JP7831009B2 - (Fe)-nickel (Ni) alloy powder, compacted powder or sheet containing the alloy powder, and inductors, reactors, choke coils, noise filters, transformers, rotating machines, generators, or radio wave absorbers equipped with the compacted powder or sheet. - Google Patents
(Fe)-nickel (Ni) alloy powder, compacted powder or sheet containing the alloy powder, and inductors, reactors, choke coils, noise filters, transformers, rotating machines, generators, or radio wave absorbers equipped with the compacted powder or sheet.Info
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Description
本発明は、(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉、前記合金粉を含む圧粉体又はシート、並びに前記圧粉体又はシートを備えたインダクタ、リアクトル、チョークコイル、ノイズフィルタ、トランス、回転機、発電機、又は電波吸収体に関する。 This invention relates to (Fe)-nickel (Ni) alloy powder, compacted powder or sheet containing the alloy powder, and inductors, reactors, choke coils, noise filters, transformers, rotating machines, generators, or radio wave absorbers equipped with the compacted powder or sheet.
パーマロイとして知られる鉄-ニッケル系合金は、高い透磁率を有する軟磁性材料であり、チョークコイルやインダクタなどの磁性部品の磁芯に用いられる。特に鉄-ニッケル系合金粉は、これを圧縮成形して得られる磁芯用圧粉コア(圧粉磁芯)の材料として利用されている。 Permalloy, an iron-nickel alloy, is a soft magnetic material with high magnetic permeability and is used as the magnetic core of magnetic components such as choke coils and inductors. In particular, iron-nickel alloy powder is used as a material for compacted cores (compressed magnetic cores) obtained by compression molding.
パーマロイには、78パーマロイ(パーマロイA)や45パーマロイといった種々のものが知られており、その磁気特性や用途に応じて、使い分けられている。78パーマロイは、ニッケル含有量が約78.5質量%の鉄-ニッケル合金であり、透磁率が高いという特徴がある。45パーマロイは、ニッケル含有量が45質量%の鉄-ニッケル合金であり、透磁率がやや低いものの、飽和磁束密度が高いという特徴がある。 Various types of permalloy are known, such as 78 permalloy (Permalloy A) and 45 permalloy, and they are used differently depending on their magnetic properties and applications. 78 permalloy is an iron-nickel alloy with a nickel content of approximately 78.5% by mass and is characterized by its high magnetic permeability. 45 permalloy is an iron-nickel alloy with a nickel content of 45% by mass and, while having slightly lower magnetic permeability, is characterized by its high saturation magnetic flux density.
近年、ノートパソコンやスマートフォンなどのモバイル機器の小型化・高性能化が急速に進んでいる。また、これに伴い、インダクタなどの磁性部品には、磁気特性向上に加えて高周波化への対応が求められている。そしてそのためには、圧粉コアの材料には、磁束密度が高いとともに、損失の低減が求めれている。損失には、主としてヒステリシス損失と渦電流損失がある。ヒステリシス損失を抑えるためには、合金粉の保磁力を低くすることが有効である。一方で渦電流損失を抑えるためには、合金粉の粒子表面に薄い絶縁コーティングを施し、それにより粒子間の渦電流を低減することや、合金粉を微細にするとともに、粒度分布を小さくすることが有効である。粗大な粒子が存在すると、その中で渦電流が流れやすくなりジュール熱による損失が発生するからである。 In recent years, mobile devices such as laptops and smartphones have become increasingly miniaturized and high-performance. Consequently, magnetic components such as inductors require not only improved magnetic properties but also the ability to handle higher frequencies. To achieve this, the material used for compacted powder cores needs to have both high magnetic flux density and reduced losses. These losses primarily consist of hysteresis loss and eddy current loss. To suppress hysteresis loss, lowering the coercivity of the alloy powder is effective. On the other hand, to suppress eddy current loss, applying a thin insulating coating to the particle surface of the alloy powder to reduce interparticle eddy currents, and making the alloy powder finer while also reducing the particle size distribution are effective. This is because the presence of coarse particles facilitates eddy current flow, leading to losses due to Joule heating.
微細な合金粉を作製する手法として、アトマイズ法、気相還元法及び乾式還元法などの乾式法が従来から知られている。アトマイズ法は、金属溶湯に水又はガスを吹き付けて、溶湯を急冷凝固させる手法である。気相還元法は、気相状態の金属ハロゲン化物を水素還元する手法である。乾式還元法は、還元剤を用いて金属酸化物を還元する手法である。 Conventional methods for producing fine alloy powders include atomization, gas-phase reduction, and dry reduction. Atomization involves rapidly cooling and solidifying molten metal by blowing water or gas onto it. Gas-phase reduction involves hydrogen reduction of metal halides in a gaseous state. Dry reduction involves reducing metal oxides using a reducing agent.
例えば特許文献1には、ノイズフィルタ、チョークコイル、インダクタなどの素材として用いるNi-Fe系合金粉末に関して、気相還元法により製造する旨が記載されている(特許文献1の[0001]及び[0014])。また特許文献1には、NiCl2とFeCl3の混合物を加熱し、蒸気化した塩化物と水素ガスとを接触させて還元反応を起こさせて、Ni-Fe合金の微粉末を作製する旨が開示されている(特許文献1の[0016])。また特許文献2には、チョークコイルやインダクタ等の電子部品の材料として用いられるFe-Ni系合金粉末に関して、FeとNiの酸化物を還元性ガス中で還元して作製する旨が記載されている(特許文献2の請求項1)。 For example, Patent Document 1 describes a Ni-Fe alloy powder used as a material for noise filters, choke coils, inductors, etc., which is manufactured by a vapor-phase reduction method (Patent Document 1, [0001] and [0014]). Patent Document 1 also discloses a method for producing fine Ni-Fe alloy powder by heating a mixture of NiCl2 and FeCl3 , and bringing the vaporized chloride into contact with hydrogen gas to cause a reduction reaction (Patent Document 1, [0016]). Patent Document 2 also describes a method for producing Fe-Ni alloy powder used as a material for electronic components such as choke coils and inductors, which is manufactured by reducing Fe and Ni oxides in a reducing gas (Patent Document 2, Claim 1).
一方で、湿式法を用いて、より微細な合金粉を作製することが提案されている。例えば、特許文献3には、ニッケル塩と鉄塩を含む水溶液に、ヒドラジンなどの還元剤を添加して、水溶液に含まれるニッケルイオンおよび鉄イオンを同時に還元することにより、ニッケル-鉄合金ナノ粒子を生成することを特徴とするニッケル-鉄合金ナノ粒子の製造方法が開示されている(特許文献3の請求項1~6)。またこの製造方法によれば、磁気特性を付与するためのフィラーとして好適な、平均一次粒子が200nm以下のニッケル-鉄合金ナノ粒子を、工業的規模にて低製造コストで、効率的に製造することができるとされている(特許文献3の[0015])。 On the other hand, methods for producing finer alloy powders using wet processes have been proposed. For example, Patent Document 3 discloses a method for producing nickel-iron alloy nanoparticles, characterized by adding a reducing agent such as hydrazine to an aqueous solution containing a nickel salt and an iron salt, thereby simultaneously reducing the nickel and iron ions contained in the aqueous solution to produce nickel-iron alloy nanoparticles (Claim 1-6 of Patent Document 3). Furthermore, this manufacturing method allows for the efficient production of nickel-iron alloy nanoparticles with an average primary particle size of 200 nm or less, suitable as fillers for imparting magnetic properties, on an industrial scale at low manufacturing cost ([0015] of Patent Document 3).
このように乾式法や湿式法で微細な合金粉を作製することが提案されるものの、従来の技術には、粉体特性に優れた合金粉を得る上で改良の余地があった。例えば、アトマイズ法で製造した合金粉は、その平均粒径が数μm以上と大きく、微細化の要求に十分に応えていない。また特許文献1で提案される気相還元法では、得られる合金粉の粒度分布が広い。そのため合金粉は、粗大粒子を含んでおり、渦電流損失低減を図る上で不十分である。また合金粉末の組成や粒径が安定しないという問題もある。特許文献2で提案される乾式還元法は、高温加熱を必要とするため、得られる合金粉が焼結して粗大な凝集粒子を形成しやすいという問題がある。 Although methods for producing fine alloy powders using dry and wet processes have been proposed, conventional techniques still have room for improvement in obtaining alloy powders with superior powder properties. For example, alloy powders produced by atomization have a large average particle size of several micrometers or more, which does not adequately meet the requirements for finer powders. Furthermore, the gas-phase reduction method proposed in Patent Document 1 results in a wide particle size distribution of the resulting alloy powder. Therefore, the alloy powder contains coarse particles, which is insufficient for reducing eddy current losses. There is also the problem of unstable composition and particle size of the alloy powder. The dry reduction method proposed in Patent Document 2 requires high-temperature heating, which leads to the problem that the resulting alloy powder is prone to sintering and forming coarse aggregated particles.
特許文献3で提案される湿式法は、乾式法とは異なり低温で還元反応が進むため、粗大な凝集粒子が生成しにくいという利点がある。また凝集粒子が形成されたとしても、粒子同士の結合は強固でないため、凝集粒子を解砕することが容易である。しかしながら特許文献3で提案される手法では、還元剤として多量のヒドラジンを用いる必要がある。そのため還元剤コストが大幅に増加して実用的でない。また得られる合金粉末の粒度分布が十分に小さいとは言えなかった。 The wet method proposed in Patent Document 3 differs from the dry method in that the reduction reaction proceeds at low temperatures, which has the advantage of making it less likely for coarse aggregated particles to form. Furthermore, even if aggregated particles are formed, the bonds between the particles are not strong, making it easy to break them down. However, the method proposed in Patent Document 3 requires the use of a large amount of hydrazine as a reducing agent. Therefore, the cost of the reducing agent increases significantly, making it impractical. Also, the particle size distribution of the resulting alloy powder was not sufficiently small.
本発明者らは、このような従来の問題点に鑑みて鋭意検討を行った。その結果、湿式法で鉄-ニッケル系合金粉を製造するにあたり、特定の核剤と錯化剤を用いることで、粉体特性及び磁気特性に優れる合金粉を得ることができるとの知見を得た。また、鉄含有割合が大きい場合に、所定の含有割合のコバルトを加えると、コバルトの還元反応促進作用と球状化促進作用により、非常に少ない還元剤使用量で、凝集が少なく表面平滑で飽和磁束密度の大きい球状の合金粉を得ることができるという知見も得た。 The inventors conducted thorough research in light of these conventional problems. As a result, they discovered that by using specific nucleating agents and complexing agents in the production of iron-nickel alloy powders by a wet process, alloy powders with excellent powder properties and magnetic properties can be obtained. Furthermore, they found that when the iron content is high, adding a predetermined proportion of cobalt allows for the production of spherical alloy powders with low aggregation, smooth surfaces, and high saturation magnetic flux density, using a very small amount of reducing agent, due to the cobalt's reduction reaction-promoting and spheroidization-promoting effects.
本発明は、このような知見に基づき完成されたものであり、粉体特性及び磁気特性に優れる鉄-ニッケル系合金粉、前記合金粉を含む圧粉体又はシート、並びに前記圧粉体又はシートを備えたインダクタ、リアクトル、チョークコイル、ノイズフィルタ、トランス、回転機、発電機、又は電波吸収体の提供を目的とする。 This invention was completed based on such findings and aims to provide an iron-nickel alloy powder with excellent powder properties and magnetic properties, a compacted powder or sheet containing the alloy powder, and an inductor, reactor, choke coil, noise filter, transformer, rotating machine, generator, or radio wave absorber equipped with the compacted powder or sheet.
本発明は、下記(1)~(40)の態様を包含する。なお本明細書において「~」なる表現は、その両端の数値を含む。すなわち「X~Y」は「X以上Y以下」と同義である。 This invention encompasses the following embodiments (1) to (40). In this specification, the expression "~" includes the numerical values at both ends. That is, "X~Y" is synonymous with "X or greater and Y or less."
(1)少なくとも鉄(Fe)及びニッケル(Ni)を磁性金属として含む鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉の製造方法であって、前記方法が以下の工程;
磁性金属源、核剤、錯化剤、還元剤、及びpH調整剤を出発原料として準備する準備工程、
前記出発原料と水を含む反応液を調製し、前記反応液中で、前記磁性金属を含む晶析粉を還元反応により晶析させる晶析工程、及び
前記反応液から前記晶析粉を回収する回収工程、を備え、
前記磁性金属源は、水溶性鉄塩及び水溶性ニッケル塩を含み、
前記核剤は、ニッケルよりも貴な金属の水溶性塩であり、
前記錯化剤は、ヒドロキシカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸の塩、及びヒドロキシカルボン酸の誘導体からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記還元剤は、ヒドラジン(N2H4)であり、
前記pH調整剤は、水酸化アルカリである、方法。
(1) A method for producing iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder containing at least iron (Fe) and nickel (Ni) as magnetic metals, wherein the method comprises the following steps:
Preparation process: Prepare a magnetic metal source, nucleating agent, complexing agent, reducing agent, and pH adjuster as starting materials.
The process comprises: preparing a reaction solution containing the starting materials and water; a crystallization step in which the crystallization powder containing the magnetic metal is crystallized by a reduction reaction in the reaction solution; and a recovery step in which the crystallization powder is recovered from the reaction solution.
The magnetic metal source includes a water-soluble iron salt and a water-soluble nickel salt.
The nucleating agent is a water-soluble salt of a metal nobler than nickel,
The complexing agent is at least one selected from the group consisting of hydroxycarboxylic acids, salts of hydroxycarboxylic acids, and derivatives of hydroxycarboxylic acids.
The reducing agent is hydrazine ( N₂H₄ ) ,
The method wherein the pH adjusting agent is alkali hydroxide.
(2)前記水溶性鉄塩は、塩化第一鉄(FeCl2)、硫酸第一鉄(FeSO4)、及び硝酸第一鉄(Fe(NO3)2)からなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記(1)の方法。 (2) The method of (1) above, wherein the water-soluble iron salt is at least one selected from the group consisting of ferrous chloride ( FeCl₂ ), ferrous sulfate ( FeSO₄ ), and ferrous nitrate (Fe( NO₃ ) ₂ ).
(3)前記水溶性ニッケル塩は、塩化ニッケル(NiCl2)、硫酸ニッケル(NiSO4)、及び硝酸ニッケル(Ni(NO3)2)からなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記(1)又は(2)の方法。 (3) The method of (1) or (2) above, wherein the water-soluble nickel salt is at least one selected from the group consisting of nickel chloride ( NiCl₂ ), nickel sulfate ( NiSO₄ ), and nickel nitrate (Ni( NO₃ ) ₂ ).
(4)前記核剤は、銅塩、パラジウム塩、及び白金塩からなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記(1)~(3)のいずれかの方法。 (4) The nucleating agent is at least one selected from the group consisting of copper salts, palladium salts, and platinum salts, according to any of the methods (1) to (3) above.
(5)前記錯化剤は、酒石酸((CH(OH)COOH)2)及びクエン酸(C(OH)(CH2COOH)2COOH)から選ばれる少なくとも一種のヒドロキシカルボン酸である、上記(1)~(4)のいずれかの方法。 (5) The method according to any of (1) to (4) above, wherein the complexing agent is at least one hydroxycarboxylic acid selected from tartaric acid ((CH(OH)COOH)2 ) and citric acid (C(OH)(CH2COOH)2COOH).
(6)前記pH調整剤は、水酸化ナトリウム(NaOH)及び水酸化カリウム(KOH)から選ばれる少なくとも一種である、上記(1)~(5)のいずれかの方法。 (6) The pH adjusting agent is at least one selected from sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH), according to any of the methods (1) to (5) above.
(7)前記磁性金属がコバルト(Co)をさらに含み、
前記磁性金属源が水溶性コバルト塩をさらに含む、上記(1)~(6)のいずれかの方法。
(7) The magnetic metal further contains cobalt (Co),
The method according to any one of (1) to (6) above, wherein the magnetic metal source further comprises a water-soluble cobalt salt.
(8)前記磁性金属において、鉄(Fe)の含有割合が60モル%以上85モル%以下で、かつ、コバルト(Co)の含有割合が10モル%以上30モル%以下であり、
前記磁性金属源において、水溶性鉄塩の含有割合が60モル%以上85モル%以下で、かつ、水溶性コバルト塩の含有割合が10モル%以上30モル%以下である、上記(7)の方法。
(8) The magnetic metal wherein the iron (Fe) content is 60 mol% or more and 85 mol% or less, and the cobalt (Co) content is 10 mol% or more and 30 mol% or less,
The method of (7) above, wherein the magnetic metal source contains 60 mol% or more and 85 mol% or less of water-soluble iron salt, and contains 10 mol% or more and 30 mol% or less of water-soluble cobalt salt.
(9)前記水溶性コバルト塩は、塩化コバルト(CoCl2)、硫酸コバルト(CoSO4)、及び硝酸コバルト(Co(NO3)2)からなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記(7)又は(8)の方法。 (9) The method of (7) or (8) above, wherein the water-soluble cobalt salt is at least one selected from the group consisting of cobalt chloride ( CoCl₂ ), cobalt sulfate ( CoSO₄ ), and cobalt nitrate (Co( NO₃ ) ₂ ).
(10)前記出発原料は、2個以上の第1級アミノ基(-NH2)、1個の第1級アミノ基(-NH2)及び1個以上の第2級アミノ基(-NH-)、又は2個以上の第2級アミノ基(-NH-)を分子内に含有するアミン化合物をさらに含む、上記(1)~(9)のいずれかの方法。 (10) The method according to any of (1) to (9) above, wherein the starting material further comprises an amine compound containing two or more primary amino groups ( -NH2 ), one primary amino group ( -NH2 ) and one or more secondary amino groups (-NH-), or two or more secondary amino groups (-NH-) in its molecule.
(11)前記アミン化合物は、アルキレンアミン及びアルキレンアミン誘導体の少なくとも一種である、上記(10)の方法。 (11) The method of (10) above, wherein the amine compound is at least one alkyleneamine and an alkyleneamine derivative.
(12)前記アルキレンアミン及び/又はアルキレンアミン誘導体は、分子内のアミノ基の窒素原子が炭素数2の炭素鎖を介して結合した、下記(A)で表される構造を少なくとも有する、上記(11)の方法。
(13)前記アミン化合物は、エチレンジアミン(H2NC2H4NH2)、ジエチレントリアミン(H2NC2H4NHC2H4NH2)、トリエチレンテトラミン(H2N(C2H4NH)2C2H4NH2)、テトラエチレンペンタミン(H2N(C2H4NH)3C2H4NH2)、ペンタエチレンヘキサミン(H2N(C2H4NH)4C2H4NH2)、及びプロピレンジアミン(CH3CH(NH2)CH2NH2)からなる群から選ばれる少なくとも一種のアルキレンアミン、及び/又はトリス(2-アミノエチル)アミン(N(C2H4NH2)3)、N-(2-アミノエチル)エタノールアミン(H2NC2H4NHC2H4OH)、N-(2-アミノエチル)プロパノールアミン(H2NC2H4NHC3H6OH)、2,3-ジアミノプロピオン酸(H2NCH2CH(NH)COOH)、エチレンジアミン-N,N’-二酢酸(HOOCCH2NHC2H4NHCH2COOH)、及び1,2-シクロヘキサンジアミン(H2NC6H10NH2)からなる群から選ばれる少なくとも一種のアルキレンアミン誘導体である、上記(10)~(12)のいずれかの方法。 (13) The amine compound is at least one alkyleneamine selected from the group consisting of ethylenediamine ( H₂NC₂H₄NH₂ ), diethylenetriamine ( H₂NC₂H₄NHC₂H₄NH₂ ) , triethylenetetramine (H₂N(C₂H₄NH)₂C₂H₄NH₂), tetraethylenepentamine (H₂N(C₂H₄NH)₃C₂H₄NH₂ ) , pentaethylenehexamine ( H₂N ( C₂H₄NH ) ₄C₂H₄NH₂ ) , and propylenediamine ( CH₃CH ( NH₂ ) CH₂NH₂ ) , and/or tris ( 2 - aminoethyl )amine ( N ( C₂ The method according to any one of ( 10) to ( 12) above, wherein the alkyleneamine derivative is selected from the group consisting of H₄NH₂)₃ ) , N- ( 2 - aminoethyl)ethanolamine ( H₂NC₂H₄NHC₂H₄OH ), N-(2- aminoethyl )propanolamine ( H₂NC₂H₄NHC₃H₆OH ), 2,3-diaminopropionic acid ( H₂NCH₂CH (NH ) COOH), ethylenediamine-N, N' - diacetic acid ( HOOCCH₂NHC₂H₄NHCH₂COOH ), and 1,2-cyclohexanediamine ( H₂NC₆H₁₀NH₂).
(14)前記磁性金属の合計量に対するアミン化合物の配合量は0.01モル%以上5.00モル%以下である、上記(10)~(13)のいずれかの方法。 (14) Any of the methods (10) to (13) above, wherein the amount of the amine compound relative to the total amount of the magnetic metal is 0.01 mol% or more and 5.00 mol% or less.
(15)前記晶析工程で反応液を調製する際、前記磁性金属源、前記核剤、及び前記錯化剤を水に溶解させた金属塩原料溶液と、前記還元剤を水に溶解させた還元剤溶液と、前記pH調整剤を水に溶解させたpH調整溶液と、をそれぞれ用意し、前記金属塩原料溶液と前記pH調整溶液を混合して混合溶液とし、前記混合溶液と前記還元剤溶液を混合する、上記(1)~(14)のいずれかの方法。 (15) When preparing the reaction solution in the crystallization step, one of the methods (1) to (14) above is used, wherein a metal salt raw material solution is prepared by dissolving the magnetic metal source, the nucleating agent, and the complexing agent in water, a reducing agent solution is prepared by dissolving the reducing agent in water, and a pH adjusting solution is prepared by dissolving the pH adjusting agent in water; the metal salt raw material solution and the pH adjusting solution are mixed to form a mixed solution; and the mixed solution is then mixed with the reducing agent solution.
(16)前記反応液を調製する際、前記pH調整溶液及び前記還元剤溶液を前記金属塩原料溶液に順次添加して混合する、上記(15)の方法。 (16) The method of (15) above, wherein when preparing the reaction solution, the pH adjusting solution and the reducing agent solution are sequentially added to the metal salt raw material solution and mixed.
(17)前記混合溶液と前記還元剤溶液の混合に要する時間を1秒以上180秒以下にする、上記(15)又は(16)の方法。 (17) The method of (15) or (16) above, wherein the time required for mixing the mixed solution and the reducing agent solution is 1 second or more and 180 seconds or less.
(18)前記晶析工程で反応液を調製する際、前記磁性金属源、前記核剤、及び前記錯化剤を水に溶解させた金属塩原料溶液と、前記還元剤及び前記pH調整剤を水に溶解させた還元剤溶液と、をそれぞれ用意し、前記金属塩原料溶液と前記還元剤溶液を混合する、上記(1)~(14)のいずれかの方法。 (18) Any of the methods (1) to (14) above, wherein when preparing the reaction solution in the crystallization step, a metal salt raw material solution is prepared by dissolving the magnetic metal source, the nucleating agent, and the complexing agent in water, and a reducing agent solution is prepared by dissolving the reducing agent and the pH adjusting agent in water, and the metal salt raw material solution and the reducing agent solution are mixed.
(19)前記反応液を調製する際、前記金属塩原料溶液に前記還元剤溶液を添加する、あるいは逆に、前記還元剤溶液に前記金属塩原料溶液を添加して混合する、上記(18)の方法。 (19) The method of (18) above, wherein when preparing the reaction solution, the reducing agent solution is added to the metal salt raw material solution, or conversely, the metal salt raw material solution is added to the reducing agent solution and mixed.
(20)前記金属塩原料溶液と前記還元剤溶液の混合に要する時間を1秒以上180秒以下にする、上記(18)又は(19)の方法。 (20) The method of (18) or (19) above, wherein the time required for mixing the metal salt raw material solution and the reducing agent solution is 1 second or more and 180 seconds or less.
(21)前記晶析工程において、還元反応が終了する前に、前記水溶性ニッケル塩と前記水溶性コバルト塩の少なくともいずれかを水に溶解させた追加原料液を前記反応液にさらに添加して混合する、上記(1)~(20)のいずれかの方法。 (21) Any of the methods (1) to (20) above, wherein, in the crystallization step, before the reduction reaction is completed, an additional raw material solution, in which at least one of the water-soluble nickel salt and the water-soluble cobalt salt is dissolved in water, is further added to the reaction solution and mixed.
(22)前記金属塩原料溶液、前記還元剤溶液、前記pH調整溶液、及び反応溶液の少なくとも一つにアミン化合物を配合する、上記(15)~(21)のいずれかの方法。 (22) Any method (15) to (21) above, wherein an amine compound is incorporated into at least one of the metal salt raw material solution, the reducing agent solution, the pH adjusting solution, and the reaction solution.
(23)晶析粉の晶析開始時の反応液の温度(反応開始温度)が40℃以上90℃以下であり、且つ晶析開始後の晶析中に保持される反応液の温度(反応保持温度)が60℃以上99℃以下である、上記(1)~(22)のいずれかの方法。 (23) Any of the methods described in (1) to (22) above, wherein the temperature of the reaction solution at the start of crystallization of the crystallizing powder (reaction start temperature) is 40°C or higher and 90°C or lower, and the temperature of the reaction solution maintained during crystallization after the start of crystallization (reaction maintenance temperature) is 60°C or higher and 99°C or lower.
(24)回収工程後の晶析粉または回収工程途中の晶析粉に対して衝突エネルギーを用いた解砕処理を施して、晶析粉に含まれる凝集粒子を解砕する解砕工程をさらに備える、上記(1)~(23)のいずれかの方法。 (24) Any method (1) to (23) above, further comprising a crushing step in which the crystallized powder after the recovery step or the crystallized powder during the recovery step is subjected to a crushing treatment using impact energy to crush the aggregated particles contained in the crystallized powder.
(25)回収工程後の晶析粉の解砕処理を乾式解砕または湿式解砕で行う、あるいは回収工程途中の晶析粉の解砕を湿式解砕で行う、上記(24)の方法。 (25) The method of (24) above, wherein the crushing of the crystallized powder after the recovery process is performed by dry crushing or wet crushing, or the crushing of the crystallized powder during the recovery process is performed by wet crushing.
(26)前記乾式解砕がスパイラルジェット解砕である、上記(25)の方法。 (26) The method of (25) above, wherein the dry crushing is spiral jet crushing.
(27)前記湿式解砕が高圧流体衝突解砕である、上記(25)の方法。 (27) The method of (25) above, wherein the wet crushing is high-pressure fluid impingement crushing.
(28)回収工程後の晶析粉または回収工程途中の晶析粉に対して、不活性雰囲気、還元性雰囲気、または真空雰囲気中で150℃超400℃以下での加熱処理を施し、それにより鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉の粒子内の組成均一性を向上させる高温熱処理工程をさらに備える、上記(1)~(27)のいずれかの方法。 (28) Any method (1) to (27) above, further comprising a high-temperature heat treatment step in which the crystallized powder after the recovery step or the crystallized powder during the recovery step is subjected to a heat treatment at a temperature greater than 150°C and less than or equal to 400°C in an inert atmosphere, a reducing atmosphere, or a vacuum atmosphere, thereby improving the compositional uniformity within the particles of the iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder.
(29)回収工程を経て得られた晶析粉に絶縁コート処理を施して晶析粉の粒子表面に金属酸化物からなる絶縁コート層を形成し、それにより粒子間の絶縁性を向上させる絶縁コート工程をさらに備える、上記(1)~(28)のいずれかの方法。 (29) Any method (1) to (28) above, further comprising an insulating coating step, in which the crystallized powder obtained through the recovery step is subjected to an insulating coating treatment to form an insulating coating layer made of a metal oxide on the particle surface of the crystallized powder, thereby improving the insulating properties between particles.
(30)前記絶縁コート工程の際、水と有機溶剤を含む混合溶媒に晶析粉を分散し、さらに金属アルコキシドを前記混合溶媒に添加及び混合してスラリーを調製し、前記スラリー中で金属アルコキシドを加水分解及び脱水縮重合させて晶析粉の粒子表面に金属酸化物からなる絶縁コート層を形成し、その後、絶縁コート層が形成された晶析粉を前記スラリーから回収する、上記(29)の方法。 (30) The method of (29) above, wherein, during the insulating coating step, crystallized powder is dispersed in a mixed solvent containing water and an organic solvent, a metal alkoxide is further added to the mixed solvent and mixed to prepare a slurry, the metal alkoxide is hydrolyzed and dehydrated condensation polymerized in the slurry to form an insulating coating layer made of a metal oxide on the particle surface of the crystallized powder, and then the crystallized powder with the insulating coating layer formed is recovered from the slurry.
(31)前記金属アルコキシドはシリコンアルコキシド(アルキルシリケート)を主成分とし、前記金属酸化物は二酸化けい素(SiO2)を主成分とする、上記(30)の方法。 (31) The method of (30) above, wherein the metal alkoxide mainly consists of silicon alkoxide (alkyl silicate) and the metal oxide mainly consists of silicon dioxide ( SiO₂ ).
(32)前記金属アルコキシドの加水分解を塩基触媒(アルカリ触媒)の共存下で行う、上記(30)又は(31)の方法。 (32) The method of (30) or (31) above, wherein the hydrolysis of the metal alkoxide is carried out in the presence of a base catalyst (alkaline catalyst).
(33)上記(1)~(32)のいずれかの方法で製造された鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉。 (33) Iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder manufactured by any of the methods described in (1) to (32) above.
(34)少なくとも鉄(Fe)及びニッケル(Ni)を磁性金属として含む鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉であって、平均粒径が0.10μm以上0.60μm以下であり、個数粒度分布における平均粒径及び標準偏差から下記(1)式にしたがって求められる変動係数(CV値)が25%以下である、合金粉。
(35)コバルト(Co)を磁性金属としてさらに含む、上記(34)の合金粉。 (35) The alloy powder of (34) further comprising cobalt (Co) as a magnetic metal.
(36)鉄(Fe)量が10モル%以上95モル%以下、ニッケル(Ni)量が5モル%以上90モル%以下、且つコバルト(Co)量が0モル%以上40モル%以下である、上記(34)又は(35)の合金粉。 (36) The alloy powder according to (34) or (35) above, wherein the iron (Fe) content is 10 mol% or more and 95 mol% or less, the nickel (Ni) content is 5 mol% or more and 90 mol% or less, and the cobalt (Co) content is 0 mol% or more and 40 mol% or less.
(37)結晶子径が30nm以下である、上記(34)又は(35)の合金粉。 (37) The alloy powder of (34) or (35) above, having a crystallite size of 30 nm or less.
(38)飽和磁束密度が1T(テスラ)以上であり、且つ保磁力が2000A/m以下である、上記(34)又は(35)の合金粉。 (38) The alloy powder according to (34) or (35) above, having a saturation magnetic flux density of 1 T (Tesla) or more and a coercivity of 2000 A/m or less.
(39)上記(33)~(38)のいずれかの合金粉を含む圧粉体又はシート。 (39) A compacted powder or sheet containing any of the alloy powders described in (33) to (38) above.
(40)上記(39)の圧粉体及び/又はシートを備えたインダクタ、リアクトル、チョークコイル、ノイズフィルタ、トランス、回転機、発電機、又は電波吸収体。 (40) An inductor, reactor, choke coil, noise filter, transformer, rotating machine, generator, or radio wave absorber comprising the compacted powder and/or sheet described in (39) above.
本発明によれば、粉体特性及び磁気特性に優れる鉄-ニッケル系合金粉、前記合金粉を含む圧粉体又はシート、並びに前記圧粉体又はシートを備えたインダクタ、リアクトル、チョークコイル、ノイズフィルタ、トランス、回転機、発電機、又は電波吸収体が提供される。 According to the present invention, an iron-nickel alloy powder exhibiting excellent powder properties and magnetic properties, a compacted powder or sheet containing the alloy powder, and an inductor, reactor, choke coil, noise filter, transformer, rotating machine, generator, or radio wave absorber equipped with the compacted powder or sheet are provided.
本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施形態」という)について説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。 Specific embodiments of the present invention (hereinafter referred to as "these embodiments") will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications are possible without altering the essence of the invention.
<<1.鉄-ニッケル系合金粉の製造方法>>
本実施形態の鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉の製造方法は、以下の工程;磁性金属源、核剤、錯化剤、還元剤、及びpH調整剤を含む出発原料を準備する準備工程、この出発原料と水とを含む反応液を調製し、この反応液中で、前記磁性金属を含む晶析粉を還元反応により晶析させる晶析工程、及び得られた反応液から晶析粉を回収する回収工程、を備える。ここで鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉は少なくとも鉄(Fe)及びニッケル(Ni)を磁性金属として含む。また磁性金属源は水溶性鉄塩及び水溶性ニッケル塩を含む。核剤はニッケルよりも貴な金属の水溶性塩である。錯化剤はヒドロキシカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸の塩、及びヒドロキシカルボン酸の誘導体からなる群から選択される少なくとも一種である。還元剤はヒドラジン(N2H4)である。
<<1. Method for manufacturing iron-nickel alloy powder>>
The method for producing iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder according to this embodiment comprises the following steps: a preparation step of preparing starting materials including a magnetic metal source, a nucleating agent, a complexing agent, a reducing agent, and a pH adjusting agent; a crystallization step of preparing a reaction solution containing these starting materials and water, and crystallizing the crystallized powder containing the magnetic metal in this reaction solution by a reduction reaction; and a recovery step of recovering the crystallized powder from the obtained reaction solution. Here, the iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder contains at least iron (Fe) and nickel (Ni) as magnetic metals. The magnetic metal source includes a water-soluble iron salt and a water-soluble nickel salt. The nucleating agent is a water-soluble salt of a metal nobler than nickel. The complexing agent is at least one selected from the group consisting of hydroxycarboxylic acids, salts of hydroxycarboxylic acids, and derivatives of hydroxycarboxylic acids. The reducing agent is hydrazine ( N₂H₄ ).
本実施形態の鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉(以下、単に「合金粉」と称する場合がある)は、少なくとも鉄(Fe)及びニッケル(Ni)を含む。また合金粉は、必要に応じてコバルト(Co)を含んでもよい。すなわち合金粉は、鉄及びニッケルのみを含む鉄-ニッケル合金粉であってもよく、あるいは鉄、ニッケル及びコバルトを含む鉄-ニッケル-コバルト合金粉であってもよい。鉄、ニッケル及びコバルトは、いずれも強磁性を示す磁性金属である。そのため鉄-ニッケル合金粉や鉄-ニッケル-コバルト合金粉は飽和磁束密度が高く、磁気特性に優れている。なお本明細書において磁性金属は鉄、ニッケル及びコバルトの総称である。すなわち合金がコバルトを含まない場合には、磁性金属は鉄とニッケルの総称であり、合金がコバルトを含む場合には、鉄、ニッケル及びコバルトの総称である。 The iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder of this embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as "alloy powder") contains at least iron (Fe) and nickel (Ni). The alloy powder may also contain cobalt (Co) as needed. That is, the alloy powder may be an iron-nickel alloy powder containing only iron and nickel, or an iron-nickel-cobalt alloy powder containing iron, nickel, and cobalt. Iron, nickel, and cobalt are all ferromagnetic magnetic metals. Therefore, iron-nickel alloy powders and iron-nickel-cobalt alloy powders have high saturation magnetic flux densities and excellent magnetic properties. In this specification, "magnetic metal" is a general term for iron, nickel, and cobalt. That is, if the alloy does not contain cobalt, "magnetic metal" is a general term for iron and nickel; if the alloy contains cobalt, it is a general term for iron, nickel, and cobalt.
本実施形態の合金粉に含まれる鉄(Fe)、ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)の割合は特に限定されない。鉄量は10モル%以上95モル%以下であってよく、25モル%以上90モル%以下であってよく、40モル%以上80モル%以下であってよい。またニッケル量は5モル%以上90モル%以下であってよく、10モル%以上75モル%以下であってよく、20モル%以上60モル%以下であってよい。コバルト量は、0モル%以上40モル%以下であってよく、5モル%以上20モル%以下であってよい。ただし、鉄、ニッケル及びコバルトの合計量は100モル%以下である。 The proportions of iron (Fe), nickel (Ni), and cobalt (Co) contained in the alloy powder of this embodiment are not particularly limited. The amount of iron may be 10 mol% to 95 mol%, 25 mol% to 90 mol%, or 40 mol% to 80 mol%. The amount of nickel may be 5 mol% to 90 mol%, 10 mol% to 75 mol%, or 20 mol% to 60 mol%. The amount of cobalt may be 0 mol% to 40 mol%, or 5 mol% to 20 mol%. However, the total amount of iron, nickel, and cobalt is 100 mol% or less.
本実施形態の合金粉は、磁性金属(Fe、Ni及びCo)以外の他の添加成分の含有を排除しない。このような添加成分として、銅(Cu)及び/又はホウ素(B)などが挙げられる。しかしながら、磁性金属に基づく効果を最大限に活用する上で、磁性金属以外の添加成分の含有量は、少ないほど好ましい。磁性金属以外の他の成分の含有量は10質量%以下であってよく、5質量%以下であってよく、1質量%以下であってよく、0質量%であってもよい。また合金粉には、製造工程中に不可避的に混入する不純物(不可避不純物)が含まれる場合がある。このような不可避不純物として、酸素(O)、炭素(C)、塩素(Cl)、アルカリ成分(Na、K等)が挙げられる。不可避不純物は合金粉の特性劣化をもたらす恐れがあるため、その量を極力抑えることが好ましい。不可避不純物量は、合金粉表面に必ず形成される酸化被膜に含まれる酸素(O)では、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。一方で、炭素(C)、塩素(Cl)、アルカリ成分(Na、K等)は、1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以下がさらに好ましい。合金粉は、磁性金属を含み、残部不可避不純物からなる組成を有してもよい。 The alloy powder of this embodiment does not exclude the inclusion of additive components other than magnetic metals (Fe, Ni, and Co). Examples of such additive components include copper (Cu) and/or boron (B). However, in order to maximize the effects based on magnetic metals, it is preferable that the content of additive components other than magnetic metals be as low as possible. The content of other components other than magnetic metals may be 10% by mass or less, 5% by mass or less, 1% by mass or less, or even 0% by mass. Furthermore, the alloy powder may contain impurities that are inevitably mixed in during the manufacturing process (unavoidable impurities). Examples of such unavoidable impurities include oxygen (O), carbon (C), chlorine (Cl), and alkaline components (Na, K, etc.). Since unavoidable impurities may cause deterioration of the properties of the alloy powder, it is preferable to minimize their amount as much as possible. For oxygen (O) contained in the oxide film that is always formed on the surface of the alloy powder, the amount of unavoidable impurities is preferably 5% by mass or less, and more preferably 3% by mass or less. On the other hand, the amounts of carbon (C), chlorine (Cl), and alkali components (Na, K, etc.) are preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and even more preferably 0.1% by mass or less. The alloy powder may have a composition that includes a magnetic metal and the remainder consists of unavoidable impurities.
本実施形態の合金粉の製造方法は、少なくとも準備工程、晶析工程、及び回収工程を備える。また必要に応じて、回収工程後や回収工程の途中に解砕工程、高温熱処理工程を備えたり、あるいは回収工程後に絶縁コート工程を設けたりしてもよい。図1に、本実施形態の製造方法におけるプロセスの一例を概略的に示す。図1では、解砕処理や高温熱処理や絶縁コート処理が示されているが、これらの処理は必要に応じて設ければよく、必須の処理ではない。また、解砕処理、高温熱処理、及び/又は絶縁コート処理を行う場合には、これらの処理を実施する順番について特に制約はない。しいて言えば、解砕処理を高温熱処理後に行うことが好ましい。高温熱処理で強化した合金粒子同士の連結(結合)を低減または解消できるためである。また解砕処理を絶縁コート前に行なうことが好ましい。連結が低減または解消された合金粒子のそれぞれの表面全体に均一に絶縁コートできるからである。これに対して、合金粒子が連結した状態だと連結部には絶縁コート層が形成されない。したがって、絶縁コート処理の前にできるだけ連結を低減または解消しておく方が好ましい。各工程の詳細について、以下に説明する。 The alloy powder manufacturing method of this embodiment comprises at least a preparation step, a crystallization step, and a recovery step. Furthermore, a crushing step, a high-temperature heat treatment step, or an insulating coating step may be added after or during the recovery step, as needed. Figure 1 schematically shows an example of the process in the manufacturing method of this embodiment. While Figure 1 shows the crushing, high-temperature heat treatment, and insulating coating processes, these processes are optional and not mandatory. Also, when performing the crushing, high-temperature heat treatment, and/or insulating coating processes, there are no particular restrictions on the order in which these processes are carried out. If anything, it is preferable to perform the crushing process after the high-temperature heat treatment, because this reduces or eliminates the bonding (connection) between alloy particles strengthened by the high-temperature heat treatment. It is also preferable to perform the crushing process before the insulating coating, because this allows for a uniform insulating coating across the entire surface of each alloy particle whose bonding has been reduced or eliminated. In contrast, if the alloy particles are still bonded, an insulating coating layer will not be formed on the bonded areas. Therefore, it is preferable to reduce or eliminate the bonding as much as possible before the insulating coating process. Details of each step are described below.
<準備工程>
準備工程では、磁性金属源、核剤、錯化剤、還元剤、及びpH調整剤を出発原料として準備する。磁性金属源は鉄とニッケルの原料であるが、必要に応じてコバルト原料を含んでもよい。また出発原料にアミン化合物が含まれてもよい。各原料について、以下に説明する。
<Preparation process>
In the preparation process, a magnetic metal source, nucleating agent, complexing agent, reducing agent, and pH adjuster are prepared as starting materials. The magnetic metal source consists of iron and nickel, but cobalt may be included as needed. Amine compounds may also be included in the starting materials. Each of the starting materials is described below.
(a)磁性金属源
磁性金属源は磁性金属の原料であり、少なくとも水溶性鉄塩及び水溶性ニッケル塩を含む。鉄塩は、合金粉に含まれる鉄成分の原料(鉄源)であり、易水溶性の鉄塩である限り、特に限定されない。鉄塩として、2価及び/又は3価の鉄イオンを含む塩化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、又はこれらの混合物が挙げられる。水溶性鉄塩は、好適には塩化第一鉄(FeCl2)、硫酸第一鉄(FeSO4)、及び硝酸第一鉄(Fe(NO3)2)からなる群から選ばれる少なくとも一種である。ニッケル塩は、合金粉に含まれるニッケル成分の原料(ニッケル源)であり、易水溶性のニッケル塩である限り、特に限定されない。水溶性ニッケル塩は、好適には塩化ニッケル(NiCl2)、硫酸ニッケル(NiSO4)、及び硝酸ニッケル(Ni(NO3)2)からなる群から選ばれる少なくとも一種である、特に好適には塩化ニッケル(NiCl2)、及び硫酸ニッケル(NiSO4)からなる群から選ばれる少なくとも一種である。
(a) Magnetic metal source The magnetic metal source is a raw material for magnetic metals and includes at least a water-soluble iron salt and a water-soluble nickel salt. The iron salt is a raw material (iron source) for the iron component contained in the alloy powder and is not particularly limited as long as it is a readily water-soluble iron salt. Examples of iron salts include ferric chloride, ferric sulfate, ferric nitrate, or mixtures thereof, containing divalent and/or trivalent iron ions. The water-soluble iron salt is preferably at least one selected from the group consisting of ferrous chloride ( FeCl₂ ), ferrous sulfate ( FeSO₄ ), and ferrous nitrate (Fe( NO₃ ) ₂ ). The nickel salt is a raw material (nickel source) for the nickel component contained in the alloy powder and is not particularly limited as long as it is a readily water-soluble nickel salt. The water-soluble nickel salt is preferably at least one selected from the group consisting of nickel chloride ( NiCl₂ ), nickel sulfate ( NiSO₄ ), and nickel nitrate (Ni( NO₃ ) ₂ ), and particularly preferably at least one selected from the group consisting of nickel chloride ( NiCl₂ ) and nickel sulfate ( NiSO₄ ).
必要に応じて、磁性金属がコバルト(Co)をさらに含み、磁性金属源が水溶性コバルト塩をさらに含む態様にしてもよい。これにより鉄-ニッケル-コバルト合金粉の製造が可能になる。鉄やニッケルの一部をコバルトで置換した鉄-ニッケル-コバルト合金粉は、特に飽和磁束密度が高いという特徴を有している。 If necessary, the magnetic metal may further contain cobalt (Co), and the magnetic metal source may further contain a water-soluble cobalt salt. This makes it possible to manufacture iron-nickel-cobalt alloy powder. Iron-nickel-cobalt alloy powder, in which some of the iron and nickel are replaced with cobalt, is particularly characterized by a high saturation magnetic flux density.
水溶性コバルト塩は、合金粉の晶析時において還元反応を促進する作用(還元促進作用)を有し、特に、磁性金属中の鉄(Fe)の含有割合が60モル%以上と大きい場合に、この還元促進作用がより顕著になる。さらに、水溶性コバルト塩は、合金粉を表面が平滑な球状粒子にする作用(球状化促進作用)も有している。したがって、磁性金属源において、水溶性鉄塩の含有割合を60モル%以上85モル%以下とし、水溶性コバルト塩の含有割合を10モル%以上30モル%以下とすれば、還元剤としてのヒドラジン使用量を非常に少なくしても、飽和磁束密度が極めて大きく(例えば2T(テスラ)以上)、表面が平滑で球状の鉄-ニッケル-コバルト合金粉を得ることができる。この合金粉は、例えば、鉄の含有割合が60モル%以上85モル%以下で、コバルトの含有割合が10モル%以上30モル%以下である。 Water-soluble cobalt salts have a reduction-promoting effect during the crystallization of alloy powders, and this effect becomes particularly pronounced when the iron (Fe) content in the magnetic metal is high, at 60 mol% or more. Furthermore, water-soluble cobalt salts also have a spheroidizing effect, transforming the alloy powder into smooth, spherical particles. Therefore, by setting the content of water-soluble iron salts to 60 mol% to 85 mol% and the content of water-soluble cobalt salts to 10 mol% to 30 mol% in the magnetic metal source, it is possible to obtain an iron-nickel-cobalt alloy powder with an extremely high saturation magnetic flux density (e.g., 2 T (Tesla) or more) and smooth, spherical surfaces, even with a very small amount of hydrazine used as a reducing agent. This alloy powder, for example, has an iron content of 60 mol% to 85 mol% and a cobalt content of 10 mol% to 30 mol%.
水溶性コバルト塩は、易水溶性のコバルト塩である限り、特に限定されない。水溶性コバルト塩は、好適には塩化コバルト(CoCl2)、硫酸コバルト(CoSO4)、及び硝酸コバルト(Co(NO3)2)からなる群から選ばれる少なくとも一種であり、特に好適には塩化コバルト(CoCl2)、及び硫酸コバルト(CoSO4)からなる群から選ばれる少なくとも一種である。 The water-soluble cobalt salt is not particularly limited as long as it is a readily water-soluble cobalt salt. Preferably, the water-soluble cobalt salt is at least one selected from the group consisting of cobalt chloride ( CoCl₂ ), cobalt sulfate ( CoSO₄ ), and cobalt nitrate (Co( NO₃ ) ₂ ), and particularly preferably at least one selected from the group consisting of cobalt chloride ( CoCl₂ ) and cobalt sulfate ( CoSO₄ ).
(b)核剤
核剤はニッケルよりも貴な金属の水溶性塩である。この核剤(ニッケルよりも貴な金属の水溶性塩)は、後続する晶析工程で反応液中において優先的に還元されて初期核を生成し、その初期核が晶析粉の析出を促す作用がある。ここでニッケルよりも貴な金属とは、水溶液中で、標準電位系列における電位がニッケルよりも高い金属のことである。またニッケルよりも貴な金属は、ニッケルよりもイオン化傾向が小さい金属ということもできる。このような金属として、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、銅(Cu)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、及び金(Au)が挙げられる。
(b) Nucleating agent The nucleating agent is a water-soluble salt of a metal nobler than nickel. This nucleating agent (water-soluble salt of a metal nobler than nickel) is preferentially reduced in the reaction solution during the subsequent crystallization step to generate initial nuclei, which promote the precipitation of crystallized powder. Here, a metal nobler than nickel is a metal whose potential in the standard potential series is higher than that of nickel in aqueous solution. A metal nobler than nickel can also be said to be a metal with a lower ionization tendency than nickel. Examples of such metals include tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), bismuth (Bi), copper (Cu), silver (Ag), palladium (Pd), iridium (Ir), platinum (Pt), and gold (Au).
核剤としてニッケルよりも貴な金属の水溶性塩を用いることで、後続する晶析工程で、晶析粉の反応液中での形成を制御することができる。例えば、核剤添加量を増やせば微細な晶析粉を得ることができる。すなわち晶析工程では、反応液に含まれる磁性金属のイオンや錯イオンが還元されて析出して、晶析粉が形成される。磁性金属のなかでニッケルは鉄やコバルトより貴な性質を有しており、イオン化傾向が小さい。そのため、ニッケルよりも貴な金属の水溶性塩(核剤)が反応液に含まれていると、全ての磁性金属に先立ち、ニッケルよりも貴な金属が還元析出する。析出したニッケルよりも貴な金属は初期核として働き、この初期核が粒成長して磁性金属からなる晶析粉を形成するため、初期核数を決める核剤添加量によって晶析粉の粒径制御が可能になる。 By using a water-soluble salt of a metal nobler than nickel as a nucleating agent, the formation of crystallized powder in the reaction solution during the subsequent crystallization process can be controlled. For example, increasing the amount of nucleating agent added can produce finer crystallized powder. In other words, during the crystallization process, ions and complex ions of magnetic metals contained in the reaction solution are reduced and precipitated, forming crystallized powder. Among magnetic metals, nickel has a nobler property than iron and cobalt, and its ionization tendency is low. Therefore, if a water-soluble salt of a metal nobler than nickel (nucleating agent) is included in the reaction solution, the metal nobler than nickel will be reduced and precipitated before all other magnetic metals. The precipitated metal nobler than nickel acts as an initial nucleus, and these initial nuclei grow to form crystallized powder composed of magnetic metals. Therefore, the particle size of the crystallized powder can be controlled by the amount of nucleating agent added, which determines the number of initial nuclei.
核剤は、ニッケルよりも貴な金属の水溶性塩である限り、特に限定されない。しかしながら、核剤は、好適には銅塩、パラジウム塩、及び白金塩からなる群から選ばれる少なくとも一種である。銅(Cu)、パラジウム(Pd)及び白金(Pt)は、特に貴な性質が強く、イオン化傾向が小さい。そのため核剤としての効果に特に優れている。水溶性銅塩として、限定されるものではないが、硫酸銅が挙げられる。また水溶性のパラジウム塩として、限定されるものではないが、塩化パラジウム(II)ナトリウム、塩化パラジウム(II)アンモニウム、硝酸パラジウム(II)、硫酸パラジウム(II)などが挙げられる。核剤は、特に好適にはパラジウム塩である。パラジウム塩を用いると、晶析粉(合金粉)の粒径をより一層微細に制御することが可能になる。 The nucleating agent is not particularly limited, as long as it is a water-soluble salt of a metal nobler than nickel. However, the nucleating agent is preferably at least one selected from the group consisting of copper salts, palladium salts, and platinum salts. Copper (Cu), palladium (Pd), and platinum (Pt) have particularly strong noble properties and low ionization tendencies. Therefore, they are particularly effective as nucleating agents. Examples of water-soluble copper salts, though not limited, include copper sulfate. Examples of water-soluble palladium salts, though not limited, include sodium palladium(II) chloride, ammonium palladium(II) chloride, palladium(II) nitrate, and palladium(II) sulfate. The nucleating agent is particularly preferably a palladium salt. Using a palladium salt makes it possible to control the particle size of the crystallized powder (alloy powder) to an even finer degree.
核剤の配合量は、最終的に得られる合金粉の粒径が所望の値になるように調製すればよい。例えば、磁性金属の合計量に対する核剤の配合量は、0.001モルppm以上5.0モルppm以下であってよく、0.005モルppm以上2.0モルppm以下であってもよい。核剤の配合量をこの範囲内に設定することで、平均粒径0.2μm以上0.6μm以下の合金粉を得ることができる。しかしながら核剤の配合量は上述した範囲内に限定される訳ではない。例えば、平均粒径0.2μm未満の微細な合金粉を作製する場合には、核剤の配合量を5.0モルppm超に設定すればよい。 The amount of nucleating agent should be adjusted so that the particle size of the final alloy powder reaches the desired value. For example, the amount of nucleating agent relative to the total amount of magnetic metal may be between 0.001 mol ppm and 5.0 mol ppm, or between 0.005 mol ppm and 2.0 mol ppm. By setting the amount of nucleating agent within this range, alloy powder with an average particle size of 0.2 μm to 0.6 μm can be obtained. However, the amount of nucleating agent is not limited to the above range. For example, when producing fine alloy powder with an average particle size of less than 0.2 μm, the amount of nucleating agent should be set to more than 5.0 mol ppm.
(c)錯化剤
錯化剤は、ヒドロキシカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸の塩、及びヒドロキシカルボン酸の誘導体からなる群から選択される少なくとも一種である。この錯化剤(ヒドロキシカルボン酸等)は、後続する晶析工程で反応の均一化を図る作用がある。すなわち磁性金属成分は反応液中では磁性金属イオン(Fe2+、Ni2+等)として溶解しているが、pH調整剤(NaOH等)により反応液が強アルカリ性となるため、反応液中で溶解する磁性金属イオン量は極めて微量である。ところが錯化剤が存在すると、磁性金属成分は、錯イオン(Fe錯イオン、Ni錯イオン等)として多く溶解できるようになる。このような錯イオンの存在により、還元反応速度が大きくなるとともに、磁性金属成分の局所的偏在が抑制され、反応系の均一化が可能になる。また錯化剤は、反応液中での複数の磁性金属イオンの錯安定性バランスを変化させる作用がある。そのため、錯化剤が存在すると、磁性金属の還元反応が変化し、核生成速度と粒成長速度のバランスが変化する。本実施形態で特定される錯化剤(ヒドロキシカルボン酸等)を用いることで、上述した作用が複合的に働くとともに、反応が好ましい方向に進み、その結果、得られる合金粉の粉体特性(粒子径、粒度分布、球状性、粒子の表面性状)が向上する。また粉体特性が向上した合金粉は、充填性に優れており、圧粉コア用原料として好適である。この点、本実施形態の錯化剤(ヒドロキシカルボン酸等)は、還元反応促進剤、球状化促進剤、及び表面平滑剤としての機能を有するということができる。好適な錯化剤は、酒石酸((CH(OH)COOH)2)及びクエン酸(C(OH)(CH2COOH)2COOH)から選ばれる少なくとも一種のヒドロキシカルボン酸を含む。
(c) Complexing agent The complexing agent is at least one selected from the group consisting of hydroxycarboxylic acids, salts of hydroxycarboxylic acids, and derivatives of hydroxycarboxylic acids. This complexing agent (hydroxycarboxylic acid, etc.) has the effect of homogenizing the reaction in the subsequent crystallization step. That is, the magnetic metal component is dissolved in the reaction solution as magnetic metal ions ( Fe²⁺ , Ni²⁺ , etc.), but because the reaction solution becomes strongly alkaline due to the pH adjusting agent (NaOH, etc.), the amount of magnetic metal ions dissolved in the reaction solution is extremely small. However, in the presence of a complexing agent, the magnetic metal component can dissolve in larger quantities as complex ions (Fe complex ions, Ni complex ions, etc.). The presence of such complex ions increases the reduction reaction rate and suppresses the localized uneven distribution of magnetic metal components, making it possible to homogenize the reaction system. The complexing agent also has the effect of changing the balance of complex stability of multiple magnetic metal ions in the reaction solution. Therefore, in the presence of a complexing agent, the reduction reaction of the magnetic metal changes, and the balance between the nucleation rate and the grain growth rate changes. By using the complexing agent (such as a hydroxycarboxylic acid) specified in this embodiment, the above-mentioned effects work together in combination, and the reaction proceeds in a favorable direction, resulting in improved powder properties (particle size, particle size distribution, sphericity, and particle surface properties) of the resulting alloy powder. Furthermore, alloy powder with improved powder properties has excellent packing properties and is suitable as a raw material for compacted cores. In this respect, the complexing agent (such as a hydroxycarboxylic acid) of this embodiment can be said to have the functions of a reduction reaction accelerator, a sphericization accelerator, and a surface smoothing agent. A suitable complexing agent includes at least one hydroxycarboxylic acid selected from tartaric acid ((CH(OH)COOH) ₂ ) and citric acid (C(OH)( CH₂COOH ) ₂COOH ).
磁性金属の合計量に対する錯化剤の配合量は、5モル%以上100モル%以下が好ましく、10モル%以上75モル%以下がより好ましく、15モル%以上50モル%以下がさらに好ましい。配合量が5モル%以上であると、還元反応促進剤、球状化促進剤、及び表面平滑剤としての機能が十分に発揮されるため、合金粉の粉体特性(粒子径、粒度分布、球状性、粒子の表面性状)がより一層優れたものになる。また配合量が100モル%以下であると、錯化剤としての機能発現の度合いに大きな違いを生じることなく、錯化剤の使用量を抑えることができるため、製造コスト低減につながる。 The amount of complexing agent relative to the total amount of magnetic metal is preferably 5 mol% to 100 mol%, more preferably 10 mol% to 75 mol%, and even more preferably 15 mol% to 50 mol%. When the amount is 5 mol% or more, the functions of the complexing agent as a reduction reaction accelerator, spheroidization accelerator, and surface smoothing agent are fully exhibited, resulting in even better powder properties of the alloy powder (particle size, particle size distribution, spheroidity, and particle surface properties). Furthermore, when the amount is 100 mol% or less, the amount of complexing agent used can be reduced without significantly affecting the degree of complexing agent function, leading to reduced manufacturing costs.
(d)還元剤
還元剤は、ヒドラジン(N2H4、分子量:32.05)である。この還元剤(ヒドラジン)は、後続する晶析工程で、反応液中の磁性金属のイオン及び錯イオンを還元する作用がある。ヒドラジンは、還元力が強いとともに、還元反応に伴う副生成物が反応液中に生成しないという利点がある。また不純物の少ない高純度のヒドラジンを入手することは容易である。
(d) Reducing agent The reducing agent is hydrazine ( N₂H₄ , molecular weight: 32.05). This reducing agent (hydrazine) has the effect of reducing magnetic metal ions and complex ions in the reaction solution during the subsequent crystallization step. Hydrazine has the advantage of having strong reducing power and not generating by-products in the reaction solution as a result of the reduction reaction. In addition, it is easy to obtain high-purity hydrazine with few impurities.
ヒドラジンには、無水のヒドラジンの他に、ヒドラジン水和物である抱水ヒドラジン(N2H4・H2O、分子量:50.06)が知られている。いずれを用いてもよい。抱水ヒドラジンとして、例えば、市販されている工業グレードの60質量%抱水ヒドラジンを用いることができる。 In addition to anhydrous hydrazine, hydrated hydrazine ( N₂H₄ · H₂O , molecular weight: 50.06) , which is hydrazine hydrate, is also known. Either can be used. As hydrated hydrazine, for example, commercially available industrial grade 60% by mass hydrated hydrazine can be used.
還元剤の配合量は、鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉の組成に大きく依存し、還元されにくい鉄の含有割合が大きいほど多く必要になる。また、合金粉の組成以外にも、反応液の温度、あるいは錯化剤やpH調整剤の配合量などにも影響される。例えば、鉄-ニッケル合金粉において鉄含有量が60モル%以下の場合には、磁性金属の合計量に対する還元剤の配合量は、モル比で1.8以上7.0以下が好ましく、2.0以上6.0以下がより好ましく、2.5以上5.0以下がさらに好ましい。鉄-ニッケル合金粉の鉄含有量が60モル%を超えて75モル%以下の場合であれば、磁性金属の合計量に対する還元剤の配合量は、モル比で2.5以上9.0以下が好ましく、3.5以上8.0以下がより好ましい。鉄-ニッケル合金粉の鉄含有量が75モル%を超えて95モル%以下の場合であれば、磁性金属の合計量に対する還元剤の配合量は、モル比で3.5以上10.0以下が好ましく、4.5以上9.0以下がより好ましい。一方で、鉄-ニッケル-コバルト合金粉を製造する場合には、先述した水溶性コバルト塩の作用により、鉄-ニッケル合金粉に比べて還元剤の配合量を大幅に低減できる。特に鉄含有割合が大きい合金粉の製造では水溶性コバルト塩の作用は顕著である。例えば、鉄の含有割合が60モル%以上85モル%以下で、コバルト(Co)の含有割合が10モル%以上30モル%以下の組成の合金粉を製造する場合には、磁性金属の合計量に対する還元剤の配合量は、モル比で1.0以上4.0以下が好ましく、1.2以上2.0以下がより好ましい。 The amount of reducing agent required depends largely on the composition of the iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder; the higher the proportion of iron, which is difficult to reduce, the more reducing agent is needed. In addition to the composition of the alloy powder, the amount of reducing agent is also affected by the temperature of the reaction solution, as well as the amount of complexing agents and pH adjusters added. For example, if the iron content of the iron-nickel alloy powder is 60 mol% or less, the amount of reducing agent relative to the total amount of magnetic metal is preferably 1.8 to 7.0 in molar ratio, more preferably 2.0 to 6.0, and even more preferably 2.5 to 5.0. If the iron content of the iron-nickel alloy powder exceeds 60 mol% but is 75 mol% or less, the amount of reducing agent relative to the total amount of magnetic metal is preferably 2.5 to 9.0 in molar ratio, and more preferably 3.5 to 8.0. If the iron content of the iron-nickel alloy powder exceeds 75 mol% but is 95 mol% or less, the amount of reducing agent relative to the total amount of magnetic metal is preferably 3.5 to 10.0 in molar ratio, and more preferably 4.5 to 9.0. On the other hand, when manufacturing iron-nickel-cobalt alloy powder, the amount of reducing agent can be significantly reduced compared to iron-nickel alloy powder due to the action of the water-soluble cobalt salt mentioned above. The effect of the water-soluble cobalt salt is particularly pronounced when manufacturing alloy powders with a high iron content. For example, when manufacturing alloy powder with an iron content of 60 mol% to 85 mol% and a cobalt (Co) content of 10 mol% to 30 mol%, the amount of reducing agent relative to the total amount of magnetic metal is preferably 1.0 to 4.0 in molar ratio, and more preferably 1.2 to 2.0.
いずれの場合においても、配合量が上述した下限値以上であると、磁性金属イオン及び錯イオンの還元が十分に進み、水酸化鉄などの未還元物の混入のない晶析粉(合金粉)を得ることができる。また配合量が上述した上限値以下であると、還元剤(ヒドラジン)の使用量を抑えることができるため、製造コスト低減につながる。 In either case, if the blending amount is above the lower limit mentioned above, the reduction of magnetic metal ions and complex ions proceeds sufficiently, and a crystallized powder (alloy powder) free from unreduced substances such as iron hydroxide can be obtained. Furthermore, if the blending amount is below the upper limit mentioned above, the amount of reducing agent (hydrazine) used can be reduced, leading to a reduction in manufacturing costs.
(e)pH調整剤
pH調整剤は、水酸化アルカリである。このpH調整剤(水酸化アルカリ)は、還元剤たるヒドラジンの還元反応を強くする作用がある。すなわちヒドラジンは反応液のpHが高いほど、還元力が強くなる。したがってpH調整剤として水酸化アルカリを用いることで、反応液中磁性金属イオン及び錯イオンの還元反応、及びそれに伴う晶析粉の析出が促される。水酸化アルカリの種類は特に限定されない。しかしながら、入手の容易さ及び価格の点で、pH調整剤が、水酸化ナトリウム(NaOH)及び水酸化カリウム(KOH)から選ばれる少なくとも一種を含むことが好適である。
(e) pH adjuster The pH adjuster is alkali hydroxide. This pH adjuster (alkali hydroxide) has the effect of strengthening the reduction reaction of hydrazine, which is a reducing agent. That is, the higher the pH of the reaction solution, the stronger the reducing power of hydrazine. Therefore, by using alkali hydroxide as a pH adjuster, the reduction reaction of magnetic metal ions and complex ions in the reaction solution, and the precipitation of crystallized powder that accompanies it are promoted. The type of alkali hydroxide is not particularly limited. However, in terms of availability and cost, it is preferable that the pH adjuster contains at least one selected from sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH).
pH調整剤(水酸化アルカリ)の配合量は、還元剤(ヒドラジン)の還元力が十分に高くなるように調製すればよい。具体的には、反応温度における反応液のpHは9.5以上が好ましく、10以上がより好ましく、10.5以上がさらに好ましい。したがってpHがこの範囲内に収まるよう、水酸化アルカリの配合量を調製すればよい。 The amount of pH adjuster (alkali hydroxide) should be adjusted so that the reducing power of the reducing agent (hydrazine) is sufficiently high. Specifically, the pH of the reaction solution at the reaction temperature is preferably 9.5 or higher, more preferably 10 or higher, and even more preferably 10.5 or higher. Therefore, the amount of alkali hydroxide should be adjusted so that the pH falls within this range.
(f)アミン化合物
必要に応じて、出発原料は、アミン化合物をさらに含んでもよい。このアミン化合物は、2個以上の第1級アミノ基(-NH2)、1個の第1級アミノ基(-NH2)及び1個以上の第2級アミノ基(-NH-)、又は2個以上の第2級アミノ基(-NH-)を分子内に含有する。
(f) Amine compound If necessary, the starting material may further contain an amine compound. This amine compound contains two or more primary amino groups ( -NH₂ ), one primary amino group ( -NH₂ ) and one or more secondary amino groups (-NH-), or two or more secondary amino groups (-NH-) in its molecule.
アミン化合物は、後続する晶析工程での還元反応を促進する作用がある。すなわちアミン化合物には錯化剤としての機能があり、反応液中の磁性金属イオン(Fe2+、Ni2+等)を錯化して、錯イオン(Fe錯イオン、Ni錯イオン等)を形成する働きがある。そして錯イオンが反応液中に存在する結果、還元反応がより一層進行すると考えられる。 Amine compounds have the effect of promoting the reduction reaction in the subsequent crystallization step. In other words, amine compounds function as complexing agents, complexing magnetic metal ions ( Fe²⁺ , Ni²⁺ , etc.) in the reaction solution to form complex ions (Fe complex ions, Ni complex ions, etc.). As a result of the presence of complex ions in the reaction solution, the reduction reaction is thought to proceed even further.
またアミン化合物は、還元剤たるヒドラジンの自己分解を抑制する作用がある。すなわち、反応液中に磁性金属からなる晶析粉が析出すると、この磁性金属中のニッケル(Ni)が触媒として働く結果、ヒドラジンが分解してしまうことがある。これをヒドラジンの自己分解とよぶ。この分解反応は、下記(1)式に示すように、ヒドラジン(N2H4)が窒素(N2)とアンモニア(NH3)に分解する反応である。このような自己分解が起こると、ヒドラジンの還元剤としての機能が損なわれるため好ましくない。 Furthermore, amine compounds have the effect of suppressing the self-decomposition of hydrazine, which is a reducing agent. That is, when crystallized powder made of magnetic metal precipitates in the reaction solution, the nickel (Ni) in this magnetic metal acts as a catalyst, which can cause hydrazine to decompose. This is called the self-decomposition of hydrazine. As shown in equation (1) below, this decomposition reaction is in which hydrazine ( N₂H₄ ) decomposes into nitrogen ( N₂ ) and ammonia ( NH₃ ). Such self-decomposition is undesirable because it impairs the function of hydrazine as a reducing agent.
配合液中にアミン化合物を加えておくことで、ヒドラジンの自己分解を抑制することが可能になる。その詳細なメカニズムは不明であるが、反応液中のヒドラジンと晶析粉との過剰接触が妨げられるためではないかと推測している。すなわちアミン化合物分子に含まれるアミノ基の内、特に第1級アミノ基(-NH2)や第2級アミノ基(-NH-)は、反応液中の晶析粉表面に強く吸着する。アミン化合物分子が晶析粉を覆って保護することで、ヒドラジン分子と晶析粉との過剰接触が妨げられ、それによりヒドラジンの自己分解が抑制されるのではないかと考えている。ヒドラジンの自己分解は、磁性金属中のニッケルの含有割合が大きいと顕著になるため、特にそういう場合においてアミン化合物は有効に作用する。 Adding an amine compound to the reaction solution can suppress the autodecomposition of hydrazine. Although the detailed mechanism is unknown, it is speculated that this is because excessive contact between the hydrazine in the reaction solution and the crystallizing powder is prevented. Specifically, among the amino groups contained in the amine compound molecule, primary amino groups ( -NH₂ ) and secondary amino groups (-NH-) are strongly adsorbed to the surface of the crystallizing powder in the reaction solution. It is thought that the amine compound molecule covers and protects the crystallizing powder, preventing excessive contact between the hydrazine molecule and the crystallizing powder, thereby suppressing the autodecomposition of hydrazine. Since the autodecomposition of hydrazine becomes more pronounced when the nickel content in the magnetic metal is high, the amine compound is particularly effective in such cases.
アミン化合物は、好適にはアルキレンアミン及びアルキレンアミン誘導体の少なくとも一種である。またアルキレンアミン及び/又はアルキレンアミン誘導体は、分子内のアミノ基の窒素原子が炭素数2の炭素鎖を介して結合した、下記(A)で表される構造を少なくとも有するものが好適である。 The amine compound is preferably at least one alkyleneamine and/or alkyleneamine derivative. Furthermore, the alkyleneamine and/or alkyleneamine derivative is preferably one having at least the structure represented by (A) below, in which the nitrogen atom of the amino group within the molecule is bonded via a carbon chain with two carbon atoms.
このようなアルキレンアミンやアルキレンアミン誘導体をアミン化合物として用いることで、ヒドラジン(還元剤)の自己分解抑制の効果をより一層効果的に発揮することができる。その理由として、このようなアルキレンアミンやアルキレンアミン誘導体は、それに含まれる炭素鎖が短いが故に、晶析粉へのヒドラジン分子の接触を効果的に抑制するためと考えている。これに対して、アミノ基の窒素原子が過剰に長い炭素鎖を介して結合している場合には、このアミノ基が晶析粉に吸着したとしても、炭素鎖の運動の自由度が大きい。そのため、晶析粉とヒドラジン分子の接触が効果的に妨げられなくなるのではないかと推測している。 By using alkyleneamines or alkyleneamine derivatives as amine compounds, the effect of suppressing the self-decomposition of hydrazine (a reducing agent) can be made even more effective. This is thought to be because the short carbon chains contained in these alkyleneamines and alkyleneamine derivatives effectively suppress contact between the hydrazine molecule and the crystallization powder. In contrast, when the nitrogen atom of the amino group is bonded via an excessively long carbon chain, even if this amino group is adsorbed onto the crystallization powder, the carbon chain has a greater degree of freedom of movement. Therefore, it is speculated that contact between the crystallization powder and the hydrazine molecule is not effectively hindered.
上記(A)で表される構造を有するアルキレンアミンの具体例は、エチレンジアミン(略称:EDA)(H2NC2H4NH2)、ジエチレントリアミン(略称:DETA)(H2NC2H4NHC2H4NH2)、トリエチレンテトラミン(略称:TETA)(H2N(C2H4NH)2C2H4NH2)、テトラエチレンペンタミン(略称:TEPA)(H2N(C2H4NH)3C2H4NH2)、ペンタエチレンヘキサミン(略称:PEHA)(H2N(C2H4NH)4C2H4NH2)、プロピレンジアミン(別名称:1,2-ジアミノプロパン、1,2-プロパンジアミン)(略称:PDA)(CH3CH(NH2)CH2NH2)からなる群から選ばれる一種以上である。また上記(A)で表される構造を有するアルキレンアミン誘導体の具体例は、トリス(2-アミノエチル)アミン(略称:TAEA)(N(C2H4NH2)3)、N-(2-アミノエチル)エタノールアミン(別名称:2-(2-アミノエチルアミノ)エタノール(略称:AEEA)(H2NC2H4NHC2H4OH)、N-(2-アミノエチル)プロパノールアミン(別名称:2-(2-アミノエチルアミノ)プロパノール(略称:AEPA)(H2NC2H4NHC3H6OH)、L(または、D、DL)-2,3-ジアミノプロピオン酸(別名称:3-アミノ-L(または、D、DL)-アラニン)(略称:DAPA)(H2NCH2CH(NH)COOH)、エチレンジアミン-N,N’-二酢酸(別名称:エチレン-N,N’-ジグリシン)(略称:EDDA)(HOOCCH2NHC2H4NHCH2COOH)、1,2-シクロヘキサンジアミン(別名称:1,2-ジアミノシクロヘキサン)(略称:CHDA)(H2NC6H10NH2)から選ばれる1種以上である。これらのアルキレンアミンやアルキレンアミン誘導体は水溶性であり、なかでもエチレンジアミン及びジエチレントリアミンは、ヒドラジンの自己分解抑制作用が比較的強く、かつ入手が容易で安価なため好ましい。 Specific examples of alkyleneamines having the structure shown in ( A ) above are ethylenediamine (abbreviated as EDA ) ( H₂NC₂H₄NH₂ ), diethylenetriamine (abbreviated as DETA ) ( H₂NC₂H₄NHC₂H₄NH₂ ), triethylenetetramine (abbreviated as TETA) ( H₂N ( C₂H₄NH ) ₂C₂H₄NH₂ ), tetraethylenepentamine (abbreviated as TEPA ) ( H₂N ( C₂H₄NH ) ₃C₂H₄NH₂ ), and pentaethylenehexamine ( abbreviated as PEHA ) ( H₂N ( C₂H₄NH ) ₄C₂H₄NH₂ ) . It is one or more selected from the group consisting of ), propylenediamine (also known as 1,2-diaminopropane, 1,2-propanediamine) (abbreviation: PDA) ( CH3CH ( NH2 ) CH2NH2 ) . Furthermore, specific examples of alkyleneamine derivatives having the structure represented in (A) above include tris(2-aminoethyl)amine (abbreviation: TAEA) (N(C2H4NH2)3 ) , N- (2-aminoethyl)ethanolamine (also known as 2-(2-aminoethylamino)ethanol (abbreviation: AEEA ) ( H2NC2H4NHC2H4OH ), N-( 2 - aminoethyl )propanolamine (also known as 2-( 2 -aminoethylamino)propanol (abbreviation: AEPA) ( H2NC2H4NHC3H6OH ), L(or D , DL ) -2,3 -diaminopropionic acid (also known as 3-amino-L(or D,DL)-alanine) (abbreviation: DAPA) ( H2NCH2 ) It is one or more selected from CH(NH)COOH), ethylenediamine-N,N'-diacetic acid (also known as ethylene- N , N' -diglycine) (abbreviated as EDDA) ( HOOCCH₂NHC₂H₄NHCH₂COOH ), and 1,2- cyclohexanediamine (also known as 1,2 - diaminocyclohexane ) (abbreviated as CHDA) ( H₂NC₆H₁₀NH₂ ) . These alkyleneamines and alkyleneamine derivatives are water-soluble, and among them, ethylenediamine and diethylenetriamine are preferred because they have a relatively strong inhibitory effect on the self-decomposition of hydrazine, and are readily available and inexpensive.
エチレンジアミン(EDA)、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)、プロピレンジアミン(PDA)、トリス(2-アミノエチル)アミン(TAEA)、N-(2-アミノエチル)エタノールアミン(AEEA)、N-(2-アミノエチル)プロパノールアミン(AEPA)、及びL(または、D、DL)-2,3-ジアミノプロピオン酸(DAPA)の構造式を、下記(B)~(M)に示す。 The structural formulas of ethylenediamine (EDA), diethylenetriamine (DETA), triethylenetetramine (TETA), tetraethylenepentamine (TEPA), pentaethylenehexamine (PEHA), propylenediamine (PDA), tris(2-aminoethyl)amine (TAEA), N-(2-aminoethyl)ethanolamine (AEEA), N-(2-aminoethyl)propanolamine (AEPA), and L (or D,DL)-2,3-diaminopropionic acid (DAPA) are shown below in (B) to (M).
磁性金属の合計量に対するアミン化合物の配合量は0.00モル%以上5.00モル%以下が好ましく、0.01モル%以上5.00モル%以下がより好ましく、0.03モル%以上5.00モル%以下がさらに好ましい。アミン化合物の配合量は0.00モル%、すなわちアミン化合物を配合しなくてもよい。しかしながら配合量を0.01モル%以上にすることで、アミン化合物に基づくヒドラジンの自己分解抑制の効果及び還元反応促進の効果を十分に発揮させることが可能になる。また配合量を5.00モル%以下にすることで、錯化剤としての機能を適度に発現させることが可能になる。そのため、合金粉の粉体特性(粒子径、粒度分布、球状性、粒子の表面性状)をより優れたものにすることが可能になる。アミン化合物の配合量が5.00モル%を超えて多くなると、錯化剤としての働きが強くなり過ぎる。粒子成長が異常をきたして、合金粉の粉体特性が劣化する恐れがある。 The amount of amine compound relative to the total amount of magnetic metal is preferably 0.00 mol% to 5.00 mol%, more preferably 0.01 mol% to 5.00 mol%, and even more preferably 0.03 mol% to 5.00 mol%. The amount of amine compound can be 0.00 mol%, i.e., no amine compound is required. However, by increasing the amount to 0.01 mol% or more, the effects of inhibiting hydrazine self-decomposition and promoting the reduction reaction based on the amine compound can be fully exhibited. Furthermore, by limiting the amount to 5.00 mol% or less, the function as a complexing agent can be appropriately expressed. Therefore, it is possible to improve the powder properties of the alloy powder (particle size, particle size distribution, sphericity, particle surface properties). If the amount of amine compound exceeds 5.00 mol%, the complexing agent effect becomes too strong. This may lead to abnormal particle growth and deterioration of the powder properties of the alloy powder.
<晶析工程>
晶析工程では、準備した出発原料と水とを含む反応液を調製し、この反応液中で、前記磁性金属を含む晶析粉を還元反応により晶析させる。反応液の調製と晶析粉の晶析について、以下にそれぞれ説明する。なお実際の製造では、ほとんどの場合には、反応液を調製すると同時に晶析反応が始まるものの、反応液を調製する途中にわずかではあっても晶析反応が始まる可能性がある。なお、ここで言う晶析反応は、晶析過程で起きる反応のことである。すなわち、ヒドラジンによる還元反応(後述の(6)式など)を主とするものの、それ以外にもヒドラジンの自己分解反応(前述の(1)式)などを含む。したがって、還元反応よりも広い意味合いで晶析反応なる用語を用いている。
<Crystallization process>
In the crystallization process, a reaction solution is prepared containing the prepared starting materials and water, and the crystallization powder containing the magnetic metal is crystallized in this reaction solution by a reduction reaction. The preparation of the reaction solution and the crystallization of the crystallization powder are described below. In actual manufacturing, the crystallization reaction usually begins simultaneously with the preparation of the reaction solution, although there is a possibility that the crystallization reaction may begin to some extent during the preparation of the reaction solution. The crystallization reaction referred to here is the reaction that occurs during the crystallization process. That is, it mainly consists of the reduction reaction by hydrazine (such as equation (6) described later), but also includes other reactions such as the autodecomposition reaction of hydrazine (equation (1) mentioned above). Therefore, the term crystallization reaction is used in a broader sense than reduction reaction.
晶析工程では、金属塩原料溶液や還元剤溶液などの複数の溶液のうち少なくともいずれかを加熱した後に混合して反応液を調製し、反応液を反応槽内で加熱撹拌しながら所定温度に保ち、その状態で晶析反応を進める。加熱には汎用の方法を適用でき、例えば、反応槽(反応容器)をウォーターバス内に設置したり、あるいは蒸気ジャケット付き反応槽やヒーター付き反応槽を用いたりする手法が挙げられる。反応槽(反応容器)や反応液撹拌のための撹拌翼には、核剤の働きを妨げないという観点から反応液と接した際にそれらの表面でできるだけ核発生しにくい不活性な材質であること、さらには強度や熱伝導性に優れることなどが求められる。これらを満足するには、例えば、フッ素樹脂(PTFE、PFAなど)で被覆した金属容器(テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器など)や撹拌翼(テフロン(登録商標)被覆ステンレス撹拌翼など)が好適である。 In the crystallization process, at least one of several solutions, such as a metal salt raw material solution and a reducing agent solution, is heated and then mixed to prepare a reaction solution. The reaction solution is then heated and stirred in a reaction vessel to maintain a predetermined temperature, and the crystallization reaction proceeds under these conditions. General heating methods can be applied; for example, the reaction vessel may be placed in a water bath, or a steam-jacketed or heater-equipped reaction vessel may be used. The reaction vessel and the stirring blades for stirring the reaction solution must be made of an inert material that minimizes nucleation on their surfaces when in contact with the reaction solution, in order to avoid interfering with the action of the nucleating agent. Furthermore, they must possess excellent strength and thermal conductivity. To satisfy these requirements, metal containers coated with fluororesin (PTFE, PFA, etc.) (e.g., Teflon®-coated stainless steel containers) and stirring blades (e.g., Teflon®-coated stainless steel stirring blades) are suitable.
(a)反応液の調製
まず出発原料である磁性金属源、核剤、錯化剤、還元剤、pH調整剤、及び必要に応じてアミン化合物を、必要に応じて水に溶解させた後に混合して、反応液を調製することができる。この反応液を調製する際に用いられる水として、最終的に得られる合金粉の不純物量低減を図るために、高純度なものを用いることが好ましい。高純度な水として、導電率が1μS/cm以下の純水や、導電率が0.06μS/cm以下の超純水を用いることが可能であり、なかでも、安価で入手が容易な純水を用いることが好ましい。
(a) Preparation of reaction solution First, the starting materials, a magnetic metal source, a nucleating agent, a complexing agent, a reducing agent, a pH adjusting agent, and, if necessary, an amine compound, can be dissolved in water and mixed to prepare the reaction solution. When preparing this reaction solution, it is preferable to use highly pure water in order to reduce the amount of impurities in the final alloy powder. As highly pure water, it is possible to use pure water with an electrical conductivity of 1 μS/cm or less, or ultrapure water with an electrical conductivity of 0.06 μS/cm or less, and among these, it is preferable to use pure water, which is inexpensive and readily available.
鉄塩、ニッケル塩、コバルト塩、及び水酸化アルカリなどのように、出発原料が固体の場合は、これらを水と予め混合して溶解して水溶液にしておくことが好ましい。出発原料と水との混合は、撹拌混合など公知の手法で行えばよい。出発原料や水溶液の混合の手順は、反応液の均一性が損なわなければ特に限定されない。しかしながら、反応液の均一性を確保する観点から、各出発原料を含む水溶液を予め別個に調製し、調製した水溶液を混合することが好ましく、以下に説明する第1の態様又は第2の態様にしたがって反応液を調製することが特に好ましい。 When the starting materials are solids, such as iron salts, nickel salts, cobalt salts, and alkali hydroxides, it is preferable to pre-mix and dissolve them in water to form an aqueous solution. Mixing the starting materials with water can be done by known methods such as stirring. The procedure for mixing the starting materials and aqueous solutions is not particularly limited, as long as the uniformity of the reaction solution is not impaired. However, from the viewpoint of ensuring the uniformity of the reaction solution, it is preferable to prepare aqueous solutions containing each starting material separately beforehand and then mix the prepared aqueous solutions. It is particularly preferable to prepare the reaction solution according to the first or second embodiment described below.
第1の態様では、晶析工程で反応液を調製する際、磁性金属源、核剤、及び錯化剤を水に溶解させた金属塩原料溶液と、還元剤を水に溶解させた還元剤溶液と、pH調整剤を水に溶解させたpH調整溶液と、をそれぞれ用意し、金属塩原料溶液とpH調整溶液を混合して混合溶液とし、得られた混合溶液と還元剤溶液とを混合する。第1の態様における反応液調製及び合金粉製造の一例を示すプロセス図を、図2及び図3に示す。 In the first embodiment, when preparing the reaction solution in the crystallization step, a metal salt raw material solution is prepared by dissolving a magnetic metal source, a nucleating agent, and a complexing agent in water; a reducing agent solution is prepared by dissolving a reducing agent in water; and a pH adjusting solution is prepared by dissolving a pH adjusting agent in water. The metal salt raw material solution and the pH adjusting solution are mixed to form a mixed solution, and the resulting mixed solution is then mixed with the reducing agent solution. Figures 2 and 3 show process diagrams illustrating an example of reaction solution preparation and alloy powder production in the first embodiment.
第1の態様では、金属塩原料溶液、還元剤溶液及びpH調整溶液の3つの溶液をそれぞれ別個に調製する。金属塩原料溶液は、磁性金属源(水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩等)、核剤(ニッケルよりも貴な金属の水溶性塩)、錯化剤(ヒドロキシカルボン酸等)を水に溶解させて調製する。還元剤溶液は、還元剤(ヒドラジン)を水に溶解させて調製する。pH調整溶液は、pH調整剤(水酸化アルカリ)を水に溶解させて調製する。次いで、金属塩原料溶液とpH調整溶液とを混合して混合溶液を作製する。この際、金属塩原料溶液に含まれる磁性金属の塩(水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩等)とpH調整剤に含まれる水酸化アルカリとが反応して、磁性金属の水酸化物が形成される。この水酸化物は、水酸化鉄(Fe(OH)2)、水酸化ニッケル(Ni(OH)2)、水酸化コバルト(Co(OH)2)、鉄ニッケル水酸化物((Fe、Ni)(OH)2)、鉄ニッケルコバルト水酸化物((Fe、Ni、Co)(OH)2)などである。その後、得られた混合溶液に還元剤溶液を混合して反応液にする。 In the first embodiment, three solutions—a metal salt raw material solution, a reducing agent solution, and a pH adjusting solution—are prepared separately. The metal salt raw material solution is prepared by dissolving a magnetic metal source (water-soluble iron salt, water-soluble nickel salt, etc.), a nucleating agent (water-soluble salt of a metal nobler than nickel), and a complexing agent (hydroxycarboxylic acid, etc.) in water. The reducing agent solution is prepared by dissolving a reducing agent (hydrazine) in water. The pH adjusting solution is prepared by dissolving a pH adjusting agent (alkali hydroxide) in water. Next, the metal salt raw material solution and the pH adjusting solution are mixed to prepare a mixed solution. At this time, the magnetic metal salt (water-soluble iron salt, water-soluble nickel salt, etc.) contained in the metal salt raw material solution reacts with the alkali hydroxide contained in the pH adjusting agent to form a magnetic metal hydroxide. These hydroxides include iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ), nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ), cobalt hydroxide (Co(OH) ₂ ), iron-nickel hydroxide ((Fe,Ni)(OH) ₂ ), and iron-nickel-cobalt hydroxide ((Fe,Ni,Co)(OH) ₂ ). Subsequently, the resulting mixed solution is mixed with a reducing agent solution to form a reaction solution.
第1の態様における反応液の具体的な調製手順としては、金属塩原料溶液に、pH調整溶液、及び還元剤溶液を順次添加して混合することが好ましい。金属塩原料溶液、還元剤溶液、pH調整溶液の3種類の溶液を用いる第1の態様において、金属塩原料溶液は、その液量(体積)が最も多い。したがって、液量の多い金属塩原料溶液に他の溶液を順次添加して混合した方が、他の溶液に金属塩原料溶液を加えるよりも、均一な混合状態を実現でき、反応液中で均一に還元反応を進めることができるからである。 In the first embodiment, the specific procedure for preparing the reaction solution is to sequentially add and mix the pH adjusting solution and the reducing agent solution to the metal salt raw material solution. In the first embodiment, which uses three types of solutions—metal salt raw material solution, reducing agent solution, and pH adjusting solution—the metal salt raw material solution has the largest volume. Therefore, sequentially adding and mixing the other solutions to the larger volume metal salt raw material solution achieves a more uniform mixing state than adding the metal salt raw material solution to the other solutions, allowing the reduction reaction to proceed uniformly in the reaction solution.
アミン化合物を配合する場合には、金属塩原料溶液、還元剤溶液及びpH調整剤溶液の少なくとも一つにアミン化合物を加えればよい。またこれらの溶液全てを混合した後にアミン化合物を加えてもよい。図2は、金属塩原料溶液、還元剤溶液及びpH調整液の少なくとも一つにアミン化合物を加える態様を示している。図3は金属塩原料溶液、還元剤溶液及びpH調整溶液の全てを混合して得た反応液にアミン化合物を加える態様を示している。 When incorporating an amine compound, it is sufficient to add the amine compound to at least one of the metal salt raw material solution, reducing agent solution, and pH adjusting agent solution. Alternatively, the amine compound may be added after all of these solutions have been mixed. Figure 2 shows an example of adding an amine compound to at least one of the metal salt raw material solution, reducing agent solution, and pH adjusting solution. Figure 3 shows an example of adding an amine compound to a reaction solution obtained by mixing all of the metal salt raw material solution, reducing agent solution, and pH adjusting solution.
第1の態様では、金属塩原料溶液とpH調整剤の混合溶液に、還元剤溶液を混合して反応液を調製しており、還元剤溶液を加えた時点から還元反応が進行する。還元剤溶液を混合する際、還元剤が加わる微小領域では、局所的に還元剤(ヒドラジン)濃度が急上昇する。また混合溶液はpH調整剤(水酸化アルカリ)を含んでおり、この混合溶液に還元剤溶液を混合する初期段階で、混合溶液(反応液)のpHは依然として高い。先述したように、pHが高いほど、還元剤(ヒドラジン)は強い還元力を発揮する。したがって還元剤溶液混合の初期には、局所的に還元剤濃度及びpHが高くなり、核剤に起因した核発生及び晶析粉を生成する還元反応が急激に起こる。一方で還元剤溶液を加えるに伴い、混合溶液(反応液)のpHは徐々に低くなる。そのため還元剤溶液混合の終期段階では、還元剤の還元力は初期ほど強くはなく、核発生及び還元反応は緩やかに進行する。したがって還元溶液混合の初期と終期とでは、還元剤の還元力に差が生じることになる。 In the first embodiment, a reaction solution is prepared by mixing a reducing agent solution with a mixed solution of a metal salt raw material solution and a pH adjuster, and the reduction reaction proceeds from the moment the reducing agent solution is added. When the reducing agent solution is mixed, the concentration of the reducing agent (hydrazine) rises sharply locally in the minute region where the reducing agent is added. The mixed solution also contains a pH adjuster (alkali hydroxide), and in the initial stage of mixing the reducing agent solution into this mixed solution, the pH of the mixed solution (reaction solution) is still high. As mentioned above, the higher the pH, the stronger the reducing agent (hydrazine) exhibits. Therefore, in the initial stage of mixing the reducing agent solution, the local reducing agent concentration and pH become high, and a reduction reaction that causes nucleation and crystallization powder generation due to the nucleating agent occurs rapidly. On the other hand, as the reducing agent solution is added, the pH of the mixed solution (reaction solution) gradually decreases. Therefore, in the final stage of mixing the reducing agent solution, the reducing power of the reducing agent is not as strong as in the initial stage, and the nucleation and reduction reaction proceeds slowly. Therefore, a difference in the reducing power of the reducing agent will occur between the initial and final stages of mixing the reducing solution.
初期と終期とでの還元力の差が大きいと、核発生反応及び還元反応の均一性が低下し、得られる晶析粉の粉体特性(粒径、表面平滑性等)のバラツキが大きくなる恐れがある。したがって、できるだけ還元力の差を小さくすることが望ましい。そのためには還元剤溶液をできるだけ速やかに混合することが好ましい。金属塩原料溶液とpH調整剤の混合溶液に還元剤溶液を混合するのに要する時間(混合時間)は180秒以下が好ましく、120秒以下がより好ましく、60秒以下がさらに好ましい。一方で製造装置の制約から、混合時間を過度に短くすることは困難な場合がある。混合時間は1秒以上であってよく、3秒以上であってよく、5秒以上であってもよい。 If the difference in reducing power between the initial and final stages is large, the uniformity of the nucleation and reduction reactions will decrease, potentially leading to greater variation in the powder properties (particle size, surface smoothness, etc.) of the resulting crystallized powder. Therefore, it is desirable to minimize the difference in reducing power as much as possible. To achieve this, it is preferable to mix the reducing agent solution as quickly as possible. The time required to mix the reducing agent solution with the mixed solution of the metal salt raw material solution and pH adjuster (mixing time) is preferably 180 seconds or less, more preferably 120 seconds or less, and even more preferably 60 seconds or less. On the other hand, due to limitations of the manufacturing equipment, it may be difficult to shorten the mixing time excessively. The mixing time may be 1 second or more, 3 seconds or more, or 5 seconds or more.
なお、金属塩原料溶液にpH調整剤溶液を混合する際も、混合時間が長いと、形成される磁性金属水酸化物の特性にバラツキが生じ、これが晶析粉の粉体特性バラツキをもたらす恐れがある。その影響は、還元剤溶液を混合する際ほど大きくはないが、混合時間は短いほど好ましい。pH調整剤を混合するのに要する時間(混合時間)は180秒以下が好ましく、120秒以下がより好ましく、80秒以下がさらに好ましい。また混合時間は1秒以上であってよく、3秒以上であってよく、5秒以上であってよい。 Furthermore, when mixing the pH adjusting agent solution with the metal salt raw material solution, prolonged mixing time can lead to variations in the properties of the formed magnetic metal hydroxide, potentially causing variations in the powder properties of the crystallized powder. While this effect is not as significant as when mixing the reducing agent solution, shorter mixing times are preferable. The time required to mix the pH adjusting agent (mixing time) is preferably 180 seconds or less, more preferably 120 seconds or less, and even more preferably 80 seconds or less. The mixing time may also be 1 second or more, 3 seconds or more, or 5 seconds or more.
晶析粉の粉体特性バラツキを抑制する上で、還元剤溶液やpH調整剤溶液を混合する際に、溶液を撹拌しながら混合する撹拌混合を行うことも有効である。撹拌することで溶液中の成分濃度の急上昇が抑えられるため、晶析粉の特性バラツキを抑えることが可能になる。撹拌混合は、撹拌羽根などの撹拌装置を用いて行えばよい。 To suppress variations in the powder properties of crystallized powder, it is effective to mix the reducing agent solution and pH adjusting agent solution while stirring. Stirring prevents a rapid increase in the concentration of components in the solution, thus reducing variations in the properties of the crystallized powder. Stirring can be performed using a stirring device such as a stirring blade.
第2の態様では、晶析工程で反応液を調製する際、磁性金属源、核剤、及び錯化剤を水に溶解させた金属塩原料溶液と、還元剤及びpH調整剤を水に溶解させた還元剤溶液と、をそれぞれ用意し、金属塩原料溶液及び還元剤溶液を混合する。第2の態様における反応液調製及び合金粉製造の一例を示すプロセス図を、図4及び図5に示す。 In the second embodiment, when preparing the reaction solution in the crystallization step, a metal salt raw material solution is prepared by dissolving a magnetic metal source, a nucleating agent, and a complexing agent in water, and a reducing agent solution is prepared by dissolving a reducing agent and a pH adjusting agent in water. The metal salt raw material solution and the reducing agent solution are then mixed. Figures 4 and 5 show process diagrams illustrating an example of reaction solution preparation and alloy powder production in the second embodiment.
第2の態様では、金属塩原料溶液及び還元剤溶液及の2つの溶液をそれぞれ別個に調製する。金属塩原料溶液は、磁性金属源(水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩等)、核剤(ニッケルよりも貴な金属の水溶性塩)、及び錯化剤(ヒドロキシカルボン酸等)を水に溶解させて調製する。還元剤溶液は、還元剤(ヒドラジン)及びpH調整剤(水酸化アルカリ)を水に溶解させて調製する。次いで、金属源原料溶液と還元剤溶液を混合して反応液にする。第2の態様では、還元剤溶液がpH調整剤を含む点が、第1の態様とは異なる。 In the second embodiment, two solutions—a metal salt raw material solution and a reducing agent solution—are prepared separately. The metal salt raw material solution is prepared by dissolving a magnetic metal source (water-soluble iron salt, water-soluble nickel salt, etc.), a nucleating agent (water-soluble salt of a metal nobler than nickel), and a complexing agent (hydroxycarboxylic acid, etc.) in water. The reducing agent solution is prepared by dissolving a reducing agent (hydrazine) and a pH adjusting agent (alkali hydroxide) in water. Then, the metal source raw material solution and the reducing agent solution are mixed to form a reaction solution. The second embodiment differs from the first embodiment in that the reducing agent solution contains a pH adjusting agent.
第2の態様における反応液の具体的な調製手順として、金属塩原料溶液に還元剤溶液を添加して混合するか、あるいは、逆に、還元剤溶液に金属塩原料溶液を添加して混合する、という2通りのやり方が可能である。第1の態様と異なり、還元剤とpH調整剤(水酸化アルカリ)の両方を含む還元剤溶液の液量(体積)は、金属塩原料溶液の液量(体積)と同等レベルである。そのため、いずれか一方を他方に添加して混合することで、基本的には均一な混合状態を実現でき、反応液中で均一な還元反応を進めることができる。 In the second embodiment, there are two possible methods for preparing the reaction solution: either adding the reducing agent solution to the metal salt raw material solution and mixing, or conversely, adding the metal salt raw material solution to the reducing agent solution and mixing. Unlike the first embodiment, the volume of the reducing agent solution, which contains both the reducing agent and the pH adjuster (alkali hydroxide), is equivalent to the volume of the metal salt raw material solution. Therefore, by adding one to the other and mixing, a homogeneous mixture can be achieved, allowing a uniform reduction reaction to proceed in the reaction solution.
ただし、還元剤やpH調整剤(水酸化アルカリ)の金属塩原料に対する配合割合が多い晶析条件の場合には、還元剤溶液に金属塩原料溶液を添加して混合することが好ましい。これは、晶析工程の生産性確保の観点から反応液中の金属塩原料濃度は所定レベル以上に維持(金属成分で30~40g/L)されることが望まれるからである。すなわち、上述した晶析条件では、還元剤溶液の液量(体積)が、金属塩原料溶液の液量(体積)よりもかなり多い。したがって、液量(体積)の多い還元剤溶液に、液量(体積)の少ない金属塩原料溶液を添加して混合した方が、均一な混合状態を実現でき、反応液中で均一に還元反応を進めることができる。 However, under crystallization conditions where the proportion of reducing agents and pH adjusters (alkali hydroxides) relative to the metal salt raw materials is high, it is preferable to add and mix the metal salt raw material solution to the reducing agent solution. This is because, from the viewpoint of ensuring productivity in the crystallization process, it is desirable to maintain the concentration of the metal salt raw material in the reaction solution at or above a predetermined level (30-40 g/L of metal components). In other words, under the crystallization conditions described above, the volume of the reducing agent solution is considerably larger than the volume of the metal salt raw material solution. Therefore, adding and mixing the metal salt raw material solution, which has a smaller volume, to the reducing agent solution, which has a larger volume, allows for a more uniform mixing state and enables the reduction reaction to proceed uniformly in the reaction solution.
第2の態様においても、第1の態様と同じ理由で、金属塩溶液に還元剤溶液を混合するのに要する時間(混合時間)は180秒以下が好ましく、120秒以下がより好ましく、60秒以下がさらに好ましい。また混合時間は1秒以上であってよく、3秒以上であってよく、5秒以上であってもよい。また還元剤溶液を混合する際に撹拌混合することも有効である。 In the second embodiment, for the same reasons as in the first embodiment, the time required to mix the reducing agent solution with the metal salt solution (mixing time) is preferably 180 seconds or less, more preferably 120 seconds or less, and even more preferably 60 seconds or less. The mixing time may also be 1 second or more, 3 seconds or more, or 5 seconds or more. Stirring during the mixing of the reducing agent solution is also effective.
第3の態様では、第1の態様や第2の態様の晶析工程において、還元反応が終了する前に追加原料液を反応液にさらに添加及び混合する。これにより晶析粉の表面をニッケルやコバルト成分リッチにする。ここで、追加原料液は、前述した水溶性ニッケル塩と水溶性コバルト塩の少なくともいずれかを水に溶解させたものである。第3の態様における合金粉製造の一例を示すプロセス図を、図6に示す。 In the third embodiment, in the crystallization step of the first and second embodiments, an additional raw material solution is added and mixed into the reaction solution before the reduction reaction is completed. This enriches the surface of the crystallized powder with nickel and cobalt components. Here, the additional raw material solution is obtained by dissolving at least one of the aforementioned water-soluble nickel salt and water-soluble cobalt salt in water. A process diagram showing an example of alloy powder production in the third embodiment is shown in Figure 6.
第3の態様では、第1の態様や第2の態様の反応液調製に用いた溶液に加えて、追加原料液を調製する。この追加原料液は、水溶性ニッケル塩と水溶性コバルト塩の少なくともいずれかを水に溶解させて調製したものである。追加原料液の反応液への添加は、一気添加、分割添加、及び/又は滴下などの手法で行なえばよい。添加は、必然ではないが、還元反応が終了する前のタイミングで行うことが好ましい。還元反応が完全に終了すると晶析粒子同志が凝集体を形成し始める。このタイミングで追加原料液を添加して還元反応による金属成分の析出を進めると、凝集体に含まれる粒子同士の結合を強化することがある。 In the third embodiment, an additional raw material solution is prepared in addition to the solution used to prepare the reaction solution in the first and second embodiments. This additional raw material solution is prepared by dissolving at least one of a water-soluble nickel salt and a water-soluble cobalt salt in water. The additional raw material solution can be added to the reaction solution by methods such as a single addition, partial addition, and/or dropwise addition. Although not necessary, it is preferable to add the solution before the reduction reaction is complete. Once the reduction reaction is completely finished, the crystallized particles begin to form aggregates. Adding the additional raw material solution at this timing to promote the precipitation of metal components by the reduction reaction may strengthen the bonds between particles contained in the aggregates.
また、第3の態様によれば、第1の態様や第2の態様に比べて、還元剤の使用量を低減できるという利点がある。鉄イオン(または水酸化鉄)は、ニッケルイオン(または水酸化ニッケル)やコバルトイオン(または水酸化コバルト)よりも還元されにくい。ニッケル成分やコバルト成分を含む追加原料液を反応液へ追加すると、還元されにくい鉄イオン(または水酸化鉄)の還元反応を晶析終盤で促進することができるからである。 Furthermore, the third embodiment has the advantage of reducing the amount of reducing agent used compared to the first and second embodiments. Iron ions (or iron hydroxide) are less easily reduced than nickel ions (or nickel hydroxide) or cobalt ions (or cobalt hydroxide). Adding an additional starting material solution containing nickel or cobalt components to the reaction solution can accelerate the reduction reaction of the less easily reduced iron ions (or iron hydroxide) towards the end of crystallization.
追加原料液中の磁性金属(Ni、Co)の量は、晶析粉表面をニッケルやコバルト成分リッチにする程度に応じて設定すればよい。しかしながら、粒子全体の組成均一性を考慮すれば、合金粉中の鉄を除く磁性金属(Ni、Co)の合計量に対して、5モル%~50モル%であるのが好ましい。粒子表面がニッケルやコバルト成分リッチになると、ポーラスな酸化被膜を形成しやすい鉄成分が減少する。そのため、緻密な酸化被膜が形成されて粒子表面の酸化量が抑制されるため、大気中でより安定なだけでなく、飽和磁束密度などの磁気特性も向上する。 The amount of magnetic metals (Ni, Co) in the additional raw material solution should be set according to the degree to which the crystallized powder surface is enriched with nickel and cobalt components. However, considering the overall compositional uniformity of the particles, it is preferable that the amount is between 5 mol% and 50 mol% relative to the total amount of magnetic metals (Ni, Co) excluding iron in the alloy powder. When the particle surface is enriched with nickel and cobalt components, the amount of iron components, which easily form a porous oxide film, decreases. Therefore, a dense oxide film is formed, suppressing oxidation of the particle surface, resulting in not only greater stability in the atmosphere but also improved magnetic properties such as saturation magnetic flux density.
(b)晶析粉の晶析
反応液を調製すると、この反応液中で還元反応が起こる。すなわちpH調整剤(水酸化アルカリ)及び核剤(ニッケルよりも貴な金属の塩)の共存下で磁性金属源のイオンや錯イオンが還元剤(ヒドラジン)により還元され、それにより磁性金属を含む晶析粉が形成される。
(b) Crystallization of crystallized powder When the reaction solution is prepared, a reduction reaction occurs in this solution. That is, in the presence of a pH adjusting agent (alkali hydroxide) and a nucleating agent (salt of a metal nobler than nickel), ions and complex ions of the magnetic metal source are reduced by a reducing agent (hydrazine), thereby forming crystallized powder containing magnetic metal.
晶析工程における還元反応を、反応式を用いて説明する。鉄(Fe)、ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)の還元反応は、下記(2)~(4)式に示すように2電子反応である。一方で、還元剤としてのヒドラジン(N2H4)の反応は下記(5)式に示すように4電子反応である。 The reduction reactions in the crystallization process will be explained using reaction equations. The reduction reactions of iron (Fe), nickel (Ni), and cobalt (Co) are two-electron reactions, as shown in equations (2) to ( 4 ) below. On the other hand, the reaction of hydrazine ( N₂H₄ ) as a reducing agent is a four-electron reaction, as shown in equation (5) below.
磁性金属の塩化物(FeCl2、NiCl2、CoCl2)を磁性金属源として用い、水酸化ナトリウム(NaOH)をpH調整剤に用いた場合には、下記(6)式に示すように、まず磁性金属塩化物と水酸化ナトリウムとが中和反応を起こして、水酸化物((Fe、Ni、Co)(OH)2等)が生じる。そして、この水酸化物((Fe、Ni、Co)(OH)2等)が還元剤(ヒドラジン)の働きにより還元されて、晶析粉になる。1モルの磁性金属(Fe、Ni、Co)を還元するためには、0.5モルの還元剤(ヒドラジン)が必要である。また上記(5)式を見て分かるように、アルカリ性(pH)が高いほど、ヒドラジンの還元力は高い。そのためpH調整剤として利用される水酸化ナトリウムは、ヒドラジンによる還元反応を促進する効果もある。 When magnetic metal chlorides ( FeCl₂ , NiCl₂ , CoCl₂ ) are used as a magnetic metal source and sodium hydroxide (NaOH) is used as a pH adjuster, as shown in equation (6) below, the magnetic metal chloride and sodium hydroxide first undergo a neutralization reaction to produce hydroxides ((Fe, Ni, Co)(OH) ₂, etc.). Then, these hydroxides ((Fe, Ni, Co)(OH) ₂, etc.) are reduced by the action of a reducing agent (hydrazine) to form a crystallized powder. To reduce 1 mole of magnetic metal (Fe, Ni, Co), 0.5 moles of reducing agent (hydrazine) are required. Also, as can be seen from equation (5) above, the higher the alkalinity (pH), the higher the reducing power of hydrazine. Therefore, sodium hydroxide used as a pH adjuster also has the effect of promoting the reduction reaction by hydrazine.
上記(6)式の還元反応において、磁性金属(Fe、Ni、Co)それぞれの元素のイオン(または水酸化物)の還元は、共還元によって、ある程度は同時に進行する。ここで、共還元とは、ある元素の還元反応が生じる際に別の還元反応が付随的に起きる現象を指す。しかしながら、先述したように、鉄イオン(または水酸化鉄)は、ニッケルイオン(または水酸化ニッケル)やコバルトイオン(または水酸化コバルト)に比べて還元されにくい。そのため、晶析反応終盤には、反応液中でニッケルイオン(または水酸化ニッケル)やコバルトイオン(または水酸化コバルト)が還元反応で消費されて消失し、鉄イオン(または水酸化鉄)が残存する傾向にある。この傾向は、鉄の含有割合が大きい場合(例えば、合金粉の鉄含有量が60モル%超)に特に顕著である。このような現象が起こると、晶析反応(還元反応)完了までに長時間を要するだけでなく、粒子内で組成が不均一な傾斜構造が形成されやすい。傾斜構造が形成されると、得られる合金粉の粒子中心部はニッケルやコバルトがリッチな組成となり、粒子表面に近くなるほど鉄リッチな組成になる。 In the reduction reaction of equation (6) above, the reduction of ions (or hydroxides) of each element of the magnetic metal (Fe, Ni, Co) proceeds to some extent simultaneously through co-reduction. Here, co-reduction refers to the phenomenon in which another reduction reaction occurs incidentally when a reduction reaction of one element takes place. However, as mentioned above, iron ions (or iron hydroxide) are less easily reduced than nickel ions (or nickel hydroxide) or cobalt ions (or cobalt hydroxide). Therefore, towards the end of the crystallization reaction, nickel ions (or nickel hydroxide) and cobalt ions (or cobalt hydroxide) tend to be consumed and disappear in the reduction reaction in the reaction solution, leaving behind iron ions (or iron hydroxide). This tendency is particularly pronounced when the iron content is high (for example, when the iron content of the alloy powder exceeds 60 mol%). When such a phenomenon occurs, not only does it take a long time to complete the crystallization reaction (reduction reaction), but a non-uniform gradient structure is likely to be formed within the particles. When a gradient structure is formed, the center of the resulting alloy powder particles becomes rich in nickel and cobalt, while the composition becomes iron-rich closer to the particle surface.
これに対して、先述した第3の態様では、晶析反応の途中で追加原料液を反応液に添加して、還元されにくい鉄イオン(または水酸化鉄)の還元反応を晶析終盤で促進している。そのため、特に鉄含有割合が大きい場合の晶析反応(還元反応)長時間化や、得られる合金粉粒子内での組成不均一化を改善することが可能になる。 In contrast, in the third embodiment described above, additional raw material solution is added to the reaction solution during the crystallization reaction to accelerate the reduction reaction of iron ions (or iron hydroxide), which are difficult to reduce, towards the end of the crystallization process. Therefore, it becomes possible to extend the crystallization reaction (reduction reaction) time, especially when the iron content is high, and to improve the non-uniformity of the composition within the resulting alloy powder particles.
晶析粉の晶析開始時の反応液の温度(反応開始温度)は40℃以上90℃以下が好ましく、50℃以上80℃以下がより好ましく、60℃以上70℃以下がさらに好ましい。ここで晶析開始時の反応液とは、調製した直後の出発原料と水とを含む反応液のことである。また、晶析開始後の晶析中に保持される反応液の温度(反応保持温度)は60℃以上99℃以下が好ましく、70℃以上95℃以下がより好ましく、80℃以上90℃以下がさらに好ましい。反応開始温度を好適な範囲内に調製するためには、反応液の調製に用いる金属塩原料溶液や還元剤溶液などの複数の溶液のうち少なくともいずれかを予め加熱しておくことが望ましい。反応保持温度を好適な範囲内に調製するためには、反応液調製後に反応液の加熱を継続することが望ましい。 The reaction solution temperature at the start of crystallization of the crystallized powder (reaction start temperature) is preferably 40°C to 90°C, more preferably 50°C to 80°C, and even more preferably 60°C to 70°C. Here, the reaction solution at the start of crystallization refers to the reaction solution containing the starting materials and water immediately after preparation. Furthermore, the temperature of the reaction solution maintained during crystallization after the start of crystallization (reaction holding temperature) is preferably 60°C to 99°C, more preferably 70°C to 95°C, and even more preferably 80°C to 90°C. To adjust the reaction start temperature within a suitable range, it is desirable to preheat at least one of the multiple solutions used in preparing the reaction solution, such as the metal salt raw material solution and the reducing agent solution. To adjust the reaction holding temperature within a suitable range, it is desirable to continue heating the reaction solution after its preparation.
核発生をより均一にしてシャープな粒度分布の晶析粉を得る観点から、可能であれば、金属塩原料溶液や還元剤溶液などの複数の溶液のうちの一つを予め加熱(例えば70℃に加熱)しておき、他方の溶液は予め加熱せず(例えば25℃に保持)、それらを添加混合して所定温度(例えば55℃)の反応液を調製することが好ましい。これに対して、2つの溶液(例えば、金属塩原料溶液と還元剤溶液)の両方を予め加熱(例えば70℃に加熱)すると、不均一な核発生が起こり易い。すなわち2つの溶液を添加混合すると溶液の混合発熱が起こる。そのため添加混合された溶液(反応液)が混合開始時に局所的に高温(例えば78℃程度)になり、核発生が瞬時に起きる。核発生が起きながら2つの溶液を添加混合する状態になり、この状態は核発生の不均一化をもたらしやすい。 From the viewpoint of obtaining crystallized powder with a sharp particle size distribution by achieving more uniform nucleation, it is preferable, if possible, to preheat one of several solutions (e.g., metal salt raw material solution and reducing agent solution) to 70°C, while keeping the other solution unheated (e.g., at 25°C), and then add and mix them to prepare a reaction solution at a predetermined temperature (e.g., 55°C). In contrast, preheating both solutions (e.g., metal salt raw material solution and reducing agent solution) to 70°C tends to result in non-uniform nucleation. That is, when two solutions are added and mixed, heat generation occurs. Therefore, the added and mixed solution (reaction solution) becomes locally hot (e.g., around 78°C) at the start of mixing, causing instantaneous nucleation. This results in a state where nucleation occurs while the two solutions are being added and mixed, which easily leads to non-uniform nucleation.
2つの溶液の添加時間を極端に短くする、あるいは強力に撹拌するといった手法で核発生均一化の改善を図ることが考えられるものの、このような手法は必ずしも好ましい態様とは言えない。先述した一方の溶液だけを予め加熱(例えば70℃に加熱)してから添加混合して反応液を調製する手法では、添加混合された溶液(反応液)は低温(例えば55℃)に維持され、局所的に高温化されることがない。核発生のタイミングが遅れるため、2つの溶液がよく混合されてから核発生が進行する。したがって核発生が均一に起こり易い。以上はより好ましい事例を述べたものであり、金属塩原料溶液や還元剤溶液などの複数の溶液の全てを予め加熱する場合を排除するものではない。反応開始温度と反応保持温度が先述した範囲に収まるように溶液の加熱及びその温度を設定すればよい。 While methods such as drastically shortening the addition time between the two solutions or vigorous stirring can be considered to improve nucleation homogenization, such methods are not necessarily preferable. In the method described above, where only one solution is preheated (e.g., to 70°C) before adding and mixing to prepare the reaction mixture, the mixed solution (reaction mixture) is maintained at a low temperature (e.g., 55°C) and does not experience localized high temperatures. Because the timing of nucleation is delayed, nucleation proceeds only after the two solutions are thoroughly mixed. Therefore, nucleation is more likely to occur uniformly. The above describes a more preferable example and does not exclude cases where all of the multiple solutions, such as the metal salt raw material solution and the reducing agent solution, are preheated. The heating of the solutions and their temperatures should be set so that the reaction start temperature and reaction holding temperature fall within the range described above.
反応開始温度が過度に低いと、核発生はより均一化するが、還元反応の進行が遅く、且つ還元反応促進が可能な反応保持温度までの昇温に必要な加熱時間が長くなる。同様に反応保持温度が過度に低いと還元反応の進行が遅く晶析に必要な加熱時間が長くなる。いずれの場合であっても、晶析工程で必要とされるサイクルタイムが長時間化し、生産性が低下する。その上、ヒドラジンの自己分解が進行するため、多量のヒドラジンが必要になり、その結果、製造コストが増大する。反応開始温度や反応保持温度が高いと、還元反応が促進されて晶析工程で必要とされるサイクルタイムが短縮するとともに、得られる晶析粉が高結晶化する傾向にある。しかしながら、同時にヒドラジンの自己分解速度が大きくなる。したがって、反応開始温度や反応保持温度が過度に高いと、核発生の不均一化が起こるのみならず、過度な高結晶化により粒子表面の平滑性が悪化して、表面の凹凸が大きくなる恐れがある。また適切なタイミングで晶析を終了しないと、還元反応によりヒドラジンが自己分解して優先的に消費される恐れがある。そのため、多量のヒドラジンが必要になり、製造コスト増大につながるとの懸念がある。反応開始温度や反応保持温度を先述した好適な範囲内に設定することで、高い生産性を維持しながら、高性能な合金粉を安価に製造することが可能になる。 If the reaction initiation temperature is excessively low, nucleation becomes more uniform, but the reduction reaction proceeds slowly, and the heating time required to raise the temperature to the reaction holding temperature at which reduction can be accelerated becomes longer. Similarly, if the reaction holding temperature is excessively low, the reduction reaction proceeds slowly, and the heating time required for crystallization becomes longer. In either case, the cycle time required for the crystallization process becomes longer, and productivity decreases. In addition, because hydrazine self-decomposition progresses, a large amount of hydrazine is required, resulting in increased manufacturing costs. If the reaction initiation temperature and reaction holding temperature are high, the reduction reaction is accelerated, the cycle time required for the crystallization process is shortened, and the resulting crystallized powder tends to be highly crystalline. However, at the same time, the rate of hydrazine self-decomposition increases. Therefore, if the reaction initiation temperature and reaction holding temperature are excessively high, not only will nucleation become non-uniform, but excessive high crystallization may worsen the smoothness of the particle surface, potentially leading to increased surface irregularities. Also, if crystallization is not terminated at the appropriate time, hydrazine may be preferentially consumed through self-decomposition by the reduction reaction. Therefore, there are concerns that a large amount of hydrazine will be required, leading to increased manufacturing costs. By setting the reaction initiation temperature and reaction holding temperature within the aforementioned optimal range, it becomes possible to manufacture high-performance alloy powders at a low cost while maintaining high productivity.
<回収工程>
回収工程では、晶析工程で得られた反応液から晶析粉を回収する。晶析粉の回収は公知の手法で行えばよい。例えば、デンバーろ過器、フィルタープレス、遠心分離機、又はデカンターなどの分離装置を用いて反応液から晶析粉を固液分離する手法が挙げられる。また固液分離の際、または固液分離後に晶析粉を洗浄してもよい。洗浄は、洗浄液を用いて行えばよい。洗浄液として導電率1μS/cm以下の高純度純水などを用いればよい。洗浄後の晶析粉に乾燥処理を施してもよい。乾燥処理は、大気乾燥機、熱風乾燥機、不活性ガス雰囲気乾燥機、還元性ガス雰囲気乾燥機、または真空乾燥機などの汎用の乾燥装置を用いて、40℃以上150℃以下、好ましくは50℃以上120℃以下の温度で行えばよい。ただし、乾燥処理中の晶析粉の過剰な酸化による磁気特性悪化を防止する観点からすると、大気乾燥機や大気を用いた熱風乾燥機よりも、不活性ガス雰囲気乾燥機、還元性ガス雰囲気乾燥機、または真空乾燥機を用いる方が好ましい。
<Recovery Process>
In the recovery process, the crystallized powder is recovered from the reaction solution obtained in the crystallization process. The recovery of the crystallized powder can be carried out by known methods. For example, a method of solid-liquid separation of the crystallized powder from the reaction solution can be used using separation equipment such as a Denver filter, filter press, centrifuge, or decanter. The crystallized powder may also be washed during or after solid-liquid separation. Washing can be carried out using a washing solution. High-purity pure water with a conductivity of 1 μS/cm or less can be used as the washing solution. The crystallized powder after washing may be subjected to a drying treatment. The drying treatment can be carried out using a general-purpose drying device such as an air dryer, hot air dryer, inert gas atmosphere dryer, reducing gas atmosphere dryer, or vacuum dryer at a temperature of 40°C to 150°C, preferably 50°C to 120°C. However, from the standpoint of preventing deterioration of magnetic properties due to excessive oxidation of the crystallized powder during the drying process, it is preferable to use an inert gas atmosphere dryer, a reducing gas atmosphere dryer, or a vacuum dryer rather than an air dryer or a hot air dryer using air.
なお、不活性ガス雰囲気乾燥機、還元性ガス雰囲気乾燥機、または真空乾燥機の密閉容器内で乾燥された晶析粉は、その粒子表面があまり酸化されていない。そのため、乾燥後に乾燥機からすぐに大気中に取り出すと粒子表面が急激に酸化し、その酸化反応の発熱により晶析粉が燃焼する恐れがある。この現象は、特に微細な晶析粉(例えば、粒径0.1μm以下)で起こりやすい。そこで、乾燥後の粒子表面があまり酸化されていない晶析粉の粒子表面に、予め薄い酸化被膜を形成して安定化させる徐酸化処理を施すことが望ましい。具体的な徐酸化処理の手順としては、不活性ガス雰囲気乾燥機、還元性ガス雰囲気乾燥機、または真空乾燥機の密閉容器内で加熱乾燥された晶析粉の温度を室温~40℃程度に低下させた後、密閉容器内に酸素濃度の低いガス(例えば、酸素0.1~2体積%を含む窒素ガスやアルゴンガス)を供給し、晶析粉の粒子表面を少しずつゆっくりと酸化させて薄い酸化被膜を形成させる方法が考えられる。徐酸化処理が施された晶析粉は、酸化されにくく安定なため、大気中に放置しても発熱や燃焼を生じる恐れがない。 Furthermore, crystallized powder dried in a sealed container of an inert gas atmosphere dryer, a reducing gas atmosphere dryer, or a vacuum dryer has a particle surface that is not significantly oxidized. Therefore, if the powder is immediately removed from the dryer and exposed to the atmosphere after drying, the particle surface will oxidize rapidly, and the heat generated by this oxidation reaction may cause the crystallized powder to burn. This phenomenon is particularly likely to occur with fine crystallized powder (for example, particle size of 0.1 μm or less). Therefore, it is desirable to perform a slow oxidation treatment to stabilize the particle surface of crystallized powder that has not been significantly oxidized after drying by forming a thin oxide film in advance. A specific procedure for slow oxidation treatment is to lower the temperature of the crystallized powder, which has been heated and dried in a sealed container of an inert gas atmosphere dryer, a reducing gas atmosphere dryer, or a vacuum dryer, to room temperature to about 40°C, and then supply a gas with a low oxygen concentration (for example, nitrogen gas or argon gas containing 0.1 to 2 volume percent oxygen) into the sealed container, slowly oxidizing the particle surface of the crystallized powder little by little to form a thin oxide film. Crystallized powder that has undergone slow oxidation treatment is less susceptible to oxidation and is therefore stable, and does not pose a risk of generating heat or combustion even when left exposed to the atmosphere.
<高温熱処理工程>
回収工程後、あるいは回収工程の途中で、晶析粉に高温熱処理を施す高温熱処理工程を設けてもよい。回収工程後に高温熱処理を施す場合には、乾燥処理後に高温熱処理を行えばよい。また回収工程の途中で高温熱処理を施す場合には、乾燥処理に代えて高温熱処理を行えばよい。高温熱処理は、不活性雰囲気、還元性雰囲気、または真空雰囲気中で150℃超400℃以下、好ましくは200℃以上350℃以下の温度で行えばよい。高温熱処理により、鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粒子内でFeとNiなどの異種元素の拡散が促進されて粒子内の組成均一性を向上させたり、あるいは磁力などの磁気特性を調製したりすることが可能である。なお、必要に応じて、高温熱処理後に前述した徐酸化処理を行ってもよい。
<High-temperature heat treatment process>
A high-temperature heat treatment step may be included after or during the recovery process, in which the crystallized powder is subjected to high-temperature heat treatment. If high-temperature heat treatment is performed after the recovery process, it may be performed after the drying process. If high-temperature heat treatment is performed during the recovery process, it may be performed instead of the drying process. The high-temperature heat treatment may be performed in an inert atmosphere, a reducing atmosphere, or a vacuum atmosphere at a temperature of more than 150°C and 400°C or less, preferably 200°C to 350°C or less. High-temperature heat treatment promotes the diffusion of dissimilar elements such as Fe and Ni within the iron (Fe)-nickel (Ni) alloy particles, thereby improving the compositional uniformity within the particles, or adjusting magnetic properties such as magnetic force. If necessary, the aforementioned deoxidation treatment may be performed after the high-temperature heat treatment.
<解砕工程>
必要に応じて、回収工程で回収した晶析粉、または回収途中で乾燥処理前の晶析粉に解砕処理を施す解砕工程を設けてもよい。晶析工程で晶析粉を構成する合金粒子が析出する際に、合金粒子同士が接触して融着し、凝集粒子を形成することがある。したがって晶析工程を経て得られた晶析粉には粗大な凝集粒子が含まれることがある。先述したとおり、粗大な凝集粒子は、その中を渦電流が流れてジュール熱による損失を増大させたり、あるいは粉の充填性を阻害したりすることがある。回収工程後や回収工程途中に解砕工程を設けることで、凝集粒子を解砕することできる。解砕は、スパイラルジェット解砕処理、カウンタージェットミル解砕処理などの乾式解砕や、高圧流体衝突解砕処理などの湿式解砕、その他の汎用の解砕方法を用いて行えばよい。回収工程で回収した乾粉たる晶析粉には、乾式解砕をそのまま適用できる。また回収工程後の乾粉たる晶析粉をスラリー状にすれば、これに湿式解砕を適用できる。さらに回収工程途中で得られた乾燥前のスラリー状晶析粉であれば、湿式解砕をそのまま適用できる。これらの解砕方法では、粒子の衝突エネルギーを活用して凝集粒子をバラバラに解砕する。解砕過程で衝突により表面平滑化も進むため、この効果も粉の充填性向上に役立つ。
<Crushing process>
If necessary, a crushing step may be included in which the crystallized powder recovered in the recovery step, or the crystallized powder before drying during the recovery process, is subjected to crushing treatment. When alloy particles constituting the crystallized powder precipitate during the crystallization step, the alloy particles may come into contact with each other and fuse together, forming agglomerated particles. Therefore, the crystallized powder obtained through the crystallization step may contain coarse agglomerated particles. As mentioned above, coarse agglomerated particles can cause eddy currents to flow through them, increasing losses due to Joule heating, or hindering the packing properties of the powder. Agglomerated particles can be crushed by including a crushing step after or during the recovery step. Crushing can be performed using dry crushing methods such as spiral jet crushing or counterjet mill crushing, wet crushing methods such as high-pressure fluid impact crushing, or other general-purpose crushing methods. Dry crushing can be directly applied to the dry crystallized powder recovered in the recovery step. Also, if the dry crystallized powder after the recovery step is made into a slurry, wet crushing can be applied to it. Furthermore, if the slurry-like crystallized powder obtained during the recovery process is not yet dried, wet crushing can be applied directly. These crushing methods utilize the collision energy of particles to break down aggregated particles. Since surface smoothing also progresses due to collisions during the crushing process, this effect also contributes to improving the packing properties of the powder.
<絶縁コート工程>
必要に応じて、回収工程後に絶縁コート工程を設けてもよい。絶縁コート工程では、回収工程を経て得られた晶析粉に絶縁コート処理を施して晶析粉の粒子表面に高抵抗な金属酸化物からなる絶縁コート層を形成し、それにより粒子間の絶縁性を向上させる。粗大凝集粒子における渦電流による損失増大と同様に、鉄-ニッケル系合金粉を圧縮成形して得られる圧粉コアでは、合金粒子同士の接触により粒子間を流れる渦電流が大きくなる恐れがある。絶縁コート層を形成することで、合金粒子同士の接触による渦電流発生を抑えることが可能になる。
<Insulation coating process>
If necessary, an insulating coating process may be added after the recovery process. In the insulating coating process, the crystallized powder obtained through the recovery process is subjected to an insulating coating treatment to form an insulating coating layer made of a high-resistance metal oxide on the particle surface of the crystallized powder, thereby improving the insulation between particles. Similar to the increased loss due to eddy currents in coarse aggregated particles, in compacted powder cores obtained by compression molding of iron-nickel alloy powder, there is a risk that eddy currents flowing between particles will increase due to contact between alloy particles. By forming an insulating coating layer, it is possible to suppress the generation of eddy currents due to contact between alloy particles.
絶縁コート処理では、水と有機溶剤を含む混合溶媒に晶析粉を分散し、さらに金属アルコキシドを混合溶媒に添加及び混合してスラリーを調製し、得られたスラリー中で金属アルコキシドを加水分解及び脱水縮重合させて晶析粉の粒子表面に絶縁コート層を形成し、その後、絶縁コート層を形成したケーキ状の晶析粉をスラリーから固液分離し、分離した晶析粉を乾燥して高抵抗な金属酸化物からなる絶縁コート層が形成された晶析粉を回収する。必要に応じて分離及び乾燥した晶析粉に加熱処理を施してもよい。水と有機溶剤を含む混合溶媒中での金属アルコキシドの加水分解反応は、そのままでは非常にゆっくりとしか進まないため、一般的には酸や塩基(アルカリ)などの加水分解用触媒を微量添加して反応促進を図る。本実施形態でも塩基触媒(アルカリ触媒)を添加することが好ましい。 In the insulating coating process, crystallized powder is dispersed in a mixed solvent containing water and an organic solvent. A metal alkoxide is then added to the mixed solvent and mixed to prepare a slurry. In the resulting slurry, the metal alkoxide is hydrolyzed and dehydrated, undergoing polymerization to form an insulating coating layer on the particle surface of the crystallized powder. Subsequently, the cake-like crystallized powder with the insulating coating layer is separated from the slurry using a solid-liquid method. The separated crystallized powder is dried to recover the crystallized powder with a highly resistant insulating coating layer made of metal oxide. Heat treatment may be applied to the separated and dried crystallized powder as needed. Since the hydrolysis reaction of metal alkoxide in a mixed solvent containing water and an organic solvent proceeds very slowly, a small amount of hydrolysis catalyst, such as an acid or base (alkali), is generally added to accelerate the reaction. In this embodiment, the addition of a base catalyst (alkaline catalyst) is also preferable.
高抵抗な金属酸化物としては、二酸化けい素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、及び二酸化チタン(TiO2)からなる群から選ばれる少なくとも1つ以上を主成分としたものが好ましい。とりわけ二酸化けい素(SiO2)を主成分とするものは、安価で絶縁性に優れるため、特に好ましい。 As high-resistance metal oxides, those primarily composed of at least one selected from the group consisting of silicon dioxide ( SiO₂ ), aluminum oxide ( Al₂O₃ ), zirconium oxide ( ZrO₂ ), and titanium dioxide ( TiO₂ ) are preferred. Those primarily composed of silicon dioxide ( SiO₂ ) are particularly preferred because they are inexpensive and have excellent insulating properties.
このような金属酸化物を得るために、絶縁コート処理でのスラリーに用いる金属アルコキシドとしては、加水分解と脱水縮重合により最終的に金属酸化物を形成できるアルコキシドを選定する。具体的には、シリコンアルコキシド(アルキルシリケート)、アルミニウムアルコキシド(アルキルアルミネート)、ジルコニウムアルコキシド(アルキルジルコネート)、及びチタンアルコキシド(アルキルチタネート)からなる群から選ばれる少なくとも1つ以上を主成分としたものが好ましく、中でもシリコンアルコキシド(アルキルシリケート)を主成分としたものが特に好ましい。なお、必要に応じて、金属アルコキシドが加水分解及び脱水縮重合して絶縁コート層を形成する際に、加水分解などにより絶縁コート層に取込まれるような成分(例えば、ボロンアルコキシドなど)を、上述した金属アルコキシドに少量添加してもよい。 To obtain such metal oxides, the metal alkoxide used in the slurry for the insulating coating process is selected to be one that can ultimately form a metal oxide through hydrolysis and dehydration condensation polymerization. Specifically, a slurry mainly composed of at least one selected from the group consisting of silicon alkoxide (alkyl silicate), aluminum alkoxide (alkyl aluminate), zirconium alkoxide (alkyl zirconate), and titanium alkoxide (alkyl titanate) is preferred, with silicon alkoxide (alkyl silicate) being particularly preferred as the main component. If necessary, a small amount of a component that is incorporated into the insulating coating layer through hydrolysis (e.g., boron alkoxide) may be added to the above-mentioned metal alkoxide when the metal alkoxide undergoes hydrolysis and dehydration condensation polymerization to form the insulating coating layer.
絶縁コート処理した合金粉の表面は、無機物である高抵抗な金属酸化物で被覆される。必要に応じてその無機物の表面に、有機官能基を導入してもよい。具体的には、例えば、絶縁コート処理で用いる金属アルコキシドにシリコン系、チタン系、ジルコニウム系、アルミニウム系のカップリング剤を少量配合し、金属アルコキシドの加水分解・脱水縮重合時に有機官能基を金属酸化物に取込む手法が挙げられる。また、別の方法としては、絶縁コート処理された合金粉を上記のカップリング剤で表面処理して金属酸化物表面を有機官能基で修飾する手法も挙げられる。いずれの手法であっても、有機官能基を導入すると樹脂との親和性が高まるため、絶縁コート処理された合金粉を樹脂バインダーなどと配合して成型した際に成型体の強度向上が期待できる。 The surface of the insulating coated alloy powder is coated with a highly resistive inorganic metal oxide. Organic functional groups may be introduced to the surface of this inorganic material as needed. Specifically, one method involves adding small amounts of silicon-based, titanium-based, zirconium-based, or aluminum-based coupling agents to the metal alkoxide used in the insulating coating process, thereby incorporating the organic functional groups into the metal oxide during the hydrolysis and dehydration condensation polymerization of the metal alkoxide. Another method involves surface-treating the insulating coated alloy powder with the aforementioned coupling agents to modify the metal oxide surface with organic functional groups. In either method, the introduction of organic functional groups increases the affinity with resins, thus improving the strength of the molded product when the insulating coated alloy powder is combined with a resin binder and molded.
シリコンアルコキシド(アルキルシリケート)の具体例として、例えば、テトラメトキシシラン(別名称:オルトけい酸テトラメチル、シリコンテトラメトキシド)(略称:TMOS)(Si(OCH3)4)、テトラエトキシシラン(別名称:オルトけい酸テトラエチル、シリコンテトラエトキシド)(略称:TEOS)(Si(OC2H5)4)、テトラプロポキシシラン(別名称:オルトけい酸テトラプロピル、シリコンテトラプロポキシド)(Si(OC3H7)4、テトラブトキシシラン(別名称:オルトけい酸テトラブチル、及びシリコンテトラブトキシド)(Si(OC4H9)4などから選ばれる1種以上が挙げられる。また、これらのアルコキシドのアルコキシル基を別のアルコキシル基で置換したアルコキシドでもよく、あるいは既に4~5量体まで重合を進ませたシリケートオリゴマーとしての市販のアルキルシリケート(例えば、コルコート社製のエルシリケート40(商品名)、エルシリケート48(商品名)、メチルシリケート51(商品名)など)でもよい。なかでもテトラエトキシシラン(TEOS)は、有害性が低く、かつ入手が容易で安価なため好ましい。 Specific examples of silicon alkoxides (alkyl silicates) include, for example, tetramethoxysilane (also known as tetramethyl orthosilicate, silicon tetramethoxide) (abbreviation: TMOS) (Si( OCH3 ) 4 ), tetraethoxysilane (also known as tetraethyl orthosilicate, silicon tetraethoxide) (abbreviation: TEOS) (Si( OC2H5 ) 4 ), tetrapropoxysilane (also known as tetrapropyl orthosilicate, silicon tetrapropoxide) (Si( OC3H7 ) 4) , and tetrabutoxysilane (also known as tetrabutyl orthosilicate, and silicon tetrabutoxide) (Si( OC4H9 ) ) . One or more selected from 4 , etc. are also acceptable. Alternatively, these alkoxides may be obtained by substituting the alkoxyl group of one of these alkoxides with another alkoxyl group, or commercially available alkyl silicates as silicate oligomers that have already undergone polymerization to 4-5mers (for example, Elsilicate 40 (trade name), Elsilicate 48 (trade name), Methylsilicate 51 (trade name) manufactured by Colcoat, etc.). Among these, tetraethoxysilane (TEOS) is preferred because it is less harmful, readily available, and inexpensive.
アルミニウムアルコキシド(アルキルアルミネート)の具体例として、例えば、アルミニウムトリメトキシド(Al(OCH3)3)、アルミニウムトリエトキシド(Al(OC2H5)3)、アルミニウムトリイソプロポキシド(Al(O-iso-C3H7)3)、アルミニウムトリ-n-ブトキシド(Al(O-n-C4H9)3)、アルミニウムトリ-sec-ブトキシド(Al(O-s-C4H9)3)、アルミニウムトリ-tert-ブトキシド(Al(O-t-C4H9)3)などから選ばれる1種以上が挙げられる。 Specific examples of aluminum alkoxides (alkylaluminates) include one or more selected from aluminum trimethoxide (Al( OCH3 ) 3 ), aluminum triethoxide (Al( OC2H5 ) 3 ), aluminum triisopropoxide ( Al( O -iso- C3H7 ) 3 ) , aluminum tri-n-butoxide (Al(O- n - C4H9 ) 3 ), aluminum tri-sec-butoxide (Al(O-s- C4H9 ) 3 ), and aluminum tri-tert-butoxide (Al(O-t- C4H9 ) 3 ) .
ジルコニウムアルコキシド(アルキルジルコネート)の具体例として、例えば、ジルコニウムテトラエトキシド(Zr(OC2H5)4)、ジルコニウムテトラ-n-プロポキシド(Zr(O-n-C3H7)4)、ジルコニウムテトライソプロポキシド(Zr(O-iso-C3H7)4)、ジルコニウムテトラ-n-ブトキシド(Zr(O-n-C4H9)4)、ジルコニウムテトラ-tert-ブトキシド(Zr(O-t-C4H9)4)、ジルコニウムテトライソブトキシド(Zr(O-iso-C4H9)4)、などから選ばれる1種以上が挙げられる。 Specific examples of zirconium alkoxides (alkyl zirconates) include, for example, one or more selected from zirconium tetraethoxide (Zr( OC2H5 ) 4 ), zirconium tetra-n-propoxide (Zr(O-n - C3H7 ) 4 ), zirconium tetraisopropoxide (Zr(O-iso- C3H7 ) 4 ), zirconium tetra-n-butoxide (Zr(O-n - C4H9 ) 4 ), zirconium tetra-tert-butoxide (Zr(O-t- C4H9 ) 4 ), zirconium tetraisobutoxide (Zr(O-iso- C4H9 ) 4 ) , and others.
チタンアルコキシド(アルキルチタネート)の具体例として、例えば、チタニウムテトラメトキシド(Ti(OCH3)4)、チタニウムテトラエトキシド(Ti(OC2H5)4)、チタニウムテトライソプロポキシド(Ti(O-iso-C3H7)4)、チタニウムテトライソブトキシド(Ti(O-iso-C4H9)4)、チタニウムテトラ-n-ブトキシド(Ti(O-n-C4H9)4)、チタニウムテトラ-tert-ブトキシド(Ti(O-t-C4H9)4)、チタニウムテトラ-sec-ブトキシド(Ti(O-s-C4H9)4)などから選ばれる1種以上が挙げられる。 Specific examples of titanium alkoxides (alkyl titanates) include one or more selected from, for example, titanium tetramethoxide (Ti( OCH3 ) 4 ), titanium tetraethoxide (Ti( OC2H5 ) 4 ), titanium tetraisopropoxide (Ti(O-iso - C3H7 ) 4 ) , titanium tetraisobutoxide ( Ti (O- iso - C4H9 ) 4 ), titanium tetra-n-butoxide (Ti(O-n- C4H9 ) 4 ), titanium tetra-tert-butoxide (Ti(O-t- C4H9 ) 4 ), and titanium tetra-sec-butoxide (Ti(O-s- C4H9 ) 4 ) .
その他の金属アルコキシドとしては、ボロンアルコキシド(アルキルボロネート)、例えば、ボロントリメトキシド(B(OCH3)3)、ボロントリエトキシド(B(OC2H5)3)、ボロントリ-tert-ブトキシド(B(O-t-C4H9)3)などから選ばれる1種以上が挙げられる。 Other metal alkoxides include one or more boron alkoxides (alkyl boronates), such as boron trimethoxide (B( OCH3 ) 3 ), boron triethoxide (B( OC2H5 ) 3 ), and boron tri-tert-butoxide (B(O-t- C4H9 ) 3 ) .
絶縁コート処理でのスラリーに用いる有機溶剤は、水との混合溶媒を形成し、かつ適度に乾燥しやすいものが好ましい。すなわち、水との相溶性が高くて沸点が比較的低い(60℃~90℃程度)ものが好ましい。加えて、安全性が高くて取扱い易く、入手が容易で安価なものがよい。これらを考慮すると、エチルアルコールを主成分とする変性アルコールが好ましい。 The organic solvent used in the slurry for insulating coating treatment should preferably form a mixed solvent with water and dry reasonably well. That is, it should have high compatibility with water and a relatively low boiling point (around 60°C to 90°C). In addition, it should be safe, easy to handle, readily available, and inexpensive. Considering these factors, denatured alcohol with ethyl alcohol as the main component is preferred.
絶縁コート処理における金属アルコキシドの加水分解反応と脱水縮重合反応を、金属アルコキシドとしてシリコンアルコキシド(Si(OR)4、R:アルキル基)を用いた場合について、反応式を使って説明する。 The hydrolysis and dehydration condensation polymerization reactions of metal alkoxides in insulating coating treatment will be explained using reaction equations, specifically for the case where silicon alkoxide (Si(OR) 4 , R: alkyl group) is used as the metal alkoxide.
加水分解反応において、アンモニア(NH3)などの塩基触媒(アルカリ触媒)の共存下では、下記(7)式に示すようにシリコン原子(Si)は、親核性のヒドロキシイオン(OH-)の直接攻撃を受けてアルコキシ基(-OR)の一つがまず加水分解する。そうするとシリコン原子上の電荷が減少して親核性のヒドロキシイオン(OH-)の攻撃をますます受けやすくなる。その結果、下記(8)式に示すように4つのアルコキシ基(-OR)が全て加水分解してシラノール基(Si-OH)に変わる。このように、塩基触媒(アルカリ触媒)を用いると、加水分解を受けたシリコンアルコキシド分子では全てのアルコキシ基(-OR)が加水分解するため、完全に加水分解した分子(Si(OH)4)と全く加水分解していない分子(Si(OR)4)が共存する状態がスラリー中において生じる。 In the hydrolysis reaction, in the presence of a base catalyst (alkaline catalyst) such as ammonia ( NH₃ ), as shown in equation (7) below, the silicon atom (Si) is directly attacked by the nucleophilic hydroxyl ion ( OH⁻ ), and one of the alkoxy groups (-OR) is hydrolyzed first. This reduces the charge on the silicon atom, making it even more susceptible to attack by the nucleophilic hydroxyl ion ( OH⁻ ). As a result, as shown in equation (8) below, all four alkoxy groups (-OR) are hydrolyzed and converted into silanol groups (Si-OH). Thus, when a base catalyst (alkaline catalyst) is used, all alkoxy groups (-OR) in the hydrolyzed silicon alkoxide molecule are hydrolyzed, resulting in a state in the slurry where completely hydrolyzed molecules (Si(OH) ₄ ) and molecules that are not hydrolyzed at all (Si(OR) ₄ ) coexist.
一方、硝酸(HNO3)などの酸触媒の共存下では、下記(9)式に示すように、プロトン(H+)によるアルコキシ基(-OR)のプロトン化でシリコン原子(Si)は水(H2O)の攻撃を受けやすくなる。そのため、まずアルコキシ基(-OR)の一つが加水分解してシラノール基(Si-OH)に変わる。詳細は割愛するが、こうなると、シリコン原子上の電荷と酸素原子(O)上の電荷が減少するためプロトン(H+)の攻撃を受けにくくなる。そのため、すぐには次の加水分解が起きずに、他の加水分解していないシリコンアルコキシド分子のアルコキシ基(-OR)の方が加水分解を受けやすくなる。このように、酸触媒を用いると、下記(10)式に示すように全てのシリコンアルコキシド分子において均等にアルコキシ基(-OR)の加水分解が進む。そのため、完全に加水分解した分子や全く加水分解していない分子がなく、均等に加水分解した分子(Si(OH)X(OR)4-X;0<x<4)が存在する状態がスラリー中において生じる。 On the other hand, in the presence of an acid catalyst such as nitric acid ( HNO₃ ), as shown in equation (9) below, the silicon atom (Si) becomes more susceptible to attack by water ( H₂O ) due to the protonation of the alkoxy group (-OR) by protons ( H⁺ ). Therefore, one of the alkoxy groups (-OR) is hydrolyzed first and converted into a silanol group (Si-OH). Although the details are omitted, when this happens, the charge on the silicon atom and the charge on the oxygen atom (O) decreases, making it less susceptible to attack by protons ( H⁺ ). Therefore, the next hydrolysis does not occur immediately, and the alkoxy groups (-OR) of other unhydrolyzed silicon alkoxide molecules become more susceptible to hydrolysis. In this way, when an acid catalyst is used, the hydrolysis of the alkoxy group (-OR) proceeds uniformly in all silicon alkoxide molecules, as shown in equation (10) below. Therefore, there are no molecules that are completely hydrolyzed or not hydrolyzed at all, and a state is created in the slurry where uniformly hydrolyzed molecules (Si(OH) ₂X₂ (OR) ₄-X₄ ; 0 < x < 4) exist.
脱水縮重合反応は、下記(11)式に示すように、加水分解したシリコンアルコキシド分子同士でのシラノール基(Si-OH)の脱水縮重合反応によるシロキサン結合(Si-O-Si)の形成が進む反応であり、この脱水縮重合反応が進んで完結すると下記(12)式に示すように二酸化けい素(SiO2)が生成する。 Dehydration condensation polymerization is a reaction in which siloxane bonds (Si-O-Si) are formed by the dehydration condensation polymerization of silanol groups (Si-OH) between hydrolyzed silicon alkoxide molecules, as shown in equation (11) below. When this dehydration condensation polymerization reaction proceeds and is completed, silicon dioxide ( SiO₂ ) is produced as shown in equation (12) below.
以上をまとめると、シリコンアルコキシドの加水分解、及び脱水縮重合を完結させると、下記(13)式に示すように二酸化けい素(SiO2)とアルコールが生じる。例えば、テトラエトキシシラン(TEOS:Si(OR)4、R:C2H5)を用いた場合であれば二酸化けい素(SiO2)とエチルアルコール(C2H5OH)が生じる。 In summary, when the hydrolysis and dehydration condensation polymerization of silicon alkoxide are completed, silicon dioxide ( SiO₂ ) and alcohol are produced as shown in equation ( 13) below. For example, when tetraethoxysilane (TEOS: Si(OR) ₄ , R: C₂H₅ ) is used , silicon dioxide (SiO₂) and ethyl alcohol (C₂H₅OH ) are produced.
上記(13)式は、シリコンアルコキシドが加水分解してさえいれば、塩基触媒(アルカリ触媒)や酸触媒に関係なく成立するが、脱水縮重合の進行で生じる二酸化けい素(SiO2)の形態は、先述した加水分解用触媒による加水分解の状態により大きく影響を受ける。 The above equation (13) is valid regardless of whether a base catalyst (alkaline catalyst) or acid catalyst is used, as long as the silicon alkoxide undergoes hydrolysis. However, the form of silicon dioxide ( SiO₂ ) produced during the dehydration condensation polymerization is greatly influenced by the state of hydrolysis by the hydrolysis catalyst mentioned above.
酸触媒により均等に加水分解したシリコンアルコキシド分子(Si(OH)X(OR)4-X;0<x<4)では、分子内に加水分解していないアルコキシ基(-OR)が存在する。そのため、分子間でのシラノール基(Si-OH)の脱水縮重合が進行すると、直線状や分岐した線状に高分子化した加水分解重合物が生成する。これが絶縁コート処理でのスラリー中において生じると、晶析粉の酸化鉄(FeO)や酸化ニッケル(NiO)からなる粒子表面でシリコンアルコキシドの加水分解重合物が生成される。しかしながら、これらは直線状や分岐した線状に高分子化しているためスラリーの溶媒中では緻密化しにくく、そのため緻密な絶縁コート層の形成は容易ではない。 In silicon alkoxide molecules (Si(OH) ₂X₄ (OR) ₄-X ; 0 < x < 4) uniformly hydrolyzed by an acid catalyst, unhydrolyzed alkoxy groups (-OR) exist within the molecule. Therefore, when dehydration condensation polymerization of the silanol groups (Si-OH) proceeds between molecules, hydrolyzed polymers are formed in a linear or branched linear structure. When this occurs in the slurry during insulating coating treatment, hydrolyzed polymers of silicon alkoxide are formed on the particle surface made of iron oxide (FeO) or nickel oxide (NiO) of the crystallized powder. However, because these polymers are formed in a linear or branched linear structure, they do not densify easily in the solvent of the slurry, and therefore, the formation of a dense insulating coating layer is not easy.
一方で、塩基触媒(アルカリ触媒)を用いた場合には、完全に加水分解した分子(Si(OH)4)が存在している。そのため、分子間でのシラノール基(Si-OH)の脱水縮重合が進行すると、塊状に高分子化した緻密な加水分解重合物が生成する。したがって、絶縁コート処理でのスラリーの溶媒中においても、晶析粉の酸化鉄(FeO)や酸化ニッケル(NiO)からなる粒子表面でシリコンアルコキシドの緻密な加水分解重合物が生成され、その結果、緻密な絶縁コート層の形成が可能である。なお、塩基触媒(アルカリ触媒)を用いた場合では、全く加水分解していない分子(Si(OR)4)が存在する可能性がある。しかしながら、後述するように、絶縁コート処理で晶析粉の絶縁コートに消費されずにスラリー中に残存する全く加水分解していない分子や分子量が非常に小さい粒子状のシリコンアルコキシドの加水分解重合物(シリカゾル)は、絶縁コート工程のろ過洗浄の際にろ液とともに系外に除去される。そのため、絶縁コート処理には影響を及ぼさない。 On the other hand, when a base catalyst (alkaline catalyst) is used, completely hydrolyzed molecules (Si(OH) ₄ ) are present. Therefore, as intermolecular dehydration condensation polymerization of silanol groups (Si-OH) proceeds, dense hydrolyzed polymers are formed in a massive polymer. Consequently, even in the solvent of the slurry during the insulating coating process, dense hydrolyzed polymers of silicon alkoxide are formed on the particle surface of the crystallized powder, which consists of iron oxide (FeO) and nickel oxide (NiO), resulting in the formation of a dense insulating coating layer. However, when a base catalyst (alkaline catalyst) is used, there is a possibility that molecules that have not been hydrolyzed at all (Si(OR) ₄ ) may be present. However, as will be described later, molecules that have not been hydrolyzed at all and particulate silicon alkoxide hydrolyzed polymers (silica sols) with very small molecular weights that remain in the slurry without being consumed by the insulating coating of the crystallized powder are removed from the system along with the filtrate during the filtration and washing process of the insulating coating step. Therefore, they do not affect the insulating coating process.
以上の理由から、絶縁コート処理における金属アルコキシドの加水分解は、酸触媒よりも塩基触媒(アルカリ触媒)を用いて行うのが好ましい。この点、溶剤を基材に塗布してコーティングを行う場合と、好ましい触媒が異なる。すなわち、溶媒中での粒子表面へのコーティングでなく、基材に塗布して溶媒を乾燥させるコーティング液のバインダーに用いる場合には、上述した酸触媒による直線状や分岐した線状に高分子化したものの方が好ましい。 For the reasons stated above, hydrolysis of metal alkoxides in insulating coating treatment is preferable to using a base catalyst (alkaline catalyst) rather than an acid catalyst. However, the preferred catalyst differs depending on whether the coating is applied to a substrate using a solvent. Specifically, when used as a binder in a coating solution applied to a substrate and then dried, rather than for coating particle surfaces in a solvent, a polymerized metal alkoxide in a linear or branched linear shape using the aforementioned acid catalyst is preferable.
絶縁コート処理における金属アルコキシドの加水分解のタイミングについては、これまではスラリー中で晶析粉と金属アルコキシドが均一に混合した状態で加水分解用触媒により加水分解する態様を説明した。しかしながら、本実施形態は、このタイミングで加水分解する態様に限定される訳ではない。例えば加水分解用触媒により予め金属アルコキシドを加水分解して得た金属酸化物ゾル(シリコンアルコキシドの場合はシリカゾル)を調合し、この金属酸化物ゾルを晶析粉と混合してスラリーとすることも可能である。金属酸化物ゾルの平均分子量が500~5000程度と小さければ、金属アルコキシドの加水分解のタイミングの影響はほとんど生じない。これは、晶析粉表面の酸化鉄(FeO)や酸化ニッケル(NiO)と金属酸化物ゾルの加水分解基(シリコンアルコキシドの場合はシラノール基(Si-OH))との結合により、晶析粉の粒子表面が小さな金属酸化物ゾル粒子で覆われ、その後にゾル粒子同志の重合が進むからである。 Regarding the timing of hydrolysis of metal alkoxides in insulating coating treatment, previous descriptions have described a method in which hydrolysis is performed by a hydrolysis catalyst after the crystallization powder and metal alkoxide are uniformly mixed in a slurry. However, this embodiment is not limited to this timing of hydrolysis. For example, it is also possible to prepare a metal oxide sol (silica sol in the case of silicon alkoxide) obtained by pre-hydrolyzing the metal alkoxide with a hydrolysis catalyst, and then mix this metal oxide sol with the crystallization powder to form a slurry. If the average molecular weight of the metal oxide sol is small, around 500 to 5000, the effect of the timing of metal alkoxide hydrolysis is almost negligible. This is because the bonding between iron oxide (FeO) or nickel oxide (NiO) on the surface of the crystallization powder and the hydrolysis groups of the metal oxide sol (silanol groups (Si-OH) in the case of silicon alkoxide) covers the surface of the crystallization powder particles with small metal oxide sol particles, and then polymerization of the sol particles proceeds.
絶縁コート処理において、絶縁コート層を均一に形成するという観点から、晶析粉、水、有機溶剤、金属アルコキシド、及び加水分解用触媒を含むスラリーには、撹拌機を用いた撹拌翼による撹拌や専用ローラーを用いた容器回転による撹拌などの処理を施すことが好ましい。絶縁コート処理の処理時間や処理温度は、適用する金属アルコキシドの種類や必要な絶縁コート層の厚みによって変わる。例えば、一般的に、金属メトキシドは金属エトキシドよりも加水分解速度が大きい。そのため、処理時間や処理温度は適度設定すればよく、特に限定はされない。例えば処理時間は数時間~1週間程度、処理温度は室温~60℃とすればよい。処理温度が40℃~60℃程度の高温であれば、室温の場合の数倍程度にまで処理速度を高めることができる。 In insulating coating treatment, from the viewpoint of uniformly forming the insulating coating layer, it is preferable to subject the slurry containing crystallization powder, water, organic solvent, metal alkoxide, and hydrolysis catalyst to treatment such as stirring with a stirring blade using a stirrer or stirring by rotating the container using a dedicated roller. The treatment time and temperature for insulating coating treatment vary depending on the type of metal alkoxide applied and the required thickness of the insulating coating layer. For example, generally, metal methoxides have a higher hydrolysis rate than metal ethoxides. Therefore, the treatment time and temperature should be set appropriately and are not particularly limited. For example, the treatment time can be several hours to about one week, and the treatment temperature can be room temperature to 60°C. If the treatment temperature is high, around 40°C to 60°C, the treatment speed can be increased to several times that of room temperature.
絶縁コート層の厚みは、必要とする絶縁性の度合いにもよるため一概には限定されない。しいて言えば1nm~30nmが好ましく、2nm~25nmがより好ましく、3nm~20nmがさらに好ましい。過度に厚くても、絶縁性が飽和する一方で軟磁性成分の含有割合が低下して飽和磁束密度などの磁気特性が悪化するだけである。厚みが上記範囲であれば、磁気特性などの特性をそれほど悪化させずに絶縁コート層の絶縁機能を発揮させることが可能である。 The thickness of the insulating coating layer is not generally limited, as it depends on the required degree of insulation. Generally speaking, 1 nm to 30 nm is preferred, 2 nm to 25 nm is more preferred, and 3 nm to 20 nm is even more preferred. Excessive thickness will only lead to saturation of the insulating properties while decreasing the content of soft magnetic components, thus degrading magnetic properties such as saturation magnetic flux density. Within the above thickness range, it is possible to achieve insulating function of the insulating coating layer without significantly degrading magnetic properties.
金属アルコキシドの加水分解及び脱水縮重合により絶縁コート層が形成された晶析粉は、デンバーろ過器、フィルタープレス、遠心分離機、又はデカンターなどの公知の分離装置を用いて、スラリーからケーキ状の晶析粉として固液分離される。必要に応じて、固液分離の際などに晶析粉を洗浄してもよい。洗浄には、水、比較的低沸点のアルコールなどの有機溶剤、あるいはそれらの混合溶媒を洗浄液を用いればよい。先述したように、絶縁コートに消費されずにスラリー中に残存した金属アルコキシドやその加水分解重合物(加水分解していない分子や分子量が小さい金属酸化物ゾル)が存在する場合には、これらは、固液分離や洗浄の際にろ液や洗浄廃液とともに系外に除去される。 The crystallized powder, in which an insulating coating layer has been formed by the hydrolysis and dehydration condensation polymerization of metal alkoxides, is separated from the slurry as a cake-like crystallized powder using known separation devices such as a Denver filter, filter press, centrifuge, or decanter. If necessary, the crystallized powder may be washed during solid-liquid separation. For washing, water, organic solvents such as relatively low-boiling alcohols, or mixtures thereof can be used as the washing solution. As mentioned above, if metal alkoxides or their hydrolyzed polymers (unhydrolyzed molecules or metal oxide sols with small molecular weights) remain in the slurry without being consumed by the insulating coating, these are removed from the system along with the filtrate and washing wastewater during solid-liquid separation and washing.
固液分離されたケーキ状の晶析粉に、乾燥、及び必要に応じて加熱処理を行い、高抵抗な金属酸化物からなる絶縁コート層が形成された晶析粉を回収する。乾燥は、乾燥中の過剰な酸化を抑制できれば特に制約はない。しかしながら、不活性ガス雰囲気乾燥機や還元性ガス雰囲気乾燥機や真空乾燥機などの乾燥装置を用いることが好適であり、40℃以上150℃以下の温度で行えばよい。乾燥温度が高いほど、絶縁コート層を構成している金属アルコキシド加水分解重合物の脱水縮重合が進んで、より硬くてより緻密でより絶縁性の高い金属酸化物となる。さらなる向上を望むのであれば、不活性ガス雰囲気中や還元性ガス雰囲気や真空中で150℃を超えて450℃以下の加熱処理を施してもよい。なお、既に絶縁コート層が形成されているため、乾燥後には基本的に徐酸化処理を行う必要はない。 The solid-liquid separated cake-like crystallized powder is dried and, if necessary, heat-treated to recover the crystallized powder with an insulating coating layer made of a high-resistance metal oxide. Drying is not particularly restricted as long as excessive oxidation during drying is suppressed. However, it is preferable to use drying equipment such as an inert gas atmosphere dryer, a reducing gas atmosphere dryer, or a vacuum dryer, and the drying should be performed at a temperature between 40°C and 150°C. The higher the drying temperature, the more the dehydration and condensation polymerization of the metal alkoxide hydrolysate polymer constituting the insulating coating layer progresses, resulting in a harder, denser, and more insulating metal oxide. For further improvement, heat treatment between 150°C and 450°C may be performed in an inert gas atmosphere, a reducing gas atmosphere, or a vacuum. Since the insulating coating layer has already been formed, deoxidation treatment is generally not necessary after drying.
絶縁コート処理により、晶析粉(合金粉)の絶縁性は大幅に高まる。例えば、絶縁コート処理していない鉄-ニッケル合金粉の圧粉体抵抗率(印加圧力:64MPa)は通常0.1Ω・cm以下であるのに対し、この鉄-ニッケル合金粉に厚み0.015μm(15nm)程度の二酸化けい素(SiO2)からなる絶縁コート層を形成する絶縁コート処理を施すと、圧粉体抵抗率は106Ω・cm以上まで改善される。 The insulating properties of crystallized powder (alloy powder) are significantly improved by insulating coating treatment. For example, while the resistivity of compacted iron-nickel alloy powder (applied pressure: 64 MPa) is usually 0.1 Ω·cm or less, applying insulating coating treatment to this iron-nickel alloy powder, which involves forming an insulating coating layer of silicon dioxide ( SiO₂ ) with a thickness of about 0.015 μm (15 nm), improves the resistivity of compacted powder to 10⁶ Ω·cm or more.
このようにして、本実施形態の鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉を製造することができる。本実施形態の製造方法は、合金粉微細化の効果がある特定の核剤(ニッケルよりも貴な金属の水溶性塩)と、還元反応促進、球状化促進、及び表面平滑化の効果がある特定の錯化剤(ヒドロキシカルボン酸等)を用いる点に特徴があり、これにより製造後の合金粉の磁気特性を維持しつつ粉体特性を改善することが可能である。具体的には、製造後の合金粉の平均粒径を自在に制御でき、微細な合金粉を得ることが可能である。また得られる合金粉は、粒度分布が狭く、粒径が均一である。さらにこの合金粉は、球状であり、その表面は平滑である。そのため充填性に優れる。また限定される訳ではないが、ヒドラジンの自己分解抑制剤及び還元反応促進剤としての機能を有するアミン化合物を用いることで、ヒドラジンの使用量を抑えることができる。そのため、製造コスト低減につながるとともに、合金粉の粉体特性をより優れたものにすることが可能になる。 In this way, the iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder of this embodiment can be manufactured. The manufacturing method of this embodiment is characterized by the use of a specific nucleating agent (a water-soluble salt of a metal nobler than nickel) that has the effect of refining the alloy powder, and a specific complexing agent (such as a hydroxycarboxylic acid) that has the effects of promoting reduction reactions, promoting spheroidization, and smoothing the surface. This makes it possible to improve the powder properties while maintaining the magnetic properties of the alloy powder after manufacturing. Specifically, the average particle size of the alloy powder after manufacturing can be freely controlled, making it possible to obtain fine alloy powder. Furthermore, the resulting alloy powder has a narrow particle size distribution and uniform particle size. Moreover, this alloy powder is spherical and has a smooth surface. Therefore, it has excellent packing properties. While not limited to this, by using an amine compound that functions as a hydrazine self-decomposition inhibitor and a reduction reaction accelerator, the amount of hydrazine used can be reduced. Therefore, it is possible to reduce manufacturing costs and improve the powder properties of the alloy powder.
<<2.鉄-ニッケル系合金粉>>
本実施形態の鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉は、少なくとも鉄(Fe)及びニッケル(Ni)を磁性金属として含む。またこの合金粉は、平均粒径が0.10μm以上0.60μm以下であり、個数粒度分布における平均粒径及び標準偏差から下記(14)式にしたがって求められる変動係数(CV値)が25%以下である。
<<2. Iron-nickel alloy powder>>
The iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder of this embodiment contains at least iron (Fe) and nickel (Ni) as magnetic metals. Furthermore, this alloy powder has an average particle size of 0.10 μm or more and 0.60 μm or less, and the coefficient of variation (CV value) obtained from the average particle size and standard deviation in the number particle size distribution according to the following formula (14) is 25% or less.
本実施形態の鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉は、粒度分布が小さい。またこの合金粉の平均粒径を自在に制御することができる。そのため微細化が容易であるとともに、粒度分布を小さくすることが可能である。その上、球状であり表面平滑性が高く、充填性に優れている。このような利点を有する本実施形態の合金粉は、ノイズフィルタ、チョークコイル、インダクタ、及び電波吸収体などの様々な電子部品の用途に用いることができ、特にチョークコイルやインダクタのための圧粉コアの材料として好適である。 The iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder of this embodiment has a small particle size distribution. Furthermore, the average particle size of this alloy powder can be freely controlled. Therefore, it is easy to refine and reduce the particle size distribution. Moreover, it is spherical, has high surface smoothness, and exhibits excellent packing properties. Having these advantages, the alloy powder of this embodiment can be used in various electronic components such as noise filters, choke coils, inductors, and radio wave absorbers, and is particularly suitable as a material for compacted cores for choke coils and inductors.
合金粉の平均粒径は、0.10μm以上0.60μm以下が好ましく、0.10μm以上0.50μm以下がより好ましい。平均粒径を適度に大きくすることで、表面酸化による磁気特性の劣化や充填性の低下を抑制することができる。また平均粒径を適度に小さくすることで、渦電流損失を抑えることが可能である。 The average particle size of the alloy powder is preferably 0.10 μm to 0.60 μm, and more preferably 0.10 μm to 0.50 μm. By moderately increasing the average particle size, deterioration of magnetic properties and reduction in packing capacity due to surface oxidation can be suppressed. Conversely, by moderately decreasing the average particle size, eddy current losses can be reduced.
合金粉は、粒度分布における変動係数(CV値)が25%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましい。ここで変動係数は、粒径バラツキの指標となるものであり、変動係数が小さいほど、粒度分布が狭いことを意味する。変動係数を小さく抑えることで、粗大粒子や、表面酸化の大きい過度に微細な粒子が少なくなるため、優れた磁気特性を維持しつつ渦電流損失の増大を防ぐことができる。なお変動係数(CV値)は、合金粉の個数粒度分布における平均粒径と標準偏差を求め、これらを用いて下記(14)式にしたがって算出される。 The alloy powder preferably has a coefficient of variation (CV) of 25% or less in its particle size distribution, more preferably 20% or less, and even more preferably 15% or less. Here, the coefficient of variation is an indicator of particle size variation; a smaller coefficient of variation indicates a narrower particle size distribution. By keeping the coefficient of variation low, the number of coarse particles and excessively fine particles with high surface oxidation is reduced, thus preventing an increase in eddy current loss while maintaining excellent magnetic properties. The coefficient of variation (CV) is calculated by determining the average particle size and standard deviation in the particle size distribution of the alloy powder, and using these values according to equation (14) below.
合金粉は、必要に応じてコバルト(Co)を含んでもよい。すなわち合金粉は、鉄及びニッケルのみを含む鉄-ニッケル合金粉であってもよく、あるいは鉄、ニッケル及びコバルトを含む鉄-ニッケル-コバルト合金粉であってもよい。鉄、ニッケル及びコバルトは、いずれも強磁性を示す磁性金属である。そのため鉄-ニッケル合金粉や鉄-ニッケル-コバルト合金粉は飽和磁束密度が高く、磁気特性に優れている。 The alloy powder may contain cobalt (Co) as needed. That is, the alloy powder may be an iron-nickel alloy powder containing only iron and nickel, or an iron-nickel-cobalt alloy powder containing iron, nickel, and cobalt. Iron, nickel, and cobalt are all ferromagnetic metals. Therefore, iron-nickel alloy powders and iron-nickel-cobalt alloy powders have high saturation magnetic flux densities and excellent magnetic properties.
合金粉に含まれる鉄(Fe)、ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)の割合は特に限定されない。例えば、合金粉の鉄(Fe)量は10モル%以上95モル%以下、ニッケル(Ni)量は5モル%以上90モル%以下、且つコバルト(Co)量は0モル%以上40モル%以下である。鉄量は25モル%以上90モル%以下であってよく、40モル%以上80モル%以下であってよい。またニッケル量は10モル%以上75モル%以下であってよく、20モル%以上60モル%以下であってよい。コバルト量は5モル%以上20モル%以下であってよい。ただし、鉄、ニッケル及びコバルトの合計量は100モル%以下である。 The proportions of iron (Fe), nickel (Ni), and cobalt (Co) contained in the alloy powder are not particularly limited. For example, the amount of iron (Fe) in the alloy powder may be 10 mol% to 95 mol%, the amount of nickel (Ni) may be 5 mol% to 90 mol%, and the amount of cobalt (Co) may be 0 mol% to 40 mol%. The amount of iron may be 25 mol% to 90 mol%, or 40 mol% to 80 mol%. The amount of nickel may be 10 mol% to 75 mol%, or 20 mol% to 60 mol%. The amount of cobalt may be 5 mol% to 20 mol%. However, the total amount of iron, nickel, and cobalt must be 100 mol% or less.
合金粉の圧粉体密度は合金粉の組成や粒径に依存し、鉄の含有割合が大きいと合金の比重が小さくなるために低下し、また粒径が小さいと粒子同士が充填しにくくなって同様に低下する傾向にある。そこで、平均粒径が0.3μm~0.5μmで、且つ、比重が8.2~8.3となる鉄含有割合が鉄(Fe)45モル%~60モル%の鉄-ニッケル系合金粉について言えば、その圧粉体密度(印加圧力:100MPa)は3.60g/cm3以上が好ましく、3.70g/cm3以上がより好ましい。また、平均粒径が0.3μm~0.5μmで、且つ、比重が7.9~8.0となる鉄含有割合が鉄(Fe)10モル%~20モル%の鉄-ニッケル系合金粉の場合であれば、その圧粉体密度(印加圧力:100MPa)は3.45g/cm3以上が好ましく、3.55g/cm3以上がより好ましい。合金粉の粒径について言えば、平均粒径が0.3μm~0.5μmから0.2μm~0.25μm程度にまで微細化すると、圧粉体密度(印加圧力:100MPa)は0.1g/cm3程度は低下する傾向にある。圧粉体密度を高くすることで、磁気特性(磁束密度)に優れた圧粉コアを作製することが可能になる。 The compact density of alloy powders depends on the composition and particle size of the alloy powder. When the iron content is high, the specific gravity of the alloy decreases, causing the compact density to decrease. Similarly, when the particle size is small, it becomes more difficult for the particles to pack together, also causing the compact density to decrease. Therefore, for iron-nickel alloy powders with an average particle size of 0.3 μm to 0.5 μm and a specific gravity of 8.2 to 8.3, and an iron content of 45 mol% to 60 mol% iron (Fe), the compact density (applied pressure: 100 MPa) is preferably 3.60 g/ cm³ or higher, and more preferably 3.70 g/ cm³ or higher. Furthermore, in the case of an iron-nickel alloy powder with an average particle size of 0.3 μm to 0.5 μm and a specific gravity of 7.9 to 8.0, where the iron content is 10 mol% to 20 mol% iron (Fe), the compaction density (applied pressure: 100 MPa) is preferably 3.45 g/ cm³ or higher, and more preferably 3.55 g/ cm³ or higher. Regarding the particle size of the alloy powder, when the average particle size is refined from 0.3 μm to 0.5 μm to about 0.2 μm to 0.25 μm, the compaction density (applied pressure: 100 MPa) tends to decrease by about 0.1 g/cm³. By increasing the compaction density, it becomes possible to produce compaction cores with excellent magnetic properties (magnetic flux density).
合金粉の結晶子径は、30nm以下が好ましく、10nm以下がより好ましい。結晶子径を適度に小さく抑えることで、アモルファス軟磁性材料のように小さな保磁力が得られやすくなるという効果がある。 The crystallite size of the alloy powder is preferably 30 nm or less, and more preferably 10 nm or less. Keeping the crystallite size moderately small has the effect of making it easier to obtain low coercivity, similar to amorphous soft magnetic materials.
好ましくは、合金粉の飽和磁束密度は1T(テスラ)以上であり、且つ保磁力が2000A/m以下である。合金粉の飽和磁束密度を高めることで、圧粉コアの磁気特性(磁束密度)を高めることができる。また合金粉の保磁力を抑えることで、ヒステリシス損失の増大を防ぐことが可能になる。飽和磁束密度は1.2T以上がより好ましく、1.5T(テスラ)以上がさらに好ましい。保磁力は1600A/m以下がより好ましく、1200A/m以下がさらに好ましい。 Preferably, the saturation magnetic flux density of the alloy powder is 1 T (Tesla) or higher, and the coercivity is 2000 A/m or lower. Increasing the saturation magnetic flux density of the alloy powder can improve the magnetic properties (magnetic flux density) of the compacted core. Furthermore, suppressing the coercivity of the alloy powder can prevent an increase in hysteresis loss. A saturation magnetic flux density of 1.2 T or higher is more preferable, and 1.5 T (Tesla) or higher is even more preferable. A coercivity of 1600 A/m or lower is more preferable, and 1200 A/m or lower is even more preferable.
本実施形態の合金粉は、上述する要件を満足する限り、その製造方法は限定されない。しかしながら、上述した方法で製造されたものであることが好ましい。 The manufacturing method of the alloy powder in this embodiment is not limited, as long as it satisfies the requirements described above. However, it is preferable that it be manufactured by the method described above.
前述のとおり、鉄イオン(または水酸化鉄)は、ニッケルイオン(または水酸化ニッケル)やコバルトイオン(または水酸化コバルト)よりも還元されにくいため、鉄の含有割合が大きい鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉(例えば、合金粉の鉄含有量が60モル%超)では、粒子中心部はニッケルやコバルトがリッチな組成で、粒子表面に近くなるほど鉄リッチな組成という傾斜構造(あるいは、コア-シェル構造)が粒子内に形成されやすい。粒子内で組成が不均一になりやすい。 As mentioned above, iron ions (or iron hydroxide) are less easily reduced than nickel ions (or nickel hydroxide) or cobalt ions (or cobalt hydroxide). Therefore, in iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powders with a high iron content (for example, alloy powders with an iron content exceeding 60 mol%), a gradient structure (or core-shell structure) is likely to form within the particle, where the center of the particle is rich in nickel and cobalt, and the composition becomes iron-rich closer to the particle surface. This makes the composition within the particle prone to non-uniformity.
このような粒子内の不均一組成が、合金粉の特性にどう作用するかだが、磁気特性(飽和磁束密度、保磁力など)については大きな影響を及ぼさない。それは、例えば、飽和磁束密度だと、鉄の含有割合に対して正の相関(鉄の含有割合が大きいほど飽和磁束密度も増加)を示すため、仮に粒子内で組成が不均一になって鉄の含有割合が平均値よりも大きい領域と平均値よりも小さい領域ができたとしても、飽和磁束密度についても平均値よりも高い領域と平均値よりも小さい領域ができて、合金粉全体で平均すれば組成が不均な場合とほとんど変わらなくなるからである。また、保持力については、そもそも鉄-ニッケル(-コバルト)系における組成依存性がそれほど大きくないため、粒子内で生じる程度の組成の不均一度合いでは、大きく変化しない。 Regarding how such non-uniform composition within particles affects the properties of alloy powder, it does not significantly impact magnetic properties (saturation magnetic flux density, coercivity, etc.). This is because, for example, saturation magnetic flux density shows a positive correlation with the iron content (the higher the iron content, the higher the saturation magnetic flux density). Therefore, even if the composition becomes non-uniform within the particles, creating regions with higher and lower iron content than the average, regions with higher and lower saturation magnetic flux density will also emerge. On average, this results in a value that is almost the same as when the composition is non-uniform across the entire alloy powder. Furthermore, regarding coercivity, since its composition dependence in iron-nickel (-cobalt) systems is not very large to begin with, it does not change significantly with the degree of compositional non-uniformity that occurs within particles.
一方で、上記粒子内の不均一組成は、耐酸化性や熱膨張率などの化学特性・物理特性には影響を及ぼす可能性がある。このような事例として、耐酸化性については、例えば、傾斜構造により粒子表面がより鉄リッチな組成になった場合であれば酸化が進みやすくなって耐酸化性が悪化する恐れがあるが、前述の第3の態様により粒子表面をニッケルリッチな組成に改質できた場合は、逆に耐酸化性を向上できる可能性がある。次に、熱膨張率についてだが、鉄-ニッケル合金の熱膨張率は、飽和磁束密度の場合と異なり、鉄の含有割合に対して正や負の相関を示さず、鉄含有量が65モル%(64質量%)付近においてだけ非常に小さくなる特徴があり、この組成の低熱膨張率合金はインバー合金(鉄65モル%及びニッケル35モル%が主要成分)と呼ばれる。この組成の場合には、粒子内で組成が不均一だと、鉄含有量が65モル%よりも大きい領域と小さい領域のいずれにおいても熱膨張率は小さくならないので、鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粉をインバー合金粉として用いるような場合には、前述の高温熱処理などにより組成を均一化する必要がある。 On the other hand, the heterogeneous composition within the particles may affect chemical and physical properties such as oxidation resistance and thermal expansion coefficient. For example, regarding oxidation resistance, if the particle surface has a more iron-rich composition due to the gradient structure, oxidation may progress more easily, potentially worsening oxidation resistance. However, if the particle surface can be modified to a nickel-rich composition using the third embodiment described above, it may be possible to improve oxidation resistance. Next, regarding thermal expansion coefficient, unlike the case of saturation magnetic flux density, the thermal expansion coefficient of iron-nickel alloys does not show a positive or negative correlation with the iron content, and is characterized by being extremely small only when the iron content is around 65 mol% (64 mass%). Low thermal expansion alloys with this composition are called Invar alloys (main components are 65 mol% iron and 35 mol% nickel). In this composition, if the composition is non-uniform within the particles, the coefficient of thermal expansion will not decrease in either the region with an iron content greater than or less than 65 mol%. Therefore, when using iron (Fe)-nickel (Ni) alloy powder as Invar alloy powder, it is necessary to homogenize the composition through methods such as the high-temperature heat treatment mentioned above.
本発明者らの知る限り、このように優れた特性を有する鉄-ニッケル合金粉を簡便かつ安価に製造する方法は知られていない。例えば、特許文献3には湿式法でニッケル-鉄合金ナノ粒子を製造する方法が開示されているが、この方法では、ニッケルよりも貴な金属の水溶性塩からなる核剤や、ヒドロキシカルボン酸などからなる錯化剤は用いられていない。したがってこの方法で製造される合金粉は、その粉体特性(粒子径、粒度分布、球状性、粒子の表面性状)が劣ると推察される。実際、特許文献3には実施例サンプルたる微粉末の透過型電子顕微鏡写真が示されており(特許文献3の図1)、この写真から見積もるに、微粉末の粒度分布における変動係数(CV値)は約35%と大きい。 To the best of our knowledge, there is no known method for producing iron-nickel alloy powder with such excellent properties simply and inexpensively. For example, Patent Document 3 discloses a method for producing nickel-iron alloy nanoparticles by a wet process, but this method does not use a nucleating agent consisting of a water-soluble salt of a metal nobler than nickel, nor a complexing agent consisting of hydroxycarboxylic acid, etc. Therefore, it is presumed that the alloy powder produced by this method has inferior powder properties (particle size, particle size distribution, sphericity, particle surface properties). In fact, Patent Document 3 shows a transmission electron microscope image of a fine powder sample (Figure 1 of Patent Document 3), and judging from this image, the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the fine powder is large, approximately 35%.
その上、核剤や錯化剤を用いない特許文献3の方法では、微細な合金粉を得るために、多量の還元剤(ヒドラジン)を用いる必要がある。実際、特許文献3の実施例では、16.6gの塩化ニッケル六水和物、4.0gの塩化第一鉄四水和物、及び135gのヒドラジン位置水和物を原料に用いて合金ナノ粒子を製造している。この配合量から換算するに、鉄とニッケルの合計量に対してモル比で約30倍と多量のヒドラジンを配合していることになる。このように多量のヒドラジンを必要とする方法では、還元剤コストが大幅に増加してしまい、実際的ではない。 Furthermore, the method described in Patent Document 3, which does not use nucleating agents or complexing agents, requires the use of a large amount of reducing agent (hydrazine) to obtain fine alloy powder. In fact, in the example described in Patent Document 3, alloy nanoparticles are produced using 16.6 g of nickel chloride hexahydrate, 4.0 g of ferrous chloride tetrahydrate, and 135 g of hydrazine positional hydrate as raw materials. Based on these proportions, this means that approximately 30 times the molar ratio of hydrazine is used relative to the total amount of iron and nickel. Such a method requiring a large amount of hydrazine significantly increases the cost of the reducing agent, making it impractical.
本実施形態の合金粉は、上述した要件を満足する限り、その使用態様は限定されない。合金粉を単独で用いてもよく、あるいは他の無機材料及び/又は有機材料と混合して用いてもよい。例えば、合金粉を単独で含む圧粉体を作製してもよい。あるいは合金粉とフェライト粉を混合して、金属-フェライト複合材料としてもよい。この場合には、合金粉の有する高い飽和磁束密度と、フェライトの有する高い電気抵抗と、を相補的に利用することができる。また合金粉と有機樹脂を混合及び混練して金属-有機樹脂複合材料を作製してもよい。この複合材料を用いることで磁気特性に優れるとともに、形状自由度及び寸法精度の高い複合体を得ることができる。 The alloy powder of this embodiment is not limited in its usage as long as it satisfies the requirements described above. The alloy powder may be used alone or mixed with other inorganic and/or organic materials. For example, a compact containing only the alloy powder may be prepared. Alternatively, the alloy powder and ferrite powder may be mixed to form a metal-ferrite composite material. In this case, the high saturation magnetic flux density of the alloy powder and the high electrical resistance of the ferrite can be utilized complementaryly. Furthermore, the alloy powder and organic resin may be mixed and kneaded to produce a metal-organic resin composite material. Using this composite material allows for the creation of a composite material with excellent magnetic properties, high degree of shape freedom, and high dimensional accuracy.
好ましくは、合金粉を圧粉体又はシートに適用する。この圧粉体又はシートは、上述した合金粉を含む。圧粉体は、合金粉、又は合金粉と他の成分との混合物をプレス成形等の加圧成形に供して作製される。他の成分として、合金粉以外の無機材料や有機材料、あるいは滑剤等の添加剤が挙げられる。また加圧成形後の圧粉体に熱処理を施して、成形時に加えられた歪みを除去してもよい。シートは、合金粉に、溶媒、及び必要に応じてバインダー等の添加剤を加えてペースト化し、得られたペーストを基材上にシート成形又は塗布して作製することができる。 Preferably, the alloy powder is applied to a compact or sheet. This compact or sheet contains the alloy powder described above. The compact is produced by press molding or other pressure molding of the alloy powder, or a mixture of alloy powder and other components. Other components include inorganic or organic materials other than alloy powder, or additives such as lubricants. The compact may also be heat-treated after pressure molding to remove the strain applied during molding. A sheet can be produced by adding a solvent and, if necessary, additives such as a binder to the alloy powder to form a paste, and then forming or coating the resulting paste onto a substrate.
本実施形態の合金粉は、磁気特性に優れる故に、磁気デバイスに好適である。このような磁気デバイスとして、インダクタ、リアクトル、チョークコイル、ノイズフィルタ、トランス、回転機、発電機、又は電波吸収体等が挙げられる。インダクタ、リアクトル、チョークコイル、ノイズフィルタ、トランス、回転機、発電機、又は電波吸収体は、上述した圧粉体及び/又はシートを備える。また磁気デバイスは、チップインダクタ等のチップ部品であってもよい。 The alloy powder of this embodiment is suitable for magnetic devices due to its excellent magnetic properties. Examples of such magnetic devices include inductors, reactors, choke coils, noise filters, transformers, rotating machines, generators, and radio wave absorbers. Inductors, reactors, choke coils, noise filters, transformers, rotating machines, generators, and radio wave absorbers comprise the aforementioned compacted powder and/or sheets. Furthermore, the magnetic device may also be a chip component such as a chip inductor.
合金粉を含む圧粉体をインダクタ(トロイダルコイル)に適用した例を図7に示す。インダクタ(10)は、トロイダル状の圧粉体コア(12)と、この圧粉体コア(12)を周回するように設けられたコイル(14)と、で構成される。またコイル(14)の両端には入出力端子(16a、16b)が設けられている。圧粉体コア(12)は、合金粉、及び必要に応じて滑剤等の添加剤をプレス成形して作製することができる。コイル(14)は、圧粉体コア(12)の周囲を導線で巻き線することで作製できる。圧粉体コア(12)とコイル(14)との間の導通を防ぐため、被覆導線を用いてコイル(14)を作製する、あるいは圧粉体コア(12)とコイル(14)との間に絶縁シートを介在させることが望ましい。 Figure 7 shows an example of applying a compacted powder containing alloy powder to an inductor (toroidal coil). The inductor (10) consists of a toroidal compacted powder core (12) and a coil (14) arranged to circumfer the compacted powder core (12). Input and output terminals (16a, 16b) are provided at both ends of the coil (14). The compacted powder core (12) can be manufactured by press-molding alloy powder and, if necessary, additives such as lubricants. The coil (14) can be manufactured by winding a wire around the compacted powder core (12). To prevent electrical conductivity between the compacted powder core (12) and the coil (14), it is desirable to manufacture the coil (14) using insulated wire or to interpose an insulating sheet between the compacted powder core (12) and the coil (14).
圧粉体をチップインダクタに適用した例を図8に示す。チップインダクタ(20)は、圧粉体コア(22)と、この圧粉体コア(22)に埋設されたコイル(24)と、で構成される。チップインダクタ(20)は、コイル(24)を予め作製し、このコイル(24)を合金粉末とともに加圧一体成形することで作製できる。 Figure 8 shows an example of applying compacted powder to a chip inductor. The chip inductor (20) consists of a compacted powder core (22) and a coil (24) embedded in the compacted powder core (22). The chip inductor (20) can be manufactured by pre-fabricating the coil (24) and then pressure-molding it together with alloy powder.
圧粉体をリアクトルに適用した例を図9に示す。リアクトル(30)は、圧粉体コア(32)と、この圧粉体コア(32)の一方の片を周回するように設けられた第1のコイル(34)と、圧粉体コア(32)の他方の片を周回するように設けられた第2のコイル(36)と、第1のコイル(32)及び第2のコイル(34)を電気的に接続する連結部(38)と、を備えている。 Figure 9 shows an example of applying compacted powder to a reactor. The reactor (30) comprises a compacted powder core (32), a first coil (34) arranged to circumfer one end of the compacted powder core (32), a second coil (36) arranged to circumfer the other end of the compacted powder core (32), and a connecting portion (38) that electrically connects the first coil (32) and the second coil (34).
圧粉体を、回転機(モーター)や発電機のステータに適用した例を図10に示す。なお図中には動作時の磁束の向きを、矢印を用いて示している。ステータ(40)は、圧粉体コア(42)と巻き線(44)とを有する。巻き線(44)は、圧粉体コア(42)の内側に設けられた、コア(42)が有する複数の突起のそれぞれを周回するように設けられている。 Figure 10 shows an example of applying compacted powder to the stator of a rotating machine (motor) or generator. The direction of magnetic flux during operation is indicated by arrows in the figure. The stator (40) has a compacted powder core (42) and windings (44). The windings (44) are provided inside the compacted powder core (42) and are arranged to circumfer each of the multiple protrusions on the core (42).
圧粉体を、回転機(モーター)や発電機のロータに適用した例を図11に示す。ロータ(50)は、圧粉体コア(52)と巻き線(54)と出力軸(56)とを有する。巻き線(54)は、圧粉体コア(52)の外側に設けられた、コア(52)が有する複数の突起のそれぞれを周回するように設けられている。また出力軸(56)は圧粉体コア(52)の中心に固定されている。 Figure 11 shows an example of applying compacted powder to the rotor of a rotating machine (motor) or generator. The rotor (50) has a compacted powder core (52), windings (54), and an output shaft (56). The windings (54) are arranged to circle each of the multiple protrusions on the outside of the compacted powder core (52). The output shaft (56) is fixed to the center of the compacted powder core (52).
本発明を、以下の実施例及び比較例を用いて更に詳細に説明する。しかしながら本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in further detail using the following examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(1)鉄-ニッケル系合金粉の作製
[実施例1]
実施例1では、図5に示す手順にしたがい、鉄(Fe)50モル%及びニッケル(Ni)50モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。実施例1では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した金属塩原料溶液に常温の還元溶液を添加して混合した。
(1) Preparation of iron-nickel alloy powder [Example 1]
In Example 1, an iron-nickel alloy powder containing 50 mol% iron (Fe) and 50 mol% nickel (Ni) was prepared according to the procedure shown in Figure 5. In Example 1, when preparing the reaction solution, a reducing solution at room temperature was added to a metal salt raw material solution heated using a water bath and mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩として塩化第一鉄4水和物(FeCl2・4H2O、分子量:198.81、和光純薬工業株式会社製試薬)を、水溶性ニッケル塩として塩化ニッケル6水和物(NiCl2・6H2O、分子量:237.69、和光純薬工業株式会社製試薬)をそれぞれ準備した。また核剤として塩化パラジウム(II)アンモニウム(別名:テトラクロロパラジウム(II)酸アンモニウム)((NH4)2PdCl4、分子量:284.31、和光純薬工業株式会社製試薬)を、錯化剤としてクエン酸三ナトリウム2水和物(Na3(C3H5O(COO)3)・2H2O、分子量:294.1、和光純薬工業株式会社製試薬)を、還元剤として市販工業グレードの60質量%抱水ヒドラジン(エムジーシー大塚ケミカル株式会社製)を、pH調整剤として水酸化ナトリウム(NaOH、分子量:40.0、和光純薬工業株式会社製試薬)をそれぞれ準備した。60質量%抱水ヒドラジンは、抱水ヒドラジン(N2H4・H2O、分子量:50.06)を純水で1.67倍に希釈したものであった。さらにアミン化合物としてエチレンジアミン(EDA;H2NC2H4NH2、分子量:60.1、和光純薬工業株式会社製試薬)を準備した。
<Preparation process>
As a water-soluble iron salt, ferrous chloride tetrahydrate ( FeCl₂・4H₂O , molecular weight: 198.81, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared, and as a water-soluble nickel salt, nickel chloride hexahydrate ( NiCl₂・6H₂O , molecular weight: 237.69, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared. In addition, ammonium palladium(II) chloride (also known as ammonium tetrachloropalladium(II)ate) (( NH₄ ) ₂PdCl₄ , molecular weight: 284.31 , reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared as a nucleating agent, trisodium citrate dihydrate ( Na₃ ( C₃H₅O (COO) ₃ )・2H₂O , molecular weight: 294.1 , reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a complexing agent, commercially available industrial-grade 60% by mass hydrated hydrazine (manufactured by MGC Otsuka Chemical Co., Ltd.) as a reducing agent, and sodium hydroxide (NaOH, molecular weight: 40.0, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a pH adjuster were prepared. The 60% by mass hydrated hydrazine was prepared by diluting hydrated hydrazine ( N₂H₄・H₂O , molecular weight: 50.06) 1.67 times with pure water. Furthermore , ethylenediamine (EDA; H₂NC₂H₄NH₂ , molecular weight: 60.1, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries , Ltd.) was prepared as an amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
塩化第一鉄4水和物(水溶性鉄塩)、塩化ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するパラジウム(Pd)量が0.037質量ppm(0.02モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するクエン酸三ナトリウム量がモル比で0.362(36.2モル%)になるように秤量を行った。具体的には、塩化第一鉄4水和物:173.60g、塩化ニッケル6水和物:207.55g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:9.93μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:185.9gを純水:1200mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous chloride tetrahydrate (water-soluble iron salt), nickel chloride hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was 0.037 mass ppm (0.02 mol ppm). The amount of trisodium citrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was also weighed so that the molar ratio was 0.362 (36.2 mol%). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 173.60 g of ferrous chloride tetrahydrate, 207.55 g of nickel chloride hexahydrate, 9.93 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 185.9 g of trisodium citrate dihydrate in 1200 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で4.85になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で4.96になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:346gを純水:850mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:707gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 4.85 in molar ratio. The amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was also weighed so that it was 4.96 in molar ratio. Specifically, 346 g of sodium hydroxide was dissolved in 850 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 707 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するエチレンジアミン量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.05gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.05 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(d)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した金属塩原料溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温70℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバス内で加熱されている金属塩原料溶液に液温25℃の還元剤溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温55℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は32.3g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度55℃)。図12に示すように、反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温70℃に保たれた(反応保持温度70℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(d) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared metal salt raw material solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 70°C. Then, a reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C was added to the metal salt raw material solution being heated in the water bath and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 55°C. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 32.3 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 55°C). As shown in Figure 12, the temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the start of the reaction, and was maintained at a liquid temperature of 70°C from 10 minutes after the start of the reaction (reaction holding temperature 70°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ) and nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル晶析粉が反応液中に析出した。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から20分以内に反応液の上澄み液は透明になった。上記(6)式の還元反応が完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分の全てが金属鉄と金属ニッケルに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution changed color to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel crystallized powder to precipitate in the reaction solution. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 20 minutes of the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction of equation (6) above was completed, and all of the iron and nickel components in the reaction solution were reduced to metallic iron and metallic nickel. The reaction solution after the completion of the reaction was a slurry containing iron-nickel crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.41μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, the powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, an iron-nickel alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.41 μm.
[実施例2]
実施例2では、図3に示す手順にしたがい、鉄(Fe)50モル%、ニッケル(Ni)40モル%及びコバルト(Co)10モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル-コバルト合金粉)を作製した。実施例2では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した金属塩原料溶液に、まず常温のpH調整溶液(水酸化アルカリ溶液)を、続けて常温の還元剤溶液を添加して混合した。
[Example 2]
In Example 2, an iron-nickel alloy powder (iron-nickel-cobalt alloy powder) containing 50 mol% iron (Fe), 40 mol% nickel (Ni), and 10 mol% cobalt (Co) was prepared according to the procedure shown in Figure 3. In Example 2, when preparing the reaction solution, a pH adjustment solution (alkali hydroxide solution) at room temperature was first added to a metal salt raw material solution heated using a water bath, followed by a reducing agent solution at room temperature, and then mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、錯化剤、還元剤、pH調整剤、及びアミン化合物として、実施例1と同様の原料を準備した。また、それ以外に水溶性コバルト塩として、塩化コバルト6水和物(CoCl2・6H2O、分子量:237.93和光純薬工業株式会社製試薬)を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 1 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a complexing agent, a reducing agent, a pH adjuster, and an amine compound. In addition, cobalt chloride hexahydrate ( CoCl₂・6H₂O , molecular weight: 237.93, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared as a water-soluble cobalt salt.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
塩化第一鉄4水和物(水溶性鉄塩)、塩化ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化コバルト6水和物(水溶性コバルト塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.037質量ppm(0.02モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するクエン酸三ナトリウム量がモル比で0.362(36.2モル%)になるように秤量を行った。具体的には、塩化第一鉄4水和物:173.60g、塩化ニッケル6水和物:166.04g、塩化コバルト6水和物:41.55g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:9.93μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:185.9gを純水:1200mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous chloride tetrahydrate (water-soluble iron salt), nickel chloride hexahydrate (water-soluble nickel salt), cobalt chloride hexahydrate (water-soluble cobalt salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.037 mass ppm (0.02 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co). In addition, the amount of trisodium citrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) was weighed so that the molar ratio was 0.362 (36.2 mol%). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 173.60 g of ferrous chloride tetrahydrate, 166.04 g of nickel chloride hexahydrate, 41.55 g of cobalt chloride hexahydrate, 9.93 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 185.9 g of trisodium citrate dihydrate in 1200 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液中で、磁性金属(Fe、Ni及びCo)の合計量に対するモル比が4.85となるように、ヒドラジン配合量を設定した。具体的には、60質量%抱水ヒドラジン:707gを秤量して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing hydrazine (reducing agent) and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was set so that the molar ratio to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 4.85. Specifically, 707 g of 60% by mass hydrated hydrazine was weighed to prepare the reducing agent solution.
(c)pH調整溶液(水酸化アルカリ溶液)の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)及び水を含むpH調整溶液(水酸化アルカリ溶液)を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対する水酸化ナトリウムの量がモル比で4.96になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:346gを純水:850mLに溶解して、pH調整溶液を調製した。
(c) Preparation of pH adjustment solution (alkali hydroxide solution) A pH adjustment solution (alkali hydroxide solution) containing sodium hydroxide (pH adjuster) and water was prepared. At this time, the amount of sodium hydroxide was weighed so that the amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 4.96 in molar ratio. Specifically, 346 g of sodium hydroxide was dissolved in 850 mL of pure water to prepare the pH adjustment solution.
(d)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するエチレンジアミン配合量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.05gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(d) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.05 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(e)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した金属塩原料溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温70℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバス内で加熱されている金属塩原料溶液に液温25℃のpH調整溶液(水酸化アルカリ溶液)を混合時間10秒間で添加混合し、さらに続けて液温25℃の還元剤溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温55℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe、Ni及びCo)の濃度は32.3g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度55℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温70℃に保たれた(反応保持温度70℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)と水酸化コバルト(Co(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(e) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared metal salt raw material solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 70°C. Then, a pH adjustment solution (alkali hydroxide solution) at a liquid temperature of 25°C was added to the metal salt raw material solution being heated in the water bath and mixed for a mixing time of 10 seconds. Subsequently, a reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C was added and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 55°C. The concentration of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution was 32.3 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 55°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the start of the reaction, and was maintained at a liquid temperature of 70°C from 10 minutes after the start of the reaction (reaction holding temperature 70°C). The reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ), nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ), and cobalt hydroxide (Co(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始後3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル-コバルト晶析粉が反応液中に析出した。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から20分以内に反応液の上澄み液は透明になった。上記(6)式の還元反応が完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分とコバルト成分の全てが金属鉄と金属ニッケルと金属コバルトに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル-コバルト晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution changed color to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel-cobalt crystallized powder to precipitate in the reaction solution. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 20 minutes of the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction of equation (6) above was completed, and all of the iron, nickel, and cobalt components in the reaction solution were reduced to metallic iron, metallic nickel, and metallic cobalt. The reaction solution after completion was a slurry containing iron-nickel-cobalt crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル-コバルト晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル-コバルト合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.33μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel-cobalt crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, the powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, an iron-nickel-cobalt alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.33 μm.
[実施例3]
実施例3では、図5に示す手順にしたがい、鉄(Fe)50モル%及びニッケル(Ni)50モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。実施例3では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した金属塩原料溶液に常温の還元溶液を添加して混合した。
[Example 3]
In Example 3, an iron-nickel alloy powder containing 50 mol% iron (Fe) and 50 mol% nickel (Ni) was prepared according to the procedure shown in Figure 5. In Example 3, when preparing the reaction solution, a reducing solution at room temperature was added to a metal salt raw material solution heated using a water bath and mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、還元剤、pH調整剤、及びアミン化合物として、実施例1と同様の原料を準備した。また錯化剤として、クエン酸三ナトリウム2水和物の代わりに、酒石酸((CH(OH)COOH)2、分子量:150.09、和光純薬工業株式会社製試薬)を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 1 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a reducing agent, a pH adjuster, and an amine compound. In addition, tartaric acid ((CH(OH)COOH) 2 , molecular weight: 150.09, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared as a complexing agent instead of trisodium citrate dihydrate.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
塩化第一鉄4水和物(水溶性鉄塩)、塩化ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、酒石酸(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.037質量ppm(0.02モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する酒石酸量がモル比で0.200(20.0モル%)になるように秤量を行った。具体的には、塩化第一鉄4水和物:173.60g、塩化ニッケル6水和物:207.55g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:9.93μg、及び酒石酸:52.4gを純水:1200mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous chloride tetrahydrate (water-soluble iron salt), nickel chloride hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), tartaric acid (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.037 mass ppm (0.02 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni). The amount of tartaric acid relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was also weighed so that the molar ratio was 0.200 (20.0 mol%). Specifically, 173.60 g of ferrous chloride tetrahydrate, 207.55 g of nickel chloride hexahydrate, 9.93 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 52.4 g of tartaric acid were dissolved in 1200 mL of pure water to prepare the metal salt raw material solution.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で4.85になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で4.96になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:346gを純水:850mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:707gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 4.85 in molar ratio. The amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was also weighed so that it was 4.96 in molar ratio. Specifically, 346 g of sodium hydroxide was dissolved in 850 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 707 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
実施例1と同様にしてアミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution was prepared in the same manner as in Example 1.
(d)反応液の調製及び晶析粉の析出
上記金属塩原料溶液、還元剤溶液、及びアミン化合物溶液を用いて、実施例1と同様にして反応液の調製及び晶析粉の析出を行った。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は33.0g/Lであった。
(d) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder Using the above metal salt raw material solution, reducing agent solution, and amine compound solution, the reaction solution was prepared and crystallized powder was precipitated in the same manner as in Example 1. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 33.0 g/L.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液から、実施例1と同様にして鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.40μmであった。
<Recovery Process>
From the slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process, an iron-nickel alloy powder (iron-nickel alloy powder) was prepared in the same manner as in Example 1. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.40 μm.
[実施例4]
実施例4では、図5に示す手順にしたがい、鉄(Fe)56モル%及びニッケル(Ni)44モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。実施例4では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加して混合した。
[Example 4]
In Example 4, an iron-nickel alloy powder containing 56 mol% iron (Fe) and 44 mol% nickel (Ni) was prepared according to the procedure shown in Figure 5. In Example 4, when preparing the reaction solution, a metal salt raw material solution at room temperature was added to a reducing solution heated using a water bath and mixed.
<準備工程>
核剤、還元剤、pH調整剤、錯化剤、及びアミン化合物として、実施例1と同様の原料を準備した。また、水溶性鉄塩として、塩化第一鉄4水和物の代わりに、硫酸第一鉄7水和物(FeSO4・7H2O、分子量:278.05、和光純薬工業株式会社製試薬)を、水溶性ニッケル塩として、塩化ニッケル6水和物の代わりに、硫酸ニッケル6水和物(NiSO4・6H2O、分子量:262.85、和光純薬工業株式会社製試薬)を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 1 were prepared as a nucleating agent, reducing agent, pH adjuster, complexing agent, and amine compound. In addition, as a water-soluble iron salt, ferrous sulfate heptahydrate ( FeSO₄・7H₂O , molecular weight: 278.05, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared instead of ferrous chloride tetrahydrate, and as a water-soluble nickel salt, nickel sulfate hexahydrate ( NiSO₄・6H₂O , molecular weight: 262.85, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared instead of nickel chloride hexahydrate.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.37質量ppm(0.2モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するクエン酸三ナトリウム2水和物量がモル比で0.318(31.8モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:272.0g、硫酸ニッケル6水和物:202.0g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:99.3μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:163.5gを純水:950mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.37 mass ppm (0.2 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni). The amount of trisodium citrate dihydrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was also weighed so that the molar ratio was 0.318 (31.8 mol%). Specifically, 272.0 g of ferrous sulfate heptahydrate, 202.0 g of nickel sulfate hexahydrate, 99.3 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 163.5 g of trisodium citrate dihydrate were dissolved in 950 mL of pure water to prepare the metal salt raw material solution.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で6.41になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で4.67になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:326gを純水:800mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:934gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 6.41 in molar ratio. The amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was also weighed so that it was 4.67 in molar ratio. Specifically, 326 g of sodium hydroxide was dissolved in 800 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 934 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
実施例1と同様にしてアミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution was prepared in the same manner as in Example 1.
(d)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した還元剤溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温70℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温59℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は32.6g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度59℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温70℃に保たれた(反応保持温度70℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(d) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared reducing agent solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 70°C. Then, the metal salt raw material solution, which was heated in the water bath, was added to the reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 59°C. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 32.6 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 59°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the reaction started, and was maintained at 70°C after 10 minutes from the start of the reaction (reaction holding temperature 70°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ) and nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル晶析粉が反応液中に析出した。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から30分以内に反応液の上澄み液は透明になった。上記(6)式の還元反応が完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分の全てが金属鉄と金属ニッケルに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution's color changed to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel crystallized powder to precipitate in the reaction solution. At this point, the reaction solution was black, but within 30 minutes of the start of the reaction, the supernatant became clear. It is considered that the reduction reaction of equation (6) above was completed, and all of the iron and nickel components in the reaction solution were reduced to metallic iron and metallic nickel. The reaction solution after completion was a slurry containing iron-nickel crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.38μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, the powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, an iron-nickel alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.38 μm.
[実施例5]
実施例5では、図6に示す手順にしたがい、ニッケルリッチな表面組成を有する鉄(Fe)51モル%及びニッケル(Ni)49モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。この際、晶析工程の終盤で追加原料液を添加して混合した。具体的には、まずは還元剤としてのヒドラジンの配合量が異なる以外は実施例4と同様にして鉄(Fe)56モル%及びニッケル(Ni)44モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)の晶析を進め、そしてこの晶析の途中で、反応液に追加原料液としての水溶性ニッケル塩水溶液を添加混合した。
[Example 5]
In Example 5, an iron-nickel alloy powder containing 51 mol% iron (Fe) and 49 mol% nickel (Ni) with a nickel-rich surface composition was prepared according to the procedure shown in Figure 6. At this time, an additional raw material solution was added and mixed towards the end of the crystallization process. Specifically, first, the crystallization of an iron-nickel alloy powder containing 56 mol% iron (Fe) and 44 mol% nickel (Ni) was carried out in the same manner as in Example 4, except that the amount of hydrazine as a reducing agent was different. During this crystallization, a water-soluble nickel salt aqueous solution was added to the reaction solution as an additional raw material solution and mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、還元剤、pH調整剤、錯化剤、及びアミン化合物として、実施例4と同様の原料を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 4 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a reducing agent, a pH adjuster, a complexing agent, and an amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.37質量ppm(0.2モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するクエン酸三ナトリウム2水和物がモル比で0.318(31.8モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:272.0g、硫酸ニッケル6水和物:202.0g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:99.3μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:163.5gを純水:950mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.37 mass ppm (0.2 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni). In addition, the amount of trisodium citrate dihydrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was weighed so that the molar ratio was 0.318 (31.8 mol%). Specifically, 272.0 g of ferrous sulfate heptahydrate, 202.0 g of nickel sulfate hexahydrate, 99.3 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 163.5 g of trisodium citrate dihydrate were dissolved in 950 mL of pure water to prepare the metal salt raw material solution.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で4.85(追加原料液添加時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してはモル比で4.41)になるように秤量を行った。また反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で4.67(追加原料液添加時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してはモル比で4.24)になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:326gを純水:800mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:707gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that, in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step, the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 4.85 in molar ratio (4.41 in molar ratio relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) when the additional raw material solution was added). The amount of sodium hydroxide was also weighed so that the amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 4.67 in molar ratio (4.24 in molar ratio relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) when the additional raw material solution was added). Specifically, 326 g of sodium hydroxide was dissolved in 800 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 707 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程における反応液において、追加原料液添加後の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するエチレンジアミン量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.16gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that, in the reaction solution for the subsequent crystallization step, the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) after the addition of additional raw material solution was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.16 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(d)追加原料液の調製
硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)及び水を含む追加原料液を調製した。この際、得られた追加原料液中の磁性金属(Ni)量は0.175モルで、金属塩原料溶液中の磁性金属(Fe及びNi)合計量の1.747モルに対して0.10倍となるように秤量を行った。具体的には、硫酸ニッケル6水和物:46.0gを純水:200mLに溶解して追加原料液を調製した。
(d) Preparation of additional raw material solution An additional raw material solution containing nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt) and water was prepared. At this time, the amount of magnetic metal (Ni) in the obtained additional raw material solution was 0.175 moles, which was weighed to be 0.10 times the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) in the metal salt raw material solution of 1.747 moles. Specifically, 46.0 g of nickel sulfate hexahydrate was dissolved in 200 mL of pure water to prepare the additional raw material solution.
(e)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した還元剤溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温70℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温57℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は35.2g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度57℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温70℃に保たれた(反応保持温度70℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(e) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared reducing agent solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 70°C. Then, the metal salt raw material solution, which was heated in the water bath, was added to the reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 57°C. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 35.2 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 57°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the start of the reaction, and was maintained at 70°C after 10 minutes from the start of the reaction (reaction holding temperature 70°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ) and nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル晶析粉が反応液中に析出した。反応開始11分後から16分後にかけて追加原料液を少しずつ滴下しながら添加混合して、還元されにくい鉄イオン(または水酸化鉄)の還元を促進させながら、析出した鉄-ニッケル晶析粉の表面がよりニッケルリッチ組成となるように還元反応を進めた。追加原料液添加後の反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は32.8g/Lであった。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から30分以内に反応液の上澄み液は透明になった。還元反応が全て完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分の全てが金属鉄と金属ニッケルに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution's color changed to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel crystallized powder to precipitate in the reaction solution. From 11 minutes after the start of the reaction to 16 minutes after the start of the reaction, additional starting material solution was added dropwise and mixed to promote the reduction of iron ions (or iron hydroxide), which are difficult to reduce, and to advance the reduction reaction so that the surface of the precipitated iron-nickel crystallized powder would become more nickel-rich. After the addition of the additional starting material solution, the concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 32.8 g/L. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 30 minutes of the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction was completely finished, and all the iron and nickel components in the reaction solution were reduced to metallic iron and metallic nickel. The reaction solution after the completion of the reaction was a slurry containing iron-nickel crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.40μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, the powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, an iron-nickel alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.40 μm.
[実施例6]
実施例6では、実施例1で得られた晶析粉に対し、超小型ジェット粉砕機(日本ニューマチック株式会社、JKE-30、)を用い、解砕ガス圧力0.5MPaで、乾式解砕であるスパイラルジェット解砕処理を施して、鉄(Fe)50モル%及びニッケル(Ni)50モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。得られた合金粉は、実施例1と同様にシャープな粒度分布であり、平均粒径は0.41μmであった。またスパイラルジェット解砕処理により凝集粒子が低減して充填性が向上(圧粉体密度が上昇)するとともに、表面の凹凸が減って非常に表面平滑な球状粒子で構成されていた。
[Example 6]
In Example 6, the crystallized powder obtained in Example 1 was subjected to a spiral jet crushing treatment, a dry crushing method, using a miniature jet crusher (JKE-30, Nippon Pneumatic Co., Ltd.) at a crushing gas pressure of 0.5 MPa to produce an iron-nickel alloy powder containing 50 mol% iron (Fe) and 50 mol% nickel (Ni). The resulting alloy powder had a sharp particle size distribution, similar to Example 1, with an average particle size of 0.41 μm. Furthermore, the spiral jet crushing treatment reduced aggregated particles, improving packing efficiency (increasing compact density), and reduced surface irregularities, resulting in a composition of very smooth spherical particles.
[実施例7]
実施例7では、以下の通り、晶析工程に引続き、回収工程途中で、乾燥前のスラリー状の晶析粉に湿式解砕である高圧流体衝突解砕処理を施して、鉄(Fe)50モル%及びニッケル(Ni)50モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。
[Example 7]
In Example 7, following the crystallization process, the slurry-like crystallized powder before drying was subjected to a high-pressure fluid impingement treatment, which is a wet crushing process, to produce an iron-nickel alloy powder containing 50 mol% iron (Fe) and 50 mol% nickel (Ni).
<回収工程(解砕工程を含む)>
実施例1と同様の晶析工程で得られた鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリー状の反応液を、ろ過洗浄した後、導電率が1μS/cmの純水を用いて鉄-ニッケル晶析粉の濃度20質量%の洗浄晶析粉スラリーを調製した。上記ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。上記洗浄晶析粉スラリーを、高圧流体衝突解砕装置(スギノマシン製;圧力:200MPa)に2パス通過させて解砕処理を施した後、固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施して鉄-ニッケル合金粉を得た。得られた合金粉は、実施例1と同様にシャープな粒度分布であり、平均粒径は0.41μmであった。また高圧流体衝突解砕処理により凝集粒子が低減して充填性が向上(圧粉体密度が上昇)するとともに、表面の凹凸が減って非常に表面平滑な球状粒子で構成されていた。
<Recovery process (including crushing process)>
A slurry-like reaction solution containing iron-nickel crystallized powder obtained by the same crystallization process as in Example 1 was filtered and washed, and then a washed crystallized powder slurry with a concentration of 20% by mass of iron-nickel crystallized powder was prepared using pure water with an conductivity of 1 μS/cm. The above filtration and washing was carried out using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The washed crystallized powder slurry was subjected to crushing treatment by passing it through a high-pressure fluid impingement crushing apparatus (manufactured by Sugino Machine; pressure: 200 MPa) for two passes, and then subjected to solid-liquid separation treatment to recover cake-like iron-nickel crystallized powder. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. Then, the dried crystallized powder was cooled to 35°C in a vacuum, and then subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen to obtain iron-nickel alloy powder. The resulting alloy powder had a sharp particle size distribution, similar to Example 1, with an average particle size of 0.41 μm. Furthermore, the high-pressure fluid impact crushing treatment reduced aggregated particles, improving packing efficiency (increasing compacted particle density), and reduced surface irregularities, resulting in a composition of very smooth spherical particles.
[実施例8]
実施例8では、図6に示す手順にしたがって得られた晶析粉に高温熱処理を施して、鉄(Fe)65モル%及びニッケル(Ni)35モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。実施例8では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加して混合した。
[Example 8]
In Example 8, the crystallized powder obtained according to the procedure shown in Figure 6 was subjected to high-temperature heat treatment to produce an iron-nickel alloy powder containing 65 mol% iron (Fe) and 35 mol% nickel (Ni). In Example 8, when preparing the reaction solution, a metal salt raw material solution at room temperature was added to a reducing solution heated using a water bath and mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、還元剤、pH調整剤、錯化剤、及びアミン化合物として、実施例4と同様の原料を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 4 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a reducing agent, a pH adjuster, a complexing agent, and an amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してパラジウム(Pd)量が2.81質量ppm(1.50モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するクエン酸三ナトリウム2水和物がモル比で0.724(72.4モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:318.1g、硫酸ニッケル6水和物:161.9g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:750.5μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:374.7gを純水:950mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 2.81 mass ppm (1.50 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni). In addition, the amount of trisodium citrate dihydrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was weighed so that the molar ratio was 0.724 (72.4 mol%). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 318.1 g of ferrous sulfate heptahydrate, 161.9 g of nickel sulfate heptahydrate, 750.5 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 374.7 g of trisodium citrate dihydrate in 950 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で8.98になるように秤量を行った。また反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で7.07になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:497.5gを純水:1218mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:1318gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 8.98 in molar ratio, and the amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was weighed so that the amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 7.07 in molar ratio. Specifically, 497.5 g of sodium hydroxide was dissolved in 1218 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 1318 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程における反応液において、追加原料液添加後の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するエチレンジアミン量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.06gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that in the reaction solution for the subsequent crystallization step, the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) after the addition of additional raw material solution was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.06 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(d)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した還元剤溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温80℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温71℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は25.0g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度71℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温80℃に保たれた(反応保持温度80℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(d) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared reducing agent solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 80°C. Then, the metal salt raw material solution, which was heated in the water bath, was added to the reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 71°C. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 25.0 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 71°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the start of the reaction, and was maintained at a liquid temperature of 80°C from 10 minutes after the start of the reaction (reaction holding temperature 80°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ) and nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル晶析粉が反応液中に析出した。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から40分以内に反応液の上澄み液は透明になった。還元反応が全て完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分の全てが金属鉄と金属ニッケルに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution's color changed to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise to the reaction solution and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel crystallized powder to precipitate in the reaction solution. At this point, the reaction solution was black, but within 40 minutes of the start of the reaction, the supernatant became clear. It is considered that the reduction reaction was completely finished, and all the iron and nickel components in the reaction solution were reduced to metallic iron and metallic nickel. The reaction solution after the completion of the reaction was a slurry containing iron-nickel crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel crystallization powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallization powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallization powder to 35°C in a vacuum, the powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen.
<高温熱処理工程>
このように得られた晶析粉に対し、窒素雰囲気中で350℃で60分間加熱する高温熱処理を施して、鉄(Fe)65モル%及びニッケル(Ni)35モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。得られた合金粉は、実施例1と同様にシャープな粒度分布であり、平均粒径は0.27μmであった。また上記高温熱処理により、鉄(Fe)-ニッケル(Ni)系合金粒子内でFeとNiの拡散が促進されて粒子内の組成均一性が向上し、粒子内での特性バラツキが低減された。
<High-temperature heat treatment process>
The crystallized powder obtained in this manner was subjected to a high-temperature heat treatment by heating at 350°C for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to produce an iron-nickel alloy powder containing 65 mol% iron (Fe) and 35 mol% nickel (Ni). The resulting alloy powder had a sharp particle size distribution, similar to Example 1, with an average particle size of 0.27 μm. Furthermore, the high-temperature heat treatment promoted the diffusion of Fe and Ni within the iron (Fe)-nickel (Ni) alloy particles, improving the compositional uniformity within the particles and reducing variations in properties within the particles.
[実施例9]
実施例9では、図6に示す手順にしたがい、ニッケルリッチな表面組成を有する鉄(Fe)65モル%及びニッケル(Ni)35モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。この際、晶析工程の途中で追加原料液を添加して混合した。具体的には、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加混合し、反応液を調製して、まずは鉄(Fe)67.4モル%及びニッケル(Ni)32.6モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)の晶析を進めた。そしてこの晶析の途中で、反応液に追加原料液としての水溶性ニッケル塩水溶液を添加混合した。
[Example 9]
In Example 9, an iron-nickel alloy powder containing 65 mol% iron (Fe) and 35 mol% nickel (Ni) with a nickel-rich surface composition was prepared according to the procedure shown in Figure 6. During this process, an additional raw material solution was added and mixed in the middle of the crystallization process. Specifically, a metal salt raw material solution at room temperature was added and mixed to a reducing solution heated using a water bath to prepare a reaction solution, and the crystallization of the iron-nickel alloy powder containing 67.4 mol% iron (Fe) and 32.6 mol% nickel (Ni) was first carried out. During this crystallization process, a water-soluble nickel salt aqueous solution was added and mixed into the reaction solution as an additional raw material solution.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、還元剤、pH調整剤、錯化剤、及びアミン化合物として、実施例4と同様の原料を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 4 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a reducing agent, a pH adjuster, a complexing agent, and an amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.97質量ppm(0.52モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するクエン酸三ナトリウム2水和物がモル比で0.750(75.0モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:318.1g、硫酸ニッケル6水和物:145.7g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:250.0μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:374.7gを純水:500mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.97 mass ppm (0.52 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni). In addition, the amount of trisodium citrate dihydrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was weighed so that the molar ratio was 0.750 (75.0 mol%). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 318.1 g of ferrous sulfate heptahydrate, 145.7 g of nickel sulfate hexahydrate, 250.0 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 374.7 g of trisodium citrate dihydrate in 500 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で7.62(追加原料液添加時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してはモル比で7.36)になるように秤量を行った。また反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で7.33(追加原料液添加時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してはモル比で7.07)になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:497.5gを純水:1218mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:1080gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that, in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step, the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 7.62 in molar ratio (7.36 in molar ratio relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) when the additional raw material solution was added). Also, the amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was weighed so that the amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 7.33 in molar ratio (7.07 in molar ratio relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) when the additional raw material solution was added). Specifically, 497.5 g of sodium hydroxide was dissolved in 1218 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 1080 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程における反応液において、追加原料液添加後の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するエチレンジアミン量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.06gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that in the reaction solution for the subsequent crystallization step, the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) after the addition of additional raw material solution was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.06 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(d)追加原料液の調製
硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)及び水を含む追加原料液を調製した。この際、得られた追加原料液中の磁性金属(Ni)量は0.0616モルで、金属塩原料溶液中の磁性金属(Fe及びNi)合計量の1.760モルに対して0.035倍となるように秤量を行った。具体的には、硫酸ニッケル6水和物:16.2gを純水:200mLに溶解して追加原料液を調製した。
(d) Preparation of additional raw material solution An additional raw material solution containing nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt) and water was prepared. At this time, the amount of magnetic metal (Ni) in the obtained additional raw material solution was 0.0616 moles, which was weighed to be 0.035 times the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) in the metal salt raw material solution of 1.760 moles. Specifically, 16.2 g of nickel sulfate hexahydrate was dissolved in 200 mL of pure water to prepare the additional raw material solution.
(e)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した還元剤溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温80℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温75℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は29.1g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度75℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温80℃に保たれた(反応保持温度80℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(e) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared reducing agent solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 80°C. Then, the metal salt raw material solution, which was heated in the water bath, was added to the reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 75°C. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 29.1 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 75°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the reaction started, and was maintained at 80°C after 10 minutes from the start of the reaction (reaction holding temperature 80°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ) and nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル晶析粉が反応液中に析出した。反応開始25分後から35分後にかけて追加原料液を少しずつ滴下しながら添加混合して、還元されにくい鉄イオン(または水酸化鉄)の還元を促進させながら、析出した鉄-ニッケル晶析粉の表面がよりニッケルリッチ組成となるように還元反応を進めた。追加原料液添加後の反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は28.4g/Lであった。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から40分以内に反応液の上澄み液は透明になった。還元反応が全て完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分の全てが金属鉄と金属ニッケルに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution turned dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel crystallized powder to precipitate in the reaction solution. From 25 minutes to 35 minutes after the start of the reaction, additional starting material solution was added dropwise and mixed to promote the reduction of iron ions (or iron hydroxide), which are difficult to reduce, and to advance the reduction reaction so that the surface of the precipitated iron-nickel crystallized powder became more nickel-rich. After adding the additional starting material solution, the concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 28.4 g/L. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 40 minutes from the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction was completely finished, and all the iron and nickel components in the reaction solution were reduced to metallic iron and metallic nickel. The reaction solution after the completion of the reaction was a slurry containing iron-nickel crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.39μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, the powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, an iron-nickel alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.39 μm.
[実施例10]
実施例10では、図6に示す手順にしたがい、鉄含有割合の大きな組成の鉄(Fe)80モル%及びニッケル(Ni)20モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。この際、晶析工程の途中で追加原料液を添加して混合した。具体的には、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加混合し、反応液を調製して、まずは鉄(Fe)83.3モル%及びニッケル(Ni)16.7モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)の晶析を進めた。そしてこの晶析の途中で、反応液に追加原料液としての水溶性ニッケル塩水溶液を添加混合した。
[Example 10]
In Example 10, an iron-nickel alloy powder containing 80 mol% iron (Fe) and 20 mol% nickel (Ni), with a high iron content, was prepared according to the procedure shown in Figure 6. During this process, an additional raw material solution was added and mixed in the middle of the crystallization process. Specifically, a metal salt raw material solution at room temperature was added and mixed to a reducing solution heated using a water bath to prepare a reaction solution, and the crystallization of the iron-nickel alloy powder containing 83.3 mol% iron (Fe) and 16.7 mol% nickel (Ni) was first carried out. During this crystallization process, a water-soluble nickel salt aqueous solution was added and mixed into the reaction solution as an additional raw material solution.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、還元剤、pH調整剤、錯化剤、及びアミン化合物として、実施例4と同様の原料を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 4 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a reducing agent, a pH adjuster, a complexing agent, and an amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.79質量ppm(0.42モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するクエン酸三ナトリウム2水和物がモル比で0.754(75.4モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:394.3g、硫酸ニッケル6水和物:74.6g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:201.6μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:377.5gを純水:836mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.79 mass ppm (0.42 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni). In addition, the amount of trisodium citrate dihydrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was weighed so that the molar ratio was 0.754 (75.4 mol%). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 394.3 g of ferrous sulfate heptahydrate, 74.6 g of nickel sulfate hexahydrate, 201.6 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 377.5 g of trisodium citrate dihydrate in 836 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で9.40(追加原料液添加時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してはモル比で9.02)になるように秤量を行った。また反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で7.37(追加原料液添加時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してはモル比で7.07)になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:501.3gを純水:1228mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:1334gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that, in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step, the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 9.40 in molar ratio (9.02 in molar ratio relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) when the additional raw material solution was added). The amount of sodium hydroxide was also weighed so that, relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 7.37 in molar ratio (7.07 in molar ratio relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) when the additional raw material solution was added). Specifically, 501.3 g of sodium hydroxide was dissolved in 1228 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 1334 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程における反応液において、追加原料液添加後の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するエチレンジアミン量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.07gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that, in the reaction solution for the subsequent crystallization step, the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) after the addition of additional raw material solution was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.07 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(d)追加原料液の調製
硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)及び水を含む追加原料液を調製した。この際、得られた追加原料液中の磁性金属(Ni)量は0.0709モルで、金属塩原料溶液中の磁性金属(Fe及びNi)合計量の1.773モルに対して0.04倍となるように秤量を行った。具体的には、硫酸ニッケル6水和物:18.64gを純水:200mLに溶解して追加原料液を調製した。
(d) Preparation of additional raw material solution An additional raw material solution containing nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt) and water was prepared. At this time, the amount of magnetic metal (Ni) in the obtained additional raw material solution was 0.0709 moles, which was weighed to be 0.04 times the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) in the metal salt raw material solution of 1.773 moles. Specifically, 18.64 g of nickel sulfate hexahydrate was dissolved in 200 mL of pure water to prepare the additional raw material solution.
(e)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した還元剤溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温80℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温71℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は24.5g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度71℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温80℃に保たれた(反応保持温度80℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(e) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared reducing agent solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 80°C. Then, the metal salt raw material solution, which was heated in the water bath, was added to the reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 71°C. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 24.5 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 71°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the start of the reaction, and was maintained at a liquid temperature of 80°C from 10 minutes after the start of the reaction (reaction holding temperature 80°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ) and nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル晶析粉が反応液中に析出した。反応開始8分後から18分後にかけて追加原料液を少しずつ滴下しながら添加混合して、還元されにくい鉄イオン(または水酸化鉄)の還元を促進させながら、析出した鉄-ニッケル晶析粉の表面がよりニッケルリッチ組成となるように還元反応を進めた。追加原料液添加後の反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は24.2g/Lであった。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から60分以内に反応液の上澄み液は透明になった。還元反応が全て完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分の全てが金属鉄と金属ニッケルに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution's color changed to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel crystallized powder to precipitate in the reaction solution. From 8 minutes after the start of the reaction to 18 minutes after the start of the reaction, additional starting material solution was added dropwise and mixed to promote the reduction of iron ions (or iron hydroxide), which are difficult to reduce, and to advance the reduction reaction so that the surface of the precipitated iron-nickel crystallized powder would become more nickel-rich. After adding the additional starting material solution, the concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 24.2 g/L. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 60 minutes of the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction was completely finished, and all the iron and nickel components in the reaction solution were reduced to metallic iron and metallic nickel. The reaction solution after the completion of the reaction was a slurry containing iron-nickel crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.48μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, the crystallized powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, an iron-nickel alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.48 μm.
[実施例11]
実施例11では、図6に示す手順にしたがい、鉄含有割合の大きな組成の鉄(Fe)90モル%及びニッケル(Ni)10モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。この際、晶析工程の途中で追加原料液を添加して混合した。具体的には、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加混合し、反応液を調製して、まずは鉄(Fe)91.8モル%及びニッケル(Ni)8.2モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)の晶析を進めた。そしてこの晶析の途中で、反応液に追加原料液としての水溶性ニッケル塩水溶液を添加混合した。
[Example 11]
In Example 11, an iron-nickel alloy powder containing 90 mol% iron (Fe) and 10 mol% nickel (Ni), with a high iron content, was prepared according to the procedure shown in Figure 6. During this process, an additional raw material solution was added and mixed in the middle of the crystallization process. Specifically, a metal salt raw material solution at room temperature was added and mixed to a reducing solution heated using a water bath to prepare a reaction solution, and the crystallization of the iron-nickel alloy powder containing 91.8 mol% iron (Fe) and 8.2 mol% nickel (Ni) was first carried out. During this crystallization process, a water-soluble nickel salt aqueous solution was added and mixed into the reaction solution as an additional raw material solution.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、還元剤、pH調整剤、錯化剤、及びアミン化合物として、実施例4と同様の原料を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 4 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a reducing agent, a pH adjuster, a complexing agent, and an amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.77質量ppm(0.41モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するクエン酸三ナトリウム2水和物がモル比で0.369(36.9モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:446.0g、硫酸ニッケル6水和物:37.5g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:202.6μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:189.7gを純水:720mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.77 mass ppm (0.41 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni). In addition, the amount of trisodium citrate dihydrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was weighed so that the molar ratio was 0.369 (36.9 mol%). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 446.0 g of ferrous sulfate heptahydrate, 37.5 g of nickel sulfate heptahydrate, 202.6 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 189.7 g of trisodium citrate dihydrate in 720 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で9.15(追加原料液添加時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してはモル比で8.97)になるように秤量を行った。また反応開始時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で8.29(追加原料液添加時の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してはモル比で8.13)になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:579gを純水:1418mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:1334gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that, in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step, the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 9.15 in molar ratio (8.97 in molar ratio relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) when the additional raw material solution was added). The amount of sodium hydroxide was also weighed so that, relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) at the start of the reaction was 8.29 in molar ratio (8.13 in molar ratio relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) when the additional raw material solution was added). Specifically, 579 g of sodium hydroxide was dissolved in 1418 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 1334 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程における反応液において、追加原料液添加後の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するエチレンジアミン量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.07gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that, in the reaction solution for the subsequent crystallization step, the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) after the addition of additional raw material solution was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.07 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(d)追加原料液の調製
硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)及び水を含む追加原料液を調製した。この際、得られた追加原料液中の磁性金属(Ni)量は0.0356モルで、金属塩原料溶液中の磁性金属(Fe及びNi)合計量の1.747モルに対して0.02倍となるように秤量を行った。具体的には、硫酸ニッケル6水和物:9.37gを純水:100mLに溶解して追加原料液を調製した。
(d) Preparation of additional raw material solution An additional raw material solution containing nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt) and water was prepared. At this time, the amount of magnetic metal (Ni) in the obtained additional raw material solution was 0.0356 moles, which was weighed to be 0.02 times the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) in the metal salt raw material solution of 1.747 moles. Specifically, 9.37 g of nickel sulfate hexahydrate was dissolved in 100 mL of pure water to prepare the additional raw material solution.
(e)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した還元剤溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温85℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温78℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は25.0g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度78℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温85℃に保たれた(反応保持温度85℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(e) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared reducing agent solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 85°C. Then, the metal salt raw material solution, which was heated in the water bath, was added to the reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 78°C. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 25.0 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 78°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the start of the reaction, and was maintained at 85°C after 10 minutes from the start of the reaction (reaction holding temperature 85°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ) and nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル晶析粉が反応液中に析出した。反応開始8分後から18分後にかけて追加原料液を少しずつ滴下しながら添加混合して、還元されにくい鉄イオン(または水酸化鉄)の還元を促進させながら、析出した鉄-ニッケル晶析粉の表面がよりニッケルリッチ組成となるように還元反応を進めた。追加原料液添加後の反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は24.8g/Lであった。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から50分以内に反応液の上澄み液は透明になった。還元反応が全て完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分の全てが金属鉄と金属ニッケルに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution turned dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel crystallized powder to precipitate in the reaction solution. From 8 minutes after the start of the reaction to 18 minutes after the start of the reaction, additional starting material solution was added dropwise and mixed to promote the reduction of iron ions (or iron hydroxide), which are difficult to reduce, and to advance the reduction reaction so that the surface of the precipitated iron-nickel crystallized powder would become more nickel-rich. After adding the additional starting material solution, the concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 24.8 g/L. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 50 minutes from the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction was completely finished, and all the iron and nickel components in the reaction solution were reduced to metallic iron and metallic nickel. The reaction solution after the completion of the reaction was a slurry containing iron-nickel crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.38μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, the powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, an iron-nickel alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.38 μm.
[実施例12]
実施例12では、図5に示す手順にしたがって得られた晶析粉に絶縁コート処理を施して、絶縁性の金属酸化物である二酸化けい素(SiO2)で被覆された鉄(Fe)55モル%及びニッケル(Ni)45モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。実施例12では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加して混合した。
[Example 12]
In Example 12, the crystallized powder obtained according to the procedure shown in Figure 5 was subjected to an insulating coating treatment to produce an iron-nickel alloy powder containing 55 mol% iron (Fe) and 45 mol% nickel (Ni) coated with silicon dioxide ( SiO₂ ), an insulating metal oxide. In Example 12, when preparing the reaction solution, a metal salt raw material solution at room temperature was added to a reducing solution heated using a water bath and mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、還元剤、pH調整剤、錯化剤、及びアミン化合物として、実施例4と同様の原料を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 4 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a reducing agent, a pH adjuster, a complexing agent, and an amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.56質量ppm(0.3モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するクエン酸三ナトリウム2水和物量がモル比で0.543(54.3モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:267.7g、硫酸ニッケル6水和物:207.1g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:149.3μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:279.6gを純水:950mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.56 mass ppm (0.3 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni). In addition, the amount of trisodium citrate dihydrate relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was weighed so that the molar ratio was 0.543 (54.3 mol%). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 267.7 g of ferrous sulfate heptahydrate, 207.1 g of nickel sulfate heptahydrate, 149.3 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 279.6 g of trisodium citrate dihydrate in 950 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で4.85になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で4.95になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:346gを純水:848mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:709gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 4.85 in molar ratio. The amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe and Ni) was also weighed so that it was 4.95 in molar ratio. Specifically, 346 g of sodium hydroxide was dissolved in 848 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 709 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(c)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程における反応液において、追加原料液添加後の磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するエチレンジアミン量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.05gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(c) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that in the reaction solution for the subsequent crystallization step, the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) after the addition of additional raw material solution was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.05 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(d)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した還元剤溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温70℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温59℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は33.9g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度59℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温70℃に保たれた(反応保持温度70℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(d) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared reducing agent solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 70°C. Then, the metal salt raw material solution, which was heated in the water bath, was added to the reducing agent solution at a liquid temperature of 25°C and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 59°C. The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 33.9 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 59°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the reaction started, and was maintained at 70°C after 10 minutes from the start of the reaction (reaction holding temperature 70°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ) and nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル晶析粉が反応液中に析出した。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から30分以内に反応液の上澄み液は透明になった。上記(6)式の還元反応が完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分の全てが金属鉄と金属ニッケルに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution's color changed to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel crystallized powder to precipitate in the reaction solution. At this point, the reaction solution was black, but within 30 minutes of the start of the reaction, the supernatant became clear. It is considered that the reduction reaction of equation (6) above was completed, and all of the iron and nickel components in the reaction solution were reduced to metallic iron and metallic nickel. The reaction solution after completion was a slurry containing iron-nickel crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして乾粉としての晶析粉(鉄-ニッケル合金粉)を得た。得られた晶析粉(合金粉)は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.39μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel crystallization powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallization powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallization powder to 35°C in a vacuum, the crystallization powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, dry crystallization powder (iron-nickel alloy powder) was obtained. The obtained crystallization powder (alloy powder) consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.39 μm.
<絶縁コート工程>
上記回収工程で得られた晶析粉(合金粉)50.0gを、ポリプロピレン製密閉容器に入れ、さらに、純水7.0g、エチルアルコール(C2H5OH、分子量:46.07、和光純薬工業株式会社製試薬)50.0gを添加し、上記晶析粉(合金粉)を水とエチルアルコールの混合溶媒中に分散させた後、シリコンアルコキシドとしてのテトラエトキシシラン(別名:オルトけい酸テトラエチル、テトラエチルシリケート)(略称:TEOS)(Si(OC2H5)4、分子量:208.33、和光純薬工業株式会社製試薬)9.8gを添加し十分に混合し、さらにシリコンアルコキシドの加水分解のための塩基触媒(アルカリ触媒)としての1質量%アンモニア水2.4gを撹拌しながら添加して均一なスラリーとした。なお、上記1質量%アンモニア水は、試薬の28~30質量%アンモニア水(NH3、分子量:17.03、和光純薬工業株式会社製試薬)を純水で希釈したものであり、晶析粉(合金粉)、水、エチルアルコール、テトラエトキシシラン、1質量%アンモニア水は、全て室温で用いられ、添加や混合も全て室温で行われている。
<Insulation coating process>
50.0 g of the crystallized powder (alloy powder) obtained in the above recovery process was placed in a sealed polypropylene container, and 7.0 g of pure water and 50.0 g of ethyl alcohol ( C₂H₅OH , molecular weight: 46.07, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries , Ltd.) were added to disperse the crystallized powder (alloy powder) in the mixed solvent of water and ethyl alcohol. Then, 9.8 g of tetraethoxysilane (also known as tetraethyl orthosilicate, tetraethyl silicate) (abbreviation: TEOS) (Si( OC₂H₅ ) ₄ , molecular weight: 208.33, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a silicon alkoxide was added and thoroughly mixed. Finally, 2.4 g of 1% by mass aqueous ammonia as a base catalyst (alkaline catalyst) for the hydrolysis of the silicon alkoxide was added while stirring to obtain a homogeneous slurry. The 1% by mass aqueous ammonia mentioned above was prepared by diluting the reagent's 28-30% by mass aqueous ammonia ( NH3 , molecular weight: 17.03, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) with pure water. The crystallization powder (alloy powder), water, ethyl alcohol, tetraethoxysilane, and 1% by mass aqueous ammonia were all used at room temperature, and all additions and mixing were also carried out at room temperature.
晶析粉(合金粉)、水、エチルアルコール、テトラエトキシシラン、及びアンモニアを含む上記スラリーを、回転しているポリプロピレン製密閉容器内において40℃で2日間保ち、スラリーの撹拌を行いながらテトラエトキシシランの加水分解及び脱水縮重合を進めて、晶析粉(合金粉)の粒子表面にテトラエトキシシランの加水分解重合物(シラノール基(Si-OH)を少量含むもののほぼ二酸化けい素(SiO2)の組成)を主成分とする絶縁コート層を形成した。この後、スラリーに、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の晶析粉(合金粉)を回収した。ろ過洗浄は、まず、純水を50質量%含むエタノール、次にエタノールを用いて行った。なお、晶析粉(合金粉)の粒子表面の絶縁コートに消費されずにスラリー中に残存するテトラエトキシシランの加水分解重合物は、分子量が非常に小さい粒子(シリカゾル)であり、ろ過洗浄の際にろ液として除去されるため、回収されたケーキ状の晶析粉(合金粉)には残留しない。 The slurry containing crystallizing powder (alloy powder), water, ethyl alcohol, tetraethoxysilane, and ammonia was kept at 40°C for two days in a rotating polypropylene sealed container. While stirring the slurry, hydrolysis and dehydration condensation polymerization of tetraethoxysilane proceeded, forming an insulating coating layer on the particle surface of the crystallizing powder (alloy powder) mainly composed of hydrolyzed polymers of tetraethoxysilane (with a small amount of silanol groups (Si-OH) but a composition almost entirely of silicon dioxide ( SiO₂ )). After this, the slurry was subjected to filtration washing and solid-liquid separation treatment to recover the cake-like crystallizing powder (alloy powder). Filtration washing was performed first with ethanol containing 50% by mass of pure water, and then with ethanol. Furthermore, the hydrolyzed polymer of tetraethoxysilane that remains in the slurry without being consumed as an insulating coating on the surface of the crystallized powder (alloy powder) particles is a particle with a very small molecular weight (silica sol) and is removed as filtrate during filtration and washing, so it does not remain in the recovered cake-like crystallized powder (alloy powder).
回収したケーキ状の晶析粉(合金粉)を、真空乾燥機中で50℃で乾燥した後、引き続き真空中で150℃で2時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、絶縁コート層を構成しているテトラエトキシシランの加水分解重合物は、さらなる脱水縮重合が進んで、より硬くてより緻密な二酸化けい素(SiO2)となり、絶縁コート層の絶縁性はさらに向上した。このような絶縁コート処理により、粒子表面に高抵抗の二酸化けい素(SiO2)からなる絶縁コート層が形成された鉄-ニッケル合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープで、平均粒径は0.42μmであり、絶縁コート層の厚みは約0.015μm(約15nm)と見積もられた。また、絶縁コート処理により圧粉体抵抗率(印加圧力:64MPa)は、絶縁コート処理前の0.04Ω・cmから測定範囲オーバー(>107Ω・cm)まで大幅に上昇した。 The recovered cake-like crystallized powder (alloy powder) was dried in a vacuum dryer at 50°C, and then subsequently subjected to heat treatment at 150°C for 2 hours in a vacuum. This heat treatment caused further dehydration and condensation polymerization of the hydrolyzed polymer of tetraethoxysilane constituting the insulating coating layer, resulting in harder and denser silicon dioxide ( SiO₂ ), further improving the insulating properties of the insulating coating layer. This insulating coating treatment yielded iron-nickel alloy powder with an insulating coating layer made of high-resistance silicon dioxide ( SiO₂ ) formed on the particle surface. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with a smooth surface. The particle size distribution was sharp, with an average particle size of 0.42 μm, and the thickness of the insulating coating layer was estimated to be approximately 0.015 μm (approximately 15 nm). Furthermore, the resistivity of the compacted powder (applied pressure: 64 MPa) increased significantly after the insulating coating treatment, from 0.04 Ω·cm before the insulating coating treatment to over the measurement range (> 10⁷ Ω·cm).
[実施例13]
実施例13では、図5に示す手順にしたがい、鉄(Fe)80モル%、ニッケル(Ni)10モル%及びコバルト(Co)10モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル-コバルト合金粉)を作製した。実施例13では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加して混合した。
[Example 13]
In Example 13, an iron-nickel alloy powder (iron-nickel-cobalt alloy powder) containing 80 mol% iron (Fe), 10 mol% nickel (Ni), and 10 mol% cobalt (Co) was prepared according to the procedure shown in Figure 5. In Example 13, when preparing the reaction solution, a metal salt raw material solution at room temperature was added to a reducing solution heated using a water bath and mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、核剤、錯化剤、還元剤、pH調整剤、及びアミン化合物として、実施例4と同様の原料を準備した。また、それ以外に水溶性コバルト塩として、硫酸コバルト7水和物(CoSO4・7H2O、分子量:281.103、和光純薬工業株式会社製試薬)を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 4 were prepared as a water-soluble iron salt, a water-soluble nickel salt, a nucleating agent, a complexing agent, a reducing agent, a pH adjuster, and an amine compound. In addition, cobalt sulfate heptahydrate ( CoSO₄・7H₂O , molecular weight: 281.103, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared as a water-soluble cobalt salt.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、硫酸コバルト7水和物(水溶性コバルト塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.38質量ppm(0.2モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するクエン酸三ナトリウム量がモル比で0.362(36.2モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:394.1g、硫酸ニッケル6水和物:46.6g、硫酸コバルト7水和物:49.8g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:100.8μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:188.7gを純水:1000mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), cobalt sulfate heptahydrate (water-soluble cobalt salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.38 mass ppm (0.2 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co). In addition, the amount of trisodium citrate was weighed so that the molar ratio was 0.362 (36.2 mol%) relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 394.1 g of ferrous sulfate heptahydrate, 46.6 g of nickel sulfate heptahydrate, 49.8 g of cobalt sulfate heptahydrate, 100.8 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 188.7 g of trisodium citrate dihydrate in 1000 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するヒドラジン量がモル比で3.65になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で7.07になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:501gを純水:1227mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:540gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 3.65 in molar ratio. The amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) was also weighed so that it was 7.07 in molar ratio. Specifically, 501 g of sodium hydroxide was dissolved in 1227 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 540 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(d)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するエチレンジアミン配合量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.07gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(d) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.07 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(e)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した金属塩原料溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温85℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温70℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe、Ni及びCo)の濃度は31.2g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度70℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温85℃に保たれた(反応保持温度85℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)と水酸化コバルト(Co(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(e) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared metal salt raw material solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 85°C. Then, the metal salt raw material solution at a liquid temperature of 25°C was added to the reducing agent solution heated in the water bath and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 70°C. The concentration of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution was 31.2 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 70°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the reaction started, and was maintained at 85°C after 10 minutes from the start of the reaction (reaction holding temperature 85°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ), nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ), and cobalt hydroxide (Co(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始後3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル-コバルト晶析粉が反応液中に析出した。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から40分以内に反応液の上澄み液は透明になった。上記(6)式の還元反応が完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分とコバルト成分の全てが金属鉄と金属ニッケルと金属コバルトに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル-コバルト晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution's color changed to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel-cobalt crystallized powder to precipitate in the reaction solution. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 40 minutes of the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction of equation (6) above was completed, and all of the iron, nickel, and cobalt components in the reaction solution were reduced to metallic iron, metallic nickel, and metallic cobalt. The reaction solution after completion was a slurry containing iron-nickel-cobalt crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル-コバルト晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル-コバルト合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.42μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel-cobalt crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen was supplied to deoxidize the crystallized powder. In this way, an iron-nickel-cobalt alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.42 μm.
[実施例14]
実施例14では、図5に示す手順にしたがい、鉄(Fe)70モル%、ニッケル(Ni)10モル%及びコバルト(Co)20モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル-コバルト合金粉)を作製した。実施例14では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加して混合した。
[Example 14]
In Example 14, an iron-nickel alloy powder (iron-nickel-cobalt alloy powder) containing 70 mol% iron (Fe), 10 mol% nickel (Ni), and 20 mol% cobalt (Co) was prepared according to the procedure shown in Figure 5. In Example 14, when preparing the reaction solution, a metal salt raw material solution at room temperature was added to a reducing solution heated using a water bath and mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、水溶性コバルト塩、核剤、錯化剤、還元剤、pH調整剤、及びアミン化合物として、実施例13と同様の原料を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 13 were prepared as a water-soluble iron salt, water-soluble nickel salt, water-soluble cobalt salt, nucleating agent, complexing agent, reducing agent, pH adjuster, and amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、硫酸コバルト7水和物(水溶性コバルト塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.38質量ppm(0.2モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するクエン酸三ナトリウム量がモル比で0.362(36.2モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:343.0g、硫酸ニッケル6水和物:46.3g、硫酸コバルト7水和物:99.1g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:100.2μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:187.6gを純水:1100mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), cobalt sulfate heptahydrate (water-soluble cobalt salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.38 mass ppm (0.2 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co). In addition, the amount of trisodium citrate was weighed so that the molar ratio was 0.362 (36.2 mol%) relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 343.0 g of ferrous sulfate heptahydrate, 46.3 g of nickel sulfate heptahydrate, 99.1 g of cobalt sulfate heptahydrate, 100.2 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 187.6 g of trisodium citrate dihydrate in 1100 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するヒドラジン量がモル比で1.46になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で7.07になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:499gを純水:1221mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:215gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 1.46 in molar ratio. The amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) was also weighed so that it was 7.07 in molar ratio. Specifically, 499 g of sodium hydroxide was dissolved in 1221 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 215 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(d)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するエチレンジアミン配合量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.06gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(d) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.06 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(e)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した金属塩原料溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温85℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温67℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe、Ni及びCo)の濃度は33.7g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度67℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温85℃に保たれた(反応保持温度85℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)と水酸化コバルト(Co(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(e) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared metal salt raw material solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 85°C. Then, the metal salt raw material solution at a liquid temperature of 25°C was added to the reducing agent solution heated in the water bath and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 67°C. The concentration of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution was 33.7 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 67°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the start of the reaction, and was maintained at a liquid temperature of 85°C from 10 minutes after the start of the reaction (reaction holding temperature 85°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ), nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ), and cobalt hydroxide (Co(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始後3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル-コバルト晶析粉が反応液中に析出した。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から40分以内に反応液の上澄み液は透明になった。上記(6)式の還元反応が完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分とコバルト成分の全てが金属鉄と金属ニッケルと金属コバルトに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル-コバルト晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution's color changed to dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel-cobalt crystallized powder to precipitate in the reaction solution. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 40 minutes of the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction of equation (6) above was completed, and all of the iron, nickel, and cobalt components in the reaction solution were reduced to metallic iron, metallic nickel, and metallic cobalt. The reaction solution after completion was a slurry containing iron-nickel-cobalt crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル-コバルト晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル-コバルト合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.40μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel-cobalt crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, the powder was subjected to deoxidation treatment by supplying nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen. In this way, iron-nickel-cobalt alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.40 μm.
[実施例15]
実施例15では、図5に示す手順にしたがい、鉄(Fe)65モル%、ニッケル(Ni)10モル%及びコバルト(Co)25モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル-コバルト合金粉)を作製した。実施例15では、反応液を調製する際に、ウォーターバスを用いて加熱した還元溶液に常温の金属塩原料溶液を添加して混合した。
[Example 15]
In Example 15, an iron-nickel alloy powder (iron-nickel-cobalt alloy powder) containing 65 mol% iron (Fe), 10 mol% nickel (Ni), and 25 mol% cobalt (Co) was prepared according to the procedure shown in Figure 5. In Example 15, when preparing the reaction solution, a metal salt raw material solution at room temperature was added to a reducing solution heated using a water bath and mixed.
<準備工程>
水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩、水溶性コバルト塩、核剤、錯化剤、還元剤、pH調整剤、及びアミン化合物として、実施例13と同様の原料を準備した。
<Preparation process>
The same raw materials as in Example 13 were prepared as a water-soluble iron salt, water-soluble nickel salt, water-soluble cobalt salt, nucleating agent, complexing agent, reducing agent, pH adjuster, and amine compound.
<晶析工程>
(a)金属塩原料溶液の調製
硫酸第一鉄7水和物(水溶性鉄塩)、硫酸ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、硫酸コバルト7水和物(水溶性コバルト塩)、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。この際、得られた金属塩原料溶液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対してパラジウム(Pd)量が0.37質量ppm(0.2モルppm)になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するクエン酸三ナトリウム量がモル比で0.362(36.2モル%)になるように秤量を行った。具体的には、硫酸第一鉄7水和物:317.6g、硫酸ニッケル6水和物:46.2g、硫酸コバルト7水和物:123.5g、塩化パラジウム(II)アンモニウム:100.0μg、及びクエン酸三ナトリウム2水和物:187.1gを純水:1100mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
<Crystallization process>
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution was prepared containing ferrous sulfate heptahydrate (water-soluble iron salt), nickel sulfate hexahydrate (water-soluble nickel salt), cobalt sulfate heptahydrate (water-soluble cobalt salt), palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent), trisodium citrate dihydrate (complexing agent), and water. At this time, the metal salt raw material solution was weighed so that the amount of palladium (Pd) was 0.37 mass ppm (0.2 mol ppm) relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co). The amount of trisodium citrate was also weighed so that the molar ratio was 0.362 (36.2 mol%) relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co). Specifically, a metal salt raw material solution was prepared by dissolving 317.6 g of ferrous sulfate heptahydrate, 46.2 g of nickel sulfate heptahydrate, 123.5 g of cobalt sulfate heptahydrate, 100.0 μg of palladium(II) ammonium chloride, and 187.1 g of trisodium citrate dihydrate in 1100 mL of pure water.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するヒドラジン量がモル比で1.47になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で7.07になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:497gを純水:1216mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:215gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the amount of hydrazine relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 1.47 in molar ratio. The amount of sodium hydroxide relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) was also weighed so that it was 7.07 in molar ratio. Specifically, 497 g of sodium hydroxide was dissolved in 1216 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 215 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution.
(d)アミン化合物溶液の調製
エチレンジアミン(アミン化合物)及び水を含むアミン化合物溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液において、磁性金属(Fe、Ni及びCo)合計量に対するエチレンジアミン配合量がモル比で0.01(1.0モル%)と微量になるように秤量を行った。具体的には、エチレンジアミン:1.06gを純水:18mLに溶解して、アミン化合物溶液を調製した。
(d) Preparation of amine compound solution An amine compound solution containing ethylenediamine (amine compound) and water was prepared. At this time, the amount of ethylenediamine was weighed so that the amount of ethylenediamine relative to the total amount of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was a trace amount of 0.01 (1.0 mol%) in molar ratio. Specifically, 1.06 g of ethylenediamine was dissolved in 18 mL of pure water to prepare the amine compound solution.
(e)反応液の調製及び晶析粉の析出
調製した金属塩原料溶液を、ウォーターバス内に設置した撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器(反応槽)内に入れて、液温85℃になるように撹拌しながら加熱した。その後、ウォーターバスで加熱されている還元剤溶液に液温25℃の金属塩原料溶液を混合時間10秒間で添加混合して、液温67℃の反応液を得た。反応液中の磁性金属(Fe、Ni及びCo)の濃度は33.7g/Lであった。これにより還元反応(晶析反応)が開始された(反応開始温度67℃)。反応液の温度は、反応開始後からウォーターバスによる加熱で上昇し続け、反応開始から10分以降は液温85℃に保たれた(反応保持温度85℃)。反応液の色調は、反応開始(反応液調合)直後は暗緑色であったが、数分後には暗灰色に変化した。反応開始直後の色調が暗緑色になったのは、上記(6)式にしたがう反応が進行して、水酸化鉄(Fe(OH)2)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)と水酸化コバルト(Co(OH)2)の共沈物が反応液中に形成されたためと考えられる。また反応開始数分後に色調が暗灰色に変化したのは、核剤(パラジウム塩)の働きにより核発生が起こったためと考えられる。
(e) Preparation of reaction solution and precipitation of crystallized powder The prepared metal salt raw material solution was placed in a Teflon® coated stainless steel container (reaction vessel) with stirring blades, which was set up in a water bath, and heated while stirring until the liquid temperature reached 85°C. Then, the metal salt raw material solution at a liquid temperature of 25°C was added to the reducing agent solution heated in the water bath and mixed for a mixing time of 10 seconds to obtain a reaction solution at a liquid temperature of 67°C. The concentration of magnetic metals (Fe, Ni, and Co) in the reaction solution was 33.7 g/L. This initiated the reduction reaction (crystallization reaction) (reaction start temperature 67°C). The temperature of the reaction solution continued to rise due to heating in the water bath after the start of the reaction, and was maintained at a liquid temperature of 85°C from 10 minutes after the start of the reaction (reaction holding temperature 85°C). The color of the reaction solution was dark green immediately after the start of the reaction (preparation of the reaction solution), but changed to dark gray after a few minutes. The dark green color immediately after the start of the reaction is thought to be due to the reaction proceeding according to equation (6) above, which formed a coprecipitate of iron hydroxide (Fe(OH) ₂ ), nickel hydroxide (Ni(OH) ₂ ), and cobalt hydroxide (Co(OH) ₂ ) in the reaction solution. The change in color to dark gray a few minutes after the start of the reaction is thought to be due to nucleation caused by the action of the nucleating agent (palladium salt).
反応液の色調が暗灰色に変化した反応開始後3分後から13分後までの10分間にかけて、アミン化合物溶液を反応液に滴下混合して、還元反応を進めた。これにより鉄-ニッケル-コバルト晶析粉が反応液中に析出した。このときの反応液の色調は黒色であったが、反応開始から30分以内に反応液の上澄み液は透明になった。上記(6)式の還元反応が完了して、反応液中の鉄成分とニッケル成分とコバルト成分の全てが金属鉄と金属ニッケルと金属コバルトに還元されたと考えられる。反応完了後の反応液は、鉄-ニッケル-コバルト晶析粉を含むスラリーであった。 From 3 minutes after the start of the reaction, when the reaction solution turned dark gray, to 13 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added dropwise and mixed to advance the reduction reaction. This caused iron-nickel-cobalt crystallized powder to precipitate in the reaction solution. The reaction solution was black at this time, but the supernatant became clear within 30 minutes of the start of the reaction. It is considered that the reduction reaction of equation (6) above was completed, and all of the iron, nickel, and cobalt components in the reaction solution were reduced to metallic iron, metallic nickel, and metallic cobalt. The reaction solution after completion was a slurry containing iron-nickel-cobalt crystallized powder.
<回収工程>
晶析工程で得られたスラリー状の反応液に、ろ過洗浄及び固液分離処理を施して、ケーキ状の鉄-ニッケル-コバルト晶析粉を回収した。ろ過洗浄は、導電率が1μS/cmの純水を用いて、スラリーからろ過したろ液の導電率が10μS/cm以下になるまで行った。回収したケーキ状の晶析粉を50℃に設定した真空乾燥機中で乾燥した。そして、乾燥した晶析粉を真空中で35℃まで冷却した後、酸素1.0体積%を含む窒素ガスを供給して、晶析粉に徐酸化処理を施した。このようにして鉄-ニッケル-コバルト合金粉を得た。得られた合金粉は、表面平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.42μmであった。
<Recovery Process>
The slurry-like reaction solution obtained in the crystallization process was subjected to filtration washing and solid-liquid separation to recover a cake-like iron-nickel-cobalt crystallized powder. Filtration washing was performed using pure water with an conductivity of 1 μS/cm until the conductivity of the filtrate filtered from the slurry was 10 μS/cm or less. The recovered cake-like crystallized powder was dried in a vacuum dryer set to 50°C. After cooling the dried crystallized powder to 35°C in a vacuum, nitrogen gas containing 1.0 volume% oxygen was supplied to deoxidize the crystallized powder. In this way, an iron-nickel-cobalt alloy powder was obtained. The obtained alloy powder consisted of spherical particles with smooth surfaces. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.42 μm.
[比較例1]
比較例1では、金属塩原料溶液を調製する際に、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)を配合しなかった。それ以外は実施例1と同様にして、反応液の調製及び晶析粉の析出を行い、鉄(Fe)50モル%及びニッケル(Ni)50モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は32.3g/Lであった。得られた合金粉は、球状粒子で構成され、この粒子の表面はでこぼこしていた。粒度分布はシャープであり、平均粒径は0.65μmであった。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent) was not added when preparing the metal salt raw material solution. Otherwise, the reaction solution was prepared and crystallized powder was precipitated in the same manner as in Example 1 to produce an iron-nickel alloy powder containing 50 mol% iron (Fe) and 50 mol% nickel (Ni). The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 32.3 g/L. The obtained alloy powder consisted of spherical particles, and the surface of these particles was uneven. The particle size distribution was sharp, and the average particle size was 0.65 μm.
[比較例2]
比較例2では、金属塩原料溶液を調製する際に、クエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)を配合しなかった。それ以外は実施例1と同様にして、反応液の調製及び晶析粉の析出を行い、鉄(Fe)50モル%及びニッケル(Ni)50モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。反応液中の磁性金属(Fe及びNi)の濃度は33.3g/Lであった。得られた合金粉は、いびつな形状の粒子で構成され、この粒子の表面はでこぼこしていた。粒度分布はブロードであり、平均粒径は0.26μmであった。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, trisodium citrate dihydrate (complexing agent) was not added when preparing the metal salt raw material solution. Otherwise, the reaction solution was prepared and crystallized powder was precipitated in the same manner as in Example 1 to produce an iron-nickel alloy powder containing 50 mol% iron (Fe) and 50 mol% nickel (Ni). The concentration of magnetic metals (Fe and Ni) in the reaction solution was 33.3 g/L. The obtained alloy powder consisted of irregularly shaped particles, and the surface of these particles was uneven. The particle size distribution was broad, and the average particle size was 0.26 μm.
[比較例3]
比較例3では、金属塩原料溶液を調製する際に、塩化パラジウム(II)アンモニウム(核剤)とクエン酸三ナトリウム2水和物(錯化剤)を配合しなかった。また還元剤溶液を調製する際に、ヒドラジン(還元剤)を多量に配合した。それ以外は実施例1と同様にして、鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル合金粉)を作製した。金属塩原料溶液と還元剤溶液の調製は以下に示すとおり行った。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, when preparing the metal salt raw material solution, palladium(II) ammonium chloride (nucleating agent) and trisodium citrate dihydrate (complexing agent) were not added. Also, when preparing the reducing agent solution, a large amount of hydrazine (reducing agent) was added. Otherwise, the iron-nickel alloy powder (iron-nickel alloy powder) was prepared in the same manner as in Example 1. The preparation of the metal salt raw material solution and the reducing agent solution was carried out as shown below.
(a)金属塩原料溶液の調製
塩化第一鉄4水和物(水溶性鉄塩)、塩化ニッケル6水和物(水溶性ニッケル塩)、及び水を含む金属塩原料溶液を調製した。具体的には、塩化第一鉄4水和物:173.60g、塩化ニッケル6水和物:207.55gを純水:1200mLに溶解して金属塩原料溶液を調製した。
(a) Preparation of metal salt raw material solution A metal salt raw material solution containing ferrous chloride tetrahydrate (water-soluble iron salt), nickel chloride hexahydrate (water-soluble nickel salt), and water was prepared. Specifically, 173.60 g of ferrous chloride tetrahydrate and 207.55 g of nickel chloride hexahydrate were dissolved in 1200 mL of pure water to prepare the metal salt raw material solution.
(b)還元剤溶液の調製
水酸化ナトリウム(pH調整剤)、ヒドラジン(還元剤)及び水を含む還元剤溶液を調製した。この際、後続する晶析工程で調製する反応液中で、磁性金属(Fe及びNi)合計量に対するヒドラジン量がモル比で19.4になるように秤量を行った。また磁性金属(Fe及びNi)量に対する水酸化ナトリウム量がモル比で4.96になるように秤量を行った。具体的には、水酸化ナトリウム:346gを純水:850mLに溶解して水酸化ナトリウム溶液を調製し、この水酸化ナトリウム溶液に60質量%抱水ヒドラジン:2828gを添加及び混合して還元剤溶液を調製した。なお、還元剤溶液を金属塩原料溶液に添加混合した際に、反応開始温度が55℃となるように、還元剤溶液は液温37℃に加温してから用いた。
(b) Preparation of reducing agent solution A reducing agent solution containing sodium hydroxide (pH adjuster), hydrazine (reducing agent), and water was prepared. At this time, the amount of hydrazine was weighed so that the molar ratio of the amount of magnetic metal (Fe and Ni) to the total amount of magnetic metal (Fe and Ni) in the reaction solution to be prepared in the subsequent crystallization step was 19.4. The amount of sodium hydroxide was also weighed so that the molar ratio of the amount of magnetic metal (Fe and Ni) was 4.96. Specifically, 346 g of sodium hydroxide was dissolved in 850 mL of pure water to prepare a sodium hydroxide solution, and 2828 g of 60% by mass of hydrated hydrazine was added to this sodium hydroxide solution and mixed to prepare the reducing agent solution. The reducing agent solution was heated to a liquid temperature of 37°C before use so that the reaction start temperature would be 55°C when the reducing agent solution was added and mixed with the metal salt raw material solution.
得られた合金粉は、表面が比較的平滑な球状粒子で構成されていた。粒度分布はブロードであり、平均粒径は0.22μmであった。 The resulting alloy powder consisted of relatively smooth, spherical particles. The particle size distribution was broad, with an average particle size of 0.22 μm.
以上の実施例1~15及び比較例1~3の合金粉の製造条件を表1にまとめて示す。 The manufacturing conditions for the alloy powders in Examples 1-15 and Comparative Examples 1-3 are summarized in Table 1.
(2)鉄-ニッケル系合金粉の評価
実施例1~15及び比較例1~3で得られた鉄-ニッケル系合金粉につき、各種特性の評価を以下のとおり行った。
(2) Evaluation of iron-nickel alloy powders The iron-nickel alloy powders obtained in Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated for various properties as follows.
<組成分析>
X線回折装置を用いてX線回折(XRD)測定を行ない、得られたXRDデータから、合金粉生成の有無を確認した。
<Composition analysis>
X-ray diffraction (XRD) measurements were performed using an X-ray diffractometer, and the presence or absence of alloy powder formation was confirmed from the obtained XRD data.
<金属不純物の分析>
不純物の含有率を分析した。酸素量は、酸素分析装置(LECO Corporation製、TC436)を用いて不活性ガス溶融法で測定し、炭素量と硫黄量は、炭素硫黄分析装置(LECO Corporation社製、CS600)を用いて燃焼法で測定した。また塩素量は蛍光X線分析装置(スペクトリス株式会社製、Magix)を用いて測定し、シリコン量とナトリウム量はICP発光分光分析装置(アジレント・テクノロジー株式会社製、5100)を用いて測定した。
<Analysis of Metal Impurities>
The impurity content was analyzed. Oxygen content was measured using an oxygen analyzer (LECO Corporation, TC436) via the inert gas melting method, while carbon and sulfur content were measured using a carbon-sulfur analyzer (LECO Corporation, CS600) via the combustion method. Chlorine content was measured using an X-ray fluorescence analyzer (Spectris, Inc., Magix), and silicon and sodium content were measured using an ICP emission spectrometer (Agilent Technologies, Inc., 5100).
<粒度(平均粒径、変動係数)>
合金粉を走査電子顕微鏡(SEM;JEOL Ltd.製、JSM-7100F)で観察(倍率:5000~80000倍)した。観察像(SEM像)を画像解析し、その結果から、数平均で求められた平均粒径と粒子径の標準偏差を算出した。さらに下記(14)式にしたがって変動係数(CV値)を算出して、合金粉の粒度(平均粒径、変動係数)を求めた。
<Particle size (average particle size, coefficient of variation)>
The alloy powder was observed using a scanning electron microscope (SEM; JEOL Ltd., JSM-7100F) (magnification: 5,000 to 80,000 times). The observed images (SEM images) were analyzed, and the average particle size and the standard deviation of particle diameter, obtained by number mean, were calculated from the results. Furthermore, the coefficient of variation (CV value) was calculated according to equation (14) below to determine the particle size (average particle size, coefficient of variation) of the alloy powder.
<粒子内組成分析>
樹脂中に包埋された合金粉を集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)装置を用いて厚さ約100nmに薄膜化加工し、その加工試料において合金粒子断面を走査型透過電子顕微鏡(STEM;日立ハイテクノロジーズ社製、HD-2300A)で観察した。観察は、倍率:100000~200000倍の条件で行った。そして、合金粒子内の組成分布を、エネルギー分散型X線分析(EDS:Energy dispersive x-ray spectroscopy)装置による線分析により求めた。この際、組成は、測定元素の特性X線(K線)の検出カウント数から算出した。
<Intraparticle composition analysis>
A thin film of approximately 100 nm in thickness was created by embedding alloy powder in resin using a focused ion beam (FIB) system. The cross-section of the alloy particles in the processed sample was observed using a scanning transmission electron microscope (STEM; Hitachi High-Technologies Corporation, HD-2300A). The observation was performed under magnification conditions of 100,000 to 200,000x. The compositional distribution within the alloy particles was then determined by line analysis using an energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS) system. In this case, the composition was calculated from the detection count of characteristic X-rays (K-lines) of the measured element.
<結晶子径>
X線回折(XRD)法で合金粉を分析し、(111)面のX線回折ピークの半価幅からScherrerの式に基づき結晶子径を評価した。XRD測定条件は、組成分析と同様に行った。結晶子径は結晶化の程度を表し、結晶子径が大きいほど結晶性が高いことを意味する。
<Crystallite size>
The alloy powder was analyzed by X-ray diffraction (XRD), and the crystallite size was evaluated based on Scherrer's formula from the full width at half maximum of the X-ray diffraction peak of the (111) plane. The XRD measurement conditions were the same as those for the compositional analysis. The crystallite size represents the degree of crystallinity; a larger crystallite size indicates higher crystallinity.
<圧粉体密度>
合金粉の圧粉体密度を評価した。具体的には、約0.3gの合金粉を金型の円柱状穴部(内径5mm)に充填した。次いで、プレス機を用いて100MPaの圧力で、直径5mm、高さ3~4mmのペレット形状に成形した。得られたペレットの質量と高さを室温で測定して、圧粉体密度を算出した。
<Density of compacted powder>
The compaction density of alloy powder was evaluated. Specifically, approximately 0.3 g of alloy powder was filled into a cylindrical hole (inner diameter 5 mm) of a mold. Then, using a press machine, it was molded into pellets with a diameter of 5 mm and a height of 3-4 mm at a pressure of 100 MPa. The mass and height of the obtained pellets were measured at room temperature, and the compaction density was calculated.
<圧粉体抵抗率>
合金粉の圧粉体抵抗率を粉体抵抗測定システム(三菱ケミカルアナリテック製、MCP-PD51)を用いて測定し、導電性(絶縁性)を評価した。具体的には、約4gの合金粉を装置の円柱状試料室内に充填し、装置に付帯しているプレス機を用いて64MPaの圧力を印可して、圧粉体抵抗率(単位:Ω・cm)を求めた。
<Resistivity of compacted powder>
The resistivity of compacted alloy powder was measured using a powder resistance measurement system (Mitsubishi Chemical Analytec, MCP-PD51) to evaluate its conductivity (insulation). Specifically, approximately 4 g of alloy powder was filled into the cylindrical sample chamber of the device, and a pressure of 64 MPa was applied using the press attached to the device to determine the resistivity of the compacted powder (unit: Ω・cm).
<磁気特性(飽和磁束密度、保磁力)>
振動試料型磁力計(VSM)を用いた測定を行い、合金粉の磁気特性(飽和磁束密度(T:テスラ)、保磁力(A/m))を評価した。測定で得られたB-H曲線(磁気ヒステリシス曲線)から飽和磁束密度及び保磁力の値を算出した。なお比較例2で得られた合金粉は、その形状がいびつでインダクタ等の素子に適用できないため、磁気特性の測定を行わなかった。
<Magnetic properties (saturation magnetic flux density, coercivity)>
The magnetic properties (saturation magnetic flux density (T: Tesla), coercivity (A/m)) of the alloy powder were evaluated using a vibrating sample magnetometer (VSM). The values of saturation magnetic flux density and coercivity were calculated from the B-H curve (magnetic hysteresis curve) obtained from the measurements. In Comparative Example 2, the alloy powder was not subjected to magnetic property measurements because its shape was irregular and unsuitable for use in devices such as inductors.
(3)評価結果
実施例1~15及び比較例1~3について得られた評価結果を表2にまとめて示す。また実施例1、2、10、13及び14で得られた合金粉のそれぞれのSEM像を図13、図14、図18、図20及び図21に示し、実施例6で得られた合金粉のSEM像を図15(a)及び(b)に示す。ここで図15(a)はスパイラルジェット解砕処理前の合金粉のSEM像であり、図15(b)はスパイラルジェット解砕処理後の合金粉のSEM像である。また、実施例8及び実施例9で得られた合金粉の粒子断面のSTEM像及びEDS線分析結果をそれぞれ図16(a)、(b)及び図17に示す。ここで図16(a)は高温熱処理前の合金粉の粒子断面のSTEM像及びEDS線分析結果であり、図16(b)は高温熱処理後の合金粉の粒子断面のSTEM像及びEDS線分析結果である。実施例12で得られた合金粉のSEM像を図19(a)及び(b)に示す。ここで図19(a)は絶縁コート処理前の合金粉のSEM像であり、図19(b)は絶縁コート処理後の合金粉のSEM像である。さらに比較例1~3で得られたそれぞれの合金粉のSEM像を図22~図24に示す。
(3) Evaluation Results The evaluation results obtained for Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 3 are summarized in Table 2. SEM images of the alloy powders obtained in Examples 1, 2, 10, 13, and 14 are shown in Figures 13, 14, 18, 20, and 21, and the SEM image of the alloy powder obtained in Example 6 is shown in Figures 15(a) and (b). Here, Figure 15(a) is the SEM image of the alloy powder before spiral jet crushing treatment, and Figure 15(b) is the SEM image of the alloy powder after spiral jet crushing treatment. Furthermore, STEM images of the particle cross-sections and EDS line analysis results of the alloy powders obtained in Examples 8 and 9 are shown in Figures 16(a), (b), and 17, respectively. Here, Figure 16(a) is the STEM image of the particle cross-section and EDS line analysis results of the alloy powder before high-temperature heat treatment, and Figure 16(b) is the STEM image of the particle cross-section and EDS line analysis results of the alloy powder after high-temperature heat treatment. SEM images of the alloy powder obtained in Example 12 are shown in Figures 19(a) and (b). Here, Figure 19(a) is an SEM image of the alloy powder before insulating coating treatment, and Figure 19(b) is an SEM image of the alloy powder after insulating coating treatment. Furthermore, SEM images of the respective alloy powders obtained in Comparative Examples 1 to 3 are shown in Figures 22 to 24.
実施例1、実施例3及び比較例1~3は、いずれも晶析工程での反応開始温度を55℃、反応保持温度を70℃として鉄-ニッケル合金粉を製造した例である。極微量の特定の核剤と錯化剤を用いた実施例1と実施例3では、還元剤としてのヒドラジンの使用量が少ないにもかかわらず、得られた合金粉は平均粒径が0.40~0.41μmと微細であり、かつCV値が小さく粒度分布がシャープであった。またこの合金粉は、球状であり、且つ表面が平滑であった。 Examples 1, 3, and Comparative Examples 1-3 all describe the production of iron-nickel alloy powder using a reaction initiation temperature of 55°C and a reaction holding temperature of 70°C during the crystallization process. In Examples 1 and 3, which used trace amounts of specific nucleating agents and complexing agents, the resulting alloy powders were fine, with an average particle size of 0.40-0.41 μm, a low CV value, and a sharp particle size distribution, despite the low amount of hydrazine used as a reducing agent. Furthermore, these alloy powders were spherical and had smooth surfaces.
一方で、核剤を用いていない比較例1では、実施例1や実施例3と比べると、得られた合金粉は平均粒径が0.65μmと大きく、微細化が困難であった。また球状であるものの、表面凹凸が大きかった。錯化剤を用いていない比較例2では、得られた合金粉の平均粒径が0.26μmと微細であるものの、CV値が大きく、粒度分布が広かった。その上、合金粉は表面凹凸が大きく、いびつな形状であった。核剤と錯化剤を用いず、還元剤(ヒドラジン)を多量に配合した比較例3では、得られた合金粉は、表面が比較的平滑な球状粉であった。これはヒドラジンを多量に配合したことで還元反応が強く働いたためであると考えられる。また得られた合金粉は平均粒径が0.22μmと微細であった。しかしながらCV値が大きく、粒度分布が広かった。 On the other hand, in Comparative Example 1, which did not use a nucleating agent, the resulting alloy powder had a large average particle size of 0.65 μm compared to Examples 1 and 3, making refinement difficult. Furthermore, although spherical, it had significant surface irregularities. In Comparative Example 2, which did not use a complexing agent, the resulting alloy powder had a fine average particle size of 0.26 μm, but it had a high CV value and a wide particle size distribution. Moreover, the alloy powder had significant surface irregularities and an irregular shape. In Comparative Example 3, which did not use a nucleating agent or complexing agent and contained a large amount of reducing agent (hydrazine), the resulting alloy powder was a relatively smooth, spherical powder. This is thought to be due to a strong reduction reaction caused by the large amount of hydrazine. The resulting alloy powder also had a fine average particle size of 0.22 μm. However, it had a high CV value and a wide particle size distribution.
実施例2は、特定の核剤と錯化剤を用い、晶析工程での反応開始温度を55℃、反応保持温度を70℃として鉄-ニッケル-コバルト合金粉を製造した例である。還元剤としてのヒドラジンの使用量が少ないにもかかわらず、得られた合金粉は、平均粒径が0.3μm程度と微細であり、且つ粒度分布がシャープであった。またこの合金粉は、表面平滑で球状であった。また合金粉の飽和磁化は高かった。 Example 2 describes the production of an iron-nickel-cobalt alloy powder using a specific nucleating agent and complexing agent, with a reaction initiation temperature of 55°C and a reaction holding temperature of 70°C during the crystallization process. Despite the low amount of hydrazine used as a reducing agent, the resulting alloy powder was fine, with an average particle size of approximately 0.3 μm, and exhibited a sharp particle size distribution. Furthermore, the alloy powder had a smooth, spherical surface. The saturation magnetization of the alloy powder was also high.
実施例5は、晶析の途中で水溶性ニッケル塩を含む追加原料液を反応液に添加混合して、ニッケルリッチな表面組成を有する鉄(Fe)51モル%及びニッケル(Ni)49モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉を製造した例である。ニッケルリッチな表面組成に起因した緻密な酸化被膜が形成されて粒子表面の酸化量が抑制される。そのため、この合金粉は、大気中でより安定なだけでなく、飽和磁束密度などの磁気特性にも優れている。 Example 5 describes the production of an iron-nickel alloy powder containing 51 mol% iron (Fe) and 49 mol% nickel (Ni) with a nickel-rich surface composition, by adding and mixing an additional raw material solution containing a water-soluble nickel salt to the reaction solution during crystallization. A dense oxide film is formed due to the nickel-rich surface composition, suppressing oxidation of the particle surface. Therefore, this alloy powder is not only more stable in the atmosphere but also exhibits excellent magnetic properties, such as saturation magnetic flux density.
実施例6は、晶析工程、回収工程を経て得られた乾粉としての晶析粉にスパイラルジェット解砕処理を施して球状で非常に表面平滑な鉄-ニッケル系合金粉を製造した例である。また、実施例7は、晶析工程後の回収工程途中のスラリー状の晶析粉に 高圧流体衝突解砕処理を施して球状で非常に表面平滑な鉄-ニッケル系合金粉を製造した例である。これらの合金粉は、平滑な表面に加えて、凝集粒子も低減されている。そのため、充填性が向上(圧粉体密度が上昇)している。また、凝集粒子の低減により、粒子同士を介した渦電流損失の改善も期待できる。 Example 6 describes the production of spherical, very smooth-surfaced iron-nickel alloy powder by subjecting the dry crystallized powder obtained through the crystallization and recovery processes to spiral jet crushing. Example 7 describes the production of spherical, very smooth-surfaced iron-nickel alloy powder by subjecting the slurry-like crystallized powder (a portion of the powder obtained during the recovery process after the crystallization) to high-pressure fluid impact crushing. These alloy powders exhibit not only smooth surfaces but also reduced aggregated particles. Therefore, packing performance is improved (compacted particle density increases). Furthermore, the reduction in aggregated particles is expected to improve eddy current loss between particles.
実施例8は、晶析工程で反応開始温度を71℃、反応保持温度を80℃として得られた晶析粉に高温熱処理を施して粒子内の組成均一性を向上させた鉄(Fe)65モル%及びニッケル(Ni)35モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉を製造した例である。この合金粉は、図16(b)から明らかなように、粒子内において均一な組成(鉄65モル%及びニッケル35モル%)が実現されており、軟磁性材料として以外にも、低熱膨張材料(インバー合金)としての利用も期待できる。 Example 8 describes the production of an iron-nickel alloy powder containing 65 mol% iron (Fe) and 35 mol% nickel (Ni) by subjecting the crystallized powder, obtained in a crystallization process with a reaction initiation temperature of 71°C and a reaction holding temperature of 80°C, to high-temperature heat treatment to improve the uniformity of the composition within the particles. As is clear from Figure 16(b), this alloy powder achieves a uniform composition within the particles (65 mol% iron and 35 mol% nickel), and is expected to be used not only as a soft magnetic material but also as a low thermal expansion material (Invar alloy).
実施例9は、晶析の途中で水溶性ニッケル塩を含む追加原料液を反応液に添加混合して、ニッケルリッチな表面組成を有する鉄(Fe)65モル%及びニッケル(Ni)35モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉を製造した例である。図17から明らかなように厚さ10~15nm程度のニッケルリッチ層が粒子表面に形成されており、このニッケルリッチな表面組成に起因した緻密な酸化被膜が形成されて粒子表面の酸化量が抑制される。そのため、この合金粉は、大気中でより安定なだけでなく、飽和磁束密度などの磁気特性にも優れている。 Example 9 describes the production of an iron-nickel alloy powder containing 65 mol% iron (Fe) and 35 mol% nickel (Ni) with a nickel-rich surface composition by adding and mixing an additional raw material solution containing a water-soluble nickel salt to the reaction solution during crystallization. As is clear from Figure 17, a nickel-rich layer approximately 10-15 nm thick is formed on the particle surface. This nickel-rich surface composition results in the formation of a dense oxide film, suppressing oxidation of the particle surface. Therefore, this alloy powder is not only more stable in the atmosphere but also exhibits excellent magnetic properties, such as saturation magnetic flux density.
実施例10と実施例11は、それぞれ晶析の途中で水溶性ニッケル塩を含む追加原料液を反応液に添加混合して、還元されにくい鉄イオン(または水酸化鉄)の還元を促進させながら、粒子表面がよりニッケルリッチ組成となるようした鉄含有割合が大きい、鉄(Fe)80モル%及びニッケル(Ni)20モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉と鉄(Fe)90モル%及びニッケル(Ni)10モル%を含む鉄-ニッケル系合金粉を製造した例である。鉄の含有量が80モル%~90モル%と大きくて純鉄に近い組成でありながら、比較的少ない還元剤としてのヒドラジン使用量でも還元不良を生じずに、平均粒径が0.4~0.5μm程度と微細で、且つ粒度分布がシャープな、表面平滑で球状の合金粉が得られた。また合金粉の飽和磁化は純鉄粉(1.95T~2.0T)並みに高かった。 Examples 10 and 11 describe the production of iron-nickel alloy powders containing 80 mol% iron (Fe) and 20 mol% nickel (Ni), and iron-nickel alloy powders containing 90 mol% iron (Fe) and 10 mol% nickel (Ni), respectively. These were achieved by adding and mixing an additional raw material solution containing a water-soluble nickel salt to the reaction solution during crystallization, thereby promoting the reduction of iron ions (or iron hydroxide) that are difficult to reduce, and resulting in a nickel-rich composition on the particle surface. Despite having a high iron content of 80 mol% to 90 mol%, close to pure iron, the alloy powders obtained were fine with an average particle size of approximately 0.4 to 0.5 μm, a sharp particle size distribution, a smooth surface, and spherical shape, without reduction failure even with a relatively small amount of hydrazine used as a reducing agent. Furthermore, the saturation magnetization of the alloy powders was as high as that of pure iron powder (1.95 T to 2.0 T).
実施例8~11は、実施例1~7と比べると、得られた鉄-ニッケル系合金粉の圧粉体密度が小さい。ただし、実施例1~7の鉄-ニッケル系合金粉(Fe56~50モル%及びNi44~50モル%を含む鉄-ニッケル合金粉、Fe50モル%、Ni40モル%及びCo10モル%を含む鉄-ニッケル-コバルト合金粉)の真比重が8.2~8.25なのに対し、実施例8と実施例9の鉄-ニッケル系合金粉(Fe65モル%及びNi35モル%を含む鉄-ニッケル合金粉)の真比重は8.1、実施例10の鉄-ニッケル系合金粉(Fe80モル%及びNi20モル%を含む鉄-ニッケル合金粉)の真比重は8.0、実施例11の鉄-ニッケル系合金粉(Fe90モル%及びNi10モル%を含む鉄-ニッケル合金粉)の真比重は7.9であり、鉄の含有割合が大きくなるほど鉄-ニッケル系合金粉の真比重が小さくなることを考慮すれば、各実施例に係る圧粉体密度は、いずれも良好であることが分かる。 Compared to Examples 1-7, Examples 8-11 show a lower compaction density of the iron-nickel alloy powder obtained. However, while the true specific gravity of the iron-nickel alloy powders in Examples 1-7 (iron-nickel alloy powder containing 56-50 mol% Fe and 44-50 mol% Ni, and iron-nickel-cobalt alloy powder containing 50 mol% Fe, 40 mol% Ni, and 10 mol% Co) is 8.2-8.25, the true specific gravity of the iron-nickel alloy powders in Examples 8 and 9 (iron-nickel alloy powder containing 65 mol% Fe and 35 mol% Ni) is 8.1. The true specific gravity of the iron-nickel alloy powder of Example 0 (containing 80 mol% Fe and 20 mol% Ni) is 8.0, and the true specific gravity of the iron-nickel alloy powder of Example 11 (containing 90 mol% Fe and 10 mol% Ni) is 7.9. Considering that the true specific gravity of iron-nickel alloy powder decreases as the iron content increases, it can be seen that the compacted powder density in each example is good.
実施例12は、晶析工程、回収工程を経て得られた乾粉としての晶析粉に絶縁コート処理を施して、粒子表面が高抵抗の二酸化けい素(SiO2)で被覆された鉄-ニッケル系合金粉を製造した例である。この合金粉は、粒子間の絶縁性が大幅に向上(圧粉体抵抗率が大きく上昇)しているため、粒子同士を介した渦電流損失の改善が期待できる。 Example 12 describes a method for producing an iron-nickel alloy powder in which the particle surface is coated with high-resistance silicon dioxide ( SiO₂ ) by applying an insulating coating to the crystallized powder obtained as a dry powder through the crystallization and recovery processes. Because the insulation between particles of this alloy powder is greatly improved (the resistivity of the compacted powder increases significantly), improvement in eddy current loss between particles can be expected.
実施例13~15は、磁性金属源において水溶性鉄塩、水溶性ニッケル塩に加えて水溶性コバルト塩を含ませ、還元されにくい鉄イオン(または水酸化鉄)の還元を促進して、コバルト含有割合が10モル%~25モル%で、鉄含有割合が65モル%~80モル%と大きい、鉄-ニッケル系合金粉を製造した例である。具体的には、Fe80モル%、Ni10モル%及びCo10モル%を含む鉄-ニッケル-コバルト合金粉、Fe70モル%、Ni10モル%及びCo20モル%を含む鉄-ニッケル-コバルト合金粉、及びFe65モル%、Ni10モル%及びCo25モル%を含む鉄-ニッケル-コバルト合金粉を製造した例である。鉄の含有量が65モル%~80モル%と大きい組成でありながら、コバルト添加による還元反応促進作用のおかげで非常に少ない還元剤としてのヒドラジン使用量でも還元不良を生じずに球状合金粉が得られた。この合金粉は、その平均粒径が0.4μm程度と微細で、且つ粒度分布がシャープな、表面平滑であった。また合金粉の飽和磁化は純鉄粉(1.95T~2.0T)と同等かそれを超える程に高かった。 Examples 13 to 15 describe the production of iron-nickel alloy powders with a cobalt content of 10 mol% to 25 mol% and a high iron content of 65 mol% to 80 mol% by adding a water-soluble cobalt salt to a magnetic metal source in addition to water-soluble iron salt and water-soluble nickel salt, thereby promoting the reduction of iron ions (or iron hydroxide) that are difficult to reduce. Specifically, these are examples of producing iron-nickel-cobalt alloy powders containing 80 mol% Fe, 10 mol% Ni, and 10 mol% Co; iron-nickel-cobalt alloy powders containing 70 mol% Fe, 10 mol% Ni, and 20 mol% Co; and iron-nickel-cobalt alloy powders containing 65 mol% Fe, 10 mol% Ni, and 25 mol% Co. Despite a high iron content of 65 mol% to 80 mol%, spherical alloy powder was obtained without reduction failure even with a very small amount of hydrazine used as a reducing agent, thanks to the reduction reaction-promoting effect of cobalt addition. This alloy powder had a fine average particle size of approximately 0.4 μm, a sharp particle size distribution, and a smooth surface. Furthermore, the saturation magnetization of the alloy powder was as high as or even higher than that of pure iron powder (1.95 T to 2.0 T).
さらに、実施例13~15で得られた鉄-ニッケル系合金粉(鉄-ニッケル-コバルト合金粉)の真比重は8.0~8.1程度と推定されるが、いずれも圧粉体密度は大きく良好であった。これは、コバルト添加の還元反応促進効果により、粒子同志の凝集が進行する前に還元反応が完了し、その結果、晶析中の粒子同志の凝集が抑制されたためと考えられる。またコバルト添加のもう一つの作用である球状化促進により、粒子の充填性が向上したことも関係すると考えられる。 Furthermore, the true specific gravity of the iron-nickel alloy powders (iron-nickel-cobalt alloy powders) obtained in Examples 13-15 is estimated to be around 8.0-8.1, but the compacted powder density was high and excellent in all cases. This is thought to be because the reduction reaction was completed before particle aggregation progressed due to the reduction reaction-promoting effect of cobalt addition, and as a result, particle aggregation during crystallization was suppressed. It is also thought that the improved particle packing ability due to the spheroidization-promoting effect of cobalt addition, another effect of cobalt addition, played a role.
Claims (7)
An inductor, reactor, choke coil, noise filter, transformer, rotating machine, generator, or radio wave absorber comprising the compacted powder and/or sheet described in claim 6.
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