软磁性铁基粉末及其制备方法、以及软磁性组件技术

在本说明书中公开了适用于各种工业领域例如电机芯的软磁性铁基粉末及其制备方法、以及软磁性组件。根据所公开的软磁性铁基粉末的一个实施方案，所述粉末以重量％计包含大于2％的Si、大于0.02％的Al、大于0.05％的Mn、大于0％且小于0.1％的O，以及余量的Fe和不可避免的杂质，并且满足[Si]/[Al]>2，其中D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】软磁性铁基粉末及其制备方法、以及软磁性组件


[0001]本公开内容涉及软磁性铁基粉末及其制备方法、以及软磁性组件。

技术介绍

[0002]软磁性材料用于电器的电感器、用于旋转驱动的电机或发电机的定子部件或转子部件、致动器、传感器、变压器芯等中。软磁性材料可以通过堆叠电工钢板来制造。在软磁性材料中，软磁性复合材料(soft magnetic composite，SMC)通过用绝缘材料涂覆软磁性铁基粉末，并在高温下将经涂覆的粉末与润滑剂、粘结剂等一起压实烧结来制造。SMC的有利之处在于，与其中堆叠有电工钢板的二维方法不同，由此可以设计三维电磁场，并且由于高的设计自由度，复杂性可以显著增加。
[0003]然而，虽然SMC与通过堆叠电工钢板制造的材料相比在10kHz或更高的高频范围内具有低的铁损耗和优异的磁特性，但是与通过堆叠电工钢板制造的材料相比，在电机主要被驱动的1000Hz或更低的低频范围内具有高的铁损耗。因此，为了使用SMC作为用于电机等的材料，重要的是降低在1000Hz或更低的频率范围内的铁损耗。
[0004]铁损耗大致分为磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗是指当通过由AC电引起的电磁场的变化使磁性材料磁化时发生的损耗，以及涡流损耗是指当通过由AC电引起的电磁场的变化产生感应电流时发生的损耗。通常，虽然磁滞损耗在低频下是重要的，但是在高频下涡流损耗占铁损耗的大部分。虽然相对于薄板，SMC由于优异的涡流损耗特性而在10kHz或更高的频率下具有低的铁损耗，但是其使用由于差的磁滞特性而在1000Hz或更低的频率下受到限制。
[0005]假设金属中的晶粒尺寸为Gs，则磁滞损耗与1/(√Gs)成比例，以及涡流损耗与(√Gs)成比例。因此，应适当调节最佳晶粒尺寸范围以降低铁损耗。最佳晶粒尺寸受材料的比电阻影响，并且比电阻越高，铁损耗越小。这与涡电流随着材料的比电阻增加而减小的现象有关。即，电阻越高，铁损耗越低。
[0006]为了增加电阻，已知用绝缘材料涂覆SMC的铁基粉末颗粒的方法。例如，专利文献1、2和3公开了使用无机材料形成绝缘涂层的技术。例如，在专利文献4中公开了用有机材料进行涂覆。例如，在专利文献5、6和7中公开了用无机材料和有机材料二者进行涂覆。基于这些文献，用磷酸铁层和热塑性材料涂覆铁基粉末颗粒。
[0007]然而，这些方法在产品的制造和成本方面是不利的，原因是应将单独的绝缘材料用于涂覆并且应添加粘结剂。特别地，在用单独的绝缘材料进行涂覆的情况下，难以均匀地控制各粉末颗粒的涂层的厚度，并且考虑到粉末与绝缘材料之间的物理/化学反应而难以选择适当的绝缘材料。此外，由于材料中铁的比例因形成在粉末上的绝缘材料的厚度而降低，因此可能存在每单位体积的能量密度降低和饱和磁通量降低的问题。
[0008]在常规的铁基粉末和由其制造的组件中，需要开发在1000Hz或更低的频率范围内具有低铁损耗的软磁性铁基粉末及其制备方法、以及软磁性组件。
[0009]此外，需要开发用于在不使用常规用于涂覆铁基粉末以增加电阻的绝缘材料的情
况下有效增加铁基粉末的电阻的方法。
[0010](专利文献0001)美国专利第6,309,748号
[0011](专利文献0002)美国专利第6,348,265号
[0012](专利文献0003)美国专利第6,562,458号
[0013](专利文献0004)美国专利第5,595,609号
[0014](专利文献0005)美国专利第6,372,348号
[0015](专利文献0006)美国专利第5,063,011号
[0016](专利文献0007)德国专利第3,439,397号

技术实现思路

[0017]技术问题
[0018]为了解决上述问题，提供了在1000Hz或更低的频率范围内具有低铁损耗的软磁性铁基粉末及其制备方法、以及软磁性组件。
[0019]技术方案
[0020]为了实现上述目的，根据本公开内容的一个方面，软磁性铁基粉末以重量百分比(重量％)计包含大于2％的Si、大于0.02％的Al、大于0.05％的Mn、大于0％且小于0.1％的O，以及余量的Fe和不可避免的杂质，包括包含Si、Al、Mn和O并且形成在其外表面上的绝缘层，并且满足[Si]/[Al]>2，其中[Si]和[Al]表示相应元素的重量％。
[0021]此外，在根据本公开内容的各软磁性铁基粉末中，D
10
与D
90
之间的[Si]+[Al]+[Mn]的差异可以小于10重量％，其中[Si]、[Al]和[Mn]表示相应元素的重量％。
[0022]此外，在根据本公开内容的各软磁性铁基粉末中，平均颗粒尺寸可以为150μm至400μm。
[0023]在根据本公开内容的各软磁性铁基粉末中，D
95
可以小于500μm，以及D
50
可以为150μm至300μm。
[0024]为了实现上述目的，根据本公开内容的另一个方面，用于制备软磁性铁基粉末的方法包括通过在10分钟内将钢水从1500℃冷却至1000℃使钢水凝固，所述钢水以重量百分比(重量％)计包含大于2％的Si、大于0.02％的Al、大于0.05％的Mn、大于0％且小于0.1％的O，以及余量的Fe和不可避免的杂质；在100分钟内将钢从1000℃冷却至900℃；通过加热使钢液化；以及使钢液雾化以形成粉末，其中在凝固操作中，钢水的表面积与体积的比率为4cm
‑1或更小。
[0025]为了实现上述目的，根据本公开内容的另一个方面，软磁性组件包括：软磁性铁基粉末，所述软磁性铁基粉末以重量百分比(重量％)计包含大于2％的Si、大于0.02％的Al、大于0.05％的Mn、大于0％且小于0.1％的O，以及余量的Fe和不可避免的杂质，并且满足[Si]/[Al]>2；以及绝缘层，所述绝缘层包含Si、Al、Mn、O并且形成在软磁性铁基粉末的颗粒之间的界面中，其中在1T下在1000Hz下的铁损耗为至多140W/kg。
[0026]此外，在根据本公开内容的各软磁性组件中，绝缘层的厚度可以为10nm至50nm。
[0027]此外，在根据本公开内容的各软磁性组件中，G
10
与G
90
之间的[Si]+[Al]+[Mn]的差异可以小于10重量％，其中[Si]、[Al]和[Mn]表示相应元素的重量％。
[0028]此外，在根据本公开内容的各软磁性组件中，长轴与短轴的比率为1至2的软磁性
铁基粉末的面积比率可以为至少50％。
[0029]此外，在根据本公开内容的各软磁性组件中，软磁性铁基粉末的平均颗粒尺寸可以为150μm至500μm。
[0030]此外，在根据本公开内容的各软磁性组件中，G
95
可以小于500μm，以及G
50
可以为150μm至300μm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种软磁性铁基粉末，以重量百分比(重量％)计包含大于2％的Si、大于0.02％的Al、大于0.05％的Mn、大于0％且小于0.1％的O，以及余量的Fe和不可避免的杂质，所述铁基粉末包括包含Si、Al、Mn和O并且形成在其外表面上的绝缘层，并且满足[Si]/[Al]>2，其中[Si]和[Al]表示相应元素的重量％。2.根据权利要求1所述的软磁性铁基粉末，其中D
10
与D
90
之间的[Si]+[Al]+[Mn]的差异小于10重量％，其中[Si]、[Al]和[Mn]表示相应元素的重量％。3.根据权利要求1所述的软磁性铁基粉末，其中平均颗粒尺寸为150μm至400μm。4.根据权利要求1所述的软磁性铁基粉末，其中D
95
小于500μm，以及D
50
为150μm至300μm。5.一种用于制备软磁性铁基粉末的方法，所述方法包括：通过在10分钟内将钢水从1500℃冷却至1000℃使所述钢水凝固，所述钢水以重量百分比(重量％)计包含大于2％的Si、大于0.02％的Al、大于0.05％的Mn、大于0％且小于0.1％的O，以及余量的Fe和不可避免的杂质；在100分钟内将钢从1000℃冷却至900℃；通过加热使所述钢液化；以及使钢液雾化以形成粉末，其中在凝固操作中，所述钢水的表面积与体积的比率为4cm
‑1或更小。6.一种软磁性组件，包括：软磁性铁基粉末，所述软磁性铁基粉末以重量百分比(重量％)...

【专利技术属性】
技术研发人员：金亨晋，李世日，郑济淑，
申请(专利权)人：浦项股份有限公司，
类型：发明
国别省市：