金属粉末及使用该金属粉末的压粉磁芯制造技术

一种金属粉末，该金属粉末包括：　　　　铁磁性金属粉末；　　　　用于被覆该铁磁性金属粉末表面的被覆材料；和　　　　在该铁磁性金属粉末表面上被覆有被覆材料的被覆金属粉末；　　　　其中被覆材料是含铝的磷酸化合物。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及使用金属粉末的压粉磁芯用金属粉末。本专利技术也涉及压粉磁芯。相关技术说明近年来，电动电气控制被广泛使用，例如在诸如各种型式的房屋康乐设施、汽车动力转向装置和自动开闭式车窗中使用。关于上述用途，通常需要小型的但高功率和控制良好的电动机被应用到这些应用中。这种技术要求通常由可用有限空间决定。因此，因为通用电动机有时难以用于这些应用中，需要开发小型、高性能的电动机。当开发这些需要小型电动机的新技术时，在不导致任何的性能下降的情况下有效压缩成小型的新技术将变得非常重要，因为其大大影响电动机的性能。在大多数常规电动机中，使用通过冲切电磁钢或铁片的叠层块而制造的叠片铁芯。使用这种叠片铁芯的原因是因为电磁钢和铁片相对廉价并具有良好的性质诸如饱和磁通密度和磁导率，这些性质对电动机而言是必不可少的。然而，与减小叠层材料尺寸有关的问题是生产成本增加。生产成本增加是因为在从原始叠层块冲切叠片铁芯的过程中，需要叠层块具有特殊尺寸。因此，如果欲从原始叠层块冲切的铁芯尺寸小时，那么发动机用叠层块在冲切之后浪费部分的量增加。另外，冲切较小的铁芯增加了生产较大数量的不合格产品的几率。例如，当冲切较小铁芯时，大部分铁芯能显现缺陷如毛刺，因此，其降低较小铁芯的生产率。以上述问题为基础，为了开发小型、高性能的电动机，希望开发可代替上述叠片铁芯的新型铁芯材料。用铁的铁磁性金属粉末等填充模具、在加压下模制而形成的压粉磁芯作为良好的发动机用铁芯材料成为一种可行的备择物。这些压粉磁芯的可行理由描述如下。与叠片铁芯相比较，压粉磁芯在其生产过程中不产生任何废料，因此，压粉磁芯提供便宜得多的生产成本。另外，在设计铁芯形状的方面具有更多的自由度，可容易地改变设计。例如，可在小型发动机中使用所述铁芯。另外，金属粉末与绝缘材料诸如树脂或者无机粉末的混合增加压粉磁芯用金属粉末的绝缘性能，因此，由驱动电动机产生的涡流损失显著减小，因此电动机效率显著增加。这些优点不能由叠片铁芯得到，但可以由压粉磁芯得到。此外，一旦这些压粉磁芯实际被用于电动机中，压粉磁芯也需要具有改良的性质。首先，压粉磁芯的绝缘性能必须足够高。当磁场随时间变化时，正象电动机内的情况那样，众所周知在铁芯内产生电动势，因此，如果铁芯的绝缘性能差，则电动势产生涡流，其导致铁芯过热。铁芯过热是不利的，因为其显著降低设备的能效，另外可对设备造成显著损害。因此，为增加压粉磁芯自身的绝缘性能，在铁粉表面被覆有绝缘物质。其次，压粉磁芯的磁特性必须充分。常规的普通压粉磁芯的磁通密度比叠片铁芯的磁通密度低，因此，当压粉磁芯用于电动机中时，其产生电动机性能问题，例如诸如较低的转矩。常规的压粉磁芯不具有低得多的绝缘性能，但是它们的磁通密度通常不足以用于电动机中。因此强烈希望增加压粉磁芯的磁通密度。因此，当压粉磁芯用于电动机时，必须解决绝缘性能和磁通密度方面的问题。同样地，迄今为止调查了各种用于增加压粉磁芯的磁通密度和绝缘性能的方法。众所周知，压粉磁芯的磁通密度随压粉磁芯压缩成形制品的密度增加而增加，以这种知识为基础，提出了各种用于增加压粉磁芯的磁通密度的方法。引起磁通密度降低的一个因素是铁芯的磁各向异性水平，其取决于铁芯中使用的金属粉末的形态。关于使用磁各向异性而言，提出了通过使磁性粉末颗粒变平来减小压粉磁芯的磁各向异性以增加铁芯的磁通密度的方法(例如参见专利文献1)。然而，根据这种方法，组成金属粉末的颗粒不可避免地发展为形态各向异性，因此具有高磁化轴和低磁化轴。因此，由这些金属粉末形成的压粉磁芯不能应用到磁化方向变化的电动机及其他设备中。另外，单独由扁平颗粒形成的压粉磁芯容易在扁平颗粒的机械加工痕迹方向剥离，因此，为了增加粉末的压缩成型制品的强度，必须添加一些树脂。然而，添加到粉末中的树脂将降低压粉磁芯的磁通密度，添加树脂降低压粉磁芯磁通密度的事实是另外一个问题。另外，也调查了各种增加压缩成型制品的绝缘性能的方法。例如，提出用树脂粘合剂例如诸如环氧树脂或氟树脂被覆铁粉以增加由这种被覆粉末形成的压粉磁芯的强度的方法(例如参见专利文献2)。添加粘合剂增加压粉磁芯的压缩成型制品的绝缘性能，但是出现的问题是它可能显著降低铁芯的磁通密度和磁导率，因为铁与压粉磁芯的体积比降低。因此，这种方法不适用于需要高磁通密度的电机磁芯。除如上所述使用树脂的方法之外，提出用含必需元素P、Mg、B和Fe的玻璃状绝缘材料被覆软磁粉末表面以因此增加这种被覆粉末的绝缘性能的方法(例如参见专利文献5)。然而，当根据该方法获得的软磁粉末在等于或者大于588MPa的高压下成型时，玻璃状绝缘材料破裂，这种成型制品的绝缘性能因此而显著降低。因此该方法表明增加成型制品的密度未必引起其磁通密度的增加。为增加金属粉末的绝缘性能而不降低其磁通密度，另一种方法包括用酸处理金属粉末表面。例如，P.Lefebver等人报道，当用硫酸对金属粉末进行表面处理以增加其表面粗糙度时，这样处理的金属粉末的绝缘性能增加(例如参见非专利文献1)。另外公开了使用磷酸被覆铁粉表面得到具有增加的绝缘性能的压粉磁芯技术(例如参见专利文献3和专利文献4)。如上所述的使用硫酸或者磷酸的方法可有效防止压缩成型制品的任何的密度减少，因为没有向制品中添加树脂。然而，在这种方法中，因为酸用于表面处理，出现的问题是酸残余在金属上且未与金属反应的酸逐渐腐蚀金属。因此，由这种方法形成的压粉磁芯的磁特性和绝缘性能随时间而恶化。另外，出现的另一个问题是由金属形成的压粉磁芯的绝缘性能不充分。JP-A 2-153003(权利要求书)，[专利文献2]JP-A 59-50138(权利要求书)，[非专利文献1]P.Lefebver等人；Powder Met，1999年，42卷，325-330页，[专利文献3]JP-A 7-245209(权利要求书)，[专利文献4]JP-T 2000-504785(权利要求书)(本文使用的术语“JP-T”是指公开的PCT专利申请的日文译本)，[专利文献5]JP-A 6-260319(权利要求书)专利技术概述本专利技术的一个优点是它解决了上述问题，其目的之一是提供具有良好绝缘性能和高磁通密度的优点并可用于电机磁芯的压粉磁芯用金属粉末。本专利技术的另一个目的是提供由所述金属粉末形成的压粉磁芯。为了达到上述目的，仔细研究了金属及金属粉末的表面处理。结果发现，当用含铝磷酸盐或者磷酸化合物对金属粉末进行表面处理时，在这样处理的金属粉末表面上发生化学反应，形成粘着性提高的绝缘层。这种绝缘层具有冲击强度提高、耐压性和耐腐蚀性提高的优点。另外，进一步发现，即使当粉末在等于或者大于686 MPa的高压下成型时，绝缘层不发生破裂，保持其良好的绝缘性能。基于这些发现，完成了本专利技术。本专利技术的一些特征如下(1)一种金属粉末，该金属粉末包括铁磁性金属粉末；用于被覆铁磁性金属粉末表面的被覆材料；和在铁磁性金属粉末表面上被覆有该被覆材料的被覆金属粉末；其中被覆材料是含铝的磷酸化合物。(2)如(1)所述的金属粉末，其中铁磁性金属粉末包括选自铁粉、Fe-Si合金粉末、Fe-Al合金粉末、Fe-Ni合金粉末、铝硅铁粉和铁基非晶态合金粉末的至少一种粉末。(3)如(1)所述的金属粉末，其中被覆材料中含铝的磷酸化合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属粉末，该金属粉末包括铁磁性金属粉末；用于被覆该铁磁性金属粉末表面的被覆材料；和在该铁磁性金属粉末表面上被覆有被覆材料的被覆金属粉末；其中被覆材料是含铝的磷酸化合物。2.权利要求1所述的金属粉末，其中铁磁性金属粉末包含选自铁粉、Fe-Si合金粉末、Fe-Al合金粉末、Fe-Ni合金粉末、铝硅铁粉和铁基非晶态合金粉末的至少一种粉末。3.权利要求1所述的金属粉末，其中被覆材料中含铝的磷酸化合物满足下式1≤P/M≤10，其中P(mol)表示被覆材料的磷含量，M(mol)表示被覆材料中的总金属含量。4.权利要求3所示的金属粉末，其中被覆材料中含铝的磷酸化合物满足下式2≤P/M≤3，其中P(mol)表示被覆材料的磷含量，M(mol)表示被覆材料中的总金属含量。5.权利要求1所述的金属粉末，其中磷酸化合物的摩尔数在0.3≤α≤1范围内，其中被覆材料中所有金属的摩尔数是M，被覆材料中铝元素的摩尔数是αM(0≤α≤1)，被覆材料中除了该铝元素之外的金属成分的摩尔数是(1-α)M。6.权利要求1所述的金属粉末，其中被覆材料中的磷酸化合物是选自偏磷酸、焦磷酸、正磷酸、三磷酸、四磷酸、磷酸单酯、一甲基磷酸、一辛基磷酸、一苯基磷酸及其相应的盐的至少一种化合物。7.权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：植田正辉，中村尚道，前谷敏夫，上之园聪，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：