铁磁粉末复合物及其制造方法技术

本发明专利技术涉及铁磁粉末复合物，包括具有3.2-3.7g/ml的表观密度的软磁铁基芯颗粒，其中芯颗粒的表面具有磷基无机绝缘层和位于第一磷基无机绝缘层外部的至少一个金属有机层。本发明专利技术还涉及用于制造该复合物的方法和从该复合物制备软磁复合物部件的制造方法以及获得的部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铁磁粉末复合物及其制造方法
本专利技术涉及包括电绝缘铁基粉末的粉末复合物(composition)及其制造方法。本专利技术还涉及从该复合物制备软磁复合物部件的制造方法以及获得的部件。
技术介绍
软磁材料应用于如电感器的芯材料、电机的定子和转子、制动器、传感器和变压器芯。通常，如电机中的转子和定子的软磁芯由层叠钢叠层组成。软磁复合物(SMC)材料基于软磁颗粒，通常是在每个颗粒上都有电绝缘涂层的一般基于铁的颗粒。通过常规粉末冶金(PM)压制工艺，任选结合润滑剂和/或接合剂，压紧绝缘的颗粒获得SMC部件。当SMC材料可以承载三维磁通量并且当通过压制工艺可以获得三维形状时，使用粉末冶金技术有可能使制造的材料比使用钢片具有更高的SMC部件的设计自由度。铁芯部件的两个关键特性是其磁导率和芯损耗特性。材料的磁导率表示其被磁化的能力或承载磁通量的能力。磁导率定义为感应磁通量与磁化力或场强度的比率。当磁性材料处于变化场中时，会发生源于磁滞损耗和涡流损耗的能量损耗。在多数马达应用中构成总芯损耗的主要损耗的磁滞损耗(DC-损耗)由克服铁芯部件中的剩余磁力(retainedmagneticforces)所必须的能量支出引起。可以通过提高基础粉末纯度和质量最小化该力，但最重要的是通过提高部件的热处理(即，应力释放)温度和/或时间。涡流损耗(AC-损耗)由铁芯部件中源于交变电流(AC)条件引起的磁通的变化产生的电流引起。为了最小化涡流，期望部件具有高电阻率。最小化AC损耗所要求的电阻率水平依赖于应用的类型(操作频率)和部件尺寸。磁滞损耗与交变电场的频率成比例，然而涡流损耗与该频率的平方成比例。因此，在高频下，涡流损耗更严重，更需要减少涡流损耗并且仍旧保持低水平的磁滞损耗。当如果单独粉末颗粒的电绝缘是足够因而产生的涡流被限制在更小的体积中(颗粒内涡流)时，对于使用绝缘的软磁粉末的在高频下操作的应用，期望使用具有更细小颗粒尺寸的粉末。因此对于在高频下工作的部件，细粉末和高电阻率变得更重要。与颗粒的绝缘工作多好无关，在部件的体内总有部分未受限制的涡流引起损耗。体涡流损耗与承载磁通量的压制部分的横截面积成比例。因此，具有大的承载磁通量的横截面积的部件将要求更高的电阻率以限制体涡流损耗。具有100-400μm的平均颗粒尺寸，例如在约180μm和250微米之间，并且小于10％的颗粒具有小于45μm的颗粒尺寸的绝缘铁基软磁粉末(40目粉末)通常用于在高达1KHz的频率下工作的部件。具有50-150μm的平均颗粒尺寸，例如在约80μm和120微米之间，并且10-30％的颗粒小于45μm的粉末(100目粉末)可以用于从200Hz到10KHz的频率下工作的部件。而在从2KHz到50KHz的频率下工作的部件通常基于具有约20-75μm的平均颗粒尺寸，例如在约30μm和50微米之间，并且大于50％的颗粒小于45μm的绝缘软磁粉末(200目粉末)。优选根据应用的要求优化平均颗粒尺寸和颗粒尺寸分布。因此重量平均颗粒尺寸的实例为10-450μm、20-400μm、20-350μm、30-350μm、30-300μm、20-80μm、30-50μm、50-150μm、80-120μm、100-400μm、150-350μm、180-250μm、120-200μm。使用涂敷的铁基粉末的磁芯部件的粉末冶金制造的研究已经被导向开发增强特定物理和磁特性而不对最终部件的其它性能产生不利影响的铁粉末复合物。期望的部件特性包括例如在宽频范围内的高磁导率、低铁芯损耗、高饱和磁感应强度和高机械强度。期望的粉末特性还包括适合压缩模制技术，这意味着粉末可以容易地模制为高密度部件，其可以容易地从模制装置中排出而不破坏部件的表面。下面列出已发表专利的实例。Lashmore的US6309748描述了具有直径尺寸从约40到约600微米并且在每个颗粒上涂敷无机氧化物的铁磁粉末。Jansson的US6348265教导了用薄含磷和氧涂层涂敷的铁粉末，涂敷的粉末适合压制为可以热处理的软磁铁芯。Soileau的US4601765教导了利用首先用碱金属硅酸盐膜涂敷然后用硅树脂聚合物再次涂敷的铁粉末的压制的铁芯。Moro的US6149704描述了具有酚树脂和/或硅氧烷树脂以及可选的氧化钛或氧化锆的溶胶涂层的电绝缘铁磁粉末。Moro的US7235208提出由具有其中分散铁磁粉的绝缘接合剂的铁磁粉末构成的压粉铁芯，其中绝缘接合剂包括三官能烷基苯基硅氧烷树脂(trifunctionalalkyl-phenylsiliconeresin)以及可选地无机氧化物、碳化物或氮化物。软磁领域中的其它的文献是Yuuichi的日本专利申请JP2005-322489，具有公开号JP2007-129154；Maeda的日本专利申请JP2005-274124，具有公开号JP2007-088156；Masaki的日本专利申请JP2004-203969，具有公开号JP2006-0244869；Ueda的日本专利申请JP2005-051149，具有公开号JP2006-233295；以及Watanabe的日本专利申请JP2005-057193，具有公开号JP2006-245183。本专利技术的目标本专利技术的一个目标是提供铁基粉末复合物，包括电绝缘铁基粉末，该粉末将被压制成具有高电阻率和低芯损耗的软磁部件。本专利技术的一个目标是提供铁基粉末复合物，包括电绝缘铁基粉末，该粉末将被压制成具有高强度的软磁部件，该部件可以在不劣化铁基粉末的电绝缘涂层的最佳热处理温度下热处理。本专利技术的一个目标是提供铁基粉末复合物，包括电绝缘铁基粉末，该粉末将被压制成具有高强度、高最大磁导率和高磁感同时最小化磁滞损耗并保持涡流损耗在低水平的软磁部件。本专利技术的一个目标是提供一种用于制造压制并热处理的软磁部件方法，该部件具有高强度、高最大磁导率、高磁感和通过最小化磁滞损耗同时保持涡流损耗在低水平获得。本专利技术的一个目标是提供一种用于制造铁基粉末复合物方法，不需要任何有毒或对环境不友好的溶剂或干燥步骤。一个目标是提供一种方法，用于制造具有低芯损耗以及足够的机械强度和可接受的磁通密度(感应强度)以及最大磁导率的压制的并且可选的经热处理的软磁铁基复合物部件。
技术实现思路
为了实现至少一个上述目标和/或将在随后的描述中出现的未提及的目标，本专利技术涉及包括具有3.2-3.7g/ml的表观密度的软磁铁基芯颗粒的铁磁粉末复合物，其中芯颗粒的表面具有磷基无机绝缘层。可选地，在另一个实施例中，至少一个金属有机层位于第一磷基无机绝缘层外部，金属有机化合物具有如下通式：R1[(R1)x(R2)y(MOn-1)]nR1其中M是选自Si、Ti、Al或Zr的中心原子；O是氧；R1是选自具有少于4个，优选少于3个的碳原子的烷氧基的可水解(hydrolysable)基团；R2是有机部分并且其中至少一个R2包括至少一个氨基；其中n是重复单元的数目，是在1和20之间的整数；其中x是0和1之间的整数；其中y是1和2之间的整数；根据本专利技术的一个优选实施例涉及包括具有3.2-3.7g/ml的表观密度的软磁铁基芯颗粒的铁磁粉末复合物，其中芯颗粒的表面具有磷基无机绝缘层，并且至少一个金属有机层位于第一磷基无机绝缘层外部，该至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.18 SE 0901200-6;2009.09.18 US 61/243,7151.一种铁磁粉末复合物，包括具有3.2-3.7g/ml的表观密度的软磁铁基芯颗粒，其中所述芯颗粒的表面具有第一磷基无机绝缘层和位于所述第一磷基无机绝缘层外部的至少一个金属有机层，所述至少一个金属有机层的金属有机化合物为：选自三烷氧基和二烷氧基硅烷、钛酸酯、铝酸酯或锆酸酯的单体；或选自硅烷、钛酸酯、铝酸酯或锆酸酯的烷氧基封端的烷基/烷氧基低聚物的低聚物；或选自烷氧基封端的氨基-倍半硅氧烷、氨基-硅氧烷、低聚3-氨丙基-烷氧基-硅烷、3-氨丙基/丙基-烷氧基-硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基-烷氧基-硅烷、或N-氨乙基-3-氨丙基/甲基-烷氧基-硅烷或其混合物的低聚物。2.根据权利要求1的复合物，其中所述芯颗粒具有3.3-3.6g/ml的表观密度。3.根据权利要求1的复合物，其中所述芯颗粒具有3.35-3.6g/ml的表观密度。4.根据权利要求1的复合物，其中所述芯颗粒具有3.4-3.6g/ml的表观密度。5.根据权利要求1的复合物，其中所述芯颗粒具有3.35-3.55g/ml的表观密度。6.根据权利要求1的复合物，其中所述芯颗粒具有3.4-3.55g/ml的表观密度。7.根据权利要求1-6中任一项的复合物，其中具有小于3.5的莫氏硬度的金属或半金属颗粒化合物被粘附到所述至少一个金属有机层上。8.根据权利要求1-6中任一项的复合物，其中所述粉末复合物还包括颗粒润滑剂。9.根据权利要求7的复合物，其中所述金属或半金属颗粒化合物是铋。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·斯卡尔曼，叶舟，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：