【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔概要〕
鉄−50％コバルト合金を粉末治金法で製造し、
かつ高密度の焼結体を優れた軟磁性材料を提供す
る。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、鉄コバルト合金の製法、特に、軟磁
性材料である鉄−50％コバルト系合金の粉末治金
法による製法に係る。
〔従来の技術〕
従来、軟質磁性材料としては、鉄、珪素鋼、パ
ーマロイ（Ni40〜90％、残部Feの完全固溶体合
金の商品名）、センダスト（Al5％、Si9％、残部
Feを含む鉄合金の商品名）、パーメンジユール
（Co50％、残部Feの合金の商品名）などが知られ
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記の軟質磁性材料のうち最も高い磁束密度
（2.35T）を有するのがパーメンジユールである
が、この合金はきわめてもろく、冷間加工が不可
能に近いという欠点がある。そこで、バナジウム
を約２％添加することにより、冷間加工性を改善
したものとして2V−パーメンジユールが知られ
ているが、未だ充分な加工性を有するに至つてい
ない。
粉末治金法は、このような難加工性材料の成形
体の有力な製造方法の一つである。しかし、鉄粉
末とコバルト粉を混合して、成形、焼結した場
合、鉄のコバルトへの拡散係数がコバルトの鉄へ
の拡散係数よりも大きいので鉄にカーケンドール
ボイドが発生すること、および高温焼結時におけ
るFe−Co合金の結晶構造に起因する拡散係数の
低さのために、焼結体の高密度化が困難であり、
実用性のある磁気的性質を有する材料を得ること
はできない。これらを解決するために種々の添加
元素の効果が調べられているが、未だ根本的な解
決に至つていない。また、Fe−50％Co合金溶解
材粉を成形、焼結する場合、最終的な焼結密度に
大きな影響を持つ粉末の圧縮性がFe−50％Co組
成における規則格子の形成に起因する高硬度のた
めに相当に悪いという欠点がある。
〔問題点を解決するための手段および作用〕
本発明は、Fe−50％Co合金を加工性に優れた
粉末治金法により製造し、かつその磁気的性質を
改善するために、磁気的性質の低下を引き起こす
第三元素添加の手法に頼らずに（第三元素の添加
を一概に排除するわけでないが）、出発金属粉と
して、規則格子を有さないFe−Co合金粉を使用
し、それによつて、圧粉成形性を向上させると共
にカーケンドール効果が起こらないようにして、
焼結体の高密度化を実現するものである。
規則格子を有さないFe−Co合金粉としては、
規則格子を有するFe−50％Co合金溶解材を急冷
することによつて規則格子を解いたものの、ある
いはFeに富むFe−Co合金を用いることができ
る。
Fe−50％Co合金の規則格子を解くには、Fe−
50％Co合金は、730℃において規則−不規則変態
を起こすので、この温度領域を急冷によつて通過
させることにより、不規則化を実現することがで
きる。一般には、850℃から、水冷もしくは油冷
を施すことにより不規則化する。例えば、通常の
アトマイズ法に比較して冷却速度を大きくするた
めに、アモルフアス号新を製造する方法として良
く知られているシングルロール法を発展させ、ロ
ール回転数、ロール形状、溶湯噴射速度を適切に
選ぶことにより、規則格子を解いたFe−50％Co
合金粉を作成することができる。
このように規則格子を解いたFe−50％Co合金
粉を用いれば、規則格子を形成していないために
合金粉の硬度が低下し、圧縮成形性が向上する。
しかも、Fe−Co合金粉から出発するために、Fe
粉とCo粉から出発する場合と比べてカーケンド
ール効果が発生しにくくなる。従つて、焼結後の
密度が向上し、焼結品の磁気的性質は向上する。
また、Feに富むFe−Co合金は本来的に規則格
子を形成していない。第９図にFe−Co二元系に
おけるビツカース硬さの組成依存性を示すが、こ
の図から50％Coをピークとし、Co量が少なくな
るほど、すなわち、Fe量が多いほど硬さは低く
なることがわかる。Fe−50％Coに硬さのピーク
を示すのは規則格子を形成しているためである。
したがつてFeに富むFe−Co合金粉を使用すれ
ば、規則格子を形成していないために硬度が低い
こととなり、圧縮成形性の改善が期待される。
Fe粉とCo粉から出発して焼結を行なうと、Fe
とCoの拡散係数が一桁違う（Feの方が大きい）
ためにカーケンドール効果が発生し、高密度化が
困難であつた。そこで、Feの拡散係数をCoのそ
れに近づけるために、Feの拡散係数をCoの拡散
係数で希釈するという考え方で、Feの一部をCo
で置換してFeに富むFe−Co合金粉を採用する。
そしてこのFeに富むFe−Co合金粉とCo粉との組
合せを用いれば、Fe粉とCo粉の組合せの場合と
比べて、それぞれの粉末の拡散係数が近い値とな
るので、拡散の進行が改善され、カーケンドール
ボイドが発生しにくくなることが期待される。
以上の如く、本発明の方法では、規則格子を解
いたFe−50％Co合金粉あるいはFeに富むFe−
Co合金粉とCo粉を使用して粉末治金法によりFe
−50％Co合金を得ることを特徴とするものであ
るが、これらと共にFe粉とCo粉を混ぜて使用す
ること、さらにはこれらをお互いに組合せて使用
することも本発明の範囲内の事項である。
〔実施例〕
実施例 １
最初に、Fe−Co（１：１）合金溶解材を急冷し
て規則格子を解いた50％Fe−50％Co合金粉を作
成した。前記のようにアモルフアス合金を製造す
る方法として良く知られているシングルロール法
を発展させ、ロール回転数、ロール形状、溶湯噴
射速度を適切に選び、溶解温度／600℃、噴射ノ
ズル径0.2mmφ、ロール回転数8000〜8500rpmで
−325メツシユの50％Fe−50％Co合金粉を得た。
この急冷50％Fe−50％Co合金粉の格子が不規
則化していることを次のようにして評価した。
粉末の硬度、および電気抵抗は、測定が困難で
あり、かつ信頼性に乏しいので、粉末を一定圧力
で圧粉した段階での密度を測定することにより、
圧粉成形性を評価した。すなわち、不規則化が行
われると、硬さが低下し、圧粉体の密度が高くな
るのである。結果は次の通りである。
[Summary] An iron-50% cobalt alloy is manufactured using powder metallurgy.
Moreover, it provides a high-density sintered body and an excellent soft magnetic material. [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing an iron-cobalt alloy, and particularly to a method for producing an iron-50% cobalt alloy, which is a soft magnetic material, by a powder metallurgy method. [Conventional technology] Conventionally, soft magnetic materials include iron, silicon steel, permalloy (trade name of a complete solid solution alloy of 40 to 90% Ni, balance Fe), Sendust (5% Al, 9% Si, balance
Known examples include ferroalloy containing Fe (trade name) and Permendial (trade name of an alloy containing 50% Co and the balance Fe). [Problems to be solved by the invention] Permendial has the highest magnetic flux density (2.35T) among the soft magnetic materials mentioned above, but this alloy has the disadvantage that it is extremely brittle and almost impossible to cold-work. There is. Therefore, 2V-permendile is known as a material with improved cold workability by adding about 2% vanadium, but it has not yet achieved sufficient workability. Powder metallurgy is one of the effective methods for producing molded bodies of such difficult-to-process materials. However, when iron powder and cobalt powder are mixed, molded, and sintered, Kirkendall voids occur in the iron because the diffusion coefficient of iron to cobalt is larger than the diffusion coefficient of cobalt to iron, and at high temperatures. Due to the low diffusion coefficient due to the crystal structure of the Fe-Co alloy during sintering, it is difficult to increase the density of the sintered body.
Materials with practical magnetic properties cannot be obtained. In order to solve these problems, the effects of various additive elements have been investigated, but a fundamental solution has not yet been reached. In addition, when forming and sintering Fe-50%Co alloy molten material powder, the compressibility of the powder, which has a large effect on the final sintered density, is high due to the formation of an ordered lattice in the Fe-50%Co composition. It has the disadvantage of being quite bad due to its hardness. [Means and effects for solving the problems] The present invention manufactures Fe-50%Co alloy by a powder metallurgy method with excellent workability, and improves its magnetic properties. Instead of relying on the method of adding a third element that causes a decrease in the lattice (although the addition of a third element is not categorically excluded), an Fe-Co alloy powder that does not have an ordered lattice is used as the starting metal powder, This improves compaction properties and prevents the Kirkendall effect from occurring.
This realizes higher density of the sintered body. As Fe-Co alloy powder without regular lattice,
An Fe-50% Co alloy melt having an ordered lattice whose ordered lattice is solved by rapidly cooling it, or an Fe-rich Fe-Co alloy can be used. To solve the ordered lattice of Fe-50%Co alloy, Fe-
Since the 50% Co alloy undergoes ordered-disordered transformation at 730° C., disordering can be achieved by passing through this temperature range by rapid cooling. Generally, it is made irregular by water or oil cooling from 850°C. For example, in order to increase the cooling rate compared to the normal atomization method, we developed the single roll method, which is well known as a method for manufacturing Amorphous Goshin, and adjusted the roll rotation speed, roll shape, and molten metal injection speed appropriately. The ordered lattice is solved by choosing Fe−50%Co
Alloy powder can be created. If the Fe-50%Co alloy powder with the ordered lattice resolved in this way is used, the hardness of the alloy powder will be reduced because no ordered lattice is formed, and the compression moldability will be improved.
Moreover, in order to start from Fe-Co alloy powder, Fe
The Kirkendall effect is less likely to occur than when starting from powder and Co powder. Therefore, the density after sintering is improved and the magnetic properties of the sintered product are improved. Furthermore, Fe-rich Fe-Co alloys do not inherently form an ordered lattice. Figure 9 shows the composition dependence of the Vickers hardness in the Fe-Co binary system. From this figure, the peak is at 50% Co, and the lower the Co content, that is, the higher the Fe content, the lower the hardness. I understand that. The reason why Fe-50%Co shows a hardness peak is because it forms an ordered lattice.
Therefore, if Fe--Co alloy powder rich in Fe is used, the hardness will be low because it does not form an ordered lattice, and improvement in compression moldability is expected. When sintering is performed starting from Fe powder and Co powder, Fe
The diffusion coefficients of and Co are one order of magnitude different (Fe is larger)
Therefore, the Kirkendall effect occurred, making it difficult to increase the density. Therefore, in order to bring the diffusion coefficient of Fe closer to that of Co, the idea was to dilute the diffusion coefficient of Fe with the diffusion coefficient of Co.
The Fe-Co alloy powder is replaced with Fe-rich Fe-Co alloy powder.
If a combination of this Fe-rich Fe-Co alloy powder and Co powder is used, the diffusion coefficients of each powder will be close to each other compared to the combination of Fe powder and Co powder, so the progress of diffusion will be slowed down. It is expected that this will be improved and Kirkendall voids will be less likely to occur. As described above, in the method of the present invention, Fe-50%Co alloy powder with solved ordered lattice or Fe-rich Fe-
Fe is produced by powder metallurgy using Co alloy powder and Co powder.
Although this invention is characterized by obtaining a −50% Co alloy, it is also within the scope of the present invention to mix Fe powder and Co powder together with these, and furthermore to use them in combination with each other. It is. [Example] Example 1 First, a Fe-Co (1:1) alloy melt was rapidly cooled to create a 50% Fe-50% Co alloy powder in which the ordered lattice was solved. As mentioned above, the single roll method, which is well known as a method for producing amorphous alloys, was developed, and the roll rotation speed, roll shape, and molten metal injection speed were appropriately selected, melting temperature / 600 ° C, injection nozzle diameter 0.2 mmφ, A 50% Fe-50% Co alloy powder with a -325 mesh was obtained at a roll rotation speed of 8000 to 8500 rpm. The irregularity of the lattice of this rapidly cooled 50% Fe-50% Co alloy powder was evaluated as follows. The hardness and electrical resistance of powder are difficult to measure and have poor reliability, so by measuring the density at the stage of compacting the powder at a constant pressure,
Powder moldability was evaluated. That is, when irregularization is performed, the hardness decreases and the density of the green compact increases. The results are as follows.
【表】【table】
〔焼結密度〕[Sintered density]
JIS Ｚ 2505に規定されている『金属焼結体の
密度測定方法』によつて焼結密度を求め、溶解材
の50％Fe−50％Co合金（パーメンジユール）の
密度8.18（ｇ／c.c.）〔アール・エム・ボゾース〕
（R.M.Bozorth）：フエロマグネティズム
（Ferromagnetism）、デー・フアン・ノストラン
ド社（D.Van Nostrand Co.、Inc.）、P.190
（1964）参照〕で除して相対密度とした。
第１図から明らかなように合金粉を混合するこ
とにより、焼結密度が向上し、合金粉を40重量％
以上含有した材料で95％以下の高密度が得られ
た。
〔磁気的性質〕
得られた焼結合金に烈磁コイル及びサーチコイ
ルを共に42ターン巻いて最大印加磁場4kA／ｍ
（50 Oe）にて直流自記磁束計によりBHヒステリ
シス曲線を描いて磁束密度、保磁力、および透磁
率を求めた。第２図に磁束密度と合金粉の含有
量、第３図に保磁力と合金粉の含有量、第４図に
最大透磁率と合金粉の含有量との関係をそれぞれ
示した。
これらの図から明らかなように、合金粉の含有
量を40重量％以上とすることによつて軟質磁性材
料として好ましい磁気的性質が向上した。
（2.0T以上の高磁束密度、180A／ｍ以下の低保
磁力、2.0ｍＨ／ｍ以上の高透磁率）
実施例 ２
原料粉としてFeに富む組成を持つ−325メツシ
ユのFe−ｘ％Co合金粉（ｘ＝20、30、40）、およ
び−325メツシユのCo粉を用意し、Fe／Co＝１
（質量）となるようにし、さらに潤滑剤として
0.75重量％のステアリン酸亜鉛を加えて混合し
た。これらの混合粉を392MPa（4t／cm2）の成形
圧力でφ45×φ35×7tの形状に圧粉成形した。そ
の後、400℃において圧粉体より前述の潤滑剤を
除去してから、750〜850℃において１時間、水素
雰囲気にて予備焼結し、さらに588MPa（6t／cm2）
の圧力で再圧縮成形した。最後にこの予備焼結品
をプツシヤー型水素雰囲気炉にて1300〜1400℃、
で１時間焼結した。得られた材料の特性は以下の
通りである。
〔焼結密度〕
JIS Ｚ 2505に規定されている『金属焼結体の
密度測定方法』によつて焼結密度を求め、溶解材
の50％Fe−50％Co合金（パーメンジユール）の
密度8.18（ｇ／c.c.）（前出のフエロマグネテイズム
参照）で除して相対密度とした。
第５図から明らかなように、合金粉を使用する
ことにより、焼結密度が向上し、Coの含有率が、
20〜40％のFe−Co合金粉とCo粉の組み合わせに
よつて相対密度95％以上を得た。
〔磁気的性質〕
得られた焼結合金に励磁コイルおよびサーチコ
イルを共に42ターン巻き、最大印加磁場4kA／ｍ
（50 Oe）にて直流自記磁束計により、BHヒステ
リシス曲線を描いて磁束密度、保磁力、および透
磁率を求めた。第６図に磁束密度と合金粉中の
Coの含有率、第７図に保磁力と合金粉中のCo含
有率、第８図に最大透磁率と合金粉中のCo含有
率との関係をそれぞれ示した。
これらの図から明らかなように、Coの含有率
が、20〜40％のFe−Co合金粉とCo粉を組み合わ
せることによつて軟質磁性材料として好ましい磁
気的性質（高磁束密度、低保磁力、高透磁率）を
得ることができた。
なお、これらの図において、本発明の効果が明
白に見られるｘの範囲としては、相対密度が94％
以上、磁束密度が2T以上、保磁力が180A／ｍ以
下、最大透磁率が２ｍＨ／ｍ以上の条件を満たす
ｘ≧10％の範囲である。
また、上限については実施例ではｘ＝40までで
あるがｘ＝50までならばｘの値が大きくなつても
各特性が向上することは容易に類推できる。ただ
し、ｘ＝50については硬度が最も高くなるため除
かれる。
したがつてｘの範囲は10≦ｘ＜50である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、規則格子を有さないFe−Co
合金粉を出発粉として使用することにより、焼結
密度を高め、その結果として実用性のある磁気的
性質を有するFe−50％Co合金を得ることができ
る。したがつて本発明に係る焼結軟質磁性材料を
電磁部品に応用すれば、切削加工が非常に困難な
パーメンジユール溶解材を用いるよりも経済的で
ある。
The sintered density was determined by the "Method for measuring the density of metal sintered bodies" specified in JIS Z 2505, and the density of the 50% Fe-50% Co alloy (Permendial) as the melting material was 8.18 (g/cc) [ R.M.Bozos]
(RMBozorth): Ferromagnetism, D. Van Nostrand Co., Inc., P.190
(1964)] to obtain the relative density. As is clear from Figure 1, by mixing alloy powder, the sintered density is improved, and the alloy powder is 40% by weight.
A high density of 95% or less was obtained with the material containing the above. [Magnetic properties] A magnetic coil and a search coil were wound around the obtained sintered alloy with 42 turns to apply a maximum magnetic field of 4 kA/m.
(50 Oe), a BH hysteresis curve was drawn using a DC self-recording magnetometer, and the magnetic flux density, coercive force, and magnetic permeability were determined. Figure 2 shows the relationship between magnetic flux density and alloy powder content, Figure 3 shows the relationship between coercive force and alloy powder content, and Figure 4 shows the relationship between maximum magnetic permeability and alloy powder content. As is clear from these figures, by increasing the content of alloy powder to 40% by weight or more, the magnetic properties desirable as a soft magnetic material were improved. (High magnetic flux density of 2.0T or more, low coercive force of 180A/m or less, high magnetic permeability of 2.0mH/m or more) Example 2 -325 mesh Fe-x%Co alloy with Fe-rich composition as raw material powder Prepare powder (x = 20, 30, 40) and -325 mesh Co powder, Fe/Co = 1
(mass), and as a lubricant.
0.75% by weight zinc stearate was added and mixed. These mixed powders were compacted into a shape of φ45×φ35×7 t at a molding pressure of 392 MPa (4 t/cm 2 ). After that, the aforementioned lubricant was removed from the green compact at 400°C, and pre-sintering was performed at 750-850°C for 1 hour in a hydrogen atmosphere, followed by further sintering at 588 MPa (6t/cm 2 ).
It was recompression molded at a pressure of Finally, this pre-sintered product is heated at 1300-1400℃ in a pusher type hydrogen atmosphere furnace.
It was sintered for 1 hour. The properties of the obtained material are as follows. [Sintered density] The sintered density was determined by the "Method for measuring the density of metal sintered bodies" specified in JIS Z 2505, and the density of the 50% Fe-50% Co alloy (permendile) of the melted material was 8.18 ( g/cc) (see ferromagnetism above) to determine the relative density. As is clear from Fig. 5, the use of alloy powder improves the sintered density and the Co content.
A relative density of 95% or more was obtained by combining 20 to 40% Fe-Co alloy powder and Co powder. [Magnetic properties] Both the excitation coil and the search coil were wound with 42 turns around the obtained sintered alloy, and the maximum applied magnetic field was 4 kA/m.
(50 Oe), a BH hysteresis curve was drawn using a DC self-recording magnetometer to determine magnetic flux density, coercive force, and magnetic permeability. Figure 6 shows the magnetic flux density and the
Figure 7 shows the relationship between the coercive force and the Co content in the alloy powder, and Figure 8 shows the relationship between the maximum magnetic permeability and the Co content in the alloy powder. As is clear from these figures, the combination of Fe-Co alloy powder with a Co content of 20 to 40% and Co powder provides desirable magnetic properties (high magnetic flux density, low coercive force) as a soft magnetic material. , high magnetic permeability). In addition, in these figures, the range of x where the effect of the present invention is clearly seen is when the relative density is 94%.
The above range is x≧10%, which satisfies the following conditions: magnetic flux density is 2T or more, coercive force is 180A/m or less, and maximum magnetic permeability is 2mH/m or more. Furthermore, although the upper limit is up to x=40 in the embodiment, it can be easily inferred that each characteristic is improved even if the value of x increases up to x=50. However, x=50 has the highest hardness and is therefore excluded. Therefore, the range of x is 10≦x<50. [Effects of the Invention] According to the present invention, Fe-Co having no regular lattice
By using alloy powder as a starting powder, the sintered density can be increased, and as a result, an Fe-50%Co alloy with practical magnetic properties can be obtained. Therefore, if the sintered soft magnetic material according to the present invention is applied to electromagnetic parts, it is more economical than using permendial melting material, which is extremely difficult to cut.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１〜４図は規則格子を解いたFe−Co合金粉
を用いた実施例１で得られた結果を表わしてお
り、いずれも合金粉の含有量に関して、それぞれ
焼結品の相対密度（第１図）、磁束密度（第２
図）、保磁力（第３図）、最大透磁率（第４図）を
表わすグラフ図であり、第５〜８図はFeに富む
Fe−Co合金粉を用いた実施例２で得られた結果
を表わしており、いずれも合金粉のCo量に関し
て、それぞれ焼結品の相対密度（第５図）、磁束
密度（第６図）、保磁力（第７図）、最大透磁率
（第８図）を表わすグラフ図であり、第９図はFe
−Co合金におけるCo量に関する合金のビツカー
ス硬度を表わすグラフ図である。
Figures 1 to 4 show the results obtained in Example 1 using Fe-Co alloy powder with solved ordered lattice, and each shows the relative density of the sintered product (the Figure 1), magnetic flux density (Figure 2
(Figure 3), coercive force (Figure 3), and maximum permeability (Figure 4). Figures 5 to 8 are Fe-rich
The results obtained in Example 2 using Fe-Co alloy powder are shown, and the relative density (Figure 5) and magnetic flux density (Figure 6) of the sintered product are shown in relation to the amount of Co in the alloy powder. , coercive force (Fig. 7), and maximum magnetic permeability (Fig. 8), and Fig. 9 is a graph showing Fe
FIG. 2 is a graph showing the Vickers hardness of a -Co alloy with respect to the amount of Co.