磁性を有する高比強度マグネシウム機能性材料
【課題】軽量化を達成すると同時に硬度及び高比強度であり、磁性が付与された新規な複合焼結固化された磁性体の提供。
【解決手段】粉状の純マグネシウム（９０〜５０重量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０重量％）（合計１００重量％）を、不活性気体の存在下、ステアリン酸と供にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することにより得られることを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体。
【解決手段】粉状の純マグネシウム（９０〜５０重量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０重量％）（合計１００重量％）を、不活性気体の存在下、ステアリン酸と供にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することにより得られることを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性を有する高比強度マグネシウム機能性材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属基複合材料（以下ＭＭＣとも言う）は、マトリックス金属中にセラッミクスなどの強化材を分散させ、強度や剛性などの機械的特性や耐摩耗性や熱伝導率などの機能性の向上を目指す材料である。従来の研究によれば、ＭＭＣは、機械的特性、耐摩耗性や熱伝導率などの物理的および機械的特性の向上を図ったものが多い。具体的には、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＣなどの硬質な強化材を添加することによるＭＭＣを挙げることができる。
磁気特性などの機能性の付与を意図した発明（特許文献１ 特開２００６−２５７５１３号公報）である磁性アルミニウム複合磁性体の発明を挙げることができる。この発明では、「熱伝導性は、２９Ｗ／ｋｍ〜３７．６１Ｗ／ｋｍ」となる。その結果、「本熱伝導性が上記範囲であると、本発明の磁性アルミニウム複合体は、マルテンサイト系ステンレス鋼と熱的接合性を同等のものとすることができる。すなわち、本発明の磁性アルミニウム複合体と鉄鋼材料等との溶接による接合を想定した場合、熱の流出がなく、入熱を効率よく母材の溶解に消費できるため、良好な溶接が可能となる。」（００２７）ことを述べている。用途は溶接などの分野を意図し、物理的特性と磁気的特性の向上を意図し、容器の用いる構造材としての利用を意図しているものではない。フェライトには、ストロンチウムフェライトを用いている。
本発明者らは、純アルミニウム粉末にＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末を添加し，メカニカルアロイング（以下ＭＡ）処理を施して得られた複合粉末を放電プラズマ焼結（以下ＳＰＳ）法で固化成形することであり、この場合には、軽量，高硬度、強磁性を有するアルミニウム基複合材料の創製に成功している（非特許文献１ 軽金属第５９巻１２号（２００９）、ｐ６６６〜６７１）。
【０００３】
本発明者らは、アルミニウムとは異質の金属であるマグネシウムとフェライト磁性体の発明の必要性を考慮して、高比強度マグネシウムフェライト磁性体について研究することとした。
純マグネシウムは強度が１００ＭＰａ以下と非常に低く、他の軽金属であるアルミニウム合金の強度と比べても非常に低い。しかしながら、マグネシウムの比重は約１．８で、アルミニウムの３分の２、鉄の４分の１であり、実用金属のうち最も軽量である。又、マグネシウムはその取り扱いがアルミニウムに比較して困難なことも知られている。現状において、アルミニウムに換えて純マグネシウムを用いることは、輸送機器をはじめとする各技術分野を見ても、従来皆無の状況である。軽量という点では有利な特性を有する反面、強度が低いということで、使用しにくい材料として意識されていることがわかる。
しかしながら、このような技術的な状況下にあっては、純アルミニウムとその他の成分からなる金属の材料の組み合わせの合金に対して、純アルミニウムを単純にマグネシウムに置換えてマグネシウム合金を得るということおよびその結果、好ましい結果を得ることができることが予想できることはないであろう。
【０００４】
純マグネシウム問題点である強度を向上させることを意図するならば、一般的に行われる溶解・鋳造法により、合金を作製する方法を用いることが考えられる。この方法による作製方法では工程が煩雑であり、溶解させることが必要となる。又、マグネシウムを用いる場合には燃焼の危険も伴う。さらに、マグネシウムと磁性材料を複合させる場合を考えると融点差、密度差があることにより、均一な状態とすることは難しい。溶解・鋳造法により成功することは容易なことではない。又、例え、複合化ができた場合であっても、磁性材料をマグネシウム中に均一に分散させることは溶解・鋳造法による場合では困難が伴う。
【０００５】
以下にマグネシウムおよびマグネシウム合金とフェライトについての従来例を見てみると以下の通りである。
粉状又は小塊状マグネシウム合金と粉状ないし小塊状のフェライトをフェライトの割合を２０〜５０質量％となるように混合し、７００〜８００℃で焼成する（特許文献２ 特開２００６−７０４９号公報）。この発明はマグネシウム合金の切削屑を利用するものである。マグネシウムの酸素供給源としてフェライトを用いることによりマグネシウムの急峻な反応を抑制してマグネシウム合金を処理して吸着分解剤を得ることを目指している。安全な処理を意図するものであり、吸着特性および排煙脱硫用触媒特性などの機能性を期待するものである。板材などの形状である磁性材料や磁性材料による構造材としようとすることは期待していない。前記したような材料の開発は意図していない。
マトリックス金属としてマグネシウム、アルミニウム、亜鉛又はそれらの合金を用いること、多孔質プリフォームは連続気孔を持ち、空隙率が８０％以上であり、空隙サイズの平均直径が０．１ｍｍ以上であること、および４７３Ｋ以上に予熱された多孔質プリフォームを金型内に収容し、マトリックス金属の溶湯のダイカスト鋳造法、低圧鋳造法又は重力金型鋳造法により多孔質プリフォームの空隙中に充填する（特許文献３ 特開２００８−２６６０２３号公報）。磁性材料や磁性材料として材料強度の向上を意図していない。
ＦｅをＦｅ２Ｏ３換算で３５ｍｏｌ％以上４５ｍｏｌ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算で５ｍｏｌ以上１０ｍｏｌ％以下、その他各金属をＮｉＯ、ＣｕＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ換算で含むフェライト焼結体（特許文献５ 特開２００８−２０７９８８号公報）。各種酸化物を含む粉体として、嵩密度の高いフェライトを得ることができ、成形時のクラックの発生を防止できる。
第一磁性層（Ｆｅ３Ｏ４又はこれを含むスピネル型又は逆スピネル型のイオン結晶構造を持つ酸化物からなる）および第二磁性層（単体で強磁性を有する金属層であるＦｅを含む合金）が磁気的に反平行状態で結合している磁気記録媒体であり、非磁性層（ＭｇＯ）を介して組み立てられている磁気記録媒体（特許文献６ 特開２００８−２９３５５６号公報）。この発明では、Ｍｇとフェライトが混ざり合って焼結体を形成しているものではない。
純マグネシウムおよびＭｇ−Ａｌ系合金と金属酸化物（ＭｎＯ２・Ｆｅ２Ｏ３）のメカニカルアロイング（非特許文献２ 軽金属、５２ｐｐ．４２１−４２５（２００２））について言及されている。この論文では純マグネシウムの強度を向上させるために酸化物粒子のＭｎＯ２やＦｅ２Ｏ３を純マグネシウム中に分散させた複合粉末をメカニカルアロイング法により作製し、ホットプレスと熱間押出を組み合わせた工程数が多く、長時間かかる方法で材料を作製している。この点で本発明者らが現在取り組んでいる方法とは相違する。本論文では作製した材料の強度特性のみを評価し、磁気特性を全く意図していないため、磁気特性に関する結果は全く含まれていない。
【０００６】
最初に述べたとおり、純マグネシウムは金属の中で最も軽量であるという特性に着目し、この特性を生かしつつ、有純マグネシウムがその特性として有していない磁性体とし、併せて高比強度とすることは、新しい材料を創造ということになる。また磁性体であり、軽量化が達成されており、併せて高比強度ということで、新たな用途を切り開くことも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５７５１３号公報
【特許文献２】特開２００６−７０４９号公報
【特許文献３】特開２００８−２６６０２３号公報）
【特許文献４】特開２００８−２０７９８８号公報
【特許文献５】特開２００８−２９３５５６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】軽金属 第５９巻 第１２号（２００９）、ｐ６６６〜６７１）
【非特許文献２】軽金属 第５２巻 第７号（２００２）、 ｐ４２１−４２５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、軽量化を達成すると同時に硬度及び高比強度であり、磁性が付与された新規な複合焼結固化された磁性体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは前記課題について研究し、以下のことを見出して本発明を完成させた。
（１）純マグネシウム粉末とＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末の混合物を、フェライトにマグネシウムが十分に被吸着されている状態とし、メカニカルアロイングすることにより硬度が向上したフェライトをマグネシウム中に混合させて磁性混合体を予め製造し、従来困難とされていた、融点は高温であり、密度が高い磁性材料であるフェライトと、磁性材料に比較して融点は低温であり、密度が低いマグネシウムとを均一に混合した状態の磁性体混合体を得ることができ、これを前駆体として放電プラズマ焼結することにより、マグネシウムとフェライトの複合焼結固化された磁性体を得ることができる。
（２）具体的には本発明は以下の通りである。
（ア）粉状の純マグネシウム（９０〜５０質量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０質量％）（合計１００質量％）をステアリン酸の存在下にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することにより得られることを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体。
（イ）粉状の純マグネシウム（９０〜５０質量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０質量％）（合計１００質量％）をステアリン酸の存在下にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、粉状の純マグネシウムおよび粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトをメカニカルアロイングしてマグネシウム中にフェライトを混合させた硬度が向上した磁性体混合物とし、この混合物を放電プラズマ焼結することによりマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体を得ることができ、粉状の純マグネシウムおよび粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトのメカニカルアロイングを長く行うことにより、軽量化された高い飽和磁化および保磁力を有する磁性体を得ることができる。この合金は高比強度であり、高い磁気特性を有する。材料の分野で進められている、軽量構造が必要で、かつ、磁性を有する分野への新しい材料を提供することが可能となる。現在使用されているマグネシウム合金、鉄鋼系の磁性材料の代替材料となりえる。高周波および電磁波吸収材やそれらのシールド材等への適用が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】フェライトおよび純マグネシウムをメカニカルアロイングした後、焼結して得られるマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体の硬度を測定した結果を示す図である。
【図２】フェライトおよび純マグネシウムをメカニカルアロイングした後、マグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体の飽和磁化および保磁力の関係を示す図である。
【図３】放電プラズマ焼結装置を示す図である。
【図４】メカニカルアロイング処理時間の変化に伴うメカニカルアロイング粉末の硬さを示す図である。
【図５】メカニカルアロイング処理時間の変化に伴う純マグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末焼結固化磁性体の飽和磁化および保持力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
マグネシウムの比重は約１．８で、アルミニウムの３分の２、鉄の４分の１と実用金属のうち最も軽量である。
本発明の原料となるマグネシウムの製造方法は、熱還元法と電解法の２つの方法により得ることができる。熱還元法は、酸化マグネシウムに還元剤を添加して減圧下で高温に加熱し製錬する方法である。電解法は、主に海水などを原料に塩化マグネシウムを得て、これを電解して精製する。熱還元法は純度がよく、電解法はコストが安い。多くは電解法で製錬されている。本発明では電解法により製造されたものを使用できる。
本発明では、粉末の純マグネシウムを用いる。純マグネシウムは前記通常の製法で製造されるマグネシウムを用いる。本発明の純マグネシウムは不可避的不純物を含むマグネシウムを用いるものである。純マグネシウム微粉末の平均粒子径は１μｍ以上５μｍ程度である。
【００１４】
本発明では、不可避的不純物を含むフェライト微粉末を用いる。具体的には、スピネルフェライト（スピネルフェライト型結晶構造を持つ。組成式はＡＦｅ２Ｏ４（Ａは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等で示される。）を用いる。これはソフトフェライトである。この中でもＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを用いる。Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末（本発明で用いる組成は（Ｆｅ２Ｏ３）４９．４１（ＺｎＯ）３２．０９（ＮｉＯ）１２．７１（ＣｕＯ）５．７９）である。市販の製品のものを使用する。
平均粒子径は１μｍ以上５μｍ程度である。
【００１５】
メカニカルアロイング（以下、ＭＡとも言う）の条件は以下の通りである。
以下の表１に本研究で用いた供試材の材料記号、配合組成、ＭＡ処理時間を示す。純マグネシウム粉末（純度：９９．９１％，平均粒子径：２７５．９μｍ）およびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末（組成：（Ｆｅ２Ｏ３）４９．４１（ＺｎＯ）３２．０９（ＮｉＯ）１２．７１（ＣｕＯ）５．７９，平均粒子径：４．３μｍ）を以下の表１に示す組成になるように配合し、粉末の総量を１０ｇとした。潤滑材としてステアリン酸（組成：ＣＨ３（ＣＨ２）１６ＣＯＯＨ）を、粉末の総量の５％〜１０質量％の範囲（本事例ではこの範囲中、０．７５ｇを特定して行った。）で添加し、ＭＡ容器にアルゴン（燃焼のおそれを除くためにアルゴンを使用）を封入後、振動型ボールミルを用いて所定の時間にわたり、ＭＡ処理を行った。
【００１６】
【表１】
【００１７】
メカニカルアロイングによる粉末硬さは、エメリー紙で研磨した後、バフ研磨で鏡面仕上げした面を測定面とし、それぞれマイクロビッカース硬度計およびビッカース硬度計を用いて測定した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置を用いて化合物相の同定を行った。測定は４０ｋＶ、６０ｍＡの強度でＣｕＫα線を用いて回折速度１．６６×１０−２ ｄｅｇ／ｓ、回折角度２θ＝２０°〜８０°の条件で行った。
メカニカルアロイング粉末の飽和磁化［Ｗｂｍ／ｋｇ］および保磁力［Ａ／ｍ］は，振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて８００ｋＡ／ｍ、４０ｋＡ／ｍの磁界中で測定した。ＳＰＳ材は６×４×１ｍｍに加工し測定した。アルキメデス法によってＳＰＳ材の密度を求めた。測定した密度および理論密度との比から相対密度を算出した。
【００１８】
メカニカルアロイング処理時間の変化に伴うメカニカルアロイング粉末の硬さの変化を図４に示す。
メカニカルアロイング粉末の硬さは、メカニカルアロイング処理の初期段階である１２ＭＧＦＲから１４ＭＧＦＲにかけて増加した。その後、１８ＭＧＦＲでは一定値を示した。これは、メカニカルアロイング処理中に発生する摩擦熱による動的回復と加工ひずみの導入がバランスしたためと考えられる。
メカニカルアロイング処理時間の変化に伴うＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末および純マグネシウムの飽和磁化および保磁力を図５に示す。メカニカルアロイング処理前のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末の飽和磁束密度は０．３６Ｗｂ／ｍ２を示し、メカニカルアロイン処理によってその値に変化はなかった。
これは、飽和磁化が組成依存型の特性を示すためである。同様に、Ｍｇ−１０質量％ＦＲ粉末の飽和磁化は、メカニカルアロイング処理による影響は認められず、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末の添加量に相当した値が得られた。Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末の保磁力はメカニカルアロイング処理前で１．４ｋＡ／ｍを示し、メカニカルアロイング処理時間の増加に伴い増加する傾向を示し，メカニカルアロイング８ｈで１１．１ｋＡ／ｍを示した。ここで、保磁力の値が増加するということは軟磁気特性が劣化することを意味している。保磁力は構造依存型の特性であり、粉末の結晶子が微細化されるとその値は向上する。すなわち、メカニカルアロイング処理時間の増加に伴い粉末の結晶子微細化が促進したため、保磁力は向上した。同様に、Ｍｇ−１０質量％ＦＲ粉末の保磁力も、メカニカルアロイング処理時間の増加に伴い増加する傾向を示した。Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末よりも低い値を示した。これは、Ｍｇ−１０質量％ＦＲ粉末中に存在するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトの結晶子微細化が抑制されていることを示唆している。
【００１９】
メカニカルアロイング粉末の硬さは、メカニカルアロイング処理４ｈまで効果的に硬さが増加する。その後、ほぼ一定値を示した。メカニカルアロイング粉末の飽和磁化は、メカニカルアロイング処理時間に関わらず添加量に相当した値が得られた。保磁力は、処理時間が長くなるにつれて劣化した。
【００２０】
前記の純マグネシウムおよびフェライト混合物をメカニカルアロイングして得られるビッカース硬度が向上させた後に、放電プラズマ焼結法を用いて焼結処理を行う。
純マグネシウムおよびフェライト混合物をメカニカルアロイングした混合物を焼結するための装置を図４に示した。
純マグネシウムおよびフェライト混合物をメカニカルアロイングした混合体１を、成形用型２１内に充填し放電プラズマ焼結装置にセットした後、放電プラズマ焼結法により放電プラズマ焼結法（以下、マグネシウムとＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体、ＳＰ材とも言う）を得る。
【００２１】
放電プラズマ焼結装置は、真空チャンバー２０と、上下一対の加圧ラム２４、２５と、パルス電圧を発生させる焼結用電源３２と、加圧ラム２４、２５を昇降駆動する油圧式の加圧駆動機構３３と、これらを制御する制御部３１とを有している。
【００２２】
前記の純マグネシウムおよびフェライトをメカニカルアロイングした混合体１を装入した成形用型２１は、真空チャンバー２０内の加圧ラム２４、２５間にセットされる。
真空チャンバー２０内を真空ポンプ２２により脱気し、真空状態（減圧状）あるいは真空チャンバー２０内を不活性ガス雰囲気として焼結を行う。
これによって、真空チャンバー２０内の酸素、窒素、水素等と純マグネシウムおよびフェライト混合物１の被焼結物に含まれる反応性の高い成分等とが反応し、焼結体に好ましくない影響を及ぼすことを回避できる。
【００２３】
制御部３１は、成形用型２１に設置された図示しない温度センサー（熱電対）により検出される材料温度が予め設定された昇温曲線と一致するように焼結用電源３２の出力を制御する。また、制御部３１は、加圧駆動機構３３および真空ポンプ２２の駆動を制御する。
【００２４】
上下一対の第１の押圧子２６、第２の押圧子２７は、各々加圧ラム２４および２５に固定されており、加圧ラム２４、２５内に設けられた給電端子（図示せず）により焼結用電源３２と電気的に接続されている。加圧駆動機構３３の作動により、加圧ラム２４、２５を互いに接近する方向に移動し、これらに固定された第１の押圧子２６、第２の押圧子２７で微粉状の純マグネシウムおよびフェライト混合物１を圧縮する。
【００２５】
微粉状の純マグネシウムおよびフェライト混合物１の圧粉体と第１の押圧子２６および第２の押圧子２７との間には、各々断熱材２８，２９を介在させることが好ましい。これにより、電流が第１の押圧子２６又は２の押圧子２７に集中した場合、加熱した第１の押圧子２６又は第２の押圧子２７から微粉状の粋マグネシウムおよびフェライト混合体の圧粉体への熱の拡散が遮断され、局所的な加熱および高温化を防止する。したがって、微粉状の純マグネシウムおよびフェライト混合体１の圧粉体の焼結時の温度が均一化され、均質で高品位な焼結体を得ることができる。
【００２６】
さらに、断熱材２８および２９と、微粉状の粋マグネシウムおよびフェライト混合物１の圧粉体と第１の押圧子２６、第２の押圧子２７との間には各々カーボンシートを介在させることが好ましい。
【００２７】
放電プラズマ焼結は、第１の押圧子２６、第２の押圧子２７を通してパルス電圧を印加し、圧縮通電系を加熱する。焼結系の温度が所定温度に達したら、かかる温度で一定時間保持し、複合体を形成する。
【００２８】
焼結温度は適宜採用できる。本発明では（６７３〜８７３）Ｋの範囲で焼結を行った。通常、焼結温度は６００〜１２００Ｋ程度の範囲で行うことができる。６００Ｋ以下であると十分な焼結による効果が得られないことがある。１２００Ｋを超える場合には、焼結が進みすぎて適当でない場合がある。焼結温度はフェライト粉末を分解させないことが必要であるとの認識の下に焼結温度と処理時間を変化させた条件下に純マグネシウムおよびフェライト混合物のメカニカルアロイングした混合物を焼結して、焼結体を得たものである。
処理時間は２時間、４時間および８時間行った。圧力は４０〜６０ＭＰａの範囲であれば問題なく、４９ＭＰａ程度で行った。
前記メカニカルアロイング操作で得られたメカニカルアロイング粉末を、黒鉛ダイス（外径：５０ｍｍ，内径：２０．１ｍｍ，高さ４０ｍｍ）と黒鉛パンチ（直径：２０ｍｍ，高さ：２０ｍｍ）に囲まれた領域１内に５ｇを充填し、ＳＰＳ装置で固化成形した。
焼結条件は真空チャンバー内で焼結温度６７３Ｋ、７７３Ｋ、８７３Ｋまで１．６７Ｋ／ｓで昇温後、温度を保持し圧力４９ＭＰａで１ｈ加圧保持した。温度が４７３Ｋまで降下後、負荷を除去しＳＰＳ材を作製した．
【００２９】
ＳＰＳ材の硬さは、エメリー紙で研磨した後、バフ研磨で鏡面仕上げした面を測定面とし、それぞれマイクロビッカース硬度計およびビッカース硬度計を用いて測定した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置を用いて化合物相の同定を行った．測定は４０ｋＶ，６０ｍＡの強度でＣｕＫα線を用いて回折速度１．６６×１０−２ ｄｅｇ／ｓ、回折角度２θ＝２０°〜８０°の条件で行った。
ＳＰＳ材の飽和磁化［Ｗｂｍ／ｋｇ］および保磁力［Ａ／ｍ］は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて８００ｋＡ／ｍ、４０ｋＡ／ｍの磁界中で測定した。ＳＰＳ材は６×４×１ｍｍに加工し測定した。アルキメデス法によってＳＰＳ材の密度を求めた。測定した密度および理論密度との比から相対密度を算出した。
【００３０】
フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％からなる混合粉末を放電プラズマ焼結装置で固化成形したときの焼結体について、焼結温度を変化させてビッカース硬度の変化の状態を図１に示す。
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６８．０ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ９６．６ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １０８．２ＨＶ１
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６６．７ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １５４．７ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １３５．８ＨＶ１
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６６．１ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １９８．０ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １７５．８ＨＶ１
以上の結果、（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間、８時間メカニカルアロイングした混合物を焼結した場合の結果、７７３Ｋの場合がもっとも硬度が高い結果となっている。同じく２時間焼結した場合には、８７３Ｋの場合がもっとも硬度が高い結果となっている。
【００３１】
図１に各メカニカルアロイングした混合体を固化成形したＳＰＳ材の構成相、相対密度および硬さを示す。ＳＰＳ材の構成相は、焼結温度６７３Ｋでは、添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトは存在せず、Ｍｇ、ＭｇＯ、α−Ｆｅが同定された。
一方、焼結温度７７３Ｋ、８７３Ｋでは、Ｍｇ、ＭｇＯ、α−Ｆｅに加えα−Ｆｅとステアリン酸中の炭素が結合し生成したＦｅ３Ｃが同定された。したがって、本プロセス条件ではＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを分解させずにマグネシウムと複合化することができなかった。ＳＰＳ材の相対密度は、焼結温度の上昇に伴い増加する傾向を示し、焼結温度７７３Ｋでほぼ緻密化が達成されていた。１２ＭＧＦＲ粉末を焼結温度６７３Ｋで固化成形したＳＰＳ材の硬さは、６５．０ＨＶを示し、焼結温度の上昇に伴い右肩上がりに増加した。焼結温度６７３Ｋで低い硬さを示した理由は相対密度が８４．８％と緻密化できていなかったためと考えられる。一方、焼結温度７７３Ｋおよび８７３Ｋで硬さが増加した理由は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトの固相分解によって生成した化合物（ＭｇＯ、α−Ｆｅ、Ｆｅ３Ｃ）の分散強化と相対密度が増加しためと考えられる．１４ＭＧＦＲおよび１８ＭＧＦＲ粉末から焼結温度７７３Ｋで作製したＳＰＳ材の硬さは，それぞれ，１５４．７ＨＶ，１９８．０ＨＶを示し，焼結温度８７３Ｋでそれぞれ，１３５．８ＨＶ，１７５．８ＨＶへと減少した．焼結温度７７３Ｋで急激に硬さが増加した理由として、ＭｇＯの生成量が増加していることに加え、Ｆｅ３Ｃが生成したことに起因していると考えられる。焼結温度８７３Ｋで硬さが低下した理由は，温度が高いためにマトリックスが粒成長したためと考えられる。
【００３２】
図２に各ＭＡ粉末を固化成形したＳＰＳ材の飽和磁化および保磁力を示す。焼結温度６７３Ｋで固化成形したＳＰＳ材の飽和磁化は約１．０×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇを示し、ＭＡ粉末の飽和磁化（０．６５×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ）の約２倍の値を示した。これは、ＭＡ粉末では生成しなかったα−Ｆｅが生成したためと考えられる。ＳＰＳ材の飽和磁化は、焼結温度の上昇に伴い右肩下がりに減少した。
これは、図４のＸ線回折結果で同定されたように、α−Ｆｅとステアリン酸中の炭素が結合し生成したＦｅ３Ｃに起因していると考えられる。Ｆｅ３Ｃは強磁性体であるが、α−Ｆｅよりも飽和磁化が小さいため、焼結温度の上昇に伴いＦｅ３Ｃの生成量が増加し飽和磁化が低下したと考えられる。ＳＰＳ材の保磁力も、焼結温度の上昇に伴い右肩下がりに減少した。これは、焼結温度の上昇に伴い、保磁力の高いα−Ｆｅ量が減少し、Ｆｅ３Ｃが多く生成したことと、α−Ｆｅの結晶粒が粗大化したことに起因していると考えられる。
【００３３】
前記の焼結した場合の飽和磁化および保磁力の測定結果は図２に示されている通りである。
【００３４】
飽和磁化（Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ）について
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 １．０６ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．６２ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．６２ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 １．００ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．７５ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．５８ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．９８ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．７４ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．５４ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
【００３５】
保磁力（Ｈｃ／ｋＡ／ｍ）について
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３８ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３７ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 １９ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２８ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２２ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
【００３６】
焼結温度６７３Ｋで作製したＳＰＳ材は、α−Ｆｅが生成したために、ＭＡ粉末の２倍近い飽和磁化値を示した。一方、焼結温度７７３Ｋと８７３Ｋでは，固相分解により生成したＦｅ３Ｃの影響によりα−Ｆｅ量が減少したために、飽和磁化は減少した、ＳＰＳ材の保磁力は、焼結温度の上昇に伴い減少する傾向を示した。
Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを分解させずにマグネシウムと複合化するためには、ＭＡ処理時間、焼結保持時間、焼結温度等の条件を変える必要がある。
【実施例１】
【００３７】
前記純マグネシウムとＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを用いて以下の実施例１および実施例２を行った。純マグネシウムおよびフェライトのメカニカルアロイングの実施例
微粉状（直径１ｍｍ程度）純マグネシウムおよびフェライトを、フェライトを１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％として２時間、同じくフェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％として４時間、およびフェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％として８時間メカニカルアロイを行って、各生成物を得た。
硬度については結果を図３に示した。メカニカルアロイングを行う場合の硬度は４時間の場合が効果的であることがわかる。
飽和磁化及び保持力の結果は図４に示した。飽和磁化に関しては、添加量に応じた値が得られる。また、保持力に関しては、劣化が起こる。
以上をまとめると、メカニカルアロイングは硬度の観点から判断すればよく、４時間の程度行う事が有効である。
【実施例２】
【００３８】
前記生成物を前記放電プラズマ焼結機内で焼結を行った。
焼結温度を６７３Ｋ、７７３Ｋおよび８７３Ｋの条下に範囲で放電プラズマ焼結を行った。
混合粉末を放電プラズマ焼結装置で固化成形したときの焼結体について、焼結時間を変化させてビッカース硬度の変化の状態は図１に示す。
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６８．０ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ９６．６ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １０８．２ＨＶ１
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６６．７ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １５４．７ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １３５．８ＨＶ１
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合体を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６６．１ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １９８．０ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １７５．８ＨＶ１
以上の結果、（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間、８時間メカニカルアロイした混合体を焼結した場合の結果、７７３Ｋの場合がもっとも硬度が高い結果となっている。同じく２時間焼結した場合には、８７３Ｋの場合がもっとも硬度が高い結果となっている。
硬度という点から見れば、７７３Ｋを採用することが有効である。時間は８ｈ又は６ｈである。
【００３９】
前記の焼結した場合の飽和磁化および保磁力の測定結果は図２に示されている通りである。
【００４０】
飽和磁化（Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ）について
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 １．０６ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．６２ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．６２ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 １．００ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．７５ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．５８ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．９８ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．７４ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．５４ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
【００４１】
保磁力（Ｈｃ／ｋＡ／ｍ）について
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合物を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３８ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合物を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３７ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 １９ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合物を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２８ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２２ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
焼結温度は６７３Ｋで２時間の焼結時間のときの飽和磁化及び保持力がよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のマグネシウムおよびフェライト焼結固化磁性体を機能材として用いて種々の新しい部材および装置を開発することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：微粉純マグネシウムおよびフェライト混合物のメカニカルアロイング生成物
２０：真空チャンバー
２１：成形用型
２２：真空ポンプ
２４：加圧ラム
２５：加圧ラム
２６：第１の押圧子
２７：第２の押圧子
２８：断熱材
２９：断熱材
３１：制御部
３２：焼結用電源
３３：加圧駆動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性を有する高比強度マグネシウム機能性材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属基複合材料（以下ＭＭＣとも言う）は、マトリックス金属中にセラッミクスなどの強化材を分散させ、強度や剛性などの機械的特性や耐摩耗性や熱伝導率などの機能性の向上を目指す材料である。従来の研究によれば、ＭＭＣは、機械的特性、耐摩耗性や熱伝導率などの物理的および機械的特性の向上を図ったものが多い。具体的には、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＣなどの硬質な強化材を添加することによるＭＭＣを挙げることができる。
磁気特性などの機能性の付与を意図した発明（特許文献１ 特開２００６−２５７５１３号公報）である磁性アルミニウム複合磁性体の発明を挙げることができる。この発明では、「熱伝導性は、２９Ｗ／ｋｍ〜３７．６１Ｗ／ｋｍ」となる。その結果、「本熱伝導性が上記範囲であると、本発明の磁性アルミニウム複合体は、マルテンサイト系ステンレス鋼と熱的接合性を同等のものとすることができる。すなわち、本発明の磁性アルミニウム複合体と鉄鋼材料等との溶接による接合を想定した場合、熱の流出がなく、入熱を効率よく母材の溶解に消費できるため、良好な溶接が可能となる。」（００２７）ことを述べている。用途は溶接などの分野を意図し、物理的特性と磁気的特性の向上を意図し、容器の用いる構造材としての利用を意図しているものではない。フェライトには、ストロンチウムフェライトを用いている。
本発明者らは、純アルミニウム粉末にＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末を添加し，メカニカルアロイング（以下ＭＡ）処理を施して得られた複合粉末を放電プラズマ焼結（以下ＳＰＳ）法で固化成形することであり、この場合には、軽量，高硬度、強磁性を有するアルミニウム基複合材料の創製に成功している（非特許文献１ 軽金属第５９巻１２号（２００９）、ｐ６６６〜６７１）。
【０００３】
本発明者らは、アルミニウムとは異質の金属であるマグネシウムとフェライト磁性体の発明の必要性を考慮して、高比強度マグネシウムフェライト磁性体について研究することとした。
純マグネシウムは強度が１００ＭＰａ以下と非常に低く、他の軽金属であるアルミニウム合金の強度と比べても非常に低い。しかしながら、マグネシウムの比重は約１．８で、アルミニウムの３分の２、鉄の４分の１であり、実用金属のうち最も軽量である。又、マグネシウムはその取り扱いがアルミニウムに比較して困難なことも知られている。現状において、アルミニウムに換えて純マグネシウムを用いることは、輸送機器をはじめとする各技術分野を見ても、従来皆無の状況である。軽量という点では有利な特性を有する反面、強度が低いということで、使用しにくい材料として意識されていることがわかる。
しかしながら、このような技術的な状況下にあっては、純アルミニウムとその他の成分からなる金属の材料の組み合わせの合金に対して、純アルミニウムを単純にマグネシウムに置換えてマグネシウム合金を得るということおよびその結果、好ましい結果を得ることができることが予想できることはないであろう。
【０００４】
純マグネシウム問題点である強度を向上させることを意図するならば、一般的に行われる溶解・鋳造法により、合金を作製する方法を用いることが考えられる。この方法による作製方法では工程が煩雑であり、溶解させることが必要となる。又、マグネシウムを用いる場合には燃焼の危険も伴う。さらに、マグネシウムと磁性材料を複合させる場合を考えると融点差、密度差があることにより、均一な状態とすることは難しい。溶解・鋳造法により成功することは容易なことではない。又、例え、複合化ができた場合であっても、磁性材料をマグネシウム中に均一に分散させることは溶解・鋳造法による場合では困難が伴う。
【０００５】
以下にマグネシウムおよびマグネシウム合金とフェライトについての従来例を見てみると以下の通りである。
粉状又は小塊状マグネシウム合金と粉状ないし小塊状のフェライトをフェライトの割合を２０〜５０質量％となるように混合し、７００〜８００℃で焼成する（特許文献２ 特開２００６−７０４９号公報）。この発明はマグネシウム合金の切削屑を利用するものである。マグネシウムの酸素供給源としてフェライトを用いることによりマグネシウムの急峻な反応を抑制してマグネシウム合金を処理して吸着分解剤を得ることを目指している。安全な処理を意図するものであり、吸着特性および排煙脱硫用触媒特性などの機能性を期待するものである。板材などの形状である磁性材料や磁性材料による構造材としようとすることは期待していない。前記したような材料の開発は意図していない。
マトリックス金属としてマグネシウム、アルミニウム、亜鉛又はそれらの合金を用いること、多孔質プリフォームは連続気孔を持ち、空隙率が８０％以上であり、空隙サイズの平均直径が０．１ｍｍ以上であること、および４７３Ｋ以上に予熱された多孔質プリフォームを金型内に収容し、マトリックス金属の溶湯のダイカスト鋳造法、低圧鋳造法又は重力金型鋳造法により多孔質プリフォームの空隙中に充填する（特許文献３ 特開２００８−２６６０２３号公報）。磁性材料や磁性材料として材料強度の向上を意図していない。
ＦｅをＦｅ２Ｏ３換算で３５ｍｏｌ％以上４５ｍｏｌ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算で５ｍｏｌ以上１０ｍｏｌ％以下、その他各金属をＮｉＯ、ＣｕＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ換算で含むフェライト焼結体（特許文献５ 特開２００８−２０７９８８号公報）。各種酸化物を含む粉体として、嵩密度の高いフェライトを得ることができ、成形時のクラックの発生を防止できる。
第一磁性層（Ｆｅ３Ｏ４又はこれを含むスピネル型又は逆スピネル型のイオン結晶構造を持つ酸化物からなる）および第二磁性層（単体で強磁性を有する金属層であるＦｅを含む合金）が磁気的に反平行状態で結合している磁気記録媒体であり、非磁性層（ＭｇＯ）を介して組み立てられている磁気記録媒体（特許文献６ 特開２００８−２９３５５６号公報）。この発明では、Ｍｇとフェライトが混ざり合って焼結体を形成しているものではない。
純マグネシウムおよびＭｇ−Ａｌ系合金と金属酸化物（ＭｎＯ２・Ｆｅ２Ｏ３）のメカニカルアロイング（非特許文献２ 軽金属、５２ｐｐ．４２１−４２５（２００２））について言及されている。この論文では純マグネシウムの強度を向上させるために酸化物粒子のＭｎＯ２やＦｅ２Ｏ３を純マグネシウム中に分散させた複合粉末をメカニカルアロイング法により作製し、ホットプレスと熱間押出を組み合わせた工程数が多く、長時間かかる方法で材料を作製している。この点で本発明者らが現在取り組んでいる方法とは相違する。本論文では作製した材料の強度特性のみを評価し、磁気特性を全く意図していないため、磁気特性に関する結果は全く含まれていない。
【０００６】
最初に述べたとおり、純マグネシウムは金属の中で最も軽量であるという特性に着目し、この特性を生かしつつ、有純マグネシウムがその特性として有していない磁性体とし、併せて高比強度とすることは、新しい材料を創造ということになる。また磁性体であり、軽量化が達成されており、併せて高比強度ということで、新たな用途を切り開くことも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５７５１３号公報
【特許文献２】特開２００６−７０４９号公報
【特許文献３】特開２００８−２６６０２３号公報）
【特許文献４】特開２００８−２０７９８８号公報
【特許文献５】特開２００８−２９３５５６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】軽金属 第５９巻 第１２号（２００９）、ｐ６６６〜６７１）
【非特許文献２】軽金属 第５２巻 第７号（２００２）、 ｐ４２１−４２５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、軽量化を達成すると同時に硬度及び高比強度であり、磁性が付与された新規な複合焼結固化された磁性体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは前記課題について研究し、以下のことを見出して本発明を完成させた。
（１）純マグネシウム粉末とＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末の混合物を、フェライトにマグネシウムが十分に被吸着されている状態とし、メカニカルアロイングすることにより硬度が向上したフェライトをマグネシウム中に混合させて磁性混合体を予め製造し、従来困難とされていた、融点は高温であり、密度が高い磁性材料であるフェライトと、磁性材料に比較して融点は低温であり、密度が低いマグネシウムとを均一に混合した状態の磁性体混合体を得ることができ、これを前駆体として放電プラズマ焼結することにより、マグネシウムとフェライトの複合焼結固化された磁性体を得ることができる。
（２）具体的には本発明は以下の通りである。
（ア）粉状の純マグネシウム（９０〜５０質量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０質量％）（合計１００質量％）をステアリン酸の存在下にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することにより得られることを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体。
（イ）粉状の純マグネシウム（９０〜５０質量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０質量％）（合計１００質量％）をステアリン酸の存在下にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、粉状の純マグネシウムおよび粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトをメカニカルアロイングしてマグネシウム中にフェライトを混合させた硬度が向上した磁性体混合物とし、この混合物を放電プラズマ焼結することによりマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体を得ることができ、粉状の純マグネシウムおよび粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトのメカニカルアロイングを長く行うことにより、軽量化された高い飽和磁化および保磁力を有する磁性体を得ることができる。この合金は高比強度であり、高い磁気特性を有する。材料の分野で進められている、軽量構造が必要で、かつ、磁性を有する分野への新しい材料を提供することが可能となる。現在使用されているマグネシウム合金、鉄鋼系の磁性材料の代替材料となりえる。高周波および電磁波吸収材やそれらのシールド材等への適用が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】フェライトおよび純マグネシウムをメカニカルアロイングした後、焼結して得られるマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体の硬度を測定した結果を示す図である。
【図２】フェライトおよび純マグネシウムをメカニカルアロイングした後、マグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体の飽和磁化および保磁力の関係を示す図である。
【図３】放電プラズマ焼結装置を示す図である。
【図４】メカニカルアロイング処理時間の変化に伴うメカニカルアロイング粉末の硬さを示す図である。
【図５】メカニカルアロイング処理時間の変化に伴う純マグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末焼結固化磁性体の飽和磁化および保持力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
マグネシウムの比重は約１．８で、アルミニウムの３分の２、鉄の４分の１と実用金属のうち最も軽量である。
本発明の原料となるマグネシウムの製造方法は、熱還元法と電解法の２つの方法により得ることができる。熱還元法は、酸化マグネシウムに還元剤を添加して減圧下で高温に加熱し製錬する方法である。電解法は、主に海水などを原料に塩化マグネシウムを得て、これを電解して精製する。熱還元法は純度がよく、電解法はコストが安い。多くは電解法で製錬されている。本発明では電解法により製造されたものを使用できる。
本発明では、粉末の純マグネシウムを用いる。純マグネシウムは前記通常の製法で製造されるマグネシウムを用いる。本発明の純マグネシウムは不可避的不純物を含むマグネシウムを用いるものである。純マグネシウム微粉末の平均粒子径は１μｍ以上５μｍ程度である。
【００１４】
本発明では、不可避的不純物を含むフェライト微粉末を用いる。具体的には、スピネルフェライト（スピネルフェライト型結晶構造を持つ。組成式はＡＦｅ２Ｏ４（Ａは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等で示される。）を用いる。これはソフトフェライトである。この中でもＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを用いる。Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末（本発明で用いる組成は（Ｆｅ２Ｏ３）４９．４１（ＺｎＯ）３２．０９（ＮｉＯ）１２．７１（ＣｕＯ）５．７９）である。市販の製品のものを使用する。
平均粒子径は１μｍ以上５μｍ程度である。
【００１５】
メカニカルアロイング（以下、ＭＡとも言う）の条件は以下の通りである。
以下の表１に本研究で用いた供試材の材料記号、配合組成、ＭＡ処理時間を示す。純マグネシウム粉末（純度：９９．９１％，平均粒子径：２７５．９μｍ）およびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末（組成：（Ｆｅ２Ｏ３）４９．４１（ＺｎＯ）３２．０９（ＮｉＯ）１２．７１（ＣｕＯ）５．７９，平均粒子径：４．３μｍ）を以下の表１に示す組成になるように配合し、粉末の総量を１０ｇとした。潤滑材としてステアリン酸（組成：ＣＨ３（ＣＨ２）１６ＣＯＯＨ）を、粉末の総量の５％〜１０質量％の範囲（本事例ではこの範囲中、０．７５ｇを特定して行った。）で添加し、ＭＡ容器にアルゴン（燃焼のおそれを除くためにアルゴンを使用）を封入後、振動型ボールミルを用いて所定の時間にわたり、ＭＡ処理を行った。
【００１６】
【表１】
【００１７】
メカニカルアロイングによる粉末硬さは、エメリー紙で研磨した後、バフ研磨で鏡面仕上げした面を測定面とし、それぞれマイクロビッカース硬度計およびビッカース硬度計を用いて測定した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置を用いて化合物相の同定を行った。測定は４０ｋＶ、６０ｍＡの強度でＣｕＫα線を用いて回折速度１．６６×１０−２ ｄｅｇ／ｓ、回折角度２θ＝２０°〜８０°の条件で行った。
メカニカルアロイング粉末の飽和磁化［Ｗｂｍ／ｋｇ］および保磁力［Ａ／ｍ］は，振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて８００ｋＡ／ｍ、４０ｋＡ／ｍの磁界中で測定した。ＳＰＳ材は６×４×１ｍｍに加工し測定した。アルキメデス法によってＳＰＳ材の密度を求めた。測定した密度および理論密度との比から相対密度を算出した。
【００１８】
メカニカルアロイング処理時間の変化に伴うメカニカルアロイング粉末の硬さの変化を図４に示す。
メカニカルアロイング粉末の硬さは、メカニカルアロイング処理の初期段階である１２ＭＧＦＲから１４ＭＧＦＲにかけて増加した。その後、１８ＭＧＦＲでは一定値を示した。これは、メカニカルアロイング処理中に発生する摩擦熱による動的回復と加工ひずみの導入がバランスしたためと考えられる。
メカニカルアロイング処理時間の変化に伴うＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末および純マグネシウムの飽和磁化および保磁力を図５に示す。メカニカルアロイング処理前のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末の飽和磁束密度は０．３６Ｗｂ／ｍ２を示し、メカニカルアロイン処理によってその値に変化はなかった。
これは、飽和磁化が組成依存型の特性を示すためである。同様に、Ｍｇ−１０質量％ＦＲ粉末の飽和磁化は、メカニカルアロイング処理による影響は認められず、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末の添加量に相当した値が得られた。Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末の保磁力はメカニカルアロイング処理前で１．４ｋＡ／ｍを示し、メカニカルアロイング処理時間の増加に伴い増加する傾向を示し，メカニカルアロイング８ｈで１１．１ｋＡ／ｍを示した。ここで、保磁力の値が増加するということは軟磁気特性が劣化することを意味している。保磁力は構造依存型の特性であり、粉末の結晶子が微細化されるとその値は向上する。すなわち、メカニカルアロイング処理時間の増加に伴い粉末の結晶子微細化が促進したため、保磁力は向上した。同様に、Ｍｇ−１０質量％ＦＲ粉末の保磁力も、メカニカルアロイング処理時間の増加に伴い増加する傾向を示した。Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉末よりも低い値を示した。これは、Ｍｇ−１０質量％ＦＲ粉末中に存在するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトの結晶子微細化が抑制されていることを示唆している。
【００１９】
メカニカルアロイング粉末の硬さは、メカニカルアロイング処理４ｈまで効果的に硬さが増加する。その後、ほぼ一定値を示した。メカニカルアロイング粉末の飽和磁化は、メカニカルアロイング処理時間に関わらず添加量に相当した値が得られた。保磁力は、処理時間が長くなるにつれて劣化した。
【００２０】
前記の純マグネシウムおよびフェライト混合物をメカニカルアロイングして得られるビッカース硬度が向上させた後に、放電プラズマ焼結法を用いて焼結処理を行う。
純マグネシウムおよびフェライト混合物をメカニカルアロイングした混合物を焼結するための装置を図４に示した。
純マグネシウムおよびフェライト混合物をメカニカルアロイングした混合体１を、成形用型２１内に充填し放電プラズマ焼結装置にセットした後、放電プラズマ焼結法により放電プラズマ焼結法（以下、マグネシウムとＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体、ＳＰ材とも言う）を得る。
【００２１】
放電プラズマ焼結装置は、真空チャンバー２０と、上下一対の加圧ラム２４、２５と、パルス電圧を発生させる焼結用電源３２と、加圧ラム２４、２５を昇降駆動する油圧式の加圧駆動機構３３と、これらを制御する制御部３１とを有している。
【００２２】
前記の純マグネシウムおよびフェライトをメカニカルアロイングした混合体１を装入した成形用型２１は、真空チャンバー２０内の加圧ラム２４、２５間にセットされる。
真空チャンバー２０内を真空ポンプ２２により脱気し、真空状態（減圧状）あるいは真空チャンバー２０内を不活性ガス雰囲気として焼結を行う。
これによって、真空チャンバー２０内の酸素、窒素、水素等と純マグネシウムおよびフェライト混合物１の被焼結物に含まれる反応性の高い成分等とが反応し、焼結体に好ましくない影響を及ぼすことを回避できる。
【００２３】
制御部３１は、成形用型２１に設置された図示しない温度センサー（熱電対）により検出される材料温度が予め設定された昇温曲線と一致するように焼結用電源３２の出力を制御する。また、制御部３１は、加圧駆動機構３３および真空ポンプ２２の駆動を制御する。
【００２４】
上下一対の第１の押圧子２６、第２の押圧子２７は、各々加圧ラム２４および２５に固定されており、加圧ラム２４、２５内に設けられた給電端子（図示せず）により焼結用電源３２と電気的に接続されている。加圧駆動機構３３の作動により、加圧ラム２４、２５を互いに接近する方向に移動し、これらに固定された第１の押圧子２６、第２の押圧子２７で微粉状の純マグネシウムおよびフェライト混合物１を圧縮する。
【００２５】
微粉状の純マグネシウムおよびフェライト混合物１の圧粉体と第１の押圧子２６および第２の押圧子２７との間には、各々断熱材２８，２９を介在させることが好ましい。これにより、電流が第１の押圧子２６又は２の押圧子２７に集中した場合、加熱した第１の押圧子２６又は第２の押圧子２７から微粉状の粋マグネシウムおよびフェライト混合体の圧粉体への熱の拡散が遮断され、局所的な加熱および高温化を防止する。したがって、微粉状の純マグネシウムおよびフェライト混合体１の圧粉体の焼結時の温度が均一化され、均質で高品位な焼結体を得ることができる。
【００２６】
さらに、断熱材２８および２９と、微粉状の粋マグネシウムおよびフェライト混合物１の圧粉体と第１の押圧子２６、第２の押圧子２７との間には各々カーボンシートを介在させることが好ましい。
【００２７】
放電プラズマ焼結は、第１の押圧子２６、第２の押圧子２７を通してパルス電圧を印加し、圧縮通電系を加熱する。焼結系の温度が所定温度に達したら、かかる温度で一定時間保持し、複合体を形成する。
【００２８】
焼結温度は適宜採用できる。本発明では（６７３〜８７３）Ｋの範囲で焼結を行った。通常、焼結温度は６００〜１２００Ｋ程度の範囲で行うことができる。６００Ｋ以下であると十分な焼結による効果が得られないことがある。１２００Ｋを超える場合には、焼結が進みすぎて適当でない場合がある。焼結温度はフェライト粉末を分解させないことが必要であるとの認識の下に焼結温度と処理時間を変化させた条件下に純マグネシウムおよびフェライト混合物のメカニカルアロイングした混合物を焼結して、焼結体を得たものである。
処理時間は２時間、４時間および８時間行った。圧力は４０〜６０ＭＰａの範囲であれば問題なく、４９ＭＰａ程度で行った。
前記メカニカルアロイング操作で得られたメカニカルアロイング粉末を、黒鉛ダイス（外径：５０ｍｍ，内径：２０．１ｍｍ，高さ４０ｍｍ）と黒鉛パンチ（直径：２０ｍｍ，高さ：２０ｍｍ）に囲まれた領域１内に５ｇを充填し、ＳＰＳ装置で固化成形した。
焼結条件は真空チャンバー内で焼結温度６７３Ｋ、７７３Ｋ、８７３Ｋまで１．６７Ｋ／ｓで昇温後、温度を保持し圧力４９ＭＰａで１ｈ加圧保持した。温度が４７３Ｋまで降下後、負荷を除去しＳＰＳ材を作製した．
【００２９】
ＳＰＳ材の硬さは、エメリー紙で研磨した後、バフ研磨で鏡面仕上げした面を測定面とし、それぞれマイクロビッカース硬度計およびビッカース硬度計を用いて測定した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置を用いて化合物相の同定を行った．測定は４０ｋＶ，６０ｍＡの強度でＣｕＫα線を用いて回折速度１．６６×１０−２ ｄｅｇ／ｓ、回折角度２θ＝２０°〜８０°の条件で行った。
ＳＰＳ材の飽和磁化［Ｗｂｍ／ｋｇ］および保磁力［Ａ／ｍ］は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて８００ｋＡ／ｍ、４０ｋＡ／ｍの磁界中で測定した。ＳＰＳ材は６×４×１ｍｍに加工し測定した。アルキメデス法によってＳＰＳ材の密度を求めた。測定した密度および理論密度との比から相対密度を算出した。
【００３０】
フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％からなる混合粉末を放電プラズマ焼結装置で固化成形したときの焼結体について、焼結温度を変化させてビッカース硬度の変化の状態を図１に示す。
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６８．０ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ９６．６ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １０８．２ＨＶ１
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６６．７ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １５４．７ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １３５．８ＨＶ１
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６６．１ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １９８．０ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １７５．８ＨＶ１
以上の結果、（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間、８時間メカニカルアロイングした混合物を焼結した場合の結果、７７３Ｋの場合がもっとも硬度が高い結果となっている。同じく２時間焼結した場合には、８７３Ｋの場合がもっとも硬度が高い結果となっている。
【００３１】
図１に各メカニカルアロイングした混合体を固化成形したＳＰＳ材の構成相、相対密度および硬さを示す。ＳＰＳ材の構成相は、焼結温度６７３Ｋでは、添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトは存在せず、Ｍｇ、ＭｇＯ、α−Ｆｅが同定された。
一方、焼結温度７７３Ｋ、８７３Ｋでは、Ｍｇ、ＭｇＯ、α−Ｆｅに加えα−Ｆｅとステアリン酸中の炭素が結合し生成したＦｅ３Ｃが同定された。したがって、本プロセス条件ではＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを分解させずにマグネシウムと複合化することができなかった。ＳＰＳ材の相対密度は、焼結温度の上昇に伴い増加する傾向を示し、焼結温度７７３Ｋでほぼ緻密化が達成されていた。１２ＭＧＦＲ粉末を焼結温度６７３Ｋで固化成形したＳＰＳ材の硬さは、６５．０ＨＶを示し、焼結温度の上昇に伴い右肩上がりに増加した。焼結温度６７３Ｋで低い硬さを示した理由は相対密度が８４．８％と緻密化できていなかったためと考えられる。一方、焼結温度７７３Ｋおよび８７３Ｋで硬さが増加した理由は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトの固相分解によって生成した化合物（ＭｇＯ、α−Ｆｅ、Ｆｅ３Ｃ）の分散強化と相対密度が増加しためと考えられる．１４ＭＧＦＲおよび１８ＭＧＦＲ粉末から焼結温度７７３Ｋで作製したＳＰＳ材の硬さは，それぞれ，１５４．７ＨＶ，１９８．０ＨＶを示し，焼結温度８７３Ｋでそれぞれ，１３５．８ＨＶ，１７５．８ＨＶへと減少した．焼結温度７７３Ｋで急激に硬さが増加した理由として、ＭｇＯの生成量が増加していることに加え、Ｆｅ３Ｃが生成したことに起因していると考えられる。焼結温度８７３Ｋで硬さが低下した理由は，温度が高いためにマトリックスが粒成長したためと考えられる。
【００３２】
図２に各ＭＡ粉末を固化成形したＳＰＳ材の飽和磁化および保磁力を示す。焼結温度６７３Ｋで固化成形したＳＰＳ材の飽和磁化は約１．０×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇを示し、ＭＡ粉末の飽和磁化（０．６５×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ）の約２倍の値を示した。これは、ＭＡ粉末では生成しなかったα−Ｆｅが生成したためと考えられる。ＳＰＳ材の飽和磁化は、焼結温度の上昇に伴い右肩下がりに減少した。
これは、図４のＸ線回折結果で同定されたように、α−Ｆｅとステアリン酸中の炭素が結合し生成したＦｅ３Ｃに起因していると考えられる。Ｆｅ３Ｃは強磁性体であるが、α−Ｆｅよりも飽和磁化が小さいため、焼結温度の上昇に伴いＦｅ３Ｃの生成量が増加し飽和磁化が低下したと考えられる。ＳＰＳ材の保磁力も、焼結温度の上昇に伴い右肩下がりに減少した。これは、焼結温度の上昇に伴い、保磁力の高いα−Ｆｅ量が減少し、Ｆｅ３Ｃが多く生成したことと、α−Ｆｅの結晶粒が粗大化したことに起因していると考えられる。
【００３３】
前記の焼結した場合の飽和磁化および保磁力の測定結果は図２に示されている通りである。
【００３４】
飽和磁化（Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ）について
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 １．０６ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．６２ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．６２ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 １．００ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．７５ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．５８ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．９８ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．７４ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．５４ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
【００３５】
保磁力（Ｈｃ／ｋＡ／ｍ）について
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３８ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３７ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 １９ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合物を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２８ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２２ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
【００３６】
焼結温度６７３Ｋで作製したＳＰＳ材は、α−Ｆｅが生成したために、ＭＡ粉末の２倍近い飽和磁化値を示した。一方、焼結温度７７３Ｋと８７３Ｋでは，固相分解により生成したＦｅ３Ｃの影響によりα−Ｆｅ量が減少したために、飽和磁化は減少した、ＳＰＳ材の保磁力は、焼結温度の上昇に伴い減少する傾向を示した。
Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを分解させずにマグネシウムと複合化するためには、ＭＡ処理時間、焼結保持時間、焼結温度等の条件を変える必要がある。
【実施例１】
【００３７】
前記純マグネシウムとＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを用いて以下の実施例１および実施例２を行った。純マグネシウムおよびフェライトのメカニカルアロイングの実施例
微粉状（直径１ｍｍ程度）純マグネシウムおよびフェライトを、フェライトを１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％として２時間、同じくフェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％として４時間、およびフェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％として８時間メカニカルアロイを行って、各生成物を得た。
硬度については結果を図３に示した。メカニカルアロイングを行う場合の硬度は４時間の場合が効果的であることがわかる。
飽和磁化及び保持力の結果は図４に示した。飽和磁化に関しては、添加量に応じた値が得られる。また、保持力に関しては、劣化が起こる。
以上をまとめると、メカニカルアロイングは硬度の観点から判断すればよく、４時間の程度行う事が有効である。
【実施例２】
【００３８】
前記生成物を前記放電プラズマ焼結機内で焼結を行った。
焼結温度を６７３Ｋ、７７３Ｋおよび８７３Ｋの条下に範囲で放電プラズマ焼結を行った。
混合粉末を放電プラズマ焼結装置で固化成形したときの焼結体について、焼結時間を変化させてビッカース硬度の変化の状態は図１に示す。
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６８．０ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ９６．６ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １０８．２ＨＶ１
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６６．７ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １５４．７ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １３５．８ＨＶ１
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合体を焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 ６６．１ＨＶ１
７７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １９８．０ＨＶ１
８７３Ｋで焼結した場合のビッカース硬度 １７５．８ＨＶ１
以上の結果、（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間、８時間メカニカルアロイした混合体を焼結した場合の結果、７７３Ｋの場合がもっとも硬度が高い結果となっている。同じく２時間焼結した場合には、８７３Ｋの場合がもっとも硬度が高い結果となっている。
硬度という点から見れば、７７３Ｋを採用することが有効である。時間は８ｈ又は６ｈである。
【００３９】
前記の焼結した場合の飽和磁化および保磁力の測定結果は図２に示されている通りである。
【００４０】
飽和磁化（Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ）について
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 １．０６ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．６２ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．６２ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 １．００ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．７５ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．５８ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合体を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．９８ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
７７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．７４ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
８７３Ｋで焼結した場合の飽和磁化 ０．５４ Ｍｓ／×１０−５Ｗｂｍ／ｋｇ
【００４１】
保磁力（Ｈｃ／ｋＡ／ｍ）について
（ａ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を２時間メカニカルアロイした混合物を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３８ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
（ｂ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を４時間メカニカルアロイした混合物を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３７ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 １９ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
（ｃ）フェライトとして１０（質量）％と純マグネシウム９０（質量）％を８時間メカニカルアロイした混合物を放電プラズマ焼結した場合の結果
６７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２８ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
７７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ３０ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
８７３Ｋで焼結した場合の保磁力 ２２ Ｈｃ／ｋＡ／ｍ
焼結温度は６７３Ｋで２時間の焼結時間のときの飽和磁化及び保持力がよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のマグネシウムおよびフェライト焼結固化磁性体を機能材として用いて種々の新しい部材および装置を開発することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：微粉純マグネシウムおよびフェライト混合物のメカニカルアロイング生成物
２０：真空チャンバー
２１：成形用型
２２：真空ポンプ
２４：加圧ラム
２５：加圧ラム
２６：第１の押圧子
２７：第２の押圧子
２８：断熱材
２９：断熱材
３１：制御部
３２：焼結用電源
３３：加圧駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状の純マグネシウム（９０〜５０質量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０質量％）（合計１００質量％）を、不活性気体の存在下、ステアリン酸と供にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することにより得られることを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体。
【請求項２】
粉状の純マグネシウム（９０〜５０質量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０質量％）（合計１００質量％）を、不活性気体の存在下、ステアリン酸と供にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体の製造方法。
【請求項１】
粉状の純マグネシウム（９０〜５０質量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０質量％）（合計１００質量％）を、不活性気体の存在下、ステアリン酸と供にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することにより得られることを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体。
【請求項２】
粉状の純マグネシウム（９０〜５０質量％）および粉状のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（１０〜５０質量％）（合計１００質量％）を、不活性気体の存在下、ステアリン酸と供にメカニカルアロイングし、前記純マグネシウム中に粉状の純マグネシウムが分散された磁性体混合物を得た後、純マグネシウムおよびフェライト混合物を放電プラズマ焼結することを特徴とするマグネシウムおよびＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結固化磁性体の製造方法。
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２４３７７６（Ｐ２０１１−２４３７７６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５１２６（Ｐ２０１０−１１５１２６）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]