CN110153383A - 软磁性合金粉末、其制造方法、以及使用其的压粉磁芯 - Google Patents

软磁性合金粉末、其制造方法、以及使用其的压粉磁芯 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种仅凭软磁性合金薄带的扁平状的粉碎粉的构成也可以得到优异的软磁性特性的软磁性合金粉末和使用其的压粉磁芯。使用一种软磁性合金粉末，其包含粒径为20μm以上、且长径/短径的值为1.2以上且1.8以下的平板状的第1粉碎粉；和粒径小于3μm、且长径/短径的值为1.1以上且1.6以下的平板状的第2粉碎粉。使用一种软磁性合金粉末的制造方法，其包括将软磁性合金薄带加工成粗粉末的第1加工；和利用粉碎机粉碎上述粗粉末的第2加工。

Description

软磁性合金粉末、其制造方法、以及使用其的压粉磁芯
技术领域
本发明涉及扼流线圈、电抗器、变压器等电感器中使用的软磁性合金粉末、其制造方法、以及使用其的压粉磁芯。
背景技术
近年来，混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、电动汽车(EV)等车辆的电动化急速发展，为了进一步提高燃油效率要求系统的小型轻量化。受该电动化市场拉动，在对各种电子部件要求小型化和轻量化中，对于扼流线圈、电抗器、变压器等中使用的软磁性合金粉末以及使用其的压粉磁芯越来越要求高性能。
为了小型化、轻量化，在该软磁性合金粉末以及使用其的压粉磁芯中，对于材质而言，要求在饱和磁通密度高的方面优异、磁芯损耗小，还要求直流叠加特性优异。
例如，专利文献1中记载有通过将粉碎粉与雾化球状粉混合，来实现作为非晶软磁性合金的优势的、低磁芯损耗、优异的直流叠加特性的方法。
图5(a)～图5(c)中示出将专利文献1中记载的非晶软磁性合金薄带进行了粉碎的薄带的粉碎粉。图5(a)示出粒径为50μm以上的粉碎粉1。图5(b)示出粒径为50μm以下的粉碎粉2。图5(c)示出雾化球状粉3。
专利文献1中记载有以非晶合金薄带的粉碎粉1、2、和非晶合金的雾化球状粉3为主成分的压粉磁芯。粉碎粉1、2为薄板状，具有对向的2个主面。将上述主面的面方向的最小值作为粒径时，粒径超过粉碎粉的厚度(薄带的厚度25μm)的2倍(25μm×2＝50μm)且为6倍(25μm×6＝150μm)以下的粉碎粉1为全部粉碎粉的80质量％以上，且粒径为粉碎粉的厚度的2倍(25μm×2＝50μm)以下的粉碎粉2为全部粉碎粉的20质量％以下。
此外，特征在于，雾化球状粉3的粒径为薄带的厚度(25μm)的1/2(25×1/2＝12.5μm)以下且3μm以上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：第4944971号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1中，薄带的粉碎粉1、2为扁平状，与此相对，雾化球状粉3为球形。因此，由于形状不同，混合时在进入粉碎粉的周围时，由于粉碎粉与雾化粉的接触面积小，因而球状粉不能充分填埋粉碎粉的空隙。因此，无法提高填充率，相对磁导率和饱和磁通密度降低。
本发明是解决上述课题的技术方案，目的在于提供仅凭软磁性合金薄带的扁平状的粉碎粉的构成也能得到优异的软磁性特性的软磁性合金粉末、和其制造方法、使用其的压粉磁芯。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，使用一种软磁性合金粉末，其包含粒径为20μm以上、且长径/短径的值为1.2以上且1.8以下的平板状的第1粉碎粉；和粒径小于3μm、且长径/短径的值为1.1以上且1.6以下的平板状的第2粉碎粉。
另外，使用一种软磁性合金粉末的制造方法，其包括将软磁性合金薄带加工成粗粉末的第1加工；和利用粉碎机粉碎上述粗粉末的第2加工。
发明效果
按照以上方式，根据实施方式中公开的方法，可以提供能够提高相对磁导率和饱和磁通密度、可以得到优异的磁特性的软磁性合金粉末、和其制造方法、使用其的压粉磁芯。
附图说明
图1(a)为表示实施方式的仅由粉碎粉构成的软磁性合金粉末的图。图1(b)为表示现有的将粉碎粉与雾化球状粉混合的软磁性合金粉末的图。
图2为表示实施方式的软磁性合金薄带的粉碎粉的制造工序的图。
图3(a)～图3(b)为表示由实施方式的软磁性合金薄带制造的粉碎粉的粉碎机理的图。
图4(a)为本发明的实施例中的粉碎粉的粒度分布图，图4(b)为比较例中的粉碎粉的粒度分布图。
图5(a)为表示专利文献1记载的粒径为50μm以上的粉碎粉的图。图5(b)为表示专利文献1记载的粒径为50μm以下的粉碎粉的图。图5(c)为表示专利文献1中记载的雾化球状粉的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对具体实施方式进行说明。
<结构>
图1(a)中示出本发明的实施方式中的软磁性合金粉末100的截面图。
软磁性合金粉末100包含第1粉碎粉101和第2粉碎粉102。
第1粉碎粉101为平板状，是粒径为20μm以上、且平面的长径/短径的值为1.2以上且1.8以下的平板状的粉碎粉。
第2粉碎粉102为平板状，是粒径小于3μm、且平面的长径/短径的值为1.1以上且1.6以下的平板状的粉碎粉。平面的长径/短径是指，平板状的粒子的1个最大的平面上的长径与短径之比。
需要说明的是，第1粉碎粉101优选粒径为20μm以上、且平面的长径/短径的值为1.4以上且1.6以下。
第2粉碎粉102优选粒径小于3μm、且平面的长径/短径的值为1.2以上且1.4以下。
本说明书中，粒径、长径/短径分别为粒子的平均值。本说明书中，粒径是指，使用激光衍射散射式粒径分布测定装置“MICROTRAC MT3000(2)系列”(MICROTRAC·BEL株式会社)，将试样用水稀释、搅拌，在室温下测定的值。
通过使长径/短径的值小的第2粉碎粉102进入长径/短径的值大的第1粉碎粉101，第1粉碎粉101与第2粉碎粉102的接触面积变大，填充率变高。
另外，第1粉碎粉101、第2粉碎粉102的厚度为1μm以上且50μm以下为宜。进而，第1粉碎粉101、第2粉碎粉102的厚度优选为10μm以上且40μm以下。
第1粉碎粉101、第2粉碎粉102的厚度越薄，热处理时各个粉体的热响应性越提高，相对磁导率和饱和磁通密度越提高。
<现有例>
图1(b)中示出作为专利文献1的现有例的将粉碎粉与雾化粉混合的截面图。如图1(b)，在粒径为20μm以上的粉碎粉103与粒径为3μm以上的雾化粉104的混合粉末的情况下，由于雾化粉104为球形状，在雾化粉104进入粉碎粉103的周围时，粉碎粉103与雾化粉104的接触面积小，与图1(a)相比，填充率降低。
接着，对实施方式的软磁性合金粉末以及压粉磁芯的制造方法进行说明。
<软磁性合金粉末100的制造>
对于软磁性合金粉末100的制造方法使用图2进行说明。
<Fe系的软磁性合金薄带201的制作>
利用电弧熔解等，将合金化的Fe系合金组合物通过高频加热等而熔解，使用液体急冷法制作Fe系的软磁性合金薄带201。此时，Fe系的软磁性合金薄带201的厚度为20μm以上且40μm以下为宜。
作为该软磁性合金薄带201的制造中使用的液体急冷法，可以使用单辊式的制造装置、双辊式的制造装置。将熔融的软磁性合金涂布在辊表面，急冷而制作薄带。
<1次加工>
接着，将软磁性合金薄带201不使用粉碎机而细小地裁断到1mm见方，制作粗粉末202。不使用粉碎机而加工成规定大小。
这次，在粉碎前，通过预先使软磁性合金薄带201的大小变得细小，能够抑制粉碎时产生的破碎能。粉碎时，作为软磁性合金薄带201的切碎中使用的装置，可以使用微切撕碎机、裁断机等。
使用将片材沿面方向而不是厚度方向裁切的装置，而不使用制造粉的粉碎机。在该1次加工中，通过预先减小，能够制作最终粒度分布广的粉体。大小优选1mm见方以下。
<2次加工>
接着，通过将切碎的粗粉末202粉碎，从而得到软磁性合金粉末100。软磁性合金薄带或薄片的粉碎可以使用通常的粉碎装置。粉碎是指，将片材(粒子)不仅沿厚度方向还沿面方向分裂。
例如，可以使用球磨机、捣碎机、行星磨机、旋流磨机、喷磨机、旋转磨机等。
另外，通过将粉碎而得到的微粉末203用筛分级，可以得到具有所期望的粒度分布的软磁性合金粉末100。
<制造机理>
使用图3，对由粗粉末202制作软磁性合金粉末100的制造机理进行说明。将图3(a)所示的粗粉末202用旋转磨机等粉碎机粉碎。由此，如图3(b)所示，粗粉末202的表面被劈开，第2粉碎粉102被切削，成为在表面具有粉碎痕105的第1粉碎粉101。粗粉末202通过表面劈开而变成粒径为20μm以上的没有方角而带圆角的第1粉碎粉101。
另外，第2粉碎粉102也利用同样的机理表面劈开，变成没有方角而带圆角的形状。
<热处理>
接着，对第1粉碎粉101、第2粉碎粉102进行热处理，去除粉碎导致的内部应变，或使αFe结晶层析出。热处理装置可以使用例如热风炉、热压机、灯、护套金属加热器、陶瓷加热器、回转窑等。此时，通过使用热压机等进行急速加热，结晶化更加进展，第1粉碎粉101的表面的劈开进一步进展。因此，使粒径小的粉碎粉的比例增加。
<压粉磁芯的制作>
实施方式中的压粉磁芯的制作中，将第1粉碎粉101、第2粉碎粉102与酚醛树脂或有机硅树脂等绝缘性良好且耐热性高的粘结剂使用混合搅拌机制作造粒粉。
接着，将造粒粉填充于具有所期望的形状的耐热性高的模具中，进行加压成形而得到压粉体。其后，通过在粘结剂固化的温度下加热，可以得到相对磁导率和饱和磁通密度高的压粉磁芯。
(实施例)
作为通过急冷单辊法制作的Fe73.5-Cu1-Nb3-Si13.5-B9(原子％)的Fe系软磁性合金薄带，使用厚度20μm以上且40μm以下的软磁性合金薄带201。
将该软磁性合金薄带201切碎成1mm见方，制作粗粉末202。
其后，将粗粉末202用旋转磨机粉碎，得到软磁性合金薄带的第1粉碎粉101、第2粉碎粉102。粉碎时间是实施粗粉碎3分钟，实施微粉碎3分钟。粉碎后，使用筛进行分级，得到具有所期望的粒度分布的软磁性合金的粉碎粉。接着，将有机硅树脂作为粘结剂，进行作为粉碎粉的软磁性粉末的造粒，制作造粒粉。
接着，将造粒粉投入模具，使用冲压机，以成形压4吨/cm2的压力进行加压成形来制作压粉体。
对于所得到的各个压粉体，使用阻抗分析仪测定频率100kHz下的相对磁导率。磁导率的是否合格基准设为25以上，结果达到是否合格基准。是否合格基准将成为现有的金属系的材料的相对磁导率以上作为目标。因此，使用相对磁导率高的压粉磁芯。
(比较例)
作为通过急冷单辊法制作的Fe73.5-Cu1-Nb3-Si13.5-B9(原子％)的Fe系的软磁性合金薄带201，使用厚度20μm以上且40μm以下的薄带。将该薄带切碎成10mm见方，得到粗粉末。将粗粉末使用旋转磨机进行粉碎，得到软磁性合金薄带的粉碎粉。
粉碎时间是实施粗粉碎3分钟，实施微粉碎3分钟。粉碎后，使用筛进行分级，得到具有所期望的粒度分布的软磁性合金的粉碎粉。接着，将有机硅树脂作为粘结剂，进行作为粉碎粉的软磁性粉末的造粒，制作造粒粉。
接着，将造粒粉投入模具，使用冲压机，以成形压4吨/cm2的压力进行加压成形来制作压粉体。
对于所得到的各个压粉体，使用阻抗分析仪测定频率100kHz下的相对磁导率。相对磁导率的是否合格基准设为25以上，结果没有达到是否合格基准。是否合格基准将成为现有的金属系的材料的相对磁导率以上作为目标。
<粉碎粉的形状>
实施例和比较例都如上所述，使用旋转磨机进行粉碎，因此表面劈开，呈粒径为20μm以上的没有方角而带圆角的形状。
<粒度分布>
将粉碎而得到的各个软磁性合金薄带的粉碎粉的粒度分布使用MICROTRACMT3000(2)系列进行测定。图4(a)、图4(b)中分别示出实施例以及比较例中的粉碎粉的粒度分布。图4(a)、图4(b)中横轴表示粒径(μm)，纵轴表示各粒径的粉碎粉存在的频度。
累积分布中，图4(a)的实施例的平均粒径的D10％为2.85μm、D50％为10.47μm、D90％为29.47μm。与此相对，图4(b)的比较例的平均粒径的D10％为5.139μm、D50％为10.89μm、D90％为28.34μm。
在此，D10％是指，将整体的个数作为100％时从小的一方开始位于10％的位置的粒子的粒径。
以下，汇总于表1。
【表1】
实施例 比较例
粉碎原料薄带的尺寸 1mm见方 10mm见方
D10％ 2.85μm 5.139μm
D50％ 10.47μm 10.89μm
D90％ 29.47μm 28.34μm
D10％/D50％ 0.272 0.472
相对磁导率 25以上 24
是否合格 ○ ×
另外，作为累积分布的比例的D10％/D50％在图4(a)的实施例中为0.272。在图4(b)的比较例中为0.472。该值越小，粒度分布的宽度越变宽。即，微粒的比例变多。
因此，粉碎粉的累积分布中作为平均粒径的D10％小于3μm且D50％为10～15μm、作为累积分布的比例的D10％/D50％小于0.30为宜。
作为平均粒径的D50％以10～15μm的范围内为目标值时，若微粒的比例多、粗粒子的比例少，则微粒进入粗粒子内的空隙，密度提高。因此，作为平均粒径的D10％的值更小、表示粒度分布幅宽的D10％/D50％的值小时为宜。
粉碎粉的累积分布优选D10％为1μm以下且D50％为10～15μm，作为累积分布的比例的D10％/D50％为0.20以下。
如上所述，通过减小粉碎前的软磁性合金薄带201的大小，能够制作出图4(a)那样的微粒的比例多、粒度分布宽度广的宽粒度分布。结果，由于微粒的比例变多，第2粉碎粉102容易进入第1粉碎粉101。
此外，由于是仅粉碎粉的构成，是相同形状的粒子，因此空隙率变低。由此，可以得到磁导率和饱和磁通密度高的磁特性优异的软磁性合金粉末。
由该结果可知，通过使粗粉末202的大小进一步细小到小于1mm见方，能够使空隙率减小、使相对磁导率和饱和磁通密度提高。
因此，粗粉末202的大小为1mm见方以下为宜。
需要说明的是，实施方式的软磁性合金粉末仅包含第1粉碎粉101和第2粉碎粉102。但是，实施方式的软磁性合金粉末以主成分包含第1粉碎粉101和第2粉碎粉102即可。主成分为80％以上。至少实施方式的软磁性合金粉末也可以是自然地包含其它粉碎粉的情况。
第1粉碎粉101与第2粉碎粉102的个数的比例为2∶3。第1粉碎粉101与第2粉碎粉102的个数的比例优选3～5∶5～7的范围。
由图4(a)与图4(b)的比较可知，实施方式中，在粒径与频度的图表中，起因于第1粉碎粉101和第2粉碎粉102的2个峰分开。
<发明效果>
对于本发明的效果，一边参照图4(a)、图4(b)一边进行说明。
使粉碎前的粗粉末202的大小越细小，则越能制作出微粒的比例多、粒度分布宽度广的宽粒度分布。
如图4(a)，由于粒度分布宽度扩大，与粒度分布宽度窄的图4(b)相比，能够大量制作具有大小各样的粒径的粒子。此外，由于微粒的比例多，微粒进入大粒子的周围，能够减小空隙率。
此外，如图1(a)，是仅扁平状的粉碎粉的构成，是相同形状的软磁性体粉末。因此，比作为现有例的图1(b)的使粉碎粉103与雾化粉104混合的粉末更容易填埋空隙。其结果是，比起图1(b)的粉碎粉103与雾化粉104的混合粉，图1(a)的仅扁平状的粉碎粉的构成由于空隙率低，而能够提高相对磁导率以及饱和磁通密度。
产业上的可利用性
根据本发明的实施方式，能够提高软磁性合金粉末的相对磁导率以及饱和磁通密度。即，能够提供可以得到优异的软磁性特性的软磁性合金粉末。
符号说明
1 粉碎粉
2 粉碎粉
3 雾化球状粉
100 软磁性合金粉末
101 第1粉碎粉
102 第2粉碎粉
103 粉碎粉
104 雾化粉
105 粉碎痕
201 软磁性合金薄带
202 粗粉末
203 微粉末

Claims (12)

1.一种软磁性合金粉末，其包含：
平均粒径为20μm以上、且长径/短径的平均值为1.2以上且1.8以下的平板状的第1粉碎粉；和
平均粒径小于3μm、且长径/短径的平均值为1.1以上且1.6以下的平板状的第2粉碎粉。
2.根据权利要求1所述的软磁性合金粉末，其中，
所述第1粉碎粉和所述第2粉碎粉的厚度为1μm以上且50μm以下。
3.根据权利要求1所述的软磁性合金粉末，其中，
所述软磁性合金粉末的累积分布中，D10％小于3μm，且D50％为10μm～15μm。
4.根据权利要求1所述的软磁性合金粉末，其中，
所述软磁性合金粉末的累积分布比D10％/D50％小于0.30。
5.根据权利要求1所述的软磁性合金粉末，
其仅包含所述第1粉碎粉和所述第2粉碎粉。
6.根据权利要求1所述的软磁性合金粉末，其中，
在粒径与频度的图表中，所述第1粉碎粉和所述第2粉碎粉的两个峰分开。
7.根据权利要求1所述的软磁性合金粉末，其中，
所述第1粉碎粉与所述第2粉碎粉的比率为3～5∶5～7。
8.一种压粉磁芯，其包含：
权利要求1所述的软磁性合金粉末；和
粘结剂。
9.一种软磁性合金粉末的制造方法，其包括：
将软磁性合金薄带加工成粗粉末的第1加工；和
利用粉碎机粉碎所述粗粉末的第2加工。
10.根据权利要求9所述的软磁性合金粉末的制造方法，其中，
所述软磁性合金薄带是将软磁性合金的熔融物急冷而制作的。
11.根据权利要求9所述的软磁性合金粉末的制造方法，其中，
在所述第1加工中，不使用粉碎机而加工成规定大小。
12.根据权利要求9所述的软磁性合金粉末的制造方法，其中，
在所述第1加工中，将所述软磁性合金薄带在面方向裁断。
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