压粉磁芯用金属粉末及压粉磁芯的制造方法技术

通过将直径为１０～５００μｍ、纯度为９９质量％以上的纯铁粉加热到６００℃～１４００℃的温度范围内，在该温度范围内通过气相反应使Ｓｉ浓度在从该纯铁粉的表面直至５μｍ深度范围浓化，使该深度范围的平均Ｓｉ浓度为０．０５质量％～２质量％，得到不导致压缩性的变差地提高绝缘材料与粒子之间的粘合、提高电绝缘性的压粉磁芯用金属粉末。得到的压粉磁芯维持高的饱和磁通密度且铁损耗低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及作为电动机或变压器的磁芯的原材料合适的压粉磁芯(dust core)用金属粉末(metal powder)的制造方法。此外，本专利技术涉及使 用该金属粉末的压粉磁芯的制造方法。
技术介绍
作为电动机或变压器的磁芯材料，使用在小的磁场下易磁化的所谓 的软磁性材料。对于该软磁性材料，除了要求高的居里温度之外，还要 求矫顽力小、磁导率高、饱和磁通密度大、低损耗(lowcoreloss)等很多特性。满足这些要求的软磁性材料大致分为金属软磁性材料和氧化物软 磁性材料，根据频率、电功率分别使用。以MnZn铁氧体为代表的氧化物软磁性材料由于电阻高，具有即使 在超过100kHz的高频区域损耗也小的优点，而另一方面存在饱和磁通 密度小的缺点。另一方面，金属软磁性材料由于电阻低，使用频率限于低频区域。 但是，由于饱和磁通密度高，具有可以进行大的能量的转换或传递的优 点。例如，作为金属软磁性材料的代表例的电磁钢板被用作商用电源频 率(commercial power frequency)的大电功率用变压器或电动机的》兹芯。金属软磁性材料的使用限于低频区域是由于，随着频率升高，在磁 性体内部产生涡电流，其成为损耗而导致能量效率降低。为了抑制该涡 电流损耗(eddy-current loss),采用层压几层表面进行了绝缘^皮覆 (insulation coating)的电；兹钢^L作为》兹芯的方法。特别是用于在更高的频 率下驱动的变压器或电动机的磁芯时，通过减薄电磁钢板的板厚来抑制 涡电流的产生。然而，通过减薄板厚，虽然层压板间的电阻得到改善，但是由于板 面内的高电阻化有限，难以抑制高于10kHz的频率下的涡电流损耗。作为对上述问题的应对方案，提出了使用压粉磁芯的技术方案。压 粉磁芯指的是向含有纯铁或软磁性合金的磁性粉末(magnetic powder)中根据需要适当添加树脂等粘合剂，将得到的粉末填充到模具中进行加压成型(compaction),由此成型为所需形状的磁芯。其中，通过对磁性4分 末粒子的表面实施绝缘处理，与电磁钢板材料不同，可以形成三维的绝 缘，电阻得到提高，因此在更高频区域中也可以抑制涡电流损耗。但是，加压成型后的成型密度(green density)低时，饱和磁通密度低、 此外机械强度也低，因此与电磁钢板相比则变得不利。因此，将压粉f兹 芯作为电动机或变压器的芯时，如何提高压缩性、提高成型体的密度是 重要的。但是，若欲提高成型负荷来得到高的成型密度，则因塑性变形 所导致的变形增大。若使磁性体塑性变形，则作为涡电流损耗以外的损 耗的主要原因的磁滞损耗(hysteresis loss)增大，结果导致损耗的增大。作为该问题的解决对策，考虑为了消除应力而将成型体加热至600 。C以上的温度，通过该热处理可以减小塑性变形。热处理的温度越高则 变形越小，可以减小磁滞损耗。但是，相反地若热处理温度高，则被覆 在粒子表面上的绝缘材料分解或形成结晶而粒子间的电阻降低，导致涡 电流损耗的增大。而且，若绝缘材料与粒子的粘合性差，则有时成型时绝缘被膜剥离， 该阶段下产生电阻的降低。因此，被覆在粒子表面上的绝缘材料要求与粒子的粘合性良好、且 耐热性高的绝缘材料。作为满足这种要求的绝缘材料，提出了硅氧烷树 脂、磷酸盐等。此外，日本特开2003-142310号公报(专利文献l)中报告了，若在软 磁性金属粉末的至少表面附近存在某种程度以上的量的Si(具体地说， 从表面直至0.2|Lim的平均Si浓度至少为0.5wt%)，则绝缘处理效果提 高，从而得到具有高的电阻的压粉磁芯。而且，专利文献1中，作为制 造在表面附近存在高浓度的Si的软磁性金属粉末的方法，提出了对含有 Si的合金组成的熔液例如进行水喷雾(water atomizing)。然而迄今已知通过气相反应法(gas-phase reaction method)对Si含量 少的钢板进行渗硅，制造高硅钢板的方法。作为该方法，例如存在使压 延容易的Si含量小于4质量％的钢板在1000- 1200。C左右的温度下与 SiCU反应，通过SiCl4+5Fe —Fe3Si+2FeCl2的反应在钢板表面上形成 Fe3Si，进而在板厚方向上扩散Si，由此得到^F兹特性和^兹致伸缩特性 (magnetostriction properties)优异的高Si浓度的钢板的方法等。此外，使用这种气相反应，日本特开平11-87123号公报(专利文献 2)中提出了制造对于超过10kHz的高频、初磁导率的降低少的电源用变 压器磁芯中使用的软磁性粉末。该软磁性粉末为从粉末的表面到其粒径 的十分之一的厚度的表层部分的Si浓度比从粉末的中心向着表面的粒 径的十分之一范围的中心部分的Si浓度相比，具有高的Si浓度分布的 Fe基合金粉末，通过形成这种浓度分布，在表层部分提高电阻和磁导率 高，在中心部Si浓度低而饱和磁通密度高，从而可以提高磁导率。其中， 上述表层部分的优选的Si浓度为2 ~ 25wt%。而且，专利文献2中，作 为赋予粉末的表层部分的Si浓度比中心部分的Si浓度高的Si浓度梯度 的方法，提出了在600 ~ 900°C下对纯铁粉(pure iron powder)在含有SiCl4 的混合气体中进行渗硅处理的方案。而且，作为本专利技术在日本国内申请时未公开的技术，有专利技术人提出的金属粉末表面的Si浓度的控制技术(日本特愿2006-52490号和曰本 特愿2006-52509号下述)。
技术实现思路
如上述专利文献1所述，在合金熔液中含有Si时，经常发现在表面 附近存在高浓度的Si的情况，精密控制其分布是极其困难的。方法，更精密地控制表面附近的Si浓度。已知如Fe-Si合金或铁硅铝磁合金(Fe-Si-Al合金)(sendust alloy)等在 合金组成上含有大量的Si时，合金本身变硬。同样地已知Si含量为6.5 质量％的电磁钢板(electrical steel sheet)的》兹特性(magnetic properties)优 异，但是由于钢板硬而难以压延。因此，作为制造高硅的电磁钢板的方 法，采用将低Si浓度的钢板压延后通过气相反应实施渗硅处理的方法。该电磁钢板使用的气相反应法例如适用于含有2质量％的Si的金属 粉末时，粉末由于与钢板相比比表面积大、反应性高，因此Si在较短的 时间内浸渗、扩散到粉末内部。但是由于含有高浓度的Si的粉末的压缩性差，使用该粉末难以得到 高密度的压粉体。此外，为了提高压粉体的密度，必需高的成型压力， 结果变形显著。但是认为通过提高表面层的Si浓度、降低中心部的Si浓度，可以 稍微改善粉末的压缩性。因此，专利技术人发现，通过气相反应法在粒子表面上蒸镀(vapor deposition)Si时，选择蒸镀在粒子表面上的Si扩散到铁粉内部的扩散速 度慢的温度范围，或选择具有扩散速度慢的组织的铁粉，由此可以在反 应时间内控制深度方向的Si浓度，在表面上形成高Si浓度层(Si浓化 层)(以上述日本特愿2006-524卯号和日本特愿2006-52509号在日本申 请)。但是，通过上述专利技术实施处理时，根据条件，有时高Si浓度层过厚、 得不到高的成型体密度，或为了得到高的成型密度而必须在更高的压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
压粉磁芯用金属粉末的制造方法，其特征在于，将直径为１０～５００μｍ、纯度为９９质量％以上的纯铁粉加热到６００℃～１４００℃的温度范围，　在该温度范围中通过气相反应形成从该纯铁粉的表面起厚度为５μｍ以下的Ｓｉ浓化层，并且　使从表面 起到５μｍ的深度范围中的平均Ｓｉ浓度为０．０５质量％～２质量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-5-31 145883/20071.压粉磁芯用金属粉末的制造方法，其特征在于，将直径为10～500μm、纯度为99质量％以上的纯铁粉加热到600℃～1400℃的温度范围，在该温度范围中通过气相反应形成从该纯铁粉的表面起厚度为5μm以下的Si浓化层，并且使从表面起到5μm的深度范围中的平均Si浓度为0.05质量％～2质量％。2. 如权利要求1所述的压粉磁芯用金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田明，平谷多津彦，前谷敏夫，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]