CN108292549A - 软磁合金 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施例的软磁合金具有以下化学式的成分：[化学式]Febal.SiaAlbXcCrd其中，X包含钴(Co)和/或镍(Ni)，a为0.25‑8wt％，b为0.25‑8wt％，c为0.5‑10wt％，d为3.5‑10wt％。

Description

软磁合金
技术领域
本发明涉及软磁合金，更具体地涉及用作用于电子装置的磁芯材料的软磁合金。
背景技术
在诸如计算机、机器、通信装置等的各种电子装置或包括其的电子部件中，对高性能软磁材料的需求日益增长。
例如，软磁材料包括纯铁、坡莫合金，铁硅铝磁合金、非晶合金、纳米晶合金等。
其中，铁硅铝磁合金是含有9至10wt％(重量％)的硅(Si)和5至6wt％的铝(Al)的Fe-Si-Al基软磁合金，并因此用作用于磁头、电感器和变压器的芯材，因为铁硅铝磁合金具有高磁导率和良好的软磁特性并且价格低廉。
但是，铁硅铝磁合金由于其具有大约130emu/g的饱和磁通密度，因此具有不能用作具有小型化和高输出特性的高频材料的缺点。此外，铁硅铝磁合金由于其具有较差的耐腐蚀性，因此还具有其的腐蚀导致较低的饱和磁通密度和较差的软磁特性的缺点。铁硅铝磁合金可以用磷酸盐处理以增强其耐腐蚀性，但是它具有在磷酸盐处理后具有急剧降低的饱和磁通密度的问题。另外，铁硅铝磁合金由于在高压成型过程中较差的加工性，因此其应用受限制。
发明内容
技术问题
因此，本发明旨在提供一种软磁合金、软磁芯以及软磁片，所述软磁合金、所述软磁芯以及所述软磁片均表现出优异的耐腐蚀性并具有高饱和磁通密度。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的一个方面提供了一种软磁合金，其具有以下化学式的成分(composition)：
[化学式]
Febal.SiaAlbXcCrd
其中，X包含钴(Co)和/或镍(Ni)，a在0.25重量％至8重量％的范围内，b在0.25重量％至8重量％的范围内，c在0.5重量％至10重量％的范围内，d在3.5重量％至10重量％的范围内。
c可以在4重量％至10重量％的范围内。
所述软磁合金可具有160emu/g或更大的饱和磁通密度。
本发明的另一个方面提供了一种软磁芯，其包括具有以下化学式的成分的软磁合金：
[化学式]
Febal.SiaAlbXcCrd
其中，X包含钴(Co)和/或镍(Ni)，a在0.25重量％至8重量％的范围内，b在0.25重量％至8重量％的范围内，c在0.5重量％至10重量％的范围内，d在3.5重量％至10重量％的范围内。
所述软磁芯可以进一步包括设置在其表面上的Cr2O3膜。
所述软磁芯可以使用所述软磁合金来模制。
所述软磁芯可以通过卷绕或堆叠包括所述软磁合金的软磁片来形成。
本发明的又一个方面提供了一种软磁片，其具有以下化学式的成分：
[化学式]
Febal.SiaAlbXcCrd
其中，X包含钴(Co)和/或镍(Ni)，a在0.25重量％至8重量％的范围内，b在0.25重量％至8重量％的范围内，c在0.5重量％至10重量％的范围内，d在3.5重量％至10重量％的范围内。
所述软磁片可以具有形成在其表面上的Cr2O3膜。
所述软磁片可以具有50μm或更大的厚度。
有益效果
根据本发明的示例性实施例，能够获得用作用于电子装置或电子部件的磁芯材料的软磁合金。特别地，根据本发明的示例性实施例，能够获得表现出优异的耐腐蚀性并具有高饱和磁通密度并且由于高加工性而应用不受限制的软磁合金。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的包括软磁芯的变压器。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的由软磁合金制造的软磁芯。
图3是示出根据本发明的一个示例性实施例的无线电力传输装置的一部分的图。
图4是示出根据本发明的一个示例性实施例的无线电力接收装置的一部分的图。
图5是示出根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金的制造方法的流程图。
图6是示出根据本发明的一个示例性实施例的软磁片的制造方法的流程图。
图7示出了示例1中制造的软磁合金的饱和磁通密度。
图8是对示例1的软磁合金、Fe-Si基软磁合金以及钼坡莫合金粉末(MPP)的磁导率进行比较的曲线图。
图9是具有示例1的成分的软磁片的剖视图。
图10是具有比较例1的成分的软磁片的剖视图。
具体实施方式
本发明可以以各种形式修改并且具有各种实施例，因此其具体的实施例将在附图中示出并在详细说明中描述。然而，应该理解的是，在本文中阐述的说明并非旨在限制本发明，而是包括不背离本发明的精神和范围的所有修改、等同物以及替换。
尽管可以使用包含诸如“第一”、“第二”等序数的术语来描述各种元件，但是这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件的目的。例如，在不背离本发明的范围的情况下，第一元件可以称为第二元件，类似地，第二元件可以称为第一元件。术语“和/或”包括多个相关的所列项目的任意一个及所有组合。
应该理解的是，当元件称为“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，应该理解的是，当元件称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。
在本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制示例性实施例。单数形式的“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文明确指出并非如此。将进一步理解的是，当术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“包括有”在本文中使用时，表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或追加。
除非另有定义，否则在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，诸如通常使用的词典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的意义，除非在本文中另外明确地定义。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。为了帮助理解本发明，在整个附图的描述中，相同的附图标记指代相同的元件，并且将不重复对相同元件的描述。
根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金可以应用于电感器、扼流线圈、变压器、电机等的软磁芯以及用于屏蔽电磁场的各种片。例如，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金还可以应用于变压器的软磁芯、电机的软磁芯或电感器的磁芯。根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金可以应用于缠绕有线圈的磁芯或设置为容纳缠绕的线圈的磁芯。当将具有高饱和磁通密度的软磁合金用于变压器、电感器等的磁芯时，与传统材料相比，可以制造重量轻的磁芯，并且由于高比电阻特性还可以表现出低能量损失、即高能量效率特性。因此，可以制造电子装置中的小型、重量轻且高效率的磁芯。另一方面，当将软磁合金用于屏蔽磁片时，由于减小软磁合金的厚度的同时屏蔽效应提高，所以能够制造重量轻且高效率的无线充电装置。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的包括软磁芯的变压器。
参照图1，通过电磁感应引起交流电压变化的变压器100包括软磁芯110和缠绕在软磁芯110两侧的线圈120。由于交流电流输入到初级线圈时产生的磁场变化经由软磁芯110对次级线圈产生影响，次级线圈的磁通量的变化将感应流入次级线圈的电流。在这种情况下，软磁芯110可以使用根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金的粉末来模制，或者可以通过卷绕或堆叠由根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金制造的软磁片来形成。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的由软磁合金制造的软磁芯。
参照图2，可以卷绕根据本发明的一个示例性实施例的由软磁合金制造的软磁片210以形成软磁芯200。这种软磁芯200可以应用于电机、电感器、电容器等以及变压器。在此，软磁片210可以通过将根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金薄成型(thinlymold)来形成，因此可以与软磁带、软磁板、软磁面板等互换使用。
图3是示出根据本发明的一个示例性实施例的无线电力传输装置的一部分的图，图4是示出根据本发明的一个示例性实施例的无线电力接收装置的一部分的图。
参照图3，无线电力传输装置1200包括软磁芯1210和传输线圈1220。
软磁芯1210可以由具有几毫米(mm)厚度的软磁材料形成。软磁芯1210可以使用根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金的粉末来模制，或者可以通过卷绕或堆叠由根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金制造的软磁片来形成。
而且，传输线圈1220可以设置在软磁芯1210上。尽管未示出，但是永磁体可以进一步设置在软磁芯1210上。在这种情况下，永磁体也可以被传输线圈1220包围。
参照图4，无线电力接收装置1300包括软磁基板1310和接收线圈1320。在此，接收线圈1320可以设置在软磁基板1310上。
接收线圈1320可以形成在软磁基板1310上，使得接收线圈1320具有在平行于软磁基板1310的方向上缠绕的线圈表面。软磁基板1310可以用根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金模制，或者可以通过堆叠由根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金制造的软磁片来形成。
尽管未示出，但是当无线电力接收装置1300具有无线充电功能和短距离通信功能这两者时，NFC线圈可以进一步堆叠在软磁基板1310上。NFC线圈可以形成为包围接收线圈1320的外周。
根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金包括具有以下化学式1的成分的软磁合金：
[化学式1]
Febal.SiaAlbXcCrd
其中，X包含钴(Co)和/或镍(Ni)，a在0.25至8重量％的范围内，b在0.25至8重量％的范围内，c在0.5至10重量％的范围内，优选在4至10重量％的范围内，更优选在6至10重量％的范围内，d在3.5至10重量％的范围内。
因此，可以获得具有160emu/g或更高的饱和磁通密度并表现出优异的耐腐蚀性和加工性的软磁合金。
更具体地，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金包括0.25至8重量％的Si。Si用于提高电阻率，减少过电流损失并提高磁导率。此外，Si用于抑制根据环境的磁特性变化并提高抗冲击强度。当Si含量小于0.25重量％时，改善磁各向异性、磁致伸缩以及比电阻的效果可能显著降低。另一方面，当Si的含量大于8重量％时，由于软磁合金的弹性增加，因此软磁合金的成型性可能降低。
而且，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金包含0.25至8重量％的Al。当Al的含量小于0.25重量％时，改善磁各向异性、磁致伸缩和比电阻的效果可能显著降低。另一方面，当Al的含量大于8重量％时，由于软磁合金的弹性增加，软磁合金的成型性可能降低。
另外，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金包含0.5至10重量％，优选4至10重量％，更优选6至10重量％的Co和/或Ni。由于Co和Ni是铁磁性元素，因此它们用于增加饱和磁通密度。当Co和/或Ni的含量小于0.5重量％时，增加饱和磁通量密度的效果可能降低。另一方面，当Co和/或Ni的含量大于10重量％时，可能引起原料成本的过度增加。
此外，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金包含3.5至10重量％的Cr。Cr用作生长抑制剂，并且还用于通过在软磁合金上形成氧化膜来改善电阻率并提高耐腐蚀性。例如，Cr可用于防止在制造或干燥包括Fe的软磁合金的过程中可能引起的腐蚀。因此，当Cr的含量小于3.5重量％时，Cr也可能成为腐蚀的种子，导致软磁合金的耐腐蚀性降低。但是，当Cr的含量大于10重量％时，成型性和饱和磁通密度可能降低，并且有可能引起原料成本的过度增加。
图5是示出根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金的制造方法的流程图。
参照图5，根据化学式1的成分的金属粉末在熔化炉(melting furnace)中混合，并且在1500℃至1900℃下熔化(S500)。
接下来，将所得到的熔融溶液快速冷却以生产合金粉末(S510)。为此，可以将包含N2和/或Ar的气体或水喷射到熔融溶液上。
然后，将合金粉末在300至1000℃的温度下热处理5分钟至24小时(S520)。热处理可以在包含H2、N2、Ar和/或NH3的气体氛围下在磁场或非磁场中进行。在这种情况下，当热处理时间小于5分钟时，通过热处理改善软磁特性的效果可能降低。另外，当热处理温度低于300℃时，由于热处理时间长，经济可行性可能降低。另一方面，当热处理温度高于1000℃时，合金粉末可能再次熔化。
图6是示出根据本发明的一个示例性实施例的软磁片的制造方法的流程图。
参照图6，根据化学式1的成分的金属粉末在熔化炉中混合，并在1500℃至1900℃下熔化(S600)。
接下来，铸造所得到的熔融溶液以生产具有预定厚度的软磁片(S610)。为此，可以将熔融溶液放入模具中并快速冷却。在此，软磁片的厚度可以根据其应用而改变。例如，软磁片的厚度可以在50μm以上、优选100μm以上的范围内。
然后，将软磁片在300至1000℃的温度下热处理5分钟至24小时(S620)。热处理可以在包括H2、N2、Ar和/或NH3的气体氛围下在磁场或非磁场中进行。在这种情况下，当热处理时间小于5分钟时，通过热处理改善软磁特性的效果可能降低。另外，当热处理温度低于300℃时，由于热处理时间长，经济可行性可能降低。另一方面，当热处理温度高于1000℃时，合金粉末可能再次熔化。
根据本发明的一个示例性实施例的软磁芯可以通过模制根据图5所示的方法制造的软磁合金，或者卷绕或堆叠根据图6所示的方法制造的软磁片来制造。
在下文中，将参照示例和比较例更详细地描述本发明。
表1列出了根据示例的软磁合金的成分、饱和磁通密度(T)以及耐腐蚀性。表2列出了根据比较例的软磁合金的成分、饱和磁通密度(T)以及耐腐蚀性。而且，图7示出了示例1的软磁合金的饱和磁通密度，图8是对示例1的软磁合金、Fe-Si基软磁合金以及钼坡莫合金粉末(MPP)的磁导率进行比较的曲线图，图9是具有示例1的成分的软磁片的剖视图，图10是具有比较例1的成分的软磁片的剖视图。
根据示例和比较例的软磁合金使用根据各成分的金属粉末根据图5的方法来制造，根据示例和比较例的软磁片使用根据各成分的金属粉末根据图6的方法来制造。
根据示例和比较例制造的软磁合金的饱和磁通密度(T)使用振动样品磁强计(VSM)设备测量。此外，根据示例和比较例的软磁片的耐腐蚀性使用包含5重量％NaCl的盐水处理48小时，然后通过观察腐蚀程度来测量。
【表1】
【表2】
参照表1、表2和图7，可以看出，具有化学式1的成分的示例1至4的软磁合金具有160emu/g的饱和磁通密度并表现出优异的耐腐蚀性，但是成分不在这些数值范围的比较例1至3的软磁合金具有较差的饱和磁通密度和/或耐腐蚀性。
具体而言，可以看出，当软磁合金包含如示例2中5.0重量％的Ni或者如示例3中7.0重量％的Ni时，软磁合金具有180emu/g或更高的饱和磁通密度。从该结果可以看出，当铁磁元素Co或Ni的含量为0.25至10重量％、优选4至10重量％，更优选6至10重量％时，即使Fe的含量相对较低时，软磁合金也具有高饱和磁通密度。因此，当Cr的含量为3.5重量％以上时，能够提高耐腐蚀性，并且能够将饱和磁通密度维持在较高水平。
参照图8，还可以看出，与传统的硅钢(Fe-Si)或钼坡莫合金粉末(MPP)相比，根据示例1的软磁合金表现出高磁导率。
特别地，如比较例1那样，当Cr的含量小于3.5重量％时，饱和磁通密度增加，但由于Fe含量相对增加，耐腐蚀性可能降低。即，如图10所示，在腐蚀开始时，可在具有比较例1的成分的软磁片1000上形成多孔Fe2O3膜1010。因此，软磁片1000易于生锈，因为氧可经由多孔Fe2O3膜1010容易地渗透到软磁片1000中。
另一方面，如示例1那样，当Cr的含量为3.5重量％以上时，如图9所示，在腐蚀开始时，可在软磁片900上形成薄且紧密的Cr2O3膜910。因此，由于氧不容易渗透到软磁片900中，所以可以防止或延迟额外的腐蚀。
根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金或软磁片可以应用于用于屏蔽电磁场的各种片。例如，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金或软磁片也可以应用于用于射频识别(RFID)天线的屏蔽片或无线充电屏蔽片。
而且，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金或软磁片或者包括该软磁合金或软磁片的软磁芯可以应用于变压器用软磁芯、电机用软磁芯、或者电感器用磁芯。例如，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金可以应用于缠绕有线圈的磁芯或构造成容纳缠绕的线圈的磁芯。
此外，根据本发明的一个示例性实施例的软磁合金还可以广泛地应用于环保汽车、高性能电子装置等。
虽然已经参照本发明的某些示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，可以在不背离如所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下进行形式和细节上的各种改变。

Claims (14)

1.一种软磁合金，所述软磁合金具有以下化学式的成分：
[化学式]
Febal.SiaAlbXcCrd
其中，X包含钴(Co)和/或镍(Ni)，a在0.25重量％至8重量％的范围内，b在0.25重量％至8重量％的范围内，c在0.5重量％至10重量％的范围内，d在3.5重量％至10重量％的范围内。
2.根据权利要求1所述的软磁合金，其中，c在4重量％至10重量％的范围内。
3.根据权利要求1所述的软磁合金，所述软磁合金具有160emu/g或更大的饱和磁通密度。
4.一种软磁芯，所述软磁芯包括具有以下化学式的成分的软磁合金：
[化学式]
Febal.SiaAlbXcCrd
其中，X包含钴(Co)和/或镍(Ni)，a在0.25重量％至8重量％的范围内，b在0.25重量％至8重量％的范围内，c在0.5重量％至10重量％的范围内，d在3.5重量％至10重量％的范围内。
5.根据权利要求4所述的软磁芯，其中，c在4重量％至10重量％的范围内。
6.根据权利要求4所述的软磁芯，所述软磁芯具有160emu/g或更大的饱和磁通密度。
7.根据权利要求4所述的软磁芯，进一步包括设置在所述软磁芯的表面上的Cr2O3膜。
8.根据权利要求4所述的软磁芯，所述软磁芯由所述软磁合金形成。
9.根据权利要求4所述的软磁芯，所述软磁芯通过卷绕或堆叠包括所述软磁合金的软磁片来形成。
10.一种软磁片，所述软磁片具有以下化学式的成分：
[化学式]
Febal.SiaAlbXcCrd
其中，X包含钴(Co)和/或镍(Ni)，a在0.25重量％至8重量％的范围内，b在0.25重量％至8重量％的范围内，c在0.5重量％至10重量％的范围内，d在3.5重量％至10重量％的范围内。
11.根据权利要求10所述的软磁片，其中，c在4重量％至10重量％的范围内。
12.根据权利要求10所述的软磁片，所述软磁片具有160emu/g或更大的饱和磁通密度。
13.根据权利要求10所述的软磁片，进一步包括设置在所述软磁片的表面上的Cr2O3膜。
14.根据权利要求10所述的软磁片，所述软磁片具有50μm或更大的厚度。
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