CN108570214A - 压粉磁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压粉磁芯，其中含有金属磁性材料及树脂。在压粉磁芯的表面存在微粒。

Description

压粉磁芯
技术领域
本发明涉及压粉磁芯。
背景技术
近年来，因为寻求电感器、扼流线圈、变压器等之类的线圈部件或电动机等的小型化，所以广泛使用的是与铁氧体相比饱和磁通密度大且将直流叠加特性保持在高磁场的金属磁性材料。另外，期待在各种环境下的使用这些压粉磁芯，因此，期望提高其可靠性。
而且，在可靠性方面，特别期望提高耐腐蚀性。因为当前使用的压粉磁芯的大部分由Fe系合金颗粒构成，所以特别期望耐腐蚀性的提高。
专利文献1中记载有通过含有Cr作为金属磁性材料而提高耐腐蚀性的例子。但是，在必需含有Cr的情况下，材料选择的余地变窄。
专利文献2中记载有将金属磁性材料用无机物涂层(磷酸盐)包覆的例子。但是，磷酸盐的韧性低，在增加成形压力时涂层膜有时会破损。
专利文献3中记载有通过陶瓷及树脂涂覆磁性制品来提高耐腐蚀性的例子。但是，在专利文献3中记载的方法中，需要对压粉磁芯以800℃以上的高温进行热处理。在压粉磁芯中包含经绝缘处理的铜的绕组等的情况下，有时绕组的绝缘性会被破坏。
专利文献1：日本特开2010－062424号公报
专利文献2：日本特开2009－120915号公报
专利文献3：日本专利第5190331号公报
发明内容
本发明是鉴于这样的实际情况而完成的，其目的在于，提供一种耐腐蚀性优异的压粉磁芯。
<用于解决技术问题的技术方案>
为了实现上述目的，本发明提供一种压粉磁芯，其特征在于，
含有金属磁性材料及树脂，
在所述压粉磁芯的表面存在微粒。
本发明的压粉磁芯由于具有上述的结构，从而成为耐腐蚀性优异的压粉磁芯。
优选的是，所述压粉磁芯的表面上的所述微粒的平均粒径为1.0～200nm。
优选的是，所述压粉磁芯的表面上的所述微粒的粒径的标准偏差σ为30nm以下。
优选的是，所述微粒含有Si－O系的化合物。
优选的是，在所述金属磁性材料上附着有所述微粒。
优选的是，所述金属磁性材料含有Fe作为主要成分。
优选的是，所述金属磁性材料含有Fe及Si作为主要成分。
优选的是，在所述金属磁性材料的表面存在由Si－O系的氧化物构成的氧化膜。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的压粉磁芯的剖面的示意图。
图2是表示表1的实施例的微粒的平均粒径和锈面积比率的关系的图表。
图3是表示表2的实施例的微粒的粒径的标准偏差σ和锈面积比率的关系的图表。
图4是用原子力显微镜观察压粉磁芯的表面的照片。
符号说明
1 压粉磁芯
11 金属磁性材料
12 树脂
13 微粒
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
本实施方式的压粉磁芯的特征在于，由金属磁性材料及树脂构成，在该压粉磁芯的表面存在微粒。通过使微粒存在于该压粉磁芯的表面，该压粉磁芯的耐腐蚀性得到提高。
如图1所示，本实施方式的压粉磁芯1含有金属磁性材料11及树脂12。进一步，在金属磁性材料11的表面附着有微粒13。此外，在本实施方式中，在金属磁性材料11的表面存在后述的氧化膜(未图示)的情况下，在该氧化膜上附着有微粒13的情况也属于在金属磁性材料11的表面附着有微粒13的情况。
对于金属磁性材料11的成分没有特别限制，但优选金属磁性材料11含有Fe作为主要成分，因为此时饱和磁化高。另外，优选金属磁性材料11含有Fe及Si作为主要成分，因为此时磁导率高。此外，本实施方式中的“作为主要成分含有”是指，在将金属磁性材料的整体设为100重量％的情况下，其含量合计为80重量％以上。即，在含有Fe作为主要成分的情况下，Fe的含量为80重量％以上。另外，在含有Fe及Si作为主要成分的情况下，Fe及Si的含量合计为80重量％以上。另外，对于Fe和Si的比率没有特别限制，但优选以重量比计为Si/Fe＝0/100～10/90，因为此时饱和磁化高。此外，对于本实施方式的金属磁性材料中的除了主要成分以外的成分的种类没有特别限制。作为除了主要成分以外的成分的种类，可举出例如Ni、Co等。
对于树脂12的种类没有特别限制，可以使用环氧树脂和/或酰亚胺树脂。作为环氧树脂，可举出例如甲酚醛环氧树脂等。作为酰亚胺树脂，可举出例如双马来酰亚胺等。
对于金属磁性材料11及树脂12的含量没有特别限制。在压粉磁芯1的整体中，金属磁性材料11所占的含量优选为90重量％～98重量％，树脂12的含量优选为2重量％～10重量％。
本实施方式的压粉磁芯1中还可以含有润滑剂。润滑剂的种类可以是任意的，可举出例如硬脂酸锌。
如图1所示，本实施方式的压粉磁芯1的特征在于，在金属磁性材料11上附着有微粒13。另外，对于微粒13的材质没有特别限制，可举出例如Si－O系氧化物。对于Si－O系氧化物的种类没有特别限制。例如，可以是SiO2等Si的氧化物，还可以是含有Si及其它元素的复合氧化物等。
本实施方式的压粉磁芯1通过在金属磁性材料11上附着微粒13，耐腐蚀性得到提高。通过微粒13的附着，在压粉磁芯1的表面存在微粒13，本发明者们认为压粉磁芯1的耐腐蚀性得到提高的机理为以下所示的机理。
通过在金属磁性材料11上附着有微粒13，在最终得到的压粉磁芯1的表面或表面附近存在微粒13。而且，因微粒13的存在而在压粉磁芯1的表面产生纳米级的凹凸。可以通过原子力显微镜(AFM)确认在压粉磁芯1的表面产生纳米级的凹凸的事实。而且，通过产生该凹凸，压粉磁芯1的防水性得到提高。而且，通过提高压粉磁芯1的防水性，压粉磁芯1的耐腐蚀性得到提高。
对于压粉磁芯1的表面上的微粒13的平均粒径没有特别限制，例如可以为0.5～247.3nm。压粉磁芯1的表面上的微粒13的平均粒径优选为1.0～200nm。通过将微粒13的平均粒径设为1.0～200nm，压粉磁芯1的防水性得到提高，耐腐蚀性得到提高。此外，微粒13的平均粒径也可以为1.1～199.4nm。
此外，压粉磁芯1的表面上的微粒13的平均粒径可以通过原子力显微镜(AFM)来测定。具体而言，首先，利用原子力显微镜拍摄压粉磁芯1的表面。图4表示用原子力显微镜拍摄压粉磁芯1的表面的图像的一例。接着，随机选择最低5颗粒以上、优选为10颗粒以上的压粉磁芯1的表面上的金属磁性材料11。而且，利用原子力显微镜观察以所选择的颗粒为中心的周围5μm×5μm的区域。对存在于得到的形状图像的观察范围内的全部微粒13的粒径进行测定。具体而言，在通过图像分析求出微粒13的面积后，将具有该面积的圆的直径(相当圆的直径)设为微粒13的粒径。而且，将通过(微粒13的粒径的合计值)/(微粒13的个数)算出的算术平均值定义为平均粒径。
进一步，优选压粉磁芯1的表面上的微粒13的粒径的标准偏差σ为30nm以下。通过使压粉磁芯1的表面上的微粒13的粒径的标准偏差σ为30nm以下，从而能够进一步提高耐腐蚀性。
对于微粒13的含量没有特别限制。微粒13在压粉磁芯1的表面中所占的面积比率也可以为1～100％。
此外，压粉磁芯1的表面上的金属磁性材料11的平均粒径(D50)优选为3～100μm。金属磁性材料11的粒径能够通过原子力显微镜(AFM)进行测定。具体而言，首先，利用原子力显微镜拍摄压粉磁芯1的表面。图4表示用原子力显微镜拍摄压粉磁芯1的表面的图像的一例。接着，随机选择最低5颗粒以上、优选为10颗粒以上的压粉磁芯1的表面上的金属磁性材料11。然后，测定所选择的金属磁性材料的粒径。具体而言，在通过图像分析求出金属磁性颗粒11的面积之后，将具有该面积的圆的直径(相当圆的直径)设为金属磁性颗粒11的粒径。而且，能够根据所测定的各金属磁性颗粒11的粒径算出平均粒径(D50)。
本实施方式的压粉磁芯1的制造方法如下所示，但压粉磁芯1的制造方法不限于下述的方法。
首先，制作成为金属磁性材料11的金属颗粒。对于金属颗粒的制作方法没有特别限制，可举出例如气体雾化法，水雾化法等。对于金属颗粒的粒径及圆形度没有特别限制，但优选粒径的中位值(D50)为1μm～100μm，因为此时磁导率高。
接着，进行用于在金属磁性材料11上形成由Si－O系的氧化物构成的氧化膜的涂覆。对于涂覆方法没有特别限制，可以示例例如在金属磁性材料11上涂覆烷氧基硅烷溶液的方法。对于在金属磁性材料11上涂覆烷氧基硅烷溶液的方法没有特别限制，可以举出例如通过湿式喷雾进行的方法。对于烷氧基硅烷的种类没有特别限制，可以使用三甲氧基硅烷等。另外，对于烷氧基硅烷溶液的浓度及溶剂也没有特别限制。烷氧基硅烷溶液的浓度优选为50～95重量％。另外，对于烷氧基硅烷溶液的溶剂也没有特别限制，可举出例如水、乙醇等。
通过对湿式喷雾后的粉体进行第一烧成，形成由Si－O系的氧化物构成的氧化膜。此时，通过在氢气分压为1～3％的氮气气氛下进行第一烧成，加热中的气氛具有还元性。通过在还原性气氛下进行加热处理，氧化膜成为Si结晶性低的非晶层。另外，加热条件也可以设为在400℃～600℃下进行1～10小时。具有氢气分压越高则最终得到的微粒13的平均粒径越大的倾向。具有加热时间(烧成时间)越长则微粒13的粒径的标准偏差σ越小的倾向。
接着，为了使由Si－O系的氧化物构成的微粒13附着于金属磁性材料11上而进行第二烧成。在氧气分压0.1～1％的氮气气氛下以800℃～1200℃进行10～30小时的第二烧成。通过该烧成，上述的Si结晶性低的非晶层的球状化得到促进。其结果，在金属磁性材料11的表面生成氧化膜，进一步在氧化膜上生成并附着微粒13。将在此得到的粉体称作“附着有微粒的金属材料”。具有烧成时间越长则微粒13的平均粒径越大的倾向。具有氧气分压越低则微粒13的粒径的标准偏差σ越小的倾向。
接着，制作树脂溶液。在树脂溶液中，除了含有上述的环氧树脂和/或酰亚胺树脂之外，也可以添加固化剂。对于固化剂的种类没有特别限制，可举出例如环氧氯丙烷等。另外，对于树脂溶液的溶剂也没有特别限制，但优选为挥发性的溶剂。例如能够使用丙酮、乙醇等。另外，将树脂溶液的整体设为100重量％时，树脂及固化剂的合计浓度优选为0.01～0.1重量％。
接着，将附着有微粒的金属材料及树脂溶液混合。然后，使树脂溶液的溶剂挥发，得到颗粒。得到的颗粒可以直接填充到模具中，但也可以在进行整粒之后填充到模具中。对于进行整粒时的整粒方法没有特别限制，例如可以使用网眼为45～500μm的网筛。
接着，将得到的颗粒填充到规定形状的模具中，进行加压而得到压粉体。对于加压时的压力没有特别限制，可以设为例如600～1500MPa。另外，在加压时，微粒13还会发挥作为防滑剂的作用。由此，金属磁性材料11上的氧化膜不容易在模具的滑动面(slidingsurfaces)上发生剥离。其结果，通过在压粉磁芯的表面残留有微粒，防水性得到提高，耐腐蚀性得到提高。
通过对所制作的压粉体进行热固化处理，得到压粉磁芯。对于热固化处理的条件没有特别限制，例如可以以150～220℃进行1～10小时的热处理。另外，对于热处理时的气氛也没有特别限制，也可以在大气中进行热处理。
以上，对本实施方式的压粉磁芯及其制造方法进行了说明，但本发明的压粉磁芯及其制造方法不限于上述的实施方式。例如，也可以到成形工序为止通过通常的方法制作压粉磁芯，通过对成形结束后的压粉磁芯的表面进行化学的处理来使微粒附着。
另外，对于本发明的压粉磁芯的用途也没有特别限制。可举出例如电感器、扼流线圈、变压器等线圈部件。
【实施例】
以下，基于更详细的实施例说明本发明，但本发明不限于这些实施例。
实验例1
作为金属磁性材料，通过气体雾化法制作了以重量比计为Si/Fe＝4.5/95.5且Fe和Si的合计量为99重量％的Fe－Si系合金颗粒。此外，该Fe－Si系合金颗粒的粒径的中位值(D50)为30μm。
接着，为了在上述金属磁性材料上形成由Si－O系氧化物构成的氧化膜，对于金属磁性材料100wt％湿式喷雾烷氧基硅烷溶液2wt％。此外，作为上述烷氧基硅烷溶液，使用三甲氧基硅烷的50wt％溶液。
在此，将湿式喷雾量设为5mL/min，涂布烷氧基硅烷溶液的全部。
对于湿式喷雾后的粉体进行第一烧成。第一烧成是在氢气分压为1％～3％的氮气气氛下以600℃进行0.5小时～3小时。此外，为了将最终得到的压粉磁芯表面上的微粒的平均粒径及粒径的标准偏差σ设为表1及表2中记载的大小，对第一烧成的条件进行控制。
接着，为了形成由SiO2构成的微粒，进行了第二烧成。第二烧成是在氧气分压为0.1％～1％的氮气气氛下以1000℃进行10小时～30小时。此外，为了将最终得到的压粉磁芯表面上的微粒的平均粒径及粒径的标准偏差σ设为表1及表2中记载的大小，对第二烧成的条件进行控制。
接着，将环氧树脂、固化剂、酰亚胺树脂及丙酮混合，制作了树脂溶液。作为环氧树脂，使用了甲酚醛环氧树脂。作为固化剂，使用了环氧氯丙烷。作为酰亚胺树脂，使用了双马来酰亚胺。环氧树脂、固化剂及酰亚胺树脂的重量比为96：3：1，在将树脂溶液的整体设为100重量％时，以环氧树脂、固化剂及酰亚胺树脂的合计成为4重量％的方式混合各成分。
对于上述附着有微粒的金属材料混合上述的树脂溶液。接着使丙酮挥发，得到颗粒。接着，使用网眼为355μm的网筛进行整粒。将得到的颗粒填充到外径17.5mm、内径11.0mm的环形形状的模具中，以980MPa的成形压力进行加压，得到压粉体。以压粉体的重量成为5g的方式进行填充。接着，通过将所制作的压粉体在大气中以200℃加热5小时来进行热固化处理，得到压粉磁芯。将树脂的混合量设定为其能够满足以下条件：即，在将最终得到的压粉磁芯的整体设为100重量％时，金属磁性材料成为97重量％程度。此外，所制作的压粉磁芯的数量为，能够进行以下所记载的全部的测定所需的数量。
利用原子力显微镜(日立高新技术公司(Hitachi High-tech ScienceCorporation)制AFM5100II)观察得到的压粉磁芯的表面。图像的扫描模式为DFM，感应杆为SI－DF40P2，扫描频率为0.3Hz、I增益为0.1，A增益为0.0249，利用SIS模式，退避距离设为20nm。随机选择压粉磁芯的表面上的金属磁性材料10个颗粒。然后，以所选择的颗粒为中心观察其周围5μm×5μm的区域。然后，测定存在于观察范围内的全部微粒的粒径，并对它们进行平均，由此算出压粉磁芯的表面上的微粒的平均粒径。进一步，根据得到的微粒的粒径算出粒径的标准偏差σ。
接着，为了评价压粉磁芯的耐腐蚀性而对各压粉磁芯进行了盐水喷雾试验。盐水喷雾试验在W900mm、D600mm、H350mm的盐水喷雾试验器中进行。将盐水喷雾量设为1.5±0.5mL/h，针对80cm2。在该条件下以35℃进行24小时的盐水喷雾试验。盐水喷雾后，随机设定10处3mm×3mm的测定部位。利用光学显微镜(倍率50倍)上装备的照相机对各测定部位进行拍摄，算出各测定部位的锈面积比率。并且，算出10处测定部位的平均的锈面积比率。将平均的锈面积比率为15.0％以下的情况判断为良好。而且，将10.0％以下的情况判断为更良好，将5.0％以下的情况判断为最良好。
表1的实施例1～18是通过使第一烧成及第二烧成中的烧成时间及烧成气氛变化而使微粒的平均粒径变化的实施例。另外，将表1的结果表示为图表的话就成为图2。
表1中记载的微粒的平均粒径为按照上述方式定义的平均粒径的值。在微粒的平均粒径大于0的情况下，在压粉磁芯的表面存在微粒。表1中，在所有的实施例中，微粒的平均粒径大于0。即，在表1的所有的实施例中，在压粉磁芯的表面均存在微粒。根据表1可知，在所有的实施例中，耐腐蚀性是良好的。尤其是，与微粒的平均粒径在上述的范围外的实施例1、2、17及18相比，微粒的平均粒径为1.0nm以上200nm以下的实施例3～16显示出更良好的耐腐蚀性。
表2的实施例21～31是通过使第一烧成及第二烧成中的烧成温度变化而一边将微粒的平均粒径控制在40nm附近一边使微粒的粒径的标准偏差σ变化的实施例。另外，将表2的结果表示为图表的话就成为图3。
根据表2可知，在所有实施例中，耐腐蚀性是良好的。尤其是，与σ超过30nm的实施例21～23相比，微粒的粒径的标准偏差σ为30nm以下的实施例24～31的耐腐蚀性特别良好。

Claims (8)

1.一种压粉磁芯，其特征在于，
含有金属磁性材料及树脂，
在所述压粉磁芯的表面存在微粒。
2.根据权利要求1所述的压粉磁芯，其中，
所述压粉磁芯的表面上的所述微粒的平均粒径为1.0～200nm。
3.根据权利要求2所述的压粉磁芯，其中，
所述压粉磁芯的表面上的所述微粒的粒径的标准偏差σ为30nm以下。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的压粉磁芯，其中，
所述微粒含有Si－O系的化合物。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的压粉磁芯，其中，
在所述金属磁性材料上附着有所述微粒。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的压粉磁芯，其中，
所述金属磁性材料含有Fe作为主要成分。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的压粉磁芯，其中，
所述金属磁性材料含有Fe及Si作为主要成分。
8.根据权利要求1～3中的任一项所述的压粉磁芯，其中，
在所述金属磁性材料的表面存在由Si－O系的氧化物构成的氧化膜。
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