压粉磁芯用粉末及其制造方法技术

本发明专利技术提供在粒径为Ｄ的软磁性金属粉末的表层小于０．１５Ｄ的范围具有含硅层的压粉磁芯用粉末及其制造方法。所述制造方法通过对含有碳元素的软磁性金属粉末（１）的表面进行渗硅处理来制造具有含硅层（２）的压粉磁芯用粉末（１０），其中，在该渗硅处理中，使至少含有硅化合物的渗硅用粉末与软磁性金属粉末（１）的表面接触，对该渗硅用粉末进行加热处理，从而使硅元素从硅化合物脱离，并使该脱离的硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末的表层；在硅元素脱离的反应生成速度比硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末的表层的扩散速度快的脱离扩散氛围下进行渗硅处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含软磁性金属粉末的。
技术介绍
通过将包含软磁性金属粉末的压粉磁芯用粉末加压成型而得到的压粉磁芯，例如 应用于车辆的驱动用发动机的定子铁芯、转子铁芯、构成电力转换电路的电抗器铁芯等，与 将电磁钢板层叠而成的芯材相比，具有下述诸多优点具有高频铁损少的磁特性、能够随机 且廉价地应对形状变化、材料费便宜等。关于上述的压粉磁芯，为了提高其电阻率以减少铁损耗、特别是涡流损耗，有采用 包含硅、铝等与铁的铁合金作为软磁性金属粉末，在其表层形成二氧化硅(SiO2)等的绝缘 被膜而生成磁性粉末，将该磁性粉末加压成型从而制造压粉磁芯的方法。但是，使用硅、铝 等均勻分散在铁粉中的铁合金生成磁性粉末时，其硬度变高，存在将其加压成型而得到的 压粉磁芯的高密度化反而受到阻碍的问题。压粉磁芯的密度不能升高会导致压粉磁芯的高 磁通密度化无法实现。因此，以往难以以高密度及高电阻率制造高磁通密度的压粉磁芯。由 此，迫切要求在软磁性金属粉末的表层的尽可能薄的范围内渗透用于提高电阻率的硅元素 等、在粉末内部不存在硅元素等或者硅元素等极少的压粉磁芯用粉末的生成方法。例如，专利文献1中，公开了通过将预先进行高温处理并粉碎的铁粉与硅粉末及 硅铁混合、并在氢氛围中再次进行高温处理来制造表层硅浓度高的硅层被膜铁粉的方法。专利文献1 日本特开2007-126696号公报
技术实现思路
根据专利文献1所公开的制造方法，可以制造表层中硅浓度高的硅层被膜铁粉， 但是根据本专利技术人等的验证，如图7a所示，设包含铁粉b的压粉磁芯用粉末a的粒径为D 时，确定所形成的硅层c超过0. 2D。另外，该硅层中的硅浓度分布如图7b所示，呈现自粉末 表层缓慢减少的梯度曲线，朝向内部硅浓度降低。根据本专利技术人等的见解，可以确定在该硅 层超过0. 2D的更严酷的条件下、在0. 15D以上时，铁粉变得十分硬，因此难以充分实现压粉 磁芯的高密度化。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，涉及在软磁性金属粉末的表层含有含硅层的压 粉磁芯用粉末，其目的在于提供将软磁性金属粉末的粒径设为D时其含硅层可以调整为小 于0. 15D的压粉磁芯用粉末的制造方法以及通过该制造方法制造的压粉磁芯用粉末。为了实现上述目的，本专利技术的压粉磁芯用粉末的制造方法通过对含有碳元素的软 磁性金属粉末的表面进行渗硅处理来制造压粉磁芯用粉末，其特征在于，在所述渗硅处理 中，使至少含有硅化合物的渗硅用粉末与软磁性金属粉末的表面接触，对该渗硅用粉末进 行加热处理，从而使硅元素从所述硅化合物脱离，并使该脱离的硅元素渗透扩散到所述软 磁性金属粉末的表层，在硅元素脱离的反应生成速度比硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末 的表层的扩散速度快的脱离扩散氛围下进行渗硅处理。压粉磁芯用粉末例如由含有微量碳元素的铁系粉末等软磁性金属粉末生成，作为 本专利技术的制造方法中使用的软磁性金属粉末，除了铁-碳系合金以外，含有微量碳元素的 纯铁也可以作为其对象。通过使至少含有硅化合物的渗硅用粉末与该软磁性金属粉末接触并进行加热处 理，生成在软磁性金属粉末表面形成浓度较高的含硅层，另一方面在软磁性金属粉末内部 没有硅浸渗、或者即使有浸渗其量也极微量的压粉磁芯用粉末。在此，所谓至少含有硅化合 物的渗硅用粉末，除二氧化硅(氧化硅)以外，可以列举二氧化硅粉末与碳化硅粉末的混合 粉末等。本专利技术人等发现，通过并非如前述现有技术中所述那样仅对硅粉末进行加热处 理、而是将硅化合物的粉末在软磁性金属粉末表面上进行加热处理的方法，使硅从硅化合 物中脱离，脱离的硅渗透扩散到软磁性金属粉末的表层，由此在软磁性金属粉末表层的狭 窄(薄)的范围形成浓度较高的含硅层。更具体而言，通过将渗硅用粉末加热，使作为软磁 性金属粉末中所含成分的碳元素与渗硅用粉末进行氧化还原反应，从而使生成的硅元素渗 透扩散到软磁性金属粉末表面中，换言之，是使硅元素与软磁性金属粉末表面的碳元素进 行置换。本专利技术人等还发现，在软磁性金属粉末表层的预定厚度形成上述含硅层、例如设 软磁性金属粉末的粒径为D的情况下，在表层的小于0. 15D的范围形成含硅层时，可以在硅 元素脱离的反应生成速度比硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末的表层的扩散速度快的脱 离扩散氛围下进行渗硅处理。另外，反应生成速度比扩散速度快的结果意味着反应生成量 比扩散量多。因此，该脱离扩散氛围也可以说是硅元素脱离的反应生成量比硅元素渗透扩 散到软磁性金属粉末的表层的扩散量多的氛围。作为形成上述条件的脱离扩散氛围的要素，可以列举软磁性金属粉末中的碳含 量的调整(使碳含量增多)、渗硅用粉末中的硅含量(或硅化合物量)的调整(使硅含量等 增多)、加热处理温度的调整、硅化合物粉末的微细化(例如，ι μ m以下的粉末粒径)、伴随 该粉末的微细化的碳元素与硅化合物的接触数的增加、以及加热处理容器内的真空度的调 整(提高真空度)、通过渗硅处理所生成的二氧化碳等的排气调整(快速进行排气)等。在此，作为所述脱离扩散氛围的形成方法的一个实施方式，可以列举如下氛围软 磁性金属粉末包含铁系粉末，该软磁性金属粉末中的所述碳元素含量被调整为0. 1 1. 0 重量％的范围，且硅化合物中的所述硅元素含量被调整为至少碳元素含量以上的重量％， 所述加热处理温度被调整为900 1050°C的范围。首先，就加热处理温度而言，如果低于90(TC，则不能充分实施渗硅处理并且压粉 磁芯用粉末的制造效率下降；如果超过1050°C，则不能形成反应生成速度比扩散速度快的 环境，因此规定为该加热处理温度范围。另外，就软磁性金属粉末中的碳元素含量而言，如果低于0. 1重量％，则由硅元 素置换的碳量不充分，难以在软磁性金属粉末表层形成高电阻率的区域；如果超过1.0重 量％，则软磁性金属粉末自身的磁通密度降低，因此规定为该碳元素含量范围。另外，通过将硅化合物中的所述硅元素含量调整为至少碳元素含量以上的重 量％，可以确保置换为碳的硅量。另外，本专利技术的压粉磁芯用粉末通过上述制造方法制造，其中，所述压粉磁芯用粉末包含在其表面具有至少含有硅元素的含硅层的软磁性金属粉末，设软磁性金属粉末的平 均粒径为D时，在距离软磁性金属粉末的表面小于0. 15D的范围形成有所述含硅层，并且含 有1 12重量％范围的硅元素，该含硅层中，具有所述表面的硅浓度最高、朝向软磁性金属 粉末内部硅浓度降低的浓度变化趋势。根据本专利技术人等的验证，证实了通过前述的本专利技术的制造方法生成的压粉磁芯用 粉末可以在粒径为D的软磁性金属粉末距表层小于0. 15D的极薄的范围形成含硅层；该含 硅层内含有1 12重量％的硅元素；以及该含硅层是具有从软磁性金属粉末的表层向其内 部硅浓度逐渐降低的浓度变化趋势的层。在此，对于上述数值范围，更优选在距离软磁性金 属粉末的表层小于0. ID的范围形成含硅层、且该含硅层内含有1 10重量％的硅元素。另 外，就该浓度变化趋势而言，其变化曲线与图7b所示的现有例不同，呈现自表层浓度急剧 下降的陡梯度曲线，由于该浓度变化趋势，可以在表层的小于0. 15D的窄范围形成含硅层。在此，表层的硅浓度小于1重量％时不能充分期待减小涡流损耗的效果，而超过 10重量％的硅浓度、更具体而言12重量％以上的硅浓度是难以形成的，由此，含硅层中的 上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压粉磁芯用粉末的制造方法，通过对含有碳元素的软磁性金属粉末的表面进行渗硅处理来制造压粉磁芯用粉末，其特征在于，　　在所述渗硅处理中，使至少含有硅化合物的渗硅用粉末与软磁性金属粉末的表面接触，对该渗硅用粉末进行加热处理，从而使硅元素从所述硅化合物脱离，并使该脱离的硅元素渗透扩散到所述软磁性金属粉末的表层，　　在硅元素脱离的反应生成速度比硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末的表层的扩散速度快的脱离扩散氛围下进行渗硅处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大石雄介，保科荣介，山口登士也，川岛一浩，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，株式会社精密烧结合金，
类型：发明
国别省市：JP[日本]