが分かる。残存粒子のなかった
試料について、その磁気特性を評価したところ第
４表に示す特性を得た。特に、バナジウムが結晶
粒内に固溶した結果として電気抵抗率が48〜
50μΩcmを示し、鉄−コバルト合金の約10倍の高
電気抵抗を示している。

【表】 以上の結果から射出成形プロセスを用いて安定
した特性、組成の鉄−コバルト−バナジウム焼結
合金の製造が所要の粉末性状を有する鉄−コバル
ト粉末と鉄−バナジウム粉末の混合粉末を用いて
可能であることが示された。 第２実施例 平均粒径10.8μｍ、最大粒径31μｍ、重量％で50
％Co−50％Feの水アトマイズ粉末に平均粒径
9.7μｍ、最大粒径37μｍの機械粉砕された49Fe−
51V粉末を3.9％混合し原料粉末とした。この原
料粉末100重量部にエチレン酢酸ビニル共重合体
5.5重量部、高密度ポリエチレン2.7重量部、ジオ
クチルフタレート1.6重量部を混合、混練し押出
し成形用原料とした。 ついで、130℃に加熱したシリンダー内に原料
を投入し押出し速さ１ｍ／minの一定速度で厚み
２mm、幅50mmの板状成形体を押出し成形した。こ
の成形体を実施例１で用いた脱脂炉に投入し、
Arガス５／minを流した状態で室温から毎時
10℃の昇温速度で600℃まで加熱昇温しその後室
温まで冷却し、脱脂体を得た。 次に、この脱脂体を水素炉中に投入し、室温か
ら毎時200℃の昇温速度で1200℃まで昇温し５時
間保持した後室温まで炉冷し、焼結体を得た。 焼結体中には、未焼結の鉄−バナジウム粒子は
見られなかつた。焼結密度7.70ｇ／c.c.、結晶粒内
のバナジウム量は1.82重量％であった。板状焼結
体から、レーザー加工でφ20×φ30×t1.6のリング
を切り出し、830℃で２時間、水素焼鈍した。こ
れの磁気特性はB₁₀₀＝21.0KG，H_C35＝1.65Oeで
あった。 第３実施例 重量％で50％Fe−50％Coの最大粒径37μｍ、平
均粒径12.1μｍのガスアトマイズ法で作られた合
金粉末に、機械粉砕された最大粒径37μｍ、平均
粒径9.7μｍの49％Fe−51％Ｖ合金粉末を重量％で
3.9％混合した粉末と、上記Fe−Co粉末に平均粒
径10.1μｍ、最大粒径37μｍのＶ粉末２％を混合し
た２種の混合粉を作った。これらを原料として第
２表に示す成分のバインダーを重量％で９％配合
し、混合混練し、射出成形により内径φ20mm、外
径φ30mm、厚み５mmのリング状試料を作製した。
混練は130℃で20分間、加圧ニーダーで行なった。
射出成形は温度190℃、ゲージ圧力100Kg／cm²の条
件で行なった。この成形体をアルミナセツター上
に置き、内容積216の脱脂炉に入れ、Arガスを
５／min流した状態で、室温から毎時10℃の昇
音速度で600℃まで昇音加熱し２時間保持した後
室温まで冷却して脱脂体を得た。次いで、この脱
脂体を水素炉中に投入し、室温から毎時200℃の
昇音速度で1200℃まで昇音し５時間保持した後、
室温まで炉冷し焼結体を得た。 第５表に得られた焼結体の特性を、第６表に組
成分析値を示す。

【表】

【表】 Fe−Co粉末にFe−Ｖ粉末を混合した試料で
は、残存するFe−Ｖ粒子は見られず、電気抵抗
率が49.5μΩcmであり、Ｖは結晶粒内に均一に固
溶している。一方、Ｖ粉末を混合した試料では残
存するＶ粒子が見られ、結晶粒内に0.3％程度し
か拡散していない。よつてFe−Ｖ粉末の形で添
加した方が良いことが分る。 第４実施例 平均粒径10.8μｍ、最大粒径31μｍ、重量％で50
％Fe−50％Coの水アトマイズ粉末に平均粒径
9.7μｍ、最大粒径37μｍの機械粉砕された49％Fe
−51％Ｖ粉末を3.9％、平均粒径5.5μｍのカルボ
ニルFe粉を５％、平均粒径6.4％の水アトマイズ
Co粉末を５％混合し、原料粉末とした。第２表
に示すバインダーを９重量％配合し混合混練し射
出成型により内径φ20mm、外径φ30mm、厚み５mm
のリング状の試料を作製した。混練方法及び脱
脂・焼結方法は第１実施例と同一条件である。そ
の結果得られた焼結体中には、未焼結のFe−Ｖ
粒子、Fe粒子、Co粒子は見られなかった。焼結
密度は7.58ｇ／c.c.、結晶粒内のバナジウム量は
1.76重量％であった。又、磁気特性はB₁₀₀＝
20.2KG、H_C35＝1.730eであった。以上の結果か
ら、成分調整のために純Fe粉末、又は純Co粉末
を混合しても、同様の組成及び特性を有する焼結
体の得られることがわかる。 第７表に得られた焼結体の特性を示す。第８表
に結晶粒内の分析値を示す。

【表】

【表】 Ｖは結晶粒内に均一に固溶し、約３％及び約４
％Ｖの焼結体が得られた。バナジウム量の増加に
ともない高電気抵抗率で良好な磁気特性の焼結体
が得られた。 尚、第１表は原料粉末の性状と配合比率を示
す。 第２表は、射出成形に用いたバインダーの組成
を示す。 第３表は、射出成形体から得られた焼結体のＸ
線マイクロアナライザーによる微小分析結果を示
す。 第４表は焼結体の磁気特性及び電気抵抗率を示
す。ここでB₁₀₀は100Oeの磁場を印加したときの
磁束密度、H_C35350e、印加したときに測定され
る保磁力を示す。 第５表は焼結体の磁気特性及び電気抵抗率を示
す。 第６表は焼結体のＸ線マイクロアナライザーに
よる微小分析結果を示す。 第７表は焼結体の磁気特性及び電気抵抗率を示
す。 第８表は焼結体Ｘ線マイクロアナライザーによ
る微小分析結果を示す。 ［発明の効果］ 以上述べた様に本発明によれば、鉄−コバルト
水アトマイズ粉末又はガスアトマイズ粉末と鉄−
バナジウム粉末を所望の性状として混合した粉末
を原料として用いることにより安定した成形性が
得られ、かつ、焼結合金も安定した特性、組成の
得られることがわかつた。よつて工業的に容易に
製造可能な原料粉末を用いて精度が良く、良好な
磁気特性を有する鉄−コバルト−バナジウム焼結
合金を製造する方法として極めて有益である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、0.5％以上かつ15％以下のバナジ
   ウムＶを含むFe−Co−Ｖ系原料粉末と、熱可塑
   性樹脂とを混合・混練し、射出成形又は押出し成
   形し、得られた成形体を、脱脂・焼結して焼結体
   を製造する軟磁性焼結合金の製造方法において、 前記Fe−Co−Ｖ系原料粉末は、鉄−コバルト
   合金粉末と鉄−バナジウム合金粉末との混合粉末
   を含むことを特徴とする軟磁性焼結合金の製造方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の軟磁性焼結合金
   の製造方法において、前記Fe−Co−Ｖ系原料粉
   末は、鉄−コバルト合金粉末と鉄−バナジウム合
   金粉末との混合粉末に、鉄粉、コバルト粉末の１
   種又は２種を混合した粉末を含むことを特徴とす
   る軟磁性焼結合金の製造方法。