7644922 | 知財ポータル「IP Force」

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

7644922アルミニウム合金を含む粒子

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

目に優しい文字サイズ小中大 PDF Top

< >

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-05

(45)【発行日】2025-03-13

(54)【発明の名称】アルミニウム合金を含む粒子

(51)【国際特許分類】

B22F 1/00 20220101AFI20250306BHJP

B22F 1/05 20220101ALI20250306BHJP

B22F 1/065 20220101ALI20250306BHJP

C22C 21/00 20060101ALI20250306BHJP

C22C 30/00 20060101ALI20250306BHJP

C22C 38/00 20060101ALI20250306BHJP

【ＦＩ】

B22F1/00 N

B22F1/05

B22F1/065

C22C21/00 L

C22C21/00 M

C22C21/00 N

C22C30/00

C22C38/00 304

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020202262

(22)【出願日】2020-12-04

(65)【公開番号】P2022089673

(43)【公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-09-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591104169

【氏名又は名称】日本カロライズ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東忠彦

(72)【発明者】

【氏名】石川泰成

(72)【発明者】

【氏名】古田和久

【審査官】坂本薫昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１９２７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５５３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第９１／００７２４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０５６４８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１１６８５６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ１／００，１／０５，１／０６，１／１４，１／１４２，

１／１７，９／２６

Ｃ２２Ｃ２１／００，３０／００，３８／００，３８／０６，３８／０８，

３８／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム合金を含む粒子であって、
前記粒子は一次粒子であり、
前記一次粒子は、相互に直交するＸ軸方向とＹ軸方向における寸法差が±２０％以内の形状の略球状であり、
組成Ｍ_ｘＡｌ_ｙで表される相、およびＭ_ｚＡｌ_ｗで表される相の混合相を有し、ここで、Ｍは、Ａｌ以外の金属であり、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０＜ｗ＜１であり、ｘ／ｙ≧１、ｚ／ｗ＜１であり、ｘ＋ｙ＝１、ｚ＋ｗ＝１であり、
アルミニウムの含有量が８質量％～５０質量％の範囲である、粒子。

【請求項2】

前記Ｍは、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびコバルト（Ｃｏ）からなる群から選定された少なくとも一つを含む、請求項１に記載の粒子。

【請求項3】

前記Ｍは、Ｆｅであり、
前記一次粒子は、ＦｅＡｌ相およびＦｅＡｌ_２相を有する、請求項１または２に記載の粒子。

【請求項4】

前記Ｍは、Ｃｒであり、
前記一次粒子は、Ｃｒ_２Ａｌ相およびＣｒ_５Ａｌ_８相を有する、請求項１または２に記載の粒子。

【請求項5】

前記Ｍは、Ｎｉであり、
前記一次粒子は、ＮｉＡｌ相およびＮｉ_２Ａｌ_３相を有する、請求項１または２に記載の粒子。

【請求項6】

平均粒径が１０μｍ～１５０μｍの範囲である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の粒子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アルミニウム合金を含む粒子に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、アルミニウム合金粉末は、比強度が高く、各種環境に対して良好な耐性を有するなどの特徴を有するため、各種用途に対して需要がある。

【0003】

通常、アルミニウム合金粉末は、アトマイズ法により製造される（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１－１０８３０５号公報

【文献】国際公開第ＷＯ２０１８／１１６８５６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、ＭＡｌ二元系合金（Ｍはアルミニウム以外の金属）において、組成の異なる二種類のアルミニウム合金相を含む粒子に対するニーズが高まっている。

【0006】

例えば、アルミニウム合金粒子に含まれるアルミニウム量を高めると、耐食性および高温耐酸化性などの化学的耐性は向上するものの、延性は低下する傾向にある。また、逆にアルミニウム合金粒子に含まれるアルミニウム量を低下させると、延性は向上するものの、耐食性および高温耐酸化性などの化学的耐性は低下してしまう。

【0007】

これに対して、アルミニウム濃度が低い合金相（第１のアルミニウム合金相）と、アルミニウム濃度が高い合金相（第２のアルミニウム合金相）とを組み合わせることができれば、延性を有し、化学的耐性にも優れる合金粒子を提供することができる。

【0008】

このような観点から、特許文献２には、ＦｅＡｌ相とＦｅＡｌ_２相を含む粉末が提案されている。この場合、耐酸化性に優れるＦｅＡｌ_２相と延性のあるＦｅＡｌ相の両方の特徴を兼ね備えた合金粉末を得ることができる。

【0009】

しかしながら、特許文献２に記載の合金粉末は、アルミニウム合金粉末と鉄系粉末とを含む一次粒子の造粒粉同士を焼結させた、二次粒子の形態で提供される。

【0010】

そのような二次粒子は、製造プロセスが煩雑な上、ハンドリングの際に破砕が生じるおそれがある。そのような破砕が生じると、各種組成の粒子が混在してしまい、粒子の均一性が低下するという問題がある。

【0011】

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、一次粒子の形態で、二種類のアルミニウム合金の混合相を有する粒子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明では、アルミニウム合金を含む粒子であって、
一次粒子の状態で、
略球状であり、
組成Ｍ_ｘＡｌ_ｙで表される相、およびＭ_ｚＡｌ_ｗで表される相の混合相を有し、ここで、Ｍは、Ａｌ以外の金属であり、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０＜ｗ＜１であり、ｘ／ｙ≧１、ｚ／ｗ＜１であり、ｘ＋ｙ＝１、ｚ＋ｗ＝１であり、
アルミニウムの含有量が８質量％～５０質量％の範囲である、粒子が提供される。

【発明の効果】

【0013】

本発明では、一次粒子の形態で、二種類のアルミニウム合金の混合相を有する粒子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態による粒子の断面を模式的に示した図である。

【図2】本発明の別の実施形態による粒子の断面を模式的に示した図である。

【図3】本発明の一実施形態による粒子の製造方法のフローの一例を模式的に示した図である。

【図4】混合粒子が反応容器内に充填された様子を模式的に示した図である。

【図5】本発明の一実施形態において得られた粒子の断面（ａ）、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（ｂ）を示した図である。

【図6】本発明の別の実施形態において得られた粒子の断面（ａ）、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（ｂ））を示した図である。

【図7】本発明のさらに別の実施形態において得られた粒子の断面（ａ）、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（ｂ）を示した図である。

【図8】本発明のさらに別の実施形態において得られた粒子の断面（ａ）、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（ｂ）を示した図である。

【図9】本発明のさらに別の実施形態において得られた粒子の断面（ａ）、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（ｂ）を示した図である。

【図10】本発明のさらに別の実施形態において得られた粒子の断面（ａ）、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（ｂ）を示した図である。

【図11】本発明のさらに別の実施形態において得られた粒子の断面（ａ）、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（ｂ）を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施形態について説明する。

【0016】

前述のように、組成の異なる二種類のアルミニウム合金相を含む、ＭＡｌ二元系合金（Ｍはアルミニウム以外の金属）の粒子に対してニーズがある。また、このニーズに対処するため、特許文献２には、二種類のアルミニウム合金相を含む二次粒子が記載されている。

【0017】

しかしながら、二次粒子は、製造プロセスが煩雑な上、ハンドリングの際に破砕が生じるおそれがある。そのような破砕が生じると、各種組成の粒子が混在してしまい、粒子の均一性が低下するという問題がある。

【0018】

これに対して、本発明の一実施形態では、アルミニウム合金を含む粒子であって、
一次粒子の状態で、
略球状であり、
組成Ｍ_ｘＡｌ_ｙで表される相、およびＭ_ｚＡｌ_ｗで表される相の混合相を有し、ここで、Ｍは、Ａｌ以外の金属であり、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０＜ｗ＜１であり、ｘ／ｙ≧１、ｚ／ｗ＜１であり、ｘ＋ｙ＝１、ｚ＋ｗ＝１であり、
アルミニウムの含有量が８質量％～５０質量％の範囲である、粒子が提供される。

【0019】

本発明の一実施形態による粒子は、組成がＭ_ｘＡｌ_ｙで表される相（以下、「第１のアルミニウム合金相」と称する）と、組成がＭ_ｚＡｌ_ｗで表される相（以下、「第２のアルミニウム合金相」と称する）と、を含む。ここで、Ｍは、Ａｌ以外の金属であり、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０＜ｗ＜１であり、ｘ／ｙ≧１、ｚ／ｗ＜１であり、ｘ＋ｙ＝１、ｚ＋ｗ＝１である。

【0020】

本発明の一実施形態による粒子は、アルミニウム含有量がより少ない「第１のアルミニウム合金相」と、アルミニウム含有量がより多い「第２のアルミニウム合金相」と、を有する。このため、本発明の一実施形態では、「第１のアルミニウム合金相」に由来する、良好な延性と、「第２のアルミニウム合金相」に由来する、良好な耐食性および高温耐酸化性と、を兼ね備えた粒子を提供することができる。

【0021】

また、本発明の一実施形態による粒子は、一次粒子の形態で提供することができる。

【0022】

従って、本発明の一実施形態による粒子は、特許文献２に記載の二次粒子のような煩雑な製造プロセスを経ずに製造できる。また、本発明の一実施形態による粒子では、ハンドリングの際に破砕が生じ、粒子の均一性が低下するという問題を軽減、または解消することができる。

【0023】

本発明の一実施形態による粒子は、略球状である。

【0024】

なお、本願において、「略球形」または「略球状」とは、純粋な球に限定されず、例えば楕円のような、相互に直交するＸ軸方向とＹ軸方向における寸法差が±２０％以内の形状を含むことを意味する。

【0025】

本発明の一実施形態による粒子は、５μｍ～６００μｍの範囲の平均粒径を有してもよい。平均粒径は、８μｍ～２００μｍの範囲であることが好ましく、１０μｍ～１５０μｍの範囲であることがより好ましい。

【0026】

なお、本発明の一実施形態による粒子の平均粒径は、後述するように、ＪＩＳＺ８８０１に規定された方法で測定される。

【0027】

（本発明の一実施形態による粒子の具体例）
以下、前述のような特徴を有する本発明の一実施形態による粒子の具体例について、説明する。

【0028】

（鉄－アルミニウム合金粒子）
本発明の一実施形態による粒子は、鉄－アルミニウム合金粒子であってもよい。この場合、例えば、第１のアルミニウム合金相Ｍ_ｘＡｌ_ｙは、ＦｅＡｌであり、第２のアルミニウム合金相Ｍ_ｚＡｌ_ｗは、ＦｅＡｌ_２である。

【0029】

一次粒子全体に含まれるアルミニウム濃度は、例えば、３２質量％～４８質量％の範囲である。

【0030】

（クロム－アルミニウム合金粒子）
本発明の一実施形態による粒子は、クロム－アルミニウム合金粒子であってもよい。この場合、例えば、第１のアルミニウム合金相Ｍ_ｘＡｌ_ｙは、Ｃｒ_２Ａｌであり、第２のアルミニウム合金相Ｍ_ｚＡｌ_ｗは、Ｃｒ_５Ａｌ_８である。

【0031】

一次粒子全体に含まれるアルミニウム濃度は、例えば、２２質量％～４２質量％の範囲である。

【0032】

（ニッケル－アルミニウム合金粒子）
本発明の一実施形態による粒子は、ニッケル－アルミニウム合金粒子であってもよい。この場合、例えば、第１のアルミニウム合金相Ｍ_ｘＡｌ_ｙは、ＮｉＡｌであり、第２のアルミニウム合金相Ｍ_ｚＡｌ_ｗは、Ｎｉ_２Ａｌ_３である。

【0033】

一次粒子全体に含まれるアルミニウム濃度は、例えば、３６質量％～３９質量％の範囲である。

【0034】

（モリブデン－アルミニウム合金粒子）
本発明の一実施形態による粒子は、モリブデン－アルミニウム合金粒子であってもよい。この場合、例えば、第１のアルミニウム合金相Ｍ_ｘＡｌ_ｙは、Ｍｏ_３Ａｌであり、第２のアルミニウム合金相Ｍ_ｚＡｌ_ｗは、Ｍｏ_３Ａｌ_８である。

【0035】

一次粒子全体に含まれるアルミニウム濃度は、例えば、８質量％～４２質量％の範囲である。

【0036】

（銅－アルミニウム合金粒子）
本発明の一実施形態による粒子は、銅－アルミニウム合金粒子であってもよい。この場合、例えば、第１のアルミニウム合金相Ｍ_ｘＡｌ_ｙは、ＣｕＡｌであり、第２のアルミニウム合金相Ｍ_ｚＡｌ_ｗは、ＣｕＡｌ_２である。

【0037】

一次粒子全体に含まれるアルミニウム濃度は、例えば、３０質量％～４５質量％の範囲である。

【0038】

（マンガン－アルミニウム合金粒子）
本発明の一実施形態による粒子は、マンガン－アルミニウム合金粒子であってもよい。この場合、例えば、第１のアルミニウム合金相Ｍ_ｘＡｌ_ｙは、Ｍｎ_３Ａｌ_２であり、第２のアルミニウム合金相Ｍ_ｚＡｌ_ｗは、Ｍｎ_５Ａｌ_８である。

【0039】

一次粒子全体に含まれるアルミニウム濃度は、例えば、２５質量％～３４質量％の範囲である。

【0040】

以上、本発明の一実施形態による粒子の材料系の一例について説明した。しかしながら、上記材料系は、単なる一例であって、本発明の一実施形態による粒子は、その他の材料系を有してもよい。例えば、本発明の一実施形態による粒子は、タングステン－アルミニウム系、コバルト－アルミニウム系、白金－アルミニウム系、ハフニウム－アルミニウム系、またはジルコニウム－アルミニウム系であってもよい。

【0041】

また、上記材料系の複数が組み合わされて、本発明の一実施形態による粒子が構成されてもよい。

【0042】

例えば、本発明の一実施形態による粒子は、鉄－クロム－アルミニウム合金粒子であってもよい。この場合、本発明の一実施形態による粒子は、例えば、ＦｅＡｌおよびＦｅＡｌ_２に加えて、Ｃｒ_２ＡｌおよびＣｒ_５Ａｌ_８を含んでもよい。

【0043】

（本発明の一実施形態による粒子）
次に、図面を参照して、本発明の一実施形態による粒子の形態について説明する。

【0044】

なお、ここでは、一例として、粒子が鉄－アルミニウム合金粒子である場合について、説明する。

【0045】

図１には、本発明の一実施形態による粒子（以下、「第１の粒子」と称する）の断面を模式的に示す。

【0046】

なお、図１に示された第１の粒子の断面は、「最大断面」である。本願において、「最大断面」とは、粒子の中心を通る断面を意味する。例えば、粒子が球状の場合、「最大断面」は、粒子の直径と実質的に同じ寸法を有する。

【0047】

図１に示すように、第１の粒子１００は、略球形の形状を有する。

【0048】

第１の粒子１００の断面（最大断面。以下同じ）は、アルミニウム濃度が異なる２つの領域を有する。以下、アルミニウム濃度が相対的に低い領域を「第１の領域１１０」と称し、アルミニウム濃度が相対的に高い領域を「第２の領域１２０」と称する。

【0049】

図１に示すように、第１の粒子１００は、コア部が第１の領域１１０を構成し、外層が第２の領域１２０を構成する。第２の領域１２０は、第１の領域１１０を取り囲むように配置される。

【0050】

なお、図１に示した例では、第１の領域１１０と第２の領域１２０の間の境界は、明確な線で描かれているが、両者の境界があいまいな場合も、しばしば認められる。

【0051】

第１の粒子１００の断面全体に含まれるアルミニウムの濃度は、３２ｗｔ％～４８ｗｔ％の範囲である。アルミニウムの濃度は、例えば、３５ｗｔ％～４５ｗｔ％の範囲であってもよい。

【0052】

また、第１の粒子１００の断面全体に含まれる鉄の濃度は、例えば、５２ｗｔ％～６８ｗｔ％の範囲であってもよい。ただし、鉄の濃度は、第１の粒子１００がさらに後述する元素を含有する場合、この範囲よりも減少する。

【0053】

第１の粒子１００の断面全体に含まれるアルミニウムおよび鉄の濃度は、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析法または電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）分析法により測定することができる。

【0054】

第１の粒子１００は、鉄およびアルミニウム以外の元素（以下、「第３元素」と称する）を含んでもよい。第３元素は、例えば、リン、硫黄、および炭素の少なくとも一つを含む。

【0055】

第３元素は、合計０．０５ｗｔ％～１ｗｔ％の範囲で含まれてもよい。なお、第１の粒子１００に第３元素が含まれる場合、鉄の濃度は、前述の範囲（５２ｗｔ％～６８ｗｔ％）から、第３元素の濃度を減じた濃度となる。すなわち、第３元素は、鉄の代替元素または不可避不純物として存在する。

【0056】

第１の粒子１００の第１の領域１１０は、主としてＦｅＡｌ相を含む。第１の領域１１０に含まれるアルミニウムの濃度は、２２ｗｔ％～３７ｗｔ％の範囲である。アルミニウムの濃度は、例えば、２５ｗｔ％～３５ｗｔ％の範囲であってもよい。

【0057】

一方、第１の粒子１００の第２の領域１２０は、主としてＦｅＡｌ相とＦｅＡｌ_２相の混相を含む。第２の領域１２０に含まれるアルミニウムの濃度は、４０ｗｔ％～５０ｗｔ％の範囲である。アルミニウムの濃度は、例えば、４２ｗｔ％～４８ｗｔ％の範囲であってもよい。

【0058】

なお、第１の粒子１００における第１の領域１１０および第２の領域１２０におけるアルミニウムの濃度は、各部分を選定したＥＤＸ分析またはＥＰＭＡ分析により測定できる。また、第１の領域１１０および第２の領域１２０のそれぞれに含まれる構成相は、Ｘ線回折分析法により同定できる。

【0059】

第１の粒子１００の断面において、第２の領域１２０の占める面積の割合は、例えば、５％以上である。なお、係る面積割合は、断面のＳＥＭ反射電子像を用いて、Ａｌ濃度のコントラストを二値化して定義することにより評価することができる。

【0060】

第１の粒子１００は、一次粒子でありながら、「第１のアルミニウム合金相」および「第２のアルミニウム合金相」を有する。このため、第１の粒子１００は、「第１のアルミニウム合金相」に由来する良好な延性と、「第２のアルミニウム合金相」に由来する良好な耐食性および高温耐酸化性とを兼ね備えることができる。

【0061】

また、第１の粒子１００は、一次粒子であるため、ハンドリングの際に破砕が生じ、粒子の均一性が低下するという問題を軽減、または解消することができる。

【0062】

（本発明の別の実施形態による粒子）
次に、図２を参照して、本発明の別の実施形態による粒子について説明する。

【0063】

図２には、本発明の別の実施形態による粒子（以下、「第２の粒子」と称する）の断面を模式的に示す。前述のように、図２に示した断面は、第２の粒子の「最大断面」である。

【0064】

図２に示すように、第２の粒子２００は、略球形の形状を有する。また、第２の粒子２００の断面は、アルミニウム濃度が異なる２つの領域を有する。

【0065】

ただし、第２の粒子２００の場合、前述の第１の粒子１００とは異なり、第２の領域は、全体にわたって「まだら状」に配置される。

【0066】

すなわち、第２の粒子２００において、アルミニウム濃度が相対的に高い第２の領域２２０は、アルミニウム濃度が相対的に低い第１の領域２１０の「海」に対して、「アイランド状」に分布する。

【0067】

換言すれば、「海状」の第１の領域２１０と、「アイランド状」の第２の領域２２０とにより、第２の粒子２００の断面全体が構成される。第２の粒子２００の場合、最表面においても、第１の領域２１０と第２の領域２２０の双方が存在する。

【0068】

第２の粒子２００は、鉄およびアルミニウムを含み、第２の粒子２００の断面全体に含まれるアルミニウムの濃度は、３２ｗｔ％～４８ｗｔ％の範囲である。アルミニウムの濃度は、例えば、３５ｗｔ％～４５ｗｔ％の範囲であってもよい。

【0069】

また、第２の粒子２００の断面全体に含まれる鉄の濃度は、例えば、５２ｗｔ％～６８ｗｔ％の範囲であってもよい。ただし、前述のように、鉄の濃度は、第２の粒子２００が第３の元素を含有する場合、この範囲よりも減少する。

【0070】

第２の粒子２００の第１の領域２１０は、主としてＦｅＡｌ相を含む。第１の領域２１０に含まれるアルミニウムの濃度は、２２ｗｔ％～３７ｗｔ％の範囲である。アルミニウムの濃度は、例えば、２５ｗｔ％～３５ｗｔ％の範囲であってもよい。

【0071】

一方、第２の粒子２００の第２の領域２２０は、主としてＦｅＡｌ相とＦｅＡｌ_２相の混相を含む。第２の領域２２０に含まれるアルミニウムの濃度は、４０ｗｔ％～５０ｗｔ％の範囲である。アルミニウムの濃度は、例えば、４２ｗｔ％～４８ｗｔ％の範囲であってもよい。

【0072】

第２の粒子２００の断面において、第２の領域２２０の占める面積の割合は、例えば、５％以上である。

【0073】

第２の粒子２００は、一次粒子でありながら、「第１のアルミニウム合金相」および「第２のアルミニウム合金相」を有する。このため、第２の粒子２００は、「第１のアルミニウム合金相」に由来する良好な延性と、「第２のアルミニウム合金相」に由来する良好な耐食性および高温耐酸化性とを兼ね備えることができる。

【0074】

また、第２の粒子２００は、一次粒子であるため、ハンドリングの際に破砕が生じ、粒子の均一性が低下するという問題を軽減、または解消することができる。

【0075】

以上、第１の粒子１００および第２の粒子２００を例に、本発明の一実施形態による粒子の特徴について説明した。

【0076】

しかしながら、第１の粒子１００および第２の粒子２００は、単なる一例であって、本発明の一実施形態による粒子は、これらとは異なる形態を有してもよい。

【0077】

例えば、本発明の一実施形態による粒子は、図１に示した粒子形態と、図２に示した粒子形態を組み合わせた形態を有してもよい。

【0078】

この場合、図１に示したコア－シェル状の粒子形態において、第１の領域の内部にも、第２の領域が分配されてもよい。あるいは逆に、第２の領域の内部に、第１の領域が分配されてもよい。

【0079】

また、図１および図２には示されていないが、第１の粒子１００および第２の粒子２００において、しばしば、棒状（または球状）の析出物が、粒子の中心を中心とするリング状に分布している形態が観測される。各析出物の寸法は、例えば、０．１μｍ～２μｍの範囲である。

【0080】

本願発明者らの分析によれば、そのような析出物は、アルミニウムの酸化物、またはアルミニウムと金属Ｍの複合酸化物で構成される。また、本願発明者らの分析によれば、そのような析出物は、第１の粒子１００および第２の粒子２００が、鉄－アルミニウム合金粒子であって、以降に示すようなカロライズ処理方法によって製造された場合に、形成されやすいことが把握されている。

【0081】

また、このような析出物は、転位のすべりを抑制する方向に働くため、粒子の強度の向上につながると予想される。

【0082】

この他にも、各種形態が想定される。

【0083】

（本発明の一実施形態による粒子の製造方法）
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態による粒子の製造方法について説明する。

【0084】

図３には、本発明の一実施形態による粒子の製造方法のフローの一例を模式的に示す。

【0085】

図３に示すように、本発明の一実施形態による粒子の製造方法（以下、「第１の製造方法」と称する）は、
被処理粒子、アルミニウム源、活性剤、および焼結防止剤を含む混合粒子を調製する工程（Ｓ１１０）と、
前記混合粒子を加熱して、被処理粒子をカロライズ処理する工程（Ｓ１２０）と、
焼結防止剤を除去する工程（Ｓ１３０）と、
を有する。

【0086】

以下、各工程についてより詳しく説明する。

【0087】

（工程Ｓ１１０）
まず、混合粒子が調製される。

【0088】

混合粒子は、被処理粒子、アルミニウム源、活性剤、および焼結防止剤を含む。以下、それぞれの粒子について説明する。

【0089】

（被処理粒子）
被処理粒子は、カロライズ処理の対象となる粒子である。

【0090】

被処理粒子は、例えば、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびコバルト（Ｃｏ）からなる群から選定された少なくとも一つの元素を含んでもよい。

【0091】

また、被処理粒子は、単金属に限られず、上記元素を含む合金であってもよい。例えば、被処理粒子は、ステンレス鋼粒子、または鉄－アルミニウム合金粒子などであってもよい。

【0092】

さらに、被処理粒子は、不可避不純物を含んでもよい。不可避不純物としては、例えば、リン、硫黄、および炭素等が挙げられる。

【0093】

なお、以降の説明では、明確化のため、一例として、被処理粒子が鉄である場合を例に、第１の製造方法について説明する。なお、被処理粒子は、不可避不純物を含んでもよく、不可避不純物としては、マンガン、リン、硫黄、および炭素が挙げられる。

【0094】

被処理粒子の平均粒径は、後述する焼結防止剤の平均粒径よりも小さくなるように選定される。例えば、被処理粒子の最大粒径は、焼結防止剤の平均粒径の０．２９倍以下であってもよい。

【0095】

被処理粒子の粒径は、例えば、１０μｍ～６００μｍの範囲であってもよい。

【0096】

なお、本願において、「平均粒径」とは、ＪＩＳＺ８８０１に規定された方法で測定される。

【0097】

すなわち、目開きの異なるふるいを、目開きの小さなものから順に数段重ね合わせ、測定対象粒子を一定時間、一定振幅で振動を与え、粒子をふるい分ける。次に、それぞれのふるい上に残った粒子の質量を計測し、粒子の質量の粒度分布をグラフ化する。得られた粒度分布の累積値が５０％に相当する粒径を、「平均粒径」と定める。

【0098】

ただし、被処理粒子の粒径は、最小値と最大値の範囲で表記される。

【0099】

（アルミニウム源）
アルミニウム源は、アルミニウム金属粒子、またはアルミニウム合金粒子であってもよい。

【0100】

アルミニウム源の平均粒径は、焼結防止剤の平均粒径よりも小さくなるように選定される。例えば、アルミニウム源の平均粒径は、焼結防止剤の平均粒径の０．２９倍以下であってもよい。

【0101】

アルミニウム源の平均粒径は、例えば、１０μｍ～６００μｍの範囲であってもよい。

【0102】

なお、アルミニウム源の平均粒径は、被処理粒子の平均粒径よりも小さいことが好ましい。

【0103】

（活性剤）
活性剤は、被処理粒子のカロライズ処理の際に、金属ハロゲン化物の蒸気を形成し、カロライズ処理を促進させる役割を有する。

【0104】

活性剤は、例えば、塩化アンモニウム、塩化鉄、塩化アルミニウム、フッ化鉄およびフッ化アルミニウムの少なくとも一つを含む。活性剤は、例えば、混合粒子全体に対して、０．１質量％～２質量％の範囲で添加される。

【0105】

（焼結防止剤）
焼結防止剤は、アルミナ、カオリン、および酸化ケイ素の少なくとも一つを含んでもよい。

【0106】

焼結防止剤は、例えば、球状、三角錐状、三角柱状、四面体状、円錐状、および円柱状からなる群から選定された少なくとも一つの形状を有してもよい。

【0107】

なお、焼結防止剤は、被処理粒子およびアルミニウム源に比べて、十分に大きな平均粒径を有する。例えば、焼結防止剤の平均粒径は、被処理粒子の最大粒径およびアルミニウム源の平均粒径の３．４倍以上となるように選定される。

【0108】

焼結防止剤の平均粒径は、例えば、５００μｍ～５０００μｍの範囲であってもよい。

【0109】

（混合粒子）
上記各成分を混合することにより、混合粒子が調製される。

【0110】

混合粒子全体に含まれる被処理粒子の量は、例えば、１０質量％～４０質量％の範囲である。また、混合粒子全体に含まれるアルミニウム源の量は、例えば、２質量％～２０質量％の範囲である。また、混合粒子全体に含まれる焼結防止剤の量は、例えば、４０質量％～８０質量％の範囲である。

【0111】

（工程Ｓ１２０）
次に、工程Ｓ１１０で調製された混合粒子が加熱処理される。このため、混合粒子は、反応容器内に充填されてもよい。

【0112】

反応容器を加熱することにより、被処理粒子に対してカロライズ処理が行われる。すなわち、アルミニウム源から生じたアルミニウムが被処理粒子中に拡散浸透し、アルミニウム浸透粒子が形成される。

【0113】

ここで、混合粒子に含まれる被処理剤とアルミニウム源とのイオン化傾向の差が大きいほど、反応容器を加熱した際に、混合粒子の間でテルミット反応によって大量の熱が発生する。アルミニウムが被処理粒子に含まれる微量の酸素と反応して、被処理粒子を還元するためである。

【0114】

そのようなテルミット反応が生じると、反応容器内が極めて高温となり、処理後の混合物、すなわち「処理済混合物」は、全ての粒子同士が強固に固着した塊状の形態となる。また、いったん、そのような塊状の処理済混合物が生成されると、その後、処理済混合物から焼結防止剤を分離することができなくなるという問題が生じ得る。

【0115】

これに対して、第１の製造方法では、塊状の混合物が形成することを有意に抑制することができる。

【0116】

以下、図４を参照して、この特徴について説明する。

【0117】

図４には、混合粒子が反応容器内に充填された際の形態の例を模式的に示す。図４に示すように、反応容器内には、混合粒子の構成成分である、被処理粒子３５２、アルミニウム源３５４、活性剤、および焼結防止剤３５８が各々充填される。

【0118】

なお、図４において、活性剤は省略されている。また、ここでは、混合粒子の各成分は、いずれも球形であると仮定している。

【0119】

ここで、焼結防止剤３５８の直径（φ_Ｓで表す）が、被処理粒子３５２の直径（φ_Ｆｅで表す）およびアルミニウム源３５４の直径（φ_Ａｌで表す）に比べて十分に大きい場合、隣接する焼結防止剤３５８同士の間に、空隙３６５が生じる。また、被処理粒子３５２およびアルミニウム源３５４は、焼結防止剤３５８によって生じた空隙３６５に配置される。

【0120】

混合粒子がこのように配置された状態で、反応容器が加熱された場合、反応容器内でテルミット反応が生じても、被処理粒子３５２が焼結防止剤３５８および／または他の被処理粒子３５２と固着する可能性を大きく低減できる。空隙３６５が、カロライズ処理用の多数の反応用の「小区画」を提供する役割を果たすためである。

【0121】

その結果、熱処理後に生じる処理済混合物は、全体が塊状に凝集した形態ではなく、アルミニウム浸透粒子と、焼結防止剤３５８とが、相互に分離された状態となる。このため、その後の工程で、処理済混合物から、アルミニウム浸透粒子を回収することが可能となる。

【0122】

以下の表１には、上記の効果を発現させることが可能な混合粒子の充填の例を示す。

【0123】

ここでは、被処理粒子３５２を球状の鉄粒子（密度７．８７ｇ／ｃｍ^３）とし、アルミニウム源３５４を球状のアルミニウム粒子（密度２．７０ｇ／ｃｍ^３）とし、活性剤を球状の塩化アンモニウム粒子（密度１．５２７ｇ／ｃｍ^３）とし、焼結防止剤３５８を球状のアルミナ（密度４．００ｇ／ｃｍ^３）と仮定している。

【0124】

また、焼結防止剤３５８の平均粒径φ_Ｓを１０００μｍと仮定し、被処理粒子３５２の平均粒径φ_Ｆｅを１０μｍ～６００μｍとし、アルミニウム源３５４の平均粒径φ_Ａｌを５０μｍとし、活性剤の平均粒径を１０μｍと仮定している。

【0125】

【表1】

表１から、焼結防止剤３５８を１０ｋｇ最密充填した場合、全空間体積の７４％が焼結防止剤３５８で占められる。従って、空隙３６５は２６％となる。

【0126】

この空隙３６５の全体（１００％）を、被処理粒子３５２、アルミニウム源３５４、および活性剤で充填するとした場合、一例として、被処理粒子３５２の量は２．２１６ｋｇ、アルミニウム源３５４の量は１．４９１ｋｇ、活性剤の量は、０．０６７ｋｇとなる。

【0127】

同様に、空隙３６５の８５％を被処理粒子３５２、アルミニウム源３５４、および活性剤で充填する場合、被処理粒子３５２の量は１．８７９ｋｇ、アルミニウム源３５４の量は１．２５３ｋｇ、活性剤の量は、０．０６６ｋｇと計算できる。

【0128】

なお、上記計算において、混合粒子におけるＡｌ／Ｆｅ比は、４０／６０（質量比）と仮定している。また、活性剤の量は、全体の０．５ｗｔ％と仮定している。

【0129】

焼結防止剤３５８が最密充填以外の態様で充填される場合についても、各成分の量を同様に算定することができる。

【0130】

なお、焼結防止剤３５８が球状の場合、前述の効果を得るためには、焼結防止剤３５８の充填率は、５５％～７４％（最密充填時）の範囲であることが好ましい。

【0131】

また、焼結防止剤３５８によって生じる空隙３６５における、被処理粒子３５２、アルミニウム源３５４、および活性剤の充填率は、６０％～１００％の範囲であることが好ましい。

【0132】

ただし、実際には、焼結防止剤３５８が非球形の場合も想定されるため、焼結防止剤３５８の充填率の好適範囲として、５０％～８０％が想定される。

【0133】

このように、第１の製造方法では、焼結防止剤３５８同士の間に生じる空隙３６５を利用して、被処理粒子３５２のカロライズ処理を実施することができる。

【0134】

カロライズ処理の処理雰囲気は、酸素を含まない不活性な雰囲気であればよく、例えばアルゴンガス雰囲気である。

【0135】

処理温度は、被処理粒子に対してアルミニウムの拡散浸透が生じる限り、特に限られない。処理温度は、例えば、８００℃～１１００℃の範囲であってもよい。

【0136】

処理時間は、特に限られないが、例えば、１時間～１０時間の範囲である。

【0137】

このように、第１の製造方法では、被処理粒子に対して、適正にカロライズ処理を実施することができる。従って、第１の製造方法では、前述のような特徴を有する本発明の一実施形態による粒子を、適正に製造することができる。

【0138】

（工程Ｓ１３０）
次に、工程Ｓ１２０において形成された粉末状の処理済混合物から、焼結防止剤が除去される。焼結防止剤は、例えば、平均粒径の小さな粒子のみを通すふるいを用いて、処理済混合物をふるい分けすることにより、除去されてもよい。

【0139】

前述のように、第１の製造方法では、テルミット反応で生じ得る過剰な熱の蓄熱による、反応系の高温化を有意に抑制できる。

【0140】

従って、第１の製造方法では、焼結防止剤とアルミニウム浸透粒子とを比較的容易に分離することができる。

【0141】

以上の工程により、第１の製造方法では、二種類のアルミニウム合金相を含む一次粒子を製造することができる。

【0142】

なお、上記記載では、主として、鉄－アルミニウム合金粒子を例に、その製造法について説明した。しかしながら、その他の系のアルミニウム合金粒子も、同様の方法により製造できることは、当業者には明らかである。

【実施例】

【0143】

以下、本発明の実施例について説明する。

【0144】

（例１）
以下の方法で、カロライズ処理された鉄粒子を作製した。

【0145】

まず、被処理粒子としての鉄粒子（１３．２０質量％）と、アルミニウム源としてのアルミニウム粒子（９．９６質量％）と、活性剤としての塩化アンモニウム粒子（０．５質量％）と、焼結防止剤としての球形アルミナ粒子（７６．３４質量％）を十分に混合して、混合粒子を調製した。

【0146】

鉄粒子は粒径が３８μｍ～７５μｍであり、アルミニウム粒子は平均粒径が５０μｍであり、活性剤は粒径が１０μｍであり、アルミナ粒子は粒径が１０００μｍであった。

【0147】

この混合粒子を耐熱容器に充填した。計算上、アルミナ粒子の充填率は、７４％であった。また、鉄粒子、アルミニウム粒子、および塩化アンモニウム粒子は、残り２６％の空隙の８５％を占めるように充填した。

【0148】

次に、耐熱容器内をアルゴン雰囲気に置換してから、耐熱容器を１０００℃に加熱した。１０００℃に１０時間保持した後、耐熱容器を炉冷した。

【0149】

その後、耐熱容器から処理済混合物を取り出し、＃３２メッシュのふるいにかけ、アルミナ粉末を除去した。これにより、球状の粒子（以下、「例１に係る粒子」と称する）が得られた。

【0150】

（例２）
例１と同様の方法により、カロライズ処理された鉄粒子（以下、「例２に係る粒子」と称する）を作製した。

【0151】

ただし、この例２では、混合粒子に含まれる鉄粒子の含有量を１４．２４質量％とし、アルミニウム粒子の含有量を９．４９質量％とし、活性剤としての塩化アンモニウム粒子を０．５質量％とし、焼結防止剤としての球形アルミナ粒子を７５．７７質量％とした。

【0152】

アルミナ粒子の充填率等、その他の条件は、例１と同様である。

【0153】

（例３）
例１と同様の方法により、カロライズ処理された鉄粒子（以下、「例３に係る粒子」と称する）を作製した。

【0154】

ただし、この例３では、混合粒子に含まれる鉄粒子の含有量を１５．７１質量％とし、アルミニウム粒子の含有量を８．８３質量％とし、活性剤としての塩化アンモニウム粒子を０．５質量％とし、焼結防止剤としての球形アルミナ粒子を７４．９６質量％とした。

【0155】

アルミナ粒子の充填率等、その他の条件は、例１と同様である。

【0156】

（例４）
例１と同様の方法により、カロライズ処理された鉄粒子（以下、「例４に係る粒子」と称する）を作製した。

【0157】

ただし、この例４では、混合粒子に含まれる鉄粒子の含有量を１６．８７質量％とし、アルミニウム粒子の含有量を８．３１質量％とし、活性剤としての塩化アンモニウム粒子を０．５質量％とし、焼結防止剤としての球形アルミナ粒子を７４．３２質量％とした。

【0158】

アルミナ粒子の充填率等、その他の条件は、例１と同様である。

【0159】

（例１１）
以下の方法で、カロライズ処理されたクロム粒子を作製した。

【0160】

まず、被処理粒子としてのクロム粒子（２７．３質量％）と、アルミニウム源としてのアルミニウム粒子（１８．２質量％）と、活性剤としての塩化アンモニウム粒子（０．５質量％）と、焼結防止剤としての球形アルミナ粒子（５４．０質量％）を十分に混合して、混合粒子を調製した。

【0161】

クロム粒子は粒径が７５μｍ～１８０μｍであり、アルミニウム粒子は平均粒径が５０μｍであり、活性剤は粒径が１０μｍであり、アルミナ粒子は粒径が１０００μｍであった。

【0162】

この混合粒子を耐熱容器に充填した。計算上、アルミナ粒子の充填率は、５２％であった。また、クロム粒子、アルミニウム粒子、および塩化アンモニウム粒子は、残り４８％の空隙の８６％を占めるように充填した。

【0163】

次に、耐熱容器内をアルゴン雰囲気に置換してから、耐熱容器を１０００℃に加熱した。１０００℃に１０時間保持した後、耐熱容器を炉冷した。

【0164】

その後、耐熱容器から処理済混合物を取り出し、＃３２メッシュのふるいにかけ、アルミナ粉末を除去した。これにより、球状の粒子（以下、「例１１に係る粒子」と称する）が得られた。

【0165】

（例１２）
例１１と同様の方法により、カロライズ処理されたクロム粒子（以下、「例１２に係る粒子」と称する）を作製した。

【0166】

ただし、この例１２では、混合粒子に含まれるクロム粒子の含有量を３０．３質量％とし、アルミニウム粒子の含有量を１５．１質量％とし、活性剤としての塩化アンモニウム粒子を０．５質量％とし、焼結防止剤としての球形アルミナ粒子を５４．１質量％とした。

【0167】

この混合粒子を耐熱容器に充填した。計算上、アルミナ粒子の充填率は、５３％であった。また、クロム粒子、アルミニウム粒子、および塩化アンモニウム粒子は、残り４７％の空隙の８４％を占めるように充填した。

【0168】

（例２１）
以下の方法で、カロライズ処理されたニッケル粒子を作製した。

【0169】

まず、被処理粒子としてのニッケル粒子（２８．２質量％）と、アルミニウム源としてのアルミニウム粒子（１７．３質量％）と、活性剤としての塩化アンモニウム粒子（０．５質量％）と、焼結防止剤としての球形アルミナ粒子（５４．０質量％）を十分に混合して、混合粒子を調製した。

【0170】

ニッケル粒子は粒径が１０μｍ～４５μｍであり、アルミニウム粒子は平均粒径が５０μｍであり、活性剤は粒径が１０μｍであり、アルミナ粒子は粒径が１０００μｍであった。

【0171】

この混合粒子を耐熱容器に充填した。計算上、アルミナ粒子の充填率は、５４％であった。また、ニッケル粒子、アルミニウム粒子、および塩化アンモニウム粒子は、残り４６％の空隙の８５％を占めるように充填した。

【0172】

次に、耐熱容器内をアルゴン雰囲気に置換してから、耐熱容器を１０００℃に加熱した。１０００℃に１０時間保持した後、耐熱容器を炉冷した。

【0173】

その後、耐熱容器から処理済混合物を取り出し、＃３２メッシュのふるいにかけ、アルミナ粉末を除去した。これにより、球状の粒子（以下、「例２１に係る粒子」と称する）が得られた。

【0174】

以下の表２には、各例において使用した混合粒子に含まれる各成分の含有量および粒径をまとめて示した。

【0175】

【表2】

（評価１）
例１～例４に係る粒子を用いて、粒子の形態観察を行った。

【0176】

（断面分析）
例１～例４に係る粒子を用いて、以下の方法で、断面観察用試料を調製した。

【0177】

まず、複数の粒子を樹脂に埋め込み、樹脂を硬化させた。次に、研磨紙およびバフ研磨装置により樹脂を研磨し、粒子の断面を出現させた。

【0178】

なお、観察対象は、「最大断面」を有する粒子とした。ここで、「最大断面」とは、球状粒子の中心を通る断面を意味する。従って、粒子の「最大断面」は、球状粒子の直径と実質的に同じ寸法を有する。

【0179】

以下、例１～例４に係る粒子において、観察対象となる球状粒子を、それぞれ、「サンプル１」～「サンプル４」と称する。

【0180】

各サンプルにおいて、球状粒子の断面をＳＥＭで観察した。また、球状粒子の断面に含まれるアルミニウムおよび鉄の量を、ＥＤＸ分析により評価した。

【0181】

図５～図８には、それぞれ、サンプル１～４において得られた球状粒子の断面（ａ）、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（ｂ）を示す。

【0182】

例えば、図５には、サンプル１において得られた球状粒子の断面（図５（ａ））、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（図５（ｂ））を示す。また、図６には、サンプル２において得られた球状粒子の断面（図６（ａ））、および該断面に含まれるアルミニウムの分布（図６（ｂ））を示し、以下同様である。

【0183】

なお、各サンプルにおいて、断面に含まれる鉄の分布は、アルミニウムの分布を反転したような形態であった。

【0184】

図５～図８から、サンプル１～サンプル４のいずれにおいても、粒子中には、アルミニウムの含有量が低い領域（第１の領域）と、高い領域（第２の領域）が混在していることが確認された。

【0185】

例えば、図５から、サンプル１は、前述の図１に示したような、アルミニウム濃度がより低いコア部（第１の領域）と、アルミニウム濃度がより高い外層部（第２の領域）とを有することがわかる。また、図７～図８から、サンプル３～サンプル４は、前述の図２に示したような、アルミニウム濃度の低い領域と高い領域が、「まだら状」に配置された形態を有することがわかる。なお、図６に示すように、サンプル２は、基本的に、アルミニウム濃度の高い領域がアルミニウム濃度の低い領域を取り囲むコアーシェル構造を有するものの、コア部においても、アルミニウム濃度が高い領域がアイランド状に分散する形態を有することがわかった。

【0186】

また、サンプル４（図８（ｂ））において最もよく視認されるように、粒子の断面には、リング状に白っぽい析出物が生じていることがわかる。分析の結果、このリング状の析出物は、アルミニウムの酸化物、またはアルミニウムと鉄の複合酸化物であることが確認された。

【0187】

ＥＤＸ分析により、サンプル１～サンプル４において、第１の領域および第２の領域のそれぞれに含まれる鉄とアルミニウムの量を分析した。

【0188】

以下の表３には、サンプル１～サンプル４において得られた結果をまとめて示す。

【0189】

【表3】